像素结构及其制造方法与流程

本发明涉及一种像素结构，尤其涉及一种具有氧化物半导体的像素结构及其制造方法。

背景技术：

氧化物半导体(oxide semiconductor)是具有半导体特性的氧化物。导电率随氧化气氛而增加的称作氧化型半导体(p型半导体)；导电率随还原气氛而增加的则称还原型半导体(是n型半导体)。氧化物半导体ZnO(Zinc Oxide)、CdO(Cadmium Oxide)、SnO₂(Tin(IV)Oxide)等常用于制造气敏组件，Fe₂O₃(Ferric Oxide)、Cr₂O₃(Chromium(III)Oxide)、Al₂O₃(Aluminium Oxide)等常用于制造湿敏组件，SnO₂膜则常用于制作透明电极。其中氧化物半导体在面板工艺中最广为人知的应用即为IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)技术，该技术可提供高分辨率的液晶面板。

技术实现要素：

本发明提供一种像素结构，包括：基板、绝缘层、氧化物半导体层、第一导电层以及第二导电层。所述绝缘层，形成于所述基板上。所述氧化物半导体层，形成于所述绝缘层上。所述第一导电层，耦接至所述氧化物半导体层。所述第二导电层，耦接至所述氧化物半导体层，其特征在于，所述像素电极与所述氧化物半导体层位于同平面。

在本发明提供的像素结构中，优选的，所述第一导电层为导电电极且所述第二导电层为资料线。

在本发明提供的像素结构中，优选的，所述导电层为数据线且所述氧化物半导体层为氧化物通道。

在本发明提供的像素结构中，优选的，所述氧化物半导体层的材料选自氧化铟镓锌、氧化铟镓、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化锗、氧化镍钴、氧化锌镁、氧化锡锑、氧化硒化锌与氧化锌锆中的至少一种。

在本发明提供的像素结构中，优选的，在所述基板与所述绝缘层之间形成有金属 层。

在本发明提供的像素结构中，优选的，所述像素电极是汲极、所述导电层是源极，所述金属层是闸极。

本发明也提供一种像素结构的制造方法，包括：提供基板；在所述基板上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成第一氧化物半导体层，所述第一氧化物半导体层具有第一部分与第二部分；在所述绝缘层与所述第一部分上形成第二氧化物半导体层，其特征在于，所述第二部分未被所述第二氧化物半导体层覆盖；以及以激光将所述第二部分及所述第二氧化物半导体层转换成第一导电层及第二导电层。

根据本发明的具体实施方案，优选的，在该基板与该绝缘层间形成金属层。

根据本发明的具体实施方案，优选的，所述第二部分是像素电极或共享电极。

根据本发明的具体实施方案，优选的，所述第一部分是氧化物通道。

本发明还提供另一种像素结构的制造方法，包括：提供基板；在所述基板上形成绝缘层；在所述基板与所述绝缘层上形成氧化物半导体层；以及以退火方法将所述氧化物半导体层的至少二块互不相连的区域转换成至少二个导电层。

附图说明

图1至图7为本发明实施例1的像素结构侧视剖面示意图以及俯视示意图；

图8至图11为本发明实施例2的像素结构侧视剖面示意图以及俯视示意图。

符号说明：

10像素结构；101基板；102、102a、102b金属层；103保护层；104第一氧化物半导体层；104a氧化物半导体层的第一区；104b氧化物半导体层的第二区；104c通道层；110a第一导电层；110b电容导电层；110c第二导电层；L115通道长度。

20像素结构；201基板；202a、202b金属层；203保护层；204a氧化物半导体的第一区；204b氧化物半导体的第二区；204c通道层；210a第一导电层；210b电容导电层；210c第二导电层；L215通道长度。

具体实施方式

本发明将由以下的实施例说明而使得本领域技术人员充分了解，并可以据此完成，然而本发明的实施并非由下列实施例限制其实施形态。

本文中用语“优选”是非排他性的，应理解成“优选为但不限于”，任何说明书或权利要求书中所描述或者记载的任何步骤可按任何顺序执行，而不限于权利要求书 中所述的顺序，本发明的范围应仅由所附权利要求书及其同等方案确定，不应由实施方式所举的实施例确定。

用语“包括”及其变化出现在说明书和权利要求书中时，是开放式的用语，不具有限制性含义，并不排除其它特征或步骤。

从以下关于优选实施例的描述中可以更详细地了解本发明，这些优选实施例是作为实例给出的，并且是结合附图而被理解的。

请参考图1至图7，其为本发明实施例1的像素结构侧视剖面示意图以及俯视示意图。在图1中，像素结构10具有基板101、金属层102以及保护层103，其中金属层102(102a、102b)形成于基板101上，保护层103(未显示于俯视图中)形成于基板101与金属层102上以覆盖金属层102。优选的，基板101的材料选自玻璃、聚乙烯(Polyethylen,PE)、聚氯乙烯(Poly vinyl Chloride,PVC)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、聚丙烯(Poly propylene,PP)、聚苯乙烯(Poly styrene,PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)与环烯烃共聚合物(Cyclic olefin copolymer,COC)中的至少一种。

在图2中，第一氧化物半导体层104形成于保护层103上，其中氧化物半导体层104具有第一区104a与第二区104b。优选的，第一氧化物半导体层104是通过，但不限于，沉积及蚀刻的光微影工艺、溅镀工艺或印刷工艺等半导体工艺技术形成。优选的，第一氧化物半导体层104的材料选自氧化铟镓锌、氧化铟镓、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化锗、氧化镍钴、氧化锌镁、氧化锡锑、氧化硒化锌与氧化锌锆中的至少一种。图3为图2的俯视图，在图3中，第一区104a的形状为矩形与延伸部分，矩形部分经后续处理将作为像素电极，延伸部分将作为像素电极耦接至薄膜晶体管(TFT)的连接。

请参考图4，第二氧化物半导体层104c形成于保护层103与第一氧化物半导体层的第一区104a上，其中第二氧化物半导体层104c覆盖第一氧化物半导体层的第一区104a于金属层102a上方的一部分。优选的，第二氧化物半导体层104c是以，但不限于，沉积及蚀刻的光微影工艺、溅镀工艺或印刷工艺等半导体工艺技术形成。优选的，第二氧化物半导体层104c的材料选自氧化铟镓锌、氧化铟镓、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化锗、氧化镍钴、氧化锌镁、氧化锡锑、氧化硒化锌与氧化锌锆中的至少一种。在本发明的实施例中，第一氧化物半导体层104与第二氧化物半导体层 104c具有相同材料。在本发明的其它实施例中，第一氧化物半导体层104与第二氧化物半导体层104c具有不同材料。图5为图4的俯视图，在图5中，第二氧化物半导体层104c呈现T字形状，其中一端被设置为覆盖第一氧化物半导体层104第一区104a的延伸部分的一部分以形成相叠的结构。

请参考图6，其为图7中沿着A-A’切线的剖面示意图。在形成第二氧化物半导体层104c后，以激光方法，将第一氧化物半导体层104以及将第二氧化物半导体层104c转换成导电层，也就是将第一区104a的一部分转换成第一导电层110a、将第二区104b转换成电容导电层110b以及将第二氧化物半导体层104c转换成第二导电层110c，其中因为第二氧化物半导体层104c覆盖部分第一氧化物半导体层104的第一区104a，所以在进行激光处理时，第二氧化物半导体层104c就有如屏蔽般避免被覆盖的部分被转换成导体，在本发明的实施例中，第一区104a未被转换的部分形成通道层104c。在本发明的实施例中，第一导电层110a与通道层104c相互连接，第二导电层110c与通道层104c也相互连接。优选的，电容导电层110b设置在共享电极上作为像素的储存电容。在本发明的某些实施例中，以退火方法将氧化物半导体层转换成导电层。

此外，在本发明的实施例中，第一导电层110a耦接至通道层104c，第二导电层110c耦接至通道层104c，即在像素结构10中，第一导电层110a为源极、第二导电层110c为汲极，金属层102a为闸极，而图6中长度L115则为通道长度。

请参考图7，其为像素结构10的俯视图，在图7中，可明显地看出原为非导体的第一氧化物半导体层104的第一区104a、第二区104b以及第二氧化物半导体层104c经由激光处理将氧化物半导体层中的氧去除后已经转换成导体，即第一导电层110a、电容导电层110b以及第二导电层110c，其中通道层104c由于并未施以激光处理，故依然具有半导体的性质，将作为TFT中的通道。从图6与图7可知，若以像素结构来看，第一导电层110a为像素电极且第二导电层110c为资料线，若是以TFT来看，第一导电层110a为源极而第二导电层110c则为汲极。在本发明的某些实施例中，导电电极为共享电极。优选的，经由激光处理后的第一导电层具有透光的特性。在本发明的某些实施例中，可在第一导电层110a、电容导电层110b以及第二导电层110c上形成绝缘层(未显示于图中)，而绝缘层的材料选自氮硅化合物(silicon nitride，SiN_x)、硅氧化合物(silicon oxide，SiO_x)、聚酰亚胺(polyimide)中的至少一种。

此外，在本发明的实施例中，像素电极与氧化物通道层位于同平面且互相直接连接。在传统技术所制造的像素结构中，像素电极都是在主动组件，例如TFT，制作完毕后才继续以沉积等方法形成在基板上，由于主动组件是堆栈结构，所以用于连接汲极与像素电极的开口通常都在保护层上，也就是说像素电极会先连接金属层(汲极)，然后再通过金属层电性连接至氧化物通道层，如此一来，传统技术的像素电极就不会与氧化物通道层位于同平面且互相直接连接。

请参考图8至图11，其为本发明实施例2的像素结构侧视剖面示意图以及俯视示意图。本发明实施例2与实施例1的差异在于形成氧化物半导体层的次数。图8为图9中沿着B-B’切线的剖面示意图，在图8中，像素结构20具有基板201、金属层202a、保护层203、氧化物半导体层的第一区204a，其中金属层202a形成于基板201上，保护层203(未显示于俯视图中)形成于金属层202a上以及氧化物半导体层的第一区204a形成于保护层203上。在图9中，氧化物半导体层的第一区204a的形状由矩形、L型以及长条型组成，氧化物半导体层的第二区204a则形成在金属层202b上方。

请参考图10，其为图11中沿着C-C’切线的剖面示意图。在形成氧化物半导体层后，以激光方法，配合预先设置的光罩，将氧化物半导体层的部分区域转换成导电层，也就是将第一区204a的部分转换成第一导电层210a与第二导电层210c以及将第二区204b转换成电容导电层210b，其中第一区204a未被转换的部分则形成通道层204c。在本发明的实施例中，第一导电层210a与通道层204c相互连接，第二导电层210c与通道层204c也相互连接。优选的，电容导电层210b设置在共享电极上作为像素的储存电容。在本发明的某些实施例中，以退火方法将氧化物半导体层转换成导电层。在本发明的实施例中，长度L215则为通道长度。图11为图10的俯视图，在图11中，可明显地看出原为非导体的氧化物半导体层的第一区204a及第二区204b经由激光处理将氧化物半导体层中的氧去除后已经转换成导体，即第一导电层210a、第二导电层210c与电容导电层210b，其中通道层204c由于并未施以激光处理，故依然具有半导体的性质，将作为TFT中的通道。在本发明的实施例中，经由激光处理后的第一导电层具有透光的特性。

根据本发明实施例的像素结构制造方法仅需三道图案化工程(PEP)，相较于传统方法至少省去了三道PEP。传统的像素制造程序为：(1)第1道PEP：形成金属层 与绝缘层；(2)第2道PEP：溅镀氧化物半导体层(例如IGZO层)；(3)第3道PEP：形成蚀刻阻挡层与开口；(4)第4道PEP：形成金属层，汲极与源极；(5)第5道PEP：形成保护层与通孔；以及(6)第6道PEP：形成ITO层。而本发明的实施例利用激光处理将半导体转换成导体的方法，将像素制造程序缩减成以下三道PEP：(1)第1道PEP：形成金属层与绝缘层；(2)第2道PEP：形成氧化物半导体层(例如IGZO层)；(3)第3道PEP：对氧化物半导体层施以激光处理以形成导电层。由于本发明只需要三道PEP，所以相较于传统技术，本发明具有节省制作成本与时间、降低数据线的阻抗等优点。

实施例

1.一种像素结构，包括：基板；绝缘层，形成于所述基板上；氧化物半导体层，形成于所述绝缘层上；像素电极，直接耦接至所述氧化物半导体层；以及导电层，耦接至所述氧化物半导体层，其特征在于，所述像素电极与所述氧化物半导体层位于同平面。

2.如实施例1所述的像素结构，其特征在于，所述导电层为数据线且所述氧化物半导体层为氧化物通道。

3.如实施例1或2所述的像素结构，其特征在于，所述氧化物半导体层的材料选自氧化铟镓锌、氧化铟镓、氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化锗、氧化镍钴、氧化锌镁、氧化锡锑、氧化硒化锌与氧化锌锆中的至少一种。

4.如实施例1-3其中之一所述的像素结构，其特征在于，该像素结构还包括金属层，其形成于所述基板与所述绝缘层之间。

5.如实施例1-4其中之一所述的像素结构，其特征在于，所述像素电极是汲极、所述导电层是源极以及所述金属层是闸极。

6.一种像素结构的制造方法，包括：提供基板；在所述基板上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成第一氧化物半导体层，所述第一氧化物半导体层具有第一部分与第二部分；在所述绝缘层与所述第一部分上形成第二氧化物半导体层，其特征在于，所述第二部分未被所述第二氧化物半导体层覆盖；以及以激光将所述第二部分及所述第二氧化物半导体层转换成第一导电层及第二导电层。

7.如实施例6所述的制造方法，其特征在于，该制造方法还包括在所述基板与所述绝缘层间形成金属层。

8.如实施例6或7所述的制造方法，其特征在于，所述第二部分是像素电极或共享电极。

9.如实施例6-8其中之一所述的制造方法，其特征在于，所述第一部分是氧化物通道。

10.一种像素结构的制造方法，包括：提供基板；在所述基板上形成绝缘层；在所述基板与所述绝缘层上形成氧化物半导体层；以及以退火方法将所述氧化物半导体层的至少二块互不相连的区域转换成至少二个导电层。