专利名称：有源阵列基板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一有源阵列基板及其制造方法，特别是涉及一种高开口率的有源阵列基板及其制造方法。
背景技术：
液晶显示器(liquid crystal display，LCD)是目前最被广泛使用的一种平面显示器，具有低消耗电功率、薄型轻量以及低电压驱动等特征，其显示原理是利用液晶分子的材料特性，于外加电场后使液晶分子的排列状态改变，造成液晶材料产生各种光电效应。
随着液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的分辨率的提升，液晶显示器每一像素单元的开口率(aperture ratio)对于液晶显示器的显示效能的影响也愈来愈大。为了提供一具有高开口率的LCD元件，目前开发出一种超高口率(Ultra-High aperture ratio，HAR)的技术，其具有一层低介电常数及高透光度的高分子层(polymer layer)，以降低散杂电流对于像素的影响。
请参照图1，为显示一现有的超高口率液晶显示器10其像素结构的相对位置上视图，而图2为图1A-A’、B-B’及C-C’切线的剖面结构示意图。该超高口率液晶显示器10包括有一透明基板12，其中该透明基板12表面定义有一薄膜晶体管线路区2及一位于薄膜晶体管线路区2之外的接合垫区1。一第一电极层形成于该透明基板12上，并通过一第一光刻蚀刻工艺图形化该第一电极层，以形成多个栅极20与栅极线120。接着，一栅极绝缘层13形成于该透明基板12上，接着借着一沉积工艺及一光刻蚀刻工艺以形成一图形化的半导体层14于该栅极绝缘层13上。接着，一第二电极层形成于该透明基板12之上，通过一第三光刻蚀刻工艺图形化该第二电极层，以形成多个源极22与漏极24及数据线130。
接着，依序沉积一绝缘层30及一高分子保护层40于该透明基板12上，并利用一第四光刻蚀刻工艺图形化该绝缘层30及高分子保护层40，以形成栅极线接触窗50、漏极接触窗51、及数据线接触窗52。最后，形成一透明电极于该高分子保护层40之上，并经由一第五光刻蚀刻工艺图形化该透明电极，以形成接触区60及像素电极61，其中该多个接触区60与栅极线接合垫56或数据线接合垫57电相连。
虽然上述的工艺可以增加液晶显示器10的开口率，然而，该传统的超高开口率液晶显示器10在进行封合时，封合胶直接形成于该高分子保护层40上，由于封合胶在高分子保护层40上的附着力不佳，极易使得该封合胶没有密合，造成液晶分子的渗出。此外，请参照图3，由于一般在进行接触区60与外接电路板电连接的步骤时，需要在接触区60上先涂布一层各向异性导电胶70，然而，因该栅极线接触窗50及该数据线接触窗52太深(贯穿该绝缘层30及高分子保护层40)，各向异性导电胶的导电粒子不易完全填入该接触窗50及52中，导致空隙72(void)的产生，容易造成接合垫60与外接电路板接触不良，使得液晶显示器短路。
为解决上述问题，另一超高口率液晶显示器工艺技术亦由业界所提出。请参照图4，在该超高口率液晶显示器100的制造过程中，在形成该绝缘层30及高分子保护层40的步骤后，额外利用一道光刻蚀刻工艺将位于接合垫区2的高分子保护层40移除，如此一来，除了可降低后续形成的接触窗150及152的深度外，亦可使后续封合工艺所使用的封合胶直接形成于该绝缘层30上。然而，虽然上述超高口率液晶显示器工艺可改善现有技术的问题，但该工艺最少需要六道光刻蚀刻(光掩模)工艺，使得工艺更于复杂性且使得成品率下降，导致制造成本增加。此外，在传统的超高口率液晶显示器中，该接合垫区1的栅极线接合垫56及数据线接合垫57分别由不同的导电层沉积步骤及不同的图形化步骤所形成，且栅极线接触窗150及数据线接触窗152的深度亦不相同，如此一来，对于后续工艺上造成一定的限制，易导致工艺范围(processwindow)狭窄且不易控制。
综合上述，现有超高口率液晶显示器工艺无法满足目前的需求，因此，在不额外增加一道光掩模工艺的前提下，发展出具有较宽广工艺范围的超高口率液晶显示器工艺，确实是目前液晶显示器技术亟需研究的重点。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明的主要目的为提供一种超高口率有源阵列基板及其制造方法。该超高口率有源阵列基板应用于平面显示装置，只需用到五道光掩模工艺，且其在电路衬垫区的栅极垫层(gate pad)和数据垫层(data pad)由同层导电层经同一图形化步骤所形成，具有较宽广的工艺范围。为达成上述目的，本发明所述的有源阵列基板，包括一基板，具有一有源区域(active region)及位于周边的一垫片区(pad region)；一薄膜晶体管，位于该有源区域的基板上，包括一栅极、一半导体层、一源极与一漏极，以及一栅极垫层(gate pad)和一数据垫层(data pad)，共平面位于该基板的垫片区上且为同一材料，该栅极垫层电连接至该栅极，且该数据垫层电连接至该源极。
根据本发明一优选实施例，该有源阵列基板可还包括一栅极绝缘层，位于基板上以与栅极与半导体层之间，该栅极绝缘层覆盖该栅极、该栅极垫层的部分表面、与该数据垫层的部分表面；一栅极垫接触窗及一数据垫接触窗，分别位于该栅极垫层及该数据垫层上，以露出该栅极垫层及该数据垫层；一非有机绝缘层，位于该有源区域内，形成于该栅极绝缘层上，并覆盖该薄膜晶体管；一有机保护层，位于该有源区域内，形成于该非有机绝缘层上；一漏极接触窗，贯穿该非有机绝缘层及该有机保护层，以露出该漏极的部分表面，以及一图形化的透明电极，形成于该基板之上，并经由该栅极垫接触窗、该数据垫接触窗及漏极接触窗分别与该栅极垫、该数据垫及该漏极接触。
本发明另一目的为提供一种有源阵列基板的制造方法，以完成本发明所述的有源阵列基板。该有源阵列基板的制造方法包括提供一基板，该基板具有一有源区域及位于周边的一垫片区；形成一栅极于该有源区域的基板上；形成一栅极垫层和一数据垫层，共平面位于该垫片区的基板上且为同一材料所形成，形成一栅极绝缘层于该基板之上，以覆盖该栅极、该栅极衬垫层及该数据衬垫层；以及形成一半导体层、一源极与一漏极于该栅极绝缘层上，以共构形成一薄膜晶体管。
根据本发明一优选实施例，该有源阵列基板的制造方法可还包括形成一非有机材料层于该栅极绝缘层上，并覆盖该薄膜晶体管；形成一有机材料层于该非有机材料层上；选择性移除该有机材料层，以露出位于该漏极、该栅极垫层及该数据垫层上的非有机材料层部分表面；图形化该非有机材料层、该有机材料层及该栅极绝缘层，以形成一非有机绝缘层及一有机保护层于该有源区域内，并露出该栅极垫层、该数据垫层及该漏极的部分表面，以及形成一图形化的透明电极于该基板上，其中该图形化的透明电极分别与该栅极垫层、该数据垫层及该漏极接触。其中形成该栅极、该栅极衬垫层及该数据衬垫层的方法可包括形成一第一金属层于该基板上；以及对该第一金属层进行一图形化工艺，以同时形成该栅极、该栅极衬垫层及该数据衬垫层。
此外，该源极及该漏极可由一第二金属层经一图形化工艺后所同时形成。
为使本发明的目的、特征能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。
图1为显示一现有超高口率液晶显示器其像素结构的相对位置上视图。
图2为显示图1延A-A’、B-B’及C-C’切线的剖面结构示意图。
图3为显示一现有超高口率液晶显示器其剖面结构示意图。
图4为显示另一现有超高口率液晶显示器其剖面结构示意图。
图5为显示本发明一优选实施例所述的液晶显示装置其像素结构的相对位置上视图。
图6a至图6f为显示本发明一优选实施例所述的液晶显示装置其制造流程。
简单符号说明接合垫区～1；膜薄晶体管线路区～2；液晶显示器～10；透明基板～12；栅极绝缘层～13；半导体层～14；栅极～20；源极～22；漏极～24；；绝缘层～30；高分子保护层～40；栅极线接触窗～50；漏极接触窗～51；数据线接触窗～52；栅极线接合垫～56；数据线接合垫57；接触区～60；像素电极～61；各向异性导电胶～70；空隙～72；超高口率液晶显示器～100；栅极线～120；数据线～130；接触窗～150及152；液晶显示装置～200；基板～210；有源区～212；垫片区～214；栅极垫层～216；数据垫层～218；接触端～219；栅极线～222；数据线～224；栅极～226；源极～228；栅极绝缘层～232；半导体层～234；漏极～230；非有机材料层～240；有机材料层250；第一开口～260及262；第二开口～264；第三开口266；第四开口～268；；第一接触窗280及282；第二接触窗～284；第三接触窗～286；第四接触窗～288；像素电极～290；栅极垫接触区～292；数据垫接触区～294；传导层～296；A-A’～延A-A’的剖面线；B-B’～延B-B’的剖面线；C-C’～延C-C’的剖面线；D-D’～延D-D’的剖面线；E-E’～延E-E’的剖面线；F-F’～延F-F’的剖面线；G-G’～延G-G’的剖面线；第一厚度～t1；第二厚度～t2。
具体实施例方式
本发明提供一种超高口率有源阵列基板及其制造方法，可有效减少薄膜晶体管工艺的光掩模使用次数，只需用到五道光掩模工艺，且其在电路衬垫区的栅极垫层(gate pad)和数据垫层(data pad)由同层导电层经同一图形化步骤所形成，具有较宽广的工艺范围。以下，以液晶显示装置为例，详细说明本发明。
以下，以液晶显示装置为例，来详细说明本发明所述的超高口率有源阵列基板的制造方式。
请参照图5，为显示本发明一优选实例所述的液晶显示装置200其像素结构的相对位置上视图，液晶显示装置200包括一基板210，可例如为液晶显示器所适用的透明基板，且该基板210定义有一有源区(active region)212及位于其周边的垫片区(pad region)214，而一栅极垫层(gate pad)216和一数据垫层(data pad)218，共平面位于该基板的垫片区214上，该栅极垫层经由栅极线222以电连接至该栅极226，且该数据垫层经由数据线224以电连接至该源极228，其中本发明的技术特征在于该栅极垫层216和数据垫层218为以同一材料经同一沉积步骤及同一图形化步骤所形成。以下，为使本发明的技术特征及手段能进一步被了解，特以图5的D-D’、E-E’、F-F’及G-G’切线位置的剖面结构来详细说明该液晶显示装置200的制作方式。
首先，形成一第一金属层于该基板210上，并通过一第一光刻蚀刻工艺图形化该第一金属，以在有源区212形成一栅极226及一与栅极226相连的栅极线222，并在垫片区214形成一栅极垫层216和一数据垫层218，其中该栅极垫层216与该栅极线222相连，且该数据垫层218具有一接触端219延伸至该有源区212内，请参照图6a。换言之，该栅极226、该栅极垫层216及该数据垫层218的材料同为该第一金属，且经同一沉积步骤及同一图形化步骤所形成。该第一金属可包括铝、铜、铝合金、铜合金、铝/钼合金或上述材料的组合。
接着，请参照图6b，于该基板210上形成一栅极绝缘层232，并通过一第二光刻蚀刻工艺在该栅极226上方形成一半导体层234于该绝缘层232上。该栅极绝缘层232可包括氮化硅或氧化硅层，而该栅极绝缘层232的厚度范围优选在2000至4000之间。该半导体层可包括硅层，亦即可为多晶硅层、单晶硅层、或是非晶硅层，本实施例中以一多晶硅层为例说明。本发明对于形成多晶硅层的方式并无特别限制，该多晶硅层的形成方法可例如为在上述基板上形成一非晶硅层，接着再对该非晶硅层进行一准分子激光(ELA)退火工艺或是一热处理，其温度范围约可为400～650℃，以使非晶硅层经固相长晶形成多晶硅层。
接着，请参阅图6c，形成一第二金属层于该基板210之上，并通过一第三光刻蚀刻工艺图形化该第二金属层，以在有源区内212形成一源极228、一漏极230及数据线224。在此，值得注意的是，在图形化该第二金属层的步骤中，形成于该垫片区214内的第二金属层完全被移除。该第二金属层的材料可例如为铝、钛、钽、铬、钼、钨化钼或是由上述金属所任意组成的合金层或层合物等。
接着，请参阅图6d，依序坦覆性形成一非有机材料层240及一有机材料层250以覆盖图6c所述的结构。该非有机材料层240可例如为氮化物、氧化物、氮氧化物、或硅化物，且该非有机材料层240的厚度范围可在2000至4000之间。该有机材料层250为具有低介电常数且透明的有机化合物，可例如为高分子聚合物，且该有机材料层250的厚度范围可在20000至40000之间。
接着，请参阅图6e，使用一第四光刻蚀刻工艺图案化该有机材料层250，以形成第一开口260及262以露出该栅极垫层216及该数据垫层218上方的非有机材料层240、一第二开口264露出该数据垫层218的接触端219上方的非有机材料层240、一第三开口266露出该数据线224上方的非有机材料层240、及一第四开口268露出该漏极230上方的非有机材料层240。值得注意的是，经图形化后残留的有机材料层250在设计上需具有不同的厚度，其中，形成于该有源区212内的有机材料层250具有一第一厚度t1，而形成于该垫片区214内的有机材料层250则具有一第二厚度t2，在此，该第一厚度t1与该第二厚度t2的比介于5∶4至3∶1的范围之间。在此，该第四光刻蚀刻工艺可例如利用一半色调网点光掩模(halftone mask)，以形成具有不同厚度的有机材料层250。
接着，请参照图6f，利用该图形化的有机材料层250所为蚀刻掩模，蚀刻该有机材料层250、非有机材料层240及该栅极绝缘层232，以形成第一接触窗280及282露出该栅极垫层216及该数据垫层218、一第二接触窗284露出该数据垫层218的接触端219、一第三接触窗286露出该数据线224、及一第四接触窗288露出该漏极230。值得注意的是，在此蚀刻工艺中，位于该垫片区内的非有机材料层240及有机材料层250完全被移除。
接着，顺应性形成一透明导电层于上述结构，并且填入该些接触窗中。最后，通过一第五光刻蚀刻工艺定义该透明导电层，以在有源区212内形成一与漏极230电连接的像素电极290，且在垫片区形成一分别与栅极垫层216和数据垫层218相连的栅极垫接触区292及数据垫接触区294。除此之外，该图形后的透明导电层亦形成一传导层296，以电连接该数据垫层218及该数据线224。至此，完成本发明所述的超高口率液晶显示装置的优选实施例。
由于在本发明中不需额外多使用一道光掩模来去除位于垫片区内的有机材料层，因此可简化工艺、提升量产速度及增加成品率，使生产成本降低。此外，由于本发明所述的有源阵列基板其栅极垫层和数据垫层由同一层导电层经同一图形化步骤所形成，栅极线接触区及数据线接触区具有相同的高度，且接触窗的深度亦相同，因此具有较宽广的工艺范围，非常适合搭配各种的外接电路板。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种有源阵列基板，应用于平面显示装置，包括一基板，具有一有源区域及位于周边的一垫片区；一薄膜晶体管，位于该有源区域的基板上，包括一栅极、一半导体层、一源极与一漏极；以及一栅极垫层和一数据垫层，共平面位于该基板的垫片区上且为同一材料，该栅极垫层电连接至该栅极，且该数据垫层电连接至该源极。
2.如权利要求1所述的有源阵列基板，还包括一栅极绝缘层，位于基板上以与栅极与半导体层之间，该栅极绝缘层覆盖该栅极、该栅极垫层的部分表面、与该数据垫层的部分表面；一栅极垫接触窗及一数据垫接触窗，分别位于该栅极垫层及该数据垫层上，以露出该栅极垫层及该数据垫层；一非有机绝缘层，位于该有源区域内，形成于该栅极绝缘层上，并覆盖该薄膜晶体管；一有机保护层，位于该有源区域内，形成于该非有机绝缘层上；一漏极接触窗，贯穿该非有机绝缘层及该有机保护层，以露出该漏极的部分表面；以及一图形化的透明电极，形成于该基板之上，并经由该栅极垫接触窗、该数据垫接触窗及漏极接触窗分别与该栅极垫、该数据垫及该漏极接触。
3.如权利要求1所述的有源阵列基板，其中该栅极、该栅极垫层及该数据垫层为第一金属材料。
4.如权利要求1所述的有源阵列基板，其中该源极及该漏极为第二金属材料。
5.如权利要求4所述的有源阵列基板，还包括一传导层，电连接该数据垫层及该源极。
6.如权利要求5所述的有源阵列基板，其中该传导层包括铟锡氧化物。
7.如权利要求1所述的有源阵列基板，其中该第一金属材料包括铝合金、铜合金或铝/钼合金。
8.一种有源阵列基板的制造方法，应用于平面显示装置，该方法包括提供一基板，该基板具有一有源区域及位于周边的一垫片区；形成一栅极于该有源区域的基板上；形成一栅极垫层和一数据垫层，共平面位于该垫片区的基板上且为同一材料所形成；以及形成一栅极绝缘层于该基板之上，以覆盖该栅极、该栅极衬垫层及该数据衬垫层；以及形成一半导体层、一源极与一漏极于该栅极绝缘层之上，以共构形成一薄膜晶体管。
9.如权利要求8所述的有源阵列基板的制造方法，还包括形成一非有机材料层于该栅极绝缘层上，并覆盖该薄膜晶体管；形成一有机材料层于该非有机材料层上；选择性移除该有机材料层，以露出位于该漏极、该栅极垫层及该数据垫层上的非有机材料层部分表面；图形化该非有机材料层、该有机材料层及该栅极绝缘层，以形成一非有机绝缘层及一有机保护层于该有源区域内，并露出该栅极垫层、该数据垫层及该漏极的部分表面；以及形成一图形化的透明电极于该基板上，其中该图形化的透明电极分别与该栅极垫层、该数据垫层及该漏极接触。
10.如权利要求9所述的有源阵列基板的制造方法，其中在图形化的步骤中，同时形成一栅极垫接触窗、一数据垫接触窗及一漏极接触窗。
11.如权利要求9所述的有源阵列基板的制造方法，其中在图形化的步骤中，于该垫片区内的非有机材料层与有机材料层完全移除。
12.如权利要求8所述的有源阵列基板的制造方法，其中形成该栅极、该栅极垫层及该数据垫层的步骤包括形成一第一金属层于该基板上；以及图形化该第一金属层，以同时形成该栅极、该栅极垫层及该数据垫层。
13.如权利要求12所述的有源阵列基板的制造方法，其中形成该源极及该漏极的步骤包括形成一第二金属层于该栅极绝缘层之上；以及图形化该第二金属层，以同时形成该源极及该漏极。
14.如权利要求13所述的有源阵列基板的制造方法，其中在图形化该第二金属层的步骤中，完全移除该垫片区内的第二金属层。
15.如权利要求13所述的有源阵列基板的制造方法，还包括形成一传导层，以电连接该数据垫层及该图形化的第二金属层。
16.如权利要求15所述的有源阵列基板的制造方法，其中该传导层与该图形化的透明电极经由同一材料及同一工艺所形成。
17.如权利要求12所述的有源阵列基板的制造方法，其中该第一金属层为包括铝合金、铜合金或铝/钼合金。
全文摘要
本发明提供一种有源阵列基板及其制造方法，该有源阵列基板包括一基板，具有一有源区域(active region)及位于周边的一垫片区(pad region)；一薄膜晶体管，位于该有源区域的基板上，包括一栅极、一半导体层、一源极与一漏极，以及一栅极垫层(gate pad)和一数据垫层(data pad)，共平面位于该基板的垫片区上且为同一材料，该栅极垫层电连接至该栅极，且该数据垫层电连接至该源极。
文档编号G02F1/136GK1687838SQ20051007597
公开日2005年10月26日 申请日期2005年5月27日 优先权日2005年5月27日
发明者郑国兴, 吴昭宪 申请人:友达光电股份有限公司