专利名称：制作液晶显示器的薄膜晶体管的方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器的制作方法，尤指一种利用三道光罩工艺制作薄膜晶体管液晶显示器的方法。
背景技术：
液晶显示器相较于传统的映像管监视器，具有低耗电量、体积小及无辐射的优点。而液晶显示器依其对液晶的作用原理又可分成多种规格，但主要可分为早期的被动矩阵式(Passive Matrix LCD，PM LCD)以及现在主流的主动矩阵式(Thin Film Transistor LCD，TFT LCD)两种规格，其中PM LCD还可分为TN(Twisted Nematic)、STN(SuperTwisted Nematic)、DSTN(Double layer Twisted Nematic)等三种。这两种规格主要的差别在于LCD液晶的排列方式会因电流通过而改变，其中被动矩阵式在电流消失会自动回复成原位，必须在下次充电才能再排列，故不具记忆性；而主动矩阵式LCD液晶则在电流停止后，液晶排列方式并不会归回原位，亦即具有记忆性；当应用于LCD-TV时，即使是超扭转向列液晶显示器(STN-LCD)仍具有反应速度较慢、色彩数有限等缺点。相较之下，TFT-LCD利用控制液晶排列方向，让光线通过液晶时产生不同的折射率，再配合配向膜、偏光板(Polarizer)或彩色滤光片作用产生影像，具有高分辨率、宽视角、反应速度快、画面对比高等显示能力的优点，使其成为高清晰数字电视(High-Definition Television，HDTV)的主流产品。然而TFT LCD的主要缺点为价格昂贵，使其在市场中还未普及化，尤其在液晶显示器薄膜晶体管阵列的微影步骤工艺上，因此有效地将所需光罩数尽可能地降低，为目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种制作薄膜晶体管液晶显示器的方法，其仅需三道光罩工艺，故可大幅降低制造所需成本，并简化制作流程。
为达成上述目的，本发明是涉及一种利用三道光罩制作薄膜晶体管液晶显示器的方法，其步骤包括提供一个透明衬底；在衬底上形成一个透明导电层、第一绝缘层和第二金属层；利用黄光半透光影像与蚀刻技术在每一像素区域形成源极导线区、漏极导线区和像素电极区域，以及在每一像素区域的边界形成多条数据信号线；在该衬底上形成一个半导体层与第二绝缘层；利用黄光蚀刻形成半导体通道区与多个接触孔于源极导线区、漏极导线区和数据信号线上；在该衬底上形成第三金属层与第三绝缘层；以及利用黄光蚀刻形成多条扫描信号线、多条栅极线、多条连接源极导线区与数据信号线的导线、多条连接漏极导线区与像素电极区域的导线。
图1是本发明制作薄膜晶体管液晶显示器的方法中第一道光罩一个优选实施例的示意图；图2是本发明制作薄膜晶体管液晶显示器的方法中第二道光罩一个优选实施例的示意图；图3是本发明制作薄膜晶体管液晶显示器的方法中第三道光罩一个优选实施例的示意图；图4a是步骤(c)中显影后沿A-A’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图4b是步骤(c)中显影后沿B-B’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图4c是步骤(c)中显影后沿C-C’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图4d是步骤(c)中显影后沿D-D’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；
图4e是步骤(c)中显影后沿E-E’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图5a是步骤(c)中蚀刻后沿A-A’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图5b是步骤(c)中蚀刻后沿B-B’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图5c是步骤(c)中蚀刻后沿C-C’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图5d是步骤(c)中蚀刻后沿D-D’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图5e是步骤(c)中蚀刻后沿E-E’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图6a是步骤(c)中过度蚀刻后沿A-A’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图6b是步骤(c)中过度蚀刻后沿B-B’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图6c是步骤(c)中过度蚀刻后沿C-C’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图6d是步骤(c)中过度蚀刻后沿D-D’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图6e是步骤(c)中过度蚀刻后沿E-E’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图7a是步骤(e)黄光微影后沿A-A’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图7b是步骤(e)黄光微影后沿B-B’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图7c是步骤(e)黄光微影后沿C-C’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图7d是步骤(e)黄光微影后沿D-D’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；
图7e是步骤(e)黄光微影后沿E-E’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图8a是步骤(e)蚀刻后沿A-A’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图8b是步骤(e)蚀刻后沿B-B’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图8c是步骤(e)蚀刻后沿C-C’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图8d是步骤(e)蚀刻后沿D-D’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图8e是步骤(e)蚀刻后沿E-E’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图9a是步骤(g)黄光微影后沿A-A’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图9b是步骤(g)黄光微影后沿B-B’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图9c是步骤(g)黄光微影后沿C-C’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图9d是步骤(g)黄光微影后沿D-D’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图9e是步骤(g)黄光微影后沿E-E’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图10a是步骤(g)蚀刻后沿A-A’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图10b是步骤(g)蚀刻后沿B-B’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图10c是步骤(g)蚀刻后沿C-C’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；图10d是步骤(g)蚀刻后沿D-D’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图；
图10e是步骤(g)蚀刻后沿E-E’线利用本发明的制作薄膜晶体管液晶显示器方法的剖视图。
发明详述本发明的利用三道光罩工艺制作薄膜晶体管液晶显示器的方法中优选包括在像素区域外围形成以该透明导电层组成的多条外接周边线路，其一端与数据信号线或扫描信号线电性相连，另一端与一个驱动电路相连，以控制数据信号线或扫描信号线的信号，而数据信号线的外接周边线路与扫描信号线的外接周边线路可为相同或不同结构。此外，在形成透明导电层之后与形成第一绝缘层之前，优选再形成第一金属层，以使薄膜晶体管区域内，还包括由该第一金属层形成的一个遮光层，以防止薄膜晶体管的工作受到从透明衬底穿透过来的光线影响。而在黄光微影的半透光影像(halftone)后的蚀刻技术，优选还包括过蚀刻(overetch)，以形成透明导电层过度蚀刻的切底，避免其后沉积的半导体层与透明导电层相连，而造成电路短路。本发明中沉积第二金属层后优选还包括沉积一个n+型硅层，以使薄膜晶体管具有由该n+型硅层形成的欧姆接触层，以提高薄膜晶体管的工作性能。
在薄膜晶体管液晶显示器中在每一像素区域内优选还包括一个电容，以暂时储存信号，其中此电容的下电极板主要为由像素电极区域的边缘延伸而出的部分，但亦可还包括第二金属层，或者第一金属层，而其上电极为第三金属层。该电容的位置优选位于扫描信号线的一侧边，以增加像素电极的开口率。此外，薄膜晶体管液晶显示器的半导体层一般为非晶硅层，亦可为多晶硅层。而透明导电层一般由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)组成。第一绝缘层、第二绝缘层、与第三绝缘层优选为氧化硅、氮化硅、或氢氧化硅。第二绝缘层亦可为有机绝缘层。此外第三绝缘层为一个保护层，以保护薄膜晶体管免于受到水气、刮伤等。
为能让审查员能更了解本发明的技术内容，特举一个优选具体实施例说明如下。
在本实施例中，薄膜晶体管液晶显示器的制作完成结构请参考图3下半部，主要包括在一个像素区域中形成薄膜晶体管区300、像素电极区域460、电容区域420以及围绕在像素区域界线上的数据信号线330与扫描信号线380，而在像素区域外还具有多条外接周边线路区域450a与450b，使外围驱动电路的信号，经由其分别传送至扫描信号线380与数据信号线330。本实施例中，扫描信号线380相连的外接周边线路区域450a的结构与数据信号线330相连的外接周边线路区域450b的结构相同，故在以下描述中，省略连接至数据信号线330的外接周边线路区域450b的制作流程。在图3中沿线A-A’为薄膜晶体管上由源极导线区310至漏极导线区320的剖面；而沿线B-B’为漏极导线区320连接至像素电极区域460的剖面；而沿线C-C’为外接周边线路区域450a连接至扫描信号线380的剖面；而沿线D-D’为由数据信号线330连接至源极导线区310的剖面；而沿线E-E’为电容区域420的上下电极板结构剖面。
此薄膜晶体管液晶显示器制作方法包括首先在步骤(a)中提供一个透明衬底110。
随后在步骤(b)中在透明衬底110上依次形成透明导电层120、第一金属层130、第一绝缘层140、第二金属层150以及一个n+型硅层160。
在步骤(c)中利用黄光微影的半透光影像(halftone)技术定义出源极导线区310、漏极导线区320、薄膜晶体管通道遮光区350、像素透明导电区域340、数据信号线330和外接周边线路430，如图1所示，其中框线部分的空白区域为使用狭缝式曝光，而框线部分的横条区域为完全不曝光。故在黄光微影后，沿线A-A’如图4a所示形成定义源极导线区310、薄膜晶体管通道遮光区350与漏极导线区320的光阻层210；沿线B-B’如图4b所示形成定义漏极导线区320与像素透明导电区域340的光阻层210；沿线C-C’如图4c所示形成定义外接周边线路430与周边第二金属区470的光阻层210，由于沿线C-C’时外接周边线路430目的是与扫描信号线380相连，故此处定义的周边第二金属区470并无功用，但若外接周边线路430与数据信号线330相连，则该周边第二金属区470属于数据信号线330的一小部分；沿线D-D’如图4d所示形成定义数据信号线330与源极导线区310的光阻层210；沿线E-E’如图4e所示形成定义像素透明导电区域340中作为电容的下电极板的光阻层210。在此黄光微影中，像素透明导电区域340主要作为像素电极，但其上部末端边缘作为电容区域420的下电极，而合并源极导线区310、漏极导线区320以及薄膜晶体管通道遮光区350即为一般所称的薄膜晶体管区300。
接着经蚀刻工艺后，沿线A-A’如图5a所示，在源极导线区310与漏极导线区320分别得到由第二金属层150形成的源极导线与漏极导线、由n+型硅层160形成的欧姆接触层以及位于整个薄膜晶体管区300由第一金属层130形成的薄膜晶体管遮光层；沿线B-B’如图5b所示，除了在图5a出现的漏极导线区320的第二金属层150组成的漏极导线，在像素透明导电区域340形成由透明导电层120组成的像素电极；沿线C-C’如图5c所示，在整个外接周边线路区域450a形成由透明导电层120组成的外接周边线路430，并在外接周边线路区域450a右侧保留第二金属层，以使外接周边线路区域450a与外接周边线路区域450b结构相同；沿线D-D’如图5d所示，左侧为第二金属层150形成的数据信号线330，右侧为源极导线区310的第二金属层150形成的源极导线；沿线E-E’如图5e所示保留第一金属层130并去除第二金属层150，以在电容区域420形成一个与像素电极连接的下电极板。
接着再利用过度蚀刻透明导电层120与第一金属层130，产生切底(undercut)，然后去除光阻，此时透明衬底110上方所形成的结构沿A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、与E-E’依次如图6a、6b、6c、6d与6e所示。
随后，在步骤(d)中在整个透明衬底110上方形成一个非晶硅层170与第二绝缘层180，此时由于透明导电层120与第一金属层130的底切，而使非晶硅层170与透明导电层120及第一金属层130并不相连，而不会造成彼此电流间的干扰。步骤(e)利用黄光微影分别在源极导线区310、漏极导线区320、外接周边线路区域450a与450b以及数据信号线330上定义多个接触孔370b、370c、370a与370d，此外亦定义像素透明导电区域340的开口370e，如图2所示的虚线区域(其中椭圆形的虚线并非接触孔或开口)；其中沿A-A’剖面如图7a所示，定义源极导线区310的源极接触孔370b与漏极导线区320的漏极接触孔370c的光阻层220，此二接触孔之间恰为定义薄膜晶体管半导体通道区；沿B-B’剖面如图7b所示，亦即在漏极导线区320，形成定义接触孔370c的光阻层220，并在像素透明导电区域340上方定义开口370e；沿C-C’剖面如图7c所示，亦即在外接周边线路区域450a，形成定义接触孔370a的光阻层220；沿线D-D’剖面如图7d所示，分别在数据信号线330与源极导线区310上形成定义接触孔370d与370b的光阻层220；沿E-E’剖面如图7e所示，在下电极板区域420a形成定义非晶硅层170的电容下电极板的光阻层220。
接着进行蚀刻工艺，此时沿A-A’剖面如图8a所示，源极导线区310与漏极导线区320即形成接触孔370b与370c，并形成非晶硅层170的半导体通道区，其中接触孔的底部均为第二金属层150；而沿B-B’剖面如图8b所示，在像素透明导电区域340主要为透明导电层120与第一金属层130；而沿C-C’剖面如图8c所示，外接周边线路区域450a由于定义接触孔370a，使得第一金属层130与第二金属层150皆为外露；沿D-D’剖面如图8d所示，数据信号线330与源极导线区310上方分别形成接触孔370d与370b；沿E-E’剖面如图8e所示，属于电容下电极板区域420a的非晶硅层170亦形成。
去除光阻层220后，在步骤(f)依次在透明衬底110上形成第三金属层190与保护层200。
并在步骤(g)中利用黄光微影定义扫描信号线380、一个与扫描信号线380相连的栅极线390、一个连接源极导线区310与数据信号线330的第一导线400、一个连接漏极导线区320与像素透明导电区域340的第二导线410以及一个位于电容下电极板区域420a连接所有导电层或半导体层的第三导线440，如图3所示的粗线区域，此外像素透明导电区域340在本实施例中等于电容的下电极板区域420a加上像素电极区域460。进行更详细地说明，沿A-A’剖面如图9a所示，定义出晶体管栅极线390的光阻层230；沿B-B’剖面如图9b所示，定义连接漏极导线区320与像素电极区域460的第二导线410的光阻层230；沿C-C’剖面如图9c所示，定义与外接周边线路430连接的扫描信号线380的光阻层230；沿线D-D’如图9d所示，定义连接源极导线区310与数据信号线330的第一导线400的光阻层230；沿E-E’剖面如图9e所示，定义电容的上电极板光阻层230，其亦为扫描信号线380，以及连接电容下电极板非晶硅层170与第一金属层130的第三导线440的光阻层230’。
再进行蚀刻工艺后，并去除光阻，此时在薄膜晶体管区300形成一个薄膜晶体管，其结构如图10a所示，包括n+型硅层160的欧姆接触层、非晶硅层170的半导体通道、在源极导线区310与漏极导线区320的第二金属层150的源极导线与漏极导线、第三金属层190的栅极线390以及第一金属层130的遮光层。而漏极导线区320与像素电极区域460的结构如图10b所示，第二金属层150的漏极导线藉由第三金属层190的第二导线410，与位于像素电极区域460中透明导电层120的像素电极相连接。位于外接周边线路区域450a的结构如图10c所示，透明导电层120的外接周边线路430藉由第一金属层130与第三金属层190的扫描信号线380电性相连，此外亦与第二金属层150电性相接，但此位置的第二金属层150并无功用，仅为使外接周边线路区域450a与外接周边线路区域450b结构相同，故此第二金属层150若位于外接周边线路区域450b，则其为数据信号线330的一个末端，用以驱动数据信号线330。数据信号线330与源极导线区310的结构如图10d所示，其中第二金属层150的数据信号线330藉由第三金属层190的第一导线400与第二金属层150的源极导线相连接。而电容的结构如图10e所示，其中作为下电极板的透明导电层120、非晶硅层170与第一金属层130，利用第三金属层190’的第三导线440相连接，以达到等电位，而第三金属层190则作为电容的上电极板。
本实施例中，可制作出具有薄膜晶体管与像素电极的衬底，且其仅需三道光罩，即可在衬底上制作出像素电极与薄膜晶体管，可大幅降低制造所需成本，并简化制作流程。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种制作薄膜晶体管液晶显示器的方法，其中该薄膜晶体管液晶显示器中包括多条影像信号线与多条扫描信号线，每两条相邻的该影像信号线与每两条相邻的该扫描信号线间界定出每一像素区域，在该一像素区域中包括一个薄膜晶体管区域以及一个透明像素电极区域，该方法包括以下步骤(a)提供一个透明衬底；(b)在该透明衬底的第一表面上依次形成一个透明导电层、第一绝缘层以及第二金属层；(c)利用半透光影像(halftone)微影与蚀刻，在每一该薄膜晶体管区域中定义并形成具有该第二金属层的源极导线区与漏极导线区，在该像素区域中定义并形成具有该透明导电层的该像素电极区域、以及定义并形成具有该第二金属层的该些数据信号线；(d)在该透明衬底的该第一表面上依次形成一个半导体层与第二绝缘层；(e)利用黄光微影与蚀刻，在每一该薄膜晶体管区域中定义并形成该晶体管的一个半导体通道区、以及在该源极导线区、该漏极导线区、与该数据信号线上定义并形成多个接触孔；(f)在该透明衬底的该第一表面上依次形成第三金属层与第三绝缘层；以及(g)利用黄光微影与蚀刻定义并形成具有该第三金属层的该些扫描信号线、多条与该扫描信号线相连的栅极线、多条连接该源极导线区与该数据信号线的第一导线、多条连接该漏极导线区与该像素电极区域的第二导线。
2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)中还包括在所述透明导电层与所述第一绝缘层之间形成第一金属层，以使所述第一金属层在步骤(c)中形成一个遮光层，位于所述薄膜晶体管区域内。
3.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)中像素区域外围还包括定义形成多条具有所述透明导电层的外接周边线路，并在步骤(g)后其一端与所述数据信号线或所述扫描信号线电性相连。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述外接周边线路利用一个外接驱动电路控制所述数据信号线或所述扫描信号线的信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)中所述蚀刻技术还包括过蚀刻(overetch)，以形成一个切底(undercut)，使步骤(d)中所形成的所述半导体层与所述透明导电层不相连。
6.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(b)中还包括在所述第二金属层的表面上形成一个n+型硅层，以使所述薄膜晶体管具有该n+型硅层的欧姆接触层。
7.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)中所述像素区域内，还包括形成具有所述第二金属层与所述透明导电层的电容下电极板，并在步骤(g)中形成具有所述第三金属层的电容上电极板。
8.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)中所述像素区域内，还包括形成具有所述第一金属层与所述透明导电层的电容下电极板，并在步骤(g)中形成具有所述第三金属层的电容上电极板。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述电容形成在所述扫描信号线的侧边，以增加所述像素电极的开口率。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述电容形成在所述扫描信线的侧边，以增加所述像素电极的开口率。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述半导体层是一个非晶硅层。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述透明导电层为氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述第二绝缘层为氧化硅、氮化硅、或氢氧化硅。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述第二绝缘层为有机绝缘层。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述第三绝缘层为氧化硅、氮化硅、或氢氧化硅。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述第三绝缘层是一个保护层。
全文摘要
本发明涉及一种利用三道光罩制作薄膜晶体管液晶显示器的方法，其步骤包括在透明衬底上依次形成一个透明导电层、第一绝缘层、与第二金属层；利用黄光半影与蚀刻技术在每一像素区域中形成源极导线区、漏极导线区、与像素电极区域，以及在每一像素区域边界形成多条数据信号线；在衬底上形成一个半导体层与第二绝缘层；利用黄光蚀刻形成半导体通道区以及多个接触孔于源极导线区、漏极导线区、与数据信号线上；最后在衬底上形成第三金属层与第三绝缘层；并利用黄光蚀刻形成扫描信号线与栅极线。
文档编号H01L21/00GK1645227SQ20051000596
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月31日 优先权日2005年1月31日
发明者陈宏德 申请人:广辉电子股份有限公司