专利名称：Tft性能测试装置及其制造方法和tft性能测试方法
技术领域：
本发明涉及液晶技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管(TFT)性能测试装 置及其制造方法和TFT性能测试方法。
背景技术：
TFT的沟道特性的测试一直是比较困难的，现有技术中对于TFT的沟道 特性不做单独的测试与评价，通常是对TFT的整体性能进行测试。对于TFT 沟道部分，常采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,简称 SEM)获取TFT沟道照片。
影响TFT性能的原因有多种，如果只对TFT性能做整体的测试，则不容 易发现制作工艺上的不足。通过SEM获取TFT沟道的照片，仅能确定TFT每 层的厚度，但无法得知TFT沟道的特性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种TFT性能测试 装置及其制造方法以及TFT性能测试方法，能够测试液晶显示器中TFT的沟 道特性。
为实现上述目的，本发明提供了一种TFT性能测试装置，包括在液晶显 示器制作过程中设置在阵列基板上空闲区域上的至少一个测试TFT，所述测 试TFT包括
第二栅电极，设置在所述阵列基板上；
第二栅绝缘层，形成在所述第二栅电极上；
第二非晶硅层，形成在所述第二栅绝缘层上；第二源电极、第二漏电极以及至少一个测试电极，形成在所述第二非晶
硅层上；所述第二漏电极和所述第二源电极之间形成TFT沟道；所述至少一 个测试电极设置在所述第二源电极和所述第二漏电极之间；
第二掺杂非晶硅层，形成在所述第二源电极与所述第二非晶硅层之间、 所述第二漏电极与所述第二非晶珪层之间以及所述测试电极与所述第二非晶 硅层之间。
其中，所述测试TFT中的第二栅电极、第二4册绝缘层、第二非晶硅层、 第二源电极、第二漏电极、第二掺杂非晶硅层的材料，分别与第一TFT中的 第一栅电极、第一栅绝缘层、第一非晶硅层、第一源电极、第一漏电极、第 一掺杂非晶硅层的材料相同；
所述第一 TFT用于控制所述像素区域的像素进行显示。
所述测试电极可以为条状，所述至少一个条状测试电4及平行排列在所述 第二源电极和第二漏电极之间。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种TFT性能测试装置的制造方法， 包括
步骤ll、形成第一4册电极的同时形成第二栅电极；
步骤12、在形成第一源电极和第一漏电极的同时，形成第二源电极、第 二漏电极和测试电极；所述第一源电极和第一漏电极之间形成TFT沟道，所 述第二源电极和第二漏电极之间形成TFT沟道，在所述第二源电极和所述第 二漏电极之间形成有至少一个所述测试电极。
所述第一 TFT用于控制液晶显示器像素区域的像素进行显示。
为了实现上述目的，本发明还提供了 一种使用TFT性能测试装置测试TFT 性能的方法，包括
步骤21、在测试TFT的第二栅电极上施加第一电压，^吏所述测试TFT 的第二源电极和第二漏电极之间保持固定电压差；
步骤22、测量所述至少一个测试电极的电压，得到所述第二源电极和所述第二漏电极之间形成的TFT沟道的不同位置的电压变化趋势。 还可以测量所述至少 一个测试电才及与第二4册电4及之间的电容。 本发明提供的TFT性能测试装置及其制造方法和TFT性能测试方法，在 液晶显示器阵列基板上空闲区域设置测试TFT，测试TFT中的第二栅电极、 第二栅绝缘层、第二非晶硅层、第二源电极、第二漏电极、第二掺杂非晶硅 层的材料，分别与第一TFT中的第一栅电极、第一栅绝缘层、第一非晶硅层、 第一源电极、第一漏电极、第一掺杂非晶硅层同时形成，在测试TFT的第二 源电极和第二漏电才及之间设置一个或多个测试电极，通过测量测试电极的电 压就可以获知测试TFT的TFT沟道中各个位置处的电压或不同位置处的测试 电极与第二栅电极之间的电容，从而可以评价第一 TFT有源层(此处有源层 即第一非晶硅)的均一性，检测第一TFT沟道特性。并且获得不同时间点的 测试TFT的TFT沟道中不同位置的电压或不同位置处的测试电极与第二栅电 极之间的电容，比较不同时间点获取的不同位置的电压或电容分布情况，可 以判断生产线是否稳定，有利于监控生产线。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图la所示为本发明TFT性能测试装置结构平面示意图； 图lb所示为图la中A-A向截面图； 图2所示为本发明TFT性能测试装置制造方法流程图； 图3a所示为本发明TFT测试装置制造方法中形成第二栅电极之后的平面 示意图3b所示为图3a中B-B向截面示意图4 a所示为本发明TFT测试装置制造方法中形成第二^^绝缘层之后的平 面示意图4b所示为图4a中C-C向截面示意图；图5a所示为本发明TFT测试装置制造方法中形成第二非晶硅层之后的平 面示意图5b所示为图5a中D-D向截面示意图6所示为本发明TFT测试装置测试TFT性能的方法流程图7所示为本发明测试TFT在液晶显示器阵列基板上的一种位置示意图。
具体实施例方式
如图la所示为本发明TFT性能测试装置结构平面示意图，如图lb所示 为图la中A-A向截面图，该TFT性能测试装置包括第二栅电极2，设置在 基板l上；第二栅绝缘层3，形成在第二栅电极2上；第二非晶硅层4,形成 在第二栅绝缘层3上；第二源电极6、第二漏电极7以及至少一个测试电极8, 形成在第二非晶硅层4上；第二漏电极7和第二源电极6之间形成TFT沟道； 测试电极8设置在第二源电极6和第二漏电极7之间；第二掺杂非晶硅层(掺 杂非晶硅层也叫n+非晶硅层)5，形成在第二源电极6与第二非晶硅层4之 间、第二漏电极7与第二非晶硅层4之间以及测试电极8与第二非晶硅层4 之间。
下面详细说明 本发明TFT测试装置的制造过程。
液晶显示器阵列基板上设置有第一 TFT阵列，每个第一 TFT控制一个像 素的显示，本发明测试TFT设置在液晶显示器阵列基板上除像素区域、驱动 电路区域等有用区域之外的空闲区域，例如基板的四周边缘区域。如图7所 示为本发明测试TFT在液晶显示器阵列基板上的一种位置示意图，在液晶显 示器的制作过程中，通常是在一块大的玻璃基板上制作多个液晶显示器阵列 基板，然后在成盒后，按照所需尺寸进行切割。图7中，IO为一块大的玻璃 基板，20为多个液晶显示器阵列基板上的有用区域(包括像素区域、驱动电 路区域等通常液晶显示器阵列基板所需的部分)，30 (图7中用黑色阴影表 示)为本发明测试TFT,设置在液晶显示器阵列基板上有用区域之外的空闲区域，30所示的是多个测试TFT组成的测试TFT组，并不限于一个测试TFT。 测试TFT30是在液晶显示器的制作工艺过程中用来测试像素区域的第一 TFT 的沟道性能的，在成盒阶段，阵列基板上可以不包括TFT,切割时可以将测 试TFT所在的区域切掉。
第一 TFT的形成可以通过现有技术中的光刻工艺形成(例如四次光刻工 艺、五次光刻工艺、七次光刻工艺等)，本发明测试TFT是与第一TFT同时 形成的。
如图2所示为本发明TFT性能测试装置制造方法流程图，具体包括
步骤ll、在形成第一TFT的第一栅电极的同时，在液晶显示器阵列基板 上空闲区域过光刻和刻蚀形成测试TFT中的第二栅电极，该第二栅电极不与 阵列基板中的栅线连接。
步骤12、在形成第一TFT的第一源电极和第一漏电极的同时，形成测试 TFT的第二源电极、第二漏电极和测试电极。第一源电极和第一漏电极之间 形成TFT沟道，第二源电极和第二漏电极之间形成TFT沟道，在第二源电极 和第二漏电极之间形成有至少 一个测试电极。
步骤11和12简要说明如何形成测试TFT，在实际的测试TFT的形成工 艺中还涉及到有第二栅绝缘层、第二非晶硅层、第二掺杂非晶硅层等的形成， 第二栅绝缘层、第二非晶硅层、第二掺杂非晶硅层分别是与第一TFT的第一 栅绝缘层、第一非晶硅层、第一掺杂非晶硅层同时形成的。
如图3a所示为本发明TFT测试装置制造方法中形成第二栅电极之后的平 面示意图，如图3b所示为图3a中B-B向截面示意图，图中，1为141, 2为 第二栅电极。
如图4a所示为本发明TFT测试装置制造方法中形成第二栅绝缘层之后的 平面示意图，如图4b所示为图4a中C-C向截面示意图，图中，3为第二栅 绝缘层。
如图5a所示为本发明TFT测试装置制造方法中形成第二非晶硅层之后的平面示意图，如图5b所示为图5a中D-D向截面示意图，图中，4为第二非 晶硅层。
经过步骤12之后的TFT测试装置的平面示意图和截面图分别如图la和 图lb所示，图中，6为第二源电极，7为第二漏电极，8为测试电极，5为第 二源电极6和第二非晶硅层4之间、第二漏电极7和第二非晶硅层4之间以 及测试电极8和第二非晶硅层4之间的第二掺杂非晶硅层。
测试TFT中的测试电极可以是条状的，各条状的测试电极可以平行排列 在第二源电极和第二漏电极之间。步骤11到步骤12中，第二栅电极、第二 源电极、第二漏电极的形成，均可以采用现有技术中的光刻和刻蚀工艺实现， 本发明中不再赘述。其中，测试电极的形成类似于第二源电极和第二漏电极 的形成，可以在用于形成第二源电极和第二漏电极的掩膜板中增加测试电极 的图形，从而在形成第二源电极和第二漏电极的同时一并形成一个或多个测 试电极，测试电极可以通过过孔与测试点连才妄。
下面以四次构图工艺和五次构图工艺为例来具体说明测试TFT的形成过程。
(1)基于五次构图工艺形成测试TFT
首先在基板上有用区域和欲形成测试TFT的空闲区域沉积一层金属薄 膜，之后在金属薄膜上涂敷一层光刻胶，采用五次构图工艺中的第一掩模板 通过紫外光曝光，显影后在包括第一栅电极和第二栅电极在内的位置保留光 刻胶图案，之后经过刻蚀、剥离光刻胶后，形成包括第一栅电极和第二栅电 极在内的图形。在第一构图工艺后的基板上依次沉积栅绝缘薄膜、非晶硅半 导体薄膜和掺杂非晶硅半导体薄膜后，在掺杂非晶硅半导体薄膜上涂敷一层 光刻胶，采用五次构图工艺中的第二掩模板通过紫外光曝光，显影后包括第 一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层在内的位置保留光刻胶图案，之后经过 刻蚀、剥离光刻胶后，形成第一 TFT的第一栅绝缘层、第一非晶硅层和第一 掺杂非晶硅层，以及测试TFT的第二栅绝缘层、第二非晶硅层和第二掺杂非晶硅层。
在第二构图工艺后的基板上沉积一层金属薄膜，之后在金属薄膜上涂敷一层光刻胶，采用五次构图工艺中的第三掩模板通过紫外光曝光，显影后在包括第一源电极、第一漏电极、第二源电极、第二漏电极以及测试电极的位
置保留光刻胶图案，之后经过刻蚀、剥离光刻胶后，形成第一TFT的第一源电极和第一漏电极，以及测试TFT的第二源电极、第二漏电极和测试电极。(2)基于四次构图工艺形成测试TFT
首先在基板上有用区域和欲形成测试TFT的空闲区域沉积一层金属薄膜，之后在金属薄膜上涂敷一层光刻胶，采用四次构图工艺中的第一掩冲莫板通过紫外光曝光，显影后在包括第一 TFT的第一栅电极和测试TFT的第二栅电极的位置保留光刻胶图案，之后经过刻蚀、剥离光刻胶后，形成第一栅电极和第二栅电极图案。
在第一构图工艺后的基板上依次沉积栅绝缘薄膜、非晶硅半导体薄膜和掺杂非晶硅半导体薄膜，然后再沉积一层金属薄膜，之后在金属薄膜上涂敷一层光刻胶，采用四次构图工艺中的第二掩模板(半色调或灰色调掩模板)通过紫外光曝光，使光刻胶形成完全曝光区域(即光刻胶完全去除区域)、部分曝光区域(即光刻胶部分保留区域)和未曝光区域(即光刻胶完全保留区域)，第一TFT的第一源电极和第一漏电极，以及测试TFT的第二源电极、第二漏电极和测试电极位置为未曝光区域，第一源电极和第一漏电极之间、第二源电极和测试电极之间、测试电极和第二漏电极之间的区域为部分曝光区域(如果测试电极有多个，则多个测试电极之间的区域为部分曝光区域)，其余部分全部是完全曝光区域；显影处理后，完全曝光区域的光刻胶被完全去除，部分曝光区域的光刻胶被部分去除，未曝光区域的光刻胶完全保留；通过第一次刻蚀工艺形成第一源电极、第一漏电极、第二源电极、第二漏电极和测试电极图形，灰化处理后，通过第二次刻蚀工艺形成第一源电极和第一漏电极之间的TFT沟道区域图形、第二源电极和测试电极之间、测试电极和第二漏电极之间的TFT沟道区域图形(如果有多个测试电极，则还包括形成各测试电极之间的TFT沟道区域图形)。
由于本发明中测试TFT用于测试TFT的沟道特性，而不用于控制液晶显示器像素区域的显示，所以对于测试TFT,形成第二源漏电极和测试电极之后，可以不需要进行后续的构图工艺形成像素电极和过孔等。
本发明在形成第一 TFT的同时需要形成测试TFT，所以本发明中五次构图工艺或四次构图工艺中的各个掩模板的图案中需要增加用于形成测试TFT中各图形的图案。
由于第一栅电极、第一栅绝缘层、第一非晶硅层、第一掺杂非晶硅层、第一源电极、第一漏电极分别与第二栅电极、第二4册绝缘层、第二非晶硅层、第二掺杂非晶硅层、第二源电极、第二漏电极是同时形成的，所以二者的材
料是相同的。
以上所述的基于四次构图工艺或五次构图工艺形成测试TFT的方法中，在实际操作时还会涉及到栅线、数据线等的形成，具体可以根据现有技术实现，本发明在此不再赘述。
下面详细说明如何通过如图la和lb所示的TFT测试装置测试液晶显示器阵列基板上TFT的沟道特性。
如图6所示为本发明TFT测试装置测试TFT性能的方法流程图，包括
步骤21、在测试TFT的第二栅电极上施加一个第一电压，使测试TFT的第二源电极和第二漏电极之间保持固定电压差，在第二源电极和第二漏电极之间的沟道中有电流形成。
步骤22、测量至少一个测试电极的电压，得到第二源电极和第二漏电极之间形成的TFT沟道的不同位置的电压变化趋势。
在以上技术方案的基础上，还可以测量一个或多个测试电极与第二栅电极之间的电容，这样可以得到第二源电极和第二漏电极之间形成的TFT沟道的不同位置的测试电极与第二栅电极之间的电容。
12在测试TFT的第二源电极和第二漏电极之间设置有一个或多个测试电极，多个测试电4及对应测试TFT的TFT沟道的不同位置，通过测量每一个测试电极的电压或者每一个测试电极与第二栅电极之间的电容，就可以得到测试TFT的TFT沟道中不同位置的电压分布图或者电容分布图，从而可以了解测试TFT的有源层电容和电压特性是否均一，进而判断像素区域的第一 TFT的有源层电容和电压特性是否均一。例如，如果通过测量测试电极的电压或与第二栅电极之间的电容，在测得的测试TFT的沟道中不同位置的电压或电容分布图中，某一个测试电极的电压或电容超出了预先估计的允许范围，则可以判断像素区域的第一 TFT沟道存在缺陷。并且，可以将不同时间点生产出的TFT,通过测试TFT，得到TFT沟道中不同位置的电压或电容分布图，从而可以判断生产线是否稳定，有利于监控生产线。例如，如果某一天获得的TFT沟道中不同位置的电压或电容分布图与前一天工艺正常时的情况存在明显的差异，则可以判断该天生产的阵列基板中像素区域的TFT存在缺陷。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1、一种TFT性能测试装置，其特征在于，包括在液晶显示器制作过程中设置在阵列基板上空闲区域上的至少一个测试TFT，所述测试TFT包括第二栅电极，设置在所述阵列基板上；第二栅绝缘层，形成在所述第二栅电极上；第二非晶硅层，形成在所述第二栅绝缘层上；第二源电极、第二漏电极以及至少一个测试电极，形成在所述第二非晶硅层上；所述第二漏电极和所述第二源电极之间形成TFT沟道；所述至少一个测试电极设置在所述第二源电极和所述第二漏电极之间；第二掺杂非晶硅层，形成在所述第二源电极与所述第二非晶硅层之间、所述第二漏电极与所述第二非晶硅层之间以及所述测试电极与所述第二非晶硅层之间。
2、 根据权利要求1所述的TFT性能测试装置，其特征在于，所述测试 TFT中的第二栅电极、第二栅绝缘层、第二非晶硅层、第二源电极、第二漏 电极、第二掺杂非晶硅层的材料，分别与第一 TFT中的第一栅电极、第一栅 绝缘层、第一非晶硅层、第一源电极、第一漏电极、第一掺杂非晶硅层的材 料相同；所述第一 TFT用于控制液晶显示器像素区域的像素进行显示。
3、 根据权利要求1所述的TFT性能测试装置，其特征在于，所述测试电 极为条状，所述至少一个条状测试电极平行排列在所述第二源电极和第二漏 电才及之间。
4、 一种如权利要求1所述的TFT性能测试装置的制造方法，其特征在于， 包括步骤ll、形成第一栅电极的同时形成第二栅电极； 步骤12、在形成第一源电极和第一漏电极的同时，形成第二源电极、第 二漏电极和测试电极；所述第一源电极和第一漏电极之间形成TFT沟道，所述第二源电极和第二漏电极之间形成TFT沟道，在所述第二源电极和所述第 二漏电极之间形成有至少一个所述测试电极。所述第一 TFT用于控制液晶显示器像素区域的像素进行显示。
5、 根据权利要求4所述的TFT性能测试装置的制造方法，其特征在于， 所述步骤11包括在液晶显示器阵列基板上有用区域和欲形成所述测试TFT的空闲区域沉积一层金属薄膜，通过五次构图工艺中的第一次构图工艺 形成所述第一 TFT的第一栅电极和测试TFT的第二栅电极； 所述步骤12包括步骤121、在经过所述步骤11之后的液晶显示器阵列基板上依次沉积栅 绝缘薄膜、非晶硅半导体薄膜和掺杂非晶硅半导体薄膜，通过五次构图工艺 中的第二次构图工艺形成所述第一 TFT的第一^^绝缘层、第一非晶硅层和第 一掺杂非晶硅层，以及所述测试TFT的第二栅绝缘层、第二非晶硅层和第二 掺杂非晶硅层；步骤122、在经过所述步骤121之后的液晶显示器阵列基板上沉积一层 金属薄膜，通过五次构图工艺中的第三次构图工艺形成所述第一 TFT的第一 源电极和第一漏电极，以及所述测试TFT的第二源电极、第二漏电极和测试 电极。
6、 根据权利要求4所述的TFT性能测试装置的制造方法，其特征在于， 所述步骤ll包括在液晶显示器阵列基板上有用区域和欲形成所述测试TFT的空闲区域沉积一层金属薄膜，通过四次构图工艺中的第一次构图工艺 形成所述第一 TFT的第一栅电极和测试TFT的第二栅电极； 所述步骤12包括步骤121、在经过所述步骤11之后的液晶显示器阵列基板上依次沉积栅 绝缘薄膜、非晶硅半导体薄膜和掺杂非晶硅半导体薄膜，然后再沉积一层金 属薄膜，在所述金属薄膜上涂敷一层光刻胶，采用四次构图工艺中第二次构 图工艺，使所述光刻胶在所述第一源电极、第一漏电极、第二源电极、第二漏电极和测试电极位置形成未曝光区域，使所述光刻胶在所述第一源电极和 第一漏电极之间、第二源电极和测试电极之间、测试电4及和第二漏电极之间的位置形成部分曝光区域；步骤122、通过显影使所述未曝光区域的光刻胶完全保留，使所述部分 曝光区域的光刻胶部分被去除，通过第一次刻蚀工艺形成所述第一源电极、 第一漏电极、第二源电极、第二漏电极和测试电极图形；通过第二次刻蚀工 艺形成所述第一源电极和第一漏电极之间的TFT沟道区域图形、第二源电极 和测试电极之间及测试电极和第二漏电极之间的TFT沟道区域图形。
7、 一种使用权利要求1所述的TFT性能测试装置测试TFT性能的方法， 其特征在于，包括步骤21、在测试TFT的第二栅电极上施加第一电压，使所述测试TFT 的第二源电极和第二漏电极之间保持固定电压差；步骤22、测量所述至少一个测试电极的电压，得到所述第二源电极和所 述第二漏电极之间形成的TFT沟道的不同位置的电压变化趋势。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤23、测量所述至少一个测试电极与第二栅电极之间的电容。
全文摘要
本发明公开了一种TFT性能测试装置及其制造方法和TFT性能测试方法，其中TFT性能测试装置包括设置在阵列基板空闲区域的至少一个测试TFT，测试TFT包括第二栅电极，设置在基板上；第二栅绝缘层，形成在第二栅电极上；第二非晶硅层，形成在第二栅绝缘层上；第二源电极、第二漏电极以及至少一个测试电极，形成在第二非晶硅层上；第二漏电极和第二源电极之间形成TFT沟道；测试电极设置在第二源电极和第二漏电极之间；第二掺杂非晶硅层，形成在第二源电极与第二非晶硅层之间、第二漏电极与第二非晶硅层之间以及测试电极与所述第二非晶硅层之间。本发明提供的TFT性能测试装置可以实现液晶显示器中TFT的沟道特性测试。
文档编号H01L21/00GK101677094SQ200810222370
公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月17日 优先权日2008年9月17日
发明者于洪俊, 昊 吴, 肖光辉, 黄婕妤 申请人:北京京东方光电科技有限公司