具有金属氧化物半导体的薄膜晶体管基板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种用于平板显示器的具有金属氧化物半导体的薄膜晶体管（或 "TFT"）基板及其制造方法。特别地，本公开涉及一种用于其中在形成源极-漏极之后形成 氧化物半导体材料使得沟道（channel)区域能够被精确限定的平板显示器的薄膜晶体管 基板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 如今，随着信息社会发展，对用于呈现信息的显示器的要求不断提高。因此，为了 克服阴极射线管（或"CRT"）的许多缺点（诸如重量重和体积大），开发了各种平板显示器 (或"FPD"）。平板显示装置包括液晶显示装置（或"LCD"）、场发射显示器（或"FED"）、等 离子体显示面板（或"PDP")、有机发光显示装置（或"0LED"）和电泳显示装置（或"ED"）。
[0003] 平板显示器的显示面板可以包括薄膜晶体管基板，该薄膜晶体管基板具有被分配 在排列成矩阵方式的每个像素区域中的薄膜晶体管。例如，液晶显示装置通过使用电场控 制液晶层的光透射率来呈现视频数据。根据电场的方向，液晶能够被分类为两种主要类型： 一种是垂直电场型；另一种是水平电场型。
[0004] 对于垂直电场型LCD，形成在上基板上的公共电极和形成在下基板上的像素电极 彼此面对，用于形成其方向垂直于基板面的电场。设置在上基板和下基板之间的扭曲向列 (TN)液晶层由垂直电场来驱动。垂直电场型LCD具有较高孔径比的优点，但是它也具有约 90度的窄视角的缺点。
[0005] 对于水平电场型IXD，公共电极和像素电极并排地形成在同一基板上。布置在上基 板和下基板之间的液晶层通过平行于基板面的电场以面内切换（或"IPS"）模式被驱动。 相比于垂直电场型LCD，水平电场型LCD具有超过160度的更宽视角和更快响应速度的优 点。然而，水平电场型LCD可能具有诸如低的孔径比和低背光透射率比这样的缺点。
[0006] 在IPS模式IXD中，例如，为了形成面内电场，公共电极和像素电极之间的间隙可 以大于上基板和下基板之间的间隙（或"盒间隙"），并且为了获得足够强度的电场，公共电 极和像素电极可以具有特定宽度的条状图案。在IPS模式LCD的像素电极和公共电极之间， 形成与基板平行的电场。然而，刚好在像素电极和公共电极之上就不存在电场。也就是说， 被布置刚好在像素电极和公共电极之上的液晶分子不被驱动，但是保持初始状况（初始取 向方向）。由于初始状态下的液晶分子无法正确地控制透光率，因此孔径比和发光会降低。
[0007] 为了解决IPS模式IXD的这些缺点，已经提出了由边缘电场驱动的边缘场开关 (或" FFS "）型IXD。FFS型IXD包括公共电极和像素电极，在它们之间具有绝缘层，并且像 素电极与公共电极之间的间隙被设置为比上基板与下基板之间的间隙窄。使得具有抛物线 形状的边缘电场形成在公共电极与像素电极之间的空间中以及在这些电极之上。因此，被 布置在上基板与下基板之间的所有液晶分子中的大部分能够由这个边缘场来驱动。其结果 是，能够提高孔径比和前发光（front luminescence)。
[0008] 对于边缘场型液晶显示器，公共电极和像素电极相互接近地或以交叠方式被布 置，使得存储器形成在公共电极与像素电极之间。因此，边缘场型液晶显示器具有如下的优 点：在像素区域中不存在用于形成存储器的额外空间。然而，当按边缘场型形成大面积显示 器时，像素区域会逐渐变大，并且存储器将变得越来越大。在这种情况下，薄膜晶体管应当 具有用于在短时间期间中驱动/充电被增大的存储器的同样更大的尺寸。
[0009] 为了解决这个问题，应用具有金属氧化物半导体材料的薄膜晶体管，这是因为它 在不需要增大薄膜晶体管尺寸的情况下具有高电流控制特性。图1是例示了根据相关技术 的具有包括在边缘场型液晶显示器中的氧化物半导体层的薄膜晶体管基板的平面图。图2 是例示了沿着线1-1'截取的图1中的根据相关技术的薄膜晶体管基板的结构的截面图。 [0010] 具有在图1和图2中所示的金属氧化物半导体层的薄膜晶体管基板包括：在下基 板SUB上彼此交叉的选通线GL和数据线DL，栅绝缘层GI位于选通线GL和数据线DL之间； 以及形成在每个交叉部分处的薄膜晶体管T。由选通线GL与数据线DL的交叉结构来限定 像素区域。
[0011] 薄膜晶体管T包括：从选通线GL分支出（或"伸出"）的栅极G ;从数据线DL分支 出的源极S ;面向源极S并连接到像素电极PXL的漏极D ;以及在用于形成源极S和漏极D 之间的沟道的栅绝缘层GI上与栅极G交叠的半导体层A。
[0012] 由于氧化物半导体层的高电子迁移率，因此由氧化物半导体材料制成的半导体层 A具有如下的优点：大面积的薄膜晶体管基板具有大的充电电容。然而，具有氧化物半导体 材料的薄膜晶体管具有蚀刻阻挡件（stopper)ES，所述蚀刻阻挡件ES用于保护半导体层的 上表面免受蚀刻材料的影响以确保薄膜晶体管的稳定性和特性。更详细地，具有用于保护 半导体层A免受用于形成在源极S和漏极D它们之间所使用的蚀刻剂的影响的蚀刻阻挡件 ES是合适的。
[0013] 在像素区域中，形成像素电极PXL和公共电极COM以形成边缘电场，而第二钝化层 PA2位于像素电极PXL与公共电极COM之间。公共电极COM连接到与选通线GL并列布置的 公共线CL。公共电极COM经由公共线CL被提供有参考电压（或"公共电压"）。
[0014] 公共电极COM和像素电极PXL能够根据设计目的和环境具有各种形状和位置。当 公共电极COM被提供有具有恒定值的参考电压时，像素电极PXL被提供有根据视频数据及 时变化的数据电压。因此，在数据线DL与像素电极PXL之间，形成了寄生电容。由于寄生 电容，显示器的视频质量可能会下降。因此，优选的是，首先形成公共电极COM并且接着在 最上层处形成像素电极PXL。
[0015] 换句话说，在覆盖数据线DL和薄膜晶体管T的第一钝化层PAl上，通过较厚地沉 积具有低介电常数的有机材料来形成平面化层PAC。接着，形成公共电极COM。然后，在沉 积第二钝化层PA2以覆盖公共电极COM之后，在第二钝化层PA2上形成与公共电极交叠的 像素电极PXL。在这种结构中，像素电极PXL通过第一钝化层PAl、平面化层PAC和第二钝 化层PA2而远离数据线DL，使得能够减小数据线DL与像素电极PXL之间的寄生电容。
[0016] 公共电极COM被形成为与像素区域相对应的矩形形状。像素电极PXL被形成为 具有多个段（segment)。特别地，像素电极PXL与公共电极COM垂直交叠，而在该像素电极 PXL与该公共电极COM之间具有第二钝化层PA2。在像素电极PXL与公共电极COM之间，边 缘电场被形成。通过该边缘电场，在薄膜晶体管基板与滤色器基板之间在平面方向上排列 的液晶分子可以根据液晶分子的介电各向异性来旋转。根据液晶分子的旋转程度，像素区 域的光透射率可以被改变，以便表示期望的灰度级（gray scale)。
[0017] 另外，对于在有源矩阵型有机发光二极管显示器中使用大电流的驱动方法，越来 越多地需要包括金属氧化物半导体材料的薄膜晶体管基板。对于有机发光二极管显示器， 参照图2,代替公共电极COM的阳极（未示出）被形成为连接到平面层PAC上的漏极D，并 且有机发光二极管可以在阳极上被完成。薄膜晶体管T和驱动元件的结构通常被用于各种 类型的平板显示器。
[0018] 目前，包括具有金属氧化物半导体的多个薄膜晶体管的薄膜晶体管基板主要被用 在平板显示器中。如上所述，由于金属氧化物半导体材料对于用于光刻工艺的显影剂、蚀刻 剂和/或剥离溶液（Strip solution)而言是非常脆弱的，因此半导体层将优选地通过蚀刻 阻挡件来保护。由于这种结构，可能存在各种问题。
[0019] 在下文中，我们将解释一下在根据相关技术的具有氧化物半导体的薄膜晶体管基 板中导致的重要问题中的一个。图3是在图2中的用于例示根据相关技术的具有氧化物半 导体材料的薄膜晶体管的结构的圆圈部分①的放大截面图。
[0020] 在栅绝缘层GI上，沉积金属氧化物半导体材料（诸如铟镓锌氧化物（或IGZ0)) 并且在掩模工艺中对该金属氧化物半导体材料进行构图，半导体层A与栅极G交叠。在半 导体层A上沉积无机绝缘材料并且使用另一个掩模工艺对该无机绝缘材料进行构图，形成 了覆盖半导体层A的某些部分的蚀刻阻挡件ES。接着，沉积源极金属材料并且使用又一个 掩模工艺对该源极金属材料进行构图，形成接触半导体层A从蚀刻阻挡件ES露出的一个侧 面的源极S以及接触半导体层A从蚀刻阻挡件ES露出的另一个侧面的漏极D。
[0021] 在执行这三个掩模工艺期间，应当考虑掩模对准余量。也就是说，蚀刻阻挡件ES 应当具有比沟道长度加上至少所述掩模对准余量的长度更长的长度。此外，源极S和漏极D 的某些部分会与阻挡件ES交叠。这里，我们定义和/或称源极S-漏极D与蚀刻阻挡件ES 之间的交叠部分为交叠区域0VL。
[0022] 在具有金属氧化物半导体材料的薄膜晶体管中，该交叠区域OVL是降低薄膜晶体 管的特性的主要原因之一。例如，在有机发光二极管显示器中，当驱动有机发光二极管显示 器的有机发光二极管时，会在薄膜晶体管的饱和区域中控制