專利名稱：一種透明薄膜晶體管的陣列基板結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其涉及一 種透明薄膜晶體管形成的陣列基板結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
由于液晶顯示器件的重量低、體積薄和功耗小的特點(diǎn)，它正發(fā)展成為下 一代顯示器件。液晶顯示器是一種非輻射性的顯示器件，具有光學(xué)各向異性 的液晶分子被夾于陣列基板和彩膜基板之間，通過折射系數(shù)的差異而顯示圖 像。由于其顯示品質(zhì)的優(yōu)越性和高清晰度，有源矩陣液晶顯示器發(fā)展成為常 用的器件。有源矩陣液晶顯示器在每一個(gè)像素中有一個(gè)薄膜晶體管作為開關(guān) 器件，使用一個(gè)電極進(jìn)行開態(tài)和關(guān)態(tài)控制，另一個(gè)電極作為公共電極。圖1所示的是一種薄膜晶體管和陣列基板的俯視圖。此種背溝道腐蝕底柵結(jié)構(gòu)的陣列基板主要由薄膜晶體管、像素電極IO、柵線1以及數(shù)據(jù)線5組 成。薄膜晶體管由柵電極2、柵極絕緣層4、半導(dǎo)體有源層3和源電極6、漏 電極7組成。柵電極2和柵線1直接連接，源電極6和數(shù)據(jù)線5直接連接。 柵線1的一部分凸起部11與像素電極10重疊， 一起形成存儲(chǔ)電容。 一層鈍 化保護(hù)膜8覆蓋在陣列基板表面，薄膜晶體管的漏電極7通過鈍化層8的過 孔9與IT0像素電極10連接。柵線1提供柵電極2的掃描信號(hào)開啟或者關(guān)閉 薄膜晶體管，數(shù)據(jù)線5提供源電極6的數(shù)據(jù)信號(hào)通過薄膜晶體管的溝道傳輸 給漏電極7和與之相連的像素電極10。上述陣列基板可以通過如圖2a至2e所示的傳統(tǒng)5Mask技術(shù)制作。在玻 璃基板上面沉積一層銅金屬薄膜，使用柵極掩模版通過濕法腐蝕方法形成柵 電極2及其引線柵線1，橫截面如圖2a所示；在柵極金屬上連續(xù)沉積柵極絕緣層4和半導(dǎo)體有源層薄膜，使用有源層掩模版形成薄膜晶體管的半導(dǎo)體有源層3，橫截面如圖2b所示；沉積一層源漏金屬薄膜，使用源漏電極掩模版 形成源、漏電極6、 7以及數(shù)據(jù)線5，橫截面圖如圖2c所示；沉積一層鈍化 保護(hù)膜，使用鈍化層掩模版形成鈍化層8及其過孔9，橫截面如圖2d所示； 沉積一層透明導(dǎo)電薄膜，使用像素電極掩模版形成像素電極IO,橫截面圖如 圖2e所示。液晶顯示器件里的薄膜晶體管通常采用非晶硅作為有源層，氮化硅作為 柵極絕緣層。因?yàn)榉蔷Ч杩梢栽?00°C以下的溫度通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相 沉積方法形成，可以在玻璃基板上形成薄膜晶體管的有源層?；瘜W(xué)氣相沉積 形成的非晶硅和氮化硅，具有良好的界面態(tài)性質(zhì)，同時(shí)非晶硅的電子遷移率 達(dá)到0. 5cmVV sec,滿足陣列基板的信號(hào)傳輸和像素電極的充電。所以非晶 硅薄膜晶體管在液晶顯示器得到非常廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在各種尺寸的液晶顯示器件，包括10英寸以下的手機(jī)屏和掌上電腦屏，14英寸至30英寸的筆記本 及電腦屏，以及20英寸以上的大尺寸液晶電視，都使用非晶硅薄膜晶體管作 為顯示像素的開關(guān)控制器件。但是隨著平板顯示產(chǎn)品的推廣和普及，對(duì)于液晶顯示器件的性能要求越 來(lái)越高。液晶顯示器件尤其是液晶電視正向著高亮度和高對(duì)比度的方向發(fā)展， 背光源和彩色濾光片的改進(jìn)可以提高亮度和對(duì)比度，但同時(shí)增加了材料成本 和制造成本。像素結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變化和新材料的使用是提高亮度和對(duì)比度的另 一種途徑。傳統(tǒng)的非晶硅薄膜晶體管由于有源層部分是不透光的，使得像素 區(qū)域面積減少，導(dǎo)致像素開口率下降，降低亮度和對(duì)比度。近年來(lái)顯示器件 在高畫面品質(zhì)和高清晰度發(fā)展迅猛，要求像素面積減小。在非晶硅薄膜晶體 管驅(qū)動(dòng)的液晶顯示器件里，由于非晶硅材料具有光敏特性，使得薄膜晶體管 部分不能接受光照射，彩色濾光片和陣列基板的設(shè)計(jì)需要防止光照射到薄膜 晶體管，以確保薄膜晶體管的準(zhǔn)確工作。另一方面非晶硅吸收可見光，無(wú)法 實(shí)現(xiàn)光照通過薄膜晶體管部分的像素結(jié)構(gòu)。隨著像素區(qū)域面積的減少，像素開口率(像素電極部分對(duì)比不透光的非晶硅薄膜晶體管部分)下降導(dǎo)致透光 率降低和畫面變黑的問題，同時(shí)也增加功耗。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)低開口率的缺陷，提供一種透明薄膜晶體 管形成的陣列基板，提高顯示器件的開口率，實(shí)現(xiàn)更高亮度和更高對(duì)比度的 顯示。本發(fā)明提供一種筒單的制造方法實(shí)現(xiàn)上述顯示器件包括薄膜晶體管形 成的陣列基板，降低能耗。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種透明薄膜晶體管的陣列基板結(jié)構(gòu)，包括一基板；一柵線，形成于所述基板上；一透明柵電極，形成于所述基板上，且部分覆蓋所述柵線；一柵極絕緣層，形成于所述柵線、柵電極和基板之上；一透明半導(dǎo)體有源層，形成于所述柵極絕緣層上；一數(shù)據(jù)線，形成于所述透明半導(dǎo)體有源層之上，與所述柵線交叉定義一像素單元，且數(shù)據(jù)線部分位于所述柵電極對(duì)應(yīng)的透明半導(dǎo)體有源層之上，構(gòu) 成薄膜晶體管的源電極；一像素電極，形成于所述數(shù)據(jù)線和所述柵線交叉定義的像素單元區(qū)域， 且部分位于所述柵電極上方的透明半導(dǎo)體有源層之上，構(gòu)成薄膜晶體管的漏 電極；一鈍化層，形成于所述數(shù)據(jù)線和柵線部分上方的透明半導(dǎo)體有源層之上。 上述方案中，所述透明半導(dǎo)體有源層覆蓋全部所述柵極絕緣層或者僅覆 蓋所述透明柵電極上部的柵極絕緣層。所述柵電極或像素電極的材料為氧化 銦錫、氧化銦鋅或氧化銦等。所述透明半導(dǎo)體有源層的材料優(yōu)選氧化鋅。所 述柵線和所述數(shù)據(jù)線優(yōu)選為鉬/鋁釹/鉬、鋁釹/鉬、鉬/鋁/鉬、鋁/鉬等的金屬薄膜或者金屬薄膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)。該陣列結(jié)構(gòu)還可包括一透明公共電極，形 成于所述基板上，位于所述像素單元的中間部位，透明公共電極的材料為氧 化銦錫、氧化銦鋅或氧化銦等。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明同時(shí)提供一種透明薄膜晶體管的陣列基板結(jié)構(gòu)的制造方法，包括 提供一基板； 在所述基板上形成柵線；在所述基板和柵線上，形成透明柵電極，其中使透明柵電極部分覆蓋所 述柵線；在所述基板、柵線和柵電極之上，形成柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層之上，形成透明半導(dǎo)體有源層； 在所述透明半導(dǎo)體有源層之上，形成數(shù)據(jù)線，且使數(shù)據(jù)線部分位于所述 柵電極對(duì)應(yīng)的透明半導(dǎo)體有源層之上；在所述半導(dǎo)體有源層之上，鈍化保護(hù)膜之間，形成像素電極，其中使部分像 素電極形成于柵電極對(duì)應(yīng)的透明半導(dǎo)體有源層之上。上述方案中，所述形成的透明半導(dǎo)體有源層，使其全部覆蓋所述形成的 柵極絕緣層，也可使其僅覆蓋所述形成的透明柵電極上方的柵極絕緣層。還 可以在形成透明柵電極時(shí)同時(shí)形成透明公共電極。所述形成透明柵電極和透 明公共電極的材料為氧化銦錫、氧化銦鋅或氧化銦。在所述形成透明柵電極 時(shí)同時(shí)形成透明公共電極。所述形成透明半導(dǎo)體有源層的材料優(yōu)選為氧化鋅。 所述形成透明半導(dǎo)體有源層是通過磁控濺射形成，濺射真空度在10Pa以內(nèi)， 基板溫度在20°C至250°C之間，使用氬氣和氧氣的混合氣體作為轟擊離子載 氣。所述形成柵線和形成數(shù)據(jù)線的方法可以相同。所述形成柵極絕緣層和形 成鈍化保護(hù)膜的方法可以相同。所述形成透明柵電極和形成像素電極的方法 可以片目同。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過提供的一種透明的薄膜晶體管形成的陣列 基板結(jié)構(gòu)，有效減少了像素區(qū)域不透光面積，提高了像素開口率，適用于要 求高亮度和高對(duì)比度的大尺寸液晶電視屏。同時(shí)本發(fā)明通過提供一種具有透 明公共電極的陣列基板結(jié)構(gòu)，有效減少了像素區(qū)域的不透光區(qū)域的面積，提 高了像素開口率，適用于要求高亮度和高對(duì)比度的大尺寸液晶電視屏。再者 本發(fā)明通過提供一種5次光刻工藝形成具有透明公共電極的氧化鋅薄膜晶體 管的制造方法，可以使用與現(xiàn)有非晶硅薄膜晶體管工藝相同的設(shè)備和類似的 制造工藝，減少了開發(fā)成本和制造成本。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步更為詳細(xì)地說明。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)TFT-LCD陣列基板上單一像素結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖2a是現(xiàn)有技術(shù)形成柵電極和柵線后圖1中A-A部位橫截面圖； 圖2b是現(xiàn)有技術(shù)形成柵極絕緣層和有源層后圖1中A-A部位橫截面圖； 圖2c是現(xiàn)有技術(shù)形成數(shù)據(jù)線和源漏電極后圖1中A-A部分橫截面圖； 圖2d是現(xiàn)有技術(shù)形成鈍化層過孔后圖1中A-A部位橫截面圖； 圖2e是現(xiàn)有技術(shù)形成像素電極后圖1中A-A部位橫截面圖； 圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例透明薄膜晶體管器件形成的陣列基板上單一像 素結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖4a是本發(fā)明具體實(shí)施例圖3沿著B-B部位的橫截面圖；圖4b是本發(fā)明具體實(shí)施例圖3沿著C-C部位的橫截面圖；圖5a是本發(fā)明制造方法形成柵線和透明柵極后的單一像素俯視圖；圖5b是本發(fā)明制造方法形成柵線和透明柵極后的圖5a沿B-B部位的橫圖5c是本發(fā)明制造方法形成柵線和透明柵極后的圖5a沿C-C部位的橫圖6a是本發(fā)明制造方法形成柵極絕緣層、ZnO層和數(shù)據(jù)線后的單一像素 結(jié)構(gòu)俯視圖；圖6b是本發(fā)明制造方法形成柵極絕緣層、Zn0層和數(shù)據(jù)線后的沿圖6a 中B-B部位的橫截面圖；圖6c是本發(fā)明制造方法形成柵極絕緣層、Zn0層和數(shù)據(jù)線后的沿圖6a 中C-C部位的橫截面圖；圖7a是本發(fā)明制造方法形成鈍化保護(hù)膜后的單一像素結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖7b是本發(fā)明制造方法形成鈍化保護(hù)膜后的沿圖7a中B-B部位的橫截 面圖；圖7c是本發(fā)明制造方法形成鈍化保護(hù)膜后的沿圖7a中C-C部位的橫截 面圖；圖8a是本發(fā)明另一具體實(shí)施例沿著圖3中B-B部位的橫截面圖； 圖8b是本發(fā)明另一具體實(shí)施例沿著圖3中C-C部位的橫截面圖； 圖9a是本發(fā)明另一制造方法形成柵極絕緣層、ZnO層和數(shù)據(jù)線后沿圖6a中B-B部位的橫截面圖；圖9b是本發(fā)明另一制造方法形成柵極絕緣層、ZnO層和數(shù)據(jù)線后沿圖6a中C-C部位的橫截面圖。圖中標(biāo)記1、柵線；2、柵電極；3、半導(dǎo)體有源層；4、柵極絕緣層；5、數(shù)據(jù)線；6、源電極；7、漏電極；8、鈍化層；9、過孔；10、像素電極；11、柵極凸出部；12、透明柵電極；13、透明公共電極；15、氧化鋅薄膜；16、薄膜晶體管的導(dǎo)電溝道。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。需要指出的是附圖中各層 薄膜厚度和區(qū)域大小形狀不反映器件結(jié)構(gòu)的真實(shí)比例，只是為了清楚地示意 說明本發(fā)明內(nèi)容。具體實(shí)施例1圖3所示是本發(fā)明的一種氧化鋅薄膜晶體管形成的陣列基板的一個(gè)像素 單元的俯視圖；圖4a和圖4b分別是薄膜晶體管器件B-B部位和C-C部位的 橫截面圖。結(jié)合圖3、圖4a和圖4b,可以看出該像素單元包括透明基板， 一層金屬薄膜構(gòu)成的柵線1, 一層金屬薄膜構(gòu)成的數(shù)據(jù)線5,相互交叉的柵線 1和數(shù)據(jù)線5定義一個(gè)像素單元。每一像素單元包括 一個(gè)薄膜晶體管器件， 一個(gè)像素電極IO。其中，薄膜晶體管形成于柵線1和數(shù)據(jù)線5的交匯處，它 包括一個(gè)形成于柵線1之上的透明柵電極12、 一個(gè)用作薄膜晶體管源電極的 數(shù)據(jù)線5、 一個(gè)用作薄膜晶體管漏電極的像素電極IO、 一層氧化鋅薄膜15構(gòu) 成的半導(dǎo)體有源層和柵極絕緣層4。其中，透明基板可以是絕緣或?qū)щ姷?，可以是非晶態(tài)或晶態(tài)的。 一種首 選的透明基板是絕緣非晶態(tài)的玻璃基板，被廣泛使用于液晶顯示器件。其它 的透明基板還包括透明無(wú)機(jī)材料如石英、藍(lán)寶石、氧化鎂等，或者透明有機(jī) 材料如高分子樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯等高分子基板。其中柵線1的金屬材 料可以與現(xiàn)有非晶硅薄膜晶體管的柵線金屬材料相同，從鉬、鋁、鋁釹合金、 鉻、鈦、銅等導(dǎo)電材料中選擇，首選柵線1的金屬材料是鉬、鋁釹合金、鉬 三層薄膜形成的復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，其次是鋁釹合金、鉬兩層薄膜形成的復(fù)合薄 膜結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)線5的金屬材料也可以與現(xiàn)有非晶硅薄膜晶體管的柵線金屬材 料相同，從鉬、鋁、鋁釹合金、鉻、鈦、銅等導(dǎo)電材料中選擇，首選數(shù)據(jù)線 5的金屬材料是鉬金屬薄膜，其次是鉬、鋁釹合金、鉬三層薄膜形成的復(fù)合 薄膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的薄膜晶體管與傳統(tǒng)非晶硅薄膜晶體管的不同之處在于， 直接使用像素電極IO作為薄膜晶體管的漏電極，并使用與像素電極類似的材 料形成的透明柵電極12。數(shù)據(jù)線5的一部分完全位于透明柵電極12之上， 形成薄膜晶體管的源電極，像素電極10的一部分位于透明柵電極U之上， 形成薄膜晶體管的漏電極，沒有被數(shù)據(jù)線5和像素電極10覆蓋的透明柵電極 12的部分，其對(duì)應(yīng)的氧化鋅薄膜15構(gòu)成薄膜晶體管的導(dǎo)電溝道16。本發(fā)明的薄膜晶體管的另 一個(gè)特點(diǎn)是使用透明導(dǎo)電材料形成像素存儲(chǔ)電容的公共電極13,透明公共電極13位于像素中部，和像素電極IO構(gòu)成存儲(chǔ)電容，存儲(chǔ) 電容介質(zhì)是氧化鋅薄膜15和柵極絕緣層4。透明公共電極13、透明柵電極 12和像素電極10的材料可以相同或者類似，從氧化銦鋅、氧化銦錫、氧化 銦等材料中選擇，首選透明電極材料是非晶態(tài)氧化銦錫。柵極絕緣層4可以 是傳統(tǒng)非晶硅薄膜晶體管的柵極絕緣層材料氮化硅，也可以從下屬材料中選 擇氧化鋁鈦、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉿等，首選柵極絕緣薄膜是氮化硅。 本發(fā)明的透明半導(dǎo)體有源層，首先為氧化鋅薄膜，因?yàn)檠趸\可以在200°C 以下的溫度形成晶態(tài)薄膜，它可以形成在各種基板之上包括單晶硅和非晶玻 璃，相對(duì)于高溫成膜的氮化物，更具有低成本的量產(chǎn)性。此外，在可見光波 長(zhǎng)范圍內(nèi)具有80%以上透過率的氧化鋅(Zn0)是制作透明半導(dǎo)體器件的一種 優(yōu)良材料，它有3.4電子伏特的直接能帶的禁帶寬度。作為替代方式，透明 半導(dǎo)體有源層也還可以由一般的透明金屬氧化物薄膜或者金屬氮化物構(gòu)成，要求具有較寬的能帶寬度和較高的電子遷移率。能帶寬度決定金屬氧化物對(duì) 于可見光是透明的，并且不吸收可見光，使得構(gòu)成薄膜晶體管有源層的金屬 氧化物在光照下不發(fā)生特性惡化。電子遷移率決定透明金屬氧化物薄膜晶體 管的電流特性，以及薄膜晶體管的開態(tài)和關(guān)態(tài)電流之比，實(shí)現(xiàn)低電壓下的高 開態(tài)電流，降低能耗。更進(jìn)一步，較高的電子遷移率對(duì)于在玻璃上集成驅(qū)動(dòng) 電路是必不可少的。圖4a和圖4b分別是薄膜晶體管器件的橫截面圖和透明公共電極的橫截 面圖。如圖4a所示，在玻璃基板上有一層厚度在100至500納米的金屬薄膜 構(gòu)成柵線1,在柵線1之上有一層厚度在10至200納米之間的透明導(dǎo)電薄膜 構(gòu)成透明柵電極12，透明柵電極12正好覆蓋金屬柵線1，其邊緣部分和柵線 l的邊緣一致。在透明柵電極12和玻璃基板的其它部分之上，有一層厚度在 100至1000納米的透明絕緣薄膜構(gòu)成柵極絕緣層4，除外部電路的柵線引腳 之外，它覆蓋全部透明柵線1、柵電極12和玻璃基板。在柵極絕緣層4之上，有一層厚度在100至500納米的氧化鋅薄膜15,構(gòu)成薄膜晶體管的半導(dǎo)體有 源層，它形成薄膜晶體管的導(dǎo)電溝道16。在氧化鋅薄膜15之上對(duì)應(yīng)于透明 柵電極12的邊緣部分，有一層厚度在100至500納米的金屬薄膜構(gòu)成數(shù)據(jù)線 5,在氧化鋅薄膜15之上對(duì)應(yīng)于透明柵電極12的中心部分，有一層厚度在 10至500納米之間的透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成像素電極10。正如圖3所示的一樣， 像素電極10覆蓋像素區(qū)域，其邊緣部分與柵線1對(duì)齊，和數(shù)據(jù)線5保持1至 20微米的間距，像素電極10和數(shù)據(jù)線5之間的氧化鋅薄膜15形成薄膜晶體 管的導(dǎo)電溝道16。在氧化鋅薄膜15和數(shù)據(jù)線5之上覆蓋一層厚度在100至 500納米之間的絕緣薄膜形成鈍化層8,像素電極10之上沒有鈍化層8。像 素電極10和數(shù)據(jù)線5、透明柵電極12以及它們之間的氧化鋅薄膜15、柵極 絕緣層4共同構(gòu)成薄膜晶體管，控制像素的開啟和關(guān)閉，像素電極10的部分 形成薄膜晶體管的漏電極，數(shù)據(jù)線5的部分形成薄膜晶體管的源電極。如圖4b所示，在玻璃基板之上有一層厚度在100至500納米的金屬薄膜 構(gòu)成柵線1,在柵線1之上有一層厚度在10至200納米之間的透明導(dǎo)電薄膜 構(gòu)成透明柵電極12,在此部分之上形成前述圖4a所示的柵線1和氧化鋅薄 膜晶體管。在另一部分的玻璃基板之上，有一層厚度在10至500納米之間的 透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成透明公共電極13,和圖4a所示的一樣，透明公共電極13 位于像素區(qū)域中間部分和柵線1呈平行配置，線寬是從5微米到像素長(zhǎng)度之 間，和數(shù)據(jù)線1及透明柵電極12有一定間距，在10微米以上的距離以保證 良品率。在透明公共電極13之上有一層厚度在100至1000納米的透明絕緣 薄膜構(gòu)成的柵極絕緣層4，在柵極絕緣層4之上，有一層厚度在50至500納 米之間的構(gòu)成薄膜晶體管的半導(dǎo)體有源層的氧化鋅薄膜15。在氧化鋅薄膜15 之上對(duì)應(yīng)于像素電極10的邊緣部分，有一層厚度在100至500納米的金屬薄 膜構(gòu)成數(shù)據(jù)線5，在氧化鋅薄膜15之上對(duì)應(yīng)于像素區(qū)域的部分，有一層厚度 在10至500納米之間的透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極10。像素電極10及其 對(duì)應(yīng)的透明公共電極13,和二者之間的氧化鋅薄膜15、柵極絕緣層4構(gòu)成像素的存儲(chǔ)電容。如圖4b所示，數(shù)據(jù)線5和透明公共電極13有部分交叉，它 們和交叉部分的氧化鋅薄膜15、柵極絕緣層4構(gòu)成像素的寄生電容，對(duì)于薄 膜晶體管的工作有負(fù)面影響，因此數(shù)據(jù)線5的線寬越小，越有利于減消寄生 電容的影響，也有利于提高像素的開口率。數(shù)據(jù)線5之上覆蓋一層厚度在100 至500納米之間的絕緣薄膜形成鈍化層8,分布于數(shù)據(jù)線5和像素電極10之 間，也分布于相鄰像素電極10之間。本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是使用氧化鋅等透明材料作為薄膜晶體管的半導(dǎo)體有 源層，可以接受光照而不損害薄膜晶體管的工作特性，也可以透過80%以上 的入射光。本發(fā)明的另 一個(gè)特點(diǎn)是使用氧化銦錫或者氧化銦鋅作為薄膜晶體 管的柵電極和漏電極，像素電極的一部分位于透明柵電極之上，形成透明漏 電極，由于氧化銦錫或者氧化銦鋅的透明性，使得薄膜晶體管和像素電極一 樣完全透光，有效增加了像素面積。本發(fā)明第三個(gè)特點(diǎn)是使用同樣的材料形 成薄膜晶體管的源電極和陣列基板的數(shù)據(jù)線，位于透明柵電極之上的數(shù)據(jù)線的部分形成薄膜晶體管的源電極，它位于像素區(qū)域以外。本發(fā)明還可更進(jìn)一 步，在像素區(qū)域設(shè)置存儲(chǔ)電容，且存儲(chǔ)電容的電極均由透明材料構(gòu)成，其上 部電極是像素電極，其下部電極是和透明柵電極一樣材料構(gòu)成公共電極，形 成透明的存儲(chǔ)電容。傳統(tǒng)陣列基板的存儲(chǔ)電容下部電極由和金屬柵線一樣材 料構(gòu)成，使得存儲(chǔ)電容部分不能透光。由于本發(fā)明的薄膜晶體管的半導(dǎo)體有 源層不吸收可見光，不需要形成光線阻擋層(傳統(tǒng)非晶硅薄膜晶體管的顯示 器件中的黑矩陣部分)，薄膜晶體管的工作特性不受透射光影響。因此，本發(fā) 明的薄膜晶體管構(gòu)成的顯示器件，其像素單元具有較少的不透光部分，有著 較高的透光率，像素具有較高的開口率，因此顯示器件具有更高的亮度和對(duì) 比度，畫面品質(zhì)更優(yōu)良。另一方面，透明薄膜晶體管形成更高開口率的像素 結(jié)構(gòu)，使得像素設(shè)計(jì)可以朝減少像素面積的方向發(fā)展，在陣列基板之上可以 形成更多的像素單元，制成具有更高清晰度的顯示器件。下面詳述氧化鋅薄膜晶體管及其陣列基板的制造工藝過程和方法。首先，在整個(gè)玻璃基板的表面通過磁控濺射沉積一層厚度在100納米至500納米的金屬薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)， 一般是鉬/鋁釹/鉬，或者鋁釹/鉬，或者鉬/ 鋁/鉬，鉬金屬薄膜的厚度一般是在10納米至100納米之間，鋁金屬薄膜或 者鋁釹金屬薄膜的厚度一般在100納米至500納米之間。金屬薄膜濺射一般 是在10Pa以下的真空進(jìn)行，濺射功率一般在0. 5至50瓦/平方厘米之間。復(fù) 合金屬薄膜的濺射一般在一個(gè)賊射真空室安裝兩個(gè)金屬靶材實(shí)現(xiàn)連續(xù)沉積。 在濺射設(shè)備形成復(fù)合金屬薄膜時(shí)， 一般使用氬氣作為轟擊離子載氣，氣體流 量和濺射能量取決于賊射真空室和靶材及玻璃基板的大小，對(duì)于1100毫米 x1300毫米的五代玻璃基板而言，柵線金屬薄膜濺射時(shí)的氬氣流量在10sccm 至500sccm之間(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)，濺射時(shí)的等離子功率在10千瓦至 500千瓦之間。通過光刻工藝在柵線金屬薄膜表面形成一層具有柵線圖案的 光刻膠，利用光刻膠作為刻蝕的掩模版，在由醋酸、硝酸、磷酸、以及其它 添加劑的混合液中腐蝕去除多余的金屬薄膜，再在含有異丙醇酒精的剝離液 里通過高壓和噴灑壓力去除光刻膠，形成金屬柵線1。使用不同金屬材料形 成柵線時(shí)，也可以使用不同的腐蝕液體，如雙氧水、硫酸、三價(jià)鐵的酸性溶 液等。后續(xù)工藝步驟中光刻膠的去除一般采用與此相同的剝離液和剝離方法。 在形成柵線1的玻璃基板之上，通過類似柵線金屬薄膜濺射的方式，沉積一 層厚度在10納米至200納米之間的透明導(dǎo)電薄膜，首選透明導(dǎo)電薄膜是氧化 銦鋅或氧化銦錫。成膜條件如真空度和濺射功率與柵線金屬薄膜沉積條件類 似，只是在轟擊離子載氣如氬氣里加入少量氧氣或水蒸氣， 一般氧氣或水蒸 氣的流量在0. lsccm至10sccm之間(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)，通過與前類似 的光刻和腐蝕工藝，形成如圖5a至5c所示的透明柵電極12和透明公共電極 13，透明公共電極13位于相鄰柵線1之間，透明柵電極12的一部分覆蓋柵 線1。氧化銦鋅或氧化銦錫的腐蝕液首選一般是鹽酸和醋酸的混合液，也可 以是硫酸或者鐵的酸性溶液。隨后，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積的方法，在基板上淀積100納米到1000納米的氮化硅薄膜，構(gòu)成如圖6b和6c所示的柵極絕緣層4，柵極絕 緣層材料也可以使用氧化硅和氮氧化硅等。 一般使用曱烷、氨氣、氮?dú)?、?氣作為反應(yīng)氣體形成氮化硅薄膜，成膜真空室的真空度一般在1托至10托之 間，基板溫度一般在300°C至400°C之間，等離子功率一般在0. 05至0. 5瓦/ 平方厘米之間。氣體流量和等離子體功率根據(jù)生產(chǎn)線世代和玻璃尺寸而變化。 也可以使用磁控濺射的方法在100毫托的真空以上，如通入10至500sccm(每 分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)的氬氣作為轟擊離子載氣，適當(dāng)加入少量氧氣(如1至 10sccm)，形成厚度在100納米至1000納米之間的氧化鋁薄膜，構(gòu)成如圖6b 和6c所示的柵極絕緣層14。利用磁控濺射的方法，在柵極絕緣層4之上形 成一層厚度在50至500納米的氧化鋅薄膜15，構(gòu)成如圖6b和6c所示的薄 膜晶體管有源層。濺射室的真空度在100毫托以上，基板溫度控制在2(TC至 250。C之間，使用氬氣和氧氣的混合氣體作為轟擊離子載氣，濺射功率根據(jù)玻 璃基板的尺寸而變化， 一般在0. 1至50瓦/平方厘米之間。柵極絕緣層4和 氧化鋅薄膜15的界面特性對(duì)于薄膜晶體管的工作特性有較大影響， 一般在工 藝過程中會(huì)增加氫等離子體處理步驟，中和懸掛鍵以鈍化界面，如在化學(xué)氣 相沉積或者磁控濺射之前或之后，向真空室通入氫氣加載一定功率，進(jìn)行1 秒至1000秒的等離子轟擊。在氧化鋅薄膜15之上通過磁控濺射的方法，形 成一層厚度在100納米至500納米之間的金屬薄膜或者金屬薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)， 一般是鉬/鋁釹/鉬，或者鉬，或者鉬/鋁/鉬，成膜條件與柵線金屬薄膜形成 條件類似。通過與柵線1類似的制作方法及工藝條件和腐蝕液，通過光刻和 腐蝕形成如圖6a至6c所示的數(shù)據(jù)線5。最后，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積的方法，在基板上淀積100納米 到1000納米的氮化硅薄膜，通過光刻和干法腐蝕形成如圖7b和7c所示的鈍 化保護(hù)膜8。鈍化保護(hù)膜8的成膜條件與柵極絕緣層氮化硅薄膜的沉積條件 類似，其干法腐蝕可以使用六氟化硫、氧氣、和氦氣的混合氣體，通入真空 度在10至500毫托之間的刻蝕室，在20°C至100°C的溫度之間，腐蝕去除未受光刻膠保護(hù)的鈍化保護(hù)膜8，形成如圖7a至7c所示的圖案。使用類似于 透明柵電極12和透明公共電極13的成膜方法和工藝條件及原材料，在基板 上濺射形成一層厚度在10至500納米之間的透明導(dǎo)電薄膜，如氧化銦錫或氧 化銦鋅，通過類似于透明柵電極12和透明公共電極13的光刻腐蝕工藝及腐 蝕液，形成如圖3、圖4a和圖4b所示的薄膜晶體管和像素結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的一種氧化鋅薄膜晶體管及陣列基板，有效減少像素區(qū)域不 透光面積，提高了像素開口率，適用于要求高亮度和高對(duì)比度的大尺寸液晶 電視屏。本發(fā)明提供一種具有透明公共電極的陣列基板，有效減少像素區(qū)域 不透光面積，提高了像素開口率，適用于要求高亮度和高對(duì)比度的大尺寸液 晶電視屏。本發(fā)明提供一種5次光刻工藝形成具有透明公共電極的氧化鋅薄 膜晶體管的制造方法，可以使用與現(xiàn)有非晶硅薄膜晶體管工藝相同的設(shè)備和 類似的制造工藝，減少了開發(fā)成本和制造成本。具體實(shí)施例2本實(shí)施例中，像素區(qū)域的透明氧化物構(gòu)成的半導(dǎo)體有源層15被除去，透 明金屬氧化物的像素電極10形成于柵極絕緣層4之上。圖3所示是本實(shí)施例 的陣列基板上一個(gè)像素單元的俯視圖；圖8a和圖8b分別是薄膜晶體管器件 的橫截面圖和透明公共電極的橫截面圖。與具體實(shí)施例1不同之處在于如 圖8a所示，透明氧化物構(gòu)成的半導(dǎo)體有源層15僅形成于透明柵電極12部分 的柵極絕緣層4之上；而具體實(shí)施例1中的透明氧化物構(gòu)成的半導(dǎo)體有源層 15形成于全部柵極絕緣層4之上。如圖8b所示，像素電極10形成于柵極絕 緣層4之上，數(shù)據(jù)線5形成于柵極絕緣層4之上，在相鄰的像素電極10之間 的鈍化層8形成于柵極絕緣層4之上；與具體實(shí)施例1的像素結(jié)構(gòu)不同之處 在于這些區(qū)域的透明氧化物構(gòu)成的半導(dǎo)體有源層被去除。與前述具體實(shí)施例1的制造工藝比較，此具體實(shí)施例的陣列基板制造工 藝所增加的一個(gè)工藝步驟。使用和前述具體實(shí)施例相同的方法形成柵線1、 透明柵電極12、柵極絕緣層4和透明氧化物半導(dǎo)體有源層15。在通過^f茲控濺射形成氧化鋅薄膜15之后，通過光刻工藝在氧化鋅薄膜15表面形成一層具 有半導(dǎo)體有源層孤島圖案的光刻膠，即光刻膠只覆蓋透明柵電極12之上的氧化鋅薄膜，而其他部分如像素區(qū)域和數(shù)據(jù)線區(qū)域則沒有光刻膠。利用光刻膠 作為刻蝕的掩^t版，在由醋酸、硝酸、磷酸、以及其它添加劑的混合液中腐 蝕去除暴露的氧化鋅薄膜，或者在醋酸、鹽酸、以及其它添加劑的混合液中 腐蝕去除暴露的氧化鋅薄膜，再在含有異丙醇酒精的剝離液里通過高壓和噴 灑壓力去除光刻膠，形成半導(dǎo)體有源層孤島。之后使用和前述具體實(shí)施例相 同的方法形成數(shù)據(jù)線5，此時(shí)的截面圖如圖9a和圖9b所示；最后使用和前 述具體實(shí)施例相同的方法形成鈍化層8和像素電極10。最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，按照需要可使用不同材料和設(shè)備實(shí)現(xiàn)之，即可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案 進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種透明薄膜晶體管的陣列基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一基板；一柵線，形成于所述基板上；一透明柵電極，形成于所述基板上，且部分覆蓋所述柵線；一柵極絕緣層，形成于所述柵線、柵電極和基板之上；一透明半導(dǎo)體有源層，形成于所述柵極絕緣層上；一數(shù)據(jù)線，形成于所述透明半導(dǎo)體有源層之上，與所述柵線交叉定義一像素單元，且數(shù)據(jù)線部分位于所述柵電極對(duì)應(yīng)的透明半導(dǎo)體有源層之上，構(gòu)成薄膜晶體管的源電極；一像素電極，形成于所述數(shù)據(jù)線和所述柵線交叉定義的像素單元區(qū)域，且部分位于所述柵電極上方的透明半導(dǎo)體有源層之上，構(gòu)成薄膜晶體管的漏電極；一鈍化層，形成于所述數(shù)據(jù)線和柵線上方的透明半導(dǎo)體有源層之上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的陣列基板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述透明半導(dǎo)體 有源層覆蓋全部所述柵極絕緣層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列基板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述透明半導(dǎo)體 有源層僅覆蓋所述透明柵電極上部的柵極絕緣層。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列基板結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括一透明公 共電極，形成于所述基板上，位于所述像素單元的中間部位。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陣列基板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述透明公共電 極的材料為氧化銦錫、氧化銦鋅或氧化銦。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的陣列基板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柵 電極或像素電極的材料為氧化銦錫、氧化銦鋅或氧化銦。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的陣列基板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述透 明半導(dǎo)體有源層的材料為氧化鋅。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的陣列基板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柵 線和所述數(shù)據(jù)線為鉬/鋁釹/鉬、鋁釹/鉬、鉬/鋁/鉬、鋁/鉬的金屬薄膜或者 金屬薄膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
9、 一種透明薄膜晶體管的陣列基板結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括 提供一基板；在所述基板上形成柵線；在所述基板和柵線上，形成透明柵電極，其中使透明柵電極部分覆蓋所 述柵線；在所述基板、柵線和柵電極之上，形成柵極絕緣層；在所述柵極絕緣層之上，形成透明半導(dǎo)體有源層；在所述透明半導(dǎo)體有源層之上，形成數(shù)據(jù)線，且使數(shù)據(jù)線部分位于所述 柵電極對(duì)應(yīng)的透明半導(dǎo)體有源層之上；在所述數(shù)據(jù)線和柵線部分的對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體有源層之上，形成鈍化保護(hù)膜；在所述半導(dǎo)體有源層之上，鈍化保護(hù)膜之間，形成像素電極，其中使部 分像素電極形成于柵電極對(duì)應(yīng)的透明半導(dǎo)體有源層之上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于所述形成的透明半 導(dǎo)體有源層，使其全部覆蓋所述形成的柵極絕緣層。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于所述形成的透明半 導(dǎo)體有源層，使其僅覆蓋所述形成的透明柵電極上方的柵極絕緣層。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于在所述形成透明柵 電極時(shí)同時(shí)形成透明公共電極。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征在于所述形成透明柵電 極和透明公共電極的材料為氧化銦錫、氧化銦鋅或氧化銦。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于所述形成透明半導(dǎo) 體有源層的材料為氧化鋅。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造方法，其特征在于所述形成透明半導(dǎo)體有源層是通過磁控濺射形成，濺射真空度在10Pa以內(nèi)，基板溫度在20°C 至250。C之間，使用氬氣和氧氣的混合氣體作為轟擊離子載氣。
16、 根據(jù)權(quán)利要求9至15任一所述的制造方法，其特征在于所述形成 柵線和形成數(shù)據(jù)線的方法相同。
17、 根據(jù)權(quán)利要求9至15任一所述的制造方法，其特征在于所述形成 柵極絕緣層和形成鈍化保護(hù)膜的方法相同。
18、 根據(jù)權(quán)利要求9至15任一所述的制造方法，其特征在于所述形成 透明柵電極和形成像素電極的方法相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種透明薄膜晶體管的陣列基板結(jié)構(gòu)，包括基板；形成于基板上的柵線；形成于基板上，且部分覆蓋柵線的透明柵電極；形成于柵線、柵電極和基板之上的柵極絕緣層；形成于柵極絕緣層上的透明半導(dǎo)體有源層；形成于透明半導(dǎo)體有源層之上的一數(shù)據(jù)線，與柵線交叉定義一像素單元，且數(shù)據(jù)線部分位于柵電極對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體有源層之上，構(gòu)成薄膜晶體管的源電極；形成于像素單元區(qū)域的像素電極，且部分位于柵電極上方的透明半導(dǎo)體有源層之上，構(gòu)成薄膜晶體管的漏電極；形成于數(shù)據(jù)線和柵線部分上方的透明半導(dǎo)體有源層之上的鈍化層。本發(fā)明同時(shí)公開了該陣列基板結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明能提高顯示器件的開口率，實(shí)現(xiàn)更高亮度和更高對(duì)比度的顯示。
文檔編號(hào)H01L23/52GK101325201SQ200710118879
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者龍春平 申請(qǐng)人:北京京東方光電科技有限公司