CN100573883C - 一种薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种薄膜晶体管包括:一种薄膜晶体管,包括一基板;一形成在基板之上的栅极扫描线;一形成在栅极扫描线之上的栅极绝缘层;其还包括:一有源层,该有源层处于栅极扫描线之上;一数据线和漏电极,形成在所述栅极绝缘层上,并搭载于所述有源层之上;一钝化层,形成在数据线和漏电极上,在漏电极上形成接触孔;一像素电极,形成在钝化层上,通过所述漏电极上的接触孔与漏电极相连接;其中,所述数据线作为晶体管的源电极。本发明还提供了所述薄膜晶体管的制造方法。本发明所述薄膜晶体管能够降低栅极扫描线和数据线的电容阻抗、提高液晶像素电极上的电荷保持特性、提高显示单元的开口率、从而增强TFT LCD的显示品质。

Description

一种薄膜晶体管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管,尤其涉及一种用于液晶显示器(TFT LCD)上的薄膜晶体管的结构及其制造方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)以其轻薄、节能、环保等特点逐渐成为当前各类显示器件发展的主流。
图1为现有技术中的一种薄膜晶体管液晶显示器阵列基板显示单元的结构示意图。图1A和图1B分别为晶体管在纵向和横向放置的结构示意图。如图1A和1B所示,现有的显示单元结构主要包括:一基板(图中未示),在该基板上形成的第一金属层,该金属层作为栅极扫描线10、栅电极20和公共电极线30;在栅电极20上形成的栅电极绝缘层和有源层40;在有源层40上形成一第二金属层,该第二金属层作为信号线、源电极50和漏电极60;在信号线以及同层的源电极50和漏电极60上形成一钝化层;在漏电极60上方的钝化层上形成过孔70;形成于钝化层上的透明像素电极通过钝化层过孔与漏电极60连接。此外,该显示单元结构还包括用第一金属层制成的遮光条110。
如图1A和1B所示,栅极扫描线10和数据线80之间的耦合电容主要有两部分组成:一部分是在栅极扫描线10和数据线80交叉区域上直接形成的平行板电容;另一部分是栅极扫描线10上晶体管区域由晶体管源电极50和栅极扫描线之间形成的平行板电容。这里的源电极50通过金属连线与数据线80相连接。上述两部分电容共同起作用使得栅极扫描线10和数据线80的阻抗都比较大,为了使栅极扫描线10和数据线80达到一定的写入能力,需要同时放大栅极扫描线和数据线的宽度。这样就导致了显示单元的开口率下降。
如图2所示,在薄膜晶体管源电极5和漏电极6两端的有源层伸出栅电极2,直接暴露在薄膜晶体管液晶显示器阵列基板背面的光照范围内。由于薄膜晶体管有源层的氢化非晶硅9(a-Si:H)对光十分敏感,当光照射到晶体管有源层时会在氢化非晶硅内激发产生电子-空穴对,从而降低器件的截止电阻。所述的激发产生的电子-空穴对通常称为光生载流子。在晶体管源电极电压和漏电极电压的作用下,晶体管会形成一定大小的以漏电流,从而影响液晶像素上的电荷保持特性。
此外,在晶体管沟道长度方向有源层的尺寸比晶体管沟道宽度还要大出4个微米左右。这就增加了晶体管与栅电极之间的重叠面积,从而增大了栅极扫描线和数据线之间的耦合电容。
图3A-3E给出了传统的基于5张掩膜板工艺的薄膜晶体管制造流程:
图3A为形成栅极栅电极;图3B为形成栅电极绝缘层和有源层;图3C中为形成了源电极和漏电极;图3D形成钝化层并形成漏电极上的过孔;图3E形成像素电极。上述步骤中除了绝缘层和钝化层之外,形成每一层的图形都要经历薄膜沉积、光刻和腐蚀三道主要工序。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的薄膜晶体管及其制造方法,能够降低栅极扫描线和数据线的电容阻抗、提高液晶像素电极上的电荷保持特性、提高显示单元的开口率、从而增强TFT LCD的显示品质。
为达上述目的,本发明提供了一种薄膜晶体管包括:一种薄膜晶体管,包括一基板;一形成在基板之上的栅极扫描线;一形成在栅极扫描线之上的栅极绝缘层;其还包括:
一有源层,该有源层处于栅极扫描线之上;
一数据线和漏电极,形成在所述栅极绝缘层上,并搭载于所述有源层之上;
一钝化层,形成在数据线和漏电极上,在漏电极上形成接触孔;
一像素电极,形成在钝化层上,通过所述漏电极上的接触孔与漏电极相连接;
其中,所述数据线作为晶体管的源电极。
较佳地,栅极扫描线的宽度大于有源层的宽度。
更佳地,所述有源层沿所述数据线放线的长度为晶体管沟道的宽度。
为达上述目的,本发明还提供了一种薄膜晶体管的制造方法;包括如下步骤:
(1)在玻璃基板上沉积栅极扫描线薄膜,通过光刻和腐蚀工艺,形成栅电极扫描线;
(2)在完成步骤(1)的基板上沉积栅电极绝缘层薄膜和非晶硅薄膜,通过光刻和腐蚀工艺,形成硅岛;
(3)在完成步骤(2)的基板上沉积一层金属薄膜,通过光刻和腐蚀工艺,形成数据线和漏电极;
(4)在完成步骤(3)的基板上沉积一层钝化层,通过光刻和腐蚀工艺形成漏极部分的钝化层接触孔;
(5)在完成步骤(4)的基板上沉积一层透明导电薄膜,通过光刻和腐蚀工艺,覆盖漏电极上的接触孔,形成像素电极。
本发明的这种设计不需要额外从数据线再接出一条金属线来进行数据线和源电极之间的连接。
附图说明
图1A为现有的晶体管纵向放置的薄膜晶体管液晶显示器阵列基板显示单元的结构示意图。
图1B为现有的晶体管横向放置的薄膜晶体管液晶显示器阵列基板显示单元的结构示意图。
图2为图1A中A-A’向的晶体管截面示意图。
图3A~3E为现有的5MASK工艺的晶体管制造流程图。
图4为本发明的薄膜晶体管的结构示意图。
图5为本发明的薄膜晶体管沟道宽度方向的示意图。
图6为图5的本发明的薄膜晶体管沟道长度方向(A-A’向)的截面图。
图7为现有的从数据线上引出到晶体管漏极金属线的传统晶体管结构示意图。
图8为栅极扫描线与数据线的电容关系图。
图9为本发明的薄膜晶体管结构的不同层之间位置偏移的特性示意图。
图10A为现有技术中薄膜晶体管的有源层的覆盖面积示意图。
图10B为本发明的薄膜晶体管的有源层的覆盖面积示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例,对本发明进行进一步地详细说明。
实施例1
图4给出了本发明的薄膜晶体管结构示意图。晶体管2的位置在栅极扫描线1和数据线8的交叉区域。晶体管2的有源层完全处于栅极扫描线1之上,不存在暴露于来自薄膜晶体管液晶显示器阵列基板背面的光照范围内的部分。晶体管2的沟道长度方向平行于数据线8,而晶体管2的沟道宽度方向平行于扫描线1。在本发明提出的晶体管2中,有源层平行于数据线8的那部分尺寸大小就是晶体管的宽度大小。交叉区域中的栅极扫描线1的宽度大于晶体管的沟道宽度w。在晶体管的宽度方向上源电极和漏电极完全搭载于有源层之上,并且该有源层还分别跨过源电极和漏电极若干微米。这个跨过的距离取决于源电极、漏电极与有源层之间的位置偏移量。此外,在薄膜晶体管结构中,与栅极扫描线1交叉的那部分数据线8作为该晶体管的源电极。像素电极连线9作为漏电极,这种设计不需要额外从数据线再接出一条金属线来进行数据线和源电极之间的连接。在薄膜晶体管漏电极上实现钝化层过孔之后,使漏电极与透明的像素电极相连接,从而达到作为液晶显示单元开关用的功能。
如图5,为本发明薄膜晶体管沟道宽度方向的示意图。栅极扫描线1交叉部的宽度V大于有源层的宽度v,而晶体管有源层沿数据线8方向的长度就是晶体管沟道的宽度w,既v的宽度。
如图6所示,为图5的薄膜晶体管A-A’向的截面图。包括一位于最底层的玻璃基板100,形成在基板100之上的为栅极扫描线1;一形成在栅极扫描线1之上的栅极绝缘层6;另在栅极绝缘层6上还具有一层有源层10,在本实施例中为本征非晶硅层10,有源层10处于栅极扫描线1之上;在有源层10上为一参杂的非晶硅层11,其宽度窄于本征非晶硅层10,分为两小段,数据线8和像素电极连线9分别位于参杂的非晶硅层11之上,此处,数据线8作为源电极,像素电极连线9作为漏电极,分别搭载于所述有源层10之上。
将图5和图7作比较可以看出,图7中的黑色点圈所示,现有的晶体管结构是从数据线8上引出一金属线到晶体管漏电极。这部分数据线电位将会产生数据线上液晶电容,数据线和公共电极线之间的寄生电容,以及数据线和像素电极之间的寄生电容。而采用了如图5的晶体管结构后,不需要额外从数据线再接出一条金属线来进行数据线和源电极之间的连接。上述电容即被消除。
如图8所示,把扫描线1与数据线8的交叉部电容和晶体管2上与数据线8相连那一半的扫描线与数据线电容合二为一。只剩下黑色点圈所示部分的扫描线与数据线的交叉部电容。这种结构同时大大降低了扫描线和数据线的负载电容。
如图9所示,无论数据线8与非晶硅层11的位置偏移量为多少,显示屏内所有晶体管的寄生电容都一样。晶体管面内均一性好。前面所述晶体管的寄生电容包括晶体管上与像素电极相连那一半的晶体管电容和晶体管上与数据线相连那一半的扫描线与数据线电容。
对比图10A和图10B,如图10A为传统的结构示意图,图10B则是去掉传统晶体管宽度方向两侧若干微米非晶硅层,减小了源电极和漏电极与非晶硅层之间的接触面积。这种结构特点在缩小晶体管所需占用面积的同时消除了容易形成漏电流的几个地方。
结合薄膜晶体管液晶显示器中显示单元的整体结构,上述薄膜晶体管结构可以通过以下步骤制造完成。
首先,使用磁控溅射方法,在透明玻璃基板上沉积一层厚度在
Figure C20071004299100071
Figure C20071004299100072
的栅极扫描线层。这一金属层的材料可以使用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或者铜等金属。也可以使用上述几种材料薄膜的组合。用栅极扫描线层掩膜板通过曝光工艺和腐蚀工艺形成栅极扫描线、公共电极线和遮光条等图案。
接着,利用化学汽相沉积的方法在完成第一金属层图案的阵列基板上连续沉积厚度在
Figure C20071004299100073
Figure C20071004299100074
的栅电极绝缘层薄膜和厚度在
Figure C20071004299100076
的非晶硅薄膜。栅电极绝缘层薄膜材料可以使用氮化硅,也可以使用氧化硅和氮氧化硅等。用有源层的掩膜板进行曝光后对非晶硅层进行腐蚀工艺,形成硅岛。
接着,在阵列基板上沉积一层厚度在
Figure C20071004299100078
的数据线层薄膜。通过数据线层掩膜板在一定区域内形成数据线和漏电极等图案。
接着,在整个阵列基板上沉积一层厚度在
Figure C200710042991000710
的钝化层。其材料可以是氮化硅,也可以是氧化硅或者氮氧化硅。通过钝化层的掩膜板,利用曝光工艺和腐蚀工艺在晶体管的漏电极上形成钝化层过孔。
最后,在基板上沉积一层厚度在
Figure C200710042991000711
的透明导电层薄膜。其材料主要是氧化铟锡ITO(Indium Tin Oxide)。使用透明导电层掩膜板,通过曝光工艺和腐蚀工艺,形成像素电极图案。如图4所示,像素电极覆盖到公共电极线上面后,以钝化层为介质形成公共电极线和像素电极之间的存储电容。
以上所提出实施例为一种实现方法,也可以有其它的实现方法,通过选择不同的材料或材料组合完成。
最后应该说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当按照需要可使用不同材料和设计实现之,即可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种薄膜晶体管,包括一基板;一形成在基板之上的栅极扫描线;一形成在栅极扫描线之上的栅极绝缘层;其特征在于,还包括:
一有源层,该有源层处于栅极扫描线之上;
一数据线和漏电极,形成在所述栅极绝缘层上,并搭载于所述有源层之上;
一钝化层,形成在数据线和漏电极上,在漏电极上形成接触孔;
一像素电极,形成在钝化层上,通过所述漏电极上的接触孔与漏电极相连接;
其中,所述数据线作为晶体管的源电极。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管,其特征在于:栅极扫描线的宽度大于有源层的宽度。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管,其特征在于:所述有源层沿所述数据线放线的长度为晶体管沟道的宽度。
4.如权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法;,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在玻璃基板上沉积栅极扫描线薄膜,通过光刻和腐蚀工艺,形成栅电极扫描线;
(2)在完成步骤(1)的基板上沉积栅电极绝缘层薄膜和非晶硅薄膜,通过光刻和腐蚀工艺,形成硅岛;
(3)在完成步骤(2)的基板上沉积一层金属薄膜,通过光刻和腐蚀工艺,形成数据线和漏电极;
(4)在完成步骤(3)的基板上沉积一层钝化层,通过光刻和腐蚀工艺形成漏极部分的钝化层接触孔;
(5)在完成步骤(4)的基板上沉积一层透明导电薄膜,通过光刻和腐蚀工艺,覆盖漏电极上的接触孔,形成像素电极。
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