CN102496618A - 像素结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种像素结构及其制作方法，包括一基板、一扫描线、一栅极、一绝缘层、一半导体信道、一数据线、一源极、一漏极、一保护层、一像素电极以及一连接电极。绝缘层设置于扫描线、栅极与基板上，对应栅极的半导体信道以及数据线设置于绝缘层上，其中数据线与扫描线未重迭。源极与漏极设置于半导体信道上。设置于源极、漏极与数据线上的保护层具有一第一接触洞部分暴露出漏极，以及复数个第二接触洞部分暴露出数据线或扫描线。设置于保护层上的像素电极经由第一接触洞与漏极电性连接，而设置于保护层上的连接电极则经由第二接触洞与数据线或扫描线电性连接。

Description

像素结构及其制作方法

技术领域

    本发明是关于一种像素结构及其制作方法，尤指一种可节省光罩数目的制作像素结构的方法及像素结构。

背景技术

薄膜晶体管(thin film transistor, TFT)已经广泛地应用于主动阵列式平面显示面板中作为主动组件，用以驱动主动式液晶显示面板、主动式有机电激发光显示面板等装置。公知的薄膜晶体管包含一栅极、一源极、一漏极以及作为晶体管信道的一半导体层，以现有的制作技术制作薄膜晶体管时，通常需要五道以上的微影制程来定义出薄膜晶体管各个组件的图案。以五道光罩制程为例，其中第一道光罩制程是用以定义一第一金属层，以形成扫描线与薄膜晶体管的栅极等构件；第二道光罩制程是用以定义出薄膜晶体管的半导体层；第三道光罩制程是用以定义一第二金属层，以形成数据线与薄膜晶体管的源极与漏极等构件；第四道光罩制程是用来图案化一绝缘保护层，以形成接触孔；第五道光罩制程则是用来图案化一透明导电层，以形成像素电极。

为了减少光罩使用数目以简化制程，目前在定义薄膜晶体管组件图案时常见使用灰阶光罩(half-tone mask)来当作制备薄膜晶体管的第二道光罩，灰阶光罩包含一透明基板以及设于透明基板上的一遮蔽图案与一半透区域(half-tone region)，其中遮蔽图案是用于定义薄膜晶体管漏极和源极的图案，而半透区域是用于定义位于源极和漏极下方的半导体层的图案，以取代五道光罩制程中的第二道光罩及第三道光罩，也就是说，在制作薄膜晶体管时，仅需四次微影制程即可完成薄膜晶体管的制作。然而，灰阶光罩的价格较一般光罩昂贵，不利于降低生产成本。因此，如何在薄膜晶体管制程中同时减少光罩使用数目并节省生产成本实为相关技术者所欲改进的课题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种像素结构及其制作方法，以节省像素结构中薄膜晶体管的生产成本，其中使用一般光罩取代灰阶光罩以定义薄膜晶体管的组件图案。

本发明的一较佳实施例是提供一种制作像素结构的方法，其步骤如下。提供一基板，且于基底上形成一扫描线以及一栅极。于基板、扫描线与栅极上依序形成一绝缘层与一半导体层，接着，于半导体层上形成一金属层。在金属层上形成一第一图案化光阻层，其中第一图案化光阻层具有一平坦的顶面。蚀刻未被第一图案化光阻层覆盖的金属层，以形成一电极图案以及一数据线。蚀刻未被第一图案化光阻层覆盖的半导体层，以形成一半导体信道，其中数据线与扫描线未重迭。对第一图案化光阻层进行一灰化(ashing)制程，以缩减第一图案化光阻层的厚度而形成一第二图案化光阻层，其中第二图案化光阻层部分暴露出电极图案，且第二图案化光阻层的一顶面与电极图案的一顶面为共平面(coplanar)。蚀刻未被第二图案化光阻层覆盖的电极图案以形成一源极与一漏极，之后，去除第二图案化光阻层。于源极、漏极与数据线上形成至少一保护层，其中保护层具有一第一接触洞部分暴露出漏极，以及复数个第二接触洞部分暴露出数据线或扫描线。于保护层上形成一图案化透明导电层，其中图案化透明导电层包括一像素电极经由第一接触洞与漏极电性连接，以及一连接电极经由第二接触洞与数据线或扫描线电性连接。

本发明的一较佳实施例是提供一种像素结构，包括一基板、一扫描线、一栅极、一绝缘层、一半导体信道、一数据线、一源极、一漏极、一保护层、一像素电极以及一连接电极。扫描线以及栅极设置于基板上，且绝缘层设置于扫描线、栅极与基板上。半导体信道设置于绝缘层上并对应栅极。数据线设置于绝缘层上，其中数据线与扫描线未重迭。源极与漏极设置于半导体信道上。保护层设置于源极、漏极与数据线上，其中保护层具有一第一接触洞部分暴露出漏极，以及复数个第二接触洞部分暴露出数据线或扫描线。设置于保护层上的像素电极是经由第一接触洞与漏极电性连接，而设置于保护层上的连接电极则是经由第二接触洞与数据线或扫描线电性连接。

本发明提出一种像素结构及其制作方法，其使用一非灰阶光罩取代灰阶光罩，并利用四道光罩制程完成像素结构中薄膜晶体管，可大幅节省生产成本。另外，像素结构的数据线与扫描线不互相重迭，而改用连接电极以电性连接位于扫描线两侧且彼此分离的数据线，或是电性连接位于数据线两侧且彼此分离的扫描线，可避免因扫描线与数据线重迭(跨线)造成位于上方的数据线的断线，有利于数据线可持续正常传递信号至相对应的像素结构。

附图说明

图1至图14绘示了本发明的第一较佳实施例的像素结构的制作方法示意图。

图15至图16绘示了本发明的第二较佳实施例的像素结构的制作方法示意图。

具体实施方式

为使熟习本发明所属技术领域的一般技艺者能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。

请参考图1至图14。图1至图14绘示了本发明的第一较佳实施例的像素结构的制作方法示意图，其中图1、图5、图9、图11与图13是以上视型式绘示，而图2至图4、图6至图8、图10、图12与图14是以剖面型式绘示。

图2绘示了本发明的一较佳实施例的像素结构沿图1A-A’线段及B- B’线段的剖面示意图。如图1及图2所示，提供一基板10，基板10可以是硬质基板例如玻璃基板、石英基板、塑料基板等，也可以是其它可挠式材质的软质基板。接着，形成一扫描线12以及一栅极14于基板10上，其中形成扫描线12以及栅极14的方法可包括藉由物理气相沉积例如溅镀(sputtering)、蒸镀(evaporation)，或化学气相沉积或其它薄膜沈积技术于基板10上全面形成一导电层(图未示)。之后，进行一图案化制程例如一微影蚀刻制程，以形成扫描线12以及栅极14。扫描线12与栅极14电性连接，且共同形成一连续线段。

如图3所示，于基板10、扫描线12与栅极14上依序形成一绝缘层16与一半导体层18，且于半导体层18上形成一金属层22。绝缘层16的材料可包括例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其它介电材料，但不以此为限；半导体层18可为一非晶硅(amorphous silicon)层或其它半导体材料；金属层22的材料可包括铝、钼、铬、钨、铜或上述金属的组合，但不以此为限。此外，为降低金属层22与半导体层18之间的阻抗值，在形成金属层22之前，也可选择性先于半导体层18上形成一奥姆接触层20 (ohmic contact layer)。

如图4所示，于金属层22上形成一第一图案化光阻层24，其中第一图案化光阻层24具有一平坦的顶面S1，且栅极14完全被第一图案化光阻层24所覆盖。另外，第一图案化光阻层24与扫描线12较佳是未重迭，但不以此为限，亦可为部分重迭。形成第一图案化光阻层24的方法例如先于金属层22上形成一光阻层(图未示)，由于光阻层的自行平坦化性质，此时光阻层具有平坦的顶面；然后利用一非灰阶光罩进行微影蚀刻制程加以形成第一图案化光阻层24。由于非灰阶光罩中各区可通过的曝光量相同，因此第一图案化光阻层24仍具有一平坦的顶面。如图4所示，第一图案化光阻层24的厚度随金属层22的表面起伏而变化，更详细地说，第一图案化光阻层24的厚度与基板10上已形成的结构的厚度的关系为反比，例如第一图案化光阻层24在栅极14上方的厚度h1是小于第一图案化光阻层24在栅极14两侧上方的厚度h2。另外，第一图案化光阻层24位于扫描线12上方的部分金属层22的两侧，且第一图案化光阻层24的顶面较佳是高于金属层22的顶面。本实施例较佳是使用同一光罩定义栅极14上方及扫描线12上方的第一图案化光阻层24，但不以此为限。

图6绘示了本发明的一较佳实施例的像素结构沿图5A-A’线段及B- B’线段的剖面示意图。如图5及图6所示，接着去除未被第一图案化光阻层24覆盖的金属层22，以形成一电极图案26以及一数据线28，并暴露出部分奥姆接触层20。去除部分金属层22的方法可包括进行一湿蚀刻制程。电极图案26对应于栅极14，亦即电极图案26与栅极14重迭。数据线28包括一第一数据线段32与一第二数据线段34彼此分离并分别位于扫描线12的两侧。之后，如图7所示，去除未被第一图案化光阻层24覆盖的奥姆接触层20，以及去除未被第一图案化光阻层24覆盖的半导体层18，以形成一半导体信道30，并暴露出部分绝缘层16。去除部分奥姆接触层20与部分半导体层18的方法可包括进行一干蚀刻制程。其中数据线28与扫描线12未重迭。

如图8所示，在去除未被第一图案化光阻层24覆盖的部分金属层22、部分奥姆接触层20与部分半导体层18后，对第一图案化光阻层24进行一灰化(ashing)制程，以缩减第一图案化光阻层24的厚度而形成一第二图案化光阻层36。更详细地说，由于位于栅极14上方的第一图案化光阻层24的厚度h1小于位于栅极14两侧上方的第一图案化光阻层24的厚度h2，因此进行灰化制程后，栅极14上方的第一图案化光阻层24会先被完全去除，而只留下栅极14两侧上方的第一图案化光阻层24，以形成第二图案化光阻层36。而位于扫描线12上方的第一图案化光阻层24也经由此灰化制程部分去除，以形成厚度较小的第二图案化光阻层36，扫描线12上方的第二图案化光阻层36较佳是不暴露其下方的不连续的数据线28例如第一数据线段32与第二数据线段34。此时，栅极14上方的第二图案化光阻层36部分暴露出电极图案26，且此第二图案化光阻层36的一顶面S3与电极图案26的一顶面S4为共平面(coplanar)，也就是说第二图案化光阻层36的顶面S3较佳是与电极图案26的顶面S4相邻且接触。

图10绘示了本发明的一较佳实施例的像素结构沿图9A-A’线段及B- B’线段的剖面示意图。如图9及图10所示，接下来去除未被栅极14上方的第二图案化光阻层36覆盖的电极图案26以形成一源极38与一漏极40，以及去除未被此第二图案化光阻层36覆盖且位于源极38与漏极40中间的奥姆接触层20。其方法可包括进行一湿蚀刻制程去除部分电极图案36至暴露出奥姆接触层20，接着进行一干蚀刻制程去除部分奥姆接触层20至暴露出半导体信道30，其中暴露出的半导体信道30可作为后续完成的薄膜晶体管的电子信道，且半导体信道30的长宽比可藉由栅极14的宽度可以调整。另一方面，位于扫描线12上方的第二图案化光阻层36完全覆盖第一数据线段32与第二数据线段34，因此可避免去除部分电极图案26以及源极38与漏极40中间的奥姆接触层20时，对已形成的第一数据线段32与第二数据线段34造成损伤。

图12绘示了本发明的一较佳实施例的像素结构沿图11A-A’线段及B- B’线段的剖面示意图。如图11及图12所示，去除第二图案化光阻层36，并于源极38、漏极40与数据线28上形成至少一保护层42，其中保护层42具有一第一接触洞44部分暴露出漏极40，以及复数个第二接触洞46部分暴露出数据线28，其中保护层42的第二接触洞46是分别部分暴露出第一数据线段32与第二数据线段34。图14绘示了本发明的一较佳实施例的像素结构沿图13A-A’线段及B- B’线段的剖面示意图。最后，如图13及图14所示，于保护层42上形成一图案化透明导电层，其中图案化透明导电层包括一像素电极48以及一连接电极50。像素电极48经由第一接触洞44与漏极40电性连接，而连接电极50经由第二接触洞46与数据线28电性连接，更详细地说，连接电极50是经由第二接触洞46与第一数据线段32以及第二数据线段34电性连接。至此，完成像素结构52中的薄膜晶体管的四道光罩制程。

请再参考图13及图14。如图13及图14所示，本实施例的一种像素结构52，包括一基板10、一扫描线12、一栅极14、一绝缘层16、一半导体信道30、一数据线28、一源极38、一漏极40、一保护层42、一像素电极48以及一连接电极50。扫描线12以及栅极14设置于基板10上，且绝缘层16设置于扫描线12、栅极14与基板10上。半导体信道30设置于绝缘层16上并对应栅极14。数据线28设置于绝缘层16上，其中数据线28与扫描线12未重迭。在本实施例中，数据线28包括一第一数据线段32与一第二数据线段34彼此分离并分别位于扫描线12的两侧。源极38与漏极40设置于半导体信道30上。为降低源极38/漏极40与半导体信道30之间的阻抗值，像素结构52可还包括一奥姆接触层20，位于源极38与半导体信道30之间，以及位于漏极40与半导体信道30之间。保护层42设置于源极38、漏极40与数据线28上，且保护层42具有一第一接触洞44部分暴露出漏极40，以及复数个第二接触洞46部分暴露出数据线28，其中，保护层42的第二接触洞46是分别部分暴露出第一数据线段32与第二数据线段34。此外，设置于保护层42上的像素电极48是经由第一接触洞44与漏极40电性连接，而设置于保护层42上的连接电极50则是经由第二接触洞46与数据线28电性连接，更详细地说，连接电极50经由第二接触洞46分别与第一数据线段32以及第二数据线段34连接，使第一数据线段32与第二数据线段34透过连接电极50电性连接。值得注意的是，本发明的像素结构52中数据线28与扫描线12不互相重迭，而改以连接电极50电性连接位于扫描线12两侧的数据线段，可避免数据线28与扫描线12互相重迭时，位于上方的数据线28会因其下方的其它结构的总厚度过厚而在跨线处发生断线，有利于保持数据线28的正常功能。

本发明的像素结构并不以上述实施例为限。下文将依序介绍本发明的其它较佳实施例的像素结构制作方法，且为了便于比较各实施例的相异处并简化说明，在下文的各实施例中使用相同的符号标注相同的组件，且主要针对各实施例的相异处进行说明，而不再对重复部分进行赘述。

请参考图15至图16，图15至图16绘示了本发明的第二较佳实施例的像素结构的制作方法示意图，其中图15绘示了本实施例的像素结构的上视图，而图16为沿图15A-A’线段与B-B’线段绘示的剖面示意图。如图15至图16所示，在第二实施例中，形成像素结构54的方法包括：提供一基板10，且形成一扫描线56以及栅极14于基板10上。与第一实施例不同之处在于，扫描线56为一不连续线段，包括彼此分离的一第一扫描线段62与一第二扫描线段64，而栅极14与第一扫描线段62电性连接且共同组成一连续线段。接着，于基板10、扫描线56与栅极14上依序形成一绝缘层66与一半导体层18，且于半导体层上形成一金属层(图未示)。在形成金属层之前，也可选择性于半导体层18上形成奥姆接触层20。然后，形成一第一图案化光阻层(图未示)于金属层上，且第一图案化光阻层是利用非灰阶光罩加以形成。因此，第一图案化光阻层具有一平坦的顶面。第一图案化光阻层完全重迭栅极14，且第一图案化光阻层与扫描线56较佳为完全不重迭，但不以此为限，亦可为部分重迭。以第一图案化光阻层为屏蔽，去除未被第一图案化光阻层覆盖的金属层，以形成一电极图案(图未示)以及一数据线58，其中数据线58与扫描线56未重迭，扫描线56包括第一扫描线段62与第二扫描线段64彼此分离并分别位于为一连续线段的数据线58的两侧。

之后形成半导体信道、源极与漏极的方式与第一实施例相似，请一并参考前述相关说明、图7、图8以及图10，去除未被第一图案化光阻层覆盖的半导体层18与奥姆接触层20，以形成位于栅极14上方的半导体信道30，并暴露出部分绝缘层66。然后，对第一图案化光阻层进行一灰化制程，以缩减第一图案化光阻层的厚度而形成一第二图案化光阻层(图未示)，其中第二图案化光阻层部分暴露出电极图案，且第二图案化光阻层的一顶面与电极图案的一顶面为共平面。再去除未被第二图案化光阻层覆盖的电极图案以形成源极38与漏极40，随后去除第二图案化光阻层。

于源极38、漏极40与数据线58上形成至少一保护层70，其中保护层70具有第一接触洞44部分暴露出漏极40，以及复数个第二接触洞72部分暴露出扫描线56。于保护层70上形成一图案化透明导电层，其中图案化透明导电层包括像素电极48经由第一接触洞44与漏极40电性连接，以及一连接电极60经由第二接触洞72与扫描线56电性连接。与第一实施例不同之处在于，绝缘层66具有复数个第三接触洞74，第三接触洞74分别与保护层70的第二接触洞72对应并分别部分暴露出第一扫描线段62与第二扫描线段64，在本实施例中，连接电极60是经由第二接触洞72以及第三接触洞74与第一扫描线段62以及第二扫描线段64电性连接。至此，完成像素结构54中的薄膜晶体管的四道光罩制程。本发明使用非灰阶光罩取代灰阶光罩完成像素结构54中薄膜晶体管的制程，以节省光罩成本。

如图15与图16所示，第二实施例的像素结构54，包括基板10、扫描线56、栅极14、绝缘层66、半导体信道30、数据线58、源极38、漏极40、保护层70、像素电极48以及连接电极60。与第一实施例的像素结构52不同之处在于，扫描线56包括第一扫描线段62与第二扫描线段64彼此分离并分别位于数据线58的两侧。保护层70设置于源极38、漏极40与数据线58上，且保护层70具有第一接触洞44部分暴露出漏极40，以及复数个第二接触洞72部分暴露出扫描线56，值得注意的是，绝缘层66设置于扫描线56与保护层70之间，因此为使第二接触洞72暴露出扫描线56，绝缘层66需另具有复数个第三接触洞74分别与保护层70的第二接触洞72对应，使绝缘层66的第三接触洞74分别与相对应的保护层70的第二接触洞72连接，以分别部分暴露出第一扫描线段62与第二扫描线段64。设置于保护层70上的像素电极48经由第一接触洞44与漏极40电性连接，而设置于保护层70上的连接电极60则经由第二接触洞72以及第三接触洞74与扫描线56电性连接，更详细地说，连接电极60是经由第二接触洞72以及第三接触洞74分别与第一扫描线段62以及第二扫描线段64连接，使第一扫描线段62与第二扫描线段64透过连接电极60电性连接。同理论之，本发明的像素结构54中数据线58与扫描线56不互相重迭，而改以连接电极60电性连接位于数据线58两侧的扫描线段，可避免公知技术中在数据线与扫描线互相重迭的跨线处，位于上方的数据线发生断线，有利于保持数据线的正常功能。

综上所述，本发明提出一种像素结构及其制作方法，其使用一非灰阶光罩取代灰阶光罩完成像素结构中薄膜晶体管的四道光罩制程，以节省生产成本。另外，像素结构的数据线与扫描线不互相重迭，而改用连接电极以电性连接位于扫描线/数据线两侧且彼此分离的数据线/扫描线，可避免因扫描线与数据线重迭(跨线)造成位于上方的数据线的断线，有利于数据线可持续正常传递信号至相对应的像素结构。

    以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种制作像素结构的方法，其特征在于，包括：

提供一基板；

于该基板上形成一扫描线以及一栅极；

于该基板、该扫描线与该栅极上依序形成一绝缘层与一半导体层；

于该半导体层上形成一金属层；

于该金属层上形成一第一图案化光阻层，其中该第一图案化光阻层具有一平坦的顶面；

去除未被该第一图案化光阻层覆盖的该金属层，以形成一电极图案以及一数据线，以及去除未被该第一图案化光阻层覆盖的该半导体层，以形成一半导体信道，其中该数据线与该扫描线未重迭；

对该第一图案化光阻层进行一灰化制程，以缩减该第一图案化光阻层的厚度而形成一第二图案化光阻层，其中该第二图案化光阻层部分暴露出该电极图案，且该第二图案化光阻层的一顶面与该电极图案的一顶面为共平面；

去除未被该第二图案化光阻层覆盖的该电极图案以形成一源极与一漏极；

去除该第二图案化光阻层；

于该源极、该漏极与该数据线上形成至少一保护层，其中该保护层具有一第一接触洞部分暴露出该漏极，以及复数个第二接触洞部分暴露出该数据线或该扫描线；以及

于该保护层上形成一图案化透明导电层，其中该图案化透明导电层包括一像素电极经由该第一接触洞与该漏极电性连接，以及一连接电极经由该些第二接触洞与该数据线或该扫描线电性连接。

2.如权利要求1所述的制作像素结构的方法，其特征在于，该第一图案化光阻层是利用一非灰阶光罩加以形成。

3.如权利要求1所述的制作像素结构的方法，其特征在于，该数据线包括一第一数据线段与一第二数据线段彼此分离并分别位于该扫描线的两侧，该保护层的该些第二接触洞是分别部分暴露出该第一数据线段与该第二数据线段，且该连接电极经由该些第二接触洞与该第一数据线段以及该第二数据线段电性连接。

4.如权利要求1所述的制作像素结构的方法，其特征在于，该扫描线包括一第一扫描线段与一第二扫描线段彼此分离并分别位于该数据线的两侧，该绝缘层具有复数个第三接触洞分别与该保护层的该些第二接触洞对应并分别部分暴露出该第一扫描线段与该第二扫描线段，且该连接电极经由该些第二接触洞以及该些第三接触洞与该第一扫描线段以及该第二扫描线段电性连接。

5.如权利要求1所述的制作像素结构的方法，其特征在于，还包括：

形成该金属层之前，先于该半导体层上形成一奥姆接触层；

去除未被该第一图案化光阻层覆盖的该奥姆接触层；以及

去除未被该第二图案化光阻层覆盖的该奥姆接触层。

6.一种像素结构，其特征在于，还包括：

一基板；

一扫描线以及一栅极，设置于该基板上；

一绝缘层，设置于该扫描线、该栅极与该基板上；

一半导体信道，设置于该绝缘层上并对应该栅极；

一数据线，设置于该绝缘层上，其中该数据线与该扫描线未重迭；

一源极与一漏极，设置于该半导体信道上；

一保护层，设置于该源极、该漏极与该数据线上，其中该保护层具有一第一接触洞部分暴露出该漏极，以及复数个第二接触洞部分暴露出该数据线或该扫描线；

一像素电极，设置于该保护层上并经由该第一接触洞与该漏极电性连接；以及

一连接电极，设置于该保护层上并经由该些第二接触洞与该数据线或该扫描线电性连接。

7.如权利要求6所述的像素结构，其特征在于，该数据线包括一第一数据线段与一第二数据线段彼此分离并分别位于该扫描线的两侧，该保护层的该些第二接触洞是分别部分暴露出该第一数据线段与该第二数据线段，且该连接电极经由该些第二接触洞与该第一数据线段与该第二数据线段电性连接。

8.如权利要求6所述的像素结构，其特征在于，该扫描线包括一第一扫描线段与一第二扫描线段彼此分离并分别位于该数据线的两侧，该绝缘层具有复数个第三接触洞分别与该保护层的该些第二接触洞对应并分别部分暴露出该第一扫描线段与该第二扫描线段，且该连接电极经由该些第二接触洞以及该些第三接触洞与该第一扫描线段以及该第二扫描线段电性连接。

9. 如权利要求6所述的像素结构，其特征在于，还包括一奥姆接触层，位于该源极与该半导体信道之间，以及位于该漏极与该半导体信道之间。

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