CN102655114B - Tft-lcd阵列基板制造方法及其阵列基板和相关器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液晶显示器技术领域，提供了一种TFT-LCD阵列基板制造方法及其阵列基板和相关器件。本发明的方案中，采用底部钻刻工艺产生的底部凹陷，直接在钝化层上沉积透明导电层即得到像素电极图案。本发明的底部钻刻工艺，由于利用了底部凹陷现象，只需在对钝化层进行刻蚀时适当延长刻蚀时间即可实现，其操作简便，工艺条件无苛刻要求，相对于现有的三次掩膜技术，由于省略了离地剥离及在高温光刻胶上沉积ITO等的工艺处理，大大缩短了工艺时间，节约了成本。

Description

TFT-LCD阵列基板制造方法及其阵列基板和相关器件

技术领域

本发明涉及液晶显示器技术领域，特别涉及一种TFT-LCD阵列基板制造方法及其阵列基板和相关器件。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid CrystalDisplay，简称TFT-LCD)具有体积小、功耗低、无辐射等特点，近年来得到了迅速地发展，在当前的平板显示器市场中占据了主导地位。TFT-LCD在各种大中小尺寸的产品上得到了广泛的应用，几乎涵盖了当今信息社会的主要电子产品，如液晶电视、高清晰度数字电视、电脑(台式和笔记本)、手机、PDA、GPS、车载显示、投影显示、摄像机、数码相机、电子手表、计算器、电子仪器、仪表、公共显示和虚幻显示等，是目前任何一种平板显示和CRT无法企及的。

TFT-LCD一般由液晶面板、驱动电路以及下面的背光源组成，其中液晶面板是TFT-LCD中最重要的部分，它是在彩色滤光片(ColorFilter，CF)和TFT阵列基板之间注入液晶，并在外分别贴敷偏振方向相互垂直的偏振片构成。其中彩色滤光片由红、绿、蓝(R、G、B)三原色滤光片构成像素，并在彩色滤色片上镀上透明的共用电极；而阵列基板上面镀有大量矩阵式排列的薄膜晶体管以及一些周边电路。

对于TFT-LCD来说，TFT阵列基板以及制造工艺决定了其产品性能、成品率和价格，而TFT阵列基板的制作主要是通过一组薄膜的沉积和光刻工艺形成图案来完成的。其中一次光刻工艺需使用一个掩膜(Mask)板，因为掩膜板的设计工艺复杂成本极高，一个TFT阵列基板制备过程中使用的掩膜板数目就成了衡量制造工艺繁简程度的重要标准。也因此，减少TFT阵列基板制造过程中使用的掩膜次数成了改进制造工艺的关键问题。目前，TFT-LCD阵列基板的制造工艺已逐步得到简化，从开始的七次掩膜(7Mask)工艺已经发展到基于狭缝光刻技术的四次掩膜(4Mask)工艺，目前三次掩膜(3Mask)工艺正处在研究阶段。

中国专利公开文献CN1987622A公开了一种新型的TFT-LCD阵列基板，其中的透明像素电极10和TFT漏极7的电连接是通过像素电极10直接覆盖在TFT漏极7上表面形成全接触的结构实现的(如图1所示)。该文献还同时提出了一种3Mask实现方式，将PVX(钝化层)孔及ITO像素电极用同一张Mask完成，如图2所示，通过离地剥离工艺，利用垂直的光刻胶侧壁16和内凹的钝化层薄膜侧壁17结构，使用不含腐蚀其他材料成分的普通光刻胶剥离液，仅对光刻胶进行剥离，使光刻胶上的透明导电薄膜9随光刻胶的剥离而被去除，从而形成透明像素电极10。上述3Mask技术的关键在于透明导电薄膜(如ITO)在光刻胶边缘处的完全断裂，在该文献中需要控制工艺条件使光刻胶侧壁16形成垂直形貌，并且需要在刻蚀时控制刻蚀条件使钝化层薄膜形成内凹形貌，此外还需要离地剥离步骤才能得到最终产品。这些都无形中增加了工艺的复杂度和生产时间，同时工艺条件的控制难度较大，成品质量难以保证。

此外，中国专利公开文献CN101630640A公开了在构图工艺中形成光刻胶毛刺边缘的方法，使得沉积的透明导电薄膜在毛刺边缘发生断裂，从而可以有效保证离地剥离工艺的质量，但该方法也无法省略离地剥离操作。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述缺点，本发明为了解决现有技术中TFT-LCD阵列基板制造过程中形成像素电极图案的工艺复杂的问题，提供了一种TFT-LCD阵列基板制造方法及其阵列基板，利用PVX孔刻蚀时发生的底部凹陷现象，改进了相关掩膜工艺，省略了离地剥离等操作，节约时间和成本。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明具体采用如下方案进行：

一方面，本发明首先提供一种TFT-LCD阵列基板制造方法，所述方法包括步骤：

S1，形成栅电极层图案；

S2，形成有源层图案及源漏极层图案；

S3，形成钝化层图案，将像素电极区域的钝化层去除，采用底部钻刻工艺在保留的钝化层的边缘产生底部凹陷；进行透明导电层的沉积形成像素电极图案。

优选地，所述步骤S1具体为：在透明玻璃或者石英的基板上采用溅射或热蒸发的方法沉积栅电极层，涂覆光刻胶，采用掩膜板曝光显影，刻蚀栅电极层并去除光刻胶得到包含栅电极和栅扫描线的所述栅电极层图案。

优选地，所述步骤S1具体为：在透明玻璃或者石英的基板上涂覆光刻胶，采用掩膜板曝光显影，形成光刻胶图案，在已形成的光刻胶图案上沉积栅电极层，采用离地剥离工艺得到包含栅电极和栅扫描线的所述栅电极层图案。

优选地，所述步骤S2具体为：通过溅射、热蒸发或气相沉积法连续沉积栅绝缘层、有源层及源漏极层；涂覆光刻胶，采用半色调掩膜板曝光显影，对源漏极层刻蚀得到包含源极、漏极和数据扫描线的所述源漏极层图案；去除所述源漏极层图案之上的光刻胶后再进行有源层的刻蚀，随后完全去除光刻胶得到所述有源层图案。

优选地，所述步骤S2具体为：

通过气相沉积法连续沉积栅绝缘层、有源层；

涂覆光刻胶，采用掩膜板曝光显影，对所述有源层刻蚀并去除光刻胶得到所述有源层图案；

采用溅射或热蒸发的方法沉积源漏极层；

涂覆光刻胶，采用掩膜板曝光显影，对源漏极层刻蚀并去除光刻胶得到包含源极、漏极和数据扫描线的所述源漏极层图案。

优选地，所述步骤S3具体为：涂覆钝化层和光刻胶，采用掩膜板曝光显影，对钝化层进行过刻蚀的底部钻刻工艺，使得保留的钝化层的边缘产生底部凹陷；

将钝化层表面的光刻胶完全去除；

采用溅射或热蒸发的方法沉积透明导电层直接形成像素电极图案。

另一方面，本发明还同时提供一种阵列基板，其特征在于，包括：

在基板上依次设置的栅电极层、栅绝缘层、有源层、源漏极层以及钝化层，其中，在像素电极区域处的钝化层被去除，并且保留的所述钝化层的边缘具有底部凹陷；

在整个阵列基板表面上设置有透明导电层，所述透明导电层在所述钝化层的边缘处自然断裂形成像素电极的图案。

优选地，所述钝化层为透明绝缘层。

优选地，所述透明导电层为ITO或IZO薄膜。

再一方面，本发明还提供一种液晶面板，包括如上所述的阵列基板。

再一方面，本发明还提供一种TFT-LCD显示装置，包括如上所述的液晶面板。

(三)有益效果

本发明中通过底部凹陷现象直接在钝化层上沉积得到像素电极图案，无需再进行现有技术中相关掩膜工艺里的离地剥离处理；此外，由于本发明中透明导电层是在去除光刻胶后沉积的，也无需考虑在高温光刻胶上沉积ITO等的工艺处理，大大节省了工艺时间和成本。

附图说明

图1为常见的TFT-LCD阵列基板中一个像素区域的平面结构示意图；

图2为现有技术中三次掩膜的TFT-LCD阵列基板制造过程中离地剥离工艺的层次结构示意图；

图3为过刻蚀时出现的底部凹陷现象的显微照片；

图4为本发明中三次掩膜工艺的TFT-LCD阵列基板制造方法流程图；

图5为本发明中过刻蚀钝化层产生底部凹陷时的层次结构示意图；

图6为本发明沉积透明导电层得到像素电极的层次结构示意图。

其中，图2、5、6均为沿图1中AB方向所得截面图；1：栅极扫描线，2：栅电极，3：有源层，4：栅绝缘层，5：数据扫描线，6：源电极，7：漏电极，8：钝化层，9：光刻胶上的透明导电薄膜，10：像素电极，12：有光刻胶覆盖的钝化层部分，16：光刻胶侧壁，17：钝化层薄膜侧壁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中，主要利用了钝化层PVX孔刻蚀时发生的底部凹陷现象，实现了透明导电薄膜(一般为ITO层)沉积时在相关位置的断裂，从而可直接在钝化层上得到像素电极图案，省略了后续的离地剥离等相关操作。其中，如图3所示，底部凹陷是实际的基板加工过程中发现的一种不良现象，主要是在对PVX孔(或其他有机层)进行刻蚀时，一旦刻蚀时间过长(尤其是湿法刻蚀时)，在光刻胶保护下的被刻蚀层的边缘除了会出现一定的倾角外，其底部还会向内形成一定的凹陷，该凹陷与倾角一起使得被刻蚀层的边缘相对于其下层有一个相对独立的小突起；当在该被刻蚀层上再进行其它层的沉积时，由于该突起的存在，沉积层在该被刻蚀层的边缘会发生断裂，无法得到连续的沉积层，进而导致产品报废。该现象在加工过程中本来是需要尽量避免的，也因此进行刻蚀时要控制刻蚀时间避免过刻蚀。而本发明中，利用过刻蚀的底部钻刻工艺产生的这种现象，使得透明导电薄膜沉积时在钝化层的边缘自然断开，从而直接得到透明像素电极图案，实现了三次掩膜并省略了后续的离地剥离等操作。

具体地，本发明中三次掩膜工艺的TFT-LCD阵列基板制造方法如图4所示，所述方法包括步骤：

S1，第一次掩膜工艺形成栅电极层图案；S2，第二次掩膜工艺采用Halftone(半色调)技术形成TFT沟道(即有源层)层图案及SD(源漏极)层图案；S3，第三次掩膜工艺形成PVX Pattern(钝化层图案)，将像素电极区域的PVX层(钝化层)去除，采取底部钻刻工艺在PVX边缘产生底部凹陷，去除掉光刻胶之后进行ITO沉积时则会在PVX边缘处断开，从而直接形成像素电极图案。

更进一步地，步骤S1中，栅电极层是在透明玻璃或者石英基板上采用溅射或热蒸发的方法沉积的，栅电极层的金属可以选用Cr、W、Ti、Ta、Mo等金属或其合金，由多层金属层或合金层组成的栅电极层也能满足需要。第一次掩膜工艺时，涂覆光刻胶后，采用掩膜板曝光显影，刻蚀栅电极层并去除光刻胶，得到包含栅电极2和栅扫描线3的栅电极层图案。同时，也可以先在基板上涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行曝光显影处理，形成光刻胶图案，然后在已形成的光刻胶图案上沉积栅金属薄膜，采用离地剥离工艺形成栅电极2和栅扫描线3的图形。

其次，步骤S2中，在得到栅电极层图案后的基板上通过溅射、热蒸发或PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)方法连续沉积栅绝缘层4、有源层3(非晶硅或多晶硅等的半导体层以及欧姆接触层)及源漏极层。第二次掩膜工艺时，涂覆光刻胶后，采用半色调掩膜板曝光显影，对源漏极层刻蚀得到源极6、漏极7和数据扫描线5的源漏极层图案；去除所述源漏极层图案之上的光刻胶后再对有源层(也称为沟道层)进行刻蚀，随后完全去除光刻胶得到有源层图案。其中，源漏极层金属可以选用Cr、W、Ti、Ta、Mo等金属或其合金，由多层金属层或合金层组成的源漏极层也能满足需要。此外，在本步骤中，如果是采用通常的4mask工艺进行，则分别采用两次普通的掩膜工艺(指相对于半色调掩膜工艺而言的，现有技术所更常用的掩膜工艺)依次得到有源层图案和源漏极层图案即可，在此不再赘述。

随后，步骤S3中，在上述处理后的基板上涂敷钝化层8，钝化层8为透明绝缘层，如氮化硅、环氧树脂等形成的保护膜层；第三次掩膜工艺时(4mask工艺时则为第四次)，涂覆光刻胶后，采用掩膜板曝光显影处理，在一定的工艺条件下，对钝化层进行过刻蚀的底部钻刻工艺，使得保留的钝化层的边缘产生底部凹陷，再将钝化层表面的光刻胶完全去除，此时具体的层次结构如图5所示。

最后，采用溅射或热蒸发的方法沉积透明导电层，该透明导电层一般为ITO、IZO，也可以是其它的金属及金属氧化物，由于之前产生的底部凹陷，此时沉积的透明导电层会在保留的钝化层的边缘处自然断开，从而直接形成像素电极10的图案。

此时得到的即是本发明中的阵列基板，其层次结构如图6所示：所述阵列基板由在玻璃或石英基板(或称为衬底)的一侧上依次形成的栅电极层(包括栅极2和栅扫描线1)、栅绝缘层4、有源层3(非晶硅或多晶硅等的半导体层以及欧姆接触层)、源漏极层(包括源极6和漏极7)、钝化层8以及透明导电层；其中，在像素电极10区域处的钝化层被刻蚀掉，并且保留的所述钝化层8的边缘具有因过刻蚀而产生的底部凹陷，沉积在整个阵列基板表面的所述透明导电层在所述钝化层8的边缘处自然断裂而直接形成所述像素电极10的图案。基于本发明的阵列基板而形成的液晶面板可应用于各类TFT-LCD显示装置中。

本发明的技术方案无需再进行现有技术中三次掩膜工艺中的离地剥离处理；此外，由于本发明中透明导电薄膜是在去除光刻胶后沉积的，也无需考虑在高温光刻胶上沉积ITO等的工艺处理。

本发明中采用的底部钻刻工艺，由于利用了底部凹陷现象，只需在对钝化层进行刻蚀时适当延长刻蚀时间即可实现，其操作简便，工艺条件无苛刻要求，相对于现有的三次掩膜技术，由于省略了离地剥离及在高温光刻胶上沉积ITO等的工艺处理，大大缩短了工艺时间，节约了成本。同时本发明的方法无需对现有的TFT阵列基板制造设备进行改动，采用通常的4mask甚至7mask设备也可实施，也大大节约了设备成本。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的实际保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种TFT-LCD阵列基板制造方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，形成栅电极层图案；

S2，形成有源层图案及源漏极层图案；

S3，形成钝化层图案，将像素电极区域的钝化层去除，采用底部钻刻工艺在保留的钝化层的边缘产生底部凹陷；进行透明导电层的沉积形成像素电极图案；

所述步骤S3具体为：涂覆钝化层和光刻胶，采用掩膜板曝光显影，对钝化层进行过刻蚀的底部钻刻工艺，使得保留的钝化层的边缘产生底部凹陷，所述钝化层的边缘在所述底部凹陷上还有倾角，所述底部凹陷和所述倾角形成突起；

将钝化层表面的光刻胶完全去除；

采用溅射或热蒸发的方法沉积透明导电层直接形成像素电极图案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：在透明玻璃或者石英的基板上采用溅射或热蒸发的方法沉积栅电极层，涂覆光刻胶，采用掩膜板曝光显影，刻蚀栅电极层并去除光刻胶得到包含栅电极和栅扫描线的所述栅电极层图案。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：通过溅射、热蒸发或气相沉积法连续沉积栅绝缘层、有源层及源漏极层；涂覆光刻胶，采用半色调掩膜板曝光显影，对源漏极层刻蚀得到包含源极、漏极和数据扫描线的所述源漏极层图案；去除所述源漏极层图案之上的光刻胶后再进行有源层的刻蚀，随后完全剥离光刻胶得到所述有源层图案。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

通过气相沉积法连续沉积栅绝缘层、有源层；

涂覆光刻胶，采用掩膜板曝光显影，对所述有源层刻蚀并去除光刻胶得到所述有源层图案；

采用溅射或热蒸发的方法沉积源漏极层；

涂覆光刻胶，采用掩膜板曝光显影，对源漏极层刻蚀并去除光刻胶得到包含源极、漏极和数据扫描线的所述源漏极层图案。