CN1280308A - 薄膜晶体管阵列及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

包括薄膜晶体管阵列结合充电电容器的显示器件驱动电路及其制造方法,其中通过在地址线上淀积第一绝缘层继而半导体层在对薄膜晶体管寻址用的地址线上形成充电电容器。蚀刻半导体层形成用于在后续的蚀刻工艺期间保护绝缘层的完整性的保护岛。在半导体层上形成上部电极完成了充电电容器。对于驱动电路中的每个TFT,在后续制造步骤其间保护绝缘层导致基本上相均匀的充电电容器。

Description

薄膜晶体管阵列及其制造方法
本发明涉及用来驱动有源矩阵液晶显示器件的薄膜晶体管阵列驱动器电路及制造方法的领域。尤其是，本发明涉及用于驱动包括充电电容器的液晶显示器件的薄膜晶体管阵列。
使用液晶的显示器件实现了低功耗和减轻的重量，这代表了常规CRT显示器的相当改进。尤其是，使用薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵液晶显示器件对每个象素起到开关器件的作用，由于它们还具有串扰少的图象清晰的优点，所以它们还广泛地用于笔记本PC和汽车导航***的显示器中。这些有源矩阵液晶显示器件的使用快速地扩展到大的显示监视器。
接着参考附图来描述包含驱动这种类型液晶显示器件用的TFT阵列的常规电路。图3是液晶显示器件中的常规TFT阵列的一个例子的示意图。图4是沿图3中的虚线4-4所取的剖面图。在此例中，如图3和4所示，以矩阵形式把扫描线2和视频信号线5设置在玻璃衬底1上。把象素电极7、TFT 13和存储电容器14设置在扫描线和视频信号线所包围区域中。TFT 13主要由无定形硅半导体层4构成。漏极11和象素电极7通过触点图案8连接。视频信号线5还起到TFT 13的源极的作用。在上部电极10和扫描线2之间形成存储电容器14，从而夹住成为栅绝缘体的第一绝缘膜3。第二绝缘层6形成用于保护TFT 13的钝化绝缘层。
接着描述使用如上构成的TFT的液晶显示器件的操作。
首先，当把电压加到扫描线2(它是TFT的栅极)时，在TFT 13的无定形硅半导体层中建立了沟道。然后，来自视频信号线5的视频信号通过TFT沟道馈送到漏极11，并到达象素电极7，以把固定在象素电极7与计数器电极(未示出)之间的液晶(未示出)的定向(orientation)变到象素电极7与面对象素电极7的计数器电极之间所建立的磁场想要的度数。这调节了产生所需的图象的透光率。
一般，把存储电容器提供给象素电极来保持象素电极的电势，直到在下一个帧加上扫描信号。随着监视显示器尺寸的增加，在此存储电容器中形成均匀的电容变为减少诸如亮度不均匀等缺陷并改善图象质量的均匀性中的一个关键因素。
一般利用接着的关键步骤来制造如上所述的TFT阵列。接着参考图6A到6D来描述制造过程中的中间步骤。图6A和6D是沿图3中的虚线6-6所取的剖面图，左半部分示出存储电容器14，右半部分示出TFT 13。
在玻璃衬底1上形成第一金属层，对金属进行选择性地蚀刻以形成扫描线2的图案。然后，形成栅绝缘体3，它是第一绝缘层。接着形成半导体层，对TFT沟道4的图案进行蚀刻(图6A)。接着，形成第二金属层，对该层进行选择性地蚀刻以同时形成视频信号线5、漏极11和存储电容器上的上部电极10的图案(图6B)。接着形成第二绝缘层6，它是TFT钝化层，对该层进行选择性地蚀刻以分别在漏极11和存储电容器的上部电极10上产生开口8和12(图6C)。最后，形成透明导电层，对该层进行选择性地蚀刻以形成象素电极7的图案。
然而，由此常规结构，从图6A中很清楚，在对TFT 13的沟道4进行蚀刻的步骤中，常常对所暴露的栅绝缘体3进行过蚀刻(over-etch)。结果，剩余的栅绝缘体3的厚度变得不均匀，还引起存储电容器14的介电层的厚度不均匀。这导致存储电容器的电容在象素之中变化，引起诸如亮度不均匀等图象缺陷。
本发明旨在提供一种薄膜晶体管阵列及制造方法，以对存储电容器实现均匀的电容，并减少诸如亮度不均匀等缺陷，从而改善图象的均匀性。因此，本发明的一个目的是提供一种驱动电路，该电路尤其可用于驱动显示器件，该电路包括：
薄膜晶体管；
电气连接到所述薄膜晶体管的象素电极；
连到薄膜晶体管的扫描线；
所述扫描线上的绝缘层；
一部分绝缘层和扫描线上的半导体层；以及
存储电容器，包括在半导体层上形成的电气连接到所述象素电极的上部电容器电极。
本发明的另一个目的是一种驱动显示器件用的电路，所述显示器件包括多个显示元件的阵列，每个显示元件包括一象素电极，该电路还包括扫描线的阵列和信号线的阵列(此信号线阵列基本上垂直于扫描线且与其电气绝缘)及多个独立的驱动器，一个驱动器用于每个显示元件，每个独立的驱动器包括：
连到扫描线和象素电极之一的薄膜晶体管；
电气连接到象素电极的存储电容器，所述存储电容器包括上部电容器电极、介电层和下部电极，其中介电层包括下部电极上的绝缘层以及绝缘层上和上部电极下的半导体层。
本发明的还有一个目的是一种显示器件，所述显示器件包括液晶显示元件的阵列，每个液晶显示元件包括一象素电极，显示器件还包括用于驱动显示器件的电子电路，所述电子电路包括扫描线的阵列和信号线的阵列(此信号线阵列基本上垂直于扫描线且与其电气绝缘)及多个独立的驱动器，一个驱动器用于每个显示元件，每个所述独立的驱动器包括：
连到所述扫描线和所述象素电极之一的薄膜晶体管；
还电气连接到所述象素电极的存储电容器，所述存储电容器包括上部电容器电极、下部电极及其间的介电层，其中所述介电层包括所述下部电极上的第一绝缘层以及所述第一绝缘层上和所述上部电极下的半导体层。
此外，依据本发明，还尝试一种制造本发明的薄膜晶体管阵列的方法，该方法包括以下步骤：在绝缘衬底上形成扫描线；淀积第一绝缘层；通过选择性地蚀刻形成每个TFT及存储电容器的半导体岛图案；通过选择性地蚀刻形成视频信号线及存储电容器的上部电极的图案；以及通过选择性地蚀刻形成象素电极图案。
在存储电容器的上部电极与变为栅绝缘体的第一绝缘层的介质之间设置半导体层的岛状图案可抑制在形成半导体岛图案的步骤期间起到存储电容器的介质作用的第一绝缘层的任何过蚀刻。相应地，均匀地形成存储电容器的介电层，减少了诸如亮度不均匀等液晶显示器件的典型缺陷，因而改善了图象的均匀性。
在驱动电路包括薄膜晶体管和充电电容器时，形成驱动显示器件用的驱动电路的方法包括：
在衬底上形成第一导电层；
选择性地蚀刻所述第一导电层，以形成至少一条扫描线；
在所述被蚀刻的导电层和衬底上形成第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上形成半导体层；
选择性地蚀刻所述半导体层，以在所述扫描线上形成薄膜晶体管沟道和保护岛，所述扫描线形成所述薄膜晶体管的栅极；
在所述被蚀刻半导体层和所述第一绝缘层上形成第二导电层；以及
选择性地蚀刻所述第二导电层，以在所述半导体岛上形成所述充电电容器的上部电容器电极，扫描线形成所述充电电容器的下部电极，并形成所述薄膜晶体管的漏极和源极。
图1是依据本发明一个较佳实施例的薄膜晶体管的示意图。
图2是沿图1中的虚线2-2所取的剖面图。
图3是常规薄膜晶体管阵列的示意图。
图4是沿图3中的虚线4-4所取的剖面图。
图5A到5D是示出依据本发明较佳实施例制造薄膜晶体管阵列的步骤的剖面图。
图6A到6D是示出制造常规的薄膜晶体管阵列的步骤的剖面图。
图7是本发明的薄膜晶体管阵列的另一个例子的剖面图。
标号：
1      玻璃衬底
2      扫描线
3      第一绝缘层
4      氢化无定形硅
5      视频信号线
6      第二绝缘层
7      象素电极
8，12  触点图案
9      半导体层岛图案
10     存储电容器的上部电极
11     漏极
13     TFT
14     存储电容器
参考图1、2、5A到5D和7来描述本发明的一个较佳实施例。对与已有技术相同的部分给出相同的标号。
图1是本发明较佳实施例中的TFT阵列的示意图。图2示出存储电容器14的剖面结构，它是沿图1中的虚线2-2所取的剖面图。
如图1所示，扫描线2给TFT栅极提供扫描信号而且还起到TFT的栅极的作用，视频信号线5提供视频信号而且还起到TFT 13的源极的作用，在较佳实施例的TFT阵列中以矩阵形式来形成扫描线2和视频信号线5。在扫描线2和视频信号线5所包围的区域中设置象素电极7。使用氢化的(hydrogenated)无定形硅半导体层4，通过TFT 13的漏极11把每个象素电极7连到视频信号线5。在象素电极7与上部扫描线2之间形成存储电容器14。以上基本结构与使用图3所述的已有技术的结构相同。
接着，参考图5A和5D来描述此TFT的制造步骤。图5A和5D是沿图1中的虚线5-5所取的剖面图，它示出制造步骤中的关键点。首先，在玻璃衬底1上溅射第一薄金属层，以光刻和蚀刻步骤对信号线2进行构图。然后，在整个表面上淀积将成为栅绝缘体的第一绝缘层3，通过CVD在绝缘层3(等离子体辅助的化学汽相淀积)上淀积一层氢化的无定形硅半导体。使用光刻和蚀刻对此氢化的无定形硅半导体进行构图，以形成氢化的无定形硅半导体层4的TFT沟道的图案。依据本发明，在此步骤处，还在存储电容器14的区域中的绝缘层3上形成半导体层岛9(图5A)。然后，淀积第二薄金属层，通过类似的构图工艺形成视频信号线5、漏极11和存储电容器5的上部电极10的图案(图5B)。接着，淀积第二绝缘层6作为TFT的钝化层。第二绝缘层6由诸如SiNx和SiO2等无机薄层、诸如丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚酰胺和聚碳酸酯等有机薄层或其组合的淀积层构成。在此第二绝缘层6上产生漏触点的开口8和用以与存储电容器的上部电极接触的开口12(图5C)。最后，淀积可以是透明的导电层，以通过众所周知的光刻／蚀刻构图工艺来形成象素电极7(图5D)。图1示出完成的存储电容器14的剖面图。
在实行此过程时，最好使用氟碳化合物(fluorocarbon)气体对无定形半导体层的图案进行干刻，以获得良好的楔形(tapered)形状。实际上，在氢化无定形硅半导体层4上设置掺杂层，以减少源与漏的接触，因此需要另一个步骤。然而，由于此步骤是众所周知的，而且不直接涉及本发明，所以这里省略其说明。
象素电极7的位置不限于以上所述的位置。还可把象素电极7置于与玻璃衬底1接触的位置，或直接置于第一绝缘层3上。然而，通过在第二绝缘层6上形成象素电极7，可增加象素孔径比(aperture ratio)。
最好，使用与图2所示的视频信号线5相同的材料，在同一水平上形成存储电容器14的上部电极10。此外，象素电极7可延伸到开口12中，可确定开口12的尺寸，以形成如图7所示的上部电极。
如在发明背景中所述，制造TFT阵列衬底的常规结构和工艺可导致在蚀刻TFT沟道4的步骤期间，对变为TFT的栅绝缘体的第一绝缘层的过蚀刻。这导致剩余层的厚度的不均匀，因存储电容的不均匀而引起诸如亮度不均匀等图像缺陷。如图1、2和5A到5D所示，较佳实施例防止了在通过存储电容器14的上部电极10和构成第一绝缘层3的介质之间淀积半导体层岛图案9以对半导体层岛图案9进行构图期间，对起到存储电容器的介质的作用的第一绝缘层3的过蚀刻。这可形成具有均匀电容量的存储电容器。为了保证存储电容的均匀性，最好使半导体层岛图案9大于上部电极10。
较佳实施例涉及对半导体层使用氢化的无定形硅的例子。然而，很明显，以诸如多晶硅等其它材料也可实现同样的效果。
如上所述，本发明通过在存储电容器的上部电极与变为TFT栅绝缘体的第一绝缘层之间淀积大于上部电极的半导体层岛图案，在存储电容器中实现了均匀的电容，而无需任何附加的步骤。可有利地使用此效果，用于如上所述驱动液晶显示器件中的TFT电路。通过本领域内众所周知的技术形成此显示器，此显示器通常包括把液晶材料包封在包含象素电极的驱动器层和通常位于透明支撑下侧上的顶部透明电极之间。如本领域内众所周知的，可包括偏振滤光器、彩色滤光器和其它层作为象素层上方的液晶显示结构的一部分，这些层对本申请没有影响。依据本发明，在充电电容器中实现了良好的均匀性。结果，通过把诸如液晶显示器件的亮度不均匀等缺陷减到最少改善了图象质量的均匀性。
受益于以上揭示的知识的那些人可选择以某些修改来应用这些知识，这些修改诸如对不同层的构图和选择性蚀刻的不同方法。类似地，可使用其它晶体管开关电路的排列。把这些和其它类似的修改看作包含在所附权利要求书所述的本发明的范围内。

Claims (14)

1．一种电子驱动电路，其特征在于包括：
薄膜晶体管；
电气连接到所述薄膜晶体管的象素电极；
连到所述薄膜晶体管的扫描线；
所述扫描线上的绝缘层；
一部分绝缘层和扫描线上的半导体层；以及
存储电容器，包括在所述半导体层上形成的电气连接到所述象素电极的上部电容器电极。
2．如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述电容器还包括下部电极，所述扫描线起到下部电极的作用。
3．如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于还包括在所述扫描线上方的一个水平面处以与它基本上为直角且与其电气绝缘而形成的信号线，形成所述存储电容器的所述上部电极由与所述信号线相同的材料构成，且形成在所述信号线的同一水平面上。
4．如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于把所述半导体层构图成为比所述上部电极宽的岛的形状。
5．如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于还包括所述上部电极上的第二绝缘层，所述第二绝缘层包括在所述上部电极上的所述第二绝缘层的区域中穿过的开口。
6．如权利要求5所述的驱动电路，其特征在于所述象素电极延伸并通过所述开口与所述上部电极接触。
7．如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述象素电极的一部分形成所述上部电极。
8．如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于半导体层包括氢化的无定形硅。
9．一种驱动显示器件用的电路，所述显示器件包括多个显示元件的阵列，每个显示元件包括一象素电极，该电路还包括扫描线的阵列和信号线的阵列及多个独立的驱动器，此信号线阵列基本上垂直于扫描线且与其电气绝缘，一个驱动器用于每个显示元件，每个所述独立的驱动器包括：
连到扫描线和象素电极之一的薄膜晶体管；
电气连接到象素电极的存储电容器，所述存储电容器包括上部电容器电极、介电层和下部电极，其中介电层包括下部电极上的绝缘层以及绝缘层上和上部电极下的半导体层。
10．一种显示器件，所述显示器件包括液晶显示元件的阵列，每个液晶显示元件包括一象素电极，显示器件还包括用于驱动显示器件的电子电路，所述电子电路包括扫描线的阵列和信号线的阵列及多个独立的驱动器，此信号线阵列基本上垂直于扫描线且与其电气绝缘，一个驱动器用于每个显示元件，每个所述独立的驱动器包括：
连到所述扫描线和所述象素电极之一的薄膜晶体管；
还电气连接到所述象素电极的存储电容器，所述存储电容器包括上部电容器电极、下部电极及其间的介电层，其中所述介电层包括所述下部电极上的第一绝缘层以及所述第一绝缘层上和所述上部电极下的半导体层。
11．一种用于形成驱动显示器件用的驱动电路的方法，所述驱动电路包括薄膜晶体管和充电电容器，所述方法包括：
在衬底上形成第一导电层；
选择性地蚀刻所述第一导电层，以形成至少一条扫描线；
在所述被蚀刻的导电层和衬底上形成第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上形成半导体层；
选择性地蚀刻所述半导体层，以在所述扫描线上形成薄膜晶体管沟道和保护岛，所述扫描线形成所述薄膜晶体管的栅极；
在所述被蚀刻半导体层和所述第一绝缘层上形成第二导电层；以及
选择性地蚀刻所述第二导电层，以在所述半导体岛上形成所述充电电容器的上部电容器电极，扫描线形成所述充电电容器的下部电极，并形成所述薄膜晶体管的漏极和源极。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于使用干刻和氟碳化合物气体对半导体进行选择性地蚀刻。
13．如权利要求11所述的方法，其特征在于选择性地蚀刻一层的步骤包括使用光刻术。
14．如权利要求11所述的方法，其特征在于上部电极和保护岛中的每一个都具有一面积，所形成的上部电极的面积小于保护岛的面积。
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