CN1288488C - 液晶显示器的阵列基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种LCD设备的阵列基板，包括；排列在基板上的多条选通线、与选通线相交从而形成多个像素区域的多条数据线；位于选通线和数据线交点处的薄膜晶体管；以及位于各个像素区域中的像素电极，其中，该阵列基板还包括存储电容器，其包括与数据线相交、与选通线平行并与选通线处于同一层的下存储基板，以及通过衍射图案而形成的半导体层，所述半导体层介于下存储电极和像素电极之间。

Description

液晶显示器的阵列基板及其制造方法

本申请要求2002年11月7日提出的韩国专利申请No.10-2002-68877的优先权，在此全文引入作为参考。

技术领域

本发明涉及液晶显示器，具体而言，涉及一种通过4掩膜工艺而提供公共(on-common)型存储电容器的液晶显示器阵列基板及其制造方法。

背景技术

通常，液晶显示(LCD)设备包括之间存在间隙的两个透明基板、注入在两个透明基板之间的光学各向异性的液晶材料、以及用于对液品材料施加电压的驱动元件。

现在，LCD设备用作电脑或类似产品的显示装置，其显示面积一直在增大。采用有源矩阵型阵列结构来实现大型LCD设备的驱动，该阵列结构具有数万个像素，数据线和选通线(gate line)经过每个像素的周围，作为驱动元件的薄膜晶体管位于数据线和选通线的各个交叉点处。

在这种有源矩阵型LCD设备中，必须在一段时间内维持从数据线输入的信号电压，直到下一个信号电压输入到数据线，从而保证图像的一致。为此，与液晶单元平行地形成有存储电容器。

根据如何使用电极来充电，把LCD设备中的存储电容器分成公共型或者选通(on-gate)型。

选通型存储电容器将第n-1条选通线的一部分用作第n个像素的存储电极。它具有孔径比(aperture ratio)较大、在常白模式(NW mode)下点缺陷的发生率较小、以及成品率高的优点，但是它的缺点在于扫描信号时间长。

公共型存储电容器采用额外的独立充电电极。它具有扫描信号时间短的优点，可是它具有孔径比降低、常白模式(NW模式)下点缺陷的发生率高、以及成品率低的缺点。

参照图1，现在对公共型存储电容器进行简单描述。

图1是根据现有技术的LCD设备阵列基板的示意图，其上具有公共型存储电容器。

参见图1，其上具有公共型存储电容器的LCD设备阵列基板具有多个选通线109、119，这些选通线与作为下基板的绝缘基板上的多条数据线110、120相交。在数据线(例如110)和选通线(例如119)的交叉点处形成有薄膜晶体管(TFT)，它由和数据线110位于同一电路层上的源极111和漏极112、和选通线119位于同一电路层上的栅极114、以及半导体层113所组成。

此外，像素电极115和漏极112相连，并且和选通线119及数据线110分开，下存储电极116和选通线119平行，与像素电极115相交。

如上结构的公共型存储电容器在作为上存储电极的像素电极115和下存储电极116之间存储电荷，下存储电极116由与栅极114相同的材料制成。上述结构的存储电容器的电容由下面的公式确定：

$C=\mathrm{\ϵ}\frac{A}{d}$

这里C是电容，ε是介电常数，A是电极的面积，d是电极之间的距离。

要求存储电容器的电容足够大，以保证LCD设备所显示图像的一致性。

实现该功能的另一种方法是使电容器在像素电极下具有单独的上存储电极，并减小电极间的距离d，从而增大电容，如图2和3所示。

图2是示意图，表示根据现有技术的改进的LCD设备阵列基板，在其上具有公共型存储电容器，图3是图2中I部分的详细剖面图。

参照图2和图3，其上具有改进的公共型存储电容器的阵列基板的基本结构和图1中现有技术的阵列基板相似，但是上存储电极217的结构有所变化。

相应地，用相同的标号来指示与图1中相同的元件，随后描述与图1中不同的元件。

如图2和3所示，该改进的公共型阵列基板包括上存储电极217，其和数据线110处于同一层，位于像素电极115下面，具有预定的面积，使用和数据线110相同的材料。

在覆盖上存储电极217的保护层303的一部分中存在具有通孔的通孔区305，像素电极115和上存储电极217通过该通孔区305电连接。

上述结构的公共型存储电容器在上存储电极217和下存储电极116之间存储电荷，上存储电极217和数据线110的材料相同，下存储电极116和栅极114的材料相同。

与图1中公共型存储电容器相比较，由于存储电容器两个电极之间的距离减小，电容增大。

这样的公共型存储电容器、薄膜晶体管、像素电极等等是通过5次光处理(photo process)形成的。这就是，制造过程中要使用5次掩膜。

然而，每次光处理涉及到复杂的工艺步骤，并且每个额外的工艺步骤都会导致处理失败的增加。因此，增加光处理的数目会增加失败的发生率，从而基板的成品率下降。

发明内容

因此，本发明致力于一种LCD设备及其制造工艺，其能够充分地消除由于现有技术的限制和缺点所导致的一个或者更多问题

本发明的另一个优点是提供了一种LCD设备及其制造方法，在通过4掩膜工艺制造的LCD设备中，对公共型电容器的存储部分应用薄膜晶体管的沟道部分中使用的衍射图案(diffraction pattern)，这样简化了存储部分的复杂图案，减少了所使用的掩膜数量。

在下面的描述中将阐明本发明的附加特征和优点，其中的部分将通过说明书而理解，或者通过本发明的实践而体验到。通过说明书、权利要求书以及附图中具体指出的结构，可以实现和获得本发明的这些和其他优点。

为了获得本发明的这些和其他优点，并且根据本发明的目的，如这里所实施和广泛描述的，提供了一种液晶显示设备阵列基板的制造方法，包括如下步骤：利用第一掩膜，在基板上形成选通线、栅极和下存储电极；在选通线、栅极和下存储电极上顺序地形成绝缘层、半导体层、杂质半导体层和金属层；利用第二个掩膜，蚀刻金属层和杂质半导体层，从而形成数据线和源/漏极，并露出下存储电极上的半导体层；在数据线、源/漏极和露出的半导体层上形成保护层；利用第三个掩膜蚀刻保护层，从而在一部分漏极和露出的半导体层上形成接触孔和通孔，并且在其上沉积形成透明电极；利用第四个掩膜在透明电极上形成图案，使其通过接触孔与漏极电连接，并且形成像素电极，从而形成与下存储电极相对的上存储电极；其中，透明电极通过位于在所述下存储电极上露出的半导体层上面的通孔与半导体层相连。

在本发明的另一方面，提供了一种液晶显示设备的阵列基板，包括：位于基板上的选通线、栅极和下存储电极；位于选通线、栅极和下存储电极上面的绝缘层、在所述下存储电极上露出的半导体层、作为源/漏极的杂质半导体层、和作为数据线的金属层；位于数据线、源/漏极以及在所述下存储电极上露出的半导体层上面的保护层；该保护层具有位于一部分漏极上面的接触孔和位于在所述下存储电极上露出的半导体层上面的通孔；以及所述保护层上的透明电极，其中，所述的选通线和数据线相交形成像素区域；透明电极通过接触孔与漏极相连；并且透明电极通过位于在所述下存储电极上露出的半导体层上面的通孔与半导体层相连。

应当理解的是，上述的一般性描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，用于为权利要求所限定的本发明提供进一步的解释。

附图说明

附图帮助更好地理解本发明，显示了本发明的实施例，并且与文字说明一起解释本发明的原理。附图中：

图1是根据现有技术的LCD设备阵列基板的示意图，其上具有公共型存储电容器；

图2是根据现有技术的改进后的LCD设备阵列基板的示意图，其上具有公共型存储电容器；

图3是图2中I部分的详细剖面图；

图4是根据本发明的LCD设备阵列基板的示意图，其上具有公共型存储电容器；

图5A到5F是剖面图，分别显示了LCD设备阵列基板沿着图4中线II-II’和III-III’的剖面图，用以说明根据本发明的LCD设备阵列基板的制造方法；以及

图6A和6B是图5C中的制造方法的详细图解。

具体实施方式

现在对本发明的具体实施方式进行详细的说明，在附图中示出了其实例。

图4是根据本发明的具有公共型存储电容器的LCD设备阵列基板的示意图。

如图4所示，像素电极115直接用作存储电容器的上电极，而不是使用数据金属来作为上电极，在半导体层113’上形成通孔210，以减小上电极和下存储电极116间的距离，使得像素电极115和半导体层113’相连。

如前所述，本发明的LCD设备阵列基板的各个像素区域大致包括选通线、数据线、薄膜晶体管、存储电容器和像素电极。

薄膜晶体管是开关元件，用于向像素区域的像素电极115施加电场。薄膜晶体管的栅极114从选通线119延伸出去，源极111从数据线110延伸出去。

此外，漏极112通过接触孔312和像素区域的像素电极115相连，一部分半导体层113在源极111和漏极112之间暴露出来形成了沟道113a。

也就是说，根据本发明的LCD设备阵列基板包括：排列在基板上的多条选通线109、119；与选通线109、119相交并大致垂直从而限定多个像素区域的多条数据线110、120；位于选通线和数据线的交叉处作为开关元件的薄膜晶体管；以及各个像素区域上的像素电极115。此外，该LCD设备阵列基板包括存储电容器，它具有和数据线相交、和选通线平行并和选通线处于同一层的下存储电极116，以及由衍射图案形成的介于下存储电极116和像素电极115之间的半导体层113’。另外，由于本发明的LCD设备阵列基板是通过4掩膜工艺形成的，薄膜晶体管的源极111和漏极112、源极111和漏极112之间的沟道113a是通过同一掩膜处理形成的。

此外，下存储电极116和像素电极115之间的半导体层113’是通过上述的掩膜处理形成的，并且该掩膜处理采用的是具有衍射图案的掩膜。

半导体层113’位于像素区域内，其至少和下存储电极116一样宽。

因此，根据本发明，假如通过4掩膜工艺来形成阵列基板，通过减小存储电容器两个电极之间的距离d，可以增大存储电容器的电容。

图5A到5F是LCD设备阵列基板沿着图4中II-II’和III-III’的剖面图，分别用于显示根据本发明的LCD设备阵列基板的制造工艺。

II-II’是薄膜晶体管区域，III-III’是存储电容器区域。

参照图4，对图5A到5F所示的本发明的制造工艺进行说明。

首先，把具有较小电阻的金属，例如铝或铝合金，沉积在透明基板上，从而形成第一金属层

第一金属层用于形成选通线等。采用电阻小的金属(例如铝)来作为选通线的原因在于当使用选通线作为存储电容器的电极时，选通线的时间常数(time constant)增大。因此，采用铝来做选通线有助于减小时间常数，因为铝的电阻小而其他金属(例如钽(Ta)或铬(Cr))的电阻大。

然后，采用第一金属层来作为第一掩膜进行蚀刻，形成选通焊盘(gate pad)(未显示)、选通线109、119(图4)、栅极114和下存储电极116。

栅极114从选通线延伸出来，位于像素区域的角上。下存储电极116位于选通线之间的像素区域内，如图5A所示。

然后，如图5B所示，在具有选通线等的基板上，依次地形成绝缘层510、半导体层511、杂质半导体层512和第二金属层514。绝缘层510可以是无机绝缘材料，例如氮化硅(SiNx)或二氧化硅(SiO2)，也可以是有机绝缘材料，如苯并环丁烯(BCB)或丙烯族树脂。半导体层511由固有的半导体材料构成，如纯的无定型硅。杂质半导体层512由具有N+或P+型杂质的半导体材料构成。第二金属层514由高熔点的金属构成，例如钼(Mo)、钽(Ta)、钨(Wo)或锑(Sb)。

然后，如图5C所示，利用第二掩膜在薄膜晶体管区域(即图5C中的II-II’区域)内对第二金属层514和杂质半导体层512进行构图，从而形成数据线110、120(图4)和源/漏极111、112，并且在存储电容器区域(即图5C中的III-III’区域)中暴露出下存储电极116上的半导体层113’。

源极111和漏极112彼此分离从而形成沟道113a，利用源极111和漏极112作为掩膜，去除沟道113a的杂质半导体材料。这样保留在源极111和漏极112的低处的杂质半导体层512成为了欧姆接触层。

如此，第二掩膜在特定的区域中具有衍射图案，由于通过衍射图案区域的光强度微弱，沉积在基板上用于在基板上形成源/漏极图案的光刻胶(photoresist)的厚度在全部区域上是不同的。

图6A和6B是图5C所示制造工艺的详细示意图。

图6A显示了一个在沟道区和下存储电极处具有衍射图案的掩膜，根据从此通过用于曝光的光，光刻胶的厚度不同。

因此，根据本发明，光通过具有衍射图案的掩膜612照在沟道区和下存储电极上面的部分。这样在沟道区和下存储电极上面的部分保留着一层薄的光刻胶，反之，被掩膜的暗部614所遮盖的部分没有暴露，仍然保留着所沉积的光刻胶初始的厚度。薄的光刻胶部分称作半遮(half-tone)部分618(H/T)。

在薄膜晶体管区域，即II-II’，在具有源/漏极111、112(图5C)的区域中光刻胶仍然保留着，因为光不能穿透该处，但是光直接照到下存储电极116上面的区域，因此该区域的所有光刻胶都去掉了。

图6B显示了暴露在沟道113a和下存储电极116上面的半导体层113。

上述的暴露是通过如下步骤实现的。首先，在H/T区域形成后，通过灰化处理去除H/T区域的光刻胶618，通过对所去除的H/T光刻胶区域进行干蚀刻处理，将所去除的H/T光刻胶区域中的第二金属层514去除(图6A)。第二金属层514(图6A)去除后，进行另一个干蚀刻处理，从而去除该区域的杂质半导体层512。

这样，没有从II-II’区域去除的第二金属层的剩余部分便形成了源极111和漏极112，源极111和漏极112之间形成了沟道113a。

此外，通过上面的步骤，暴露出区域III-III’内的下存储电极116上面的半导体层113’，并且通过去除II-II’区域中保留的光刻胶616，显示出了图5C所示的特征。

然后，如图5D所示，在源/漏极111、112、沟道层113a和露出的半导体层113’上面形成保护层519。如图5E所示，利用第三掩膜蚀刻保护层519，从而在一部分漏极112和露出的半导体层113’上面形成接触孔312和通孔310，并在上面沉积透明电极。

最后，如图5F所示，利用第四掩膜在透明电极上形成图案，使其通过接触孔312和像素电极115与漏极112电连接，从而形成与下存储电极116相对应的上存储电极。

这样，这里提供了一种LCD设备阵列基板，其上具有存储电容器，它是通过上面的工艺采用4掩膜工艺的衍射图案而形成的。

根据本发明，该LCD设备阵列基板及其制造方法的优势在于通过减少形成存储电容器时所需要的掩膜数目而减小了处理的失败率，并提高了生产率使产量增加。

对于本领域的技术人员，很明显，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明的进行多种改进和变化。因此，如果这些改进和变化落在所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明涵盖这些改进和变化。

Claims (6)

1.一种制造液晶显示设备阵列基板的方法，包括：

利用第一掩膜在基板上形成选通线、栅极和下存储电极；

在选通线、栅极和下存储电极上依次形成绝缘层、半导体层、杂质半导体层和金属层；

利用第二掩膜蚀刻金属层和杂质半导体层，形成数据线和源/漏极，从而将下存储电极上的半导体层暴露出来；

在数据线、源/漏极和露出的半导体层上形成保护层；

利用第三掩膜蚀刻保护层，从而在一部分漏极和露出的半导体层上形成接触孔和通孔，并在其上沉积透明电极；以及

利用第四掩膜在透明电极上形成图案，从而通过所述接触孔电连接所述透明电极和漏极，并且形成与下存储电极相对应的作为上存储电极的像素电极；

其中，透明电极通过位于在所述下存储电极上露出的半导体层上面的通孔与半导体层相连。

2.根据权利要求1所述的制造液晶显示设备阵列基板的方法，其中，所述下存储电极上的半导体层的暴露是利用具有衍射图案的掩膜进行显影和蚀刻处理而实现的。

3.根据权利要求1所述的制造液晶显示设备阵列基板的方法，其中所述下存储电极上的半导体层的暴露包括：

利用通过具有衍射图案的掩膜的光，去除沉积在半导体层上部区域上的一部分光刻胶；

通过灰化处理去除所述部分去除的光刻胶；

对于所去除的光刻胶区域进行干蚀刻处理，从而去除半导体层上的金属层；以及

通过干蚀刻处理去除位于所去除的金属层下面的杂质半导体层。

4.一种液晶显示设备的阵列基板，包括：

位于基板上的选通线、栅极和下存储电极；

位于选通线、栅极和下存储电极上面的绝缘层、在所述下存储电极上露出的半导体层、作为源/漏极的杂质半导体层、和作为数据线的金属层；

位于数据线、源/漏极以及在所述下存储电极上露出的半导体层上面的保护层；

该保护层具有位于一部分漏极上面的接触孔和位于在所述下存储电极上露出的半导体层上面的通孔；以及

所述保护层上的透明电极，

其中，所述的选通线和数据线相交形成像素区域；

透明电极通过接触孔与漏极相连；并且

透明电极通过位于在所述下存储电极上露出的半导体层上面的通孔与半导体层相连。

5.根据权利要求4所述的液晶显示设备阵列基板，其中，半导体层位于像素区域内，并且至少和下存储电极一样宽。

6.根据权利要求4所述的液晶显示设备阵列基板，其中，在通孔处仅有半导体层和绝缘层介于下存储电极和透明电极之间。

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