TW548848B - Thin film transistors with self-aligned transparent pixel electrode - Google Patents

Description

548848 A7 B7 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明係關於顯示器裝置，更具體地說係關於製造透明 導電電極的方法，該方法採用背面曝光和負性光阻來減少 整個微影步驟的數目並提供像素電極與薄膜電晶體陣列中 的像素的對稱性自對準。 背景技術 在主動矩陣液晶顯示器（AMLCD )中，減少光處理步騾 的數目和改善薄膜電晶體（TFT)陣列的性能具有巨大的經 濟上的謗因。改善性能的一種方法是採用絕緣透明平面化 的聚合物薄膜（可能是可光成像的）將像素電極分隔於包 括TFT和相關的接線的基板（見例如名稱為“主動矩陣型 電光裝置”的美國專利No.5612799、名稱為“LCD和圖像 感測器使用的包括可光成像的絕緣層的TFT結構”的美國 專利No.5780871、以及名稱為“主動矩陣基板”的美國專 利No.5585951 )。這些專利所述的方法的優點是，由於平 面化材料（如果其厚度足夠的話）用來作為電絕緣體並降 低了電容性耦合，故使像素電極能夠覆蓋定址線。這又交 替地允許更大的有用窗口（ aperture)比率，（3rt巨由於沒有減 少所需光處理步驟的數目因而沒有明顯地降低TFT陣列的 加工成本。通常平面化聚合物所需的光處理步驟的數目為 5 (見例如論文：Sakamoto et al·，ρρ·681-684 SID ’96 Digest、 Zhong et al·，pp.971-974 SID ’98 Digest、和 Nakabu et al·， ρρ·732-735 SID ’99 Digest)。在所有這些處理中，最後二個 步驟對平面化聚合物和透明導電電極材料進行圖樣化。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝 訂

548848 、在 τ陣列處理中，像素電極必須良好地與資料（也稱 ^號：> 線對準’使每—側上像素電極與資料線之間的電 谷f生轉口相等（對稱）。這可以使用例如點反轉的適當的 驅動方案，來確保圖像質量不被資料線與像素電極之 間的人擾(亦即未被消除的電容性耦合）降低。 因此對於提供像素電極與位址線之間改進的對準並減 少製造這種裝置所需的光處理步驟數目的製造顯示器裝置 的方法存在著需求。 發明概要 本發月提供了一種像素單元，其具有製作在基板上的薄 膜電晶體結構以及在薄膜電晶體結構上圖樣化的位址線 (例如閘線和資料（信號）線）。透明導電材料組成的第 圖樣化層覆蓋著資料（信號）線，並被用來圖樣化資料 金屬’且借助於執行背通道姓刻（BCE)㉟TFT的通道區 蝕刻而用摻雜的矽層來形成通道區。在像素單元上製作介 電層，並將通孔一直圖樣化到透明導電材料組成的第一圖 樣化層。第二透明4電材料層延伸穿過通孔，以便接觸第 -圖樣化層，其中第二層自對準於電晶體結構。最好借助 於負性光阻的背面曝光來獲得自對準。 在其他的實施例中，透明導電材料組成的第_圖樣化層 可以包括平台（landing)部分，以便提供通過通孔到第二^ 明導電材料層的連接。平台部分可以形成在透明材料上。 透明材料可以包括基板。電晶體結構可以包括閘介電層， 且平台部分可以製作在閘介電層上。第二透明導電材料層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) -5 548848

=以被圖樣化以形成液晶顯示單元的像素電極。電晶體結 ’以便借助於背面曝光操作來提供第二 透月導$㈣層的自對準1晶體結構可以 刻型電晶體。 *用來製作像素單元的方法包括下列步騾：在基板上 薄膜電晶體結構，圖樣化連拉$丨笼 结……膜電晶體結構的信號 線，圖樣化連接到信號線的第一透明導電層，在 上沈積介電層，在介電層中製作曝露部分第一透明導電層 的，孔、，在介電層上和通孔中沈積第二透明導電層，以便 將第一透明導電層連接到第一雨 裝 二透明導電相形成像«極％層，錢圖樣化第 在其㈣方法中’圖樣化第二透明導電層的步驟可以包 括下列步驟··在第二透明導電層上形成抗 電晶體結構作為光罩，對光阻進行背面曝光。= ί括=r且層，以便圖樣化第二透明導電層的其他部 刀。圖樣化弟二透明導電層的步驟可 上形成光阻，以及利用光罩：進： -·在I板上製作薄膜電晶體結構的步 ;列=在基板上製作閉金屬，在閉金屬上製作閉:； 層，以及在閉介電層上製作半導體層。第一導電声可二 在：介電層上的平台部分，且在介電層‘通孔； :尤積rf明導電層的步驟可以包括連接第-導電層的二 口部刀與“導電層。此方法可以包括在半導體 歐姆接觸的步驟。第一導電層可以包括製作在基板上= ^ ta@ A^m(2i〇x^^ 6 - 548848 五、發明説明（4 台部分，且在介電層上和通孔中沈積第二透明導 驟可以包括連接第-導電層的平台部分與第二導電;。= 樣化第-透明導電層的步驟可以包括在信號線上的第一透 明導電層中圖樣化-個間隙並在間隙中姓刻信號線。 、，泉可以製作在薄膜電晶體結構上，且以 包括半導體層和製作在半導體層上的歐姆接觸 隙中蚀刻信號線的步驟可以包括穿過信號線、穿過歐姆接 區 觸層、進入半導體區’以便形成薄膜電晶體結構的 的蝕刻步驟。 易 從結合圖式對本發明例示性實施例的下列詳細描述中 :發明的這些和其他的目的、特點、和優點將變得顯而 圖式簡單說明 地 _在下列較佳實施例的描述中，將參照下列圖式來詳細 私述本發明，其中： 圖1Α疋像素早兀的俯視圖，顯示出了根據本發明製作 基板上的閘金屬； 圖1Β是根據本發明的沿剖面線ib]b的剖面圖； =2Α Μ 1Α像素單元的俯視圖，顯示出了根據本發明 =並圖樣化的間介質、半導體層、歐姆接觸層（摻雜的 矽）和資料金屬；· 圖2Β是根據本發明的沿剖面線2Β-2Β的剖面圖； =3Α是圖2Α像素單元的俯視圖，顯示出了根據本發明 製作並圖樣化的第一透明導體， 本纸張尺度適财關家標準(_ Α4規格 548848 五 、發明説明（ 疋根據本發明的沿剖面線⑽的剖面圖； 二直圖3A像素單元的俯視圖，顯示出了根據本發明 層； 作在閘介電層上的第-透明導體的通孔的介電 =4B是根據本發明的沿剖面線4Β·4Β的剖面圖； 製第圖1Α像素單元的剖面圖，顯示出了根據本發明 -面 1:: 導電層接觸的第二透明導體材料以及被 月面曝光和可選正面曝光的負性光阻； :，5Α像素單元的剖面圖，顯示出了根據本發明 被•肩矽的光阻層以及被蝕刻的第二透明導體； 被：二1圖5Α像素單元的俯視圖，顯示出了根據本發明 以及被圖樣m彡成自對準像素電極的第 二透明導體層； ]弟 圖6B是根據本發明的沿剖面、線他6B的剖面圖； 圖7A是像料元的純圖，顯示出了根據本發 基板上的閘金屬； 表作在 圖7B是根據本發明的沿剖面線1Β_1β的剖面圖； 圖8A疋圖7A像素單元的俯視圖，顯示出了根 製作並圖樣化的閘介質、半導體層 二 石夕）和資料金屬； 姆_層（捧雜的 圖8B是根據本發明的沿剖面線8β·8Β的剖面圖； 圖9A是圖8A像素單元的俯視圖，顯示出 製作並圖樣化的第一透明導體； 龈不發月 圖9B是根據本發明的沿剖面線9Β·9Β的剖面圖； -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公爱)— 五、發明説明（6 ) 圖10A是圖9A像素單元的俯視圖，赛員示出了根據本發明 形成直通到製作在基板上的第—透明導體的通孔的介電 層； 圖10B是根據本發明的沿剖面線1〇Β-1〇β的剖面圖； 圖11A是圖10A像素單元的剖面圖，顯示出了根據本發 明製作成與第-透明導體層接觸的第二透明導體材料以及 被背面曝光的負性光阻； 圖11B是圖10A像素單元的剖面圖，顯示出了根據本發 明被顯影的光阻層以及被蝕刻的第二透明導體； 圖12A是圖11B像素單元的俯視圖，顯示出了根據本發 明被清除的縁層以及被圖樣化以开）成自對準像素電極二 第二透明導體層； 圖12B是根據本發明的沿剖面線12B_12B的剖面圖。 較佳實施例之詳細描述 本發明最好利用背面曝光和負性光阻圖樣化保留在陣列 區曝露處的透明導電電極。利用背面曝光方法，減少了整 個微影步驟的數目，且由於不可能引起不對準導致一側比 另一側耦合更強，從而使信號從資料線到像素電極的耦合 更對稱，故透明電極（像素電極）到信號線的自對準進一 步改善了性能。本發明被最佳地使用在液晶顯示器 (LCD)，例如主動矩陣液晶顯示器（amlcd)中。 本木發明人之一已經在IBM公司Tsujimura等人的

Japanese Technical Bulletin NO.JA8-97-0635 中描述了顯示器裝 置陣歹j區中自對準透明導體圖形的背面曝光。此方法需要 -9 - 本紙張尺度適用中A4規格(2igx297公爱） 548848 A7 ------------El________ 五、發明説明（7 ) ' —-- 陣列區中利用光罩的額外的正面曝光，以便透明電極材料 可以保留在被通孔曝露的不透明的導體上，從而將像素電 極電連接到丁FT陣列。本發明提供了 一種薄膜電晶= (TFT )陣列方法流程，此流程採用二個透明導體層，使陣 列中能夠只使用一個背面曝光。有利的是，不需要陣列區 中利用光罩的額外的正面曝光。 # 本發明的方法借助於從基板背面用紫外光（uv)對製作 在基板正面上的負性光阻進行曝光而圖樣化透明電極，從 而利用用於TF丁液晶顯示器（LCD)陣列的透明電極。在 背面曝光過程中，最好用光罩來消除周邊空白區（像素 /TFT陣列周圍的區域）。本發明的方法能夠非常準確地將 透明電極對準於資料線和閘線，並能夠獲得寬的窗口比 率、。由於周邊區域因光罩而不被曝光，故不需要從周邊區 域清除第二透明導體的額外步驟。 現詳細地參照圖式，其中相同的標號表示相同的或相似 的元件，並從參照圖1八和1B開始，顯示出了本發明一個 例示性實施例的方法流程。基板1〇包括透明材料，例如玻 璃]聚合物、或其他適合的基板材料。閘金屬12被沈積和 圖樣化在基板1G上。閘金屬12可以包括—個或多個導電 層，可以包括例如銘、！目、A1(Nd)等。閘金屬U的圖樣化 最好用微影和蝕刻方法來執行。 參照圖2A和2B’執行閘絕緣體14、非晶珍層i6、n博 雜的石夕層18、以及資料金屬2G的沈積。閘絕緣體14最好 包括二氧化朴/或氮切。層16將形成薄膜電晶體裝置的

_______ -10 - I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公ϋ^ 548848 A7 B7 五 發明説明 主動通道區，而層18將形成薄膜電晶體13的歐姆源極與沒 極接觸（見圖3B)。資料金屬2G最好包括銘、翻、或其他 適合於用作地址線的材料。 第二微影方法被用來提供光阻的蝕刻光罩。如圖26所 不，執行濕法蝕刻和乾法蝕刻來圖樣化堆疊（亦即層“和 18以及資料金屬20)直到閘絕緣體14。 參照圖3Α和3Β，然後沈積第一透明導電層22。導電層 22最好包括氧化銦錫（ΙΤ〇),雖然例如氧化錮鋅（ιζ〇)曰 的其他透明導體也可以使用。第三微影方法被用來製作蝕 刻光罩，用以蝕刻導電層22以及資料金屬汕和Ν+摻雜的 矽18。通過資料金屬20和層18蝕刻的間隙21終止於層16 上或層16中。此間隙21將層18的源極和汲極分隔開，並 在其間形成通道區23’根據施加到閘金屬12的電壓而導 電。透明導電層22的部分24延伸超過資料金屬2〇。如下 面將要描述的那樣，部分24將被用作像素接觸的平台。注 意’在平台部分24下方沒有閘金屬、資料金屬、或其他不 透明的材料。這就形成了背通道蝕刻型（BCE) TFT裝置。 參照圖4A和4B，可以可選地沈積介電層26，例如氮化 碎。層26則被用作無機介電離子阻障層。沈積透明聚合物 層28 ’例如丙締酸樹脂基材料，諸如可從jsr購得的 403、可從 Fujifilm Olin 購得的 FZT-S100、或可從 Tokyo Oka 購得的TPAR系列。絕緣層26可以包括例如氮化碎、氧化 碎、或其他無機絕緣體。絕緣層28可以包括例如丙晞酸聚 合物、聚醯亞胺、透明聚合物、或有色聚合物。透明聚合 -11 - 本紙張國國家標準(CNS) M規格(2夢297公釐)

裝 訂

548848 A7 " -------- —__B7 五、發明説明（9 )" 古I 28可以疋光敏的，此時不需要光阻來圖樣化層28。若 兩聚合物層.28和I 26，則被圖樣化以便開出通孔25來曝 =作為蝕刻停止層的第一透明導體層22的部分Μ。還製作 =通孔29來連接像素電極23到製作在鄰近像素（未顯示 的閘線（閘金屬12)上的儲存電容器。僅在採用問上 儲存電容器型設計時才需要通孔29。閘絕緣體14可以被餘 刻，以便曝露可能希望形成閘金屬14和資料金屬2〇與第二 透明導體層30之間的電接觸的TFT陣列外面區域中的閘金 屬12。 ^照圖5A> 5B’在陣列區域中沈積並圖樣化第二透明 導體層30。如圖5八和5B所示，最好採用負性光阻％和背 面曝光（沿箭豸“A”方向曝光）來製作自對準的像素電極 (0 6A)。取好用旋轉塗怖機來塗佈負性光阻％。若陣 列外面不需要閘金屬12與資料金屬2〇之間的連接，則在背 =曝光過程中，此區域正好被光罩或光閥（未顯示出）掩 蔽糸外光（uv)從背面曝光，負性抗光阻在烘焙之後交 、在顯影液中顯影之後，钱刻透明導體層30 (圖5B )。 ;後如圖6A和6B所示剝離光阻。由於由層3〇形成的像素 兒極23與資料線20之間的重疊是均勻且對稱的，故圖像品 貝因降低了無補償的交擾（cr〇ss-talk)而得到了改善。利用背 面曝光時間和曝光光源的平行度，能夠控制重疊量。 若陣列區外面需要閘金屬與資料金屬之間的連接，則從 正面用光罩45的額外的掩蔽曝光（例如沿圖5A中箭頭 B 方向的光）能夠被用來圖樣化陣列區外面的第二透明 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 548848 A7

裝

548848 A7 B7 五、發明説明（Η ) 18的源極和汲極分隔開，並在其間形成通道區幻，根據施 加到閘金屬12的電壓而導電。透明導電層22的部分24延 伸超過資料金屬20。如下面將要描述的那樣，部分24將被 用作像素接觸的平台。注意，閘金屬與資料金屬（分別為 12和20)能夠被第一透明導體層22直接連接。這就形成了 背通道蝕刻型（BCE) TF丁裝置13。 參照圖10A和10B，可以可選用，例如氮化矽沈積介電 層26。層26則被用作無機介電離子阻障層。沈積透明聚合 物層28，例如丙埽酸樹脂基材料，諸如可從JSR購得的 4〇3、可從 Fujifilm 01in 購得的 Fz丁·sl〇〇、或可從 τ_〇 〇]^ 購得的TPAR系列。絕緣層26可以包括例如氮化矽、氧化 矽、或其他無機絕緣體。絕緣層28可以包括例如丙埽酸聚 口物水醯亞胺、透明聚合物、或有色聚合物。透明聚合 物層28可以是光敏的，此時不需要光阻來圖樣化層28。若 有聚合物層28和層26 ,則被圖樣化以便開出通孔27來曝 露作為蝕刻停止層的第一透明導體層22的部分24。還製作 第二通孔29來連接像素電極23到製作在鄰近像素（未顯示 出）的閘線（閘金屬12)上的儲存電容器。僅在採用閘上 错存電容器型設計時才需要通孔29。 ‘‘參照圖11A和11B，用負性光阻32和背面曝光（沿箭頭 A万向曝光），在陣列區域中沈積並圖樣化第二透明導 體層30。最好用旋轉塗佈機來塗佈負性光阻32。紫外光 (UV)從背面曝光，且負性光阻在烘培之後交聯。在顯馬 液中顯影之後’導體層30被钕刻。然後如目以和i2B = -14- 548848 五、發明説明（l2 :之是由形成的像素電極23與資料線 償的交擾而改：： 故圖像品質因降低了無補 平行度，能夠控制重疊量。$背面曝先時間和曝光光源的 、 ，連接故在旁面曝光過程中，連接區 被光罩或光㈤（未顯示出）掩蔽， 存在第二透明層3〇。 一 U埤〒；Γ 有利的是，本發明採用了在陣列區中使用4個完整微影 步，和-個背面曝光來建立具有平面化聚合物上的透明像 素包極23的TFT陣列的方法。此方法流程使得能夠用第一 透:導體層（例如IT〇或其他透明導體）或者用第二透明 導姐層（例如1丁〇或其他透明導體）來實現陣列區外面的 閘金屬與信號（資料）金屬之間的連接。如參照圖卜6所述 那樣，陣列區外面閘金屬與資料金屬之間的連接是通過第 二透明導電層30形成的。若在陣列區外面不使用額外的光 罩’資料和閘金屬被製作成正確的形狀以得到第二透明導 電層30的所希望的位置，致使僅僅需要背面曝光來圖樣化 第二透明導電層30。資料金屬20和電晶體材料（層16和 18 )以及閘金屬丨2是不透明的，以便使這些結構能夠被用 作光罩來在背面曝光過程中圖樣化光阻32。資料金屬2〇被 連接到第一透明導體22，第一透明導體22被連接到第二透 明導體30，第二透明導體30又被連接到閘金屬12。第二透 明導體30到閘金屬12之間的連接利用了背面曝光方法能夠 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 548848 A7 B7 五 發明説明（13 ) 導致透明導體30在閘金屬12邊沿上少許覆蓋的事實。如圖 7-12所示，.第二例示性方法流程使閘12和資料金屬20能夠 直接被第一透明導電層22連接。 以上描述了具有自對準透明像素電極的薄膜電晶體的較 佳實施例（被認為是例示性的而不是限制性的），要指出 的是，熟習本領域技藝人士根據上述說明，能夠作出各種 修正和改變。因此，要理解的是，可以在所公開的本發明 的具體實施例中作出各種改變，這些改變都包含在所附申 請專利範圍指出的本發明的範圍與構思以内。用專利法要 求的細節和特殊性描述本發明之後，在所附申請專利範圍 中提出了所要求並希望得到專利證書保護的内容。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

Claims (1)

1. 548848 A8 B8 C8

   1 · 一種像素單元，其.包含·· 製作在基板上的薄膜電晶體結構； 在薄膜電晶體結構上圖樣化的信號導體，· 触透明導電材料組成的第一圖樣化層，覆蓋該信號導 月豆，Μ第一圖樣化層提供圖形，用來蝕刻薄膜電晶體結 構的通道區； θ

   裝 製作在该像素單元上的介電層，它包括直至透明導電 材料構成的第一圖樣化層的通孔；以及 延伸穿過該通孔以便接觸該第一圖樣化層的第二透明 導％材料層，其中該第二層自對準於電晶體結構。 2 ·如申請專利範圍第丨項的單元，其中透明導電材料組成 的第一圖樣化層包括平台部分，以便提供通過通孔到第 二透明導電材料層的連接。 3·如申請專利範圍第2項的單元，其中該平台部分製作在 透明材料上。 营 4 ·如申請專利範圍第3項的單元，其中透明材料包括基 板。 5. 如申請專利範圍第2項的單元，其中電晶體結構包括閘 介電層，且該平台部分製作在閘介電層上。 6. 如申請專利範圍第1項的單元，其中第二透明導電材料 層被圖樣化，以形成液晶顯示單位的像素電極。 7·如申請專利範圍第i項的單元，其中電晶體結構是不透 明的，以便借助於背面曝光操作來提供第二透明導電材 料層的自對準。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 六 、申請專利範圍 8.如申請專利範圍第1項 背通道蝕刻型電晶體。 、、孩電晶體結構包括 9·—種像素單元的製作方法，其包括下列步驟. 在基板上製作薄膜電晶體結構； “ 圖樣化連接到該薄膜電晶體結構的信號線； 圖樣化連=該信號線的第—透明導電層； 在該像素單元上沈積介電層·， 在該介電層中製作曝靈却 曝露邵分弟-透明導電層的通孔； 在,1电層上和通孔中沈積第二 二透明導電層連接到第—透明導電層導:及層’以便將- 圖樣化該第二透明導電層，㈣成像素電極。 10·如申請專利範圍第9項的方 ^ α ΛΛ ^ ^ /、〒圖樣化琢罘二透明 ^層的步琢包括下列步驟：在第二透明導電層上 ί阻W《料構料光罩，對該絲進行 月面曝光0 形 ^申請專㈣圍第1G項的方法，還包含正面曝該光阻 以便圖樣化㈣二透明導電層的其他部分的步驟。 =請專利範圍第9項的方法，其中圖樣化該第二透明 導私層的步驟包括下列步驟：在該第二透明導電層上 成光阻’以及光罩，對該光阻進行正面曝光。 膜 13.如申請專利第9項的方法，其中在基板上製作薄 電晶體結構的步驟包括下列步驟·· 在基板上製作閘金屬； 在該閘金屬上製作閘介電層；以及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱了 -18- A8