用於液晶顯示器件的具有薄膜電晶體上濾色器結構的陣列基板的製造方法
2023-06-08 17:17:01 4
專利名稱：用於液晶顯示器件的具有薄膜電晶體上濾色器結構的陣列基板的製造方法
技術領域：
本發明涉及液晶顯示器件，特別涉及用於具有薄膜電晶體上濾色器結構(color fi1ter on a thin film transistor structure)的陣列基板的製造方法。雖然本發明適於寬範圍的應用，但是本發明特別適於提高孔徑比(aperture ratio)和簡化製造工藝。
背景技術：
一般情況下，由於平板顯示器件很薄、重量輕並具有低功耗，因此它們已經用於可攜式顯示設備。在各種類型的平板顯示器件中，液晶顯示(LCD)器件廣泛地用於膝上型計算機和臺式計算機監視器，因為它們具有優越的解析度、彩色圖像顯示和顯示質量。
液晶分子的光學各向異性和偏振特性被用於產生希望的圖像。液晶分子具有特定排列方向，這是它們自身的特殊特性的結果。通過施加於液晶分子上的電場可以改變該特定排列方向。換言之，施加於液晶分子的電場可以改變液晶分子的排列。由於光學各向異性，根據液晶分子的排列而使入射光折射。
具體而言，LCD器件包括具有隔開並互相面對的電極的上、下基板，並且液晶材料置於其間。相應地，當通過每個基板的電極給液晶材料施加電壓時，液晶分子的排列方向根據所施加電壓而改變，由此顯示圖像。通過控制所施加電壓，LCD器件提供各種光透射率以便顯示圖像數據。
液晶顯示(LCD)器件廣泛地應用於辦公自動化(OA)和視頻設備，這是因為它們的特性，如輕重量、薄設計和低功耗。在不同種類的LCD器件中，具有以矩陣形式設置的薄膜電晶體和像素電極的有源矩陣LCD(AM-LCD)提供高解析度和顯示運動圖像的優異性。典型的LCD板具有上基板、下基板、和置於其間的液晶層。上基板(稱為濾色器基板)包括公共電極和濾色器。下基板(稱為陣列基板)包括薄膜電晶體(TFT)(如開關元件)和像素電極。
如前所述，LCD器件的操作是以液晶分子的排列方向隨著公共電極和像素電極之間的施加電場而變化的原理為基礎的。因而，液晶分子用作具有可變光學特性的光學調製元件，其光學特性取決於所施加電壓的極性。
圖1是表示現有技術的有源矩陣液晶顯示器件的放大透視圖。如圖1所示，LCD器件11包括上基板5(稱為濾色器基板)和下基板22(稱為陣列基板)，並且液晶層14置於其間。在上基板5上，按照陣列矩陣形式形成黑底6和濾色器層8，包括被黑底6包圍的多個紅(R)、綠(G)和藍(B)濾色器。另外，公共電極18形成在上基板5上並覆蓋濾色器層8和黑底6。
在下基板22上，按照對應於濾色器層8的陣列矩陣形成多個薄膜電晶體T。多個選通線13和數據線15互相垂直交叉，以便每個TFTT與每個選通線13和數據線15的交叉部位相鄰地設置。此外，多個像素電極17形成在由下基板22的選通線13和數據線15限定的像素區P中。像素電極17由具有高透射率的透明導電材料形成，如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)。
仍然參見圖1，設置存儲電容器C使其對應於每個像素P並與每個像素電極17並聯。存儲電容器C由作為第一電容器電極的一部分選通線13、作為第二電容器電極的存儲金屬層30、和夾在中間的絕緣體(如圖2的參考標記16所示)構成。由於存儲金屬層30通過接觸孔連接到像素電極17，因此該存儲電容器C電接觸像素電極17。
在圖1所示的現有技術LCD器件中，掃描信號通過選通線13施加於薄膜電晶體T的柵極，並且數據信號通過數據線15施加於薄膜電晶體T的源極。結果是，通過薄膜電晶體T的操作使液晶材料層14的液晶分子排列和布置，並且控制穿過液晶層14的入射光以便顯示圖像。即，在像素電極17和公共電極18之間產生的電場使液晶材料層14的液晶分子重新排列，以便根據產生的電場可以將入射光轉換成希望的圖像。
當製造圖1的LCD器件11時，上基板5對準下基板22並連接於其上。在這個工藝中，上基板5可能相對於下基板22非對準，並且由於在連接上、下基板5和22時的容限誤差(marginal error)可能在完成的LCD器件11中發生光洩漏。
圖2是沿著圖1的線II-II截取的示意剖面圖，表示現有技術液晶顯示器件的像素。
如圖2所示，現有技術LCD器件包括上基板5、下基板22和液晶層14。上、下基板5和22互相隔開，並且液晶層14置於其間。上、下基板5和22通常分別稱為濾色器基板和陣列基板，因為濾色器層8形成在上基板上，多個陣列元件形成在下基板22上。
在圖2中，薄膜電晶體T形成在下基板22的前表面上。薄膜電晶體T包括柵極32、有源層34、源極36和漏極38。在柵極32和有源層34之間插入柵極絕緣層16以保護柵極32和選通線13。如圖1所示，柵極32從選通線13延伸，源極36從數據線15延伸。所有柵極、源極和漏極32、36和38都由金屬材料形成，而有源層34由矽形成。鈍化層40形成在薄膜電晶體T上，起保護作用。在像素區P中，由透明導電材料形成的像素電極17設置在鈍化層40上，並接觸漏極38和存儲金屬層30。
同時，如上所述，柵極13用作存儲電容器C的第一電極，存儲金屬層30用作存儲電容器C的第二電極。因此，柵極13和存儲金屬層30構成存儲電容器C，並且柵極絕緣層16置於其間。
參見圖2，上基板5與下基板22在薄膜電晶體T上方隔開。在上基板5的後表面上，在對應於薄膜電晶體T、選通線13和數據線15的位置上設置黑底6。黑底6形成在上基板5的整個表面上並具有對應於下基板22的像素電極17的開口，如圖1所示。黑底6防止除了用於像素電極17的部分之外在LCD板中的光洩漏。黑底6保護薄膜電晶體T不被光照射，以便黑底6防止在薄膜電晶體T中產生光電流。濾色器層8形成在上基板5的後表面上，以便覆蓋黑底6。每個濾色器層8具有紅色8a、綠色8g和藍色8b之一，並對應於設置像電極17的一個像素區P。在上基板5上方的濾色器層8上設置由透明導電材料形成的公共電極18。
在上述現有技術LCD板中，像素電極17具有與濾色器的一一對應關係。此外，為了防止像素電極17與選通線和數據線13和15之間的交擾，像素電極17與數據線15隔開距離A，並與選通線13隔開距離B，如圖2所示。像素電極17與數據線和選通線15和13之間的開口距離A和B將引起如在LCD器件中的光洩漏等故障。即，光洩漏主要發生在開口距離A和B中，使得形成在上基板5上的黑底6應該覆蓋開口距離A和B。然而，當上基板5利用下基板22設置或反之時，可能在上基板5和下基板22之間產生非對準。因此，黑底6被延長以便完全覆蓋開口距離A和B。也就是說，黑底6被設計成提供對準容限(aligning margin)以防止光洩漏。然而，在延長黑底的情況下，液晶板的孔徑比減少的量與黑底6的對準容限一樣多。而且，如果在黑底6的對準容限中存在誤差，則在開口距離A和B中仍然會發生光洩漏，並且LCD器件的圖像質量下降。
發明內容
因而，本發明旨在提供一種用於液晶顯示器件的具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板的製造方法，基本上解決了由於現有技術的限制和缺點產生的一個或多個問題。
本發明的另一目的是提供一種用於液晶顯示器件的具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板的製造方法，該方法提供了高孔徑比。
本發明的另一目的是提供一種用於液晶顯示器件的具有COT結構的陣列基板的製造方法，該方法簡化了製造工藝和提高了產量。
本發明的附加特徵和優點將在下面的說明書中進行說明，並且部分地將從文字說明中明顯看出，或者可以通過本發明的實踐而學習到。本發明的目的和優點將通過在文字說明和所附權利要求書以及附圖中特別指出的結構來實現。
為了實現這些和其它優點並根據本發明的目的，如具體和廣泛所述的，製造液晶顯示器件的方法包括形成互相交叉並限定像素區的選通線和數據線；在選通線和數據線的每個交叉部位形成薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體包括柵極、有源層、源極、和漏極；形成第一絕緣層以覆蓋薄膜電晶體和數據線；除了一部分漏極以外，在第一絕緣層上形成黑底；在第一絕緣層上形成第二絕緣層以覆蓋黑底；對第一和第二絕緣層進行構圖，以便露出一部分漏極；在基板的表面上形成第一透明電極層，以便覆蓋被構圖的第二絕緣層和漏極的露出部分；對第一透明電極層進行構圖，以便在像素區中形成像素電極，其中像素電極接觸漏極的露出部分；在像素電極上形成濾色器；在基板的表面上形成第二透明電極層，以便覆蓋濾色器和像素電極，其中第二透明電極層處於非晶狀態；向對應於像素區的一部分第二透明電極層照射光，以便使第二透明電極層的被照射部分結晶；和通過除去第二透明電極層的非結晶部分，在像素區中形成第二像素電極，其中第二像素電極接觸在黑色樹脂上的第一像素電極。
在本發明的另一方案中，製造液晶顯示器件的方法包括在基板上，在第一方向形成選通線和從選通線延伸的柵極；採用相同掩模形成有源層、歐姆接觸層、數據線、源極和漏極， 其中數據線和選通線在基板上互相交叉並限定像素區，源極從數據線延伸，源極和漏極接觸歐姆接觸層，由此在選通線和數據線的每個交叉部位形成薄膜電晶體；形成第一絕緣層以覆蓋薄膜電晶體和數據線；除了一部分漏極以外，在選通線上方的第一絕緣層上形成黑底；在第一絕緣層上形成第二絕緣層以覆蓋黑底；對第一和第二絕緣層進行構圖，以便露出一部分漏極；在基板的表面上形成第一透明電極層，以便覆蓋被構圖的第二絕緣層和漏極的露出部分；對第一透明電極層進行構圖，以便在像素區中形成像素電極，其中像素電極接觸漏極的露出部分；在像素電極上形成濾色器；在基板的表面上形成第二透明電極層，以便覆蓋濾色器和像素電極，其中第二透明電極層處於非晶狀態；向對應於像素區的一部分第二透明電極層照射光，以便使第二透明電極層的被照射部分結晶；和通過除去第二透明電極層的非結晶部分，在像素區中形成第二像素電極，其中第二像素電極接觸在濾色器周圍的第一像素電極。
應該理解前面一般性的說明和下面的詳細說明都是示意性的，並用於提供對所要求保護的本發明的進一步理解。
附圖提供本發明的進一步理解，並構成本說明書的一部分，附圖示出了本發明的實施例並與文字說明一起用於解釋本發明的原理。
附圖中圖1是表示現有技術液晶顯示器件的放大透視圖；圖2是沿著圖1的線II-II截取的示意剖面圖，表示現有技術液晶顯示器件的像素；圖3是根據本發明第一實施例的具有薄膜電晶體上濾色器結構的陣列基板的部分放大平面圖；圖4A-4I是沿著圖3的線IV-IV截取的剖面圖，表示根據本發明第一實施例的具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板的製造工藝步驟；圖5是根據本發明第二實施例的具有薄膜電晶體上濾色器結構的陣列基板的部分放大平面圖；和圖6A-6M是沿著圖5的線VI-VI截取的剖面圖，表示根據本發明第二實施例的具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板的製造工藝步驟。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發明的示意實施例，其中附圖中示出了本發明的例子。儘可能的，在所有附圖中用相同的參考標記表示相同或相似的部件。
圖3是根據本發明第一實施例的具有薄膜電晶體上濾色器結構的陣列基板的局部放大平面圖。
如圖3所示，陣列基板100包括在橫向設置的多個選通線102和在縱向設置的多個數據線116。多個選通線102和多個數據線116互相交叉並限定像素區P。薄膜電晶體T形成在選通線102和數據線116的每個交叉部位。薄膜電晶體T包括柵極104、有源層108、源極112和漏極114。在由選通線和數據線102和116限定的像素區P中，設置多個濾色器130a、130b和130c。另外，對應於每個像素區P設置雙層像素電極。第一像素電極128和第二像素電極136具有幾乎相同的形狀。儘管圖3中未示出，第一像素電極128設置在濾色器130的下面並接觸漏極114，第二像素電極136設置在濾色器130上並接觸第一像素電極128。即，濾色器130置於第一和第二像素電極128和136之間，第二像素電極136通過第一像素電極128電接觸漏極114。
同時，在一部分選通線102和存儲金屬層118中包含存儲電容器CST。這樣，一部分選通線102用作存儲電容器CST的第一電極，存儲金屬層118用作存儲電容器CST的第二電極。第一和第二像素電極128和136電接觸存儲金屬層118，以便它們並聯電連接到存儲電容器CST。
圖3的陣列基板100具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構。在這種COT結構中，黑底124和濾色器130形成在陣列基板100上。設置黑底124使其對應於薄膜電晶體T和選通線102和數據線116，以便防止在LCD器件中發生光洩漏。黑底124由不透明有機材料形成，由此阻擋光入射到薄膜電晶體T上。而且，它保護薄膜電晶體T免受外部衝擊。
另外，由於在本發明中在形成第二像素電極136時不使用光刻工藝，因此不會損壞第二像素電極136下面的濾色器130。就是說，由於在形成第二像素電極136時不使用光刻膠和用於顯影光刻膠的顯影劑，因此在本發明中減少了工藝步驟的數量並實現了工藝穩定性。
圖4A-4I是沿著圖3的線IV-IV截取的剖面圖，表示根據本發明第一實施例的製造具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板的工藝步驟。
在圖4A中，第一金屬層澱積在基板100的表面上，然後通過第一掩模工藝進行構圖，以形成選通線102和柵極104。之後，在基板100上形成柵極絕緣層106(第一絕緣層)以覆蓋選通線102和柵極104。柵極絕緣層106由無機材料形成，如氮化矽(SiNx)和氧化矽(SiO2)。在柵極絕緣層106的整個表面上依次澱積本徵非晶矽層(a-SiH)和n+摻雜非晶矽層(n+a-SiH)，然後通過第二掩模工藝同時進行構圖，以形成有源層108和歐姆接觸層110。歐姆接觸層110位於有源層108上。
在圖4B中，形成有源層108和歐姆接觸層110之後，在基板100上澱積第二金屬層，並通過第三掩模工藝進行構圖，以形成源極112、漏極114、數據線116和存儲金屬層118。第二金屬層可由鉻(Cr)、銅(Cu)、鉬(Mo)及其任何組合的合金中的一種形成。源極112從數據線116延伸並接觸歐姆接觸層110的一部分。漏極114與源極112隔開，並接觸歐姆接觸層110的另一部分。存儲金屬層118與選通線102的一部分重疊。之後，採用源極和漏極112和114作掩模，對源極和漏極112和114之間的一部分歐姆接觸層110進行刻蝕，並完成薄膜電晶體T和存儲電容器CST。例如，源極和漏極112和114可由銅/鉬的雙層形成。如參照圖3所述的，薄膜電晶體T由柵極104、有源層108、歐姆接觸層110、源極112和漏極114構成。並且存儲電容器CST由選通線102、存儲金屬層118和二者中間的第一絕緣體106構成。
然後，在基板100的整個表面上澱積第二絕緣層120，以便覆蓋被構圖的第二金屬層。第二絕緣層120可由氮化矽(SiNx)或氧化矽(Si02)形成。第二絕緣層120增強了在後面工藝中將形成的有機層的粘接性。第二絕緣層120提高了有源層108和有機層之間的粘接性。如果在有源層108和有機材料層之間不存在接觸問題，則不需要第二絕緣層120。
在圖4C中，在第二絕緣層120上澱積具有低介電常數的不透明有機材料層122。該不透明有機材料層122的顏色為黑色，因此它可以成為黑底。
圖4D示出了通過第四掩模工藝形成黑底的步驟。通過第四掩模工藝對形成在第二絕緣層120上的不透明有機材料層122進行構圖，以便在薄膜電晶體T、數據線116和選通線102上方形成黑底124。黑底124由有機材料形成，以便保護薄膜電晶體T。可採用透明有機或無機材料代替不透明有機材料層122而作為TFT保護層。然而，當使用透明材料時需要在上基板上形成黑底的附加工藝。
在圖4E中，在基板100的整個表面上方形成第三絕緣層126，以便覆蓋黑底124。第三絕緣層126可由如氮化矽(SiNx)或氧化矽(Si02)的無機絕緣材料，或者如苯並環丁烯(BCB)或丙烯酸樹脂的有機絕緣材料形成。
現在在圖4F中，通過第五掩模工藝同時對第一、第二和第三絕緣層108、120和125進行構圖。這樣，暴露出漏極106的端邊部和存儲金屬層118的端邊部。儘管圖4F示出了通過構圖第一絕緣層108而露出基板100，但第一絕緣層108可保留，可以只對第二和第三絕緣層120和125進行構圖，以露出漏極106的和存儲金屬層118的邊部。此外，在基板100上的第一柵極絕緣層106的其餘部分可控制在後面工藝中要形成的濾色器的高度。
圖4G示出了形成第一像素電極128和濾色器130的步驟。在基板100的整個表面上方澱積由銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)形成的第一透明電極層，以便覆蓋被構圖的第三絕緣層126並接觸漏極106和存儲金屬層118的露出的邊部。之後，通過第六掩模工藝對第一透明電極層進行構圖，以便除了在柵極104上方的部分之外，在像素區P中形成第一像素電極128。如圖4G所示，第一像素電極128同時接觸漏極106的和存儲金屬層118的邊部。形成第一像素電極128之後，在第一像素電極128上形成彩色樹脂(color resin)，然後顯影以形成具有紅(R)、綠(G)和藍(B)的濾色器130a、130b和130c。如上所述，在第一像素電極128上的像素區P中形成用於顯示全色光譜的濾色器130a、130b和130c。當對彩色樹脂進行顯影時，第一像素電極128可防止用於構圖濾色器的顯影劑滲透到柵極絕緣層106中。在選通線102和柵極104的臺階部分中，形成的柵極絕緣層106可能質量差並且可能具有缺陷，如針孔和裂紋。因此，當對濾色器進行顯影時，用於濾色器的顯影劑可滲透到柵極絕緣層106中並使選通線102和柵極104退化。通過形成第一像素電極128，可以防止這種退化並可以實現工藝穩定性。
在圖4H中，在濾色器130、第一像素電極128的露出部分、和第三絕緣層126的露出部分上形成第二透明電極層132。第二透明電極層132由銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)形成，這與第一透明電極層相同。此時，第二透明電極層132處於非晶狀態。然後，一個KrF準分子雷射器部分地照射第二透明電極層132。具體而言，KrF準分子雷射器照射對應於像素區P的第二透明電極層132的像素部分，因此第二透明電極層132的被照射部分結晶。當第二透明電極層132的像素部分結晶時，代替KrF準分子雷射器，可以使用來自UV燈的強UV光進行完全照射。
圖4I表示對第二透明電極層132進行構圖以形成雙層像素電極(即通常稱為夾層像素電極)的工藝步驟。第二透明電極層132的結晶化之後，通過草酸[(COOH)2·H2O+H2O]刻蝕第二透明電極層132，因此除去第二透明電極層132的非晶部分，同時保留第二透明電極層132的結晶部分，由此第二透明電極層132的結晶部分成為第二像素電極136。由於第二透明電極層132的非晶和結晶部分之間的刻蝕選擇性，可以在不用任何光刻工藝的情況下形成第二像素電極136。因而，最終形成接觸濾色器130周圍的第一像素電極128的第二像素電極136。即，對應於每個像素區P形成由第一和第二像素電極128和136構成的夾層像素電極。
如前所述，在本發明中，每個濾色器130置於第一和第二像素電極128和136之間。並且在本發明的第一實施例中，黑底124和濾色器130形成在下基板100中，因此該液晶顯示器件可具有高孔徑比。此外，由於像素電極具有雙層結構，因此在陣列基板的製造工藝期間可提高工藝穩定性。此外，由於當形成第二像素電極136時不需要光刻膠和光刻工藝，因此不用將顯影劑和/或剝離劑施加於陣列基板上，因而不會損壞下面的濾色器130。
在本發明的第一實施例中，通過六個掩模工藝製造了具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板。然而，掩模工藝的數量可以減少。
圖5是根據本發明第二實施例的具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板的局部放大平面圖。
如圖5所示，陣列基板200包括在橫向設置的多個選通線202和在縱向設置的多個數據線224。多個選通線202和多個數據線224互相交叉並限定多個像素區P。薄膜電晶體T形成在選通線202和數據線224的每個交叉部位。薄膜電晶體T包括柵極204、有源層232a、源極238和漏極240。在由多個選通線和數據線202和224限定的像素區P中，設置多個濾色器256a、256b和256c。另外，對應於每個像素區P設置雙層像素電極。第一像素電極254和第二像素電極260具有幾乎相同的形狀。儘管圖5中未示出，第一像素電極254設置在濾色器256的下面並接觸漏極240，第二像素電極260設置在濾色器256上並接觸第一像素電極254。即，濾色器256置於第一和第二像素電極254和260之間，第二像素電極260通過第一像素電極254電接觸漏極240。
同時，在一部分選通線202和存儲金屬層228中包含存儲電容器CST。這樣，一部分選通線202用作存儲電容器CST的第一電極，存儲金屬層228用作存儲電容器CST的第二電極。第一和第二像素電極254和260電接觸存儲金屬層228，使得它們並聯電連接到存儲電容器CST。
在本發明的第二實施例中，通過相同構圖工藝形成有源層232a和源極和漏極238和240，由此有源層設置在源極238和漏極240的下面。此外，由於在同一工藝中數據線224和存儲金屬層228與源極和漏極238和240一起形成，因此還分別在數據線224和存儲金屬層228下面設置其它矽層230a和234a。
圖5的陣列基板200還具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構。在這種COT結構中，黑底250和濾色器256形成在陣列基板200上。黑底250設置成對應於薄膜電晶體T以及選通線202和數據線224，因此防止LCD器件中發生光洩漏。黑底250由不透明有機材料形成，由此阻擋光入射到薄膜電晶體T上。而且，它保護薄膜電晶體T不受外部衝擊。
此外，在本發明中，在形成第二像素電極260時不用光刻工藝。因此，在第二像素電極260下面的濾色器256不會被顯影劑和/或剝離劑損壞。就是說，由於在形成第二像素電極260時不使用光刻膠和用於顯影光刻膠的顯影劑，所以在本發明中可以減少工藝步驟的數量並實現了工藝穩定性。
圖6A-6M是沿著圖5的線VI-VI截取的剖面圖，表示根據本發明第二實施例的具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板的製造工藝步驟。
在圖6A中，在基板200上限定薄膜電晶體區T、像素區P、數據區D和存儲區S。在基板200的表面上澱積第一金屬層，然後通過第一掩模工藝進行構圖，以形成選通線202和柵極204。
接著，在圖6B中，在基板200上形成柵極絕緣層208(第一絕緣層)以覆蓋選通線202和柵極204。柵極絕緣層208由無機材料形成，如氮化矽(SiNx)和氧化矽(SiO2)。在柵極絕緣層208的整個表面上依次澱積本徵非晶矽層(a-SiH)210、n+摻雜非晶矽層(n+a-SiH)212和第二金屬層214。第二金屬層214可由鉻(Cr)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鋁合金(例如AlNd)和其任何組合的合金中一種形成。然後，在第二金屬層214上形成光刻膠216。
另外，在光刻膠216上方設置具有透射部分M1、屏蔽部分M2和半透射部分M3的掩模M，用於第二掩模工藝。透射部分M1允許光完全通過並對應於除了用於薄膜電晶體區T和存儲區S的部分之外的像素區P。屏蔽部分M2在第二掩模工藝期間完全阻擋光並對應於數據區D、薄膜電晶體區T和存儲區S。半透射部分M3可以是多個狹縫或一個半透明膜，以便只有一半部分的光可以通過。半透射部分M3對應於薄膜電晶體區T的部分，特別是對應於柵極204。
根據上述說明設置掩模M之後，通過掩模M對光刻膠216進行曝光。通過透射部分M1的光完全照射對應區域，同時通過半透射部分M3的光微弱地照射對應區域。
圖6C示出了曝光之後對光刻膠216進行顯影的工藝步驟。對光刻膠216顯影之後，對應於掩模M的屏蔽部分M2的部分完全保留下來，但是完全除去了對應於透射部分M1的部分。此外，部分地除去和保留了對應於半透射部分M3的部分。因此，光刻膠216的顯影工藝之後，第一光圖形220a和第二光圖形220b保留在第二金屬層214上。如圖4所示，第二光圖形220b的高度小於第一光圖形220a，因為它被通過掩模M的半透射部分M3的弱光微弱地照射。第一光圖形220a的高度幾乎是第二光圖形220b的兩倍。
在圖6D中，同時刻蝕第二金屬層214、n+摻雜非晶矽層212和本徵非晶矽層210的暴露部分。因此，在光圖形220的下面形成數據線224、源—漏金屬層226和存儲金屬層228。數據線224對應於數據區D，存儲金屬層228對應於存儲區。源—漏金屬層226從數據線224伸出並對應於薄膜電晶體區T。由於n+摻雜非晶矽層212和本徵非晶矽層210與第二金屬層214同時被刻蝕，因此在數據線224、源—漏金屬層226和存儲金屬層228下面分別形成第一到第三半導體圖形230、232和234。第一到第三半導體圖形230、232和234由被構圖的本徵非晶矽層230a、232a和234a以及被構圖的n+摻雜非晶矽層230b、232b和234b構成。
圖6E示出了為了形成薄膜電晶體的有源溝道而對光圖形220a和220b進行灰化的工藝步驟。該灰化處理是幹刻蝕工藝的一種，並部分地除去光圖形220。在灰化處理期間，完全除去第二光圖形220b，並與第二光圖形220b一樣多地部分除去第一光圖形220a。就是說，在完全除去第二光圖形220的同時，部分地除去第一光圖形220a，使得第一光圖形220a的高度和寬度變小。結果是，露出了源—漏金屬層226的中心部分E以及數據線224和存儲金屬層228的邊部F。被灰化的光圖形236具有比第一光圖形220a小的寬度和高度，並暴露出數據線224和存儲金屬層228的邊部F。完全露出對應於柵極204的中心部分E。
灰化處理之後，除去露出部分E和F，直到露出本徵非晶矽層230a、232a和234a為止，如圖6F所示。然後，從源—漏金屬層226上剝離被灰化的光圖形236。因而，最終在有源層232a(即本徵非晶矽層)上形成源極238和漏極240。源極和漏極238和240之間的有源溝道也形成在有源層232a上。該有源溝道設置在柵極204上方。源極238從數據線224伸出，漏極240與源極238跨過柵極240而分開。如參照圖5所述的，存儲金屬層238具有島形狀。在圖6F中，由於同時除去金屬層和n+摻雜非晶矽層的部分E和F，因此在被構圖的金屬層224、238、240和228周圍暴露出本徵非晶矽層230a、232a和234a。對應於薄膜電晶體區T的本徵非晶矽層232a被稱為有源層，有源層232a上的n+摻雜非晶矽層232b被稱為歐姆接觸層。
同時，存儲金屬層228與選通線202的一部分重疊，使得圖5的存儲電容器CST由部分選通線202、存儲金屬層228和二者中間的第一絕緣層208構成。此外，如參照圖5所述的，薄膜電晶體T由柵極204、有源層232a、歐姆接觸層232b、源極228和漏極240構成。
接著，在圖6G中，在基板200的整個表面上澱積第二絕緣層246，以便覆蓋被構圖的第二金屬層。第二絕緣層246可由氮化矽(SiNx)或氧化矽(SiO2)形成。第二絕緣層246增強了將在後面工藝中形成的不透明有機層248的粘接性。第二絕緣層246提高了有源層232a和不透明有機層248之間的粘接性。如果在有源層232a和有機材料層之間不存在粘接性問題，則不需要第二絕緣層246。形成第二絕緣層246之後，在第二絕緣層246上澱積具有低介電常數的不透明有機材料層248。不透明有機材料層248具有黑顏色，因此它成為黑底。
圖6H表示通過第三掩模工藝形成黑底的步驟。通過第三掩模工藝對形成在第二絕緣層246上的不透明有機材料層248進行構圖，以便在薄膜電晶體T、數據線224和選通線202上方形成黑底250。黑底250由有機材料形成以保護薄膜電晶體T。
在圖6I中，在基板200的整個表面上形成第三絕緣層252，以便覆蓋黑底250。第三絕緣層252可由如氮化矽(SiNx)或氧化矽(SiO2)的無機絕緣材料、或者如苯並環丁烯(BCB)或丙烯酸樹脂的有機絕緣材料形成。
在圖6J中，通過第四掩模工藝同時構圖第一、第二和第三絕緣層208、246和252。這樣，露出了漏極240的端邊部和存儲金屬層228的端邊部。雖然圖6J示出了通過構圖第一絕緣層208而暴露基板200，第一絕緣層208可保留，並且可以只對第二和第三絕緣層246和252進行構圖，以便露出漏極240的和存儲金屬層228的邊部。而且，基板200上的第一柵極絕緣層208的其餘部分可控制將在後面處理中形成的濾色器的高度。
圖6K示出了形成第一像素電極254和濾色器256的步驟。在基板200的整個表面上澱積由銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)構成的第一透明電極層，以便覆蓋被構圖的第三絕緣層252並接觸漏極240和存儲金屬層228的露出邊部。之後，通過第五掩模工藝對第一透明電極層進行構圖，以便在除了柵極204上方的部分之外的像素區P中形成第一像素電極254。如圖6K所示，第一像素電極254接觸漏極240的和存儲金屬層228的邊部。形成第一像素電極254之後，在第一像素電極254上形成彩色樹脂，然後顯影以形成具有紅(R)、綠(G)和藍(B)的濾色器256a、256b和256c。如上所述，在第一像素電極254上的像素區P中形成用於顯示全色光譜的濾色器256a、256b和256c。當顯影彩色樹脂時，第一像素電極254可防止用於構圖濾色器的顯影劑滲透到柵極絕緣層208中。在選通線202和柵極204的臺階部分中，形成的柵極絕緣層208可能質量差並可能具有缺陷，如針孔和裂紋。因此，當顯影濾色器時，用於濾色器的顯影劑可能滲透到柵極絕緣層208中，然後使選通線202和柵極204退化。通過形成第一像素電極254，可以防止這種退化並可以實現工藝穩定性。
在圖6L中，在濾色器256上、在第一像素電極254的露出部分上和第三絕緣層252的露出部分上形成第二透明電極層258。第二透明電極層258由銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)形成，這與第一透明電極層相同。此時，第二透明電極層258處於非晶狀態。然後，一個KrF準分子雷射器部分地照射第二透明電極層258。尤其是，KrF準分子雷射器照射對應於像素區P的第二透明電極層258的像素部分，因此第二透明電極層258的被照射部分被結晶。當結晶第二透明電極層258的像素部分時，代替KrF準分子雷射器，可以使用來自UV燈的強UV光進行結晶。
圖6M表示對第二透明電極層258進行構圖以形成雙層像素電極(即，通常稱為夾層像素電極)的工藝步驟。第二透明電極層258結晶之後，通過草酸[(COOH)2·H2O+H2O]刻蝕第二透明電極層258，因此除去第二透明電極層258的非晶部分，同時保留第二透明電極層258的結晶部分，由此第二透明電極層258的結晶部分成為第二像素電極260。由於第二透明電極層258的非晶和結晶部分之間的刻蝕選擇性，可以在不用任何光刻工藝的情況下形成第二像素電極260。因而，最終形成接觸濾色器256周圍的第一像素電極254的第二像素電極260。即，對應於每個像素區P形成由第一和第二像素電極254和260構成的夾層像素電極。
如上所述，在本發明中，每個濾色器256置於第一和第二像素電極254和260之間。並且在本發明的第二實施例中，黑底250和濾色器256形成在下基板200中，因此該液晶顯示器件可具有高孔徑比。此外，由於像素電極具有雙層結構，因此在陣列基板的製造工藝期間可提高工藝穩定性。此外，由於當形成第二像素電極260時不需要光刻膠和光刻工藝，因此不用將顯影劑和/或剝離劑施加於陣列基板上，因而不會損壞下面的濾色器130。此外，可以減少工藝處理時間。在本發明的第二實施例中，通過五個掩模工藝製造了具有薄膜電晶體上濾色器(COT)結構的陣列基板。根據本發明第二實施例減少了掩模工藝的數量。
因此，本發明簡化了製造工藝和降低了製造成本。此外，由於黑底形成在陣列基板上，因此在設計和對準下和上基板時不需要考慮對準容限，因此提高了孔徑比。
對於本領域普通技術人員來說，很顯然在不脫離本發明的精神或範圍的情況下可以對本發明的用於液晶顯示器件的具有薄膜電晶體上濾色器結構的陣列基板的製造方法作各種修改和改變。因此，本發明覆蓋落入所附權利要求書及其等效形式範圍內的本發明的各種修改和改變。
權利要求
1.一種製造液晶顯示器件的方法，包括形成互相交叉並限定像素區的選通線和數據線；在選通線和數據線的每個交叉部位形成薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體包括柵極、有源層、源極、和漏極；形成第一絕緣層以覆蓋薄膜電晶體和數據線；除了一部分漏極以外，在第一絕緣層上形成黑底；在第一絕緣層上形成第二絕緣層以覆蓋黑底；對第一和第二絕緣層進行構圖，以便露出一部分漏極；在基板的表面上形成第一透明電極層，以便覆蓋被構圖的第二絕緣襯層和漏極的露出部分；對第一透明電極層進行構圖，以便在像素區中形成像素電極，其中像素電極接觸漏極的露出部分；在像素電極上形成濾色器；在基板的表面上形成第二透明電極層，以便覆蓋濾色器和像素電極，其中第二透明電極層處於非晶狀態；向對應於像素區的一部分第二透明電極層照射光，以便使第二透明電極的被照射部分結晶；和通過除去第二透明電極層的非結晶部分，在像素區中形成第二像素電極，其中第二像素電極接觸黑底上的第一像素電極。
2.根據權利要求1的方法，還包括形成柵極絕緣層以覆蓋選通線和柵極。
3.根據權利要求1的方法，其中柵極絕緣層設置在有源層和柵極之間。
4.根據權利要求1的方法，其中薄膜電晶體包括在有源層與源極和漏極之間的歐姆接觸層。
5.根據權利要求1的方法，其中黑底由黑色樹脂形成。
6.根據權利要求1的方法，其中黑底由不透明有機材料形成。
7.根據權利要求1的方法，還包括在一部分選通線上形成存儲電容器。
8.根據權利要求1的方法，其中形成存儲電容器包括在所述部分選通線上形成存儲金屬層，使得存儲金屬層用作存儲電容器的第一電極，所述部分選通線用作存儲電容器的第二電極。
9.根據權利要求8的方法，其中存儲金屬層與第一像素電極電連接。
10.根據權利要求1的方法，其中第一和第二絕緣層由無機材料形成。
11.根據權利要求10的方法，其中無機材料由氧化矽和氮化矽中的一種形成。
12.根據權利要求1的方法，其中濾色器由彩色樹脂形成。
13.根據權利要求1的方法，其中形成第二像素電極包括向所述被部分照射的第二透明電極層施加草酸[(COOH)2·H2O+H2O]。
14.根據權利要求1的方法，其中光源包括雷射器和UV源中的一種。
15.根據權利要求14的方法，其中雷射器是KrF準分子雷射器。
16.一種製造液晶顯示器件的方法，包括在基板上，在第一方向形成選通線和從選通線延伸出柵極；採用同一掩模形成有源層、歐姆接觸層、數據線、源極和漏極，其中數據線和選通線在基板上互相交叉並限定像素區，源極從數據線延伸，源極和漏極接觸歐姆接觸層，由此在選通線和數據線的每個交叉部位形成薄膜電晶體；形成第一絕緣層以覆蓋薄膜電晶體和數據線；除了一部分漏極以外，在第一絕緣層上形成黑底；在第一絕緣層上形成第二絕緣層以覆蓋黑底；對第一和第二絕緣層進行構圖，以便露出一部分漏極；在基板的表面上形成第一透明電極層，以便覆蓋被構圖的第二絕緣層和漏極的露出部分；對第一透明電極層進行構圖，以便在像素區中形成像素電極，其中像素電極接觸漏極的露出部分；在像素電極上形成濾色器；在基板的表面上形成第二透明電極層，以便覆蓋濾色器和像素電極，其中第二透明電極層處於非晶狀態；向對應於像素區的一部分第二透明電極層照射光，以便使第二透明電極層的被照射部分結晶；和通過除去第二透明電極層的非結晶部分，在像素區中形成第二像素電極，其中第二像素電極接觸在濾色器周圍的第一像素電極。
17.根據權利要求16的方法，其中掩模包括使光完全通過的透射部分、完全阻擋光的屏蔽部分和只允許半部分光通過的半透射部分。
18.根據權利要求17的方法，其中透射部分對應於除了用於薄膜電晶體的部分之外的像素區，屏蔽部分對應於數據線和薄膜電晶體，半透射部分對應於柵極。
19.根據權利要求18的方法，其中半透射部分是多個狹縫和一個半透明膜中的一種。
20.根據權利要求18的方法，其中有源層是本徵非晶矽，歐姆接觸層是摻雜非晶矽。
21.根據權利要求16的方法，還包括形成柵極絕緣層以覆蓋選通線和柵極。
22.根據權利要求16的方法，其中柵極絕緣層設置在有源層和柵極之間。
23.根據權利要求16的方法，其中歐姆接觸層設置在有源層與源極、漏極之間。
24.根據權利要求16的方法，其中黑底由黑色樹脂形成。
25.根據權利要求16的方法，其中黑底由不透明有機材料形成。
26.根據權利要求16的方法，還包括在一部分選通線上形成存儲電容器。
27.根據權利要求16的方法，其中形成存儲電容器包括在所述部分選通線上形成存儲金屬層，以便存儲金屬層用作存儲電容器的第一電極，所述部分選通線用作存儲電容器的第二電極。
28.根據權利要求27的方法，其中存儲金屬層與第一像素電極電連接。
29.根據權利要求16的方法，其中第一和第二絕緣層由無機材料形成。
30.根據權利要求29的方法，其中無機材料由氧化矽和氮化矽中的一種形成。
31.根據權利要求16的方法，其中濾色器由彩色樹脂形成。
32.根據權利要求16的方法，其中形成第二像素電極包括向所述被部分照射的第二透明電極層施加草酸[(COOH)2·H2O+H2O]。
33.根據權利要求16的方法，其中光源包括雷射器和UV源中的一種。
34.根據權利要求33的方法，其中雷射器是KrF準分子雷射器。
全文摘要
用於液晶顯示器件的具有薄膜電晶體上濾色器結構的陣列基板的製造方法，包括形成互相交叉並限定像素區的選通線和數據線；在選通線和數據線的每個交叉部位形成薄膜電晶體；形成第一絕緣層以覆蓋薄膜電晶體和數據線；除了一部分漏極以外，在第一絕緣層上形成黑底；在第一絕緣層上形成第二絕緣層以覆蓋黑底；對第一和第二絕緣層進行構圖；在基板的表面上形成第一透明電極層；對第一透明電極層進行構圖，以便在像素區中形成像素電極；在像素電極上形成濾色器；在基板的表面上形成第二透明電極層，以便覆蓋濾色器和像素電極；向對應於像素區的一部分第二透明電極層照射光；和通過除去第二透明電極層的非結晶部分，在像素區中形成第二像素電極。
文檔編號G02F1/1343GK1506737SQ20031011541
公開日2004年6月23日 申請日期2003年11月25日 優先權日2002年12月9日
發明者金雄權, 張允瓊 申請人:Lg.飛利浦Lcd有限公司