CN100454557C - 一种tft lcd阵列基板结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TFT LCD阵列基板结构，包括：基板；栅电极、栅极扫描线和公共电极，其中公共电极为存储电容的底电极；栅绝缘层；有源层及其上的沟道；数据扫描线、源电极和漏电极；形成在栅绝缘层之上的存储电容顶电极；钝化层及形成在漏电极及存储电容顶电极之上的钝化层过孔或沟槽；形成在钝化层上的像素电极，并通过钝化层过孔或沟槽与漏电极及存储电容顶电极连接。本发明同时公开了该阵列基板结构的制造方法。本发明可缩小挡光条面积，缩小了挡光条与透明像素电极，公共电极与透明电极之间的交叠面积，从而增加了开口率和/或提高存储电容，并进一步提高TFT LCD的显示品质。

Description

一种TFT LCD阵列基板结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，尤其涉及薄膜晶体管液晶显示器阵列基板结构及其制造方法。

背景技术

TFT LCD具有功耗低、制造成本相对较低、和无辐射的特点，目前在平板显示器市场占据了主导地位。矩阵型公共电极结构，避免了电极信号差异而引起的串扰(Cross-Talk)、闪烁(Flicker)和水平白线等不良。但是，矩阵型公共电极的结构，尽管在信号均一性方面做出了改善，但是该结构对像素的开口率有损失。TFT LCD器件存储电容是像素扫描信号结束后维持像素电极电位的主要手段，统一增大像素的存储电容，可以有效地改善画面的均一性。现有技术大多采用像素电极与公共电极相叠，中间隔以绝缘层来构成存储电容，因此要提高像素的存储电容，一是增大交叠面积，如使用矩阵型结构，将挡光条纳入存储电容一部分，使透明像素电极与挡光条相交叠，并且实现公共电极的互联，其优点是充分利用挡光条的空间位置，使挡光条的功能多样化，同时公共电极互联，也是对修复工艺的改善，如图1至图4所示为现有技术中一种TFT LCD阵列基板结构俯视图和截面图，该结构包括一组栅极扫描线1和与之平行的公共电极13，以及与之垂直的一组数据扫描线5，相邻的栅极扫描线和数据扫描线定义了像素区域。每一个像素包含有一个TFT开关器件、透明像素电极10、两道挡光条12和部分公共电极13，公共电极13和挡光条12连接起来呈一体结构，上下像素的挡光条12在公共电极的钝化层过孔处14通过公共电极的透明像素引线15相连接。TFT器件由栅电极2、栅电极绝缘层4、有源层3、以及源电极6和漏电极7组成。透明像素电极10通过钝化层过孔9与TFT的漏电极7相连接。钝化层8覆盖在原电极6和漏电极7之上。美国专利技术6,600,523设计了冗余公共电极走线来改善修复工艺，原理类似。但是上述结构共同不足之处在于造成了开口率的下降。二是改变绝缘层材料，如使用铝的氧化物或钽的氧化物，改变存储电容绝缘的电介常数。美国专利技术6,953,715中就主要针对改变绝缘层材料来控制存储电容的大小，其优点是结构上没有变化，不足之处是所使用的材料，工艺制造流程需要变更。美国专利技术6,661,477设计了孤岛栅电极，同时使像素电极与源电极层金属相连，来降低漏源电极电容，以此改善串扰不良，结构上虽然也是使像素电极与源电极层金属相连，但未涉及存储电容改善部分。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种增大开口率，提高存储电容，提高TFT LCD的显示品质的TFT LCD阵列基板结构及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种TFT LCD阵列基板结构，包括：

一基板；

一栅电极、栅极扫描线和公共电极，均形成在所述基板之上，其中公共电极为存储电容的底电极；所述栅电极与所述栅极扫描线连接，所述公共电极位于所述栅极扫描线之间；

一个栅绝缘层，形成在所述栅电极、栅极扫描线、公共电极和基板之上；

一有源层及其上的沟道，形成在所述栅电极之上；

一数据扫描线、源电极和漏电极，均形成在所述栅绝缘层之上；

一存储电容顶电极，形成在所述栅绝缘层之上；

一钝化层，形成在所述栅绝缘层、数据扫描线、源电极、漏电极及存储电容顶电极之上，并在所述漏电极及存储电容顶电极之上形成钝化层过孔或沟槽；所述存储电容顶部电极、数据扫描线、源电极及漏电极为在同一镀膜、掩模光刻和化学腐蚀工艺中完成制作的相同材料部分；

一像素电极，形成在所述钝化层上，并通过所述钝化层过孔或沟槽与漏电极及存储电容顶电极连接。

其中，上述结构还可包括一挡光条，位于所述基板之上、栅绝缘层之下且靠近和平行于所述数据扫描线。且所述公共电极和挡光条为一体结构。

上述方案中，所述存储电容顶电极平行且正对着公共电极。所述存储电容顶电极平行且正对着公共电极和挡光条部分。所述平行且正对着公共电极和挡光条部分的存储电容顶电极为一体结构。所述公共电极和挡光条之间通过导线电连接。所述导线的材料与像素电极材料相同。所述栅极扫描线、公共电极和挡光条的材料为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍之一或它们的任意组合。所述栅极扫描线、公共电极和挡光条为在同一镀膜、掩模光刻和化学腐蚀工艺中完成制作的相同材料部分。所述栅绝缘层的材料可以为氮化硅或氧化铝。所述存储电容顶部电极、数据扫描线、源电极及漏电极材料为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍之一或它们的任意组合。

为了实现上述目的，本发明同时提供一种TFT LCD阵列基板结构的制造方法，包括：

步骤1，在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成栅极扫描线、栅电极、公共电极和挡光条；所述栅电极与所述栅极扫描线连接，所述公共电极位于所述栅极扫描线之间；

步骤2，在完成步骤1的基板上连续淀积栅电极绝缘层薄膜和非晶硅薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成半导体有源层及其上方的沟道；

步骤3，在完成步骤2的基板上淀积金属薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成数据扫描线、源电极、漏电极和存储电容顶部电极；

步骤4，在完成步骤3的基板上沉积钝化层薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成漏电极部分的钝化层过孔、挡光条部分的钝化层过孔及存储电容顶部电极钝化层过孔或沟槽；

步骤5，在完成步骤4的基板上淀积透明电极像素电极层，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成像素电极和连接公共电极间的导线。

其中，所述步骤1中形成的公共电极和挡光条为一体结构。所述步骤3中形成的存储电容顶部电极平行且正对着公共电极部分。所述步骤3中形成的存储电容顶部电极平行且正对着挡光条部分。

与现有专利技术相比，本发明的阵列基板结构可缩小挡光条面积，缩小了挡光条与透明像素电极，公共电极与透明电极之间的交叠面积，从而增加了开口率和/或提高存储电容，并进一步提高TFT LCD的显示品质。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。

附图说明

图1是现有技术TFT LCD阵列基板结构俯视图；

图2是图1中A-A部分横截面图；

图3是图1中B-B部分横截面图；

图4是图1中C-C部分横截面图；

图5是现有技术像素存储电容结构底部公共电极俯视图；

图6是本发明TFT LCD阵列基板结构俯视图；

图7是图6中D-D截面示意图；

图8是图6中E-E截面示意图；

图9是图6中F-F截面示意图；

图10是本发明的存储电容结构底部公共电极俯视图；

图11是图10中G-G截面图；

图12是本发明的存储电容结构顶部电极俯视图(钝化层刻蚀后)；

图13是图12中H-H截面图；

图14是图12中I-I截面图；

图15是图12中J-J截面图；

图16是是本发明TFT LCD阵列基板结构俯视图(钝化层沟槽结构)；

图17是图16中K-K截面图；

图18是图16中L-L截面图。

图中标记：1、栅极扫描线；2、栅电极；3、有源层；4、栅电极绝缘层；5、数据扫描线；6、源电极；7、漏电极；8、钝化层；9、钝化层过孔；10、透明像素电极；12、挡光条、13、公共电极；14、公共电极的钝化层过孔；15、公共电极的透明像素引线；16、存储电容顶部电极；17、存储电容顶部电极的钝化层过孔；18、存储电容顶部电极的钝化层沟槽。

具体实施方式

图6所示为本发明TFT LCD阵列基板结构俯视图。如图6至图9所示，本TFT LCD阵列基板上有一组栅极扫描线1和与之平行的公共电极13，以及与之垂直的一组数据扫描线5，相邻的栅极扫描线和数据扫描线定义了像素区域。每一个像素包含有一个TFT开关器件、透明像素电极10、两道挡光条12和部分公共电极13，公共电极13和挡光条12连接起来呈一体结构，上下像素的挡光条12在公共电极的钝化层过孔处14通过公共电极的透明像素引线15相连接。TFT器件由栅电极2、栅电极绝缘层4、有源层3、以及源电极6和漏电极7组成。透明像素电极10通过钝化层过孔9与TFT的漏电极7相连接。钝化层8形成在原电极6和漏电极7之上。以上部分与现有技术矩阵型公共电极的TFT像素结构相同。本发明的TFT LCD像素结构区别之处在于，用源电极6的同层金属(与源电极6同一镀膜工艺完成)制作存储电容顶部电极16，存储电容顶部电极16平行且正对着公共电极13和挡光条12部分。通过存储电容顶部电极钝化层过孔17，将存储电容预部电极16和透明像素电极10相连。存储电容顶部电极16与源电极6和漏电极7等为在同一掩模光刻工艺完成的相同材料部分，存储电容顶部电极的钝化层过孔17与漏电极7的钝化层过孔9在同一掩模光刻工艺完成，如图12，图13，图14，图15所示。

上述实施例中，栅极扫描线1、栅电极2、公共电极13和挡光条12均在同一镀膜掩模光刻刻蚀工艺完成的具有相同结构和材料部分，材料为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍等之一或它们的任意组合，结构可以为单层或复合层。栅电极绝缘层4材料可以为氮化硅或氧化铝。存储电容顶部电极16，数据扫描线5、源电极6及漏电极7为同一镀膜、掩模光刻和化学腐蚀工艺中完成制作的相同结构和材料部分，材料为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍之一或它们的任意组合，结构也可为单层或复合层。

如图10所示，本实施例中挡光条及公共电极面积可缩小，因此可增大了开口率。该面积缩小的理论基础是，本发明存储电容顶部电极16由源、漏电极层金属完成，相比以前由透明像素电极构成存储电容顶部电极的结构，电容两极的距离变短，在不改变交叠面积的同时，容量变大，或保证容量不变的基础上，交叠面积可以变小，增大了开口率或/和增大存储电容容量。

另外，形成本发明的存储电容顶部电极的钝化层过孔17也可是存储电容顶部电极的钝化层沟槽，该过孔或沟槽亦或其他结构是连接存储电容顶部电极和透明像素电极的通道，截面图如图14，图15，图17，图18所示。

上述像素是本发明适合的一种典型应用结构，还可进行各种变通，如存储电容顶部电极仅覆盖在公共电极上方或挡光条上方；将覆盖在公共电极上方和挡光条上方的存储电容顶部电极分开设置；将透明像素电极存储电容顶部电极相连的过孔改为沟槽等类似通过源漏金属层制作存储电容底电极，并将定增大存储电容容量或改善开口率的各种结构，都符合本发明范围。

下面结合附图详细说明本发明的TFT像素结构及其制造工艺过程。

首先，使用磁控溅射方法，在玻璃基板上制备一层厚度在

至

的栅金属薄膜。栅金属材料通常使用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或铜等金属。用栅极掩模版通过曝光工艺和化学腐蚀工艺，在玻璃基板的一定区域上形成栅极扫描线1和栅电极2以及公共电极13和挡光条12的图案。图10，图11所示，栅电极、公共电极和挡光条具有相同的厚度和腐蚀后的坡度角。

然后，利用化学汽相沉积的方法在阵列基板上连续淀积

到

的栅电极绝缘层薄膜4和

到的非晶硅薄膜3。栅电极绝缘层4材料通常是氮化硅，也可以使用氧化硅和氮氧化硅，也可以是铝的氧化物等。用有源层的掩模版进行曝光后对非晶硅进行刻蚀，形成半导体有缘层沟道3。而栅金属和非晶硅之间的绝缘层4起到阻挡刻蚀的作用，同时作为存储电容的绝缘介质，改善工艺参数，可以改善绝缘介质的介电性能。

随后，采用和栅金属类似的制备方法，在阵列基板上淀积一层类似于栅金属的厚度在

到

金属薄膜，通常使用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或铜等金属。如图12所示，通过源漏电极7的掩模版在一定区域形成数据扫描线5、源电极6、漏电极7和存储电容顶部电极16。

接下来，用和制备栅电极绝缘层以及有源层相类似的方法，在整个整列基板上沉积一层厚度在

到

的钝化层8，其材料通常是氮化硅。通过钝化层的掩模版，利用曝光和刻蚀工艺形成漏电极部分的钝化层过孔9和挡光条部分的钝化层过孔14，同时形成存储电容顶部电极钝化层过孔17，如图14、图15所示，过孔尺度及形状视需求而定，可以是孔或沟槽，如图17，图18。

最后，使用磁控溅射方法形成透明电极，常用的透明电极为氧化铟锡等，厚度在至

之间。通过掩模光刻化学腐蚀等工艺，形成像素电极10和导线15。

其典型的工艺流程可归纳如下：

金属的溅射成膜-掩模光刻-刻蚀(栅极扫描线、栅电极、底部公共电极和挡光条)

栅电极绝缘层，有缘层的成膜-掩模光刻-刻蚀(存储电容绝缘介质、有源层及沟道)

金属的溅射成膜-掩模光刻-刻蚀(源电极、漏电极、数据扫描线和存储电容顶部电极)

钝化层的成膜-掩模光刻-刻蚀(钝化层、公共电极过孔、钝化层过孔和存储电容顶部电极的钝化层过孔)

像素电极层的溅射成膜-掩模光刻-刻蚀(像素电极和公共电极引线)。

以上所提出实施例为一种具体实现方法，也可以有其它的实现方法，如采用4次光刻技术或3次光刻技；选择不同的材料或材料组合；或采用不同形状的像素结构完成；将存储电容顶部电极的钝化层过孔17设计为存储电容顶部电极的钝化层沟槽，实现沟槽状连接，如图16，图17，图18所示。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当按照需要可使用不同材料和设备实现之，即可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1、一种TFT LCD阵列基板结构，其特征在于，包括：

一基板；

一栅电极、栅极扫描线和公共电极，均形成在所述基板之上，其中公共电极为存储电容的底电极；所述栅电极与所述栅极扫描线连接，所述公共电极位于所述栅极扫描线之间；

一个栅绝缘层，形成在所述栅电极、栅极扫描线、公共电极和基板之上；

一有源层及其上的沟道，形成在所述栅电极之上；

一数据扫描线、源电极和漏电极，均形成在所述栅绝缘层之上；

一存储电容顶电极，形成在所述栅绝缘层之上；

一钝化层，形成在所述栅绝缘层、数据扫描线、源电极、漏电极及存储电容顶电极之上，并在所述漏电极及存储电容顶电极之上形成钝化层过孔或沟槽；所述存储电容顶部电极、数据扫描线、源电极及漏电极为在同一镀膜、掩模光刻和化学腐蚀工艺中完成制作的相同材料部分；

一像素电极，形成在所述钝化层上，并通过所述钝化层过孔或沟槽与漏电极及存储电容顶电极连接。

2、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：还包括一挡光条，位于所述基板之上、栅绝缘层之下且靠近和平行于所述数据扫描线。

3、根据权利要求2所述的阵列基板结构，其特征在于：所述公共电极和挡光条为一体结构。

4、根据权利要求1至3任一所述的阵列基板结构，其特征在于：所述存储电容顶电极平行且正对着公共电极。

5、根据权利要求2或3所述的阵列基板结构，其特征在于：所述存储电容顶电极平行且正对着公共电极和挡光条部分。

6、根据权利要求5所述的阵列基板结构，其特征在于：所述平行且正对着公共电极和挡光条部分的存储电容顶电极为一体结构。

7、根据权利要求6所述的阵列基板结构，其特征在于：所述公共电极和挡光条之间通过导线电连接。

8、根据权利要求7所述的阵列基板结构，其特征在于：所述导线的材料与像素电极材料相同。

9、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：所述栅极扫描线、公共电极和挡光条的材料为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍之一或它们的任意组合。

10、根据权利要求9所述的阵列基板结构，其特征在于：所述栅极扫描线、公共电极和挡光条为在同一镀膜、掩模光刻和化学腐蚀工艺中完成制作的相同材料部分。

11、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：所述栅绝缘层的材料可以为氮化硅或氧化铝。

12、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：所述存储电容顶部电极、数据扫描线、源电极及漏电极的材料为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍之一或它们的任意组合。

13、一种TFT LCD阵列基板结构的制造方法，其特征在于，包括：

步骤1，在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成栅极扫描线、栅电极、公共电极和挡光条；所述栅电极与所述栅极扫描线连接，所述公共电极位于所述栅极扫描线之间；

步骤2，在完成步骤1的基板上连续淀积栅电极绝缘层薄膜和非晶硅薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成半导体有源层及其上方的沟道；

步骤3，在完成步骤2的基板上淀积金属薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成数据扫描线、源电极、漏电极和存储电容顶部电极；

步骤4，在完成步骤3的基板上沉积钝化层薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成漏电极部分的钝化层过孔、挡光条部分的钝化层过孔及存储电容顶部电极钝化层过孔或沟槽；

步骤5，在完成步骤4的基板上淀积透明像素电极层，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成像素电极和连接公共电极间的导线。

14、根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于；所述步骤1中形成的公共电极和挡光条为一体结构。

15、根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的存储电容顶部电极平行且正对着公共电极部分。

16、根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的存储电容顶部电极平行且正对着挡光条部分。

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