CN100444009C - 阵列基板的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用激光剥除工艺形成阵列基板的方法。利用激光可将透明导电层下的光致抗蚀剂层和光致抗蚀剂层上的导电层同时移除，并保留其它部分的透明导电层，而不需额外的光掩模。
Description
技术领域
本发明涉及阵列基板的形成方法，特别是涉及不需光掩模的激光剥除工艺应用在阵列基板的制作中。
背景技术
液晶显示器的显示原理是应用电场控制液晶分子的角度，决定是否透光。液晶层一般夹设于彩色滤光片基板(color filter substrate)和薄膜晶体管阵列基板(thin film transistor substrate)之间。现有技术中，形成TFT阵列基板需要五道光掩模，如图1A-1E所示。基板10具有显示区(未显示)，且显示区具有多个像素，每一像素分为两个区域，包括作为薄膜晶体管的第I区，和作为储存电容的第II区。图1A中，首先于基板10上形成金属层，并以第一道光掩模使其图案化，作为第I区的栅极11A和第II区的下电极11B。接着如图1B所示，形成介电层12覆盖栅极11A、下电极11B和基板10后，再依次形成其它材料层(未显示)于基板10上，然后，以第二道光掩模图案化材料层，形成沟道层13和欧姆接触层14于第I区。如图1C所示，形成另一金属层后，以第三道光掩模进行图案化，使金属层形成源极/漏极15，并蚀刻部分的欧姆接触层14以露出部分沟道层13。如图1D所示，形成保护层17于上述结构上，并以第四道光掩模进行图案化，形成接触孔16以露出薄膜晶体管的部分源极/漏极15。然后，形成导电层于上述结构中，再以第5道光掩模图案化导电层，图案化的导电层18可形成像素电极，使其透过接触孔16与源极/漏极15电连接，并作为第II区的上电极。经上述步骤，即形成如图1E所示的结构。
在阵列基板的形成方法中，图案化有机层或无机层的方法除了上述光刻工艺，还包括激光剥除法(laser ablation)，如美国早期公开US 20050242365、US 20060003553、US 20050247950所揭示。但由于一般的激光工艺并无法选择图案，因此仍需额外的光掩模进行该图案化工艺，增加额外成本。与其它曝光工艺所使用的光源比较，由于激光工艺并无法以大面积的方式曝光，因此光掩模的对准问题也提高机器整合的难度。因此，本技术领域亟需一种不需额外光掩模的选择性激光剥除工艺。
发明内容
本发明提供了一种不需额外光掩模的激光剥除工艺，以图案化导电层，进而降低液晶显示器的薄膜晶体管基板的制造成本。
本发明提供一种阵列基板的形成方法，包括分别形成接触垫、薄膜晶体管、像素区和储存电容于基板上；形成保护层于接触垫、薄膜晶体管、像素区和储存电容上；形成光致抗蚀剂层于保护层上；在图案光致抗蚀剂层后，移除未被光致抗蚀剂层所屏蔽的保护层，露出像素区、部分薄膜晶体管、部分储存电容和部分接触垫；沉积透明导电层于光致抗蚀剂层和露出的像素区、部分薄膜晶体管、部分储存电容和部分接触垫上；并且进行激光剥除工艺，移除光致抗蚀剂层及其上的透明导电层，并留下像素区、部分薄膜晶体管、部分储存电容和部分接触垫上的该导电层。
附图说明
图1A-1E是系列截面图，显示现有技术中，形成阵列基板的流程；
图2A-2E是系列截面图，显示本发明优选实施例中，形成阵列基板的流程；
图3A-3G是系列截面图，显示本发明另一优选实施例中，形成阵列基板的流程；
图4A、4B是截面图，显示本发明另一优选实施例中，以蚀刻终止(i-stopper)所形成的阵列基板。
简单符号说明
A-A～图2B的剖线； I、IV～薄膜晶体管；
II、VI～储存电容；III～接触垫；
V～像素区； 10、20～基板；
11A～栅极； 11B～下电极；
12～介电层； 13～沟道层；
14～欧姆接触层； 15～源极/漏极；
16～接触孔； 17～保护层；
18～图案化的导电层； 21～栅极线；
22～数据线； 23A～薄膜晶体管的栅极；
23B～储存电容的下电极； 24～介电层；
25、35、35A、35B～沟道层；
26、36、36A、36B～欧姆接触层；
27A、37A～薄膜晶体管的源极/漏极；
27B、37B～储存电容的上电极；
28、39～开口；29～保护层；30～透明导电层；
32～光致抗蚀剂层； 37～金属层；
38～光致抗蚀剂层； 38A～较薄的光致抗蚀剂层；
38B～较厚的光致抗蚀剂层； 60A、60B～蚀刻停
具体实施方式
图2A所示是本发明实施例的阵列基板俯视图。栅极线21与数据线22相交构成像素区V，每个像素区V具有薄膜晶体管IV用以控制液晶分子的方向。其中栅极线21的末端为接触垫III，且部分栅极线21(也称为下电极)上另形成有上电极以构成储存电容VI；数据线22的末端为接触垫。值得注意的是，虽然图2A中的像素区，只绘出一个薄膜晶体管，但本领域的技术人员可以理解像素区可包括其它薄膜晶体管，如控制储存电容的晶体管。再者，虽然图2A中的像素区的储存电容VI使用部分栅极线21来作为下电极，但本领域的技术人员可以理解，也可使用另一栅极线(也称为公共电极，未图标)作为像素区的储存电容VI的下电极。
图2B所示是图2A中沿A-A虚线剖取的截面图。其中III指的是栅极线的接触垫，IV指的是薄膜晶体管，V指的是像素区，VI指的是储存电容。首先，形成金属层于基板20上，并图案化金属层以露出像素区V的基板20。基板材料包括透光材料(如玻璃、石英或其它透明材料)、不透光材料(如陶瓷、晶片或其它不透明材料)、或可挠性材料(如塑料、橡胶、聚酯、聚碳酸酯或其它可挠性材料)。金属层可为金属(如钛、钽、银、金、铂、铜、铝、钼、钕、钨、铬、铑、铼、钌、钴或其它金属)、合金或上述材料的组合，优选为钼/铝钕合金、钼/铝钕合金/钼、或钼/铝/钼，经图案化后形成接触垫III、薄膜晶体管IV的栅极23A、栅极线21和储存电容VI的下电极23B。之后形成介电层24于接触垫III、薄膜晶体管IV的栅极23A、栅极线21和储存电容VI的下电极23B及露出的基板20上，作为薄膜晶体管IV的栅极介电层和储存电容VI的电容介电层。介电层24可为有机材料(如光致抗蚀剂、有机硅化合物或其它有机材料)、无机材料(如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅或上述材料的组合)或上述材料的组合。然后，于介电层24上形成沟道层和欧姆接触层。沟道层一般为半导体层(如非晶硅、多晶硅、微晶硅、单晶硅或上述材料的组合)，其形成方式可为化学气相沉积法(CVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、快速升温式化学气相沉积法(RTCVD)、超高真空化学气相沉积法(UHV/CVD)、或分子束外延成长法(MBE)。欧姆接触层一般为掺杂硅，可视情况需要选择n-型或p-型掺杂。接着进行光刻工艺以图案化欧姆接触层和沟道层，使其作为薄膜晶体管IV的欧姆接触层26和沟道层25，并移除其它部分的欧姆接触层和沟道层。
请继续参照图2B，首先以蒸镀或其它物理气相沉积形成金属层，金属层可为金属、合金或上述的多层结构，优选为钼/铝/钼的多层结构。接着图案化该金属层以形成薄膜晶体管IV的源极/漏极27A、储存电容VI的上电极27B和数据线22，并形成开口28以露出部分沟道层25。图案化的方法包括光刻和蚀刻，蚀刻的方法一般可用干蚀刻或是湿蚀刻，用以移除部分薄膜晶体管IV上的金属层以形成源极/漏极27A，并移除部分欧姆接触层26以露出部分沟道层25。请参考图2A，上述的数据线22电连接薄膜晶体管IV的漏极/源极27A。至此基板已完成栅极线21、数据线22、接触垫III、薄膜晶体管IV、像素区V、储存电容VI等结构。如图2B所示，储存电容VI包括上电极27B和下电极23B，两者间夹设介电层24；薄膜晶体管IV包括栅极23A，其上依次为介电层24、沟道层25、欧姆接触层26、源极/漏极27A；以及与栅极23A、下电极23B相同组成的接触垫III。
值得注意的是图2A所示的阵列基板尚有其它形成方式，如图3A-3F所示。为方便理解起见，相同的元件将沿用图2B的标号。首先形成金属层于基板20上，图案化金属层形成接触垫III、薄膜晶体管IV的栅极23A、栅极线21和储存电容VI的下电极23B，且露出像素区V的基板20。金属层的材料与形成方法与图2B所述的金属层类似。接着如图3B所示，依次形成介电层24、沟道层35、欧姆接触层36、金属层37和光致抗蚀剂层38于基板20上，上述层状结构的组成和形成方法也与图2B所述的层状结构类似。
接着如图3C所示，以光刻工艺图案化光致抗蚀剂层38，以形成不同厚度的光致抗蚀剂层38A、38B。光刻工艺所用的光掩模可为半调式(half-tone)、灰阶式(gray-level)、狭缝图案式(slit-pattern)、衍射型(diffractive)或其它合适的半透型光掩模。较薄的光致抗蚀剂层38A位于预定的通道区上；较厚的光致抗蚀剂层38B位于预定的数据线22、电容区VI的上电极和薄膜晶体管IV的源极/漏极上；而其它部分如像素区V和接触垫III上的光致抗蚀剂层则被移除。
接着如图3D所示，蚀刻移除像素区V和接触垫III等露出部分的金属层37，该蚀刻工艺将定义出电容区VI的上电极37B，并露出部分欧姆接触层36。然后如图3E所示，利用等离子体处理去除较薄的光致抗蚀剂层38A，以露出通道区上的金属层37。值得注意的是，等离子体处理除了移除较薄的光致抗蚀剂层38A以外，还会移除部分较厚的光致抗蚀剂层38B，缩小其厚度和宽度。之后再利用蚀刻方式，将通道区上的金属层37、部分露出的欧姆接触层36和部分露出的沟道层35移除，同时将其它未被光致抗蚀剂层38B屏蔽的欧姆接触层36和沟道层35移除。由图3D可知，由于此时薄膜晶体管IV的通道区上方比其它露出的区域如接触垫III、像素区V多了一层金属层37，因此同样的蚀刻条件在接触垫III、像素区V蚀刻沟道层35、欧姆接触层36时，薄膜晶体管IV的区域则是蚀刻金属层37、欧姆接触层36。因此在蚀刻结束后，可选择性地保留部分沟道层35A于薄膜晶体管IV中。经上述蚀刻步骤可定义出储存电容VI的上电极37B、薄膜晶体管IV的源极/漏极37A、欧姆接触层36A、36B、沟道层35A、35B和开口39。
然而在此必需说明的是，图3E所示结构的形成方法也可先将图3C的像素区V和接触垫III等露出部分金属层37、部分欧姆接触层36和沟道层35，并曝露出部分介电层24后，利用等离子体处理去除较薄的光致抗蚀剂层38A，露出通道区上的金属层37。然后，再利用蚀刻方式，将通道区上的金属层37、部分露出的欧姆接触层36和部分露出的沟道层35A移除。
如图3F所示，移除较厚的光致抗蚀剂层38后的结构中，储存电容VI包括上电极37B和下电极23B，两者间夹设介电层24、沟道层35B和欧姆接触层36B；薄膜晶体管IV包括栅极23A，其上依次为介电层24、沟道层35A、欧姆接触层36A和源极/漏极37A；和与栅极23A、下电极23B相同组成的接触垫III。与图2B所述的工艺比较，图2B是以光掩模图案化欧姆接触层26与沟道层25后再形成金属层27，而图3A-3F的工艺是直接形成沟道层35、欧姆接触层36、金属层37、光致抗蚀剂层38后，再以半透型光掩模形成不同厚薄的光致抗蚀剂层，以图案化上述结构。简言之，图3F比图2B的工艺节省一道光掩模。而图3F的结构其后续工艺则类似下述图2C-2E的工艺。
接着如图2C所示，形成保护层29于上述结构后，再形成光致抗蚀剂层32于保护层29上。经曝光显影后移除部分接触垫III、薄膜晶体管IV的部分源极、像素区V的基板20和部分储存电容VI上的光致抗蚀剂层32，露出部分保护层29。以保留的光致抗蚀剂层32做屏蔽，蚀刻移除露出的部分保护层29及其下方的部分介电层24后，露出部分接触垫III、薄膜晶体管IV的部分源极/漏极27A、像素区V的基板20和部分储存电容VI的上电极27B。较合适的保护层29包括无机材料(如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅或上述材料的组合)、有机材料(如有机硅化合物、有机聚合物或其它类似的材料)或上述材料的组合，且其形成方式可以是CVD、PECVD或金属有机化学气相沉积法(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)。光致抗蚀剂层32的形成方式可为旋转涂布法(spin-on)或是非旋转式涂布法(spinless coating)。
如图2D所示，形成透明导电层30于图2C的结构上，接着直接进行激光剥除工艺，以得到图2E的结构。透明导电层30的材料为透明金属氧化物，其优选为铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锌氧化物、镉锡氧化物或上述材料的组合。由于激光直接穿过透明导电层30，同时剥除光致抗蚀剂层32及其上的透明导电层30。其它部分的透明导电层30，如接触垫III、晶体管IV的部分源极区27A、像素区V的基板20和储存电容VI的上电极27B上的透明导电层30则被保留。
图3G是图3F的结构经图2C-2E的工艺所形成的结构。形成保护层29和透明导电层30的方法及材料与图2C-2E的工艺类似，不再赘述。
必需注意的是，不同的光致抗蚀剂层32的材料将影响激光波长和能量的选择，以东洋油墨(Toyo Ink)的型号GE4CK1的光致抗蚀剂为例，优选的激光光源为YAG激光，其波长范围约大于或约等于900纳米(nm)的激光可被光致抗蚀剂吸收，如约1064纳米(nm)的YAG激光；优选的激光能量范围为约650毫焦耳至1800毫焦耳。而此波长的激光并不会被透明导电层30所吸收。由于本发明的光致抗蚀剂层并不限定于东洋油墨(Toyo Ink)的型号GE4CK1的光致抗蚀剂，因此本领域的技术人员可依其本身需要选择适当的光致抗蚀剂层32和相对应的激光种类、波长及能量，只要可穿过透明导电层30，并剥除光致抗蚀剂层32即可。值得注意的是，除了光致抗蚀剂层32外，透明导电层30下的其它层以不受激光工艺影响为原则。举例来说，保护层29以无机材料为佳，避免在激光工艺时与光致抗蚀剂层32一起被移除。然而，若保护层29所使用的有机材料(如：有机硅化合物)，其分子键的解离能量大于激光工艺的能量，也可使用。
关于薄膜晶体管IV的结构，虽然图2E、3G中为BCE (Back ChannelEtching)所形成的薄膜晶体管，但可以理解的是，本发明的薄膜晶体管也可为其它种类的薄膜晶体管，包括图4A、4B中应用蚀刻终止(i-stopper)工艺形成的结构。与图2E、3G的结构类似，图4A、4B的结构同样具有基板20、接触垫III、薄膜晶体管IV、像素区V、储存电容VI。图4A与图2E的差别在于形成欧姆接触层26前，先形成蚀刻停止层60A于沟道层上；图4B与图3F的差别在于形成欧姆接触层36之前，先形成蚀刻停止层60B于沟道层35A之上。蚀刻停止层60A、60B可避免回蚀刻步骤造成沟道层25、35A凹陷。
虽然本发明已以优选实施例揭示如上，但是其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作变化与修改，因此本发明的保护范围以所附权利要求所界定的为准。
Claims (15)
1.一种阵列基板的形成方法，包括：
分别形成接触垫、薄膜晶体管、像素区和储存电容于基板上；
形成保护层于该接触垫、该薄膜晶体管、该像素区和该储存电容上；
形成光致抗蚀剂层于该保护层上；
图案化该光致抗蚀剂层后，移除未被该光致抗蚀剂层屏蔽的保护层，且露出该像素区、该薄膜晶体管的源极/漏极的一部分、该储存电容的上电极的一部分和该接触垫的一部分；
沉积透明导电层于该光致抗蚀剂层和露出的该像素区、该薄膜晶体管的源极/漏极的一部分、该储存电容的上电极的一部分和该接触垫的一部分上；并且
进行激光剥除工艺，移除该光致抗蚀剂层及其上的该透明导电层，并留下该像素区、该薄膜晶体管的源极/漏极的一部分、该储存电容的上电极的一部分和该接触垫的一部分上的该透明导电层。
2.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中该透明导电层包括透明金属氧化物。
3.如权利要求2所述的阵列基板的形成方法，其中该透明金属氧化物包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、镉锡氧化物、铝锌氧化物或上述材料的组合。
4.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中该激光剥除工艺的激光能量范围为650毫焦耳至1800毫焦耳。
5.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中该激光剥除工艺的激光波长大于或等于900纳米。
6.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中该保护层包括有机材料、无机材料或上述材料的组合。
7.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中该保护层包括氮化硅层、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅或上述材料的组合。
8.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中该保护层包括有机硅化合物或有机聚合物。
9.如权利要求6所述的阵列基板的形成方法，其中该有机材料的分子键解离能量等于或大于该激光剥除工艺的激光能量。
10.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中分别形成该接触垫、该薄膜晶体管、该像素区和该储存电容于该基板上的步骤包括：
形成第一金属层于该基板上，并图案化该第一金属层以形成该接触垫、该薄膜晶体管的一个栅极和该储存电容的一个下电极，且露出该像素区的该基板；
形成介电层于该接触垫、该栅极、该下电极和该像素区露出的该基板上；
形成沟道层和欧姆接触层于该薄膜晶体管的栅极上；
形成第二金属层于上述结构上，并图案化该第二金属层，以形成该薄膜晶体管的源极/漏极和该储存电容的上电极；并且
移除该源极/漏极未遮蔽的该欧姆接触层以露出该沟道层。
11.如权利要求10所述的阵列基板的形成方法，还包括形成蚀刻停止层于该栅极上的该沟道层与该欧姆接触层之间。
12.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中分别形成该接触垫、该薄膜晶体管、该像素区和该储存电容于该基板上的步骤包括：
形成第一金属层于该基板上，并图案化该第一金属层以形成该接触垫、该薄膜晶体管的一个栅极和该储存电容的一个下电极，且露出该像素区的该基板；
形成介电层、沟道层、欧姆接触层、第二金属层和光致抗蚀剂层于该接触垫、该栅极和该下电极上；
图案化该光致抗蚀剂层，形成薄光致抗蚀剂区和厚光致抗蚀剂区，其中该薄光致抗蚀剂区对应该栅极，该厚光致抗蚀剂区对应该栅极的两侧和该下电极；
移除未被该薄光致抗蚀剂区和该厚光致抗蚀剂区遮蔽的该第二金属层；
移除该薄光致抗蚀剂区；
移除该栅极上的该第二金属层、该欧姆接触层以露出部分该沟道层，同时移除未被该厚光致抗蚀剂区遮蔽的该欧姆接触层和该沟道层，而未被移除的该第二金属层则形成该薄膜晶体管的源极/漏极和该储存电容的上电极；并且
移除该厚光致抗蚀剂区。
13.如权利要求12所述的阵列基板的形成方法，还包括形成蚀刻停止层于该栅极上的该沟道层与该欧姆接触层之间。
14.如权利要求1所述的阵列基板的形成方法，其中分别形成该接触垫、该薄膜晶体管、该像素区和该储存电容于该基板上的步骤包括：
形成第一金属层于该基板上，并图案化该第一金属层以形成该接触垫、该薄膜晶体管的一个栅极和该储存电容的一个下电极，且露出该像素区的该基板；
形成介电层、沟道层、欧姆接触层、第二金属层和光致抗蚀剂层于该接触垫、该栅极和该下电极上；
图案化该光致抗蚀剂层，形成薄光致抗蚀剂区和厚光致抗蚀剂区，其中该薄光致抗蚀剂区对应该栅极，该厚光致抗蚀剂区对应该该栅极的两侧和该下电极；
移除未被该薄光致抗蚀剂区和该厚光致抗蚀剂区遮蔽的该第二金属层、部分该欧姆接触层和部分该沟道层，露出部分介电层；
移除该薄光致抗蚀剂区；
移除该栅极上的该第二金属层、该欧姆接触层以露出部分该沟道层，而未被移除的该第二金属层则形成该薄膜晶体管的源极/漏极和该储存电容的上电极；并且
移除该厚光致抗蚀剂区。
15.如权利要求14所述的阵列基板的形成方法，还包括形成蚀刻停止层于该栅极上的该沟道层与该欧姆接触层之间。
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