[发明专利]一种薄膜晶体管器件阵列基板结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器件(LCD)，尤其涉及一种利用2个掩膜版工艺制作的液晶显示器件的薄膜晶体管器件阵列基板结构及其制造方法。

背景技术

在TFT-LCD制造领域，通过减少Mask数目和光刻工艺次数，以达到降低制造成本和提高设备生产力的目的，始终是一种趋势。TFT-LCD制造工艺从最初的7-Mask制作流程，发展到现在各LCD制造商量产使用的5-Mask和4-Ma sk生产技术，而且目前已经开发出3-Ma sk工艺技术。随着Ma sk工艺次数的减少，TFT的器件结构也在不断的进化。从初始的共面型发展到正交叠型，再到背沟道保护型和目前主流的背沟道腐蚀型；从顶栅结构发展到目前的底栅结构。在TFT进化过程中去除一些器件构成部分，直接导致光刻工艺(Photolithography)次数和Mask数量的减少。如底栅型TFT不需要顶栅结构中的遮光层，从而减少一次Ma sk工艺步骤。又如背沟道腐蚀型TFT相比背沟道保护型结构，除去腐蚀阻挡层，减少一次光刻工艺。在对TFT结构进行改善之后，业界减少Ma sk工艺次数的方法集中在光刻工艺方面，即合并两层薄膜在同一个Mask里进行两层薄膜的不同图案定义。众所周知，TFT器件的必需构成部分是栅电极、栅极绝缘薄膜、有源层、欧姆接触层和源漏电极、透明的像素电极、以及TFT的钝化保护膜。在目前量产的5-Mask工艺当中，通常栅电极、栅极绝缘膜和有源层以及欧姆接触层、源漏电极、钝化保护膜、像素电极分别在5个Mask的光刻工艺里完成。而4-Mask工艺通常是把栅极绝缘膜、有源层、欧姆接触层和源漏电极合并在一个Mask的光刻工艺里完成，此Mask不同于5-Mask工艺里任何一个Mask，是一个具有狭窄开口(Slit andBar)的灰色调(Gray Tone)掩膜版。它可以在不同区域形成多层不同厚度的台阶状光刻胶。下面用图说明使用灰色调(Gray Tone)掩膜版的4-Ma sk制造工艺过程。

图1a和图1b所示结构的阵列基板是一种典型的背沟道腐蚀的底栅型TFT。其阵列基板包括一组栅线1和栅电极2；一组数据线5、源漏电极6和7；以及像素电极10。栅电极的一部分(与像素重叠的栅极凸出部11)和像素电极10一起形成存储电容。此TFT由4-Mask工艺制作，图2a至图4b演示一种流程各个中间阶段TFT基板的俯视图和TFT处的横截面图。传统的制造过程包括以下几步：

在透明衬底上形成一层栅金属薄膜，使用第一个掩膜版(Mask)通过光刻工艺腐蚀形成栅极图案，包括栅线1和栅电极2以及构成存储电容的栅极凸出部11，如图2a和图2b所示；

在栅极上连续、依次形成栅极绝缘薄膜3、半导体层4(包括本征半导体薄膜和掺杂半导体薄膜)和源漏金属薄膜15，使用第二个掩膜版亦即灰色调(Gray Tone)掩膜版，定义如图3b所示的台阶状光刻胶图案，TFT沟道上部的光刻胶13(Gray Tone光刻胶部分保留)薄于源漏电极和数据线上部的光刻胶14(Full Tone光刻胶完全保留)。通过腐蚀形成源电极6、漏电极7和数据线5，如图3c所示。完全去除光刻胶部分保留区域(Gray Tone)光刻胶后，连续腐蚀源漏金属薄膜15和掺杂半导体薄膜，形成TFT导电沟道12，如图3d和图3e所示；

在阵列基板上形成第二层绝缘介质即钝化保护膜8，使用第三个Mask定义保护膜的图案，形成如图4a和4b所示的结构，即钝化保护膜过孔9和栅电极与源电极引线的外接衬垫(未在图中显示)；

在钝化保护膜8上形成一层透明导电薄膜，通过第四个Ma sk形成像素电极10，最后形成如图1a和图1b所示的TFT器件。

在4-Ma sk的技术基础上，最近业界开发3-Mask技术，即把上述流程中的保护膜和透明导电薄膜合并在同一个Mask工艺步骤中完成。图5a至图5f演示此种工艺过程。其原理是利用半导体集成电路中的光刻胶剥离(Lift-off)工艺完成透明像素电极图案的定义。首先使用灰色调掩膜版形成如图5b所示的光刻胶部分保留区域的光刻胶17(对应像素电极)和光刻胶完全保留区域的光刻胶18；光刻胶过孔16位于无光刻胶区域。透过光刻胶过孔16腐蚀形成钝化保护膜过孔9(图5c)；再去除光刻胶部分保留区域的光刻胶17(图5d)；在所有区域形成一层透明导电薄膜(图5e)；最后剥离保留的光刻胶及其上沉积的透明导电薄膜，像素电极10及过孔中的导电薄膜19被保留下来。通过Lift-off技术形成如图5f所示的TFT结构。