CN103474430B - 薄膜晶体管基板及其制作方法以及显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管基板，其包括：一基板；多个薄膜晶体管设置于该基板上，其中，各薄膜晶体管包含：一遮光层，位于基板上；一有源层，位于遮光层上；一栅绝缘层，位于基板上并覆盖有源层；一栅极，位于栅绝缘层上，并位于有源层上方；一源极，位于基板上并电连接有源层；以及一漏极，位于基板上并电连接有源层。

Description

薄膜晶体管基板 及其制作方法以及显示器

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管，且特别是涉及具有遮光层的薄膜晶体管基板及其制作方法以及显示器。

背景技术

随着显示科技的日益进步，人们借着显示器的辅助可使生活更加便利，为求显示器轻、薄的特性，促使平面显示器（flat panel display，FPD）成为目前的主流。在诸多平面显示器中，液晶显示器（liquid crystal display，LCD）具有高空间利用效率、低消耗功率、无辐射以及低电磁干扰等优越特性，因此，液晶显示器深受消费者欢迎。

液晶显示器主要是由有源阵列基板、彩色滤光基板与位于两基板之间的液晶层所构成。有源阵列基板具有有源区以及周边电路区。有源阵列位于有源区内，而具有多个薄膜晶体管的驱动电路则位于周边电路区内。

目前，液晶显示器多半是采用背光模块作为显示画面时的光源，然而，当背光模块产生的光线照射到薄膜晶体管的有源层时，易使有源层产生光电流，以致于影响薄膜晶体管的电性。

当液晶显示器使用顶栅极的薄膜晶体管时，由于顶栅极的薄膜晶体管的有源层是直接暴露在背光模块所发出的光线下，因此，光线会影响薄膜晶体管的电性。当液晶显示器使用底栅极的薄膜晶体管时，底栅极虽可阻挡光线，但是底栅极薄膜晶体管的有源层容易受到后续制作工艺（如形成源极、漏极、以及覆盖源极与漏极的保护层的制作工艺）的伤害，以致于影响电性。

发明内容

为解决上述问题，本发明一实施例提供一种薄膜晶体管基板，包括：一基板；多个薄膜晶体管设置于基板上，其中，各薄膜晶体管包含：一遮光层，位于基板上；一有源层，位于遮光层上；一栅绝缘层，位于基板上并覆盖有源层；一栅极，位于栅绝缘层上，并位于有源层上方；一源极，位于基板上并电连接有源层；以及一漏极，位于基板上并电连接有源层。

本发明一实施例提供一种薄膜晶体管基板的制作方法，包括：提供一基板；于基板上形成一遮光层；于遮光层上形成一有源层；于基板上形成一覆盖有源层的栅绝缘层；于栅绝缘层上形成一栅极，栅极位于有源层上方；以及于基板上形成电连接有源层的一源极与一漏极。

本发明一实施例提供一种显示器，包括：一如前述实施例所述的薄膜晶体管基板；一基板，与薄膜晶体管基板相对设置；以及一显示介质，形成于薄膜晶体管基板与基板之间。

附图说明

图1A至图1C为本发明一实施例的薄膜晶体管基板的制作工艺剖视图；

图2A至图2E为本发明一实施例的薄膜晶体管基板的制作工艺剖视图；

图3为本发明另一实施例的薄膜晶体管基板的剖视图；

图4A至图4D为本发明一实施例的薄膜晶体管基板的制作工艺上视图；

图5A至图5D为图4A至图4D的沿I-I’线段的剖视图；

图6为本发明一实施例的显示器的剖视图。

主要元件符号说明

110~基板；

120~遮光层；

120a~遮光材料层；

120b、130b~边缘；

130~有源层；

130a~有源材料层；

132、R～外围部分；

134~第一部分；

136~第二部分；

140~栅绝缘层；

150~栅极；

152~第一开口；

154~第二开口；

160~绝缘保护层；

170~源极；

180~漏极；

300、610~薄膜晶体管基板；

310~扩散阻障层；

600~显示器；

620~基板；

630~显示介质；

640~背光模块；

A1~不透光区；

A2~半透光区；

A3~全透光区；

C~中心部分；

D~距离；

M~半调式光掩模；

P~光致抗蚀剂层；

P1~光致抗蚀剂材料层；

T1、T2~厚度；

V1~第一通孔；

V2~第二通孔；

W1、W2、W3、W4~最大宽度。

具体实施方式

以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。然应注意的是，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。在附图中，实施例的形状或是厚度可能扩大，以简化或是突显其特征。再者，图中未绘示或描述的元件，可为所属技术领域中具有通常知识者所知的任意形式。

图1A至图1C绘示本发明一实施例的薄膜晶体管基板的制作工艺剖视图。首先，请参照图1A，提供一基板110，例如一玻璃基板。接着，于基板110上形成一遮光材料层120a。在一实施例中，遮光材料层120a的材质包括金属材料、或是不透明的高分子材料，其中金属材料例如为铬、铝、铜、或钛，不透明的高分子材料例如为掺杂有颜料的树脂（resin）。

然后，于遮光材料层120a上形成一有源材料层130a。有源材料层130a的材质例如为铟镓锌氧化物（IGZO，indium–gallium–zinc–oxide）、或是其他适于作为有源层的半导体材料。之后，于有源材料层130a上形成图案化的一光致抗蚀剂层P。

然后，请参照图1B，以光致抗蚀剂层P为蚀刻掩模，对有源材料层130a与遮光材料层120a进行一蚀刻制作工艺，以形成有源层130与遮光层120。详细而言，在本实施例中，前述蚀刻制作工艺包括以例如草酸为蚀刻液对有源材料层130a进行湿式蚀刻，并且对遮光材料层120a进行干式蚀刻或湿式蚀刻（例如以铝酸为蚀刻液）。之后，移除光致抗蚀剂层P。

值得注意的是，本实施例在基板110与有源层130之间设置遮光层120，以通过遮光层120阻挡来自于下方的光线（例如显示器的背光模块所发出的光线），进而使有源层130的电性的稳定性提升。

由于在蚀刻制作工艺中，有源材料层130a的被蚀刻程度大于遮光材料层120a的被蚀刻程度，因此，有源层130的边缘130b相对于遮光层120的边缘120b向内退缩，故遮光层120可更加有效地阻挡来自于下方的光线。在本实施例中，有源层130的最大宽度W1小于遮光层120的最大宽度W2。在一实施例中，有源层130的最大宽度W1小于遮光层120的最大宽度W2约1μm~6μm。在一实施例中，有源层130的（部分或全部）边缘130b相对于遮光层120的（部分或全部）边缘120b向内退缩约0.5微米至3微米之间。

接着，请参照图1C，在基板110上形成一覆盖有源层130的栅绝缘层140。栅绝缘层140的材质包括有机材料、或氧化物，其中有机材料例如为聚四氟乙烯（PFA，Polytetrafluoroethylene）、硅基（silica based）材料、或是压克力基（acrylic based）材料，氧化物包括氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛、或硅铝氧化物。然后，于栅绝缘层140上形成一栅极150，栅极150位于有源层130上方。栅极150的材质可包括铝（Al）与钼（Mo）、铜、或是其他适合的导电材料。

之后，可选择性地在栅绝缘层140上形成一覆盖栅极150的绝缘保护层160。然后，形成贯穿绝缘保护层160与栅绝缘层140的一第一通孔V1与一第二通孔V2，其中第一通孔V1与第二通孔V2皆暴露出有源层130。然后，在绝缘保护层160上形成源极170与漏极180，其中源极170与漏极180可经由第一通孔V1与第二通孔V2贯穿绝缘保护层160与栅绝缘层140而电连接至有源层130。此时，遮光层120、有源层130、栅绝缘层140、栅极150、源极170、以及漏极180构成一薄膜晶体管S。值得注意的是，图1A至图1C省略绘示在基板110的其他部分上以前述方法形成多个薄膜晶体管S的情况。

由前述可知，本实施例于基板110与有源层130之间形成遮光层120，以通过遮光层120阻挡来自于下方的光线（例如显示器的背光模块所发出的光线，未绘示），进而提升有源层130的电性的稳定性。此外，有源层130的边缘130b小于或等于遮光层120的边缘120b，以使遮光层120可更加有效地阻挡来自于下方的光线，且该遮光层120的边缘120b与该有源层130的边缘130b间的差距小于或等于3μm内。在一实施例中，有源层130的（部分或全部）边缘130b可相对于遮光层120的（部分或全部）边缘120b向内退缩或彼此切齐。

图2A至图2E绘示本发明另一实施例的薄膜晶体管基板的制作工艺剖视图。本实施例相似于图1A至图1C的实施例，两者的主要差异在于本实施例利用半调式光掩模图案化光致抗蚀剂层，以形成具有至少两种厚度的图案化光致抗蚀剂层。以下将详细描述本实施例的薄膜晶体管基板的制作工艺。

首先，请参照图2A，提供一基板110。接着，在基板110上形成一遮光材料层120a。然后，在遮光材料层120a上形成一有源材料层130a。

之后，于有源材料层130a上形成一光致抗蚀剂材料层P1，并利用一半调式光掩模M对光致抗蚀剂材料层P1进行一光刻制作工艺。在本实施例中，半调式光掩模M具有不透光区A1、半透光区A2（透光率可为1％～99％）、全透光区A3。光刻制作工艺将光致抗蚀剂材料层P1图案化成一光致抗蚀剂层P（如图2B所示），光致抗蚀剂层P具有厚度相对较薄的一外围部分R。详细而言，在本实施例中，光致抗蚀剂层P具有一中心部分C与围绕中心部分C的外围部分R，且中心部分C的厚度T1大于外围部分R的厚度T2。

接着，请参照图2B与图2C，以光致抗蚀剂层P为蚀刻掩模，对遮光材料层120a与有源材料层130a进行一蚀刻制作工艺，以形成遮光层120与有源层130。详细而言，在本实施例中，前述蚀刻制作工艺例如包括分别对有源材料层130a以及遮光材料层120a进行湿式蚀刻（或是干式蚀刻）。然后，例如以等离子体灰化的方式移除光致抗蚀剂层P的外围部分R，以露出有源层130的一外围部分132。在本实施例中，有源层130的外围部分132的最大宽度W3相当于光致抗蚀剂层P的外围部分R的最大宽度W4。

接着，请参照图2D，以光致抗蚀剂层P为蚀刻掩模，例如以湿式蚀刻的方式移除有源层130的外围部分132，以使有源层130的边缘130b相对于遮光层120的边缘120b向内退缩。之后，移除光致抗蚀剂层P。

值得注意的是，有源层130的边缘130b相对于遮光层120的边缘120b向内退缩的距离D约等于有源层130的外围部分132的最大宽度W3，而最大宽度W3又相当于光致抗蚀剂层P的外围部分R的最大宽度W4，因此，可通过调整光致抗蚀剂层P的外围部分R的最大宽度W4的方式来准确地控制有源层130的边缘130b向内退缩的距离D，以达到良好的遮光效果。在一实施例中，距离D约为3微米至20微米。在另一实施例中，距离D约为3微米至10微米，例如3微米至5微米。

接着，请参照图2E，在基板110上形成一覆盖有源层130的栅绝缘层140。然后，于栅绝缘层140上形成一栅极150，栅极150位于有源层130上方。

之后，可选择性地在栅绝缘层140上形成一覆盖栅极150的绝缘保护层160。然后，在绝缘保护层160上形成源极170与漏极180，其中源极170与漏极180可贯穿绝缘保护层160与栅绝缘层140而连接至有源层130。此时，遮光层120、有源层130、栅绝缘层140、栅极150、源极170、以及漏极180构成一薄膜晶体管S。值得注意的是，图2A至图2E省略绘示在基板110的其他部分上以前述方法形成多个薄膜晶体管S的情况。

图3绘示本发明另一实施例的薄膜晶体管基板的剖视图。请参照图3，在一实施例中，可在形成有源层130之前，于基板110上先形成一覆盖遮光层120的扩散阻障层310，之后，再将有源层130形成在扩散阻障层310上。如此一来，位于遮光层120与有源层130之间的扩散阻障层310可隔开遮光层120与有源层130，以避免遮光层120的材料扩散至有源层130中而影响了有源层130的电性。

在一实施例中，扩散阻障层310的材质可为一绝缘材料，包括有机材料、或无机材料，其中有机材料例如为聚四氟乙烯、或是压克力基材料，无机材料例如各种以物理气相沉积或是以化学气相沉积形成的氧化物、或氮化物，其中氧化物例如为氧化铝、氧化硅、氧化钛、或硅铝氧化物，氮化物例如为氮化硅。在一实施例中，遮光层120的材质可为一导电材料以作为一底栅极，并与栅极150共用有源层130。也就是说，薄膜晶体管基板300可为一双栅极薄膜晶体管基板。

图4A至图4D绘示本发明一实施例的薄膜晶体管基板的制作工艺上视图。图5A至图5D绘示图4A至图4D的沿I-I’线段的剖视图。值得注意的是，为简化起见，图4A至图4D省略绘示基板与遮光层。

首先，请同时参照图4A与图5A，以相同于图1A至图1C或是图2A至图2E的实施例的方式形成基板110、遮光层120、以及有源层130。

接着，请同时参照图4B与图5B，于基板110上形成一覆盖有源层130的栅绝缘层140。然后，于栅绝缘层140上形成一栅极150，栅极150位于有源层130上方。栅极150具有一第一开口152与一第二开口154，第一开口152与第二开口154分别位于有源层130的一第一部分134与一第二部分136上方，以分别暴露出第一部分134与第二部分136上方的栅绝缘层140。

详细而言，在上视图图4B中，栅极150自上方遮蔽大部分的有源层130，而仅暴露出有源层130的第一部分134与第二部分136。

然后，请同时参照图4C与图5C，可选择性地在栅绝缘层140上形成一覆盖栅极150的绝缘保护层160。然后，形成贯穿绝缘保护层160与栅绝缘层140的一第一通孔V1与一第二通孔V2，其中第一通孔V1通过第一开口152并暴露出第一部分134，第二通孔V2通过第二开口154并暴露出第二部分136，且第一开口152与第二开口154分别大于所对应的第一通孔V1与第二通孔V2。在一实施例中，第一通孔V1与第一开口152的边缘的间距小于3μm，第二通孔V2与第二开口154的边缘的间距小于3μm。本案较佳实施例使第一开口152与第二开口154均分别大于对应的第一通孔V1与第二通孔V2，而第一通孔V1与第一开口152的边缘的间距小于3μm。

之后，请同时参照图4D与图5D，在绝缘保护层160上形成源极170与漏极180，其中源极170延伸入第一通孔V1中而连接至有源层130的第一部分134，漏极180延伸入第二通孔V2中而连接至有源层130的第二部分136。此时，遮光层120、有源层130、栅绝缘层140、栅极150、源极170、以及漏极180构成一薄膜晶体管S。值得注意的是，图4A至图4D以及图5A至图5D省略绘示在基板110的其他部分上以前述方法形成多个薄膜晶体管S的情况。

在本实施例中，请参照上视图图4D，源极170完全遮蔽第一部分134，而漏极180完全遮蔽第二部分136。也就是说，栅极150暴露出的第一部分134与第二部分136已被源极170与漏极180完全遮蔽。

简而言之，源极170、漏极180、与栅极150的位于有源层130上的部分构成一上遮光结构，且当由薄膜晶体管基板的上方观看上遮光结构时，上遮光结构完全遮蔽有源层130，如此一来，可避免由薄膜晶体管基板的上方射入的光线照射到有源层130。

图6绘示本发明一实施例的显示器的剖视图。请参照图6，本实施例的显示器600包括一薄膜晶体管基板610、一基板620、以及一夹于薄膜晶体管基板610与基板620之间的显示介质630。薄膜晶体管基板610可为前述图1C、图2E、图3、图5D所示的薄膜晶体管基板，显示介质630可为液晶层或有机发光层。基板620例如为彩色滤光基板或是透明基板。薄膜晶体管基板610、基板620、以及显示介质630可配置于一背光模块640上，以通过背光模块640提供一背光源。

综上所述，本发明于基板与有源层之间设置遮光层，以通过遮光层阻挡来自于下方的光线，进而使有源层的电性的稳定性提升。此外，有源层的边缘可相对于遮光层的边缘向内退缩，故遮光层可更加有效地阻挡来自于下方的光线。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (19)

1.一种薄膜晶体管基板，包括：

基板；

多个薄膜晶体管，设置于该基板上，其中，各该薄膜晶体管包含：

遮光层，位于该基板上；

有源层，位于该遮光层上；

栅绝缘层，位于该基板上并覆盖该有源层；

栅极，位于该栅绝缘层上，并位于该有源层上方；

源极，位于该基板上并电连接该有源层；以及

漏极，位于该基板上并电连接该有源层，其中该源极、该漏极、与该栅极的位于该有源层上的部分构成一上遮光结构，其中该栅极具有一第一开口与一第二开口，该第一开口与该第二开口分别位于该有源层的一第一部分与第二部分上方，而该源极与该漏极进一步分别通过该第一开口与该第二开口而连接至该有源层的该第一部分与该第二部分，其中该源极与该漏极分别完全遮蔽该第一部分与第二部分。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中该有源层为铟镓锌氧化物。

3.如权利要求2所述的薄膜晶体管基板，其中该有源层的最大宽度小于该遮光层的最大宽度1μm～6μm。

4.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中该遮光层的材质包括金属材料、或是不透明的高分子材料。

5.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，还包括：

绝缘保护层，配置于该栅绝缘层上，并覆盖该栅极，一第一通孔与一第二通孔分别贯穿该绝缘保护层与该栅绝缘层的相对该源极与该漏极位置处，其中该源极与该漏极位于该绝缘保护层上并经由该第一通孔与该第二通孔而电连接至该有源层。

6.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，还包括：

扩散阻障层，位于该遮光层与该有源层之间，以隔开该遮光层与该有源层。

7.如权利要求6所述的薄膜晶体管基板，其中该遮光层的材质为一导电材料以作为一底栅极，并与该栅极共用该有源层。

8.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，当由该薄膜晶体管基板的上方观看该上遮光结构时，该上遮光结构遮蔽该有源层，以避免由该薄膜晶体管基板的上方射入的光线照射到该有源层。

9.如权利要求5所述的薄膜晶体管基板，其中，该第一开口大于该第一通孔，且其该第一开口的边缘与该第一通孔的边缘差距3μm以内。

10.一种薄膜晶体管基板的制作方法，包括：

提供一基板；

在该基板上形成一遮光层；

在该遮光层上形成一有源层，该有源层的至少部分边缘相对于该遮光层的至少部分边缘向内退缩0.5微米至3微米之间；

在该基板上形成一覆盖该有源层的栅绝缘层；

在该栅绝缘层上形成一栅极，该栅极位于该有源层上方；以及

在该基板上形成电连接该有源层的一源极与一漏极，其中该源极、该漏极、与该栅极的位于该有源层上的部分构成一上遮光结构，其中该栅极具有一第一开口与一第二开口，该第一开口与该第二开口分别位于该有源层的一第一部分与一第二部分上方，而该源极与该漏极进一步分别通过该第一开口与该第二开口而连接至该有源层的该第一部分与该第二部分，其中该源极与该漏极分别完全遮蔽该第一部分与该第二部分。

11.如权利要求10所述的薄膜晶体管基板的制作方法，其中形成该遮光层与该有源层的步骤包括：

在该基板上形成一遮光材料层；

在该遮光材料层上形成一有源材料层；

在该有源材料层上形成图案化的一光致抗蚀剂层；

以该光致抗蚀剂层为蚀刻掩模，对该遮光材料层与该有源材料层进行一蚀刻制作工艺，以形成该遮光层与该有源层，并使该有源层的最大宽度小于该遮光层的最大宽度1微米至6微米之间；以及

移除该光致抗蚀剂层。

12.如权利要求11所述的薄膜晶体管基板的制作方法，其中该蚀刻制作工艺包括：

对该有源材料层进行湿式蚀刻；以及

对该遮光材料层进行干式或湿式蚀刻。

13.如权利要求10所述的薄膜晶体管基板的制作方法，其中形成该遮光层与该有源层的步骤包括：

在该基板上形成一遮光材料层；

在该遮光材料层上形成一有源材料层；

在该有源材料层上形成一光致抗蚀剂材料层；

利用一半调式光掩模对该光致抗蚀剂材料层进行一光刻制作工艺，以图案化该光致抗蚀剂材料层而形成具一图案化的光致抗蚀剂层，该光致抗蚀剂层具有厚度相对较薄的一外围部分；

以该光致抗蚀剂层为蚀刻掩模，对该遮光材料层与该有源材料层进行一蚀刻制作工艺，以形成具相同宽度的该遮光层与该有源层；

移除该光致抗蚀剂层的该外围部分，以露出该有源层的一外围部分；

以该光致抗蚀剂层为蚀刻掩模，再移除该有源层的该外围部分，以使该有源层的至少部分边缘相对于该遮光层的至少部分边缘向内退缩3微米；以及

移除该光致抗蚀剂层。

14.如权利要求13所述的薄膜晶体管基板的制作方法，其中该蚀刻制作工艺包括：

对该有源材料层进行湿式蚀刻；以及

对该遮光材料层进行湿式蚀刻。

15.如权利要求10所述的薄膜晶体管基板的制作方法，还包括：

在形成该有源层之前，于该基板上形成一覆盖该遮光层的扩散阻障层，且该有源层形成于该扩散阻障层上。

16.如权利要求10所述的薄膜晶体管基板的制作方法，还包括：

在该栅绝缘层上形成一覆盖该栅极的绝缘保护层，其中该源极与该漏极形成于该绝缘保护层上并贯穿该绝缘保护层与该栅绝缘层以连接该有源层。

17.一种显示器，包括：

如权利要求1所述的薄膜晶体管基板；

基板，与该薄膜晶体管基板相对设置；以及

显示介质，形成于该薄膜晶体管基板与该基板之间。

18.如权利要求17所述的显示器，其中该显示介质为一液晶层、或是一有机发光层。

19.如权利要求17所述的显示器，还包括：

背光模块，该薄膜晶体管基板、该基板、与该显示介质配置于该背光模块上。