专利名称：薄膜晶体管阵列基板结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体结构，特别涉及一种薄膜晶体管阵列基板结构及其制造方法。
背景技术：
液晶显示器是目前广泛使用的一种平面显示器，其具有低消耗电功率、薄型轻量及低电压驱动等特性，可应用在个人计算机、文书处理器、导航统、游戏器、投影机、取景器及生活中的手提式机器，例如手表、电子计算机或电视机等显示使用上。
有关液晶显示器的彩色化技术，彩色滤光片(color filter，CF)是使液晶显示器呈现鲜彩画面的关键零件。传统上，彩色滤光片与作为驱动开关的薄膜晶体管配置在不同基板上，且位于液晶层两侧。为避免光线进入薄膜晶体管而影响效能，通常又将遮光层(黑矩阵，black matrix)设置在与彩色滤光片相同的基板上并位于薄膜晶体管上方。然而，这样的配置方式，成本较高、工艺费时且需要很多的工艺步骤。且彩色滤光片上的遮光层必须考虑到对组上的误差所以会较宽，进而降低面板的开口率。
因此，发展出一种所谓的COA(color filter on array)技术，其目的就是为了得到较高的开口率。然传统上这样的技术共需要9道工艺包括5道阵列(Array)工艺及4道CF工艺，制造成本也相当高。
发明内容
本发明提供一种薄膜晶体管阵列基板结构，包括薄膜晶体管阵列基板，形成于该基板上的有机材料层，以及多个设置于该有机材料层上的黑矩阵与彩色滤光图案。
本发明另提供一种薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，包括下列步骤。提供薄膜晶体管阵列基板，涂布有机材料层于该基板上，形成多个黑矩阵图案于该有机材料层上，以喷墨印刷法(ink-jet printing)喷涂多个彩色滤光图案于该有机材料层上，以激光烧蚀法(laser ablation)形成第一开口穿过该黑矩阵与部分该有机材料层，露出该薄膜晶体管，以及形成铟锡氧化物图案层于该黑矩阵、该彩色滤光图案与该第一开口表面，以与该薄膜晶体管形成电连接。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下
图1为本发明薄膜晶体管阵列基板结构的剖面示意图。
图2A～2F为本发明薄膜晶体管阵列基板结构制造方法的剖面示意图。
图3A为本发明设计的掩模。
图3B经本发明设计掩模曝光后的开口尺寸。
附图标记说明10 薄膜晶体管阵列基板结构；12、34 薄膜晶体管；14、32 基板； 16、48 有机材料层；18、50 黑矩阵；20、52 彩色滤光图案；22、54 第一开口； 23、55 第二开口；24、56 铟锡氧化物图案层； 13、46 储存电容；30 薄膜晶体管阵列基板；36 栅极；38 绝缘层；40 非晶硅/n型掺杂非晶硅层；42 源/漏极； 44 信号线；60 掩模； 62 对应黑矩阵的第一孔洞；64 对应彩色滤光图案的第二孔洞。
具体实施例方式
本发明提供一种薄膜晶体管阵列基板结构，包括薄膜晶体管阵列基板，形成在基板上的有机材料层，以及多个设置在有机材料层上的黑矩阵与彩色滤光图案。
上述有机材料层例如是苯并环丁烷(benzocyclobutane，BCB)、丙烯酸(acrylic)或甲基硅氮烷(methylsilazane，MSZ)。黑矩阵的厚度可低于5μm且组成材料可为有机材料。彩色滤光图案可由有机染料构成，包括红色滤光图案、绿色滤光图案或蓝色滤光图案。
上述阵列基板结构还包括穿过黑矩阵与部分有机材料层且与薄膜晶体管连接的第一开口以及穿过彩色滤光图案与部分有机材料层且与储存电容连接的第二开口，该彩色滤光图案例如为红色滤光图案、绿色滤光图案或蓝色彩色滤光图案。于彩色滤光图案中形成的第二开口其孔径基本上相同。此外，还包括铟锡氧化物图案层，该铟锡氧化物层形成在黑矩阵、彩色滤光图案、第一开口与第二开口上，并且与薄膜晶体管以及储存电容电连接。
请参阅图1，说明本发明薄膜晶体管阵列基板结构。薄膜晶体管阵列基板结构10包括设置有薄膜晶体管12与储存电容13的基板14、有机材料层16以及多个黑矩阵18与彩色滤光图案20。有机材料层16形成在基板14、储存电容13与薄膜晶体管12上，而黑矩阵18与彩色滤光图案20设置在有机材料层16上。结构中，还包括穿过黑矩阵18与部分有机材料层16且与薄膜晶体管12连接的第一开口22与穿过彩色滤光图案20与部分有机材料层16且与储存电容13连接的第二开口23，以及形成在黑矩阵18、彩色滤光图案20、第一开口22与第二开口23上且与薄膜晶体管12及储存电容13电连接的铟锡氧化物图案层24。
本发明另提供一种薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，包括下列步骤。首先，提供薄膜晶体管阵列基板。之后，涂布有机材料层于基板上。接着，形成多个黑矩阵于有机材料层上。之后，以喷墨印刷法喷涂多个彩色滤光图案于有机材料层上。接着，以激光烧蚀法形成多个第一开口，该第一开口分别穿过对应的黑矩阵与部分有机材料层，露出对应的部分的薄膜晶体管；以及形成多个第二开口，分别穿过对应的彩色滤光图案与部分有机材料层且与对应的储存电容连接。最后，形成多个铟锡氧化物图案层于该黑矩阵与彩色滤光图案上，该铟锡氧化物图案层分别通过对应的第一开口与第二开口与对应的薄膜晶体管及储存电容电连接。
上述有机材料层例如为苯并环丁烷、丙烯酸或甲基硅氮烷，黑矩阵的组成材料可为有机材料，而彩色滤光图案可由有机染料构成，包括红色滤光图案、绿色滤光图案或蓝色滤光图案。
上述黑矩阵可通过光刻法或激光烧蚀法形成在有机材料层上，而激光烧蚀法中使用的激光能量密度大体介于10J/cm2～0.25mJ/cm2。以喷墨印刷法喷涂彩色滤光图案的喷涂速率大体介于10pl/drop～5μl/drop。此外，铟锡氧化物层可通过溅射法或涂布法形成在黑矩阵、彩色滤光图案与开口表面。
传统上是利用氮化硅或氮氧化硅材料作为源/漏极的绝缘保护层，然而，若使用此种材料欲制作电连接开口时，须经过化学气相沉积、光刻胶涂布、曝光、显影、蚀刻及光刻胶剥离等一连串步骤方能完成。不但手续繁杂且须有化学气相沉积相关的设备器材，成本所费不赀。本发明即选用具有表面平坦化效果的有机材料取代原本的保护层材料。
本发明薄膜晶体管阵列基板结构的工艺结合制作彩色滤光图案(RGB色阻)的喷墨印刷法及制作电连接开口的激光烧蚀法，此两种技术的结合与已知黄光、显影工艺相较，确实能有效减少COA工艺总数至四道以下，大幅降低成本。
然而，以激光烧蚀法对黑矩阵及彩色滤光图案制作开口时，因黑矩阵及各种彩色滤光图案对激光的吸收皆不相同，若于同一激光工艺条件下，可能会造成开口内残留彩色滤光材料或各开口尺寸大小不一的问题，而影响后续铟锡氧化物电极搭接的接触阻抗。就此，本发明亦提供了简单且低成本的解决之道。
图2A～2F披露本发明薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法。
请参阅第2A图，提供薄膜晶体管阵列基板30。薄膜晶体管阵列基板30可由例如玻璃材质的基板32及设置于其上的薄膜晶体管34构成。薄膜晶体管34由下而上可包括栅极36、例如氮化硅的绝缘层38、非晶硅/n型掺杂非晶硅层40及例如由金属构成的源/漏极42。该处制作源/漏极的金属层亦可在基板32上的特定位置形成与源极连接的信号线44。一般来说，栅极36可为横向配置，信号线44可为纵向配置，而两者定义出矩阵状的多个像素区(未图示)。此外，于基底32上亦可制作出与漏极连接的储存电容46。
请参阅图2B，涂布有机材料层48于基板32及薄膜晶体管34上。有机材料层48可由例如苯并环丁烷、丙烯酸或甲基硅氮烷等材质构成。
之后，以例如光刻法或激光烧蚀法定义出多个黑矩阵50于有机材料层48上，如图2C所示。黑矩阵50可由有机材料构成，而激光烧蚀法中所使用的激光能量密度大体介于10J/cm2～0.25mJ/cm2。
请参阅图2D，以喷墨印刷法喷涂多个例如RGB色阻的彩色滤光图案52于有机材料层48上。彩色滤光图案52可由有机染料构成，而喷墨印刷法喷涂彩色滤光图案52的喷涂速率大体介于10pl/drop～5μl/drop。
请参阅图2E，以激光烧蚀法形成第一开口54，穿过黑矩阵50与部分有机材料层48，露出薄膜晶体管34的源/漏极42以及形成第二开口55，穿过彩色滤光图案52与部分有机材料层48，露出储存电容46。此处激光烧蚀法中所使用的激光能量密度大体介于10J/cm2～0.25mJ/cm2。
本发明形成开口的方法包括以掩模配合激光烧蚀法的方式。例如提供掩模(如图3A所示)，再以激光烧蚀法提供的激光穿过掩模，而制作出第一开口54与第二开口55。
请参阅图3A，掩模60包含对应黑矩阵的第一孔洞62与对应彩色滤光图案的第二孔洞64。值得注意的是，第二孔洞64的孔径大小与其对应的彩色滤光图案吸收的激光能量大小成反比，也就是说该孔洞对应的彩色滤光图案若吸收的激光能量愈大，则孔径尺寸须设计愈小，举例来说，若绿色滤光图案吸收的激光能量大于蓝色滤光图案，蓝色滤光图案吸收的激光能量大于红色滤光图案，则掩模上各孔洞间大小尺寸的设计须符合下面规则，即对应红色滤光图案的孔洞孔径须大于对应蓝色滤光图案的孔洞孔径，对应蓝色滤光图案的孔洞孔径须大于对应绿色滤光图案的孔洞孔径。
本发明利用特殊掩模配合单一道的激光工艺，即可制作出符合需求且大小均一的开口(例如第一开口54与第二开55)，如图3B所示，以简单、低成本的方式解决了开口内彩色滤光材料无法移除干净及各开口尺寸不一的问题，有利后续铟锡氧化物电极的搭接。
请参阅图2F，以溅射法或涂布法形成铟锡氧化物图案层56于黑矩阵50、彩色滤光图案52、第一开口54与第二开口55表面，以与薄膜晶体管34的源/漏极42与储存电容46电连接。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种薄膜晶体管阵列基板结构，包括基板，包含薄膜晶体管阵列；有机材料层，形成于该基板上；以及多个黑矩阵与彩色滤光图案，设置于该有机材料层上。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板结构，其中该有机材料层包含苯并环丁烷、丙烯酸或甲基硅氮烷。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板结构，其中该黑矩阵由有机材料构成。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板结构，其中该黑矩阵的厚度低于5μm。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板结构，其中该彩色滤光图案由有机染料构成。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板结构，还包括多个第一开口，分别穿过对应的该黑矩阵与部分该有机材料层，与对应的该薄膜晶体管连接。
7.如权利要求6所述的薄膜晶体管阵列基板结构，还包括多个铟锡氧化物图案层，分别形成于对应的该黑矩阵与该彩色滤光图案上，并通过对应的该第一开口与对应的该薄膜晶体管电连接。
8.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板结构，其中该彩色滤光图案包括红色滤光图案、绿色滤光图案及蓝色滤光图案。
9.如权利要求8所述的薄膜晶体管阵列基板结构，还包括多个储存电容形成于该基板上以及多个第二开口，其中该第二开口分别穿过该红色滤光图案、该绿色滤光图案与该蓝色滤光图案以及部分该有机材料层，与对应的该储存电容连接。
10.如权利要求9所述的薄膜晶体管阵列基板结构，其中该第二开口的孔径基本上相同。
11.一种薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，包括提供基板，该基板包含薄膜晶体管阵列；于该基板上涂布有机材料层；形成多个黑矩阵于该有机材料层上；以喷墨印刷法喷涂多个彩色滤光图案于该有机材料层上；以激光烧蚀法形成多个第一开口，该第一开口分别穿过对应的该黑矩阵与部分该有机材料层，露出对应的该薄膜晶体管；以及形成多个铟锡氧化物图案层于该黑矩阵与该彩色滤光图案上，该铟锡氧化物图案层分别通过对应的该第一开口与对应的该薄膜晶体管电连接。
12.如权利要求11所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该有机材料层包含苯并环丁烷、丙烯酸或甲基硅氮烷。
13.如权利要求11所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该黑矩阵通过光刻法或激光烧蚀法形成于该有机材料层上。
14.如权利要求13所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该激光烧蚀法的激光能量密度大体介于10J/cm2～0.25mJ/cm2。
15.如权利要求11所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该黑矩阵由有机材料构成。
16.如权利要求11所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该喷墨印刷法的喷涂速率大体介于10pl/drop～5μl/drop。
17.如权利要求11所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该彩色滤光图案由有机染料构成。
18.如权利要求11所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该彩色滤光图案包括红色滤光图案、绿色滤光图案及蓝色滤光图案。
19.如权利要求18所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，还包括提供掩模，该掩模包含多个对应该黑矩阵的第一孔洞与多个对应该彩色滤光图案的第二孔洞，通过该激光烧蚀法提供的激光穿过该掩模，以形成该第一开口与多个穿过该彩色滤光图案与部分该有机材料层的第二开口，该第二开口露出多个储存电容。
20.如权利要求19所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该第二孔洞孔径大小与其对应的该彩色滤光图案吸收激光能量大小成反比。
21.如权利要求19所述的薄膜晶体管阵列基板结构的制造方法，其中该铟锡氧化物图案层通过溅射法或涂布法形成于该黑矩阵、该彩色滤光图案及该第一与第二开口表面。
全文摘要
本发明提供一种薄膜晶体管阵列基板结构，包括薄膜晶体管阵列基板，形成于该基板上的有机材料层，以及多个设置于该有机材料层上的黑矩阵与彩色滤光图案。本发明另提供一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法。
文档编号H01L21/84GK101030586SQ20071008786
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月21日 优先权日2006年6月5日
发明者刘佑玮, 林惠芬, 甘丰源, 李淑琴, 黄彦衡 申请人:友达光电股份有限公司