薄膜電晶體及其製造方法、陣列基板和顯示裝置的製作方法

2023-07-30 23:30:36 2

專利名稱：薄膜電晶體及其製造方法、陣列基板和顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及一種薄膜電晶體及其製造方法、陣列基板和顯示裝置。
背景技術：
目前比較常見的薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor-LiquidCrystalDisplay, TFT-IXD)主要分為有源矩陣液晶顯示器(AM-IXD)和無源矩陣液晶顯示器(PM-IXD)。其中，有源矩陣液晶顯示器的有源層主要由非晶矽(a-Si)或多晶矽(p-Si)構成。對於a-Si TFT，不足之處是較低的遷移率和穩定性受溫度影響較大；對於p-SiTFT，不足之處是沉積薄膜的均一性差和多晶晶界分布的不同而造成的顯示性能差異大。由於上述以矽基作為有源層的薄膜電晶體所存在的缺陷一直制約著液晶顯示的發展，逐漸不能滿足當前的需要。其中，以a-IGZO (非晶-銦鎵鋅氧化物)等金屬氧化物半導體取代矽基作為薄膜電晶體的有源層，由於其對TFT的原有結構設計改變較小，且其餘結構對應的工藝流程基本不變更，因此設備改造相對簡單；最為重要的，基於a-IGZO等金屬氧化物半導體的薄膜電晶體性能得到了明顯提高，引起了顯示領域的關注，取代矽基薄膜電晶體而成為下一代的主流技術。然而，基於a-IGZO等金屬氧化物半導體的薄膜電晶體在接觸到外界環境的水和氧氣時，或者在沉積形成刻蝕阻擋層Si02的過程中，氧原子會穿越a-IGZO TFT有源層而滲入到柵絕緣層；同時在工作狀態時，背光源的光線照射到陣列基板時，會激活外界環境而產生淺能級缺陷態，在有源層和柵絕緣層的界面處發生載流子捕獲效應，進而造成相對較大的漏電流，影響了 TFT穩定性。

發明內容
本發明的實施例提供一種薄膜電晶體及其製造方法、陣列基板和顯示裝置，用以降低薄膜電晶體的漏電流，提高TFT穩定性。為達到上述目的，本發明的實施例採用如下技術方案一種薄膜電晶體，包括形成在基板上的柵極、柵絕緣層、有源層和源漏電極層，所述源漏電極層包括所述薄膜電晶體的源極和漏極；其中，所述有源層採用金屬氧化物半導體，在所述有源層和所述柵絕緣層之間設有金屬層，以降低所述有源層和柵絕緣層之間的載流子捕獲效應。一種薄膜電晶體製造方法，包括在基板上形成柵極、柵絕緣層、有源層和源漏電極 層的過程；其中，所述源漏電極層包括所述薄膜電晶體的源極和漏極；所述有源層採用金屬氧化物半導體；而且，在形成所述柵絕緣層的步驟和形成所述有源層的步驟之間，還包括形成介於所述柵絕緣層和所述有源層之間的金屬層。一種陣列基板，包括上述薄膜電晶體。一種顯示裝置，包括上述陣列基板。本發明實施例提供的薄膜電晶體及其製造方法、陣列基板和顯示裝置，通過在氧化物薄膜電晶體的有源層和柵絕緣層之間設置金屬層，從而形成了有源層和金屬層之間的接觸面以及金屬層和柵絕緣層之間的接觸面；而在所述金屬層和柵絕緣層之間的接觸面處，可以由所述金屬層提供大量的載流子，有效補償柵絕緣層界面處的載流子捕獲效應，因此界面處的載流子捕獲效應可以忽略；與現有的氧化物薄膜電晶體相比，本方案中提供的薄膜電晶體可以有效降低薄膜電晶體的漏電流，提高TFT穩定性。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例中提供的薄膜電晶體的結構示意圖；圖2為圖I中的金屬層7的位置示意圖一；圖3為圖I中的金屬層7的位置示意圖二；圖4 圖7為本發明實施例提供的薄膜電晶體製作方法的流程示意圖；圖8為本發明實施例提供的一種陣列基板的結構示意圖；附圖標記1-基板；2-柵極；3_柵絕緣層；4_有源層；5-源極；6_漏極；7-金屬層；8_刻蝕阻擋層；9_鈍化層；10_像素電極。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合附圖對本發明實施例提供的薄膜電晶體及其製造方法、陣列基板和顯示裝置進行詳細描述。如圖I所示，本發明實施例提供的薄膜電晶體，包括形成在基板I上的柵極2、柵絕緣層3、有源層4和源漏電極層，該源漏電極層包括薄膜電晶體的源極5和漏極6 ;其中，所述有源層4採用金屬氧化物半導體，而且在有源層4和柵絕緣層3之間設有金屬層7，以降低所述有源層4和柵絕緣層3之間的載流子捕獲效應。在圖I所示的薄膜電晶體中，有源層4所採用的金屬氧化物半導體可以是但不限於是銦鎵鋅氧化物a-IGZO ;只要是具備良好的半導體特性的透明氧化物薄膜均可以用於有源層的製作。在圖I及後續的實施例中，均是以底柵型TFT為例來介紹本發明所提供的薄膜電晶體結構；對於頂柵型TFT，本領域技術人員可以根據本發明的思想進行變型得到，此處不再贅述。不過需要說明的是，基於本發明改進思想的頂柵型TFT同樣也應屬於本發明的保護範圍之內。優選地，上述金屬層7的材料可以選用金屬鈦Ti ;這樣，在金屬Ti和柵絕緣層3之間的接觸面處，可以由金屬層7中的Ti提供大量的載流子，有效補償柵絕緣層界面處的載流子捕獲效應，因此界面處的載流子捕獲效應可以忽略，進而降低TFT的閥值電壓，增大開態電流，同時降低了功耗。 進一步地，上述金屬層7與有源層4之間也形成有接觸面；由於有源層4採用了金屬氧化物半導體，以a-IGZO為例，而a-IGZO材料中的氧原子容易被金屬Ti所吸附，因此在金屬Ti和有源層4之間會形成一層氧化鈦TiOx薄膜(如圖2所示)。該TiOx薄膜可以阻擋a-IGZO有源層中的氧原子進一步滲入到柵絕緣層，而避免了造成柵絕緣層產生淺能級的氧缺陷態V
，因此同樣可以有效地降低薄膜電晶體工作漏電流的產生。當然，上述金屬層7還可以選用其他金屬，比如金屬鋁Al ；同樣地，在金屬Al與柵金屬層的接觸面上，Al可以提供足量的載流子以補償載流子捕獲效應，同時在金屬Al與有源層的接觸面上，Al被氧化形成的A1203可以阻止a-IGZO中的氧原子向柵絕緣層擴散，從而降低TFT的工作漏電流，提升TFT穩定性。在本實施例中，有源層4是完全覆蓋金屬層7的。具體的，可以參照圖2和圖3所示的兩種結構。從圖2中可以看到，有源層4包覆在金屬層7的上方，以避免金屬層7與源極5、漏極6直接接觸而造成TFT失效；除此之外，也可以將金屬層7嵌設在柵絕緣層3中，形成圖3所示的結構。只要是在有源層4和柵絕緣層3之間設置金屬層，用以降低TFT工作漏電流的結構都應該屬於本發明的保護範圍之內。此外，在本實施例提供的薄膜電晶體中，在所述有源層的上方還設有刻蝕阻擋層(Etch Stop Layer, ESL)8。本發明實施例中提供的薄膜電晶體，通過在氧化物薄膜電晶體的有源層和柵絕緣層之間設置金屬層，從而形成了有源層和金屬層之間的接觸面以及金屬層和柵絕緣層之間的接觸面。在所述金屬層和柵絕緣層之間的接觸面處，可以由所述金屬層提供大量的載流子，有效補償柵絕緣層界面處的載流子捕獲效應，因此界面處的載流子捕獲效應可以忽略，可有效地增大開態電流，降低薄膜電晶體的功耗；同時，在所述有源層和金屬層之間的接觸面處，金屬層吸附所述有源層中的氧原子而形成一層金屬氧化物薄膜，阻擋有源層中的氧原子進一步滲入到柵絕緣層，避免了柵絕緣層中的氧原子因光照而發生深能級躍遷，同樣可降低TFT的工作漏電流。與現有的氧化物薄膜電晶體相比，本方案中提供的薄膜電晶體有效減少了漏電流的產生，降低了閥值電壓，增大了開態電流，降低了功耗；與現有的具備單層a-IGZ0有源層的薄膜電晶體相比，本實施例中的薄膜電晶體大大提升了 TFT穩定性。對應於上述薄膜電晶體，本發明實施例還提供了一種薄膜電晶體的製造方法，包括在基板上依次形成柵極、柵絕緣層、有源層和源漏電極層的過程；所述源漏電極層包括所述薄膜電晶體的源極和漏極；其中，所述有源層採用金屬氧化物半導體；而且，在形成所述柵絕緣層之後、且在形成所述有源層之前，還包括在所述柵絕緣層上方形成介於所述柵絕緣層和所述有源層之間的金屬層。下面對上述薄膜電晶體製造方法進一步詳細說明。在後續的描述中，仍然以底柵型TFT為例，具體可參照圖4至圖7所示。本實施例中的薄膜電晶體製造方法，具體包括以下步驟SI、在基板I上沉積柵金屬薄膜，並通過構圖工藝形成柵線(圖中未示出)和柵極2，如圖4所示；其中，基板I可以是但不限於是玻璃基板、石英基板或者由有機材料形成的襯底基板。S2、在形成有柵線和柵極2的基板上沉積柵絕緣層3，如圖5所示；S3、在柵絕緣層3上沉積一層金屬薄膜，例如金屬Ti，並通過構圖工藝形成金屬層7的圖案，如圖6所示，使金屬層7可以夾設在柵絕緣層3和有源層4之間；S4、在Ar/02氛圍下，在金屬層7上方沉積氧化物半導體薄膜，比如a_IGZ0，並通過 構圖工藝形成有源層4的圖案；其中，有源層4完全覆蓋所述金屬層7。如圖7所示，有源層4可以是包覆在所述金屬層7的上方，使得金屬層7的兩側不會由於與薄膜電晶體的源極、漏極相接而導致TFT失效。其中，通過構圖工藝形成有源層4的圖案，具體為在所述氧化物半導體薄膜上方塗覆光刻膠，並進行曝光、顯影工藝，之後通過溼刻在氧化物半導體層上形成有源層4的圖案。此外，在完成步驟S4之後，還可以在有源層4的上方形成刻蝕阻擋層8，用以在後續的工藝過程中對有源層4進行保護。S5、在氧氛圍下對所述有源層4進行退火處理；在Ar/02氛圍下，有源層4中的a_IGZ0等金屬氧化物中的氧原子向著含氧量較低的區域擴散，即向金屬層7中擴散。在本實施例中，所述金屬層7可以採用金屬Ti，由於Ti容易吸附有源層中的氧原子，因此在退火處理後，在有源層4和金屬層7的接觸面處的鈦金屬被部分氧化就很容易形成一層TiOx氧化物薄膜。具體地，在退火處理過程中，有源層中的a-IGZO等金屬氧化物薄膜會受到溫度的影響，價鍵激活而產生一定的氧逸出；由於退火處理是在氧氛圍下進行，外界氧濃度大於有源層的氧濃度，會有部分的氧向有源層擴散。前述兩個過程在退火處理時同時存在，通過控制通氧量，可以調節氧的逸出與擴散進入的平衡態。因此，上述退火處理過程，對有源層4中的a-IGZO等金屬氧化物的氧含量影響不大。此外，升溫退火可使a-IGZO有源層減少缺陷態，使界面由粗糙變得平滑，使界面接觸性良好。S6、在有源層4的上方沉積一層源漏金屬薄膜，並通過構圖工藝形成薄膜電晶體的源極5和漏極6 ;最終形成的薄膜電晶體結構如圖I所示。通過以上步驟即可完成薄膜電晶體的製作。如果是陣列基板製作流程，則只需在已形成了上述薄膜電晶體的基板上繼續形成鈍化層、像素電極層等結構。由於後續工藝與現有的陣列基板製作工藝類似，此處不再贅述。雖然上述方法描述均是以底柵型TFT為例，但是對於本領域技術人員來說，可以很容易地將上述改進思想與頂柵型TFT進行結合，並通過具體步驟來實現頂柵型TFT的製作過程。對於採用本發明改進思想製作頂柵型TFT的過程，此處不再贅述；不過，基於本發明改進思想的頂柵型TFT製作方法應當屬於本發明的保護範圍之內。本發明實施例中的方案通過將半導體a-IGZO薄膜，設計為a_IGZ0薄膜有源層覆蓋金屬層Ti，從而形成雙通道的有源層，不僅達到了阻擋氧化物半導體有源層中的氧原子的穿越進入柵極絕緣層，降低工作漏電流，同時有效提供大量載流子來補償絕緣層界面載流子捕獲效應，從而解決了氧化物體電晶體漏電流較大以及穩定性差的技術問題。此外，在本發明實施例中還提供了一種陣列基板，該陣列基板包括上述實施例中所描述的薄膜電晶體。圖8所示為本發明實施例中提供的一種陣列基板結構，其包括基板1，以及依次形成在基板I上的柵極2、柵絕緣層3、有源層4和源漏電極層，該源漏電極層包括薄膜電晶體的源極5和漏極6 ;在所述柵絕緣層3和源漏電極層的上方還形成有鈍化層9，且在鈍化層9上方還形成有像素電極10，該像素電極10通過鈍化層過孔與所述漏極6電連接；其中，所述有源層4採用金屬氧化物半導體，而且在有源層4和柵絕緣層3之間設有金屬層7，以降低所述有源層4和柵絕緣層3之間的載流子捕獲效應。圖8所示的陣列基板結構僅是本發明所提供的陣列基板中的一種形式；本發明的保護範圍並不限於此。比如，本發明所提供的陣列基板還可以是基於IPS(平面內轉換)型或ADS (高級超維場轉換)型像素結構的陣列基板。進一步地，在本發明實施例中還提供了一種顯示裝置，該顯示裝置包括上述陣列基板。上述顯示裝置可以是液晶顯示裝置或者其他類型的顯示裝置。其中，液晶顯示裝置可以是液晶面板、液晶電視、手機、液晶顯示器等，其包括彩膜基板、以及上述實施例中的陣列基板。上述其他類型顯示裝置，比如電子紙，其不包括彩膜基板，但是包括上述實施例中的陣列基板。由於本發明實施例中所提供的陣列基板和顯示裝置中均包含有上述實施例中所提供的薄膜電晶體，因此本實施例中的陣列基板和顯示裝置也同時具備上述薄膜電晶體所帶來的有益效果；即，能夠有效減少漏電流的產生，降低閥值電壓，增大開態電流，降低功耗。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以權利要求的保護範圍為準。權利要求
1.一種薄膜電晶體，包括形成在基板上的柵極、柵絕緣層、有源層和源漏電極層，所述源漏電極層包括所述薄膜電晶體的源極和漏極；其特徵在於，所述有源層採用金屬氧化物半導體，在所述有源層和所述柵絕緣層之間設有金屬層，以降低所述有源層和柵絕緣層之間的載流子捕獲效應。
2.根據權利要求I所述的薄膜電晶體，其特徵在於，所述有源層完全覆蓋所述金屬層。
3.根據權利要求I或2所述的薄膜電晶體，其特徵在於，所述金屬層的材料採用金屬鈦。
4.根據權利要求3所述的薄膜電晶體，其特徵在於，在所述金屬層與所述有源層之間形成有氧化鈦薄膜。
5.一種薄膜電晶體製造方法，包括在基板上形成柵極、柵絕緣層、有源層和源漏電極層的過程；其中，所述源漏電極層包括所述薄膜電晶體的源極和漏極；其特徵在於，所述有源層採用金屬氧化物半導體；而且， 在形成所述柵絕緣層的步驟和形成所述有源層的步驟之間，該方法還包括形成介於所述柵絕緣層和所述有源層之間的金屬層。
6.根據權利要求5所述的薄膜電晶體製造方法，其特徵在於， 所述形成介於所述柵絕緣層和所述有源層之間的金屬層的過程包括在所述柵絕緣層上方沉積金屬薄膜，並通過構圖工藝形成介於所述柵絕緣層和所述有源層之間的金屬層； 所述形成有源層的過程包括在Ar/02氛圍下，在所述金屬層上方沉積氧化物半導體薄膜，並通過構圖工藝形成有源層的圖案；所述有源層完全覆蓋所述金屬層。
7.根據權利要求5或6所述的薄膜電晶體製造方法，其特徵在於，在形成所述有源層之後，該方法還包括 在Ar/02氛圍下，對所述有源層進行退火處理。
8.根據權利要求7所述的薄膜電晶體製造方法，其特徵在於，所述金屬層的材料選用金屬鈦；而且， 在退火處理後，所述有源層和所述金屬層的接觸面處的鈦金屬層被部分氧化形成氧化鈦薄膜。
9.一種陣列基板，包括權利要求I至4任一項所述的薄膜電晶體。
10.一種顯示裝置，包括權利要求9所述的陣列基板。
全文摘要
本發明公開了一種薄膜電晶體及其製造方法、陣列基板和顯示裝置，涉及顯示技術領域，用以降低薄膜電晶體的漏電流，提高TFT穩定性。一種薄膜電晶體，包括形成在基板上的柵極、柵絕緣層、有源層和源漏電極層，所述源漏電極層包括所述薄膜電晶體的源極和漏極；其中，所述有源層採用金屬氧化物半導體，在所述有源層和所述柵絕緣層之間設有金屬層，以降低所述有源層和柵絕緣層之間的載流子捕獲效應。本發明實施例所提供的方案適用於任意的需要利用薄膜電晶體進行驅動的顯示設備。
文檔編號H01L29/786GK102709326SQ20121013335
公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月28日 優先權日2012年4月28日
發明者徐少穎, 李田生, 謝振宇, 閻長江, 陳旭 申請人:北京京東方光電科技有限公司