一種顯示器面板的製作方法

2023-05-18 00:38:36

本實用新型涉及一種由金屬氧化物薄膜電晶體構成的顯示器面板。

背景技術：

傳統的金屬氧化物薄膜電晶體通過在有源層上澱積金屬來作為源漏電極。在源漏電極和有源層的接觸界面處通常會形成肖特基勢壘，使得接觸界面的電阻值很高，進而增大了薄膜電晶體的寄生接觸電阻，同時本徵態的金屬氧化物半導體通常是高電阻率的，這會帶來高電阻率的源漏電阻的問題。現有的解決辦法是通過對源區、漏區進行摻雜來降低源區、漏區的電阻率，但這通常以犧牲工藝穩定性和增加製備成本為代價。例如，源漏區域可以通過等離子處理將氫離子摻雜到源區、漏區中，但整個過程並不穩定。其他摻雜物，例如硼和磷，則需要極為昂貴的離子注入設備以及額外的激活過程。為此，在薄膜電晶體製造行業急需要一種成本低廉、製造工藝簡單的方法來降低金屬氧化物源漏區域的電阻率。

另一方面，背溝道刻蝕(back-channel etched BCE)結構和刻蝕阻擋層(etch-stop ES)結構是背柵金屬氧化物薄膜電晶體的兩種主流結構。在傳統背溝道刻蝕結構的薄膜電晶體中，暴露的溝道上界面會在刻蝕源漏電極的時候受到損害，進而影響到器件的性能。雖然這樣的損害可以通過在溝道區上添加一層刻蝕阻擋層來避免，但是這樣不僅會增加一步額外的光刻過程、從而增加製備成本，更重要的是刻蝕阻擋層器件結構需要延長溝道長度和柵極電極的長度，這樣會擴大薄膜電晶體的面積、進而極大地限制顯示器的解析度的進一步提升，背離了顯示器的高解析度發展趨勢。歸納而言，背溝道刻蝕的器件結構的優勢在於提供了簡單的工藝過程、較低的製備成本和較小的器件尺寸，而刻蝕阻擋層的器件結構提供了更優的器件性能和改善的器件穩定性，但擴大了器件的面積，增加了製造成本。為此，金屬氧化物薄膜電晶體製造業急需一種新型的薄膜電晶體結構，能夠同時滿足低成本、高性能、小尺寸等多重要求。

基於金屬氧化物薄膜電晶體的顯示器面板同時面臨上述現有技術之不足。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在於克服上述現有技術之不足，首先提供一種源漏區域電阻率小，但製造成本低廉的高性能金屬氧化物薄膜電晶體結構以提升基於此薄膜電晶體的顯示器面板的性能。

本實用新型提供的顯示器面板，包括多組顯示模塊，所述顯示模塊包含：薄膜電晶體、中間絕緣層和像素電極。其結構包括：薄膜電晶體、中間絕緣層和像素電極，所述顯示器面板結構包括：襯底和設置在所述襯底上由金屬氧化物構成的有源層，所述有源層與柵極疊層相毗鄰；所述有源層部分區域上覆蓋有電極；所述電極與所述有源層之間還包括絕緣層；所述電極上連接有所述像素電極；所述像素電極與所述電極之間還設置有所述中間絕緣層；所述絕緣層在所述中間絕緣層覆蓋下的部分為第一絕緣層，且所述第一絕緣層的厚度大於含氧元素的物質在所述第一絕緣層中的擴散長度；所述絕緣層在非所述中間絕緣層覆蓋下的部分為第二絕緣層，且所述第二絕緣層的厚度小於所述含氧元素的物質在所述第二絕緣層中的擴散長度；所述有源層在所述中間絕緣層覆蓋下的區域分別形成源區、漏區，在非所述中間絕緣層覆蓋下的區域形成溝道區；所述源區、漏區與所述溝道區相互連接，且分別位於所述溝道區的兩端；所述源區、所述漏區和所述溝道區的連接面自對準於所述中間絕緣層在所述有源層投影面積之內的邊界的鉛垂面；所述源區、所述漏區的電阻率小於所述溝道區的電阻率。

所述源區、所述漏區與所述溝道區之間由退火形成所述連接面，該連接面和所述中間絕緣層在所述有源層投影面積之內的邊界的鉛垂面的間距小於所述有源層厚度的100倍。

所述溝道區與所述源區、所述漏區的電阻率比值大於1000倍。

所述第一絕緣層的厚度為所述含氧元素的物質在所述第一絕緣層中擴散長度的2至100倍之間。

所述第一絕緣層是由氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鉿形成的絕緣層，所述第一絕緣層的厚度為10至3000納米；所述第二絕緣層是由氧化矽或氮氧化矽形成的絕緣層，所述第二絕緣層的厚度為10至3000納米。

所述柵極疊層設置在所述有源層與所述襯底之間；

或者，所述有源層設置在所述柵極疊層和所述襯底之間。所述柵極疊層包括柵極電極和柵極絕緣層，所述柵極電極的厚度小於所述含氧元素的物質在所述柵極電極中的擴散長度，所述柵極絕緣層的厚度小於所述含氧元素的物質在所述柵極絕緣層中的擴散長度。所述柵極電極是由氧化銦錫、氧化鋁鋅或氧化銦鋅形成的電極，所述柵極電極的厚度為10至3000納米；所述柵極絕緣層是由氧化矽或氮氧化矽形成的絕緣層，所述柵極絕緣層的厚度為10至3000納米。

所述源區、漏區的電阻率小於10歐姆釐米，所述溝道區的電阻率大於10歐姆釐米。

相對於傳統的薄膜電晶體結構，本實用新型具有以下優點：首先，本方案直接通過退火在有源層中形成了源區、漏區，既保持了和背溝道刻蝕結構一樣的器件尺寸，又實現了刻蝕阻擋層結構器件的高性能。同時兼顧了高性能和小尺寸的優點，非常符合目前顯示器的發展趨勢，特別是在增強現實、虛擬實境方面的發展應用。其次，退火減小了源漏區域的電阻率，進而降低了源漏電極與有源層之間的寄生接觸電阻，顯著提升了薄膜電晶體的開態性能。同時，由於退火還保持甚至提高了溝道區的高電阻率，從而顯著地降低了薄膜電晶體的關態電流。更重要的是，退火會在很大程度上消除溝道區中的缺陷密度，極大地提升器件的可靠性。溝道區上方的第二絕緣層保護薄膜電晶體的溝道區免受外界環境的影響，器件的環境可靠性能得到進一步加強。本實用新型直接以中間絕緣層覆蓋部分有源層區域，通過退火來降低中間絕緣層覆蓋下的源區、漏區的電阻率，在省略了傳統半導體工藝中的摻雜步驟和光刻步驟，節省了製備成本的同時，保證了源漏區域的低電阻率的穩定性。因此，此實用新型，兼具高性能、小尺寸、高可靠性、低成本等優點。

附圖說明

圖1為傳統背溝道刻蝕結構背柵薄膜電晶體構成的顯示面板結構實施例的剖視圖。

圖2為傳統刻蝕阻擋層結構背柵薄膜電晶體構成的顯示面板結構實施例的剖視圖。

圖3為本實用新型中顯示面板結構的第一種實施例的剖視圖。

圖4為本實用新型中顯示面板結構的第二種實施例的剖視圖。

具體實施方式

參照圖1，圖1為傳統背溝道刻蝕結構背柵薄膜電晶體構成的顯示面板結構實施例的剖視圖。其中，顯示器面板結構包括：襯底1a；設置在襯底1a上由金屬氧化物構成的有源層2a，有源層2a與襯底1a之間還設置有柵極疊層3a，柵極疊層3a包括柵極電極31a和設置在柵極電極31a和有源層2a之間的柵極絕緣層32a；有源層2a之上覆蓋有電極4a，有源層2a與電極4a相接觸的區域分別形成源區21a、漏區23a，有源層2a與非電極4a接觸的區域形成溝道區22a，其中，溝道區22a與柵極疊層3a相毗鄰，而源區21a和漏區23a分別位於溝道區22a的兩端，並與溝道區22a相連接。像素電極8a與所述薄膜電晶體的電極4a通過中間絕緣層7a上的通孔相電連接。中間絕緣層7a和像素電極8a之上設置有光電材料9a和公共電極10a。在薄膜電晶體工作過程中，通過對柵極電極施加一定的電壓，能夠改變溝道區的電阻率，進而控制通過溝道區的電流，從而實現薄膜電晶體的開關。薄膜電晶體的關態電流很大程度上取決於溝道區的電阻率和缺陷密度，更高的電阻率和更少的缺陷密度可以帶來更低的關態電流和更好的器件性能。薄膜電晶體的開態電流受限於源區、漏區的電阻率，更低的源區、漏區的電阻率有利於降低寄生電阻，提高開態電流。對於背溝道刻蝕結構背柵薄膜電晶體，其溝道區22a在刻蝕電極4a的過程中會受到損害，產生大量缺陷密度，大大降低器件的性能。產生的缺陷密度包括導電類缺陷密度，其會降低溝道區22a的電阻率，從而極大地降低薄膜電晶體工作電流的關態電流。另一個問題，本徵高電阻率的源區21a、漏區23a也會降低薄膜電晶體的開態電流。

參照圖2，圖2為傳統刻蝕阻擋層結構背柵薄膜電晶體構成的顯示面板結構實施例的剖視圖。其中，顯示器面板結構包括：襯底1b；設置在襯底1b上由金屬氧化物構成的有源層2b；有源層2b與襯底1b之間還設置有柵極疊層3b，柵極疊層3b包括柵極電極31b和設置在柵極電極31b和有源層2b之間的柵極絕緣層32b；在有源層2上設置有刻蝕阻擋層5；刻蝕阻擋層5和有源層2b之上覆蓋有電極4b，有源層2b與電極4b相接觸的區域分別形成源區21b、漏區23b，有源層2b與非電極4b接觸的區域形成溝道區22b，其中，溝道區22b與柵極疊層3b相毗鄰，而源區21b、漏區23b分別位於溝道區22b的兩端，並與溝道區22b相連接。像素電極8b與所述薄膜電晶體的電極4b通過中間絕緣層7b上的通孔相電連接。中間絕緣層7b和像素電極8b之上設置有光電材料9b、公共電極10b。通過刻蝕阻擋層5可以保護溝道區22b免受電極4b刻蝕過程所帶來的損害，從而避免在溝道區22b引入缺陷密度和降低電阻率。但是因為刻蝕阻擋層5的引入，溝道區22b和柵極電極31b相應地要有所延長，以保證溝道區22b依然可以通過源區21b、漏區23b和電極4b相連接。這樣極大地增加了薄膜電晶體的面積，背離了薄膜電晶體小型化的發展趨勢。同時，因需要額外的一步光刻步驟來圖形化刻蝕阻擋層5，製備成本也會增加。類似背溝道刻蝕結構器件，在刻蝕阻擋層結構薄膜電晶體中本徵高電阻率的源區21b、漏區23b也會降低薄膜電晶體的開態電流，影響器件性能。

下面結合附圖及實施例詳細描述本實用新型。應當理解，此處所描述的具體實施例為非限制性示例實施例，且附圖示出的特徵不是必須按比例繪製。所給出的示例僅旨在有利於解釋本實用新型，不應被理解為對本實用新型的限定。

參照圖3，圖3為本實用新型中顯示面板中薄膜電晶體結構第一種實施例的剖視圖。本實施例中薄膜電晶體採用背柵結構。其中，顯示器面板結構包括：襯底1設置在襯底1上由金屬氧化物構成的有源層2，有源層2與襯底1之間還設置有柵極疊層3，柵極疊層3包括柵極電極31和設置在柵極電極31和有源層2之間的柵極絕緣層32；有源層2的上方覆蓋有絕緣層6；絕緣層6上形成有深至有源層2的通孔，所述通孔內澱積有導體，從而由所述通孔中引出電極4，電極4分別與源區21、漏區23相電連接。像素電極8與所述薄膜電晶體的電極4通過中間絕緣層7上的通孔相電連接。中間絕緣層7和像素電極8之上設置有光電材料9、公共電極10。其中，絕緣層6在中間絕緣層7覆蓋下的部分為第一絕緣層61，絕緣層6在非中間絕緣層7覆蓋下的部分為第二絕緣層62，第一絕緣層61和第二絕緣層62相互連接，因而第一絕緣層61的投影面積與中間絕緣層7的投影面積完全重疊。

在本實用新型中，所述的投影面積為具體實施例中的附圖所示的垂直方向的投影面積。

參照圖3，襯底1包括但不限於以下材料：玻璃、聚合物襯底、柔性材料等。

參照圖3，有源層2包括以下材料中的一種或多種的組合：氧化鋅、氮氧化鋅、氧化錫、氧化銦、氧化鎵、氧化銅、氧化鉍、氧化銦鋅、氧化鋅錫、氧化鋁錫、氧化銦錫、氧化銦鎵鋅、氧化銦錫鋅、氧化鋁銦錫鋅、硫化鋅、鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈮酸鋰。,

參照圖3，光電材料9包括但不限於：液晶、發光二極體、有機發光二極體、量子點發光二極體。

本實用新型中，當絕緣層或導體層的厚度小於含氧元素的物質在該絕緣層或導體層中的擴散長度時，含氧元素的物質能在退火處理中透過該絕緣層或導體層進入金屬氧化物有源層，從而保持、甚至提高金屬氧化物的電阻率，此時該絕緣層或導體層是透氧層；當一個絕緣層或導體層的厚度大於含氧元素的物質在該絕緣層中的擴散長度時，該絕緣層或導體層能阻擋含氧元素的物質，從而降低金屬氧化物的電阻率，此時該絕緣層或導體層是不透氧層。

所述含氧元素的物質包括：氧氣、臭氧、一氧化二氮、水、雙氧水、二氧化碳和上述物質的等離子體。

參照圖3，第一絕緣層61的厚度大於含氧元素的物質在第一絕緣層61中的擴散長度，第一絕緣層61能阻擋所述含氧元素的物質，因而第一絕緣層61為不透氧層。優選地，第一絕緣層61的厚度為所述含氧元素的物質在第一絕緣層61中擴散長度的2至100倍之間。第一絕緣層61包括以下材料中的一種或多種的組合：氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁或氧化鉿，其中所述氮氧化矽中的氮化矽比例大於20％。第一絕緣層61的厚度為10至3000納米。優選地，第一絕緣層61的厚度在200納米到500納米之間。

參照圖3，第二絕緣層62的厚度小於所述含氧元素的物質在第二絕緣層62中的擴散長度，所述含氧元素的物質在退火處理中可以透過第二絕緣層62，因而第二絕緣層62是透氧層。第二絕緣層62包括以下材料中的一種或多種的組合：氧化矽、氮氧化矽；其中，所述氮氧化矽中氮化矽的比例小於20％。第二絕緣層62的厚度為10至3000納米。優選地，第二絕緣層62的厚度在200納米到500納米之間。

參照圖3，退火處理中，第一絕緣層61阻擋了所述含氧元素的物質，有源層2在中間絕緣層7和第一絕緣層61共同覆蓋下的區域的電阻率在退火處理中得以降低，形成源區21、漏區23。降低了的源區21和漏區23的電阻率有利於降低源區21、漏區23與電極4之間的接觸電阻，從而提高薄膜電晶體的開態性能。與第一絕緣層61的特性相反，退火處理中，所述含氧元素的物質能夠通過第二絕緣層62進入有源層2，因而有源層2在非中間絕緣層7和第一絕緣層61共同覆蓋下的區域的電阻率保持不變或提高，形成溝道區22。在溝道區22上方的第二絕緣層62還能提高溝道區22的電阻率、降低溝道區22的缺陷密度，從而改善薄膜電晶體的關態特性，並且第二絕緣層62還能保護溝道區22免受外界環境的影響，提高薄膜電晶體的穩定性和可靠性。

在本實用新型中，所述退火處理包括但不限於利用熱、光、雷射、微波進行加熱。所述退火處理是在氧化氣氛下，持續10秒至10小時，溫度在100℃和600℃之間。所述氧化氣氛包括：氧氣、臭氧、一氧化二氮、水、二氧化碳和上述物質的等離子體。

參照圖3，本實用新型中，通過在有源層2部分區域上方覆蓋中間絕緣層7，繼而用退火處理來降低源區21、漏區23的電阻率，同時保持甚至提高溝道區22的高電阻率。有源層2中的源區21、漏區23和溝道區22相互連接。其退火形成的連接面無需藉助任何光刻對準工藝，而自動對準於覆蓋有源層2的中間絕緣層7的邊界，這類似於現有矽基場效應電晶體工藝中，摻雜形成的源區、漏區和溝道區的連接面自動對準於柵極電極邊界。這種自對準通常都存在一定的偏差範圍。本實用新型中，源區、漏區和溝道區的連接面自對準於中間絕緣層在有源層投影面積之內的邊界的鉛垂面，其對準的偏差小於有源層厚度的100倍。

相對於傳統的通過對源區、漏區進行摻雜的方式來降低源區、漏區的電阻率，本實用新型中退火處理所得的源區、漏區的電阻率比摻雜所得的電阻率更低，且中間絕緣層和第一絕緣層共同保護下的源區、漏區的低電阻率更穩定。所述退火包括利用熱、光、雷射、微波對薄膜電晶體結構進行加熱。相對於傳統摻雜方式，本實用新型的工藝更簡單、成本也更低。但本實用新型不限制摻雜，有源層2中可以摻入以下一種或多種雜質：氫、氮、氟、硼、磷、砷、矽、銦、鋁或銻。這不妨礙器件的源區、溝道區和漏區的形成。也因此，本方案和現有摻雜工藝完全兼容，具有高可擴展性。

相對於傳統薄膜電晶體的方法，本實用新型中退火處理還保證了、甚至提高了溝道區的高電阻率，從而極大地降低了薄膜電晶體的關態電流，遠低於目前主流的10-13安每微米，甚至降低到極低的10-18安每微米。更重要的是，退火還在很大程度上消除了溝道區中的缺陷密度，比如，氧空位缺陷密度、金屬填隙缺陷密度等，這些缺陷密度廣泛地存在於金屬氧化物中，被認為是降低薄膜電晶體的性能和可靠性的重要因素，但在傳統的器件結構中又很難徹底地消除。因為消除了這些缺陷密度，本實用新型中所公開的薄膜電晶體結構極大地增強了薄膜電晶體的性能和長期可靠性。比如，金屬氧化物薄膜電晶體的電流開關比極大地提高、甚至高於1011；常見的回滯效應引起的閾值電壓漂移被抑制到0.15V之內；柵極電極上施加一定的電壓時所產生的閾值電壓的漂移退化消除到0V左右。其次，溝道區上方覆蓋的第二絕緣層不僅能夠像刻蝕阻擋層一樣完全保護溝道區免受電極刻蝕帶來的損害，還能夠很好地保護薄膜電晶體免受外界環境的影響、增強薄膜電晶體的環境穩定性。比如，在80攝氏度、80％相對溼度下保存10個小時所引起的閾值電壓漂移等性能退化的問題，通過本實用新型中薄膜電晶體結構可以得到大大改善。

總結來說，本實用新型相較於傳統薄膜電晶體結構擁有諸多優點，包括：更簡單的製造工藝，更低的製備成本，更高的工藝擴展性，更優的器件性能，可靠性和環境穩定性。

參照圖4，圖4為本實用新型中顯示面板中薄膜電晶體結構第二種實施例的剖視圖。本實施例中薄膜電晶體採用頂柵結構。其中，顯示器面板結構包括：襯底1；設置在襯底1上由金屬氧化物構成的有源層2；在有源層2上設置有透氧柵極電極311和設置在透氧柵極電極311和有源層2之間的透氧柵極絕緣層321；有源層2、透氧柵極絕緣層321和透氧柵極電極311的上方覆蓋有絕緣層6；透氧柵極絕緣層321和絕緣層6上形成有深至有源層2的通孔，所述通孔內澱積有導體，從而由所述通孔中引出電極4，電極4分別與有源層2的部分區域相電連接。像素電極8與所述薄膜電晶體的電極4通過中間絕緣層7上的通孔相電連接。中間絕緣層7和像素電極8之上設置有光電材料9、公共電極10。其中，絕緣層6在中間絕緣層7覆蓋下的部分為第一絕緣層61，絕緣層6在非中間絕緣層7覆蓋下的部分為第二絕緣層62，第一絕緣層61和第二絕緣層62相互連接，因而第一絕緣層61的投影面積與中間絕緣層7的投影面積完全重疊

參照圖4，透氧柵極電極311的厚度小於所述含氧元素的物質在透氧柵極電極311中的擴散長度，所述含氧元素的物質在退火處理中能夠透過透透氧柵極電極311，因而透氧柵極電極311是透氧層；透氧柵極電極311包含以下材料中的一種或多種的組合：氧化鋅、氧化銦錫、氧化鋁鋅、氧化銦鋁或氧化銦鋅；透氧柵極電極311的厚度為10至3000納米。優選地，透氧柵極電極311的厚度在200納米到500納米之間。

參照圖4，透氧柵極絕緣層321的厚度小於所述含氧元素的物質在透氧柵極絕緣層321中的擴散長度；所述含氧元素的物質在退火處理中能夠透過透氧柵極絕緣層321，因而透氧柵極絕緣層321是透氧層；透氧柵極絕緣層321包含以下材料中的一種或多種的組合：氧化矽、氮氧化矽，其中所述氮氧化矽中氮化矽的比例小於20％；透氧柵極絕緣層321的厚度為10至3000納米。優選地，透氧柵極絕緣層321的厚度在200納米到500納米之間。

參照圖4，退火處理中，第一絕緣層61阻擋了所述含氧元素的物質，有源層2在中間絕緣層7和第一絕緣層61共同覆蓋下的區域的電阻率在退火處理中得以降低，形成源區21、漏區23。降低了的源區21和漏區23的電阻率有利於降低源區21、漏區23與電極4之間的接觸電阻，從而提高薄膜電晶體的開態性能。與第一絕緣層61的特性相反，退火處理中，所述含氧元素的物質能夠通過第二絕緣層62、透氧柵極電極311和透氧柵極絕緣層321進入有源層2，因而有源層2在非中間絕緣層7和第一絕緣層61共同覆蓋下的區域的電阻率保持不變或提高，形成溝道區22。在溝道區22上方的第二絕緣層62還能提高溝道區22的電阻率、降低溝道區22的缺陷密度，從而改善薄膜電晶體的關態特性，並且第二絕緣層62還能保護溝道區22免受外界環境的影響，提高薄膜電晶體的穩定性和可靠性。

最後應當說明的是，以上實施例僅為本實用新型的較佳實施例而已，而非對本實用新型保護範圍的限制，本領域的普通技術人員應當理解，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。