薄膜電晶體的製作方法、薄膜電晶體及顯示器與流程

2024-03-29 05:04:05

本發明涉及顯示技術領域，尤其是涉及一種薄膜電晶體的製作方法、薄膜電晶體及顯示器。

背景技術：

隨著顯示技術的發展和用戶對顯示設備的外觀、性能等各方面的要求越來越高，有源矩陣有機發光二極體(Active-matrix organic light emitting diode，AMOLED)柔性顯示器應運而生。薄膜電晶體在生產中需要經過氫化處理，以採用低溫多晶矽(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)薄膜電晶體的陣列結構顯示面板為例，多晶矽薄膜電晶體在生產中經過氫化處理，提高了多晶矽薄膜電晶體的電子遷移率，修補了缺陷，使多晶矽薄膜電晶體具有較高的載流子遷移率，從而成為了製作小尺寸高解析度面板的首選。具體的，一般採用多晶矽薄膜電晶體的電容絕緣層和層間絕緣層作補氫層，並採用590℃，10min的高溫退火工藝實現陣列基板的氫化處理。在液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)和剛性AMOLED領域中，採用LTPS的陣列結構顯示面板及其製造工藝已日趨成熟，但多晶矽薄膜電晶體在柔性AMOLED顯示器的製造和應用中仍不成熟。

現有技術中，為了提高柔性效果，一般將電容絕緣層和層間絕緣層設計為厚度較小的無機層，氫化處理需要依靠無機層提供氫原子，較薄的無機層本身可以提供的氫原子量相對較少，高溫氫化過程中部分氫原子向外擴散而未起到氫化的作用，參加氫化過程的氫原子量不足導致氫化效果不佳，即無法在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證多晶矽薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的多晶矽薄膜電晶體的電子遷移率低，顯示設備顯示效果不佳。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種多晶矽薄膜電晶體的製作方法、多晶矽薄膜電晶體及顯示器，用以解決現有技術中無法在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證多晶矽薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的多晶矽薄膜電晶體的電子遷移率低，顯示設備顯示效果不佳的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種薄膜電晶體，包括：

在基板上依次形成主動層、柵極絕緣層、柵極及電容絕緣層，所述柵極絕緣層隔絕所述主動層與所述柵極；

在所述電容絕緣層之背離所述基板一側形成阻氫層，所述阻氫層覆蓋所述電容絕緣層；

氫化處理所述柵極絕緣層及所述主動層。

進一步，所述氫化處理的溫度不大於500℃，所述氫化處理的時長不超過60分鐘。

進一步，所述阻氫層為導電材料，並且在所述「氫化處理所述柵極絕緣層及所述主動層」之後，所述方法還包括：圖形化所述阻氫層形成電容上電極。

進一步，所述「氫化處理所述柵極絕緣層及所述主動層」之後，所述方法還包括：沉積導電材料於所述阻氫層之背離所述基板一側，並圖形化所述導電材料形成電容上電極。

進一步，形成所述電容上電極後，在所述電容上電極之背離所述基板一側表面形成層間絕緣層，並在所述層間絕緣層表面形成源極和漏極。

本發明還提供一種薄膜電晶體，包括基板及依次層疊設置於所述基板一側的主動層、柵極絕緣層、柵極及電容絕緣層，所述薄膜電晶體還包括阻氫層，所述阻氫層位於所述電容絕緣層之背離所述基板一側，並覆蓋所述電容絕緣層，所述阻氫層用於阻擋氫化處理時所述電容絕緣層提供的氫離子向外擴散。

進一步，所述薄膜電晶體還包括層疊設置於所述阻氫層之背離所述基板一側的電容上電極、層間絕緣層、源極及漏極，所述層間絕緣層隔離所述電容上電極與所述源極及漏極於所述層間絕緣層的兩側。

進一步，所述層間絕緣層為有機材料膜層。

進一步，所述阻氫層為無機材料膜層或金屬材料膜層。

本發明還提供一種顯示器，包括以上任意一項所述的薄膜電晶體。

本發明的有益效果如下：電容絕緣層提供氫原子用於氫化處理主動層和柵極絕緣層，阻氫層阻擋高溫氫化過程中向外擴散的氫原子，提高氫原子的利用率，增加參加氫化處理主動層和柵極絕緣層的氫原子，提高氫化效果，當薄膜電晶體應用於AMOLED柔性顯示器時，基板為柔性基板，氫化效率的提高可以減少需要提供的總的氫原子的量，即降低了提供氫原子的電容絕緣層的厚度，電容絕緣層的厚度越小，柔性顯示器的柔性越好，從而在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的薄膜電晶體的電子遷移率高，顯示設備顯示效果良好。

附圖說明

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，下面將對實施例或現有技術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明顯變形方式。

圖1為本發明實施例一提供的薄膜電晶體的製作方法流程圖。

圖2為本發明實施例一提供的薄膜電晶體的製作方法S102步驟的示意圖。

圖3為本發明實施例一提供的薄膜電晶體的製作方法S103步驟的示意圖。

圖4為本發明實施例二提供的薄膜電晶體的製作方法流程圖。

圖5為本發明實施例提供的薄膜電晶體示意圖。

具體實施方式

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做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。

請一併參閱圖1、圖2及圖3，本發明實施例一提供的薄膜電晶體的製作方法流程包括：

S101，在基板10上依次形成主動層20、柵極絕緣層30、柵極60及電容絕緣層40。

基板10為薄膜電晶體整體結構的承載體，一般使用塑料材料或玻璃材料製作基板10，本實施例中，為了提高柔性顯示效果，適用於AMOLED柔性顯示器，基板10為柔性基板，一種較佳的實施方式中使用塑料材料製作基板10，塑料材料材質柔軟易於彎曲，且材料成本低。

本實施例中，在基板10上形成主動層20之前，先在基板10表面形成阻隔層90，阻隔層90位於基板10於主動層20之間。阻隔層90為電絕緣性良好的材料採用化學氣相沉積或物理沉積等方法形成。阻隔層90又稱緩衝層，用於防止玻璃中的金屬離子(鋁、鋇、鈉等)在熱工藝中擴散到主動層20，通過調節阻隔層90厚度或沉積條件可以改善多晶矽表面的質量，有利於降低熱傳導，減緩加熱後的矽冷卻速率，利於矽的結晶。

進一步的，主動層20形成於阻隔層90的表面，具體的，主動層20採用等離子體增強化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成薄膜於阻隔層90表面，再圖像化薄膜形成主動層20。本實施例中採用多晶矽材料形成主動層20，以製作導電性和柔軟性均較佳的多晶矽薄膜電晶體，但本發明不限於多晶矽薄膜電晶體。多晶矽材料具有半導體性質，是極為重要的優良半導體材料，故多晶矽薄膜形成的主動層20單向導電性良好，並用於連接後續需要製作的源極802及漏極804，使源極802與漏極804電連接。

本實施例中，柵極絕緣層30形成於主動層20表面，具體的，柵極絕緣層30採用等離子體增強化學氣相沉積SiO2形成。進一步的，柵極絕緣層30背離主動層20一側的表面還形成有柵極60，使用金屬材料濺射或沉積於柵極絕緣層30表面形成金屬膜層，並採用光刻等刻蝕方法圖案化該金屬層形成柵極60。柵極絕緣層30位於柵極60與主動層20之間，隔絕柵極60與主動層20，防止柵極60與主動層20短路。

進一步的，電容絕緣層40採用化學氣相沉積或物理沉積形成於柵極60表面，一方面，電容絕緣層40用於隔絕柵極60與後續製作的位於柵極60之上的電容上電極502，另一方面，電容絕緣層40作為補氫層為後續氫化處理過程提供氫原子。

S102，在電容絕緣層40之背離基板10一側形成阻氫層50，阻氫層50覆蓋電容絕緣層40。

本實施例中，阻氫層50為緻密的無機材料膜層或金屬膜層，如Al2O3等。阻氫層50採用化學氣相沉積或物理沉積或濺射的方法形成於電容絕緣層40表面，並完全覆蓋電容絕緣層40。

S103，氫化處理柵極絕緣層30及主動層20。

具體的，氫化處理的溫度不大於500℃，氫化處理的時長不超過60分鐘。一種較佳的實施方式中，選擇400℃的氫化溫度處理柵極絕緣層30及主動層20六十分鐘。多晶矽晶粒間存在粒界態，多晶矽(主動層20)與氧化層(柵極絕緣層30)間存在界面態，影響多晶矽薄膜電晶體的電性。氫化處理利用氫原子填補多晶矽原子的未結合鍵、粒界態、氧化層缺陷以及界面態，從而減少不穩態數目，提升電子遷移率、導電特性及閾值電壓均勻性。

電容絕緣層40為氫化處理提供氫原子，減小電容絕緣層40的厚度可以提高柔性顯示器的柔軟性，但減少了電容絕緣層40可以提供的氫原子數量。阻氫層50防止氫原子向外擴散，阻氫層50阻擋高溫氫化過程中向外擴散的氫原子，提高氫原子的利用率，增加參加氫化處理主動層20和柵極絕緣層30的氫原子，提高氫化效果，在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證多晶矽薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的多晶矽薄膜電晶體的電子遷移率高，顯示設備顯示效果良好。

本實施例中，阻氫層50為導電材料，如金屬等，並且在氫化處理之後，圖形化阻氫層50形成電容上電極502。具體的，圖形化阻氫層50的方式採用光刻或其他刻蝕方式。電容上電極502與柵極60之間通過電容絕緣層40隔開，防止電容上電極502與絕緣層短路。阻氫層50在圖形化之前完全覆蓋電容絕緣層40，起到阻擋電容絕緣層40提供的氫原子向外擴散的作用，阻氫層50圖形化後形成電容上電極502，多晶矽薄膜電晶體在製造過程中未添加其他膜層，製造的多晶矽薄膜電晶體厚度小，柔軟易彎折，提高AMOLED顯示器的柔性的同時提高多晶矽薄膜電晶體的氫化處理效果。

本實施例中，形成電容上電極502後，在電容上電極502之背離基板10一側表面鋪設有機材料形成層間絕緣層70，並在層間絕緣層70表面形成源極802及漏極804。有機材料柔軟、彎折性好，由於電容絕緣層40提供的氫原子已足夠完成對主動層20和柵極絕緣層30的氫化處理，相比現有技術中層間絕緣層70和電容絕緣層40均採用無機材料以起到提供氫原子的作用，本實施例提供的多晶矽薄膜電晶體的層間絕緣層70無需提供氫原子，故可以採用彎折特性更好的有機材料，在滿足充分的氫化處理的前提下大大提高了AMOLED顯示器的柔性。源極802及漏極804形成於層間絕緣層70的表面，層間絕緣層70隔絕電容上電極502與源極802及漏極804，防止源極802及漏極804與電容上電極502短路。進一步的，源極802及漏極804依次穿過層間絕緣層70、電容絕緣層40及柵極絕緣層30，連接主動層20，以實現源極與漏極的電連接。

電容絕緣層40提供氫原子用於氫化處理主動層20和柵極絕緣層30，阻氫層50阻擋高溫氫化過程中向外擴散的氫原子，提高氫原子的利用率，增加參加氫化處理主動層20和柵極絕緣層30的氫原子，提高氫化效果，在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的薄膜電晶體的電子遷移率高，顯示設備顯示效果良好。

請參閱圖4，本發明實施例二提供的薄膜電晶體的製作方法流程包括：

S201，在基板10上依次形成主動層20、柵極絕緣層30、柵極60及電容絕緣層40。

基板10為薄膜電晶體整體結構的承載體，一般使用塑料材料或玻璃材料製作基板10，本實施例中，為了提高柔性顯示效果，適用於AMOLED柔性顯示器，基板10為柔性基板，一種較佳的實施方式中使用塑料材料製作基板10，塑料材料材質柔軟易於彎曲，且材料成本低。

本實施例中，在基板10上形成主動層20之前，先在基板10表面形成阻隔層90，阻隔層90位於基板10於主動層20之間。阻隔層90為電絕緣性良好的材料採用化學氣相沉積或物理沉積等方法形成。阻隔層90又稱緩衝層，用於防止玻璃中的金屬離子(鋁、鋇、鈉等)在熱工藝中擴散到主動層20，通過調節阻隔層90厚度或沉積條件可以改善多晶矽表面的質量；有利於降低熱傳導，減緩加熱後的矽冷卻速率，利於矽的結晶。

進一步的，主動層20形成於阻隔層90的表面，具體的，主動層20採用等離子體增強化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成薄膜於阻隔層90表面，再圖像化薄膜形成主動層20。本實施例中採用多晶矽材料形成主動層20，以製作導電性和柔軟性均較佳的多晶矽薄膜電晶體，但本發明不限於多晶矽薄膜電晶體。多晶矽材料具有半導體性質，是極為重要的優良半導體材料，故多晶矽薄膜形成的主動層20單向導電性良好，並用於連接後續需要製作的源極802及漏極804，使源極於漏極電連接。

本實施例中，柵極絕緣層30形成於主動層20表面，具體的，柵極絕緣層30採用等離子體增強化學氣相沉積SiO2形成。進一步的，柵極絕緣層30背離主動層20一側的表面還形成有柵極60，使用金屬材料濺射或沉積於柵極絕緣層30表面形成金屬膜層，並採用光刻等刻蝕方法圖案化該金屬層形成柵極60。柵極絕緣層30位於柵極60與主動層20之間，隔絕柵極60與主動層20，防止柵極60與主動層20短路。

進一步的，電容絕緣層40採用化學氣相沉積或物理沉積形成於柵極60表面，一方面，電容絕緣層40用於隔絕柵極60與後續製作的位於柵極60之上的電容上電極502，另一方面，電容絕緣層40作為補氫層為後續氫化處理過程提供氫原子。

S202，在電容絕緣層40之背離基板10一側形成阻氫層50，阻氫層50覆蓋電容絕緣層40。

本實施例中，阻氫層50為緻密的無機材料膜層或金屬膜層，如Al2O3等。阻氫層50採用化學氣相沉積或物理沉積或濺射的方法形成於電容絕緣層40表面，並完全覆蓋電容絕緣層40。

S203，氫化處理柵極絕緣層30及主動層20。

具體的，氫化處理的溫度不大於500℃，氫化處理的時長不超過60分鐘。一種較佳的實施方式中，選擇400℃的氫化溫度處理柵極絕緣層30及主動層20六十分鐘。多晶矽晶粒間存在粒界態，多晶矽(主動層20)與氧化層(柵極絕緣層30)間存在界面態，影響多晶矽薄膜電晶體的電性。氫化處理利用氫原子填補多晶矽原子的未結合鍵、粒界態、氧化層缺陷以及界面態，從而減少不穩態數目，提升電子遷移率、導電特性及閾值電壓均勻性。

電容絕緣層40為氫化處理提供氫原子，減小電容絕緣層40的厚度可以提高柔性顯示器的柔軟性，但減少了電容絕緣層40可以提供的氫原子數量。阻氫層50防止氫原子向外擴散，阻氫層50阻擋高溫氫化過程中向外擴散的氫原子，提高氫原子的利用率，增加參加氫化處理主動層20和柵極絕緣層30的氫原子，提高氫化效果，在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證多晶矽薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的多晶矽薄膜電晶體的電子遷移率高，顯示設備顯示效果良好。

S204，沉積導電材料於阻氫層50之背離基板10一側，並圖形化所述導電材料形成電容上電極402。

本實施例中，圖形化的方式採用光刻或其他刻蝕方式。電容上電極402與柵極60之間通過電容絕緣層40和阻氫層50隔開，防止電容上電極402與絕緣層短路。阻氫層50在製造過程中起到阻擋電容絕緣層40提供的氫原子向外擴散的作用，不影響多晶矽薄膜電晶體其它膜層的結構和特性，製造方式簡單，柔性好，對多晶矽薄膜電晶體的整體製程的影響小，製造的多晶矽薄膜電晶體厚度小，柔軟易彎折，提高AMOLED顯示器的柔性的同時提高多晶矽薄膜電晶體的氫化處理效果。

本實施例中，形成電容上電極402後，在電容上電極402之背離基板10一側表面鋪設有機材料形成層間絕緣層70，並在層間絕緣層70表面形成源極802及漏極804。有機材料柔軟、彎折性好，由於電容絕緣層40提供的氫原子已足夠完成對主動層20和柵極絕緣層30的氫化處理，相比現有技術中層間絕緣層70和電容絕緣層40均採用無機材料以起到提供氫原子的作用，本實施例提供的多晶矽薄膜電晶體的層間絕緣層70無需提供氫原子，故可以採用彎折特性更好的有機材料，在滿足充分的氫化處理的前提下大大提高了AMOLED顯示器的柔性。源極802及漏極804形成於層間絕緣層70的表面，層間絕緣層70隔絕電容上電極402與源極802及漏極804，防止源極802及漏極804與電容上電極402短路。進一步的，源極802及漏極804依次穿過層間絕緣層70、阻氫層50、電容絕緣層40及柵極絕緣層30，連接主動層20，以實現源極與漏極的電連接。

電容絕緣層40提供氫原子用於氫化處理主動層20和柵極絕緣層30，阻氫層50阻擋高溫氫化過程中向外擴散的氫原子，提高氫原子的利用率，增加參加氫化處理主動層20和柵極絕緣層30的氫原子，提高氫化效果，在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證多晶矽薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的多晶矽薄膜電晶體的電子遷移率高，顯示設備顯示效果良好。

請參閱圖5，本發明實施例提供的薄膜電晶體包括基板10及依次層疊設置於基板10一側的主動層20、柵極絕緣層30、柵極60及電容絕緣層40，本實施例中採用多晶矽材料形成主動層20，以製作導電性和柔軟性均較佳的多晶矽薄膜電晶體，但本發明不限於多晶矽薄膜電晶體。薄膜電晶體還包括阻氫層50，阻氫層50位於電容絕緣層40之背離基板10一側，並覆蓋電容絕緣層40，阻氫層50用於阻擋氫化處理時電容絕緣層40提供的氫離子向外擴散。一種較佳的實施方式中，阻氫層50為無機材料膜層或金屬材料膜層，如Al2O3等。阻氫層50採用化學氣相沉積或物理沉積或濺射的方法形成於電容絕緣層40表面，並完全覆蓋電容絕緣層40。電容絕緣層40為氫化處理提供氫原子，減小電容絕緣層40的厚度可以提高柔性顯示器的柔軟性，但減少了電容絕緣層40可以提供的氫原子數量。阻氫層50防止氫原子向外擴散，阻氫層50阻擋高溫氫化過程中向外擴散的氫原子，提高氫原子的利用率，增加參加氫化處理主動層20和柵極絕緣層30的氫原子，提高氫化效果，在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的薄膜電晶體的電子遷移率高，顯示設備顯示效果良好。

本實施例中，薄膜電晶體還包括層疊設置於阻氫層50之背離基板10一側的電容上電極402、層間絕緣層70及源極802及漏極804，層間絕緣層70隔離電容上電極402與源極802及漏極804於層間絕緣層70的兩側。具體的，電容上電極402與柵極60之間通過電容絕緣層40和阻氫層50隔開，防止電容上電極402與絕緣層短路。進一步的，在電容上電極402之背離基板10一側表面設有層間絕緣層70，並在層間絕緣層70表面形成源極802及漏極804。一種較佳的實施方式中，層間絕緣層70為有機材料膜層，有機材料柔軟、彎折性好，由於電容絕緣層40提供的氫原子已足夠完成對主動層20和柵極絕緣層30的氫化處理，相比現有技術中層間絕緣層70和電容絕緣層40均採用無機材料以起到提供氫原子的作用，本實施例提供的薄膜電晶體的層間絕緣層70無需提供氫原子，故可以採用彎折特性更好的有機材料，在滿足充分的氫化處理的前提下大大提高了AMOLED顯示器的柔性。源極802及漏極804形成於層間絕緣層70的表面，層間絕緣層70隔絕源極802及漏極804與電容上電極402，防止源極802及漏極804與電容上電極402短路。進一步的，源極802及漏極804依次穿過層間絕緣層70、電容絕緣層40及柵極絕緣層30，連接主動層20，以實現源極與漏極的電連接。

電容絕緣層40提供氫原子用於氫化處理主動層20和柵極絕緣層30，阻氫層50阻擋高溫氫化過程中向外擴散的氫原子，提高氫原子的利用率，增加參加氫化處理主動層20和柵極絕緣層30的氫原子，提高氫化效果，在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的薄膜電晶體的電子遷移率高，顯示設備顯示效果良好。

本發明實施例還提供一種顯示器，包括以上所述的薄膜電晶體。具體的，顯示器為AMOLED柔性顯示器。薄膜電晶體位於顯示器的陣列基板，通過控制薄膜電晶體的通斷狀態控制每個像素電極的驅動電壓，從而控制每個像素單元的有機發光體的發光狀態，控制顯示器顯示圖像。

電容絕緣層40提供氫原子用於氫化處理主動層20和柵極絕緣層30，阻氫層50阻擋高溫氫化過程中向外擴散的氫原子，提高氫原子的利用率，增加參加氫化處理主動層20和柵極絕緣層30的氫原子，提高氫化效果，在提高AMOLED顯示器的柔性的同時保證薄膜電晶體的氫化處理效果，生產的薄膜電晶體的電子遷移率高，顯示設備顯示效果良好。

以上所揭露的僅為本發明幾種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分流程，並依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬於發明所涵蓋的範圍。