薄膜晶体管，薄膜晶体管阵列基板，显示器件，其制备方法与流程

本发明涉及显示技术领域，具体地，涉及一种薄膜晶体管，一种薄膜晶体管阵列基板，一种显示器件，及其制备方法。

背景技术：

近来，薄膜晶体管阵列被广泛应用于平板显示领域，特别是在有机发光二极管(OLED)显示领域。薄膜晶体管阵列通常包含多个具有源漏(S/D)金属层的低温多晶硅(LTPS)薄膜晶体管。

然而，传统的源漏金属层有较强的光反射率。源漏金属层的高反射率容易造成后续加工工艺中曝光图形异常，尤其在高分辨率时，影响更大。

本发明所公开的薄膜晶体管，薄膜晶体管阵列，显示器件，及其制备方法可至少部分地减轻一个或多个如上所述的问题和其他问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：形成源漏电极结构。形成源漏电极结构包括以下步骤：在溅射室内用含有金属元素的靶形成至少一层金属膜；以及导入一种气体进入所述溅射室与所述金属元素进行原位反应，以在所述至少一层金属膜上形成防反射层。

优选的是，所述防反射层的光反射率低于所述至少一层金属膜中的任一金属膜层。

优选的是，控制导入所述溅射室的所述气体的浓度，以控制所形成的所述防反射层的光反射率。

优选的是，所述防反射层的厚度范围为约10纳米到100纳米。

优选的是，所述气体包含氮气；所述防反射层是所述金属元素的氮化物薄膜。

优选的是，所述形成至少一层金属膜的步骤包括：形成含有第一金属元素的第一金属膜；以及在所述溅射室内用含有所述金属元素的所述靶，在所述第一金属膜上形成第二金属膜。

优选的是，当在所述溅射室溅射形成所述第二金属膜时，导入所述气体进入所述溅射室以在所述第二金属膜上形成所述防反射层。

优选的是，所述第一金属元素是铝元素。

优选的是，所述源漏电极结构还包括在所述第一金属膜之下的含有第三金属元素的第三金属膜。

优选的是，所述第一金属元素和所述第三金属元素是同一金属元素。

优选的是，所述金属元素是钛元素。

优选的是，所述防反射层包括氮化钛膜。

本发明还提供了一种薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，包含上述的薄膜晶体管的制备方法。

优选的是，所述薄膜晶体管阵列基板的制备方法包含：于所述源漏电极结构上方，形成与所述源漏电极结构电接触的像素电极层。

本发明还提供了一种由上述的方法形成的薄膜晶体管。

本发明的还提供了一种由上述的方法形成的薄膜晶体管阵列基板。

本发明还提供了一种显示装置，包括上述的薄膜晶体管阵列基板。

附图说明

图1为本发明实施例薄膜晶体管的切面结构的示意图；

图2为本发明实施例薄膜晶体管的制造流程的示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。在可能的情况下，附图中的各个部分提到的相同或相似的部分将采用相同的附图标记。

本发明披露了一种薄膜晶体管，薄膜晶体管阵列基板，显示器件，及其制备方法。

一个示例性薄膜晶体管100的切面结构图可如图1所示。薄膜晶体管100可以是被用于薄膜晶体管阵列中。薄膜晶体管100可以是顶栅型薄膜晶体管或底栅型薄膜晶体管。图1是以顶栅型薄膜晶体管为例来说明本发明的结构细节，并不对本发明范围造成任何限制。

如图所示，薄膜晶体管100可以包括：基底110，第一绝缘层120，有源层130，第二绝缘层140，栅电极150，钝化层160，以及源漏电极结构170。在不影响本发明中薄膜晶体管100的核心效能的情况下，所述结构中的某些层次或结构可以被省略掉，某些未提到的层次或结构也可以被包括进来。

基底110可以为任何合适的基板。在某些实施例中，基底110可以为由玻璃、石英、塑料制成的光学透明基板。在另一些实施例中，基底110可以是由如聚萘(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)等聚合物制成的柔性基板。作为另一些实例，基底110可以是由金属或合金制成的的金属箔基板。在某些实施方案中，基底110可以包括若干缓冲层和水氧阻隔层。

在一些实施方案中，第一绝缘层120位于基底110之上。第一绝缘层120可以由下列的任意一种绝缘材料制成：氮化硅(SiN_x)、氧化硅(SiO_x)、氧氮化硅(SiO_xN_y)、氧化铝(AlOx)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化铪(HfO_x)、氧化锆(ZrO_x)、氮化铝(AlN)、氧氮化铝(ALNO)、氧化钛(TiO_x)、钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)、或它们的任意组合。在一些实施方案中，第一绝缘层120可具有任何合适的厚度，例如厚度可在50纳米和500纳米之间。

在一些实施方案中，有源层130位于第一绝缘层120之上。有源层130可以为无机金属氧化物半导体薄膜。例如，有源层130可以由氮氧化物材料如ZnON构成。

在一些实施方案中，有源层130可包括源区131、漏区137、位于源区131和漏区137之间的沟道区134，如图1所示。在一些实施例中，源区131和漏区137可以是重掺杂的区域，而沟道区134可以是非掺杂区。

可选的，一种轻掺杂漏(LDD)结构可用于增加TFT沟道的长度。例如，LDD区可形成于沟道区134与漏区137之间。同样地，另一个轻掺杂区域可形成于沟道区134和源区131之间。

在一些实施方案中，第二绝缘层140位于有源层130之上并且包围整个有源层130。第二绝缘层140可以由下列任意一种绝缘材料构成：氮化硅(SiN_x)、氧化硅(SiO_x)、硅氮氧化物(SiO_xN_y)、氧化铝(AlO_x)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化铪(HfO_x)、氧化锆(ZrO_x)、氮化铝(AlN)、氮化铝(ALNO)、氧化钛(TiO_x)、钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)、或它们之间的任意组合。在一些实施例中，第二绝缘层140可具有任何合适的厚度，例如厚度可以于50纳米和500纳米之间。

栅电极150可以位于第二绝缘层140之上。在一些实施方案中，栅电极150可包括栅极缓冲层，栅电极层，和栅极覆盖层(未在图中示出)。例如，栅电极层可位于栅极缓冲层和栅极覆盖层之间。栅极覆盖层可以是在栅电极层的顶部。栅极缓冲层的厚度可为约100纳米或更小，例如在约20纳米至100纳米之间。

栅极缓冲层，栅电极层和栅极覆盖层可以由相同或不同的导电材料制成。导电材料的非限制性实例可以包括一种或多种的金属材料和透明导电材料。所述金属材料可以包括铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、镍(Ni)、钨(W)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铬(Cr)、钕(Nd)、锌(Zn)、钴(Co)、锰(Mn)、任何一种其混合物或其合金。所述透明导电材料可以是铟锡氧化物(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)等。

栅极缓冲层，栅极电极层和栅极覆盖层可具有不同的物理性质。例如，栅电极层可由金属铜制成，而栅极缓冲层可有利于提供在栅电极层和下层(例如基底110)之间的粘附支持作用。又例如，栅极覆盖层可以用作扩散阻挡层以防止铜离子从所述栅电极层扩散。作为另一实例，栅极覆盖层可以是碳纳米管(CNT)单层，用以提供优越的输送通道。

在某些实施方案中，栅极缓冲层和栅极覆盖层是可选的，或者可以省略。

钝化层160位于第二绝缘层140和栅极电极150之上。钝化层160可包围栅电极层150。在一些实施方案中，钝化层160可以包括一层或多层绝缘膜。例如，钝化层160可以是氧化硅(SiO₂)膜、氮化硅(Si₃N₄)膜、氧化铝(Al₂O₃)膜、氧化钇(Y₂O₃)膜、聚酰亚胺膜、光致抗蚀剂膜、苯并环丁烯薄膜、或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜。作为另一实例，钝化层160可为包括一种或多种合适的绝缘材料的多层绝缘膜。在一些实施方案中，钝化层160的厚度在100纳米和2000纳米之间。

源漏电极结构170，也被称为SD电极结构170，位于钝化层160上。在一些实施方案中，如图1所示，源漏电极结构170可以通过过孔(未在图中示出)穿过钝化层160和第二绝缘层140从而分别物理/电连接所述源区131和漏区137。

应当注意的是，虽然没有在图1中标示，在某些实施方案中，源漏电极结构170可以进一步进行适当的构图，然后通过任何合适的方法蚀刻，以形成分开的源电极和漏电极的结构。

如本文所公开，源漏电极结构170可包括至少一层的金属膜和形成在该金属膜上的防反射层179。该金属膜可以包括多层导电性薄膜层。

例如，在源漏电极结构170中的金属膜可包括如图1中所示的第一金属膜175，第二金属膜177，以及第三金属膜173。第二金属膜177可以形成在第一金属膜175之上，第一金属膜175可以形成在第三金属膜173之上。

第一金属膜175可以是由第一金属元素诸如铝(Al)，铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、其它合适的金属材料制成的第一布线层。在一些实施方案中，第三金属膜173和第二金属膜177可以由第二金属元素，如钛(Ti)或钼(Mo)所制成。在某些实施例中，源漏电极结构170中的金属膜可以具有钛-铝-钛(Ti-Al-Ti)金属结构，或钼-铝-钼(Mo-Al-Mo)的金属结构。换言之，该金属膜可以具有顺序性的三层金属结构。

第一金属膜175，第二金属膜177，和第三金属膜173可分别具有任何合适的厚度。例如，第一金属膜175的厚度可以在100纳米至800纳米的范围内，而第三金属膜173和第二金属膜177可分别具有10纳米到100纳米之间的厚度。

在一些实施方案中，在源漏电极结构170中的金属膜具有高反射率。例如，对于在400纳米左右波长的入射光，厚度为约400纳米的Al膜的反射率约为85％，厚度为约400纳米的Ti膜的反射率约为45％。在一些情况下，由于第二金属膜177的厚度比上述第一金属膜175要厚的多，因此源漏电极结构170中的金属膜的反射率更多地取决于第一金属膜175的的反射率。

上述金属膜的高反射率可对随后的光刻工艺产生不利影响。例如，高反射率可造成曝光图案中的异常图形。这个问题在高分辨率的低温多晶硅(LTPS)薄膜晶体管(TFT)阵列基板的生产过程中更为严重。

在一个具体的例子中，源漏电极结构170可包括由所述至少一种金属膜而形成的钛-铝-钛金属结构，和在其上的防反射层179。防反射层179可以是形成在钛-铝-钛金属结构上的氮化钛(TiNx)膜。在一个实施方案中，第二金属膜177和防反射层179可以由单一的溅射沉积工艺在同一溅射室内使用单一的Ti金属靶而形成。在形成第二金属层177的溅射沉积过程中导入反应气体进入溅射室内，防反射层179可以形成于第二金属层177之上。

在上述特定实例中，在形成第二金属层177时的非反应性溅射阶段，导入溅射室的气体可以只包含一种惰性气体，如氩气。在形成防反射层179的反应溅射阶段，被导入到同一溅射室的气体可以包含反应气体，如氮气。因此，在非反应溅射阶段可以形成一层Ti金属膜作为第二金属膜177，在反应性溅射阶段可以形成一层TiNx膜作为防反射层179。

在一些实施方案中，在溅射室中的反应气体的浓度可以随时间逐渐调整。例如，在混合气体中，反应气体氮气的浓度可以随时间逐渐增加。在这种情况下，非反应溅射阶段和反应性溅射阶段之间可以没有清晰的界限，第二金属膜177和防反射层179之间也可以没有清晰的边界。例如，上述同一溅射沉积工艺可以形成一个TiTiN_x结构，所述TiTiN_x结构的底部为高比例的钛金属和低比例的TiN_x，而TiTiN_x结构的顶部为高比例的TiN_x和低比例的Ti金属。

在某些情况下，非反应溅射阶段和反应溅射阶段之间可以有清晰的界限，并且第二金属膜177和防反射层179之间也具有情绪的边界。

在一些实施方案中，在形成防反射层179的溅射沉积过程中，可根据不同的技术需要调整反应气体的浓度。例如，流入到溅射室内的混合气体中氮的浓度可被调节，使形成的反射层179具有不同的反射率。在一个特定实例中，为了获得低反射膜可以增加氮的浓度或混合气体中的任何其他反应气体的浓度。在另一特定实例中，混合气体中氮气的浓度为一个处于中档的范围，因此可生成对应的包括Ti和TiN_x的薄膜，并且该膜的反射率也处于一个中档范围。

应当注意的是，虽然没有在图1中显示，包括防反射层179和至少一层金属膜的源漏电极结构170可以进行构图，然后通过任何合适的蚀刻方法从源漏电极结构170将源电极和漏电极分开。

还应当指出的是，在防反射层179之上还可以形成任何合适的层，例如钝化层(PVX)、平面层(PLN)、像素电极层(PXL)、像素限定层(PDL)等，以形成TFT阵列基板。

由上所述，本发明提供了供一种包括源漏电极结构170的TFT阵列基板。具有低反射率的防反射层可以覆盖具有高反射率的金属层，从而有效地提高了在随后的光刻工艺的图案形成，并为高分辨率的LTPS基板技术提供了技术支持。此外，可以在单个沉积室中，仅通过引入和调节在沉积过程中的反应气体，形成第二金属膜和其上的防反射层，而无需使用额外的沉积室或额外的处理的过程。

本发明另外提供了一种制造所述TFT阵列基板的制造方法。如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤201：预备基底。预备的基底可以为任何适宜的基板。在某些实施例中，基底可以为由玻璃、石英、或者塑料制成的光学透明基板。在另一些实施例中，基底可以是由如聚萘(PEN)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺或(PI)等聚合物制成的柔性基板。作为另一些实例，基底可以是由金属或合金制成的的金属箔基板。在某些实施方案中，基底可以包括若干缓冲层和水氧阻隔层。

步骤203：在基底上形成第一绝缘层。

步骤205：在第一绝缘层上形成有源层。有源层可以为无机金属氧化物半导体薄膜。例如，有源层可以由氮氧化物材料如ZnON所形成。在一些实施方案中，有源层可包括位于源区，漏区，和之间的沟道区，如图1所示。在一些实施例中，源区和漏区可以是重掺杂的区域，而沟道区可以是非掺杂区。

步骤207：在有源层上形成第二绝缘层。所形成的第二绝缘层可以包围有源层。

第一绝缘层和第二绝缘层可以由下列任意绝缘材料构成：氮化硅(SiN_x)、氧化硅(SiO_x)、硅氮氧化物(SiO_xN_y)、氧化铝(AlO_x)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化铪(HfO_x)、氧化锆(ZrO_x)、氮化铝(AlN)、氮化铝(ALNO)、氧化钛(TiO_x)、钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)、或它们之间的任意组合。在一些实施例中，第一绝缘层和第二绝缘层可具有任何合适的厚度，例如厚度于50纳米和500纳米之间。

步骤209：在第二绝缘层上形成栅电极。在一些实施方案中，栅电极可包括栅极缓冲层，栅电极层，和栅极覆盖层。例如，栅电极层可位于栅极缓冲层和栅极覆盖层之间，而栅极覆盖层在栅电极层的顶部。栅极缓冲层的厚度可为约100纳米或更小，例如在约20纳米至100纳米之间。

栅极缓冲层，栅电极层和栅极覆盖层可以由相同或不同的导电材料制成。导电材料的非限制性实例可以包括一种或多种的金属材料和透明导电材料。所述金属材料可以包括铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、镍(Ni)、钨(W)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铬(Cr)、钕(Nd)、锌(Zn)、钴(Co)、锰(Mn)、任何一种其混合物或其合金。所述透明导电材料可以是铟锡氧化物(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)等。

步骤211：在第二绝缘层和栅电极上形成钝化层。所形成的钝化层可包围栅电极层。在一些实施方案中，钝化层可以包括一层或多层绝缘膜。例如，钝化层可以是氧化硅(SiO₂)膜、氮化硅(Si₃N₄)膜、氧化铝(Al₂O₃)膜、氧化钇(Y₂O₃)膜、聚酰亚胺膜、光致抗蚀剂膜、苯并环丁烯薄膜、或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜。作为另一实例，钝化层可为包括一种或多种合适的绝缘材料的多层绝缘膜。在一些实施方案中，钝化层160的厚度在100纳米和2000纳米之间。

步骤213：形成两个或多个穿过第二绝缘层和钝化层的过孔。所述两个或多个过孔可以分别暴露出有源区的源区和漏区。任何合适的构图工艺和蚀刻工艺可以被用来形成所述过孔。

步骤215：在钝化层上形成一层或多层金属膜中的第一金属膜。

所述一层或多层金属膜可以通过在步骤213中形成的两个或多个过孔穿过第二绝缘层和钝化层，并与有源区的源区和漏区直接接触。

在一些实施方案中，所述一层或多层金属膜，可通过一种或多种合适的沉积工艺所形成。例如，任意一层金属膜可由物理气相沉积(PVD)工艺，诸如蒸发，溅射，阴极电弧沉积，或电子束加热的方法形成。任意一层金属膜也可以通过电化学沉积或化学气相沉积(CVD)，如低温等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺所形成。任意一层金属膜还可以通过分子束外延，原子层沉积，或任何其它合适的方法来形成。

在一些实施方案中，所述一层或多层金属膜可以包括第一金属膜、第二金属膜、第三金属膜。其中，第一金属膜可以是由第一金属元素诸如铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、或其它合适的金属材料制成的第一布线层，第三金属膜可以由第二金属元素，如钛(Ti)或钼(Mo)所制成。

所述一层或多层金属膜可以分别具有合适的厚度。例如，第一金属膜的厚度可以在100纳米至800纳米的范围内，而第三金属膜可具有在10纳米到100纳米之间的厚度。

步骤217：用溅射沉积工艺，于第一金属膜上，形成第二金属膜。例如，作为第二金属膜，Ti金属膜可以通过溅射Ti靶在溅射室进行沉积而形成。溅射室可具有任何合适的温度，并具有任何合适的溅射气体的环境。例如，惰性气体流如氩气可以在溅射沉积的过程中被引入到溅射室钟。因为氩气与从靶射出的溅射Ti离子和Ti原子之间没有化学反应，可以在基板上形成一层Ti金属膜。

步骤219：在同一溅射沉积工艺中通过引入反应气体，在形成第二金属膜的同一溅射室内形成防反射层。

防反射层可以形成于第二金属膜之上。在一些实施方式中，防反射层可以是包含在所述第二金属膜中第二金属元素的化合物，例如氮化钛(TiN_x)膜。防反射层可具有任何合适的厚度，例如，在10纳米到100纳米之间的厚度。

在形成第二金属膜的同一溅射沉积工艺中，可以通过改变溅射室内的气体成分来形成防反射层。例如，当在溅射室中用Ti金属靶溅射沉积而形成第二金属膜—Ti金属膜之时或之后，导入溅射室的气体可以改变为含有反应气体的成分，如氦气成分。又例如，当在溅射室中用Ti金属靶溅射沉积而形成第二金属膜—Ti金属膜之时或之后，增加导入溅射室的混合气体中反应气体的浓度或比例。因为氦气可以与从靶射出的溅射Ti离子和Ti原子之间产生化学反应，因此可以在基板上形成一层TiN_x膜。

在一些实施方案中，在形成第二金属膜的步骤217和形成防反射层的步骤219的溅射过程中，在溅射室内混合气体中的反应气体的浓度比例可以随时间逐渐调整。例如，在混合气体中，反应气体氮气的浓度可以随时间逐渐增加。在这种情况下，第二金属膜和防反射层之间可以没有清晰的边界。例如，上述溅射沉积工艺可以形成一个TiTiN_x结构，所述TiTiN_x结构的底部为高比例的钛金属和低比例的TiN_x，而TiTiN_x结构的顶部为高比例的TiN_x和低比例的Ti金属。

应当注意的是，在一些实施方案中，在源漏电极结构中的金属膜，例如上述第一，第二和第三金属膜具有高反射率。例如，对于在400纳米左右波长的入射光，厚度为约400纳米的Al膜的反射率约为85％，厚度为约400纳米的Ti膜的反射率约为45％。而防反射层可具有低反射率。例如，由厚度约30纳米的TiN_x膜构成的防反射层，对于450纳米左右波长的入射光的反射率可为约20％。

还应当注意的是，虽然没有在图2中示出，在形成防反射层的步骤219之后，还可以有任何合适的后续步骤。例如，包括防反射层和至少一层金属膜的源漏电极结构可以进行构图，然后通过任何合适的蚀刻方法将源电极和漏电极分开。又例如，在防反射层之上还可以形成任何合适的层，例如钝化层(PVX)、平面层(PLN)、像素电极层(PXL)、像素限定层(PDL)等，以形成TFT阵列基板。

还应当指出的是，图2的流程图的上述步骤可以用任何合适的顺序执行，不仅限于在图中所描述的顺序。此外，某些图2的流程图的步骤可以基本上同时进行，或以适当形式并行以减少等待时间和处理时间。此外，应当注意的是，图2中的设置仅作为示例，其中某些步骤可以以不同的顺序执行，也可以同时执行，或者完全省略。某些必要的额外步骤也可以在图中所示的步骤之间执行。

由上所述，本发明提供了一种用于制造所述薄膜晶体管和阵列基板的方法。所述薄膜晶体管和阵列基板具有源漏电极结构，其包括至少一层金属膜和其上的防反射层。具有低反射率的防反射层可以覆盖具有高反射率的金属膜，从而有效地改善了后续光刻工艺中的图案形成，并为高分辨率的LTPS基板技术的技术支持。此外，所公开的方法只需调整引入气体成分，就能够用相同沉积工艺在同一溅射室形成金属膜和防反射层，不需要额外的沉积室或其他进程。

本发明的实施例还包括一种显示装置。所述显示装置可以包括所公开的阵列基板，包括如图1中所示的薄膜晶体管。所述显示装置可于液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、电子纸、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电视、监视器、数码相框、导航系统等具有显示功能的各种产品。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。