金属氧化物薄膜晶体管的制备方法及其结构与流程

本发明涉及显示器件制程技术领域，尤其涉及一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法及其结构。

背景技术：

平面显示装置具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛地应用。现有的平面显示装置主要包括液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd)及有机发光二极管显示器(organiclightemittingdisplay，oled)。

薄膜晶体管(thinfilmtransistor，tft)是平面显示装置的重要组成部分。薄膜晶体管可形成在玻璃基板或塑料基板上，通常作为开关部件和驱动部件用在诸如lcd、oled等显示面板上。

采用金属氧化物作为沟道层材料的薄膜晶体管技术是目前面板领域研究的热点。以铟镓锌氧化物(indiumgalliumzincoxide，igzo)作为沟道层材料是当今金属氧化物薄膜晶体管的一种主流技术，采用该技术可以使lcd显示面板的功耗接近oled显示面板的功耗，但成本更低，lcd显示面板的厚度也只比oled显示面板的厚度只高出25％，且分辨率可以达到1920×1080p的全高清程度，甚至4k×2k的超高清程度。

现行的金属氧化物薄膜晶体管一般采用物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)工艺制备igzo作为沟道层。由于单纯的igzo与栅极绝缘层的界面存在缺陷态，igzo沟道中存在非化学计量比的缺陷，包括氧空位、锌(zn)填隙子等，这些缺陷作为失主提供了沟道中的自由电子，导致沟道层存在较高的载流子浓度，会引发薄膜晶体管出现阈值电压漂移、亚阈值摆幅恶化、和偏压不稳定等现象。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，能够减少金属氧化物沟道层内的氧空位数量，降低金属氧化物沟道层内以及金属氧化物沟道层与栅极绝缘层界面处的陷阱密度，改善薄膜晶体管的电性。

本发明的另一目的在于提供一种金属氧化物薄膜晶体管结构，其金属氧化物沟道层内的氧空位数量较少，金属氧化物沟道层内以及金属氧化物沟道层与栅极绝缘层界面处的陷阱密度较低，电性较好。

为实现上述目的，本发明首先提供一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括向金属氧化物沟道层掺杂氮元素的步骤。

可选的，所述向金属氧化物沟道层掺杂氮元素的步骤在制备金属氧化物沟道层之后进行，采用对金属氧化物沟道层进行离子注入或等离子体掺杂的方式掺杂氮元素。

所述金属氧化物薄膜晶体管的制备方法包括：

提供衬底基板，在所述衬底基板上沉积第一金属层，对第一金属层进行刻蚀，形成栅极；

在所述衬底基板与栅极上沉积、覆盖栅极绝缘层；

在所述栅极绝缘层上制备一层金属氧化物薄膜作为金属氧化物沟道层；

对金属氧化物沟道层进行离子注入或等离子体掺杂，以向所述金属氧化物沟道层掺杂氮元素；

在掺杂了氮元素的金属氧化物沟道层上沉积第二金属层，对第二金属层进行刻蚀，形成源极、与漏极；

在源极、漏极、及掺杂了氮元素的金属氧化物沟道层上沉积、覆盖钝化层。

可选的，所述向金属氧化物沟道层掺杂氮元素的步骤与制备金属氧化物沟道层同时进行，采用向金属氧化物沟道层通入氮气的方式掺杂氮元素。

所述金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括：

提供衬底基板，在所述衬底基板上沉积第一金属层，对第一金属层进行刻蚀，形成栅极；

在所述衬底基板与栅极上沉积、覆盖栅极绝缘层；

在所述栅极绝缘层上制备一层金属氧化物薄膜作为金属氧化物沟道层，在制备金属氧化物薄膜的同时通入氮气，以向所述金属氧化物沟道层掺杂氮元素；

在掺杂了氮元素的金属氧化物沟道层上沉积第二金属层，对第二金属层进行刻蚀，形成源极、与漏极；

在源极、漏极、及掺杂了氮元素的金属氧化物沟道层上沉积、覆盖钝化层。

通过磁控溅射工艺制备金属氧化物薄膜作为金属氧化物沟道层；通过化学气相沉积工艺沉积栅极绝缘层及钝化层。

所述金属氧化物薄膜的材料为铟镓锌氧化物；所述第一金属层与第二金属层的材料均为钼、铝、铜中的一种或至少两种的层叠；所述栅极绝缘层与钝化层的材料均为氧化硅。

本发明还提供一种金属氧化物薄膜晶体管结构，包括金属氧化物沟道层，且所述金属氧化物沟道层内掺杂有氮元素。

所述金属氧化物薄膜晶体管结构还包括衬底基板、栅极、栅极绝缘层、源极、漏极、及钝化层；

所述栅极设在衬底基板上，所述栅极绝缘层覆盖衬底基板与栅极，所述金属氧化物沟道层设在栅极绝缘层上，所述源极与漏极设在掺杂有氮元素的金属氧化物沟道层上，所述钝化层覆盖源极、漏极、及掺杂有氮元素的金属氧化物沟道层。

本发明的有益效果：本发明提供的一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，通过向金属氧化物沟道层掺杂氮元素，能够减少金属氧化物沟道层内的氧空位数量，降低金属氧化物沟道层内以及金属氧化物沟道层与栅极绝缘层界面处的陷阱密度，改善薄膜晶体管的电性。本发明提供的一种金属氧化物薄膜晶体管结构，其金属氧化物沟道层掺杂有氮元素，使得金属氧化物沟道层内的氧空位数量较少，金属氧化物沟道层内以及金属氧化物沟道层与栅极绝缘层界面处的陷阱密度较低，从而使得薄膜晶体管的电性较好。

附图说明

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图中，

图1为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例的流程图；

图2为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例中步骤s1的示意图；

图3为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例中步骤s2的示意图；

图4为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例中步骤s3的示意图；

图5为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例中步骤s4的示意图；

图6为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例中步骤s5的示意图；

图7为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例中步骤s6的示意图暨本发明的金属氧化物薄膜晶体管结构的示意图；

图8为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第二实施例的流程图；

图9为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第二实施例中步骤s1’的示意图；

图10为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第二实施例中步骤s2’的示意图；

图11为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第二实施例中步骤s3’的示意图；

图12为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第二实施例中步骤s4’的示意图；

图13为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第二实施例中步骤s5’的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

本发明提供一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法。图1所示为本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例，包括如下步骤：

步骤s1、如图2所示，提供衬底基板1，在所述衬底基板1上沉积第一金属层，对第一金属层进行刻蚀，形成栅极2。

具体地，所述衬底基板1为玻璃基板；所述第一金属层的材料为钼(mo)、铝(al)、铜(cu)中的一种或至少两种的层叠。

步骤s2、如图3所示，在所述衬底基板1与栅极2上沉积、覆盖栅极绝缘层3。

具体地，所述栅极绝缘层3的材料优选氧化硅(siox)；该步骤s2通过化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)工艺沉积栅极绝缘层3。

步骤s3、如图4所示，在所述栅极绝缘层3上制备一层金属氧化物薄膜作为金属氧化物沟道层4。

具体地，所述金属氧化物薄膜的材料优选igzo；该步骤s3优选磁控溅射工艺制备金属氧化物薄膜作为金属氧化物沟道层4。

步骤s4、如图5所示，对金属氧化物沟道层4进行离子注入或等离子体掺杂，以向所述金属氧化物沟道层4掺杂氮元素。

步骤s5、如图6所示，在掺杂了氮元素的金属氧化物沟道层4上沉积第二金属层，对第二金属层进行刻蚀，形成源极51、与漏极52。

具体地，所述第二金属层的材料亦为mo、al、cu中的一种或至少两种的层叠。

步骤s6、如图7所示，在源极51、漏极52、及掺杂了氮元素的金属氧化物沟道层4上沉积、覆盖钝化层6。

具体地，所述钝化层6的材料优选siox；该步骤s6通过cvd工艺沉积钝化层6。

上述金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第一实施例，在制备金属氧化物沟道层4之后，采用对金属氧化物沟道层4进行离子注入或等离子体掺杂的方式掺杂氮元素，能够减少金属氧化物沟道层4内的氧空位数量，降低金属氧化物沟道层4内以及金属氧化物沟道层4与栅极绝缘层3界面处的陷阱密度，进而减少薄膜晶体管出现阈值电压漂移、亚阈值摆幅恶化、和偏压不稳定等现象，改善薄膜晶体管的电性。

该第一实施例仅是以制备背沟道刻蚀型的具有底栅的金属氧化物薄膜晶体管为例，也可将对金属氧化物沟道层进行离子注入或等离子体掺杂来掺杂氮元素的这一步骤应用于制备刻蚀阻挡型、共面型、顶栅型等类型的金属氧化物薄膜晶体管，达到改善薄膜晶体管电性的目的。

图8所示为本发明的一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第二实施例，包括如下步骤：

步骤s1’、如图9所示，提供衬底基板1，在所述衬底基板1上沉积第一金属层，对第一金属层进行刻蚀，形成栅极2。

具体地，所述衬底基板1为玻璃基板；所述第一金属层的材料为mo、al、cu中的一种或至少两种的层叠。

步骤s2’、如图10所示，在所述衬底基板1与栅极2上沉积、覆盖栅极绝缘层3。

具体地，所述栅极绝缘层3的材料优选siox；该步骤s2’通过cvd工艺沉积栅极绝缘层3。

步骤s3’、如图11所示，在所述栅极绝缘层3上制备一层金属氧化物薄膜作为金属氧化物沟道层4，在制备金属氧化物薄膜的同时通入氮气(n2)，以向所述金属氧化物沟道层4掺杂氮元素。

具体地，所述金属氧化物薄膜的材料优选igzo；该步骤s3’优选磁控溅射工艺制备金属氧化物薄膜作为金属氧化物沟道层4。

步骤s4’、如图12所示，在掺杂了氮元素的金属氧化物沟道层4上沉积第二金属层，对第二金属层进行刻蚀，形成源极51、与漏极52。

具体地，所述第二金属层的材料亦为mo、al、cu中的一种或至少两种的层叠。

步骤s5’、如图13所示，在源极51、漏极52、及掺杂了氮元素的金属氧化物沟道层4上沉积、覆盖钝化层6。

具体地，所述钝化层6的材料优选siox；该步骤s5’通过cvd工艺沉积钝化层6。

上述金属氧化物薄膜晶体管的制备方法的第二实施例，在制备金属氧化物沟道层4的同时，采用向金属氧化物沟道层4通入氮气的方式掺杂氮元素，能够减少金属氧化物沟道层4内的氧空位数量，降低金属氧化物沟道层4内以及金属氧化物沟道层4与栅极绝缘层3界面处的陷阱密度，进而减少薄膜晶体管出现阈值电压漂移、亚阈值摆幅恶化、和偏压不稳定等现象，改善薄膜晶体管的电性。

该第二实施例仅是以制备背沟道刻蚀型的具有底栅的金属氧化物薄膜晶体管为例，也可将向金属氧化物沟道层通入氮气来掺杂氮元素的这一步骤应用于制备刻蚀阻挡型、共面型、顶栅型等类型的金属氧化物薄膜晶体管，达到改善薄膜晶体管电性的目的。

基于同一发明构思，本发明还提供一种金属氧化物薄膜晶体管结构，以背沟道刻蚀型的具有底栅的金属氧化物薄膜晶体管为例，如图7所示，包括衬底基板1、栅极2、栅极绝缘层3、金属氧化物沟道层4、源极51、漏极52、及钝化层6，且所述金属氧化物沟道层4内掺杂有氮元素。由于所述金属氧化物沟道层4掺杂有氮元素，使得金属氧化物沟道层4内的氧空位数量较少，金属氧化物沟道层4内以及金属氧化物沟道层4与栅极绝缘层3界面处的陷阱密度较低，从而使得薄膜晶体管的电性较好。

具体地，所述栅极2设在衬底基板1上，所述栅极绝缘层3覆盖衬底基板1与栅极2，所述金属氧化物沟道层4设在栅极绝缘层3上，所述源极51与漏极52设在掺杂有氮元素的金属氧化物沟道层4上，所述钝化层6覆盖源极51、漏极52、及掺杂有氮元素的金属氧化物沟道层4。

当然，也可将金属氧化物沟道层掺杂有氮元素这一特征应用在刻蚀阻挡型、共面型、顶栅型等类型的金属氧化物薄膜晶体管，达到改善薄膜晶体管电性的目的。

综上所述，本发明的金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，通过向金属氧化物沟道层掺杂氮元素，能够减少金属氧化物沟道层内的氧空位数量，降低金属氧化物沟道层内以及金属氧化物沟道层与栅极绝缘层界面处的陷阱密度，改善薄膜晶体管的电性。本发明的金属氧化物薄膜晶体管结构，其金属氧化物沟道层掺杂有氮元素，使得金属氧化物沟道层内的氧空位数量较少，金属氧化物沟道层内以及金属氧化物沟道层与栅极绝缘层界面处的陷阱密度较低，从而使得薄膜晶体管的电性较好。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。