薄膜晶体管和显示装置的制作方法

1.本公开属于显示领域，具体涉及一种薄膜晶体管和显示装置。


背景技术：

2.由于氧化物薄膜晶体管具有优良的电学性能，其被广泛地运用于显示装置。然而，氧化物薄膜晶体管中的金属氧化物有源层在氢离子的影响下容易发生退化，从而降低其载流子迁移率。因此，亟需一种能够阻挡氢离子扩散的氧化物薄膜晶体管，以满足当前技术的快速发展。


技术实现要素：

3.本公开的目的在于提供一种薄膜晶体管和显示装置，能够阻挡氢离子扩散至薄膜晶体管的金属氧化物有源层，进而使得薄膜晶体管保持较高的迁移率。
4.本公开第一方面提供了一种薄膜晶体管，薄膜晶体管包括基板以及位于所述基板上的金属氧化物有源层和源、漏极，所述薄膜晶体管还包括：阻氢层，位于所述基板与所述金属氧化物有源层之间；在所述基板上，所述金属氧化物有源层的正投影位于所述阻氢层的正投影内，且所述阻氢层的投影面积与所述金属氧化物有源层的投影面积的比例大于1且小于或等于1.3。
5.在本公开的一种示例性实施例中，所述阻氢层的边缘与所述金属氧化物有源层的边缘的间距大于2um且小于或等于4um。
6.在本公开的一种示例性实施例中，所述阻氢层至少包括一层金属阻氢层，用于遮挡照射至所述金属氧化物有源层的光线。
7.在本公开的一种示例性实施例中，所述阻氢层还包括氧化物半导体阻氢层，所述氧化物半导体阻氢层与所述金属阻氢层层叠设置；在所述基板上，所述金属氧化物有源层的正投影与所述金属阻氢层的正投影重叠，并位于所述氧化物半导体阻氢层的正投影内；所述氧化物半导体阻氢层的投影面积与所述金属氧化物有源层的投影面积的比例大于1且小于或等于1.3。
8.在本公开的一种示例性实施例中，所述氧化物半导体阻氢层的材料包括氧化锡或氧化镓。
9.在本公开的一种示例性实施例中，所述氧化物半导体阻氢层位于所述金属阻氢层远离所述金属氧化物有源层的一侧。
10.在本公开的一种示例性实施例中，还包括：栅极，其中，所述栅极为一个，所述栅极位于所述金属氧化物有源层远离所述阻氢层的一侧，且位于所述源、漏极之间；或者，所述栅极为一个，且为所述阻氢层；或者，所述栅极为两个，一所述栅极位于所述金属氧化物有源层远离所述阻氢层的一侧，且位于所述源、漏极之间，另一所述栅极为所述阻氢层。
11.在本公开的一种示例性实施例中，所述阻氢层包括底边阻氢层和侧边阻氢层，所述底边阻氢层与所述基板接触，所述底边阻氢层与所述侧边阻氢层的延伸方向不同，且二
者相交。
12.在本公开的一种示例性实施例中，所述基板包括氧化硅层和氮化硅层，所述氮化硅层位于所述氧化硅层远离所述金属氧化物有源层的一侧。
13.本公开第二方面提供了一种一种显示装置，包括：驱动单元和显示单元，所述驱动单元与所述显示单元电连接；所述驱动单元包括前述中任一项薄膜晶体管。
14.本公开方案的有益效果：
15.本公开方案在金属氧化物有源层与基底之间设置阻氢层，且金属氧化物有源层的在基底上的正投影位于阻氢层的正投影内，阻氢层与金属氧化物有源层的投影面积大于1且小于或等于1.3。如此，在保证像素开口率的同时，能够有效阻挡氢离子扩散至金属氧化物有源层，从而避免金属氧化物有源层发生退化。
16.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了本公开实施例一所述的薄膜晶体管的俯视图；
20.图2示出了本公开实施例一所述的第一种薄膜晶体管的截面图；
21.图3示出了本公开实施例一所述的第二种薄膜晶体管的截面图；
22.图4示出了本公开实施例一所述的第三种薄膜晶体管的截面图；
23.图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)、图5(e)、图5(f)示出了本公开实施例一所述的阻氢层与金属氧化物有源层的不同边缘间距的示意图；
24.图6-图9示出了本公开实施例二所述的薄膜晶体管的制备方法中各步骤对应的截面图。
25.附图标记说明：
26.10、基板；1、衬底；2、缓冲层；21、氮化硅层；22、氧化硅层；3、阻氢层；31、金属阻氢层；32、氧化物半导体阻氢层；3a、底边阻氢层；3b、侧边阻氢层；4、栅绝缘层；5、金属氧化物有源层；61、漏极；62、源极。
具体实施方式
27.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
28.在本公开中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明
示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。
30.实施例一
31.如图1-图5(f)所示，本公开实施例提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括：基板10以及位于基板10上的金属氧化物有源层5、源极62和漏极61，薄膜晶体管还包括：阻氢层3，位于基板10与金属氧化物有源层5之间；在基板10上，金属氧化物有源层5的正投影位于阻氢层3的正投影内，且阻氢层3的投影面积与金属氧化物有源层5的投影面积的比例大于1且小于或等于1.3。
32.即，本公开实施例采用氧化物薄膜晶体管技术，优化阻氢层3与金属氧化物有源层5的尺寸比，在保证像素开口率的同时，能够有效降低氢致电性退化效应的影响，从而使得薄膜晶体管能够维持高迁移率。具有较高载流子迁移率的薄膜晶体管能够实现可变刷新率，在低刷新率时有利于电量存储，在高刷新率时有利于显示流畅性。
33.图1为薄膜晶体管的俯视图，图2-图4为三种不同的薄膜晶体管的截面图，图5(a)-图5(f)为阻氢层3与金属氧化物有源层5的边缘间距的变化示意图。以下将结合附图对薄膜晶体管进行详细介绍。
34.在一些实施例中，参考图2-图4，基板10包括衬底1和缓冲层2，衬底1的材料可以为玻璃或树脂，玻璃、树脂材料中含有氢原子。缓冲层2可以为双层结构，该缓冲层2包括氧化硅层22和氮化硅层21，氮化硅层21位于氧化硅层22远离金属氧化物有源层5的一侧。值得说明的是，由于氮化硅层21中的氢含量高于氧化硅层22中的氢含量；因此，与氧化硅层22相比，氮化硅层21距离金属氧化物有源层5更远，有利于减少扩散至金属氧化物有源层5的氢离子，以降低氢离子对金属氧化物有源层5的影响。
35.在另一些实施例中，基板10可以为衬底1和缓冲层2中的一者；此外，缓冲层2也可以为单层结构，比如为氧化硅层22或氮化硅层21中的一者；衬底1也可以设置为多层结构。
36.本实施例中，金属氧化物有源层5可采用igzo(indium gallium zinc oxide，铟镓锌氧化物)等金属氧化物材料，igzo具有高精度、高载流子迁移率、低功耗与高触控性能。
37.金属氧化物有源层5与源极62和漏极61电连接，进一步地，源极62和漏极61可以位于金属氧化物有源层5的上方，且分别与金属氧化物有源层5的两端电连接。
38.以下将对阻氢层3进行详细说明。
39.金属氧化物有源层5的正投影位于阻氢层3的正投影内，即，金属氧化物有源层5位于阻氢层3的正上方，且阻氢层3的投影面积大于金属氧化物有源层5的投影面积。如此，阻氢层3能够阻挡基板10内的氢离子扩散至金属氧化物有源层5的正下方。此外，由于阻氢层3的投影面积更大，能够减少从边缘位置扩散至金属氧化物有源层5的氢离子。
40.可以理解的是，由于基板10中氢离子扩散具有无序性，因此，阻氢层3越大，对氢离子的阻隔效果会越好，但是考虑到像素开口率的影响，其大小受到限制。也就是说，若阻氢
层3的投影面积过小，则可能难以阻挡从边缘处扩散至金属氧化物有源层5的氢离子；若阻氢层3的投影面积过大，则可能会影响薄膜晶体管的开口率，从而显示效果。当阻氢层3的投影面积与金属氧化物有源层5的投影面积的比例大于1且小于或等于1.3时，能够在兼顾开口率的同时，使得阻氢层3具有较好的阻氢效果。
41.进一步地，金属氧化物有源层5可以在金属阻氢层31上居中设置。如此，可以使得金属氧化物有源层5的边缘得到均衡的保护。举例而言，阻氢层3相对的两侧可以相对于金属氧化物有源层5相对的两侧凸出设置；或者，在另一些例子中，阻氢层3所有的侧边均相对于金属氧化物有源层5的侧边凸出设置，即阻氢层3的正投影边缘环绕金属氧化物有源层5的正投影边缘。
42.参考图5(a)-图5(f)，随着阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距d的变化，本公开进行了一系列薄膜晶体管性能测试。实验中薄膜晶体管的沟道的宽长比保持不变，只有阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距发生改变，且给予了薄膜晶体管的栅极从-20v到35v的区间电压。具体地，参考图5(a)和图5(b)，图5(a)中阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距d为0um，图5(b)中阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距d为1um；当间距d为0至1um时，漏电流为10-3
到10-7
a，此时薄膜晶体管表现为导体状态，此现象表明大量的氢离子扩散到金属氧化物有源层5中，与其中的氧空位结合，造成金属氧化物有源层5导电化；参考图5(c)，图5(c)中阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距d为2um，当间距d增加到2um时，漏极电流为10-11
a，薄膜晶体管显示出其开关特性，然而其关闭电流仍处于异常状态，说明部分氢离子被阻氢层3堵塞，部分氢离子扩散到金属氧化物有源层5中；参考图5(d)-5(f)，图5(d)中阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距d为2.5um，图5(e)中阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距d为3um，图5(f)中阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距d为4um，当间距d大于2um时，金属氧化物有源层5表现出正常的半导体特性，在关闭状态下具有较低的漏电流10-16
a，证明大多数氢离子被阻氢层3所阻挡。相比较于非晶硅薄膜晶体管，本公开实施例提供的氧化物薄膜晶体管的漏电流降低了约104到106倍，有利于实现产品信赖性的提升。综合考虑开口率以及薄膜晶体管电性能两方面的因素，阻氢层3的边缘与金属氧化物有源层5的边缘的间距d可以设置为大于2um且小于或等于4um。
43.继续参考图1-图4，阻氢层3至少包括一层金属阻氢层31，用于遮挡照射至金属氧化物有源层5的光线。金属对氢离子具有良好的阻隔效果，且由于金属为不透明材料，因此，其还可以避免光线影响金属氧化物有源层5的电性能。也就是说，金属阻氢层31与遮光层集成为一个结构，有利于减小薄膜晶体管的厚度并简化制作工艺。该金属阻氢层31的材料可以为钼、钛、银、钨或金等金属。
44.具体地，在一些实施例中，参考图2和图4，阻氢层3为单层结构，其仅由金属阻氢层31构成。金属氧化物有源层5的正投影位于金属阻氢层31的正投影内，且金属阻氢层31的投影面积与金属氧化物有源层5的投影面积的比例大于1且小于或等于1.3。
45.在另一些实施例中，参考图3，阻氢层3还包括氧化物半导体阻氢层32，氧化物半导体阻氢层32与金属阻氢层31层叠设置；在基板10上，金属氧化物有源层5的正投影与金属阻氢层31的正投影重叠，并位于氧化物半导体阻氢层32的正投影内；氧化物半导体阻氢层32的投影面积与金属氧化物有源层5的投影面积的比例大于1且小于或等于1.3。
46.即，金属阻氢层31的尺寸比氧化物半导体阻氢层32的尺寸更小。可以理解的是，氧化物半导体阻氢层32具有透光性，而金属阻氢层31不透光；因此，氧化物半导体阻氢层32的尺寸大于金属阻氢层31的尺寸时，能够保证薄膜晶体管具有较大的开口率，有利于提高显示效果。
47.氧化物半导体阻氢层32的材料可以为氧化锡或氧化镓等。氧化锡或氧化镓等氧化物半导体材料能够有效捕获氢离子。
48.进一步地，氧化物半导体阻氢层32位于金属阻氢层31远离金属氧化物有源层5的一侧。由于氧化物半导体阻氢层32本身可能含有氢离子，因此，相比于金属阻氢层31，氧化物半导体阻氢层32与金属氧化物有源层5的距离更远时，有利于避免氧化物半导体阻氢层32自身的氢离子对金属氧化物有源层5造成不良影响。
49.基于上述例子可知，金属氧化物有源层5的正投影位于阻氢层3的正投影内，可以理解为，在阻氢层3为单层结构时，金属氧化物有源层5的正投影位于单层的阻氢层3的正投影内；在阻氢层3为多层结构时，不同层的投影面积可能不同，此时，将多层结构作为一个整体，金属氧化物有源层5的正投影位于阻氢层3整体的正投影内，换句话说，只要金属氧化物有源层5的正投影位于面积最大的阻氢层3的正投影即可。
50.进一步地，在一些实施例中，如图2-图4所示，薄膜晶体管的栅极为一个，且栅极为阻氢层3。即栅极和阻氢层3集成为一个结构，且该薄膜晶体管为底栅型。有利于减小薄膜晶体管的厚度并简化制作工艺。相应地，阻氢层3与金属氧化物有源层5之间还设置有栅绝缘层4。
51.在另一些实施例中，栅极为一个，栅极位于金属氧化物有源层5远离阻氢层3的一侧，且位于源极62与漏极61之间。即，栅极与阻氢层3为不同的两个结构，且该薄膜晶体管为顶栅型。
52.在另一些实施例中，栅极为两个，一栅极位于金属氧化物有源层5远离阻氢层3的一侧，且位于源极62与漏极61之间，另一栅极为阻氢层3。该薄膜晶体管为双栅型。
53.如图2-图3所示，阻氢层3可以为平板状，从而有利于简化制作工艺。如图4所示，阻氢层3也可以不为平板状，阻氢层3包括底边阻氢层3a和侧边阻氢层3b，底边阻氢层3a与基板10接触，底边阻氢层3a与侧边阻氢层3b的延伸方向不同，且二者相交。即，底边阻氢层3a贴设于基板10，侧边阻氢层3b相对于基板10倾斜设置。如此，侧边阻氢层3b可以阻挡从侧面朝向金属氧化物有源层5扩散的氢原子，进一步降低氢原子对金属氧化物有源层5的不良影响。
54.进一步地，底边阻氢层3a与侧边阻氢层3b的夹角可以大于或等于90
°
。此外，侧边阻氢层3b的顶面可以与金属氧化物有源层5的底面齐平，且二者相间隔；或者，侧边阻氢层3b的顶面也可以低于金属氧化物有源层5的底面。
55.综上，本公开实施例调整了阻氢层3与金属氧化物有源层5尺寸比，能够在保证像素开口率的同时，有效降低氢致电性退化效应的影响，从而有利于提高薄膜晶体管的迁移率，使得具有低功耗和可变刷新率特点。
56.实施例二
57.如图6-图9所示，本实施例提供了一种薄膜晶体管的制造方法，用于制造如实施例一提供的薄膜晶体管。本实施例与前述实施例相同或相似的部分请参考前述实施例的详细
说明，在此不再赘述。
58.参考图6，形成基板10。具体地，可以在衬底1上通过化学气相沉积工艺沉积缓冲层2，缓冲层2可以包括氮化硅层21和氧化硅层22。衬底1和缓冲层2构成基板10。
59.参考图7，在基板10上形成阻氢层3。具体地，可以通过曝光显影以及刻蚀工序制备阻氢层3。
60.在一些实施例中，阻氢层3还可以同时作为栅极和遮光层，其用于阻挡氢离子扩散，还用于作为电极，又可以防止漏光现象的发生，以使得薄膜晶体管具有良好的电性能。
61.值得说明的是，图7所示的为平板状的阻氢层3的制作步骤。在另一些实施例中，可以先在基板10上形成一层介质层；刻蚀介质层，形成凹槽；在凹槽的底部和侧壁形成阻氢层3。位于凹槽底部的阻氢层3作为底边阻氢层3a，位于凹槽侧壁的阻氢层3作为侧边阻氢层3b。
62.参考图8，在阻氢层3上形成栅绝缘层4。具体地，可以通过化学气相沉积工艺形成栅绝缘层4。
63.参考图9，在栅绝缘层4上形成金属氧化物有源层5、源极62和漏极61。源极62和漏极61与金属氧化物有源层5电连接。
64.具体地，可以利用半透膜掩膜版技术，通过一道光罩制备金属氧化物有源层5、源极62和漏极61。源极62和漏极61由单层金属或多层金属构成，举例而言，源极62和漏极61可以由ti-al-ti组成。
65.实施例三
66.本实施例提供一种显示装置，包括：驱动单元和显示单元，驱动单元与显示单元电连接；驱动单元包括如实施例一的薄膜晶体管。
67.本实施例与前述实施例相同或相似的部分请参考前述实施例的详细说明，在此不再赘述。
68.在一些实施例中，该显示装置可以为液晶显示装置，其显示单元可以为液晶层。薄膜晶体管控制液晶的偏转角度，从而控制出光量，以实现不同的显示。在另一些实施例中，该显示装置可以为有机发光二极管显示装置，其显示单元可以由有机发光层构成，薄膜晶体管可以控制有机发光层的发光过程。显示装置可应用于电视、手机、平板、笔记本电脑等电子设备。
69.综上，由于驱动单元的薄膜晶体管具有较高的载流子迁移率，因此，该显示装置具有低功耗和可变刷新率特点。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示例地”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
71.尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，故但凡依本公开的权利要求和说明书所做的变化或修
饰，皆应属于本公开专利涵盖的范围之内。