一种薄膜晶体管及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管及其制备方法，以及在平板 显示装置中的应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着有源矩阵平板显示装置尺寸的不断增大，驱动电路的频率不断提 高，现有的非晶硅薄膜晶体管迁移率很难满足要求；非晶硅薄膜晶体管的迁移率一般在 0. 5cm2/V?S左右，而超过80in的有源矩阵平板显示装置，驱动频率为120Hz时需要Icm2/ V?s以上的迁移率。
[0003] 现有技术中，高迁移率的薄膜晶体管主要有多晶硅薄膜晶体管和金属氧化物薄膜 晶体管。其中，多晶硅薄膜晶体管制备过程中所需的准分子激光退火晶化（ELA)工艺成本 很高，无论是生产过程、生产线的维修维护，还是生产线的升级换代，都不能轻易实现；而 且，随着人们对大尺寸显示器件需求的增加，大尺寸的LTPS的均一性和稳定性也受到了考 验，因此，现有技术中的多晶硅薄膜晶体管仍局限于在小尺寸显示器件中的应用。而以IGZO (英文全称为IndiumGalliumZincOxide,译为铟镓锌氧化物)、IZO(英文全称为Indium ZincOxide，译为氧化铟锌）等金属氧化物为有源层的薄膜晶体管，迁移率高、均一性好、透 明、制作工艺简单，可以更好地满足大尺寸有源矩阵平板显示装置的需求，受到了人们的广 泛关注，成为近年来的研究热点。
[0004] 然而，现有技术中的金属氧化物薄膜晶体管普遍采用底栅结构，如图1所示，该结 构决定了所述薄膜晶体管的尺寸较大，不可避免的产生了较大的寄生电容，而且在包括所 述金属氧化物薄膜晶体管的有源矩阵显示装置中，由于薄膜晶体管的尺寸难以缩小，就会 导致图像显示区域中的像素电路所占面积的比例变高，严重影响显示装置的开口率，无法 实现高分辨率。
[0005] 顶栅结构的金属氧化物薄膜晶体管可以通过缩短栅电极的宽度和源\漏电极层 之间的间隔实现金属氧化物薄膜晶体管的小型化，很好地解决上述问题。但是，顶栅结构的 金属氧化物薄膜晶体尺寸较小，进行电路集成化或高速化时，施加在晶体管的电场会增大， 由于隧道效应，会产生严重的栅极漏电流，增加器件耗电量甚至会影响薄膜晶体管的正常 使用。现有技术中，通常会在金属氧化物半导表层，与源\漏电极层接触的位置，形成低阻 区域，这样从源电极层流到漏电极层的电流路径至少包括源电极层、与源电极层相接触的 金属氧化物半导体层、低电阻区域、沟道形成区域、低电阻区域、接触于漏电极层的金属氧 化物半导体层以及漏电极层，从而实现减轻电场集中的目的。
[0006] 现有技术中，在金属氧化物半导体层的表层形成低阻区域的方法主要有如下几 种：
[0007] -、栅极形成后，在金属氧化物半导体层将与源\漏电极层接触的区域上方直接 沉积铝等电阻率低的金属材料，再通过高温使得上述金属进入将与源\漏电极层接触的金 属氧化物半导体层的表层，以形成低阻区域。但是，铝等金属层若不能全部被氧化为金属氧 化物，极易导致源极/漏极/栅极之间的短路。
[0008] 二、栅极形成后，通过氩气等惰性气体对金属氧化物半导体层将与源\漏电极层 接触的区域进行处理，破坏氧化物半导体中金属氧化物的离子键，从而实现降低电阻的效 果。但是，在应用这些薄膜晶体管的器件进行后续高温制程时，这些被破坏的离子键又会被 恢复，之前得到的低电阻区域的电阻会出现升高的现象，低阻区域的性能极不稳定。
[0009] 三、栅极形成后，通过氢气对金属氧化物半导体层将与源\漏电极层接触的区域 进行处理，以形成低阻区域。但是，氢原子的化学活性很高，且在沟道界面附近容易游走，微 量的氢原子就可以严重干扰氧化半导体，导致绝缘层和沟道层中原子键合出现的杂质和缺 陷（trap)态明显增多，表现出电学性能的劣化。
【发明内容】
[0010] 为此，本发明所要解决的是现有技术中顶栅结构的金属氧化物薄膜晶体管由于低 阻区域性能不稳定使得金属氧化物薄膜晶体管电学性能劣化的问题，提供一种性能优异、 制备方法简单的薄膜晶体管及其制备方法。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0012] 本发明所述的一种薄膜晶体管，包括衬底，在所述衬底同侧沿垂直于衬底方向设 置的金属氧化物半导体层、栅极绝缘层、栅极层、层间绝缘层、源/漏电极层，所述源/漏电 极层中的源极和漏极分别与所述金属氧化物半导体层电接触连接，所述金属氧化物半导体 层中沟道区域两侧，至少与所述源/漏电极层接触的区域的表层形成低阻区域，所述低阻 区域含有卤族元素。
[0013] 所述卤族元素为氟、氯、溴中的一种或多种。
[0014] 所述低阻区域中所述卤族元素的浓度为IXlO12~IXIO18粒子/平方厘米。
[0015] 所述衬底与所述金属氧化物半导体层之间还设置有缓冲层和/或光线阻挡层。
[0016] 所述光线阻挡层为铜、铝、钥、钛、铟锡氧化物、铟锌氧化物、掺杂多晶硅中的一种 或多种材料形成的堆叠结构层；所述钝化层为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化钛中 的一种或多种材料形成的堆叠结构层。
[0017] 本发明所述的一种薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：
[0018] S1、在所述衬底上自下而上依次形成金属氧化物半导体层、栅极绝缘层和栅极 层；
[0019] S2、使用卤族元素对金属氧化物半导体层沟道区域两侧的表层进行处理，以取代 金属氧化物中的氧元素，形成低阻区域；
[0020] S3、在金属氧化物半导体层表面直接形成覆盖栅极层的层间绝缘层，在层间绝缘 层上形成源/漏电极层，源极和漏极分别与所述金属氧化物半导体层中的低阻区域接触连 接。
[0021] 步骤S2中所述金属氧化物半导体层表层的处理方法为等离子（plasma)处理、离 子注入、尚子掺杂中的一种。
[0022] 步骤Sl之前还包括在所述衬底上直接形成缓冲层和/或光线阻挡层的步骤。
[0023] 所述缓冲层和/或所述光线阻挡层与所述金属氧化物半导体层形成在所述衬底 的同侧。
[0024] 本发明所述的一种平板显示装置，包括所述的薄膜晶体管，所述平板显示装置为 液晶显示装置或有机发光显示装置。
[0025] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0026] 1、本发明所述的一种薄膜晶体管，通过等离子体处理、离子注入或离子掺杂等工 艺在金属氧化物半导体层沟道区域两侧进行卤族元素等强氧化性元素的处理，取代金属氧 化物中的氧元素，在沟道区域两侧形成性能稳定的低阻区域，使得所述薄膜晶体管不但电 学性能稳定，而且从源电极层流到漏电极层的电流路径至少包括源电极层、与源电极层相 接触的金属氧化物半导体层、低电阻区域、沟道形成区域、低电阻区域、接触于漏电极层的 金属氧化物半导体层以及漏电极层，在小型化时，有效解决电场集中的问题，提高薄膜晶体 管的稳定性。
[0027] 2、本发明所述的一种薄膜晶体管的制备方法，通过等离子体处理、离子注入或离 子掺杂等工艺在金属氧化物半导体层沟道区域两侧进行齒族元素等强氧化性元素的处理， 取代金属氧化物中的氧元素，在沟道区域两侧形成低阻区域，制作工艺简单，而且所形成的 低阻区域性能稳定，使得所述薄膜晶体管不但电学性能稳定，而且从源电极层流到漏电极 层的电流路径至少包括源电极层、与源电极层相接触的金属氧化物半导体层、低电阻区域、 沟道形成区域、低电阻区域、接触于漏电极层的金属氧化物半导体层以及漏电极层，在小型 化时，有效解决电场集中的问题。
[0028] 3、