薄膜晶体管及其制造方法以及包括薄膜晶体管的显示设备的制造方法_2

文档序号:8548247阅读:来源:国知局
寸限制。
[0032] 图la是示出根据本发明的实施方式的薄膜晶体管(TFT) 100A的截面图。参考 图la,薄膜晶体管100A包括柔性基板110、缓冲层120、有源层130A、栅绝缘膜160、栅电极 140、层间绝缘膜170、源电极151、以及漏电极152。
[0033] 柔性基板110是用于支撑和保护可以在其上形成的多种元件的基板。柔性基板 110是位于薄膜晶体管100A的底部的下部支撑板。根据使用薄膜晶体管100A的多种应用, 柔性基板110可以由多种材料形成。例如,当薄膜晶体管100A在诸如柔性显示设备的柔性 应用中使用时,柔性基板110可以由柔性绝缘材料形成。柔性绝缘材料的示例可以包括聚 酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯 (PS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物、以及硅丙烯酸树脂。而且,当薄膜晶体管100A在具有高透射 率的应用(诸如,透明显示设备)中使用时,柔性基板110可以由柔性透明绝缘材料形成。
[0034] 在柔性基板110上形成由氧化物半导体形成的有源层130A。在本公开中,有源层 130A可以称为氧化物半导体层。可以通过在柔性基板110上沉积氧化物半导体材料,并且 然后图案化氧化物半导体材料,以仅留下具有足以形成有源层130A的尺寸的氧化物半导 体,形成有源层130A。
[0035] 有源层130A的氧化物半导体可以为多种金属氧化物。例如,用于氧化物半导体 的材料的示例可以包括诸如基于铟锡镓锌氧化物(InSnGaZnO)的材料的四元金属氧化 物、诸如基于铟镓锌氧化物(InGaZnO)的材料、基于铟锡锌氧化物(InSnZnO)的材料、基 于铟铝锌氧化物(InAlZnO)的材料、基于铟铪锌氧化物(InHfZnO)的材料、基于锡镓锌氧 化物(SnGaZnO)的材料、基于铝镓锌氧化物(AlGaZnO)的材料、或者基于锡铝锌氧化物 (SnAIZnO)的材料的三元金属氧化物、以及诸如基于铟锌氧化物(InZnO)的材料、基于锡 锌氧化物(SnZnO)的材料、基于铝锌氧化物(AIZnO)的材料、基于锌镁氧化物(ZnMgO)的 材料、基于锡镁氧化物(SnMgO)的材料、基于铟镁氧化物(InMgO)的材料、基于铟镓氧化物 (InGaO)的材料的二元金属氧化物、基于铟氧化物(InO)的材料、基于锡氧化物(SnO)的材 料、或者基于锌氧化物(ZnO)的材料。包括在用于形成氧化物半导体的每种材料中的元素 的组成比不受限制并且可以被不同地调节。
[0036] 薄膜晶体管100A包括栅电极140,其被形成为与有源层130A的至少一部分重叠。 栅电极140由导电材料形成。在一些实施方式中,栅电极140可以由金属形成,并且可以反 射光。栅电极140可以由例如钼(Mo)、铝(A1)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、钕(Nd)、 铜(Cu)、以及其合金中的任一个形成。然而,本实施方式不限于此,并且栅电极140可以由 多种材料中的任一种材料形成。而且,栅电极140可以具有包括选自由Mo、Al、Cr、Au、Ti、 Ni、Nd、Cu、以及其合金构成的组中的材料的多层结构。
[0037] 薄膜晶体管100A进一步包括源电极151和漏电极152。源电极151和漏电极152 中的每个都可以由导电材料形成。在一些实施方式中,源电极151和漏电极152中的每个 都可以由金属形成,并且可以反射光。源电极151和漏电极152中的每个都可以由例如Mo、 八1、0、411、11、附、制、(:11、以及其合金中的任一个形成。然而,本实施方式不限于此,并且源 电极151和漏电极152中的每个都可以由多种材料形成。而且,源电极151和漏电极152 中的每个都可以具有包括选自由Mo、Al、Cr、Au、Ti、Ni、Nd、Cu、以及其合金构成的组中的材 料的多层结构。
[0038] 源电极151和漏电极152通过在层间绝缘膜170和/或栅绝缘膜160中形成的接 触孔,分别电连接至有源层130A的源极区和漏极区。在有源层130A的源极区和漏极区之 间形成上部沟道区。在邻近栅电极140的有源层130A的上部中形成上部沟道区。
[0039] 源电极151、漏电极152、以及栅电极140覆盖包括氧化物半导体的有源层130A的 顶面。由于源电极151、漏电极152、以及栅电极140中的每个都可以由金属形成,并且可 以如上所述那样反射光,源电极151、漏电极152、以及栅电极140保护有源层130A免遭受 入射在有源层130A上的外部光。特别是,由于用于支撑薄膜晶体管100A的基板的材料通 常是透明材料,外部光可以从有源层130A的底部入射。另外,当在底部发射有机发光显示 (0LED)设备中采用薄膜晶体管100A时,从有机发光层发射的光可以达到薄膜晶体管100A, 并且从而可能降低薄膜晶体管100A的可靠性。而且,当薄膜晶体管100A被应用到使用单 独背光单元的液晶显示(LCD)设备时,由于从背光单元入射到有源层130A上的光,导致可 能降低薄膜晶体管100A的可靠性。为了更简单地解释,在本公开中使用术语"外部光"以 指入射在有源层130A上的任何光,而不管源或者来自源的光的方向如何。
[0040] 多种绝缘材料和/或层被用于电绝缘薄膜晶体管100A的元件。栅绝缘膜160形 成在有源层130A上,并且使有源层130A和栅电极140绝缘。栅绝缘膜160可以由单层氧 化硅膜或氮化硅膜或者其多层结构形成。然而,本实施方式不限于此,并且栅绝缘膜160可 以由多种材料形成。栅绝缘膜160仅需要使有源层130A和栅电极140绝缘。从而,在图la 中,仅在有源层130A上形成栅绝缘膜160。可选地,栅绝缘膜160可以形成在包括有源层 130A的整个柔性基板110之上。当栅绝缘膜160形成在整个柔性基板110之上时,栅绝缘 膜160可以被形成为具有暴露有源层130A的多个部分的接触孔,并且接触孔可以暴露有源 层130A的源极区的一部分和漏极区的一部分。
[0041] 在图la中,栅电极140被示出为具有与栅绝缘膜160基本相同的尺寸。即,相互 对接的栅电极140的接触表面和栅绝缘膜160的接触表面具有基本相同的尺寸。在本公开 中,甚至当由制造处理导致两个元件不具有准确相同尺寸(即,由于制造处理导致的偏离) 时,两个元件被称为具有"基本相同的尺寸"。例如,由于在制造处理期间被过蚀刻,导致栅 电极140或栅绝缘膜160可以比其他元件稍微更大地形成。在这样的情况下,栅电极140 和栅绝缘膜160可以被形成为具有锥形形状,使得在界面处的栅电极140的表面和栅绝缘 膜160的表面具有稍微不同的尺寸。
[0042] 层间绝缘膜170形成在栅电极140上。层间绝缘膜170可以由与栅绝缘膜160相 同的材料形成,并且可以被形成为包括氧化硅膜、氮化硅膜、或者其多层结构。然而,本实施 方式不限于此,并且层间绝缘膜170可以由多种材料形成。层间绝缘膜170形成在整个柔 性基板110之上,并且包括用于暴露有源层130A的源极区的一部分和漏极区的一部分的接 触孔。
[0043] 缓冲层120形成在柔性基板110上。缓冲层120形成在柔性基板110和有源层 130A之间。缓冲层120通过柔性基板110减少湿气或其他杂质的渗入,并且进一步平坦化 柔性基板110的表面。缓冲层120包括反射金属层121和绝缘层122。用于绝缘层122的 材料可以根据柔性基板110的类型或者薄膜晶体管100A的类型来选择。例如,可以根据薄 膜晶体管100A的结构,根据绝缘层122和有源层130A之间的界面特性,选择绝缘层122。 在如图la中所示的具有共面结构的薄膜晶体管100A中,绝缘层122可以由氧化硅膜、氮化 硅膜、或其多层结构形成。
[0044]缓冲层120通过阻碍外部光朝向氧化物半导体前进,保护构成有源层130A的氧化 物半导体。反射金属层121设置在缓冲层120中,并且由绝缘层122围绕。由于反射金属 层121阻挡外部光,反射金属层121可以被称为屏蔽层或光屏蔽层。虽然垂直投射到氧化 物半导体的外部光可以由反射金属层121反射,但是以一些其他角度投射的光仍然可以达 到氧化物半导体。为了最优化朝向有源层130A投射的外部光的阻挡,有源层130A和反射 金属层121之间的距离可以等于或小于3ym。
[0045] 当在偏置电压被施加至薄膜晶体管100A的同时,光入射到有源层130A上时,多对 电子和空穴在有源层130A中被打破,以在沟道区中生成电子。这改变了氧化物半导体的操 作特性。例如,电子可以在沟道区中生成,并且使得薄膜晶体管100A的阈值电压Vth浮动, 由此使得薄膜晶体管100A对于其期望使用不可靠。
[0046] 参考图la,在薄膜晶体管100A中,反射金属层121被设置成与有源层13
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