一种薄膜晶体管和显示装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型实施例公开了一种薄膜晶体管和显示装置。该方案中，栅极为复合金属层的结构。其中，该复合金属层中靠近栅绝缘层的第一金属层中有掺杂离子，能够对有源层引入应力，从而改变有源层中沟道区的能带结构，进而改变载流子的有效质量和各向异性散射等，进而提高载流子的迁移率。而该复合金属层中远离栅绝缘层未掺杂有离子的金属层，可以有效保证整个栅极的电阻值。该方案中，通过对薄膜晶体管中的栅极的改进达到了提升载流子迁移率的目的，无需增加额外的结构，使得生产过程中的工艺简单。
【专利说明】
一种薄膜晶体管和显示装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及显示及半导体器件技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管和显示装置。
【背景技术】
[0002]对于薄膜晶体管来说，有源层中沟道区的载流子的迀移率影响了器件的电导率和工作频率，载流子的迀移率的提升有利于器件性能的提升。现有技术中有利用应力提高载流子的方法，主要包括:一是，通过在有源层下方设置衬底异质结结构或在有源层中沟道区的两侧设置异质结源漏结构，以引入应力来提高载流子的迀移率，但是，衬底异质结结构或异质结源漏结构为半导体结构，会导致沟道区引入杂质缺陷和晶格缺陷，且这种方式的制作工艺复杂，限制尺寸的缩小;二是在器件上方覆盖高应力薄膜，通过薄膜自身的形变带动下方的器件发生形变从而在有源层中产生应力，进而改变器件的载流子迀移特征，这种方式的制作工艺也较复杂，且限制尺寸的缩小。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型实施例的目的是提供一种薄膜晶体管和显示装置，用于解决提升薄膜晶体管的沟道区的载流子的迀移率，简化制作工艺。
[0004]本实用新型实施例的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]—种薄膜晶体管，包括:衬底基板，和位于所述衬底基板上的源极、漏极、栅极、栅绝缘层和有源层;其中，所述栅绝缘层设置在所述栅极与所述有源层之间;所述源极和所述漏极分别与所述有源层连接；
[0006]所述栅极为复合金属层;所述复合金属层包括至少一层靠近所述栅绝缘层的具有掺杂离子的第一金属层，和至少一层远离所述栅绝缘层的第二金属层;其中，所述具有掺杂离子的第一金属层用于对所述有源层引入应力。
[0007]较佳地，所述具有掺杂离子的第一金属层中的掺杂离子为氮离子。
[0008]较佳地，所述氮离子的剂量范围为1.0e12?1.0e1Vcm2。
[0009]较佳地，所述栅绝缘层的材料至少包括氧化硅和氮化硅。
[0010]较佳地，所述第一金属层和第二金属层的材料至少包括钼、钛和铝中的一种。
[0011]较佳地，所述复合金属层包括一层所述具有掺杂离子的第一金属层和两层第二金属层;所述第一金属层的材料为钼或钛，靠近所述第一金属层的第二金属层的材料为铝，远离所述第一金属层的第二金属层的材料为钼或钛。
[0012]较佳地，所述栅极、所述有源层和所述栅绝缘层在所述衬底基板上的层叠顺序依次为所述有源层、所述栅绝缘层和所述栅极。
[0013]较佳地，还包括层间介质层；
[0014]所述层间介质层覆盖所述栅极和所述栅绝缘层;所述源极贯穿所述层间介质层和所述栅绝缘层与所述有源层连接;所述漏极贯穿所述层间介质层和所述栅绝缘层与所述有源层连接。
[0015]较佳地，所述栅极、所述有源层和所述栅绝缘层在所述衬底基板上的层叠顺序依次为所述栅极、所述栅绝缘层。
[0016]一种显示装置，包括以上任一项所述的薄膜晶体管。
[0017]本实用新型实施例的有益效果如下:
[0018]本实用新型实施例提供的薄膜晶体管和显示装置中，栅极为复合金属层的结构。其中，该复合金属层中靠近栅绝缘层的第一金属层中有掺杂离子，能够对有源层引入应力，从而改变有源层中沟道区的能带结构，进而改变载流子的有效质量和各向异性散射等，进而提高载流子的迀移率。而该复合金属层中远离栅绝缘层未掺杂有离子的金属层，可以有效保证整个栅极的电阻值。该方案中，通过对薄膜晶体管中的栅极的改进达到了提升载流子迀移率的目的，无需增加额外的结构，使得生产过程中的工艺简单。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之一；
[0020]图2为本实用新型实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之二；
[0021]图3为本实用新型实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之三；
[0022]图4为本实用新型实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之四；
[0023]图5为本实用新型实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之五；
[0024]图6为本实用新型实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之六。
【具体实施方式】
[0025]为了能够更加清楚的介绍本实用新型的方案，首先对薄膜晶体管中有源层的结构进行简单说明。有源层中有两个通过注入离子形成的半导体结构，注入离子不同，能够产生的载流子不同，载流子为电子，称为N型掺杂，载流子为空穴，称为P型掺杂。与有源层中两个半导体结构形成欧姆接触的两个电极即为源极和漏极，相应的，两个半导体结构称为源区和漏区。源区和漏区之间称为沟道区。在薄膜晶体管正常工作时，在源极和漏极之间施加适当的偏压，栅极施加栅压，在沟道区内将有载流子流动，形成沟道电流。
[0026]为了在不提高工艺复杂度的前提下，达到提升薄膜晶体管的载流子的迀移率的目的，本实用新型实施例提供一种薄膜晶体管，包括:衬底基板，和位于衬底基板上的源、漏极、栅极、栅绝缘层和有源层;其中，栅绝缘层设置在栅极与有源层之间；源极和漏极分别与有源层连接；
[0027]栅极为复合金属层;复合金属层包括至少一层靠近栅绝缘层的具有掺杂离子的第一金属层，和至少一层远离栅绝缘层的第二金属层;其中，具有掺杂离子的第一金属层用于对有源层引入应力。
[0028]其中，第一金属层中掺杂的离子能够改变其原子排布，使得第一金属层的应力发生变化，从而对下面接触的栅绝缘层和有源层产生接触式或扩散的压应力或张应力，进而导致有源层的能带弯曲，可改变其能带结构，包括改变有源层中沟道区的能带结构。
[0029]本实用新型实施例中，栅极为复合金属层的结构。其中，该复合金属层中靠近栅绝缘层的第一金属层中有掺杂离子，能够对有源层引入应力，从而改变有源层中沟道区的能带结构，从而改变载流子的有效质量和各向异性散射等，进而提高载流子的迀移率。而该复合金属层中远离栅绝缘层未掺杂有离子的金属层，可以有效保证整个栅极的电阻值。该方案中，通过对薄膜晶体管中的栅极的改进达到了提升载流子迀移率的目的，无需增加额外的结构，使得生产过程中的工艺简单。
[0030]其中，栅极、有源层和栅绝缘层在衬底基板上的层叠顺序有以下两种情况:
[0031]一是:栅极、有源层和栅绝缘层在衬底基板上的层叠顺序可以依次为有源层、栅绝缘层和栅极。
[0032]二是，栅极、有源层和栅绝缘层在衬底基板上的层叠顺序可以依次为栅极、栅绝缘层和有源层。
[0033]下面以有源层、栅绝缘层和栅极这一在衬底基板上的层叠顺序为例，对本实用新型实施例提供的薄膜晶体管进行更加详细地说明。
[0034]如图1所示，本实用新型实施例提供一种薄膜晶体管，包括:衬底基板I，和位于衬底基板I上的源极2，漏极3，栅极4，栅绝缘层5和有源层6;其中，栅绝缘层5设置在栅极4与有源层6(虚线框所示)之间；源极2和漏极3分别与有源层6连接；
[0035]栅极4为复合金属层;复合金属层包括至少一层靠近栅绝缘层的具有掺杂离子的第一金属层41，和至少一层远离栅绝缘层5的第二金属层42;其中，具有掺杂离子的第一金属层41用于对有源层6引入应力。
[0036]图4中，以不同的填充体现了源区和漏区，有源层6中源区和漏区之间形成沟道区。
[0037]其中，有源层6位于衬底基板I上，栅绝缘层5覆盖有源层6和衬底基板I，栅极4位于有源层6上。在该薄膜晶体管中，具有掺杂离子的第一金属层41除了可以用于对有源层引入应力以提升载流子迀移率外，还能有效阻挡其它杂质离子通过栅极4向栅绝缘层5扩散，从而能够减小器件的漏电流和改善阈值电压的漂移问题，使得器件的电学特性得到整体提升。
[0038]其中，第一金属层中所具有的掺杂离子的种类有多种，需要满足的条件包括该掺杂离子的键能稳定，不会影响栅绝缘层的绝缘性能。
[0039]具体实施时，较佳地，具有掺杂离子的第一金属层中的掺杂离子为氮离子。
[0040]具体实施时，具有掺杂离子的第一金属层对有源层引入的应力的大小可以通过控制掺杂的剂量进行控制，掺杂的剂量越多，引入的应力越大。当然也要考虑对栅极的电阻值的影响。因此，第一金属层中的掺杂离子的剂量要根据实际需要进行设置，以保证不影响栅极的电阻值，又能达到应力需求。
[0041]以第一金属层中掺杂氮离子为例，具体实施例时，较佳地，氮离子的剂量范围为1.0e12?1.0e13/cm2。
[0042]上述氮离子的剂量范围表示在第一金属层中，每平方厘米掺杂1.0e12?1.0e13个氮离子。
[0043]为了进一步保证不影响栅极的电阻值，具体实施例时，上述至少一层具有掺杂离子的第一金属层的整体厚度不超过栅极总厚度的40%。
[0044]较佳地，栅绝缘层的材料至少包括氧化硅和氮化硅。这样，氮离子不会影响以氧化硅和/或氮化硅为材料的栅绝缘层的性能。
[0045]具体实施例时，第一金属层和第二金属层的较佳地，第一金属层和第二金属层的材料至少包括钼、钛和铝中的一种。
[0046]在一种可能的薄膜晶体管中，如图2所示，复合金属层包括一层具有掺杂离子的第一金属层41和两层第二金属层42(图中以不同的填充对两层第二金属层进行区分)；第一金属层41的材料为钼或钛，靠近该第一金属层41的第二金属层42的材料为铝，远离该第一金属层41的第二金属层42的材料为钼或钛。
[0047]其中，第一金属层41与两层第二金属层42的厚度之比可以但不限于2:1:2。
[0048]具体实施例时，如图3所示的薄膜晶体管中，较佳地，还包括层间介质层7;
[0049]层间介质层7覆盖栅极4和栅绝缘层5;源极2贯穿层间介质层7和栅绝缘层5与有源层6连接;漏极3贯穿层间介质层7和栅绝缘层5与有源层6连接。
[0050]本实施例中的层间介质层7可以对栅极4，与源极2、漏极3起到绝缘作用。
[0051 ]其中，层间介质层的材料可以但不限于氧化硅和氮化硅。
[0052]具体实施例时，如图4所示的薄膜晶体管中，较佳地，还包括位于有源层6和衬底基板I之间的缓冲层8。栅绝缘层5覆盖有源层6和缓冲层8。
[0053]本实施例中的缓冲层8不仅可以阻挡衬底基板中的杂质离子向有源层6扩散，另夕卜，由于缓冲层8与有源层6的界面特性较好，进一步减少有源层6中的缺陷以提升载流子迀移率。
[0054]其中，缓冲层8的材料可以但不限于氧化硅和氮化硅。
[0055]基于图4所示的薄膜晶体管，较佳地，如图5所示，复合金属层中包括一层具有掺杂离子的第一金属层41和两层第二金属层42。
[0056]对于栅极、栅绝缘层和有源层这一在衬底基板上的层叠顺序对应的第二种情况的薄膜晶体管，如图6所示，其中，栅极4位于衬底基板I上，栅绝缘层5覆盖栅极和衬底基板I，有源层6位于栅绝缘层5上。
[0057]较佳地，基于图6的薄膜晶体管，还包括缓冲层，该缓冲层位于栅极与衬底基板之间。
[0058]较佳地，基于图6的薄膜晶体管，还包括层间介质层，该层间介质层位于最上层，露出源极和漏极。
[0059]在具体实施时，栅极的具体结构可以参照以上本实用新型相关实施例，此处不再
--赘述。
[0060]基于同样的构思，本实用新型实施例还提供一种显示装置，包括以上任意实施例所述的薄膜晶体管。
[0061]本实用新型实施例提供的薄膜晶体管和显示装置中，栅极为复合金属层的结构。其中，该复合金属层中靠近栅绝缘层的第一金属层中有掺杂离子，能够对有源层引入应力，从而改变有源层中沟道区的能带结构，进而改变载流子的有效质量和各向异性散射等，进而提高载流子的迀移率。而该复合金属层中远离栅绝缘层未掺杂有离子的金属层，可以有效保证整个栅极的电阻值。该方案中，通过对薄膜晶体管中的栅极的改进达到了提升载流子迀移率的目的，无需增加额外的结构，使得生产过程中的工艺简单。
[0062]尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
[0063]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种薄膜晶体管，包括:衬底基板，和位于所述衬底基板上的源极、漏极、栅极、栅绝缘层和有源层;其中，所述栅绝缘层设置在所述栅极与所述有源层之间；所述源极和所述漏极分别与所述有源层连接;其特征在于: 所述栅极为复合金属层;所述复合金属层包括至少一层靠近所述栅绝缘层的具有掺杂离子的第一金属层，和至少一层远离所述栅绝缘层的第二金属层;其中，所述具有掺杂离子的第一金属层用于对所述有源层引入应力。2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述具有掺杂离子的第一金属层中的掺杂离子为氮离子。3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述氮离子的剂量范围为1.0e12?1-Oe1Vcm204.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅绝缘层的材料至少包括氧化娃和氣化娃。5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一金属层和第二金属层的材料至少包括钼、钛和铝中的一种。6.根据权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述复合金属层包括一层所述具有掺杂离子的第一金属层和两层第二金属层;所述第一金属层的材料为钼或钛，靠近所述第一金属层的第二金属层的材料为铝，远离所述第一金属层的第二金属层的材料为钼或钛。7.根据权利要求1?5任一项所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极、所述有源层和所述栅绝缘层在所述衬底基板上的层叠顺序依次为所述有源层、所述栅绝缘层和所述栅极。8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括层间介质层； 所述层间介质层覆盖所述栅极和所述栅绝缘层;所述源极贯穿所述层间介质层和所述栅绝缘层与所述有源层连接;所述漏极贯穿所述层间介质层和所述栅绝缘层与所述有源层连接。9.根据权利要求1?5任一项所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极、所述有源层和所述栅绝缘层在所述衬底基板上的层叠顺序依次为所述栅极、所述栅绝缘层。10.—种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1?9任一项所述的薄膜晶体管。
【文档编号】H01L29/786GK205428944SQ201620224377
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】田慧
【申请人】京东方科技集团股份有限公司