专利名称：一种薄膜晶体管、阵列基板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及薄膜晶体管的技术领域，具体地，涉及ー种薄膜晶体管、阵列基板及其制备方法。
背景技术：
目前，由于有源矩阵有机发光二极管面板(Active Matrix/OrganicLightEmitting Diode, AM0LED)和低温多晶娃薄膜晶体管显不器(LowTemperaturePoly-silicon Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,LTPSTFT-LCD)具有高趣质、移动图像响应时间短、低功耗、宽视角及超轻超薄等优点，成为了未来显示技术的最好选择之一，但是，由于目前普遍应用于LCD产业的a-Si (非晶硅)薄膜晶体管的迁移率较低、阈值电压漂移严重以及稳定性较差等原因，导致a-Si较难应用于电流型驱动的AMOLED中。现有技术中，微晶硅具有较好的稳定性能、背板均匀性高以及エ艺成本低等特点，适合应用于大尺寸的AM0LED、LTPS TFT-IXD等显示面板中，但是在采用等离子体增强化学气相沉积法(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition, PECVD)制备薄膜晶体管中的有源层时，有源层下部的沟道区会出现孵化层，这种孵化层为生长的微晶硅材料，该孵化层导致有源层的沟道区出现更多的晶界和缺陷，降低了载流子的迁移率，导致薄膜晶体管的动作延迟、开关响应速度慢以及工作状态不稳定。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供ー种薄膜晶体管及其制备方法和显示面板，用于解决现有技术中薄膜晶体管有源层中沟道区的载流子迁移率低、开关响应速度慢以及工作状态不稳定的问题。为此，本发明提供ー种薄膜晶体管，包括基板、依次在所述基板上制备的栅极、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层、源极、漏极和钝化层，其特征在于，所述有源层是由微晶硅构成，所述有源层包括有源层下部和有源层上部，其中，所述有源层下部是由至少2层非晶硅薄膜逐层经过氢等离子体处理而得到的微晶硅构成。其中，所述有源层下部的厚度在30 50nm之间，所述有源层上部的厚度在100 150nm之间。本发明还提供ー种薄膜晶体管的制备方法，在玻璃基板上制备栅极和栅绝缘层，在所述栅绝缘层上制备有源层，在所述有源层上制备欧姆接触层、源极、漏极和钝化层，其中，在所述栅绝缘层上制备有源层包括采用逐层生长エ艺制备有源层下部，采用连续沉积エ艺制备有源层上部。其中所述采用逐层生长技术制备有源层下部包括
通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜，对所述非晶硅薄膜进行氢等离子体处理，所述非晶娃薄膜的厚度小于IOnm ；
重复进行上述PECVDエ艺和氢等离子体处理至少2次以得到所述有源层下部。其中，所述通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜，采用氢等离子体对所述非晶硅薄膜进行处理中的制程条件包括硅烷的流量范围在100 250sccm之间、氢气的流量范围在100 250sccm之间、射频功率范围在100 300W之间、压强范围在800 1500mtorr之间、温度范围在350 380°C之间；所述通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜的厚度在3 5nm之间，采用氢等离子体对所述非晶硅薄膜进行处理的时间范围在20 28s之间。其中，所述重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理至少2次以得到所述有源层下部包括毎次PECVDエ艺沉积得到的非晶硅薄膜层厚度为4nm，对所述非晶硅薄膜进行氢等离子体处理的时间为24s，重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理的次数为10次，以得到所述有源层下部。其中，所述通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜，采用氢等离子体对所述非晶硅薄膜进行处理的エ艺条件包括硅烷的流量范围在100 250sccm之间、氢气的流量范围在100 250sccm之间、射频功率范围在100 300W之间、压强范围在800 1500mtorr、温度范围在240 260°C之间；所述通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜的厚度在O. 5 2. 5nm之间，采用氢等离子体对所述非晶硅薄膜进行处理的时间范围在70 IlOs之间。其中，所述重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理至少2次以得到所述有源层下部包括毎次PECVDエ艺沉积得到非晶硅薄膜的厚度为lnm，对所述非晶硅薄膜进行氢等离子体处理的时间为90s，重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理的次数为40次，以得到所述有源层下部。其中，所述采用连续沉积エ艺制备有源层上部包括采用PECVD、低压化学气相沉积LPCVD、热丝化学气相沉积HWCVD或溅射エ艺连续沉积制备所述有源层上部。其中，采用PECVDエ艺制备有源层上部中的制程条件包括硅烷的流量范围在10 30sccm之间、氢气的流量范围在1000 3000sccm之间、射频功率范围在700 1550W之间、压强范围在800 900mtorr之间、温度范围在240 270°C之间。本发明还提供一种阵列基板，包括上述的薄膜晶体管。进ー步地，本发明还提供一种显示器件，包括上述的阵列基板。此外，本发明还提供一种阵列基板的制备方法，该阵列基板上的薄膜晶体管的制备方法为上述的薄膜晶体管制备方法。本发明具有下述有益效果
本发明提供的薄膜晶体管，有源层下部是由非晶硅经过氢等离子体处理得到的微晶硅构成，目的是通过減少有源层下部的晶界和缺陷，提高薄膜晶体管中载流子的迁移率和开关响应速度，同时降低薄 膜晶体管的功耗。本发明提供的阵列基板及显示器件，具有上述优点。本发明提供的薄膜晶体管的制备方法，薄膜晶体管中的有源层下部是由逐层生长エ艺制备得到的微晶硅构成，逐层生长エ艺制备得到的微晶硅可以有效減少有源层下部的晶界和缺陷，提高薄膜晶体管中载流子的迁移率和开关响应速度，同时降低薄膜晶体管的漏电流，从而能降低薄膜晶体管的功耗，通过连续沉积エ艺制备有源层上部可以提高制备薄膜晶体管的效率。本发明提供的阵列基板的制备方法，也具有上述优点。
图I为本发明薄膜晶体管实施例的结构示意图；图2为本发明薄膜晶体管的制备方法第一实施例的流程图；图3为本发明薄膜晶体管的制备方法第二实施例的流程图；图4A为本实施例中薄膜晶体管产品的第一结构示意图；图4B为本实施例中薄膜晶体管产品的第二结构示意图；图4C为本实施例中薄膜晶体管产品的第三结构示意图；图4D为本实施例中薄膜晶体管产品的第四结构示意图；图4E为本实施例中薄膜晶体管产品的第五结构示意图；图4F为本实施例中薄膜晶体管产品的第六结构示意图；图5为第二实施例中制备的薄膜晶体管退火前和退火后的转移特性对比图谱；图6为第二实施例中制备的薄膜晶体管与现有技术制备的薄膜晶体管在退火后的转移特性对比图谱。
具体实施例方式为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的薄膜晶体管及其制备方法进行详细描述。图I为本发明薄膜晶体管实施例的结构示意图。如图I所示，本实施例薄膜晶体管包括基板101、以及在基板101上依次制备的栅极102、栅绝缘层103、有源层、欧姆接触层106、源极107、漏极108和钝化层109，其中，有源层包括有源层下部104和有源层上部105，有源层下部104即为有源层的沟道区域，有源层下部104是由至少2层非晶硅薄膜逐层经过氢等离子体处理而得到的微晶硅构成，有源层上部是由连续沉积エ艺沉积得到的微晶硅构成；其中，构成有源层下部104的微晶硅是通过PECVD制备得到多层非晶硅薄膜，每ー层非晶硅薄膜都经过氢等离子体处理而得到，由该微晶硅构成的有源层下部104的目的是通过減少有源层下部104的晶界和缺陷，提高薄膜晶体管中载流子的迁移率和开关响应速度，同时能有效降低薄膜晶体管的功耗。在实际应用中，有源层下部104的厚度在30 50nm之间，优选的为40nm，有源层上部105的厚度在100 150nm之间，优选的为130nm。图2为本发明薄膜晶体管的制备方法第一实施例的流程图。如图2所示，本实施例薄膜晶体管的制备方法的具体エ艺流程包括如下步骤步骤201、在基板上制备栅极和栅绝缘层。
在本实施例中，以图I所示的薄膜晶体管的结构为例来介绍技术方案，采用玻璃基板作为基板101，依次在基板上制备栅极102和栅绝缘层103，其中，栅极102可以采用金属钥等金属材料，栅绝缘层可以采用氮化硅等绝缘材料。制备栅极102和栅绝缘层103之后，进入步骤202。步骤202、在栅绝缘层上制备有源层。本步骤中，在制 备有源层之前，通过氢等离子体对栅绝缘层103的表面进行处理，然后通过逐层生长エ艺来制备构成有源层下部104的微晶硅薄膜，逐层生长エ艺包括通过PECVDエ艺制备ー层非晶硅薄膜层，再对该层非晶硅薄膜层进行氢等离子体处理，以将非晶硅薄膜层完全转变为微晶硅；逐层生长エ艺包括至少2次PECVDエ艺，每次通过PECVDエ艺制备ー层非晶硅薄膜层，对每ー层非晶硅薄膜层进行氢等离子体处理，通过设置PECVDエ艺及其相应的氢等离子体处理的次数，可以得到不同厚度的微晶硅。在本发明提供的各实施例中，逐层生长エ艺中毎次通过PECVDエ艺沉积得到的非晶硅薄膜层通常小于10nm，小于IOnm的非晶硅薄膜层经过氢等离子体处理后可以得到高质量的微晶娃。制备有源层下部104之后，再通过连续沉积エ艺在有源层下部104上连续沉积微晶硅，以得到有源层上部105，通过连续沉积エ艺制备有源层上部105可以提高制备薄膜晶体管的效率；在实际应用中，连续沉积エ艺可以为PECVD、低压化学气相沉积法(LowPressureChemical Vapor Deposition, LPCVD)、热丝化学气相沉积(hot wirechemicalvapor deposition, HWCVD)或派射(Sputter)沉积中的任意ー种，在本实施例中，采用PECVD方式制备得到有源层上部105之后，进入步骤203。步骤203、在有源层上制备欧姆接触层、源极、漏极和钝化层。在本步骤中，首先在有源层上部105之上沉积ー层n+a-Si H重掺杂非晶硅层，然后通过掩模エ艺得到预设图案的有源层和欧姆接触层106，有源层包括有源层下部104和有源层上部105 ;在欧姆接触层106上沉积ー层金属钥，然后通过对金属钥实施掩模エ艺得到薄膜晶体管的源极107和漏极108，最后通过PECVDエ艺在源极107和漏极108上沉积得到钝化层109，钝化层109可以由氮化硅材料构成，厚度可以为230 270nm，本实例中钝化层109的厚度为250nm，从而得到薄膜晶体管。在本实施例中，有源层下部是由多层非晶硅逐层经过氢等离子体处理得到的微晶硅构成，目的是减少有源层下部的晶界和缺陷，以提高薄膜晶体管中载流子的迁移率和开关响应速度，同时降低薄膜晶体管的功耗，通过连续沉积エ艺制备有源层上部105可以提高制备薄膜晶体管的效率。本领域的技术人员可以理解，除了步骤202有源层(包括有源层下部和有源层上部)的制备外，其他步骤均可以按现有エ艺进行，所述各种材料可以根据现有技术进行变换或替换，均不脱离本实施例的设计思想。图3为本发明薄膜晶体管的制备方法第二实施例的流程图，图4A为本实施例中薄膜晶体管产品的第一结构示意图，图4B为本实施例中薄膜晶体管产品的第二结构示意图，图4C为本实施例中薄膜晶体管产品的第三结构示意图，图4D为本实施例中薄膜晶体管产品的第四结构示意图，图4E为本实施例中薄膜晶体管产品的第五结构示意图，图4F为本实施例中薄膜晶体管产品的第六结构示意图。如图3所示，本实施例薄膜晶体管的制备方法的具体エ艺流程包括如下步骤
步骤301、在基板上制备栅极。在本步骤中，參阅图4A，选用玻璃基板作为基板101，预先清洗基板101之后，采用金属溅射エ艺在基板101上镀ー层金属钥，然后对金属钥进行第一次掩模エ艺，第一次掩模エ艺包括在金属钥上涂覆光刻胶，然后对光刻胶曝光和显影处理以得到光刻胶的栅极图形，再对金属钥进行刻蚀和对剩余光刻胶进行剥离处理，以得到栅极102，然后进入步骤302。步骤302、在完成上述步骤的基板上制备栅绝缘层。在本步骤中，參阅图4B，通过PECVDエ艺在制备有栅极102的基板101上沉积ー层氮化硅薄膜、氧化硅薄膜或氮氧化硅薄膜作为栅绝缘层103，栅绝缘层103的厚度可以为400nm，制备得到栅绝缘层103之后，进入步骤303。
步骤303、在栅绝缘层上制备有源层下部。本步骤中，參阅图4C，通过逐层生长エ艺制备构成有源层下部104的微晶硅薄膜，本实施例中的逐层生长エ艺的具体过程包括通过PECVDエ艺在栅绝缘层103上沉积ー非晶硅薄膜层，沉积得到的非晶硅薄膜层厚度可以在3 5nm之间，本实施例中毎次沉积得到的非晶硅薄膜层厚度为4nm，然后采用氢等离子体对非晶硅薄膜层进行处理，处理时间可以为20 28s，本实施例中氢等离子体处理的时间为24s，氢等离子体中的氢原子和非晶硅薄膜层中具有应カ的Si-Si键中的ー个Si原子进行键合，使非晶硅薄膜层中的Si原子重新排列，以使非晶硅薄膜层转变为微晶硅薄膜；其中，在本步骤的PECVDエ艺中，硅烷(SiH4)的流量范围在100 250sccm之间、氢气(H2)的流量范围在100 250sccm之间、射频功率范围在100 300W之间、压强范围在800 1500mtorr之间、温度范围在350 380°C之间。在本实施例中的逐层生长エ艺中重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理工艺10次，以得到厚度为40nm的微晶硅薄膜，该微晶硅薄膜即有源层下部104，然后进入步骤304。步骤304、在有源层下部上制备有源层上部。在本步骤中，參阅图4D，通过PECVDエ艺在完成上述步骤的基板101上制备由微晶硅构成的有源层上部105 ;有源层上部105的厚度范围可以在100 150nm之间，优选的为130nm。本实施例中的采用PECVDエ艺来连续沉积微晶硅以得到有源层上部105，通过连续沉积エ艺制备有源层上部105可以提供制备薄膜晶体管的效率；本步骤中PECVDエ艺的制程条件包括硅烷的流量范围在10 30sccm之间、氢气的流量范围在1000 3000sccm之间、射频功率范围在700 1550W之间、压强范围在800 900mtorr之间、温度范围在240 270°C之间。制备得到厚度为130nm的有源层上部105之后，进入步骤305。步骤305、在完成上述步骤的基板上制备欧姆接触层。本步骤中，參阅图4E，在有源层上部105上沉积ー层厚度为50nm的n+a_Si H重掺杂非晶硅层，该重掺杂非晶硅层即欧姆接触层106，然后通过第二次掩模エ艺对有源层和欧姆接触层106进行曝光、刻蚀和剥离处理，以得到预设图案的有源层和欧姆接触层，然后进入步骤306。步骤306、在完成上述步骤的基板上制备源极和漏极。在本步骤中，參阅图4F，采用溅射法沉积ー层厚度为220nm的金属钥，然后通过第三次掩模エ艺对该金属层进行曝光、刻蚀和剥离处理，得到源极107和漏极108，然后进入步骤307。步骤307、在完成上述步骤的基板上制备钝化层。在本步骤中，參阅图1，在源极107和漏极108上沉积ー层氮化硅薄膜作为钝化层109，氮化硅薄膜的厚度可以为250nm，从而得到薄膜晶体管。在本实施例中，检测通过上述步骤制备得到的薄膜晶体管在退火前和退火后的转移特性，其中，对薄膜晶体管进行退火处理的时间为2小时、退火温度为250°C。图5为第二 实施例中制备的薄膜晶体管退火前和退火后的转移特性对比图谱，图6为第二实施例中制备的薄膜晶体管与现有技术制备的薄膜晶体管在退火后的转移特性对比图谱。如图5所示的是本发明实施例制备的薄膜晶体管退火前和退火后栅-源电源Ves与源-漏电流Ids之间的曲线，如图6所示是本发明实施例制备的薄膜晶体管和现有技术中通过PECVDエ艺连续制备的薄膜晶体管退火后的Ves-Ilis的关系曲线。本实施例制备的薄膜晶体管在退火前和退火后的电学性能以及现有技术制备的薄膜晶体管在退火后的电学性能如表I所示
权利要求
1.ー种薄膜晶体管，包括基板、依次在所述基板上制备的栅极、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层、源极、漏极和钝化层，其特征在于，所述有源层是由微晶硅构成，所述有源层包括有源层下部和有源层上部，其中，所述有源层下部是由至少2层非晶硅薄膜逐层经过氢等离子体处理而得到的微晶硅构成。
2.根据权利要求I所述薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层下部的厚度在30 50nm之间，所述有源层上部的厚度在100 150nm之间。
3.ー种薄膜晶体管的制备方法，在玻璃基板上制备栅极和栅绝缘层，在所述栅绝缘层上制备有源层，在所述有源层上制备欧姆接触层、源极、漏极和钝化层，其特征在于，在所述栅绝缘层上制备有源层包括 采用逐层生长エ艺制备有源层下部，采用连续沉积エ艺制备有源层上部。
4.根据权利要求3所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述采用逐层生长技术制备有源层下部包括 通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜，对所述非晶硅薄膜进行氢等离子体处理，所述非晶娃薄膜的厚度小于IOnm ； 重复进行上述PECVDエ艺和氢等离子体处理至少2次以得到所述有源层下部。
5.根据权利要求4所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜，采用氢等离子体对所述非晶硅薄膜进行处理中的制程条件包括 硅烷的流量范围在100 250sccm之间、氢气的流量范围在100 250sccm之间、射频功率范围在100 300W之间、压强范围在800 1500mtorr之间、温度范围在350 380°C之间； 所述通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜的厚度在3 5nm之间，采用氢等离子体对所述非晶硅薄膜进行处理的时间范围在20 28s之间。
6.根据权利要求5所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理至少2次以得到所述有源层下部包括 毎次PECVDエ艺沉积得到的非晶硅薄膜层厚度为4nm，对所述非晶硅薄膜进行氢等离子体处理的时间为24s，重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理的次数为10次，以得到所述有源层下部。
7.根据权利要求4所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在干， 所述通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜，采用氢等离子体对所述非晶硅薄膜进行处理的エ艺条件包括 硅烷的流量范围在100 250sccm之间、氢气的流量范围在100 250sccm之间、射频功率范围在100 300W之间、压强范围在800 1500mtorr、温度范围在240 260°C之间； 所述通过PECVDエ艺沉积非晶硅薄膜的厚度在O. 5 2. 5nm之间，采用氢等离子体对所述非晶硅薄膜进行处理的时间范围在70 IlOs之间。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理至少2次以得到所述有源层下部包括 毎次PECVDエ艺沉积得到非晶硅薄膜的厚度为lnm，对所述非晶硅薄膜进行氢等离子体处理的时间为90s，重复进行PECVDエ艺和氢等离子体处理的次数为40次，以得到所述有源层下部。
9.根据权利要求3所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述采用连续沉积エ艺制备有源层上部包括 采用PECVD、低压化学气相沉积LPCVD、热丝化学气相沉积HWCVD或溅射エ艺连续沉积制备所述有源层上部。
10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，采用PECVD艺制备有源层上部的制程条件包括 硅烷的流量范围在10 30sccm之间、氢气的流量范围在1000 3000sccm之间、射频功率范围在700 1550W之间、压强范围在800 900mtorr之间、温度范围在240 270°C之间。
11.一种阵列基板，其特征在于，包括权利要求I或2所述的薄膜晶体管。
12.—种显示器件，其特征在于，包括权利要求11所述的阵列基板。
13.一种阵列基板的制备方法，其特征在干，阵列基板上的薄膜晶体管的制备方法为权利要求3-10任一所述的制备方法。
全文摘要
本发明提供一种薄膜晶体管、阵列基板及其制备方法，包括基板、依次在所述基板上制备的栅极、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层、源极、漏极和钝化层，其特征在于，所述有源层是由微晶硅构成，所述有源层包括有源层下部和有源层上部，其中，所述有源层下部是由至少2层非晶硅薄膜逐层经过氢等离子体处理而得到的微晶硅构成。本发明提供的薄膜晶体管及阵列基板，有源层下部是由非晶硅经过氢等离子体处理得到的微晶硅构成，目的是通过减少有源层下部的晶界和缺陷，提高薄膜晶体管中载流子的迁移率、开关响应速度，同时降低薄膜晶体管的功耗，通过连续沉积工艺制备有源层上部可以提高薄膜晶体管的制备效率。
文档编号H01L27/12GK102646714SQ20111012557
公开日2012年8月22日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者姚江峰, 田雪雁, 龙春平 申请人:京东方科技集团股份有限公司, 北京北旭电子玻璃有限公司