一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置，该薄膜晶体管包括：栅极、有源层以及位于栅极和有源层之间的栅极绝缘层，其特征在于，所述栅极绝缘层和有源层之间还设置有晶体材料薄膜层。本发明可克服栅极绝缘层中-OH基团与有源层发生界面反应、以及栅极绝缘层表面被轰击产生的缺陷，从而优化薄膜晶体管的特性。
【专利说明】一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及显示器【技术领域】，尤其涉及一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置。
【背景技术】
[0002]目前，影响氧化物薄膜晶体管特性稳定的因素很多，比如:栅极绝缘层与有源层的接触是否良好、因阻挡层材料的特性不同而对外界环境中水分、氧气的阻挡存在差异，以及有源层的退火温度和退火时的气体氛围等等，本文主要涉及栅极绝缘层与有源层的接触情况，现有薄膜晶体管的结构如图1所示。
[0003]现有制备薄膜晶体管时，通常是在氩气(Ar)、氧气(O2)、或Ar\02的气体氛围下，在栅极绝缘层I上磁控溅射a-铟镓锌氧化物(IGZO)有源层2。因聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等树脂材料具备成本低、介电常数较大等优点，通常被用作薄膜晶体管的栅极绝缘层材料。树脂材料中包含大量的-OH基团，交联固化后会减少很多，但内部依然会有一些-OH基团，而这些-OH基团并不稳定，会逸出到栅极绝缘层I与有源层2的界面处，与有源层2发生界面反应，从而影响IGZO薄膜的半导体特性，最终影响薄膜晶体管的性能。
[0004]此外，磁控溅射IGZO时，气体中的Ar原子或Ar离子会轰击树脂材料的表面，使得栅极绝缘层的表面变粗糙而出现缺陷，这样，当薄膜晶体管开关工作时，栅极绝缘层的表面处就会产生电荷捕获的现象，且界面处的-OH基团进一步增多，这将形成一定的栅极漏电流，同样影响薄膜晶体管的性能。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板和显示装置，可克服薄膜晶体管制备过程中栅极绝缘层中-OH基团与有源层发生界面反应、以及栅极绝缘层表面被轰击产生的缺陷，从而优化薄膜晶体管的特性。
[0006]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]—种薄膜晶体管，包括栅极、有源层以及位于栅极和有源层之间的栅极绝缘层，所述栅极绝缘层和有源层之间还设置有晶体材料薄膜层。
[0008]所述晶体材料薄膜层为透明导电材料。
[0009]所述透明导电材料包括有铟锡氧化物、铟锌氧化物、石墨烯、和单壁碳纳米管中的一种或多种。
[0010]所述晶体材料薄膜层的图形大于等于有源层的图形。
[0011]所述薄膜晶体管还包括:设置于基板上的栅极、设置于栅极上的栅极绝缘层、设置于有源层上的阻挡层、设置于有源层和阻挡层上的源漏极、设置于阻挡层和源漏极上的钝化层；所述晶体材料薄膜层位于所述栅极绝缘层之上，所述有源层位于所述晶体材料薄膜层之上。
[0012]所述薄膜晶体管还包括:基板、设置于基板上的源漏极、设置于基板和源漏极上的有源层、设置于有源层上的栅极绝缘层，以及设置于栅极绝缘层之上的栅极；所述晶体材料薄膜层位于所述栅极绝缘层之下，所述有源层位于所述晶体材料薄膜层之下。
[0013]所述晶体材料薄膜层的厚度为400?500埃米。
[0014]一种阵列基板，包括上述的薄膜晶体管。
[0015]一种显示装置，包括上述的阵列基板。
[0016]一种薄膜晶体管的制作方法，该方法包括:形成包括栅极的图形、包括有源层的图形，以及位于栅极层和有源层之间的栅极绝缘层，所述栅极绝缘层和有源层之间形成有晶体材料薄膜层。
[0017]在栅极绝缘层和有源层之间形成有晶体材料薄膜层，其制作方法具体包括:在栅极绝缘层之上采用透明导电材料形成晶体材料薄膜层。
[0018]在栅极绝缘层和有源层之间形成有晶体材料薄膜层，其制作方法具体包括:在有源层之上采用透明导电材料形成晶体材料薄膜层。
[0019]本发明提供的薄膜晶体管，在栅极绝缘层和有源层之间设置晶体材料薄膜层，所述晶体材料薄膜层的设置隔断了沉积有源层时，树脂材料中的氧离子与有源层发生界面反应，且栅极绝缘层的表面也不会被Ar原子或Ar离子轰击，栅极绝缘层的表面得到了保护，因此，薄膜晶体管工作时也就不会产生栅极漏电流，从而优化了薄膜晶体管的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有薄膜晶体管的结构示意图；
[0021]图2为本发明实施例形成栅极后的结构示意图；
[0022]图3为本发明实施例形成晶体材料薄膜后的结构示意图；
[0023]图4为本发明实施例形成阻挡层后的结构示意图；
[0024]图5为本发明实施例形成钝化层后的结构示意图；
[0025]图6为本发明实施例薄膜晶体管的一种结构示意图。
[0026]图7为本发明实施例薄膜晶体管的又一种结构示意图。
[0027]附图标记说明:
[0028]1、栅极绝缘层；2、有源层；3、栅极；4、晶体材料薄膜层；5、阻挡层；6、源漏极；6a、源极；6b、漏极；7、钝化层；8、像素电极；9、过孔。
【具体实施方式】
[0029]本发明的基本思想是:在栅极绝缘层和有源层之间设置晶体材料薄膜层，以克服现有栅极绝缘层和有源层接触界面存在的问题。
[0030]其中，所述晶体材料薄膜层为透明导电材料，例如:铟锡氧化物(如IT0)或铟锌氧化物(如IZ0)、石墨烯或单壁碳纳米管等材料。
[0031]所述晶体材料薄膜层可以为一层或多层，所述晶体材料薄膜层可以包括单一的透明导电材料，也可以为包括多种透明导电材料的复合层。
[0032]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0033]本发明薄膜晶体管的制备流程，包括:形成包括栅极的图形、包括有源层的图形，以及位于栅极层和有源层之间的栅极绝缘层，所述栅极绝缘层和有源层之间形成有晶体材料薄膜层。
[0034]下面以底栅型薄膜晶体管的制作方法进行描述:
[0035]其具体流程包括如下:
[0036]步骤一:在基板上形成包括栅极3的图形；
[0037]在基板上形成栅极层薄膜并图形化，形成栅极。这里，可采用湿法刻蚀工艺形成栅极3，该步骤可以采用现有构图工艺，此处不再详述，形成的结构如图2所示。在制作栅极时，还可以包括栅极引出线(未示出)；或者，还可以同时制作公共电极或公共电极线等(未示出)。
[0038]步骤二:形成栅极绝缘层1，并在栅极绝缘层I上形成包括晶体材料薄膜层4的图形；
[0039]在形成栅极的基板上形成栅极绝缘层薄膜，形成栅极绝缘层；具体包括:在形成栅极的基板上涂覆栅极绝缘材料，如PVP，可以采用现有技术形成栅极绝缘层I。这里，所述栅极绝缘层I还可以是氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化铪(HfOx)、氧化铝(AlOx)或由至少其中的两种组成的多层叠层膜，厚度一般控制在例如IOOnm?500nm,优选300nm-400nm,透过率控制在85%以上。
[0040]此外，栅极绝缘层I还可以采用物理溅射法溅射沉积方法形成例如300nm-500nm的绝缘层薄膜，材料可以选用氧化铝(Al2O3)等。
[0041]在形成栅极绝缘层I之后，在基板上形成一晶体材料薄膜并图形化，形成晶体材料薄膜层4。例如，具体包括:在形成栅极绝缘层I的基板上沉积一层晶体材料，如ITO、IZ0、石墨烯或单壁碳纳米管等，采用构图工艺，如:干法刻蚀工艺形成晶体材料薄膜层4，如图3所示。
[0042]除了沉积的方式，晶体材料的形成还可以采用涂敷或旋涂的方式。
[0043]优选的，栅极绝缘层和晶体材料薄膜层的形成可以在同一次构图工艺中完成。
[0044]这里，选用晶体材料是因为晶体材料抗击离子轰击能力较强，相对有机树脂材料不易造成缺陷，且与栅极绝缘层的接触良好。
[0045]步骤三:顺序形成包括有源层2和阻挡层5的图形；
[0046]在形成晶体材料薄膜层的基板上形成有源层薄膜并图形化，形成有源层。具体包括:可采用测控溅射沉积及湿法刻蚀工艺形成有源层2，所述有源层2的材料为氧化物半导体材料，有源层2为至少包含In、Ga、Zn、Sn元素之中任两种元素的氧化物薄膜，例如:IGZ0、InSnO或者InGaSnO。有源层2的厚度可为IOnm?lOOnm。本实施例中的有源层2的材料优先选择a-1GZO，由于ITO与IGZO材料结合性更好。
[0047]优选的，还可以在有源层2上设置阻挡层5。具体过程包括:在有源层2上沉积一层Si02，并采用干法刻蚀工艺形成阻挡层5，得到如图4所示的结构，为了完全隔断树脂材料中的氧离子与有源层2发生界面反应，所述有源层2覆盖在晶体材料薄膜层4之上，且晶体材料薄膜层4的图形可大于等于有源层2的图形，以完全将有源层2和栅极绝缘层I进行隔离，防止两个之间发生反应。该步骤可以采用现有技术，此处不再详述，图4中所示的有源层2和阻挡层5的图形与现有技术略有不同，但不影响本发明的技术方案。当然，图1所示现有薄膜晶体管结构中的有源层和阻挡层的图形也适用于本发明。
[0048]步骤四:顺序形成包括源漏极6的图形和钝化层7 ；[0049]在形成有源层2和阻挡层5的基板上形成源漏极层薄膜并图形化，形成源漏极层。具体包括:可通过在阻挡层5的基板上磁控溅射沉积钥(Mo)，并采用湿法刻蚀得到源漏极
6。所述源/漏极层包括彼此间隔的源极和漏极，且所述有源层在对应于所述源极和所述漏极之间间隔的部分形成沟道区域。例如，在形成源漏极时，还可以包括形成数据线(未示出)，其可以与源漏极之一的源极连接。
[0050]优选的，在形成源漏极6之后还形成钝化层。形成钝化层7具体包括:通过在源漏极层上旋涂丙烯酸树脂材料，或者沉积PVX或SiO2形成钝化层7，并采用干法刻蚀法在钝化层7上形成过孔，结构如图5所示。
[0051]进一步地，本发明本实施例制作的薄膜晶体管作为显示器件像素单元的开关部件时，还包括:
[0052]步骤五:形成包括像素电极8的图形。
[0053]所述像素电极只需与源漏极层的漏极电连接，确保像素单元通过像素电极被薄膜晶体管正常驱动即可。
[0054]例如，在形成有钝化层的基板上形成像素电极薄膜并图形化，形成像素电极。具体包括:在形成有过孔的钝化层的基板上可磁控溅射沉积IT0，并采用湿法刻蚀形成像素电极8，所述像素电极通过钝化层7上的过孔与源漏极6之一的漏极相连，如图6所示，此为现有技术，不再详述。
[0055]这里，对于有机发光二极管(OLED)中的开关则可以不需要像素电极，因此不需要执行本步骤。
[0056]如图6所示，所述晶体材料薄膜设置于栅极绝缘层和有源层之间，因晶体材料抗击离子轰击能力较强，相对有机树脂材料，如PVP，不易造成缺陷，且与栅极绝缘层的接触良好，与有源层材料，如IGZO的结合也较好。所述晶体材料薄膜的厚度较薄，大约为400?500埃米，如果太厚会影响栅极绝缘层和有源层间的导电性。
[0057]下面对本发明实施例的薄膜晶体管的结构进行简单描述。如图1?6所示，所述薄膜晶体管包括:设置于基板上的栅极3、设置于栅极3和基板上的栅极绝缘层1、设置于栅极绝缘层I上的晶体材料薄膜层4、设置于晶体材料薄膜层4上的有源层2、设置于有源层2和栅极绝缘层I上的阻挡层5、设置于有源层2和阻挡层5上的源漏极6、设置于阻挡层5和源漏极6上的钝化层7 ;还包括设置于源漏极6和钝化层7上的像素电极8。其中，所述晶体材料薄膜层位于所述栅极绝缘层之上，所述有源层位于所述晶体材料薄膜层之上。
[0058]进一步地，本发明还适用于顶栅型金属氧化物薄膜晶体管，顶栅型金属氧化物薄膜晶体管的结构如图7所示，包括:基板、设置于基板上的源漏极层(包括源极6a和漏极6b)、设置于基板和源漏极上的有源层2、设置于有源层2上的栅极绝缘层1，以及设置于栅极绝缘层I之上的栅极3，所述顶栅型薄膜晶体管的有源层2和栅极绝缘层I之间设置晶体材料薄膜层4，用于隔离有源层2和栅极绝缘层I。所述晶体材料薄膜层4位于所述栅极绝缘层I之下，所述有源层2位于所述晶体材料薄膜层4之下。
[0059]优选的，还可以包括在源漏极层上(包括源极6a和漏极6b)和有源层2之间的阻挡层5，以及栅极3上的具有过孔9的钝化层7。
[0060]下面以顶栅型薄膜晶体管的制作方法进行描述:
[0061]其具体流程包括如下:[0062]步骤一:在基板上形成包括源漏极6的图形；
[0063]在基板上形成源漏极层薄膜并图形化，形成源漏极(源极6a和漏极6b)。例如，可通过磁控溅射沉积钥(Mo)，并采用湿法刻蚀得到源漏极；其工艺可以参考制作底栅型薄膜晶体管的方式，在此不再赘述。所述源/漏极层包括彼此间隔的源极和漏极，且所述有源层在对应于所述源极和所述漏极之间间隔的部分形成沟道区域。
[0064]例如:在形成源漏极时，还可以包括形成数据线(未示出)，其可以与源漏极之一的源极连接。
[0065]步骤二:形成包括有源层2的图形，并在有源层2上形成晶体材料薄膜层4 ；
[0066]可选的，形成有源层2之前还可以在源漏极上形成阻挡层5，但需要在阻挡层进行过孔，实现有源层与源漏极的电连接。即有源层可以与源漏极直接连接，也可以通过对阻挡层过孔后连接。
[0067]其中有源层和阻挡层的制作可以参考制作底栅型薄膜晶体管的方式，在此不再赘述。
[0068]在形成有源层之后，形成晶体材料薄膜层4。例如，具体包括:在形成有源层的基板上沉积一层晶体材料，如ITO、IZ0、石墨烯或单壁碳纳米管等，采用构图工艺，如:干法刻蚀工艺形成晶体材料薄膜层；除了沉积的方式，还可以采用涂敷或旋涂一层晶体材料。
[0069]所述晶体材料薄膜层4覆盖在有源层2之上，且晶体材料薄膜层4的图形可大于等于有源层2的图形，以完全将有源层和栅极绝缘层进行隔离，防止两个之间发生反应。
[0070]优选的，晶体材料薄膜层和有源层可以在同一次构图工艺中形成。
[0071]这里，选用晶体材料是因为晶体材料抗击离子轰击能力较强，相对有机树脂材料不易造成缺陷，且与栅极绝缘层的接触良好。
[0072]步骤三:形成栅极绝缘层I ;
[0073]步骤四:在栅极绝缘层I上形成包括栅极3的图形；
[0074]进一步的，还可以在形成栅极之后，形成钝化层7，可以保持薄膜晶体管的平坦化。此时，只需将钝化层进行过孔9，将栅极引出实现与栅极驱动信号的电连接即可。
[0075]制作绝缘层、钝化层和形成栅极步骤和方法可以参考为制作底栅型薄膜晶体管的方式，在此不再赘述。
[0076]优选的，栅极绝缘层和栅极可以在同一次构图工艺中形成。
[0077]进一步地，本发明本实施例制作的顶栅型薄膜晶体管作为显示器件像素单元的开关部件时，还包括:
[0078]步骤五:形成包括像素电极8的图形。
[0079]所述像素电极只需与源漏极层的漏极电连接，确保像素单元通过像素电极被薄膜晶体管正常驱动即可。例如，像素电极可以通过钝化层等的过孔实现与源漏极层的漏极电连接。
[0080]可见，本发明可克服栅极绝缘层中-OH基团与有源层发生界面反应、以及栅极绝缘层表面被轰击产生的缺陷，从而优化薄膜晶体管的特性。
[0081]本发明中，所述构图工艺包括制作图形的掩膜、曝光、显影、光刻，刻蚀等图形化过程。
[0082]举例来说，采用构图工艺在基板上形成栅极，具体为:首先在基板上沉积栅极薄膜，然后涂布光刻胶，利用掩膜板对光刻胶进行曝光和显影处理来形成光刻胶图案，接着利用该光刻胶图案作为蚀刻掩模，通过刻蚀等工艺去除相应的电极层，并且去除剩余的光刻胶，最终在基板上形成栅极图形。
[0083]此外，本发明还提供了一种阵列基板，所述阵列基板中的薄膜晶体管采用如上所述的薄膜晶体管。
[0084]本发明还提供了一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的薄膜晶体管。
[0085]需要说明的是，本发明实施例所涉及的薄膜晶体管、阵列基板、显示装置以及薄膜晶体管的制作方法，不仅适用于液晶显示器件，还适用于OLED等显示器件。
[0086]其中，所述显示装置可以为:液晶面板、电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
[0087]本发明的实施例提供了一种显示装置，其包括上述任一实施例的阵列基板。
[0088]该显示装置的一个示例为液晶显示装置，其中，阵列基板与对置基板彼此对置以形成液晶盒，在液晶盒中填充有液晶材料。该对置基板例如为彩膜基板。阵列基板的每个像素单元的像素电极用于施加电场对液晶材料的旋转程度进行控制，从而执行显示操作。在一些示例中，该液晶显示器还包括:为阵列基板提供背光的背光源。
[0089]该显示装置的另一个示例为有机电致发光显示装置，其中，阵列基板的每个像素单元的薄膜晶体管连接有机电致发光器件的阳极或阴极，用于驱动有机发光材料发光以进行显示操作。
[0090]本发明中晶体材料薄膜的设置隔断了沉积有源层时，树脂材料中的氧离子与有源层发生界面反应，且栅极绝缘层的表面也不会被轰击，薄膜晶体管工作时也就不会产生栅极漏电流，优化了薄膜晶体管的特性。
[0091]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种薄膜晶体管，包括栅极、有源层以及位于栅极和有源层之间的栅极绝缘层，其特征在于，所述栅极绝缘层和有源层之间还设置有晶体材料薄膜层。
2.根据权利要求1所述的薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述晶体材料薄膜层为透明导电材料。
3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述透明导电材料包括有铟锡氧化物、铟锌氧化物、石墨烯、和单壁碳纳米管中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述晶体材料薄膜层的图形大于等于有源层的图形。
5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括:设置于基板上的栅极、设置于栅极上的栅极绝缘层、设置于有源层上的阻挡层、设置于有源层和阻挡层上的源漏极、设置于阻挡层和源漏极上的钝化层； 所述晶体材料薄膜层位于所述栅极绝缘层之上，所述有源层位于所述晶体材料薄膜层之上。
6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括:基板、设置于基板上的源漏极、设置于基板和源漏极上的有源层、设置于有源层上的栅极绝缘层，以及设置于栅极绝缘层之上的栅极； 所述晶体材料薄膜层位于所述栅极绝缘层之下，所述有源层位于所述晶体材料薄膜层之下。
7.根据权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述晶体材料薄膜层的厚度为400?500埃米。
8.—种阵列基板，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的薄膜晶体管。
9.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求8所述的阵列基板。
10.一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该方法包括: 形成包括栅极的图形、包括有源层的图形，以及位于栅极层和有源层之间的栅极绝缘层，所述栅极绝缘层和有源层之间形成有晶体材料薄膜层。
11.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，在栅极绝缘层和有源层之间形成有晶体材料薄膜层，其制作方法具体包括: 在栅极绝缘层之上采用透明导电材料形成晶体材料薄膜层。
12.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，在栅极绝缘层和有源层之间形成有晶体材料薄膜层，其制作方法具体包括: 在有源层之上采用透明导电材料形成晶体材料薄膜层。
【文档编号】H01L29/08GK103811558SQ201210440147
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月6日 优先权日:2012年11月6日
【发明者】田宗民, 阎长江, 谢振宇 申请人:北京京东方光电科技有限公司