一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板、显示装置与流程

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板、显示装置。

背景技术：

相较于非晶硅薄膜晶体管而言，氧化物薄膜晶体管具有高迁移率、良好的均匀性、低温工艺等优点，因此，基于氧化物薄膜晶体管的氧化物背板(oxidebackplane，以下简称oxidebp)技术被普遍应用于实现高分辨率、高刷新频率、窄边框、低功耗的大尺寸有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，以下简称oled)显示装置中。

目前，虽然氧化物薄膜晶体管的开关特效已经得到了很大的提升，但是，由于氧化物薄膜晶体管的沟道材料的禁带宽度较小，氧化物薄膜晶体管在光照下的可靠性，例如负偏压温度光照稳定性(negativebiastemperatureilluminationstability，以下简称nbtis)特性并不理想，这就势必会影响oled显示装置所显示的画面的质量，即影响oled显示装置的显示性能。

技术实现要素：

本发明提供了一种薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板、显示装置，可有效提高薄膜晶体管在光照下的可靠性，进而提高显示装置的显示性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种薄膜晶体管，包括设于衬底基板的第一有源层，所述第一有源层由掺杂有金属元素的金属氧化物半导体材料形成，所掺杂的金属元素的化学活泼性高于所述金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性。

在本发明所提供的薄膜晶体管中，包括由掺杂有金属元素的金属氧化物半导体材料形成的第一有源层，并且，所掺杂的金属元素的化学活泼性高于金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性。基于金属氧化物半导体原理，在金属氧化物半导体中掺杂金属元素后，由于所掺杂的金属元素的化学活泼性高于金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性，这样一来，就使得金属氧化物半导体中的氧元素向化学活泼性更强的金属元素附近移动，使得氧元素的电子密度分布向所掺杂的金属元素方向偏移，这样金属氧化物半导体中氧元素与金属元素的电子云重叠程度降低，结合能下降，使得导带底向高能端偏移。而由于价带位置保持不变，导带底向高能端偏移，这样就增大了导带底与价带顶之间的能量差，即增大了金属氧化物半导体的禁带宽度，而当金属氧化物半导体的禁带宽度增大后，在光照条件下，金属氧化物半导体材料基本不吸收可见光区域能量的光子，从而尽可能少的激发出电子-空穴对，进而提高薄膜晶体管的可靠性，如nbtis特性，提高显示装置的显示性能。

本发明的第二方面提供了一种薄膜晶体管的制作方法，所述薄膜晶体管的制作方法应用于如本发明的第一方面所述的薄膜晶体管中，所述薄膜晶体管的制作方法包括：

提供一衬底基板；

在所述衬底基板形成第一有源层，其中，所述第一有源层由掺杂有金属元素的金属氧化物半导体材料形成，所掺杂的金属元素的化学活泼性高于所述金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性；

在所述第一有源层背向所述衬底基板的表面形成第二有源层，其中，所述第二有源层由掺杂非金属元素的金属氧化物半导体材料形成，所掺杂的非金属元素的离子半径与氧的离子半径的差值在预设阈值范围内；

在所述第二有源层背向所述第一有源层的表面的第三有源层，其中，所述第三有源层由n型掺杂的氧化物半导体材料形成。

采用本发明所提供的薄膜晶体管的制作方法所制作的薄膜晶体管，包括由掺杂有金属元素的金属氧化物半导体材料形成的第一有源层、由掺杂非金属元素的金属氧化物半导体材料形成的第二有源层、以及由n型掺杂的氧化物半导体材料形成的第三有源层。对于第一有源层来说，在金属氧化物半导体中掺杂金属元素后，由于所掺杂的金属元素的化学活泼性高于金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性，从而使得金属氧化物半导体中的氧元素向化学活泼性更强的金属元素附近移动，进而使得氧元素的电子密度分布向所掺杂的金属元素方向偏移，这样金属氧化物半导体中氧元素与金属元素的电子云重叠程度降低，结合能下降，使得导带底向高能端偏移，进而增大了导带底与价带顶之间的能量差，即增大了金属氧化物半导体的禁带宽度。当金属氧化物半导体的禁带宽度增大后，在光照条件下，金属氧化物半导体材料基本不吸收可见光区域能量的光子，从而尽可能少的激发出电子-空穴对，进而提高薄膜晶体管的可靠性，如nbtis特性。

对于第二有源层来说，由于在第二有源层中掺杂的非金属元素的离子半径与氧的离子半径的差值在预设阈值范围内，因此，所掺杂的非金属元素可以近似替代氧，减少氧化物薄膜晶体管中的氧空位的数量，使得氧化物薄膜晶体管的阈值电压向正方向漂移，得到合适数值的阈值电压。此外，氧空位数量的减少，还可进一步减少体缺陷密度，从而提高氧化物薄膜晶体管的亚阈特性和正偏压稳定性，进而提高薄膜晶体管的可靠性。

对于第三有源层来说，由于第三有源层由n型掺杂的氧化物半导体材料形成，因此，第三有源层就具有较高载流子浓度，从而提高了薄膜晶体管的场效应迁移率和pbts特性，进而提高了薄膜晶体管的可靠性。

本发明的第三方面提供了阵列基板，包括如本发明的第一方面所述的薄膜晶体管。

本发明所提供的阵列基板的有益效果与本发明的第一方面所提供的薄膜晶体管的有益效果相同，此处不再赘述。

本发明的第四方面提供了显示装置，包括如本发明的第三方面所述的阵列基板。

本发明所提供的显示装置的有益效果与本发明的第一方面所提供的薄膜晶体管的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一所提供的薄膜晶体管的结构示意图一；

图2为本发明实施例一所提供的薄膜晶体管的结构示意图二；

图3为本发明实施例二所提供的薄膜晶体管的制作方法的流程图一；

图4为本发明实施例二所提供的薄膜晶体管的制作方法的流程图二；

图5为本发明实施例二所提供的薄膜晶体管的制作方法的流程图三。

附图标记说明：

1-衬底基板；2-第一有源层；

3-第二有源层；4-第三有源层；

5-栅极；6-栅极绝缘层；

7-层间绝缘层；8-源极；

9-漏极；10-遮光层；

11-缓冲层。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括设于衬底基板1的第一有源层2。其中，第一有源层2由掺杂有金属元素的金属氧化物半导体材料形成，所掺杂的金属元素的化学活泼性高于金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性。

在本实施例所提供的薄膜晶体管中，包括由掺杂有金属元素的金属氧化物半导体材料形成的第一有源层2，并且，所掺杂的金属元素的化学活泼性高于金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性。基于金属氧化物半导体原理，在金属氧化物半导体中掺杂金属元素后，由于所掺杂的金属元素的化学活泼性高于金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性，这样一来，就会使得金属氧化物半导体中的氧元素向化学活泼性更强的金属元素附近移动，使氧元素的电子密度分布向所掺杂的金属元素方向偏移，从而使得金属氧化物半导体中氧元素与金属元素的电子云重叠程度降低，结合能下降，使导带底向高能端偏移。而由于价带位置保持不变，导带底向高能端偏移，这样就增大了导带底与价带顶之间的能量差，即增大了金属氧化物半导体的禁带宽度。当金属氧化物半导体的禁带宽度增大后，在光照条件下，金属氧化物半导体材料基本不吸收可见光区域能量的光子，从而尽可能少的激发出电子-空穴对，进而提高了薄膜晶体管的可靠性，如nbtis特性，提高了显示装置的显示性能。

优选的，第一有源层2所采用的金属氧化物半导体材料为铟镓锌氧化物半导体材料或氧化锌基半导体材料，所掺杂的金属元素为镁。

示例性的，当第一有源层2由掺镁(以下用mg表示)的氧化锌(以下用zno表示)基半导体材料形成时，下面对掺mg后的zno基半导体材料的禁带宽度的变化进行详细说明：

由于mg的化学活泼性高于zn的化学活泼性，因此，在zno基半导体材料中掺杂mg后，相较于掺mg之前o离子的电子密度分布向zn离子的偏移程度来说，在掺mg之后，o离子的电子密度分布向mg离子方向偏移程度更大，这就使得o离子与zn离子间的电子密度相对减小,使得o离子与zn离子电子云重叠程度降低,结合能下降,进而使得zn4s态能带向高能端偏移。而由于zn4s态决定着导带底的位置,因此，zn4s态能带向高能端偏移，也就意味着导带底向高能端偏移，此时，又由于由o2p态决定的价带位置保持不变，这就使得zno基半导体材料的禁带宽度增大。

众所周知的是，对于现有的氧化物薄膜晶体管来说，在特定的外界环境，如高温环境下，会造成晶格中的氧脱离，导致氧缺失，出现氧空位。而氧空位的存在，不仅会导致阈值电压出现严重漂移，还会进一步导致体缺陷。体缺陷的存在，又会影响氧化物薄膜晶体管的亚阈特性和正偏压稳定性。

为克服上述问题，上述薄膜晶体管还可包括设在第一有源层2背向衬底基板1的表面的第二有源层3。其中，第二有源层3由掺杂有非金属元素的金属氧化物半导体材料形成，所掺杂的非金属元素的离子半径与氧的离子半径的差值在预设阈值范围内。

由于所掺杂的非金属元素的离子半径与氧的离子半径的差值在预设阈值范围内，因此，所掺杂的非金属元素可以近似替代氧，减少氧化物薄膜晶体管中的氧空位的数量，进而使得氧化物薄膜晶体管的阈值电压向正方向漂移，得到合适数值的阈值电压。此外，氧空位数量的减少，也可进一步减少体缺陷密度，从而提高氧化物薄膜晶体管的亚阈特性和正偏压稳定性，进而提高薄膜晶体管的可靠性。

需要说明的是，当第一有源层2采用铟镓锌氧化物半导体材料形成时，形成第二有源层3的金属氧化物半导体材料也为铟镓锌氧化物半导体材料；当第一有源层2采用氧化锌基半导体材料形成时，形成第二有源层3采用的金属氧化物半导体材料也为氧化锌基半导体材料。

上述预设阈值范围是指预先设定的所掺杂的非金属元素的离子半径与氧的离子半径的差值所允许的数值范围，预设阈值范围的具体数值可根据实际需求进行设定。可以理解的是，所掺杂的非金属元素的离子半径与氧的离子半径越为接近，非金属元素替代氧的效果就越好，由于氮的离子半径与氧的离子半径较为接近，对氧的替代性较强，因此，第二有源层3中所掺杂的非金属元素优选为氮。

此外，对于现有的氧化物薄膜晶体管来说，由于有源层和栅极绝缘层界面存在较多的界面缺陷态，这就会导致氧化物薄膜晶体管的正偏压温度稳定性(positivebiastemperaturestability，以下简称pbts)特性出现劣化。

为克服上述问题，上述薄膜晶体管还可包括设在第二有源层3背向第一有源层2的表面的第三有源层4，其中，第三有源层4由n型掺杂的氧化物半导体材料形成。

由于第三有源层4由n型掺杂的氧化物半导体材料形成，因此第三有源层4就具有较高载流子浓度，从而可以提高薄膜晶体管的场效应迁移率和pbts特性，进而提高薄膜晶体管的可靠性。此外，对于顶栅结构的氧化物薄膜晶体管来说，对第三有源层4进行n型掺杂还可以降低源漏端寄生串联电阻。

需要说明的是，当第一有源层2、第二有源层3均采用铟镓锌氧化物半导体材料形成时，形成第三有源层4的金属氧化物半导体材料也为铟镓锌氧化物半导体材料；当第一有源层2、第二有源层3均采用氧化锌基半导体材料形成时，形成第三有源层4的金属氧化物半导体材料也为氧化锌基半导体材料。

当第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4均采用铟镓锌氧化物半导体材料形成时，所采用的铟镓锌氧化物半导体材料可以为非晶铟镓锌氧化物半导体材料，也可以为多晶铟镓锌氧化物半导体材料，对实施例对此不作具体限制。

其中，第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4的厚度，分别由形成其各自的金属氧化物半导体材料的特性、以及其各自在薄膜晶体管特性中所起到的作用决定。优选的，第一有源层2的厚度为20nm～25nm，第二有源层3的厚度为10nm～15nm，第三有源层4的厚度为3nm～7nm。

当本实施例所提供的薄膜晶体管同时形成有第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4时，第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4的形状优选相同，这样，在薄膜晶体管的制作工艺中，可仅用一张掩膜板就可同时对第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4进行光刻处理，简化了制作工艺流程，并且降低了制作成本。

可以理解的是，在本实施例所提供的薄膜晶体管中，除包括有第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4外，还包括有栅极、栅极绝缘层、源极和漏极等结构，下面以顶栅结构为例，对本实施例所提供的薄膜晶体管的具体结构进行进一步说明：

请再次参见图1，在第三有源层4背向第二有源层3的一侧形成有栅极5，并且，在第三有源层4与栅极5之间，还形成有用于绝缘的栅极绝缘层6。此外，在衬底基板1上还行成有一层层间绝缘层7，该层间绝缘层7覆盖第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4、栅极绝缘层6和栅极5，形成层间绝缘层7后，在层间绝缘层7背向衬底基板1的表面，形成源极8和漏极9，源极8和漏极9分别穿过层间绝缘层7上的过孔，与第三有源层4电连接。

此外，如图2所示，在形成薄膜晶体管结构之前，可先在衬底基板1上形成一层用于遮光的遮光层10，以及在遮光层10背向衬底基板1的表面形成一层覆盖遮光层10和衬底基板1的缓冲层11。

具体的，栅极绝缘层6、层间绝缘层7和缓冲层11可采用siox、sinx、sion等介质材料制成，也可采用聚硅氧烷系、亚克力系、聚酰亚胺等新型的有机绝缘材料制成，还可采用alox、hfox、taox等高介电常数(high-k)材料制成。栅极5、源极8、漏极9和遮光层10可采用如银、铜、铝、钼等金属材料制成，也可采用如monb/cu/monb等复合金属材料制成，还可采用如alnd、monb等各种金属材料的合金制成。当然，上述各结构也可采用除上述材料以外的其他材料制成，本实施例对此并不作具体限制。

实施例二

如图3所示，本实施例提供了一种薄膜晶体管的制作方法，该薄膜晶体管的制作方法应用于如实施例一所述的薄膜晶体管中。

本实施例所提供的薄膜晶体管的制作方法具体包括：

步骤s1：提供一衬底基板。

步骤s2：在衬底基板形成第一有源层，其中，第一有源层由掺杂有金属元素的金属氧化物半导体材料形成，所掺杂的金属元素的化学活泼性高于金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性。

步骤s3：在第一有源层背向衬底基板的表面形成第二有源层，其中，第二有源层由掺杂非金属元素的金属氧化物半导体材料形成，所掺杂的非金属元素的离子半径与氧的离子半径的差值在预设阈值范围内。

步骤s4：在第二有源层背向第一有源层的表面的第三有源层，其中，第三有源层由n型掺杂的氧化物半导体材料形成。

采用本实施例所提供的薄膜晶体管的制作方法所制作的薄膜晶体管，包括由掺杂有金属元素的金属氧化物半导体材料形成的第一有源层、由掺杂非金属元素的金属氧化物半导体材料形成的第二有源层、以及由n型掺杂的氧化物半导体材料形成的第三有源层。

对于第一有源层来说，在金属氧化物半导体中掺杂金属元素后，由于所掺杂的金属元素的化学活泼性高于金属氧化物半导体中的金属元素的化学活泼性，从而使得金属氧化物半导体中的氧元素向化学活泼性更强的金属元素附近移动，使得氧元素的电子密度分布向所掺杂的金属元素方向偏移，这样金属氧化物半导体中氧元素与金属元素的电子云重叠程度降低，结合能下降，使得导带底向高能端偏移，进而增大了导带底与价带顶之间的能量差，即增大了金属氧化物半导体的禁带宽度。当金属氧化物半导体的禁带宽度增大后，在光照条件下，金属氧化物半导体材料基本不吸收可见光区域能量的光子，从而尽可能少的激发出电子-空穴对，进而提高薄膜晶体管的可靠性，如nbtis特性。

对于第二有源层来说，由于在第二有源层中掺杂的非金属元素的离子半径与氧的离子半径的差值在预设阈值范围内，因此，所掺杂的非金属元素可以近似替代氧，减少氧化物薄膜晶体管中的氧空位的数量，使得氧化物薄膜晶体管的阈值电压向正方向漂移，得到合适数值的阈值电压。此外，氧空位数量的减少，还可进一步减少体缺陷密度，从而提高氧化物薄膜晶体管的亚阈特性和正偏压稳定性，进而提高薄膜晶体管的可靠性。

对于第三有源层来说，由于第三有源层由n型掺杂的氧化物半导体材料形成，因此，第三有源层就具有较高载流子浓度，从而可以提高薄膜晶体管的场效应迁移率和pbts特性，进而提高薄膜晶体管的可靠性。此外，对于顶栅结构的氧化物薄膜晶体管来说，n型掺杂的第三有源层还可以降低源漏端寄生串联电阻。

优选的，第一有源层、第二有源层和第三有源层均由铟镓锌氧化物半导体材料形成，或是由氧化锌基半导体材料形成。

优选的，在第一有源层中所掺杂的金属元素为镁，在第二有源层中所掺杂的非金属元素为氮。

需要说明的是，第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4的厚度，分别由形成其各自的金属氧化物半导体材料的特性、以及其各自在薄膜晶体管特性中所起到的作用决定。可选的，第一有源层2的厚度为20nm～25nm，第二有源层3的厚度为10nm～15nm，第三有源层4的厚度为3nm～7nm。

优选的，在形成第三有源层后，可采用一张掩膜板，对第一有源层、第二有源层和第三有源层同时进行光刻，使得第一有源层、第二有源层和第三有源层的形状相同，这样一来，可简化制作工艺流程，并降低制作成本。

当第一有源层、第二有源层和第三有源层均采用铟镓锌氧化物半导体材料形成时，以顶栅结构的薄膜晶体管为例，结合图4和图5，对薄膜晶体管的制作方法进行详细说明：

步骤h1：提供一清洗干净的衬底基板1。

步骤h2：在衬底基板1上沉积一层20nm～25nm的掺镁的铟镓锌氧化物半导体材料，用以形成第一有源层2。

步骤h3：在第一有源层2背向衬底基板1的表面，沉积一层10nm～15nm的掺氮的铟镓锌氧化物半导体材料，用以形成第二有源层3。

步骤h4：在第二有源层3背向第一有源层2的表面，沉积一层3nm～7nm的n型掺杂的铟镓锌氧化物半导体材料，用以形成第三有源层4。

步骤h5：采用一掩膜板，对第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4同时进行光刻和刻蚀工艺，以使第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4的形状相同。

步骤h6：在第三有源层4背向第二有源层3的表面，通过光刻和自对准工艺，形成栅极绝缘层6。

步骤h7：在栅极绝缘层6背向第三有源层4的表面，通过光刻和自对准工艺，形成栅极5。

步骤h8：在栅极5背向所述栅极绝缘层6的表面，形成覆盖栅极5、栅极绝缘层6、第一有源层2、第二有源层3和第三有源层4的层间绝缘层7，并在层间绝缘层7上开设过孔。

步骤h9：在层间绝缘层7背向栅极5的表面，通过图形化工艺形成源极8和漏极9。其中，所形成的源极8和漏极9穿过层间绝缘层7上的过孔，与第三有源层4电连接。

此外，在衬底基板上形成薄膜晶体管结构之前，还可在衬底基板的表面形成有一层用于遮光的遮光层，并且在遮光层背向衬底基板的表面形成一层覆盖遮光层的缓冲层。

实施例三

本实施例提供了一种阵列基板，该阵列基板包括如实施例一所述的薄膜晶体管。

由于本实施例所提供的阵列基板中包括实施例一所述的薄膜晶体管，因此，该阵列基板中所包括的薄膜晶体管具有较强的可靠性，相较于现有的阵列基板来说，本实施例所提供的阵列基板具有更高的稳定性。

实施例四

本实施例提供了一种显示装置，该显示装置包括如实施例三所述的阵列基板。

由于本实施例所提供的显示装置包括实施例三所述的阵列基板，因此，该显示装置的阵列基板中所包括的薄膜晶体管具有较强的可靠性，相较于现有的显示装置来说，本实施例所提供的显示装置具有更良好的显示性能。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。