一种背沟道式氧化物TFT结构的制作方法

一种背沟道式氧化物tft结构
【技术领域】
1.本发明涉及显示器面板领域，具体涉及一种背沟道式氧化物tft结构。


背景技术：

2.随着消费市场需求的多样化，消费者对显示设备的要求也越来越高，对于大多数消费者来说，高分辨率及刷新率的显示器可以带来更流畅的游戏体验和视觉体验。为了实现更高规格的显示效果，对于驱动面板显示的膜晶体管tft器件性能便提出了更高的需求，因此，金属氧化物tft因其具有漏电流小、场效应迁移率高、区域均匀性大等优点而受到人们的青睐。
3.氧化物tft器件具备优秀的电学特性，但是在高分辨率及高刷新率的显示需求下，对于器件的商业化制备也存在的诸多困难，例如高ppi的显示面板需要进一步缩小器件尺寸，但是随着有源层沟道的缩窄，器件的稳定性将更难以维持。小尺寸tft器件将受到短沟道效应的影响，即金属离子容易通过源漏极与有源层的接触面而扩散至沟道区，使得tft实际半导体特性的沟道长度相较于设计值进一步减少，造成器件阈值电压负移导致器件失效。同时，小尺寸tft器件的稳定性更易受到镀膜工艺产生的薄膜内应力影响而导致电性恶化，为改善薄膜应力影响需搭配一定的加热工艺进行去应力退火以消除薄膜内应力优化器件电性，但是由于不同材料间本身热膨胀系数存在差异，导致在加热或者降温过程中将产生不同薄膜间的应力残留。
4.例如，现有背沟道式氧化物tft结构是tft源漏极通过有源层接触区直接覆盖于有源层之上，源漏极之间的距离即为tft的沟道长度。由于在阵列基板中需要降低信号线的阻抗以减小面板功耗以及输入电压压降造成的显示失真，为此，al、cu等低电阻金属常被作为tft栅极以及源漏极的材料之一，但是al、cu较容易发生离子扩散造成半导体层失效，所以一般还需搭配mo、ti等具有低扩散效果的金属材料作为扩散阻挡层并制作出具有金属夹层结构的栅极以及源漏极，如mo/al/mo、ti/al/ti、mo/cu/mo结构等，以此可以减少al、cu离子扩散以及降低源漏极与有源层的接触电阻。并且mo、ti金属与氧化物半导体材料具有相近功函数可以进一步降低接触电阻。虽然夹层结构可以一定程度减少al、cu离子的扩散，但是随着器件尺寸的减小，离子扩散造成的短沟道效应将逐步放大，现有夹层结构金属作为源漏极已逐渐无法满足沟道长度小于3um的tft器件的稳定制备。
5.同时由于al、cu与现有氧化硅以及氮化硅等绝缘层材料的热膨胀系数相差较大，并且为了减低电阻，基板结构中al、cu一般具有较大的厚度，较厚的金属厚度更进一步增加了在热制程过程中金属薄膜与绝缘层薄膜间的应力残留，该应力残留作用于tft有源层沟道，造成器件的电性恶化。
6.因此本发明提出了一种新型氧化物tft结构，通过结构优化以减少源漏极金属离子对沟道区的扩散效果，同时氧化物tft有源层沟道上下界面间的薄膜应力差异，从而提高器件稳定性。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题，在于提供一种背沟道式氧化物tft结构，通过结构优化以减少源漏极金属离子对沟道区的扩散效果，同时氧化物tft有源层沟道上下界面间、栅极与绝缘层间的薄膜应力差异，从而提高器件稳定性。
8.本发明是这样实现的：
9.一种背沟道式氧化物tft结构，其特征在于：所述氧化物tft结构包括基板；
10.所述基板上设有第一金属层，所述第一金属层包括栅极；
11.所述基板上还设置有第二金属层，所述第二金属层与第一金属层相邻设置，所述第二金属层包括栅极驱动线，所述栅极驱动线与栅极电连接；或所述第二金属层位于第一金属层上方或下方，所述第二金属层与对应位置处的第一金属层构成栅极驱动线；
12.所述第一金属层和第二金属层之上设置有第一绝缘层；
13.所述第一绝缘层之上设置有有源层，所述有源层与栅极相对应；
14.所述有源层之上设置有第三金属层，所述第三金属层包括源极、漏极以及数据信号线，所述源极包括相互连接的第一中间导电层和源极金属层，所述漏极包括相互连接第二中间导电层和漏极金属层；所述第一中间导电层和第二中间导电层分别与有源层的两端相连接；所述源极金属层通过所述第一中间导电层与有源层的一端连接，所述漏极金属层通过第二中间导电层与所述有源层的另一端连接；所述源极金属层和所述漏极金属层属于同一金属层，所述第一中间导电层和第二中间导电层属于同一金属层；
15.所述第一中间导电层和第二中间导电层相邻端的间距为tft沟道长度；所述第一中间导电层和第二中间导电层相邻端的间距，小于所述源极金属层和所述漏极金属层相邻端的间距；
16.所述第一中间导电层、第二中间导电层的厚度，小于所述源极金属层、所述漏极金属层的厚度；所述第一金属层的材质与所述第一中间导电层、第二中间导电层相同，所述第一金属层的厚度小于第二金属层的厚度。
17.所述第三金属层之上设置有第二绝缘层，
18.所述第二金属层厚度范围为所述源极金属层和所述漏极金属层所在的金属层厚度范围为
19.进一步地，所述源极金属层和所述漏极金属层在垂直于基板方向上的投影区域，与所述有源层对应端在垂直于基板方向上的投影区域的交叠处的宽度小于等于1um或完全不交叠。
20.进一步地，所述源极金属层和所述漏极金属层在垂直于基板方向上的投影区域，与所述栅极对应端垂直于基板方向上的投影区域，完全不交叠。
21.进一步地，所述栅极的厚度与所述第一中间导电层、第二中间导电层的厚度相同，所述第一中间导电层、第二中间导电层的厚度在5nm～200nm之间；所述第一金属层的厚度5nm～200nm之间。
22.进一步地，所述第一中间导电层位于所述源极金属层靠近基板一侧的下方；所述第二中间导电层位于所述漏极金属层靠近基本一侧的下方。
23.进一步地，所述数据信号线的材质与所述源极金属层和所述漏极金属层相同；或
所述数据信号线的包括所述源极金属层和所述漏极金属层所在的金属层，以及所述第一中间导电层和第二中间导电层所在的金属层。
24.进一步地，所述第一中间导电层和所述第二中间导电层的材质为单质mo、ti、nb、w、ni、ta、ag，或上述金属合金材料；或选用氧化物导电材料。
25.进一步地，所述氧化物导电材料为氧化铟锡(ito，in2o3：sn)、掺铝的氧化锌(azo，zno：al)、掺氟的氧化锡(fto，sno2：f)以及掺锑的氧化锡(ato，sn2o：sb)。
26.进一步地，所述有源层为金属氧化物半导体材料。
27.进一步地，所述源极金属层、所述漏极金属层与所述第一中间导电层、第二中间导电层所从属的两个金属层，可以分别通过两道光罩制得或者同时利用一道灰阶光罩制得；所述栅极以及栅极驱动线可以分别通过两道光罩制得或者同时利用一道灰阶光罩制得。
28.本发明具有如下优点：
29.本发明在有源层与源漏极之间加入中间导电层，使得起主要导电作用的金属结构层以及介于有源层之间的中间导电层共同组成tft源漏极；中间导电层与源漏极直接接触，所接触区域作为源漏极信号接触区；同时中间导电层相邻两端之间的距离定义为tft沟道长度，因此起到主要导电作用的金属结构层两端的距离大于中间导电层两端的距离，即金属结构层两端的间距大于tft沟道长度；从而减少源漏极金属离子对沟道区的扩散效果，避免造成器件阈值电压负移导致器件失效。
30.第一、第二中间导电层的厚度小，材质与源漏极金属层或有源层相近，可大大降低氧化物tft有源层沟道上下界面间热膨胀系数差值，降低膜层之间的应力；栅极选用与第一、第二中间导电层相同的纯mo、ti、nb、w、ag材质，或上述金属合金材料，同时降低栅极的厚度，可大大减少原有栅极中al、cu等金属元素在受热或冷却过程中与绝缘层产生的薄膜应力；最终减小氧化物tft器件加热或降温过程中的错层，从而提高器件稳定性。
31.总之，本发明提出了一种新的氧化物tft结构，通过结构优化以减少源漏极金属离子对沟道区的扩散效果，同时氧化物tft有源层沟道上下界面间、栅极与绝缘层之间的薄膜应力差异，从而提高器件稳定性，减小薄膜应力对下方薄膜晶体管影响。
【附图说明】
32.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
33.图1为本发明一种背沟道式氧化物tft结构的膜层局部剖视图之一。
34.图2为本发明一种背沟道式氧化物tft结构的俯视图。
35.图3为本发明一种背沟道式氧化物tft结构的膜层局部剖视图之二。
36.图4为本发明一种背沟道式氧化物tft结构的所述第一金属层与第二金属层处的膜层剖视图之一。
37.图5为本发明一种背沟道式氧化物tft结构的所述第一金属层与第二金属层处的膜层剖视图之二。
38.附图标记说明：
39.基板1；
40.第一金属层2，栅极21；
41.第二金属层3，栅极驱动线31；
42.第一绝缘层4；
43.有源层5；
44.第三金属层6，源极61，漏极62，数据信号线63，第一中间导电层611，源极金属层612，第二中间导电层621，漏极金属层622，
45.第二绝缘层7。
【具体实施方式】
46.下面将结合附图1-5和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.本发明涉及一种背沟道式氧化物tft结构，所述氧化物tft结构包括基板1；
50.所述基板1上设有第一金属层2，所述第一金属层2包括栅极21；
51.所述基板1上还设置有第二金属层3，所述第二金属层3与第一金属层2相邻设置，所述第二金属层3包括栅极驱动线31，所述栅极驱动线31与栅极21电连接(如图4所示)；或所述第二金属层3位于第一金属层2上方(如图5所示)或下方，所述第二金属层3与对应位置处的第一金属层2构成栅极驱动线31；即栅极驱动线31可以仅为第二金属层3制得，或第二金属层3与第一金属层2一同制得；所述栅极21所在的第一金属层2根据设计需要可以优先于栅极驱动线31所在的第二金属层3制得或者在第二金属层3之后制得皆可，即第一金属层2可以在第二金属层3下方或者上方皆可；
52.所述第一金属层2和第二金属层3之上设置有第一绝缘层4；
53.所述第一绝缘层4之上设置有有源层5，所述有源层5与栅极21相对应；
54.所述有源层5之上设置有第三金属层6，所述第三金属层6包括源极61、漏极62以及数据信号线63，所述源极61包括相互连接的第一中间导电层611和源极金属层612，所述漏极62包括相互连接第二中间导电层621和漏极金属层622；所述第一中间导电层611和第二中间导电层621分别与有源层5的两端相连接；所述源极金属层612通过所述第一中间导电层611与有源层5的一端连接，所述漏极金属层622通过第二中间导电层621与所述有源层5的另一端连接；所述源极金属层612和所述漏极金属层622属于同一金属层，所述第一中间
导电层611和第二中间导电层621属于同一金属层；
55.所述第一中间导电层611和第二中间导电层621相邻端的间距为tft沟道长度；所述第一中间导电层611和第二中间导电层621相邻端的间距，小于所述源极金属层612和所述漏极金属层622相邻端的间距；
56.所述第一中间导电层611、第二中间导电层621的厚度，小于所述源极金属层612、所述漏极金属层622的厚度；所述第一金属层2的材质与所述第一中间导电层611、第二中间导电层621相同，所述第一金属层2的厚度小于第二金属层3的厚度。
57.所述第三金属层6之上设置有第二绝缘层7。
58.所述第二金属层3厚度范围为所述源极金属层612和所述漏极金属层622所在的金属层厚度范围为
59.所述第一中间导电层611和第二中间导电层621根据设计需要不仅可以位于源/漏极金属层靠近基板1一层的下方，还可以位于远离基板1一侧的上方。
60.在优选的一实施例中，所述源极金属层612和所述漏极金属层622在垂直于基板1方向上的投影区域，与所述有源层5对应端在垂直于基板1方向上的投影区域的交叠处的宽度小于等于1um(如图1所示)或完全不交叠(如图3所示)。
61.在优选的一实施例中，所述源极金属层612和所述漏极金属层622在垂直于基板1方向上的投影区域，与所述栅极21对应端垂直于基板1方向上的投影区域，完全不交叠。
62.在优选的一实施例中，所述栅极21的厚度与所述第一中间导电层611、第二中间导电层621的厚度相同，所述第一中间导电层611、第二中间导电层621的厚度在5nm～200nm之间；所述第一金属层的厚度5nm～200nm之间。
63.在优选的一实施例中，所述第一中间导电层611位于所述源极金属层612靠近基板1一侧的下方；所述第二中间导电层621位于所述漏极金属层622靠近基本1一侧的下方。
64.在优选的一实施例中，所述数据信号线63的材质与所述源极金属层612和所述漏极金属层622相同；或所述数据信号线63的包括所述源极金属层612和所述漏极金属层622所在的金属层，以及所述第一中间导电层611和第二中间导电层621所在的金属层。。
65.在优选的一实施例中，所述第一中间导电层611和所述第二中间导电层621的材质为单质mo、ti、nb、w、ni、ta、ag，或上述金属合金材料；或选用氧化物导电材料。
66.在优选的一实施例中，所述氧化物导电材料为氧化铟锡(ito，in2o3：sn)、掺铝的氧化锌(azo，zno：al)、掺氟的氧化锡(fto，sno2：f)以及掺锑的氧化锡(ato，sn2o：sb)。
67.在优选的一实施例中，所述有源层5为金属氧化物半导体材料，如zno、igzo、igzto、itzo、pr-izo等，但不仅限于此。
68.在优选的一实施例中，所述源极金属层612、所述漏极金属层622与所述第一中间导电层611、第二中间导电层621所从属的两个金属层，可以分别通过两道光罩制得或者同时利用一道灰阶光罩制得；所述栅极21以及栅极驱动线31可以分别通过两道光罩制得或者同时利用一道灰阶光罩制得。
69.综上，本发明在有源层与源漏极之间加入中间导电层，使得起主要导电作用的金属结构层以及介于有源层之间的中间导电层共同组成tft源漏极；中间导电层与源漏极直接接触，所接触区域作为源漏极信号接触区；同时中间导电层相邻两端之间的距离定义为
tft沟道长度，因此起到主要导电作用的金属结构层两端的距离大于中间导电层两端的距离，即金属结构层两端的间距大于tft沟道长度；从而减少源漏极金属离子对沟道区的扩散效果，避免造成器件阈值电压负移导致器件失效。
70.第一、第二中间导电层的厚度小，材质与源漏极金属层或有源层相近，可大大降低氧化物tft有源层沟道上下界面间热膨胀系数差值，降低膜层之间的应力；栅极选用与第一、第二中间导电层相同的纯mo、ti、nb、w、ag材质，或上述金属合金材料，同时降低栅极的厚度，可大大减少原有栅极中al、cu等金属元素在受热或冷却过程中与绝缘层产生的薄膜应力；最终减小氧化物tft器件加热或降温过程中的错层，从而提高器件稳定性。
71.总之，本发明提出了一种新的氧化物tft结构，通过结构优化以减少源漏极金属离子对沟道区的扩散效果，同时氧化物tft有源层沟道上下界面间、栅极与绝缘层之间的薄膜应力差异，从而提高器件稳定性，减小薄膜应力对下方薄膜晶体管影响。
72.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。