CN102646683B - 一种阵列基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列基板及其制造方法，所述阵列基板包括：衬底板和分别位于衬底板上的第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，其中，第一薄膜晶体管为增强型，第二薄膜晶体管为耗尽型。由于阵列基板同时具有增强型的第一薄膜晶体管和耗尽型的第二薄膜晶体管，将这两种类型的薄膜晶体管分别设计于阵列基板的设定位置，发挥其功能特性，对比于现有技术阵列基板的单一耗尽型薄膜晶体管或单一增强型薄膜晶体管，可减少薄膜晶体管设置数量，简化电路走线，使整个阵列基板的结构大为简化，结构稳定性大大提高，阵列基板有效像素面积也得以进一步增加。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种阵列基板及其制造方法。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)是场效应晶体管的种类之一，主要应用于平板显示装置中。薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film TransistorLiquid Crystal Display，简称TFT-LCD)具有体积小、功耗低、制造成本相对较低和无辐射等特点，在当前的平板显示器市场占据了主导地位。AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode，有源矩阵有机发光二极管，简称AMOLED)面板，被称为下一代显示技术，相比传统的TFT-LCD面板，具有反应速度快、对比度高、视角广等特点。
氧化物半导体铟镓锌氧(InGaZnO4:IGZO)因其迁移率高、均匀性好和可在室温下制备等特点而被广泛地进行研究，以期能够替代低温多晶硅(LowTemperature Poly-silicon，简称LTPS)作为阵列基板的有源层而实现大尺寸AMOLED面板的产业化。
然而，在现有技术当中，无论是TFT-LCD显示器，还是AMOLED面板，IGZO半导体作为阵列基板的有源层沟道材料，通常只单一利用其耗尽型或增强型的特性，这使得阵列基板的结构(例如时序控制电路、静电防治电路等)较为复杂，稳定性较差，并且，也会进而影响到阵列基板的有效像素面积。
发明内容
本发明提供了一种阵列基板及其制造方法，用以解决现有技术中IGZO半导体作为阵列基板的有源层沟道材料，只能单一利用其耗尽型或增强型的特性，阵列基板的结构较为复杂，稳定性较差，有效像素面积不能够进一步增加的技术问题。
本发明阵列基板，包括：衬底板和分别位于衬底板上的第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，其中，第一薄膜晶体管为增强型，第二薄膜晶体管为耗尽型。
其中，第一薄膜晶体管的有源层和第二薄膜晶体管的有源层材质包括氧化物半导体。
优选的，所述氧化物半导体为铟镓锌氧化物或铪铟锌氧化物。
可选的，所述阵列基板为顶栅型或底栅型。
可选的，所述阵列基板应用于TFT-LCD面板或AMOLED面板。
本发明阵列基板的制造方法，包括：
在衬底板上的设定位置形成第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，其中，第一薄膜晶体管为增强型，第二薄膜晶体管为耗尽型。
所述在衬底板上的设定位置形成第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管包括：
A、形成材质包括氧化物半导体的有源层图形；
B、对形成有源层图形的基板进行掩模，调整基板设定位置的有源层的氧含量，形成具有较高氧含量的第一薄膜晶体管的有源层和具有较低氧含量的第二薄膜晶体管的有源层。
优选的，所述氧化物半导体为铟镓锌氧化物或铪铟锌氧化物。
所述调整基板设定位置的有源层的氧含量包括气体氛围处理，所述气体氛围处理所采用的气体包括还原性气体或氧化性气体，处理方式包括热退火或等离子体轰击。
所述调整基板设定位置的有源层的氧含量包括液体氛围处理，所述液体氛围处理所采用的液体包括还原性液体或氧化性液体，处理方式包括化学反应或元素扩散。
所述调整基板设定位置的有源层的氧含量包括固体氛围处理，所述固体氛围处理所采用的固体包括还原性固体或氧化性固体，处理方式包括化学反应或元素扩散。
在本发明技术方案中，由于阵列基板同时具有增强型的第一薄膜晶体管和耗尽型的第二薄膜晶体管，将这两种类型的薄膜晶体管分别设计于阵列基板的设定位置，发挥其功能特性，对比于现有技术阵列基板的单一耗尽型薄膜晶体管或单一增强型薄膜晶体管，可减少薄膜晶体管设置数量，简化电路走线，使整个阵列基板的结构大为简化，结构稳定性大大提高，阵列基板有效像素面积也得以进一步增加。
附图说明
图1为本发明阵列基板结构示意图；
图2为本发明制造方法流程示意图；
图3为本发明阵列基板一实施例结构示意图；
图4为图3所示的阵列基板的制造过程示意图；
图5为阵列基板上不同氧含量的薄膜晶体管的转移特性曲线图。
附图标记：
10-衬底板 11-栅极 12-栅极绝缘层
13a-高氧含量有源层 13b-低氧含量有源层 14-刻蚀阻挡层
15-源极 16-漏极 201a-第一薄膜晶体管
201b-第二薄膜晶体管
具体实施方式
为了解决现有技术中IGZO半导体作为阵列基板的有源层沟道材料，只能单一利用其耗尽型或增强型的特性，阵列基板的结构较为复杂，稳定性较差，有效像素面积不能够进一步增加的技术问题，本发明提供了一种阵列基板及其制造方法。
如图1所示，本发明阵列基板，包括：衬底板10和分别位于衬底板10上的第一薄膜晶体管201a和第二薄膜晶体管201b，其中，第一薄膜晶体管201a为增强型，第二薄膜晶体管201b为耗尽型。
第一薄膜晶体管201a的有源层和第二薄膜晶体管201b的有源层材质包括氧化物半导体，例如铟镓锌氧化物(InGaZnO4)或铪铟锌氧化物(HfInZnO)等，可对有源层做相应的掺杂，以提高薄膜晶体管的性能。在本发明的实施例中，氧化物半导体优选为铟镓锌氧化物，具有迁移率高、均匀性好和可在室温下制备等优点。
阵列基板可以为顶栅型结构或底栅型结构，可以为交叠型或反交叠型结构，可以为共面型或反共面型结构，也可以在衬底板的背面制备高反射层，制备成顶发射器件。
衬底板10的材质可以为玻璃或者石英等，但不限于这些透明材质，也可以采用陶瓷、金属等以制备顶发射器件。
本发明阵列基板可应用于TFT-LCD面板或AMOLED面板。
本发明阵列基板的制造方法，包括：
在衬底板上的设定位置形成第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，其中，第一薄膜晶体管为增强型，第二薄膜晶体管为耗尽型。
其中，形成第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的设定位置根据各自的功能、结构需要进行设计，例如，当设计于像素区及亚像素区作驱动晶体管时，可用于控制发光亮度，但本发明绝不限于此，例如，还可以用于时序控制电路，或者用于扫描驱动电路和数据驱动电路，或者用于阵列基板测试区，或者用于阵列基板外围静电防治电路等。
如图2所示，在衬底板上的设定位置形成第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管时，形成有源层包括：
步骤101、形成材质包括氧化物半导体的有源层图形；
步骤102、对形成有源层图形的基板进行掩模，调整基板设定位置的有源层的氧含量，形成具有较高氧含量的第一薄膜晶体管的有源层和具有较低氧含量的第二薄膜晶体管的有源层。
氧化物半导体优选为铟镓锌氧化物或铪铟锌氧化物。
调整基板设定位置的有源层的氧含量可以采用气体氛围处理、液体氛围处理或固体氛围处理的方式。气体氛围处理所采用的气体包括还原性气体或氧化性气体，例如H2，O2，CH4等，处理方式包括热退火或等离子体轰击等。液体氛围处理所采用的液体包括还原性液体或氧化性液体，处理方式包括化学反应或元素扩散，例如，通过稀盐酸或氢氟酸的化学反应腐蚀处理。固体氛围处理所采用的固体包括还原性固体或氧化性固体，处理方式包括化学反应或元素扩散，例如，通过与有源层接触的部分栅极绝缘层或钝化层的热扩散处理。
例如，当采用O2氛围处理调整基板设定位置的有源层的氧含量时，具体步骤可以为：将掩模的基板送入O2氛围的退火炉中进行热退火处理，退火温度为130℃，退火时间为1小时，最终在设定位置形成高氧含量有源层。当采用H2氛围处理调整基板设定位置的有源层的氧含量时，具体步骤可以为：将掩模的基板送入H2氛围的反应离子刻蚀设备中进行等离子体轰击处理，功率大小2～8kW，处理时间180秒，最终在设定位置形成低氧含量有源层。
在步骤101中，所述形成材质包括氧化物半导体的有源层图形，具体为：采用溅射方法沉积有源层膜层(例如低氧含量有源层膜层或高氧含量有源层膜层)，溅射过程中气体氛围的氧含量为10％～80％，有源层膜层的沉积厚度为50纳米，然后通过掩模刻蚀工艺形成有源层图形。
本发明阵列基板的一实施例如图3所示，在该实施例中，阵列基板采用底栅型结构，可用于制备AMOLED面板的阵列基板或TFT-LCD面板的阵列基板。如图4所示，该阵列基板的形成过程包括：在透明衬底板10上依次形成：绝缘缓冲层(图中未示出)、栅极11、栅极绝缘层12、经气体氛围处理后氧含量不同的两种IGZO有源层(即高氧含量有源层13a和低氧含量有源层13b)、刻蚀阻挡层14、源极15和漏极16、钝化层(图中未示出)、透明电极(图中未示出)和像素界定层(图中未示出)。
需要说明的是，图3和图4仅是用于说明增强型TFT和耗尽型TFT的结构，并不用于限定增强型TFT和耗尽型TFT的位置关系。在实际的阵列基板上，包含高氧含量有源层13a的增强型TFT和包含低氧含量有源层13b的耗尽型TFT并不一定都是相邻设置；比如，在液晶显示装置的像素区域主要使用耗尽型TFT，而在周边电路区域则是增强型TFT和耗尽型TFT搭配使用。
其中，透明衬底板的材质可以为玻璃或石英等；栅极可以采用钼、铜等金属；栅极绝缘层材质可以为二氧化硅、氮化硅等；IGZO有源层分为高氧含量和低氧含量两种有源层区域；刻蚀阻挡层可以采用二氧化硅等材质，用于防止源极和漏极在湿法刻蚀时对已形成的IGZO有源层沟道造成损伤；源极和漏极可采用同一材质，例如钼、铝、钛、铜等金属，或这些金属的复合层，或这些金属的合金等。
阵列基板上不同氧含量的薄膜晶体管的转移特性(当薄膜晶体管的漏极和源极之间的电压保持不变时，栅极与源极之间的电压和漏极电流的关系称为转移特性，其描述的是栅极与源极之间的电压对漏极电流的控制作用)如图5所示，其中，(a)图对应于较低氧含量的IGZO有源层的薄膜晶体管，该薄膜晶体管为耗尽型(在输入电压为零时，已有一定的漏极电流存在)；(b)图对应于正常氧含量的IGZO有源层的薄膜晶体管，该薄膜晶体管为弱耗尽型；(c)图对应于较高氧含量的IGZO有源层的薄膜晶体管，该薄膜晶体管为增强型(当输入电压为零时，漏极电流几乎为零，需要输入电压达到一定值才能产生一定的漏极电流)。
应用本发明阵列基板的制造方法第一实施例制备图3所示的阵列基板，具体方法如下：
透明衬底板采用标准方法(例如UV分解清洗法、药液喷淋清洗法或超声波清洗法等)清洗，之后采用化学气相沉积方法沉积二氧化硅薄膜作为绝缘缓冲层，沉积厚度为200纳米；
之后采用溅射方法沉积栅极金属层，材质为钼，沉积厚度为200纳米，并光刻刻蚀出所需栅极图形；
再采用化学气相沉积方法在370℃下沉积栅极绝缘层，材质为二氧化硅，沉积厚度为150纳米；
之后采用溅射方法沉积低氧含量IGZO有源层膜层，溅射过程中气体氛围的氧含量为10％～80％，沉积厚度约为50纳米，并光刻刻蚀出所需的有源层图形；
再次通过光刻工艺对基板进行掩模，将基板送入O2氛围的退火炉中进行退火工艺以改变设定位置的IGZO有源层的氧含量，退火温度为130℃，退火时间1小时，最终在设定位置形成高氧含量有源层；
进而在所需区域沉积、光刻刻蚀出刻蚀阻挡层，材质为二氧化硅，厚度约为50纳米；
之后采用溅射方法沉积源、漏电极金属层，材质为钼或铝，厚度为200纳米，并光刻刻蚀出所需源极、漏极图形；
之后再采用化学气相沉积方法制备钝化层，材质为二氧化硅，厚度约为100～500纳米，并进而光刻刻蚀出连接孔；
再在钝化层上溅射沉积透明电极层，并光刻刻蚀出像素区或亚像素区透明电极图形；
最后在背板上旋涂沉积亚克力系材料并光刻、固化出像素界定层，厚度约为1.5微米，最终形成同时包括增强型薄膜晶体管和耗尽型薄膜晶体管的阵列基板。
阵列基板制备完成后，可用于继续制备AMOLED面板或TFT-LCD面板，以制备AMOLED面板为例，后续具体过程为：采用O2等离子体处理阵列基板表面，进一步提升透明电极的表面功函数，同时钝化基板表面层；有机材料及阳极金属薄层在有机金属薄膜沉积高真空系统中热蒸发蒸镀；在1x10-5Pa的真空下依次热蒸发蒸镀空穴传输层(约170℃)、有机发光层及电子传输层(约190℃)和阴极(约900℃)，其中，空穴传输层采用50纳米厚的NPB(N，N’-二苯基-N-N’二(1-萘基)-1，1’二苯基-4，4’-二胺)；有机发光层采用分像素区掩模蒸镀工艺进行，绿光、蓝光和红光像素区分别采用掺杂磷光材料，主体材料为25纳米厚的CBP：(ppy)2Ir(acac)(4，4′-N，N′-二咔唑-联苯：二(2-苯基吡啶)乙酰丙酮铱)、CBP：FIrpic(4，4′-N，N′-二咔唑-联苯：双(4，6-二氟苯基吡啶-N，C2)吡啶甲酰合铱)和CBP：Btp2Ir(acac)(4，4′-N，N′-二咔唑-联苯：二(2-(2’-苯并[4，5-a]噻吩基)吡啶-N，C30)铱(乙酰丙酮))；电子传输层采用25纳米厚的Bphen(4，7-二苯基-1，10-菲啰啉)；阴极用约200纳米厚的钐/铝层。
该AMOLED面板为全彩发光，出光方式为底出光。该AMOLED面板的阵列基板中，外围电路及防静电电路等可设置为双型(即包含增强型和耗尽型)薄膜晶体管；亚像素区中，因红光、蓝光OLED器件发光效率较低，所对应的驱动薄膜晶体管采用低氧含量IGZO有源层；绿光OLED器件发光效率较高，所对应的驱动薄膜晶体管采用高氧含量IGZO有源层。
与第一实施例类似，应用本发明阵列基板的制造方法第二实施例制备图3所示的阵列基板，具体方法如下：
透明衬底板采用标准方法清洗，之后采用化学气相沉积方法沉积二氧化硅薄膜作为绝缘缓冲层，沉积厚度为200纳米；
之后采用溅射方法沉积栅极金属层，材质为钼，沉积厚度为200纳米，并光刻刻蚀出所需栅极图形；
再采用化学气相沉积方法在370℃下沉积栅极绝缘层，材质为二氧化硅，沉积厚度为150纳米；
之后采用溅射方法沉积高氧含量IGZO有源层膜层，溅射过程中气体氛围的氧含量为10％～80％，沉积厚度约为50纳米，并光刻刻蚀出所需的有源层图形；
再次通过光刻工艺对基板进行掩模，将基板送入H2氛围的反应离子刻蚀设备中进行等离子体处理工艺以改变设定位置的IGZO有源层的氧含量，功率大小2～8kW，处理时间180秒，最终在设定位置形成低氧含量有源层；
进而在所需区域沉积、光刻刻蚀出刻蚀阻挡层，材质为二氧化硅，厚度约为50纳米；
之后采用溅射方法沉积源、漏电极金属层，材质为钼或铝，厚度为200纳米，并光刻刻蚀出所需源极、漏极图形；
之后再采用化学气相沉积方法制备钝化层，材质为二氧化硅，厚度约为100～500纳米，并进而光刻刻蚀出连接孔；
再在钝化层上溅射沉积透明电极层，并光刻刻蚀出像素区或亚像素区透明电极图形，最终形成同时包括增强型薄膜晶体管和耗尽型薄膜晶体管的阵列基板。
上述过程与图4中所示过程略有不同；在该方法中是，先沉积形成高氧含量有源层13a，之后再通过等离子体处理工艺将部分的高氧含量有源层转化成低氧含量有源层13b。
阵列基板制备完成后，可用于继续制备AMOLED面板或TFT-LCD面板，以制备TFT-LCD面板为例，后续工艺为取向层涂布及压印取向，以及隔物垫制备和对应彩膜基板制备，并进行对核、切割、灌晶和封胶工艺。
该TFT-LCD面板为全彩发光。像素区和外围电路部分可根据需要分别设置为双型(即包含增强型和耗尽型)薄膜晶体管。
在本发明技术方案中，由于阵列基板同时具有增强型的第一薄膜晶体管和耗尽型的第二薄膜晶体管，将这两种类型的薄膜晶体管分别设计于阵列基板的设定位置，发挥其功能特性，对比于现有技术阵列基板的单一耗尽型薄膜晶体管或单一增强型薄膜晶体管，可减少薄膜晶体管设置数量，简化电路走线，使整个阵列基板的结构大为简化，结构稳定性大大提高，阵列基板有效像素面积也得以进一步增加。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种阵列基板，其特征在于，所述阵列基板应用于AMOLED面板，包括：衬底板和分别位于衬底板上的用于对应驱动绿光OLED器件的第一薄膜晶体管和用于对应驱动红光OLED器件和蓝光OLED器件的第二薄膜晶体管，其中，第一薄膜晶体管为增强型，第二薄膜晶体管为耗尽型。
2.如权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，第一薄膜晶体管的有源层和第二薄膜晶体管的有源层材质包括氧化物半导体。
3.如权利要求2所述的阵列基板，其特征在于，所述氧化物半导体为铟镓锌氧化物或铪铟锌氧化物。
4.如权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述阵列基板为顶栅型或底栅型。
5.一种阵列基板的制造方法，其特征在于，所述阵列基板应用于AMOLED面板，包括：
在衬底板上的设定位置形成用于对应驱动绿光OLED器件的第一薄膜晶体管和用于对应驱动红光OLED器件和蓝光OLED器件的第二薄膜晶体管，其中，第一薄膜晶体管为增强型，第二薄膜晶体管为耗尽型。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述在衬底板上的设定位置形成第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管包括：
A、形成材质包括氧化物半导体的有源层图形；
B、对形成有源层图形的基板进行掩模，调整基板设定位置的有源层的氧含量，形成具有较高氧含量的第一薄膜晶体管的有源层和具有较低氧含量的第二薄膜晶体管的有源层。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述氧化物半导体为铟镓锌氧化物或铪铟锌氧化物。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述调整基板设定位置的有源层的氧含量包括气体氛围处理，所述气体氛围处理所采用的气体包括还原性气体或氧化性气体，处理方式包括热退火或等离子体轰击。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述调整基板设定位置的有源层的氧含量包括液体氛围处理，所述液体氛围处理所采用的液体包括还原性液体或氧化性液体，处理方式包括化学反应或元素扩散。
10.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述调整基板设定位置的有源层的氧含量包括固体氛围处理，所述固体氛围处理所采用的固体包括还原性固体或氧化性固体，处理方式包括化学反应或元素扩散。
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