CN102738243B - 晶体管、阵列基板及其制造方法、液晶面板和显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶体管、阵列基板及其制造方法、液晶面板和显示装置，所述晶体管为氧化物薄膜晶体管，其中包括氧化物半导体层（4）和栅绝缘层（3），其特征在于，所述栅绝缘层（3）包括有氮氧化硅材质的氮氧化硅层（9），该氮氧化硅层（9）贴靠于所述氧化物半导体层（4）。本发明能够有效地改善氧化物薄膜晶体管的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧化物薄膜晶体管（oxideTFT）、阵列基板及其制造方法，还涉及利用所述氧化物薄膜晶体管制备得到的液晶面板和显示装置。
背景技术
目前，氧化物薄膜晶体管通常包括底栅型TFT和顶栅型TFT，底栅型TFT的结构如图1所示，在玻璃基板1上形成有栅极2、栅绝缘层3、氧化物半导体层4、刻蚀阻挡层5、源漏金属层6、钝化层7，其中，栅极2形成在薄膜晶体管底部。顶栅型TFT的结构如图12所示，在玻璃基板1上形成有源漏金属层6、氧化物半导体层4、栅绝缘层3、栅极2等层结构，其中，栅极2形成在薄膜晶体管顶部。因此，氧化物薄膜晶体管的特性受到诸多因素的影响，例如栅绝缘层3及刻蚀阻挡层5的材料的特性等。由于在通过化学沉积形成栅绝缘层3和刻蚀阻挡层5的过程中会产生氢离子，而氢离子会逐渐与氧化物半导体层4中的氧结合，所以，其氧含量受到影响，从而影响IGZO薄膜的半导体特性，进而影响氧化物薄膜晶体管的稳定性，例如开启电压的漂移值变大。
为了消除上述氢离子所产生的影响，通常采用氢含量低的绝缘层来减小氢离子对氧化物半导体层的影响，例如采用由氧化铝、氧化硅等材料形成的绝缘层，但同时也带来工艺复杂的弊端，并且氧化硅薄膜的刻蚀比较困难，刻蚀速率低。
发明内容
为了以简单的工艺提高氧化物薄膜晶体管的特性，特别是氧化物薄膜晶体管的稳定性，本发明提供以下技术方案。
一种氧化物薄膜晶体管，包括氧化物半导体层和栅绝缘层，所述栅绝缘层包括氮氧化硅材质的氮氧化硅层，该氮氧化硅层贴靠于所述氧化物半导体层。
上述氧化物薄膜晶体管还可以包括形成于氧化物半导体层上的刻蚀阻挡层，所述刻蚀阻挡层为氮氧化硅材质。
在本发明的氧化物薄膜晶体管中，所述氮氧化硅材质是由氮化硅材质经氧化工艺处理形成。
本发明还涉及一种阵列基板，包括基板和氧化物薄膜晶体管，所述氧化物薄膜晶体管包括氧化物半导体层和栅绝缘层，所述栅绝缘层包括有氮氧化硅材质的氮氧化硅层，该氮氧化硅层贴靠于所述氧化物半导体层。
在上述阵列基板中，所述氧化物薄膜晶体管还可以包括形成于氧化物半导体层上的刻蚀阻挡层，所述刻蚀阻挡层为氮氧化硅材质。
在上述阵列基板中，所述氮氧化硅材质可以由氮化硅材质经氧化工艺处理而形成。
本发明的阵列基板的结构例如可以是在基板上先形成栅极层，在形成有栅极层的基板上覆盖栅绝缘层，然后在栅绝缘层上形成氧化物半导体层、刻蚀阻挡层和具有源电极及漏电极的源漏电极层，在所述源漏电极层上形成具有过孔的钝化层，并在钝化层上形成通过过孔与漏电极电连接的像素电极。
本发明的阵列基板的氮氧化硅层和刻蚀阻挡层的厚度均可以为优选地，所述氮氧化硅层和刻蚀阻挡层的厚度分别为
所述氮氧化硅材质中氧、硅、氮的摩尔比可以为1：0.5~3：0.5~4。
本发明还涉及上述氧化物薄膜晶体管的制备方法，所述方法包括形成氮化硅材质的氮化硅层，然后使部分或全部的氮化硅材质氧化形成氮氧化硅材质的步骤。
在上述氧化物薄膜晶体管的制备方法或阵列基板的制备方法中，通过离子注入设备将氧离子注入到氮化硅材质，从而使氮化硅材质氧化形成氮氧化硅材质。
本发明中可以采用氧化工艺形成所述氮氧化硅层。例如，采用干法刻蚀设备或离子注入设备，通过电离的方式进行所述氧化工艺。在进行氧化工艺时，功率、气压及氧流量等氧化工艺参数根据所使用的设备而有所不同，例如使用TFT-LCD5G设备（SE-1300T，干法刻蚀设备）时，功率可以为1000W~15000W，气压可以为20mtorr~500mtorr，氧流量可以为100sccm~5000sccm，惰性气体可以为He、Ar等，流量可以为500sccm~3000sccm。
当使用离子注入设备进行氧化工艺时，离子注入设备通过将氧气电离成氧离子，并将其注入到栅绝缘层表面或刻蚀阻挡层表面，此时，功率可以设为1000W~10000W，气压可以设为20mtorr~300mtorr，氧流量可以设为50sccm~3000sccm。
优选在使氮化硅层氧化形成氮氧化硅层后进行退火工艺，对形成的氮氧化硅层进行优化。例如，可以在200℃~500℃下放置0.5~1小时进行退火工艺。
本发明还涉及一种液晶面板，包括上述阵列基板。
另外，本发明还涉及一种显示装置，包括上述阵列基板。
根据本发明，能够改善氧化物薄膜晶体管的特性，尤其是提高氧化物薄膜晶体管的稳定性。当使用干法刻蚀设备进行氧化处理时，能够简化工艺，降低生产成本。
附图说明
图1为现有技术中的底栅型氧化物薄膜晶体管的结构示意图；
图2为本发明的氧化物薄膜晶体管的结构之一例的示意图；
图3表示在玻璃基板上形成栅极后的示意图；
图4表示在栅极上形成栅极绝缘层后的示意图；
图5表示采用氧化工艺使栅绝缘层表层部分形成氮氧化硅层后的示意图；
图6表示采用磁控溅射的方式沉积氧化物半导体层后的示意图；
图7表示沉积刻蚀阻挡层后的示意图；
图8表示形成源漏金属层后的示意图；
图9表示采用氧化工艺使刻蚀阻挡层整体形成为氮氧化硅层后的示意图；
图10表示形成有钝化层后的示意图；
图11表示形成有过孔后的示意图；
图12表示现有技术中的顶栅型氧化物薄膜晶体管的示意图；
图13表示本发明的氧化物薄膜晶体管的结构之另一例的示意图。
具体实施方式
本发明提供以下技术方案。
实施例1
如图2所示，一种氧化物薄膜晶体管，包括氧化物半导体层4和栅绝缘层3，所述栅绝缘层3包括氮氧化硅材质的氮氧化硅层9，该氮氧化硅层9贴靠于所述氧化物半导体层4。
上述氧化物薄膜晶体管可以是底栅型TFT，在底栅型TFT的情况下，所述氧化物薄膜晶体管可以在基板上依次形成有栅极2、栅绝缘层3、氧化物半导体层4、刻蚀阻挡层10、源漏金属层6等层结构。在顶栅型TFT的情况下，如图13所示，所述氧化物薄膜晶体管可以在玻璃基板上依次形成有源漏金属层6、氧化物半导体层4、栅绝缘层3、栅极2等层结构。
上述底栅型氧化物薄膜晶体管还可以包括形成于氧化物半导体层4上的刻蚀阻挡层10，所述刻蚀阻挡层10为氮氧化硅材质。
上述氮氧化硅材质可以是由氮化硅材质经氧化工艺处理形成。
如图2所示，本发明还涉及一种阵列基板，包括基板1和氧化物薄膜晶体管，所述氧化物薄膜晶体管包括氧化物半导体层4和栅绝缘层3，所述栅绝缘层3包括有氮氧化硅材质的氮氧化硅层9，该氮氧化硅层9贴靠于所述氧化物半导体层4。
在上述阵列基板中，所述氧化物薄膜晶体管还可以包括形成于氧化物半导体层4上的刻蚀阻挡层10，所述刻蚀阻挡层10可以为氮氧化硅材质。
在上述阵列基板中，所述氮氧化硅材质可以由氮化硅材质经氧化工艺处理而形成。
本发明的阵列基板的结构例如可以是在基板1上先形成栅极层，在形成有栅极层的基板1上覆盖栅绝缘层3，然后在栅绝缘层3上形成氧化物半导体层4、刻蚀阻挡层10和具有源电极及漏电极的源漏电极层6，在所述源漏电极层6上形成具有过孔的钝化层7，并在钝化层7上形成通过过孔与漏电极电连接的像素电极8。
本发明的阵列基板的氮氧化硅层9和刻蚀阻挡层10的厚度均可以为优选所述氮氧化硅层9和刻蚀阻挡层10的厚度分别为
所述氮氧化硅材质中氧、硅、氮的摩尔比可以为1：0.5~3：0.5~4。
本发明还涉及上述氧化物薄膜晶体管的制备方法，所述方法包括形成氮化硅材质的氮化硅层，然后使氮化硅材质氧化形成氮氧化硅材质的步骤。
本发明还涉及上述阵列基板的制备方法，所述方法包括形成氮化硅材质的氮化硅层，然后使氮化硅材质氧化形成氮氧化硅材质的步骤。
在上述氧化物薄膜晶体管的制备方法或阵列基板的制备方法中，通过离子注入设备将氧离子注入到氮化硅材质，从而使氮化硅材质氧化形成氮氧化硅材质。
本发明中可以采用氧化工艺形成所述氮氧化硅材质。例如，采用干法刻蚀设备或离子注入设备，通过电离的方式进行所述氧化工艺。在进行氧化工艺时，功率、气压及氧流量等氧化工艺参数根据所使用的设备而有所不同，例如使用TFT-LCD5G设备（SE-1300T，干法刻蚀设备）时，功率可以为1000W~15000W，气压可以为20mtorr~500mtorr，氧流量可以为100sccm~5000sccm，惰性气体可以为He、Ar等，流量可以为500sccm~3000sccm。
当使用离子注入设备进行氧化工艺时，离子注入设备通过将氧气电离成氧离子，并将其注入到栅绝缘层表面或刻蚀阻挡层，此时，功率可以设为1000W~10000W，气压可以设为20mtorr~300mtorr，氧流量可以设为50sccm~3000sccm。
优选在使氮化硅材质氧化形成氮氧化硅材质后进行退火工艺，使形成的氮氧化硅材质改善性能。例如，可以在200℃~500℃下放置0.5~1小时进行退火工艺。
本发明还涉及一种液晶面板，包括上述阵列基板。
另外，本发明还涉及一种显示装置，包括上述阵列基板。
下面参照附图并利用实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例2
在该实施例中，可以利用本领域的常规方法在玻璃基板1上形成栅极2、栅绝缘层3、氧化物半导体层4、刻蚀阻挡层5、源漏金属层6以及钝化层7。具体工艺流程如下。
步骤1）：如图3所示，在玻璃基板1上，采用本领域通常使用的磁控溅射法沉积栅电极层，然后涂覆光刻胶，进行曝光显影后形成栅线的光刻胶图形，进一步实施湿法刻蚀，然后剥离光刻胶，形成栅极2。所述栅线和栅极2可以是由选自AlNd合金、Al、Cu、Mo、MoW合金和Cr的一种材料构成的单层膜，或者是由其中的任意二种以上材料所构成的复合膜。
步骤2）：如图4所示，采用等离子增强型化学气相沉积法制备硅、氮的摩尔比约为3:4的全部为氮化硅材质的栅绝缘层（即氮化硅层）3，厚度约为
步骤3）：如图5所示，采用TFT-LCD5G设备SE-1300T，对全部为栅绝缘层3表面进行氧化工艺处理。具体为，功率为5000W~6000W，气压为100mtorr左右，氧流量为1000sccm左右，惰性气体为He，流量约为1000sccm。由此栅绝缘层3的一部分形成厚度为左右、硅、氧、氮的摩尔比约为2：1：2的氮氧化硅层9。
步骤4）：如图6所示，采用磁控溅射的方式沉积IGZO氧化物半导体层4。此处也可以形成IZO等其他氧化物半导体层。
步骤5）：如图7所示，在上述氧化物半导体层4上采用等离子增强型化学气相沉积，形成硅、氮的摩尔比约为3:4的氮化硅材质的刻蚀阻挡层（即氮化硅层）5，其厚度为左右。
步骤6）：如图8所示，采用磁控溅射的方式沉积源漏金属层6的材料，并涂覆光刻胶，曝光显影后形成源漏电极及金属线的光刻胶图形，进行湿法刻蚀，然后剥离光刻胶，形成源漏金属电极及金属线的图形。此处，源漏金属层6可以是由选自AlNd、Al、Cu、Mo、MoW和Cr中的一种材料构成的单层膜，或者是由选自其中的任意二种以上材料构成的复合膜。
步骤7）：如图9所示，采用与上述步骤3）中相同的氧化工艺，使氮化硅材质的刻蚀阻挡层5整体形成为氮氧化硅材质的刻蚀阻挡层10。
然后，在350℃下进行1小时的退火工艺，使所形成的刻蚀阻挡层10改善性能。由此形成厚度约为硅、氧、氮的摩尔比约为2：1：2的氮氧化硅层10。
步骤8）：如图10所示，采用等离子增强型化学气相沉积钝化层7的材料，并涂覆光刻胶，曝光显影后形成过孔工艺的光刻胶图形，进行干法刻蚀后剥离光刻胶，如图11所示，形成过孔。
步骤9）：如图2所示，采用磁控溅射的方式在形成有过孔的玻璃基板上沉积像素电极8的材料，并涂覆光刻胶，曝光显影后形成像素电极层的光刻胶图形，进行湿法刻蚀后剥离光刻胶，形成像素电极8。
由此形成如图2所示的氧化物薄膜晶体管1。
比较例1
在比较例1的氧化物薄膜晶体管的制备过程中，除了不进行上述步骤3）和步骤7）之外，利用与实施例1相同的操作，形成比较例1的氧化物薄膜晶体管。在该氧化物薄膜晶体管中未形成氮氧化硅层9和氮氧化硅层10。
测定实施例1~3以及比较例1中制备的氧化物薄膜晶体管的Vth（开启电压）的漂移值。结果如表1所示。
表1
| 氧化物薄膜晶体管 | Vth的漂移值 |
| 实施例1 | <5V |
| 实施例2 | <5V |
| 实施例3 | <5V |
| 比较例1 | 10V |
由表1的结果可知，本发明的氧化物薄膜晶体管的漂移值相对于现有的氧化物薄膜晶体管明显变小，从而提高了氧化物薄膜晶体管的稳定性。本发明人认为，在本发明中，当对氮化硅材质进行氧化工艺处理时，氧气被电离成氧离子，生成的氧离子与氮化硅材质中的氢、硅、氮结合，从而束缚氢离子的移动，改善氧化物半导体层4的特性，进而提高氧化物薄膜晶体管的稳定性。
本发明还可以适用于底栅型氧化物薄膜晶体管以外的其他类型的氧化物薄膜晶体管，例如顶栅型氧化物薄膜晶体管。如图13所示，其不包括刻蚀阻挡层，其栅绝缘层3包括由氮氧化硅材质形成的氮氧化硅层9，该氮氧化硅层9贴靠于氧化物半导体层4。由此得到的顶栅型氧化物薄膜晶体管的稳定性同样得到提高。当然该顶栅型氧化物薄膜晶体管在制造时，其各部分的制造顺序需要相应地调整。
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构思和范围。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 (12)
1.一种氧化物薄膜晶体管，包括氧化物半导体层和栅绝缘层，所述栅绝缘层为有氮氧化硅材质的氮氧化硅层和氮化硅材质的氮化硅层，该氮氧化硅层贴靠于所述氧化物半导体层，其特征在于，所述氮氧化硅层的厚度为所述氮氧化硅材质中氧、硅、氮的摩尔比为1：0.5～3：0.5～4，所述氮氧化硅材质是由氮化硅材质经氧化工艺处理形成，在氧化工艺处理中采用TFT-LCD5G设备SE-1300T，功率为5000W～6000W，气压为100mtorr，氧流量为1000sccm，惰性气体为He，流量为1000sccm。
2.根据权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其特征在于，还包括形成于氧化物半导体层上的刻蚀阻挡层，其特征在于，所述刻蚀阻挡层为氮氧化硅材质。
3.一种阵列基板，包括基板和氧化物薄膜晶体管，所述氧化物薄膜晶体管包括氧化物半导体层和栅绝缘层，所述栅绝缘层为有氮氧化硅材质的氮氧化硅层和氮化硅材质的氮化硅层，该氮氧化硅层贴靠于所述氧化物半导体层，其特征在于，所述氮氧化硅层的厚度为所述氮氧化硅材质中氧、硅、氮的摩尔比为1：0.5～3：0.5～4，所述氮氧化硅材质是由氮化硅材质经氧化工艺处理形成，在氧化工艺处理中采用TFT-LCD5G设备SE-1300T，功率为5000W～6000W，气压为100mtorr，氧流量为1000sccm，惰性气体为He，流量为1000sccm。
4.根据权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，所述氧化物薄膜晶体管还包括形成于氧化物半导体层上的刻蚀阻挡层，其特征在于，所述刻蚀阻挡层为氮氧化硅材质。
5.根据权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，在所述基板上先形成栅极层，在形成有栅极层的基板上覆盖栅绝缘层，然后在所述栅绝缘层上形成氧化物半导体层、刻蚀阻挡层和具有源电极及漏电极的源漏电极层，在所述源漏电极层上形成具有过孔的钝化层，并在所述钝化层上形成通过过孔与所述漏电极电连接的像素电极。
6.根据权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述刻蚀阻挡层的厚度为
7.根据权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述刻蚀阻挡层的厚度为
8.一种权利要求1～7中任一项中氧化物薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：形成氮化硅材质的氮化硅层，再使部分或全部的氮化硅材质氧化形成氮氧化硅材质，其特征在于，所述氮氧化硅层的厚度为所述氮氧化硅材质中氧、硅、氮的摩尔比为1：0.5～3：0.5～4，所述氮氧化硅材质是由氮化硅材质经氧化工艺处理形成，在氧化工艺处理中采用TFT-LCD5G设备SE-1300T，功率为5000W～6000W，气压为100mtorr，氧流量为1000sccm，惰性气体为He，流量为1000sccm。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述使氮化硅材质氧化形成氮氧化硅材质是，通过离子注入设备将氧离子注入到氮化硅材质，使所述氮化硅材质氧化形成所述氮氧化硅材质。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行所述氧化工艺后再进行退火工艺。
11.一种液晶面板，其特征在于，包括权利要求3～7中任一项所述的阵列基板。
12.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求3～7中任一项所述的阵列基板。
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