CN103715268A - 氧化物薄膜晶体管及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧化物薄膜晶体管及显示装置，通过在所述氧化物薄膜晶体管中引入与IGZO有源层接触的IGZO接触层提升薄膜晶体管的开态电流，引入与IGZO有源层接触的IGZO绝缘层或者采用IGZO绝缘层作为栅极绝缘层和蚀刻阻挡层来减小薄膜晶体管的关态电流，来提升薄膜晶体管的开态电流与关态电流之比，从而显著提高显示装置的显示效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种氧化物薄膜晶体管及显示装置。
背景技术
氧化物薄膜晶体管(Oxide TFT)由于其较高的迁移率，被广泛应用于大尺寸、高PPI(Pixels per inch，每英寸像素数)的LCD(液晶显示器)及OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)产品中。
目前的氧化物薄膜晶体管的结构如图1所示，在薄膜晶体管基板11上形成栅极12，在栅极12上形成栅极绝缘层13，在栅极绝缘层13上形成氧化物有源层14，在氧化物有源层14上形成蚀刻阻挡层15，蚀刻阻挡层15上形成有开口，源/漏电极16通过该开口直接与氧化物有源层14接触。其中，氧化物有源层14通常由IGZO(Indium Gallium Zinc oxide，铟镓锌氧化物)构成，栅极绝缘层13和蚀刻阻挡层15通常由氧化硅构成。
由于源/漏电极直接与氧化物有源层接触，接触电阻较大，使得接触特性较差，导致薄膜晶体管的开态电流(Ion)较小；同时直接接触还使得氧化物有源层界面缺陷较高，导致薄膜晶体管的关态电流(Ioff)较大，从而使得薄膜晶体管的Ion/Ioff较小，严重影响了薄膜晶体管的性能，进而影响显示装置的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高薄膜晶体管的开态电流与关态电流之比。
为此目的，根据本发明的第一方面，提出了一种氧化物薄膜晶体管，包括：基板；栅极，形成在所述基板上；栅极绝缘层，形成在所述栅极上；氧化物有源层，形成在所述栅极绝缘层上；蚀刻阻挡层，形成在所述氧化物有源层上，且所述蚀刻阻挡层上具有开口；源/漏电极，形成在所述蚀刻阻挡层上，所述源/漏电极通过接触层、并经由所述蚀刻阻挡层上的所述开口与所述氧化物有源层电连接；其中，所述接触层由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成，所述接触层与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述接触层表现为导体特性，所述氧化物有源层表现为半导体特性。
优选地，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层由所述相同成分的氧化物材料制成，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层的氧化物材料与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层表现为绝缘介质特性。
优选地，所述栅极绝缘层与所述氧化物有源层之间和/或所述蚀刻阻挡层与所述氧化物有源层之间还包括由所述相同成分的氧化物材料制成的过渡层，所述过渡层的氧化物材料与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述过渡层表现为绝缘介质特性。
优选地，所述相同成分的氧化物材料为IGZO。
根据本发明的第二方面，提出了一种氧化物薄膜晶体管，包括：基板；栅极，形成在所述基板上；栅极绝缘层，形成在所述栅极上；氧化物有源层，形成在所述栅极绝缘层上；蚀刻阻挡层，形成在所述氧化物有源层上，且所述蚀刻阻挡层上具有开口；源/漏电极，形成在所述蚀刻阻挡层上，所述源/漏电极经由所述蚀刻阻挡层上的所述开口与所述氧化物有源层电连接；其中，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层的氧化物材料的含氧量与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述氧化物有源层表现为半导体特性，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层表现为绝缘介质特性。
优选地，所述源/漏电极与所述氧化物有源层之间还包括接触层，所述源/漏电极通过所述接触层与所述氧化物有源层电连接，所述接触层由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成，所述接触层与所述氧化物有源层、所述栅极绝缘层、所述蚀刻阻挡层的氧化物材料的含氧量不同，所述接触层表现为导体特性。
优选地，所述相同成分的氧化物材料为IGZO。
根据本发明的第三方面，提出了一种氧化物薄膜晶体管，包括：基板；栅极，形成在所述基板上；栅极绝缘层，形成在所述栅极上；氧化物有源层，形成在所述栅极绝缘层上；蚀刻阻挡层，形成在所述氧化物有源层上，且所述蚀刻阻挡层上具有开口；源/漏电极，形成在所述蚀刻阻挡层上，所述源/漏电极经由所述蚀刻阻挡层上的所述开口与所述氧化物有源层电连接；其中，所述栅极绝缘层与所述氧化物有源层之间和/或所述蚀刻阻挡层与所述氧化物有源层之间还包括由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成的过渡层，所述过渡层的氧化物材料与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述氧化物有源层表现为半导体特性，所述过渡层表现为绝缘介质特性。
优选地，所述源/漏电极与所述氧化物有源层之间还包括接触层，所述源/漏电极通过所述接触层与所述氧化物有源层电连接，所述接触层由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成，所述接触层与所述氧化物有源层、所述过渡层的氧化物材料的含氧量不同，所述接触层表现为导体特性。
优选地，所述相同成分的氧化物材料为IGZO。
根据本发明的第四方面，提出了一种显示装置，包括上述的氧化物薄膜晶体管。
通过采用本发明所公开的氧化物薄膜晶体管，改善了电极接触特性和有源层的界面的匹配性，提升了氧化物薄膜晶体管的开态电流与关态电流之比，因此显著提高了包括该氧化物薄膜晶体管的显示装置的显示效果。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了目前的氧化物薄膜晶体管的示意图；
图2示出了根据本发明第一实施例的氧化物薄膜晶体管的示意图；
图3示出了根据本发明第二实施例的氧化物薄膜晶体管的示意图；
图4示出了根据本发明第三实施例的氧化物薄膜晶体管的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
图2示出了根据本发明第一实施例的氧化物薄膜晶体管的示意图，如图2所示，类似于现有的氧化物薄膜晶体管，栅极22形成在薄膜晶体管基板21上，栅极绝缘层23形成在栅极22上，氧化物有源层24形成在栅极绝缘层23上，蚀刻阻挡层25形成在氧化物有源层24上，通过光刻和刻蚀工艺，在蚀刻阻挡层25上形成开口。在这里，氧化物有源层24优选由IGZO构成。然后在蚀刻阻挡层25上形成IGZO接触层27和源/漏极金属层26，并通过光刻和刻蚀工艺形成薄膜晶体管的源极和漏极电极。
对于IGZO材料而言，可以通过调整IGZO成膜过程中氧气(O2)的流量来实现IGZO绝缘介质、半导体及导体特性的转变。具体而言，IGZO采用溅射方式进行成膜，在溅射过程中主要采用氧气和氩气，为了得到不同特性的IGZO膜，氧气在混合气体中的含量在0-60%之间进行调节。
具体而言，在制备IGZO膜时，当混合气体中的含氧量小于10%时，制成的IGZO材料表现为绝缘介质特性；当混合气体中的含氧量在10-30%时，制成的IGZO材料表现为半导体特性；当混合气体中的含氧量在30%以上时，制成的IGZO材料表现为导体特性。
在本实施例中，IGZO有源层24表现为半导体特性，IGZO接触层27表现为导体特性。由于源/漏电极26通过IGZO接触层27与IGZO有源层24接触，这类似于a-Si型薄膜晶体管器件中源/漏电极通过n+硅作为接触层而与有源层接触，由于IGZO接触层27与IGZO有源层24是相同成分的材料，仅含氧量不同，因此IGZO接触层27与IGZO有源层24之间表现出良好的接触特性，由此改善了薄膜晶体管的有源层与源/漏电极之间的接触特性，从而提升了薄膜晶体管的开态电流Ion。此外，由于IGZO接触层与IGZO有源层之间良好的接触特性，因此扩大了源/漏极金属层可采用的金属的范围，从而可以降低形成源/漏电极的工艺难度。
图3示出了根据本发明第二实施例的氧化物薄膜晶体管的示意图。如图3所示，在本实施例中，栅极绝缘层33和蚀刻阻挡层35由IGZO材料构成，通过控制形成栅极绝缘层33和蚀刻阻挡层35的IGZO材料中的含氧量使该IGZO材料表现出绝缘介质特性，由于IGZO栅极绝缘层33和IGZO蚀刻阻挡层35与IGZO有源层34是相同成分的材料，仅含氧量不同，因此提升了IGZO有源层34的界面的匹配性，从而减小了氧化物薄膜晶体管的关态电流Ioff。本领域技术人员应当理解，栅极绝缘层和蚀刻阻挡层之一采用绝缘的IGZO材料也是可行的，栅极绝缘层和蚀刻阻挡层的IGZO材料的含氧量可以相同也可以不同，只要表现为绝缘介质特性即可。
图4示出了根据本发明第三实施例的氧化物薄膜晶体管的示意图。如图4所示，在栅极绝缘层43与IGZO有源层44之间以及IGZO有源层44与蚀刻阻挡层45之间还分别形成有IGZO绝缘层48和IGZO绝缘层49。基于相同的原理，提升了IGZO有源层44的界面的匹配性，从而减小了氧化物薄膜晶体管的关态电流Ioff。本领域技术人员应当理解，仅在栅极绝缘层43与氧化物有源层44之间或者仅在氧化物有源层44与蚀刻阻挡层45之间形成IGZO绝缘层也是可行的，IGZO绝缘层48和IGZO绝缘层49的含氧量可以相同也可以不同，只要表现为绝缘介质特性即可。
本领域技术人员还应当理解，上述实施例只是作为示例来说明本发明，并非对本发明进行任何限制。本领域技术人员可以对上述实施例的技术方案进行任意组合，从而提升薄膜晶体管的性能。
根据本发明实施例的氧化物薄膜晶体管可用于LCD或OLED显示装置中。由于根据本发明实施例的氧化物薄膜晶体管改善了电极接触特性和有源层的界面的匹配性，提升了氧化物薄膜晶体管的开态电流与关态电流之比，因此显著提高了显示装置的显示效果。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (11)
1.一种氧化物薄膜晶体管，包括：
基板；
栅极，形成在所述基板上；
栅极绝缘层，形成在所述栅极上；
氧化物有源层，形成在所述栅极绝缘层上；
蚀刻阻挡层，形成在所述氧化物有源层上，且所述蚀刻阻挡层上具有开口；
源/漏电极，形成在所述蚀刻阻挡层上，所述源/漏电极通过接触层、并经由所述蚀刻阻挡层上的所述开口与所述氧化物有源层电连接；
其中，所述接触层由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成，所述接触层与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述接触层表现为导体特性，所述氧化物有源层表现为半导体特性。
2.根据权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层由所述相同成分的氧化物材料制成，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层的氧化物材料与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层表现为绝缘介质特性。
3.根据权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述栅极绝缘层与所述氧化物有源层之间和/或所述蚀刻阻挡层与所述氧化物有源层之间还包括由所述相同成分的氧化物材料制成的过渡层，所述过渡层的氧化物材料与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述过渡层表现为绝缘介质特性。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述相同成分的氧化物材料为IGZO。
5.一种氧化物薄膜晶体管，包括：
基板；
栅极，形成在所述基板上；
栅极绝缘层，形成在所述栅极上；
氧化物有源层，形成在所述栅极绝缘层上；
蚀刻阻挡层，形成在所述氧化物有源层上，且所述蚀刻阻挡层上具有开口；
源/漏电极，形成在所述蚀刻阻挡层上，所述源/漏电极经由所述蚀刻阻挡层上的所述开口与所述氧化物有源层电连接；
其中，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层的氧化物材料的含氧量与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述氧化物有源层表现为半导体特性，所述栅极绝缘层和/或所述蚀刻阻挡层表现为绝缘介质特性。
6.根据权利要求5所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述源/漏电极与所述氧化物有源层之间还包括接触层，所述源/漏电极通过所述接触层与所述氧化物有源层电连接，所述接触层由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成，所述接触层与所述氧化物有源层、所述栅极绝缘层、所述蚀刻阻挡层的氧化物材料的含氧量不同，所述接触层表现为导体特性。
7.根据权利要求5或6所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述相同成分的氧化物材料为IGZO。
8.一种氧化物薄膜晶体管，包括：
基板；
栅极，形成在所述基板上；
栅极绝缘层，形成在所述栅极上；
氧化物有源层，形成在所述栅极绝缘层上；
蚀刻阻挡层，形成在所述氧化物有源层上，且所述蚀刻阻挡层上具有开口；
源/漏电极，形成在所述蚀刻阻挡层上，所述源/漏电极经由所述蚀刻阻挡层上的所述开口与所述氧化物有源层电连接；
其中，所述栅极绝缘层与所述氧化物有源层之间和/或所述蚀刻阻挡层与所述氧化物有源层之间还包括由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成的过渡层，所述过渡层的氧化物材料与所述氧化物有源层的氧化物材料的含氧量不同，所述氧化物有源层表现为半导体特性，所述过渡层表现为绝缘介质特性。
9.根据权利要求8所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述源/漏电极与所述氧化物有源层之间还包括接触层，所述源/漏电极通过所述接触层与所述氧化物有源层电连接，所述接触层由与所述氧化物有源层相同成分的氧化物材料制成，所述接触层与所述氧化物有源层、所述过渡层的氧化物材料的含氧量不同，所述接触层表现为导体特性。
10.根据权利要求8或9所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述相同成分的氧化物材料为IGZO。
11.一种显示装置，包括权利要求1至10中任一项所述的氧化物薄膜晶体管。
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