CN103762244A - 薄膜晶体管及其制造方法、薄膜晶体管阵列基板及液晶面板 - Google Patents

薄膜晶体管及其制造方法、薄膜晶体管阵列基板及液晶面板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管及其制造方法、薄膜晶体管阵列基板及液晶面板。所述薄膜晶体管包括形成在基板上的有源层（130）、栅绝缘层（140）、栅电极（150）、源电极（170）和漏电极（180），其中，所述有源层（130）位于所述衬底（110）之上，所述栅绝缘层（140）、所述源电极（170）和所述漏电极（180）均位于所述有源层（130）之上，所述栅电极（150）位于所述栅绝缘层（140）之上，其中，所述薄膜晶体管还包括位于所述衬底（110）和所述有源层（130）之间的屏蔽层（120），所述屏蔽层（120）用于吸收外来光线。本发明的薄膜晶体管，不仅具有较强的稳定性，同时还具有较高的输出效率。而且，该薄膜晶体管可以沿用现有的工艺，方便大规模生产。

Description

薄膜晶体管及其制造方法、薄膜晶体管阵列基板及液晶面板
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域；更具体地讲，涉及一种薄膜晶体管及其制造方法、薄膜晶体管阵列基板及液晶面板。
背景技术
平板显示器由于机身薄，耗电量小等优点，被广泛应用，现有的平板显示器一般包括液晶显示器（LCD）、及有机发光二极管显示器（OLED）。
液晶显示器，或称LCD（Liquid Crystal Display），它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，并且具有高画质、体积小、重量轻的特点，因此倍受大家青睐，成为显示器的主流。
有机发光二极管显示器与液晶显示器不同，它无需背光源，采用非常薄的有机涂料层和玻璃基板制成，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。有机发光二极管显示器具备自发光、高亮度、宽视角、高对比度、可挠曲、低能耗等特性，因此受到广泛的关注。
平板显示器中一般使用薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）作为驱动，从而实现高速度、高亮度、高对比度的显示屏幕信息。近年来，基于金属氧化物的薄膜晶体管因为其迁移率高、透光性好、薄膜结构稳定、制作温度低以及成本低等优点受到越来越多的重视。特别是以铟镓锌氧化物（In-Ga-Zn-O，IGZO）为代表的金属氧化物TFT技术，其相对于a-Si TFT可以实现更高的分辨率，且相对于低温多晶硅（Low Temperature Poly-silicon，LTPS）TFT技术则可提高良率、降低成本并实现节能化。总体而言，IGZO TFT技术综合性能优越，已取得很多突破性的进展。
如图1所示，现有的顶栅顶接触型结构的IGZO TFT主要包括形成在衬底210上的IGZO层230、栅绝缘层240、栅电极250、钝化层260、源电极270以及漏电极280。其中，IGZO层230为沉积在衬底上的n型半导体，作为一导电通道；源电极270为沉积在衬底210上并耦接IGZO层230一侧的金属导体，用于接收源极驱动信号；漏电极280为沉积在衬底210上并耦接IGZO层230的另一侧的金属导体，用于接收漏极驱动信号；栅绝缘层240为沉积在衬底210、IGZO层230、源电极270以及漏电极280上方的绝缘层，用于使栅电极250与IGZO层230、源电极270以及漏电极280绝缘；栅电极250为沉积在栅绝缘层240上方的金属导体，用于接收栅极驱动信号；钝化层260为沉积在栅绝缘层240和栅电极250上方的绝缘层，用于对器件进行保护。然而，当外来光线照射到如上所述的薄膜晶体管上时，光照会对该TFT的阈值电压产生影响，使其阈值电压随偏压应力的变化加快，这会造成平板显示器显示混乱，同时会导致半导体的迁移率发生变化，从而影响平板显示器的分辨率。而且，由于IGZO与源电极270和栅电极280使用的金属的功函数相差较大，因此会造成IGZO层230与源电极270和栅电极280的接触阻抗较大，从而影响其输出效率。
发明内容
为解决上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管，该晶体管可以避免光照对器件性能的影响，同时具有较高的输出效率。
为了实现上述目的，本发明的目的之一是提供一种薄膜晶体管，包括形成在基板上的有源层、栅绝缘层、栅电极、源电极和漏电极，其中，所述有源层位于所述衬底之上，所述栅绝缘层、所述源电极和所述漏电极均位于所述有源层之上，所述栅电极位于所述栅绝缘层之上，其中，所述薄膜晶体管还包括位于所述衬底和所述有源层之间的屏蔽层，所述屏蔽层用于吸收外来光线。
进一步地，所述屏蔽层包括金属层以及位于所述金属层之上的绝缘层，其中，所述金属层用于吸收外来光线，所述绝缘层用于将所述有源层与所述金属层绝缘隔开。
进一步地，所述有源层的材质为氧化铟镓锌。
进一步地，所述有源层的与所述源电极接触的第一区以及与所述漏电极接触的第二区均为n型重掺杂区。
本发明的目的之二是提供一种薄膜晶体管的制造方法，其中，所述制造方法包括步骤：A、在衬底上形成屏蔽层；B、在所述屏蔽层上形成有源层C、在有源层上形成栅绝缘层，并对栅绝缘层进行图案化处理，以使有源层的第一区和第二区暴露；D、在所述栅绝缘层上形成栅电极；E、在衬底、所述第一区、所述第二区以及栅电极之上形成钝化层，并对钝化层进行图案化处理，以使所述第一区和所述第二区暴露；F、在钝化层上形成源电极和漏电极，并使源电极和漏电极分别接触所述第一区和所述第二区。
进一步地，所述步骤A的形成所述屏蔽层的具体实现方式为：A1、在衬底上形成金属层；A2、在所述金属层上形成绝缘层。
进一步地，所述有源层的材质为氧化铟镓锌。
进一步地，所述有源层的与所述源电极接触的第一区域以及与所述漏电极接触的第二区域均为n型重掺杂区。
本发明的目的之三是提供一种薄膜晶体管阵列基板，包括透明基板以及阵列排布在所述透明基板上的若干薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管为上述的薄膜晶体管。
本发明的目的之四是提供一种液晶面板，包括彩色滤光片基板、与所述彩色滤光片基板相对设置的薄膜晶体管阵列基板以及夹设在所述彩色滤光片基板和所述薄膜晶体管阵列基板之间的液晶层，其中，所述薄膜晶体管阵列基板为上述的薄膜晶体管阵列基板。
有益效果：
本发明的薄膜晶体管及其制造方法、薄膜晶体管阵列基板及液晶面板，通过增加一层用于吸收外来光线的屏蔽层，从而减小光照对器件性能的影响，增加器件的稳定性，进而提高平板显示器的质量；同时，该薄膜晶体管还通过重掺杂的n型半导体与源电极和漏电极接触，从而减小了其接触阻抗，增加器件的输出效率；而且，该薄膜晶体管可以沿用现有的工艺，方便大规模生产。
附图说明
图1为现有技术提供的薄膜晶体管的结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图。
图3a为现有技术的薄膜晶体管的转移特性曲线图；图3b为图2的薄膜晶体管的转移特性曲线图。
图4a为现有技术的薄膜晶体管的输出特性曲线图；图4b为图2的薄膜晶体管的特性曲线图。
图5为本发明一实施例提供的薄膜晶体管的制造方法的流程图。
图6为本发明一实施例提供的液晶面板的结构示意图。
图7为本发明一实施例提供的薄膜晶体管阵列基板的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地阐述本发明的技术特点和结构，以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。
图2为本发明的一实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图。
参照图2，本发明的一实施例提供的薄膜晶体管包括形成在衬底110上的屏蔽层120、有源层130、栅绝缘层140、栅电极150、钝化层160、源电极170和漏电极180。
具体而言，屏蔽层120沉积于衬底110上方，用于吸收外来光线，从而对本实施例的薄膜晶体管器件进行保护；有源层130沉积于屏蔽层120上方的半导体层，作为一导电通道，在本实施例中为IGZO材料；栅绝缘层140沉积于有源层130上方的绝缘层，用于使栅电极150与有源层130、源电极170以及漏电极180绝缘，在本实施例中栅绝缘层140的材料可为氧化硅材料，当然，在其他实施例中也可以为氮化硅等其他绝缘材料；栅电极150沉积于栅绝缘层140上方的金属导体，用于接收栅极驱动信号，其所用材料可为Cr、Ti、Al、Mo、Cu、Nd中的一种或几种的合金；源电极170沉积于有源层130上方一侧的金属导体，用于接收源极驱动信号，其所用材料为Cr、Ti、Al、Mo、Cu、Nd中的一种或几种的合金；漏电极180沉积于有源层130上方另一侧的金属导体，用于接收漏极驱动信号，其所用材料为Cr、Ti、Al、Mo、Cu、Nd中的一种或几种的合金；钝化层160沉积于衬底110、有源层130以及栅电极150上的绝缘层，用于对本实施例的薄膜晶体管器件进行保护，在本实施例中钝化层160所用的材料可为氧化硅材料，当然，在其他实施例中也可以为氮化硅等其他绝缘材料，其中，栅电极150可位于源电极170和漏电极180之间，并且栅电极150与源电极170之间和栅电极150和漏电极180之间由钝化层160彼此隔开。另外，在本实施例中，衬底110为本实施例的薄膜晶体管提供支撑，其所用材料可为玻璃，当然在其他实施例中也可以为软性塑料。
此外，屏蔽层120包括一金属层121和绝缘层122，金属层121用于吸收外来光线，绝缘层122用于使有源层130与金属层121绝缘。金属层121优选使用铬和/或氧化铬材料，绝缘层122材料优选为氧化硅材料，这样可以简化工艺，当然，在其他的实施例中绝缘层122也可以采用氮化硅材料。
图3a为现有技术的薄膜晶体管的转移特性曲线图；图3b为本实施例提供的薄膜晶体管的转移特性曲线图。
参照图3a和图3b，现有技术的薄膜晶体管在漏、源极之间的电压差为0.1V或10V时，其阈值电压均为一负数，这说明现有技术的薄膜晶体管的阈值电压有负偏压，这样就使得栅电极输入电压为负值时现有技术的薄膜晶体管才会截止，相对的，当栅极输入电压为一个较小的负值时就可以使现有技术的薄膜晶体管导通，这对使用于平板显示器中的薄膜晶体管来说是应该避免的。而本实施例提供的薄膜晶体管由于屏蔽层120的引入，其在漏电极与源电极之间的电压差为0.1V或者10V时的阈值电压均没有偏压（即没有正偏压也没有负偏压），从而提高了器件的稳定性。
进一步地，本实施中，有源层130的材料可为铟镓锌氧化物（In-Ga-Zn-O，IGZO），但本发明不限于此。钝化层160内含的氢等离子高于栅绝缘层140内含的氢等离子，而IGZO由于容易受到氢等离子的影响而形成n型掺杂，因此，有源层130就形成了两端区域（即第一区131和第二区132）为n型重掺杂区（即含有较高浓度的氢等离子的区域），而中间区域133为n型区的结构。这样，源电极170和漏电极180分别与第一区131和第二区132相接触，从而减小了源电极170和漏电极180分别与有源层130的接触阻抗，可以提高器件输出效率。
图4a为现有技术中薄膜晶体管的输出特性曲线图；图4b为本实施例提供的薄膜晶体管的特性曲线图。
参照图4a，现有技术的薄膜晶体管的输出电流Id随着漏极与源极之间的电压差Vds呈现线性增加；参照图4b，本实施例提供的薄膜晶体管的输出电流Id随着漏极与源极之间的电压差Vds逐渐趋于饱和。而且，图4b示出的本实施例的薄膜晶体管的输出特性曲线与图4a示出的现有技术的薄膜晶体管的输出特性曲线相比，在漏极与源极之间的电压差Vds相同的情况下，图4b所示的输出特性曲线中的输出电流Id要高，因此可以获得较大的输出效率，并且本实施例提供的薄膜晶体管的阻抗（即图4b所示的输出特性曲线中，漏极与源极之间的电压差Vds与输出电流Id的比值）较低。
本发明还提供了一种薄膜晶体管的制造方法，具体请参照图5。图5是本发明一实施例提供的薄膜晶体管的制造方法的流程图。
一并参照图2和图5，本发明一实施例提供的薄膜晶体管的制造方法包括以下步骤：
S1、在衬底110上形成屏蔽层120。在该步骤中，屏蔽层120沉积于衬底110上方，用于吸收外来光线，从而对按照本实施例的薄膜晶体管的制造方法制造的薄膜晶体管进行保护；而衬底110的材料可优选为玻璃，当然在其他实施例中也可以为软性塑料。
S2、在屏蔽层120上形成有源层130。在该步骤中，有源层130为沉积于屏蔽层120上方的半导体层，其作为一导电通道，且有源层130的材料可采用铟镓锌氧化物（In-Ga-Zn-O，IGZO）。
S3、在有源层130上形成栅绝缘层140，并对栅绝缘层140进行图案化处理（例如可采用栅绝缘层光罩对栅绝缘层140进行图案化处理），以使有源层130的两端区域（即第一区131和第二区132）暴露。在该步骤中，栅绝缘层140为沉积于有源层130上方的绝缘层，在本实施例中栅绝缘层140的材料可为氧化硅材料，当然，在其他实施例中也可以为氮化硅等其他绝缘材料，并且沉积栅绝缘层140时使用的气体及其比例为：SiH4/N2O<1/65。
S4、在栅绝缘层140上形成栅电极150。在该步骤中，栅电极150为沉积于栅绝缘层140上方的金属导体，用于接收栅极驱动信号，其所用材料可为Cr、Ti、Al、Mo、Cu、Nd中的一种或几种的合金；另外，栅电极150只沉积在栅绝缘层140之上，并且完全不覆盖第一区131和第二区132。
S5、在衬底110、有源层130的第一区131和第二区132以及栅电极150之上形成钝化层160，并对钝化层160进行图案化处理（例如可采用钝化层光罩对钝化层160进行图案化处理），以使有源层130的两端区域（即第一区131和第二区132）或者有源层130的两端区域（即第一区131和第二区132）的部分暴露出。在该步骤中，钝化层160为绝缘层，其所用材料可为氧化硅，当然，在其他实施例中也可以为氮化硅等其他绝缘材料，并且在沉积钝化层160时使用的气体及其比例为：SiH4/N2O>1/50，如此，可使有源层130的两端区域（即第一区131和第二区132）形成n型重掺杂区。
S6、在钝化层160上形成源电极170和漏电极180，并使源电极170和漏电极180分别电连接第一区131和第二区132。由于源电极170和漏电极180分别电连接为n型重掺杂区的第一区131和第二区132，所以可有效地降低源电极170和漏电极180分别与有源层130的接触阻抗。在该步骤中，源电极170为沉积于有源层130的第一区131以及钝化层160上方一侧的金属导体，用于接收源极驱动信号，其所用材料为Cr、Ti、Al、Mo、Cu、Nd中的一种或几种的合金；漏电极180为沉积于有源层130的第二区132以及钝化层160上方另一侧的金属导体，用于接收漏极驱动信号，其所用材料为Cr、Ti、Al、Mo、Cu、Nd中的一种或几种的合金。另外，栅电极150位于源电极170和漏电极180之间，且三者彼此绝缘隔开。
此外，在步骤S1中，形成屏蔽层120的具体实现方式包括以下步骤：
S11、在衬底110上形成金属层121。在该步骤中，金属层121用于吸收外来光线，其优选使用铬和/或氧化铬材料。
S12、在金属层121上形成绝缘层122。在该步骤中，绝缘层122用于使有源层130与金属层121绝缘，其所用材料优选为氧化硅材料，这样可以简化工艺，当然，在其他的实施例中绝缘层122也可以采用氮化硅材料。
本发明一实施例提供的薄膜晶体管或者由本发明一实施例提供的薄膜晶体管的制造方法制造的薄膜晶体管通常用于液晶面板中，具体请参照图6和图7。
图6为本发明一实施例提供的液晶面板的结构示意图。图7为本发明一实施例提供的薄膜晶体管阵列基板的结构示意图。
参照图6和图7，本发明一实施例提供的液晶面板包括彩色滤光片基板100、薄膜晶体管阵列基板200以及夹设在彩色滤光片基板100和薄膜晶体管阵列基板200之间的液晶层300。其中，液晶层300中包括若干液晶分子；与薄膜晶体管阵列基板200相对设置的彩色滤光片基板100也称CF（Color Filter）基板，其通常包括透明基板（诸如玻璃基板）以及设置在透明基板上的黑色矩阵图案、彩色光阻层（诸如红（R）、绿（G）和蓝（B）滤光片图案）以及配向层等。鉴于本发明中采用的彩色滤光片基板100与现有液晶面板中的彩色滤光片基板相同，因此其具体结构可参照相关的现有技术，在此不再赘述。
薄膜晶体管阵列基板200也称TFT（Thin Film Transistor）基板，其通常包括透明基板（诸如玻璃基板）201以及阵列排布在透明基板201上的若干薄膜晶体管202，其主要作用是向液晶层300中的液晶分子提供驱动电压，以使液晶分子进行偏转，从而使光线可穿过液晶层300，进而配合彩色滤光片基板100，使得液晶面板显示影像，其中，薄膜晶体管202为上述的薄膜晶体管或者由上述的薄膜晶体管的制造方法制造的薄膜晶体管。
终上所述，本发明提供的薄膜晶体管，通过增加一层用于吸收外来光线的屏蔽层，从而减小光照对器件性能的影响，增加器件的稳定性，进而提高平板显示器的质量；同时，该薄膜晶体管还通过重掺杂的n型半导体与源电极和漏电极接触，从而减小了其接触阻抗，增加器件的输出效率；而且，该薄膜晶体管可以沿用现有的工艺，方便大规模生产。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (10)

1.一种薄膜晶体管，包括形成在基板上的有源层（130）、栅绝缘层（140）、栅电极（150）、源电极（170）和漏电极（180），其中，所述有源层（130）位于所述衬底（110）之上，所述栅绝缘层（140）、所述源电极（170）和所述漏电极（180）均位于所述有源层（130）之上，所述栅电极（150）位于所述栅绝缘层（140）之上，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括位于所述衬底（110）和所述有源层（130）之间的屏蔽层（120），所述屏蔽层（120）用于吸收外来光线。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述屏蔽层（120）包括金属层（121）以及位于所述金属层（121）之上的绝缘层（122），其中，所述金属层（121）用于吸收外来光线，所述绝缘层（122）用于将所述有源层（130）与所述金属层（121）绝缘隔开。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层（130）的材质为氧化铟镓锌。
4.根据权利要求3所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层（130）的与所述源电极（170）接触的第一区（131）以及与所述漏电极（180）接触的第二区（132）均为n型重掺杂区。
5.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括步骤：
A、在衬底（110）上形成屏蔽层（120）；
B、在所述屏蔽层（120）上形成有源层（130）；
C、在有源层（130）上形成栅绝缘层（140），并对栅绝缘层（140）进行图案化处理，以使有源层（130）的第一区（131）和第二区（132）暴露；
D、在所述栅绝缘层（140）上形成栅电极（150）；
E、在衬底（110）、所述第一区（131）、所述第二区（132）以及栅电极（150）之上形成钝化层（160），并对钝化层（160）进行图案化处理，以使所述第一区（131）和所述第二区（132）暴露；
F、在钝化层（160）上形成源电极（170）和漏电极（180），并使源电极（170）和漏电极（180）分别接触所述第一区（131）和所述第二区（132）。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步骤A中形成所述屏蔽层（120）的具体实现方式为：
A1、在衬底（110）上形成金属层（121）；
A2、在所述金属层（121）上形成绝缘层（122）。
7.根据权利要求5或6所述的制造方法，其特征在于，所述有源层（130）的材质为氧化铟镓锌。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述第一区（131）与所述第二区（132）均为n型重掺杂区。
9.一种薄膜晶体管阵列基板，包括透明基板（201）以及阵列排布在所述透明基板（201）上的若干薄膜晶体管（202），其特征在于，所述薄膜晶体管（202）为权利要求1至4任一项所述的薄膜晶体管。
10.一种液晶面板，包括彩色滤光片基板（100）、与所述彩色滤光片基板（100）相对设置的薄膜晶体管阵列基板（200）以及夹设在所述彩色滤光片基板（100）和所述薄膜晶体管阵列基板（200）之间的液晶层，其特征在于，所述薄膜晶体管阵列基板（200）为权利要求9所述的薄膜晶体管阵列基板。
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