CN103928470B - 一种氧化物半导体tft阵列基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氧化物半导体TFT阵列基板，包括薄膜晶体管和存储电容，所述薄膜晶体管包括位于第一导电层的栅极，位于栅极之上的栅极绝缘层，位于栅极绝缘层之上的有源层，所述有源层为氧化物半导体层，位于有源层之上的刻蚀阻挡层，位于刻蚀阻挡层之上并且位于第二导电层的源极和漏极；所述存储电容包括位于第一导电层的第一极板，位于第一极板之上的栅极绝缘层，位于栅极绝缘层之上刻蚀阻挡层，位于刻蚀阻挡层之上并且位于第二导电层的第二极板；其中，位于第一极板之上的刻蚀阻挡层的厚度小于位于栅极之上的刻蚀阻挡层的厚度。本发明提供的金属氧化物TFT阵列基板存储电容值较高，还减小周边电路的尺寸，提高了显示装置的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地为一种氧化物半导体TFT阵列基板及其制造方法。
背景技术
现有技术中，TFT(Thin-Film-Transistor，薄膜晶体管)在液晶显示装置和有机发光显示装置等平板显示技术领域中得到了非常广泛的应用。目前，在TFT技术中有源层多采用非晶硅(a-Si)和多晶硅(p-Si)等半导体材料。其中，a-Si TFT应用最广泛，可以覆盖几乎所有尺寸的平板显示产品。p-Si TFT受膜质均一性的限制，目前只能适用于中小尺寸产品。从器件特性上讲，a-Si TFT具有构造简单、量产均一性好等优点，但同时具有迁移率低(约0.5cm2/V·s)、光照稳定性差等缺点；尽管p-Si TFT的迁移率(大于10cm2/V·s)比a-Si TFT高出很多，但同时具有构造复杂、漏电流大和量产均一性差等缺点。随着平板显示技术的快速发展，对TFT的性能提出了越来越高的要求。从a-Si TFT和p-SiTFT的特性来看是无法完全满足上述要求的，所以新的TFT技术有待开发。从目前来看，金属氧化物TFT是最有希望的替代者之一。
金属氧化物作为TFT的有源层材料具有以下两方面优点：(1)禁带宽(＞3.0eV)，由此带来非常好的光照稳定性，所以与a-Si TFT不同，金属氧化物TFT可以制作成全透明器件，从而显著增加面板的开口率，进而降低显示器的功耗；(2)高迁移率(约为10cm2/V·s)。总体而言，金属氧化物TFT同时具备a-Si TFT和p-Si TFT的技术优势，且在大规模量产上具有可行性，所以极有可能在不久的将来成为平板显示有源电子驱动器件的主流。
图1是现有技术中的一种金属氧化物TFT阵列基板的示意图，包括衬底1，位于所述衬底1之上的栅极2以及存储电容101的下极板3，位于栅极2和下极板3之上的栅极绝缘层4，位于栅极绝缘层4之上的有源层5，位于有源层5之上的刻蚀阻挡层6，以及位于刻蚀阻挡层6之上的源极7、漏极8和存储电容101的上极板9。其中，栅极2、栅极绝缘层4、有源层5、源极7和漏极8组成了TFT。下极板3、栅极绝缘层4、刻蚀阻挡层6及上极板9组成了存储电容101。同时，栅极2、栅极绝缘层4、有源层5、刻蚀阻挡层6、与源极7和漏极8分别组成了源极寄生电容103和漏极寄生电容102。对于金属氧化物TFT阵列基板来说，存储电容101的值越大，源极寄生电容103和漏极寄生电容102的值越小，器件性能越好。
增大存储电容101的值可通过增加上极板9和下极板3的面积，或者减小介质的厚度，即栅极绝缘层4和刻蚀阻挡层6的厚度。但是，如上所述的金属氧化物TFT阵列基板中，存储电容101、源极寄生电容103和漏极寄生电容102中间的介质层都是栅极绝缘层4和刻蚀阻挡层6，且厚度相同。如果减小了栅极绝缘层4和刻蚀阻挡层6的厚度，势必同时会增大源极寄生电容103和漏极寄生电容102的值。
一般地，存储电容的极板是用金属制成的，如图1所示存储电容101的上极板9和下极板3均为金属，金属是不透光的，如果通过增大存储电容极板面积的方式来增大储存电容的值，那么像素单元的开口率将会下降。
所以现有技术中要增加存储电容值会牺牲开口率或牺牲TFT工作特性的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种氧化物TFT阵列基板、氧化物半导体TFT显示装置以及氧化物半导体阵列基板的制造方法。
一种氧化物半导体TFT阵列基板，包括薄膜晶体管和存储电容，
所述薄膜晶体管包括位于第一导电层的栅极，位于栅极之上的栅极绝缘层，位于栅极绝缘层之上的有源层，所述有源层为氧化物半导体层，位于有源层之上的刻蚀阻挡层，位于刻蚀阻挡层之上并且位于第二导电层的源极和漏极；所述存储电容包括位于第一导电层的第一极板，位于第一极板之上的栅极绝缘层，位于栅极绝缘层之上刻蚀阻挡层，位于栅极绝缘层之上并且位于第二导电层的第二极板；其中，位于第一极板之上的刻蚀阻挡层的厚度小于位于栅极之上的刻蚀阻挡层的厚度。
一种氧化物半导体TFT显示装置，包括上述的氧化物半导体阵列基板。一种氧化物半导体TFT阵列基板的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底；在所述衬底上形成第一导电层，刻蚀所述第一导电层形成薄膜晶体管的栅极和存储电容的第一极板；在所述第一导电层上形成栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层，刻蚀所述氧化物半导体层形成有源层；在所述氧化物半导体层上形成刻蚀阻挡层，刻蚀所述刻蚀阻挡层形成位于有源层上的过孔，同时将位于第一极板上的刻蚀阻挡层部分刻蚀掉；在所述刻蚀阻挡层上形成第二导电层，刻蚀所述第二导电层形成源极、漏极和存储电容的第二极板。
本发明提供的氧化物TFT阵列基板、氧化物半导体TFT显示装置既可以增大存储电容的值，保持了源极寄生电容和漏极寄生电容的大小，同时可不用增大上极板和下极板的面积，即可提升器件性能。并且本发明提供的氧化物TFT阵列基板的制作方法和现有技术相比未增加工艺步骤。
附图说明
图1是现有技术中的一种金属氧化物TFT阵列基板的示意图；
图2为实施例一提供的氧化物TFT阵列基板的示意图；
图3为实施例一提供的另一种氧化物半导体TFT阵列基板的示意图；
图4至图6为实施例二提供的氧化物TFT阵列基板制造方法的示意图；
图7为实施例二提供的另一种氧化物半导体TFT阵列基板的制造方法的示意图；
图8为实施例三提供的氧化物TFT阵列基板制造方法的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合附图说明如下，但是以下附图和具体实施例并不是对本发明的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
实施例一：
本发明实施例一提供一氧化物半导体TFT阵列基板，请参考图2，为实施例一提供的氧化物半导体TFT阵列基板100的示意图。所述氧化物半导体TFT阵列基板100包括衬底11和位于衬底11之上的薄膜晶体管和存储电容201。
所述薄膜晶体管包括位于第一导电层的栅极12，位于栅极12之上的栅极绝缘层14，位于栅极绝缘层14之上的有源层15，位于有源层15之上的刻蚀阻挡层16，位于刻蚀阻挡层16之上并且位于第二导电层的源极17和漏极18。所述有源层15为氧化物半导体层，具体地，所述有源层15的材料为铟镓锌氧化物（IGZO）。所述源极17和漏极18分别通过位于刻蚀阻挡层16的过孔和有源层15连接。并且源极17、刻蚀阻挡层16、有源层15、栅极绝缘层14和栅极12组成了源极寄生电容203。漏极18、刻蚀阻挡层16、有源层15、栅极绝缘层14和栅极12组成了漏极寄生电容202。
所述存储电容201包括位于第一导电层的第一极板13，位于第一极板13之上的栅极绝缘层14、位于栅极绝缘层14之上的刻蚀阻挡层16，位于栅极绝缘层14之上并且位于第二导电层的第二极板19。
其中，所述位于第一极板13之上的刻蚀阻挡层16的厚度小于或者等于位于栅极12之上的刻蚀阻挡层16的厚度。具体地，所述位于第一极板13之上的刻蚀阻挡层16的厚度和位于栅极12之上的刻蚀阻挡层16的厚度差为10至50纳米。
实施例一提供的氧化物半导体TFT阵列基板100中，源极寄生电容203和漏极寄生电容202的介质层均为刻蚀阻挡层16、有源层15、栅极绝缘层14，存储电容201的介质层为栅极绝缘层14及部分厚度的刻蚀阻挡层16，即在存储电容201的上极板19和下极板13之间只设置了栅极绝缘层14及部分刻蚀阻挡层16。这样既可以增大存储电容201的值，保持源极寄生电容203和漏极寄生电容202的大小，存储电容201和源极寄生电容203和漏极寄生电容202的性能都能满足，互不干扰。
实施例一提供的氧化物半导体TFT阵列基板100可用于液晶显示装置或者有机发光显示装置中，用于控制所述显示装置的显示效果。
实施例一提供的氧化物半导体TFT阵列基板100，其中，所述存储电容201位于像素区域，其作用是当栅极12控制薄膜晶体管关闭时，用存储其上的电压供像素单元在下一次栅极12控制薄膜晶体管打开前维持预定的显示亮度。在其他实施方式中，所述存储电容201还可以位于像素单元区域周边的电路中，可用于在周边形成一些简单的驱动电路，如栅极驱动电路。因为实施例一提供的存储电容201相对于现有技术，在提供相同电容值的情况下，使用更少的金属面积，可以减小边框的尺寸、提高显示装置的集成度、降低成本。
实施例一提供的氧化物半导体TFT阵列基板100，所述刻蚀阻挡层16的材料为氧化硅或者氧化铝。刻蚀阻挡层16的主要作用是在防止氧化物半导体层受到源极17和漏极18刻蚀时的刻蚀液或者刻蚀过程的负面影响。所述栅极绝缘层14的材料为氧化硅或氮化硅或氧化硅和氮化硅的双层结构。
实施例一提供的氧化物半导体TFT阵列基板100具备较好的薄膜晶体管器件特性，同时存储电容值较高，可良好的维持一帧画面的显示，还可以减小周边电路的尺寸，提高了显示装置的性能，减小了薄膜晶体管像素单元的设计限制。
请参考图3，图3为实施例一提供的另一种氧化物半导体TFT阵列基板的示意图，在实施例一提供的另一种氧化物半导体TFT阵列基板100'中，和上述技术方案不同的是存储电容201'的介质层只有栅极绝缘层14'。具体地，存储电容201'包括位于第一导电层的第一极板13'，位于第一极板13'之上的栅极绝缘层14'，位于栅极绝缘层14'之上并且位于第二导电层的第二极板19'。并且位于位于第一极板13'之上的栅极绝缘层14'的厚度小于等于位于栅极12'上的栅极绝缘层14'的厚度。所述厚度差为10至50纳米。
在实施例一提供的另一种氧化物半导体TFT阵列基板100'中，存储电容201'的厚度进一步减少，在相同极板的情况下保持源极寄生电容203'和漏极寄生电容202'，可进一步提高存储电容201'的值，提升了器件的性能。
实施例二：
本发明实施例二提供一种氧化物半导体TFT阵列基板的制造方法，具体地请参考图4至图6，为氧化物半导体TFT阵列基板制造方法的示意图。
参考图4，首先为步骤1：提供衬底21，所述衬底21可以为玻璃基板或柔性基板。
然后为步骤2：在衬底21上形成第一导电层。所述第一导电层为金属层。
接着为步骤3：使用第一掩膜板刻蚀所述第一导电层形成薄膜晶体管的栅极22和存储电容的第一极板23。所述存储电容的第一极板23可以位于像素单元区域，也可以位于像素单元区域周边的电路中。
步骤4：在所述第一导电层上形成栅极绝缘层24。所述栅极绝缘层24的材料为氧化硅、氮化硅或者氧化硅和氮化硅的双层结构。
步骤5：在所述栅极绝缘层24上形成氧化物半导体层。所述氧化物半导体层的材料为铟镓锌氧化物。
步骤6：使用第二掩膜板刻蚀所述氧化物半导体层形成有源层25。
步骤7：在所述氧化物半导体层上形成刻蚀阻挡层26。所述刻蚀阻挡层26的材料为氧化硅或者氧化铝。刻蚀阻挡层26的主要作用是防止位于其下并位于氧化物半导体层的有源层25受到刻蚀液或者刻蚀过程的负面影响。
接着请参考图5，执行步骤8，使用第三掩膜板刻蚀所述刻蚀阻挡层26形成位于有源层25上的过孔304和305，同时将位于第一极板23上的部分厚度的刻蚀阻挡层26刻蚀掉。具体地，所述第三掩膜板对应第一极板23的位置为半灰调掩膜，在刻蚀阻挡层26的刻蚀工艺中只保留部分厚度的刻蚀阻挡层26。刻蚀工艺为干法刻蚀，干法刻蚀的刻蚀各向异性好，可以通过调节刻蚀气体的浓度、速度等控制刻蚀的速率及选择比，并且干法刻蚀可以控制过孔304和305的壁的斜率，将过孔304和305的壁刻蚀的倾斜度大一些便于后续在过孔304和305内成膜。
接着请参考图6，执行步骤9，在所述刻蚀阻挡层26上形成第二导电层。其中，部分第二导电层沉积入过孔304和305的内部。
步骤10，使用第四掩膜板刻蚀所述第二导电层形成源极27、漏极28和存储电容的第二极板29，存储电容的第二极板29可以位于像素单元区域，也可以位于像素单元区域周边的电路中。
通过实施例二提供的制造方法制作的氧化物半导体TFT阵列基板，源极寄生电容303和漏极寄生电容302的介质层均为刻蚀阻挡层26、有源层25、栅极绝缘层24，存储电容301的介质层为栅极绝缘层24和部分刻蚀阻挡层26。这样既可以增大存储电容301的值，也可以保持源极寄生电容303和漏极寄生电容302的大小，并且，相比于现有技术，实施例二提供的制造方法并未增加工艺步骤。
请参考图7，为实施例二提供的另一种氧化物半导体TFT阵列基板的制造方法的示意图。和上述技术方案相同之处不再赘述，不同之处在于，步骤8中，使用第三掩膜板刻蚀所述刻蚀阻挡层26'形成位于有源层25上的过孔304和305，同时将位于第一极板23上的刻蚀阻挡层26'全部刻蚀掉。然后在刻蚀阻挡层26'上形成源极27、漏极28和存储电容的第二极板29等的步骤也和上述技术方案一致。
在实施例二提供的另一种氧化物半导体TFT阵列基板的制造方法中，将位于位于第一极板23上的刻蚀阻挡层26'全部刻蚀掉进一步减小了存储电容的介质层厚度，并且相比于现有技术也并未增加工艺步骤，实现方法简单，器件性能好。
实施例三：
本发明实施例三提供一种氧化物半导体TFT阵列基板的制造方法，具体地请参考图8。实施例三提供的制作方法的步骤1至步骤7和实施二提供的制作方法相同，此处不再赘述。
和实施例二不同的是，在实施三中，在步骤8中，当位于第一极板33上的刻蚀阻挡层36被刻蚀掉后，接着刻蚀位于其下的栅极绝缘层34，当部分厚度的栅极绝缘层34被刻蚀掉后停止。
然后执行步骤9，在所述刻蚀阻挡层36上形成第二导电层。其中，部分第二导电层沉积入过孔的内部。步骤10，刻蚀所述第二导电层形成源37、漏极38和存储电容的第二极板39，存储电容的第二极板39可以位于像素单元区域，也可以位于像素单元区域周边的电路中。
实施例三提供的制作方法，可以在使用同样极板面积的情况下使得存储电容401的值相比于实施例二中的存储电容301的值更大。因为刻蚀气体对氧化物半导体层和栅极绝缘层34的刻蚀选择比很大，当位于过孔位置和第一极板31上的刻蚀阻挡层36被刻蚀掉后，刻蚀气体刻蚀过孔内的位于氧化物半导体层的有源层35时几乎是刻不动的，即所述有源层35没有损耗，但是位于第一极板31上的栅极绝缘层34则很容易被刻蚀气体刻蚀掉。
实施例三的制作方法和现有技术相比未增加工艺步骤，并且容易实现，可带来更好的器件性能。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (5)
1.一种氧化物半导体TFT阵列基板，包括薄膜晶体管和存储电容，其中，
所述薄膜晶体管包括位于第一导电层的栅极，位于栅极之上的栅极绝缘层，位于栅极绝缘层之上的有源层，所述有源层为氧化物半导体层，位于有源层之上的刻蚀阻挡层，位于刻蚀阻挡层之上并且位于第二导电层的源极和漏极；
所述存储电容包括位于第一导电层的第一极板，位于第一极板之上的栅极绝缘层，位于栅极绝缘层之上刻蚀阻挡层，且位于刻蚀阻挡层之上并且位于第二导电层的第二极板；
并且，位于第一极板之上的刻蚀阻挡层的厚度全部小于位于栅极之上的刻蚀阻挡层的厚度。
2.如权利要求1所述的氧化物半导体TFT阵列基板，其特征在于，所述存储电容位于像素区域，或者所述存储电容位于像素区域周边的电路中。
3.如权利要求1所述的氧化物半导体TFT阵列基板，其特征在于，所述有源层的材料为铟镓锌氧化物。
4.一种氧化物半导体TFT显示装置，其特征在于：包括如权利要求1至3任一所述的氧化物半导体阵列基板。
5.一种氧化物半导体TFT阵列基板的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一导电层，刻蚀所述第一导电层形成薄膜晶体管的栅极和存储电容的第一极板；
在所述第一导电层上形成栅极绝缘层；
在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层，刻蚀所述氧化物半导体层形成有源层；
在所述氧化物半导体层上形成刻蚀阻挡层，刻蚀所述刻蚀阻挡层形成位于有源层上的过孔，同时将位于第一极板上的刻蚀阻挡层部分刻蚀掉，位于第一极板之上的刻蚀阻挡层的厚度全部小于位于栅极之上的刻蚀阻挡层的厚度；
在所述刻蚀阻挡层上形成第二导电层，刻蚀所述第二导电层形成源极、漏极和存储电容的第二极板。
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