CN105097824B

CN105097824B - 薄膜晶体管基板及其制作方法及显示器

Info

Publication number: CN105097824B
Application number: CN201410218781.1A
Authority: CN
Inventors: 李冠锋; 赖浩诠
Original assignee: Innolux Display Corp
Current assignee: Innolux Corp
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: CN105097824A

Abstract

本发明公开一种薄膜晶体管基板及其制作方法及显示器。该薄膜晶体管基板包括：一基板；一栅极，配置于基板上；一栅极绝缘层，配置于基板上并覆盖栅极；一主动层，配置于栅极绝缘层上并位于栅极上方，其中主动层具有一第一氧空缺部分与一第二氧空缺部分；一源极与一漏极，配置于主动层上，源极连接第一氧空缺部分，漏极连接第二氧空缺部分。

Description

薄膜晶体管基板及其制作方法及显示器

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管基板，且特别是涉及具有欧姆接触的薄膜晶体管基板及其制作方法及具有前述薄膜晶体管基板的显示器。

背景技术

随着显示科技的日益进步，人们借着显示器的辅助可使生活更加便利，为求显示器轻、薄的特性，促使平面显示器(flat panel display，FPD)成为目前的主流。在诸多平面显示器中，液晶显示器(liquid crystal display，LCD)具有高空间利用效率、低消耗功率、无辐射以及低电磁干扰等优越特性，因此，液晶显示器深受消费者欢迎。

液晶显示器主要是由主动阵列基板、彩色滤光基板与位于两基板之间的液晶层所构成。主动阵列基板中可设置有多个底栅极薄膜晶体管以作为驱动元件或是像素的开关元件。在底栅极薄膜晶体管中，源极与漏极连接主动层的电连接品质会影响底栅极薄膜晶体管的电性表现(例如饱和电流)。因此，如何提升源极、漏极与主动层之间的电连接品质是目前极为重要的课题。

发明内容

为解决上述问题，本发明一实施例提供一种薄膜晶体管基板包括：一基板；一栅极，配置于基板上；一栅极绝缘层，配置于基板上并覆盖栅极；一主动层，配置于栅极绝缘层上并位于栅极上方，其中主动层具有一第一氧空缺部分与一第二氧空缺部分；一源极与一漏极，配置于主动层上，源极连接第一氧空缺部分，漏极连接第二氧空缺部分。

本发明一实施例提供一种薄膜晶体管基板的制作方法包括：在一基板上形成一栅极；在基板上形成一栅极绝缘层以覆盖栅极；在栅极绝缘层上形成一主动层，主动层位于栅极上方；在主动层中形成一第一氧空缺部分与一第二氧空缺部分；以及于主动层上形成一源极以及一漏极，其中源极连接第一氧空缺部分，漏极连接第二氧空缺部分。

本发明一实施例提供一种显示器包括：一薄膜晶体管基板；一基板，与薄膜晶体管基板相对设置；以及一显示介质，形成于薄膜晶体管基板与基板之间。

附图说明

图1A-图1E为本发明一实施例的一薄膜晶体管基板的制作工艺剖视图；

图2A-图2E为本发明一实施例的一薄膜晶体管基板的制作工艺剖视图；

图3为多个具有不同主动层厚度的薄膜晶体管的磁滞效应测试结果的示意图；

图4为多个具有不同主动层厚度的薄膜晶体管的一正栅极偏压应力测试(positive gate bias stress test)结果的示意图；

图5为多个具有不同主动层厚度的薄膜晶体管的一负栅极偏压应力测试(negative gate bias stress test)结果的示意图；

图6为多个具有不同主动层厚度的薄膜晶体管的一照光及负栅极偏压应力测试结果的示意图；

图7绘示本发明一实施例的显示器的剖视图。

符号说明

100、200 薄膜晶体管基板

101、201 薄膜晶体管

110 基板

120 栅极

130 栅极绝缘层

140、210 主动(有源)层

142、144、212、214 氧空缺部分

142a、144a 凹槽

146、216 第一部分

150 蚀刻停止层

152、154 开口

160、220 图案化光致抗蚀剂层、图案化掩模层

162、164 开口

172、232 源极

174、234 漏极

180、240 绝缘层

182、242 通孔

190、250 导电层

210a 主动材料层

216a、216b 侧边

216c 第一端部

216d 第二端部

D 深度

T1、T2 厚度

700 显示器

710 薄膜晶体管基板

720 基板

730 显示介质

具体实施方式

以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。应注意的是，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。在附图中，实施例的形状或是厚度可能扩大，以简化或是突显其特征。再者，图中未绘示或描述的元件，可为所属技术领域中具有通常知识者所知的任意形式。

图1A-图1E绘示本发明一实施例的一薄膜晶体管基板的制作工艺剖视图。请参照图1A，提供一基板110，例如一玻璃基板或一塑胶基板。接着，在基板110上形成一栅极120以及一覆盖栅极120的栅极绝缘层130。在一实施例中，栅极120的材质可包括铝(Al)与钼(Mo)、或是其他适合的导电材料。栅极绝缘层130的材质例如为二氧化硅、二氧化氮、或是其他具有高介电常数的介电材料。

然后，在栅极绝缘层130上形成一主动层140。主动层140可通过图案化掩模以光刻蚀刻的方式制作形成。主动层140的材质例如为铟镓锌氧化物(IGZO，indium–gallium–zinc–oxide)、铟锡锌氧化物(ITZO，InSnZnO)、铟锌氧化物(IZO，InZnO)、或是其他适于作为主动层的金属氧化物半导体材料。在一实施例中，主动层140的厚度T1约为200埃至900埃。主动层140的厚度T1例如约为300埃至700埃。

之后，在栅极绝缘层130上形成一蚀刻停止层150，蚀刻停止层150覆盖主动层140。蚀刻停止层150的材质例如为氧化硅、或是其他适合的材料。然后，在一实施例中，可于蚀刻停止层150上形成一图案化光致抗蚀剂层(或称图案化掩模层)160。图案化光致抗蚀剂层160具有二开口162、164暴露出部分的蚀刻停止层150，且开口162、164位于主动层140上方且在垂直投影方向上对应该主动层140。

接着，请参照图1B，以图案化光致抗蚀剂层160为蚀刻掩模进行一蚀刻制作工艺，以于蚀刻停止层150中形成暴露出主动层140的二开口152、154。开口152位于开口162下方并与其连通，开口154位于开口164下方并与其连通。在一实施例中，蚀刻制作工艺包括一干式蚀刻制作工艺。干式蚀刻制作工艺使用的蚀刻剂(蚀刻气体)例如为四氟甲烷与氧气。

由于本实施例的蚀刻制作工艺所使用的蚀刻剂(蚀刻气体或液体)会与主动层140反应而造成主动层140内的氧空缺(oxygen vacancy)增加，因此，蚀刻制作工艺于开口152、154下方暴露出的主动层140中形成第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144。换句话说，开口152、154分别暴露出第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144。

第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144的氧空缺密度高于主动层140的第一部分146(亦即，主动层140的除了第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144以外的其他部分)的氧空缺密度。因此，第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144的载流子浓度(或称电子浓度)大于主动层140的第一部分146的载流子浓度。

在一实施例中，第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144的载流子浓度约为10¹⁹每立方厘米至10²²每立方厘米。在一实施例中，第一部分146的载流子浓度约为10¹⁶每立方厘米至10¹⁸每立方厘米。在本实施例中，第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144同位于主动层140的一侧边146a。

在一实施例中，在蚀刻制作工艺的蚀刻剂与主动层140反应的同时，蚀刻制作工艺也会移除部分的主动层140而于第一氧空缺部分142上形成第一凹槽142a以及于第二氧空缺部分144上形成第二凹槽144a。第一凹槽142a位于开口152下方并与其连通，第二凹槽144a位于开口154下方并与其连通。第一凹槽142a、第二凹槽144a的深度愈深，代表第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144的氧空缺浓度愈高及/或氧空缺部分142、144的尺寸愈大。在一实施例中，第一凹槽142a、第二凹槽144a的深度D分别约为50埃至400埃。在一实施例中，第一凹槽142a、第二凹槽144a的深度D分别约为100埃至300埃。

接着，如图1C所示，移除图案化光致抗蚀剂层160。然后，在蚀刻停止层150上形成一源极172与一漏极174。源极172填入开口152与第一凹槽142a中并连接第一氧空缺部分142，漏极174填入开口154与第二凹槽144a中并连接第二氧空缺部分144。源极172与漏极174的材质包括钼(Mo)、铝、或是其他适合的导电材料。此时，已大抵上形成本实施例的薄膜晶体管基板100的薄膜晶体管101。在本实施例中，薄膜晶体管101至少包括栅极120、栅极绝缘层130、主动层140、源极172、以及漏极174。

值得注意的是，由于本实施例已于开口152、154下方分别形成具有高载流子浓度的第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144，因此，填入开口152、154中的源极172与漏极174可与第一氧空缺部分142、第二氧空缺部分144形成良好的欧姆接触。因此，第一氧空缺部分142与第二氧空缺部分144可有效降低源极172与漏极174与主动层140之间的接触阻抗，进而大幅提升本实施例所制得的薄膜晶体管101的饱和电流(Ion)。

之后，请参照图1D，可选择性地于蚀刻停止层150上形成一绝缘层180，绝缘层180覆盖源极172与漏极174。绝缘层180可为一单层结构或是一多层结构。绝缘层180的材质包括氧化硅、氮化硅、聚四氟乙烯(PFA，Polytetrafluoroethylene)、或是其他适合的绝缘材料。

然后，请参照图1E，以例如光刻蚀刻的方式于绝缘层180中形成一通孔182以暴露出部分的漏极174。接着，在绝缘层180上形成一导电层190，导电层190延伸入通孔182中并与漏极174连接。导电层190的材质包括透明导电材料(例如铟锡氧化物)或是金属(例如铜)。在另一未绘示的实施例中，通孔182可暴露出源极172，且导电层190可延伸入通孔182中以连接源极172。

图2A-图2E绘示本发明一实施例的一薄膜晶体管基板的制作工艺剖视图。请参照图2A，提供一基板110，例如一玻璃基板或一塑胶基板。接着，在基板110上形成一栅极120以及一覆盖栅极120的栅极绝缘层130。在一实施例中，栅极120的材质可包括铝(Al)与钼(Mo)、或是其他适合的导电材料。栅极绝缘层130的材质例如为二氧化硅或是其他具有高介电常数的介电材料。

然后，在栅极绝缘层130上形成一主动材料层210a。主动材料层210a的材质例如为铟镓锌氧化物(IGZO，indium–gallium–zinc–oxide)、铟锡锌氧化物(ITZO，InSnZnO)、铟锌氧化物(IZO，InZnO)、或是其他适于作为主动层的金属氧化物半导体材料。之后，在主动材料层210a上形成一图案化光致抗蚀剂层(或称图案化掩模层)220，图案化光致抗蚀剂层220对应于栅极120设置且位于栅极120上方。

接着，请参照图2B，以图案化光致抗蚀剂层220为蚀刻掩模进行一蚀刻制作工艺，以移除主动材料层210a的未被图案化光致抗蚀剂层220覆盖的部分而形成一主动层210。在一实施例中，主动层210的厚度T2约为200埃至900埃。主动层210的厚度T2例如约为300埃至700埃。

在一实施例中，蚀刻制作工艺包括一湿式蚀刻制作工艺。湿式蚀刻制作工艺使用的蚀刻剂(蚀刻液)例如为草酸。在另一实施例中，蚀刻制作工艺包括一干式蚀刻制作工艺。干式蚀刻制作工艺使用的蚀刻剂(蚀刻气体)例如为三氯化硼与氧气、或六氟化硫与氧气、或是四氟甲烷与氧气。在又一实施例中，蚀刻制作工艺包括先进行一湿式蚀刻制作工艺(例如使用草酸作为蚀刻剂)，之后再进行一干式蚀刻制作工艺(例如使用四氟甲烷与氧气作为蚀刻剂)。

由于本实施例的蚀刻制作工艺所使用的蚀刻剂(蚀刻气体或液体)会与主动层210反应而造成主动层210的氧空缺(oxygen vacancy)增加，因此，蚀刻制作工艺于图案化光致抗蚀剂层220所暴露出的主动层210的两端分别形成第一氧空缺部分212、第二氧空缺部分214。

第一氧空缺部分212与第二氧空缺部分214的氧空缺密度高于主动层 210的第一部分216(亦即，主动层210的除了第一氧空缺部分212与第二氧空缺部分214以外的其他部分)的氧空缺密度。因此，第一氧空缺部分212与第二氧空缺部分214的载流子浓度(或称电子浓度)大于主动层210的第一部分216的载流子浓度。

在一实施例中，第一氧空缺部分212与第二氧空缺部分214的载流子浓度约大于10¹⁹每立方厘米。在一实施例中，第一部分216的载流子浓度约为10¹⁶每立方厘米至10¹⁸每立方厘米。在本实施例中，第一氧空缺部分212与第二氧空缺部分214分别位于主动层210的相对两侧边216a、216b。

接着，如图2C所示，移除图案化光致抗蚀剂层220。然后，在主动层210的第一氧空缺部分212与第二氧空缺部分214上分别形成一源极232与一漏极234。源极232连接第一氧空缺部分212、主动层210的一第一端部216c并延伸至栅极绝缘层130上。漏极234连接第二氧空缺部分214、主动层210的一第二端部216d并延伸至栅极绝缘层130上。源极232与漏极234的材质包括钼(Mo)、铝、或是其他适合的导电材料。此时，已大抵上形成本实施例的薄膜晶体管基板200的薄膜晶体管201。在本实施例中，薄膜晶体管201至少包括栅极120、栅极绝缘层130、主动层210、源极232、以及漏极234。

值得注意的是，由于本实施例的源极232与漏极234可与第一氧空缺部分212、第二氧空缺部分214形成良好的欧姆接触。因此，第一氧空缺部分212与第二氧空缺部分214可有效降低源极232与漏极234与主动层210之间的接触阻抗，进而大幅提升本实施例所制得的薄膜晶体管201的饱和电流(Ion)。

之后，请参照图2D，可选择性地于栅极绝缘层130上形成一绝缘层240，绝缘层240覆盖源极232、漏极234与主动层210。绝缘层240可为一单层结构或是一多层结构。绝缘层180的材质包括氧化硅、氮化硅、聚四氟乙烯(PFA，Polytetrafluoroethylene)、或是其他适合的绝缘材料。

然后，请参照图2E，以例如光刻蚀刻的方式于绝缘层240中形成一通孔242以暴露出部分的漏极234。接着，在绝缘层240上形成一导电层250，导电层250延伸入通孔242中并与漏极234连接。导电层250的材质包括透明导电材料(例如铟锡氧化物)或是金属(例如铜)。在另一未绘示的实施例中，通孔242可暴露出源极232，且导电层250可延伸入通孔242中以连接源极232。

此外，在前述图1A-图1E与图2A-图2E的实施例中，主动层140、210的厚度T1、T2约为200埃至900埃。主动层210的厚度T2例如约为300埃至700埃。主动层140、210的厚度T1、T2应维持在适当的范围内，不论过薄或是过厚都会对薄膜晶体管造成不良的电性影响。以下为对具有不同主动层厚度的多个薄膜晶体管的各种电性测试结果。

图3绘示多个具有不同主动层厚度的薄膜晶体管的磁滞效应测试结果。由图3可得知多个薄膜晶体管的主动层厚度与临界电压差的关系。当薄膜晶体管的临界电压差愈趋近于零，则磁滞效应愈弱，电性表现愈佳。由图3可知，主动层厚度介于500埃至1000埃之间的薄膜晶体管的临界电压差较趋近于零，而具有较佳的电性表现。

图4绘示多个具有不同主动层厚度的薄膜晶体管的一正栅极偏压应力测试(positive gate bias stress test)结果。本测试对这些薄膜晶体管的栅极施加一正偏压，之后再测量这些薄膜晶体管的临界电压差。由图4可知，主动层厚度介于500埃至1000埃之间的薄膜晶体管的临界电压差较趋近于零，而具有较佳的电性表现。

图5绘示多个具有不同主动层厚度的薄膜晶体管的一负栅极偏压应力测试(negative gate bias stress test)结果。本测试对这些薄膜晶体管的栅极施加一负偏压(-30V)持续一小时以上，之后，再测量这些薄膜晶体管的临界电压差。由图5可知，主动层厚度介于350埃至750埃之间的薄膜晶体管的临界电压差较趋近于零，而具有较佳的电性表现。

图6绘示多个具有不同主动层厚度的薄膜晶体管的一照光及负栅极偏压应力测试结果。本测试对这些薄膜晶体管的栅极照光并施加一负偏压(-30V)持续一小时以上，之后，再测量这些薄膜晶体管的临界电压差。由图6可知，主动层厚度介于200埃至500埃之间的薄膜晶体管的临界电压差较趋近于零，而具有较佳的电性表现。

承上，由图3到图6可知，当主动层厚度越厚时(>500埃)，薄膜晶体管的磁滞效应、正栅极偏压应力与负栅极偏压应力会有较佳表现，但对照光及负栅极偏压应力则会有较差的表现，而当主动层厚度越薄时(<500埃)，则结果刚好相反，因此设计上为了避免薄膜晶体管有某特性上表现较差，因此取较中间的厚度值来取得平衡，所以薄膜晶体管厚度范围可选择在200埃至 900埃，较佳的厚度范围可选择300埃至700埃。

图7绘示本发明一实施例的显示器的剖视图。请参照图7，本实施例的显示器700包括一薄膜晶体管基板710、一基板720以及一夹于薄膜晶体管基板710与基板720之间的显示介质730。薄膜晶体管基板710设置有多个如前述的薄膜晶体管101及/或薄膜晶体管201，显示介质730可为液晶层或有机发光层。基板720例如为彩色滤光基板或是透明基板。

综上所述，由于本发明的薄膜晶体管的主动层具有氧空缺部分，因此，本发明的源极与漏极可与氧空缺部分形成欧姆接触，而大幅提升本发明的薄膜晶体管的饱和电流。

虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，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，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种薄膜晶体管基板，包括：

一基板；

一栅极，配置于该基板上；

一栅极绝缘层，配置于该基板上并覆盖该栅极；

一主动层，配置于该栅极绝缘层上并位于该栅极上方，其中该主动层具有一第一氧空缺部分、一第二氧空缺部分与一第一部分，该第一部分具有一第一端部及一第二端部；

一源极与一漏极，配置于该主动层上，该源极直接连接该第一氧空缺部分与该第一端部，该漏极直接连接该第二氧空缺部分与该第二端部；

其中该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分分别位于该主动层的相对两侧，并且该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分分别与该栅极绝缘层的一上表面接触，

其中该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分是由一蚀刻制作工艺在蚀刻形成该主动层的同时蚀刻该主动层的两端所形成。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分的载流子浓度大于该主动层的该第一部分的载流子浓度，该第一部分为该主动层除了该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分以外的部分。

3.如权利要求2所述的薄膜晶体管基板，其中该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分的载流子浓度为10¹⁹每立方厘米至10²²每立方厘米。

4.如权利要求2所述的薄膜晶体管基板，其中该第一部分的载流子浓度为10¹⁶每立方厘米至10¹⁸每立方厘米。

5.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中该主动层的厚度为300埃至700埃。

6.一种薄膜晶体管基板的制作方法，包括：

在一基板上形成一栅极；

在该基板上形成一栅极绝缘层以覆盖该栅极；

在该栅极绝缘层上形成一主动层，该主动层位于该栅极上方；

在该主动层中形成一第一氧空缺部分、一第二氧空缺部分与一第一部分，该第一部分具有一第一端部及一第二端部，其中该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分是由一蚀刻制作工艺在蚀刻形成该主动层的同时蚀刻该主动层的两端所形成；以及

在该主动层上形成一源极以及一漏极，其中该源极直接连接该第一氧空缺部分与该第一端部，该漏极直接连接该第二氧空缺部分与该第二端部；

其中该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分分别位于该主动层的相对两侧，并且该第一氧空缺部分与该第二氧空缺部分分别与该栅极绝缘层的一上表面接触。

7.如权利要求6所述的薄膜晶体管基板的制作方法，其中形成该主动层、该源极以及该漏极的步骤包括：

在该栅极绝缘层上形成一主动材料层；

通过该蚀刻制作工艺进行图案化该主动材料层以形成该主动层；以及

形成该源极与该漏极以分别覆盖该第一氧空缺部分以及该第二氧空缺部分。

8.如权利要求7所述的薄膜晶体管基板的制作方法，其中该蚀刻制作工艺包括一湿式蚀刻制作工艺。

9.如权利要求7所述的薄膜晶体管基板的制作方法，其中该蚀刻制作工艺包括一湿式蚀刻制作工艺以及一干式蚀刻制作工艺。

10.一种显示器，包括：

如权利要求1所述的薄膜晶体管基板；

一另一基板，与该薄膜晶体管基板相对设置；以及

一显示介质，形成于该薄膜晶体管基板与该另一基板之间。

11.如权利要求10所述的显示器，其中该显示介质为一液晶层或是一有机发光层。