CN105140299A

CN105140299A - 薄膜晶体管及其制备方法

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Publication number: CN105140299A
Application number: CN201510661910.9A
Authority: CN
Inventors: 徐晓娜
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: CN105140299B

Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管及其制备方法，属于薄膜晶体管技术领域，其可解决现有的双栅或浮栅结构的薄膜晶体管结构复杂、制备工艺麻烦的问题。本发明的薄膜晶体管包括：有源区；栅极和栅绝缘层，所述栅极和栅绝缘层设于有源区上下两侧中的一侧；设于所述有源区上下两侧中另一侧的浮栅层，所述浮栅层包括量子点。

Description

薄膜晶体管及其制备方法

技术领域

本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

在液晶显示装置、有机发光二极管(OLED)显示装置等的阵列基板中，薄膜晶体管都是重要的器件。因此，薄膜晶体管的性能对显示装置的质量会产生明显的影响。

为改善薄膜晶体管的阈值电压的稳定性，可采用“双栅”结构的薄膜晶体管；即在有源区上下两侧均设有相互联通的栅极，从而使两栅极在有源区处产生的垂直电场相互抵消，使载流子主要集中在有源区的中间位置，抑制有源区界面处的缺陷等。

另外，还可采用“浮栅”结构的薄膜晶体管；即在有源区与栅极之间设置浮栅，浮栅是由多晶硅构成的独立结构，不与栅极等其他结构电连接；当栅极带电时，由于热电子等的作用，浮栅也会带电并形成电场，从而改善薄膜晶体管的导通性能。

但是，以上双栅或浮栅结构的薄膜晶体管中，新增的栅极和浮栅都需要用额外的光刻工艺单独制造，从而导致薄膜晶体管的结构复杂、制备工艺麻烦。

发明内容

本发明针对现有的双栅或浮栅结构的薄膜晶体管结构复杂、制备工艺麻烦的问题，提供一种性能好且制备工艺简单的薄膜晶体管及其制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种薄膜晶体管，其包括：

有源区；

栅极和栅绝缘层，所述栅极和栅绝缘层设于有源区上下两侧中的一侧；

设于所述有源区上下两侧中另一侧的浮栅层，所述浮栅层包括量子点。

优选的是，薄膜晶体管还包括；辅助绝缘层，浮栅层设在辅助绝缘层上。

进一步优选的是，所述辅助绝缘层位于浮栅层与有源区之间。

优选的是，所述薄膜晶体管还包括：基底，所述栅极和栅绝缘层设于有源区靠近基底一侧，所述浮栅层设于有源区远离基底一侧。

优选的是，所述量子点的材料包括硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氮化镓、砷化镓、磷化镓、锑化镓、硫化汞、硒化汞、碲化汞、砷化铟、磷化铟、锑化铟、硒化铝、磷化铝、锑化铝、碳化硅中的任意一种或多种。

优选的是，所述量子点的粒径在1nm-100nm之间。

优选的是，所述浮栅层的厚度在1nm-100nm之间。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种薄膜晶体管的制备方法，其包括形成栅极的步骤、形成栅绝缘层的步骤、形成有源区的步骤、形成浮栅层的步骤；其中，

所述栅极和栅绝缘层设于有源区上下两侧中的一侧；

所述浮栅层设于所述有源区上下两侧中另一侧，且包括量子点。

优选的是，所述浮栅层通过涂布法形成。

优选的是，所述薄膜晶体管的制备方法还包括形成辅助绝缘层的步骤；所述浮栅层通过自组织生长法形成在辅助绝缘层上。

本发明的薄膜晶体管具有包括量子点的浮栅层，量子点作为陷阱中心可俘获电子或空穴，其束缚的电荷可产生电势，从而起到栅极(浮栅)的作用；且浮栅层与栅极分别位于有源区两侧，因此该薄膜晶体管是双栅结构，可增强对沟道的耗尽，使沟道夹断提前，饱和电压减小，阈值电压漂移降低，使薄膜晶体管具有更好的性能；同时，量子点虽可产生电场但本身不导电，不会对其他结构造成影响，因此该浮栅层是完整的层，并可直接与有源区等其他结构接触，故其制备时只要通过简单的工艺直接形成完整的层即可，而不用进行光刻工艺等，制备方法简单。

附图说明

图1为本发明的实施例的一种薄膜晶体管的剖面结构示意图；

图2为本发明的实施例的一种薄膜晶体管形成源极、漏极后的剖面结构示意图；

图3为本发明的实施例的一种薄膜晶体管形成辅助绝缘层后的剖面结构示意图；

图4为本发明的实施例的一种薄膜晶体管形成浮栅层后的剖面结构示意图；

其中，附图标记为：1、栅极；11、栅绝缘层；2、有源区；3、刻蚀阻挡层；41、源极；42、漏极；5、浮栅层；51、辅助绝缘层；6、钝化层；9、基底。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例提供一种薄膜晶体管。

具体的，该薄膜晶体管可用于液晶显示装置、有机发光二极管显示装置等的阵列基板中。当然，若该薄膜晶体管用于其他用途，也是可行的。

具体的，以上薄膜晶体管包括：

有源区2；

栅极1和栅绝缘层11，栅极1和栅绝缘层11设于有源区2上下两侧中的一侧；

设于有源区2上下两侧中另一侧的浮栅层5，浮栅层5包括量子点(优选由量子点构成)。

也就是说，如图1所示，薄膜晶体管包括由半导体材料构成的有源区2，该半导体材料优选为非晶氧化铟镓(a-IGZO)，因为其具有沉积温度低、开关比高，阈值电压低、迁移率高等优点。

在该有源区2的上下两侧中，一侧设有常规的栅极1和栅绝缘层11(当然栅绝缘层11要设于栅极1和有源区2之间)，另一侧则设有浮栅层5，该浮栅层5是由量子点构成的完整的层。当然，该薄膜晶体管还可包括源极41、漏极42、钝化层6、刻蚀阻挡层3(针对底栅型薄膜晶体管)等其他结构，本实施例中对这些结构没有特定要求，故在此不再详细描述。

本实施例的薄膜晶体管具有包括量子点的浮栅层5，量子点作为陷阱中心可俘获电子或空穴，其束缚的电荷可产生电势，从而起到栅极(浮栅)的作用；且浮栅层5与栅极1分别位于有源区2两侧，因此该薄膜晶体管是双栅结构，从而可增强对沟道的耗尽，使沟道夹断提前，饱和电压减小，阈值电压漂移降低，使薄膜晶体管具有更好的性能；同时，量子点虽可产生电场但本身不导电，不会对其他结构造成影响，因此该浮栅层5是完整的层，并可直接与有源区2等其他结构接触，故其制备时只要通过简单的工艺直接形成完整的层即可，而不用进行光刻工艺等，制备方法简单。

优选的，以上量子点的材料包括硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氮化镓、砷化镓、磷化镓、锑化镓、硫化汞、硒化汞、碲化汞、砷化铟、磷化铟、锑化铟、硒化铝、磷化铝、锑化铝、碳化硅中的任意一种或多种。

当然，量子点可以是由以上一种材料构成的均匀结构，也可为由以上多种不同材料组成的单层或多层的核壳结构，例如硫化镉为核而硒化镉为壳的结构，硒化镉为核而外侧依次设有硫化镉和硫化锌两层壳的结构等。

量子点的粒径优选在1nm-100nm之间，浮栅层5的总厚度则优选在1nm-100nm之间。

经研究发现，以上粒径的量子点和以上厚度的浮栅层5，可良好的起到浮栅的作用；其中，浮栅层5可以仅由一层量子点构成。

优选的，薄膜晶体管还包括基底9，栅极1和栅绝缘层11设于有源区2靠近基底9一侧，浮栅层5设于有源区2远离基底9一侧。

也就是说，如图1所示，薄膜晶体管为底栅结构，从而栅极1和栅绝缘层11位于有源区2下方，而浮栅层5则设于有源区2上方。底栅结构的薄膜晶体管工艺更加成熟，比较常用。当然，如果本实施例的薄膜晶体管采用顶栅型结构，也是可行的。

优选的，薄膜晶体管还包括；辅助绝缘层51，浮栅层5设在辅助绝缘层51上。更优选的，辅助绝缘层51位于浮栅层5与有源区2之间。

浮栅层5是由量子点构成的，而量子点可通过自组织生长法制备，自组织生长法要求其基层材料的晶格常数与量子点材料的晶格常数满足特定关系(一般晶格失配在5％-10％)，一般可用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、砷化镓、砷化铝、砷化镓铝等绝缘材料作为生长量子点的基层；因此，可预先形成辅助绝缘层51，之后使浮栅层5直接形成在该辅助绝缘层51上，以方便其制备。当然，对于底栅型的薄膜晶体管，由于浮栅层5位于有源区2上方，故辅助绝缘层51必定位于浮栅层5与有源区2之间，这样才能使浮栅层5位于辅助绝缘层51上。

本实施例还提供一种上述薄膜晶体管的制备方法，其包括形成栅极1的步骤、形成栅绝缘层11的步骤、形成有源区2的步骤、形成浮栅层5的步骤；其中，

栅极1和栅绝缘层11设于有源区2上下两侧中的一侧；

浮栅层5设于有源区11上下两侧中另一侧，且包括量子点(优选由量子点构成)。

浮栅层5设于有源区2另一侧，且由量子点构成。

也就是说，本实施例的薄膜晶体管制备方法中，包括形成以上各结构的步骤。当然，该制备方法只要能形成符合以上要求的各结构即可，而并不要求各结构一定按照上述的顺序形成。

具体的，下面提供一种具体的上述薄膜晶体管的制备方法，其包括：

S101、通过构图工艺在基底9上形成包括栅极1的图形，并形成覆盖栅极1的栅绝缘层11。

其中，构图工艺包括形成膜层、涂布光刻胶、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等步骤中的一步或多步。

当然，在本步骤中，还可同时形成与栅极1相连的栅线等其他结构。

S102、通过构图工艺形成包括有源区2的图形，之后再通过构图工艺形成包括刻蚀阻挡层3(ESL)的图形。

其中，有源区2可由金属氧化物半导体材料构成，如由非晶氧化铟镓(a-IGZO)构成。刻蚀阻挡层3则主要用于防止在对源极41、漏极42进行刻蚀时损伤有源区2，故其中具有用于源极41、漏极42与有源区2相连的过孔。

当然，如果以上有源区2是由多晶硅等其他半导体材料构成的，则也可不形成刻蚀阻挡层3。

S103、通过构图工艺形成包括源极41、漏极42的图形。

其中，源极41、漏极42通过刻蚀阻挡层3中的过孔与有源区2相连，从而得到如图2所示的结构。

当然，在本步骤中，还可同时形成与源极41相连的数据线等其他结构。

S104、形成辅助绝缘层51。

也就是说，继续形成完整的辅助绝缘层51，得到如图3所示的结构。

其中，该辅助绝缘层51可由氧化硅、氮化硅的混合构成，其是作为形成浮栅层5用的基层的。

S105、通过自组织生长法在辅助绝缘层51上形成浮栅层5。

也就是说，可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在辅助绝缘层51上沉积碳化硅、砷化铟等材料，也就是通过外延生长法在基层上生长量子点。其中，由于基层材料与量子点材料的晶格不匹配，一般晶格失配在5％-10％之间，故起初的外延生长按照二维层状方式进行，这一薄层称为浸润层(wettinglayer)；随着膜厚增加，应变能不断增大，当达到一定厚度后，应变能可通过浸润层成岛的方式进行释放从而形成量子点，故碳化硅、砷化铟等等会自动形成量子点，即形成浮栅层5，从而得到如图4所示的结构。

或者，作为本实施例的另一种方式，也可采用涂布法形成以上浮栅层5。

也就是说，可将量子点材料分散在溶剂中形成涂布液，之后将该涂布液涂布在基底9上，待涂布液干燥后，即可形成由量子点构成的浮栅层5。当然，在采用这种方法时，可不必形成以上的辅助绝缘层51。

S106、继续形成钝化层6等其他结构。

也就是说，继续形成薄膜晶体管中的其他已知结构，从而得到如图1所示的薄膜晶体管。

可见，在以上的制备方法中，只要通过涂布、自组织生长等工艺直接形成量子点层，即可得到以上的浮栅结构，而不用进行光刻等，由此其制备方法简单。

实施例2：

本实施例提供一种阵列基板，其包括上述的薄膜晶体管。

本实施例提供一种显示装置，其包括上述的阵列基板。

具体的，该显示装置可为液晶显示面板、电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：

有源区；

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括；

辅助绝缘层，所述浮栅层设在辅助绝缘层上。

3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，

所述辅助绝缘层位于浮栅层与有源区之间。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括：

基底，所述栅极和栅绝缘层设于有源区靠近基底一侧，所述浮栅层设于有源区远离基底一侧。

5.根据权利要求1的薄膜晶体管，其特征在于，

所述量子点的材料包括硫化镉、硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、氮化镓、砷化镓、磷化镓、锑化镓、硫化汞、硒化汞、碲化汞、砷化铟、磷化铟、锑化铟、硒化铝、磷化铝、锑化铝、碳化硅中的任意一种或多种。

6.根据权利要求1的薄膜晶体管，其特征在于，

所述量子点的粒径在1nm-100nm之间。

7.根据权利要求1的薄膜晶体管，其特征在于，

所述浮栅层的厚度在1nm-100nm之间。

8.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括形成栅极的步骤、形成栅绝缘层的步骤、形成有源区的步骤、形成浮栅层的步骤；其中，

所述栅极和栅绝缘层设于有源区上下两侧中的一侧；

9.根据权利要求8的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，

所述浮栅层通过涂布法形成。

10.根据权利要求8的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，还包括形成辅助绝缘层的步骤；

所述浮栅层通过自组织生长法形成在辅助绝缘层上。