CN105789318B - 薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管的制备方法，包括：提供一薄膜基板，所述薄膜基板上形成有一基层薄膜，所述基层薄膜上形成有图形化的开关多晶硅层和驱动多晶硅层；在所述基层薄膜上形成栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述开关多晶硅层和驱动多晶硅层；在所述栅极绝缘层上形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层，所述阻挡层暴露出所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层；对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理；以及去除所述阻挡层。本发明公开了一种采用上述制备方法得到的薄膜晶体管。本发明提供薄膜晶体管及其制备方法，可以提高薄膜晶体管的开关性能和灰阶控制。

Description

薄膜晶体管及其制备方法

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管技术领域，特别是涉及一种薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

有机发光显示器利用有机发光元件(organic luminous device)，例如有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)，作为显示器的光源。由于有机发光元件本身为一电流驱动元件，能根据所通过电流的大小产生不同亮度的光线，故在次像素排列成矩阵形式的矩阵式有机显示器中，即是藉由控制各次像素内有机发光元件的驱动电流的大小，来达到显示不同亮度(又称为灰阶)的效果，因此有机发光显示器可充分利用此种特性来产生不同灰阶强度的红、蓝、绿光，进一步使显示器产生色彩丰富的图像。

对于应用于有源矩阵有机发光二极管的薄膜晶体管(TFT)阵列基板来说，像素电路中的TFT按照功能可以分为用于驱动有机发光二极管的驱动TFT器件和起到开关作用的开关TFT器件两大类。其中驱动TFT器件因为要给OLED器件提供稳定的电流所以需要有很好的一致性，而开关TFT器件对一致性要求不高但需要有大的开关电流比，亦即高载流子迁移率。因此要求开关TFT器件具有低的S因子(亚阈值摆幅)，这样可以更有效的开启和闭合开关TFT器件；另外则要求驱动TFT器件具有较高的S因子，这样可以更有利于灰阶控制。

然而，在现有技术中，在制作整个薄膜晶体管时，一般将开关TFT器件和驱动TFT器件做成相同性能参数的薄膜晶体管，因此不利于有效开启和闭合开关TFT器件及灰阶控制。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种薄膜晶体管及其制备方法，可以提高薄膜晶体管的开关性能和灰阶控制。

为解决上述技术问题，本发明提供一种薄膜晶体管的制备方法，包括：

提供一薄膜基板，所述薄膜基板包括开关薄膜晶体管区和驱动薄膜晶体管区，所述薄膜基板上形成有一基层薄膜，所述开关薄膜晶体管区上的所述基层薄膜上形成有图形化的开关多晶硅层，在所述驱动薄膜晶体管区上的所述基层薄膜上形成有图形化的驱动多晶硅层；

在所述基层薄膜上形成栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述开关多晶硅层和驱动多晶硅层；

在所述栅极绝缘层上形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层，所述阻挡层暴露出所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层；

对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理；以及

去除所述阻挡层。

可选的，在所述薄膜晶体管的制备方法中，所述对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理的步骤包括：

采用氧化性气体对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行热氧化处理。

可选的，在所述薄膜晶体管的制备方法中，所述热氧化处理的温度为450℃～550℃。

可选的，在所述薄膜晶体管的制备方法中，所述氧化性气体包括臭氧和氮气，或所述氧化性气体包括过氧化氢和氮气。

可选的，在所述薄膜晶体管的制备方法中，所述对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理的步骤包括：

采用氧等离子体对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行离子体处理。

可选的，在所述薄膜晶体管的制备方法中，所述离子体处理的温度为350℃～450℃。

可选的，在所述薄膜晶体管的制备方法中，所述氧等离子体的产生气体包括氧气和氩气；或所述氧等离子体的产生气体包括氧气和氦气；或所述氧等离子体的产生气体包括一氧化二氮和氩气；或所述氧等离子体的产生气体包括一氧化二氮和氦气。

可选的，在所述薄膜晶体管的制备方法中，在所述去除所述阻挡层的步骤之后，所述薄膜晶体管的制备方法还包括：

在所述开关多晶硅层上方的所述栅极绝缘层上形成一图形化的开关栅极，在所述驱动多晶硅层上方的所述栅极绝缘层上形成一图形化的驱动栅极；

进行离子注入工艺，在所述开关多晶硅层中形成开关源极和开关漏极，在所述驱动多晶硅层中形成驱动源极和驱动漏极；

形成一介质层，所述介质层覆盖所述开关栅极、驱动栅极和栅极绝缘层；

去除部分所述介质层和部分所述栅极绝缘层，以形成多个过孔，所述多个过孔分别导通开关源极、开关漏极、驱动源极和驱动漏极；

在所述过孔中形成连接金属层。

可选的，在所述薄膜晶体管的制备方法中，所述栅极绝缘层的材料为氧化物。

根据本发明的另一面，还提供一种采用如上任意一项所述制备方法形成的薄膜晶体管。

在本发明提供一种薄膜晶体管及其制备方法中，先在所述栅极绝缘层上形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层，所述阻挡层暴露出所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层；然后对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理，修正了所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层的晶格缺陷，使得所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层的晶格排列整齐，从而使得所述开关薄膜晶体管器件具有较低的S因子，所述开关薄膜晶体管器件的电流随电压变化更大；而所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层被所述阻挡层覆盖，氧化处理的过程不会影响所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层的晶格，使得所述驱动薄膜晶体管器件具有较高的S因子，所述开关薄膜晶体管器件的电流随电压变化更小，以提高所述薄膜晶体管的开关性能和灰阶控制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的薄膜晶体管的制备方法的流程图；

图2-图10为本发明第一实施例的薄膜晶体管的制备方法中器件结构的示意图。

具体实施例

发明人对现有技术研究发现，现有技术中的薄膜晶体管的开关性能和灰阶控制不佳是因为开关薄膜晶体管器件和驱动薄膜晶体管器件的S因子相同导致的，如果想提高薄膜晶体管的开关性能和灰阶控制，可以使得开关薄膜晶体管器件的S因子低于驱动薄膜晶体管器件的S因子。

发明人进一步研究发现，膜层中晶格的排列会影响膜层的导电性能，从而影响器件的S因子。栅极绝缘层在成膜过程中会形成有缺陷，缺陷的存在会降低漏电流的导通速度。因此，可以通过修正所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层的晶格缺陷，降低所述开关薄膜晶体管器件的S因子，从而使得开关薄膜晶体管器件的S因子低于驱动薄膜晶体管器件的S因子，以满足所述薄膜晶体管的开关性能和灰阶控制的需要。

根据上述研究，发明人提出了本发明的薄膜晶体管及其制备方法，本发明的核心思想在于，本发明提供一种薄膜晶体管的制备方法，包括：

步骤S11，提供一薄膜基板，所述薄膜基板包括开关薄膜晶体管区和驱动薄膜晶体管区，所述薄膜基板上形成有一基层薄膜，所述开关薄膜晶体管区上的所述基层薄膜上形成有图形化的开关多晶硅层，在所述驱动薄膜晶体管区上的所述基层薄膜上形成有图形化的驱动多晶硅层；

步骤S12，在所述基层薄膜上形成栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述开关多晶硅层和驱动多晶硅层；

步骤S13，在所述栅极绝缘层上形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层，所述阻挡层暴露出所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层；

步骤S14，对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理；以及

步骤S15，去除所述阻挡层。

在步骤S14中，由于所述阻挡层暴露出所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层，所以，氧化处理的过程修正了所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层的晶格缺陷，使得所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层的晶格排列整齐，从而使得所述开关薄膜晶体管器件具有较低的S因子，所述开关薄膜晶体管器件的电流随电压变化更大；同时，在步骤S14中，由于所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层被所述阻挡层覆盖，氧化处理的过程不会影响所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层的晶格，使得所述驱动薄膜晶体管器件具有较高的S因子，所述开关薄膜晶体管器件的电流随电压变化更小，以提高所述薄膜晶体管的开关性能和灰阶控制。

下面将结合示意图对本发明的薄膜晶体管及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

以下列举所述薄膜晶体管及其制备方法的几个实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

第一实施例

请参阅图1-图10具体说明本发明的第一实施例，其中，图1为本发明第一实施例的薄膜晶体管的制备方法的流程图；图2-图10为本发明第一实施例的薄膜晶体管的制备方法中器件结构的示意图。在本实施例中，采用氧化性气体对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行热氧化处理。

如图1所示，首先进行步骤S11，提供一薄膜基板100，如图2所示，所述薄膜基板100包括开关薄膜晶体管区101和驱动薄膜晶体管区102，其中，所述开关薄膜晶体管区101上用于制备开关薄膜晶体管器件，所述驱动薄膜晶体管区102上用于制备驱动薄膜晶体管器件。所述薄膜基板100可以为玻璃等基板。

如图2所示，所述薄膜基板100上形成有一基层薄膜200，所述基层薄膜200的材料可以为二氧化硅、氮化硅或上述两种材料的组合。所述开关薄膜晶体管区101上的所述基层薄膜200上形成有图形化的开关多晶硅层301，在所述驱动薄膜晶体管区102上的所述基层薄膜200上形成有图形化的驱动多晶硅层302。

接着进行步骤S12，如图3所示，在所述基层薄膜200上形成栅极绝缘层400，所述栅极绝缘层400可以采用沉积等工艺制备。所述栅极绝缘层400覆盖所述开关多晶硅层301和驱动多晶硅层302。较佳的，所述栅极绝缘层400的材料为氧化物，在本实施例中，所述栅极绝缘层400的材料为二氧化硅，此外，所述栅极绝缘层400的材料为氮氧化硅等氧化物。

然后进行步骤S13，如图4所示，在所述栅极绝缘层400上形成阻挡层500，所述阻挡层500覆盖所述驱动薄膜晶体管区102上的栅极绝缘层400，所述阻挡层500暴露出所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400。在本实施例中，所述阻挡层500为光刻胶，所述光刻胶可以较好地保护所述驱动薄膜晶体管区102上的栅极绝缘层400，并且，所述光刻胶容易去除，并不容易引入颗粒等污染物。为了使得所述阻挡层500能够在步骤S14中保护所述驱动薄膜晶体管区102上的栅极绝缘层400，所述阻挡层500的厚度可以尽可能厚点，例如，所述光刻胶的厚度可以为1.5μm～2μm，所述阻挡层500的厚度并不限于上述公开的范围，本领域的普通技术人员可以根据具体情况进行设置。

之后进行步骤S14，对所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400进行氧化处理。由于所述阻挡层500暴露出所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400，所以，氧化处理的过程修正了所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400的晶格缺陷，使得所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400的晶格排列整齐，从而使得随后形成的所述开关薄膜晶体管器件具有较低的S因子，所述开关薄膜晶体管器件的电流随电压变化更大；同时，在步骤S14中，由于所述驱动薄膜晶体管区102上的栅极绝缘层400被所述阻挡层500覆盖，氧化处理的过程不会影响所述驱动薄膜晶体管区102上的栅极绝缘层400的晶格，使得随后形成的所述驱动薄膜晶体管器件具有较高的S因子，所述开关薄膜晶体管器件的电流随电压变化更小，以提高所述薄膜晶体管的开关性能和灰阶控制。

在本实施例中，采用氧化性气体对所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400进行热氧化处理，热氧化处理的过程可以对所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400中的晶格缺陷达到很好的修复效果。较佳的，所述热氧化处理的温度为450℃～550℃，例如500℃等，既可以保证对所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400中的晶格缺陷进行修复，又不至于损伤其它器件结构，并可以保证所述阻挡层500能够足以保护所述驱动薄膜晶体管区102上的栅极绝缘层400。较佳的，所述氧化性气体包括臭氧和氮气，或所述氧化性气体包括过氧化氢和氮气等等，可以对所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400中的晶格缺陷达到很好的修复效果。

随后进行步骤S15，如图5所示，去除所述阻挡层500，由于在本实施例中，所述阻挡层500为光刻胶，所以，可以通过灰化工艺和/或湿法工艺方便地去除所述光刻胶。

较佳的，在步骤S15之后，本发明的制备方法还包括以下步骤：

如图6所示，在所述开关多晶硅层301上方的所述栅极绝缘层400上形成一图形化的开关栅极501，在所述驱动多晶硅层302上方的所述栅极绝缘层400上形成一图形化的驱动栅极502，所述开关栅极501和驱动栅极502的材料可以为金属，例如金属钼等；

然后如图7所示，进行离子注入工艺，在所述开关多晶硅层301中形成开关源极611和开关漏极612，在所述驱动多晶硅层302中形成驱动源极621和驱动漏极622，其中，所述开关源极611和开关漏极612、驱动源极621和驱动漏极622的位置关系并不限于图7中的位置关系，此为本领域的普通技术人员可以理解的，在此不做赘述；

接着如图8所示，形成一介质层700，所述介质层700覆盖所述开关栅极501、驱动栅极502和栅极绝缘层400，所述介质层700的材料可以为氧化硅、氮化硅等等；

随后如图9所示，去除部分所述介质层700和部分所述栅极绝缘层400，以形成多个过孔800，所述多个过孔800分别导通开关源极611、开关漏极612、驱动源极621和驱动漏极622；

最后如图10所示，在所述过孔800中形成连接金属层，从而形成开关源电极911、开关漏电极912、驱动源电极921、驱动漏电极922。

如图10所示，经过上述步骤，最终形成了薄膜晶体管1，所述薄膜晶体管1包括所述薄膜基板100，所述薄膜基板100包括开关薄膜晶体管区101和驱动薄膜晶体管区102，所述薄膜基板100上形成有所述基层薄膜200，所述开关薄膜晶体管区101上的所述基层薄膜200上形成有图形化的开关多晶硅层301，在所述驱动薄膜晶体管区102上的所述基层薄膜200上形成有图形化的驱动多晶硅层302。所述开关多晶硅层301中形成有开关源极611和开关漏极612，所述驱动多晶硅层302中形成有驱动源极621和驱动漏极622。所述基层薄膜200上形成有所属栅极绝缘层400，所述栅极绝缘层覆盖400所述开关多晶硅层301和驱动多晶硅层302。所述开关多晶硅层301上方的所述栅极绝缘层400上形成有所述图形化的开关栅极501，在所述驱动多晶硅层302上方的所述栅极绝缘层400上形成有所述图形化的驱动栅极502。所述介质层700覆盖所述开关栅极501、驱动栅极502和栅极绝缘层400。所述多个过孔800贯穿部分所述介质层400和部分所述栅极绝缘层700，分别导通所述开关源极611、开关漏极612、驱动源极621和驱动漏极622，所述过孔中形成有连接金属层911。

在所述薄膜晶体管1中，所述开关薄膜晶体管区101上形成开关薄膜晶体管器件10，所述驱动薄膜晶体管区102上形成驱动薄膜晶体管器件20，所述开关薄膜晶体管器件10具有较低的S因子，所述驱动薄膜晶体管器件20具有较高的S因子，以提高所述薄膜晶体管1的开关性能和灰阶控制。

第二实施例

所述第二实施例的薄膜晶体管的制备方法与所述第一实施例的薄膜晶体管制备方法基本相同，其区别在于：在所述步骤S14中，采用氧等离子体对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行离子体处理，离子体处理的过程亦可以对所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400中的晶格缺陷达到很好的修复效果。

较佳的，所述离子体处理的温度为350℃～450℃，例如400℃等，既可以保证对所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400中的晶格缺陷进行修复，有不至于损伤其它器件结构，并可以保证所述阻挡层500能过足以保护所述驱动薄膜晶体管区102上的栅极绝缘层400。较佳的，所述氧等离子体的产生气体包括氧气和氩气；或所述氧等离子体的产生气体包括氧气和氦气；或所述氧等离子体的产生气体包括一氧化二氮和氩气；或所述氧等离子体的产生气体包括一氧化二氮和氦气，等等，可以对所述开关薄膜晶体管区101上的栅极绝缘层400中的晶格缺陷达到很好的修复效果。

根据所述第二实施例亦可以得到所述薄膜晶体管1，使得所述开关薄膜晶体管区101上形成开关薄膜晶体管器件10，所述驱动薄膜晶体管区102上形成驱动薄膜晶体管器件20，所述开关薄膜晶体管器件10具有较低的S因子，所述驱动薄膜晶体管器件20具有较高的S因子，以提高所述薄膜晶体管1的开关性能和灰阶控制。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：

提供一薄膜基板，所述薄膜基板包括开关薄膜晶体管区和驱动薄膜晶体管区，所述薄膜基板上形成有一基层薄膜，所述开关薄膜晶体管区上的所述基层薄膜上形成有图形化的开关多晶硅层，在所述驱动薄膜晶体管区上的所述基层薄膜上形成有图形化的驱动多晶硅层；

在所述基层薄膜上形成栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述开关多晶硅层和驱动多晶硅层；

在所述栅极绝缘层上形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述驱动薄膜晶体管区上的栅极绝缘层，所述阻挡层暴露出所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层；

对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理；以及

去除所述阻挡层。

2.如权利要求1所述薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理的步骤包括：

采用氧化性气体对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行热氧化处理。

3.如权利要求2所述薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述热氧化处理的温度为450℃～550℃。

4.如权利要求2所述薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述氧化性气体包括臭氧和氮气，或所述氧化性气体包括过氧化氢和氮气。

5.如权利要求1所述薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行氧化处理的步骤包括：

采用氧等离子体对所述开关薄膜晶体管区上的栅极绝缘层进行等离子体处理。

6.如权利要求5所述薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理的温度为350℃～450℃。

7.如权利要求5所述薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述氧等离子体的产生气体包括氧气和氩气；或所述氧等离子体的产生气体包括氧气和氦气；或所述氧等离子体的产生气体包括一氧化二氮和氩气；或所述氧等离子体的产生气体包括一氧化二氮和氦气。

8.如权利要求1至7中任意一项所述薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，在所述去除所述阻挡层的步骤之后，所述薄膜晶体管的制备方法还包括：

在所述开关多晶硅层上方的所述栅极绝缘层上形成一图形化的开关栅极，在所述驱动多晶硅层上方的所述栅极绝缘层上形成一图形化的驱动栅极；

进行离子注入工艺，在所述开关多晶硅层中形成开关源极和开关漏极，在所述驱动多晶硅层中形成驱动源极和驱动漏极；

形成一介质层，所述介质层覆盖所述开关栅极、驱动栅极和栅极绝缘层；

去除部分所述介质层和部分所述栅极绝缘层，以形成多个过孔，所述多个过孔分别导通开关源极、开关漏极、驱动源极和驱动漏极；

在所述过孔中形成连接金属层。

9.如权利要求1所述薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述栅极绝缘层的材料为氧化物。

10.一种采用如权利要求1至9中任意一项所述制备方法形成的薄膜晶体管。