CN107564820A - 氧化物薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法,制备方法包括步骤:提供基板,在基板表面设置第一金属层;采用第一道光罩制程形成栅极及信号线;在基板暴露的表面、栅极表面及信号线表面依次形成栅极绝缘层、有源层及刻蚀阻挡层;采用第二道光罩制程使部分信号线暴露,并使有源层源极区域及漏极区域暴露;在上述基板结构表面依次形成第二金属层、第一光阻层及第二光阻层,第一光阻层为有机光阻层;采用第三道光罩制程形成源极和漏极,并形成透明电极,源极与信号线的暴露区域及有源层的源极区域连接,漏极与有源层的漏极区域连接,透明电极与漏极连接,在此步骤中,第一光阻层被保留;退火处理,以使第一光阻层融化,并包覆源极和漏极暴露的表面。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示领域,尤其涉及一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
薄膜晶体管(TFT)在电子装置中被广泛的作为开关装置和驱动装置使用。具体地,因为薄膜晶体管可形成在玻璃基板或塑料基板上,所以它们通常用在诸如液晶显示装置(LCD)、有机发光显示装置(OLED)等平板显示装置领域。
氧化物半导体由于具有较高的电子迁移率(氧化物半导体的电子迁移率>10cm2/Vs,非晶硅(a-Si)的电子迁移率仅0.5~0.8cm2/Vs),而且相比低温多晶硅(LTPS),氧化物半导体制程简单,与非晶硅制程相容性较高,可以应用于液晶显示装置、有机发光显示装置、柔性显示(Flexible)等领域,且与高世代生产线兼容,可应用于大中小尺寸显示,具有良好的应用发展前景,为当前业界研究热门。氧化物薄膜晶体管(oxide thin-filmtransistor,oxide TFT)的迁移率受晶形的影响不大,成膜的温度较低,具有良好的经济效益,甚有可能取代硅基薄膜晶体管技术。
目前对于氧化物薄膜晶体管的制备常用技术包括背沟道刻蚀(backchanneletch,BCE)技术、刻蚀阻挡层(etchstopperlayer,ESL)技术和自对准的顶栅结构(self-alignedtopgate)。对于刻蚀阻挡层(etchstopperlayer,ESL)技术来说,由于氧化物薄膜晶体管的有源层较薄,容易在第二金属层图形化过程中刻蚀掉,所以通常会在有源层之上设置刻蚀阻挡层结构,在第二金属层图形化过程中,所述刻蚀阻挡层结构保护所述有源层不被刻蚀,由于刻蚀阻挡层结构的存在,增加了制程难度以及制造成本。对于上述氧化物薄膜晶体管通常有6道光罩制程。由于光刻工艺的成本较高,若能减少上述氧化物薄膜晶体管制作过程中所使用的掩膜数量,就能够达到简化工艺制程、降低生产成本的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种氧化物薄膜晶体管及其制备方法,其能够采用3道光罩制造氧化物薄膜晶体管,大大降低成本。
为了解决上述问题,本发明提供了一种氧化物薄膜晶体管的制备方法,包括如下步骤:提供一基板,在所述基板表面设置一第一金属层;采用第一道光罩制程形成栅极及信号线;在所述基板暴露的表面、所述栅极表面及所述信号线表面依次形成栅极绝缘层、有源层及刻蚀阻挡层;采用第二道光罩制程使部分信号线暴露,并使有源层的源极区域及漏极区域暴露;在上述基板结构表面依次形成第二金属层、第一光阻层及第二光阻层,所述第一光阻层为有机光阻层;采用第三道光罩制程形成源极和漏极,并形成透明电极,所述源极与信号线的暴露区域及有源层的源极区域连接,所述漏极与所述有源层的漏极区域连接,所述透明电极与所述漏极连接,在此步骤中,所述第一光阻层被保留;退火处理,以使所述第一光阻层融化,并包覆所述源极和漏极暴露的表面。
在一实施例中,采用第二道光罩制程使部分信号线暴露,并使有源层的源极区域及漏极区域暴露的步骤具体为:在所述刻蚀阻挡层表面形成图形化的光阻层,所述光阻层包括第一光阻区域、第二光阻区域及第三光阻区域,所述第一光阻区域对应信号线区域,所述第二光阻区域对应源极区域及漏极区域,所述第三光阻区域对应夹设于源极与漏极之间的有源层,在所述第一光阻区域具有一光阻过孔,所述光阻过孔暴露出所述刻蚀阻挡层,其中,所述第一光阻区域的光阻的厚度小于所述第二光阻区域的光阻的厚度,所述第二光阻区域的光阻的厚度小于所述第三光阻区域的光阻的厚度;通过所述光阻过孔依次刻蚀所述刻蚀阻挡层及有源层,暴露出所述栅极绝缘层;通过光阻灰化制程去除所述第一光阻区域的光阻,并暴露出第一光阻区域对应的刻蚀阻挡层;去除暴露出的所述刻蚀阻挡层,暴露出有源层;通过光阻灰化制程去除所述第二光阻区域的光阻,并暴露出第二光阻区域对应的刻蚀阻挡层;去除暴露的有源层、刻蚀阻挡层及与所述光阻过孔对应的栅极绝缘层,暴露出栅极绝缘层、所述有源层的源极区域及漏极区域和部分信号线;去除所述第三光阻区域的光阻。
在一实施例中,在所述第一光阻区域形成光阻过孔的方法为干法刻蚀所述第一光阻区域的光阻,在通过所述光阻过孔依次刻蚀所述刻蚀阻挡层及有源层的步骤中,采用湿法刻蚀的方法刻蚀所述刻蚀阻挡层,采用干法刻蚀的方法刻蚀所述有源层。
在一实施例中,去除暴露出的所述刻蚀阻挡层,暴露出有源层的步骤中,采用干法刻蚀的方法去除所述刻蚀阻挡层。
在一实施例中,在去除暴露的有源层、刻蚀阻挡层及栅极绝缘层,暴露出栅极绝缘层、所述有源层的源极区域及漏极区域和部分信号线的步骤中,采用干法刻蚀的方法去除所述有源层、刻蚀阻挡层及栅极绝缘层。
在一实施例中,采用第三道光罩制程形成源极和漏极,并形成透明电极的步骤具体为:图形化所述第一光阻层及第二光阻层,暴露出源极及漏极之外的第二金属层;去除暴露的第二金属层,形成源极及漏极;去除所述漏极与透明电极连接区域的光阻;沉积透明电极层;去除所述第二光阻层及所述第二光阻层上的透明电极层,剩余的透明电极层形成透明电极,所述透明电极与所述漏极连接。
在一实施例中,在图形化所述第一光阻层及第二光阻层,暴露出源极及漏极之外的第二金属层的步骤中,在漏极与所述透明电极连接区域仅保留第一光阻层。
在一实施例中,在去除暴露的第二金属层,形成源极及漏极的步骤中,去除暴露的第二金属层后,所述第一光阻层的端部突出于所述源极及所述漏极的端部。
在一实施例中,在上述基板结构表面依次形成第二金属层、第一光阻层及第二光阻的步骤中,在形成第一光阻层后,执行一预烘烤的步骤,在预烘烤步骤完成后再形成第二光阻层。
本发明还提供一种氧化物薄膜晶体管,采用上述的制备方法制备,所述薄膜晶体管包括:基板;栅极及信号线,设置在所述基板上;栅极绝缘层,覆盖所述基板、栅极及信号线;有源层,设置在所述栅极绝缘层上;源极及漏极,分别与所述有源层的源极区域及漏极区域连接,其中,所述源极还与所述信号线连接;刻蚀阻挡层,设置在所述有源层上,且位于所述源极与所述漏极之间;有机光阻层,覆盖所述源极及所述漏极,并暴露出所述漏极与透明电极的连接区域;透明电极,设置在栅极绝缘层表面,并与所述漏极连。
本发明的一个优点在于,采用3道光罩制造氧化物薄膜晶体管,大大降低成本。
本发明的另一个优点在于,将第二金属层在图形化以后再经过退火制程后,融化其上的有机光阻,保护信号线,且将信号线的一部分做在第一金属层,防止有机光阻溶化后对像素区域的遮盖,并可减少背光在器件中的杂乱反射。
附图说明
图1是本发明氧化物薄膜晶体管的制备方法的步骤示意图;
图2A~图2G是本发明氧化物薄膜晶体管的制备方法的工艺流程图;
图3A~图3G是采用第二道光罩制程使部分信号线暴露,并使有源层的源极区域及漏极区域暴露的工艺流程图;
图4A~图4E是采用第三道光罩制程形成源极和漏极,并形成透明电极的工艺流程图;
图5是本发明氧化物薄膜晶体管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的氧化物薄膜晶体管及其制备方法的具体实施方式做详细说明。
请参阅图1及图2A~图2G,其中,图1是本发明氧化物薄膜晶体管的制备方法的步骤示意图,图2A~图2G是本发明氧化物薄膜晶体管的制备方法的工艺流程图。
请参阅步骤S11及图2A,提供一基板100,在所述基板100表面设置一第一金属层101。所述基板100由可透光的材料制成,例如,玻璃。所述第一金属层101可采用金属溅射的方法形成。所述第一金属层101的材料包括但是不限于Al、Mo、Cu、Ag。
请参阅步骤S12及图2B,采用第一道光罩制程形成栅极102及信号线103。所述第一道光罩制程为常规的方法。该方法可以为:在所述第一金属层101的表面覆盖一光阻层;图形化所述光阻层,暴露出不需要形成栅极及信号线的第一金属层;刻蚀所述第一金属层;刻蚀完成后,去除所述光阻层,形成栅极102及信号线103。在该步骤中,将信号线103的一部分设置成与栅极102同层,能够防止后续有机光阻融化后对像素区域的遮盖,并可减少背光在器件中的杂乱反射。
请参阅步骤S13及图2C,在所述基板100暴露的表面、所述栅极102表面及所述信号线103表面依次形成栅极绝缘层104、有源层105及刻蚀阻挡层106。其中,栅极绝缘层104的材料包括但不限于SiNx或SiOx,主要是通过化学气相沉积工艺(Chemicalvapordeposition,CVD)制备形成。有源层105材料为透明氧化物,包括但不限于ZnO、SnO2或In2O3基透明氧化物,其可以通过溅射工艺制备形成,刻蚀阻挡层106的材料包括但不限于SiNx或SiOx,主要是通过化学气相沉积工艺(Chemicalvapordeposition,CVD)制备形成。
请参阅步骤S14及图2D,采用第二道光罩制程使部分信号线103暴露,并使有源层105的源极区域1051及漏极区域1052暴露。所述源极区域1051在后续制程中与源极连接,所述漏极区域1052在后续制程中与漏极连接。
请参阅图3A~图3G,其中,图3A~图3G是采用第二道光罩制程使部分信号线暴露,并使有源层的源极区域及漏极区域暴露的工艺流程图。步骤S14具体为:
请参阅图3A,在所述刻蚀阻挡层106表面形成图形化的光阻层。所述光阻层包括第一光阻区域107、第二光阻区域108及第三光阻区域109。所述第一光阻区域107对应信号线103区域,所述第二光阻区域108对应源极区域1051及漏极区域1052,所述第三光阻区域109对应夹设于源极与漏极之间的有源层105。其中,所述第一光阻区域107的光阻的厚度小于所述第二光阻区域108的光阻的厚度,所述第二光阻区域108的光阻的厚度小于所述第三光阻区域109的光阻的厚度,则在后续光阻灰化的制程中,所述第一光阻区域107的光阻最先被灰化,所述第三光阻区域109的光阻最后被灰化。
在所述第一光阻区域107具有一光阻过孔110,所述光阻过孔110暴露出部分所述刻蚀阻挡层106。在所述第一光阻区域107形成光阻过孔110的方法为干法刻蚀所述第一光阻区域107的光阻,进而形成光阻过孔110。
请参阅图3B,通过所述光阻过孔110依次刻蚀所述刻蚀阻挡层106及有源层105,暴露出所述栅极绝缘层104。其中,采用湿法刻蚀的方法刻蚀所述刻蚀阻挡层106,采用干法刻蚀的方法刻蚀所述有源层105。
请参阅图3C,通过光阻灰化制程去除所述第一光阻区域107的光阻,并暴露出第一光阻区域107对应的刻蚀阻挡层106。所述光阻灰化制程为本领域熟知的技术。在本步骤光阻灰化制程中,在去除第一光阻区域107的光阻的过程中,所述第二光阻区域108及第三光阻区域109的光阻也在减小,只是,所述第二光阻区域108及第三光阻区域109的光阻的厚度大于所述第一光阻区域107的光阻的厚度,所以,在第一光阻区域107的光阻被完全去除时,所述第二光阻区域108及第三光阻区域109还有光阻保留。
请参阅图3D,去除暴露出的所述刻蚀阻挡层106,暴露出有源层105。其中,可以采用干法刻蚀的方法去除所述刻蚀阻挡层106。
请参阅图3E,通过光阻灰化制程去除所述第二光阻区域108的光阻,并暴露出第二光阻区域108对应的刻蚀阻挡层106。由于所述第三光阻区域109的光阻的厚度大于所述第二光阻区域108的光阻的厚度,则在第二光阻区域108的光阻被完全去除时,所述第三光阻区域109还有光阻保留。
请参阅图3F,去除暴露的有源层105、刻蚀阻挡层106及与所述光阻过孔110对应的栅极绝缘层104,暴露出栅极绝缘层104、所述有源层105的源极区域1051及漏极区域1052和部分信号线103。在本步骤中,可采用干法蚀刻的方法同时去除暴露的有源层105、刻蚀阻挡层106及及通过光阻过孔暴露的栅极绝缘层104。与所述光阻过孔110对应的栅极绝缘层104被去除后,形成一栅极绝缘层过孔1041,所述部分信号线103从所述栅极绝缘层过孔1041被暴露。
请参阅图3G,去除所述第三光阻区域109的光阻。在本步骤中,可采用灰化制程去除第三光阻区域109的光阻。
在步骤S14中,将有源层105与刻蚀阻挡层106采用同一光罩制作,减少了光罩数量,节约了成本。
请参阅步骤S15及图2E,在上述基板结构表面依次形成第二金属层111、第一光阻层112及第二光阻层113。所述第二金属层111与所述第一金属层101的材料可以相同。所述第二金属层111可采用金属溅射的方法形成。所述第二金属层111的材料包括但是不限于Al、Mo、Cu、Ag。所述第一光阻层112为有机光阻层,所述第二光阻层113为普通光阻。在本步骤中,在形成第一光阻层112后,执行一预烘烤的步骤,在预烘烤步骤完成后再形成第二光阻层113。
请参阅步骤S16及图2F,采用第三道光罩制程形成源极114和漏极115,并形成透明电极116。所述源极114与信号线103的暴露区域及有源层105的源极区域1051连接,所述漏极115与所述有源层105的漏极区域1052连接,所述透明电极116与所述漏极115连接,在此步骤中,所述第一光阻层112被保留。
图4A~图4E是采用第三道光罩制程形成源极和漏极,并形成透明电极的工艺流程图。上述步骤S16具体为:
请参阅图4A,图形化所述第一光阻层112及第二光阻层113,暴露出源极及漏极之外的第二金属层111。图形化所述第一光阻层112及第二光阻层113的方法为本领域技术人员熟知的方法,例如,利用半透过光罩曝光、显影后再图形化所述第一光阻层112及第二光阻层113。图形化所述第一光阻层112及第二光阻层113后暴露出源极及漏极之外的第二金属层111包括像素区域的第二金属层及源极及漏极之间的第二金属层。优选地,在本步骤中,在漏极与所述透明电极连接区域仅保留第一光阻层112,即在漏极与所述透明电极连接区域仅去除第二光阻层113,第一光阻层112没有被去除。
请参阅图4B,去除暴露的第二金属层111,形成源极114及漏极115。在本步骤中,采用湿法刻蚀的方法去除所述第二金属层111。优选地,在该步骤中,对所述第二金属层采用过刻蚀的方法去除所述第二金属层111,去除第二金属层111后,所述第一光阻层112的端部突出于所述源极114及所述漏极115的端部,即在所述第一光阻层112下做出较深的第二金属层111线宽丢失。
请参阅图4C,去除所述漏极115与透明电极连接区域的光阻。所述漏极115与透明电极连接区域的光阻包括第一光阻层112的光阻及第二光阻层113的光阻,也可以如前文所述,仅包括第一光阻层112的光阻。在本步骤中,可以采用光阻灰化工艺去除所述光阻。
请参阅图4D,沉积透明电极层116。在本步骤中,优选地,先对第二光阻层113进行制绒处理,再沉积透明电极层116。所述制绒的方法可为刻蚀的方法。
请参阅图4E,去除所述第二光阻层113及所述第二光阻层113上的透明电极层116,剩余的透明电极层116形成透明电极117,所述透明电极117与所述漏极115连接。在本步骤中,可以采用湿法刻蚀在第二光阻层113绒面未被透明电极层116覆盖的表面渗入剥离液,将第二光阻层113以及第二光阻层113上覆盖的透明电极层116去除,从而形成透明电极117。
请参阅步骤S17及图2G,退火处理,以使所述第一光阻层112融化,并包覆所述源极114和漏极115暴露的表面。所述退火处理为高温处理。退火处理的另一个作用在于,使透明电极晶化。在本步骤中,在晶化透明电极的同时使有机光阻层融化包裹所述源极114和漏极115暴露的表面。
本发明还提供一种氧化物薄膜晶体管,采用上文所述的制备方法制备。请参阅图5,其中,图5是本发明氧化物薄膜晶体管的结构示意图。所述薄膜晶体管包括基板100。栅极102及信号线103设置在所述基板100上。栅极绝缘层104覆盖所述基板100、栅极102及信号线103。有源层105设置在所述栅极绝缘层104上,所述有源层105为氧化物半导体层。源极114及漏极115分别与所述有源层105的源极区域及漏极区域连接,其中,所述源极114还与所述信号线103连接。刻蚀阻挡层106设置在所述有源层105上,且位于所述源极114与所述漏极115之间。有机光阻层112覆盖所述源极114及所述漏极115,并暴露出所述漏极115与透明电极117的连接区域。透明电极117置在栅极绝缘层104表面,并与所述漏极115连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
提供一基板,在所述基板表面设置一第一金属层;
采用第一道光罩制程形成栅极及信号线;
在所述基板暴露的表面、所述栅极表面及所述信号线表面依次形成栅极绝缘层、有源层及刻蚀阻挡层;
采用第二道光罩制程使部分信号线暴露,并使有源层的源极区域及漏极区域暴露;
在上述基板结构表面依次形成第二金属层、第一光阻层及第二光阻层,所述第一光阻层为有机光阻层;
采用第三道光罩制程形成源极和漏极,并形成透明电极,所述源极与信号线的暴露区域及有源层的源极区域连接,所述漏极与所述有源层的漏极区域连接,所述透明电极与所述漏极连接,在此步骤中,所述第一光阻层被保留;
退火处理,以使所述第一光阻层融化,并包覆所述源极和漏极暴露的表面。
2.根据权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,采用第二道光罩制程使部分信号线暴露,并使有源层的源极区域及漏极区域暴露的步骤具体为:
在所述刻蚀阻挡层表面形成图形化的光阻层,所述光阻层包括第一光阻区域、第二光阻区域及第三光阻区域,所述第一光阻区域对应信号线区域,所述第二光阻区域对应源极区域及漏极区域,所述第三光阻区域对应夹设于源极与漏极之间的有源层,在所述第一光阻区域具有一光阻过孔,所述光阻过孔暴露出所述刻蚀阻挡层,其中,所述第一光阻区域的光阻的厚度小于所述第二光阻区域的光阻的厚度,所述第二光阻区域的光阻的厚度小于所述第三光阻区域的光阻的厚度;
通过所述光阻过孔依次刻蚀所述刻蚀阻挡层及有源层,暴露出所述栅极绝缘层;
通过光阻灰化制程去除所述第一光阻区域的光阻,并暴露出第一光阻区域对应的刻蚀阻挡层;
去除暴露出的所述刻蚀阻挡层,暴露出有源层;
通过光阻灰化制程去除所述第二光阻区域的光阻,并暴露出第二光阻区域对应的刻蚀阻挡层;
去除暴露的有源层、刻蚀阻挡层及与所述光阻过孔对应的栅极绝缘层,暴露出栅极绝缘层、所述有源层的源极区域及漏极区域和部分信号线;
去除所述第三光阻区域的光阻。
3.根据权利要求2所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,在所述第一光阻区域形成光阻过孔的方法为干法刻蚀所述第一光阻区域的光阻,在通过所述光阻过孔依次刻蚀所述刻蚀阻挡层及有源层的步骤中,采用湿法刻蚀的方法刻蚀所述刻蚀阻挡层,采用干法刻蚀的方法刻蚀所述有源层。
4.根据权利要求2所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,去除暴露出的所述刻蚀阻挡层,暴露出有源层的步骤中,采用干法刻蚀的方法去除所述刻蚀阻挡层。
5.根据权利要求2所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,在去除暴露的有源层、刻蚀阻挡层及栅极绝缘层,暴露出栅极绝缘层、所述有源层的源极区域及漏极区域和部分信号线的步骤中,采用干法刻蚀的方法去除所述有源层、刻蚀阻挡层及栅极绝缘层。
6.根据权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,采用第三道光罩制程形成源极和漏极,并形成透明电极的步骤具体为:
图形化所述第一光阻层及第二光阻层,暴露出源极及漏极之外的第二金属层;
去除暴露的第二金属层,形成源极及漏极;
去除所述漏极与透明电极连接区域的光阻;
沉积透明电极层;
去除所述第二光阻层及所述第二光阻层上的透明电极层,剩余的透明电极层形成透明电极,所述透明电极与所述漏极连接。
7.根据权利要求6所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,在图形化所述第一光阻层及第二光阻层,暴露出源极及漏极之外的第二金属层的步骤中,在漏极与所述透明电极连接区域仅保留第一光阻层。
8.根据权利要求6所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,在去除暴露的第二金属层,形成源极及漏极的步骤中,去除暴露的第二金属层后,所述第一光阻层的端部突出于所述源极及所述漏极的端部。
9.根据权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管的制备方法,其特征在于,在上述基板结构表面依次形成第二金属层、第一光阻层及第二光阻的步骤中,在形成第一光阻层后,执行一预烘烤的步骤,在预烘烤步骤完成后再形成第二光阻层。
10.一种氧化物薄膜晶体管,其特征在于,采用权利要求1~9任意一项所述的制备方法制备,所述薄膜晶体管包括:
基板;
栅极及信号线,设置在所述基板上;
栅极绝缘层,覆盖所述基板、栅极及信号线;
有源层,设置在所述栅极绝缘层上;
源极及漏极,分别与所述有源层的源极区域及漏极区域连接,其中,所述源极还与所述信号线连接;
刻蚀阻挡层,设置在所述有源层上,且位于所述源极与所述漏极之间;
有机光阻层,覆盖所述源极及所述漏极,并暴露出所述漏极与透明电极的连接区域;
透明电极,设置在栅极绝缘层表面,并与所述漏极连接。
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