CN107634002A - 薄膜晶体管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种薄膜晶体管及其制作方法，该方法包括：在衬底基板上沉积复合膜层，复合膜层包括依次沉积的铜膜层和镍膜层；对沉积复合膜层的衬底基板进行退火处理，以使得铜膜层的表层为铜‑镍掺杂层；图形化退火处理后的复合膜层。通过上述方式，使得铜膜层的表层为铜‑镍掺杂层，可以阻止铜膜层进一步氧化，降低铜膜层的电阻率，从而改善薄膜晶体管的显示效果，提升显示面板的品质。
Description
技术领域
本申请涉及显示技术领域，特别是涉及一种薄膜晶体管及其制作方法。
背景技术
随着显示技术的发展，人们对显示器的尺寸、分辨率和画面刷新速率的要求越来越高，使得新材料和新工艺的发展也迫在眉睫，目前，采用金属铜代替金属铝作为导电金属材料，不仅可以提高显示面板的分辨率及响应速度，而且显示面板的闪烁现象(flicker)和金属导线的负载都有大幅度降低。
显示面板的阵列基板工艺方法中，一般铜(Cu)膜采用物理气相沉积法在衬底基板上进行沉积，在沉积结束后，还需要经过黄光制程和刻蚀制程等工艺流程，Cu膜均是暴露在空气中，表层的Cu会有部分被氧化，通过数据统计，将Cu膜暴露在空气中超过30min，其Cu膜表面的电阻率会提高30％以上，从而会导致Cu线的电阻率增大；同时Cu膜氧化后产生的CuOx及Cu(OH)x会导致静电(ESD)现象，进而影响薄膜晶体管(TFT)器件的显示效果。
发明内容
本申请提供一种薄膜晶体管及其制作方法，能够减少薄膜晶体管因铜膜被氧化，导致铜线的电阻率增大和静电现象的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种薄膜晶体管的制作方法，所述方法包括：在衬底基板上沉积复合膜层，所述复合膜层包括依次沉积的铜膜层和镍膜层；对沉积所述复合膜层的衬底基板进行退火处理，以使得所述铜膜层的表层为铜-镍掺杂层；图形化退火处理后的所述复合膜层。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：衬底基板；栅极层，所述栅极层沉积于所述衬底基板上，所述栅极层包括依次沉积于所述衬底基板上的铜膜层和铜-镍掺杂膜层；层叠结构，形成于所述衬底基板及所述栅极层上。
本申请的有益效果是：本申请提供一种薄膜晶体管及其制作方法，通过依次沉积的铜膜层和镍膜层，进行退火处理后使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层，可以阻止铜膜层进一步氧化，降低铜膜层的电阻率，从而改善薄膜晶体管的显示效果，提升显示面板的品质。
附图说明
图1是本申请薄膜晶体管制作方法第一实施方式的流程示意图；
图2是本申请薄膜晶体管中复合膜层的具体制备工艺流程图；
图3是本申请薄膜晶体管中铜-镍掺杂层具体制备工艺流程图；
图4是本申请薄膜晶体管中复合膜层图形化具体制备工艺流程图；
图5是本申请薄膜晶体管制作方法第二实施方式的流程示意图；
图6是本申请薄膜晶体管中层叠结构具体制备工艺流程图；
图7是本申请薄膜晶体管一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请薄膜晶体管制作方法第一实施方式的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
S101：在衬底基板上沉积复合膜层，复合膜层包括依次沉积的铜膜层和镍膜层。
该步骤中，先提供一衬底基板。该衬底基板可以为透明材质，具体可以是玻璃、陶瓷基板或者透明塑料等任意形式的基板，此处本申请不做具体限定，且在本实施例中，所采用的衬底基板为玻璃基板。
参阅图2至图4，图2至图4为本申请薄膜晶体管具体制备工艺流程图。在衬底基板上沉积复合膜层，复合膜层的沉积方式包括但不限于物理沉积、化学气相沉积等沉积方式，此处不做限定。本申请中采用的是物理气相沉积方法(Physical Vapor Deposition，PVD)，PVD是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子的铜或者镍由靶源转移到衬底基板的表面上的过程。其中，PVD的基本方法有很多种，本实施例中，采用的PVD机台为内联(inline)式设备。在制程腔体(process chamber)中的靶材依次设计为铜(Cu)靶和镍(Ni)靶。
在衬底基板上首先沉积上铜膜，形成铜膜层，本实施例中，铜膜层的膜厚不做限制，具体参照薄膜晶体管的厚度进行设计，在其他实施例中，在铜膜层之前还可以沉积其他金属膜层，例如钼膜层、铬膜层、镍膜层、钛膜层等。但是，铜膜层越厚，其晶粒就会越大，表面粗糙度增大，晶界的空隙也随之变大，在后续制作工艺制程中，会有部分空气中的氧气(O2)和/或水蒸气(H2O)沿着晶界的空隙渗透到铜膜层内部，从而加速铜膜层的表层铜的氧化；表层铜膜的粗糙度过大，铜膜的电阻率增大，且容易产生静电击穿或产生局部寄生电容。
因此，在沉积的铜膜层上沉积镍膜，形成镍膜层，其中，镍靶腔体中的设计压力为1-2Pa，电压(power)＜5kw，衬底基板的温度＜100℃，在完成的沉积的铜膜层上沉积镍膜，镍膜层为微晶结构，厚度范围为10-30埃，具体可以为10埃、20埃、30埃等等。其中，金属镍不仅具有较好的耐腐蚀性、高度磨光性、良好的导电性等特点，其颜色近似银白色且原子半径较小，可以将铜膜层与空气进行隔离，是一种硬而有延展性的金属元素，可以减少或者阻止铜膜被氧化的现象。
S102：对沉积复合膜层的衬底基板进行退火处理，以使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层。
对沉积复合膜层的衬底基板进行退火处理，退火处理工艺是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺，从而达到释放应力、增加材料延展性和韧性、产生特殊显微结构等效果。本实施例中，退火处理的退火温度范围为200℃-400℃，具体可以是200℃、300℃、400℃等等，退火处理的时间范围为30min-120min，具体可以是30min、75min、120min等等；进一步的，退火处理的退火温度范围为250℃-350℃，具体可以为250℃、300℃、350℃等等，退火处理的时间范围为40min-100min，具体可以是40min、70min、100min等等；一般情况下，退火处理的退火温度越高，其退火处理的时间越少，相反亦然。
具体的是，将沉积铜膜层和镍膜层的衬底基板置于真空退火炉中进行真空退火处理，退火温度200℃-400℃，退火时间为30min-120min，从而让镍膜层的微晶结构镍扩散至铜膜层的内部，镍原子经铜膜的晶粒之间的空隙进行扩散，并逐渐将铜膜层的表层铜膜的晶界空隙填满，最终在铜膜层表面形成约100埃-500埃的镍掺杂层，具体可以为100埃、300埃、500埃等等，以使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层，因此，铜-镍掺杂层的厚度范围为100-500埃。从而在后续的工艺流程如清洗、黄光、刻蚀等制程时，空气中的H2O和O2不能轻易的渗透到铜膜内部，很好的保护铜不被氧化。
S103：图形化退火处理后的复合膜层。
将退火处理后的复合膜层进行图形化的工艺制作，以使得复合膜层线路化，通过预设有特定线路图案的光罩(Mask)，对该复合膜层进行曝光、显影、蚀刻以形成具有图形化的复合膜层。其制作方法及过程可以参照现有技术中制作薄膜晶体管结构的方法及工艺，此处本申请不做限定。
本申请提供的薄膜晶体管制作方法，通过依次沉积的铜膜层和镍膜层，进行退火处理后使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层，可以阻止铜膜层进一步氧化，降低铜膜层的电阻率，从而改善薄膜晶体管的显示效果，提升显示面板的品质。
请参阅图5，图5为本申请薄膜晶体管制作方法第二实施方式的流程示意图。且本申请第二实施方式与第一实施例不同之处在于，本申请中图形化退火处理后的复合膜层后还进一步包括在图形化后的复合膜层上依次制作栅极绝缘层、源漏电极层、钝化层以及像素电极层，且具体描述如下：
如图5所示，该方法包括以下步骤：
S201：在衬底基板上沉积复合膜层，复合膜层包括依次沉积的钼膜层、铜膜层及镍膜层。
本实施例的该步骤与步骤S101基本相同，不同的是，在衬底基板上首先沉积钼膜层，金属钼具有高温强度好、硬度高、密度大、抗腐蚀能力强、热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性，是薄膜晶体管制作栅极和源/漏极的主要成分之一，可以防止金属铜向衬底基板方向进行扩散。
本实施例中，同样采用物理气相沉积方法将金属钼沉积在衬底基板上，形成钼膜层，钼膜层的膜厚不做限制，依据实际情况进行设计。然后再在钼膜层上沉积铜膜层和镍膜层。因此，PVD机台为内联(inline)式设备中，制程腔体(process chamber)中的靶材依次设计为钼(Mo)、铜(Cu)靶和镍(Ni)靶。
其他具体的制作方法和工艺流程参见上文，在此不作赘述。从而可以先制作成薄膜晶体管的栅极。
S202：对沉积复合膜层的衬底基板进行退火处理，以使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层。
对沉积复合膜层的衬底基板进行退火处理，本实施例进行真空退火处理，退火温度200℃-400℃，200℃、300℃、400℃等等，退火处理的时间范围为30min-120min，具体可以是30min、75min、120min等等，从而让镍膜层的微晶结构镍扩散至铜膜层的内部，镍原子经铜膜的晶粒之间的空隙进行扩散，使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层，且铜-镍掺杂层的厚度范围为100-500埃，具体可以为100埃、300埃、500埃等等。其他具体的制作方法和工艺流程参见上文，在此不作赘述。可以得到栅极层的表层为铜-镍掺杂层。
S203：图形化退火处理后的复合膜层。
对栅极层进行图形化处理，以制作薄膜晶体管的栅极，本实施例的该步骤与步骤S103相同，其具体的制作方法和工艺流程参见上文，在此不作赘述。
S204：在图形化后的复合膜层上依次制作栅极绝缘层、源漏电极层、半导体层、钝化层以及像素电极层。
参见图6，制作完成图形化的栅极层，还需要制作栅极绝缘层GI，以便将栅极进行隔离并绝缘，在栅极绝缘层上依次再制作包括但不限于源漏电极层(Sourse、Drain)、半导体层、钝化层PV以及像素电极层等，且其中源漏电极层和像素电极层的制作方法及过程和上述第一实施方式类似，可以参照上文的栅极层的具体制作方法及工艺，此处不再赘述。
其中，源漏电极层包括钼膜层、铜膜层和铜-镍掺杂膜层。
上述实施方式，通过依次沉积的铜膜层和镍膜层，进行退火处理后使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层，可以阻止铜膜层进一步氧化，降低铜膜层的电阻率，从而改善薄膜晶体管的显示效果，提升显示面板的品质。
请参阅图7，图7为本申请薄膜晶体管一实施方式的结构示意图。如图3所示，该薄膜晶体管10包括：衬底基板11、栅极层12以及层叠结构。
其中，栅极层12沉积于衬底基板11上，栅极层12进一步包括钼膜层121、铜膜层122和铜-镍掺杂膜层123，且是依次沉积于衬底基板11上的钼膜层121、铜膜层122和铜-镍掺杂膜层123。其中，钼膜层121、铜膜层122的厚度不作限制，依据现有薄膜晶体管的厚度进行设计，在此不做限定；而铜-镍掺杂层123的厚度范围为100-500埃，具体可以是100埃、300埃、500埃等等，且铜-镍掺杂层123是通过退火处理工艺得到，使得铜膜层122的表层为铜-镍掺杂层123。
本实施例中，层叠结构形成于衬底基板11及栅极层12上。且层叠结构包括依次形成于栅极层12及衬底基板11上的栅极绝缘层13、源漏电极层14、钝化层15、像素电极层16以及半导体层17。
进一步的，源漏电极层14包括钼膜层141、铜膜层142和铜-镍掺杂膜层143。源漏电极层14的制作工艺和具体结构与栅极层12基本相同，在此不再赘述。
显示面板包括上述的薄膜晶体管，而显示面板的其余结构参见现有技术中显示面板的具体结构，此处不再赘述。
进一步地，上述实施例中，所有结构的制作方法或原理请详见上述制作方法中的描述，此处不再赘述。
上述实施方式，通过依次沉积的铜膜层和镍膜层，进行退火处理后使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层，可以阻止铜膜层进一步氧化，降低铜膜层的电阻率，从而改善薄膜晶体管的显示效果，提升显示面板的品质。
综上所述，本领域技术人员容易理解，本申请提供一种薄膜晶体管及其制作方法，通过依次沉积的铜膜层和镍膜层，进行退火处理后使得铜膜层的表层为铜-镍掺杂层，可以阻止铜膜层进一步氧化，降低铜膜层的电阻率，从而改善薄膜晶体管的显示效果，提升显示面板的品质。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底基板上沉积复合膜层，所述复合膜层包括依次沉积的铜膜层和镍膜层；
对沉积所述复合膜层的衬底基板进行退火处理，以使得所述铜膜层的表层为铜-镍掺杂层；
图形化退火处理后的所述复合膜层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍膜层为微晶结构，厚度范围为10-30埃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理的退火温度范围为200℃-400℃，所述退火处理的时间范围为30min-120min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜-镍掺杂层的厚度范围为100-500埃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图形化退火处理后的所述复合膜层的步骤之后进一步包括：
在所述图形化后的所述复合膜层上依次制作栅极绝缘层、源漏电极层、半导体层、钝化层以及像素电极层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述源漏电极层包括铜膜层和铜-镍掺杂膜层。
7.一种薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管包括：
衬底基板；
栅极层，所述栅极层沉积于所述衬底基板上，所述栅极层包括依次沉积于所述衬底基板上的铜膜层和铜-镍掺杂膜层；
层叠结构，形成于所述衬底基板及所述栅极层上。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述铜-镍掺杂层的厚度范围为100-500埃。
9.根据权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述层叠结构包括依次形成于所述栅极层及所述衬底基板上的栅极绝缘层、源漏电极层、钝化层以及像素电极层。
10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源漏电极层包括铜膜层和铜-镍掺杂膜层。
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