CN108269856A - 一种氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板 - Google Patents
一种氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法、基板阵列，第一薄膜晶体管包括基板、电容的第一极、电容绝缘层、作为栅极的电容的第二极、栅极绝缘层、氧化物有源层、刻蚀阻挡层、源漏电极及搭接电极、钝化层、平坦层、阳极；其中刻蚀阻挡层形成第一过孔，刻蚀阻挡层与栅极绝缘层形成有第二过孔，刻蚀阻挡层、栅极绝缘层与电容绝缘层还形成有第三过孔；第一氧化物半导体薄膜晶体管的所述搭接电极与电容的第一极、作为栅极的电容的第二极及第二或第N氧化物薄膜晶体管的源级搭接。通过在底部增加额外的电容结构，并且通过设置搭接电极，省去一次光刻步骤，简化工序、降低成本，并且底部的电容结构作为光遮挡层，避免外部的环境光导致氧化物薄膜晶体管稳定性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及氧化物薄膜晶体管及其制备相关技术领域，尤其涉及氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板。
背景技术
随着信息时代的到来，显示器正在加速向平板化、节能化的方向发展。平板显示器(Flat Panel Display，FPD)是目前最为流行的一类显示设备。平板显示领域中应用最广泛的技术就是薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)技术。当前主流的薄膜晶体管技术的有源层材料为Si材料，包括非晶硅、多晶硅等。然而非晶硅薄膜晶体管稳定性较差且迁移率较低，而多晶硅薄膜晶体管由于晶界的存在，其制备的均一性较差且成本偏高。这些技术无法同时满足现在以及将来超高分辨率、超大尺寸、柔性显示的要求。
相比较而言，氧化物薄膜晶体管由于具有迁移率相对较高、均匀性良好、制程温度较低且与目前的非晶硅产线兼容等优点，被认为是下一代最有前景的TFT技术之一，目前受到国内外学术界和产业界的广泛关注。氧化物薄膜晶体管有背沟道刻蚀型和刻蚀阻挡层型两种结构；背沟道刻蚀型是在氧化物背沟道上直接沉积源漏电极并图案化源漏电极，这种方法会对氧化物背沟道进行损伤，造成器件性能的下降。刻蚀阻挡层是在氧化物背沟道上先沉积一层刻蚀阻挡层，这样可以避免在源漏电极图案化过程中对氧化物背沟道的损伤，但是需要额外添加一道刻蚀阻挡层过孔的工艺，增加成本。
近几年来，有源矩阵有机发光二极管显示器(Active-matrix organic lightemitting diode,简称：AMOLED)面板凭借其广色域、高对比度、自主发光、轻薄省电等优势获得市场狂热追捧，特别是在如智能手机、智能手表、VR显示(需要高响应速度)等中小尺寸智能设备领域。随着显示分辨率的需要日益上升，每一个像素的面积将被控制得越来越小。传统的通过栅极和源漏电极作为电容两极的方法不能满足电容大小的需求。目前的氧化物半导体薄膜晶体管的制备工序中，光刻步骤过多，工序复杂，成本较高；并且容易受外部环境光影响导致氧化物薄膜晶体管稳定性变差。
发明内容
本发明提供一种氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板，解决了以下技术问题：通过在底部增加额外的电容结构，并且通过搭接电极的搭接结构，省去一次光刻步骤，简化工序、降低成本，并且底部的电容结构作为光遮挡层，避免外部的环境光导致氧化物薄膜晶体管稳定性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：
本发明一方面提供一种氧化物半导体薄膜晶体管，设有第一氧化物半导体薄膜晶体管、第二氧化物半导体薄膜晶体管至第N氧化物半导体薄膜晶体管，第一氧化物半导体薄膜晶体管包括基板、在基板上依次形成的电容的第一极、电容绝缘层、作为栅极的电容的第二极、栅极绝缘层、氧化物有源层、刻蚀阻挡层、源漏电极及搭接电极、钝化层、平坦层、阳极；其中刻蚀阻挡层形成第一过孔，刻蚀阻挡层与栅极绝缘层形成有第二过孔，刻蚀阻挡层、栅极绝缘层与电容绝缘层形成有第三过孔；
第一氧化物半导体薄膜晶体管的所述搭接电极与电容的第一极、作为栅极的电容的第二极及第二或第N氧化物薄膜晶体管的源级搭接。
进一步地，形成所述基板的材料包括玻璃、石英和柔性材料的至少一种。
进一步地，形成电容绝缘层的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
进一步地，形成栅极绝缘层的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
进一步地，形成刻蚀阻挡层的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
本发明另一方面还提供一种氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，包括：
A.在基板上沉积金属导电层，并将金属导电层通过光刻步骤图案化形成电容第一级；
B.在所述的电容第一级上沉积绝缘层薄膜形成电容绝缘层；
C.在所述电容绝缘层上沉积金属导电层，并将金属导电层通过光刻步骤图案化形成电容的第二极，所述电容的第二极作为栅极；
D.在所述作为栅极的电容的第二极上沉积绝缘层薄膜形成栅极绝缘层；
E.在所述栅极绝缘层上，沉积氧化物半导体薄膜并通过光刻步骤进行图案化形成氧化物沟道层；
F.在所述氧化物沟道层上沉积绝缘层薄膜形成刻蚀阻挡层；
G.在所述刻蚀阻挡层形成第一过孔，刻蚀阻挡层与栅极绝缘层形成第二过孔，在刻蚀阻挡层、栅极绝缘层与电容绝缘层形成第三过孔；
H.在所述刻蚀阻挡层上沉积金属导电膜层并将金属导电膜层通过光刻步骤图案化形成源漏电极及搭接电极，所述搭接电极与电容的第一极、作为栅极的电容的第二极及第二或第N氧化物薄膜晶体管的源级搭接；
I.在所述源漏电极及搭接电极上沉积绝缘层薄膜并将绝缘层薄膜通过光刻步骤图案化形成钝化层；
J.在所述钝化层上沉积有机材料薄膜并将有机材料薄膜通过光刻步骤图案化形成平坦层；
K.在所述平坦层上沉积金属导电膜层并将金属导电膜层通过光刻步骤图案化形成阳极。
进一步地，在步骤G中，所述第一过孔和第二过孔使用干法刻蚀处理步骤形成，在干法刻蚀处理步骤中，SiOx、SiNx和SiONx与氧化物沟道层的刻蚀选择比大于20:1。
更进一步地，在干法刻蚀刻蚀处理步骤中，刻蚀气体选择氟基气体。
进一步地，所述刻蚀气体为CF4和O2的混合气体。
本发明又一方面提供一种阵列基板，包括通过所述氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法制造的氧化物半导体薄膜晶体管。
在本发明提供的氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板中，底部添加一个额外的电容结构，包括电容的第一极、电容绝缘层、作为栅极的电容的第二极，并且在刻蚀阻挡层过孔时一并将第二或第N氧化物薄膜晶体管的源级、第一氧化物薄膜晶体管的栅极及电容的一极通过源漏电极及搭接电极制备时搭接，从而省去一次光刻步骤，简化工序，降低成本，并且满足目前AMOLED显示对电流稳定性的要求；另外底部的电容结构可以作为光遮挡层，避免外部的环境光导致氧化物薄膜晶体管稳定性差的问题。
附图说明
图1-A是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤A对应的第一结构示意图；
图1-B是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤B对应的第二结构示意图；
图1-C是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤C对应的第三结构示意图；
图1-D是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤D对应的第四结构示意图；
图1-E是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤E对应的第五结构示意图；
图1-F是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤F对应的第六结构示意图；
图1-G是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤G对应的第七结构示意图；
图1-H是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤H对应的第八结构示意图；
图1-I是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤I对应的第九结构示意图；
图1-J是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤J对应的第十结构示意图；
图1-K是本发明氧化物半导体薄膜晶体管与其制备步骤K对应的第十一结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
实施例1：
如图1-A至1-K所示，本实施例一方面涉及一种氧化物半导体薄膜晶体管，设有第一氧化物半导体薄膜晶体管、第二氧化物半导体薄膜晶体管至第N氧化物半导体薄膜晶体管(图中未示出)，第一氧化物半导体薄膜晶体管包括基板1、在基板1上依次形成的电容的第一极2、电容绝缘层3、作为栅极的电容的第二极4、栅极绝缘层5、氧化物有源层6、刻蚀阻挡层7、源漏电极及搭接电极8、钝化层9、平坦层10、阳极11；其中刻蚀阻挡层7形成第一过孔，刻蚀阻挡层7与栅极绝缘层5形成有第二过孔，刻蚀阻挡层7、栅极绝缘层5与电容绝缘层3形成有第三过孔；
第一氧化物半导体薄膜晶体管的所述搭接电极与电容的第一极2、作为栅极的电容的第二极4及第二或第N氧化物薄膜晶体管的源级搭接。
在本实施例中，形成所述基板1的材料包括玻璃、石英和柔性材料的至少一种。
在本实施例中，形成电容绝缘层3的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
在本实施例中，形成栅极绝缘层5的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
在本实施例中，形成刻蚀阻挡层7的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
本发明实施例的另一方面还涉及一种氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，包括：
A.在基板1上沉积金属导电层，并将金属导电层通过光刻步骤图案化形成电容第一极2；
具体的，所述金属导电层所使用的金属为铝、铜、钼、钛、银、金、钨等之中的单质或合金。
需要说明的是，所述金属导电层的厚度范围在100nm-3000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
B.在所述的电容第一级2上沉积绝缘层薄膜形成电容绝缘层3；
具体的，所述绝缘层薄膜为SiOx、SiNx和SiONx薄膜中的一种或多种。
需要说明的是，电容绝缘层3的厚度范围在50nm-1000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
C.在所述电容绝缘层3上沉积金属导电层，并将金属导电层通过光刻步骤图案化形成电容的第二极4，所述电容的第二极4作为栅极；
具体的，所述金属导电层所使用的金属为铝、铜、钼、钛、银、金、钨等之中的单质或合金。
需要说明的是，所述金属导电层的厚度范围在100nm-3000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
D.在所述作为栅极的电容的第二极4上沉积绝缘层薄膜形成栅极绝缘层5；
具体的，所述绝缘层薄膜为SiOx、SiNx和SiONx薄膜中的一种或多种。
需要说明的是，栅极绝缘层5的厚度范围在50nm-1000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
E.在所述栅极绝缘层5上，沉积氧化物半导体薄膜并通过光刻步骤进行图案化形成氧化物沟道层6；
需要说明的是，氧化物绝缘层的厚度范围在20nm-100nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
F.在所述氧化物沟道层6上沉积绝缘层薄膜形成刻蚀阻挡层7；
具体的，所述绝缘层薄膜为SiOx、SiNx和SiONx薄膜中的一种或多种。
需要说明的是，刻蚀阻挡层7的厚度范围在50nm-1000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
G.在所述刻蚀阻挡层7形成第一过孔，刻蚀阻挡层7与栅极绝缘层5形成第二过孔，在刻蚀阻挡层7、栅极绝缘层5与电容绝缘层3还形成第三过孔；第一过孔7、第二过孔75和第三过孔753的过孔步骤可以同时进行也可以分开进行；
具体的，所述第一过孔、第二过孔和第三过孔使用干法刻蚀处理步骤形成，在干法刻蚀处理步骤中，SiOx、SiNx和SiONx与氧化物沟道层的刻蚀选择比大于20:1；
在干法刻蚀刻蚀处理步骤中，刻蚀气体选择氟基气体；
在本实施例中，所述刻蚀气体为CF4和O2的混合气体。
H.在所述刻蚀阻挡层7上沉积金属导电层并将金属导电膜层通过光刻步骤图案化形成源漏电极及搭接电极8，所述搭接电极与电容的第一极2、作为栅极的电容的第二极4及第二或第N氧化物薄膜晶体管的源级(图中未示出)搭接；
具体的，金属导电层所使用的金属为铝、铜、钼、钛、银、金、钨等之中的单质或合金。
需要说明的是，金属导电层的厚度范围在100nm-3000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
I.在所述源漏电极及搭接电极8上沉积绝缘层薄膜并将绝缘层薄膜通过光刻步骤图案化形成钝化层9；
具体的，所述绝缘层薄膜为ZrO2、Al2O3、、Ta2O5、SiOx、SiNx、SiONx有机薄膜中的一种或多种。
需要说明的是，钝化层9的厚度范围在50nm-1000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
J.在所述钝化层9上沉积有机材料薄膜并将有机材料薄膜通过光刻步骤图案化形成平坦层10；
具体的，所述有机材料薄膜为PI、PR或SU8有机薄膜中的一种或多种。
需要说明的是，平坦层10的厚度范围在100nm-5000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
K.在所述平坦层10上沉积金属导电膜层并将金属导电膜层通过光刻步骤图案化形成阳极11。
具体的，导电膜层所使用的为ITO、铝、铜、钼、钛、银、金、钨等之中的一种或多种。
需要说明的是，阳极11的厚度范围在50nm-1000nm范围内，其具体厚度以及构成材料不限于实施例中的情况。
本发明实施例的又一方面提供一种阵列基板，包括通过所述氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法制造的氧化物半导体薄膜晶体管。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种氧化物半导体薄膜晶体管，设有第一氧化物半导体薄膜晶体管、第二氧化物半导体薄膜晶体管至第N氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于：第一氧化物半导体薄膜晶体管包括基板、在基板上依次形成的电容的第一极、电容绝缘层、作为栅极的电容的第二极、栅极绝缘层、氧化物有源层、刻蚀阻挡层、源漏电极及搭接电极、钝化层、平坦层、阳极；其中刻蚀阻挡层形成第一过孔，刻蚀阻挡层与栅极绝缘层形成有第二过孔，刻蚀阻挡层、栅极绝缘层与电容绝缘层还形成有第三过孔；
第一氧化物半导体薄膜晶体管的所述搭接电极与电容的第一极、作为栅极的电容的第二极及第二或第N氧化物薄膜晶体管的源级搭接。
2.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于：形成所述基板的材料包括玻璃、石英和柔性材料的至少一种。
3.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于：形成电容绝缘层的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
4.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于：形成栅极绝缘层的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
5.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于：形成刻蚀阻挡层的材料包括SiOx、SiNx和SiONx的至少一种。
6.一种权利要求1的氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
A.在基板上沉积金属导电层，并将金属导电层通过光刻步骤图案化形成电容第一级；
B.在所述的电容第一级上沉积绝缘层薄膜形成电容绝缘层；
C.在所述电容绝缘层上沉积金属导电层，并将金属导电层通过光刻步骤图案化形成电容的第二极，所述电容的第二极作为栅极；
D.在所述作为栅极的电容的第二极上沉积绝缘层薄膜形成栅极绝缘层；
E.在所述栅极绝缘层上，沉积氧化物半导体薄膜并通过光刻步骤进行图案化形成氧化物沟道层；
F.在所述氧化物沟道层上沉积绝缘层薄膜形成刻蚀阻挡层；
G.在所述刻蚀阻挡层形成第一过孔，刻蚀阻挡层与栅极绝缘层形成第二过孔，在刻蚀阻挡层、栅极绝缘层与电容绝缘层形成第三过孔；
H.在所述刻蚀阻挡层上沉积金属导电膜层并将金属导电膜层图案化形成源漏电极及搭接电极，所述搭接电极与电容的第一极、作为栅极的电容的第二极及第二或第N氧化物薄膜晶体管的源级搭接；
I.在所述源漏电极及搭接电极上沉积绝缘层薄膜并将绝缘层薄膜通过光刻步骤图案化形成钝化层；
J.在所述钝化层上沉积有机材料薄膜并将有机材料薄膜通过光刻步骤图案化形成平坦层；
K.在所述平坦层上沉积金属导电膜层并将金属导电膜层通过光刻步骤图案化形成阳极。
7.根据权利要求6所述的氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：在步骤G中，所述第一过孔、第二过孔与第三过孔使用干法刻蚀处理步骤形成，在干法刻蚀处理步骤中，SiOx、SiNx和SiONx与氧化物沟道层的刻蚀选择比大于20:1。
8.根据权利要求6或7所述的氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：在干法刻蚀刻蚀处理步骤中，刻蚀气体选择氟基气体。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述刻蚀气体为CF4和O2的混合气体。
10.一种阵列基板，其特征在于，包括通过6～9任一项所述的制备方法制造的氧化物半导体薄膜晶体管。
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