CN111524959A - 薄膜晶体管 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括一主动层、一第一金属层以及一钝化层；所述钝化层包括一第一子钝化层、一氢原子阻隔层以及一第二子钝化层，所述氢原子阻隔层设置于所述第一子钝化层于所述第二子钝化层之间；所述氢原子阻隔层用于阻隔所述第二子钝化层制备过程中的氢原子对所述主动层的掺杂，所述钝化层能够有效地阻隔环境中的水分子和氧分子，解决了高迁移率氧化物材料钝化层制备过程中主动层变成导体，从而使薄膜晶体管功能失效的难题。
Description
技术领域
本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管。
背景技术
随着显示技术的发展，氧化物薄膜晶体管技术被认为是有希望取代非晶硅薄膜晶体管技术，成为下一代显示驱动背板的主流技术。与非晶硅薄膜晶体管技术相比，现有氧化物薄膜晶体管技术的特点是迁移率较高、大面积均匀性好和生产成本较低。但是氧化物薄膜晶体管技术与低温多晶硅薄膜晶体管技术相比，迁移率仍然不足。因此，高迁移率的氧化物薄膜晶体管技术成为大家关注的方向。
目前，氧化物半导体材料以InGaZnO为主，其迁移率为10cm2/Vs左右。由于浸润导电机制，氧化物半导体的迁移率与其载流子浓度正相关。而目前实现高迁移率氧化物材料的方法是通过元素的调整提升氧化物材料的载流子浓度，以达到提升迁移率的目的。随着载流子浓度的提升，氧化物半导体的费米能级更加靠近导带。因此，高迁移率氧化物半导体对钝化层的工艺十分敏感。
由于氮化硅有更好的水阻隔能力，在现有的背沟道刻蚀型器件结构中钝化层多为氧化硅/氮化硅双层结构。在氮化硅的成膜过程中，会产生大量的具有一定能量氢原子。由于PECVD生长的氧化硅为多孔结构，这些氢原子会穿过氧化硅扩散到主动层沟道中，造成器件载流子数目增加。对于InGaZnO来说，由于费米能级较低，载流子数目的增加对器件特性影响不大。但是对于高迁移率氧化物材料来说，氮化硅造成的氢原子掺杂极易造成主动层变成导体，从而使薄膜晶体管功能失效。
因此，现有技术存在缺陷，急需改进。
发明内容
本申请实施例提供一种薄膜晶体管，在所述钝化层中插入一层氢原子阻隔层，能够有效地解决现有技术中钝化层在制备时氢原子对所述主动层的掺杂。
本申请实施例提供一种薄膜晶体管，包括一第一金属层以及一钝化层，在一些实施例中，所述钝化层覆盖所述第一金属层，并包括一第一子钝化层、一氢原子阻隔层以及一第二子钝化层，所述氢原子阻隔层设置于所述第一子钝化层与所述第二子钝化层之间。
在一些实施例中，所述氢原子阻隔层的材料为氧化铝、氧化石墨烯、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚体、聚偏二氯乙烯中的一种或多种组合成的复合材料。
在一些实施例中，所述氢原子阻隔层的厚度为0.1μm至20μm之间。
在一些实施例中，所述第一子钝化层的材料包括氧化硅，所述第二子钝化层的材料包括氮化硅。
在一些实施例中，所述第一子钝化层设置于所述第一金属层上并覆盖所述第一金属层。
在一些实施例中，所述薄膜晶体管还包括一衬底基板、一第二金属层以及一主动层；所述第二金属层设置于所述基板上，所述主动层覆盖所述第二金属层以及所述基板，所述第一金属层设置于所述主动层上，所述钝化层覆盖所述第一金属层以及所述主动层。
在一些实施例中，所述薄膜晶体管还包括一彩膜层、一平坦层以及一第三金属层；所述彩膜层设置于所述钝化层上，所述平坦层覆盖所述彩膜层以及所述钝化层，所述第三金属层覆盖所述钝化层，并且通过第一过孔与所述第一金属层连接，通过第二过孔与所述第二金属层连接。
在一些实施例中，所述主动层的材料为氧化物半导体材料，所述氧化物半导体材料包括铟元素、锌元素、镓元素中的至少一种。
在一些实施例中，所述氧化物半导体材料的迁移率大于等于10cm2/Vs。
在一些实施例中，所述氧化物半导体材料的载流子浓度高于1019cm-3。
由于第一钝化层采用的是等离子体增强化学气相沉积法沉积氧化硅钝化膜，并且采用所述等离子体增强化学气相沉积法沉积的所述氧化硅钝化膜为多孔结构，在沉积所述第二钝化层的过程中会产生大量氢原子，在没有任何阻隔的情况下，这些氢原子会穿过所述氧化硅钝化膜扩散到主动层的沟道中，造成薄膜载流子数目增加。因此，在所述第一钝化层于所述第二钝化层之间设置一氢原子阻隔层，有效地解决了所述第二钝化层制备过程中产生的氢原子穿过所述氧化硅钝化膜扩散到主动层的沟道中，并且导致所述氢原子与所述主动层发生反应，从而使所述主动层导体化这一问题。
而且由所述第一钝化层、一氢原子阻隔层以及一第二钝化层153组成的所述钝化层还能够有效地阻隔环境中的水分子和氧分子，有效改善了现有技术中薄膜晶体管功能容易失效的难题。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的薄膜晶体管的制备流程图。
图3A至图3E为本申请实施例提供的薄膜晶体管各个膜层的结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
具体的，请参阅图1，本申请实施例提供一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管100包括：一衬底基板110、一第二金属层120、一主动层130、一第一金属层140、一钝化层150、一彩膜层160，一平坦层170以及一第三金属层180。
如图1所示，所述衬底基板110为本领域常规结构基板。所述第二金属层120设置于所述衬底基板110上，通过图案化形成栅极121。所述主动层130设置于所述第二金属层120上并覆盖所述衬底基板110及所述第二金属层120。所述第一金属层140设置于所述主动层130上，并通过图案化形成源/漏极141。所述钝化层150设置于所述第一金属层140上，并覆盖所述第一金属层140以及所述主动层130。所述彩膜层160设置于所述钝化层150上。所述平坦层170设置于所述彩膜层160上，并覆盖所述彩膜层160。所述第三金属层180通过图案化形成阳极，贯穿所述平坦层170、所述钝化层150以及所述主动层，并且分别与与所述栅极121以及所述源/漏极141接触。
其中，所述钝化层还包括一第一子钝化层151、一氢原子阻隔层152以及一第二子钝化层153，所述氢原子阻隔层152设置于所述第一子钝化层151与所述第二子钝化层153之间，所述第一子钝化层接触所述第一金属层140，所述第二子钝化层153接触所述彩膜层160与所述平坦层170。
在本实施例中，所述钝化层150的厚度在0.1μm至40μm之间，所述氢原子阻隔层152的厚度为0.1μm至20μm之间。定义所述钝化层150的厚度为其靠近所述衬底基板110上表面的一侧与其远离所述基板110上表面的一侧的垂直高度，定义所述氢原子阻隔层152的厚度为其靠近所述衬底基板110上表面的一侧与其远离所述基板110上表面的一侧的垂直高度。
如图1所示，所述平坦层170具有第一过孔171以及第二过孔172。所述第一过孔171贯穿所述平坦层170及所述钝化层150，以暴露所述第一金属层140中与所述第三金属层180搭接的源/漏极极141。所述第二过孔172贯穿所述平坦层170、所述钝化层150以及所述主动层130，以暴露所述第二金属层120中与所述第三金属层180搭接的栅极121。
在本实施例中，所述第三金属层180覆盖所述平坦层170，所述第一过孔171以及所述第二过孔172，由此，所述阳极通过所述第一过孔171与所述源/漏极141接触连接并且通过所述第二过孔172与所述栅极121接触连接，以实现所述第一金属层140与所述第三金属层180的搭接连接，以及实现所述第二金属层120与所述第三金属层180的搭接连接。
在本申请中，所述钝化层150包括至少一层第一子钝化层151，至少一层氢原子阻隔层152和至少一层第二子钝化层153。如图1所示，在本实施例中，所述钝化层150包括至少一层第一子钝化层151，至少一层子氢原子阻隔层152和至少一层第二子钝化层153，本领域技术人员可以理解的是，所述钝化层150可以根据实际需要而包括多层第一子钝化层151、氢原子阻隔层152或第二子钝化层153，例如但不限于：所述钝化层150可以包括一层第一子钝化层151，两层氢原子阻隔层152和一层第子二钝化层153，并不以图1所示的结构为限。
在本申请中，如无特殊说明，所述各层的材料均可以是本领域已知的常用于形成各层的材料。
例如但不限于，所述衬底基板110可以是一玻璃基板、一聚酰亚胺基板或薄膜基板(film基板)。所述第二金属层120的材质可以为钼(Mo)或铜(Cu)中的一种或两种组成的合金。所述主动层130的材料为氧化物半导体材料，所述氧化物半导体材料包括铟元素、锌元素、镓元素中的至少一种。所述第一金属层140的材质为钼(Mo)或铜(Cu)中的一种或两种组成的合金。所述钝化层150的材料可以为氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO)、氮氧化硅(SiON)以及氧化铝(AlOx)中的一种或一种以上组成的混合物。所述平坦层170的材料可以为氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO)、氮氧化硅(SiON)以及氧化铝(AlOx)中的一种或一种以上组成的混合物。所述第三金属层180的材质为钼(Mo)或铜(Cu)中的一种或两种组成的合金。
在本实施例中，所述主动层130的材料优选为氧化物半导体材料，但不限于此，所述氧化物半导体材料的迁移率大于等于10cm2/Vs，并且所述氧化物半导体材料的载流子浓度高于1019cm-3。
在本申请中，所述氢原子阻隔层152的材料为氧化铝、氧化石墨烯、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚体、聚偏二氯乙烯中的一种或多种组合成的复合材料；所述氢原子阻隔层152用于阻隔所述第二钝化层制备过程中的氢原子对所述主动层的掺杂，避免引起主动层130导体化使薄膜晶体管100失效，并且所述钝化层150用于阻隔环境中水分子和氧分子，从而更好的保护薄膜晶体管少受损伤。
如图2所示，以下结合图3A至图3E，详细描述本申请所述薄膜晶体管100的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：
如图2以及图3A所述，所述制备方法包括步骤S1：提供一基板110，在所述基板110表面沉积一第二金属层120，并在曝光、显影、蚀刻、剥离等制程后形成栅极121；
如图2以及图3B所述，所述制备方法包括步骤S2：在所述第二金属层120表面沉积一主动层的130，在所述主动层130表面沉积一第一金属层140，并在曝光、显影、蚀刻、剥离等制程后形成源/漏极141；
如图2以及图3C所述，所述制备方法包括步骤S3：在所述第一金属层140表面沉积钝化层150，其中，包括分别沉积第一子钝化层151、氢原子阻隔层152以及第二子钝化层153；
如图2以及图3D所述，所述制备方法包括步骤S4：在所述钝化层150表面沉积彩膜层160以及平坦层170，并对所述主动层130、所述钝化层150以及所述平坦层170图案化形成相应的第一过孔171以及第二过孔172；
如图2以及图3E所述，所述制备方法包括步骤S5：在所述平坦层170表面沉积一第三金属层180，并在曝光、显影、蚀刻、剥离等制程后形成阳极。
在本实施例中，所述钝化层150先用等离子体增强化学气相沉积法沉积氧化硅钝化膜，形成所述第一钝化层151；然后在第一钝化层151表面旋涂氢原子阻隔材料，高温固化后形成氢原子阻隔层152；最后在所述氢原子阻隔层152表面用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅钝化膜，形成所述第二钝化层153。
本申请包括如图1所示的薄膜晶体管可应用于各类电子设备，例如：手机等通讯设备、各类电脑、各类穿戴显示设备、各类机械或交通工具的电子显示屏等。
本申请实施例所提供的薄膜晶体管，包括一主动层130、一第一金属层140以及一钝化层150；所述钝化层150包括一第一钝化层151、一氢原子阻隔层152以及一第二钝化层153，所述氢原子阻隔层152设置于所述第一钝化层151于所述第二钝化层153之间。
由于第一钝化层151采用的是等离子体增强化学气相沉积法沉积氧化硅钝化膜，并且采用所述等离子体增强化学气相沉积法沉积的所述氧化硅钝化膜为多孔结构，在沉积所述第二钝化层153的过程中会产生大量氢原子，在没有任何阻隔的情况下，这些氢原子会穿过所述氧化硅钝化膜扩散到主动层130的沟道中，造成薄膜载流子数目增加。因此，在所述第一钝化层151与所述第二钝化层153之间设置一氢原子阻隔层152，有效地解决了所述第二钝化层153制备过程中产生的氢原子穿过所述氧化硅钝化膜扩散到主动层130的沟道中，并且导致所述氢原子与所述主动层130发生反应，从而使所述主动层130导体化这一问题。
而且由所述第一钝化层151、一氢原子阻隔层152以及一第二钝化层153组成的所述钝化层150还能够有效地阻隔环境中的水分子和氧分子，有效改善了现有技术中薄膜晶体管功能容易失效的难题。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种薄膜晶体管进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种薄膜晶体管，包括一第一金属层以及一钝化层，其特征在于,
所述钝化层覆盖所述第一金属层，并包括一第一子钝化层、一氢原子阻隔层以及一第二子钝化层，所述氢原子阻隔层设置于所述第一子钝化层与所述第二子钝化层之间。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述氢原子阻隔层的材料为氧化铝、氧化石墨烯、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚体、聚偏二氯乙烯中的一种或多种组合成的复合材料。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述氢原子阻隔层的厚度为0.1μm至20μm之间。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一子钝化层的材料包括氧化硅，所述第二子钝化层的材料包括氮化硅。
5.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一子钝化层设置于所述第一金属层上并覆盖所述第一金属层。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括一衬底基板、一第二金属层以及一主动层；
所述第二金属层设置于所述基板上，所述主动层覆盖所述第二金属层以及所述基板，所述第一金属层设置于所述主动层上，所述钝化层覆盖所述第一金属层以及所述主动层。
7.如权利要求6所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括一彩膜层、一平坦层以及一第三金属层；
所述彩膜层设置于所述钝化层上，所述平坦层覆盖所述彩膜层以及所述钝化层，所述第三金属层覆盖所述钝化层，并且通过第一过孔与所述第一金属层连接，通过第二过孔与所述第二金属层连接。
8.如权利要求6所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述主动层的材料为氧化物半导体材料，所述氧化物半导体材料包括铟元素、锌元素、镓元素中的至少一种。
9.如权利要求6所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述氧化物半导体材料的迁移率大于等于10cm2/Vs。
10.如权利要求6所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述氧化物半导体材料的载流子浓度高于1019cm-3。
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