CN113764282B - 一种背沟道蚀刻型的薄膜电晶体及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种背沟道蚀刻型的薄膜电晶体(thin‑film transistor,TFT)及其制作方法，在蚀刻TFT之源极及漏级的过程中，通过使用含有氟元素的双氧水系铜酸作为蚀刻液，能够在蚀刻源极及漏极的同时去除背沟道处受损伤的氧化物半导体层，解决了传统TFT器件中氧化物半导体层损伤而导致器件电性稳定性差的问题，在完成蚀刻后，再通过具有氧元素的气体或是氟元素的气体对所述背沟道进行修复，填补了背沟道处因蚀刻而产生的过量的氧空位，进一步地增加了TFT器件的电性稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及薄膜电晶体领域，特别涉及一种背沟道蚀刻型的薄膜电晶体及其制作方法。
背景技术
在有源阵列驱动的显示面板中，一般采用薄膜晶体管(thin-film transistor,TFT)来控制每个像素内的电场。TFT中常用的半导体材料包括非晶硅、氧化物和多晶硅等，其中氧化物半导体由于较高的迁移率和较为简化的工艺道数，在大尺寸、高分辨率和高刷新率等高阶显示技术中具有独一无二的优势。
背沟道蚀刻型(back channel etched,BCE)的TFT(下称BCE-TFT)无需蚀刻阻挡层(etch-stop layer,ESL)，背沟道较具有ESL的TFT结构可显著缩小，因而具有相对更低的生产成本和技术优势。由于氧化物器件的高迁移率特点，常用于高端高规格产品，因此常搭配铜制程，同步地减少走线的电阻电容(resistor–capacitor,RC)延迟和器件需要的充电时间。
请参考图1，现有的BCE-TFT包括栅极层900、栅极绝缘层901、氧化物半导体层902，源极904以及漏极905，而在现有源漏极的蚀刻制程中，所述氧化物半导体层902容易被损伤而产生被损伤的氧化物半导体层903，导致所述源极904以及所述漏极905之间的背沟道处出现缺陷，器件特性较难控制，使得电性稳定性较差，因此，需要开发一款新的TFT及其制作方法以解决上述技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的制作方法，包括以下步骤：S1：形成栅极层；S2：在所述栅极层上形成栅极绝缘层；S3：在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层；以及S4：在所述氧化物半导体层上形成源极和漏极，所述源极与所述漏极之间的所述氧化物半导体层为背沟道；其中，在所述步骤S4中，所述源极、所述漏极以及所述背沟道通过同一道蚀刻工艺形成，使用的蚀刻液包括含有氟元素的双氧水系铜酸。
更进一步地，在所述含有氟元素的双氧水系铜酸中，氟元素的重量百分浓度介于0.02％～0.04％。
更进一步地，所述氧化物半导体层含有氧化铟镓锌。
更进一步地，在所述背沟道的表面处，铟元素的比例小于锌元素的比例且小于镓元素的比例。
更进一步地，所述步骤S4之后还包括以下步骤：S5：使用含有氧元素的气体或是氟元素的气体对所述背沟道进行修复。
更进一步地，所述含有氧元素的气体为N2O，所述含有氟元素的气体为NF3。
更进一步地，在所述步骤S4完成之后，所述背沟道处20nm～30nm的所述氧化物半导体层被蚀刻。
为了解决上述问题，本申请还提供一种薄膜电晶体，包括：
栅极层；设置于所述栅极层之上的栅极绝缘层；设置于所述栅极绝缘层之上的氧化物半导体层；以及设置于所述氧化物半导体层之上的源极和漏极，其中，所述源极和所述漏极之间的所述氧化物半导体层为背沟道；其中，所述背沟道含有氟元素。
更进一步地，所述氧化物半导体层含有氧化铟镓锌，在所述背沟道的表面处，所述氧化物半导体层铟元素的比例小于锌元素的比例且小于镓元素的比例。
更进一步地，所述背沟道处的所述氧化物半导体层的厚度较非所述背沟道处的所述氧化物半导体层薄20nm～30nm。。
本申请的有益效果为:在蚀刻TFT之源极及漏极的过程中，通过使用含有氟元素的双氧水系铜酸作为蚀刻液，能够在蚀刻源极及漏极的同时去除背沟道处被损伤的氧化物半导体层，解决了传统TFT的氧化物半导体层损伤而导致器件电性稳定性差的问题，在完成蚀刻后，本申请还通过含有氧元素的气体或是氟元素的气体对所述背沟道进行修复，填补了背沟道处因蚀刻而产生的氧空位，进一步地增加了TFT器件的电性稳定性。
为了让本申请的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为现有的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的结构示意图。
图2为本申请第一实施例所提供的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的制作方法的步骤流程图。
图3为本申请第二实施例所提供的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的结构示意图。
具体实施方式
为了让本申请的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本揭示优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。再者，本揭示所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧层、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本揭示，而非用以限制本揭示。
现有的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体(BCE-TFT)的背沟道容易在源漏极的蚀刻过程受到损伤，导致背沟道缺陷较多，器件特性较难控制，器件稳定性较差，本申请通过以下实施例所提供的BCE-TFT及其制作方法解决上述技术问题。
第一实施例
请参考图2及图3，本申请提供一种全新的BCE-TFT 10的制作方法，包括以下步骤：S1：形成栅极层100；S2：在所述栅极层100上形成栅极绝缘层101；S3：在所述栅极绝缘层101上形成氧化物半导体层102；以及S4：在所述氧化物半导体层102上形成源极103和漏极104，所述源极103与所述漏极104之间的所述氧化物半导体层102为背沟道50；其中，在所述步骤S4中，所述源极103、所述漏极104以及所述背沟道50通过同一道蚀刻工艺形成，使用的蚀刻液包括含有氟元素的双氧水系铜酸。
所述含有氟元素的双氧水系铜酸中的氟元素能够有效地将所述背沟道50处被损伤的所述氧化物半导体层102移除，其中所述氧化物半导体层102被损伤的原因为：在蚀刻所述源极103及所述漏极104的过程中，所述氧化物半导体层102的金属与氧原子之间产生弱键或断键，进而产生离子，而这些离子又会产生杂质，从而影响器件的稳定性，需要说明的是，在非所述背沟道50处的所述氧化物半导体层102同样形成有被损伤的氧化物半导体层105，然而其对器件的影响较小，因此未被去除。
优选地，在所述含有氟元素的双氧水系铜酸中，氟元素的重量百分浓度介于0.02％～0.04％，若双氧水系铜酸中的含氟量过高，所述氧化物半导体层102与所述源极103及漏极104没有足够选择比(即所述氧化物半导体层102的蚀刻速率与所述源极103及所述漏极104的蚀刻速率之间的比值)，这会导致所述氧化物半导体层102被完全蚀刻掉，从而造成器件失效；相反地，若双氧水系铜酸中的含氟量过小，则无法有效充分刻蚀掉所述背沟道50处的被损伤的所述氧化物半导体层102，在现有的BCE-TFT中，被损伤的氧化物半导体层的厚度约为20～30nm，本实施例所提供的优选的氟元素比例能够在满足选择比的情况下将背沟道处被损伤的氧化物半导体层去除，从而增加器件的稳定性。
在本实施例中，所述氧化物半导体层102含有氧化铟镓锌(indium gallium zincoxide,IGZO)，且本实施例通过调整所述含有氟元素的双氧水系铜酸的成分，使得所述背沟道50的表面处的铟元素的比例小于锌元素的比例且小于镓元素的比例，进一步地增加了器件的稳定性。
蚀刻过后的所述背沟道50可能会产生新的金属与氧原子之间的弱键或断键，因此，在本实施例中，所述步骤S4之后还包括以下步骤：S5：使用含有氧元素的气体或含有氟元素的气体对所述背沟道50进行修复。具体地，此步骤是利用氧元素或氟元素填补所述背沟道50处的所述氧化物半导体层102中金属与氧原子断键而产生的氧空位，避免产生离子，其中所述含有氧元素的气体可以为为N2O，所述含有氟元素的气体可以为NF3，当然，N2O气体及NF3气体可以在此步骤中被同时使用以达到更好的修复效果。
本实施例使用含有氟元素的双氧水系铜酸作为蚀刻源漏极的蚀刻液，能够在蚀刻源漏极的同时将背沟道处受损伤的氧化物半导体层去除，提升了器件的电性稳定性，此外，与传统用于蚀刻源漏极的蚀刻液相比，含有氟元素的双氧水系铜酸对于TFT器件中数据线的断线效果更好，因此，本实施例所提供的方法所制作出的器件具有更高的良率和较低的成本。
第二实施例
为了解决上述问题，请参考图3，本申请还提供了一种利用第一实施例所提供的方法所制作的BCE-TFT 10，包括：栅极层100；设置于所述栅极层100之上的栅极绝缘层101；设置于所述栅极绝缘层101之上的氧化物半导体层102；以及设置于所述氧化物半导体层102之上的源极103和漏极104，其中，所述源极103和所述漏极104之间的所述金属氧化物层102为背沟道50；其中，所述背沟道50处的所述金属氧化物层102含有氟元素。
在本实施例中，由于所述背沟道50处的所述金属氧化物层102是通过含有氟元素的双氧水系铜酸蚀刻，且通过NF3气体修补所述背沟道50处的所述金属氧化物层102的氧空位，因此含有氟元素。
在本实施例中，所述氧化物半导体层102含有氧化铟镓锌，在所述背沟道50的表面处，铟元素的比例小于锌元素的比例且小于镓元素的比例，这样的元素比例能够提升所述氧化物半导体层102中半导体载流子稳定性。
在本实施例中，所述背沟道50处的所述氧化物半导体层102的厚度较非所述背沟道50的所述氧化物半导体层102薄20nm～30nm，这是由于现有技术中受损伤氧化物半导体层的厚度约为20nm～30nm，本实施例中所述背沟道50处受损伤的所述氧化物半导体层102已被去除，而非所述背沟道50(即所述源极103和所述漏极104之下)的所述氧化物半导体层102依然包括未被去除的受损伤的氧化物半导体层105。
以上仅是本揭示的优选实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员，在不脱离本揭示原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本揭示的保护范围。
Claims (7)
1.一种背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：形成栅极层；
S2：在所述栅极层上形成栅极绝缘层；
S3：在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层；以及
S4：在所述氧化物半导体层上形成源极和漏极，所述源极与所述漏极之间的所述氧化物半导体层为背沟道；
S5：使用含有氧元素的气体或是氟元素的气体对所述背沟道进行修复；
其中，在所述步骤S4中，所述源极、所述漏极以及所述背沟道通过同一道蚀刻工艺形成，使用的蚀刻液包括含有氟元素的双氧水系铜酸，所述含有氟元素的双氧水系铜酸中，氟元素的重量百分浓度介于0.02％～0.04％；
在所述步骤S5中，所述含有氧元素的气体为N2O，所述含有氟元素的气体为NF3。
2.根据权利要求1所述的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的制作方法，其特征在于，所述氧化物半导体层含有氧化铟镓锌。
3.根据权利要求2所述的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的制作方法，其特征在于，在所述背沟道的表面处，铟元素的比例小于锌元素的比例且小于镓元素的比例。
4.根据权利要求1所述的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的制作方法，其特征在于，在所述步骤S4完成之后，所述背沟道处厚度方向的20nm～30nm的所述氧化物半导体层被蚀刻。
5.一种根据权利要求1所述的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体的制作方法所制作的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体，其特征在于，包括：
栅极层；
设置于所述栅极层之上的栅极绝缘层；
设置于所述栅极绝缘层之上的氧化物半导体层；以及
设置于所述氧化物半导体层之上的源极和漏极，所述源极和所述漏极之间的所述氧化物半导体层为背沟道；
其中，所述背沟道含有氟元素。
6.根据权利要求5所述的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体，其特征在于，所述氧化物半导体层含有氧化铟镓锌，在所述背沟道的表面处，所述氧化物半导体层铟元素的比例小于锌元素的比例且小于镓元素的比例。
7.根据权利要求5所述的背沟道蚀刻型的薄膜电晶体，其特征在于，所述背沟道处的所述氧化物半导体层的厚度较非所述背沟道处的所述氧化物半导体层薄20nm～30nm。
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