CN116031308A - 一种氧化物tft及其保护层的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，包括步骤：（1）在衬底上设置氧化物TFT；（2）在TFT上涂布正性透明的第一光敏树脂涂层并预固化；（3）在第一光敏树脂涂层上涂布负性黑色的第二光敏树脂涂层并预固化；（4）对第二光敏树脂涂层曝光，使其在第一区域的部分形成遮光性表层；（5）对第二光敏树脂涂层显影，溶解掉其在第二区域的部分，露出其底部的第一光敏树脂涂层；（6）对第一光敏树脂涂层曝光，使其在第二区域的部分受紫外光照射；（7）对第一光敏树脂涂层显影，溶解掉其在第二区域的部分，在第一区域留下叠层；（8）对叠层后固化形成保护层。本发明在制作TFT及其保护层的过程中能够减少紫外光对有源层造成的不良影响。

Description

一种氧化物TFT及其保护层的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种氧化物TFT及其保护层的制造方法。

背景技术

TFT （薄膜晶体管的缩写）是有源矩阵显示屏（如有源LCD、OLED、mini-LED）的驱动部分，其一般包括栅极、栅绝缘层、源极、漏极以及有源层。传统的TFT一般采用非晶硅作为有源层，其面临着电子迁移率低、驱动能力不足等问题，而以氧化物半导体膜（如IGZO薄膜）作为有源层的氧化物TFT（薄膜晶体管）具有电子迁移率高、驱动性能好、适用于大面积生产等优点，越来越多地受到显示器厂商的推崇。

然而，当氧化物半导体膜受到短波光照射时容易激发出氧空位等缺陷态，引起TFT阈值电压负漂移，且在停止光照之后很难恢复；尤其是当氧化物半导体膜受到波长更短的紫外光照射时，其可形成更大密度的内部缺陷态，以至于产生不可恢复的永久性缺陷。氧化物TFT一般需要覆盖保护层，而保护层需要通过曝光、显影等图形化工艺形成图案，在曝光过程中会有大量紫外光照射到TFT之内而导致其有源层出现上述缺陷。

为此，有人提出采用正性光敏树脂来制作氧化物TFT及其保护层的制造方法，在其图形化过程中，正性光敏树脂在形成图案时，掩膜板需要遮挡其保留部分而使紫外光照射到其去除部分，保护层即光敏树脂的保留部分，其覆盖在TFT之上，因而紫外光无需照射到TFT而可减少上述有源层缺陷。然而，由于一般采用的是非接触式曝光，掩膜板与TFT之间仍存在着较大间隙，部分紫外光依然可通过反射、衍射等途径照射到TFT的有源层，使得TFT依然存在着上述有源层缺陷的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，其在制作氧化物TFT及其保护层的过程中能够减少紫外光对有源层造成的不良影响。采用的技术方案如下：

一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，包括如下步骤：

（1）提供一衬底，在衬底的表面上设置氧化物TFT，氧化物TFT包括栅极、栅绝缘层、源极、漏极以及有源层，有源层是由氧化物半导体膜构成；

其特征在于：还包括如下步骤：

（2）在氧化物TFT的表面上涂布正性透明的第一光敏树脂涂层并预固化；

（3）在预固化后的第一光敏树脂涂层的表面上涂布负性黑色的第二光敏树脂涂层并预固化；

（4） 对第二光敏树脂涂层进行第一次曝光，通过紫外光配合掩膜板照射在有源层所处的第一区域的第二光敏树脂涂层上，以至少使第二光敏树脂涂层在第一区域的部分形成固化的遮光性表层；

（5）对第二光敏树脂涂层进行第一次显影，利用显影液溶解掉第二光敏树脂涂层处在有源层之外的第二区域的部分，露出其底部的第一光敏树脂涂层；

（6）对第一光敏树脂涂层进行第二次曝光，第一光敏树脂涂层在第一区域的部分为遮光性表层所遮挡而没有受到紫外光照射，第一光敏树脂涂层在第二区域的部分受紫外光照射；

（7）对第一光敏树脂涂层进行第二次显影，利用显影液溶解掉第一光敏树脂涂层处在第二区域的部分，而在第一区域留下由第一光敏树脂涂层和第二光敏树脂涂层构成的叠层；

（8）对所述叠层进行后固化，使得叠层在热作用下完全固化，形成覆盖在氧化物TFT之上的保护层。

一般来说，曝光为对光敏树脂涂层照射紫外光的工艺过程，而显影为曝光之后将光敏树脂涂层浸泡在显影液的过程。照射紫外光可使光敏树脂的内部发生化学反应而针对显影液出现溶解度的变化，为了形成所需的图形，一般采用掩膜板进行曝光，使光敏树脂的某些区域（曝光部分）受到紫外光的照射，而另一些区域（未曝光部分）没有受到紫外光的照射，由此可显影形成光敏树脂涂层的图形。

一般来说，光敏树脂呈现透明状态，而在光敏树脂中掺入碳颗粒（尤其是纳米碳颗粒）可使光敏树脂呈现为黑色，在进行曝光时，碳颗粒能够吸收紫外光，因而黑色的光敏树脂在曝光时其表层更容易形成固化层（即遮光性表层），而第二光敏树脂涂层的内部则依然处于未固化或半固化的情况。

本发明的制造方法中，所述步骤（1）中，衬底可以是玻璃基板，也可以是石英基板、氧化硅基板，或是诸如PI（聚酰亚胺）、CPI（无色聚酰亚胺）之类的塑料膜；所述氧化物半导体膜可以是非晶态的IGZO薄膜（氧化铟锌镓薄膜）；所述步骤（2）、步骤（3）中，第一光敏树脂涂层、第二光敏树脂涂层可采用狭缝涂布（slit-coating）等方法进行涂布，预固化是在涂布光敏树脂之后，在较低温度下（≤100℃）热烘以去除光敏树脂中的溶剂，可使得光敏树脂涂层呈现为固态，以便于进行更多涂层的加工；所述步骤（4）、步骤（5）中，第二光敏树脂涂层是由负性黑色的光敏树脂构成，在进行掩膜曝光时，第二光敏树脂涂层内部的碳颗粒能够吸收紫外光，因而黑色的第二光敏树脂涂层在曝光时其表层更容易形成固化的遮光性表层，而第二光敏树脂涂层的内部则依然处于未固化或半固化的情况；第二光敏树脂涂层的曝光部分被固化（一般发生交联反应），其相对于未曝光部分对显影液的可溶性降低，使得显影之后形成曝光部分得以保留而未曝光部分被选择性除去的图案；所述步骤（6）、步骤（7）中，第一光敏树脂涂层是由透明正性的光敏树脂构成，在进行曝光之后，第一光敏树脂涂层的曝光部分相对于未曝光部分对显影液的可溶性更高，使得显影之后形成曝光部分被选择性除去，而未曝光得以保留的图案；所述步骤（8）中，后固化是采用更高温度对光敏树脂进行烘烤，可使光敏树脂（无论是否曝光过）产生交联固化，由此得到更坚固的膜层。

作为本发明的优选方案，所述氧化物TFT为共面结构。其制作过程一般为：（1）在衬底的表面上沉积金属膜（如钼铝钼薄膜、铬薄膜）并图形化形成栅极（及其外接线路）；（2）在氧化物TFT在所在位置通过磁控溅射等工艺沉积一层氧化硅或是氮化硅作为栅绝缘层；（3）在栅绝缘层上沉积金属膜（如钼铝钼薄膜）并图形化形成相对设置的源极和漏极，源极与漏极之间具有沟道间隙；（4）沉积氧化物半导体膜（如IGZO薄膜）并图形化形成有源层，有源层跨过源极和漏极之间的沟道间隙并分别与源极、漏极搭接。由于形成氧化物TFT的最后工序为其有源层的制作，之后再进行保护层的制作，可避免有源层在其他过程中受到紫外光的照射（假如氧化物TFT为交错结构，其在制作完有源层之后，还需要进行源漏极的制作，在该过程中有源层也可能受到影响）。

作为本发明的优选方案，所述第一光敏树脂涂层的厚度为1〜2μm。采用该厚度的第一光敏树脂涂层，可更有效杜绝部分紫外光依然通过第一光敏树脂涂层反射、衍射等途径照射到有源层，同时也可减少第一光敏树脂涂层对叠层厚度的影响。

作为本发明的优选方案，所述第二光敏树脂涂层对紫外光的光密度不小于3。光密度（OD值）是入射光与透射光比值的对数或者说是光线透过率倒数的对数，可用来表示膜层的遮光性能，其计算公式为OD=log₁₀（入射光/透射光），通过将第二光敏树脂涂层的光密度设定为不小于3，能够有效地减少紫外光的透过。

作为本发明的优选方案，所述第二光敏树脂涂层的厚度为4〜8μm。采用该厚度的第二光敏树脂涂层，可更有效对紫外光进行遮挡，同时避免叠层过厚。

作为本发明的优选方案，所述第二光敏树脂涂层为掺有纳米碳颗粒的光敏树脂涂层。由此碳颗粒可更有效地吸收紫外光。

作为本发明进一步的优选方案，所述碳颗粒的直径为50〜500nm。

作为本发明进一步的优选方案，所述碳颗粒与所述第二光敏树脂涂层的体积比为10%〜40%。由此碳颗粒可更有效地吸收紫外光。

本发明的制造方法在制作氧化物TFT及其保护层的过程中，具有如下优点：

（1）第二光敏树脂涂层和第一光敏树脂涂层紧密并均完全覆盖在氧化物TFT的有源层之上，当采用紫外光对处于第一区域的第二光敏树脂涂层进行照射时，由于第二光敏树脂涂层对紫外光的吸收而具有良好的遮光性，且第二光敏树脂涂层和第一光敏树脂涂层紧密地附着在有源层之上，第二光敏树脂涂层与有源层之间没有间隙，因此，能够有效地杜绝紫外光照射到有源层之内，避免紫外光照射到TFT的有源层，防止其有源层出现内部缺陷态；

（2）第一光敏树脂涂层能够避免第二光敏树脂涂层内部的碳颗粒对有源层导电性的影响；

（3）通过选择第一光敏树脂涂层为正性，第二光敏树脂涂层为负性，第一光敏树脂涂层在进行图形化时，第二光敏树脂涂层受到二次紫外光照射，其进一步被固化（一般是增加了其固化深度），而第一光敏树脂涂层以第二光敏树脂涂层作为掩膜，其能够形成图形一致的精确叠层，且不需要增加一次掩膜曝光过程，不会大量增加制造成本；

（4）第二光敏树脂涂层还可作为有源层的遮挡层，避免氧化物TFT在后续工作过程中受到外界光的干扰。

附图说明

图1是本发明优选实施例的制造方法的流程示意图。

图2是本发明优选实施例制作的氧化物TFT及其保护层的结构示意图。

实施方式

如图1、图2所示，这种氧化物TFT及其保护层的制造方法，包括如下步骤：

(1)提供一衬底1，在衬底1的表面上设置氧化物TFT2，氧化物TFT2包括栅极21、栅绝缘层22、源极23、漏极24以及有源层25，有源层25是由氧化物半导体膜构成；

(2)在氧化物TFT2的表面上涂布正性透明的第一光敏树脂涂层3并预固化（预固化是在较低温度下(≤100℃)热烘以去除光敏树脂中的溶剂）；

(3)在预固化后的第一光敏树脂涂层3的表面上涂布负性黑色的第二光敏树脂涂层4并预固化；

(4) 对第二光敏树脂涂层4进行第一次曝光，通过紫外光配合掩膜板5照射在有源层25所处的第一区域100的第二光敏树脂涂层4上，以至少使第二光敏树脂涂层4在第一区域100的部分形成固化的遮光性表层41；

(5)对第二光敏树脂涂层4进行第一次显影，利用显影液溶解掉第二光敏树脂涂层4处在有源层25之外的第二区域200的部分，露出其底部的第一光敏树脂涂层3；

(6对第一光敏树脂涂层3进行第二次曝光，第一光敏树脂涂层3在第一区域100的部分为遮光性表层所遮挡而没有受到紫外光照射，第一光敏树脂涂层3在第二区域200的部分受紫外光照射；

(7)对第一光敏树脂涂层3进行第二次显影，利用显影液溶解掉第一光敏树脂涂层3处在第二区域200的部分，而在第一区域100留下由第一光敏树脂涂层3和第二光敏树脂涂层4构成的叠层6；

(8)对叠层6进行后固化（后固化是采用更高温度对光敏树脂进行烘烤，可使光敏树脂(无论是否曝光过)产生交联固化，由此得到更坚固的膜层），使得叠层6在热作用下完全固化，形成覆盖在氧化物TFT2之上的保护层。

在本实施例中，衬底1可以是玻璃基板，也可以是石英基板、氧化硅基板，或是诸如PI(聚酰亚胺)、CPI(无色聚酰亚胺)之类的塑料膜；所述氧化物半导体膜可以是非晶态的IGZO薄膜(氧化铟锌镓薄膜)。

在本实施例中，第一光敏树脂涂层3是由透明正性的光敏树脂构成，第二光敏树脂涂层4是由负性黑色的光敏树脂构成，第一光敏树脂涂层3、第二光敏树脂涂层4采用狭缝涂布(slit-coating)等方法进行涂布。一般来说，光敏树脂呈现透明状态，而在光敏树脂中掺入碳颗粒可使光敏树脂呈现为黑色，在进行曝光时，碳颗粒能够吸收紫外光，因而黑色的光敏树脂在曝光时其表层更容易形成遮光性表层，而第二光敏树脂涂层4的内部则依然处于未固化或半固化的情况。第二光敏树脂涂层4的曝光部分被固化(一般发生交联反应)，其相对于未曝光部分对显影液的可溶性降低，使得显影之后形成曝光部分得以保留而未曝光部分被选择性除去的图案。

在本实施例中，氧化物TFT2为共面结构，其制作过程为：(1-1)在衬底1的表面上沉积金属膜(如钼铝钼薄膜)并图形化形成栅极21及其外接线路；(1-2)在氧化物TFT2在所在位置通过磁控溅射等工艺沉积一层氧化硅或是氮化硅作为栅绝缘层22；(1-3)在栅绝缘层22上沉积金属膜(如钼铝钼薄膜)并图形化形成相对设置的源极23和漏极24，源极23与漏极24之间具有沟道间隙；1- (4)沉积氧化物半导体膜(如IGZO薄膜)并图形化形成有源层25，有源层25跨过源极23和漏极24之间的沟道间隙并分别与源极23、漏极24搭接。由于形成氧化物TFT2的最后工序为其有源层25的制作，之后再进行保护层的制作，可避免有源层25在其他过程中受到紫外光的照射(假如氧化物TFT2为交错结构，其在制作完有源层25之后，还需要进行源漏极24的制作，在该过程中有源层25也可能受到影响)。

在本实施例中，第一光敏树脂涂层3的厚度为1〜2μm。采用该厚度的第一光敏树脂涂层3，可更有效杜绝部分紫外光依然通过第一光敏树脂涂层3反射、衍射等途径照射到有源层25，同时也可减少第一光敏树脂涂层3对叠层6厚度的影响。

在本实施例中，第二光敏树脂涂层4对紫外光的光密度不小于3。光密度(OD值)是入射光与透射光比值的对数或者说是光线透过率倒数的对数，可用来表示膜层的遮光性能，其计算公式为OD=log₁₀（入射光/透射光），通过将第二光敏树脂涂层4的光密度设定为不小于3，能够有效地减少紫外光的透过。

在本实施例中，第二光敏树脂涂层4的厚度为4〜8μm。采用该厚度的第二光敏树脂涂层4，可更有效对紫外光进行遮挡，同时避免叠层6过厚。

在本实施例中，第二光敏树脂涂层4为掺有纳米碳颗粒的光敏树脂涂层，碳颗粒的直径为50〜500nm，碳颗粒与第二光敏树脂涂层4的体积比为10%〜40%。由此碳颗粒可更有效地吸收紫外光。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1. 一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，包括如下步骤：（1）提供一衬底，在衬底的表面上设置氧化物TFT，氧化物TFT包括栅极、栅绝缘层、源极、漏极以及有源层，有源层是由氧化物半导体膜构成；其特征在于：还包括如下步骤：（2）在氧化物TFT的表面上涂布正性透明的第一光敏树脂涂层并预固化；（3）在预固化后的第一光敏树脂涂层的表面上涂布负性黑色的第二光敏树脂涂层并预固化；（4） 对第二光敏树脂涂层进行第一次曝光，通过紫外光配合掩膜板照射在有源层所处的第一区域的第二光敏树脂涂层上，以至少使第二光敏树脂涂层在第一区域的部分形成固化的遮光性表层；（5）对第二光敏树脂涂层进行第一次显影，利用显影液溶解掉第二光敏树脂涂层处在有源层之外的第二区域的部分，露出其底部的第一光敏树脂涂层；（6）对第一光敏树脂涂层进行第二次曝光，第一光敏树脂涂层在第一区域的部分为遮光性表层所遮挡而没有受到紫外光照射，第一光敏树脂涂层在第二区域的部分受紫外光照射；（7）对第一光敏树脂涂层进行第二次显影，利用显影液溶解掉第一光敏树脂涂层处在第二区域的部分，而在第一区域留下由第一光敏树脂涂层和第二光敏树脂涂层构成的叠层；（8）对所述叠层进行后固化，使得叠层在热作用下完全固化，形成覆盖在氧化物TFT之上的保护层。

2.根据权利要求1所述的一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，其特征在于：所述氧化物TFT为共面结构。

3.根据权利要求1所述的一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，其特征在于：所述第一光敏树脂涂层的厚度为1〜2μm。

4.根据权利要求1所述的一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，其特征在于：所述第二光敏树脂涂层对紫外光的光密度不小于3。

5.根据权利要求1所述的一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，其特征在于：所述第二光敏树脂涂层的厚度为4〜8μm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，其特征在于：所述第二光敏树脂涂层为掺有纳米碳颗粒的光敏树脂涂层。

7.根据权利要求6所述的一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，其特征在于：所述碳颗粒的直径为50〜500nm。

8.根据权利要求6所述的一种氧化物TFT及其保护层的制造方法，其特征在于：所述碳颗粒与所述第二光敏树脂涂层的体积比为10%〜40%。

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