CN202423298U - 一种tft、阵列基板以及显示器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种TFT，其包括栅极层、栅极绝缘层、有源层、刻蚀阻挡层，所述有源层采用金属氧化物材料制备，所述源漏极层中包括有沟道，所述刻蚀阻挡层处于所述沟道下方，且所述刻蚀阻挡层的长度大于沟道的长度；所述栅极绝缘层包括第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层，所述第二栅极绝缘层与所述有源层接触，并采用富氧的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层采用易刻蚀的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层采用单层或者多个子层的叠层结构。本实用新型中的TFT具有较高的稳定性，同时提高了制备过程中的产品良率，使得采用TFT制备的阵列基板性能提高，同时提高了采用该阵列基板的显示器件的显示质量。
Description
技术领域
本实用新型属于平板显示器制造技术领域，涉及一种TFT、包含该TFT的阵列基板以及显示器件。
背景技术
在现有技术中，显示器一般包括CRT(Cathode Ray Tube：阴极射线管)显示器和LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)，随着科学技术的发展，OLED(Organic Light-Emitting Diode：有机发光二极管)显示器也逐渐步入人们的日常生活中。
目前，CRT显示器逐渐被高性价比的液晶显示器、OLED显示器所取代。在成像过程中，液晶显示器中每一液晶像素点都由集成在TFT基板中的薄膜晶体管(Thin Film Transistor：简称TFT)来驱动，再配合外围驱动电路，实现图像显示；有源矩阵驱动式OLED(Active Matrix Organic Light Emission Display，简称AMOLED)显示器中由TFT基板中的TFT驱动OLED面板中对应的OLED像素，再配合外围驱动电路，实现图像显示。在上述显示器中，TFT是控制发光的开关，是实现液晶显示器和OLED显示器大尺寸的关键，直接关系到高性能平板显示器的发展方向。
TFT一般采用半导体材料制成，按其制备有源层的半导体材料可将TFT分为：无机TFT、有机TFT和无/有机复合型TFT。目前使用最多的是无机TFT，其包括采用硅基、化合物、金属氧化物等材料。在现有平板显示器生产技术中，已实现产业化的TFT主要是采用非晶硅TFT、多晶硅TFT、单晶硅TFT等硅基材料制成，目前用于制备平板显示器中阵列基板使用最多的是非晶硅TFT。但是，随着平板显示器尺寸的不断增大以及驱动电路的频率不断提高，要求TFT的迁移率要足够高，迁移率越高，TFT就可以做得越小，平板显示器的分辨率就越大，显示效果越好。而现有的非晶硅TFT由于其载流子迁移率有限，导致充电时间比较长，虽然在小尺寸平板显示器上可以满足要求，但是很难满足大尺寸平板显示器较高的显示质量以及驱动需求。因此，科研工作者将目光投向了能为TFT带来更高载流子迁移率的金属氧化物材料。
使用金属氧化物材料制作TFT的有源层，由于金属氧化物半导体内氧的缺乏增加了载流子的供给，因此金属氧化物半导体具有很高的载流子密度，使得用金属氧化物制成的TFT具有载流子迁移率高的优点，因而TFT可以做的很小，而使平板显示器的分辨率越高，显示效果越好；同时用金属氧化物制成的TFT还具有特性不均现象少、材料和工艺成本降低、工艺温度低、可利用涂布工艺、透明率高、带隙大等优点。
在现有技术中，金属氧化物TFT的结构主要有刻蚀阻挡型(etch stop type)、背沟道刻蚀型(back channel etch type)和共面型(coplanar type)三种类型，这三种类型的金属氧化物TFT一般均包含栅极层、栅极绝缘层、有源层、源漏极层、钝化层以及透明电极层。目前，最常采用的是刻蚀阻挡型金属氧化物TFT，制备刻蚀阻挡型金属氧化物TFT中有源层使用最多的金属氧化物是IGZO(In-Ga-Zn-O)，由于刻蚀阻挡型金属氧化物TFT在有源层的上方还形成了一层刻蚀阻挡层，因此，可以在形成源漏极时保护形成有源层的金属氧化物IGZO不被破坏，从而提高金属氧化物TFT的性能和稳定性。但是，由于金属氧化物在空气中稳定性较差，对氧气和水蒸气比较敏感，在实际使用中，氧气和水蒸气仍可以透过刻蚀阻挡层使金属氧化物性能恶化，从而使得采用金属氧化物制备有源层形成的金属氧化物TFT性能降低，导致金属氧化物TFT阵列基板性能降低，影响平板显示器的显示质量。
目前，刻蚀阻挡型金属氧化物TFT一般采用6mask光刻工艺制备，即采用刻蚀阻挡层，以防止源漏极刻蚀时对金属氧化物制成的有源层造成损伤。而在现有技术的金属氧化物TFT中，有源层下方的栅极绝缘层为单层且采用SiNx材料制备，而有源层上方的刻蚀阻挡层也为单层且采用SiOx材料制备，由于SiNx材料和SiOx材料在同一条件下的刻蚀速率差别比较大，例如，假设SiOx的刻蚀速率为1，则同一条件下SiNx的刻蚀速率可能达到10以上。因此，在实际生产过程中，没有被有源层中图形覆盖住的栅极绝缘层在刻蚀阻挡层中的SiOx层刻蚀过程完毕后就暴露出来，在一般制备过程中会考虑层间的均匀性，而对刻蚀阻挡层再刻蚀一段时间，即过刻时间，比如
厚的刻蚀阻挡层的刻蚀过程完成需要50s，一般要花30％(15s)以上的时间进行过刻，在过刻过程中，不可避免地会对栅极绝缘层产生较多的刻蚀，使得过刻对栅极绝缘层的冲击量较大，加大金属氧化物TFT的不良发生率。
综上，如何提高金属氧化物的稳定性，以获得稳定性高的金属氧化物TFT，提高金属氧化物TFT阵列基板的稳定性，提高平板显示器的显示质量是目前亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种稳定性高的TFT，以及包含该TFT的阵列基板以及显示器件。
解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该TFT，包括栅极层、栅极绝缘层、有源层、刻蚀阻挡层、源漏极层，所述有源层采用金属氧化物材料制备，所述源漏极层中包括有沟道，所述刻蚀阻挡层处于所述沟道下方，且所述刻蚀阻挡层的长度大于沟道的长度；
所述栅极绝缘层包括第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层，所述第二栅极绝缘层与所述有源层接触，并采用富氧的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层采用易刻蚀的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层采用单层或者多个子层的叠层结构。
优选的是，所述刻蚀阻挡层采用富氧材料制成。
优选的是，所述刻蚀阻挡层包括第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层与所述有源层接触，并采用富氧材料制成，所述第二刻蚀阻挡层采用易刻蚀的材料制成，所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层采用单层或者多个子层的叠层结构。
优选的是，所述第二栅极绝缘层与第一栅极绝缘层的厚度比例为1/10～3/5，所述第一刻蚀阻挡层与第二刻蚀阻挡层的厚度比例为1/2～1/1。
优选的是，所述第一栅极绝缘层的厚度为
所述第二绝缘层的厚度为
所述第一刻蚀阻挡层的厚度为
所述第二刻蚀阻挡层的厚度为
优选的是，所述第二栅极绝缘层和第一刻蚀阻挡层采用SiOx或Al2O3或SiNxOy或ZrO2制成，第一栅极绝缘层和第二刻蚀阻挡层采用SiNx或树脂或SiC制成；所述有源层采用IGZO或ZnO或SnO2或In2O3或IZO制成。
优选的是，所述第二栅极绝缘层采用SiOx制成，第一栅极绝缘层采用SiNx制成，且第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层通过高温沉积法形成；所述第一刻蚀阻挡层采用SiOx制成，第二刻蚀阻挡层采用SiNx制成，且第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层采用低温沉积法形成。
优选的是，所述有源层的宽度范围为14-18um，所述刻蚀阻挡层的宽度范围为8-10um。
一种阵列基板，包括基板、TFT、以及形成在TFT上的钝化层和透明电极层，所述TFT采用上述的TFT，所述像素电极或钝化层与第一栅极绝缘层直接接触。
一种显示器件，包括阵列基板，所述阵列基板采用上述阵列基板。
本实用新型的有益效果是：本实施例中TFT具有较高的稳定性，同时提高了制备过程中的产品良率，从而使得采用该TFT制备的阵列基板性能提高，同时提高了采用该阵列基板的显示器件的显示质量。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中TFT的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2中TFT的结构示意图；
图3本实用新型实施例2中阵列基板的结构示意图；
图4TFT采用顶栅型结构的阵列基板的结构示意图。
图中：1-基板；2-栅极层；3-第一栅极绝缘层；4-第二栅极绝缘层；5-有源层；6-第一刻蚀阻挡层；7-第二刻蚀阻挡层；8-源漏极层；9-钝化层；10-透明电极层。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型TFT，以及包含该TFT的阵列基板以及显示器件作进一步详细描述。
一种TFT，包括栅极层、栅极绝缘层、有源层、刻蚀阻挡层、源漏极层，所述有源层采用金属氧化物材料制备，所述源漏极层中包括有沟道，所述刻蚀阻挡层处于所述沟道下方，且所述刻蚀阻挡层的长度大于沟道的长度；
所述栅极绝缘层包括第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层，所述第二栅极绝缘层与所述有源层接触，并采用富氧的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层采用易刻蚀的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层采用单层或者多个子层的叠层结构。
实施例1：
如图1所示，该TFT包括在基板1上依次层叠的栅极层2、栅极绝缘层(即栅极保护层)、有源层5、刻蚀阻挡层和源漏极层8。
其中，有源层5采用金属氧化物半导体材料制成。本实施例中，所述与有源层直接相邻的栅极绝缘层和刻蚀阻挡层均采用叠层结构。所述栅极绝缘层包括两层，分别为第一栅极绝缘层3和第二栅极绝缘层4，所述第二栅极绝缘层4与有源层5接触。所述刻蚀阻挡层包括两层，分别为第一刻蚀阻挡层6和第二刻蚀阻挡层7，所述第一刻蚀阻挡层6与有源层5接触。
其中，第二栅极绝缘层4采用富氧的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层3采用易刻蚀的绝缘材料制成。所述第一刻蚀阻挡层6采用富氧材料制成，所述第二刻蚀阻挡层7采用易刻蚀的材料制成。
第二栅极绝缘层4和第一刻蚀阻挡层6由于分别从有源层5的下方和上方与有源层5直接接触，因而第二栅极绝缘层4和第一刻蚀阻挡层6可采用SiOx或Al2O3或SiNxOy或ZrO2制成，第一栅极绝缘层3和第二刻蚀阻挡层7可采用SiNx或树脂或SiC制成。
其中，所述有源层5采用金属氧化物IGZO材料制成；第一栅极绝缘层3采用SiNx制成，第二栅极绝缘层4采用SiOx制成，第一刻蚀阻挡层6采用SiOx制成，第二刻蚀阻挡层7采用SiNx制成。在本实施例中，由于有源层5采用IGZO材料制成，且与有源层5相邻的第二栅极绝缘层4和第一刻蚀阻挡层6均采用SiOx制成，由于SiOx材料为富氧材料，而现有技术中与有源层分别接触的栅极绝缘层和刻蚀阻挡层均采用SiNx制成，而SiNx由于沉积时采用了大流量的SiH4气体导致SiNx中含氢量较高，其含氢量大约比SiOx高4-6倍，因此采用SiOx代替现有技术中的SiNx，可以防止SiNx材料中的氢原子扩散到有源层的金属氧化物IGZO材料中，也可以有效防止有源层5中IGZO中氧原子的扩散，从而保证了有源层中IGZO材料的稳定性，避免有源层5中因氧原子扩散而造成的TFT特性变化，保证了金属氧化物TFT的稳定性。
由于在制作过程中，在同等条件下SiNx的刻蚀速率要大大高于SiOx的刻蚀速率，因而可使第一栅极绝缘层3的厚度大于第二栅极绝缘层4的厚度，第二刻蚀阻挡层7的厚度大于第一刻蚀阻挡层6的厚度，以提高生产效率。
本实施例中，第一栅极绝缘层3的厚度为
第二栅极绝缘层4的厚度为
第一刻蚀阻挡层6的厚度为
第二刻蚀阻挡层7的厚度为
在本实施例中，由于与有源层5相邻的栅极绝缘层和刻蚀阻挡层均采用叠层结构，且第二栅极绝缘层4(采用SiOx制成)和第一刻蚀阻挡层6(采用SiOx制成)分别与有源层5直接相邻，因此，该TFT在制备过程中，在刻蚀阻挡层刻蚀过程完成后继续进行过刻过程时，由于在同等条件下，SiOx的刻蚀速率远远小于SiNx材料的刻蚀速率，因此，第二刻蚀阻挡层7中的SiNx能很快被过刻，而第一刻蚀阻挡层6中的SiOx由于刻蚀速率小，能起到很好的缓冲作用；在过刻第一刻蚀阻挡层6中的SiOx时，不可避免地会使得没有被有源层5覆盖的第二栅极绝缘层4也同时被过刻，而根据经验，刻蚀过程中刻蚀速率相对刻蚀时间作用更为明显，由于在第一刻蚀阻挡层6和第二栅极绝缘层4的刻蚀速率相同，因而可将第二栅极绝缘层4的厚度设计得比第一刻蚀阻挡层6要厚一些，这样可保证在第一刻蚀阻挡层6过刻完成时，第二栅极绝缘层4不会发生完全刻蚀，第一栅极绝缘层3更不会被刻蚀，或者仅仅被刻蚀了非常小的一部分。可见，在过刻过程中，既能保证刻蚀阻挡层中第一刻蚀阻挡层6和第二刻蚀阻挡层7都能被刻蚀掉，制备TFT以后，在其上再形成钝化层和像素电极，便可以制成TFT阵列基板。使得制成后的阵列基板中像素电极和公共电极之间只有第二刻蚀阻挡层7和钝化层9，或者只有第二刻蚀阻挡层7(即，在TFT之外，钝化层9也可以不设置)，使得所述像素电极或钝化层与第一栅极绝缘层直接接触。而不是同时存在第二刻蚀阻挡层7、第一刻蚀阻挡层6和钝化层9，能有效保证栅极绝缘层尽量少的被刻蚀掉，即过刻对栅极绝缘层的冲击量非常小，提高了金属氧化物TFT的良率，保证了金属氧化物TFT的工艺质量。由于公共电极通常设置在与栅极同层，此时，像素电极和公共电极之间的距离减小，所以又可以增大存储电容，减少显示屏的闪烁。
刻蚀阻挡层的宽度可以根据源漏极层中沟道的宽度设计，尽量的小，这样可以增加有源层5与源漏极的接触面积，有源层的宽度依据刻蚀阻挡层和沟道的宽度来进行设计，在本实施例中有源层5的宽度范围为14-18um，所述刻蚀阻挡层的宽度范围为8-10um，上述宽度均比现有的宽度要小一些，因此源漏极和栅极之间的重叠面积会减小。根据电容计算公式，面积越小，则电容越小。因而将宽度设计得小一些，可以减小源漏极和栅极之间的寄生电容，因为寄生电容在TFT充电完毕后会消耗一些电压，从而造成TFT驱动电压的不足，最终导致平板显示器出现显示不良。
本实施例中TFT的制备步骤为：先按现有技术工艺制备栅极层2，并完成栅极层图形；接着在沉积设备中沉积形成第一栅极绝缘层3，再在同一沉积设备中低温沉积形成第二栅极绝缘层4，形成第二栅极绝缘层所对应的刻蚀气体包括SF6或CF4或O2或Cl2，并完成栅极绝缘层图形；接着采用金属氧化物IGZO进行有源层5的沉积并完成有源层图形；然后在有源层5上通过沉积设备沉积形成第一刻蚀阻挡层6，再在同一沉积设备中连续沉积形成第二刻蚀阻挡层7，然后在曝光设备上经过一次曝光、再经过刻蚀工艺形成刻蚀阻挡层图形；接着按现有技术工艺形成源漏极层8，最后形成钝化层9，并完成透明电极层10的制备。
本实施例中，栅极绝缘层和刻蚀阻挡层中的双层结构可以在同一沉积设备上连续进行沉积，不会增加工艺步骤。其中，第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层可以采用高温沉积，沉积温度为350-400℃，第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层采用低温沉积，沉积温度为150-200℃。这是因为栅极绝缘层沉积在金属氧化物半导体沉积前进行，所以可以采用高温沉积，而刻蚀阻挡层在金属氧化物半导体沉积之后进行，如果仍采用高温沉积，则会对半导体层形成破坏，影响TFT性能。这里，刻蚀阻挡层采用低温沉积，可以防止沉积过程对金属氧化物半导体的破坏。
而且，对第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，可以在同一干刻设备上进行连续刻蚀，刻蚀气体可以采用SF6或CF4或O2或Cl2，具体使用过程中可根据工艺条件选取合适的气体含量从而得到合适的刻蚀速率，因而工艺稳定性比较好。
实施例2：
如图2所示，本实施例中TFT与实施例1的区别在于，所述TFT中刻蚀阻挡层只采用一层，即第一刻蚀阻挡层6。
其中，所述第一栅极绝缘层3采用SiNx制成，第二栅极绝缘层4采用SiOx制成，第二栅极绝缘层4与有源层5接触；所述第一刻蚀阻挡层6采用SiOx制成，所述SiOx层的厚度为
第一刻蚀阻挡层6与有源层5接触。
本实施例中TFT的其他结构以及制备方法与实施例1相同，这里不再赘述。
包括本实施例中TFT的阵列基板，其制备完成后的结构如图3所示。
实施例3：
本实施例中TFT与实施例1的区别在于，所述TFT中栅极绝缘层采用多个子层的叠层结构。
其中，栅极绝缘层包括第一栅极绝缘层3和第二栅极绝缘层4，所述第一栅极绝缘层3和第二栅极绝缘层4分别包含有顺序叠合的两层，即第一栅极绝缘层包括两个子层，即下子层和上子层，其中下子层通过高速沉积形成，上子层通过低速沉积形成；第二栅极绝缘层中包括有两个子层，即下子层和上子层，其中下子层通过高速沉积形成，上子层通过低速沉积形成。
这样，在TFT的制备过程中，高速沉积的下子层沉积速度较快，比较节约时间，而低速沉积的上子层沉积质量较好，更容易达到工艺要求，提升TFT特性。
本实施例中TFT的其他结构以及制备方法与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4：
本实施例中TFT与实施例2的区别在于，所述TFT采用顶栅型结构，即栅极层2设置各层的最上方，如图4所示。
本实施例中TFT的其他结构以及制备方法均与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例1-实施例4的TFT中的绝缘保护层和刻蚀阻挡层中，与有源层相邻的一层均采用富氧材料制成，由于SiNx中含氢量比较高，通过采用SiOx代替目前用于制作栅极绝缘层的SiNx，从而可以防止SiNx中的氢原子扩散到有源层中的金属氧化物内，也可以防止有源层中金属氧化物内的氧院子扩散，从而保证了有源层IGZO的稳定性，使得金属氧化物TFT具有较高的稳定性，同时提高了金属氧化物TFT制备过程中的产品良率，使得采用金属氧化物TFT制备的阵列基板的性能提高，同时提高了采用该阵列基板的显示器件的显示质量。
本实用新型实施例还提供一种阵列基板，包括基板、TFT、以及形成在TFT上的钝化层和透明电极层，所述TFT采用上述的TFT。优选地，所述像素电极或钝化层与第一栅极绝缘层直接接触。
本实用新型实施例还提供一种显示器件，包括阵列基板，所述阵列基板采用本实施例中的阵列基板。所述显示器件可以为液晶显示器件，例如液晶面板、液晶电视、手机、液晶显示器等，其包括彩膜基板、以及上述实施例中的阵列基板；除了液晶显示装置，所述显示器件还可以是其他类型的显示装置，比如电子阅读器等，其不包括彩膜基板，但是包括上述实施例中的阵列基板。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种TFT，包括栅极层、栅极绝缘层、有源层、刻蚀阻挡层、源漏极层，其特征在于，所述有源层采用金属氧化物材料制备，所述源漏极层中包括有沟道，所述刻蚀阻挡层处于所述沟道下方，且所述刻蚀阻挡层的长度大于沟道的长度；
所述栅极绝缘层包括第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层，所述第二栅极绝缘层与所述有源层接触，并采用富氧的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层采用易刻蚀的绝缘材料制成，所述第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层采用单层或者多个子层的叠层结构。
2.根据权利要求1所述的TFT，其特征在于，所述刻蚀阻挡层采用富氧材料制成。
3.根据权利要求2所述的TFT，其特征在于，所述刻蚀阻挡层包括第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层与所述有源层接触，并采用富氧材料制成，所述第二刻蚀阻挡层采用易刻蚀的材料制成，所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层采用单层或者多个子层的叠层结构。
4.根据权利要求3所述的TFT，其特征在于，所述第二栅极绝缘层与第一栅极绝缘层的厚度比例为1/10～3/5，所述第一刻蚀阻挡层与第二刻蚀阻挡层的厚度比例为1/2～1/1。
5.根据权利要求4所述的TFT，其特征在于，所述第一栅极绝缘层的厚度为
所述第二绝缘层的厚度为所述第一刻蚀阻挡层的厚度为
所述第二刻蚀阻挡层的厚度为
6.根据权利要求5所述的TFT，其特征在于，所述第二栅极绝缘层和第一刻蚀阻挡层采用SiOx或Al2O3或SiNxOy或ZrO2制成，第一栅极绝缘层和第二刻蚀阻挡层采用SiNx或树脂或SiC制成；所述有源层采用IGZO或ZnO或SnO2或In2O3或IZO制成。
7.根据权利要求6所述的TFT，其特征在于，所述第二栅极绝缘层采用SiOx制成，第一栅极绝缘层采用SiNx制成，且第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层通过高温沉积法形成；所述第一刻蚀阻挡层采用SiOx制成，第二刻蚀阻挡层采用SiNx制成，且第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层采用低温沉积法形成。
8.根据权利要求1所述的TFT，其特征在于，所述有源层的宽度范围为14-18um，所述刻蚀阻挡层的宽度范围为8-10um。
9.一种阵列基板，包括基板、TFT、以及形成在TFT上的钝化层和透明电极层，其特征在于，所述TFT采用权利要求1-8任一项所述的TFT，所述像素电极或钝化层与第一栅极绝缘层直接接触。
10.一种显示器件，包括阵列基板，其特征在于，所述阵列基板采用权利要求9所述的阵列基板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120905 |