CN103311311A - 一种薄膜晶体管、制备方法及相应的液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种薄膜晶体管，至少包括在衬底上形成的栅极电极、与所述栅极电极接触的栅极绝缘层，和设置于所述栅极绝缘层另一侧的氧化物半导体层，所述栅极绝缘层的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层的部份氢浓度较低。本发明实施例还公开了一种薄膜晶体管的制备方法和相对应的薄膜晶体管液晶显示器。根据本发明的实施例，可以有效减少栅极绝缘层（特别是靠近氧化物半导体层的部份）所含氢浓度，避免氧化物半导体层中的氧会与栅极绝缘层中的氢结合而导致的薄膜晶体管电性劣化。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）技术，特别涉及一种薄膜晶体管、制备方法及相应的液晶显示器。
背景技术
近年来，已经出现了将由铟（In）、镓（Ga）、锌（Zn）和氧（O）组成的无定形氧化物半导体用于薄膜晶体管的沟道层的技术。但是，含有诸如Zn O的氧化物半导体层对于空气中所含的氧、水分等具有高敏感性，存在由于上述成份的接触导致半导体的电特性变化的情形。因此，为了使薄膜晶体管实现稳定的使用性能，必须通过使用由绝缘层构成的保护层将氧化物半导体层与空气隔离开来。
通过等离子体增强化学气相沉积法、溅射法等可以形成这样的绝缘保护层时，但是来自绝缘保护层的氢扩散可能会使薄膜晶体管的特性劣化。
其中，栅极绝缘层（GI Layer）通常以等离子体增强化学气相沉积设备（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）成膜而成，氧化物半导体层（IGZO）中的氧会与外部的氢进行结合会造成薄膜晶体管组件的电性劣化及稳定性劣化；一般情况下，若栅极绝缘层采用SiOx，则其氢含量大约为5%；若采用SiNx，则其氢含量高达25%左右，而栅极绝缘层直接与氧化物半导体层接触，故，毫无疑问，若栅极绝缘层中含有的氢过高，会与氧化物半导体层（IGZO）中的氧相结合，从而会造成薄膜晶体管组件的电性劣化及稳定性劣化，因此如何控制栅极绝缘层的氢含量（特别是靠近氧化物半导体层部份的）是氧化物薄膜晶体管组件的制程中需要考虑的重要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种薄膜晶体管、制备方法及相应的液晶显示器，可以降低栅极绝缘层中的氢含量，从而避免薄膜晶体管电性劣化。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例的一方面提供了一种薄膜晶体管，至少包括在衬底上形成的栅极电极、与所述栅极电极接触的栅极绝缘层，和设置于所述栅极绝缘层另一侧的氧化物半导体层，所述栅极绝缘层的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层的部份氢浓度较低。
其中，所述氧化物半导体层含有ZnOx，SnOx，InOx，GaOx中至少一种。
其中，所述栅极绝缘层是由SiOx，SiNx，SiOxNy或其叠层所组成。
其中，在所述氧化物半导体层的外部依次形成源极电极层、漏极电极层和保护层。
其中，所述栅极绝缘层靠近栅极电极部份的氢浓度高于1E22 /cm3。
其中，所述栅极绝缘层靠近氧化物半导体层部份的氢浓度低于1E22 /cm3。
相应地，本发明实施例的另一方面还提供了一种薄膜液晶管液晶显示器，其显示面板中薄膜液晶管采用前述的薄膜液晶管。
相应地，本发明实施例的再一方面还提供了一种薄膜液晶管的制备方法，在栅极绝缘层成膜步骤之后，在形成氧化物半导体层的步骤之前，至少包括采用高温热处理进行脱氢的步骤，使所述栅极绝缘层的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层的部份氢浓度较低。
其中，所述采用高温热处理进行脱氢的步骤中的处理条件为：
采用350℃~400℃的真空环境进行0.5~1.5小时的高温脱氢热处理。
其中，所述栅极绝缘层靠近栅极电极部份的氢浓度高于1E22 /cm3，所述栅极绝缘层靠近氧化物半导体层部份的氢浓度低于1E22 /cm3。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
根据本发明的实施例，在栅极绝缘层成膜后，在氧化物半导体层成膜前，进行高温热处理脱氢，使所述栅极绝缘层的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层的部份氢浓度较低。可有效减少栅极绝缘层（特别是靠近氧化物半导体层的部份）所含氢浓度，避免氧化物半导体层中的氧会与栅极绝缘层中的氢结合而导致的薄膜晶体管电性劣化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是根据本发明一个实施例的薄膜晶体管的截面结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的栅极绝缘层中氢浓度的曲线示意图；
图3是根据本发明一个实施例的薄膜晶体管制备过程的示意图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。
请参照图1所示，示出了根据本发明一个实施例的截面结构示意图。并一并结合图2，从中可以看出，本发明实施例中的薄膜晶体管包括：衬底10、在所述衬底10上形成并依次排布的栅极电极11、栅极绝缘层12、氧化物半导体层14、源极/漏极电极16、保护层18、透明导电层19。
其中，所述栅极电极11形成于所述衬底10上，所述栅极绝缘层12一侧接触并包覆所述栅极电极11，使所述栅极电极11与外部绝缘；所述氧化物半导体层14设置于所述栅极绝缘层12的另一侧上；源极电极16和漏极电极16分别与所述氧化物半导体层14接触，在所述源极电极16和漏极电极16外侧设置有保护层18；在所述保护层18的局部覆盖有透明导电层19。
在所述栅极绝缘层12中，其中的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极11的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层14的部份氢浓度较低，其氢浓度的曲线示意图可参见图2所示，其中，该栅极电极11各部份的氢浓度可以通过二次离子质谱分析法测得。在一个实施例中，所述栅极绝缘层12靠近栅极电极11部份的氢浓度高于1E22 /cm3；而栅极绝缘层12靠近氧化物半导体层14部份的氢浓度低于1E22 /cm3。
具体地，所述栅极绝缘层12是由SiOx，SiNx，SiOxNy或上述各种物质的叠层所组成。所述氧化物半导体层14含有ZnOx，SnOx，InOx，GaOx中至少一种。
根据本发明的实施例，由于栅极绝缘层12中氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极11的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层14的部份氢浓度较低。可有效减少栅极绝缘层12（特别是靠近氧化物半导体层14的部份）所含氢浓度，避免或尽可能少地减少氧化物半导体层14中的氧会与栅极绝缘层12中的氢结合而导致的薄膜晶体管电性劣化。
如图3所示，是根据本发明一个实施例的薄膜晶体管制备过程的示意图。下述结合图3对本发明实施中薄膜晶体管制备过程进行进一步的说明。
首先，在衬底10上形成栅极电极11和栅极绝缘层12，其中，衬底10为玻璃衬底，也可以是使用诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚酰亚胺或聚碳酸酯之类的塑料形成的膜或薄板，还可以是涂布有绝缘层的不锈钢衬底；可以通过溅射法、脉冲激光沉积法（PLD法）、电子束蒸镀法、化学沉积法等形成栅极电极层11；所述栅极绝缘层12是由SiOx，SiNx，SiOxNy或上述各种物质的叠层所组成，所述栅极绝缘层可以等离子体增强化学气相沉积设备（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）成膜而成；在其他的实施例中，也可以直接通过光刻法或/和蚀刻法进行图案化来形成所述栅极电极11和栅极绝缘层12；
在栅极绝缘层12成膜步骤之后，需要进行高温热处理进行脱氢的步骤，使所述栅极绝缘层的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层的部份氢浓度较低，具体地，所述采用高温热处理进行脱氢的步骤中的处理条件为：采用350℃~400℃的真空环境进行0.5~1.5小时（例如1小时）的高温脱氢热处理；在一个实施例中，经过该脱氢处理后，使所述栅极绝缘层靠近栅极电极部份的氢浓度高于1E22 /cm3，所述栅极绝缘层靠近氧化物半导体层部份的氢浓度低于1E22 /cm3。
进一步形成氧化物半导体层14，具体地，例如可以通过DC溅射装置形成所述氧化物半导体层14，其中，所述氧化物半导体层14含有ZnOx，SnOx，InOx，GaOx中至少一种。
然后在氧化物半导体层14上形成源极/漏极电极16，其可以通过光刻法或/和蚀刻法进行图案化来实现；
然后在源极/漏极电极16上进一步形成保护层18，然后在在所述保护层18的局部覆盖有透明导电层19；
作为选择性地步骤，最后使用加热炉在一定温度（如250℃）条件下在空气中进行退火处理一定时间（如1小时）以去除由于蚀刻等产生的损伤；
这样就形成了氧化物半导体薄膜晶体管。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种薄膜液晶管液晶显示器，其显示面板中薄膜液晶管采用前述结合图1至图3所介绍的薄膜液晶管，更多的细节可对参照前述的说明，在此不进行赘述。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
根据本发明的实施例，通过在在栅极绝缘层成膜后，在氧化物半导体层成膜前，进行高温热处理脱氢，使所述栅极绝缘层的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层的部份氢浓度较低。可有效减少栅极绝缘层（特别是靠近氧化物半导体层的部份）所含氢浓度，避免氧化物半导体层中的氧会与栅极绝缘层中的氢结合而导致的薄膜晶体管电性劣化。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种薄膜晶体管，至少包括在衬底上形成的栅极电极、与所述栅极电极接触的栅极绝缘层和设置于所述栅极绝缘层另一侧的氧化物半导体层，其特征在于，
所述栅极绝缘层的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层的部份氢浓度较低。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述氧化物半导体层含有ZnOx，SnOx，InOx，GaOx中至少一种。
3.如权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极绝缘层是由SiOx，SiNx，SiOxNy或其叠层所组成。
4.如权利要求3所述的薄膜晶体管，其特征在于，在所述氧化物半导体层的外部依次形成源极电极层、漏极电极层和保护层。
5.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极绝缘层靠近栅极电极部份的氢浓度高于1E22 /cm3。
6.如权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极绝缘层靠近氧化物半导体层部份的氢浓度低于1E22 /cm3。
7.一种薄膜液晶管液晶显示器，其特征在于，其显示面板中薄膜液晶管采用如权利要求1至6任一项所述的薄膜液晶管。
8.一种薄膜液晶管的制备方法，其特征在于，在栅极绝缘层成膜步骤之后，在形成氧化物半导体层的步骤之前，至少包括采用高温热处理进行脱氢的步骤，使所述栅极绝缘层的氢浓度呈现浓度梯度分布，靠近栅极电极的部份氢浓度较高，而靠近氧化物半导体层的部份氢浓度较低。
9.如权利要求8所述的薄膜液晶管的制备方法，其特征在于，所述采用高温热处理进行脱氢的步骤中的处理条件为：
采用350℃~400℃的真空环境进行0.5~1.5小时的高温脱氢热处理。
10.如权利要求9所述的薄膜液晶管的制备方法，其特征在于，所述栅极绝缘层靠近栅极电极部份的氢浓度高于1E22 /cm3，所述栅极绝缘层靠近氧化物半导体层部份的氢浓度低于1E22 /cm3。
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| CN108352411B (zh) * | 2015-10-29 | 2020-11-27 | 三菱电机株式会社 | 薄膜晶体管基板 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2014183317A1 (zh) | 2014-11-20 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130918 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |