CN103456738A - 薄膜晶体管基板以及显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种薄膜晶体管基板以及显示器。该薄膜晶体管基板包括：一基板；多个薄膜晶体管，设置于基板上，其中，每一薄膜晶体管包含：一栅极，配置于基板上；一第一扩散阻障层，配置于基板上并覆盖栅极；一栅绝缘层，配置于第一扩散阻障层上；一有源层，配置于栅绝缘层上，并位于栅极上方；一源极，配置于基板上并电连接有源层；一漏极，配置于基板上并电连接有源层；以及一保护层，覆盖源极与漏极。

Description

薄膜晶体管基板以及显示器

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管，且特别是涉及具有扩散阻障层的薄膜晶体管基板以及显示器。

背景技术

随着显示科技的日益进步，人们借着显示器的辅助可使生活更加便利，为求显示器轻、薄的特性，促使平面显示器（flat panel display，FPD）成为目前的主流。在诸多平面显示器中，液晶显示器（liquid crystal display，LCD）具有高空间利用效率、低消耗功率、无辐射以及低电磁干扰等优越特性，因此，液晶显示器深受消费者欢迎。

液晶显示器主要是由有源阵列基板、彩色滤光基板与位于两基板之间的液晶层所构成。有源阵列基板具有有源区以及周边电路区。有源阵列位于有源区内，而具有多个薄膜晶体管的驱动电路则位于周边电路区内。目前，薄膜晶体管使用栅（闸）绝缘层分隔于栅极与有源层之间，以使栅极与有源层彼此绝缘，然而，栅极的材质容易扩散进入栅绝缘层，以至于影响栅绝缘层的绝缘特性。

发明内容

为解决上述问题，本发明一实施例提供一种薄膜晶体管基板，包括：一基板；多个薄膜晶体管，设置于基板上，其中，每一薄膜晶体管包含：一栅极，配置于基板上；一第一扩散阻障层，配置于基板上并覆盖栅极；一栅绝缘层，配置于第一扩散阻障层上；一有源层，配置于栅绝缘层上，并位于栅极上方；一源极，配置于基板上并电连接有源层；一漏极，配置于基板上并电连接有源层；以及一保护层，覆盖源极与漏极。

本发明一实施例提供一种显示器包括：一在一实施例中，薄膜晶体管基板；一基板，与薄膜晶体管基板相对设置；以及一显示介质，形成于薄膜晶体管基板与基板之间。

附图说明

图1为本发明一实施例的薄膜晶体管基板的剖视图；

图2与图3为本发明多个实施例的薄膜晶体管基板的剖视图；。

图4为本发明一实施例的薄膜晶体管基板的剖视图；

图5与图6为本发明多个实施例的薄膜晶体管基板的剖视图；

图7为本发明一实施例的显示器的剖视图。

主要元件符号说明

100、200、400、500、710~薄膜晶体管基板；

110~基板；

120~栅极；

122~上表面；

124~环侧壁；

126~边缘；

130~第一扩散阻障层；

140~栅绝缘层；

142~第一膜层；

144~第二膜层；

150~有源层；

160~源极；

170~漏极；

180~绝缘层；

190~第二扩散阻障层；

210~第三扩散阻障层(盖层)；

212~边缘；

700~显示器；

720~基板；

730~显示介质；

B1~第一底层；

B2~第二底层；

P~保护层；

S~薄膜晶体管；

T1、T2、T3、T4、T5~厚度。

具体实施方式

以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。然应注意的是，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，以简化或是方便标示。再者，图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式。

图1绘示本发明一实施例的薄膜晶体管基板的剖视图。请参照图1，本实施例的薄膜晶体管基板100包括一基板110、以及多个薄膜晶体管S，薄膜晶体管S设置于该基板110上。值得注意的是，为简化起见，图1仅绘示一个薄膜晶体管S为代表来进行说明，并非用以限定本发明。

每一薄膜晶体管S包含一栅极120、一第一扩散阻障层130、一栅绝缘层140、一有源层150、一源极160、一漏极170、以及一保护层P。此外，薄膜晶体管基板100可选择性地包括一绝缘层180。

详细而言，栅极120配置于基板110上。基板110的材质例如为玻璃或是其他适合的透明材料。栅极120的材质例如为铜、铝、钼、或是其他适合的导电材料。

第一扩散阻障层130配置于基板110上并覆盖栅极120的一上表面122以及一与上表面122连接的环侧壁124。详细而言，在本实施例中，第一扩散阻障层130顺应性地覆盖栅极120的上表面122与环侧壁124。

第一扩散阻障层130的材质例如为氮化物、金属氧化物、或前述的组合、或是其他适于阻挡栅极120的材料（例如铜元素）扩散至栅绝缘层140的材料。具体而言，第一扩散阻障层130的材质可为氮化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铪、硅铝氧化物、或前述的组合。此外，第一扩散阻障层130的厚度T1例如约为10埃～5000埃。在一实施例中，第一扩散阻障层130的厚度T1可约为500埃～1000埃。

栅绝缘层140配置于第一扩散阻障层130上。栅绝缘层140的材质例如为氧化硅、或是其他适合的绝缘材料。有源层150配置于栅绝缘层140上，并位于栅极120上方，其中栅极120的上表面122朝向有源层150。有源层150的材质例如为铟镓锌氧化物（IGZO，indium–gallium–zinc–oxide）、或是其他适于作为有源层的半导体材料。

绝缘层180配置于有源层150上并覆盖栅绝缘层140，其中源极160与漏极170配置于绝缘层180上并贯穿绝缘层180而连接至有源层150。源极160与漏极170的材质例如为铜、铝、钼、或是其他适合的导电材料。

薄膜晶体管基板100可选择性地还包括一保护层P，保护层P配置于源极160与漏极170上并覆盖绝缘层180，以保护源极160、漏极170与绝缘层180免于受到外界环境的影响。保护层P的材质包括氧化硅、或是其他适合的绝缘材料。

此外，薄膜晶体管基板100可选择性地包括一第一底层B1与一第二底层B2。详细而言，第一底层B1形成于基板110与栅极120之间，以粘合基板110与栅极120。第二底层B2形成于源极160（或漏极170）与有源层150之间，以降低源极160（或漏极170）与有源层150之间的接触阻抗。第一底层B1与第二底层B2的材质可各自包括钼、钛、铝、铬、前述的合金、铜锰合金、或前述的组合。第一底层B1与第二底层B2的厚度可约为1埃至3000埃。

值得注意的是，本实施例的完全覆盖栅极120的第一扩散阻障层130可有效阻挡栅极120的材料扩散至栅绝缘层140中，进而提升薄膜晶体管基板100的电性稳定度。

图2与图3绘示本发明多个实施例的薄膜晶体管基板的剖视图。请参照图2，本实施例的薄膜晶体管基板200相似于图1的薄膜晶体管基板100，两者的差异之处在于本实施例的薄膜晶体管基板200的薄膜晶体管S还包括一第三扩散阻障层(盖层)210。

详细而言，第三扩散阻障层(盖层)210覆盖栅极120的上表面122，并位于栅极120与第一扩散阻障层130之间，以进一步地阻挡栅极120的材料扩散至栅绝缘层140中。第三扩散阻障层(盖层)210的厚度T2约为1埃至3000埃。第三扩散阻障层(盖层)210的材质例如为钼、钛、铝、铬、或前述材料的合金、或是其他适于阻挡栅极120的材料（例如铜元素）扩散至栅绝缘层140的材料。在本实施例中，第三扩散阻障层(盖层)210的边缘212对齐栅极120的边缘126（环侧壁124）。在另一实施例中，请参照图3，第三扩散阻障层(盖层)210的边缘212小于或等于栅极120的边缘。本实施例第三扩散阻障层210的边缘小于栅极120的边缘（亦即，第三扩散阻障层(盖层)210的边缘212相对于栅极120的边缘126向内退缩）。

值得注意的是，由于第三扩散阻障层(盖层)210的边缘212对齐栅极120的边缘126（如图2所示）或是相对于栅极120的边缘126向内退缩（如图3所示），因此，覆盖第三扩散阻障层(盖层)210的第一扩散阻障层130也可良好地覆盖栅极120的环侧壁。

图4绘示本发明一实施例的薄膜晶体管基板的剖视图。请参照图4，本实施例的薄膜晶体管基板400相似于图1的薄膜晶体管基板100，两者的差异之处在于本实施例的薄膜晶体管基板400的栅绝缘层140包括一第一膜层142以及一第二膜层144。详细而言，第一膜层142覆盖第一扩散阻障层130，而第二膜层144位于第一膜层142上，且第二膜层144的氢含量低于第一膜层142的氢含量，且第二膜层144的氢含量约小于或等于20atomic%。

第一膜层142与第二膜层144的制作方法可为先以一高沉积速度（每分钟的沉积厚度例如为1000埃）的高氢制作工艺（沉积条件：氧化氮与硅甲烷的比值例如小于60）沉积第一膜层142，然后，以一低沉积速度（每分钟的沉积厚度例如为500埃）的低氢制作工艺（沉积条件：氧化氮与硅甲烷的比值例如大于60）沉积第二膜层144。

由于氢原子会影响有源层150的电性且栅绝缘层140需要足够的厚度，因此，本实施例是将氢含量高且沉积速度快的第一膜层142先沉积在第一扩散阻障层130上，然后，才将氢含量低且沉积速度慢的第二膜层144沉积于第一膜层142上，如此一来，可通过沉积速度快的第一膜层142提供足够的膜层厚度，并可使有源层150只与低氢含量的第二膜层144接触，进而避免氢原子会影响有源层150的电性的问题。第二膜层144的厚度T3例如为500埃至1000埃。栅绝缘层140的总厚度T4例如为5000埃。

图5与图6绘示本发明多个实施例的薄膜晶体管基板的剖视图。请参照图5，本实施例的薄膜晶体管基板500相似于图1的薄膜晶体管基板100，两者的差异之处在于本实施例的薄膜晶体管基板500的薄膜晶体管S还包括一第二扩散阻障层190。

详细而言，第二扩散阻障层190配置于源极160与漏极170上并覆盖绝缘层180。第二扩散阻障层190的材质例如为氮化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铪、硅铝氧化物、或前述的组合。第二扩散阻障层190的材质例如是相同于第一扩散阻障层130的材质。第二扩散阻障层190的材质不同于保护层P的材质。第二扩散阻障层190的厚度T5例如约为1000埃～2000埃。在本实施例中，第二扩散阻障层190位于绝缘层180与保护层P之间。

在其他实施例中，如图6所示，第二扩散阻障层190可完全取代保护层P，因此，薄膜晶体管基板600可仅利用第二扩散阻障层190来覆盖并保护源极160、漏极170与绝缘层180。

图7绘示本发明一实施例的显示器的剖视图。请参照图7，本实施例的显示器700包括一薄膜晶体管基板710、一基板720、以及一夹于薄膜晶体管基板710与基板720之间的显示介质730。薄膜晶体管基板710可为前述图1～图6所示的薄膜晶体管基板，显示介质730可为液晶层或有机发光层。基板720例如为彩色滤光基板或是透明基板。

综上所述，本发明是通过在栅极与栅绝缘层之间设置一完全覆盖栅极的扩散阻障层，以利用扩散阻障层阻挡栅极的材料扩散至栅绝缘层中，进而提升薄膜晶体管基板的电性稳定度。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种薄膜晶体管基板，包括：

基板；

多个薄膜晶体管，设置于该基板上，其中，每一薄膜晶体管包含：

栅极，配置于该基板上；

第一扩散阻障层，配置于该基板上并覆盖该栅极；

栅绝缘层，配置于该第一扩散阻障层上；

有源层，配置于该栅绝缘层上，并位于该栅极上方；

源极，配置于该基板上并电连接该有源层；

漏极，配置于该基板上并电连接该有源层；以及

保护层，覆盖该源极与该漏极。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中该第一扩散阻障层的材质包括氮化物、金属氧化物、或前述的组合。

3.如权利要求2所述的薄膜晶体管基板，其中该第一扩散阻障层的氮化物材质包括氮化硅。

4.如权利要求2所述的薄膜晶体管基板，其中该第一扩散阻障层的金属氧化物材质由氧化铝、氧化钛、氧化铪、硅铝氧化物或前述的组合。

5.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中该第一扩散阻障层的厚度约为10埃～5000埃。

6.如权利要求5所述的薄膜晶体管基板，其中该第一扩散阻障层的较佳的厚度约为500埃～1000埃。

7.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中该栅绝缘层包括一覆盖该第一扩散阻障层的第一膜层与一位于该第一膜层上的第二膜层，该第二膜层的氢含量低于该第一膜层的氢含量，且该第二膜层的氢含量约小于或等于20原子百分比。

8.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，还包括：

绝缘层，配置于该有源层上并覆盖该栅绝缘层，其中该源极与该漏极配置于该绝缘层上并贯穿该绝缘层而连接至该有源层。

9.如权利要求8所述的薄膜晶体管基板，还包括：

第二扩散阻障层，配置于该源极与该漏极上并覆盖该绝缘层。

10.如权利要求9所述的薄膜晶体管基板，其中该保护层还覆盖该第二扩散阻障层，且该保护层的材质不同于该第二扩散阻障层的材质。

11.如权利要求9所述的薄膜晶体管基板，其中该第二扩散阻障层的厚度约为1000埃～2000埃。

12.如权利要求9所述的薄膜晶体管基板，其中该第一扩散阻障层的材质相同于该第二扩散阻障层的材质。

13.如权利要求9所述的薄膜晶体管基板，其中该第二扩散阻障层的材质包括氮化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铪、或硅铝氧化物。

14.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中，该栅极具有上表面以及环侧壁，而该栅极的上表面还设有一第三扩散阻障层，且该第三扩散阻障层位于该栅极与该第一扩散阻障层之间。

15.如权利要求14所述的薄膜晶体管基板，其中该第三扩散阻障层的材质包括钼、钛、铝、铬、或前述材料的合金。

16.如权利要求14所述的薄膜晶体管基板，其中该第三扩散阻障层的边缘对齐该栅极的环侧壁。

17.如权利要求14所述的薄膜晶体管基板，其中该第三扩散阻障层(盖层)的边缘小于或等于该栅极的边缘。

18.一种显示器，包括：

如权利要求1所述的薄膜晶体管基板；

基板，与该薄膜晶体管基板相对设置；以及

显示介质，形成于该薄膜晶体管基板与该基板之间。

19.如权利要求18所述的显示器，其中该显示介质为一液晶层。

20.如权利要求18所述的显示器，其中该显示介质为一有机发光层。

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