CN110444478B - 一种薄膜晶体管的制作方法、原子层沉积装置和显示面板 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种薄膜晶体管的制作方法、原子层沉积装置和显示面板。薄膜晶体管包括金属层，对金属层的加工步骤包括将金属层放置于原子层沉积装置的反应室内；在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第一前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第一预设次数；在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第二前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第二预设次数；在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第三前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第三预设次数；将上述步骤重复进行第四预设次数。对金属层进行加工防止金属层氧化。

Description

一种薄膜晶体管的制作方法、原子层沉积装置和显示面板
技术领域
本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管的制作方法、原子层沉积装置和显示面板。
背景技术
TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示屏)是微电子技术与液晶显示器技术巧妙结合的一种技术，其中TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶体管)作为像素的开关，薄膜晶体管打开时，像素电极产生电压，使得液晶分子发生偏转，显示画面。
薄膜晶体管的金属层表层在制造过程中容易被氧气氧化，会造成后续进行蚀刻时产生残留，造成短路，严重影响显示性能。
发明内容
本申请的目的是提供一种薄膜晶体管的制作方法、原子层沉积装置和显示面板，防止薄膜晶体管的金属层表层被氧化。
本申请公开了一种薄膜晶体管的制作方法，所述薄膜晶体管包括金属层，对所述金属层的加工步骤包括：
将金属层放置于原子层沉积装置的反应室内；
在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第一前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第一预设次数；
在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第二前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第二预设次数；
在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第三前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第三预设次数；
将上述步骤重复进行第四预设次数形成保护层。
可选的，所述第一前驱体为钼前驱体，材料包括六羰基钼、氯化钼、氟化钼中的至少一种；所述第二前驱体为铝前驱体，材料包括三甲基铝、三乙基铝、叔丁醇铝中的至少一种；所述第三前驱体为氮前驱体，材料包括氮气、氨气、联氨中的至少一种；所述惰性气体包括氩气和氦气的至少一种。
可选的，所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体的持续通入预设时间均在0.01秒至0.2秒之间，所述钼前驱体和铝前驱体的通入预设时间比所述氮前驱体的通入预设时间长；所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体通入的速率在5毫升/分钟至30毫升/分钟之间。
可选的，所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体的停留预设时间均在2秒至20秒之间。
可选的，所述金属层包括顶金属层、中间金属层和底金属层，所述顶金属层、中间金属层和底金属层为层叠设置，所述顶金属层为金属层最后设置的一层，所述原子层沉积装置对所述顶金属层进行加工。
可选的，所述原子层沉积装置的反应室中通入的所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体中钼原子(Mo)、铝原子(Al)和氮原子(N)的比例为：Mo：Al：N＝1：0.5：0.2。
可选的，所述原子层沉积装置在所述金属层上形成的保护层的厚度范围为200-800am。
可选的，所述第一预设次数为17-23次，所述第二预设次数为8-13次，所述第三预设次数为2-8次，所述第四预设次数为17-23次。
本申请还公开了一种原子层沉积装置，用于实施如上所述的薄膜晶体管的制作方法，包括放置所述金属层的反应室；输送所述第一前驱体、第二前驱体或第三前驱体到所述反应室中的前驱体输送装置；吹出惰性气体对反应后的所述金属层进行吹扫的吹气装置；控制所述前驱体输送装置和所述吹气装置循环工作的控制装置。
本申请还公开了一种显示面板，所述显示面板包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管为上面所述的薄膜晶体管的制作方法制成。
相对于所述薄膜晶体管的金属层不进行加工的方案来说，本申请用原子层沉积装置对金属层进行加工，将金属层表面与第一前驱体、第二前驱体和第三前驱体进行反应，形成一层所需要的保护层，将保护层下的金属层与空气隔开，防止金属层被氧化，再将每个前驱体反应的步骤重复进行，最后再将全部步骤重复进行，使各个前驱体中所需的原子掺杂得更加均匀，更有效地防止金属层被氧化。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是示例性的一种薄膜晶体管蚀刻过程的示意图；
图2是本申请的一实施例的一种薄膜晶体管制作流程的示意图；
图3是本申请的一实施例的一种薄膜晶体管结构的示意图；
图4是本申请的一实施例的一种显示面板的示意图；
图5是本申请的一实施例的原子层沉积装置对金属层的加工流程的示意图；
图6是本申请的另一实施例的一种原子层沉积装置结构的示意图。
其中，100、显示面板；200、薄膜晶体管；201、金属残留；202、N+残留；203、金属氧化物；210、第一衬底；220、第一金属层；230、绝缘层；240、有源层；250、欧姆接触层；260、第二金属层；261、顶金属层；262、中间金属层；263、底金属层；270、钝化层；280、电极层；300、原子层沉积装置；310、反应室；320、前驱体输送装置；330、吹气装置；340、控制装置。
具体实施方式
需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
薄膜晶体管的制作是各层薄膜的沉积，主要包括栅极金属层、绝缘层、有源层、欧姆接触层、源漏金属层、钝化层和像素电极，其中欧姆接触层一般是用PH3掺杂的α-Si:H，使得有源层与金属电极之间形成良好的欧姆接触，降低有源层与金属层之间的接触电阻，提高电子的传输速率，此外，欧姆接触层也起到空穴阻挡层的作用，相对于金属费米能级，它降低了n+α-Si:H价带的位置。
在薄膜晶体管中，由于Al(铝)与欧姆接触层和钝化层的膨胀系数差异较大，附着性较差等问题，因此目前源漏极金属层一般采用三层结构，即Mo/Al/Mo、Mo/Al/MoN，Ti/Al/Ti等，对M2的蚀刻一般采用湿法刻蚀的方法，湿法刻蚀药液主要成分是大量是的醋酸、少量的硝酸和磷酸以及微量的添加剂，中醋酸起到缓冲液的作用，用于调节刻蚀剂的浓度，硝酸使金属氧化成金属氧化物，磷酸使金属氧化物溶解。
下面参考附图和可选的实施例对本申请作进一步说明。
图1是示例性的蚀刻过程的示意图，如图1所示，薄膜晶体管的制程是采用四光罩工艺，即采用HTM(Half Tone Mask，半色调掩膜)光罩技术和GIN和M2连续沉积后采用2W2D蚀刻工艺对功能薄膜和导电薄膜进行蚀刻，其中HTM曝光工艺，使得薄膜晶体管200沟道区的光刻胶(PR)的厚度不易控制，如果光刻胶(PR)过薄，第一次蚀刻掉M2，使表面形成金属氧化物203，例如Al2O3或者MoO3，混合酸对于表面形成Al2O3或者MoO3蚀刻速率较慢，可能形成金属残留201，第二次蚀刻会继续蚀刻掉残留凸起的金属残留201，但会形成N+残留202，造成局部短路，严重影响显示性能。
如图2和图3所示，本申请实施例公布了一种薄膜晶体管，包括第一衬底210、第一金属层220、绝缘层230、有源层240、欧姆接触层250、第二金属层260、钝化层270和电极层280。
所述薄膜晶体管的制作方法，包括步骤：
S1：提供第一衬底；
S2：在所述第一衬底上设置第一金属层；
S3：在所述第一金属层上设置绝缘层；
S4：在所述绝缘层上设置有源层；
S5：在所述有源层上设置欧姆接触层；
S6：在所述欧姆接触层上设置第二金属层；
S7：将上述膜层进行蚀刻；
S8：在蚀刻后的膜层上设置钝化层；
S9：在所述钝化层上设置电极层。
其中，所述第二金属层260由TiN(氮化钛)/Al(铝)/TiN(氮化钛)组合而成，所述TiN采用ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)技术制成。ALD技术是一种特殊的化学气相沉积技术，是通过将气相前驱体脉冲交替通入反应室并在沉积基体表面发生化学吸附反应形成薄膜的一种方法，ALD沉积的膜层的均匀性、致密性、阶梯覆盖率以及厚度控制等方面都具有明显的优势。当然，所述第二金属层260也可以由MoN(氮化钼)/Al(铝)/MoN(氮化钼)组成，MoN采用ALD技术制成。
具体的，所述第一金属层220为栅极金属层，所述第二金属层260为源漏极金属层。
如图4所示，本申请实施例公布了一种显示面板100，所述显示面板100包括薄膜晶体管200，所述薄膜晶体管200包括第二金属层260。
如图3至图5所示，步骤S6所述的在欧姆接触层上设置第二金属层的步骤还包括：
S61：将金属层放置于原子层沉积装置的反应室内；
S62：在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第一前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第一预设次数；
S63：在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第二前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第二预设次数；
S64：在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第三前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第三预设次数；
S65：将上述步骤重复进行第四预设次数形成保护层。
相对于所述薄膜晶体管的金属层不进行加工的方案来说，本申请用原子层沉积装置对金属层进行加工，将金属层表面与第一前驱体、第二前驱体和第三前驱体进行反应，形成一层所需要的保护层，将保护层下的金属层与空气隔开，防止金属层被氧化，再将每个前驱体反应的步骤重复进行，最后再将全部步骤重复进行，使各个前驱体中所需的原子掺杂得更加均匀，更有效地防止金属层被氧化。
其中，所述第二金属层260包括顶金属层261、中间金属层262和底金属层263，所述顶金属层261、中间金属层262和底金属层263为层叠设置，所述顶金属层261为所述第二金属层260的最顶层，所述原子层沉积装置对所述顶金属层261进行加工，所述薄膜晶体管200包括钝化层270，加工后的膜层与所述钝化层270贴合。本申请采用ALD技术对第二金属层260的表面进行加工，还可以提高膜层的致密度和平整度，提高钝化层270的界面特性，在顶金属层261的表面形成一层保护层，将保护层下的金属层与空气隔开，防止金属层被氧化，使后续蚀刻不会产生各种残留，从而防止短路。这里的顶金属层261可以为钼或者钛，中间金属层262可以为铝，底金属层263可以为钼或者钛。当然，也可以用其他金属来做各层金属，也可以只有顶金属层261和中间金属层262。
具体的，所述原子层沉积装置在所述第二金属层260上形成的保护层的厚度范围为200-800am。将加工出来的膜层厚度控制在这个范围内，可以更好的防止空气与保护层下面的金属层接触，防止金属层氧化，还可以防止金属层因为加工而变得太厚，保证导电率较佳。
如下表1所示，以第二金属层为钼/铝/钼的组成为例，所述第一前驱体为钼前驱体，材料包括六羰基钼、氯化钼、氟化钼中的至少一种；所述第二前驱体为铝前驱体，材料包括三甲基铝、三乙基铝、叔丁醇铝中的至少一种；所述第三前驱体为氮前驱体，材料包括氮气、氨气、联氨中的至少一种；所述惰性气体包括氩气和氦气的至少一种。
具体的，所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体的持续通入预设时间均在0.01秒至0.2秒之间，所述钼前驱体和铝前驱体的通入预设时间比所述氮前驱体的通入预设时间长；所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体通入的速率在5毫升/分钟至30毫升/分钟之间，所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体的停留预设时间均在2秒至20秒之间，所述第一预设次数为17-23次，所述第二预设次数为8-13次，所述第三预设次数为2-8次，所述第四预设次数为17-23次。以此通入时间、停留时间和通入速率来沉积各原子，各种原子沉积的步骤中都循环进行多次，使各原子在沉积的面上分布得更加均匀，最后再将所有步骤再循环进行多次，就相当于将加工的膜层分成多层来沉积，一层一层的堆积起来，使得各原子在厚度方向上分布得更加均匀，使加工生成的膜层的保护效果更佳。同时，利用该方法制备的含氮原子掺杂后的物质MoAlN，可以和相接处的钝化层(SiNx)形成Mo-Al-N-Si这样的连接键，利用含有共同的N原子形成共价键结构，提高金属层与钝化层的界面结合力，提高器件的稳定性。
更具体的，所述六羰钼的通入预设时间设置为0.02秒，所述三甲基铝的通入预设时间设置为0.02秒，所述氨气的通入预设时间设置为0.01秒，所述六羰钼、三甲基铝和氨气的停留预设时间均设置为5秒，所述六羰钼、三甲基铝和氨气通入的速率设置为20毫升/分钟，所述第一预设次数为20次，所述第二预设次数为次10次，所述第三预设次数为5次，所述第四预设次数为20次。我们可以通过控制各个循环次数来制备各种原子数量的掺杂物质。
表1：原子层沉积装置加工的程序表
Figure BDA0002109164840000111
如下表2所示，所述原子层沉积装置的反应室中通入的所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体中钼原子(Mo)、铝原子(Al)和氮原子(N)的比例为：Mo：Al：N＝1：0.5：0.2，在这个比例时，所述金属层的导电率最佳。
表2：各原子比例下的导电率
序号 Mo：Al：N 导电率(10^4s/m)
1 1:0.5:1 1.6
2 1：0.5：0.5 1.2
3 1：0.5：0.2 2.6
4 1：0.2：1 1.75
5 1：0.2：0.5 1.88
6 1：0.2：0.2 1.48
如图5所示，作为本申请的另一实施例，公开了一种原子层沉积装置300，包括放置所述金属层的反应室310；输送所述第一前驱体、第二前驱体或第三前驱体到所述反应室310中的前驱体输送装置320；吹出惰性气体对反应后的所述金属层进行吹扫的吹气装置330；控制所述前驱体输送装置320和所述吹气装置330循环工作的控制装置340。将需要加工的金属层放入进反应室310之后，通过前驱体输送装置320输送不同的前驱体进入反应室310中进行反应，反应后由吹气装置330对剩余物或残渣进行吹扫清理，最后再通过控制装置340来控制前驱体输送装置320和吹气装置330循环工作。
具体的，所述反应室310、前驱体输送装置320、吹气装置330和控制装置340可以只有一个，通过所述前驱体输送装置320来选择输入不同的前驱体到一个反应室310内反应，吹气装置330也可以通入不同的惰性气体。当然，所述反应室310、前驱体输送装置320和吹气装置330可以有多个，一一对应装配，即一个反应室310、一个前驱体输送装置320和一个吹气装置330装配在一起进行工作，多个前驱体输送装置320对应输送多种前驱体到各个反应室310，将每个步骤不同的反应材料分开在不同的反应室310反应，可以精确控制反应的原子量，防止混杂。
需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本申请的保护范围。
本申请的技术方案可以广泛用于各种显示面板，如扭曲向列型(TwistedNematic，TN)显示面板、平面转换型(In-Plane Switching，IPS)显示面板、垂直配向型(Vertical Alignment，VA)显示面板、多象限垂直配向型(Multi-Domain VerticalAlignment，MVA)显示面板，均可适用上述方案。
以上内容是结合具体的可选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括步骤：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上设置第一金属层；
在所述第一金属层上设置绝缘层；
在所述绝缘层上设置有源层；
在所述有源层上设置欧姆接触层；
在所述欧姆接触层上设置第二金属层；
将上述膜层进行蚀刻；
在蚀刻后的膜层上设置钝化层；
在所述钝化层上设置电极层；
其中，对所述第二金属层的加工步骤包括：
将金属层放置于原子层沉积装置的反应室内；
在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第一前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第一预设次数；
在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第二前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第二预设次数；
在原子层沉积装置中持续通入预设时间的第三前驱体进行反应，完成通入后停留预设的时间，通入惰性气体吹扫，重复进行第三预设次数；以及
将上述步骤重复进行第四预设次数形成保护层；
其中，所述保护层在所述第二金属层上，所述第二金属层为源漏极金属层，所述保护层将第二金属层和空气进行隔开。
2.如权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述第一前驱体为钼前驱体，材料包括六羰基钼、氯化钼、氟化钼中的至少一种；
所述第二前驱体为铝前驱体，材料包括三甲基铝、三乙基铝、叔丁醇铝中的至少一种；
所述第三前驱体为氮前驱体，材料包括氮气、氨气、联氨中的至少一种；
所述惰性气体包括氩气和氦气中的至少一种。
3.如权利要求2所述的一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体的持续通入预设时间均在0.01秒至0.2秒之间，所述钼前驱体和铝前驱体的通入预设时间比所述氮前驱体的通入预设时间长；所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体通入的速率在5毫升/分钟至30毫升/分钟之间。
4.如权利要求2所述的一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体的停留预设时间均在2秒至20秒之间。
5.如权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述金属层包括顶金属层、中间金属层和底金属层，所述顶金属层、中间金属层和底金属层为层叠设置，所述顶金属层为金属层最后设置的一层，所述原子层沉积装置对所述顶金属层进行加工。
6.如权利要求2所述的一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述原子层沉积装置的反应室中通入的所述钼前驱体、铝前驱体和氮前驱体中钼原子(Mo)、铝原子(Al)和氮原子(N)的比例为：Mo：Al：N＝1：0.5：0.2。
7.如权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述原子层沉积装置在所述金属层上形成的保护层的厚度范围为200-800am。
8.如权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述第一预设次数为17-23次，所述第二预设次数为8-13次，所述第三预设次数为2-8次，所述第四预设次数为17-23次。
9.一种显示面板，其特征在于，包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管为权利要求1至8任意一项所述的薄膜晶体管的制作方法制成。
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