CN113257841B - Tft基板及其制备方法、显示器以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TFT基板及其制备方法、显示器以及电子设备，TFT基板包括基板以及均设置于所述基板上的第一TFT电路和第二TFT电路，所述第一TFT电路包括设置于所述基板上的第一氧化物半导体有源层，所述第二TFT电路包括与所述第一氧化物半导体有源层位于同层的第二氧化物半导体有源层，所述第一氧化物半导体有源层的材料和所述第二氧化物半导体有源层的材料不相同。本发明能够在同一个基板上形成不同的TFT电路，实现阵列TFT的多样化。

Description

TFT基板及其制备方法、显示器以及电子设备
技术领域
本发明涉及显示设备技术领域，更具体地，涉及一种TFT基板及其制备方法、显示器以及电子设备。
背景技术
显示器，广泛应用于平板、电脑、智能手表、手机、电视等各种电子设备中，显示器种类包括液晶显示器（LCD）、等离子体显示器（PDP）、有机发光二极管（OLED）显示器、发光二极管（LED）显示器以及电泳显示器（EPD）等。
TFT（薄膜晶体管）基板设置于显示器的背面，用于实现显示器上的每一像素点的像素显示控制和驱动控制。TFT基板包括基板和设置于基板上的多个TFT电路，多个TFT电路的功能可以不相同，例如，有的TFT电路用于像素区域的像素显示控制，有的TFT电路用于位于像素区域周围的非像素区域的驱动电路的控制，功能不同，则对TFT电路的有源层的性能要求不同。
TFT电路的有源层按种类可分为：非晶硅有源层、多晶硅有源层和氧化物半导体有源层，非晶硅有源层具有较低的载流子迁移率，多晶硅有源层的载流子迁移率比非晶硅有源层的载流子迁移率高100倍左右，氧化物半导体有源层的载流子迁移率高于非晶硅有源层但低于多晶硅有源层，但是，氧化物半导体有源层具有制备工艺简单、成本低以及阈值电压（Vth）变化小等优点，整体上，氧化物半导体有源层的功效比多晶硅有源层更好，是目前TFT先进制程的首选有源层材料。
然而，当前生产线制作同一个TFT基板时，TFT基板上的所有TFT电路的氧化物半导体有源层是同一种成分，无法实现同一个TFT基板上具有不同特性的TFT电路，限制了阵列TFT的多样化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种TFT基板及其制备方法、显示器以及电子设备，以实现在同一个TFT基板上形成不同的TFT电路，实现阵列TFT的多样化。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种TFT基板，包括基板以及均设置于所述基板上的第一TFT电路和第二TFT电路，所述第一TFT电路包括设置于所述基板上的第一氧化物半导体有源层，所述第二TFT电路包括第二氧化物半导体有源层，所述第一氧化物半导体有源层与所述第二氧化物半导体有源层位于同一层，所述第一氧化物半导体有源层的电学性能和所述第二氧化物半导体有源层的电学性能不相同。
本发明还提供了上述TFT基板的制备方法，包括以下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成图案化的第一掩模，使所述图案化的第一掩模覆盖下的区域为第二TFT电路的第二氧化物半导体有源层所在区域，使露出的区域为第一TFT电路的第一氧化物半导体有源层所在区域，以所述图案化的第一掩模为掩模，在所述图案化的第一掩模上以及露出的所述第一氧化物半导体有源层所在区域上形成所述第一氧化物半导体有源层，去除所述图案化的第一掩模和形成于所述图案化的第一掩模上的所述第一氧化物半导体有源层，露出所述第二氧化物半导体有源层所在区域；
在所述第一氧化物半导体有源层上形成图案化的第二掩模，使所述图案化的第二掩模覆盖所述第一氧化物半导体有源层，使所述第二氧化物半导体有源层所在区域露出，以所述图案化的第二掩模为掩模，在所述图案化的第二掩模上以及露出的所述第二氧化物半导体有源层所在区域上形成所述第二氧化物半导体有源层，去除所述图案化的第二掩模以及形成于所述图案化的第二掩模上方的所述第二氧化物半导体有源层；
在形成的所述第一氧化物半导体有源层上以及所述第二氧化物半导体有源层上继续完成所述第一TFT电路和所述第二TFT电路的制备，得到所述TFT基板。
本发明还提供了一种显示器，包括上述的TFT基板。
以及本发明还提供了一种电子设备，包括上述的显示器。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明实施例通过将不同TFT电路的氧化物半导体有源层设置为电学性能不相同的第一氧化物半导体有源层和第二氧化物半导体有源层，可以使不同TFT电路具有不同的电学性能，满足不同TFT电路对电学性能的个性化要求，使每个TFT电路均提供优异的电学性能，实现阵列TFT的多样化。
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他的附图。
其中：
图1是本发明一具体实施例的TFT基板的截面结构示意图。
图2是本发明一具体实施例的像素区域和非像素区域的俯视结构示意图。
图3~图11是本发明一具体实施例的TFT基板的制备过程的流程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，本发明公开了一种TFT基板，包括基板10以及均设置于所述基板10上的第一TFT电路101和第二TFT电路102，第一TFT电路101包括设置于基板10上的第一氧化物半导体有源层21，第二TFT电路102包括第二氧化物半导体有源层22，第一氧化物半导体有源层21与第二氧化物半导体有源层22位于同一层，第一氧化物半导体有源层21的电学性能和第二氧化物半导体有源层22的电学性能不相同。通过将不同TFT电路的氧化物半导体有源层的电学性能设置为不相同，可以使不同TFT电路具有不同的电学性能，满足不同TFT电路的电学性能个性化要求，使每个TFT电路均提供优异的电学性能，实现阵列TFT的多样化。
基板10可以为柔性基板，由柔性有机材料所制成，例如聚酰亚胺（Polyimide，简称PI）或其他具有相似特征的材料；基板10还可以为刚性基板，由非柔性的材料制成，例如玻璃等。基板10为柔性基板时，制得的显示器可以为柔性显示器；基板10为刚性基板时，制得的显示器为非柔性显示器。基板10可以为任何材料的基板，本发明不对基板10的材料进行限制。
参考图1，在本具体实施例中，基板10的上方还设置有缓冲层11。
铟镓锌氧化物是目前TFT电路有源层功能效果较为先进的材料，具有载流子迁移率高、均一性好、透明等优点。在本发明中，第一氧化物半导体有源层21的材料为第一铟镓锌氧化物，第二氧化物半导体有源层22的材料为第二铟镓锌氧化物，第一铟镓锌氧化物和第二铟镓锌氧化物的组份不相同。
在一具体实施例中，通过调节铟镓锌氧化物中的In元素的摩尔含量使得第一铟镓锌氧化物的电学性能不同于第二铟镓锌氧化物的电学性能。当In元素的摩尔含量较低时，TFT电路的阈值电压Vth的变化较小，TFT电路可靠性高，但是载流子迁移速率会变慢，提高In元素的摩尔含量，可以提高载流子迁移速率，相应的会使阈值电压Vth的变化增大，TFT可靠性损失，因此，在一具体实施例中，第一铟镓锌氧化物中的In元素的摩尔含量低于第二铟镓锌氧化物中的In元素的摩尔含量，使得第一氧化物半导体有源层21能够提供更大的可靠性和较小的载流子迁移速率，第二氧化物半导体有源层22能够提供更大的载流子迁移速率和较小的可靠性，以适应不同TFT电路不同电学性能的需求。
TFT电路通常包括驱动控制电路和像素显示控制电路。像素显示控制电路通常为显示器的像素区域201内的各像素元素提供电流的电路控制；驱动控制电路则为驱动元件提供电路控制，驱动元件为显示器的像素区域201以及各像素元素提供驱动控制，例如栅极驱动器、数据驱动器等，通常设置于非像素区域202内，即设置于像素区域201的周围，可以与像素区域201的一个、两个或两个以上的侧边相邻，如图2所示。
应当理解，像素区域201的个数可以为一个、两个或两个以上，每个像素区域201的像素元素的个数可以为一个、两个或两个以上。像素区域201的形状可以为任意形状，除了如图2所示的矩形外，还可以为圆形、三角形、五边形等形状，各非像素区域202的形状也可以为任意形状，除了如图2所示的矩形外，还可以为圆形、三角形、五边形等形状。
像素区域201的各像素单元均可与像素显示控制电路相关，像素显示控制电路的数量可以为一个、两个或两个以上，每个像素显示控制电路可电连接至栅极线和数据线，以与位于非像素区域202的诸如栅极驱动器和数据驱动器等之类的一个、两个或两个以上的驱动控制电路通信。
驱动控制电路的数量可以为一个、两个或两个以上，用于产生操作像素元素的各种信号，例如栅极驱动器、数据驱动器等，或用于控制显示器的其他部件的各种附加电路，例如反相器电路、多路复用器、静电放电电路等。
在本发明的一具体实施例中，第一TFT电路101为驱动控制电路，第二TFT电路102为像素显示控制电路。第一TFT电路101、第二TFT的数量均可以为一个、两个或两个以上，各第一TFT电路101的氧化物半导体有源层的材料可以相同，也可以不相同，各第二TFT电路102的氧化物半导体有源层的材料可以相同，也可以不相同，可以根据实际需要对半导体有源层的材料进行调整。
在一具体实施例中，第一TFT电路101的第一氧化物半导体有源层21的材料第一铟镓锌氧化物中的In元素与Ga元素的摩尔比大于等于0.25且小于1，第二TFT电路102的第二氧化物半导体有源层22的材料第二铟镓锌氧化物中的In元素与Ga元素的摩尔比大于等于1且小于等于4。对于第一铟镓锌氧化物，由于In元素含量较低，Vth变化较小，能够提供较高的可靠性，适合用于驱动控制电路。对于第二铟镓锌氧化物，In元素含量较高，可以提供较快的载流子迁移率，提供较大驱动电流，适合用于像素显示控制电路。同时，第一铟镓锌氧化物的载流子迁移速率也能满足驱动控制电路的要求，第二铟镓锌氧化物的较高Vth变化在像素显示控制电路中也能满足电学性能要求。
在另一具体实施例中，还可以通过调节铟镓锌氧化物中的O元素的摩尔含量来调节铟镓锌氧化物半导体有源层的性能，当O元素的摩尔含量较高时，O元素填充了载流子空位的位置，降低了载流子迁移速率，同时O元素的摩尔含量较高也使得Vth变化较小，提供较高的可靠性。具体的，第一铟镓锌氧化物中的O元素的摩尔含量高于第二铟镓锌氧化物中的O元素的摩尔含量，使得第一铟镓锌氧化物适合用于驱动控制电路，第一铟镓锌氧化物适合用于像素显示控制电路。
在另一具体实施例中，可以同时降低In元素的摩尔含量和提高O元素的摩尔含量使得铟镓锌氧化物半导体有源层的Vth变化较小，提供高可靠性，适用于驱动控制电路；以及同时提高In元素的摩尔含量和降低O元素的摩尔含量使得铟镓锌氧化物半导体有源层的载流子迁移率较高，适用于像素显示控制电路。即，第一铟镓锌氧化物中的In元素的摩尔含量低于第二铟镓锌氧化物中的In元素的摩尔含量，且第一铟镓锌氧化物中的O元素的摩尔含量高于第二铟镓锌氧化物中的O元素的摩尔含量。
参考图1，在一具体实施例中，第一TFT电路101还包括第一栅极绝缘层31、第一栅极层41、第一层间介质层51和第一电极层61，第一栅极绝缘层31设置于第一氧化物半导体有源层21上，第一栅极层41设置于第一栅极绝缘层31上，第一层间介质层51设置于第一栅极层41上并覆盖第一栅极绝缘层31和第一栅极层41的侧壁，第一电极层61设置于第一层间介质层51上并与第一氧化物半导体有源层21相接触。
第二TFT电路102还包括第二栅极绝缘层32、第二栅极层42、第二层间介质层52和第二电极层62，第二栅极绝缘层32设置于第二氧化物半导体有源层22上，第二栅极层42设置于第二栅极绝缘层32上，第二层间介质层52设置于第二栅极层42上并覆盖第二栅极绝缘层32和第二栅极层42的侧壁，第二电极层62设置于第二层间介质层52上并与第二氧化物半导体有源层22相接触。
第一TFT电路101与第二TFT电路102之间通过第三层间介质层53相隔离，第三层间介质层53的底部与基板10相接触，使得第一氧化物半导体有源层21与第一氧化物半导体有源层21相隔离。
第一TFT电路101和第二TFT电路102均设置于同一基板10上。
本发明的TFT基板还包括设置于第一TFT电路101和第二TFT电路102上的钝化层（图未示），保护所有TFT电路。
在上述具体实施例中，第一TFT电路101和第二TFT电路102的栅极绝缘层、栅极层、层间介质层和电极层均是由刻蚀同层材料形成。即，第一栅极绝缘层31和第二栅极绝缘层32的材料相同且位于同层，第一栅极层41和第二栅极层42的材料相同且位于同层，第一层间介质层51和第二层间介质层52的材料相同且位于同层，第一电极层61和第二电极层62的材料相同且位于同层。
参考图3~图11，本发明还提供了一种TFT基板的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供基板10。
步骤S2：参考图3，在基板10上形成第一掩模70，图案化第一掩模70，得到图案化的第一掩模71，使图案化的第一掩模71覆盖下的区域为第二TFT电路102的第二氧化物半导体有源层22所在区域，使露出的区域为第一TFT电路101的第一氧化物半导体有源层21所在区域；请参见图4所示，以图案化的第一掩模71为掩模，在图案化的第一掩模71上以及露出的第一氧化物半导体有源层21所在区域上形成第一氧化物半导体有源层21；请参见图5所示，去除图案化的第一掩模71和形成于图案化的第一掩模71上的第一氧化物半导体有源层21，使图案化的第一掩模71覆盖下的基板10露出，即露出第二TFT电路102的第二氧化物半导体有源层22所在区域，如图6所示。
步骤S3：在步骤S2得到的结构上形成第二掩模80，如图7所示；图案化第二掩模80，得到图案化的第二掩模81，使图案化的第二掩模81覆盖下的区域为第一TFT电路101的第一氧化物半导体有源层21所在区域，使露出的区域为第二TFT电路102的第二氧化物半导体有源层22所在区域，如图8所示；以图案化的第二掩模81为掩模，在图案化的第二掩模81上以及露出的第二TFT电路102的第二氧化物半导体有源层22所在区域上形成第二氧化物半导体有源层22，如图9所示，去除图案化的第二掩模81以及形成于图案化的第二掩模81上方的第二氧化物半导体有源层22，如图10所示。
步骤S4：在步骤S3得到的结构上继续完成如图1所示的第一TFT电路101和第二TFT电路102的制备，得到如图1所示的TFT基板。
具体的，在步骤S3得到的结构上形成第三掩模90，如图11所示，图案化第三掩模90，得到图案化的第三掩模90，以图案化的第三掩模90为掩模刻蚀第一氧化物半导体有源层21和第二氧化物半导体有源层22，形成图案化的有源层，使第一氧化物半导体有源层21和第二氧化物半导体有源层22相隔离，如图1所示。
后续可通过现有技术形成图1所示的结构。
在上述制备方法中，步骤S2和步骤S3中的第一掩模70和第二掩模80均为光刻胶，采用曝光和显影图案化第一掩模70和第二掩模80，当然，第一掩模70和第二掩模80也可以为其它材质。
在上述制备方法中，形成第一氧化物半导体有源层21的方法为溅射法或原子层沉积法，形成第二氧化物半导体有源层22的方法也为溅射法或原子层沉积法。
溅射法的具体过程为：将基板10放置在反应腔内，向反应腔中通入气源，气源包括轰击气源和反应气源，轰击气源用于在直流或射频高压电场的作用下形成轰击离子，利用轰击离子轰击靶材，使靶材的原子因化学键断裂而飞出，沉积在基板10的表面形成第一氧化物半导体有源层21或第二氧化物半导体有源层22，反应气源通常为参与形成第一氧化物半导体有源层21或第二氧化物半导体有源层22的原料。靶材的材料和第一氧化物半导体有源层21或第二氧化物半导体有源层22的材料基本相同。
在一具体实施例中，形成第一氧化物半导体有源层21或第二氧化物半导体有源层22过程中，轰击气源为氩气，还通入O2的反应气源，以调节生成的第一氧化物半导体有源层21或第二氧化物半导体有源层22中的氧元素的摩尔含量。
在一具体实施例中，为了形成不同材料的第一氧化物半导体有源层21和第二氧化物半导体有源层22，在形成第一氧化物半导体有源层21和第二氧化物半导体有源层22时分别采用不同材料的靶材。
在一具体实施例中，通过使形成第一铟镓锌氧化物的靶材中的In元素的摩尔含量低于形成第二铟镓锌氧化物的靶材中的In元素的摩尔含量，使得第一TFT电路101的第一氧化物半导体有源层21的材料第一铟镓锌氧化物中的In元素的摩尔含量低于第二TFT电路102的第二氧化物半导体有源层22的材料第二铟镓锌氧化物中的In元素的摩尔含量，从而使第一氧化物半导体有源层的电学性能和所述第二氧化物半导体有源层的电学性能不相同。
进一步的，通过使形成第一铟镓锌氧化物的靶材中的In元素与Ga元素的摩尔比大于等于0.25且小于1，形成第二铟镓锌氧化物的靶材中的In元素与Ga元素的摩尔比大于等于1且小于等于4，使得第一TFT电路101的第一氧化物半导体有源层21的材料第一铟镓锌氧化物中的In元素与Ga元素的摩尔比大于等于0.25且小于1，第二TFT电路102的第二氧化物半导体有源层22的材料第二铟镓锌氧化物中的In元素与Ga元素的摩尔比大于等于1且小于等于4。
在一具体实施例中，为了提高第一TFT电路101的第一氧化物半导体有源层21的第一铟镓锌氧化物中O元素的含量，可以在溅射过程中，向反应腔通入O2，可以通过调节通入O2的量来调节形成的第一铟镓锌氧化物或第二铟镓锌氧化物的O元素的含量。通入O2的量越大，O元素越较多的占据空位，O元素的含量越高，从而减少载流子可移动的空位，降低载流子迁移速率，但是，也能减少有源层的Vth变化量。
具体的，在一具体实施例中，形成第一氧化物半导体有源层过程中，向反应腔通入气源，气源包括氩气和氧气，其中，氧气占气源体积的40%~70%，制得第一氧化物半导体有源层；形成第二氧化物半导体有源层过程中，向反应腔通入气源，气源包括氩气和氧气，其中，氧气占气源体积的2%~10%，制得第二氧化物半导体有源层，此时，第一氧化物半导体有源层中的O元素的摩尔含量大于第二氧化物半导体有源层中的O元素的摩尔含量。
原子层沉积法的具体过程为：将基板10放置在反应腔内，向反应腔内通入形成第一铟镓锌氧化物或第二铟镓锌氧化物的反应气源，反应气源沉积在基板10表面形成第一铟镓锌氧化物层或第二铟镓锌氧化物层。
本发明还公开了一种显示器，包括上述的TFT基板或上述制备方法制得的TFT基板。显示器还包括位于TFT基板上的液晶显示器（LCD）、等离子体显示器（PDP）、有机发光二极管（OLED）显示器、发光二极管（LED）显示器或电泳显示器（EPD）等。
本发明还公开了一种电子设备，包括上述的显示器，电子设备可以为平板、电脑、智能手表、手机、电视等各种电子设备。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种TFT基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成图案化的第一掩模，使所述图案化的第一掩模覆盖下的区域为第二TFT电路的第二氧化物半导体有源层所在区域，使露出的区域为第一TFT电路的第一氧化物半导体有源层所在区域，以所述图案化的第一掩模为掩模，在所述图案化的第一掩模上以及露出的所述第一氧化物半导体有源层所在区域上形成所述第一氧化物半导体有源层，去除所述图案化的第一掩模和形成于所述图案化的第一掩模上的所述第一氧化物半导体有源层，露出所述第二氧化物半导体有源层所在区域；其中，形成所述第一氧化物半导体有源层过程中，以In元素与Ga元素的摩尔比大于等于0.25且小于1的第一铟镓锌氧化物为靶材，向反应腔通入气源，气源包括轰击气源和氧气，其中，所述氧气占所述气源体积的40%~70%，制得所述第一氧化物半导体有源层；
在所述第一氧化物半导体有源层上形成图案化的第二掩模，使所述图案化的第二掩模覆盖所述第一氧化物半导体有源层，使所述第二氧化物半导体有源层所在区域露出，以所述图案化的第二掩模为掩模，在所述图案化的第二掩模上以及露出的所述第二氧化物半导体有源层所在区域上形成所述第二氧化物半导体有源层，去除所述图案化的第二掩模以及形成于所述图案化的第二掩模上方的所述第二氧化物半导体有源层；其中，形成所述第二氧化物半导体有源层过程中，以In元素与Ga元素的摩尔比大于等于1且小于等于4的第二铟镓锌氧化物为靶材，向反应腔通入气源，气源包括轰击气源和氧气，其中，所述氧气占所述气源体积的2%~10%，制得所述第二氧化物半导体有源层；
在形成的所述第一氧化物半导体有源层上以及所述第二氧化物半导体有源层上继续完成所述第一TFT电路和所述第二TFT电路的制备，得到所述TFT基板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述第一氧化物半导体有源层的方法为溅射法或原子层沉积法；
形成所述第二氧化物半导体有源层的方法为溅射法或原子层沉积法。
3.一种如权利要求1~2中任意一项所述的制备方法制得的TFT基板。
4.根据权利要求3所述的TFT基板，其特征在于，包括所述基板以及均设置于所述基板上的所述第一TFT电路和所述第二TFT电路，所述第一TFT电路包括设置于所述基板上的所述第一氧化物半导体有源层，所述第二TFT电路包括所述第二氧化物半导体有源层，所述第一氧化物半导体有源层与所述第二氧化物半导体有源层位于同一层，所述第一氧化物半导体有源层的电学性能和所述第二氧化物半导体有源层的电学性能不相同。
5.根据权利要求4所述的TFT基板，其特征在于，所述第一氧化物半导体有源层中，In元素与Ga元素的摩尔比大于等于0.25且小于1；所述第二氧化物半导体有源层中，In元素与Ga元素的摩尔比大于等于1且小于等于4。
6.根据权利要求5所述的TFT基板，其特征在于，所述第一氧化物半导体有源层中的O元素的摩尔含量大于所述第二氧化物半导体有源层中的O元素的摩尔含量。
7.根据权利要求3所述的TFT基板，其特征在于，所述第一TFT电路为驱动控制电路，所述第二TFT电路为像素显示控制电路。
8.一种显示器，其特征在于，包括如权利要求3~7中任意一项所述的TFT基板。
9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的显示器。
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