CN203179897U - 一种薄膜晶体管、阵列基板和显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种薄膜晶体管（TFT）、阵列基板和显示装置，用以提供一种结构简单、性能较佳的TFT。本实用新型提供的薄膜晶体管包括：基板；形成在所述基板上的有源层；形成在所述有源层上可导电的第一接触层和第二接触层；形成在所述第一接触层和第二接触层上的刻蚀阻挡层；形成在所述刻蚀阻挡层上与所述第一接触层相连的源极、与所述第二接触层相连的漏极，以及位于所述源极和漏极之间的栅极；以及形成在所述源极、漏极和栅极上的保护层。

Description

一种薄膜晶体管、阵列基板和显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管、阵列基板和显示装置。

背景技术

在显示技术领域，氧化物薄膜晶体管（Oxide Thin Film Transistor，OxideTFT）相比较非晶硅TFT，因其具有较高的载流子迁移率（载流子迁移率约为非晶硅TFT的十倍），以及较高的热学、化学稳定性，成为人们的研究热点。Oxide TFT驱动下的显示装置，能满足大尺寸、高分辨率显示器件的要求，特别是能够满足下一代有源矩阵式有机发光显示器件（Active Matrix OrganicLight Emitting Device，AMOLED）的要求，在平板显示领域占据重要的位置。

制作Oxide TFT的要求较高，在保证制作出高性能的Oxide TFT的前提下，简化器件结构和工艺流程是人们一直追求的目标。现有Oxide TFT一般采用顶栅型。参见图1，为现有顶栅型Oxide TFT，包括：基板101、基板101上的有源层102、有源层102上的栅极绝缘层103、栅极绝缘层103上的栅极104、栅极104上的刻蚀阻挡层105、刻蚀阻挡层105上的源漏极层106（包括源极和漏极）、源漏极层106上的钝化保护层107，以及钝化保护层107上与源漏极层106中的漏极相连的像素电极108。

制作图1所示的TFT采用如下6Mask工艺。下述的构图工艺为至少包括掩膜、曝光、显影、光刻和刻蚀过程。

第一、通过第一次构图工艺形成有源层图形102；

第二、通过第二次构图工艺形成栅极绝缘层103和栅极104图形，在此过程中，首先通过湿法刻蚀形成栅极图形104，然后通过干法刻蚀形成栅极绝缘层图形103。

第三、通过第三次构图工艺形成刻蚀阻挡层图形105。

第四、通过第四次构图工艺形成源漏极层图形106。

第五、通过第五次构图工艺形成钝化保护层图形107，其中钝化保护层107上形成有接触孔，该接触孔用于连接漏极和像素电极108。

第六、通过第六次构图工艺形成像素电极图形108。

因此，现有TFT结构不够简单，且制作高性能Oxide TFT采用6Mask工艺，工艺流程较复杂，且每增加一次构图工艺都可能会引起Oxide TFT的各功能膜层受到污染，降低Oxide TFT的性能。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种薄膜晶体管、阵列基板和显示装置，用以提供一种结构简单、性能较佳的TFT。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供的薄膜晶体管，包括：

基板；

形成在所述基板上的有源层；

形成在所述有源层上可导电的第一接触层和第二接触层；

形成在所述第一接触层和第二接触层上的刻蚀阻挡层；

形成在所述刻蚀阻挡层上与所述第一接触层相连的源极、与所述第二接触层相连的漏极，以及位于所述源极和漏极之间的栅极；以及

形成在所述源极、漏极和栅极上的保护层。

较佳地，所述第一接触层和第二接触层镜像对称设置。

较佳地，所述栅极与所述第一接触层在垂直方向的投影面积等于所述栅极与所述第二接触层在垂直方向的投影面积。

较佳地，所述第一接触层和第二接触层之间的距离为2-3μm。

较佳地，还包括位于所述有源层和所述基板之间用于隔离光线的隔离层。

较佳地，还包括位于所述保护层上的像素电极，所述像素电极通过保护层上的过孔与位于所述保护层下方的漏极电性相连。

本实用新型实施例提供一种阵列基板，包括上述薄膜晶体管。

本实用新型实施例提供一种显示装置，包括上述阵列基板。

本实用新型实施例通过将TFT的源极、漏极和栅极制作在同一层，简化了TFT结构，制作TFT的过程采用5Mask工艺，简化了TFT制作工艺。有源层上设置有与源极相连的第一接触层，和与漏极相连的第二接触层，避免非沟道高阻区的产生，且避免栅极与源极或栅极与漏极之间寄生电容的形成，保证了TFT良好的电学性能。

附图说明

图1为现有顶栅型TFT结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的TFT结构示意图；

图3为图2所示的TFT具有保护层和像素电极的结构示意图；

图4为本实用新型实例施提供的阵列基板结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的TFT制作方法流程示意图；

图6为本实用新型实施例提供的半色调或灰色调掩模板结构示意图；

图7为图6所示的TFT俯视示意图；

图8为所示的TFT形成有有源层和有源层上的光刻胶的结构示意图；

图9为图8所示的TFT形成有源层上与第一接触层和第二接触层相应区域露出有源层的结构示意图；

图10为图9所示的TFT形成有第一接触层和第二接触层的结构示意图；

图11为图10所示的TFT形成有刻蚀阻挡层的结构示意图；

图12为图11所示的TFT俯视示意图；

图13为图11所示的TFT形成有源极、漏极和栅极的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种薄膜晶体管、阵列基板和显示装置，用以提供一种结构简单、性能较佳的TFT。

本实用新型实施例通过将TFT的源极、漏极和栅极制作在同一层，简化了TFT结构，制作TFT的过程采用5Mask工艺，简化了TFT制作工艺。有源层上设置有与源极相连的第一接触层和与漏极相连的第二接触层，避免非沟道高阻区的产生，且避免栅极与源极或栅极与漏极之间寄生电容的形成，保证了TFT良好的电学性能。

下面通过附图具体说明本实用新型实施例提供的TFT。

参见图2，本实用新型实施例提供的TFT，包括：

基板1；

形成在基板1上的有源层2；

形成在有源层2上可导电的第一接触层3和第二接触层4；

形成在第一接触层3和第二接触层4上方覆盖整个基板的刻蚀阻挡层5；

形成在刻蚀阻挡层5上的源极6、漏极7以及栅极8，源极6与第一接触层3通过刻蚀阻挡层5上的过孔连接；漏极7与第二接触层4通过刻蚀阻挡层5上的过孔连接。

其中，有源层2为金属氧化物半导体层。

本实用新型实施例提供的TFT，源极6、漏极7和栅极8位于同一层，简化了TFT的结构。

本实用新型图2所示的第一接触层3位于源极6和有源层2之间，且同时与源极6和有源层2相接触，第二接触层4位于漏极7和有源层2之间，且同时与漏极7和有源层2相接触；第一接触层3和第二接触层4类似于欧姆接触层，可以降低源极6与有源层2之间的接触电阻，改善有源层2和源极6之间的接触特性；同理，第二接触层4可以降低漏极7与有源层2之间的接触电阻，可以改善有源层2和漏极7之间的接触特性，提高TFT的性能。

另外，第一接触层3和第二接触层4位于栅极8的下方，可以避免非沟道高阻区的形成，且避免栅极与源极或栅极与漏极之间寄生电容的形成，进一步提高了TFT的性能。

较佳地，参见图2，第一接触层3位于源极6的正下方，第二接触层4位于漏极7的正下方，第一接触层3和第二接触层4镜像对称设置，第一接触层3和第二接触层4位于有源层2的正上方。

较佳地，栅极8与第一接触层3的交叠面积等于栅极8与第二接触层4的交叠面积，且交叠面积不为零。

较佳地，栅极8与第一接触层3在垂直方向的投影面积等于栅极8与第二接触层4在垂直方向的投影面积，可有效避免非沟道高阻区的形成。

本实用新型通过控制第一接触层和第二接触层之间的距离，灵活控制有源层沟道的宽度（沟道宽度为第一接触层和第二接触层之间的间距），具体地，可以尽可能小地减小沟道的宽度，提高TFT的性能。

在具体实施过程中，第一接触层和第二接触层之间最小间距可以控制在掩模板或曝光机的极限参数。例如，所述第一接触层和第二接触层之间的最小间距可以控制在2-3μm的范围内。

较佳地，参见图3，图2所示的TFT还包括：

位于基板1和有源层2之间的隔离层9（可隔离光线的膜层）。

隔离层9可以有效遮挡从基板1背部透射来的光线，尤其是有效遮挡有源层2较敏感的紫外线，进一步提高TFT的性能。

较佳地，隔离层9可以为氧化铝层（Al₂O₃）、非晶硅层（a-Si）或金属和氧化硅组合沉积而成的膜层（Metal+SiO₂）等。隔离层9与基板1的附着力较强，因此，隔离层9还起到基板1与有源层2之间的缓冲作用，即起到缓冲层（buffer）的作用，提高有源层2在基板1上的附着能力。

较佳地，参见图3，TFT还包括：位于栅极8、源极6、漏极7上方覆盖整个基板1的保护层10，以及位于保护层10上与漏极7相连的像素电极11。

保护层10上设置有露出漏极7的过孔，保证漏极7与保护层10上的像素电极11电性相连。

较佳地，所述有源层可以是金属氧化物半导体层，例如可以是铟镓锌氧化物（Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO）、铪铟锌氧化物（Hafnium Indium ZincOxide，HIZO）、铟锌氧化物（Indium Zinc Oxide，IZO）、非晶铟锌氧化物a-InZnO、非晶氧化锌掺杂氟氧化物ZnO:F、氧化铟掺杂锡氧化物In₂O₃:Sn、非晶氧化铟掺杂钼氧化物In₂O₃:Mo、铬锡氧化物Cd₂SnO₄、非晶氧化锌掺杂铝氧化物ZnO:Al、非晶氧化钛掺杂铌氧化物TiO₂:Nb、铬锡氧化物Cd-Sn-O或其他金属氧化物。

所述第一接触层和第二接触层为金属层或合金层。

所述源极、漏极和栅极可以为钼（Mo）或铝钕合金(AlNd)等。

所述刻蚀阻挡层可以为氧化硅层（SiO_x）、氮化硅层（SiN_x），或氮氧化硅层，可以是单层也可以是双层或多层。

所述保护层（PVX层）可以是氧化硅或氮化硅层。

所述像素电极可以为透明金属氧化物膜层，如铟锡氧化物ITO或铟锌氧化物IZO膜层。

本实用新型实施例还提供一种阵列基板，包括所述薄膜晶体管。

本实用新型所述的阵列基板可以是液晶显示面板中的阵列基板，也可以是有机发光显示面板中的阵列基板。

参见图4，为一种有机发光显示面板中的阵列基板，包括多个亚像素结构，

每一个亚像素结构包括两个TFT，分别为开关TFT（T0）和驱动TFT（T1）；

开关TFT（T0）的漏极通过连接线41与驱动TFT（T1）的栅极相连；开关TFT（T0）的源极与数据线32相连，栅极与栅线31相连；

驱动TFT（T1）的源极与V_DD线相连，该V_DD线用于为驱动TFT（T1）提供正常工作时的供电电压，驱动TFT（T1）的漏极与像素电极11相连。

数据线32与栅线31交叉设置。V_DD线与栅线31平行设置。

断开的数据线32通过连接线35电性连接。

下面具体说明本实用新型实施例提供的上述TFT的制作方法。

参见图5，TFT的制作方法整体包括以下步骤：

S11、通过一次镀膜工艺和一次构图工艺在基板上形成包括有源层的图形，对所述有源层的设定区域进行离子注入形成有源层上的第一接触层和第二接触层的图形。该步骤包括TFT制作的第一次Mask工艺。

S12、通过一次镀膜工艺和一次构图工艺在形成有所述第一接触层和第二接触层的基板上形成包括刻蚀阻挡层的图形。该步骤包括TFT制作的第二次Mask工艺。

S13、通过一次镀膜工艺和一次构图工艺在所述刻蚀阻挡层上形成与所述第一接触层相连的源极图形，与所述第二接触层相连的漏极图形，以及位于所述源极和漏极之间的栅极图形。该步骤包括TFT制作的第三次Mask工艺。

S14、通过一次镀膜工艺和一次构图工艺在形成有所述栅极、源极和漏极的基板上形成覆盖整个基板的保护层图形。该步骤包括TFT制作的第四次Mask工艺。

较佳地，通过一次镀膜工艺和一次构图工艺在基板上形成包括有源层的图形，对所述有源层的设定区域进行离子注入形成有源层上的第一接触层和第二接触层的图形，具体为：

通过一次镀膜工艺在所述基板上形成一层金属氧化物半导体层；

在所述金属氧化物半导体层上涂覆一层光刻胶；

采用半色调或灰色调掩模板对所述光刻胶进行掩膜、曝光和显影；

采用湿法刻蚀形成所述有源层图形；

对有源层上保留的光刻胶进行灰化处理，露出与待形成的第一接触层和第二接触层对应区域的有源层；

对露出的有源层部分进行离子注入形成所述第一接触层和第二接触层的图形；

剥离有源层上的光刻胶。

较佳地，在形成所述有源层之前还包括：

通过一次镀膜工艺在所述基板上形成一层隔离层。

较佳地，形成所述隔离层具体为：

通过一次镀膜工艺在所述基板上形成一层氧化铝层、非晶硅层或者金属和氧化硅组合形成的膜层。

较佳地，所述对露出的有源层部分进行离子注入形成所述第一接触层和第二接触层的图形，具体为：

对露出的有源层部分进行氢的等离子处理形成所述第一接触层和第二接触层的图形。

较佳地，形成所述保护层之后还包括：通过一次镀膜工艺和一次构图工艺在所述保护层上形成与所述漏极相连的像素电极。该步骤包括第五次Mask工艺。

所述构图工艺指制作图形的掩膜、曝光、显影、光刻、刻蚀等过程。

本实用新型实现完成的TFT需要五次Mask工艺，节约工艺流程，降低TFT被污染的可能性，提高了TFT的性能。

下面具体说明图5所示的TFT制作方法的具体工艺流程。

本实用新型实施例所示的阵列基板制作方法包括：

步骤一：首先在透明玻璃基板或者石英基板上采用溅射或热蒸发的方法，形成一层覆盖整个基板的膜层，该膜层可以为氧化铝层（Al₂O₃）、非晶硅层（a-Si）或金属和氧化硅组合沉积而成的膜层（Metal+SiO₂）等。

步骤二：在步骤一的基础上，镀一层金属氧化物膜层如IGZO。

步骤三：在步骤二的基础上，涂覆一层覆盖整个基板的光刻胶，然后进行如下工艺。

首先利用半色调（half-tone）或灰色调（Gray-tone）掩模板对所述光刻胶进行掩膜、曝光显影。

具体地，如图6所示（截面图）和图7所示（俯视图），在曝光的过程中，采用半色调或者灰色调的掩模板，通过显影工艺后产生光刻胶层14上的完全去除区域A、光刻胶半保留区域B及光刻胶完全保留区域C，光刻胶层14完全保留区域C对应待形成的第一接触层和第二接触层之间的绝缘区域。光刻胶层14完全去除区域A对应有源层图形之外的基板区域。光刻胶层14半保留区域B对应待形成的第一接触层和第二接触层所在区域。

接着，经过一次湿法刻蚀工艺，将光刻胶层14完全去除区域A对应的光刻胶和位于光刻胶下方基板1上方的膜层刻蚀掉，如图8所示。

然后，对光刻胶层14半保留区域B的光刻胶层进行灰化处理，去除光刻胶层半保留区域B的光刻胶，露出有源层2，如图9所示。

接下来对露出的有源层2部分的表层进行离子注入，注入离子的有源层的表层形成分别位于完全保留区域C两侧的第一接触层3和第二接触层4，如图10所示；具体地，注入的离子可以是H离子，即等离子体H。也可以是通过对露出的有源层2进行掺杂，实现第一接触层3和第二接触层4。

该第一接触层3和第二接触层4为金属氧化物半导体层（有源层）经H离子作用后的金属或合金层。与金属氧化物半导体层的接触电阻较小，且与金属氧化物半导体层的附着性非常好。并且，第一接触层3和第二接触层4为金属或合金层，源极和漏极也为金属或者合金层，第一接触层3和第二接触层4可以避免源极与栅极之间寄生电容的形成，也避免漏极与栅极之间寄生电容的形成。提高TFT的性能。

最后，对完全保留区域C的光刻胶层14进行剥离。

步骤四：通过一次镀膜工艺在步骤三形成的TFT的基础上形成一层绝缘层，例如形成一层氮化硅层或氧化硅层。通过一次掩膜、曝光显影，干法刻蚀，形成刻蚀阻挡层，如图11所示（截面图）和图12所示（俯视图）为形成有刻蚀阻挡层5的TFT，刻蚀阻挡层5上通过干法刻蚀形成两个过孔34（即接触孔），该过孔34位于待形成的源极和漏极处，且保证第一接触层3和第二接触层4露出。

步骤五：通过一次镀膜工艺在步骤四形成的TFT的基础上形成一层导电膜层，例如钼（Mo）或铝钕合金(AlNd)等。通过一次湿法刻蚀形成如图13所示的源极6、漏极7，以及栅极8。栅极8与第一接触层3的交叠面积等于栅极8与第二接触层4的交叠面积。

步骤六：通过一次镀膜工艺在步骤五形成的TFT的基础上形成一层绝缘层，对该绝缘层进行掩膜、曝光显影，干法刻蚀等工艺，形成保护层10，保护层10上位于漏极7上方设置有过孔，保证漏极7露出，如图3所示。

步骤七：通过一次镀膜工艺在步骤六成的TFT的基础上形成一层导电膜层，如ITO，经过掩膜、曝光显影，干法刻蚀等工艺，形成包括像素电极11的图形，形成的TFT如图3所示。

需要说明的是，在制作栅极时同时制作与栅极连接的栅线；在制作源极的同时制作与源极相连的数据线。

需要说明的是，上述制作TFT的七个步骤适用于液晶显示领域，也适用于有机发光显示技术领域。

本实用新型实施例还提供一种显示装置，包括上述阵列基板，该显示装置可以为液晶面板、液晶显示器、液晶电视、OLED面板、OLED显示器、OLED电视或电子纸等显示装置。

该显示装置的一个示例为液晶显示装置，其中，阵列基板与对置基板彼此对置以形成液晶盒，在液晶盒中填充有液晶材料。该对置基板例如为彩膜基板。阵列基板的每个像素单元的像素电极用于施加电场对液晶材料的旋转的程度进行控制从而进行显示操作。在一些示例中，该液晶显示器还包括为阵列基板提供背光的背光源。

该显示装置的另一个示例为有机电致发光（OLED）显示装置，其中，阵列基板的每个像素单元的薄膜晶体管连接有机电致发光装置的阳极或阴极，用于驱动有机发光材料发光以进行显示操作。

综上所述，本实用新型实施例通过将TFT的源极、漏极和栅极制作在同一层，简化了TFT结构，制作TFT的过程采用5Mask工艺，简化了TFT制作工艺。有源层上设置有与源极相连的第一接触层，和与漏极相连的第二接触层，避免非沟道高阻区的产生，且避免栅极与源极或栅极与漏极之间寄生电容的形成，保证了TFT良好的电学性能。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：

基板；

形成在所述基板上的有源层；

形成在所述有源层上可导电的第一接触层和第二接触层；

形成在所述第一接触层和第二接触层上的刻蚀阻挡层；

形成在所述刻蚀阻挡层上与所述第一接触层相连的源极、与所述第二接触层相连的漏极，以及位于所述源极和漏极之间的栅极；以及

形成在所述源极、漏极和栅极上的保护层。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一接触层和第二接触层镜像对称设置。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极与所述第一接触层在垂直方向的投影面积等于所述栅极与所述第二接触层在垂直方向的投影面积。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一接触层和第二接触层之间的距离为2-3μm。

5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括位于所述有源层和所述基板之间用于隔离光线的隔离层。

6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括位于所述保护层上的像素电极，所述像素电极通过保护层上的过孔与位于所述保护层下方的漏极电性相连。

7.一种阵列基板，其特征在于，包括权利要求1～6任一所述的薄膜晶体管。

8.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求7所述的阵列基板。

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