金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板与流程

1.本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板。


背景技术：

2.随着信息时代的发展，显示屏作为人机传递界面应用，各种规格需求日益提升，非晶硅(a-si)驱动器件受限性能偏低，因此必须更换高电子迁移率材料器件取代以满足产品性能规格。由于金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，mos)驱动器件具有更高电子迁移率、更低漏电、器件制程多数相容等优势，是用于取代非晶硅驱动器件最具有竞争力的背板驱动技术。
3.常见的铟镓锌氧化物半导体薄膜晶体管(ingazno thin film transistor，igzo tft)，以其电子迁移率高、功耗低、工艺简单、响应速度快、大面积均匀性好、可见光范围内透过率高等优点被认为是有源矩阵有机发光二极管(active matrix organic light emitting diode，amoled)和有源矩阵液晶显示器(active matrix liquid crystal display，amlcd)驱动电路的核心部件。现有铟镓锌氧化物半导体薄膜晶体管类型主要分为共平面(coplanar)型、蚀刻阻挡层(etch stop layer，esl)型、背沟道蚀刻(back channel etch，bce)型等，由于背沟道蚀刻型架构在形成源/漏极时会破坏金属氧化物半导体层的背沟道，所以目前的铟镓锌氧化物半导体薄膜晶体管技术多采用蚀刻阻挡层型架构。
4.图1为现有的一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的局部截面示意图，该金属氧化物薄膜晶体管阵列基板上的薄膜晶体管为蚀刻阻挡层型铟镓锌氧化物半导体薄膜晶体管，如图1所示，金属氧化物薄膜晶体管阵列基板包括依次设置在基板1上的栅极2、栅极绝缘层3、金属氧化物半导体层4、蚀刻阻挡层5、源极61、漏极62、钝化层71和平坦层72、公共电极8、绝缘层9和像素电极10，像素电极10通过通孔9a与漏极62接触连接。
5.在制作上述的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板中，形成金属氧化物薄膜晶体管的过程包括：沉积栅极薄膜层
→
蚀刻图案化形成栅极2
→
沉积栅极绝缘薄膜层
→
蚀刻图案化形成栅极绝缘层3
→
沉积金属氧化物半导体薄膜层
→
蚀刻图案化形成金属氧化物半导体层4
→
沉积蚀刻阻挡薄膜层
→
蚀刻图案化形成蚀刻阻挡层5
→
沉积金属薄膜层
→
蚀刻图案化形成源极61和漏极62。在此过程中，沉积金属氧化物半导体薄膜层(即金属氧化物半导体层4)成膜时通常使用溅射(sputtering)等气相沉积方法，可气相沉积方法所沉积的金属氧化物半导体层4中往往含有大量微观结构缺陷，例如氧缺陷(oxygen defect，即半导体晶格中存在的与其基体不同的其他化学元素原子，或者是指氧离子从它的晶格中逸出而留下的缺陷)。图2为图1中的金属氧化物半导体薄膜层的x射线光电子能谱分析图(xps)，如图2所示，其中，m为金属，o为氧，vo为氧缺陷位置，这些微观结构缺陷为外来分子/原子的渗入扩散提供了高效的通道进而损伤半导体层，导致金属氧化物薄膜晶体管性能变差，故改进金属氧化物薄膜晶体管的制作工艺与结构相当重要。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板，能有效地提升金属氧化物薄膜晶体管的器件性能。
7.本发明实施例提供一种金属氧化物薄膜晶体管的制作方法，包括：
8.提供衬底；在该衬底上沉积第一金属薄膜层，并对该第一金属薄膜层图案化形成栅极；在该衬底上形成覆盖该栅极的栅极绝缘薄膜层，并对该栅极绝缘薄膜层图案化形成栅极绝缘层；在该栅极绝缘层沉积一层金属氧化物半导体薄膜；对该金属氧化物半导体薄膜中的氧缺陷位置进行掺杂处理；在该金属氧化物半导体薄膜上沉积一层蚀刻阻挡薄膜层；对该蚀刻阻挡薄膜层蚀刻图案化形成蚀刻阻挡层；对该金属氧化物半导体薄膜图案化形成金属氧化物半导体层；以及沉积形成第二金属薄膜层，并对该第二金属薄膜层图案化形成源极和漏极；其中，该源极和该漏极相互间隔并覆盖部分该金属氧化物半导体层与该金属氧化物半导体层接触连接。
9.进一步地，对该金属氧化物半导体薄膜中的氧缺陷进行掺杂处理的方法为：提供反应气体并将该反应气体裂解成活性离子或自由基进入该金属氧化物半导体薄膜的氧缺陷位置。
10.进一步地，该反应气体为三氟化氮。
11.进一步地，对该金属氧化物半导体薄膜进行掺杂处理的时间为5-7秒。
12.进一步地，该方法包括：利用具有离子注入功能的设备将该反应气体注入制程腔室，然后利用由射频或直流放电形成的等离子体将该反应气体裂解成活性离子或自由基。
13.进一步地，沉积该蚀刻阻挡薄膜层和对金属氧化物半导体薄膜中的氧缺陷进行掺杂处理使用同一个设备完成。
14.进一步地，该设备为具有远程等离子体源清洁功能的化学气相沉积用镀膜机；在该栅极绝缘层上沉积了该金属氧化物半导体薄膜后，将基板送入该镀膜机，利用该镀膜机的远程等离子体源清洁功能，当三氟化氮由远程等离子体源清洁单元的管路进入等离子体增强化学气相沉积腔室后，三氟化氮解离出氟离子，对该金属氧化物半导体薄膜进行掺杂处理，接着再利用该镀膜机沉积该蚀刻阻挡薄膜层。
15.本发明实施例还提供一种金属氧化物薄膜晶体管，利用上述的制作方法制作而成。
16.本发明实施例还提供一种阵列基板，包括上述的金属氧化物薄膜晶体管。
17.进一步地，该阵列基板还包括：
18.覆盖该源极和该漏极的绝缘平坦层；该绝缘平坦层包括第一钝化层和设于第一钝化层上的平坦层，或者该绝缘平坦层为平坦层；
19.位于该绝缘平坦层上并由第一透明导电薄膜层图案化形成的公共电极；
20.覆盖该公共电极的第二钝化层；
21.位于该第二钝化层上并由第二透明导电薄膜层图案化形成的像素电极，其中该第二钝化层和该绝缘平坦层中与该漏极相对应的位置形成有接触孔，该像素电极填入该接触孔中并与该漏极导电连接。
22.本发明实施例提供的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制作方法，对金属氧化物半导体薄膜中的氧缺陷位置进行掺杂处理以填充金属氧化物半导体薄膜中的氧缺陷位
置，有效改善金属氧化物半导体薄膜的氧缺陷问题，提高所形成的金属氧化物薄膜晶体管的器件性能。进一步地，本发明制作方法还可以匹配现行的生产流程，节约制程时间，提高生产效率。
23.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。
附图说明
24.图1为现有的一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的局部截面示意图；
25.图2为图1中的金属氧化物半导体薄膜层的x射线光电子能谱分析图；
26.图3a至图3h为本发明第一实施例中的金属氧化物薄膜晶体管的制作过程的截面示意图；
27.图4为图3d中的金属氧化物半导体薄膜层的x射线光电子能谱分析图；
28.图5为本发明第二实施例中的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的局部截面示意图；
29.图6为本发明第三实施例中的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的局部截面示意图。
具体实施方式
30.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
31.有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
32.[第一实施例]
[0033]
图3a至图3h为本发明第一实施例中的金属氧化物薄膜晶体管的制作过程的截面示意图，金属氧化物薄膜晶体管的制作方法包括：
[0034]
请参图3a，提供衬底11，在衬底11上沉积形成第一金属薄膜层，并对第一金属薄膜层进行蚀刻，使第一金属薄膜层图案化形成扫描线(图未示)和栅极12。其中，栅极12与扫描线相连或者栅极12为扫描线的一部分。
[0035]
请参图3b，在衬底11上形成覆盖扫描线和栅极12的栅极绝缘薄膜层，并对栅极绝缘薄膜层进行蚀刻，使栅极绝缘薄膜层图案化形成栅极绝缘层13。本实施例中，栅极绝缘薄膜层的蚀刻位置位于非显示区域，图中未示出。
[0036]
请参图3c，在栅极绝缘层13沉积一层金属氧化物半导体薄膜140。金属氧化物半导体薄膜140为含有锌、铟、镓、锡、铝、硅、钪、钛、钒、钇、锆、铌、钼、铪、钽、钨和镧系金属等中的至少一种或一种以上的元素的氧化物。典型氧化物半导体材料有氧化铟锌(izo)、镧系稀土掺杂氧化铟锌(ln-izo)、铟镓锌氧化物(igzo)、铟锡锌氧化物(itzo)、铟镓锌锡氧化物(igzto)等。优选地，金属氧化物半导体薄膜140的材料是铟镓锌氧化物(igzo)。
[0037]
请参图3d，对金属氧化物半导体薄膜140中的氧缺陷位置进行掺杂处理。
[0038]
具体地，供反应气体并将该反应气体裂解成活性离子或自由基进入该金属氧化物半导体薄膜140的氧缺陷位置。
[0039]
本实施例中，使用氟离子(f+)对金属氧化物半导体薄膜140进行掺杂处理，氟离子可填充金属氧化物半导体薄膜140中的氧缺陷位置，有效改善金属氧化物半导体薄膜140的氧缺陷问题，提高所形成的金属氧化物薄膜晶体管的器件性能。
[0040]
该方法具体为：利用具有离子注入功能的设备将反应气体注入制程腔室，然后利用由射频(rf)或直流放电形成的等离子体将反应气体裂解成活性离子或自由基，活性离子或自由基进入金属氧化物半导体薄膜140的氧缺陷位置，将氧缺陷位置填充，避免了氧缺陷导致的金属氧化物薄膜晶体管性能变差的问题，提高了金属氧化物薄膜晶体管性能。
[0041]
优选地，该反应气体为三氟化氮(nf3)，当三氟化氮进入等离子体增强化学气相沉积腔室后，三氟化氮解离出氟离子(f+)，氟离子进入金属氧化物半导体薄膜140的氧缺陷位置进行填充，如图4所示，图2中绘示的氧缺陷位置(vo)已经被氟离子(f)填充。
[0042]
优选地，使用氟离子对金属氧化物半导体薄膜140进行掺杂处理的时间为5-7秒。
[0043]
请参图3e，在金属氧化物半导体薄膜140上沉积一层蚀刻阻挡薄膜层150。蚀刻阻挡薄膜层150优选为氧化硅(sio
x
)。
[0044]
优选地，沉积一层蚀刻阻挡薄膜层150与对金属氧化物半导体薄膜140中的氧缺陷进行掺杂处理使用同一个设备完成。
[0045]
具体地，该设备为具有远程等离子体源清洁(remote plasma source clean，rpsc)功能的化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)用镀膜机。在栅极绝缘层13上沉积了金属氧化物半导体薄膜140后，将基板送入镀膜机，利用镀膜机的远程等离子体源清洁功能，当三氟化氮由远程等离子体源清洁单元的管路进入等离子体增强化学气相沉积腔室后，三氟化氮解离出氟离子(f+)，对金属氧化物半导体薄膜140进行掺杂处理，接着再利用镀膜机沉积一层蚀刻阻挡薄膜层150。上述制程可以匹配现行的生产流程，降低成本，节约制程时间，提高生产效率。
[0046]
请参图3f，对蚀刻阻挡薄膜层150蚀刻图案化形成蚀刻阻挡层15。
[0047]
请参图3g，对金属氧化物半导体薄膜140蚀刻图案化形成金属氧化物半导体层14。金属氧化物半导体层14的中间部位被蚀刻阻挡层15覆盖。
[0048]
请参图3h，接着，沉积形成第二金属薄膜层，并对第二金属薄膜层进行蚀刻图案化，使第二金属薄膜层被蚀刻后形成数据线(图未示)、源极161和漏极162等。其中，源极161和漏极162相互间隔并覆盖部分金属氧化物半导体层14与金属氧化物半导体层14接触连接，源极161和漏极162还覆盖部分的蚀刻阻挡层15。
[0049]
由上述的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法制作形成的金属氧化物薄膜晶体管可用作于液晶显示(liquid crystal display，lcd)面板中的阵列基板上，也可用作于有机发光二极管(organic light emitting diode，oled)面板中的阵列基板上。
[0050]
[第二实施例]
[0051]
图5为本发明第二实施例中的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的局部截面示意图，本发明还提供一种阵列基板，该阵列基板上设有呈阵列排布的多个上述的金属氧化物薄膜晶体管。当上述的阵列基板应用于液晶显示面板时，阵列基板还包括：
[0052]
覆盖源极161、漏极162和数据线的绝缘平坦层17，绝缘平坦层17包括第一钝化层171和设于第一钝化层171上的平坦层172；
[0053]
位于绝缘平坦层17上并由第一透明导电薄膜层通过蚀刻图案化而形成的公共电极18；
[0054]
覆盖公共电极18的第二钝化层19；
[0055]
位于第二钝化层19上并由第二透明导电薄膜层通过蚀刻图案化而形成的像素电极20，其中第二钝化层19和绝缘平坦层17中与漏极162相对应的位置形成有接触孔19a，像素电极20填入接触孔19a中并与漏极162导电连接。
[0056]
可以理解，当上述的金属氧化物薄膜晶体管应用于有机发光二极管面板中的阵列基板中时，上述的像素电极20即为发光二极管的阳极。
[0057]
具有上述金属氧化物薄膜晶体管的阵列基板可搭配多种显示器的主动驱动器件，使得产品多元化，提高了产品的附加价值。
[0058]
[第三实施例]
[0059]
图6为本发明第三实施例中的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的局部截面示意图，第三实施例中的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板与第二实施例的大致相同，不同之处在于，覆盖源极161、漏极162和数据线的绝缘平坦层17仅为一层平坦层172，即第三实施例中的绝缘平坦层17中未设置第一钝化层171。
[0060]
本发明还提供一种显示面板，包括上述的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板。具体地，显示面板可以是液晶显示面板。
[0061]
以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种金属氧化物薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括：提供衬底(11)；在该衬底(11)上沉积第一金属薄膜层，并对该第一金属薄膜层图案化形成栅极(12)；在该衬底(11)上形成覆盖该栅极(12)的栅极绝缘薄膜层，并对该栅极绝缘薄膜层图案化形成栅极绝缘层(13)；在该栅极绝缘层(13)沉积一层金属氧化物半导体薄膜(140)；对该金属氧化物半导体薄膜(140)中的氧缺陷位置进行掺杂处理；在该金属氧化物半导体薄膜(140)上沉积一层蚀刻阻挡薄膜层(150)；对该蚀刻阻挡薄膜层(150)蚀刻图案化形成蚀刻阻挡层(15)；对该金属氧化物半导体薄膜(140)图案化形成金属氧化物半导体层(14)；以及沉积形成第二金属薄膜层，并对该第二金属薄膜层图案化形成源极(161)和漏极(162)；其中，该源极(161)和该漏极(162)相互间隔并覆盖部分该金属氧化物半导体层(14)与该金属氧化物半导体层(14)接触连接。2.如权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，对该金属氧化物半导体薄膜(140)中的氧缺陷进行掺杂处理的方法为：提供反应气体并将该反应气体裂解成活性离子或自由基进入该金属氧化物半导体薄膜(140)的氧缺陷位置。3.如权利要求2所述的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该反应气体为三氟化氮。4.如权利要求3所述的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，对该金属氧化物半导体薄膜(140)进行掺杂处理的时间为5-7秒。5.如权利要求3所述的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该方法包括：利用具有离子注入功能的设备将该反应气体注入制程腔室，然后利用由射频或直流放电形成的等离子体将该反应气体裂解成活性离子或自由基。6.如权利要求5所述的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，沉积该蚀刻阻挡薄膜层(150)和对金属氧化物半导体薄膜(140)中的氧缺陷进行掺杂处理使用同一个设备完成。7.如权利要求6所述的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该设备为具有远程等离子体源清洁功能的化学气相沉积用镀膜机；在该栅极绝缘层(13)上沉积了该金属氧化物半导体薄膜(140)后，将基板送入该镀膜机，利用该镀膜机的远程等离子体源清洁功能，当三氟化氮由远程等离子体源清洁单元的管路进入等离子体增强化学气相沉积腔室后，三氟化氮解离出氟离子，对该金属氧化物半导体薄膜(140)进行掺杂处理，接着再利用该镀膜机沉积该蚀刻阻挡薄膜层(150)。8.一种金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的制作方法制作而成。9.一种阵列基板，其特征在于，包括如权利要求8所述的金属氧化物薄膜晶体管。10.如权利要求9所述的阵列基板，其特征在于，该阵列基板还包括：覆盖该源极(161)和该漏极(162)的绝缘平坦层(17)；该绝缘平坦层(17)包括第一钝化层(171)和设于第一钝化层(171)上的平坦层(172)，或者该绝缘平坦层(17)为平坦层(172)；
位于该绝缘平坦层(17)上并由第一透明导电薄膜层图案化形成的公共电极(18)；覆盖该公共电极(18)的第二钝化层(19)；位于该第二钝化层(19)上并由第二透明导电薄膜层图案化形成的像素电极(20)，其中该第二钝化层(19)和该绝缘平坦层(17)中与该漏极(162)相对应的位置形成有接触孔(19a)，该像素电极(20)填入该接触孔(19a)中并与该漏极(162)导电连接。

技术总结
一种金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板，金属氧化物薄膜晶体管的制作方法包括：提供衬底；在衬底上沉积形成栅极；在衬底上形成覆盖栅极的栅极绝缘薄膜层，并对栅极绝缘薄膜层图案化形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层沉积一层金属氧化物半导体薄膜；对金属氧化物半导体薄膜中的氧缺陷位置进行掺杂处理；在金属氧化物半导体薄膜上沉积一层蚀刻阻挡薄膜层；对蚀刻阻挡薄膜层蚀刻图案化形成蚀刻阻挡层；对金属氧化物半导体薄膜蚀刻图案化形成金属氧化物半导体层；以及沉积形成第二金属薄膜层，并对第二金属薄膜层图案化形成源极和漏极；其中，源极和漏极相互间隔并覆盖部分金属氧化物半导体层与金属氧化物半导体层接触连接。接。接。


技术研发人员：陶灵芝 朱健 刘华
受保护的技术使用者：昆山龙腾光电股份有限公司
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/10/15