一种薄膜晶体管及制造方法和显示器面板技术

一种薄膜晶体管，包括衬底和设置在该衬底上的由金属氧化物构成的有源层，所述有源层与栅极叠层相毗邻；所述有源层部分区域上覆盖有电极；该电极与有源层之间还包括第一绝缘层；电极上覆盖有第二绝缘层；所述有源层在第二绝缘层覆盖下的区域分别形成源区和漏区，在非所述第二绝缘层覆盖下的区域形成沟道区。本发明专利技术还涉及薄膜晶体管制造方法和具有上述薄膜晶体管的显示器面板。上述薄膜晶体管既具有传统背沟道刻蚀结构晶体管的小尺寸，又具有比传统刻蚀阻挡层结构晶体管更优越的性能，包括低的源漏寄生电阻、更好的开态和关态性能、增强的可靠性。具有上述薄膜晶体管的显示器面板兼具高性能、高可靠性、低成本等优点，更符合显示器面板的发展趋势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属氧化物薄膜晶体管结构及其制造方法，尤其是用于显示器面板中的薄膜晶体管结构。
技术介绍
传统的金属氧化物薄膜晶体管通过在有源层上淀积金属来作为电极。在电极和有源层的接触界面处通常会形成肖特基势垒，使得接触界面的电阻值很高，进而增大了薄膜晶体管的寄生接触电阻，同时本征态的金属氧化物半导体通常是高电阻率的，这会带来高电阻率的源漏电阻的问题。现有的解决办法是通过对源区、漏区进行掺杂来降低源区、漏区的电阻率，但这通常以牺牲工艺稳定性和增加制备成本为代价。例如，源漏区域可以通过等离子处理将氢离子掺杂到源区、漏区中，但整个过程并不稳定。其他掺杂物，例如硼和磷，则需要极为昂贵的离子注入设备以及额外的激活过程。为此，在薄膜晶体管制造行业急需要一种成本低廉、制造工艺简单的方法来降低金属氧化物源漏区域的电阻率。另一方面，背沟道刻蚀(back-channeletchedBCE)结构和刻蚀阻挡层(etch-stopES)结构是背栅金属氧化物薄膜晶体管的两种主流结构。在传统背沟道刻蚀结构的薄膜晶体管中，暴露的沟道上界面会在刻蚀电极的时候受到损害，进而影响到器件的性能。虽然这样的损害可以通过在沟道区上添加一层刻蚀阻挡层来避免，但是这样不仅会增加一步额外的光刻过程、从而增加制备成本，更重要的是刻蚀阻挡层器件结构需要延长沟道长度和栅极电极的长度，这样会扩大薄膜晶体管的面积、进而极大地限制显示器的分辨率的进一步提升，背离了显示器的高分辨率发展趋势。归纳而言，背沟道刻蚀的器件结构的优势在于提供了简单的工艺过程、较低的制备成本和较小的器件尺寸，而刻蚀阻挡层的器件结构提供了更优的器件性能和改善的器件稳定性，但扩大了器件的面积，增加了制造成本。为此，金属氧化物薄膜晶体管制造业急需一种新型的薄膜晶体管结构，能够同时满足低成本、高性能、小尺寸等多重要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，首先提供一种源漏区域电阻率小，但制造成本低廉的高性能金属氧化物薄膜晶体管结构。本专利技术提供的一种薄膜晶体管，包括：衬底和设置在所述衬底上的由金属氧化物构成的有源层，所述有源层与栅极叠层相毗邻；所述有源层部分区域上覆盖有电极；所述电极与所述有源层之间还包括第一绝缘层，且所述第一绝缘层的厚度小于含氧元素的物质在所述第一绝缘层中的扩散长度；所述电极上覆盖有第二绝缘层，且所述第二绝缘层的厚度大于所述含氧元素的物质在所述第二绝缘层中的扩散长度；所述有源层在所述第二绝缘层覆盖下的区域分别形成源区、漏区，在非所述第二绝缘层覆盖下的区域形成沟道区；所述源区、漏区与所述沟道区相互连接，且分别位于所述沟道区的两端；所述沟道区与所述栅极叠层相毗邻；所述源区、所述漏区和所述沟道区的连接面自对准于所述第二绝缘层在所述有源层投影面积之内的边界的铅垂面；所述源区、所述漏区的电阻率小于所述沟道区的电阻率。作为上述晶体管结构优选的方式：所述源区、所述漏区和所述沟道区的连接面和所述电极在所述有源层投影面积之内的边界的铅垂面的间距小于所述有源层厚度的100倍；所述沟道区与所述源区、所述漏区的电阻率比值大于1000倍。所述有源层包括以下材料中的一种或多种的组合：氧化锌、氮氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镓、氧化铜、氧化铋、氧化铟锌、氧化锌锡、氧化铝锡、氧化铟锡、氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铝铟锡锌、硫化锌、钛酸钡、钛酸锶或铌酸锂。所述第一绝缘层包括以下材料中的一种或多种的组合：氧化硅、氮氧化硅，其中所述氮氧化硅中氮化硅的比例小于20％。其中，所述第一绝缘层的厚度为10至3000纳米。所述第二绝缘层的厚度为所述含氧元素的物质在所述第二绝缘层中扩散长度的2至100倍之间。所述第二绝缘层包括以下材料中的一种或多种的组合：氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氧化铪，其中所述氮氧化硅中氮化硅的比例大于20％。其中，所述第二绝缘层的厚度为10至3000纳米。所述栅极叠层可设置在所述有源层与所述衬底之间；或者，将所述有源层设置在所述栅极叠层和所述衬底之间。进一步地，所述栅极叠层包括栅极电极和栅极绝缘层，所述栅极电极的厚度小于所述含氧元素的物质在所述栅极电极中的扩散长度，所述栅极绝缘层的厚度小于所述含氧元素的物质在所述栅极绝缘层中的扩散长度。所述栅极电极包含以下材料中的一种或多种的组合：氧化锌、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟铝、氧化铟锌；所述栅极绝缘层包含以下材料中的一种或多种的组合：氧化硅、氮氧化硅，其中所述氮氧化硅中氮化硅的比例小于20％。所述栅极电极的厚度为10至3000纳米；所述栅极绝缘层的厚度为10至3000纳米。所述含氧元素的物质包括：氧气、臭氧、一氧化二氮、水、双氧水、二氧化碳和以上物质的等离子体。所述源区、漏区的电阻率小于10欧姆厘米，所述沟道区的电阻率大于10欧姆厘米。本专利技术还提供了一种显示器面板，包括多组显示模块，所述显示模块包含上述所述的薄膜晶体管。本专利技术还提供了一种薄膜晶体管的制造方法，包括：准备一个衬底；在所述衬底之上设置有源层和与所述有源层相毗邻的栅极叠层，所述有源层由金属氧化物构成；在所述有源层部分区域上覆盖电极；在所述电极与所述有源层之间设置第一绝缘层，使所述第一绝缘层的厚度小于含氧元素的物质在所述第一绝缘层中的扩散长度；在所述电极上覆盖第二绝缘层，使所述第二绝缘层的厚度大于所述含氧元素的物质在所述第二绝缘层中的扩散长度；进行退火处理，使所述有源层在所述第二绝缘层覆盖下的区域分别形成源区和漏区，在非所述第二绝缘层覆盖下的区域形成沟道区，所述源区、所述漏区与所述沟道区相互连接、且分别位于所述沟道区的两端，且使所述源区、所述漏区和所述沟道区之间由退火形成连接面，该连接面自对准于所述电极在所述有源层投影面积之内的边界的铅垂面，所述源区和所述漏区的电阻率小于所述沟道区的电阻率。作为本专利技术上述所述的晶体管制作方法的优选方式：所述源区、所述漏区和所述沟道区之间由所述退火形成的连接面和所述第二绝缘层在所述有源层投影面积之内的边界的铅垂面的间距小于所述有源层厚度的100倍。所述退火包括利用热、光、激光、微波进行加热。所述退火在氧化气氛下，持续10秒至10小时，温度在100℃和600℃之间。所述氧化气氛包括：氧气、臭氧、一氧化二氮、水、二氧化碳和以上物质的等离子体。根据上述方法，本专利技术还提供了一种显示器面板，包括多组显示模块，所述显示模块包含上述所述方法制造的薄膜晶体管。相对于传统的薄膜晶体管结构，本专利技术具有以下优点：首先，本方案直接通过退火在有源层中形成了源区、漏区，既保持了和背沟道刻蚀结构一样的器件尺寸，又实现了刻蚀阻挡层结构器件的高性能。同时兼顾了高性能和小尺寸的优点，非常符合目前显示器的发展趋势，特别是在增强现实、虚拟现实方面的发展应用。其次，退火减小了源漏区域的电阻率，进而降低了电极与有源层之间的寄生接触电阻，显著提升了薄膜晶体管的开态性能。同时，由于退火还保持甚至提高了沟道区的高电阻率，从而显著地降低了薄膜晶体管的关态电流。更重要的是，退火会在很大程度上消除沟道区中的缺陷密度，极大地提升器件的可靠性。沟道区上方的第一绝缘层保护薄膜晶体管的沟道区免受外界环境的影响，器件的环境可靠性能得到进一步加强。本专利技术直接以电极之上的第二绝缘层覆盖部分有源层区域，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：衬底和设置在所述衬底上的由金属氧化物构成的有源层，所述有源层与栅极叠层相毗邻；所述有源层部分区域上覆盖有电极；所述电极与所述有源层之间还包括第一绝缘层，所述第一绝缘层的厚度小于含氧元素的物质在所述第一绝缘层中的扩散长度；所述电极上覆盖有第二绝缘层，所述第二绝缘层的厚度大于所述含氧元素的物质在所述第二绝缘层中的扩散长度；所述有源层在所述第二绝缘层覆盖下的区域分别形成源区和漏区，在非所述第二绝缘层覆盖下的区域形成沟道区；所述源区、所述漏区与所述沟道区相互连接、且分别位于所述沟道区的两端；所述源区、所述漏区和所述沟道区的连接面自对准于所述第二绝缘层在所述有源层投影面积之内的边界的铅垂面；所述源区、所述漏区的电阻率小于所述沟道区的电阻率。

【技术特征摘要】
2015.10.29 US 62/285,4361.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：衬底和设置在所述衬底上的由金属氧化物构成的有源层，所述有源层与栅极叠层相毗邻；所述有源层部分区域上覆盖有电极；所述电极与所述有源层之间还包括第一绝缘层，所述第一绝缘层的厚度小于含氧元素的物质在所述第一绝缘层中的扩散长度；所述电极上覆盖有第二绝缘层，所述第二绝缘层的厚度大于所述含氧元素的物质在所述第二绝缘层中的扩散长度；所述有源层在所述第二绝缘层覆盖下的区域分别形成源区和漏区，在非所述第二绝缘层覆盖下的区域形成沟道区；所述源区、所述漏区与所述沟道区相互连接、且分别位于所述沟道区的两端；所述源区、所述漏区和所述沟道区的连接面自对准于所述第二绝缘层在所述有源层投影面积之内的边界的铅垂面；所述源区、所述漏区的电阻率小于所述沟道区的电阻率。2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源区、所述漏区和所述沟道区的连接面和所述电极在所述有源层投影面积之内的边界的铅垂面的间距小于所述有源层厚度的100倍。3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道区与所述源区、所述漏区的电阻率比值大于1000倍。4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层包括以下材料中的一种或多种的组合：氧化锌、氮氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镓、氧化铜、氧化铋、氧化铟锌、氧化锌锡、氧化铝锡、氧化铟锡、氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铝铟锡锌、硫化锌、钛酸钡、钛酸锶或铌酸锂。5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层包括以下材料中的一种或多种的组合：氧化硅、氮氧化硅，其中所述氮氧化硅中氮化硅的比例小于20％。6.根据权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层的厚度为10至3000纳米。7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第二绝缘层的厚度为所述含氧元素的物质在所述第二绝缘层中扩散长度的2至100倍之间。8.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第二绝缘层包括以下材料中的一种或多种的组合：氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氧化铪；其中所述氮氧化硅中氮化硅的比例大于20％。9.根据权利要求8所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第二绝缘层的厚度为10至3000纳米。10.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极叠层设置在所述有源层与所述衬底之间。11.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层设置在所述栅极叠层和所述衬底之间。12.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极叠层包括栅极电极和栅极绝缘层，所述栅极电极的厚度小于所述含氧元素的物质在所述栅极电极中的扩散长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆磊，王文，郭海成，
申请(专利权)人：陆磊，王文，郭海成，
类型：发明
国别省市：江苏;32