本發(fā)明涉及顯示器技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種薄膜晶體管，包含該薄膜晶體管的陣列基板及其制備方法。

背景技術(shù)：

平板顯示裝置具有機身薄、省電、無輻射等眾多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的平板顯示裝置主要包括液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，LCD)及有機電致發(fā)光顯示裝置(Organic Light Emitting Display，OLED)。薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)是平板顯示裝置的重要組成部分，可形成在玻璃基板或塑料基板上，通常作為開光裝置和驅(qū)動裝置用在諸如LCD、OLED。

在顯示面板工業(yè)中，隨著目前顯示行業(yè)中大尺寸化，高解析度的需求越來越強烈，對有源層半導(dǎo)體器件充放電提出了更高的要求。IGZO(indium gallium zinc oxide，銦鎵鋅氧化物)是一種含有銦、鎵和鋅的非晶氧化物，其具有高遷移率，載流子遷移率是非晶硅的20～30倍，可以大大提高TFT對像素電極的充放電速率，具有高開態(tài)電流、低關(guān)態(tài)電流可以迅速開關(guān)，提高像素的響應(yīng)速度，實現(xiàn)更快的刷新率，同時更快的響應(yīng)也大大提高了像素的行掃描速率，使得超高分辨率在顯示面板中成為可能。

在IGZO半導(dǎo)體材料中，增加In原子的含量可以提高其載流子遷移率。然而，將IGZO半導(dǎo)體材料作為薄膜晶體管中的有源層半導(dǎo)體，較大地增加In原子的含量時，有可能使得半導(dǎo)體變?yōu)閷?dǎo)體，不能滿足薄膜晶體管的特性要求。因此，如何在滿足薄膜晶體管的特性要求的同時，進一步提高IGZO有源層半導(dǎo)體的載流子遷移率是目前需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管，其中采用IGZO半導(dǎo)體材料作為有源層半導(dǎo)體，在滿足薄膜晶體管的特性要求的同時，進一步提高IGZO有源層半導(dǎo)體的載流子遷移率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種薄膜晶體管，包括形成于襯底上的有源層，其中，所述有源層包括疊層設(shè)置的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層；所述第一半導(dǎo)體層的材料是原子比In/(Ga+Zn)為50％以下的銦鎵鋅氧化物，所述第二半導(dǎo)體層的材料是原子比In/(Ga+Zn)為55％以上的銦鎵鋅氧化物。

具體地，所述第一半導(dǎo)體層的材料是原子比In/(Ga+Zn)為40％～50％的銦鎵鋅氧化物。

具體地，所述第二半導(dǎo)體層的材料是原子比In/(Ga+Zn)為55％～60％的銦鎵鋅氧化物。

具體地，所述第二半導(dǎo)體層上還覆設(shè)有一氧保護層。

具體地，所述薄膜晶體管還包括柵電極、源電極和漏電極；其中，所述襯底上形成有一緩沖層，所述有源層的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層依次形成于所述緩沖層上，所述氧保護層上依次形成有柵絕緣層和所述柵電極，所述柵電極上設(shè)置有絕緣介質(zhì)層并且所述絕緣介質(zhì)層覆蓋所述襯底；所述源電極和漏電極形成于所述絕緣介質(zhì)層上，所述源電極和漏電極分別通過設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)層中的過孔與所述有源層連接。

具體地，所述氧保護層覆蓋所述有源層的中間區(qū)域，所述氧保護層的兩側(cè)裸露出所述有源層；應(yīng)用離子注入工藝或等離子轟擊工藝，將裸露出的有源層的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體，在所述有源層的一端形成源極連接部，另一端形成漏極連接部；所述源電極通過設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)層中的過孔連接到所述源極連接部，所述漏電極通過設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)層中的過孔連接到所述漏極連接部。

本發(fā)明還提供了一種薄膜晶體管陣列基板，包括玻璃基板以及陣列設(shè)置于玻璃基板上的薄膜晶體管，其中，所述薄膜晶體管為如上所述的薄膜晶體管。

本發(fā)明還提供了如上所述的薄膜晶體管陣列基板的制備方法，其包括步驟：S1、提供一玻璃基板，在該玻璃基板上形成緩沖層；S2、在所述緩沖層依次制備第一半導(dǎo)體薄膜層和第二半導(dǎo)體薄膜層；S3、通過第一道光罩工藝將所述第一半導(dǎo)體薄膜和第二半導(dǎo)體薄膜刻蝕形成圖案化的有源層，所述有源層包括疊層設(shè)置的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層；S4、在具有有源層的玻璃基板上依次制備柵絕緣薄膜層和柵電極薄膜層；S5、通過第二道光罩工藝將所述柵絕緣薄膜層和柵電極薄膜層刻蝕形成圖案化的柵絕緣層和柵電極；S6、在所述柵電極上制備絕緣介質(zhì)層，并且所述絕緣介質(zhì)層覆蓋所述玻璃基板；S7、通過第三道光罩工藝在所述絕緣介質(zhì)層中制備過孔；S8、在所述絕緣介質(zhì)層上制備一金屬導(dǎo)電薄膜層；S9、通過第四道光罩工藝將所述金屬導(dǎo)電薄膜層刻蝕形成圖案化的源電極和漏電極；所述源電極和漏電極分別通過所述絕緣介質(zhì)層中的過孔與所述有源層連接。

進一步地，步驟S2中，在所述第二半導(dǎo)體薄膜層上還制備形成氧保護薄膜層。

進一步地，步驟S5具體包括：S51、應(yīng)用頂柵自對準工藝刻蝕形成所述柵絕緣層和柵電極；S52、應(yīng)用離子注入工藝或等離子轟擊工藝，將所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的兩端轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體，其中的一端形成源極連接部，另一端形成漏極連接部。

本發(fā)明實施例中提供的薄膜晶體管以及相應(yīng)的陣列基板，采用兩層IGZO半導(dǎo)體材料作為有源層半導(dǎo)體，富In含量的IGZO半導(dǎo)體層(第二半導(dǎo)體層)靠近GI層，降低有源半導(dǎo)體層受等離子體轟擊造成的損傷，提高有源層半導(dǎo)體的載流子遷移率，而少In含量的IGZO半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)則保證有源層半導(dǎo)體不會變?yōu)閷?dǎo)體，滿足薄膜晶體管的特性要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的薄膜晶體管陣列基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的薄膜晶體管陣列基板的制備方法的工藝流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。這些優(yōu)選實施方式的示例在附圖中進行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本發(fā)明的實施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實施方式。

在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細節(jié)。

本實施例首先提供了一種薄膜晶體管，參閱圖1，所述薄膜晶體管1形成于襯底00上，所述薄膜晶體管1包括柵電極11、柵極絕緣層12、有源層13、源電極14和漏電極15。

具體地，如圖1所示，本實施例提供的薄膜晶體管1是頂柵型的薄膜晶體管，其中，所述襯底00上形成有一緩沖層16，所述有源層13形成于所述緩沖層16上，所述柵極絕緣層12和柵電極11依次形成于所述有源層13上，所述有源層13的兩側(cè)分別設(shè)置有源極連接部17和漏極連接部18。進一步地，所述柵電極11上設(shè)置有絕緣介質(zhì)層19，并且所述絕緣介質(zhì)層覆蓋所述襯底00和源極連接部17以及漏極連接部18。所述源電極14和漏電極15形成于所述絕緣介質(zhì)層19上，所述源電極14通過設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)層19中的過孔10連接到所述源極連接部17，從而實現(xiàn)與所述有源層13連接；所述漏電極15通過設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)層19中的過孔10連接到所述漏極連接部18，從而實現(xiàn)與所述有源層13連接。其中，襯底00可以采用玻璃襯底。

在本實施例中，如圖1所示，所述有源層13疊層設(shè)置的第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層131，第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132依次形成于所述緩沖層16上，第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132的材料均為IGZO(indium gallium zinc oxide，銦鎵鋅氧化物)，但是兩者的In原子數(shù)含量不同。具體地，第一半導(dǎo)體層131是少In含量的IGZO半導(dǎo)體層，即，第一半導(dǎo)體層131的IGZO材料中，原子比In/(Ga+Zn)為50％以下，比較優(yōu)選的范圍是原子比In/(Ga+Zn)為40％～50％。第二半導(dǎo)體層132是富In含量的IGZO半導(dǎo)體層，即，第二半導(dǎo)體層132的IGZO材料中，原子比In/(Ga+Zn)為55％以上，比較優(yōu)選的范圍是原子比In/(Ga+Zn)為55％～60％。

如上所提供的薄膜晶體管，采用兩層IGZO半導(dǎo)體材料作為有源層半導(dǎo)體，富In含量的IGZO半導(dǎo)體層(第二半導(dǎo)體層)靠近GI層，降低有源半導(dǎo)體層受等離子體轟擊造成的損傷，提高有源層半導(dǎo)體的載流子遷移率，而少In含量的IGZO半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)則保證有源層半導(dǎo)體不會變?yōu)閷?dǎo)體，滿足薄膜晶體管的特性要求。由此，從整體上提高了有源層半導(dǎo)體的載流子遷移率，提高器件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

進一步地，IGZO半導(dǎo)體層對于工藝的條件非常敏感，空氣中的H原子及后續(xù)工藝過程中都會有一定量的H原子，H原子會使IGZO半導(dǎo)體層的電性能發(fā)生變化，甚至?xí)?dǎo)致IGZO半導(dǎo)體層從半導(dǎo)體變?yōu)閷?dǎo)體。有鑒于此，在本實施例中，如圖1所示，所述第二半導(dǎo)體層132和所述柵絕緣層12之間還設(shè)置有氧保護層20。即，在首先在第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132的上方形成氧保護層20，然后再形成其他的結(jié)構(gòu)層，由此減小了后續(xù)工藝過程中H原子對IGZO半導(dǎo)體層的電性能的影響，提高器件的品質(zhì)。進一步地，氧保護層20設(shè)置在第二半導(dǎo)體層132和柵絕緣層12之間，還可以避免柵絕緣層12中的缺陷捕獲第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132中的載流子。

進一步地，在本實施例中，所述源極連接部17和漏極連接部18是與所述第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132為一體的結(jié)構(gòu)。具體地，參閱圖1，所述氧保護層20覆蓋所述有源層13的中間區(qū)域，所述氧保護層20的兩側(cè)裸露出所述有源層13，應(yīng)用離子注入工藝或等離子轟擊(Plasma)工藝，將裸露出的有源層13的第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132的轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體，由此，所述有源層13的一端轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體后形成源極連接部17，所述有源層13的另一端轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體后形成漏極連接部18。其中，離子注入工藝中可以是注入In離子，Plasma工藝可以使用H離子或Ar離子。如上結(jié)構(gòu)中，源極連接部17和漏極連接部18與有源層13(第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132)是同層且為一體的結(jié)構(gòu)，并且源極連接部17和漏極連接部18具有良好的導(dǎo)電性能，由此，源電極14和漏電極15分別通過源極連接部17和漏極連接部18連接到有源層13時，減小了源電極14和漏電極15與有源層13之間的接觸電阻，進一步提高了器件的性能。

本實施例還提供了一種薄膜晶體管陣列基板，如圖2所示，該薄膜晶體管陣列基板包括玻璃基板2以及陣列設(shè)置于玻璃基板2上的薄膜晶體管1(圖1中僅示例性示出了其中的3個)，其中，所述薄膜晶體管1為如上實施例所提供的薄膜晶體管1。該薄膜晶體管陣列基板主要應(yīng)用于LCD中，進一步地，由于其中的薄膜晶體管1具有較高的載流子遷移率，能夠滿足OLED開發(fā)要求，因此薄膜晶體管陣列基板也可以應(yīng)用在OLED中。

下面參閱圖3并結(jié)合圖1和圖2，詳細介紹如上所述的薄膜晶體管陣列基板的制備方法。如圖3所示，該方法包括步驟：

S1、提供一玻璃基板2(相當(dāng)于附圖1中的襯底00)，在該玻璃基板2上形成緩沖層(Buffer Layer)16。其中，緩沖層16可以通過磁控濺射工藝、等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)、原子沉積工藝(ALD)或者溶液法等沉積工藝制備獲得，緩沖層16的材料可以是有機或無機絕緣材料。

S2、在所述緩沖層16依次制備第一半導(dǎo)體薄膜層和第二半導(dǎo)體薄膜層。第一半導(dǎo)體薄膜層的材料是前述的少In含量的IGZO半導(dǎo)體材料，第二半導(dǎo)體薄膜層的材料是前述的富In含量的IGZO半導(dǎo)體材料。其中，第一半導(dǎo)體薄膜層和第二半導(dǎo)體薄膜層可以通過磁控濺射工藝、等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)、原子沉積工藝(ALD)或者溶液法等沉積工藝制備獲得。

S3、通過第一道光罩工藝將所述第一半導(dǎo)體薄膜和第二半導(dǎo)體薄膜刻蝕形成圖案化的有源層13。所述有源層13包括疊層設(shè)置的第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132。其中，所述第一半導(dǎo)體層131是由所述第一半導(dǎo)體薄膜刻蝕形成的，所述第二半導(dǎo)體層132是由所述第二半導(dǎo)體薄膜刻蝕形成的。

S4、在具有有源層13的玻璃基板2上依次制備柵絕緣薄膜層和柵電極薄膜層。所述柵絕緣薄膜層的材料可以為二氧化硅，所述柵電極薄膜層的材料主要是金屬導(dǎo)電材料。其中，柵絕緣薄膜層和柵電極薄膜層可以通過磁控濺射工藝、等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)、原子沉積工藝(ALD)或者溶液法等沉積工藝制備獲得。

S5、通過第二道光罩工藝將所述柵絕緣薄膜層和柵電極薄膜層刻蝕形成圖案化的柵絕緣層12和柵電極11。其中，所述柵絕緣層12是由所述柵絕緣薄膜層刻蝕形成的，所述柵電極11是由所述柵電極薄膜層刻蝕形成的。

S6、在所述柵電極11上制備絕緣介質(zhì)層19，并且所述絕緣介質(zhì)層19覆蓋所述玻璃基板2。其中，所述絕緣介質(zhì)層19的材料可以為二氧化硅，可以通過磁控濺射工藝、等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)、原子沉積工藝(ALD)或者溶液法等沉積工藝制備獲得。

S7、通過第三道光罩工藝在所述絕緣介質(zhì)層19中制備過孔10。

S8、在所述絕緣介質(zhì)層19上制備一金屬導(dǎo)電薄膜層。所述金屬導(dǎo)電薄膜層可以通過磁控濺射工藝、等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)、原子沉積工藝(ALD)或者溶液法等沉積工藝制備獲得。

S9、通過第四道光罩工藝將所述金屬導(dǎo)電薄膜層刻蝕形成圖案化的源電極14和漏電極15。所述源電極14和漏電極15分別通過所述絕緣介質(zhì)層19中的過孔10與所述有源層13連接。

以上的工藝過程中，采用了四道光罩工藝在玻璃基板2上制備獲得薄膜晶體管1，對于使用IGZO半導(dǎo)體材料的薄膜晶體管陣列基板，使用四道光罩工藝已是比較少的光罩次數(shù)，降低了生產(chǎn)成本。其中，每一次光罩工藝中又分別包括掩膜、曝光、顯影、刻蝕和剝離等工藝，其中刻蝕工藝包括干法刻蝕和濕法刻蝕。光罩工藝已經(jīng)是現(xiàn)有的比較成熟的工藝技術(shù)，在此不再展開詳細說明。

另外，需要說明的是，在薄膜晶體管陣列基板中，還應(yīng)當(dāng)包括像素電極等其他的一些圖案化結(jié)構(gòu)，但是這些結(jié)構(gòu)與本發(fā)明方案不是密切相關(guān)，在此不再展開詳細說明。

進一步地，在本實施例中，其中的步驟S2，在所述第二半導(dǎo)體薄膜層上還制備形成氧保護薄膜層20。具體地，在使用沉積工藝形成第二半導(dǎo)體薄膜層結(jié)束時，通入O₂和Ar，在第二半導(dǎo)體薄膜層的表面上形成氧保護薄膜層，然后在第一道光罩工藝完成后，即可在第二半導(dǎo)體層132上獲得氧保護層20。

進一步地，在本實施例中，步驟S5具體包括：

S51、應(yīng)用頂柵自對準工藝刻蝕形成所述柵絕緣層12和柵電極11，所述第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132的兩端分別從所述柵絕緣層12和柵電極11的兩側(cè)延伸出。其中，在刻蝕形成所述柵絕緣層12和柵電極11時，相應(yīng)地刻蝕所述氧保護層20，僅保留位于所述柵絕緣層12正下方的氧保護層20，即，所述氧保護層20僅覆蓋所述有源層13的中間區(qū)域，所述氧保護層20的兩側(cè)裸露出所述有源層13。

S52、應(yīng)用離子注入工藝或等離子轟擊工藝，將所述第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132的兩端(從氧保護層20的兩側(cè)裸露出的有源層13)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體，其中的一端形成源極連接部17，另一端形成漏極連接部18。其中，離子注入工藝中可以是注入In離子，Plasma工藝可以使用H離子或Ar離子。得到的結(jié)構(gòu)中，源極連接部17和漏極連接部18與有源層13(第一半導(dǎo)體層131和第二半導(dǎo)體層132)是同層且為一體的結(jié)構(gòu)，并且源極連接部17和漏極連接部18具有良好的導(dǎo)電性能，由此，源電極14和漏電極15分別通過源極連接部17和漏極連接部18連接到有源層13時，減小了源電極14和漏電極15與有源層13之間的接觸電阻，進一步提高了器件的性能。

綜上所述，如上實施例中提供的薄膜晶體管以及相應(yīng)的陣列基板，采用兩層IGZO半導(dǎo)體材料作為有源層半導(dǎo)體，富In含量的IGZO半導(dǎo)體層(第二半導(dǎo)體層)靠近GI層，降低有源半導(dǎo)體層受等離子體轟擊造成的損傷，提高有源層半導(dǎo)體的載流子遷移率，而少In含量的IGZO半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)則保證有源層半導(dǎo)體不會變?yōu)閷?dǎo)體，滿足薄膜晶體管的特性要求。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本申請的具體實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。