氧化物tft及其制备方法、阵列基板、显示器件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种氧化物TFT及其制备方法、阵列基板、显示器件。该氧化物TFT包括依次形成于基板上的栅极、有机物栅极绝缘层、甲氧基硅烷类衍生物修饰层、氧化物有源层及源漏电极层。该阵列基板、显示器件均含有该氧化物TFT。本发明氧化物TFT的载流子迁移率高，阈值电压低，漏电流小，性能稳定；阵列基板性能和显示器件的显示质量均得以提高。
【专利说明】氧化物TFT及其制备方法、阵列基板、显示器件
【技术领域】
[0001]本发明属于平板显示【技术领域】，具体涉及一种氧化物TFT及其制备方法、阵列基板、显不器件。
【背景技术】
[0002]由于现有氧化物TFT(氧化物薄膜晶体管)如基于ZnO形成的IGZO(铟镓锌氧化物)TFT技术因为其与传统的非晶硅和多晶硅TFT相比具有高迁移率，均匀性好等优点，而且其薄膜可实现低温制备，衬底可以选择柔性的塑料，以制备柔性显示器件，是近年来备受业界关注并得到大力发展的新型TFT背板技术。
[0003]TFT背板器件中的栅极绝缘材料是影响TFT性能的重要材料之一。目前许多研究发现，TFT的载流子主要在半导体层与绝缘层界面之间2-6个单分子层传输，这表明绝缘层的性能将对半导体层的结构产生直接影响，进而影响器件的综合性能；影响器件的阈值电压，开关电流比；影响载流子在半导体层的分布以及器件的迁移率等。
[0004]通常来说，衡量TFT优劣的主要性能参数如迁移率和阈值电压都受绝缘层表面的成膜质量、绝缘层的介电常数以及绝缘层/有源层界面的性质影响。因此选用不同参数的绝缘材料就可能得到不同的载流子迁移率大小和阈值电压。绝缘材料的一个最基本参数要求是较高的介电常数，一方面有利于感应出更大的沟道载流子浓度，另一方面还可提高载流子迁移率，综合起来都可大幅降低器件的阈值电压。绝缘材料的另外一个要求是较好的绝缘层膜质量，及具有尽可能少的缺陷和陷阱。人们除了要获得薄膜晶体管优越静态电学性能外，其性能稳定性也是人们追求的目标之一。而薄膜晶体管的不稳定性主要以TFT器件的阈值电压漂移(AVT)作为主要特征。而以阈值电压漂移为特征的器件性能不稳定性是由电荷被陷阱捕获引起的，俘获载流子后绝缘层形成空间电荷区导致栅电场屏蔽效果。经研究得知阈值电压漂移主要是因为栅极绝缘膜内的陷阱对载流子的俘获，这表明通过完善和提高绝缘膜的质量就可以抑制薄膜晶体管的阈值电压漂移，从而提高器件的稳定性。
[0005]目前显示器中通常使用的TFT器件结构特别是柔性显示器中通常使用的IGZOTFT器件结构是底栅顶接触结构，如IGZO TFT背板结构从下至上依次包括衬底、栅极、栅极绝缘层、IGZO有源层、源/漏电极，其中用于制备栅极绝缘层的材料多为常用的无机绝缘材料，例如:Si02、SiNx, Ti02、A1203、Ta2O5和ZrO2等等。无机绝缘薄膜层通常采用热氧化生成法、电子束轰击法和磁控溅射等方法来制备。虽然这些无机材料具有较高的介电常数，能够降低晶体管的阈值电压和漏电流，而且容易获得，耐高温、化学性质很稳定、不易被击穿等。但是无机材料作为绝缘层，其粗糙的表面特性等缺点，导致载流子在无机绝缘层表面被俘获，使得大多数高介电常数的电子器件存在漏电流大、稳定性差等问题，而且这些材料固相高温的加工条件与非柔性加工等缺点使其在大面积柔性显示、晶体管微型化、大规模集成电路、低工艺成本的溶液加工中无法应用。
[0006]因此有机聚合物绝缘层材料在近年来得到越来越广泛的关注和应用。这主要是因为一方面，这种材料的表面粗糙度低、表面陷阱密度低、杂质浓度低和有序度良好；另一方面，这种材料的制备成本低、制作工艺简单、能与柔性衬底集成以及电绝缘性良好。通常，制备聚合物栅绝缘层材料的方法主要有溶液旋涂法、LB组装法、喷墨打印法、热蒸镀法。因为它们具有与柔性基底相容性好，性能易于调控，加工简便和适合大面积柔性生产等特点，而且能在室温下用旋涂和打印等简单的方式进行加工，大大降低了生产成本。然而，由于这些可溶的聚合物材料的介电常数相对较低，计算出的电容也较低，这就使得制备出的薄膜晶体管的阈值电压就相对比较高，漏电流较大，从而影响聚合物材料作为绝缘层在薄膜晶体管上及柔性显示器件中的应用。
【发明内容】
[0007]本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种氧化物TFT及其其制备方法，以及含有该氧化物TFT的阵列基板、显示器件，旨在克服现有氧化物TFT载流子迁移率低、阈值电压低、漏电流大、稳定性差的技术问题。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下:
[0009]一种氧化物TFT，包括形成于基板上的栅极、形成于设置有所述栅极的所述基板表面上的栅极绝缘层和在所述栅极绝缘层外面上形成的氧化物有源层以及在所述有源层上形成的源电极和漏电极，所述栅极绝缘层材料包括含羟基聚合物；在所述栅极绝缘层与所述有源层之间还形成有修饰层，且所述修饰层材料为甲氧基硅烷类衍生物。
[0010]以及，一种氧化物TFT的制备方法，包括如下步骤:
[0011]在衬底上依次形成基板、栅极；
[0012]在形成有所述栅极的所述基板表面上形成包括含羟基聚合物膜层，形成栅绝缘层；
[0013]在所述栅绝缘层上形成甲氧基硅烷类衍生物膜层，干燥，形成修饰层；
[0014]在所述修饰层上形成由氧化物半导体制成的有源层；
[0015]在形成有有源层的所述修饰层表面上形成源电极和漏电极。
[0016]以及，一种TFT阵列基板，包括基板、设置于所述基板上TFT、栅线、数据线和像素电极，所述TFT为上述的氧化物TFT，且所述氧化物TFT的漏电极和所述像素电极连接。
[0017]以及，一种显示器件，包括阵列基板，所述阵列基板为上述的TFT阵列基板。
[0018]与现有技术相比，本发明氧化物TFT通过甲氧基硅烷类衍生物的修饰层对栅极绝缘层中的含羟基聚合物的修饰，有效降低了含羟基聚合物的亲水性，降低表面由于羟基而引起的电荷陷阱缺陷，从而提高电荷载流子的输运能和有源层的生长质量，使得该氧化物TFT的载流子迁移率高，阈值电压低，漏电流小，性能稳定。
[0019]上述氧化物TFT制备工艺简单，成本低，重复性好，对温度要求低，与现有的器件制备工艺相兼容，特别有利于制作高性能的柔性显示器件。
[0020]上述TFT阵列基板和显示器件由于均含有上述氧化物TFT，因此，该TFT阵列基板性能高，提高了采用该阵列基板的显示器件的显示质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0022]附图1为本发明实施例氧化物TFT的结构示意图；[0023]附图2为本发明实施例栅极绝缘层与修饰层界面间的反应示意图；
[0024]附图3A至3G是顺序地示出图1中所示的氧化物TFT的制造工艺的剖视图；
[0025]附图4A至4B本发明实施例显示器件的制造工艺的剖视图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]本发明实例提供了一种载流子迁移率高、阈值电压低、漏电流小、性能更稳定的氧化物TFT。该氧化物TFT如图1所示，其包括在某一基板I上的栅极2、形成于设置有该栅极2的基板I表面上的栅极绝缘层3、在该栅极绝缘层3外面上依次形成的修饰层4和氧化物有源层5以及在该氧化物有源层5外面上形成的源电极6和漏电极7。
[0028]其中，如图1所示的氧化物TFT中，基板I可以是常规的基板，可以根据实际显示器生产的需要进行选用。当生产柔性显示器件时，该基板I选用柔性基板。具体地，在如图1所示的氧化物TFT实施例中，该基板I优选选用柔性基板。该柔性基板材料可以选用聚酰亚胺(PI)、PET、PEN等化合物，也可以是该材料中的以上两种材料的组合。
[0029]对于本发明实施例，栅极2在结构上没有特别要求。
[0030]栅极绝缘层3为含有羟基聚合物的有机物栅极绝缘层，在另一具体实施例中，该含羟基聚合物选自聚乙烯苯酚(PVP)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。该含羟基聚合物与柔性基底相容性好，且所形成的栅极绝缘层3表面粗糙度小、表面陷阱密度低、杂质浓度低和有序度良好，但是该含羟基聚合物存在羟基基团，如PVP苯酚基为官能团，正因这一性质使所形成的栅极绝缘层3表面存在大量的羟基基团，使其表面具有极强的亲水性，表面能处于较高的水平，容易受到环境的污染。这样，如果直接在栅极绝缘层3表面形成半导体薄膜，该半导体薄膜与栅极绝缘层3界面处就会产生大量的电荷陷阱态，降低载流子的输运能力。
[0031]因此，形成于该栅极绝缘层3表面的修饰层4则能有效克服该栅极绝缘层3的上述缺陷。具体地，修饰层4中甲氧基硅烷类衍生物修饰材料对栅极绝缘层3表面进行修饰处理后，含羟基聚合物表面的羟基[-0H-]与甲氧基硅烷类衍生物中甲氧基[-OCH3]发生化学键合作用，在界面处以[-S1-O-R]键的形式键合，即修饰层4与栅极绝缘层3界面是通过[-S1-O-R]形式键合。如甲氧基硅烷类衍生物修饰层4对PVP栅极绝缘层3的反应如图2所示。这样，通过修饰层4对栅极绝缘层3修饰后，有效降低栅极绝缘层3表面的亲水性，降低其表面由于羟基而引起的电荷陷阱缺陷，且修饰层4与栅极绝缘层3共同作用形成表面形貌好的绝缘层，表面上的缺陷的密度均处于较低的能级，从而使得有源层5中氧化物半导体结晶化程度提高，内部晶界密度变小，有源层5内的缺陷态密度处于较低的水平，从而使有源层5晶界陷阱态密度得到大幅度的降低，减少了电荷载流子在晶界处的束缚，提高其在有源层5内的输运能力。
[0032]基于上述，在具体实施例中，该甲氧基硅烷类衍生物可以选自苯基三甲氧基硅烷(PhTMS)、十八烷基三甲氧基硅烷(ODMS)、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)中的至少一种。[0033]具体地，上述栅极绝缘层3中的PVP、PVA和修饰层4中的PhTMS、ODMS, MPTMS分
子结构式如下:
【权利要求】
1.一种氧化物TFT，包括形成于基板上的栅极、形成于设置有所述栅极的所述基板表面上的栅极绝缘层和在所述栅极绝缘层外面上形成的氧化物有源层以及在所述有源层上形成的源电极和漏电极，其特征在于:所述栅极绝缘层材料包括含羟基聚合物；在所述栅极绝缘层与所述有源层之间还形成有修饰层，所述修饰层材料为甲氧基硅烷类衍生物。
2.如权利要求1所述的氧化物TFT，其特征在于:所述含羟基聚合物选自聚乙烯苯酚、聚乙烯醇中的至少一种；或/和 所述甲氧基硅烷类衍生物选自苯基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的氧化物TFT，其特征在于:所述栅极绝缘层材料还包括交联齐U，所述交联剂与所述含羟基聚合物的质量比为1:(3-5)。
4.如权利要求1或2所述的氧化物TFT，其特征在于:所述栅极绝缘层的厚度为1000-1300nm ;或/和所述修饰层的厚度为80_100nm。
5.如权利要求1或2所述的氧化物TFT，其特征在于:所述基板为柔性基板。
6.如权利要求1或2所述的氧化物TFT，其特征在于:其还包括平坦层，所述平坦层形成于设置有所述源电极和漏电极的所述基板表面上。
7.如权利要求1-5任一所述的氧化物TFT的制备方法，包括如下步骤: 在衬底上依次形成基板、栅极； 在形成有所述栅极的所述基板表面上形成包括含羟基聚合物膜层，形成栅绝缘层； 在所述栅绝缘层上形成甲氧基硅烷类衍生物膜层，干燥，形成修饰层； 在所述修饰层上形成由氧化物半导体制成的有源层； 在形成有有源层的所述修饰层表面上形成源电极和漏电极。
8.如权利要求7所述的TFT的制备方法，其特征在于:形成所述栅绝缘层和修饰层的方法为旋涂法，且采用旋涂法形成所述栅绝缘层步骤中，包括含羟基聚合物的浆料浓度为7-10%，旋涂速率为2000-2500rps ;和/或 采用旋涂法形成所述修饰层步骤中，含甲氧基硅烷类衍生物的浆料浓度为2-3.5%。，旋涂速率为 2500-3000rps。
9.一种TFT阵列基板，包括基板、设置于所述基板上TFT、栅线、数据线和像素电极，其特征在于:所述TFT为权利要求1-8任一所述的氧化物TFT，且所述氧化物TFT的漏电极和所述像素电极连接。
10.一种显示器件，包括阵列基板，其特征在于:所述阵列基板为权利要求9所述的TFT阵列基板。
【文档编号】H01L29/51GK103985764SQ201410241322
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】杨帆, 申智渊, 付东 申请人:Tcl集团股份有限公司