一种金属氧化物薄膜晶体管及制备方法、显示装置与流程

1.本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种金属氧化物薄膜晶体管及制备方法、显示装置。


背景技术：

2.薄膜晶体管作为开关控制元件或周边驱动电路的集成元件，是平板显示技术中的核心器件。近年来，透明氧化物半导体薄膜晶体管备受关注，尤其是铟镓锌氧化物(igzo)半导体材料，具备迁移率高，均匀性好，工艺温度低，在可见光区透光率高，并且适用于柔性显示等优势。结晶氧化物材料在具备上述优势的同时，由于其缺陷态相较于非晶氧化物更少，相应的tft器件的迁移率更高，开态电流更大，更有望成为应用在显示领域的新一代氧化物半导体材料。
3.电极与半导体有源层的接触电阻对薄膜晶体管的电学性能有很重要的影响，接触电阻过大会增加额外的信号延迟，另外其产生的焦耳热也会造成电能浪费与电路发热，不利于大尺寸和高分辨率显示的驱动。金属电极与非晶氧化物有源层接触，容易形成金属氧化物，可减小接触电阻，同时，非晶有源层在失去部分氧后，形成阻值较低的少氧区，进一步减小接触电阻。但对于结晶氧化物有源层，由于其金属与氧的键能相较于非晶氧化物更大，同样条件下不易与金属电极反应形成金属氧化物，结晶有源层也不容易形成阻值较低的少氧区，不能进一步减小接触电阻。若要破坏结晶氧化物中的金属-氧的化学键，形成有利于减小接触电阻的金属氧化物，则需要较高的温度，这不利于tft的产业化生产。因此，如何在不提高制备温度的前提下，提高结晶氧化物薄膜晶体管的接触电阻，也是进一步优化tft器件电学性能亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种金属氧化物薄膜晶体管及制备方法、显示装置，解决了如何改善金属氧化物薄膜晶体管有源层与电极间的接触电阻的问题。
5.本发明一实施例提供的一种金属氧化物薄膜晶体管包括：基板；栅极层，设置在所述基板的一侧；栅极绝缘层，设置在所述栅极层远离所述基板的一侧；金属氧化物半导体层，设置在所述栅极绝缘层远离所述栅极层的一侧；电极层，设置在所述金属氧化物半导体层远离所述栅极绝缘层的一侧；其中所述电极层部分设置在所述金属氧化物半导体层的表面，部分设置在所述栅极绝缘层的表面；所述电极层包括源极和漏极，所述源极和所述漏极在所述金属氧化物半导体层的两侧相对设置；非晶金属氧化物层，设置在所述电极层和所述金属氧化物半导体层之间；第一绝缘层，设置在所述电极层远离所述非晶金属氧化物层的一侧。
6.在一种实施方式中，所述非晶金属氧化物层在所述基板上的投影与所述电极层在所述基板上的投影重合。
7.在一种实施方式中，所述非晶金属氧化物层的厚度为30nm～150nm。
8.在一种实施方式中，所述薄膜晶体管还包括阻挡层，设置在所述金属氧化物半导体层靠近所述非晶金属氧化物的一侧。
9.在一种实施方式中，所述电极层和所述非晶金属氧化物层贯穿所述阻挡层和所述金属氧化物半导体层相连接。
10.在一种实施方式中，所述阻挡层和所述电极层之间设置有所述非晶金属氧化物层。
11.在一种实施方式中，所述阻挡层在所述基板上的投影位于所述金属氧化物半导体层在所述基板上的投影内；所述金属氧化物半导体层在所述基板上的投影和所述非晶金属氧化物层在所述基板上的投影边缘重合。
12.一种显示装置，包括上述权利要求任意一项所述的金属氧化物薄膜晶体管。
13.在一种实施方式中，包括：提供一基板，在所述基板上依次形成层叠设置的栅极层和栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层远离所述栅极层的一侧形成金属氧化物半导体层；在所述金属氧化物半导体层的一侧形成层叠设置的非晶金属氧化物层和电极层；在所述电极层远离所述非金属氧化物半导体层的一侧形成第一绝缘层。
14.在一种实施方式中，在所述栅极绝缘层远离所述栅极层的一侧形成金属氧化物半导体层的步骤之后还包括：在所述金属氧化物半导体层远离所述栅极绝缘层的一侧形成阻挡层。
15.本发明实施例提供的一种金属氧化物薄膜晶体管及制备方法、显示装置，通过在制备完基于金属氧化物半导体后，再制备一层非晶金属氧化物层，该非晶金属氧化物层更利于与电极层形成良好的欧姆接触，从而改善金属氧化物半导体层与电极间的接触电阻，从而提升晶体管器件特性。
附图说明
16.图1所示为本发明一实施例提供的一种薄膜晶体管的结构示意图。
17.图2所示为本发明另一实施例提供的一种薄膜晶体管的结构示意图。
18.图3所示为本发明另一实施例提供的一种薄膜晶体管的结构示意图。
19.图4所示为本发明另一实施例提供的一种薄膜晶体管的结构示意图。
20.图5a～图5h所示为本发明一实施例提供的一种薄膜晶体管制备过程示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本实施例提供一种薄膜晶体管，如图1所示，所述薄膜晶体管包括依次层叠设置的基板1、栅极层2、栅极绝缘层3、金属氧化物半导体层4、电极层7、非晶金属氧化物层6和第一绝缘层8。其中，栅极层2，设置在所述基板1的一侧；栅极绝缘层3，设置在所述栅极层2远离所述基板1的一侧；金属氧化物半导体层4，设置在所述栅极绝缘层3远离所述栅极层2的一侧；电极层7，设置在所述金属氧化物半导体层4远离所述栅极绝缘层3的一侧；其中所述电
极层7部分设置在所述金属氧化物半导体层4的表面，部分设置在所述栅极绝缘层3的表面；所述电极层7包括源极和漏极，所述源极和所述漏极在所述金属氧化物半导体层4的两侧相对设置；非晶金属氧化物层6，设置在所述电极层7和所述金属氧化物半导体层4之间；第一绝缘层8，设置在所述电极层7远离所述非晶金属氧化物层6的一侧。
23.优选地，所述非晶金属氧化物层6的材料包括铟镓锌氧化物(a-igzo)，除此之外，非晶金属氧化物层6还可以为其他材料，在保证非晶金属氧化物层6能够与电极层7形成更好的欧姆接触的前提下，本发明对非晶金属氧化物层6的具体材料不做限定。
24.优选地，所述非晶金属氧化物层6的厚度为30nm～150nm，本发明对非晶金属氧化物层6的厚度不做限定。
25.本发明的金属氧化物半导体层4靠近源漏极的一侧包含结晶金属氧化物，通过在所述金属氧化物半导体层4上与源极和漏极接触的区域设置非晶金属氧化物，该非晶金属氧化物层6更利于与电极层7形成良好的欧姆接触，从而改善金属氧化物半导体层4与电极间的接触电阻，从而提升晶体管器件特性。
26.本发明一实施例中，所述非晶金属氧化物层6在所述基板1上的投影与所述电极层7在所述基板1上的投影重合。在制备非晶金属氧化物层6时，先沉积非晶金属氧化物然后再沉积源漏电极材料，之后使用同一张掩膜版进行刻蚀以形成非晶金属氧化物层6和电极层7，无需增加新的光罩，不增加工艺步骤和时间。
27.在本发明一实施例中，如图2～图4所示，所述薄膜晶体管还包括阻挡层5，设置在所述金属氧化物半导体层4靠近所述非晶金属氧化物的一侧。
28.目前薄膜晶体管主要有背沟道刻蚀(bce)结构和刻蚀阻挡(esl)结构两种。对于背沟道刻蚀结构，其中的源漏电极层7是直接沉积在半导体层之上，在对应于半导体层的位置处(即背沟道处)，通过湿法刻蚀制程得到的。由于湿刻蚀制程中需要使用强酸及其混合物，容易使背沟道处的半导体层遭到破坏，从而影响薄膜晶体管的特性，另外氧化物半导体对水、氧较为敏感，因此本发明采用刻蚀阻挡结构，在金属氧化物半导体层4上增加设置阻挡层5，所述阻挡层5能够达到保护金属氧化物半导体层4的目的。
29.优选地，所述阻挡层5的材料包括二氧化硅和三氧化二铝中的至少一种。可以理解，阻挡层5还可以为其他材料，在保证阻挡层5可以保护非晶金属氧化物层6的前提下，本发明对阻挡层5的材料不做限定。
30.优选地，所述阻挡层5的厚度为：80nm～120nm。可以理解，阻挡层5的厚度可以随着生产需求的变化而进行调整，本发明对阻挡层5的具体厚度不做限定。
31.在本发明一实施例中，如图2所示，所述电极层7和所述非晶金属氧化物层6贯穿所述阻挡层5和所述金属氧化物半导体层4相连接，以形成源极和漏极。可选地，在工艺制备过程中可以先沉积非晶金属氧化物材料之后使用现有掩膜版结合负性光组进行显影、曝光刻蚀以形成非晶金属氧化物，可选地，此时非晶金属氧化物层6仅设置在电极层7和金属氧化物半导体层4之间。在源极和漏极与金属氧化物半导体层4相接触的区域设置有非晶金属氧化物层6，由于金属氧化物半导体层4靠近源漏极的一侧包含结晶金属氧化物，非晶金属氧化物与结晶金属氧化物之间更利于与电极层7形成良好的欧姆接触，从而改善金属氧化物半导体层4与电极间的接触电阻，从而提升晶体管器件特性。
32.在本发明一实施例中，如图3所示，所述阻挡层5和所述电极层7之间设置有所述非
晶金属氧化物层6。在制备过程中，首先沉积非晶金属氧化物然后沉积源漏极材料，然后使用同一张掩膜版对源漏极材料和非晶金属氧化物进行刻蚀以得到电极层7和非晶氧化物层。此时非晶金属氧化物层6和电极层7的图形相同。
33.在本发明一实施例中，如图4所示，所述阻挡层5在所述基板1上的投影位于所述金属氧化物半导体层4在所述基板1上的投影内；所述金属氧化物半导体层4在所述基板1上的投影和所述非晶金属氧化物层6在所述基板1上的投影边缘重合。在制备时，虽然在制备阻挡层时增加了一次光罩，但可以在沉积完源漏极材料后使用同一张掩膜版对金属氧化物半导体、非晶金属氧化物和源漏极材料一同刻蚀，以形成所述金属氧化物半导体层4、非晶金属氧化物层6和电极层7，与现有技术相比少了一次对有源层的光罩，因此，无需增加额外的光罩，减少工艺步骤节约成本。
34.本发明提供一种薄膜晶体管制备方法，如图5a～图5h所示，所述薄膜晶体管制备方法包括：
35.步骤01:提供一基板1，在所述基板1上依次形成层叠设置的栅极层2和栅极绝缘层3。参考图5a和图5b。
36.提供一基板1，在基板1上沉积金属层材料，使用第一掩膜版对金属层材料进行显影、曝光、刻蚀，以形成栅极层2。在栅极层2上沉积栅极绝缘层3材料形成栅极绝缘层3。
37.步骤02:在所述栅极绝缘层3远离所述栅极层2的一侧形成金属氧化物半导体层4。参考图5c所示，在栅极绝缘层3上沉积金属氧化物半导体材料，可选地，金属氧化物半导体材料靠近源漏极的一侧包含结晶金属氧化物。其中，在所述栅极绝缘层3远离所述栅极层2的一侧形成金属氧化物半导体层4的步骤之后还包括：在所述金属氧化物半导体层4远离所述栅极绝缘层3的一侧形成阻挡层5，参考图5d和图5e所示。本发明通过利用传统背沟道刻蚀结构工艺现有的光罩，在金属氧化物半导体层4上增加阻挡层5和非晶金属氧化物层6，在不增加新的光罩前提下，利用现有光罩实现阻挡层5的图案化，从而达到保护非晶金属氧化物层6不被后续制程影响的目的，且在增加阻挡层5的同时，不增加薄膜晶体管所占据的版图空间与信号负载。具体制备方式如下述实施例所述。
38.可选地，在栅极绝缘层3远离栅极层2的一侧沉积金属氧化物半导体材料，使用第二掩膜版对金属氧化物半导体材料进行显影、曝光、刻蚀以形成金属氧化物半导体层4，之后再在金属氧化物半导体层4上沉积非晶金属氧化物，使用第四掩膜版进行显影、曝光、刻蚀，形成非晶金属氧化物层6。或者，先在栅极绝缘层3远离栅极层2的一侧沉积金属氧化物半导体材料，然后在金属氧化物半导体材料上沉积阻挡层5材料，使用第二掩膜版进行对阻挡层5材料进行显影、曝光、刻蚀，将阻挡层5图案化，然后在阻挡层5上沉积非晶金属氧化物，使用第五掩膜版对非晶金属氧化物进行显影曝光刻蚀，以形成非晶金属氧化物层6，在非晶金属氧化物层6上沉积电极层7材料，之后使用第五掩膜版进行显影、曝光、刻蚀，以形成金属氧化物半导体层4和源漏电极层7。又或者，先在栅极绝缘层3远离栅极层2的一侧沉积金属氧化物半导体材料，使用第二掩膜版对金属氧化物半导体材料进行显影、曝光、刻蚀以形成金属氧化物半导体层4，之后再在金属氧化物半导体层4上沉积阻挡层5。
39.步骤03:在所述金属氧化物半导体层4的一侧形成层叠设置的非晶金属氧化物半导体层6和电极层7。参考图5f和图5g所示。
40.可选地，在阻挡层5上依次沉积非晶金属氧化物材料和电极材料，对非晶金属氧化
物材料和电极材料使用第四掩膜版一起进行显影、曝光、刻蚀以形成非晶金属氧化物层6和电极层7。或者，在阻挡层5上沉积非晶金属氧化物材料，对非晶金属氧化物材料使用第四掩膜版结合负性光组进行显影、曝光、刻蚀以形成非晶金属氧化物层6，在所述非晶氧化物层上沉积源漏极材料，对源漏极材料使用第五掩膜版进行显影、曝光、刻蚀以形成电极层7。
41.可选地，电极层7包括但不限于ti/cu、mo/cu等金属电极材料。
42.由此可见，在不增加新的光罩前提下，利用现有光罩实现非晶金属氧化物层6的图案化，从而达到提高金属氧化物半导体层4和电极层7之间的接触电阻的目的。
43.步骤04:在所述电极层7远离所述非金属氧化物半导体层4的一侧形成第一绝缘层8。参考图5h所示。
44.本实施例提供一种显示装置，包括上述实施例中所述的金属氧化物薄膜晶体管。可选地，所述显示装置包括电视、电脑手机等，本发明对显示装置的具体类型不做限定。
45.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
46.本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。
47.还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
48.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
49.本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
50.另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
51.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，
所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。