薄膜晶体管阵列基板及其制造方法、半导体沟道层与流程

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种薄膜晶体管阵列基板及其制造方法、半导体沟道层。

背景技术：

传统的薄膜晶体管阵列基板中一般都包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管一般采用IGZO(铟镓锌氧化物)来作为半导体材料。

采用IGZO来作为半导体材料的薄膜晶体管的沟道层通常是非晶态，因此，在该沟道层的界面中处于陷阱态的部分很容易捕获沟道载流子，这会造成沟道载流子迁移率降低。

故，有必要提出一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管阵列基板及其制造方法、半导体沟道层，其能防止薄膜晶体管的半导体沟道层的界面中处于陷阱态的部分捕获沟道载流子，从而有利于提高沟道载流子的迁移率。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种薄膜晶体管阵列基板，所述薄膜晶体管阵列基板包括：基板；缓冲层，所述缓冲层设置在所述基板上；薄膜晶体管，所述薄膜晶体管设置在所述缓冲层上，所述薄膜晶体管包括：半导体沟道层，所述半导体沟道层设置在所述缓冲层上，所述半导体沟道层包括依次叠置的第一非晶态氧化物层、结晶氧化物层和第二非晶态氧化物层，其中，所述第一非晶态氧化物层设置在所述缓冲层上；绝缘层，设置在所述半导体沟道层上；栅极，设置在所述绝缘层上；保护层，设置在所述绝缘层上并覆盖所述栅极；源极和漏极，设置在所述保护层上，并通过开设在所述绝缘层和所述保护层上的过孔与所述半导体沟道层连接。

在上述薄膜晶体管阵列基板中，所述第一非晶态氧化物层的材料和所述第二非晶态氧化物层的材料均为富氧非晶铟镓锌氧化物；所述结晶氧化物层的材料为结晶铟镓锌氧化物。

在上述薄膜晶体管阵列基板中，所述第一非晶态氧化物层的厚度与所述结晶氧化物层的厚度的比值处于1：4至1：0.5的范围内；所述第一非晶态氧化物层的厚度与所述第二非晶态氧化物层的厚度的比值处于1：3至1：0.3的范围内。

在上述薄膜晶体管阵列基板中，所述第一非晶态氧化物层、所述结晶氧化物层、所述第二非晶态氧化物层的厚度比例为1：2：1。

在上述薄膜晶体管阵列基板中，所述基板和所述缓冲层之间还设置有柔性材料层，所述柔性材料层所对应的柔性材料为聚酰亚胺，所述柔性材料层的厚度处于10微米至20微米的范围内。

一种半导体沟道层，所述半导体沟道层包括第一非晶态氧化物层、结晶氧化物层和第二非晶态氧化物层；其中，所述结晶氧化物层设置于所述第一非晶态氧化物层和所述第二非晶态氧化物层之间；所述第一非晶态氧化物层的材料和所述第二非晶态氧化物层的材料均为富氧非晶铟镓锌氧化物，所述结晶氧化物层的材料为结晶铟镓锌氧化物。

一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法，所述方法包括以下步骤：A、在基板上设置缓冲层；B、在所述缓冲层上设置半导体沟道层，其中，所述半导体沟道层包括依次叠置的第一非晶态氧化物层、结晶氧化物层和第二非晶态氧化物层，其中，所述第一非晶态氧化物层设置在所述缓冲层上；C、在所述半导体沟道层上设置绝缘层，所述绝缘层覆盖所述半导体沟道层；D、在所述绝缘层上设置栅极，所述栅极位于所述半导体沟道层的上方；E、在所述绝缘层和所述栅极上方设置保护层；F、在所述保护层和所述绝缘层与所述半导体沟道层的两端对应的位置处，分别开设贯穿所述保护层和所述绝缘层并延伸至所述半导体沟道层的过孔；G、在所述保护层上设置源极和漏极，所述源极和漏极分别通过两所述过孔与所述半导体沟道层连接。

在上述薄膜晶体管阵列基板的制造方法中，所述第一非晶态氧化物层的材料和所述第二非晶态氧化物层的材料均为富氧非晶铟镓锌氧化物；所述结晶氧化物层的材料为结晶铟镓锌氧化物。

在上述薄膜晶体管阵列基板的制造方法中，所述步骤B包括：b1、在所述缓冲层上沉积第一非晶铟镓锌氧化物材料，对所述第一非晶铟镓锌氧化物材料进行高氧处理，以形成所述第一非晶态氧化物层；b2、在所述第一非晶态氧化物层上溅射结晶氧化物材料，以形成所述结晶氧化物层；b3、在所述结晶氧化物层上沉积第二非晶铟镓锌氧化物材料，对所述第二非晶铟镓锌氧化物材料进行高氧处理，以形成所述第二非晶态氧化物层。

在上述薄膜晶体管阵列基板的制造方法中，在所述步骤A之前，所述方法还包括以下步骤：H、将所述基板洗净；I、在所述基板上涂布聚酰亚胺液，以形成聚酰亚胺液膜，其中，所述聚酰亚胺液膜的厚度处于100微米至150微米的范围内；J、对所述聚酰亚胺液膜的进行固化，以形成柔性材料层；所述步骤A为：在设置有所述柔性材料层的所述基板上设置所述缓冲层。

相对现有技术，本发明能防止薄膜晶体管的半导体沟道层的界面中处于陷阱态的部分捕获沟道载流子，从而有利于提高沟道载流子的迁移率。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

【附图说明】

图1为本发明的薄膜晶体管阵列基板的示意图；

图2为本发明的薄膜晶体管阵列基板处于工作状态时的示意图；

图3是本发明的薄膜晶体管阵列基板的制造方法的流程图。

【具体实施方式】

本说明书所使用的词语“实施例”意指实例、示例或例证。此外，本说明书和所附权利要求中所使用的冠词“一”一般地可以被解释为“一个或多个”，除非另外指定或从上下文可以清楚确定单数形式。

本发明的薄膜晶体管阵列基板可以应用于TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示面板)中，也可以应用于OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管显示面板)中。

参考图1，图1为本发明的薄膜晶体管阵列基板的示意图。本发明的薄膜晶体管阵列基板包括基板101、缓冲层103和薄膜晶体管。其中，所述缓冲层103设置在所述基板101上，所述薄膜晶体管设置在所述缓冲层103上。

缓冲层103在本发明中优选由第一材料层单独构成，或者由第二材料层和第三材料层共同构成，所述第一材料层、所述第二材料层、所述第三材料层所对应的材料为氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)中的任意一者。

薄膜晶体管包括半导体沟道层、设置在半导体沟道层上的绝缘层107、设置在绝缘层107上的栅极109、覆盖栅极109的保护层108以及设置在保护层108上的源极110和漏极111。

半导体沟道层设置在所述缓冲层103上，所述半导体沟道层包括第一非晶态氧化物层104、结晶氧化物层105、第二非晶态氧化物层106，其中，所述结晶氧化物层105设置于所述第一非晶态氧化物层104和所述第二非晶态氧化物层106之间。绝缘层107设置在半导体沟道层中的第二非晶态氧化物层106上，以确保栅极109与半导体沟道层绝缘隔离。

保护层108设置在绝缘层107上并覆盖栅极109，在如图1所示的实施例中，保护层108也可以延伸至缓冲层103并覆盖缓冲层103的至少一部分。

源极110和漏极111，设置在保护层108上并分别位于半导体沟道层的两端，如图1所示，源极110和漏极111分别通过开设在绝缘层107和保护层108上的过孔(图中未标号)与半导体沟道层连接(接触)，过孔贯穿绝缘层107和保护层108。

优选的，基板101和缓冲层103之间还设置有柔性材料层102。柔性材料层102所对应的柔性材料为聚酰亚胺。柔性材料层102的厚度处于10微米至20微米的范围内。所述柔性材料层102是通过在所述基板101上涂布聚酰亚胺液膜(所述聚酰亚胺液膜的厚度处于100微米至150微米的范围内)，然后对所述聚酰亚胺液膜的进行固化来形成的。其中，所述柔性材料层102是通过对所述聚酰亚胺液膜的进行加热来形成的，或者所述柔性材料层102是利用紫外光照射所述聚酰亚胺液膜来形成的。

具体地，所述第一非晶态氧化物层104和所述第二非晶态氧化物层106用于共同保护所述结晶氧化物层105，以防止所述半导体沟道层的界面中处于陷阱态的部分201捕获所述结晶氧化物层105中的沟道载流子，从而提高所述半导体沟道层的沟道载流子的迁移率。如图2所示。

所述第一非晶态氧化物层104具有第一载流子浓度，所述第二非晶态氧化物层106具有第二载流子浓度，所述结晶氧化物层105具有第三载流子浓度，所述第一载流子浓度和所述第二载流子浓度均小于所述第三载流子浓度，具体地，所述第一载流子浓度和所述第二载流子浓度均为低载流子浓度(Low Carrier Concentration)，所述第三载流子浓度为高载流子浓度(High Carrier Concentration)。

在本发明的薄膜晶体管阵列基板中，所述第一非晶态氧化物层104的材料和所述第二非晶态氧化物层106的材料均为富氧(O-rich，Oxygen rich)非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO，amorphous Indium Gallium Zinc Oxide)，所述结晶氧化物层105的材料为结晶铟镓锌氧化物(Crystalline IGZO，Crystalline Indium Gallium Zinc Oxide)。

在本发明的薄膜晶体管阵列基板中，所述第一非晶态氧化物层104的厚度与所述结晶氧化物层105的厚度的比值处于1：4至1：0.5的范围内，所述第一非晶态氧化物层104的厚度与所述第二非晶态氧化物层106的厚度的比值处于1：3至1：0.3的范围内。

例如，所述第一非晶态氧化物层104的厚度与所述结晶氧化物层105的厚度的比值为1：4、1：3.8、1：3.5、1：3.3、1：3、1：2.8、1：2.5、1：2.3、1：2、1：1.8、1：1.5、1：1.3、1：1、1：0.8、1：0.5，所述第一非晶态氧化物层104的厚度与所述第二非晶态氧化物层106的厚度的比值为1：3、1：2.8、1：2.5、1：2.3、1：2、1：1.8、1：1.5、1：1.3、1：1、1：0.8、1：0.5、1：0.4、1：0.3。

在本发明的薄膜晶体管阵列基板中，所述第一非晶态氧化物层104、所述结晶氧化物层105、所述第二非晶态氧化物层106的厚度比例为1：2：1。

晶体结构具有三个晶体生长方向(结晶状态)，分别为：第一方向(A轴)、第二方向(B轴)和第三方向(C轴)，所述结晶氧化物层105所对应的结晶氧化物为纳米晶体与所述C轴(晶体结构的一种结晶状态)取向的结晶化合物。

参考图3，图3是本发明的薄膜晶体管阵列基板的制造方法的流程图。

本发明的薄膜晶体管阵列基板的制造方法包括以下步骤：

A(步骤304)、在所述基板101上设置所述缓冲层103。

B(步骤305、步骤306和步骤307)、在所述缓冲层103上设置所述半导体沟道层，其中，所述半导体沟道层包括依次叠置的第一非晶态氧化物层104、结晶氧化物层105和第二非晶态氧化物层106，所述第一非晶态氧化物层104设置在所述缓冲层103上，所述结晶氧化物层105设置于所述第一非晶态氧化物层104和所述第二非晶态氧化物层106之间。

C(步骤308)、在所述半导体沟道层上设置所述绝缘层107，所述绝缘层107覆盖所述半导体沟道层。

D(步骤309)、在所述绝缘层107上设置所述栅极109，所述栅极109位于所述半导体沟道层的上方。

E(步骤310)、在所述绝缘层107和所述栅极109上方设置所述保护层108。

F(步骤311)、在所述保护层108和所述绝缘层107与所述半导体沟道层的两端对应的位置处，分别开设贯穿所述保护层108和所述绝缘层107并延伸至所述半导体沟道层的过孔。

G(步骤312)、在所述保护层108上设置源极110和漏极111，所述源极110和漏极111分别通过两所述过孔与所述半导体沟道层连接。

在本发明的薄膜晶体管阵列基板的制造方法中，在所述步骤A(所述步骤304)之前，所述方法还包括以下步骤：

H(步骤301)、将所述基板101洗净。

I(步骤302)、在所述基板101上涂布聚酰亚胺液，以形成聚酰亚胺液膜，其中，所述聚酰亚胺液膜的厚度处于100微米至150微米的范围内。

J(步骤303)、对所述聚酰亚胺液膜的进行固化，以形成柔性材料层102。

其中，固化的方式为加热或利用紫外光照射，即，所述步骤J为：

对所述聚酰亚胺液膜的进行加热，以形成柔性材料层102；和/或

利用紫外光照射所述聚酰亚胺液膜，以形成柔性材料层102。

所述柔性材料层102的厚度处于10微米至20微米的范围内。

所述步骤A(所述步骤304)为：

在设置有所述柔性材料层102的所述基板上设置所述缓冲层103。

所述缓冲层103由第一材料层单独构成，或者由第二材料层和第三材料层共同构成，所述第一材料层、所述第二材料层、所述第三材料层所对应的材料为氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)中的任意一者。

在本发明的薄膜晶体管阵列基板的制造方法中，所述第一非晶态氧化物层104的材料和所述第二非晶态氧化物层106的材料均为富氧非晶铟镓锌氧化物。

所述结晶氧化物层105的材料为结晶铟镓锌氧化物。

在本发明的薄膜晶体管阵列基板的制造方法中，所述步骤B包括：

b1(步骤305)、在所述缓冲层103上沉积第一非晶铟镓锌氧化物材料，对所述第一非晶铟镓锌氧化物材料进行高氧(富氧)处理，以形成所述第一非晶态氧化物层104。

b2(步骤306)、在所述第一非晶态氧化物层104上溅射结晶氧化物材料，以形成所述结晶氧化物层105，其中，所述结晶氧化物层105所对应的结晶氧化物为纳米晶体与所述C轴(晶体结构的一种结晶状态)取向的结晶化合物。

b3(步骤307)、在所述结晶氧化物层105上沉积第二非晶铟镓锌氧化物材料，对所述第二非晶铟镓锌氧化物材料进行高氧处理，以形成所述第二非晶态氧化物层106。

通过上述技术方案，本发明中用于薄膜晶体管的半导体沟道层包括由富氧氧化物材料构成的第一非晶态氧化物层104和第二非晶态氧化物层106，并在第一非晶态氧化物层104和第二非晶态氧化物层106之间夹设结晶氧化物层105。其中，第一非晶态氧化物层104和第二非晶态氧化物层106作为类绝缘层(Insulator-like Layer)，第一非晶态氧化物层104和第二非晶态氧化物层106可以避免界面陷阱态捕获沟道载流子，从而降低界面态的影响。由于结晶氧化物(所述结晶氧化物层105的材料)相较于非晶态的氧化物具有更优异的电学和结构性能，上下两层(第一非晶态氧化物层104和第二非晶态氧化物层106)的保护可以提高载流子迁移率。当源极110和漏极111施加电压时，界面陷阱态会捕获上下两层的载流子，而中间层(结晶氧化物层105)的载流子不会被捕获，因此不会造成载流子迁移率的衰退，而且结晶氧化物缺陷少，其载流子的高迁移率可以得到保持。也就是说，第一非晶态氧化物层104和第二非晶态氧化物层106有利于防止所述半导体沟道层的界面中处于陷阱态的部分201捕获所述结晶氧化物层105中的沟道载流子，从而提高所述半导体沟道层的沟道载流子的迁移率。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。