[发明专利]薄膜晶体管及其制造方法、显示器件

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管(TFT)及其制造方法、显示器件。更具体而言，本发明涉及栅极绝缘层的性能得到改善的薄膜晶体管及其制造方法、包括该薄膜晶体管的显示器件。

背景技术

TFT已经用于包括液晶显示器件、半导体器件在内的多种电光器件中。在TFT中，栅极绝缘层的质量对其电学特性有着极其重要的影响。采用高质量的高k值(即介电常数)栅极绝缘材料能够很大程度地改善TFT的器件性能，例如，降低阈值电压、增大开关比和减小亚阈值摆幅。

传统的TFT器件采用化学气相沉积(CVD)、溅射等方法沉积SiO₂或SiN_x薄膜作为栅极绝缘层。例如，非专利文献1记载了一种采用正硅酸四乙酯(TEOS)工艺制备栅极绝缘层的方法。然而，该方法仍然属于CVD工艺，形成的栅极绝缘薄层因形成温度较低而质地比较疏松，绝缘性能并不最佳(只能达到约5.6×10⁶Vcm^-1)，这对于TFT器件而言会因漏电流过大而影响器件性能。如果加厚栅极绝缘层，又会导致器件的工作电压增大，并且会延长工艺时间。

因此，本领域中仍然需要制备TFT、特别是栅极绝缘层的改进方法。

非专利文献1-Kow-Ming Chang等，Electrical Characteristics ofLow Temperature Polysilicon TFT With a Novel TEOS/Oxynitride StackGate Dielectric(具有新的TEOS/氮氧化物堆叠栅极绝缘层的低温多晶硅TFT的电特性)，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，第24卷，第8期，2003年8月。

发明内容

本发明的一个目的是改善薄膜晶体管的制造方法，并且提高薄膜晶体管(特别是其中的栅极绝缘层)的性能，例如减少有源层与栅极绝缘层之间的表面态影响，提高栅极绝缘层的介电强度，减小TFT器件的漏电流等。

本发明的另一个目的是提供一种性能得到改善的薄膜晶体管，以及包括该薄膜晶体管的显示器件。

为了实现上述目的，本发明首先提供一种制造薄膜晶体管的方法，包括下列步骤：提供衬底，形成有源层，形成栅极金属层以及形成源漏金属层，其中该方法还包括：在氧化气氛中加热所述有源层来形成第一栅极绝缘层。

本发明还提供一种薄膜晶体管，包括衬底、有源层、栅极金属层、第一栅极绝缘层和源漏金属层，其中所述第一栅极绝缘层的介电强度至少为8×10⁶ Vcm^-1。

根据本发明，优选在300℃-1200℃的温度范围内加热有源层，更优选在400℃-1000℃的温度范围内加热有源层。

优选的是，有源层为多晶硅层。氧化气氛包含氧或氮。可以在含氧的气氛中加热多晶硅层生成SiO₂，从而形成第一栅极绝缘层。也可以在含氮的气氛中加热多晶硅层生成SiN_x，从而形成第一栅极绝缘层。

优选的是，在含氧的气氛中，氧气含量大于98％，并且水含量小于10ppm(干法氧化工艺)。或者，氧气含量为大于97％，并且水含量为10-1000ppm(湿法氧化工艺)。优选的是，含氮的气氛含有N₂或NH₃。

在一个实施方案中，本发明的方法还包括通过CVD或溅射法在第一栅极绝缘层上形成第二栅极绝缘层。优选的是，第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层的总厚度为1-100nm。第二栅极绝缘层可以包含SiO₂或SiN_x。

根据本发明，栅极绝缘层的介电强度可以为至少8×10⁶V·cm^-1，优选为至少10×10⁶V cm^-1。此外，优选的是，栅极绝缘层的质量密度为2.0-3.5g·cm^-3。

根据本发明，能够形成致密的栅极绝缘层，减少栅极绝缘层的厚度和工艺时间，同时减少TFT器件的漏电流而提升器电学性能。因此，一方面，本发明减少了有源层与栅极绝缘层之间的表面态影响，另一方面，致密的栅极绝缘层有利于TFT器件的漏电流。