薄膜晶体管及其制备方法与流程

本公开涉及显示，尤其涉及薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术：

1、顶栅igzo器件是一种基于铟镓锌氧化物(igzo)材料的薄膜晶体管(tft)，广泛应用于现代显示屏(如oled、lcd)和柔性电子设备中。其核心优势在于igzo材料的高电子迁移率，相比传统非晶硅(a-si)器件能实现更高分辨率和更低功耗。

2、随着显示技术向微型化、高密度化方向演进，顶栅igzo tft的制造工艺也在不断优化。其中，离子注入技术因其无需复杂掩膜和金属沉积步骤的特点，被广泛用于源漏极的导体化工艺。该技术通过高能离子轰击选择性改变igzo局部区域的电学特性，直接形成低阻电极区域，不仅简化了制程步骤，还避免了传统刻蚀工艺可能带来的界面损伤，显著提升了器件的集成度和生产效率。然而，随着像素尺寸的持续微缩化，器件沟道长度也越来越小，这对工艺精度和材料稳定性提出了前所未有的挑战。

3、研究发现器件的电学性能会出现非预期性衰减，具体表现为栅极对导电沟道的控制能力显著下降，源漏极间的漏电流随工作时间延长而逐步增大，导致显示屏出现残影、亮度不均甚至功耗异常升高。降低了显示面板的可靠性。

技术实现思路

1、本公开旨在解决因离子扩散问题导致器件有效沟道长度减小的问题。

2、第一方面，本公开提供一种薄膜晶体管。薄膜晶体管包括，衬底、铟镓锌氧化物(igzo)有源层、栅绝缘层以及栅极。igzo有源层位于衬底的一侧。igzo有源层具有源极区、漏极区以及沟道。在平行于衬底的方向上，源极区位于沟道的一侧，漏极区位于沟道的另一侧。栅绝缘层覆盖于igzo有源层远离衬底的一侧表面上。栅极设于栅绝缘层远离igzo有源层的一侧，且栅极在衬底上的正投影位于栅绝缘层在衬底上的正投影内部。源极区和漏极区内注入有离子，源极区包括第一离子浓度区域和第二离子浓度区域，第二离子浓度区域更靠近沟道，第一离子浓度区域的离子浓度大于第二离子浓度区域的离子浓度；漏极区包括第三离子浓度区域和第四离子浓度区域，第四离子浓度区域更靠近沟道，第三离子浓度区域的离子浓度大于第四离子浓度区域的离子浓度。

3、在顶栅薄膜晶体管igzo tft中，离子注入工艺形成的源极区和漏极区常因横向扩散导致有效沟道长度缩减，这一问题的核心成因在于高浓度离子注入区域的扩散动力学行为。当对igzo有源层的源漏极区域进行单次高剂量离子注入时，高浓度离子在退火或器件工作过程中会沿横向(即沟道方向)扩散，侵入预设的沟道区域。根据菲克第二定律，扩散速率与浓度梯度成正比，若注入区域与沟道直接相邻，高浓度区域的离子会优先向低浓度的沟道方向迁移，导致源极和漏极之间的有效沟道长度缩短。例如，当设计沟道长度为1μm时，单次注入可能因横向扩散使有效沟道缩短至0.7μm，直接造成栅极电场对沟道的控制力下降，漏电流上升，开关比降低，最终导致显示屏出现残影或功耗异常。

4、针对上述问题，本公开提出的技术方案通过在源极区和漏极区构建梯度离子浓度分布，具体表现为：在靠近沟道的区域(第二离子浓度区域和第四离子浓度区域)采用低浓度掺杂，远离沟道的区域(第一离子浓度区域和第三离子浓度区域)采用高浓度掺杂。这一设计的核心在于利用浓度梯度的扩散方向调控机制。根据扩散动力学原理，离子在退火过程中会从高浓度区域向低浓度区域迁移，而浓度梯度的分布变化可以为离子扩散过程提供缓冲。通过抑制横向扩散速度，有效沟道长度的损失被显著压缩。以设计沟道长度1μm为例，若单次注入导致横向扩散0.3μm，而梯度注入方案将横向扩散降至0.1μm以下，则有效沟道长度可维持在0.9μm。

5、在一示例性实施例中，在衬底上，第二离子浓度区域的正投影位于第一离子浓度区域的正投影与沟道的正投影之间。在衬底上，第四离子浓度区域的正投影位于第三离子浓度区域的正投影与沟道的正投影之间。

6、在一示例性实施例中，第二离子浓度区域的离子浓度和第四离子浓度区域的离子浓度相同。第一离子浓度区域的离子浓度和第三离子浓度区域的离子浓度相同。

7、在一示例性实施例中，第二离子浓度区域在衬底上的正投影面积和第四离子浓度区域在衬底上的正投影面积相同。第一离子浓度区域在衬底上的正投影面积和第三离子浓度区域在衬底上的正投影面积相同。

8、在一示例性实施例中，薄膜晶体管还包括设于衬底与igzo有源层之间的水氧隔离层。

9、优选地，水氧隔离层为氧化铝和/或氧化硅。

10、优选地，离子包括ar离子、b离子、f离子、h离子以及p离子中的至少一种。

11、第二方面，本公开还提供一种薄膜晶体管的制备方法。该制备方法包括：

12、提供衬底层。

13、在衬底的一侧设置igzo有源层。

14、向igzo有源层的第一区域中注入离子以形成源极区并向igzo有源层的第二区域中注入离子以形成漏极区。位于第一区域和第二区域之间的第三区域构成位于源极区和漏极区之间的沟道。源极区包括第一离子浓度区域和第二离子浓度区域。第二离子浓度区域更靠近沟道。第一离子浓度区域的离子浓度大于第二离子浓度区域的离子浓度。漏极区包括第三离子浓度区域和第四离子浓度区域。第四离子浓度区域更靠近沟道。第三离子浓度区域的离子浓度大于第四离子浓度区域的离子浓度。

15、在igzo有源层远离衬底的一侧设置栅绝缘层。

16、在栅绝缘层远离igzo有源层的一侧设置栅极。栅极在衬底上的正投影位于栅绝缘层在衬底上的正投影内部。

17、在一示例性实施例中，向igzo有源层的第一区域中注入离子以形成源极区并向igzo有源层的第二区域中注入离子以形成漏极区，包括：

18、执行第一次离子注入工序，向第一区域和第二区域中注入离子。

19、执行第二次离子注入工序，再次向第一区域和第二区域中注入离子，以形成源极区和漏极区。

20、在一示例性实施例中，第一次离子注入工序的离子注入方向与衬底所在平面之间具有第一夹角，第二次离子注入工序的离子注入方向与衬底所在平面之间具有第二夹角，其中，第一夹角和第二夹角中的一者小于90度，且另一者大于90度。

21、在一示例性实施例中，第一次离子注入工序的离子注入方向与第二次离子注入工序的离子注入方向之间的夹角大于等于45度且小于等于135度。

22、在一示例性实施例中，第一次离子注入工序的注入时间与第二次离子注入工序的注入时间不同，和/或，第一次离子注入工序的注入功率与第二次离子注入工序的注入功率不同。

1.一种薄膜晶体管，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，在所述衬底上，所述第二离子浓度区域的正投影位于所述第一离子浓度区域的正投影与所述沟道的正投影之间，和在所述衬底上，所述第四离子浓度区域的正投影位于所述第三离子浓度区域的正投影与所述沟道的正投影之间。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第二离子浓度区域的离子浓度和所述第四离子浓度区域的离子浓度相同，所述第一离子浓度区域的离子浓度和所述第三离子浓度区域的离子浓度相同。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述第二离子浓度区域在所述衬底上的正投影面积和所述第四离子浓度区域在所述衬底上的正投影面积相同，和/或，所述第一离子浓度区域在所述衬底上的正投影面积和所述第三离子浓度区域在所述衬底上的正投影面积相同。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括设于所述衬底与所述igzo有源层之间的水氧隔离层，

6.一种制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述向所述igzo有源层的第一区域中注入离子以形成源极区并向所述igzo有源层的第二区域中注入离子以形成漏极区，包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一次离子注入工序的离子注入方向与所述衬底所在平面之间具有第一夹角，所述第二次离子注入工序的离子注入方向与所述衬底所在平面之间具有第二夹角，其中，所述第一夹角和所述第二夹角中的一者小于90度，且另一者大于90度。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一次离子注入工序的离子注入方向与所述第二次离子注入工序的离子注入方向之间的夹角大于等于45度且小于等于135度。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一次离子注入工序的注入时间与所述第二次离子注入工序的注入时间不同，和/或，所述第一次离子注入工序的注入功率与所述第二次离子注入工序的注入功率不同。