金属氧化物薄膜晶体管、阵列基板及显示装置

本公开属于显示技术领域，具体涉及一种金属氧化物薄膜晶体管、阵列基板及显示装置。

金属氧化物薄膜晶体管由于其更高的迁移率，在高端显示市场份额逐步提升，金属氧化物技术也被认为取代现有低温多晶硅技术最可能的实现方式。随着显示产品的升级换代，超高迁移率(迁移率大于25cm

然而，随着金属氧化物薄膜晶体管中金属氧化物的载流子迁移率的提升，金属氧化物薄膜晶体管对稳定性的要求也越来越高。为了提升高迁材料金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，不同制备工艺的使用也越来越多，对栅极绝缘层、钝化层的补氧阻氢能力提出更高的要求。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种金属氧化物薄膜晶体管、阵列基板及显示装置。

第一方面，本公开实施例提供了一种金属氧化物薄膜晶体管，其中，包括：基底、位于所述基底上的金属氧化物半导体层；所述金属氧化物半导体层的霍尔迁移率大于或等于25cm

所述栅极绝缘层包括：叠层设置的第一氮化硅层、第二氮化硅层和第一氧化硅层；其中，所述第一氧化硅层与所述金属氧化物半导体层接触，所述 第二氮化硅层的两个表面分别与所述第一氮化硅层和所述第一氮化硅层接触；

所述第二氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量小于所述第一氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量的30％。

可选地，所述第一氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量为6.8×10

所述第二氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量为2.2×10

可选地，所述第一氧化硅层中至少部分区域的氢原子含量小于所述第二氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量的10％。

可选地，所述第一氧化硅层中至少部分区域的氢原子含量为2.2×10

可选地，所述第二氮化硅层的厚度小于所述第一氮化硅层的厚度的40％；

所述第一氧化硅层的厚度小于所述第二氮化硅层的厚度的60％。

可选地，所述第一氮化硅层的厚度为150纳米至300纳米；

所述第二氮化硅层的厚度为50纳米至180纳米；

所述第一氧化硅层的厚度为30纳米至150纳米。

可选地，所述第一氧化硅层中至少部分区域的氧原子与硅原子的摩尔比为2.0至3.0。

可选地，所述第一氧化硅层中至少部分区域的氧原子的原子百分比为60％至70％；

所述第一氧化硅层中至少部分区域的硅原子的原子百分比为20％至30％。

可选地，所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层中至少部分区域的氮原 子与硅原子的摩尔比均为0.8至1.0。

可选地，所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层中至少部分区域的氮原子的原子百分比均为40％至50％；

所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层中至少部分区域的硅原子的原子百分子均为40％至50％。

可选地，所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层中至少部分区域的氧原子的原子百分比均为2.0％至5.0％。

可选地，金属氧化物薄膜晶体管还包括：位于所述金属氧化物半导体层上的源极和漏极、及位于所述源极和所述漏极上的第一钝化层；

所述第一钝化层包括：叠层设置的第二氧化硅层和第三氮化硅层；所述第二氧化硅层与所述金属氧化物半导体层、所述源极和所述漏极接触；所述第三氮化硅层与所述第二氧化硅层接触；

所述第三氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量小于所述第一氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量的30％。

可选地，金属氧化物薄膜晶体管还包括：位于所述第一钝化层上的第二钝化层；

所述第二钝化层包括：第四氮化硅层；

所述第四氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量小于所述第一氮化硅层中至少部分区域的氢原子含量的30％。

可选地，金属氧化物薄膜晶体管还包括：位于所述第一钝化层和所述第二钝化层之间的有机绝缘层。

可选地，所述金属氧化物层包括：第一金属氧化物半导体层或叠层设置的第一金属氧化物半导体层和第二金属氧化物半导体层；

所述第二金属氧化物半导体层的霍尔迁移率为所述第一金属氧化物半导体层的霍尔迁移率的50％至60％。

可选地，所述第二金属氧化物半导体层的厚度为所述第一金属氧化物半导体层厚度的1倍至5倍。

第二方面，本公开实施例提供了一种阵列基板，其中，包括如上述提供的金属氧化物薄膜晶体管。

第三方面，本公开实施例提供了一种显示装置，其中，包括如上述提供的金属氧化物薄膜晶体管或上述提供的阵列基板。

图1为本公开至少一个实施例提供的一种金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图；

图2为本公开至少一个实施例提供的另一种金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图；

图3为本公开至少一个实施例提供的又一种金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图；

图4为本公开至少一个实施例提供的再一种金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图。

为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而 不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

金属氧化物薄膜晶体管作为一种新型的薄膜晶体管，其可以应用于液晶显示面板(Liquid Crystal Display，LCD)，有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示面板，迷你发光二极管(Mini Light-Emitting Diode)背光源或显示面板，量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes，QLED)显示面板等技术中。

目前的金属氧化物薄膜晶体管的较高迁移率主要由其中的金属氧化物半导体层的材料特性决定的，以金属氧化物薄膜晶体管中的金属氧化物为铟镓锌氧化物IGZO为例，其中的氧(O)元素与金属元素铟(In)、镓(Ga)锌(Zn)可以形成化合物，并根据化学键成键情况提供或陷落载流子(氧空位)。其中，铟(In)可以提供电子传输路径，使得IGZO具有较高的迁移率。镓(Ga)具有高离化能，可以抑制电子迁移率，抑制氧空位的形成以及产生新的移动电子。锌(Zn)可以作为稳定剂，具有可以结合氧离子的强化学键，可以构成稳定的四面体结构，以形成较为稳定的非晶晶界。由金属氧化物半导体层中的IGZO中的各个元素的特性可以看出，IGZO构成的金属氧化物薄膜晶体管可以具有较高的迁移率。

在金属氧化物薄膜晶体管中，除了金属氧化物半导体层，还一般设置有栅极、栅极绝缘层、源极、漏极、钝化层等膜层结构，为了提升高迁材料金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，其中的栅极绝缘层和钝化层等膜层需要具有较强的补氧阻氢能力，以避免氢原子对金属氧化物层造成损坏，然而，目前的金属氧化物薄膜晶体管中的栅极绝缘层、钝化层的补氧阻氢能力较低，容易影响金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，降低金属氧化物薄膜晶体管的寿 命。

为了至少解决上述的技术问题之一，本公开实施例提供了一种金属氧化物薄膜晶体管、阵列基板及显示装置，下面将结合附图和具体实施方式对比公开提供的金属氧化物薄膜晶体管、阵列基板及显示装置进行进一步详细描述。

图1为本公开至少一个实施例提供的一种金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图，如图1所示，该薄膜晶体管包括：基底101、位于基底101上的金属氧化物半导体层102；金属氧化物半导体层102的霍尔迁移率大于或等于25cm

基底101可以采用玻璃等刚性材料制成，可以提高基底101对其上的其他膜层的承载能力。当然，基底101还可以采用聚酰亚胺(polyimide，PI)等柔性材料制成，可以提高金属氧化物薄膜晶体管整体的抗弯折、抗拉伸性能，避免在弯折、拉伸、扭曲过程中产生的应力使得基底101发生断裂，造成断路不良。在实际应用中，可以根据实际需要，合理选择基底101的材料，以保证金属氧化物薄膜晶体管具有良好的性能。

半导体金属氧化物层102可以采用铟镓锌氧化物(IGZO)，铟镓锡氧化物(IGTO)，铟锌氧化物(IZO)，铟锡氧化物(ITO)以及铟锡锌氧化物(ITZO)中的至少一种材料制成，其均为具有较高迁移率的金属氧化物，以保证金属氧化物薄膜晶体管整体具有较高的迁移率。在本公开实施例中，将以半导体 金属氧化物层102的材料为IGZO为例进行说明，其霍尔迁移率大于或等于25cm

栅极103可以采用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、铝(Al)、钼(Mo)以及铬(Cr)中的至少一种材料制成，其可以形成由单一材料制成的单层结构，例如，栅极103为铝(Al)构成的单层结构，当然，其也可以形成有多重不同材料制成的多层结构，例如，钼(Mo)、铝(Al)、钼(Mo)构成的三层结构。栅极103可以在输入控制信号时，使得金属氧化物半导体层102导体化，以输入数据信号、复位信号、初始化信号等。可以理解的是，在基底101与栅极103之间还可以设置有缓冲层、阻挡层等其他膜层，其可以防止水氧等有基底101一侧侵入至金属氧化物半导体层103中，可以采用相关技术中的工艺及材料制成，在此不在赘述。

栅极绝缘层104可以为多层结构，例如由第一氮化硅层1041、第二氮化硅层1042和第一氧化硅层1043构成的三层结构，第一氧化硅层1043可以与金属氧化物半导体层102直接接触，第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042直接接触，并且第二氮化硅层1042与第一氧化硅层1043直接接触。

第一氧化硅层1043可以直接对金属氧化物半导体层102进行保护，然而由于第一氧化硅层1043的材料特性，其质地较脆，一般需要配合氮化硅层使用，以增加栅极绝缘层104整体的柔性，避免在应用过程中栅极绝缘层104发生断裂使得金属氧化物半导体层102与栅极103之间发生短路，影响金属氧化物薄膜晶体管的性能。

由于栅极绝缘层104中各个膜层的材料及制备工艺的限制，其中的各个膜层中均或多或少的残留有氢原子，第一氮化硅层1041可以利用反应气体，采用化学气相沉积的方式形成，其可以增加栅极绝缘层104整体的柔性，然而在制备过程中，第一氮化硅层1041中容易残留有大量的氢原子。

为了避免第一氮化硅层1041中的氢原子侵入金属氧化物半导体层102 并对金属氧化物半导体层102造成损坏，第一氮化硅层1041与第一氧化硅层1043之间还设置有第二氮化硅层1042，第二氮化硅层1042可以利用基本不含有氢原子的反应气体，采用化学气象沉积的方式形成。其中，第二氮化硅层1042中至少部分区域的氢原子含量小于第一氮化硅层1041中至少部分区域的氢原子含量的30％。在实际应用中，具体可以利用三硅胺和氮气等基本不含有氢原子的反应气体，来制备第二氮化硅层1042，以避免第二氮化硅层1042中残留有较高含量的氢原子，从而避免氢原子对金属氧化物半导体层102的损坏，进而可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，同时可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的寿命。

同时，三层结构的栅极绝缘层104可以采用同一掩膜板制成，在制备过程中不会增加掩膜及刻蚀工艺，不会增加工艺步骤，从而不增加制备成本。可以理解的是，栅极绝缘层104还可以采用四层、五层等其他数量的结构来形成，其实现原理与上述类似，在此不再赘述。

在一些实施例中，第一氮化硅层1041中至少部分区域的氢原子含量为6.8×10

第二氮化硅层1042中至少部分区域的氢原子含量要远远小于第一氮化硅层1041中至少部分区域的氢原子含量，其中，第二氮化硅层1042中至少部分区域的氢原子含量一般为10

在一些实施例中，第一氧化硅层1043中至少部分区域的氢原子含量小于第二氮化硅层1042中至少部分区域的氢原子含量的10％。

在实际应用中，可以利用甲硅烷和一氧化二氮，采用化学气象沉积的方式形成第一氧化硅层1043，上述的反应气体甲硅烷和一氧化二氮中不含有氢原子，在制备过程中，也基本不会引入氢离子，所形成的的第一氧化硅层1043中至少部分区域的氢原子含量小于第二氮化硅层1042中至少部分区域的氢原子含量，由上述可知，第二氮化硅层1042中至少部分区域的氢原子含量本身就较少，因此所形成的第一氧化硅层1043中至少部分区域的氢原子含量更少乃至几乎为零，从而可以进一步避免第一氮化硅层1041中大量的氢原子传导至金属氧化物半导体层102中对其造成损坏，进而可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，同时可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的寿命。具体地，第一氧化硅层1043中至少部分区域的氢原子含量可以为2.2×10

在一些实施例中，第二氮化硅层1042的厚度小于第一氮化硅层1041的厚度的40％；第一氧化硅层1043的厚度小于第二氮化硅层1042的厚度的60％。

金属氧化物薄膜晶体管中的第一氮化硅层1041的厚度较厚，其可以缓解整个栅极绝缘层104的柔性，避免栅极绝缘层104断裂，造成金属氧化物层102与栅极103之间发生短路，影响金属氧化物薄膜晶体管的性能。第二氮化硅层1042的厚度较第一氮化硅层1041的厚度较小，第二氮化硅层1042中的氢原子含量较低，其可以避免第一氮化硅层1041中大量的氢原子传导至金属氧化物半导体层102中对其造成损坏，进而可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，同时可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的寿命。第 一氧化硅层1043的厚度较第二氮化硅层1042的厚度较小，其与金属氧化物半导体层102直接接触，可以对金属氧化物半导体层102进行保护，避免氢原子对金属氧化物半导体层102造成损坏，同时可以避免整体栅极绝缘层104的厚度过大，影响金属氧化物薄膜晶体管的性能。具体地，第一氮化硅层1041的厚度为150纳米至300纳米；第二氮化硅层1042的厚度为50纳米至180纳米；第一氧化硅层1043的厚度为30纳米至150纳米。优选地，本公开实施例提供的金属氧化物薄膜晶体管中，第一氮化硅层1041的厚度可以为218.4纳米，第二氮化硅层1042的厚度可以为88.45纳米，第一氧化硅层1043的厚度可以为52.88纳米。可以理解的是，栅极绝缘层104中的各个膜层的厚度还可以根据实际需要进行设置，在此不再一一列举。

在此需要说明的是，金属氧化物半导体层102的厚度为2纳米至70纳米。若金属氧化物半导体层102的厚度过小，其霍尔迁移率不能满足高迁移率的需要，若金属氧化物半导体层102的厚度过大，其容易导体化，影响金属氧化物薄膜晶体管的性能。优选地，本公开实施例提供的金属氧化物薄膜晶体管中的金属氧化物半导体层102的厚度可以为10纳米。可以理解的是，还可以根据金属氧化物半导体层102材料的不同，合理设置其厚度，在此不再一一列举。

在一些实施例中，第一氧化硅层1043中至少部分区域的氧原子与硅原子的摩尔比为2.0至3.0。

第一氧化硅层1043中至少部分区域的氧原子的含量较大，其中的氧原子可以传导至金属氧化物半导体层102中，以对金属氧化物半导体层102进行补氧，避免在制备及应用过程中金属氧化物半导体层102氧原子缺失而导体化，影响金属氧化物薄膜晶体管的性能，从而可以提高金属氧化物薄膜晶体管的性能，提高整体金属氧化物薄膜晶体管的寿命。具体地，第一氧化硅层1043中至少部分区域的氧原子的原子百分比为60％至70％；第一氧化硅 层中至少部分区域的硅原子的原子百分比为20％至30％。优选地，第一氧化硅层1043中至少部分区域的氧原子与硅原子的摩尔比可以为2.18，例如，第一氧化硅层1043中的氧原子的百分比为67.23％，硅原子的百分比为30.74％，以保证较强的补氧能力。

在一些实施例中，第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042中至少部分区域的氮原子与硅原子的摩尔比均为0.8至1.0。

第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042中至少部分区域的氮原子和硅原子的含量比较接近，具体地，第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042中至少部分区域的氮原子的原子百分比均为40％至50％；第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042中至少部分区域的硅原子的原子百分子均为40％至50％。优选地，第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042中的氮原子含量可以为48.35％，硅原子的含量可以为47.2％，以保证第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042具有良好的绝缘性能及良好的柔性。

在一些实施例中，第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042中至少部分区域的氧原子的原子百分比均为2.0％至5.0％。

第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042中含有少量的氧原子，具体地，第一氮化硅层1041和第二氮化硅层1042中的氧原子的含量可以为4.45％，其可以在一定程度上为金属氧化物半导体层102进行补氧，以保证金属氧化物薄膜晶体管的性能稳定。

在一些实施例中，金属氧化物薄膜晶体管还包括：位于金属氧化物半导体层102上的源极105和漏极106、及位于源极105和漏极106上的第一钝化层107；第一钝化层107包括：叠层设置的第二氧化硅层1071和第三氮化硅层1072；第二氧化硅层1071与金属氧化物半导体层102、源极105和漏极106接触；第三氮化硅层1072与第二氧化硅层1071接触；第三氮化硅层1072中至少部分区域的氢原子含量小于第一氮化硅层1041中至少部分区域 的氢原子含量的30％。

金属氧化物薄膜晶体管的源极105和漏极106可以在金属氧化物半导体层102上，源极105和漏极106可以与金属氧化物半导体层102的部分区域相连接，在栅极103输入控制信号时，源极105和漏极106可以通过金属氧化物半导体层102导通，实现金属氧化物薄膜晶体管的控制功能。第一钝化层107可以覆盖金属氧化物半导体层102、源极105和漏极106，其中，第一钝化层107中的第二氧化硅层1071可以与金属氧化物半导体层102直接接触，第三氮化硅层1072与第二氧化硅层1071接触，第二氧化硅层1071可以对金属氧化物层102进行保护。同时第三氮化硅层1072中氢原子含量较低，可以避免氢原子传导至金属氧化物半导体层102中对其造成损坏，进而可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，同时可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的寿命。在此需要说明的是，第一钝化层107中的第三氮化硅层1072的材料、厚度等参数可以与栅极绝缘层104中的第二氮化硅层1042的材料、厚度等参数相同，以降低工艺难度，节约制备成本。

在一些实施例中，图2为本公开至少一个实施例提供的另一种金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图，如图2所示，金属氧化物薄膜晶体管还包括：位于第一钝化层107上的第二钝化层108；第二钝化层108包括：第四氮化硅层1081；第四氮化硅层1081中至少部分区域的氢原子含量小于第一氮化硅层1041中至少部分区域的氢原子含量的30％。

在本公开实施例中，金属氧化物薄膜晶体管中可以包括双层钝化层，即第一钝化层107和第二钝化层108，第二钝化层108中的第四氮化硅层1081中氢原子含量较低，可以避免氢原子传导至金属氧化物半导体层102中对其造成损坏，进而可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，同时可以提高整体金属氧化物薄膜晶体管的寿命。在此需要说明的是，第二钝化层108中的第四氮化硅层1081的材料、厚度等参数可以与栅极绝缘层104中的第 二氮化硅层1042的材料、厚度等参数相同，以降低工艺难度，节约制备成本。

在一些实施例中，如图2所示，金属氧化物薄膜晶体管还包括：位于第一钝化层107和第二钝化层108之间的有机绝缘层109。

有机绝缘层109具有较强的柔性，其可以提高第一钝化层107和第二钝化层108中各个膜层的柔性，避免在应用过程中第一钝化层107和第二钝化层108中各个膜层发生断裂，从而可以提高金属氧化物薄膜晶体管的性能。

在一些实施例中，图3为本公开至少一个实施例提供的又一种金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图，图4为本公开至少一个实施例提供的再一种金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图，如图3和图4所示，金属氧化物层102包括：第一金属氧化物半导体层1021(图1和图2中示出的金属氧化物薄膜晶体管中的金属氧化物半导体层102为单层设置，仅包括一层第一金属氧化物半导体层1021)或叠层设置的第一金属氧化物半导体层1021和第二金属氧化物半导体层1022；第二金属氧化物半导体层1022的霍尔迁移率为第一金属氧化物半导体层1021的霍尔迁移率的50％至60％。

金属氧化物薄膜晶体管中的金属氧化物半导体层102可以为单层结构也可以为双层结构，其中，第一金属氧化物半导体层1021的霍尔迁移率大于或等于25cm

在一些实施例中，第二金属氧化物半导体层1022的厚度为第一金属氧 化物半导体层1021厚度的1倍至5倍。

第二金属氧化物半导体层1022可以对第一金属氧化物半导体层1021进行有效保护，并且第二金属氧化物半导体层1022的厚度较第一金属氧化物半导体层1021的厚度较大，以对其下层的第一金属氧化物半导体层1021进行有效保护，避免光照、水氧等对第一金属氧化物半导体层1021的影响，从而可以提高金属氧化物薄膜晶体管的稳定性，提高金属氧化物薄膜晶体管的寿命。

本公开实施例还提供了一种阵列基板，该阵列基板包括如上述任一实施例提供的金属氧化物薄膜晶体管，其实现原理及有益效果与上述的阵列基板及金属氧化物薄膜晶体管的实现原理及有益效果相同，在此不再进行赘述。

本公开实施例还提供了一种显示装置，该显示装置包括如上述任一实施例提供的金属氧化物薄膜晶体管或如上述任一实施例提供的阵列基板。该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件，其实现原理及有益效果与上述的金属氧化物薄膜晶体管及阵列基板的实现原理及有益效果相同，在此不再进行赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。