阵列基板及其制备方法、显示器件技术领域
本发明涉及显示技术领域,特别是涉及一种阵列基板及其制备方
法、显示器件。
背景技术
低温多晶硅(LTPS)拥有更高的电子迁移率,被认为是最佳的
有源矩阵液晶显示器(AMLCD)和AMOLED的背板技术,现有技
术中多采用固相结晶法(SPC)或准分子激光晶化(ELA)技术,来
制造多晶硅薄膜晶体管(TFT)。但是,SPC方法所需结晶温度相当
高(>600℃),致使其成本高、不宜于大面积化;ELA技术虽结晶温
度较低,但所需设备昂贵,受制于激光束尺寸,不利于大面积化量产。
目前也已有许多晶化技术被开发研究,用以克服上述弊病,其中
微晶硅(uc-Si)技术具有高迁移率、高稳定性、成本低等特点,可作
为AMLCD和AMOLED的背板技术。无论采用顶栅还是底栅结构,
最大的缺陷是用PECVD方法形成的微晶硅,晶粒尺寸非常小,载流
子迁移率低,TFT的电学性能及可靠性欠佳。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何实现基于微晶硅技术的
AMLCD和AMOLED中薄膜晶体管具有高的电学性能和可靠性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种阵列基板的制备方法,
所述阵列基板中的有源层为微晶硅薄膜层,所述微晶硅薄膜层的形成
过程为:在基板上连续形成非晶硅薄膜层和金属薄膜层,通过构图工
艺制得由所述金属薄膜层形成的热传导层,然后进行激光晶化工艺,
使所述热传导层正下方的非晶硅薄膜层成为微晶硅薄膜层,再将所述
热传导层去除。
基于上述微晶硅薄膜层形成过程的阵列基板的制备方法,其一种
方案具体为:将所述微晶硅薄膜层的形成过程记为步骤2,所述金属
薄膜层记为第三金属薄膜层,所述构图工艺记为第二次构图工艺;
所述步骤2之前还包括步骤1:在基板上连续形成第一金属薄膜
层和第二金属薄膜层,通过第一次构图工艺制得由所述第一金属薄膜
层形成的栅电极,以及由所述第一金属薄膜层和第二金属薄膜层重叠
形成的栅线;
步骤2中还包括:在步骤1形成的基板上,在形成所述非晶硅薄
膜层之前形成第一绝缘层,在所述非晶硅薄膜层和第三金属薄膜层之
间形成第二绝缘层;
所述步骤2之后还包括步骤3:在步骤2形成的基板上,通过第
三次构图工艺制得由所述第二绝缘层形成的扩散阻挡层,所述扩散阻
挡层位于所述微晶硅薄膜层上方;
步骤4:在步骤3形成的基板上依次制得源电极、漏电极、钝化
层和像素电极。
其中,所述第一金属薄膜层为高熔点金属;所述第二金属薄膜层
为高电导率金属。
其中,所述第一绝缘层、非晶硅薄膜层和第二绝缘层通过增强型
化学气相沉积形成;所述第三金属薄膜层通过溅射方法形成。
其中,所述第一绝缘层为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅,其厚度为
200nm~400nm;所述第二绝缘层为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅,其厚
度为50nm~100nm;所述第三金属薄膜层为钼单质、钛单质、钼合金
或钛合金。
其中,所述步骤4具体包括:
步骤41:在步骤3形成的基板上连续形成欧姆接触层和第四金
属薄膜层,通过第四次构图工艺,形成源电极和漏电极;所述第四次
构图工艺中使用半色调掩膜板;
步骤42:在步骤41形成的基板上形成钝化层,通过第五次构图
工艺,制备过孔;
步骤43:在步骤42形成的基板上形成第五金属薄膜层,通过第
六次构图工艺,形成像素电极,所述像素电极通过过孔与源电极或漏
电极相连。
其中,所述欧姆接触层为N+型掺杂非晶硅或P+型掺杂非晶硅;
所述第四金属薄膜层为钼单质、钛单质、钼合金或钛合金;所述钝化
层为氮化硅;所述第五金属薄膜层为铟锡氧化物。
基于上述微晶硅薄膜层形成过程的阵列基板的制备方法,其另一
种方案具体为:所述微晶硅薄膜层的形成过程之前,在基板上形成有
缓冲层;所述微晶硅薄膜层的形成过程之后,基板上依次形成第一绝
缘层、栅电极、层间绝缘层、源电极和漏电极、钝化层和像素电极。
其中,所述缓冲层为氮化硅单层、氧化硅单层或氮化硅与氧化硅
的复合层。
其中,所述激光晶化工艺为红外激光晶化,相比ELA其成本更
低。
本发明还提供了一种阵列基板,所述阵列基板通过上述任一制备
方法制得。
本发明进一步提供了一种显示器件,所述显示器件包括上述阵列
基板。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的阵列基板的制备方法中,用激光晶化工艺
通过热传导层对非晶硅实现晶化,具有成本低,稳定性高、均匀性高
的特点;微晶硅形成的薄膜晶体管具有高迁移率、高稳定性等特点;
其中,用高熔点金属制作栅电极,用高电导率金属制作栅线,用高熔
点金属层制作激光热传导层,并选择性晶化,避免了栅线金属受到高
温损伤。
附图说明
图1是本发明实施例1中形成栅电极和栅线的第一次构图工艺过
程的示意图;
图2是本发明实施例1中形成热传导层和微晶硅薄膜层的第二次
构图工艺过程的示意图;
图3是本发明实施例1中形成扩散阻挡层、欧姆接触层和电极金属
层的第三次构图工艺过程的示意图;
图4是本发明实施例1中形成源电极和漏电极的第四次构图工艺
过程的示意图;
图5是本发明实施例1中形成过孔的第五次构图工艺过程的示意
图;
图6是本发明实施例1中形成像素电极的第六次构图工艺过程的
示意图;
图7是本发明实施例2中形成热传导层和微晶硅薄膜层的过程示
意图;
图8是本发明实施例2中形成顶栅型薄膜晶体管的过程示意图。
其中,100-基板,101-缓冲层,110-第一金属薄膜层,120-第二
金属薄膜层,130-第一光刻胶,210-栅电极,220-栅线,230-第二光
刻胶,300-第一绝缘层,320-层间绝缘层,410-非晶硅薄膜层,420-
微晶硅薄膜层,500-第二绝缘层,510-扩散阻挡层,600-第三金属薄
膜层,610-热传导层,700-欧姆接触层,800-第四金属薄膜层,810-
源电极,820-漏电极,830-沟道区,910-钝化层,920-过孔,930-像素
电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细
描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明基于微晶硅技术来进行AMLCD和AMOLED的背板制
作,以降低背板的成本,提高由非晶硅晶化形成微晶硅的稳定性和颗
粒均匀性。
作为本发明的第一个技术方案,所述阵列基板的制备方法包括:
所述阵列基板中的有源层为微晶硅薄膜层,所述微晶硅薄膜层的
形成过程为:在基板上连续形成非晶硅薄膜层和金属薄膜层,通过构
图工艺制得由所述金属薄膜层形成的热传导层,然后进行激光晶化工
艺,使所述热传导层正下方的非晶硅薄膜层成为微晶硅薄膜层,再将
所述热传导层去除。
该方案所提供的阵列基板的制备方法,用激光晶化工艺通过热传
导层对非晶硅实现晶化,具有成本低,稳定性高、均匀性高的特点;
微晶硅形成的薄膜晶体管具有高迁移率、高稳定性等特点。
作为本发明的第二个技术方案,在第一个技术方案的基础上,所
述制备方法具体为:将所述微晶硅薄膜层的形成过程记为步骤2,所
述金属薄膜层记为第三金属薄膜层,所述构图工艺记为第二次构图工
艺;
所述步骤2之前还包括步骤1:在基板上连续形成第一金属薄膜
层和第二金属薄膜层,通过第一次构图工艺制得由所述第一金属薄膜
层形成的栅电极,以及由所述第一金属薄膜层和第二金属薄膜层重叠
形成的栅线;
步骤2中还包括:在步骤1形成的基板上,在形成所述非晶硅薄
膜层之前形成第一绝缘层,在所述非晶硅薄膜层和第三金属薄膜层之
间形成第二绝缘层;
所述步骤2之后还包括步骤3:在步骤2形成的基板上,通过第
三次构图工艺制得由所述第二绝缘层形成的扩散阻挡层,所述扩散阻
挡层位于所述微晶硅薄膜层上方;
步骤4:在步骤3形成的基板上依次制得源电极、漏电极、钝化
层和像素电极。
作为本发明的第三个技术方案,在上述任一技术方案的基础上,
本技术方案增加新的技术特征,即所述第一金属薄膜层为高熔点金
属;所述第二金属薄膜层为高电导率金属。用高熔点金属制作栅电极,
用高电导率金属制作栅线,用高熔点金属层制作激光热传导层,并选
择性晶化,避免了栅线金属受到高温损伤。
作为本发明的第四个技术方案,在上述任一技术方案的基础上,
本技术方案增加新的技术特征,所述第一绝缘层、非晶硅薄膜层和第
二绝缘层通过增强型化学气相沉积形成;所述第三金属薄膜层通过溅
射方法形成。。
作为本发明的第五个技术方案,在上述任一技术方案的基础上,
本技术方案增加新的技术特征,所述第一绝缘层为氮化硅、氧化硅或
氮氧化硅,其厚度为200nm~400nm;所述第二绝缘层为氮化硅、氧
化硅或氮氧化硅,其厚度为50nm~100nm;所述第三金属薄膜层为钼
单质、钛单质、钼合金或钛合金。以满足第一绝缘层作为栅电极绝缘
层、第二绝缘层作为扩散阻挡层、第三金属薄膜层作为热传导层的需
要。
作为本发明的第六个技术方案,在上述任一技术方案的基础上,
本技术方案增加新的技术特征,制备源电极、漏电极和像素电极等结
构,所述步骤4具体包括:
步骤41:在步骤3形成的基板上连续形成欧姆接触层和第四金
属薄膜层,通过第四次构图工艺,形成源电极和漏电极;所述第四次
构图工艺中使用半色调掩膜板;
步骤42:在步骤41形成的基板上形成钝化层,通过第五次构图
工艺,制备过孔;
步骤43:在步骤42形成的基板上形成第五金属薄膜层,通过第
六次构图工艺,形成像素电极,所述像素电极通过过孔与源电极或漏
电极相连。
作为本发明的第七个技术方案,在上述任一技术方案的基础上,
本技术方案增加新的技术特征,所述欧姆接触层为N+型掺杂非晶硅
或P+型掺杂非晶硅;所述第四金属薄膜层为钼单质、钛单质、钼合
金或钛合金;所述钝化层为氮化硅;所述第五金属薄膜层为铟锡氧化
物。该方案中针对不同的薄膜层选用最佳的材料,以使该薄膜层实现
最佳的效果。
作为本发明的第八个技术方案,在上述任一技术方案的基础上,
本技术方案增加新的技术特征,所述微晶硅薄膜层的形成过程之前,
在基板上形成有缓冲层;所述微晶硅薄膜层的形成过程之后,基板上
依次形成第一绝缘层、栅电极、层间绝缘层、源电极、漏电极、钝化
层和像素电极。该技术方案对应顶栅型微晶硅阵列基板的制作方法。
作为本发明的第九个技术方案,在上述技术方案的基础上,本技
术方案增加新的技术特征,所述缓冲层为氮化硅单层、氧化硅单层或
氮化硅与氧化硅的复合层。能够提高该缓冲层与上下层结构之间的连
接强度。
作为本发明的第十个技术方案,在上述任一技术方案的基础上,
本技术方案增加新的技术特征,所述激光晶化工艺为红外激光晶化。
与ELA相比,其成本更低。
本发明还提供了保护阵列基板的技术方案,该技术方案基于上述
十个技术方案中的任一个来形成。
本发明进一步提供了保护显示器件的技术方案,该技术方案基于
上述阵列基板来形成。基于上述技术方案,本发明提供四个较佳的实
施例对上述方案进行详细的描述,以下实施例的编号不代表优劣。
实施例1
本实施例所提供的阵列基板的制备方法,是基于底栅型薄膜晶体
管的结构提出的,首先在基板上依次沉积两层金属薄膜,由第一次半
色调掩膜形成栅电极和栅线;紧接依次沉积栅绝缘层、半导体层(非
晶硅)、扩散阻挡层、热传导层,经过第二次掩膜后形成定向热传导
层图形;然后经过红外激光灯照射,通过热传导层对非晶硅半导体层
退火处理,使非晶硅转变成微晶硅,紧接着把热传导层去掉;然后,
沉积扩散阻挡层,经过第三次掩膜形成扩散阻挡层图形,并于其上沉
积欧姆接触层和金属薄膜,然后进行第四次掩膜,用半色调掩膜板在
同一光刻工艺中形成源电极和漏电极;接下来,在基板上沉积钝化层,
然后进行第五次掩膜,形成过孔图案;最后,在基板上沉积金属薄膜
层,经过第六次掩膜,形成像素电极图案,所述像素电极通过过孔与
源电极或漏电极相连。到此,基于微晶硅薄膜晶体管的背板制造完成。
本实施例中所称的构图工艺包括光刻、涂覆、掩膜、曝光、刻蚀
等工艺,属于现有技术,不做详细描述。所述“沉积”只是在基板上
形成各膜层的一种方式,还可以包括溅射、涂覆等,并不以此作为限
定。
图1至图6示出了本实施例中制备基于微晶硅薄膜晶体管阵列基
板的工艺流程,具体包括以下步骤:
步骤1:对基板100进行清洗处理,利用溅射方法在基板100上
连续沉积第一金属薄膜层(下层)110和第二金属薄膜层(上层)120,
通过第一次构图工艺形成由第一金属薄膜层110形成的栅电极210,
以及由第一金属薄膜层110和第二金属薄膜层120重叠形成的栅线
220。
图1示出了步骤1的完成过程,其中,基板100为玻璃、金属或
塑料基板,第一金属薄膜层110为高熔点金属,如钼单质、钛单质、
钼合金或钛合金等,第二金属薄膜层120为高电导率金属,如铜单质、
铝单质、铜合金或铝合金等。栅电极210和栅线220形成过程中,使
用半色调掩膜板对涂覆(所述涂覆只是形成光刻胶的一种方式,还可
以为其他方式)在第二金属薄膜层120上的第一光刻胶130进行两次
曝光,分别刻蚀之后形成由两层金属制成的栅电极210和栅线220。
步骤2:在完成步骤1的基板上用增强型化学气相沉积(PECVD)
方法,连续沉积第一绝缘层300、非晶硅薄膜层410和第二绝缘层500,
用溅射方法在第二绝缘层500上形成第三金属薄膜层600。第一绝缘
层300材料为氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiNxOy),
厚度在200nm~400nm之间,作为栅电极绝缘层;第二绝缘层500材
料为氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiNxOy),厚度
在50nm~100nm之间,作为扩散阻挡层,能够阻止第三金属薄膜层
600和非晶硅薄膜层410相互扩散渗透,还能够保护非晶硅薄膜层410
免受后序刻蚀工艺损伤;第三金属薄膜层600材料为钼单质、钛单质、
钼合金或钛合金等金属。
图2示出步骤2的完成过程,通过第二次构图工艺形成第三金属
薄膜层600的图案,作为红外激光热量的吸收和传导层,称为热传导
层610;紧接着进行激光晶化工艺,即用红外激光灯对基板进行扫描,
激光热量由热传导层610吸收并传导至非晶硅薄膜层410,使得非晶
硅薄膜层410转变为微晶硅薄膜层420。在激光晶化过程中,第二绝
缘层500起阻挡金属层600中的金属离子进入微晶硅层420的作用。
栅电极210由高熔点金属组成,在晶化过程中不会熔化,栅线220上
方没有热传导层610,热量不会传导到下面,所以栅线220也不会受
到影响。最后通过湿刻工艺把热传导层610去除,完成激光晶化工艺。
步骤3:步骤2形成的基板上,通过第三次构图工艺形成第二绝
缘层500的图案,作为扩散阻挡层510,扩散阻挡层510位于微晶硅
薄膜层420上方;然后对上述基板用药液(如氢氟酸等)进行表面处
理,之后在上述基板上沉积欧姆接触层700和第四金属薄膜层800。
图3示出步骤3的完成过程,其中,欧姆接触层700即是掺杂半
导体层,为N+型掺杂非晶硅或P+型掺杂非晶硅,在制造工艺过程中
加入PH3气体或B2H6气体,以实现掺杂目的;第四金属薄膜层800
材料为钼、铝、钕等金属。
步骤4:步骤3形成的基板上,通过第四次构图工艺,形成源电
极810和漏电极820。
图4示出步骤4的完成过程,其中,使用半色调掩膜板对涂覆在
第四金属薄膜层800上的第二光刻胶230进行两次曝光,分别形成源
电极810、漏电极820及两者之间的沟道区830。
步骤5:在步骤4形成的基板上用PECVD方法沉积钝化层910,
然后通过第五次构图工艺,形成过孔920。如图5所示,表示完成步
骤5的示意图。其中,钝化层910材料为氮化硅,厚度在150nm~250nm
之间。
步骤6:在步骤5形成的基板上用溅射方法沉积第五金属薄膜层,
然后通过第六次构图工艺,形成像素电极930,所述像素电极930通过
过孔920与源电极810或漏电极820电性连接。如图6所示,表示完成步
骤6的示意图。其中,所述第五金属薄膜层为铟锡氧化物(ITO)等高
电导率、高透过率金属氧化物。
上述步骤1-6示出了基于微晶硅薄膜晶体管的阵列基板的主要制
备工艺,该制备工艺使用六次掩膜板,相较于LTPS背板制造一般需
要7MASK(掩模板)以上制程,本实施例制备工艺成本更低,且LTPS
制造成本相当高,激光组件昂贵,微晶硅TFT与现有非晶硅工艺容
易兼容,可直接利用现有非晶硅的工艺和设备,大大降低成本;传统
非晶硅迁移率低,不适合制造AMOLED背板,微晶硅TFT具有更高
的迁移率,可以用于制造AMOLED背板;低温多晶硅TFT均匀性差,
微晶硅TFT具有高迁移率、高稳定性等特点。
本实施例中,激光晶化工艺通过热传导层对非晶硅实现晶化,具
有成本低,稳定性高、均匀性高的特点;激光晶化工艺不仅可以使用
红外激光晶化工艺,也可以使用准分子激光晶化工艺。并且,用高熔
点金属制作栅电极,用高电导率金属制作栅线,用高熔点金属层制作
激光热传导层,并选择性晶化,避免了栅线金属受到高温损伤。
实施例2
本实施例所提供的阵列基板的制备方法,是基于顶栅型薄膜晶体
管的结构提出的,图7和图8示出了本实施例中薄膜晶体管的制备过
程,具体地,在基板100上沉积缓冲层101,缓冲层101由氮化硅单层、
氧化硅单层或两者的复合层形成;紧接着沉积非晶硅薄膜层410,并
按照与实施例1相同的工艺在非晶硅薄膜层410上形成热传导层610,
通过红外激光晶化后得到微晶硅薄膜层420,如图7所示;然后进入后
序工艺,依次形成作为栅电极绝缘层的第一绝缘层300,栅电极210,
层间绝缘层320,源电极810,漏电极820和钝化层910,如图8所示。
本实施例中功能相同的结构可采用与实施例1中所述相同的材
料,其它结构的制备工艺与实施例1或现有技术中的制备工艺相类似,
在此不作赘述。
由以上实施例可以看出,本发明实施例通过采用激光晶化工艺通
过热传导层对非晶硅实现晶化,具有成本低,稳定性高、均匀性高的
特点;微晶硅形成的薄膜晶体管具有高迁移率、高稳定性等特点;其
中,用高熔点金属制作栅电极,用高电导率金属制作栅线,用高熔点
金属层制作激光热传导层,并选择性晶化,避免了栅线金属受到高温
损伤。
实施例3
本发明实施例还包括有上述任一实施例的制备方法制得的阵列
基板,所述阵列基板的微晶硅薄膜层通过采用激光晶化工艺通过热传
导层对非晶硅实现晶化,具有成本低,稳定性高、均匀性高的特点;
微晶硅形成的薄膜晶体管具有高迁移率、高稳定性等特点;其中,用
高熔点金属制作栅电极,用高电导率金属制作栅线,用高熔点金属层
制作激光热传导层,并选择性晶化,避免了栅线金属受到高温损伤。
实施例4
本发明实施例还包括一种显示器件,其包括上述的阵列基板,显
示器件可以为:液晶面板、液晶电视、液晶显示器、电子纸、数码相
框、电子纸、AMOLED显示器等。所述显示器件中包括的所述阵列
基板的微晶硅薄膜层通过采用激光晶化工艺通过热传导层对非晶硅
实现晶化,具有成本低,稳定性高、均匀性高的特点;微晶硅形成的
薄膜晶体管具有高迁移率、高稳定性等特点;其中,用高熔点金属制
作栅电极,用高电导率金属制作栅线,用高熔点金属层制作激光热传
导层,并选择性晶化,避免了栅线金属受到高温损伤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领
域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以
做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。