多晶矽薄膜處理方法、薄膜電晶體、陣列基板及顯示面板與流程

2023-05-23 04:07:46 1

本發明涉及顯示面板技術領域，特別是涉及一種多晶矽薄膜處理方法、薄膜電晶體、陣列基板以及顯示面板。

背景技術：

非晶矽的電子遷移率較低，而低溫多晶矽可以在低溫下製作，且低溫多晶矽的電子遷移率比非晶矽的電子遷移率高20-100倍，因此適用於高解析度的小尺寸顯示器。然而，因融熔態的矽的密度比固態的矽的密度大，在採用準分子雷射退火化法製備低溫多晶矽時，在結晶過程中，多餘的融熔矽會在晶界處結晶，形成的表面凸起高度可達10～20nm，使得低溫多晶矽的表面粗糙度高。而一般多晶矽薄膜電晶體結構中，採用儘量薄的柵極絕緣層厚度，能獲得更高的載流子遷移率。然而，多晶矽晶界處的表面凸起限制了柵極絕緣層所能採取的最小厚度，目前採用的柵極絕緣層厚度多為90nm以上。當繼續降低其厚度時，多晶矽晶界所造成的表面粗糙度容易形成局部凸起而降低擊穿電場與柵極漏電流突增，降低多晶矽薄膜電晶體的質量。

雖然也有些改善的結晶技術，如金屬誘導橫向結晶、固相結晶等方式可以獲得表面平整性高的多晶矽薄膜。但是，這些技術由於不利於大面積生產、金屬離子汙染、結晶溫度高等原因而未能被廣泛採用。

技術實現要素：

本發明主要提供一種低溫多晶矽薄膜製備方法、薄膜電晶體、陣列基板以及顯示面板，旨在解決多晶矽薄膜表面粗糙度高而造成尖端放電、產生漏電流的問題。

為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是：提供一種多晶矽薄膜的處理方法，該方法包括：在基板上形成表面粗糙的多晶矽薄膜；在所述多晶矽薄膜的表面形成保護層；對形成所述保護層的表面粗糙的多晶矽薄膜進行表面化處理，進而形成表面平整的多晶矽薄膜。

其中，所述對形成所述保護層的表面粗糙的多晶矽薄膜進行表面化處理，進而形成表面平整的多晶矽薄膜的步驟，包括：對形成所述保護層的表面粗糙的多晶矽薄膜進行刻蝕處理，進而形成表面平整的多晶矽薄膜。

其中，所述對形成所述保護層的表面粗糙的多晶矽薄膜進行表面化處理，進而形成表面平整的多晶矽薄膜的步驟，包括：對形成所述保護層的表面粗糙的多晶矽薄膜進行氧氣等離子體處理；去除氧氣等離子體處理後的所述保護層；採用氫氟酸對去除所述保護層的表面粗糙的多晶矽層進行刻蝕，進而形成表面平整的多晶矽薄膜。

其中，所述保護層的材料為有機材料。

其中，所述保護層的厚度範圍為20-1000nm。

為解決上述技術問題，本發明採用的另一個技術方案是：提供一種薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括通過上述的處理方法所獲得的多晶矽薄膜。

其中，所述薄膜電晶體包括柵極絕緣層，所述柵極絕緣層為二氧化矽層、氮化矽層或二氧化矽層與氮化矽層的複合層。

其中，所述柵極絕緣層的厚度範圍為30nm-100nm。

為解決上述技術問題，本發明採用的另一個技術方案是：提供一種陣列基板，該陣列基板包括上述的薄膜電晶體。

為解決上述技術問題，本發明採用的另一個技術方案是：提供一種顯示面板，該顯示面板包括上述的陣列基板。

本發明的有益效果是：區別於現有技術的情況，本發明通過在表面粗糙的多晶矽薄膜的表面形成保護層，並對形成保護層的表面粗糙的多晶矽薄膜進行表面化處理，進而形成表面平整的多晶矽薄膜的方法，能夠形成表面平整的多晶矽薄膜，進而使得對應的陣列基板及顯示面板避免了因為粗糙的多晶矽薄膜造成的尖端放電現象，產生較大的漏電流，提高了產品質量。

附圖說明

圖1是本發明提供的多晶矽薄膜的處理方法實施例的流程示意圖；

圖2是圖1中形成保護層的表面粗糙的多晶矽薄膜的結構示意圖；

圖3是具有保護層的表面平整的多晶矽薄膜的結構示意圖；

圖4是圖1中步驟S14其中一種方式的具體流程示意圖；

圖5是本發明提供的薄膜電晶體實施例的結構示意圖。

具體實施方式

為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明所提供的一種多晶矽薄膜處理方法、薄膜電晶體、陣列基板以及顯示面板做進一步詳細描述。

請一併參閱圖1及圖2，本發明提供的多晶矽薄膜處理方法實施例包括：

S11：在基板101上依次沉積緩衝層102及非晶矽層103；

具體地，緩衝層102及非晶矽層103可採用包括但不限於等離子增強化學氣相沉積、濺射、真空真鍍及低壓化學氣相沉積的方法依次沉積於基板101上。

其中，緩衝層102可以是包括氮化矽與二氧化矽的雙層結構，在沉積緩衝層102時，可先沉積厚度為50-150nm的氮化矽層，然後再沉積厚度為100-350nm的二氧化矽層。

S12：在基板101上形成表面粗糙的多晶矽薄膜；

具體地，首先在400～500℃的溫度下對非晶矽層103進行0.5～3小時的高溫加熱，然後對非晶矽層103進行準分子雷射退火，利用準分子雷射發生器發出的脈衝雷射在非晶矽層103上進行掃描形成照射區域，該脈衝雷射掃描完成後向前移動一端距離，使形成的多個照射區域相互重疊，由於重疊部分溫度較未重疊部分溫度高，在重疊部分與未重疊部分的界面發生非均勻成核，重疊部分與其他未重疊部分產生的橫向溫度梯度，晶核將沿溫度較高的方向即從未重疊部分向重疊部分的方向長大，並最終結晶成多晶矽薄膜。

其中，準分子雷射發生器包括但不限於氯化氙、氟化氪及氟化氬準分子雷射器，雷射脈衝頻率為300Hz，重疊率為92％～98％，雷射能量密度為300～500mJ/cm2。

進一步地，在對非晶矽層103進行準分子雷射退火以結晶形成多晶矽薄膜的過程中，非晶矽層103無法完全結晶為多晶矽薄膜，會在晶界1031處形成突起1032，該突起1032的高度可達10～20nm，以至於多晶矽薄膜表面不平整，從而形成表面粗糙的多晶矽薄膜。

S13：在多晶矽薄膜的表面形成保護層104；

具體地，在表面粗糙的多晶矽薄膜的表面採用包括但不限於狹縫式塗布、旋轉塗抹法及噴墨塗布的方法形成保護層104，使得保護層104能夠覆蓋多晶矽薄膜的突起1032及突起1032之間的非突起區，該非突起區為多晶矽層。

其中，保護層104的材料為有機材料，包括但不限於光阻及聚醯亞胺，保護層104的塗布厚度為20～1000nm。

S14：對形成保護層104的表面粗糙的多晶矽薄膜進行表面化處理，進而形成表面平整的多晶矽薄膜。

在本實施例中，對形成保護層104的表面粗糙的多晶矽薄膜進行表面化處理的方式可以包括兩種。

其中一種方式為：對形成所述保護層104的表面粗糙的多晶矽薄膜進行刻蝕。

具體地，對多晶矽薄膜表面的突起1031及覆蓋突起1031的保護層104進行幹法刻蝕，該幹法刻蝕包括但不限於物理性刻蝕及化學性刻蝕，本實施例中主要採用化學性刻蝕，利用含氟的等離子氣體，比如氟原子、氟化矽，在電場對等離子體進行引導和加速，使其具備一定能量的情況下從圖2所示箭頭方向對保護層104及突起1031逐漸進行轟擊，使得等離子氣體與保護層104的有機材料及突起的非晶矽發生化學反應，從而將發生化學反應的保護層104及突起1031刻蝕去除，即可得到如圖3所示的保護層104與突起1032被按照所需厚度刻蝕去除的表面平整的多晶矽薄膜，其中，需要刻蝕的厚度可根基實際所需進行。

在此過程中，由於非突起區被保護層104覆蓋，而使得非突起區不會被刻蝕，從而在刻蝕突起1031與保護層104的同時，不會破壞非突起區，即多晶矽層不會被破壞。

進一步地，將刻蝕去除之後剩餘的保護層104從多晶矽薄膜表面剝離，即可得到表面平整的多晶矽薄膜。

請一併參閱圖2及圖4，另一種方式具體包括：

S141：對形成保護層104的表面粗糙的多晶矽薄膜進行氧氣等離子體處理；

具體地，將形成的具有保護層104的表面粗糙的多晶矽薄膜放置在高溫的氧氣氣氛下的快速退火裝置中進行退火，在此過程中，氧氣等離子接觸保護層104表面，並從保護層104表面在圖2中所示箭頭方向逐漸向保護層104內灰化保護層104，直至氧氣等離子接觸被保護層104覆蓋的突起1031，根據步驟S12中可知，突起1031的主要成分為未晶化的非晶矽，在高溫的氧氣氣氛下，非晶矽與氧氣等離子發生反應形成二氧化矽。

其中，高溫溫度一般為700℃。

需要說明的是，在其他實施例中，此步驟將非晶矽氧化成二氧化矽的方法還可以採用在高溫的笑氣等離子氣氛下的等離子增強化學氣相沉積設備中對非晶矽進行氧化。

在此過程中，由於非突起區被保護層104覆蓋，因此氧氣等離子不會直接接觸非突起區，在氧氣等離子逐漸灰化保護層104及突起1031的過程中，只需要根據實際所需調整保護層104的厚度以及上述的氧化時間，即可使得氧氣等離子不會與非突起區接觸，從而使得非突起區不會被氧化，非突起區的多晶矽層則不會發生變化。

S142：去除氧氣等離子體處理後的保護層104；

S143：採用氫氟酸對去除保護層104的表面粗糙的多晶矽層進行刻蝕，進而形成表面平整的多晶矽薄膜。

具體地，可採用濃度為1％～10％的氫氟酸對去除保護層104的表面粗糙的多晶矽層進行刻蝕，此時，由於突起1031已被氧化為二氧化矽，因此氫氟酸會與二氧化矽發生化學反應，使得被氧化的突起1031與多晶矽層脫離，從而形成表面平整的多晶矽薄膜，且在此過程中，由於非突起區的多晶矽層沒有被氧化，且氫氟酸不會與矽發生化學反應，因此非突起區的多晶矽層不會被破壞。

參閱圖5，本發明提供的薄膜電晶體實施例包括：依次層疊的基板201、緩衝層202、多晶矽薄膜203及柵極絕緣層204。

其中，柵極絕緣層204為二氧化矽層、氮化矽層或二氧化矽層與氮化矽層的複合層，厚度30nm-100nm。

進一步地，本實施例中的多晶矽薄膜203為根據上述處理方法獲得的多晶矽薄膜203，該多晶矽薄膜203上的突起2031由於被刻蝕，而使得層疊在多晶矽薄膜203上的柵極絕緣層204不會因為其厚度較薄(30nm-100nm)，而造成突起2031所引起的尖端放電現象，形成漏電現象，且多晶矽薄膜203在處理過程中，多晶矽層不會發生破壞，保護了該薄膜電晶體的電性。

本發明還提供了一種陣列基板，該陣列基板包括上述的薄膜電晶體。

本發明還提供了一種顯示面板，該顯示面板包括上述的陣列基板。

區別於現有技術，本發明通過在表面粗糙的多晶矽薄膜的表面形成保護層，並對形成保護層的表面粗糙的多晶矽薄膜進行表面化處理，進而形成表面平整的多晶矽薄膜的方法，能夠形成表面平整的多晶矽薄膜，進而使得對應的陣列基板及顯示面板避免了因為粗糙的多晶矽薄膜造成的尖端放電現象，產生較大的漏電流，提高了產品質量。

以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。