一種低溫多晶矽薄膜的製備方法、薄膜電晶體、陣列基板以及液晶顯示面板與流程

2023-04-23 09:00:11

本發明涉及顯示面板技術領域，特別是涉及一種低溫多晶矽薄膜的製備方法、薄膜電晶體、陣列基板以及液晶顯示面板。

背景技術：

隨著平面顯示技術的發展，具有高解析度、低能耗的液晶顯示面板的需求越來越大。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。在使用低溫多晶矽的情況下，可以將薄膜電晶體以及像素做到更小，以達到高解析度的要求。此外，低溫多晶矽製作的半導體器件使得液晶顯示器能量消耗率低。低溫多晶矽較於非晶矽具有如此多的優點，使得低溫多晶矽得到了廣泛地研究和應用。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種低溫多晶矽薄膜的製備方法，能夠獲取晶粒均勻、較大的多晶矽。

為解決上述技術方案，本發明提供的一種技術方案是：提供一種低溫多晶矽薄膜的製備方法，所述方法包括：

在基板上形成金屬層；

利用第一光罩對所述金屬層進行曝光顯影，得到金屬圖案，所述金屬圖案包括鏤空的矽島區和位於所述矽島區左右側或者上下側的金屬區；

在所述金屬圖案上形成非晶矽層；

對所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火，進而使所述非晶矽層形成多晶矽薄膜。

其中，所述對所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火，進而使所述非晶矽層形成多晶矽薄膜的步驟之後，還包括：

利用所述第一光罩對所述多晶矽薄膜進行曝光顯影，進而去掉所述金屬區。

其中，所述在基板上形成金屬層的步驟，包括：

在基板上依次形成第一隔離層、金屬層。

其中，所述第一隔離層的厚度範圍為3000A-1um。

其中，所述在所述金屬圖案上形成非晶矽層的步驟之前，包括：

在所述金屬圖案上形成第二隔離層；

在所述第二隔離層上形成第一輔助功能層；

在所述第一輔助功能層上形成非晶矽層。

其中，所述對所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火，進而使所述非晶矽層形成多晶矽薄膜的步驟之前，包括：

在所述非晶矽層上形成第二輔助功能層；

所述對所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火，進而使所述非晶矽層形成多晶矽薄膜的步驟，包括：

所述對形成有所述氧化矽層的所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火，進而使所述非晶矽層形成多晶矽薄膜。

其中，所述非晶矽層的厚度範圍為450A-600A。

為解決上述技術方案，本發明提供的另一種技術方案是：提供一種薄膜電晶體，所述薄膜電晶體包括如上所述的製備方法獲得的低溫多晶矽薄膜。

為解決上述技術方案，本發明提供的又一種技術方案是：提供一種陣列基板，所述陣列基板包括如上所述的薄膜電晶體。

為解決上述技術方案，本發明提供的又一種技術方案是：提供一種液晶顯示面板，所述液晶顯示面板包括如上所述的陣列基板。

本發明的有益效果是：區別於現有技術的情況，本發明提供的低溫多晶矽薄膜的製備方法中，通過在基板上形成金屬圖案，使得金屬區與矽島區形成溫度差，非晶矽層重結晶時，在低溫區形成晶粒結晶的起點，向溫度較高的矽島區側向結晶，形成均勻的、較大的多晶矽晶粒、具有很高的電子遷移率的低溫多晶矽薄膜。

附圖說明

圖1是本發明提供的低溫多晶矽薄膜的製備方法的步驟流程示意圖；

圖2是本發明提供的低溫多晶矽薄膜的製備方法中形成的金屬層的示意圖；

圖3是本發明提供的低溫多晶矽薄膜的製備方法中形成的金屬圖案的示意圖；

圖4是本發明提供的低溫多晶矽薄膜的製備方法中形成的非晶矽層的示意圖；

圖5是本發明提供的低溫多晶矽薄膜的製備方法中高溫處理的過程示意圖；

圖6是本發明提供的低溫多晶矽薄膜的製備方法形成的低溫多晶矽薄膜的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的說明。

請參閱圖1至圖6，本發明提供一種低溫多晶矽薄膜100的製備方法，方法包括：

步驟S101，請參閱圖2，在基板10上形成金屬層20。

可以理解，金屬層20通過物理氣相沉積的方式形成在基板10上。

其中，在基板10上形成金屬層20的步驟，包括：

在基板10上依次形成第一隔離層30、金屬層20。

第一隔離層30用於防止基板10上的離子雜質擴散，從而影響後續形成的膜層的作用效果。第一隔離層30可為氮化矽層、二氧化矽層或氮化矽層和二氧化矽層的複合層。當第一隔離層30為氮化矽層和二氧化矽層的複合層時，氮化矽層與基板10直接接觸，從而達到更佳的隔離效果。

第一隔離層30的厚度範圍為3000A-1um。

可以理解，基板10可為但不限於為柔性基板10或玻璃基板10。

可以理解，金屬層20的材料選自為鉬或鈦。

步驟S102，請參閱圖3，利用第一光罩對金屬層20進行曝光顯影，得到金屬圖案21，金屬圖案21包括鏤空的矽島區23和位於矽島區23左右側或者上下側的金屬區25。

其中，利用第一光罩對金屬層20進行曝光顯影的步驟，具體為：使用多晶矽道光罩以及負性光阻，刻畫出矽島區23以及金屬區25，再通過溼蝕刻或幹蝕刻的方式去除矽島區23對應的區域，得到金屬圖案21。

可以理解，金屬區25間隔設置在第一隔離層30的表面。

步驟S103，請參閱圖4，在金屬圖案21上形成非晶矽層40。

非晶矽層40的厚度範圍為450A-600A，例如450A、500A、550A、600A等。

可以理解，非晶矽層40通過物理氣相沉積的方式形成在金屬圖案21上，並覆蓋矽島區23以及金屬區25。

可以理解，在金屬圖案21上形成非晶矽層40的步驟之前，進一步包括：

在金屬圖案21上形成第二隔離層50；

在第二隔離層50上形成第一輔助功能層60；

在第一輔助功能層60上形成非晶矽層40。

其中，第一隔離層30為氮化矽材料製成，以進一步防止基板10上的離子雜質擴散至非晶矽層40。第一隔離層30的厚度範圍為500-1000A，例如500A、750A、1000A等。

第一輔助功能層60為二氧化矽材料製成，以輔助非晶矽重結晶形成多晶矽。第一輔助功能層60的厚度範圍為2000A-3000A，例如2000A、2300A、2600A、3000A等。

可以理解，二氧化矽的晶格與多晶矽的晶格較為相似，從而在後續步驟中有助於非晶矽層40形成低溫多晶矽薄膜100。

步驟S104，對非晶矽層40進行高溫處理和雷射退火，進而使非晶矽層40形成低溫多晶矽薄膜100。

可以理解，請參閱圖4，通過高溫處理使得非晶矽層40呈熔融狀態，因靠近金屬區25的區域散熱速度更快，使得該區域溫度較低，而遠離金屬區25的區域散熱較慢，溫度較高，如此，形成一個溫度差。多晶矽在重結晶時按照低能量向高能量方向結晶，使得非晶矽層40自溫度較低的區域為起點向溫度較高的區域側向結晶，形成低溫多晶矽薄膜100。

可以理解，非晶矽層40重結晶時，在靠近金屬區25的低溫區形成晶粒結晶的起點，向溫度較高矽島區23側向結晶，由此獲得了方向可控且具有較大的多晶矽晶粒的低溫多晶矽薄膜。

可以理解，對非晶矽層40進行高溫處理和雷射退火可通過準分子雷射照射的方式進行。

可以理解，對非晶矽層40進行高溫處理和雷射退火，進而使非晶矽層40形成低溫多晶矽薄膜100的步驟之前，進一步包括：

在非晶矽層40上形成第二輔助功能層70；

對非晶矽層40進行高溫處理和雷射退火，進而使非晶矽層40形成低溫多晶矽薄膜100的步驟，包括：

對形成有氧化矽層的非晶矽層40進行高溫處理和雷射退火，進而使非晶矽層40形成低溫多晶矽薄膜100。

可以理解，第二輔助功能層70為二氧化矽材料製成，以進一步輔助非晶矽重結晶形成多晶矽。

可以理解，第二輔助功能層70通過臭氧氧化處理形成。

可以理解，在形成第二輔助功能層70的步驟之前，進一步包括步驟：

用氫氟酸對非晶矽層40進行處理，以使得非晶矽層40的表面較為平整。

請參閱圖5，對非晶矽層40進行高溫處理和雷射退火，進而使非晶矽層40形成低溫多晶矽薄膜100的步驟之後，進一步包括：

利用第一光罩對多晶矽薄膜進行曝光顯影，進而去掉金屬區25。

具體的，使用非晶矽道光罩和正性光阻保護結晶出的矽島，採用幹蝕刻或者溼刻蝕的方式刻蝕掉金屬區25，留下側向結晶的矽島。

本發明提供的低溫多晶矽薄膜100的製備方法中，通過在基板10上形成金屬圖案21，使得金屬區25與矽島區23形成溫度差，非晶矽層40重結晶時，在低溫區形成晶粒結晶的起點，向溫度較高的矽島區23側向結晶，形成均勻的、較大的多晶矽晶粒、具有很高的電子遷移率的低溫多晶矽薄膜100。

本發明還提供一種薄膜電晶體，薄膜電晶體包括如上的製備方法獲得的低溫多晶矽薄膜。

本發明提供的薄膜電晶體中的低溫多晶矽薄膜的晶粒均勻、較大，且具有很高的電子遷移率，使得電晶體具有很高的電子遷移率以及穩定的電性能。

本發明還提供一種陣列基板，陣列基板包括如上的薄膜電晶體。

本發明提供的的陣列基板中的薄膜電晶體具有很高的電子遷移率以及穩定的電性能，大大提高了陣列基板的質量。

本發明還提供一種液晶顯示面板，液晶顯示面板包括如上的陣列基板。

本發明提供的液晶顯示面板中的陣列基板所使用的薄膜電晶體具有很高的電子遷移率以及穩定的電性能，從而大大提高了液晶顯示面板的使用質量以及所顯示的效果。

以上所述僅為本發明的實施方式，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。