Ltps薄膜及薄膜電晶體的製備方法、陣列基板及顯示裝置的製作方法
2023-07-21 10:03:06 2
專利名稱：Ltps薄膜及薄膜電晶體的製備方法、陣列基板及顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及顯示技術領域，特別是涉及一種低溫多晶矽(LTPS)薄膜製備方法、薄膜電晶體及其製備方法、陣列基板及顯示裝置。
背景技術：
隨著平面顯示器技術的蓬勃發展，有源矩陣式有機發光顯示器(Active MatrixOrganic Light Emitting Diode,簡稱AMOLED)由於其具有更輕薄、自發光和高反應速率等 優良特性，成為未來液晶顯示器發展的趨勢。其可以包括依次形成在基板底層的有源開關、絕緣層、透明電極、發光層和金屬電極，其中，有源開關通過接觸孔與透明電極連接，以控制攝像數據的寫入。目前，為適應AMOLED尺寸大型化的發展，有源開關通常採用低溫多晶矽薄膜電晶體(LowTemperature Poly-silicon TFT,簡稱LTPS-TFT)作為像素開關控制元件；而用於製備LTPS-TFT的低溫多晶矽薄膜的品質好壞與否對於LTPS-TFT的電性表現有著直接影響，因此，低溫多晶矽薄膜的製造技術也越來越受到重視。目前AMOLED中，背板技術中製備多晶矽薄膜，主要採用準分子雷射退火(ExcimerLaser Annealing,簡稱ELA),固相晶化(SolidPhase Crystallization,簡稱 SPC),金屬誘導晶化(Metal-InducedCrystallization,簡稱MIC)等多種製備方法；而採用準分子雷射退火工藝來得到背板中電晶體有源層的多晶矽薄膜，是目前唯一已經實現量產的方法。準分子雷射退火工藝製備低溫多晶矽薄膜的過程參考圖I所示，依次在玻璃襯底101上形成緩衝層103和非晶矽層104，然後對非晶矽層104採用雷射束105進行雷射退火，然後即可得到0. 3 μ m-0. 5 μ m左右的多晶矽薄膜。在過去的準分子雷射退火工藝研究中，研究者一直致力於開發大晶粒的低溫多晶矽，以便能夠得到遷移率較高的低溫多晶矽薄膜電晶體。雖然準分子雷射器的輸出波長、脈寬、能量分布及均勻性、能量密度、脈衝頻率，原始非晶矽膜的製備方法及其厚度、去氫方法，退火氣氛等，對低溫多晶矽薄膜的質量都有一定的影響，但終究還是尚未解決多晶矽晶粒偏小的難題。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何克服低溫多晶矽薄膜製備過程中晶粒偏小的問題。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本發明提供一種低溫多晶矽薄膜製備方法，其包括提供一基板；在所述基板上依次形成導熱絕緣層、緩衝層和非晶矽層；其中，所述導熱絕緣層具有規則分布的圖案；對所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火，使所述非晶矽層形成多晶矽薄膜。
其中，所述導熱絕緣層所採用的材料為氮化鋁、氮化硼、氧化鋁和氧化鎂中的任一種。其中，所述導熱絕緣層具有均勻散布的圓形或方形的圖案。其中，所述圓形或方形的圖案的尺寸在O. I μ πΓ μ m之間；優選地，所述圓形或方形的圖案的尺寸為O. 5μπι。其中，所述導熱絕緣層通過噴塗方式形成，或者通過磁控濺射和曝光刻蝕工藝形成。其中，所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火的具體過程為在400-500°C的溫度下，對所述非晶矽層進行O. 5-3小時的高溫處理；
對高溫處理後的所述非晶矽層進行準分子雷射退火，雷射脈衝頻率為300Hz，重疊率為92%-98%，雷射能量密度為200-500mJ/cm2。本發明還提供了一種薄膜電晶體製備方法，其包括在基板上形成多晶矽薄膜，並通過構圖工藝形成TFT的有源層； 其中，所述多晶矽薄膜是通過上述的低溫多晶矽薄膜製備方法製得。進一步地，上述薄膜電晶體製備方法還包括在所述有源層的上方形成柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層、以及源電極和漏電極；所述源電極和漏電極分別通過絕緣層過孔與所述有源層的兩端相連。其中，在所述有源層的上方形成柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層、以及源電極和漏電極的具體過程包括在所述有源層的上方沉積柵絕緣層；利用掩模工藝對所述有源層兩端的區域進行摻雜處理，從而在所述有源層的兩端形成歐姆接觸區域；在所述柵絕緣層上方形成柵金屬薄膜，並通過構圖工藝形成柵電極的圖案；在所述柵電極上方形成層間絕緣層，並通過構圖工藝形成貫穿所述柵絕緣層和層間絕緣層的絕緣層過孔，從而露出所述有源層兩端的歐姆接觸區域；在所述層間絕緣層上方形成源漏金屬薄膜，並通過構圖工藝形成源電極和漏電極，所述源電極和漏電極分別通過所述絕緣層過孔與所述有源層兩端的歐姆接觸區域相連。本發明還提供了一種薄膜電晶體，所述薄膜電晶體採用上述的薄膜電晶體製備方法所製得。進一步地，上述薄膜電晶體的有源層下方形成有緩衝層和導熱絕緣層。本發明進一步提供了一種陣列基板，其包含上述的薄膜電晶體。本發明進一步提供了一種顯示裝置，其包含上述的陣列基板。(三)有益效果上述技術方案的優點在於，通過在基板上增加一層圖案化的導熱絕緣層，使得非晶矽層進行雷射退火時，非晶矽薄膜中的導熱狀況發生變化，產生溫度梯度。雷射退火時，非晶矽薄膜在有導熱絕緣層圖案的區域，由於熱量被快速吸收，這些區域會比其它區域冷卻得更快，能夠先行形成結晶核，經過退火過程，結晶核再繼續向周圍生長，一直到生長為大的多晶矽晶粒，並且分布均勻；該方法得到的高質量多晶矽薄膜，其晶粒尺寸較大，分布均勻，並且具有非常低的表面粗糙度，能夠解決低溫多晶矽顯示器背板中遷移率較低、薄膜電晶體的漏電流較大、遷移率及閾值電壓不均勻性的問題。
圖I是現有技術中準分子雷射退火製備低溫多晶矽薄膜的過程示意圖；圖2是本發明實施例I中準分子雷射退火製備低溫多晶矽薄膜的過程示意圖；圖3是本發明實施例I中具有圖案的導熱絕緣層的結構示意圖。其中，101 :玻璃襯底；102 :導熱絕緣層；103 :緩衝層；104 :非晶矽層；105 :雷射束。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。實施例I本實施例公開了一種低溫多晶矽薄膜的製備方法，參照圖2所示，具體包括以下過程(I)選用玻璃襯底101作為基板，首先對其進行預清洗；其中，基板除了可以選用玻璃襯底之外，還可以選用石英襯底等其他材質的透明襯底基板。(2)在玻璃襯底101上形成導熱絕緣層102 ；其中，導熱絕緣層102為圖案狀，具體採用磁控濺射法製作400nm的氮化鋁薄膜，並採用曝光及刻蝕，從而製作出規則分布的圖案，如圖3所示，導熱絕緣層102的圖案可為均勻散布的圓形、方形或條狀等。其中，導熱絕緣層102的圓形或方形的圖案的尺寸在
O.ΙμπΓ μπ 之間；優選地，所述圓形或方形的圖案的尺寸為0.5 μ In。具體地，圓形圖案的尺寸指的是圓形的直徑；方形圖案的尺寸可以是方形結構的外切圓的直徑。此外，條狀圖案的尺寸也可以設置為O. I μ πΓ μ m,即條狀圖案的寬度在O. I μ πΓ μ m之間，優選為
O.5 μ m0氮化硼、氧化鋁或氧化鎂也可以替代氮化鋁來形成導熱絕緣層，同樣能夠實現高導熱且絕緣的功能；導熱絕緣層也可以採用噴塗的方式形成，如噴塗分布相對均勻的燃燒合成法製備的超細氮化鋁粉末作為導熱絕緣層。(3)在導熱絕緣層102上採用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法沉積100-350nm的緩衝層103，緩衝層103可採用二氧化矽薄膜，之後沉積30_60nm的非晶矽層104。在完成非晶娃層104的沉積後，於400-500°C的溫度下,對非晶娃層104進行O. 5_3小時的高溫處理，高溫處理的過程是對非晶矽層104脫氫的過程。(4)高溫處理之後，對非晶矽層104進行準分子雷射退火，雷射束105位於基板上方，從而得到多晶矽薄膜。準分子雷射退火採用的準分子雷射器為氯化氙、氟化氪和氟化氬中任一種準分子雷射器。本實施例採用波長為308nm的氯化氙準分子雷射器，其中雷射脈衝頻率為300Hz，重疊率為92% 98%，雷射能量密度為200-500mJ/cm2。本實施例中，通過增加圖案狀的導熱絕緣層102，改變了非晶矽薄膜中的導熱狀況，從而改變了多晶矽晶粒的生長狀態，得到平均晶粒O. 6^1微米左右的多晶矽薄膜；因導熱絕緣層102圖案規則分布，所以形成的多晶矽晶粒分布均勻。實施例2本實施例提供了一種薄膜電晶體製備方法，其具體過程如下在基板上形成多晶矽薄膜，並通過構圖工藝形成TFT的有源層；在所述有源層的上方形成柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層、以及源電極和漏電極；所述源電極和漏電極分別通過絕緣層過孔與所述有源層的兩端相連；其中，所述多晶矽薄膜通過實施例I中所述的低溫多晶矽薄膜製備方法製得。在所述有源層的上方形成柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層、以及源電極和漏電極， 包括在所述有源層的上方沉積柵絕緣層；利用掩模工藝對所述有源層兩端的區域進行摻雜處理，從而在所述有源層的兩端形成歐姆接觸區域；在所述柵絕緣層上方形成柵金屬薄膜，並通過構圖工藝形成柵電極的圖案；在所述柵電極上方形成層間絕緣層，並通過構圖工藝形成貫穿所述柵絕緣層和層間絕緣層的絕緣層過孔，從而露出所述有源層兩端的歐姆接觸區域；在所述層間絕緣層上方形成源漏金屬薄膜，並通過構圖工藝形成源電極和漏電極，所述源電極和漏電極分別通過所述絕緣層過孔與所述有源層兩端的歐姆接觸區域相連。通過上述方法製備的薄膜電晶體，其中的低溫多晶矽薄膜晶粒尺寸較大、分布均勻，並且具有非常低的表面粗糙度，能夠解決薄膜電晶體的漏電流較大、遷移率及閾值電壓不均勻性的問題。實施例3本實施例提供了一種低溫多晶矽薄膜電晶體，該薄膜電晶體採用實施例2中的薄膜電晶體製備方法製得。其中，該薄膜電晶體的有源層下方形成有緩衝層和導熱絕緣層。本實施例中的低溫多晶矽薄膜晶粒尺寸較大、分布均勻，能夠解決薄膜電晶體的漏電流較大、遷移率及閾值電壓不均勻性的問題。實施例4本實施例提供了一種陣列基板，該陣列基板包括實施例3中所述的薄膜電晶體，由此形成的陣列基板用於顯示器背板中時，能夠解決其遷移率較低、薄膜電晶體的漏電流較大、遷移率及閾值電壓不均勻性的問題，適用於有源矩陣有機發光二極體顯示器(AMOLED)及低溫多晶矽薄膜電晶體液晶顯示器(LTPS TFT-IXD)等領域。實施例5本實施例提供一種顯示裝置，該顯示裝置包括實施例4中所述的陣列基板。本實施例的顯示裝置，可以為有源矩陣有機發光二極體顯示器(AMOLED)或者液晶顯示器等，由於該顯示裝置中採用的低溫多晶矽薄膜電晶體的電特性比較穩定，從而能夠提高該顯示裝置的顯示質量。由以上實施例可以看出，本發明通過在基板上增加一層圖案狀的導熱絕緣層，使得對非晶矽層進行雷射退火時，非晶矽薄膜中的導熱狀況發生變化，產生溫度梯度。雷射退火時，非晶矽薄膜在有導熱絕緣層圖案的區域，由於熱量被快速吸收，這些區域會比其它區域冷卻得更快，能夠先行形成結晶核，經過退火過程，結晶核再繼續向周圍生長，一直到生長為大的多晶矽晶粒，並且分布均勻；該方法得到的高質量多晶矽薄膜，其晶粒尺寸較大，分布均勻，並且具有非常低的表面粗糙度，能夠解決低溫多晶矽顯示器背板中遷移率較低、薄膜電晶體的漏電流較大、遷移率及閾值電壓不均勻性的問題；該方法得到的低溫多晶矽薄膜可以作為低溫多晶矽薄膜電晶體的有源層，適用於有源矩陣有機發光二極體顯示器(AMOLED)及低溫多晶矽薄膜電晶體液晶顯示器(LTPS TFT-IXD)等領域。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種低溫多晶矽薄膜製備方法，其特徵在於，包括 提供一基板； 在所述基板上依次形成導熱絕緣層、緩衝層和非晶矽層；其中，所述導熱絕緣層具有規則分布的圖案； 對所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火，使所述非晶矽層形成多晶矽薄膜。
2.如權利要求I所述的低溫多晶矽薄膜製備方法，其特徵在於，所述導熱絕緣層所採用的材料為氮化鋁、氮化硼、氧化鋁和氧化鎂中的任一種。
3.如權利要求I所述的低溫多晶矽薄膜製備方法，其特徵在於，所述導熱絕緣層具有均勻散布的圓形或方形的圖案。
4.如權利要求3所述的低溫多晶矽薄膜製備方法，其特徵在於，所述圓形或方形的圖案的尺寸在0. IiinTliim之間。
5.如權利要求4所述的低溫多晶矽薄膜製備方法，其特徵在於，所述圓形或方形的圖案的尺寸為0. 5iim。
6.如權利要求I所述的低溫多晶矽薄膜製備方法，其特徵在於，所述導熱絕緣層通過噴塗方式形成，或者通過磁控濺射和曝光刻蝕工藝形成。
7.如權利要求I所述的低溫多晶矽薄膜製備方法，其特徵在於，所述非晶矽層進行高溫處理和雷射退火的具體過程為 在400-500°C的溫度下，對所述非晶矽層進行0. 5-3小時的高溫處理； 對高溫處理後的所述非晶矽層進行準分子雷射退火，雷射脈衝頻率為300Hz，重疊率為92%-98%，雷射能量密度為 200-500mJ/cm2。
8.一種薄膜電晶體製備方法，其特徵在於，包括 在基板上形成多晶矽薄膜，並通過構圖工藝形成TFT的有源層； 其中，所述多晶矽薄膜是通過權利要求1-7中任一項所述的低溫多晶矽薄膜製備方法製得。
9.如權利要求8所述的薄膜電晶體製備方法，其特徵在於，還包括 在所述有源層的上方形成柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層、以及源電極和漏電極；所述源電極和漏電極分別通過絕緣層過孔與所述有源層的兩端相連。
10.如權利要求9所述的薄膜電晶體製備方法，其特徵在於，在所述有源層的上方形成柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層、以及源電極和漏電極的具體過程包括 在所述有源層的上方沉積柵絕緣層； 利用掩模工藝對所述有源層兩端的區域進行摻雜處理，從而在所述有源層的兩端形成歐姆接觸區域； 在所述柵絕緣層上方形成柵金屬薄膜，並通過構圖工藝形成柵電極的圖案； 在所述柵電極上方形成層間絕緣層，並通過構圖工藝形成貫穿所述柵絕緣層和層間絕緣層的絕緣層過孔，從而露出所述有源層兩端的歐姆接觸區域； 在所述層間絕緣層上方形成源漏金屬薄膜，並通過構圖工藝形成源電極和漏電極，所述源電極和漏電極分別通過所述絕緣層過孔與所述有源層兩端的歐姆接觸區域相連。
11.一種薄膜電晶體，其特徵在於，所述薄膜電晶體採用權利要求8-10任一項所述的方法製得。
12.根據權利要求11所述的薄膜電晶體，其特徵在於，該薄膜電晶體的有源層下方形成有緩衝層和導熱絕緣層。
13.一種陣列基板，其特徵在於，包含權利要求11或12所述的薄膜電晶體。
14.一種顯示裝置，其特徵在於，包含權利要求13所述的陣列基板。
全文摘要
本發明公開了一種低溫多晶矽薄膜製備方法，包括提供一基板；在基板上依次形成導熱絕緣層、緩衝層和非晶矽層；其中，導熱絕緣層具有規則分布的圖案；對非晶矽層進行高溫處理和雷射退火，使非晶矽層形成多晶矽薄膜。本發明還公開了所製得的低溫多晶矽薄膜、薄膜電晶體、陣列基板和顯示裝置。本發明通過在基板上增加一層圖案狀的導熱絕緣層，使得非晶矽層進行雷射退火時，非晶矽薄膜中的導熱狀況發生變化，產生溫度梯度。雷射退火時，非晶矽薄膜在有導熱絕緣層圖案的區域，由於熱量被快速吸收，這些區域會比其它區域冷卻得更快，能夠先行形成結晶核，經過退火過程，結晶核再繼續向周圍生長，一直到生長為大的多晶矽晶粒，並且分布均勻。
文檔編號H01L21/324GK102969250SQ20121047899
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者田雪雁, 龍春平 申請人:京東方科技集團股份有限公司