低溫多晶硅TFT陣列基板及其制備方法、顯示裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種低溫多晶硅TFT陣列基板及其制備方法、顯示裝置，該制備方法包括：利用臺階式光刻膠工藝，通過一次光刻工藝在基板上同時形成多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板；在多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板上形成柵絕緣層；在柵絕緣層上形成金屬層，刻蝕該金屬層形成柵極及與柵極相連的柵線，源電極、漏電極及與源漏電極相連的數據線；依次形成鈍化層、光刻膠層和像素電極層，對所述鈍化層、光刻膠層和像素電極層進行構圖工藝處理，通過一次光刻工藝形成層間絕緣層過孔和像素電極的圖案；在像素電極上形成像素定義層。利用本發明專利技術，減少了低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的光刻工藝次數，提升了工藝良率和降低了工藝成本。

【技術實現步驟摘要】
低溫多晶硅TFT陣列基板及其制備方法、顯示裝置
本專利技術涉及有源矩陣有機發光二極管顯示器制備
，尤其是一種低溫多晶硅薄膜場效應晶體管(ThinFilmTransistor，TFT)陣列基板及其制備方法、具有該低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的顯示裝置。
技術介紹
相對于液晶顯示器，有機發光二極管顯示器具有反應速度快、重量輕、可彎曲和廣視角等優點。而有源矩陣有機發光二極管(ActiveMatrixOrganicLightEmittingDiode，AMOLED)更具有驅動電流小和功耗低的優勢，適合于高解析度顯示器。有源矩陣有機發光二極管架構可使用非晶硅、多晶硅、氧化物半導體或有機薄膜晶體管驅動，由于非晶硅或有機薄膜晶體管的載流子遷移率與驅動電流小，驅動高亮度有機發光二極管所需的電壓較高且器件也較大。然而低溫多晶硅具有高達100cm2/V-s的遷移率，其高電流特性正好符合有機發光二極管嚴格的要求，低操作電壓與高密度的驅動架構使得有機發光二極管壽命較長。有別于傳統液晶顯示器電壓驅動的方式，有機發光二極管驅動所需為特殊電流驅動架構，還有為了克服灰階與面板均勻性所涉及的補償電路，往往在同一像素中需要2～6個薄膜晶體管，而低溫多晶硅高密度的布局特點，使得高亮度與高畫質的有機發光二極管面板更容易實現。目前成功商業化生產的AMOLED絕大部分是使用低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板。圖1是現有的低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的示意圖。在傳統的低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板制備工藝中，一般需要8～9道掩膜工序，導致制備工藝比較復雜。以下參照圖2A～圖2G，對圖1所示的現有低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板制備工藝進行說明。如圖2A所示，通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)，在整個絕緣基板1上依次沉積氮化硅(SiN)薄膜和二氧化硅(SiO2)薄膜，形成氮化硅和二氧化硅構成的緩沖層2。接著利用PECVD或者其它化學或物理氣相沉積方法在緩沖層2上形成非晶硅(a-Si)薄膜。通過激光退火(ELA)或者固相結晶(SPC)方法，使得a-Si結晶成為多晶硅薄膜。然后采用傳統掩膜工藝在多晶硅薄膜上形成光刻膠層的圖案，以光刻膠層為刻蝕阻擋層，通過等離子體刻蝕沒有被光刻膠層保護的多晶硅薄膜，形成多晶硅有源層4和多晶硅存儲電容3。利用離子注入工藝對多晶硅有源層4中的晶體管溝道進行低濃度離子摻雜，在多晶硅有源層4中形成薄膜晶體管要求的導電溝道。如圖2B所示，通過掩膜工藝在多晶硅有源層4上形成光阻材料組成的光刻膠5，以保護多晶硅有源層4不被離子注入。對沒有光刻膠層保護的多晶硅存儲電容3進行高濃度離子注入工藝，將多晶硅存儲電容3轉化為低電阻的摻雜多晶硅薄膜。在圖2C～圖2G的后續工藝過程中，由于只在多晶硅存儲電容3上形成柵極絕緣層和柵極金屬薄膜構成的電容第二極板，因此在圖2C～圖2G中不再顯示多晶硅存儲電容3后續僅有的一次光刻工藝，即形成電容第二極板的光刻工藝。如圖2C所示，通過光刻膠剝離工藝去除多晶硅有源層4上的光刻膠5，使用PECVD沉積SiO2薄膜或SiO2與SiN的復合薄膜，在多晶硅存儲電容3、多晶硅有源層4以及整個緩沖層2上形成柵極絕緣層6。通過磁控濺射等物理氣相沉積方法在柵極絕緣層6上沉積一種或者多種低電阻的金屬材料薄膜，利用光刻工藝形成柵極7。使用柵極7作為離子注入阻擋層，對多晶硅有源層4進行離子摻雜，在未被柵極阻擋的多晶硅有源層區域形成低阻抗的源漏電極接觸區。如圖2D所示，在包含柵極7的整個表面，使用PECVD依次沉積SiO2薄膜和SiN薄膜形成層間絕緣層8，通過掩膜和刻蝕工藝刻蝕層間絕緣層8形成源漏電極接觸孔15和16。如圖2E所示，使用磁控濺射在層間絕緣層8及源漏電極接觸孔15和16之上沉積一種或多種低電阻的金屬薄膜，通過掩膜和刻蝕工藝形成源電極9和漏電極10，源電極9和漏電極10通過接觸孔15、16與多晶硅有源層4形成歐姆接觸。使用快速熱退火或熱處理爐退火，激活多晶硅有源層4中摻雜的離子，在柵極7之下的多晶硅有源層4中形成有效的導電溝道。如圖2F所示，使用PECVD在包含源電極9和漏電極10的整個表面沉積一層SiN薄膜，通過掩膜和刻蝕工藝形成包含過孔17的鈍化層11。使用快速熱退火或熱處理爐退火進行氫化工藝，修復多晶硅有源層4內部和界面的缺陷。通過多一次的掩膜工藝，在SiN鈍化層11之上形成具有相同過孔的有機平坦化層18，填充器件表面的低凹形成平坦表面。如圖2G所示，使用磁控濺射在有機平坦化層18和過孔17之上沉積一層透明導電薄膜，通過光刻工藝刻蝕該透明導電薄膜在過孔17及部分有機平坦化層18之上形成像素區域的像素電極12，然后在有機平坦化層18及像素電極12上涂覆一層類似有機平坦化層18的光敏有機材料，通過最后一道掩膜工藝暴露出像素電極12的部分區域，形成圖1中所示的像素定義層13，像素定義層13覆蓋有機平坦化層18及剩余的像素電極12區域。綜上所述，至少需要8～9道光刻工藝形成圖1所示的低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板，包括多晶硅有源層、存儲電容摻雜、柵極、層間絕緣層接觸孔、源漏電極、鈍化層過孔、平坦化層、像素電極和像素定義層，導致較長的工藝時間和較低的工藝良率，使得制備工藝復雜，制備成本較高。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題有鑒于此，本專利技術的主要目的在于提供一種低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板及其制備方法，以減少低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的光刻工藝次數，從而達到提升工藝良率和降低工藝成本的目的。本專利技術的主要目的還在于提供一種包括該低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的顯示裝置。(二)技術方案根據本專利技術的一個方面，本專利技術提供了一種制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，包括：步驟10：利用臺階式光刻膠工藝，通過一次光刻工藝在基板上同時形成多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板；步驟20：在所述多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板上形成柵絕緣層；步驟30：在所述柵絕緣層上形成金屬層，刻蝕該金屬層形成柵極及與柵極相連的柵線，源電極、漏電極及與源漏電極相連的數據線；步驟40：在所述刻蝕后的金屬層上依次形成鈍化層、光刻膠層和像素電極層，利用臺階式掩膜工藝和剝離技術，對所述鈍化層、光刻膠層和像素電極層進行構圖工藝處理，通過一次光刻工藝形成層間絕緣層過孔和像素電極的圖案；步驟50：在所述像素電極上形成像素定義層，完成低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的制備。優選地，所述步驟10包括：清洗基板，在基板表面依次沉積一層SiN薄膜和一層SiO2薄膜，該SiN薄膜和SiO2薄膜構成緩沖層；在緩沖層上沉積一層非晶硅薄膜，對該非晶硅薄膜進行脫氫工藝處理，并對非晶硅薄膜進行結晶工藝，形成多晶硅薄膜；清洗多晶硅薄膜，采用半透式掩膜版在多晶硅薄膜表面形成兩種不同厚度的第一光刻膠5a和第二光刻膠5b，且第一光刻膠5a的厚度大于第二光刻膠5b的厚度；對多晶硅薄膜進行刻蝕，形成用于構成多晶硅有源層的薄膜和用于構成多晶硅存儲電容下極板的薄膜，接著去除第二光刻膠5b，保留第一光刻膠5a作為離子注入阻擋層，對用于構成多晶硅存儲電容下極板的薄膜進行離子摻雜，然后去除第一光刻膠5a，在基板上同時形成多晶硅有源層和多晶硅存本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，其特征在于，包括：步驟10：利用臺階式光刻膠工藝，通過一次光刻工藝在基板上同時形成多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板；步驟20：在所述多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板上形成柵絕緣層；步驟30：在所述柵絕緣層上形成金屬層，刻蝕該金屬層形成柵極及與柵極相連的柵線，源電極、漏電極及與源漏電極相連的數據線；步驟40：在所述刻蝕后的金屬層上依次形成鈍化層、光刻膠層和像素電極層，利用臺階式掩膜工藝和剝離技術，對所述鈍化層、光刻膠層和像素電極層進行構圖工藝處理，通過一次光刻工藝形成層間絕緣層過孔和像素電極的圖案；步驟50：在所述像素電極上形成像素定義層，完成低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的制備。

【技術特征摘要】
1.一種制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，其特征在于，包括：步驟10：利用臺階式光刻膠工藝，通過一次光刻工藝在基板上同時形成多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板；步驟20：在所述多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板上形成柵絕緣層；步驟30：在所述柵絕緣層上形成金屬層，刻蝕該金屬層形成柵極及與柵極相連的柵線，源電極、漏電極及與源漏電極相連的數據線，以及多晶硅存儲電容上極板；步驟40：在所述刻蝕后的金屬層上形成鈍化層、光刻膠層和像素電極層，利用臺階式掩膜工藝和剝離技術，對所述鈍化層、光刻膠層和像素電極層進行構圖工藝處理，通過一次光刻工藝形成鈍化層過孔和像素電極的圖案，其中鈍化層過孔用以實現有源層與源電極的連接以及漏電極與像素電極的連接；步驟50：在所述像素電極上形成像素定義層，完成低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的制備。2.根據權利要求1所述的制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，其特征在于，所述步驟10包括：清洗基板，在基板表面依次沉積一層SiN薄膜和一層SiO2薄膜，該SiN薄膜和SiO2薄膜構成緩沖層；在緩沖層上沉積一層非晶硅薄膜，對該非晶硅薄膜進行脫氫工藝處理，并對非晶硅薄膜進行結晶工藝，形成多晶硅薄膜；清洗多晶硅薄膜，采用半透式掩膜版在多晶硅薄膜表面形成兩種不同厚度的第一光刻膠(5a)和第二光刻膠(5b)，且第一光刻膠(5a)的厚度大于第二光刻膠(5b)的厚度；對多晶硅薄膜進行刻蝕，形成用于構成多晶硅有源層的薄膜和用于構成多晶硅存儲電容下極板的薄膜，接著去除第二光刻膠(5b)，保留第一光刻膠(5a)作為離子注入阻擋層，對用于構成多晶硅存儲電容下極板的薄膜進行離子摻雜，然后去除第一光刻膠(5a)，在基板上同時形成多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板。3.根據權利要求2所述的制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，其特征在于，所述構成緩沖層的SiN薄膜的厚度為50nm～100nm，SiO2薄膜的厚度為100nm～400nm；所述在緩沖層上沉積的非晶硅薄膜厚度為40nm～100nm；所述對該非晶硅薄膜進行脫氫工藝處理采用熱處理爐實現，用以防止結晶過程中的氫爆；所述對非晶硅薄膜進行結晶工藝采用激光退火結晶、金屬誘導結晶或固相結晶方法實現；所述采用半透式掩膜版在多晶硅薄膜表面形成兩種不同厚度的第一光刻膠(5a)和第二光刻膠(5b)，其中半透式掩膜版是半色調或灰色調掩膜版，第一光刻膠(5a)的厚度在1微米～3微米之間，覆蓋在多晶硅薄膜用于形成多晶硅有源層的區域，第二光刻膠(5b)的厚度在0.5微米～1微米之間，覆蓋在多晶硅薄膜用于形成多晶硅存儲電容下極板的區域；所述對多晶硅薄膜進行刻蝕，采用等離子體或電感耦合等離子方法實現；所述去除第二光刻膠(5b)，保留第一光刻膠(5a)作為離子注入阻擋層采用等離子體灰化工藝實現；所述對用于構成多晶硅存儲電容下極板的薄膜進行離子摻雜，采用離子注入或離子云注入的方法實現，摻雜離子為PH3/H2或B2H6/H2，離子注入劑量在1014ions/cm2～1016ions/cm2之間，注入能量在10KeV～100KeV之間。4.根據權利要求1所述的制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，其特征在于，步驟20中所述在所述多晶硅有源層和多晶硅存儲電容下極板上形成柵絕緣層采用PECVD方法實現，該柵絕緣層由SiO2薄膜和SiN薄膜構成，且SiN薄膜形成在SiO2薄膜之上，SiO2薄膜的厚度為30nm～100nm，SiN薄膜的厚度為20nm～100nm。5.根據權利要求4所述的制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，其特征在于，所述在多晶硅存儲電容下極板之上沉積的柵極絕緣層用以構成多晶硅存儲電容的絕緣介質。6.根據權利要求1所述的制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，其特征在于，步驟30中所述在所述柵絕緣層上形成金屬層，是采用磁控濺射方法在柵極絕緣層上沉積一層厚度為200nm～500nm的金屬薄膜，然后通過光刻和刻蝕工藝去除柵極、柵線、源漏電極和數據線以外區域的金屬薄膜，形成柵極及與柵極相連的柵線，源電極、漏電極及與源漏電極相連的數據線，以及同時形成多晶硅存儲電容上極板。7.根據權利要求6所述的制備低溫多晶硅薄膜場效應晶體管陣列基板的方法，其特征在于，所述金屬薄膜是采用由金屬材料Al、Cu...

【專利技術屬性】
技術研發人員：龍春平，梁逸南，劉政，王祖強，田雪雁，
申請(專利權)人：京東方科技集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11