低温多晶硅薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板和显示装置与流程

本发明涉及显示技术领域，具体的，涉及低温多晶硅薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板和显示装置。

背景技术：

微棱镜阵列基板技术是一种新型的薄膜晶体管技术，但是其漏电流较大或迁移率不足，目前，为了降低微棱镜阵列基板的漏电流，通常采p-Si串联a-Si的方式，但整体薄膜晶体管的迁移率会大幅度下降，使其在小尺寸高分辨率上不具有明显优势。

因此，目前的薄膜晶体管技术仍有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的以下发现而完成的：

发明人在研究过程中发现，为了降低微棱镜阵列基板技术中薄膜晶体管的漏电流，一般的会使p-Si与a-Si进行串联，但是这种方法会使得整体薄膜晶体管的迁移率大幅度下降，如果能够开发一种既能够有效降低漏电流、又能保证较高的迁移率的薄膜晶体管，对显示装置的性能改进将具有重要意义。针对上述问题，发明人进行了深入研究，意外的发现，采用低温多晶硅制备薄膜晶体管的有源层，且使得其在不同位置具有不同的迁移率，可以使得薄膜晶体管的漏电流较低，且同时迁移率较高，薄膜晶体管的性能得到显著改善。

为此，本发明的一个目的在于提出一种具有较高迁移率或漏电流较小的低温多晶硅薄膜晶体管。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种低温多晶硅薄膜晶体管。根据本发明的实施例，该低温多晶硅薄膜晶体管的有源层中包括多个子单元，所述多个子单元中低温多晶硅的晶粒尺寸不同。发明人发现，由此可以有效地降低漏电流、提高迁移率，大大提高薄膜晶体管的使用性能。

根据本发明的实施例，所述有源层包括成行依次排列的第一子单元、第二子单元和第三子单元，其中，所述第二子单元中低温多晶硅的晶粒尺寸大于或小于所述第一子单元和所述第三子单元中低温多晶硅的晶粒尺寸。

根据本发明的实施例，所述多个子单元中低温多晶硅的晶粒尺寸不大于600nm。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种阵列基板。根据本发明的实施例，该阵列基板包括前面所述的低温多晶硅薄膜晶体管。本领域技术人员可以理解，该阵列基板具有前面所述的低温薄膜晶体管的所有特征和优点，在此不再一一赘述。

在本发明的再一个方面，本发明提供了一种显示装置。根据本发明的实施例，该显示装置具有前面所述的阵列基板。本领域技术人员可以理解，该显示装置具有前面所述的低温薄膜晶体管和阵列基板的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

在本发明的又一个方面，本发明提供了一种制备低温多晶硅薄膜晶体管的方法。根据本发明的实施例，在形成所述有源层的步骤中，使得所述有源层的多个子单元中低温多晶硅的迁移率不同。由此，可以有效降低漏电流同时提高薄膜晶体管整体的迁移率，进而大大提高薄膜晶体管的使用性能。

根据本发明的实施例，在所述多个子单元中形成晶粒尺寸不同的低温多晶硅，以使得所述多个子单元中低温多晶硅的迁移率不同。

根据本发明的实施例，在激光晶化过程中对所述多个子单元照射的激光能量不同，以在所述多个子单元中形成晶粒尺寸不同的低温多晶硅。

根据本发明的实施例，利用半色调掩膜进行所述激光晶化过程，以使得对所述多个子单元照射的激光能量不同。

根据本发明的实施例，形成所述有源层的步骤包括：在基底上形成非晶硅层；利用所述半色调掩膜，对所述非晶硅层进行激光晶化，得到低温多晶硅层；对所述低温多晶硅层进行图案化，得到所述有源层。

附图说明

图1显示了根据本发明一个实施例的有源层的剖面结构示意图。

图2A至图2C显示了根据本发明一个实施例的形成有源层的结构示意图，其中，图2A为剖面结构示意图，图2B和图2C是子单元中晶粒尺寸的示意图。

图3显示了根据本发明一个实施例的薄膜晶体管的结构示意图。

图4显示了根据本发明一个实施例的形成有源层的流程示意图。

图5A和图5B是根据本发明一个实施例的半色调掩膜的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种低温多晶硅薄膜晶体管。根据本发明的实施例，参照图1，该低温多晶硅薄膜晶体管的有源层10中包括多个子单元11，所述多个子单元11中低温多晶硅的晶粒尺寸不同。发明人发现，由此可以有效地降低薄膜晶体管的漏电流、提高迁移率，进而显著改善薄膜晶体管的使用性能，提高具有该薄膜晶体管的显示装置的显示品质。

根据本发明的实施例，参照图2A至图2C，所述有源层包括成行依次排列的第一子单元12、第二子单元13和第三子单元14，其中，所述第二子单元13中低温多晶硅的晶粒尺寸大于或小于所述第一子单元12和所述第三子单元14中低温多晶硅的晶粒尺寸，其中，第二子单元13中低温多晶硅的晶粒尺寸大于第一子单元12和所述第三子单元14中低温多晶硅的晶粒尺寸示意图见图2B，第二子单元13中低温多晶硅的晶粒尺寸小于第一子单元12和所述第三子单元14中低温多晶硅的晶粒尺寸示意图见图2C。由此，易于加工，多晶硅晶粒尺寸分布合理，利于进一步降低漏电流、提高迁移率。当然，本领域技术人员可以理解，有源层中多个子单元的数量和多晶硅晶粒尺寸的分布并不限于图2A至图2C所示的情形，本领域技术人员可以根据实际条件进行选择，例如子单元的个数可以为2、4、5、6、7等或更多，多个子单元中的多晶硅的晶粒尺寸可以按照一定规则，如周期性分布，也可以随机无规分布等，只要不脱离本发明的发明构思，在本发明基础上做出的合理的改变和替换均在本发明的保护范围之内。

根据本发明的实施例，为了进一步提高薄膜晶体管的使用性能，所述多个子单元中低温多晶硅的晶粒尺寸不大于600nm。在本发明的一些实施例中，多个子单元中低温多晶硅的晶粒尺寸可以不大于500nm，例如可以为100nm至200nm等。由此，可以有效保证漏电流较低，迁移率较高。

根据本发明的实施例，除了上述有源层之外，该低温多晶硅薄膜晶体管还具有常规低温多晶硅薄膜晶体管所具备的必要的结构，例如以底栅结构薄膜晶体管为例进行说明，参照图3，该低温多晶硅薄膜晶体管可以包括基板12、栅极13、栅绝缘层14、上述有源层10、漏极50、源极60和钝化层70等结构。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种阵列基板。根据本发明的实施例，该阵列基板包括前面所述的低温多晶硅薄膜晶体管。发明人发现，该阵列基板上薄膜晶体管的漏电流较低，且迁移率较高，应用于显示装置时有利于提高显示画面品质，提高客户体验。

本领域技术人员可以理解，除了前面所述的低温多晶薄膜晶体管，该阵列基板还包括常规阵列基板所具有的必要部件和结构，比如包括公共电极、像素电极、绝缘层、连接电路、驱动电路等等，在此不再一一赘述。

在本发明的再一个方面，本发明提供了一种显示装置。根据本发明的实施例，该显示装置具有前面所述的阵列基板。发明人发现，该显示装置避免了漏电流过大或迁移率较低导致的不良，具有较好的显示效果。本领域技术人员可以理解，该显示装置具有前面所述的低温薄膜晶体管和阵列基板的全部特征和优点，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，该显示装置的具体种类不受特别限制，可以为任何已知的具有显示功能的装置、设备等，例如包括但不限于显示面板、手机、平板电脑、计算机显示器、电视机、游戏机、可穿戴设备、以及各种具有显示功能的家用、生活电器等。

本领域技术人员可以理解，除了前面所述的阵列基板，该显示装置还包括常规显示装置所具有的必要的结构和部件，例如手机可以包括外壳、CPU、触控屏、照相模组、指纹识别模组等等常规手机具备的结构和部件，在此不再一一赘述。

在本发明的又一个方面，本发明提供了一种制备低温多晶硅薄膜晶体管的方法。根据本发明的实施例，在形成所述有源层的步骤中，使得所述有源层的多个子单元中低温多晶硅的迁移率不同。由此，该方法操作简单、方便，易于实现，且获得的薄膜晶体管具有较低的漏电流的同时具有较高的整体迁移率。

根据本发明的实施例，使得有源层的多个子单元中低温多晶硅的迁移率不同的具体方法没有特别限制，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。在本发明的一些实施例中，可以在所述多个子单元中形成晶粒尺寸不同的低温多晶硅，以使得所述多个子单元中低温多晶硅的迁移率不同。由此，可以有效降低漏电流同时提高薄膜晶体管整体的迁移率。

根据本发明的实施例，形成晶粒尺寸不同的低温多晶硅的方法也没有特别限制，只要满足使用要求，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。一般情况下，形成低温多晶硅的步骤包括形成非晶硅层和对非晶硅层进行激光晶化的步骤，为了形成晶粒尺寸不同的低温多晶硅，可以调控形成低温多晶硅的参数、步骤等对低温多晶硅的晶粒尺寸进行控制。在本发明的一些实施例中，可以在激光晶化过程中对所述多个子单元照射不同能量的激光，以在所述多个子单元中形成晶粒尺寸不同的低温多晶硅。由此，操作简单、方便、易于实现。

根据本发明的实施例，激光的具体种类和来源没有特别限制，只要可以使得非晶硅在低温条件下进行激光晶化即可，本领域技术人员可以根据实际情况和需要灵活选择。在本发明的一些实施例中，可以通过准分子激光晶化将非晶硅转化为低温多晶硅。由此，操作简单，操作温度较低，易于实现。

根据本发明的实施例，为了简化操作步骤，可以利用半色调掩膜进行所述激光晶化过程，以使得对所述多个子单元照射的激光能量不同。具体而言，半色调掩膜可以具有多个全透区和半透区，全透区激光可以全部透过，到达非晶硅层的激光能量较高，形成晶粒尺寸较大的低温多晶硅，而半透区允许部分激光透过，到达非晶硅层的激光能量相对较低，形成晶粒尺寸相对较小的低温多晶硅。由此，操作简单、快捷、易于实现规模化生产。

根据本发明的实施例，低温多晶硅的晶粒尺寸分布没有特别限制，本领域技术人员可以根据需要进行选择，具体的，可以与前面所述的薄膜晶体管中多个子单元中低温多晶硅的晶粒尺寸分布一致，在此不再过多赘述。相应的，半色调掩膜的全透区和半透区的分布方式与低温多晶硅的晶粒尺寸分布一致，晶粒尺寸相对较大的位置对应全透区，晶粒尺寸相对较小的位置对应半透区。

根据本发明的一个具体实施例，参照图4，形成所述有源层的步骤包括：

S100：在基底上形成非晶硅层。

根据本发明的实施例，可以采用的基底的具体种类没有特别限制，本领域从技术人员可以根据需要灵活选择。例如包括但不限于玻璃基底、陶瓷基底、金属基底等。由此，来源广泛，成本较低且性能良好。

根据本发明的实施例，形成非晶硅层的具体方法没有特别限制，本领域技术人员可以根据需要灵活选择，例如可以为物理气相沉积法(PVD)，化学气相沉积法(CVD)等，其中PVD法包括但不限于溅射法，CVD法包括但不限于热丝化学气相沉积法(HW-CVD)、微波等离子电子回旋共振化学气相沉积法(MWECR-CVD)、等离子增强化学气相沉积法(PECVD)等。由此，操作简单、工艺成熟，易于实现规模化生产。

S200：利用所述半色调掩膜，对所述非晶硅层进行激光晶化，得到低温多晶硅层。

具体的，该步骤中，首先在非晶硅层上形成半色调掩膜，然后对所述非晶硅层照射激光，使非晶硅层转化为多晶硅层。

根据本发明的实施例，半色调掩膜是将掩膜设计成全透区与半透区相组合的掩膜，然后进行激光晶化，由此可以有效的调整全透区与半透区非晶硅(p-Si)结晶时激光的能量。需要注意的是，具体的掩膜的全透区与半透区相组合的方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。在本发明的一个实施例中，参照图5A，可以将掩膜区依次顺序设置为遮挡区1、半透区2、透光区3、半透区2、遮挡区1，由此，进行激光晶化后形成图2C所示的晶粒尺寸较小的第一子单元12、晶粒尺寸较大的第二子单元13和晶粒尺寸较小的第三子单元14。在本发明的又一个实施例中，参照图5B，可以将掩膜区依次顺序设置为遮挡区1、全透区3、半透区2、全透区3、遮挡区1，由此进行激光晶化后依次形成图2B所示的晶粒较大的第一子单元12、晶粒尺寸较小的第二子单元13和晶粒尺寸较大的第三子单元14。由此，操作方便，简捷，可以形成晶粒尺寸不同的低温多晶硅，进而使得漏电流较低，迁移率较高。当然，本领域技术人员可以理解，半色调掩膜上遮挡区、全透区和半透区的具体设置方式并不限于上述情形，本领域技术人员可以根据需要进行设计。

S300：对所述低温多晶硅层进行图案化，得到所述有源层。

根据本发明的实施例，对低温多晶硅层进行图案化的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择。例如可以通过一次构图工艺，即经过涂布光刻胶、曝光、显影、刻蚀等步骤形成有源层，由此操作简便，快捷，易于实现规模化生产。

根据本发明的实施例，该形成薄膜晶体管的方法还可以包括形成薄膜晶体管的其他必要结构和部件的步骤，例如还可以包括形成栅极、栅绝缘层、漏极、源极和钝化层的步骤，这些步骤均可以按照常规操作进行，在此不再过多赘述。

发明人发现，通过该方法可以有效快速地形成多个子单元中迁移率不同的低温多晶硅，从而使获得的薄膜晶体管漏电流低且迁移率高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。