CN104538396A - 半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法，所述半导体层的制备方法包括：形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域，在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层。上述制备方法保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。

Description

半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法。

背景技术

传统的半导体和液晶显示行业都是以硅材料为基础的，而碳基半导体材料具有更高的迁移率和不同于硅材料的特殊电学性质，因此碳基半导体材料作为新一代的半导体材料开始得到日益广泛的研究和开发利用。

目前，碳纳米管(Carbon nano tube，CNT)的开发方法主要是利用固定催化剂位置的思路来实现碳纳米管的生长，但是利用这种方法制备出的碳纳米管与后续工艺的兼容性较差，例如，刻蚀工艺会部分破坏碳纳米管的完整性。因此，现有的碳纳米管的制备方法难以实现大规模的产业化应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法，用于解决现有技术中制备的碳纳米管与后续工艺的兼容性较差，导致难以实现大规模的产业化应用的问题。

为此，本发明提供一种半导体层的制备方法，包括：形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层，位于所述溶解区域之上的半导体层薄膜溶解入所述渗碳层；去除所述渗碳层。

可选的，所述形成渗碳层的步骤包括：形成渗碳层薄膜；在所述渗碳层薄膜上涂敷光刻胶，采用掩模板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶保留区域和光刻胶去除区域，所述光刻胶保留区域对应于形成溶解区域的图形区域，所述光刻胶去除区域对应于形成空白区域的图形区域；对所述渗碳层薄膜进行刻蚀以形成渗碳层；去除剩余的光刻胶。

可选的，所述形成渗碳层的步骤包括：形成渗碳层薄膜；在所述渗碳层薄膜上涂敷光刻胶，采用半色调掩膜板或灰色调掩膜板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶完全保留区域和光刻胶半保留区域，所述光刻胶完全保留区域对应于形成溶解区域的图形区域，所述光刻胶半保留区域对应于形成空白区域的图形区域；对所述渗碳层薄膜进行刻蚀以形成渗碳层；去除剩余的光刻胶。

可选的，所述空白区域留存有厚度为1-100纳米的渗碳层薄膜。

可选的，所述碳基半导体材料包括石墨烯或碳纳米管。

可选的，所述渗碳层的构成材料包括金属铁、镍、钴和铬中至少一个。

可选的，所述渗碳层的构成材料包括对碳元素具有溶解性能的有机物。

可选的，所述去除所述渗碳层的步骤之前包括：将所述渗碳层和所述半导体层薄膜置于高温环境中。

可选的，所述去除所述渗碳层的步骤之后包括：对所述半导体层进行退火处理。

本发明还提供一种半导体器件的制备方法，包括上述任一半导体层的制备方法。

可选的，所述半导体器件包括薄膜晶体管、传感器或太阳能电池。

本发明还提供一种阵列基板的制备方法，包括上述任一半导体层的制备方法。

本发明还提供一种显示装置的制备方法，包括上述任一阵列基板的制备方法。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法中，所述半导体层的制备方法包括：形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层。上述制备方法保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种半导体层的制备方法的流程图；

图2a～图2d为实施例一形成半导体层的示意图；

图3a～图3g为实施例二形成半导体器件的示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的半导体层、半导体器件、阵列基板和显示装置的制备方法进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种半导体层的制备方法的流程图，图2a～图2d为实施例一形成半导体层的示意图。如图1和图2a～图2d所示，所述半导体层的制备方法包括：

步骤1001、形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域。

参见图2a，在衬底基板上形成渗碳层薄膜101，所述渗碳层薄膜101的构成材料包括金属铁、镍、钴和铬中至少一个，所述渗碳层薄膜101的厚度为100nm。可选的，所述渗碳层的构成材料包括对碳元素具有溶解性能的有机物。当然，其它具有较高的碳固溶度的有机/无机杂化薄膜、金属/非金属杂化薄膜也可以成为所述渗碳层的构成材料。所述碳固溶度是指碳元素在固态材料中的溶解度，表明碳元素在溶剂物质中的溶解性能，而不至于发生碳元素的析出现象。

参见图2b，在所述渗碳层薄膜101上涂敷光刻胶，采用掩模板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶保留区域和光刻胶去除区域，所述光刻胶保留区域对应于形成溶解区域102的图形区域，所述光刻胶去除区域对应于形成空白区域103的图形区域。对所述渗碳层薄膜101进行刻蚀以形成渗碳层，去除剩余的光刻胶。所述渗碳层包括空白区域103和溶解区域102，所述空白区域103对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域102对应于所述图形区域之外的其它区域。本实施例利用渗碳层控制半导体层的形成区域，从而利用光刻工艺获得阵列化的半导体层的形成区域，进而形成阵列化的半导体层。上述阵列化的半导体层保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。

在实际应用中，可以使用半色调掩膜板或灰色调掩膜板在空白区域103留存纳米级渗碳层薄膜，所述纳米级渗碳层薄膜包括金属铁、镍、钴和铬中至少一个，可以用作催化剂加快半导体层的形成，从而提高形成阵列化的半导体层的效率。优选的，所述空白区域103留存有厚度为1-100纳米的渗碳层薄膜。本实施例中，在所述渗碳层薄膜101上涂敷光刻胶，采用半色调掩膜板或灰色调掩膜板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶完全保留区域和光刻胶半保留区域，所述光刻胶完全保留区域对应于形成溶解区域102的图形区域，所述光刻胶半保留区域对应于形成空白区域103的图形区域。对所述渗碳层薄膜101进行刻蚀以形成渗碳层，去除剩余的光刻胶。因此，所述渗碳层的空白区域103上留存有纳米级渗碳层薄膜。本实施例利用留存的渗碳层薄膜作为催化剂加快半导体层的形成，从而提高形成阵列化的半导体层的效率。上述阵列化的半导体层保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。

步骤1002、在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层，位于所述溶解区域之上的半导体层薄膜溶解入所述渗碳层。

参见图2c，在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料。优选的，所述碳基半导体材料包括石墨烯或碳纳米管。需要说明的是，本实施例提供的制备方法适用于n型碳纳米管、p型碳纳米管以及CMOS类型的碳纳米管结构。可选的，为实现n型碳纳米管，可以向其中掺杂氮元素，氮原子的物质的量所占比例为0.1％-5％。由于一般情况下本征的碳纳米管即是p型碳纳米管，因此，p型碳纳米管可以直接制备。当然，也可以向其中掺杂硼元素，硼原子的物质的量所占比例为0.1％-5％。

在所述溶解区域102，碳元素渗入到所述渗碳层105之中，因此在所述溶解区域102上无法形成半导体层，反而在之前的空白区域103上形成半导体层104。只能在所述空白区域103上形成所述半导体层104，因此可以获得排列整齐、性能均一的阵列化的半导体层。

可选的，将所述渗碳层和所述半导体层薄膜置于高温环境中。采用适度的高温环境可以增加金属膜层的碳固溶度。所述碳固溶度是指碳元素在固态材料中的溶解度。适度的高温可以提高碳元素在溶剂物质中的溶解性能，避免发生碳元素的析出现象，从而提高位于所述溶解区域102之上的半导体层薄膜溶解入所述渗碳层105的效率。另外，为提高碳元素的扩散速度，也可以调整形成半导体层薄膜的气体环境。

步骤1003、去除所述渗碳层。

参见图2d，通过刻蚀液将含碳的渗碳层刻蚀，单独保留所述半导体层104。由于空白区域103是严格按照周期阵列排布的，因此能够直接形成严格阵列化的半导体层。优选的，对所述半导体层104进行退火处理。退火工艺可以提高渗碳的最终效果。

本实施例提供的半导体层的制备方法中，所述半导体层的制备方法包括：形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层。上述制备方法保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。

实施例二

本发明实施例二提供一种半导体器件的制备方法，包括实施例一提供的半导体层的制备方法。关于半导体层的制备方法的具体内容可参照上述实施例一中的描述，此处不再赘述。

可选的，所述半导体器件包括薄膜晶体管、传感器或太阳能电池。在实际应用中，本实施例提供的制备方法适用于构成材料包括碳基半导体材料的各种半导体器件。本实施例提供技术方案可用于TFT-LCD和TFT-AMOLED等多种显示器件的制备，而且可以根据实据情况作出相应的改变。所述TFT-AMOLED显示器件在制备OLED部分前，先采用等离子体对TFT背板的表面进行处理，然后通过金属有机薄膜沉积系统在背板上蒸镀有机材料和阴极金属薄膜。需要说明的是，本实施例中所述的TFT-AMOLED显示器件为底栅型TFT-AMOLED显示器件，但是顶栅型TFT-AMOLED显示器件的制备方法也属于本发明的保护范围。

本实施例对薄膜晶体管的制备过程进行如下详细描述。需要说明的是，本实施例中所述的薄膜晶体管为底栅结构，但是顶栅结构的薄膜晶体管的制备方法也属于本发明的保护范围。当然，其它的结构，例如，交叠型结构、反交叠型结构、共面型结构或反共面型结构也属于本发明的保护范围。

图3a～图3g为实施例二形成半导体器件的示意图。如图3a所示，对所述衬底基板105进行清洗，并根据需要可以在所述衬底基板105上沉积缓冲层(图中未示出)。所述缓冲层的构成材料包括SiO₂，所述缓冲层的厚度为200nm。所述衬底基板105的构成材料可以包括透明材料，也可以包括其他不透明材料，例如，陶瓷或者金属。

如图3b所示，在所述衬底基板105之上形成栅极106，所述栅极106的厚度为1-500nm，所述栅极106的构成材料包括铜、钨、铌、铝、钼、钛等金属。可选的，所述栅极106采用溅射工艺形成。

如图3c所示，在所述栅极106之上形成栅绝缘层107。所述栅绝缘层107的构成材料包括二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氮氧化硅、氧化锆、氧化钽、钛酸钡、氧化钕、氮氧化硅、氮氧化铝、氮氧化锆、氮氧化钽、氮氧化钕、氮化硅、氮化铝、氮化锆或氮化钽。所述栅绝缘层107的厚度为1-100nm。

如图3d所示，在所述栅绝缘层107之上形成有源层108，所述有源层108的制备方法为实施例一提供的半导体层的制备方法。关于有源层108的制备方法的具体内容可参照上述实施例一中的描述，此处不再赘述。另外，所述有源层108的厚度为5-200nm。

如图3e所示，在所述有源层108之上形成源极109和漏极201。所述源极109和漏极201的构成材料包括铜、钨、铌、铝、钼、钛等金属。所述源极109和漏极201的厚度为100nm-700nm，所述源极109和漏极201的形成方法为磁控溅射或者化学气相沉积。所述源极109和漏极201的厚度为1-500nm

如图3f所示，在所述源极109和漏极201之上形成钝化层202，所述钝化层202上设置有过孔203。所述钝化层202的构成材料包括二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氮氧化硅、氧化锆、氧化钽、钛酸钡、氧化钕、氮氧化硅、氮氧化铝、氮氧化锆、氮氧化钽、氮氧化钕、氮化硅、氮化铝、氮化锆或氮化钽。所述钝化层202的厚度为1-500nm。优选的，所述钝化层202的厚度为300nm。

如图3g所示，在所述钝化层202之上形成像素电极204，所述像素电极204通过所述过孔203与所述漏极201连接。所述像素电极204采用磁控溅射沉积而成，所述像素电极204的厚度为1-50nm。优选的，所述像素电极204的厚度为40nm。

可选的，在所述有源层108与所述源极109和漏极201之间形成刻蚀阻挡层。所述刻蚀阻挡层的构成材料包括二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氮氧化硅、氧化锆、氧化钽、钛酸钡、氧化钕、氮氧化硅、氮氧化铝、氮氧化锆、氮氧化钽、氮氧化钕、氮化硅、氮化铝、氮化锆或氮化钽。

本实施例提供的半导体器件的制备方法中，所述半导体层的制备方法包括：形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层。上述制备方法保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。

实施例三

本发明实施例三提供一种阵列基板的制备方法，包括实施例一提供的半导体层的制备方法，具体内容可参照上述实施例一中的描述，此处不再赘述。

本实施例提供的阵列基板的制备方法中，所述半导体层的制备方法包括：形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层。上述制备方法保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。

实施例四

本发明实施例四提供一种显示装置的制备方法，包括实施例三提供的阵列基板的制备方法，具体内容可参照上述实施例三中的描述，此处不再赘述。

通过实施例三提供的制备方法完成阵列基板的制备之后的工艺为涂布聚酰亚胺材料并进行配向处理，以及与所述阵列基板对应的彩膜基板的制备，最后对所述阵列基板和所述彩膜基板进行对合、切割、灌晶和封胶等工艺处理，从而完成液晶显示装置的制备。

本实施例提供的显示装置的制备方法中，所述半导体层的制备方法包括：形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层。上述制备方法保证了半导体层的完整性，提高了前后工艺的兼容性，从而实现半导体层的大规模产业化应用。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种半导体层的制备方法，其特征在于，包括：

形成渗碳层，所述渗碳层包括空白区域和溶解区域，所述空白区域对应于形成半导体层的图形区域，所述溶解区域对应于所述图形区域之外的其它区域；

在所述渗碳层之上形成半导体层薄膜，所述半导体层薄膜的构成材料包括碳基半导体材料，以使位于所述空白区域之上的半导体层薄膜形成半导体层，位于所述溶解区域之上的半导体层薄膜溶解入所述渗碳层；

去除所述渗碳层。

2.根据权利要求1所述的半导体层的制备方法，其特征在于，所述形成渗碳层的步骤包括：

形成渗碳层薄膜；

在所述渗碳层薄膜上涂敷光刻胶，采用掩模板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶保留区域和光刻胶去除区域，所述光刻胶保留区域对应于形成溶解区域的图形区域，所述光刻胶去除区域对应于形成空白区域的图形区域；

对所述渗碳层薄膜进行刻蚀以形成渗碳层；

去除剩余的光刻胶。

3.根据权利要求1所述的半导体层的制备方法，其特征在于，所述形成渗碳层的步骤包括：

形成渗碳层薄膜；

在所述渗碳层薄膜上涂敷光刻胶，采用半色调掩膜板或灰色调掩膜板对所述光刻胶进行曝光显影以形成光刻胶完全保留区域和光刻胶半保留区域，所述光刻胶完全保留区域对应于形成溶解区域的图形区域，所述光刻胶半保留区域对应于形成空白区域的图形区域；

对所述渗碳层薄膜进行刻蚀以形成渗碳层；

去除剩余的光刻胶。

4.根据权利要求3所述的半导体层的制备方法，其特征在于，所述空白区域留存有厚度为1-100纳米的渗碳层薄膜。

5.根据权利要求1所述的半导体层的制备方法，其特征在于，所述碳基半导体材料包括石墨烯或碳纳米管。

6.根据权利要求1所述的半导体层的制备方法，其特征在于，所述渗碳层的构成材料包括金属铁、镍、钴和铬中至少一个。

7.根据权利要求1所述的半导体层的制备方法，其特征在于，所述渗碳层的构成材料包括对碳元素具有溶解性能的有机物。

8.根据权利要求1所述的半导体层的制备方法，其特征在于，所述去除所述渗碳层的步骤之前包括：

将所述渗碳层和所述半导体层薄膜置于高温环境中。

9.根据权利要求1所述的半导体层的制备方法，其特征在于，所述去除所述渗碳层的步骤之后包括：

对所述半导体层进行退火处理。

10.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的半导体层的制备方法。

11.根据权利要求10所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述半导体器件包括薄膜晶体管、传感器或太阳能电池。

12.一种阵列基板的制备方法，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的半导体层的制备方法。

13.一种显示装置的制备方法，其特征在于，包括权利要求12所述的阵列基板的制备方法。