CN109767975A - 半导体层的制备方法及装置、显示基板制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体层的制备方法及装置、显示基板制备方法，属于显示技术领域，其可至少部分解决现有的基板中的形成有源层的半导体层导电性不均匀而造成的不同薄膜晶体管的阈值电压不同的问题。本发明的一种半导体层的制备方法，包括：在衬底上形成半导体材料层；在半导体材料层的至少部分位置形成保护层，其中，对应半导体材料层的导电性不同的位置，保护层的情况不同；对覆盖有保护层的半导体材料层进行改性处理以形成半导体层，保护层能够阻止改性处理对其所在位置处的半导体材料层的影响，改性处理能够改变半导体材料层的导电性。

Description

半导体层的制备方法及装置、显示基板制备方法

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种半导体层的制备方法及装置、显示基板制备方法。

背景技术

薄膜晶体管为有机发光二极管显示(OLED)装置中重要的结构。薄膜晶体管中的有源层(Active)由半导体材料形成，例如氧化物的半导体材料。其中，现有技术的薄膜晶体管中氧化物的有源层的一种形成方法为磁控溅射沉积方式，其工作原理是指电子在电场的作用下，在飞向衬底过程中与原子(如氩原子)发生碰撞，使其电离产生出一正离子(如氩正离子)和新的电子；新电子飞向衬底，正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶材表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子(例如氧化物原子或者氧化物分子)沉积在衬底上形成氧化物的有源层。该方法具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。

然而，由于磁控溅射设备中的靶材厚度不均匀，正离子分布不均匀、靶原子或分子分布不均匀以及阴极靶位置等问题，会造成氧化物的半导体材料的氧空位分布不均，从而导致其导电性不均匀，进而使得形成的不同薄膜晶体管的阈值电压(Vth)不同，其形成的显示基板宏观表现为出现靶材云纹缺陷(Target Mura)。

发明内容

本发明至少部分解决现有的基板中的形成有源层的半导体层导电性不均匀而造成的不同薄膜晶体管的阈值电压不同的问题，提供一种导电性均匀的氧化物的半导体层的制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种半导体层的制备方法，包括：

在衬底上形成半导体材料层；

在所述半导体材料层的至少部分位置形成保护层，其中，对应所述半导体材料层的导电性不同的位置，所述保护层的情况不同；

对覆盖有所述保护层的所述半导体材料层进行改性处理以形成半导体层，所述保护层能够阻止改性处理对其所在位置处的所述半导体材料层的影响，所述改性处理能够改变所述半导体材料层的导电性。

进一步优选的是，所述半导体材料层为氧化物半导体材料层；所述半导体材料层的导电性不同的位置其载流子浓度不同；所述对覆盖有所述保护层的所述半导体材料层进行改性处理以形成半导体层包括：采用氧离子轰击覆盖有所述保护层的所述半导体材料层以形成半导体层，所述保护层能够阻挡氧离子对所述半导体材料层的轰击。

进一步优选的是，所述对应半导体材料层的导电性不同的位置，所述保护层的情况不同包括：所述半导体材料层只有部分位置上设有保护层。

进一步优选的是，所述对应半导体材料层的导电性不同的位置，所述保护层的情况不同包括：所述保护层在所述半导体材料层的载流子浓度不同的位置的厚度不同；在轰击过程中所述保护层能够被所述氧离子消耗，且至少部分位置的所述保护层在轰击过程中被消耗完。

进一步优选的是，所述保护层在所述半导体材料层的导电性不同的位置的厚度不同包括：所述半导体材料层的载流子浓度大的位置对应的所述保护层的厚度小于所述半导体材料层的载流子浓度小的位置对应的所述保护层的厚度。

进一步优选的是，所述在所述半导体材料层的至少部分位置形成保护层包括：在所述半导体材料层上形成保护材料层，所保护材料层为光刻胶层；根据所述半导体材料层的导电性分布数据对所述保护材料层进行曝光和显影，以形成所述保护层，其中对应半导体材料层的导电性不同的位置的刻胶层的曝光量不同。

进一步优选的是，所述在所述半导体材料层上形成保护层之前还包括：在测试衬底上形成半导体测试层，所述半导体测试层的形成材料和工艺与所述半导体材料层的形成材料和工艺一致；对所述半导体测试层各位置的导电性分布进行测试，得出所述半导体材料层的导电性分布数据。

进一步优选的是，所述对所述半导体测试层各位置的导电性分布进行测试包括：采用光电导衰退方式对所述半导体测试层各位置的载流子浓度分布进行测试，以得出所述半导体测试层各位置的导电性分布。

进一步优选的是，所述在测试衬底上形成半导体测试层包括：在没有其他结构的所述测试衬底上形成所述半导体测试层。

进一步优选的是，所述在衬底上形成半导体材料层包括：采用磁控溅射的沉积方式形成所述半导体材料层。

进一步优选的是，形成所述半导体材料层的材料为铟镓锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟锌氧化物中的任意之一。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示基板的制备方法，包括：

采用上述方法形成半导体层；

图案化所述半导体层以形成多个薄膜晶体管的有源层。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种半导体层的制备装置，包括：

保护层形成模块，用于在所述半导体材料层的至少部分位置形成保护层，其中，对应所述半导体材料层的导电性不同的位置，所述保护层的情况不同；

改性处理模块，用于对覆盖有所述保护层的所述半导体材料层进行改性处理以形成半导体层，所述保护层能够阻止改性处理对其所在位置处的所述半导体材料层的影响，所述改性处理能够改变所述半导体材料层的导电性。

附图说明

图1为本发明的实施例的一种半导体层的制备方法的流程示意图；

图2为本发明的实施例的一种半导体层的制备方法的流程示意图；

图3为本发明的实施例的一种基板的制备方法的流程示意图；

图4为本发明的实施例的一种半导体层的制备装置中的光照单元的结构示意图；

图5为本发明的实施例的一种半导体层的制备装置形成保护层的示意图；

图6a和图6b为本发明的实施例的一种半导体层的制备方法中形成保护层的各个步骤示意图；

图6c为本发明的实施例的一种半导体层的保护层被氧离子消耗后的示意图；

其中，附图标记为：10光照单元；11基板；12透明电极；13液晶分子；14光源；20控制单元；62保护材料层；40衬底；51半导体材料层；52半导体层；61保护层。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

在本发明中，“构图工艺”是指形成具有特定的图形的结构的步骤，其可为光刻工艺，光刻工艺包括形成材料层、涂布光刻胶、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等步骤中的一步或多步；当然，“构图工艺”也可为压印工艺、喷墨打印工艺等其它工艺。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

实施例1：

如图1和图6所示，本实施例提供一种半导体层52的制备方法，包括：

S101、在衬底40上形成半导体材料层51。

其中，所形成的半导体材料层51的不同位置处其导电性是不同的。

S102、如图6b所示，在半导体材料层51的至少部分位置形成保护层61，其中，对应半导体材料层51的导电性不同的位置，保护层61的情况不同。

也就是说，保护层61覆盖在半导体材料层51上，且保护层61的分布情况与半导体材料层51的导电性有关。

S103、如图6c所示，对覆盖有保护层61的半导体材料层51进行改性处理以形成半导体层52，保护层61能够阻止改性处理对其所在位置处的半导体材料层51的影响，改性处理能够改变半导体材料层51的导电性。

由于保护层61的情况不同，半导体材料层51的不同位置所受到的改性处理的程度不同(例如，改性处理时间不同)，使得原本不同位置导电性不同的半导体材料层51在保护层61的作用下轰击后其导电性变的均一。

本实施例的半导体层52的制备方法中，采用改性处理覆盖有不同程度的保护层61的半导体材料层51，由于保护层61对改性处理具有一定的阻挡作用，且保护层61的分布情况与半导体材料层51的导电性有关，使得半导体材料层51的不同导电性位置受到的改性处理的程度不同，因此改性处理后的半导体材料层51的导电性均一，即形成半导体层52。

实施例2：

如图2和图6所示，其中图6中的箭头表示氧离子的轰击方向，本实施例提供一种半导体层52的制备方法，包括：

S201、在测试衬底上形成半导体测试层。

具体的，在专用的测试衬底上采用磁控溅射的沉积方式形成半导体测试层。该半导体测试层为氧化物的半导体测试层，其可由铟镓锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟锌氧化物中的任意之一的材料形成。该半导体测试层仅用于测试，而不用于产生实际的半导体层52产品。

其中，在测试衬底上形成半导体测试层包括：在没有其他结构的测试衬底上形成半导体测试层。这主要是为了避免其他结构对半导体测试层的影响，在之后能够准确的测试出该半导体测试层的载流子浓度分布数据。

S202、对半导体测试层各位置的导电性分布进行测试，得出导电性分布数据。

具体的，对半导体测试层各位置的载流子浓度分布进行测试，得出载流子浓度分布数据。采用光电导衰退方式(photo conductivity decay，PCD)对半导体测试层各位置的载流子浓度分布进行测试，以得出半导体测试层各位置的导电性分布。光电导衰退方式是指通过电容将高频振荡信号耦合到半导体测试层上，在光脉冲照射下，测量信号振幅衰减的时间常数，确定半导体测试层中载流子浓度分布(Peak值分布趋势图)的技术。

S203、在衬底40上形成半导体材料层51，该半导体材料层51为氧化物半导体材料层。

具体的，衬底40是不同于测试衬底的、实际用于形成半导体层52产品的结构。半导体材料层51的形成材料和工艺与半导体测试层的形成材料和工艺一致，例如采用磁控溅射的沉积方式形成半导体材料层51，形成半导体材料层51的材料为铟镓锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟锌氧化物中的任意之一。这主要是为了使得形成的半导体材料层51与半导体测试层的中载流子浓度分布一致。

S204、在半导体材料层51的至少部分位置形成保护层61，其中，对应半导体材料层51的导电性不同的位置，保护层61的情况不同。

具体的，半导体材料层51的导电性不同的位置其载流子浓度不同。保护层61在半导体材料层51的载流子浓度不同的位置的厚度不同。

进一步的，半导体材料层51的载流子浓度大的位置对应的保护层61的厚度小于半导体材料层51的载流子浓度小的位置对应的保护层61的厚度。

其中，半导体材料层51可以只有部分位置上设有保护层61，也可以是全部位置上设有保护层61，具体情况需要根据半导体材料层51的载流子浓度分布确定。

具体的，在半导体材料层51的至少部分位置形成保护层61包括：

S2041、如图6a所示，在半导体材料层51上形成保护材料层62，保护材料层62为光刻胶层；

保护材料层62的厚度与半导体材料层51的载流子浓度无关，其可以是厚度均匀的层结构。保护材料层62可以是一种光刻胶，如PR胶。

S2042、如图6b所示，根据半导体材料层51的导电性分布数据对保护材料层62进行曝光和显影，以形成保护层61，其中对应半导体材料层51的导电性不同的位置的刻胶层的曝光量不同。

具体的，根据半导体材料层51的载流子浓度分布数据对保护材料层62进行曝光和显影，以形成保护层61。将曝光设备与储存有载流子浓度分布数据的控制单元连接，使得曝光设备对不同位置保护材料层62的曝光程度不同，从而在显影后形成不同位置厚度不同的保护层61。

具体的，对位于半导体材料层51载流子浓度大的位置的保护材料层62的光照强度大于位于半导体材料层51载流子浓度小的位置的保护材料层62。

S205、如图6c所示，对覆盖有保护层61的半导体材料层51进行改性处理以形成半导体层52，保护层61能够阻止改性处理对其所在位置处的半导体材料层51的影响，改性处理能够改变半导体材料层51的导电性。

具体的，采用氧离子轰击覆盖有保护层61的半导体材料层51以形成半导体层52，保护层61能够阻挡氧离子对半导体材料层51的轰击。

其中，在轰击过程中保护层61能够被氧离子消耗，且至少部分位置的保护层61在轰击过程中被消耗完。氧离子对保护层61的轰击相当于对保护层61进行干刻处理。

具体的，在轰击过程中，保护层61被逐渐除去随后直接轰击半导体材料层51，且由于厚度不一的保护层61被除去的时间不同，使得不同位置的半导体材料层51实际受到轰击的时间也不同，即半导体材料层51的载流子浓度大的位置轰击时间大于载流子浓度小的位置，最终使得原本不同位置载流子浓度不同的半导体材料层51在保护层61的作用下轰击后其载流子浓度变得均一。

S206、将半导体层52上剩余的保护层61剥离，使得半导体层52上不覆盖其他结构层。

本实施例的半导体层52的制备方法中，根据事先得出载流子浓度分布数据在半导体材料层51上形成厚度不同的保护层61，并采用氧离子轰击覆盖有厚度不同的保护层61的半导体材料层51，由于保护层61对氧离子具有一定的阻挡作用，且保护层61的分布情况与半导体材料层51的载流子浓度有关，使得半导体材料层51的不同载流子浓度位置受到的氧离子轰击程度不同，因此轰击后的半导体材料层51的载流子浓度均一，即形成半导体层52，从而该半导体层52的不同位置的导电性相同。

需要说明的是，本实施形成的半导体层52不仅限于氧化物的半导体层，还可以是其他材料形成的半导体层52，例如，多晶硅半导体层。本实施中的改性处理不仅限于氧离子轰击，还可以其他的改性方法，例如氢离子轰击、掺杂元素注入、氧化处理、还原处理等。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供一种显示基板的制备方法，包括：

S301、采用实施例1或者实施例2的方法形成半导体层。

其中，这里的半导体层可以同时形成很多个薄膜晶体管的有源层，故该半导体层的尺寸比实施例2种的半导体测试层的尺寸大很多。

S302、图案化半导体层以形成多个薄膜晶体管的有源层。

其中，也就是说通过构图工艺将半导体层分成多个相互间隔的薄膜晶体管的有源层，以形成多个薄膜晶体管。

本实施例的显示基板的制备方法中，形成多个薄膜晶体管的有源层的半导体层的载流子浓度分布式均匀的，即该半导体层的不同位置的导电性能是相同的，因此，由该半导体层形成的薄膜晶体管的阈值电压相同，因此避免显示基板由于不同薄膜晶体管电压阀值不同而产生的云纹缺陷(Mura)。

具体的，该显示基板形成的显示装置可为有机发光二极管(OLED)显示面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

实施例4：

如图4和图5所示，本实施例提供一种半导体层的制备装置，该半导体层的制备装置用于制备实施例1或者实施例2中的半导体层，该制备装置包括：

保护层形成模块，用于在半导体材料层的至少部分位置形成保护层，其中，对应半导体材料层的导电性不同的位置，保护层的情况不同。

改性处理模块，对覆盖有保护层的半导体材料层进行改性处理以形成半导体层，保护层能够阻止改性处理对在其所在位置处的半导体材料层的影响，改性处理能够改变半导体材料层的导电性。

具体的，半导体材料层为氧化物的半导体材料层。半导体材料层的导电性不同的位置其载流子浓度不同。改性处理为氧离子轰击的改性处理。

其中，保护层形成模块包括控制单元20(如IC控制单元)以及光照单元10，控制单元20根据载流子浓度分布数据来控制光照单元10的光照强度。

如图4所示，光照单元10包括光源14以及滤光结构，其中，滤光结构包括相对的两个基板11、位于两个基板11之间的两个透明电极12、位于两个透明电极12之间的液晶分子13。

其中，滤光结构类似于一个液晶面板，通过对的透明电极12加电压使得透明电极12之间产生不同的电场，可使滤光结构中不同位置液晶分子13产生不同的旋转，从而使得其不同位置光的透过率不同，进而实现光照单元10对保护材料层62不同位置的曝光程度不同。

如图5所示，光照单元10可以从一端开始照射至保护材料层62的另一端，以形成保护层。

其中，在任意位置，由控制单元20控制调节光照单元10的滤光结构的各透明电极12，以使滤光结构在不同的位置产生与该位置的保护层匹配的透光率，从而形成厚度不同的保护层。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种半导体层的制备方法，其特征在于，包括：

在衬底上形成半导体材料层；

在所述半导体材料层的至少部分位置形成保护层，其中，对应所述半导体材料层的导电性不同的位置，所述保护层的情况不同；

对覆盖有所述保护层的所述半导体材料层进行改性处理以形成半导体层，所述保护层能够阻止改性处理对其所在位置处的所述半导体材料层的影响，所述改性处理能够改变所述半导体材料层的导电性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体材料层为氧化物半导体材料层；

所述半导体材料层的导电性不同的位置其载流子浓度不同；

所述对覆盖有所述保护层的所述半导体材料层进行改性处理以形成半导体层包括：

采用氧离子轰击覆盖有所述保护层的所述半导体材料层以形成半导体层，所述保护层能够阻挡氧离子对所述半导体材料层的轰击。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对应半导体材料层的导电性不同的位置，所述保护层的情况不同包括：所述半导体材料层只有部分位置上设有保护层。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述对应半导体材料层导电性不同的位置，所述保护层的情况不同包括：所述保护层在所述半导体材料层的载流子浓度不同的位置的厚度不同；

在轰击过程中所述保护层能够被所述氧离子消耗，且至少部分位置的所述保护层在轰击过程中被消耗完。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述保护层在所述半导体材料层的导电性不同的位置的厚度不同包括：

所述半导体材料层的载流子浓度大的位置对应的所述保护层的厚度小于所述半导体材料层的载流子浓度小的位置对应的所述保护层的厚度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述半导体材料层的至少部分位置形成保护层包括：

在所述半导体材料层上形成保护材料层，所保护材料层为光刻胶层；

根据所述半导体材料层的导电性分布数据对所述保护材料层进行曝光和显影，以形成所述保护层，其中对应所述半导体材料层的导电性不同的位置的所述刻胶层的曝光量不同。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述半导体材料层上形成保护层之前还包括：

在测试衬底上形成半导体测试层，所述半导体测试层的形成材料和工艺与所述半导体材料层的形成材料和工艺一致；

对所述半导体测试层各位置的导电性分布进行测试，得出所述半导体材料层的导电性分布数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述半导体测试层各位置的导电性分布进行测试包括：

采用光电导衰退方式对所述半导体测试层各位置的载流子浓度分布进行测试，以得出所述半导体测试层各位置的导电性分布。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在测试衬底上形成半导体测试层包括：

在没有其他结构的所述测试衬底上形成所述半导体测试层。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衬底上形成半导体材料层包括：

采用磁控溅射的沉积方式形成所述半导体材料层。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述半导体材料层的材料为铟镓锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟锌氧化物中的任意之一。

12.一种显示基板的制备方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1至11种任意一种的所述方法形成半导体层；

图案化所述半导体层以形成多个薄膜晶体管的有源层。

13.一种半导体层的制备装置，其特征在于，包括：

保护层形成模块，用于在所述半导体材料层的至少部分位置形成保护层，其中，对应所述半导体材料层的导电性不同的位置，所述保护层的情况不同；

改性处理模块，用于对覆盖有所述保护层的所述半导体材料层进行改性处理以形成半导体层，所述保护层能够阻止改性处理对其所在位置处的所述半导体材料层的影响，所述改性处理能够改变所述半导体材料层的导电性。