CN110379819B - 一种阵列基板及其制造方法和显示面板 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种阵列基板及其制造方法和显示面板，阵列基板的制造方法包括步骤：在一衬底基板上依次形成第一金属层、绝缘层、非晶硅层和第二金属层；对第二金属层进行蚀刻形成暴露出所述非晶硅层的沟道；利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层；在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层，在所述钝化层上形成透明电极层；其中，所述钝化层包括含氮和/或硅的化合物。利用氧气等离子体对沟道中进行处理，以使得钝化层与非晶硅层可以通过共价键等形式，进而减少二者界面接触的缺陷，从而提高界面的平整度和器件的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种阵列基板及其制造方法和显示面板。
背景技术
液晶显示器作为传递信息的主要媒介，已经被广泛应用于工作、生活中的各个领域。但是很少有人知道看似简单的液晶面板，其制作需要成百上千道工序。一般而言，液晶显示面板是由包含薄膜晶体管等主动元件的阵列基板、包含彩色滤光片等元件的彩膜基板以及夹置其中的液晶所组成，位于阵列基板表面的透明电极层需要与主动开关中的金属层连接。
在阵列基板的制作中，背沟道效应是产生漏电流的一个重要因素，造成的关态漏电流对阵列基板器件的影响很严重。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种阵列基板及其制造方法和显示面板，以改善沟道漏电流现象。
为实现上述目的，本申请公开了一种阵列基板的制造方法，包括步骤：
在一衬底基板上依次形成第一金属层、绝缘层、非晶硅层和第二金属层；
对第二金属层进行蚀刻形成暴露出所述非晶硅层的沟道；
利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层；以及
在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层，在所述钝化层上形成透明电极层；
其中，所述钝化层包括含氮和/或硅的化合物。
可选的，所述利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤中，具体包括：
在所述沟道中通入氧气，通过电浆制程将氧气分解成氧原子；
将氧原子沉积在所述非晶硅层上，与所述非晶硅层发生化学反应形成二氧化硅层。
可选的，在利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤中，利用氧气等离子体处理所述非晶硅层的时间为10至30S。
可选的，在利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤中，利用氧气等离子体处理所述非晶硅层的时间为16至24S。
可选的，在利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤中，利用氧气等离子体处理所述非晶硅层的时间为20±1S。
可选的，所述的通过电浆制程将氧气分解成氧原子的步骤中,在进行电浆制程的同时，将电浆制程的功率控制在4千瓦至16千瓦之间。
可选的，在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层，在所述钝化层上形成透明电极层的步骤包括:
利用氧气等离子体处理所述第二金属层；以及
在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层；
对所述钝化层进行蚀刻形成暴露出所述第二金属层的过孔，在所述钝化层上形成通过所述过孔与所述第二金属层连接的透明电极层。
其中，所述第二金属层含有金属钼。
可选的，在利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤前，还包括步骤：
对所述非晶硅层进行预热处理，预热时间为10至30S。
本申请还公开了一种阵列基板，所述阵列基板包括衬底；设置在所述衬底上的第一金属层；设置在所述第一金属层上的绝缘层；设置在所述绝缘层上的非晶硅层；设置在所述非晶硅层上第二金属层，在所述非晶硅层上形成有沟道；设置在所述非晶硅层上对应所述沟道的位置处的硅氧化物层；设置在所述硅氧化物层和所述第二金属层表面的钝化层；贯穿所述钝化层暴露所述第二金属层表面的至少部分的过孔；以及设在在所述钝化层是并通过所述过孔与所述第二金属层连接的透明电极层。
本申请还公开了一种显示面板，包括彩膜基板，如上所述的阵列基板，以及填充在所述彩膜基板和所述阵列基板之间的液晶。
本申请利用氧气等离子体对沟道中进行处理，由于氧气被等离子化后，在电场作用下具有很高的能量，可以对经过刻蚀处理的沟道进行冲击，使其表面粗糙度降低，提高沟道界面的平整度，同时，由于活性氧原子的存在，易与非晶硅层反应生成一层薄的硅氧化物层，且易形成稳定的Si-O键，随后沉积钝化层对背沟道进行保护，由于稳定的Si-O键存在，因此在钝化层沉积时，当钝化层含有与氧易形成共价键结构的物质，如AlNxOy，SiOx，Al2O3,SiNx，AlNx等，以使得钝化层与非晶硅层可以通过共价键Si-O-Si或Si-O-N等形式，进而减少二者界面接触的缺陷，从而提高界面的平整度和器件的稳定性。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是一种示例性技术阵列基板的示意图；
图2是一种阵列基板上钻蚀现象的示意图；
图3是一种阵列基板上钻蚀现象对透明电极层影响的示意图；
图4是本申请实施例的一种显示面板的示意图；
图5是本申请实施例的一种阵列基板的示意图；
图6是本申请一实施例的一种阵列基板制造方法的流程图；
图7是本申请一实施例基于图6的流程图；
图8是本申请一实施例氧气处理时间和△Vth关系的曲线图；
图9是本申请一实施例基于图6的流程图；
图10是本申请一实施例氧气处理后的透明电极层基的示意图；
图11是本申请的另一实施例基于图6的流程图；
图12是本申请的一实施例的一种阵列基板制造方法的流程图。
其中，100、显示面板；110、阵列基板；120、彩膜基板；130、液晶；111、衬底；112、第一金属层；113、绝缘层；114、非晶硅层；1141、第一非晶硅层/第一半导体层；1142、第二非晶硅层/第二半导体层；115、硅氧化物层；116、第二金属层；117、沟道；118、钝化层；1181、过孔；119、透明电极层。
具体实施方式
需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，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；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指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申请的限制。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，或是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。
如图1所示，发明人了解到的一种阵列基板110，在一衬底111上的依次包括：第一金属层112、绝缘层113、第一半导体层1141、第二半导体层1142、第二金属层116和钝化层118，还包括贯穿钝化层118的过孔1181和贯穿第二金属层116、第二半导体层的沟道117以及像素电极层，TFT器件的沟道117是位于第二半导体层1142与钝化层118接触的地方，收到钝化层118上俘获的正电荷数目的控制，背沟道117效应是产生漏电流的的一个重要因素，其本质是形成一个寄生TFT，开辟另外一条小电流通道，小电流对TFT的开态电流的贡献并不明显，但是造成的关态漏电流对TFT器件的影响很严重。
图2为钝化层118发生钻蚀现象的示意图，图中M为钝化层118上出现的钻蚀现象，严重时可能直接导致液晶面板显示异常，钻蚀现象轻微时，可能成为潜伏的信赖性问题，在使用中导致液晶面板显示出现暗点等问题，会影响液晶面板的品质。
图3为透明电极层119铺设在发生钻蚀的钝化层118后的示意图，图中N为透明电极层119受到钻蚀现象影响的部分，从图中可以看到，在过孔1181中透明电极层119的厚度不均匀，从而会导致显示面板的显示异常等问题。
下面参考附图和可选的实施例对本申请作进一步说明。
如图4和图5所示，本申请的实施例公开了一种显示面板100，包括彩膜基板120，阵列基板110，以及填充在彩膜基板120和阵列基板110之间的液晶130。所述阵列基板110包括衬底111；设置在所述衬底111上的第一金属层112；设置在所述第一金属层112上的绝缘层113；设置在所述绝缘层113上的非晶硅层114；设置在所述非晶硅层114上第二金属层116，在所述非晶硅层114上形成有沟道117；设置在所述非晶硅层114上对应所述沟道117的位置处的硅氧化物层115；设置在所述硅氧化物层115和所述第二金属层116表面的钝化层118；贯穿所述钝化层118暴露所述第二金属层116表面的至少部分的过孔1181；以及设置在所述钝化层118上并通过所述过孔1181与所述第二金属层116连接的透明电极层119。
对应的，如图6所示，本申请实施例公布了一种阵列基板的制造方法，包括步骤：
S1：在一衬底基板上依次形成第一金属层、绝缘层、非晶硅层、和第二金属层；
S2：对第二金属层进行蚀刻形成暴露出所述非晶硅层的沟道；
S3：利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层；
S4：在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层，在所述钝化层上形成透明电极层。
其中，所述钝化层包括AlNxOy，SiOx，Al2O3，SiNx，AlNx等氮和/或硅的化合物。
本申请利用氧气等离子体对沟道中进行处理，由于氧气被等离子化后，在电场作用下具有很高的能量，可以对经过刻蚀处理的沟道进行冲击，使其表面粗糙度降低，提高沟道界面的平整度，同时，由于活性氧原子的存在，易与非晶硅层反应生成一层薄的硅氧化物层，且易形成稳定的Si-O键，随后沉积钝化层对背沟道进行保护，由于稳定的Si-O键存在，因此在钝化层沉积时，当钝化层含有与氧易形成共价键结构的物质，如AlNxOy，SiOx，Al2O3,SiNx，AlNx等，以使得钝化层与非晶硅层可以通过共价键Si-O-Si或Si-O-N等形式，进而减少二者界面接触的缺陷，从而提高界面的平整度和器件的稳定性。
具体的，如图7所示，利用氧气等离子体处理所述沟道中的所述非晶硅层，形成硅氧化物层的步骤中，具体包括：
S31：通过电浆制程将氧气分解成氧原子；
S32：将氧原子沉积在所述非晶硅层上，与所述非晶硅层发生化学反应形成二氧化硅层。
在步骤S31中，通过电浆制程将氧气分解成氧原子，电浆制程也可称为等离子制程，是等离子体辅助化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor DepositionPECVD)方法或电浆辅助化学气相沉积方法中的一个流程；由于在阵列基板制作过程中成膜速率是一个很重要的参数，而且薄膜沉积工序中的成膜速率较低，因此使得薄膜沉积工序的耗时相当长，从而使得成膜速率成为制约薄膜沉积产能的一个重要因素。PECVD方法相较于其它薄膜沉积方法而言具有多个好处，其一可以实现大面积均匀性薄膜的沉积，另外可以高速率沉积薄膜，使得PECVD方法沉积薄膜的效率更高，能够提高产能。
其中，所述的通过电浆制程将氧气分解成氧原子步骤中,在进行电浆制程的同时，将电浆制程的功率需要控制在4KW至16KW之间；氧气在进行电浆制程时，将电浆制程的功率增大到4KW以上，能够加快氧气的分解速率，加快氧气与非晶硅层的反应速率，进一步地提高二氧化硅的生成速率；如果电浆制程的功率过大则会使氧气在短时间内分解成原子时产生的原子能量过大，造成蚀刻危害，所以需要将电浆制程的功率限制在16KW内。
在步骤S32中，高活性的氧原子，沉积在非晶硅层上，与非晶硅层中的Si原子发生反应，易生成具有稳定Si-O键的SiOx化物，SiOx化物包括二氧化硅，会慢慢在非晶硅层上沉积一层薄的二氧化硅层。参考表1所示，Si-O键具有很高的键能，稳定不易破坏，沉积的二氧化硅薄膜，化学性质稳定，电阻率1012-16Ωcm，击穿强度1000MV/m，超过常规使用的SiNX薄膜，一定厚度的氧化硅对提高器件整体稳定性和绝缘性有很大帮助。
| Si-Si | 176KJ/mol |
| Si-H | 377KJ/mol |
| Si-F | 552KJ/mol |
| Si-O | 460KJ/mol |
| Si-N | 342KJ/mol |
| Si-C | 347KJ/mol |
表1
其中，非晶硅层可以为一层结构，也可以是由第一非晶硅层和第二非晶硅层两层结构构成，在此不做限定；若非晶硅层为单层结构，那么非晶硅层为有源层，由氢化非晶硅材料构成，若非晶硅层为两层结构，那么第一非晶硅层为本征非晶硅层，即i-a-si层，通过溅射及光罩制程形成；第二非晶硅层为欧姆接触层，由掺杂氮构成的氢化非晶硅薄膜层，即N+a-si层，也是通过溅射及光罩制程形成。
要进一步进行验证氧气等离子体处理沟道的时间对器件稳定性的影响，首先测量正常沟道的阈值电压Vth，再接着需要对沟道进行老化处理，沟道在70℃的条件下，对其扫描线接入30V的电压，持续时间为1000S，此时得到一个阈值电压Vth’，ΔVth＝Vth-Vth’；为了改善背沟道的漏电流，器件的稳定性即ΔVth与氧气等离子体处理的时间有关，ΔVth越小，则器件的稳定性越好。
参考图8以及表2所示，实验测试发现，氧气等离子体处理可在介于约0.8托耳(Torr)与约2.5托耳之间的腔室压力下进行，施加于电极以激发等离子体和维持等离子体的射频功率可介于约0.083瓦/平方厘米(watts/cm2,W/cm2)与约1.0瓦/平方厘米之间，在氧气等离子体处理过程中，基板可维持在介于约150℃至270℃之间的温度，当氧气等离子体处理时间为5S时，△Vth为2.5V；氧气等离子体处理时间为10S时，△Vth为2.1V；氧气等离子体处理时间为20S时，△Vth为1.3V；氧气等离子体处理时间为30S时，△Vth为2.2V；氧气等离子体处理时间为40S时，△Vth为2.8V；因此，利用氧气等离子体处理所述非晶硅层的时间在10至30S之间最好，并且，氧气等离子体处理的时间在20S时，△Vth相比在10S和30S的时间有显著降低，所以利用氧气等离子体处理所述非晶硅层的时间控制在16至24秒最好，其中最好为控制在20±1S。
表2
另外，如图9所示，在进行步骤S4中，在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层，在所述钝化层上形成透明电极层的步骤包括具体包括：
S41：利用氧气等离子体处理所述第二金属层；
S42：在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层；
S43：对所述钝化层进行蚀刻形成暴露出所述第二金属层的过孔，在所述钝化层上形成通过所述过孔与所述第二金属层连接的透明电极层。
利用氧气等离子体处理沟道的同时，还对第二金属层进行处理，第二金属层为源漏电极层，第二金属层为含有金属钼的多层结构，可以为钼/铜或钼/铝的金属或合金层结构，金属钼位于铜/铝金属层的上方；透明电极层的材料可为铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、镉锡氧化物(CTO)、氧化锡(SnO2)、或氧化锌(ZnO)等透明导电材料，并不限定。
由于源漏电极层含有金属钼，当对源漏电极进行氧气等离子体处理时，高活性的氧原子会与金属钼反应生成Mo-O键，继续沉积钝化层时，钝化层包括氮化硅，继续与Mo-O键反应形成高价的钼氧化物是共价化合物，易形成Mo-O-Si键，改善沟道区钝化层与源漏电极层的界面特性，从而可以解决沟道区的undercut问题，提高产品良率。如图10所示，为氧气等离子体处理后的透明电极层119铺设钝化层118的过孔1181中的示意图，可以看出，钻蚀现象消失，透明电极层119铺设均匀。
在步骤S3中，如图11所示，利用氧气等离子体处理所述沟道，并在所述非晶硅层上形成硅氧化物层之前还包括步骤：
S30:对所述非晶硅层进行预热处理，预热时间为10至30S。
在电浆制程前对源漏电极层和沟道加一道预热处理，能够加快氧气的分解，使氧气的活性提高，充分扩散，促进氧原子与非晶硅层中的硅原子结合形成Si-O键。当然，为了提高产能，可以缩短预热处理时间，经测试，将预热处理时间控制在25±1秒时，氧气的电浆制程结合效果更好。
如图12所示，本申请另一实施例公布了一种阵列基板的制造方法，包括步骤：
S1：在一衬底基板上依次形成第一金属层、绝缘层、非晶硅层、和第二金属层；
S2：对第二金属层进行蚀刻形成暴露出所述非晶硅层的沟道；
S3:对所述非晶硅层进行预热处理，预热时间为10至30S。
S4：通过电浆制程将氧气分解成氧原子；
S5：将氧原子沉积在所述非晶硅层上，与所述非晶硅层发生化学反应形成二氧化硅层。
S6：利用氧气等离子体处理所述第二金属层；
S7：在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层；
S8：对所述钝化层进行蚀刻形成暴露出所述第二金属层的过孔，在所述钝化层上形成通过所述过孔与所述第二金属层连接的透明电极层。
需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本申请的保护范围。
本申请的技术方案可以广泛用于各种显示面板，如扭曲向列型(TwistedNematic，TN)显示面板、平面转换型(In-Plane Switching，IPS)显示面板、垂直配向型(Vertical Alignment，VA)显示面板、多象限垂直配向型(Multi-Domain VerticalAlignment，MVA)显示面板，当然，也可以是其他类型的显示面板，如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示面板，均可适用上述方案。
以上内容是结合具体的可选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种阵列基板的制造方法，其特征在于，包括步骤：
在一衬底基板上依次形成第一金属层、绝缘层、非晶硅层和第二金属层；
对第二金属层进行蚀刻形成暴露出所述非晶硅层的沟道；
对所述非晶硅层进行预热处理，预热时间为10至30S；
将氧气等离子体化后形成氧原子，对所述沟道进行冲击处理，所述氧气等离子体与非晶硅层反应生成一层薄的硅氧化物层，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层；以及
在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层，在所述钝化层上形成透明电极层；
其中，所述钝化层包括含氮和/或硅的化合物；对应所述沟道位置处，所述钝化层与所述非晶硅层之间形成共价键Si-O-Si或Si-O-N；
在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层，在所述钝化层上形成透明电极层的步骤包括：
利用氧气等离子体处理所述第二金属层；
在所述第二金属层以及所述硅氧化物层上形成钝化层；以及
对所述钝化层进行蚀刻形成暴露出所述第二金属层的过孔，在所述钝化层上形成通过所述过孔与所述第二金属层连接的透明电极层；
其中，所述第二金属层含有金属钼；所述钝化层与所述第二金属层之间形成Mo-O-Si键。
2.如权利要求1所述的一种阵列基板的制造方法，其特征在于，所述利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤中，具体包括：
在所述沟道中通入氧气，通过电浆制程将氧气分解成氧原子；以及
将氧原子沉积在所述非晶硅层上，与所述非晶硅层发生化学反应形成二氧化硅层。
3.如权利要求1所述的一种阵列基板的制造方法，其特征在于，在利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤中，利用氧气等离子体处理所述非晶硅层的时间为10至30S。
4.如权利要求1所述的一种阵列基板的制造方法，其特征在于，在利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤中，利用氧气等离子体处理所述非晶硅层的时间为16至24S。
5.如权利要求1所述的一种阵列基板的制造方法，其特征在于，在利用氧气等离子体处理所述沟道，在所述非晶硅层上形成硅氧化物层的步骤中，利用氧气等离子体处理所述非晶硅层的时间为20±1S。
6.如权利要求2所述的一种阵列基板的制造方法，其特征在于，所述通过电浆制程将氧气分解成氧原子的步骤中,在进行电浆制程的同时，将电浆制程的功率控制在4千瓦至16千瓦之间。
7.一种阵列基板，其特征在于，包括：
衬底；
第一金属层，设置在所述衬底上；
绝缘层，设置在所述第一金属层上；
非晶硅层，设置在所述绝缘层上；
第二金属层，设置在所述非晶硅层上，在所述非晶硅层上形成有沟道；
硅氧化物层，形成在所述非晶硅层上对应所述沟道的位置处；
钝化层，设置在所述硅氧化物层及所述第二金属层的表面；
过孔，贯穿所述钝化层暴露所述第二金属层表面的至少部分；以及
透明电极层，设置在所述钝化层上并通过所述过孔与所述第二金属层连接；
其中，对应所述沟道位置处，所述钝化层、所述硅氧化物层与所述非晶硅层之间形成共价键Si-O-Si或Si-O-N；
所述硅氧化物层利用氧气等离子体处理所述沟道，所述氧气等离子体与非晶硅层反应生成一层薄的硅氧化物层；在所述非晶硅层上形成硅氧化物层。
8.一种显示面板，其特征在于，包括如权利要求7所述的阵列基板、彩膜基板以及填充在所述彩膜基板和所述阵列基板之间的液晶。
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