[发明专利]制备光滑多晶硅膜的方法以及阵列基板

说明书

技术领域

本发涉及液晶显示领域，特别涉及一种制备光滑多晶硅膜的方法。

背景技术

在现有技术中，LTPS TFT液晶显示器(即场效应薄膜晶体管液晶显示器)由于其亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳而在行动显示产品上得到广泛应用。

在这种液晶显示器的制备过程中，需要在玻璃基板上制备多晶硅膜层，随后借助于多晶硅膜层制备出薄膜晶体管。通常，认为由非晶硅(即a-Si)层经融化在结晶后形成的多晶硅层会在晶界处出现细小的隆起，并且认为这些隆起是有害的，这是由于隆起非常容易导致薄膜晶体管的局部电场过大而造成薄膜晶体管失效，并导致液晶显示器的品质严重降低。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种制备光滑多晶硅膜的方法。通过本发明的方法制备的多晶硅膜的表面粗糙度较小，有助于减小栅极绝缘层的厚度，并因此减小液晶显示器的电能消耗。

根据本发明的第一方面，提出了一种制备光滑多晶硅膜的方法，包括步骤一：在基板上形成第一多晶硅层，在第一多晶硅层的表面上具有多个隆起；步骤二：蚀刻第一多晶硅的的表面，隆起被蚀刻成凹坑；步骤三：在第一多晶硅层的表面上形成第二非晶硅层，第二非晶硅层包括与凹坑对应的凹陷的填充区和包围填充区的非填充区；步骤四：对第二非晶硅层进行热处理，第二非晶硅层结晶并在凹陷的填充区处形成凸起而将凹陷的填充区填平以形成具有光滑表面的第二多晶硅层。

根据本发明的方法，将第一多晶硅层的表面上的隆起蚀刻成凹坑后，创造性地利用了第二非晶硅层结晶形成的凸起来填平由凹坑形成的凹陷的填充区，由此制备出了具有光滑表面的多晶硅膜。本发明的方法避免了对多晶硅膜的表面进行化学蚀刻或物理抛光，也就避免了这些操作对多晶硅膜造成的直接破坏而有害地影响薄膜晶体管的功能，有助于提高液晶显示器的品质。另外，由于根据本发明的方法制备的多晶硅膜的表面粗糙度非常小，因此消除了由表面粗糙而产生的局部电场过大的问题，可将栅极绝缘层的厚度减小以减小液晶显示器的电能消耗。

在一个实施例中，在步骤二中，以湿式蚀刻的方式来蚀刻所述第一多晶硅层的表面，湿式蚀刻的蚀刻液包括重铬酸钾、氢氟酸和水。与多晶硅的晶粒的内部相比，晶界更加容易被蚀刻液腐蚀。由于隆起处于晶界处，因此在进行湿式蚀刻期间，隆起的腐蚀速度会大于晶粒的腐蚀速度。由此，在经过预定的腐蚀时间之后，可将隆起腐蚀掉并且会将晶界腐蚀成凹坑。湿式蚀刻是各向同性的，因此可保证第一多晶硅层的表面在经蚀刻后，仍然为大体平整的表面状态，仅存在一些凹坑，这有助于最终形成具有光滑表面的第二多晶硅层。

在一个实施例中，在步骤二中，以干式蚀刻的方式来蚀刻第一多晶硅层的表面，干法蚀刻的介质为SF₆与Cl₂的混合气体。这种蚀刻方式对隆起和晶界具有非常好的选择性，从而利用时间的控制能将隆起腐蚀掉并且会将晶界腐蚀成凹坑。

在一个实施例中，在步骤四中，在热处理期间将第二非晶硅层加热到：填充区内的材料全部融化，非填充区内的材料部分融化或全部融化。在停止加热后，非填充区内会快速结晶并且晶粒会生长到全部融化的填充区内。晶粒在填充区内相互推挤而形成凸起。由于填充区本身为低于非填充区的凹陷，因此这些凸起恰好补偿了这些凹陷而使得由第二非晶硅层再结晶生成的第二多晶硅层具有光滑表面。晶粒在填充区内相互推挤而形成凸起。由于填充区本身为低于非填充区的凹陷，因此这些凸起恰好补偿了这些凹陷而使得由第二非晶硅层再结晶生成的第二多晶硅层具有光滑表面。

在一个优选的实施例中，在步骤三中，凹坑的底部存在有空气层，填充区内的材料处于空气层上方。在停止加热后，空气层可减缓填充区内材料的热量向外传递，从而填充区内的材料会较长时间地保持为液态。非填充区内的材料因与第一多晶硅层直接接触而会快速散热并且快速结晶以及生长到全部融化的填充区内。由此，空气层的存在有助于实现具有光滑表面的第二多晶硅层。

在一个实施例中，第二非晶硅层的厚度大于凹坑的深度。例如，第二非晶硅层的厚度与凹坑的深度之比在1∶1到2∶1之间。优选地，第二非晶硅层的厚度为400-600埃之间，凹坑的深度为200-350埃之间。这样，第二非晶硅层的材料的量足够大，以确保第二非晶硅层再结晶成第二多晶硅层时，能够将第一多晶硅层上的凹坑和第二非晶硅上的凹陷填平。