专利名称：薄膜晶体管阵列基板及其制备方法、有源矩阵驱动显示装置的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体器件制造领域，具体涉及一种薄膜晶体管阵列基板及其制备方法、有源矩阵驱动显示装置。
背景技术：
半导体产业是当今信息化社会的支柱产业，而其中起放大以及开关作用的晶体管具有极为重要的地位。上个世纪，以硅基晶体管为代表的金属-氧化物-半导体晶体管(MOS)极大地推动了场效应晶体管的产业化进展。英国曼彻斯特大学Geim教授2004年发现的石墨烯(Graphene)是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的碳质新材料。石墨烯的室温本征电子迁移率可达200000cm2/Vs，是Si (1400cm2/Vs左右)的140倍、GaAs(8500cm2/Vs左右)的20倍、GaN (2000cm2/Vs左右)的100倍。石墨烯这些优异电学性能， 使其在超高频乃至太赫兹电子器件、超级计算机等领域具有巨大的应用价值。由于石墨烯具有高迁移率，高透过率的特征，成为新一代有源矩阵显示的有源层材料。但是石墨烯结构比较脆弱，易受后续工艺的影响，例如磁控溅射等高能量的工艺，或者使用光刻胶的光刻工艺(光刻胶接触石墨烯可能对其造成影响)等，从而导致其电学性能降低。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术制备薄膜晶体管阵列基板的方法中由于制造工艺的条件的影响导致石墨烯的电学性能降低的问题，提供一种薄膜晶体管阵列基板的制备方法。解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种薄膜晶体管阵列基板的制备方法，包括在衬底上形成薄膜晶体管的步骤，所述薄膜晶体管包括有源层和保护层；所述有源层为石墨烯层；所述保护层形成于所述有源层的远离衬底一端的表面。按照本发明提供的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，由于保护层的存在使对石墨烯层的光刻处理不是直接对石墨烯层进行处理，光刻胶不与石墨烯接触，极大的避免了掩模光刻处理的影响；同时该保护层能降低后续工艺处理对石墨烯的影响。优选的，所述的保护层的材料包含Si02、Si3Nx, A1203> HfO2, ZrO2中的任意一种。优选的，所述保护层的厚度为20 lOOnm。优选的，所述的石墨烯层经掺杂处理。优选的，所述的保护层通过等离子体增强化学沉积法或电子束蒸发法形成。如果采用等离子体增强化学沉积法在石墨烯层上形成SiO2保护层，则进一步优选将该化学沉积法的工艺条件设为衬底温度为150 300°C，反应室的压力为2 10Pa，气源
/[SiH4]的摩尔比范围为大于O小于等于I. 5，气源混合后的流速为15 50标况毫升每分，射频功率为50 300W。
如果采用电子束蒸发法在石墨烯层上形成Si3Nx保护层，则进一步优选将该电子束蒸发法的工艺条件设为膜料和衬底的距离为15 20cm，衬底温度为150 250°C，真空度为4 X Kr5 7X 10_5torr,电子枪轰击电流为3. 8 4. 0A，加速极电压为4500 5500V。在本发明提供的薄膜晶体管阵列基板的制备方法中，石墨烯表面的保护层通过等离子体增强化学气相沉积法或电子束蒸发法形成，该两种方法是已知的形成上述保护层的方法中工艺条件最为温和的方法，使形成保护层的过程对石墨烯的性能影响降到最低。优选的，所述在衬底上形成薄膜晶体管的步骤包括形成栅极、形成源漏电极、形成有源层、形成保护层。优选的，在形成保护层之后，还包括对所述的石墨烯层和保护层进行光刻-干法刻蚀，形成石墨烯沟道保护复合层。在本发明提供的薄膜晶体管阵列基板中，石墨烯层的掩模光刻处理采用了干法刻 蚀，相对于湿法刻蚀该工艺处理对石墨烯的性能影响大幅降低。本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的薄膜晶体管阵列基板由于制造工艺的条件的影响导致石墨烯的电学性能降低，从而导致薄膜晶体管阵列基板性能降低的问题，提供一种电学性能优良的薄膜晶体管阵列基板。解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种薄膜晶体管阵列基板，包括形成于衬底上的栅极、源漏电极和有源层，所述有源层为石墨烯层；所述保护层位于所述有源层的远离衬底一端的表面。优选的，所述的保护层的材料包含Si02、Si3Nx, A1203> HfO2, ZrO2中的任意一种。优选的，所述保护层的厚度为20 lOOnm。优选的，所述的石墨烯层经掺杂处理。优选的，所述的保护层通过等离子体增强化学沉积法或电子束蒸发法形成。本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的有源矩阵驱动显示装置由于制造工艺的条件的影响导致石墨烯的电学性能降低，从而导致有源矩阵驱动显示装置性能降低的问题，提供一种电学性能优良的有源矩阵驱动显示装置。解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种有源矩阵驱动显示装置，包括上述的薄膜晶体管阵列基板。本发明提供的有源矩阵驱动显示装置由于包括上述的薄膜晶体管阵列基板，所以其具有优良的电学性能。优选的，所述的有源矩阵驱动显示装置为有源矩阵驱动有机电致发光显示装置或有源矩阵驱动液晶显示装置。本发明的制备薄膜晶体管阵列基板的方法也可应用于碳管薄膜等可自支撑且易遭磁控溅射等工艺破坏的样品上；该方法在无需对现有的产线进行特殊升级的前提下，能生产新一代显示面板。本发明制备的薄膜晶体管阵列基板可应用于有源矩阵液晶显示器、有源矩阵有机发光显示器等相关领域，该薄膜晶体管阵列基板用于驱动上述显示器。总之，本发明的薄膜晶体管阵列基板的制备方法可以使石墨烯免于直接接触磁控溅射和光刻胶，从而有效的避免了石墨烯电学性能的降低，并通过上述方法制备得到了电学性能优良的薄膜晶体管阵列基板。
图I :为本发明实施方式I中形成栅极后器件结构图。图2 :为本发明实施方式I中形成绝缘层后器件结构图。图3 :为本发明实施方式I中形成源/漏极金属层后器件结构图。
图4 :为本发明实施方式I中形成石墨烯层和保护层后器件结构图。图5 :为本发明实施方式I中形成石墨烯沟道保护复合层后器件结构图。图6 :为本发明实施方式I中形成平坦化层的过孔后器件结构图。图7 :为本发明实施方式I中形成阳极层后器件结构图。图8 :为本发明实施方式I中形成像素分割层后器件结构图。其中1为基板；2为栅极；3为绝缘层；4为源/漏极金属层；5为石墨烯层；6为保护层；7为平坦化层；8为阳极层；9为像素分割层。
具体实施例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。在图中，为了方便说明，放大了层和区域的厚度，所示大小、比例并不代表实际尺寸和比例。附图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。图中的表示是示意性的，但这不应该被认为是限制本发明的范围。同时在下面的描述中，所使用的术语衬底可以理解为包括正在工艺加工中的半导体衬底，可能包括在其上所制备的其它薄膜层。
具体实施方式
I本实施方式提供一种薄膜晶体管阵列基板的制备方法该薄膜晶体管阵列基板是用于有机电致发光显示装置的，当然，本发明制备的薄膜晶体管阵列基板不限于用于有机电致发光显示，也可用于液晶显示器，但其具体的制备流程会根据各自的工艺有所不同。本实施方式的制备方法采用6次光刻工艺，其具体工艺如下第一次光刻栅极形成工艺采用现有技术在基板I上沉积一层栅极金属，通过构图工艺形成栅极2，然后在栅极2上形成绝缘层3。例如，采用磁控溅射沉积一层栅极金属钥，当然，栅极金属也可选择现有技术的其它金属。优选的，在沉积栅极金属之前，先在玻璃基板I上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积二氧化硅和氮化硅复合层。对栅极完成曝光、显影、蚀刻和剥离处理具体为在该栅极金属层上旋涂一层光刻胶(PR胶)，使用掩模(Gate Mask)进行曝光，再后进行显影处理，采用酸性刻蚀液进行湿刻完成栅极金属层的图形处理，最后进行光刻胶(PR胶)的剥离，完成构图工艺，如图I所示，形成栅极2。然后，如图2所示，在栅极2上沉积一层绝缘层3，优选的采用等离子体增强化学气相沉积法在栅极2上沉积一层绝缘层3，该绝缘层3可以为二氧化硅层或氮化硅层或两者的
叠层结构。
第二次光刻源/漏极金属层形成工艺采用现有技术，在上述栅极2的绝缘层3上沉积源/漏极金属(S/D)，优选的采用磁控溅射法在上述栅极2的绝缘层3上沉积源/漏极金属(S/D)，所述的源/漏极金属为钥/铝钕/钥，当然也可以采用钛/铝/钛，铜等现有技术的其它金属。完成源/漏极金属(S/D)的沉积后，接着完成构图工艺，形成源/漏极金属层4衬底，如图3所示。具体操作与第一次光刻相同。第三次光刻石墨烯层和保护层形成工艺首先，制备石墨烯层5 在一个临时性的载体(例如，玻璃基板)上沉积石墨烯层5，优选的，通过化学气相沉积(CVD)方法在该玻璃基板上沉积石墨烯层5。将上述石墨烯层5转移至上述的源/漏极金属层4衬底上。优选的，使用聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷作为媒介物质粘结石墨烯层5，将石墨烯层5从该玻璃基板上剥下，接着转移到第二次光刻获得的源/漏极金属层4衬底上，除去所用的媒介物质，如图4所示，形成石墨烯层5。优选的，上述石墨烯层5的转移方法采用下述步骤步骤I :在石墨烯层5表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷；步骤2 :将石墨烯层5表面旋涂的聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷层在50 100°C的温度条件下烘干；步骤3 :将步骤2烘干后的石墨烯层5浸入腐蚀溶液(例如，该腐蚀溶液为15%的HF溶液)中，浸入时使所用的玻璃基板朝下，而聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷层向上；所述腐蚀溶液应选用对该玻璃基板具有腐蚀性能的溶液；步骤4 :待该玻璃基板被腐蚀溶液腐蚀掉后，将悬浮在腐蚀溶液表面的石墨烯层5和聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷层的结合体转入去离子水中清洗，以去掉残留的腐蚀溶液；清洗时应保证聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷层朝上而石墨烯层5朝下；步骤5 :将经步骤4清洗后的石墨烯层5和聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷层的结合体均匀铺展在源/漏极金属层4衬底上，使石墨烯层5与源/漏极金属层4衬底表面紧贴在一起，然后在60 100°C的温度条件下烘干；步骤6 :采用去胶溶剂(例如，20wt%的四甲基氢氧化铵)浸泡或蒸汽除去石墨烯层5表面的聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷层，得到转移至源/漏极金属层4衬底表面的石墨稀层5。优选的，在加热的条件下进行气体扩散对转移至源/漏极金属层4衬底表面的石墨烯层5进行掺杂。掺杂剂可以为氨气(NH3，η型掺杂)或磷烷(ΡΗ3，ρ型掺杂)。然后，沉积保护层6 :在上述的石墨烯层5或掺杂后的石墨烯层5衬底上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积一层保护层6，该保护层6的材料可以为Si02，Si3Nx, Α1203、HfO2, ZrO2中的任意一种，也可以为包含任意一种上述材料的混合物。下面以沉积SiO2保护层6为例说明等离子体增强化学气相沉积法的过程将上述玻璃基板I清洗后放入射频电感耦合等离子体增强化学气相沉积装置的反应室中，反应室真空度抽至2Χ10_2 3X10_3Pa，加热基板1，使基板I温度为150 300°C，以用H2稀释(H2可称为载气)至体积浓度为5 20%的SiH4和体积浓度为10 40%的O2气体为反应气源，该二种气源分别由流量计控制输入装置的缓冲室，气源在载气的携带下在缓冲室充分混合后以流量15 50标况毫升每分引入真空反应室中，在2 IOPa压力，射频功率50W 300W下，产生辉光进行反应，在玻璃基板I上沉积SiO2薄膜。再举例说明采用电子束蒸发制备上述的Si3Nx保护层6的工艺。具体是在下述工艺参数下制得的膜料Si3N4和衬底的距离为15 20cm，衬底温度为150 250°C，真空度为4Χ1(Γ5 7X10_5torr,电子枪轰击电流为3. 8 4. 0A，加速极电压为4500 5500V。如图5所示，在形成了保护层(6)之后，完成石墨烯层和保护层的构图工艺具体为在保护层6上旋涂一层光刻胶(PR胶)，使用掩模(S/D Mask)进行曝光，再后进行显影处理，采用干法刻蚀完成石墨烯层5和保护层6图形处理，在刻蚀中同时刻蚀掉石墨烯层5和保护层6，此时，石墨烯层5和保护层6 —体形成，即保护层6始终覆盖于石墨烯层5的表面避免了石墨烯遭受光刻胶的污染。最后进行PR胶的剥离，形成石墨烯沟道保护复合层，也 就是说，其中的石墨烯层作为薄膜晶体管的沟道(或称有源区)，而石墨烯层上有具有上述保护层，石墨烯层与保护层的复合结构称为“石墨烯沟道保护复合层”。第四次光刻平坦化层形成工艺在上述衬底上旋涂由聚甲基丙烯酸甲酯材料制备的平坦化层7 (PLN层)，该平坦化层7也可以选用现有技术的其它亚克力(即丙烯酸树脂，例如，甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物)材料。接着，完成构图工艺，如图6所示，形成含有过孔的平坦化层7衬底具体操作与第一次光刻相同。第五次光刻阳极层形成工艺在上述的平坦化层7衬底上采用磁控溅射有机发光二极管的阳极层8，该阳极层8物质可以为氧化铟锡层，或者氧化铟锡/银/氧化铟锡层。接着，完成构图工艺，如图7所示，形成阳极层8衬底，该阳极层8与漏电极连接。具体操作与第一次光刻相同。第六次光刻像素分割层形成工艺在上述的阳极层8衬旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料，当然，也可采用其他类型的亚克力材料。接着，完成构图工艺，如图8所示，形成像素分割层9，该像素分割层9用于形成规整的像素。具体操作与第一次光刻相同。当然，本实施例所述的方法只是制备有机电致发光显示装置的具体方法之一，本领域技术人员还可对其进行许多变化例如，也可采用其他的已知流程制备用于有机电致发光显示装置的薄膜晶体管阵列基板(当然所得薄膜晶体管阵列基板中薄膜晶体管的具体结构也有变化，例如可以为顶栅型薄膜晶体管)；或可采用4次光刻、5次光刻等已知的工艺流程制备用于液晶显示装置的薄膜晶体管阵列基板(当然所得薄膜晶体管阵列基板的具体结构也有变化，例如用于液晶显示装置的薄膜晶体管阵列基板没有像素分隔层)；保护层的材料、制备工艺、工艺参数可变化等。但只要其中包括在石墨烯层上形成保护层的步骤，即属于本发明的保护范围。实施例
本发明按上述的具体实施方式
进行了对比例和实施例实验，对比例和实施例中衬底均为玻璃、栅极金属层均为钥、源/漏极金属均为钥/铝钕/钥、平坦化层均采用聚甲基丙烯酸甲酯材料、阳极层均采用氧化铟锡材料、像素分割层均采用聚甲基丙烯酸甲酯材料。其它工艺步骤和参数都相同，对比例和实施例的区别仅在于保护层的相关参数不同，保护层的相关参数和实验的结果见表I。表I.对比例和实施例的过程参数和结果对比
权利要求
1.一种薄膜晶体管阵列基板的制备方法，包括在衬底上形成薄膜晶体管的步骤，其特征在于， 所述薄膜晶体管包括有源层和保护层； 所述有源层为石墨烯层； 所述保护层形成于所述有源层的远离衬底一端的表面。
2.如权利要求I所述的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于， 所述的保护层的材料包含Si02、Si3Nx、A1203、Hf02、ZrO2中的任意一种。
3.如权利要求I所述的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于， 所述保护层的厚度为20 lOOnm。
4.如权利要求I所述的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯层经掺杂处理。
5.如权利要求I所述的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述的保护层通过等离子体增强化学沉积法或电子束蒸发法形成。
6.如权利要求5所述的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述的保护层的材料为SiO2，其通过等离子体增强化学沉积法形成，工艺条件为衬底温度为150 300°C，反应室的压力为2 lOPa，气源为SiH4和02，SiH4在载气中的体积浓度为5 20%的和O2在载气中的体积浓度为10 40%，气源和载气混合后的气体流速为15 50标况晕升每分，射频功率为50 300W。
7.如权利要求5所述的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述的保护层的材料为Si3Nx，所述的电子束蒸发法的工艺条件为膜料和衬底的距离为15 20cm，衬底温度为150 250°C，真空度为4X10—5 7X10_5torr，电子枪轰击电流为3. 8 4. 0A，力口速极电压为4500 5500V。
8.如权利要求I所述的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述在衬底上形成薄膜晶体管的步骤包括形成栅极、形成源漏电极、形成有源层、形成保护层。
9.如权利要求1-8任一所述的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，在形成保护层之后，还包括 对所述的石墨烯层和保护层进行光刻-干法刻蚀，形成石墨烯沟道保护复合层。
10.一种薄膜晶体管阵列基板，包括形成于衬底上的栅极、源漏电极和有源层，其特征在于， 所述有源层为石墨烯层； 所述保护层位于所述有源层的远离衬底一端的表面。
11.如权利要求10所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于， 所述的保护层的材料包含Si02、Si3Nx、A1203、Hf02、ZrO2中的任意一种。
12.如权利要求10所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于， 所述保护层的厚度为20 lOOnm。
13.如权利要求10所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于，所述的石墨烯层经掺杂处理。
14.如权利要求10所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于，所述的保护层通过等离子体增强化学沉积法或电子束蒸发法形成。
15.一种有源矩阵驱动显示装置，其特征在于，包括权利要求10-14任一所述的薄膜晶体管阵列基板。
16.如权利要求15所述的有源矩阵驱动显示装置，其特征在于，其为有源矩阵驱动有机电致发光显示装置或有源矩阵驱动液晶显示装置。
全文摘要
本发明提供一种薄膜晶体管阵列基板及其制备方法，属于半导体器件制造技术领域，其可解决现有技术制备的薄膜晶体管阵列基板的方法中由于制造工艺的条件的影响导致石墨烯的电学性能降低的问题。本发明的薄膜晶体管阵列基板的制备方法，包括在衬底上形成薄膜晶体管的步骤，所述薄膜晶体管包括有源层和保护层；所述有源层为石墨烯层；所述保护层形成于所述有源层的远离衬底一端的表面。本发明提供的薄膜晶体管阵列基板由于保护层的存在使对石墨烯层的光刻处理不是直接对石墨烯层处理，极大的避免了掩模光刻处理的影响；同时该保护层能降低后续工艺处理对石墨烯的影响。
文档编号H01L27/12GK102881654SQ20121037509
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者孙拓 申请人:京东方科技集团股份有限公司