阵列基板的制备方法、阵列基板及显示装置
阅读说明：本技术 阵列基板的制备方法、阵列基板及显示装置 (Preparation method of array substrate, array substrate and display device ) 是由 夏玉明 卓恩宗 李伟 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阵列基板的制备方法,包括以下步骤：在衬底基板上依次形成栅极、栅极绝缘层、有源层、欧姆接触层和金属层；在所述金属层上形成光刻掩膜,所述光刻掩膜的厚度范围为1.7μm-1.8μm；利用掩膜板对所述光刻掩膜进行曝光,并使所述掩膜板的半曝光区内的所述光刻掩膜的均匀度达到预设均匀度；基于曝光后的所述光刻掩膜制备形成阵列基板。本发明还公开了一种阵列基板以及显示装置。本发明提高了阵列基板的稳定性。(The invention discloses a preparation method of an array substrate, which comprises the following steps: sequentially forming a gate electrode, a gate insulating layer, an active layer, an ohmic contact layer and a metal layer on a substrate; forming a photoetching mask on the metal layer, wherein the thickness range of the photoetching mask is 1.7-1.8 μm; exposing the photoetching mask by using a mask plate, and enabling the uniformity of the photoetching mask in a semi-exposure area of the mask plate to reach a preset uniformity; and preparing and forming an array substrate based on the exposed photoetching mask. The invention also discloses an array substrate and a display device. The invention improves the stability of the array substrate.)
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种阵列基板的制备方法、阵列基板以及显示装置。
背景技术
目前在四道光刻制程(4-Mask)制备薄膜晶体管阵列基板的过程中，通过蚀刻形成阵列基板的沟道区之前，需要在金属层上形成一层光刻掩膜，且该光刻掩膜在沟道区对应的区域部分(该区域部分与掩膜板半曝光区对应)的厚度比其余部分要小。
在生产过程中，光刻掩膜在沟道区内的厚度不易于调控，若厚度偏薄，在后续去除光刻掩膜依次蚀刻金属层和欧姆接触层时会形成欧姆接触层残留；若厚度偏厚，在后续去除光刻掩膜时会形成光刻掩膜残留，从而造成沟道区各层尺寸异常，导致关键尺寸偏差过大(无法完全蚀刻对应的金属层、欧姆接触层、有源层，导致形成一系列的金属层残留、欧姆接触层残留和有源层残留)，严重时甚至无法形成沟道区，严重影响阵列基板的显示性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种阵列基板的制备方法、阵列基板以及显示装置，提高了阵列基板的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供一种阵列基板的制备方法，所述阵列基板的制备方法包括以下步骤：
在衬底基板上依次形成栅极、栅极绝缘层、有源层、欧姆接触层和金属层；
在所述金属层上形成光刻掩膜，所述光刻掩膜的厚度范围为1.7μm-1.8μm；
利用掩膜板对所述光刻掩膜进行曝光，并使所述掩膜板的半曝光区内的所述光刻掩膜的均匀度达到预设均匀度；以及
基于曝光后的所述光刻掩膜制备形成阵列基板。
可选地，所述利用掩膜板对所述光刻掩膜进行曝光，并使所述掩膜板的半曝光区内的所述光刻掩膜的均匀度达到预设均匀度的步骤包括：
利用掩膜板和光刻机对所述光刻掩膜进行曝光，使所述掩膜板的半曝光区内的所述光刻掩膜的均匀度达到预设均匀度，所述光刻机的聚焦深度取值范围为1.8μm-2.0μm。
可选地，所述预设均匀度的范围为20％-40％。
可选地，所述阵列基板的制备方法还包括：
在对所述光刻掩膜进行曝光后，所述光刻掩膜在所述半曝光区内的厚度范围达到0.4μm-0.5μm。
可选地，所述基于曝光后的所述光刻掩膜制备形成阵列基板的步骤包括：
蚀刻曝光后的所述光刻掩膜覆盖范围外的所述金属层、所述欧姆接触层和所述有源层；
对所述光刻掩膜进行灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜；以及
基于灰化处理后的光刻掩膜，依次蚀刻所述金属层、所述欧姆接触层和所述有源层，形成阵列基板。
可选地，所述对所述光刻掩膜进行灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜的步骤包括：
利用氧气对所述光刻掩膜进行为时70秒-80秒的灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜。
可选地，所述对所述光刻掩膜进行灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜的步骤包括：
基于第一预设量的六氟化硫和第二预设量的氧气对所述光刻掩膜进行为时80秒-100秒的灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜，所述第一预设量和所述第二预设量之间的比值范围为1:1至3:1。
可选地，所述第一预设量的取值范围为10000sccm-24000sccm，所述第二预设量的取值范围为8000sccm-10000sccm。
为实现上述目的，本发明还提供一种阵列基板，所述阵列基板由上述阵列基板的制备方法制备形成。
为实现上述目的，本发明还提供一种显示装置，所述显示装置基于上述阵列基板制备形成。
本发明提供的阵列基板的制备方法、阵列基板以及显示装置，在衬底基板上依次形成栅极、栅极绝缘层、有源层、欧姆接触层和金属层；在所述金属层上形成光刻掩膜，所述光刻掩膜的厚度范围为1.7μm-1.8μm；利用掩膜板对所述光刻掩膜进行曝光，并使所述掩膜板的半曝光区内的所述光刻掩膜的均匀度达到预设均匀度；基于曝光后的所述光刻掩膜制备形成阵列基板。这样，解决了在形成阵列基板的沟道区的过程中，容易形成欧姆接触层残留或光刻掩膜残留的问题，避免影响到阵列基板的显示性能，从而提高了阵列基板的稳定性。
附图说明
图1为本发明阵列基板的制备方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明阵列基板的制备方法的另一实施例的流程示意图；
图3为本发明阵列基板的制备方法的又一实施例的流程示意图；
图4为本发明阵列基板的制备方法的又一实施例的流程示意图；
图5为本发明阵列基板的制备方法的一实施例的光刻掩膜示例图；
图6为本发明阵列基板的制备方法的一实施例的曝光前光刻掩膜示例图；
图7为本发明阵列基板的制备方法的一实施例的曝光后光刻掩膜示例图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种阵列基板的制备方法，解决了在形成阵列基板的沟道区的过程中，因形成欧姆接触层残留或光刻掩膜残留而影响到阵列基板的显示性能的问题，从而提高了阵列基板的稳定性。
参照图1，在一实施例中，所述阵列基板的制备方法包括：
步骤S10、在衬底基板上依次形成栅极、栅极绝缘层、有源层、欧姆接触层和金属层。
本实施例中，薄膜晶体管阵列基板中设置于有源层(非晶硅层，A-Si)和金属层之间的欧姆接触层(掺杂型非晶硅层，N+A-Si)可以是N型欧姆接触层，也可以是P型欧姆接触层。
在制造薄膜晶体管阵列基板时，利用四道光刻制程，预先形成衬底基板(玻璃基板)，以及在衬底基板上形成栅极，并采用化学气相法在衬底基板上沉积形成覆盖栅极的栅极绝缘层，然后在栅极绝缘层上依次沉积形成有源层、欧姆接触层和金属层(即有源层设置于栅极绝缘层的上层、欧姆接触层设置于有源层的上层、金属层设置于欧姆接触层的上层)。
需要说明的是，所述金属层的材质可以是锰、钼、钛、铝和铜中的一种或多种的堆栈组合；所述有源层可以是A-Si材质；所述栅极绝缘层的材质可以是氧化硅和/或氮化硅；所述栅极可以是钼、钛、铝和铜中的一种或多种的堆栈组合；所述衬底基板可以是玻璃基板或聚酰亚胺(PI)等柔性衬底。
步骤S20、在所述金属层上形成光刻掩膜，所述光刻掩膜的厚度范围为1.7μm-1.8μm。
参照图5，在欧姆接触层30上沉积形成金属层20后(欧姆接触层30在有源层40之上)，在金属层20上涂抹光刻胶，并对涂抹的光刻胶进行预烘工序和冷却工序，形成光刻掩膜10。可选地，光刻胶材料包括树脂、感光剂、溶剂和添加剂，其中，感光剂是光刻胶内的光敏成分，对光形式的辐射能(特别是紫外区)会发生光化学反应。
可选地，形成的光刻掩膜的层间厚度的取值范围为1.7μm-1.8μm。在后续基于层间厚度为1.7μm-1.8μm的光刻掩膜制备阵列基板的过程中，可以减少各层的关键尺寸偏差，能更为精准地图案化金属层、欧姆接触层和有源层，从而提高最终形成的阵列基板的稳定性。
步骤S30、利用掩膜板对所述光刻掩膜进行曝光，并使所述掩膜板的半曝光区内的所述光刻掩膜的均匀度达到预设均匀度。
参见图6，掩膜板50具有半透光结构和非透光结构，在利用光刻机发射紫外光束透过掩膜板50对光刻掩膜10进行曝光时，掩膜板50的半透光结构所处区域对应形成掩膜板50的半曝光区70，掩膜板50的非透光结构所处区域对应形成掩膜板50的非曝光区80。光束透过半曝光区70达到光刻掩膜10时，会减少处于半曝光区70区域范围内的光刻掩膜的层间厚度，而光束一般无法通过非曝光区80到达光刻掩膜10，因此，处于非曝光区80区域范围内的光刻掩膜的层间厚度不受影响或影响甚微。而掩膜板50覆盖范围外的区域，则可作为完全曝光区60，处于完全曝光区60区域范围内的光刻掩膜，则会被完全去除掉(即对光刻掩膜进行曝光时)。需要说明的是，所述掩膜板可以是单缝隙掩膜板，也可以是双缝隙掩膜板。
光刻机的制程能力主要考量的是解析度和聚焦深度，其中，解析度是光学系统能够分辨出两个物体的最小间距，聚焦深度或焦深(DOF:Depth of Focus)是光沿着光通路，可以保持图形最佳焦面的移动距离。
解析度R的计算公式为：
聚焦深度DOF的计算公式为：
其中，λ为光波波长，NA为数值孔径，k1为第一工艺因子，k2为第二工艺因子。由此可知，光刻机的解析度和聚焦深度是成正比例关系的。
在实际生产中，为了保证阵列基板的量产，光刻机一般会采用较大的焦深，这样就对导致光刻机的解析度的增大，解析度的增大会导致光刻机的分辨率减少，而分辨率过少时会导致光照对光刻掩膜的曝光程度不均匀，导致随后在显影工艺和蚀刻工艺后形成的光刻掩膜在半曝光区内的部分的均匀性很差。这样，在后续采用灰化工艺去除光刻掩膜过程时，容易形成光刻掩膜残留，主要体现为半曝光区内的光刻掩膜的去除效果差，在半曝光区内残留过多的光刻掩膜，导致影响后续阵列基板的沟道区的制程。而通过选取聚焦深度范围为1.8μm-2.0μm的光刻机对层间厚度的取值范围为1.7μm-1.8μm的光刻掩膜进行曝光，可以保证曝光程度均匀，同时能够避免曝光后在半曝光区内具有光刻掩膜残留。
参照图7，利用光刻机发射光束，通过掩膜板50对光刻掩膜进行曝光，其中，对完全曝光区60对应区域范围内的光刻掩膜进行完全曝光，对与掩膜板半曝光区70对应区域范围内的光刻掩膜进行部分曝光，然后基于O2对曝光后的光刻掩膜进行干蚀刻，以蚀刻掉已受光照影响的光刻胶，形成曝光后的光刻掩膜11。在蚀刻与掩膜板半曝光区70对应区域范围内的光刻掩膜后，形成的光刻掩膜11在掩膜板半曝光区70的厚度Δhd为预设厚度，所述预设厚度的厚度范围为0.4μm-0.5μm所述预设厚度可选为0.42μm、0.43μm、0.47μm或者0.48μm；而与掩膜板非曝光区80对应区域范围内的光刻掩膜11的岛状结构部分的层间厚度Δhd1的范围为1.7μm-1.8μm，基于与曝光前的光刻掩膜的层间厚度对应；同时，完全去除完全曝光区60对应区域范围内的光刻掩膜部分。
由于曝光前的光刻掩膜的层间厚度范围为1.7μm-1.8μm，为了能完全去除完全曝光区内的光刻掩膜部分，因此光刻机的聚焦深度的取值需要大于曝光前的光刻掩膜的层间厚度。可选地，利用掩膜板和聚焦深度取值范围为1.8μm-2.0μm的光刻机对所述光刻掩膜进行曝光，这样，能够减少曝光后的光刻掩膜的关键尺寸偏差，且能使得曝光后的光刻掩膜在掩膜板的半曝光区内部分的均匀度达到预设均匀度。所述预设均匀度的取值范围为20％-40％。
可选地，在设置光刻机的曝光参数时，可以通过调配掩膜板半曝光区域的光剂量能量(Photo Dose Energy)的热值，实现对光刻掩膜形成后的在掩膜板半曝光区域的厚度值的调控。在所述金属层上涂抹光刻胶后，基于掩膜板和预设剂量的光剂量能量对光刻胶进行曝光，以在所述金属层上形成所述光刻掩膜，所述预设剂量的取值范围为41.5MJ-43MJ。比如，设置41.5MJ的光剂量能量，可对应调控出光刻掩膜在半曝光区的部分的预设厚度为0.5μm；设置43MJ的光剂量能量，可对应调控出光刻掩膜在半曝光区的部分的预设厚度为0.4μm。
步骤S40、基于曝光后的所述光刻掩膜制备形成阵列基板。
基于曝光后的所述光刻掩膜，依次蚀刻所述光刻掩膜覆盖范围外的金属层、欧姆接触层和有源层。具体地，基于所述光刻掩膜，通过湿蚀刻，蚀刻光刻掩膜覆盖范围外的金属层，然后对因金属层蚀刻后裸露出来的欧姆接触层和有源层依次进行干蚀刻。
在依次对光刻掩膜覆盖范围外的金属层、欧姆接触层和有源层进行蚀刻后，对所述光刻掩膜进行灰化处理，以去半曝光区对应范围内的光刻掩膜，使得在掩膜板半曝光区的金属层的表面露出。这样，对均匀度为20％-40％的光刻掩膜进行灰化处理，能避免灰化处理后在半曝光区内存在光刻掩膜残留。
基于灰化处理后的光刻掩膜，依次蚀刻所述金属层、所述欧姆接触层和所述有源层，形成阵列基板的沟道区。然后剥离剩余的光刻掩膜，即可形成包括衬底基板、栅极、栅极绝缘层，以及图形化的欧姆接触层、有源层和金属层的薄膜晶体管阵列基板。
需要说明的是，在后续形成阵列基板的过程中，在所述阵列基板的栅极绝缘层上，形成覆盖包括欧姆接触层、有源层和所述金属层的图形的钝化层，以及形成通过钝化层的钝化过孔的像素层，即可形成薄膜晶体管阵列基板。
进一步地，基于形成的薄膜晶体管阵列基板，可用于制备显示装置。
在一实施例中，在衬底基板上依次形成栅极、栅极绝缘层、有源层、欧姆接触层和金属层；在所述金属层上形成光刻掩膜，所述光刻掩膜的厚度范围为1.7μm-1.8μm；利用掩膜板对所述光刻掩膜进行曝光，并使所述掩膜板的半曝光区内的所述光刻掩膜的均匀度达到预设均匀度；基于曝光后的所述光刻掩膜制备形成阵列基板。这样，解决了在形成阵列基板的沟道区的过程中，容易形成欧姆接触层残留或光刻掩膜残留的问题，避免影响到阵列基板的显示性能，从而提高了阵列基板的稳定性。
在另一实施例中，如图2所示，在上述图1所示的实施例基础上，所述基于曝光后的所述光刻掩膜制备形成阵列基板的步骤包括：
步骤S41、蚀刻曝光后的所述光刻掩膜覆盖范围外的所述金属层、所述欧姆接触层和所述有源层。
步骤S42、对所述光刻掩膜进行灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜。
步骤S43、基于灰化处理后的光刻掩膜，依次蚀刻所述金属层、所述欧姆接触层和所述有源层，形成阵列基板。
本实施例中，基于曝光后的所述光刻掩膜，依次蚀刻所述光刻掩膜覆盖范围外的金属层、欧姆接触层和有源层。具体地，基于所述光刻掩膜，通过湿蚀刻，蚀刻光刻掩膜覆盖范围外的金属层，然后对因金属层蚀刻后裸露出来的欧姆接触层和有源层依次进行干蚀刻。
可选地，可以是基于混合化合物对所述金属层进行湿蚀刻，所述混合化合物包括H3PO4磷酸、CH3COOH乙酸和HNO3硝酸；在对欧姆接触层和有源层进行第一次干蚀刻时，可以是基于第一混合气体对非晶硅层进行干蚀刻，所述第一混合气体包括SF6六氟化硫气体和Cl2氯气。
在依次对光刻掩膜覆盖范围外的金属层、欧姆接触层和有源层进行蚀刻后，对所述光刻掩膜进行灰化处理，以去除沟道区对应范围内的光刻掩膜，使得在掩膜板半曝光区域的金属层的表面露出。
基于灰化处理后的光刻掩膜，对金属层、欧姆接触层和有源层进行第二次蚀刻。具体地，对所述光刻掩膜覆盖范围外的金属层进行湿蚀刻，其中，蚀刻半曝光区对应范围内的金属层，以形成金属层的源电极和漏电级，以及裸露出与半曝光区范围对应的欧姆接触层。然后基于灰化处理后的光刻掩膜，以及湿蚀刻后的金属层，对所述金属层覆盖范围外的欧姆接触层和有源层进行干蚀刻，最终形成阵列基板的沟道区(掩膜板半曝光区对应的区域)。
具体地，可以是基于混合化合物对所述金属层进行湿蚀刻，所述混合化合物包括H3PO4、CH3COOH和HNO3；在对所述有源层进行第二次干蚀刻时，可以是基于第二混合气体对非晶硅层进行干蚀刻，所述第二混合气体包括SF6气体、Cl2和He气体。
在使所述金属层覆盖沟道区外的所述有源层后，剥离剩余的光刻掩膜，即可形成包括衬底基板、栅极、栅极绝缘层，以及图形化的欧姆接触层、有源层和金属层的薄膜晶体管阵列基板。
需要说明的是，在后续形成阵列基板的过程中，在所述阵列基板的栅极绝缘层上，形成覆盖包括欧姆接触层、有源层和所述金属层的图形的钝化层，以及形成通过钝化层的钝化过孔的像素层，即可形成薄膜晶体管阵列基板。
进一步地，基于形成的薄膜晶体管阵列基板，可用于制备显示装置。
在又一实施例中，如图3所示，在上述图1至图2的实施例基础上，所述对所述光刻掩膜进行灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜的步骤包括：
步骤S421、利用氧气对所述光刻掩膜进行为时70秒-80秒的灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜。
本实施例中，形成在半曝光区对应范围内的厚度范围为
这样，通过减少灰化过程中氧气的反应时间至70秒-80秒，可以使得整个阵列基板的制备环境中的氧气减少，便难以在金属层表面形成氧化物残留，从而避免因金属层表面存在氧化物残留，导致后续在蚀刻欧姆接触层时，在半曝光区内形成欧姆接触层残留。
在又一实施例中，如图4所示，在上述图1至图3的实施例基础上，所述对所述光刻掩膜进行灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜的步骤包括：
步骤S422、基于第一预设量的六氟化硫和第二预设量的氧气对所述光刻掩膜进行为时80秒-100秒的灰化处理，以除去所述半曝光区内的所述光刻掩膜。
本实施例中，形成在半曝光区对应范围内的厚度范围为
可选地，所述第一预设量的取值范围为10000sccm-24000sccm，所述第二预设量的取值范围为8000sccm-10000sccm。即采用8000sccm-10000sccm的氧气和10000sccm-24000sccm的六氟化硫SF6对光刻掩膜进行为时80秒-100秒的灰化处理，以去除半曝光区对应范围内的光刻掩膜，使得在半曝光区对应范围内的金属层的表面露出。
这样，在灰化的过程中，六氟化硫SF6可以与多余的氧气进行反应，可以使得在灰化光刻掩膜时能消耗更多的氧气，从而使得整个阵列基板的制备环境中的氧气减少，便难以在金属层表面形成氧化物残留，从而避免因金属层表面存在氧化物残留，导致后续在蚀刻欧姆接触层时，在半曝光区内形成欧姆接触层残留。
此外，本发明还提出一种阵列基板，所述阵列基板由上述阵列基板的制备方法形成。
此外，本发明还提供一种显示装置，所述显示装置基于上述阵列基板制备形成。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是电视机，手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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