專利名稱：薄膜場效應(yīng)晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜場效應(yīng)晶體管及其制備方法。更具體而言，本
發(fā)明涉及包含作為源極和漏極的含有Si、 Mo和W中的一種以上元素的氧化 鋅(ZnO系列)電極的薄膜場效應(yīng)晶體管及其制備方法。本申請要求在2007年4月25日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利 申請第10-2007-0040313號的優(yōu)先權(quán)，其公開的內(nèi)容在此全部引入作為參考。
背景技術(shù)：
—般而言，薄膜場效應(yīng)晶體管包括源極、漏極、柵極、半導(dǎo)體層、 絕緣層和基板。 一種制備已知的透明薄膜場效應(yīng)晶體管的方法包括如下步驟通過 使用槽型材料(channel material)(例如ZnO、 ZnO : Al、 InZnO、 ZnO : Sn、 ZnO : Ga : In)在ITO或IZO的柵極上形成半導(dǎo)體層；以及沉積槽型材料或電極材料 形成源極/漏極。然而，在制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法中，所述材料很容易 在用于刻蝕工序中的濕法刻蝕過程中被刻蝕，而且特別地，具有無定形構(gòu)型 的IZO以更大的刻蝕量被刻蝕。因此，在當(dāng)IZO用作源極/漏極的情況下， 在用于制備薄膜場效應(yīng)晶體管的刻蝕工序中，由于在濕法刻蝕中幾乎不存在 電極和半導(dǎo)體層溝槽(semiconductor layer channel)的刻蝕選擇性，可能出現(xiàn)許 多問題。因此，薄膜場效應(yīng)晶體管主要是通過剝離法制備。然而，剝離法具有嚴(yán)重的問題，例如兩次光學(xué)加工(two photoprocesses) 導(dǎo)致的懸突結(jié)構(gòu)(overhang structure)、由于在光刻膠的存在的狀態(tài)下的沉積過
5程導(dǎo)致產(chǎn)生雜質(zhì)，以及由于額外的光學(xué)加工導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。因此，該方 法為非常不合意的方法，因而不能用于制備薄膜場效應(yīng)晶體管工序中。除了制備薄膜場效應(yīng)晶體管的常見方法外，還有在半導(dǎo)體層上額外 沉積SiN溝槽保護(hù)層的方法。然而，其存在的問題在于，由于額外使用溝槽 光掩膜導(dǎo)致薄膜場效應(yīng)晶體管的生產(chǎn)成本增加。此外，還有在刻蝕源極/漏極 的刻蝕工序中根據(jù)刻蝕量僅控制刻蝕時間而不控制刻蝕選擇性的方法。然而， 在這種方法中，由于不存在刻蝕選擇性，存在的問題在于非常難于控制刻蝕。 因此，其不是制備薄膜場效應(yīng)晶體管的合意的方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明是在留意了在相關(guān)領(lǐng)域出現(xiàn)的問題的情況下完成的，那么， 本發(fā)明的發(fā)明人作出本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜場效應(yīng)晶體管及其制備 方法，其中，半導(dǎo)體層的槽型材料與源極和漏極可以被選擇性地刻蝕。
技術(shù)方案本發(fā)明提供了制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其包括如下步驟l)在 基板上形成柵極；2)在所述基板和柵極上形成絕緣層；3)在所述絕緣層上 形成半導(dǎo)體層；和4)通過使用含有Si、 Mo和W中的一種以上元素的氧化 鋅電極材料形成源極和漏極，從而與所述半導(dǎo)體層連接。此外，本發(fā)明提供了包括基板、柵極、絕緣層、半導(dǎo)體層、源極和 漏極的薄膜場效應(yīng)晶體管。所述源極和漏極為含有Si、 Mo和W中的一種以 上元素的氧化鋅電極。
有益效果在本發(fā)明中，由于含有Si、 Mo和W中的一種以上元素的氧化鋅電 極用作源極和漏極，所以半導(dǎo)體層的槽型材料與源極和漏極可以被選擇性地刻蝕。因此，可以簡化薄膜場效應(yīng)晶體管的制備方法，并且可以保證薄膜場 效應(yīng)晶體管的可靠性。


圖1為示意地說明根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的薄膜場效應(yīng)晶體管
的剖面圖；圖2為說明己知的剝離法制備薄膜場效應(yīng)晶體管的工序圖； [13]圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式制備薄膜場效應(yīng)晶體管的工 序圖；圖4為依照根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的薄膜場效應(yīng)晶體管的源極 和漏極的厚度的透過特性圖；以及圖5為依照根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的薄膜場效應(yīng)晶體管的源極 和漏極的厚度的面內(nèi)電阻圖。<附圖標(biāo)記> 10:基板 20:柵極 30:絕緣層 40:半導(dǎo)體層 50:源極 60:漏極
具體實(shí)施例方式在下文中將詳細(xì)描述本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法包括l)在基板上形成 柵極；2)在基板和柵極上形成絕緣層；3)在絕緣層上形成半導(dǎo)體層；和4)通過使用含有Si、 MO和W中的一種以上元素的氧化鋅電極材料形成源極和漏 極，從而與半導(dǎo)體層連接。在根據(jù)本發(fā)明的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法中，在基板上形成柵 極的步驟l)中，所述基板可以由能夠符合薄膜場效應(yīng)晶體管的熱力學(xué)和機(jī)械 性能要求的玻璃、半導(dǎo)體晶片、金屬氧化物、陶瓷材料和塑料制備。特別地， 所述基板優(yōu)選由玻璃或塑料制備，但是基板的材料并不限于此。通過如下方法可以實(shí)施在基板上形成柵極的步驟1):使用導(dǎo)電材料
在基板上形成導(dǎo)電材料層并使導(dǎo)電材料層圖形化以形成電極圖形。此外，可 以通過使用包括直接在基板上印刷導(dǎo)電材料而進(jìn)行圖形化的方法來實(shí)施在基 板上形成柵極的步驟1)。在步驟l)的在基板上形成柵極的過程中的導(dǎo)電材料的實(shí)例可以包 括碳、鋁、釩、鉻、銅、鋅、銀、金、鎂、鈣、鈉、鉀、鈦、銦、釔、鋰、 釓、錫、鉛、類金屬(similar metal)及其合金；p-或n-摻雜的硅；氧化鋅、氧 化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅、類氧化錫(similar tin oxide)和基于氧化錫 銦的復(fù)合氧化物(tin oxide indium-based complex compounds);氧化物和金屬的 混合物，例如ZnO:Al、SnO:Sb;和導(dǎo)電聚合物，例如聚(3-甲基噻吩)、聚[3，4-(亞 乙基-l，2-二氧)噻吩]、聚吡咯和聚苯胺，但是并不限于此。 [28]在步驟l)的在基板上形成柵極的過程中，在形成導(dǎo)電材料層的步驟 中，可以使用選自化學(xué)氣相沉積法(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法 (PECVD)、濺射法、電子束蒸發(fā)法(e-beam evaporation),熱蒸鍍法、激光分 子束外延法(laser molecular beam epitaxy (L-MBE))、脈沖激光沉積法(PLD)禾口 原子層沉積法中的方法。形成導(dǎo)電材料層的方法 不限于此，而是本領(lǐng)域內(nèi) 已知的任意一種形成導(dǎo)電材料層的方法都可以使用。[29]在步驟l)的在基板上形成柵極的過程中，在形成電極圖形的步驟 中，可以使用光刻法、膠版印刷法、絲網(wǎng)印刷法、噴墨印刷法和使用蔭罩的 方法。在步驟l)的在基板上形成柵極的過程中，柵極的厚度優(yōu)選在50 400nm的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選為200nm。在根據(jù)本發(fā)明制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法中，在形成絕緣層的步
驟2)中的絕緣層材料的實(shí)例包括塑料絕緣體，例如，氧化硅、氮化硅；聚酰
亞胺、聚(2-乙烯基吡啶)、聚(4-乙烯基苯酚)、聚甲基丙烯酸甲酯，但并不限 于此。在步驟2)的形成絕緣層的過程中，可以使用選自化學(xué)氣相沉積法 (CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)、濺射法、電子束蒸發(fā)法、 熱蒸鍍法、激光分子束外延法(L-MBE))、脈沖激光沉積法(PLD)和原子層沉 積法中的方法。形成絕緣層的方法并不限于此，而是本領(lǐng)域內(nèi)已知的任意一 種形成絕緣層的方法都可以使用。在步驟2)的形成絕緣層的過程中，絕緣層的厚度優(yōu)選在100 ~ 500 nm的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選為300nm。在根據(jù)本發(fā)明制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法中，在形成半導(dǎo)體層的 步驟3)中，所述半導(dǎo)體層包含ZnO，并且可以通過使用包含In、 Ga、 Sn和 Al中的一種以上的元素的復(fù)合氧化物來形成。在柵極絕緣膜(gate insulating film)上的半導(dǎo)體層可以由復(fù)合氧化物 組成，例如，ZTO(氧化鋅錫)、IGZO (氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide))、 ZAO(氧化鋅鋁)、IZO(氧化銦鋅)和ZnO(氧化鋅)，并且優(yōu)選地，Zn:Sn的 摩爾比為1 : 1或2 : l，Zn :A1的摩爾比為1 : 1或2 : l，Zn :In的摩爾比為1 : 1或2 : 1 ， Zn : In : Ga的摩爾比為1 : 1 :1或2 : 1 : 1 。[35]在步驟3)的形成半導(dǎo)體層的過程中，通過使用濺射法、化學(xué)氣相沉
積法(CVD)、原子層沉積法、脈沖激光沉積法(PLD)、激光分子束外延法 (L-MBE)、電子束蒸發(fā)法(e- beam evaporation)或離子束蒸鍍法可以形成半導(dǎo)體層。在步驟3)的形成半導(dǎo)體層的過程中，所述半導(dǎo)體層的厚度優(yōu)選在10 200nm，并且更優(yōu)選在10 ~ 100 nm的范圍內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法中，可以使用如下的方 法實(shí)施形成源極和漏極的步驟4)，該方法包括使用含有Si、 Mo和W中的 一種以上的元素的氧化鋅電極材料在絕緣層和半導(dǎo)體層上形成導(dǎo)電材料層， 從而使得絕緣層和半導(dǎo)體層被覆蓋，并使導(dǎo)電材料層圖形化以形成電極圖 形。此外，形成源極和漏極的步驟4)也可以通過以下方法實(shí)施，該方法包 括在絕緣層和半導(dǎo)體層上直接印刷含有Si、 Mo和W中的一種以上的元素 的氧化鋅電極以進(jìn)行圖形化。在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，所述源極和漏極可以以ISZO (氧化銦硅鋅)、IMZO(氧化銦鉬鋅)或ITZO (氧化銦鎢鋅)的氧化物的形式沉 積。合意的含量如下In203/ZnO/SiO(l:l:lmol%)、 In203/ZnO/Mo03(l : 1 : 1 moP/。)和In203/ZnO/W03(l :1:1 mol%)。更優(yōu)選地，SiO、 Mo03或W03的含 量為1 molQ/。以下。在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，在形成電極的過程中，可以 使用選自化學(xué)氣相沉積法(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)、 濺射法、電子束蒸發(fā)法、熱蒸鍍法、激光分子束外延法(L-MBE)、脈沖激光 沉積法(PLD)和原子層沉積法中的方法。形成電極的方法并不限于此，而是 本領(lǐng)域內(nèi)已知的任意一種形成電極的方法都可以使用。[41]在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，在形成電極圖形的步驟中， 可以使用光刻法、蔭罩法、膠版印刷法、絲網(wǎng)印刷法、噴墨印刷法等，但并 不限于此。在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，重要的是確保源極和漏極中 的電極的導(dǎo)電性。優(yōu)選地，所述源極和漏極的比電阻范圍為0 10'3歐姆-厘 米，但并不限于此。可以控制Si、 Mo或W的含量使得源極和漏極具有合適 的比電阻。在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，所述源極和漏極各自的厚度 優(yōu)選在50~400nm的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地為200 nm。此外，本發(fā)明提供了制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，在步驟 4)的形成源極和漏極的過程中實(shí)施刻蝕工藝，并且該刻蝕工藝是使用含氟氣 體的干法刻蝕工藝。通過使用本領(lǐng)域中已知的常用的方法可實(shí)施干法刻蝕工藝。在干法刻蝕工藝中，可以使用含氟氣體刻蝕Si、 Mo和W，并刻蝕 包含Si、 Mo或W的氧化鋅源極和漏極。因此，可以選擇性地刻蝕半導(dǎo)體層 的槽型材料與源極和漏極?？梢詫?shí)施選擇性地刻蝕是基于含氟氣體中的氟容 易不穩(wěn)定地鍵連(volatilebonded)到Si、 W或Mo上而容易刻蝕它們，卻容易 穩(wěn)定的鍵連到Zn上，因而不容易刻蝕它們。含氟氣體的優(yōu)選的實(shí)例包括CF4、 NF3、 SF6等，但并不限于此。在干法刻蝕的具體的實(shí)施方式中，在ICP(電感耦合等離子體)功率 為400W、偏置功率(bias power)為20 W、 CF4為45 sccm、 02為5 sccm以及 處理壓力為5 mTorr的刻蝕條件下實(shí)施干法刻蝕。此外，本發(fā)明提供了包括基板；柵極；絕緣層；半導(dǎo)體層；源極； 和漏極的薄膜場效應(yīng)晶體管。所述源極和漏極為含有Si、 Mo和W中的一種 以上的氧化鋅電極。
11[50]如在制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法中所述，所述含有Si、 Mo和W
中一種以上元素的氧化鋅電極可以以ISZO (氧化銦硅鋅)、IMZO(氧化銦鉬鋅) 或ITZO(氧化銦鎢鋅)的氧化物的形式沉積。合意的含量如下In203/ZnO/SiO (1:1:1 mol%) 、 In203/ZnO/Mo03( 1:1:1 molo/o)禾卩In203/ZnO/W03( 1:1:1 mol%)。 更優(yōu)選地，SiO、 Mo03或W03的含量為lmoP/。以下，但是并不限于此。在根據(jù)本發(fā)明的薄膜場效應(yīng)晶體管中，由于含有Si、 Mo和W中一 種以上元素的氧化鋅電極被用作源極和漏極，所以半導(dǎo)體層的槽型材料與源 極和漏極可以被選擇性地刻蝕。因此，可以提高薄膜場效應(yīng)晶體管的可靠性。
實(shí)施例根據(jù)如下的實(shí)施例可以更好的理解本發(fā)明，這里列出的實(shí)施例是用 來說明的，而不能解釋為限制本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法包括1) 在基板10上形成柵極20; 2)在柵極20上形成絕緣層30; 3)在絕緣層30 上形成半導(dǎo)體層40;和4)通過使用含有Si、 Mo和W中一種以上元素的氧 化鋅電極材料形成源極50和漏極60，從而與半導(dǎo)體層40相連。 <實(shí)施例>在步驟l)中，使用濺射法在玻璃基板10上沉積氧化銦錫(ITO)之 后，使用光刻法進(jìn)行圖形化以形成多個柵布線(gate wire)和柵極20。在步驟2)中，在玻璃基板10的上表面上形成絕緣層30，其中，在 基板10上通過使用濺射法己形成柵布線以及使用PECVD法已形成柵極20。 在這種情況下，所述柵極絕緣層30由SiNx形成。在步驟3)中，通過濺射法使用IZO形成半導(dǎo)體層40。在步驟4)中，在使用濺射法將含有Si的ZnO層沉積在半導(dǎo)體層40 的上表面和絕緣層30的上表面上之后，使用光刻法進(jìn)行圖形化以形成與柵布 線交叉的數(shù)據(jù)布線(data wire)，并形成源極50和漏極60。[59]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的薄膜場效應(yīng)晶體管的源極和漏極隨厚度 變化的透過特性和面內(nèi)電阻特性如圖4和圖5所示。圖4說明了根據(jù)薄膜場效應(yīng)晶體管的源極和漏極的厚度變化的透過 特性，其中在可見光范圍內(nèi)得到80%以上的透明度，并且隨著厚度的增加， 透過性降低。圖5說明了根據(jù)薄膜場效應(yīng)晶體管的源極和漏極的厚度變化的面內(nèi) 電阻特性，其中，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的源極和漏極時，在電阻方面沒有問題。
權(quán)利要求
1、一種制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，該方法包括如下步驟1)在基板上形成柵極；2)在所述基板和柵極上形成絕緣層；3)在所述絕緣層上形成半導(dǎo)體層；和4)使用含有Si、Mo和W中的一種以上元素的氧化鋅電極材料形成源極和漏極，從而與所述半導(dǎo)體層連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，使用如下的方法實(shí)施形成源極和漏極的所述步驟4):使用含有Si、 Mo和W中的一種以上的元素的氧化鋅電極材料在絕緣層和半導(dǎo)體層上形成導(dǎo)電材料層，從而使得絕緣層和半導(dǎo)體層被覆蓋，并使導(dǎo)電材料層圖形化以形成電極圖形的方法；或者，在絕緣層和半導(dǎo)體層上直接印刷含有Si、 Mo和W中的一種以上的元素的氧化鋅電極以進(jìn)行圖形化的方法。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，所述含有Si、 Mo和W中的一種以上的元素的氧化鋅電極是通過沉積氧化物形式的ISZO(氧化銦硅鋅)、IMZO(氧化銦鉬鋅)或ITZO (氧化銦鎢鋅)形成的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，所述含有Si、 Mo和W中的一種以上的元素的氧化鋅電極包含In2(VZnO/SiO (1 : 1 : lmol%)、 In203/ZnO/Mo03(l :1:1molo/o)和In203/ZnO/W03(l :1:1 mol%)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，所述源極和漏極各自的比電阻均大于0，且為10—3歐姆，厘米以下。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，在步驟4)的形成源極和漏極的過程中實(shí)施刻蝕工藝，并且該刻蝕工藝為使用含氟氣體的干法刻蝕。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，所述含氟氣體為CF4、 NF3或SF6。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，在步驟4)的形成源極和漏極的過程中，所述源極和漏極各自的厚度均在50 ~ 400 nm的范圍內(nèi)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，步驟l)的在基板上形成柵極過程中，所述基板選自玻璃、半導(dǎo)體晶片、金屬氧化物、陶瓷材料和塑料中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，通過使用如下方法實(shí)施在基板上形成柵極的步驟1》使用導(dǎo)電材料在基板上形成導(dǎo)電材料層并使導(dǎo)電材料層圖形化以形成電極圖形的方法；或者，在基板上直接印刷導(dǎo)電材料以進(jìn)行圖形化的方法。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，通過使用包含ZnO和In、 Ga、 Sn和Al中的一種以上的元素的復(fù)合氧化物來實(shí)施形成半導(dǎo)體層的步驟3)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，在步驟3)的形成半導(dǎo)體層的過程中，所述復(fù)合氧化物選自ZTO(氧化鋅錫)、IGZO(氧化銦鎵鋅)、ZAO(氧化鋅鋁)、IZO(氧化銦鋅)和ZnO(氧化鋅)中。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的制備薄膜場效應(yīng)晶體管的方法，其中，在步驟3)的形成半導(dǎo)體層的過程中，在所述復(fù)合氧化物中，Zn:Sn的摩爾比為1 :1或2:1， Zn: Al的摩爾比為1 : 1或2 : 1， Zn : In的摩爾比為1 : 1或2 : 1或者Zn :In: Ga的摩爾比為1 : 1 : 1或2 : 1 : 1。
14、 一種薄膜場效應(yīng)晶體管，其包括基板；柵極；絕緣層；半導(dǎo)體層；源極和漏極，其中，所述源極和漏極為含有Si、 Mo和W中的一種以上元素的氧化鋅電極。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜場效應(yīng)晶體管，其中，所述含有Si、Mo和W中的一種以上元素的氧化鋅電極包含ISZO (氧化銦硅鋅)、IMZO(氧化銦鉬鋅)或ITZO (氧化銦鴇鋅)氧化物。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜場效應(yīng)晶體管，其中，所述含有Si、Mo和W中的一種以上元素的氧化鋅電極包含In203/ZnO/SiO(1 : 1 : lmol%)、In203/ZnO/Mo03(l :1:1 01。1%)或In203/ZnO/W03( 1 :1:1 mol%)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜場效應(yīng)晶體管，其中，所述含有Si、Mo和W中的一種以上元素的氧化鋅電極的比電阻大于O，且為10_3歐姆，厘米以下。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜場效應(yīng)晶體管，其中，所述含有Si、Mo和W中的一種以上元素的氧化鋅電極是通過實(shí)施使用含氟氣體的干法刻蝕形成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜場效應(yīng)晶體管及其制備方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種包括作為源極和漏極的含有Si、Mo和W中一種以上元素的氧化鋅(ZnO系列)電極的薄膜場效應(yīng)晶體管及其制備方法。
文檔編號H01L29/786GK101669210SQ200880013494
公開日2010年3月10日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者李政炯 申請人:Lg化學(xué)株式會社