專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及制造該薄膜晶體管的方法。更具體而言，示例實施方式涉及具有改進(jìn)的驅(qū)動特性的薄膜晶體管以及制造該薄膜晶體管的方法。
背景技術(shù)：
通常，顯示面板包括顯示基板和面對顯示基板的相對基板，顯示基板包括驅(qū)動像素的開關(guān)元件。開關(guān)元件可以是薄膜晶體管。薄膜晶體管包括柵電極、源電極、漏電極以及形成電連接源電極和漏電極的溝道的半導(dǎo)體圖案。該半導(dǎo)體圖案通常由非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)或氧化物半導(dǎo)體形成。非晶硅層可容易地形成在大尺寸基板上。然而，由于非晶硅層的電子遷移率為約 0.5cm2/Vs，所以非晶硅層具有低驅(qū)動特性。另一方面，多晶硅層具有大于非晶硅層的在10 至幾百cm2/Vs范圍內(nèi)的電子遷移率。然而，為了形成多晶硅層，必須執(zhí)行晶化非晶硅層的工藝。因此，難以在大尺寸基板上均勻地形成多晶硅層，并且用于形成多晶硅層的制造成本高昂。隨著顯示裝置的尺寸增加，信號線所需的長度增加，并且電阻也增加。電阻增加導(dǎo)致RC信號延遲。為了解決上述問題，信號線可由具有低電阻的材料形成。然而，具有適當(dāng)物理和電性能的可用材料是有限的。為了防止RC信號延遲，必須減少使像素充上一電壓所需的時間。因此，驅(qū)動像素的薄膜晶體管的半導(dǎo)體圖案的電子遷移率必須高。然而，難以在大尺寸襯底上均勻地形成多晶硅層，而氧化物半導(dǎo)體具有相對低的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有提高的電子遷移率并能夠施加到大尺寸顯示裝置的薄膜晶體管。本發(fā)明還提供一種制造薄膜晶體管的方法?！N薄膜晶體管，包括柵電極，形成在基板上；半導(dǎo)體圖案，與柵電極重疊；源電極，與半導(dǎo)體圖案的第一端重疊；以及漏電極，與半導(dǎo)體圖案的第二端重疊且與源電極間隔開。半導(dǎo)體圖案包括非晶多元素化合物，該多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中VI A族元素包括不包括氧。半導(dǎo)體圖案具有不小于1. OcmVVs的電子遷移率。多元素化合物具有非晶相。多元素化合物可包括GaAs, GaSb, GaBi、GaP、InP、InAs, InSb, InBi、CdS、CdSe, CdTe, ZnS、ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, A1P、AlAs、AlSb 或 AlBi。多元素化合物還可包括選自II A族元素、III B族元素、IV B族元素、VB族元素、 VI B族元素、VII B族元素、I B族元素、IV A族元素和VIII B族元素構(gòu)成的組中的至少一種。多元素化合物還可包括碳、氧或氫原子，且碳、氧和氫原子的每種的含量為約 IxlO13 原子 /cm3 至約 IxlO19 原子 /cm3。
在另一方面，一種薄膜晶體管包括半導(dǎo)體圖案，該半導(dǎo)體圖案包括多元素化合物， 該多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中VI A族元素包括不包括氧。多元素化合物具有包括非晶相和晶體相的混合相。晶體相可包括具有約0. Inm至約1 μ m的晶粒尺寸的多個晶粒。半導(dǎo)體圖案的電子遷移率可為1. 0cm2/Vs至3500cm2/Vs。在另一方面，一種薄膜晶體管包括半導(dǎo)體圖案，該半導(dǎo)體圖案包括多元素化合物， 該多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中VI A族元素包括不包括氧。多元素化合物具有晶體相，該晶體相包括具有0. Inm至Ιμπι 的晶粒尺寸的多個晶粒。本發(fā)明提供一種制造薄膜晶體管的方法。在該方法中，在基板上形成柵電極。在該基板上沉積多元素化合物的源從而形成半導(dǎo)體層，該多元素化合物包括II B族元素和VI A 族元素或者包括III A族元素和V A族元素。該半導(dǎo)體層包括該多元素化合物。構(gòu)圖該半導(dǎo)體層從而形成與柵電極重疊的半導(dǎo)體圖案。形成與半導(dǎo)體圖案的第一端重疊的源電極， 并形成與半導(dǎo)體圖案的第二端重疊且與源電極間隔開的漏電極。半導(dǎo)體層可通過脈沖激光沉積(PLD)方法、熱蒸鍍方法、分子束外延(MBE)方法、 化學(xué)氣相沉積(CVD)方法、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法或原子層沉積(ALD)方法形成。備選地，半導(dǎo)體層可通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法或等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(PEM0CVD)方法形成。半導(dǎo)體層可具有非晶相。備選地，半導(dǎo)體層可具有包括非晶相和晶體相的混合相。 備選地，半導(dǎo)體層可具有晶體相，該晶體相包括具有0. Inm至1 μ m的晶粒尺寸的多個晶粒?？尚纬梢愿咚衮?qū)動的薄膜晶體管，且薄膜晶體管的制造成本可降低。因此，該薄膜晶體管可應(yīng)用于顯示裝置的陣列基板，由此實現(xiàn)具有高分辨率的大尺寸顯示裝置所需的高頻驅(qū)動特性。


通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施方式，上述和其它特征及優(yōu)點將變得更加明顯，附圖中圖1是平面圖，示出根據(jù)示例實施方式的顯示基板；圖2是放大平面圖，示出圖1中所示的電路晶體管和像素晶體管；圖3是沿圖2的線1-1’截取的橫截面視圖；圖4是放大的橫截面視圖，示出圖2的區(qū)域‘A’ ；圖5A和圖5B是橫截面視圖，示出制造圖3所示的顯示基板的方法；圖6是放大的橫截面視圖，示出根據(jù)示例實施方式2的顯示基板；圖7是放大的橫截面視圖，示出根據(jù)示例實施方式3的顯示基板；圖8是平面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式4的顯示基板；圖9是沿圖8的線11-11’和III-III’截取的橫截面視圖；圖IOA和圖IOB是橫截面視圖，示出制造圖9所示的顯示基板的方法；圖11是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式5的顯示基板；圖12A和圖12B是橫截面視圖，示出制造圖11所示的顯示基板的方法；
圖13是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式6的顯示基板；圖14A和圖14B是橫截面視圖，示出制造圖13所示的顯示基板的方法；圖15是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式7的顯示基板；圖16A和圖16B是橫截面視圖，示出制造圖15所示的顯示基板的方法；圖17是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式8的顯示基板；圖18是橫截面視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式9的顯示基板；圖19A和圖19B是橫截面視圖，示出制造圖18所示的顯示基板的方法；圖20A、圖20B和圖20C是SEM照片，示出h-Ga-As半導(dǎo)體層的依賴于形成溫度的表面狀態(tài)；圖21A、圖21B和圖21C是曲線圖，示出h-Ga-As半導(dǎo)體層的依賴于形成溫度的電壓-電流特性；圖22A、圖22B、圖22C和圖22D是曲線圖，示出h-Ga-As半導(dǎo)體層的依賴于厚度的電壓-電流特性；圖23是曲線圖，示出h-Ga-As利用X射線的晶相分析；圖24A是曲線圖，示出包括h-Ga-As的薄層的XPS分析；圖24B是放大曲線圖，示出圖24A的峰；及圖25A、圖25B和圖25C是曲線圖，示出h-Ga-As半導(dǎo)體層的依賴于加熱時間的電壓-電流特性。
具體實施例方式以下參照附圖更充分地描述示例實施方式。示例實施方式1圖1是平面圖，示出根據(jù)示例實施方式的顯示基板。參照圖1，顯示基板101包括形成在顯示區(qū)域DA中的像素部分以及形成在圍繞顯示區(qū)域DA的外圍區(qū)域PA中的柵驅(qū)動器GD和數(shù)據(jù)驅(qū)動器DD。像素部分包括像素晶體管PSW和電連接到像素晶體管PSW的像素電極PE。像素部分可被形成在顯示區(qū)域DA中的柵線GL和數(shù)據(jù)線DL包圍。柵驅(qū)動器⑶傳送柵驅(qū)動信號到像素部分，并包括多個第一電路晶體管TR1。數(shù)據(jù)驅(qū)動器DD傳送數(shù)據(jù)驅(qū)動信號到像素部分，并包括多個第二電路晶體管TR2。像素晶體管PSW是薄膜晶體管，第一電路晶體管TRl 和第二電路晶體管TR2的每一個均是薄膜晶體管。以下參照2和圖3更充分地描述像素晶體管PSW及第一電路晶體管TRl和第二電路晶體管TR2。第二電路晶體管TR2與第一電路晶體管TRl基本相同，除了與其連接的信號線以外。因此，將省略對第二電路晶體管TR2的重復(fù)說明。圖2是放大平面圖，示出圖1中所示的電路晶體管和像素晶體管，圖3是沿圖2的線1-1’截取的橫截面視圖。參照圖2和圖3，像素晶體管PSW包括連接到柵線GL的第一柵電極G1、連接到數(shù)據(jù)線DL的第一源電極Si、與第一源電極Sl間隔開的第一漏電極Dl以及第一半導(dǎo)體圖案 API。第一半導(dǎo)體圖案API形成在第一柵電極Gl上，并與第一柵電極Gl重疊。第一半導(dǎo)體圖案APl包括含有非晶多元素化合物的第一半導(dǎo)體層130a。非晶多元素化合物包括彼此化學(xué)結(jié)合的至少兩種化學(xué)上不同的元素并具有非晶相。多元素化合物的示例可包括包含化學(xué)上不同的兩種元素的雙元素(即二元)化合物、包含化學(xué)上不同的三種元素的三元素 (即三元)化合物、以及包含化學(xué)上不同的四種元素的四元素(即四元)化合物等。例如，多元素化合物可包括包含元素周期表的II B族元素和VI A族元素、或者包含III A族元素和V A族元素的雙元素化合物。如果雙元素化合物包含氧，則雙元素化合物可被來自絕緣層的氫還原，這會導(dǎo)致第一半導(dǎo)體圖案APl的質(zhì)量劣化。因此，氧從包含VI A族元素的示例實施方式中排除。雙元素化合物的示例可包括GaAs、feiSb、GaBi、GaP、InP, InAs JnSb、InBi、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、AlP、AlAs、AlSb、AlBi等。下表1給出了作為雙元素化合物例子的GaAs、GaSb, InP, InAs, InSb, CdS、CdSe, CdTe、aiS、a^e和SiTe的單晶相電子遷移率、有效質(zhì)量、電離度(ionization degree)、及非晶相電子遷移率。表 權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括柵電極，形成在基板上；半導(dǎo)體圖案，與所述柵電極重疊并包括非晶多元素化合物，所述多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中所述VI A族元素包括不包括氧，其中所述半導(dǎo)體圖案具有不小于1. OcmVVs的電子遷移率，且其中所述多元素化合物具有非晶相；源電極，與所述半導(dǎo)體圖案的第一端重疊；及漏電極，與所述半導(dǎo)體圖案的第二端重疊且與所述源電極間隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自GaAs、GaSb、 GaBi、GaP> InP、InAs> InSb、InBi、CdS> CdSe> CdTe> ZnS> ZnSe> ZnTe> HgS> HgSe、HgTe、A1P、 AlAs、AlSb和AlBi構(gòu)成的組中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物還包括選自IIA族元素、 III B族元素、IV B族元素、V B族元素、VI B族元素、VIIB族元素、I B族元素、IVA族元素和VIII B族元素構(gòu)成的組中的至少一種。
4.如權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自Be、Mg、Ca、Sr、 Ba, Ra, Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta, Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、C、Si、Ge、Sn、Pb、Cu、Ag、Au、Fe、 Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd和Pt構(gòu)成的組中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自InGaP、InGaAs, InGaSb, InAlP, InAlAs, InAlSb, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, GaAsP, GaAsSb, GaAsBi, GaSbP, GaSbBi、GaSbP、GaBiP、AlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlSbP、AlSbBi、AlSbP、AlBiP、InAsP、InAsSb、 InAsBi、InSbP、InSbBi、InSbP 和 InBiP 構(gòu)成的組中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物還包括碳、氧或氫原子，且其中碳、氧和氫原子中每種的含量為IxlO13原子/cm3至1x1019原子/cm3。
7.一種薄膜晶體管，包括柵電極，形成在基板上；半導(dǎo)體圖案，與所述柵電極重疊并包括多元素化合物，所述多元素化合物包括Π B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中所述VI A族元素包括不包括氧，且其中所述多元素化合物具有包括非晶相和晶體相的混合相；源電極，與所述半導(dǎo)體圖案的第一端重疊；及漏電極，與所述半導(dǎo)體圖案的第二端重疊且與所述源電極間隔開。
8.如權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述晶體相包括具有0.Inm至Ιμπι的晶粒尺寸的多個晶粒。
9.如權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自GaAs、GaSb、 GaBi、GaP> InP、InAs> InSb、InBi、CdS> CdSe> CdTe> ZnS> ZnSe> ZnTe> HgS> HgSe、HgTe、A1P、 AlAs、AlSb和AlBi構(gòu)成的組中的一種。
10.如權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物還包括選自IIA族元素、 III B族元素、IV B族元素、V B族元素、VI B族元素、VIIB族元素、I B族元素、IVA族元素和VIII B族元素構(gòu)成的組中的至少一種。
11.如權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自Be、Mg、Ca、Sr、Ba, Ra, Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta, Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、C、Si、Ge、Sn、Pb、Cu、Ag、Au、Fe、 Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd和Pt構(gòu)成的組中的至少一種。
12.如權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自InGaPUnGaAs、 InGaSb, InAlP, InAlAs, InAlSb, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, GaAsP, GaAsSb, GaAsBi、GaSbP, GaSbBi、GaSbP、GaBiP、AlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlSbP、AlSbBi、AlSbP、AlBiP、InAsP、InAsSb、 InAsBi、InSbP、InSbBi、InSbP 和 InBiP 構(gòu)成的組中的一種。
13.如權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述半導(dǎo)體圖案的電子遷移率為1.0cm2/VS 至;3500cm2/Vs。
14.一種薄膜晶體管，包括 柵電極，形成在基板上；半導(dǎo)體圖案，與所述柵電極重疊并包括多元素化合物，所述多元素化合物包括Π B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中所述VI A族元素包括不包括氧，且其中所述多元素化合物具有晶體相，所述晶體相包括具有0. Inm至1 μ m的晶粒尺寸的多個晶粒；源電極，與所述半導(dǎo)體圖案的第一端重疊；及漏電極，與所述半導(dǎo)體圖案的第二端重疊且與所述源電極間隔開。
15.如權(quán)利要求14所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自GaAs、GaSb, GaBi、GaP> InP、InAs> InSb、InBi、CdS> CdSe> CdTe> ZnS> ZnSe> ZnTe> HgS> HgSe> HgTe、A1P、 AlAs、AlSb和AlBi構(gòu)成的組中的一種。
16.如權(quán)利要求14所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物還包括選自IIA族元素、III B族元素、IV B族元素、V B族元素、VI B族元素、VII B族元素、I B族元素、IV A 族元素和VIII B族元素構(gòu)成的組中的至少一種。
17.如權(quán)利要求16所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自Be、Mg、Ca、Sr、 Ba, Ra, Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta, Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、C、Si、Ge、Sn、Pb、Cu、Ag、Au、Fe、 Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd和Pt構(gòu)成的組中的至少一種。
18.如權(quán)利要求14所述的薄膜晶體管，其中所述多元素化合物包括選自InGaP、 InGaAs, InGaSb, InAlP, InAlAs, InAlSb, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, GaAsP, GaAsSb, GaAsBi、 GaSbP、GaSbBi、GaSbP、GaBiP、AlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlSbP、AlSbBi、AlSbP、AlBiP、InAsP, InAsSb, InAsBi、InSbP、InSbBi、InSbP 和 InBiP 構(gòu)成的組中的一種。
19.一種制造薄膜晶體管的方法，該方法包括 在基板上形成柵電極；在所述基板上沉積多元素化合物的源從而形成包括所述多元素化合物的半導(dǎo)體層，所述多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括IIIA族元素和V A族元素； 通過構(gòu)圖所述半導(dǎo)體層形成與所述柵電極重疊的半導(dǎo)體圖案； 形成與所述半導(dǎo)體圖案的第一端重疊的源電極；及形成與所述半導(dǎo)體圖案的第二端重疊且與所述源電極間隔開的漏電極。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層在具有100°C至500°C的溫度的腔室中沉積。
21.如權(quán)利要求19的方法，其中所述半導(dǎo)體層具有非晶相。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層具有包括非晶相和晶體相的混合相。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述晶體相包括具有0.Inm至Ιμπι的晶粒尺寸的多個晶粒。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層具有晶體相，所述晶體相包括具有 0. Inm至1 μ m的晶粒尺寸的多個晶粒。
25.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層通過選自由脈沖激光沉積方法、熱蒸鍍方法、分子束外延方法、化學(xué)氣相沉積方法、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法和原子層沉積方法構(gòu)成的組中的一種方法形成。
26.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層通過選自等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法和等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法構(gòu)成的組中的一種方法形成。
27.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述源包括IIB族元素和不包括氧的VI A族元ο
28.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述源包括IIIA族元素和V A族元素。
29.如權(quán)利要求19所述的方法，其中形成所述半導(dǎo)體層包括 在所述基板上沉積非晶多元素化合物；及對所述非晶多元素化合物施加來自激光器的光從而晶化所述非晶多元素化合物。
30.如權(quán)利要求四所述的方法，其中當(dāng)所述非晶多元素化合物被晶化時，所述非晶多元素化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榫w多元素化合物。
31.如權(quán)利要求四所述的方法，其中當(dāng)所述非晶多元素化合物被晶化時，所述非晶多元素化合物的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榫w多元素化合物從而所述半導(dǎo)體層具有包括非晶相和晶體相的混合相。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及其制造方法。一種薄膜晶體管包括柵電極，形成在基板上；半導(dǎo)體圖案，與柵電極重疊；源電極，與半導(dǎo)體圖案的第一端重疊；以及漏電極，與半導(dǎo)體圖案的第二端重疊且與源電極間隔開。半導(dǎo)體圖案包括非晶多元素化合物，該非晶多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素并具有不小于1.0cm2/Vs的電子遷移率和非晶相，其中VI A族元素包括不包括氧。這樣，薄膜晶體管的驅(qū)動特性得到提高。
文檔編號H01L29/786GK102194888SQ20111005001
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者延圣珍, 樸在佑, 李制勛, 金連洪 申請人:三星電子株式會社