專利名稱：氧化物半導(dǎo)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示范性實(shí)施例涉及氧化物半導(dǎo)體、包括該氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管以及包括該薄膜晶體管的薄膜晶體管陣列面板。
背景技術(shù)：
例如，平板顯示器諸如液晶顯示器(IXD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器、電泳顯示器、等離子體顯示器通常包括多對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生電極以及插置在成對(duì)的電場(chǎng)產(chǎn)生電極之間的光電有源層。LCD包括液晶層作為光電有源層，OLED包括有機(jī)發(fā)光層作為光電有源層。在平板顯示器中，一對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生電極中的一個(gè)可以連接到開關(guān)元件以接收電信號(hào)，光電有源層將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)以顯示圖像。平板顯示器可以包括具有薄膜晶體管的顯示面板，例如薄膜晶體管陣列面板。薄 膜晶體管陣列面板可以被圖案化有多個(gè)電極和半導(dǎo)體，在圖案化工藝中可以使用掩模。在薄膜晶體管陣列面板中，半導(dǎo)體是確定其中的薄膜晶體管的特性的重要因素。在包括非晶硅的半導(dǎo)體中，其中的電荷遷移率低，使得在制造高性能薄膜晶體管上受到限制。在包括多晶硅的半導(dǎo)體中，其中的電荷遷移率可以較高，使得可以有效地制造高性能薄膜晶體管，然而制造成本可能較高并且均勻性低，使得在制造大尺寸薄膜晶體管陣列面板上受到限制。因此，已經(jīng)研究使用與非晶硅相比具有高電荷遷移率和高的開/關(guān)電流比且與多晶硅相比具有低成本和高均勻性的氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管。已經(jīng)進(jìn)行了使用鋅氧化物(ZnO)、錫氧化物(SnO2)和鋅-錫氧化物(ZnSnO)作為氧化物半導(dǎo)體的研究。另外，已經(jīng)進(jìn)行了添加新材料到原材料以改善氧化物半導(dǎo)體的特性的研究；然而，用于確定添加材料的傳統(tǒng)方法(其沒有理論基礎(chǔ)地在周期表中進(jìn)行)低效率的，因?yàn)閷?duì)于該方法制造了薄膜晶體管的樣品并驗(yàn)證其特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示范性實(shí)施例包括利用添加到第一材料(其是氧化物半導(dǎo)體的原材料)的第二材料、基于第一材料和第二材料的特性而具有改善的特性的氧化物半導(dǎo)體，包括含有第一和第二材料的半導(dǎo)體的薄膜晶體管、以及包括含有該半導(dǎo)體的薄膜晶體管的薄膜晶體管陣列面板。根據(jù)本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體的示范性實(shí)施例包括第一材料，包括選自由鋅(Zn)和錫(Sn)組成的組中的至少一種；以及第二材料，其中第一材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值減去第二材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值而得到的值小于約1. 3。在示范性實(shí)施例中，第一材料的離子半徑與第二材料的離子半徑之間的差可以小于約O. 35埃。在示范性實(shí)施例中，第一材料的晶體結(jié)構(gòu)可以包括四方結(jié)構(gòu)和八邊形結(jié)構(gòu)中的至少一種。
在示范性實(shí)施例中，第二材料可以包括選自由釔⑴、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鑭(La)、鈧(Sc)、釩(V)、鈦(Ti)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鎵(Ga)和硅(Si)組成的組中的至少一種。在示范性實(shí)施例中，第一材料還可以包括選自由銦(In)和鎵(Ga)組成的組中的至少一種。在示范性實(shí)施例中，第一材料可以是鋅氧化物(ZnO)，第一材料中的鋅與氧之間的電負(fù)性差值減去第二材料與氧之間的電負(fù)性差值而得到的值可以小于約O. 8。在示范性實(shí)施例中，第一材料的離子半徑與第二材料的離子半徑之間的差可以小于約O. 35埃。在示范性實(shí)施例中，第一材料的晶體結(jié)構(gòu)可以包括四方結(jié)構(gòu)和八邊形結(jié)構(gòu)中的至少一種。
在示范性實(shí)施例中，第一材料可以是錫氧化物(SnO)，第一材料中的錫與氧之間的電負(fù)性差值減去第二材料與氧之間的電負(fù)性差值而得到的值可以小于約O. 5。在示范性實(shí)施例中，第一材料的離子半徑與第二材料的離子半徑之間的差可以小于約O. 35埃。在示范性實(shí)施例中，第一材料的晶體結(jié)構(gòu)可以包括四方結(jié)構(gòu)和八邊形結(jié)構(gòu)中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的示范性實(shí)施例包括柵電極；源電極；漏電極，與源電極相對(duì)地設(shè)置；氧化物半導(dǎo)體，設(shè)置在柵電極與源電極之間或者柵電極與漏電極之間；以及柵絕緣層，設(shè)置在柵電極與源電極之間或柵電極與漏電極之間，其中氧化物半導(dǎo)體包括第一材料和第二材料，該第一材料包括選自由鋅(Zn)和錫(Sn)組成的組的至少一種，第一材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值減去第二材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值而得到的值小于約1. 3。在示范性實(shí)施例中，形成第一材料的元素的離子半徑與第二材料的離子半徑之間的差可以小于約O. 35埃。在示范性實(shí)施例中，第二材料可以包括選自由釔⑴、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鑭(La)、鈧(Sc)、釩(V)、鈦(Ti)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鎵(Ga)和硅(Si)組成的組的至少一種。在示范性實(shí)施例中，第一材料還可以包括選自由銦(In)和鎵(Ga)組成的組中的至少一種。在示范性實(shí)施例中，柵電極可以設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體下面，源電極和漏電極可以設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體上。在示范性實(shí)施例中，柵電極可以設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體上，源電極和漏電極可以設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體下面。根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管陣列面板的可選示范性實(shí)施例包括基板；柵極線，設(shè)置在基板上且包括柵電極；柵絕緣層，設(shè)置在柵極線上；氧化物半導(dǎo)體，設(shè)置在柵絕緣層上；數(shù)據(jù)線，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體上且連接到源電極；漏電極，與源電極相對(duì)地設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體上；以及鈍化層，設(shè)置在數(shù)據(jù)線上，其中氧化物半導(dǎo)體包括第一材料和第二材料，該第一材料包括選自由鋅(Zn)和錫(Sn)組成的組中的至少一種，第一材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值減去第二材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值而得到的值小于約1. 3。在示范性實(shí)施例中，第一材料的離子半徑與第二材料的離子半徑之間的差可以小于約O. 35埃。在示范性實(shí)施例中，第二材料可以包括選自由釔⑴、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鑭(La)、鈧(Sc)、釩(V)、鈦(Ti)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鎵(Ga)和硅(Si)組成的組中的至少一種。在示范性實(shí)施例中，第一材料還可以包括選自由銦(In)和鎵(Ga)組成的組中的至少一種。在示范性實(shí)施例中，源電極和漏電極可以接觸氧化物半導(dǎo)體。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，將基于電負(fù)性差和離子半徑差確定的元素添加到氧化物半導(dǎo)體的材料，從而薄膜晶體管的特性被顯著改善。


通過參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例，以上和其它的方面以及特征將變得更加明顯，附圖中圖1是曲線圖，示出在根據(jù)本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體的示范性實(shí)施例中包括的材料的電負(fù)性差；圖2至圖4是曲線圖，示出在根據(jù)本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體的示范性實(shí)施例中包括的材料的離子半徑差；圖5是曲線圖，示出電荷遷移率與電負(fù)性差之間的關(guān)系；圖6是曲線圖，示出閾值電壓與離子半徑差之間的關(guān)系；圖7是根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的示范性實(shí)施例的截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的可選示范性實(shí)施例的截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管陣列面板的示范性實(shí)施例的俯視平面圖；以及圖10是圖9中的薄膜晶體管陣列面板沿線X-X’截取的截面圖。
具體實(shí)施例方式在下文將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，附圖中示出各個(gè)實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施而不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例使得本公開充分和完整，并將本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。相同的附圖標(biāo)記始終指示相同的元件。將理解，當(dāng)一元件或?qū)颖环Q為在另一元件或?qū)印吧稀被蛘摺斑B接到”或“耦接到”另一元件或?qū)訒r(shí)，它可以直接在其他元件上、直接連接到或耦接到另一元件或?qū)?，或者可以存在中間的元件或?qū)?。相反，?dāng)一元件被稱為“直接”在另一元件或?qū)印吧稀?、“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件或?qū)訒r(shí)，則沒有中間元件或?qū)哟嬖?。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。在這里使用時(shí)，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)所列相關(guān)項(xiàng)目的任意和所有組合。將理解，雖然術(shù)語第一、第二等可以在這里用于描述各個(gè)元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分應(yīng)不受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一區(qū)域、層或部分區(qū)別開。因此，以下討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分，而不背離本發(fā)明的教導(dǎo)。為了描述的方便，這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語諸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等來描述如附圖所示的一個(gè)元件或特征與另一個(gè)(些)元件或特征的關(guān)系。將理解，空間相對(duì)術(shù)語旨在涵蓋除了附圖所示的取向之外裝置在使用或操作中的不同取向。例如，如果附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)過來，則被描述為在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件將會(huì)取向在所述其他元件或特征“上方”。因此，示例性術(shù)語“下方”可以涵蓋之上和之下兩種取向。裝置可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或在其它取向)，這里使用的空間相對(duì)描述語作相應(yīng)地解釋。這里所用的術(shù)語僅是為了描述特定實(shí)施例的目的，并非要限制本發(fā)明。如這里所用的，除非上下文另有明確表述，否則單數(shù)形式“一”和“該”也同時(shí)旨在包括復(fù)數(shù)形式。將進(jìn)一步理解的是，術(shù)語“包括”和/或“包含”，當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，指定了所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或增加?！?br> 除非另行定義，此處使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)都具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所通常理解的同樣的含義。將進(jìn)一步理解的是，諸如通用詞典中所定義的術(shù)語，除非此處加以明確定義，否則應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的語境中的含義相一致的含義，而不應(yīng)被解釋為理想化的或過度形式化的意義。這里參照截面圖描述示范性實(shí)施例，這些圖為理想化實(shí)施例的示意圖。因而，由例如制造技術(shù)和/或公差引起的圖示形狀的變化是可能發(fā)生的。因此，這里描述的實(shí)施例不應(yīng)被解釋為限于如這里所示的區(qū)域的特定形狀，而是包括由例如制造引起的形狀偏差在內(nèi)。例如，示出或描述為平坦的區(qū)域通?？梢跃哂写植诤?或非線性的特征。此外，示出的尖角可以是圓化的。因此，附圖中示出的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不旨在示出區(qū)域的精確形狀且不旨在限制這里闡述的權(quán)利要求的范圍。這里描述的所有方法可以按適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行，除非在此另外地表示或者與上下文明確矛盾。任何和所有示例或者示范性語言(例如，“諸如”)的使用僅旨在更好地說明本發(fā)明且而不對(duì)本發(fā)明的范圍施加限制，除非另外地要求。當(dāng)在這里使用時(shí)，說明書中的語言都不應(yīng)被解釋為表明任何未要求的元件對(duì)于本發(fā)明的實(shí)踐是必需的。在下文，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例?，F(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體的示范性實(shí)施例。氧化物半導(dǎo)體的示范性實(shí)施例包括包含鋅(Zn)和錫(Sn)中的至少一種的第一材料。在示范性實(shí)施例中，第一材料可以包括鋅氧化物、錫氧化物或鋅-錫氧化物。在這樣的實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體還包括第二材料。第二材料可以基于以下描述的條件來確定。作為第一個(gè)條件，第一材料中的元素與氧之間的電負(fù)性差減去第二材料中的元素與氧之間的電負(fù)性差而得到的值將小于預(yù)定值。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，例如，當(dāng)?shù)谝徊牧现械脑厥卿\(Zn)或錫(Sn)并且第二材料的元素被稱為元素X時(shí)，電負(fù)性差可以由以下的公式I來表不。[公式I]E (電負(fù)性差)=I (I E0-Ezn I 或 I E0-Esn |) -1 E0-Ex |這里，Ex表示元素X的電負(fù)性，Etj表示氧的電負(fù)性，Ezn表示鋅的電負(fù)性，Esn表示錫的電負(fù)性。作為第二個(gè)條件，第一材料中的元素的離子半徑與第二材料中的元素的離子半徑之間的差小于預(yù)定值。在示范性實(shí)施例中，第二材料可以包括釔⑴、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鑭(La)、鈧(Sc)、釩(V)、鈦(Ti)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鎵(Ga)和硅(Si)中的至少一種。在備選的示范性實(shí)施例中，第一材料還可以包括銦或鎵。在備選的示范性實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體可以不包括銦或鎵，因?yàn)殂熀玩壍某杀鞠喈?dāng)高。在第一個(gè)條件中，預(yù)定值可以基于作為母料(mother material)的第一材料而改變。在下文，將描述其中母料為鋅-錫氧化物的示范性實(shí)施例。
圖1是曲線圖，示出可以被包括在根據(jù)本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體的示范性實(shí)施例中的材料的電負(fù)性差。以下的表I和表2示出在圖1的曲線圖中表示的數(shù)據(jù)值。鋅(Zn)的電負(fù)性值是1. 65 Ji(Sn)的電負(fù)性值是1. 96，氧(O)的電負(fù)性值是3. 44。表I
權(quán)利要求
1.一種氧化物半導(dǎo)體，包括 第一材料，包括選自由鋅(Zn)和錫(Sn)組成的組中的至少一種；以及 第二材料， 其中所述第一材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值減去所述第二材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值而得到的值小于1. 3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第一材料的離子半徑與所述第二材料的離子半徑之間的差小于0.35A.
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第一材料的晶體結(jié)構(gòu)包括四方結(jié)構(gòu)和八邊形結(jié)構(gòu)中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第二材料包括選自由釔⑴、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鑭(La)、鈧(Sc)、釩(V)、鈦(Ti)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鎵(Ga)和硅(Si)組成的組中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第一材料還包括選自由銦(In)和鎵(Ga)組成的組中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第一材料是鋅氧化物(ZnO)，以及 所述第一材料中的鋅與氧之間的電負(fù)性差值減去所述第二材料與氧之間的電負(fù)性差值而得到的值小于O. 8。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第一材料的離子半徑與所述第二材料的離子半徑之間的差小于0.35A,,
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第一材料的晶體結(jié)構(gòu)包括四方結(jié)構(gòu)和八邊形結(jié)構(gòu)中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第一材料是錫氧化物(SnO)，以及 所述第一材料中的錫與氧之間的電負(fù)性差值減去所述第二材料與氧之間的電負(fù)性差值而得到的值小于O. 5。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氧化物半導(dǎo)體，其中 所述第一材料的離子半徑與所述第二材料的離子半徑之間的差小于0.35A。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氧化物半導(dǎo)體。該氧化物半導(dǎo)體包括第一材料和第二材料，該第一材料包括選自由鋅(Zn)和錫(Sn)組成的組中的至少一種，其中第一材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值減去第二材料與氧(O)之間的電負(fù)性差值而得到的值小于約1.3。
文檔編號(hào)H01L29/24GK103022144SQ20121035929
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者安秉斗, 李制勛, 樸世容, 樸埈賢, 金建熙, 林志勛, 樸在佑, 樸鎮(zhèn)成, 釘宮敏洋, 三木綾, 森田晉也, 岸智也, 田尾博昭 申請(qǐng)人:三星顯示有限公司, 樸鎮(zhèn)成, 株式會(huì)社神戶制鋼所