利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法与流程

文档序号:11110041阅读:801来源:国知局
利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法与制造工艺

本发明涉及锡氧化物层的形成方法,更详细地,涉及利用锡金属靶在玻璃衬底上形成锡氧化物层的利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法。



背景技术:

目前,融合电子元件的功能与显示元件的功能成为了信息通信技术(information technology)的趋势中的一种。电子显示装置即为融合了这种电子元件的功能与显示元件的功能的装置。

尤其是,在如今的信息化社会中,电子显示装置的作用变得越来越重要,并且各种电子显示装置正广泛地使用在各种产业领域中。这种电子显示装置的领域经过不断的发展,正持续地开发着具有符合多样化的信息化社会需求的新功能的电子显示装置。

通常,电子显示装置是指通过视觉将多种信息传达给人类的装置。即,电子显示装置是指将从各种电子设备输出的电子信息信号转换为能够用人类的视觉识别到的光信息信号的电子装置,并且可称之为连接人类与电子设备的桥梁。

对于这种电子显示装置而言,在光信息信号通过发光现象显示时其被称为发光型显示装置,而根据反射、散射、干涉现象等光学调制而显示时其被称为受光型显示装置。

作为这种电子显示装置可包括阴极射线管显示装置(Cathode Ray Tube;CRT)、等离子显示装置(Plasma Display Panel;PDP)、有机电致发光显示装置(Organic Electro Luminescence Display;OELD)、液晶显示装置(LCD)、电泳显示装置(Electro Phoretic Image Display;EPID)、发光二极管(Light Emitting Diode;LED)显示装置、有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode;OLED)显示装置等。

这里,虽然阴极射线管显示装置作为历史最悠久的显示装置,其使用在电视机或电脑显示器中并且在经济性等方面具有最高的时长占有率,但是存在重量大、体积大且耗电高等诸多弊端。

最近,随着半导体技术的快速发展,响应于各种电子装置的低压低电化以及电子设备的小型化、薄型化和轻量化的趋势,平板型显示装置作为适合新环境的电子显示装置,其需求急剧地增加。由此,诸如液晶显示装置(LCD)、等离子显示装置(PDP)、有机电致显示装置(OELD)、有机发光二极管(OLED)显示装置等的平板型显示装置正处于开发中。

液晶显示装置(LCD)是以如下方式显示图像的装置,即将具有介电各向异性的液晶物质注入到形成有公共电极、滤色片、黑矩阵等的上透明绝缘衬底与形成有开关元件、像素电极等的下透明绝缘衬底之间,并通过向像素电极和公共电极施加彼此不同的电势来调整形成在液晶物质上的电场强度以改变液晶物质的分子排列,进而调节透过透明绝缘衬底的光量,从而显示出期望的图像。作为这种液晶显示装置,主要使用将薄膜晶体管(Thin Film Transistor;TFT)元件用作开关元件的薄膜晶体管液晶显示装置(TFT LCD)。

尤其对于有机发光二极管(OLED)显示装置而言,由于OLED元件为自发光型元件,所以相比于液晶显示装置(LCD),具有优异的视角和对比度,并且由于不需要背光,因此能够做到轻薄型,而且在耗电方面也具有优势。

另外,OLED元件能够由直流低电压驱动,响应速度快,对外部冲击具有强抗性,使用温度范围广,尤其在制造成本方面也具有价格低廉的优点。

因此,因为OLED元件可用作图形显示器的像素、电视画面显示器或表面光源的像素,也可形成在如塑料等可弯曲的透明衬底上,并且色泽优良,因此有机发光二极管(OLED)显示装置适合于下一代平面显示器。

如这种有机发光二极管(OLED)显示装置的电子显示装置要求透明性、高的载流子迁移率及稳定性。因此,正在广泛进行这对于能够在满足透明性的同时执行电子元件自身功能的透明半导体和透明导体及它们的制造方法的研究。例如,作为透明导体,已开发并使用着ITO(Indium Tin Oxide),并且ZnO等正被开发为透明半导体,,但由于稳定性低下,其作为透明半导体的应用可能性极度受限。

现有技术文献

专利文献

(专利文献1)韩国注册专利第10-1418304号(2014.07.04)



技术实现要素:

技术问题

为解决以上问题,正在研究将基于锡氧化物(SnO2)的化合物半导体(以下,称为“锡氧化物半导体(SnO2-x)”)应用为用于电子显示装置的电子元件的方案。这种锡氧化物半导体具有无定形(Amorphous)、多晶结构(Polycrystalline)、以及以两个方向排列的结晶质的多种形态。

但是,虽然基于锡氧化物的锡氧化物半导体可在特定衬底(例如,具有晶体方向性的蓝宝石衬底)上形成以两个方向排列的结晶质,但是在无定形的玻璃衬底上存在着锡氧化物半导体只可形成无定形或多晶质的问题。

由此,在以玻璃衬底为母衬底的电子显示装置中,使用锡氧化物时应用基于以两个方向排列的结晶质的锡氧化物半导体的情况是受限的。

因此,本发明的目的在于提供能够在玻璃衬底上容易地形成锡氧化物层的利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法。

本发明的另一目的在于提供用于形成具有适当的载流子密度和高载流子迁移率的锡氧化物层的利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法。

解决方法

为实现上述目的,本发明提供一种利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法,该方法包括以下步骤:通过利用锡金属靶的溅射在玻璃衬底上形成锡氧化物缓冲层(SnO2);以及通过利用上述锡金属靶的溅射在上述锡氧化物缓冲层上形成锡氧化物半导体层(SnO2-x)(0<x≤0.01)。

在根据本发明的锡氧化物层的形成方法中,在上述形成锡氧化物缓冲层的步骤中,上述溅射可在5至20mTorr的压力下并在混合氧气和惰性气体的气氛中执行。

在根据本发明的锡氧化物层的形成方法中,在上述形成锡氧化物半导体层的步骤中,上述溅射可在0.1至3mTorr的压力下并在混合氧气和惰性气体的气氛中执行。

在根据本发明的锡氧化物层的形成方法中,在上述形成锡氧化物缓冲层的步骤中的氧气供给量可大于在上述形成锡氧化物半导体层的步骤中的氧气供给量。

在根据本发明的锡氧化物层的形成方法中,上述锡氧化物半导体层的氧气组分比可以是0.0000001≤x≤0.0001。

根据本发明的锡氧化物层的形成方法,在形成锡氧化物半导体层的步骤之后,还可包括以下步骤:在300至450℃的氧气气氛中执行30至90分钟的热处理。

在根据本发明的锡氧化物层的形成方法中,上述溅射可以是反应性溅射(reactive sputtering)。

此外,在根据本发明的锡氧化物层的形成方法中,上述锡氧化物半导体层可形成得比上述锡氧化物缓冲层薄。

有益效果

根据本发明,在形成锡氧化物层时,由于使用锡金属靶通过溅射方法来形成,因此能够容易地控制用于形成锡氧化物层的工艺条件,进而能够在玻璃衬底上容易地形成锡氧化物层。

在玻璃衬底上形成锡氧化物层时,在玻璃衬底上形成锡氧化物缓冲层之后形成锡氧化物半导体层,因此能够在玻璃衬底上形成包括具有适当的载流子密度和高载流子迁移率以及优良的稳定性的锡氧化物半导体层的锡氧化物层。

而且,由于使用锡金属作为靶,因此也具有能够降低在玻璃衬底上形成锡氧化物层时所产生的费用的优点。

附图说明

图1是示出根据本发明的利用锡金属靶的溅射装置的视图。

图2是根据本发明的利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法的流程图。

图3至图5是示出根据图2的锡氧化物层的形成方法的各步骤的视图。

图6是示出具有通过图2的形成方法形成的锡氧化物层的顶栅场效应晶体管的剖视图。

图7是根据图6的顶栅场效应晶体管的制造方法的流程图。

图8和图9是图6的顶栅场效应晶体管的电流-电压特性图表。

具体实施方式

应注意,在以下说明中将只对理解本发明的实施方式所需要的部分进行说明,并且其余部分的说明将在不混淆本发明的主旨的情况下被省略。

将在下文中阐述的本说明书以及权利要求书中所使用的用词或词语并不应解释为限于通常使用的含义或者字典中的含义,而应当基于发明人为了通过最优方式说明其发明而可以适当地定义术语概念的原则,解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。因此,由于本说明书中所记载的实施方式和附图中所示的配置仅仅是本发明的优选实施方式,并不代表本发明的所有技术思想,所以应理解,在提交本申请的时间点上,可存在能够替代本发明的实施方式的多种等同方式以及变型例。

下面,将参照附图对本发明的实施方式进行更加详细的说明。

图1是示出根据本发明的利用锡金属靶的溅射装置的视图。

参照图1,溅射装置70在锡金属靶71和玻璃衬底10位于腔室73内的状态下将惰性气体和氧气供给至腔室73以在玻璃衬底10上形成锡氧化物层20。锡氧化物层20包括形成在玻璃衬底10上的锡氧化物缓冲层21和形成在锡氧化物缓冲层21上的锡氧化物半导体层23。

用于形成锡氧化物层20的溅射在注入惰性气体和氧气的气氛中进行,并且锡氧化物缓冲层21和锡氧化物半导体层23通过由压力调节来进行的氧气供给量的调节顺序地形成。

在供给氧气和惰性气体时,惰性气体可被供给到靠近锡金属靶71的一侧并且氧气可被供给到靠近玻璃衬底的一侧,以使得锡氧化物层良好地形成在玻璃衬底上。

下文中将参照图1至图5对使用如上所述的溅射装置70利用根据本发明的利用锡金属靶71形成锡氧化物层20的方法进行说明。此处,图2是根据本发明的利用锡金属靶形成锡氧化物层的方法的流程图。并且,图3至图5是示出根据图2的锡氧化物层的形成方法的各步骤的视图。

首先,如图3所示,准备用于形成锡氧化物层20的玻璃衬底10。

然后,如图4所示,在S81步骤中,在玻璃衬底10上形成锡氧化物缓冲层21。锡氧化物缓冲层21通过利用锡金属靶71的溅射形成。锡氧化物缓冲层21可具有SnO2的组分。作为溅射方法,可使用反应性溅射(reactive sputtering)方法。

例如,锡氧化物缓冲层21可在5至20mTorr的压力下并在混合氧气和惰性气体的气氛中通过利用锡金属靶71的反应性溅射形成。例如,氧气和惰性气体的供给比可以是6:4,但并不限于此。作为惰性气体,可使用氩气或氮气。玻璃衬底10的温度可以是常温至600℃。

接下来,如图5所示,在S83步骤中,在锡氧化物缓冲层21上形成锡氧化物半导体层23。锡氧化物半导体层23通过利用锡金属靶71的溅射形成。作为溅射方法,可使用反应性溅射方法。

锡氧化物半导体层23可具有SnO2-x(0<x≤0.01)的组成。

此处,氧具有0<x≤0.01的组分比是为了使锡氧化物半导体层23具有半导性。即,在x为0的情况下,例如由于SnO2显出绝缘体的特性,因此x应大于0。在氧被掺杂得超过0.01时,由于具有金属性,因此M应具有小于0.01的组分比。因此,为使根据本发明的锡氧化物半导体层23具有半导性,氧具有0<x≤0.01的组分比。

例如,锡氧化物半导体层23在0.1至3mTorr的压力下并在混合氧气和惰性气体的气氛中通过利用锡金属靶71的反应性溅射形成。例如,氧气和惰性气体的供给比可以是6:4,但并不限于此。作为惰性气体,可使用氩气或氮气。玻璃衬底10的温度可以是常温至600℃。这时,锡氧化物半导体层23的氧可具有0.0000001≤x≤0.0001的组分比。

S81步骤和S83步骤被连续地执行,并且在均匀地保持氧气和惰性气体的供给比的同时通过由压力调节来进行的氧气供给量的调节顺序地形成锡氧化物缓冲层21和锡氧化物半导体层23。这时,在形成锡氧化物缓冲层21的步骤中的氧气供给量大于在形成锡氧化物半导体层23的步骤中的氧气供给量。

并且在S85步骤中,对形成在玻璃衬底10上的锡氧化物缓冲层21和锡氧化物半导体层23进行热处理以形成包括锡氧化物缓冲层21和锡氧化物半导体层23的锡氧化物层20。这时,热处理可在300℃至450℃的氧气气氛中执行30至90分钟。

这时,锡氧化物半导体层23形成得比锡氧化物缓冲层21薄。例如,锡氧化物缓冲层21可形成为50至300nm的厚度,并且锡氧化物半导体层23可形成为5至20nm的厚度。

如上所述,根据本发明的锡氧化物层20的形成方法,因为在形成锡氧化物层20时使用锡金属靶71通过溅射方法形成,因此能够容易地控制用于形成锡氧化物层20的工艺条件,进而能够容易地在玻璃衬底10上形成锡氧化物层20。

而且,在玻璃衬底10上形成锡氧化物层20时,由于在玻璃衬底10上形成锡氧化物缓冲层21之后形成锡氧化物半导体层23,因此能够在玻璃衬底10上形成包括具有适当的载流子密度和高载流子迁移率以及优良的稳定性的锡氧化物半导体层23的锡氧化物层20。

另外,由于使用锡金属靶71作为靶,因此还具有能够降低在玻璃衬底10上形成锡氧化物层20时所产生的制造费用的优点。

如图6和图7所示,制造出具有锡氧化物层20的根据实施方式的顶栅场效应晶体管100并对其特性进行了实验,以确认通过如上所述的本发明的形成方法形成的锡氧化物层20的特性。

图6是示出具有通过图2的形成方法形成的锡氧化物层20的根据实施方式的顶栅场效应晶体管100的剖视图。

参照图6,根据实施方式的顶栅场效应晶体管100包括玻璃衬底10、具有锡氧化物缓冲层21和锡氧化物半导体层23的锡氧化物层20、源电极30、漏电极40、栅极绝缘层50和栅电极60。

锡氧化物层20形成在玻璃衬底10上。即,锡氧化物层20包括形成在玻璃衬底10上的锡氧化物缓冲层21和形成在锡氧化物缓冲层21上的锡氧化物半导体层23。

源电极30和漏电极40以锡氧化物层20为中心形成在其两侧,并且形成为覆盖锡氧化物层20的面对的边缘部分。例如,作为源电极30和漏电极40,可使用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锡锌氧化物(ITZO)、掺铝氧化锌(AZO)或镓锌氧化物(GZO)等,但并不限于此。

栅极绝缘层50形成为覆盖暴露于源电极30与漏电极40之间的锡氧化物层20以及源电极30和漏电极40的一部分。作为栅极绝缘层50,可使用HfO2、硅氧化物(SiOx)、氧化铝(Al2O3)、TiOx,、蓝宝石、聚乙烯醇(PolyVinyl Alcohol)、聚醋酸乙烯酯(PolyVinyl Acetate)、聚酰亚胺(PolyImide)、聚对二甲苯(Parylene)、聚乙烯基苯酚(PolyVinyl Phenol:PVP)、亚克力(Acryl)、含氟聚合物(Fluoropolymer)聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate)等,但并不限于此。

而且,栅电极60形成在栅极绝缘层50上,并且形成在暴露于源电极30与漏电极40之间的锡氧化物层20上。作为栅电极60,可使用ITO、IZO、ITZO、AZO或GZO等,但并不限于此。

下文中将对参照图6和图7对根据如上所述的实施方式的顶栅场效应晶体管100的制造方法进行说明。

首先,准备玻璃衬底10。

然后,在S81步骤中,在玻璃衬底10上形成锡氧化物缓冲层21。锡氧化物缓冲层21通过利用锡金属靶71的溅射形成。锡氧化物缓冲层21具有SnO2的组分。即,锡氧化物缓冲层21在15mTorr、常温的氧气和氩气的气氛中通过利用锡金属靶的反应性溅射形成为100nm的厚度。这时,氧气与氩气的组分比可以是6:4。

其后,在S83步骤中,在锡氧化物缓冲层21上形成锡氧化物半导体层23。锡氧化物半导体层23通过利用锡金属靶71的反应性溅射形成。锡氧化物半导体层23具有SnO2-x的组分。

即,锡氧化物半导体层23在2mTorr的压力下并在混合常温的氧气和氩气的气氛中通过利用锡金属靶的反应性溅射形成为10nm的厚度。这时,氧气和氩气的供给比可以是6:4。

S81步骤和S83步骤连续地执行,并且在均匀地保持氧气和氩气的供给比的同时通过由压力调节来进行的氧气的供给量的调节顺序地形成锡氧化物缓冲层21和锡氧化物半导体层23。

这时,在形成锡氧化物缓冲层21的步骤中的氧气供给量大于在形成锡氧化物半导体层23的步骤中的氧气供给量。即,在形成锡氧化物缓冲层21时,在压力为15mTorr的情况下,氩气与氧气的压力比成为6mTorr:9mTorr。在形成锡氧化物半导体层23时,在压力为2mTorr的情况下,氩气与氧气的压力比成为0.8mTorr:1.2mTorr。

然后,在S85步骤中,通过对形成在玻璃衬底10上的锡氧化物缓冲层21和锡氧化物半导体层23的第一次热处理形成锡氧化物层20。这时,第一次热处理在400℃的氧气气氛中执行了60分钟。

在根据S85步骤的第一次热处理之后,对形成在玻璃衬底10上的锡氧化物层20执行构图。

然后,在S87步骤中,以锡氧化物层20为中心在其两侧形成源电极30和漏电极40以覆盖锡氧化物层20的两侧的边缘部分。源电极30和漏电极40使用ITO形成为50nm的厚度。

然后,在S89步骤中,在源电极30与漏电极40之间形成栅极绝缘层50。栅极绝缘层50形成为覆盖暴露于源电极30与漏电极40之间的锡氧化物层20以及源电极30和漏电极40的一部分。栅极绝缘层50使用HfO2形成为80nm的厚度。这时,使用HfO2作为栅极绝缘层50是因为HfO2相比于Al2O3更易被耗尽(depletion)。

接下来,在S91步骤中,在400℃的氧气气氛中执行120分钟的第二次热处理。

而且,在S93步骤中,在栅极绝缘层50上形成栅电极60。这时,栅电极60形成在暴露于源电极30与漏电极40之间的锡氧化物层20上。栅电极60使用ITO形成为50nm的厚度。

根据如上制造的实施方式的顶栅场效应晶体管100的电流-电压特性如图8和图9所示。此处,图8和图9是图6的顶栅场效应晶体管的电流-电压特性图表。

参照图8,根据实施方式的顶栅场效应晶体管在载流子迁移率(film mobility)呈15.3cm2/Vs的2mTorr条件下制造为具有锡氧化物层20的场效应晶体管。

通过图8可确认,根据实施方式的顶栅场效应晶体管流畅地执行根据电场积累或流失载流子的操作。

参照图9,示出了根据实施方式的顶栅场效应晶体管的IDS-VGS测量结果。即,将VDS设为1V,并对栅电极的电压为-5V至5V的情况进行了测量,其结果算出载流子迁移率为16.3cm2/Vs,而所算出的载流子迁移率与在玻璃衬底上形成有锡氧化物层的薄膜(Thin Film)的载流子迁移率(15.3cm2/Vs)相同。

可确认,如上所述根据本发明的包括有利用锡金属靶形成的锡氧化物层的顶栅场效应晶体管具有良好的载流子迁移率。

另外,本说明书以及附图所公开的实施方式仅为帮助理解而示出特定的实施例,并不旨在限制本发明的范围。对本领域所属技术人员显而易见的是,除了本文中所公开的实施方式之外,也可以实施基于本发明的技术思想的其他变型例。

附图标记的说明

10:玻璃衬底

20:锡氧化物层

21:锡氧化物缓冲层

23:锡氧化物半导体层

30:源电极

40:漏电极

50:栅极绝缘层

60:顶栅极

70:溅射装置

71:锡金属靶

100:顶栅极场效应晶体管

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