专利名称：晶体管、制造晶体管的方法及包括晶体管的平板显示器的制作方法
技术领域：
示例实施例涉及晶体管、制造所述晶体管的方法及包括所述晶体管的电子装置。
背景技术：
晶体管在电子装置中被广泛地用作开关器件或驱动器件。具体地讲，由于薄膜晶体管(TFT)可形成在玻璃基底或塑料基底上，所以TFT通常被用在诸如液晶显示装置、有机发光显示装置和/或类似物的平板装置中。商业化的平板显示装置可包括具有由非晶硅形成的沟道层的薄膜晶体管(在下文中称作非晶硅薄膜晶体管)和/或具有由多晶硅层形成的沟道层的薄膜晶体管(在下文中称作多晶硅薄膜晶体管)。然而，非晶硅薄膜晶体管的电荷迁移率会低至大约0. 5cm2/Vs,因此会难以提高平板显示装置的操作速率。另外，由于非晶硅的光学带隙是大约1. 8eV，所以因可见光的照射会产生漏电流并会使悬挂键(即，不结合另一原子的化学键)增多。非晶硅薄膜晶体管的特性会劣化。在多晶硅薄膜晶体管的情况下，会需要结晶工艺、杂质注入工艺和活化工艺。与非晶硅薄膜晶体管相比，多晶硅薄膜晶体管的制造工艺会是复杂且昂贵的。另外，多晶硅层的晶粒可能不均勻，并且当多晶硅层用作大尺寸显示装置的沟道层时，屏幕图像的质量会降低。正在进行对包括由氧化物层形成的沟道层的晶体管(被称作氧化物薄膜晶体管) 的研究。氧化物薄膜晶体管可以具有大尺寸、低成本、高性能和高可靠性。
发明内容
示例实施例可包括具有高和/或被提高的性能以及高和/或被提高的可靠性的晶体管、制造所述晶体管的方法以及包括所述晶体管的电子装置。根据示例实施例，一种晶体管可包括沟道层，包括氧化物；源极和漏极，分别接触沟道层的两端；栅极，与沟道层对应；栅极绝缘层，设置在沟道层和栅极之间。沟道层可包括从栅极绝缘层顺序地布置的第一层和第二层。第一层可以是根据栅极电压条件而耗尽的导体，第二层的导电率可以比第一层的导电率低。第一层的氧空位浓度可以比第二层的氧空位浓度高。第一层的导电率可以大于或等于103S/cm。第二层的导电率可以大于或等于10_8S/cm并小于103S/cm。第一层的载流子浓度可以大于或等于1018/cm3并小于或等于1021/cm3。第二层的载流子浓度可以大于或等于1013/Cm3并小于1018/cm3。第一层的厚度可以是大约5nm至大约50nm。第一层和第二层可以包括相同的金属组成。第一层的金属浓度可以与第二层的金属浓度相同。沟道层的氧化物可以是ZnO基氧化物或InO基氧化物。栅极可以设置在沟道层之下。晶体管还可以包括形成在沟道层上的蚀刻停止层。栅极可以设置在沟道层上方。 根据其他示例实施例，一种平板显示装置可以包括上述晶体管。
根据其他示例实施例，制造晶体管的方法可以包括以下步骤形成栅极；形成与栅极对应的沟道层，沟道层包括氧化物；形成在栅极和沟道层之间的栅极绝缘层；形成分别接触沟道层两端的源极和漏极。形成沟道层的步骤可包括形成在栅极绝缘层表面上顺序地形成的第一层和第二层。可将第一层形成为根据栅极电压条件而耗尽的导体，可将第二层形成为具有比第一层的导电率低的导电率。可以以第一氧分压形成第一层，并可以以比第一氧分压大的第二氧分压形成第二层。在形成沟道层的步骤中使用的反应气体可包括02和々1·，可在02与々1·的流量比(O2Ar) 大于0且小于0. 1的条件下形成第一层，可在O2与Ar的流量比(O2Ar)大于或等于0. 1的条件下形成第二层。可使用原位方法形成第一层和第二层。第一层的氧空位浓度可比第二层的氧空位浓度高。第一层的导电率可以大于或等于103S/cm。第二层的导电率可以大于或等于IO-8S/ cm并小于103S/cm。可将第一层形成为具有大约5nm至大约50nm的厚度。沟道层可以包括ZnO基氧化物或InO基氧化物。可将晶体管形成为具有底栅结构或顶栅结构。根据另外的示例实施例，一种晶体管可以包括沟道层，包括第一层和第二层，第一层被构造为根据电压偏置在正常导电状态和耗尽状态之间切换，第二层的导电率小于第一层在导电状态下的导电率，沟道层包括氧化物；源极和漏极，源极和漏极在沟道层上；栅极，在沟道层上；栅极绝缘层，在第一层和栅极之间，第一层在第二层和栅极绝缘层之间。根据另外的示例实施例，制造晶体管的方法可包括以下步骤形成栅极；通过形成与栅极对应的第一层和第二层来形成包括氧化物的沟道层，第一层被形成为能够根据电压偏置在导电状态和耗尽状态之间切换，第二层被形成为具有比第一层在导电状态下的导电率低的导电率；形成在栅极和第一层之间的栅极绝缘层；形成在沟道层上的源极和漏极。
通过下面结合附图进行的简要描述，示例实施例将被更清楚地理解。图1-图14 描绘了如这里所描述的非限制性示例实施例。图1-图5是示出根据示例实施例的晶体管的剖视图；图6A-图6D是示出根据示例实施例的制造晶体管的方法的剖视图；图7A-图7D是示出根据其他示例实施例的制造晶体管的方法的剖视图；图8是示出与在根据示例实施例的制造晶体管的方法中02/Ar流量比有关的氧化物层的电特性的变化的曲线图；图9是示出对于使用根据示例实施例的制造晶体管的方法形成的沟道层而言，与沟道层内的深度有关的沟道层的氧浓度的变化的曲线图；图10-图12是示出根据示例实施例和对比示例的晶体管的栅极电压(Ves)-漏极电流(Ids)特性的曲线图；图13和图14是示出根据示例实施例的晶体管的栅极电压(Ves)-漏极电流(Ids) 特性因光照射而产生的变化的曲线图。应该注意的是，这些附图意图示出在特定的示例实施例中使用的方法、结构和/ 或材料的一般特性并意图对下面提供的书面描述进行补充。然而，这些附图不是成比例的
5并且可以不精确地反映任何所给实施例的精确结构或性能特性，这些附图不应被解释为限定或限制示例实施例所包括的性质或值的范围。例如，为了清楚起见，可以减小或夸大分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置。在各个附图中使用相似或相同的标号意图表示相似或相同的元件或特征的存在。
具体实施例方式现在将参照附图更充分地描述示例实施例，在附图中示出了示例实施例。然而，示例实施例可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例； 相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将示例实施例的构思充分地传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。在附图中，相同的标号表示相同的元件，因此将省略对它们的描述。将理解的是，当元件被称作“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接连接或结合到该另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，不存在中间元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意组合和所有组合。应当以相同的方式解释用于描述元件或层之间的关系的其他词语，例如“在...之间”和“直接在...之间”、“与...相邻”和“与...直接相邻”、 “在...上”和“直接在...上”。将理解的是，虽然这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例实施例教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以称为第二元件、组件、区域、层或部分。为了便于描述，在这里可使用空间相对术语，如“在...之下”、“在...下方”、“下面的”、“在.· ·上方”、“上面的”和类似描述，用来描述如在图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为“在”其他元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被定位为“在”其他元件或特征“上方”。因而， 示例性术语“在...下方”可包括“在...上方”和“在...下方”两种方位。所述装置可被另外定位(旋转90度或者在其他方位)，并对在这里使用的空间相对描述语做出相应的解释。这里使用的术语仅为了描述具体实施例的目的，而不意图限制示例实施例。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，如果这里使用术语“包含”和/或“包括”，则说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
在此参照作为示例实施例的理想实施例(和中间结构)的示意图的剖视图来描述示例实施例。这样，预计会出现例如由制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，示例实施例不应该被解释为局限于在此示出的区域的具体形状，而将包括例如由制造导致的形状偏差。例如，示出为矩形的注入区域将通常在其边缘具有倒圆或弯曲的特征和/或具有注入浓度的梯度，而不是从注入区域到非注入区域的二元变化。同样，通过注入形成的埋区会导致在埋区和通过其发生注入的表面之间的区域中的一些注入。因此，在图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状并不意图示出装置的区域的实际形状，也不意图限制示例实施例的范围。除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例实施例所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里如此明确定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域的环境中它们的意思一致的意思，而将不以理想的或者过于僵化的含义来解释它们。图1是示出根据示例实施例的晶体管的剖视图。该晶体管可以是栅极Gl在沟道层Cl之下的底栅型薄膜晶体管。参照图1，栅极Gl可以在基底SUBl上。基底SUBl可以是塑料基底和/或可用于半导体器件工艺中的其他基底，例如，玻璃基底和/或硅基底。栅极Gl可以由普通电极材料(例如，金属、导电氧化物和/或类似物)形成。覆盖栅极Gl的栅极绝缘层GIl可在基底SUBl上。栅极绝缘层GIl可包括例如氧化硅层和/或氮化硅层。 栅极绝缘层GI1可包括例如介电常数比氮化硅层的介电常数高的高k介电层。栅极绝缘层 GIl可以是单层结构或多层结构。沟道层Cl可以在栅极绝缘层GIl上。沟道层Cl可以在栅极Gl上方。沿X轴方向沟道层Cl的宽度可以比栅极Gl的宽度相对大。沟道层Cl可以是氧化物并可以是多层结构。例如，沟道层Cl可以是包括第一氧化物层(在下文中称作第一层10)和第二氧化物层(在下文中称作第二层20)的双层结构。第一层10和第二层20可以顺序地堆叠。第一层10可以比第二层20更靠近栅极G1。第一层10可以在栅极绝缘层GIl和第二层20之间。第一层10可以接触栅极绝缘层GI1，第二层20可以与栅极绝缘层GIl分开。第一层 10的厚度可以是例如大约5nm至大约50nm。第二层20的厚度可以是例如大约IOnm至大约 1OOOnm。分别接触沟道层Cl两端的源电极Sl和漏电极Dl可以在栅极绝缘层GIl上。源电极Sl和漏电极Dl可以是单层结构或多层结构。源电极Sl和漏电极Dl可以由与栅极Gl 的材料相同或相似的材料形成和/或由其他材料形成。覆盖沟道层Cl、源电极Sl和漏电极Dl的钝化层Pl可以在栅极绝缘层GIl上。钝化层Pl可以是例如氧化硅层、氮化硅层和 /或有机层，可以是例如包括这些层中的至少两层的结构。栅极Gl的厚度可以是大约50nm 至大约300nm，栅极绝缘层GIl的厚度可以是大约50nm至大约400nm，源电极Sl的厚度可以是大约IOnm至大约200nm，漏电极Dl的厚度可以是大约IOnm至大约200nm。沟道层Cl的第一层10和第二层20可以具有不同的电特性。第一层10可以是导电率为例如103S/cm或更大的导体。根据施加到栅极Gl的电压(例如，栅极电压)在第一层10中可诱生耗尽区。例如，基于栅极电压可以使第一层10耗尽。第二层20可以是导电率比第一层10的导电率小的半导体。例如，第二层20的导电率可以是大约10_8S/cm或更大。第二层20的导电率可以比大约103S/cm小。第一层10和第二层20的导电率可以与它们的载流子浓度相关。第一层10的载流子浓度可以大于或等于大约1018/cm3且小于或等于大约1021/cm3。第二层20的载流子浓度可以大于或等于大约1013/Cm3且小于大约1018/cm3。第一层10的电阻率可以是大约 10 Ω · cm或更小，第二层20的电阻率可以大于大约10 Ω · cm。第一层10的氧空位浓度可以不同于第二层20的氧空位浓度。例如，第一层10的氧空位浓度可以比第二层20的氧空位浓度高。大量的氧空位可表示存在相对少的氧离子。第一层10的氧离子浓度可以小于第二层20的氧离子浓度。第一层10可以是在无外部因素影响第一层10时导电(例如，正常导电)的导体。 外部因素可以影响第一层10且第一层10可以失去其导电性。例如，外部因素可以使第一层10的特性与绝缘体相似。例如，当将负㈠电压施加到栅极Gl时，随着第一层10的载流子(例如，电子)迁移到第二层20，第一层10可以耗尽(例如，变成耗尽区)。在负(_) 电压被施加到栅极Gl的OFF状态下，第一层10可具有绝缘特性。由于第一层10在ON状态下是导电的，所以源电极Sl和漏电极Dl之间的电流可主要通过第一层10流动。由于具有导体特性的第一层10可以通过外部因素获得绝缘体的特性，所以第一层10可以用作用于0N/0FF切换的晶体管的沟道。如果第一层10过厚，则即使在将负㈠ 电压施加到栅极Gl时也会难以在第一层10中形成耗尽区。如果第一层10过厚，则会难以在第一层10中诱生绝缘特性。第一层10可以相对薄。例如，第一层10的厚度可以是从大约5nm至大约50nm。第二层20的厚度可以是大约IOnm至大约lOOOnm。第一层10可以是与第二层20同族的氧化物(例如，金属氧化物)。第一层10和第二层20的金属组成可以相同或相似。第一层10和第二层20的金属元素浓度可以相同或相似。第一层10和第二层20可以是基于相同材料的氧化物，但是它们的电特性可以由它们的氧空位浓度(或氧离子浓度)或载流子浓度确定。当第一层10和第二层20由基于相同材料的氧化物形成时，可以使用一个溅射靶材利用原位方法来形成第一层10和第二层20，从而简化了制造工艺。例如，第一层10和第二层20可包括ZnO基氧化物和/或InO基氧化物。当第一层10和第二层20包括ZnO基氧化物时，它们可以包括第13族元素(例如，111、(^和/或 Al)、第14族元素(例如，Sn和/或Si)、第4族元素(过渡金属，例如，Zr,Hf和/或Ti)、 第2族元素(例如，Mg)、第3族元素(过渡金属，例如，Y和/或La)、第11族元素(过渡金属，例如，Cu)和其他过渡金属(例如，Ta和/或Cr)中的至少一种元素。第一层10和第二层 20 可包括例如 GalnZnO、HflnZnO、ZrlnZnO、MgInZnO, LalnZnO、AlInZnO, SiInZnO 和 / 或 CuInZnO 的 InZnO 基氧化物(ΙΖ0 基氧化物)和 / 或例如 GaZnSnO、HfZnSnO, ZrZnSnO、 MgZnSnO、LaZnSnO、AlZnSnO、SiZnSnO 和 / 或 CuZnSnO 的 ZnSnO 基氧化物(ΖΤ0 基氧化物)。 第一层10和第二层20可以包括ZnO和/或InO。沟道层Cl可以是例如具有不同电特性的第一层10和第二层20的多层氧化物层， 并且可以改善晶体管的操作特性和/或可靠性。图2是示出根据示例实施例的晶体管的剖视图。参照图2，彼此分开的源电极Sl' 和漏电极Dl'可以在栅极绝缘层GIl上。接触源电极Sl'和漏电极Dl'的沟道层Cl'可形成在源电极Sl'和漏电极Dl'之间的栅极绝缘层GIl上。源电极Sl'和漏电极Dl'可接触沟道层Cl'的下表面的两端。沟道层Cl'可包括第一层10'和第二层20'(例如， 顺序地堆叠的层)。第一层10'和第二层20'可以由与参照图1描述的第一层10和第二层20的材料相同或相似的材料形成。图2的晶体管的结构除沟道层Cl'、源电极Sl'和漏电极Dl'的位置之外可与图1的晶体管的结构相同或相似。图3是示出根据示例实施例的晶体管的剖视图。参照图3，蚀刻停止层ESl可在沟道层Cl上。沿X轴(见图1中的坐标)方向蚀刻停止层ESl的宽度可比沟道层Cl的宽度小。沟道层Cl的两端可以不被蚀刻停止层ESl覆盖。源电极Sl可以覆盖蚀刻停止层ESl 和沟道层Cl的第一端，漏电极Dl可以覆盖蚀刻停止层ESl和沟道层Cl的第二端。在用于形成源电极Sl和漏电极Dl的蚀刻工艺过程中，蚀刻停止层ESl可防止沟道层Cl被蚀刻工艺损坏和/或可以减少这样的损坏。蚀刻停止层ESl可包括例如氧化硅、氮化硅和/或有机绝缘材料。可考虑沟道层Cl的材料以及源电极Sl和漏电极Dl的材料来确定是否使用蚀刻停止层ES1。图3的晶体管的结构除蚀刻停止层ESl之外可与图1的晶体管的结构相同或相似。图4是示出根据示例实施例的晶体管的剖视图。该晶体管可以是栅极G2在沟道层C2上方的顶栅型薄膜晶体管。参照图4，沟道层C2可在基底SUB2上。沟道层C2可以是图1中的沟道层Cl的相反结构。图4中的沟道层C2可包括与图1中的第二层20对应的第二层22和与图1中的第一层10对应的第一层11。第二层22和第一层11可顺序地堆叠在基底SUB2上。第一层11可以是导体，第二层22可以是半导体。源电极S2和漏电极D2 可以在基底SUB2上以分别接触沟道层C2的两端。覆盖沟道层C2、源电极S2和漏电极D2 的栅极绝缘层GI2可在基底SUB2上。栅极G2可形成在栅极绝缘层GI2上。栅极G2可在沟道层C2上方。覆盖栅极G2的钝化层P2可形成在栅极绝缘层GI2上。图4中的基底SUB2、第一层11、第二层22、源电极S2、漏电极D2、栅极绝缘层GI2、 栅极G2和钝化层P2的材料和厚度可分别与图1中的基底SUB1、第一层10、第二层20、源电极Si、漏电极Dl、栅极绝缘层GI1、栅极Gl和钝化层Pl的材料和厚度相同或相似。图4中的第一层11和第二层22的功能可分别与图1中的第一层10和第二层20的功能相同或相似。图5是示出根据示例实施例的晶体管的剖视图。参照图5，彼此分开的源电极S2' 和漏电极D2可在基底SUB2上。接触源电极S2'和漏电极D2'的沟道层C2'可在源电极 S2'和漏电极D2'之间的基底SUB2上。源电极S2'和漏电极D2'可分别接触沟道层C2' 的下表面的两端。沟道层C2'可包括在基底SUB2上的第二层22'和第一层11'(例如， 顺序地堆叠在基底SUB2上)。第一层11'和第二层22'可以由例如与图4中的第一层11 和第二层22的材料相同的材料形成。第一层11'可以是导体，第二层22'可以是半导体。 图5的晶体管的结构除沟道层C2'、源电极S2'和漏电极D2'的位置之外可与图4的晶体管的结构相同或相似。图6A-图6D是示出根据示例实施例的制造晶体管的方法的剖视图。在图6A-图 6D中的与图1中的标号相同的标号可表示相同的元件。参照图6A，可在基底SUBl上形成栅极Gl，并可形成栅极绝缘层GIl以覆盖栅极G1。可将栅极绝缘层GIl形成为包括例如氧化硅和/或氮化硅。可将栅极绝缘层GI1形成为包括例如介电常数比氮化硅的介电常数高的高k介电材料。栅极绝缘层GIl可以是单层结构或多层结构。参照图6B，可在栅极绝缘层GIl上形成用于形成具有多层结构的沟道的氧化物薄膜。例如，可形成(例如，顺序地形成)第一氧化物层(在下文中称作第一层10)和第二氧化物层(在下文中称作第二层20)。例如，可使用物理气相沉积(PVD)方法(例如，溅射方法和/或蒸镀方法)来沉积第一层10和第二层20。第一层10和第二层20可由基于同族 (材料)的氧化物(例如，金属氧化物)形成。第一层10和第二层20的金属组成可相同。第一层10和第二层20的金属元素浓度可相同或相似。例如，第一层10和第二层20可以由ZnO基氧化物和/或InO基氧化物形成。当第一层10和第二层20由ZnO基氧化物形成时，ZnO基氧化物可包括例如第13族元素(例如，In、( 和/或Al)、第14族元素(例如， Sn和/或Si)、第4族元素(过渡金属，例如，Zr、Hf和/或Ti)、第2族元素(例如，Mg)、第 3族元素(过渡金属，例如，Y和/或La)、第11族元素(过渡金属，例如，Cu)和其他过渡金属(例如，Ta和/或Cr)中的至少一种元素。第一层10和第二层20可包括例如feJnaiO、 ΗΠηΖηΟ、ZrlnZnO、MgInZnO, LalnZnO、AlInZnO, SiInZnO 和 / 或 CuInZnO 的 InZnO 基氧化物(ΙΖ0 基氧化物)和 / 或例如 GaZnSnO、HfZnSnO, ZrZnSnO、MgZnSnO, LaZnSnO, AlZnSnO、 SiZnSnO和/或CuSiSnO的SiSnO基氧化物(ΖΤ0基氧化物)。第一层10和第二层20可包括ZnO和/或h0。当第一层10和第二层20由基于相同材料的氧化物形成时，可以以不同的氧分压来形成它们。可以以第一氧分压来形成第一层10，可以以比第一氧分压大的第二氧分压来形成第二层20。当形成第一层10和第二层20时，可以使用包括O2和Ar的反应气体。在这种情况下，可以通过改变A气体和Ar气体的流量比来调整氧分压。可以在O2与Ar的流量比(O2Ar)大于0且小于0. 1的条件下形成第一层10。可以在O2与Ar的流量比(02/Ar) 为0. 1或更大的条件下形成第二层20。通过以不同的氧分压来形成第一层10和第二层20，可将第一层10和第二层20形成为具有不同的电特性。根据上述方法，可将第一层10形成为导电率为大约103S/cm或更大的导电体。可将第二层20形成为导电率比第一层10的导电率小的半导体。例如，第二层20的导电率可大于或等于大约10_8S/Cm并小于大约l(fS/cm。第一层10的载流子浓度可以大于或等于大约1018/cm3且小于或等于大约IO21/ cm3。第二层20的载流子浓度可以大于或等于大约1013/Cm3且小于大约1018/cm3。第一层 10的电阻率可以是大约10 Ω · cm或更小，第二层20的电阻率可以大于大约10 Ω · cm.第一层10的氧空位浓度可以不同于第二层20的氧空位浓度。例如，第一层10的氧空位浓度可以比第二层20的氧空位浓度高。第一层10的氧离子浓度可以小于第二层20的氧离子浓度。可将第一层10形成为厚度为大约5nm至大约50nm。可将第二层20形成为厚度为大约IOnm至大约lOOOnrn。当第一层10和第二层20由基于相同材料的氧化物形成时，可以通过对工艺条件区别化来使用一个溅射靶材利用原位方法形成第一层10和第二层20。可以简化制造工艺。 使用根据示例实施例的方法，可以有助于晶体管的批量生产，并可以制造具有大的表面面积的晶体管。例如，可以以不同的氧分压形成第一层10和第二层20。例如，可以通过改变室压强和/或源功率来形成具有不同性质的第一层10和第二层20。在改变室压强和/或源功率的同时，可以以变化的氧分压或以固定的氧分压形成第一层10和第二层20。第一层 10和第二层20可由基于相同的材料的氧化物形成。第一层10和第二层20可以由基于不同的材料的氧化物形成。参照图6C，可通过图案化第一层10和第二层20来形成沟道层Cl。图案化的第一层10可与图1中的第一层10相同或相似，图案化的第二层20可与图1中的第二层20相同或相似。参照图6D，可以在栅极绝缘层GIl上形成分别接触沟道层Cl两端并暴露沟道层 Cl的上表面的一部分的源电极Sl和漏电极D1。源电极Sl和漏电极Dl可以是单层结构或多层结构。可以利用含氧的等离子体处理沟道层Cl的未被源电极Sl和漏电极Dl覆盖的
暴露部分。可在基底SUBl上形成覆盖沟道层Cl的暴露部分、源电极Sl和漏电极Dl的钝化层P1。钝化层Pi可以是氧化硅层、氮化硅层和/或有机层，例如，钝化层Pi可以是包括这些层中的至少两层的结构。可以对如上所述形成的晶体管进行热退火。可以通过图6A-图 6D中示出的方法的变型示例来形成具有图2和图3的结构的晶体管。本领域的普通技术人员利用在图6A-图6D中示出的方法的知识将了解如何制造具有图2和图3的结构的晶体管，因此将省略对它们的描述。图7A-图7D是示出根据示例实施例的制造晶体管的方法的剖视图。在图7A-图 7D中的与图4中的标号相同的标号可表示相同的元件。参照图7A，可在基底SUB2上形成用于形成具有多层结构的沟道的氧化物薄膜。例如，可顺序地形成第二氧化物层(在下文中称作第二层2 和第一氧化物层(在下文中称作第一层11)。第一层11和第二层22可以与图6B中的第一层10和第二层20相同或相似。第一层11和第二层22的材料、制造方法和厚度可与图6B中的第一层10和第二层20的材料、制造方法和厚度相同或相似。可通过图案化第一层11和第二层22来形成如图7B中所示的沟道层C2。沟道层 C2可具有图6C中的沟道层Cl的相反结构。参照图7C，可在基底SUB2上形成分别接触沟道层C2的两端的源电极S2和漏电极D2。可使用例如含氧的等离子体来处理沟道层C2的未被源电极S2和漏电极D2覆盖的暴露部分。可在基底SUB2上形成覆盖沟道层C2的暴露部分、源电极52和漏电极D2的栅极绝缘层GI2。栅极绝缘层GI2可以由与图6A中的栅极绝缘层GIl的材料相同或相似的材料形成。可将栅极绝缘层GI2形成为与图6A中的栅极绝缘层GIl的结构相同或相似的结构。可将栅极绝缘层GI2形成为图6A中的栅极绝缘层 GIl的相反结构。参照图7D，可在栅极绝缘层GI2上形成栅极G2。栅极G2可在沟道层C2的上方。 可在栅极绝缘层GI2上形成钝化层P2以覆盖栅极G2。钝化层P2可由与图6D中的钝化层 Pl相同或相似的材料形成，并可将钝化层P2形成为与图6D中的钝化层Pl相同或相似的堆叠结构。可以对如上所述形成的晶体管进行热退火。可对图7A-图7D中示出的制造方法进行变型来形成具有图5的结构的晶体管。本领域的普通技术人员利用在图7A-图7D中示出的方法的知识将了解如何制造具有图5的结构的晶体管，因此将省略对它们的描述。图8是示出与在氧化物层的沉积过程中02/Ar流量比有关的氧化物层的电特性的变化的曲线图。在根据示例实施例的制造晶体管的方法中，氧化物层可以用于形成沟道。氧化物层可以是HflnaiO。参照图8，随着02/Ar流量比增大，氧化物层载流子浓度会减小，并且氧化物层的电阻率会增大。当02/Ar流量比小于大约0. 1时，会形成具有导体特性的氧化物层。当02/Ar流量比为大约0.1或更大时，会形成具有半导体特性的氧化物层。参照图 6B和图7A，可以以大于0并小于大约0. 1的02/Ar流量比形成第一层10和11，可以以大约 0. 1或更大的02/Ar流量比来形成第二层20和22。图9是示出对于使用根据示例实施例的制造晶体管的方法形成的沟道层而言，与沟道层内的深度有关的沟道层的氧浓度的变化的曲线图。沟道层可以由HfInZnO形成。在图9中，区域A可与半导体区域(例如，图1中的第二层20)对应，区域B可与导体区域(例如，图1中的第一层10)对应。在图9中，X轴可表示以秒(s)计的获取时间。获取时间越
1长，所测得的沟道层的深度越大。参照图9，区域B即导体区域的氧浓度可以比区域A即半导体区域的氧浓度相对低。氧浓度的差异可以是产生区域A(例如，图1中的第二层20)和区域B(例如，图1中的第一层10)的电特性差异的因素之一。图10-图12是示出根据示例实施例和对比示例的晶体管的栅极电压(Ves)-漏极电流(Ids)特性的曲线图。根据示例实施例的晶体管的结构可以是图3的结构并可以包括双层沟道。根据对比示例的晶体管的结构可以与图3的结构相似并可包括单层沟道。用于这两种晶体管的沟道层的材料可以是HflnZnO。沟道层的特性(载流子浓度)、厚度和形成条件(02/Ar流量比)可在下面的表1中被示出。[表1]
权利要求
1.一种晶体管，所述晶体管包括沟道层，包括第一层和第二层，第一层被构造为根据电压偏置在正常导电状态和耗尽状态之间切换，第二层的导电率小于第一层在正常导电状态下的导电率，沟道层包括氧化物；源极和漏极，源极和漏极在沟道层上； 栅极，在沟道层上；栅极绝缘层，栅极绝缘层在第一层和栅极之间，第一层在第二层和栅极绝缘层之间。
2.如权利要求1所述的晶体管，其中，第一层的氧空位浓度比第二层的氧空位浓度高。
3.如权利要求1所述的晶体管，其中，第一层在正常导电状态下的导电率大于或等于 lOVcnio
4.如权利要求1所述的晶体管，其中，第二层的导电率大于或等于10_8S/Cm并小于 lOVcnio
5.如权利要求1所述的晶体管，其中，第一层的载流子浓度大于或等于1018/cm3并小于或等于1021/cm3。
6.如权利要求1所述的晶体管，其中，第二层的载流子浓度大于或等于1013/Cm3并小于1 a18 / 3 10 /cm。
7.如权利要求1所述的晶体管，其中，第一层的厚度是5nm至50nm。
8.如权利要求1所述的晶体管，其中，第一层和第二层包括相同的金属组成。
9.如权利要求1所述的晶体管，其中，第一层的金属浓度与第二层的金属浓度相同。
10.如权利要求1所述的晶体管，其中，沟道层的所述氧化物是ZnO基氧化物和InO基氧化物中的至少一种。
11.如权利要求1所述的晶体管，其中，栅极是底栅极。
12.如权利要求11所述的晶体管，所述晶体管还包括在沟道层上的蚀刻停止层。
13.如权利要求1所述的晶体管，其中，栅极是顶栅极。
14.如权利要求1所述的晶体管，其中，第一层在耗尽状态下是绝缘的。
15.一种平板显示器，所述平板显示器包括如权利要求1所述的晶体管。
16.一种制造晶体管的方法，所述方法包括以下步骤 形成栅极；通过形成与栅极对应的第一层和第二层来形成包括氧化物的沟道层，第一层被形成为能够根据电压偏置在导电状态和耗尽状态之间切换，第二层被形成为具有比第一层在导电状态下的导电率低的导电率；形成在栅极和第一层之间的栅极绝缘层； 形成在沟道层上的源极和漏极。
17.如权利要求16所述的方法，其中，形成沟道层的步骤包括以第一氧分压形成第一层和以比第一氧分压大的第二氧分压形成第二层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，形成沟道层的步骤包括使用包括O2和Ar的反应气体来以大于0且小于0. 1的O2与Ar的流量比形成第一层和以大于或等于0. 1的O2与 Ar的流量比形成第二层。
19.如权利要求16所述的方法，其中，形成沟道层的步骤包括使用原位工艺形成第一层禾口第一层。
20.如权利要求19所述的方法，其中，使用原位工艺形成第一层和第二层的步骤包括仅改变氧分压、室压强和源功率中一种或多种。
21.如权利要求16所述的方法，其中，形成沟道层的步骤包括形成氧空位浓度比第二层的氧空位浓度高的第一层。
22.如权利要求16所述的方法，其中，形成沟道层的步骤包括形成第一层，使得第一层在导电状态下的导电率大于或等于103S/cm。
23.如权利要求16所述的方法，其中，形成沟道层的步骤包括形成第二层，使得第二层的导电率大于或等于10_8S/cm并小于103S/cm。
24.如权利要求16所述的方法，其中，形成沟道层的步骤包括将第一层形成为5nm至 50nm的厚度。
25.如权利要求16所述的方法，其中，沟道层包括ZnO基氧化物和InO基氧化物中的至少一种。
26.如权利要求16所述的方法，其中，形成栅极的步骤包括将栅极形成为底栅极或顶栅极。
全文摘要
本发明提供了晶体管、制造所述晶体管的方法及包括所述晶体管的平板显示器。所述晶体管可以包括具有多层结构的氧化物沟道层。沟道层可包括从栅极绝缘层顺序地布置的第一层和第二层。第一层可以是导体，第二层可以是导电率比第一层的导电率低的半导体。第一层可根据栅极电压条件变成耗尽区。
文档编号H01L29/36GK102347368SQ20111011550
公开日2012年2月8日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年7月30日
发明者孙暻锡, 孟完柱, 朴敬培, 朴晙皙, 李光熙, 李相润, 柳明官, 金亿洙, 金兑相, 金炫奭 申请人:三星电子株式会社