金属硫族化物薄膜及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，更为详细地涉及一种能够利用低温气相沉积法在塑料材质的衬底上形成金属硫族化物薄膜的金属硫族化物薄膜的制造方法。
【背景技术】
[0002]通常，作为半导体材料有非晶硅(a-Si)、多晶硅(LPTS)及氧化物半导体(IGZO)等，该半导体材料使用于形成在LCD TV(液晶电视)等的显示器上的薄膜晶体管。
[0003]所述非晶硅由于制造可靠性相对较高，从而最为普遍使用，但由于较低的电荷移动度而具有不适于高性能显示器的缺点。
[0004]此外，所述多晶硅虽然具有优异的半导体性能，但是具有较高的制造成本及难以用于较高程度的弯曲中的问题。
[0005]此外，氧化物半导体虽然具有制造成本较低的优点，但是具有与多晶硅相比性能和制造可靠性较低的问题。
[0006]为了克服如上所述的问题，提出有一种利用金属硫族化物薄膜的技术，该技术利用硫族化物物质所具有的提供宽的带隙特性及短波长光放射的潜在特性。
[0007]所述金属硫族化物物质为包括硫族元素及通常一种或一种以上的其他元素的物质，该其他元素起到改变电性或结构特性的作用。
[0008]在所述金属硫族化物薄膜中，将二硫化钼(MoS2)作为代表性的示例来进行说明。
[0009]所述二硫化钼(MoS2)具有以块体(bulk)状态为基准1.2eV的間接带隙(indirectband-gap)，因此显示与结晶质娃相似的电特性，并且已证明在1nm程度的厚度下也具有lOOcmVVs左右的电荷移动度，而且具有能够保证用于开关的充分的开/关比(οη/ο??rat1)的优点。
[0010]此外，所述二硫化钼(MoS2)与其他物质相比厚度非常薄(1nm以下)，发挥优异的物性，所以具有优异的透明度(在5nm中为80%左右)及较高的柔软性。
[0011]所述二硫化钼(MoS2)具有与目前开发的其他材料相比更为优异的物性，因此具有能够在TV等中与石墨烯一起应用的优点。
[0012]关于所述二硫化钼(MoS2)薄膜的形成方法，以往主要使用在涂敷有氧化硅的硅衬底(S12或Si)上利用化学气相沉积(CVD,Chemical Vapor Deposit1n)法(热分解)，对硫磺进行分解并在600°C以上的高温条件下形成二硫化钼薄膜的方法。
[0013]这种合成方法由于在高温中进行，因此几乎不可能在玻璃或塑料衬底上直接合成，必须经过转印工序才能在具有较低熔点的玻璃或塑料衬底上制造元件。
[0014]然而，当经过转印工序时，具有薄膜被撕裂或质量急剧下降并且工艺成本上升的冋题。
【发明内容】
[0015]本发明是为了解决所述的以往的问题而提出的，其目的是提供一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，该金属硫族化物薄膜及其制造方法能够利用低温气相沉积法(PECVD)在具有较低的熔点的塑料等衬底上以原位(in-situ)方式直接形成金属硫族化物薄膜。
[0016]此外，提供一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，该金属硫族化物薄膜及其制造方法由于金属硫族化物薄膜在形成之后立即成为结晶，因此无需额外的干燥工序。
[0017]此外，提供一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，该金属硫族化物薄膜及其制造方法由于在衬底上直接形成金属硫族化物薄膜，因此不经过转印工序也能够形成薄膜。
[0018]此外，提供一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，该金属硫族化物薄膜及其制造方法由于在衬底上直接形成金属硫族化物薄膜，因此能够使电性/物理特性最大化，并且能够保证较高的均匀度及可靠性。
[0019]上述目的可通过本发明的金属硫族化物薄膜的制造方法来实现。该方法的特征在于，包括:金属层的形成步骤，在衬底上形成金属层；及金属硫族化物薄膜的形成步骤；向低温气相沉积用腔室内投入所述衬底，并向所述腔室内注入含硫族原子气体和氩气后，形成等离子体，并使通过所述等离子体分解的硫族原子与构成所述金属层的金属原子进行化学结合而形成金属硫族化物薄膜。
[0020]在此，优选进一步包括氧化膜的去除步骤，向腔室投入所述衬底后，在所述薄膜的形成步骤之前向所述腔室内注入等离子体状态的氢，从而去除在所述衬底的表面上形成的氧化膜。
[0021]此外，优选进一步包括杂质的去除步骤，在所述氧化膜的去除步骤之前在一定的时间内进一步注入氩气，从而去除在所述腔室内部的空气中的杂质。
[0022]此外，所述金属硫族化物薄膜优选为由至少一个层构成的板状结构。
[0023]此外，形成所述金属硫族化物薄膜的各层优选可以各自剥离。
[0024]此外，各层的厚度优选可通过投入于所述腔室内部的所述含硫族原子气体的流量调节或所述腔室内部的温度控制或所述金属层的厚度来调节。
[0025]此外，所述腔室的内部温度优选为50°C?700 °C。
[0026]此外，所述腔室的内部温度优选为100 °C?500 °C。
[0027]此外，所述金属层优选利用派射法、电子束沉积(E-beam evaporator)法、热沉积(thermal evaporat1n)法、离子团簇束(1n cluster beam)及脉冲激光沉积(pulsedlaser deposit1n ；PLD)法中的至少一种方法来形成。
[0028]此外，优选通过湿式或干式工序氧化所述衬底后形成所述金属层。
[0029]此外，优选所述金属硫族化物薄膜为MaXb，所述M为Mo、W、B1、Mg、Al、S1、Ca、Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、La、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb 或 Po，所述 X 为 S、Se 或 Te，所述 a 和 b 为 I ?3的整数。
[0030]此外，所述金属层优选为Mo、W、B1、Mg、Al、S1、Ca、Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、La、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb或Po中的至少一种。
[0031]此外，所述含硫族原子气体优选为32、362、162、％3、436或!1^中的至少一种。
[0032]此外，所述衬底优选为S1、Si02、Ge、GaN、AIN、GaP、InP、GaAs、SiC、A1203、LiA103、MgO、玻璃、石英、蓝宝石、石墨或石墨烯中的至少一种。
[0033]通过本发明，提供一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，该金属硫族化物薄膜及其制造方法能够利用低温气相沉积法(PECVD)在具有较低的熔点的塑料等的衬底上以原位(in-situ)方式直接形成金属硫族化物薄膜。
[0034]此外，提供一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，该金属硫族化物薄膜及其制造方法由于金属硫族化物薄膜在形成之后立即成为结晶，因此无需额外的干燥工序。
[0035]此外，提供一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，该金属硫族化物薄膜及其制造方法由于在衬底上直接形成金属硫族化物薄膜，因此不经过转印工序也能够形成薄膜。
[0036]此外，提供一种金属硫族化物薄膜及其制造方法，该金属硫族化物薄膜及其制造方法由于在衬底上直接形成金属硫族化物薄膜，因此能够使电性/物理特性最大化，并且能够保证较高的均匀度及可靠性。
【附图说明】
[0037]图1为本发明的金属硫族化物薄膜的制造方法的顺序图，
[0038]图2为本发明的一实施例的二硫化钼薄膜的制造方法的顺序图，
[0039]图3?图5为根据图2中各顺序的制造工序图，
[0040]图6 为参考拉曼数据(Reference Raman data)，
[0041]图7为本实验例I的拉曼数据(Raman data)，
[0042]图8为本实验例2的拉曼数据(Raman data)。
[0043]附图标记说明
[0044]10:衬底
[0045]11:母材
[0046]12:氧化硅层
[0047]20:钼层
[0048]30:二硫化钼薄膜