专利名称：薄膜场效应晶体管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜场效应晶体管及其制备方法。更具体而言，本
发明涉及包含作为源极和漏极的含有Si、 Mo和W中的一种以上元素的氧化 锌(ZnO系列)电极的薄膜场效应晶体管及其制备方法。本申请要求在2007年4月25日向韩国知识产权局提交的韩国专利 申请第10-2007-0040313号的优先权，其公开的内容在此全部引入作为参考。
背景技术：
—般而言，薄膜场效应晶体管包括源极、漏极、栅极、半导体层、 绝缘层和基板。 一种制备已知的透明薄膜场效应晶体管的方法包括如下步骤通过 使用槽型材料(channel material)(例如ZnO、 ZnO : Al、 InZnO、 ZnO : Sn、 ZnO : Ga : In)在ITO或IZO的栅极上形成半导体层；以及沉积槽型材料或电极材料 形成源极/漏极。然而，在制备薄膜场效应晶体管的方法中，所述材料很容易 在用于刻蚀工序中的湿法刻蚀过程中被刻蚀，而且特别地，具有无定形构型 的IZO以更大的刻蚀量被刻蚀。因此，在当IZO用作源极/漏极的情况下， 在用于制备薄膜场效应晶体管的刻蚀工序中，由于在湿法刻蚀中几乎不存在 电极和半导体层沟槽(semiconductor layer channel)的刻蚀选择性，可能出现许 多问题。因此，薄膜场效应晶体管主要是通过剥离法制备。然而，剥离法具有严重的问题，例如两次光学加工(two photoprocesses) 导致的悬突结构(overhang structure)、由于在光刻胶的存在的状态下的沉积过
5程导致产生杂质，以及由于额外的光学加工导致生产成本提高。因此，该方 法为非常不合意的方法，因而不能用于制备薄膜场效应晶体管工序中。除了制备薄膜场效应晶体管的常见方法外，还有在半导体层上额外 沉积SiN沟槽保护层的方法。然而，其存在的问题在于，由于额外使用沟槽 光掩膜导致薄膜场效应晶体管的生产成本增加。此外，还有在刻蚀源极/漏极 的刻蚀工序中根据刻蚀量仅控制刻蚀时间而不控制刻蚀选择性的方法。然而， 在这种方法中，由于不存在刻蚀选择性，存在的问题在于非常难于控制刻蚀。 因此，其不是制备薄膜场效应晶体管的合意的方法。
发明内容
技术问题本发明是在留意了在相关领域出现的问题的情况下完成的，那么， 本发明的发明人作出本发明的目的在于提供一种薄膜场效应晶体管及其制备 方法，其中，半导体层的槽型材料与源极和漏极可以被选择性地刻蚀。
技术方案本发明提供了制备薄膜场效应晶体管的方法，其包括如下步骤l)在 基板上形成栅极；2)在所述基板和栅极上形成绝缘层；3)在所述绝缘层上 形成半导体层；和4)通过使用含有Si、 Mo和W中的一种以上元素的氧化 锌电极材料形成源极和漏极，从而与所述半导体层连接。此外，本发明提供了包括基板、栅极、绝缘层、半导体层、源极和 漏极的薄膜场效应晶体管。所述源极和漏极为含有Si、 Mo和W中的一种以 上元素的氧化锌电极。
有益效果在本发明中，由于含有Si、 Mo和W中的一种以上元素的氧化锌电 极用作源极和漏极，所以半导体层的槽型材料与源极和漏极可以被选择性地刻蚀。因此，可以简化薄膜场效应晶体管的制备方法，并且可以保证薄膜场 效应晶体管的可靠性。
图1为示意地说明根据本发明的一个实施方式的薄膜场效应晶体管
的剖面图；图2为说明己知的剥离法制备薄膜场效应晶体管的工序图； [13]图3为说明根据本发明的一个实施方式制备薄膜场效应晶体管的工 序图；图4为依照根据本发明的一个实施方式的薄膜场效应晶体管的源极 和漏极的厚度的透过特性图；以及图5为依照根据本发明的一个实施方式的薄膜场效应晶体管的源极 和漏极的厚度的面内电阻图。<附图标记> 10:基板 20:栅极 30:绝缘层 40:半导体层 50:源极 60:漏极
具体实施例方式在下文中将详细描述本发明。根据本发明的制备薄膜场效应晶体管的方法包括l)在基板上形成 栅极；2)在基板和栅极上形成绝缘层；3)在绝缘层上形成半导体层；和4)通过使用含有Si、 MO和W中的一种以上元素的氧化锌电极材料形成源极和漏 极，从而与半导体层连接。在根据本发明的制备薄膜场效应晶体管的方法中，在基板上形成栅 极的步骤l)中，所述基板可以由能够符合薄膜场效应晶体管的热力学和机械 性能要求的玻璃、半导体晶片、金属氧化物、陶瓷材料和塑料制备。特别地， 所述基板优选由玻璃或塑料制备，但是基板的材料并不限于此。通过如下方法可以实施在基板上形成栅极的步骤1):使用导电材料
在基板上形成导电材料层并使导电材料层图形化以形成电极图形。此外，可 以通过使用包括直接在基板上印刷导电材料而进行图形化的方法来实施在基 板上形成栅极的步骤1)。在步骤l)的在基板上形成栅极的过程中的导电材料的实例可以包 括碳、铝、钒、铬、铜、锌、银、金、镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、 钆、锡、铅、类金属(similar metal)及其合金；p-或n-掺杂的硅；氧化锌、氧 化铟、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌、类氧化锡(similar tin oxide)和基于氧化锡 铟的复合氧化物(tin oxide indium-based complex compounds);氧化物和金属的 混合物，例如ZnO:Al、SnO:Sb;和导电聚合物，例如聚(3-甲基噻吩)、聚[3，4-(亚 乙基-l，2-二氧)噻吩]、聚吡咯和聚苯胺，但是并不限于此。 [28]在步骤l)的在基板上形成栅极的过程中，在形成导电材料层的步骤 中，可以使用选自化学气相沉积法(CVD)、等离子体增强化学气相沉积法 (PECVD)、溅射法、电子束蒸发法(e-beam evaporation),热蒸镀法、激光分 子束外延法(laser molecular beam epitaxy (L-MBE))、脉冲激光沉积法(PLD)禾口 原子层沉积法中的方法。形成导电材料层的方法 不限于此，而是本领域内 已知的任意一种形成导电材料层的方法都可以使用。[29]在步骤l)的在基板上形成栅极的过程中，在形成电极图形的步骤 中，可以使用光刻法、胶版印刷法、丝网印刷法、喷墨印刷法和使用荫罩的 方法。在步骤l)的在基板上形成栅极的过程中，栅极的厚度优选在50 400nm的范围内，并且更优选为200nm。在根据本发明制备薄膜场效应晶体管的方法中，在形成绝缘层的步
骤2)中的绝缘层材料的实例包括塑料绝缘体，例如，氧化硅、氮化硅；聚酰
亚胺、聚(2-乙烯基吡啶)、聚(4-乙烯基苯酚)、聚甲基丙烯酸甲酯，但并不限 于此。在步骤2)的形成绝缘层的过程中，可以使用选自化学气相沉积法 (CVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、溅射法、电子束蒸发法、 热蒸镀法、激光分子束外延法(L-MBE))、脉冲激光沉积法(PLD)和原子层沉 积法中的方法。形成绝缘层的方法并不限于此，而是本领域内已知的任意一 种形成绝缘层的方法都可以使用。在步骤2)的形成绝缘层的过程中，绝缘层的厚度优选在100 ~ 500 nm的范围内，并且更优选为300nm。在根据本发明制备薄膜场效应晶体管的方法中，在形成半导体层的 步骤3)中，所述半导体层包含ZnO，并且可以通过使用包含In、 Ga、 Sn和 Al中的一种以上的元素的复合氧化物来形成。在栅极绝缘膜(gate insulating film)上的半导体层可以由复合氧化物 组成，例如，ZTO(氧化锌锡)、IGZO (氧化铟镓锌(Indium Gallium Zinc Oxide))、 ZAO(氧化锌铝)、IZO(氧化铟锌)和ZnO(氧化锌)，并且优选地，Zn:Sn的 摩尔比为1 : 1或2 : l，Zn :A1的摩尔比为1 : 1或2 : l，Zn :In的摩尔比为1 : 1或2 : 1 ， Zn : In : Ga的摩尔比为1 : 1 :1或2 : 1 : 1 。[35]在步骤3)的形成半导体层的过程中，通过使用溅射法、化学气相沉
积法(CVD)、原子层沉积法、脉冲激光沉积法(PLD)、激光分子束外延法 (L-MBE)、电子束蒸发法(e- beam evaporation)或离子束蒸镀法可以形成半导体层。在步骤3)的形成半导体层的过程中，所述半导体层的厚度优选在10 200nm，并且更优选在10 ~ 100 nm的范围内。在根据本发明制备薄膜场效应晶体管的方法中，可以使用如下的方 法实施形成源极和漏极的步骤4)，该方法包括使用含有Si、 Mo和W中的 一种以上的元素的氧化锌电极材料在绝缘层和半导体层上形成导电材料层， 从而使得绝缘层和半导体层被覆盖，并使导电材料层图形化以形成电极图 形。此外，形成源极和漏极的步骤4)也可以通过以下方法实施，该方法包 括在绝缘层和半导体层上直接印刷含有Si、 Mo和W中的一种以上的元素 的氧化锌电极以进行图形化。在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，所述源极和漏极可以以ISZO (氧化铟硅锌)、IMZO(氧化铟钼锌)或ITZO (氧化铟钨锌)的氧化物的形式沉 积。合意的含量如下In203/ZnO/SiO(l:l:lmol%)、 In203/ZnO/Mo03(l : 1 : 1 moP/。)和In203/ZnO/W03(l :1:1 mol%)。更优选地，SiO、 Mo03或W03的含 量为1 molQ/。以下。在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，在形成电极的过程中，可以 使用选自化学气相沉积法(CVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、 溅射法、电子束蒸发法、热蒸镀法、激光分子束外延法(L-MBE)、脉冲激光 沉积法(PLD)和原子层沉积法中的方法。形成电极的方法并不限于此，而是 本领域内已知的任意一种形成电极的方法都可以使用。[41]在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，在形成电极图形的步骤中， 可以使用光刻法、荫罩法、胶版印刷法、丝网印刷法、喷墨印刷法等，但并 不限于此。在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，重要的是确保源极和漏极中 的电极的导电性。优选地，所述源极和漏极的比电阻范围为0 10'3欧姆-厘 米，但并不限于此。可以控制Si、 Mo或W的含量使得源极和漏极具有合适 的比电阻。在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，所述源极和漏极各自的厚度 优选在50~400nm的范围内，并且更优选地为200 nm。此外，本发明提供了制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，在步骤 4)的形成源极和漏极的过程中实施刻蚀工艺，并且该刻蚀工艺是使用含氟气 体的干法刻蚀工艺。通过使用本领域中已知的常用的方法可实施干法刻蚀工艺。在干法刻蚀工艺中，可以使用含氟气体刻蚀Si、 Mo和W，并刻蚀 包含Si、 Mo或W的氧化锌源极和漏极。因此，可以选择性地刻蚀半导体层 的槽型材料与源极和漏极。可以实施选择性地刻蚀是基于含氟气体中的氟容 易不稳定地键连(volatilebonded)到Si、 W或Mo上而容易刻蚀它们，却容易 稳定的键连到Zn上，因而不容易刻蚀它们。含氟气体的优选的实例包括CF4、 NF3、 SF6等，但并不限于此。在干法刻蚀的具体的实施方式中，在ICP(电感耦合等离子体)功率 为400W、偏置功率(bias power)为20 W、 CF4为45 sccm、 02为5 sccm以及 处理压力为5 mTorr的刻蚀条件下实施干法刻蚀。此外，本发明提供了包括基板；栅极；绝缘层；半导体层；源极； 和漏极的薄膜场效应晶体管。所述源极和漏极为含有Si、 Mo和W中的一种 以上的氧化锌电极。
11[50]如在制备薄膜场效应晶体管的方法中所述，所述含有Si、 Mo和W
中一种以上元素的氧化锌电极可以以ISZO (氧化铟硅锌)、IMZO(氧化铟钼锌) 或ITZO(氧化铟钨锌)的氧化物的形式沉积。合意的含量如下In203/ZnO/SiO (1:1:1 mol%) 、 In203/ZnO/Mo03( 1:1:1 molo/o)禾卩In203/ZnO/W03( 1:1:1 mol%)。 更优选地，SiO、 Mo03或W03的含量为lmoP/。以下，但是并不限于此。在根据本发明的薄膜场效应晶体管中，由于含有Si、 Mo和W中一 种以上元素的氧化锌电极被用作源极和漏极，所以半导体层的槽型材料与源 极和漏极可以被选择性地刻蚀。因此，可以提高薄膜场效应晶体管的可靠性。
实施例根据如下的实施例可以更好的理解本发明，这里列出的实施例是用 来说明的，而不能解释为限制本发明。根据本发明的一个实施方式制备薄膜场效应晶体管的方法包括1) 在基板10上形成栅极20; 2)在栅极20上形成绝缘层30; 3)在绝缘层30 上形成半导体层40;和4)通过使用含有Si、 Mo和W中一种以上元素的氧 化锌电极材料形成源极50和漏极60，从而与半导体层40相连。 <实施例>在步骤l)中，使用溅射法在玻璃基板10上沉积氧化铟锡(ITO)之 后，使用光刻法进行图形化以形成多个栅布线(gate wire)和栅极20。在步骤2)中，在玻璃基板10的上表面上形成绝缘层30，其中，在 基板10上通过使用溅射法己形成栅布线以及使用PECVD法已形成栅极20。 在这种情况下，所述栅极绝缘层30由SiNx形成。在步骤3)中，通过溅射法使用IZO形成半导体层40。在步骤4)中，在使用溅射法将含有Si的ZnO层沉积在半导体层40 的上表面和绝缘层30的上表面上之后，使用光刻法进行图形化以形成与栅布 线交叉的数据布线(data wire)，并形成源极50和漏极60。[59]根据本发明的实施方式的薄膜场效应晶体管的源极和漏极随厚度 变化的透过特性和面内电阻特性如图4和图5所示。图4说明了根据薄膜场效应晶体管的源极和漏极的厚度变化的透过 特性，其中在可见光范围内得到80%以上的透明度，并且随着厚度的增加， 透过性降低。图5说明了根据薄膜场效应晶体管的源极和漏极的厚度变化的面内 电阻特性，其中，当使用根据本发明的源极和漏极时，在电阻方面没有问题。
权利要求
1、一种制备薄膜场效应晶体管的方法，该方法包括如下步骤1)在基板上形成栅极；2)在所述基板和栅极上形成绝缘层；3)在所述绝缘层上形成半导体层；和4)使用含有Si、Mo和W中的一种以上元素的氧化锌电极材料形成源极和漏极，从而与所述半导体层连接。
2、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，使用如下的方法实施形成源极和漏极的所述步骤4):使用含有Si、 Mo和W中的一种以上的元素的氧化锌电极材料在绝缘层和半导体层上形成导电材料层，从而使得绝缘层和半导体层被覆盖，并使导电材料层图形化以形成电极图形的方法；或者，在绝缘层和半导体层上直接印刷含有Si、 Mo和W中的一种以上的元素的氧化锌电极以进行图形化的方法。
3、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，所述含有Si、 Mo和W中的一种以上的元素的氧化锌电极是通过沉积氧化物形式的ISZO(氧化铟硅锌)、IMZO(氧化铟钼锌)或ITZO (氧化铟钨锌)形成的。
4、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，所述含有Si、 Mo和W中的一种以上的元素的氧化锌电极包含In2(VZnO/SiO (1 : 1 : lmol%)、 In203/ZnO/Mo03(l :1:1molo/o)和In203/ZnO/W03(l :1:1 mol%)。
5、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，所述源极和漏极各自的比电阻均大于0，且为10—3欧姆，厘米以下。
6、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，在步骤4)的形成源极和漏极的过程中实施刻蚀工艺，并且该刻蚀工艺为使用含氟气体的干法刻蚀。
7、 根据权利要求6所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，所述含氟气体为CF4、 NF3或SF6。
8、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，在步骤4)的形成源极和漏极的过程中，所述源极和漏极各自的厚度均在50 ~ 400 nm的范围内。
9、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，步骤l)的在基板上形成栅极过程中，所述基板选自玻璃、半导体晶片、金属氧化物、陶瓷材料和塑料中。
10、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，通过使用如下方法实施在基板上形成栅极的步骤1》使用导电材料在基板上形成导电材料层并使导电材料层图形化以形成电极图形的方法；或者，在基板上直接印刷导电材料以进行图形化的方法。
11、 根据权利要求1所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，通过使用包含ZnO和In、 Ga、 Sn和Al中的一种以上的元素的复合氧化物来实施形成半导体层的步骤3)。
12、 根据权利要求ll所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，在步骤3)的形成半导体层的过程中，所述复合氧化物选自ZTO(氧化锌锡)、IGZO(氧化铟镓锌)、ZAO(氧化锌铝)、IZO(氧化铟锌)和ZnO(氧化锌)中。
13、 根据权利要求ll所述的制备薄膜场效应晶体管的方法，其中，在步骤3)的形成半导体层的过程中，在所述复合氧化物中，Zn:Sn的摩尔比为1 :1或2:1， Zn: Al的摩尔比为1 : 1或2 : 1， Zn : In的摩尔比为1 : 1或2 : 1或者Zn :In: Ga的摩尔比为1 : 1 : 1或2 : 1 : 1。
14、 一种薄膜场效应晶体管，其包括基板；栅极；绝缘层；半导体层；源极和漏极，其中，所述源极和漏极为含有Si、 Mo和W中的一种以上元素的氧化锌电极。
15、 根据权利要求14所述的薄膜场效应晶体管，其中，所述含有Si、Mo和W中的一种以上元素的氧化锌电极包含ISZO (氧化铟硅锌)、IMZO(氧化铟钼锌)或ITZO (氧化铟鸨锌)氧化物。
16、 根据权利要求14所述的薄膜场效应晶体管，其中，所述含有Si、Mo和W中的一种以上元素的氧化锌电极包含In203/ZnO/SiO(1 : 1 : lmol%)、In203/ZnO/Mo03(l :1:1 01。1%)或In203/ZnO/W03( 1 :1:1 mol%)。
17、 根据权利要求14所述的薄膜场效应晶体管，其中，所述含有Si、Mo和W中的一种以上元素的氧化锌电极的比电阻大于O，且为10_3欧姆，厘米以下。
18、 根据权利要求14所述的薄膜场效应晶体管，其中，所述含有Si、Mo和W中的一种以上元素的氧化锌电极是通过实施使用含氟气体的干法刻蚀形成的。
全文摘要
本发明涉及一种薄膜场效应晶体管及其制备方法。更具体而言，本发明涉及一种包括作为源极和漏极的含有Si、Mo和W中一种以上元素的氧化锌(ZnO系列)电极的薄膜场效应晶体管及其制备方法。
文档编号H01L29/786GK101669210SQ200880013494
公开日2010年3月10日 申请日期2008年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者李政炯 申请人:Lg化学株式会社