专利名称：薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明提供一种薄膜晶体管及制造该薄膜晶体管的方法。更具体而言，示例实施方式涉及具有改进的驱动特性的薄膜晶体管以及制造该薄膜晶体管的方法。
背景技术：
通常，显示面板包括显示基板和面对显示基板的相对基板，显示基板包括驱动像素的开关元件。开关元件可以是薄膜晶体管。薄膜晶体管包括栅电极、源电极、漏电极以及形成电连接源电极和漏电极的沟道的半导体图案。该半导体图案通常由非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)或氧化物半导体形成。非晶硅层可容易地形成在大尺寸基板上。然而，由于非晶硅层的电子迁移率为约 0.5cm2/Vs，所以非晶硅层具有低驱动特性。另一方面，多晶硅层具有大于非晶硅层的在10 至几百cm2/Vs范围内的电子迁移率。然而，为了形成多晶硅层，必须执行晶化非晶硅层的工艺。因此，难以在大尺寸基板上均勻地形成多晶硅层，并且用于形成多晶硅层的制造成本高昂。随着显示装置的尺寸增加，信号线所需的长度增加，并且电阻也增加。电阻增加导致RC信号延迟。为了解决上述问题，信号线可由具有低电阻的材料形成。然而，具有适当物理和电性能的可用材料是有限的。为了防止RC信号延迟，必须减少使像素充上一电压所需的时间。因此，驱动像素的薄膜晶体管的半导体图案的电子迁移率必须高。然而，难以在大尺寸衬底上均勻地形成多晶硅层，而氧化物半导体具有相对低的可靠性。
发明内容
本发明提供一种具有提高的电子迁移率并能够施加到大尺寸显示装置的薄膜晶体管。本发明还提供一种制造薄膜晶体管的方法。—种薄膜晶体管，包括栅电极，形成在基板上；半导体图案，与栅电极重叠；源电极，与半导体图案的第一端重叠；以及漏电极，与半导体图案的第二端重叠且与源电极间隔开。半导体图案包括非晶多元素化合物，该多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中VI A族元素包括不包括氧。半导体图案具有不小于1. OcmVVs的电子迁移率。多元素化合物具有非晶相。多元素化合物可包括GaAs, GaSb, GaBi、GaP、InP、InAs, InSb, InBi、CdS、CdSe, CdTe, ZnS、ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, A1P、AlAs、AlSb 或 AlBi。多元素化合物还可包括选自II A族元素、III B族元素、IV B族元素、VB族元素、 VI B族元素、VII B族元素、I B族元素、IV A族元素和VIII B族元素构成的组中的至少一种。多元素化合物还可包括碳、氧或氢原子，且碳、氧和氢原子的每种的含量为约 IxlO13 原子 /cm3 至约 IxlO19 原子 /cm3。
在另一方面，一种薄膜晶体管包括半导体图案，该半导体图案包括多元素化合物， 该多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中VI A族元素包括不包括氧。多元素化合物具有包括非晶相和晶体相的混合相。晶体相可包括具有约0. Inm至约1 μ m的晶粒尺寸的多个晶粒。半导体图案的电子迁移率可为1. 0cm2/Vs至3500cm2/Vs。在另一方面，一种薄膜晶体管包括半导体图案，该半导体图案包括多元素化合物， 该多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中VI A族元素包括不包括氧。多元素化合物具有晶体相，该晶体相包括具有0. Inm至Ιμπι 的晶粒尺寸的多个晶粒。本发明提供一种制造薄膜晶体管的方法。在该方法中，在基板上形成栅电极。在该基板上沉积多元素化合物的源从而形成半导体层，该多元素化合物包括II B族元素和VI A 族元素或者包括III A族元素和V A族元素。该半导体层包括该多元素化合物。构图该半导体层从而形成与栅电极重叠的半导体图案。形成与半导体图案的第一端重叠的源电极， 并形成与半导体图案的第二端重叠且与源电极间隔开的漏电极。半导体层可通过脉冲激光沉积(PLD)方法、热蒸镀方法、分子束外延(MBE)方法、 化学气相沉积(CVD)方法、金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法或原子层沉积(ALD)方法形成。备选地，半导体层可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法或等离子体增强金属有机化学气相沉积(PEM0CVD)方法形成。半导体层可具有非晶相。备选地，半导体层可具有包括非晶相和晶体相的混合相。 备选地，半导体层可具有晶体相，该晶体相包括具有0. Inm至1 μ m的晶粒尺寸的多个晶粒。可形成以高速驱动的薄膜晶体管，且薄膜晶体管的制造成本可降低。因此，该薄膜晶体管可应用于显示装置的阵列基板，由此实现具有高分辨率的大尺寸显示装置所需的高频驱动特性。
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，上述和其它特征及优点将变得更加明显，附图中图1是平面图，示出根据示例实施方式的显示基板；图2是放大平面图，示出图1中所示的电路晶体管和像素晶体管；图3是沿图2的线1-1’截取的横截面视图；图4是放大的横截面视图，示出图2的区域‘A’ ；图5A和图5B是横截面视图，示出制造图3所示的显示基板的方法；图6是放大的横截面视图，示出根据示例实施方式2的显示基板；图7是放大的横截面视图，示出根据示例实施方式3的显示基板；图8是平面图，示出根据本发明的示例实施方式4的显示基板；图9是沿图8的线11-11’和III-III’截取的横截面视图；图IOA和图IOB是横截面视图，示出制造图9所示的显示基板的方法；图11是横截面视图，示出根据本发明的示例实施方式5的显示基板；图12A和图12B是横截面视图，示出制造图11所示的显示基板的方法；
图13是横截面视图，示出根据本发明的示例实施方式6的显示基板；图14A和图14B是横截面视图，示出制造图13所示的显示基板的方法；图15是横截面视图，示出根据本发明的示例实施方式7的显示基板；图16A和图16B是横截面视图，示出制造图15所示的显示基板的方法；图17是横截面视图，示出根据本发明的示例实施方式8的显示基板；图18是横截面视图，示出根据本发明的示例实施方式9的显示基板；图19A和图19B是横截面视图，示出制造图18所示的显示基板的方法；图20A、图20B和图20C是SEM照片，示出h-Ga-As半导体层的依赖于形成温度的表面状态；图21A、图21B和图21C是曲线图，示出h-Ga-As半导体层的依赖于形成温度的电压-电流特性；图22A、图22B、图22C和图22D是曲线图，示出h-Ga-As半导体层的依赖于厚度的电压-电流特性；图23是曲线图，示出h-Ga-As利用X射线的晶相分析；图24A是曲线图，示出包括h-Ga-As的薄层的XPS分析；图24B是放大曲线图，示出图24A的峰；及图25A、图25B和图25C是曲线图，示出h-Ga-As半导体层的依赖于加热时间的电压-电流特性。
具体实施例方式以下参照附图更充分地描述示例实施方式。示例实施方式1图1是平面图，示出根据示例实施方式的显示基板。参照图1，显示基板101包括形成在显示区域DA中的像素部分以及形成在围绕显示区域DA的外围区域PA中的栅驱动器GD和数据驱动器DD。像素部分包括像素晶体管PSW和电连接到像素晶体管PSW的像素电极PE。像素部分可被形成在显示区域DA中的栅线GL和数据线DL包围。栅驱动器⑶传送栅驱动信号到像素部分，并包括多个第一电路晶体管TR1。数据驱动器DD传送数据驱动信号到像素部分，并包括多个第二电路晶体管TR2。像素晶体管PSW是薄膜晶体管，第一电路晶体管TRl 和第二电路晶体管TR2的每一个均是薄膜晶体管。以下参照2和图3更充分地描述像素晶体管PSW及第一电路晶体管TRl和第二电路晶体管TR2。第二电路晶体管TR2与第一电路晶体管TRl基本相同，除了与其连接的信号线以外。因此，将省略对第二电路晶体管TR2的重复说明。图2是放大平面图，示出图1中所示的电路晶体管和像素晶体管，图3是沿图2的线1-1’截取的横截面视图。参照图2和图3，像素晶体管PSW包括连接到栅线GL的第一栅电极G1、连接到数据线DL的第一源电极Si、与第一源电极Sl间隔开的第一漏电极Dl以及第一半导体图案 API。第一半导体图案API形成在第一栅电极Gl上，并与第一栅电极Gl重叠。第一半导体图案APl包括含有非晶多元素化合物的第一半导体层130a。非晶多元素化合物包括彼此化学结合的至少两种化学上不同的元素并具有非晶相。多元素化合物的示例可包括包含化学上不同的两种元素的双元素(即二元)化合物、包含化学上不同的三种元素的三元素 (即三元)化合物、以及包含化学上不同的四种元素的四元素(即四元)化合物等。例如，多元素化合物可包括包含元素周期表的II B族元素和VI A族元素、或者包含III A族元素和V A族元素的双元素化合物。如果双元素化合物包含氧，则双元素化合物可被来自绝缘层的氢还原，这会导致第一半导体图案APl的质量劣化。因此，氧从包含VI A族元素的示例实施方式中排除。双元素化合物的示例可包括GaAs、feiSb、GaBi、GaP、InP, InAs JnSb、InBi、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、AlP、AlAs、AlSb、AlBi等。下表1给出了作为双元素化合物例子的GaAs、GaSb, InP, InAs, InSb, CdS、CdSe, CdTe、aiS、a^e和SiTe的单晶相电子迁移率、有效质量、电离度(ionization degree)、及非晶相电子迁移率。表 权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括栅电极，形成在基板上；半导体图案，与所述栅电极重叠并包括非晶多元素化合物，所述多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中所述VI A族元素包括不包括氧，其中所述半导体图案具有不小于1. OcmVVs的电子迁移率，且其中所述多元素化合物具有非晶相；源电极，与所述半导体图案的第一端重叠；及漏电极，与所述半导体图案的第二端重叠且与所述源电极间隔开。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自GaAs、GaSb、 GaBi、GaP> InP、InAs> InSb、InBi、CdS> CdSe> CdTe> ZnS> ZnSe> ZnTe> HgS> HgSe、HgTe、A1P、 AlAs、AlSb和AlBi构成的组中的一种。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物还包括选自IIA族元素、 III B族元素、IV B族元素、V B族元素、VI B族元素、VIIB族元素、I B族元素、IVA族元素和VIII B族元素构成的组中的至少一种。
4.如权利要求3所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自Be、Mg、Ca、Sr、 Ba, Ra, Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta, Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、C、Si、Ge、Sn、Pb、Cu、Ag、Au、Fe、 Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd和Pt构成的组中的至少一种。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自InGaP、InGaAs, InGaSb, InAlP, InAlAs, InAlSb, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, GaAsP, GaAsSb, GaAsBi, GaSbP, GaSbBi、GaSbP、GaBiP、AlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlSbP、AlSbBi、AlSbP、AlBiP、InAsP、InAsSb、 InAsBi、InSbP、InSbBi、InSbP 和 InBiP 构成的组中的一种。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物还包括碳、氧或氢原子，且其中碳、氧和氢原子中每种的含量为IxlO13原子/cm3至1x1019原子/cm3。
7.一种薄膜晶体管，包括栅电极，形成在基板上；半导体图案，与所述栅电极重叠并包括多元素化合物，所述多元素化合物包括Π B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中所述VI A族元素包括不包括氧，且其中所述多元素化合物具有包括非晶相和晶体相的混合相；源电极，与所述半导体图案的第一端重叠；及漏电极，与所述半导体图案的第二端重叠且与所述源电极间隔开。
8.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中所述晶体相包括具有0.Inm至Ιμπι的晶粒尺寸的多个晶粒。
9.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自GaAs、GaSb、 GaBi、GaP> InP、InAs> InSb、InBi、CdS> CdSe> CdTe> ZnS> ZnSe> ZnTe> HgS> HgSe、HgTe、A1P、 AlAs、AlSb和AlBi构成的组中的一种。
10.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物还包括选自IIA族元素、 III B族元素、IV B族元素、V B族元素、VI B族元素、VIIB族元素、I B族元素、IVA族元素和VIII B族元素构成的组中的至少一种。
11.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba, Ra, Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta, Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、C、Si、Ge、Sn、Pb、Cu、Ag、Au、Fe、 Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd和Pt构成的组中的至少一种。
12.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自InGaPUnGaAs、 InGaSb, InAlP, InAlAs, InAlSb, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, GaAsP, GaAsSb, GaAsBi、GaSbP, GaSbBi、GaSbP、GaBiP、AlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlSbP、AlSbBi、AlSbP、AlBiP、InAsP、InAsSb、 InAsBi、InSbP、InSbBi、InSbP 和 InBiP 构成的组中的一种。
13.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中所述半导体图案的电子迁移率为1.0cm2/VS 至;3500cm2/Vs。
14.一种薄膜晶体管，包括 栅电极，形成在基板上；半导体图案，与所述栅电极重叠并包括多元素化合物，所述多元素化合物包括Π B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素，其中所述VI A族元素包括不包括氧，且其中所述多元素化合物具有晶体相，所述晶体相包括具有0. Inm至1 μ m的晶粒尺寸的多个晶粒；源电极，与所述半导体图案的第一端重叠；及漏电极，与所述半导体图案的第二端重叠且与所述源电极间隔开。
15.如权利要求14所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自GaAs、GaSb, GaBi、GaP> InP、InAs> InSb、InBi、CdS> CdSe> CdTe> ZnS> ZnSe> ZnTe> HgS> HgSe> HgTe、A1P、 AlAs、AlSb和AlBi构成的组中的一种。
16.如权利要求14所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物还包括选自IIA族元素、III B族元素、IV B族元素、V B族元素、VI B族元素、VII B族元素、I B族元素、IV A 族元素和VIII B族元素构成的组中的至少一种。
17.如权利要求16所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自Be、Mg、Ca、Sr、 Ba, Ra, Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta, Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、C、Si、Ge、Sn、Pb、Cu、Ag、Au、Fe、 Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd和Pt构成的组中的至少一种。
18.如权利要求14所述的薄膜晶体管，其中所述多元素化合物包括选自InGaP、 InGaAs, InGaSb, InAlP, InAlAs, InAlSb, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, GaAsP, GaAsSb, GaAsBi、 GaSbP、GaSbBi、GaSbP、GaBiP、AlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlSbP、AlSbBi、AlSbP、AlBiP、InAsP, InAsSb, InAsBi、InSbP、InSbBi、InSbP 和 InBiP 构成的组中的一种。
19.一种制造薄膜晶体管的方法，该方法包括 在基板上形成栅电极；在所述基板上沉积多元素化合物的源从而形成包括所述多元素化合物的半导体层，所述多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括IIIA族元素和V A族元素； 通过构图所述半导体层形成与所述栅电极重叠的半导体图案； 形成与所述半导体图案的第一端重叠的源电极；及形成与所述半导体图案的第二端重叠且与所述源电极间隔开的漏电极。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述半导体层在具有100°C至500°C的温度的腔室中沉积。
21.如权利要求19的方法，其中所述半导体层具有非晶相。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述半导体层具有包括非晶相和晶体相的混合相。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述晶体相包括具有0.Inm至Ιμπι的晶粒尺寸的多个晶粒。
24.如权利要求19所述的方法，其中所述半导体层具有晶体相，所述晶体相包括具有 0. Inm至1 μ m的晶粒尺寸的多个晶粒。
25.如权利要求19所述的方法，其中所述半导体层通过选自由脉冲激光沉积方法、热蒸镀方法、分子束外延方法、化学气相沉积方法、金属有机化学气相沉积方法和原子层沉积方法构成的组中的一种方法形成。
26.如权利要求19所述的方法，其中所述半导体层通过选自等离子体增强化学气相沉积方法和等离子体增强金属有机化学气相沉积方法构成的组中的一种方法形成。
27.如权利要求19所述的方法，其中所述源包括IIB族元素和不包括氧的VI A族元ο
28.如权利要求19所述的方法，其中所述源包括IIIA族元素和V A族元素。
29.如权利要求19所述的方法，其中形成所述半导体层包括 在所述基板上沉积非晶多元素化合物；及对所述非晶多元素化合物施加来自激光器的光从而晶化所述非晶多元素化合物。
30.如权利要求四所述的方法，其中当所述非晶多元素化合物被晶化时，所述非晶多元素化合物转变为晶体多元素化合物。
31.如权利要求四所述的方法，其中当所述非晶多元素化合物被晶化时，所述非晶多元素化合物的一部分转变为晶体多元素化合物从而所述半导体层具有包括非晶相和晶体相的混合相。
全文摘要
本发明提供一种薄膜晶体管及其制造方法。一种薄膜晶体管包括栅电极，形成在基板上；半导体图案，与栅电极重叠；源电极，与半导体图案的第一端重叠；以及漏电极，与半导体图案的第二端重叠且与源电极间隔开。半导体图案包括非晶多元素化合物，该非晶多元素化合物包括II B族元素和VI A族元素或者包括III A族元素和V A族元素并具有不小于1.0cm2/Vs的电子迁移率和非晶相，其中VI A族元素包括不包括氧。这样，薄膜晶体管的驱动特性得到提高。
文档编号H01L29/786GK102194888SQ20111005001
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月2日 优先权日2010年3月2日
发明者延圣珍, 朴在佑, 李制勋, 金连洪 申请人:三星电子株式会社