薄膜晶体管、其制造方法及制造平板显示器背板的方法
【专利摘要】提供了薄膜晶体管(TFT)、其制造方法以及制造平板显示器(FPD)背板的方法。本发明实施方案的制造TFT的方法包括：在衬底上形成栅电极；在所述衬底上形成绝缘层以覆盖所述栅电极；使用卤素气体，对所述绝缘层的上表面进行等离子处理；在所述绝缘层上形成氧化物半导体层并定位为与所述栅极对应；以及在所述绝缘层上和部分所述氧化物半导体层之上形成源极和漏极。
【专利说明】薄膜晶体管、其制造方法及制造平板显示器背板的方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2013年7月26日向韩国知识产权局提交的第10-2013-0088971号韩国专利申请的权益，其公开的内容通过援引的方式整体并入本文。
[0003]背景
[0004]1.领域
[0005]本发明的一个或多个实施方案大体上涉及平板显示器。更具体地，一个或多个实施方案涉及薄膜晶体管、其制造方法及制造平板显示器背板的方法。
[0006]2.相关技术描述
[0007]近些年，随着对信息显示器的关注和对便携式信息媒体的需求增加，研究和商业化已集中在轻薄的平板显示器(FPD)，其正替代阴极射线管(CRT)作为广泛接受的显示装置。
[0008]因为有机发光显示器(OLED)JP FPD的一种类型，是自发射型FPD，因此与液晶显示器(IXD)相比，OLED趋于具有良好的视角和对比度。此外，OLED不需要背光，因此与IXD相比，可为轻薄的。OLED还在功耗方面是有利的。此外，OLED的优势在于它们可以由直流低压驱动，并具有高响应率。OLED还在制造成本方面是有利的。
[0009]最近的工作已集中于扩大OLED的显示面积。对此，必须开发作为OLED驱动晶体管的具有恒定电流特性的薄膜晶体管(TFT)，以确保稳定的运行和耐久性。氧化物半导体与硅半导体相比具有更高的迁移率，因此使用氧化物半导体的TFT得到越来越多的应用。
[0010]概述
[0011]本发明的一个或多个方面提供了包括氧化物半导体的薄膜晶体管及其制造方法。
[0012]在下面说明书中部分示出其他方面，并且在某种程度上，其依据说明书而变得显而易见，或可以由所提供的实施方案的实践而获悉。
[0013]根据本发明的一个或多个实施方案，制造薄膜晶体管(TFT)的方法包括:在衬底上形成栅电极；在所述衬底上形成绝缘层以覆盖所述栅电极；对所述绝缘层的上表面进行等离子处理，所述等离子处理使用卤素气体；在所述绝缘层上形成氧化物半导体层并定位为与所述栅极对应；以及在所述第一绝缘层上和部分所述氧化物半导体层之上形成源极和漏极。
[0014]所述卤素气体可以包括氮氟化物(NF3)。
[0015]所述绝缘层可以包括高介电氧化物膜。
[0016]所述绝缘层可以包括铪氧化物(HfOx)。
[0017]所述形成绝缘层可以包括通过溶胶-凝胶法形成第一绝缘层。
[0018]所述形成绝缘层可以还包括使用包含溶解于包括乙腈和乙二醇至少之一的溶剂中的铪氯化物(HfCl4)的溶液进行所述溶胶-凝胶法。
[0019]所述方法可以还包括退火所述绝缘层。
[0020]所述氧化物半导体层可以包括无定形金属氧化物。
[0021 ] 所述氧化物半导体层可以包括锌锡氧化物(ZTO)。
[0022]所述形成氧化物半导体层可以包括通过旋涂或喷墨印刷来形成所述氧化物半导体层。
[0023]根据本发明的一个或多个实施方案，薄膜晶体管(TFT)包括:衬底；布置在所述衬底上的栅极；布置在所述衬底上以覆盖所述栅极的绝缘层，所述绝缘层具有使用齒素气体进行等离子处理的上表面；布置在所述绝缘层上并定位为与所述栅极对应的氧化物半导体层；以及布置在所述绝缘层上和部分所述氧化物半导体层之上的源极和漏极。
[0024]所述卤素气体可以包括氮氟化物(NF3)。
[0025]所述绝缘层可以包括高介电氧化物膜。
[0026]所述绝缘层可以包括铪氧化物(HfOx)。
[0027]所述氧化物半导体层可以包括无定形金属氧化物。
[0028]所述氧化物半导体层可以包括锌锡氧化物(ZTO)。
[0029]根据本发明的一个或多个实施方案，制造平板显示器(FPD)背板的方法包括:在衬底上形成栅极；在所述衬底上形成第一绝缘层以覆盖所述栅极；对所述第一绝缘层的上表面进行等离子处理，所述等离子处理使用齒素气体；在所述第一绝缘层上形成氧化物半导体层并定位为与所述栅极对应；在所述第一绝缘层上和部分所述氧化物半导体层之上形成源极和漏极；在所述第一绝缘层上形成第二绝缘层以覆盖所述半导体层及所述源极和漏极，所述第二绝缘层包括暴露所述源极和漏极的第一孔；以及在所述第二绝缘层上和所述第一孔内形成像素电极。
[0030]附图简述
[0031]从以下实施方案的描述连同附图，这些和/或其他方面会变得显而易见且更容易理解，其中:
[0032]图1为示出本发明实施方案的氧化物薄膜晶体管(TFT)的横截面示意图；
[0033]图2为示出本发明实施方案的平板显示器(FPD)背板的横截面示意图；
[0034]图3至8为示出本发明实施方案的氧化物TFT的制造方法的横截面示意图；
[0035]图9和10为示出锌(Zn)的溅射深度谱的图；以及
[0036]图11和12为示出该氧化物TFT的电压-电流特性的图。
[0037]各个图不必成比例。
[0038]详细描述
[0039]现详细参考实施方案，所述实施方案的实例在附图中例示，其中相同的符号在全文指代相同的部件。对此，本文实施方案可以具有不同的形式且不应解释为受限于本文所示的描述。因此，参考附图，仅通过以下描述实施方案来解释本发明的方面。如本文所用，术语“和/或”包括相关列出项中的一个或多个项的任一及所有组合。诸如“至少一个”的表述当在部件列之前时，修饰整个部件列，而不修饰该列的单个部件。
[0040]因为本公开可以具有不同的改进实施方案，所以示例性实施方案在附图中例示并在本发明的详细描述中描述。然而，这不会将本公开限制在具体实施方案之内，而应理解为本公开涵括本公开的理念和技术范围内的所有修进、等同和替换。将排除与公知的功能或构造相关的详细描述，从而对本发明的实施方案的特征进行清楚地解释。
[0041]在以下描述中，技术术语仅用于解释具体的示例性实施方案，而不限制本公开。单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文提及。“包括(include) ”、“包含(comprise) ”、“具有(have) ”、“包括(including)，，、“包含(comprising) ”或“具有(having) ”的含义指明性质、区域、定数、步骤、方法、部件、组分和/或相关组成部件的组合，但不排除其他性质、区域、定数、步骤、方法、部件、组分和/或相关组成部件的组合。
[0042]应理解，尽管术语“第一”、“第二”等在本文用于描述多个部件，但这些部件不应受这些术语的限制。诸如此类的术语仅用于将一个组分或部件与其他组分或部件进行区分。
[0043]还应理解，当层(或膜)、区域或组分被称为在另一部件“上”时，其可以直接在其他部件上，或还可以存在中介层、区域或组分。
[0044]参考附图，下文将更详细地描述本发明的示例性实施方案。
[0045]图1为示出本发明实施方案的氧化物薄膜晶体管(TFT)的横截面示意图。参考图1，本发明的该实施方案的氧化物TFT包括:衬底10、布置在衬底10上的栅极11、在衬底10上布置以覆盖栅极11且其上表面12-1通过使用卤素气体而进行等离子处理的第一绝缘层12、布置在第一绝缘层12上以朝向栅极11的氧化物半导体层13、以及布置在第一绝缘层12上以接触部分氧化物半导体层13的源极14a和漏极14b。
[0046]图2为示出本发明实施方案的平板显示器(FPD)背板的横截面示意图。参考图2，本发明实施方案的FPD背板包括:图1所示的氧化物TFT ;布置在第一绝缘层12上以覆盖氧化物半导体层13以及源极14a和漏极14b的第二绝缘层15，所述第二绝缘层15包括暴露源极14a或漏极14b的孔；以及布置在第二绝缘层15上和在第二绝缘层15中的孔内的像素电极16。
[0047]参考图2，根据本发明的该实施方案，FPD背板还包括:布置在第二绝缘层15上以覆盖像素电极16边缘的第三绝缘层17、包括发射层且布置在像素电极16的被第三绝缘层17中的开口暴露的部分之上的中间层18、以及朝向像素电极16且中间层18插入其间的对电极19。
[0048]图3至8为示出本发明实施方案的氧化物TFT的制造方法的横截面示意图。
[0049]首先，如图3所示，提供衬底10。衬底10可以由主要由S12组成的透明玻璃材料形成。然而，衬底10不限于此，因此，衬底10可以由诸如透明材料、塑料材料或金属材料的多种其他材料形成。
[0050]可以在衬底10上提供辅助层(未示出)，例如阻挡层、阻滞层和/或缓冲层，从而防止杂质离子通过衬底10扩散并防止水或环境空气渗入其中，以及使衬底10的表面平坦。可以使用S12和/或SiNx，通过多种沉积方法，例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、常压CVD(APCVD)和低压CVD(LPCVD)，从而形成辅助层。然而，可以省略辅助层。
[0051]参考图4，在衬底10上形成栅极11。为形成栅极11，可以在衬底10上层压金属层，然后选择性蚀刻。然而，栅极11的形成不限于该方法。例如，可以经由使用剥离法的掩模法，通过蚀刻来可替代地形成栅极11。
[0052]栅极11可以由导电材料形成。例如，栅电极11可以包括选自以下的至少一种材料:银(Ag)、镁(Mg)、铝(Al)、钼(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、镍(Ni)、钕(Nd)、铱(Ir)、铬(Cr)、锂(Li)、钙(Ca)、钥(Mo)、钛(Ti)、钨(W)、钥-钨(MoW)及铜(Cu)。然而，栅极11的材料不限于此，因此，栅极11可以由任何导电材料，例如包含金属等的导电材料形成。
[0053]如图5所示，在衬底10上形成第一绝缘层12以覆盖栅电极11。第一绝缘层12可以用作在栅极11与氧化物半导体层13(其将稍后描述)之间布置的栅极绝缘层以使栅极11与氧化半导体层13绝缘。
[0054]可以通过多种方法，例如诸如CVD或PECVD的化学气相沉积法，通过诸如溅射的物理气相沉积(PVD)法，或通过诸如旋涂或喷墨印刷的溶胶-凝胶法，来形成第一绝缘层12。
[0055]第一绝缘层12可以由无机物质如硅氧化物或硅氮化物形成。然而，第一绝缘层12可以包括高介电氧化物膜，例如铪氧化物或铝氧化物。例如，铪氧化物可以包括HfAlO、HfLaO, HfO2、HfON, HfS1 或 HfS1N。
[0056]例如，可以通过溶胶-凝胶法形成第一绝缘层12，以使第一绝缘层12包括上述铪氧化物。例如，可以通过使用溶液的溶胶-凝胶法来形成第一绝缘层12，在所述溶液中，将铪氯化物(HfCl4)溶解在包括乙腈和乙二醇的至少之一的溶剂中。
[0057]如图5所示，使用卤素气体对第一绝缘层12的上表面进行等离子处理。等离子处理可以在20W功率下操作，并且处理时间为5秒、10秒或30秒。卤素气体可以与O2等离子混在一起，流量为20sccm和159sccm。
[0058]如图6所示，可以通过等离子处理，在第一绝缘层12的上表面上形成表面处理层12-1。当形成氧化物半导体层13 (其将在下文描述)时，氧化物半导体层13的组分可以渗入第一绝缘层12。然而，表面处理层12-1可以防止这些组分渗入或扩散入第一绝缘层12。因此，氧化物TFT可以保持其优异的特性。此外，将参考图9和12描述此类作用。
[0059]当使用卤素气体对绝缘层进行等离子处理时，卤素气体可以包括卤素物质。例如，卤素气体可以包括氮氟化物(NF3)。然而，NF3仅是卤素物质的一个实例，并且卤素气体的组成不限于此。例如，卤素物质可以是任何卤素化合物，例如三氯化硼(BCl3)、氯化氢(HCl)、五氟化磷(PF5)、四氟化碳(CF4)、氟化氢(HF)、氯(Cl2)及溴化氢(HBr)。
[0060]可以根据本发明的实施方案进一步进行第一绝缘层12的退火过程。例如，可以在约100°C至约300°C范围的温度下退火第一绝缘层12。
[0061]如图7所示，可以在第一绝缘层12上形成氧化半导体层13以朝向栅极11。可以定位氧化物半导体层13以朝向(即，在之上定位或重叠)栅极11且绝缘层12布置在其间。
[0062]氧化物半导体层13可以包括无定形金属氧化物。例如，氧化物半导体层13可以包括氧化物材料，其选自12族、13族和14族的金属元素，例如Zn、In、镓(Ga)、锡(Sn)Jg(Cd)、锗(Ge)或Hf和/或其任何组合。然而，这仅是实例，因此，氧化物半导体13的材料不限于此。例如，氧化物半导体层13可以包括锌锡氧化物(ZTO)。
[0063]氧化物半导体层13可以通过溶胶-凝胶法形成。例如，氧化物半导体层13可以通过旋涂或喷墨印刷来形成。
[0064]参考图8，在第一绝缘层12上形成源极14a和漏极14b以接触一部分氧化物半导体层13。详言之，可以在形成在第一绝缘层12上的表面处理层12-1上形成源极14a和漏极14b，以部分重叠氧化物半导体层13和表面处理层12-1。
[0065]参考图8，氧化物半导体层13的顶表面不完全被源极14a和漏极14b覆盖，并且源极14a和漏极14b彼此隔开。
[0066]金属层可以被层压在图5所示的结构上，然后选择性蚀刻，从而形成源极14a和漏极14b。蚀刻法可以包括多种方法，例如湿法蚀刻和干法蚀刻。金属层可以包括选自以下的至少一种材料:银(Ag)、镁(Mg)、铝(Al)、钼(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、镍(Ni)、钕(Nd)、铱(Ir)、铬(Cr)、锂(Li)、钙(Ca)、钥(Mo)、钛(Ti)、钨(W)、钥-钨(Moff)及铜(Cu)。然而，源极14a和漏极14b的材料不限于此，因此，源极14a和漏极14b可以由任何导电材料，例如包含金属等的导电材料形成。
[0067]例如，源极14a和漏极14b可以使用透明导电材料或导电聚合物，例如铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)，并且可以具有其中层压至少两种导电材料的多层结构。
[0068]然而，形成源极14a和漏极14b的方法不限于此。例如，可以通过使用剥离法的掩模法来蚀刻源极14a和漏极14b。
[0069]尽管未示出，但可以在氧化物半导体层13与源极14a和漏极14b之间布置额外的绝缘层。
[0070]通过在图8的结构上依次形成第二绝缘层15、像素电极16、第三绝缘层17、中间层18和对电极19，可以获得图2所示的平板显示器(FPD)背板。在图8的结构上形成上述构造以形成图2的结构的方法如下:
[0071]首先，可以在第一绝缘层12上形成第二绝缘层15以覆盖氧化物半导体层13及源极14a和漏极14b。然后,在第二绝缘层15中形成第一孔，由其暴露源极14a和/或漏极14b。详言之，可以在第一绝缘层12的表面处理层12-1上形成第二绝缘层15。
[0072]此后，可以在第二绝缘层15上形成像素电极16，因此填充第二绝缘层15的第一孔。像素电极16可以通过第二绝缘层15的第一孔与源极14a和漏极14b接触。
[0073]然后，可以在第二绝缘层15上形成第三绝缘层17以覆盖像素电极16的边缘，并且可以包括暴露至少一部分像素电极16的开口。
[0074]然后，可以在像素电极16的由开口暴露的部分之上形成具有发射层的中间层18。可以形成对电极19以朝向像素电极16，并且中间层18插入其间。
[0075]可以通过溶胶-凝胶法来形成第二绝缘层15和第三绝缘层17。
[0076]参考图2，有机发光二极管可以具有像素电极16、中间层18和对电极19。因此，根据本发明实施方案制造的平板显示器背板可以用作有机发光显示器(OLED)背板。然而，本发明的实施方案不限于所示的构造。例如，如果在像素电极16与对电极19之间布置液晶，则根据本发明实施方案制造的平板显示器背板可以用作液晶显示器背板。
[0077]图9和10为示出锌的溅射深度谱的图，其中，当通过溅射法向靶标供给锌时，通过锌浓度与溅射时间关系可以观察到锌浓度随着从靶标表面的深度变化。详言之，图9和10为示出衬底10中锌的溅射深度谱的图，在所述衬底10上形成氧化物半导体层13。特别地，图9和10为示出当氧化物半导体层13由ZTO形成时，锌组分的溅射深度谱的图。
[0078]详言之，图9示出其中在第一绝缘层12上形成氧化物半导体层13而不对第一绝缘层12的上表面进行等离子处理的实例。图10示出其中第一绝缘层12的上表面使用卤素材料如NF3进行等离子处理来形成表面处理层12-1、然后在表面处理层12-1上形成氧化物半导体层13的实例。
[0079]在图9和10中，图中的横坐标轴表示对第一绝缘层12进行氧化物半导体层13的溅射所花费的时间。在溅射深度谱图中，溅射时间与从靶标表面的深度成比例，因为在溅射期间氧化物半导体层13的厚度不断增加。因此，在图9和10中，溅射时间与从氧化物半导体层13的深度成比例。在图9和10中，图中的纵坐标轴表示锌原子相对所有原子的百分比。
[0080]在如图9和10所示的深度谱图中，如果组分浓度急剧改变，其可能意味着两层之间存在界面。在图9和10中，锌浓度急剧降低的区域可以认为是氧化物半导体层13与第一绝缘层12之间的界面。
[0081]与图9和10相比，在氧化物半导体层13与第一绝缘层12之间的界面处的锌浓度斜率在图10的图中比在图9的图中更陡。S卩，在图10中，锌更不渗透入第一绝缘层12，这归因于通过对第一绝缘层12的上表面进行等离子处理而形成的表面处理层12-1。
[0082]图11和12为示出根据本发明实施方案而构造的氧化物TFT的电压-电流特性的图。详言之，图11为示出在第一绝缘层12上形成且不对第一绝缘层12的上表面进行等离子处理的氧化物TFT的电压-电流特性的图。图12为示出其中使用卤素物质进行等离子处理第一绝缘层12的上表面以形成表面处理层12-1的氧化物TFT的电压-电流特性的图。
[0083]图11和12中的多条曲线表示在具有不同偏压的环境下测量的电压-电流特性。参考图11和12，氧化物TFT的电压-电流特性根据图11中偏压的改变而稍微偏移。相反，在图12中，即使偏压改变，装置的电压-电流特性也保持得相对稳定。此外，在图12所示的阈电压处的电压-电流特性优于图11中的电压-电流特性。
[0084]S卩，第一绝缘层12的上表面被等离子处理以形成表面处理层12-1，从而在氧化物半导体层13与第一绝缘层12之间具有优异的界面特性，由此改善装置特性。
[0085]在等离子处理的实验条件下获得图10和12，所述实验条件包括:功率为20W，处理时间为10s, NF3混合-O2等离子,流量为159sccm。
[0086]可以通过干法蚀刻或湿法蚀刻来进行用于形成上述氧化物TFT和FPD背板的掩模法。此外，尽管出于便于描述，在图中示出仅一个晶体管以解释本发明实施方案的Fro背板，但本发明的实施方案不限于此。例如，本发明实施方案的Fro背板可以包括多个晶体管，当本发明实施方案的掩模法的次数增加。
[0087]如上所述，根据本发明上述实施方案中的一个或多个实施方案，可以提供具有更稳定的装置特性的氧化物TFT。
[0088]尽管已经参考本发明的示例性实施方案具体地示出和描述了本发明的多种实施方案，但可以在不背离由下列权利要求所限定的本发明实施方案的精神和范围的情况下，在其中进行各种形式和细节的改变。
[0089]应理解，其中所述的示例性实施方案应仅以描述性含义来考虑，并不用于限制目的。每一实施方案内的特征或方面的描述通常应认为可用于其他实施方案的其他类似的特征或方面。即，所述的多个实施方案的多个特征可以结合并匹配以形成其他实施方案。
[0090]尽管已经参考附图描述了本发明的一个或多个实施方案，但本领域普通技术人员应理解，在不背离由下列权利要求限定的本发明实施方案的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种形式和细节的改变。
【权利要求】
1.制造薄膜晶体管(TFT)的方法，所述方法包括: 在衬底上形成栅极； 在所述衬底上形成绝缘层以覆盖所述栅极； 对所述绝缘层的上表面进行等离子处理，所述等离子处理使用卤素气体； 在所述绝缘层上形成氧化物半导体层并定位为与所述栅极对应；以及 在所述绝缘层上和部分所述氧化物半导体层之上形成源极和漏极。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述卤素气体包括氮氟化物(NF3)。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述绝缘层包括高介电氧化物膜。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述绝缘层包括铪氧化物(HfOx)。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述形成绝缘层包括通过溶胶-凝胶法形成第一绝缘层。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述形成绝缘层还包括使用包含溶解于包括乙腈和乙二醇至少之一的溶剂中的铪氯化物(HfCl4)的溶液进行所述溶胶-凝胶法。
7.如权利要求1所述的方法，其还包括退火所述绝缘层。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化物半导体层包括无定形金属氧化物。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述氧化物半导体层包括锌锡氧化物(ZTO)。
10.薄膜晶体管(TFT)，包括: 衬底； 布置在所述衬底上的栅极； 布置在所述衬底上以覆盖所述栅极的绝缘层，所述绝缘层具有使用齒素气体进行等离子处理的上表面； 布置在所述绝缘层上并定位为与所述栅极对应的氧化物半导体层；以及 布置在所述绝缘层上和部分所述氧化物半导体层之上的源极和漏极。
【文档编号】H01L21/77GK104347498SQ201410353071
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】薛英国, 金泰雄, 张震, 克里斯托夫·艾维斯 申请人:三星显示有限公司, 庆熙大学校产学协力团