CN102136499B - 薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜晶体管(TFT)及其制造方法。该TFT可包括浮置沟道和绝缘层，浮置沟道在沟道表面上形成为与源极和漏极分隔开，绝缘层形成在浮置沟道上并设计为控制浮置沟道与源极或漏极之间的距离。
Description
本申请要求分别于2010年1月26日和2011年1月17日提交到韩国知识产权局的第10-2010-0007078号和第10-2011-0004535号韩国专利申请的权益，它们的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
本公开涉及薄膜晶体管(TFT)及其制造方法。
背景技术
薄膜晶体管(TFT)用于各个领域中，具体地讲，用作显示装置中的开关装置和驱动装置及用作交叉点存储装置中的选择开关。
非晶硅(a-Si)TFT在显示装置中用作驱动装置和开关装置。可以以低成本均匀地形成在尺寸大于2m的基底上的a-SiTFT是被最广泛应用的TFT。然而，随着显示装置变得更大且具有更高的等同性(equality)，需要TFT具有更高的性能。然而，在使用现有的具有大约0.5cm2/Vs的迁移率的a-SiTFT方面有着局限性。另外，通常由于a-SiTFT在大约300℃的高温下进行处理，所以难以将a-SiTFT应用到聚合物基底等以制造柔性显示装置。
因此，已开发出各种可代替a-SiTFT的TFT。
由于多晶硅薄膜晶体管(poly-SiTFT)具有几十到几百cm2/Vs的高迁移率，所以poly-SiTFT可应用到难以应用现有的a-SiTFT的高质量的显示装置。另外，poly-SiTFT比a-SiTFT经受更少的特性劣化。然而，由于制造设备或诸如差的均匀性的技术问题的局限性，所以难以使poly-SiTFT变大。
由于氧化物半导体是非晶，所以容易使氧化物半导体TFT变大。由于氧化物半导体TFT的迁移率比a-SiTFT的迁移率高，所以氧化物半导体TFT作为可取代a-SiTFT的下一代TFT备受关注。然而，氧化物半导体TFT的电特性会因诸如损坏的外部撞击或湿气或氧吸收而改变。
当与现有的硅TFT相比时，由于半导体层可通过湿法工艺形成而不是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成，所以有机TFT(OTFT)可以以低成本制造，且如果需要，则可以通过使用塑料基底的卷对卷(roll-to-roll)工艺制造整个OTFT。然而，OTFT比硅TFT具有低的电荷迁移率和高的泄漏电流。
发明内容
提供了薄膜晶体管(TFT)及其制造方法。
附加方面将在下面的描述中部分地阐述，部分通过描述将是明显的，或通过提出实施例的实践而明了。
根据本发明的一方面，一种TFT包括：源极和漏极；沟道，形成在源极和漏极之间；浮置沟道，与源极和漏极分隔开地形成在所述沟道的上方或下方。
TFT还可包括在基底上与沟道对应地形成的栅极。
TFT还可包括形成在栅极和沟道之间的栅极绝缘层。
TFT还可包括形成在浮置沟道上的绝缘层。
源极和漏极中的至少一个可接触沟道的端部和绝缘层的端部。
浮置沟道与源极之间或浮置沟道与漏极之间的距离可与绝缘层的厚度相等。
TFT还可包括形成栅极和沟道之间的栅极绝缘层。
沟道可包含氧化物。
浮置沟道、源极和漏极可由相同的导电材料形成。
浮置沟道可由从由金属、金属合金、金属氧化物、金属间化合物、导电聚合物、杂质掺杂半导体、碳纳米管、石墨烯和它们的组合物组成的组中选择的材料形成。
当所述沟道导通时，浮置沟道的电阻可小于沟道的电阻。
根据本发明的另一方面，一种TFT包括：源极和漏极；沟道，形成在源极和漏极之间；栅极，与沟道对应地形成在基底上；栅极绝缘层，形成在栅极和所述沟道之间；浮置沟道，与源极和漏极分隔开地形成在所述沟道的上方或下方，其中，浮置沟道使载流子能够平稳地移动而使TFT高效。
TFT还可包括形成浮置沟道上的绝缘层。
源极和漏极中的至少一个可接触沟道的端部和绝缘层的端部。
浮置沟道与源极或漏极之间的距离可与绝缘层的厚度相等。
沟道可包含氧化物。
浮置沟道、源极和漏极可由相同的导电材料形成。
当所述沟道导通时，浮置沟道的电阻可比沟道的电阻小。
根据本发明的另一方面，一种制造TFT的方法包括以下步骤：在基底上形成栅极和栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成沟道；形成导电层以覆盖栅极绝缘层和沟道；形成接触沟道的两侧部分的源极和漏极；形成与源极和漏极分隔开的浮置沟道。
浮置沟道、源极和漏极可由相同的导电材料形成，并可通过使用相同的图案化工艺形成。
该方法还可包括在浮置沟道与源极和漏极之间形成绝缘层的步骤。
附图说明
通过结合附图对实施例的以下描述，这些和/或其他方面将变得明显和更易于理解，其中：
图1是示出根据本发明实施例的氧化物薄膜晶体管(TFT)的剖视图；
图2A至图2E是示出根据本发明实施例的制造图1的氧化物TFT的方法的剖视图；
图3是示出根据本发明的另一实施例的氧化物TFT的剖视图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同元件，且为了清楚起见，可能夸大元件的尺寸或厚度。
图1是示出根据本发明实施例的氧化物薄膜晶体管(TFT)的剖视图。虽然在图1中氧化物TFT是底栅TFT，但本发明不限于此，氧化物TFT可为顶栅TFT和底栅TFT中的任何一种。
参照图1，氧化物TFT可包括部分地形成在基底11上的栅极13以及形成在基底11和栅极13上的栅极绝缘层14。如果基底11由硅(Si)形成，则还可通过使用热氧化在基底11的表面上形成氧化物层12。沟道15可与栅极13对应地形成在栅极绝缘层14上，源极16a和漏极16b可形成在栅极绝缘层14上并在沟道15的两侧部分上。浮置沟道(floatingchannel)17可与源极16a和漏极16b分隔开地形成在沟道15的表面上。
基底11可为在普通的半导体装置中使用的基底，并可由例如硅、玻璃或有机材料形成。形成在基底11的表面上的氧化物层12可由SiO2形成，其中，通过在由硅形成的基底11上执行热氧化来形成氧化物层12。
栅极13可通过使用导电材料形成，例如，由诸如钛(Ti)、铂(Pt)、钌(Ru)、金(Au)、银(Ag)、钼(Mo)、铝(Al)、钨(W)或铜(Cu)的金属或诸如InZnO(IZO)或AlZnO(AZO)的导电氧化物形成。栅极绝缘层14可由在典型的半导体装置中使用的绝缘材料形成。具体地讲，栅极绝缘层14可由HfO2、Al2O3、Si3O4或它们的组合形成，这些材料是介电常数比SiO2的介电常数高的高K材料。
沟道15可由普通的半导体材料形成，例如，由氧化物半导体、有机半导体、任何一种III-V半导体(诸如C、Si、Ge、SiGe、GaN、GaAs、InSb、InP和CdS或它们的混合物)、碳纳米管或石墨烯(graphene)形成。
源极16a和漏极16b可由导电材料形成，例如，由诸如Ti、Pt、Ru、Au、Ag、Mo、Al、W或Cu的金属或者诸如InZnO(IZO)或AlZnO(AZO)的导电氧化物形成。
浮置沟道17可由普通的导电材料形成，且可由与源极16a和漏极16b的材料相同的材料形成。例如，浮置沟道17可由金属、合金、诸如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)的金属氧化物、金属间化合物、导电聚合物、杂质掺杂半导体、碳纳米管或者石墨烯形成。虽然沟道15的两侧部分与源极16a和漏极16b接触，但浮置沟道17的两侧部分与源极16a和漏极16b分隔开。因此，不需要单独地调节浮置沟道17的截止状态。
在本实施例中，当沟道15导通时，浮置沟道17的电阻可比沟道15的电阻低。在这种情况下，由于载流子大部分流过具有较低电阻的浮置沟道17，所以该氧化物TFT比仅使用沟道15的氧化物TFT更高效。例如，如果沟道由氧化物形成，则由于氧化物半导体的特性，所以源极和漏极之间的电场随着沟道的长度减小而增大，这样，TFT的阈值电压Vth转变(shift)为负值，从而超出普通TFT驱动范围。为了防止该问题，应该增加TFT的沟道的长度。然而，如果沟道的长度增加，则TFT的导通电流“Ion”减小。然而，如本实施例中所示出的，如果在沟道15导通时形成电阻比沟道15的电阻低的浮置沟道17，则由于浮置沟道17的电阻低，所以即使氧化物TFT的长度增加，电流也不减小。因此，通过增加或保持氧化物TFT的沟道15的长度可获得正阈值，另外，通过减小有效沟道的长度可获得高电流和高迁移率。作为参考，沟道的长度指源极16a和漏极16b之间的距离。
另外，如果沟道由有机材料形成，则可通过使用普通的印刷工艺形成有机半导体层。在这种情况下，因印刷工艺的分辨率局限性，导致沟道的长度不能减小，从而减小了TFT的导通电流“Ion”。然而，如果如本实施例中所示出地形成浮置沟道17，则由于浮置沟道17的电阻低，所以即使氧化物TFT的沟道15的长度增加，电流也不减小，另外可获得高电流。
将参照图2A至图2E解释根据本发明实施例的图1中的氧化物TFT的制造方法。
参照图2A，准备基底11。可主要由硅、玻璃或塑料形成基底11，但本实施例不限于此。如果基底11由硅形成，则可通过使用热氧化在基底11的表面上形成由例如SiO2形成的氧化物层12。将诸如金属或导电金属氧化物的导电材料13a涂覆到基底11。
参照图2B，通过图案化导电材料13a形成栅极13。参照图2C，通过在栅极13上涂覆绝缘材料并图案化该绝缘材料来形成栅极绝缘层14。栅极绝缘层14可由氧化硅、氮化硅、氧化铪(Hf)、氧化铝或者氧化铪和氧化铝的混合物形成。
参照图2D，在栅极绝缘层14上通过图案化沟道材料形成沟道15。可通过使用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或原子气相沉积(ALD)涂覆沟道材料，并执行图案化以保留在栅极绝缘层14上与栅极13对应的沟道材料来形成沟道15，或可通过使用印刷等在对应的位置上直接形成沟道15。
参照图2E，通过在沟道15和栅极绝缘层14上涂覆诸如金属或导电金属氧化物的材料并图案化该材料形成源极16a、漏极16b和浮置沟道17。这里，如果浮置沟道17由与源极16a和漏极16b的材料相同的材料形成，则可通过使用与用于形成源极16a和漏极16b的图案化工艺相同的图案化工艺来形成浮置沟道17。
最后，可通过使用普通炉子、快速热退火(RTA)、激光器或热板在小于400℃的温度(例如，大约300℃)下执行热处理来完成氧化物TFT。
图3是示出根据本发明另一实施例的氧化物TFT的剖视图。虽然在图3中氧化物TFT是底栅TFT，但本发明不限于此，氧化物TFT可为顶栅TFT和底栅TFT中的任何一种。
参照图3，栅极33可部分地形成在基底31上，栅极绝缘层34可形成在基底31和栅极33上。如果基底31由硅形成，则还可通过使用热氧化在基底31的表面上形成氧化硅层32。沟道35可部分地形成在栅极绝缘层34上，例如，沟道35可与栅极33对应地形成在栅极绝缘层34上，源极36a和漏极36b可形成在沟道35的两侧部分上。浮置沟道37还可形成在沟道35的表面上。浮置沟道37的宽度可比沟道35的宽度小，并可与源极36a和漏极36b分隔开预定的距离“d”。
浮置沟道37与源极36a之间或者浮置沟道37与漏极36b之间的距离“d”可调整为几纳米至几百纳米。具体地讲，绝缘层38还可形成在浮置沟道37上，以实现更短的距离。源极36a和漏极36b中的至少一个可形成为接触沟道35的端部和绝缘层38的端部。如图3中所示，浮置沟道37与源极36a或漏极36b之间的距离“d”可与绝缘层38的厚度基本相等。
可通过将绝缘层38形成为几纳米至几百纳米的厚度来控制浮置沟道37与源极36a或漏极36b之间的距离。由于图3中的沟道35的长度比图1中沟道15的长度短，所以可改善导通电流和沟道迁移率。
图3中示出的基底31、氧化物层32、栅极33、栅极绝缘层34、沟道35、源极36a、漏极36b和浮置沟道37可由与图1中它们的相对应部分的材料相同的材料形成。绝缘层38可由在普通的半导体装置中使用的绝缘材料形成，例如，由氧化硅、氮化硅、高K材料或它们的混合物形成。
图2A至图2D的方法可应用到制造图3中的氧化物TFT的方法。在形成沟道35之后，首先在沟道35上通过涂覆诸如金属或导电金属氧化物的材料并图案化该材料来形成浮置沟道37。通过将具有几纳米至几百纳米厚度的绝缘材料涂覆到浮置沟道37，来形成绝缘层38以围绕浮置沟道37。可在栅极绝缘层34、沟道35和绝缘层38上涂覆诸如金属或导电氧化物的材料并图案化该材料来形成源极36a和漏极36b。
根据本发明的一个或多个实施例，可提供具有高迁移率的氧化物TFT，该氧化物TFT可通过增加或维持TFT的整个沟道的长度获得正阈值，且还可通过减小有效沟道的长度获得高电流。
通过使用前述的实施例，本领域的普通技术人员将容易地制造诸如平板显示装置(液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED))的驱动晶体管和用于存储装置的外围电路的晶体管的各种电子装置。根据本发明的一个或多个实施例的氧化物TFT可为底栅TFT或顶栅TFT。因此，本发明的范围不是由上述实施例限定，而是由权利要求书限定。
Claims (15)
1.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：
源极和漏极；
沟道，形成在源极和漏极之间；
浮置沟道，与源极和漏极分隔开地形成在所述沟道的上方，浮置沟道采用电阻率比沟道的电阻率小的材料制备；
绝缘层，形成在浮置沟道上，其中，浮置沟道与源极之间或浮置沟道与漏极之间的距离与所述绝缘层的厚度相等，
其中，所述源极和漏极形成在沟道和绝缘层上。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管还包括在基底上与所述沟道对应地形成的栅极。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，源极和漏极中的至少一个接触所述沟道的端部和所述绝缘层的端部。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管还包括形成栅极和所述沟道之间的栅极绝缘层。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述沟道包含氧化物。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，浮置沟道、源极和漏极由相同的导电材料形成。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，浮置沟道由从由金属、合金、金属氧化物、金属间化合物、导电聚合物、杂质掺杂半导体、碳纳米管、石墨烯和它们的组合组成的组中选择的材料形成。
8.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，当所述沟道导通时，浮置沟道的电阻小于所述沟道的电阻。
9.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：
源极和漏极；
沟道，形成在源极和漏极之间；
栅极，与沟道对应地形成在基底上；
栅极绝缘层，形成在栅极和所述沟道之间；
浮置沟道，与源极和漏极分隔开地形成在所述沟道的上方，浮置沟道采用电阻率比沟道的电阻率小的材料制备；
绝缘层，形成在浮置沟道上，其中，浮置沟道与源极或漏极之间的距离与所述绝缘层的厚度相等，
其中，浮置沟道使载流子平稳地移动而使TFT高效，
其中，所述源极和漏极形成在沟道和绝缘层上。
10.如权利要求9所述的薄膜晶体管，其中，源极和漏极中的至少一个接触沟道的端部和所述绝缘层的端部。
11.如权利要求9所述的薄膜晶体管，其中，所述沟道包含氧化物。
12.如权利要求9所述的薄膜晶体管，其中，浮置沟道、源极和漏极由相同的导电材料形成。
13.如权利要求9所述的薄膜晶体管，其中，当所述沟道导通时，浮置沟道的电阻比所述沟道的电阻小。
14.一种制造薄膜晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：
在基底上形成栅极和栅极绝缘层；
在栅极绝缘层上形成沟道；
形成导电层以覆盖栅极绝缘层和所述沟道；
形成接触所述沟道的两侧部分的源极和漏极，并且形成与源极和漏极分隔开的浮置沟道，浮置沟道采用电阻率比沟道的电阻率小的材料制备，在浮置沟道与源极之间和浮置沟道与漏极之间形成绝缘层并使浮置沟道与源极或漏极之间的距离与所述绝缘层的厚度相等，
其中，所述源极和漏极形成在沟道和绝缘层上。
15.如权利要求14所述的方法，其中，浮置沟道、源极和漏极由相同的导电材料形成，并通过使用相同的图案化工艺形成。
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