CN103311358B - 感光晶体管、其制造方法以及使用感光晶体管的显示面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了感光晶体管、使用感光晶体管的显示面板、及感光晶体管的制造方法。感光晶体管包括：栅极层；栅绝缘层，在栅极层上；沟道层，在栅绝缘层上；蚀刻停止层，在沟道层的部分区域上；源极和漏极，在沟道层上并彼此分离开，其中蚀刻停止层插置在源极和漏极之间；以及钝化层，覆盖源极、漏极和蚀刻停止层，其中源极与蚀刻停止层分离开。

Description

感光晶体管、其制造方法以及使用感光晶体管的显示面板
技术领域
示例实施方式涉及感光晶体管、其制造方法以及使用感光晶体管的显示面板。
背景技术
薄膜晶体管广泛用于各种领域，具体地，用作显示器领域中的开关器件和驱动器件。近来，已经提出了使用薄膜晶体管作为感光元件，用于光学触摸屏。触摸屏装置是用于在屏幕上直接输入数据的装置。换句话说，当用户的手指或触针（例如，笔）触摸触摸屏装置的显示屏上的特定位置时，利用软件执行一系列进程。
当前，广泛使用的触摸屏装置采用通过使用手指或笔来直接触摸显示装置的屏幕的方法。然而，随着显示装置的尺寸增大，用户与显示装置之间的距离增大，因此可能难以使用直接触摸法。光学触摸屏装置是通过感测光而不是通过手指或笔的接触来执行与常规触摸屏相同的功能的装置。光学触摸屏装置被期望不仅用于用户与终端之间的通信而且用于用户之间的通信。
当感光晶体管用于光学触摸屏装置且液晶面板用作显示面板时，输入的光穿过偏光膜并且入射到感光晶体管。当光穿过偏光膜时发生光损失。此外，光损失的程度根据入射角而改变。光电流关于特定的入射角而减少大约10%，使得感光晶体管可能不对入射光作出反应。因此，存在研究解决方案以提高感光效率的要求。
发明内容
示例实施方式涉及感光晶体管、其制造方法和使用感光晶体管的显示面板。
提供了用于具有以下结构的感光晶体管的方法和装置：感光晶体管的沟道层可以被有效地暴露于光，还提供了制造该感光晶体管的方法以及使用该感光晶体管的光学触摸显示面板。
另外的方面将通过后面的描述而部分地阐述，并通过该描述而部分地显见，或者可以通过实践当前实施方式而习之。
根据示例实施方式，一种感光晶体管包括∶栅极层；栅绝缘层，在栅极层上；沟道层，在栅绝缘层上；蚀刻停止层，在沟道层的部分区域上；源极和漏极，在沟道层上并彼此分离开，其中蚀刻停止层插置在源极和漏极之间；以及钝化层，覆盖源极、漏极和蚀刻停止层，其中源极与蚀刻停止层分离开。
沟道层的相应于源极与蚀刻停止层之间的空间的区域可以具有比沟道层的任何其他区域高的电导率。
源极和漏极可以由透明电极材料形成。
源极和漏极可以由金属材料形成。
漏极可以与蚀刻停止层分离开。
沟道层的相应于源极与蚀刻停止层之间的空间的区域以及沟道层的相应于漏极与蚀刻停止层之间的空间的区域可以具有比沟道层的任何其他区域高的电导率。
源极和漏极可以由透明电极材料形成。
源极和漏极可以由金属材料形成。
沟道层可以由包括从铟（In）、镓（Ga）、锌（Zn）、铝（Al）及其组合中选择出的至少一个的氧化物形成。
沟道层可以由半导体材料形成。
根据示范实施方式，一种光学触摸显示面板包括∶显示单元，配置为根据图像信息而在开启状态和关闭状态之间被控制；以及如上所述的感光晶体管，其中感光晶体管配置为感测入射光。
漏极可以与蚀刻停止层分离开。
源极和漏极可以由透明电极材料形成。
源极和漏极可以由金属材料形成。
显示单元可以包括液晶材料。
根据示例实施方式，一种制造感光晶体管的方法，该方法包括∶在栅极层上顺序形成栅绝缘层和由半导体材料形成的沟道层；在沟道层的部分区域上形成蚀刻停止层；形成导电材料层以完全覆盖沟道层和蚀刻停止层；蚀刻导电材料层的部分区域以暴露蚀刻停止层，其中导电材料层被分离成源极和漏极，源极与蚀刻停止层分离开形成；以及形成钝化层以覆盖源极、漏极和蚀刻停止层。
导电材料层可以由透明电极材料形成。
导电材料层可以由金属材料形成。
漏极可以与蚀刻停止层分离开。
沟道层可以由包括从铟（In）、镓（Ga）、锌（Zn）、铝（Al）及其组合中选择出的至少一个的氧化物形成。沟道层可以由半导体材料形成。
附图说明
通过下文结合附图对示例实施方式的描述，上述和/或其他方面将变得明显且更易于理解，附图中：
图1是示意性示出根据示例实施方式的感光晶体管的结构的截面图；
图2A和图2B分别是根据比较例的感光晶体管的结构的截面图以及根据光束位置的光电流的曲线图；
图3是示意性示出根据示例实施方式的感光晶体管的结构的截面图；
图4是示意性示出根据示例实施方式的感光晶体管的结构的截面图；
图5是示意性示出根据示例实施方式的感光晶体管的结构的截面图；
图6A至图6G是用于解释根据示例实施方式的感光晶体管的制造方法的截面图；
图7是示意性示出根据示例实施方式的显示面板的结构的截面图；以及
图8是示意性示出根据示例实施方式的显示面板的结构的截面图。
具体实施方式
现在将参考其中示出一些示例实施方式的附图更充分地描述不同的示例实施方式。然而，在此详细公开的具体的结构和功能仅是代表性的，用于描述示例实施方式。因此，本发明可以以许多替换形式实现并且不应理解为仅限于在此阐述的示例实施方式。因此，应当理解不旨在将示例实施方式限制到公开的具体形式，相反，示例实施方式旨在覆盖落入本发明范围内的所有改进、等价物和替换。
在附图中，为了清楚可以夸大层和区域的厚度，在对附图的描述中相似的数字始终指代相似的元件。
虽然术语第一、第二等可以用于此来描述各种元件，但是这些元件应不受这些术语限制。这些术语只用于区分一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离示例实施方式的范围。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何及所有组合。
将理解，如果元件被称为“连接到”或“耦接到”另一元件，它可以直接连接到或耦接到另一元件，或者可以存在中间的元件。相反，如果元件被称为“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，则没有中间元件存在。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式理解（例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等）。
这里所使用的术语是只为了描述特别的实施方式的目的且不旨在限制示例实施方式。如这里所用，单数形式也旨在包括复数形式，除非内容清楚地指示另外的意思。可以进一步理解当术语“包括”和/或“包含”在此使用时，说明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或添加一个或更多其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组。
在这里为了描述的方便，可以使用空间相对术语（例如，“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等）来描述一个元件或特征和另一元件或特征如图中所示的关系。可以理解空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外的装置在使用或操作中的不同方向。例如，如果图中的装置被翻转，被描述为在其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件则应取向在所述其他元件或特征的“上方”。因此，例如，术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。装置也可以有其它取向（旋转90度或以其它取向观看或为基准）且相应地解释这里所使用的空间相对描述语。
参考截面图示在这里描述了示例实施方式，该图示是理想实施方式（及中间结构）的示意图。因此，可以预期由于例如制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，示例实施方式不应解释为限于这里所示的具体的区域形状，而是包括由于例如由制造引起的形状的偏离。例如，被示为矩形的注入区通常可以具有圆化或弯曲的特征和/或在其边缘具有（例如，注入浓度的）梯度而不是从注入区到非注入区的二元变化。相似地，由注入形成的埋入区可以引起埋入区和通过其进行注入的表面之间的区域中的一些注入。因此，图中示出的区域本质上是示意性的且它们的形状不一定示出区域的精确的形状且不旨在限制范围。
还应当注意的是，在一些备选实施中，声明的功能/作用可能不按照附图中表明的顺序发生。例如，连续示出的两个附图根据有关的功能/作用实际上可以基本同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行。
除非另有界定，否则这里使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有示例实施方式所属领域的普通技术人员共同理解的相同的意思。还可以理解诸如那些在通用词典中定义的术语应解释为具有与在相关技术的语境中一致的涵义，而不应解释为理想化或过度形式化的意义，除非在这里明确地如此界定。
为了更具体地描述示例实施方式，将参考附图更详细地描述各个方面。然而，本发明不限于描述的示例实施方式。
示例实施方式涉及感光晶体管、其制造方法以及使用感光晶体管的显示面板。
图1是示意性示出根据示例实施方式的感光晶体管的结构的截面图。
参考图1，根据示例实施方式的感光晶体管100包括栅极层110、形成在栅极层110上的栅绝缘层120、形成在栅绝缘层120上并由半导体材料形成的沟道层130、在沟道层130上的部分区域中形成的蚀刻停止层140、在沟道层130上彼此分离开形成的源极150和漏极160（蚀刻停止层140插置在其间）、以及完全覆盖源极150、漏极160和蚀刻停止层140的钝化层170。
感光晶体管100包括处于不对称形式的源极150和漏极160。换句话说，当源极150与蚀刻停止层140分离开时，漏极160接触蚀刻停止层140的上表面和侧表面。
感光晶体管100的上述结构提高了感测入射光的效率并且尽可能地增大了沟道层130的将暴露于入射光的区域。
图2A和图2B分别是根据比较例的感光晶体管的结构的截面图以及根据光束位置的光电流的曲线图。
参考图2A和图2B，根据比较例的感光晶体管10包括栅极11、栅绝缘层12、沟道层13、蚀刻停止层14、源极15和漏极16。源极15和漏极16具有对称形状并且形成为分别从蚀刻停止层14的上表面的两侧到蚀刻停止层14的相对侧表面与蚀刻停止层14接触。当光入射到具有上述结构的感光晶体管10时，入射光穿过源极15或漏极16以及蚀刻停止层14，并且入射到沟道层13使得发生光损失。具体地，本发明的发明者通过实验发现：光电流根据光束位置而改变。换句话说，参考图2B，感光晶体管10表现出对于入射到源极15侧的光更敏感。
考虑到上述情况，在根据示例实施方式的感光晶体管100中，源极150与蚀刻停止层140分离开形成使得光可以更多地入射在沟道层130的靠近源极150的区域内。下文描述关于感光晶体管100的材料的详细内容。
栅极层110可以由表现出优良电导率的金属材料例如铂（Pt）、钌（Ru）、金（Au）、银（Ag）、钼（Mo）、铝（Al）、钨（W）、铜（Cu）或其组合形成。
栅绝缘层120可以由绝缘材料（例如，硅氧化物或硅氮化物）形成。例如，SiO2或具有比SiO2高的介电常数的高K材料（例如，HfO2、Al2O3、Si3N4或其组合）可以用于栅绝缘层120。备选地，由上述材料形成的双层膜可以用于栅绝缘层。
沟道层130可以由氧化物半导体形成。由氧化物半导体形成的晶体管作为具有非晶硅薄膜晶体管（a-Si TFT）和多晶TFT（poly-Si TFT）两者的特征的器件被广泛接受。例如，由于ZnO基半导体器件可以以低温工艺制造并且处于非晶态，所以易于制造大尺寸的ZnO基半导体器件。此外，ZnO基半导体膜是具有高迁移率的材料并且具有类似于多晶硅的非常好的电特征。沟道层130可以由包括铟（In）、镓（Ga）、锌（Zn）、铝（Al）或其组合的氧化物形成。例如，氧化物半导体材料（例如，ZnO、InO、SnO、InZnO、ZnSnO、InSnO等）可以用于沟道层130。备选地，通过在上述氧化物半导体材料中添加诸如铪（Hf）、锆（Zr）、钛（Ti）、钽（Ta）、镓（Ga）、铌（Nb）、钒（V）、铝（Al）、锡（Sn）等材料中的一种或多种获得的混合材料可以用于沟道层130。沟道层130可以形成为单层，或形成多层结构，以便提高感光晶体管100的性能和可靠性。
蚀刻停止层140防止沟道层130在蚀刻工艺期间被暴露于蚀刻，在蚀刻工艺中导电材料形成在沟道层130上并被蚀刻以形成接触沟道层130的源极150和漏极160，由此防止损伤沟道层130。蚀刻停止层140可以由例如硅氧化物、硅氮化物、有机绝缘材料或其组合形成。
源极150和漏极160可以由导电材料形成。此外，源极150和漏极160可以由透明导电氧化物即透明电极材料（例如，铟锌氧化物（IZO）、铟锡氧化物（ITO）或其组合）形成以减少入射到沟道层130的光的损失。
钝化层170可以由硅氮化物或硅氧化物形成。
在上述结构中，沟道层130的与源极150与蚀刻停止层140之间的空间相应的区域132具有比沟道层130的任何其他区域高的电导率。由于源极150与蚀刻停止层140彼此分离开，当形成钝化层170时，氢原子被注入到沟道层130的一区域中，该区域直接接触钝化层170。氢原子供应电荷，因此沟道层130的被供应电荷的部分的电荷浓度增大使得该部分变成高导电区域，即，区域132。
图3是示意性示出根据示例实施方式的感光晶体管的结构的截面图。
参考图3，类似于图1的感光晶体管100，源极250和漏极260不对称地形成在根据本示例实施方式的感光晶体管200中。然而，感光晶体管200与图1的感光晶体管100的不同在于：源极250和漏极260由金属材料形成。源极250和漏极260可以由诸如铂（Pt）、钌（Ru）、金（Au）、银（Ag）、钼（Mo）、铝（Al）、钨（W）、铜（Cu）或其组合的材料形成。当源极250和漏极260由金属材料形成时，与使用透明导电氧化物的情况相比损失了更多光。然而，电导率很高使得器件的电阻减小。
图4是示意性示出根据示例实施方式的感光晶体管的结构的截面图。
参考图4，在根据示例实施方式的感光晶体管300中，源极350和漏极360两者都不接触蚀刻停止层140并且彼此分离开。因此，相应于源极350与蚀刻停止层140之间的空间的区域332以及相应于漏极360与蚀刻停止层140之间的空间的区域334变成电导率高于沟道层的任何其他区域的区域。由于源极350和漏极360两者都与蚀刻停止层140分离开，所以沟道层330的暴露区域增大。同样，由于源极350和漏极360由透明导电氧化物形成，所以光损失会减小。
图5是示意性示出根据示例实施方式的感光晶体管的结构的截面图。
参考图5，根据示例实施方式的感光晶体管400与图4的感光晶体管400的不同在于：源极450和漏极460由金属材料形成。
图6A至图6G是用于解释根据示例实施方式的感光晶体管的制造方法的截面图。
参考图6A，由半导体材料形成的栅绝缘层120和沟道层130顺序形成在栅极层110上。栅绝缘层120可以由表现出优良电导率的金属材料（例如，铂（Pt）、钌（Ru）、金（Au）、银（Ag）、钼（Mo）、铝（Al）、钨（W）、铜（Cu）或其组合）形成。
栅绝缘层120可以由绝缘材料（例如，硅氧化物、硅氮化物或其组合）形成。例如，SiO2或具有比SiO2高的介电常数的高K材料（例如，HfO2、Al2O3、Si3N4或其组合）可以用于栅绝缘层120。备选地，由上述材料形成的双层膜可以用于栅绝缘层120。
沟道层130可以由氧化物半导体形成。沟道层130可以由包括铟（In）、镓（Ga）、锌（Zn）、铝（Al）或其组合的氧化物形成。例如，氧化物半导体材料，诸如，ZnO、InO、SnO、InZnO、ZnSnO、InSnO等，可以用于沟道层130。备选地，通过在上述氧化物半导体材料中添加诸如铪（Hf）、锆（Zr）、钛（Ti）、钽（Ta）、镓（Ga）、铌（Nb）、钒（V）、铝（Al）、锡（Sn）等材料中的一种或多种获得的混合材料可以用于沟道层130。虽然沟道层130被示出为单层，但是这仅是示例并且沟道层130可以形成为多层结构。
参考图6B，蚀刻停止层140形成在沟道层130上的部分区域中。蚀刻停止层140防止沟道层130在蚀刻工艺期间被暴露于蚀刻，在蚀刻工艺中导电材料形成在沟道层130上并被蚀刻以形成接触沟道层130的源极150和漏极160，由此防止损伤沟道层130。蚀刻停止层140可以由例如硅氧化物、硅氮化物、有机绝缘材料或其组合形成。
参考图6C，导电材料层CM形成为完全覆盖沟道层130和蚀刻停止层140。导电材料层CM可以由透明导电氧化物或金属材料形成。
参考图6D，导电材料层CM被蚀刻以形成源极150（250）和漏极160（260）。换句话说，导电材料层CM的部分区域被蚀刻以露出蚀刻停止层140，使得导电材料层CM被分成源极150（250）和漏极160（260）。这样，源极150（250）与蚀刻停止层140分离开形成。
参考图6E，钝化层170形成为完全覆盖源极150（250）、漏极160（260）和蚀刻停止层140。结果，制造出具有如图1（3）所示的上述结构的感光晶体管100（200）。
图6D的蚀刻工艺可以改变为图6F和图6G的工艺，在其中源极350（450）和漏极360（460）都与蚀刻停止层140分离开，钝化层170形成为完全覆盖源极350（450）、漏极360（460）和蚀刻停止层140。因此，制造出具有如图4和图5示出的上述结构的感光晶体管300和400。
由于源/漏结构被改进使得沟道层的整个区域可以很好地暴露于光，所以上述感光晶体管具有高感光效率。感光晶体管可以应用于具有光学触摸功能的显示面板。
图7是示意性示出根据示例实施方式的光学触摸显示面板的结构的截面图。
参考图7，根据示例实施方式的光学触摸显示面板500包括多个像素，每个像素包括显示单元560和用于感测入射光的感光晶体管100，该显示单元560的开启/关闭根据图像信息而控制。在图7中，仅示出一个像素。然而，示例实施方式不限于此。
在光学触摸显示面板500的具体结构中，光学触摸显示面板500包括彼此面对布置的透明后基板510和透明前基板570，以及设置在后基板510与前基板570之间的显示单元560。
显示单元560可以是由液晶材料形成的液晶单元。第一配向层542和第二配向层548可以分别形成在显示单元560的下表面和上表面上，以提高液晶的界面性能和配向特性。此外，第一偏光板582和第二偏光板584可以分别布置在后基板510的下表面和前基板570的上表面上。
滤色器552、钝化层539和第一透明电极层536顺序形成在前基板570的下表面之下。具有参考图1（2）描述的结构的感光晶体管100（200）提供在后基板510的上表面上。漏极160（360）通过穿过钝化层170而连接到第二透明电极层533。
此外，虽然图7中没有示出，但是用于控制显示单元260的开启/关闭的驱动晶体管可以提供在后基板510的上表面上。驱动晶体管可具有与感光晶体管100（200）相同的结构，或者可具有与根据比较例的感光晶体管10相同的结构。
由于光学触摸显示面板500采用具有以下结构的感光晶体管100（200）：沟道层130的被暴露于入射光的区域尽可能增大，所以光学触摸显示面板500的感光效率高。此外，在采用由液晶形成的显示单元560的示例实施方式中基本上提供了第一偏光板582和第二偏光板584。然而，考虑到输入到正面的大量入射光在第二偏光板584处损失，所以包括具有高的光效率的感光晶体管100（200）是重要的。
图8是示意性示出根据示例实施方式的光学触摸显示面板的结构的截面图。
参考图8，根据示例实施方式的光学触摸显示面板600与图7的光学触摸显示面板500的不同在于：采用了具有参考图4和5描述的结构的感光晶体管300（400）。
应当理解，在此描述的示范实施方式应当仅以描述的含义理解，而不为限制的目的。对于每个实施方式内的特征或方面的描述应该典型地被认为是可适用于其他示例实施方式中的其他相似的特征或方面。
本申请要求于2012年3月13日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2012-0025666的优先权，其全部内容通过引用结合在此。

Claims (20)

1.一种感光晶体管，包括∶
栅极层；
栅绝缘层，在所述栅极层上；
沟道层，在所述栅绝缘层上；
蚀刻停止层，在所述沟道层的部分区域上；
源极和漏极，在所述沟道层上并彼此分离开，其中所述蚀刻停止层插置在所述源极和所述漏极之间；以及
钝化层，覆盖所述源极、所述漏极和所述蚀刻停止层，
其中所述源极与所述蚀刻停止层分离开，
其中所述沟道层的相应于所述源极与所述蚀刻停止层之间的空间的区域具有比沟道层的任何其他区域高的电导率。
2.如权利要求1所述的感光晶体管，其中所述源极和所述漏极由透明电极材料形成。
3.如权利要求1所述的感光晶体管，其中所述源极和所述漏极由金属材料形成。
4.如权利要求1所述的感光晶体管，其中所述漏极与所述蚀刻停止层分离开。
5.如权利要求4所述的感光晶体管，其中所述沟道层的相应于所述源极与所述蚀刻停止层之间的空间的区域以及所述沟道层的相应于所述漏极与所述蚀刻停止层之间的空间的区域具有比沟道层的任何其他区域高的电导率。
6.如权利要求4所述的感光晶体管，其中所述源极和所述漏极由透明电极材料形成。
7.如权利要求4所述的感光晶体管，其中所述源极和所述漏极由金属材料形成。
8.如权利要求1所述的感光晶体管，其中所述沟道层由包括从铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)、铝(Al)及其组合中选择出的至少一个的氧化物形成。
9.如权利要求1所述的感光晶体管，其中所述沟道层由半导体材料形成。
10.一种光学触摸显示面板，包括∶
显示单元，配置为根据图像信息而在开启状态和关闭状态之间被控制；以及
如权利要求1所述的感光晶体管，其中所述感光晶体管配置为感测入射光。
11.如权利要求10所述的光学触摸显示面板，其中所述漏极与所述蚀刻停止层分离开。
12.如权利要求10所述的光学触摸显示面板，其中所述源极和所述漏极由透明电极材料形成。
13.如权利要求10所述的光学触摸显示面板，其中所述源极和所述漏极由金属材料形成。
14.如权利要求10所述的光学触摸显示面板，其中所述显示单元包括液晶材料。
15.一种制造感光晶体管的方法，该方法包括∶
在栅极层上顺序形成栅绝缘层和沟道层；
在所述沟道层的部分区域上形成蚀刻停止层；
形成导电材料层以完全覆盖所述沟道层和所述蚀刻停止层；
蚀刻所述导电材料层的部分区域以暴露所述蚀刻停止层，其中所述导电材料层被分离成源极和漏极，所述源极与所述蚀刻停止层分离开形成；以及
形成钝化层以覆盖所述源极、所述漏极和所述蚀刻停止层，
其中所述沟道层的相应于所述源极与所述蚀刻停止层之间的空间的区域具有比沟道层的任何其他区域高的电导率。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述导电材料层由透明电极材料形成。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述导电材料层由金属材料形成。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述漏极与所述蚀刻停止层分离开。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述沟道层由包括从铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)、铝(Al)及其组合中选择出的至少一个的氧化物形成。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述沟道层由半导体材料形成。
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