CN1967877A - 薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种薄膜晶体管及其制造方法，该晶体管能够减少漏极和源极的金属层导致的衬底的应力，该薄膜晶体管包括衬底；布置在衬底上并包括源极区和漏极区以及沟道区的半导体层；布置在包括半导体层的衬底上的栅绝缘层；布置在栅绝缘层上以对应于半导体层的沟道区的栅极；布置在包括栅极的衬底上并具有和半导体层的源极区和漏极区连接的接触孔的中间绝缘层；和通过接触孔与源极区和漏极区连接的源极和漏极，其中源极和漏极包括第一金属层、第二金属层和插在第一金属层和第二金属层之间的金属氧化层。因此，薄膜晶体管可以减少源极和漏极的金属层导致的衬底的应力，由此改善了有机发光二极管显示器的产量。
Description
技术领域
本发明的方案涉及薄膜晶体管及其制造方法，更尤其是，涉及这样的薄膜晶体管及其制造方法，能够减少由来自源极和漏极的金属层引起的衬底的压力，由此当制造有机发光二极管显示器的薄膜晶体管时增加器件的产量。
背景技术
通常，有机发光二极管显示器(OLED)包括阳极、布置在阳极上的有机发射层和布置在有机发射层上的阴极。在OLED中，当对阳极施加电流时，从阳极将空穴注入到有机发射层中，并从阴极将电子注入到有机发射层中。注入到有机发射层的空穴和电子在有机发射层中重新组合以产生激发子，并且当这些激发子从激发态到接地态迁移时，发出光。
通常，根据以矩阵形式布置的驱动N×M数量像素的方式，有机发光二极管显示器分成无源矩阵型和有源矩阵型。
在有源矩阵型中，限定发射区的像素电极和用于将电流数据或者电压数据编程到像素电极的单元像素电路布置在单元像素区中。因为单元像素电路包括至少一个薄膜晶体管，所以不管有机发光二极管显示器的像素数量，单元像素电路提供恒定电流，使得它提供稳定的亮度和低的功耗特性，由此容易地实现高分辨率大尺寸的显示器。
图1是示出了制造有机发光二极管显示器的薄膜晶体管的相关方法的横截面图。
参考图1，缓冲层11形成在衬底10上，然后在缓冲层11上形成半导体层12。
栅绝缘层13形成在半导体层12上，并且栅极15形成在栅绝缘层13上，以对应于半导体层12的预定区域。
随后，使用栅极15作为掩模将杂质离子注入到半导体层12中，由此形成源极区12a和漏极区12b，并同时限定插在源极区12a和漏极区12b之间的沟道区12c。
中间绝缘层16形成在包括栅极15的衬底的整个表面上，然后刻蚀以在中间绝缘层16中形成露出源极区12a和漏极区12b的每一个的接触孔17。
接下来，用于源极和漏极的金属层沉积在中间绝缘层16上，并然后构图，由此形成接触源极区12a和漏极区12b的源极18a和漏极18b，由此制造了薄膜晶体管。
图2A和2B是示出了用于源极和漏极的相关金属层的横截面图。
参考图2A，源极和漏极是由金属构成的，例如钼(Mo)、钨(W)钨化钼(MoW)或者钛(Ti)，并且在高温时通过溅射和结晶形成这些金属，以具有柱形的规则方向。
因此，如图2A所示，在使用金属例如钼形成源极和漏极金属层后，利用因金属层的方向和温度的下降导致热膨胀系数变化产生的应力弯曲衬底。
当衬底的厚度变得更薄时，这种现象频繁地发生。而且，当在金属层上涂敷光致抗蚀剂构图金属层时，可能使衬底断裂。
发明内容
本发明的方案提供了一种薄膜晶体管及其制造方法，通过减少来自源极和漏极的金属层导致的衬底上的压力可以改善器件的产量。
在本发明的实施例中，薄膜晶体管包括衬底；布置在衬底上并包括源极和漏极区以及沟道区的半导体层；布置在包括半导体层的衬底上的栅绝缘层；布置在栅绝缘层上以对应于半导体层的沟道区的栅极；布置在包括栅极的衬底上并具有和半导体层的源极区和漏极区连接的接触孔的中间绝缘层；和通过接触孔与源极区和漏极区连接的源极和漏极，其中源极和漏极包括第一金属层、第二金属层和插在第一金属层和第二金属层之间的金属氧化层。
在本发明的另一实施例中，制造薄膜晶体管的方法包括制备衬底；在衬底上形成包括源极和漏极和沟道区的半导体层；在包括半导体层的衬底上形成栅绝缘层；在栅绝缘层上形成栅极以对应于半导体层的沟道区；在包括栅极的衬底上形成包括和半导体层的源极区和漏极区连接的接触孔的中间绝缘层；形成通过接触孔和源极区以及漏极区连接的第一金属层；在第一金属层上形成金属氧化层；在金属氧化层上形成第二金属层；和刻蚀第一金属层、金属氧化层和第二金属层；并形成源极和漏极。
在随后的说明书中部分地陈述本发明的另外的方面和/或优点，从说明书另外的方面和/或优点将现显而易见的，或者通过实践本发明可以获得。
附图说明
参考附图，从下面实施例的描述本发明的这些和/或其它方面和优点将变得显而易见并更容易理解，其中：
图1是示出了制造有机发光二极管显示器的薄膜晶体管的相关方法的横截面图；
图2A和2B是示出了用于源极和漏极的相关金属层的横截面图；
图3是示出了根据本发明的实施例制造有机发光二极管显示器的薄膜晶体管的方法的横截面图；
图4A和4B是示出了根据本发明的实施例的用于源极和漏极的金属层的横截面图；
图5示出了用金属层引起的应力弯曲衬底的范围。
具体实施方式
现在将对本发明的实施例具体作出参考，在附图中示出其中的实例，其中相同的附图标记在全文中指代相同的元件。为了解释本发明下面通过参考
附图描述实施例。
图3是示出了根据本发明的实施例制造有机发光二极管显示器的薄膜晶体管的方法的横截面图。
参考图3，在衬底100上形成缓冲层110。形成缓冲层110，以保护在随后的工艺中形成的薄膜晶体管不从衬底100扩散出杂质。缓冲层110可以由二氧化硅(SiO2)层、氮化硅(SiNx)层或者其复合层构成。
随后，在缓冲层110上形成半导体层120。半导体层120可以由通过在缓冲层110上形成非晶硅层获得的多晶硅层构成，然后使用准分子激光退火(ELA)、连续横向凝固(SLS)、金属诱导结晶(MIC)或者粉末诱导横向结晶(MILC)结晶化并构图非晶硅层。
接下来，在包括半导体层120的衬底的整个表面上形成栅绝缘层130。栅绝缘层130可以由氧化硅层、氮化硅层或者其复合层构成，其具有和半导体层120良好的界面特性，由此增加栅绝缘层130的绝缘承受电压并减少因迁移电荷的影响。因此，薄膜晶体管可以具有增强的电特性。
栅极150形成在栅绝缘层130上，以对应于半导体层120的预定区域。栅极150可以由MoW、Mo、W和Al的其中一种构成。
随后，使用栅极150作为掩模将杂质离子注入到半导体层120中，由此形成源极区120a和漏极区120b，并限定插在源极区120a和漏极区120b之间的沟道区120c。
杂质离子可以是n型或p型杂质离子。n型杂质离子可以选自由磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)构成的组。而且，p型杂质离子可以选自由硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)构成的组。
中间绝缘层160形成在包括栅绝缘层150的衬底的整个表面上。中间绝缘层160可以由氧化硅层、氮化硅层或者其复合层构成，其通过PECVD或者LPCVD构成。
随后，通过刻蚀工艺在中间绝缘层160中形成接触孔170，以露出源极区120a和漏极区120b的每一个。
然后，在包括接触孔170的中间绝缘层160上沉积第一金属层180a。这里，第一金属层180a可以由金属，例如Mo、W、MoW或者Ti构成。
这里，通过溅射可以形成第一金属层180a，并形成具有大约2500的厚度，其是源极和漏极的总厚度的一半。
在形成第一金属层180a之后，在第一金属层180a上形成金属氧化层180b，第二金属层180c是由金属氧化层180b构成的。
图4A和4B示出了根据本发明的典型实施例用于源极和漏极的金属层的横截面图。
参考图4A，在以柱形结晶的第一金属层180a上形成金属氧化层180b。当在形成金属氧化层180b之后形成第二金属层180c，由于第二金属层180c的结晶方向和第一金属层180a的不匹配，如图4B所示，所以减少了用于源极和漏极的金属层结晶引起的应力，由此可以减少衬底的弯曲。
这里，金属氧化层180b的厚度优选是用于源极和漏极的金属层，也就是第一和第二金属层的总厚度的1到4％。
因此，当用于源极和漏极的金属层形成为大约5000的厚度时，金属氧化层优选具有50到200的厚度。同样，为了使第一金属层180a和第二金属层180c的结晶方向不匹配，金属氧化层可以具有大于等于50的厚度，其至少是总厚度的1％。还有，当电流在第一金属层180a和第二金属层180c之间流动时，由于因隧道现象导致电荷通过金属氧化层180b移动，所以金属氧化层可以具有小于等于200的厚度，其最多是总厚度的4％。
优选在原位置通过溅射形成第一金属层180a和金属氧化层180b。这可以通过在真空气氛中溅射金属材料形成第一金属层180a，并然后通过在氧气气氛中溅射金属材料形成金属氧化层180b实现。
可替换地，在形成第一金属层180a之后通过使用去离子水清洗工艺可以形成金属氧化层180b。
随后，在金属氧化层180b上形成第二金属层180c。这里第二金属层180c可以由金属，例如Mo、W、MoW或者Ti构成，并形成为大约2500的厚度，其是源极和漏极的总厚度的一半。
这里，在形成金属氧化层180b之后，优选在原位置通过溅射形成第二金属层180c。
随后，在用于源极和漏极的金属层上涂敷光致抗蚀剂，并然后曝光和显影。由此，构图用于源极和漏极的金属层180，以形成在接触孔170中露出的和源极区120a和漏极区120b接触的源极和漏极(未示出)。
通过这些工艺，完成了包括半导体层120、栅极150和源极和漏极(未示出)的薄膜晶体管。
下文中，将描述本发明的实例。然而，本发明的方案不局限于这些实例。
<实例>
在衬底上形成半导体层、栅绝缘层和栅极，并在其上堆叠中间绝缘层。随后，在中间绝缘层中形成和半导体层的源极区和漏极区连接的接触孔，然后在包括接触孔的衬底的整个表面上形成大约2500厚度的由MoW构成的第一金属层。其后，通过清洗工艺在第一金属层上形成大约50厚度的金属氧化层，并在金属氧化层上形成大约2500厚度的由MoW构成的第二金属层。
<比较例>
在衬底上形成半导体层、栅绝缘层和栅极，并在其上堆叠中间绝缘层。随后，在中间绝缘层中形成和半导体层的源极区和漏极区连接的接触孔，在包括接触孔的衬底的整个表面上形成大约5000厚度的由MoW构成的用于源极和漏极金属层。
图5示出了由金属层产生的应力弯曲衬底的范围。衬底的应力可以表示为每单位面积的压力(dyne/cm2)、半径(R)和高度(H)。
[表1]
| 实例 | 衬底的应力(dyne/cm2) | 半径(R)(m) | 高度(H)(m) |
| 1 | 3.16×e8 | 35.94 | 476.17 |
| 2 | 2.35×e8 | 47.17 | 362.80 |
| 3 | 3.32×e8 | 35.57 | 481.11 |
[表2]
| 比较例 | 衬底的应力(dyne/cm2) | 半径(R)(m) | 高度(H)(m) |
| 1 | 7.34×e8 | 25.67 | 666.53 |
| 2 | 1.11×e9 | 26.15 | 654.43 |
| 3 | 8.06×e8 | 22.67 | 754.93 |
表1和2示出了通过分别测试根据实例和比较例形成的衬底的应力获得的结果。
从表1和2可以看出的是，在形成第一金属层，然后形成金属氧化层和第二金属层的实例的情况中，可以注意的是，施加到每单位面积衬底的压力减少到大约1/2。
还有，当衬底的弯曲减少时，实例的半径(R)和比较例的半径相比增加了大约10m，实例的高度(H)和比较例的相比减少了200m或更多。因此，当根据本发明的方案形成源极和漏极金属层时，可以注意的是衬底的应力显著减少了。
如上所述，本发明的方案可以减少由于源极和漏极的金属层导致的衬底的应力。因此，本发明的方案可以改善薄膜晶体管的可靠性和有机发光二极管显示器的产量。
尽管已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的原则和精神的情况下可以对该实施例作出改变，本发明的范围在权利要求书和其等价物中限定。
本申请要求2005年9月30日提交的韩国专利申请号2005-92292的权益，其公开的内容在此引作参考。
Claims (18)
1、一种薄膜晶体管，包括：
衬底；
布置在衬底上并包括源极区和漏极区以及沟道区的半导体层；
布置在包括半导体层的衬底上的栅绝缘层；
布置在栅绝缘层上以对应于半导体层的沟道区的栅极；
布置在包括栅极的衬底上并具有和半导体层的源极区和漏极区连接的接触孔的中间绝缘层；和
通过接触孔与源极区和漏极区连接的源极和漏极，其中源极和漏极包括第一金属层、第二金属层和插在第一金属层和第二金属层之间的金属氧化层。
2、根据权利要求1的薄膜晶体管，其中第一金属层或者第二金属层是选自由Mo、W、MoW和Ti构成的组中的一个。
3、根据权利要求1的薄膜晶体管，其中金属氧化层具有第一和第二金属层的总厚度的1到4％。
4、根据权利要求1的薄膜晶体管，其中金属氧化层具有50到200的厚度。
5、一种制造薄膜晶体管的方法，包括：
制备衬底；
在衬底上形成包括源极区、漏极区和沟道区的半导体层；
在包括半导体层的衬底上形成栅绝缘层；
在栅绝缘层上形成栅极以对应于半导体层的沟道区；
在包括栅极的衬底上形成包括和半导体层的源极区和漏极区连接的接触孔的中间绝缘层；
通过接触孔形成和源极区以及漏极区连接的第一金属层；
在第一金属层上形成金属氧化层；
在金属氧化层上形成第二金属层；和
刻蚀第一金属层、金属氧化层和第二金属层；并形成源极和漏极。
6、根据权利要求5的方法，其中通过使用去离子水清洗具有第一金属层的衬底完成金属氧化层的形成。
7、根据权利要求5的方法，其中通过在氧气气氛中溅射完成金属氧化层的形成。
8、根据权利要求5的方法，其中通过在原位置溅射形成第一金属层、金属氧化层和第二金属层。
9、根据权利要求5的方法，其中使用选自由Mo、W、MoW和Ti构成的组中的一个通过溅射完成第一和第二金属层的形成。
10、根据权利要求1的薄膜晶体管，其中第一金属层的结晶方向不同于第二金属层的结晶方向。
11、根据权利要求1的薄膜晶体管，其中以柱形结晶第一金属层。
12、根据权利要求5的方法，其中第一金属层的结晶方向不同于第二金属层的结晶方向。
13、根据权利要求5的方法，其中以柱形结晶第一金属层。
14、一种薄膜晶体管，包括：
衬底；
布置在衬底上并包括源极区和漏极区以及沟道区的半导体层；
布置在半导体层上以对应于半导体层的沟道区的栅极；
布置在包括栅极的衬底上并具有和半导体层的源极区和漏极区连接的接触孔的中间绝缘层；和
通过接触孔与源极区和漏极区连接的源极和漏极，其中源极和漏极包括第一金属层和第二金属层，金属层具有彼此不同的结晶方向。
15、根据权利要求14的薄膜晶体管，其中源极和漏极还包括插在第一金属层和第二金属层之间的金属氧化层。
16、根据权利要求14的薄膜晶体管，其中第一金属层或者第二金属层是选自由Mo、W、MoW和Ti构成的组中的一个。
17、根据权利要求15的薄膜晶体管，其中金属氧化层具有第一和第二金属层的总厚度的1到4％。
18、根据权利要求15的薄膜晶体管，其中金属氧化层具有50到200的厚度。
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