薄膜晶体管及其制造方法
专利名称：薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及开关器件及其制造方法，且更具体地，涉及薄膜晶体管及其 制造方法。
背景技术：
薄膜晶体管可以用作用于平板显示装置例如液晶显示器装置或有机发 光显示器装置的开关器件。
薄膜晶体管的迁移率或泄漏电流可以根据薄膜晶体管沟道层的材料和 状态而明显变化。
在常规液晶显示器装置中，大多数薄膜晶体管的沟道层是非晶硅层。如
果薄膜晶体管的沟道层是非晶硅层，则电荷迁移率可以是约0.5cmVVs,这 是很低的，并且因此，难于增加常规液晶显示器装置的运行速度。
因此，进行研究以找到使用ZnO基材料层例如Ga-In-Zn-O层作为薄膜 晶体管的沟道层的方法，该ZnO基材料层具有比非晶硅层更大的电荷迁移 率。Ga-In-Zn-O层的迁移率可以比非晶硅层的迁移率大几十倍，因此，其可 以明显增加液晶显示器装置的运行速度。
发明内容
示例实施例可以提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管由于薄膜晶体管的 源极和漏极之间改善的接触而具有改善的特性。
示例实施例还可以提供制造该薄膜晶体管的方法。
示例实施例可以提供一种薄膜晶体管(TFT)，其可以包括栅极；沟道 层；源极和漏极，源极和漏极由金属形成；以及金属氧化物层，该金属氧化 物层形成在沟道层与源极和漏极之间。
金属氧化物层在沟道层与源极和漏极之间可以具有逐渐变化的金属含
曰f 。
金属氧化物层中的金属含量可以在朝向沟道层的方向上逐渐增加或减少。
.金属氧化物层可以是化学计量的层或非化学计量的层。
金属氧化物层可以包括过渡金属，该过渡金属具有高于或类似于ZnO 的氧化特性的氧化特性。
源极和漏极可以是由金属形成的双层。 沟道层可以是氧化物半导体层。
包含在金属氧化物层中的金属可以与源极和漏极的金属相同。 栅极可以形成在沟道层的上方或下方，或者掩埋在沟道层中。 过渡金属可以是选自由Al、 Ti、 Mo、 Cr或W构成的组中的一种。 源才及和漏才及可以由Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、
Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg组成的组中所选取的至少一种形成。
氧化物半导体层可以是 a(In203》b(Ga203) 'c(Zn())或 a(ln203)'b(ZnO)'c(SnO)(这里a、 b和c分别是满足a^0， b^0和00的整数)。
示例实施例可以提供一种制造薄膜晶体管(TFT)的方法，该方法可以 包括在衬底上形成栅极，在衬底上形成覆盖栅极的栅极绝缘层，在栅极绝 缘层上形成沟道层，并通过在沟道层和栅极绝缘层上依次堆叠金属氧化物层 和金属层来形成源极和漏极。
在形成金属氧化物层和金属层之后，可以对得到的结构进行退火。 退火可以使用炉管、快速热退火(RTA)或激光在氮气氛中在250°C~ 450'C之间进行。
根据至少一个示例实施例，沟道层可以首先形成在衬底上，且源极和漏 极可以通过在沟道层和衬底上依次堆叠金属氧化物层和金属层来形成，以及 栅极和栅极绝缘层可以在形成源极和漏极之后通过形成栅极绝缘层以覆盖 沟道层、金属氧化物层和金属层并在栅极绝缘层上形成栅极而形成。
示例实施例可以提供一种制造薄膜晶体管(TFT)的方法，其可以包括 在衬底上形成栅极，在衬底上形成覆盖栅极的栅极绝缘层，在栅极绝缘层上 形成沟道层，在沟道层和栅极绝缘层上堆叠金属层，并在金属层和沟道层之 间形成金属氧化物层。
金属氧化物层可以通过对包括金属层的得到的结构退火来形成。退火可以使用炉管、快速热退火(RTA)或激光来进行。 退火可以在包含氮或氧的气氛中在250°C 45(TC之间进行。 退火可以在氧气氛中在250°C 45(TC之间进行。
根据至少一个示例实施例，沟道层可以首先形成在衬底上，且金属层可 以形成在沟道层和衬底上，且栅极绝缘层可以形成为覆盖金属层和沟道层， 以及金属氧化物层可以在在栅极绝缘层上形成栅极之后形成。
另外，沟道层可以是首先形成在衬底上，且金属层可以形成在沟道层和 衬底上，然后可以形成金属氧化物层，以及栅极绝缘层可以形成以覆盖金属 层、金属氧化物层和沟道层，并且栅极可以形成在栅极绝缘层上。
示例实施例的上述和其它特征及优点将通过参照附图详细描述示例实 施例而变得更加清晰。附图意在描绘示例实施例并且不应解释为限制权利要 求所意欲保护的范围。附图不应被认为按比例画出，除非清楚地说明。
图1是根据至少一个示例实施例的薄膜晶体管(TFT)的平面图。
图2是沿图1的线2-2，切取的截面图。
图3至图8是展示根据示例实施例的第一、第二和第三TFT的电学特性 的曲线图。
图9是展示根据至少一个示例实施例的第一 TFT的漏极电流(Id)-漏极 电压(Vd)的曲线图。
图10是展示用在实验中的根据至少 一 个示例实施例的TFT的栅极电压-源极和漏极电流特性的曲线图。
图11是展示用在实验中的TFT的漏极电流-漏极电压特性的曲线图。
图12至15是根据至少一个示例实施例的制造TFT的方法的截面图。
图16是展示根据至少一个示例实施例，基于制造TFT的方法的源极-漏极电流(Ids)对金属氧化物层的厚度的曲线图。
图17至19是根据至少一个示例实施例制造TFT的方法的截面图。
图20和21是展示根据至少一个示例实施例，在制造TFT的方法中基于 退火温度的TFT的电学特性的曲线图。
图22和23分别是当不退火和当在35(TC退火时依次堆叠的氧化硅层、 沟道层和金属层的照片图像。图24和25是展示沿图22和23的线l-l，的材料成分的曲线图。 图26是可以应用示例实施例的顶部栅极TFT的截面图。
具体实施方式
'这里公开详细的示例实施例。然而，这里公开的特定结构和功能细节仅 代表描述示例实施例的目的。但是，示例实施例可以以许多不同的形式体现 并不应该认为仅限于这里阐述的实施例。因此，尽管示例实施例能够有各种变体和不同形式，其实施例以在附图,!;丄/' 二 ？r,， 二'. 一;— _v ,3 二 、丄卉二^么m :+' 力；工 s ;t i审奋《AA 、:5*右音六；l容壬 卞口" 'j、 i;/'j 口、j々》、/pL'J、7|仁^x工^r-w《W"1^。
,'、 w , /工议工王"斤tTJ t^/又々J思仁"，小例实施例限制于公开的具体形式，相反，示例实施例将覆盖落在示例实施例 的范围内的全部变体、等同物和更改。相同的附图标记在对附图的描述中都 指代相同的元件。应该理解的是，尽管术语第一、第二等可以用在这里以描述各种元件， 但这些元件不应该由这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件区别于另一 个元件。例如，第一元件可以称为第二元件，且类似地，第二元件可以称为 第一元件，而不偏离示例实施例的范围。如在这里使用的，术语"和/或"包 括一个或多个相关所列项目的任何和全部组合。应该理解的是，当元件被称为"连接"或"耦接"到另一元件时，其可 以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当元件被称 为"直接连接"或"直接耦接"到另一元件时，则不存在中间元件。用于描 述元件之间的关系的其它词语应以类似的方式解释(例如，"之间"相对于 "直接之间"，"相邻"相对于"直接相邻"等)。这里使用的术语仅为描述具体实施例的目的并不意在对示例实施例进行限制。如这里使用的，单数形式"一 (a)"、 "一 (an)"和"该(the)"也意 在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还应该理解的是术语"包括 (comprises )"、"包括(comprising)，，、"包含(includes)，， 和/或"包含 (including)"当在这里使用时，指定了所述的特征、整体、步骤、操作、元 件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元 件、部件和/或其组合的存在或添加。还应注意的是在一些替换实施方式中，所示的功能/作用可以在附图所示 的次序之外发生。例如，接续展示的两个图实际上可以基本同时执行或有时也可以以相反的次序执行，依赖于所涉及的功能/作用。现在将参考附图详细描述示例实施例。图中所示的层或区域的厚度可以 为了清晰起见而被夸大。首先，将描述根据至少一个示例实施例的薄膜晶体管(TFT)。图1是根据至少一个示例实施例的TFT的平面图。附图标记42指示可 以覆盖衬底的绝缘层。绝缘层42可以是具有100nm厚度的氧化硅层。附图 标记44、 50和52分别指示栅极、源极和漏极。TFT的源极50和漏极52的 位置可以彼此交换。源极50和漏极52的每个的一部分可以彼此相向突出并 可kA形成天出古卜、pron"usion 乂 dOP P Z)zr。，以弄巧予贞定5Xi^主口力宽/变W 的 源极50的突出部50P与可以具有相同宽度W的漏极52的突出部52P之间 的空间是可以具有预定或期望的长度L的沟道区域。源极50和漏极52可以 是金属层。例如，源极50和漏极52可以是由Ti、 Mo、 Cr、 W、 Pt、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg组成 的组中选取的至少一种形成的金属层。因此，源极50和漏极52可以是纯金 属的层或金属合金的层。另外，源极50和漏极52可以是任何导电金属层。源极50和漏极52也 可以是由两层依次堆叠的金属层形成的双层。源极50和漏极52可以由Ti、 Mo、 Cr、 W、 Pt、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg组成的组中选取的两层依次堆叠的金属层形成，例如，依 次堆叠的钛层和铂层。图2是根据至少一个示例实施例的沿图1的2-2，剖取的截面图。参照图 2，绝缘层42可以形成在衬底40上，衬底40可以是半导体衬底，例如，硅 衬底。栅极44可以形成在绝缘层42的预定或期望的区域上。TFT的栅极44 可以由钼或其它导电材料形成。栅极绝缘层46可以形成在绝缘层42上并可 以覆盖栅极44，且栅极绝缘层46可以是氧化硅层。沟道层48可以形成在才册 极绝缘层46上并可以覆盖栅极44，且沟道层48可以是氧化物半导体层，例 如，G-I-Z-0层，即，[a(In203>b(Ga203) .c(ZnO)]层或[a(In203) .b(ZnO) 'c(Sn())] (这里，a、 b和c分别是满足aX)， bX)和c〉0的整数)。第一金属氧化物 层54和第二金属氧化物层56可以彼此分离地形成在沟道层48的表面上， 且第一和第二金属氧化物层54和56可以彼此面对。第一金属氧化物层54 可以形成在源极50和沟道层48之间。第二金属氧化物层56可以形成在漏极52和沟道层48之间。第一金属氧化物层54可以形成在沟道层48的一侧 上并可以在沟道层48的上表面之上延伸。第二金属氧化物层56可以形成在 沟道层48的另一侧上并可以在沟道层48的上表面之上延伸。源极50可以 与第一金属氧化物层54的上表面接触，而漏极52可以和第二金属氧化物层 56的上表面接触。第一和第二氧化物层54和56可以是化学计量的或非化学 计量的层。另外，第一和第二氧化物层54和56可以是具有渐变金属含量的 金属氧化物层。例如，第一和第二金属氧化物层54和56可以是钛氧化物层， 其中钛的含量在从源极50和漏极52到沟道层48的方向上可以是增加的或 降低的。另外，第一和第二金属氧化物层54和56可以包括可具有比Zn() 更高的氧化特性的过渡金属，且该过渡金属可以是A1、 Ti、 Mo、 Cr或W。 第 一和第二金属氧化物层54和56可以分别与源极50和漏极52形成欧姆接 触，并可以与沟道层48形成异质结；并且第一和第二金属氧化物层54和56 的厚度可以是3A-300A。图3至8是展示根据示例实施例的第一、第二和第三TFT的电学特性的 曲线图。在第一 TFT中，源极50和漏极52分别是依次堆叠的Ti/Pt层；第一和 第二金属氧化物层54和56是钛氧化物层；沟道层48是G-I-Z-0层，例如， GIZ0221层；源极50和漏极52的突出部50P和52P的宽度W相对于沟道 层48的长度L的比率(W/L)是50/20;且第一 TFT在350。C退火预定或期 望的时间，例如1小时。图3是展示根据至少一个示例实施例的第一 TFT 的电流-电压特性的曲线图。图4是展示根据至少一个示例实施例，在第一 TFT中当没有电压施加到栅极44时源极50和漏极52之间的电流随施加到 漏极52的电压而变化的曲线图。在图3中，第一至第三曲线Gl至G3展示当施加到漏极52的电压为 0.1 V、 5V和10V时栅极电压Vg和源极-漏极电流Ids之间的特性。参照图3 ，当栅极电压Vg是0V而不考虑施加到漏极52的电压时，TFT 的源极-漏极电流Ids基本上是0，且当施加的栅极电压Vg增加到大于0V时， 在阈值电压或更高的电压测量到明显的源极-漏极电流Ids。另外，参照图4， 当没有电压施加到栅极44和从0V到+ 4V或-4V的电压施加到漏极52时， 没有电流流过源极50和漏极52之间，这表明第一 TFT以增强模式(enhanced mode )工作。图5和6展示根据至少一个示例实施例的第二 TFT的电学特性。第二 TFT与用于获得图3和4的结果的第一 TFT相同，除了第二 TFT包括分别 由依次堆叠的铬层和铂层形成的源极50和漏极52,且第一和第二金属氧化 物层54和56由铬氧化物层形成。在图5中，第一至第三曲线Gl至G3展 示当O.IV、 5V和10V的电压施加到漏极52时栅极电压Vg和源极-漏极电流 I&之间的特性。参照图5,第二TFT可以展示与图3所示的第一TFT的电流-电压特性 类似的电学特性。另外，参照图6，由于没有电压施加到栅极44，当施加到 漏极52的电压为从0V到+2V或-2V时，没有电流流过第二 TFT的源极50 和漏极52之间，因此第二TFT以增强模式工作。.图7和8展示根据至少一个示例实施例的第三TFT的电学特性。除了源 极50和漏极52的配置以及第一和第二金属氧化物层54和56，第三TFT与 第一TFT相同。因此，第三TFT包括分别由依次形成的鸽层和铂层形成的 源极50和漏极52。第一和第二金属氧化物层54和56是钨氧化物层。在图 7中，第一至第三曲线Gl至G3展示当施加到漏极52的电压是O.IV、 5V 和10V时，栅极电压Vg和源极-漏极电流Ids之间的特性。参照图7，第三TFT的电流-电压特性可以类似于第一和第二 TFT的电 学特性。参照图8,由于没有电压施加到栅极44,当施加到漏极52的电压 是从OV到+ 4V或-2V时，没有电流流过第三TFT的源极50和漏极52之间， 因此，第三TFT也以增强模式工作。因为根据示例实施例的TFT可以以增强模式工作，根据示例实施例的 TFT中没有泄漏电流(leakage current )，而以耗尽模式工作的常规TFT中可 能产生泄漏电流。图9展示根据至少一个示例实施例的第一TFT的漏极电流(Id)相对漏 极电压(Vd)的特性。第一和第二曲线Gil和G22展示在小于10V (例如 0.1V或小于5V)的电压施加到栅极44时测量的Id-Vd特性。第三至第五曲 线G33至G55展示当IOV、 15V、 20V的电压施加到栅极44时的Id-Vd特性。 参照第一至第五曲线Gil至G55,当施加到栅极44的电压是IOV或更大时， 漏极电流Id可以随漏极电压Vd的增加而增加。另外，漏极电流Id可以随施 加到栅极44的电压的增加而增加。参照图9,根据示例实施例的TFT与当大于OV的电压施加到栅极时观察到漏极电流Id的常规TFT相比，可以显示出改善的泄漏电流，而与施加到栅极的大于ov的电压的量无关。进行实验以确定当TFT不包括第 一和第二金属氧化物层54和56时TFT 的特性如何变化。为了进行实验，第一和第二金属氧化物层54和56从TFT去除且源极 50和漏极52由鉑层形成。其余条件设置得与第一TFT相同。图10展示根据至少一个示例实施例，用在实验中的TFT的栅极电压Vg-源极/漏极电流I&特性。图ll展示根据至少一个示例实施例，用在实验中的 TFT的漏极电流-漏极电压特性。参照图10，直到栅极电压Vg达到IOV或更高，仍没有测量到源极/漏极 电流Ids。当栅极电压是1OV或更大时，测量到源才及/漏才及电流Ids,然而，源 极/漏极电流I&的量约为10-11 (A),这是很低的，并可以视为没有源极/漏极 电流I&。如图11所示的测量的源极/漏极电流Ids约为l(T11 (A),这是很低 的并可以视为没有流动的漏极电流Id。从图10和11的结果可以看到，当源极50和漏才及52与沟道层48之间 没有第一和第二金属氧化物层54和56时，阻挡载流子输运的势垒可以在源 极50和漏极52与沟道层48之间形成。因此，第一和第二金属氧化物层54 和56的存在可以降低势垒。在下文，将描述根据至少一个示例实施例的制造TFT的方法。参照图12，绝缘层42可以形成在衬底40上。衬底40可以是硅衬底。 绝缘层42可以由氧化硅层形成至约100nm的厚度。栅极44可以形成在绝缘 层42的预定或期望的区域上。栅极44可以由导电材料形成，例如由钼(Mo ) 形成。.参照图13，栅极绝缘层46可以形成在绝缘层42上以覆盖栅极44。栅 极绝缘层46可以由氧化硅层形成。沟道层48可以形成在可以覆盖栅极44 的栅极绝缘层46的预定或期望的区域上。沟道层48可以形成为跨过栅极44。 沟道层48可以由氧化物半导体层形成，例如由G-I-Z-O层形成。参照图14,感光图案Pl可以形成在衬底40上以暴露沟道层48的一部 分和栅极绝缘层46的一部分。感光图案Pl可以覆盖沟道层48的上表面的 一部分。围绕沟道层48的覆盖栅极绝缘层46的感光图案Pl的部分可以与 沟道层48分离。因此，在形成感光图案P1之后，除了可以覆盖栅极44的部分之外的其余的沟道层48可以被暴露。另外，在沟道层48和感光图案 Pl之间的栅极绝缘层46的部分可以被暴露。在形成感光图案Pl后，源极 和漏极可以形成在暴露的区域中。在形成感光图案Pl之后暴露部分的平坦 表面可以与图1的源极50和漏极52覆盖的表面相同。参照图15,金属氧化物层70和金属层72可以形成在沟道层48以及栅 极绝缘层46的暴露部分上。金属氧化物层70和金属层72也可以依次堆叠 在感光图案Pl上。金属氧化物层70可以由与根据至少一个示例实施例的 TFT的第一和第二金属氧化物层54和56相同的材料形成。金属层72可以 由与根据示例实施例的TFT的源极50和漏极52相同的材料形成。金属氧化 物层70可以形成为3A-300A的厚度，且金属层72可以形成为500A-1500A 的厚度。当金属层72是钛层或铂层时，金属层72可以形成为约500A的厚 度。金属层72可以形成为单层或双层。如果金属层72是双层，上层可以是 铂层。金属氧化物层70和金属层72可以使用溅射方法、利用电子束的沉积 方法、原子层沉积方法或化学气相沉积方法形成。如果金属氧化物层70使用溅射方法形成，则预定或期望的量的溅射气 体和氧可以提供至反应室。';贱射气体可以是氩(Ar)气。如果金属氧化物层 70是氧化钛(Ti02)层，则金属氧化物层70可以这样来形成提供Ar气体 和氧至反应室使得Ar气体的含量是35%且氧含量约为15% ，并施加lkW 的功率至溅射靶。反应室的压力可以保持恒定为约3mtorr。在可堆叠在沟道层48和栅极绝缘层46的暴露区域上的金属氧化物层70 中，于栅极44左边的层可以对应于图2中的第一金属氧化物层54，而于栅 极44的右边的层可以对应于图2中的第二金属氧化物层56。且在可以形成 在金属氧化物层70上的金属层72中，于栅极44的左边的层可以对应于图2 中的源极50而于栅极44的右边的层可以对应于图2中的漏极52。此外，感光图案Pl可与堆叠在感光图案Pl上的金属氧化物层70和金 属层72—起从图15所示的所得结构剥离。在感光图案Pl被剥离之后，可 以形成如图2所示的TFT。然而，金属氧化物层70对应于图2的第一和第二金属氧化物层54和56 的部分(在下文称"第一部分")和金属层72对应于源极50和漏极52的部 分(在下文称"第二部分，，)优选可以使用剥离方法来形成，其中第一部分 和第二部分可以通过形成感光图案Pl来限定。然而，第一和第二部分也可以使用常规光刻蚀刻工艺(photographic etching process )来形成。例如，第 一和第二部分可以这样来形成依次堆叠金属氧化物层70和金属层72;在 金属层72上形成覆盖要形成为第一和第二部分的区域的掩模；然后依次蚀 刻金属层72和金属氧化物层70。形成TFT之后，TFT可以在炉管内以氮气气氛在200°C 450。C之间退 火约1小时。然而，退火时间可以短于或长于1小时。另外，退火可以使用 快速热退火(RTA)方法或使用激光方法进行。图16是展示根据至少一个示例实施例的TFT中基于金属氧化层70的厚 度的源极-漏极电流(Ids)的曲线图。用在图16中的TFT包括由铂层或钛层 形成的金属层72，以及由氧化钛(Ti02)层形成的金属氧化物层70。施加 到TFT的漏极52的电压Vd保持恒定于10V。在图16中，第一点A1是TFT的结果，该TFT包括金属层72和金属氧 化物层70，该金属层72对应于源极50和漏极52并由铂层形成，该金属层 70由厚度为IOOA的钛氧化物层形成。第二至第四点A2至A4展示其中金 属层72是钛层的TFT的源极-漏极电流。参照第一点Al，当金属层72是铂层且由钛氧化物层形成的金属氧化物 层70的厚度是100A时，源极-漏极电流Ids是O安培。然而，参照第二至第 四点A2至A4，如果金属层72是钛层而金属氧化物层70是钛氧化物层时， 源极-漏极电流U可以充分高。随着金属氧化物层70的厚度的减少，源极-漏极电流Ids可以增加；随着金属氧化物层70的厚度的增加，源极-漏极电流Ids可以降低。图17至19是根据至少一个示例实施例的制造TFT的方法的截面图。在根据至少一个示例实施例的制造TFT的方法中，在形成沟道层48之 后，金属层72可以形成为与沟道层48接触，金属氧化物层70可以通过将 所得的结构退火而形成在沟道层48和金属层之间。与前面的实施例一样的 附图标记可以指示参照前面的实施例描述的相同的元件。详细地，形成沟道层48和用于剥离工艺的感光图案P1 (见图14)之前 的工艺可以与参照前面的实施例描述的方法中相同。在形成感光图案Pl之后，可以在图17所示的沟道层48和栅极绝缘层 46的暴露区域上形成可具有预定或期望的厚度的金属层72。金属层也可以 形成在感光图案P1上。然后，感光图案P1可以被剥离，因此，形成在感光图案Pl上的金属层72也可以被剥离。在剥离感光图案Pl后，如图18所示， 对应于图2的源极50和漏极52的位置可以是金属层72保留的唯一位置。 然后，图18所示的TFT的所得結构可以根据预定或期望的条件退火。 这样，如图19所示，金属氧化物层80可以形成在金属层72和沟道层48之 间，且金属氧化物层80可以对应于图2的第 一和第二金属氧化物层54和56。 包括在金属氧化物层80中的金属可以源于金属层72中的金属。在退火期间， 包括在金属氧化物层80中的氧可以源于沟道层48和包含在气氛气体中的氧 至少之一。如果沟道层48包含足够的氧以形成金属氧化物层80，例如，如 果沟道层48是富氧GIZO层，则退火气氛气体可以不包含氧。退火可以在 200。C到450。C进行。另外，退火可以不仅使用炉管进行，也可以使用RTA 或激光。退火可以进行预定或期望的时间，例如，1小时。退火的气氛气体 根据退火方法可以包含氮(N2)或氧(02)，或仅包含氧。通过控制退火条 件，金属氧化物层80可以形成为具有与前面的实施例的金属氧化物层70相 同的性质。当完成退火时，也可以完成根据至少一个示例实施例的TFT的制造工艺图20和21是展示根据至少一个示例实施例的已退火TFT的电学特性的 曲线图。其电学特性示于图20和21中的TFT可以由通过依次堆叠钛层和铂层形 成的金属层72形成。金属层72可以形成为满足图2的源极50和漏极52的 几何条件，且退火可以在包含氮和氧的气氛中使用炉管进行。在图20和21 中，第一至第三曲线Gl至G3展示当施加到漏极52的电压为O.IV、 5V和 10V时，栅极电压Vg和源极-漏极电流U之间的特性。图20是展示没有退火的结果的曲线图，而图21是展示当退火在350。C 进行时的结果的曲线图。参照图20，当栅极电压Vg增加到大于10V,可以测量到源极-漏极电流， 然而，源极-漏极电流Ids的量可以明显地低，并可以视为没有测量到源极-漏极电流Ids。另一方面，参照图21，当栅极电压增加到大于0V时，可以测量到大量 的源极-漏极电流1&。如从图20和21的结果所见，根据上述示例实施例在制造TFT的方法中没有进行退火时，如图19所示的金属氧化物层80可能不形成在金属层72 和沟道层48之间。然而，当退火在上述温度进行时，金属氧化物层80可以 形成在金属层72和沟道层48之间。图22是展示其中氧化硅层90、沟道层94和金属层96依次堆叠且没有 对其进行退火的所得结构的图像，而图23是展示当在350'C进行退火的图 22的结构的图像。氧化硅层90是SiO2层，其可以对应于根据至少一个示例 实施例的TFT的栅极绝缘层46;沟道层94是G-I-Z-0层，其可以对应于沟 道层48;而金属层96是Ti/Pt层，其可以对应于金属层72。附图标记99稍 后描述。图24和25展示沿图22和23的线l-l，的材料成分分布。参照图24,在依次堆叠氧化硅层90、沟道层94和金属层96后且所得 的结构没有退火，在对应于沟道层94和金属层96之间的界面的位置中，测 量到约100计数(counts)的钛(▲)和60计数的氧(□)。参照图25，在依次堆叠氧化硅层90、沟道层94和金属层96且所得的 结构在350。C进行退火后，在对应于沟道层94和金属层96之间的界面的位 置中，测量到约150计数或更多的钛和100计数或更多的氧。如从图24和25的结果可见，在参照图17至19描述的TFT的制造方法 中，当图18的所得的结构在200 450'C退火时，对应于金属氧化物层80 的新的层99可以在金属层72和沟道层48之间形成。.上述TFT是底部栅极型TFT，然而，如图26所示，示例实施例也可以 应用于顶部栅极型TFT，其中栅极44可以设置在沟道层48之上。另外，栅 极可以掩埋在沟道层中。尽管示例实施例已被具体展示和说明，但示例实施例应该仅视为描述性 的意义而不为限定的目的。例如，应该被本领域的技术人员理解的是，退火 可以在剥离感光图案P1之前进行。另外，可以进行对TFT的每个元件的形 式和细节上的各种改变或仅仅一个新的元件插入元件之间。因此，示例实施 例的范围不被示例实施例的详细描述限定，而是被所附的权利要求限定。如上所述，根据示例实施例的TFT可以包括可以由金属形成的源极和漏 极之间的金属氧化物层，以及可以由氧化物半导体形成的沟道层。因此，TFT 可以以增强模式工作，并因此，可以减少其泄漏电流并增加其载流子迁移率。 由于TFT的源极和漏极可以由普通的金属形成，所以与使用铟来形成源极和漏极的常规TFT相比，可以降低制造成本。另外，在根据至少一个示例实施 例的TFT中，到TFT的接触或连接到TFT的布线可以由与源极和漏极相同 的材料形成，因此，可以降低由异质结引起的电阻。另外，根据栅极电压Vg的阈值电压和源极-漏极电流Ids可以通过控制金属氧化物层的形成条件来控制，例如通过控制金属氧化物层的厚度。如此已经描述了示例实施例，4艮明显其可以以各种方式变化。这些变化 不视为偏离示例实施例意欲的精神和范围，且对于本领域的技术人员是显而 易见的所有这些修改意在包括在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括栅极；沟道层；源极和漏极，该源极和该漏极由金属形成；以及金属氧化物层，该金属氧化物层形成在该沟道层与该源极之间和该沟道层与该漏极之间。
2. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物层在该沟道层与 该源极之间和该沟道层与该漏极之间具有渐变的金属含量。
3. 如权利要求2所述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物层中的金属含量 在朝向该沟道层的方向上逐渐增加或逐渐减'J 、。
4. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物层是化学计量的 层或非化学计量的层。
5. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物层包括过渡金 属，该过渡金属具有高于或类似于ZnO的氧化特性的氧化特性。
6. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该源极和该漏极是由金属形成 的双层。
7. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该沟道层是氧化物半导体层。
8. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中包含在该金属氧化物层中的金 属与该源极和该漏极的金属相同。
9. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该栅极形成在该沟道层之上或 之下，或者掩埋在该沟道层中。
10. 如权利要求5所述的薄膜晶体管，其中该过渡金属是选自Ti、 Mo、 Cr或W组成的组中的一种。
11. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该源极和该漏极是由选自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg组成的组中的至少 一种形成。
12. 如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中该氧化物半导体层是 a(In203).b(Ga203) 'c(ZnO)或a(ln203) 'b(ZnO) 'c(SnO),其中a、 b和c分别是 满足a^0， bgO和cX)的整凄t。
13. —种制造薄膜晶体管的方法，包括 在衬底上形成^"极；在该衬底上形成覆盖该栅极的栅极绝缘层； 在该栅极绝缘层上形成沟道层；以及通过在该沟道层和该栅极绝缘层上依次堆叠金属氧化物层和金属层形 成源一及和漏才及。
14. 如权利要求13所述的方法，其中该金属氧化物层包括过渡金属，该 过渡金属具有高于或类似于ZnO的氧化特性的氧化特性。
15. 如权利要求14所述的方法，其中该过渡金属是选自Al、 Ti、 Mo、 Cr或W组成的组中的一种。
16. 如权利要求13所述的方法，其中在形成该金属氧化物层和该金属层 后，对所得的结构进行退火。
17. 如权利要求16所述的方法，其中该退火使用炉管、快速热退火或激 光在氮气氛中于250。C 450。C之间进行。
18. 如权利要求13所述的方法，其中该金属层是双层。
19. 如权利要求13所述的方法，其中该金属层是由选自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg组成的组中的至少 一种形成。
20. —种制造薄膜晶体管的方法，包括 在衬底上形成栅极；在该衬底上形成覆盖该栅极的栅极绝缘层； 在该栅极绝缘层上形成沟道层； 在该沟道层和该栅极绝缘层上堆叠金属层；以及 在该金属层和该沟道层之间形成金属氧化物层。
21. 如权利要求20所述的方法，其中该金属氧化物层通过对包括该金属 层的所得的结构进行退火来形成。
22. 如权利要求21所述的方法，其中该退火使用炉管、快速热退火或激 光进行。
23. 如权利要求22所述的方法，其中该退火在包含氮或氧的气氛中于 250°C 45CTC之间进行。
24. 如权利要求22所述的方法，其中该退火在氧气氛中于250°C ~450'C之间进行。
25. 如权利要求20所述的方法，其中该沟道层是氧化物半导体层。
26. 如权利要求25所述的方法，其中该氧化物半导体层是 a(In203>b(Ga203) .c(ZnO)，其中a、 b和c是满足a^0， b^O和c>0的整数。
27. 如权利要求20所述的方法，其中该金属氧化物层包括比ZnO具有 更高的氧化特性的过渡金属。
28. 如权利要求27所述的方法，其中该过渡金属是选自Ti、 Mo、 Cr或 W组成的组中的一种。
29. 如权利要求20所述的方法，其中该金属层是双层。
30. 如权利要求20所述的方法，其中该金属层是由选自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg组成的组中的至少一种形成。
31. 如权利要求13所述的方法，其中 首先在该衬底上形成该沟道层；通过在该沟道层和该衬底上依次堆叠该金属氧化物层和该金属层来形 成该源一及和该漏一及；以及在形成该源极和该漏极之后可以这样来形成该栅极和该栅极绝缘层形 成该栅极绝缘层以覆盖该沟道层、该金属氧化物层和该金属层，在该栅极绝 缘层上形成该栅极。
32. 如权利要求20所述的方法，其中 首先在该衬底上形成该沟道层；在该沟道层和该衬底上形成该金属层； 形成该栅极绝缘层以覆盖该金属层和该沟道层；以及 在该栅极绝缘层上形成该栅极之后，形成该金属氧化物层。
33. 如权利要求20所述的方法，其中 首先在该衬底上形成该沟道层；在该沟道层和该衬底上形成该金属层； 然后形成该金属氧化物层；形成该栅极绝缘层以覆盖该金属层、该金属氧化物层和该沟道层；以及 在该栅极绝缘层上形成该栅极。
34. 如权利要求23所述的方法，其中该沟道层是氧化物半导体层。
35. 如权利要求24所述的方法，其中该沟道层是氧化物半导体层。
36. 如权利要求34所述的方法，其中该氧化物半导体层是 a(In203)-b(Ga203) 'c(ZnO)或a(ln203) 'b(ZnO) 'c(SnO)，其中a、 b和c是满足 a^O, b^0和c〉0的整数。
37. 如权利要求35所述的方法，其中该氧化物半导体层是 a(In203)-b(Ga203) -c(ZnO)或a(ln203) .b(ZnO) .c(SnO)，其中a、 b和c是满足 a^0， b^O和c>0的整凄t。
38. 如权利要求29所述的方法，其中该金属层是由选自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg组成的组中的至少 一种形成。
全文摘要
本发明提供一种薄膜晶体管及其制造方法。该薄膜晶体管可以包括栅极；沟道层；源极和漏极，该源极和漏极由金属形成；以及金属氧化物层，该金属氧化物层在该沟道层与该源极和该漏极之间形成。该金属氧化物层可以在该沟道层与该源极和该漏极之间具有渐变的金属含量。
文档编号H01L29/786GK101257048SQ200810080659
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月28日 优先权日2007年2月28日
发明者姜东勋, 宋利宪, 斯蒂法诺维奇·金里克, 朴永洙, 金昌桢 申请人:三星电子株式会社
技术领域：
本发明涉及开关器件及其制造方法，且更具体地，涉及薄膜晶体管及其 制造方法。
背景技术：
薄膜晶体管可以用作用于平板显示装置例如液晶显示器装置或有机发 光显示器装置的开关器件。
薄膜晶体管的迁移率或泄漏电流可以根据薄膜晶体管沟道层的材料和 状态而明显变化。
在常规液晶显示器装置中，大多数薄膜晶体管的沟道层是非晶硅层。如
果薄膜晶体管的沟道层是非晶硅层，则电荷迁移率可以是约0.5cmVVs,这 是很低的，并且因此，难于增加常规液晶显示器装置的运行速度。
因此，进行研究以找到使用ZnO基材料层例如Ga-In-Zn-O层作为薄膜 晶体管的沟道层的方法，该ZnO基材料层具有比非晶硅层更大的电荷迁移 率。Ga-In-Zn-O层的迁移率可以比非晶硅层的迁移率大几十倍，因此，其可 以明显增加液晶显示器装置的运行速度。
发明内容
示例实施例可以提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管由于薄膜晶体管的 源极和漏极之间改善的接触而具有改善的特性。
示例实施例还可以提供制造该薄膜晶体管的方法。
示例实施例可以提供一种薄膜晶体管(TFT)，其可以包括栅极；沟道 层；源极和漏极，源极和漏极由金属形成；以及金属氧化物层，该金属氧化 物层形成在沟道层与源极和漏极之间。
金属氧化物层在沟道层与源极和漏极之间可以具有逐渐变化的金属含
曰f 。
金属氧化物层中的金属含量可以在朝向沟道层的方向上逐渐增加或减少。
.金属氧化物层可以是化学计量的层或非化学计量的层。
金属氧化物层可以包括过渡金属，该过渡金属具有高于或类似于ZnO 的氧化特性的氧化特性。
源极和漏极可以是由金属形成的双层。 沟道层可以是氧化物半导体层。
包含在金属氧化物层中的金属可以与源极和漏极的金属相同。 栅极可以形成在沟道层的上方或下方，或者掩埋在沟道层中。 过渡金属可以是选自由Al、 Ti、 Mo、 Cr或W构成的组中的一种。 源才及和漏才及可以由Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、
Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg组成的组中所选取的至少一种形成。
氧化物半导体层可以是 a(In203》b(Ga203) 'c(Zn())或 a(ln203)'b(ZnO)'c(SnO)(这里a、 b和c分别是满足a^0， b^0和00的整数)。
示例实施例可以提供一种制造薄膜晶体管(TFT)的方法，该方法可以 包括在衬底上形成栅极，在衬底上形成覆盖栅极的栅极绝缘层，在栅极绝 缘层上形成沟道层，并通过在沟道层和栅极绝缘层上依次堆叠金属氧化物层 和金属层来形成源极和漏极。
在形成金属氧化物层和金属层之后，可以对得到的结构进行退火。 退火可以使用炉管、快速热退火(RTA)或激光在氮气氛中在250°C~ 450'C之间进行。
根据至少一个示例实施例，沟道层可以首先形成在衬底上，且源极和漏 极可以通过在沟道层和衬底上依次堆叠金属氧化物层和金属层来形成，以及 栅极和栅极绝缘层可以在形成源极和漏极之后通过形成栅极绝缘层以覆盖 沟道层、金属氧化物层和金属层并在栅极绝缘层上形成栅极而形成。
示例实施例可以提供一种制造薄膜晶体管(TFT)的方法，其可以包括 在衬底上形成栅极，在衬底上形成覆盖栅极的栅极绝缘层，在栅极绝缘层上 形成沟道层，在沟道层和栅极绝缘层上堆叠金属层，并在金属层和沟道层之 间形成金属氧化物层。
金属氧化物层可以通过对包括金属层的得到的结构退火来形成。退火可以使用炉管、快速热退火(RTA)或激光来进行。 退火可以在包含氮或氧的气氛中在250°C 45(TC之间进行。 退火可以在氧气氛中在250°C 45(TC之间进行。
根据至少一个示例实施例，沟道层可以首先形成在衬底上，且金属层可 以形成在沟道层和衬底上，且栅极绝缘层可以形成为覆盖金属层和沟道层， 以及金属氧化物层可以在在栅极绝缘层上形成栅极之后形成。
另外，沟道层可以是首先形成在衬底上，且金属层可以形成在沟道层和 衬底上，然后可以形成金属氧化物层，以及栅极绝缘层可以形成以覆盖金属 层、金属氧化物层和沟道层，并且栅极可以形成在栅极绝缘层上。
示例实施例的上述和其它特征及优点将通过参照附图详细描述示例实 施例而变得更加清晰。附图意在描绘示例实施例并且不应解释为限制权利要 求所意欲保护的范围。附图不应被认为按比例画出，除非清楚地说明。
图1是根据至少一个示例实施例的薄膜晶体管(TFT)的平面图。
图2是沿图1的线2-2，切取的截面图。
图3至图8是展示根据示例实施例的第一、第二和第三TFT的电学特性 的曲线图。
图9是展示根据至少一个示例实施例的第一 TFT的漏极电流(Id)-漏极 电压(Vd)的曲线图。
图10是展示用在实验中的根据至少 一 个示例实施例的TFT的栅极电压-源极和漏极电流特性的曲线图。
图11是展示用在实验中的TFT的漏极电流-漏极电压特性的曲线图。
图12至15是根据至少一个示例实施例的制造TFT的方法的截面图。
图16是展示根据至少一个示例实施例，基于制造TFT的方法的源极-漏极电流(Ids)对金属氧化物层的厚度的曲线图。
图17至19是根据至少一个示例实施例制造TFT的方法的截面图。
图20和21是展示根据至少一个示例实施例，在制造TFT的方法中基于 退火温度的TFT的电学特性的曲线图。
图22和23分别是当不退火和当在35(TC退火时依次堆叠的氧化硅层、 沟道层和金属层的照片图像。图24和25是展示沿图22和23的线l-l，的材料成分的曲线图。 图26是可以应用示例实施例的顶部栅极TFT的截面图。
具体实施方式
'这里公开详细的示例实施例。然而，这里公开的特定结构和功能细节仅 代表描述示例实施例的目的。但是，示例实施例可以以许多不同的形式体现 并不应该认为仅限于这里阐述的实施例。因此，尽管示例实施例能够有各种变体和不同形式，其实施例以在附图,!;丄/' 二 ？r,， 二'. 一;— _v ,3 二 、丄卉二^么m :+' 力；工 s ;t i审奋《AA 、:5*右音六；l容壬 卞口" 'j、 i;/'j 口、j々》、/pL'J、7|仁^x工^r-w《W"1^。
,'、 w , /工议工王"斤tTJ t^/又々J思仁"，小例实施例限制于公开的具体形式，相反，示例实施例将覆盖落在示例实施例 的范围内的全部变体、等同物和更改。相同的附图标记在对附图的描述中都 指代相同的元件。应该理解的是，尽管术语第一、第二等可以用在这里以描述各种元件， 但这些元件不应该由这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件区别于另一 个元件。例如，第一元件可以称为第二元件，且类似地，第二元件可以称为 第一元件，而不偏离示例实施例的范围。如在这里使用的，术语"和/或"包 括一个或多个相关所列项目的任何和全部组合。应该理解的是，当元件被称为"连接"或"耦接"到另一元件时，其可 以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当元件被称 为"直接连接"或"直接耦接"到另一元件时，则不存在中间元件。用于描 述元件之间的关系的其它词语应以类似的方式解释(例如，"之间"相对于 "直接之间"，"相邻"相对于"直接相邻"等)。这里使用的术语仅为描述具体实施例的目的并不意在对示例实施例进行限制。如这里使用的，单数形式"一 (a)"、 "一 (an)"和"该(the)"也意 在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还应该理解的是术语"包括 (comprises )"、"包括(comprising)，，、"包含(includes)，， 和/或"包含 (including)"当在这里使用时，指定了所述的特征、整体、步骤、操作、元 件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元 件、部件和/或其组合的存在或添加。还应注意的是在一些替换实施方式中，所示的功能/作用可以在附图所示 的次序之外发生。例如，接续展示的两个图实际上可以基本同时执行或有时也可以以相反的次序执行，依赖于所涉及的功能/作用。现在将参考附图详细描述示例实施例。图中所示的层或区域的厚度可以 为了清晰起见而被夸大。首先，将描述根据至少一个示例实施例的薄膜晶体管(TFT)。图1是根据至少一个示例实施例的TFT的平面图。附图标记42指示可 以覆盖衬底的绝缘层。绝缘层42可以是具有100nm厚度的氧化硅层。附图 标记44、 50和52分别指示栅极、源极和漏极。TFT的源极50和漏极52的 位置可以彼此交换。源极50和漏极52的每个的一部分可以彼此相向突出并 可kA形成天出古卜、pron"usion 乂 dOP P Z)zr。，以弄巧予贞定5Xi^主口力宽/变W 的 源极50的突出部50P与可以具有相同宽度W的漏极52的突出部52P之间 的空间是可以具有预定或期望的长度L的沟道区域。源极50和漏极52可以 是金属层。例如，源极50和漏极52可以是由Ti、 Mo、 Cr、 W、 Pt、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg组成 的组中选取的至少一种形成的金属层。因此，源极50和漏极52可以是纯金 属的层或金属合金的层。另外，源极50和漏极52可以是任何导电金属层。源极50和漏极52也 可以是由两层依次堆叠的金属层形成的双层。源极50和漏极52可以由Ti、 Mo、 Cr、 W、 Pt、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg组成的组中选取的两层依次堆叠的金属层形成，例如，依 次堆叠的钛层和铂层。图2是根据至少一个示例实施例的沿图1的2-2，剖取的截面图。参照图 2，绝缘层42可以形成在衬底40上，衬底40可以是半导体衬底，例如，硅 衬底。栅极44可以形成在绝缘层42的预定或期望的区域上。TFT的栅极44 可以由钼或其它导电材料形成。栅极绝缘层46可以形成在绝缘层42上并可 以覆盖栅极44，且栅极绝缘层46可以是氧化硅层。沟道层48可以形成在才册 极绝缘层46上并可以覆盖栅极44，且沟道层48可以是氧化物半导体层，例 如，G-I-Z-0层，即，[a(In203>b(Ga203) .c(ZnO)]层或[a(In203) .b(ZnO) 'c(Sn())] (这里，a、 b和c分别是满足aX)， bX)和c〉0的整数)。第一金属氧化物 层54和第二金属氧化物层56可以彼此分离地形成在沟道层48的表面上， 且第一和第二金属氧化物层54和56可以彼此面对。第一金属氧化物层54 可以形成在源极50和沟道层48之间。第二金属氧化物层56可以形成在漏极52和沟道层48之间。第一金属氧化物层54可以形成在沟道层48的一侧 上并可以在沟道层48的上表面之上延伸。第二金属氧化物层56可以形成在 沟道层48的另一侧上并可以在沟道层48的上表面之上延伸。源极50可以 与第一金属氧化物层54的上表面接触，而漏极52可以和第二金属氧化物层 56的上表面接触。第一和第二氧化物层54和56可以是化学计量的或非化学 计量的层。另外，第一和第二氧化物层54和56可以是具有渐变金属含量的 金属氧化物层。例如，第一和第二金属氧化物层54和56可以是钛氧化物层， 其中钛的含量在从源极50和漏极52到沟道层48的方向上可以是增加的或 降低的。另外，第一和第二金属氧化物层54和56可以包括可具有比Zn() 更高的氧化特性的过渡金属，且该过渡金属可以是A1、 Ti、 Mo、 Cr或W。 第 一和第二金属氧化物层54和56可以分别与源极50和漏极52形成欧姆接 触，并可以与沟道层48形成异质结；并且第一和第二金属氧化物层54和56 的厚度可以是3A-300A。图3至8是展示根据示例实施例的第一、第二和第三TFT的电学特性的 曲线图。在第一 TFT中，源极50和漏极52分别是依次堆叠的Ti/Pt层；第一和 第二金属氧化物层54和56是钛氧化物层；沟道层48是G-I-Z-0层，例如， GIZ0221层；源极50和漏极52的突出部50P和52P的宽度W相对于沟道 层48的长度L的比率(W/L)是50/20;且第一 TFT在350。C退火预定或期 望的时间，例如1小时。图3是展示根据至少一个示例实施例的第一 TFT 的电流-电压特性的曲线图。图4是展示根据至少一个示例实施例，在第一 TFT中当没有电压施加到栅极44时源极50和漏极52之间的电流随施加到 漏极52的电压而变化的曲线图。在图3中，第一至第三曲线Gl至G3展示当施加到漏极52的电压为 0.1 V、 5V和10V时栅极电压Vg和源极-漏极电流Ids之间的特性。参照图3 ，当栅极电压Vg是0V而不考虑施加到漏极52的电压时，TFT 的源极-漏极电流Ids基本上是0，且当施加的栅极电压Vg增加到大于0V时， 在阈值电压或更高的电压测量到明显的源极-漏极电流Ids。另外，参照图4， 当没有电压施加到栅极44和从0V到+ 4V或-4V的电压施加到漏极52时， 没有电流流过源极50和漏极52之间，这表明第一 TFT以增强模式(enhanced mode )工作。图5和6展示根据至少一个示例实施例的第二 TFT的电学特性。第二 TFT与用于获得图3和4的结果的第一 TFT相同，除了第二 TFT包括分别 由依次堆叠的铬层和铂层形成的源极50和漏极52,且第一和第二金属氧化 物层54和56由铬氧化物层形成。在图5中，第一至第三曲线Gl至G3展 示当O.IV、 5V和10V的电压施加到漏极52时栅极电压Vg和源极-漏极电流 I&之间的特性。参照图5,第二TFT可以展示与图3所示的第一TFT的电流-电压特性 类似的电学特性。另外，参照图6，由于没有电压施加到栅极44，当施加到 漏极52的电压为从0V到+2V或-2V时，没有电流流过第二 TFT的源极50 和漏极52之间，因此第二TFT以增强模式工作。.图7和8展示根据至少一个示例实施例的第三TFT的电学特性。除了源 极50和漏极52的配置以及第一和第二金属氧化物层54和56，第三TFT与 第一TFT相同。因此，第三TFT包括分别由依次形成的鸽层和铂层形成的 源极50和漏极52。第一和第二金属氧化物层54和56是钨氧化物层。在图 7中，第一至第三曲线Gl至G3展示当施加到漏极52的电压是O.IV、 5V 和10V时，栅极电压Vg和源极-漏极电流Ids之间的特性。参照图7，第三TFT的电流-电压特性可以类似于第一和第二 TFT的电 学特性。参照图8,由于没有电压施加到栅极44,当施加到漏极52的电压 是从OV到+ 4V或-2V时，没有电流流过第三TFT的源极50和漏极52之间， 因此，第三TFT也以增强模式工作。因为根据示例实施例的TFT可以以增强模式工作，根据示例实施例的 TFT中没有泄漏电流(leakage current )，而以耗尽模式工作的常规TFT中可 能产生泄漏电流。图9展示根据至少一个示例实施例的第一TFT的漏极电流(Id)相对漏 极电压(Vd)的特性。第一和第二曲线Gil和G22展示在小于10V (例如 0.1V或小于5V)的电压施加到栅极44时测量的Id-Vd特性。第三至第五曲 线G33至G55展示当IOV、 15V、 20V的电压施加到栅极44时的Id-Vd特性。 参照第一至第五曲线Gil至G55,当施加到栅极44的电压是IOV或更大时， 漏极电流Id可以随漏极电压Vd的增加而增加。另外，漏极电流Id可以随施 加到栅极44的电压的增加而增加。参照图9,根据示例实施例的TFT与当大于OV的电压施加到栅极时观察到漏极电流Id的常规TFT相比，可以显示出改善的泄漏电流，而与施加到栅极的大于ov的电压的量无关。进行实验以确定当TFT不包括第 一和第二金属氧化物层54和56时TFT 的特性如何变化。为了进行实验，第一和第二金属氧化物层54和56从TFT去除且源极 50和漏极52由鉑层形成。其余条件设置得与第一TFT相同。图10展示根据至少一个示例实施例，用在实验中的TFT的栅极电压Vg-源极/漏极电流I&特性。图ll展示根据至少一个示例实施例，用在实验中的 TFT的漏极电流-漏极电压特性。参照图10，直到栅极电压Vg达到IOV或更高，仍没有测量到源极/漏极 电流Ids。当栅极电压是1OV或更大时，测量到源才及/漏才及电流Ids,然而，源 极/漏极电流I&的量约为10-11 (A),这是很低的，并可以视为没有源极/漏极 电流I&。如图11所示的测量的源极/漏极电流Ids约为l(T11 (A),这是很低 的并可以视为没有流动的漏极电流Id。从图10和11的结果可以看到，当源极50和漏才及52与沟道层48之间 没有第一和第二金属氧化物层54和56时，阻挡载流子输运的势垒可以在源 极50和漏极52与沟道层48之间形成。因此，第一和第二金属氧化物层54 和56的存在可以降低势垒。在下文，将描述根据至少一个示例实施例的制造TFT的方法。参照图12，绝缘层42可以形成在衬底40上。衬底40可以是硅衬底。 绝缘层42可以由氧化硅层形成至约100nm的厚度。栅极44可以形成在绝缘 层42的预定或期望的区域上。栅极44可以由导电材料形成，例如由钼(Mo ) 形成。.参照图13，栅极绝缘层46可以形成在绝缘层42上以覆盖栅极44。栅 极绝缘层46可以由氧化硅层形成。沟道层48可以形成在可以覆盖栅极44 的栅极绝缘层46的预定或期望的区域上。沟道层48可以形成为跨过栅极44。 沟道层48可以由氧化物半导体层形成，例如由G-I-Z-O层形成。参照图14,感光图案Pl可以形成在衬底40上以暴露沟道层48的一部 分和栅极绝缘层46的一部分。感光图案Pl可以覆盖沟道层48的上表面的 一部分。围绕沟道层48的覆盖栅极绝缘层46的感光图案Pl的部分可以与 沟道层48分离。因此，在形成感光图案P1之后，除了可以覆盖栅极44的部分之外的其余的沟道层48可以被暴露。另外，在沟道层48和感光图案 Pl之间的栅极绝缘层46的部分可以被暴露。在形成感光图案Pl后，源极 和漏极可以形成在暴露的区域中。在形成感光图案Pl之后暴露部分的平坦 表面可以与图1的源极50和漏极52覆盖的表面相同。参照图15,金属氧化物层70和金属层72可以形成在沟道层48以及栅 极绝缘层46的暴露部分上。金属氧化物层70和金属层72也可以依次堆叠 在感光图案Pl上。金属氧化物层70可以由与根据至少一个示例实施例的 TFT的第一和第二金属氧化物层54和56相同的材料形成。金属层72可以 由与根据示例实施例的TFT的源极50和漏极52相同的材料形成。金属氧化 物层70可以形成为3A-300A的厚度，且金属层72可以形成为500A-1500A 的厚度。当金属层72是钛层或铂层时，金属层72可以形成为约500A的厚 度。金属层72可以形成为单层或双层。如果金属层72是双层，上层可以是 铂层。金属氧化物层70和金属层72可以使用溅射方法、利用电子束的沉积 方法、原子层沉积方法或化学气相沉积方法形成。如果金属氧化物层70使用溅射方法形成，则预定或期望的量的溅射气 体和氧可以提供至反应室。';贱射气体可以是氩(Ar)气。如果金属氧化物层 70是氧化钛(Ti02)层，则金属氧化物层70可以这样来形成提供Ar气体 和氧至反应室使得Ar气体的含量是35%且氧含量约为15% ，并施加lkW 的功率至溅射靶。反应室的压力可以保持恒定为约3mtorr。在可堆叠在沟道层48和栅极绝缘层46的暴露区域上的金属氧化物层70 中，于栅极44左边的层可以对应于图2中的第一金属氧化物层54，而于栅 极44的右边的层可以对应于图2中的第二金属氧化物层56。且在可以形成 在金属氧化物层70上的金属层72中，于栅极44的左边的层可以对应于图2 中的源极50而于栅极44的右边的层可以对应于图2中的漏极52。此外，感光图案Pl可与堆叠在感光图案Pl上的金属氧化物层70和金 属层72—起从图15所示的所得结构剥离。在感光图案Pl被剥离之后，可 以形成如图2所示的TFT。然而，金属氧化物层70对应于图2的第一和第二金属氧化物层54和56 的部分(在下文称"第一部分")和金属层72对应于源极50和漏极52的部 分(在下文称"第二部分，，)优选可以使用剥离方法来形成，其中第一部分 和第二部分可以通过形成感光图案Pl来限定。然而，第一和第二部分也可以使用常规光刻蚀刻工艺(photographic etching process )来形成。例如，第 一和第二部分可以这样来形成依次堆叠金属氧化物层70和金属层72;在 金属层72上形成覆盖要形成为第一和第二部分的区域的掩模；然后依次蚀 刻金属层72和金属氧化物层70。形成TFT之后，TFT可以在炉管内以氮气气氛在200°C 450。C之间退 火约1小时。然而，退火时间可以短于或长于1小时。另外，退火可以使用 快速热退火(RTA)方法或使用激光方法进行。图16是展示根据至少一个示例实施例的TFT中基于金属氧化层70的厚 度的源极-漏极电流(Ids)的曲线图。用在图16中的TFT包括由铂层或钛层 形成的金属层72，以及由氧化钛(Ti02)层形成的金属氧化物层70。施加 到TFT的漏极52的电压Vd保持恒定于10V。在图16中，第一点A1是TFT的结果，该TFT包括金属层72和金属氧 化物层70，该金属层72对应于源极50和漏极52并由铂层形成，该金属层 70由厚度为IOOA的钛氧化物层形成。第二至第四点A2至A4展示其中金 属层72是钛层的TFT的源极-漏极电流。参照第一点Al，当金属层72是铂层且由钛氧化物层形成的金属氧化物 层70的厚度是100A时，源极-漏极电流Ids是O安培。然而，参照第二至第 四点A2至A4，如果金属层72是钛层而金属氧化物层70是钛氧化物层时， 源极-漏极电流U可以充分高。随着金属氧化物层70的厚度的减少，源极-漏极电流Ids可以增加；随着金属氧化物层70的厚度的增加，源极-漏极电流Ids可以降低。图17至19是根据至少一个示例实施例的制造TFT的方法的截面图。在根据至少一个示例实施例的制造TFT的方法中，在形成沟道层48之 后，金属层72可以形成为与沟道层48接触，金属氧化物层70可以通过将 所得的结构退火而形成在沟道层48和金属层之间。与前面的实施例一样的 附图标记可以指示参照前面的实施例描述的相同的元件。详细地，形成沟道层48和用于剥离工艺的感光图案P1 (见图14)之前 的工艺可以与参照前面的实施例描述的方法中相同。在形成感光图案Pl之后，可以在图17所示的沟道层48和栅极绝缘层 46的暴露区域上形成可具有预定或期望的厚度的金属层72。金属层也可以 形成在感光图案P1上。然后，感光图案P1可以被剥离，因此，形成在感光图案Pl上的金属层72也可以被剥离。在剥离感光图案Pl后，如图18所示， 对应于图2的源极50和漏极52的位置可以是金属层72保留的唯一位置。 然后，图18所示的TFT的所得結构可以根据预定或期望的条件退火。 这样，如图19所示，金属氧化物层80可以形成在金属层72和沟道层48之 间，且金属氧化物层80可以对应于图2的第 一和第二金属氧化物层54和56。 包括在金属氧化物层80中的金属可以源于金属层72中的金属。在退火期间， 包括在金属氧化物层80中的氧可以源于沟道层48和包含在气氛气体中的氧 至少之一。如果沟道层48包含足够的氧以形成金属氧化物层80，例如，如 果沟道层48是富氧GIZO层，则退火气氛气体可以不包含氧。退火可以在 200。C到450。C进行。另外，退火可以不仅使用炉管进行，也可以使用RTA 或激光。退火可以进行预定或期望的时间，例如，1小时。退火的气氛气体 根据退火方法可以包含氮(N2)或氧(02)，或仅包含氧。通过控制退火条 件，金属氧化物层80可以形成为具有与前面的实施例的金属氧化物层70相 同的性质。当完成退火时，也可以完成根据至少一个示例实施例的TFT的制造工艺图20和21是展示根据至少一个示例实施例的已退火TFT的电学特性的 曲线图。其电学特性示于图20和21中的TFT可以由通过依次堆叠钛层和铂层形 成的金属层72形成。金属层72可以形成为满足图2的源极50和漏极52的 几何条件，且退火可以在包含氮和氧的气氛中使用炉管进行。在图20和21 中，第一至第三曲线Gl至G3展示当施加到漏极52的电压为O.IV、 5V和 10V时，栅极电压Vg和源极-漏极电流U之间的特性。图20是展示没有退火的结果的曲线图，而图21是展示当退火在350。C 进行时的结果的曲线图。参照图20，当栅极电压Vg增加到大于10V,可以测量到源极-漏极电流， 然而，源极-漏极电流Ids的量可以明显地低，并可以视为没有测量到源极-漏极电流Ids。另一方面，参照图21，当栅极电压增加到大于0V时，可以测量到大量 的源极-漏极电流1&。如从图20和21的结果所见，根据上述示例实施例在制造TFT的方法中没有进行退火时，如图19所示的金属氧化物层80可能不形成在金属层72 和沟道层48之间。然而，当退火在上述温度进行时，金属氧化物层80可以 形成在金属层72和沟道层48之间。图22是展示其中氧化硅层90、沟道层94和金属层96依次堆叠且没有 对其进行退火的所得结构的图像，而图23是展示当在350'C进行退火的图 22的结构的图像。氧化硅层90是SiO2层，其可以对应于根据至少一个示例 实施例的TFT的栅极绝缘层46;沟道层94是G-I-Z-0层，其可以对应于沟 道层48;而金属层96是Ti/Pt层，其可以对应于金属层72。附图标记99稍 后描述。图24和25展示沿图22和23的线l-l，的材料成分分布。参照图24,在依次堆叠氧化硅层90、沟道层94和金属层96后且所得 的结构没有退火，在对应于沟道层94和金属层96之间的界面的位置中，测 量到约100计数(counts)的钛(▲)和60计数的氧(□)。参照图25，在依次堆叠氧化硅层90、沟道层94和金属层96且所得的 结构在350。C进行退火后，在对应于沟道层94和金属层96之间的界面的位 置中，测量到约150计数或更多的钛和100计数或更多的氧。如从图24和25的结果可见，在参照图17至19描述的TFT的制造方法 中，当图18的所得的结构在200 450'C退火时，对应于金属氧化物层80 的新的层99可以在金属层72和沟道层48之间形成。.上述TFT是底部栅极型TFT，然而，如图26所示，示例实施例也可以 应用于顶部栅极型TFT，其中栅极44可以设置在沟道层48之上。另外，栅 极可以掩埋在沟道层中。尽管示例实施例已被具体展示和说明，但示例实施例应该仅视为描述性 的意义而不为限定的目的。例如，应该被本领域的技术人员理解的是，退火 可以在剥离感光图案P1之前进行。另外，可以进行对TFT的每个元件的形 式和细节上的各种改变或仅仅一个新的元件插入元件之间。因此，示例实施 例的范围不被示例实施例的详细描述限定，而是被所附的权利要求限定。如上所述，根据示例实施例的TFT可以包括可以由金属形成的源极和漏 极之间的金属氧化物层，以及可以由氧化物半导体形成的沟道层。因此，TFT 可以以增强模式工作，并因此，可以减少其泄漏电流并增加其载流子迁移率。 由于TFT的源极和漏极可以由普通的金属形成，所以与使用铟来形成源极和漏极的常规TFT相比，可以降低制造成本。另外，在根据至少一个示例实施 例的TFT中，到TFT的接触或连接到TFT的布线可以由与源极和漏极相同 的材料形成，因此，可以降低由异质结引起的电阻。另外，根据栅极电压Vg的阈值电压和源极-漏极电流Ids可以通过控制金属氧化物层的形成条件来控制，例如通过控制金属氧化物层的厚度。如此已经描述了示例实施例，4艮明显其可以以各种方式变化。这些变化 不视为偏离示例实施例意欲的精神和范围，且对于本领域的技术人员是显而 易见的所有这些修改意在包括在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括栅极；沟道层；源极和漏极，该源极和该漏极由金属形成；以及金属氧化物层，该金属氧化物层形成在该沟道层与该源极之间和该沟道层与该漏极之间。
2. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物层在该沟道层与 该源极之间和该沟道层与该漏极之间具有渐变的金属含量。
3. 如权利要求2所述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物层中的金属含量 在朝向该沟道层的方向上逐渐增加或逐渐减'J 、。
4. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物层是化学计量的 层或非化学计量的层。
5. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物层包括过渡金 属，该过渡金属具有高于或类似于ZnO的氧化特性的氧化特性。
6. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该源极和该漏极是由金属形成 的双层。
7. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该沟道层是氧化物半导体层。
8. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中包含在该金属氧化物层中的金 属与该源极和该漏极的金属相同。
9. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该栅极形成在该沟道层之上或 之下，或者掩埋在该沟道层中。
10. 如权利要求5所述的薄膜晶体管，其中该过渡金属是选自Ti、 Mo、 Cr或W组成的组中的一种。
11. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该源极和该漏极是由选自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg组成的组中的至少 一种形成。
12. 如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中该氧化物半导体层是 a(In203).b(Ga203) 'c(ZnO)或a(ln203) 'b(ZnO) 'c(SnO),其中a、 b和c分别是 满足a^0， bgO和cX)的整凄t。
13. —种制造薄膜晶体管的方法，包括 在衬底上形成^"极；在该衬底上形成覆盖该栅极的栅极绝缘层； 在该栅极绝缘层上形成沟道层；以及通过在该沟道层和该栅极绝缘层上依次堆叠金属氧化物层和金属层形 成源一及和漏才及。
14. 如权利要求13所述的方法，其中该金属氧化物层包括过渡金属，该 过渡金属具有高于或类似于ZnO的氧化特性的氧化特性。
15. 如权利要求14所述的方法，其中该过渡金属是选自Al、 Ti、 Mo、 Cr或W组成的组中的一种。
16. 如权利要求13所述的方法，其中在形成该金属氧化物层和该金属层 后，对所得的结构进行退火。
17. 如权利要求16所述的方法，其中该退火使用炉管、快速热退火或激 光在氮气氛中于250。C 450。C之间进行。
18. 如权利要求13所述的方法，其中该金属层是双层。
19. 如权利要求13所述的方法，其中该金属层是由选自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg组成的组中的至少 一种形成。
20. —种制造薄膜晶体管的方法，包括 在衬底上形成栅极；在该衬底上形成覆盖该栅极的栅极绝缘层； 在该栅极绝缘层上形成沟道层； 在该沟道层和该栅极绝缘层上堆叠金属层；以及 在该金属层和该沟道层之间形成金属氧化物层。
21. 如权利要求20所述的方法，其中该金属氧化物层通过对包括该金属 层的所得的结构进行退火来形成。
22. 如权利要求21所述的方法，其中该退火使用炉管、快速热退火或激 光进行。
23. 如权利要求22所述的方法，其中该退火在包含氮或氧的气氛中于 250°C 45CTC之间进行。
24. 如权利要求22所述的方法，其中该退火在氧气氛中于250°C ~450'C之间进行。
25. 如权利要求20所述的方法，其中该沟道层是氧化物半导体层。
26. 如权利要求25所述的方法，其中该氧化物半导体层是 a(In203>b(Ga203) .c(ZnO)，其中a、 b和c是满足a^0， b^O和c>0的整数。
27. 如权利要求20所述的方法，其中该金属氧化物层包括比ZnO具有 更高的氧化特性的过渡金属。
28. 如权利要求27所述的方法，其中该过渡金属是选自Ti、 Mo、 Cr或 W组成的组中的一种。
29. 如权利要求20所述的方法，其中该金属层是双层。
30. 如权利要求20所述的方法，其中该金属层是由选自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg组成的组中的至少一种形成。
31. 如权利要求13所述的方法，其中 首先在该衬底上形成该沟道层；通过在该沟道层和该衬底上依次堆叠该金属氧化物层和该金属层来形 成该源一及和该漏一及；以及在形成该源极和该漏极之后可以这样来形成该栅极和该栅极绝缘层形 成该栅极绝缘层以覆盖该沟道层、该金属氧化物层和该金属层，在该栅极绝 缘层上形成该栅极。
32. 如权利要求20所述的方法，其中 首先在该衬底上形成该沟道层；在该沟道层和该衬底上形成该金属层； 形成该栅极绝缘层以覆盖该金属层和该沟道层；以及 在该栅极绝缘层上形成该栅极之后，形成该金属氧化物层。
33. 如权利要求20所述的方法，其中 首先在该衬底上形成该沟道层；在该沟道层和该衬底上形成该金属层； 然后形成该金属氧化物层；形成该栅极绝缘层以覆盖该金属层、该金属氧化物层和该沟道层；以及 在该栅极绝缘层上形成该栅极。
34. 如权利要求23所述的方法，其中该沟道层是氧化物半导体层。
35. 如权利要求24所述的方法，其中该沟道层是氧化物半导体层。
36. 如权利要求34所述的方法，其中该氧化物半导体层是 a(In203)-b(Ga203) 'c(ZnO)或a(ln203) 'b(ZnO) 'c(SnO)，其中a、 b和c是满足 a^O, b^0和c〉0的整数。
37. 如权利要求35所述的方法，其中该氧化物半导体层是 a(In203)-b(Ga203) -c(ZnO)或a(ln203) .b(ZnO) .c(SnO)，其中a、 b和c是满足 a^0， b^O和c>0的整凄t。
38. 如权利要求29所述的方法，其中该金属层是由选自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg组成的组中的至少 一种形成。
全文摘要
本发明提供一种薄膜晶体管及其制造方法。该薄膜晶体管可以包括栅极；沟道层；源极和漏极，该源极和漏极由金属形成；以及金属氧化物层，该金属氧化物层在该沟道层与该源极和该漏极之间形成。该金属氧化物层可以在该沟道层与该源极和该漏极之间具有渐变的金属含量。
文档编号H01L29/786GK101257048SQ200810080659
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月28日 优先权日2007年2月28日
发明者姜东勋, 宋利宪, 斯蒂法诺维奇·金里克, 朴永洙, 金昌桢 申请人:三星电子株式会社
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