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：
本发明的示范实施例涉及一种半导体器件和/或其制造方法，且例如，涉 及薄膜晶体管和/或其制造方法。
背景技术：
在例如液晶显示装置或有机发光显示装置的平板显示装置中，使用薄膜晶体管(TFT)作为开关器件。TFT的迁移率或漏电流受到TFT沟道层的材 料和状态的严重影响。在商业生产的液晶显示装置中，TFT的沟道层主要为非晶硅层，其具有 相对很低的接近0.5cmVVs的电荷迁移率。因此，很难增大商业生产的液晶 显示装置的运行速度。因此，人们已经对使用氧化物半导体材料层作为TFT的沟道层进行了研 究，该氧化物半导体材料层例如是ZnO基材料层，其具有比非晶硅层高的 电荷迁移率。Ga-In-Zn-O层是一种ZnO基材料层，它的电荷迁移率比非晶 硅层的高几十倍。因此，使用Ga-In-Zn-O层作为沟道层的TFT预期成为显 示装置的下一代驱动器件。然而，如果ZnO基材料层用作TFT的沟道层，则在形成沟道层之后该 沟道可能被毁坏，结果，器件的电特性可能退化。发明内容示范实施例提供一种薄膜晶体管(TFT),其包括具有高于非晶硅层的电 荷迁移率的沟道层，和/或可以减小由于等离子体造成的沟道层的特性的退化。示范实施例提供TFT的制造方法。依照示范实施例，薄膜晶体管可以包括沟道层、源电极、漏电极、保护 层、栅电极和/或栅极绝缘层。沟道层可以包括氧化物半导体材料。源电极和 漏电极可以在沟道层上方相互面对。保护层可以在源电极和漏电极下面和/或可以覆盖沟道层。栅电极可以配置为向沟道层施加电场。栅极绝缘层可以 夹置在栅电极和沟道层之间。依照示范实施例，沟道层可以是ZnO基材料层。依照示范实施例，沟道层可以是a(Iri203).b(Ga203).c(ZnO)层，其中a、 b 和c是实数使得a^O 、 b^O和c>0 。依照示范实施例，沟道层可以是a(In203).b(Ga203).c(ZnO)层，其中a、 b 和c是实数使得a^l 、 b^l和0<d 。依照示范实施例，保护层可以提供接触区域，和沟道层可以在接触区域 才妄触源电纟及和漏电才及。依照示范实施例，保护层可以是氧化硅层和氮化硅层中至少之一。依照示范实施例，薄膜晶体管可以包括欧姆接触层，该欧姆接触层在沟 道层和源电极之间以及在沟道层和漏电极之间。依照示范实施例，栅电极可以在沟道层上方。依照示范实施例，栅电极可以在沟道层下方。依照示范实施例，薄膜晶体管的制造方法可以包括形成包含氧化物半导 体材料的沟道层和覆盖沟道层的保护层。源电极和漏电极可以形成为相互面 对和/或接触沟道层的两个区域。栅极绝缘层可以形成为覆盖保护层、源电极 和/或漏电极。栅电极可以形成在沟道层上方的4册极绝缘层上。依照示范实施例，沟道层可以是ZnO基材料层。依照示范实施例，保护层可以提供接触区域，和/或沟道层可以在接触区 域接触源电纟及和漏电才及。依照示范实施例，形成沟道层和保护层可以包括在基板上沉积氧化物半 导体材料膜、通过对氧化物半导体材料膜构图形成沟道层、在基板和沟道层 上沉积保护材料膜和/或通过对保护材料膜构图形成保护层。依照示范实施例，形成沟道层和保护层可以包括在基板上沉积氧化物半 导体材料膜、在氧化物半导体材料膜上沉积保护材料膜和/或对氧化物半导体 材料膜和保护材料膜构图。依照示范实施例，保护材料膜可以构图为提供接触区域的形状，和/或沟 道层可以在接触区域接触源电极和漏电极。依照示范实施例，薄膜晶体管的制造方法可以包括形成栅电极。栅极绝 缘层可以形成为覆盖栅电极。包括氧化物半导体材料的沟道层可以形成在栅电极上方的栅极绝缘层上且保护层可以形成为覆盖沟道层。源电极和漏电极 可以形成为相互面对并接触沟道层的两个区域。依照示范实施例，沟道层可以是ZnO基材料层。依照示范实施例，保护层可以提供接触区域，和/或沟道层可以在接触区 域接触源电极和漏电极。依照示范实施例，形成沟道层和保护层可以包括在栅极绝缘层上沉积氧 化物半导体材料膜，通过对氧化物半导体材料膜构图形成沟道层，在栅极绝 缘层和沟道层上沉积保护材料膜，和/或通过对保护材料膜构图形成保护层。依照示范实施例，形成沟道层和保护层可以包括在栅极绝缘层上沉积氧 化物半导体材料膜，在氧化物半导体材料膜上沉积保护材料膜，和/或对氧化 物半导体材料膜和保护材料膜构图。依照示范实施例，保护材料膜可以构图为提供接触区域的形状，和/或沟 道层可以在接触区域接触源电极和漏电极。依照示范实施例，可以使用 一个半色调光掩模或狭缝光掩模进行对氧化 物半导体材料膜和保护材料膜的构图。依照示范实施例，该方法可以包括在形成沟道层之后和形成保护材料膜 之前使用氧等离子体处理沟道层的表面。依照示范实施例，该方法可以包括在形成沟道层之后和形成保护材料膜 之前使用清洗溶液湿法清洗沟道层的表面。依照示范实施例，该方法可以包括在沉积氧化物半导体材料膜之后和沉 积保护材料膜之前使用氧等离子体处理氧化物半导体材料膜的表面。依照示范实施例，该方法可以包括在沉积氧化物半导体材料膜之后和沉 积保护材料膜之前使用清洗溶液湿法清洗氧化物半导体材料膜的表面。依照示范实施例，用于湿法清洗的清洗溶液可以是异丙醇(IPA)和去 离子水，或者丙酮、IPA和去离子水。依照示范实施例，该方法可以包括在沟道层和源电极之间以及沟道层和 漏电极之间形成欧姆接触层。依照示范实施例，欧姆接触层可以由导电氧化物形成，该导电氧化物的 氧含量小于沟道层的氧含量。依照示范实施例，TFT可以具有更高的电荷迁移率。8
上述和/或其它方面和优点将从下面结合附图对示范实施例的详细描述变得更加清楚和更容易理解，附图中图1A和1B分别为示出依照示范实施例的薄膜晶体管(TFT)的截面图 和平面图；图2A和2B分别为示出依照另 一示范实施例的TFT的截面图和平面图； 图3A至3E为示出依照示范实施例制造图1A和1B的TFT的方法的截 面图；图4A至4F为示出依照另一示范实施例采用形成TFT的沟道层和保护 层的不同方法制造图1A和1B的TFT的方法的截面图；图5A至5D为示出依照另 一示范实施例制造图2A和2B的TFT的方法 的截面图；及图6是显示依照另 一示范实施例的图2A和2B的TFT的电流对电压的 特性的示范图表。
具体实施方式
现将参考附图在下文更加全面地描述示范实施例。然而，实施例可以有 许多不同的形式且不应解释为限于这里阐述的示范实施例。而是，提供这些 示范实施例使得本公开充分和完整，且向本领域的技术人员全面地传达本发 明的范围。在附图中，为了清晰起见，可能夸大了层和区域的厚度。应该理解当部件被称为在另一元件"上"、"连接到"和/或"耦合到" 另一部件时，它可以直接在其它部件上或直接连接到、耦合到其它部件，或 者可以存在中间的部件。相反，当部件被称为"直接"在其它部件"上"、"直 接连接到"或"直接耦合到"另一部件时，则不存在中间的部件。这里所用 的术语"和/或"包括相关列举项目的一个或更多的任何和所有组合。应该理解虽然术语第一、第二和第三等可以用于此来描述各种元件、部 件、区域、层和/或部分，这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些 术语限制。这些术语只用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、 部件、区域、层或部分区分。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层 或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离示范实施例 的教导。在这里为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如"下面"、"下方"、 "下"、"上方"、"上"等，来描述如图中所示一个元件或特征和另一元件或特征的关系。应该理解空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的取向之外的装置在使用或操作中的不同取向。这里所使用的术语是只为了描述特别的示范实施例的目的且不旨在限制本发明。如这里所用，单数形式"一"、"一个"和"该"也旨在包括复数形式，除非文中另外清楚地指示。可以进一步理解当在此说明书中使用术语 "包括"和/或"包含"时说明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分的存在，但是不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、和/或组分。除非另外定义，这里使用的所有术语(包括:汰术和科学术语)具有示范 实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同的意思。还应该理解诸如通 常使用的词典中定义的那些术语应解释具有与在相关技术的环境中它们的 涵义一致的涵义，而不应解释为理想化或过度正式的意义，除非在这里明确 地如此定义。现将参考附图所示的示范实施例，附图中相同的附图标记通篇指示相同 的部件。图1A和1B分别为示出依照示范实施例的薄膜晶体管(TFT)的截面图 和平面图。依照示范实施例的TFT可以具有顶栅极结构，在其中栅电极150形成在 沟道层110上方。参考图1A和1B，沟道层110可以形成在基板100上。基板100可以是 硅基板、玻璃基板和塑料基板之一，和/或可以是透明或不透明基板。沟道层 110可以是氧化物半导体材料层，例如，ZnO基材料层。ZnO基材料层例如 可以是Ga-In-Zn-0层。沟道层 110的 Ga-In-Zn-0层可以是 a(In203).b(Ga203).c(ZnO)层，使得a、 b和c是实数并且a^)、 fe0和c〉0。例 如，a、 b和c可以是实数使得a^1、 b^l和0〈c化沟道层110的Ga-ln-Zn-O 层可以由物理气相沉积(PVD)法形成，例如，溅射法或蒸发法。彼此面对的源电极13 0a和漏电极130b可以形成在沟道层110的两端上。 源电极130a和漏电极130b可以在沟道层110周围在基板100上延伸。源电 极130a和漏电极130b可以是金属层和/或可以是例如Mo单层、包括Mo层的多金属层、包括Ti的金属层和包括Cr的金属层之一。保护层120可以形成在沟道层110上。保护层120可以覆盖沟道层110 分别不与源电极130a和漏电极130b接触的一部分。部分保护层120可以在 沟道层IIO周围在基板IOO上延伸。源电极130a和漏电极130b可以在保护 层120上延伸。保护层120可以包括沟道层110与源电才及130a接触的第一 接触区域和沟道层110与漏电极130b接触的第二接触区域。第一和第二接 触区域可以是沟道层110的上表面的两端。因此，保护层120可以形成为覆 盖除了在沟道层110的上表面两端上的第一和第二接触区域以外的沟道层 IIO的上表面的区域。因此，如图1B所绘，保护层120可以为哑铃形。由 于保护层120的哑铃形，可以暴露出沟道层110的两端的中心区域。然而， 保护层120的形状不限于哑铃形，保护层的形状可以修改为各种形状，例如， 保护层的形状可以修改为可以暴露沟道层110两端的中心区域的各种形状。 例如，保护层120可以为在Y轴方向上跨过沟道层110的矩形。如图1B所 绘，保护层120的一部分可以延伸到沟道层110外部或可以不延伸到沟道层 IIO的外部。沟道层110的上表面可以由保护层120、源电极130a、和/或漏 电极130b覆盖。栅极绝缘层140可以形成在基板100上，该4册才及绝缘层140覆盖沟道层 110、保护层120、源电极130a，和/或漏电极130b。栅极绝缘层140可以是 氧化硅层或氮化硅层。栅电极150可以形成在沟道层IIO上方的栅极绝缘层 140上。栅电极150可以由与源电极130a相同的材料形成，或可以由与源电 极130a不同的材料形成。覆盖栅电极150的钝化层160可以形成在栅极绝 缘层140上。钝化层160可以是氧化硅层或氮化硅层。沟道层110、源电极130a、漏电极130b、 4册4及绝缘层140和栅电极150 的厚度分另ll为大约30nm至200nm、 10nm至200nm、 10nm至200nm、 100nm 至300nm和100nm至300nm。虽然未示出，在沟道层IIO和源电极130a之间，和/或沟道层110和漏 电极130b之间可以包括欧姆接触层。欧姆接触层可以是导电氧化物层，其 氧含量小于沟道层IIO的氧含量。欧姆接触层可以减少沟道层IIO和源电极 130a之间以及沟道层IIO和漏电极130b之间的接触电阻，和/或减少泄露到 沟道层IIO外部的空穴。图2 A和2B分别为示出依照另 一 示范实施例的TFT的截面图和平面图。依照另 一示范实施例的TFT可以具有底栅极结构，在其中栅电极250形成在 沟道层210下面。参考图2A和2B,栅电极250可以形成在基4反200上，且覆盖栅电极 250的栅极绝缘层240可以形成在基板200上。沟道层210可以形成在柵电 极250上方的栅极绝缘层240上。沟道层210在X方向上的宽度wl可以大 于栅电极250在X方向上的宽度w2。保护层220可以形成在沟道层210上， 该保护层220覆盖除了少部分沟道层210之外的大部分沟道层210。如图2B 所示，为了暴露沟道层210两端的中心部分，保护层220可以形成为哑铃形， 然而，示范实施例不限于此，且保护层220可以为各种形状，例如，保护层 可以具有暴露沟道层210两端上的中心部分的各种形状。部分保护层220可 以在沟道层210的外部在栅极绝缘层240上延伸。源电极230a和漏电极230b 可以形成为接触沟道层210两端的中心部分。部分源电极230a和漏电极230b 可以在保护层220的两端上延伸。沟道层210的上表面可以被保护层220、 源电极230a和/或漏电极230b覆盖。钝化层260可以形成在栅极绝缘层240 上，该钝化层260覆盖沟道层210、保护层220、源电极230a和/或漏电极 230b。图2A和2B的TFT的基板200、沟道层210、保护层220、源电极230a、 漏电极230b、栅极绝缘层240、栅电极250和/或钝化层260的材料和厚度可 以分别与图1A和1B的TFT的基板100、沟道层110、保护层120、源电极 130a、漏电极130b、栅极绝缘层140、栅电极150、和/或4屯化层160的材料 和厚度相同。虽然未示出，在沟道层210和源电极230a之间以及在沟道层210和漏 电极230b之间可以包括欧姆接触层。欧姆接触层可以是导电氧化物层，其 氧含量低于沟道层210的氧含量。图3A至3E为示出依照示范实施例制造图1A和1B的TFT的方法的截 面图。TFT可以具有顶栅极结构且相同的附图标记用于指示与图1A和1B 中基本相同的元件。参考图3A，沟道层110可以形成在基板100上。沟道层110可以采用 包括賊射法或蒸发法的PVD法由例如Ga-In-Zn-O的氧化物半导体形成。至 少一个耙(target)可以用于采用PVD法形成沟道层110。至少一个靶可以 包括从包含111203、 Ga2Cb和ZnO的组中选出的至少一种化合物。在形成沟道层110之后，可以用氧等离子体处理沟道层110的表面。氧等离子体处理可以增加沟道层110表面中的氧含量，这可以增加沟道层110表面的电阻。 如果沟道层110表面的电阻增大，在后续工艺中可以减小沟道层110表面的 特性退化。在完成沟道层110的氧等离子体处理之后，为了去除可能存在于 基板100和沟道层110上表面上的蚀刻副产物，可以进行湿法清洗工艺。湿 法清洗工艺的湿法清洗溶液可以是从包括异丙醇(IPA)、去离子水和丙酮的 组中选出的至少一种。参考图3B，保护层120可以形成为覆盖除了在沟道层110的上表面的 两端上相互面对的第一和第二区域之外的沟道层110区域。保护层120可以 形成为在基板100上延伸。保护层120可以通过对形成在基板100上的保护 材料膜(未示出)构图来形成，使得可以覆盖除了相互面对的沟道层110的 两个区域例如沟道层110上表面的两端之外的沟道层110区域。保护层120 可以是使用化学气相沉积(CVD )法或PVD法形成的氧化硅层或氮化硅层。参考图3C，金属层130可以形成在基板100上，该金属层130覆盖沟 道层110和保护层120。掩模M可以形成在金属层130上，该掩模M限定 源极和漏极区域。没被掩模M覆盖的金属层130可以采用湿法蚀刻或干法 蚀刻去除。掩模M可以被去除。因此，如图3D所示，源电极130a和漏电 极130b可以接触沟道层110两端而形成。金属层130可以是Mo单层、包 括Mo层的多金属层、包括Ti的金属层或包括Cr的金属层中之一。金属层 130可以使用PVD法形成。如果金属层130被湿法蚀刻，蚀刻剂可以是磷酸 H3P04 、醋酸CH3COOH 、硝酸HN03和/或去离子水的混合物。由于保护层120形成在沟道层IIO上，如果进行蚀刻工艺以形成源电极 130a和漏电极130b，则可以减小对沟道层110的特性退化和毁坏。例如， 如果为了形成源电极130a和漏电极130b而使用湿法蚀刻来蚀刻金属层130， 则即使金属层130和沟道层110之间无蚀刻选择性也能够对金属层130构图。 如果为了形成源电极130a和漏电极130b而使用干法蚀刻来蚀刻金属层130， 则可以减小由于干法蚀刻所用的等离子体导致的沟道层110的特性退化。如果在形成源电极130a和漏电极130b的工艺中源电极130a和漏电极 130b在更高的温度下形成，氧含量小于沟道层110的氧含量的欧姆接触层 (未示出)可以形成在沟道层110和源电极130a之间以及在沟道层110和 漏电极130b之间。如果欧姆接触层没有在形成源电极130a和漏电极130b的工艺中形成，可以随后进行退火工艺。由于退火工艺，沟道层110和源电极130a之间以及沟道层110和漏电极130b之间会发生反应，且结果，可以 形成欧姆接触层。退火工艺可以是炉内退火或快速热退火(RTA)工艺，和 /或可以在氧气或氮气气氛约200至400。C温度下进行约10分钟至2小时。可以在不同时间和/或采用与形成源电极13 0a和漏电极13 0 b的方法不同 的方法形成欧姆接触层(未示出)。例如，在形成金属层130之前，在基板 100上可以形成覆盖沟道层110和保护层120的欧姆接触材料层(未示出)。 欧姆接触材料层可以是氧含量小于沟道层110的氧含量的Ga-In-Zn-0层，和 /或可以由不使用氧气的PVD法形成。可以对欧姆接触材料层构图使其与源 电极130a和漏电极130b的形状相同。参考图3E， 4册极绝缘层140可以形成在基板100上，该4册极绝缘层140 覆盖保护层120、源电极130a、和/或漏电极130b。该栅极绝缘层可以通过 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法形成。4册才及绝缘层140可以由氧化 硅层或氮化硅层形成。栅电极150可以形成在栅极绝缘层140上使得栅电极 150位于沟道层110上方。4册电4及150可以由与形成源电纟及130a和漏电^L 130b相同或不同的材料形成。钝化层160可以形成在栅极层140上，该钝化 层160覆盖栅电极150。钝化层160可以由氧化硅层或氮化硅层形成。图4A至4F为示出依照另一示范实施例，采用形成TFT的沟道层110 和保护层120的不同方法制造图1A和1B的TFT的截面图。在图3A至3E的形成TFT的方法中，依照示范实施例，可以采用不同 的光掩模形成沟道层110和保护层120。然而，在图4A至4F的形成TFT 的方法中，可以采用一个光掩模形成沟道层110和保护层120,例如，半色 调光掩模(halftone photomask )或狭缝光揭"漠(slit photomask)。参考图4A，氧化物半导体膜110，可以形成在基板100上。保护材料膜 120，可以形成在氧化物半导体膜110，上。氧化物半导体膜110'和保护材 料层120'可以采用PVD法连续沉积。可替换地，在采用PVD法形成氧化 物半导体膜110'之后，保护材料膜120'可以采用CVD法形成。如果形成 了氧化物半导体膜110，，则在形成保护材料膜120，之前，氧化物半导体膜 110，的表面可以由氧等离子体处理。如果光敏层涂敷在保护材料膜120，上，可以采用半色调光掩模或狭缝 掩模对光敏层构图。结果，如图4A所示，可以形成光敏层图案IO，该光敏层图案限定了形成沟道层110的区域。光敏层图案IO可以在不同区域具有 不同的厚度。光敏层图案10的中心部分可以是第一区域，其形成为比光敏 层图案10的两边缘部分上的第二区域厚。参考图4B，使用光敏层图案IO作为蚀刻掩模可以对保护材料膜120， 和氧化物半导体膜IIO，进行蚀刻，例如，接续地蚀刻。保留在基板100上 的一部分氧化物半导体膜110'可以是沟道层110。通过使用例如氧灰化法(oxygen ashing method )的各向异性蚀刻法对光 敏层图案10进行蚀刻可以去除光敏层图案10的第二区域。结果，如图4C 所示，围绕着光敏层图案IO的第一区域的保护材料膜120，可以被暴露。在 去除光敏层图案10的第二区域时可以去除光敏层图案10的一部分第一区 域。参考图4C，使用光敏层图案IO作为蚀刻掩模可以对保护材料膜120， 的暴露部分进行蚀刻。光敏层图案IO可以被去除。结果，如图4D所示，可 以形成保护层120，其暴露出在沟道层110的两端上相互面对的沟道层110 的第一区域和第二区域。保护层120的形状可以由光敏层图案IO确定，该 光敏层图案10的第二区域被去除以暴露保护材料膜120，。因此，可以通过 考虑到将形成的保护层120的形状而形成图4A的光敏层图案10。保护层120可以暴露沟道层110的两端或沟道层110两端的中心部分， 然而，保护层120不需要延伸到沟道层110的外部。参考图4E,在沟道层110两端上的源电极130a和漏电才及130b可以形成 在基板100上，该源电极130a和漏电极130b分别覆盖暴露的第一区域和第 二区域。采用与参考图3C所述的工艺相同的工艺可以形成源电极130a和漏 电极130b。然而，在图4E的情况下，由于可以暴露沟道层110的侧面部分， 所以可能存在沟道层110的侧面部分在形成源电才及130a和漏电才及130b的工 艺中被损失的可能性。然而，沟道层110的侧面部分的损失可以小到可以被 忽略。可以考虑沟道层110的侧面部分的损失而形成图4A的光敏层图案10， 且因此，损失不会发生。参考图4F，以与参考图3D所述的工艺相同的工艺可以顺序地形成栅极 绝缘层140、栅电极150和钝化层160。图5A至5D为示出依照另一示范实施例制造图2A和2B的TFT的方法 的截面图。依照另 一示范实施例制造图2A和2B的TFT的方法可以形成具有底栅 极结构的TFT。在图2A和2B及图5A至5D中相同的附图标记用于指示基 本相同的元件。参考图5A，栅电极250可以形成基板200上，和/或覆盖栅电极250的 栅极绝缘层240可以形成在基板200上，在形成栅4及绝缘层240之后，可以 进行湿法清洗工艺，用于去除可能存在于栅极绝缘层240的上表面上的杂质。 在湿法清洗工艺中，清洗溶液可以是从包括异丙醇(IPA)、去离子水和丙酮 的组中选出的至少一种。参考图5B,可以形成沟道层210和保护层220,其顺序堆叠在栅极绝缘 层240上。沟道层210可以位于一册电极250上方的一册才及绝缘层240上。可以 分别采用图3A至3E和图4A至4F所示的形成沟道层110和保护层120的 方法形成沟道层210和保护层220。参考图5C,与沟道层210的两端接触的源电4及230a和漏电极230b可 以形成在保护层220和/或栅极绝缘层240上。源电极230a和漏电极230b 可以采用参考图3C所述的工艺形成。氧含量低于沟道层210的氧含量的欧 姆4I触层(未示出)可以采用与上述工艺相同的工艺形成在沟道层210和源 电极230a之间以及在沟道层210和漏电极230b之间。参考图5D,钝化层260可以形成在4册极绝缘层240上，该钝化层260 覆盖保护层220、源电极230a、和/或漏电极230b。图6为显示依照另 一示范实施例就图2A和2B的TFT的漏电压Vd而言 的漏电流Id对栅电压Vg的特性的示范图表。参考图6,依照另一示范实施例的图2A和2B的TFT可以在大约10.1V 的更高的漏电压Vd下显示出更高的开关特性。结果表明，在依照示范实施 例制造TFT期间可以减小对沟道层210的破坏和沟道层210的特性退化。如上所述，除了接触源电极和漏电极的沟道层的部分之外，依照示范实 施例由氧化物半导体材料形成的沟道层可以被保护层覆盖，且因此，保护层 可以保护沟道层在形成源电极和漏电极的蚀刻工艺中免受破坏或特性上的 退化。因此，示范实施例可以实现具有由氧化物半导体材料形成的沟道层的 TFT,该氧化物半导体材料例如为Ga-In-Zn-O，具有更高的电荷迁移率。虽然示范实施例已经在此说明书和附图中示出和-说明，然而本领域的技 术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对示出和/ 或说明的示范实施例进行改变。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括沟道层，包括氧化物半导体材料；源电极和漏电极，在所述沟道层上方相互面对；保护层，在所述源电极和所述漏电极下面并覆盖所述沟道层；栅电极，配置为向所述沟道层施加电场；和栅极绝缘层，夹置在所述栅电极和所述沟道层之间。
2. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述沟道层是ZnO基材料层。
3. 权利要求2所述的薄膜晶体管，其中所述沟道层是 a(In203>b(Ga2〇3)'c(ZnO>^，其中a、 b和c是实数使得a^)、 b^)和c>0。
4. 权利要求3所述的薄膜晶体管，其中所述沟道层是 a(In203)'b(Ga203).c(ZnO)层，其中a、 b和c是实数使得a^1、 fel和0<"1。
5. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中 所述保护层提供接触区域，和所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
6. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述保护层是从包括氧化硅层和 氮化硅层的组中选出的至少之一 。
7. 权利要求1所述的薄膜晶体管，还包括欧姆接触层，在所述沟道层和所述源电极之间以及在所述沟道层和所述 漏电4及之间。
8. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述栅电极在所述沟道层上方。
9. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述栅电极在所述沟道层下方。
10. —种制造薄膜晶体管的方法，包括形成包括氧化物半导体材料的沟道层以及覆盖所述沟道层的保护层；形成源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极相互面对并与所述沟道 层的两个区域接触；形成栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述保护层、所述源电极和所述 漏电纟及；以及在所述沟道层上方的所述4册极绝缘层上形成栅电极。
11. 权利要求10所述的方法，其中所述沟道层是ZnO基材料层。
12. 权利要求10所述的方法，其中 所述保护层提供接触区域，和所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
13. 权利要求10所述的方法，其中形成所述沟道层和所述保护层包括 在基板上沉积氧化物半导体材料膜； 通过对所述氧化物半导体材料膜构图形成所述沟道层； 在所述基板和所述沟道层上沉积保护材料膜；和 通过对所述保护材料膜构图形成所述保护层。
14. 权利要求13所述的方法，其中 所述保护材料膜构图为提供接触区域的形状，和 所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
15. 权利要求13所述的方法，还包括在形成所述沟道层之后和形成所述保护材料膜之前使用氧等离子体处理 所述沟道层的表面。
16. 权利要求13所述的方法，还包括在形成所述沟道层之后和形成所述保护材料膜之前使用清洗溶液对所述 沟道层表面进行湿法清洗。
17. 权利要求16所述的方法，其中用于所述湿法清洗的清洗溶液是包括异 丙醇和去离子水的溶液和包括丙酮、异丙醇和去离子水的溶液中至少之一 。
18. 权利要求10所述的方法，其中形成所述沟道层和所述保护层包括 在基板上沉积氧化物半导体材料膜； 在所述氧化物半导体材料膜上沉积保护材料膜；和 对所述氧化物半导体材料膜和所述保护材料膜构图。
19. 权利要求18所述的方法，其中 所述保护材料膜构图为提供接触区域的形状，和所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
20. 权利要求18所述的方法，其中采用半色调光掩模或狭缝光掩模对所 述氧化物半导体材料膜和所述保护材料膜进行构图。
21. 权利要求18所述的方法，还包括在沉积所述氧化物半导体材料膜之后和沉积所述保护材料膜之前使用氧 等离子体处理所述氧化物半导体材料膜的表面。
22. 权利要求18所述的方法，还包括在沉积所述氧化物半导体材料膜之后和沉积所述保护材料膜之前使用清 洗溶液对所述氧化物半导体材料膜的表面进行湿法清洗。
23. 权利要求22所述的方法，其中用于所述湿法清洗的清洗溶液是包括异 丙醇和去离子水的溶液和包括丙酮、异丙醇和去离子水的溶液中至少之一。
24. 权利要求10所述的方法，还包括在所述沟道层和所述源电极之间以及在所述沟道层和所述漏电极之间形 成欧姆接触层。
25. 权利要求24所述的方法，其中所述欧姆接触层由导电氧化物形成， 所述导电氧化物的氧含量小于所述沟道层的氧含量。
26. —种制造薄膜晶体管的方法，包括 形成栅电极；形成栅极绝缘层以覆盖所述栅电极；在所述栅电极上方的所述栅极绝缘层上形成包括氧化物半导体材料的沟 道层并形成覆盖所述沟道层的保护层；和形成源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极相互面对并接触所述沟 道层的两个区域。
27. 权利要求26所述的方法，其中所述沟道层是ZnO基材料层。
28. 权利要求26所述的方法，其中 所述保护层提供接触区域，和所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
29. 权利要求26所述的方法，其中形成所述沟道层和所述保护层包括 在所述栅极绝缘层上沉积氧化物半导体材料膜； 通过对所述氧化物半导体材料膜构图形成所述沟道层； 在所述栅极绝缘层和所述沟道层上沉积保护材料膜；和通过对所述保护材料膜构图形成所述保护层。
30. 权利要求29所述的方法，其中 所述保护材料膜构图为提供接触区域的形状，和 所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
31. 权利要求29所述的方法，还包括在形成所迷沟道层之后和形成所述保护材料膜之前采用氧等离子体处理所述沟道层的表面。
32. 权利要求29所述的方法，还包括在形成所述沟道层之后和形成所述保护材料膜之前使用清洗溶液对所述 沟道层的表面进行湿法清洗。
33. 权利要求32所述的方法，其中用于所述湿法清洗的清洗溶液是包括异 丙醇和去离子水的溶液和包括丙酮、异丙醇和去离子水的溶液中至少之一。
34. 权利要求26所述的方法，其中形成所述沟道层和所述保护层包括 在所述栅极绝缘层上沉积氧化物半导体材料膜； 在所述氧化物半导体材料膜上沉积保护材料膜；和 对所述氧化物半导体材料膜和所述保护材料膜构图。
35. 权利要求34所述的方法，其中 所述保护材料膜构图为提供接触区域的形状，和 所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
36. 权利要求34所述的方法，其中采用半色调光掩模或狭缝光掩模对所 述氧化物半导体材料膜和所述保护材料膜进行构图。
37. 权利要求34所述的方法，还包括在沉积所述氧化物半导体材料膜之后和沉积所述保护材料膜之前使用氧 等离子体处理所述氧化物半导体材料膜的表面。
38. 权利要求34所述的方法，还包括在沉积所述氧化物半导体材料膜之后和沉积所述保护材料膜之前使用清 洗溶液对所述氧化物半导体材料膜的表面进行湿法清洗。
39. 权利要求38所述的方法，其中用于所述湿法清洗的清洗溶液是包括异 丙醇和去离子水的溶液和包括丙酮、异丙醇和去离子水的溶液中至少之一。
40. 权利要求26所述的方法，还包括在所述沟道层和所述源电极之间以及在所述沟道层和所述漏电极之间形 成欧姆接触层。
41. 权利要求40所述的方法，其中所述欧姆接触层由导电氧化物形成， 所述导电氧化物的氧含量小于所述沟道层的氧含量。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜晶体管及其制造方法，该薄膜晶体管(TFT)可以包括沟道层、源电极、漏电极、保护层、栅电极、和/或栅极绝缘层。沟道层可以包括氧化物半导体材料。源电极和漏电极可以在沟道层上方相互面对。保护层可以在源电极和漏电极下面和/或可以覆盖沟道层。栅电极可以配置为向沟道层施加电场。栅极绝缘层可以夹置在栅电极和沟道层之间。
文档编号H01L21/336GK101246909SQ20081007430
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月15日 优先权日2007年2月16日
发明者朴宰澈, 朴永洙, 金善日 申请人:三星电子株式会社
技术领域：
本发明的示范实施例涉及一种半导体器件和/或其制造方法，且例如，涉 及薄膜晶体管和/或其制造方法。
背景技术：
在例如液晶显示装置或有机发光显示装置的平板显示装置中，使用薄膜晶体管(TFT)作为开关器件。TFT的迁移率或漏电流受到TFT沟道层的材 料和状态的严重影响。在商业生产的液晶显示装置中，TFT的沟道层主要为非晶硅层，其具有 相对很低的接近0.5cmVVs的电荷迁移率。因此，很难增大商业生产的液晶 显示装置的运行速度。因此，人们已经对使用氧化物半导体材料层作为TFT的沟道层进行了研 究，该氧化物半导体材料层例如是ZnO基材料层，其具有比非晶硅层高的 电荷迁移率。Ga-In-Zn-O层是一种ZnO基材料层，它的电荷迁移率比非晶 硅层的高几十倍。因此，使用Ga-In-Zn-O层作为沟道层的TFT预期成为显 示装置的下一代驱动器件。然而，如果ZnO基材料层用作TFT的沟道层，则在形成沟道层之后该 沟道可能被毁坏，结果，器件的电特性可能退化。发明内容示范实施例提供一种薄膜晶体管(TFT),其包括具有高于非晶硅层的电 荷迁移率的沟道层，和/或可以减小由于等离子体造成的沟道层的特性的退化。示范实施例提供TFT的制造方法。依照示范实施例，薄膜晶体管可以包括沟道层、源电极、漏电极、保护 层、栅电极和/或栅极绝缘层。沟道层可以包括氧化物半导体材料。源电极和 漏电极可以在沟道层上方相互面对。保护层可以在源电极和漏电极下面和/或可以覆盖沟道层。栅电极可以配置为向沟道层施加电场。栅极绝缘层可以 夹置在栅电极和沟道层之间。依照示范实施例，沟道层可以是ZnO基材料层。依照示范实施例，沟道层可以是a(Iri203).b(Ga203).c(ZnO)层，其中a、 b 和c是实数使得a^O 、 b^O和c>0 。依照示范实施例，沟道层可以是a(In203).b(Ga203).c(ZnO)层，其中a、 b 和c是实数使得a^l 、 b^l和0<d 。依照示范实施例，保护层可以提供接触区域，和沟道层可以在接触区域 才妄触源电纟及和漏电才及。依照示范实施例，保护层可以是氧化硅层和氮化硅层中至少之一。依照示范实施例，薄膜晶体管可以包括欧姆接触层，该欧姆接触层在沟 道层和源电极之间以及在沟道层和漏电极之间。依照示范实施例，栅电极可以在沟道层上方。依照示范实施例，栅电极可以在沟道层下方。依照示范实施例，薄膜晶体管的制造方法可以包括形成包含氧化物半导 体材料的沟道层和覆盖沟道层的保护层。源电极和漏电极可以形成为相互面 对和/或接触沟道层的两个区域。栅极绝缘层可以形成为覆盖保护层、源电极 和/或漏电极。栅电极可以形成在沟道层上方的4册极绝缘层上。依照示范实施例，沟道层可以是ZnO基材料层。依照示范实施例，保护层可以提供接触区域，和/或沟道层可以在接触区 域接触源电纟及和漏电才及。依照示范实施例，形成沟道层和保护层可以包括在基板上沉积氧化物半 导体材料膜、通过对氧化物半导体材料膜构图形成沟道层、在基板和沟道层 上沉积保护材料膜和/或通过对保护材料膜构图形成保护层。依照示范实施例，形成沟道层和保护层可以包括在基板上沉积氧化物半 导体材料膜、在氧化物半导体材料膜上沉积保护材料膜和/或对氧化物半导体 材料膜和保护材料膜构图。依照示范实施例，保护材料膜可以构图为提供接触区域的形状，和/或沟 道层可以在接触区域接触源电极和漏电极。依照示范实施例，薄膜晶体管的制造方法可以包括形成栅电极。栅极绝 缘层可以形成为覆盖栅电极。包括氧化物半导体材料的沟道层可以形成在栅电极上方的栅极绝缘层上且保护层可以形成为覆盖沟道层。源电极和漏电极 可以形成为相互面对并接触沟道层的两个区域。依照示范实施例，沟道层可以是ZnO基材料层。依照示范实施例，保护层可以提供接触区域，和/或沟道层可以在接触区 域接触源电极和漏电极。依照示范实施例，形成沟道层和保护层可以包括在栅极绝缘层上沉积氧 化物半导体材料膜，通过对氧化物半导体材料膜构图形成沟道层，在栅极绝 缘层和沟道层上沉积保护材料膜，和/或通过对保护材料膜构图形成保护层。依照示范实施例，形成沟道层和保护层可以包括在栅极绝缘层上沉积氧 化物半导体材料膜，在氧化物半导体材料膜上沉积保护材料膜，和/或对氧化 物半导体材料膜和保护材料膜构图。依照示范实施例，保护材料膜可以构图为提供接触区域的形状，和/或沟 道层可以在接触区域接触源电极和漏电极。依照示范实施例，可以使用 一个半色调光掩模或狭缝光掩模进行对氧化 物半导体材料膜和保护材料膜的构图。依照示范实施例，该方法可以包括在形成沟道层之后和形成保护材料膜 之前使用氧等离子体处理沟道层的表面。依照示范实施例，该方法可以包括在形成沟道层之后和形成保护材料膜 之前使用清洗溶液湿法清洗沟道层的表面。依照示范实施例，该方法可以包括在沉积氧化物半导体材料膜之后和沉 积保护材料膜之前使用氧等离子体处理氧化物半导体材料膜的表面。依照示范实施例，该方法可以包括在沉积氧化物半导体材料膜之后和沉 积保护材料膜之前使用清洗溶液湿法清洗氧化物半导体材料膜的表面。依照示范实施例，用于湿法清洗的清洗溶液可以是异丙醇(IPA)和去 离子水，或者丙酮、IPA和去离子水。依照示范实施例，该方法可以包括在沟道层和源电极之间以及沟道层和 漏电极之间形成欧姆接触层。依照示范实施例，欧姆接触层可以由导电氧化物形成，该导电氧化物的 氧含量小于沟道层的氧含量。依照示范实施例，TFT可以具有更高的电荷迁移率。8
上述和/或其它方面和优点将从下面结合附图对示范实施例的详细描述变得更加清楚和更容易理解，附图中图1A和1B分别为示出依照示范实施例的薄膜晶体管(TFT)的截面图 和平面图；图2A和2B分别为示出依照另 一示范实施例的TFT的截面图和平面图； 图3A至3E为示出依照示范实施例制造图1A和1B的TFT的方法的截 面图；图4A至4F为示出依照另一示范实施例采用形成TFT的沟道层和保护 层的不同方法制造图1A和1B的TFT的方法的截面图；图5A至5D为示出依照另 一示范实施例制造图2A和2B的TFT的方法 的截面图；及图6是显示依照另 一示范实施例的图2A和2B的TFT的电流对电压的 特性的示范图表。
具体实施方式
现将参考附图在下文更加全面地描述示范实施例。然而，实施例可以有 许多不同的形式且不应解释为限于这里阐述的示范实施例。而是，提供这些 示范实施例使得本公开充分和完整，且向本领域的技术人员全面地传达本发 明的范围。在附图中，为了清晰起见，可能夸大了层和区域的厚度。应该理解当部件被称为在另一元件"上"、"连接到"和/或"耦合到" 另一部件时，它可以直接在其它部件上或直接连接到、耦合到其它部件，或 者可以存在中间的部件。相反，当部件被称为"直接"在其它部件"上"、"直 接连接到"或"直接耦合到"另一部件时，则不存在中间的部件。这里所用 的术语"和/或"包括相关列举项目的一个或更多的任何和所有组合。应该理解虽然术语第一、第二和第三等可以用于此来描述各种元件、部 件、区域、层和/或部分，这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些 术语限制。这些术语只用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、 部件、区域、层或部分区分。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层 或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离示范实施例 的教导。在这里为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如"下面"、"下方"、 "下"、"上方"、"上"等，来描述如图中所示一个元件或特征和另一元件或特征的关系。应该理解空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的取向之外的装置在使用或操作中的不同取向。这里所使用的术语是只为了描述特别的示范实施例的目的且不旨在限制本发明。如这里所用，单数形式"一"、"一个"和"该"也旨在包括复数形式，除非文中另外清楚地指示。可以进一步理解当在此说明书中使用术语 "包括"和/或"包含"时说明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分的存在，但是不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、和/或组分。除非另外定义，这里使用的所有术语(包括:汰术和科学术语)具有示范 实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同的意思。还应该理解诸如通 常使用的词典中定义的那些术语应解释具有与在相关技术的环境中它们的 涵义一致的涵义，而不应解释为理想化或过度正式的意义，除非在这里明确 地如此定义。现将参考附图所示的示范实施例，附图中相同的附图标记通篇指示相同 的部件。图1A和1B分别为示出依照示范实施例的薄膜晶体管(TFT)的截面图 和平面图。依照示范实施例的TFT可以具有顶栅极结构，在其中栅电极150形成在 沟道层110上方。参考图1A和1B，沟道层110可以形成在基板100上。基板100可以是 硅基板、玻璃基板和塑料基板之一，和/或可以是透明或不透明基板。沟道层 110可以是氧化物半导体材料层，例如，ZnO基材料层。ZnO基材料层例如 可以是Ga-In-Zn-0层。沟道层 110的 Ga-In-Zn-0层可以是 a(In203).b(Ga203).c(ZnO)层，使得a、 b和c是实数并且a^)、 fe0和c〉0。例 如，a、 b和c可以是实数使得a^1、 b^l和0〈c化沟道层110的Ga-ln-Zn-O 层可以由物理气相沉积(PVD)法形成，例如，溅射法或蒸发法。彼此面对的源电极13 0a和漏电极130b可以形成在沟道层110的两端上。 源电极130a和漏电极130b可以在沟道层110周围在基板100上延伸。源电 极130a和漏电极130b可以是金属层和/或可以是例如Mo单层、包括Mo层的多金属层、包括Ti的金属层和包括Cr的金属层之一。保护层120可以形成在沟道层110上。保护层120可以覆盖沟道层110 分别不与源电极130a和漏电极130b接触的一部分。部分保护层120可以在 沟道层IIO周围在基板IOO上延伸。源电极130a和漏电极130b可以在保护 层120上延伸。保护层120可以包括沟道层110与源电才及130a接触的第一 接触区域和沟道层110与漏电极130b接触的第二接触区域。第一和第二接 触区域可以是沟道层110的上表面的两端。因此，保护层120可以形成为覆 盖除了在沟道层110的上表面两端上的第一和第二接触区域以外的沟道层 IIO的上表面的区域。因此，如图1B所绘，保护层120可以为哑铃形。由 于保护层120的哑铃形，可以暴露出沟道层110的两端的中心区域。然而， 保护层120的形状不限于哑铃形，保护层的形状可以修改为各种形状，例如， 保护层的形状可以修改为可以暴露沟道层110两端的中心区域的各种形状。 例如，保护层120可以为在Y轴方向上跨过沟道层110的矩形。如图1B所 绘，保护层120的一部分可以延伸到沟道层110外部或可以不延伸到沟道层 IIO的外部。沟道层110的上表面可以由保护层120、源电极130a、和/或漏 电极130b覆盖。栅极绝缘层140可以形成在基板100上，该4册才及绝缘层140覆盖沟道层 110、保护层120、源电极130a，和/或漏电极130b。栅极绝缘层140可以是 氧化硅层或氮化硅层。栅电极150可以形成在沟道层IIO上方的栅极绝缘层 140上。栅电极150可以由与源电极130a相同的材料形成，或可以由与源电 极130a不同的材料形成。覆盖栅电极150的钝化层160可以形成在栅极绝 缘层140上。钝化层160可以是氧化硅层或氮化硅层。沟道层110、源电极130a、漏电极130b、 4册4及绝缘层140和栅电极150 的厚度分另ll为大约30nm至200nm、 10nm至200nm、 10nm至200nm、 100nm 至300nm和100nm至300nm。虽然未示出，在沟道层IIO和源电极130a之间，和/或沟道层110和漏 电极130b之间可以包括欧姆接触层。欧姆接触层可以是导电氧化物层，其 氧含量小于沟道层IIO的氧含量。欧姆接触层可以减少沟道层IIO和源电极 130a之间以及沟道层IIO和漏电极130b之间的接触电阻，和/或减少泄露到 沟道层IIO外部的空穴。图2 A和2B分别为示出依照另 一 示范实施例的TFT的截面图和平面图。依照另 一示范实施例的TFT可以具有底栅极结构，在其中栅电极250形成在 沟道层210下面。参考图2A和2B,栅电极250可以形成在基4反200上，且覆盖栅电极 250的栅极绝缘层240可以形成在基板200上。沟道层210可以形成在柵电 极250上方的栅极绝缘层240上。沟道层210在X方向上的宽度wl可以大 于栅电极250在X方向上的宽度w2。保护层220可以形成在沟道层210上， 该保护层220覆盖除了少部分沟道层210之外的大部分沟道层210。如图2B 所示，为了暴露沟道层210两端的中心部分，保护层220可以形成为哑铃形， 然而，示范实施例不限于此，且保护层220可以为各种形状，例如，保护层 可以具有暴露沟道层210两端上的中心部分的各种形状。部分保护层220可 以在沟道层210的外部在栅极绝缘层240上延伸。源电极230a和漏电极230b 可以形成为接触沟道层210两端的中心部分。部分源电极230a和漏电极230b 可以在保护层220的两端上延伸。沟道层210的上表面可以被保护层220、 源电极230a和/或漏电极230b覆盖。钝化层260可以形成在栅极绝缘层240 上，该钝化层260覆盖沟道层210、保护层220、源电极230a和/或漏电极 230b。图2A和2B的TFT的基板200、沟道层210、保护层220、源电极230a、 漏电极230b、栅极绝缘层240、栅电极250和/或钝化层260的材料和厚度可 以分别与图1A和1B的TFT的基板100、沟道层110、保护层120、源电极 130a、漏电极130b、栅极绝缘层140、栅电极150、和/或4屯化层160的材料 和厚度相同。虽然未示出，在沟道层210和源电极230a之间以及在沟道层210和漏 电极230b之间可以包括欧姆接触层。欧姆接触层可以是导电氧化物层，其 氧含量低于沟道层210的氧含量。图3A至3E为示出依照示范实施例制造图1A和1B的TFT的方法的截 面图。TFT可以具有顶栅极结构且相同的附图标记用于指示与图1A和1B 中基本相同的元件。参考图3A，沟道层110可以形成在基板100上。沟道层110可以采用 包括賊射法或蒸发法的PVD法由例如Ga-In-Zn-O的氧化物半导体形成。至 少一个耙(target)可以用于采用PVD法形成沟道层110。至少一个靶可以 包括从包含111203、 Ga2Cb和ZnO的组中选出的至少一种化合物。在形成沟道层110之后，可以用氧等离子体处理沟道层110的表面。氧等离子体处理可以增加沟道层110表面中的氧含量，这可以增加沟道层110表面的电阻。 如果沟道层110表面的电阻增大，在后续工艺中可以减小沟道层110表面的 特性退化。在完成沟道层110的氧等离子体处理之后，为了去除可能存在于 基板100和沟道层110上表面上的蚀刻副产物，可以进行湿法清洗工艺。湿 法清洗工艺的湿法清洗溶液可以是从包括异丙醇(IPA)、去离子水和丙酮的 组中选出的至少一种。参考图3B，保护层120可以形成为覆盖除了在沟道层110的上表面的 两端上相互面对的第一和第二区域之外的沟道层110区域。保护层120可以 形成为在基板100上延伸。保护层120可以通过对形成在基板100上的保护 材料膜(未示出)构图来形成，使得可以覆盖除了相互面对的沟道层110的 两个区域例如沟道层110上表面的两端之外的沟道层110区域。保护层120 可以是使用化学气相沉积(CVD )法或PVD法形成的氧化硅层或氮化硅层。参考图3C，金属层130可以形成在基板100上，该金属层130覆盖沟 道层110和保护层120。掩模M可以形成在金属层130上，该掩模M限定 源极和漏极区域。没被掩模M覆盖的金属层130可以采用湿法蚀刻或干法 蚀刻去除。掩模M可以被去除。因此，如图3D所示，源电极130a和漏电 极130b可以接触沟道层110两端而形成。金属层130可以是Mo单层、包 括Mo层的多金属层、包括Ti的金属层或包括Cr的金属层中之一。金属层 130可以使用PVD法形成。如果金属层130被湿法蚀刻，蚀刻剂可以是磷酸 H3P04 、醋酸CH3COOH 、硝酸HN03和/或去离子水的混合物。由于保护层120形成在沟道层IIO上，如果进行蚀刻工艺以形成源电极 130a和漏电极130b，则可以减小对沟道层110的特性退化和毁坏。例如， 如果为了形成源电极130a和漏电极130b而使用湿法蚀刻来蚀刻金属层130， 则即使金属层130和沟道层110之间无蚀刻选择性也能够对金属层130构图。 如果为了形成源电极130a和漏电极130b而使用干法蚀刻来蚀刻金属层130， 则可以减小由于干法蚀刻所用的等离子体导致的沟道层110的特性退化。如果在形成源电极130a和漏电极130b的工艺中源电极130a和漏电极 130b在更高的温度下形成，氧含量小于沟道层110的氧含量的欧姆接触层 (未示出)可以形成在沟道层110和源电极130a之间以及在沟道层110和 漏电极130b之间。如果欧姆接触层没有在形成源电极130a和漏电极130b的工艺中形成，可以随后进行退火工艺。由于退火工艺，沟道层110和源电极130a之间以及沟道层110和漏电极130b之间会发生反应，且结果，可以 形成欧姆接触层。退火工艺可以是炉内退火或快速热退火(RTA)工艺，和 /或可以在氧气或氮气气氛约200至400。C温度下进行约10分钟至2小时。可以在不同时间和/或采用与形成源电极13 0a和漏电极13 0 b的方法不同 的方法形成欧姆接触层(未示出)。例如，在形成金属层130之前，在基板 100上可以形成覆盖沟道层110和保护层120的欧姆接触材料层(未示出)。 欧姆接触材料层可以是氧含量小于沟道层110的氧含量的Ga-In-Zn-0层，和 /或可以由不使用氧气的PVD法形成。可以对欧姆接触材料层构图使其与源 电极130a和漏电极130b的形状相同。参考图3E， 4册极绝缘层140可以形成在基板100上，该4册极绝缘层140 覆盖保护层120、源电极130a、和/或漏电极130b。该栅极绝缘层可以通过 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法形成。4册才及绝缘层140可以由氧化 硅层或氮化硅层形成。栅电极150可以形成在栅极绝缘层140上使得栅电极 150位于沟道层110上方。4册电4及150可以由与形成源电纟及130a和漏电^L 130b相同或不同的材料形成。钝化层160可以形成在栅极层140上，该钝化 层160覆盖栅电极150。钝化层160可以由氧化硅层或氮化硅层形成。图4A至4F为示出依照另一示范实施例，采用形成TFT的沟道层110 和保护层120的不同方法制造图1A和1B的TFT的截面图。在图3A至3E的形成TFT的方法中，依照示范实施例，可以采用不同 的光掩模形成沟道层110和保护层120。然而，在图4A至4F的形成TFT 的方法中，可以采用一个光掩模形成沟道层110和保护层120,例如，半色 调光掩模(halftone photomask )或狭缝光揭"漠(slit photomask)。参考图4A，氧化物半导体膜110，可以形成在基板100上。保护材料膜 120，可以形成在氧化物半导体膜110，上。氧化物半导体膜110'和保护材 料层120'可以采用PVD法连续沉积。可替换地，在采用PVD法形成氧化 物半导体膜110'之后，保护材料膜120'可以采用CVD法形成。如果形成 了氧化物半导体膜110，，则在形成保护材料膜120，之前，氧化物半导体膜 110，的表面可以由氧等离子体处理。如果光敏层涂敷在保护材料膜120，上，可以采用半色调光掩模或狭缝 掩模对光敏层构图。结果，如图4A所示，可以形成光敏层图案IO，该光敏层图案限定了形成沟道层110的区域。光敏层图案IO可以在不同区域具有 不同的厚度。光敏层图案10的中心部分可以是第一区域，其形成为比光敏 层图案10的两边缘部分上的第二区域厚。参考图4B，使用光敏层图案IO作为蚀刻掩模可以对保护材料膜120， 和氧化物半导体膜IIO，进行蚀刻，例如，接续地蚀刻。保留在基板100上 的一部分氧化物半导体膜110'可以是沟道层110。通过使用例如氧灰化法(oxygen ashing method )的各向异性蚀刻法对光 敏层图案10进行蚀刻可以去除光敏层图案10的第二区域。结果，如图4C 所示，围绕着光敏层图案IO的第一区域的保护材料膜120，可以被暴露。在 去除光敏层图案10的第二区域时可以去除光敏层图案10的一部分第一区 域。参考图4C，使用光敏层图案IO作为蚀刻掩模可以对保护材料膜120， 的暴露部分进行蚀刻。光敏层图案IO可以被去除。结果，如图4D所示，可 以形成保护层120，其暴露出在沟道层110的两端上相互面对的沟道层110 的第一区域和第二区域。保护层120的形状可以由光敏层图案IO确定，该 光敏层图案10的第二区域被去除以暴露保护材料膜120，。因此，可以通过 考虑到将形成的保护层120的形状而形成图4A的光敏层图案10。保护层120可以暴露沟道层110的两端或沟道层110两端的中心部分， 然而，保护层120不需要延伸到沟道层110的外部。参考图4E,在沟道层110两端上的源电极130a和漏电才及130b可以形成 在基板100上，该源电极130a和漏电极130b分别覆盖暴露的第一区域和第 二区域。采用与参考图3C所述的工艺相同的工艺可以形成源电极130a和漏 电极130b。然而，在图4E的情况下，由于可以暴露沟道层110的侧面部分， 所以可能存在沟道层110的侧面部分在形成源电才及130a和漏电才及130b的工 艺中被损失的可能性。然而，沟道层110的侧面部分的损失可以小到可以被 忽略。可以考虑沟道层110的侧面部分的损失而形成图4A的光敏层图案10， 且因此，损失不会发生。参考图4F，以与参考图3D所述的工艺相同的工艺可以顺序地形成栅极 绝缘层140、栅电极150和钝化层160。图5A至5D为示出依照另一示范实施例制造图2A和2B的TFT的方法 的截面图。依照另 一示范实施例制造图2A和2B的TFT的方法可以形成具有底栅 极结构的TFT。在图2A和2B及图5A至5D中相同的附图标记用于指示基 本相同的元件。参考图5A，栅电极250可以形成基板200上，和/或覆盖栅电极250的 栅极绝缘层240可以形成在基板200上，在形成栅4及绝缘层240之后，可以 进行湿法清洗工艺，用于去除可能存在于栅极绝缘层240的上表面上的杂质。 在湿法清洗工艺中，清洗溶液可以是从包括异丙醇(IPA)、去离子水和丙酮 的组中选出的至少一种。参考图5B,可以形成沟道层210和保护层220,其顺序堆叠在栅极绝缘 层240上。沟道层210可以位于一册电极250上方的一册才及绝缘层240上。可以 分别采用图3A至3E和图4A至4F所示的形成沟道层110和保护层120的 方法形成沟道层210和保护层220。参考图5C,与沟道层210的两端接触的源电4及230a和漏电极230b可 以形成在保护层220和/或栅极绝缘层240上。源电极230a和漏电极230b 可以采用参考图3C所述的工艺形成。氧含量低于沟道层210的氧含量的欧 姆4I触层(未示出)可以采用与上述工艺相同的工艺形成在沟道层210和源 电极230a之间以及在沟道层210和漏电极230b之间。参考图5D,钝化层260可以形成在4册极绝缘层240上，该钝化层260 覆盖保护层220、源电极230a、和/或漏电极230b。图6为显示依照另 一示范实施例就图2A和2B的TFT的漏电压Vd而言 的漏电流Id对栅电压Vg的特性的示范图表。参考图6,依照另一示范实施例的图2A和2B的TFT可以在大约10.1V 的更高的漏电压Vd下显示出更高的开关特性。结果表明，在依照示范实施 例制造TFT期间可以减小对沟道层210的破坏和沟道层210的特性退化。如上所述，除了接触源电极和漏电极的沟道层的部分之外，依照示范实 施例由氧化物半导体材料形成的沟道层可以被保护层覆盖，且因此，保护层 可以保护沟道层在形成源电极和漏电极的蚀刻工艺中免受破坏或特性上的 退化。因此，示范实施例可以实现具有由氧化物半导体材料形成的沟道层的 TFT,该氧化物半导体材料例如为Ga-In-Zn-O，具有更高的电荷迁移率。虽然示范实施例已经在此说明书和附图中示出和-说明，然而本领域的技 术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对示出和/ 或说明的示范实施例进行改变。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括沟道层，包括氧化物半导体材料；源电极和漏电极，在所述沟道层上方相互面对；保护层，在所述源电极和所述漏电极下面并覆盖所述沟道层；栅电极，配置为向所述沟道层施加电场；和栅极绝缘层，夹置在所述栅电极和所述沟道层之间。
2. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述沟道层是ZnO基材料层。
3. 权利要求2所述的薄膜晶体管，其中所述沟道层是 a(In203>b(Ga2〇3)'c(ZnO>^，其中a、 b和c是实数使得a^)、 b^)和c>0。
4. 权利要求3所述的薄膜晶体管，其中所述沟道层是 a(In203)'b(Ga203).c(ZnO)层，其中a、 b和c是实数使得a^1、 fel和0<"1。
5. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中 所述保护层提供接触区域，和所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
6. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述保护层是从包括氧化硅层和 氮化硅层的组中选出的至少之一 。
7. 权利要求1所述的薄膜晶体管，还包括欧姆接触层，在所述沟道层和所述源电极之间以及在所述沟道层和所述 漏电4及之间。
8. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述栅电极在所述沟道层上方。
9. 权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述栅电极在所述沟道层下方。
10. —种制造薄膜晶体管的方法，包括形成包括氧化物半导体材料的沟道层以及覆盖所述沟道层的保护层；形成源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极相互面对并与所述沟道 层的两个区域接触；形成栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述保护层、所述源电极和所述 漏电纟及；以及在所述沟道层上方的所述4册极绝缘层上形成栅电极。
11. 权利要求10所述的方法，其中所述沟道层是ZnO基材料层。
12. 权利要求10所述的方法，其中 所述保护层提供接触区域，和所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
13. 权利要求10所述的方法，其中形成所述沟道层和所述保护层包括 在基板上沉积氧化物半导体材料膜； 通过对所述氧化物半导体材料膜构图形成所述沟道层； 在所述基板和所述沟道层上沉积保护材料膜；和 通过对所述保护材料膜构图形成所述保护层。
14. 权利要求13所述的方法，其中 所述保护材料膜构图为提供接触区域的形状，和 所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
15. 权利要求13所述的方法，还包括在形成所述沟道层之后和形成所述保护材料膜之前使用氧等离子体处理 所述沟道层的表面。
16. 权利要求13所述的方法，还包括在形成所述沟道层之后和形成所述保护材料膜之前使用清洗溶液对所述 沟道层表面进行湿法清洗。
17. 权利要求16所述的方法，其中用于所述湿法清洗的清洗溶液是包括异 丙醇和去离子水的溶液和包括丙酮、异丙醇和去离子水的溶液中至少之一 。
18. 权利要求10所述的方法，其中形成所述沟道层和所述保护层包括 在基板上沉积氧化物半导体材料膜； 在所述氧化物半导体材料膜上沉积保护材料膜；和 对所述氧化物半导体材料膜和所述保护材料膜构图。
19. 权利要求18所述的方法，其中 所述保护材料膜构图为提供接触区域的形状，和所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
20. 权利要求18所述的方法，其中采用半色调光掩模或狭缝光掩模对所 述氧化物半导体材料膜和所述保护材料膜进行构图。
21. 权利要求18所述的方法，还包括在沉积所述氧化物半导体材料膜之后和沉积所述保护材料膜之前使用氧 等离子体处理所述氧化物半导体材料膜的表面。
22. 权利要求18所述的方法，还包括在沉积所述氧化物半导体材料膜之后和沉积所述保护材料膜之前使用清 洗溶液对所述氧化物半导体材料膜的表面进行湿法清洗。
23. 权利要求22所述的方法，其中用于所述湿法清洗的清洗溶液是包括异 丙醇和去离子水的溶液和包括丙酮、异丙醇和去离子水的溶液中至少之一。
24. 权利要求10所述的方法，还包括在所述沟道层和所述源电极之间以及在所述沟道层和所述漏电极之间形 成欧姆接触层。
25. 权利要求24所述的方法，其中所述欧姆接触层由导电氧化物形成， 所述导电氧化物的氧含量小于所述沟道层的氧含量。
26. —种制造薄膜晶体管的方法，包括 形成栅电极；形成栅极绝缘层以覆盖所述栅电极；在所述栅电极上方的所述栅极绝缘层上形成包括氧化物半导体材料的沟 道层并形成覆盖所述沟道层的保护层；和形成源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极相互面对并接触所述沟 道层的两个区域。
27. 权利要求26所述的方法，其中所述沟道层是ZnO基材料层。
28. 权利要求26所述的方法，其中 所述保护层提供接触区域，和所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
29. 权利要求26所述的方法，其中形成所述沟道层和所述保护层包括 在所述栅极绝缘层上沉积氧化物半导体材料膜； 通过对所述氧化物半导体材料膜构图形成所述沟道层； 在所述栅极绝缘层和所述沟道层上沉积保护材料膜；和通过对所述保护材料膜构图形成所述保护层。
30. 权利要求29所述的方法，其中 所述保护材料膜构图为提供接触区域的形状，和 所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
31. 权利要求29所述的方法，还包括在形成所迷沟道层之后和形成所述保护材料膜之前采用氧等离子体处理所述沟道层的表面。
32. 权利要求29所述的方法，还包括在形成所述沟道层之后和形成所述保护材料膜之前使用清洗溶液对所述 沟道层的表面进行湿法清洗。
33. 权利要求32所述的方法，其中用于所述湿法清洗的清洗溶液是包括异 丙醇和去离子水的溶液和包括丙酮、异丙醇和去离子水的溶液中至少之一。
34. 权利要求26所述的方法，其中形成所述沟道层和所述保护层包括 在所述栅极绝缘层上沉积氧化物半导体材料膜； 在所述氧化物半导体材料膜上沉积保护材料膜；和 对所述氧化物半导体材料膜和所述保护材料膜构图。
35. 权利要求34所述的方法，其中 所述保护材料膜构图为提供接触区域的形状，和 所述沟道层在所述接触区域接触所述源电极和所述漏电极。
36. 权利要求34所述的方法，其中采用半色调光掩模或狭缝光掩模对所 述氧化物半导体材料膜和所述保护材料膜进行构图。
37. 权利要求34所述的方法，还包括在沉积所述氧化物半导体材料膜之后和沉积所述保护材料膜之前使用氧 等离子体处理所述氧化物半导体材料膜的表面。
38. 权利要求34所述的方法，还包括在沉积所述氧化物半导体材料膜之后和沉积所述保护材料膜之前使用清 洗溶液对所述氧化物半导体材料膜的表面进行湿法清洗。
39. 权利要求38所述的方法，其中用于所述湿法清洗的清洗溶液是包括异 丙醇和去离子水的溶液和包括丙酮、异丙醇和去离子水的溶液中至少之一。
40. 权利要求26所述的方法，还包括在所述沟道层和所述源电极之间以及在所述沟道层和所述漏电极之间形 成欧姆接触层。
41. 权利要求40所述的方法，其中所述欧姆接触层由导电氧化物形成， 所述导电氧化物的氧含量小于所述沟道层的氧含量。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜晶体管及其制造方法，该薄膜晶体管(TFT)可以包括沟道层、源电极、漏电极、保护层、栅电极、和/或栅极绝缘层。沟道层可以包括氧化物半导体材料。源电极和漏电极可以在沟道层上方相互面对。保护层可以在源电极和漏电极下面和/或可以覆盖沟道层。栅电极可以配置为向沟道层施加电场。栅极绝缘层可以夹置在栅电极和沟道层之间。
文档编号H01L21/336GK101246909SQ20081007430
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月15日 优先权日2007年2月16日
发明者朴宰澈, 朴永洙, 金善日 申请人:三星电子株式会社
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