專利名稱：透明薄膜晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種透明薄月莫晶體管(transparent thin-film transistor)及其弗"造方法。
背景技術(shù)：
用于諸如液晶顯示器(LCD)的圖像顯示裝置的驅(qū)動電路的晶 體管可以形成在其中光的前進^各徑不^皮遮斷的角度(degree)內(nèi)， 這樣在電路的形成和布置的過程中存在許多的限制。例如，在非透 明非晶娃(non-transparent amorphous silicon )型薄膜晶體管(TFT ) 的情況下，形成的作為驅(qū)動電^各的晶體管必須位于光^各徑以外的區(qū) 域中。晶體管也必須以一定的尺寸形成以便當從背光單元(backlight unit)產(chǎn)生的光浮皮傳輸?shù)揭壕姘鍟r晶體管不受影響。因此，出現(xiàn) 在最小化圖像顯示裝置的尺寸方面存在限制的問題，并且不同形式 的晶體管產(chǎn)品不能被使用。
以這樣的7見點，對透明薄力莫晶體管(TTFT)的研究已經(jīng)取得 了進步。在透明薄力莫晶體管中，可以〗吏用諸如氧化銦、氧化銦錫 (indium tin oxide ) (ITO)、氧化錫、氧化鋅或類似的氧化物來形成 透明電才及?？蛇x》也，可以通過將添力p劑(additives)注入到有才幾材泮+例如，諸如并五苯(pentacene)、 PEDOT [聚(3，4次乙二基^塞 p分)][poly ( 3,4隱ethylenedioxythiophene )]或類4以的導(dǎo)電聚合物中來 形成有機透明柵電極。然而，當透明薄膜晶體管使用這樣的氧化物 時，其需要高溫退火工藝，這接下來會引起材料限制的問題。意p未 著，不能以柔性4十底型(flexible substrate type )來制造透明薄膜晶 體管，并且這樣也提高了整個制造成本。當透明薄膜晶體管使用有 機材料時，透明薄膜晶體管易于受到濕氣(moisture )和雜質(zhì)(foreign material)的影響。因此，由于外部因素，透明薄膜晶體管的物理性 質(zhì)容易惡化。因此，出現(xiàn)工藝變復(fù)雜和產(chǎn)品產(chǎn)量降低的問題。當透 明薄膜晶體管使用氧化物和/或有機材料時，會出現(xiàn)在薄膜界面上可 能容易地產(chǎn)生缺陷以及界面電阻增大的問題。尤其是，由于在提高 透射率方面存在限制，所以仍然會出現(xiàn)圖像顯示裝置的光學(xué)效率劣
化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例涉及一種透明薄膜晶體管及其制造方法，該透明 薄膜晶體管及其制造方法通過使用非晶透明導(dǎo)體形成各個半導(dǎo)體
層來最大化光學(xué)效率。
本發(fā)明實施例涉及一種透明薄膜晶體管及其制造方法，該透明 薄膜晶體管.及其制造方法通過降^f氐界面缺陷和界面電阻來最大化 電學(xué)特性和光透射率(light transmittance )。
本發(fā)明實施例涉及一種透明薄膜晶體管及其制造方法，該透明 薄膜晶體管及其制造方法不需要高溫退火工藝。
本發(fā)明實施例涉及一種透明薄膜晶體管，該透明薄膜晶體管可 以包括以下中的至少一個由透明材料組成的襯底；在襯底上和/ 或上方形成的柵電極；在斥冊電極和襯底上和/或上方形成的柵極介電層；在4冊才及介電層上和/或上方形成的活4匕層(activation layer );以 及源電4及和漏電4及，該源電4及和漏電一及在活4b層上和/或上方4皮此隔 離開以1"更形成溝道區(qū)(channel region )。才艮據(jù)本發(fā)明實施例，才冊電 極、柵極介電層、活化層、源電極和漏電極中的至少一個層是非晶 氧化物(amorphous oxide )。
本發(fā)明實施例涉及一種透明薄膜晶體管，該透明薄膜晶體管可 以包括以下中的至少一個由透明材料組成的襯底；在襯底上方形 成的柵電極；在柵電極和襯底上方形成的柵極介電層；在柵極介電 層上方形成的活化層；以及源電極和漏電極，該源電極和漏電極在 活化層上方彼此隔離開地形成以限定溝道區(qū)。才艮據(jù)本發(fā)明實施例， 柵電極、柵極介電層、活化層、源電極和漏電極中的至少一個層由 非晶氧化物材料組成。
本發(fā)明實施例涉及一種制造透明薄膜晶體管的方法，該方法可 以包括以下中的至少之一在透明材料的襯底上和/或上方形成柵電 才及；在4冊電才及和具有至少部分沖冊電才及的^N"底上和/或上方形成4冊才及介 電層；在柵極介電層上和/或上方形成活化層；以及在活化層上形成 彼此隔離開的源電極和漏電極。根據(jù)本發(fā)明實施例，柵電極、柵極 介電層、活化層、源電極和漏電極中的至少一個層是非晶氧化物。
本-發(fā)明實施例涉及一種方法，該方法可以包4舌以下中的至少之 一在由透明材料組成的襯底上方形成柵電極；在柵電極和襯底上 方形成柵極介電層；在柵極介電層上方形成活化層；以及然后在活 化層上方同時形成彼此隔離開的源電極和漏電極以限定溝道區(qū)。根 據(jù)本發(fā)明實施例，柵電極、柵極介電層、活化層、源電才及和漏電極 中的至少 一個層由非晶氧化物材料組成。
本發(fā)明實施例涉及 一 種方法，該方法可以包括以下中的至少之 一i殳置由透明材料組成的襯底；在襯底上方形成由非晶材料組成的沖冊電4及；在4冊電才及的最上表面和側(cè)壁上方形成由非晶材#+組成的 柵極介電層；在柵極介電層上方形成由非晶材料組成的活化層；以 及然后在活化層上方同時形成4皮此隔離開的由非晶材泮+組成的源 電極和由非晶材料組成的漏電極以限定溝道區(qū)。


實例圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管。
實例圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管的測量 的透射率的曲線圖。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管的測量的電 流-電壓特性的曲線圖。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管的電極之間 的電學(xué)特性的曲線圖。
具體實施例方式
實例圖l是示出了透明薄膜晶體管IOO的結(jié)構(gòu)的示意性上部表 面視圖，而實例圖2是示出了在實例圖1的截面"A"處的透明薄 膜晶體管100的結(jié)構(gòu)的側(cè)截面圖。
參照實例圖1和圖2，透明薄膜晶體管100包括襯底110、柵 電才及120、斥冊才及介電層130、活化層140、源電才及150和漏電才及160。 才冊電才及120在襯底110上和/或上方形成。襯底110由透明材料制成。 襯底110可以是玻璃村底。在襯底110上和/或上方沉積的薄膜層的 孩丈結(jié)構(gòu)和特性才及大地受到在^]"底110的表面上和/或上方存在的有 機材料的影響，所以在形成柵電極120之前在襯底110上和/或上方 實施清洗工藝(cleaning process )。為了去除有才幾才才沖+，順序;也應(yīng)用丙酮、乙醇(ethyl alcohol)以及去離子7J^ ( deionized water)以在 襯底110的表面上和/或上方實施每次清洗時間周期為15分鐘的超 聲清洗(ultra-sonic cleansing )。其后，使用N2氣體去除殘留在襯底 110上和/或上方的濕氣(moisture)和雜質(zhì)。
4吏用i者長口 A10x基氧4b鋁和/或氧4b4辛4因(zinc indium oxide) (ZIO)的非晶氧化物來沉積沖冊電極120、斥冊極介電層130、活化層 140、源電極150和漏電極160。在常溫下，非晶氧化物可以形成為 膜，以〗更可以在常溫下^吏用RF濺射法來沉積用于形成4冊電才及120、 柵極介電層130、活化層140、源電極150和漏電極160的各個層。 也可以 <吏用丁者如常壓4匕學(xué)氣相沉積(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition ) (APCVD)、《氐壓4匕學(xué)氣相;;咒積(Lower Pressure Chemical Vapor Deposition) (LPCVD)、等離子增強4匕學(xué)氣相沉>積 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) ( PECVD )或類4以的 薄膜沉積技術(shù)來沉積用于形成柵電極120、柵才及介電層130、活化 層140、源電極150和漏電極160的各個層。濺射室內(nèi)部的初始真 空度(degree of vacuum) 4呆持在lxlO—6Torr5iJ lxlO-4Torr，在沉積 柵電極120之前，為了將雜質(zhì)從耙(target)的表面去除，實施大約 30分鐘的予貞'減射(pre-sputtering )。
根據(jù)本發(fā)明實施例，使用所沉積的ZIO并施加大約40W到60W 的電壓以大約800A到1200A的厚/復(fù)來形成4冊電才及120。其后，在 包括至少部分柵電極120的襯底110上和/或上方形成才冊極介電層 130?？梢栽?冊電才及120的最上表面和側(cè)壁上形成4冊才及介電層130。 根據(jù)本發(fā)明實施例，柵極介電層130由氧化鋁膜制成并以大約800 A 到1200A的厚度以及施加大約90W到1100W的電壓來形成。尤其 是，由于在4冊電才及120上和/或上方的棚4及介電層130的厚度與々包和 電流相關(guān)，所以在斥冊電極120上和/或上方的柵-極介電層130的厚度 優(yōu)選地被形成比活化層140薄。在沉積過程中，使用ZIO并施加大約40W到60W的電壓來以大約400A到800A的厚度在柵極介電層 130上和/或上方形成活化層140。在氧氣和氬氣氣氛(atmosphere ) 中;冗積活4匕層140以1"更4空制氧分壓(oxygen partial pressure )以展玉見 (reveal)半導(dǎo)體特性。
活化層140、 4冊電才及120、源電才及150和漏電才及160由可以在 常溫下形成的非晶材泮+制成。才艮據(jù)本發(fā)明實施例，為了^f吏電流遷移 率最大化，活化層140、才冊電才及120、源電才及150和漏電4及160由 相同的成分制成。雖然使用ZIO來形成活化層140、柵電極120、 源電極150和漏電極160,但是本發(fā)明實施例并不限于此。
其次，在活4匕層140上和/或上方形成隔離開的源電才及150和漏 電才及160以限定溝道區(qū)。在施加40W到60W的電壓的狀態(tài)下，賊 射ZIO材坤+以在活4匕層140的最上表面上和/或上方沉積ZIO材泮+, 以 <更形成源電才及150和漏電才及160 。例如，可以以大約800A到1200A 的厚度來形成源電才及150和漏電才及160?？梢浴嚼粲贸练e區(qū)^皮敞開 (open)的光刻膠膜來沉積柵電極120、柵極介電層130、活化層 140、源電4及150和漏電才及160,以及然后在每當'沉積用于形成4冊電 才及120、柵4及介電層130、活化層140、源電才及150和漏電才及160的 各個層時，可以重復(fù)地進行光刻膠膜的涂覆、沉積和去除工藝。
4口上所述，由于柵電極120、棚-扭、介電層130、活4匕層140、源 電才及150和漏電才及160由非晶材料制成，所以才艮據(jù)本發(fā)明實施例的 透明薄力莫晶體管100可以4及大地降^f氐界面之間的缺陷和元件的電 阻。
與由ITO形成的其他透明薄膜晶體管相比，4艮據(jù)本發(fā)明實施例 的透明薄膜晶體管100具有良好的效果(effect),其中，為了展現(xiàn) 電學(xué)特性，由ITO形成的其他透明薄膜晶體管需要結(jié)晶化工藝 (crystallization process )。尤其是，形成透明薄膜晶體管100的柵電才及120、 4冊4及介電層130、活4匕層140、源電4及150和漏電才及160 具有高于80%的透射率，這使得最大化孔徑比(aperture ratio)和 光學(xué)效率(optical efficiency )是可能的。因此，當形成用于液晶顯 示器或類似物的驅(qū)動電路時，不存在考慮到光路的布置器件的限 制。如果使用根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管100，在設(shè)計電 ^各的過程中可以確^呆自由度并且可以減小電^各尺寸。同樣，由于可 以在常溫下進^f亍沉積工藝，所以可以在柔性電鴻^反(flexible circuit board)上實現(xiàn)才艮據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管100。
實例圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管100的 測量的透射率的曲線圖，其中X軸用nm來表示在透明薄膜晶體管 100上的入射光的波長帶(波,史，wavelength band ), Y軸用％來表 示透射率。同樣，由實線示出的測量線表示在形成柵電極120之后 測量透射率的情況，由粗虛線示出的測量線表示在形成柵極介電層 130之后測量透射率的情況，而由細虛線示出的測量線表示在形成 源電極150和漏電極160之后測量透射率的情況。實例圖3中所示 的凄t值是4吏用"UV-可見分光光度計(UV-visible spectrophotometer)" 測出的數(shù)值，而用于在襯底上和/或上方的每個薄膜的波長帶的范圍 被設(shè)置為250nm到900nm。作為測量的結(jié)果，由于在大約350nm 到500nm的》皮長帶中，也;f尤是，在可見光區(qū)(visible ray region) 中的總透射率大約是75%,所以可以得知透明薄膜晶體管100具有 良好的透射率，并JU冊電才及120、才冊才及介電層130、活4匕層140、源 電極150和漏電極160的堆疊不會對透射率產(chǎn)生4艮大地影響。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管100的測量 的電流-電壓特性的曲線圖，其中，X軸表示漏4及電壓VDS (V)，而 Y軸表示漏極電流Ios ( A)。在實例圖4所示的曲線圖中，施力o0V 到10V的漏才及電壓(X軸)，5條指示線表示當以IV為單^f立施加 0V到5V的4冊電壓時漏極電流(Y軸)的變化。參照實例圖4，可以得知當4冊電壓增加時，漏才及電流從大約5V的^[氐壓狀態(tài)進入到々包 和狀態(tài)，此時，測出飽和電流大約為1.41pA。作為測量的結(jié)果，可 以得知透明薄膜晶體管處于相應(yīng)于n溝道TFT的驅(qū)動狀態(tài)中從而具 有良好的操作特性。
實例圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管100的 電極之間的電學(xué)特性的曲線圖。在實例圖5的曲線圖中，X軸表示 柵電壓V(js，而左Y軸表示漏極電流Ios。同樣，右Y軸表示以log 標度的漏極電流。實例圖5的曲線圖示出了當漏才及電壓Vds保持在 10V并改變4冊電壓時，測量相應(yīng)于4冊電壓的漏4及電;:危。作為參照實 例圖5的數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，觀察到夾斷現(xiàn)象(pinch-off phenomenon )， 并計算出4艮據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管100的接通/斷開 (turn on/turn off)比率為大約2.7 x 105。閾值電壓大約為1.1V,測 出產(chǎn)生場效應(yīng)的溝道遷移率為0.53cm2/Vs。
通過如上所述的根據(jù)本發(fā)明實施例的透明薄膜晶體管及其制 造方法可以獲得以下的效果。首先，各個半導(dǎo)體層是使用非晶透明 導(dǎo)電材料形成的，該非晶透明導(dǎo)電材料可以在常溫下形成膜，這使 得在可見光區(qū)中實現(xiàn)高于75%的透射率是可能的。此外，電學(xué)特性 被最大化，這使得實現(xiàn)高場效應(yīng)和高溝道遷移率是可能的。其次， 可以使用具有良好操作特性和光透射率的透明薄膜晶體管來制造 圖像顯示裝置的驅(qū)動電路，這使得電路的實現(xiàn)變?nèi)菀撞⒋_保在設(shè)計 電3各的過程中的自由度，并因此有助于包括液晶顯示器(LCD)的 顯示裝置產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是可能的。第三，不需要退火工藝，這使得在 不同材料的襯底上實現(xiàn)晶體管器件，降低制造成本以及提高工藝效 率是可能的。
盡管本文中描述了多個實施例，但是應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以想到多種其他j奮改和實施例，它們都將落入本公開的原則的 精神和范圍內(nèi)。更特別地，在本7>開、附圖、以及所附^又利要求的范圍內(nèi)，可以在主題結(jié)合排列的排列方式和/或組成部分方面進行各 種修改和改變。除了組成部分和/或排列方面的修改和改變以外，可 選的使用對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是顯而易見的選擇。
權(quán)利要求
1. 一種透明薄膜晶體管，包括襯底，由透明材料組成；柵電極，在所述襯底上方形成；柵極介電層，在所述柵電極和所述襯底上方形成；活化層，在所述柵極介電層上方形成；以及源電極和漏電極，在所述活化層上方彼此隔離開地形成以限定溝道區(qū)，其中，所述柵電極、所述柵極介電層、所述活化層、所述源電極和所述漏電極中的至少一個層由非晶氧化物材料組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明薄膜晶體管，其中，所述柵電極具 有800A到1200A的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明薄膜晶體管，其中，所述非晶氧化 物材料包括非晶氧化鋅銦(ZIO )和非晶氧化鋁中的至少 一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明薄膜晶體管，其中，所述襯底是玻
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明薄膜晶體管，其中，所述柵電極、 所述活化層、所述源電才及和所述漏電^ l由相同的非晶氧化物制 成，所述非晶氧^匕物在常溫下可以^皮形成為膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明薄膜晶體管，其中，在所述柵電極 上的所述柵極介電層的厚度小于所述活化層的厚度。
7. —種方法，包才舌在由透明材料組成的襯底上方形成柵電極；在所述柵電極和所述襯底上方形成4冊極介電層；在所述柵4及介電層上方形成活化層；以及然后在所述活4匕層上方同時形成4皮此隔離開的源電4及和漏電 才及以限定溝道區(qū)，其中，所述柵電極、所述柵極介電層、所述活化層、所述 源電4及和所述漏電才及中的至少 一個層由非晶氧化物材并+組成。
8. 4艮據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述非晶氧化物材料包括 非晶氧化鋅銦(ZIO)和非晶氧化鋁中的至少一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述柵電極的形成包括實施第 一 清洗工藝以從所述襯底的所述表面去除有機材料；實施第二清洗工藝以去除殘留在所述襯底的所述表面上 的濕氣和雜質(zhì)；以及然后在實施所述第一和第二清洗工藝之后形成所述柵電才及。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，實施所述第 一 清洗工藝括使用丙酮來實施所述襯底的所述表面的第一超聲清洗；使用乙醇來實施所述襯底的所述表面的第二超聲清洗； 以及然后使用去離子水來實施所述襯底的所述表面的第三超聲清洗。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，實施所述第二清洗工藝包 括應(yīng)用N2氣體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在常溫下使用RF濺射法 來沉積所述4冊電極、所述棚-極介電層、所述活化層、所述源電 才及和所述漏電才及中的至少一個層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括，在形成所述柵電 極之前，實施預(yù)濺射工藝。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，使用RF濺射法在氧氣和 氬氣氣氛中沉積所述活化層。
15. 才艮據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述活化層包括控 制所述氧氣的分壓。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，以800A到1200A的厚度 形成所述柵電極、所述柵極介電層、所述源電極和所述漏電極 中的至少一個。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，以400A到800A的厚度 形成所述活化層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，以比所述活化層的厚度 ,J 、的厚度來形成在所述柵電極上的所述柵極介電層。
19. 一種方法，包4舌設(shè)置由透明材料組成的襯底；在所述襯底上方形成由非晶材料組成的柵電極；在所述柵電極的最上表面和側(cè)壁上方形成由非晶材料組成的棚-一及介電層；在所述柵纟及介電層上方形成由非晶材沖+組成的活化層； 以及然后在所述活化層上方同時形成隔離開的由非晶材料組成的 源電極和由非晶材料組成的漏電極以限定溝道區(qū)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述非晶材料包括非晶 氧化鋅銦(ZIO)和非晶氧化鋁中的至少一種。
全文摘要
一種透明薄膜晶體管及其制造方法包括由透明材料組成的襯底、柵電極、柵極介電層、活化層、源電極和漏電極，以上各層中的至少一個由非晶氧化物材料組成。
文檔編號H01L29/66GK101436613SQ20081017424
公開日2009年5月20日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者宋柱一 申請人:東部高科股份有限公司