專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的各方面，TFT還可以包括形成在有源層下的界面穩(wěn)定層。 的氧化物。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，提供了一種TFT的制造方法。所述方法包括如下 步驟在基板上形成柵極；在所述柵極上形成柵絕緣層；在所述柵絕緣層上 形成有源層；在所述有源層的接觸區(qū)域上形成源極和漏極。通過將有源層圖 案化來形成接觸區(qū)域，使得接觸區(qū)域比有源層的剩余區(qū)域薄。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，形成有源層的步驟可以包括在柵絕緣層上形成氧 化物半導(dǎo)體層，并利用半色調(diào)掩膜將氧化物半導(dǎo)體層圖案化以形成具有接觸
區(qū)域的有源層。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，在形成源極和漏極之前可以在有源層的剩余區(qū)域 上形成蝕刻停止層。最初，有源層可以形成為具有均勻的厚度，將蝕刻停止 層圖案化的步驟可以包括過蝕刻工藝，過蝕刻工藝形成接觸區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，所述制造方法還可以包括在柵絕緣層上形成界面 穩(wěn)定層，然后在界面穩(wěn)定層上形成有源層。所述界面穩(wěn)定層可以包含帶隙與 有源層的帶隙相等或帶隙大于有源層的帶隙的氧化物。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，接觸區(qū)域的厚度比剩余區(qū)域的厚度薄。因此，減 小了源極和漏極與有源層之間的接觸電阻，從而得到具有改善的性能的TFT。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，有源層包含氧化物半導(dǎo)體，這改善了 TFT的特性。
本發(fā)明的另外的方面和/或優(yōu)點(diǎn)將部分地在下面的描述中闡明，將部分地 從描述中明顯看出，或可以從通過本發(fā)明的實(shí)踐學(xué)到。


從下面結(jié)合附圖對示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的這些和/或其它方面 和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯且更容易理解，在附圖中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的薄膜晶體管(TFT)的剖面圖2A到圖2C是順序示出圖1中的TFT的制造方法的剖面圖3是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的TFT的剖面圖4A到圖4E是順序示出圖3中的TFT的制造方法的剖面圖5A和圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明又一示例性實(shí)施例的TFT的剖面圖6是示出傳統(tǒng)TFT和示例性TFT的有源層的電阻RT根據(jù)長度L的曲線圖7是示出傳統(tǒng)TFT和示例性TFT的漏電流Id根據(jù)柵電壓Vg的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的具體描述中，通過示例的方式僅示出并描述了本發(fā)明的某些示 例性實(shí)施例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到的，在全部不脫離本發(fā)明的精神或 范圍的情況下，可以以各種不同的方式修改所描述的示例性實(shí)施例。因此， 附圖和描述應(yīng)被認(rèn)為本質(zhì)上是說明性而非限定性的。此外，當(dāng)元件被稱作在 另一元件"上，，時，該元件可以直接在另一元件上，或者可以在它們之間設(shè) 置有一個或多個中間元件。當(dāng)元件被稱作"連接到"另一元件時，該元件可 以直接連接到另 一元件，或者也可以在它們之間設(shè)置有一個或多個中間元件 的情況下間接連接到另一元件。這里，相同的標(biāo)號始終表示相同的元件。以 下，將參照附圖來描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的薄膜晶體管(TFT) 10的剖面圖。 參照圖1 ， TFT 10具有底柵結(jié)構(gòu)(反轉(zhuǎn)錯列結(jié)構(gòu)(inverse staggered structure )) 并包括基板1、形成在基板1上的柵極12、形成在柵極12和基板1上的柵絕 緣層14、形成在柵絕緣層14上并設(shè)置在柵極12上方的有源層16及形成在 有源層16的接觸區(qū)域16a上的源極和漏極18.
有源層16可以包含諸如具有密度小于10'8/cm3的電子載流子的一H晶氧化 物的氧化物半導(dǎo)體。有源層16可以減少TFT IO的漏電流、可以改善開關(guān)特 性(提高導(dǎo)通-截止比率(on-offratio))并可以改善在夾斷狀態(tài)下的飽和電流 和切換速度。可以將有源層16設(shè)置為與柵極12疊置。
所述非晶氧化物可以包含銦(In )、鋅(Zn )和錫(Sn );銦(In )、鋅(Zn ) 和鎵(Ga);或它們的組合物。例如，有源層16可以包含In-Ga-Zn-0(IGZO), In-Ga-Zn-0可以表示結(jié)晶態(tài)的InGa03(ZnO)m(m為小于6的自然數(shù))。又例如， 有源層16可以包含In-Ga-Zn-Mg-O(IGZMO)， In-Ga-Zn-Mg-0可以表示含有 具有電子密度小于1 x 10,cm3的電子載流子的InGaO3(Zni-XMgxO)m(0<X《 1且m為小于6的自然數(shù))。此外，有源層16可以包含含有Li、 Na、 Mn、 Ni、 Pd、 Cu、 Cd、 C、 N、 P、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Ru、 Ge、 Sn和F中的至少一 種的非晶氧化物。
6在有源層16中，接觸區(qū)域16a的厚度d2小于剩余區(qū)域16b的厚度dl。 因此，減少了有源層16與源極和漏極18之間的接觸電阻。剩余區(qū)域16b指 有源層16的除了接觸區(qū)域16a之外的所有區(qū)域。源極和漏極18可以被設(shè)置 為接觸所述接觸區(qū)域。
如下面的等式1所示，有源層16的總電阻RT為由溝道單元產(chǎn)生的溝道 電阻Rch與由有源層16與源極和漏極18之間的接觸產(chǎn)生的接觸電阻Rc之 和。
R產(chǎn)Rch+Rc(單位均為[Q ])
這里，理想地，4妻觸電阻Rc應(yīng)為0。然而，實(shí)際上"t妄觸電阻Rc為有源 層16與源極和漏極18之間的寄生電阻(parasitic resistance )。接觸電阻Rc 為注入電阻(injection resistance ) Ri和接入電阻(access resistance ) Ra之和。
注入電阻Ri與有源層16及源極和漏極18的材料特性有關(guān)。接入電阻 Ra與接觸區(qū)域16a的厚度d2有關(guān)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的各方面，減小接觸區(qū)域16a的厚度d2，以減小接觸 電阻Rc并改善TFT10的性能。例如，接觸區(qū)域16a的厚度d2可以為剩余區(qū) 域16b的厚度dl的10%到90%。這是因?yàn)槿绻穸萪2小于厚度dl的10%， 則難以將有源層圖案化。如果接觸區(qū)域16a的厚度d2大于剩余區(qū)域16b的厚 度dl的90%,則不能顯著地減小接觸電阻Rc。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的各方面，因?yàn)橛性磳?6由氧化物半導(dǎo)體形成， 所以與具有非晶硅(a_Si)有源層或多晶硅(poly-Si)有源層的TFT相比， TFT10的特性得到了改善。此外，TFT10不需要額外的結(jié)晶工藝來使有源層 16結(jié)晶，這是當(dāng)使用低溫多晶硅(LTPS)有源層時的情況。有源層16可以 通過賊射形成并可以利用電流設(shè)備容易地擴(kuò)大。
接觸區(qū)域16a的厚度d2比剩余區(qū)域16b的厚度dl小，這樣減小了接觸 電阻Rc并改善了 TFT10的性能。此外，由于局部地減小了厚度d2,所以可 以穩(wěn)定地形成TFTIO。
在當(dāng)前的示例性實(shí)施例中，有源層16包含氧化物半導(dǎo)體。然而，本發(fā)明 不限于此。例如，有源層16可以由非晶硅(a-Si)或多晶硅(poly-Si)形成。 在這種情況下，可以通過局部減小接觸區(qū)域16a的厚度d2來減小接觸電阻 Rc。圖2A到圖2C是順序示出圖1中的TFT IO的制造方法的剖面圖。在所 述方法中，在基板1上順序地形成柵極12和柵絕緣層14 (圖2A)。
然后，在柵絕緣層14上形成氧化物半導(dǎo)體層，之后進(jìn)行圖案化以形成有 源層16。利用半色調(diào)掩膜形成有源層16，從而相對于剩余區(qū)域16b的厚度 dl,減小接觸區(qū)域16a的厚度d2。例如，厚度d2可以形成為厚度dl的大約 10%到90% (圖2B)。
然后，在接觸區(qū)域16a上形成源極和漏極18 (圖2C)。通過執(zhí)行上面的 工藝，可以局部地減小接觸區(qū)域16a的厚度。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的TFT 10'的剖面圖。與圖2 中的元件相似的元件具有相同的標(biāo)號，并省掉其具體描述。參照圖3， TFTIO， 包括形成在有源層16的剩余區(qū)域16b上而沒有形成在有源層16的與源極和 漏極18接觸的接觸區(qū)域16a上的蝕刻停止層19。蝕刻停止層19可以由各種 絕緣材料形成并可以為保護(hù)有源層16的鈍化層。
圖4A到圖4E是順序示出圖3中的TFT IO，的制造方法的剖面圖。在所 述方法中，在基板1上順序形成柵極12和柵絕緣層14 (圖4A )。
然后，在柵絕緣層14上形成由氧化物半導(dǎo)體形成的有源層16。起初有 源層16可以具有均勻的厚度(圖4B)。然后，在有源層16上形成蝕刻停止 材料19a，以保護(hù)有源層16在下面的工藝過程中不受損壞(圖4C)。
然后，利用圖案化工藝來蝕刻蝕刻停止材料19a，以暴露接觸區(qū)域16a， 但沒有從剩余區(qū)域16b去除蝕刻停止層19。在蝕刻停止層19被圖案化之后， 執(zhí)行諸如干蝕刻或利用具有小的選擇率的蝕刻溶液的濕蝕刻的過蝕刻工藝。 過蝕刻減小了接觸區(qū)域16a的厚度。例如，可以執(zhí)行過蝕刻從而使接觸區(qū)域 16a的厚度d2為剩余區(qū)域16b的厚度dl的大約100/0到90%。因此，圖案化 產(chǎn)生具有階梯結(jié)構(gòu)(圖4D)的有源層16。
然后，在接觸區(qū)域16a上形成源極和漏極18 (圖4E)。通過執(zhí)行以上工 藝，可以在接觸區(qū)域16a中局部地減小有源層16的厚度。
圖5A和圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的TFT IO"和TFT 10"' 的剖面圖。與前述元件相似的元件具有相同的標(biāo)號，且不具體描述。參照圖 5A和圖5B，TFT10，，和TFT10，"包括設(shè)置在有源層16下面的界面穩(wěn)定層15。
界面穩(wěn)定層15包含帶隙與有源層16的帶隙相等或帶隙大于有源層的帶 隙的氧化物。例如，所述帶隙可以為大約3.0eV到8.0eV。所述氧化物可以從
8由硅氧化物、硅氮氧化物、硅碳氧化物、硅氟氧化物、鍺氧化物、釓氧化物、 鋁氧化物、鎵氧化物、銻氧化物、鋯氧化物、鉿氧化物、鉭氧化物、釔氧化
物、釩氧化物、4美氧化物、釣氧化物、鋇氧化物、鍶氧化物和SOG(旋涂玻璃)
組成的組中選4奪。
當(dāng)界面穩(wěn)定層15的帶隙小于大約3.0eV時，電荷會容易逃逸，不能有效 地利用溝道的載流子。當(dāng)帶隙大于8.0eV時，電學(xué)特性會由于高絕緣特性而 劣化。
由于界面穩(wěn)定層15的材料與柵絕緣層的材料具有相似的特性，因此形成 高穩(wěn)定性界面。由于界面穩(wěn)定層15的帶隙與有源層16的帶隙相等或大于有 源層16的帶隙，因此抑制了電荷俘獲。
為改善電荷俘獲抑制，界面穩(wěn)定層15的氫的密度可以為10+19/ 113或更 小。當(dāng)界面穩(wěn)定層15的氫的密度大于10+19/cm3時，氫會擴(kuò)散到有源層16的 表面中并起到陷阱的作用，從而使有源層16的電學(xué)性能劣化。為控制界面穩(wěn) 定層15的氫密度，可以使用諸如濺射的物理沉積方法，而不是化學(xué)沉積方法。
如圖5A和5B所示，界面穩(wěn)定層15可以整體地覆蓋^"絕緣層14，或可 以將界面穩(wěn)定層15圖案化以僅與有源層16對應(yīng)。例如，當(dāng)界面穩(wěn)定層15由 上述材料形成時，可以將界面穩(wěn)定層15與有源層16同時圖案化，以僅在有 源層16下設(shè)置界面穩(wěn)定層15。界面穩(wěn)定層15的厚度可以形成為大約50A到 5，000A，從而可以充分地保護(hù)有源層16以保持界面穩(wěn)定性。
如上所述，當(dāng)在有源層16下設(shè)置界面穩(wěn)定層15時，在形成柵絕緣層14 的工藝和形成有源層16的工藝之間執(zhí)行物理沉積工藝。因此，為避免贅言， 省掉對TFT IO"和TFT IO，"的制造方法的詳細(xì)描述。
雖未示出，但界面穩(wěn)定層15可以設(shè)置在有源層16的上面。在這種情況 下，界面穩(wěn)定層15可以具有大約IOOA或更小的厚度，例如，界面穩(wěn)定層15 可以具有大約IOA到20A的厚度，以減小源極和漏極18與有源層16之間的 接觸電阻?？梢耘c蝕刻停止層19對應(yīng)地形成界面穩(wěn)定層15。界面穩(wěn)定層15 可以保護(hù)有源層16，當(dāng)刻蝕源極和漏極18時，可以將界面穩(wěn)定層15用作蝕 刻停止層。因此，不需要提供額外的蝕刻停止層。
總電阻RT根據(jù)長度L的曲線圖。在圖6中，傳統(tǒng)TFT線示出傳統(tǒng)TFT的有 源層的總電阻RT,其中，有源層形成為具有均勻的厚度dl。示例性TFT線示出示例性TFT的有源層的總電阻RT，其中，與有源層的剩余區(qū)域的厚度相 比，有源層的接觸區(qū)域的厚度減少了 40%。 Y軸的RTW表示有源層的總電阻 RT和有源層的寬度(5 ju m)的積。X軸的單位是[ja m], Y軸的單位是[Q 'cm]。
參照圖6，傳統(tǒng)TFT和示例性TFT的有源層的總電阻根據(jù)長度L的增加 而線性增加。傳統(tǒng)TFT的接觸電阻Rc大于示例性TFT的接觸電阻Rc。長度 L為源極和漏極與有源層之間的接觸區(qū)域的長度。寬度W為有源層的寬度。 示例性TFT和傳統(tǒng)TFT相同，除了接觸區(qū)域的厚度。
具體來說，如等式l中所描述的，有源層的總電阻RT為溝道電阻Rch 和接觸電阻Rc之和。由于溝道電阻Rch與單位表面電阻Rch，和長度L成比 例，并與寬度W成反比，因此有源層的總電阻RT如等式2所示。
RT=(Rch，/W) x L+RC
在等式2中，Rc以歐姆為單位，Rch，以歐姆每單位面積為單位。因此， 通過曲線圖，Rch，可以從線的斜率得到，且Rc可以從Y軸截距得到。示例 性TFT的"l妻觸電阻Rc小于傳統(tǒng)TFT的4妻觸電阻Rc。
圖7是示出圖6中的傳統(tǒng)TFT和示例性TFT的漏電流Id的曲線圖。在 圖7中，Vth表示閾值電壓，Mobility表示載流子遷移率，且SS表示使漏電 流Id增加一個數(shù)量級所需要的電壓。虛線示出當(dāng)漏極和源極之間的電壓(Vds ) 為5.1V時測量的值。實(shí)線示出當(dāng)電壓(Vds)為O.IV時測量的值。X軸以伏 特[V]表示柵電壓Vg, Y軸以安培[A]表示漏電流。
參照圖7，與傳統(tǒng)TFT相比，在示例性TFT中，漏電流Id在亞閾值 (sub-threshold)區(qū)域更快地增長。此外，與傳統(tǒng)TFT相比，當(dāng)柵電壓Vg為 30V時， 一交大的漏電流Id流過。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，記錄了當(dāng)減小接觸區(qū)域中的有源層的厚度時，TFT 的特性得到改善。具體地講，TFT的遷移率增加了近一倍。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以在這些示例 性實(shí)施例中作出改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括柵極；有源層，與柵極疊置并具有接觸區(qū)域和比所述接觸區(qū)域厚的剩余區(qū)域；源極和漏極，與接觸區(qū)域接觸。
2、 如權(quán)利要求1所述薄膜晶體管，其中，接觸區(qū)域的厚度為剩余區(qū)域的厚度的10%到90%。
3、 如權(quán)利要求1所述薄膜晶體管，其中，有源層包含氧化物半導(dǎo)體。
4、 如權(quán)利要求3所述薄膜晶體管，其中，有源層包含具有低于10l8/cm3的電子載流子密度的非晶氧化物。
5、 如權(quán)利要求4所述薄膜晶體管，其中，非晶氧化物包含從由下述氧化物組成的組中選4奪的至少一種，所述氧化物包括包含In、 Zn和Sn的氧化物；包含In、 Zn和Ga的氧化物；或包含由從Li、 Na、 Mn、 Ni、 Pd、 Cu、Cd、 C、 N、 P、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Ru、 Ge、 Sn和F組成的組中選4奪的至少一種的氧化物。
6、 如權(quán)利要求1所述薄膜晶體管，其中，所述薄膜晶體管具有底柵結(jié)構(gòu)。
7、 如權(quán)利要求6所述薄膜晶體管，其中，源極和漏極與有源層的接觸區(qū)域直4矣4妄觸。
8、 如權(quán)利要求1所述薄膜晶體管，所述薄膜晶體管還包括設(shè)置在剩余區(qū)域上的蝕刻停止層。
9、 如權(quán)利要求1所述薄膜晶體管，所述薄膜晶體管還包括形成在有源層下面的界面穩(wěn)定層，所述界面穩(wěn)定層包含帶隙與有源層的帶隙相等或帶隙大于有源層的帶隙的氧化物。
10、 一種制造薄膜晶體管的方法，包括如下步驟在基板上形成柵極；在柵極上形成柵絕緣層；在柵絕緣層上形成有源層；將有源層圖案化，以在有源層中形成接觸區(qū)域，接觸區(qū)域比有源層的剩余區(qū)域??；在接觸區(qū)域上形成源極和漏極。
11、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中有源層包含氧化物半導(dǎo)體；將有源層圖案化的步驟包括利用半色調(diào)掩膜。
12、 如權(quán)利要求IO所述的方法，所述方法還包括在將有源層圖案化的步驟之前，在剩余區(qū)域上形成蝕刻停止層。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成有源層的步驟包括將有源層形成為具有均勻的厚度；將有源層圖案化的步驟包括過蝕刻所述蝕刻停止層以形成接觸區(qū)域。
14、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，將有源層圖案化的步驟包括將接觸區(qū)域的厚度相對剩余區(qū)域的厚度減小10%到90%。
15、 如權(quán)利要求IO所述的方法，所述方法還包括在形成有源層的步驟之前，形成界面穩(wěn)定層，所述界面穩(wěn)定層包含帶隙與有源層的帶隙相等或帶隙大于有源層的帶隙的氧化物。
16、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，形成界面穩(wěn)定層的步驟包括使用物理沉積方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管及其制造方法。一種薄膜晶體管(TFT)包括柵極、有源層、源極和漏極。有源層包括與源極和漏極接觸的接觸區(qū)域，接觸區(qū)域比有源層的剩余區(qū)域薄。接觸區(qū)域減小有源層與源極和漏極之間的接觸電阻。
文檔編號H01L29/786GK101656270SQ200910136929
公開日2010年2月24日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者牟然坤, 鄭棕翰, 鄭現(xiàn)中, 金民圭 申請人:三星移動顯示器株式會社