專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關器件及其制造方法，且更具體地，涉及薄膜晶體管及其 制造方法。
背景技術：
薄膜晶體管可以用作用于平板顯示裝置例如液晶顯示器裝置或有機發(fā) 光顯示器裝置的開關器件。
薄膜晶體管的遷移率或泄漏電流可以根據薄膜晶體管溝道層的材料和 狀態(tài)而明顯變化。
在常規(guī)液晶顯示器裝置中，大多數薄膜晶體管的溝道層是非晶硅層。如
果薄膜晶體管的溝道層是非晶硅層，則電荷遷移率可以是約0.5cmVVs,這 是很低的，并且因此，難于增加常規(guī)液晶顯示器裝置的運行速度。
因此，進行研究以找到使用ZnO基材料層例如Ga-In-Zn-O層作為薄膜 晶體管的溝道層的方法，該ZnO基材料層具有比非晶硅層更大的電荷遷移 率。Ga-In-Zn-O層的遷移率可以比非晶硅層的遷移率大幾十倍，因此，其可 以明顯增加液晶顯示器裝置的運行速度。

發(fā)明內容
示例實施例可以提供一種薄膜晶體管，該薄膜晶體管由于薄膜晶體管的 源極和漏極之間改善的接觸而具有改善的特性。
示例實施例還可以提供制造該薄膜晶體管的方法。
示例實施例可以提供一種薄膜晶體管(TFT)，其可以包括柵極；溝道 層；源極和漏極，源極和漏極由金屬形成；以及金屬氧化物層，該金屬氧化 物層形成在溝道層與源極和漏極之間。
金屬氧化物層在溝道層與源極和漏極之間可以具有逐漸變化的金屬含
曰f 。
金屬氧化物層中的金屬含量可以在朝向溝道層的方向上逐漸增加或減少。
.金屬氧化物層可以是化學計量的層或非化學計量的層。
金屬氧化物層可以包括過渡金屬，該過渡金屬具有高于或類似于ZnO 的氧化特性的氧化特性。
源極和漏極可以是由金屬形成的雙層。 溝道層可以是氧化物半導體層。
包含在金屬氧化物層中的金屬可以與源極和漏極的金屬相同。 柵極可以形成在溝道層的上方或下方，或者掩埋在溝道層中。 過渡金屬可以是選自由Al、 Ti、 Mo、 Cr或W構成的組中的一種。 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組成的組中所選取的至少一種形成。
氧化物半導體層可以是 a(In203》b(Ga203) 'c(Zn())或 a(ln203)'b(ZnO)'c(SnO)(這里a、 b和c分別是滿足a^0， b^0和00的整數)。
示例實施例可以提供一種制造薄膜晶體管(TFT)的方法，該方法可以 包括在襯底上形成柵極，在襯底上形成覆蓋柵極的柵極絕緣層，在柵極絕 緣層上形成溝道層，并通過在溝道層和柵極絕緣層上依次堆疊金屬氧化物層 和金屬層來形成源極和漏極。
在形成金屬氧化物層和金屬層之后，可以對得到的結構進行退火。 退火可以使用爐管、快速熱退火(RTA)或激光在氮氣氛中在250°C~ 450'C之間進行。
根據至少一個示例實施例，溝道層可以首先形成在襯底上，且源極和漏 極可以通過在溝道層和襯底上依次堆疊金屬氧化物層和金屬層來形成，以及 柵極和柵極絕緣層可以在形成源極和漏極之后通過形成柵極絕緣層以覆蓋 溝道層、金屬氧化物層和金屬層并在柵極絕緣層上形成柵極而形成。
示例實施例可以提供一種制造薄膜晶體管(TFT)的方法，其可以包括 在襯底上形成柵極，在襯底上形成覆蓋柵極的柵極絕緣層，在柵極絕緣層上 形成溝道層，在溝道層和柵極絕緣層上堆疊金屬層，并在金屬層和溝道層之 間形成金屬氧化物層。
金屬氧化物層可以通過對包括金屬層的得到的結構退火來形成。退火可以使用爐管、快速熱退火(RTA)或激光來進行。 退火可以在包含氮或氧的氣氛中在250°C 45(TC之間進行。 退火可以在氧氣氛中在250°C 45(TC之間進行。
根據至少一個示例實施例，溝道層可以首先形成在襯底上，且金屬層可 以形成在溝道層和襯底上，且柵極絕緣層可以形成為覆蓋金屬層和溝道層， 以及金屬氧化物層可以在在柵極絕緣層上形成柵極之后形成。
另外，溝道層可以是首先形成在襯底上，且金屬層可以形成在溝道層和 襯底上，然后可以形成金屬氧化物層，以及柵極絕緣層可以形成以覆蓋金屬 層、金屬氧化物層和溝道層，并且柵極可以形成在柵極絕緣層上。


示例實施例的上述和其它特征及優(yōu)點將通過參照附圖詳細描述示例實 施例而變得更加清晰。附圖意在描繪示例實施例并且不應解釋為限制權利要 求所意欲保護的范圍。附圖不應被認為按比例畫出，除非清楚地說明。
圖1是根據至少一個示例實施例的薄膜晶體管(TFT)的平面圖。
圖2是沿圖1的線2-2，切取的截面圖。
圖3至圖8是展示根據示例實施例的第一、第二和第三TFT的電學特性 的曲線圖。
圖9是展示根據至少一個示例實施例的第一 TFT的漏極電流(Id)-漏極 電壓(Vd)的曲線圖。
圖10是展示用在實驗中的根據至少 一 個示例實施例的TFT的柵極電壓-源極和漏極電流特性的曲線圖。
圖11是展示用在實驗中的TFT的漏極電流-漏極電壓特性的曲線圖。
圖12至15是根據至少一個示例實施例的制造TFT的方法的截面圖。
圖16是展示根據至少一個示例實施例，基于制造TFT的方法的源極-漏極電流(Ids)對金屬氧化物層的厚度的曲線圖。
圖17至19是根據至少一個示例實施例制造TFT的方法的截面圖。
圖20和21是展示根據至少一個示例實施例，在制造TFT的方法中基于 退火溫度的TFT的電學特性的曲線圖。
圖22和23分別是當不退火和當在35(TC退火時依次堆疊的氧化硅層、 溝道層和金屬層的照片圖像。圖24和25是展示沿圖22和23的線l-l，的材料成分的曲線圖。 圖26是可以應用示例實施例的頂部柵極TFT的截面圖。
具體實施方式
'這里公開詳細的示例實施例。然而，這里公開的特定結構和功能細節(jié)僅 代表描述示例實施例的目的。但是，示例實施例可以以許多不同的形式體現 并不應該認為僅限于這里闡述的實施例。因此，盡管示例實施例能夠有各種變體和不同形式，其實施例以在附圖,!;丄/' 二 ？r,， 二'. 一;— _v ,3 二 、丄卉二^么m :+' 力；工 s ;t i審奮《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 , /工議工王"斤tTJ t^/又々J思仁"，小例實施例限制于公開的具體形式，相反，示例實施例將覆蓋落在示例實施例 的范圍內的全部變體、等同物和更改。相同的附圖標記在對附圖的描述中都 指代相同的元件。應該理解的是，盡管術語第一、第二等可以用在這里以描述各種元件， 但這些元件不應該由這些術語限制。這些術語僅用于將一個元件區(qū)別于另一 個元件。例如，第一元件可以稱為第二元件，且類似地，第二元件可以稱為 第一元件，而不偏離示例實施例的范圍。如在這里使用的，術語"和/或"包 括一個或多個相關所列項目的任何和全部組合。應該理解的是，當元件被稱為"連接"或"耦接"到另一元件時，其可 以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當元件被稱 為"直接連接"或"直接耦接"到另一元件時，則不存在中間元件。用于描 述元件之間的關系的其它詞語應以類似的方式解釋(例如，"之間"相對于 "直接之間"，"相鄰"相對于"直接相鄰"等)。這里使用的術語僅為描述具體實施例的目的并不意在對示例實施例進行限制。如這里使用的，單數形式"一 (a)"、 "一 (an)"和"該(the)"也意 在包括復數形式，除非上下文另外清楚地指出。還應該理解的是術語"包括 (comprises )"、"包括(comprising)，，、"包含(includes)，， 和/或"包含 (including)"當在這里使用時，指定了所述的特征、整體、步驟、操作、元 件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元 件、部件和/或其組合的存在或添加。還應注意的是在一些替換實施方式中，所示的功能/作用可以在附圖所示 的次序之外發(fā)生。例如，接續(xù)展示的兩個圖實際上可以基本同時執(zhí)行或有時也可以以相反的次序執(zhí)行，依賴于所涉及的功能/作用?，F在將參考附圖詳細描述示例實施例。圖中所示的層或區(qū)域的厚度可以 為了清晰起見而被夸大。首先，將描述根據至少一個示例實施例的薄膜晶體管(TFT)。圖1是根據至少一個示例實施例的TFT的平面圖。附圖標記42指示可 以覆蓋襯底的絕緣層。絕緣層42可以是具有100nm厚度的氧化硅層。附圖 標記44、 50和52分別指示柵極、源極和漏極。TFT的源極50和漏極52的 位置可以彼此交換。源極50和漏極52的每個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。，以弄巧予貞定5Xi^主口力寬/變W 的 源極50的突出部50P與可以具有相同寬度W的漏極52的突出部52P之間 的空間是可以具有預定或期望的長度L的溝道區(qū)域。源極50和漏極52可以 是金屬層。例如，源極50和漏極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組成 的組中選取的至少一種形成的金屬層。因此，源極50和漏極52可以是純金 屬的層或金屬合金的層。另外，源極50和漏極52可以是任何導電金屬層。源極50和漏極52也 可以是由兩層依次堆疊的金屬層形成的雙層。源極50和漏極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組成的組中選取的兩層依次堆疊的金屬層形成，例如，依 次堆疊的鈦層和鉑層。圖2是根據至少一個示例實施例的沿圖1的2-2，剖取的截面圖。參照圖 2，絕緣層42可以形成在襯底40上，襯底40可以是半導體襯底，例如，硅 襯底。柵極44可以形成在絕緣層42的預定或期望的區(qū)域上。TFT的柵極44 可以由鉬或其它導電材料形成。柵極絕緣層46可以形成在絕緣層42上并可 以覆蓋柵極44，且柵極絕緣層46可以是氧化硅層。溝道層48可以形成在才冊 極絕緣層46上并可以覆蓋柵極44，且溝道層48可以是氧化物半導體層，例 如，G-I-Z-0層，即，[a(In203>b(Ga203) .c(ZnO)]層或[a(In203) .b(ZnO) 'c(Sn())] (這里，a、 b和c分別是滿足aX)， bX)和c〉0的整數)。第一金屬氧化物 層54和第二金屬氧化物層56可以彼此分離地形成在溝道層48的表面上， 且第一和第二金屬氧化物層54和56可以彼此面對。第一金屬氧化物層54 可以形成在源極50和溝道層48之間。第二金屬氧化物層56可以形成在漏極52和溝道層48之間。第一金屬氧化物層54可以形成在溝道層48的一側 上并可以在溝道層48的上表面之上延伸。第二金屬氧化物層56可以形成在 溝道層48的另一側上并可以在溝道層48的上表面之上延伸。源極50可以 與第一金屬氧化物層54的上表面接觸，而漏極52可以和第二金屬氧化物層 56的上表面接觸。第一和第二氧化物層54和56可以是化學計量的或非化學 計量的層。另外，第一和第二氧化物層54和56可以是具有漸變金屬含量的 金屬氧化物層。例如，第一和第二金屬氧化物層54和56可以是鈦氧化物層， 其中鈦的含量在從源極50和漏極52到溝道層48的方向上可以是增加的或 降低的。另外，第一和第二金屬氧化物層54和56可以包括可具有比Zn() 更高的氧化特性的過渡金屬，且該過渡金屬可以是A1、 Ti、 Mo、 Cr或W。 第 一和第二金屬氧化物層54和56可以分別與源極50和漏極52形成歐姆接 觸，并可以與溝道層48形成異質結；并且第一和第二金屬氧化物層54和56 的厚度可以是3A-300A。圖3至8是展示根據示例實施例的第一、第二和第三TFT的電學特性的 曲線圖。在第一 TFT中，源極50和漏極52分別是依次堆疊的Ti/Pt層；第一和 第二金屬氧化物層54和56是鈦氧化物層；溝道層48是G-I-Z-0層，例如， GIZ0221層；源極50和漏極52的突出部50P和52P的寬度W相對于溝道 層48的長度L的比率(W/L)是50/20;且第一 TFT在350。C退火預定或期 望的時間，例如1小時。圖3是展示根據至少一個示例實施例的第一 TFT 的電流-電壓特性的曲線圖。圖4是展示根據至少一個示例實施例，在第一 TFT中當沒有電壓施加到柵極44時源極50和漏極52之間的電流隨施加到 漏極52的電壓而變化的曲線圖。在圖3中，第一至第三曲線Gl至G3展示當施加到漏極52的電壓為 0.1 V、 5V和10V時柵極電壓Vg和源極-漏極電流Ids之間的特性。參照圖3 ，當柵極電壓Vg是0V而不考慮施加到漏極52的電壓時，TFT 的源極-漏極電流Ids基本上是0，且當施加的柵極電壓Vg增加到大于0V時， 在閾值電壓或更高的電壓測量到明顯的源極-漏極電流Ids。另外，參照圖4， 當沒有電壓施加到柵極44和從0V到+ 4V或-4V的電壓施加到漏極52時， 沒有電流流過源極50和漏極52之間，這表明第一 TFT以增強模式(enhanced mode )工作。圖5和6展示根據至少一個示例實施例的第二 TFT的電學特性。第二 TFT與用于獲得圖3和4的結果的第一 TFT相同，除了第二 TFT包括分別 由依次堆疊的鉻層和鉑層形成的源極50和漏極52,且第一和第二金屬氧化 物層54和56由鉻氧化物層形成。在圖5中，第一至第三曲線Gl至G3展 示當O.IV、 5V和10V的電壓施加到漏極52時柵極電壓Vg和源極-漏極電流 I&之間的特性。參照圖5,第二TFT可以展示與圖3所示的第一TFT的電流-電壓特性 類似的電學特性。另外，參照圖6，由于沒有電壓施加到柵極44，當施加到 漏極52的電壓為從0V到+2V或-2V時，沒有電流流過第二 TFT的源極50 和漏極52之間，因此第二TFT以增強模式工作。.圖7和8展示根據至少一個示例實施例的第三TFT的電學特性。除了源 極50和漏極52的配置以及第一和第二金屬氧化物層54和56，第三TFT與 第一TFT相同。因此，第三TFT包括分別由依次形成的鴿層和鉑層形成的 源極50和漏極52。第一和第二金屬氧化物層54和56是鎢氧化物層。在圖 7中，第一至第三曲線Gl至G3展示當施加到漏極52的電壓是O.IV、 5V 和10V時，柵極電壓Vg和源極-漏極電流Ids之間的特性。參照圖7，第三TFT的電流-電壓特性可以類似于第一和第二 TFT的電 學特性。參照圖8,由于沒有電壓施加到柵極44,當施加到漏極52的電壓 是從OV到+ 4V或-2V時，沒有電流流過第三TFT的源極50和漏極52之間， 因此，第三TFT也以增強模式工作。因為根據示例實施例的TFT可以以增強模式工作，根據示例實施例的 TFT中沒有泄漏電流(leakage current )，而以耗盡模式工作的常規(guī)TFT中可 能產生泄漏電流。圖9展示根據至少一個示例實施例的第一TFT的漏極電流(Id)相對漏 極電壓(Vd)的特性。第一和第二曲線Gil和G22展示在小于10V (例如 0.1V或小于5V)的電壓施加到柵極44時測量的Id-Vd特性。第三至第五曲 線G33至G55展示當IOV、 15V、 20V的電壓施加到柵極44時的Id-Vd特性。 參照第一至第五曲線Gil至G55,當施加到柵極44的電壓是IOV或更大時， 漏極電流Id可以隨漏極電壓Vd的增加而增加。另外，漏極電流Id可以隨施 加到柵極44的電壓的增加而增加。參照圖9,根據示例實施例的TFT與當大于OV的電壓施加到柵極時觀察到漏極電流Id的常規(guī)TFT相比，可以顯示出改善的泄漏電流，而與施加到柵極的大于ov的電壓的量無關。進行實驗以確定當TFT不包括第 一和第二金屬氧化物層54和56時TFT 的特性如何變化。為了進行實驗，第一和第二金屬氧化物層54和56從TFT去除且源極 50和漏極52由鉑層形成。其余條件設置得與第一TFT相同。圖10展示根據至少一個示例實施例，用在實驗中的TFT的柵極電壓Vg-源極/漏極電流I&特性。圖ll展示根據至少一個示例實施例，用在實驗中的 TFT的漏極電流-漏極電壓特性。參照圖10，直到柵極電壓Vg達到IOV或更高，仍沒有測量到源極/漏極 電流Ids。當柵極電壓是1OV或更大時，測量到源才及/漏才及電流Ids,然而，源 極/漏極電流I&的量約為10-11 (A),這是很低的，并可以視為沒有源極/漏極 電流I&。如圖11所示的測量的源極/漏極電流Ids約為l(T11 (A),這是很低 的并可以視為沒有流動的漏極電流Id。從圖10和11的結果可以看到，當源極50和漏才及52與溝道層48之間 沒有第一和第二金屬氧化物層54和56時，阻擋載流子輸運的勢壘可以在源 極50和漏極52與溝道層48之間形成。因此，第一和第二金屬氧化物層54 和56的存在可以降低勢壘。在下文，將描述根據至少一個示例實施例的制造TFT的方法。參照圖12，絕緣層42可以形成在襯底40上。襯底40可以是硅襯底。 絕緣層42可以由氧化硅層形成至約100nm的厚度。柵極44可以形成在絕緣 層42的預定或期望的區(qū)域上。柵極44可以由導電材料形成，例如由鉬(Mo ) 形成。.參照圖13，柵極絕緣層46可以形成在絕緣層42上以覆蓋柵極44。柵 極絕緣層46可以由氧化硅層形成。溝道層48可以形成在可以覆蓋柵極44 的柵極絕緣層46的預定或期望的區(qū)域上。溝道層48可以形成為跨過柵極44。 溝道層48可以由氧化物半導體層形成，例如由G-I-Z-O層形成。參照圖14,感光圖案Pl可以形成在襯底40上以暴露溝道層48的一部 分和柵極絕緣層46的一部分。感光圖案Pl可以覆蓋溝道層48的上表面的 一部分。圍繞溝道層48的覆蓋柵極絕緣層46的感光圖案Pl的部分可以與 溝道層48分離。因此，在形成感光圖案P1之后，除了可以覆蓋柵極44的部分之外的其余的溝道層48可以被暴露。另外，在溝道層48和感光圖案 Pl之間的柵極絕緣層46的部分可以被暴露。在形成感光圖案Pl后，源極 和漏極可以形成在暴露的區(qū)域中。在形成感光圖案Pl之后暴露部分的平坦 表面可以與圖1的源極50和漏極52覆蓋的表面相同。參照圖15,金屬氧化物層70和金屬層72可以形成在溝道層48以及柵 極絕緣層46的暴露部分上。金屬氧化物層70和金屬層72也可以依次堆疊 在感光圖案Pl上。金屬氧化物層70可以由與根據至少一個示例實施例的 TFT的第一和第二金屬氧化物層54和56相同的材料形成。金屬層72可以 由與根據示例實施例的TFT的源極50和漏極52相同的材料形成。金屬氧化 物層70可以形成為3A-300A的厚度，且金屬層72可以形成為500A-1500A 的厚度。當金屬層72是鈦層或鉑層時，金屬層72可以形成為約500A的厚 度。金屬層72可以形成為單層或雙層。如果金屬層72是雙層，上層可以是 鉑層。金屬氧化物層70和金屬層72可以使用濺射方法、利用電子束的沉積 方法、原子層沉積方法或化學氣相沉積方法形成。如果金屬氧化物層70使用濺射方法形成，則預定或期望的量的濺射氣 體和氧可以提供至反應室。';賤射氣體可以是氬(Ar)氣。如果金屬氧化物層 70是氧化鈦(Ti02)層，則金屬氧化物層70可以這樣來形成提供Ar氣體 和氧至反應室使得Ar氣體的含量是35%且氧含量約為15% ，并施加lkW 的功率至濺射靶。反應室的壓力可以保持恒定為約3mtorr。在可堆疊在溝道層48和柵極絕緣層46的暴露區(qū)域上的金屬氧化物層70 中，于柵極44左邊的層可以對應于圖2中的第一金屬氧化物層54，而于柵 極44的右邊的層可以對應于圖2中的第二金屬氧化物層56。且在可以形成 在金屬氧化物層70上的金屬層72中，于柵極44的左邊的層可以對應于圖2 中的源極50而于柵極44的右邊的層可以對應于圖2中的漏極52。此外，感光圖案Pl可與堆疊在感光圖案Pl上的金屬氧化物層70和金 屬層72—起從圖15所示的所得結構剝離。在感光圖案Pl被剝離之后，可 以形成如圖2所示的TFT。然而，金屬氧化物層70對應于圖2的第一和第二金屬氧化物層54和56 的部分(在下文稱"第一部分")和金屬層72對應于源極50和漏極52的部 分(在下文稱"第二部分，，)優(yōu)選可以使用剝離方法來形成，其中第一部分 和第二部分可以通過形成感光圖案Pl來限定。然而，第一和第二部分也可以使用常規(guī)光刻蝕刻工藝(photographic etching process )來形成。例如，第 一和第二部分可以這樣來形成依次堆疊金屬氧化物層70和金屬層72;在 金屬層72上形成覆蓋要形成為第一和第二部分的區(qū)域的掩模；然后依次蝕 刻金屬層72和金屬氧化物層70。形成TFT之后，TFT可以在爐管內以氮氣氣氛在200°C 450。C之間退 火約1小時。然而，退火時間可以短于或長于1小時。另外，退火可以使用 快速熱退火(RTA)方法或使用激光方法進行。圖16是展示根據至少一個示例實施例的TFT中基于金屬氧化層70的厚 度的源極-漏極電流(Ids)的曲線圖。用在圖16中的TFT包括由鉑層或鈦層 形成的金屬層72，以及由氧化鈦(Ti02)層形成的金屬氧化物層70。施加 到TFT的漏極52的電壓Vd保持恒定于10V。在圖16中，第一點A1是TFT的結果，該TFT包括金屬層72和金屬氧 化物層70，該金屬層72對應于源極50和漏極52并由鉑層形成，該金屬層 70由厚度為IOOA的鈦氧化物層形成。第二至第四點A2至A4展示其中金 屬層72是鈦層的TFT的源極-漏極電流。參照第一點Al，當金屬層72是鉑層且由鈦氧化物層形成的金屬氧化物 層70的厚度是100A時，源極-漏極電流Ids是O安培。然而，參照第二至第 四點A2至A4，如果金屬層72是鈦層而金屬氧化物層70是鈦氧化物層時， 源極-漏極電流U可以充分高。隨著金屬氧化物層70的厚度的減少，源極-漏極電流Ids可以增加；隨著金屬氧化物層70的厚度的增加，源極-漏極電流Ids可以降低。圖17至19是根據至少一個示例實施例的制造TFT的方法的截面圖。在根據至少一個示例實施例的制造TFT的方法中，在形成溝道層48之 后，金屬層72可以形成為與溝道層48接觸，金屬氧化物層70可以通過將 所得的結構退火而形成在溝道層48和金屬層之間。與前面的實施例一樣的 附圖標記可以指示參照前面的實施例描述的相同的元件。詳細地，形成溝道層48和用于剝離工藝的感光圖案P1 (見圖14)之前 的工藝可以與參照前面的實施例描述的方法中相同。在形成感光圖案Pl之后，可以在圖17所示的溝道層48和柵極絕緣層 46的暴露區(qū)域上形成可具有預定或期望的厚度的金屬層72。金屬層也可以 形成在感光圖案P1上。然后，感光圖案P1可以被剝離，因此，形成在感光圖案Pl上的金屬層72也可以被剝離。在剝離感光圖案Pl后，如圖18所示， 對應于圖2的源極50和漏極52的位置可以是金屬層72保留的唯一位置。 然后，圖18所示的TFT的所得結構可以根據預定或期望的條件退火。 這樣，如圖19所示，金屬氧化物層80可以形成在金屬層72和溝道層48之 間，且金屬氧化物層80可以對應于圖2的第 一和第二金屬氧化物層54和56。 包括在金屬氧化物層80中的金屬可以源于金屬層72中的金屬。在退火期間， 包括在金屬氧化物層80中的氧可以源于溝道層48和包含在氣氛氣體中的氧 至少之一。如果溝道層48包含足夠的氧以形成金屬氧化物層80，例如，如 果溝道層48是富氧GIZO層，則退火氣氛氣體可以不包含氧。退火可以在 200。C到450。C進行。另外，退火可以不僅使用爐管進行，也可以使用RTA 或激光。退火可以進行預定或期望的時間，例如，1小時。退火的氣氛氣體 根據退火方法可以包含氮(N2)或氧(02)，或僅包含氧。通過控制退火條 件，金屬氧化物層80可以形成為具有與前面的實施例的金屬氧化物層70相 同的性質。當完成退火時，也可以完成根據至少一個示例實施例的TFT的制造工藝圖20和21是展示根據至少一個示例實施例的已退火TFT的電學特性的 曲線圖。其電學特性示于圖20和21中的TFT可以由通過依次堆疊鈦層和鉑層形 成的金屬層72形成。金屬層72可以形成為滿足圖2的源極50和漏極52的 幾何條件，且退火可以在包含氮和氧的氣氛中使用爐管進行。在圖20和21 中，第一至第三曲線Gl至G3展示當施加到漏極52的電壓為O.IV、 5V和 10V時，柵極電壓Vg和源極-漏極電流U之間的特性。圖20是展示沒有退火的結果的曲線圖，而圖21是展示當退火在350。C 進行時的結果的曲線圖。參照圖20，當柵極電壓Vg增加到大于10V,可以測量到源極-漏極電流， 然而，源極-漏極電流Ids的量可以明顯地低，并可以視為沒有測量到源極-漏極電流Ids。另一方面，參照圖21，當柵極電壓增加到大于0V時，可以測量到大量 的源極-漏極電流1&。如從圖20和21的結果所見，根據上述示例實施例在制造TFT的方法中沒有進行退火時，如圖19所示的金屬氧化物層80可能不形成在金屬層72 和溝道層48之間。然而，當退火在上述溫度進行時，金屬氧化物層80可以 形成在金屬層72和溝道層48之間。圖22是展示其中氧化硅層90、溝道層94和金屬層96依次堆疊且沒有 對其進行退火的所得結構的圖像，而圖23是展示當在350'C進行退火的圖 22的結構的圖像。氧化硅層90是SiO2層，其可以對應于根據至少一個示例 實施例的TFT的柵極絕緣層46;溝道層94是G-I-Z-0層，其可以對應于溝 道層48;而金屬層96是Ti/Pt層，其可以對應于金屬層72。附圖標記99稍 后描述。圖24和25展示沿圖22和23的線l-l，的材料成分分布。參照圖24,在依次堆疊氧化硅層90、溝道層94和金屬層96后且所得 的結構沒有退火，在對應于溝道層94和金屬層96之間的界面的位置中，測 量到約100計數(counts)的鈦(▲)和60計數的氧(□)。參照圖25，在依次堆疊氧化硅層90、溝道層94和金屬層96且所得的 結構在350。C進行退火后，在對應于溝道層94和金屬層96之間的界面的位 置中，測量到約150計數或更多的鈦和100計數或更多的氧。如從圖24和25的結果可見，在參照圖17至19描述的TFT的制造方法 中，當圖18的所得的結構在200 450'C退火時，對應于金屬氧化物層80 的新的層99可以在金屬層72和溝道層48之間形成。.上述TFT是底部柵極型TFT，然而，如圖26所示，示例實施例也可以 應用于頂部柵極型TFT，其中柵極44可以設置在溝道層48之上。另外，柵 極可以掩埋在溝道層中。盡管示例實施例已被具體展示和說明，但示例實施例應該僅視為描述性 的意義而不為限定的目的。例如，應該被本領域的技術人員理解的是，退火 可以在剝離感光圖案P1之前進行。另外，可以進行對TFT的每個元件的形 式和細節(jié)上的各種改變或僅僅一個新的元件插入元件之間。因此，示例實施 例的范圍不被示例實施例的詳細描述限定，而是被所附的權利要求限定。如上所述，根據示例實施例的TFT可以包括可以由金屬形成的源極和漏 極之間的金屬氧化物層，以及可以由氧化物半導體形成的溝道層。因此，TFT 可以以增強模式工作，并因此，可以減少其泄漏電流并增加其載流子遷移率。 由于TFT的源極和漏極可以由普通的金屬形成，所以與使用銦來形成源極和漏極的常規(guī)TFT相比，可以降低制造成本。另外，在根據至少一個示例實施 例的TFT中，到TFT的接觸或連接到TFT的布線可以由與源極和漏極相同 的材料形成，因此，可以降低由異質結引起的電阻。另外，根據柵極電壓Vg的閾值電壓和源極-漏極電流Ids可以通過控制金屬氧化物層的形成條件來控制，例如通過控制金屬氧化物層的厚度。如此已經描述了示例實施例，4艮明顯其可以以各種方式變化。這些變化 不視為偏離示例實施例意欲的精神和范圍，且對于本領域的技術人員是顯而 易見的所有這些修改意在包括在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種薄膜晶體管，包括柵極；溝道層；源極和漏極，該源極和該漏極由金屬形成；以及金屬氧化物層，該金屬氧化物層形成在該溝道層與該源極之間和該溝道層與該漏極之間。
2. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中該金屬氧化物層在該溝道層與 該源極之間和該溝道層與該漏極之間具有漸變的金屬含量。
3. 如權利要求2所述的薄膜晶體管，其中該金屬氧化物層中的金屬含量 在朝向該溝道層的方向上逐漸增加或逐漸減'J 、。
4. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中該金屬氧化物層是化學計量的 層或非化學計量的層。
5. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中該金屬氧化物層包括過渡金 屬，該過渡金屬具有高于或類似于ZnO的氧化特性的氧化特性。
6. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中該源極和該漏極是由金屬形成 的雙層。
7. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中該溝道層是氧化物半導體層。
8. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中包含在該金屬氧化物層中的金 屬與該源極和該漏極的金屬相同。
9. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中該柵極形成在該溝道層之上或 之下，或者掩埋在該溝道層中。
10. 如權利要求5所述的薄膜晶體管，其中該過渡金屬是選自Ti、 Mo、 Cr或W組成的組中的一種。
11. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其中該源極和該漏極是由選自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和Mg組成的組中的至少 一種形成。
12. 如權利要求7所述的薄膜晶體管，其中該氧化物半導體層是 a(In203).b(Ga203) 'c(ZnO)或a(ln203) 'b(ZnO) 'c(SnO),其中a、 b和c分別是 滿足a^0， bgO和cX)的整凄t。
13. —種制造薄膜晶體管的方法，包括 在襯底上形成^"極；在該襯底上形成覆蓋該柵極的柵極絕緣層； 在該柵極絕緣層上形成溝道層；以及通過在該溝道層和該柵極絕緣層上依次堆疊金屬氧化物層和金屬層形 成源一及和漏才及。
14. 如權利要求13所述的方法，其中該金屬氧化物層包括過渡金屬，該 過渡金屬具有高于或類似于ZnO的氧化特性的氧化特性。
15. 如權利要求14所述的方法，其中該過渡金屬是選自Al、 Ti、 Mo、 Cr或W組成的組中的一種。
16. 如權利要求13所述的方法，其中在形成該金屬氧化物層和該金屬層 后，對所得的結構進行退火。
17. 如權利要求16所述的方法，其中該退火使用爐管、快速熱退火或激 光在氮氣氛中于250。C 450。C之間進行。
18. 如權利要求13所述的方法，其中該金屬層是雙層。
19. 如權利要求13所述的方法，其中該金屬層是由選自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg組成的組中的至少 一種形成。
20. —種制造薄膜晶體管的方法，包括 在襯底上形成柵極；在該襯底上形成覆蓋該柵極的柵極絕緣層； 在該柵極絕緣層上形成溝道層； 在該溝道層和該柵極絕緣層上堆疊金屬層；以及 在該金屬層和該溝道層之間形成金屬氧化物層。
21. 如權利要求20所述的方法，其中該金屬氧化物層通過對包括該金屬 層的所得的結構進行退火來形成。
22. 如權利要求21所述的方法，其中該退火使用爐管、快速熱退火或激 光進行。
23. 如權利要求22所述的方法，其中該退火在包含氮或氧的氣氛中于 250°C 45CTC之間進行。
24. 如權利要求22所述的方法，其中該退火在氧氣氛中于250°C ~450'C之間進行。
25. 如權利要求20所述的方法，其中該溝道層是氧化物半導體層。
26. 如權利要求25所述的方法，其中該氧化物半導體層是 a(In203>b(Ga203) .c(ZnO)，其中a、 b和c是滿足a^0， b^O和c>0的整數。
27. 如權利要求20所述的方法，其中該金屬氧化物層包括比ZnO具有 更高的氧化特性的過渡金屬。
28. 如權利要求27所述的方法，其中該過渡金屬是選自Ti、 Mo、 Cr或 W組成的組中的一種。
29. 如權利要求20所述的方法，其中該金屬層是雙層。
30. 如權利要求20所述的方法，其中該金屬層是由選自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg組成的組中的至少一種形成。
31. 如權利要求13所述的方法，其中 首先在該襯底上形成該溝道層；通過在該溝道層和該襯底上依次堆疊該金屬氧化物層和該金屬層來形 成該源一及和該漏一及；以及在形成該源極和該漏極之后可以這樣來形成該柵極和該柵極絕緣層形 成該柵極絕緣層以覆蓋該溝道層、該金屬氧化物層和該金屬層，在該柵極絕 緣層上形成該柵極。
32. 如權利要求20所述的方法，其中 首先在該襯底上形成該溝道層；在該溝道層和該襯底上形成該金屬層； 形成該柵極絕緣層以覆蓋該金屬層和該溝道層；以及 在該柵極絕緣層上形成該柵極之后，形成該金屬氧化物層。
33. 如權利要求20所述的方法，其中 首先在該襯底上形成該溝道層；在該溝道層和該襯底上形成該金屬層； 然后形成該金屬氧化物層；形成該柵極絕緣層以覆蓋該金屬層、該金屬氧化物層和該溝道層；以及 在該柵極絕緣層上形成該柵極。
34. 如權利要求23所述的方法，其中該溝道層是氧化物半導體層。
35. 如權利要求24所述的方法，其中該溝道層是氧化物半導體層。
36. 如權利要求34所述的方法，其中該氧化物半導體層是 a(In203)-b(Ga203) 'c(ZnO)或a(ln203) 'b(ZnO) 'c(SnO)，其中a、 b和c是滿足 a^O, b^0和c〉0的整數。
37. 如權利要求35所述的方法，其中該氧化物半導體層是 a(In203)-b(Ga203) -c(ZnO)或a(ln203) .b(ZnO) .c(SnO)，其中a、 b和c是滿足 a^0， b^O和c>0的整凄t。
38. 如權利要求29所述的方法，其中該金屬層是由選自Ti、 Mo、 Cr、 W、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ag、 Au、 Al、 Cu、 Co、 Sb、 V、 Ru、 Pt、 Pd、 Zn和 Mg組成的組中的至少 一種形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及其制造方法。該薄膜晶體管可以包括柵極；溝道層；源極和漏極，該源極和漏極由金屬形成；以及金屬氧化物層，該金屬氧化物層在該溝道層與該源極和該漏極之間形成。該金屬氧化物層可以在該溝道層與該源極和該漏極之間具有漸變的金屬含量。
文檔編號H01L29/786GK101257048SQ200810080659
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權日2007年2月28日
發(fā)明者姜東勛, 宋利憲, 斯蒂法諾維奇·金里克, 樸永洙, 金昌楨 申請人:三星電子株式會社