[发明专利]薄膜晶体管及其制造方法以及有机电致发光设备

说明书

本申请要求于2009年12月15日在韩国知识产权局提交的第10-2009-0125031号韩国专利申请的权益，该申请的公开通过引用完全包含于此。

技术领域

本发明的实施例涉及一种薄膜晶体管，更具体地讲，涉及一种包括作为沟道层的HfInZnO基氧化物半导体层的薄膜晶体管、该薄膜晶体管的制造方法和包括该薄膜晶体管的有机电致发光设备。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)是通过在绝缘支撑基底上沉积半导体材料的薄膜而制成的一种场效应晶体管。TFT基本上包括三个端子(例如栅极、漏极和源极)，并主要执行开关操作。在TFT的开关操作中，施加到栅极的电压被调节为将在源极和漏极之间流动的电流设置在接通状态或截断状态。TFT被用在传感器、存储装置、光学装置等中，并且在平板显示器的像素开关装置中得以最广泛的应用。

现在，商业上可获得的产品(例如笔记本计算机、PC监视器、TV、移动装置等)大部分包括非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)。非晶硅中的原子排布不像结晶硅中的原子排布那样规则，并且仅存在短程有序(short range order)。由于非晶硅可以在低温下容易地大面积沉积(例如在玻璃基底上大面积沉积)，因此非晶硅在TFT中得以最广泛的应用。然而，随着尺寸更大并且图像质量更高的显示装置的需求的增加，需要电子迁移率比a-Si TFT的电子迁移率(例如0.5cm²/Vs至1cm²/Vs)高的高性能薄膜晶体管以及制造技术。

多晶硅TFT具有优于a-Si TFT的性能的性能。多晶硅(多晶Si)TFT具有几十cm²/Vs至几百cm²/Vs的迁移率，因此高迁移率所需的数据驱动电路或外围电路可以嵌入在基底中。另外，这样的TFT的沟道可以被制造成短的，因此屏幕的开口率可以高。此外，由于驱动电路被嵌入在基底中，所以在根据像素数目的增加布置用于连接驱动电路的布线方面没有节距的限制，因此可实现高分辨率，可降低接通电压和功耗，并且多晶Si TFT可具有较少的特性劣化。

然而，用于制造多晶SiTFT的结晶化工艺复杂，因此制造成本会增加。另外，由于技术问题(例如制造设备的限制或均一性缺陷)，直到最近还没有实现使用多晶Si TFT对大型基底的制造。

因此，对具有a-SiTFT和多晶SiTFT的优点的新型TFT已经进行了积极的研究。氧化物半导体装置是这些TFT的代表性的示例。

氧化物半导体装置可分为包括结晶氧化物(例如ZnO)的结晶氧化物半导体装置以及包括非晶氧化物(例如GIZO(GaInZnO))的非晶氧化物半导体装置。非晶氧化物半导体装置可以在低温下制造，可以容易地制成大的尺寸，并且像多晶Si TFT一样具有高的迁移率和优异的电特性。因此，为了在TFT的沟道区中使用氧化物半导体层，当前正在进行研究。在氧化物半导体中，由于s轨道波函数的重叠有助于电子的带电荷转移，所以认为由氧化物半导体形成的非晶薄膜可具有诸如10cm²/V·s或更高的高迁移率，其中，金属的最外层电子中根据方向的各向异性最小的电子位于s轨道中。

然而，最近的报导已经披露了常用的InGaZnO氧化物半导体装置当暴露于等离子体或外部因素(例如湿气、氧等)时其特性劣化。此外，为了保护氧化物半导体层，将蚀刻停止层形成在氧化物半导体层上。然而，根据用于形成蚀刻停止层的条件，氧化物半导体装置的特性会严重劣化。另外，氧化物半导体装置的特性不发生劣化的条件范围是有限的，因此氧化物半导体装置需要根本性的改变。

发明内容

这些实施例提供了一种具有提高的电特性和稳定性的氧化物半导体薄膜晶体管、一种制造该氧化物半导体薄膜晶体管的方法和一种包括该薄膜晶体管的有机电致发光设备。

根据这些实施例的一方面，提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括：基底；栅电极，形成在基底上；栅极绝缘层，形成在基底的暴露部分和栅电极上；氧化物半导体层，形成在栅极绝缘层上以对应于栅电极，并包括HfInZnO基氧化物半导体；源极区和漏极区，源极区和漏极区分别形成为在氧化物半导体层的两边以及栅极绝缘层上延伸。关于此点，基于按原子计100％的Hf、In和Zn的总浓度，氧化物半导体层中的Hf的浓度可以在大约9at％至大约15at％。

Hf的浓度(at％)可从氧化物半导体层的下部向氧化物半导体层的上部逐渐增加。此外，氧化物半导体层可包括形成在栅极绝缘层上的第一层和形成在第一层上的第二层，其中，第二层中的Hf的浓度高于第一层中的Hf的浓度。