专利名称：：半导体器件及该半导体器件的制作方法
技术领域：
：示例性实施例涉及一种半导体器件及该半导体器件的制作方法。其它的示例性实施例涉及一种包括采用复合半导体(compositesemiconductor)材料的有源层(activelayer)的ZnO基薄膜晶体管及其制作方法，在该复合半导体材料中氧化锌(Zn)掺有镓(Ga)和铟(In)。
背景技术：
：关于具有较大面积的有机发光二极管(OLED)的研究已经被积极地开展。作为OLED的驱动晶体管，需要发展以恒定电流特性稳定地工作并具有改善的耐用性的晶体管。非晶硅薄膜晶体管(TFT)可以采用低温工艺制造，但这种TFT可能具有较低的迁移率并不能满足恒定的电流偏置条件。另一方面，多晶硅TFT可以具有提高的迁移率并可以满足恒定电流测试(constantcurrenttest)条件，但可能不具有均匀的特性。因此，多晶硅TFT可能不具有较大的面积，并需要高温工艺。根据ZnO材料的氧含量，它们可以具有导电性、半导电性和电阻性。包括ZnO基半导体材料作为有源层的晶体管已经被报道。为了将包括ZnO基半导体材料作为有源层的晶体管应用到包括OLED和LCD的显示装置，除了恒定的电流性能之外，还需要稳定的驱动性能，该驱动性能可以在导通或截止状态下呈现恒定的性能。
发明内容示例性实施例提供了一种非晶ZnO基薄膜晶体管及其制造方法，由于改善的光学灵敏度，该薄膜晶体管在导通(on)或截止(off)状态下具有恒定的驱动性能。根据示例性实施例，半导体器件可以包括衬底；衬底上的有源层，其包括由以下化学式1表示的复合物(composite);电连4妄到有源层的源极电极和漏极电极；有源层上的4册极电极；以及栅极电极与有源层之间的栅极绝页缘层化学式1x(Ga203)y(ln203)z(ZnO)在这里，约0.75^x/z^约3.15且约0.55^y/z^约1.70。根据示例性实施例，化学式1中的x、y、z可以为约0.85^x/z^约3.05且约0.65^y/z^约1.70。才艮据示例性实施例，化学式1中的x、y、z可以为约1.15^x/zS约2.05且约1.15^y/z^约1.70。才艮据示例性实施例，化学式1中的x、y、z可以为约1.25^x/z^约1.95且约1.25^y/z^约1.70。根据示例性实施例，化学式1中的x、y、z可以为约1.25^x/z^约1.45且约1.45Sy/z^约1.65。根据示例性实施例，半导体器件的制作方法可以包括形成有源层、源极电极和漏极电极、衬底上的栅极绝缘层和栅极电极，该有源层包括由以下化学式1表示的复合物。化学式1x(Ga203)y(ln203)z(ZnO)其中，约0.75^x/z^约3.15且约0.55^y/z^约1.70。根据示例性实施例，有源层可以在衬底上形成，源极电极和漏极电极可以形成为电连接到有源层，栅极绝缘层可以在有源层上形成，栅极电极可以在有源层上形成。另一方面，4册极电极可以在衬底上形成，栅极绝缘层可以在栅极电极上形成，有源层可以在栅极绝缘层上形成，源极电极和漏极电极可以形成为电连接到有源层。根据示例性实施例，由于改善的光学灵敏度，电学稳定的TFT可以通过采用包括非晶ZnO基复合半导体的有源层来获得。ZnO基的复合半导体的非晶性能可以提供改善的均匀性，因此可以应用于具有较大面积的显示装置。根据示例性实施例的采用ZnO基TFT的各种电子器件和装置可以由本领域技术人员根据示例性实施例制造。虽然已经参照示例性实施例具体示出和描述了示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在形式和细节上可以作出各种变化而不背离附加的权利要求的精神和范围。通过结合附图并参照下面详细的描述，可以更清楚地理解示例性实施6例。图1-5描绘了这里所述的非限制性的示例性实施例。图1是根据示例性实施例的半导体器件的示意性横截面图2是根据示例性实施例的半导体器件的示意性横截面图；图3A-3G是示出图1中示出的示例性实施例的制造方法的横截面图；图4A-4E是示出图2中示出的示例性实施例的制造方法的横截面图；图5是示出ZnO基TFT的电感耦合等离子体(ICP)分析结果的曲线图；图6-10是示出ZnO基TFT的光学灵敏度分析结果以及栅极电压(Vg)和漏极电流(Id)的变化的曲线图ll是示出ZnO基TFT的恒定电流测试结果的曲线图；以及图12和13是示出ZnO基TFT在恒定电流测试前后栅极电压(Vg)和漏极电流(Id)的变化的曲线图。应当指出，这些附图旨在示出特定示例性实施例中采用的方法、结构和/或材料的一般特性，并对以下提供的书面描述进行补充。然而，这些附图不A特性，f司巧申JJi5q:r'i口j日'、j六w'、j7f月"用？古/r"j'i工s匕'而不应被解释为限定或限制示例性实施例所涵盖的数值或性能的范围。例如，为了清晰，分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置可以被减小或夸大。在各个附图中相似或相同的附图标记的使用旨在表明相似或相同的元件或特征的存在。具体实施例方式下文参照附图对示例性实施例作更为充分的描述，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，示例性实施例可以以多种不同的形式实施，而不应被解释为仅限于此处所述的实施例。并且，提供这些实施例是为了使本公开应当理解，当称一个元件或层在另一个元件或层"上"、"连接到"或"耦合到，，另一个元件或层时，它可以直接在、连接到或耦合到另一个元件或层上，或者还可以存在插入的元件和/或层。相反，当称一个元件"直接在"、"直接连接到"或"直接耦合到"另一个元件或层上时，不存在插入元件或层。相同的附图标记始终指代相同的元件。如此处所用的，术语"和/或"包括一个或多个所列相关项目的任何及所有组合。应当理解，虽然这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、200780022377.5说明书第3/8页例。图1-5描绘了这里所述的非组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层和/或部分与另一区域、层或部分区别开。因此，以下讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以在不背离示例性实施例的教导的前提下称为第二元件、组件、区域、层或部分。为便于描述，此处可以使用诸如"在…之下"、"在…下面"、"下"、"在…之上"、"上"等等空间相对性术语以描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。应当理解，空间相对性术语是用来包含除附图所示取向之外的使用或操作中的器件的不同取向的。例如，如果附图中的器件翻转过来，被描述为"在"其它的元件或特征"之下"或"下面"的元件将会在其它的元件或特征的"上方"。因此，示例性术语"在...下面"就能够涵盖之上和之下两种取向。器件可以采取其它的取向(旋转90度或在其它的取向)，在此所用的空间相对性描述符作相应地解释。这里所用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并非要限制示例性实施例。如此处所用的，除非上下文另有明确表述，否则单数形式"一(a)"、"一(an)"和"该(the)"均同时旨在包括复数形式。还应当理解，术语"包括(comprise)"和/或"包括(comprising)",当在本说明书中使用时，指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。这里参照横截面图描述示例性实施例，该横截面图为示例性实施例的理想化实施例(和中间结构)的示意图。因而，举例来说，由制造技术和/或公差引起的插图形状的变化是可能发生的。因此，示例性实施例不应被解释为限于此处示出的区域的特定形状，而是包括由例如制造引起的形状偏差在内。例如，图示为矩形的注入区域典型地将具有圆形或弯曲的特征和/或其边缘处注入浓度的梯度，而不是从注入区域到非注入区域的二元变化。同样地，由注入形成的掩埋区域可以导致在掩埋区域与注入通过其发生的表面之间的区域中的一些注入。因此，附图中所示的区域实质上是示意性的，它们的形状并非要展示器件区域的精确形状，也并非要限制示例性实施例的范围。除非另行定义，此处使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有示例性实施例所属领域内的普通4支术人员所通常理解的同样的含义。应当进一步理解的是，诸如通用词典中所定义的术语，除非此处加以明确定义，8应当被解释为具有与它们在相关领域的语境中的含义相一致的含义，而不应被解释为理想化的或过度形式化的意义。图1是根据示例性实施例的半导体器件的示意性横截面图。参照图1，包括非晶ZnO基复合半导体的图案化的有源层11可以在衬底IO上形成，源极电极12s和漏极电极12d可以在图1中示出的图案化的有源层的端部上形成。源极电极12s和漏极电极12d可以以预定或给定的宽度与图案化的有源层11的端部交迭，并可以绝缘于栅极电极14。有源层11可以包括由以下化学式1表示的非晶ZnO基复合材料。化学式1x(Ga203)y(ln203)z(ZnO)其中，约0.75^c/z^约3.15且约0.55^y/z^约1.70。在非晶ZnO基复合半导体中，当Ga含量过低时，由于其光敏特性，当暴露到光时截止电流(Ioff)可以增大。另一方面，当Ga含量过高时，导通电流/截止电流(Ion/Ioff)的比值可以减小，导致TFT性能的恶化。当导通电流(Ion)数值太低时，载流子的迁移率将下降。另一方面，当导通电流(Ion)数值太高时，由于其光敏特性，阈值电压将发生变化。在以上化学式中，x、y、z可以为约0.75^x/z:^约3.15且约0.55^y/z^约1.70，例如约0.85^x/z^约3.05且约0.65^y/z^约1.70，或约1.15^x/z^约2.05且约1.15^y/z^约1.70，或约1.25^x/z^约1.95且约1.25^y/z^约1.70，或约1.25^x/z^约1.45且约1.45Sy/z^约1.65。由化学式1表示的非晶ZnO基复合半导体材料可以应用于低温沉积，例如塑料衬底和钠钓玻璃。非晶性能可以为具有较大面积的显示器提供均匀性。非晶ZnO基复合半导体可以采用氧化镓(Ga)、氧化铟(In)和氧化锌(Zn)的复合靶通过常规溅射方法来形成，也可以采用化学气相沉积(CVD)和/或原子层沉积(ALD)的方法来形成。源极电极12s和漏极电极12d可以由导电金属氧化物或金属形成。导电金属氧化物的示例可以包括通常可用的锡掺杂的氧化铟(ITO)、铟锌氧化物(IZO)和/或铝掺杂的氧化锌(ZAO)，金属的示例可以包括钛(Ti)、柏(Pt)、铬(Cr)、鴒(W)、铝(Al)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、钽(Ta)和/或其合金。当金属层用作源极电极和漏极电极时，可以形成多个金属层。当金属层被使用时，n+层可以在金属层与有源层之间形成以改善接触性能，n+层可以采用导电金属氧化物或氧空位的氧化镓-氧化铟-氧化锌复合物来形成。衬底可以是硅衬底、玻璃衬底和/或塑料衬底。栅极绝缘层13可以在有源层11、源极电极12s和漏极电极12d上形成。通常可用的栅极绝缘材料可以用来形成栅极绝缘层13,例如可以使用高介电的氧化物(例如氮化^i、氧化硅、氧化铪和/或氧化铝)。栅极电极14可以在栅极绝缘层13上形成，并可以对应于有源层11。栅例如，可以采用金属Ti、Pt、Cr、W、Al、Ni、Cu、Mo或Ta或其合金。当金属层用作栅极电极时，可以形成多个金属层。也可以采用金属氧化物。通过以不同于图1中示出的结构的方式设置栅极电极，半导体器件可以具有图2中示出的结构。参照图2，栅极电极21可以在衬底20上形成，栅极绝缘层22可以在栅极电极21上形成。包括非晶ZnO基复合半导体的图案化的有源层23可以在栅极绝缘层22上形成。源极电极24s和漏极电极24d可以在图案化的有源层23的端部上形成。除了图1和图2中示出的堆叠结构(stackstructure)夕卜，#^居示例性实施例的半导体器件的另一个示例还可以具有一结构，在该结构中源极/漏极电极可以在栅极绝缘层上形成，然后有源层可以在源极/漏极电极上形成。现在将详细地描述根据示例性实施例的半导体器件的制作方法。图3A-3G是示出图1中示出的半导体器件的制作方法的横截面图。如图3A所示，半导体材料层ll'可以在衬底10上形成以采用RF磁控溅射方法、DC石兹控'减射方法、化学气相沉积(CVD)方法和/或原子层沉积(ALD)方法形成有源层11。如图3B所示，半导体材料层ll'可以采用光刻方法图案化以得到有源层11。如图3C所示，源极/漏极材料层12可以采用RF石兹控溅射方法、CVD方法、真空蒸发方法、电子束蒸发方法和/或ALD方法在有源层11的整个表面上形成。如图3D所示，源极/漏极材料层12可以通过图案化以形成源极电极12s和漏极电极12d，源极/漏极材料层12与有源层11的端部接触。如图3E所示，用于形成栅绝纟彖层13的材术+可以通过常^见方法例如化学气相沉积(CVD)方法和/或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积以形成栅极绝缘层13，栅极绝缘层13覆盖最终堆叠结构的整个表面上的源极电极12s和漏极电极12d。如图3F所示，用于形成4册电极的材料可以:故沉积并图案化以形成面向有源层11的栅极电极14。如图3G所示，堆叠结构可以在大约40(TC或更低的温度退火，该堆叠结构包括有源层11以及接触有源层11的端部的源极电极12s和漏极电极12d。退火可以采用普通熔炉、快速热退火(RTA)、激光或电热板在氮气气氛下进行。退火可以稳定有源层11与源极电极12s和漏极电极12d之间的接触。图4A-4E是示出图2中示出的半导体器件的制造方法的横截面图。如图4A所示，用于形成栅极电极21的材料可以沉积在衬底20上并图案化以形成捬极电极21。如图4B所示，栅极绝缘层22可以在4册极电极21上形成。栅极绝缘层22可以采用CVD或PECVD形成。如图4C所示，采用靶形成的半导体膜可以采用光刻方法图案化以得到有源层23,该靶用于形成以上由化学式1表示的非晶ZnO基复合半导体。如图4D所示，源极/漏极电极材料可以被沉积和图案化以得到源极电极24s和漏才及电极24d。如图4E所示，可以对堆叠结构进行退火，该堆叠结构包括有源层23和与有源层23的端部接触的源极电极24s和漏极电极24d。退火可以在约450。C或更低的温度(例如约20(TC到约350°C)在惰性气体气氛例如氮气气氛下进行。退火可以采用普通炉子、RTA、激光或电热板来进行。退火可以稳定有源层23与源极电极24s和漏极电极24d之间的接触。在采用栅极绝缘材料形成氮化硅层之后，通过采用钼(Mo)作为栅极电极材料，半导体膜可以采用复合氧化物靶来形成，该复合氧化物靶中镓(Ga)、铟(In)和锌(Zn)的原子比例为约1:1:1、约2:2:1、约3:2:1和约4:2:1。半导体膜可以图案化以形成有源层。IZO可以被沉积并图案化以形成源极/漏极电才及，产物可以在氮气气氛下退火，4屯化层可以由氧化硅形成。对根据上述的工艺形成的半导体膜可以进行电感耦合等离子体(ICP)分析以测量镓(Ga)、铟(In)和锌(Zn)的比例，结果在下面表1和图5中示出。当光被打开和关闭时，栅极电压(Vg)和漏极电流(Id)的变化被测量，结果在图6-10中示出。采用Ga:In:Zn比例约为2.7:3.1:1.0的TFT进行恒定电流测试，结果在图11中示出。恒定电流测试可以在大约45。C的温度进行大约100小时，施加到源极-漏极电极的电流可以为大约3pA。如图ll所示，源极电极与漏极电极之间的电压变化(DeltaV)保持在大约0.3V或更小。此外，在恒定电流测试前后栅极电压(Vg)和漏极电流(Id)的变化被测量，结果在图12和13中示出。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>※ICP分析中误差范围为土0.2图12示出在恒定电流测试之前测试的结果的曲线图。导通电流(on-current)可以为大约1(T4A，截止电流(off-current)可以为大约10"2A，由此导通电流与截止电流的比值可以为大约108。有源层的迁移率可以为大约40cm2/V's，斥册极摆动电压(swingvoltage)可以为大约0.385/dec。图13示出了在恒定电流测试之后测试的结果的曲线图。对比图12和13，恒定电流测试结果可以互相差别不大。换句话说，即使在施加大约3|liA、100个小时的恒定电流测试之后，ZnO基TFT还可以保持其最初的电学特性。权利要求1.一种半导体器件，包括衬底；所述衬底上的有源层，其包括由以下化学式1表示的复合物；源极电极和漏极电极，电连接到所述有源层；栅极电极，在所述有源层上；以及栅极绝缘层，在所述栅极电极与所述有源层之间化学式1x(Ga2O3)·y(In2O3)·z(ZnO)其中，约0.75≤x/z≤约3.15且约0.55≤y/z≤约1.70。2.如权利要求1所述的半导体器件，其中化学式1中x、y和z为约0.85^x/z^约3.05且约0.65^y/z^约1.70。3.如权利要求1所述的半导体器件，其中化学式1中x、y和z为约1.15^x/z^约2.05且约1.15^y/z^约1.70。4.如权利要求1所述的半导体器件，其中化学式1中x、y和z为约1.25^x/z^约1.95且约1.25^y/z^约1.70。5.如权利要求1所述的半导体器件，其中化学式1中x、y和z为约1.25^x/z^约1.45且约1.45，<约1.65。6.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述源极电极和所述漏极电极由从锡掺杂的氧化铟(ITO)、铟锌氧化物(IZO)和铝掺杂的氧化锌(ZAO)组成的组中选出的金属氧化物形成。7.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述源极电极和所述漏极电极包括从钛(Ti)、柏(Pt)、铬(Cr)、鴒(W)、铝(Al)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、钽(Ta)及其合金组成的组中选出的金属。8.如权利要求7所述的半导体器件，其中所述源极电极和所述漏极电极由多个金属层形成。9.如权利要求7所述的半导体器件，其中n+层在所述源极电极或所述漏极电极与所述有源层之间形成。10.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述栅极绝缘层包括氮化物、氧化物或高介电氧化物。11.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述栅极电极包括从钛(Ti)、铂(Pt)、铬(Cr)、钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、钽(Ta)及其合金组成的组中选出的金属。12.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述衬底是玻璃衬底或塑料衬底。13.—种半导体器件的制作方法，所述方法包括在衬底上形成有源层、源极电极和漏极电极、栅极绝缘层和栅极电极，所述有源层包括由以下化学式1表示的复合物，化学式1x(Ga203)y(ln203)z(ZnO)其中，约0.75^c/z^约3.15且约0.55^y/z^约1.70。14.如权利要求13所述的方法，其中所述有源层在所述村底上形成，所述源极电极和所述漏极电极形成为电连接到所述有源层，所述栅极绝缘层在所述有源层上形成，所述栅极电极在所述有源层上形成。15.如权利要求13所述的方法，其中所述栅极电极在所述衬底上形成，所述栅极绝缘层在所述栅极电极上形成，所述有源层在所述栅极绝缘层上形成，所述源极电极和所述漏极电极形成为电连接到所述有源层。16.如权利要求13所述的方法，其中化学式1中x、y和z为约0.85Sx/z^约3.05且约0.65^y/z^约1.70。17.如权利要求13所述的方法，其中化学式1中x、y和z为约1.15^x/z^约2.05且约1.15^y/z^约1.70。18.如权利要求13所述的方法，其中化学式1中x、y和z为约1.25^x/z^约1.95且约1.25^y/z^约1.70。19.如权利要求13所述的方法，其中化学式1中x、y和z为约1.25^x/z^约1.45且约1.45^y/z^约1.65。20.如权利要求13所述的方法，其中所述源极电极和所述漏极电极由金属氧化物形成。21.如权利要求13所述的方法，还包括在所述有源层与所述源极电极和所述漏极电极之间形成n+层。22.如权利要求13所述的方法，还包括在形成所述有源层及所述源极电极和所述漏极电极之后，将所述有源层及所述源极电极和漏极电极退火。23.如权利要求22所述的方法，其中所述退火在大约400。C或更低的温度在氮气气氛中进行。全文摘要半导体器件可以包括由以下化学式(1)表示的作为有源层的复合物，化学式1为x(Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)·y(In<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)·z(ZnO)，其中约0.75≤x/z≤约3.15且约0.55≤y/z≤约1.70。通过调整与氧化锌(Zn)混合的氧化镓(Ga)和氧化铟(In)的含量并改善光学灵敏度，可以提高显示器的开关性能和驱动晶体管的驱动性能。文档编号H01L29/786GK101473444SQ200780022377公开日2009年7月1日申请日期2007年4月17日优先权日2006年4月17日发明者姜东勋,宋利宪,朴永洙,金昌桢申请人:三星电子株式会社