ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ТРАНЗИСТОР С НИЗКИМ КОНТАКТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
THIN FILM TRANSISTOR WITH LOW CONTACT RESISTANCE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к тонкопленочным транзисторам и электронным устройствам, содержащим такие тонкопленочные транзисторы, и способам производства тонкопленочных транзисторов, а также к применению этих тонкопленочных транзисторов.
Предпосылки изобретения
С развитием современных информационных технологий в экранах для потребительских электронных изделий, таких как мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты и наладонные компьютеры (PDA), широко применяют различные типы дисплеев. Среди этих дисплеев жидкокристаллические дисплеи (LCD) и дисплеи на органических светодиодах (OLED) являются преобладающими продуктами на рынке благодаря своим преимуществам легковесности, компактности и низкого потребления энергии. Процесс производства как LCD, так и OLED включает формирование полупроводниковых устройств, расположенных массивом на подложке, и полупроводниковые устройства включают тонкопленочные транзисторы (TFT). TFT содержат электроды истока/стока (электроды И/С), электрод затвора, диэлектрический слой, слой подложки и активный полупроводящий слой.
2
Здесь и далее под активными полупроводящими слоями необходимо понимать слои, которые имеют подвижность носителей заряда от 1 до 50 см/В·с для компонента с длиной канала 20 мкм при напряжении затвор-исток 50 В и напряжении исток-сток 50 В.
Как правило, тонкопленочные транзисторы включают TFT с верхним затвором и TFT с нижним затвором, в зависимости от того, расположен ли затвор на подложке и ниже электродов или vice versa расположен выше электродов. Эти TFT имеют один полупроводниковый слой или стек слоев, служащих в качестве активного слоя.
Один недостаток в области полупроводниковых тонкопленочных транзисторов из оксидов металлов заключается в том, что во время изготовления, например, вследствие высокотемпературной обработки полупроводникового слоистого материала, содержащегося в TFT, поверхность слоя электрода истока/ стока непреднамеренно окисляется, что приводит к ухудшению проводящих свойств слоистого материала, например, создавая паразитное сопротивление.
Для уменьшения окисления слоя электрода И/С в данной области техники принято вводить буферный слой между слоем электрода истока/стока и активным полупроводниковым слоем, причем буферный слой находится выше слоев электрода И/С и ниже активного полупроводникового слоя относительно слоя подложки (см. US8338226, US8405085, US20120211746, US20120248446, US20130037797 и US20130056726). US8247276 предлагает вводить буферный слой между слоем электрода истока/стока и активным полупроводниковым слоем, причем буферный слой находится ниже слоев электрода И/С и выше активного полупроводникового слоя относительно слоя подложки.
Однако получающиеся в результате полупроводниковые слоистые материалы по-прежнему подвержены влияниям на слой электрода И/С и, таким образом, не обладают желаемыми проводящими свойствами.
Следовательно, целью настоящего изобретения является предоставление полупроводникового слоистого материала, который преодолевает вышеуказанные недостатки и обладает улучшенными проводящими свойствами.
Изобретатели настоящего изобретения обнаружили, что вследствие процедурных этапов в выравнивании слоистого материала, например, во время высокотемпературной обработки при предоставлении активного оксидного полупроводникового слоя, покрытый буферным слоем слой электрода истока/стока защищен только вертикально, но не защищен от горизонтальных влияний, которых достаточно, чтобы существенно нарушить контакт между боковой поверхностью слоя электрода истока/стока и активным оксидным полупроводниковым слоем.
Соответственно, даже несмотря на реализацию вышеупомянутого буферного слоя в качестве меры по улучшению защиты слоя электрода истока/стока, окисление этого слоя происходит на боковой поверхности, где он контактирует с активным оксидным полупроводниковым слоем. Таким образом, процесс изготовления слоистого материала по-прежнему оказывает негативное влияние на общую проводимость слоистого материала путем повышения контактного сопротивления. В соответствии с этим открытием изобретатели обнаружили, что этот эффект вносит вклад в уменьшенный ток включения слоистого материала.
Кроме того, изобретатели неожиданно обнаружили, что вышеуказанный недостаток устраняется путем предоставления несущего инжекционного слоя в нижней части слоя электрода истока/стока, причем активный оксидный полупроводниковый слой находится в прямом контакте с изолирующим слоем затвора, инжекционным слоем и электродом истока/стока. Особо преимущественно, если активный оксидный полупроводник предоставлен на слое электрода истока/стока, который нанесен на несущий инжекционный слой, и причем активный оксидный полупроводниковый слой находится в прямом контакте с изолирующим слоем затвора, инжекционным слоем и электродом истока/стока.
Недостаток также может быть устранен путем предоставления несущего инжекционного слоя в нижней части слоя электрода истока/стока, причем инжекционный слой находится в прямом контакте с электродом истока/стока, и активный оксидный полупроводниковый слой находится в прямом контакте с инжекционным слоем через боковую поверхность инжекционного слоя и в прямом контакте со слоем электрода И/С через боковую поверхность слоя электрода И/С.
Инжекционный слой выполнен с возможностью инжектирования электронов в активные оксидные полупроводниковые слои.
Слоистые материалы TFT обладают существенно пониженным контактным сопротивлением между слоем электрода истока/стока и полупроводниковым слоем, что приводит к увеличению тока включения и подвижности электронов.
Кроме того, изобретатели обнаружили, что также является преимущественным сочетание вышеуказанного инжекционного слоя с защитным слоем, расположенным наверху слоя электрода истока/стока, для предотвращения вышеуказанного окисления вертикальной поверхности электрода во время процесса отжига слоистого материала. Таким образом, сочетание инжекционного и защитного слоев дополнительно повышает проводимость слоистого материала и получающихся TFT устройств.
Сущность изобретения
В одном аспекте настоящее изобретение относится к тонкопленочному транзистору (TFT), содержащему подложку (100) со слоем (101) электрода затвора, наложенным и структурированным на нем, и изолирующим слоем (102) затвора, наложенным на слой электрода затвора и подложку, отличающемуся тем, что транзистор дополнительно содержит (i) несущий инжекционный слой (103), расположенный выше изолирующего слоя (102) затвора, (ii) слой (104) электрода истока/стока (И/С), наложенный на несущий инжекционный слой, и (iii) полупроводниковый слой (106), причем TFT структурирован так, что полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем затвора, несущим инжекционным слоем и слоем электрода И/С.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) расположен выше несущего инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С.
В различных вариантах осуществления TFT имеет конфигурацию с нижним затвором и нижним контактом.
В некоторых вариантах осуществления несущий инжекционный слой (103) наложен на изолирующем слое (102) затвора; TFT дополнительно содержит защитный слой (105), причем защитный слой наложен на слой электрода И/С; TFT дополнительно содержит защитный слой (105), причем защитный слой наложен на слой электрода И/С, и полупроводниковый слой (106) наложен и структурирован на защитном слое; и/или TFT дополнительно содержит пассивирующий слой (108), причем пассивирующий слой наложен на полупроводниковый слой (106). В некоторых вариантах осуществления TFT может дополнительно содержать функционализирующий слой (107), наложенный поверх полупроводникового слоя (106) и расположенный между полупроводниковым слоем и пассивирующим слоем (108). Функционализирующий слой имеет функцию поддержки содержания кислорода полупроводникового слоя во время процесса пассивации.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С.
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С, и контакт полупроводникового слоя (106) с боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С происходит выше контакта полупроводникового слоя (106) с боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103).
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) не расположен ниже слоя (104) электрода И/С или инжекционного слоя (103); полупроводниковый слой (106) находится в контакте с обратной от подложки поверхностью слоя (104) электрода И/С или, если TFT содержит защитный слой (105), полупроводниковый слой (106) находится в контакте с обратной от подложки поверхностью защитного слоя; TFT содержит защитный слой (105), причем защитный слой расположен выше слоя (104) электрода И/С; TFT дополнительно содержит защитный слой (105), причем защитный слой расположен выше слоя (104) электрода И/С и причем полупроводниковый слой (106) проходит от изолирующего слоя (102) затвора выше защитного слоя; TFT дополнительно содержит пиксельный электрод; и/или TFT содержит пару инжекционных слоев (103), которые расположены горизонтально в TFT на одинаковом расстоянии относительно слоя (100) подложки, и причем два инжекционных слоя отделены друг от друга полупроводниковым слоем (106), и причем TFT содержит пару слоев (104) электрода И/С, которые расположены горизонтально в TFT на одинаковом расстоянии относительно слоя (100) подложки, и причем два слоя (104) электрода И/С отделены друг от друга полупроводниковым слоем (106), и причем пара слоев (104) электрода И/С расположена выше и в прямом контакте с парой инжекционных слоев (103).
x
x
В различных вариантах осуществления слой (104) электрода И/С содержит или состоит из металла, предпочтительно выбранного из Al, Cu, Ag и/или Nd, или их стека или сплава, более предпочтительно Al или Cu; слой (104) электрода И/С имеет толщину 10 нм – 1 мкм; предпочтительно 100–300 нм; слой (101) электрода затвора содержит или состоит из металла, выбранного из Al, Ti, Mo, Cu и/или Nd, или их стека или сплава, предпочтительно стека Mo/Al/Mo или Ti/Al/Ti; слой (101) электрода затвора имеет толщину 50 нм – 500 нм, предпочтительно 80–400 нм, более предпочтительно 100–350 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 300 нм; инжекционный слой (103) содержит или состоит из проводника из оксида металла; инжекционный слой (103) имеет толщину 1 нм–200 нм, предпочтительно 10–150 нм, более предпочтительно 20–100 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 30–90 нм; изолирующий слой (102) затвора содержит или состоит из оксида или нитрида металла или оксида или нитрида переходного металла, в частности диоксида (SiO) и/или нитрида (SiN) кремния, оксида алюминия, оксида гафния или оксида титана, полимерного материала, например, органического или неорганического полимера или их смеси или стека; изолирующий слой (102) затвора имеет толщину 10 нм – 3 мкм, предпочтительно 50–1000 нм, более предпочтительно 100–500 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 300 нм; подложка (100) содержит стекло, кремний, диоксид кремния, оксид металла, оксид переходного металла, простой металл или полимерный материал, например, полиимид (ПИ), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиметилметакрилат (ПММА) или поликарбонат, или гибрид неорганических и органических компонентов, в частности оксида кремния и полиимида; подложка (100) необязательно имеет толщину 50 мкм – 0,7 мм; полупроводниковый слой (106) содержит по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, состоящей из оксида индия, галлия, цинка и/или олова; и/или полупроводниковый слой (106) имеет толщину 1–100 нм, предпочтительно 5–30 нм.
2
2
3
2
3
В некоторых вариантах осуществления слой (104) электрода И/С по существу состоит из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Cu, Ag или Nd, или их стека или сплава, предпочтительно Al или Cu; слой (101) электрода затвора по существу состоит из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Mo, Cu или Nd, или их стека или сплава, предпочтительно стека Mo/Al/Mo или Ti/Al/Ti; несущий инжекционный слой (103) по существу состоит из проводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из оксида индия-олова (ITO), легированного алюминием оксида цинка (AZO), легированного галлием оксида цинка (GZO), оксида сурьмы-олова (ATO), оксида цинка-олова (ZTO), оксида цинка-индия (IZO), оксида галлия-индия (IGO), оксида алюминия-цинка-олова (AZTO), оксида цинка-индия-гафния (HIZO), оксида цинка-олова-галлия (GTZO), оксида олова-галлия (GTO), и легированных фтором оксида олова FTO, предпочтительно ITO, AZO, ATO и FTO, более предпочтительно ITO и AZO; полупроводниковый слой (106) состоит по существу из полупроводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из оксида цинка-индия-галлия (IGZO), оксида цинка-олова-индия (ITZO), ITO, GZO, ZTO, IZO, IGO, AZO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO, оксида олова (SnO), оксида галлия (GaO), оксида индия (InO) и оксида цинка (ZnO); и/или полупроводниковый слой (106) дополнительно содержит азот, фтор, хлор и/или кремний.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слоистый материал дополнительно содержит пиксельный электрод.
x
x
В различных вариантах осуществления защитный слой (105) содержит или состоит по существу из проводника из оксида металла, предпочтительно выбранного из группы, состоящей из ITO, AZO, GZO, ATO, ZTO, IZO, IGO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO и FTO, предпочтительно ITO, AZO, ATO и FTO, более предпочтительно ITO и AZO, или металла, предпочтительно выбранного из Mo, Ti, Ta и Cr, предпочтительно Mo и Ti; защитный слой (105) имеет толщину 10–500 нм, предпочтительно 20–300 нм, более предпочтительно 50–100 нм; пассивирующий слой (108) содержит SiO или SiN с x = 0,1–3.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения TFT, включающему этапы: предоставления подложки (100); наложения и структурирования электрода (101) затвора на подложке (100); наложения изолирующего слоя (102) затвора на электрод (101) затвора и подложку (100), отличающемуся тем, что способ дополнительно включает предоставление несущего инжекционного слоя (103), расположенного выше изолирующего слоя (102) затвора, предоставление слоя (104) электрода И/С, наложенного на несущий инжекционный слой (103), и предоставление полупроводникового слоя (106), причем TFT структурируют так, что полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) располагают выше несущего инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С.
В различных вариантах осуществления TFT имеет конфигурацию с нижним затвором и нижним контактом.
В некоторых вариантах осуществления предоставление несущего инжекционного слоя (103) включает наложение несущего инжекционного слоя (103) на изолирующий слой (102) затвора; способ дополнительно включает предоставление защитного слоя (105), причем защитный слой накладывают на слой электрода И/С; способ дополнительно включает предоставление защитного слоя (105), причем защитный слой накладывают на слой электрода И/С и полупроводниковый слой (106) накладывают и структурируют на защитном слое; и/или способ дополнительно включает предоставление пассивирующего слоя (108), причем пассивирующий слой накладывают на полупроводниковый слой (106). В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает предоставление функционализирующего слоя (107), причем функционализирующий слой накладывают на полупроводниковый слой (106) до наложения на него пассивирующего слоя (108), так что функционализирующий слой располагается между полупроводниковым слоем (106) и пассивирующим слоем (108).
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставляют так, что он непосредственно контактирует с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставляют так, что контакт полупроводникового слоя (106) с боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С происходит выше контакта полупроводникового слоя (106) с боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103).
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставляют так, что полупроводниковый слой (106) не расположен ниже слоя (104) электрода И/С или инжекционного слоя (103); полупроводниковый слой (106) предоставляют так, что полупроводниковый слой (106) находится в контакте с обратной от подложки поверхностью слоя (104) электрода И/С или, если TFT содержит защитный слой (105), полупроводниковый слой (106) находится в контакте с обратной от подложки поверхностью защитного слоя; TFT содержит защитный слой (105), причем защитный слой располагают выше слоя (104) электрода И/С; TFT дополнительно содержит защитный слой (105), причем защитный слой располагают выше слоя (104) электрода И/С и причем полупроводниковый слой (106) предоставляют так, что полупроводниковый слой (106) проходит от изолирующего слоя (102) затвора выше защитного слоя; способ дополнительно включает предоставление сквозного отверстия; и/или способ дополнительно включает предоставление пиксельного электрода.
В некоторых вариантах осуществления наложение и структурирование электрода затвора включает фотолитографию и травление или другие подходящие способы структурирования, включая, но без ограничения, фотолитографию, печать, включая струйную печать, лазерное структурирование и т.п.; наложение изолирующего слоя затвора на электроде затвора и подложке включает химическое осаждение из паровой фазы (CVD); предоставление несущего инжекционного слоя (103) включает напыление несущего инжекционного слоя (103); наложение слоя (104) электрода И/С на несущем инжекционном слое (103) включает напыление слоя (103) электрода И/С; структурирование TFT включает фотолитографию и травление инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С на одном этапе; предоставление полупроводникового слоя (106) включает наложение полупроводникового слоя с помощью напыления, покрытия методом центрифугирования или покрытия с помощью щелевой формы; предоставление полупроводникового слоя (106) включает структурирование полупроводникового слоя с помощью фотолитографии и травления; наложение пассивирующего слоя (108) и необязательно функционализирующего слоя может включать покрытие с помощью CVD; сквозное отверстие формируют с помощью фотолитографии и травления; предоставление пиксельного электрода включает наложение пиксельного электрода напылением и/или предоставление пиксельного электрода включает структурирование наложенного пиксельного электрода с помощью фотолитографии и травления.
В определенных вариантах осуществления предоставление инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С включает структурирование инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С с помощью фотолитографии и травления, обеспечивающее в результате формирование пары инжекционных слоев и пары слоев электрода И/С.
В некоторых вариантах осуществления способ включает предоставление защитного слоя (105), и предоставление инжекционного слоя (103), слоя (104) электрода И/С и защитного слоя (105) включает структурирование инжекционного слоя (103), слоя (104) электрода И/С и защитного слоя (105) с помощью фотолитографии и травления, обеспечивающее в результате формирование пары инжекционных слоев, пары слоев электрода И/С и пары защитных слоев (105).
В различных вариантах осуществления предоставление полупроводникового слоя (106) включает наложение полупроводникового слоя (106) c отделением пары инжекционных слоев друг от друга полупроводниковым слоем (106) и отделением пары слоев (104) электрода И/С друг от друга полупроводниковым слоем (106), и причем пара слоев (104) электрода И/С расположена выше и в прямом контакте с парой инжекционных слоев (103); или предоставление полупроводникового слоя (106) включает наложение полупроводникового слоя (106) с отделением пары инжекционных слоев друг от друга полупроводниковым слоем (106), отделением пары слоев (104) электрода И/С друг от друга полупроводниковым слоем (106) и отделением пары защитных слоев (105) друг от друга полупроводниковым слоем (106), и причем пара защитных слоев (105) расположена выше и в прямом контакте с парой слоев (104) электрода И/С, и пара слоев (104) электрода И/С расположена выше и в прямом контакте с парой инжекционных слоев (103).
В некоторых вариантах осуществления процесс травления для получения слоя (101) электрода затвора, пары электродов (104), пары инжекционных слоев (104) и пары защитных слоев (105) представляет собой или сухое или влажное травление; процесс травления для получения полупроводникового слоя (106) и слоя пиксельного электрода представляет собой влажное травление; и/или процесс травления для формирования сквозного отверстия представляет собой сухое травление.
В определенных вариантах осуществления слой электрода И/С или пара слоев (104) электрода И/С содержит или состоит из металла, предпочтительно выбранного из Al, Cu, Ag и/или Nd, или их стека или сплава, более предпочтительно Al и Cu; слой электрода И/С или пара слоев (104) электрода И/С имеет толщину 10–500 нм, предпочтительно 100–300 нм; слой (101) электрода затвора содержит или состоит из металла, предпочтительно выбранного из Al, Ti, Mo, Cu и Nd, или их стека или сплава, более предпочтительно стека Mo/Al/Mo или Ti/Al/Ti; слой (101) электрода затвора имеет толщину 50–500 нм, предпочтительно 80–400 нм, более предпочтительно 100–350 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 300 нм; инжекционный слой или пара инжекционных слоев (103) содержит или состоит из проводника из оксида металла; инжекционный слой или пара инжекционных слоев (103) имеет толщину 1–200 нм, предпочтительно 20–100 нм; изолирующий слой (102) затвора содержит или состоит из оксида металла или переходного металла, в частности, диоксида и/или нитрида кремния, оксида алюминия, оксида гафния или оксида титана, полимерного материала, например, органического или неорганического полимера; изолирующий слой (102) затвора составляет 10 нм – 3 мкм, предпочтительно 50–1000 нм, более предпочтительно 100–500 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 300 нм; слой (100) подложки содержит стекло, кремний, диоксид кремния, оксид металла, оксид переходного металла, простой металл или полимерный материал, например, полиимид (ПИ), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиметилметакрилат (ПММА) или поликарбонат и гибрид неорганических и органических компонентов, в частности, оксида кремния и полиимида; слой (100) подложки необязательно имеет толщину 50 мкм – 0,7 мм; полупроводниковый слой (106) содержит по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, состоящей из оксида индия, галлия, цинка и/или олова; полупроводниковый слой (106) имеет толщину 1–200 нм, предпочтительно 1–100 нм, более предпочтительно 1–50 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 10 нм; защитный слой или пара защитных слоев (105) содержит или состоит из проводника из оксида металла и/или металла, предпочтительно выбранных из Mo, Ti, Ta и Cr, более предпочтительно Mo и Ti; и/или защитный слой или пара защитных слоев (105) имеет толщину 1 нм – 5 мкм, предпочтительно 5–100 нм.
2
2
3
2
3
В определенных вариантах осуществления слой электрода И/С или пара слоев (104) электрода И/С по существу состоит из металла, предпочтительно из Al, Cu, Ag и/или Nd, или их стека или сплава, предпочтительно Al и/или Cu; электрод (101) затвора по существу состоит из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Mo, Cu, Ti или Nd, предпочтительно стека Mo/Al/Mo или Ti/Al/Ti; инжекционный слой или пара инжекционных слоев (103) по существу состоит из проводника из оксида металла, по существу состоящего из ITO, AZO, GZO, ATO, ZTO, IZO, IGO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO или FTO, предпочтительно ITO, AZO, ATO или FTO, более предпочтительно ITO или AZO; полупроводниковый слой (106) состоит по существу из полупроводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из IGZO, ITZO, ITO, GZO, ZTO, IZO, IGO, AZO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO, оксида олова (SnO), оксида галлия (GaO), оксида индия (InO) и оксида цинка (ZnO); полупроводниковый слой (106) дополнительно содержит азот, фтор, хлор и/или кремний; и/или защитный слой или пара защитных слоев (105) по существу состоят из металла, выбранного из группы, состоящей из Mo, Ti, Ta и Cr, предпочтительно Mo и Ti, или проводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из ITO, AZO, GZO, ATO, ZTO, IZO, IGO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO, FTO, предпочтительно ITO, AZO, ATO, FTO, более предпочтительно ITO, AZO.
В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к электронному устройству, содержащему TFT, который описан в данном документе, или TFT, полученный способом, который описан в данном документе.
В определенных вариантах осуществления электронное устройство представляет собой объединительную плату с активной матрицей для дисплеев, OLED, LCD, EPD, сенсорного, TFT экрана, чипа RFID или солнечного элемента.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к применению TFT, который описан в данном документе, или TFT, полученному способом, который описан в данном документе, для электронного устройства.
В различных вариантах осуществления электронное устройство представляет собой объединительную плату с активной матрицей для дисплеев, OLED, LCD, EPD, сенсорного, TFT экрана, чипа RFID или солнечного элемента.
Рамки настоящего изобретения дополнительно определяются прилагающейся формулой изобретения.
Описание графических материалов
На фиг. 1 представлен полупроводниковый слоистый материал, который обычно содержится в TFT предыдущего уровня техники. Для простоты слой (100) подложки не показан. Слоистый материал содержит слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, пару слоев (104) электрода И/С, пару защитных слоев (105) и полупроводниковый слой (106).
На фиг. 2 представлен полупроводниковый слоистый материал согласно предыдущему уровню техники. Слоистый материал содержит слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, слой (104) электрода И/С, оксидный слой (107) и полупроводниковый слой (106). Вследствие, например, высоких производственных температур во время отжига слоистого материала часть проводящего слоя может быть окислена, формируя слой 107. Соответственно слой (104) электрода И/С, формирующий электрод, может терять эффективный прямой контакт с полупроводниковым слоем (106). Это ухудшает проводящую способность полупроводникового слоистого материала, в частности относительно тока включения.
На фиг. 3 представлен TFT согласно настоящему изобретению, содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С, окисленный слой (107) на поверхности слоя электрода и полупроводниковый слой (106). Благодаря наличию инжекционного слоя (103) даже при наличии оксидного слоя (107) возможна эффективная передача тока через слоистый материал, поскольку инжекционный слой (103) служит посредником для контакта между слоем (104) электрода и полупроводниковым слоем (106).
На фиг. 4 представлен TFT согласно настоящему изобретению, содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С и полупроводниковый слой (106). TFT структурирован так, что полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С. А именно, полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть TFT. В этом варианте осуществления полупроводниковый слой (106) не контактирует с обратной от подложки поверхностью слоя (104) электрода И/С.
На фиг. 5 представлен TFT согласно настоящему изобретению, содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С и полупроводниковый слой (106). TFT структурирован так, что полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С. А именно, полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть TFT. В этом варианте осуществления полупроводниковый слой (106) контактирует с обратной от подложки поверхностью слоя (104) электрода И/С и проходит от верхней части изолирующего слоя (102) затвора по боковым поверхностям инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С к обратной от подложки поверхности слоя (104) электрода И/С.
На фиг. 6 представлен TFT согласно настоящему изобретению, содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С, защитный слой (105) и полупроводниковый слой (106). TFT структурирован так, что полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С. А именно, полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть TFT. В этом варианте осуществления полупроводниковый слой (106) контактирует с обратной от подложки поверхностью защитного слоя (105) и проходит от верхней части изолирующего слоя (102) затвора по боковым поверхностям инжекционного слоя (103), слоя (104) электрода И/С и защитного слоя (105) к обратной от подложки поверхности защитного слоя (105).
На фиг. 7 представлен TFT согласно настоящему изобретению, содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, пару инжекционных слоев (103), пару слоев (104) электрода И/С, пару защитных слоев (105) и полупроводниковый слой (106). TFT структурирован так, что полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковыми поверхностями пары слоев (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть TFT. В этом варианте осуществления полупроводниковый слой (106) контактирует с обратной от подложки поверхностью пары защитных слоев (105) и проходит от верхней части изолирующего слоя (102) затвора по боковым поверхностям пары инжекционных слоев (103), пары слоев (104) электрода И/С и пары защитных слоев (105) к обратной от подложки поверхности пары защитных слоев (105).
На фиг. 8 представлены результаты сравнительного эксперимента, анализирующего ток включения двух различных конфигураций тонкой пленки. Конфигурация a), представленная на левом графике, показывает результаты, соответствующие конфигурации TFT согласно предыдущему уровню техники, тогда как b), представленная на правом графике, показывает результаты, соответствующие конфигурации TFT согласно настоящему изобретению, включающему пару инжекционных слоев ниже слоев электрода И/С. По фигурам можно видеть, что TFT с конфигурацией b) имеет более сильный ток включения и более высокую подвижность электронов, чем TFT, имеющий конфигурацию a).
На фиг. 9 представлен TFT согласно настоящему изобретению в конфигурации с нижним затвором и нижним контактом (BGBC), содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, пару инжекционных слоев (103a, 103b), пару слоев (104a, 104b) электрода И/С, пару защитных слоев (105a, 105b), полупроводниковый слой (106), функционализирующий слой (107) и пассивирующий слой (108). TFT структурирован так, что полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковыми поверхностями пары слоев (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть TFT. В этом варианте осуществления полупроводниковый слой (106) контактирует с обратной от подложки поверхностью пары защитных слоев (105) и проходит от верхней части изолирующего слоя (102) затвора по боковым поверхностям пары инжекционных слоев (103), пары слоев (104) электрода И/С и пары защитных слоев (105) к обратной от подложки поверхности пары защитных слоев (105). Функционализирующий слой (107) наложен поверх полупроводникового слоя, а пассивирующий слой (108) поверх функционализирующего слоя (107) и защитных слоев (105a, 105b).
На фиг. 10 представлен TFT согласно настоящему изобретению в конфигурации с нижним затвором и верхним контактом (BCE1), содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, пару инжекционных слоев (103a, 103b), пару слоев (104a, 104b) электрода И/С, пару защитных слоев (105a, 105b), полупроводниковый слой (106), функционализирующий слой (107) и пассивирующий слой (108). TFT структурирован так, что полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущими инжекционными слоями (103a, 103b) и функционализирующим слоем (107). В этом варианте осуществления контакт между боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103a, 103b) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковыми поверхностями функционализирующего слоя (107) и парой инжекционных слоев (103a, 103b), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть TFT. В этом варианте осуществления полупроводниковый слой (106) наложен только на изолирующий слой затвора и контактирует только с инжекционными слоями (103a, 103b) и функционализирующим слоем (107). Функционализирующий слой (107) наложен поверх полупроводникового слоя, а пассивирующий слой (108) – поверх функционализирующего слоя (107) и структурированных защитных слоев (105a, 105b), так что пассивирующий слой контактирует с защитными слоями (105a, 105b), боковыми поверхностями слоев (104a,104b) электрода И/С, боковыми поверхностями инжекционных слоев (103a, 103b) и верхней частью функционализирующего слоя (107)и.
На фиг. 11 представлен TFT согласно настоящему изобретению в конфигурации с нижним затвором и верхним контактом (BCE2), содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, пару инжекционных слоев (103a, 103b), пару слоев (104a, 104b) электрода И/С, пару защитных слоев (105a, 105b), полупроводниковый слой (106), функционализирующий слой (107) и пассивирующий слой (108). TFT структурирован так, что полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущими инжекционными слоями (103a, 103b) и функционализирующим слоем (107). В этом варианте осуществления контакт между боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103a, 103b) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковыми поверхностями функционализирующего слоя (107) и парой инжекционных слоев (103a, 103b), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть TFT. В этом варианте осуществления функционализирующий слой (107) контактирует с обратной от подложки поверхностью пары защитных слоев (105a, 105b) и проходит от верхней части полупроводникового слоя (106) по боковым поверхностям пары инжекционных слоев (103a, 103b), пары слоев (104a, 104b) электрода И/С и пары защитных слоев (105a, 105b) к обратной от подложки поверхности пары защитных слоев (105). В этом варианте осуществления полупроводниковый слой (106) наложен только на изолирующий слой затвора и контактирует только с инжекционными слоями (103a, 103b) и функционализирующим слоем (107). Функционализирующий слой (107) наложен поверх полупроводникового слоя (106) и защитных слоев (105a, 105b), а пассивирующий слой (108) – поверх функционализирующего слоя (107) и структурированных защитных слоев (105a, 105b).
На фиг. 12 представлен TFT согласно настоящему изобретению в конфигурации с нижним затвором и верхним контактом (ESL), содержащий слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, пару инжекционных слоев (103a, 103b), пару слоев (104a, 104b) электрода И/С, пару защитных слоев (105a, 105b), полупроводниковый слой (106), функционализирующий слой (107), пассивирующий слой (108) и слой останова травления. Конфигурация подобна представленной на фиг. 10, с разницей, заключающейся в наличии ESL (109) поверх функционализирующего слоя (107)и.
Подробное описание изобретения
Как упомянуто выше, целью настоящего изобретения было предоставление усовершенствованных слоистых материалов TFT, проводящие свойства которых не ухудшаются процессом производства слоистого материала и являются более стабильными.
Обычные сборки известных слоистых материалов TFT могут быть представлены так, как показано на фиг. 1. Здесь на слое подложки (не показан) расположен слой (101) электрода затвора, который покрыт изолирующим слоем (102) затвора. На нем предоставлены слой (104) электрода И/С и буферный слой (105). Во время процесса структурирования могут быть сформированы пара слоев (104) электрода И/С и пара буферных слоев (105). На этой сборке предоставлен полупроводниковый слой (106), проходящий от верхней части одного элемента пары буферных слоев до верхней части другого элемента, таким образом, заполняя промежуток между обеими парами слоев. В этой конфигурации каждый элемент пары слоев (104) и (105) контактирует с полупроводниковым слоем (106) с боковой поверхностью.
Во время процесса сборки, например, вследствие высокотемпературной обработки, слой (104) электрода И/С может быть поврежден настолько, что часть этого слоя образует слой (107), который имеет более низкую проводимость, чем изначальный слой (104). Слой (107) может представлять собой окисленный слой электрода И/С. Этот слой 107 может проходить по всей контактной поверхности между слоем (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106) и таким образом увеличивать контактное сопротивление между слоем (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106).
На фиг. 2 представлен слоистый материал TFT предыдущего уровня техники, похожий на представленный на фиг. 1, за исключением того, что отсутствует буферный слой (105). В этих условиях вышеупомянутый слой (107) может иметь протяженность по всей обратной от подложки поверхности слоя (104) электрода И/С, также достигая стыка между слоем (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106). В этих условиях контактное сопротивление между слоем (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106) увеличивается вследствие наличия слоя (107).
Изобретатели неожиданно обнаружили, что недостаток, связанный с контактным сопротивлением между слоем (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), устраняется путем предоставления несущего инжекционного слоя (103) в нижней части слоя (104) электрода истока/стока, причем полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с изолирующим слоем (102) затвора, инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С.
В одном аспекте настоящее изобретение, таким образом, относится к тонкопленочному транзистору (TFT), содержащему подложку (100) со слоем (101) электрода затвора, наложенным и структурированным на нем, и изолирующим слоем (102) затвора, наложенным на слой электрода затвора и подложку, отличающемуся тем, что TFT дополнительно содержит (i) несущий инжекционный слой (103), расположенный выше изолирующего слоя затвора, (ii) слой (104) электрода истока/стока (И/С), наложенный на несущий инжекционный слой, и (iii) полупроводниковый слой (106), причем TFT структурирован так, что полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем затвора, несущим инжекционным слоем и слоем электрода И/С.
Термин «тонкопленочный транзистор (TFT)» согласно настоящему изобретению относится к полупроводниковому слоистому материалу, который содержит по меньшей мере 6 слоев, а именно, по меньшей мере, полупроводниковый слой (106), слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С и слой (100) подложки. В определенных вариантах осуществления он также содержит защитный слой, сквозное отверстие и пиксельный электрод.
Термин «расположенный выше» относится к положению определенного слоя в слоистом материале TFT и означает, что 1-й слой находится выше второго слоя в TFT, если его расстояние до слоя подложки больше, чем расстояние 2-го слоя до слоя подложки, причем 1-й и 1-й слои имеют одинаковую ориентацию относительно слоя подложки. Кроме того, термин включает расположения слоев, в которых 1-й слой расположен непосредственно над 2-м слоем, что означает, что два слоя непосредственно контактируют друг с другом, или что 1-й слой и 2-й слой отделены друг от друга по меньшей мере одним или несколькими дополнительными слоями.
Термин «наложенный на» в контексте слоя означает, что 1-й слой расположен выше 2-го слоя, причем1-й и 2-й слои находятся в прямом контакте друг с другом.
Термин «в прямом контакте» или «непосредственно контактирующий» означает, что определенный слой непосредственно контактирует с другим слоем, исключая возможность расположения между двумя слоями третьего слоя. Также этот термин включает прямой контакт, включающий несколько инжекционных слоев, находящихся в прямом контакте друг с другом, и/или несколько полупроводниковых слоев, находящихся в прямом контакте друг с другом, что приводит к прямому контакту между инжекционными слоями и полупроводниковыми слоями. В определенных вариантах осуществления прямой контакт между двумя слоями обеспечивает протекание тока между двумя слоями.
Термин «структурирование» в контексте настоящего изобретения означает изменение структуры одного или нескольких слоев всего TFT для получения определенной структуры слоя. Например, неструктурированный слой может быть структурирован с помощью фотолитографии и процесса травления для получения желаемых размера и структуры слоя, например, пары инжекционных слоев. Везде, где в данном документе приводится ссылка на структурирование с помощью фотолитографии и травления, следует понимать, что вместо них могут быть применены другие подходящие способы структурирования, включая, но без ограничения, фотолитографию, печать, включая струйную печать, лазерное структурирование и т.п. Другими словами, подразумевается и полностью охватывается настоящим изобретением, что все и каждый этап, описанный в данном документе как выполняемый фотолитографией и травлением, может аналогично быть выполнен любым другим подходящим способом структурирования, включая указанные выше.
Термин «слой подложки» или «подложка», которые в данном документе используются взаимозаменяемо, относится к слою, действующему в качестве носителя для полупроводникового слоистого материала.
Термин «слой электрода затвора» относится к электроду, который управляет потоком электрического тока из электрода истока через полупроводниковый слой к электроду стока.
Термин «изолирующий слой затвора» означает слой диэлектрического материала. Такой слой при рабочей температуре полупроводникового слоистого материала действует в качестве изолятора.
Термин «инжекционный слой» или «несущий инжекционный слой», которые в данном документе используются взаимозаменяемо, означает слой из материала или материалов, которые могут проводить электрический ток от слоя (слоев) электрода И/С к полупроводниковому слою или наоборот.
Термин «слои электрода истока и стока» относится к одному необязательно структурированному слою стека слоев, находящихся в прямом омическом контакте с полупроводниковым слоем TFT. Слой электрода И/С представляет собой слой из материала или материалов, которые, по меньшей мере, являются электропроводящими.
Термин «омический контакт» применяется для определения соответствующего контакта электрод – активный оксидный полупроводниковый слой. А именно, омический контакт может быть определен в качестве контакта, который имеет незначительное контактное сопротивление относительно объемного или распределенного сопротивления полупроводника, Sze, «Physics of Semiconductor Devices», второе издание, 1981, с. 304. Как дополнительно заявлено в данном документе, соответствующий омический контакт не будет существенно изменять производительность устройства, к которому он присоединен, и он может подавать любой требуемый ток со спадом напряжения, который является соответственно малым по сравнению со спадом на активной области устройства.
2
Термин «полупроводниковый слой» относится к активному оксидному полупроводниковому слою. В TFT полупроводниковый слоистый материал имеет подвижность носителей заряда от 1 до 50 см/В·с (измеренную при напряжении затвор-исток 50 В, напряжении исток-сток 50 В, ширине канала 1 см и длине канала 20 мкм), причем это может быть определено моделью «Постепенной аппроксимации канала». Для этого могут быть использованы уравнения для классических металл-оксид-полупроводниковых транзисторов, управляемых электрическим полем (MOSFET). В линейном диапазоне верно следующее:
D
i
GS
T
DS
DS
I=W/L C µ (U–U–U/2) U (1),
D
DS
GS
i
T
где I – это ток стока, U – напряжение исток-сток, U – напряжение исток-затвор, C – нормированная по площади емкость изолятора, W – ширина канала транзистора, L – длина канала транзистора, µ – подвижность носителей заряда и U – пороговое напряжение.
В области насыщения применима квадратичная зависимость между током стока и напряжением затвора, что в данном документе используется для определения подвижности носителей заряда:
D
i
GS
T
2
I=W/(2L) C µ (U–U) (2).
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) содержит по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, состоящей из оксида индия, галлия, цинка и/или олова.
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой содержит по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, состоящей из оксида индия, галлия, цинка и/или олова, и по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из сурьмы, гафния и алюминия.
2
2
3
2
3
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) по существу состоит из полупроводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из IGZO, ITZO, ITO, GZO, ZTO, IZO, IGO, AZO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO, оксида олова (SnO), оксида галлия (GaO), оксида индия (InO) и оксида цинка (ZnO).
2
3
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) по существу состоит из полупроводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из IGZO, ITZO, ITO, GZO, ZTO, IZO, оксида индия (InO) и оксида цинка (ZnO).
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой по существу состоит из ITO.
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой по существу состоит из IGO.
2
3
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой по существу состоит из оксида индия (InO).
Для дополнительного улучшения работы TFT полупроводниковый слой (106) может дополнительно содержать азот, фтор, хлор и/или кремний.
Обычно полупроводниковый слой (106) имеет толщину 1–100 нм, предпочтительно 5–30 нм.
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой имеет толщину 1–100 нм, предпочтительно 2–80 нм, более предпочтительно 5–30 нм.
Слой (100) подложки предпочтительно содержит стекло, кремний, диоксид кремния, оксид металла, оксид переходного металла, простой металл или полимерный материал, например, полиимид (ПИ), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиметилметакрилат (ПММА) или поликарбонат, или гибрид неорганических и органических компонентов, в частности, оксида кремния и полиимида.
Обычно подложка (100) имеет толщину 50 мкм – 0,7 мм. Подложка может во всех раскрытых в данном документе вариантах осуществления быть выбран из материалов, включающих, но без ограничения, стекло, пластмассовую фольгу, металлическую фольгу, бумагу и т.п.
Как правило, слой (101) электрода затвора содержит металл, предпочтительно выбранный из Al, Ti, Mo, Cu, Ag и/или Nd, или их стека или сплава, более предпочтительно стека из Mo/Al/Mo или Ti/Al/Ti.
Предпочтительно, слой (101) электрода затвора имеет толщину 50 нм – 500 мкм, предпочтительно 80–400 нм, более предпочтительно 100–350 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 300 нм.
Изолирующий слой (102) затвора согласно настоящему изобретению предпочтительно содержит или состоит из оксида или нитрида металла или оксида или нитрида переходного металла, в частности, диоксида и/или нитрида кремния, оксида алюминия, оксида гафния или оксида титана, полимерного материала, например, органического или неорганического полимера.
Кроме того, изолирующий слой (102) затвора предпочтительно имеет толщину 10 нм – 3 мкм, предпочтительно 50–1000 нм, более предпочтительно 100–500 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 300 нм.
В некоторых вариантах осуществления инжекционный слой (103) содержит проводник из оксида металла, выбранный из группы, состоящей из ITO, AZO, GZO, ATO, ZTO, IZO, IGO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO и FTO, предпочтительно ITO, AZO, ATO и FTO, более предпочтительно ITO и AZO.
Предпочтительно, инжекционный слой (103) по существу состоит из ITO.
Предпочтительно, инжекционный слой (103) имеет толщину 1 нм – 200 нм, предпочтительно 10–150 нм, более предпочтительно 20–100 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 30–90 нм.
В некоторых вариантах осуществления слой (104) электрода И/С содержит металл, предпочтительно выбранный из Al, Cu, Ag и/или Nd, или их стека или сплава.
В различных вариантах осуществления слой (104) электрода И/С по существу состоит из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Cu, Ag и/или Nd, или их стека или сплава, предпочтительно Al и/или Cu.
Как правило, слой (104) электрода И/С имеет толщину 10 нм – 1 мкм, предпочтительно 100–300 нм.
Под термином «металл» в данном документе понимаются металлы, полуметаллы и переходные металлы. Соответственно, термин «оксид металла» относится к оксидам металлов, полуметаллов и переходных металлов.
Получающийся в результате слоистый материал TFT обладает значительно пониженным контактным сопротивлением между слоем электрода И/С и полупроводниковым слоем, что приводит к увеличению тока включения и подвижности электронов.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) расположен выше несущего инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С. Это означает, что по меньшей мере часть полупроводникового слоя (106) расположена выше несущего инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С. Другие части полупроводникового слоя могут быть расположены в слоистом материале TFT так, что полупроводниковый слой имеет то же расстояние до слоя подложки, что и несущий инжекционный слой (103) и слой (104) электрода И/С, причем полупроводниковый слой, несущий инжекционный слой и слой электрода И/С имеют одинаковую ориентацию относительно слоя подложки.
В различных вариантах осуществления TFT находится в конфигурации с нижним затвором и нижним контактом.
Термин “конфигурация с нижним затвором» или “конфигурация с верхним затвором» используется в связи с TFT в зависимости от того, расположен ли слой электрода затвора относительно положения слоя подложки ниже или выше слоя электрода И/С. В случае, если слой электрода затвора расположен ниже слоя электрода И/С, говорят о конфигурации с нижним затвором, тогда как в случае, если слой электрода затвора расположен выше слоя электрода И/С, это называют конфигурацией с верхним затвором.
Термины «нижний контакт» и «верхний контакт» также относятся к конфигурации слоистого материала TFT. В конфигурации с «верхним контактом» по меньшей мере часть слоя электрода И/С непосредственно контактирует с полупроводниковым слоем сверху, то есть на обратной от подложки поверхности. Альтернативно, слой электрода И/С расположен горизонтально на том же расстоянии до подложки, что и полупроводниковый слой, и контактирует с полупроводниковым слоем через боковую поверхность. В случае конфигурации с «нижним контактом» по меньшей мере часть полупроводникового слоя контактирует с обратной от подложки поверхностью слоя электрода И/С.
Термин «боковая поверхность» относится в определенных вариантах осуществления к поверхности слоя, где поверхность не параллельна слою подложки TFT. Как правило, боковая поверхность слоя имеет меньшую площадь поверхности, чем поверхность слоя, которая параллельна слою подложки. Так же, как правило, продольная ось через соответствующий слой более или менее перпендикулярна боковой поверхности слоя.
В некоторых вариантах осуществления несущий инжекционный слой (103) накладывают на изолирующий слой (102) затвора. Это означает, что имеется прямой контакт между изолирующим слоем затвора и несущим инжекционным слоем. Однако в определенных вариантах осуществления дополнительные слои могут быть расположены между инжекционным слоем и изолирующим слоем затвора, пока полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем затвора, инжекционным слоем и слоем электрода И/С.
Иллюстративный неограничительный пример TFT согласно настоящему изобретению можно увидеть на фиг. 3. По сравнению со сборкой слоя, представленной на фиг. 2, TFT согласно настоящему изобретению содержит дополнительный инжекционный слой (103). Если образуется слой (107), который увеличивает контактное сопротивление между слоем (104) электрода истока/стока и полупроводниковым слоем (106), инжекционный слой (103) обеспечивает непрямой поток тока от слоя (104) электрода истока/стока к полупроводниковому слою (106) и vice versa и тем самым уменьшает контактное сопротивление.
Кроме того, изобретатели обнаружили, что еще большим преимуществом является, если вышеуказанный инжекционный слой (104) объединить с защитным слоем (105), расположенным поверх слоя (104) электрода истока/стока, для предотвращения вышеупомянутого повреждения слоя (104) электрода истока/стока во время процесса отжига слоистого материала. Таким образом, сочетание инжекционного и защитного слоев дополнительно повышает проводимость слоистого материала и получающихся TFT устройств.
В различных вариантах осуществления TFT дополнительно содержит защитный слой (105), причем защитный слой наложен на слой электрода И/С.
Термин «защитный слой» относится к слою полупроводникового слоистого материала, предотвращающему повреждение слоя электрода И/С. А именно, защитный слой предотвращает окисление слоя электрода И/С во время сборки TFT, в частности во время травления слоя электрода И/С и предоставления полупроводникового слоя.
В определенных вариантах осуществления защитный слой (105) содержит проводник из оксида металла и/или металл, предпочтительно выбранный из Mo, Ti, Ta и Cr, более предпочтительно Mo и Ti.
В различных вариантах осуществления защитный слой (105) имеет толщину 1 нм – 5 мкм, предпочтительно 5–100 нм, более предпочтительно 15–70 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 60 нм.
Предпочтительно, защитный слой (105) по существу состоит из металла, предпочтительно выбранного из группы, состоящей из Mo, Ti, Ta и Cr, более предпочтительно Mo и Ti, или проводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из ITO, AZO, GZO, ATO, ZTO, IZO, IGO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO и FTO, предпочтительно ITO, AZO, ATO и FTO, более предпочтительно ITO и AZO.
В некоторых вариантах осуществления TFT дополнительно содержит защитный слой (105), причем защитный слой наложен на слой электрода И/С и полупроводниковый слой (106) наложен и структурирован на защитном слое.
В различных вариантах осуществления TFT дополнительно содержит пассивирующий слой (108), причем пассивирующий слой наложен на полупроводниковый слой (106) и/или на защитный слой (105), если TFT содержит защитный слой. В зависимости от ориентации TFT пассивирующий слой может быть самым верхним слоем TFT и может быть наложен (i) на полупроводниковый слой (106) и защитный слой (105); или (ii) защитный слой (105); или (iii) защитный слой (105) и слой (109) останова травления. Пассивирующий слой (108) может иметь толщину 300–3000 нм.
В различных вариантах осуществления TFT дополнительно содержит функционализирующий слой (107), наложенный на полупроводниковый слой (106) и необязательно защитный слой (105), в зависимости от ориентации и структуры TFT. В таких вариантах осуществления функционализирующий слой (107) может быть расположен (i) между пассивирующим слоем (108) с одной стороны и полупроводниковым слоем (106) и необязательно защитным слоем (105) с другой стороны. Функционализирующий слой может иметь толщину от 5 до 100 нм, предпочтительно 5–30 нм. Как правило, функционализирующий слой (107) имеет толщину 1–500 нм, предпочтительно 5–200 нм. Предпочтительно, функционализирующий слой (107) по существу состоит из изолятора из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, нитрида кремния, оксида иттрия, оксида галлия, оксида гафния, оксида титана, оксида магния, оксида щелочных металлов, оксида щелочноземельных металлов и их смесей. Наиболее предпочтительно, функционализирующий слой (107) по существу состоит из оксида алюминия, оксида иттрия и оксида титана.
Термин «стек (слоев)», как используется в данном документе в связи с одним из слоев, относится к слою, который сам снова состоит из более чем одного отдельного слоя. Таким образом, стек слоев может включать 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более слоев, наложенных один поверх другого и вместе образующих один из слоев, как определено в данном документе. Разные слои стека могут иметь разный состав и толщину.
Термин «пассивирующий слой» означает слой, покрывающий полупроводниковый слой, который служит для увеличения механической устойчивости и защиты полупроводникового слоистого материала.
x
x
x
x
В некоторых вариантах осуществления пассивирующий слой содержит SiO или SiN, тогда как в дополнительных вариантах осуществления пассивирующий слой по существу состоит из SiO или SiNс x = 0,1–3.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С.
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) непосредственно контактирует с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С, и контакт полупроводникового слоя (106) с боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С происходит выше контакта полупроводникового слоя (106) с боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103).
В определенных вариантах осуществления (см. фиг. 4) слоистый материал TFT согласно настоящему изобретению содержит слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С и полупроводниковый слой (106). Полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и полупроводниковым слоем (106) имеет место ниже контакта между боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть слоистого материала TFT.
В качестве не ограничительного варианта осуществления, как представлено на фиг. 4, слоистый материал TFT согласно настоящему изобретению может содержать слой (100) подложки, электрод (101) затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С и полупроводниковый слой (106). Полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой (100) подложки образует нижнюю часть слоистого материала TFT. Следует отметить, что в этом варианте осуществления полупроводниковый слой контактирует с боковыми поверхностями слоя электрода И/С и инжекционного слоя, но не проходит выше слоя (104) электрода И/С. Таким образом, полупроводниковый слой не контактирует с обратной от подложки поверхностью проводящего слоя.
Следует отметить, что фиг. 4 приведена в данном документе лишь с иллюстративной целью, и ее не следует рассматривать как ограничение вариантов осуществления. Например, слой (104) электрода И/С, представленный на фиг. 4, также может проходить вверх до вертикальной части дальше от слоя подложки, чем самая дальняя часть полупроводникового слоя (106). Кроме того, в определенных вариантах осуществления слой (104) электрода И/С может дополнительно контактировать с полупроводниковым слоем (106) сверху, что означает, что проводящий слой контактирует с обратной от подложки поверхностью активного оксидного полупроводникового слоя.
Кроме того, в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения слоистый материал TFT похож на предыдущий вариант осуществления за исключением того, что полупроводниковый слой проходит выше слоя (104) электрода И/С (см. фиг. 5). Такой слоистый материал содержит слой (100) подложки, электрод (101) затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С и полупроводниковый слой (106). Полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой подложки образует нижнюю часть слоистого материала. Кроме того, как упомянуто выше, полупроводниковый слой (106) может проходить от изолирующего слоя (102) затвора выше слоя (104) электрода И/С.
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) находится в контакте с обратной от подложки поверхностью слоя (104) электрода И/С или, если TFT содержит защитный слой (105), полупроводниковый слой (106) находится в контакте с обратной от подложки поверхностью защитного слоя.
В различных вариантах осуществления TFT содержит защитный слой (105), причем защитный слой расположен выше слоя (104) электрода И/С.
В некоторых вариантах осуществления TFT дополнительно содержит защитный слой (105), причем защитный слой расположен выше слоя (104) электрода И/С и причем полупроводниковый слой (106) проходит от изолирующего слоя (102) затвора выше защитного слоя.
Например, описанный в данном документе слоистый материал TFT согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать защитный слой (105) (см. фиг. 6). Такой TFT содержит слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С, защитный слой (105) и полупроводниковый слой (106). Полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакт между боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и полупроводниковым слоем (106) происходит ниже контакта между боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой подложки образует нижнюю часть слоистого материала. Кроме того, полупроводниковый слой (106) проходит от изолирующего слоя (102) затвора выше защитного слоя (105).
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) не расположен ниже слоя (104) электрода И/С или инжекционного слоя (103). Соответственно, конфигурации TFT, в которых полупроводниковый слой (106) находится выше инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С и расположен ниже этих двух слоев, исключаются из настоящего изобретения.
В различных вариантах осуществления TFT дополнительно содержит пиксельный электрод.
В определенных вариантах осуществления по меньшей мере часть инжекционного слоя может быть ориентирована в плоскости, по существу параллельной плоскости полупроводникового слоя. Инжекционный слой может частично или полностью иметь одинаковое протяжение со смежным слоем электрода И/С.
Во всех вариантах осуществления, раскрытых в данном документе, полупроводниковый слоистый материал вместо слоя электрода И/С и инжекционного слоя может содержать пару слоев электрода И/С и пару инжекционных слоев. Варианты осуществления, дополнительно содержащие защитный слой, таким образом, представлены как содержащие пару защитных слоев, если также имеются пара инжекционных слоев и пара слоев электрода И/С.
Соответственно, в некоторых вариантах осуществления TFT содержит пару инжекционных слоев (103), которые расположены горизонтально в TFT на одинаковом расстоянии относительно слоя (100) подложки, и причем два инжекционных слоя отделены друг от друга полупроводниковым слоем (106), и причем TFT содержит пару слоев (104) электрода И/С, которые расположены горизонтально в TFT на одинаковом расстоянии относительно слоя (100) подложки, и причем два слоя (104) электрода И/С отделены друг от друга полупроводниковым слоем (106), и причем пара слоев (104) электрода И/С расположена выше и в прямом контакте с парой инжекционных слоев (103).
Термин «пара слоев» относится к двум слоям в полупроводниковом слоистом материале, которые могут быть получены из одного структурируемого слоя, например, с помощью фотолитографии и травления, приводящим в результате к образованию промежутка в слое и образованию двух отдельных слоев. Каждый слой пары слоев, как правило, имеет одинаковое расстояние до слоя подложки.
Термин «горизонтально расположенный в полупроводниковом слоистом материале на одинаковом расстоянии относительно по меньшей мере одного слоя подложки» относится к признаку пары слоев, а именно к тому факту, что они имеют одинаковый горизонтальный профиль и расстояние до слоя подложки.
Термин «отделенные друг от друга полупроводниковым слоем» означает, что два слоя отделены друг от друга промежутком и что полупроводниковый слой расположен в промежутке между двумя слоями, причем наличие полупроводникового слоя не ограничено протяженностью промежутка.
Для примера, слоистый материал TFT согласно настоящему изобретению может содержать слой (100) подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, пару инжекционных слоев (103), пару слоев (104) электрода И/С, пару защитных слоев (105) и полупроводниковый слой (106) (см. фиг. 7). Полупроводниковый слой (106) находится в прямом контакте с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103) и c) боковыми поверхностями пары слоев (104) электрода И/С. В этом варианте осуществления контакты между боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103) и полупроводниковым слоем (106) происходят ниже контактов между боковыми поверхностями пары слоев (104) электрода И/С и полупроводниковым слоем (106), причем слой подложки образует нижнюю часть слоистого материала. Кроме того, полупроводниковый слой (106) проходит от изолирующего слоя (102) затвора выше защитного слоя (105). В этой конфигурации пара слоев электрода И/С защищена, и обеспечен эффективный поток тока между слоями электрода И/С и полупроводниковым слоем (106).
В определенных вариантах осуществления слоистый материал TFT может дополнительно содержать слой из оксида металла, наложенный на обратной от подложки поверхности полупроводникового слоя (106), как описано в WO 2013/050221 A1. Этот слой из оксида металла может содержать оксид металла, выбранный из группы, состоящей из оксида галлия, оксида цинка, оксида олова, оксида гафния, оксида кремния, оксида алюминия, оксида титана, оксида щелочного металла, оксида щелочноземельного металла и их смесей. Все описание WO 2013/050221 A1, относящееся к композиции полупроводникового слоя и слоя из оксида металла, наложенного на него, включено в данный документ с помощью ссылки.
При использовании терминов «щелочной металл» или «щелочноземельный металл» всегда описываются все металлы, которые попадают в соответствующую группу. Это означает, что если конкретный вариант осуществления содержит щелочной металл или щелочноземельный металл, литий, натрий, калий, рубидий и/или цезий описываются как щелочной металл, а бериллий, магний, кальций, стронций и/или барий – как щелочноземельный металл.
Варианты осуществления слоистых материалов TFT согласно настоящему изобретению, включающие пассивирующий слой (108), как описано выше со ссылкой на WO 2013/050221, функционализирующий слой (107) и необязательно слой останова травления (ESL; 109), схематически представлены на фиг. 9–12. Эти варианты осуществления также образуют часть настоящего изобретения, без ограничения настоящего изобретения ими. Следует понимать, что все варианты осуществления, раскрытые выше, которые включают слои 101–106, могут дополнительно включать один или несколько из пассивирующего слоя (108), функционализирующего слоя (107) и ESL (109), например, в конфигурациях, подобных представленным на фиг. 9–12. Пассивирующий, функционализирующий слой и слой останова травления определяются так, как описано выше.
В дополнительном аспекте настоящее изобретение также относится к способу получения TFT.
А именно, настоящее изобретение относится к способу получения TFT, включающему этапы: предоставления подложки (100); наложения и структурирования электрода (101) затвора на подложке (100); наложения изолирующего слоя (102) затвора на электрод (101) затвора и подложку (100), отличающемуся тем, что способ дополнительно включает предоставление несущего инжекционного слоя (103), расположенного выше изолирующего слоя (102) затвора, предоставление слоя (104) электрода И/С, наложенного на несущий инжекционный слой (103) и предоставление полупроводникового слоя (106), причем TFT структурируют так, что полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С.
Термин «предоставление слоя» означает, что определенный слой реализован в слоистом материале TFT.
2
Как упомянуто выше, полупроводниковые слои понимаются здесь и далее как слои, имеющие подвижности заряда от 1 до 50 см/В·с для компонента с длиной канала 20 мкм и шириной канала 1 см при напряжении затвор-исток 50 В и напряжении исток-сток 50 В.
Как упомянуто выше, термин «структурирование» в контексте настоящего изобретения означает изменение структуры одного или нескольких слоев всего TFT для получения определенной структуры слоя. Например, неструктурированный слой может быть структурирован с помощью фотолитографии и процесса травления для получения желаемых размера и структуры слоя, например, пары инжекционных слоев или слоя электрода затвора. Альтернативно, могут быть использованы другие способы структурирования, такие как описаны выше.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) расположен выше несущего инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С.
Термин «наложение» в контексте способа согласно настоящему изобретению означает, что слой наращивают непосредственно на другом слое, так что два слоя находятся в прямом контакте друг с другом.
Наложение в контексте настоящего изобретения, таким образом, включает наложение соединений из твердой, газообразной или жидкой фазы на 1-й слой для образования 2-го слоя на 1-м слое.
Специалист хорошо знаком с подходящими способами для наложения одного слоя на другом.
Например, термин «наложение» включает печать, распыление, нанесение покрытия методом центрифугирования, нанесение покрытия окунанием и покрытие с помощью щелевой формы, вакуумное наложение, испарение и напыление. В этом контексте способы «печати» выбирают из группы, состоящей из, но без ограничения, флексографической / гравюрной печати, струйной печати, офсетной печати, цифровой офсетной печати и трафаретной печати. Также настоящее изобретение охватывает способы, основанные на наложении слоев из газообразной фазы.
Под термином «жидкая фаза» в контексте настоящего изобретения понимают те фазы, которые находятся в жидкой форме в условиях SATP (при стандартных температуре окружающей среды и давлении; T=25°C и p=1013 ГПа).
В определенных вариантах осуществления наложение выбирают из группы, состоящей из химического осаждения из паровой фазы CVD, напыления и осаждения из жидкой фазы.
Подготовка слоистых материалов TFT с помощью печатных процессов обеспечивает более низкие производственные затраты по сравнению со многими другими процессами, например, осаждением из паровой фазы (CVD), поскольку полупроводник может быть наложен здесь в непрерывном печатном процессе. Кроме того, при более низких рабочих температурах имеется возможность работы на гибких подложках, и можно (в частности, в случае очень тонких слоев и особенно в случае окисных полупроводников) получать оптическую прозрачность печатных слоев.
Наложение может включать этап контактного воздействия на 1-й слой твердой, газовой или жидкой фазой и дополнительные этапы для формирования желаемого слоя из наложенного соединения/композиции.
Термин «формирование слоя» относится к процессу, в котором формируется соответствующий слой, например, из жидкой фазы или соединения, наложенного напылением. Документ WO 2013/050221 A1 раскрывает несколько способов и вариантов осуществления для формирования слоя, например, полупроводникового слоя. Все изложение этого документа настоящим включено с помощью ссылки.
Например, формирование слоя может включать обработку электромагнитным излучением, например, обработку УФ/ИК/СВИК и/или тепловую обработку.
В определенных вариантах осуществления формирование слоя включает тепловую обработку при 100–900°C, предпочтительно при 100–800, 100–750, 100–500 или 150–350°C. Например, полупроводниковый слой может быть образован с помощью тепловой обработки при 100–400°C, предпочтительно при 150–350°C.
В особенности, наложение 2-го слоя из жидкой фазы на 1-м слое может включать наложение жидкой фазы на 1-м слое и формирование 2-го слоя на 1-м слое из жидкой фазы. Формирование 2-го слоя может включать УФ/ИК/СВИК и/или тепловую обработку.
В определенных вариантах осуществления жидкую фазу применяют в отсутствие кислородсодержащей атмосферы, воздуха и/или уменьшенной влажности. В других вариантах осуществления жидкая фаза может быть применена при защитном газе.
В различных вариантах осуществления жидкая фаза содержит по меньшей мере один органический растворитель. Подходящие растворители выбирают из слабо протонных и беспротонных растворителей, в частности, растворителей, выбранных из группы бесполюсного беспротонного растворителя. В различных вариантах осуществления органический растворитель является по существу безводным.
В этом контексте термин «фотолитография» означает способ, с помощью которого один или несколько слоев слоистого материала TFT структурируют литографическим способом с помощью фоторезиста. Например, фоторезист образуют на слое и структурируют, подвергая его воздействию света через фотомаску, после чего производят травление слоя или слоев, на которых образован слой фоторезиста.
Термин «травление» относится к удалению слоев с поверхности слоистого материала TFT во время изготовления. Травление является крайне важным элементом обработки, и каждый слоистый материал TFT проходит много этапов травления до его завершения. Крайне важно, чтобы определенные слои или части слоев были защищены от вещества травления «маскирующим» материалом, который не поддается травлению. В некоторых случаях маскирующий материал представляет собой фоторезист, которые был структурирован с помощью фотолитографии.
В целом, термин «процесс травления» включает сухое травление и влажное травление. Соответственно, если структурирование включает процесс травления, структурирование выполняют или сухим травлением, или влажным травлением.
Термин «сухое травление» относится к удалению материала, как правило, маскированной структуры полупроводникового материала, путем бомбардировки материала ионами, например, плазмой химически активных газов, таких как фторуглероды, кислород, хлор, хлорид бора, иногда с добавлением азота, аргона, гелия и других газов, которые удаляют части материала с открытой поверхности.
Термин «влажное травление» представляет процесс травления, который использует жидкие химические вещества или вещества травления для удаления материалов со слоистого вещества TFT, обычно в специальных структурах, определенных масками фоторезиста на слоистом материале. Материалы, не покрытые этими масками, «вытравливаются» химическими веществами, тогда как покрытые масками остаются практически нетронутыми. Эти маски накладывают на слоистый материал на более раннем этапе производства слоев, называемом «фотолитографией», как упомянуто выше.
x
x
x
Термин «слой останова травления» (ESL) (109) относится к слою, который может быть наложен поверх полупроводникового слоя для защиты полупроводникового слоя от какого-либо повреждения во время дополнительных этапов обработки, например, травления. ESL, как правило, имеет толщину от 50 до 200 нм. Материалы, подходящие для ESL, включают, но без ограничения, SiO, SiN, AlO и органические соединения, а также их смеси и стеки.
Специалисту известны способы предыдущего уровня техники, с помощью которых можно из жидкой фазы, содержащей по меньшей мере один предшественник оксида металла, сформировать слой оксида металла, имеющий желаемую толщину пленки. Достаточным, например, является простой ряд разведений. Толщина полученного слоя может быть определена с помощью эллипсометрии (M. Schubert: Infrared Ellipsometry on semiconductor layer structures: phonons, plasmon and polariton In: Springer Tracts in Modern Physics 209, Springer-Verlag, Berlin, 2004), TEM, SEM or atomic force microscopy (G. Binnig, CF Quate, C. Gerber: Atomic force microscope, журнал Physical Review Letters. 56, 1986, с. 930–933). На основе этого специалист может определить дополнительные параметры, такие как объем образца, концентрацию соединения и, при необходимости, плотность частиц в жидкой фазе, которые позволяют получить желаемую толщину слоя. Например, полупроводниковый слой (106) может содержать оксид металла или предшественники оксида металла, и специалист имеет возможность определить необходимый объем для применения и концентрацию оксида металла или предшественника оксида металла в образце, и, при необходимости, плотность частиц в жидкой фазе, которые позволяют получить желаемую толщину слоя оксида металла.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) расположен выше несущего инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С.
Кроме того, электрод затвора обычно предоставляют на подложке путем наложения слоя электрода затвора на подложке. Затем слой электрода затвора структурируют, например, с помощью фотолитографии и травления.
Поэтому, в некоторых вариантах осуществления наложение и структурирование электрода затвора включает фотолитографию и процесс травления. Альтернативно, могут быть применены другие способы структурирования, включая, но без ограничения, фотолитографию, печать, включая струйную печать, лазерное структурирование и т.п.
В определенных вариантах осуществления затем накладывают изолирующий слой (102) затвора на слой электрода затвора и подложку.
Наложение изолирующего слоя затвора на электрод затвора и подложку может включать химическое осаждение из паровой фазы (CVD) изолирующего слоя затвора.
Как правило, на следующем этапе на изолирующий слой затвора предоставляют инжекционный слой (103). Предоставление несущего инжекционного слоя (103) может включать напыление несущего инжекционного слоя поверх изолирующего слоя (102) затвора. За этим может следовать наложение слоя (104) электрода И/С на инжекционный слой (103). Наложение слоя (104) электрода И/С на несущий инжекционный слой (103) может включать напыление слоя (104) электрода И/С. Структурирование TFT может включать фотолитографию и травление инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С на одном этапе.
В определенных вариантах осуществления защитный слой (105) наложен на слое (104) электрода И/С. В случае, если TFT содержит защитный слой, структурирование TFT может включать фотолитографию и травление инжекционного слоя (103), слоя (104) электрода И/С и защитного слоя (105) на одном этапе.
В определенных вариантах осуществления предоставление инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С включает структурирование инжекционного слоя (103) и слоя (104) электрода И/С, например, с помощью фотолитографии и травления, обеспечивающее в результате формирование пары инжекционных слоев и пары слоев электрода И/С.
В некоторых вариантах осуществления наложение инжекционного слоя (103) может включать наложение инжекционного слоя с помощью растворения или вакуумного процесса, например, с помощью покрытия методом центрифугирования, покрытия с помощью щелевой формы, испарения или напыления.
В дополнительных вариантах осуществления наложение слоя (104) электрода И/С на инжекционный слой (103) может включать наложение слоя электрода И/С с помощью растворения или вакуумного процесса, например, с помощью покрытия методом центрифугирования, покрытия с помощью щелевой формы, испарения или напыления.
Кроме того, предоставление полупроводникового слоя (106) может включать наложение полупроводникового слоя с помощью напыления, покрытия методом центрифугирования или покрытия с помощью щелевой формы. Также предоставление полупроводникового слоя (106) включает структурирование полупроводникового слоя, например, с помощью фотолитографии и травления.
В некоторых вариантах осуществления способ включает предоставление защитного слоя (105), и предоставление инжекционного слоя (103), слоя (104) электрода И/С и защитного слоя (105) включает структурирование инжекционного слоя (103), слоя (104) электрода И/С и защитного слоя (105), например, с помощью фотолитографии и травления, обеспечивающее в результате формирование пары инжекционных слоев, пары слоев электрода И/С и пары защитных слоев (105).
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления предоставление несущего инжекционного слоя (103) включает наложение несущего инжекционного слоя (103) на изолирующий слой (102) затвора. С другой стороны, в определенных вариантах осуществления инжекционный слой (103) может быть наложен на слой, покрывающий изолирующий слой (102) затвора.
Изобретатели настоящего изобретения обнаружили, что сочетание инжекционного слоя ниже слоя электрода И/С и защитного слоя, наложенного на обратную от подложки поверхность слоя электрода И/С, улучшает проводящие свойства TFT.
Следовательно, способ может дополнительно включать предоставление защитного слоя (105), причем защитный слой накладывают на слой электрода И/С.
В некоторых вариантах осуществления способ включает предоставление защитного слоя (105), причем защитный слой накладывают на слой электрода И/С, и полупроводниковый слой (106) накладывают и структурируют на защитном слое. Это означает, что часть полупроводникового слоя накладывают на обратную от подложки поверхность защитного слоя (105).
В некоторых вариантах осуществления в одном способе структурирования, включающем, например, фотолитографию и травление, формируют пару инжекционных слоев (103) и пару электродов (104) И/С, причем каждый элемент пары слоев находится в контакте с одним элементом другой пары слоев. В случае, если процесс включает наложение защитного слоя (105) на слой электрода И/С, в том же способе структурирования, включающем, например, фотолитографию и травление, формируют пару защитных слоев (105). Также каждый элемент пары защитных слоев контактирует с одним элементом пары слоев (104) электрода И/С и каждый элемент из слоев (104) электрода И/С контактирует с одним из пары инжекционных слоев (103). Процесс структурирования формирует промежуток между парой слоев.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления способ включает предоставление полупроводникового слоя (106) так, что он непосредственно контактирует с a) изолирующим слоем (102) затвора, b) боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103) и c) боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С.
В определенных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставляют так, что контакт полупроводникового слоя (106) с боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С происходит выше контакта полупроводникового слоя (106) с боковой поверхностью несущего инжекционного слоя (103).
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой расположен между парой инжекционных слоев (103) и парой слоев (104) электрода И/С и не проходит выше пары слоев электрода И/С. Такая конфигурация может быть представлена на фиг. 4, где полупроводниковый слой не контактирует с обратной от подложки поверхностью слоев электрода И/С.
Полупроводниковый слой (106) накладывают на эту сборку слоев. Полупроводниковый слой (106) накладывают на эту сборку так, что он непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, парой инжекционных слоев (103) и парой слоев (104) электрода И/С.
В различных вариантах осуществления предоставление полупроводникового слоя (106) включает наложение полупроводникового слоя (106) с отделением пары инжекционных слоев друг от друга полупроводниковым слоем (106) и отделением пары слоев (104) электрода И/С друг от друга полупроводниковым слоем (106), и причем пара слоев (104) электрода И/С расположена выше и в прямом контакте с парой инжекционных слоев (103).
В определенных вариантах осуществления предоставление полупроводникового слоя (106) включает наложение полупроводникового слоя (106) с отделением пары инжекционных слоев друг от друга полупроводниковым слоем (106), отделением пары слоев (104) электрода И/С друг от друга полупроводниковым слоем (106) и отделением пары защитных слоев (105) друг от друга полупроводниковым слоем (106), и причем пара защитных слоев (105) расположена выше и в прямом контакте с парой слоев (104) электрода И/С, и пара слоев (104) электрода И/С расположена выше и в прямом контакте с парой инжекционных слоев (103).
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора и контактирует с боковой поверхностью каждого из слоев пары инжекционных слоев (103) и боковой поверхностью каждого из слоев пары слоев (104) электрода И/С. Таким образом, контакт между полупроводниковым слоем и парой слоев электрода И/С может происходить выше контакта полупроводникового слоя с парой инжекционных слоев (103). В особенности контакт полупроводникового слоя (106) с боковыми поверхностями слоев электрода И/С может происходить выше контакта полупроводникового слоя с боковыми поверхностями инжекционных слоев (103). Разумеется, контакты полупроводникового слоя (106) с боковыми поверхностями пары слоев (104) электрода И/С и боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103) могут происходить выше контакта с изолирующим слоем (102) затвора.
В некоторых вариантах осуществления процесс травления для получения слоя (101) электрода затвора, пары электродов (104), пары инжекционных слоев (104) и пары защитных слоев (105) представляет собой или сухое или влажное травление; процесс травления для получения полупроводникового слоя (106) и слоя пиксельного электрода представляет собой влажное травление; и/или процесс травления для формирования сквозного отверстия представляет собой сухое травление.
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставляют так, что полупроводниковый слой (106) не расположен ниже слоя (104) электрода И/С или инжекционного слоя (103). Это означает, что хотя полупроводниковый слой контактирует с инжекционным слоем (103), слоем (104) электрода И/С и изолирующим слоем (102) затвора, он не контактирует ни с инжекционным слоем (103), ни со слоем (104) электрода И/С на поверхности, обращенной к подложке.
В определенных вариантах осуществления TFT содержит защитный слой (105), причем защитный слой расположен выше слоя (104) электрода И/С.
В случае если слоистый материал TFT содержит защитный слой (105), и после структурирования пары защитных слоев (105) полупроводниковый слой (106) может также контактировать с боковыми поверхностями пары защитных слоев (105). Контакт с боковыми поверхностями пары защитных слоев может происходить выше контакта полупроводникового слоя с боковыми поверхностями пары слоев электрода И/С и боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103) и контакта с изолирующим слоем (102) затвора.
Однако в дополнительных вариантах осуществления полупроводниковый слой, расположенный выше слоя (104) электрода И/С и инжекционного слоя (103), означает, что он наложен на пару слоев электрода И/С. Если способ включает наложение защитного слоя на слой (104) электрода И/С, расположение полупроводникового слоя выше слоя электрода И/С означает наложение полупроводникового слоя на защитный слой (105), который наложен на слой электрода И/С. Таким образом, полупроводниковый слой располагают выше слоя (104) электрода И/С без прямого контакта через обратную от подложки поверхность слоя (104) электрода И/С, если между этими двумя слоями располагают защитный слой. Иначе полупроводниковый слой (106) и слой электрода И/С непосредственно контактируют друг с другом через обратную от подложки поверхность слоя (104) электрода И/С. Размещение полупроводникового слоя может происходить на слоистом материале TFT после структурирования слоя электрода И/С и инжекционного слоя (103), и защитного слоя, если способ включает предоставление защитного слоя. Если полупроводниковый слой (106) размещен выше слоя И/С, что в этих обстоятельствах означает, что слой расположен так, например, как представлено на фиг. 5 и 6, где полупроводниковый слой проходит от изолирующего слоя (102) затвора выше слоя электрода И/С, причем полупроводниковый слой или контактирует со слоем электрода И/С на обратной от подложки поверхности (см. фиг. 5), или, если имеется защитный слой, полупроводниковый слой контактирует с обратной от подложки поверхностью защитного слоя (см. фиг. 6). Таким образом, в некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, контактирует с боковой поверхностью каждого из слоев пары инжекционных слоев (103) и боковой поверхностью каждого из слоев пары слоев (104) электрода И/С и обратной от подложки поверхностью слоя электрода И/С.
Соответственно, полупроводниковый слой (106) может быть предоставлен так, что полупроводниковый слой (106) находится в контакте с обратной от подложки поверхностью слоя (104) электрода И/С или, если TFT содержит защитный слой (105), полупроводниковый слой (106) находится в контакте с обратной от подложки поверхностью защитного слоя.
Тогда контакт между полупроводниковым слоем и парой слоев электрода И/С может происходить выше контакта полупроводникового слоя с парой инжекционных слоев (103). В особенности, контакт полупроводникового слоя (106) с боковыми поверхностями слоев электрода И/С может происходить выше контакта полупроводникового слоя с боковыми поверхностями инжекционных слоев (103). Разумеется, контакты полупроводникового слоя (106) с боковыми поверхностями пары слоев (104) электрода И/С и боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103) могут происходить выше контакта с изолирующим слоем (102) затвора.
В случае, если слоистый материал TFT содержит защитный слой (105), и после структурирования содержит пару защитных слоев (105) полупроводниковый слой (106) может также контактировать с боковыми поверхностями пары защитных слоев (105). Таким образом, полупроводниковый слой (106) может контактировать с обратной от подложки поверхностью пары защитных слоев (105), боковыми поверхностями пары защитных слоев (105), боковыми поверхностями пары слоев (104) электрода И/С, боковыми поверхностями инжекционных слоев (103) и изолирующим слоем (102) затвора. Контакт с боковыми поверхностями пары защитных слоев может происходить выше контакта полупроводникового слоя с боковыми поверхностями пары слоев электрода И/С и боковыми поверхностями пары инжекционных слоев (103) и контакта с изолирующим слоем (102) затвора. Такой TFT может быть представлен на фиг. 7.
В некоторых вариантах осуществления TFT дополнительно содержит защитный слой (105), причем защитный слой расположен выше слоя (104) электрода И/С и причем полупроводниковый слой (106) предоставлен так, что полупроводниковый слой (106) проходит от изолирующего слоя (102) затвора выше защитного слоя (см. фиг. 6).
Для обеспечения стабильности TFT слоистый материал TFT может включать пассивирующий слой (108). Следовательно, в некоторых вариантах осуществления способ согласно настоящему изобретению включает предоставление пассивирующего слоя (108). В таких вариантах осуществления слоистый материал TFT может дополнительно включать функционализирующий слой, расположенный между полупроводниковым слоем и пассивирующим слоем.
А именно, способ может дополнительно включать предоставление пассивирующего слоя (108), причем пассивирующий слой накладывают на полупроводниковый слой (106). Наложение пассивирующего слоя может включать покрытие с помощью CVD. При наличии функционализирующего слоя (107) этот слой может быть наложен на полупроводниковый слой, например, с помощью покрытия путем CVD, до того как на следующем этапе пассивирующий слой накладывают на указанный функционализирующий слой, как описано выше.
Кроме того, способ может включать предоставление сквозного отверстия. Сквозное отверстие может быть образовано с помощью фотолитографии и травления или других подходящих способов структурирования.
Также способ может включать предоставление пиксельного электрода. Предоставление пиксельного электрода может включать наложение пиксельного электрода напылением. Кроме того, предоставление пиксельного электрода включает структурирование наложенного пиксельного электрода, например, с помощью фотолитографии и травления.
В определенных вариантах осуществления слой электрода И/С или пара слоев (104) электрода И/С предоставлены содержащими металл, предпочтительно выбранный из Al, Cu, Ag и/или Nd, или их стека или сплава.
В различных вариантах осуществления слой электрода И/С или пара слоев (104) электрода И/С предоставлены по существу состоящими из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Cu, Ag и/или Nd, или их стека или сплава, предпочтительно Al и Cu. В некоторых вариантах осуществления слой электрода И/С или пара слоев (104) электрода И/С предоставлены по существу состоящими из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Mo, Cu или Nd, или их стека или сплава. Более предпочтительно, слой (104) электрода И/С предоставлен в качестве слоя, по существу состоящего из Al и/или Cu.
В определенных вариантах осуществления способ включает предоставление слоя электрода или пары слоев (104) электрода с толщиной 10 нм – 500 нм, предпочтительно 100–300 нм.
В некоторых вариантах осуществления предоставлен слой (101) электрода затвора, содержащий металл, предпочтительно выбранный из Al, Ti, Mo, Cu и/или Nd, или их стека или сплава.
В различных вариантах осуществления предоставлен электрод (101) затвора, по существу состоящий из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Mo, Cu, Ti или Nd, предпочтительно стека Mo/Al/Mo или Ti/Al/Ti. В некоторых вариантах осуществления слой (102) электрода затвора предоставлен по существу состоящим из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Mo, Cu или Nd, или их стека или сплава.
В дополнительных вариантах осуществления предоставлен слой (101) электрода затвора с толщиной 50 нм – 500 нм, предпочтительно приблизительно 300 нм.
В определенных вариантах осуществления предоставлены инжекционный слой или пара инжекционных слоев (103), содержащая проводник из оксида металла.
В различных вариантах осуществления предоставлены инжекционный слой или пара инжекционных слоев (103), по существу состоящая из проводника из оксида металла, по существу состоящего из ITO, AZO, GZO, ATO, ZTO, IZO, IGO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO или FTO. Предпочтительно, инжекционный слой (103) предоставляют по существу состоящим из ITO и/или AZO.
В некоторых вариантах осуществления инжекционный слой или пара инжекционных слоев (103) предоставлены с толщиной 1 нм – 200 нм, предпочтительно 20–100 нм.
В различных вариантах осуществления изолирующий слой (102) затвора предоставлен содержащим или состоящим из оксида металла или переходного металла, в частности, диоксида и/или нитрида кремния, оксида алюминия, оксида гафния или оксида титана, полимерного материала, например, органического или неорганического полимера.
В определенных вариантах осуществления изолирующий слой (102) затвора предоставлен с толщиной 10 нм – 3 мкм, предпочтительно 50–1000 нм, более предпочтительно 100–500 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 300 нм.
В некоторых вариантах осуществления слой (100) подложки предоставлен содержащим стекло, кремний, диоксид кремния, оксид металла, оксид переходного металла, простой металл или полимерный материал, например, полиимид (ПИ), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиметилметакрилат (ПММА) или поликарбонат, и гибрид неорганических и органических компонентов, в частности, оксида кремния и полиимида.
В определенных вариантах осуществления слой (100) подложки предоставлен с толщиной 50 мкм – 0,7 мм.
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставлен содержащим по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, состоящей из оксида индия, галлия, цинка и/или олова.
Необязательно, полупроводниковый слой также имеет доли неполного преобразования или неполного удаления возникающих побочных продуктов. Таким образом, полупроводниковый слой из оксида металла может все же иметь, например, карбеновые, галогеновые, алкоксидные и/или оксоалкооксидные соединения. Также полупроводниковый слой может иметь дополнительные металлы в простой или окисленной форме.
Формирование слоя из оксида металла может включать преобразование металла в оксид металла путем окисления или преобразование предшественника оксида металла в соответствующий оксид металла.
Например, если 2-й слой необходимо наложить на 1-й слой, наложение может включать наложение предшественника оксида металла на 1-й слой. После этого оксид металла 2-го слоя может быть образован из предшественника оксида металла.
Термин «предшественник оксида металла» в понимании настоящего изобретения относится к веществу или соединению, которое может быть преобразовано в оксид металла с помощью тепла или электромагнитного излучения, в присутствии или отсутствии кислорода или других окисляющих агентов. Примерами предшественников оксида металла являются простой металл, соли металлов, органометаллические соединения, такие как алкоксиды металлов и оксоалкоксиды металлов, которые специалистом могут быть преобразованы в соответствующий оксид металла.
Например, если 2-й слой необходимо наложить на 1-й слой, наложение может включать наложение жидкой фазы на 1-й слой, причем жидкая фаза содержит предшественник оксида металла. После наложения жидкой фазы на 1-й слой оксид металла 2-го слоя может быть образован путем преобразования предшественника оксида металла в соответствующий оксид металла. В этом случае формирование 2-го слоя может включать испарение жидкой фазы. Например, жидкая фаза может быть испарена с применением вакуума и/или тепловой обработки. Подходящие предшественники оксидов металла хорошо описаны в данной области техники, а следовательно достаточно известны. Дополнительные детали раскрыты в WO 2013050221 A1. Описание этого документа относительно предшественников оксидов металла и способов их преобразования в соответствующие оксиды металла настоящим включены с помощью ссылки. Кроме того, в WO 2010/094583 A1 и WO 2011/020792 A1 раскрыты подходящие предшественники металлов. Описание этих документов, таким образом, включено во всей их полноте.
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
В определенных вариантах осуществления предшественник оксида металла представляет собой органометаллическое соединение, необходимое для формирования слоя из оксида металла, содержит по меньшей мере один заместитель, выбранный из группы, состоящей из водорода, замещенного или незамещенного C алкила, замещенного или незамещенного C алкенила, замещенного или незамещенного C алкинила, замещенного или незамещенного C алкоксила, замещенного или незамещенного C арила, замещенного или незамещенного C гетероарила, замещенного или незамещенного C оксоалкоксила, замещенного или незамещенного C алкиларила, замещенного или незамещенного C аралкила, замещенного или незамещенного C алкилгетероарила, замещенного или незамещенного C циклоалкила и замещенного или незамещенного C гетероциклоалкила.
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
1-50
Заменители органометаллического соединения выбирают из группы, состоящей из C алкила, C алкенила, C алкинила, C алкоксила, C арила, C гетероарила, C оксоалкоксила, C алкиларила, C аралкила, C алкилгетероарила, C циклоалкила и C гетероциклоалкила.
В некоторых вариантах осуществления ораганометаллические соединения содержат по меньшей мере один галоген, выбранный из группы, состоящей из F, Cl, Br и I.
Термин «алкоксид металла» относится к соединению, состоящему из по меньшей мере одного атома металла по меньшей мере одного остатка согласно формуле -OR (R = органический остаток), и необязательно одного или нескольких дополнительных органических остатков -R, одного или нескольких галогеновых остатков и/или одного или нескольких остатков -OH или -OROH.
В отличие от алкоксидов металлов, оксоалкоксиды металлов имеют по меньшей мере один дополнительный остаток кислорода (оксо-остаток), который связан с по меньшей мере одним атомом металла или прямо, или посредством мостика.
1-15
1-10
x
1-15
1-10
3
x
2
3
x
2
2
3
x
3
2
x
3
3
x
3
2
x
Соответственно, в различных вариантах осуществления алкоксид металла или оксоалкоксид металла может представлять собой алкоксид/оксоалкоксид с по меньшей мере одной C алкоксильной или оксиалкилалкоксильной группой, в частности одной C алкоксильной или оксиалкилалкоксильной группой. Более предпочтительно, алкоксид и оксиалкилакилоксил металла представляют собой алкоксид и оксоалкоксид общей формулы M(OR), причем R представляет собой C алкильную или алкилоксиалкильную группу, более предпочтительно C алкильную или алкилоксиалкильную группу. При этом x представляет собой четное число, которое равно степени окисления металла (M). В определенных вариантах осуществления степень окисления металла в предшественнике вещества соответствует степени окисления металла в оксиде металла, образующем слой из оксида металла. Еще более предпочтительными являются алкоксиды металлов с формулой M(OCH), M(OCHCH), M(OCHCHOCH), M(OCH(CH)) или M(O(CH)). Также предпочтительным является M(OCH(CH)) (изопропилат металла). В случае, если для образования полупроводникового слоя выбран такой предшественник оксида металла, M может быть выбран из группы, состоящей из индия, галлия, цинка и олова.
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой предоставляют содержащим по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, состоящей из оксида индия, галлия, цинка и/или олова, и по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, состоящей из сурьмы, гафния и алюминия.
1-15
1-10
3
1-15
1-10
3
3
2
3
3
2
2
3
3
3
2
3
3
3
3
3
2
3
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой содержит по меньшей мере оксид индия и образован из по меньшей мере одного предшественника индия, в частности из по меньшей мере одного алкоксидного предшественника индия или оксоалкоксидного предшественника индия. Алкоксид индия или оксоалкоксид индия предпочтительно представляет собой алкоксид/оксоалкоксид индия (III). Более предпочтительно, это алкоксид/оксоалкоксид индия (III) с по меньшей мере одной C алкоксильной или оксиалкоксильной группой, в частности по меньшей мере одной C алкоксильной или оксиалкоксильной группой. Еще более предпочтительным является алкоксид/оксоалкоксид индия (III), имеющий алкоксид общей формулы In(OR), причем R представляет собой C алкильную или алкилоксиалкильную группу, более предпочтительно C алкильную или алкилоксиалкильную группу. Особо предпочтительными является алкоксид или оксоалкоксид индия (III) согласно общей формуле In(OCH), In(OCHCH), In(OCHCHOCH), In(OCH(CH)) или In(O(CH)). Наиболее предпочтительным является In(OCH(CH)) (изопропилат индия).
x
y
z
c
a
b
d
В определенных вариантах осуществления оксоалкоксид металла может быть использован в качестве металлоксидного предшественника, имеющего общую формулу MO(OR)[O(R′O)H]X[R"OH] с M = In, Ga, Sn и/или Zn. В случае, когда слой из оксида металла накладывают на полупроводниковый слой, и может быть использован оксоалкоксидный предшественник согласно вышеуказанной формуле, M = Ga, Sn, Zn, Al, Ti, Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Hf и/или Si. В любом случае x=3–25, y=1–10, z=3–50, a=0–25, b=0–20, c=0–1, d=0–25, R, R', R"=органический остаток, и X=F, Cl, Br или I.
В особенности, полупроводниковый слой (106) может быть образован из предшественника оксида металла, как описано выше (см. WO 2013050221 A1).
2
2
3
2
3
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставляют по существу состоящим из полупроводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из IGZO, ITZO, ITO, GZO, ZTO, IZO, IGO, AZO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO, оксида олова (SnO), оксида галлия (GaO), оксида индия (InO) и оксида цинка (ZnO).
2
3
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставляют по существу состоящим из полупроводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из IGZO, ITZO, ITO, GZO, ZTO, IZO, оксида индия (InO) и оксида цинка (ZnO).
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой предоставлен по существу состоящим из ITO.
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой предоставлен по существу состоящим из IGO.
2
3
В различных вариантах осуществления полупроводниковый слой предоставлен по существу состоящим из оксида индия (InO).
В различных вариантах осуществления способ включает предоставление полупроводникового слоя (106) с азотом, фтором, хлором и/или кремнием.
В некоторых вариантах осуществления полупроводниковый слой (106) предоставляют с толщиной 1–200 нм, предпочтительно 1–100 нм, более предпочтительно 1–50 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 10 нм.
В дополнительных вариантах осуществления способ включает предоставление защитного слоя или пары защитных слоев (105), содержащей проводник из оксида металла и/или металла, при этом металл предпочтительно выбирают из Mo, Ti, Ta и Cr, предпочтительно Mo и Ti.
В различных вариантах осуществления защитный слой или пара защитных слоев (105) предоставлены по существу состоящими из проводника из оксида металла, выбранного из группы, состоящей из ITO, AZO, GZO, ATO, ZTO, IZO, IGO, AZTO, HIZO, GTZO, GTO и FTO, предпочтительно ITO, AZO, ATO и FTO. Предпочтительно, защитный слой или пару защитных слоев (105) предоставляют по существу состоящими из ITO и/или AZO.
В некоторых вариантах осуществления защитный слой или пару защитных слоев (105) предоставляют с толщиной 10 нм – 500 нм, предпочтительно 50–100 нм.
В определенных вариантах осуществления способ согласно настоящему изобретению включает наложение слоя из оксида металла, наложенного на обратную от подложки поверхность полупроводникового слоя (106). Этот слой из оксида металла может представлять собой 2-й слой из оксида металла согласно описанию WO 2013/050221 A1 и дополнительно улучшать свойства проводимости TFT. Описание этого документа настоящим включено с помощью ссылки. Этот 2-й слой из оксида металла может содержать по меньшей мере один оксид металла, выбранный из группы, состоящей из оксида галлия, оксида цинка, оксида олова, оксида гафния, оксида кремния, оксида алюминия, оксида титана, оксидов щелочных металлов, оксидов щелочноземельных металлов или их смесей, и может быть образован из второй жидкой фазы, причем вторая жидкая фаза содержит по меньшей мере один оксид металла или по меньшей мере один предшественник оксида металла, причем металл выбирают из группы, состоящей из оксида галлия, оксида цинка, оксида олова, оксида гафния, оксида кремния, оксида алюминия, оксидов щелочных металлов, оксидов щелочноземельных металлов или их смесей, причем полупроводниковый слой (106) содержит по меньшей мере один оксид металла, который отличается от по меньшей мере одного оксида металла второго слоя.
Как правило, в способе согласно настоящему изобретению только 5 этапов фотолитографии и травления необходимо для производства TFT, содержащего слой подложки, слой (101) электрода затвора, изолирующий слой (102) затвора, инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С, полупроводниковый слой (106), пассивирующий слой (108) и необязательно функционализирующий слой (107), сквозное отверстие и слой пиксельного электрода. Этап фотолитографии включает применение фотомаски. Инжекционный слой и слой электрода И/С структурируют на одном этапе, что означает, что одной маски достаточно для выполнения способа структурирования, например, фотолитографии и травления, двух слоев. Включение защитного слоя (105) не увеличивает количество этапов фотолитографии и травления, поскольку инжекционный слой (103), слой (104) электрода И/С и защитный слой (105) структурируют на одном этапе структурирования, например, одном этапе фотолитографии и травления, с использованием одной и той же маски.
Часто способы производства TFT требуют применения 6 масок, особенно если TFT предоставляют в конфигурации с нижним затвором и верхним контактом. Каждое применение дополнительной маски/дополнительного этапа фотолитографии и травления значительно увеличивает затраты на производство TFT. Соответственно, способ согласно настоящему изобретению не только позволяет производить усовершенствованные TFT, которые являются более устойчивыми к условиям производства, например, высокотемпературной обработке во время производства, и демонстрируют улучшенные свойства проводимости, но также значительно упрощает процесс производства и сокращает затраты на производство TFT. TFT согласно настоящему изобретению имеют линию шины с высокой проводимостью для передачи сигнала. Кроме того, условия способа меньше препятствуют проводящим свойствам TFT, а именно этапы и условия способа оказывают меньшее воздействие на полупроводниковый слой.
Тем не менее, даже хотя TFT согласно настоящему изобретению и способы их производства относятся к TFT, которые лишены ухудшения свойств слоя электрода И/С, например, вследствие образования оксидного слоя 107, наложение полупроводникового слоя на слой электрода И/С и полупроводниковый слой, наложенный на слой электрода И/С, включает наложение полупроводника на слой, образованный из слоя электрода И/С. Таким образом, в определенных условиях наложение полупроводника происходит на слое 107, который образуется вследствие окисления электрода И/С, и TFT содержит полупроводник, наложенный на слой 107, который образуется вследствие окисления электрода И/С.
Как правило, способ производства TFT согласно настоящему изобретению включает предоставление подложки (100), наложение и структурирование электрода (101) затвора на подложке, причем наложение и структурирование электрода затвора включает этап фотолитографии и травления, наложение изолирующего слоя (102) затвора на электрод (101) затвора и подложку (100), предоставление несущего инжекционного слоя (103), расположенного выше изолирующего слоя (102) затвора, причем инжекционный слой предпочтительно накладывают на изолирующий слой затвора, предоставление слоя (104) электрода И/С, наложенного на несущий инжекционный слой (103), структурирование инжекционного слоя и слоя электрода И/С на одном этапе, причем структурирование инжекционного слоя и слоя электрода И/С включает этап фотолитографии и травления, предоставление полупроводникового слоя (106), предпочтительно наложение полупроводникового слоя на слой электрода И/С, структурирование полупроводникового слоя, причем структурирование полупроводникового слоя включает этап фотолитографии и травления, наложение пассивирующего слоя (108) и необязательно функционализирующего слоя (107) на полупроводниковый слой (106), образование сквозного отверстия в TFT, наложение слоя пиксельного электрода на TFT, за которым следует структурирование слоя пиксельного электрода, причем структурирование слоя пиксельного электрода включает этап фотолитографии и травления, причем TFT структурируют так, что полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С. Как правило, полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С.
В целом, наложение полупроводникового слоя на слой электрода И/С включает наложение полупроводникового слоя на слой электрода И/С и, если инжекционный слой и слой электрода И/С структурированы для получения в результате пары инжекционных слоев и пары слоев электрода И/С, дополнительно включает наложение полупроводникового слоя в промежутке между парой инжекционных слоев и парой слоев электрода И/С.
Если способ включает наложение защитного слоя (105) на слой электрода И/С, вышеуказанный способ сохраняет такое же количество этапов фотолитографии и травления, поскольку на таком же этапе структурируют инжекционный слой, слой электрода И/С и защитный слой. Единственным изменением к вышеописанному способу является то, что полупроводниковый слой (106) накладывают на защитный слой (105).
Разумеется, наложение полупроводникового слоя на слой электрода И/С включает наложение полупроводникового слоя на слой электрода И/С и, если инжекционный слой, слой электрода И/С и защитный слой структурированы для получения в результате пары инжекционных слоев, пары слоев электрода И/С и пары защитных слоев, дополнительно включает наложение полупроводникового слоя в промежутке между парой инжекционных слоев и парой слоев электрода И/С.
Таким образом, в различных вариантах осуществления TFT имеет конфигурацию с нижним затвором и нижним контактом.
TFT согласно настоящему изобретению, содержащие инжекционный слой, имеют дополнительный несущий путь переноса, который улучшает свойства проводимости TFT. В особенности, получают тонкопленочные транзисторы с высоким током включения. Кроме того, при таких условиях воздействие высокой температуры на слой электрода И/С во время изготовления TFT и сопутствующего окисления слоя электрода И/С не увеличивает эффективное удельное сопротивление. Кроме того, дополнительная реализация защитного слоя будет еще более защищать слой электрода И/С во время высокотемпературных процессов и, таким образом, предотвращать деформацию (бугорок) пленки, которая также оказывает негативное влияние на свойства проводимости TFT.
Однако в определенных вариантах осуществления TFT и способ согласно настоящему изобретению также могут относиться к TFT в конфигурации с нижним затвором и верхним контактом.
В таких вариантах осуществления способ включает предоставление подложки (100), наложение и структурирование электрода (101) затвора на подложке (100), причем наложение и структурирование электрода затвора включает этап фотолитографии и травления, наложение изолирующего слоя (102) затвора на электроде (101) затвора и подложке (100), предоставление полупроводникового слоя (106), причем полупроводниковый слой накладывают и структурируют на изолирующем слое (102) затвора, причем наложение и структурирование полупроводникового слоя включает этап фотолитографии и травления, предоставление слоя останова травления (ELS) на полупроводниковом слое, необязательно после наложения функционализирующего слоя (107) на полупроводниковом слое, включающее наложение и структурирование ESL на полупроводниковом слое, причем наложение и структурирование ESL включает этап фотолитографии и травления, предоставление несущего инжекционного слоя (103), расположенного выше изолирующего слоя (102) затвора, причем инжекционный слой накладывают на изолирующий слой затвора, предоставление слоя (104) электрода И/С, наложенного на несущем инжекционном слое (103) и полупроводниковом слое, структурирование инжекционного слоя и слоя электрода И/С на одном этапе, причем структурирование инжекционного слоя и слоя электрода И/С включает этап фотолитографии и травления, наложение пассивирующего слоя (108) на ESL и слое электрода И/С, образование сквозного отверстия в TFT, наложение слоя пиксельного электрода на TFT, после чего следует структурирование слоя пиксельного электрода, причем структурирование слоя пиксельного электрода включает этап фотолитографии и травления, причем TFT структурируют так, что полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, несущим инжекционным слоем (103) и слоем (104) электрода И/С. Как правило, полупроводниковый слой непосредственно контактирует с изолирующим слоем (102) затвора, боковой поверхностью инжекционного слоя (103) и боковой поверхностью слоя (104) электрода И/С.
Такой вариант осуществления включает шесть этапов фотолитографии и травления. Соответственно используют 6 масок.
Как правило, в таких вариантах осуществления инжекционный слой имеет толщину, которая меньше, чем толщина полупроводникового слоя. Кроме того, инжекционный слой предпочтительно не контактирует с обратной от подложки поверхностью полупроводникового слоя. Соответственно, контакт между инжекционным слоем и полупроводниковым слоем осуществляется через боковую поверхность инжекционного слоя. Если толщина инжекционного слоя меньше, чем у полупроводникового слоя, слой электрода И/С, который расположен на инжекционном слое, также контактирует с боковой поверхностью полупроводникового слоя.
В конкретных вариантах осуществления слой электрода И/С дополнительно контактирует с полупроводниковым слоем на обратной от подложки поверхности, таким образом обеспечивая в результате конфигурацию с верхним контактом.
Разумеется, такой TFT может также содержать защитный слой (105). В этом случае вышеописанный способ включает наложение защитного слоя на слой электрода И/С. После этого инжекционный слой, слой электрода И/С и защитный слой структурируют с помощью фотолитографии и травления. Кроме того, пассивирующий слой (108) накладывают на ESL и защитный слой (105).
Поскольку TFT и способ производства TFT в конфигурации с нижним затвором и верхним контактом являются технически более требовательными, преимущественным является производство TFT в конфигурации с нижним затвором и нижним контактом. Конфигурация с нижним затвором и верхним контактом является технически более требовательной, поскольку для нее необходимы дополнительные маски и этапы травления, и обработки с более высокой температурой, например, травление обратных каналов.
Таким образом, настоящее изобретение в особенности относится к TFT в конфигурации с нижним затвором и нижним контактом. В связи с этим для получения TFT в конфигурации с нижним контактом полупроводниковый слой (106) предпочтительно накладывают на слой (104) электрода И/С или защитный слой (105), если TFT содержит защитный слой.
В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к электронному устройству, содержащему TFT, который описан в данном документе, или TFT, полученный способом, который описан в данном документе.
В определенных вариантах осуществления электронное устройство представляет собой OLED, LED, сенсорный, TFT экран, чип RFID или солнечный элемент.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к применению TFT, который описан в данном документе, или TFT, полученному способом, который описан в данном документе, для электронного устройства.
В различных вариантах осуществления электронное устройство представляет собой OLED, LED, сенсорный, TFT экран, чип RFID или солнечный элемент.
2
Безводные композиции в контексте настоящего изобретения – это те, которые содержат менее 200 ppm HO. Соответствующие этапы высушивания, которые приводят к установлению соответствующего низкого содержания воды в растворителях, известны специалистам в данной области техники.
Термин «приблизительно» означает плюс или минус 10% от численного значения числа, с которым его используют. Следовательно, приблизительно 50% означает диапазон от 40% до 60%.
Термин «по существу состоит из» согласно настоящему изобретению означает, что нечто состоит из определенного соединения или композиции на 80%, 90%, 95%, 99% или 99.9%. В случае, если термин относится к слою из оксида металла, под процентами понимают весовые % (вес. %). При описании характеристик жидкой фазы или атмосферы процентное описание относится к объемным процентам (об. %).
Под «состоит из» понимают включение и ограничение того, что следует за фразой «состоит из». Таким образом, фраза «состоит из» указывает, что перечисленные элементы являются требуемыми или обязательными, и что не могут присутствовать никакие другие элементы.
Под «содержит» понимают включение, но без ограничения, того, что следует за словом «содержит». Таким образом, использование термина «содержит» указывает, что перечисленные элементы являются необходимыми или обязательными, но что другие элементы являются необязательными и могут присутствовать или не присутствовать.
Изобретения, описанные в данном документе для примера, могут соответствующим образом быть реализованы на практике в отсутствие любого элемента или элементов, ограничения или ограничений, конкретно не указанных в данном документе. Так, например, термины «содержит», «включает», «вмещает» и т.п. необходимо читать в экспансивном смысле и без ограничения. Кроме того, термины и выражения, использованные в данном документе, были использованы как термины описания, а не ограничения, и нет намерения использовать такие термины и выражения для исключения каких-либо эквивалентов представленных и описанных признаков или их частей, но подразумевается, что возможны различные модификации в рамках заявленного изобретения. Таким образом, следует понимать, что, хотя настоящее изобретение было специально описано с помощью предпочтительных вариантов осуществления и необязательных признаков, модификация и изменение изобретений, осуществленных ими, описанных здесь, могут быть реализованы специалистами в данной области техники, и что такие модификации и изменения считаются находящимися в рамках этого изобретения.
В данном документе настоящее изобретение было описано в широком и общем смысле. Каждый из более узких видов и подродовых группировок, попадающих в общее описание, также образует часть изобретения. Это включает родовое описание настоящего изобретения с условием или негативным ограничением, удаляющим любой предмет изобретения из рода, независимо от того, изложен или нет специально в данном документе исключенный материал.
Другие варианты осуществления находятся в рамках следующей формулы изобретения и не ограничительных примеров.
Все документы, процитированные в данном документе, таким образом включены во всей своей полноте с помощью ссылки.
Пример
Была использована копланарная структурная тонкая пленка, содержащая инжекционный слой толщиной 15 нм ITO/слой электрода истока-стока толщиной 70 нм Al/защитный слой толщиной 60 нм ITO и полупроводниковый слой толщиной 10 нм InO.
x
Затем была предоставлена подложка (100), и на ней с помощью напыления наложен слой электрода затвора (стек Mo/Al/Mo или Ti/Al/Ti). Затем слой (101) электрода затвора был структурирован с помощью фотолитографии и травления. После этого с помощью CVD на подложке и слое электрода затвора был образован изолирующий слой затвора (SiOx). Затем на изолирующий слой (102) затвора с помощью напыления был наложен инжекционный слой (103) из ITO толщиной 15 нм. На следующем этапе с помощью напыления был наложен слой электрода И/С (70 нм Al). Затем на слой (104) электрода И/С с помощью напыления был наложен защитный слой (105) из ITO толщиной 60 нм. Инжекционный слой, слой электрода И/С и защитный слой были структурированы на одном этапе с помощью фотолитографии и травления. После этого поверх с помощью напыления был наложен полупроводниковый слой из оксида индия толщиной 10 нм и структурирован с помощью фотолитографии и влажного травления. Затем с помощью CVD поверх был наложен пассивирующий слой (SiO). Сквозное отверстие было образовано с помощью фотолитографии и сухого травления. На следующем этапе слой пиксельного электрода из ITO был наложен с помощью напыления и структурирован с помощью фотолитографии и процесса влажного травления.
Для сравнительных экспериментов был создан подобный TFT, за исключением того, что не был образован инжекционный слой.
Два TFT были проанализированы в отношении их электронных свойств. На фиг. 8 видно, что ток включения и подвижность электронов тонкопленочного транзистора согласно настоящему изобретению, включающего инжекционный слой, гораздо больше, чем у транзистора без инжекционного слоя.