本發(fā)明涉及錫氧化物層的形成方法，更詳細地，涉及利用錫金屬靶在玻璃襯底上形成錫氧化物層的利用錫金屬靶形成錫氧化物層的方法。

背景技術：

目前，融合電子元件的功能與顯示元件的功能成為了信息通信技術(information technology)的趨勢中的一種。電子顯示裝置即為融合了這種電子元件的功能與顯示元件的功能的裝置。

尤其是，在如今的信息化社會中，電子顯示裝置的作用變得越來越重要，并且各種電子顯示裝置正廣泛地使用在各種產(chǎn)業(yè)領域中。這種電子顯示裝置的領域經(jīng)過不斷的發(fā)展，正持續(xù)地開發(fā)著具有符合多樣化的信息化社會需求的新功能的電子顯示裝置。

通常，電子顯示裝置是指通過視覺將多種信息傳達給人類的裝置。即，電子顯示裝置是指將從各種電子設備輸出的電子信息信號轉(zhuǎn)換為能夠用人類的視覺識別到的光信息信號的電子裝置，并且可稱之為連接人類與電子設備的橋梁。

對于這種電子顯示裝置而言，在光信息信號通過發(fā)光現(xiàn)象顯示時其被稱為發(fā)光型顯示裝置，而根據(jù)反射、散射、干涉現(xiàn)象等光學調(diào)制而顯示時其被稱為受光型顯示裝置。

作為這種電子顯示裝置可包括陰極射線管顯示裝置(Cathode Ray Tube；CRT)、等離子顯示裝置(Plasma Display Panel；PDP)、有機電致發(fā)光顯示裝置(Organic Electro Luminescence Display；OELD)、液晶顯示裝置(LCD)、電泳顯示裝置(Electro Phoretic Image Display；EPID)、發(fā)光二極管(Light Emitting Diode；LED)顯示裝置、有機發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode；OLED)顯示裝置等。

這里，雖然陰極射線管顯示裝置作為歷史最悠久的顯示裝置，其使用在電視機或電腦顯示器中并且在經(jīng)濟性等方面具有最高的時長占有率，但是存在重量大、體積大且耗電高等諸多弊端。

最近，隨著半導體技術的快速發(fā)展，響應于各種電子裝置的低壓低電化以及電子設備的小型化、薄型化和輕量化的趨勢，平板型顯示裝置作為適合新環(huán)境的電子顯示裝置，其需求急劇地增加。由此，諸如液晶顯示裝置(LCD)、等離子顯示裝置(PDP)、有機電致顯示裝置(OELD)、有機發(fā)光二極管(OLED)顯示裝置等的平板型顯示裝置正處于開發(fā)中。

液晶顯示裝置(LCD)是以如下方式顯示圖像的裝置，即將具有介電各向異性的液晶物質(zhì)注入到形成有公共電極、濾色片、黑矩陣等的上透明絕緣襯底與形成有開關元件、像素電極等的下透明絕緣襯底之間，并通過向像素電極和公共電極施加彼此不同的電勢來調(diào)整形成在液晶物質(zhì)上的電場強度以改變液晶物質(zhì)的分子排列，進而調(diào)節(jié)透過透明絕緣襯底的光量，從而顯示出期望的圖像。作為這種液晶顯示裝置，主要使用將薄膜晶體管(Thin Film Transistor；TFT)元件用作開關元件的薄膜晶體管液晶顯示裝置(TFT LCD)。

尤其對于有機發(fā)光二極管(OLED)顯示裝置而言，由于OLED元件為自發(fā)光型元件，所以相比于液晶顯示裝置(LCD)，具有優(yōu)異的視角和對比度，并且由于不需要背光，因此能夠做到輕薄型，而且在耗電方面也具有優(yōu)勢。

另外，OLED元件能夠由直流低電壓驅(qū)動，響應速度快，對外部沖擊具有強抗性，使用溫度范圍廣，尤其在制造成本方面也具有價格低廉的優(yōu)點。

因此，因為OLED元件可用作圖形顯示器的像素、電視畫面顯示器或表面光源的像素，也可形成在如塑料等可彎曲的透明襯底上，并且色澤優(yōu)良，因此有機發(fā)光二極管(OLED)顯示裝置適合于下一代平面顯示器。

如這種有機發(fā)光二極管(OLED)顯示裝置的電子顯示裝置要求透明性、高的載流子遷移率及穩(wěn)定性。因此，正在廣泛進行這對于能夠在滿足透明性的同時執(zhí)行電子元件自身功能的透明半導體和透明導體及它們的制造方法的研究。例如，作為透明導體，已開發(fā)并使用著ITO(Indium Tin Oxide)，并且ZnO等正被開發(fā)為透明半導體，，但由于穩(wěn)定性低下，其作為透明半導體的應用可能性極度受限。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

(專利文獻1)韓國注冊專利第10-1418304號(2014.07.04)

技術實現(xiàn)要素：

技術問題

為解決以上問題，正在研究將基于錫氧化物(SnO₂)的化合物半導體(以下，稱為“錫氧化物半導體(SnO_2-x)”)應用為用于電子顯示裝置的電子元件的方案。這種錫氧化物半導體具有無定形(Amorphous)、多晶結構(Polycrystalline)、以及以兩個方向排列的結晶質(zhì)的多種形態(tài)。

但是，雖然基于錫氧化物的錫氧化物半導體可在特定襯底(例如，具有晶體方向性的藍寶石襯底)上形成以兩個方向排列的結晶質(zhì)，但是在無定形的玻璃襯底上存在著錫氧化物半導體只可形成無定形或多晶質(zhì)的問題。

由此，在以玻璃襯底為母襯底的電子顯示裝置中，使用錫氧化物時應用基于以兩個方向排列的結晶質(zhì)的錫氧化物半導體的情況是受限的。

因此，本發(fā)明的目的在于提供能夠在玻璃襯底上容易地形成錫氧化物層的利用錫金屬靶形成錫氧化物層的方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供用于形成具有適當?shù)妮d流子密度和高載流子遷移率的錫氧化物層的利用錫金屬靶形成錫氧化物層的方法。

解決方法

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用錫金屬靶形成錫氧化物層的方法，該方法包括以下步驟：通過利用錫金屬靶的濺射在玻璃襯底上形成錫氧化物緩沖層(SnO₂)；以及通過利用上述錫金屬靶的濺射在上述錫氧化物緩沖層上形成錫氧化物半導體層(SnO_2-x)(0<x≤0.01)。

在根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物層的形成方法中，在上述形成錫氧化物緩沖層的步驟中，上述濺射可在5至20mTorr的壓力下并在混合氧氣和惰性氣體的氣氛中執(zhí)行。

在根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物層的形成方法中，在上述形成錫氧化物半導體層的步驟中，上述濺射可在0.1至3mTorr的壓力下并在混合氧氣和惰性氣體的氣氛中執(zhí)行。

在根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物層的形成方法中，在上述形成錫氧化物緩沖層的步驟中的氧氣供給量可大于在上述形成錫氧化物半導體層的步驟中的氧氣供給量。

在根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物層的形成方法中，上述錫氧化物半導體層的氧氣組分比可以是0.0000001≤x≤0.0001。

根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物層的形成方法，在形成錫氧化物半導體層的步驟之后，還可包括以下步驟：在300至450℃的氧氣氣氛中執(zhí)行30至90分鐘的熱處理。

在根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物層的形成方法中，上述濺射可以是反應性濺射(reactive sputtering)。

此外，在根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物層的形成方法中，上述錫氧化物半導體層可形成得比上述錫氧化物緩沖層薄。

有益效果

根據(jù)本發(fā)明，在形成錫氧化物層時，由于使用錫金屬靶通過濺射方法來形成，因此能夠容易地控制用于形成錫氧化物層的工藝條件，進而能夠在玻璃襯底上容易地形成錫氧化物層。

在玻璃襯底上形成錫氧化物層時，在玻璃襯底上形成錫氧化物緩沖層之后形成錫氧化物半導體層，因此能夠在玻璃襯底上形成包括具有適當?shù)妮d流子密度和高載流子遷移率以及優(yōu)良的穩(wěn)定性的錫氧化物半導體層的錫氧化物層。

而且，由于使用錫金屬作為靶，因此也具有能夠降低在玻璃襯底上形成錫氧化物層時所產(chǎn)生的費用的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的利用錫金屬靶的濺射裝置的視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的利用錫金屬靶形成錫氧化物層的方法的流程圖。

圖3至圖5是示出根據(jù)圖2的錫氧化物層的形成方法的各步驟的視圖。

圖6是示出具有通過圖2的形成方法形成的錫氧化物層的頂柵場效應晶體管的剖視圖。

圖7是根據(jù)圖6的頂柵場效應晶體管的制造方法的流程圖。

圖8和圖9是圖6的頂柵場效應晶體管的電流-電壓特性圖表。

具體實施方式

應注意，在以下說明中將只對理解本發(fā)明的實施方式所需要的部分進行說明，并且其余部分的說明將在不混淆本發(fā)明的主旨的情況下被省略。

將在下文中闡述的本說明書以及權利要求書中所使用的用詞或詞語并不應解釋為限于通常使用的含義或者字典中的含義，而應當基于發(fā)明人為了通過最優(yōu)方式說明其發(fā)明而可以適當?shù)囟x術語概念的原則，解釋為符合本發(fā)明的技術思想的含義和概念。因此，由于本說明書中所記載的實施方式和附圖中所示的配置僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不代表本發(fā)明的所有技術思想，所以應理解，在提交本申請的時間點上，可存在能夠替代本發(fā)明的實施方式的多種等同方式以及變型例。

下面，將參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行更加詳細的說明。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的利用錫金屬靶的濺射裝置的視圖。

參照圖1，濺射裝置70在錫金屬靶71和玻璃襯底10位于腔室73內(nèi)的狀態(tài)下將惰性氣體和氧氣供給至腔室73以在玻璃襯底10上形成錫氧化物層20。錫氧化物層20包括形成在玻璃襯底10上的錫氧化物緩沖層21和形成在錫氧化物緩沖層21上的錫氧化物半導體層23。

用于形成錫氧化物層20的濺射在注入惰性氣體和氧氣的氣氛中進行，并且錫氧化物緩沖層21和錫氧化物半導體層23通過由壓力調(diào)節(jié)來進行的氧氣供給量的調(diào)節(jié)順序地形成。

在供給氧氣和惰性氣體時，惰性氣體可被供給到靠近錫金屬靶71的一側(cè)并且氧氣可被供給到靠近玻璃襯底的一側(cè)，以使得錫氧化物層良好地形成在玻璃襯底上。

下文中將參照圖1至圖5對使用如上所述的濺射裝置70利用根據(jù)本發(fā)明的利用錫金屬靶71形成錫氧化物層20的方法進行說明。此處，圖2是根據(jù)本發(fā)明的利用錫金屬靶形成錫氧化物層的方法的流程圖。并且，圖3至圖5是示出根據(jù)圖2的錫氧化物層的形成方法的各步驟的視圖。

首先，如圖3所示，準備用于形成錫氧化物層20的玻璃襯底10。

然后，如圖4所示，在S81步驟中，在玻璃襯底10上形成錫氧化物緩沖層21。錫氧化物緩沖層21通過利用錫金屬靶71的濺射形成。錫氧化物緩沖層21可具有SnO₂的組分。作為濺射方法，可使用反應性濺射(reactive sputtering)方法。

例如，錫氧化物緩沖層21可在5至20mTorr的壓力下并在混合氧氣和惰性氣體的氣氛中通過利用錫金屬靶71的反應性濺射形成。例如，氧氣和惰性氣體的供給比可以是6:4，但并不限于此。作為惰性氣體，可使用氬氣或氮氣。玻璃襯底10的溫度可以是常溫至600℃。

接下來，如圖5所示，在S83步驟中，在錫氧化物緩沖層21上形成錫氧化物半導體層23。錫氧化物半導體層23通過利用錫金屬靶71的濺射形成。作為濺射方法，可使用反應性濺射方法。

錫氧化物半導體層23可具有SnO_2-x(0<x≤0.01)的組成。

此處，氧具有0<x≤0.01的組分比是為了使錫氧化物半導體層23具有半導性。即，在x為0的情況下，例如由于SnO₂顯出絕緣體的特性，因此x應大于0。在氧被摻雜得超過0.01時，由于具有金屬性，因此M應具有小于0.01的組分比。因此，為使根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物半導體層23具有半導性，氧具有0<x≤0.01的組分比。

例如，錫氧化物半導體層23在0.1至3mTorr的壓力下并在混合氧氣和惰性氣體的氣氛中通過利用錫金屬靶71的反應性濺射形成。例如，氧氣和惰性氣體的供給比可以是6:4，但并不限于此。作為惰性氣體，可使用氬氣或氮氣。玻璃襯底10的溫度可以是常溫至600℃。這時，錫氧化物半導體層23的氧可具有0.0000001≤x≤0.0001的組分比。

S81步驟和S83步驟被連續(xù)地執(zhí)行，并且在均勻地保持氧氣和惰性氣體的供給比的同時通過由壓力調(diào)節(jié)來進行的氧氣供給量的調(diào)節(jié)順序地形成錫氧化物緩沖層21和錫氧化物半導體層23。這時，在形成錫氧化物緩沖層21的步驟中的氧氣供給量大于在形成錫氧化物半導體層23的步驟中的氧氣供給量。

并且在S85步驟中，對形成在玻璃襯底10上的錫氧化物緩沖層21和錫氧化物半導體層23進行熱處理以形成包括錫氧化物緩沖層21和錫氧化物半導體層23的錫氧化物層20。這時，熱處理可在300℃至450℃的氧氣氣氛中執(zhí)行30至90分鐘。

這時，錫氧化物半導體層23形成得比錫氧化物緩沖層21薄。例如，錫氧化物緩沖層21可形成為50至300nm的厚度，并且錫氧化物半導體層23可形成為5至20nm的厚度。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的錫氧化物層20的形成方法，因為在形成錫氧化物層20時使用錫金屬靶71通過濺射方法形成，因此能夠容易地控制用于形成錫氧化物層20的工藝條件，進而能夠容易地在玻璃襯底10上形成錫氧化物層20。

而且，在玻璃襯底10上形成錫氧化物層20時，由于在玻璃襯底10上形成錫氧化物緩沖層21之后形成錫氧化物半導體層23，因此能夠在玻璃襯底10上形成包括具有適當?shù)妮d流子密度和高載流子遷移率以及優(yōu)良的穩(wěn)定性的錫氧化物半導體層23的錫氧化物層20。

另外，由于使用錫金屬靶71作為靶，因此還具有能夠降低在玻璃襯底10上形成錫氧化物層20時所產(chǎn)生的制造費用的優(yōu)點。

如圖6和圖7所示，制造出具有錫氧化物層20的根據(jù)實施方式的頂柵場效應晶體管100并對其特性進行了實驗，以確認通過如上所述的本發(fā)明的形成方法形成的錫氧化物層20的特性。

圖6是示出具有通過圖2的形成方法形成的錫氧化物層20的根據(jù)實施方式的頂柵場效應晶體管100的剖視圖。

參照圖6，根據(jù)實施方式的頂柵場效應晶體管100包括玻璃襯底10、具有錫氧化物緩沖層21和錫氧化物半導體層23的錫氧化物層20、源電極30、漏電極40、柵極絕緣層50和柵電極60。

錫氧化物層20形成在玻璃襯底10上。即，錫氧化物層20包括形成在玻璃襯底10上的錫氧化物緩沖層21和形成在錫氧化物緩沖層21上的錫氧化物半導體層23。

源電極30和漏電極40以錫氧化物層20為中心形成在其兩側(cè)，并且形成為覆蓋錫氧化物層20的面對的邊緣部分。例如，作為源電極30和漏電極40，可使用銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦錫鋅氧化物(ITZO)、摻鋁氧化鋅(AZO)或鎵鋅氧化物(GZO)等，但并不限于此。

柵極絕緣層50形成為覆蓋暴露于源電極30與漏電極40之間的錫氧化物層20以及源電極30和漏電極40的一部分。作為柵極絕緣層50，可使用HfO₂、硅氧化物(SiO_x)、氧化鋁(Al₂O₃)、TiO_x,、藍寶石、聚乙烯醇(PolyVinyl Alcohol)、聚醋酸乙烯酯(PolyVinyl Acetate)、聚酰亞胺(PolyImide)、聚對二甲苯(Parylene)、聚乙烯基苯酚(PolyVinyl Phenol：PVP)、亞克力(Acryl)、含氟聚合物(Fluoropolymer)聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate)等，但并不限于此。

而且，柵電極60形成在柵極絕緣層50上，并且形成在暴露于源電極30與漏電極40之間的錫氧化物層20上。作為柵電極60，可使用ITO、IZO、ITZO、AZO或GZO等，但并不限于此。

下文中將對參照圖6和圖7對根據(jù)如上所述的實施方式的頂柵場效應晶體管100的制造方法進行說明。

首先，準備玻璃襯底10。

然后，在S81步驟中，在玻璃襯底10上形成錫氧化物緩沖層21。錫氧化物緩沖層21通過利用錫金屬靶71的濺射形成。錫氧化物緩沖層21具有SnO₂的組分。即，錫氧化物緩沖層21在15mTorr、常溫的氧氣和氬氣的氣氛中通過利用錫金屬靶的反應性濺射形成為100nm的厚度。這時，氧氣與氬氣的組分比可以是6:4。

其后，在S83步驟中，在錫氧化物緩沖層21上形成錫氧化物半導體層23。錫氧化物半導體層23通過利用錫金屬靶71的反應性濺射形成。錫氧化物半導體層23具有SnO_2-x的組分。

即，錫氧化物半導體層23在2mTorr的壓力下并在混合常溫的氧氣和氬氣的氣氛中通過利用錫金屬靶的反應性濺射形成為10nm的厚度。這時，氧氣和氬氣的供給比可以是6:4。

S81步驟和S83步驟連續(xù)地執(zhí)行，并且在均勻地保持氧氣和氬氣的供給比的同時通過由壓力調(diào)節(jié)來進行的氧氣的供給量的調(diào)節(jié)順序地形成錫氧化物緩沖層21和錫氧化物半導體層23。

這時，在形成錫氧化物緩沖層21的步驟中的氧氣供給量大于在形成錫氧化物半導體層23的步驟中的氧氣供給量。即，在形成錫氧化物緩沖層21時，在壓力為15mTorr的情況下，氬氣與氧氣的壓力比成為6mTorr：9mTorr。在形成錫氧化物半導體層23時，在壓力為2mTorr的情況下，氬氣與氧氣的壓力比成為0.8mTorr：1.2mTorr。

然后，在S85步驟中，通過對形成在玻璃襯底10上的錫氧化物緩沖層21和錫氧化物半導體層23的第一次熱處理形成錫氧化物層20。這時，第一次熱處理在400℃的氧氣氣氛中執(zhí)行了60分鐘。

在根據(jù)S85步驟的第一次熱處理之后，對形成在玻璃襯底10上的錫氧化物層20執(zhí)行構圖。

然后，在S87步驟中，以錫氧化物層20為中心在其兩側(cè)形成源電極30和漏電極40以覆蓋錫氧化物層20的兩側(cè)的邊緣部分。源電極30和漏電極40使用ITO形成為50nm的厚度。

然后，在S89步驟中，在源電極30與漏電極40之間形成柵極絕緣層50。柵極絕緣層50形成為覆蓋暴露于源電極30與漏電極40之間的錫氧化物層20以及源電極30和漏電極40的一部分。柵極絕緣層50使用HfO₂形成為80nm的厚度。這時，使用HfO₂作為柵極絕緣層50是因為HfO₂相比于Al₂O₃更易被耗盡(depletion)。

接下來，在S91步驟中，在400℃的氧氣氣氛中執(zhí)行120分鐘的第二次熱處理。

而且，在S93步驟中，在柵極絕緣層50上形成柵電極60。這時，柵電極60形成在暴露于源電極30與漏電極40之間的錫氧化物層20上。柵電極60使用ITO形成為50nm的厚度。

根據(jù)如上制造的實施方式的頂柵場效應晶體管100的電流-電壓特性如圖8和圖9所示。此處，圖8和圖9是圖6的頂柵場效應晶體管的電流-電壓特性圖表。

參照圖8，根據(jù)實施方式的頂柵場效應晶體管在載流子遷移率(film mobility)呈15.3cm²/Vs的2mTorr條件下制造為具有錫氧化物層20的場效應晶體管。

通過圖8可確認，根據(jù)實施方式的頂柵場效應晶體管流暢地執(zhí)行根據(jù)電場積累或流失載流子的操作。

參照圖9，示出了根據(jù)實施方式的頂柵場效應晶體管的I_DS-V_GS測量結果。即，將V_DS設為1V，并對柵電極的電壓為-5V至5V的情況進行了測量，其結果算出載流子遷移率為16.3cm²/Vs，而所算出的載流子遷移率與在玻璃襯底上形成有錫氧化物層的薄膜(Thin Film)的載流子遷移率(15.3cm²/Vs)相同。

可確認，如上所述根據(jù)本發(fā)明的包括有利用錫金屬靶形成的錫氧化物層的頂柵場效應晶體管具有良好的載流子遷移率。

另外，本說明書以及附圖所公開的實施方式僅為幫助理解而示出特定的實施例，并不旨在限制本發(fā)明的范圍。對本領域所屬技術人員顯而易見的是，除了本文中所公開的實施方式之外，也可以實施基于本發(fā)明的技術思想的其他變型例。

附圖標記的說明

10：玻璃襯底

20：錫氧化物層

21：錫氧化物緩沖層

23：錫氧化物半導體層

30：源電極

40：漏電極

50：柵極絕緣層

60：頂柵極

70：濺射裝置

71：錫金屬靶

100：頂柵極場效應晶體管