專利名稱：薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于ー種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，且特別是有關(guān)于ー種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
第1圖是根據(jù)先前技術(shù)所繪示的ー種底部閘極薄膜晶體管100的結(jié)構(gòu)剖面圖。底部閘極薄膜晶體管100的制作，是在玻璃基板101上形成金屬閘極102及，之后在金屬閘極 102上依序形成閘極絕緣層104、多晶硅層106以及透明電極110。接著，再以光罩蝕刻的方式在非晶硅層定義出源極103/汲極105結(jié)構(gòu)。后續(xù)利用透明導(dǎo)電材料在閘極絕緣層104 之上形成畫素電極112，使其與汲極105電性連結(jié)。最后在源極103/汲極105以及畫素電極112上形成鈍化層109和保護(hù)層111以形成底部閘極薄膜晶體管100。一般而言，制作傳統(tǒng)底部閘極薄膜晶體管100需要多道光罩制程，且薄膜晶體管 100與畫素電極112之間還需要藉由接觸窗(Contact VIA Hole)來加以連結(jié)。不僅拉長制程時(shí)間且容易衍生良率降低及成本増加等問題。又由于構(gòu)成薄膜晶體管100的非晶硅、多晶硅以及金屬層會(huì)影響透光，再加上儲(chǔ)存電容(storage capacitor ;Cs) 107、以及其它修復(fù)結(jié)構(gòu)和遮光結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。當(dāng)以薄膜晶體管100組裝液晶顯示器時(shí)，將不可避免地會(huì)造成液晶顯示器的畫素開ロ率降低。因此，降低薄膜晶體管制程成本，改善液晶顯示器畫素開ロ率，變成是近年來相當(dāng)受到重視的課題。由于硅材質(zhì)所制成的薄膜晶體管，通常會(huì)有照光而漏電的現(xiàn)象。而透明電極材料， 例如銅錫氧化物andium Tin Oxide ;ΙΤ0)，因?yàn)榫哂羞h(yuǎn)大于硅的載子遷移率，且本身透明不吸收可見光，可改善上述照光漏電的現(xiàn)象。所以，有現(xiàn)有技術(shù)利用透明電極材料來制作薄膜晶體管，以提高液晶顯示器的畫素開ロ率。但是透明電極材料薄膜的電性易受水分及氧氣影響而變化。若將其使用于底部閘極的傳統(tǒng)光罩的制程，經(jīng)過涂布光阻、蝕刻以及去除光阻等程序之后，透明電極薄膜的電性早已受水分及氧氣影響而劣化，以致量產(chǎn)的再現(xiàn)性不佳。因此有需要提供一種新穎的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法，以增加顯示器畫素開 ロ率并降低制程成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在提供ー種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中薄膜晶體管結(jié)構(gòu)包括基板、間極層、間極絕緣層、源極和汲極以及透明材料層。其中間極層形成于基板上； 閘極絕緣層形成于間極層上；源極和汲極形成于間極絕緣層上；透明材料層具有通道區(qū)以及絕緣區(qū)，其中通道區(qū)位于源極和汲極之間的間極絕緣層上，絕緣區(qū)覆蓋于通道區(qū)、源極和汲極上。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，透明材料層是由銅鎵鋅氧化物(indium zinc oxide ； IGZ0)組成，且組成通道區(qū)的銅鎵鋅氧化物的銅、鎵、鋅及氧成分比例為1 1 1 (3.5至 4. 5)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，通道區(qū)的厚度實(shí)值介于50nm至IOOnm之間，且通道區(qū)的電阻值實(shí)質(zhì)介于IX IO1 IX IO6Ohm-Cm之間；絕緣區(qū)的厚度實(shí)值介于50nm至500nm之間， 且絕緣區(qū)的電阻值實(shí)質(zhì)大于lX106ohm-cm。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，構(gòu)成源極與汲極的是銅錫氧化物andium Tin Oxide ； ΙΤ0)、銅鋅氧化物(indium zinc oxide ；IZO)、銅鎵鋅氧化物或上述任意組合所組成的導(dǎo)電材料。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，汲極具有ー個(gè)延伸部，延伸至畫素區(qū)以形成畫素電極。在本發(fā)明的另ー實(shí)施例之中，薄膜晶體管結(jié)構(gòu)更包括ー個(gè)畫素電極層，形成于閘極絕緣層之上，且與汲極電性連接。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，基板為玻璃基板或塑料基板；且閘極絕緣層的材料是選自于由氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiNxOy)，氧化招(AlOx)、氧化鉿(HfOx)及上述任意組合所組成的一族群。本發(fā)明的一實(shí)施例中，薄膜晶體管結(jié)構(gòu)更包括ー個(gè)形成于絕緣區(qū)上的保護(hù)層，其中保護(hù)層的材質(zhì)是選自于由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、樹脂以及上述任意組合所組成的一族群。本發(fā)明的另一目的是提供ー種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中此ー制造方法包括下述步驟首先提供ー個(gè)基板，并于基板上形成ー個(gè)閘極層。然后于閘極層上形成ー個(gè)閘極絕緣層。接著于間極絕緣層上形成一個(gè)源極和汲扱。形成具有通道區(qū)以及絕緣區(qū)的透明材料層，使通道區(qū)位于源極和汲極之間的間極絕緣層上，絕緣區(qū)則覆蓋通道區(qū)、源極、和汲扱。本發(fā)明的一實(shí)施例中，透明材料層的形成方法是藉由一個(gè)連續(xù)濺鍍制程，以不破真空的方式，在間極絕緣層、源極和汲極上形成通道區(qū)以及絕緣區(qū)。根據(jù)上述實(shí)施例，本發(fā)明的目的就是在提供ー種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法， 采用ー個(gè)連續(xù)濺鍍制程，以不破真空一次成膜的方式，在間極絕緣層、源極和汲極上形成一個(gè)具有通道區(qū)以及絕緣區(qū)的透明材料層。藉由控制連續(xù)濺鍍制程中的氧氣(O2)對(duì)氬氣(Ar) 的流量的比例來調(diào)整通道區(qū)與絕緣區(qū)的氧含量。所以可在同一制程步驟中提供具有半導(dǎo)體特性的通道區(qū)以及具有絕緣性的絕緣區(qū)，節(jié)省制程步驟與時(shí)間。此外配合利用透明電極材料(ITO)制作源極與汲極，并延伸汲極作為畫素電極， 則可省去后續(xù)制作接觸窗以及獨(dú)立畫素電極的制程步驟，達(dá)到簡(jiǎn)化制程以及減少光罩的使用與設(shè)計(jì)的目的。同吋，也可使開ロ率提高。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


第1圖是根據(jù)先前技術(shù)所繪示的ー種底部閘極薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)剖面圖。第2圖是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)俯視圖。第2A圖至第2E圖是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)制程剖面圖。第3圖是根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例所繪示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法的具體實(shí)施方式
、 結(jié)構(gòu)、特征及功效，詳細(xì)說明如后。第2A圖至第2E圖，第2A圖至第2E圖是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200制程剖面圖。其中薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200的制作方法包括下述步驟首先提供ー個(gè)基板201，并于基板201上形成ー個(gè)閘極層202。在本發(fā)明的ー實(shí)施例中，基板201為玻璃基板或塑料基板；間極層202的材料可以是多晶硅或金屬材質(zhì)。在本實(shí)施例中，閘極層202的形成步驟，包括圖案化沉積于基板201的一金屬層。且在形成閘極層202的同時(shí)，還包括在基板201上形成一個(gè)后續(xù)可用來構(gòu)成儲(chǔ)存電容的金屬層203(如第 2A圖所示)。然后，于閘極層202上形成一個(gè)閘極絕緣層204(如第2B圖所示)。閘極絕緣層 204的材料較佳是選自于由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅，氧化鋁、氧化鉿及上述任意組合所組成的一族群。在本實(shí)施例中，間極層202是藉由沉積制程覆蓋于間極層202上的氧化硅層。接著，于閘極絕緣層204上形成源極205和汲極206 (如第2C圖所示)。構(gòu)成源極205和汲極206的材料較佳是銅錫氧化物、銅鋅氧化物或銅鎵鋅氧化物或上述任意組合所組成的導(dǎo)電材料。在本實(shí)施例中，源極205和汲極206的形成，包括在間極絕緣層204上沉積透明的銅錫氧化層，并對(duì)銅錫氧化層進(jìn)行圖案化，以定義出彼此分離的源極205和汲極206，并且把位于間極層202上方，源極205和汲極206之間的一部分間極絕緣層204暴露出來。在本實(shí)施例中，汲極206具有ー個(gè)延伸部206a可延伸至一允許光線通過的畫素區(qū) 207，以形成后續(xù)用來控制顯示液晶作動(dòng)的畫素電極206b。但值得注意的是，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200也可能包括ー個(gè)另外形成于閘極絕緣層204之上，且與汲極205電性連接的畫素電極層31 (如第3圖所繪示)。之后進(jìn)行ー沉積制程形成ー個(gè)透明材料層208，覆蓋于間極絕緣層204、源極205 和汲極206之上。再經(jīng)涂布光阻、蝕刻以及去除光阻等圖案化程序，在透明材料層208中定義出通道區(qū)208a以及絕緣區(qū)208b圖案(如第2D圖所示)。其中通道區(qū)208a位于源極205 和汲極206之間，暴露于外的間極絕緣層204上方；絕緣區(qū)208b則覆蓋于源極205和汲極 206之上。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，透明材料層208的形成方法是藉由一個(gè)連續(xù)濺鍍制程，在不破真空的環(huán)境之下，在間極絕緣層204、源極205和汲極206上沉積銅鎵鋅氧化物。 并且藉由控制連續(xù)濺鍍制程中不同成膜階段的氧氣對(duì)氬氣的流量比例，以調(diào)整通道區(qū)與絕緣區(qū)的氧含量。在本實(shí)施例中，連續(xù)濺鍍制程先給予較低氧含量(實(shí)值為3至15% )氣氛，使通道區(qū)208a在源極205和汲極206之間的間極絕緣層204上成膜。接著在不破真空的環(huán)境下，給予高含氧量氣氛繼續(xù)進(jìn)行濺鍍制程，使絕緣區(qū)208b在通道區(qū)208a、源極205和汲極206上成膜。由于形成通道區(qū)208a的銅鎵鋅鍍膜氧含量較低，因此具有半導(dǎo)體特性。相對(duì)的，由于形成絕緣區(qū)208b的銅鎵鋅鍍膜氧含量較高，因此具有絕緣特性。其中組成通道區(qū) 208a的銅鎵鋅鍍膜的銅、鎵、鋅及氧成分比例較佳為1 :1:1: (3. 5至4. 5)，厚度實(shí)值介于50nm至IOOnm之間，且電阻值實(shí)質(zhì)介于1 X IO1 1 X 106ohm-cm之間。絕緣區(qū)208b銅鎵鋅鍍膜的厚度實(shí)值介于50nm至500nm之間，電阻值實(shí)質(zhì)大于1 X 106ohm-cm。由于通道區(qū)208a和絕緣區(qū)208b是在不破真空的環(huán)境下一次成膜，因此除了可節(jié)省制程步驟與成本之外，又可避免半導(dǎo)體通道區(qū)208a的銅鎵鋅鍍膜受到(現(xiàn)有技術(shù)所采用的涂布光阻、蝕刻以及去除光阻等程序的)水分及氧氣影響，而產(chǎn)生電性變化。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，還包括在透明材料層208的絕緣區(qū)208b、畫素電極 206b以及未被覆蓋的間極絕緣層204上形成保護(hù)層209。其中保護(hù)層209的材質(zhì)可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、樹脂或上述任意組合的材料(如第2E圖所示)。請(qǐng)?jiān)賲⒄盏?E圖，制作完成的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200包括有基板201、閘極層202、 閘極絕緣層204、源極205和汲極206以及透明材料層208。其中間極層202形成于基板201 上；閘極絕緣層204形成于間極層202上；源極205和汲極206形成于間極絕緣層204上； 透明材料層208具有通道區(qū)208a以及絕緣區(qū)208b，其中通道區(qū)208a位于源極205和汲極 206之間的間極絕緣層204上，絕緣區(qū)208b覆蓋于通道區(qū)208a、源極205和汲極206上。又請(qǐng)參照第2圖，第2圖是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200 俯視圖。由于可以藉由形成源極205和汲極206的一次制程延伸至被顯示器的畫素電極 206b。因此可省去后續(xù)制作接觸窗(未繪示)的以及獨(dú)立畫素電極的制程步驟，達(dá)到簡(jiǎn)化制程以及減少光罩的使用與設(shè)計(jì)。同吋，由于和畫素區(qū)207相連的汲極206為可透光材質(zhì)， 因此也可提高顯示器的開ロ率。綜上所述，本發(fā)明的目的就是在提供ー種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200及其制造方法，采用一個(gè)連續(xù)濺鍍制程，在不破真空一次成膜的方式，在間極絕緣層204、源極和汲極上形成 ー個(gè)具有通道區(qū)以及絕緣區(qū)的透明材料層。藉由控制連續(xù)濺鍍制程中的氧氣對(duì)氬氣的流量的比例來調(diào)整通道區(qū)與絕緣區(qū)的氧含量。所以可在同一制程步驟中提供具有半導(dǎo)體特性的通道區(qū)以及具有絕緣性的絕緣區(qū)，節(jié)省制程步驟與時(shí)間。此外配合利用透明電極材料(ITO)制作源極與汲極，并延伸汲極作為畫素電極， 則可省去后續(xù)制作接觸窗以及畫素電極的制程步驟，達(dá)到簡(jiǎn)化制程以及減少光罩的使用與設(shè)計(jì)的目的。同吋，也可使開ロ率提高。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其包括一基板；ー閘極層，形成于該基板上；一閘極絕緣層，形成于該間極層上；一源極和ー汲扱，形成于該間極絕緣層上；以及一透明材料層，具有一通道區(qū)以及ー絕緣區(qū)，其中該通道區(qū)位于該源極和該汲極之間的該間極絕緣層上，該絕緣區(qū)覆蓋于該通道區(qū)、該源極和該汲極上。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)，其特征在于該透明材料層是由銅鎵鋅氧化物(indium zinc oxide ;IGZ0)組成，且組成該通道區(qū)的銅鎵鋅氧化物的銅、鎵、鋅及氧成分比例為1 1 1 (3. 5至4. 5)。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該信道區(qū)的厚度實(shí)值介于50nm 至IOOnm之間，且該通道區(qū)具有實(shí)質(zhì)介于IXlO1 1 X 106ohm-cm之間的ー電阻值；該絕緣區(qū)的厚度實(shí)值介于50nm至500nm之間，且該絕緣區(qū)具有值實(shí)質(zhì)大于1 X 106ohm-cm的ー電阻之間。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于構(gòu)成該源極與該汲極者是銅錫氧化物Gndium Tin Oxide ；ΙΤ0)、銅鋅氧化物(indium zinc oxide ;ΙΖ0)、銅鎵鋅氧化物 (IGZO)或上述任組合所組成的導(dǎo)電材料。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該汲極具有一延伸部，延伸至一畫素區(qū)以形成一畫素電極。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一畫素電極層，形成于該閘極絕緣層之上，且與該汲極電性連接。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于該基板為ー玻璃基板或ー塑料基板；且該閘極絕緣層的材料是選自于由氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiNxOy), 氧化鋁(AlOx)、氧化鉿(HfOx)及上述任意組合所組成的一族群。
8.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一保護(hù)層，形成于該絕緣區(qū)之上，其中該保護(hù)層的材質(zhì)是選自于由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、樹脂以及上述任意組合所組成的一族群。
9.ー種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括提供一基板；形成ー間極層于該基板上；形成ー間極絕緣層于該間極層上；形成一源極以及一汲極于該間極絕緣層上；以及形成具有一通道區(qū)以及ー絕緣區(qū)的一透明材料層，使該通道區(qū)位于該源極和該汲極之間的該間極絕緣層上，該絕緣區(qū)覆蓋于該通道區(qū)、該源極和該汲極上。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該透明材料層的形成，是藉由ー連續(xù)濺鍍制程，以不破真空的方式，在該間極絕緣層、該源極和該汲極上形成該通道區(qū)以及該絕緣區(qū)。
全文摘要
一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其包括基板、閘極層、閘極絕緣層、源極和汲極以及透明材料層。其中閘極層形成于基板上；閘極絕緣層形成于閘極層上；源極和汲極形成于閘極絕緣層上；透明材料層具有通道區(qū)以及絕緣區(qū)，其中通道區(qū)位于源極和汲極之間的閘極絕緣層上，絕緣區(qū)覆蓋于源極和該汲極上。本發(fā)明還提供一種上述薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法具有節(jié)省制程步驟與時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102593182SQ20111002493
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者葉佳俊, 王裕霖, 舒芳安, 辛哲宏 申請(qǐng)人:元太科技工業(yè)股份有限公司