本發(fā)明是關(guān)于金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，特別關(guān)于利用氧氣或惰性氣體使非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層形成結(jié)晶的方法，以及利用此結(jié)晶方法所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來，由于半導(dǎo)體制造技術(shù)的進步，薄膜晶體管(Thin-film transistor，TFT)的工藝也趨于簡單及快速，使得TFT被廣泛應(yīng)用于計算機芯片、手機芯片、TFT液晶顯示器(Liquid crystal display，LCD)等。其中，一種常用的制作薄膜晶體管的方法為反向通道蝕刻(Back channel etch，BCE)，包含下述步驟，先形成金屬層覆蓋主動層，再圖案化金屬層以形成源極及漏極，圖案化步驟可利用濕蝕刻或是干蝕刻進行。然而，當(dāng)蝕刻劑移除了主動層上方的金屬層后，主動層相當(dāng)容易因為暴露于蝕刻劑下而受到損傷，而造成薄膜晶體管的良率下降。

有鑒于此，需要一種使主動層能夠抵抗蝕刻劑侵蝕的制作薄膜晶體管的方法，及利用此方法所形成的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中薄膜晶體管形成過程中主動層易被蝕刻劑侵蝕的問題。

本發(fā)明提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法，包含以下步驟，形成一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層于一基板上，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層包含銦，并且，在壓力為550mtorr至5000mtorr(1mtorr等于0.133Pa)，溫度為200℃至750℃下，以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層，將非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸熃Y(jié)晶層。

在一實施方式中，進一步包含加熱氧化銦結(jié)晶層。

在一實施方式中，加熱氧化銦結(jié)晶層是在溫度為200℃至800℃下進行。

在一實施方式中，進一步包含一射頻電源，在以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層時，射頻電源的輸出功率為0。

在一實施方式中，進一步包含一射頻電源，在以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層時，射頻電源的輸出功率大于0。

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含一基板、一柵極、一柵極絕緣層、一第一金屬氧化物半導(dǎo)體層、一第一氧化銦結(jié)晶層、一源極及一漏極。柵極配置于基板上，柵極絕緣層位于柵極上，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層配置于柵極絕緣層上，第一氧化銦結(jié)晶層接觸第一金屬氧化物半導(dǎo)體層的一外側(cè)表面上，源極及漏極配置于第一氧化銦結(jié)晶層上。

在一實施方式中，進一步包含：一第一電容電極、一第二金屬氧化物半導(dǎo)體層及一第二氧化銦結(jié)晶層。第一電容電極配置于基板與柵極絕緣層之間，第二金屬氧化物半導(dǎo)體層配置于柵極絕緣層上，第二氧化銦結(jié)晶層接觸第二金屬氧化物半導(dǎo)體層上，以作為一第二電容電極。

在一實施方式中，進一步包含：一第二金屬氧化物半導(dǎo)體層、一第二氧化銦結(jié)晶層、一保護層及一第二電容電極。第二金屬氧化物半導(dǎo)體層配置于柵極絕緣層上，第二氧化銦結(jié)晶層，接觸第二金屬氧化物半導(dǎo)體層上，以作為第一電容電極，保護層位于第二氧化銦結(jié)晶層上，第二電容電極配置于保護層上。

在一實施方式中，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層包含銦。

在一實施方式中，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層包含氧化銦鎵鋅(Indium gallium zinc oxide)、氧化銦錫鋅(Indium tin zinc oxide)、氧化鉿銦鋅(Hafnium indium zinc oxide)或氧化銦鋅(Indium zinc oxide)。

在一實施方式中，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層包含一氧化銦鎵鋅(In₂Ga₂ZnO₇)結(jié)晶。

本發(fā)明提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法，包含以下步驟，形成一第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層于一基板上，形成一鋁層于第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層上，形成一第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層于鋁層上，以及，在溫度為約350℃至約650℃下，以惰性氣體處理第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層、鋁層及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層。

在一實施方式中，惰性氣體包含氮氣(N₂)、氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)、氪氣(Kr)、氙氣(Xe)、氡氣(Rn)或其組合。

在一實施方式中，第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層獨立包含氧化銦鎵鋅、氧化銦錫鋅、氧化鉿銦鋅或氧化銦鋅。

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含一基板、一柵極、一柵極絕緣層、一第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層、一氧化鋁層、一第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層以及一源極及一漏極。柵極配置于基板上，柵極絕緣層位于柵極上，第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層配置于柵極絕緣層上，氧化鋁層位于第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層上，第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層配置于氧化鋁層上，一源極及一漏極配置于第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層上。

在一實施方式中，第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層與第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層為全結(jié)晶態(tài)。

在一實施方式中，第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層與第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層獨立包含氧化銦鎵鋅、氧化銦錫鋅、氧化鉿銦鋅或氧化銦鋅。

在一實施方式中，第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層與第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層獨立包含一氧化銦鎵鋅(InGaZnO₄)結(jié)晶及一氧化銦(In₂O₃)結(jié)晶。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法制備的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)能夠有效抵御蝕刻劑侵蝕，能夠廣泛用于制備薄膜晶體管。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法；

圖2A～2B為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在工藝各個階段中的剖面示意圖；

圖3A為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的仰視掃描式電子顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)影像圖；

圖3B為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的側(cè)視剖面的掃描式電子顯微鏡影像圖；

圖4為氧化銦結(jié)晶層的高分辨率透射式電子顯微鏡(High-resolution transmission electron microscope，HRTEM)影像圖；

圖5為金屬氧化物半導(dǎo)體層的高分辨率透射式電子顯微鏡影像圖；

圖6為氧化銦結(jié)晶層的納米電子束衍射(nano-beam electron diffraction，NBED)影像圖；

圖7為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的X光衍射(X-ray diffraction，XRD)圖譜；

圖8A～8C為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在工藝各個階段中的剖面示意圖；

圖9A～9C為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在工藝各個階段中的剖面示意圖；

圖10為本發(fā)明一實施例的金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法；

圖11A～11B為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在工藝各個階段中的剖面示意圖；以及

圖12A～12C為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在工藝各個階段中的剖面示意圖。

其中，附圖標(biāo)記：

100：結(jié)晶方法

110、120、130：操作

200：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

210：基板

220：非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

222：氧化銦結(jié)晶層

224：金屬氧化物半導(dǎo)體層

800：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

810：基板

820：柵極絕緣層

830：柵極

840：第一電容電極

852：非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

853：第一氧化銦結(jié)晶層

854：第一金屬氧化物半導(dǎo)體層

856：非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

857：第二氧化銦結(jié)晶層

858：第二金屬氧化物半導(dǎo)體層

862：源極

864：漏極

870：保護層

880：導(dǎo)電層

900：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

910：基板

920：柵極絕緣層

930：柵極

952：非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

953：第一氧化銦結(jié)晶層

954：第一金屬氧化物半導(dǎo)體層

956：非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

957：第二氧化銦結(jié)晶層

958：第二金屬氧化物半導(dǎo)體層

962：源極

964：漏極

970：保護層

980：第二電容電極

1000：結(jié)晶方法

1010、1020、1030、1040：操作

1100：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

1110：基板

1120：第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

1130：鋁層

1140：第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

1122：第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層

1132：氧化鋁層

1142：第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層

1200：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

1210：基板

1212：柵極

1214：柵極絕緣層

1220：第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

1222：第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層

1230：鋁層

1232：氧化鋁層

1234：氧化鋁層

1240：第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層

1242：第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層

1262：源極

1264：漏極

1270：保護層

1280：導(dǎo)電層

具體實施方式

本發(fā)明的目的及優(yōu)點，通過下列實施方式中伴隨附圖與元件符號的詳細敘述后，將更為顯著。

為了使本發(fā)明公開的內(nèi)容敘述的更加詳盡與完備，可參照附圖及以下所述各種實施方式，附圖中相同的號碼代表相同或相似的元件，并且為求清楚說明，元件的大小或厚度可能夸大顯示，并未依照原尺寸作圖。此外，為簡化圖式起見，一些結(jié)構(gòu)與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。然而，應(yīng)了解到所提供的實施方式并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍。這些實務(wù)上的細節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實施方式中，這些實務(wù)上的細節(jié)是非必要的。

本發(fā)明提供一種金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法，請同時參閱圖1和圖2A～2B。圖1為本發(fā)明一實施例的金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法100。結(jié)晶方法100包含操作110、操作120以及操作130。圖2A～2B為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200在工藝各個階段中的剖面示意圖。雖然下文中利用一系列的操作或步驟來說明在此公開的方法，但是這些操作或步驟所示的順序不應(yīng)被解釋為本發(fā)明的限制。例如，某些操作或步驟可以按不同順序進行及/或與其它步驟同時進行。此外，并非必須執(zhí)行所有公開的操作、步驟及/或特征才能實現(xiàn)本發(fā)明的實施方式。此外，在此所述的每一個操作或步驟可以包含數(shù)個子步驟或動作。

在操作110，如圖2A所示，形成非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220于基板210上，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220包含銦。在一實施例中，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220包含氧化銦鎵鋅、氧化銦錫鋅、氧化鉿銦鋅或氧化銦鋅。

在一實施例中，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220可通過濺鍍(sputtering)、旋轉(zhuǎn)涂布(spin coating)、化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition，CVD)、原子層沉積(Atomic layer deposition，ALD)、低壓化學(xué)氣相沉積(low pressure CVD，LPCVD)或物理氣相沉積(Physical vapor deposition，PVD)形成于基板210上。其中，濺鍍能夠在較低的溫度下進行，適用于各種材質(zhì)的基板，且操作較為簡易。在一實施例中，基板210為玻璃基板，然而其他材質(zhì)的基板，例如塑料基板、金屬基板等也可適用。

在操作120，在壓力為約550mtorr至約5000mtorr，溫度為約200℃至約750℃下，以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220，以將非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220的表面部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D2B所示的氧化銦(In₂O₃)結(jié)晶層222，以及形成金屬氧化物半導(dǎo)體層224。

具體來說，在處理過程中，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220中一部分的銦會與氧氣進行反應(yīng)，而形成氧化銦結(jié)晶層222，氧化銦結(jié)晶層222接觸金屬氧化物半導(dǎo)體層224的外側(cè)表面，也即圖2B所示的金屬氧化物半導(dǎo)體層224的上表面。而失去銦的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220則形成了金屬氧化物半導(dǎo)體層224。更詳細地說，較靠近氧化銦結(jié)晶層222的金屬氧化物半導(dǎo)體層224的銦含量與非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220不同，此部分也可稱為銦含量改變的金屬氧化物半導(dǎo)體層224。并且，由于失去一部分銦的緣故，此處的元素可能發(fā)生重排，而產(chǎn)生多種元素組成比例與非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220不同的金屬氧化物半導(dǎo)體，其中，可能產(chǎn)生一些金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶。換句話說，因為一部分的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層中的銦與氧氣進行反應(yīng)，而改變了此部分的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層中的元素組成比例。

然而，對于遠離氧化銦結(jié)晶層222的金屬氧化物半導(dǎo)體層224來說，由于其離氧氣較遠，而較不會受到氧氣處理的影響，相較之下維持和原本非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220較接近的銦含量、元素組成比例和非結(jié)晶型態(tài)。遠離氧化銦結(jié)晶層222的金屬氧化物半導(dǎo)體層224即較未受氧氣處理影響的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220部分。故金屬氧化物半導(dǎo)體層224包含元素組成比例與非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220不同的部分以及元素組成比例與非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220相同的部分，也可能包含一些金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶。

值得注意的是，氧化銦結(jié)晶層222具有良好的抗酸侵蝕特性，舉例來說，氧化銦結(jié)晶層222能夠抵抗由硝酸、磷酸和醋酸所混合而成的鋁酸蝕刻液，并同時具有高穩(wěn)定性和高導(dǎo)電性，且為透明，此外，氧化銦結(jié)晶層222內(nèi)部的電子遷移率(mobility)與非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220類似。因此，氧化銦結(jié)晶層222適合作為薄膜晶體管的主動層，應(yīng)用性相當(dāng)廣泛。

在一實施例中，選取非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220的材料為氧化銦鎵鋅(InGaZnO₄)，其中銦：鎵：鋅：氧的摩爾比為1：1：1：4，通過以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220，以將非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220的表面部分轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸熃Y(jié)晶層222，以及形成金屬氧化物半導(dǎo)體層224。在金屬氧化物半導(dǎo)體層224中，由于失去一部分銦的緣故，而使得靠近氧化銦結(jié)晶層222的金屬氧化物半導(dǎo)體層224中產(chǎn)生多種元素組成比例與氧化銦鎵鋅(InGaZnO₄)不同的金屬氧化物半導(dǎo)體，并產(chǎn)生氧化銦鎵鋅(In₂Ga₂ZnO₇)結(jié)晶，其中銦：鎵：鋅：氧的摩爾比，在一些實施例中，為2：2：1：7。

在一實施例中，進一步包含一射頻電源，用以對非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220進行氧化處理。并在以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220時，射頻電源的輸出功率為0。在一實施例中，在以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220時，射頻電源的輸出功率大于0。換句話說，在本發(fā)明中，無論是否存在射頻電源，只要在本發(fā)明的壓力范圍和溫度范圍內(nèi)以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220，就能夠使一部分的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸熃Y(jié)晶層222。射頻電源的輸出功率可以視壓力與溫度的范圍來進行調(diào)整。

在一實施例中，可以根據(jù)不同的設(shè)計需求，通過調(diào)整以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220的時間長短來控制氧化銦結(jié)晶層222的厚度。

在操作130，加熱氧化銦結(jié)晶層222。在一實施例中，加熱氧化銦結(jié)晶層222是在溫度為約200℃至約800℃下進行，或更進一步調(diào)整在約250℃至約300℃下進行，或更進一步調(diào)整在約370℃下進行。經(jīng)過熱處理，氧化銦結(jié)晶層222的結(jié)晶性會變得更好，因此，在一實施例中，加熱氧化銦結(jié)晶層222時的溫度高于以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220時的溫度。在一實施例中，在真空環(huán)境下進行操作130，然而也可于非真空環(huán)境下進行操作130。

在一實施例中，在化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)腔(Reaction chamber)中進行操作120，在化學(xué)氣相沉積設(shè)備的加熱腔(Heating chamber)中進行操作130。

在一實施方式中，進行操作120，在化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)腔(Reaction chamber)中通入流量為3500sccm(標(biāo)準毫升/分鐘)的氧氣，并設(shè)置一射頻電源，輸出功率為1250w，在溫度為430℃且壓力為850mtorr的條件下，以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220，處理時間約為60秒。再進行操作130，在化學(xué)氣相沉積設(shè)備的加熱腔中加熱氧化銦結(jié)晶層，溫度為500℃，處理時間為1小時。進一步測試半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200對于鋁酸的抗酸能力，鋁酸蝕刻半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的蝕刻速率為16.5埃/秒，慢于未受氧氣處理的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220的蝕刻速率，而證實本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法，能夠使非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層具有抗鋁酸侵蝕的特性。

請參照圖3A，圖3A為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的仰視掃描式電子顯微鏡影像圖。由顏色較淺且大小不一的顆粒物可以看出氧化銦結(jié)晶的外觀型態(tài)，氧化銦結(jié)晶層222則是由這些氧化銦結(jié)晶所構(gòu)成，并具有粗糙且凹凸不平的表面。請參照圖3B，圖3B為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的側(cè)視剖面的掃描式電子顯微鏡影像圖，顏色較淺處為氧化銦結(jié)晶層222的側(cè)視圖，同樣可以看出氧化銦結(jié)晶層222具有凹凸不平的表面。

請參照圖4，圖4為氧化銦結(jié)晶層222的高分辨率透射式電子顯微鏡影像圖?？梢钥闯鰞?nèi)部的原子有序地排列。請參照圖5，圖5為金屬氧化物半導(dǎo)體層224的高分辨率透射式電子顯微鏡影像圖。此處是針對較遠離氧化銦結(jié)晶層222的金屬氧化物半導(dǎo)體層224進行觀測，可以看出內(nèi)部的原子散亂地排列，而并沒有結(jié)晶產(chǎn)生，維持與非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層220相同的非結(jié)晶型態(tài)。

請參照圖6，圖6為氧化銦結(jié)晶層222的納米電子束衍射影像圖。由明顯的衍射點可以看出氧化銦結(jié)晶的存在。請參照圖7，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的X光衍射圖譜，橫軸為散射角2θ，單位為度，縱軸為計數(shù)，單位為次/分鐘。出現(xiàn)信號(2,2,2)代表存在氧化銦(In₂O₃)結(jié)晶，出現(xiàn)信號(0,0,10)代表存在氧化銦鎵鋅(In₂Ga₂ZnO₇)結(jié)晶，由圖7來看，信號(2,2,2)較強，而可知半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200內(nèi)的氧化銦結(jié)晶含量較多。

根據(jù)上述的金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法，經(jīng)過氧氣處理后，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層的表面部分轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌逛X酸蝕刻溶液特性的氧化銦結(jié)晶層。本發(fā)明利用此結(jié)晶方法的優(yōu)點，運用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作上，提供一種新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖8A～8C為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在工藝各個階段中的剖面示意圖。

請參照圖8A，于基板810上形成柵極830及第一電容電極840，并形成柵極絕緣層820覆蓋柵極830及第一電容電極840，接下來，于柵極絕緣層820上形成非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852及非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856，并且，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852厚于非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856。

在一實施例中，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852及非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856包含銦。在一實施例中，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852及非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856包含氧化銦鎵鋅、氧化銦錫鋅、氧化鉿銦鋅或氧化銦鋅。

接下來，在壓力為約550mtorr至約5000mtorr，溫度為約200℃至約750℃下，以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852及非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856，如圖8B所示，以將非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852的表面部分轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝谎趸熃Y(jié)晶層853，以及形成第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854，并且，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856的表面部分也轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙趸熃Y(jié)晶層857，以及形成第二金屬氧化物半導(dǎo)體層858。

值得注意的是，本發(fā)明所使用的溫度條件為約200℃至約750℃，低于基板810的熔點。當(dāng)基板810為玻璃基板時，此溫度并不會融化或影響基板810，然而，仍可以達到使非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852及非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856產(chǎn)生第一氧化銦結(jié)晶層853及第二氧化銦結(jié)晶層857的效果，因此，本發(fā)明的結(jié)晶方法能夠符合基板810為玻璃基板時的制作需求。

在一實施例中，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854及第二金屬氧化物半導(dǎo)體層858包含銦。在一實施例中，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854及第二金屬氧化物半導(dǎo)體層858包含氧化銦鎵鋅、氧化銦錫鋅、氧化鉿銦鋅或氧化銦鋅。此外，請參照圖1和圖2A～2B所述的實施例，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854及第二金屬氧化物半導(dǎo)體層858包含氧化銦鎵鋅(In₂Ga₂ZnO₇)結(jié)晶。

在一實施例中，由于非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852厚于非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856，因此在經(jīng)氧氣處理之后，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854會厚于第二金屬氧化物半導(dǎo)體層858，且第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854保有更多的未受氧氣處理影響的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體，由于非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體的均勻性佳，因此相當(dāng)適合作為薄膜晶體管的主動層。

而第二氧化銦結(jié)晶層857由于其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，因此可以作為第二電容電極，與第一電容電極840形成儲存電容。

接下來，形成金屬層覆蓋第一氧化銦結(jié)晶層853，并圖案化金屬層形成如圖8C所示的源極862及漏極864，以形成反向通道蝕刻型薄膜晶體管。值得注意的是，由于第一氧化銦結(jié)晶層853具有良好的抗酸侵蝕特性，因此，在對于金屬層進行反向通道蝕刻工藝時，第一氧化銦結(jié)晶層853能夠保護下方的第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854，避免酸蝕刻液(例如：鋁酸蝕刻液)的侵蝕，而維持了作為主動層的第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提高了最終所形成的薄膜晶體管的良率。

在一實施例中，金屬層的材料為鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、合金或其組合。在一實施例中，金屬層為單層金屬層或是金屬疊層。

在一實施例中，金屬層為鉬/鋁/鉬的金屬疊層，具有較低的阻值，且可通過濕蝕刻工藝進行圖案化金屬層以形成源極及漏極，而使得工藝成本較低。舉例來說，可以利用鋁酸蝕刻液來圖案化金屬層。

接下來，在柵極絕緣層820、第一氧化銦結(jié)晶層853、第二氧化銦結(jié)晶層857、源極862及漏極864上形成保護層870，保護層870具有一些開口以暴露出漏極864及第二氧化銦結(jié)晶層857，并形成導(dǎo)電層880于保護層870之上，且通過這些開口接觸漏極864及第二氧化銦結(jié)晶層857，而形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)800。

總結(jié)來說，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)800包含基板810、柵極絕緣層820、柵極830、第一電容電極840、第一氧化銦結(jié)晶層853、第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854、第二氧化銦結(jié)晶層857、第二金屬氧化物半導(dǎo)體層858、源極862、漏極864、保護層870及導(dǎo)電層880。柵極830及第一電容電極840配置于基板810上，柵極絕緣層820位于柵極830及第一電容電極840上，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854及第二金屬氧化物半導(dǎo)體層858配置于柵極絕緣層820上，第一氧化銦結(jié)晶層853接觸第一金屬氧化物半導(dǎo)體層854的外側(cè)表面上，源極862及漏極864配置于第一氧化銦結(jié)晶層853上，第二氧化銦結(jié)晶層857接觸第二金屬氧化物半導(dǎo)體層858的外側(cè)表面上，以作為一第二電容電極，與第一電容電極840形成儲存電容。

接下來，本發(fā)明進一步提供另一種新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖9A～9C為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在工藝各個階段中的剖面示意圖。請參照圖9A，于基板910上形成柵極930，并形成柵極絕緣層920覆蓋柵極930，接下來，于柵極絕緣層920上形成非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層952及非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層956，并且，非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層952厚于非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層956。

請參照圖8A～8B以氧氣處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層852及非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層856的實施例，也以相同的實驗條件處理非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層952及非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層956，形成如圖9B所示的第一氧化銦結(jié)晶層953、第一金屬氧化物半導(dǎo)體層954、第二氧化銦結(jié)晶層957及第二金屬氧化物半導(dǎo)體層958。由于第二氧化銦結(jié)晶層957具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，因此可以作為第一電容電極，與后續(xù)工藝中的元件形成儲存電容。

接下來，形成金屬層覆蓋第一氧化銦結(jié)晶層953，并圖案化金屬層形成如圖9C所示的源極962及漏極964，以形成反向通道蝕刻型薄膜晶體管。值得注意的是，由于第一氧化銦結(jié)晶層953具有良好的抗酸侵蝕特性，因此，在對于金屬層進行反向通道蝕刻工藝時，第一氧化銦結(jié)晶層953能夠保護下方的第一金屬氧化物半導(dǎo)體層954，避免酸蝕刻液(例如：鋁酸蝕刻液)的侵蝕，而維持了作為主動層的第一金屬氧化物半導(dǎo)體層954的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提高了最終所形成的薄膜晶體管的良率。

接下來，在柵極絕緣層920、第一氧化銦結(jié)晶層953、第二氧化銦結(jié)晶層957、源極962及漏極964上形成保護層970，保護層970具有開口以暴露出漏極964，并形成第二電容電極980于保護層970之上，且通過此開口接觸漏極964，第二電容電極980沿著保護層970的上表面延伸至第二氧化銦結(jié)晶層957上方，與第二氧化銦結(jié)晶層957形成儲存電容，而形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)900。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)900中各元件的材料和成分可參照圖8A～8C所述的實施方式，在此不再贅述。

總結(jié)來說，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)900包含基板910、柵極絕緣層920、柵極930、第一氧化銦結(jié)晶層953、第一金屬氧化物半導(dǎo)體層954、第二氧化銦結(jié)晶層957、第二金屬氧化物半導(dǎo)體層958、源極962、漏極964、保護層970及第二電容電極980。柵極930配置于基板910上，柵極絕緣層920位于柵極930上，第一金屬氧化物半導(dǎo)體層954及第二金屬氧化物半導(dǎo)體層958配置于柵極絕緣層920上，第一氧化銦結(jié)晶層953接觸第一金屬氧化物半導(dǎo)體層954的外側(cè)表面上，源極962及漏極964配置于第一氧化銦結(jié)晶層953上，第二氧化銦結(jié)晶層957接觸第二金屬氧化物半導(dǎo)體層958的外側(cè)表面上，以作為第一電容電極，保護層970位于第二氧化銦結(jié)晶層957上，第二電容電極980配置于保護層970上，與第二氧化銦結(jié)晶層957形成儲存電容。在一實施例中，第二電容電極980的材料為透明的氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)，故可與透明的第二氧化銦結(jié)晶層957形成有高透光率的透明型儲存電容以增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)900的開口率。

本發(fā)明提供另一種金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法，請同時參閱圖10和圖11A～11B。圖10為本發(fā)明一實施例的金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法1000。結(jié)晶方法1000包含操作1010、操作1020、操作1030以及操作1040。圖11A～11B為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1100在工藝各個階段中的剖面示意圖。雖然下文中利用一系列的操作或步驟來說明在此公開的方法，但是這些操作或步驟所示的順序不應(yīng)被解釋為本發(fā)明的限制。例如，某些操作或步驟可以按不同順序進行及/或與其它步驟同時進行。此外，并非必須執(zhí)行所有公開的操作、步驟及/或特征才能實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。此外，在此所述的每一個操作或步驟可以包含數(shù)個子步驟或動作。

在操作1010，如圖11A所示，形成第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1120于基板1110上。在一實施例中，第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1120包含氧化銦鎵鋅、氧化銦錫鋅、氧化鉿銦鋅或氧化銦鋅。在操作1020，如圖11A所示，形成鋁層1130于第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1120上。在一實施例中，鋁層1130的厚度為在操作1030，如圖11A所示，形成第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1140于鋁層1130上。在一實施方式中，第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1140包含氧化銦鎵鋅、氧化銦錫鋅、氧化鉿銦鋅或氧化銦鋅。

接下來，在溫度為約350℃至約650℃下，以惰性氣體處理第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1120、鋁層1130及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1140。在一實施例中，惰性氣體包含氮氣(N₂)、氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)、氪氣(Kr)、氙氣(Xe)、氡氣(Rn)或其組合。

經(jīng)惰性氣體處理之后，第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1120、鋁層1130及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1140分別轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D11B所示的第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1122、氧化鋁(Al₂O₃)層1132及第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1142，形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1100。這是因為鋁層1130容易與氧進行反應(yīng)，當(dāng)給予高溫環(huán)境及通入惰性氣體時，由于環(huán)境充滿了惰性氣體而氧含量低，因此，鋁層1130會抓取第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1120及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1140中的氧，并與氧反應(yīng)形成氧化鋁層1132，而使得第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1120及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1140的氧含量減少，并且其中的元素發(fā)生重排，而形成第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1122及第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1142。

在一實施例中，選取第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1120及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1140的材料為氧化銦鎵鋅(InGaZnO₄)，其中銦：鎵：鋅：氧的摩爾比為1：1：1：4。經(jīng)惰性氣體處理之后，分析半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1100的X光衍射圖譜可以得知第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1122及第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1142皆至少含有兩種結(jié)晶：氧化銦鎵鋅(InGaZnO₄)結(jié)晶及氧化銦(In₂O₃)結(jié)晶。

并且，由第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1142的高分辨率透射式電子顯微鏡影像圖來看，可以看出全層內(nèi)部的原子皆有序地排列。由第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1142的納米電子束衍射影像圖來看，上層、中層及下層的影像圖皆有明顯的衍射點。根據(jù)上述的實驗結(jié)果能夠得知，在經(jīng)惰性氣體處理之后，第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1142為全結(jié)晶態(tài)。此外，若對于第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1122進行一樣的分析，也可以觀察到一樣的實驗結(jié)果，第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1122也為全結(jié)晶態(tài)。

接下來，進一步測試半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1100對于鋁酸的抗酸能力，鋁酸蝕刻第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1142的蝕刻速率為2.8埃/秒，慢于未受惰性氣體處理的第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1140蝕刻速率，而證實本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法，能夠使非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層全層結(jié)晶，并具有抗酸侵蝕的特性。

本發(fā)明利用此結(jié)晶方法的優(yōu)點，運用于制作反向通道蝕刻型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖12A～12C為本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1200在工藝各個階段中的剖面示意圖。

請參照圖12A，于基板1210上形成柵極1212，并形成柵極絕緣層1214覆蓋柵極1212，接下來，請參照操作1010～1030，在柵極絕緣層1214上依序形成第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220、鋁層1230及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1240，其中，鋁層1230覆蓋第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220與閘極絕緣層1214。在另一實施例中，僅有第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220與第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1240之間存在鋁層。

接下來，進行操作1040，在溫度為約350℃至約650℃下，以惰性氣體處理第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220、鋁層1230及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1240。當(dāng)給予高溫環(huán)境及通入惰性氣體時，被夾設(shè)于第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1240之間的鋁層會抓取第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1240中的氧，而形成如圖12B所示的第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1222、氧化鋁層1232及第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1242。值得注意的是，未被夾設(shè)于第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1240之間的鋁層1230則不受影響。

接下來，將圖12B所示的鋁層1230氧化為如圖12C所示的氧化鋁層1234。在一實施例中，氧化是以一般現(xiàn)有技術(shù)中氧化生成氧化鋁的方法進行，舉例來說，以氧氣或是潔凈干空氣(Clean dry air，CDA)處理鋁層1230，以形成氧化鋁層1234。由于第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1222及第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1242已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)，因此在形成氧化鋁層1234的過程中，兩者皆不會受到影響。

值得注意的是，氧化鋁層1234具有防止水氣穿透的特性，因此，若氧化鋁層1234下方有其他半導(dǎo)體組件存在時，氧化鋁層1234能夠作為良好的保護層以免水氣穿透而影響半導(dǎo)體元件的性質(zhì)。在圖12A形成鋁層1230的過程中，可以通過一般的蝕刻工藝使鋁層1230在不同處具有不同厚度，例如：被夾設(shè)于第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1240之間的鋁層1230厚度較薄，而其余部分的鋁層1230則厚度較厚，使得氧化鋁層1234也隨之較厚，而能夠作為良好的保護層。在一實施例中，被夾設(shè)于第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1220及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層1240之間的鋁層1230厚度較厚，而其余部分的鋁層1230則厚度較薄。因此，可以根據(jù)不同的設(shè)計需求，于需要受保護的半導(dǎo)體元件上方形成較厚的氧化鋁層1234，或僅于部分區(qū)域上形成鋁層。綜上，鋁層1230具有兩種用途，其一為使非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層結(jié)晶化，其二為在變成氧化鋁層后能作為半導(dǎo)體元件的保護層。

接下來，于第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1242上形成源極1262及漏極1264，再形成保護層1270覆蓋源極1262及漏極1264，保護層1270具有一些開口以暴露出漏極1264，并形成導(dǎo)電層1280于保護層1270之上，且通過這些開口接觸漏極1264，而形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1200。

綜上所述，本發(fā)明提供了兩種金屬氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶方法及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)晶方法是在壓力為約550mtorr至約5000mtorr，溫度為約200℃至約750℃下，以氧氣處理包含銦的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層，以將非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層的表面部分轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌顾崆治g特性的氧化銦結(jié)晶層。

第二種結(jié)晶方法是先依序形成第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層、鋁層及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層于基板上，在溫度為約350℃至約650℃下，以惰性氣體處理第一非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層、鋁層及第二非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層，形成具有抗酸侵蝕特性的完全結(jié)晶的第一結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1122及第二結(jié)晶化金屬氧化物半導(dǎo)體層1142。

并且，在以反向通道蝕刻工藝形成薄膜晶體管的過程中，利用上述的結(jié)晶方法對于作為主動層的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層進行處理，能夠使經(jīng)處理的非結(jié)晶金屬氧化物半導(dǎo)體層具有抗酸侵蝕特性，而能夠在圖案化金屬層以形成源極和漏極的過程中，避免蝕刻液的侵蝕，并且，由于本案的結(jié)晶方法在處理過程的溫度皆低于玻璃熔點，因此，在薄膜晶體管大多以玻璃材質(zhì)為基板的情況下，本發(fā)明的結(jié)晶方法能夠適用于薄膜晶體管的工藝，并提高薄膜晶體管的良率。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。