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)明涉及一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是涉及一種用于顯示器的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
顯示器主要包括薄膜晶體管及其它電子組件，在薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層的材料主要為非晶硅。但隨著技術(shù)發(fā)展，半導(dǎo)體層的材料漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傺趸?，其中又以銦鎵鋅氧化物(IGZO)具有較佳的電子遷移率。然而在以銦鎵鋅氧化物為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的工藝中，一般濕蝕刻工藝中的蝕刻液，對于半導(dǎo)體層材料銦鎵鋅氧化物和用于源極與漏極材料例如金屬鑰合金(metalmolybdenum alloy)的蝕刻選擇比(selectivity)極低,不利于工藝進行。另外，在制作現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的銦鎵鋅氧化物晶體管工藝中，源極與漏極與半導(dǎo)體層直接接觸，若源極與漏極的蝕刻工藝采用干蝕刻，則將在半導(dǎo)體層產(chǎn)生背通道離子轟擊(backchannel ion bombardment)效應(yīng),導(dǎo)致該薄膜晶體管組件的銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層于長時間驅(qū)動后產(chǎn)生劣化問題，甚至造成漏電以及臨界電壓偏移現(xiàn)象。同時，由于銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層直接接觸源極與漏極，也容易產(chǎn)生熱載子注入(hot carrier injection), 造成電子遷移率降低。因此，目前亟需一種解決方案，用以避免銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管組件半導(dǎo)體層因長時間驅(qū)動而劣化，以及改善其電子遷移率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)包括基材、柵極、柵極絕緣層、源極連接層、漏極連接層、源極、漏極及半導(dǎo)體層。于基材上設(shè)置有柵極。柵極絕緣層覆蓋于柵極及基材上。源極連接層及漏極連接層設(shè)置于柵極絕緣層上，并且彼此不接觸。源極設(shè)置于源極連接層與柵極絕緣層上。漏極設(shè)置于漏極連接層與柵極絕緣層上。半導(dǎo)體層設(shè)置于柵極絕緣層上，連接源極連接層及漏極連接層，并且該半導(dǎo)體層不接觸源極與漏極。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，薄膜晶體管還包括至少一保護層。保護層設(shè)置于源極與柵極絕緣層之間、漏極與柵極絕緣層之間、半導(dǎo)體層與柵極絕緣層之間或上述的任意組合。其中，源極連接層連接源極與半導(dǎo)體層，而漏極連接層連接漏極與半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，保護層的材料包括硅氮化物、硅氧化物、聚酰亞胺(PI)或聚硅氧烷。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，柵極絕緣層的材料包括硅氮化物、硅氧化物、聚酰亞胺或聚硅氧烷。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源極連接層及漏極連接層的材料包括金屬或金屬氧化物，其中該金屬氧化物包括銦錫氧化物(ITO)、鋁鋅氧化物(AZO)、銦鋅氧化物(IZO)或鋅氧化物(ZnO)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，半導(dǎo)體層材料為金屬氧化物，其中該金屬氧化物包括銦鎵鋅氧化物(IGZO)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源極和漏極的材料包括金屬或金屬合金，其中該金屬合金包括鑰鉻合金。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源極連接層及漏極連接層對于柵極分別具有一重疊距離，例如是小于或等于I微米。本發(fā)明的另一方面提供一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括下列步驟:提供一基材，并于基材上形成柵極；于柵極及基材上覆蓋柵極絕緣層；于柵極絕緣層上形成源極連接層及漏極連接層，并且源極連接層及漏極連接層彼此不接觸；于源極連接層與柵極絕緣層上形成源極。于漏極連接層與柵極絕緣層上形成漏極。于源極連接層、漏極連接層與柵極絕緣層上形成半導(dǎo)體層?xùn)艠O，其中半導(dǎo)體層不接觸源極和漏極。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法還包括:形成至少一保護層于源極與柵極絕緣層之間、半導(dǎo)體層與柵極絕緣層之間、漏極與柵極絕緣層之間或上述的任意組合。使源極連接層連接源極與半導(dǎo)體層，并且使漏極連接層連接漏極與半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該形成半導(dǎo)體層的步驟包括使用蝕刻法，其中蝕刻法包括濕式酸蝕刻工藝、干蝕刻 工藝或其任意組合，該濕式酸蝕刻工藝的蝕刻液包括PAN (Phosphoric-Acetic-Nitric)酸蝕刻液,該PAN包括磷酸、醋酸、硝酸或其任意組合。


圖1繪示現(xiàn)有薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2B是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的工藝階段剖面示意圖。圖3A是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖3B是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的工藝階段剖面示意圖。
具體實施例方式圖1繪示一種現(xiàn)有薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。在圖1中，現(xiàn)有薄膜晶體管結(jié)構(gòu)100由基材110、柵極120、柵極絕緣層130、銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層140、源極150a及漏極150b所組成。其中值得注意的是，銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層140分別與源極150a及漏極150b直接接觸。若源極150a及漏極150b的蝕刻采用干蝕刻工藝，將在半導(dǎo)體層140產(chǎn)生背通道離子轟擊效應(yīng)，這種現(xiàn)有薄膜晶體管結(jié)構(gòu)于長時間驅(qū)動后，會造成薄膜晶體管組件的銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層140劣化，導(dǎo)致漏電及臨界電壓偏移現(xiàn)象。同時，因為銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層140直接接觸源極150a與漏極150b，也容易產(chǎn)生熱載子注入，而造成電子遷移率降低。因此，本發(fā)明的一個實施方式提供一種新穎的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中薄膜晶體管組件劣化及電子遷移率降低的問題。圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖2A的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于液晶顯示器與電泳式顯示器等，但不以此為限。在圖2A中，薄膜晶體管200a包括基材210、柵極220、柵極絕緣層230、源極連接層240a與漏極連接層240b、源極250a與漏極250b及半導(dǎo)體層260。其中源極連接層240a對于柵極220具有一重疊距離dl，而漏極連接層240b對于柵極220具有一重疊距離d2。其中特別注意的是半導(dǎo)體層260不與源極250a及漏極250b接觸。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，柵極絕緣層230的材料包括硅氮化物、硅氧化物、聚酰
亞胺或聚硅氧烷。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源極連接層240a與漏極連接層240b的材料包括金屬或金屬氧化物，其中該金屬氧化物包括銦錫氧化物(ITO)、招鋅氧化物(AZO)、銦鋅氧化物(IZO)或鋅氧化物(ZnO)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源極250a及漏極250b的材料包括金屬或金屬合金，其中該金屬合金包括鑰鉻合金。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，半導(dǎo)體層260的材料為金屬氧化物，其中該金屬氧化物包括銦鎵鋅氧化物(IGZO)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源極連接層240a對于柵極220的重疊距離dl為小于或等于I微米。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，漏極連接層240b對于柵極220的重疊距離d2為小于或等于I微米。

圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的工藝階段剖面示意圖。如圖2B的剖面結(jié)構(gòu)200b所示，首先提供一基材210，在基材210上形成柵極220。然后在基材210與柵極220上，覆蓋柵極絕緣層230。接著在柵極絕緣層230上，形成源極連接層240a及漏極連接層240b，且源極連接層240a及漏極連接層240b彼此不接觸。然后，如圖2A所示，在源極連接層240a與柵極絕緣層230上，形成源極250a，并且在漏極連接層240b與柵極絕緣層230上，形成漏極250b。半導(dǎo)體層260則形成于源極連接層240a、漏極連接層240b與柵極絕緣層230上。在一實施方式中，先形成源極250a和漏極250b后，再形成半導(dǎo)體層260。在另一實施方式中，可先形成半導(dǎo)體層260后，再形成源極250a和漏極250b。值得注意的是，半導(dǎo)體層260不接觸源極250a及漏極250b，半導(dǎo)體層260分別通過源極連接層240a及漏極連接層240b而電性連接源極250a及漏極250b。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，半導(dǎo)體層260材料為銦鎵鋅氧化物。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于銦鎵鋅氧化物直接接觸源極與漏極，容易產(chǎn)生熱載子注入，造成電子遷移率降低。因此本發(fā)明的一個實施方式使半導(dǎo)體層260不接觸源極250a及漏極250b，乃是通過源極連接層240a及漏極連接層240b形成通路，以提升薄膜晶體管的電子遷移率。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源極連接層240a及漏極連接層240b的材料為銦錫氧化物，相較于半導(dǎo)體層260的材料銦鎵鋅氧化物，銦錫氧化物具有較佳的導(dǎo)電性，也可改善熱載子注入現(xiàn)象，以解決電子遷移率降低的問題。另一方面，若源極與漏極蝕刻工藝采用干蝕刻而產(chǎn)生背通道離子轟擊效應(yīng)，將造成薄膜晶體管長時間使用的半導(dǎo)體層劣化問題，進而降低薄膜晶體管的可靠度。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，半導(dǎo)體層260是分別經(jīng)由源極連接層240a與漏極連接層240b而電性連接源極250a與漏極250b，其中半導(dǎo)體層260不與源極250a及漏極250b接觸，故能避免源極與漏極干蝕刻工藝中的背通道離子轟擊效應(yīng)，以解決薄膜晶體管長時間使用的半導(dǎo)體層劣化問題，進而提升薄膜晶體管的可靠度。另外，由于一般蝕刻液對于銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層260和用于源極250a與漏極250b的金屬鑰合金的蝕刻選擇比極低，使得以銦鎵鋅氧化物制作半導(dǎo)體層260時，其工藝難以控制。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，以銦鎵鋅氧化物制作半導(dǎo)體層時，利用二階段蝕刻法(圖中未示出)。其中，該二階段蝕刻法首先利用濕式酸蝕刻法移除大部分源極與漏極的材料，其中，蝕刻液是使用PAN(Phosphoric-Acetic-Nitric)酸,該PAN酸包括磷酸、醋酸、硝酸或其任意組合，使用PAN酸蝕刻工藝時，銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層的蝕刻速率將較快(約大于20納米/秒)，將造成銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層對于源極與漏極之間的較大厚度差距。接著利用干蝕刻法移除剩余的源極與漏極的材料，以縮短半導(dǎo)體層對于源極與漏極之間的厚度差距。然而上述半導(dǎo)體層的制作方法僅為示范例，并不以此為限。圖3A是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖3A的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于液晶顯示器與電泳式顯示器等，但不以此為限。在圖3A中，薄膜晶體管300a包括基材210、柵極220、柵極絕緣層230、源極連接層240a與漏極連接層240b、保護層310、源極250a與漏極250b及半導(dǎo)體層260。其中源極連接層240a對于柵極220具有一重疊距離d3，而漏極連接層240b對于柵極220具有一重疊距離d4。圖3A與圖2A皆為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管剖面結(jié)構(gòu)圖。然而圖3A繪示的薄膜晶體管300a與圖2A 繪示的薄膜晶體管200a的相異處在于，圖3A的薄膜晶體管300a具有保護層310位于源極250a與柵極絕緣層230之間、半導(dǎo)體層260與柵極絕緣層230之間以及漏極250b與柵極絕緣層230之間。并且圖3A的薄膜晶體管300a的制造方法還包括:形成保護層310的步驟。除圖3A的保護層310外，圖3A的其余各項組成組件皆與圖2A相同。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，保護層310的材料包括硅氮化物、硅氧化物、聚酰亞胺
或聚硅氧烷。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源極連接層240a對于柵極220的重疊距離d3為小于或等于I微米。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，漏極連接層240b對于柵極220的重疊距離d4為小于或等于I微米。圖3B是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的工藝階段剖面示意圖。如圖3B的剖面結(jié)構(gòu)300b所示，接續(xù)圖2B的剖面結(jié)構(gòu)200b，在源極連接層240a、漏極連接層240b與柵極絕緣層230上，覆蓋保護層310。其中保護層310露出一部分的源極連接層240a以及一部分的漏極連接層240b，以利于后續(xù)工藝的進行。如圖3A的薄膜晶體管300a所示，接續(xù)圖3B所示的剖面結(jié)構(gòu)300b，在源極連接層240a及保護層310上，形成源極250a。在漏極連接層240b及保護層310上，形成漏極250b。半導(dǎo)體層260則形成于源極連接層240a、漏極連接層240b及保護層310上。 與圖2A的薄膜晶體管200a相同的是，半導(dǎo)體層260不接觸源極250a與漏極250b，半導(dǎo)體層260分別經(jīng)由源極連接層240a與漏極連接層240b而電性連接源極250a與漏極250b。上述實施方式通過分隔開半導(dǎo)體層、源極與漏極，并且以源極連接層與漏極連接層連接半導(dǎo)體層、源極與漏極，可達到下列目的:(I)使半導(dǎo)體層不接觸源極及漏極，乃是通過源極連接層與漏極連接層形成通路，以提升薄膜晶體管的電子遷移率；(2)提供源極連接層與漏極連接層所形成的通路，避免源極與漏極在干蝕刻工藝中產(chǎn)生于半導(dǎo)體層的背通道離子轟擊效應(yīng)，以解決薄膜晶體管組件長時間驅(qū)動導(dǎo)致劣化的問題；以及(3)提高上述兩項優(yōu)點，降低薄膜晶體管的組件劣化，進而提升薄膜晶體管的可靠度。雖然本發(fā)明的實施方式以揭露如上所述，但其并非用以限制本發(fā)明的應(yīng)用范圍。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)，皆可進行各種可能的修改與改變。因此本發(fā)明的保護范圍以權(quán) 利要求書為基準。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，包括: 基材； 柵極，設(shè)置于該基材上； 柵極絕緣層，覆蓋于該柵極及該基材上； 源極連接層及漏極連接層，設(shè)置于該柵極絕緣層上且彼此不接觸； 源極，設(shè)置于該源極連接層及該柵極絕緣層上； 漏極，設(shè)置于該漏極連接層及該柵極絕緣層上；以及 半導(dǎo)體層，設(shè)置于該柵極絕緣層上并連接該源極連接層及該漏極連接層，且不接觸該源極與該漏極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，還包括: 至少一保護層，設(shè)置于該源極與該柵極絕緣層之間、該半導(dǎo)體層與該柵極絕緣層之間、該漏極與該柵極絕緣層之間或上述的任意組合，其中該源極連接層連接該源極與該半導(dǎo)體層，且該漏極連接層連接該漏極與該半導(dǎo)體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該保護層的材料包括硅氮化物、硅氧化物、聚酰亞胺或聚硅氧烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該柵極絕緣層的材料包括硅氮化物、硅氧化物、聚酰亞胺或聚硅氧烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該源極連接層及該漏極連接層的材料包括金屬或金屬氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該金屬氧化物包括銦錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鋅氧化物或鋅氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該半導(dǎo)體層的材料為金屬氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該金屬氧化物為銦鎵鋅氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該源極及該漏極的材料包括金屬或金屬合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該金屬合金包括鑰鉻合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該源極連接層及該漏極連接層對于該柵極分別具有一重疊距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其中該重疊距離小于或等于I微米。
13.—種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，包括: 提供基材； 于該基材上形成柵極； 于該柵極及該基材上覆蓋柵極絕緣層； 于該柵極絕緣層上形成源極連接層及漏極連接層且該源極連接層及該漏極連接層彼此不接觸； 于該源極連接層及該柵極絕緣層上形成源極； 于該漏極連接層及該柵極絕緣層上形成漏極；以及 于該源極連接層、該漏極連接層及該柵極絕緣層上形成半導(dǎo)體層，其中該半導(dǎo)體層不接觸該源極及該漏極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，還包括: 形成至少一保護層于該源極與該柵極絕緣層之間、該半導(dǎo)體層與該柵極絕緣層之間、該漏極與該柵極絕緣層之間或上述的任意組合；以及 使該源極連接層連接該源極與該半導(dǎo)體層，且該漏極連接層連接該漏極與該半導(dǎo)體層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造方法，其中形成該半導(dǎo)體層的步驟包括使用一蝕刻法。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造方法，其中該蝕刻法包括濕式酸蝕刻工藝、干蝕刻工藝或上述工藝的任意組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方 法，其中該濕式酸蝕刻工藝的蝕刻液包括磷酸、醋酸、硝酸或上述蝕刻液的任意組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法。所述薄膜晶體管結(jié)構(gòu)包括基材、柵極、柵極絕緣層、源極連接層、漏極連接層、源極、漏極及半導(dǎo)體層。其中，半導(dǎo)體層不直接接觸源極與漏極，乃是通過源極連接層及漏極連接層分別與源極和漏極連接，以解決薄膜晶體管組件劣化及效能降低等問題。
文檔編號H01L21/34GK103219387SQ201210355569
公開日2013年7月24日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者王裕霖, 葉佳俊, 蔡學(xué)宏, 王旨玄, 辛哲宏 申請人:元太科技工業(yè)股份有限公司