CN102237411A - 氧化物薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种氧化物薄膜晶体管，包括基板、闸极层、氧化物薄膜与闸极绝缘层。闸极层、氧化物薄膜与闸极绝缘层设置于基板上方，且闸极绝缘层位于闸极层与氧化物薄膜之间。氧化物薄膜具有源极区、漏极区及通道区，其中通道区位于源极区与漏极区之间，并对应至闸极层。且源极区与漏极区的导电性大于通道区的导电性。本发明还提供一种薄膜晶体管的制造方法。上述氧化物薄膜晶体管可完全制作成透明的。

Description

氧化物薄膜晶体管及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种薄膜晶体管，且特别是有关于一种氧化物薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示装置(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT LCD)、电泳式显示装置(Electro-Phoretic Display，EPD)与有机发光二极管显示装置(Organic Light Emitting Diode Display，OLED)等使用薄膜晶体管的显示装置的产品应用日渐广泛，小到手机采用的小型显示装置，大到100寸的显示装置均有应用。因此，薄膜晶体管的结构及制程技术的研究与发展一直以来都为人们所关注。

一般来说，薄膜晶体管包括基板、闸极、闸极绝缘层、源极、通道区及漏极。源极、通道区及漏极配置于闸极绝缘层上，且源极与漏极分别与通道区相连。在现有薄膜晶体管的制作过程中，源极与漏极是与通道区采用不同的材料分别形成，制作流程较复杂。而且，一般用于制作源极及漏极的材质包括金属或金属化合物，但由于金属与金属化合物一般不透明，因此使用现有薄膜晶体管作为驱动组件的显示装置只能在远离薄膜晶体管阵列的一侧显示画面，无法实现双面显示。

发明内容

本发明提供一种氧化物薄膜晶体管，其制造方法简单且可完全制作成透明的。

本发明还提供一种氧化物薄膜晶体管的制造方法，其是以简单的制程制作出透明的氧化物薄膜晶体管。

本发明提出一种氧化物薄膜晶体管，包括基板、闸极层、氧化物薄膜与闸极绝缘层。闸极层、氧化物薄膜与闸极绝缘层设置于基板上方，且闸极绝缘层位于闸极层与氧化物薄膜之间。氧化物薄膜具有源极区、漏极区及通道区，其中通道区位于源极区与漏极区之间，并对应至闸极层。而且，源极区与漏极区的导电性大于通道区的导电性。

在本发明的较佳实施例中，上述的氧化物薄膜的材质例如是氧化铟镓锌(InGaZnO)或氧化铟锌(InZnO)，而上述的闸极层的材质则可以是铟锡氧化物。

在本发明的较佳实施例中，上述的闸极绝缘层是覆盖闸极层，且氧化物薄膜是设置于闸极绝缘层上。

在本发明的较佳实施例中，上述的闸极绝缘层是设置于氧化物薄膜上，而闸极层是设置于闸极绝缘层上且与氧化物薄膜的通道区相对应。

本发明提供一种氧化物薄膜晶体管的制造方法，其是先提供基板，再于基板上形成闸极层、闸极绝缘层以及氧化物半导体层，其中闸极绝缘层位于闸极层与氧化物半导体层之间，且氧化物半导体层具有源极预定区、漏极预定区及通道区，其中通道区位于源极预定区与漏极预定区之间。接着，对源极预定区与漏极预定区进行导电化制程，以于闸极绝缘层上形成具有通道区、源极区与漏极区的氧化物薄膜。

在本发明的较佳实施例中，形成闸极层、闸极绝缘层以及氧化物半导体层的方法包括先在基板上依次形成闸极层与闸极绝缘层，以使闸极绝缘层覆盖闸极层。然后，在闸极绝缘层上形成氧化物半导体层。

在本发明的较佳实施例中，形成闸极层、闸极绝缘层以及氧化物半导体层的方法包括先在基底上形成氧化物半导体层，再于氧化物半导体层上形成闸极绝缘层。之后，在闸极绝缘层上形成闸极层，闸极层与氧化物薄膜的通道区相对应。而且，进行导电化制程时可采用屏蔽或光阻遮蔽通道区。

在本发明的较佳实施例中，导电化制程可包括等离子处理制程、紫外光照射或激光照射，等离子处理制程所使用的气体可包括氩气(Ar)、氨气(NH₃)或氢气(H₂)。

本发明的氧化物薄膜晶体管中，由于源极区、漏极区及通道区均形成于同一层氧化物薄膜中，因此无需再额外沉积金属层或金属化合物层以作为源极区及漏极区，制造方法得以简化。此外，由于基板、闸极层、闸极绝缘层均可由透明材料制成，因此氧化物薄膜晶体管阵列可完全制成透明的，相应地，采用本发明的氧化物薄膜晶体管的显示装置可实现双面显示。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明第一实施例的氧化物薄膜晶体管的剖面示意图。

图2为本发明第二实施例的氧化物薄膜晶体管的剖面示意图。

图3为采用本发明第三实施例的氧化物薄膜晶体管的显示装置的剖面示意图。

图4为本发明第一实施例的氧化物薄膜晶体管的制造方法流程图。

图5A-5F为图4的氧化物薄膜晶体管在部分制程中的局部剖面示意图。

图6为本发明第二实施例的氧化物薄膜晶体管的制造方法流程图。

图7A-7D为图6的氧化物薄膜晶体管在部分制程中的局部剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的氧化物薄膜晶体管及其制造方法作进一步的详细说明。

请参阅图1，所示为本发明第一实施例的氧化物薄膜晶体管的剖面示意图。氧化物薄膜晶体管100包括基板110、闸极层120、闸极绝缘层130及氧化物薄膜140。

基板110可以由透明材料制成，例如玻璃、二氧化硅、聚亚酰胺等，但不限于此。基板110用以承载闸极层120、氧化物薄膜140与闸极绝缘层130。在本实施例中，闸极层120是直接配置形成于基板110上。也就是说，本实施例的氧化物薄膜晶体管100为底闸极(Bottom Gate)薄膜晶体管。闸极层120可由透明导电材料制成，如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，但不限于此。闸极绝缘层130覆盖基板110与闸极层120，且其例如是由二氧化硅制成，但不限于此。氧化物薄膜140形成于闸极绝缘层130上，亦即，闸极绝缘层130位于闸极层120与氧化物薄膜140之间。

承上述，氧化物薄膜140可由氧化铟镓锌(InGaZnO)或氧化铟锌(InZnO)制成，但不限于此。而且，氧化物薄膜140具有源极区142、漏极区144及通道区146，亦即源极区142、漏极区144与通道区146均形成于同一层氧化物薄膜140中。其中，通道区146位于源极区142与漏极区144之间，且源极区142与漏极区144呈导体性质，通道区146呈半导体性质。也就是说，源极区142与漏极区144的导电性大于通道区146的导电性。

此外，氧化物薄膜140的表面还形成有保护层150以覆盖保护氧化物薄膜140。保护层150例如可包括二氧化硅层，但不限于此。而且依据具体应用的实际需求，氧化物薄膜140上还可不设置保护层150。

本实施例的氧化物薄膜晶体管100中，由于氧化物薄膜140具有源极区142、漏极区144与通道区146，因此无需再额外沉积金属层或金属化合物层作为薄膜晶体管100的源极与漏极，制造方法得以简化。此外，由于基板110、闸极层120、闸极绝缘层130均可由透明材料制成，因此氧化物薄膜晶体管100可完全制成透明的。相应地，采用氧化物薄膜晶体管100的薄膜晶体管阵列同样可制作成透明的。

虽然上述实施例是以底闸极薄膜晶体管为例做说明，但其并非用以限定本发明。请参阅图2，所示为本发明第二实施例的氧化物薄膜晶体管的剖面示意图。本实施例的氧化物薄膜晶体管200为顶闸极(Top Gate)薄膜晶体管，其与图1的氧化物薄膜晶体管100的相异之处在于闸极层220、闸极绝缘层230及氧化物薄膜240的相对位置。

详细来说，氧化物薄膜240是形成于基板210上，并具有源极区242、漏极区244与通道区246。闸极绝缘层230是覆盖于基板210及氧化物薄膜240上，闸极层120则是形成于闸极绝缘层230上，并对应至氧化物薄膜240的通道区246。而闸极层220、闸极绝缘层230及氧化物薄膜240的材质则与前述实施例的闸极层120、闸极绝缘层130及氧化物薄膜140相同或相似，此处不再赘述。

此外，闸极层220与闸极绝缘层230表面还可以形成有保护层250以覆盖保护闸极层220与闸极绝缘层230。保护层250例如可包括二氧化硅层，但不限于此

以上所揭示为本发明实施例提供的氧化物薄膜晶体管，以下将结合附图举例说明采用本发明的氧化物薄膜晶体管的显示装置。

请参阅图3，所示为采用本发明第三实施例的氧化物薄膜晶体管的显示装置的剖面示意图。显示装置300包括氧化物薄膜晶体管阵列310及显示层320，其中氧化物薄膜晶体管阵列310包括多个氧化物薄膜晶体管312。第三实施例的氧化物薄膜晶体管312可与第一实施例的氧化物薄膜晶体管100或第二实施例的氧化物薄膜晶体管200相同或相似，但本发明不限于此，第三实施例的还可为其它可透光的氧化物薄膜晶体管。

特别的是，在本实施例中，氧化物薄膜晶体管312的氧化物薄膜140还可以具有像素电极区148，其是由漏极区144延伸而出，以作为显示装置300的像素电极。当然，在其它实施例中，显示装置300的像素电极也可以是由另外的透明导电材质所制成，本发明不以此为限。

显示层320是配置于氧化物薄膜晶体管阵列310上。显示层320例如可为电泳显层或者液晶显示层。本实施例中显示层320为电泳显示层，且电泳显示层例如可为微胶囊电泳显示层或者微杯电泳显示层。显示层320可包括多个显示单元组330，各显示单元组330例如可至少包括一个显示单元。本实施例中，各显示单元组330例如是包括三个显示单元331、332、333，但不以此为限。三个显示单元331、332、333中可分别包括红、绿、蓝三种颜色的电泳粒子，但不以此为限。各显示单元组330分别属于显示装置300的一个像素，且各像素是借助对应的氧化物薄膜晶体管312来控制三个显示单元331、332、333中不同颜色的电泳粒子的运动，以使对应于此三个显示单元331、332、333的像素根据需要而显示出不同颜色。

值得一提的是，由于本实施例的显示层320为电泳显示层，且氧化物薄膜晶体管阵列310是透明的，因此显示装置300除了可以将画面显示于显示层上方外，还可将画面显示于薄膜晶体管阵列310下方。也就是说，显示装置300为双面显示装置。

以下结合附图对第一实施例的氧化物薄膜晶体管的制造方法作进一步说明。

请参阅图4及图5A-5F，其中图4为本发明第一实施例的氧化物薄膜晶体管的制造方法流程图，图5A-5F为本发明实施例的氧化物薄膜晶体管在部分制程中的局部剖面示意图。

请参阅图4及图5A，步骤S410，首先提供基板110。基板110例如可以由透明材料制成，例如玻璃、二氧化硅、聚亚酰胺等，但不限于此。

请参阅图4及图5B，步骤S420，在基板110上形成闸极层120。闸极层120例如可由透明导电材料制成，例如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，但不限于此。形成闸极层120的方法例如可包括先沉积一层透明导电材料于基板110上再通过一图案化制程形成。

请参阅图4及图5C，步骤S430，形成闸极绝缘层130以覆盖闸极层120及基板110。闸极绝缘层130例如可以由二氧化硅制成，但不限于此。形成闸极层120的方法例如可包括化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition，CVD)，但不限于此。沉积二氧化硅时可采用有机硅作为硅源，例如四乙氧基硅烷(Tetraethoxysilane，TEOS)或硅烷(Silane)，并采用氧化剂作为氧源，例如氧气、臭氧或氮氧化物。

请参阅图4及图5D，步骤S440，在闸极绝缘层130上沉积氧化物半导体层140a。氧化物半导体层140a可以是氧化铟镓锌(InGaZnO)或氧化铟锌(InZnO)，但不限于此。沉积氧化物半导体层140a的方法例如可包括化学气相沉积法，但不限于此。氧化物半导体层140a包括源极预定区142a、漏极预定区144a及通道区146，且通道区146是位于源极预定区142a与漏极预定区144a之间。

请参阅图4及图5E，步骤S450，对部分的氧化物半导体层140a进行导电化制程，以形成源极区142、漏极区144。具体来说，导电化制程例如可包括等离子处理制程、紫外光照射或激光照射。其中，等离子处理制程中所使用的气体例如可包括氩气(Ar)、氨气(NH₃)或氢气(H₂)，但不限于此。而且，进行上述导电化制程时，如图5E所示，可采用屏蔽149遮蔽通道区146。或者，也可以先在氧化物半导体层140a上形成图案化光阻层(图未示)来遮蔽通道区146，并且在实行导电化制程之后，将此图案化光阻层移除。

在上述导电化制程中，等离子处理、紫外光照射、或激光照射会使氧化物半导体层140a中被处理的部分，即源极预定区142a、漏极预定区144a中的氧化物半导体材料的能阶发生改变而从半导体转变成导体，而由于通道区146被屏蔽149遮蔽因此保持原来的半导体性质。

经过导电化制程后，源极预定区142a成为源极区142，漏极预定区144a则成为漏极区144。亦即，经过导电化制程后，氧化物半导体层140a成为具有源极区142、漏极区144及通道区146的氧化物薄膜140。

请参阅图4及图5F，步骤S460，形成保护层150以覆盖氧化物薄膜140。保护层150的材质例如可为二氧化硅，其形成方法可与闸极绝缘层130相同或相似。

经过上述步骤后，即可得到如图1所示的氧化物薄膜晶体管100。氧化物薄膜晶体管100中，由于氧化物薄膜140具有源极区142、漏极区144及通道区146，因此无需再额外沉积金属层或金属化合物层作为薄膜晶体管100的源极与漏极，制造方法得以简化。此外，由于基板110、闸极层120、闸极绝缘层130均可由透明材料制成，因此氧化物薄膜晶体管100可制成完全透明的。相应地，采用氧化物薄膜晶体管100的薄膜晶体管阵列同样可制作成完全透明的。

依据前述实施例所提供的方法可制作出完全透明的底闸极薄膜晶体管。以下将另举实施例说明顶闸极式的氧化物薄膜晶体管200(见图2)的制造方法。请参阅图6及图7A-7D，其中图6为本发明第二实施例的氧化物薄膜晶体管200的制造方法流程图。图7A-7D为本发明实施例的氧化物薄膜晶体管200在部分制程中的局部剖面示意图。

请参阅图6及图7A，步骤S510及步骤S520，首先提供基板210，并在基板210上沉积氧化物半导体层240a，其中氧化物半导体层240a包括源极预定区242a、漏极预定区244a及通道区246，且通道区246是位于源极预定区242a与漏极预定区244a之间。本实施例的基板210与氧化物半导体层240a的形成方法与材质均与前述实施例的基板110与氧化物半导体层140a相同或相似，此处不再赘述。

请参阅图6及图7B，步骤S530，对部分的氧化物半导体层240a进行导电化制程，以形成源极区242及漏极区244，而导电化制程与前述实施例相同或相似，此处不再赘述。经过导电化制程后，源极预定区242a成为源极区242，漏极预定区244a则成为漏极区244，亦即氧化物半导体层240a成为具有源极区242、漏极区244及通道区246的氧化物薄膜240。

请参阅图6及图7C，步骤S540及步骤S550，形成闸极绝缘层230以覆盖氧化物薄膜240，再在闸极绝缘层230上形成闸极层220。在此，闸极层220与闸极绝缘层230的材质及形成方法亦与前述实施例的闸极层120与闸极绝缘层130相同或相似。

请参阅图6及图7D，步骤S560，形成保护层250以覆盖闸极层220与闸极绝缘层230。保护层250的材质与形成方法则与前述实施例的保护层150相同或相似。

经过以上步骤后即可得到第二实施例的氧化物薄膜晶体管200。此外，在本发明的其它实施例中，在形成氧化物薄膜240之后，也可以先在氧化物薄膜240上依次形成闸极绝缘层230与闸极层220，之后再利用闸极层220屏蔽进行导电化制程。也就是说，在利用本发明来制成顶闸极式的氧化物薄膜晶体管时，由于导电化制程时无需采用额外的屏蔽，因此可更进一步简化制程。

请再次参阅图3，第三实施例的显示装置300的制造方法可包括先形成氧化物薄膜晶体管阵列310，再在氧化物薄膜晶体管阵列310上设置显示层320。氧化物薄膜晶体管阵列310包括多个氧化物薄膜晶体管312。而各氧化物薄膜晶体管312可采用与氧化物薄膜晶体管100或200相同的制造方法形成。

值得一提的是，薄膜晶体管阵列310中还包括有多条扫描线(ScanLines)与数据线(Data Lines)(图未示)，该领域普通技术人员应该知道，这些扫描线可以与闸极层120在同一制程中形成，数据线则可以与氧化物薄膜140在同一制程中形成。具体来说，数据线例如是与图5D的氧化物半导体层140a为同一膜层，并且在对源极预定区142a与漏极预定区144a进行导电化的制程中，同时对欲作为数据线的部分氧化物半导体层140a进行导电化。

此外，在本实施例中，氧化物薄膜140还可以具有像素电极区148，其是从漏极区144延伸而出，以作为显示装置300的像素电极。当然，在其它实施例中，也可以另外进行一道制程来形成显示装置300的像素电极(图未示)。也就是说，显示装置300的像素电极与氧化物薄膜140可以是分别制成的组件，且氧化物薄膜140的漏极区144是与像素电极电连接。

如上所述，本实施例的显示装置的制造方法中，由于氧化物薄膜具有源极区、漏极区与通道区，因此无需额外沉积导电层作为氧化物薄膜晶体管的源极及漏极，制造过程得以简化。此外，由于构成氧化物薄膜晶体管的所有层均可采用透明材料，因此氧化物薄膜晶体管、氧化物薄膜晶体管阵列及采用该氧化物薄膜晶体管的显示装置均可制作成完全透明的，使得显示装置可实现双面显示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的普通技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种氧化物薄膜晶体管，其包括一个基板、一个闸极层、一层氧化物薄膜与一个闸极绝缘层，该闸极层设置于该基板上方，其特征在于：该氧化物薄膜设置于该基板上方，并具有一个源极区、一个漏极区及一个通道区，其中该通道区位于该源极区与该漏极区之间，并对应至该闸极层，且该源极区与该漏极区的导电性大于该通道区的导电性；该闸极绝缘层设置于该基板上方，并位于该闸极层与该氧化物薄膜之间。

2.如权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其特征在于：该氧化物薄膜包含氧化铟镓锌或氧化铟锌。

3.如权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其特征在于：该闸极层的材质包括铟锡氧化物。

4.如权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其特征在于：该闸极绝缘层覆盖该闸极层，且该氧化物薄膜设置于该闸极绝缘层上。

5.如权利要求1所述的氧化物薄膜晶体管，其特征在于：该闸极绝缘层设置于该氧化物薄膜上，而该闸极层设置于该闸极绝缘层上且与该氧化物薄膜的该通道区相对应。

6.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于包括步骤：

提供一个基板；

在该基板上形成一个闸极层、一个闸极绝缘层以及一个氧化物半导体层，其中该闸极绝缘层位于该闸极层与该氧化物半导体层之间，且该氧化物半导体层具有一个源极预定区、一个漏极预定区及一个通道区，其中该通道区位于该源极预定区与该漏极预定区之间；以及

对该源极预定区与该漏极预定区进行一个导电化制程，以于该闸极绝缘层上形成具有该通道区、一个源极区与一个漏极区的氧化物薄膜。

7.如权利要求6所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：形成该闸极层、该闸极绝缘层以及该氧化物半导体层的方法包括：

在该基板上依次形成该闸极层与该闸极绝缘层，以使该闸极绝缘层覆盖该闸极层；以及

在该闸极绝缘层上形成该氧化物半导体层。

8.如权利要求6所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：形成该闸极层、该闸极绝缘层以及该氧化物半导体层的方法包括：

在该基底上形成该氧化物半导体层；

在该氧化物半导体层上形成该闸极绝缘层；以及

在该闸极绝缘层上形成该闸极层，该闸极层与该氧化物薄膜的该通道区相对应。

9.如权利要求6所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：该导电化制程包括等离子处理制程，且该等离子处理制程所使用的气体包括氩气、氨气或氢气。

10.如权利要求6所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：该导电化制程包括紫外光照射或激光照射。

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