CN102569415A - 有源元件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种有源元件，其包括一源极、一漏极、一氧化物半导体层、一栅极与一栅绝缘层。源极包括多个彼此平行的第一条状电极以及一连接第一条状电极的第一连接电极，漏极包括多个彼此平行的第二条状电极以及一连接第二条状电极的第二连接电极，其中第一条状电极与第二条状电极平行，彼此交替排列，并彼此电性绝缘，且之间存在一曲折沟槽，而栅极沿着曲折沟槽延伸。氧化物半导体层与源极以及漏极接触，其中氧化物半导体层与各第一条状电极的接触面积等于各第一条状电极的布局面积，且各第二条状电极的接触面积等于各第二条状电极的布局面积。本申请可在较小的布局面积内制作出具有相同通道宽度与通道长度的比值(W/L)的有源元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种有源元件，尤其涉及一种具有氧化物半导体层的有源元件。
背景技术
在诸多平面显示器中，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film TransistorLiquid Crystal Display，TFT-LCD)具有高空间利用效率、低消耗功率、无辐射以及低电磁干扰等优越特性，因此，液晶显示器深受消费者欢迎。薄膜晶体管液晶显示器主要是由有源阵列基板、彩色滤光基板与位于两基板之间的液晶层所构成。有源阵列基板具有有源区以及周边电路区。有源阵列位于有源区内，而驱动电路则位于周边电路区内。
以周边电路区上的驱动电路为例，具有高通道宽度与通道长度的比值(W/L)的薄膜晶体管常被使用到。一般而言，薄膜晶体管的开启电流(Ion)与通道宽度与通道长度的比值(W/L)成正比，且满足下列关系式：
Ion＝U*W/L(VG-Vth)VD
其中U为载子移动率，W为通道宽度，L为通道长度，VG为栅极电压，Vth为临界电压，而VD为漏极电压。由上述关系式可知，增加通道宽度与通道长度的比值(W/L)可以提高开启电流(Ion)。然而，增加通道宽度往往会使元件布局面积大幅度的增加。为了缩减元件布局面积，已有公知技术通过源极与漏极交替排列的方式来提高通道宽度与通道长度的比值(W/L)。
图1A为公知配置多对源极与漏极的有源元件基板俯视图，而图1B为沿图1A切线A-A’方向的薄膜晶体管结构图。请参考图1A与图1B，公知的薄膜晶体管100制作于一基板110上，且薄膜晶体管100包括一栅极120，一栅绝缘层130，一半导体层140，一蚀刻停止层(etch stop layer)150，一源极160与一漏极170。栅极120配置于基板100上，而栅绝缘层130配置于基板110上以覆盖栅极120。半导体层140配置于栅绝缘层130上，且位于栅极120上方。蚀刻停止层150配置于半导体层140上，而源极160与漏极170配置于蚀刻停止层150与部分的半导体层140，且源极160与漏极170彼此电性绝缘。
从图1A可知，源极160与漏极170之间存在一曲折沟槽(zigzag trench)Z，而栅极120与半导体层140皆沿着曲折沟槽Z延伸，其中栅极120的宽度WG大于曲折沟槽Z的宽度WZ，且半导体层140的宽度WS大于栅极宽度WG。此外，栅极120具有多个条状间隙GG，半导体层140间具有多个条状间隙GS，且条状间隙GS的宽度小于条状间隙GG的宽度。
图1A与图1B中所绘示的薄膜晶体管100虽已具有相当高的通道宽度与通道长度的比值(W/L)，但随着平面显示器的窄边框(slim border)设计日益盛行，薄膜晶体管100的布局面积势必会被要求进一步地减少。是以，如何在不降低通道宽度与通道长度的比值(W/L)的前提下，进一步缩减薄膜晶体管100所需的布局面积，实为未来的趋势。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种有源元件，其通过改变半导体层的形状以提升通道宽度与通道长度的比值(W/L)。
本发明提出一种有源元件，其包括一源极、一漏极、一氧化物半导体层、一栅极与一栅绝缘层。源极包括多个彼此平行的第一条状电极以及一连接第一条状电极的第一连接电极，漏极包括多个彼此平行的第二条状电极以及一连接第二条状电极的第二连接电极，其中第一条状电极与第二条状电极平行，彼此交替排列，并彼此电性绝缘，且之间存在一曲折沟槽，而栅极沿着上述的曲折沟槽延伸。此外，氧化物半导体层与源极以及漏极接触，其中氧化物半导体层与各第一条状电极的接触面积等于各第一条状电极的布局面积，且各第二条状电极的接触面积等于各第二条状电极的布局面积。另外，栅绝缘层配置于栅极与氧化物半导体层之间。
在本申请的一实施例中，前述的第一连接电极实质上平行于第二连接电极。
在本申请的一实施例中，前述的源极与漏极电性绝缘。
在本申请的一实施例中，前述的栅极位于源极与漏极的上方或下方。
在本申请的一实施例中，前述的栅极的宽度大于曲折沟槽的宽度。
在本申请的一实施例中，前述的氧化物半导体层具有一矩形图案。
在本申请的一实施例中，前述的氧化物半导体层的材质包括氧化铟镓锌(Indium-Gallium-Zinc Oxide，IGZO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)、氧化铟锌(Indium-Zinc Oxide，IZO)、氧化镓锌(Gallium-Zinc Oxide，GZO)、氧化锌锡(Zinc-Tin Oxide，ZTO)或氧化铟锡(Indium-Tin Oxide，ITO)。
相较于公知技术，本申请的实施例通过改变半导体层的形状，故在相同的布局面积内，有源元件具有较高的通道宽度与通道长度的比值(W/L)。换言之，相较于公知技术，本申请的实施例可在较小的布局面积内制作出具有相同通道宽度与通道长度的比值(W/L)的有源元件。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A为公知配置多对源极与漏极的有源元件基板俯视图；
图1B为沿图1A切线A-A’方向的薄膜晶体管结构图；
图2A为依照本发明一实施例的有源元件的布局示意图；
图2B为沿图2A的剖面线B-B’所得的剖面示意图；
图3A为公知技术的有源元件的电流-电压特性曲线(I-V curve)；
图3B为本申请的有源元件的电流-电压特性曲线(I-V curve)；
图4A为公知技术的有源元件的热载子应力(hot carrier stress)特性曲线；
图4B为本申请的有源元件的热载子应力(hot carrier stress)特性曲线；
图5为公知技术与本申请的有源元件的临界电压(threshold voltage)-时间的特性曲线；
图6为公知技术与本申请的有源元件的电容-电压特性曲线；
图7为公知技术与本发明的有源元件电流随时间的下降率图。
其中，附图标记说明如下：
100：薄膜晶体管
110、210：基板
120、220：栅极
130、230：栅绝缘层
140、240半导体层
150、250：绝缘层
160、260：源极
170、270：漏极
200：有源元件
260a：第一条状电极
260b：第一连接电极
270a：第二条状电极
270b：第二连接电极
Z：曲折沟槽
WZ：曲折沟槽的宽度
WS：半导体层的宽度
WG：栅极宽度
GS：半导体层条状间隙宽度
GG：栅极条状间隙宽度
具体实施方式
图2A为依照本发明一实施例的有源元件的布局示意图，而图2B为沿图2A的剖面线B-B’所得的剖面示意图。请参照图2A与图2B，本实施例的有源元件200适于制作于一基板210上。有源元件200包括一栅极220、一栅绝缘层230、一氧化物半导体层240，一绝缘层250，一源极260与一漏极270。
在本实施例中，栅极220配置于基板210上，而栅极220材料例如为金属。栅绝缘层230配置于栅极220上，而栅绝缘层230的材料例如为氧化硅、氮化硅或是其他合适的介电材料。氧化物半导体层240配置于栅绝缘层230上且位于栅极220上方，以作为通道层之用。在本实施例中，氧化物半导体层240材料例如为氧化铟镓锌(Indium-Gallium-Zinc Oxide，IGZO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)、氧化铟锌(Indium-Zinc Oxide，IZO)、氧化镓锌(Gallium-Zinc Oxide，GZO)、氧化锌锡(Zinc-Tin Oxide，ZTO)或氧化铟锡(Indium-Tin Oxide，ITO)。此外，源极260与漏极270的材料例如为金属。
详细而言，如图2A所示，源极260包括多个彼此平行的第一条状电极260a以及一与第一条状电极260a连接的第一连接电极260b，漏极270包括多个彼此平行的第二条状电极270a以及一与第二条状电极270a连接的第二连接电极270b，其中第一连接电极260b与第二连接电极270b彼此平行。另外，第一条状电极260a与第二条状电极270a彼此平行，以增加有源元件200中通道宽度W与通道长度L的比值，进而提高有源元件200的开启电流(Ion)。从图2A可清楚得知，第一条状电极260a与第二条状电极270a之间存在一曲折沟槽Z，且曲折沟槽Z的宽度为WZ。
栅极220位于源极260与漏极270下方，并沿着上述的曲折沟槽Z延伸，因此，栅极220具有与曲折沟槽Z相似的外轮廓。此外，栅极220具有多个延伸方向与第一条状电极260a、第二条状电极270a平行之间隙GG。在本实施例中，间隙GG的宽度例如是介于3微米至15微米。
在本实施例中，栅极220的宽度WG例如是大于曲折沟槽Z的宽度WZ，且第一条状电极260a与第二条状电极270a与栅极220部分重叠。此外，第一条状电极260a与第二条状电极270a分别分布于氧化物半导体层240的两侧，且第一条状电极260a与第二条状电极270a与氧化物半导体层240接触，其中氧化物半导体层240与各第一条状电极260a的接触面积等于各第一条状电极的布局面积A1，且各第二条状电极270a的接触面积等于各第二条状电极的布局面积A2。在本实施例中，氧化物半导体层240具有一矩形图案。
由于氧化物半导体层240在对应于第一条状电极260a与第二条状电极270a的布局区域中，不具有条状间隙GS(如图1A所示)，因此，本实施例的有源元件200可在相同的布局面积内提供较高的通道宽度与通道长度的比值(W/L)。换言之，本实施例可在较小的布局面积内制作出具有相同通道宽度与通道长度的比值(W/L)的有源元件200。
此外，由于氧化物半导体层240在对应于第一条状电极260a与第二条状电极270a的布局区域中，不具有条状间隙GS(如图1A所示)，因此，氧化物半导体层240有助于提升有源元件200的散热表现。
图3A与图3B分别为公知技术与本申请的有源元件的电流-电压特性曲线(I-V curve)。其中，Photo0s_VD-1V及Photo0s_VD-10V表示0秒时，以LED白光2000nits照射源极，并以VG＝-30～30V的范围(sweep)施加VD电压分别以1V及10V测量；Photo2000s_VD-1V及Photo2000s_VD-10V表示以LED白光2000nits照组件并以VG＝-30V～30V的范围(sweep)施加VD电压分别以1V及10V测量后的ID-VG曲线。如图3A与图3B所示，无论是在小电压或是大电压(上至30V)下，公知技术与本申请的有源元件的电流-电压曲线相近。
图4A与图4B分别为公知技术与本申请的有源元件的热载子应力(hotcarrier stress)特性曲线。热载子应力主要用于评估有源元件的可靠度(reliability)。如图4A与图4B所示，公知技术与本实施例的有源元件的热载子应力特性曲线相近。
图5为公知技术与本申请的有源元件的临界电压(threshold voltage)-时间的特性曲线。如图5所示，曲线New表本申请的有源元件的临界电压(threshold voltage)-时间的特性曲线，曲线Prior art表公知技术的有源元件的临界电压(threshold voltage)-时间的特性曲线。公知技术与本申请的有源元件的临界电压(threshold voltage)-时间的特性曲线相近(临界电压的偏移量皆在0.5伏特到2.5伏特区间内)。
图6为公知技术与本申请的有源元件的电容-电压特性曲线。曲线New表本申请的有源元件的电容-电压特性曲线，曲线Prior art表公知技术的有源元件的电容-电压特性曲线。其中，Cgd是栅极与漏极间的电容值；Priorart_Cgd为公知技术的Cgd电容值；New_Cgd为本申请的电容值。如图6所示，公知技术与本申请的电容-电压特性曲线相近。
图7为公知技术与本发明的有源元件电流随时间的下降率图。曲线New表本申请的有源元件电流随时间的下降率图，曲线Prior art表公知技术的有源元件电流随时间的下降率图。请参照图7，本申请的有源元件的漏极电流优于公知技术，故本申请的有源元件较适合交流电压下的操作。
综上所述，在本申请的有源元件可在相同的布局面积内提供较高的通道宽度与通道长度的比值(W/L)。换言之，本申请可在较小的布局面积内制作出具有相同通道宽度与通道长度的比值(W/L)的有源元件。此外，本申请的有源元件具有较佳的散热效能。
虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种有源元件，包括：
一源极，包括多个彼此平行的第一条状电极以及一连接所述多个第一条状电极的第一连接电极；
一漏极，包括多个彼此平行的第二条状电极以及一连接所述多个第二条状电极的第二连接电极，其中所述多个第一条状电极与所述多个第二条状电极平行，并且交替排列于该第一连接电极与该第二连接电极之间，而该源极与该漏极电性绝缘，且该源极与该漏极之间存在一曲折沟槽；
一氧化物半导体层，与该源极以及该漏极接触，其中该氧化物半导体层与各该第一条状电极的接触面积等于各该第一条状电极的布局面积，且各该第二条状电极的接触面积等于各该第二条状电极的布局面积；
一栅极，沿着该曲折沟槽延伸；以及
一栅绝缘层，配置于该栅极与该氧化物半导体层之间。
2.如权利要求1所述的有源元件，其中该第一连接电极实质上平行于该第二连接电极。
3.如权利要求1所述的有源元件，其中该源极与该漏极电性绝缘。
4.如权利要求1所述的有源元件，其中该栅极的宽度大于该曲折沟槽的宽度。
5.如权利要求1所述的有源元件，其中该氧化物半导体层具有一矩形图案。
6.如权利要求1所述的有源元件，其中该栅极位于该源极、漏极下方。
7.如权利要求1所述的有源元件，其中该栅极位于该源极、漏极下方。
8.如权利要求1所述的有源元件，其中该氧化物半导体层的材质包括氧化铟镓锌、氧化锌氧化锡、氧化铟锌、氧化镓锌、氧化锌锡或氧化铟锡。
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