CN102593183A - 薄膜晶体管结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄膜晶体管结构及其制造方法，其中薄膜晶体管结构包括基板、栅极层、栅极绝缘层、源极和漏极以及透明材料层。其中栅极层形成于基板上；栅极绝缘层形成于栅极层上；源极和漏极形成于栅极绝缘层上；透明材料层具有通道区以及绝缘区，其中通道区位于源极和漏极之间的栅极绝缘层上，绝缘区覆盖于通道区、源极和漏极上。本发明薄膜晶体管结构及其制造方法可改善薄膜晶体管结构元件效能并降低制程成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体结构及其制造方法，尤其涉及一种薄膜晶体管结构及其制造方法。
背景技术
图1A是现有的一种薄膜晶体管(Thin Film Transistor) 结构10的俯视图。图1B是沿着图1A的薄膜晶体管结构10的切线C-C’的剖视图。其中，薄膜晶体管结构10包括：由数据线(data line) 121、扫描线(scan line )122、电容线(Cs line)123和薄膜晶体管100所构成的薄膜电路区12以及由像素电极112所构成的显示区14。
薄膜晶体管结构10的制作，包括下述步骤：首先，在玻璃基板101上形成扫描线122和电容线123。其中，一部分的扫描线122构成薄膜晶体管100的金属栅极102(如图1B所示)。之后，在金属栅极102上，依序形成栅极绝缘层104以及半导体通道层110。接着，再以光罩对金属层进行蚀刻的方式，在半导体通道层110上定义出源极103(由一部分的数据线121所构成)/漏极105结构。后续，在源极103/漏极105上覆盖钝化层109和保护层111，以形成薄膜晶体管100。再利用透明导电材料，在栅极绝缘层104上形成像素电极112，使像素电极112与漏极105电性连接。
一般而言，制作传统薄膜晶体管100需要多个光罩制程，且薄膜晶体管100的漏极105与像素电极112之间，还需要通过接触窗(Contact VIA Hole)106来加以连接。不仅拉长制程时间而且容易衍生良率降低及成本增加等问题。
另外，由于传统由非晶硅材质所制成的半导体通道层110，通常会有照光而漏电的现象。而透明电极材料，例如铟锡氧化物(Indium Tin Oxide；ITO)，因为具有远大于非晶硅的载子迁移率，且本身透明不吸收可见光，可改善上述照光漏电的现象。因此，目前另有现有技术，利用透明电极材料来制作薄膜晶体管100的非晶硅半导体通道层110，以改善薄膜晶体管结构10的元件效能。
但是，透明电极材料薄膜的电性易受水分及氧气影响而变化。若将其使用于传统薄膜晶体管结构10制程，经过涂布光阻、蚀刻以及去除光阻等程序之后，透明电极薄膜的电性早已受水分及氧气影响而劣化，以致量产的再现性不佳。
因此有需要提供一种新颖的薄膜晶体管结构及其制造方法，可改善薄膜晶体管结构元件效能并降低制程成本。
发明内容
本发明的目的就是在于提供一种薄膜晶体管结构及其制造方法，其可改善薄膜晶体管结构元件效能并降低制程成本。
为达成上述目的，本发明提供的薄膜晶体管结构包括基板、栅极层、栅极绝缘层、源极和漏极以及透明材料层。其中栅极层形成于基板上；栅极绝缘层形成于栅极层上；源极和漏极形成于栅极绝缘层上；透明材料层具有通道区以及绝缘区，其中通道区位于源极和漏极之间的栅极绝缘层上，绝缘区覆盖于通道区、源极和漏极上。
在本发明的一个实施例中，透明材料层由铟镓锌氧化物(indium zinc oxide；IGZO)组成，且组成通道区的铟镓锌氧化物的铟、镓、锌及氧成分比例为1:1:1:(3.5至4.5)。
在本发明的一个实施例中，通道区的厚度实值介于50 nm至100 nm之间，且通道区的电阻值实质介于1×101 ~ 1×106 ohm-cm之间；绝缘区的厚度实值介于50 nm至500 nm之间，且绝缘区的电阻值实质大于1×106 ohm-cm。
在本发明的一个实施例中，构成源极与漏极的材料是铟锡氧化物 (Indium Tin Oxide；ITO)、铟锌氧化物 (indium zinc oxide；IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)或上述任意组合所组成的导电材料。
在本发明的一个实施例中，漏极具有一个延伸部，延伸至像素区以形成像素电极。
在本发明的一个实施例中，薄膜晶体管结构更包括一个像素电极层，形成于栅极绝缘层上，且与漏极电性连接。
在本发明的一个实施例中，基板为玻璃基板或塑料基板；且栅极绝缘层的材料选自于由氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiNxOy)、氧化铝(AlOx)、氧化铪(HfOx)及上述任意组合所组成的一个族群。
在本发明的一个实施例中，薄膜晶体管结构更包括一个形成于绝缘区上的保护层，其中保护层的材质选自于由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、树脂以及上述任意组合所组成的一个族群。
本发明另提供一种薄膜晶体管结构的制造方法，其中此制造方法包括下述步骤：首先提供一个基板，并在基板上形成一个栅极层。然后在栅极层上形成一个栅极绝缘层。接着在栅极绝缘层上形成一个源极和漏极。形成具有通道区以及绝缘区的透明材料层，使通道区位于源极和漏极之间的栅极绝缘层上，绝缘区则覆盖于通道区、源极和漏极上。
在本发明的一个实施例中，透明材料层的形成方法是通过一个连续溅镀制程，以不破真空的方式，在栅极绝缘层、源极和漏极上形成通道区以及绝缘区。
根据上述实施例，本发明提供的薄膜晶体管结构及其制造方法，其采用一个连续溅镀制程，以不破真空一次成膜的方式，在栅极绝缘层、源极和漏极上形成一个具有通道区以及绝缘区的透明材料层。通过控制连续溅镀制程中的氧气(O2)对氩气(Ar)的流量的比例来调整通道区与绝缘区的含氧量。故可在同一制程步骤中提供具有半导体特性的通道区以及具有绝缘性的绝缘区，节省制程步骤与时间。
此外配合利用透明电极材料(ITO)制作源极与漏极，并延伸漏极作为像素电极，则可省去后续制作接触窗以及独立像素电极的制程步骤，达到简化制程以及减少光罩的使用与设计的目的。同时，也可使开口率提高。
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它目的、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1A是现有的一种薄膜晶体管结构的俯视图。
图1B是沿着图1A的薄膜晶体管结构的切线C-C’的剖视图。
图2是根据本发明的一个实施例的薄膜晶体管结构的俯视图。
图2A至图2E是根据本发明的一个实施例，沿着图2的薄膜晶体管结构的切线S-S’的剖视图。
图3是根据本发明的另一个实施例的薄膜晶体管结构的剖视图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的薄膜晶体管结构及其制造方法其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及功效，详细说明如后。
本发明的目的就是在于提供一种薄膜晶体管结构及其制造方法。图2是根据本发明一个实施例的薄膜晶体管结构20的俯视图。图2A至图2E是根据本发明的一个实施例，沿着图2的薄膜晶体管结构20的切线S-S’的剖视图。其中薄膜晶体管结构20的制作方法包括下述步骤：
首先提供一个基板201，并在基板201上形成一个栅极层202。在本发明的一个实施例中，基板201为玻璃基板或塑料基板；栅极层202的材料可以是多晶硅或金属材质。在本实施例中，栅极层202的形成步骤，包括图案化沉积于基板201上的金属层。且在形成栅极层202的同时，还包括在基板201上形成一个后续可用来构成储存电容的金属层203(如图2A所示)。
然后，在栅极层202和金属层203上形成一个栅极绝缘层204(如图2B所示)。栅极绝缘层204的材料，较佳是选自于由氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiNxOy)、氧化铝(AlOx)、氧化铪(HfOx)及上述任意组合所组成的一个族群。在本实施例中，栅极层202是通过沉积制程覆盖于栅极层202上的氧化硅层。
接着，在栅极绝缘层204上形成源极205和漏极206(如图2C所示)。构成源极205和漏极206的材料较佳是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide；ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide；IZO)或铟镓锌氧化物(IGZO)或上述任意组合所组成的导电材料。在本实施例中，源极205和漏极206的形成，包括在栅极绝缘层204上沉积透明的铟锡氧化层，并对铟锡氧化层进行图案化，以定义出彼此分离的源极205和漏极206，并且把位于栅极层202上方，源极205和漏极206之间的一部分栅极绝缘层204暴露出来。
在本实施例中，漏极206具有一个延伸部206a，可延伸至允许光线通过的像素区207，以形成后续用来控制显示液晶动作的像素电极206b。但值得注意的是，在本发明的另一个实施例中，薄膜晶体管结构30也可以包括一个另外形成于栅极绝缘层204上，且与漏极206电性连接的像素电极层31(如图3所示)。
之后进行沉积制程形成一个透明材料层208，覆盖于栅极绝缘层204、源极205和漏极206上。再经涂布光阻、蚀刻以及去除光阻等图案化程序，在透明材料层208中定义出通道区208a以及绝缘区208b图案(如图2D所示)。其中通道区208a位于源极205和漏极206之间，暴露在外的栅极绝缘层204的上方；绝缘区208b则覆盖于源极205和漏极206上。
在本发明的较佳实施例中，透明材料层208的形成方法是通过一个连续溅镀制程，在不破真空的环境下，在栅极绝缘层204、源极205和漏极206上沉积铟镓锌氧化物。并且通过控制连续溅镀制程中不同成膜阶段的氧气对氩气的流量比例，以调整通道区与绝缘区的含氧量。
在本实施例中，连续溅镀制程先给予较低含氧量(实值为3%至15%)气氛，使通道区208a在源极205和漏极206之间的栅极绝缘层204上成膜。接着在不破真空的环境下，给予高含氧量气氛继续进行溅镀制程，使绝缘区208b在通道区208a、源极205和漏极206上成膜。由于形成通道区208a的铟镓锌镀膜含氧量较低，因此具有半导体特性。相对的，由于形成绝缘区208b的铟镓锌镀膜含氧量较高，因此具有绝缘特性。其中组成通道区208a的铟镓锌镀膜的铟、镓、锌及氧成分比例较佳为1:1:1:(3.5至4.5)，厚度实值介于50 nm至100 nm之间，且电阻值实质介于1×101 ~ 1×106 ohm-cm之间。绝缘区208b铟镓锌镀膜的厚度实值介于50 nm至500 nm之间，电阻值实质大于1×106 ohm-cm。
由于通道区208a和绝缘区208b是在不破真空的环境下一次成膜，因此除了可节省制程步骤与成本之外，又可避免半导体通道区208a的铟镓锌镀膜受到(现有技术所采用的涂布光阻、蚀刻以及去除光阻等程序的)水分及氧气影响，而产生电性变化。
在本发明的较佳实施例中，还包括在透明材料层208的绝缘区208b、像素电极206b以及未被覆盖的栅极绝缘层204上形成保护层209。其中保护层209的材质可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、树脂或上述任意组合的材料(如图2E所示)。
请再参考图2E，制作完成的薄膜晶体管结构20 包括由基板201、栅极层202、栅极绝缘层204、源极205，漏极206和透明材料层208所构成的薄膜晶体管200，以及由像素电极206b所构成的像素区207。其中，栅极层202形成于基板201上；栅极绝缘层204形成于栅极层202上；源极205和漏极206形成于栅极绝缘层204上；透明材料层208具有通道区208a以及绝缘区208b，其中通道区208a位于源极205和漏极206之间的栅极绝缘层204上，绝缘区208b覆盖于通道区208a、源极205和漏极206上。
请再参考图2，由于薄膜晶体管200的漏极206，可以通过形成源极205和漏极206的一次制程延伸至显示器的像素电极206b。因此可省去后续制作接触窗(图未示)以及独立像素电极的制程步骤，达到简化制程以及减少光罩的使用与设计。同时，由于和像素区207相连的漏极206为可透光材质，因此也可提高采用薄膜晶体管结构20的液晶显示器的开口率。
综上所述，本发明的薄膜晶体管结构20及其制造方法，采用一个连续溅镀制程，以不破真空一次成膜的方式，在栅极绝缘层204、源极和漏极上形成一个具有通道区以及绝缘区的透明材料层。通过控制连续溅镀制程中的氧气对氩气的流量的比例来调整通道区与绝缘区的含氧量。因此可在同一制程步骤中提供具有半导体特性的通道区以及具有绝缘性的绝缘区，从而节省制程步骤与时间。
此外配合利用透明电极材料(ITO)制作源极与漏极，并延伸漏极作为像素电极，则可省去后续制作接触窗以及像素电极的制程步骤，达到简化制程以及减少光罩的使用与设计的目的。同时，也可使采用薄膜晶体管结构20的液晶显示器开口率提高。
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，任何熟悉本专业的技术人员，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)
1.一种薄膜晶体管结构，其特征是，其包括：
基板；
栅极层，形成于该基板上；
栅极绝缘层，形成于该栅极层上；
源极和漏极，形成于该栅极绝缘层上；以及
透明材料层，具有通道区以及绝缘区，其中该通道区位于该源极和该漏极之间的该栅极绝缘层上，该绝缘区覆盖于该通道区、该源极和该漏极上。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征是，该透明材料层由铟镓锌氧化物组成，且组成该通道区的铟镓锌氧化物的铟、镓、锌及氧成分比例为1:1:1:(3.5至4.5)。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征是，该通道区的厚度实值介于50 nm至100 nm之间，且该通道区具有实质介于1×101 ~ 1×106 ohm-cm之间的电阻值；该绝缘区的厚度实值介于50 nm至500 nm之间，且该绝缘区具有实质大于1×106 ohm-cm的电阻值。
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征是，构成该源极与该漏极的材料是铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟镓锌氧化物或上述任意组合所组成的导电材料。
5.根据权利要求4所述的薄膜晶体管结构，其特征是，该漏极具有延伸部，延伸至像素区以形成像素电极。
6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征是，更包括像素电极层，形成于该栅极绝缘层上，且与该漏极电性连接。
7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征是，该基板为玻璃基板或塑料基板；且该栅极绝缘层的材料选自于由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化铪及上述任意组合所组成的一个族群。
8.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征是，更包括保护层，形成于该绝缘区上，其中该保护层的材质选自于由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、树脂以及上述任意组合所组成的一个族群。
9.一种薄膜晶体管结构的制造方法，其特征是，其包括：
提供基板；
在该基板上形成栅极层；
在该栅极层上形成栅极绝缘层；
在该栅极绝缘层上形成源极以及漏极；以及
形成具有通道区以及绝缘区的透明材料层，使该通道区位于该源极和该漏极之间的该栅极绝缘层上，该绝缘区覆盖于该通道区、该源极和该漏极上。
10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管结构的制造方法，其特征是，该透明材料层的形成，是通过一个连续溅镀制程，以不破真空的方式，在该栅极绝缘层、该源极和该漏极上形成该通道区以及该绝缘区。
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