CN103378162A - 薄膜晶体管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管及其制作方法，其中薄膜晶体管包括一栅极、一氧化物通道层、一栅绝缘层、一源极、一漏极以及一介电层。栅极配置在一基板上。配置在基板上的氧化物通道层，与栅极彼此上下堆叠，其中氧化物通道层的材质包括一金属元素，且金属元素的含量沿氧化物通道层的厚度方向呈现梯度分布。栅绝缘层配置在栅极与该氧化物通道层之间。源极与漏极彼此平行配置，且连接于氧化物通道层。介电层覆盖源极及漏极远离基板的一侧。

Description

薄膜晶体管及其制作方法

技术领域

本发明是有关于一种半导体元件及其制作方法，且特别是关于一种薄膜晶体管及其制作方法。

背景技术

近年来，随着电子技术的日新月异，具有高画质、空间利用效率佳、低消耗功率、无辐射等优越特性的薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film TransistorLiquid Crystal Display，TFT LCD)已逐渐成为市场的主流。

随着薄膜晶体管液晶显示器大面积化和高解析度的需求，薄膜晶体管须具备高载流子迁移率，来缩短其充放电时间。近年来，考虑到载流子迁移率、可挠性以及均匀性的问题，薄膜晶体管的通道层可选用通过氧化物半导体层来制作的氧化物通道层。

在制作薄膜晶体管的过程中，需要通过照射紫外光(Ultraviolet light，UV)以及蚀刻等步骤来图案化各膜层。然而，由于氧化物通道层对水、氧、酸性蚀刻剂等非常敏感，任何环境的影响或是工艺的异常都可能造成元件的电性与均匀性异常。此外，氧化物通道层在紫外光的照射下会产生光电流(photocurrent)，造成薄膜晶体管的寿命(lifetime)以及光电特性的劣化。因此，如何改善氧化物通道层的稳定性并减少其因外在环境或工艺异常所造成的影响，实为当前研发人员急需解决的议题之一。

发明内容

本发明提供一种薄膜晶体管及其制作方法，其具有良好的光电特性及稳定性。

本发明提供一种薄膜晶体管，其包括一栅极、一氧化物通道层、一栅绝缘层、一源极、一漏极以及一介电层。栅极配置在一基板上。配置在基板上的氧化物通道层，与栅极彼此上下堆叠，其中氧化物通道层的材质包括一金属元素，且金属元素的含量沿氧化物通道层的厚度方向呈现梯度分布。栅绝缘层配置在栅极与该通道层之间。源极与漏极彼此平行配置，且连接于氧化物通道层。介电层覆盖源极及漏极远离基板的一侧。

本发明提供一种薄膜晶体管的制作方法，其包括以下步骤：在一基板上形成一栅极；在基板上形成至少一第一氧化物半导体层以及至少一第二氧化物半导体层，其中各该第一氧化物半导体层以及各该第二氧化物半导体层交替排列，以构成一氧化物通道层，氧化物通道层配置在基板上，且栅极与氧化物通道层彼此上下堆叠，其中氧化物通道层的材质包括一金属元素，且金属元素的含量沿氧化物通道层的厚度方向呈现梯度分布；在栅极与氧化物通道层之间形成一栅绝缘层；形成一源极以及一漏极，其中源极与漏极彼此平行配置，且连接于氧化物通道层；形成一介电层以覆盖源极及漏极远离基板的一侧。

在本发明的一实施例中，前述的氧化物通道层具有一第一区域以及一第二区域，第一区域的金属元素的含量大于第二区域的金属元素的含量且第一区域与第二区域沿厚度方向排列，其中第一区域相对于第二区域更邻近于栅极，且金属元素的含量由第一区域至第二区域逐渐减少。

在本发明的一实施例中，前述的氧化物通道层具有一第一区域以及一第二区域，第一区域的金属元素的含量大于第二区域的金属元素的含量且第一区域与第二区域沿厚度方向排列，其中第一区域相对于第二区域更邻近于源极以及漏极，且金属元素的含量由第一区域至第二区域逐渐减少。

在本发明的一实施例中，前述的栅极位于氧化物通道层与基板之间。

在本发明的一实施例中，前述的薄膜晶体管，还包括一蚀刻阻挡层位于氧化物通道层接触在源极及漏极的一侧。

在本发明的一实施例中，前述的源极及漏极位于氧化物通道层与栅极之间。

在本发明的一实施例中，前述的氧化物通道层位于基板与栅极之间，且薄膜晶体管更包括一绝缘层位于栅极远离栅绝缘层的一侧，且绝缘层具有一第一贯孔以及一第二贯孔，其中第一贯孔以及第二贯孔分别贯穿绝缘层以及栅绝缘层，并暴露出部分氧化物通道层，且源极以及漏极分别通过第一贯孔以及第二贯孔连接氧化物通道层。

在本发明的一实施例中，前述的金属元素包括铟、锌、镉或锡。

在本发明的一实施例中，前述的形成第一氧化物半导体层的方法包括进行一低温成膜工艺，其中低温成膜工艺的温度范围为摄氏20度至150度。

在本发明的一实施例中，前述的薄膜晶体管的制作方法，其中在第一氧化物半导体层中金属元素为一第一含量而在第二氧化物半导体层中金属元素为一第二含量，且第一含量不同于第二含量。

在本发明的一实施例中，前述的薄膜晶体管的制作方法，还包括进行一热退火工艺，使金属元素由第一氧化物半导体层扩散到第二氧化物半导体层，而呈现渐变的梯度分布，以构成氧化物通道层。

基于上述，本发明实施例的薄膜晶体管及其制作方法采用至少两种氧化物半导体材料制作氧化物通道层。第一氧化物半导体材料对酸性蚀刻剂或是水气具有较佳的抵抗能力，藉以提供第二氧化物半导体材料良好的保护。此外，第一氧化物半导体材料在紫外光波段下的低穿透率特性(UV cut)，可降低第二氧化物半导体材料因照光所产生的光电流，进而提升薄膜晶体管的光电特性以及寿命。另外，第一氧化物半导体材料具有良好的界面附着性及其高的载流子迁移率，可填补第二氧化物半导体材料与其他膜层的界面上的缺陷，进而提升薄膜晶体管的稳定性、可靠性(reliability)以及光电特性。

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，并配合所示附图作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1F为本发明一实施例的薄膜晶体管的制作过程的剖面示意图；

图2为在常温下低能量的溅射法制作出的氧化铟薄膜所具有的X光衍射图谱；

图3绘示出在常温下低能量的溅射法氧化铟薄膜沉积过程的示意图；

图4绘示铟镓锌氧化物在不同波长下的开关电流曲线示意图；

图5A绘示氧化铟对应不同波长的光线的穿透率示意图；

图5B绘示氧化锌对应不同波长的光线的穿透率示意图；

图6A以及图6B为本发明另一实施例的薄膜晶体管的制作流程剖面示意图；

图7至图11为本发明其他实施例的薄膜晶体管在热退火工艺前的剖面示意图；

图12a至图12f为第一氧化物半导体层、第二氧化物半导体层以及栅绝缘层的配置示意图。

附图标记说明：

100、200、700、800、900、1000、1100：薄膜晶体管；

110：基板；

120：栅极；

130、130A、130B：栅绝缘层；

140A、140A’、140B、140B’、140C、140D、140E：氧化物通道层；

142、142A、142B、142C、142D、142E：第一氧化物半导体层；

144、144A、144B、144C、144D、144E：第二氧化物半导体层；

152A、152B、152C、152D：源极；

154A、154B、154C、154D：漏极；

160：介电层；

170：蚀刻阻挡层；

180：绝缘层；

P140、P120：正投影；

D：厚度；

A1：第一区域；

A2：第二区域；

W1：第一贯孔；

W2：第二贯孔。

具体实施方式

图1A至图1F为本发明一实施例的薄膜晶体管的制作过程剖面示意图。

请参照图1A，首先，提供一基板110，并于基板110上形成一栅极120，其中栅极120可以是由金属叠层构成，或是由单层金属层构成，其材质例如是导电良好的铝、铜等金属。当然，视实际需求，栅极120可以由非金属导电材料所构成。

请参照图1B，将一栅绝缘层130A形成在基板110上，并使栅绝缘层130A覆盖住栅极120。栅绝缘层130A的材质例如是无机材料(例如：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅铝氧化物或上述至少二种材料的堆叠层)、有机材料或上述的组合。当然，本实施例不以此为限，凡是可以提供绝缘特性的材料都可以选择性地应用在本实施例以制作栅绝缘层130A。

请参照图1C，形成至少一第一氧化物半导体层142A以及至少一第二氧化物半导体层144A在基板110上，其中第一氧化物半导体层142A以及第二氧化物半导体层144A依序排列，以构成一氧化物通道层140A。当第一氧化物半导体层142A以及第二氧化物半导体层144A各自为多层时，多层第一氧化物半导体层142A以及多层第二氧化物半导体层144A则可以交替地排列。在本实施例中，氧化物通道层140A例如是由一层第一氧化物半导体层142A以及一层第二氧化物半导体层144A所构成。此外，第一氧化物半导体层142A的材质例如是氧化铟，而第二氧化物半导体层144A的材质例如是非晶硅铟镓锌氧化物(amorphous-Indium Gallium Zinc Oxide，a-IGZO)。

另外，根据图1C所绘示的结构，第一氧化物半导体层142A覆盖在第二氧化物半导体层144A远离栅绝缘层130A的一侧，但本发明不以此为限。在其他实施例中，氧化物通道层140A的结构也可以是第二氧化物半导体层144A覆盖在第一氧化物半导体层142A远离栅绝缘层130A的一侧。又或者，氧化物通道层140A可以是由多个第一氧化物半导体层142A以及多个第二氧化物半导体层144A交替排列所形成。

在本实施例中，根据图1B和图1C所示，栅极120位于氧化物通道层140A与基板110之间，且栅绝缘层130A位于栅极120与氧化物通道层140A之间，其为一种底栅型的设计。详言之，氧化物通道层140A配置在基板110上并与栅极120彼此上下堆叠。具体而言，氧化物通道层140A在基板110上的正投影P140会覆盖栅极120在基板110上的正投影P120。也就是说，氧化物通道层140A在基板110上的投影面积与栅极120在基板110上的投影面积会彼此重叠。

另外，氧化物通道层140A中第一氧化物半导体层142A的材质包括一金属元素，亦即第一氧化物半导体层142A的材质可以看成是此金属元素的氧化物，其中此金属元素可包括铟、锌、镉或锡等元素。在本实施例中，此金属元素是以铟来进行说明。同时，第二氧化物半导体层144A的材质不同于第一氧化物半导体层142A，举例而言，第二氧化物半导体层144A的材质可以铟镓锌氧化物，但不以此为限。具体而言，在第一氧化物半导体层142A中金属元素(铟)的含量为一第一含量而在第二氧化物半导体层144A中金属元素(铟)的含量为一第二含量，且第一含量在此是大于第二含量。此处，各元素的含量是指该元素在整体成份中所占的重量百分比。

进一步而言，第一氧化物半导体层142A以及第二氧化物半导体层144A以独立的两个制作步骤加以制作时，第一氧化物半导体层142A与第二氧化物半导体层144A所具有的金属元素(铟)含量呈现不连续的分布趋势。也就是说，金属元素(铟)含量在氧化物通道层140A中沿厚度D方向由第一氧化物半导体层142A到第二氧化物半导体层144A呈现骤然减少的梯度分布。不过，本发明不以此为限。

接着，请参照图1D，与图1C相同部分不再赘述，在氧化物通道层140A上形成一源极152A以及一漏极154A，其中源极152A与漏极154A彼此平行配置，且同时连接于氧化物通道层140A。以本实施例而言，源极152A以及漏极154A可以是由金属叠层构成，或是由单层金属层构成，其材质例如是导电良好的铝、铜、银等金属。当然，源极152A以及漏极154A也可以选择性地以非金属导电材料制作。

请参照图1E，与图1D相同部分不再赘述，接着，形成一介电层160覆盖源极152A及漏极154A远离基板110的一侧。介电层160的材质例如是无机材料(例如：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅铝氧化物或上述至少二种材料的堆叠层)、有机材料或上述的组合。当然，本实施例不以此为限，凡是可以提供绝缘特性的材料都可以选择性地应用在本实施例以制作介电层160。

请参照图1F与图1E，进行一热退火工艺，以完成薄膜晶体管100。具体而言，通过此热退火工艺，可使金属元素(铟)由第一氧化物半导体142A层扩散至第二氧化物半导体层144A，进而使金属元素(铟)呈现渐变的梯度分布，以构成氧化物通道层140A’。以沿氧化物通道层140A’的厚度D方向排列的不同区域来看，氧化物通道层140A’具有一第一区域A1以及一第二区域A2，其中第一区域A1相对于第二区域A2更远离栅极120。如此一来，第一区域A1的金属元素(铟)的含量即大于第二区域A2的金属元素(铟)的含量。此时，金属元素的含量由氧化物通道层140A’中的第一区域A1至第二区域A2逐渐减少。具体而言，氧化物通道层140A’中金属元素的含量由邻近源极152A以及漏极154A的一侧往邻近栅绝缘层130A的一侧逐渐减少。

要说明的是，本实施例的氧化物通道层140A’虽为多层(包括不同材料的第一氧化物半导体层142A以及第二氧化物半导体层144A)堆叠的结构，但通过热退火工艺，第一氧化物半导体层142A中的元素可扩散至第二氧化物半导体层144A中，而形成实质上为单层结构的氧化物通道层140A’。因此，本实施例的薄膜晶体管100可以有较佳的稳定性及可靠性，不因不同层半导体层的明显介面而影响氧化物通道层140A的特性。

另外，第一氧化物半导体层142A的成分与第二氧化物半导体层144A的成分相似，却呈现不同的特性。举例来说，铟氧化物的载流子迁移率高于铟镓锌氧化物的载流子迁移率，亦即本实施例的第一氧化物半导体层142A相对于第二氧化物半导体层144A具有更高的载流子迁移率。在本实施例中，通过热退火工艺，可使第一氧化物半导体层142A中的金属元素(铟)扩散至第二氧化物半导体层144A，而使第二氧化物半导体层144A中的金属元素(铟)含量增加。因此，氧化物通道层140A’可以具有提升的载流子迁移率，进而提升薄膜晶体管100的开电流(on-current)。

不过，第一氧化物半导体层142A与第二氧化物半导体层144A呈现不同的特性。为了让氧化物通道层140A’呈现近似于第二氧化物半导体层144A的半导体特性以维持理想的关电流(off-current)，可以适当地调变第一氧化物半导体层142A的条件(例如是控制第一氧化物半导体层142A的厚度介于

至

之间)。如此一来，在热退火工艺时，不至于有过多的金属元素(铟)从第一氧化物半导体层142A扩散至第二氧化物半导体层144A，而造成氧化物通道层140A’呈现的关电流发生异常。整体而言，本实施例的薄膜晶体管100在关电流不变的条件下，具有较高的开关电流比。

要说明的是，铟镓锌氧化物(第二氧化物半导体层144A)在环境的影响或是工艺的异常下，都可能造成其电性与均匀性的异常。因此，氧化铟(第一氧化物半导体层142A)需在室温及低能量下工艺。换言之，形成第一氧化物半导体层142A的方法包括进行一低温成膜工艺，其中低温成膜工艺的温度范围为摄氏20度至150度。由于氧化铟以及铟镓锌氧化物均为常温下制作，因此本实施例的制作方法更可应用在软性基板或是塑胶基板等对温度耐受性不佳的材质上。

以下将以图2至图5针对在热退火工艺前，第一氧化物半导体层的制作过程、结构及其功效作进一步的说明。

请先参照图2以及图3，图2为在常温下低能量的溅射法制作出的氧化铟薄膜所具有的X光衍射图谱，而图3绘示出在常温下低能量的溅射法氧化铟薄膜沉积过程的示意图。由图2及图3可看出：在常温、低能量的溅射法下，氧化铟薄膜具有微结晶型态，且所制作出的氧化铟会形成如岛状的结构。利用氧化铟的微结晶型态，可使第一氧化物半导体层的载流子迁移率增加。因此，以常温、低能量的溅射法制作图1C至图1D所绘示的第一氧化物半导体层142A时，图1F的薄膜晶体管100的开电流可提升。

值得注意的是，相对于非晶型态的铟镓锌氧化物(第二氧化物半导体层144A)，微结晶型态的氧化铟(第一氧化物半导体层142A)对于干法与湿法蚀刻剂的抵抗性较佳。因此，根据图1A至图1F制作薄膜晶体管100的过程中，在图案化氧化物通道层140A或是其上的膜层(诸如源极152A与漏极154A)时，氧化铟(第一氧化物半导体层142A)可提供适当的保护作用，而降低非晶铟镓锌氧化物(第二氧化物半导体层144A)因为蚀刻剂作用发生电性与均匀性的异常。此时，图案化氧化物通道层140A或是其上的膜层(诸如源极152A与漏极154A)所需的工艺条件将具有较大的弹性，进而改善量产的可行性以及良率。

另外，由于氧化铟与铟镓锌氧化物的组成相似，两者的界面附着性佳，因此氧化铟可直接镀膜在铟镓锌氧化物上，而无需额外加工处理。此外，氧化铟相对于铟镓锌氧化物不容易受外界水气氧化。所以，第一氧化物半导体层142A配置在第二氧化物半导体层144A上方可减少第二氧化物半导体层144A的表面因为氧化或是与水气作用而产生的缺陷，从而降低氧化物通道层140A接触源极152A以及漏极154A的接触阻抗。

以下将以图4以及图5A，针对微晶型结构氧化铟的特性以及以铟镓锌氧化物作为通道层的薄膜晶体管在不同波长光线下的开电流与关电流表现作更详细的描述。图4绘示铟镓锌氧化物在不同波长下的开关电流曲线示意图，具体而言是具有氧化物通道层的薄膜晶体管在不同波长的光线照射下呈现的开电流与关电流曲线，其中氧化物通道层实质上为成分均匀的铟镓锌氧化物。图5A绘示氧化铟对应不同波长的光线的穿透率示意图。

请参照图4，以实质上均质的铟镓锌氧化物作为薄膜晶体管的氧化物通道层时，在紫外光(例如光线波长小于400nm)的照射下会有光电流产生。然而，如图5A所示，氧化铟的穿透率在紫外光的波段(即波长小于400纳米)间急速下降。换句话说，氧化铟在紫外光的波段间具有遮光的作用。因此，图1A至图1F所制作的薄膜晶体管100通过配置氧化铟(第一氧化物半导体层142A)在铟镓锌氧化物(第二氧化物半导体层144A)远离基板110的一侧(或是邻近于源极152A以及漏极154A的一侧)，可以提供遮蔽紫外光的效果。从而降低氧化物通道层140A或140A’因紫外光的照射而产生不必要的光电流，进而提升薄膜晶体管100的光电特性及其寿命。

当然，本实施例不限定以氧化铟作为提供遮蔽紫外光的材质。图5B绘示氧化锌对应不同波长的光线的穿透率示意图。如图5B所示，氧化锌在紫外光的波段间也具有遮光的作用。因此，通过配置氧化锌在第二氧化物半导体层144A远离基板100的一侧(或是邻近于源极152A以及漏极154A的一侧)，也可以提供遮蔽紫外光的效果，进而降低氧化物通道层140A或140A’因紫外光的照射所产生不必要的光漏电流，进而使提升薄膜晶体管100的光电特性及其寿命得以提升。

除了上述实施例的制作方法外，在另一实施例中，制作底栅型薄膜晶体管时，第一氧化物半导体层也可配置在第二氧化物半导体层更邻近于栅极的一侧。图6A以及图6B为本发明另一实施例的薄膜晶体管的制作流程剖面示意图。

请先参照图6A，要说明的是，本实施例的制作流程与图1A至图1F的制作流程相似，因此相似的膜层以及对应的制作方法在此不再赘述。简言之，两者差异处在于：图6A所绘示的结构中，氧化物通道层140B中的第一氧化物半导体层142B与第二氧化物半导体层144B的堆叠顺序不同于图1C所绘示的顺序。

具体而言，根据图6A，形成本实施例的氧化物通道层140B的方法例如是先形成第一氧化物半导体层142B在栅绝缘层130A上，再以第二氧化物半导体层144B覆盖第一氧化物半导体层142B。换句话说，氧化物通道层140B中金属元素(铟)含较高的第一氧化物半导体层142B相对于第二氧化物半导体层144B更邻近于栅极120。

值得一提的是，在已知具有氧化物通道层的薄膜晶体管的结构中，氧化物通道层的材质为铟镓锌氧化物，其与栅绝缘层的附着性不佳。因此，已知具有氧化物通道层的薄膜晶体管驱动时，在栅绝缘层与氧化物通道层之间的介面会因电荷聚集而形成通路，这不利于薄膜晶体管的元件特性。因此在本实施例中，第一氧化物半导体层142B(例如是微晶型氧化铟结构)形成在栅绝缘层130A与第二氧化物半导体层144B(铟镓锌氧化物)之间，可增加栅绝缘层130A与氧化物通道层140B的界面附着性，进而改善上述的电荷聚集的问题。

请同时参照图6A以及图6B，随后，进行一热退火工艺，以完成薄膜晶体管200。具体而言，通过热退火工艺，可使金属元素(铟)由第一氧化物半导体层142B扩散至第二氧化物半导体层144B。所以，金属元素(铟)呈现渐变的梯度分布，以构成氧化物通道层140B’。在氧化物通道层140B’中，金属元素(铟)的含量由接近于栅极120的第一区域A1朝向接近于源极152A与漏极154A的第二区域A2逐渐减少。

与图1F同样地，通过热退火工艺，使第一氧化物半导体层142B中的金属元素(铟)扩散至第二氧化物半导体层144B，让第二氧化物半导体层144B中的金属元素(铟)增加。因此，通过适当地调变第一氧化物半导体层142B的条件(例如是控制第一氧化物半导体层142B的厚度介于

至

之间)，可在使氧化物通道层140B’提升载流子迁移率，进而提升薄膜晶体管200的开电流。同时，氧化物通道层140B’具备近似于铟镓锌氧化物的关电流。如此一来，本实施例的薄膜晶体管200可具有较佳的开关电流比。

要注明的是，上述实施例的薄膜晶体管100、200仅是举例说明之用，而非限制薄膜晶体管的结构。图7至图11为本发明其他实施例的薄膜晶体管在热退火工艺前的剖面示意图，以下将以图7至图11对薄膜晶体管的其他结构加以说明。另外，为便于绘示，以下仅绘示出热退火工艺前的氧化物通道层结构。

如图7与图8所示，在上述的结构下，薄膜晶体管700与800更可选择性地包括一蚀刻阻挡层170位于氧化物通道层140A、140B接触在源极152B及漏极154B一侧。此处，图7与图8具有相似的结构，但是两者差异处在于：薄膜晶体管700的第一氧化物半导体层142A位于第二氧化物半导体层144A远离栅极120的一侧，而薄膜晶体管800的第一氧化物半导体层142B位于第二氧化物半导体层144B邻近栅极120的一侧。

要注明的是，图7中的薄膜晶体管700在热退火工艺的前、后，分别具有图1D以及图1F中的薄膜晶体管100的优点。简言之，在热退火工艺前，通过氧化物通道层140A的第一氧化物半导体层142A覆盖在第二氧化物半导体层144A上(也就是说，第一氧化物半导体层142A位于第二氧化物半导体层144A远离栅极120的一侧)，提供第二氧化物半导体层144A适当地保护、增加后续工艺条件的弹性，并降低氧化物通道层140A接触在源极152B以及漏极154B的接触阻抗。另外，通过热退火工艺，使第一氧化物半导体层142A中的金属元素(铟)扩散至第二氧化物半导体层144A，进而让薄膜晶体管700可以有良好的载流子迁移率、稳定性及可靠性。

另一方面，图8中的薄膜晶体管800在热退火工艺的前、后，分别具有图6A以及图6B中的薄膜晶体管200的优点。简言之，在热退火工艺前，通过氧化物通道层140B的第一氧化物半导体层142B配置在第二氧化物半导体层144B以及栅绝缘层130A之间，增加两者的界面附着性以及提升氧化物通道层140B的载流子迁移率。同样地，通过热退火工艺，使第一氧化物半导体层142B中的金属元素(铟)扩散至第二氧化物半导体层144B，让第二氧化物半导体层144B中的金属元素(铟)增加，进而让薄膜晶体管800可以有良好的载流子迁移率、稳定性及可靠性。

又或者，如图9与图10所示，薄膜晶体管900、1000的源极152C以及漏极154C可以是共平面的结构。在本实施例中，源极152C以及漏极154C彼此平行配置且位于氧化物通道层140C、140D与栅极120之间。此处，图9与图10具有相似的结构，但是两者差异处在于：薄膜晶体管900中第一氧化物半导体层142C位于第二氧化物半导体层144A远离栅极120的一侧，而薄膜晶体管1000中第一氧化物半导体层142D位于第二氧化物半导体层144D邻近栅极120的一侧。

要注明的是，图9中的薄膜晶体管900在热退火工艺的前、后，与薄膜晶体管700同样地，分别具有图1D以及图1F中的薄膜晶体管100的优点。而图10中的薄膜晶体管1000在热退火工艺的前、后，与薄膜晶体管800同样地，分别具有图6A以及图6B中的薄膜晶体管200的优点。因此，相同的描述请参考图7与图8，在此不再赘述。

当然，如图11所示，薄膜晶体管的结构也可设计为顶栅极(top gate)的结构。具体而言，第二氧化物半导体层144E配置在基板110上，且第一氧化物半导体层142E覆盖第二氧化物半导体层144E，其中第一氧化物半导体层142E以及第二氧化物半导体层144E形成氧化物通道层140E，其中氧化物通道层140E位于基板110与栅极120之间。栅绝缘层130B覆盖基板110，且位于氧化物通道层140E远离基板110的一侧。栅极120配置在栅绝缘层130B上，且与氧化物通道层140E彼此上下堆叠。

另外，薄膜晶体管1100还包括一绝缘层180位于栅极120远离栅绝缘层130B的一侧，且薄膜晶体管1100具有一第一贯孔W1以及一第二贯孔W2。第一贯孔W1以及第二贯孔W2都贯穿绝缘层180以及栅绝缘层130B，并暴露出部分氧化物通道层140E。在本实施例中，第一贯孔W1以及第二贯孔W2例如是暴露出氧化物通道层140E中的第一氧化物半导体层142E。源极152D以及漏极154D彼此平行配置，且位于绝缘层180远离栅绝缘层130B的一侧。此外，源极152D以及漏极154D分别通过第一贯孔W1以及第二贯孔W2连接氧化物通道层140E。介电层160覆盖源极152D以及漏极154D远离基板110的一侧。

值得一提的是，由于本实施例的薄膜晶体管1100中的第一氧化物半导体层142E覆盖在第二氧化物半导体层144E上。因此，与薄膜晶体管100同样地，第一氧化物半导体层142E可作为第二氧化物半导体层144E的保护层，并提升后续工艺条件的弹性，以及降低氧化物通道层140E接触在源极152D以及漏极154D的接触阻抗。

举例而言，在形成第一贯孔W1以及第二贯孔W2时，等离子体中的成份易侵蚀材质如铟镓锌氧化物的第二氧化物半导体层144E。然而，本实施例的薄膜晶体管1100可通过第一氧化物半导体层142E作为第二氧化物半导体层144E的保护层，防止第二氧化物半导体层144E因等离子体组成的影响造成其电性以及稳定性的异常。

另一方面，本实施例的薄膜晶体管1100中的第一氧化物半导体层142E还位于栅绝缘层130B以及第二氧化物半导体层144E之间。因此，与薄膜晶体管200同样地，薄膜晶体管1100具有增加栅绝缘层130B以及第二氧化物半导体层144E的界面附着性以及载流子迁移率等优点。

另外，通过热退火工艺，可使第一氧化物半导体层142E中的金属元素(铟)扩散至第二氧化物半导体层144E，让第二氧化物半导体层144E中的金属元素(铟)增加。从而使薄膜晶体管1100有良好的载流子迁移率、稳定性及可靠性。

上述实施例的薄膜晶体管100、200、700、800、900、1000、1100的氧化物通道层140A、140B、140C、140D、140E为单层的第一氧化物半导体层142A、142B、142C、142D、142E以及单层的第二氧化物半导体层144A、144B、144C、144D、144E所构成的结构。然而，本发明不以此为限，在其他实施例中，氧化物通道层也可为多层的结构，即具有至少一层的第一氧化物半导体层以及至少一层的第二氧化物半导体层，且各第一氧化物半导体层以及各第二氧化物半导体层彼此地交替排列。

以下将列举数个氧化物通道层结构的实例。图12a至图12f为第一氧化物半导体层、第二氧化物半导体层以及栅绝缘层的配置示意图。

请参照图12a中，氧化物通道层由单层的第一氧化物半导体层142以及单层的第二氧化物半导体层144所构成，其中第二氧化物半导体层144位于第一氧化物半导体层142与栅绝缘层130之间。因此，与图1D同样地，在热退火工艺前，本实例中的第一氧化物半导体层142可提供第二氧化物半导体层144保护的效果。而在热退火工艺后，可提供理想的载流子迁移率。

在图12b中，氧化物通道层由单层的第一氧化物半导体层142以及单层的第二氧化物半导体层144所构成，其中第一氧化物半导体层142位于第二氧化物半导体层144与栅绝缘层130之间。因此，与图6A同样地，在热退火工艺前，本实例中的第一氧化物半导体层142可增加栅绝缘层130以及第二氧化物半导体层144的界面附着性以及载流子迁移率。而在热退火工艺后，也可提供理想的载流子迁移率。

在图12c中，氧化物通道层由双层的第一氧化物半导体层142以及单层的第二氧化物半导体层144所构成，其中第一氧化物半导体层142分别位于第二氧化物半导体层144的相对两侧，且第一氧化物半导体层142中的其一位于第二氧化物半导体层144与栅绝缘层130之间。因此，本实例的氧化物通道层可具有图12a的实例以及图12b的实例的优点。

在图12d中，氧化物通道层由单层的第一氧化物半导体层142以及双层的第二氧化物半导体层144所构成，其中第二氧化物半导体层144分别位于第一氧化物半导体层142的相对两侧，且第二氧化物半导体层144中的其一位于第一氧化物半导体层142与栅绝缘层130之间。利用第一氧化物半导体层142配置在双层的第二氧化物半导体层144之间，以在热退火工艺后，通过第二氧化物半导体层144中局部的金属元素(铟)的增加，使氧化物通道层具有较佳的载流子迁移率。

另外，又如图12e与图12f中所示，氧化物通道层也可由双层的第一氧化物半导体层142以及双层的第二氧化物半导体层144所构成，且第一氧化物半导体层142以及第二氧化物半导体层144彼此交替排列。当然，氧化物通道层也可由三层的第一氧化物半导体层142以及双层的第二氧化物半导体层144所构成或是采用其他的叠层方式来实现。

综上所述，本发明实施例的薄膜晶体管及其制作方法可通过具备耐酸、遮蔽紫外光等效果的材质制作第一氧化物半导体层在第二氧化物半导体层的一侧，提供氧化物通道层良好的保护。因此，在照射紫外光以及蚀刻等步骤来图案化氧化物通道层或其上的各膜层时，第二氧化物半导体层可以不因蚀刻剂或是紫外光的照射而造成其元件的光电特性、均匀性以及寿命的异常。此外，通过氧化物半导体层良好的界面附着性及其高的载流子迁移率，可填补氧化物通道层与其他膜层的界面的缺陷以及降低其接触阻抗。另外，在热退火工艺后，可通过第二氧化物半导体层中局部微量的金属元素(例如是铟)的增加，使氧化物通道层具有较佳的载流子迁移率，进而提升薄膜晶体管的开电流，以在关电流不受改变的条件下，得到更高的开关电流比。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种薄膜晶体管，包括：

一栅极，配置在一基板上；

一氧化物通道层，配置在该基板上，且该栅极与该氧化物通道层彼此上下堆叠，其中该氧化物通道层的材质包括一金属元素，且该金属元素的含量沿该氧化物通道层的厚度方向呈现梯度分布；

一栅绝缘层，配置在该栅极与该氧化物通道层之间；

一源极；

一漏极，该源极与该漏极彼此平行配置，且连接于该氧化物通道层；以及

一介电层，覆盖该源极及该漏极远离该基板的一侧。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该氧化物通道层具有一第一区域以及一第二区域，该第一区域的该金属元素的含量大于该第二区域的该金属元素的含量且该第一区域与该第二区域沿该厚度方向排列，且该第一区域相对于该第二区域更邻近于该栅极，而该金属元素的含量由该第一区域至该第二区域逐渐减少。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该氧化物通道层具有一第一区域以及一第二区域，该第一区域的该金属元素的含量大于该第二区域的该金属元素的含量且该第一区域与该第二区域沿该厚度方向排列，且该第一区域相对于该第二区域更邻近于该源极以及该漏极，而该金属元素的含量由该第一区域至该第二区域逐渐减少。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该栅极位于该氧化物通道层与该基板之间。

5.根据权利要求4所述的薄膜晶体管，还包括一蚀刻阻挡层位于该氧化物通道层接触在该源极及该漏极的一侧。

6.根据权利要求4所述的薄膜晶体管，其中该源极及该漏极位于该氧化物通道层与该栅极之间。

7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该氧化物通道层位于该基板与该栅极之间，且该薄膜晶体管还包括一绝缘层位于该栅极远离该栅绝缘层的一侧，且该绝缘层具有一第一贯孔以及一第二贯孔，其中该第一贯孔以及该第二贯孔分别贯穿该绝缘层以及该栅绝缘层，并暴露出部分该氧化物通道层，且该源极以及该漏极分别通过该第一贯孔以及该第二贯孔连接该氧化物通道层。

8.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中该金属元素包括铟、锌、镉或锡。

9.一种薄膜晶体管的制作方法，包括：

在一基板上形成一栅极；

在该基板上形成至少一第一氧化物半导体层以及至少一第二氧化物半导体层，其中各该第一氧化物半导体层以及各该第二氧化物半导体层交替排列，以构成一氧化物通道层，该氧化物通道层配置在该基板上，且该栅极与该氧化物通道层彼此上下堆叠，其中该氧化物通道层的材质包括一金属元素，且该金属元素的含量沿该氧化物通道层的厚度方向呈现梯度分布；

在该栅极与该氧化物通道层之间形成一栅绝缘层；

形成一源极以及一漏极，其中该源极与该漏极彼此平行配置，且连接在该氧化物通道层；以及

形成一介电层以覆盖该源极及该漏极远离该基板的一侧。

10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管的制作方法，其中形成各该第一氧化物半导体层的方法包括：

进行一低温成膜工艺，其中该低温成膜工艺的温度范围为摄氏20度至150度。

11.根据权利要求9所述的薄膜晶体管的制作方法，其中在各该第一氧化物半导体层中该金属元素为一第一含量而在各该第二氧化物半导体层中该金属元素为一第二含量，且该第一含量不同于该第二含量。

12.根据权利要求11所述的薄膜晶体管的制作方法，还包括进行一热退火工艺，使该金属元素由各该第一氧化物半导体层扩散到各该第二氧化物半导体层，而呈现渐变的梯度分布，以构成该氧化物通道层。

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