CN105742309A - 互补型薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

互补型薄膜晶体管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种互补型薄膜晶体管及其制造方法，所述互补型薄膜晶体管包含一基板、一N型半导体层、一P型半导体层、一第一钝化层、一第一电极金属层及一第二电极金属层，所述N型半导体层设置在所述基板上方，所述N型半导体层包含一金属氧化物材料；所述P型半导体层设置在所述N型半导体层上方，所述P型半导体层包含一有机半导体材料；所述第一钝化层设置在所述N型半导体层及所述P型半导体层之间，且形成有至少一接触过孔；所述第一电极金属层及第二电极金属层通过所述接触过孔电性连接。

Description

互补型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及其制造方法，特别是有关于一种互补型薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,CMOS)是一种集成电路的设计制程，可以在硅质晶圆模板上制出N型沟道金属氧化物半导体(n-typeMOSFET,NMOS)和P型沟道金属氧化物半导体(p-typeMOSFET,PMOS)的基本组件，由于NMOS与PMOS在物理特性上为互补性，因此被称为CMOS。CMOS在一般的制程上，可用来制作静态随机存储器、微控制器、微处理器、以及互补式金属氧化物半导体图像传感装置与其他数位逻辑电路系统。也就是说，CMOS由P型沟道金属氧化物半导体和N型沟道金属氧化物半导体共同构成，而CMOS电路是作为集成电路中的基本电路结构。其中CMOS传输门由一个P型沟道和一个N型沟道MOSFET并联而成，除了作为传输模拟信号的开关之外，也可作为各种逻辑电路的基本单元电路。
目前显示面板中的基板大部分为玻璃基板或塑料基板(PEN)等，如图1所示，为一种互补型薄膜晶体管的传输门(CTFTTransmissionGate)的电路图，所述互补型薄膜晶体管的传输门电性连接脉冲触发信号端CP、CN，且所述互补型薄膜晶体管的传输门具有一P型薄膜晶体管11，及一N型薄膜晶体管12，其中所述P型薄膜晶体管11及所述N型薄膜晶体管12形成并联。
然而，在低温多晶硅(LowTemperaturePoly-silicon,LTPS)的技术中，通过在沟道处使用不同类型的掺杂可以形成P型薄膜晶体管和N型薄膜晶体管，但其工艺流程较为复杂，而且其制备成本也比较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种互补型薄膜晶体管，通过在所述基板上方设置金属氧化物材料的N型半导体层及有机半导体材料的P型半导体层，能够用以改善器件特性。
本发明的另一目的在于提供一种互补型薄膜晶体管的制造方法，利用在N型半导体层形成步骤中形成金属氧化物材料的N型薄膜晶体，及在P型半导体层形成步骤中形成有机半导体材料的P型薄膜晶体，可减少工艺制备流程并降低制造成本。
为达成本发明的前述目的，本发明一实施例提供一种互补型薄膜晶体管，其包含一基板、一N型半导体层、一P型半导体层、一第一钝化层、一第一电极金属层及一第二电极金属层；所述N型半导体层设置在所述基板上方，其中所述N型半导体层包含一金属氧化物材料；所述P型半导体层设置在所述N型半导体层上方，其中所述P型半导体层包含一有机半导体材料；所述第一钝化层设置在所述N型半导体层及所述P型半导体层之间，且形成有至少一接触过孔；所述第一电极金属层形成在所述N型半导体层上；所述第二电极金属层形成在所述第一钝化层上，所述第一电极金属层及第二电极金属层通过所述接触过孔电性连接。
在本发明的一实施例中，所述互补型薄膜晶体管还包含一第一栅极层及一绝缘层，所述第一栅极层形成在所述基板上，所述绝缘层形成在所述第一栅极层及所述基板上，其中所述N型半导体层形成在所述绝缘层上。
在本发明的一实施例中，所述互补型薄膜晶体管还包含一刻蚀阻挡层，形成在所述N型半导体层及所述绝缘层上。
在本发明的一实施例中，所述互补型薄膜晶体管的第一电极金属层形成在所述绝缘层及所述N型半导体层上。
在本发明的一实施例中，所述互补型薄膜晶体管还包含一第二钝化层及一第二栅极层，所述第二钝化层形成在所述第二电极金属层、所述第一钝化层及所述P型半导体层上，所述第二栅极层形成在所述第二钝化层上。
在本发明的一实施例中，所述N型半导体层的金属氧化物材料选自于铟镓锌氧化物、铟锌氧化物或锌锡氧化物。
在本发明的一实施例中，所述P型半导体层的有机半导体材料选自于并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物或花菁。
为达成本发明的前述目的，本发明一实施例提供一种互补型薄膜晶体管的制造方法，所述制造方法包含一第一栅极层形成步骤、一绝缘层形成步骤、一N型半导体层形成步骤、一第一电极金属层形成步骤、一第一钝化层形成步骤、一第二电极金属层形成步骤及一P型半导体层形成步骤；所述第一栅极层形成步骤是将一第一栅极层形成在所述基板上；所述绝缘层形成步骤是将一绝缘层形成在所述第一栅极层及所述基板上；所述N型半导体层形成步骤是将一N型半导体层形成在绝缘层上，其中所述N型半导体层包含一金属氧化物材料；所述第一电极金属层形成步骤是将一第一电极金属层形成在所述N型半导体层及所述绝缘层上；所述第一钝化层形成步骤是将一第一钝化层形成在所述N型半导体层、所述第一电极金属层及所述绝缘层上，并形成有至少一接触过孔；所述第二电极金属层形成步骤是将一第二电极金属层形成在所述第一钝化层上，且所述第一电极金属层及第二电极金属层通过所述接触过孔电性连接；所述P型半导体层形成步骤是将一P型半导体层形成在所述第一钝化层及所述第二电极金属层上，其中所述P型半导体层包含一有机半导体材料。
在本发明的一实施例中，所述制造方法在所述N型半导体层形成步骤之后还包含一刻蚀阻挡层形成步骤，是将一刻蚀阻挡层形成在所述N型半导体层及所述绝缘层上。
在本发明的一实施例中，所述制造方法在所述P型半导体层形成步骤之后还包含一第二栅极层形成步骤，是将一第二钝化层形成在所述第二电极金属层、所述第一钝化层及所述P型半导体层上，接着将一第二栅极层形成在所述第二钝化层上。
如上所述，通过在所述基板上方设置所述N型半导体层及所述P型半导体层，而能够以有机薄膜晶体管作为P型薄膜晶体管的区域结构，也就是使用P型有机半导体材料制备所述P型半导体层，又以金属氧化物薄膜晶体管作为N型薄膜晶体管的区域结构，也就是使用氧化物材料制备所述N型半导体层，可减少工艺制备流程，并用来改善器件特性。
附图说明
图1是一现有的互补型薄膜晶体管的电路图。
图2是根据本发明一第一优选实施例的互补型薄膜晶体管的一剖视图。
图3是根据本发明一第二优选实施例的互补型薄膜晶体管的一剖视图。
图4是本发明所述第一优选实施例的互补型薄膜晶体管的制造方法的一流程图。
图5是本发明所述第二优选实施例的互补型薄膜晶体管的制造方法的一流程图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。再者，本发明所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
请参照图2所示，是根据本发明一第一优选实施例的互补型薄膜晶体管100，其中所述互补型薄膜晶体管电路结构100包含一基板2、一N型半导体层31、一P型半导体层32、一第一栅极层41、一绝缘层5、一第一电极金属层9、一第二电极金属层6、一第一钝化层71、一第一钝化层72以及一第二栅极层42。本发明将于下文详细说明各实施例上述各组件的细部构造、组装关系及其运作原理。
续参照图2所示，所述N型半导体层31设置在所述基板2上方，其中所述N型半导体层31包含一金属氧化物材料。在本实施例中，所述N型半导体层31的金属氧化物材料是选自于铟镓锌氧化物、铟锌氧化物或锌锡氧化物。
续参照图2所示，所述P型半导体层32设置在所述N型半导体层31上方，其中所述P型半导体层32包含一有机半导体材料。在本实施例中，所述P型半导体层32的有机半导体材料是选自于并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物或花菁。
续参照图2所示，所述第一栅极层41形成在所述基板2上，且位于所述N型半导体层31下方。在本实施例中，所述第一栅极层41为金属材料，例如铝、锰、铜或钛以及其合金。
续参照图2所示，所述绝缘层5形成在所述第一栅极层41及所述基板2上，其中所述N型半导体层31是形成在所述绝缘层5上。在本实施例中，所述绝缘层5用以绝缘所述第一栅极层41。
续参照图2所示，所述第一钝化层71设置在所述N型半导体层31以及所述P型半导体层32之间，且所述第一钝化层71形成有至少一接触过孔70(图2显示有2个)。
续参照图2所示，所述第一钝化层71形成在所述N型半导体层31上，所述第一电极金属层9形成在所述绝缘层5及所述N型半导体层31上，所述第二电极金属层6形成在所述第一钝化层71上，且所述第一电极金属层9及第二电极金属层6通过所述接触过孔70电性连接。
续参照图2所示，所述第二钝化层72形成在所述第二电极金属层6、所述第一钝化层71及所述P型半导体层32上，用以绝缘所述第二栅极层42。另外，所述第二栅极层42形成在所述第二钝化层72上，且所述第二栅极层42大致对位于所述P型半导体层32、所述N型半导体层31及第一栅极层41。
利用上述的设计，通过在所述基板2上方设置所述N型半导体层31及所述P型半导体层32，而能够以有机薄膜晶体管(OrganicTFT)作为P型薄膜晶体管的区域结构，也就是使用P型有机半导体材料制备所述P型半导体层32，又以金属氧化物薄膜晶体管(OxideTFT)作为N型薄膜晶体管的区域结构，也就是使用氧化物材料制备所述N型半导体层31，可减少工艺制备流程，并用来改善器件特性，例如增大开态电流(Ion)，减小关态电流(Ioff)及改善Vth偏移等，而不用增加额外的成本。
请参照图3所示，是根据本发明一第二优选实施例的互补型薄膜晶体管100’，相似于本发明第一实施例并大致沿用相同组件名称及图号，其中所述互补型薄膜晶体管电路结构100’包含一基板2、一N型半导体层31、一P型半导体层32、一第一栅极层41、一绝缘层5、一第一电极金属层9、一第二电极金属层6、一第一钝化层71、一第一钝化层72及一第二栅极层42。但本发明第二优选实施例的差异特征在于：所述互补型薄膜晶体管100’还包含一刻蚀阻挡层8，所述刻蚀阻挡层8形成在所述N型半导体层31及所述绝缘层5上，以保护作为N型沟道的N型半导体层31，且所述第一电极金属层9形成在所述绝缘层5及所述N型半导体层31上，所述第二电极金属层6形成在所述第一钝化层72上，所述第一电极金属层9及第二电极金属层6通过所述接触过孔电性连接。
如上所述，利用上述的设计，所述刻蚀阻挡层8形成在所述N型半导体层31及所述绝缘层5上，能够达到保护作为N型沟道的N型半导体层31的效果。
请参照图4并配合图2所示，是依照本发明所述第一优选实施例的互补型薄膜晶体管的制造方法的流程图，其中所述互补型薄膜晶体管的制造方法包含一第一栅极层形成步骤S201、一绝缘层形成步骤S202、一N型半导体层形成步骤S203、一第一电极金属层形成步骤S204、一第一钝化层形成步骤S205、一第二电极金属层形成步骤S209、一P型半导体层形成步骤S206及一第二栅极层形成步骤S207。
续参照图4并配合图2所示，所述第一栅极层形成步骤S201是在一基板2上，并将一第一栅极层41形成在所述基板2上。
续参照图4并配合图2所示，所述绝缘层形成步骤S202是将一绝缘层5形成在所述第一栅极层41及所述基板2上。
续参照图4并配合图2所示，所述N型半导体层形成步骤S203是将一N型半导体层31形成在绝缘层5上，其中所述N型半导体层31包含一金属氧化物材料。
续参照图4并配合图2所示，所述第一电极金属层形成步骤S204是将一第一电极金属层9形成在所述N型半导体层31及所述绝缘层5上。
续参照图4并配合图2所示，所述第一钝化层形成步骤S205是将一第一钝化层71形成在所述N型半导体层31、所述第一电极金属层9及所述绝缘层5上，并形成有至少一接触过孔70。
续参照图4并配合图2所示，所述第二电极金属层形成步骤S209是将一第二电极金属层6形成在所述第一钝化层71上，且所述第一电极金属层9及第二电极金属层6通过所述接触过孔70电性连接。
续参照图4并配合图2所示，所述P型半导体层形成步骤S206是将一P型半导体层32形成在所述第一钝化层71及所述第二电极金属层6上，其中所述P型半导体层32包含一有机半导体材料。
续参照图4并配合图2所示，所述第二栅极层形成步骤S207是将一第二钝化层72形成在所述第二电极金属层6、所述第一钝化层71及所述P型半导体层32上，接着将一第二栅极层42形成在所述第二钝化层72上。
利用上述的设计，通过在所述基板2上方设置所述N型半导体层31及所述P型半导体层32，而能够以有机薄膜晶体管(OrganicTFT)作为P型薄膜晶体管的区域结构，也就是使用P型有机半导体材料制备所述P型半导体层32，又以金属氧化物薄膜晶体管(OxideTFT)作为N型薄膜晶体管的区域结构，也就是使用氧化物材料制备所述N型半导体层31，可减少工艺制备流程，并用来改善器件特性，例如增大开态电流(Ion)，减小关态电流(Ioff)及改善Vth偏移等，而不用增加额外的成本。
请参照图5并配合图3所示，是依照本发明所述第二优选实施例的互补型薄膜晶体管的制造方法的流程图，其中所述互补型薄膜晶体管的制造方法包含一第一栅极层形成步骤S201、一绝缘层形成步骤S202、一N型半导体层形成步骤S203、一刻蚀阻挡层形成步骤S208、一第一电极金属层形成步骤S204、一第一钝化层形成步骤S205、一第二电极金属层形成步骤S209、一P型半导体层形成步骤S206及一第二栅极层形成步骤S207。
续参照图5并配合图3所示，所述第一栅极层形成步骤S201是在一基板2上，并将一第一栅极层41形成在所述基板2上。
续参照图5并配合图2所示，所述绝缘层形成步骤S202是将一绝缘层5形成在所述第一栅极层41及所述基板2上。
续参照图5并配合图3所示，所述N型半导体层形成步骤S203是将一N型半导体层31形成在绝缘层5上，其中所述N型半导体层31包含一金属氧化物材料。
续参照图5并配合图3所示，所述刻蚀阻挡层形成步骤S207是将一刻蚀阻挡层8形成在所述N型半导体层31及所述绝缘层5上。
续参照图5并配合图3所示，所述第一电极金属层形成步骤S204是将一第一电极金属层9形成在所述刻蚀阻挡层8、所述N型半导体层31及所述绝缘层5上。
续参照图5并配合图3所示，所述第一钝化层形成步骤S205是将一第一钝化层71形成在所述N型半导体层31、所述第一电极金属层9及所述绝缘层5上，并形成有至少一接触过孔70。
续参照图5并配合图3所示，所述第二电极金属层形成步骤S209是将一第二电极金属层6形成在所述第一钝化层71上，且所述第一电极金属层9及第二电极金属层6通过所述接触过孔70电性连接。
续参照图5并配合图3所示，所述P型半导体层形成步骤S206是将一P型半导体层32形成在所述第一钝化层71及所述第二电极金属层6上，其中所述P型半导体层32包含一有机半导体材料。
续参照图5并配合图3所示，所述第二栅极层形成步骤S207是将一第二钝化层72形成在所述第二电极金属层6、所述第一钝化层71及所述P型半导体层32上，接着将一第二栅极层42形成在所述第二钝化层72上。
利用上述的设计，所述刻蚀阻挡层8形成在所述N型半导体层31及所述绝缘层5上，能够达到保护作为N型沟道的N型半导体层31的效果。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种互补型薄膜晶体管，其特征在于：所述互补型薄膜晶体管包含：
一基板；
一N型半导体层，设置在所述基板上方，其中所述N型半导体层包含一金属氧化物材料；
一P型半导体层，设置在所述N型半导体层上方，其中所述P型半导体层包含一有机半导体材料；
一第一钝化层，设置在所述N型半导体层及所述P型半导体层之间，且形成有至少一接触过孔；
一第一电极金属层，形成在所述N型半导体层上；及
一第二电极金属层，形成在所述第一钝化层上，所述第一电极金属层及第二电极金属层通过所述接触过孔电性连接。
2.如权利要求1所述的互补型薄膜晶体管，其特征在于：所述互补型薄膜晶体管还包含：一第一栅极层，形成在所述基板上；及一绝缘层，形成在所述第一栅极层及所述基板上，其中所述N型半导体层形成在所述绝缘层上。
3.如权利要求2所述的互补型薄膜晶体管，其特征在于：所述互补型薄膜晶体管还包含一刻蚀阻挡层，形成在所述N型半导体层及所述绝缘层上。
4.如权利要求2或3所述的互补型薄膜晶体管，其特征在于：所述互补型薄膜晶体管的第一电极金属层，形成在所述绝缘层及所述N型半导体层上。
5.如权利要求2或3所述的互补型薄膜晶体管，其特征在于：所述互补型薄膜晶体管还包含：一第二钝化层，形成在所述第二电极金属层、所述第一钝化层及所述P型半导体层上；及一第二栅极层，形成在所述第二钝化层上。
6.如权利要求1所述的互补型薄膜晶体管，其特征在于：所述N型半导体层的金属氧化物材料选自于铟镓锌氧化物、铟锌氧化物或锌锡氧化物。
7.如权利要求1所述的互补型薄膜晶体管，其特征在于：所述P型半导体层的有机半导体材料选自于并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物或花菁。
8.一种互补型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述制造方法包含步骤：
一第一栅极层形成步骤，将一第一栅极层形成在所述基板上；
一绝缘层形成步骤，将一绝缘层形成在所述第一栅极层及所述基板上；
一N型半导体层形成步骤，将一N型半导体层形成在绝缘层上，其中所述N型半导体层包含一金属氧化物材料；
一第一电极金属层形成步骤，将一第一电极金属层形成在所述N型半导体层及所述绝缘层上；
一第一钝化层形成步骤，将一第一钝化层形成在所述N型半导体层、所述第一电极金属层及所述绝缘层上，并形成有至少一接触过孔；
一第二电极金属层形成步骤，将一第二电极金属层形成在所述第一钝化层上，且所述第一电极金属层及第二电极金属层通过所述接触过孔电性连接；及
一P型半导体层形成步骤，将一P型半导体层形成在所述第一钝化层及所述第二电极金属层上，其中所述P型半导体层包含一有机半导体材料。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述制造方法在所述N型半导体层形成步骤之后还包含：一刻蚀阻挡层形成步骤，将一刻蚀阻挡层形成在所述N型半导体层及所述绝缘层上。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述制造方法在所述P型半导体层形成步骤之后还包含：一第二栅极层形成步骤，将一第二钝化层形成在所述第二电极金属层、所述第一钝化层及所述P型半导体层上，接着将一第二栅极层形成在所述第二钝化层上。
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