TW201515234A - 主動元件及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種主動元件，包括一閘極、一閘絕緣層、一通道層、一第一保護層、一第二保護層、一源極與一汲極。閘絕緣層配置於基板上且覆蓋閘極。通道層配置於閘絕緣層上且具有一對應閘極設置的半導體區塊及位於半導體區塊周圍的一導體區塊。第一保護層配置於通道層上且覆蓋半導體區塊。第二保護層配置且覆蓋第一保護層。源極與汲極配置於閘絕緣層上，且沿著通道層的導體區塊、第一保護層及第二保護層的周圍延伸配置於第二保護層上。 第二保護層的一部分暴露於源極與汲極之間。

Description

主動元件及其製作方法

本發明是有關於一種半導體元件及其製作方法，且特別是有關於一種主動元件及其製作方法。

在習知的薄膜電晶體陣列基板上，多採用非晶矽(a-Si)薄膜電晶體或低溫多晶矽薄膜電晶體作為各個子畫素的切換元件。近年來，已有研究指出氧化物半導體(oxide semiconductor)薄膜電晶體相較於非晶矽薄膜電晶體，具有較高的載子移動率(mobility)，而氧化物半導體薄膜電晶體相較於低溫多晶矽薄膜電晶體，則具有大面積低成本生產的優勢。因此，氧化物半導體薄膜電晶體有潛力成為下一代平面顯示器之關鍵元件。

習知底閘極薄膜電晶體(bottom gate thin film transistor,bottom gate TFT)結構的元件形成順序依序為：閘極、閘絕緣層、通道層、源極與汲極、保護層以及平坦層。由於源極與汲極是先形成在通道層上之後，再形成保護層來覆蓋源極、汲極以及暴露於源極與汲極之間的通道層。因此，當透過蝕刻液來蝕刻第二金 屬層以形成源極及汲極並定義出通道長度時，由於蝕刻液對通道層的蝕刻選擇比不高，因此使得形成源極與汲極的蝕刻程序非常難以控制，進而影響到底閘極薄膜電晶體的電性表現與可靠度。

本發明提供一種主動元件，其具有較佳的元件效能。

本發明還提供一種主動元件的製作方法，用以製作上述之主動元件。

本發明的主動元件，配置於一基板上，且包括一閘極、一閘絕緣層、一通道層、一第一保護層、一第二保護層、一源極與一汲極。閘絕緣層配置於基板上且覆蓋閘極。通道層配置於閘絕緣層上且具有一半導體區塊及位於半導體區塊周圍的一導體區塊，其中半導體區塊與閘極對應設置。第一保護層配置於通道層上且覆蓋半導體區塊。第二保護層配置於第一保護層上且覆蓋第一保護層。源極與汲極配置於閘絕緣層上，且沿著通道層的導體區塊、第一保護層及第二保護層的周圍延伸配置於第二保護層上。第二保護層的一部分暴露於源極與汲極之間。

在本發明的一實施例中，上述的第二保護層的厚度為第一保護層的厚度的8倍以上。

在本發明的一實施例中，上述的第一保護層是由含氧的化合物所構成。

在本發明的一實施例中，上述的第二保護層是由含氮的 化合物所構成。

在本發明的一實施例中，上述的主動元件更包括一平坦層。平坦層配置於基板上，且覆蓋源極、汲極以及被源極與汲極所暴露出的第二保護層的部分。

在本發明的一實施例中，上述的通道層的半導體區塊於基板上的正投影完全重疊於閘極於基板上的正投影。半導體區塊於基板上的正投影面積小於或等於閘極於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的通道層的導體區塊於基板上的正投影不重疊於第二保護層於基板上的正投影。

本發明的主動元件的製作方法，其包括以下步驟。形成一閘極於一基板上。形成一閘絕緣層於基板上，閘絕緣層覆蓋閘極。形成一通道層於閘絕緣層上。形成一第一保護層於通道層上。形成一覆蓋閘絕緣層、通道層以及第一保護層的保護材料層。對保護材料層進行一退火程序，以於通道層定義出一半導體區塊與一導體區塊，其中半導體區塊對應閘極與第一保護層設置，而導體區塊位於半導體區塊的周圍。對保護材料層進行一圖案化程序，而形成一第二保護層，其中第二保護層位於半導體區塊且覆蓋第一保護層。形成一源極與一汲極於閘絕緣層上，源極與汲極沿著通道層的導體區塊、第一保護層及第二保護層的周圍延伸配置於第二保護層上，第二保護層的一部分暴露於源極與汲極之間。

在本發明的一實施例中，上述的第二保護層的厚度為第一保護層的厚度的8倍以上。

在本發明的一實施例中，上述的第一保護層是由含氧的化合物所構成。

在本發明的一實施例中，上述的第二保護層是由含氮的化合物所構成。

在本發明的一實施例中，上述的主動元件的製作方法更包括：於形成源極與汲極之後，形成一平坦層於基板上，其中平坦層覆蓋源極、汲極以及被源極與汲極所暴露出的第二保護層的部分。

在本發明的一實施例中，上述的通道層的半導體區塊於基板上的正投影完全重疊於閘極於基板上的正投影，且半導體區塊於基板上的正投影面積小於或等於閘極於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的通道層的導體區塊於基板上的正投影不重疊於第二保護層於基板上的正投影。

基於上述，由於本發明的主動元件是先於通道層上形成第一保護層及第二保護層之後，再形成源極與汲極。相較於習知先形成源極與汲極於通道層上之後，再形成保護層而言，本發明的主動元件除了可透過第一保護層來作為通道層定義出半導體區塊的自行對準罩幕，且保護通道層以避免形成第二保護層受到損害之外，亦可透過第二保護層來阻絕外界水氣及氧氣對通道層的影響。此外，通道層未被第一保護層所覆蓋的區塊會因為退火程序而形成導體區塊，且後續源極及汲極則是沿此導體區塊而延伸 配置於第二保護層上。如此一來，導體區塊的金屬功函數(work function)與源極及汲極的金屬功函數較為接近，可大幅降低接觸阻抗且可提高主動元件的電性表現與可靠性。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧基板

100‧‧‧主動元件

110‧‧‧閘極

120‧‧‧閘絕緣層

130‧‧‧通道層

132‧‧‧半導體區塊

134‧‧‧導體區塊

140‧‧‧第一保護層

150‧‧‧第二保護層

150a‧‧‧保護材料層

160‧‧‧源極

170‧‧‧汲極

180‧‧‧平坦層

T1、T2‧‧‧厚度

圖1繪示為本發明的一實施例的一種主動元件的剖面示意圖。

圖2A至圖2B繪示為本發明的一實施例的一種主動元件的製作方法的剖面示意圖。

圖1繪示為本發明的一實施例的一種主動元件的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，主動元件100配置於一基板10上，且主動元件100包括一閘極110、一閘絕緣層120、一通道層130、一第一保護層140、一第二保護層150、一源極160與一汲極170。此處，基板10例如是一玻璃基板，但並不以此為限。

詳細來說，閘絕緣層120配置於基板10上且覆蓋閘極110與被閘極110所暴露出的部分基板10。通道層130配置於閘絕緣層120上且具有一半導體區塊132及位於半導體區塊132周圍的 一導體區塊134，其中半導體區塊132與閘極110對應設置。第一保護層140配置於通道層130上且覆蓋半導體區塊132。第二保護層150配置於第一保護層140上且覆蓋第一保護層140。源極160與汲極170配置於閘絕緣層120上，且沿著通道層130的導體區塊134、第一保護層140及第二保護層150的周圍延伸配置於第二保護層150上。第二保護層150的一部分暴露於源極160與汲極170之間。如圖1所示，本實施例由閘極110、閘絕緣層120、通道層130、第一保護層140、第二保護層150、源極160以及汲極170所構成的主動元件100實質上為一底閘極薄膜電晶體(Bottom gate TFT)。

更具體來說，如圖1所示，本實施例的通道層130的半導體區塊132於基板10上的正投影完全重疊於閘極110於基板10上的正投影，且半導體區塊132於基板10上的正投影面積小於閘極110於基板10上的正投影面積。當然，於其他未繪示的實施例中，通道層130的半導體區塊132於基板10上的正投影面積亦可等於閘極110於基板10上的正投影面積。也就是說，通道層130的半導體區塊132的位置實質上與閘極110的位置對應設置。另一方面，通道層130的導體區塊134於基板110上的正投影不重疊於第二保護層150於基板10上的正投影。換言之，第二保護層150並未覆蓋到通道層130的導體區塊134。

較佳地，第一保護層140的材質實質上不同於第二保護層150的材質，其中第一保護層140是由含氧的化合物所構成， 而第二保護層150是由含氮的化合物所構成且具有較佳的阻絕能力。第一保護層140可作為通道層130定義出半導體區塊132的自行對準罩幕，且可保護通道層130以避免形成第二保護層150時受到製程損害。第二保護層150則可用來阻絕外界水氣及氧氣對通道層130的影響。特別是，第二保護層150的厚度T2為第一保護層140的厚度T1的8倍以上。

由於源極160與汲極170是沿著通道層130的導體區塊134、第一保護層140及第二保護層150的周圍延伸配置於第二保護層150上，且第二保護層150的厚度T2遠大於第一保護層140的厚度T1。因此，當外界的水氣或氧氣(未繪示)由源極160、汲極170與第二保護層150的交界處進入時，第二保護層150可有效延遲或阻隔外界水氣及氧氣與通道層130的接觸量，進而使得主動元件100具有較佳的穩定度與電性。此外，本實施例的主動元件100更包括一平坦層180，其中平坦層180配置於基板10上，且覆蓋源極160、汲極170以及被源極160與汲極170所暴露出的第二保護層150的部分。

以上僅介紹本發明的主動元件100的結構，並未介紹本發明的主動元件100的製作方法。對此，以下將以圖1中的主動元件100的結構作為舉例說明，並配合圖2A至圖2B對本發明的主動元件100的製作方法進行詳細的說明。

圖2A至圖2B繪示為本發明的一實施例的一種主動元件的製作方法的剖面示意圖。請先參考2A，依照本實施例的主動元 件100的製作方法，首先，形成一閘極110於一基板10上，其中基板10例如是一玻璃基板。接著，形成一閘絕緣層120於基板110上，其中閘絕緣層120覆蓋閘極110與被閘極110所暴露出的部分基板10。接著，請再參考圖2A，形成一通道層130於閘絕緣層120上，其中通道層130至少對應閘極110設置，且通道層130的材質例如是金屬氧化物，如氧化銦鎵鋅或氧化銦鋅錫。此處，通道層130於基板10上的正投影大於閘極110於基板10上的正投影。接著，形成一第一保護層140於通道層130上，其中第一保護層140於基板10上的正投影小於閘極110於基板10上的正投影。當然，於其他未繪示的實施例中，第一保護層140於基板10上的正投影亦可等於閘極110於基板10上的正投影。之後，形成一覆蓋閘絕緣層120、通道層130以及第一保護層140的保護材料層150a。

請同時參考圖2A與圖2B，接著，對保護材料層150a進行一退火程序，以於通道層130定義出一半導體區塊132與一導體區塊134，其中半導體區塊132對應閘極110與第一保護層140設置，而導體區塊134位於半導體區塊132的周圍。進一步來說，通道層130的半導體區塊132於基板10上的正投影完全重疊於閘極110於基板10上的正投影，且半導體區塊132於基板10上的正投影面積小於閘極110於基板10上的正投影面積。當然，於其他未繪示的實施例中，通道層130的半導體區塊132於基板10上的正投影面積亦可等於閘極110於基板10上的正投影面積，其中 半導體區塊132的正投影面積取決於所設置之第一保護層140的尺寸。另一方面，通道層130的導體區塊134於基板110上的正投影不重疊於第二保護層150於基板10上的正投影。換言之，第二保護層150並未覆蓋到通道層130的導體區塊134。

需說明的是，由於第一保護層140覆蓋通道層130的一部分，因此進行退火程序時，被第一保護層140所覆蓋的通道層130區塊(即半導體區塊132)的材料特性仍保持不變，即具有半導體的特性。而，未被第一保護層140所覆蓋的通道層130區塊(即導體區塊134)的材料特性則會因為退火程序而從半導體的特性轉換為導體的特性。也就是說，第一保護層140的設置可作為通道層130定義出半導體區塊132的自行對準罩幕。

接著，請再同時參考圖2A與圖2B，對保護材料層150a進行一圖案化程序，而形成一第二保護層150，其中第二保護層150位於半導體區塊132且覆蓋第一保護層140。由於第一保護層140配置於通道層130的半導體區塊132上，因此在形成第二保護層150的過程中可有效保護半導體區塊132以避免受到製程損害。較佳地，第一保護層140的材質不同於第二保護層150的材質，其中第一保護層140是由含氧的化合物所構成，而第二保護層150是由含氮的化合物所構成且具有較佳的阻絕能力。第二保護層150的厚度T2為第一保護層140的厚度T1的8倍以上。

之後，請再參考圖2B，形成一源極160與一汲極170於閘絕緣層120上，其中源極160與汲極170沿著通道層130的導 體區塊134的周圍、第一保護層140的周圍及第二保護層150的周圍延伸配置於第二保護層150上，且第二保護層150的一部分暴露於源極160與汲極170之間。由於通道層130未被第一保護層140所覆蓋的區塊會因為退火程序而形成導體區塊134，因此當源極160及汲極170則是沿此導體區塊134而延伸配置於第二保護層150上時，導體區塊134的金屬功函數(work function)與源極160及汲極170的金屬功函數較為接近，可大幅降低接觸阻抗且可提高後續所形成之主動元件100的電性表現與可靠性。需說明的是，此處所指的金屬功函數，是指從金屬表面提取電子所需的最小能量的測量。

此外，由於本實施例是先於通道層130上形成第一保護層140及第二保護層150之後再形成源極160與汲極170，因此本實施例的主動元件100可透過第一保護層140與第二保護層150來保護通道層130的半導體區塊132，以有效阻絕外界水氣及氧氣對通道層130的影響。最後，請再參考圖2B，形成一平坦層180於基板10上，其中平坦層180覆蓋源極160、汲極170以及被源極160與汲極170所暴露出的第二保護層150的部分。至此，已完成主動元件100的製作。

綜上所述，由於本發明的主動元件是先於通道層上形成第一保護層及第二保護層之後，再形成源極與汲極。相較於習知先形成源極與汲極於通道層上之後，再形成保護層而言，本發明的主動元件除了可透過第一保護層來作為通道層定義出半導體區 塊的自行對準罩幕，且保護通道層以避免形成第二保護層受到損害之外，亦可透過第二保護層來阻絕外界水氣及氧氣對通道層的影響。此外，通道層未被第一保護層所覆蓋的區塊會因為退火程序而形成導體區塊，且後續源極及汲極則是沿此導體區塊而延伸配置於第二保護層上。如此一來，導體區塊的金屬功函數(work function)與源極及汲極的金屬功函數較為接近，可大幅降低接觸阻抗且可提高主動元件的電性表現與可靠性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧基板

100‧‧‧主動元件

110‧‧‧閘極

120‧‧‧閘絕緣層

130‧‧‧通道層

132‧‧‧半導體區塊

134‧‧‧導體區塊

140‧‧‧第一保護層

150‧‧‧第二保護層

160‧‧‧源極

170‧‧‧汲極

180‧‧‧平坦層

T1、T2‧‧‧厚度

Claims (14)

1. 一種主動元件，配置於一基板上，該主動元件包括：一閘極；一閘絕緣層，配置於該基板上且覆蓋該閘極；一通道層，配置於該閘絕緣層上且具有一半導體區塊及位於該半導體區塊周圍的一導體區塊，其中該半導體區塊與該閘極對應設置；一第一保護層，配置於該通道層上且覆蓋該半導體區塊；一第二保護層，配置於該第一保護層上且覆蓋該第一保護層；以及一源極與一汲極，配置於該閘絕緣層上，且沿著該通道層的該導體區塊、該第一保護層及該第二保護層的周圍延伸配置於該第二保護層上，該第二保護層的一部分暴露於該源極與該汲極之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的主動元件，其中該第二保護層的厚度為該第一保護層的厚度的8倍以上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的主動元件，其中該第一保護層是由含氧的化合物所構成。
4. 如申請專利範圍第1項所述的主動元件，其中該第二保護層是由含氮的化合物所構成。
5. 如申請專利範圍第1項所述的主動元件，更包括：一平坦層，配置於該基板上，且覆蓋該源極、該汲極以及被 該源極與該汲極所暴露出的該第二保護層的該部分。
6. 如申請專利範圍第1項所述的主動元件，其中該通道層的該半導體區塊於該基板上的正投影完全重疊於該閘極於該基板上的正投影，且該半導體區塊於該基板上的正投影面積小於或等於該閘極於該基板上的正投影面積。
7. 如申請專利範圍第1項所述的主動元件，其中該通道層的該導體區塊於該基板上的正投影不重疊於該第二保護層於該基板上的正投影。
8. 一種主動元件的製作方法，包括：形成一閘極於一基板上；形成一閘絕緣層於該基板上，該閘絕緣層覆蓋該閘極；形成一通道層於該閘絕緣層上；形成一第一保護層於該通道層上；形成一覆蓋該閘絕緣層、該通道層以及該第一保護層的保護材料層；對該保護材料層進行一退火程序，以於該通道層定義出一半導體區塊與一導體區塊，其中該半導體區塊對應該閘極與該第一保護層設置，而該導體區塊位於該半導體區塊的周圍；對該保護材料層進行一圖案化程序，而形成一第二保護層，其中該第二保護層位於該半導體區塊且覆蓋該第一保護層；以及形成一源極與一汲極於該閘絕緣層上，該源極與該汲極沿著該通道層的該導體區塊、該第一保護層及該第二保護層的周圍延 伸配置於該第二保護層上，該第二保護層的一部分暴露於該源極與該汲極之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述的主動元件的製作方法，其中該第二保護層的厚度為該第一保護層的厚度的8倍以上。
10. 如申請專利範圍第8項所述的主動元件的製作方法，其中該第一保護層是由含氧的化合物所構成。
11. 如申請專利範圍第8項所述的主動元件的製作方法，其中該第二保護層是由含氮的化合物所構成。
12. 如申請專利範圍第8項所述的主動元件的製作方法，更包括：於形成該源極與該汲極之後，形成一平坦層於該基板上，其中該平坦層覆蓋該源極、該汲極以及被該源極與該汲極所暴露出的該第二保護層的該部分。
13. 如申請專利範圍第8項所述的主動元件的製作方法，其中該通道層的該半導體區塊於該基板上的正投影完全重疊於該閘極於該基板上的正投影，且該半導體區塊於該基板上的正投影面積小於或等於該閘極於該基板上的正投影面積。
14. 如申請專利範圍第8項所述的主動元件的製作方法，其中該通道層的該導體區塊於該基板上的正投影不重疊於該第二保護層於該基板上的正投影。