TWI394282B - 使用多主動通道層之薄膜電晶體 - Google Patents

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Description

使用多主動通道層之薄膜電晶體
本文揭示之實施例大致上關於薄膜電晶體(TFTs)以及製造TFTs之方法。
目前對於TFT陣列的興趣是很高的，這是因為這些元件可以用在常用於電腦及電視平面面板此種類型之主動矩陣液晶顯示器。LCDs也可以包含用於背光源的發光二極體(LEDs)。再者，有機發光二極體(OLEDs)已經用於主動矩陣顯示器，並且這些OLEDs需要TFTs以解決顯示器的主動性(activity)。
以非晶矽製造的TFTs已經變成平面面板顯示器工業的主要部件。不幸地，非晶矽具有其限制，例如低移動率(mobility)。OLEDs所需要的移動率是非晶矽所能達成者的至少10倍。此外，因為OLED顯示器是電流驅動的裝置，OLED顯示器對於閥值電壓偏移(Vth Shift)是更敏感的。在高電流或高偏壓下，非晶矽TFTs的閥值電壓偏移是待解決的問題。另一方面，多晶矽具有比非晶矽更高的移動率。多晶矽是結晶，其導致不佳的局部非均勻性。由於複雜的退火製程以製造多晶矽膜的需要，使用多晶矽相對於使用非晶矽來製造大面積顯示器是更因難且更昂貴的。由於非晶矽的限制，OLED的發展是緩慢的。
近些年來，已經製造透明TFTs，其係使用氧化鋅作為主動通道層。氧化鋅是可以在非常低沉積溫度下在各種基材(例如玻璃與塑膠)上生長成結晶材料的複合物半導體。
所以，此技術領域亟需具有非晶矽或非結晶主動通道而有高移動率之TFTs。
本文揭示之實施例大致上關於TFTs以及製造TFTs之方法。在TFTs中，主動通道層係攜送電流於源極與汲極電極之間。藉由調適(tailor)主動通道的組成，可以控制電流。主動通道可以包含三層，即一閘極控制層、一塊體層及一背通道界面控制層。閘極控制層是最靠近主動通道與閘極介電層之間界面的一層或一群組的層。背通道界面控制層是最靠近主動通道與一鈍化或蝕刻終止層之間界面的一層或一群組的層。塊體層是介於閘極控制層與背通道界面控制層之間的一層或一群組的層。該些個別的層可以具有不同的組成。此外，閘極控制層、塊體層及背通道界面控制層之各者可以包含多個具有不同組成的層。主動通道之各層的組成係包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、鎘、錫、鎵及其組合所組成群組的一或多個元素。藉由改變該些層之間的組成，可以控制各層的移動率、載子濃度及導電率，以製造具有所希望性質的TFT。此外，藉由改變該些層之間的組成，可以控制該些層之間的能隙或電場以及該些層之間和與閘極介電層及鈍化層或帽蓋層的界面，以製造具有所希望性質的TFT。
在一實施例中，一種TFT包含：一閘極介電層，其設置在一閘極電極與一基材上方；以及一主動通道，其耦接到該閘極介電層而與該基材相對。該主動通道包含一或多個閘極控制層，該一或多個閘極控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素。該一或多個閘極控制層具有一第一組成。該一或多個閘極控制層之至少一者係接觸於該閘極介電層。該主動通道亦包含一或多個塊體層，該一或多個塊體層接觸於該一或多個閘極控制層之至少一者。該一或多個塊體層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素。該一或多個塊體層具有一第二組成，該第二組成不同於該第一組成。該主動通道亦包含一或多個背通道界面控制層，該一或多個背通道界面控制層接觸於該一或多個塊體層之至少一者。該一或多個背通道界面控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素。該一或多個背通道界面控制層具有一第三組成，該第三組成不同於該第一組成與該第二組成之一者或多者。該TFT亦包含源極與汲極電極，該源極與汲極電極耦接到該一或多個背通道界面控制層之至少一者。
在另一實施例中，本發明揭示一種TFT之製造方法。該方法包含：沉積一閘極介電層於一閘極電極與一基材上方；以及形成一主動通道於該閘極介電層上方。該形成的步驟包含：沉積一或多個閘極控制層於該閘極介電層上方，該一或多個閘極控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有一第一組成。該一或多個閘極控制層之至少一者係接觸於該閘極介電層。該形成的步驟亦包含：沉積一或多個塊體層，該一或多個塊體層接觸於該一或多個閘極控制層之至少一者。該一或多個塊體層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素。該一或多個塊體層具有一第二組成，該第二組成不同於該第一組成。該形成的步驟亦包含：沉積一或多個背通道界面控制層，該一或多個背通道界面控制層接觸於該一或多個塊體層之至少一者。該一或多個背通道界面控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素。該一或多個背通道界面控制層具有一第三組成，該第三組成不同於該第一組成與該第二組成之一者或多者。該方法亦包含：沉積一導體層於該一或多個背通道界面控制層之最上層上；以及圖案化該導體層，以界定源極與汲極電極且暴露該一或多個背通道界面控制層之最上層。
本文討論的實施例可以執行在由AKT America公司(其為美國加州聖大克勞拉市之應用材料公司(Applied Materials,Inc.)的子公司)所製造且販售的物理氣相沉積(PVD)設備中。可瞭解，本文描述的方法可以執行在其他設備中，包括由其他製造商製造且販售的設備。本文討論的實施例不受限在PVD，而是可以使用其他沉積方法來實施，包括但不限於化學氣相沉積(CVD)、電漿增強CVD(PECVD)、脈衝式雷射沉積、旋塗式凝膠沉積以及原子層沉積。
第1A-1G圖為根據本發明一實施例之TFT 100在各製造階段的截面圖。TFT可以包含一基材102。在一實施例中，基材102可以包含玻璃。在另一實施例中，基材102可以包含聚合物。在另一實施例中，基材102可以包含塑膠。在又另一實施例中，基材102可以包含金屬。在另一實施例中，基材102可以包含不銹鋼片。
一閘極電極104形成在基材上。閘極電極104可以包含一導體層，導體層係控制TFT內電荷載子的移動。閘極電極104可以包含一金屬，例如鋁、鉬、鎢、鉻、鉭或其組合。可以使用傳統的沉積技術來形成閘極電極104，包括濺射、微影及蝕刻。可以藉由毯覆式沉積(blanket depositing)一導體層在基材102上來形成閘極電極104。可以藉由濺射來沉積導體層。之後，可以沉積一光阻層在導體層上。可以將光阻層圖案化以形成一罩幕。可以藉由蝕刻去除導體層的未罩幕部分以在基材102上留下閘極電極104來形成閘極電極104。
可以沉積一閘極介電層106在閘極電極104上。閘極介電層106係影響TFT的次臨界擺幅或斜率及臨界電壓。對於矽系TFTs(即具有矽系半導體層(諸如非晶矽)的TFTs)，閘極介電層106不能包含氧化矽，這是因為Vth 遠離會使TFT效能不佳之零伏特的閘極電壓。但是，對於金屬氧化物TFTs，已發現到氧化矽可以作為有效的閘極介電層106。氧化矽中的氧不會有害地改變金屬氧化物層，因此TFT不會失效(fail)。在一實施例中，閘極介電層106可以包含氮化矽。在另一實施例中，閘極介電層106可以包含氧化矽。在另一實施例中，閘極介電層106可以包含氧氮化矽。在另一實施例中，閘極介電層106可以包含Al2 O3 。可以藉由熟知的沉積技術來沉積閘極介電層106，包括PECVD。在一實施例中，可以藉由PVD來沉積閘極介電層106。
在已經沉積閘極介電層106之後，可以處理閘極介電層106。其一技術涉及將閘極介電層106暴露於電漿108，以鈍化閘極介電層106的表面。在一實施例中，可以將閘極介電層106暴露於具有含氧氣體(諸如N2 O或O2 )的電漿。在另一實施例中，可以在將閘極介電層106暴露於含氧電漿之後，將閘極介電層106暴露於含H2 、Ar、N2 或PH3 的電漿。在另一實施例中，可以在不存在電漿(諸如N2 O或O2 )下，將閘極介電層106暴露於含氧氣體。在另一實施例中，可以在將閘極介電層106暴露於含氧氣體之後，將閘極介電層106暴露於含氧電漿。在又另一實施例中，除了處理閘極介電層106或取代處理閘極介電層106，可以沉積一氧化矽層於閘極介電層106上。
在處理閘極介電層106之後，可以沉積半導體層110於其上。半導體層110將是最終TFT結構中包含主動通道的材料。半導體層110可以包含氧、氮、以及選自由鋅、鎵、鎘、銦、錫及其組合所組成群組的一或多個元素。在一實施例中，半導體層110可以包含氧、氮、以及具有填滿s軌道和填滿d軌道的一或多個元素。在另一實施例中，半導體層110可以包含氧、氮、以及具有填滿f軌道的一或多個元素。在另一實施例中，半導體層110可以包含氧、氮、以及一或多個二價元素。在另一實施例中，半導體層110可以包含氧、氮、以及一或多個三價元素。在另一實施例中，半導體層110可以包含氧、氮、以及一或多個四價元素。可以將半導體層110沉積成一非晶矽層、一結晶層、或上述兩者的組合。
半導體層110也可以包含摻雜劑。可使用之適當的摻雜劑係包括Al、Sn、Ga、Ca、Si、Ti、Cu、Ge、In、Ni、Mn、Cr、V、Mg、Six Ny 、Alx Oy 及SiC。在一實施例中，摻雜劑包含鋁。在另一實施例中，摻雜劑包含錫。
半導體層110的實例包括有下列：ZnOx Ny 、SnOx Ny 、 InOx Ny 、CdOx Ny 、GaOx Ny 、ZnSnOx Ny 、ZnInOx Ny 、ZnCdOx Ny 、ZnGaOx Ny 、SnInOx Ny 、SnCdOx Ny 、SnGaOx Ny 、InCdOx Ny 、InGaOx Ny 、CdGaOx Ny 、ZnSnInOx Ny 、ZnSnCdOx Ny 、ZnSnGaOx Ny 、ZnInCdOx Ny 、ZnInGaOx Ny 、ZnCdGaOx Ny 、SnInCdOx Ny 、SnInGaOx Ny 、SnCdGaOx Ny 、InCdGaOx Ny 、ZnSnInCdOx Ny 、ZnSnInGaOx Ny 、ZnInCdGaOx Ny 及SnInCdGaOx Ny 。半導體層110的實例包括有下列的摻雜材料：ZnOx Ny ：Al、ZnOx Ny ：Sn、SnOx Ny ：Al、InOx Ny ：Al、InOx Ny ：Sn、CdOx Ny ：Al、CdOx Ny ：Sn、GaOx Ny ：Al、GaOx Ny ：Sn、ZnSnOx Ny ：Al、ZnInOx Ny ：Al、ZnInOx Ny ：Sn、ZnCdOx Ny ：Al、ZnCdOx Ny ：Sn、ZnGaOx Ny ：Al、ZnGaOx Ny ：Sn、SnInOx Ny ：Al、SnCdOx Ny ：Al、SnGaOx Ny ：Al、InCdOx Ny ：Al、InCdOx Ny ：Sn、InGaOx Ny ：Al、InGaOx Ny ：Sn、CdGaOx Ny ：Al、CdGaOx Ny ：Sn、ZnSnInOx Ny ：Al、ZnSnCdOx Ny ：Al、ZnSnGaOx Ny ：Al、ZnInCdOx Ny ：Al、ZnInCdOx Ny ：Sn、ZnInGaOx Ny ：Al、ZnInGaOx Ny ：Sn、ZnCdGaOx Ny ：Al、ZnCdGaOx Ny ：Sn、SnInCdOx Ny ：Al、SnInGaOx Ny ：Al、SnCdGaOx Ny ：Al、InCdGaOx Ny ：Al、InCdGaOx Ny ：Sn、ZnSnInCdOx Ny ：Al、ZnSnInGaOx Ny ：Al、ZnInCdGaOx Ny ：Al、ZnInCdGaOx Ny ：Sn、及SnInCdGaOx Ny ：Al。
可以藉由濺射來沉積半導體層110。在一實施例中，濺射標靶包含金屬，例如鋅、鎵、鎘、銦、錫或其組合。 濺射標靶可以額外地包含一摻雜劑。含氧氣體與含氮氣體係被導入腔室內以藉由反應性濺射來沉積半導體層110。在一實施例中，含氮氣體包含N2 。在另一實施例中，含氮氣體包含N2 O、NH3 或其組合。在一實施例中，含氧氣體包含O2 。在另一實施例中，含氧氣體包含N2 O。含氮氣體的氮與含氧氣體的氧係與來自濺射標靶的金屬反應，以在基材上形成包含金屬、氧、氮以及可選摻雜劑的半導體材料。在一實施例中，含氮氣體與含氧氣體為獨立的氣體。在另一實施例中，含氮氣體與含氧氣體包含相同的氣體。也可以在濺射期間提供額外的添加劑(諸如B2 H6 、CO2 、CO、CH4 及其組合)到腔室。
在已經沉積半導體層110之後，可以沉積一導體層112。在一實施例中，導體層112可以包含金屬，例如鋁、鎢、鉬、鉻、鉭及其組合。可以使用PVD來沉積導體層112。
在已經沉積導體層112之後，可以藉由蝕刻去除導體層112的部分來界定源極電極114、汲極電極116與主動通道118。也可以藉由蝕刻來去除半導體層110的部分。雖然未示出，在沉積導體層之及，可以在半導體層110上方沉積一帽蓋層(或蝕刻終止層)。蝕刻終止層係用於在蝕刻期間可保護主動通道118免於過度的電漿暴露。
可以沉積一第一帽蓋層120於半導體層110上方與主動通道118內。在一實施例中，第一帽蓋層120可以包含氧化矽。在另一實施例中，第一帽蓋層120可以包含氧氮化矽。在一實施例中，可以藉由PECVD來沉積第一帽蓋層120。在另一實施例中，可以藉由CVD來沉積第一帽蓋層120。在另一實施例中，第一帽蓋層120可以包含碳化矽。在另一實施例中，第一帽蓋層120可以包含非晶碳。
為了沉積第一帽蓋層120，可以將一含矽氣體導入製程腔室內。在一實施例中，含矽氣體可以包含SiH4 。在另一實施例中，含矽氣體可以包含TEOS。除了含矽氣體，也可以將N2 O、NO、NO2 、O2 、CO、CO2 、NH3 及其組合導入。可以在N2 O與含矽氣體的流率為約20：1至約40：1將N2 O與含矽氣體導入。用在矽系TFTs(即包含矽之半導體層)之傳統氮化矽帽蓋層中的氫與氮可能不具有足夠的氧來平衡對TFT的氫與氮效應，並且因此造成閥值電壓的負平移。可以藉由控制SiH4 對N2 O的比例來調整第一帽蓋層120中的氧含量。氧含量不應太高。若第一帽蓋層120中的氧含量太高，則會顯著地減少開啟電流(Ion )或移動率。高氧含量會擴增強正電荷在頂層上之源極-汲極圖案化期間所受損之半導體層的面積，其會影響電場下的電子移動。除了含矽氣體與N2 O氣體，也可以將氮氣(N2 )導入。
除了含矽氣體與N2 O氣體，可以將PH3 氣體導入。氫可增加TFT的移動率。因此，PH3 氣體可以因氫存在於PH3 氣體中而增加TFT的移動率。然而，氫會使TFT的閥值電壓平移且變為更負。因此，必須平衡在第一帽蓋層120沉積期間腔室中存在的氫的量，以符合使用者需求。例如，若使用者願意犧牲閥值電壓，則可以達到更高的移動率。在一實施例中，PH3 氣體對導入製程腔室之氣體之總氫含量的比例可以為約1：190至約1：200。當沉積一含碳第一帽蓋層120時，可以被導入的氣體包括N2 、H2 及含碳氣體(諸如C2 H2 )。
在已經沉積第一帽蓋層120之後，可以處理第一帽蓋層120。其一技術涉及將第一帽蓋層120暴露於電漿，以鈍化第一帽蓋層120的表面。在一實施例中，可以將第一帽蓋層120暴露於具有含氧氣體(諸如N2 O或O2 )的電漿。在另一實施例中，可以在將第一帽蓋層120暴露於含氧電漿之後，將第一帽蓋層120暴露於含H2 、Ar、N2 或PH3 的電漿。在另一實施例中，可以在不存在電漿(諸如N2 O、He、H2 、N2 、O2 或其組合)下，將第一帽蓋層120暴露於含氧氣體。在另一實施例中，可以在將第一帽蓋層120暴露於含氧氣體之後，將第一帽蓋層120暴露於含氧電漿。
可以沉積一第二帽蓋層122於第一帽蓋層120上方。在一實施例中，第二帽蓋層122具有不同於第一帽蓋層120的組成。在另一實施例中，第二帽蓋層122與第一帽蓋層120的組成相同。當第一帽蓋層120與第二帽蓋層122的組成相同時，可以在單一沉積步驟中來沉積第一帽蓋層120與第二帽蓋層122。在一實施例中，第一帽蓋層120與第二帽蓋層122包含在單一製程步驟中沉積的單一層，其具有在層中會改變的組成梯度，從而使得在與主動通道118中半導體層110的界面處的氧含量係比層的其餘部分的氧含量更高。相對於第一帽蓋層120與第二帽蓋層122的總厚度，第一帽蓋層120可以是總厚度的約5~20%。在一實施例中，第一帽蓋層120的厚度可以為約75埃至約125埃。
在已經沉積第二帽蓋層122之後，可以處理第二帽蓋層122。其一技術涉及將第二帽蓋層122暴露於電漿，以鈍化第二帽蓋層122的表面。在一實施例中，可以將第二帽蓋層122暴露於具有含氧氣體(諸如N2 O或O2 )的電漿。在另一實施例中，可以在將第二帽蓋層122暴露於含氧電漿之後，將第二帽蓋層122暴露於含H2 、Ar、N2 或PH3 的電漿。在另一實施例中，可以在不存在電漿(諸如N2 O或O2 )下，將第二帽蓋層122暴露於含氧氣體。在另一實施例中，可以在將第二帽蓋層122暴露於含氧氣體之後，將第二帽蓋層122暴露於含氧電漿。
如第1G圖所示，主動通道118係與閘極介電層106、第一帽蓋層120、源極電極114及汲極電極116形成界面。因此，由於各種層之不同的載子濃度、移動率、能隙(band gap)、導電率等，主動通道118必須是非常多方適用的。若主動通道是矽系，高摻雜矽可被用來改善主動層與金屬電極之間的接觸電阻，而不是只有矽。
已驚訝發現的是，當主動通道包含氧、氮、以及選自由鋅、鎘、錫、銦及鎵所組成群組的一或多個元素，可以調適主動通道的特性以符合使用者的需求。例如，主動通道可以包含多個層(而不是只有一層)，其中各層具有不同的半導體性質(例如載子濃度、移動率、能隙、導電率及組成)，而該些層之各層具有氧、氮、以及選自由鋅、鎘、錫、銦及鎵所組成群組的一或多個元素。在一實施例中，用於主動通道的多個層甚至可以具有不同的元素。多個層的目的係為了將界面適應於主動層與閘極介電層之間以及介於主動層與帽蓋層之間。多個層係調整主動層中建立的電位，以達到最佳的可能效能。多個主動層可以用來建立一阻障，以停止不希望的物種的擴散或免於不希望的製程條件的附著。
第2圖為根據一實施例之主動通道200的截面圖。主動通道200包含三層，即一閘極控制層202(其鄰近於閘極介電層)、一塊體層204及一背通道界面控制層206(其鄰近於源極電極、汲極電極和帽蓋層)。閘極控制層202、塊體層204及背通道界面控制層206之各者可以具有不同的半導體性質(例如載子濃度、移動率、能隙、結晶方位、結晶比例或化學組成)。該些層之間的性質變化可以是突然的或漸進的。此外，在一實施例中，該些層的厚度可以不是一致的。
閘極控制層202是理想上大部分電流將流經其間的層。所以，流經閘極控制層202的電流係遠大於流經塊體層204與背通道界面控制層206的電流。在一實施例中，閘極控制層202可以具有約10埃至約100埃的厚度。在另一實施例中，閘極控制層202可以具有約50埃至約100埃的厚度。由於與閘極介電層的界面，閘極控制層202相對於塊體層204與界面控制層206可以具有高移動率。在一實施例中，閘極控制層202可以包含單一層。在一實施例中，單一的閘極控制層202可以在層中漸次分級，從而使得組成、濃度、移動率、能隙、結晶方位或結晶比例在層中會變化。此變化可以藉由在沉積閘極控制層202期間利用不同的氣體添加劑或在沉積閘極控制層202期間利用不同的各種製程氣體量來實現。
在另一實施例中，閘極控制層202可以由多個層構成。該多個層可以具有不同的半導體性質(例如例如載子濃度、移動率、能隙、結晶方位、結晶比例或化學組成)和甚至不同的厚度。一高或低導電率層可以作為多層之閘極控制層202的其中一層。一具有高或低載子濃度的層可以作為多層之閘極控制層202的其中一層。一具有不同能隙的層可以作為多層之閘極控制層202的其中一層。
在沉積閘極控制層202(無論是單一層或多層結構)之前，可以調理(season)濺射標靶一時段。在一實施例中，此時段可以為約30秒。可以藉由提供製程氣體(例如氬、氮與氨)同時輸送DC功率到標靶長達預設時段來調理標靶。在一實施例中，氬對氨的比例可以是約12：1。在另一實施例中，氮對氨的比例可以是約50：1。在另一實施例中，氬對氮的比例可以是約12：5。可以將製程腔室的溫度維持在約100℃至約300℃。在另一實施例中，可以將製程腔室的溫度維持在約180℃至約200℃在沉積閘極控制層202之後，可以沉積塊體層204。
塊體層204可以沿著通道在源極和汲極電極之間具有低導電率，並且在閘極控制層與源極和汲極電極之間具有高導電率。塊體層204中可以具有低的局部電荷捕獲(charge trapping)。可以將塊體層204沉積為單一層。在一實施例中，可以將塊體層204漸次分級而使得移動率、組成、載子濃度、導電率或能隙在層中變化。在另一實施例中，塊體層204可以包含多個層。在一實施例中，多層之塊體層的其中一層可以具有高或低的導電率，從而使得該多層之塊體層在高與低導電率之間交替(即高-低-高或低-高-低的導體層)。在另一實施例中，多層之塊體層的其中一層可以具有高或低的載子濃度(即高-低-高或低-高-低的載子濃度層)。在另一實施例中，多層之塊體層的其中一層可以具有不同的能隙。在一實施例中，塊體層204可以具有約200埃至約300埃的總厚度。當塊體層204包含多個層時，該多個層可以具有不同的半導體性質(例如例如載子濃度、移動率、能隙、結晶方位、結晶比例或化學組成)和甚至不同的厚度。
在沉積塊體層204之後，可以沉積背通道界面控制層206。在一實施例中，背通道界面控制層206可以具有約50埃至約200埃之厚度。背通道界面控制層206可以在通道材料與鈍化或帽蓋層之間造成少量的捕獲(trapping)。背通道界面控制層206中的一低導電率係在源極和汲極電極之間造成低的導電率，以及在閘極控制層202與源極和汲極電極之間造成高的導電率。少量的局部電荷捕獲係發生在背通道界面控制層206中，以及在界面控制層206與塊體層204之間。背通道界面控制層206也可保護塊體層204與閘極控制層202免於任何不希望的物種的擴散。
背通道界面控制層206可以包含單一層。當背通道界面控制層206為單一層時，該層可以漸次分級。在一實施例中，背通道界面控制層206可以包含多個層。該多個層可以具有不同的半導體性質(例如例如載子濃度、移動率、能隙、結晶方位、結晶比例或化學組成)和甚至不同的厚度。當使用多個層時，可以將一高或低的導電率層或將一具有高或低的載子濃度的層或一具有不同能隙的層插置在背通道界面控制層206的多層結構內。可以使用不同於塊體層204或閘極控制層202的氣體添加劑來沉積多層之背通道界面控制層206(當沉積為多層時)的最後一層。最後一層可以具有高或低的移動率、載子濃度、或能隙。在一實施例中，背通道界面控制層206可以部分地或完全地被反轉成，相較於與源極和汲極電極接觸的區域，在主動通道的區域中具有不同的膜性質第3圖為根據另一實施例之主動通道300的截面圖。
第3圖的主動通道300具有三層302、304、306(其包含閘極控制層)、三層308、310、312(其包含塊體層)、以及三層314、316、318(其包含背通道界面控制層)。可瞭解，圖上顯示閘極控制層、塊體層及背通道界面控制層之各者為三層，可以具有更多或更少的層。該些層之間，可以具有不同的厚度、載子濃度、移動率、能隙、結晶方位、結晶比例或化學組成。
表一係顯示根據一實施例之用以形成多層之主動通道的製程條件。所有的層是藉由在具有約70,000立方公分之體積的腔室中DC濺射被摻雜有2.2原子百分比之Sn且具有約4,650平方公分之面積的鋅標靶來沉積。在時段A，濺射標靶被調理(season)。在時段B，氣體係從調理步驟被過渡到用以沉積閘極控制層的沉積步驟。時段1-5係用於沉積閘極控制層。時段6係用於塊體層，並且時段7-9係用於背通道界面控制層。
在時段1，閘極控制層的起始層係被沉積。然後，在時段2，藉由除了氮與氬氣體將一氧化二氮導入，一高氧化層係被沉積。然後，在時段3，一氧化二氮被停止，並且氬和氮持續流入。在時段4，一氧化二氮再次被導入，但以不同於時段3的更低流率。因此，雖然在時段4沉積的層具有比在時段1與3沉積的層更高氧化，氧化係低於時段2。在時段5，一過渡層係被沉積以過渡到塊體層。
在沉積塊體層之後，背通道界面控制層係被沉積。在沉積背通道界面控制層的期間，所提供的一氧化二氮漸漸地被增加以在層中建立一氧化梯度。此外，所施加的功率是在閘極控制層與塊體層沉積期間所施加的功率的兩倍。
表二係顯示根據另一實施例之用以形成多層之主動通道的製程條件。所有的層是藉由在具有約70,000立方公分之體積的腔室中DC濺射被摻雜有2.2原子百分比之Sn且具有約4,650平方公分之面積的鋅標靶來沉積。時段1-6係用於沉積閘極控制層。時段7係用於塊體層，並且時段8-13係用於背通道界面控制層。
在時段1，閘極控制層的起始層係被沉積。然後，在時段2，藉由將小量的一氧化二氮導入，一低氧化層係被沉積。然後，在時段3，一氧化二氮被中斷。在時段4，藉由將一氧化二氮再次地導入，一高氧化層係被沉積，但以不同於時段3的更高流率。在時段5，功率被增加，而一氧化二氮持續流入。然後，在時段6，一過渡層係被沉積以從閘極控制層過渡到塊體層。
在沉積塊體層之後，背通道界面控制層係被沉積。一氧化二氮的量漸漸地被增加，而氬、氮與功率被維持恆定，從而使得界面控制層被漸次分級。背通道界面控制層的最終層是終止層，並且在不含一氧化二氮下且以更低功率來沉積。
表三係顯示根據另一實施例之用以形成多層之主動通道的製程條件。所有的層是藉由在具有約70,000立方公分之體積的腔室中DC濺射被摻雜有2.2原子百分比之Sn且具有約4,650平方公分之面積的鋅標靶來沉積。在時段A，濺射標靶被調理(season)。時段1-7係用於沉積閘極控制層。時段8-10係用於塊體層，並且時段11-15係用於背通道界面控制層。
在時段1，來自標靶調理的氨係被中斷，一氧化二氮被導入且功率被增加，以沉積閘極控制層的起始層。然後，在時段2，一氧化二氮被停止，並且功率位準被降低。然後，在時段3，一氧化二氮再次地被導入，並且功率被增加少許。在時段4-7，以相同流率來持續一氧化二氮，而功率改變。在時段3，一低的導電率層被沉積。然後在時段4，一層被沉積於更高的功率位準。然後，在時段5，另一低的導電率層被沉積，而接著在時段6，以更高的功率位準來沉積另一層。在時段7，過渡層係被沉積以從閘極控制層過渡到塊體層。
在時段8，第一塊體層被沉積。在時段8與時段10之間，其實質上為沉積條件，一層以更低的功率來沉積。在沉積塊體層之後，背通道界面控制層被沉積。在時段 11-15之沉積背通道界面控制層的期間，一氧化二氮漸漸地被增加。
藉由沉積多個層來取代單一層，可以調適主動通道來符合使用者的需求，並且可以製造更穩定的TFT。
儘管前述說明著重在本發明的實施例，在不脫離本發明的基本範圍下，可以設想出本發明的其他與進一步實施例，並且本發明的範圍是由隨附的申請專利範圍所決定。
100．．．TFT
102．．．基材
104．．．閘極電極
106．．．閘極介電層
108．．．電漿
110．．．半導體層
112．．．導體層
114．．．源極電極
116．．．汲極電極
118．．．主動通道
120．．．第一帽蓋層
122．．．第二帽蓋層
200．．．主動通道
202．．．閘極控制層
204．．．塊體層
206．．．背通道界面控制層
300．．．主動通道
302-318．．．層
本發明之前述特徵、詳細說明可以藉由參照實施例來詳細地瞭解，其中一些實施例係繪示在附圖中。然而，值得注意的是附圖僅示出本發明的典型實施例，並且因此不會限制本發明範圍，本發明允許其他等效的實施例。
第1A-1G圖為根據本發明一實施例之TFT 100在各製造階段的截面圖。
第2圖為根據一實施例之主動通道200的截面圖。
第3圖為根據另一實施例之主動通道300的截面圖。
為了促進瞭解，倘若可行，則在圖式中使用相同的元件符號來指稱相同的元件。應知悉，一實施例中揭示的元件可以有益地被用在其他實施例中，而不需贅述。
100．．．TFT
102．．．基材
104．．．閘極電極
106．．．閘極介電層
110．．．半導體層
114．．．源極電極
116．．．汲極電極
120．．．第一帽蓋層
122．．．第二帽蓋層

Claims (22)

  1. 一種薄膜電晶體，包含：一閘極介電層，該閘極介電層設置在一閘極電極與一基材上方；一主動通道，該主動通道耦接到該閘極介電層而與該基材相對，該主動通道包含：一或多個閘極控制層，該一或多個閘極控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有一第一組成，該一或多個閘極控制層之至少一者係接觸於該閘極介電層；一或多個塊體層，該一或多個塊體層接觸於該一或多個閘極控制層之至少一者，該一或多個塊體層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有一第二組成，該第二組成不同於該第一組成；以及一或多個背通道界面控制層，該一或多個背通道界面控制層接觸於該一或多個塊體層之至少一者，該一或多個背通道界面控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有一第三組成，該第三組成不同於該第一組成與該第二組成之一者或多者；以及源極與汲極電極，該源極與汲極電極耦接到該一或多個背通道界面控制層之至少一者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個閘極控制層係整體地具有一第一厚度，該一或多個塊體層係整體地具有一第二厚度，且該一或多個背通道界面控制層係整體地具有一第三厚度，以及其中該第二厚度大於該第三厚度且該第三厚度大於該第一厚度。
  3. 一種薄膜電晶體，包含：一閘極介電層，該閘極介電層設置在一閘極電極與一基材上方；一主動通道，該主動通道耦接到該閘極介電層而與該基材相對，該主動通道包含：一或多個閘極控制層，該一或多個閘極控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有一第一組成，該一或多個閘極控制層之至少一者係接觸於該閘極介電層；一或多個塊體層，該一或多個塊體層接觸於該一或多個閘極控制層之至少一者，該一或多個塊體層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有一第二組成，該第二組成不同於該第一組成；以及一或多個背通道界面控制層，該一或多個背通道界面控制層接觸於該一或多個塊體層之至少一 者，該一或多個背通道界面控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有一第三組成，該第三組成不同於該第一組成與該第二組成之一者或多者；以及源極與汲極電極，該源極與汲極電極耦接到該一或多個背通道界面控制層之至少一者，其中該一或多個閘極控制層係整體地具有一第一厚度，該一或多個塊體層係整體地具有一第二厚度，且該一或多個背通道界面控制層係整體地具有一第三厚度，以及其中該第二厚度大於該第三厚度且該第三厚度大於該第一厚度，其中該一或多個閘極控制層係具有一第一移動率，該一或多個塊體層係具有一第二移動率，且該一或多個背通道界面控制層係具有一第三移動率，以及其中該第一移動率、該第二移動率與該第三移動率係不同。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個閘極控制層係具有一第一導電率，該一或多個塊體層係具有一第二導電率，且該一或多個背通道界面控制層係具有一第三導電率，以及其中該第一導電率、該第二導電率與該第三導電率係不同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個閘極控制層包含複數個層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個塊體層包含複數個層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個背通道界面控制層包含複數個層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個閘極控制層係具有一第一移動率，該一或多個塊體層係具有一第二移動率，且該一或多個背通道界面控制層係具有一第三移動率，以及其中該第一移動率、該第二移動率與該第三移動率係不同。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個閘極控制層係具有一第一導電率，該一或多個塊體層係具有一第二導電率，且該一或多個背通道界面控制層係具有一第三導電率，以及其中該第一導電率、該第二導電率與該第三導電率係不同。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個閘極控制層包含複數個層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個塊體層包含複數個層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個背通道界面控制層包含複數個層。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個閘極控制層係具有一第一導電率，該一或多個塊體層係具有一第二導電率，且該一或多個背通道界面控制層係具有一第三導電率，以及其中該第一導電率、該第二導電率與該第三導電率係不同。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個閘極控制層包含複數個層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個塊體層包含複數個層。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個背通道界面控制層包含複數個層。
  17. 一種薄膜電晶體，包含：一閘極介電層，該閘極介電層設置在一閘極電極與一基材上方；一主動通道，該主動通道耦接到該閘極介電層而與該基材相對，該主動通道包含： 一或多個閘極控制層，該一或多個閘極控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素，該一或多個閘極控制層之至少一者係接觸於該閘極介電層；一或多個塊體層，該一或多個塊體層接觸於該一或多個閘極控制層之至少一者，該一或多個塊體層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素；以及一或多個背通道界面控制層，該一或多個背通道界面控制層接觸於該一或多個塊體層之至少一者，該一或多個背通道界面控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素，其中該一或多個閘極控制層、該一或多個塊體層與該一或多個背通道界面控制層具有不同的半導體性質；以及源極與汲極電極，該源極與汲極電極耦接到該一或多個背通道界面控制層之至少一者。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之薄膜電晶體，其中該不同的半導體性質選自由載子濃度、移動率、能隙、結晶方位、結晶比例、化學組成或它們的組合所組成的群組。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之薄膜電晶體，其中該 一或多個閘極控制層包含複數個層。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個塊體層包含複數個層。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之薄膜電晶體，其中該一或多個背通道界面控制層包含複數個層。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之薄膜電晶體，其中該複數個塊體層、該複數個閘極控制層與該複數個背通道界面控制層具有不同的元素。
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