TWI438868B - 互補金氧半電晶體及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種互補金氧半電晶體(CMOS transistor)及其製作方法,且特別是有關於一種互補金氧半薄膜電晶體(CMOS-TFT)及其製作方法。
近來環保意識抬頭,具有低消耗功率、空間利用效率佳、無輻射、高畫質等優越特性的平面顯示面板(flat display panels)已成為市場主流。常見的平面顯示器包括液晶顯示器(liquid crystal displays)、電漿顯示器(plasma displays)、有機電激發光顯示器(electroluminescent displays)等。以目前最為普及的液晶顯示器為例,其主要是由薄膜電晶體陣列基板、彩色濾光基板以及夾於二者之間的液晶層所構成。在習知的薄膜電晶體陣列基板上,多採用非晶矽(α-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,已有研究指出非晶矽氧化物(amorphous 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),而非晶矽氧化物薄膜電晶體相較於低溫多晶矽薄膜電晶體,則具有較佳的臨界電壓(threat hold voltage,Vth)均勻性。因此,非晶矽氧化物薄膜電晶體有潛力成為下一代平面顯示器之關鍵元件。
在薄膜電晶體陣列基板上,通常會需要同時製作出P型與N型薄膜電晶體(如輸出緩衝器或位移暫存器等驅動線路設計),以進一步降低功率消耗。同時製作出P型與N型薄膜電晶體可使系統電路製作於玻璃基板(System on glass,SOG)的概念被實現。由於非晶矽氧化物薄膜電晶體本身的特性(P型或N型)是以通道層之材料來決定,與低溫多晶矽薄膜電晶體不同(低溫多晶矽是使用離子佈植(ion implant))。當P型非晶矽氧化物薄膜電晶體的P型通道層與N型非晶矽氧化物薄膜電晶體的N型通道層在製程中接觸時,有可能會相互影響,導致P型通道層與N型通道層原有的半導體特性被改變。此外,蝕刻P型或N型任一型態的非晶矽氧化物薄膜電晶體時候,若蝕刻劑也接觸到另一型態的非晶矽氧化物薄膜電晶體,就會將其破壞。因此,如何降低甚至避免P型通道層與N型通道層之間的相互影響,實為此領域研發人員亟欲解決的問題之一。
本發明提供一種互補金氧半電晶體的製作方法,以有效避免製程中N型半導體層與P型半導體層之間的相互影響,進而確保互補金氧半電晶體元件信賴性(reliability)。
本發明提供一種互補金氧半電晶體的製作方法,其包括下列步驟。首先,於一基板上形成一第一閘極與一第二閘極,接著,於基板上形成一閘絕緣層,以覆蓋第一閘極與第二閘極。之後,於閘絕緣層上形成一第一源極、一第一汲極、一第二源極與一第二汲極,其中第一源極與第一汲極位於第一閘極上方,而第二源極與第二汲極位於第二閘極上方。接著,於閘絕緣層上形成一第一通道層以及一罩幕層,其中罩幕層位於第一通道層上,而第一通道層位於第一閘極上方,並與第一源極以及第一汲極接觸。之後,於閘絕緣層上形成一第二通道層,其中第二通道層位於第二閘極上方,並與第二源極以及第二汲極接觸。
在本發明之一實施例中,前述之第一閘極與第二閘極係透過單一微影蝕刻製程製作。
在本發明之一實施例中,前述之第一源極、第一汲極、第二源極以及第二汲極係透過單一微影蝕刻製程製作。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層以及罩幕層的形成方法包括:於閘絕緣層、第一源極、第一汲極、第二源極以及第二汲極上依序形成一第一通道材料層以及一罩幕材料層,接著,圖案化罩幕材料層與第一通道材料層,以形成罩幕層以及第一通道層。
在本發明之一實施例中,前述之第二通道層的形成方法包括:於罩幕層、第一通道層、閘絕緣層、第一源極、第一汲極、第二源極以及第二汲極上形成一第二通道材料層,接著,圖案化第二通道材料層,以形成第二通道層。
在本發明之一實施例中,前述之互補金氧半電晶體的製作方法可進一步包括:在圖案化第二通道材料層之後,將罩幕層移除。
在本發明之一實施例中,前述之互補金氧半電晶體的製作方法可進一步包括:形成一保護層,其中保護層覆蓋第一通道層、第二通道層、閘絕緣層、第一源極、第一汲極、第二源極以及第二汲極;圖案化保護層,以於保護層中形成多個第一接觸窗與多個第二接觸窗,其中第一接觸窗將第一源極與第一汲極暴露,而第二接觸窗將第二源極與第二汲極暴露;以及於保護層上形成多個第一接觸導體與多個第二接觸導體,其中第一接觸導體透過第一接觸窗與第一源極及第一汲極電性連接,且第二接觸導體透過第二接觸窗與第二源極及第二汲極電性連接。
在本發明之一實施例中,前述之互補金氧半電晶體的製作方法可進一步包括:形成一保護層,其中保護層覆蓋罩幕層、第一通道層、第二通道層、閘絕緣層、第一源極、第一汲極、第二源極以及第二汲極。
在本發明之一實施例中,前述之互補金氧半電晶體的製作方法可進一步包括:圖案化保護層,以於保護層中形成多個第一接觸窗與多個第二接觸窗,其中第一接觸窗將第一源極與第一汲極暴露,而第二接觸窗將第二源極與第二汲極暴露;以及於保護層上形成多個第一接觸導體與多個第二接觸導體,其中第一接觸導體透過第一接觸窗與第一源極及第一汲極電性連接,且第二接觸導體透過第二接觸窗與第二源極及第二汲極電性連接。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括N型氧化物半導體,而第二通道層之材質包括P型氧化物半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括P型氧化物半導體,而第二通道層之材質包括N型氧化物半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括無機半導體,而第二通道層之材質包括有機半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括有機半導體,而第二通道層之材質包括無機半導體。
本發明提供另一種互補金氧半電晶體的製作方法,其包括下列步驟。首先,於一基板上形成一第一閘極與一第二閘極,接著,於基板上形成一閘絕緣層,以覆蓋第一閘極與第二閘極。之後,於閘絕緣層上形成一第一通道層以及一罩幕層,其中罩幕層位於第一通道層上,且第一通道層與罩幕層位於第一閘極上方。接著,於閘絕緣層上形成一第二通道層,其中第二通道層位於第二閘極上方,並移除罩幕層。之後,形成一第一源極、一第一汲極、一第二源極與一第二汲極,其中第一源極、第一汲極與第一通道層接觸,而第二源極、第二汲極與第二通道層接觸。
在本發明之一實施例中,前述之第一閘極與第二閘極係透過單一微影蝕刻製程製作。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層以及罩幕層的形成方法包括:於閘絕緣層上依序形成一第一通道材料層以及一罩幕材料層;以及圖案化罩幕材料層與第一通道材料層,以形成罩幕層以及第一通道層。
在本發明之一實施例中,前述之第二通道層的形成方法包括:於罩幕層、第一通道層以及閘絕緣層上形成一第二通道材料層;以及圖案化第二通道材料層,以形成第二通道層,其中在圖案化第二通道材料層的同時,罩幕層會一併被移除。
在本發明之一實施例中,前述之第一源極、第一汲極、第二源極以及第二汲極係透過單一微影蝕刻製程製作。
在本發明之一實施例中,前述之互補金氧半電晶體的製作方法可進一步包括形成一保護層,其中保護層覆蓋第一通道層、第二通道層、閘絕緣層、第一源極、第一汲極、第二源極以及第二汲極。
在本發明之一實施例中,前述之互補金氧半電晶體的製作方法可進一步包括:圖案化保護層,以於保護層中形成多個第一接觸窗與多個第二接觸窗,其中第一接觸窗將第一源極與第一汲極暴露,而第二接觸窗將第二源極與第二汲極暴露;以及於保護層上形成多個第一接觸導體與多個第二接觸導體,其中第一接觸導體透過第一接觸窗與第一源極及第一汲極電性連接,且第二接觸導體透過第二接觸窗與第二源極及第二汲極電性連接。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括N型氧化物半導體,而第二通道層之材質包括P型氧化物半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括P型氧化物半導體,而第二通道層之材質包括N型氧化物半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括無機半導體,而第二通道層之材質包括有機半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括有機半導體,而第二通道層之材質包括無機半導體。
本發明提供另一種互補金氧半電晶體的製作方法,其包括下列步驟。首先,於基板上形成一第一通道層、一底閘極、一第一源極以及一第一汲極,其中第一源極、第一汲極與第一通道層接觸。接著,於基板上形成一閘絕緣層,以覆蓋底閘極、第一源極以及第一汲極。之後,於閘絕緣層上形成一第二通道層,其中第二通道層位於底閘極上方。接著,於閘絕緣層上形成一頂閘極、一第二源極與一第二汲極,其中頂閘極位於第一通道層上方,而第二源極、第二汲極與第二通道層接觸。
在本發明之一實施例中,前述之底閘極、第一源極以及第一汲極係透過單一微影蝕刻製程製作。
在本發明之一實施例中,前述之頂閘極、第二源極與第二汲極係透過單一微影蝕刻製程製作。
在本發明之一實施例中,前述之互補金氧半電晶體的製作方法可進一步包括:形成一保護層,其中保護層覆蓋第二通道層、閘絕緣層、第二源極、第二汲極以及頂閘極。。
在本發明之一實施例中,前述之互補金氧半電晶體的製作方法可進一步包括:圖案化保護層,以於保護層及閘絕緣層中形成多個第一接觸窗,並於保護層中形成多個第二接觸窗,其中第一接觸窗將第一源極與第一汲極暴露,而第二接觸窗將第二源極與第二汲極暴露;以及於保護層上形成多個第一接觸導體與多個第二接觸導體,其中第一接觸導體透過第一接觸窗與第一源極及第一汲極電性連接,且第二接觸導體透過第二接觸窗與第二源極及第二汲極電性連接。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括N型氧化物半導體,而第二通道層之材質包括P型氧化物半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括P型氧化物半導體,而第二通道層之材質包括N型氧化物半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括無機半導體,而第二通道層之材質包括有機半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層之材質包括有機半導體,而第二通道層之材質包括無機半導體。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層的製作早於
第一源極、第一汲極的製作。
在本發明之一實施例中,前述之第二通道層的製作早於
第二源極、第二汲極的製作。
在本發明之一實施例中,前述之第一通道層的製作晚於
第一源極、第一汲極的製作。
在本發明之一實施例中,前述之第二通道層的製作晚於
第二源極、第二汲極的製作。
本發明提供一種互補金氧半電晶體,其包括一基板、一第一閘極、一第二閘極、一閘絕緣層、一第一源極、一第一汲極、一第二源極、一第二汲極、一第一通道層、一罩幕層以及一第二通道層。第一閘極與第二閘極配置於基板上。閘絕緣層配置於基板上,以覆蓋第一閘極與第二閘極。第一源極、第一汲極、第二源極與第二汲極配置於閘絕緣層上,其中第一源極與第一汲極位於第一閘極上方,而第二源極與第二汲極位於第二閘極上方。第一通道層配置於閘絕緣層上,而罩幕層配置於第一通道層上,而第一通道層位於第一閘極上方,並與第一源極以及第一汲極接觸。此外,第二通道層配置於閘絕緣層上,其中第二通道層位於第二閘極上方,並與第二源極以及第二汲極接觸。
由於本發明提出多種可以有效避免製程中N型半導體層與P型半導體層之間的相互影響,因此本發明可以確保互補金氧半電晶體元件信賴性及電氣特性(electrical characteristics)。
為讓本發明之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。
圖1A至圖1H為本發明第一實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。請參照圖1A,首先,於一基板100上形成一第一閘極G1與一第二閘極G2。在本實施例中,第一閘極G1與第二閘極G2係透過單一微影蝕刻製程製作,所使用的蝕刻劑例如為氯氣/氧氣(Cl2
/O2
)、六氟化硫(SF6
)或三氯化硼/氯氣(BCl3
/Cl2
),而第一閘極G1與第二閘極G2例如為鉬金屬層或是鈦/鋁/鈦金屬疊層。當然,本發明亦可以採用其他單層或多層堆疊之導電材料來製作第一閘極G1與第二閘極G2。值得注意的是,在現有的薄膜電晶體陣列基板之製程中,畫素區域內之閘極、掃描線及/或共通線的製作可以與第一閘極G1與第二閘極G2的製作整合。
接著請參照圖1B,於基板100上形成一閘絕緣層110,以覆蓋第一閘極G1與第二閘極G2。在本實施例中,閘絕緣層110例如為氧化矽、氮化矽、氧化矽/氮化矽疊層或其他合適的介電材料。值得注意的是,閘絕緣層110可以與薄膜電晶體陣列基板上之閘絕緣層的製作整合。
接著請參照圖1C,於閘絕緣層110上形成一第一源極S1、一第一汲極D1、一第二源極S2與一第二汲極D2,其中第一源極S1與第一汲極D1位於第一閘極G1上方,而第二源極S2與第二汲極D2位於第二閘極G2上方。在本實施例中,第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2係透過單一微影蝕刻製程製作,所使用的蝕刻劑例如為氯氣/氧氣(Cl2
/O2
)、六氟化硫(SF6
)或三氯化硼/氯氣(BCl3
/Cl2
),而第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2例如為鉬金屬層或是鈦/鋁/鈦金屬疊層。當然,本發明亦可以採用其他單層或多層堆疊之導電材料來製作第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2。值得注意的是,第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之源極、汲極、資料線及/或電容電極的製作整合。
接著請參照圖1D與圖1E,於閘絕緣層110、第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2以及第二汲極D2上依序形成一第一通道材料層120以及一罩幕材料層130,接著,圖案化罩幕材料層130與第一通道材料層120,以形成罩幕層130’以及第一通道層CH1。在本實施例中,罩幕材料層130以及罩幕層130’之材質例如為氧化矽或其他合適的介電材料。於一較佳實施例中,罩幕材料層130以及罩幕層130’之材質例如為低溫二氧化矽SiO2(<200℃),用以蝕刻罩幕材料層130之蝕刻劑例如為氫氟酸(HF)、四氟化碳/氧氣(CF4
/O2
)或六氟化硫/氧氣(SF6
/O2),而用以蝕刻第一通道材料層120之蝕刻劑例如為草酸。
從圖1E可知,罩幕層130’位於第一通道層CH1上,而第一通道層CH1位於第一閘極G1上方,並與第一源極S1以及第一汲極D1接觸。在本實施例中,第一通道層CH1與罩幕層130’具有實質上相同的圖案。換言之,第一通道層CH1與罩幕層130’所構成的堆疊結構之側壁可以為一垂直側壁或傾斜側壁(tapered sidewall)。在本實施例中,第一通道層CH1之材質例如為N型氧化物半導體或P型氧化物半導體。舉例而言,N型氧化物半導體例如為氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide,IGZO)或氧化鋅(ZnO)等材質,而P型氧化物半導體例如氧化錫(SnO)或二氧化錫(SnO2)等材質。此外,第一通道層CH1之材質亦可以是無機半導體或有機半導體。在本實施例中,有機半導體之材質例如為P型併五苯(Pentacene)、併四苯(tetracene)、α,ω-Dihexylsexithiophene(DH-6T)等,或是N型的Poly(benzimidazobenzophenanthroline)(BBL),N,N’-Dioctyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide(PTCDI-C8)等。在本實施例中,無機半導體之材質例如為氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化錫(ZnO),氧化鎘‧氧化鍺(2CdO‧GeO2
)、氧化鎳鈷(NiCo2
O4
)等。
在一較佳實施例中,罩幕層130’可將第一通道層CH1的頂表面覆蓋,以降低第一通道層CH1與後續製造之薄膜接觸的機率,進而確保互補金氧半電晶體元件信賴性及電氣特性。
接著請參照圖1F,於罩幕層130’、第一通道層CH1、閘絕緣層110、第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2以及第二汲極D2上形成一第二通道材料層140。由於罩幕層130’僅會將第一通道層CH1的側面暴露出來,且第一通道層CH1的側面因為蝕刻的關係,會出現些許的底切現象,因此後續形成的第二通道材料層140與第一通道層CH1的側面接觸面積並不大。此外,在第二通道材料層140被蝕刻而形成第二通道層CH2時,原本與第二通道材料層140接觸的第一通道層CH1會因過蝕刻(over etch)而被進一步移除,所以第一通道層CH1的尺寸會進一步縮小,且第一通道層CH1的電器特性不受到影響。值得注意的是,第一通道層CH1的頂表面被罩幕層130’覆蓋而獲得十分良好的保護。
接著請參照圖1G,圖案化第二通道材料層140,以形成第二通道層CH2,其中第二通道層CH2位於第二閘極G2上方,並與第二源極S2以及第二汲極D2接觸。從圖1G可知,第二通道層CH2不會與第一通道層CH1接觸。在本實施例中,在形成第二通道層CH2之後,可進一步將覆蓋於第一通道層CH1上之罩幕層130’移除,以使第一通道層CH1暴露。
當第一通道層CH1之材質為N型氧化物半導體時,第二通道層CH2的材質為P型氧化物半導體;反之,當第一通道層CH1之材質為P型氧化物半導體時,第二通道層CH2的材質為N型氧化物半導體。舉例而言,N型氧化物半導體例如為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化鋅(ZnO)等材質,而P型氧化物半導體例如氧化錫(SnO)或二氧化錫(SnO2)等材質。此外,當第一通道層CH1之材質為無機半導體時,第二通道層CH2的材質為有機半導體;反之,當第一通道層CH1之材質為有機半導體時,第二通道層CH2的材質為無機半導體。
值得注意的是,第一通道層CH1或第二通道層CH2的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之通道層的製作整合。在完成第二通道層CH2的製作後,包含有兩種(P型與N型)電晶體T1、T2之互補金氧半電晶體便已初步完成。
最後請參照圖1H,為了保護電晶體T1、T2,本實施可選擇性地形成一保護層150,以覆蓋第一通道層CH1、第二通道層CH2、閘絕緣層110、第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2以及第二汲極D2。之後,再圖案化保護層150,以於保護層150中形成多個第一接觸窗W1與多個第二接觸窗W2,其中第一接觸窗W1將第一源極S1與第一汲極D1暴露,而第二接觸窗W2將第二源極S2與第二汲極D2暴露。而在形成第一接觸窗W1與第二接觸窗W2之後,於保護層150上形成多個第一接觸導體C1與多個第二接觸導體C2,其中第一接觸導體C1透過第一接觸窗W1與第一源極S1及第一汲極D1電性連接,且第二接觸導體C2透過第二接觸窗W2與第二源極S2及第二汲極D2電性連接。值得注意的是,保護層150的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之保護層的製作整合,而第一接觸導體C1與第二接觸導體C2的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之畫素電極的製作整合。
圖2A至圖2H為本發明第二實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。請參照圖1A至圖1H以及圖2A至圖2H,本實施例之互補金氧半電晶體的製造方法與第一實施例類似,惟二者主要差異之處在於:本實施例在形成第二通道層CH2之後,並未將覆蓋於第一通道層CH1上之罩幕層130’移除,如圖2G與圖2H所示。
請參照圖2H,本實施例之互補金氧半電晶體具有罩幕層130’。詳言之,本實施例之互補金氧半電晶體包括一基板100、一第一閘極G1、一第二閘極G2、一閘絕緣層110、一第一源極S1、一第一汲極D1、一第二源極S2、一第二汲極D2、一第一通道層CH1、一罩幕層130’以及一第二通道層CH2。第一閘極G1與第二閘極G2配置於基板100上。閘絕緣層110配置於基板100上,以覆蓋第一閘極G1與第二閘極G2。第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2配置於閘絕緣層110上,其中第一源極S1與第一汲極D1位於第一閘極G1上方,而第二源極S2與第二汲極D2位於第二閘極G2上方。第一通道層CH1配置於閘絕緣層110上,而罩幕層130’配置於第一通道層CH1上,而第一通道層CH1位於第一閘極G1上方,並與第一源極S1以及第一汲極D1接觸。此外,第二通道層CH2配置於閘絕緣層110上,其中第二通道層CH2位於第二閘極G2上方,並與第二源極S2以及第二汲極D2接觸。
在本實施例中,罩幕層130’可將第一通道層CH1的頂表面覆蓋,以降低第一通道層CH1與後續形成之薄膜接觸的機率,以及後續形成第二通道層CH2之蝕刻製程影響第一通道層CH1的機率,進而確保互補金氧半電晶體元件信賴性及電氣特性。
圖3A至圖3G為本發明第三實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。請參照圖3A,首先,於一基板100上形成一第一閘極G1與一第二閘極G2。在本實施例中,第一閘極G1與第二閘極G2係透過單一微影蝕刻製程製作,所使用的蝕刻劑例如為氯氣/氧氣(Cl2
/O2
)、六氟化硫(SF6
)或三氯化硼/氯氣(BCl3
/Cl2
),而第一閘極G1與第二閘極G2例如為鉬金屬層或是鈦/鋁/鈦金屬疊層。當然,本發明亦可以採用其他單層或多層堆疊之導電材料來製作第一閘極G1與第二閘極G2。值得注意的是,第一閘極G1與第二閘極G2的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之閘極、掃描線及/或共通線的製作整合。
接著請參照圖3B,於基板100上形成一閘絕緣層110,以覆蓋第一閘極G1與第二閘極G2。在本實施例中,閘絕緣層110例如為氧化矽、氮化矽、氧化矽/氮化矽疊層或其他合適的介電材料。值得注意的是,閘絕緣層110可以與薄膜電晶體陣列基板上之閘絕緣層的製作整合。
接著請參照圖3C,於閘絕緣層110上依序形成一第一通道材料層以及一罩幕材料層(未繪示),接著,圖案化罩幕材料層與第一通道材料層,以形成罩幕層130’以及第一通道層CH1。在本實施例中,罩幕層130’之材質例如為氧化矽或其他合適的介電材料。於一較佳實施例中,罩幕材料層130以及罩幕層130’之材質例如為低溫二氧化矽SiO2(<200℃),用以蝕刻罩幕材料層之蝕刻劑例如為氫氟酸(HF)、四氟化碳/氧氣(CF4
/O2
)或六氟化硫/氧氣(SF6
/O2),而用以蝕刻第一通道材料層之蝕刻劑例如為草酸。
在本實施例中,第一通道層CH1與罩幕層130’具有實質上相同的圖案。換言之,第一通道層CH1與罩幕層130’所構成的堆疊結構之側壁可以為一垂直側壁或傾斜側壁(tapered sidewall)。在本實施例中,第一通道層CH1之材質例如為N型氧化物半導體或P型氧化物半導體。舉例而言,N型氧化物半導體例如為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化鋅(ZnO)等材質,而P型氧化物半導體例如氧化錫(SnO)或二氧化錫(SnO2)等材質。此外,第一通道層CH1之材質亦可以是無機半導體或有機半導體。在本實施例中,有機半導體之材質例如為P型併五苯(Pentacene)、併四苯(tetracene)、α,ω-Dihexylsexithiophene(DH-6T)等,或是N型的Poly(benzimidazobenzophenanthroline)(BBL),N,N’-Dioctyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide(PTCDI-C8)等。在本實施例中,無機半導體之材質例如為氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化錫(ZnO),氧化鎘‧氧化鍺(2CdO‧GeO2
)、氧化鎳鈷(NiCo2
O4
)等。
在本實施例中,罩幕層130’可將第一通道層CH1的頂表面覆蓋,以降低第一通道層CH1與後續製造之薄膜接觸的面積,進而確保互補金氧半電晶體元件信賴性及電氣特性。
接著請參照圖3D,於罩幕層130’、第一通道層CH1、閘絕緣層110上形成一第二通道材料層140。值得注意的是,由於第一通道層CH1與第二通道材料層140之間夾有一罩幕層130’,故第一通道層CH1與第二通道材料層140之接觸面積很小而不容易相互影響。是以,第一通道層CH1的電器特性不易受到第二通道材料層140的影響而發生變化。
接著請參照圖3E,圖案化第二通道材料層140以形成第二通道層CH2,並移除罩幕層130’以使第一通道層CH1暴露,其中第二通道層CH2位於第二閘極G2上方,且第二通道層CH2不會與第一通道層CH1接觸。
當第一通道層CH1之材質為N型氧化物半導體時,第二通道層CH2的材質為P型氧化物半導體;反之,當第一通道層CH1之材質為P型氧化物半導體時,第二通道層CH2的材質為N型氧化物半導體。舉例而言,N型氧化物半導體例如為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化鋅(ZnO)等材質,而P型氧化物半導體例如氧化錫(SnO)或二氧化錫(SnO2)等材質。此外,當第一通道層CH1之材質為無機半導體時,第二通道層CH2的材質為有機半導體;反之,當第一通道層CH1之材質為有機半導體時,第二通道層CH2的材質為無機半導體。
值得注意的是,第一通道層CH1或第二通道層CH2的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之通道層的製作整合。
最後請參照圖3F,形成一第一源極S1、一第一汲極D1、一第二源極S2與一第二汲極D2,其中第一源極S1與第一汲極D1與第一通道層CH1接觸,而第二源極S2與第二汲極D2與第二通道層CH2接觸。在本實施例中,第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2係透過單一微影蝕刻製程製作,所使用的蝕刻劑例如為氯氣/氧氣(Cl2
/O2
)、六氟化硫(SF6
)或三氯化硼/氯氣(BCl3
/Cl2
),而第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2例如為鉬金屬層或是鈦/鋁/鈦金屬疊層。當然,本發明亦可以採用其他單層或多層堆疊之導電材料來製作第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2。值得注意的是,第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之源極、汲極、資料線及/或電容電極的製作整合。在完成第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2與第二汲極D2的製作之後,包含有兩種(P型與N型)電晶體T1、T2之互補金氧半電晶體便已初步完成。
最後請參照圖3G,為了保護電晶體T1、T2,本實施可選擇性地形成一保護層150,以覆蓋第一通道層CH1、第二通道層CH2、閘絕緣層110、第一源極S1、第一汲極D1、第二源極S2以及第二汲極D2。之後,再圖案化保護層150,以於保護層150中形成多個第一接觸窗W1與多個第二接觸窗W2,其中第一接觸窗W1將第一源極S1與第一汲極D1暴露,而第二接觸窗W2將第二源極S2與第二汲極D2暴露。而在形成第一接觸窗W1與第二接觸窗W2之後,於保護層150上形成多個第一接觸導體C1與多個第二接觸導體C2,其中第一接觸導體C1透過第一接觸窗W1與第一源極S1及第一汲極D1電性連接,且第二接觸導體C2透過第二接觸窗W2與第二源極S2及第二汲極D2電性連接。值得注意的是,保護層150的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之保護層的製作整合,而第一接觸導體C1與第二接觸導體C2的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之畫素電極的製作整合。
圖4A至圖4F為本發明第四實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。請參照圖4A,首先,於基板100上形成一第一通道層CH1。在本實施例中,第一通道層CH1之材質例如為N型氧化物半導體或P型氧化物半導體。舉例而言,N型氧化物半導體例如為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化鋅(ZnO)等材質,而P型氧化物半導體例如氧化錫(SnO)或二氧化錫(SnO2)等材質。此外,第一通道層CH1之材質亦可以是無機半導體或有機半導體。此外,在第一通道層CH1形成之前,可選擇性地於基板100製作一緩衝層BF,此緩衝層BF之材質例如為氮化矽或是其他能夠阻擋來自於基板100之雜質(impurity),避免雜質擴散至第一通道層CH1中。
接著請參照圖4B,於基板100上形成一底閘極BG、第一源極S1以及第一汲極D1。在本實施例中,底閘極BG、第一源極S1以及第一汲極D1係透過單一微影蝕刻製程製作,所使用的蝕刻劑例如為氯氣/氧氣(Cl2
/O2
)、六氟化硫(SF6
)或三氯化硼/氯氣(BCl3
/Cl2
),而底閘極BG、第一源極S1以及第一汲極D1例如為鉬金屬層或是鈦/鋁/鈦金屬疊層。當然,本發明亦可以採用其他單層或多層堆疊之導電材料來製作底閘極BG、第一源極S1以及第一汲極D1。值得注意的是,底閘極BG、第一源極S1以及第一汲極D1的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之閘極、掃描線及/或共通線的製作整合。
接著請參照圖4C,於基板100上形成一閘絕緣層110,以覆蓋第一通道層CH1、底閘極BG、第一源極S1以及第一汲極D1。在本實施例中,閘絕緣層110例如為氧化矽、氮化矽、氧化矽/氮化矽疊層或其他合適的介電材料。值得注意的是,閘絕緣層110可以與薄膜電晶體陣列基板上之閘絕緣層的製作整合。
之後請參照圖4D,於閘絕緣層110上形成一第二通道層CH2,其中第二通道層CH2位於底閘極BG上方。當第一通道層CH1之材質為N型氧化物半導體時,第二通道層CH2的材質為P型氧化物半導體;反之,當第一通道層CH1之材質為P型氧化物半導體時,第二通道層CH2的材質為N型氧化物半導體。舉例而言,N型氧化物半導體例如為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化鋅(ZnO)等材質,而P型氧化物半導體例如氧化錫(SnO)或二氧化錫(SnO2)等材質。此外,當第一通道層CH1之材質為無機半導體時,第二通道層CH2的材質為有機半導體;反之,當第一通道層CH1之材質為有機半導體時,第二通道層CH2的材質為無機半導體。
接著請參照圖4E,於閘絕緣層110上形成一頂閘極TG、一第二源極S2與一第二汲極D2,其中頂閘極TG位於第一通道層CH1上方,而第二源極S2、第二汲極D2與第二通道層CH2接觸。在本實施例中,頂閘極TG、第二源極S2與第二汲極D2係透過單一微影蝕刻製程製作,所使用的蝕刻劑例如為氯氣/氧氣(Cl2
/O2
)、六氟化硫(SF6
)或三氯化硼/氯氣(BCl3
/Cl2
),而頂閘極TG、第二源極S2與第二汲極D2例如為鉬金屬層或是鈦/鋁/鈦金屬疊層。當然,本發明亦可以採用其他單層或多層堆疊之導電材料來製作頂閘極TG、第二源極S2與第二汲極D2。值得注意的是,頂閘極TG、第二源極S2與第二汲極D2製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之源極、汲極、資料線及/或電容電極的製作整合。
在完成頂閘極TG、第二源極S2與第二汲極D的製作後,包含有兩種(P型與N型)電晶體T1、T2之互補金氧半電晶體便已初步完成。
最後請參照圖4F,為了保護電晶體T1、T2,本實施可選擇性地形成一保護層150,以覆蓋第二通道層CH2、閘絕緣層110、第二源極S2、第二汲極D2以及頂閘極TG。之後,再圖案化保護層150,以於保護層150及閘絕緣層110中形成多個第一接觸窗W1,並於保護層150中形成多個第二接觸窗W2,其中第一接觸窗W1將第一源極S1與第一汲極D1暴露,而第二接觸窗W2將第二源極S2與第二汲極D2暴露。而在形成第一接觸窗W1與第二接觸窗W2之後,於保護層150上形成多個第一接觸導體C1與多個第二接觸導體C2,其中第一接觸導體C1透過第一接觸窗W1與第一源極S1及第一汲極D1電性連接,且第二接觸導體C2透過第二接觸窗W2與第二源極S2及第二汲極D2電性連接。值得注意的是,保護層150的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之保護層的製作整合,而第一接觸導體C1與第二接觸導體C2的製作可以與薄膜電晶體陣列基板上之畫素電極的製作整合。
圖5A至圖5E為本發明第五實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。請參照圖4A至圖4F以及圖5A至圖5F,本實施例與第四實施例類似,惟二者主要差異之處在於:第一通道層CH1與底閘極BG、第一源極S1以及第一汲極D1形成順序。詳言之,第四實施例中之第一通道層CH1的製作早於第一源極S1、第一汲極D1的製作,且第二通道層CH2的製作早於第二源極S2、第二汲極D2的製作;而在本實施例中,第一通道層CH1的製作晚於第一源極S1、第一汲極D1的製作,且第二通道層CH2的製作晚於第二源極S2、第二汲極D2的製作。以下,僅針對本實施例與第四實施例之差異處進行說明(即圖5A與圖5B),其他步驟便不再重述(圖5C至圖5F)。
請參照圖5A,首先,於基板100上形成一底閘極BG、一第一源極S1以及一第一汲極D1。在本實施例中,在底閘極BG、第一源極S1以及第一汲極D1形成之前,可選擇性地於基板100製作一緩衝層BF,此緩衝層BF之材質例如為氮化矽或是其他能夠阻擋來自於基板100之雜質(impurity)。
接著請參照圖5B,於基板100上形成一第一通道層CH1,其中第一通道層CH1係與部分的第一源極S1以及第一汲極D1接觸。
由於本發明利用罩幕層以有效改善或避免製程中N型半導體層與P型半導體層之間的相互影響,因此本發明可以確保互補金氧半電晶體元件信賴性及電氣特性。此外,本發明所提出的製程可與現今的薄膜電晶體陣列基板的製程相容。
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,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100...基板
110...閘絕緣層
120...第一通道材料層
130...罩幕材料層
130’...罩幕層
140...第二通道材料層
150...保護層
T1、T2...電晶體
G1...第一閘極
S1...第一源極
D1...第一汲極
CH1...第一通道層
G2...第二閘極
S2...第二源極
D2...第二汲極
CH2...第二通道層
W1...第一接觸窗
W2...第二接觸窗
C1...第一接觸導體
C2...第二接觸導體
BF...緩衝層
BG...底閘極
TG...頂閘極
圖1A至圖1H為本發明第一實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。
圖2A至圖2H為本發明第二實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。
圖3A至圖3G為本發明第三實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。
圖4A至圖4F為本發明第四實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。
圖5A至圖5E為本發明第五實施例之互補金氧半電晶體的製造流程剖面示意圖。
100...基板
110...閘絕緣層
130’...罩幕層
150...保護層
T1、T2...電晶體
G1...第一閘極
S1...第一源極
D1...第一汲極
CH1...第一通道層
G2...第二閘極
S2...第二源極
D2...第二汲極
CH2...第二通道層
W1...第一接觸窗
W2...第二接觸窗
C1...第一接觸導體
C2...第二接觸導體
Claims (36)
- 一種互補金氧半電晶體的製作方法,包括:於一基板上形成一第一閘極與一第二閘極;於該基板上形成一閘絕緣層,以覆蓋該第一閘極與該第二閘極;於該閘絕緣層上形成一第一源極、一第一汲極、一第二源極與一第二汲極,其中該第一源極與該第一汲極位於該第一閘極上方,而該第二源極與該第二汲極位於該第二閘極上方;於該閘絕緣層上形成一第一通道層以及一罩幕層,其中該罩幕層位於該第一通道層上,而該第一通道層位於該第一閘極上方,並與該第一源極以及該第一汲極接觸;以及於該閘絕緣層上形成一第二通道層,其中該第二通道層位於該第二閘極上方,並與該第二源極以及該第二汲極接觸,且該第二通道層的形成方法包括:於該罩幕層、該第一通道層、該閘絕緣層、該第一源極、該第一汲極、該第二源極以及該第二汲極上形成一第二通道材料層;以及圖案化該第二通道材料層,以形成該第二通道層。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一閘極與該第二閘極係透過單一微影蝕刻製程製作。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的 製作方法,其中該第一源極、該第一汲極、該第二源極以及該第二汲極係透過單一微影蝕刻製程製作。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層以及該罩幕層的形成方法包括:於該閘絕緣層、該第一源極、該第一汲極、該第二源極以及該第二汲極上依序形成一第一通道材料層以及一罩幕材料層;以及圖案化該罩幕材料層與該第一通道材料層,以形成該罩幕層以及該第一通道層。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,更包括在該第二通道層形成之後,將該罩幕層移除。
- 如申請專利範圍第5項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,更包括:形成一保護層,其中該保護層覆蓋該第一通道層、該第二通道層、該閘絕緣層、該第一源極、該第一汲極、該第二源極以及該第二汲極;圖案化該保護層,以於該保護層中形成多個第一接觸窗與多個第二接觸窗,其中該些第一接觸窗將該第一源極與該第一汲極暴露,而該些第二接觸窗將該第二源極與該第二汲極暴露;以及於該保護層上形成多個第一接觸導體與多個第二接觸導體,其中該些第一接觸導體透過該些第一接觸窗與該第一源極及該第一汲極電性連接,且該些第二接觸導體透 過該些第二接觸窗與該第二源極及該第二汲極電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,更包括:形成一保護層,其中該保護層覆蓋該罩幕層、該第一通道層、該第二通道層、該閘絕緣層、該第一源極、該第一汲極、該第二源極以及該第二汲極。
- 如申請專利範圍第7項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,更包括:圖案化該保護層,以於該保護層中形成多個第一接觸窗與多個第二接觸窗,其中該些第一接觸窗將該第一源極與該第一汲極暴露,而該些第二接觸窗將該第二源極與該第二汲極暴露;以及於該保護層上形成多個第一接觸導體與多個第二接觸導體,其中該些第一接觸導體透過該些第一接觸窗與該第一源極及該第一汲極電性連接,且該些第二接觸導體透過該些第二接觸窗與該第二源極及該第二汲極電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括N型氧化物半導體,而該第二通道層之材質包括P型氧化物半導體。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括P型氧化物半導體,而該第二通道層之材質包括N型氧化物半導體。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括無機半導體,而該第二通道層之材質包括有機半導體。
- 如申請專利範圍第1項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括有機半導體,而該第二通道層之材質包括無機半導體。
- 一種互補金氧半電晶體的製作方法,包括:於一基板上形成一第一閘極與一第二閘極;於該基板上形成一閘絕緣層,以覆蓋該第一閘極與該第二閘極;於該閘絕緣層上形成一第一通道層以及一罩幕層,其中該罩幕層位於該第一通道層上,且該第一通道層與該罩幕層位於該第一閘極上方;於該閘絕緣層上形成一第二通道層,其中該第二通道層位於該第二閘極上方;移除該罩幕層;以及形成一第一源極、一第一汲極、一第二源極與一第二汲極,其中該第一源極、該第一汲極與該第一通道層接觸,而該第二源極、該第二汲極與該第二通道層接觸。
- 如申請專利範圍第13項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一閘極與該第二閘極係透過單一微影蝕刻製程製作。
- 如申請專利範圍第13項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層以及該罩幕層的形成方法包括:於該閘絕緣層上依序形成一第一通道材料層以及一罩幕材料層;以及圖案化該罩幕材料層與該第一通道材料層,以形成該 罩幕層以及該第一通道層。
- 如申請專利範圍第15項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第二通道層的形成方法包括:於該罩幕層、該第一通道層以及該閘絕緣層上形成一第二通道材料層;以及圖案化該第二通道材料層,以形成該第二通道層,其中在圖案化該第二通道材料層的同時,該罩幕層一併被移除。
- 如申請專利範圍第13項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一源極、該第一汲極、該第二源極以及該第二汲極係透過單一微影蝕刻製程製作。
- 如申請專利範圍第13項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,更包括:形成一保護層,其中該保護層覆蓋該第一通道層、該第二通道層、該閘絕緣層、該第一源極、該第一汲極、該第二源極以及該第二汲極。
- 如申請專利範圍第18項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,更包括:圖案化該保護層,以於該保護層中形成多個第一接觸窗與多個第二接觸窗,其中該些第一接觸窗將該第一源極與該第一汲極暴露,而該些第二接觸窗將該第二源極與該第二汲極暴露;以及於該保護層上形成多個第一接觸導體與多個第二接觸導體,其中該些第一接觸導體透過該些第一接觸窗與該第一源極及該第一汲極電性連接,且該些第二接觸導體透 過該些第二接觸窗與該第二源極及該第二汲極電性連接。
- 如申請專利範圍第13項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括N型氧化物半導體,而該第二通道層之材質包括P型氧化物半導體。
- 如申請專利範圍第13項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括P型氧化物半導體,而該第二通道層之材質包括N型氧化物半導體。
- 如申請專利範圍第13項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括無機半導體,而該第二通道層之材質包括有機半導體。
- 如申請專利範圍第13項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括有機半導體,而該第二通道層之材質包括無機半導體。
- 一種互補金氧半電晶體的製作方法,包括:於該基板上形成一第一通道層;於一基板上形成一底閘極、一第一源極以及一第一汲極,其中該第一源極、該第一汲極與該第一通道層接觸;於該基板上形成一閘絕緣層,以覆蓋該底閘極、該第一源極以及該第一汲極;於該閘絕緣層上形成一第二通道層,其中該第二通道層位於該底閘極上方;以及於該閘絕緣層上形成一頂閘極、一第二源極與一第二汲極,其中該頂閘極位於該第一通道層上方,而該第二源極、該第二汲極與該第二通道層接觸。
- 如申請專利範圍第24項所述之互補金氧半電晶體 的製作方法,其中該底閘極、該第一源極以及該第一汲極係透過單一微影蝕刻製程製作。
- 如申請專利範圍第24項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該頂閘極、該第二源極與該第二汲極係透過單一微影蝕刻製程製作。
- 如申請專利範圍第24項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,更包括:形成一保護層,其中該保護層覆蓋該第二通道層、該閘絕緣層、該第二源極、該第二汲極以及該頂閘極。
- 如申請專利範圍第27項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,更包括:圖案化該保護層,以於該保護層及該閘絕緣層中形成多個第一接觸窗,並於該保護層中形成多個第二接觸窗,其中該些第一接觸窗將該第一源極與該第一汲極暴露,而該些第二接觸窗將該第二源極與該第二汲極暴露;以及於該保護層上形成多個第一接觸導體與多個第二接觸導體,其中該些第一接觸導體透過該些第一接觸窗與該第一源極及該第一汲極電性連接,且該些第二接觸導體透過該些第二接觸窗與該第二源極及該第二汲極電性連接。
- 如申請專利範圍第24項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括N型氧化物半導體,而該第二通道層之材質包括P型氧化物半導體。
- 如申請專利範圍第24項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括P型氧化物半導體,而該第二通道層之材質包括N型氧化物半導體。
- 如申請專利範圍第24項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括無機半導體,而該第二通道層之材質包括有機半導體。
- 如申請專利範圍第24項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層之材質包括有機半導體,而該第二通道層之材質包括無機半導體。
- 如申請專利範圍第24項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第一通道層的製作早於該第一源極、該第一汲極的製作。
- 如申請專利範圍第33項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第二通道層的製作早於該第二源極、該第二汲極的製作。
- 如申請專利範圍第33項所述之互補金氧半電晶體的製作方法,其中該第二通道層的製作晚於該第二源極、該第二汲極的製作。
- 一種互補金氧半電晶體,包括:一基板;一第一閘極,配置於該基板上;一第二閘極,配置於該基板上;一閘絕緣層,配置於該基板上以覆蓋該第一閘極與該第二閘極;一第一源極,配置於該閘絕緣層上;一第一汲極,配置於該閘絕緣層上,其中該第一源極與該第一汲極位於該第一閘極上方;一第二源極,配置於該閘絕緣層上; 一第二汲極,配置於該閘絕緣層上,其中該第二源極與該第二汲極位於該第二閘極上方;一第一通道層,配置於該閘絕緣層上;一罩幕層,配置於該第一通道層上,而該第一通道層位於該第一閘極上方,並與該第一源極以及該第一汲極接觸;以及一第二通道層,配置於該閘絕緣層上,其中該第二通道層位於該第二閘極上方,並與該第二源極以及該第二汲極接觸。
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