TWI463670B - 主動元件 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種半導體元件，且特別是有關於一種主動元件。
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設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(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。然而，氧化物半導體薄膜電晶體對環境中的氧分子極為敏銳，且易吸附氧或水氣而影響到整體元件電性及穩定性。因此，如何有效阻絕氧氣及水氣進入氧化物半導體薄膜電晶體中已成為目前重要的課題之一。
本發明提供一種主動元件，其藉由金屬層所具有的金屬氧化物表面來改善半導體通道層受水氣及氧氣的穿透而導致影響整體元件電性與穩定性的問題。
本發明之實施例提出一種主動元件，配置於一基板上。主動元件包括一金屬層、一半導體通道層、一絕緣層、一源極以及一汲極。金屬層具有一遠離基板的金屬氧化物表面。絕緣層配置於金屬層與半導體通道層之間。源極與汲極配置於半導體通道層之一側。半導體通道層的一部分暴露於源極與汲極之間。金屬層於基板上的正投影至少覆蓋被源極與汲極所暴露出半導體通道層的部分於基板上的正投影。
在本發明之一實施例中，上述之半導體通道層位於金屬層與基板之間，且源極與汲極位於絕緣層與基板之間。
在本發明之一實施例中，上述之主動元件更包括一閘極，配置於半導體通道層與基板之間。
在本發明之一實施例中，上述之主動元件更包括一閘絕緣層，配置於閘極與半導體通道層之間。
在本發明之一實施例中，上述之半導體通道層的材質包括氧化銦鎵鋅(Indium-Gallium-Zinc Oxide,IGZO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦鋅(Indium-Zinc Oxide,IZO)。
在本發明之一實施例中，上述之金屬層的材質為鋁，而金屬氧化物表面為一氧化鋁表面。
在本發明之一實施例中，上述之絕緣層的材質包括一有機絕緣材料或一無機絕緣材料。
在本發明之一實施例中，上述之有機絕緣材料包括聚醯亞胺(PI)或樹脂。
在本發明之一實施例中，上述之無機絕緣材料包括氧化矽(SiOx)或二氧化氮(SiNx)。
在本發明之一實施例中，上述之金屬氧化物表面的氧含量由金屬層遠離基板的一側朝向金屬層鄰近基板的另一側逐漸遞減。
基於上述，由於本發明之金屬層具有金屬氧化物表面，因此可有效地阻絕氧氣與水氣進入半導體通道層中，進而使得主動元件具有較佳的穩定度與電性。
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1為本發明之一實施例之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100a適於配置於一基板10上，其中基板10的材質例如為玻璃、塑膠或其他合適的材料。主動元件100a包括一金屬層110、一半導體通道層120a、一絕緣層130、一源極140以及一汲極150，其中源極140/汲極150、半導體通道層120a、絕緣層130及金屬層110依序堆疊於基板10上。
詳細來說，金屬層110具有一遠離基板10的金屬氧化物表面112，其中金屬氧化物表面112的氧含量由金屬層110遠離基板10的一側110a朝向是由金屬層110與外界氧氣反應產生鄰近基板10的另一側110b逐漸遞減。於此，金屬層110的材質例如是鋁，而金屬氧化表面112則為一高緻密的氧化鋁表面。需說明的是，本實施例之金屬層110是用來作為一閘極。
絕緣層130配置於金屬層110與半導體通道層120a之間，且半導體通道層120a位於金屬層110與基板10之間。於此，半導體通道層120a的材質例如是氧化銦鎵鋅(Indium-Gallium-Zinc Oxide,IGZO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦鋅(Indium-Zinc Oxide,IZO)，但並不以此為限。絕緣層130的材質例如是一有機絕緣材料或一無機絕緣材料，其中有機絕緣材料例如是聚醯亞胺(PI)或樹脂，而無機絕緣材料例如是氧化矽(SiOx)或二氧化氮(SiNx)。
源極140與汲極150皆配置於半導體通道層120a下，且源極140與汲極150位於絕緣層130與基板10之間，而半導體通道層120a的一部分122暴露於源極140與汲極150之間。更具體來說，源極140、汲極150是先設置於基板10上，而後半導體通道層120a再設置於源極140、汲極150以及暴露於源極140與汲極150之間的基板10上。意即，源極140、汲極150及半導體通道層120a的部分122實質上為共平面(coplanar)。特別是，本實施例之金屬層110於基板10上的正投影至少覆蓋被源極140與汲極150所暴露出半導體通道層120a的部分122於基板10上的正投影。如圖1所示，本實施例由金屬層110、半導體通道層120a、絕緣層130、源極140以及汲極150所構成的主動元件100a實質上為一頂閘極薄膜電晶體(Top gate TFT)。
在本實施例中，金屬層110的材質為鋁，其中鋁為標準還原電位低的金屬材質(E=-1.66 V)，且在環境空氣中易和氧分子結合而於鋁的表面產生氧化鋁(Al2
O3
)，即為本實施例之金屬氧化物表面112。由於氧化鋁為緻密的氧化物，因此在純鋁表面生成緻密的氧化鋁層可有效防止氧氣滲入，具有阻隔的作用以使鋁材下方之元件層不易受水氣與氧氣的侵襲。簡言之，由於本實施例之金屬層110具有金屬氧化物表面112，因此可有效地阻絕氧氣與水氣進入金屬層110下方之半導體通道層120a中，進而使得主動元件100a具有較佳的穩定度與電性。
圖2為本發明之另一實施例之一種主動元件的剖面示意圖。本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參照前述實施例，本實施例不再重複贅述。
請參考圖2，本實施例的主動元件100b與前述實施例之主動元件100a主要的差異是在於：半導體通道層120b、源極140與汲極150的堆疊方式。本實施例之主動元件100b是先形成半導體通道層120b於基板10上，而後再依序形成堆疊於半導體通道層120b上的源極140/汲極150、絕緣層130及金屬層110。
圖3為本發明之又一實施例之一種主動元件的剖面示意圖。本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參照前述實施例，本實施例不再重複贅述。
請參考圖3，本實施例的主動元件100c與前述實施例之主動元件100b主要的差異是在於：本實施例之主動元件100c更包括一閘極160以及一閘絕緣層170。詳細來說，在本實施例中，閘極160配置於半導體通道層120b與基板10之間，而閘絕緣層170配置於閘極160與半導體通道層120b之間。於此，金屬層110是用來作為一導電層，即例如是電泳顯示(electro-phoretic display,EPD)面板(未繪示)或液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)面板(未繪示)的下方電極層，同時具有導電及阻隔水氣及氧氣的功能。此外，如圖3所示，本實施例由金屬層110、半導體通道層120b、絕緣層130、源極140、汲極150、閘極160以及閘絕緣層170所構成的主動元件100c實質上為一底閘極薄膜電晶體(Bottom gate TFT)。
綜上所述，由於本發明之實施例之金屬層具有金屬氧化物表面，因此可有效地阻絕氧氣與水氣進入半導體通道層中，進而使得主動元件具有較佳的穩定度與電性。
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。
10．．．基板
100a、100b、100c．．．主動元件
110．．．金屬層
110a．．．一側
110b．．．另一側
112．．．金屬氧化物表面
120a、120b．．．半導體通道層
122．．．部分
130．．．絕緣層
140．．．源極
150．．．汲極
160．．．閘極
170．．．閘絕緣層
圖1為本發明之一實施例之一種主動元件的剖面示意圖。
圖2為本發明之另一實施例之一種主動元件的剖面示意圖。
圖3為本發明之又一實施例之一種主動元件的剖面示意圖。
10．．．基板
100a．．．主動元件
110a．．．一側
110b．．．另一側
110．．．金屬層
112．．．金屬氧化物表面
120a．．．半導體通道層
122．．．部分
130．．．絕緣層
140．．．源極
150．．．汲極
Claims (10)
- 一種主動元件，配置於一基板上，該主動元件包括：一金屬層，具有一遠離該基板的金屬氧化物表面；一半導體通道層；一絕緣層，配置於該金屬層與該半導體通道層之間；一源極，配置於該半導體通道層之一側；以及一汲極，配置於該半導體通道層之該側，其中該半導體通道層的一部分暴露於該源極與該汲極之間，且該金屬層於該基板上的正投影至少覆蓋被該源極與該汲極所暴露出該半導體通道層的該部分於該基板上的正投影。
- 如申請專利範圍第1項所述之主動元件，其中該半導體通道層位於該金屬層與該基板之間，且該源極與該汲極位於該絕緣層與該基板之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之主動元件，更包括一閘極，配置於該半導體通道層與該基板之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之主動元件，更包括一閘絕緣層，配置於該閘極與該半導體通道層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之主動元件，其中該半導體通道層的材質包括氧化銦鎵鋅(Indium-Gallium-Zinc Oxide,IGZO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦鋅(Indium-Zinc Oxide,IZO)。
- 如申請專利範圍第1項所述之主動元件，其中該金屬層的材質為鋁，而該金屬氧化物表面為一氧化鋁表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之主動元件，其中該絕緣層的材質包括一有機絕緣材料或一無機絕緣材料。
- 如申請專利範圍第7項所述之主動元件，其中該有機絕緣材料包括聚醯亞胺(PI)或樹脂。
- 如申請專利範圍第7項所述之主動元件，其中該無機絕緣材料包括氧化矽(SiOx)或二氧化氮(SiNx)。
- 如申請專利範圍第1項所述之主動元件，其中該金屬氧化物表面的氧含量由該金屬層遠離該基板的一側朝向該金屬層鄰近該基板的另一側逐漸遞減。
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