薄膜晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及其制造方法，該薄膜晶體管包括閘極、閘極絕緣層、氧化物半導(dǎo)體層、源極及漏極；閘極絕緣層覆蓋該閘極；氧化物半導(dǎo)體層設(shè)置于該閘極絕緣層上；該源極與該漏極彼此絕緣地配置于該氧化物半導(dǎo)體層的兩側(cè)；其中，該閘極與該氧化物半導(dǎo)體層在水平方向上的投影具有重疊區(qū)域，該閘極絕緣層于該水平方向上具有第一區(qū)域及第二區(qū)域，該第一區(qū)域于垂直方向上具有第一厚度，該第二區(qū)域于該垂直方向上具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度，該第一區(qū)域在該水平方向上的投影落在該重疊區(qū)域中。本發(fā)明通過設(shè)計具有不同厚度的閘極絕緣層，達到改變臨界電壓的目的。
【專利說明】薄膜晶體管及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管及其制造方法，尤其涉及一種具有閘極絕緣層的薄膜晶體管及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近來環(huán)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(zhì)等優(yōu)越特性的液晶顯示面板(Liquid crystal display panels)已成為市場主流。
[0003]以往，液晶顯示面板大多采用非晶硅(a-Si)薄膜晶體管、或低溫多晶硅(Low-temperature polysilicon,LTPS)薄膜晶體管作為各個像素結(jié)構(gòu)的開關(guān)組件。然而，近年來，已有研究指出:相較于非晶娃薄膜晶體管，氧化物半導(dǎo)體(oxide semiconductor)薄膜晶體管具有較高的載子移動率(mobility);并且，相較于低溫多晶硅薄膜晶體管，氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管具有較佳的臨界電壓(threshold voltage, Vth)均勻性。因此,氧化物薄膜晶體管有潛力成為下一代平面顯示器的關(guān)鍵組件。
[0004]如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。薄膜晶體管包括閘極(Gate)201，其上覆蓋有閘極絕緣層204，閘極絕緣層204的上方設(shè)置有氧化物半導(dǎo)體層205，源極(Source) 202及漏極(Drain) 203彼此絕緣地設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層205的兩側(cè)。閘極絕緣層204的制作一般使用化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposit1n, CVD)方法,可得到表面平整的閘極絕緣層204，即介電層。由電路設(shè)計及省電的需求，皆希望薄膜晶體管的臨界電壓Vth落在大于零的范圍，但由于目前的閘極絕緣層204較薄，使得臨界電壓Vth經(jīng)常落在-5V-0V之間，于正常操作情況下，需增加負電壓來關(guān)閉薄膜晶體管。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種薄膜晶體管機器制造方法，通過設(shè)計具有不同厚度的閘極絕緣層，達到改變臨界電壓的目的。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提出一種薄膜晶體管，包括:閘極、閘極絕緣層、氧化物半導(dǎo)體層、源極及漏極；閘極絕緣層覆蓋該閘極；氧化物半導(dǎo)體層設(shè)置于該閘極絕緣層上；該源極與該漏極彼此絕緣地配置于該氧化物半導(dǎo)體層的兩側(cè)；其中，該閘極與該氧化物半導(dǎo)體層在水平方向上的投影具有重疊區(qū)域，該閘極絕緣層于該水平方向上具有第一區(qū)域及第二區(qū)域，該第一區(qū)域于垂直方向上具有第一厚度，該第二區(qū)域于該垂直方向上具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度，該第一區(qū)域在該水平方向上的投影落在該重疊區(qū)域中。
[0007]作為可選的技術(shù)方案，該第一區(qū)域在該水平方向上的該投影的面積小于或等于該重疊區(qū)域的面積。
[0008]作為可選的技術(shù)方案，該薄膜晶體管還包含半導(dǎo)體保護層，該半導(dǎo)體保護層設(shè)置于該氧化物半導(dǎo)體層的上方，該源極覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層及部分該半導(dǎo)體保護層，且該漏極覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層及部分該半導(dǎo)體保護層。
[0009]作為可選的技術(shù)方案，該薄膜晶體管還包含保護層，該保護層覆蓋該源極、該漏極以及該氧化物半導(dǎo)體層，該保護層具有開口，露出該漏極。
[0010]作為可選的技術(shù)方案，該薄膜晶體管還包含像素電極，該像素電極由該開口電性連接至該漏極。
[0011]本發(fā)明更提出一種薄膜晶體管的制造方法，包括步驟:于基板上形成閘極；于該基板上形成閘極絕緣層，該閘極絕緣層覆蓋該閘極；于該閘極絕緣層上方形成氧化物半導(dǎo)體層；于該氧化物半導(dǎo)體層的兩側(cè)形成彼此絕緣的源極及漏極；其中，該閘極與該氧化物半導(dǎo)體層在水平方向上的投影具有重疊區(qū)域，該閘極絕緣層于該水平方向上具有第一區(qū)域及第二區(qū)域，該第一區(qū)域于垂直方向上具有第一厚度，該第二區(qū)域于該垂直方向上具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度，該第一區(qū)域在該水平方向上的投影落在該重疊區(qū)域中。
[0012]作為可選的技術(shù)方案，該第一區(qū)域在該水平方向上的該投影的面積小于或等于該重疊區(qū)域的面積。
[0013]作為可選的技術(shù)方案，于該氧化物半導(dǎo)體層上方形成半導(dǎo)體保護層，該源極覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層及部分該半導(dǎo)體保護層，且該漏極覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層及部分該半導(dǎo)體保護層。
[0014]作為可選的技術(shù)方案，形成保護層，該保護層覆蓋該源極、該漏極以及該氧化物半導(dǎo)體層，并于該保護層上形成開口，露出該漏極。
[0015]作為可選的技術(shù)方案，形成像素電極，該像素電極由該開口電性連接至該漏極。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的薄膜晶體管的閘極絕緣層具有第一厚度及第二厚度，從而可以提升臨界電壓，使得臨界電壓處于大于零的狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為圖2中AA區(qū)放大示意圖。

【具體實施方式】
[0020]為使對本發(fā)明的目的、構(gòu)造、特征、及其功能有進一步的了解，茲配合實施例詳細說明如下。
[0021]圖2為本發(fā)明薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為圖2中AA區(qū)放大示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的薄膜晶體管包括閘極(Gate) 101、閘極絕緣層104、氧化物半導(dǎo)體層105、源極(Source) 102及漏極(Drain) 103 ;閘極絕緣層104覆蓋該閘極101 ;氧化物半導(dǎo)體層105設(shè)置于該閘極絕緣層104上；該源極102與該漏極103彼此絕緣地配置于該氧化物半導(dǎo)體層105的兩側(cè)；其中，該閘極101與該氧化物半導(dǎo)體層105在水平方向上的投影具有重疊區(qū)域，如圖3所示，該閘極絕緣層104于該水平方向上具有第一區(qū)域1041及第二區(qū)域1042，該第一區(qū)域1041于垂直方向上具有第一厚度Dl,該第二區(qū)域1042于該垂直方向上具有第二厚度D2，該第一厚度Dl大于該第二厚度D2，該第一區(qū)域1041在該水平方向上的投影落在該重疊區(qū)域中。
[0022]該第一區(qū)域1041在該水平方向上的該投影的面積小于或等于該重疊區(qū)域的面積，亦即，如圖2所示，本發(fā)明的閘極絕緣層104具有突出部，該突出部在水平方向的投影落在該重疊區(qū)域中。作為較佳的實施方式，該第一區(qū)域1041的第一厚度Dl可為500nm，該第二區(qū)域1042的第二厚度D2可為300nm。氧化物半導(dǎo)體層105對應(yīng)閘極絕緣層104的第一區(qū)域1041及第二區(qū)域1042分別具有第一氧化物半導(dǎo)體層1051及第二氧化物半導(dǎo)體層1052，由于第一厚度Dl大于第二厚度D2，閘極絕緣層104厚度越厚，相應(yīng)的氧化物半導(dǎo)體層105受到的電場越弱，即如圖3所示，由于第一區(qū)域1041的第一厚度Dl較厚，使得對應(yīng)該第一區(qū)域1041的第一氧化物半導(dǎo)體層1051的載子濃度較低，相應(yīng)的，由于第二區(qū)域1042的第二厚度D2較薄，使得對應(yīng)該第二區(qū)域1042的第二氧化物半導(dǎo)體層1052的載子濃度較高。第一氧化物半導(dǎo)體層1051的載子濃度較低，使得該氧化物半導(dǎo)體層105無法導(dǎo)通，SP該源極102與該漏極103無法導(dǎo)通，薄膜晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)。為了使該氧化物半導(dǎo)體層105能夠?qū)ǎ仨毷乖摰谝谎趸锇雽?dǎo)體層1051的載子濃度提高，即必須加大閘極101的電壓值，亦即提高了該氧化物半導(dǎo)體層105導(dǎo)通的臨界電壓Vth，該臨界電壓Vth為該氧化物半導(dǎo)體層105導(dǎo)通所需的最小閘極電壓。即本發(fā)明只要閘極絕緣層104的部分區(qū)域厚度較厚，使得對應(yīng)的氧化物半導(dǎo)體層105部分區(qū)域載子濃度相較于其他區(qū)域低，既可以防止在較低的閘極電壓的驅(qū)動下，該氧化物半導(dǎo)體層105就被導(dǎo)通，亦即，本發(fā)明提高了導(dǎo)通該氧化物半導(dǎo)體層105的臨界電壓Vth。本發(fā)明使得該閘極絕緣層104的部分區(qū)域厚度變厚，在保證提高臨界電壓Vth的同時，又不會因閘極絕緣層104整體變厚而產(chǎn)生不良反應(yīng)。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明該薄膜晶體管還包含半導(dǎo)體保護層106，該半導(dǎo)體保護層106設(shè)置于該氧化物半導(dǎo)體層105的上方，該源極102覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層105及部分該半導(dǎo)體保護層106，且該漏極103覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層105及部分該半導(dǎo)體保護層106。該半導(dǎo)體保護層106可保護該氧化物半導(dǎo)體層105，避免該氧化物半導(dǎo)體層105在后續(xù)的制程中遭到破壞。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明的該薄膜晶體管還包含保護層108，該保護層108覆蓋該源極102、該漏極103以及該氧化物半導(dǎo)體層105，該保護層108具有開口 1081，露出該漏極103。該薄膜晶體管還包含像素電極107，該像素電極107由該開口 1081電性連接至該漏極103。
[0025]本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體層105由氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化錫(ZnO)、氧化鎘(CdO)、氧化鍺(2Cd0.GeO2)、氧化鎳鈷(NiCo2O4)中的至少一個形成。本發(fā)明的閘極絕緣層104可通過化學(xué)氣相沉積法形成，閘極絕緣層104的材質(zhì)例如為無機介電材料、有機介電材料或有機與無機介電材料的組合。
[0026]本發(fā)明還提出一種薄膜晶體管制造方法。包括步驟:
[0027]于基板(未圖示)上形成閘極101 ；
[0028]于該基板上形成閘極絕緣層104，該閘極絕緣層104覆蓋該閘極101 ；
[0029]于該閘極絕緣層104上方形成氧化物半導(dǎo)體層105 ；
[0030]于該氧化物半導(dǎo)體層105的兩側(cè)形成彼此絕緣的源極102及漏極103 ；
[0031]其中，該閘極101與該氧化物半導(dǎo)體層105在水平方向上的投影具有重疊區(qū)域，該閘極絕緣層104于該水平方向上具有第一區(qū)域1041及第二區(qū)域1042，該第一區(qū)域1041于垂直方向上具有第一厚度D1，該第二區(qū)域1042于該垂直方向上具有第二厚度D2，該第一厚度Dl大于該第二厚度D2，該第一區(qū)域1041在該水平方向上的投影落在該重疊區(qū)域中。
[0032]基板的材質(zhì)例如為玻璃、石英、有機聚合物、不透光/反射材料或是其他合適的材料；閘極101的材料科使用金屬材料合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物等，閘極101的制作方法可采用一般的濺鍍成膜、配合微影蝕刻制程等。
[0033]該第一區(qū)域1041于該垂直方向上的該投影的面積小于或等于該重疊區(qū)域于該垂直方向上的該投影的面積。
[0034]本發(fā)明的薄膜晶體管制造方法還可包括于該氧化物半導(dǎo)體層105上方形成半導(dǎo)體保護層106，用于保護該氧化物半導(dǎo)體層105，該半導(dǎo)體保護層106覆蓋部分區(qū)域的該氧化物半導(dǎo)體105。接著，可再形成該源極102及漏極103，該源極102覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層105及部分該半導(dǎo)體保護層106，且該漏極103覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層105及部分該半導(dǎo)體保護層106。
[0035]本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法還包括形成保護層108，該保護層108覆蓋該源極102、該漏極103以及該氧化物半導(dǎo)體層105，并于該保護層108上形成開口 1081，露出該漏極103，接著形成像素電極107，該像素電極107由該開口 1081電性連接至該漏極103。
[0036]本發(fā)明的薄膜晶體管的閘極絕緣層104具有第一厚度Dl及第二厚度D2，使得對應(yīng)區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層105具有不同的載子濃度，為了使該氧化物半導(dǎo)體層105導(dǎo)通，必須保證氧化物半導(dǎo)體層105中載子濃度最低的區(qū)域也可達到一定的載子濃度，即需要提供較大的閘極電壓，亦即，提高了導(dǎo)通該氧化物半導(dǎo)體層105的臨界電壓Vth，使該臨界電壓Vth處于大于零的狀態(tài)，從而可防止因臨界電壓Vth小于零而產(chǎn)生漏電，起到較佳的導(dǎo)通效果。
[0037]本發(fā)明已由上述相關(guān)實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發(fā)明的范例。必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反地，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的更動與潤飾，均屬本發(fā)明的專利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜晶體管，其特征在于包括: 閘極； 閘極絕緣層，覆蓋該閘極； 氧化物半導(dǎo)體層，設(shè)置于該閘極絕緣層上；以及 源極及漏極，該源極與該漏極彼此絕緣地配置于該氧化物半導(dǎo)體層的兩側(cè)； 其中，該閘極與該氧化物半導(dǎo)體層在水平方向上的投影具有重疊區(qū)域，該閘極絕緣層于該水平方向上具有第一區(qū)域及第二區(qū)域，該第一區(qū)域于垂直方向上具有第一厚度，該第二區(qū)域于該垂直方向上具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度，該第一區(qū)域在該水平方向上的投影落在該重疊區(qū)域中。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于:該第一區(qū)域在該水平方向上的該投影的面積小于或等于該重疊區(qū)域的面積。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于:該薄膜晶體管還包含半導(dǎo)體保護層，該半導(dǎo)體保護層設(shè)置于該氧化物半導(dǎo)體層的上方，該源極覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層及部分該半導(dǎo)體保護層，且該漏極覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層及部分該半導(dǎo)體保護層。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于:該薄膜晶體管還包含保護層，該保護層覆蓋該源極、該漏極以及該氧化物半導(dǎo)體層，該保護層具有開口，露出該漏極。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管，其特征在于:該薄膜晶體管還包含像素電極，該像素電極由該開口電性連接至該漏極。
6.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于包括步驟: 于基板上形成閘極； 于該基板上形成閘極絕緣層，該閘極絕緣層覆蓋該閘極； 于該閘極絕緣層上方形成氧化物半導(dǎo)體層； 于該氧化物半導(dǎo)體層的兩側(cè)形成彼此絕緣的源極及漏極； 其中，該閘極與該氧化物半導(dǎo)體層在水平方向上的投影具有重疊區(qū)域，該閘極絕緣層于該水平方向上具有第一區(qū)域及第二區(qū)域，該第一區(qū)域于垂直方向上具有第一厚度，該第二區(qū)域于該垂直方向上具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度，該第一區(qū)域在該水平方向上的投影落在該重疊區(qū)域中。
7.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于:該第一區(qū)域在該水平方向上的該投影的面積小于或等于該重疊區(qū)域的面積。
8.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于:于該氧化物半導(dǎo)體層上方形成半導(dǎo)體保護層，該源極覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層及部分該半導(dǎo)體保護層，且該漏極覆蓋部分該氧化物半導(dǎo)體層及部分該半導(dǎo)體保護層。
9.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于:形成保護層，該保護層覆蓋該源極、該漏極以及該氧化物半導(dǎo)體層，并于該保護層上形成開口，露出該漏極。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于:形成像素電極，該像素電極由該開口電性連接至該漏極。
【文檔編號】H01L21/28GK104518033SQ201310454902
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】林威廷, 鄭君丞 申請人:友達光電股份有限公司