专利名称：薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种薄膜晶体管以及其制造方法。
背景技术：
金属氧化物半导体晶体管具有较高的载子迁移率、较佳的电性表现以及可在低温下制造等优点，因此备受重视。近年来，金属氧化物半导体晶体管正朝向无线射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)以及可挠式显示装置发展。在低功率高频率的电路中，金属氧化物半导体晶体管的载子迁移率必须更高。但是，目前金属氧化物半导体晶体管的载子迁移率均小于35(^2^1 s—1，无法满足需求。因此，目前仍亟需一种具有更高载子迁移率的晶体管。
发明内容
本发明的一方面是提供一种薄膜晶体管，其具有极高的载子迁移率。此薄膜晶体管包含一金属氧化物半导体层、一第一绝缘层、一第一栅极、一源极及一漏极。金属氧化物半导体层包含一通道区、一源极区及一漏极区。通道区具有至少一第一区域以及一第二区域，第一区域的氧空缺浓度大于第二区域的氧空缺浓度，第一区域被第二区域围绕。源极区及漏极区分别位于通道区的相对两侧。第一绝缘层配置在通道区上。第一栅极配置在第一绝缘层上，第一栅极具有至少一第一开口，且第一开口位于第一区域上方。源极及漏极分别电性连接源极区与漏极区。根据本发明一实施方式，通道区具有多数个第一区域，且这些第一区域是彼此分离。根据本发明一实施方式,第一栅极具有复数第一开口贯穿第一栅极，且每一第一开口位于这些第一区域的其中一者的上方。根据本发明一实施方式，每一第一开口的一上视轮廓大致相同于对应的第一区域的一上视轮廓。根据本发明一实施方式，第一绝缘层具有复数第二开口贯穿第一绝缘层，且每一第二开口大致对准这些第一开口的其中一者。根据本发明一实施方式，每一第一区域的一宽度为约Inm至约I μ m。根据本发明一实施方式，每一第一区域的一上视轮廓具有一几何中心，且任两相邻的第一区域的几何中心之间的距离为约51nm至约1500nm。根据本发明一实施方式，任两相邻的第一区域之间的一间距为约50nm至约500nmo根据本发明一实施方式，通道区的这些第一区域的分布密度为约IX IO6个/mm2至约 4 X 4O7 个/mm2。根据本发明一实施方式，第一区域的氧空缺浓度对第二区域的氧空缺浓度的比值为约1.1至约1.3。
根据本发明一实施方式，金属氧化物半导体层包含铟镓锌氧化物(IGZO)。根据本发明一实施方式，所述的薄膜晶体管还包含一第二栅极以及一第二绝缘层。第二栅极与第一栅极分别配置在金属氧化物半导体层的相对两侧，且第二绝缘层配置在第二栅极与金属氧化物半导体层之间。根据本发明一实施方式，所述的薄膜晶体管还包含一基板，第二栅极配置在基板上，第二绝缘层覆盖第二栅极，金属氧化物半导体层位于第二绝缘层上。根据本发明一实施方式，第二栅极与第一栅极在垂直金属氧化物半导体层的方向上至少部分重叠。根据本发明一实施方式，第二栅极的一面积大于或实质上等于第一栅极的一面积。根据本发明一实施方式，第一开口的一上视轮廓大致相同于第一区域的一上视轮廓。根据本发明一实施方式，第一绝缘层具有至少一第二开口贯穿第一绝缘层，且第二开口大致对准第一开口。本发明的另一方面是提供一种制造薄膜晶体管的方法，包含以下步骤:(a)形成一金属氧化物半导体层于一基材上，金属氧化物半导体层具有一初始氧空缺浓度；(b)形成一第一绝缘层于金属氧化物半导体层上；(C)形成一第一图案化导电层于第一绝缘层上，其中第一图案化导电层具有至少一第一开口，且第一开口在基材的投影与金属氧化物半导体层在基材的投影重叠；(d)以第一图案化导电层为遮罩，处理金属氧化物半导体层，以形成具有至少一第一区域的一通道区，且第一区域的氧空缺浓度大于初始氧空缺浓度；以及(e)形成一源极和一漏极于通道区的相对两侧。根据本发明一实施方式，步骤(C)包含图案化第一绝缘层，以形成至少一第二开口贯穿第一绝缘层，且第二开口大致对准第一开口。根据本发明一实施方式，步骤(C)包含形成复数第一开口，以及形成复数第二开□。根据本发明一实施方式，每一第一开口的一宽度为约Inm至约I μ m。根据本发明一实施方式，步骤(d)包含形成复数第一区域，且每一第一区域的上视轮廓具有一几何中心，且任两相邻的第一区域的几何中心之间的距离为约51nm至约1500nmo根据本发明一实施方式，步骤(d)包含形成复数第一区域，且任两相邻的第一区域之间的一间距为约50nm至约500nm。根据本发明一实施方式，步骤(d)包含形成复数第一区域，且通道区的这些第一区域的分布密度为约I X IO6个/mm2至约I X IO7个/mm2。根据本发明一实施方式，步骤(d)的第一区域的氧空缺浓度对初始氧空缺浓度的比值为约1.1至约1.3。根据本发明一实施方式，步骤(a)的金属氧化物半导体层包含铟镓锌氧化物(IGZO)。根据本发明一实施方式，步骤(C)包含:(Cl)毯覆式形成一导电层于第一绝缘层；(c2)形成一高分子层于导电层上；(c3)以一图案化模具压印高分子层，而形成一图案化压印层；(c4)以等离子处理图案化压印层，以减少图案化压印层的厚度，而形成一蚀刻阻层，其中蚀刻阻层具有复数开孔露出导电层的一部分；(c5)利用蚀刻阻层移除露出部分的导电层及其下的第一绝缘层，以形成第一图案化导电层和至少一第二开口贯穿第一绝缘层，且第二开口大致对准第一开口 ；以及(c6)在步骤(c5)后，移除蚀刻阻层。 根据本发明一实施方式，步骤(C)包含移除第一绝缘层的一部分，以露出金属氧化物半导体层的一源极区和一漏极区。根据本发明一实施方式，步骤(d)包含处理源极区和漏极区，使源极区和漏极区的氧空缺浓度大于初始氧空缺浓度，且步骤(e)的源极和漏极形成在处理后的源极区和漏极区上。根据本发明一实施方式，步骤(a)的基材包含一第二导电层以及一第二绝缘层覆盖第二导电层，且金属氧化物半导体层形成在第二绝缘层上。
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下:图1绘示本发明一实施方式的薄膜晶体管的上视示意图；图2绘示图1沿线段2-2’的剖面示意图；图3绘示本发明一实施方式的制造薄膜晶体管的方法的流程图；图4-7绘示根据本发明一实施方式的制造方法的各制程阶段剖面示意图；图8A绘示本发明一实施方式的IGZO半导体层的电阻系数与氩等离子处理时间的关系图；图SB绘示本发明一实施方式的薄膜晶体管的栅极电压(Ve)与漏极电流(Id)的关系图；图SC绘本发明一实施方式的薄膜晶体管的漏极电流(Id)与漏极电位(Vd)关系图；图9绘示本发明再一实施方式的薄膜晶体管的俯视示意图；图10绘示图9沿线段3-3’的剖面示意图；图11绘示本发明又一实施方式的薄膜晶体管的剖面示意图；图12本发明另一实施方式的薄膜晶体管的俯视示意图；图13A-13D绘示根据本发明再一实施方式的制造方法的各制程阶段剖面示意图。主要元件符号说明100薄膜晶体管102窗玻璃110金属氧化物半导体层120通道区121第一区域122第二区域131源极区132漏极区140栅极绝缘层142第二开口150 栅极151 第一开口161源极162漏极300 方法310、320、330 步骤
340、350、360 步骤402 基材404遮蔽屏410金属氧化物半导体层420绝缘层420P图案化绝缘层430导电层430P图案化导电层440开口450高分子层452图案化模具454图案化压印层460蚀刻阻层462开孔500、500a、500b薄膜晶体管502薄膜晶体管基板510金属氧化物半导体层520通道区521第 一区域522第二区域531源极区532漏极区540第一绝缘层542第二开口550第一栅极551第一开口561源极562漏极570第二栅极580第二绝缘层602基材604基板606第二导电层608第二绝缘层610金属氧化物半导体层611第一区域612第二区域616通道区620第一绝缘层630第一图案化导电层631 第一开口641 源极642漏极680紫外光2-2’ 线段3-3’ 线段C几何中心D距离W宽度S间距
具体实施例方式为了使本发明的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。图1绘示本发明一实施方式的薄膜晶体管100的上视示意图，图2绘示图1沿线段2-2’的剖面示意图。如图2所示，薄膜晶体管100包含金属氧化物半导体层110、栅极绝缘层140、栅极150、源极161以及漏极162。请同时参照图1及图2，金属氧化物半导体层110包含通道区120、源极区131及漏极区132。金属氧化物半导体层110可包含例如铟镓锌氧化物(IGZO)、铟锌氧化物(IZO)或铟锌锡氧化物(IZTO)。金属氧化物半导体层110中的氧空缺浓度(concentration ofoxygen vacancies)对于金属氧化物半导体层110的性质有显著影响,本发明的其中一个特征为金属氧化物半导体层110中具有至少两种不同的氧空缺浓度，下文将详述之。通道区120具有复数第一区域121以及一第二区域122，每一个第一区域121的氧空缺浓度大于第二区域122的氧空缺浓度。在一实施方式中，第二区域122的氧空缺浓度是在沉积金属氧化物半导体层110时就具有的初始氧空缺浓度。在后续步骤中，通过适当处理而提高第一区域121的氧空缺浓度，使第一区域121的氧空缺浓度大于第二区域122的氧空缺浓度，下文将更详细叙述。在一实施方式中，每一第一区域121的氧空缺浓度对第二区域122的氧空缺浓度比值为约1.1至约1.3。在某些实施例，若第一区域121的氧空缺浓度对第二区域122的氧空缺浓度的比值低于约1.1，则对于提高通道区120的载子迁移率的贡献有限。反之，若上述比例高于约1.3，则对于薄膜晶体管100元件的性能不利，例如元件可能无法关闭。在另一实施方式中，每一第一区域121的相对氧空缺浓度(relative concentration of oxygen vacancies)为约 23-27%,第二区域 122 的相对氧空缺浓度为约18-22%。上述相对氧空缺浓度可根据S.Jeong等人2010年提出的方法计算(Adv.Mater.2010, 22, 1346)。通道区120中的每一个第一区域121彼此分离而不相接触，且每一个第一区域121被第二区域122围绕。举例而言，这些第一区域121可散布在第二区域122中。在一实施方式中，通道区120中这些第一区域121的分布密度为约I X IO6个/mm2至约I X IO7个/mm2。本文中，“第一区域的分布密度”是指单位面积中第一区域的数量而言。根据某些实施例，若第一区域121的分布密度低于约I X IO6个/_2，则对于提高薄膜晶体管100的有效场效迁移率(effective field-effect mobility)的帮助有限。反之，若第一区域121的分布密度为大于约I X IO7个/_2，则可能导致薄膜晶体管100无法被关闭。在另一实施方式中，每一个第一区域121的宽度W为约Inm至约I μ m，较佳为约IOnm至约300nm。若第一区域121的维度(例如宽度或长度)大于约I μ m,则第一区域121的分布密度会降低。反之，若第一区域121的维度小于约lnm，则会大幅增加制造的困难性。在一实施例中，当第一区域121的宽度W为约IOnm至约300nm时,每一个第一区域121的上视轮廓具有一几何中心C，且任两相邻的第一区域121的几何中心C之间的距离D为约51nm至约1500nm。上述宽度W及距离D的范围并非单纯的设计变更，而是基于第一区域121的分布密度、制造可行性以及最终元件的开关性能而为设计。在又一实施方式中，任两相邻第一区域121之间的一间距S为约50nm至约500nm。如上所述，通道区120中的每一个第一区域121彼此分离而不相接触，根据本发明诸多实施例，当两相邻第一区域121之间的间距S小于约50nm时，则可能因为氧空缺的扩散效应而导致两相邻第一区域121实质上相互连接，而使薄膜晶体管100无法被关闭。反之，若两相邻第一区域121之间的间距S大于约500nm，则单位面积所能配置的第一区域121的数量降低，导致仅能有限地提高薄膜晶体管100的有效场效迁移率。金属氧化物半导体层110还包含有源极区131以及漏极区132，分别位于通道区120的相对两侧。在一实施方式中，源极区131和漏极区132的氧空缺浓度大于通道区120中第二区域122的氧空缺浓度。在一具体实例中，源极区131和漏极区132的氧空缺浓度实质上等于通道区120中第一区域121的氧空缺浓度。
栅极绝缘层140和栅极150配置在金属氧化物半导体层110上方。具体而言，栅极绝缘层140配置在金属氧化物半导体层110的通道区120上，栅极150配置在栅极绝缘层140上。栅极绝缘层140用以避免栅极150与金属氧化物半导体层110接触。在一实施例中，栅极绝缘层140可为诸如氧化硅或氮化硅等透明氧化物所制成。在另一实施例中，栅极绝缘层140为高分子材料所制成。栅极150可为诸如铝、镍、铜、钕等金属或透明导电氧化物所制成。在一实施方式中,栅极150具有复数第一开口 151贯穿栅极150,而且每一个第一开口 151位于其中一个第一区域121的上方。在一具体实例中，每一个第一开口 151的一上视轮廓大致相同于对应的第一区域121的一上视轮廓。例如，第一开口 151和第一区域121两者都为圆形轮廓，且这些第一开口 151对准这些第一区域121。在另一实施方式中，栅极绝缘层140具有复数第二开口 142贯穿栅极绝缘层140，而且每一个第二开口 142大致对准这些第一开口 151的其中一者。在此实施方式中，第一开口 151与第二开口 142露出通道区120的第一区域121。在一具体实例中，栅极绝缘层140与栅极150具有实质上相同的图案。源极161和漏极162分别电性连接金属氧化物半导体层110的源极区131与漏极区132。举例而言，源极161和漏极162可为金属或透明导电氧化物所制成。源极161和漏极162接触并配置在源极区131与漏极区132上。根据本发明一实施方式，薄膜晶体管100中的金属氧化物半导体层110、栅极绝缘层140、栅极150源极161和漏极162都为以透明材料所制成，且薄膜晶体管100是形成在窗玻璃102上，如图2所示。在此实施方式中，具有薄膜晶体管100的窗玻璃102可应用于无线射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID) 本发明的另一方面是提供一种制造薄膜晶体管的方法。图3绘示本发明一实施方式的制造薄膜晶体管的方法300的流程图，方法300包含步骤310至步骤360。图4_7绘示本发明一或多个实施方式的制造方法的制程阶段剖面示意图。在步骤310中，形成金属氧化物半导体层410于基材402上，如图4所示。可使用溅镀法形成金属氧化物半导体层410，使金属氧化物半导体层410在形成时具有初始的氧空缺浓度。在一实施方式中，金属氧化物半导体层410包含铟镓锌氧化物(IGZO)。在步骤320中，形成绝缘层420于金属氧化物半导体层410上，如图4所示。绝缘层420可为有机材料或无机材料制成。在一实施例中，绝缘层420为诸如(poly(4-vinyl)phenol, PVP)等高分子材料所制成。在其他实施例中，绝缘层420可为氧化娃或氮化娃。在步骤330中，形成导电层430于绝缘层420上，如图4所示。导电层430可为多层结构或单层结构。在一实施例中，导电层430可包含铝、镍、铜、钕或上述的组合。在另一实施例中，导电层430可为透明导电氧化物所制成。在一实施方式中，可利用遮蔽屏(shadow mask)404及适当的物理气相沉积技术依序形成步骤310至步骤330的金属氧化物半导体层410、绝缘层420以及导电层430，而形成如图4所示的堆叠结构。在一实施例中，利用遮罩404所形成的堆叠结构的长度及宽度为约100 μ m至约3000μ m。在步骤340中，对导电层430以及绝缘层420进行图案化，以形成复数开口 440贯穿导电层430以及绝缘层420，如图5所示。开口 440露出金属氧化物半导体层410的一部分。在一实施例中，每一个开口 440的宽度W为约Inm至约I μ m,较佳为约IOnm至约300nm。导电层430及绝缘层420被图案化后分别形成图案化导电层430P以及图案化绝缘层420P。图案导电层430P及图案化绝缘层420P分别作为前文所述薄膜晶体管100的栅极150和栅极绝缘层140。在一实施方式中，步骤340还包含移除导电层430的一部分以及绝缘层420的一部分，以露出金属氧化物半导体层410的源极区131和漏极区132，如图5所示。亦即，移除位于金属氧化物半导体层410的源极区131和漏极区132上方部分的导电层430和绝缘层420，而使源极区131和漏极区132暴露出。在另一实施方式中，可使用下述的方法对导电层430以及绝缘层420进行图案化。首先，形成高分子层450于导电层430上，如图6A所示。然后，利用一图案化模具452压印高分子层450，将图案化模具452上的凹凸图案转移到高分子层450上，而形成图案化压印层454，如图6B所示。接着，如图6C所示，以等离子处理图案化压印层454，以减少图案化压印层454的厚度，并形成一蚀刻阻层460。例如，可以使用氧等离子来蚀刻图案化压印层454而使其厚度变薄，因此形成复数开孔462露出导电层430的一部分。在形成蚀刻阻层460后，利用蚀刻阻层460来移除露出部分的导电层430及其下的绝缘层420而形成开口 440，如图6D所示，开口 440暴露出一部分的金属氧化物半导体层410。在形成开口 440后，移除蚀刻阻层460，而形成如图5所示的结构。在步骤350中，如图7所示，以图案化导电层430P为遮罩，处理露出部分的金属氧化物半导体层410，让露出部分的金属氧化物半导体层410的氧空缺浓度提高，而形成具有复数第一区域121的通道区120。换言之，让每一个第一区域121的氧空缺浓度大于上述步骤310中所述的初始氧空缺浓度。在一实施方式中，以氩等离子(Ar plasma)处理露出部分的金属氧化物半导体层410，使露出部分的金属氧化物半导体层410的氧空缺浓度提高。在另一实施方式中，以紫外光照射露出部分的金属氧化物半导体层410，以提高露出部分的金属氧化物半导体层410的氧空缺浓度提高。在又一实施方式中，提供臭氧到露出部分的金属氧化物半导体层410，使臭氧与金属氧化物半导体层410接触，而提高其氧空缺浓度提闻。图8A绘示本发明一实施方式的IGZO半导体层的电阻系数(resistivity)与気等离子处理时间的关系图。当将IGZO半导体层暴露在氩等离子约50秒后，IGZO半导体层的电阻系数由大于IO5Qcm降低到3.8Qcm。经计算，IGZO半导体层的相对氧空缺浓度则由
20.18% 提高至Ij 24.67%。如前文所述，在一实施方式中，每一第一区域121的上视轮廓具有一几何中心，且任两相邻几何中心之间的距离D为约51nm至约1500nm。在另一实施方式中，任两相邻第一区域121之间的间距为约50nm至约500nm。在又一实施方式中，通道区120的这些第一区域121的分布密度为约I X IO6个/mm2至约I X IO7个/mm2。在其他实施方式中，每一个第一区域121的氧空缺浓度对初始氧空缺浓度的比值为约1.1至约1.3。在一实施方式中，步骤350还包含处理金属氧化物半导体层410的源极区131和漏极区132，使源极区131和漏极区132的氧空缺浓度大于初始氧空缺浓度，如图7所示。在一实施例中，处理后的源极区131和漏极区132的氧空缺浓度实质上等于第一区域121的氧空缺浓度。
在步骤360中，形成源极161和漏极162于通道区120的相对两侧，而得到如图2所示的薄膜晶体管100。在一实施方式中，源极161和漏极162可形成在处理后的源极区131和漏极区132上。图SB绘示本发明一实施方式的薄膜晶体管100在漏极电位(Vd) 20V时，栅极电压(Vg)与漏极电流(ID)的关系图。图SB中绘示三种不同氩等离子处理时间所制得的薄膜晶体管的Ve-111的关系图。当氩等离子处理时间为3分钟时，薄膜晶体管开启时的Id大于IO-4A,薄膜晶体管关闭时的Id小于10_9A，经计算的有效场效迁移率为TgcmW1。当氩等离子处理时间为5分钟时，薄膜晶体管的源极至漏极的漏电流和栅极的漏电流增加，元件的开启/关闭的特定并不理想。图8C绘示氩等离子处理时间为3分钟的薄膜晶体管的Id-Vd关系图，在Ve为5V至20V的范围时，其呈现极佳的输出特性。在低Vd时，Id与Vd成线性关系，并在高Vd增加时，出现饱和的现象。已知的IGZO薄膜晶体管的有效场效迁移率仅为约lOcmW1，相较于已知的IGZO薄膜晶体管，根据本发明实施方式的薄膜晶体管的载子迁移率可提升高达7至8倍之多。此夕卜，根据本发明实施方式的薄膜晶体管确实具有极佳的开启/关闭的特性。再者，根据上述揭露的制造方法，此薄膜晶体管具有很好的生产性。图9绘示本发明再一实施方式的薄膜晶体管500的俯视示意图。图10绘示图9沿线段3-3’的剖面示意图。薄膜晶体管500包含金属氧化物半导体层510、第一绝缘层540、第一栅极550、源极561以及漏极562。金属氧化物半导体层510包含通道区520、源极区531及漏极区532。通道区520具有至少一个第一区域521以及一第二区域522，第一区域521的氧空缺浓度大于第二区域522的氧空缺浓度。金属氧化物半导体层510的源极区531和漏极区532分别位于通道区520的相对两侧。第一绝缘层540和第一栅极550配置在金属氧化物半导体层510上方，如图10所示。第一绝缘层540配置在金属氧化物半导体层510的通道区520上。第一栅极550配置在第一绝缘层540上，第一栅极550具有至少一第一开口 551贯穿第一栅极550。第一开口551位于第一区域521的正上方。在一实施例中，第一绝缘层540具有至少一第二开口 542贯穿第一绝缘层540。源极561和漏极562分别电性连接金属氧化物半导体层510的源极区531与漏极区532，如图10所示。在一实施方式中，薄膜晶体管500还包含一第二栅极570以及一第二绝缘层580，如图10所示。第二栅极570与第一栅极550分别配置在金属氧化物半导体层510的相对两侧。第二绝缘层580配置在第二栅极570与金属氧化物半导体层510之间，用以避免第二栅极570直接接触金属氧化物半导体层510。更明确地说，薄膜晶体管500还包含基板502，第二栅极570配置在基板502上，第二绝缘层580覆盖第二栅极570，而金属氧化物半导体层510位于第二绝缘层580上。在此实施方式中，第二栅极570在基板502上的投影与第一栅极550在基板502上的投影重叠。换言之,第二栅极570与第一栅极550在垂直金属氧化物半导体层510的方向上至少是部分重叠的。在一具体实例中，第二栅极570的面积大于或实质上等于第一栅极550的面积。第二栅极570可以是不具开孔或是具有开孔的。
图11绘示本发明又一实施方式的薄膜晶体管500a的剖面示意图。薄膜晶体管500a与图10绘示的实施方式的不同之处在于，第一绝缘层540不具有任何开口。在一具体实例中，第一绝缘层540是由紫外光可穿透的材料所制成。薄膜晶体管500a的金属氧化物半导体层510、第一栅极550、第二栅极570、第二绝缘层580、源极561和漏极562的具体实施方式
及特征可与前述的任一实施方式或实施例相同。虽然在上述诸多实施方式中，第一开口 551及/或第一区域521的数量是多数个，但是本发明并不限于多数个第一区域521及/或多数个第一开口 551。更具体地说，请参见图12，其绘示本发明再一实施方式的薄膜晶体管500b的上视示意图。薄膜晶体管500b与图9绘示的实施方式的不同之处在于，第一栅极550仅具有一个第一开口 551，以及通道区仅具有一个第一区域521。第一区域521的上视轮廓和第一开口 551的上视轮廓大致相同。据此，本发明并不限于多数个第一区域521及/或多数个第一开口 551。根据本发明的再一实施方式是提供一种制造薄膜晶体管的方法，此方法包含下述步骤。首先，形成金属氧化物半导体层610于基材602上，如图13A所示。金属氧化物半导体层610具有初始氧空缺浓度。在一实例中，基材602包含基板604、第二导电层606以及第二绝缘层608。第二导电层606形成在基板604上，第二绝缘层608覆盖第二导电层606。金属氧化物半导体层610形成在第二绝缘层608上。第二导电层606可例如为一底栅极。金属氧化物半导体层610的材料及其他特征可与上述任一实施方式所述的相同。然后，形成第一绝缘层620于金属氧化物半导体层610上，如图13B所示。第一绝缘层620的材料及其他特征可与上述任一实施方式所述的相同。之后，形成第一图案化导电层630于第一绝缘层620上，如图13C所示。第一图案化导电层630具有至少一第一开口 631，且第一开口 631在基材602的投影与金属氧化物半导体层610在基材602的投影重叠。第一图案化导电层630例如为一顶栅极，第一图案化导电层630的材料及其他特征可与上述任一实施方式所述的相同。在形成第一图案化导电层630之后，以第一图案化导电层630为遮罩,处理金属氧化物半导体层610，而形成具有至少一第一区域611的通道区616。第一区域611的氧空缺浓度大于初始氧空缺浓度。请注意，金属氧化物半导体层610被第一图案化导电层630遮蔽的部分的氧空缺浓度实质上维持在初始氧空缺浓度，而形成第二区域612。在一实例中，以紫外光680照射第一开口 631下方的金属氧化物半导体层610，以提高此部分的金属氧化物半导体层610的氧空缺浓度，而形成第一区域611。在另一实例中，第一绝缘层620可具有第二开口 542(绘示于图10)，利用氩等离子(Ar plasma)处理露出部分的金属氧化物半导体层610，使露出部分的金属氧化物半导体层410的氧空缺浓度提高。或者，可提供臭氧到露出部分的金属氧化物半导体层610，使臭氧与金属氧化物半导体层610接触，而提高其氧空缺浓度。之后，形成一源极641和一漏极642于通道区616的相对两侧，如图13D所不。源极641和漏极642的材料及其他特征可与上述任一实施方式所述的相同。虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包含: 一金属氧化物半导体层，包含: 一通道区，具有至少一第一区域以及一第二区域，该第一区域的氧空缺浓度大于该第二区域的氧空缺浓度，其中该第一区域被该第二区域围绕；以及 一源极区及一漏极区，分别位于该通道区的相对两侧； 一第一绝缘层，配置在该通道区上； 一第一栅极，配置在该第一绝缘层上，其中该第一栅极具有至少一第一开口，且该第一开口位于该第一区域上方；以及 一源极及一漏极，分别电性连接该源极区与该漏极区。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，该通道区具有多数个该第一区域，且每一该第一区域是彼此分离。
3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，该第一栅极具有复数第一开口贯穿该第一栅极，且每一该第一开口位于该些第一区域的其中一者的上方。
4.根据权利要求3所述的薄膜晶体管，其特征在于，每一该第一开口的一上视轮廓相同于对应的该第一区域的一上视轮廓。
5.根据权利要求3所述的薄膜晶体管，其特征在于，该第一绝缘层具有复数第二开口贯穿该第一绝缘层，且每一该第二开口对准该些第一开口的其中一者。
6.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，每一该第一区域的一宽度为Inm至I μ m0
7.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，每一该第一区域的一上视轮廓具有一几何中心，且任两相邻的该第一区域的该几何中心之间的距离为51nm至1500nm。
8.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，任两相邻的该第一区域之间的一间距为50nm至500nm。
9.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，该通道区的该些第一区域的分布密度为 I X IO6 个 /mm2 至 I X IO7 个 /mm2。
10.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，该第一区域的氧空缺浓度对该第二区域的氧空缺浓度的比值为1.1至1.3。
11.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，该金属氧化物半导体层包含铟镓锌氧化物。
12.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包含一第二栅极以及一第二绝缘层，其中该第二栅极与该第一栅极分别配置在该金属氧化物半导体层的相对两侧，且该第二绝缘层配置在该第二栅极与该金属氧化物半导体层之间。
13.根据权利要求12所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包含一基板，该第二栅极配置在该基板上，该第二绝缘层覆盖该第二栅极，该金属氧化物半导体层位于该第二绝缘层上。
14.根据权利要求12所述的薄膜晶体管，其特征在于，该第二栅极与该第一栅极在垂直该金属氧化物半导体层的方向上至少部分重叠。
15.根据权利要求12所述的薄膜晶体管，其特征在于，该第二栅极的一面积大于或等于该第一栅极的一面积。
16.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，该第一开口的一上视轮廓相同于该第一区域的一上视轮廓。
17.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，该第一绝缘层具有至少一第二开口贯穿该第一绝缘层，且该第二开口对准该第一开口。
18.—种制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，包含: (a)形成一金属氧化物半导体层于一基材上，该金属氧化物半导体层具有一初始氧空缺浓度； (b)形成一第一绝缘层于该金属氧化物半导体层上； (C)形成一第一图案化导电层于该第一绝缘层上，其中该第一图案化导电层具有至少一第一开口，且该第一开口在该基材的投影与该金属氧化物半导体层在该基材的投影重置; (d)以该第一图案化导电层为遮罩，处理该金属氧化物半导体层，以形成具有至少一第一区域的一通道区，且该第一区域的氧空缺浓度大于该初始氧空缺浓度；以及 (e)形成一源极和一漏极于该通道区的相对两侧。
19.根据权利要求18所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(c)包含:图案化该第一绝缘层，以形成至少一第二开口贯穿该第一绝缘层，且该第二开口对准该第一开□。
20.根据权利要 求19所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(c)包含形成复数该第一开口，以及形成复数该第二开口。
21.根据权利要求20所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，每一该第一开口的一宽度为Inm至I μ m。
22.根据权利要求18所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(d)包含形成复数该第一区域，且每一该第一区域的上视轮廓具有一几何中心，且任两相邻的该第一区域的该几何中心之间的距离为51nm至1500nm。
23.根据权利要求18所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(d)包含形成复数该第一区域，且任两相邻的该第一区域之间的一间距为50nm至500nm。
24.根据权利要求18所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(d)包含形成复数该第一区域，且该通道区的该些第一区域的分布密度为I X IO6个/mm2至I X IO7个/mm2。
25.根据权利要求18所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(d)的该第一区域的氧空缺浓度对该初始氧空缺浓度的比值为1.1至1.3。
26.根据权利要求18所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(a)的该金属氧化物半导体层包含铟镓锌氧化物。
27.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤(c)包含: (cl)形成一导电层于该第一绝缘层； (c2)形成一高分子层于该导电层上； (c3)以一图案化模具压印该高分子层，而形成一图案化压印层； (c4)以等离子处理该图案化压印层，以减少该图案化压印层的厚度，而形成一蚀刻阻层，其中该蚀刻阻层具有复数开孔露出该导电层的一部分；(c5)利用该蚀刻阻层移除该露出部分的该导电层及其下的该第一绝缘层，以形成该第一图案化导电层和至少一第二开口贯穿该第一绝缘层，且该第二开口对准该第一开口 ；以及 (c6)在步骤(c5)后，移除该蚀刻阻层。
28.根据权利要求18所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(c)包含移除该第一绝缘层的一部分，以露出该金属氧化物半导体层的一源极区和一漏极区。
29.根据权利要求28所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(d)包含处理该源极区和该漏极区，使该源极区和该漏极区的氧空缺浓度大于该初始氧空缺浓度，且步骤(e)的该源极和该漏极形成在处理后的该源极区和该漏极区上。
30.根据权利要求18所述的制造薄膜晶体管的方法，其特征在于，步骤(a)的该基材包含一第二导电层以及一第二绝缘层覆盖该第二导电层，且该金属氧化物半导体层形成在该第二绝缘层 上。
全文摘要
本发明在此揭露一种薄膜晶体管及其制造方法。薄膜晶体管包含金属氧化物半导体层、绝缘层、栅极、源极以及漏极。金属氧化物半导体层包含通道区、源极区及漏极区。通道区具有至少一第一区域以及一第二区域，第一区域的氧空缺浓度大于第二区域的氧空缺浓度。第一区域被第二区域围绕。绝缘层配置在通道区上。源极区及漏极区分别位于通道区的相对两侧。栅极配置在绝缘层上。源极及漏极分别电性连接源极区与漏极区。
文档编号H01L29/786GK103165679SQ20121053707
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月12日 优先权日2011年12月14日
发明者冉晓雯, 蔡娟娟, 廖峻宏, 陈蔚宗 申请人:元太科技工业股份有限公司