薄膜晶体管结构及其阵列基板

摘要

本发明提供一种薄膜晶体管结构及其阵列基板。薄膜晶体管结构具有第一晶体管、第二晶体管、第一保护层与第二保护层。其中第一晶体管具有第一主动层，第二晶体管具有第二主动层。在此利用第一保护层与第二保护层含氧量的多寡，来影响其接触的第一主动层或第二主动层的氧空缺的数量，以满足第一晶体管与第二晶体管的不同电气特性需求。

权利要求

1.一种薄膜晶体管结构，其特征在于，包含：

一第一栅极与一第二栅极，位于一基板上；

一栅介电层，覆盖于该第一栅极与该第二栅极上；

一第一主动层与一第二主动层，分别位于该第一栅极与该第二栅极上的该栅介电层上，该第一主动层与该第二主动层的材料为金属氧化物半导体；

一第一源极与一第一漏极，分别位于该第一栅极的两侧且连接于该第一主动层；

一第二源极与一第二漏极，分别位于该第二栅极的两侧且连接于该第二主动层，其中该第一栅极、该栅介电层、该第一主动层、该第一源极以及该第一漏极构成一第一晶体管，而该第二栅极、该栅介电层、该第二主动层、该第二源极以及该第二漏极构成一第二晶体管；以及一第一保护层与一第二保护层，分别位于该第一主动层与该第二主动层之上，其中该第一保护层与该第二保护层的材料分别为氧化硅SiOx与氧化硅SiOy，且x>y。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，该第一保护层的折射率为

1.40-1.47。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，该第二保护层的折射率为

1.47-1.50。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，该第一保护层的形成方法为化学气相沉积法，其反应气体一氧化二氮与硅甲烷的流量比大于120，且反应室的温度大于

150°C。

5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，该第二保护层的形成方法为化学气相沉积法，其反应气体一氧化二氮与硅甲烷的流量比小于或等于120，且反应室的温度小于或等于150°C。

6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，该第一源极与该第一漏极位于该第一主动层与该第一保护层之间。

7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，该第一源极与该第一漏极位于该栅介电层与该第一主动层之间。

8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，该第二源极与该第二漏极位于该栅介电层与该第二主动层之间。

9.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，该第一源极与该第一漏极位于该第一保护层与该第二保护层之间，且该第一保护层具有一第一开口与一第二开口以暴露部分该第一主动层，使该第一源极与该第一漏极可分别连接该第一主动层。

10.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构，其特征在于，x值的范围为1.8-2.0及y值的范围为1.4-1.8。

11.一种阵列基板，其特征在于，包含：

一基板；以及

一薄膜晶体管结构，包含：

一第一栅极与一第二栅极，位于该基板上；

一栅介电层，覆盖于该第一栅极与该第二栅极上；

一第一主动层与一第二主动层，分别位于该第一栅极与该第二栅极上的该栅介电层上，该第一主动层与该第二主动层的材料为金属氧化物半导体；

一第一源极与一第一漏极，分别位于该第一栅极的两侧且连接于该第一主动层；

一第二源极与一第二漏极，分别位于该第二栅极的两侧且连接于该第二主动层，其中该第一栅极、该栅介电层、该第一主动层、该第一源极以及该第一漏极构成一第一晶体管，而该第二栅极、该栅介电层、该第二主动层、该第二源极以及该第二漏极构成一第二晶体管；以及一第一保护层与一第二保护层，分别位于该第一主动层与该第二主动层之上，其中该第一保护层与该第二保护层的材料分别为氧化硅SiOx与氧化硅SiOy，且x>y。

12.根据权利要求11所述的薄膜晶体管，其特征在于，x值的范围为1.8–2.0及y值的范围为1.4–1.8。

说明书

薄膜晶体管结构及其阵列基板

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种半导体元件的结构，且特别是有关于一种薄膜晶体管的结构。

背景技术

[0002] 当薄膜晶体管的主动层是由金属氧化物半导体材料所构成时，主动层的正偏压应力(positive bias stress;PBS)与负偏压应力(negative bias stress;NBS)的耐受性与金属氧化物半导体材料的氧空缺多寡有关。当金属氧化物半导材料的氧空缺较多时，薄膜晶体管对于PBS的耐受性较佳，但对NBS的耐受性较差。而当金属氧化物半导体材料的氧空缺较少时，薄膜晶体管对于NBS的耐受性较佳，但对PBS的耐受性较差。

[0003] 由于显示器中不同用途的薄膜晶体管的使用状况不同，因此有的薄膜晶体管需要较佳的PBS耐受性，有的薄膜晶体管需要较佳的NBS耐受性。例如在有机发光二极管显示器中，每一像素需要二个薄膜晶体管，一个为开关晶体管，一个为驱动晶体管。开关晶体管的关闭时间较长，因此需要较佳的NBS耐受性。而驱动晶体管打开的时间较长，因此需要较佳的PBS耐受性。因此，要如何同时满足不同薄膜晶体管的需求，为一待解决的问题。

发明内容

[0004] 因此，本发明的一方面是在提供一种薄膜晶体管结构，可以调整其NBS与PBS的耐受性。

[0005] 上述的薄膜晶体管结构包含第一晶体管、第二晶体管、第一保护层与第二保护层。其中第一晶体管包含第一栅极、栅介电层、第一主动层、第一源极与第一漏极。上述的第一栅极、栅介电层与第一主动层依序堆叠在基板上。上述的第一源极与第一漏极，分别位于第一栅极的两侧且连接于第一主动层。第二晶体管包含第二栅极、栅介电层、第二主动层、第二源极与第二漏极。上述的第二栅极、栅介电层与第二主动层依序堆叠在基板上。上述的第二源极与第二漏极，分别位于第二栅极的两侧且连接于第二主动层。上述的第一主动层与第二主动层的材料为金属氧化物半导体。上述的薄膜晶体管结构还包含第一保护层与第二保护层，分别位于第一主动层与第二主动层之上。其中第一保护层与第二保护层的材料分别为氧化硅SiOx与氧化硅SiOy，且x>y。

[0006] 依据本发明一实施例，上述的第一保护层的折射率为1.40–1.47。

[0007] 依据本发明另一实施例，上述的第二保护层的折射率为1.47–1.50。

[0008] 依据本发明又一实施例，上述的第一保护层的形成方法为化学气相沉积法，其反应气体一氧化二氮(N2O)与硅甲烷(SiH4)的流量比大于120，且反应室的温度大于150°C。

[0009] 依据本发明再一实施例，上述的第二保护层的的形成方法为化学气相沉积法，其反应气体一氧化二氮(N2O)与硅甲烷(SiH4)的流量比小于或等于120，且反应室的温度小于或等于150°C。

[0010] 依据本发明再一实施例，上述的第一源极与第一漏极位于第一主动层与第一保护层之间。

[0011] 依据本发明再一实施例，上述的第一源极与第一漏极位于栅介电层与第一主动层之间。

[0012] 依据本发明再一实施例，上述的第二源极与第二漏极位于栅介电层与第二主动层之间。

[0013] 依据本发明再一实施例，上述的第一源极与第一漏极位于第一保护层与第二保护层之间，且第一保护层具有第一开口与第二开口以暴露部分第一主动层，使第一源极与第一漏极可分别连接第一主动层。

[0014] 本发明的另一方面是在提供一种阵列基板，其包含一基板以及位于基板上的上述薄膜晶体管结构。

[0015] 由上述本发明实施例可知，利用第一保护层与第二保护层中氧化硅的含氧量多寡，来影响其直接接触的第一主动层或第二主动层的氧空缺的数量，以满足第一晶体管与第二晶体管的不同电气特性需求。

[0016] 上述发明内容旨在提供本发明的简化摘要，以使阅读者对本发明具备基本的理解。此发明内容并非本发明的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方式。

附图说明

[0017] 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：

[0018] 图1是绘示依照本发明一实施方式的一种薄膜晶体管结构的剖面结构示意图；

[0019] 图2是绘示依照本发明另一实施方式的一种薄膜晶体管结构的剖面结构示意图；

[0020] 图3是绘示依照本发明又一实施方式的一种薄膜晶体管结构的剖面结构示意图。

[0021] 【主要元件符号说明】

[0022] 100a、200a、300a：第一晶体管

[0023] 100b、200b、300b：第二晶体管

[0024] 110、210、310：基板

[0025] 120a、220a、320a：第一栅极

[0026] 120b、220b、320b：第二栅极

[0027] 130、230、330：栅介电层

[0028] 140a、240a、340a：第一主动层

[0029] 140b、240b、340b：第二主动层

[0030] 152、252、352：第一源极

[0031] 154、254、354：第一漏极

[0032] 156、256、356：第二源极

[0033] 158、258、358：第二漏极

[0034] 160、260、360：第一保护层

[0035] 170、270、370：第二保护层

[0036] 362：第一开口

[0037] 364：第二开口

具体实施方式

[0038] 依据上述，提供一种金属氧化物半导体晶体的结构，以兼顾不同晶体管的NBS与PBS耐受性的需求。在下面的叙述中，将会介绍上述的金属氧化物半导体晶体的例示结构与其例示的制造方法。为了容易了解所述实施例之故，下面将会提供不少技术细节。当然，并不是所有的实施例皆需要这些技术细节。同时，一些广为人知的结构或元件，仅会以示意的方式在附图中绘出，以适当地简化附图内容。

[0039] 一般来说，当金属氧化物半导体材料的氧空缺增加时，可以增加金属氧化物半导体的自由载子浓度，因此可让金属氧化物半导体的电阻下降，导电率提升。而且，金属氧化物半导体的含氧量十分容易受到后续制程条件的影响，因此可以通过控制后续薄膜材料的制程条件来改变已成膜的金属氧化物半导体层的含氧量。下面将揭露一些实施例来例示说明如何通过控制后续的制程条件来改变已成膜的金属氧化物半导体层的含氧量，而借以改变其PBS与NBS的耐受性。

[0040] 实施例一

[0041] 请参照图1，其是绘示依照本发明一实施方式的一种薄膜晶体管结构的剖面结构示意图。在图1中，第一晶体管100a与第二晶体管100b可设置于基板110上以形成一薄膜晶体管阵列基板。其中，第一晶体管100a属于底栅极类型的薄膜晶体管，其包含第一栅极120a、栅介电层130、第一主动层140a、第一源极152与第一漏极154。其中，第一栅极120a位于基板110上，栅介电层130与第一主动层140a相继堆叠在第一栅极120a上。然后，在第一主动层140a的两侧形成第一源极152与第一漏极154，即第一源极152与第一漏极154位于第一主动层140a与第一保护160层之间，再依序形成第一保护层160与第二保护层170于第一晶体管100a之上。

[0042] 上述的第一主动层140a由金属氧化物半导体材料所组成，例如可为氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟镓(IGO)或氧化铟锌(IZO)、氧化锌铟锡(ZITO)。当第一晶体管100a为开关晶体管时，由于第一晶体管100a需要较佳的NBS耐受性，所以第一主动层140a的氧空缺需要较少，也就是含氧量要较多。因此，在此实施例中，直接覆盖在第一主动层140a上的第一保护层160为含氧量较多的氧化硅(SiOx)，其化学式中的x值的范围为1.8–2.0，所测得的折射率的范围为1.40–1.47。

[0043] 上述第一保护层160的形成方法例如可为化学气相沉积法，其反应气体一氧化二氮(N2O)与硅甲烷(SiH4)的流量比需大于120，且反应室的温度需大于150°C。由于在沉积第一保护层160的过程中，含氧气体一氧化二氮(N2O)的流量较大，因此可以让第一保护层160的金属氧化物半导体材料的氧空缺处补上氧原子，而减少其氧空缺数量，使第一晶体管100a的NBS耐受性较佳。

[0044] 图1中的第二晶体管100b亦属于底栅极类型的薄膜晶体管，其包含第二栅极120b、栅介电层130、第二主动层140b、第二源极156与漏极158。其中，第二栅极120b位于基板110上，栅介电层130与第二主动层140b相继堆叠在第二栅极120b上。然后，在第二主动层140b的两侧形成第二源极156与漏极158，再形成第二保护层170于第二晶体管
100b之上。

[0045] 上述的第二主动层140b亦由金属氧化物半导体材料所组成，可与第一主动层140a同时形成。因此，第二主动层140b的材料例如可为氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟镓(IGO)或氧化铟锌(IZO)、氧化锌铟锡(ZITO)。当第二晶体管100b为驱动晶体管时，由于第二晶体管100b需要较佳的PBS耐受性，所以第二主动层140b的氧空缺需要较多，也就是含氧量要较少。因此，在此实施例中，直接覆盖在第二主动层140b上的第二保护层170为含氧量较少而含氢量较多的氧化硅(SiOy)，其化学式中的y值的范围为1.4–1.8，所测得的折射率的范围为1.47-1.50。在第二保护层170中，氢多以Si-H或Si-OH的形式存在。

[0046] 第二保护层170的形成方法例如可为化学气相沉积法，其反应气体一氧化二氮(N2O)与硅甲烷(SiH4)的流量比小于或等于120，且反应室的温度小于或等于150°C。由于在沉积第二保护层170的过程中，含氢气体硅甲烷(SiH4)的流量较多，因此可以部份还原第二主动层140b的金属氧化物半导体材料，而增加其氧空缺的数量，使第二晶体管100b的PBS耐受性较佳。

[0047] 在上述实施例中，第一保护层160相较第二保护层170为含氧量较多的氧化硅，其可直接接触第一晶体管100a的第一主动层140a，以减少第一主动层140a的氧空缺。第二保护层170相较第一保护层160为含氧量较少且含氢量较多的氧化硅，其可直接接触第二晶体管100b的第二主动层140b，以增加第二主动层140b的氧空缺。依据另一实施例，也可让第一晶体管100a与第二晶体管100b互换，也就是第一晶体管100a为驱动晶体管，第二晶体管100b为开关晶体管，则第一保护层160与第二保护层170的材料也需要互换，以满足第一晶体管100a与第二晶体管100b各自在电气特性上的需求。

[0048] 实施例二

[0049] 请参照图2，其是绘示依照本发明另一实施方式的一种薄膜晶体管结构的剖面结构示意图。实施例一是先形成主动层，再形成源极与漏极。实施例二与实施例一的不同处为先形成源极与漏极，再形成主动层。实施例二的其他部分则与实施例一十分类似，简述如下。

[0050] 在图2中，第一晶体管200a包含第一栅极220a、栅介电层230、第一源极252、第一漏极254与第一主动层240a。其中，第一栅极220a位于基板210上，栅介电层230覆盖在第一栅极220a上。然后，在第一栅极220a的两侧形成第一源极252与第一漏极254，再依序形成第一主动层240a、第一保护层260与第二保护层270。具体而言，第一源极252与第一漏极254位于栅介电层230与第一主动层240a之间。

[0051] 此实施例中，第一保护层260仍然可直接接触第一主动层240a，且在第一主动层240a之后形成。因此，第一保护层260为含氧量多的氧化硅层或含氢量多的氧化硅层，皆会影响到第一主动层240a中金属氧化物半导体材料的氧空缺多寡，而影响第一晶体管200a的电气特性。由于在实施例一中已经详细叙述第一保护层160的氧化硅的含氧量或含氢量多寡对第一主动层140a的影响，所以在此不再赘述。

[0052] 图2的第二晶体管200b包含第二栅极220b、栅介电层230、第二源极256、第二漏极258与第二主动层240b。其中，第二栅极220b位于基板210上，栅介电层230覆盖在第二栅极220b上。然后，在第二栅极220b的两侧形成第二源极256与第二漏极258，再依序形成第二主动层240b与第二保护层270。具体而言，第二源极256与第二漏极258位于栅介电层230与第二主动层240b之间。

[0053] 在此实施例中，由于第二保护层270可直接接触第二主动层240b，所以第二保护层270为含氧量多的氧化硅层或含氢量多的氧化硅层，皆会影响到第二主动层240b中金属氧化物半导体的氧空缺多寡，而影响第二晶体管200b的电气特性。由于在实施例一中已经详细叙述第二保护层170的氧化硅的含氧量或含氢量多寡对第二主动层140b的影响，所以在此不再赘述。

[0054] 实施例三

[0055] 请参照图3，其是绘示依照本发明又一实施方式的一种薄膜晶体管结构的剖面结构示意图。在实施例一中，是先形成源极与漏极，再形成第一保护层。在实施例三中，则为先形成第一保护层，再形成源极与漏极。实施例三的其他部分则与实施例一十分类似，简述如下。

[0056] 在图3中，第一晶体管300a包含第一栅极320a、栅介电层330、第一主动层340a、第一源极352与第一漏极354。其中，第一栅极320a位于基板310上，栅介电层330、第一主动层340a与第一保护层360依序堆叠在第一栅极320a上。然后，在第一保护层360中形成第一开口362与第二开口364以暴露部分第一主动层340a，使后续在第一保护层360上形成的第一源极352与第一漏极354可分别通过第一开口362与第二开口364与第一主动层340a接触。

[0057] 在此实施例中，由于第一保护层360还是可直接接触第一主动层340a，且在第一主动层340a之后形成。因此，第一保护层360为含氧量多的氧化硅层或含氢量多的氧化硅层，皆会影响到第一主动层340a中金属氧化物半导体材料的氧空缺多寡，而影响第一晶体管300a的电气特性。由于在实施例一中已经详细叙述第一保护层160的氧化硅的含氧量或含氢量多寡对第一主动层140a的影响，所以在此不再赘述。

[0058] 图3中的第二晶体管300b包含第二栅极320b、栅介电层330、第二主动层340b、第二源极356与第二漏极358。其中，第二栅极320b位于基板310上，栅介电层330与第二主动层340b相继堆叠在第二栅极320b上。然后，在第二主动层340b的两侧形成第二源极356与第二漏极358，再形成第二保护层370于第二晶体管300b之上。具体而言，第一源极
352与第一漏极354位于第一保护层360与第二保护层370之间，而第二源极356与第二漏极358位于第二主动层340b与第二保护层370之间。

[0059] 在此实施例中，由于第二保护层370可直接接触第二主动层340b，所以第二保护层370为含氧量多的氧化硅层或含氢量多的氧化硅层，皆会影响到第二主动层340b中金属氧化物半导体材料的氧空缺多寡，而影响第二晶体管300b的电气特性。由于在实施例一中已经详细叙述第二保护层170的氧化硅的含氧量或含氢量多寡对第二主动层140b的影响，所以在此不再赘述。

[0060] 由上述本发明实施例可知，利用第一保护层与第二保护层中氧化硅的含氧量多寡，来影响其接触的第一主动层或第二主动层的氧空缺的数量，以满足第一晶体管与第二晶体管的不同电气特性需求。

[0061] 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。