TW201203550A - Transistor - Google Patents
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201203550 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電晶體，並且所公開的發 實施例係關於一種電晶體的電極形狀。 【先前技術】 隨著資訊化的進展，代替紙的薄而輕的電子 和可暫態識別每個商品的1C標籤等的開發受到關 ，液晶顯示裝置從電視接收機等大型顯示裝置到 機等小型顯示裝置得到普及。隨著這些裝置的普 了以低成本化或高增値化爲目的的硏究開發。特 ，人們對地球環境的關心增強，因此實現了低耗 高速工作的裝置的開發受到關注。 現階段，.在這些裝置中，電晶體作爲元件被 晶體的定義是：藉由在半導體中設置稱作源極區 的區域，在源極區和汲極區中分別設置電極並且 施加電位，隔著絕緣層或背特基勢壘從稱作閘極 半導體施加電場來控制半導體的狀態，由此控制 極和汲極電極之間流過的電流。 爲了製造實現了低耗電工作和高速工作的裝 導通/截止比進一步大且寄生電容進一步小的電 通/截止比是導通電流和截止電流的比率（I0N/I( 値越大，開關特性越好。另外，導通電流是當電 導通狀態時在源極電極和汲極電極之間流過的電 明的一個 紙顯示器 注。此外 行動電話 及，展開 別近年來 電工作和 使用。電 和汲極區 對該電極 的電極對 在源極電 置，需要 晶體。導 )FF )，該 晶體處於 流，截止 -5- 201203550 電流是當電晶體處於截止狀態時在源極電極和汲極電極之 間流過的電流。例如，在η型電晶體中，截止電流是當閘 極電壓低於電晶體的臨界値電壓時在源極電極和汲極電極 之間流過的電流。寄生電容是在源極電極（汲極電極）與 閘極電極的重疊部分產生的電容，並且寄生電容越大，越 造成開關時間的增加和對交流信號的傳遞增益的下降。 電晶體的寄生電容依賴於源極電極（汲極電極）與閘 極電極的重疊部分的面積而發生變化。該面積越小，越可 以降低寄生電容。然而，該面積的減少和製造成本之間存 在著權衡關係，並且均衡它們是非常難的。 電晶體的導通電流依賴於通道形成區的長度和寬度而 發生變化。通道形成區的長度相當於彼此相對的源極電極 的端部和汲極電極的端部之間的長度。該長度越短，越可 以增大導通電流。通道形成區的寬度相當於源極電極和汲 極電極彼此相對的長度。該寬度越長，越可以增大導通電 流。例如，已公開了如下結構的電晶體：藉由將電晶體的 源極電極和汲極電極都形成爲梳齒狀而且將其分別交錯設 置，使通道形成區的寬度增長，而允許源極電極（汲極電 極）與閘極電極的位置偏差（例如，參照專利文獻1 )。 然而，在該結構中，源極電極（汲極電極）與閘極電極重 疊的面積增大，而使寄生電容增大。若爲了降低寄生電容 ，減少源極電極（汲極電極）與閘極電極重疊的面積時， 則導通電流下降。 再者，當將通道形成區的長度形成爲極長時，會發生
S -6- 201203550 導通電流急劇下降的問題。爲了保持一定値以上的導通電 流’需要將通道形成區的長度（當將閘極寬度固定時，也 可以將源極（汲極）電極與閘極電極的重疊部分的長度） 保持爲一定値以下。也就是說，需要一種可以不改變通道 形成區的長度（當將閘極寬度固定時，不改變源極（汲極 )電極與閘極電極的重疊部分的長度）地減少重疊部分的 面積的電晶體。 [專利文獻1 ]日本專利申請特開第62-287666號公報 【發明內容】 鑒於上述問題，本發明的一個實施例的目的之一是在 降低在源極電極（汲極電極）與閘極電極的重疊部分產生 的寄生電容的同時，抑制導通電流的下降。 藉由將電晶體的源極電極層和汲極電極層形成爲梳齒 狀，來解決上述問題。 本發明的一個實施例是一種電晶體，包括：形成爲梳 齒狀的源極電極層，該源極電極層包括以預定間隔隔開的 相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極齒形部分的連 接部分；以及形成爲梳齒狀的汲極電極層，該汲極電極層 包括以預定間隔隔開的相鄰設置的電極齒形部分和用於連 接該電極齒形部分的連接部分，其中，源極電極層和汲極 電極層設置爲源極電極層的電極齒形部分與汲極電極層的 電極齒形部分彼此相對但不交錯，並且源極電極層的電極 齒形部分中的一個的端頭部和汲極電極層的電極齒形部分 201203550 中的一個的端頭部彼此相對。下面，將該結構稱作A結構 。源極電極層的電極齒形部分的端頭部和汲極電極層的電 極齒形部分的端頭部可以以相同長度相對。 本發明的一個實施例是一種電晶體，包括：形成爲梳 齒狀的源極電極層，該源極電極層包括以預定間隔隔開的 相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電.極齒形部分的連 接部分；以及形成爲梳齒狀的汲極電極層，該汲極電極層 包括以預定間隔隔開的相鄰設置的電極齒形部分和用於連 接該電極齒形部分的連接部分，其中，源極電極層和汲極 電極層設置爲源極電極層的電極齒形部分和汲極電極的電 極齒形部分彼此相對但不交錯，並且源極電極層的電極齒 形部分中的一個的端頭部和汲極電極層的電極齒形部分中 的一個的端頭部以與源極電極層的電極齒形部分的端頭部 或汲極電極層的電極齒形部分的端頭部不同的長度相對（ 錯開）。下面，將該結構稱作B結構。 本發明的一個實施例是一種電晶體，包括：形成爲梳 齒狀的源極電極層，該源極電極層包括以預定間隔隔開的 相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極齒形部分的連 接部分：以及形成爲矩形的汲極電極層’其中’汲極電極 層和源極電極層設置爲汲極電極層和源極電極層的電極齒 形部分彼此相對。下面，將該結構稱作C結構。 本發明的一個實施例是一種電晶體，包括：形成爲梳 齒狀的汲極電極層，該汲極電極層包括以預定間隔隔開的 相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極齒形部分的連
-8- S 201203550 接部分；以及形成爲矩形的源極電極層’其中’源極電極 層和汲極電極層設置爲源極電極層和汲極電極層的電極齒 形部分彼此相對。下面，將該結構稱作C結構。 在上述結構中，該電晶體包括：閘極電極層；與閘極 電極層接觸的閘極絕緣層；隔著閘極絕緣層與閘極電極層 重疊的半導體層；其端部與半導體層的一個面接觸並且其 端部隔著閘極絕緣層及半導體層與閘極電極層重疊的源極 電極層；以及其端部與半導體層的一個面接觸並且其端部 隔著閘極絕緣層及半導體層與閘極電極層重疊的汲極電極 層。 在上述結構中，該電晶體的源極電極層（梳齒狀電極 層）的連接部分與閘極電極層不重疊，並且汲極電極層（ 梳齒狀電極層）的連接部分與閘極電極層不重疊。 在上述結構的電晶體中，源極電極層的端頭部的寬度 最好是源極電極層的寬度的3/8以上且1以下，並且是汲極 電極層的寬度的3/8以上且8/3以下。 在上述結構的電晶體中，汲極電極層的端頭部的寬度 最好是汲極電極層的寬度的3/8以上且1以下，並且是源極 電極層的寬度的3/8以上且8/3以下。 在上述結構中，該電晶體的各電極齒形部分之間的間 隔最好大於Ομηι且5μηι以下。 另外，當該電晶體不滿足上述範圍時，導通電流値的 下降有時超過允許範圍。然而，在本說明書中，導通電流 値降低幾％左右的程度可以認爲能夠保持導通電流値。 201203550 在下文中，簡單說明本說明書中使用的詞。在本說明 書中，梳齒狀是指具有凹部和凸部的所有形狀。梳齒狀電 極層是指其端部具有凹部和凸部的源極（汲極）電極層整 體，梳齒狀電極層（源極電極層或汲極電極層）的端頭部 (也稱爲端頭）是指除連接部分的端部以外的平行於連接 部分的端部且與閘極電極層重戥的源極（汲極）電極層的 各電極齒形部分的所有端頭部，梳齒狀電極層的端頭部的 寬度是指除連接部分的端部以外的平行於連接部分的端部 且與閘極電極層重题的源極（汲極）電極層的所有電極齒 形部分的端頭部的長度總和。電極齒形部分之間的間隔是 指從閘極電極層的端部與重疊於閘極電極層的源極（汲極 )電極層的電極齒形部分的交點到閘極電極層的端部與重 疊於閘極電極層的源極（汲極）電極層的下一個電極齒形 部分的交點的不與源極（汲極）電極層重疊的閘極電極層 的端部的長度。 在本說明書中，“源極”和“汲極”的功能當採用不 同極性的電晶體時或電流方向在電路工作中發生變化時等 有可能被調換。因此，在本說明書中，可以將“源極”和 “汲極”互相替換地使用。 另外，本說明書中使用的表示程度的詞如“大致”、 “大約”、“稍微”、“左右”等意味著被稍微改變的詞 的合理性偏離的程度，以免使最終結果明顯地發生變化。 以該偏離不否定被稍微改變的詞的意思爲條件。 藉由將半導體層上延伸存在的源極電極（汲極電極）
-10- S 201203550 層形成爲梳齒狀’可以減少源極電極（汲極電極）層與閘 極電極層重疊的面積’從而可以降低寄生電容。再者，藉 由將梳齒狀的源極電極層和汲極電極層設置爲梳齒部分彼 此相對，可以利用潛行電流（s n e a k c u r r e n 1 ) ’從而可以 提供導通電流不下降的電晶體。 【實施方式】 將參照附圖詳細說明實施例。但是，本發明不侷限於 下面的說明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地 理解一個事實就是其方式和詳細內容在不脫離本發明的宗 旨及其範圍下可以被變換爲各種形式。因此，本發明不應 該被解釋爲僅限定在下面所示的本實施例所記載的內容中 。另外，在不同附圖中，使用相同的符號來表示下面所說 明的發明的結構中的相同部分或具有相同功能的部分，而 省略其重複說明。 實施例1
在本實施例中，將參照圖1 A和1 B、圖2 A和2 B、3 A和 3B、圖 4A 和 4B、5A 和 5B、圖 6A 和 6B、7A 至 7D、以及 8A 和8B對不使導通電流値下降地降低寄生電容値的電晶體的 —個實施例進行說明。 關於本實施例所例示的設法改變了源極電極層和汲極 電極層的形狀的A結構的電晶體，使用圖1 A說明其俯視結 構，並使用圖1B說明其截面結構。另外，圖1B所示的截面 -11 - 201203550 圖對應於圖1A中的剖切線A1-A2處的截面。圖1B所示的電 晶體1 2 1設置在基板1 00上並且具有閘極電極層1 1 1、與閘 極電極層1 1 1接觸的閘極絕緣層1 02、隔著閘極絕緣層1 02 與閘極電極層111重疊的半導體層106、以及其端部與半導 體層106的一個面接觸並且其端部隔著閘極絕緣層102與閘 極電極層1U重疊的源極電極層105 a及汲極電極層105b。 圖1 A示出A結構的電晶體的示意性俯視圖。源極電極 層105 a具有以預定間隔si、s2、S3隔開的相鄰設置的多個 電極齒形部分1 1 2、1 1 3、1 1 4、1 1 5以及使該電極齒形部分 連接的連接部分1 1 6。 汲極電極層l〇5b具有以預定間隔s4、S5、s6隔開的相 鄰設置的多個電極齒形部分142、143、144、145以及使該 電極齒形部分連接的連接部分146。 源極電極層l〇5a和汲極電極層105b設置爲源極電極層 105a的電極齒形部分112、113、114、115和汲極電極層 105b的電極齒形部分142、143、144、145彼此相對但不交 錯。 電極齒形部分1 12的端頭部和電極齒形部分142的端頭 部設置爲以彼此相同的長度相對（P】）。電極齒形部分 1 1 3的端頭部和電極齒形部分1 43的端頭部設置爲以彼此相 同的長度相對（P2 )。電極齒形部分Π4的端頭部和電極 齒形部分144的端頭部設置爲以彼此相同的長度相對（P3 )。電極齒形部分115的端頭部和電極齒形部分145的端頭 部設置爲以彼此相同的長度相對（P4 )。
S 12- 201203550 此外，源極電極層l〇5a的端頭部和汲極電極層l〇5b的 端頭部之間的間隔例如最好有3 μιη以上。這是爲了防止因 電極層之間的接觸而發生短路等的缺陷。 此外，源極電極層l〇5a和汲極電極層105b也可以藉由 層疊多個層來形成。 如圖1A所不’源極電極層105a的各電極齒形部分112 、113、114、115以及汲極電極層105b的各電極齒形部分 142 ' 143、144、145以必須使它們的一部分隔著半導體層 106與閘極電極層111重疊的方式設置有重疊部分120、150 。此外，也可以使源極電極層1 〇 5 a的各電極齒形部分1 1 2 、113、114、115以及汲極電極層105b的各電極齒形部分 142、143、144、145的整體與閘極電極層111重豐。 此外，源極電極層（梳齒狀電極層）l〇5a的連接部分 116及汲極電極層（梳齒狀電極層）105b的連接部分146都 設置爲不與閘極電極層111重疊。 源極電極層l〇5a的各電極齒形部分的延伸方向上的電 極齒形部分112、113、114、115與閘極電極層111的重疊 部分120的長度a以及汲極電極層105b的各電極齒形部分的 延伸方向上的電極齒形部分142、143、144、145與閘極電 極層1 1 1的重疊部分1 5 0的長度b例如最好爲1 . 5 μηι以上。這 是因爲在將閘極寬度g固定的情況下，當重疊部分120的長 度a (重疊部分1 5 0的長度b )過短時產生如下問題的緣故 :因源極電極層1 〇 5 a的端頭部和汲極電極層1 0 5 b的端頭部 之間的間隔L過長，而導通電流値急劇下降；或因在源極 -13- 201203550 電極層105a (汲極電極層i〇5b)與閘極電極層111的重疊 部分1 20 (重疊部分1 50 )不能得到電觸點，而使電晶體的 電阻增大等。另外，源極電極層l〇5a的各電極齒形部分與 閘極電極層111的重疊部分120的長度a可以比汲極電極層 105b的各電極齒形部分與閘極電極層in的重疊部分15〇的 長度b長或短。 源極電極層l〇5a的各電極齒形部分112、113、114、 115的俯視形狀可以是至少一個角部帶有圓度的形狀：一 側面或兩側面傾斜的形狀；或一側面或兩側面彎曲的形狀 〇 汲極電極層l〇5b的各電極齒形部分142、143、144、 1 45的俯視形狀可以是至少一個角部帶有圓度的形狀；一 側面或兩側面傾斜的形狀：或一側面或兩側面彎曲的形狀 〇 源極電極層105a的各電極齒形部分112、113、114、 115的長度h和汲極電極層105b的各電極齒形部分142、143 、144、145的長度i可以彼此相同或不同。 源極電極層1 0 5 a的電極齒形部分1 1 2 -1 1 3之間的間隔 (s 1 )、電極齒形部分1 1 3 - 1 1 4之間的間隔（s2 )、電極齒 形部分Π4-1 15之間的間隔（s3 )以及汲極電極層l〇5b的 電極齒形部分1 42- 1 43之間的間隔（s4 )、電極齒形部分 1 4 3 - 1 4 4之間的間隔（s 5 )'電極齒形部分1 4 4 - 1 4 5之間的 間隔（s6 )都最好大於Ομηι且5μηι以下。尤其是’爲了確 保降低寄生電容値，間隔s 1、間隔s2、間隔s3、間隔s4、 -14-
S 201203550 間隔s5、間隔s6更佳大於3μιη且5μιη以下。再者，爲了將 導通電流値的下降抑制在允許範圍內，該間隔更佳分別爲 通道形成區的長度（源極電極層l〇5a的端頭部和汲極電極 層105b的端頭部之間的間隔L)以下。 源極電極層1 0 5 a (梳齒狀電極層）的端頭部的寬度最 好爲該源極電極層l〇5a的寬度wl的3/8以上且1以下’並且 是汲極電極層l〇5b的寬度w2的3/8以上且8/3以下。 汲極電極層l〇5b (梳齒狀電極層）的端頭部的寬度最 好爲該汲極電極層l〇5b的寬度w2的3/8以上且1以下’並且 是源極電極層l〇5a的寬度wl的3/8以上且8/3以下。 另外，如圖2 A所示（B結構），電極齒形部分1 1 2、 113、114' 115的端頭部和電極齒形部分152、153、154、 1 5 5的端頭部也可以設置爲分別以與電極齒形部分1 1 2、 113、114、115或電極齒形部分152、153、154、155不同 的長度相對（P 1 ’ 、P 2 ’ 、P 3 ’ 、P 4 ’ )(例如’彼此錯 開）。 在此情況下，源極電極層l〇5a的電極齒形部分112-1 1 3之間的間隔（s 1 )、電極齒形部分1 1 3 -1 1 4之間的間隔 (s 2 )、電極齒形部分1 1 4-1 1 5之間的間隔（s 3 )以及汲極 電極層106b的電極齒形部分1 52- 1 5 3之間的間隔（s4’ ） 、電極齒形部分1 5 3 - 1 5 4之間的間隔（s 5 ’ ）、電極齒形 部分1 5 4 - 1 5 5之間的間隔（s 6 ’）可以彼此相同或不同’ 並且，源極電極層l〇5a的各電極齒形部分112、113、114 、115的長度h與汲極電極層l〇6b的各電極齒形部分152、 -15- 201203550 153、154、155的長度i’可以彼此相同或不同。 另外，如圖2B ( C結構）所示，汲極電極層107b還可 以形成爲矩形。 接著，一邊與現有的電晶體進行對比，一邊說明當使 用設法改變了源極電極層和汲極電極層的形狀的具有新的 電極形狀的電晶體時，即使降低在源極電極層（汲極電極 層）與閘極電極層的重疊部分產生的寄生電容値也可以大 致保持導通電流値。 圖3A示出現有的電晶體200的示意性俯視圖的一個例 子，而圖3B示出具有新的電極形狀的電晶體201 ( A結構） 的示意性俯視圖的一個例子。另外，電晶體200和電晶體 201的截面結構與圖1B所示的A結構的電晶體121的截面結 構相同。 圖3A中分別示出源極電極層205a、汲極電極層205b、 閘極電極層222和半導體層106。圖3B中分別示出源極電極 層206a、汲極電極層206b、閘極電極層222和半導體層106 〇 注意，源極電極層205a (汲極電極層205b)的寬度w 和源極電極層206a (汲極電極層206b)的寬度w’相同； 源極電極層205a與閘極電極層222的重盤部分的長度a、汲 極電極層2 05b與閘極電極層222的重疊部分的長度b、源極 電極層（梳齒狀電極層）20 6a的各電極齒形部分與閘極電 極層222的重疊部分的長度a’以及汲極電極層（梳齒狀電 極層）206b的各電極齒形部分與閘極電極層222的重疊部
S -16- 201203550 分的長度b’相同；並且，源極電極層205a的端部與汲極 電極層205b的端部之間的間隔L以及源極電極層206a的端 頭部與汲極電極層206b的端頭部之間的間隔L’相同。 如圖3A和3B所示，可以使電晶體201的源極電極層 206a (汲極電極層206b )與閘極電極層222的重疊部分的 面積小於電晶體200的源極電極層205a (汲極電極層205b )與閘極電極層222的重疊部分的面積。 例如，若圖3B所示的源極電極層206a (汲極電極層 206b)的各電極齒形部分的長度都相同，源極電極層206a (汲極電極層206b )的各電極齒形部分的寬度都相同，並 且各電極齒形部分之間的間隔都相同，則可以使源極電極 層206a (汲極電極層206b)與閘極電極層222的重疊部分 的面積成爲圖3 A所示的源極電極層20 5 a (汲極電極層205 b )與閘極電極層222的重疊部分的面積的大約一半。 因此，藉由將源極（汲極）電極層的形狀從矩形改變 爲梳齒狀，可以降低在重疊部分產生的寄生電容値。 圖4A示出電晶體200的電流通路的示意性俯視圖的一 個例子，而圖4B示出電晶體201 ( A結構）的電流通路的示 意性俯視圖的一個例子。 如圖4A所示，在電晶體200中，直線電流從源極電極 層2 05 a的端部流向汲極電極層205b的端部。另一方面，如 圖4B所示，在電晶體201中，直線電流從源極電極層206a 的各電極齒形部分2 1 2、2 1 3、2 1 4、2 1 5的端頭部流向汲極 電極層206b的各電極齒形部分242 ' 243、244 ' 245的端頭 -17- 201203550 部，而且直線電流從源極電極層206a的連接部分21 6的端 部流向汲極電極層206b的連接部分246的端部。電晶體20 i 中的直線電流値比電晶體2 0 0中的直線電流値小。這是因 爲如下緣故：因連接部分216 (連接部分246)不與閘極電 極層222重疊而使電阻增大，由此從連接部分216的端部流 向連接部分246的端部的直線電流變得弱小。 然而，如圖4B所示，在電晶體2 0 1中，曲線電流從源 極電極層206a的各電極齒形部分212、213、214、215的側 面流向汲極電極層206b的各電極齒形部分242、243、244 、245的側面，該部分電流幾乎補償了與電晶體200相比減 少的直線電流。據此，可以使電晶體2 0 0中的直線電流値 與電晶體2 0 1中的直線電流和曲線電流的總和値大致相同 〇 在圖4A所示的電晶體200中，當將閘極寬度g固定時， 雖然藉由減少源極電極層205 a與閘極電極層222的重疊部 分的長度a (汲極電極層2 05b與閘極電極層222的重疊部分 的長度b)，可以減少重疊部分的面積，但是因爲通道形 成區的長度L (源極電極層20 5 a的端部與汲極電極層205 b 的端部之間的間隔L )與其同時增大，所以不能保持導通 電流値。 然而，藉由將各電極層從矩形的源極電極層205a (汲 極電極層205b )改變爲梳齒狀的源極電極層206a (汲極電 極層206b )，可以不改變通道形成區的長度地（源極電極 層205a的端部和汲極電極層205b的端部之間的間隔L與源
S -18- 201203550 極電極層206a的端頭部和汲極電極層206b的端頭部之間的 間隔L ’相同）減少重疊部分的面積。再者，因爲此時可 以產生從源極電極層206a的各電極齒形部分的側面向汲極 電極層206b的各電極齒形部分的側面以圍繞各個電極齒形 部分的周圍的方式流過的曲線電流，所以即使通道形成區 的寬度減少，也可以保持與通道形成區的寬度減少以前相 同的導通電流値。也就是說，電晶體20 1也可以與電晶體 200同樣地保持僅依賴於通道形成區的長度的導通電流値 〇 因此，藉由將源極（汲極）電極層的形狀從矩形改變 爲梳齒狀，即使降低寄生電容値也可以大致保持導通電流 値。 注意’在圖3B和圖4B所不的電晶體201中’當進一步 擴大各電極齒形部分之間的間隔並且進一步擴大梳齒狀電 極層的端頭部之間的間隔時，雖然可以降低寄生電容値’ 但是不能產生能夠補償降低的直線電流的以圍繞各電極齒 形部分的周圍的方式流過的曲線電流。此時’導通電流値 急劇下降。因此，爲了保持一定値以上的導通電流’各電 極齒形部分之間的間隔及梳齒狀電極層的端頭部之間的間 隔需要保持一定値以下的距離。 藉由採用如上所述的結構，可以提供即使降低在源極 電極層（汲極電極層）與閘極電極層的重疊部分產生的寄 生電容値也可以大致保持導通電流値的具有新的結構的電 晶體。 -19- 201203550 另外，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示 的結構適當地組合來實施。 實施例2 在本實施例中，參照圖9A至9E對將氧化物半導體用作 構成實施例1所說明的電晶體的半導體層的材料時的製造 製程進行說明。另外，可以與上述實施例同樣的形成與上 述實施例相同的部分或具有相同功能的部分，並且可以與 上述實施例同樣地進行與上述實施例相同的製程，而省略 重複說明。此外，省略對於相同部分的詳細說明。 在下文中，使用圖9A至9E說明在基板505上製造電晶 體510的製程。 首先，當在具有絕緣表面的基板5 05上形成導電膜後 ，藉由第一光微影製程形成閘極電極層511。另外，也可 以藉由噴墨法形成抗蝕劑掩模。因爲當藉由噴墨法形成抗 蝕劑掩模時不使用光掩模，所以可以降低製造成本。 在本實施例中，作爲具有絕緣表面的基板5 0 5使用玻 璃基板。 也可以在基板5 05和閘極電極層5 U之間形成用作基底 膜的絕緣膜。基底膜具有防止雜質元素從基板505擴散的 功能，該基底膜可以由選自氮化矽膜、氧化矽膜、氮氧化 矽膜、氧氮化矽膜中的一種膜或多種膜的疊層結構形成》 此外，閘極電極層5 1 1可以使用鉬、鈦、鉬、鎢、鋁 、銅、鈸、銃等的金屬材料或以這些金屬材料爲主要成分
S -20- 201203550 的合金材料以單層或疊層形成。 接著，在閘極電極層5 1 1上形成閘極絕緣層5 07。閘極 絕緣層507可以藉由電漿CVD法或濺射法等由氧化矽層、 氮化砂層、氧氮化砂層、氮氧化矽層、氧化鋁層、氮化錦 層、氧氮化鋁層、氮氧化鋁層或氧化鈴層的單層或疊層形 成。 作爲本實施例的氧化物半導體，使用藉由去除雜質而 I型化或實質上I型化的氧化物半導體。因爲這種高純度化 的氧化物半導體對介面能級、介面電荷極敏感，所以氧化 物半導體層和閘極絕緣層之間的介面是重要的。因此，與 高純度化的氧化物半導體接觸的閘極絕緣層被要求高品質 化。 例如，利用μ波（例如，頻率爲2.45GHz )的高密度電 漿CVD可以形成緻密且絕緣耐壓性高的高品質絕緣層，所 以是最好的。這是因爲藉由使高純度化的氧化物半導體和 高品質的閘極絕緣層密接，可以降低介面能級而獲得良好 的介面特性的緣故。 當然’只要是可以形成優質絕緣層作爲聞極絕緣層的 方法’就可以應用濺射法、電漿CVD法等的其他成膜方法 。此外’也可以採用藉由成膜後的熱處理，改善閘極絕緣 .層的膜品質及與氧化物半導體之間的介面特性的絕緣層。 總之，只要採用作爲閘極絕緣層的膜品質良好，並且可以 降低與氧化物半導體之間的介面能級密度而形成良好的介 面的絕緣層即可。 -21 - 201203550 此外，爲了盡可能不使閘極絕緣層5 0 7、氧化物半導 體膜530包含氫、羥基和水分，作爲在形成氧化物半導體 膜530之前進行的預處理，最好在濺射裝置的預備加熱室 中對形成有閘極電極層5 1 1的基板5 05或形成到閘極絕緣層 507的基板505進行預備加熱，來使吸附在基板5 05上的氫 、水分等的雜質脫附並排氣。另外，作爲設置在預備加熱 室中的排氣單元，最好使用低溫泵。另外，也可以省略該 預備加熱處理。此外，也可以同樣地在形成絕緣層5 1 6之 前對形成到源極電極層51 5a和汲極電極層515b的基板505 進行該預備加熱。 接著，在閘極絕緣層5 0 7上形成厚度爲2nm以上且 200nm以下，最好爲5nm以上且30nm以下的氧化物半導體 膜5 3 0 (參照圖9 A )。 另外，最好的是，在藉由濺射法形成氧化物半導體膜 53 0之前，進行引入氬氣體而產生電漿的反濺射，來去除 附著在閘極絕緣層507表面上的粉狀物質（也稱爲微粒、 塵屑）》反濺射是如下一種方法：不對靶材一側施加電壓 ，而在氬氣圍下使用RF電源對基板一側施加電壓來在基板 附近形成電漿，由此進行表面改性。另外，也可以使用氮 、氦、氧等而代替氬氣圍。 作爲用於氧化物半導體膜5 3 0的氧化物半導體，可以 使用四元金屬氧化物的In-Sn-Ga-Zn-Ο類氧化物半導體； 三元金颶氧化物的In-Ga-Ζη-Ο類氧化物半導體、In-Sn-Zn-〇類氧化物半導體、In-Al-Ζη-Ο類氧化物半導體、Sn-Ga- -22- 201203550
Zn-Ο類氧化物半導體、Al-Ga-Ζη-Ο類氧化物半導體、Sn-Al-Ζη-Ο類氧化物半導體；二元金屬氧化物的Ιη-Ζη-0類氧 化物半導體、Sn-Zn-Ο類氧化物半導體、Al-Zn-Ο類氧化物 半導體、Zn-Mg-Ο類氧化物半導體、Sn-Mg-Ο類氧化物半 導體、In-Mg-Ο類氧化物半導體；或者單元金屬氧化物的 In-Ο類氧化物半導體、Sn-Ο類氧化物半導體、Zn-Ο類氧化 物半導體等。此外，也可以使上述氧化物半導體包含S i 02 。在此，例如，In-Ga-Ζη-Ο類氧化物半導體是指具有銦（ In )、鎵（Ga )、鋅（Zn )的氧化物，並且對其化學計量 比並沒有限制。此外，In-Ga-Zn-0類氧化物半導體也可以 還包含In、Ga、Zn以外的元素。在本實施例中，使用In-Ga-Ζη-Ο類氧化物靶材藉由濺射法形成氧化物半導體膜530 。此時的截面圖相當於圖9A。 作爲用於藉由濺射法形成氧化物半導體膜5 30的靶材 ，例如使用組成比爲In203:Ga203:Zn0=l:l:l [摩爾比]的氧 化物靶材，來形成In-Ga-Zn-Ο膜。此外，不侷限於上述靶 材的材料和組成，例如也可以使用組成比爲 In2〇3:Ga2〇3:ZnO = 1:1:2[摩爾比]的氧化物耙材。 此外，氧化物靶材的塡充率爲90 %以上且100%以下， 最好爲95 %以上且99.9%以下。藉由使用高塡充率的金屬氧 化物靶材，可以形成緻密的氧化物半導體膜。 作爲在形成氧化物半導體膜530時使用的濺射氣體， 最好使用去除了氫、水、羥基或氫化物等的雜質的高純度 氣體。 -23- 201203550 在保持爲減壓狀態的沉積室中固定基板，將基板溫度 設定爲100 °C以上且600 °C以下，最好設定爲200 t以上且 400 °C以下。藉由一邊加熱基板一邊進行成膜，可以降低 包含在所形成的氧化物半導體膜中的雜質濃度。此外，可 以減輕由濺射引起的損傷。然後，在去除沉積室內的殘留 水分的同時引入去除了氫和水分的濺射氣體，使用上述靶 材在基板505上形成氧化物半導體膜530。爲了去除沉積室 內的殘留水分，最好使用吸附型的真空泵，例如低溫泵、 離子泵、鈦昇華泵。此外，作爲排氣單元，也可以使用配 備有冷阱的渦輪泵。因爲在使用低溫泵進行排氣的沉積室 中，例如對氫原子、水（Η 2 0 )等的包含氫原子的化合物 (更佳的是’還對包含碳原子的化合物）等進行排氣，所 以可以降低在該沉稂室中形成的氧化物半導體膜所包含的 雜質的濃度。 作爲進行濺射法的氣圍，採用稀有氣體（典型爲氬） 氣圍、氧氣圍或稀有氣體和氧的混合氣圍，即可。 作爲成膜條件的一個例子，採用如下條件：基板和靶 材之間的距離爲1 〇〇mm ;壓力爲0.6Pa ;直流（DC )電源 爲0.5kW ;以及利用氧（氧流量比率爲100% )氣圍。另外 ，藉由使用脈衝直流電源，可以減輕在進行成膜時產生的 粉狀物質（也稱爲微粒、塵屑），並且膜厚度分佈也變得 均勻，所以是最好的。 接著，藉由第二光微影製程將氧化物半導體膜530加 工爲島狀氧化物半導體層。此外，也可以藉由噴墨法形成
S -24- 201203550 用來形成島狀氧化物半導體層的抗蝕劑 噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模 造成本。 此外，當在閘極絕緣層5 07中形成 進行氧化物半導體膜5 3 0的加工時同時 另外，作爲在此對氧化物半導體Ji 可以採用乾蝕刻和濕蝕刻中的一方或者 對氧化物半導體膜5 3 0進行濕蝕刻時使 使用混合有磷酸、醋酸、硝酸的溶液等 用ITO0 7N (由曰本關東化學株式會社製 接著，對氧化物半導體層進行第一 第一加熱處理，可以使氧化物半導體層 將第一加熱處理的溫度設定爲400°C以」 者40 0 °C以上且低於基板的應變點。在 加熱處理裝置之一的電爐中，在氮氣圍 對氧化物半導體層進行1小時的加熱處 化物半導體層接觸於大氣而防止水、氮 以得到氧化物半導體層53 1 (參照圖9B ) 另外，加熱處理裝置不侷限於電爐 來自電阻發熱體等的發熱體的熱傳導或 進行加熱的裝置。例如，可以使用如 Thermal Anneal，即氣體快速熱退火 Lamp Rapid Thermal Anneal，即燈快速 RTA ( Rapid Thermal Anneal，即快連 掩模。因爲當藉由 ，所以可以降低製 接觸孔時，可以在 i行該製程。 I 5 3 0進行的蝕刻， 兩者。例如，作爲 用的蝕刻劑，可以 。此外，也可以使 造）。 加熱處理。藉由該 脫水化或脫氫化。 二且750°C以下，或 此，將基板引入到 J下以450°C的溫度 理，然後不使該氧 再次混入到其中， 〇 ，也可以使用利用 熱輻射對處理物件 GRTA ( Gas Rapid )裝置、LRTA ( 熱退火）裝置等的 〖熱退火）裝置。 -25- 201203550 LRTA裝置是利用鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高 壓鈉燈、或者高壓汞燈等的燈所發出的光（電磁波）的輻 射對處理物件進行加熱的裝置。GRTA裝置是利用高溫氣 體進行加熱處理的裝置。作爲高溫氣體，使用如氬等的稀 有氣體或氮等的即使進行加熱處理也不與處理物件起反應 的惰性氣體。 例如，作爲第一加熱處理可以進行GRTA，其中將基 板移動到加熱到650 °C至700 °C的高溫的惰性氣體中，加熱 幾分鐘，然後將基板從加熱到高溫的惰性氣體中取出。 另外，在第一加熱處理中，氮或諸如氦、氖、氬等的 稀有氣體最好不包含水、氫等。或者，最好將引入到加熱 處理裝置中的氮或諸如氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設 定爲6N ( 99.99 99% )以上，更佳設定爲7N ( 99.99999% ) 以上（即，將雜質濃度設定爲lppm以下，最好設定爲 0.1 ppm以下）》 此外，也可以在藉由第一加熱處理加熱氧化物半導體 層之後，對相同的爐中引入高純度的氧氣體、高純度的 N20氣體或超乾燥氣體（露點爲-40°C以下，最好爲-60°C 以下）。氧氣體或N20氣體最好不包含水、氫等。或者， 最好將引入到加熱處理裝置中的氧氣體或N20氣體的純度 設定爲6N以上，最好設定爲7N以上（即，將氧氣體或N20 氣體中的雜質濃度設定爲lppm以下，最好設定爲O.lppni以 下）。藉由利用氧氣體或N20氣體的作用供應當進行在脫 水化或脫氫化處理中的雜質的排除製程時同時減少的構成
S -26- 201203550 氧化物半導體的主要成分材料之一的氧，可以使氧化物半 導體層高純度化及電性I型（本徵）化。 此外’也可以對加工爲島狀氧化物半導體層之前的氧 化物半導體膜530進行氧化物半導體層的第一加熱處理。 在此情況下’在第一加熱處理之後從加熱裝置中取出基板 並進行光微影製程。 另外，除了上述之外，只要在形成氧化物半導體層之 後，就還可以在將源極電極層和汲極電極層疊在氧化物半 導體層上之後或在將絕緣層形成在源極電極層和汲極電極 層上之後進行第一加熱處理。 此外，當在閘極絕緣層5 07中形成接觸孔時，在對氧 化物半導體膜530進行第一加熱處理之前或之後都可以進 行該形成製程。 此外，也可以藉由分兩次形成氧化物半導體層，並分 兩次進行加熱處理’适樣基底構件的材料不管是氧化物、 氮化物、還是金屬等的材料都可以被使用，而形成具有較 厚的結晶區（單晶區）的氧化物半導體層即具有垂直於膜 表面的c軸對準的結晶區的氧化物半導體層。例如，藉由 形成3nm以上且15nm以下的第一氧化物半導體膜，並且在 氮、氧、稀有氣體或乾燥空氣的氣圍下以450 t以上且850 °C以下的溫度’最好以5 5 0 °C以上且7 5 0 °C以下的溫度進行 第一加熱處理，來形成在包括表面的區域中具有結晶區（ 包括板狀結晶）的第一氧化物半導體膜；然後，形成厚於 第一氧化物半導體膜的第二氧化物半導體膜，並且以450 -27- 201203550 。(：以上且850 °C以下的溫度，最好以600 °C以上且700 °C以 下的溫度進行第二加熱處理，以第一氧化物半導體膜爲晶 種使結晶向上方生長，來使第二氧化物半導體膜的整體晶 化，按這種方式來形成具有較厚的結晶區的氧化物半導體 層。 接著，在閘極絕緣層507和氧化物半導體層53 1上形成 成爲源極電極層和汲極電極層（包括由與它們相同的層形 成的佈線）的導電膜。作爲用於源極電極層和汲極電極層 的導電膜，例如可以使用含有選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、 Mo、W中的元素的金屬膜或以上述元素爲成分的金屬氮化 物膜（氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜）等。此外，還可 以採用在Al、Cu等的金屬膜的下側和上側的一方或兩者層 疊Ti、Mo、W等的高熔點金屬膜或它們的金屬氮化物膜（ 氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜）的結構。特別最好的是 ，在與氧化物半導體層接觸的一側設置含有鈦的導電膜。 藉由第三光微影製程在導電膜上形成抗蝕劑掩模，並 且選擇性地進行蝕刻來形成源極電極層5 1 5a和汲極電極層 5 1 5b，然後去除抗蝕劑掩模（參照圖9C )。 另外，源極電極層515a和汲極電極層515b的形狀爲梳 齒狀，並且在氧化物半導體層531上延伸存在的各電極齒 形部形成爲至少其一部分與閘極電極層5 1 1重疊。 藉由將源極電極層515a和汲極電極層515b形成爲梳齒 狀，可以減少源極電極層5 1 5a (汲極電極層5 1 5b )與閘極 電極層5 11重疊的面積，由此可以降低寄生電容。
S -28- 201203550 此外，如圖9C所示，藉由將梳齒狀的源極 和汲極電極層51 5b設置爲各電極齒形部分彼此 產生從源極電極層5 15a的電極齒形部分的側面 極層515b的電極齒形部分的側面的圍繞各電極 曲線電流。藉由利用該曲線電流（潛行電流） 導通電流値的下降。 作爲藉由第三光微影製程形成抗蝕劑掩模 最好使用紫外線' KrF雷射或ArF雷射。後面形 的通道長度L取決於氧化物半導體層531上相鄰 層的下端部和汲極電極層的下端部之間的間隔 ，當進行要使通道長度L短於25nm的曝光時， 長極短即幾nm至幾十nm的超紫外線（Extreme )進行在藉由第三光微影製程形成抗蝕劑掩模 利用超紫外線的曝光的解析度高且聚焦深度大 可以將後面形成的電晶體的通道長度L設定爲 lOOOnm以下，這樣可以實現電路的工作速度的 另外，最好使蝕刻條件最適化，以便防止 進行蝕刻時氧化物半導體層5 3 1被蝕刻斷。然 得只對導電膜進行蝕刻而完全不對氧化物半g 行蝕刻的條件，有可能當對導電膜進行蝕刻時 體層531的一部分也被蝕刻而成爲具有槽部（ 化物半導體層。 在本實施例中，因爲將Ti膜用作導電膜並 〇類氧化物半導體用於氧化物半導體層531，所 電極層5 1 5 a 相對，可以 流向汲極電 齒形部分的 ，可以防止 時的曝光， 成的電晶體 的源極電極 寬度。另外 最好使用波 Ultraviolet 時的曝光。 。因此，也 1 Onm以上且 高速化。 當對導電膜 而，難以獲 I體層531進 氧化物半導 凹部）的氧 將 In-Ga-Zn-以作爲Ti膜 -29- 201203550 的蝕刻劑使用氨水-過氧化氫混合液（3 1重量％過氧化氫溶 液：28重量％氨水：水=5:2:2 )。 接著，也可以進行使用N20、仏或Ar等的氣體的電漿 處理，去除附著在露出的氧化物半導體層表面上的吸附水 等。當進行電漿處理時，不接觸於大氣地形成與氧化物半 導體層的一部分接觸的用作保護絕緣膜的絕緣層5 1 6。 絕緣層516至少具有lnm以上的厚度，並且可以適當地 採用濺射法等的不使水、氫等的雜質混入到絕緣層5 1 6中 的方法來形成。當絕緣層516包含氫時，有如下憂慮：因 該氫侵入到氧化物半導體層中或該氫抽出氧化物半導體層 中的氧而使氧化物半導體層的背通道低電阻化（N型化） ，由此形成寄生通道。因此，重要的是，在成膜方法中不 使用氫，以使絕緣層5 1 6成爲儘量不包含氫的膜。 在本實施例中，作爲絕緣層5 1 6藉由濺射法形成厚度 爲200nm的氧化矽膜。將成膜時的基板溫度設定爲室溫以 上且300 °C以下即可，在本實施例中將其設定爲loot： ^可 以在稀有氣體（典型的是氬）氣圍下、氧氣圍下或稀有氣 體和氧的混合氣圍下藉由濺射法形成氧化矽膜。此外，作 爲靶材可以使用氧化矽靶材或矽靶材。例如，可以使用矽 靶材在包含氧的氣圍下藉由濺射法形成氧化矽膜。作爲形 成爲與氧化物半導體層接觸的絕緣層516，使用不包含水 分、氫離子、OH·等的雜質並阻擋這些雜質從外部侵入的 無機絕緣膜’典型地使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁 膜或氧氮化鋁膜等。
S -30- 201203550 爲了與形成氧化物半導體膜53 0時同樣地去除絕緣層 5 1 6的沉積室中的殘留水分，最好使用吸附型的真空泵（ 低溫泵等）。可以降低在使用低溫泵排氣的沉積室中形成 的絕緣層5 1 6所包含的雜質的濃度。此外，作爲用來去除 形成絕緣層5 1 6的沉積室中的殘留水分的排氣單元，也可 以使用配備有冷阱的渦輪泵。 作爲當形成絕緣層5 1 6時使用的濺射氣體，最好使用 去除了氫、水、羥基或氫化物等的雜質的高純度氣體》 接著，在惰性氣體氣圍下或氧氣氣圍下進行第二加熱 處理（最好爲200 °C以上且400 °C以下，例如250 °C以上且 3 5 0 °C以下）。例如，在氮氣圍下以2 5 0 °C的溫度進行1小 時的第二加熱處理。當進行第二加熱處理時，氧化物半導 體層的一部分（通道形成區）在與絕緣層5 1 6接觸的狀態 下被加熱。 藉由上述製程，可以對氧化物半導體膜進行第一加熱 處理而從氧化物半導體層中意圖排除氫、水分、羥基或氫 化物（也稱爲氫化合物）等的雜質，並且可以供應當進行 雜質的排除製程時同時減少的構成氧化物半導體的主要成 分材料之一的氧。因此，氧化物半導體層被高純度化和電 性I型（本徵）化。 以上述製程形成電晶體5 1 0 (參照圖9 D ) » 此外，當作爲絕緣層5 1 6使用包括很多缺陷的氧化矽 層時，藉由在形成氧化矽層之後進行的加熱處理將包含在 氧化物半導體層中的氫、水分、羥基或氫化物等的雜質擴 -31 - 201203550 散到氧化物絕緣層中’而進一步減少包含在氧化物半導體 層中的該雜質。 也可以在絕緣層5 1 6上還形成保護絕緣層5〇6。例如， 作爲保護絕緣層5 0 6 ’藉由RF濺射法形成氮化矽膜。因爲 RF濺射法的批量生產性高’所以作爲保護絕緣層的成膜方 法’最好使用RF職射法。作爲保護絕緣層，使用不包含水 分等的雜質並阻擋這些雜質從外部侵入的無機絕緣膜，例 如使用氮化矽膜、氮化鋁膜等。在本實施例中，使用氮化 矽膜形成保護絕緣層506 (參照圖9E)。 在本實施例中，作爲保護絕緣層5 0 6，將形成到絕緣 層516的基板505加熱到100°C至400 °C，引入包含氫和水分 被去除了的高純度氮的濺射氣體並使用矽半導體的靶材形 成氮化矽膜。在此情況下，也最好與形成絕緣層5 1 6時同 樣地在去除處理室中的殘留水分的同時形成保護絕緣層 5 06 » 在形成保護絕緣層之後，還可以在大氣中以1 0(TC以 上且200 °c以下的溫度進行1小時以上且30小時以下的加熱 處理。在該加熱處理中，既可以保持一定的加熱溫度進行 加熱，又可以多次反復從室溫到1 00 °C以上且200 °C以下的 加熱溫度的升溫和從加熱溫度到室溫的降溫。 藉由將氧化物半導體用於本實施例所例示的電晶體， 可以得到高電場效應遷移率，從而可以實現高速工作。此 外，因爲將源極電極層5 1 5 a (汲極電極層5 1 5 b )形成爲梳 齒狀，所以可以在降低源極電極層515a (汲極電極層515b -32- 201203550 )與閘極電極層5 1 1之間產生的寄生電容的同時實現高速 工作。再者’施加到閘極電極層5 1 1的信號的畸變減輕到 不用顧及的程度，從而可以使使用氧化物半導體的電晶體 以高頻率工作。 藉由將這種電晶體用於各種裝置，可以實現低耗電工 作和高速工作。可以說，這可以擴大例如在液晶顯示裝置 中將驅動器安裝在更大的面板、更高清晰度的面板中的可 能性。 另外’本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示 的結構適當地組合來實施。 在下面所示的範例中對具有上述結構的本發明進行更 詳細的說明。 範例1 在本範例中，製造了實施例1所例示的設法改變了源 極電極層和汲極電極層的形狀的電晶體。根據實驗具體證 明如下事實，即所製造的電晶體即使降低在源極電極層（ 汲極電極層）與閘極電極層的重疊部分產生的寄生電容値 ，也可以大致保持導通電流値。 將示出本範例中的電晶體的詳細截面結構。在玻璃基 板上形成了基底膜。作爲由兩層的疊層結構構成的基底膜 使用氮化矽膜和氧氮化矽膜，並將它們的厚度分別設定爲 100nm和150nm。在基底膜上形成了聞極電極層。作爲閘 極電極層使用鎢（W)，並將其厚度設定爲l〇〇nm。在閘 -33- 201203550 極電極層上形成了閘極絕緣膜。作爲閘極絕緣膜使用氧氮 化矽膜，並將其厚度設定爲1 〇〇nm »形成了隔著閘極絕緣 膜與閘極電極層重疊的氧化物半導體膜。作爲氧化物半導 體膜使用IGZO，並將其厚度設定爲15nm。再者，以使其 端部與氧化物半導體膜接觸並且使其端部與閘極電極層重 疊的方式形成了源極電極層和汲極電極層。作爲由三層的 疊層結構構成的源極電極層和汲極電極層使用鈦（Ti)、 鋁（A1 )、鈦（Ti )，並將它們的厚度分別設定爲50nm、 2 0 Onm、5 Onm ° 圖5A和5B以及圖6A和6B示出本實施例中的電晶體的 詳細俯視結構。製造了源極電極層和汲極電極層的形狀不 同的四種電晶體。如圖5A所示那樣形成了 A結構的電晶體 400。明確而言，源極電極層105a (梳齒狀電極層）的端 頭部和汲極電極層l〇5b (梳齒狀電極層）的端頭部之間的 間隔L爲3μιη，源極電極層105a的寬度w (汲極電極層l〇5b 的寬度w)爲50 μιη，各電極齒形部分的寬度11、12、13、 1 4、1 5、1 6、1 7、1 8爲3 μηι，各電極齒形部分之間的間隔 si、s2、s3、s4、s5、s6爲3μιη，源極電極層105a(汲極電 極層105b)的各電極齒形部分的長度h(i)爲2 μιη，源極 電極層105a (汲極電極層105b)的各電極齒形部分與閘極 電極層111的重疊部分的長度a(b)爲1.5μιη，閘極寬度g 爲6μηΐ，各電極齒形部分的端頭部彼此相對的長度P爲3 μηι 〇 如圖5 Β所示那樣形成了 Β結構的電晶體4 0 1。明確而言
S -34- 201203550 ，源極電極層1 0 5 a (梳齒狀電極層）的端頭部和汲極電極 層106b (梳齒狀電極層）的端頭部之間的間隔L爲3μηι， 源極電極層105a的寬度w (汲極電極層l〇6b的寬度w)爲 50μηι，各電極齒形部分的寬度11、12、13、14、15’ 、16 ’ 、17’爲3μπι，18’爲1.5μηι，各電極齒形部分之間的 間隔 sl、s2's3、s5’ 、s6’ 、s7’ 爲 3pm，s4’ 爲 1.5μηι ，源極電極層l〇5a (汲極電極層106b)的各電極齒形部分 的長度h(i’ ）爲2μιη，源極電極層l〇5a (汲極電極層 10 6b)的各電極齒形部分與閘極電極層U1的重疊部分的 長度a(b’ ）爲1·5μηι，閘極寬度g爲6μπι，各電極齒形部 分的端頭部彼此相對的長度Ρ’爲1.5μιη。 如圖6Α所示那樣形成了 C結構的電晶體402。明確而言 ，源極電極層l〇5a (梳齒狀電極層）的端頭部和汲極電極 層107b的端部之間的間隔L爲3 μιη，源極電極層105 a的寬度 w (汲極電極層10 7b的寬度w)爲50 μηι，各電極齒形部分 的寬度11、12、13、14爲3μιη，各電極齒形部分之間的間 隔si、s2、s3爲3μιη，源極電極層105a的各電極齒形部分 的長度h爲2 μπι，源極電極層10 5 a的各電極齒形部分與閘極 電極層111的重疊部分的長度a爲1.5μηι，汲極電極層107b 與閘極電極層111的重疊部分的長度b”爲1.5μιη，閘極寬 度g爲6μηι。 如圖6Β所示那樣形成了現有結構的電晶體403。明確 而言，源極電極層l〇7a的端部和汲極電極層107b的端部之 間的間隔L爲3 μηι，源極電極層107a的寬度w (汲極電極層 -35- 201203550 107b的寬度w)爲50μιη，源極電極層107a (汲極電極層 107b )與閘極電極層1 1 1的重疊部分的長度a’ （ b” ）爲 1.5μιη，鬧極寬度g爲6μπι。 下面，根據實驗證明如下事實，即與現有結構的電晶 體403相比，設法改變了源極電極層和汲極電極層的形狀 的三種電晶體400、401、402的寄生電容値低。 在下文中示出實驗條件。在室溫爲25 °C、基板溫度爲 25°C、以及在-20至30V (步長0.25Vx201步）的範圍內使 VG變化的條件下，使用具有四個終端的阻抗分析儀（安 捷倫科技有限公司製造，42 94A )，並且將阻抗分析儀的 四個終端中的兩個終端分別藉由GPIB電纜（安捷倫科技有 限公司製造）與操縱器連接，來測量在各電晶體的源極電 極層（汲極電極層）與閘極電極層的重疊部分產生的寄生 電容値C。在將探針接觸於源極電極層和汲極電極層中的 一方並將源極電極層和汲極電極層的另一方處於浮動狀態 的條件下進行測量。在測量之前進行定標，而且每當改變 頻率時進行定標。在進行該定標時，使操縱器的終端都成 爲GND。藉由使測量頻率f以1MHz、100kHz、10kHz、 1 kHz的四個條件發生變化來進行測量。 圖7A至7D表示實際上測量的在各電晶體的源極電極 層（汲極電極層）與閘極電極層的重疊部分產生的寄生電 容値C的電容特性。圖7A表示A結構的電晶體400的電容特 性，圖7B表示B結構的電晶體401的電容特性，圖7C表示C 結構的電晶體4〇2的電容特性，圖7D表示現有結構的電晶
S -36- 201203550 體403的電容特性。 可以確認到圖7A至7C的寄生電容値C低於圖7D的寄生 電容値C。例如，當頻率爲1MHz且VG爲-20V時的寄生電 容的測量値爲如下：電晶體400的電容値C爲5.50x1 (TI4F ; 電晶體401的電容値C爲5.41xl(T14F;電晶體402的電容値C 爲6.74xlO_14F ;現有結構的電晶體403的電容値C爲 9.63xl(T14F。此外，當頻率爲1MHz且VG爲0V時的寄生電 容的測量値爲如下：電晶體400的電容値C爲5. 54x1 0_14F ; 電晶體401的電容値C爲5.57Xl{r14F;電晶體402的電容値C 爲6.8 lx 1(T14F ;現有結構的電晶體403的電容値C爲 9.6 1 X 1 〇-14F。 由此可以確認到的是：電晶體400及電晶體40 1的源極 電極層（汲極電極層）與閘極電極層的重疊部分的面積大 約是現有結構的電晶體403的源極電極層（汲極電極層） 與閘極電極層的重疊部分的面積的1/2，電晶體402的源極 電極層（汲極電極層）與閘極電極層的重疊部分的面積大 約是現有結構的電晶體403的源極電極層（汲極電極層） 與閘極電極層的重疊部分的面積的3/4，並且，同樣地， 電晶體400及電晶體401的寄生電容値C大約是現有結構的 電晶體403的寄生電容値C的1/2，電晶體402的寄生電容値 C大約是現有結構的電晶體403的寄生電容値C的3/4。 從而可以確認到，藉由減少源極電極層（汲極電極層 )與閘極電極層的重疊部分的面積，可以降低寄生電容値 。此外，可以確認到，源極電極層（汲極電極層）和閘極 -37- 201203550 電極層的重疊部分的面積與在重疊部分產生的寄生電容値 是大致成比例的關係。 在下文中，根據實驗證明現有結構的電晶體403的導 通電流値與設法改變了源極電極層以及汲極電極層的形狀 的三種電晶體400、401、402的導通電流値大致相同。 在下文中示出實驗條件。在室溫爲2 5 °C、基板溫度爲 25t、在-20至20V (步長0.2Vx201步）的範圍中使VG變 化、以及VDS爲IV的條件下，使用半自動探針台（4155B )測量各電晶體的導通電流値ID ( ID是流在源極電極層和 汲極電極層之間的電流）。 圖8A和8B表示實際上測量的各電晶體的導通電流値 ID的電流特性。圖8A是將圖8B的y軸換算成對數而得到的 圖。在圖8 B中，（1 )表示A結構的電晶體4 0 0的電流特性 ，（2 )表示B結構的電晶體40 1的電流特性，（3 )表示C 結構的電晶體402的電流特性，（4 )表示現有結構的電晶 體403的電流特性。 從圖8A和8B可確認到，現有結構的電晶體403的導通 電流値與設法改變了源極電極層及汲極電極層的形狀的三 種電晶體400、401、402的導通電流値大致相同。例如， 當VG爲20V時的導通電流的測量値爲如下：（1 )的電晶 體4 0 0的電流値ID爲1 0.1 X 1 0·5 A，（ 2 )的電晶體4 0 1的電流 値ID爲9.69x 10_5A， （ 3 )的電晶體402的電流値ID爲 11·0χ10_5Α， （4)的現有結構的電晶體403的電流値ID爲 1 3 ·3 5χ 1 (Γ5Α。
S -38- 201203550 據此’可以確認到，當減少源極電極層（汲極電極層 )與閘極電極層的重疊部分的面積時，雖然導通電流値也 隨著該面積的減少而稍微降低，但其減少率僅爲幾％左右 〇 這說明在電晶體4〇〇、401、402中可以產生能補償因 爲降低寄生電容値而降低的直線電流的以圍繞各電極齒形 部分的周圍的方式流過的曲線電流。即，說明藉由將源極 (汲極）電極層的形狀從矩形改變爲梳齒狀，既使通道形 成區的寬度減少，也可以保持與減少該寬度以前相同的導 通電流値。也就是說，可以確認到，電晶體400、40 1、 4 02、以及現有結構的電晶體403的導通電流値都只依賴於 通道形成區的長度。 因此，可以確認到，在設法改變了源極電極層和汲極 電極層的形狀的電晶體中，即使降低在源極電極層（汲極 電極層）與閘極電極層的重疊部分產生的寄生電容値，也 可以大致保持導通電流値。 【圖式簡單說明】 在附圖中： 圖1 A和1 B是說明實施例1的電晶體的圖； 圖2A和2B是說明實施例1的電晶體的圖； 圖3 A和3 B是說明實施例1的電晶體的圖； 圖4A和4B是說明實施例1的電晶體的電流通路的圖； 圖5 A和5B是說明範例1的電晶體的圖； -39- 201203550 圖6A和6B是說明範例1的m晶體的圖； 圖7A至7D是示出範例1的電晶體的電容特性的圖； 圖8A和8B是示出範例1的電晶體的電流特性的圖；以 及 圖9A至9E是說明實施例2的電晶體的圖。 【主要元件符號說明】 1〇〇 :基板 1 0 2 :閘極絕緣層 1 0 6 :半導體層 1 1 1 :閘極電極層 1 1 2 :電極齒形部分 1 1 3 :電極齒形部分 1 1 4 :電極齒形部分 1 1 5 :電極齒形部分 1 1 6 :連接部分 1 2 1 :電晶體 142 :電極齒形部分 143 :電極齒形部分 144 :電極齒形部分 145 :電極齒形部分 146 :連接部分 1 5 2 :電極齒形部分 1 5 3 :電極齒形部分
S -40- 201203550 1 5 4 :電極齒形部分 1 5 5 :電極齒形部分 2 0 0 :電晶體 2 〇 1 :電晶體 2 1 2 :電極齒形部分 2 1 3 :電極齒形部分 2 1 4 :電極齒形部分 2 1 5 :電極齒形部分 2 1 6 :連接部分 222 :閘極電極層 242 :電極齒形部分 243 :電極齒形部分 244 :電極齒形部分 245 :電極齒形部分 246 :連接部分 4 0 0 :電晶體 4 0 1 :電晶體 4 0 2 :電晶體 403 :電晶體 1 0 5 a :源極電極層 105b:汲極電極層 1 0 6 b :汲極電極層 107a:源極電極層 107b:汲極電極層 201203550 205a:源極電極層 2 0 5 b:汲極電極層 206a:源極電極層 206b:汲極電極層 5 0 5 :基板 5 06 :保護絕緣層 5 0 7 :閘極絕緣層 5 1 0 :電晶體 5 1 1 :閘極電極層 5 1 6 :絕緣層 5 3 0 :氧化物半導體膜 5 3 1 :氧化物半導體層 515a:源極電極層 5 1 5 b :汲極電極層
S -42-
Claims (1)
- 201203550 七、申請專利範圍： 1.—種電晶體，包含： 形成爲梳齒狀的源極電極層，該源極電極層包括以預 定間隔隔開的相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極 齒形部分的連接部分；以及 形成爲梳齒狀的汲極電極層，該汲極電極層包括以預 定間隔隔開的相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極 齒形部分的連接部分， 其中，該源極電極層和該汲極電極層設置爲該源極電 極層的該電極齒形部分和該汲極電極的該電極齒形部分彼 此相對但不交錯。 2 .根據申請專利範圍第1項之電晶體，還包含： 閘極電極層； 與該閘極電極層接觸的閘極絕緣層；以及 隔著該閘極絕緣層與該閘極電極層重疊的半導體層， 其中，該源極電極層的端部與該半導體層接觸並且隔 著該閘極絕緣層及該半導體層與該閘極電極層重疊，以及 其中，該汲極電極層的端部與該半導體層接觸並且隔 著該閘極絕緣層及該半導體層與該閘極電極層重疊。 3 .根據申請專利範圍第2項之電晶體，其中該半導體 層包含氧化物半導體。 4.根據申請專利範圍第1項之電晶體，其中該源極電 極層的該連接部分和該閘極電極層彼此不重疊，並且其中 該汲極電極層的該連接部分和該閘極電極層彼此不重疊。 -43- 201203550 5 ·根據申請專利範圍第1項之電晶體，其中該源極電 極層的該電極齒形部分的端頭部的寬度總和是該源極電極 層的寬度的3/8至1/1，並且是該汲極電極層的寬度的3/8至 8/3。 6 ·根據申請專利範圍第1項之電晶體，其中該汲極電 極層的該電極齒形部分的端頭部的寬度總和是該汲極電極 層的寬度的3/8至1/1，並且是該源極電極層的寬度的3/8至 8/3。 7 ·根據申請專利範圍第1項之電晶體，其中該源極電 極層和該汲極電極層中的至少一方的相鄰的電極齒形部分 之間的間隔大於〇 μηι且小於或等於5 μηι。 8 .根據申請專利範圍第1項之電晶體，其中該源極電 極層的該電極齒形部分中的一個的端頭部和該汲極電極層 的該電極齒形部分中的一個的端頭部以相同長度相對。 9.—種電晶體，包含： 形成爲梳齒狀的源極電極層，該源極電極層包括以預 定間隔隔開的相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極 齒形部分的連接部分：以及 形成爲梳齒狀的汲極電極層，該汲極電極層包括以預 定間隔隔開的相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極 齒形部分的連接部分， 其中，該源極電極層和該汲極電極層設置爲該源極電 極層的該電極齒形部分和該汲極電極層的該電極齒形部分 彼此相對但不交錯，以及 -44- S 201203550 其中，該源極電極層的該電極齒形部分中的一個的端 頭部和該汲極電極層的該電極齒形部分中的一個的端頭部 以與該源極電極層的該電極齒形部分的端頭部或該汲極電 極層的該電極齒形部分的端頭部不同的長度相對。 10.根據申請專利範圍第9項之電晶體，還包含： 閘極電極層； 與該閘極電極層接觸的閘極絕緣層；以及 隔著該閘極絕緣層與該閘極電極層重疊的半導體層， 其中，該源極電極層的端部與該半導體層接觸並且隔 著該閘極絕緣層及該半導體層與該閘極電極層重疊，以及 其中，該汲極電極層的端部與該半導體層接觸並且隔 著該閘極絕緣層及該半導體層與該閘極電極層重疊。 1 L根據申請專利範圍第1 0項之電晶體，其中該半導 體層包含氧化物半導體。 1 2.根據申請專利範圍第9項之電晶體，其中該源極電 極層的該連接部分和該閘極電極層彼此不重疊，並且其中 該汲極電極層的該連接部分和該閘極電極層彼此不重疊。 1 3 .根據申請專利範圍第9項之電晶體，其中該源極電 極層的該電極齒形部分的端頭部的寬度總和是該源極電極 層的寬度的3/8至1/1，並且是該汲極電極層的寬度的3/8至 8/3。 14.根據申請專利範圍第9項之電晶體，其中該汲極電 極層的該電極齒形部分的端頭部的寬度總和是該汲極電極 層的寬度的3/8至1Π，並且是該源極電極層的寬度的3/8至 -45- 201203550 8/3。 15. 根據申請專利範圍第9項之電晶體，其中該源極電 極層和該汲極電極層中的至少一方的相鄰的電極齒形部分 之間的間隔大於〇μηι且小於或等於5μιη。 16. —種電晶體，包含： 形成爲梳齒狀的源極電極層，該源極電極層包括以預 定間隔隔開的相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極 齒形部分的連接部分；以及 汲極電極層， 其中，該源極電極層和該汲極電極層設置爲該源極電 極層的該電極齒形部分和該汲極電極層彼此相對》 17. 根據申請專利範圍第16項之電晶體，還包含： 閘極電極層； 與該閘極電極層接觸的閘極絕緣層；以及 隔著該閘極絕緣層與該閘極電極層重疊的半導體層， 其中，該源極電極層的端部與該半導體層接觸並且隔 著該閘極絕緣層及該半導體層與該閘極電極層重疊，以及 其中，該汲極電極層的端部與該半導體層接觸並且隔 著該閘極絕緣層及該半導體層與該閘極電極層重疊。 1 8 .根據申請專利範圍第1 7項之電晶體，其中該半導 體層包含氧化物半導體》 1 9 .根據申請專利範圍第1 6項之電晶體，其中該源極 電極層的該連接部分和該閘極電極層彼此不重疊。 20.根據申請專利範圍第16項之電晶體，其中該源極 -46 - S 201203550 電極層的該電極齒形部分的端頭部的寬度總和是該源極電 極層的寬度的3/8至1/1，並且是該汲極電極層的寬度的3/8 至 8/3。 2 1 .根據申請專利範圍第1 6項之電晶體，其中該源極 電極層的相鄰的電極齒形部分之間的間隔大於〇 μιη且小於 或等於5 μ m。 22 ·根據申請專利範圍第1 6項之電晶體，其中與該源 極電極層相對的該汲極電極層的端部的整體是直的。 23. —種電晶體，包含： 形成爲梳齒狀的汲極電極層，該汲極電極層包括以預 定間隔隔開的相鄰設置的電極齒形部分和用於連接該電極 齒形部分的連接部分；以及 源極電極層， 其中，該源極電極層和該汲極電極層設置爲該源極電 極層和該汲極電極的該電極齒形部分彼此相對。 24. 根據申請專利範圍第23項之電晶體，還包含： 閘極電極層； 與該閘極電極層接觸的閘極絕緣層；以及 隔著該閘極絕緣層與該閘極電極層重疊的半導體層， 其中，該源極電極層的端部與該半導體層接觸並且隔 著該閘極絕緣層及該半導體層與該閘極電極層重疊，以及 其中，該汲極電極層的端部與該半導體層接觸並且隔 著該閘極絕緣層及該半導體層與該閘極電極層重疊。 25. 根據申請專利範圍第24項之電晶體，其中該半導 -47- 201203550 體層包含氧化物半導體。 2 6 .根據申請專利範圍第2 3項之電晶體’其中該汲極 電極層的該連接部分與該閘極電極層彼此不重疊。 2 7 .根據申請專利範圍第2 3項之電晶體’其中該汲極 電極層的該電極齒形部分的端頭部的寬度總和是該汲極電 極層的寬度的3/8至1/1，並且是該源極電極層的寬度的3/8 至 8/3。 2 8 .根據申請專利範圍第2 3項之電晶體，其中該汲極 電極層的相鄰的電極齒形部分之間的間隔大於〇μηι且小於 或等於5 μηι。 2 9.根據申請專利範圍第23項之電晶體，其中與該汲 極電極層相對的該源極電極層的端部的整體是直的。 30.—種電晶體，包含： 閘極電極層； 與該閘極電極層相鄰的閘極絕緣層： 隔著該閘極絕緣層與該閘極電極層相鄰的半導體層， 與該半導體層電接觸的源極電極層；以及 與該半導體層電接觸的汲極電極層， 其中，該源極電極層和該汲極電極層中的至少一方至 少具有第一內側端部和第二內側端部，該第一內側端部及 該第二內側端部各與該源極電極層和該汲極電極層中的另 一方相對， 其中’與該第二內側端部相比，該第一內側端部更接 近於該源極電極層和該汲極電極層中的該另一方，以及 S 48 - 201203550 其中，該第一內側端部與該閘極電極層重疊，並且該 第二內側端部與該閘極電極層不重疊。 3 1 ·根據申請專利範圍第3 0項之電晶體，其中該半導 體層包含氧化物半導體。 3 2 .根據申請專利範圍第3 0項之電晶體，其中該源極 電極層和該汲極電極層中的該一方的該第一內側端部的寬 度是該源極電極層和該汲極電極層中的該一方的寬度的 3/8至1/1，並且是該源極電極層和該汲極電極層中的該另 —方的寬度的3/8至8/3。 3 3 ·根據申請專利範圍第3 〇項之電晶體，其中該第二 內側端部的寬度大於0 μ m且小於或等於5 μ m。 -49-
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