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TWI518782B - 垂直電晶體及其製造方法 - Google Patents

垂直電晶體及其製造方法 Download PDF

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TWI518782B
TWI518782B TW102133191A TW102133191A TWI518782B TW I518782 B TWI518782 B TW I518782B TW 102133191 A TW102133191 A TW 102133191A TW 102133191 A TW102133191 A TW 102133191A TW I518782 B TWI518782 B TW I518782B
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insulating layer
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oxygen concentration
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葉佳俊
陳蔚宗
徐振航
辛哲宏
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元太科技工業股份有限公司
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Description

垂直電晶體及其製造方法
本案是有關於一種電子元件及其製造方法。特別是有關於一種垂直電晶體及其製造方法。
隨著電子科技的快速進展，電晶體已被廣泛地應用在各式電子裝置中，如電腦、行動電話或顯示器等。
在典型的平面電晶體(planar transistor)的製程中，電晶體的通道長度(channel length)受限於機台的能力，故無法被進一步地縮小。如此一來，將使電晶體的特性(例如是驅動電流(drive current))無法進一步獲得提昇，並使得應用此電晶體的電子裝置之操作速度因而受限。
是以，如何進一步縮小電晶體的通道長度，以提昇電晶體的特性為本領域中的重要議題。
本發明的一態樣提供一種垂直電晶體的製造方法。根據本發明一實施例，該製造方法包括：形成一第一 圖案化導電層於一基板上；形成一圖案化金屬氧化物層於該第一圖案化導電層上，該圖案化金屬氧化物層包括一第一圖案化絕緣層、一第二圖案化絕緣層以及一第二圖案化導電層，該第二圖案化導電層介於該第一圖案化絕緣層與該第二圖案化絕緣層之間；形成一半導體層；以及形成一第三圖案化導電層，其中該半導體層位於該第一圖案化導電層與該第三圖案化導電層之間，其中該第一圖案化絕緣層、該第二圖案化絕緣層以及該第二圖案化導電層以同一金屬氧化物材料形成，且該第二圖案化導電層的氧濃度與該第一圖案化絕緣層以及該第二圖案化絕緣層的氧濃度不同。
根據本發明一實施例，形成該圖案化金屬氧化物層於該第一圖案化導電層上的步驟包括：在一第一氧流量(flow rate of oxygen)下，形成一第一絕緣材料層於該第一圖案化導電層上；在一第二氧流量下，形成一導電材料層於該第一絕緣材料層上；在一第三氧流量下，形成一第二絕緣材料層於該導電材料層上，其中該第二氧流量不同於該第一氧流量與該第三氧流量；以及圖案化該第一絕緣材料層、該導電材料層以及該第二絕緣材料層，以各別形成該第一圖案化絕緣層、該第二圖案化導電層以及該第二圖案化絕緣層。
根據本發明一實施例，其中該第二圖案化導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層與該第二圖案化絕緣層的氧濃度。
根據本發明一實施例，其中該第二氧流量的氧濃度介於0%至2%之間，且第一氧流量與該第三氧流量的氧濃度大於5%。
本發明的另一態樣提供一種垂直電晶體。根據本發明一實施例，該垂直電晶體包括一第一圖案化導電層、一圖案化金屬氧化物層、一半導體層以及一第三圖案化導電層。該第一圖案化導電層形成於一基板上。該圖案化金屬氧化物層形成於該第一圖案化導電層上。該圖案化金屬氧化物層包括一第一圖案化絕緣層、一第二圖案化絕緣層以及一第二圖案化導電層。該第二圖案化導電層介於該第一圖案化絕緣層以及該第二圖案化絕緣層之間。該半導體層位於該第一圖案化導電層與該第三圖案化導電層之間。該第一圖案化絕緣層、該第二圖案化絕緣層以及該第二圖案化導電層以同一金屬氧化物材料形成，且該第二圖案化導電層的氧濃度與該第一圖案化絕緣層以及該第二圖案化絕緣層的氧濃度不同。
根據本發明一實施例，其中該第二圖案化導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層與該第二圖案化絕緣層的氧濃度。
本發明的又一態樣提供一種垂直電晶體的製造方法。根據本發明一實施例，該製造方法包括：形成一圖案化金屬氧化物層於一基板上，該圖案化金屬氧化物層包括一第一圖案化導電層以及一第一圖案化絕緣層；形成一圖案化金屬層於該第一圖案化絕緣層上，該圖案化金屬層包 括一第二圖案化導電層與一第二圖案化絕緣層，其中該第二圖案化導電層位於該第一圖案化絕緣層上，且該第二圖案化絕緣層位於該第二圖案化導電層上；形成一半導體層；以及形成一第三圖案化導電層，其中該半導體層位於該圖案化金屬氧化物層與該第三圖案化導電層之間。該第一圖案化導電層以及該第一圖案化絕緣層以同一金屬氧化物材料形成，且該第一圖案化導電層的氧濃度與該第一圖案化絕緣層的氧濃度不同。
根據本發明一實施例，形成該圖案化金屬氧化物層於該基板上的步驟包括：在一第一氧流量下，形成一導電材料層於該基板上；在一第二氧流量下，形成一絕緣材料層於該導電材料層，其中該第二氧流量不同於該第一氧流量；以及圖案化該導電材料層以及該絕緣材料層，以各別形成該第一圖案化導電層以及該第一圖案化絕緣層。
根據本發明一實施例，其中該第一圖案化導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層的氧濃度。
根據本發明一實施例，其中該第二氧流量的氧濃度大於5%，且該第一氧流量的氧濃度介於0%至2%之間。
根據本發明一實施例，其中形成該圖案化金屬層的步驟包括：形成一金屬材料層於該第一圖案化絕緣層上；圖案化該金屬材料層，以形成該第二圖案化導電層，並暴露該第一圖案化絕緣層的一對應區域；鈍化(passivate)圖案化後的該金屬材料層的一表層，以形成該第二圖案化絕緣層；以及在圖案化該金屬材料層的過程中及/或在鈍化 圖案化後的該金屬材料層的該表層的過程中，降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
根據本發明一實施例，其中圖案化該金屬材料層的步驟更包括：乾蝕刻該金屬材料層，並在乾蝕刻該金屬材料層的過程中，降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
根據本發明一實施例，其中鈍化圖案化後的該金屬材料層的該表層的步驟更包括：氮化圖案化後的該金屬材料層的該表層，並在氮化圖案化後的該金屬材料層的該表層的過程中，降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
根據本發明一實施例，其中形成該圖案化金屬層的步驟包括：形成一金屬材料層於該第一圖案化絕緣層上；鈍化該金屬材料層的一表層；圖案化具有鈍化後的該表層之該金屬材料層，以形成該第二圖案化導電層與該第二圖案化絕緣層，並暴露該第一圖案化絕緣層的一對應區域；以及在圖案化該金屬材料層的過程中，降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
根據本發明一實施例，其中圖案化具有鈍化後的該表層之該金屬材料層的步驟包括：乾蝕刻具有鈍化後的該表層之該金屬材料層，並在乾蝕刻具有鈍化後的該表層之該金屬材料層的過程中降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
本發明的又一態樣提供一種垂直電晶體。根據本 發明一實施例，該垂直電晶體包括：一圖案化金屬氧化物層、一圖案化金屬層、一半導體層以及一第三圖案化導電層。該圖案化金屬氧化物層形成於一基板上。該圖案化金屬氧化物層包括一第一圖案化導電層以及一第一圖案化絕緣層。該圖案化金屬層形成於該第一圖案化絕緣層上。該圖案化金屬層包括一第二圖案化導電層以及一第二圖案化絕緣層。該第二圖案化導電層位於該第一圖案化絕緣層上。該第二圖案化絕緣層位於該第二圖案化導電層上。該半導體層位於該圖案化金屬氧化物層與該第三圖案化導電層之間。該第一圖案化導電層以及該第一圖案化絕緣層以同一金屬氧化物材料形成，且該第一圖案化導電層的氧濃度與該第一圖案化絕緣層的氧濃度不同。
根據本發明一實施例，其中該第一圖案化導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層的氧濃度。
根據本發明一實施例，其中該圖案化金屬氧化物層更包括一延伸導電層。該延伸導電層形成於該第一圖案化導電層上，並接觸該第一圖案化絕緣層。該延伸導電層係以相同於形成該第一圖案化導電層與該第一圖案化絕緣層的金屬氧化物材料所形成，且該延伸導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層的氧濃度。
綜上所述，透過應用上述一實施例，可實現一種垂直電晶體。垂直電晶體的通道長度(例如是第一圖案化導電層與第三圖案化導電層的間距)主要由半導體層的厚度決定，故可被有效縮短。此外，由於金屬氧化物具有在不同 氧濃度下可分別為導體與絕緣體的特性，故藉由以具有不同氧濃度的金屬氧化物形成垂直電晶體的導電層與絕緣層，可簡化垂直電晶體的製程，以提高垂直電晶體的製造效率。
100‧‧‧垂直電晶體
110‧‧‧基板
120‧‧‧第一圖案化導電層
130‧‧‧圖案化金屬氧化物層
130a‧‧‧金屬氧化物材料層
132‧‧‧第一圖案化絕緣層
134‧‧‧第二圖案化導電層
136‧‧‧第二圖案化絕緣層
140‧‧‧半導體層
150‧‧‧第三圖案化導電層
200‧‧‧垂直電晶體
210‧‧‧基板
220‧‧‧圖案化金屬氧化物層
222‧‧‧第一圖案化導電層
224‧‧‧第一圖案化絕緣層
224a‧‧‧對應區域
230‧‧‧圖案化金屬層
230a‧‧‧金屬材料層
230b‧‧‧金屬材料層
230c‧‧‧金屬材料層
232‧‧‧第二圖案化導電層
234‧‧‧第二圖案化絕緣層
240‧‧‧半導體層
250‧‧‧第三圖案化導電層
260‧‧‧延伸導電層
SF‧‧‧表層
IN‧‧‧裡層
第1a圖至第1c圖為根據本發明第一實施例繪示一種垂直電晶體的製作流程的示意圖；第2a圖至第2d圖為根據本發明第二實施例所繪示的垂直電晶體的製作流程的示意圖；以及第3a圖至第3b圖為根據本發明第三實施例所繪示的垂直電晶體的製作流程的示意圖。
以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本揭示內容之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭示內容之較佳實施例後，當可由本揭示內容所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭示內容之精神與範圍。
關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本案，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
關於本文中所使用之方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使 用的方向用語是用來說明並非用來限制本創作。
關於本文中所使用之『形成於…之上』、『位於…之上』等等，可指一元件直接或間接地形成於或位於另一元件之上。
關於本文中所使用之『及/或』，係包括所述事物的任一或全部組合。
關於本文中所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。
本發明的一實施態樣為一種垂直電晶體的製造方法。本實施態樣可包括以下第一、第二、第三實施例，但不以此為限。
第一實施例
第1a圖至第1c圖為根據本發明第一實施例繪示一種垂直電晶體100的製作流程的示意圖。首先，如第1a圖所示，在一第一步驟中，可形成一第一圖案化導電層120於一基板110上。第一圖案化導電層120可包括垂直電晶體100的射極(emitter electrode)。基板110可以是硬式基板或是可撓式基板。硬式基板可由玻璃、石英或矽晶圓等適當材質所實現。可撓式基板可由塑膠、金屬箔(metal foil)或紙等適當材質所實現。第一圖案化導電層120可由金屬、複合金屬、金屬膠材、透明導電氧化物、導電高分子及/或 其它適當導電材料所實現。第一圖案化導電層120例如可用物理氣相沈積(physical vapor deposition，PVD)製程或印刷方式，如網印(screen printing)、噴墨印刷(inkjet printing)等方式所形成。
接著，如第1a、1b圖所示，在一第二步驟中，可形成一圖案化金屬氧化物層130於第一圖案化導電層120上。圖案化金屬氧化物層130可包括第一圖案化絕緣層132、第二圖案化導電層134以及第二圖案化絕緣層136。第一圖案化絕緣層132可包括垂直電晶體100的基極(base electrode)的一第一絕緣層，位於基極之下，第二圖案化導電層134可包括垂直電晶體100的基極。第二圖案化絕緣層136可包括垂直電晶體100的基極的一第二絕緣層，，位於基極之上。
在本實施例中，形成圖案化金屬氧化物層130的步驟可包括以下兩步驟。首先，形成一金屬氧化物材料層130a於第一圖案化導電層120上。其中金屬氧化物材料層130a包括一第一絕緣材料層132a、一導電材料層134a以及一第二絕緣材料層136a。接著，圖案化金屬氧化物材料層130a中的第一絕緣材料層132a、導電材料層134a以及第二絕緣材料層136a，以各別形成第一圖案化絕緣層132、第二圖案化導電層134以及第二圖案化絕緣層136。金屬氧化物材料層130a例如可用物理氣相沈積製程所形成。圖案化金屬氧化物層130例如可透過對金屬氧化物材料層130a進行微影與蝕刻製程形成。
由於金屬氧化物具有在高氧濃度(或稱氧含量)下為絕緣體，在低氧濃度下為導體的特性，故藉由改變形成金屬氧化物材料層130a的製作過程中的氧流量(flow rate of oxygen)，可連續地形成(例如是沉積)金屬氧化物材料層130a中的第一絕緣材料層132a、導電材料層134a以及第二絕緣材料層136a。藉此，垂直電晶體100的製程可被簡化。
在一實施例中，第一絕緣材料層132a係在第一氧流量(例如是高氧流量，濃度範圍大於5%)下，形成於第一圖案化導電層120上。導電材料層134a係在第二氧流量(例如是低氧流量，濃度範圍介於0%至2%之間)下，形成於第一絕緣材料層132a上。第二絕緣材料層136a係在第三氧流量(例如是高氧流量，範圍與上述第一氧流量相同)下，形成於導電材料層134a上。
如此一來，第一圖案化絕緣層132、第二圖案化導電層134以及第二圖案化絕緣層136皆以同一金屬氧化物材料形成。第二圖案化導電層134的氧濃度與第一圖案化絕緣層132以及第二圖案化絕緣層136的氧濃度不同，即是，第二圖案化導電層134的氧濃度低於第一圖案化絕緣層132以及第二圖案化絕緣層136的氧濃度。
在一實施例中，在第一圖案化絕緣層132、第二圖案化導電層134以及第二圖案化絕緣層136皆以氧化銦鎵鋅(Indium gallium zinc oxide，IGZO)形成，第一圖案化絕緣層132與第二圖案化絕緣層136的氧化銦鎵鋅的氧濃度大於第二圖案化導電層134的氧化銦鎵鋅的氧濃度。
此外，在本實施例中，第一圖案化絕緣層132、第二圖案化導電層134以及第二圖案化絕緣層136，舉例而言，可用氧化銦鎵鋅、氧化銦鋅(Indium zinc oxide，IZO)、氧化鋅(zinc oxide，ZnO)等金屬氧化物材料所實現。
接著，如第1c圖所示，在一第三步驟中，可形成一半導體層140於第一圖案化導電層120以及第二圖案化絕緣層136上，作為垂直電晶體100的半導體通道。半導體層140可用有機半導體材料所實現，例如，有機小分子、有機高分子、或有機小分子及有機高分子之混合物。
接著，在一第四步驟中，可形成一第三圖案化導電層150於半導體層140上，使得半導體層140位於第一圖案化導電層120與第三圖案化導電層150之間。第三圖案化導電層150可包括垂直電晶體100的集極(collector electrode)。第三圖案化導電層150可由金屬、複合金屬、金屬膠材、透明導電氧化物、導電高分子及/或其它適當導電材料所實現。第三圖案化導電層150例如可用物理氣相沈積製程或印刷方式，如網印(screen printing)、噴墨印刷(inkjet printing)等方式所形成。
透過上述的製造方法，即可實現垂直電晶體100。相較於傳統的平面電晶體，垂直電晶體100的通道長度(例如是第一圖案化導電層120與第三圖案化導電層150的間距)主要由半導體層140的厚度決定，故可被有效縮短。此外，相較於用不同材料分別製備第一絕緣材料層132a、導電材料層134a以及第二絕緣材料層136a，藉由以具有不同 氧濃度的同一金屬氧化物材料連續地形成第一絕緣材料層132a、導電材料層134a以及第二絕緣材料層136a，可簡化垂直電晶體100的製程，並提高垂直電晶體100的製造效率。
第二實施例
第2a圖至第2d圖為根據本發明第二實施例所繪示的垂直電晶體200的製作流程的示意圖。首先，如第2a圖所示，在一第一步驟中，形成一圖案化金屬氧化物層220於一基板210上。圖案化金屬氧化物層220包括一第一圖案化導電層222以及一第一圖案化絕緣層224。第一圖案化導電層222可包括垂直電晶體200的射極。第一圖案化絕緣層224可包括垂直電晶體200的基極的一第一絕緣層，位於基極之下。
在本實施例中，形成圖案化金屬氧化物層220的步驟可包括以下兩步驟。首先，形成一金屬氧化物材料層於基板210上，其中金屬氧化物材料層包括一導電材料層以及一絕緣材料層。接著，圖案化金屬氧化物材料層中的導電材料層以及絕緣材料層，以各別形成第一圖案化導電層222以及第一圖案化絕緣層224。金屬氧化物材料層例如可用物理氣相沈積製程所形成。圖案化金屬氧化物層220例如可透過對金屬氧化物材料層進行蝕刻與微影製程形成。
由於金屬氧化物具有在高氧濃度下為絕緣體，在低氧濃度下為導體的特性，故藉由改變形成金屬氧化物材 料層的製作過程中的氧流量，可連續地形成(例如是沉積)金屬氧化物材料層中的導電材料層以及絕緣材料層。藉此，垂直電晶體200的製程可被簡化。
在一實施例中，前述導電材料層係在第一氧流量(例如是低氧流量，濃度範圍介於0%至2%之間)下，形成於基板210上。前述絕緣材料層係在第二氧流量(例如是高氧流量，濃度範圍大於5%)下，形成於導電材料層上。
如此一來，第一圖案化導電層222以及第一圖案化絕緣層224皆以同一金屬氧化物材料形成。第一圖案化導電層222的氧濃度與第一圖案化絕緣層224的氧濃度不同，即是，第一圖案化導電層222的氧濃度低於第一圖案化絕緣層224的氧濃度。
在一實施例中，在第一圖案化導電層222以及第一圖案化絕緣層224皆以氧化銦鎵鋅形成，第一圖案化導電層222的氧化銦鎵鋅的氧濃度小於第一圖案化絕緣層224的氧化銦鎵鋅的氧濃度。
此外，在本實施例中，第一圖案化導電層222以及第一圖案化絕緣層224，舉例而言，可用氧化銦鎵鋅、氧化銦鋅、氧化鋅等金屬氧化物所實現。另一方面，基板210的材質可參照第一實施例，在此不贅述。
接著，如第2a-2c圖所示，在一第二步驟中，形成圖案化金屬層230於第一圖案化絕緣層224上。圖案化金屬層230包括一第二圖案化導電層232與一第二圖案化絕緣層234。第二圖案化導電層232位於第一圖案化絕緣層 224上，且第二圖案化絕緣層234位於第二圖案化導電層232上。
在本實施例中，第二圖案化導電層232包括垂直電晶體200的基極。第二圖案化絕緣層234包括垂直電晶體200的基極的一第二絕緣層，位於基極之上。
具體而言，在本實施例中，形成圖案化金屬層230的步驟包括以下第一子步驟至第三子步驟。
首先，特別參照第2a圖，在一第一子步驟中，可形成一金屬材料層230a於第一圖案化絕緣層224上。金屬材料層230a可包括一表層(surface layer)SF以及一裡層(inner layer)IN。金屬材料層230a例如可用物理氣相沈積製程所形成。
接著，特別參照第2b圖，在一第二子步驟中，可圖案化此一金屬材料層230a，以形成圖案化後的金屬材料層230b，並暴露第一圖案化絕緣層224的一對應區域224a。此時，圖案化後的金屬材料層230b的裡層IN即是第二圖案化導電層232。圖案化金屬材料層230a的方式例如可透過微影與蝕刻製程。
而後，特別參照第2c圖，在一第三子步驟中，可鈍化(passivate)前述圖案化後的金屬材料層230b的表層SF，以形成第二圖案化絕緣層234。鈍化前述圖案化後的金屬材料層230b的表層SF的方式，舉例而言，可以是氧化或氮化。
在本實施例中，在進行上述第二子步驟及/或第三 子步驟的過程中，可降低第一圖案化絕緣層224的對應區域224a的氧濃度，以使對應區域224a由絕緣體轉化為導體，成為圖案化金屬氧化物層220中的一延伸導電層260。
舉例而言，在上述第二子步驟中，可透過例如是電漿(plasma)乾蝕刻金屬材料層230a，並在乾蝕刻金屬材料層230a的過程中，透過電漿降低第一圖案化絕緣層224的對應區域224a的氧濃度，以使對應區域224a由絕緣體轉化為導體，成為延伸導電層260。
又舉例而言，在上述第三子步驟中，可氮化前述圖案化後的金屬材料層230b的表層SF，並在氮化前述圖案化後的金屬材料層230b的表層SF的過程中，降低第一圖案化絕緣層224的對應區域224a的氧濃度，以使對應區域224a成為延伸導電層260。
當注意到，在一實施例中，係可先以電漿乾蝕刻金屬材料層230a並接著再氮化圖案化後的金屬材料層230b的表層SF，以進一步降低第一圖案化絕緣層224的對應區域224a的氧濃度。
另一方面，由於延伸導電層260係由第一圖案化絕緣層224的對應區域224a轉化而成，因此延伸導電層260亦形成於第一圖案化導電層222上，並接觸第一圖案化絕緣層224。延伸導電層260係以相同於形成第一圖案化導電層222與第一圖案化絕緣層224的金屬氧化物材料所形成，且延伸導電層260的氧濃度低於第一圖案化絕緣層224的氧濃度。
而後，參照第2d圖，在一第三步驟中，可形成一半導體層240於圖案化金屬氧化物層220中的延伸導電層260以及第二圖案化絕緣層234上，作為垂直電晶體200的通道。接著，在一第四步驟中，可形成一第三圖案化導電層250於半導體層240上，亦即，半導體層240位於圖案化金屬氧化物層220與第三圖案化導電層250之間。第三圖案化導電層250可包括垂直電晶體200的集極。關於以上形成半導體層240以及其中第三圖案化導電層250的細節可參照前一實施態樣，在此不贅述。
透過上述的製造方法，即可實現垂直電晶體200。相較於傳統的平面電晶體，垂直電晶體200的通道長度(例如是延伸導電層260與第三圖案化導電層250的間距)主要由半導體層240的厚度決定，故可被有效縮短。此外，相較於用不同材料分別製備電晶體的導電層與絕緣層，藉由上述的做法，可簡化垂直電晶體200的製程，以提高垂直電晶體200的製造效率。
第三實施例
以下將透過第三實施例，提供垂直電晶體200的另一種製造方法。本實施例中的製造方法大致與第二實施例相似，不同之處僅在於形成圖案化金屬層230的步驟。故在以下段落中，相同的部份在此不贅述。
在本實施例中，形成圖案化金屬層230的步驟包括以下第一子步驟至第三子步驟。
首先，仍參照第2a圖，在一第一子步驟中，可形 成一金屬材料層230a於第一圖案化絕緣層224上。金屬材料層230a的具體細節可參照上述第二實施例，故在此不贅述。
接著，可參照第3a圖，在一第二子步驟中，可鈍化金屬材料層230a的表層SF，以形成具有鈍化後的表層SF之金屬材料層230c。鈍化金屬材料層230a的表層SF的方式，舉例而言，可以是氧化或氮化。
而後，可參照第3b圖，在一第三子步驟中，可圖案化前述具有鈍化後的表層SF之金屬材料層230c，以形成第二圖案化導電層232與第二圖案化絕緣層234，並暴露第一圖案化絕緣層224的一對應區域224a。在本子步驟中，第二圖案化導電層232係透過圖案化前述具有鈍化後的表層SF之金屬材料層230c的裡層IN形成，第二圖案化絕緣層234係透過圖案化前述具有鈍化後的表層SF之金屬材料層230c的表層SF形成。
此外，在本實施例中，在圖案化前述具有鈍化後的表層SF之金屬材料層230c的過程中，可降低第一圖案化絕緣層224的對應區域224a的氧濃度。舉例而言，在上述第三子步驟中，可透過例如是電漿乾蝕刻前述具有鈍化後的表層SF之金屬材料層230c，並在乾蝕刻前述具有鈍化後的表層SF之金屬材料層230c的過程中，透過電漿降低第一圖案化絕緣層224的對應區域224a的氧濃度，以使對應區域224a由絕緣體轉化為導體，成為延伸導電層260。
透過上述的製造方法，即可以另一種方式實現垂 直電晶體200。相較於用不同材料分別製備電晶體的導電層與絕緣層，藉由上述的做法，，可簡化垂直電晶體200的製程，以提高垂直電晶體200的製造效率。
綜上所述，本案的一實施態樣提供一種垂直電晶體100/200的製造方法。製造方法包括以下步驟：形成一第一圖案化導電層120/222於一基板110/210上；形成一第一圖案化絕緣層132/224於第一圖案化導電層120/222上；形成一第二圖案化導電層134/232於第一圖案化絕緣層132/224上；形成一第二圖案化絕緣層136/234於第二圖案化導電層134/232上；形成一半導體層140/240；以及形成一第三圖案化導電層150/250，其中半導體層140/240位於第一圖案化導電層120/222與第三圖案化導電層150/250之間。第一圖案化絕緣層132、第二圖案化絕緣層136以及第二圖案化導電層134以同一金屬氧化物材料形成，且第二圖案化導電層134的氧濃度與第一圖案化絕緣層132以及第二圖案化絕緣層136的氧濃度不同；或者第一圖案化導電層222以及第一圖案化絕緣層224以同一金屬氧化物材料形成，且第一圖案化導電層222的氧濃度與第一圖案化絕緣層224的氧濃度不同。
透過如上的方法，可提高垂直電晶體100/200的製造效率。
另一方面，本案的另一實施態樣提供第1c圖中所示的垂直電晶體100。垂直電晶體100包括基板110、第一圖案化導電層120、圖案化金屬氧化物層130、半導體層140 以及第三圖案化導電層150。第一圖案化導電層120形成於基板110上。圖案化金屬氧化物層130形成於第一圖案化導電層120上。圖案化金屬氧化物層130包括第一圖案化絕緣層132、第二圖案化絕緣層136以及第二圖案化導電層134。第二圖案化導電層134介於第一圖案化絕緣層132以及第二圖案化絕緣層136之間。半導體層140位於第一圖案化導電層120與第三圖案化導電層150之間。第一圖案化絕緣層132、第二圖案化絕緣層136以及第二圖案化導電層134以同一金屬氧化物材料形成，且第二圖案化導電層134的氧濃度與第一圖案化絕緣層132以及第二圖案化絕緣層136的氧濃度不同。本實施態樣中的具體細節可參照上述第一實施例，在此不贅述。
再者，本案的又一實施態樣中的另一實施例提供第2d圖中所示的垂直電晶體200。垂直電晶體200包括基板210、圖案化金屬氧化物層220、圖案化金屬層230、半導體層240以及第三圖案化導電層250。圖案化金屬氧化物層220形成於基板210上。圖案化金屬氧化物層220包括第一圖案化導電層222以及第一圖案化絕緣層224。圖案化金屬層230形成於第一圖案化絕緣層224上。圖案化金屬層230包括第二圖案化導電層232以及第二圖案化絕緣層234。第二圖案化導電層232位於第一圖案化絕緣層224上。第二圖案化絕緣層234位於第二圖案化導電層232上。半導體層240位於圖案化金屬氧化物層220與第三圖案化導電層250之間。第一圖案化導電層222以及第一圖案化 絕緣層224以同一金屬氧化物材料形成，且第一圖案化導電層222的氧濃度與第一圖案化絕緣層224的氧濃度不同。本實施態樣中的具體細節可參照上述第二實施例或第三實施例，在此不贅述。
雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧垂直電晶體
110‧‧‧基板
120‧‧‧第一圖案化導電層
130‧‧‧圖案化金屬氧化物層
132‧‧‧第一圖案化絕緣層
134‧‧‧第二圖案化導電層
136‧‧‧第二圖案化絕緣層
140‧‧‧半導體層
150‧‧‧第三圖案化導電層

Claims (18)

  1. 一種垂直電晶體的製造方法，包括：形成一第一圖案化導電層於一基板上；形成一圖案化金屬氧化物層於該第一圖案化導電層上，該圖案化金屬氧化物層包括一第一圖案化絕緣層、一第二圖案化絕緣層以及一第二圖案化導電層，該第二圖案化導電層介於該第一圖案化絕緣層與該第二圖案化絕緣層之間；形成一半導體層；以及形成一第三圖案化導電層，其中該半導體層位於該第一圖案化導電層與該第三圖案化導電層之間，其中該第一圖案化絕緣層、該第二圖案化絕緣層以及該第二圖案化導電層以同一金屬氧化物材料形成，且該第二圖案化導電層的氧濃度與該第一圖案化絕緣層以及該第二圖案化絕緣層的氧濃度不同。
  2. 如請求項1所述的製造方法，其中形成該圖案化金屬氧化物層於該第一圖案化導電層上的步驟包括：在一第一氧流量(flow rate of oxygen)下，形成一第一絕緣材料層於該第一圖案化導電層上；在一第二氧流量下，形成一導電材料層於該第一絕緣材料層上；在一第三氧流量下，形成一第二絕緣材料層於該導電 材料層上，其中該第二氧流量不同於該第一氧流量與該第三氧流量；以及圖案化該第一絕緣材料層、該導電材料層以及該第二絕緣材料層，以各別形成該第一圖案化絕緣層、該第二圖案化導電層以及該第二圖案化絕緣層。
  3. 如請求項1所述的製造方法，其中該第二圖案化導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層與該第二圖案化絕緣層的氧濃度。
  4. 如請求項2所述的製造方法，其中該第二氧流量的氧濃度介於0%至2%之間。
  5. 一種垂直電晶體，包括：一基板；一第一圖案化導電層，形成於該基板上；一圖案化金屬氧化物層形成於該第一圖案化導電層上，包括一第一圖案化絕緣層、一第二圖案化絕緣層以及一第二圖案化導電層，該第二圖案化導電層介於該第一圖案化絕緣層與該第二圖案化絕緣層之間；一半導體層；以及一第三圖案化導電層，其中該半導體層位於該第一圖案化導電層與該第三圖案化導電層之間，其中該第一圖案化絕緣層、該第二圖案化絕緣層以及 該第二圖案化導電層以同一金屬氧化物材料形成，且該第二圖案化導電層的氧濃度與該第一圖案化絕緣層以及該第二圖案化絕緣層的氧濃度不同。
  6. 如請求項5所述的垂直電晶體，其中該第二圖案化導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層與該第二圖案化絕緣層的氧濃度。
  7. 一種垂直電晶體的製造方法，包括：形成一圖案化金屬氧化物層於一基板上，該圖案化金屬氧化物層包括一第一圖案化導電層以及一第一圖案化絕緣層；形成一圖案化金屬層於該第一圖案化絕緣層上，該圖案化金屬層包括一第二圖案化導電層與一第二圖案化絕緣層，其中該第二圖案化導電層位於該第一圖案化絕緣層上，且該第二圖案化絕緣層位於該第二圖案化導電層上；形成一半導體層；以及形成一第三圖案化導電層，其中該半導體層位於該圖案化金屬氧化物層與該第三圖案化導電層之間，其中該第一圖案化導電層以及該第一圖案化絕緣層以同一金屬氧化物材料形成，且該第一圖案化導電層的氧濃度與該第一圖案化絕緣層的氧濃度不同。
  8. 如請求項7所述的製造方法，其中形成該圖案化金 屬氧化物層於該基板上的步驟包括：在一第一氧流量下，形成一導電材料層於該基板上；在一第二氧流量下，形成一絕緣材料層於該導電材料層，其中該第二氧流量不同於該第一氧流量；以及圖案化該導電材料層以及該絕緣材料層，以各別形成該第一圖案化導電層以及該第一圖案化絕緣層。
  9. 如請求項7所述的製造方法，其中該第一圖案化導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層的氧濃度。
  10. 如請求項7所述的製造方法，其中該第一氧流量的氧濃度介於0%至2%之間。
  11. 如請求項7所述的製造方法，其中形成該圖案化金屬層的步驟包括：形成一金屬材料層於該第一圖案化絕緣層上；圖案化該金屬材料層，以形成該第二圖案化導電層，並暴露該第一圖案化絕緣層的一對應區域；鈍化(passivate)圖案化後的該金屬材料層的一表層，以形成該第二圖案化絕緣層；以及在圖案化該金屬材料層的過程中及/或在鈍化圖案化後的該金屬材料層的該表層的過程中，降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
  12. 如請求項11所述的製造方法，其中圖案化該金屬材料層的步驟更包括：乾蝕刻該金屬材料層，並在乾蝕刻該金屬材料層的過程中，降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
  13. 如請求項11所述的製造方法，其中鈍化圖案化後的該金屬材料層的該表層的步驟更包括：氮化圖案化後的該金屬材料層的該表層，並在氮化圖案化後的該金屬材料層的該表層的過程中，降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
  14. 如請求項7所述的製造方法，其中形成該圖案化金屬層的步驟包括：形成一金屬材料層於該第一圖案化絕緣層上；鈍化該金屬材料層的一表層；圖案化具有鈍化後的該表層之該金屬材料層，以形成該第二圖案化導電層與該第二圖案化絕緣層，並暴露該第一圖案化絕緣層的一對應區域；以及在圖案化該金屬材料層的過程中，降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
  15. 如請求項14所述的製造方法，其中圖案化具有鈍化後的該表層之該金屬材料層的步驟包括： 乾蝕刻具有鈍化後的該表層之該金屬材料層，並在乾蝕刻具有鈍化後的該表層之該金屬材料層的過程中降低該第一圖案化絕緣層的該對應區域的氧濃度。
  16. 一種垂直電晶體，包括：一圖案化金屬氧化物層，形成於一基板上，該圖案化金屬氧化物層包括一第一圖案化導電層以及一第一圖案化絕緣層；一圖案化金屬層，形成於該第一圖案化絕緣層上，該圖案化金屬層包括：一第二圖案化導電層，位於該第一圖案化絕緣層上；一第二圖案化絕緣層，位於該第二圖案化導電層上；一半導體層；以及一第三圖案化導電層，其中該半導體層位於該圖案化金屬氧化物層與該第三圖案化導電層之間，其中該第一圖案化導電層以及該第一圖案化絕緣層以同一金屬氧化物材料形成，且該第一圖案化導電層的氧濃度與該第一圖案化絕緣層的氧濃度不同。
  17. 如請求項16所述的垂直電晶體，其中該第一圖案化導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層的氧濃度。
  18. 如請求項16所述的垂直電晶體，其中該圖案化金屬氧化物層更包括：一延伸導電層，形成於該第一圖案化導電層上，接觸該第一圖案化絕緣層，該延伸導電層係以相同於形成該第一圖案化導電層與該第一圖案化絕緣層的金屬氧化物材料所形成，且該延伸導電層的氧濃度低於該第一圖案化絕緣層的氧濃度。
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