TWI865344B - 薄膜電晶體及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種薄膜電晶體，包括基板、第一源極/汲極、補氧結構、隔離結構、第二源極/汲極、半導體結構、閘介電層以及閘極。第一源極/汲極位於基板之上。補氧結構位於第一源極/汲極之上。隔離結構接觸補氧結構的頂面，且具有重疊於第一源極/汲極的通孔。第二源極/汲極位於隔離結構上。半導體結構從第二源極/汲極延伸進通孔中，且半導體結構電性連接第一源極/汲極與第二源極/汲極。閘介電層位於半導體結構上。閘極位於閘介電層上。

Description

薄膜電晶體及其製造方法

本發明是有關於一種薄膜電晶體及其製造方法。

目前，薄膜電晶體被廣泛的運用於各種電子產品中，例如手機、電視、平板電腦、智慧窗戶等。一般而言，薄膜電晶體包含閘極、半導體通道層、源極以及汲極，其中電流從源極經過半導體通道層流至汲極，而閘極用於提供電場至半導體通道層，以決定半導體通道層的導通與否。隨著科技的進展，薄膜電晶體的尺寸逐年縮小。為了減小薄膜電晶體的尺寸，許多廠商致力於研發新的半導體材料以及新的薄膜電晶體結構。

本發明提供一種薄膜電晶體及其製造方法，可以減少半導體結構中的氧空缺濃度，進而提升半導體結構的電阻率。

本發明的至少一實施例提供一種薄膜電晶體，包括基板、第一源極/汲極、補氧結構、隔離結構、第二源極/汲極、半導體結構、閘介電層以及閘極。第一源極/汲極位於基板之上。補氧結構位於第一源極/汲極之上。隔離結構接觸補氧結構的頂面，且具有重疊於第一源極/汲極的通孔。第二源極/汲極位於隔離結構上。半導體結構從第二源極/汲極延伸進通孔中，且半導體結構電性連接第一源極/汲極與第二源極/汲極。閘介電層位於半導體結構上。閘極位於閘介電層上。

本發明的至少一實施例提供一種薄膜電晶體的製造方法，包括以下步驟。形成第一源極/汲極於基板之上。形成補氧結構於第一源極/汲極之上。形成隔離結構於第一源極/汲極之上，且隔離結構具有重疊於第一源極/汲極的通孔。形成第二源極/汲極於第一源極/汲極之上。形成半導體結構於第二源極/汲極上，其中半導體結構從第二源極/汲極延伸進通孔中，並接觸隔離結構。執行第一退火製程使補氧結構中的氧元素擴散至隔離結構中。形成閘介電層於半導體結構上。形成閘極於閘介電層上。

圖1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A以及9A是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體10的製造方法的上視示意圖。圖1B、2B、3B、4B、5B、6B、7B、8B以及9B分別是沿著圖1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A以及9A中的線A-A’ 的剖面示意圖。請參考圖1A與圖1B，提供基板100。在一些實施例中，基板100例如為硬質基板（rigid substrate），且其材質可為玻璃、石英、有機聚合物或不透光/反射材料（例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷或其他可適用的材料）或是其他可適用的材料。然而，本發明不以此為限，在其它實施例中，基板100也可以是可撓式基板（flexible substrate）或是可拉伸基板。舉例來說，可撓式基板以及可拉伸基板的材料包括聚醯亞胺（polyimide，PI）、聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）、聚乙烯對苯二甲酸酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚二甲酸乙二醇酯（polyethylene naphthalate，PEN）、聚酯（polyester，PES）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、聚胺酯（polyurethane PU）或其他合適的材料。

形成第一源極/汲極210於基板100之上。在一些實施例中，先於基板100之上形成毯覆的導電材料層。接著，於導電材料層上形成圖案化的光阻層。然後，以圖案化的光阻層為遮罩蝕刻導電材料層以形成第一源極/汲極210。最後，移除圖案化的光阻層。

在一些實施例中，第一源極/汲極210的材料包括金屬（例如鉻、金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅、鎳、銦、錫、上述金屬的合金、上述金屬的堆疊層或其他合適的金屬材料）或其他合適的導電材料。在本實施例中，第一源極/汲極210為透明導電層，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一源極/汲極210為不透明導電層（或稱遮光層）。

在本實施例中，第一源極/汲極210直接接觸基板100的頂面，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一源極/汲極210與基板100之間可以額外包括緩衝層（未示出）。緩衝層例如包括氧化矽、氧化鋁、氮化矽、氮氧化矽或其他合適的材料或前述材料的組合或前述材料的堆疊。在一些實施例中，緩衝層例如用來做為氫阻擋層及/或金屬離子阻擋層。

請參考圖2A與圖2B，形成阻氧結構110於第一源極/汲極210之上。在本實施例中，阻氧結構110直接接觸第一源極/汲極210的頂面與側面，且從第一源極/汲極210延伸至基板100的頂面。在本實施例中，阻氧結構110具有重疊於第一源極/汲極210的第一開口112。第一開口112暴露出第一源極/汲極210的部分頂面。在一些實施例中，阻氧結構110的厚度T1為10奈米至500奈米。

在一些實施例中，阻氧結構110包括氮化物（例如氮化矽）或其他合適的材料。在一些實施例中，先於基板100以及第一源極/汲極210之上形成毯覆的阻氧材料層。接著，於阻氧材料層上形成圖案化的光阻層。然後，以圖案化的光阻層為遮罩蝕刻阻氧材料層以形成阻氧結構110。最後，移除圖案化的光阻層。

請參考圖3A與圖3B，形成補氧結構212於第一源極/汲極210之上。在本實施例中，形成補氧結構212於阻氧結構110上，且補氧結構212從阻氧結構110的頂面延伸進阻氧結構110的第一開口112中，並覆蓋第一開口112的側壁以及第一開口112底部的第一源極/汲極210。在一些實施例中，補氧結構212的厚度T2為10奈米至100奈米。

在一些實施例中，補氧結構212包括金屬氧化物（例如銦錫氧化物（ITO）、鋅氧化物（ZnO）、銦鋅氧化物（IZO）等）或其他合適的材料。在一些實施例中，補氧結構212為透明導電層。在一些實施例中，先於阻氧結構110以及第一源極/汲極210之上形成毯覆的金屬氧化物層。接著，於金屬氧化物層上形成圖案化的光阻層。然後，以圖案化的光阻層為遮罩蝕刻金屬氧化物層以形成補氧結構212。最後，移除圖案化的光阻層。

在本實施例中，阻氧結構110位於補氧結構212與第一源極/汲極210之間。阻氧結構110用於阻擋補氧結構212中的氧元素（例如氧離子）擴散至第一源極/汲極210內。

請參考圖4A與圖4B，形成隔離結構120於第一源極/汲極210之上。在本實施例中，形成隔離結構120於補氧結構212以及阻氧結構110上。隔離結構120接觸補氧結構212的頂面，且具有重疊於第一源極/汲極210的通孔122。通孔122重疊於阻氧結構110的第一開口112，且通孔122暴露出第一開口112中的補氧結構212。

在一些實施例中，隔離結構120的材料包括氧化物（例如氧化矽）或其他合適的材料。在一些實施例中，先於阻氧結構110之上形成毯覆的隔離材料層。接著，於隔離材料層上形成圖案化的光阻層。然後，以圖案化的光阻層為遮罩蝕刻隔離材料層以形成具有通孔122的隔離結構120。最後，移除圖案化的光阻層。

在一些實施例中，隔離結構120的厚度T3小於或等於0.5微米。

請參考圖5A與圖5B，形成第二源極/汲極220於第一源極/汲極210之上。第二源極/汲極220具有重疊於通孔122的開口222。在本實施例中，形成第二源極/汲極220於隔離結構120上。在一些實施例中，先於隔離結構120之上形成毯覆的導電材料層。接著，於導電材料層上形成圖案化的光阻層。然後，以圖案化的光阻層為遮罩蝕刻導電材料層以形成具有開口222的第二源極/汲極220。最後，移除圖案化的光阻層。

在一些實施例中，第二源極/汲極220的材料包括金屬（例如鉻、金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅、鎳、銦、錫、上述金屬的合金、上述金屬的堆疊層或其他合適的金屬材料）、導電氧化物（例如銦錫氧化物、鋅氧化物、銦鋅氧化物或其他合適的導電氧化物）、導電氮化物或其他合適的導電材料。在一些實施例中，第二源極/汲極220為不透明導電層或透明導電層。

在本實施例中，第二源極/汲極220的圖案化製程以及隔離結構120的圖案化製程是利用不同的光罩進行的。因此，第二源極/汲極220於基板100上的垂直投影的形狀不同於隔離結構120於基板100上的垂直投影的形狀。在其他實施例中，第二源極/汲極220的圖案化製程以及隔離結構120的圖案化製程可以利用同一個光罩進行。舉例來說，連續地於基板100以及第一源極/汲極210之上沉積毯覆的隔離材料層以及毯覆的導電材料層。接著，利用光罩於毯覆的導電材料層上形成圖案化的光阻層。然後，利用圖案化的光阻層對位於其下方之導電材料層以及隔離材料層進行一次或多次的蝕刻製程，以形成第二源極/汲極220以及隔離結構120。在這種情況中，第二源極/汲極220於基板100上的垂直投影的形狀實質上等同於隔離結構120於基板100上的垂直投影的形狀。

請參考圖6A與圖6B，形成半導體結構300於第二源極/汲極220上。半導體結構300從第二源極/汲極220的頂面延伸進開口222以及通孔122中，並接觸隔離結構120。在本實施例中，半導體結構300覆蓋通孔122的側壁，並延伸至補氧結構212的頂面。在本實施例中，在第一開口112中的補氧結構212直接接觸並夾在半導體結構300與第一源極/汲極210之間。

在一些實施例中，半導體結構300的材料包括包含鎵（Ga）、鋅（Zn）、銦（In）、錫（Sn）、鋁（Al）、鎢（W）中之兩者以上的氧化物（例如銦鎵鋅錫氧化物（IGZTO）、銦鎵鋅氧化物（IGZO）、銦錫鋅氧化物（ITZO）、鋁鋅錫氧化物（AZTO）、銦鎢鋅氧化物（IWZO）等金屬氧化物）、銦鎵氧化物（IGO）、銦鎢氧化物（IWO）、銦鋅氧化物（IZO）或鑭系稀土摻雜金屬氧化物（例如Ln-IZO）或其他合適的金屬氧化物或上述材料的組合。在一些實施例中，半導體結構300具有單層或多層結構。在一些實施例中，半導體結構300包括透明半導體層或不透明半導體層。在一些實施例中，半導體結構300包括非晶質金屬氧化物。

在一些實施例中，補氧結構212與半導體結構300皆包括金屬氧化物。然而，補氧結構212的電阻率低於半導體結構300的電阻率，這可以通過調整金屬氧化物中金屬元素的成分及/或氧濃度來達成，或者通過對補氧結構212進行額外的摻雜製程（例如氫摻雜製程）或熱處理製程來達成。換句話說，補氧結構212與半導體結構300具有不同的組成（例如包含不同的金屬元素、具有不同濃度的金屬元素或具有不同的氧濃度）。

在一些實施例中，在形成半導體結構300之前或之後，執行第一退火製程使補氧結構212中的氧元素（例如氧離子）擴散至隔離結構120中。在本實施例中，補氧結構212與隔離結構120接觸的部分通過阻氧結構110而分離於第一源極/汲極210。因此，有助於避免位於隔離結構120正下方之補氧結構212中的氧元素往第一源極/汲極210擴散。在一些實施例中，補氧結構212中的氧元素擴散至隔離結構120，並儲存於隔離結構120中。在一些實施例中，第一退火製程的溫度在150℃至400℃的範圍中進行。

在一些實施例中，第一退火製程減少了補氧結構212中的氧元素濃度，進而使補氧結構212中形成額外的氧空缺。所述氧空缺於補氧結構212中提供載子，藉此增加補氧結構212的載子遷移率並降低補氧結構212的電阻率。

在一些實施例中，在第一退火製程之前或之後，補氧結構212可作為第一源極/汲極210與半導體結構300之間的歐姆接觸層。在一些實施例中，補氧結構212實質上等於高摻雜濃度的n型半導體（n+）層。在一些實施例中，在第一退火製成後，補氧結構212的電阻率為10 ^-3ohm cm至10 ²ohm cm。

在一些實施例中，補氧結構212的氧元素因第一次退火擴散至隔離結構120中，補氧結構212則自然形成多氧空缺結構而產生大量電子(亦即N+區)，同時容易將第一開口112中的補氧結構212與第一源極/汲極210形成較好的歐姆接觸。

請參考圖7A與圖7B，形成閘介電層130於半導體結構300上。在一些實施例中，閘介電層130從半導體結構300延伸至隔離結構120上。

在一些實施例中，閘介電層130例如包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鉿或其他合適的材料。在一些實施例中，閘介電層130的厚度T4為5奈米至1000奈米。

在一些實施例中，在形成閘介電層130之後，執行第二退火製程使隔離結構120中的氧元素擴散至半導結構300中，藉此減少半導結構300中的氧空缺，並提升半導結構300的電阻率，進而避免漏電問題。在本實施例中，由於補氧結構212在第一退火製程的過程中提供了氧元素給隔離結構120，因此，隔離結構120可以在第二退火製程中提供更多的氧元素給半導結構300，進而大幅的減少了半導結構300中的氧空缺。在一些實施例中，在第二退火製程後，半導體結構300的電阻率為10 ^-3ohm cm至10 ³ohm cm。

此外，在一些實施例中，在第二退火製程中，除了隔離結構120對半導結構300提供氧元素之外，補氧結構212接觸半導結構300的部分也會對半導結構300提供氧元素，藉此降低半導結構300與補氧結構212接觸的部分的氧空缺。

請參考圖8A與圖8B，在形成閘介電層130之後，蝕刻閘介電層130以及隔離結構120以暴露出補氧結構212以及第二源極/汲極220。舉例來說，在閘介電層130上形成圖案化的光阻層。然後，利用圖案化的光阻層對位於其下方之閘介電層130以及隔離結構120進行蝕刻製程，以形成暴露出補氧結構212的第一開口TH1以及暴露出第二源極/汲極220的第二開口TH2。在一些實施例中，第一開口TH1穿過閘介電層130以及隔離結構120，且第二開口TH2穿過閘介電層130。

在本實施例中，第一開口TH1停在補氧結構212的頂面，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一開口TH1延伸穿過補氧結構212以及阻氧結構110，並暴露出第一源極/汲極210。

最後，請參考圖9A與圖9B，形成閘極230於閘介電層130上。至此，薄膜電晶體10大致完成。在本實施例中，在形成閘極230的同時，形成第一電極232以及第二電極234於閘介電層130上。在一些實施例中，先於閘介電層130之上形成毯覆的導電材料層。接著，於導電材料層上形成圖案化的光阻層。然後，以圖案化的光阻層為遮罩蝕刻導電材料層以形成彼此分離的閘極230、第一電極232以及第二電極234。最後，移除圖案化的光阻層。

閘極230從閘介電層130上延伸進入通孔122中。第一源極/汲極210、阻氧結構110、補氧結構212、隔離結構120、第二源極/汲極220以及閘極230在第一方向D1上依序堆疊。第一方向D1例如垂直於基板100的頂面。

第一電極232填入第一開口TH1中，並連接補氧結構212。第二電極234填入第二開口TH2中，並連接第二源極/汲極220。在本實施例中，第一電極232藉由補氧結構212電性連接至第一源極/汲極210，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一開口TH1暴露出第一源極/汲極210，且第一電極232直接接觸第一源極/汲極210。

在一些實施例中，閘極230、第一電極232以及第二電極234的材料包括金屬（例如鉻、金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅、鎳、銦、錫、上述金屬的合金、上述金屬的堆疊層或其他合適的金屬材料）、導電氧化物（例如銦錫氧化物、鋅氧化物、銦鎵鋅氧化物或其他合適的導電氧化物）、導電氮化物或其他合適的導電材料。

圖10是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體20的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖10的實施例沿用圖1A至圖9B的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

圖10的薄膜電晶體20與圖9B的薄膜電晶體10的主要差異在於：在圖9B的薄膜電晶體10中，第一源極/汲極210的形狀與補氧結構212的形狀是利用不同的光罩定義出來的。然而，在圖10的薄膜電晶體20中，第一源極/汲極210的形狀與補氧結構212A的形狀是利用同一個光罩定義出來的。此外，在圖9B的薄膜電晶體10中，第二源極/汲極220的形狀與隔離結構120的形狀是利用不同的光罩定義出來的。然而，在圖10的薄膜電晶體20中，第二源極/汲極220的形狀與隔離結構120A的形狀是利用同一個光罩定義出來的。另外，在圖10的薄膜電晶體20中，阻氧結構120A被第一源極/汲極210與補氧結構212A包覆。

圖11A至11G是圖10的薄膜電晶體20的製造方法的剖面示意圖。請參考圖11A與圖11B，形成第一源極/汲極210於基板100之上；形成阻氧結構110A於第一源極/汲極210上；形成補氧結構212A於第一源極/汲極210之上。

在圖11A中，形成導電材料層210’於基板100之上。接著，形成阻氧結構110A於導電材料層210’上。舉例來說，先於基板100以及導電材料層210’之上形成毯覆的阻氧材料層。接著，於阻氧材料層上形成圖案化的光阻層。然後，以圖案化的光阻層為遮罩蝕刻阻氧材料層以形成阻氧結構110A。最後，移除圖案化的光阻層。阻氧結構110A具有第一開口112。

於阻氧結構110A以及導電材料層210’之上形成毯覆的金屬氧化物層212A’。金屬氧化物層212A’填入阻氧結構110A的第一開口112中，並接觸第一開口112底部的導電材料層210’。阻氧結構110A夾在金屬氧化物層212A’與導電材料層210’之間，並被金屬氧化物層212A’與導電材料層210’包覆。

接著，請參考圖11B，於金屬氧化物層212A’上形成圖案化的光阻層（未繪出）。然後，以圖案化的光阻層為遮罩蝕刻金屬氧化物層212A’與導電材料層210’以形成補氧結構212A與第一源極/汲極210。在本實施例中，補氧結構212A與第一源極/汲極210是利用同一個光罩定義出來的，因此補氧結構212A於基板100上的垂直投影形狀實質上等於第一源極/汲極210於基板100上的垂直投影形狀。在一些實施例中，補氧結構212A的側壁對齊第一源極/汲極210的側壁。

請參考圖11C，形成隔離材料層120A’於補氧結構212A上。形成導電材料層220’於隔離材料層120A’上。

請參考圖11C與11D，形成圖案化的光阻層PR於導電材料層220’上。接著以圖案化的光阻層PR為遮罩圖案化導電材料層220’，以形成具有開口222的第二源極/汲極220於隔離材料層120A’上。圖案化導電材料層220’的方法包括濕蝕刻及/或乾蝕刻。

請參考圖11D與圖11E，以第二源極/汲極220為罩幕圖案化隔離材料層120A’以形成具有通孔122的隔離結構120A。圖案化隔離材料層120A’的方法包括濕蝕刻及/或乾蝕刻。在一些實施例中，在圖案化隔離材料層120A’之前或之後，移除圖案化的光阻層PR。

在一些實施例中，隔離結構120A的側壁對齊於第二源極/汲極220的側壁。在一些實施例中，通孔122的側壁對齊於開口222的側壁。

請參考圖11F，形成半導體結構300於第二源極/汲極220上。半導體結構300從第二源極/汲極220的頂面延伸進開口222以及通孔122中，並接觸隔離結構120以及補氧結構212A。

請參考圖11G，形成閘介電層130於半導體結構300上。

最後回到圖10，形成閘極230於閘介電層130上。至此，薄膜電晶體20大致完成。

圖12是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體30的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖12的實施例沿用圖10至圖11G的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

圖12的薄膜電晶體30與圖10的薄膜電晶體20的主要差異在於：在圖10的薄膜電晶體20中，第一源極/汲極210的形狀與補氧結構212A的形狀是利用同一個光罩定義出來的。然而，在圖12的薄膜電晶體30中，阻氧結構110B的形狀、補氧結構212B的形狀、隔離結構120A的形狀以及第二源極/汲極220的形狀是利用同一個光罩定義出來的。

圖13A至13D是圖12的薄膜電晶體30的製造方法的剖面示意圖。請參考圖13A，形成第一源極/汲極210於基板100之上。

請參考圖13B至圖13D，形成阻氧結構110B於第一源極/汲極210上；形成補氧結構212B於第一源極/汲極210之上；形成隔離結構120A於第一源極/汲極210之上；形成第二源極/汲極220於第一源極/汲極210之上。

在圖13B中，形成阻氧材料層110B’於第一源極/汲極210上。形成金屬氧化物層212B’於阻氧材料層110B’上。形成隔離材料層120A’於金屬氧化物層212B’上。形成導電材料層220’於隔離材料層120A’上。

請參考圖13B與圖13C，形成圖案化的光阻層PR於導電材料層220’上。接著以圖案化的光阻層PR為遮罩圖案化導電材料層220’，以形成具有開口222的第二源極/汲極220於隔離材料層120A’上。圖案化導電材料層220’的方法包括濕蝕刻及/或乾蝕刻。

請參考圖13C與圖13D，以第二源極/汲極220為罩幕圖案化隔離材料層120A’以形成具有通孔122的隔離結構120A。圖案化隔離材料層120A’的方法包括濕蝕刻及/或乾蝕刻。

以第二源極/汲極220為罩幕圖案化金屬氧化物層212B’以形成具有第二開口212h的補氧結構212B。圖案化金屬氧化物層212B’的方法包括濕蝕刻及/或乾蝕刻。

以第二源極/汲極220為罩幕圖案化阻氧材料層110B’以形成具有第一開口112的阻氧結構110B。圖案化阻氧材料層110B’的方法包括濕蝕刻及/或乾蝕刻。

在本實施例中，第二源極/汲極220的開口222對齊於隔離結構120A的通孔122，隔離結構120A的通孔122對齊於補氧結構212B的第二開口212h，補氧結構212B的第二開口212h對齊於阻氧結構110B的第一開口112。

在一些實施例中，在圖案化阻氧材料層110B’之前或之後，移除圖案化的光阻層PR。

最後回到圖12，形成半導體結構300、閘介電層130以及閘極230。至此，薄膜電晶體30大致完成。在本實施例中，通孔122重疊於第一開口112以及第二開口212h，且半導體結構300接觸通孔122的側壁、第一開口112的側壁、第二開口212h的側壁以及第一源極/汲極210的部分頂面。

圖14是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體40的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖14的實施例沿用圖12至圖13D的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

圖14的薄膜電晶體40與圖20的薄膜電晶體30的主要差異在於：在圖14的薄膜電晶體40中，補氧結構212B與第一源極/汲極210之間不包括阻氧結構。在圖14的實施例中，補氧結構212B直接接觸第一源極/汲極210的頂面。

圖15是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體的第一源極/汲極、補氧結構以及半導體結構的能帶示意圖。在圖15的實施例中，補氧結構位於第一源極/汲極與半導體結構之間。在圖15的實施例中，第一源極/汲極的材料為金屬導線材料（例如鉻、金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅、鎳、銦、錫、上述金屬的合金、上述金屬的堆疊層或其他合適的金屬材料），補氧結構的材料包括鋅氧化物、銦氧化物、錫氧化物、上述材料的合成化合物或導電金屬氧化物材料，且半導體結構的材料包括銦鎵鋅氧化物、鋅氧化物或其他半導體金屬氧化物材料。在經過第一退火製程以及第二退火製程之後（請參考圖7A、7B以及相關說明），補氧結構形成高摻雜濃度的n型半導體（n+）層，並可作為第一源極/汲極與半導體結構之間的歐姆接觸層。

圖16A與圖16B是依照本發明的一些實施例的隔離結構120C中的氧元素在第一退火製程與第二退火製程中的變化的剖面示意圖。圖16A與圖16B用於說明前述任一實施例的薄膜電晶體中的隔離結構在第一退火製程與第二退火製程的期間的氧擴散情形。

請參考圖16A，補氧結構212C形成於隔離結構120C上。對補氧結構212C以及隔離結構120C執行第一退火製程AL1，使補氧結構212C中的氧元素（例如氧離子）擴散至隔離結構120C，並儲存於隔離結構120C中。請參考圖17，依據不同溫度進行第一退火製程，當第一退火製程的溫度大於200℃時，補氧結構212C中的氧元素大量擴散至隔離結構120C中，導致補氧結構212C中產生氧空缺，進而導致補氧結構212C的載子濃度與載子遷移率上升，且補氧結構212C的電阻率下降。在圖17的實驗中，補氧結構212C的材料包括導電金屬氧化物，且隔離結構120C的材料包括氧化矽及/或氧化鋁絕緣材料。

在執行完第一退火製程AL1後，測試隔離結構120C的氧脫附量。具體來說，將隔離結構120C上的補氧結構212C移除，並執行第二退火製程AL2，如圖16B所示。測試在不同溫度的第二退火製程下的隔離結構120C的氧（O ₂）脫附，結果如圖18。在圖18中，Y軸氧脫附的單位為強度（Intensity）。在圖18的實驗中，補氧結構212C的材料包括導電金屬氧化物，且隔離結構120C的材料包括氧化矽及/或氧化鋁。由圖18可以得知，通過第二退火製程AL2可以促使氧元素從隔離結構120C擴散離開。舉例來說，氧從隔離結構120C中擴散離開，並進入與其接觸之半導體結構中。在圖18中，有利用如圖16A所示的補氧結構212C以及第一退火製程AL1進行補氧製程的隔離結構120C的氧脫附以實線顯示，沒有產生氧脫附的隔離結構120C則以虛線表示（也可以說虛線表示了氧脫附實驗的背景值）。

綜上所述，在本發明的實施例中，通過補氧結構的設置，可以有效的提升隔離結構對半導體結構供氧的能力，進而可以通過減少半導體結構的氧空缺來改善薄膜電晶體漏電或短路的問題。

10,20,30,40:薄膜電晶體 100:基板 110,110A,110B:阻氧結構 110B’:阻氧材料層 112:第一開口 120,120A,120C:隔離結構 120A’:隔離材料層 122:通孔 130:閘介電層 210:第一源極/汲極 210’,220’:導電材料層 212,212A,212B,212C:補氧結構 212A’,212B’:金屬氧化物層 212h:第二開口 220:第二源極/汲極 222:開口 230:閘極 232:第一電極 234:第二電極 300:半導體結構 AL1:第一退火製程 AL2:第二退火製程 D1:第一方向 PR:圖案化的光阻層 T1,T2,T3,T4:厚度 TH1:第一開口 TH2:第二開口

圖1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A以及9A是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體的製造方法的上視示意圖。 圖1B、2B、3B、4B、5B、6B、7B、8B以及9B分別是沿著圖1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A以及9A中的線A-A’的剖面示意圖。 圖10是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體的剖面示意圖。 圖11A至11G是圖10的薄膜電晶體的製造方法的剖面示意圖。 圖12是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體的剖面示意圖。 圖13A至13D是圖12的薄膜電晶體的製造方法的剖面示意圖。 圖14是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體的剖面示意圖。 圖15是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體的第一源極/汲極、補氧結構以及半導體結構的能帶示意圖。 圖16A與圖16B是依照本發明的一些實施例的隔離結構中的氧元素在第一退火製程與第二退火製程中的變化的剖面示意圖。 圖17是依照本發明的一些實施例的補氧結構在不同溫度的第一退火製程後的載子濃度、載子遷移率以及電阻率的折線圖。 圖18是依照本發明的一些實施例的隔離結構在不同溫度的第二退火製程下的氧脫附實驗圖。

10:薄膜電晶體

100:基板

110:阻氧結構

112:第一開口

120:隔離結構

122:通孔

130:閘介電層

210:第一源極/汲極

212:補氧結構

220:第二源極/汲極

222:開口

230:閘極

232:第一電極

234:第二電極

300:半導體結構

D1:第一方向

TH1:第一開口

TH2:第二開口

Claims (10)

1. 一種薄膜電晶體，包括： 一基板； 一第一源極/汲極，位於該基板之上； 一補氧結構，位於該第一源極/汲極之上； 一隔離結構，接觸該補氧結構的頂面，且具有重疊於該第一源極/汲極的一通孔； 一第二源極/汲極，位於該隔離結構上； 一半導體結構，從該第二源極/汲極延伸進該通孔中，且該半導體結構電性連接該第一源極/汲極與該第二源極/汲極； 一閘介電層，位於該半導體結構上；以及 一閘極，位於該閘介電層上。
2. 如請求項1所述的薄膜電晶體，更包括： 一阻氧結構，位於該補氧結構與該第一源極/汲極之間，其中該阻氧結構包括一第一開口，且該補氧結構包括一第二開口，其中該通孔重疊於該第一開口以及該第二開口，且該半導體結構接觸該通孔的側壁、該第一開口的側壁以及該第二開口的側壁。
3. 如請求項1所述的薄膜電晶體，更包括： 一阻氧結構，位於該補氧結構與該第一源極/汲極之間，其中該阻氧結構包括一第一開口，且該補氧結構從該阻氧結構的頂面延伸進該第一開口中，並覆蓋該第一開口的側壁以及該第一開口底部的該第一源極/汲極，其中在該第一開口中的該補氧結構直接接觸並夾在該半導體結構與該第一源極/汲極之間。
4. 如請求項3所述的薄膜電晶體，其中該補氧結構包括金屬氧化物，且該半導體結構藉由該補氧結構電性連接該第一源極/汲極。
5. 如請求項1所述的薄膜電晶體，其中該半導體結構接觸該補氧結構。
6. 一種薄膜電晶體的製造方法，包括： 形成一第一源極/汲極於一基板之上； 形成一補氧結構於該第一源極/汲極之上； 形成一隔離結構於該第一源極/汲極之上，且該隔離結構具有重疊於該第一源極/汲極的一通孔； 形成一第二源極/汲極於該第一源極/汲極之上； 形成一半導體結構於該第二源極/汲極上，其中該半導體結構從該第二源極/汲極延伸進該通孔中，並接觸該隔離結構； 執行一第一退火製程使該補氧結構中的氧元素擴散至該隔離結構中； 形成一閘介電層於該半導體結構上；以及 形成一閘極於該閘介電層上。
7. 如請求項6所述的製造方法，更包括： 形成一阻氧結構於該第一源極/汲極上； 形成該補氧結構於該阻氧結構上，其中形成該隔離結構的方法包括： 形成一隔離材料層於該補氧結構上； 形成該第二源極/汲極於該隔離材料層上；以及 以該第二源極/汲極為罩幕圖案化該隔離材料層以形成該隔離結構。
8. 如請求項6所述的製造方法，更包括： 形成一阻氧材料層於該第一源極/汲極上； 形成一補氧材料層於該阻氧材料層上； 形成一隔離材料層於該補氧材料層上； 形成該第二源極/汲極於該隔離材料層上； 以該第二源極/汲極為罩幕圖案化該隔離材料層以形成該隔離結構； 以該第二源極/汲極為罩幕圖案化該補氧材料層以形成該補氧結構；以及 以該第二源極/汲極為罩幕圖案化該阻氧材料層以形成該阻氧結構。
9. 如請求項6所述的製造方法，更包括： 在形成該閘介電層之後，執行一第二退火製程使該隔離結構中的氧元素擴散至該半導結構中。
10. 如請求項6所述的製造方法，其中該第一退火製程降低該補氧結構的電阻率。

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