TWI875464B - Thin film transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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- TWI875464B TWI875464B TW113104383A TW113104383A TWI875464B TW I875464 B TWI875464 B TW I875464B TW 113104383 A TW113104383 A TW 113104383A TW 113104383 A TW113104383 A TW 113104383A TW I875464 B TWI875464 B TW I875464B
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Abstract
Description
本發明是有關於一種薄膜電晶體及其製造方法。 The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same.
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。 Currently, thin film transistors are widely used in various electronic products, such as mobile phones, televisions, tablet computers, smart windows, etc. Generally speaking, a thin film transistor includes a gate, a semiconductor channel layer, a source, and a drain, wherein the current flows from the source through the semiconductor channel layer to the drain, and the gate is used to provide an electric field to the semiconductor channel layer to determine whether the semiconductor channel layer is turned on or not. With the advancement of technology, the size of thin film transistors has been reduced year by year. In order to reduce the size of thin film transistors, many manufacturers are committed to developing new semiconductor materials and new thin film transistor structures.
本發明提供一種薄膜電晶體及其製造方法,能減少寄生電容所造成的問題。 The present invention provides a thin film transistor and a manufacturing method thereof, which can reduce the problems caused by parasitic capacitance.
本發明的至少一實施例提供一種薄膜電晶體,其包括第一源極/汲極、隔離結構、第二源極/汲極、半導體結構、閘介電 層、突起結構以及閘極。第一源極/汲極位於基板之上。隔離結構位於第一源極/汲極上,且具有重疊於第一源極/汲極的第一通孔。第二源極/汲極設置於隔離結構上。半導體結構從第二源極/汲極沿著第一通孔的側壁延伸至第一源極/汲極。閘介電層位於半導體結構上。突起結構,位於第二源極/汲極之上,且具有重疊於第一通孔的第二通孔。閘極位於閘介電層上,且從突起結構上方延伸進入第二通孔中以及第一通孔中。第一源極/汲極、隔離結構、第二源極/汲極、突起結構以及閘極在第一方向上依序堆疊。 At least one embodiment of the present invention provides a thin film transistor, which includes a first source/drain, an isolation structure, a second source/drain, a semiconductor structure, a gate dielectric layer, a protrusion structure and a gate. The first source/drain is located on a substrate. The isolation structure is located on the first source/drain and has a first through hole overlapping the first source/drain. The second source/drain is arranged on the isolation structure. The semiconductor structure extends from the second source/drain along the side wall of the first through hole to the first source/drain. The gate dielectric layer is located on the semiconductor structure. The protrusion structure is located on the second source/drain and has a second through hole overlapping the first through hole. The gate is located on the gate dielectric layer and extends from above the protrusion structure into the second through hole and the first through hole. The first source/drain, the isolation structure, the second source/drain, the protrusion structure and the gate are stacked in sequence in the first direction.
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。形成隔離結構於第一源極/汲極上,其中隔離結構具有重疊於第一源極/汲極的第一通孔。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,且半導體結構從第二源極/汲極沿著第一通孔的側壁沿伸至第一源極/汲極。形成閘介電層於半導體結構上。形成突起結構於第一源極/汲極之上,且突起結構具有。第二通孔。形成閘極於閘介電層上,其中第一通孔重疊於第二通孔,且閘極從突起結構上方延伸進入第二通孔中以及第一通孔中,其中第一源極/汲極、隔離結構、第二源極/汲極、突起結構以及閘極在第一方向上依序堆疊。 At least one embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a thin film transistor, comprising the following steps. A first source/drain is formed on a substrate. An isolation structure is formed on the first source/drain, wherein the isolation structure has a first through hole overlapping the first source/drain. A second source/drain is formed on the first source/drain. A semiconductor structure is formed on the second source/drain, and the semiconductor structure extends from the second source/drain along the side wall of the first through hole to the first source/drain. A gate dielectric layer is formed on the semiconductor structure. A protrusion structure is formed on the first source/drain, and the protrusion structure has a second through hole. A gate is formed on the gate dielectric layer, wherein the first through hole overlaps the second through hole, and the gate extends from above the protrusion structure into the second through hole and the first through hole, wherein the first source/drain, the isolation structure, the second source/drain, the protrusion structure and the gate are stacked in sequence in the first direction.
10,20,30,40:薄膜電晶體 10,20,30,40: Thin film transistors
100:基板 100: Substrate
110,110A:隔離結構 110,110A: Isolation structure
110A’:隔離材料層 110A’: Isolation material layer
112:第一通孔 112: First through hole
120,120A,120B,120C:突起結構 120,120A,120B,120C: protrusion structure
120’,120A’,120B’:光阻材料層 120’, 120A’, 120B’: Photoresist material layer
121:第一層 121: First level
123:第二層 123: Second level
122:第二通孔 122: Second through hole
130:閘介電層 130: Gate dielectric layer
210:第一源極/汲極 210: First source/drain
220:第二源極/汲極 220: Second source/drain
220’:導電材料層 220’: Conductive material layer
222:開口 222: Open mouth
230:閘極 230: Gate
232:第一電極 232: First electrode
234:第二電極 234: Second electrode
300:半導體結構 300:Semiconductor structure
D1:第一方向 D1: First direction
L:光線 L: Light
MK:光罩 MK: Mask
T1,T2,T3:厚度 T1, T2, T3: thickness
圖1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A以及8A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。 Figures 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A and 8A are top views of a method for manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
圖1B、2B、3B、4B、5B、6B、7B以及8B分別是沿著圖1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A以及8A中的線A-A’的剖面示意圖。 Figures 1B, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B and 8B are schematic cross-sectional views along lines A-A’ in Figures 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A and 8A, respectively.
圖9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。 FIG9 is a schematic cross-sectional view of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
圖10A至圖10D是圖9的薄膜電晶體的製造方法的剖面示意圖。 Figures 10A to 10D are cross-sectional schematic diagrams of the manufacturing method of the thin film transistor of Figure 9.
圖11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。 Figure 11 is a schematic cross-sectional view of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
圖12A至圖12E是圖11的薄膜電晶體的製造方法的剖面示意圖。 Figures 12A to 12E are cross-sectional schematic diagrams of the manufacturing method of the thin film transistor of Figure 11.
圖13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。 FIG13 is a schematic cross-sectional view of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
圖14是依照本發明的一些實施例的半導體結構與第一源極/汲極針對不同波長的光線的穿透率的曲線圖。 FIG. 14 is a graph showing the transmittance of the semiconductor structure and the first source/drain for light of different wavelengths according to some embodiments of the present invention.
圖1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A以及8A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以及8B分別是沿著圖
1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A以及8A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。
1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A and 8A are top views of a method for manufacturing a
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。
A first source/
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)、導電氧化物(例如銦錫氧化物(ITO)、鋅氧化物(ZnO)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。在本實施例中,第一源極/汲極210為透明導電層,且其針對波長為350nm至1000nm的光線的穿透率為70%至95%,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)。
In some embodiments, the material of the first source/
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。
In this embodiment, the first source/
請參考圖2A與圖2B,形成隔離結構110於第一源極/汲極210上。隔離結構具有重疊於第一源極/汲極210的第一通孔112。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第一通孔112的隔離結構110。最後,移除圖案化的光阻層。
Referring to FIG. 2A and FIG. 2B , an
在一些實施例中,隔離結構110的材料例如包括有機絕緣材料、氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯或其他合適的材料或前述材料的組合。在一些實施例中,隔離結
構110的材料包括氧化物(例如氧化矽),且可作為儲氧/補氧層使用,藉此可在製造過程中調節後續形成之半導體結構的氧濃度。在一些實施例中,隔離結構110可具有單層結構或多層結構。當隔離結構110具有多層結構時,可以搭配使用氧化物層(例如氧化矽層)與氮化物層(例如氮化矽層)以優化薄膜電晶體的性能。舉例來說,氧化物層可以作為儲氧/補氧層使用,而氮化物層可以作為氫阻擋層或金屬離子阻擋層使用。
In some embodiments, the material of the
在一些實施例中,隔離結構110的厚度T1小於或等於0.5微米。
In some embodiments, the thickness T1 of the
請參考圖3A與圖3B,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具有重疊於第一通孔112的開口222。在本實施例中,形成第二源極/汲極220於隔離結構110上。在一些實施例中,先於隔離結構110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。
Referring to FIG. 3A and FIG. 3B , a second source/
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。在本實施例中,第二源極/汲極220為不透明導電層(或稱遮
光層),且其針對波長為350nm至1000nm的光線的穿透率小於0.5%,但本發明不以此為限。在其他實施例中,第二源極/汲極220為透明導電層。
In some embodiments, the material of the second source/
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110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110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110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110。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110於基板100上的垂直投影的形狀。
In the present embodiment, the patterning process of the second source/
請參考圖4A與圖4B,形成光阻材料層120’於第二源極/汲極220之上。在本實施例中,光阻材料層120’填入第一通孔112以及開口222中。
Please refer to FIG. 4A and FIG. 4B to form a photoresist material layer 120' on the second source/
從基板100背對第一源極/汲極210的一側照射光線L。在本實施例中,第一源極/汲極210為透明導電層,且部分光線L穿過基板100、第一源極/汲極210以及隔離結構110,並照射至
光阻材料層120’。由於第二源極/汲極220為不透明導電層(或稱遮光層),第二源極/汲極220會遮蔽部分的光線L,且光線L照射至光阻材料層120’未被第二源極/汲極220遮蔽的部分。
Light L is irradiated from the side of the
請參考圖5A與圖5B,移除光阻材料層120’未被第二源極/汲極220遮蔽的部分(即被光線照射到的部分),以形成突起結構120。舉例來說,通過顯影製程來移除光阻材料層120’被光線照射到的部分。在本實施例中,通過曝光製程以及顯影製程形成突起結構120於第一源極/汲極210之上,且突起結構120具有暴露出第一源極/汲極210的第二通孔122。第二通孔122重疊於第一通孔112以及開口222。
Referring to FIG. 5A and FIG. 5B , the portion of the photoresist layer 120' not shielded by the second source/drain 220 (i.e., the portion irradiated by light) is removed to form a protruding
在一些實施例中,突起結構120的厚度T2為1微米至1.5微米。在一些實施例中,突起結構120的厚度T2大於隔離結構110的厚度T1。
In some embodiments, the thickness T2 of the
在本實施例中,利用第二源極/汲極220作為罩幕進行曝光製程以及顯影製程以形成突起結構120,藉此節省光罩的成本。另外,以第二源極/汲極220作為罩幕可以提升第二源極/汲極220與突起結構120之間的對位精準度,使第二源極/汲極220實質上對齊於突起結構120。
In this embodiment, the second source/
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,且半導體結構300從第二源極/汲極220沿著第一通孔112的側壁沿伸至第一源極/汲極210。在本實施例中,半導體結構300從突起結構120的頂面延伸進第二通孔122中,並沿
著第二通孔122的側壁延伸至第二源極/汲極220。接著,半導體結構300從第二源極/汲極220延伸進第一通孔112中,並沿著第一通孔112的側壁延伸至第一源極/汲極210。在本實施例中,半導體結構300接觸突起結構120的頂面、第二通孔122的側壁、開口222的側壁以及第一通孔112的側壁。
6A and 6B, a
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。
In some embodiments, the material of the
在一些實施例中,第一源極/汲極210與半導體結構300皆包括金屬氧化物。然而,第一源極/汲極210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來達成,或者通過對第一源極/汲極210進行額外的摻雜製程(例如氫摻雜製程)來達成。在一些實施例中,第一源極/汲極210與半導體結構300皆包括金屬氧化物,其中第一源極/汲極
210的電阻率為1.59μ ohm cm至120μ ohm cm,且半導體結構300的電阻率為10-3ohm cm至103ohm cm。
In some embodiments, both the first source/
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延伸至突起結構120以及隔離結構110上。
Referring to FIG. 7A and FIG. 7B , a
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T3為5nm至1000nm。
In some embodiments, the
在一些實例中,在形成閘介電層130之後,蝕刻閘介電層130、突起結構120以及隔離結構110以暴露出第一源極/汲極210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、突起結構120以及隔離結構110進行蝕刻製程,以形成暴露出第一源極/汲極210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110,且第二開口TH2穿過閘介電層130以及突起結構120。
In some examples, after forming the
最後,請參考圖8A與圖8B,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。
Finally, referring to FIG. 8A and FIG. 8B , a
閘極230從突起結構120上方延伸進入第二通孔122中以及第一通孔112中。第一源極/汲極210、隔離結構110、第二源極/汲極220、突起結構120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。
The
第一電極232填入第一開口TH1中,並連接第一源極/汲極210。第二電極234填入第二開口TH2中,並連接第二源極/汲極220。
The
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。
In some embodiments, the materials of the
在本實施例中,突起結構120用於增加閘極230與第二源極/汲極220在第一方向D1上的距離,因此,可以減少閘極230與第二源極/汲極220之間的寄生電容,進而提升薄膜電晶體10的可靠度。
In this embodiment, the
圖9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9的實施例沿用圖1A至圖
8B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。
FIG9 is a cross-sectional schematic diagram of a
圖9的薄膜電晶體20與圖8B的薄膜電晶體10的主要差異在於:在圖8B的薄膜電晶體10中,第二源極/汲極220的形狀與隔離結構110的形狀是利用不同的光罩定義出來的。然而,在圖9的薄膜電晶體20中,第二源極/汲極220的形狀與隔離結構110A的形狀是利用同一個光罩定義出來的。此外,在圖8B的薄膜電晶體10中,以第二源極/汲極220為遮罩定義出突起結構120的形狀。然而,在圖9的薄膜電晶體20中,以突起結構120A為遮罩定義出第二源極/汲極220的形狀。
The main difference between the
圖10A至圖10D是圖9的薄膜電晶體20的製造方法的剖面示意圖。請參考圖10A,形成第一源極/汲極210於基板100之上。形成隔離材料層110A’於第一源極/汲極210以及基板100上。形成導電材料層220’於隔離材料層110A’上。形成光阻材料層120A’於導電材料層220’上。利用光罩MK為遮罩對光阻材料層120A’照射光線L。部分的光線L穿過光罩MK後照射至光阻材料層120A’。在本實施例中,光阻材料層120A’包括正光阻或負光阻。
Figures 10A to 10D are cross-sectional schematic diagrams of the manufacturing method of the
請參考圖10B,對經過曝光的光阻材料層120A’執行顯影製程,以形成突起結構120A於導電材料層220’上。突起結構120A具有重疊於第一源極/汲極210的第二通孔122。
Please refer to FIG. 10B , the exposed
請參考圖10C,以突起結構120A為罩幕蝕刻導電材料層220’以形成具有開口222的第二源極/汲極220。第二源極/汲極220的開口222重疊於第二通孔122。在一些實施例中,導電材料層220’的蝕刻包括乾蝕刻、濕蝕刻或其組合。在本實施例中,利用突起結構120A作為罩幕進行蝕刻製程以形成第二源極/汲極220,藉此節省光罩的成本。另外,以突起結構120A作為罩幕可以提升第二源極/汲極220與突起結構120A之間的對位精準度,使第二源極/汲極220實質上對齊於突起結構120A。
Referring to FIG. 10C , the
請參考圖10D,以突起結構120A與第二源極/汲極220為罩幕蝕刻隔離材料層110A’以形成隔離結構110A。隔離結構110A具有重疊於第二通孔122的第一通孔112。在一些實施例中,隔離材料層110A’的蝕刻包括乾蝕刻、濕蝕刻或其組合。在本實施例中,利用第二源極/汲極220作為罩幕進行蝕刻製程以形成隔離結構110A,藉此節省光罩的成本。另外,以第二源極/汲極220作為罩幕可以提升第二源極/汲極220與隔離結構110A之間的對位精準度,使第二源極/汲極220實質上對齊於隔離結構110A。
Referring to FIG. 10D , the
最後回到圖9,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20大致完成。
Finally, returning to FIG. 9 , the
圖11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11的實施例沿用圖1A至圖8B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。
FIG11 is a cross-sectional schematic diagram of a
圖11的薄膜電晶體30與圖8B的薄膜電晶體10的主要差異在於:在圖8B的薄膜電晶體10中,先形成突起結構120,接著再形成半導體結構300、閘介電層130以及閘極230。然而,在圖11的薄膜電晶體30中,先形成半導體結構300以及閘介電層130,接著再形成突起結構120B以及閘極230。
The main difference between the
圖12A至圖12E是圖11的薄膜電晶體30的製造方法的剖面示意圖。請參考圖12A,形成第一源極/汲極210於基板100之上。接著,形成隔離結構110A以及第二源極/汲極220於第一源極/汲極210上。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110A的圖案化製程可以利用同一個光罩進行。舉例來說,於基板100以及第一源極/汲極210之上連續地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110A。最後,移除圖案化的光阻層。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110A於基板100上的垂直投影的形狀。
12A to 12E are cross-sectional schematic diagrams of the manufacturing method of the
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110A的圖案化製程可以用不同的光罩進行,如圖2A
至圖3B的製程。
In other embodiments, the patterning process of the second source/
請參考圖12B,形成半導體結構300於第二源極/汲極220上。半導體結構220從第二源極/汲極220的開口222沿著第一通孔112的側壁沿伸至第一源極/汲極210。在本實施例中,半導體結構300形成於第二源極/汲極220的頂面上,並接觸第二源極/汲極220的頂面,藉此使半導體結構300與第二源極/汲極220之間具有較大的接觸面積。
Referring to FIG. 12B , a
請參考圖12C,形成閘介電層130於半導體結構300上。
Please refer to FIG. 12C , a
請參考圖12D,形成光阻材料層120B’於第二源極/汲極220之上。在本實施例中,形成光阻材料層120B’於閘介電層130上。
Please refer to FIG. 12D , a
從基板100背對第一源極/汲極210的一側照射光線L,且光線L照射至光阻材料層120B’未被第二源極/汲極220遮蔽的部分。在本實施例中,部分的光線L依序穿過第一源極/汲極210、半導體結構300以及閘介電層130,並照射至第一通孔112中的光阻材料層120B’。
Light L is irradiated from the side of the
在本實施例中,以第二源極/汲極220為遮罩對光阻材料層120B’進行曝光製程,且光線L從基板100的背面照射至光阻材料層120B’,但本發明不以此為限。在其他實施例中,額外提供其他光罩於光阻材料層120B’上方,並利用前述光罩對光阻材料層120B’進行曝光製程。
In this embodiment, the second source/
請參考圖12E,移除光阻材料層120B’未被第二源極/汲極220遮蔽的部分(即被光線照射到的部分),以形成突起結構120B。在本實施例中,突起結構120B分離於第二源極/汲極220以及半導體結構300。
Referring to FIG. 12E , the portion of the
最後回到圖11,形成閘極230於突起結構120B上。至此,薄膜電晶體30大致完成。在本實施例中,閘極230從突起結構120B的頂面延伸進第二通孔122中以及第一通孔112中。閘極230接觸突起結構120B的頂面以及第二通孔122的側壁。在本實施例中,閘介電層130從突起結構120B以及第二源極/汲極220之間延伸進入第一通孔112中。
Finally, returning to FIG. 11 , a
圖13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13的實施例沿用圖11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。
FIG13 is a cross-sectional schematic diagram of a
圖13的薄膜電晶體40與圖11的薄膜電晶體30的主要差異在於:在圖11的薄膜電晶體30中,突起結構120B的材料包括固化後的光阻,且突起結構120B具有單層結構。然而,在圖13的薄膜電晶體40中,突起結構120C的材料包括光阻以外的其他有機材料或無機材料,且突起結構120C具有多層結構。
The main difference between the
請參考圖13,突起結構120C包括第一層121以及123堆疊在一起所構成的結構。在一些實施例中,形成突起結構
120C的方法包括以下步驟:於閘介電層130上形成毯覆的多層絕緣材料。接著,於前述多層絕緣材料上形成圖案化的光阻層。然後,以圖案化的光阻層為遮罩對前述多層絕緣材料執行蝕刻製程以形成突起結構120C。最後,移除圖案化的光阻層。
Referring to FIG. 13 , the
在圖13中,突起結構120C具有雙層結構,但本發明不以此為限。突起結構120C也可以具有單層或三層以上的結構。
In FIG. 13 , the
圖14是依照本發明的一些實施例的半導體結構與第一源極/汲極針對不同波長(λ)的光線的穿透率(T%)的曲線圖。在一些實施例中,當利用光線L從基板100的背側照射至光阻材料層時,光線需穿過半導體結構300與第一源極/汲極210,如圖4B與圖12D所示。圖14顯示了厚度為200nm的銦錫氧化物(ITO)、厚度為200nm的銦鎵鋅氧化物(IGZO)以及前兩者之堆疊層的針對不同波長(λ)的光線的穿透率(T%)。由圖14可以得知,若半導體結構與第一源極/汲極分別包括IGZO與ITO,光線的波長較佳為350nm至1000nm才能穿過半導體結構與第一源極/汲極。
FIG. 14 is a graph showing the transmittance (T%) of the semiconductor structure and the first source/drain for light of different wavelengths (λ) according to some embodiments of the present invention. In some embodiments, when the light L is irradiated from the back side of the
綜上所述,本發明利用突起結構增加薄膜電晶體中的閘極與第二源極/汲極之間的距離,藉此降低閘極與第二源極/汲極之間的寄生電容,進而增加薄膜電晶體的可靠度。 In summary, the present invention utilizes a protrusion structure to increase the distance between the gate and the second source/drain in a thin film transistor, thereby reducing the parasitic capacitance between the gate and the second source/drain, thereby increasing the reliability of the thin film transistor.
10:薄膜電晶體 10: Thin Film Transistor
100:基板 100: Substrate
110:隔離結構 110: Isolation structure
112:第一通孔 112: First through hole
120:突起結構 120: Protrusion structure
122:第二通孔 122: Second through hole
130:閘介電層 130: Gate dielectric layer
210:第一源極/汲極 210: First source/drain
220:第二源極/汲極 220: Second source/drain
222:開口 222: Open mouth
230:閘極 230: Gate
232:第一電極 232: First electrode
234:第二電極 234: Second electrode
300:半導體結構 300:Semiconductor structure
D1:第一方向 D1: First direction
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