TWI886795B - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種半導體裝置，包括第一電極、隔離結構、第二電極、氧化物半導體結構、閘介電層以及閘極。隔離結構位於第一電極之上。第二電極位於隔離結構之上。第一電極與第二電極中的一者包含氧吸收層。氧吸收層包含鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者。氧化物半導體結構從第二電極的頂面延伸至第一電極的頂面，且接觸隔離結構的側面。氧化物半導體結構包括接觸氧吸收層的導電區以及接觸隔離結構的通道區。導電區的載子濃度大於通道區的載子濃度。閘介電層位於氧化物半導體結構上。閘極位於閘介電層上。

Description

半導體裝置及其製造方法

本發明是有關於一種半導體裝置及其製造方法。

隨著科技的蓬勃發展，顯示裝置的解析度逐年攀升。為了製造更高解析度的顯示裝置，迫切需要縮減裝置中的半導體元件的尺寸，如薄膜電晶體的尺寸。通常，薄膜電晶體的構造包括閘極、半導體通道層、源極及汲極。其中，閘極的功能是控制半導體通道層中的載子，進而決定電流是否能在源極與汲極之間流動。

為了縮小薄膜電晶體的尺寸，必須降低半導體通道層的通道長度及/或通道寬度。然而，這樣的尺寸縮減也帶來一系列挑戰。縮小半導體通道層可能導致薄膜電晶體的驅動電流(on current)不足，甚至無法滿足發光二極體的外部量子效率(External Quantum Efficiency，EQE)的需求。因此，當前急需一種方法，能夠在縮減半導體元件尺寸的同時，維持甚至提升半導體元件的驅動電流。

本發明提供一種半導體裝置及其製造方法，具有高驅動電流的優點。

本發明的至少一實施例提供一種半導體裝置，其包括第一電極、隔離結構、第二電極、氧化物半導體結構、閘介電層以及閘極。隔離結構位於第一電極之上。第二電極位於隔離結構之上。第一電極與第二電極中的一者包含氧吸收層。氧吸收層包含鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者。氧化物半導體結構從第二電極的頂面延伸至第一電極的頂面，且接觸隔離結構的側面。氧化物半導體結構包括接觸氧吸收層的導電區以及接觸隔離結構的通道區。導電區的載子濃度大於通道區的載子濃度。閘介電層位於氧化物半導體結構上。閘極位於閘介電層上。

本發明的至少一實施例提供一種半導體裝置的製造方法，包括以下步驟。形成第一電極、隔離結構以及第二電極組成的堆疊結構。第一電極與第二電極中的一者包含氧吸收層。氧吸收層包含鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者。形成氧化物半導體結構於堆疊結構上。氧化物半導體結構包括接觸氧吸收層的導電區以及接觸隔離結構的通道區。導電區中的氧元素擴散至氧吸收層中，使導電區的載子濃度大於通道區的載子濃度。形成閘介電層於氧化物半導體結構上。形成閘極於閘 介電層上。

10A,10B,10C,10D,10E:半導體裝置

100:基板

102:緩衝層

110:隔離結構

110s:側面

120:閘介電層

210,210A,210B:第一電極

210t,220t:頂面

220A,220B,220C,220D,220E:第二電極

222:氧吸收層

224:金屬層

230:閘極

300,300A,300B,300C,300D,300E:氧化物半導體結構

302:導電區

304:通道區

306:接觸區

310:原生金屬氧化物

E:箭頭

t1,t2,t3,t4:厚度

圖1是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置的剖面示意圖。

圖2A至圖2D是圖1的半導體裝置的製造方法的剖面示意圖。

圖3是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置的剖面示意圖。

圖4A至圖4D是圖3的半導體裝置的製造方法的剖面示意圖。

圖5是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置的剖面示意圖。

圖6是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置的剖面示意圖。

圖7是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置的剖面示意圖。

圖8A是本發明的一實施例的一種半導體裝置的模擬結構的剖面示意圖。

圖8B是圖8A的虛框位置的局部放大圖。

圖9A是實施例一至實施例三的半導體裝置的電場與Y軸位 置的數據圖。

圖9B是實施例一至實施例三的半導體裝置的閘極電壓與電流(Id)的數據圖。

圖10A是實施例四至實施例六的半導體裝置的電場與Y軸位置的數據圖。

圖10B是實施例四至實施例六的半導體裝置的閘極電壓與電流(Id)的數據圖。

圖11A是實施例七至實施例九的半導體裝置的電場與Y軸位置的數據圖。

圖11B與11C是實施例七至實施例九的半導體裝置的閘極電壓與電流(Id)的數據圖。

圖1是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置10A的剖面示意圖。請參考圖1，半導體裝置10A包括第一電極210A、隔離結構110、第二電極220A、氧化物半導體結構300A、閘介電層120以及閘極230。

在本實施例中，第一電極210A、隔離結構110、第二電極220A、氧化物半導體結構300A、閘介電層120以及閘極230依序堆疊於基板100之上。通過堆疊結構的設計，可以縮小氧化物半導體結構300A的有效通道長度，並減少半導體裝置10A的尺寸。

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。

緩衝層102位於基板100上。緩衝層102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102例如用來做為氫阻擋層及/或金屬離子阻擋層。

第一電極210A位於基板100之上。在本實施例中，第一電極210A與基板100之間包括緩衝層102。在一些實施例中，第一電極210A的厚度t1為100奈米至500奈米。

隔離結構110位於第一電極210A之上。隔離結構110部分重疊於第一電極210A。具體地說，第一電極210A的頂面210t的一部分被隔離結構110覆蓋，而頂面210t的另一部分沒有被隔離結構110覆蓋。在一些實施例中，隔離結構110的厚度t2為30奈米至600奈米。

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氧化物半導體結構300A中的氧濃度。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)以優化半導體裝置10A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。

第二電極220A位於隔離結構110之上。第二電極220A覆蓋隔離結構110的頂面。在一些實施例中，隔離結構110的側面110s對齊於第二電極220A的側面。在一些實施例中，第二電極220A的厚度t3為100奈米至500奈米。

氧化物半導體結構300A從第二電極220A的頂面220t延伸至第一電極210A的頂面210t，且接觸隔離結構110的側面110s。在一些實施例中，氧化物半導體結構300A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)、銦鎵氧化物(InGO)、銦鎢氧化物(InWO)等金屬氧化物)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。氧化物半導體結構300A具有單層結構或多層結構。在一些實施例中，氧化物半導體結構300A在側面110s上的厚度t4為10奈米至100奈米。

第一電極210A與第二電極220A各自可具有單層結構或多層結構。在本實施例中，第一電極210A與第二電極220A各自具有單層結構。第一電極210A與第二電極220A中的一者包含氧吸收層，而另一者包含氧阻擋層。在本實施例中，第一電極210A包含氧阻擋層，而第二電極220A包含氧吸收層。在一些實施例中，氧阻擋層(即第一電極210A)的材料包括錫、銅、鉬、鎳或其他合適的導電材料。在一些實施例中，氧吸收層(即第二電極220A)的材料包含鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者。

在本實施例中，第二電極220A作為氧吸收層使用，且在製造半導體裝置10A的過程中，氧化物半導體結構300A中的氧元素擴散至第二電極220A中，並將第二電極220A氧化以形成位於氧吸收層(即第二電極220A)與氧化物半導體結構300A之間的原生金屬氧化物310。原生金屬氧化物310的標準生成吉布斯自由能低於氧化物半導體結構300A的標準生成吉布斯自由能，因此，有利於氧化物半導體結構300A中的氧元素往第二電極220A擴散。在一些實施例中，原生金屬氧化物310的材料的標準生成吉布斯自由能低於-1000KJ mol^-1，例如為-1000KJ mol^-1 至-2000KJ mol^-1。

在本實施例中，氧吸收層(即第二電極220A)可作為還原劑，用於吸收氧化物半導體結構300A中的部分氧元素，以於氧化物半導體結構300A中形成接觸氧吸收層(即第二電極220A)的導電區302。導電區302具有較低的氧濃度以及較高的載子濃度。

在本實施例中，第一電極210A作為氧阻擋層使用，且在製造半導體裝置10A的過程中，氧化物半導體結構300A中的氧元素不易擴散至氧阻擋層(即第一電極210A)中。在一些實施例中，仍然有少許的氧元素從氧化物半導體結構300A擴散至氧阻擋層(即第一電極210A)中，並在氧化物半導體結構300A與氧阻擋層之間形成原生金屬氧化物(未繪出)。然而，在本實施例中，相較於氧化物半導體結構300A與第二電極220A之間的原生金屬氧化物310，氧化物半導體結構300A與第一電極210A之間的原生金屬氧化物不易形成(例如僅形成更薄或尺寸更小的原生金屬氧化物)。在一些實施例中，氧化物半導體結構300A與第一電極210A之間的原生金屬氧化物的標準生成吉布斯自由能高於原生金屬氧化物310的標準生成吉布斯自由能，甚至高於氧化物半導體結構300A的標準生成吉布斯自由能。在一些實施例中，氧化物半導體結構300A與第一電極210A之間的原生金屬氧化物的標準生成吉布斯自由能高於-1000KJ mol^-1，例如為-300KJ mol^-1至-1000KJ mol^-1。

在形成原生金屬氧化物310後，氧化物半導體結構300A包含接觸氧吸收層的導電區302(也可以說是n+摻雜區)、接觸隔離結構110的通道區304以及接觸氧阻擋層的接觸區306。通道區304夾在導電區302與接觸區306之間。在一些實施例中，導電區302的氧濃度低於通道區304的氧濃度，且導電區302的載子濃度(例如5e18~1e22cm^-3)大於通道區304的載子濃度(例如1e16~1e18cm^-3)。導電區302的電阻率低於通道區304的電阻率。在一些實施例中，接觸區306的氧濃度低於或等於通道區304的氧濃度，但接觸區306的氧濃度高於導電區302的氧濃度。接觸區306的載子濃度(例如1e16~1e19cm^-3)大於或等於通道區304的載子濃度，但低於導電區302的載子濃度。在一些實施例中，接觸區306的載子濃度介於通道區304的載子濃度與導電區302的載子濃度之間。

在本實施例中，第一電極210A作為汲極使用，而第二電極220A作為源極使用。通過在源極上形成導電區302，可以提升氧化物半導體結構300A的載子濃度，進而使半導體裝置10A的驅動電流增加。另外，通過使汲極包括氧阻擋層，可以避免氧化物半導體結構300A在與汲極接觸的位置產生導電區302(也可以說是n+摻雜區)，進而減少電場所導致的熱載子效應的問題。

閘介電層120位於氧化物半導體結構300A上。在一些實施例中，閘介電層120的材料包括氧化矽、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。

閘極230位於閘介電層120上，且重疊於氧化物半導體結構300A。在一些實施例中，閘極230的材料例如包括鉻、金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅、鎳等金屬、上述金屬的合金、上述金屬的氧化物、上述金屬的氮化物或上述之組合或其他導電材料。閘極230可具有單層結構或多層結構。

圖2A至圖2D是圖1的半導體裝置10A的製造方法的剖面示意圖。請參考圖2A，形成緩衝層102於基板100上。形成第一電極210A、隔離結構110以及第二電極220A組成的堆疊結構於緩衝層102上。第一電極210A與第二電極220A中的一者包含氧吸收層，而另一者包含氧阻擋層。在本實施例中，第二電極220A包含氧吸收層，而第一電極210A包含氧阻擋層。

請參考圖2B，形成氧化物半導體結構300A於堆疊結構上。氧化物半導體結構300A從第二電極220A的頂面220t延伸至第一電極210A的頂面210t。

請參考圖2C，使氧化物半導體結構300A的導電區302中的氧元素擴散至第二電極220A中，以於第二電極220A上形成原生金屬氧化物310。原生金屬氧化物310形成於第二電極220A與氧化物半導體結構300A之間的界面。在形成原生金屬氧化物310的同時，於氧化物半導體結構300A中形成氧空缺濃度 以及載子濃度較高的導電區302。在一些實施例中，氧化物半導體結構300A的通道區304與接觸區306分別接觸隔離結構110以及第一電極210A，其中接觸區306的載子濃度大於或等於通道區304的載子濃度。通道區304位於接觸區306與導電區302之間。在一些實施例中，接觸區306與第一電極210A之間形成有較少的原生金屬氧化物或接觸區306與第一電極210A之間沒有原生金屬氧化物的形成。

在一些實施例中，在沉積氧化物半導體結構300A的過程中，自發地形成原生金屬氧化物310以及導電區302，但本發明不以此為限。在其他實施例中，額外的進行其他熱處理製程，以促使氧化物半導體結構300A中的氧擴散至第二電極220A中。

請參考圖2D，形成閘介電層120於氧化物半導體結構300A上。在本實施例中，在形成閘介電層120之前，氧化物半導體結構300A與第二電極220A之間已經形成有原生金屬氧化物310，但本發明不以此為限。在其他實施例中，在形成閘介電層120之後或在形成閘介電層120的過程中，使氧化物半導體結構300A中的氧擴散至第二電極220A中以形成原生金屬氧化物310以及導電區302。

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)。在一些實施例中，在形成閘介電層120之後，進行額外的熱處理製程以使隔離結構110中的氧元素擴散至氧化物半 導體結構300A中(例如擴散至通道區304中)，藉此減少通道區304中的氧空缺濃度，進而提升通道區304的電阻率，並減少第一電極210A與第二電極220A之間的漏電問題。

最後請回到圖1，形成閘極230於閘介電層120上。至此，半導體裝置10A大致完成。

圖3是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置10B的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖3的實施例沿用圖1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3的半導體裝置10B與圖1的半導體裝置10A的主要差異在於：在半導體裝置10B中，第一電極210B包括氧吸收層，而第二電極220B包括氧阻擋層。在一些實施例中，第一電極210B的材料包括鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者。在一些實施例中，第二電極220B的材料包括錫、銅、鉬、鎳或其他合適的導電材料。

在本實施例中，第一電極210B作為源極使用，而第二電極220B作為汲極使用。通過在源極(即第一電極210B)上形成導電區302，可以降低氧化物半導體結構300B的電阻率，進而使半導體裝置10B的驅動電流增加。另外，通過使汲極(即第二電極220B)包括氧阻擋層，可以避免氧化物半導體結構300B在與汲極接觸的位置產生導電區302(也可以說是n+摻雜區)， 進而減少熱載子效應的產生。在一些實施例中，第一電極210B上的導電區302接觸隔離結構110。

圖4A至圖4D是圖3的半導體裝置10B的製造方法的剖面示意圖。請參考圖4A，形成緩衝層102於基板100上。形成第一電極210B、隔離結構110以及第二電極220B組成的堆疊結構於緩衝層102上。第一電極210B與第二電極220B中的一者包含氧吸收層，而另一者包含氧阻擋層。在本實施例中，第一電極210B包含氧吸收層，而第二電極220B包含氧阻擋層。

請參考圖4B，形成氧化物半導體結構300B於堆疊結構上。氧化物半導體結構300B從第二電極220B的頂面220t延伸至第一電極210B的頂面210t。

請參考圖4C，使氧化物半導體結構300B的導電區302中的氧元素擴散至第一電極210B中，以於第一電極210B上形成原生金屬氧化物310。原生金屬氧化物310形成於第一電極210B與氧化物半導體結構300B之間的界面。在形成原生金屬氧化物310的同時，於氧化物半導體結構300B中形成載子濃度較高的導電區302。在一些實施例中，氧化物半導體結構300B的通道區304與接觸區306分別接觸隔離結構110以及第二電極220B，其中接觸區306的載子濃度大於或等於通道區304的載子濃度。通道區304位於接觸區306與導電區302之間。

在一些實施例中，在沉積氧化物半導體結構300B的過程中，自發地形成原生金屬氧化物310以及導電區302，但本發 明不以此為限。在其他實施例中，額外的進行其他熱處理製程，以促使氧化物半導體結構300B中的氧擴散至第一電極210B中。

請參考圖4D，形成閘介電層120於氧化物半導體結構300B上。在本實施例中，在形成閘介電層120之前，氧化物半導體結構300B與第一電極210B之間已經形成有原生金屬氧化物310，但本發明不以此為限。在其他實施例中，在形成閘介電層120之後或在形成閘介電層120的過程中，使氧化物半導體結構300B中的氧擴散至第一電極210B中以形成原生金屬氧化物310以及導電區302。

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)。在一些實施例中，在形成閘介電層120之後，進行額外的熱處理製程以使隔離結構110中的氧元素擴散至氧化物半導體結構300B中(例如擴散至通道區304中)，藉此減少通道區304中的氧空缺濃度，進而提升通道區304的電阻率，減少第一電極210B與第二電極220B之間的漏電問題。

最後請回到圖3，形成閘極230於閘介電層120上。至此，半導體裝置10B大致完成。

圖5是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置10C的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖5的實施例沿用圖1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5的半導體裝置10C與圖1的半導體裝置10A的主要差異在於：半導體裝置10C的第二電極220C具有多層結構。

請參考圖5，第二電極220C包括金屬層224以及氧吸收層222。在本實施例中，氧吸收層222覆蓋金屬層224的頂面。氧化物半導體結構300C接觸氧吸收層222的頂面以及側面。在本實施例中，金屬層224與氧吸收層222包括不同的材料。舉例來說，氧吸收層222的材料包括鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者，而金屬層224的材料包括錫、銅、鉬、鎳或其他合適的導電材料。

在本實施例中，半導體結構300C與氧吸收層222接觸的部分形成導電區302，且半導體結構300C與氧吸收層222之間包括原生金屬氧化物310。在本實施例中，半導體結構300C與金屬層224接觸的部分形成接觸區308。在一些實施例中，接觸區308的載子濃度低於導電區302的載子濃度。導電區302、接觸區308、通道區304以及接觸區306依序相連。

圖6是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置10D的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖6的實施例沿用圖5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6的半導體裝置10D與圖5的半導體裝置10C的主要差異在於：半導體裝置10D的氧吸收層222位於金屬層224與隔 離結構110之間。

請參考圖6，第二電極220D包括金屬層224以及氧吸收層222。在本實施例中，金屬層224覆蓋氧吸收層222的頂面。氧化物半導體結構300D接觸金屬層224的頂面與氧吸收層222的側面。氧化物半導體結構300D的接觸區308、導電區302、通道區304以及接觸區306依序相連。

圖7是依照本發明的一實施例的一種半導體裝置10E的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖7的實施例沿用圖5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7的半導體裝置10E與圖5的半導體裝置10C的主要差異在於：半導體裝置10E的氧吸收層222將金屬層224與氧化物半導體結構300E隔開。

請參考圖7，第二電極220E包括金屬層224以及氧吸收層222。在本實施例中，氧吸收層222覆蓋金屬層224的頂面與側面。氧化物半導體結構300E接觸氧吸收層222的頂面以及側面。

圖8A是本發明的一實施例的一種半導體裝置的模擬結構的剖面示意圖。圖8B是圖8A的虛框位置的局部放大圖。圖9A是實施例一至實施例三的半導體裝置的電場與Y軸位置的數據圖，其中Y軸位置對應了圖8A中箭頭E的位置，且圖9A的 橫軸的單位為微米，縱軸的單位為伏特/公分(V/cm)。圖9B是實施例一至實施例三的半導體裝置的閘極電壓與電流(Id)的數據圖。在圖9A與圖9B中，實施例一至實施例三的半導體裝置具有類似的結構(如圖8A所示的結構)。在實施例一至實施例三中，氧化物半導體結構300的材料包括銦鎵鋅氧化物，其中分別接觸隔離結構110以及第一電極210(在實施例一至實施例三為源極)之通道區與接觸區的載子濃度相同(例如為1e16至1e18cm^-3)，而接觸第二電極220(在實施例一至實施例三為汲極)之導電區的載子濃度(例如為5e18至1e22cm^-3)大於通道區之載子濃度。實施例一、實施例二以及實施例三的差異在於接觸汲極(即第二電極220)之氧化物半導體結構300的導電區的載子濃度不同，其中實施例三的導電區的載子濃度最大，而實施例一的導電區的載子濃度最小。

在進行圖9A的模擬時，對閘極230施加的閘極電壓為5V，而第一電極210與第二電極220之間的電壓差為5V。在進行圖9B的模擬時，第一電極210與第二電極220之間的電壓差為5V，並測量第一電極210與第二電極220之間的電流(Id)與閘極電壓之間的關係。

比較實施例一至實施例三的電場分布，可以發現實施例一在第二電極220處的電場的電場最弱。換句話說，減少第二電極220(在實施例一至實施例三中為汲極)處的導電區的載子濃度可以有效的減弱第二電極220處的電場。由此可知，當汲極包 括氧阻擋層時，可以避免氧化物半導體結構300在與汲極接觸的位置產生載子濃度高的n+摻雜區，進而減少電場造成的熱載子效應的問題。

圖10A是實施例四至實施例六的半導體裝置的電場與Y軸位置的數據圖，其中Y軸位置對應了圖8A中箭頭E的位置，且圖10A的橫軸的單位為微米，縱軸的單位為伏特/公分(V/cm)。圖10B是實施例四至實施例六的半導體裝置的閘極電壓與電流(Id)的數據圖。

在圖10A與圖10B中，實施例四至實施例六的半導體裝置具有類似的結構(如圖8A所示的結構)。在實施例四至實施例六中，氧化物半導體結構300的材料包括銦鎵鋅氧化物，其中分別接觸隔離結構110以及第二電極220(在實施例四至實施例六為汲極)之通道區與接觸區的載子濃度相同(例如為1e16至1e18cm^-3)，而接觸第一電極210(在實施例四至實施例六為源極)之導電區的載子濃度(例如為5e18至1e22cm^-3)大於通道區之載子濃度。實施例四、實施例五以及實施例六的差異在於接觸(即第一電極210)之氧化物半導體結構300的導電區的載子濃度不同，其中實施例六的導電區的載子濃度最大，而實施例四的導電區的載子濃度最小。

在進行圖10A的模擬時，對閘極230施加的閘極電壓為5V，而第一電極210與第二電極220之間的電壓差為5V。在進行圖10B的模擬時，第一電極210與第二電極220之間的電壓差 為5V，並測量第一電極210與第二電極220之間的電流(Id)與閘極電壓之間的關係。

比較實施例四至實施例六的電場分布，可以得知改變第一電極210(在實施例四至實施例六中為源極)處的導電區的載子濃度對電場的影響不大。比較實施例四至實施例六的閘極電壓與電流(Id)的數據圖，可以得知，增加第一電極210(在實施例四至實施例六中為源極)處的導電區的載子濃度可以有效的提升電流(Id)。基於上述，提高接觸第一電極210(在實施例四至實施例六中為源極)的導電區的載子濃度有助於提升電流(Id)，且不會對電場造成明顯的影響。換句話說，當源極包括氧吸收層時，有利於在氧化物半導體結構與源極接觸的位置產生載子濃度高的n+摻雜區，進而提升電流(Id)。

圖11A是實施例七至實施例九的半導體裝置的電場與Y軸位置的數據圖，其中Y軸位置對應了圖8A中箭頭E的位置，且圖11A的橫軸的單位為微米，縱軸的單位為伏特/公分(V/cm)。圖11B與圖11C是實施例七至實施例九的半導體裝置的閘極電壓與電流(Id)的數據圖。

在進行圖11A的模擬時，對閘極230施加的閘極電壓為5V，而第一電極210與第二電極220之間的電壓差為5V。在進行圖11B與圖11C的模擬時，第一電極210與第二電極220之間的電壓差為5V，並測量第一電極210與第二電極220之間的電流(Id)與閘極電壓之間的關係。

在圖11A、圖11B與圖11C中，實施例七至實施例九的半導體裝置具有類似的結構(如圖8A所示的結構)。在實施例七至實施例九中，氧化物半導體結構300的材料包括銦鎵鋅氧化物，其中接觸隔離結構110之通道區的載子濃度例如為1e16至1e18cm^-3。在實施例七與實施例八中，氧化物半導體結構300接觸第一電極210(在實施例七至實施例九為源極)之導電區的載子濃度(例如為5e18至1e22cm^-3)大於通道區之載子濃度。在實施例七中，氧化物半導體結構300接觸第二電極220(汲極)之接觸區的載子濃度(例如為1e16~1e19cm^-3)小於第一電極210(源極)接觸之導電區的載子濃度。在實施例八中，氧化物半導體結構300接觸第二電極220(汲極)之接觸區(也可稱為導電區)的載子濃度(例如為5e18至1e22cm^-3)等於第一電極210(源極)接觸之導電區的載子濃度。在實施例九中，氧化物半導體結構300接觸第一電極210與第二電極220之區域的載子濃度皆等於氧化物半導體結構300接觸隔離結構110之通道區的載子濃度(例如為1e16~1e19cm^-3)，也可以說實施例九之氧化物半導體結構300不具有不同載子濃度的區域。

比較實施例七至實施例九的電場分布，可以得知實施例七與實施例九在第二電極220(汲極)附近的電場較實施例八在第二電極220(汲極)附近的電場更弱。由此可知，降低汲極附近之氧化物半導體結構的載子濃度有利於減輕電場導致的熱載子效應的問題。

比較實施例七至實施例九的閘極電壓與電流(Id)的數據圖，可以得知實施例七與實施例八的第一電極210與第二電極220之間的電流(Id)明顯大於實施例九的第一電極210與第二電極220之間的電流(Id)。由此可知，增加源極附近之氧化物半導體結構的載子濃度有利於提升半導體結構的電流。

10A:半導體裝置

100:基板

102:緩衝層

110:隔離結構

110s:側面

120:閘介電層

210A:第一電極

210t,220t:頂面

220A:第二電極

230:閘極

300A:氧化物半導體結構

302:導電區

304:通道區

306:接觸區

310:原生金屬氧化物

t1,t2,t3,t4:厚度

Claims (8)

1. 一種半導體裝置，包括： 一第一電極； 一隔離結構，位於該第一電極之上； 一第二電極，位於該隔離結構之上，其中該第二電極包括一金屬層以及一氧吸收層，其中該氧吸收層包含鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者，其中該金屬層與該氧吸收層包括不同的材料； 一氧化物半導體結構，從該第二電極的頂面延伸至該第一電極的頂面，且接觸該隔離結構的側面，且該氧化物半導體結構包括接觸該氧吸收層的一導電區以及接觸該隔離結構的一通道區，其中該導電區的載子濃度大於該通道區的載子濃度，其中該氧吸收層位於該金屬層與該隔離結構之間，且其中該氧化物半導體結構接觸該金屬層的頂面與該氧吸收層的側面； 一閘介電層，位於該氧化物半導體結構上；以及 一閘極，位於該閘介電層上。
2. 一種半導體裝置，包括： 一第一電極； 一隔離結構，位於該第一電極之上； 一第二電極，位於該隔離結構之上，其中該第二電極包括一金屬層以及一氧吸收層，其中該氧吸收層覆蓋該金屬層的頂面，其中該氧吸收層包含鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者，其中該金屬層與該氧吸收層包括不同的材料； 一氧化物半導體結構，從該第二電極的頂面延伸至該第一電極的頂面，且接觸該隔離結構的側面，且該氧化物半導體結構包括接觸該氧吸收層的一導電區以及接觸該隔離結構的一通道區，其中該導電區的載子濃度大於該通道區的載子濃度，且該氧化物半導體結構接觸該氧吸收層的頂面以及側面； 一閘介電層，位於該氧化物半導體結構上；以及 一閘極，位於該閘介電層上。
3. 如請求項2所述的半導體裝置，其中該氧吸收層覆蓋該金屬層的側面，且該氧吸收層將該金屬層與該氧化物半導體結構隔開。
4. 一種半導體裝置，包括： 一第一電極； 一隔離結構，位於該第一電極之上； 一第二電極，位於該隔離結構之上，其中該第一電極與該第二電極中的一者包含一氧吸收層，其中該氧吸收層包含鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者，其中該第一電極與該第二電極中的另一者包含一氧阻擋層，其中該氧阻擋層的材料包括錫、銅、鉬以及鎳中的至少一者； 一氧化物半導體結構，從該第二電極的頂面延伸至該第一電極的頂面，且接觸該隔離結構的側面，且該氧化物半導體結構包括接觸該氧吸收層的一導電區以及接觸該隔離結構的一通道區，其中該導電區的載子濃度大於該通道區的載子濃度，其中該氧吸收層與該氧化物半導體結構之間的界面包括一原生金屬氧化物，其中該原生金屬氧化物的標準生成吉布斯自由能低於該氧化物半導體結構的標準生成吉布斯自由能； 一閘介電層，位於該氧化物半導體結構上；以及 一閘極，位於該閘介電層上。
5. 如請求項4所述的半導體裝置，其中該氧化物半導體結構更包括接觸該氧阻擋層的一接觸區，其中該接觸區的載子濃度介於該通道區的載子濃度與該導電區的載子濃度之間。
6. 如請求項4所述的半導體裝置，其中該第一電極包括該氧吸收層，且該導電區接觸該隔離結構。
7. 一種半導體裝置的製造方法，包括： 形成一第一電極、一隔離結構以及一第二電極組成的一堆疊結構，其中該第一電極與該第二電極中的一者包含一氧吸收層，其中該氧吸收層包含鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的至少一者； 形成氧化物半導體結構於該堆疊結構上，其中該氧化物半導體結構包括接觸該氧吸收層的一導電區以及接觸該隔離結構的一通道區，其中該導電區中的氧元素擴散至該氧吸收層中，使該導電區的載子濃度大於該通道區的載子濃度； 形成一閘介電層於該氧化物半導體結構上；以及 形成一閘極於該閘介電層上。
8. 如請求項7所述的半導體裝置的製造方法，其中該導電區中的該氧元素擴散至該氧吸收層中，並在該氧吸收層與該導電區的界面處形成一原生金屬氧化物，其中該原生金屬氧化物包括鉿、鈦、鈹、鋁、錳、鉻、釩、鈣以及矽中的該至少一者的氧化物。