氧化物半導體薄膜晶體管及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明關于一種氧化物半導體薄膜晶體管及其制作方法，尤指一種利用氫擴散控制層來控制氫進入氧化物半導體層的狀況的氧化物半導體薄膜晶體管及其制作方法。
【背景技術】
[0002]近年來，各種顯示器的應用發展迅速，而薄膜晶體管(thin filmtransistor, TFT) 一種廣泛應用于顯示器技術的半導體元件，例如應用在液晶顯示器(liquid crystal display, LCD)、有機發光二極管(organic light emitting d1de, OLED)顯示器及電子紙(electronic paper, E-paper)等顯示器中。薄膜晶體管利用來提供電壓或電流的切換，以使得各種顯示器中的顯示像素可呈現出亮、暗以及灰階的顯示效果。
[0003]目前顯示器業界使用的薄膜晶體管可根據使用的半導體層材料來做區分，包括非晶娃薄膜晶體管(amorphous silicon TFT, a-Si TFT)、多晶娃薄膜晶體管(poly siliconTFT)以及氧化物半導體薄膜晶體管(oxide semiconductor TFT)。其中氧化物半導體薄膜晶體管是應用近年來新崛起的氧化物半導體材料，此類材料一般為非晶相(amorphous)結構，故較沒有應用于大尺寸面板上均勻性不佳的問題，且可利用多種方式成膜，例如濺鍍(sputter)、旋涂(spin-on)以及印刷(inkjet printing)等方式。由于氧化物半導體薄膜晶體管的電子迀移率一般可較非晶硅薄膜晶體管高數倍以上且具有上述的制程優勢，故目前市場上已逐漸有一些應用氧化物半導體薄膜晶體管的商品化產品上市。
[0004]在一般氧化物半導體薄膜晶體管的結構中，氧化物半導體層與源極/漏極的材料間的接觸阻抗會明顯影響氧化物半導體薄膜晶體管的整體電性表現。如圖1所示，在薄膜晶體管的尺寸固定通道寬度(W)的情況下，通道長度(L)越來越小時，可發現當L縮小到15微米以下時，氧化物半導體薄膜晶體管電性表現將會產生偏移。因此，為了提升氧化物半導體薄膜晶體管的效能，需對氧化物半導體層與源極/漏極間的接觸阻抗進行改善。目前一般的做法有使用等離子體處理(plasma treatment)或使氧化物半導體層直接接觸含氫量高的材料而產生氫擴散，以使部分預計與源極/漏極接觸的氧化物半導體層的區域的電阻率降低。然而，上述的等離子體處理方式容易造成被處理后的氧化物半導體層的阻值狀況不穩定，而直接接觸含氫量高的材料以產生氫擴散的方式則不易控制其擴散范圍，容易造成原本要當作傳導區的氧化物半導體層易受到擴散影響而嚴重地影響到薄膜晶體管的元件特性，特別是在短通道的薄膜晶體管的設計下。
【發明內容】
[0005]本發明的主要目的之一在于提供一種氧化物半導體薄膜晶體管及其制作方法，利用氫擴散控制層來控制氫進入氧化物半導體層的狀況，避免氫進入氧化物半導體層的傳導區中而影響到薄膜晶體管的元件特性，此處定義的傳導區為氧化物半導體薄膜晶體管理想上電子移動最短距離。
[0006]本發明的一實施例提供一種氧化物半導體薄膜晶體管，包括一基板、一圖案化氧化物半導體層、一圖案化柵極介電層、一柵極、一氫擴散控制層、一氫來源層、一源極以及一漏極。圖案化氧化物半導體層設置于基板上。圖案化柵極介電層設置于圖案化氧化物半導體層上。柵極設置于圖案化柵極介電層上。氫擴散控制層設置于柵極與圖案化氧化物半導體層上，且氫擴散控制層包覆柵極與圖案化柵極介電層。氫來源層設置于氫擴散控制層以及圖案化氧化物半導體層上，且氫來源層的含氫量大于氫擴散控制層的含氫量。源極與漏極設置于氫來源層上，且源極與漏極與圖案化氧化物半導體層接觸且電性連接。
[0007]根據本發明的一實施方式，其中該氫擴散控制層直接接觸該圖案化氧化物半導體層，且該氫來源層直接接觸該氫擴散控制層。
[0008]根據本發明的另一實施方式，其中該氫來源層直接接觸該圖案化氧化物半導體層。
[0009]根據本發明的另一實施方式，其中該氫擴散控制層覆蓋該圖案化柵極介電層與該柵極，該氫擴散控制層自該柵極的一頂面沿該柵極的一側邊向該圖案化氧化物半導體層延伸，且延伸不超出該氫擴散控制層位于該頂面垂直投影于該基板的投影范圍。
[0010]根據本發明的另一實施方式，其中該氫擴散控制層于一水平方向上還具有一延伸部，該延伸部覆蓋該圖案化氧化物半導體層于該水平方向的兩端。
[0011]根據本發明的另一實施方式，所述的氧化物半導體薄膜晶體管還包括多個接觸開孔，貫穿該氫來源層其中該源極與該漏極透過該等接觸開孔與該圖案化氧化物半導體層接觸且電性連接。
[0012]根據本發明的另一實施方式，其中該等接觸開孔還貫穿該氫擴散控制層。
[0013]根據本發明的另一實施方式，其中該氫擴散控制層包括金屬氧化物、氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
[0014]根據本發明的另一實施方式，其中該氫擴散控制層的厚度介于100埃(angstrom)至500埃。
[0015]根據本發明的另一實施方式，其中該氫來源層包括氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
[0016]根據本發明的另一實施方式，其中該圖案化氧化物半導體層包括氧化銦鎵鋅、氧化鋅、氧化銦鋅或氧化銦鎵。
[0017]根據本發明的另一實施方式，其中該氫來源層的該含氫量介于15atoms/cm3至27atoms/cm3 之間。
[0018]本發明的另一實施例提供一種氧化物半導體薄膜晶體管的制作方法，包括下列步驟。于一基板上形成一圖案化氧化物半導體層；于圖案化氧化物半導體層上形成一圖案化柵極介電層；于圖案化柵極介電層上形成一柵極；于柵極與圖案化氧化物半導體層上形成一氫擴散控制層，其中氫擴散控制層包覆柵極與圖案化柵極介電層；于氫擴散控制層以及圖案化氧化物半導體層上形成一氫來源層，其中氫來源層的含氫量大于氫擴散控制層的含氫量；以及于氫來源層上形成一源極與一漏極，其中源極與漏極與圖案化氧化物半導體層接觸且電性連接。
[0019]根據本發明的一實施方式，該氫擴散控制層覆蓋該圖案化柵極介電層與該柵極，該氫擴散控制層自該柵極的一頂面沿該柵極的一側邊向該圖案化氧化物半導體層延伸，且延伸不超出該氫擴散控制層位于該頂面垂直投影于該基板的投影范圍。
[0020]根據本發明的另一實施方式，其中該氫擴散控制層、該圖案化柵極介電層與該柵極使用同一張掩模(mask)定義出圖形。
[0021]根據本發明的另一實施方式，其中該氫擴散控制層包括金屬氧化物、氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
[0022]根據本發明的另一實施方式，其中該氫來源層的該含氫量介于15atomS/cm3至27atoms/cm3 之間。
[0023]本發明的氧化物半導體薄膜晶體管利用包覆柵極與圖案化柵極介電層的氫擴散控制層來控制氫來源層中的氫擴散至圖案化氧化物半導體層的狀況，且可避免氫來源層中的氫通過圖案化柵極介電層而擴散至圖案化柵極介電層中的傳導區，借此可在圖案化氧化物半導體層中形成摻雜區的同時確保傳導區的電性狀況，進而可實現具有短通道設計的氧化物半導體薄膜晶體管。