主动元件结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主动元件及其制造方法，且特别是涉及一种具有氧化物通道层的主动元件结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]近年来，使用铟(In)-镓(Ga)-锌(Zn)-氧(O)系(以下称作IGZO)的氧化物半导体薄膜作为薄膜晶体管的通道层已有许多研宄与实际的应用开发。然而，氧化物半导体薄膜虽然可作为薄膜晶体管的通道层，但氧化物半导体薄膜受光照射之后，电性特性会发生改变(例如，载流子容易跃迀至导电带)，致使薄膜晶体管的临界电压(thresholdvoltage)发生偏移。故使用氧化物半导体薄膜作为通道层的主动元件会有稳定性不佳的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种主动元件结构，其具有较佳的稳定性。
[0004]本发明的再一目的在于提供一种主动元件结构的制作方法，其可以制作出稳定性较佳的主动元件结构。
[0005]为达上述目的，本发明提供一种主动元件结构，包括栅极、氧化物通道层、源极、漏极以及高能量绝缘层。氧化物通道层与栅极上下叠置，其中氧化物通道层包括上层与下层，且上层的晶格结构与下层的晶格结构不同。源极及漏极都与氧化物通道层接触，其中源极与漏极相隔一间距以在氧化物通道层定义出一通道区。高能量绝缘层接触氧化物通道层的上层O
[0006]在本发明的一实施例中，上述高能量绝缘层的材质包括氧化娃。
[0007]在本发明的一实施例中，上述上层的厚度与下层的厚度的比为1:5至1:9。
[0008]在本发明的一实施例中，上述上层的晶格结构为体心立方(BCC)结晶或面心立方(FCC)结晶。
[0009]在本发明的一实施例中，上述下层为非晶质的晶格结构。
[0010]在本发明的一实施例中，上述上层的氧含量低于下层的氧含量。
[0011]在本发明的一实施例中，上述主动元件结构还包括栅极绝缘层，其中栅极绝缘层位于栅极与氧化物通道层之间，且氧化物通道层、源极与漏极位于高能量绝缘层与栅极绝缘层之间。
[0012]在本发明的一实施例中，上述主动元件结构还包括保护层，其中高能量绝缘层位于栅极与氧化物通道层之间。
[0013]在本发明的一实施例中，上述氧化物通道层的上层与下层的材质包括铟镓锌氧化物。
[0014]在本发明的一实施例中，上述氧化物通道层的上层的面积大致相同该氧化物通道层与高能量绝缘层的接触面积。
[0015]本发明提供一种主动元件结构的制作方法，包括先形成栅极、氧化物通道层、源极与漏极，其中栅极与氧化物通道层上下叠置。源极与漏极都与氧化物通道层接触，并相隔一间距以在氧化物通道层定义出一通道区。再来，进行高能量沉积步骤以形成接触氧化物通道层的高能量绝缘层。高能量沉积步骤的能量密度由0.14瓦/平方厘米(W/cm2)至0.37瓦/平方厘米(W/cm2)。之后，进行退火步骤使氧化物通道层包括接触于高能量绝缘层的上层与下层，且上层的晶格结构与下层的晶格结构不同。退火步骤的制作工艺温度由200°C至300。。。
[0016]在本发明的一实施例中，上述高能量沉积步骤的能量密度由0.21瓦/平方厘米(W/cm2)至 0.28 瓦 / 平方厘米(W/cm2)。
[0017]在本发明的一实施例中，上述退火步骤在大气环境下进行。
[0018]在本发明的一实施例中，上述退火步骤的制作工艺温度为230°C，且进行时间为120分钟。
[0019]在本发明的一实施例中，上述退火步骤在高能量沉积步骤之后进行。
[0020]在本发明的一实施例中，上述高能量绝缘层形成于栅极与氧化物通道层之间。
[0021]在本发明的一实施例中，上述主动元件结构的制作方法还包括于栅极与氧化物通道层之间形成栅极绝缘层。氧化物通道层、源极与漏极都形成于栅极绝缘层与高能量绝缘层之间。
[0022]在本发明的一实施例中，上述高能量绝缘层的材质包括氧化硅。
[0023]基于上述，本发明的主动元件结构及其制作方法可让接触于高能量绝缘层的氧化物通道层划分为不同晶格结构的上层与下层，且上层可以提供阻挡光线的作用。由此，本发明实施例的设计可改善氧化物通道层受光照射后载流子(例如电子)提早跳跃至导电带的情形。换言之，本发明实施例的主动元件结构不容易产生临界电压的偏移，进而使主动元件结构具有较佳的稳定性。
[0024]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0025]图1A至图1F为本发明的一实施例的一种主动元件结构的制作流程示意图；
[0026]图2A为一具体范例的主动元件结构的局部区域的穿透式电子显微图(照片)；
[0027]图2B为图2A中区域E的局部放大图(照片)；
[0028]图2C为图2B中氧化物通道层的上层经由穿透式电子显微镜所分析的绕射图(照片)；
[0029]图2D为另一具体范例的主动元件结构的局部区域的穿透式电子显微图(照片);
[0030]图2E为图2D中区域F的局部放大图(照片)；
[0031]图2F为图2E中氧化物通道层的上层经由穿透式电子显微镜所分析的绕射图(照片);
[0032]图3为本发明第二实施例的主动元件结构的剖面示意图；
[0033]图4为本发明第三实施例的主动元件结构的剖面示意图；
[0034]图5为本发明第四实施例的主动元件结构的剖面示意图。
[0035]符号说明
[0036]10、10，、10”、20、30、40:主动元件结构
[0037]100:基板
[0038]102、102，、102，，、302:栅极
[0039]104、104’、104”:栅极绝缘层
[0040]106、106’、106”、206、306、406:氧化物通道层
[0041]106B、106B，、106B，，、206B、306B、406B:下层
[0042]106S1:第一侧
[0043]106S2:第二侧
[0044]106T、106T’、106T”、206T、306T、406T:上层
[0045]108:金属材料层
[0046]108，、108”:电极
[0047]108a、208a、308a、408a:源极
[0048]108b、208b、308b、408b:漏极
[0049]110:图案化光致抗蚀剂层
[0050]IlOA:开口
[0051]112、112，、112，，、312:高能量绝缘层
[0052]314:保护层
[0053]AN:箭头
[0054]CH:通道区
[0055]E、F:区域
[0056]G:间距
[0057]P:晶格点
【具体实施方式】
[0058]图1A至图1F是依照本发明一实施例的主动元件的制造流程示意图。首先，请参照图1A。提供基板100，并于基板100上形成栅极102。在本实施例中，基板100例如为硬质基板(rigid substrate)或可烧式基板(flexible substrate)等。举例而言，基板100的材质可为玻璃、塑胶、复合材质或其他可以提供支撑且可制作板状结构的材质。此外，栅极102的材质为导电材料。举例而言，栅极102的材质可为单层或多层堆叠的金属材料，例如选自由铜(Copper, Cu)、钼(Molybdenum, Mo)、钛(Titanium, Ti)、销(Aluminum, Al)、鹤(Tungsten, W)、银(Silver, Ag)、金(Gold, Au)及其合金所组成的族群中的至少之一。在本实施例中，栅极102可通过光刻蚀刻制作工艺来图案化金属材料而制作，但不需以此为限。
[0059]接着，请参照图1B。在基板100以及栅极102上形成栅极绝缘层104，其中栅极绝缘层104同时覆盖基板100以及栅极102。也就是说，栅极102位于基板100与栅极绝缘层