专利名称：半导体组件结构及其制造方法
半导体组件结构及其制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种氧化物半导体晶体管及其制造方法，且特别是有关于一种显
示面板的薄膜晶体管数组及其制造方法。背景技术：
对于采用氧化物半导体例如铟镓锌氧化物(InGaZnO， IGZ0)作为信道层材料的半导体组件结构(例如，薄膜晶体管)，信道层容易受到组件周围气氛(例如硅氧化物层或硅氮化物层的制程中使用的SiH4气体)的影响，导致组件特性产生变化。例如，铟镓锌氧化物层若和含游离氢的膜层(例如栅极介电层与保护层)接触，组件在长时间高温退火(anneal)后，含游离氢的膜层中的氢会扩散进入铟镓锌氧化物层内，使得铟镓锌氧化物层的特性会变得比较偏向导电状态，亦即铟镓锌氧化物层内的氧会被游离氢还原成为氧缺(oxygen vacancies)而使得导电性提高，进而使得薄膜晶体管的临界电压(thresholdvoltage)偏向负压。
发明内容
本发明的目的就是在提供一种半导体组件结构，具有较佳的组件特性。 本发明的再一 目的是提供一种半导体组件结构的制造方法，以改善半导体组件结
构的组件特性。 本发明一实施例提出的一种半导体组件结构，包括基底、栅极电极、含游离氢的第一介电层、源极电极、漏极电极、氧化物半导体层以及含游离氢的第二介电层。栅极电极位于基底上，第一介电层覆盖栅极电极，源极电极位于第一介电层上，漏极电极位于第一介电层上且相对于源极电极具有一信道距离，氧化物半导体层位于第一介电层、源极电极及漏极电极上且包括位于源极电极与漏极电极之间，氧化物半导体层可进一步电性连接源极电极及漏极电极，第二介电层覆盖氧化物半导体层、源极电极及漏极电极，第二介电层具有沟槽，而此沟槽是环绕氧化物半导体层。 在本发明的一实施例中，上述的氧化物半导体层包括铟镓锌氧化物(IGZ0)。
在本发明的一实施例中，上述的第一介电层包括第二沟槽，连接第一沟槽，且暴露出底部的部分栅极电极。 在本发明的一实施例中，上述的半导体组件结构更包括第三介电层，位于第二介电层上且填入第一沟槽与第二沟槽内。 在本发明的一实施例中，上述的第三介电层包括聚醯亚胺(polyimide)。 在本发明的一实施例中，上述的半导体组件结构更包括图案化透明导电层，位于
第二介电层上且填入第一沟槽与第二沟槽。 在本发明的一实施例中，上述的图案化透明导电层的材质包括铟锡氧化物(IT0)。
在本发明的一实施例中，上述的图案化透明导电层穿过第一沟槽与第二沟槽电性接触栅极电极。
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在本发明的一实施例中，上述的第一沟槽包括彼此不相连的第一子开口与第二子
开口 ，且第一子开口与第二子开口分别设置于氧化物半导体层的相对两侧。 在本发明的一实施例中，上述的第二介电层的游离氢含量高于第一介电层的游离
氢含量。 本发明再一实施例提出的一种半导体组件结构，包括基底以及形成于基底上的晶体管；此晶体管包括栅极电极、源极电极、漏极电极、氧化物半导体层、栅极介电层以及含游离氢的保护层。栅极电极位于基底上，源极电极与漏极电极皆位于基底上且两者之间具有一信道间距，氧化物半导体层包括位于源极电极与漏极电极之间且分别电性连接源极电极与漏极电极，栅极介电层设置于栅极电极与氧化物半导体层、源极电极及漏极电极之间，保护层位于栅极电极、栅极介电层、源极电极、漏极电极及氧化物半导体层上。其中，栅极介电层与保护层至少其一具有沟槽，此沟槽位于氧化物半导体层的周边且环绕氧化物半导体层。 本发明又一实施例提出一种半导体组件结构的制造方法，包括步骤形成栅极电极于基底上；形成含游离氢的第一介电层以覆盖栅极电极；形成源极电极与漏极电极于第一介电层上，源极电极与漏极电极之间具有一信道间距；形成氧化物半导体层于第一介电层、源极电极、漏极电极上且包括位于源极电极与漏极电极之间；形成含游离氢的第二介电层于第一介电层、氧化物半导体层、源极电极及漏极电极上；以及至少蚀刻第二介电层以形成沟槽，此沟槽环绕氧化物半导体层。 在本发明的一实施例中，上述的至少蚀刻第二介电层的步骤包括利用栅极电极作为蚀刻终止层，依序蚀刻穿第二介电层及第一介电层。 在本发明的一实施例中，上述的半导体组件结构的制造方法更包括步骤形成第三介电层于第二介电层上，并填入沟槽内。 在本发明的一实施例中，上述的半导体组件结构的制造方法更包括步骤形成透明导电层于第二介电层上，并填入沟槽内。此外，透明导电层可穿过沟槽与栅极电极相电性接触。 本发明实施例藉由至少于含游离氢的第二介电层/保护层内设置沟槽以切断游离氢扩散至氧化物半导体层的路径，氧化物半导体层不会被游离氢还原或仅仅遭受轻微的游离氢还原，因而氧化物半导体层的材料性能在半导体组件结构的制造过程中可得以保持，从而本发明实施例提出的半导体组件结构可具有较佳的器件性能。 为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1绘示为相关于本发明实施例的一种半导体组件结构的局部示意图。
图2绘示为沿图1中II-II'线的剖视图。 图3绘示为相关于本发明再一实施例的一种半导体组件结构的剖视图。 图4绘示为相关于本发明又一实施例的一种半导体组件结构的剖视图。 图5A至图5E绘示为相关于本发明实施例提出的一种半导体组件结构的制造方法
的制造流程。
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图6绘示出相关于本发明实施例与比较例的半导体组件结构的电压与电流的关系图。主要组件符号说明
10、20:曲线 30 :半导体组件结构 32:基底 36:晶体管 361、363:沟槽 361a、361b :子开口 364:栅极介电层 366 :氧化物半导体层 368 :保护层 369A:介电层 369B :图案化透明导电层 D :漏极电极 G:栅极电极 L :信道间距 S :源极电极
具体实施方式
下文依本发明的半导体组件结构及其制造方法，特举实施例配合所附图式作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而方法流程步骤描述非用以限制其执行的顺序，任何由方法步骤重新组合的执行流程，所产生具有均等功效的方法，皆为本发明所涵盖的范围。其中图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。
请参阅图l及图2，图l绘示出相关于本发明实施例的一种半导体组件结构的局部示意图，图2绘示为沿图1中II-II'线的剖视图。其中，为清楚显示出各组件的相对位置，图1的氧化物半导体层366以透视方式绘示，然实际上氧化物半导体层366不需局限为透明材料。 如图1所示，半导体组件结构30包括基底32以及形成于基底32上的晶体管36，且于本实施例中，晶体管36具有沟槽361及363。请一并参考图1及图2，晶体管36包括栅极电极G、栅极介电层364、源极电极S、漏极电极D、氧化物半导体层366以及保护层368。其中，栅极介电层364与保护层368可包含介电材料例如硅氧化物、硅氮化物或前述材料的组合，且因制程原因而可能含有游离氢，尤其保护层368中的游离氢含量一般会高于栅极介电层364中的游离氢含量。 承上述，栅极电极G位于基底32上，栅极介电层364覆盖栅极电极G，源极电极S位于栅极介电层364上，漏极电极D位于栅极介电层364上且相对于源极电极S具有信道间距L。沟槽363位于栅极介电层364内且包括彼此不相连的二子开口 (图中未标示)，此二子开口分设于氧化物半导体层366的相对两侧；再者，沟槽363暴露出底部的部分栅极电极G ;此外，沟槽363位于氧化物半导体层366的周边且环绕氧化物半导体层366。
氧化物半导体层366位于栅极介电层364、源极电极S及漏极电极D上且位于源极电极S与漏极电极D之间，氧化物半导体层366电性连接源极电极S及漏极电极D，氧化物半导体层366可包含任合适当的氧化物半导体材料，例如铟镓锌氧化物(IGZ0)、锌氧化物(Zn0)、锌锡氧化物(ZnSnO)其类似材料或前述材料的组合，以提供低漏电与高电子移动性等优点。氧化物半导体层366形成晶体管36的信道层，而信道层的长度为L。在此需要说明的是，前述所谓的「氧化物半导体层366位于源极电极S与漏极电极D之间」可能包含两种情形(1)氧化物半导体层366部分地位于源极电极S与漏极电极D之间，如图2所示；以及(2)氧化物半导体层366仅位于源极电极S与漏极电极D之间(未绘示)。
保护层368覆盖氧化物半导体层366、源极电极S及漏极电极D。沟槽361位于保护层368中且与沟槽363相连，沟槽361包括彼此不相连的二子开口 361a及361b，此二子开口 361a及361b分设于氧化物半导体层366的相对两侧；此外，沟槽361位于氧化物半导体层366的周边且环绕氧化物半导体层366。 于其它实施例中，由于栅极介电层364中的游离氢含量相对较低，对半导体组件结构30的组件特性影响相对较小，因此在对半导体组件结构30的组件特性要求不高的应用领域，或是栅极介电层364中的游离氢含量极低的状况下，可仅在保护层368中形成沟槽361而不在栅极介电层364中形成沟槽363。 于其它实施例中，如图3所示，本实施例提出的半导体组件结构30可更包括介电层369A，位于保护层368上且填入沟槽361及363内；在此，介电层369A作为沟槽361及363的填充材料，其选用不含游离氢的材质例如聚醯亚胺(polyimide)。本实施例中，当半导体组件结构30应用于薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)时，介电层369A的形成方便后续画素电极的形成。 于其它实施例中，如图4所示，本发明实施例提出的半导体组件结构30亦可更包括图案化透明导电层369B，位于保护层368上且填入沟槽361及363内，图案化透明导电层369B的材质可选用铟锡氧化物或其它类似材料。此时，图案化透明导电层369B穿过沟槽361及363与栅极电极G电性接触而作为晶体管36的顶部栅极电极，栅极电极G则作为晶体管36的底部栅极电极；换而言之，此时的晶体管36为一种双栅极晶体管。于其它实施例中，本发明的图案化透明导电层369B亦可仅填入沟槽361及363内，而不需覆盖于源极电极S与漏极电极D上方，亦即仅于沟槽361及363中填入图案化透明导电层369B而不形成双栅极结构。 下面将结合图5A至图5E具体描述相关于本发明实施例的一种半导体组件结构的制造方法，图5A至图5E绘示出本发明实施例提出的半导体组件结构的制造流程。
如图5A所示，先于基底32上形成栅极电极G。栅极电极G可以具有任何高导电材料，例如为金属层，基底32可以具有任何高透光材料，例如为玻璃基板或压克力基板。
如图5B所示，其后于栅极电极G上形成栅极介电层364，栅极介电层364覆盖栅极电极G，且其的材质可为硅氧化物、硅氮化物、硅氧氮化物或前述材料的组合；由于制程原因，例如于制程中采用SiH4气体作为硅源，栅极介电层364中通常会含有游离氢。
如图5C所示，接着于栅极介电层364上形成有源极电极S及漏极电极D，源极电极S与漏极电极D之间具有信道间距L。 如图5D所示，于栅极介电层364、源极电极S及漏极电极D上形成有氧化物半导体层366，并且氧化物半导体层366还位于源极电极S与漏极电极D之间。此外，氧化物半导体层366与源极电极S及漏极电极D电性连接且于源极电极S与漏极电极D之间形成长度为L的信道层。在此，氧化物半导体层366的材质可选用铟镓锌氧化物、其它含氧金属化合物半导体材料或前述材料的组合。 如图5E所示，于栅极介电层364、氧化物半导体层366、源极电极S及漏极电极D上形成有保护层368。保护层368的材质可选用硅氧化物、硅氮化物、硅氧氮化物或前述材料的组合；由于制程原因，例如于制程中采用SiH4气体作为硅源，保护层368中通常会含有游离氢，且游离氢的含量通常高于栅极介电层364的游离氢含量。 之后，以栅极电极G为蚀刻终止层，依序蚀刻保护层368与门极介电层364，以在保护层368中形成沟槽361以及在栅极介电层364中形成沟槽363 ;沟槽361与沟槽363相连且环绕氧化物半导体层366，从而制得如图2所示的半导体组件结构30。在此需要说明的是，本发明实施例提出的半导体组件结构的制造方法亦可仅蚀刻保护层368而形成沟槽361。 于其它实施例中，本发明实施例提出的半导体组件结构的制造方法还可于保护层368上形成另一介电层，并填入沟槽361及/或沟槽363内，从而可制得如图3所示的结构。
于其它实施例中，本发明实施例提出的半导体组件结构的制造方法亦可于保护层368上形成透明导电层并填入沟槽361及/或沟槽363内，当对透明导电层进行图案化后可得如图4所示的结构。 请参阅图6，图6绘示出相关于本发明实施例与比较例的半导体组件结构的电压(V)与电流(I)的关系图。其中，本发明实施例的半导体组件结构与比较例的半导体组件结构的差别在于，本发明实施例的栅极介电层364以及保护层368中具有环绕氧化物半导体层的沟槽361、363，比较例的栅极介电层以及保护层中不具有环绕氧化物半导体层的沟槽。本发明实施例的半导体组件结构的电压与电流的关系曲线为曲线IO，而比较例的半导体组件结构的电压与电流的关系曲线为曲线20。 如图6所示，比较例的半导体组件结构具有较大的漏电流(I。ff)，且临界电压(Vth)偏向负值，且临界电压不明显，因此组件的电性较不理想。相较的下，本发明的半导体组件结构的临界电压趋近于OV，且具有较佳的次临界摆幅(sub threshold swing, S.S.)。这是
因为本发明实施例可于含游离氢的保护层内设置沟槽，所以氧化物半导体层不易遭游离氢还原，因此可以维持在较接近半导体的状态，因此本发明的半导体组件结构具有较佳的半导体组件特性。 综上所述，本发明实施例提出的半导体组件结构及其制造方法藉由至少于含游离氢的保护层内设置沟槽，以切断游离氢扩散至氧化物半导体层的路径，氧化物半导体层不会被游离氢还原或仅仅遭受轻微的游离氢还原，因而氧化物半导体层的材料性能在半导体组件结构的制造过程中可得以保持，从而本发明实施例提出的半导体组件结构的组件特性可得以改善。 此外，任何熟习此技艺者还可对本发明上述实施例提出的半导体组件结构及其制造方法作适当变更，例如适当变更氧化物半导体层的位置，将氧化物半导体层设置于源极电极与漏极电极的底部且与源极电极及漏极电极相电性连接等等。 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
一种半导体组件结构，包括一基底；一栅极电极，位于该基底上；一含游离氢的第一介电层，覆盖该栅极电极；一源极电极，位于该第一介电层上；一漏极电极，位于该第一介电层上，相对于该源极电极具有一信道间距；一氧化物半导体层，位于该第一介电层、该源极电极及该漏极电极上，且位于该源极电极与该漏极电极之间，该氧化物半导体层电性连接该源极电极及该漏极电极；以及一含游离氢的第二介电层，覆盖该氧化物半导体层、该源极电极及该漏极电极，其中该第二介电层具有一第一沟槽，且该第一沟槽环绕该氧化物半导体层。
2. 根据权利要求1所述的半导体组件结构，其特征在于，该氧化物半导体层包括铟镓锌氧化物。
3. 根据权利要求1所述的半导体组件结构，其特征在于，该第一介电层包括一第二沟槽，连接该第一沟槽，且暴露出底部的部分该栅极电极。
4. 根据权利要求3所述的半导体组件结构，其特征在于，更包括一第三介电层，位于该第二介电层上且填入该第一沟槽与该第二沟槽内。
5. 根据权利要求4所述的半导体组件结构，其特征在于，该第三介电层包括聚醯亚胺。
6. 根据权利要求3所述的半导体组件结构，其特征在于，更包括一图案化透明导电层，位于该第二介电层上且填入该第一沟槽与该第二沟槽内。
7. 根据权利要求6所述的半导体组件结构，其特征在于，该图案化透明导电层的材质包括铟锡氧化物。
8. 根据权利要求6所述的半导体组件结构，其特征在于，该图案化透明导电层穿过该第一沟槽与第二沟槽电性接触该栅极电极。
9. 根据权利要求1所述的半导体组件结构，其特征在于，该第一沟槽包括彼此不相连的第一子开口与第二子开口 ，且该第一子开口与第二子开口分别设置于该氧化物半导体层的相对两侧。
10. 根据权利要求1所述的半导体组件结构，其特征在于，该第二介电层的游离氢含量大于该第一介电层的游离氢含量。
11. 一种半导体组件结构，包括"~~"基底；一晶体管，位于该基底上，该晶体管包括一栅极电极，位于该基底上；一源极电极与一漏极电极，位于该基底上，该源极电极与该漏极电极之间具有一信道间距；一氧化物半导体层，位于该源极电极与该漏极电极之间，且分别电性连接该源极电极与该漏极电极；以及一栅极介电层，设置于该栅极电极与该氧化物半导体层、该源极电极及该漏极电极之间；以及一含游离氢的保护层，位于该栅极电极、该栅极介电层、该源极电极、该漏极电极及该氧化物半导体层上；其中，该栅极介电层与该保护层至少其一具有一沟槽，位于该氧化物半导体层的周边且环绕该氧化物半导体层。
12. 根据权利要求11所述的半导体组件结构，其特征在于，该氧化物半导体层包括铟镓锌氧化物。
13. 根据权利要求11所述的半导体组件结构，其特征在于，更包括聚醯亚胺或铟锡氧化物，设置于该沟槽中。
14. 根据权利要求11所述的半导体组件结构，其特征在于，该沟槽包括彼此不相连的第一开口与第二开口 ，且该第一开口与第二开口分别设置于该氧化物半导体层的相对两
15. 根据权利要求11所述的半导体组件结构，其特征在于，该沟槽贯穿该栅极介电层与该保护层。
16. —种半导体组件结构的制造方法，包括形成一栅极电极于一基底上；形成一含游离氢的第一介电层以覆盖该栅极电极；形成一源极电极与一漏极电极于该第一介电层上，该源极电极与该漏极电极之间具有一信道间距；形成一氧化物半导体层于该第一介电层、该源极电极及该漏极电极上，且位于该源极电极与该漏极电极之间；形成一第二介电层于该第一介电层、该氧化物半导体层、该源极电极及该漏极电极上；以及至少蚀刻该第二介电层以形成一沟槽，且该沟槽环绕该氧化物半导体层。
17. 根据权利要求16所述的半导体组件结构的制造方法，其特征在于，至少蚀刻该第二介电层的步骤包括利用该栅极电极作为蚀刻终止层，依序蚀刻穿该第二介电层及该第一介电层。
18. 根据权利要求16所述的半导体组件结构的制造方法，其特征在于，更包括步骤形成一第三介电层于该第二介电层上，并填入该沟槽内。
19. 根据权利要求16所述的半导体组件结构的制造方法，其特征在于，更包括步骤形成一透明导电层于该第二介电层上，并填入该沟槽内。
20. 根据权利要求19所述的半导体组件结构的制造方法，其特征在于，该透明导电层穿过该沟槽电性接触该栅极电极。
全文摘要
本发明提供一种半导体组件结构及其制造方法，此结构包括基底、氧化物半导体晶体管与含游离氢的保护层。栅极电极位于基底上，栅极介电层覆盖栅极电极，源极电极位于栅极介电层上，漏极电极位于栅极介电层上且相对于源极电极具有信道间距，氧化物半导体层位于栅极介电层、源极电极及漏极电极上且位于源极电极与漏极电极之间并与其电性连接，保护层覆盖氧化物半导体层、源极电极及漏极电极；其中保护层具有沟槽，此沟槽环绕氧化物半导体层。
文档编号H01L21/34GK101789449SQ201010003239
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月4日 优先权日2010年1月4日
发明者林俊男, 蔡文庆, 陈立凯, 高逸群 申请人:友达光电股份有限公司