薄膜晶体管、数组基板及显示装置制造方法
【专利摘要】本发明是有关于一种薄膜晶体管，适于设置于基板上。所述薄膜晶体管包括栅极层、绝缘层、载流子传输层、保护层、第一源/漏极层以及第二源/漏极层。栅极层配置于基板上。绝缘层配置于栅极层上。载流子传输层配置于绝缘层上。载流子传输层包括主动层以及迁移率增进层。保护层配置于主动层上。第一源/漏极层配置于主动层上。第二源/漏极层配置于主动层上。迁移率增进层包括第一元素。主动层包括第二元素。第一元素的电负度小于第二元素的电负度，以提高主动层的载流子迁移率。
【专利说明】薄膜晶体管、数组基板及显示装置【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种晶体管，特别是有关于一种应用于显示面板的薄膜晶体管。【背景技术】
[0002]薄膜晶体管的构造依其各层结构的配置方式大致可区分为交错型(staggered)与共平面型(coplanar)。交错型的薄膜晶体管是在栅极层(或其绝缘层)与源/漏极层之间配置半导体层。共平面型的薄膜晶体管是在栅极层(或其绝缘层)与主动层之间配置源/漏极层。另外，根据源/漏极层的配置方式，薄膜晶体管的结构大致可区分为两侧源/漏极接触孔形式或者是岛状形式的源/漏极结构。
[0003]在薄膜晶体管的制作过程中，其主动层易受许多蚀刻液的损伤，因此在元件制作上，多以蚀刻阻挡层(etch stop layer, ESL)结构做为半导体上层蚀刻时的防护。就岛状形式的蚀刻阻挡层防护而言，其本身蚀刻时也会造成主动层受到影响。因此，为了降低主动层受影响的程度，目前发展出利用主动层上方两侧的接触孔与源/漏极层相接触的蚀刻阻挡层防护方式。但是由于此结构的源/漏极层与主动层的接触面积缩小，其结果将使得元件特性降低。因此，若能提升主动层的载流子迁移率，将可有效元件特性。
[0004]由此可见，上述现有的薄膜晶体管在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管，其主动层具有高载流子迁移率。
[0006]本发明的另一个目的在于提供一种数组基板，配置于其上的薄膜晶体管的主动层具有高载流子迁移率。
[0007]本发明的再一个目的在于提供一种显示装置，配置于其数组基板上的薄膜晶体管的主动层具有高载流子迁移率。
[0008]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明一种薄膜晶体管，适于设置于基板上。所述薄膜晶体管包括栅极层、绝缘层、载流子传输层、保护层、第一源/漏极层以及第二源/漏极层。栅极层配置于基板上。绝缘层配置于栅极层上。载流子传输层配置于绝缘层上。载流子传输层包括主动层以及迁移率增进层。保护层配置于主动层上。第一源/漏极层配置于主动层上。第二源/漏极层配置于主动层上。
[0009]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0010]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该迁移率增进层包括一第一元素。主动层包括第二元素。第一元素的电负度小于第二元素的电负度，以提高主动层的载流子迁移率。
[0011]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该迁移率增进层配置于主动层上。
[0012]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该第一源/漏极层及第二源/漏极层配置于保护层上。第一源/漏极层及第二源/漏极层各自经由位于保护层的接触孔与主动层连接。
[0013]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该第一源/漏极层及第二源/漏极层配置于绝缘层上。第一源/漏极层及第二源/漏极层与主动层及绝缘层连接。
[0014]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该主动层配置于迁移率增进层上。
[0015]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该迁移率增进层包括第一元素，且第一元素的电负度小于或等于1.81。
[0016]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该第一元素是选自钙。
[0017]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该主动层的材料包括金属氧化物半导体。
[0018]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该主动层包括第二元素，且第二元素为氧元素。
[0019]较佳的，前述的薄膜晶体管，其中该金属氧化物半导体包括氧化铟锌、氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟镓锌或其组合。
[0020]本发明的目的及解决其技术问题另采用以下技术方案来实现的。本发明一种数组基板，包括基板以及多个薄膜晶体管。各该薄膜晶体管，设置于所述基板上。各该薄膜晶体管包括:栅极层，配置于该基板上；绝缘层，配置于该栅极层上；载流子传输层，配置于该绝缘层上，并且包括主动层以及迁移率增进层；保护层，配置于该主动层上；第一源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层；以及第二源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层。
[0021]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0022]较佳的，前述的数组基板，其中该迁移率增进层包括第一元素，该主动层包括第二元素，该第一元素的电负度小于该第二元素的电负度，以提高该主动层的载流子迁移率。
[0023]较佳的，前述的数组基板，其中该迁移率增进层包括第一元素，该第一元素的电负度小于或等于1.81。
[0024]本发明的目的及解决其技术问题再采用以下技术方案来实现的。本发明一种显示装置，包括数组基板、对向基板、显示层。数组基板具有基板以及多个薄膜晶体管。该些薄膜晶体管设置于数组基板上。各该薄膜晶体管包括:栅极层，配置于该数组基板上；绝缘层，配置于该栅极层上；载流子传输层，配置于该绝缘层上，并且包括主动层以及迁移率增进层；保护层，配置于该主动层上；第一源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层；以及第二源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层；对向基板相对数组基板设置。显示层设置于数组基板与对向基板之间。
[0025]借由上述技术方案，本发明薄膜晶体管、数组基板及显示装置至少具有下列优点及有益效果:薄膜晶体管的主动层上方或下方配置迁移率增进层，且迁移率增进层内的低电负度元素可在主动层中形成元素空缺，从而提高元件的载流子迁移率。
[0026]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1绘示本发明实施例的薄膜晶体管结构的剖面示意图。
[0028]图2至图4绘示本发明其他实施例的薄膜晶体管结构的剖面示意图。[0029]图5绘示本发明实施例的数组基板的俯视示意图。
[0030]图6绘示本发明实施例的显示装置的剖面示意图。
[0031]【主要元件符号说明】
[0032]100、200、300、400、520、610b:薄膜晶体管
[0033]110、210、310、410、510、610a:基板
[0034]120,220,320,420:栅极层
[0035]130、230、330、430:绝缘层
[0036]140、240、340、440:载流子传输层
[0037]140a、240a、340a、440a:主动层
[0038]140b、240b、340b、440b:迁移率增进层
[0039]150,250,350,450:保护层
[0040]160a、260a、360a、460a:第一源 / 漏极层
[0041]160b、260b、360b、460b:第二源 / 漏极层
[0042]500、610:数组基板
[0043]620:对向基板
[0044]630:显示层
[0045]W1、W2、W3:接触孔
【具体实施方式】
[0046]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种薄膜晶体管、数组基板及显示装置的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0047]图1绘示本发明实施例的薄膜晶体管结构的剖面示意图。请参照图1，本实施例的薄膜晶体管100适于设置于基板110上。薄膜晶体管100包括栅极层120、绝缘层130、载流子传输层140、保护层150、第一源/漏极层160a以及第二源/漏极层160b。在本实施例中，载流子传输层140包括主动层140a以及迁移率增进层140b。
[0048] 详细而言，栅极层120作为薄膜晶体管100的底栅极层，其配置于基板110上。当栅极层120被施予偏压时，栅极层120会在主动层140a内引致载流子传输通道，以供例如是电子或空穴等载流子进行传输。在本实施例中，栅极层120的材料例如是钥(Mo)、铝(Al)、钛(Ti)等金属材料或其合金或是其金属叠层。绝缘层130配置于栅极层120上，用以阻隔主动层140a与栅极层120，以避免两者电性连接。在本实施例中，绝缘层130的材料例如是高介电系数的氧化硅或氮化硅等。主动层140a配置于绝缘层130上。在本实施例中，主动层140a的材料例如是金属氧化物半导体。具体而言，主动层140a的材料例如是氧化铟锌、氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟镓锌或其组合。
[0049]接着，保护层150配置于主动层140a上，并且覆盖绝缘层130未被主动层140a所覆盖的部份。在本实施例中，薄膜晶体管100属于交错型的薄膜晶体管，因此，为了降低薄膜晶体管100在蚀刻过程中其主动层140a受到影响，保护层150是以较大的面积来覆盖主动层140a。也就是说，保护层150在实际应用上可避免薄膜晶体管100的层状结构在制造过程中遭受破坏，并且提高其可靠度。在本实施例中，第一源/漏极层160a与第二源/漏极层160b配置于保护层150上，并且各自经由位于保护层的接触孔Wl、W2与主动层140a连接。在此例中，接触孔Wl、W2位于主动层140a上方两侧，以作为源/漏极层与栅极层欧姆接触(ohmic contact)之用。也就是说,本实施例的薄膜晶体管100为两侧源/漏极接触孔形式，其源/漏极非岛状形式的结构。
[0050]在本实施例中，栅极层120在主动层140a内所引致的载流子传输通道位于第一源/漏极层160a与第二源/漏极层160b之间，以供例如是电子或空穴等载流子进行传输。此处第一源/漏极层160a与第二源/漏极层160b的材料例如是钥(Mo)、铝(Al)、钛(Ti)等金属材料或其合金或是其金属叠层。在实际应用上，第一源/漏极层160a作为薄膜晶体管100的源极或漏极是取决于电流流向。若电流由第一源/漏极层160a流至第二源/漏极层160b,则此时第一源/漏极层160a为薄膜晶体管100的漏极，第二源/漏极层160b为薄膜晶体管100的源极。反之，若电流由第二源/漏极层160b流至第一源/漏极层160a，则此时第二源/漏极层160b为薄膜晶体管100的漏极，第一源/漏极层160a为薄膜晶体管100的源极。
[0051]另外，在本实施例中，迁移率增进层140b配置于主动层140a上，此处迁移率增进层140b经由在主动层140a上方的接触孔W3与主动层140a连接。接触孔W3位于接触孔WUW2之间，以作为迁移率增进层140b与主动层140a欧姆接触之用。在此结构中，迁移率增进层140b与第一源/漏极层160a及第二源/漏极层160b并无相连接。
[0052]在本实施例中，迁移率增进层140b至少用以增进主动层140a的载流子迁移率。本实施例的迁移率增进层140b包括电负度较小的第一元素。主动层140a包括电负度较大的第二元素。迁移率增进层140b的第一元素在主动层140a中形成多个第二元素空缺，以提高主动层的载流子迁移率。以主动层140a的材料为氧化铟锌、氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟镓锌或其组合为例，第二元素空缺例如是指氧空缺。因此，迁移率增进层140b的第一元素的选用，例如可以是电负度小于铟(In)、镓(Ga)或锌(Zn)的元素，其与氧的电负度相差较大，具有相对较强的原子间键结，可降低与金属氧化物半导体间的氧空缺的动态变化。在本发明的一种实施状态中，主动层140a的材料例如是氧化铟镓锌(IGZO)，迁移率增进层140b的材料例如是钙(Ca)，其可有效增进氧化铟镓锌的主动层的载流子迁移率。
[0053]一般而言，迁移率增进层140b提高主动层140a的载流子迁移率的方式包括增加主动层140a的载流子密度(carrier density),以及降低主动层140a在尾态(tail State)的子能隙态密度(subgap density of state)。就增加主动层140a的载流子密度而言,作为主动层140a的半导体材料,其能隙结构包括价带(valance band)及导带(conductionband)。若载流子可顺利的从价带跃迁至导带,则此半导体材料的载流子密度可有效的被提升，从而达到增进载流子迁移率的目的。另一方面，作为主动层140a的半导体材料，其能隙结构中可能会存在有许多连续性的尾态等缺陷态，子能隙态密度可用以衡量能隙结构中缺陷态的多寡。在载流子从价带跃迁至导带的过程中，这些缺陷会强行补捉载流子，使其无法顺利的从价带跃迁至导带，以致于主动层140a的载流子迁移率偏低。因此，若能在增加主动层140a的载流子密度的同时，又降低主动层140a在尾态的子能隙态密度，也就代表降低了半导体材料中的缺陷，从而使得载流子可顺利的从价带跃迁至导带，以达到增进载流子迁移率的目的。
[0054]因此，本实施例的迁移率增进层140b例如是浮接于主动层140a的背通道处。迁移率增进层140b可藉由增加主动层140a的载流子密度或降低在尾态的子能隙态密度，来达到增进迁移率的目的。例如以电负度为1.00、易形成氧化物的钙作为迁移率增进层140b，其可将IGZO的主动层140a的载流子迁移率从lOcmW1提升到SOcmW1。
[0055]在本实施例中，薄膜晶体管100是以迁移率增进层140b配置于主动层140a上的结构来例示说明，但本发明并不限于此。在其他的实施例中，薄膜晶体管的主动层也可以配置于迁移率增进层上。
[0056]图2绘示本发明另一个实施例的薄膜晶体管结构的剖面示意图。请参照图1及图2，本实施例的薄膜晶体管200结构类似于图1的薄膜晶体管100，惟两者之间主要的差异例如在于薄膜晶体管200的主动层240a是配置于迁移率增进层240b上。对应此结构的改变，主动层240a上方无须配置如图1所示的接触孔W3。并且，保护层250也是配置在迁移率增进层240b上，但从图2的剖面示意图来看，保护层250并未与迁移率增进层240b直接连接。
[0057]另外，本实施例的薄膜晶体管200的各层结构的配置方式如图2所示，并且各层的功用可以由图1实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
[0058]在图1及图2的实施例中，薄膜晶体管100、200是以两侧源/漏极接触孔形式的结构来例示说明，但本发明并不限于此。在其他的实施例中，薄膜晶体管的源/漏极也可以是岛状形式的结构。
[0059]图3绘示本发明另一个实施例的薄膜晶体管结构的剖面示意图。请参照图1及图3，本实施例的薄膜晶体管300结构类似于图1的薄膜晶体管100，惟两者之间主要的差异例如在于薄膜晶体管300的第一源/漏极层360a及第二源/漏极层360b是以岛状形式的结构配置于主动层340a及绝缘层330上，并且直接与主动层340a及绝缘层330连接。对应此结构的改变，主动层340a上方两侧无须配置如图1所示的接触孔W1、W2。
[0060]另外，本实施例的薄膜晶体管300的各层结构的配置方式如图3所示，并且各层的功用可以由图1实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
[0061]在本实施例中，薄膜晶体管300是以迁移率增进层340b配置于主动层340a上的结构来例示说明，但本发明并不限于此。在其他的实施例中，薄膜晶体管的主动层也可以配置于迁移率增进层上。
[0062]图4绘示本发明另一个实施例的薄膜晶体管结构的剖面示意图。请参照图3及图4，本实施例的薄膜晶体管400结构类似于图3的薄膜晶体管300，惟两者之间主要的差异例如在于薄膜晶体管400的主动层440a是配置于迁移率增进层440b上。对应此结构的改变，主动层440a上方无须配置如图3所示的接触孔W3。并且，保护层450也是配置在迁移率增进层440b上，但从图4的剖面示意图来看，保护层450并未与迁移率增进层440b直接连接。
[0063]另外，本实施例的薄膜晶体管400的各层结构的配置方式如图4所示，并且各层的功用可以由图1实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
[0064]图5绘示本发明实施例的数组基板的俯视示意图。请参照图5，本实施例的数组基板500包括基板510以及多个以数组方式排列的薄膜晶体管520。各薄膜晶体管用以显示数组基板500的各像素单元所对应的像素数据。本实施例的薄膜晶体管520的结构，其实施方式例如是图1至图4实施例所揭露的结构状态。应注意的是，图5的数组基板500上的薄膜晶体管的数目及排列方式并不用以限制本发明。
[0065]图6绘示本发明实施例的显示装置的剖面示意图。请参考图6，本实施例的显示装置600，包括数组基板610、对向基板620、显示层630以及多个薄膜晶体管610b。对向基板620相对数组基板610设置。显示层630设置于数组基板610与对向基板620之间。数组基板610具有基板610a及多个薄膜晶体管610b，其中薄膜晶体管610b设置于基板610a上。本实施例的薄膜晶体管610b的结构是以图1实施例所揭露的晶体管结构作为例示说明，本发明并不限于此。在其他实施例中，薄膜晶体管610b的实施方式也可以是图2至图4实施例所揭露的结构状态。应注意的是，图6的显示装置600的薄膜晶体管的数目及排列方式并不用以限制本发明。
[0066]综上所述，在本发明的最佳实施例中，薄膜晶体管具有迁移率增进层，其配置在主动层的上方或下方。在实际操作时，迁移率增进层内的低电负度元素可在主动层中形成元素空缺，从而提高元件的载流子迁移率。
[0067]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种薄膜晶体管，适于设置于基板上，其特征在于，其包括: 栅极层，配置于该基板上； 绝缘层，配置于该栅极层上； 载流子传输层，配置于该绝缘层上，并且包括主动层以及迁移率增进层； 保护层，配置于该主动层上； 第一源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层；以及 第二源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该迁移率增进层包括第一元素，该主动层包括第二元素，该第一元素的电负度小于该第二元素的电负度，以提高该主动层的载流子迁移率。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该迁移率增进层配置于该主动层上。
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该第一源/漏极层及该二源/漏极层配置于该保护层上，并且各自经由位于该保护层的接触孔与该主动层连接。
5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该第一源/漏极层及该二源/漏极层配置于该绝缘层上，并且与该主动层及该绝缘层连接。
6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该主动层配置于该迁移率增进层上。
7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该迁移率增进层包括第一元素，该第一元素的电负度小于或等于1.81。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该迁移率增进层的该第一元素是选自钙。
9.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该主动层的材料包括金属氧化物半导体。
10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该主动层包括第二元素，该第二元素为氧元素。
11.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该金属氧化物半导体包括氧化铟锌、氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟镓锌或其组合。
12.—种数组基板，其特征在于，其包括: 基板；以及 多个薄膜晶体管，设置于该基板上，各该薄膜晶体管包括: 栅极层，配置于该基板上； 绝缘层，配置于该栅极层上； 载流子传输层，配置于该绝缘层上，并且包括主动层以及迁移率增进层； 保护层，配置于该主动层上； 第一源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层；以及 第二源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层。
13.根据权利要求12所述的数组基板，其特征在于，其中该迁移率增进层包括第一元素，该主动层包括第二元素，该第一元素的电负度小于该第二元素的电负度，以提高该主动层的载流子迁移率。
14.根据权利要求12所述的数组基板，其特征在于，其中该迁移率增进层包括第一元素，该第一元素的电负度小于或等于1.81。
15.一种显示装置，其特征在于，其包括: 数组基板，具有基板及多个薄膜晶体管，其中该些薄膜晶体管设置于该基板上，且各该薄膜晶体管包括: 栅极层，配置于该数组基板上； 绝缘层，配置于该栅极层上； 载流子传输层，配置于该绝缘层上，并且包括主动层以及迁移率增进层； 保护层，配置于该主动层上； 第一源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层；以及 第二源/漏极层，配置于该主动层上，并且连接该主动层； 对向基板，相对该数组基板设置；以及 显示层，设置于该数组基板与该对向基板之间。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，其中该迁移率增进层包括第一元素，该主动层包括第二元素，该第一元素的电负度小于该第二元素的电负度，以提高该主动层的载流子迁移率。
17.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，其中该迁移率增进层包括第一元素，该第一元素的电负度小于 或等于1.81。
【文档编号】H01L27/12GK103681871SQ201310008680
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年1月4日 优先权日:2012年9月21日
【发明者】叶佳俊, 蔡学宏, 林柏辛 申请人:元太科技工业股份有限公司