[发明专利]薄膜晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管及其制造方法，特别是关于一种使用金属氧化物半导体的薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

图1为现有技术中的底闸极型(bottom gate)薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)1的结构示意图，其具体结构如下：基板11上形成一层绝缘层12，之后在绝缘层12上面依次形成金属闸极13、闸极介电层14、通道层(active layer/channel layer)15、源极16与汲极17，并在源极16与汲极17的上形成保护层18。现有技术的薄膜晶体管1的结构，利用一信道层15作为载子由源极16往汲极17移动的区域，而薄膜晶体管1的特性主要是由通道层15所决定。例如，信道层15的材料、元素比例、氧空缺浓度、载子浓度等因素决定薄膜晶体管1的组件性能。

现有技术多以非晶硅(amorphous Si)以及多晶硅(poly Si)作为薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)的通道层15，而广泛使用在液晶显示器(LCD,liquid crystal display)中，作为画素的开关(switch)以及液晶的电压源。然而，amorphous Si TFT的载子场效率迁移率(field effect mobility,μ_FE)大约为～1cm²/Vs，限制了高分辨率显示器的发展；而poly Si TFT不仅工艺复杂、热预算(thermal budget)高、均匀性低，无法满足未来显示发展趋势以软性(flexible)、透明为主轴的需求。因为与非晶硅(amorphous Si)TFT相比,氧化物半导体(oxide semiconductor)TFT具有较高的载子迁移率(～10cm²/Vs)，并且与多晶硅(poly Si)TFT相比，氧化物半导体(oxide semiconductor)TFT具有低温工艺以及均匀的特性，因此氧化物半导体TFT迅速吸引各界的目光。

近期，通道层15的材料使用氧化锌(ZnO)、氧化铟镓锌(InGaZnO,IGZO)等氧化物半导体，取代原先通道层15使用的非晶硅或多晶硅。这是由于和硅基材料相比，氧化物半导体具有对可见光透明的特性，并可在低温工艺下(≦300℃)，制作出高载子迁移率(～10cm²/Vs)且均匀性高的晶体管。低温工艺可使用于塑料(plastic)基板，有助于发展透明、软性显示器。然而，氧化物半导体TFT的载子迁移率和多晶硅TFT的载子迁移率(数十～数百)相比，仍有改善的空间。图6为现有薄膜晶体管1的汲极电流-闸极电压(I_D-V_G)特性图。其中，现有薄膜晶体管1的通道层15使用IGZO，而闸极介电层14使用氧化铪(HfO2)/氧化钛(TiO2)，其场效率迁移率(field effect mobility,μ_FE)仅为3cm²/Vs。

为了进一步提升例如AMOLED(active-matrix organic light-emitted diode)显示器等应用的分辨率及反应速度、或内存及其他计算芯片等应用的指令周期，提高载子迁移率是必须的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能薄膜晶体管，及形成该薄膜晶体管的制造方法。该薄膜晶体管可改善现有薄膜晶体管的组件特性，使其具备高场效率迁移率(field effect mobility,FE)、低次临界摆幅(subthreshold swing,S.S.)、和低关闭电流，有助于开发新一世代低功率、高性能的薄膜晶体管组件。

按照本发明提供的薄膜晶体管，包含一基板、一双通道半导体层、一半导体保护层、一闸极、一闸极介电层、一源极、及一汲极。该双通道半导体层包含一第一半导体层及一第二半导体层。第一半导体层由一金属氧化物半导体材料制成，并形成于基板的上方。第二半导体层由该金属氧化物半导体材料掺杂一吸氧金属制成，并形成于第一半导体层上。半导体保护层形成于第二半导体层上。半导体保护层保护双通道半导体层并具有半导体特性。闸极形成于基板的上方。闸极介电层形成于闸极与双通道半导体层间。源极邻近双通道半导体层形成于基板上方，并与双通道半导体层电连接。汲极与源极分隔开，邻近双通道半导体层形成于基板上方并与双通道半导体层电连接。