技术领域
[0001] 本
发明是有关于一种
电子元件及其制作方法，且特别是有关于一种晶体管及其制作方法。
背景技术
[0002] 由于许多
半导体材料对气体、液体或
温度等环境变化有很好的灵敏度，适于被应用为感测元件，若与
微处理器组合可成为智能检测器，因此在一般家庭或工厂环境中都有很好的利用价值。
[0003] 其中，为了达到较佳的灵敏度以及提升感测反应的速率，提高反应表面积是一个直接有效的选择。为达到此目的，一般以制作孔洞化结构于半导体元件的方式为主。孔洞化结构的晶体管，目前是以微影、蚀刻方式处理，其制作成本高且费时，在沉积多层结构时也需多道处理才能完成。另一方面，金属
氧化物在成膜之后定义结构也有相当难度。
发明内容
[0004] 本发明提供一种晶体管及其制作方法，晶体管具有孔洞化的主动层，而且晶体管的制作方法可通过低成本及简易处理来实现具有孔洞化主动层的晶体管。
[0005] 本发明的一
实施例的晶体管包括
基板、栅极层、第一绝缘层、主动层、源极及漏极。栅极层配置于基板上，且具有多个第一贯孔。第一绝缘层
覆盖栅极层及基板的被这些第一贯孔所暴露出的部分，并形成分别对应于这些贯孔的多个凹陷。主动层配置于第一绝缘层上，并具有多个第二贯孔，其中这些第二贯孔分别与这些凹陷相通。源极配置于部分主动层上。漏极配置于另一部分主动层上。
[0006] 在本发明的一实施例中，上述的晶体管还包括绝缘材料层，配置于基板上，且位于栅极层与基板之间，其中绝缘材料层具有多个分别与这些第一贯孔相通的孔洞。
[0007] 在本发明的一实施例中，上述的晶体管还包括第二绝缘层及栅极结构。第二绝缘层配置于主动层上，且覆盖第一绝缘层的被这些第二贯孔所暴露出的部分而形成多个第三贯孔。栅极结构配置于第二绝缘层上，且伸入这些第三贯孔。
[0008] 在本发明的一实施例中，上述的每一第二贯孔的直径实质上等于对应的凹陷的内径。
[0009] 本发明的一实施例的晶体管的制作方法包括：提供基板；于基板上形成绝缘材料层；放置复数个阻挡球于部分绝缘材料层的表面上；形成导电层于绝缘材料层的表面上；移除这些阻挡球，以使导电层成为具有多个贯孔的栅极层；移除绝缘材料层的被这些贯孔暴露的部分，并使绝缘材料层具有分别与这些第一贯孔相通的凹陷；形成第一绝缘层，使第一绝缘层覆盖于栅极层上且形成于凹陷中；在栅极层上方形成主动层，其中主动层具有分别与这些第一贯孔相通的多个第二贯孔，且第一绝缘层分隔该栅极层与该主动层；分别形成源极及漏极于主动层的一部分与另一部分上。
[0010] 在本发明的一实施例中，上述的移除绝缘材料层的被这些贯孔暴露的部分包括以栅极层作为蚀刻阻挡层以蚀刻绝缘材料层的被这些贯孔暴露的部分。
[0011] 在本发明的一实施例中，上述的在栅极层上形成主动层的方法包括让主动层自然形成于覆盖栅极层上的部分第一绝缘层之上，且主动层自然形成这些第二贯孔。
[0012] 在本发明的一实施例中，上述的晶体管的制作方法还包括：形成第二绝缘层，其中第二绝缘层位于该主动层上，且覆盖第一绝缘层之被这些第二贯孔所暴露出的部分而形成第三贯孔；以及形成栅极结构，其中栅极结构位于部分第二绝缘层上，且伸入第三贯孔而形成栅极突出部。
[0013] 在本发明的一实施例中，上述的绝缘材料层的材质包括有机介电材料。
[0014] 在本发明的一实施例中，上述的阻挡球的材质包括有机材料。
[0015] 在本发明的一实施例中，上述的栅极层、源极及漏极的材质包括金属材料。
[0016] 在本发明的一实施例中，上述的第一绝缘层的材质包括金属氧化物材料。
[0017] 在本发明的一实施例中，上述的主动层的材质包括金属氧化物半导体材料或
有机半导体材料。
[0018] 基于上述，在本发明的实施例的晶体管中，通过互相相通的凹陷与第二贯孔所形成的孔洞化结构，使得晶体管的主动层具有孔洞化结构。如此一来，可使晶体管发展成其主动层与外界的
接触面积较大的感测元件，进而增加感测元件的感测灵敏度，或者发展成源极与漏极之间的通道宽度较大的鳍式场效晶体管。再者，在本发明的实施例的晶体管的制作方法中，通过阻挡球以及导电层的处理步骤，得以低成本且省时的方式制作出具有上述孔洞化结构的晶体管，因此具有潜在的商业价值。
[0019] 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
附图式作详细说明如下。
附图说明
[0020] 图1A为本发明的一实施例中晶体管的立体图；
[0021] 图1B为图1A的实施例中晶体管的剖面图；
[0022] 图1C为本发明的再一实施例中晶体管的立体图；
[0023] 图1D为具有图1C的晶体管沿着I-I线切开的断面的立体图；
[0024] 图2A至图2G为本发明的另一实施例中晶体管的制作方法的流程的剖面示意图。
[0025] 附图标记说明：
[0026] 100、200：晶体管；
[0027] 110：基板；
[0028] 120：栅极层；
[0029] 120a：导电层；
[0030] 122：第一贯孔；
[0031] 130：第一绝缘层；
[0032] 132、132’：凹陷；
[0033] 140：主动层；
[0034] 142：第二贯孔；
[0035] 150：源极；
[0036] 160：漏极；
[0037] 170、170a：绝缘材料层；
[0038] 172：孔洞；
[0039] 180：第二绝缘层；
[0040] 182：第三贯孔；
[0041] 190：栅极结构；
[0042] 192：栅极突出部；
[0043] B：阻挡球。
具体实施方式
[0044] 图1A为本发明的一实施例中晶体管的立体图。图1B为图1A的实施例中晶体管的剖面图。请参考图1A及图1B，本实施例的晶体管100包括基板110、栅极层120、第一绝缘层130、主动层140、源极150及漏极160。基板110可以是绝缘基板、导电基板或半导体基板，且基板110的材质可以为玻璃、
硅、金属或其组合。栅极层120配置于基板110上，且具有多个第一贯孔122。在本实施例中，栅极层120的材质可以为金属材料，例如是
铝。在本实施例中，晶体管
100还包括绝缘材料层170，配置于基板110上，且位于栅极层120与基板110之间。绝缘材料层170具有多个分别与这些第一贯孔122相通的孔洞172。绝缘材料层170的材质包括有机介电材料，例如是聚乙烯吡咯啶
酮(polyvinyl pyrrolidone,简称PVP)。
[0045] 第一绝缘层130覆盖栅极层120及基板110的被这些第一贯孔122所暴露出的部分，并形成分别对应于这些第一贯孔122的多个凹陷132。由于每一孔洞172与其对应的栅极层120的一个第一贯孔122相通，使得第一绝缘层130可覆盖基板110的被每一第一贯孔122及孔洞172所暴露出的部分。其中，第一绝缘层130的材质包括金属氧化物材料，例如是氧化铝(Al2O3)。
[0046] 主动层140配置于第一绝缘层130上，并具有多个第二贯孔142，这些第二贯孔142分别与这些凹陷132相通，且每一第二贯孔142的直径实质上等于对应的凹陷132的内径。主动层140的材质包括金属氧化物半导体材料，例如是氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide,简称IGZO)或氧化锌(zince oxide,简称ZnO)，其也可以是有机半导体材料，例如是聚噻吩共轭高分子(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl),简称P3HT)。
[0047] 晶体管100还包括源极150及漏极160，源极150配置于部分主动层140上，且漏极160配置于另一部分的主动层140上。在本实施例中，源极150与漏极160分离配置于主动层
140上。源极150与漏极160的材质包括金属材料，例如是铝。
[0048] 在本实施例中，晶体管100上彼此对应且相通的孔洞172、第一贯孔122、凹陷132及第二贯孔142形成如图1A及图1B所示的具有孔洞化结构的晶体管100，使得本实施例的晶体管100的主动层140与外界有较大的接触面积，可作为具有良好灵敏度的感测元件，例如是气体、液体或温度感测元件。此外，本实施例的晶体管100结构也便利于后续材料沉积的处理。
[0049] 在本发明的另一实施例中，若基板110的材质为绝缘材料，可省去绝缘材料层170，其余结构如同图1A及图1B的实施例，以达到结构简单化的功效。
[0050] 在本发明的又一实施例中，上述的孔洞化结构也可设计为具有条纹状沟槽的结构，其剖面可如同图1B所示，以增加主动层140与外界的接触面积。
[0051] 图1C为本发明的再一实施例中晶体管的立体图。图1D为具有图1C的晶体管沿着I-I线切开的断面的立体图。请参考图1C及图1D。本实施例的晶体管200为图1A及图1B所示的实施例的延伸应用。本实施例的晶体管200与图1A及图1B的晶体管100类似，而两者的主要差异在于本实施例的晶体管200还包括第二绝缘层180以及栅极结构190。换言之，在本实施例中，即利用图1A及图1B的实施例的晶体管100的结构再形成第二绝缘层180以及栅极结构190，其中第二绝缘层180配置于主动层140上，且覆盖第一绝缘层130的被这些第二贯孔142所暴露出的部分而形成第三贯孔182。栅极结构190配置于第二绝缘层180上且伸入第三贯孔182而形成多个栅极突出部192。在本实施例中，第二绝缘层180是覆盖部分源极150以及部分漏极160。然而，在其他实施例中也可以是第二绝缘层180未覆盖源极150和漏极160。本发明并不以此为限。第二绝缘层180的材质包括金属氧化物材料，例如是氧化铝(Al2O3)。栅极结构190的材质可以为金属材料，例如是铝。
[0052] 在上述的实施例中，利用晶体管200的孔洞化结构，在具有孔洞化结构的主动层140上配置具有栅极突出部192的栅极结构190，使得本实施例的晶体管200形成鳍式场效晶体管结构，其具有相较于传统晶体管结构较佳的栅极对通道的控制能
力，以提升晶体管200的电性品质。
[0053] 图2A至图2G为本发明的另一实施例中晶体管的制作方法的流程的剖面示意图。请参考图2A至图2G，本实施例的晶体管的制作方法可用以制作图1A与图1B的晶体管100，且包括下列步骤。首先，如图2A所示，提供基板110。然后，于基板110上形成绝缘材料层170a，绝缘材料层170a的材质包括有机介电材料，例如是聚乙烯吡咯啶酮(polyvinyl pyrrolidone,简称PVP)。接着，如图2B所示，放置复数个阻挡球B于部分该绝缘材料层170a的表面上，用以使部分的绝缘材料层170a不与后续处理所形成的材料接触，其中阻挡球B的材质包括有机材料，例如是聚苯乙烯(polystyrene,简称PS)。
[0054] 再来，如图2C所示，形成导电层120a于绝缘材料层170a的表面上，其中导电层120a的材质可以为金属材料，例如是由铝所构成。之后，如图2D所示，移除上述复数个阻挡球B，以使导电层120a成为具有多个第一贯孔122的栅极层120。此时部分绝缘材料层170a暴露于上述第一贯孔122处。
[0055] 接着，如图2E所示，移除绝缘材料层170a的被上述第一贯孔122暴露的部分，并使绝缘材料层170a成为具有分别与上述第一贯孔122相通的凹陷132’的绝缘材料层170。其中，移除绝缘材料层170a的被上述第一贯孔122暴露的部分的方法，包括以栅极层120作为蚀刻阻挡层，以蚀刻绝缘材料层170a的被上述第一贯孔122暴露的部分，并形成孔洞172，且孔洞172与第一贯孔122相通。
[0056] 请参考图2F，继图2E所示的步骤后，形成第一绝缘层130，使第一绝缘层130覆盖于栅极层120上且形成于凹陷132’中，以形成凹陷132。接着，如图2G所示，在栅极层120上方形成主动层140，其中当形成主动层140时，主动层140自然形成于覆盖栅极层120上的部分第一绝缘层130之上，且主动层140自然形成上述第二贯孔142，而上述第二贯孔142又分别与对应的上述第一贯孔122相通。形成主动层140的方法包括倾斜蒸
镀或垂直蒸镀。值得注意的是，在本实施例的晶体管的制作方法中，由于第一绝缘层130的凹陷132具有高深宽比，因而使得在蒸镀时，具有凹陷132的第一绝缘层130对于主动层的形成具有选择性，可让主动层140自然形成于覆盖栅极层120上的部分第一绝缘层130之上。
[0057] 然后，如图1B所示，形成源极150及漏极160于主动层140的一部分与另一部分上，以形成晶体管100，上述源极150及漏极160可以于同一步骤中形成，或是分别于不同步骤中形成。
[0058] 在本实施例的晶体管的制作方法中，利用阻挡球B来制造导电层120a的第一贯孔122，再利用由导电层120a所形成的栅极层120作为蚀刻阻挡层，得以制作出孔洞化结构的晶体管。在本实施例中，此孔洞化结构的表面的第一绝缘层130的凹陷132具有大深宽比。此方法具有低成本且简易处理的优势，不需反复进行微影及蚀刻步骤，适宜发展成为具有良好灵敏度且价格合适的感测元件，例如是气体、液体或温度感测元件。
[0059] 在本发明的又一实施例中，晶体管的制作方法可用以制作图1C与1D的晶体管200。此方法是基于图2A至图2G所示的制作方法制作出的晶体管100再更进一步制作而成。在此不再赘述图2A至图2G的实施例所示的制作方法。
[0060] 在本实施例中，利用图1A及图1B的晶体管100，可进一步制作成鳍式场效晶体管(即图1C与1D的晶体管200)，制作方法包括下列步骤。于制作完成的晶体管100上形成第二绝缘层180，覆盖主动层140及源极150和漏极160，第二绝缘层180也覆盖第一绝缘层130的被这些第二贯孔142所暴露出的部分而形成第三贯孔182。第二绝缘层180的材质包括金属氧化物材料，例如是氧化铝(Al2O3)。值得注意的是，在另一实施例中，第二绝缘层也可覆盖主动层140，但不覆盖源极150和漏极160。本发明并不以此为限。
[0061] 接着，形成栅极结构190于第二绝缘层180上且伸入第三贯孔182而形成多个栅极突出部192。栅极结构190的材质可以为金属材料，例如是铝。
[0062] 在上述的实施例中，利用图1A及图1B的结构进一步制作成的晶体管200，具有鳍式场效晶体管的结构。此处理方法能以较为简单的步骤制作出相较于现有晶体管结构具有较佳的栅极对通道的控制能力的晶体管200，以提升晶体管200的电性品质。
[0063] 综上所述，本发明的实施例的晶体管具有大的深宽比的孔洞化结构，使得晶体管的主动层具有孔洞化结构。如此一来，可使晶体管发展成其主动层与外界有较大的接触面积，进而增加感测元件的感测灵敏度，或者发展成源极与漏极之间的通道宽度较大的鳍式场效晶体管。
[0064] 在晶体管结构的应用上，本发明的实施例的鳍式场效晶体管及其制作方法具有制成简单，且相较于传统晶体管结构较佳的栅极对通道的控制能力，提升了晶体管的电性品质。
[0065] 再者，本发明的实施例的晶体管结构的制作方法在制作具有大的深宽比之孔洞化结构的晶体管时，通过阻挡球以及导电层的处理步骤，相较于
现有技术拥有低成本且容易处理的优势，不需反复进行微影及蚀刻步骤，适宜在未来发展成为具有良好灵敏度且具有潜在的商业价值的感测元件。
[0066] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
