[发明专利]不对称的薄膜晶体管结构

说明书

本申请是申请日为2003年8月20日且发明名称为“不对称的薄膜晶体 管结构”的中国专利申请No.03154587.4的分案申请。

技术领域

本发明提供一种不对称的薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)结构，尤 指一种液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的不对称薄膜晶体管结构。

背景技术

薄膜晶体管的有源层由半导体材料组成，可以提供高电子迁移率，因此 已广泛应用于各式功能电路设计中。举例而言，薄膜晶体管液晶显示器 (TFT-LCD)运用了大量的薄膜晶体管在其像素电路以及外围驱动电路等两大 功能电路设计中。由于像素电路以及外围驱动电路的功能以及操作情况并不 相同，因此其各自的薄膜晶体管特性需求也不尽相同。在像素电路方面，由 于薄膜晶体管主要是用来作为像素的开关元件，提供适当的电压来控制液晶 分子的旋转角度，因此其特别需要降低漏电流(off-current)，以维持储存于像 素储存电容中的电荷。

请参考图1，图1是现有一薄膜晶体管结构的剖面示意图。薄膜晶体管 10包含有一衬底12，一半导体层14设于衬底12表面，一栅极绝缘层16设 于半导体层14表面，以及一栅极18设于栅极绝缘层16表面。半导体层14 包含有两轻掺杂漏极(lightly doped drain，LDD)20、22以及两源极/漏极24、 26，对称设于栅极18的两侧，而轻掺杂漏极20与22之间则定义为一沟道 区28。

轻掺杂漏极20与22利用N型掺杂剂形成的轻掺杂区，用来降低薄膜晶 体管10的漏电流，并且避免漏极附近的电场过高所导致的热电子效应。然 而受到掺杂浓度较低的影响，轻掺杂漏极20与22的电阻也相对地高于两侧 的源极/漏极24与26，因此容易造成漏极与源极24、26间的串联电阻增加， 进而产生电子迁移率以及整个元件工作速度降低等问题。在这种情况下，欲 改善薄膜晶体管的漏电流现象，便无可避免地必须牺牲元件的工作速度，因 此如何在电子迁移率以及漏电流两种元件特性中取舍，便成为设计轻掺杂漏 极结构时的一项重要考虑因素。

请参考图2至图5，图2至图5分别显示轻掺杂漏极的长度对于薄膜晶 体管的起始电压、电子迁移率以及漏电流(包含晶体管关闭时测得的电流Ioff 或晶体管反向偏压工作时流经漏极附近的电流Id)等元件特性的关系曲线图。 如各曲线图所示，当沟道区两侧的轻掺杂漏极20与22的长度于0至3微米 间递增时，薄膜晶体管的起始电压值Vt会随之增加，电子迁移率会随之降 低，而漏电流Ioff或Id也会随之降低。由上述曲线图可知，当调整轻掺杂 漏极的长度时，仍然难以同时兼顾电子迁移率以及漏电流两种元件特性，无 法有效改善元件的电性能。

发明内容

因此，本发明的目的即在提供一种不对称的薄膜晶体管结构，可以同时 改善电子迁移率以及漏电流等问题。

在本发明的优选实施例中，该薄膜晶体管结构包含有一衬底；一半导体 层设于该衬底上，该半导体层包含有一沟道区，一第一轻掺杂区以及一第一 重掺杂区设于该沟道区的一侧，一第二轻掺杂区以及一第二重掺杂区设于该 沟道区的另一侧，且其中该第一轻掺杂区与该第一重掺杂区之间包含有一第 一界面，该第二轻掺杂区与该第二重掺杂区之间包含有一第二界面；以及一 栅极设于该衬底上，该栅极的一侧暴露出部分的该沟道区，该栅极的另一侧 覆盖部分的该轻掺杂区。且其中该第一侧壁与该第一界面间的间距与该第二 侧壁与该第二界面间的间距不相等。

由于本发明的薄膜晶体管结构包含有不对称的轻掺杂区(轻掺杂漏极)， 因此可以进一步于对漏电流问题较为敏感的漏极一侧，适度地增加轻掺杂漏 极的长度，以有效降低漏电流。此外，本发明还可以进一步于源极一侧缩短 轻掺杂漏极的长度，甚至完全去除源极侧的轻掺杂漏极结构，以有效降低漏 极与源极间的串联电阻，提高电子迁移率以及整个元件的工作速度。

附图说明

图1为现有一薄膜晶体管结构的剖面示意图；

图2为一薄膜晶体管的起始电压与LDD长度的关系曲线图；

图3为一薄膜晶体管的电子迁移率与LDD长度的关系曲线图；

图4为一薄膜晶体管的漏电流与LDD长度的关系曲线图；

图5为具有不同LDD长度的薄膜晶体管的漏电流比较图；

图6为本发明第一实施例的一薄膜晶体管结构的剖面示意图；