金属氧化物半导体层的结晶方法及半导体结构与流程

本发明是关于金属氧化物半导体层的结晶方法及半导体结构，特别关于利用氧气或惰性气体使非结晶金属氧化物半导体层形成结晶的方法，以及利用此结晶方法所形成的半导体结构。

背景技术：

近年来，由于半导体制造技术的进步，薄膜晶体管(Thin-film transistor，TFT)的工艺也趋于简单及快速，使得TFT被广泛应用于计算机芯片、手机芯片、TFT液晶显示器(Liquid crystal display，LCD)等。其中，一种常用的制作薄膜晶体管的方法为反向通道蚀刻(Back channel etch，BCE)，包含下述步骤，先形成金属层覆盖主动层，再图案化金属层以形成源极及漏极，图案化步骤可利用湿蚀刻或是干蚀刻进行。然而，当蚀刻剂移除了主动层上方的金属层后，主动层相当容易因为暴露于蚀刻剂下而受到损伤，而造成薄膜晶体管的良率下降。

有鉴于此，需要一种使主动层能够抵抗蚀刻剂侵蚀的制作薄膜晶体管的方法，及利用此方法所形成的结构。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种金属氧化物半导体层的结晶方法及半导体结构，以克服现有技术中薄膜晶体管形成过程中主动层易被蚀刻剂侵蚀的问题。

本发明提供一种金属氧化物半导体层的结晶方法，包含以下步骤，形成一非结晶金属氧化物半导体层于一基板上，非结晶金属氧化物半导体层包含铟，并且，在压力为550mtorr至5000mtorr(1mtorr等于0.133Pa)，温度为200℃至750℃下，以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层，将非结晶金属氧化物半导体层的一部分转变为一氧化铟结晶层。

在一实施方式中，进一步包含加热氧化铟结晶层。

在一实施方式中，加热氧化铟结晶层是在温度为200℃至800℃下进行。

在一实施方式中，进一步包含一射频电源，在以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层时，射频电源的输出功率为0。

在一实施方式中，进一步包含一射频电源，在以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层时，射频电源的输出功率大于0。

本发明提供一种半导体结构，包含一基板、一栅极、一栅极绝缘层、一第一金属氧化物半导体层、一第一氧化铟结晶层、一源极及一漏极。栅极配置于基板上，栅极绝缘层位于栅极上，第一金属氧化物半导体层配置于栅极绝缘层上，第一氧化铟结晶层接触第一金属氧化物半导体层的一外侧表面上，源极及漏极配置于第一氧化铟结晶层上。

在一实施方式中，进一步包含：一第一电容电极、一第二金属氧化物半导体层及一第二氧化铟结晶层。第一电容电极配置于基板与栅极绝缘层之间，第二金属氧化物半导体层配置于栅极绝缘层上，第二氧化铟结晶层接触第二金属氧化物半导体层上，以作为一第二电容电极。

在一实施方式中，进一步包含：一第二金属氧化物半导体层、一第二氧化铟结晶层、一保护层及一第二电容电极。第二金属氧化物半导体层配置于栅极绝缘层上，第二氧化铟结晶层，接触第二金属氧化物半导体层上，以作为第一电容电极，保护层位于第二氧化铟结晶层上，第二电容电极配置于保护层上。

在一实施方式中，第一金属氧化物半导体层包含铟。

在一实施方式中，第一金属氧化物半导体层包含氧化铟镓锌(Indium gallium zinc oxide)、氧化铟锡锌(Indium tin zinc oxide)、氧化铪铟锌(Hafnium indium zinc oxide)或氧化铟锌(Indium zinc oxide)。

在一实施方式中，第一金属氧化物半导体层包含一氧化铟镓锌(In₂Ga₂ZnO₇)结晶。

本发明提供一种金属氧化物半导体层的结晶方法，包含以下步骤，形成一第一非结晶金属氧化物半导体层于一基板上，形成一铝层于第一非结晶金属氧化物半导体层上，形成一第二非结晶金属氧化物半导体层于铝层上，以及，在温度为约350℃至约650℃下，以惰性气体处理第一非结晶金属氧化物半导体层、铝层及第二非结晶金属氧化物半导体层。

在一实施方式中，惰性气体包含氮气(N₂)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氡气(Rn)或其组合。

在一实施方式中，第一非结晶金属氧化物半导体层及第二非结晶金属氧化物半导体层独立包含氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铪铟锌或氧化铟锌。

本发明提供一种半导体结构，包含一基板、一栅极、一栅极绝缘层、一第一结晶化金属氧化物半导体层、一氧化铝层、一第二结晶化金属氧化物半导体层以及一源极及一漏极。栅极配置于基板上，栅极绝缘层位于栅极上，第一结晶化金属氧化物半导体层配置于栅极绝缘层上，氧化铝层位于第一结晶化金属氧化物半导体层上，第二结晶化金属氧化物半导体层配置于氧化铝层上，一源极及一漏极配置于第二结晶化金属氧化物半导体层上。

在一实施方式中，第一结晶化金属氧化物半导体层与第二结晶化金属氧化物半导体层为全结晶态。

在一实施方式中，第一结晶化金属氧化物半导体层与第二结晶化金属氧化物半导体层独立包含氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铪铟锌或氧化铟锌。

在一实施方式中，第一结晶化金属氧化物半导体层与第二结晶化金属氧化物半导体层独立包含一氧化铟镓锌(InGaZnO₄)结晶及一氧化铟(In₂O₃)结晶。

本发明的有益效果：

本发明的金属氧化物半导体层的结晶方法制备的半导体结构能够有效抵御蚀刻剂侵蚀，能够广泛用于制备薄膜晶体管。

附图说明

图1为本发明一实施例的金属氧化物半导体层的结晶方法；

图2A～2B为本发明一实施例的半导体结构在工艺各个阶段中的剖面示意图；

图3A为半导体结构200的仰视扫描式电子显微镜(Scanning electron microscope，SEM)影像图；

图3B为半导体结构200的侧视剖面的扫描式电子显微镜影像图；

图4为氧化铟结晶层的高分辨率透射式电子显微镜(High-resolution transmission electron microscope，HRTEM)影像图；

图5为金属氧化物半导体层的高分辨率透射式电子显微镜影像图；

图6为氧化铟结晶层的纳米电子束衍射(nano-beam electron diffraction，NBED)影像图；

图7为半导体结构200的X光衍射(X-ray diffraction，XRD)图谱；

图8A～8C为本发明一实施例的半导体结构在工艺各个阶段中的剖面示意图；

图9A～9C为本发明一实施例的半导体结构在工艺各个阶段中的剖面示意图；

图10为本发明一实施例的金属氧化物半导体层的结晶方法；

图11A～11B为本发明一实施例的半导体结构在工艺各个阶段中的剖面示意图；以及

图12A～12C为本发明一实施例的半导体结构在工艺各个阶段中的剖面示意图。

其中，附图标记：

100：结晶方法

110、120、130：操作

200：半导体结构

210：基板

220：非结晶金属氧化物半导体层

222：氧化铟结晶层

224：金属氧化物半导体层

800：半导体结构

810：基板

820：栅极绝缘层

830：栅极

840：第一电容电极

852：非结晶金属氧化物半导体层

853：第一氧化铟结晶层

854：第一金属氧化物半导体层

856：非结晶金属氧化物半导体层

857：第二氧化铟结晶层

858：第二金属氧化物半导体层

862：源极

864：漏极

870：保护层

880：导电层

900：半导体结构

910：基板

920：栅极绝缘层

930：栅极

952：非结晶金属氧化物半导体层

953：第一氧化铟结晶层

954：第一金属氧化物半导体层

956：非结晶金属氧化物半导体层

957：第二氧化铟结晶层

958：第二金属氧化物半导体层

962：源极

964：漏极

970：保护层

980：第二电容电极

1000：结晶方法

1010、1020、1030、1040：操作

1100：半导体结构

1110：基板

1120：第一非结晶金属氧化物半导体层

1130：铝层

1140：第二非结晶金属氧化物半导体层

1122：第一结晶化金属氧化物半导体层

1132：氧化铝层

1142：第二结晶化金属氧化物半导体层

1200：半导体结构

1210：基板

1212：栅极

1214：栅极绝缘层

1220：第一非结晶金属氧化物半导体层

1222：第一结晶化金属氧化物半导体层

1230：铝层

1232：氧化铝层

1234：氧化铝层

1240：第二非结晶金属氧化物半导体层

1242：第二结晶化金属氧化物半导体层

1262：源极

1264：漏极

1270：保护层

1280：导电层

具体实施方式

本发明的目的及优点，通过下列实施方式中伴随附图与元件符号的详细叙述后，将更为显著。

为了使本发明公开的内容叙述的更加详尽与完备，可参照附图及以下所述各种实施方式，附图中相同的号码代表相同或相似的元件，并且为求清楚说明，元件的大小或厚度可能夸大显示，并未依照原尺寸作图。此外，为简化图式起见，一些结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。然而，应了解到所提供的实施方式并非用以限制本发明所涵盖的范围。这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。

本发明提供一种金属氧化物半导体层的结晶方法，请同时参阅图1和图2A～2B。图1为本发明一实施例的金属氧化物半导体层的结晶方法100。结晶方法100包含操作110、操作120以及操作130。图2A～2B为本发明一实施例的半导体结构200在工艺各个阶段中的剖面示意图。虽然下文中利用一系列的操作或步骤来说明在此公开的方法，但是这些操作或步骤所示的顺序不应被解释为本发明的限制。例如，某些操作或步骤可以按不同顺序进行及/或与其它步骤同时进行。此外，并非必须执行所有公开的操作、步骤及/或特征才能实现本发明的实施方式。此外，在此所述的每一个操作或步骤可以包含数个子步骤或动作。

在操作110，如图2A所示，形成非结晶金属氧化物半导体层220于基板210上，非结晶金属氧化物半导体层220包含铟。在一实施例中，非结晶金属氧化物半导体层220包含氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铪铟锌或氧化铟锌。

在一实施例中，非结晶金属氧化物半导体层220可通过溅镀(sputtering)、旋转涂布(spin coating)、化学气相沉积(Chemical vapor deposition，CVD)、原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)、低压化学气相沉积(low pressure CVD，LPCVD)或物理气相沉积(Physical vapor deposition，PVD)形成于基板210上。其中，溅镀能够在较低的温度下进行，适用于各种材质的基板，且操作较为简易。在一实施例中，基板210为玻璃基板，然而其他材质的基板，例如塑料基板、金属基板等也可适用。

在操作120，在压力为约550mtorr至约5000mtorr，温度为约200℃至约750℃下，以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层220，以将非结晶金属氧化物半导体层220的表面部分转变为如图2B所示的氧化铟(In₂O₃)结晶层222，以及形成金属氧化物半导体层224。

具体来说，在处理过程中，非结晶金属氧化物半导体层220中一部分的铟会与氧气进行反应，而形成氧化铟结晶层222，氧化铟结晶层222接触金属氧化物半导体层224的外侧表面，也即图2B所示的金属氧化物半导体层224的上表面。而失去铟的非结晶金属氧化物半导体层220则形成了金属氧化物半导体层224。更详细地说，较靠近氧化铟结晶层222的金属氧化物半导体层224的铟含量与非结晶金属氧化物半导体层220不同，此部分也可称为铟含量改变的金属氧化物半导体层224。并且，由于失去一部分铟的缘故，此处的元素可能发生重排，而产生多种元素组成比例与非结晶金属氧化物半导体层220不同的金属氧化物半导体，其中，可能产生一些金属氧化物半导体结晶。换句话说，因为一部分的非结晶金属氧化物半导体层中的铟与氧气进行反应，而改变了此部分的非结晶金属氧化物半导体层中的元素组成比例。

然而，对于远离氧化铟结晶层222的金属氧化物半导体层224来说，由于其离氧气较远，而较不会受到氧气处理的影响，相较之下维持和原本非结晶金属氧化物半导体层220较接近的铟含量、元素组成比例和非结晶型态。远离氧化铟结晶层222的金属氧化物半导体层224即较未受氧气处理影响的非结晶金属氧化物半导体层220部分。故金属氧化物半导体层224包含元素组成比例与非结晶金属氧化物半导体层220不同的部分以及元素组成比例与非结晶金属氧化物半导体层220相同的部分，也可能包含一些金属氧化物半导体结晶。

值得注意的是，氧化铟结晶层222具有良好的抗酸侵蚀特性，举例来说，氧化铟结晶层222能够抵抗由硝酸、磷酸和醋酸所混合而成的铝酸蚀刻液，并同时具有高稳定性和高导电性，且为透明，此外，氧化铟结晶层222内部的电子迁移率(mobility)与非结晶金属氧化物半导体层220类似。因此，氧化铟结晶层222适合作为薄膜晶体管的主动层，应用性相当广泛。

在一实施例中，选取非结晶金属氧化物半导体层220的材料为氧化铟镓锌(InGaZnO₄)，其中铟：镓：锌：氧的摩尔比为1：1：1：4，通过以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层220，以将非结晶金属氧化物半导体层220的表面部分转变为氧化铟结晶层222，以及形成金属氧化物半导体层224。在金属氧化物半导体层224中，由于失去一部分铟的缘故，而使得靠近氧化铟结晶层222的金属氧化物半导体层224中产生多种元素组成比例与氧化铟镓锌(InGaZnO₄)不同的金属氧化物半导体，并产生氧化铟镓锌(In₂Ga₂ZnO₇)结晶，其中铟：镓：锌：氧的摩尔比，在一些实施例中，为2：2：1：7。

在一实施例中，进一步包含一射频电源，用以对非结晶金属氧化物半导体层220进行氧化处理。并在以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层220时，射频电源的输出功率为0。在一实施例中，在以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层220时，射频电源的输出功率大于0。换句话说，在本发明中，无论是否存在射频电源，只要在本发明的压力范围和温度范围内以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层220，就能够使一部分的非结晶金属氧化物半导体层220转变为氧化铟结晶层222。射频电源的输出功率可以视压力与温度的范围来进行调整。

在一实施例中，可以根据不同的设计需求，通过调整以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层220的时间长短来控制氧化铟结晶层222的厚度。

在操作130，加热氧化铟结晶层222。在一实施例中，加热氧化铟结晶层222是在温度为约200℃至约800℃下进行，或更进一步调整在约250℃至约300℃下进行，或更进一步调整在约370℃下进行。经过热处理，氧化铟结晶层222的结晶性会变得更好，因此，在一实施例中，加热氧化铟结晶层222时的温度高于以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层220时的温度。在一实施例中，在真空环境下进行操作130，然而也可于非真空环境下进行操作130。

在一实施例中，在化学气相沉积设备的反应腔(Reaction chamber)中进行操作120，在化学气相沉积设备的加热腔(Heating chamber)中进行操作130。

在一实施方式中，进行操作120，在化学气相沉积设备的反应腔(Reaction chamber)中通入流量为3500sccm(标准毫升/分钟)的氧气，并设置一射频电源，输出功率为1250w，在温度为430℃且压力为850mtorr的条件下，以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层220，处理时间约为60秒。再进行操作130，在化学气相沉积设备的加热腔中加热氧化铟结晶层，温度为500℃，处理时间为1小时。进一步测试半导体结构200对于铝酸的抗酸能力，铝酸蚀刻半导体结构200的蚀刻速率为16.5埃/秒，慢于未受氧气处理的非结晶金属氧化物半导体层220的蚀刻速率，而证实本发明的金属氧化物半导体层的结晶方法，能够使非结晶金属氧化物半导体层具有抗铝酸侵蚀的特性。

请参照图3A，图3A为半导体结构200的仰视扫描式电子显微镜影像图。由颜色较浅且大小不一的颗粒物可以看出氧化铟结晶的外观型态，氧化铟结晶层222则是由这些氧化铟结晶所构成，并具有粗糙且凹凸不平的表面。请参照图3B，图3B为半导体结构200的侧视剖面的扫描式电子显微镜影像图，颜色较浅处为氧化铟结晶层222的侧视图，同样可以看出氧化铟结晶层222具有凹凸不平的表面。

请参照图4，图4为氧化铟结晶层222的高分辨率透射式电子显微镜影像图。可以看出内部的原子有序地排列。请参照图5，图5为金属氧化物半导体层224的高分辨率透射式电子显微镜影像图。此处是针对较远离氧化铟结晶层222的金属氧化物半导体层224进行观测，可以看出内部的原子散乱地排列，而并没有结晶产生，维持与非结晶金属氧化物半导体层220相同的非结晶型态。

请参照图6，图6为氧化铟结晶层222的纳米电子束衍射影像图。由明显的衍射点可以看出氧化铟结晶的存在。请参照图7，半导体结构200的X光衍射图谱，横轴为散射角2θ，单位为度，纵轴为计数，单位为次/分钟。出现信号(2,2,2)代表存在氧化铟(In₂O₃)结晶，出现信号(0,0,10)代表存在氧化铟镓锌(In₂Ga₂ZnO₇)结晶，由图7来看，信号(2,2,2)较强，而可知半导体结构200内的氧化铟结晶含量较多。

根据上述的金属氧化物半导体层的结晶方法，经过氧气处理后，非结晶金属氧化物半导体层的表面部分转变为具有抗铝酸蚀刻溶液特性的氧化铟结晶层。本发明利用此结晶方法的优点，运用于半导体结构的制作上，提供一种新的半导体结构。图8A～8C为本发明一实施例的半导体结构在工艺各个阶段中的剖面示意图。

请参照图8A，于基板810上形成栅极830及第一电容电极840，并形成栅极绝缘层820覆盖栅极830及第一电容电极840，接下来，于栅极绝缘层820上形成非结晶金属氧化物半导体层852及非结晶金属氧化物半导体层856，并且，非结晶金属氧化物半导体层852厚于非结晶金属氧化物半导体层856。

在一实施例中，非结晶金属氧化物半导体层852及非结晶金属氧化物半导体层856包含铟。在一实施例中，非结晶金属氧化物半导体层852及非结晶金属氧化物半导体层856包含氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铪铟锌或氧化铟锌。

接下来，在压力为约550mtorr至约5000mtorr，温度为约200℃至约750℃下，以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层852及非结晶金属氧化物半导体层856，如图8B所示，以将非结晶金属氧化物半导体层852的表面部分转变为第一氧化铟结晶层853，以及形成第一金属氧化物半导体层854，并且，非结晶金属氧化物半导体层856的表面部分也转变为第二氧化铟结晶层857，以及形成第二金属氧化物半导体层858。

值得注意的是，本发明所使用的温度条件为约200℃至约750℃，低于基板810的熔点。当基板810为玻璃基板时，此温度并不会融化或影响基板810，然而，仍可以达到使非结晶金属氧化物半导体层852及非结晶金属氧化物半导体层856产生第一氧化铟结晶层853及第二氧化铟结晶层857的效果，因此，本发明的结晶方法能够符合基板810为玻璃基板时的制作需求。

在一实施例中，第一金属氧化物半导体层854及第二金属氧化物半导体层858包含铟。在一实施例中，第一金属氧化物半导体层854及第二金属氧化物半导体层858包含氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铪铟锌或氧化铟锌。此外，请参照图1和图2A～2B所述的实施例，第一金属氧化物半导体层854及第二金属氧化物半导体层858包含氧化铟镓锌(In₂Ga₂ZnO₇)结晶。

在一实施例中，由于非结晶金属氧化物半导体层852厚于非结晶金属氧化物半导体层856，因此在经氧气处理之后，第一金属氧化物半导体层854会厚于第二金属氧化物半导体层858，且第一金属氧化物半导体层854保有更多的未受氧气处理影响的非结晶金属氧化物半导体，由于非结晶金属氧化物半导体的均匀性佳，因此相当适合作为薄膜晶体管的主动层。

而第二氧化铟结晶层857由于其具有优良的导电性，因此可以作为第二电容电极，与第一电容电极840形成储存电容。

接下来，形成金属层覆盖第一氧化铟结晶层853，并图案化金属层形成如图8C所示的源极862及漏极864，以形成反向通道蚀刻型薄膜晶体管。值得注意的是，由于第一氧化铟结晶层853具有良好的抗酸侵蚀特性，因此，在对于金属层进行反向通道蚀刻工艺时，第一氧化铟结晶层853能够保护下方的第一金属氧化物半导体层854，避免酸蚀刻液(例如：铝酸蚀刻液)的侵蚀，而维持了作为主动层的第一金属氧化物半导体层854的结构和性质，提高了最终所形成的薄膜晶体管的良率。

在一实施例中，金属层的材料为钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、钛(Ti)、钽(Ta)、锡(Sn)、镍(Ni)、金(Au)、钨(W)、铬(Cr)、铂(Pt)、合金或其组合。在一实施例中，金属层为单层金属层或是金属叠层。

在一实施例中，金属层为钼/铝/钼的金属叠层，具有较低的阻值，且可通过湿蚀刻工艺进行图案化金属层以形成源极及漏极，而使得工艺成本较低。举例来说，可以利用铝酸蚀刻液来图案化金属层。

接下来，在栅极绝缘层820、第一氧化铟结晶层853、第二氧化铟结晶层857、源极862及漏极864上形成保护层870，保护层870具有一些开口以暴露出漏极864及第二氧化铟结晶层857，并形成导电层880于保护层870之上，且通过这些开口接触漏极864及第二氧化铟结晶层857，而形成半导体结构800。

总结来说，半导体结构800包含基板810、栅极绝缘层820、栅极830、第一电容电极840、第一氧化铟结晶层853、第一金属氧化物半导体层854、第二氧化铟结晶层857、第二金属氧化物半导体层858、源极862、漏极864、保护层870及导电层880。栅极830及第一电容电极840配置于基板810上，栅极绝缘层820位于栅极830及第一电容电极840上，第一金属氧化物半导体层854及第二金属氧化物半导体层858配置于栅极绝缘层820上，第一氧化铟结晶层853接触第一金属氧化物半导体层854的外侧表面上，源极862及漏极864配置于第一氧化铟结晶层853上，第二氧化铟结晶层857接触第二金属氧化物半导体层858的外侧表面上，以作为一第二电容电极，与第一电容电极840形成储存电容。

接下来，本发明进一步提供另一种新的半导体结构。图9A～9C为本发明一实施例的半导体结构在工艺各个阶段中的剖面示意图。请参照图9A，于基板910上形成栅极930，并形成栅极绝缘层920覆盖栅极930，接下来，于栅极绝缘层920上形成非结晶金属氧化物半导体层952及非结晶金属氧化物半导体层956，并且，非结晶金属氧化物半导体层952厚于非结晶金属氧化物半导体层956。

请参照图8A～8B以氧气处理非结晶金属氧化物半导体层852及非结晶金属氧化物半导体层856的实施例，也以相同的实验条件处理非结晶金属氧化物半导体层952及非结晶金属氧化物半导体层956，形成如图9B所示的第一氧化铟结晶层953、第一金属氧化物半导体层954、第二氧化铟结晶层957及第二金属氧化物半导体层958。由于第二氧化铟结晶层957具有优良的导电性，因此可以作为第一电容电极，与后续工艺中的元件形成储存电容。

接下来，形成金属层覆盖第一氧化铟结晶层953，并图案化金属层形成如图9C所示的源极962及漏极964，以形成反向通道蚀刻型薄膜晶体管。值得注意的是，由于第一氧化铟结晶层953具有良好的抗酸侵蚀特性，因此，在对于金属层进行反向通道蚀刻工艺时，第一氧化铟结晶层953能够保护下方的第一金属氧化物半导体层954，避免酸蚀刻液(例如：铝酸蚀刻液)的侵蚀，而维持了作为主动层的第一金属氧化物半导体层954的结构和性质，提高了最终所形成的薄膜晶体管的良率。

接下来，在栅极绝缘层920、第一氧化铟结晶层953、第二氧化铟结晶层957、源极962及漏极964上形成保护层970，保护层970具有开口以暴露出漏极964，并形成第二电容电极980于保护层970之上，且通过此开口接触漏极964，第二电容电极980沿着保护层970的上表面延伸至第二氧化铟结晶层957上方，与第二氧化铟结晶层957形成储存电容，而形成半导体结构900。半导体结构900中各元件的材料和成分可参照图8A～8C所述的实施方式，在此不再赘述。

总结来说，半导体结构900包含基板910、栅极绝缘层920、栅极930、第一氧化铟结晶层953、第一金属氧化物半导体层954、第二氧化铟结晶层957、第二金属氧化物半导体层958、源极962、漏极964、保护层970及第二电容电极980。栅极930配置于基板910上，栅极绝缘层920位于栅极930上，第一金属氧化物半导体层954及第二金属氧化物半导体层958配置于栅极绝缘层920上，第一氧化铟结晶层953接触第一金属氧化物半导体层954的外侧表面上，源极962及漏极964配置于第一氧化铟结晶层953上，第二氧化铟结晶层957接触第二金属氧化物半导体层958的外侧表面上，以作为第一电容电极，保护层970位于第二氧化铟结晶层957上，第二电容电极980配置于保护层970上，与第二氧化铟结晶层957形成储存电容。在一实施例中，第二电容电极980的材料为透明的氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)，故可与透明的第二氧化铟结晶层957形成有高透光率的透明型储存电容以增加半导体结构900的开口率。

本发明提供另一种金属氧化物半导体层的结晶方法，请同时参阅图10和图11A～11B。图10为本发明一实施例的金属氧化物半导体层的结晶方法1000。结晶方法1000包含操作1010、操作1020、操作1030以及操作1040。图11A～11B为本发明一实施例的半导体结构1100在工艺各个阶段中的剖面示意图。虽然下文中利用一系列的操作或步骤来说明在此公开的方法，但是这些操作或步骤所示的顺序不应被解释为本发明的限制。例如，某些操作或步骤可以按不同顺序进行及/或与其它步骤同时进行。此外，并非必须执行所有公开的操作、步骤及/或特征才能实现本发明的实施例。此外，在此所述的每一个操作或步骤可以包含数个子步骤或动作。

在操作1010，如图11A所示，形成第一非结晶金属氧化物半导体层1120于基板1110上。在一实施例中，第一非结晶金属氧化物半导体层1120包含氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铪铟锌或氧化铟锌。在操作1020，如图11A所示，形成铝层1130于第一非结晶金属氧化物半导体层1120上。在一实施例中，铝层1130的厚度为在操作1030，如图11A所示，形成第二非结晶金属氧化物半导体层1140于铝层1130上。在一实施方式中，第二非结晶金属氧化物半导体层1140包含氧化铟镓锌、氧化铟锡锌、氧化铪铟锌或氧化铟锌。

接下来，在温度为约350℃至约650℃下，以惰性气体处理第一非结晶金属氧化物半导体层1120、铝层1130及第二非结晶金属氧化物半导体层1140。在一实施例中，惰性气体包含氮气(N₂)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氡气(Rn)或其组合。

经惰性气体处理之后，第一非结晶金属氧化物半导体层1120、铝层1130及第二非结晶金属氧化物半导体层1140分别转变为如图11B所示的第一结晶化金属氧化物半导体层1122、氧化铝(Al₂O₃)层1132及第二结晶化金属氧化物半导体层1142，形成半导体结构1100。这是因为铝层1130容易与氧进行反应，当给予高温环境及通入惰性气体时，由于环境充满了惰性气体而氧含量低，因此，铝层1130会抓取第一非结晶金属氧化物半导体层1120及第二非结晶金属氧化物半导体层1140中的氧，并与氧反应形成氧化铝层1132，而使得第一非结晶金属氧化物半导体层1120及第二非结晶金属氧化物半导体层1140的氧含量减少，并且其中的元素发生重排，而形成第一结晶化金属氧化物半导体层1122及第二结晶化金属氧化物半导体层1142。

在一实施例中，选取第一非结晶金属氧化物半导体层1120及第二非结晶金属氧化物半导体层1140的材料为氧化铟镓锌(InGaZnO₄)，其中铟：镓：锌：氧的摩尔比为1：1：1：4。经惰性气体处理之后，分析半导体结构1100的X光衍射图谱可以得知第一结晶化金属氧化物半导体层1122及第二结晶化金属氧化物半导体层1142皆至少含有两种结晶：氧化铟镓锌(InGaZnO₄)结晶及氧化铟(In₂O₃)结晶。

并且，由第二结晶化金属氧化物半导体层1142的高分辨率透射式电子显微镜影像图来看，可以看出全层内部的原子皆有序地排列。由第二结晶化金属氧化物半导体层1142的纳米电子束衍射影像图来看，上层、中层及下层的影像图皆有明显的衍射点。根据上述的实验结果能够得知，在经惰性气体处理之后，第二结晶化金属氧化物半导体层1142为全结晶态。此外，若对于第一结晶化金属氧化物半导体层1122进行一样的分析，也可以观察到一样的实验结果，第一结晶化金属氧化物半导体层1122也为全结晶态。

接下来，进一步测试半导体结构1100对于铝酸的抗酸能力，铝酸蚀刻第二结晶化金属氧化物半导体层1142的蚀刻速率为2.8埃/秒，慢于未受惰性气体处理的第二非结晶金属氧化物半导体层1140蚀刻速率，而证实本发明的金属氧化物半导体层的结晶方法，能够使非结晶金属氧化物半导体层全层结晶，并具有抗酸侵蚀的特性。

本发明利用此结晶方法的优点，运用于制作反向通道蚀刻型半导体结构。图12A～12C为本发明一实施例的半导体结构1200在工艺各个阶段中的剖面示意图。

请参照图12A，于基板1210上形成栅极1212，并形成栅极绝缘层1214覆盖栅极1212，接下来，请参照操作1010～1030，在栅极绝缘层1214上依序形成第一非结晶金属氧化物半导体层1220、铝层1230及第二非结晶金属氧化物半导体层1240，其中，铝层1230覆盖第一非结晶金属氧化物半导体层1220与闸极绝缘层1214。在另一实施例中，仅有第一非结晶金属氧化物半导体层1220与第二非结晶金属氧化物半导体层1240之间存在铝层。

接下来，进行操作1040，在温度为约350℃至约650℃下，以惰性气体处理第一非结晶金属氧化物半导体层1220、铝层1230及第二非结晶金属氧化物半导体层1240。当给予高温环境及通入惰性气体时，被夹设于第一非结晶金属氧化物半导体层1220及第二非结晶金属氧化物半导体层1240之间的铝层会抓取第一非结晶金属氧化物半导体层1220及第二非结晶金属氧化物半导体层1240中的氧，而形成如图12B所示的第一结晶化金属氧化物半导体层1222、氧化铝层1232及第二结晶化金属氧化物半导体层1242。值得注意的是，未被夹设于第一非结晶金属氧化物半导体层1220及第二非结晶金属氧化物半导体层1240之间的铝层1230则不受影响。

接下来，将图12B所示的铝层1230氧化为如图12C所示的氧化铝层1234。在一实施例中，氧化是以一般现有技术中氧化生成氧化铝的方法进行，举例来说，以氧气或是洁净干空气(Clean dry air，CDA)处理铝层1230，以形成氧化铝层1234。由于第一结晶化金属氧化物半导体层1222及第二结晶化金属氧化物半导体层1242已经转变为结晶态，因此在形成氧化铝层1234的过程中，两者皆不会受到影响。

值得注意的是，氧化铝层1234具有防止水气穿透的特性，因此，若氧化铝层1234下方有其他半导体组件存在时，氧化铝层1234能够作为良好的保护层以免水气穿透而影响半导体元件的性质。在图12A形成铝层1230的过程中，可以通过一般的蚀刻工艺使铝层1230在不同处具有不同厚度，例如：被夹设于第一非结晶金属氧化物半导体层1220及第二非结晶金属氧化物半导体层1240之间的铝层1230厚度较薄，而其余部分的铝层1230则厚度较厚，使得氧化铝层1234也随之较厚，而能够作为良好的保护层。在一实施例中，被夹设于第一非结晶金属氧化物半导体层1220及第二非结晶金属氧化物半导体层1240之间的铝层1230厚度较厚，而其余部分的铝层1230则厚度较薄。因此，可以根据不同的设计需求，于需要受保护的半导体元件上方形成较厚的氧化铝层1234，或仅于部分区域上形成铝层。综上，铝层1230具有两种用途，其一为使非结晶金属氧化物半导体层结晶化，其二为在变成氧化铝层后能作为半导体元件的保护层。

接下来，于第二结晶化金属氧化物半导体层1242上形成源极1262及漏极1264，再形成保护层1270覆盖源极1262及漏极1264，保护层1270具有一些开口以暴露出漏极1264，并形成导电层1280于保护层1270之上，且通过这些开口接触漏极1264，而形成半导体结构1200。

综上所述，本发明提供了两种金属氧化物半导体层的结晶方法及半导体结构。第一种结晶方法是在压力为约550mtorr至约5000mtorr，温度为约200℃至约750℃下，以氧气处理包含铟的非结晶金属氧化物半导体层，以将非结晶金属氧化物半导体层的表面部分转变为具有抗酸侵蚀特性的氧化铟结晶层。

第二种结晶方法是先依序形成第一非结晶金属氧化物半导体层、铝层及第二非结晶金属氧化物半导体层于基板上，在温度为约350℃至约650℃下，以惰性气体处理第一非结晶金属氧化物半导体层、铝层及第二非结晶金属氧化物半导体层，形成具有抗酸侵蚀特性的完全结晶的第一结晶化金属氧化物半导体层1122及第二结晶化金属氧化物半导体层1142。

并且，在以反向通道蚀刻工艺形成薄膜晶体管的过程中，利用上述的结晶方法对于作为主动层的非结晶金属氧化物半导体层进行处理，能够使经处理的非结晶金属氧化物半导体层具有抗酸侵蚀特性，而能够在图案化金属层以形成源极和漏极的过程中，避免蚀刻液的侵蚀，并且，由于本案的结晶方法在处理过程的温度皆低于玻璃熔点，因此，在薄膜晶体管大多以玻璃材质为基板的情况下，本发明的结晶方法能够适用于薄膜晶体管的工艺，并提高薄膜晶体管的良率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。