一种具有双极型工作特性的薄膜晶体管制造技术

本发明专利技术涉及一种具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其包括：绝缘衬底、半导体有源区、金属源区、金属漏区、栅绝缘层、栅电极和源漏区附近的调制掺杂区；栅极电压可在半导体有源区表面诱导出导电沟道，此导电沟道将连接金属源区和金属漏区。金属源区与沟道区之间的区域以及金属漏区与沟道区之间的区域均包含可调节空穴和电子势垒高度的调制掺杂区,该调制掺杂区在沟道区的不同深度含有导电类型互补的杂质掺杂。本发明专利技术利用源漏区附近的调制掺杂区对电子和空穴势垒高度的调制作用,可以实现在正负栅极电压下都能开启的双极型薄膜晶体管。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其包括：绝缘衬底、半导体有源区、金属源区、金属漏区、栅绝缘层、栅电极和源漏区附近的调制掺杂区；栅极电压可在半导体有源区表面诱导出导电沟道，此导电沟道将连接金属源区和金属漏区。金属源区与沟道区之间的区域以及金属漏区与沟道区之间的区域均包含可调节空穴和电子势垒高度的调制掺杂区,该调制掺杂区在沟道区的不同深度含有导电类型互补的杂质掺杂。本专利技术利用源漏区附近的调制掺杂区对电子和空穴势垒高度的调制作用,可以实现在正负栅极电压下都能开启的双极型薄膜晶体管。【专利说明】一种具有双极型工作特性的薄膜晶体管
本专利技术涉及一种可实现双极型工作特性薄膜晶体管；属于半导体器件
。
技术介绍
多晶硅薄膜晶体管相对于非晶硅薄膜晶体管有较高的载流子迁移率，因而被广泛应用于有源矩阵平板显示中。由图1所示，其为传统薄膜晶体管的剖视图，现有常规多晶硅薄膜晶体管结构由绝缘衬底100、半导体沟道区101、半导体源漏区102、栅绝缘层103，顶栅电极104。常规多晶硅薄膜晶体管的源区、漏区和沟道区是同种半导体材料，为了形成源端和漏端的欧姆接触，需要对晶体管的源区和漏区进行重掺杂。薄膜晶体管的工作特性由源漏区半导体的导电类型决定:N型源漏区的薄膜晶体管只能作为N型器件工作，而P型源漏区的薄膜晶体管只能作为P型器件工作。不仅是多晶硅薄膜晶体管，基于其他半导体材料的薄膜晶体管也是如此，也就是说传统的薄膜晶体管都是单极型器件。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种具有双极型工作特性的薄膜晶体管，可通过位于金属源漏区和沟道半导体之间的调制掺杂区调节沟道与金属源/漏区之间的势垒高度，实现双极型工作特性的薄膜晶体管。为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现: 一种具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其包括绝缘衬底、金属源区、金属漏区、栅绝缘层、栅电极以及设置有半导体沟道区的半导体岛，所述半导体岛表面在栅极电压下诱导出连接金属源区和金属漏区的导电沟道；其特征在于，所述金属源区与半导体沟道区之间的区域以及金属漏区与半导体沟道区之间的区域在不同深度处分别设置有用于调节空穴和电子势垒高度的调制掺杂区，薄膜晶体管可实现双极型工作特性。进一步的，在所述金属源区与金属漏区分别位于半导体沟道区两侧且和半导体沟道区同层。作为优选，所述栅电极为顶栅电极，所述顶栅电极位于半导体岛顶面的上方，所述顶栅电极和半导体岛之间为顶栅绝缘层。作为优选，所述栅电极为底栅电极，所述底栅电极位于半导体岛的底面的下方，所述底栅电极设置在绝缘衬底上，所述底栅电极和半导体岛之间为底栅绝缘层。作为优选，所述栅电极包括顶栅电极和底栅电极，所述顶栅电极位于半导体岛顶面的上方，所述顶栅电极和半导体岛之间为顶栅绝缘层，在所述底栅电极位于半导体岛的底面的下方，所述底栅电极设置在绝缘衬底上，所述底栅电极和半导体岛之间为底栅绝缘层。作为优选，所述栅电极为围栅电极，所述围栅电极位于半导体岛的侧面、半导体岛顶面的上方，或半导体岛的侧面、半导体岛底面的下方，或半导体岛的侧面、半导体岛顶面的上方以及导体岛底面的下方，所述围栅电极和半导体岛之间为栅绝缘层。作为优选，所述薄膜晶体管包括顶栅电极，底栅电极，顶金属源区、半导体源区、底金属源区以及顶金属漏区、半导体漏区、底金属漏区；所述顶金属源区和顶金属漏区分别设置于半导体源区和半导体漏区上方，所述底金属源区和底金属漏区分别设置于半导体源区和半导体漏区下方；所述底金属源区和顶金属源区并联，底金属漏区和顶金属漏区并联，所述顶栅电极位于半导体岛顶面的上方，所述顶栅电极和半导体岛之间为顶栅绝缘层，在所述底栅电极位于半导体岛的底面的下方，所述底栅电极设置在绝缘衬底上，所述底栅电极和半导体岛之间为底栅绝缘层。所述底栅电极和顶栅电极并联。根据上述的具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其中，所述调制掺杂区在半导体沟道区不同的深度内含有导电类型互补的杂质掺杂。根据上述的具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其中，所述半导体岛的半导体材料为硅或者硅锗复合材料或者氧化物半导体材料或者化合物半导体材料或者有机半导体材料。根据上述的具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其中，所述半导体岛的半导体材料为单晶或者多晶或者微晶或者非晶材料，所述金属源区和金属漏区的材料是金属或者金属硅化物。根据上述的具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其中，所述栅电极为顶栅电极或者围栅电极结构。根据上述的具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其中，所述调制掺杂区通过离子注入法、气相扩散法、固相扩散法或者原位掺杂法以及上述方法的复合制作而成。本专利技术与现有技术相比具有以下优点: 本专利技术通过形成位于金属源漏区和半导体沟道区之间的调制掺杂区，在沟道区的不同深度通过不同的杂质掺杂分别调节空穴和电子势垒的高度，可以实现双极型工作特性的薄膜晶体管。本专利技术实现的双极型器件，可以在正和负栅极电压下分别实现传统N型和P型器件的工作特性(参考附图6)，可以简化电路的设计，提高电路的集成度，同时器件的金属源漏可以保证较小的源/漏区寄生串联电阻。【专利附图】【附图说明】下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本专利技术； 图1为传统薄膜晶体管的剖视图； 图2为本专利技术的实施例一剖视图； 图3为本专利技术的实施例二剖视图； 图4为本专利技术的实施例三剖视图； 图5为本专利技术在热平衡状态下的能带示意图； 图6为本专利技术在正栅极电压、负栅极电压下开启工作下的电压和电流变化示意图。【具体实施方式】为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本专利技术。图2为本专利技术的实施例一的薄膜晶体管的剖视图，包括绝缘衬底200，半导体沟道区201，金属源区202，金属漏区203，半导体调制掺杂区204，栅绝缘层205，栅电极206。半导体岛包含半导体沟道区201和半导体调制掺杂区204，本实施例的调制掺杂区为半导体调制掺杂区204，半导体岛表面在栅极电压下可诱导出连接金属源区202和金属漏区203的导电沟道，金属源区203与半导体沟道区201之间的区域以及金属漏区202与半导体沟道区201之间的区域为用于调节空穴和电子势垒高度的半导体调制掺杂区204，该薄膜晶体管通过形成位于金属源漏区和半导体沟道区201之间的调制掺杂区204，在沟道区的不同深度通过不同的杂质掺杂分别调节空穴和电子势垒的高度，可以实现双极型工作特性的薄膜晶体管。作为本专利技术所保护的器件类型的一种，本实施例具有顶栅和金属源/漏结构的双极型多晶硅薄膜晶体管的制作工艺可采用以下的工艺步骤: (1)半导体岛形成；采用热氧化工艺，在(100)晶向的硅片表面生长SiO2薄膜作为绝缘衬底；然后采用低压化学气相淀积(LPCVD)工艺，淀积多晶硅薄膜，采用常规光刻和刻蚀工艺定义出半导体多晶娃岛； (2)栅电极形成；采用LPCVD工艺，在多晶硅有源区和暴露的氧化层上淀积SiO2即LTO(Low Temperature Oxide)作为栅绝缘层；然后,在栅氧化层表面派射金属钛,并用氯基等离子体刻蚀形成栅电极；随后，采用干法刻蚀工艺，去除未被金属栅电极覆盖的LTO ； (3)多晶硅的源、漏区预非晶化；以金属栅电极为掩蔽进行大剂量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有双极型工作特性的薄膜晶体管，其包括绝缘衬底、金属源区、金属漏区、栅绝缘层、栅电极以及设置有半导体沟道区的半导体岛，所述半导体岛表面在栅极电压下诱导出连接金属源区和金属漏区的导电沟道；其特征在于，所述金属源区与半导体沟道区之间的区域以及金属漏区与半导体沟道区之间的区域在不同深度处分别设置有用于调节空穴和电子势垒高度的调制掺杂区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王明湘，张冬利，陈杰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32