一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法。首先在绝缘衬底上依次交替沉积隔离层薄膜和非晶硅薄膜，形成隔离层薄膜和非晶硅薄膜的叠层结构；其次刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜形成器件的沟道区域，并在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅形成器件的源漏区域；然后通过退火使沟道区域和源漏区域中的非晶硅结晶转变为多晶硅，并刻蚀除去隔离层薄膜；最后在沟道区域和源漏区域表面依次沉积栅绝缘层和金属栅层，并通过刻蚀栅绝缘层和金属栅层形成栅极区域，最终形成叠层式多晶硅场效应晶体管器件。本发明专利技术具有驱动电流大、器件尺寸小、与现有多晶硅场效应晶体管制造工艺兼容等优势，在柔性电子、透明显示和屏上系统等领域具有广阔的应用前景。

Manufacturing method of stacked polysilicon field-effect transistor device

The invention discloses a manufacturing method of stacked polysilicon field-effect transistor device. The isolation layer film and amorphous silicon film are deposited alternately on the insulating substrate to form the laminated structure of the isolation layer film and amorphous silicon film. After annealing, the amorphous silicon crystals in channel region and source-drain region are transformed into polysilicon, and the insulating layer is etched to remove the insulating layer. Finally, the gate insulating layer and metal gate layer are deposited on the surface of channel region and source-drain region in turn, and the gate region is formed by etching the gate insulating layer and metal gate layer. Transistor devices. The invention has the advantages of large driving current, small device size and compatibility with the existing polycrystalline silicon field effect transistor manufacturing process, and has broad application prospects in the fields of flexible electronics, transparent display and on-screen system.

【技术实现步骤摘要】
一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法
本专利技术属于半导体器件领域，涉及一种高性能多晶硅场效应晶体管器件的制造方法。
技术介绍
多晶硅场效应晶体管器件具备衬底选择自由，适合大规模制备等优点，在柔性电子产品、透明显示和屏上系统(System-on-Panel，SoP)等领域广泛采用，并具有巨大的市场前景。由于多晶硅场效应晶体管器件中具有晶界导致的载流子散射作用，因此器件中的载流子迁移率较低。为了增大多晶硅场效应晶体管器件的驱动电流，一般采用增大器件沟道宽度的方法，但是器件沟道宽度的增大无论对柔性电子产品还是对透明显示而言都带来很大的缺陷。例如，对于柔性电子产品而言，由于硅材料本身是一种脆性材料，器件面积的增大将导致产品的抗弯折能力下降；对于透明显示方面的应用而言，硅材料在可见光波段不透明，因此器件面积的增大会导致显示屏上发光区域的面积比例下降，在屏幕面积不变的情况下维持发光强度不变需要牺牲一定的分辨率。因此，在不增大多晶硅场效应晶体管器件沟道宽度的情况下，如何提升器件的驱动电流，是实现高性能柔性电子产品、透明显示产品以及屏上系统的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有多晶硅薄膜晶体管器件的不足，提供一种基于叠层式结构的多晶硅场效应晶体管器件的制造方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法，该方法包括如下步骤：(1)在绝缘衬底上依次交替沉积隔离层薄膜和非晶硅薄膜，形成隔离层薄膜和非晶硅薄膜的叠层结构；(2)刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜形成器件的沟道区域，并在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅形成器件的源漏区域；(3)通过退火使沟道区域和源漏区域中的非晶硅结晶转变为多晶硅，并刻蚀除去隔离层薄膜；(4)在沟道区域和源漏区域表面依次沉积栅绝缘层和金属栅层，并通过刻蚀栅绝缘层和金属栅层形成栅极区域，最终形成叠层式多晶硅场效应晶体管器件。进一步地，绝缘衬底材料包含但不限于硅表面沉积氧化硅、硅表面沉积氮化硅、石英、蓝宝石、柔性高分子材料。进一步地，所述沟道区域中的多晶硅薄膜的层数为2至16层。进一步地，所述沟道区域中的多晶硅薄膜的厚度为3至20纳米。进一步地，所述栅绝缘层的材料包含但不限于氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪。进一步地，所述栅绝缘层的厚度为1至100纳米。进一步地，所述重掺杂非晶硅的掺杂浓度为1019每立方厘米至1021每立方厘米。进一步地，所述步骤(2)中，刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜的方法为反应离子刻蚀；所述步骤(4)中，刻蚀栅绝缘层和金属栅层的方法为反应离子刻蚀。进一步地，所述步骤(2)中，在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅的方法为溅射、化学气相沉积或分子束外延。进一步地，所述步骤(3)中，退火的方法为快速热退火、闪光灯退火或激光退火。本专利技术的有益效果是：本专利技术多晶硅场效应晶体管器件采用叠层式结构，相比传统的多晶硅薄膜晶体管具有以下优势：1，叠层式结构可以在不增大器件沟道宽度的前提下，通过沟道层数的增加，增大器件沟道的有效宽度，在器件中实现更大的驱动电流，避免了器件面积增大导致的柔性电子系统抗弯折能力下降、透明电子系统的透光性下降等问题；2，通过改变器件结构提升性能，避免了在器件中引入新材料，可以尽可能使器件制造工艺与现有生产工艺兼容；本专利技术利用多层堆叠结构，抵消多晶硅沟道中载流子迁移率较低的缺点，提升多晶硅场效应晶体管器件的驱动电流，具有驱动电流大、器件尺寸小、与现有多晶硅场效应晶体管制造工艺兼容等优势，在柔性电子、透明显示和屏上系统等多个领域具有广阔的应用前景。附图说明图1(a)为在绝缘衬底上生长第一隔离层薄膜和第一非晶硅薄膜示意图；图1(b)为生长第二隔离层薄膜和第二非晶硅薄膜示意图；图2(a)为刻蚀非晶硅薄膜和隔离层薄膜形成沟道区域示意图；图2(b)为在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅形成源漏区域示意图；图3(a)为沉积保护绝缘层示意图；图3(b)为利用退火使非晶硅转变为多晶硅，形成多晶硅沟道区域和源漏区域示意图；图3(c)为刻蚀除去保护绝缘层和隔离层薄膜示意图；图4(a)为在沟道区域和源漏区域表面沉积栅绝缘层后沿器件沟道长度方向的横截面示意图；图4(b)为在沟道区域和源漏区域表面沉积栅绝缘层后沿器件沟道宽度方向的横截面示意图；图5(a)为在栅绝缘层表面沉积金属栅层后沿器件沟道长度方向的横截面示意图；图5(b)为在栅绝缘层表面沉积金属栅层后沿器件沟道宽度方向的横截面示意图；图6(a)为在刻蚀金属栅层和栅绝缘层，形成器件的栅极区域后，沿器件沟道长度方向的横截面示意图；图6(b)为在刻蚀金属栅层和栅绝缘层，形成器件的栅极区域后，沿器件沟道宽度方向的横截面示意图；图中，石英衬底10、第一隔离层薄膜11、第一非晶硅薄膜12、第二隔离层薄膜13、第二非晶硅薄膜14、重掺杂非晶硅20、保护绝缘层30、重掺杂多晶硅31、第一多晶硅沟道32、第二多晶硅沟道33、栅绝缘层40、金属栅层41。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供的一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法，包括如下步骤：(1)在绝缘衬底上依次交替沉积隔离层薄膜和非晶硅薄膜，形成隔离层薄膜和非晶硅薄膜的叠层结构；(2)刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜形成器件的沟道区域，并在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅形成器件的源漏区域；(3)通过退火使沟道区域和源漏区域中的非晶硅结晶转变为多晶硅，并刻蚀除去隔离层薄膜；(4)在沟道区域和源漏区域表面依次沉积栅绝缘层和金属栅层，并通过刻蚀栅绝缘层和金属栅层形成栅极区域，最终形成叠层式多晶硅场效应晶体管器件。进一步地，绝缘衬底材料包含但不限于硅表面沉积氧化硅、硅表面沉积氮化硅、石英、蓝宝石、柔性高分子材料。进一步地，所述沟道区域中的多晶硅薄膜的层数为2至16层。进一步地，所述沟道区域中的多晶硅薄膜的厚度为3至20纳米。进一步地，所述栅绝缘层的材料包含但不限于氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪。进一步地，所述栅绝缘层的厚度为1至100纳米。进一步地，所述重掺杂非晶硅的掺杂浓度为1019每立方厘米至1021每立方厘米。进一步地，所述步骤(2)中，刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜的方法为反应离子刻蚀；所述步骤(4)中，刻蚀栅绝缘层和金属栅层的方法为反应离子刻蚀。进一步地，所述步骤(2)中，在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅的方法为溅射、化学气相沉积或分子束外延。进一步地，所述步骤(3)中，退火的方法为快速热退火、闪光灯退火或激光退火。实施例1：本实施例中，采用石英衬底，叠层式多晶硅场效应晶体管器件的沟道叠层数为2层，制备方法如下：(1)如图1(a)所示，在石英衬底10上沉积第一隔离层薄膜11，沉积方法为化学气相沉积、原子层沉积、热蒸镀或溅射；在第一隔离层薄膜11上沉积第一非晶硅薄膜12，沉积方法为化学气相沉积、热蒸镀或溅射，厚度为3纳米至20纳米；(2)如图1(b)所示，在第一非晶硅薄膜12上沉积第二隔离层薄膜13，沉积方法为化学气相沉积、原子层沉积、热蒸镀或溅射；在第二隔离层薄膜13上沉积第二非晶硅薄膜14，沉积方法为化学气相沉积、热蒸镀或溅射，厚度为3纳米至20纳米；(3)如图2(a)所示，刻蚀第二非晶硅薄膜14、第二隔离层薄膜13、第一非晶硅薄膜12和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)在绝缘衬底上依次交替沉积隔离层薄膜和非晶硅薄膜，形成隔离层薄膜和非晶硅薄膜的叠层结构；(2)刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜形成器件的沟道区域，并在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅形成器件的源漏区域；(3)通过退火使沟道区域和源漏区域中的非晶硅结晶转变为多晶硅，并刻蚀除去隔离层薄膜；(4)在沟道区域和源漏区域表面依次沉积栅绝缘层和金属栅层，并通过刻蚀栅绝缘层和金属栅层形成栅极区域，最终形成叠层式多晶硅场效应晶体管器件。

【技术特征摘要】
1.一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)在绝缘衬底上依次交替沉积隔离层薄膜和非晶硅薄膜，形成隔离层薄膜和非晶硅薄膜的叠层结构；(2)刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜形成器件的沟道区域，并在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅形成器件的源漏区域；(3)通过退火使沟道区域和源漏区域中的非晶硅结晶转变为多晶硅，并刻蚀除去隔离层薄膜；(4)在沟道区域和源漏区域表面依次沉积栅绝缘层和金属栅层，并通过刻蚀栅绝缘层和金属栅层形成栅极区域，最终形成叠层式多晶硅场效应晶体管器件。2.根据权利要求1所述的叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，绝缘衬底材料包含但不限于硅表面沉积氧化硅、硅表面沉积氮化硅、石英、蓝宝石、柔性高分子材料。3.根据权利要求1所述的叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述沟道区域中的多晶硅薄膜的层数为2至16层。4.根据权利要求1所述的叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述沟道区域中的多晶硅薄膜的厚度为3至20纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，曾思雨，赵毅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33