一种多晶硅薄膜晶体管制造技术

本实用新型专利技术提供了一种多晶硅薄膜晶体管，包括：衬底，衬底上的绝缘层，覆盖栅电极和氧化铝层的低温沉积氧化物层；还包括：多晶硅有源层，由固相结晶法制成，该多晶硅有源层中具有源区和漏区；多晶硅有源层上的由原子层沉积的氧化铝层，用作栅介质层；氧化铝层上的栅电极；其中衬底为单晶硅、玻璃、石英。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种多晶硅薄膜晶体管，特别涉及ー种利用原子层沉积的氧化铝作为栅介质的多晶硅薄膜晶体管。
技术介绍
低温多晶硅技术(LTPS)在生产像素开关和外围电路这两个应用程序的高性能薄膜晶体管(TFT)方面是最有应用前景的技术之一。所有LTPS技术中，固相结晶法(SPC)在获得高均匀性和低成本多晶硅薄膜(Poly-Si)方面是最简单和最直接的方法。然而，由于受SPC poly-Si薄膜内部小晶粒尺寸和高密度的影响，传统的SPC薄膜晶体管会出现高阈值电压(Vth)和差亚阈值斜率(SS)。高阈值电压给设计单独使用p型TFT的反相器带来困难，影响反相器的输出电压范围。差的亚阈值斜率会严重影响电路的速度。这些缺陷限制了 SPC薄膜晶体管有源矩阵显示器在驱动电路方面的应用。
技术实现思路
本技术提供了ー种SPC多晶硅薄膜晶体管，其利用原子层沉淀的氧化铝作为栅介质，能够解决SPC薄膜晶体管的高阈值电压(Vth)和差亚阈值斜率(SS)的问题。本技术提供ー种多晶硅薄膜晶体管，包括衬底，衬底上的绝缘层，覆盖栅电极和氧化铝层的低温沉积氧化物层；还包括多晶硅有源层，由固相结晶法制成，该多晶硅有源层中具有源区和漏区；多晶硅有源层上的由原子层沉积的氧化铝层，用作栅介质层；氧化铝层上的栅电极；其中衬底为单晶硅、玻璃、石英。氧化招层的厚度为25nm至75nm。氧化铝层的厚度为50nm。低温沉积氧化物层具有延伸到源区、漏区和栅电极的接触孔。本技术提供的以ALD氧化铝作为栅介质的SPC多晶硅薄膜晶体管显示出-2. 53V的低阈值电压，电场有效迁移率(uFE)为17. 65cm2/Vs,亚阈值斜率(SS)为529mV/decade。有效的解决SPC薄膜晶体管的高阈值电压(Vth)和差亚阈值斜率(SS)的问题。附图说明以下參照附图对本技术实施例作进ー步说明，其中图I为实施例I中的SPC多晶硅薄膜晶体管的示意图；其中，11指Al-I % Si，12为LTO层；13为栅电极；14为ALD氧化铝层；15为SPC多晶硅层；16为热氧化层；17为单晶娃衬底；18为漏区；19为源区；图2为栅极电容密度；图3为以ALD氧化铝作为多晶硅薄膜晶体管的栅介质的传输曲线(实心Ani，空心I Ids I );图4为不同Vds值下测量所得出的关闭状态下的栅极电流。图5为不同栅介质下薄膜晶体管转换曲线的比较(实心50nm LPCVD ニ氧化硅，空心50nm ALD Al2O3)；图6为ALD氧化铝作为栅介质的多晶硅薄膜晶体管的输出曲线；图7为50个薄膜晶体管均匀性测量(实心Vth均匀性，空心GIDL均匀性)。本实施例提供了ー种SPC多晶硅薄膜晶体管，其利用原子层沉积(ALD)的氧化铝作为栅介质。具体实施方式在同样介质厚度的情况下，高k材料比SiO2能够提供更大的栅极电容。可以吸引更多的载流子，从而降低阈值电压(Vth)和减小亚阈值斜率(SS)。可利用高k材料作为SPC多晶硅薄膜晶体管的栅介质，如电子束蒸发氧化铪，物理气相沉积Pr2O3, PrTiO3等。在高k材料中，氧化铝(Al2O3)具有9ev的较大带隙，这能够降低栅极的隧穿。Al2O3由于其在与多晶硅接触时具有较高的介电常数和较好的热稳定性，因此很有潜力作为MOSFET的栅介质。原子层沉淀エ艺(ALD)是ー种具有精确的自我限制特性的沉积エ艺，该沉积エ艺能够沉积出覆盖率高和均匀性好的氧化铝。ALD氧化铝作为栅介质的应用在CMOS和GaN高电子迁移率晶体管方面已经得到广泛的研究和报道。然而，还没有将ALD沉积的氧化铝作为栅介质应用在多晶硅薄膜晶体管的相关报道。如图I所示，本实施例提供的SPC多晶硅薄膜晶体管包括c-si (单晶硅片)衬底；衬底上的热氧化硅层；热氧化硅层上的多晶硅层，由SPC(固相结晶)エ艺形成，作为晶体管的有源层，多晶硅层中具有源区和漏区；多晶硅层上的氧化铝(Al2O3)层，由ALD沉积而成，用作栅介质层；栅介质层上的栅电极； LT0(low temperature oxide,低温沉积氧化物)层,覆盖栅电极和氧化招层，LTO层中具有三个接触孔，三个接触孔分别连接到源区、漏区和栅电扱；Al-1% Si (Si含量为1%的Al)，填充到接触孔中，分别与源区、漏区和栅电极电连接，以作为引出电极。本实施例提供的SPC多晶硅薄膜晶体管可由以下方法制成I)在c-si衬底表面上覆盖500nm的热氧化硅；2)通过低压化学气相沉积法(LPCVD)沉积IOOnm的非晶si有源层；3)执行SPC (固相结晶)エ艺将c-si衬底在N2条件于600°C下退火24小时；4)刻蚀以形成有源岛；5)在300°C温度下通过ALD沉积50nm的Al2O3 ；6)溅射沉积300nm的招，并被图案化成栅电极；7)自对准地以33eV注入硼，注入剂量为4X1015/cm2，以形成源区和漏区；8)沉积500nm的LT0，并在LTO中形成接触孔；9)溅射沉积700nm的Al-I % Si，并进行图案化；10)将得到的器件在420°C温度下于氮氢混合气氛中退火30分钟，通过在氮氢混合气氛中退火可改善Al-I % Si层与源漏极的接触。其中在步骤5)的ALD沉积中，ALD的前体是三甲基色氨酸铝和H2O,基板在下述两个独立的半反应中暴露于前体中权利要求1.一种多晶硅薄膜晶体管，包括 衬底， 衬底上的绝缘层， 覆盖栅电极和氧化铝层的低温沉积氧化物层； 其特征在于，还包括 多晶硅有源层，由固相结晶法制成，该多晶硅有源层中具有源区和漏区； 多晶硅有源层上的由原子层沉积的氧化铝层，用作栅介质层； 氧化铝层上的栅电极； 其中衬底为单晶硅、玻璃、石英。2.根据权利要求I所述的多晶硅薄膜晶体管，其特征在于，氧化铝层的厚度为25nm至75nm。3.根据权利要求2所述的多晶硅薄膜晶体管，其特征在于，氧化铝层的厚度为50nm。4.根据权利要求I所述的多晶硅薄膜晶体管，其特征在于，低温沉积氧化物层具有延伸到源区、漏区和栅电极的接触孔。专利摘要本技术提供了一种多晶硅薄膜晶体管，包括衬底，衬底上的绝缘层，覆盖栅电极和氧化铝层的低温沉积氧化物层；还包括多晶硅有源层，由固相结晶法制成，该多晶硅有源层中具有源区和漏区；多晶硅有源层上的由原子层沉积的氧化铝层，用作栅介质层；氧化铝层上的栅电极；其中衬底为单晶硅、玻璃、石英。文档编号H01L29/423GK202405268SQ201120329720公开日2012年8月29日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日专利技术者周玮, 孟志国, 赵淑云, 郭海成 申请人:广东中显科技有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周玮，赵淑云，孟志国，郭海成，
申请(专利权)人：广东中显科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：