一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶体管领域，更具体地，涉及一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前几乎所有的薄膜晶体管均采用平面化的沟道结构，即沟道是平整的。随着沟道长度的不断降低，短沟道效应引起的栅极失控和输出电流软饱和现象表现越来越突出，已经成为小尺寸薄膜晶体管面临的主要挑战之一。一部分研究人员试图通过采用垂直沟道结构来解决这一难题，但是垂直结构薄膜晶体管在工艺和集成方面面临很多新问题。另外，在光电探测领域，沟道厚度直接决定光吸收效率，然而如果沟道采用同一的厚度，厚度的增加会使源漏电极区域的接触电阻增加，不利于薄膜晶体管的快速开关。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术的不足，本发明首先提出一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备方法，采用该方法制备的晶体管增加了沟道区域半导体薄膜的厚度，将源漏区域半导体薄膜的厚度减薄。
[0004]本发明的又一目的是提出一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案为:
一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤:
(a)在基板上沉积并刻蚀底栅极；
(b)在由步骤(a)获取的结构的上部沉积底部介电层，在所述底部介电层上连续沉积导体薄膜层；
(c)对半导体薄膜层进行刻蚀得到鳍型沟道；
(d)在位于蚀鳍型沟道两侧的半导体薄膜层上分别沉积源极和漏极并刻蚀；
(e)在由步骤(d)获取的结构的上部沉积顶部介电层和顶栅极；
(f)刻蚀顶栅极，完成制备双栅极鳍型沟道薄膜晶体管。
[0006]有些薄膜晶体管不需要欧姆接触层，但也有一些是需要欧姆接触层，故进一步的，所述源极、漏极与鳍型沟道之间还沉积有欧姆接触层。
[0007]—种由所述的方法制备的具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管，包括:基板，位于基板上部的底栅极，位于底栅极上部的底部介电层，位于底部介电层上部的鳍型沟道，位于鳍型沟道两侧的源极和漏极，源极、漏极和鳍型沟道之间有欧姆接触层，位于鳍型沟道、源极和漏极上部的顶部介电层，以及位于顶部介电层上部的顶栅极。
[0008]本发明针提出具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备方法是由一系列光刻和刻蚀组成，采用该方法制备的具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管与传统平面沟道结构薄膜晶体管的最大区别在于增加了沟道区域半导体薄膜的厚度，而将源漏区域半导体薄膜的厚度减薄。
[0009]上述具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管与现有技术相比，具有以下特点:1)对于顶部栅极结构的薄膜晶体管而言，实际的沟道长度有所增加，缓解了短沟道效应，特别是针对器件尺寸较小的多晶硅薄膜晶体管。由于整个器件的尺寸并没有增加，满足了高密度集成的需要。2)在光电薄膜晶体管中，足够厚度的沟道层保证了光的吸收，而足够薄的跟源漏极接触的半导体薄膜又保证了低的接触电阻，这样其输出特性曲线并没有恶化。
[0010]上述制备方法也可以制备多个鳍型结构的薄膜晶体管并利用光刻工艺实现它们之间的并联和串联。上述具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管主要应用领域包括高分辨率显示、光电探测和成像以及生物医疗传感等。
【附图说明】
[0011]图1是具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管横截面结构图。
[0012]图2是具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备流程图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
[0014]如图2，是一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备方法过程图，该方法包括以下步骤:
(a)在基板1上沉积并刻蚀底栅极2；
(b)在由步骤(a)获取的结构的上部沉积底部介电层3，在所述底部介电层3上连续沉积半导体薄膜层；
(c)对半导体薄膜层进行刻蚀得到鳍型沟道4;
(d)在位于鳍型沟道4一侧的半导体薄膜层上依次沉积欧姆接触层9及源极5并刻蚀，另一侧的半导体薄膜层上依次沉积欧姆接触层9及漏极6并刻蚀；
(e)在由步骤(d)获取的结构的上部沉积顶部介电层7和顶栅极8;
(f)刻蚀顶栅极8，完成制备双栅极鳍型沟道薄膜晶体管。
[0015]如图1，一种由所述的方法制备的具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管，包括:基板1，位于基板1上部的底栅极2，位于底栅极2上部的底部介电层3，位于底部介电层3上部的鳍型沟道4，位于鳍型沟道4两侧的源极5和漏极6，源极5、漏极6和鳍型沟道4之间有欧姆接触层9，位于鳍型沟道4、源极5和漏极6上部的顶部介电层7，以及位于顶部介电层上部的顶栅极8。
[0016]本发明针提出具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备方法是由一系列光刻和刻蚀组成，采用该方法制备的具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管与传统平面沟道结构薄膜晶体管的最大区别在于增加了沟道区域半导体薄膜的厚度，而将源漏区域半导体薄膜的厚度减薄。
[0017]上述具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管与现有技术相比，具有以下特点:1)对于顶部栅极结构的薄膜晶体管而言，实际的沟道长度有所增加，缓解了短沟道效应，特别是针对器件尺寸较小的多晶硅薄膜晶体管。由于整个器件的尺寸并没有增加，满足了高密度集成的需要。2)在双栅极光电薄膜晶体管中，足够厚度的沟道层保证了光的吸收，而足够薄的跟源漏极接触的半导体薄膜又保证了低的接触电阻，这样其输出特性曲线并没有恶化。
[0018]该上述具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备方法也可以适用于制备多个鳍型结构的薄膜晶体管并实现它们之间的并联和串联。上述具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管主要应用领域包括高分辨率显示、光电探测和成像以及生物医疗传感等。
[0019]以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)在基板(1)上沉积并刻蚀底栅极(2); (b)在由步骤(a)获取的结构的上部沉积底部介电层(3)，在所述底部介电层(3)上连续沉积半导体薄膜层； (c)对半导体薄膜层进行刻蚀得到鳍型沟道(4);(d)在位于蚀鳍型沟道(4)两侧的半导体薄膜层上分别沉积源极(5)和漏极(6)并刻蚀； (e)在由步骤(d)获取的结构的上部沉积顶部介电层(7)和顶栅极(8); (f)刻蚀顶栅极(8)，完成制备双栅极鳍型沟道薄膜晶体管。2.根据权利要求1所述的具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述源极(5)、漏极(6)与鳍型沟道(4)之间还沉积有欧姆接触层。3.一种由权利要求2所述的方法制备的具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管，其特征在于，包括:基板(1)，位于基板(1)上部的底栅极(2)，位于底栅极(2)上部的底部介电层(3)，位于底部介电层(3)上部的鳍型沟道(4)，位于鳍型沟道(4)两侧的源极(5)和漏极(6)，源极(5)、漏极(6)和鳍型沟道(4)之间有欧姆接触层(9)，位于鳍型沟道(4)、源极(5)和漏极(6 )上部的顶部介电层(7 )，以及位于顶部介电层上部的顶栅极(8 )。
【专利摘要】本发明公开一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：（a）在基板上沉积并刻蚀底栅极；（b）在由步骤（a）获取的结构的上部沉积底部介电层，在所述底部介电层上连续沉积半导体薄膜层；（c）对半导体薄膜层进行刻蚀得到鳍型沟道；（d）在位于鳍型沟道两侧的半导体薄膜层上分别沉积欧姆接触层及源极和漏极并刻蚀；（e）在由步骤（d）获取的结构的上部沉积顶部介电层和顶栅极；（f）刻蚀顶栅极，完成制备具有双栅极鳍型沟道薄膜晶体管。采用本发明获取的晶体管增加了沟道区域半导体薄膜的厚度，将源漏区域半导体薄膜的厚度减薄。
【IPC分类】H01L29/786, H01L29/66
【公开号】CN105261638
【申请号】CN201510472392
【发明人】王凯, 欧海, 陈军
【申请人】广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院, 中山大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月4日