[發明專利]多晶硅薄膜晶體管

有效

• 申請號: 200810018147.8
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101286530A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 劉紅俠;欒蘇珍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華;黎漢華

技術領域

本發明屬于電子元件領域，涉及半導體器件，特別是一種多晶硅薄膜結構。

背景技術

80年代后期，微電子學技術與液晶顯示結合，形成了有源矩陣液晶顯示器AMLCD。由于AMLCD的清晰度和色彩質量可以與傳統的顯像管CRT相比，而本身又具有體積小、重量輕、耗電省、無X射線輻射等優點，從而成為顯示技術的換代產品，發展十分迅速。AMLCD要求在一個較大的面積范圍內，例如3英寸至9英寸，為每一個像素單元，例如480×640個像素單元配上一個開關元件，這個開關元件的陣列必須做在透光的襯底上，因而常規的晶體管MOS集成電路技術很難勝任。為了適應AMLCD的需要，人們研究了很多種類的開關元件陣列，但是目前真正實用化的只有兩端器件金屬-絕緣體-金屬二極管MIM陣列，三端器件非晶硅薄膜晶體管a-Si?TFT陣列和多晶硅薄膜晶體管Poly-Si?TFT陣列。而在高像質視頻顯示方面，可與CRT相匹敵的只有薄膜晶體管驅動AMLCD。

世界上第一塊薄膜晶體管AMLCD電視顯示屏就是采用非晶硅制作的。非晶硅薄膜可以在較低溫度下，例如300-400℃淀積形成，襯底材料可以選用普通的玻璃，工藝成本較低，加之a-Si?TFT的開關性能優于兩端器件MIM陣列，使得a-Si?TFT陣列成為當前AMLCD所采用的主流技術，已經用于大屏幕投影電視、袖珍電視、便攜式計算機等領域。然而，由于電壓應力和光照條件下非晶硅TFT器件中載流子的遷移率較低、穩定性較差，已經成為顯示器發展的技術瓶頸。由于多晶硅TFT器件的遷移率比非晶硅TFT的高，寄生效應又小，在非晶硅TFT難以滿足的大屏面和小屏面顯示領域的情況下，多晶硅TFT顯示出了巨大的優越性。

多晶硅TFT的典型結構如圖1所示：在絕緣材料的襯底，如玻璃上淀積本征多晶硅薄膜，用離子注入的方式形成源漏區，然后是柵絕緣層，如SiO₂和柵極，如重摻雜多晶硅。多晶硅TFT與MOS場效應晶體管結構相似，尤其是與全耗盡SOI?MOS晶體管結構相近，最主要的差別是襯底材料，多晶硅薄膜晶體管不是以單晶硅為襯底，而是采用低成本的透光的玻璃為襯底。MOS晶體管中一般采用熱氧化的SiO₂的柵介質層，然而大量的實驗證明低溫PECVD法淀積的Si₃N₄作為多晶硅薄膜晶體管的柵介質有很多優勢，例如較好的抗輻照性、較高的勢壘高度可以抑制雜質穿通，較好的抗擊穿特性等。與晶體的場效應管相似，當在柵上加電壓時，將會感應形成導電通道，通過調節柵壓的大小，控制源漏之間的電流。當所加漏電壓使漏端的溝道載流子耗盡時，溝道夾斷，漏電流達到飽和。溝道夾斷后，繼續施加漏電壓，場效應晶體管的輸出阻抗由從源端到夾斷點的有效溝道長度確定，隨著漏壓增加，溝道中的電場增加，從而溝道電導增大。隨著多晶硅TFT溝道長度的縮小，漏端電場急劇增大。由于多晶硅薄膜中存在大量的晶粒界面，漏端高電場通過陷阱態場發射，泄漏電流急劇增大，成為影響場效應晶體管性能提高的重要因素。降低多晶硅TFT器件關態電流的有效措施是降低漏端的高電場。為此，人們提出了許多改進器件，例如補償柵結構、LDD結構、場感應漏結結構等。在多晶硅TFT處于關態時，相對于傳統多晶硅TFT器件，這些器件的漏端電場都有所降低，因此，泄漏電流減小，有效的提高了多晶硅TFT的性能。然而，在多晶硅薄膜晶體管處于開態時，這些器件的寄生串聯電阻又太高，抑制了開態電流的提高。多晶硅TFT器件作為AMLCD中的開關器件，表征其性能的是開態電流和關態電流的比值。因此僅有關態電流的減小或僅有開態電流的增加，都不能說是理想的器件結構。為此，急需尋找更有效的TFT器件結構，通過提高開態電流和關態電流的比值，來提高器件性能，促進AMLCD的進一步發展。

發明的內容

本發明的目的在于克服多晶硅薄膜器件的不足，提供一種開態電流和關態電流的比值大的多晶硅薄膜晶體管結構和制備方法，以提高多晶硅薄膜晶體管的性能