一種薄膜晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種新型薄膜晶體管結構，其包括絕緣襯底、源區(qū)、漏區(qū)、連接源區(qū)和漏區(qū)的有源島、覆蓋在有源島上的絕緣層以及設置在絕緣層上的柵電極；有源島上設置有溝道區(qū)以及與源漏導電類型相反的載流子輸運區(qū)。本發(fā)明通過增加一個與源漏導電類型相反的載流子輸運區(qū)，連接源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)，可以有效將由熱載流子效應產(chǎn)生并擴散至溝道內的載流子由源/漏端的金屬接觸轉移走，從而可以盡量減少體電位的變化引起的器件性能的不穩(wěn)定性。
【專利說明】一種薄膜晶體管
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體器件領域，涉及的是一種新型半導體器件，即新型薄膜晶體管?！颈尘凹夹g】
[0002]在硅晶體管中，尤其是MOSFET中，為了避免由于熱載流子效應導致的體電位變化而引起器件性能的改變，最簡易的辦法就是把晶體管的襯底和MOSFET的源端短路連接，將襯底電位鉗制在零點電位。隨著集成電路制造工藝的不斷發(fā)展進步，絕緣層上硅(SOI)技術開始被廣泛的應用。但是由于SOI晶圓的襯底是絕緣體，體電位就沒有辦法像傳統(tǒng)體硅技術那樣通過與源端短路來實現(xiàn)電勢鉗制。
[0003]薄膜晶體管技術也遇到同樣的問題。參見圖1和圖2，現(xiàn)有薄膜晶體管通常制備在絕緣襯底4上，其上設置有源區(qū)1、漏區(qū)3以及溝道區(qū)2，而有源層通常是多晶或者非晶結構。當器件的漏區(qū)3與溝道區(qū)2交界處存在很高的電場時，會在此產(chǎn)生大量的電子空穴對。未能及時通過漏區(qū)3轉移走的載流子將向溝道內擴散并使體電位改變，影響器件的正常工作(通常稱為Body Effect)。另外，在薄膜晶體管的實際工作過程中，由于熱載流子效應引起的部分載流子未能及時轉移離開溝道區(qū)，也可引起器件電學性能的衰退。
【發(fā)明內容】
[0004]針對現(xiàn)有技術上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種新型晶體管結構，即薄膜晶體管；晶體管中利用一個與源漏導電類型相反的載流子輸運區(qū)將溝道區(qū)和源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)或者溝道區(qū)和源漏兩者連接起來，有效將熱載流子效應產(chǎn)生并擴散至溝道內的載流子由源端或漏端的金屬接觸轉移走，由此便可以減少體電位的變化引起器件性能的不穩(wěn)定性。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術方案來實現(xiàn):
[0006]一種薄膜晶體管，其包括絕緣襯底，在絕緣襯底上設置有源區(qū)、漏區(qū)、連接源區(qū)和漏區(qū)的有源島、覆蓋在有源島上的絕緣層以及設置在絕緣層上的柵電極；所述有源島上設置有溝道區(qū)，所述溝道區(qū)在在柵極電壓下誘導出連接源區(qū)和漏區(qū)的導電溝道；其特征在于，所述源區(qū)與溝道區(qū)之間以及漏區(qū)與溝道區(qū)之間至少有一處設置有與源區(qū)以及漏區(qū)導電類型相反的載流子輸運區(qū)。
[0007]S卩，所述源區(qū)與溝道區(qū)之間設置有與源區(qū)導電類型相反的載流子輸運區(qū)或所述漏區(qū)與溝道區(qū)之間設置有與漏區(qū)導電類型相反的載流子輸運區(qū)；
[0008]或，所述源區(qū)與溝道區(qū)之間設置有與源區(qū)導電類型相反的載流子輸運區(qū)，且所述漏區(qū)與溝道區(qū)之間還設置有與漏區(qū)導電類型相反的載流子輸運區(qū)。
[0009]在所述載流子輸運區(qū)內摻雜有與源區(qū)和漏區(qū)摻雜極性相反的雜質，構成摻雜導電區(qū)。
[0010]作為優(yōu)選，所述有源島的半導體材料為單晶、多晶或者非晶材料。
[0011]作為優(yōu)選，所述有源島的半導體材料為硅、鍺或者硅鍺復合材料。[0012]作為優(yōu)選，所述有源島的半導體材料為氧化物半導體材料。
[0013]作為優(yōu)選，所述載流子輸運區(qū)連接源區(qū)和溝道區(qū)并延伸至溝道區(qū)內。
[0014]作為優(yōu)選，所述載流子輸運區(qū)連接漏區(qū)和溝道區(qū)并延伸至溝道區(qū)內。
[0015]作為優(yōu)選，所述載流子輸運區(qū)分別連接源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)并延伸至溝道區(qū)內。
[0016]作為優(yōu)選，所述摻雜導電區(qū)鏈接源區(qū)和溝道區(qū)并未延伸至溝道區(qū)內。
[0017]作為優(yōu)選，所述摻雜導電區(qū)鏈接漏區(qū)和溝道區(qū)并未延伸至溝道區(qū)內。
[0018]本發(fā)明通過增加一個與源漏導電類型相反的載流子輸運區(qū)，連接源漏區(qū)和溝道區(qū)，移除了晶體管溝道內殘留的熱載流子。摻雜連接區(qū)只占據(jù)有源島的很小一部分，但是可以將溝道內的熱載流子快速的通過源端轉移出來，即可以有效將熱載流子效應產(chǎn)生并擴散至溝道內的載流子由源端或漏端轉移走，從而可以盡量減小其影響，減少體電位的變化引起器件性能的不穩(wěn)定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】來詳細說明本發(fā)明；
[0020]圖1為傳統(tǒng)TFT有源島的結構示意圖；
[0021]圖2為圖1沿A-A’的剖視圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的結構示意圖；
[0023]圖4為圖3沿A-A’的剖視圖；
[0024]圖5為本實施例的襯底準備及有源區(qū)形成后的不意圖；
[0025]圖6為圖5沿A-A’的剖視圖；
[0026]圖7為本實施例的摻雜導電區(qū)的形成后的示意圖；
[0027]圖8為圖5沿A-A’的剖視圖；
[0028]圖9為本實施例的柵氧、柵電極形成后的示意圖；
[0029]圖10為本實施例的源區(qū)和漏區(qū)摻雜后的主視圖；
[0030]圖11為圖10的俯視圖；
[0031]圖12為本實施例的接觸孔的形成后的主視圖；
[0032]圖13為圖12的俯視圖；
[0033]圖14為本實施例的金屬電極形成后的主視圖；
[0034]圖15為圖12的俯視圖。
【具體實施方式】
[0035]為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發(fā)明。
[0036]參見圖3和圖4，本實施例提供的是一種新型的半導體器件，具體是一種薄膜晶體管，其包括絕緣襯底100，在絕緣襯底100上設置有源區(qū)1、漏區(qū)3、連接源區(qū)I和漏區(qū)2的有源島、覆蓋在有源島上的絕緣層以及設置在絕緣層上的柵電極105 ;本實施例中，設置在柵電極105與有源島之間的絕緣層為柵氧化層104，其材料可以為二氧化硅、氮化硅、氧化鋁或高其它高介電常數(shù)的絕緣材料。所述有源島上設置有溝道區(qū)2，所述有源島上溝道區(qū)表面在柵極電壓105下誘導出連接源區(qū)和漏區(qū)的導電溝道。源區(qū)I以及溝道區(qū)2之間設置有與源區(qū)導電類型相反的載流子輸運區(qū)103，所述載流子輸運區(qū)103設置在源區(qū)I上并延伸至溝道區(qū)2內，在載流子輸運區(qū)103內摻雜有與源區(qū)和漏區(qū)摻雜極性相反的雜質，構成摻雜導電區(qū)，該摻雜導電區(qū)的雜質可以為硼、鋁、鎵、磷或砷，溝道區(qū)2通過導電區(qū)與源區(qū)I相連。
[0037]如圖3所示，為了移除晶體管溝道內殘留的熱載流子，本發(fā)明增加一個與源漏導電類型相反的載流子輸運區(qū)103，連接源區(qū)I和溝道區(qū)2。載流子輸運區(qū)103只占據(jù)有源島的很小一部分，但是可以將溝道內的熱載流子快速的通過源端轉移出來，從而可以盡量減小其影響。
[0038]本實施例中，所述有源島的半導體材料為單晶、多晶或者非晶材料；也可以為硅、鍺、者硅鍺復合材料或者氧化物半導體材料。在源區(qū)I和漏區(qū)2上設置有絕緣保護層107，在絕緣保護層107中開出有接觸孔108，在接觸孔108設置有金屬電極109。
[0039]參見圖5-圖15，本實施例的具體制作步驟如下:
[0040](I)襯底準備及有源區(qū)形成一在玻璃襯底100表面，低壓化學氣相淀積(LPCVD)工藝沉積厚度為500nm的Si02薄膜101 ;然后LPCVD工藝，在Si/Si02襯底上，淀積厚度為50nm的多晶硅薄膜，最后，采用現(xiàn)有常規(guī)光刻工藝，刻蝕定義出有源區(qū)102 ；
[0041](2)摻雜連接區(qū)的采用現(xiàn)有常規(guī)光刻工藝，刻蝕定義載流子輸運區(qū)103 ;隨后，采用離子注入法實現(xiàn)一種極性雜質的摻雜(比如磷)；
[0042](3)柵氧、柵電極形成一采用LPCVD工藝，在圓片表面淀積厚度為70nm的低溫SiO2(LTO),作為柵氧化層104 ;接著，在LTO表面濺射厚度為300nm的金屬鈦，并用氯基等離子體刻蝕形成柵電極105 ；
[0043](4)源區(qū)和漏區(qū)摻雜一利用離子注入技術或等離子浴技術，將源區(qū)和漏區(qū)進行雜質摻雜，此時摻雜的雜質與載流子輸運區(qū)摻雜極性相反(比如硼)；注入之后的雜質可以采用退火處理或者激光照射的辦法實現(xiàn)激活，形成源漏區(qū)106。
[0044](5)接觸孔的形成一采用LPCVD工藝，在源區(qū)、漏區(qū)上淀積厚度為500nmLT0，作為絕緣保護層107 ;通過光刻和刻蝕工藝，在源區(qū)、漏區(qū)的絕緣保護層中開出接觸孔108。
[0045](6)金屬電極形成；在接觸孔108內濺射沉積500nm的金屬鋁(含2%的Si)，通過光刻和刻蝕工藝，形成金屬電極109 ;最后在氮氣氛圍中400°C退火30min完成器件的制備。
[0046]經(jīng)過以上步驟，即可完成具連接晶體管源區(qū)和溝道區(qū)的載流子輸運區(qū)103的多晶硅薄膜晶體管。該實施例所涉及的工藝，與當前微電子集成電路工藝相兼容。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它器件，比如SOI器件，薄膜晶體管器件等。凡采用等同替換或等效變換形成的器件技術方案，均屬本發(fā)明要求的保護范圍。
[0047]本發(fā)明通過增加一個與源漏導電類型相反的載流子輸運區(qū)，連接源區(qū)和溝道區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)或者源漏和溝道區(qū)，移除了晶體管溝道內殘留的熱載流子。載流子輸運區(qū)只占據(jù)有源島的很小一部分，但是可以將溝道內的熱載流子快速的通過源端轉移出來，即可以有效將熱載流子效應產(chǎn)生并擴散至溝道內的載流子由源端的金屬接觸轉移走，從而可以盡量減小其影響，減少體電位的變化引起器件性能的不穩(wěn)定性。
[0048]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種薄膜晶體管，其包括絕緣襯底，在絕緣襯底上設置有源區(qū)、漏區(qū)、連接源區(qū)和漏區(qū)的有源島、覆蓋在有源島上的絕緣層以及設置在絕緣層上的柵電極；所述有源島上設置有溝道區(qū)，所述溝道區(qū)在在柵極電壓下誘導出連接源區(qū)和漏區(qū)的導電溝道；其特征在于，所述源區(qū)與溝道區(qū)之間以及漏區(qū)與溝道區(qū)之間至少有一處設置有與源區(qū)以及漏區(qū)導電類型相反的載流子輸運區(qū)。
2.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，在所述載流子輸運區(qū)內摻雜有與源區(qū)和漏區(qū)摻雜極性相反的雜質，構成摻雜導電區(qū)。
3.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述有源島的半導體材料為單晶、多晶或者非晶材料。
4.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述有源島的半導體材料為硅、鍺或者硅鍺復合材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述有源島的半導體材料為氧化物半導體材料。
6.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述載流子輸運區(qū)連接源區(qū)和溝道區(qū)并延伸至溝道區(qū)內。
7.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述載流子輸運區(qū)連接漏區(qū)和溝道區(qū)并延伸至溝道區(qū)內。
8.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述載流子輸運區(qū)分別連接源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)并延伸至溝道區(qū)內。
9.根據(jù)權利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述摻雜導電區(qū)鏈接源區(qū)和溝道區(qū)并未延伸至溝道區(qū)內。
10.根據(jù)權利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述摻雜導電區(qū)鏈接漏區(qū)和溝道區(qū)并未延伸至溝道區(qū)內。
【文檔編號】H01L29/786GK103943685SQ201410184090
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權日:2014年5月4日
【發(fā)明者】張冬利, 王明湘, 王槐生 申請人:蘇州大學