一種具有超晶格結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種有源層采用超晶格結(jié)構(gòu)的薄膜晶 體管及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄膜晶體管（TFT)技術(shù)是液晶（IX)、無機(jī)和有機(jī)薄膜電致發(fā)光（EL和0EL)平板顯 示器的基礎(chǔ)，用于驅(qū)動(dòng)顯示器的每一像素點(diǎn)?，F(xiàn)今TFT結(jié)構(gòu)主要分頂柵和底柵結(jié)構(gòu)，每種結(jié) 構(gòu)又分頂接觸和底接觸兩種?；赥FT具備高迀移率、高開關(guān)比、低閾值電壓及良好的穩(wěn)定 性等性能，不管哪種結(jié)構(gòu)，直接影響這些性能的有源層都是研宄的重點(diǎn)。
[0003] 目前，量產(chǎn)的TFT有源層采用的多為非晶硅（a-si)、多晶硅（p-si)以及單晶硅 (s-si)等晶體硅薄膜。由于晶體硅薄膜是由晶粒組成的，其晶粒間界中存在大量的懸掛鍵 與缺陷態(tài)，這些陷阱使其有效迀移率大大降低，對(duì)有源層的性能產(chǎn)生很大的影響。低溫多 晶硅（LTPS)TFT的電子迀移率雖可高達(dá)200cm 2/Vs，但是其低溫大面積制造成本很高?；?此，又提出了采用氧化物或者有機(jī)物來作為有源層的制備材料，但是其技術(shù)并沒有晶體硅 成熟，雖然某些方面得到突破，但作為生產(chǎn)還存在很多問題。此外，TFT工作原理重要的一環(huán) 是載流子聚集到柵極表面形成導(dǎo)電溝道以使源、漏極導(dǎo)通，載流子迀移率的大小決定了 TFT 的驅(qū)動(dòng)能力。如果采用原始電極之間的三層膜結(jié)構(gòu)，則由于各層膜之間有較多的缺陷與界 面陷阱而致密性不高，載流子經(jīng)過各層膜時(shí)產(chǎn)生載流子捕獲缺陷與閾值電壓偏移，從而使 載流子迀移率大大下降。
[0004] 然而在1969年由美國國際商用機(jī)器（IBM)公司的江崎、朱兆祥提出的超晶格結(jié) 構(gòu)，即用多種晶格匹配很好的半導(dǎo)體材料交替地生長周期性結(jié)構(gòu)，其大大降低了各層的晶 體缺陷密度和由于晶格不匹配而產(chǎn)生的壓電極化效應(yīng)。且載流子在超晶格結(jié)構(gòu)中，在xy 平面內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，在z方向受到有效勢(shì)U(z)的束縛，所以電子在xy平面內(nèi)能自由運(yùn)動(dòng)而 具有很高的迀移率。例如已有實(shí)驗(yàn)表明，含超晶格結(jié)構(gòu)有源層的TFT的電場效應(yīng)迀移率為 0.74〇11 2/\時(shí)，而一個(gè)具有由相同的沉積條件的&-51:11有源層1?1'卻為0.132〇11 2/\。且超 晶格材料在分子束外延（MBE)設(shè)備上制備時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是：能夠精確地控制薄層的厚度；生 長薄層單晶材料的溫度低；材料的組分、雜質(zhì)和生長速度可以任意選擇和控制；能夠得到 質(zhì)量很高的薄層之間的界面特性等。
[0005] 所以，對(duì)于TFT有源層的制備，無論從薄膜間界晶粒密度、載流子迀移率，還是從 材料選擇、制備工藝上，采用超晶格結(jié)構(gòu)都將會(huì)是很好的研宄方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于為薄膜晶體管的有源層提供一種超晶格結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用超晶格 結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的三層薄膜結(jié)構(gòu)，并提供一種制備方法。
[0007] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種具有超晶格結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，包括襯底、柵 絕緣層、有源層、漏區(qū)、源極、漏極及柵極，其特征在于：所述有源層采用超晶格結(jié)構(gòu)。
[0008] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述薄膜晶體管為頂柵頂接觸晶體管、頂柵底接觸晶體管、 底柵頂接觸晶體管或底柵底接觸晶體管。
[0009] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述超晶格結(jié)構(gòu)為組分調(diào)制超晶格、慘雜調(diào)制超晶格、應(yīng)變 超晶格、低維超晶格、非晶態(tài)半導(dǎo)體超晶格、半磁超晶格或漸變能系超晶格。
[0010] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述超晶格結(jié)構(gòu)層材料為Ill-v、II -VKIV-VI族化合物、IV 族元素半導(dǎo)體、非晶態(tài)半導(dǎo)體、金屬、鐵磁體、超導(dǎo)體或有機(jī)物。
[0011] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述超晶格結(jié)構(gòu)層的生成方式為分子束外延方式或金屬有 機(jī)化合物氣相沉積方式。
[0012] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述超晶格結(jié)構(gòu)為非晶硅半導(dǎo)體超晶格：a-Si:H/ a_SiNx:H〇
[0013] 進(jìn)一步的，所述非晶娃半導(dǎo)體超晶格：a-Si:H/a-SiNx:H的制備包括以下步驟：設(shè) v t、h分別為a-Si :H層的生長速率和生長時(shí)間，V n、L分別為a -SiNx:H層的生長速率和生 長時(shí)間；由X射線實(shí)驗(yàn)測(cè)出一組超晶格結(jié)構(gòu)樣品的周期值，根據(jù)生長時(shí)間和公式：d =Vttci+ It1，計(jì)算出所述超晶格結(jié)構(gòu)生長速率和阱層厚度。
[0014] 進(jìn)一步的，所述講層厚度s l〇〇nm。 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述a-Si : H子層厚度取25A，a-SiNx: H取5〇A，周期數(shù)取10。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明大大降低了各層的晶體缺陷密度和由于晶格不匹配而產(chǎn) 生的壓電極化效應(yīng)。且由于載流子在超晶格結(jié)構(gòu)中，在xy平面內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，在z方向受到 有效勢(shì)U(Z)的束縛，使電子在平面內(nèi)能自由運(yùn)動(dòng)而具有很高的迀移率；解決了各層膜之間 的缺陷與界面陷阱問題，提高了各層膜之間的致密性，使載流子具有更高迀移率和移動(dòng)速 率；能夠精確地控制薄層的厚度；生長薄層單晶材料的溫度低；材料的組分、雜質(zhì)和生長速 度可以任意選擇和控制；能夠得到質(zhì)量很高的薄層之間的界面特性等。
【附圖說明】
[0016]圖1為超晶格層狀結(jié)構(gòu)不意圖； 圖2為其中一種底柵底接觸型的具有超晶格結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0018] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種具有超晶格結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，包括襯底、柵 絕緣層、有源層、漏區(qū)、源極、漏極及柵極，其特征在于：所述有源層采用超晶格結(jié)構(gòu)。
[0019] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述薄膜晶體管為頂柵頂接觸晶體管、頂柵底接觸晶體管、 底柵頂接觸晶體管或底柵底接觸晶體管。
[0020] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述有源層采用非晶硅半導(dǎo)體超晶格。
[0021] 所述超晶格結(jié)構(gòu)層采用超晶格結(jié)構(gòu)類別可選：組分調(diào)制超晶格、摻雜調(diào)制超晶格 //應(yīng)變超晶格、低維超晶格、非晶態(tài)半導(dǎo)體超晶格、半磁超晶格或漸變能系超晶格。
[0022] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述超晶格結(jié)構(gòu)層材料為III-V、II -VKIV-VI族化合物、IV 族元素半導(dǎo)體、非晶態(tài)半導(dǎo)體、金屬、鐵磁體、超導(dǎo)體或有機(jī)物。超晶格結(jié)構(gòu)層材料符合制備 薄膜晶體管有源層各種材料的選擇，同時(shí)須符合晶格常數(shù)相近的材料。
[0023] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述超晶格結(jié)構(gòu)層的生成方式為分子束外延方式或金屬有 機(jī)化合物氣相沉積方式。前者是在超高真空條件下，可制備幾