[发明专利]一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法

说明书

本发明公开了一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法。首先在绝缘衬底上依次交替沉积隔离层薄膜和非晶硅薄膜，形成隔离层薄膜和非晶硅薄膜的叠层结构；其次刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜形成器件的沟道区域，并在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅形成器件的源漏区域；然后通过退火使沟道区域和源漏区域中的非晶硅结晶转变为多晶硅，并刻蚀除去隔离层薄膜；最后在沟道区域和源漏区域表面依次沉积栅绝缘层和金属栅层，并通过刻蚀栅绝缘层和金属栅层形成栅极区域，最终形成叠层式多晶硅场效应晶体管器件。本发明具有驱动电流大、器件尺寸小、与现有多晶硅场效应晶体管制造工艺兼容等优势，在柔性电子、透明显示和屏上系统等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，涉及一种高性能多晶硅场效应晶体管器件的制造方法。

背景技术

多晶硅场效应晶体管器件具备衬底选择自由，适合大规模制备等优点，在柔性电子产品、透明显示和屏上系统(System-on-Panel，SoP)等领域广泛采用，并具有巨大的市场前景。

由于多晶硅场效应晶体管器件中具有晶界导致的载流子散射作用，因此器件中的载流子迁移率较低。为了增大多晶硅场效应晶体管器件的驱动电流，一般采用增大器件沟道宽度的方法，但是器件沟道宽度的增大无论对柔性电子产品还是对透明显示而言都带来很大的缺陷。例如，对于柔性电子产品而言，由于硅材料本身是一种脆性材料，器件面积的增大将导致产品的抗弯折能力下降；对于透明显示方面的应用而言，硅材料在可见光波段不透明，因此器件面积的增大会导致显示屏上发光区域的面积比例下降，在屏幕面积不变的情况下维持发光强度不变需要牺牲一定的分辨率。因此，在不增大多晶硅场效应晶体管器件沟道宽度的情况下，如何提升器件的驱动电流，是实现高性能柔性电子产品、透明显示产品以及屏上系统的关键。

发明内容

本发明的目的在于针对现有多晶硅薄膜晶体管器件的不足，提供一种基于叠层式结构的多晶硅场效应晶体管器件的制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种叠层式多晶硅场效应晶体管器件的制造方法，该方法包括如下步骤：

(1)在绝缘衬底上依次交替沉积隔离层薄膜和非晶硅薄膜，形成隔离层薄膜和非晶硅薄膜的叠层结构；

(2)刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜形成器件的沟道区域，并在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅形成器件的源漏区域；

(3)通过退火使沟道区域和源漏区域中的非晶硅结晶转变为多晶硅，并刻蚀除去隔离层薄膜；

(4)在沟道区域和源漏区域表面依次沉积栅绝缘层和金属栅层，并通过刻蚀栅绝缘层和金属栅层形成栅极区域，最终形成叠层式多晶硅场效应晶体管器件。

进一步地，绝缘衬底材料包含但不限于硅表面沉积氧化硅、硅表面沉积氮化硅、石英、蓝宝石、柔性高分子材料。

进一步地，所述沟道区域中的多晶硅薄膜的层数为2至16层。

进一步地，所述沟道区域中的多晶硅薄膜的厚度为3至20纳米。

进一步地，所述栅绝缘层的材料包含但不限于氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪。

进一步地，所述栅绝缘层的厚度为1至100纳米。

进一步地，所述重掺杂非晶硅的掺杂浓度为10¹⁹每立方厘米至10²¹每立方厘米。

进一步地，所述步骤(2)中，刻蚀隔离层薄膜和非晶硅薄膜的方法为反应离子刻蚀；所述步骤(4)中，刻蚀栅绝缘层和金属栅层的方法为反应离子刻蚀。

进一步地，所述步骤(2)中，在沟道区域两侧沉积重掺杂非晶硅的方法为溅射、化学气相沉积或分子束外延。

进一步地，所述步骤(3)中，退火的方法为快速热退火、闪光灯退火或激光退火。