CN104681624A - 单晶硅基底tft器件 - Google Patents
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Abstract
一种半导体器件制备领域的单晶硅基底TFT器件，通过在单晶硅表面刻蚀出作为源极和漏极基础的硅岛，然后在硅岛表面覆盖至少一层绝缘材料并打孔，再在一层或不同层的绝缘材料上分别制作栅极、源极和漏极，最后将源极、漏极与对应的硅岛相连，组成TFT器件。本发明制备得到的TFT器件以单晶硅为基底，在单晶硅基地上刻出硅岛，以硅岛作为TFT器件的源极和漏极，能够大幅度提高TFT器件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种半导体器件制备领域的技术，具体是一种单晶硅基底TFT(Thin‐Film Transistor，薄膜晶体管)器件。
背景技术
现有TFT器件的有源层材料主要有三种：有机材料(如并五苯)、金属氧化物(如IGZO)、硅材料(如非晶硅、多晶硅)。这三种材料的性能都是有限的，有机材料的载流子迁移率一般都不超过1cm2/Vs，非晶IGZO的载流子迁移率约为3～15cm2/Vs，多晶IGZO可以达到50cm2/Vs左右，非晶硅的载流子迁移率在1cm2/Vs左右，多晶硅的可以达到100～200cm2/Vs，相比而下，单晶硅的载流子迁移率约为1500cm2/Vs左右，相对于其它3种材料性能提升至少一个数量级。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103824780A公开(公告)日2014.05.28，公开了一种低温多晶硅TFT器件及其制造方法，通过先制备一个或多个凸起图形，然后形成一有源区覆盖在所述凸起图形顶部上表面的至少局部区域及覆盖在凸起图形的至少一个侧壁上然后形成沟道区。但该技术中的凸起是后期制作在衬底上的，制作工艺复杂，且凸起和衬底的粘附性、凸起图形的表面特性等都是需要考虑的问题；若TFT的沟道是凸起的，则对应的源极、漏极也必然是不平整的，在后续的薄膜器件制作中需要对器件进行表面平整化处理，再次增加了工艺的复杂程度。在凸起的图形上制作有源层，则栅极对有源层的控制场强是变化的，这会影响栅极的控制能力。即便能够解决所有问题，因有源层采用的是多晶硅材料，材料的性质决定了其性能，同样的工艺下单晶硅的性能会比多晶硅材料好至少一个数量级。
中国专利文献号CN103762174A公开(公告)日2014.04.30，公开了一种薄膜晶体管的制备方法，包括：1)在准分子激光退火的多晶硅薄膜上沉积低温氧化层和非晶Si层；2)旋涂光刻胶；3)对光刻胶曝光，形成条状图案；4)离子注入；5)剥离光刻胶，蚀刻掉非晶Si和低温氧化层；6)刻蚀步骤5)得到的多晶硅薄膜，形成有源岛；7)用氧等离子除去光刻胶；8)去除自然氧化层，然后用LPCVD法沉积低温氧化物作为栅极绝缘层，再形成栅电极；9)对P型沟道和N型沟道TFT分别掺入硼和磷，作为源极和漏极；10)沉积低温氧化物隔离层并同时激活掺杂物，打开接触孔，形成接触导线并图案化。该技术中的有源层采用条状多晶硅加离子注入的方式，虽然在一定程度上增加了有源层载流子的迁移率，但由于工艺较为复杂限制了器件的尺度为微米级，这也极大的限制了该技术的应用范围。
中国专利文献号CN101834138A公开(公告)日2010.09.15，公开了一种晶体管器件的制备方法，包括：在玻璃衬底上沉积阻挡层，并沉积非晶硅薄膜；在所述非晶硅薄膜上形成覆盖层，并在所述覆盖层上刻蚀诱导口；在所示覆盖层上形成金属诱导薄膜，使所述金属诱导薄膜在所示诱导口处与所示非晶硅薄膜接触；进行第一步退火过程，在所述诱导口下方的非晶硅薄膜中得到多晶硅岛；在所述金属诱导薄膜上沉积金属吸收层，进行第二次退火过程，形成晶粒均匀分布的晶化薄膜；去除所述金属吸收层和所述覆盖层，得到多晶硅薄膜；用所述多晶硅薄膜加工非晶硅薄膜晶体管(TFT)有源岛图案，形成栅电极，沉积绝缘层，开栅、源、漏电极的接触孔，溅射金属电极，沉积金属互连层。该技术中的有源层采用多晶硅岛，虽然工艺方面有所改进，但是性能与单晶硅岛仍然有较大差距。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种单晶硅基底TFT器件，以单晶硅为基底，在单晶硅基地上刻出硅岛，以硅岛作为TFT器件的源极和漏极，能够大幅度提高TFT器件的性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种单晶硅基底TFT器件的制备方法，通过在单晶硅表面刻蚀出作为源极和漏极基础的硅岛，然后在硅岛表面覆盖至少一层绝缘材料并打孔，再在一层或不同层的绝缘材料上分别制作栅极、源极和漏极，最后将源极、漏极与对应的硅岛相连，组成TFT器件。
所述的刻蚀采用但不限于激光束直接刻蚀，优选预先在单晶硅表面涂覆保护层后，对保护层进行图形化，再采用离子束刻蚀。
所述的栅极、源极和漏极采用但不限于金属、ITO或其它导电材料，
所述的成膜方法采用但不限于溶液法、热蒸镀、磁控溅射或其它成膜方法，
本发明涉及上述方法制备得到的单晶硅基底TFT器件，包括：单晶硅基底、单晶硅基底上的绝缘层、绝缘层上的电极，该电极包括：栅极、源极和漏极。
所述的单晶硅基底可采用P型硅或N型硅来制作不同类型的导电沟道。
所述的单晶硅基底上的绝缘层可采用有机或无机材料，对绝缘层的要求是与单晶硅基底有很好的粘附性，与绝缘层上的电极有很好的相容性。
根据器件设计要求，栅极、源极和漏极可采用金属、ITO或其它导电材料，栅极与源漏极可位于同一层或不同层，可采用同种导电材料或不同导电材料。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用单晶硅作为有源层，可以大幅提高载流子的迁移率进而提高器件的性能和驱动能力。该TFT器件可以用来驱动AMOLED，能够进一步缩小AMOLED的像素尺寸，大幅提高AMOLED的PPI。
附图说明
图1为实施例1工艺示意图。
图2为实施例2工艺示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1中a～h所示，本实施例包括以下步骤：
1.如图1a和图1b所示，在单晶硅基底上刻蚀出硅岛，刻蚀方法可以采用激光束直接刻蚀，或在单晶硅基底上覆盖保护层后采用离子束刻蚀，也可以采用其它刻蚀方法。所刻蚀硅岛的尺寸根据器件的设计要求而定。
2.如图1c和图1d所示，在刻蚀的硅岛上面覆盖一层绝缘材料，可采用蒸镀或磁控溅射的方法，也可采用溶胶凝胶法。绝缘材料可采用金属氧化物、金属盐类等无机物，也可采用有机材料，所采用的绝缘材料要与单晶硅基底有很好的粘附性，且与后续工艺有较好的相容性。
3.如图1e和图1f所示，在绝缘层对应硅岛的位置开孔，开孔方法可以采用激光束直接刻蚀，或在绝缘层材料上面覆盖保护层后采用离子束刻蚀，也可以采用其它刻蚀方法。开孔的尺寸与位置根据器件的设计要求而定。
4.如图1g和图1h所示，在绝缘层材料上面制备TFT电极，电极包括栅极、源极与漏极，制备方法可采用热蒸镀、磁控溅射或溶胶凝胶法，或其它成膜方法，成膜方法要根据电极的材料种类和工艺要求而定。
本实施例制备得到的产物具有的物理属性为：以单晶硅为基底制作TFT器件，引出硅岛作为电极，两个硅岛之间的单晶硅作为导电沟道，通过掺杂获得N型或P型导电沟道，通过栅极电压控制导电沟道的电流大小。本发明的TFT器件因用单晶硅作为导电沟道，具有很高的载流子迁移率(>1000cm2/v·s)，远高于目前常见的低温多晶硅TFT(<500cm2/v·s)和铟镓锌氧化物TFT(<100cm2/v·s)。
实施例2
如图2中a～l所示，本实施例包括以下步骤：
1.如图2a和图2b所示，在单晶硅基底上刻蚀出硅岛，刻蚀方法可以采用激光束直接刻蚀，或在单晶硅基底上覆盖保护层后采用离子束刻蚀，也可以采用其它刻蚀方法。所刻蚀硅岛的尺寸根据器件的设计要求而定。
2.如图2c和图2d所示，在刻蚀的硅岛上面覆盖一层绝缘材料，可采用蒸镀或磁控溅射的方法，也可采用溶胶凝胶法。绝缘材料可采用金属氧化物、金属盐类等无机物，也可采用有机材料，所采用的绝缘材料要与单晶硅基底有很好的粘附性，且与后续工艺有较好的相容性。
3.如图2e和图2f所示，在绝缘层材料上面制备TFT的栅极，制备方法可采用热蒸镀、磁控溅射或溶胶凝胶法，或其它成膜方法，成膜方法要根据电极的材料种类和工艺要求而定。
4.如图2g和图2h所示，在栅极上面覆盖一层绝缘材料，可采用蒸镀或磁控溅射的方法，也可采用溶胶凝胶法。绝缘材料与成膜工艺根据器件设计工艺而定。
5.如图2i和图2j所示，在绝缘层对应硅岛的位置开孔，开孔方法可以采用激光束直接刻蚀，或在绝缘层材料上面覆盖保护层后采用离子束刻蚀，也可以采用其它刻蚀方法。开孔的尺寸与位置根据器件的设计要求而定。
6.如图2k和图2l所示，在绝缘层材料上面制备TFT的源极与漏极，制备方法可采用热蒸镀、磁控溅射或溶胶凝胶法，或其它成膜方法，成膜方法要根据电极的材料种类和工艺要求而定。
本实施例制备得到的产物具有的物理属性为：以单晶硅为基底制作TFT器件，引出硅岛作为电极，两个硅岛之间的单晶硅作为导电沟道，通过掺杂获得N型或P型导电沟道，通过栅极电压控制导电沟道的电流大小。本发明的TFT器件因用单晶硅作为导电沟道，具有很高的载流子迁移率(>1000cm2/v·s)，远高于目前常见的低温多晶硅TFT(<500cm2/v·s)和铟镓锌氧化物TFT(<100cm2/v·s)。
Claims (10)
1.一种单晶硅基底TFT器件的制备方法，其特征在于，通过在单晶硅表面刻蚀出作为源极和漏极基础的硅岛，然后在硅岛表面覆盖至少一层绝缘材料并打孔，再在一层或不同层的绝缘材料上分别制作栅极、源极和漏极，最后将源极、漏极与对应的硅岛相连，组成TFT器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的刻蚀采用激光束直接刻蚀。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的刻蚀通过预先在单晶硅表面涂覆保护层后，对保护层进行图形化，再采用离子束刻蚀。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的栅极、源极和漏极的材料采用金属、ITO或其组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的成膜方法采用溶液法、热蒸镀、磁控溅射或其组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的栅极与源漏极在同一层或不同层。
7.一种根据上述任一权利要求所述方法制备得到的单晶硅基底TFT器件，其特征在于，包括：单晶硅基底、单晶硅基底上的绝缘层、绝缘层上的电极。
8.根据权利要求7所述的单晶硅基底TFT器件，其特征是，所述的单晶硅基底采用P型硅或N型硅来制成不同类型的导电沟道。
9.根据权利要求7所述的单晶硅基底TFT器件，其特征是，所述的绝缘层采用有机或无机材料制成，且绝缘层与单晶硅基底粘附连接。
10.根据权利要求7所述的单晶硅基底TFT器件，其特征是，所述的电极包括：栅极、源极和漏极。
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