[发明专利]用原子层沉积的氧化铝作为栅介质的多晶硅薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅薄膜晶体管，特别涉及一种利用原子层沉积的氧化铝作为栅介质的多晶硅薄膜晶体管。

背景技术

低温多晶硅技术(LTPS)在生产像素开关和外围电路这两个应用程序的高性能薄膜晶体管(TFT)方面是最有应用前景的技术之一。所有LTPS技术中，固相结晶法(SPC)在获得高均匀性和低成本多晶硅薄膜(poly-Si)方面是最简单和最直接的方法。然而，由于受SPC poly-Si薄膜内部小晶粒尺寸和高密度的影响，传统的SPC薄膜晶体管会出现高阈值电压(Vth)和差亚阈值斜率(SS)。高阈值电压给设计单独使用p型TFT的反相器带来困难，影响反相器的输出电压范围。差的亚阈值斜率会严重影响电路的速度。这些缺陷限制了SPC薄膜晶体管有源矩阵显示器在驱动电路方面的应用。

发明内容

本发明提供了一种SPC多晶硅薄膜晶体管，其利用原子层沉淀的氧化铝作为栅介质，能够解决SPC薄膜晶体管的高阈值电压(V_th)和差亚阈值斜率(SS)的问题。

本发明提供一种多晶硅薄膜晶体管，包括：

衬底；

衬底上的绝缘层；

多晶硅有源层，由固相结晶法制成，该多晶硅有源层中具有源区和漏区；

多晶硅有源层上的由ALD沉积的氧化铝层，用作栅介质层；

氧化铝层上的栅电极。

根据本发明提供的多晶硅薄膜晶体管，其中氧化铝层的厚度为25nm至75nm。

根据本发明提供的多晶硅薄膜晶体管，其中氧化铝层的厚度为50nm。

根据本发明提供的多晶硅薄膜晶体管，其中衬底为单晶硅、玻璃、石英。

根据本发明提供的多晶硅薄膜晶体管，还包括覆盖栅电极和氧化铝层的低温沉积氧化物层。

根据本发明提供的多晶硅薄膜晶体管，其中低温沉积氧化物层具有延伸到源区、漏区和栅电极的接触孔，接触孔中填充有Si含量为1％的Al材料。

本发明还提供一种多晶硅薄膜晶体管的制造方法，包括：

形成非晶si有源层，再进行固体结晶工艺，形成多晶硅有源层；

利用ALD法在多晶硅有源层上沉积Al₂O₃作为栅介质层；

在栅介质层上形成栅电极。

根据本发明提供的多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其中ALD沉积的温度在室温至400摄氏度。

根据本发明提供的多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其中ALD沉积的温度为300摄氏度。

根据本发明提供的多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其中ALD沉积可在等离子体辅助条件下进行。

本发明提供的以ALD氧化铝作为栅介质的SPC多晶硅薄膜晶体管显示出-2.53V的低阈值电压，电场有效迁移率(u_FE)为17.65cm²/Vs，亚阈值斜率(SS)为529mV/decade。有效的解决SPC薄膜晶体管的高阈值电压(V_th)和差亚阈值斜率(SS)的问题。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为实施例1中的SPC多晶硅薄膜晶体管的示意图；

图2为Al₂O₃膜的原子力显微镜图像；

图3为栅极电容密度；

图4为以ALD氧化铝作为多晶硅薄膜晶体管的栅介质的传输曲线(实心：G_m，空心：|I_ds|)；

图5为不同V_ds值下测量所得出的关闭状态下的栅极电流。

图6为不同栅介质下薄膜晶体管转换曲线的比较(实心：50nm LPCVD二氧化硅，空心：50nm ALD Al₂O₃)；

图7为ALD氧化铝作为栅介质的多晶硅薄膜晶体管的输出曲线；

图8为50个薄膜晶体管均匀性测量(实心：V_th均匀性，空心：GIDL均匀性)。

具体实施方式

本实施例提供了一种SPC多晶硅薄膜晶体管，其利用原子层沉积(ALD)的氧化铝作为栅介质。