ES2811315T3 - Estructura de transistor de película delgada que tiene canal tridimensional en forma de aleta y método de fabricación - Google Patents

Estructura de transistor de película delgada que tiene canal tridimensional en forma de aleta y método de fabricación Download PDF

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Abstract

Un método de preparación de una estructura de transistor de película delgada con un canal tridimensional en forma de aleta, que es a lo largo de la dirección de la longitud del canal, grueso en un medio y delgado en ambos lados, en el que un proceso de preparación es específicamente como sigue: (a) depositar y grabar un electrodo (2) de compuerta inferior sobre un sustrato (1); (b) depositar una capa (3) dieléctrica inferior en una parte superior de una estructura obtenida del paso (a), y depositar secuencialmente una película semiconductora sobre la capa (3) dieléctrica inferior; (c) grabar la película semiconductora para obtener un canal (4) en forma de aleta; (d) depositar respectivamente un electrodo (5) fuente y un electrodo (6) de drenaje sobre la película semiconductora ubicada a ambos lados del canal (4) en forma de aleta, y grabar; (e) depositar una capa (7) dieléctrica superior y un electrodo (8) de compuerta superior en una parte superior de una estructura obtenida del paso (d); y (f) grabar el electrodo (8) de compuerta superior y completar una preparación de un transistor de película delgada de canal de forma de aleta de doble compuerta.

Description

DESCRIPCIÓN
Estructura de transistor de película delgada que tiene canal tridimensional en forma de aleta y método de fabricación
Campo técnico
La presente invención se relaciona con el campo del transistor, y más específicamente, con una estructura de transistor de película delgada con un canal tridimensional en forma de aleta y un método de preparación del mismo.
Antecedentes
En la actualidad, casi todos los transistores de película delgada adoptan una estructura de canal plano, es decir, el canal es plano. Con una disminución continua de la longitud del canal, una pérdida de control de la compuerta causada por un efecto de canal corto y un fenómeno de saturación suave de una corriente de salida son cada vez más graves, y se han convertido en uno de los principales desafíos para un transistor de película delgada de tamaño pequeño. Algunos investigadores han intentado resolver este problema adoptando una estructura de canal vertical, pero el transistor de película delgada con la estructura vertical enfrenta muchos problemas nuevos en aspectos de proceso e integración. Además, en el campo de la detección fotoeléctrica, un grosor del canal determina directamente la eficiencia de absorción de la luz. Sin embargo, si el canal adopta el mismo grosor, un aumento del grosor aumentará la resistencia de contacto de una región de electrodo de drenaje de fuente, que no conduce a un cambio rápido del transistor de película delgada.
El documento US 2012/0217499 divulga un TFT con una longitud de canal aumentada.
Resumen de la invención
Con el fin de superar las deficiencias descritas anteriormente de las técnicas anteriores, la presente invención propone primero un método de preparación de una estructura de transistor de película delgada con un canal tridimensional en forma de aleta. El transistor preparado por este método aumenta el grosor de una película semiconductora en una región del canal y disminuye el grosor de una película semiconductora en una región fuente y de drenaje.
Otro objetivo de la presente invención es proponer un transistor de película delgada con una estructura de canal tridimensional en forma de aleta.
Con el fin de realizar el objetivo descrito anteriormente, una solución técnica de la presente invención es la siguiente:
un método de preparación de una estructura de transistor de película delgada con un canal tridimensional de tipo aleta, donde el canal tiene una estructura de tipo aleta que es a lo largo de la dirección de la longitud del canal gruesa en el medio y delgada en ambos lados, y un proceso de preparación es específicamente como sigue:
(a) depositar y grabar un electrodo de compuerta inferior sobre un sustrato;
(b) depositar una capa dieléctrica inferior en una parte superior de una estructura obtenida del paso (a), y depositar secuencialmente una película semiconductora sobre la capa dieléctrica inferior;
(c) grabar la película de semiconductores para obtener un canal de tipo aleta;
(d) depositar respectivamente un electrodo fuente y un electrodo de drenaje sobre la película semiconductora situada en dichos ambos lados del canal en forma de aleta, y grabar;
(e) depositar una capa dieléctrica superior y un electrodo de compuerta superior en una parte superior de una estructura obtenida del paso (d); y
(f) grabar el electrodo de compuerta superior y completar la preparación de un transistor de película delgada de canal de forma de aleta de doble compuerta.
Algunos transistores de película delgada no requieren una capa de contacto óhmica, pero algunos requieren una capa de contacto óhmica, por lo que, además, se deposita una capa de contacto óhmica entre el electrodo fuente, el electrodo de drenaje y el canal en forma de aleta.
Una estructura de transistor de película delgada con una estructura de canal tridimensional en forma de aleta preparada por el método descrito anteriormente, comprende: un sustrato, un electrodo de compuerta inferior ubicado en una parte superior del sustrato, una capa dieléctrica inferior ubicada en una parte superior del electrodo de compuerta inferior, un canal en forma de aleta ubicado en una parte superior de la capa dieléctrica inferior, un electrodo fuente y un electrodo de drenaje que se encuentran a ambos lados del canal en forma de aleta, una capa de contacto óhmico entre el electrodo fuente, el electrodo de drenaje y el canal en forma de aleta, una capa dieléctrica superior ubicada en las partes superiores del canal en forma de aleta, el electrodo fuente y el electrodo de drenaje, y un electrodo de compuerta superior ubicado en una parte superior de la capa dieléctrica superior
La presente invención propone un método de preparación de un transistor de película delgada con una estructura de canal en forma de aleta, que se compone de una serie de fotolitografías y grabados. La mayor diferencia entre el transistor de película delgada con la estructura de canal en forma de aleta preparada por este método y el transistor de película delgada con una estructura de canal plana convencional es que se aumenta el grosor de la película semiconductora en una región de canal mientras que se reduce el grosor de una película semiconductora en una región de drenaje de fuente.
En comparación con las técnicas anteriores, el transistor de película delgada descrito anteriormente con la estructura de canal en forma de aleta tiene las siguientes características: 1) para el transistor de película delgada con una estructura de electrodo de compuerta superior, se aumenta la longitud real del canal, aliviando un efecto de canal corto, especialmente para un transistor de película delgada de polisilicio con un tamaño de dispositivo más pequeño, y se cumple un requisito de integración de alta densidad ya que el tamaño total del dispositivo no aumenta; y 2) en un transistor fotoeléctrico de película delgada, una capa de canal suficientemente gruesa asegura una absorción de luz, mientras que una película semiconductora suficientemente delgada en contacto con el electrodo de drenaje de fuente asegura una baja resistencia de contacto, de modo que su curva característica de salida no se deteriore.
El método de preparación descrito anteriormente también puede preparar una pluralidad de transistores de película delgada con una estructura en forma de aleta y realizar una conexión paralela y una conexión en serie entre los transistores de película delgada mediante una técnica de fotolitografía. Los principales campos de aplicación del transistor de película delgada descrito anteriormente con la estructura de canal en forma de aleta incluyen pantalla de alta resolución, detección e imagen fotoeléctrica, así como sensores biomédicos, etc.
Breve descripción de los dibujos
FIG. 1 es un diagrama de estructura de sección transversal de un transistor de película delgada con una estructura de canal en forma de aleta.
FIG. 2 es un diagrama de flujo de preparación de un transistor de película delgada con una estructura de canal en forma de aleta.
FIG. 3 es una curva (a) característica de salida y una curva (b) característica de transferencia del dispositivo preparado.
Descripción detallada de la realización preferida
La presente invención se describe adicionalmente a continuación en combinación con los dibujos adjuntos, pero las implementaciones de la presente invención no están limitadas a la presente.
Como se muestra en la FIG. 2, es un método de preparación de una estructura de transistor de película delgada con un canal tridimensional en forma de aleta, donde el canal tiene una estructura en forma de aleta que es gruesa en el medio y delgada en ambos lados, el procedimiento del proceso y el método incluye siguientes pasos:
(a) depositar y grabar un electrodo 2 de compuerta inferior sobre un sustrato 1;
(b) depositar una capa 3 dieléctrica inferior en una parte superior de una estructura obtenida del paso (a), y depositar secuencialmente una película semiconductora sobre la capa 3 dieléctrica inferior;
(c) grabar la película semiconductora para obtener un canal 4 en forma de aleta;
(d) depositar sucesivamente una capa 9 de contacto óhmico y un electrodo 5 de fuente sobre la película semiconductora ubicada a un lado del canal 4 de tipo aleta y grabar, y depositar sucesivamente la capa 9 de contacto óhmico y un electrodo 6 de drenaje en la película de semiconductores ubicada en el otro lado y grabar;
(e) depositar una capa 7 dieléctrica superior y un electrodo 8 de compuerta superior en una parte superior de una estructura obtenida del paso (d); y
(f) grabar el electrodo 8 de compuerta superior, y completar una preparación de un transistor de película delgada de canal con forma de aleta de doble compuerta.
Como se muestra en la FIG. 1, una estructura de transistor de película delgada con una estructura de canal tridimensional en forma de aleta preparada por el método descrito anteriormente comprende: un sustrato 1, un electrodo 2 de compuerta inferior ubicado en una parte superior del sustrato 1, una capa 3 dieléctrica inferior ubicada en una parte superior del electrodo 2 de compuerta inferior, un canal 4 en forma de aleta ubicado en una parte superior de la capa 3 dieléctrica inferior, un electrodo 5 de fuente y un electrodo 6 de drenaje que están ubicados a ambos lados del canal 4 de tipo aleta, una capa 9 de contacto óhmico entre el electrodo 5 de fuente, el electrodo 6 de drenaje y el canal 4 en forma de aleta, una capa 7 dieléctrica superior ubicada en las partes superiores del canal 4 en forma de aleta, el electrodo 5 de fuente y el electrodo 6 de drenaje, y un electrodo 8 de compuerta superior ubicado en una parte superior de la capa dieléctrica superior.
La presente invención propone un método de preparación de un transistor de película delgada con una estructura de canal en forma de aleta, que se compone de una serie de fotolitografías y grabados. La mayor diferencia entre el transistor de película delgada con la estructura de canal en forma de aleta preparada por este método y el transistor de película delgada con una estructura de canal plana convencional es que el grosor de la película semiconductora en una región de canal aumenta mientras que se reduce un grosor de una película semiconductora en una región de drenaje de fuente.
En comparación con las técnicas anteriores, el transistor de película delgada descrito anteriormente con la estructura de canal en forma de aleta tiene las siguientes características: 1) para el transistor de película delgada con una estructura de electrodo de puerta superior, se aumenta la longitud real del canal, aliviando un efecto de canal corto, especialmente para un transistor de película delgada de polisilicio con un tamaño de dispositivo más pequeño, y se cumple un requisito de integración de alta densidad ya que el tamaño total del dispositivo no aumenta; y 2) en un transistor fotoeléctrico de película delgada de doble compuerta, una capa de canal suficientemente gruesa asegura una absorción de luz, mientras que una película semiconductora suficientemente delgada en contacto con el electrodo de drenaje de fuente asegura una baja resistencia de contacto, de modo que su curva característica de salida no se deteriora.
El método de preparación descrito anteriormente del transistor de película delgada con la estructura de canal en forma de aleta también puede ser adecuado para preparar una pluralidad de transistores de película delgada con estructura en forma de aleta y realizar una conexión paralela y una conexión en serie entre los transistores de película delgada. Los principales campos de aplicación del transistor de película delgada descrito anteriormente con la estructura de canal en forma de aleta incluyen pantalla de alta resolución, detección e imagen fotoeléctrica, así como sensores biomédicos, etc.
En la FIG. 3, (a) es una curva característica de transferencia en estado oscuro del transistor de película delgada con el canal tridimensional en forma de aleta, un control de una compuerta superior al canal se refleja en que la curva característica de transferencia se desplaza con un tamaño de la compuerta superior, es decir, una sensibilidad de un voltaje de umbral a un voltaje de compuerta superior, en el que r es un coeficiente de sensibilidad; y (b) es una curva característica de transferencia bajo luz, y se puede ver que la curva característica de transferencia cambia con una intensidad de luz, lo que ilustra que el dispositivo es sensible a la luz, en la que r2 es el coeficiente de sensibilidad del voltaje umbral a un fotovoltaje .

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un método de preparación de una estructura de transistor de película delgada con un canal tridimensional en forma de aleta, que es a lo largo de la dirección de la longitud del canal, grueso en un medio y delgado en ambos lados, en el que un proceso de preparación es específicamente como sigue:
(a) depositar y grabar un electrodo (2) de compuerta inferior sobre un sustrato (1);
(b) depositar una capa (3) dieléctrica inferior en una parte superior de una estructura obtenida del paso (a), y depositar secuencialmente una película semiconductora sobre la capa (3) dieléctrica inferior;
(c) grabar la película semiconductora para obtener un canal (4) en forma de aleta;
(d) depositar respectivamente un electrodo (5) fuente y un electrodo (6) de drenaje sobre la película semiconductora ubicada a ambos lados del canal (4) en forma de aleta, y grabar;
(e) depositar una capa (7) dieléctrica superior y un electrodo (8) de compuerta superior en una parte superior de una estructura obtenida del paso (d); y
(f) grabar el electrodo (8) de compuerta superior y completar una preparación de un transistor de película delgada de canal de forma de aleta de doble compuerta.
2. El método de preparación del transistor de película delgada con la estructura tridimensional del canal en forma de aleta de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una capa de contacto óhmico se deposita entre el electrodo (5) fuente, el electrodo (6) de drenaje y la aleta (4) en forma de canal.
3. Una estructura de transistor de película delgada preparada por el método de acuerdo con la reivindicación 2, donde la estructura de transistor de película delgada comprende: un sustrato (1), un electrodo (2) de compuerta inferior ubicado en una parte superior del sustrato (1), una capa (3) dieléctrica inferior ubicada en una parte superior del electrodo (2) de compuerta inferior, un canal (4) ubicado en una parte superior de la capa (3) dieléctrica inferior, un electrodo (5) fuente y un electrodo (6) de drenaje que se encuentran a ambos lados del canal (4), una capa (9) de contacto óhmico entre el electrodo (5) fuente, el electrodo (6) de drenaje y el canal (4), una capa (7) dieléctrica superior situada en las partes superiores del canal (4), el electrodo (5) fuente y el electrodo (6) de drenaje, caracterizada porque el canal (4) tiene una estructura tridimensional en forma de aleta que es gruesa a lo largo de la dirección de la longitud del canal en un medio y delgada en ambos lados, y un electrodo (8) de compuerta superior se encuentra en una parte superior de la capa dieléctrica superior.
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