薄膜晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及一種薄膜晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，世界已進(jìn)入“信息革命”時代，顯示技術(shù)即顯示器件在信息技術(shù)的發(fā)展過程中占據(jù)了十分重要的地位，電視、電腦、移動電話等可攜式設(shè)備以及各類儀器儀表上的顯示屏為日常生活和工作提供著大量的信息。隨著技術(shù)的突破以及市場需求的急劇增長，使得以液晶顯示(Liquid Crystal Display,簡稱LCD)為代表的平板顯示技術(shù)迅速崛起,促進(jìn)了薄膜晶體管(Thin-Film Transistor,簡稱TFT)的發(fā)展。
[0003]通常的，薄膜晶體管至少具有柵極、源極、漏極以及溝道層等構(gòu)成，可通過控制柵極的電壓來改變溝道層的導(dǎo)電特性，以使源極與漏極之間形成導(dǎo)通(開)或絕緣(關(guān))的狀態(tài)。根據(jù)溝道層材料的不同，薄膜晶體管可分為有機(jī)薄膜晶體管和無機(jī)薄膜晶體管，以硅基材料為主的無機(jī)薄膜晶體管主要分為非晶硅、多晶硅或納米硅薄膜晶體管。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)形成的薄膜晶體管的電學(xué)性能有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種薄膜晶體管及其形成方法，改善薄膜晶體管漏電流以及翹曲效應(yīng)，優(yōu)化薄膜晶體管的電學(xué)性能。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管的形成方法，包括:提供基底，所述基底表面具有溝道層，所述溝道層一側(cè)的基底表面具有源極層，所述源極層與溝道層相連接，與所述一側(cè)相對的另一側(cè)基底表面具有漏極層，所述漏極層與溝道層相連接，且所述溝道層的頂部表面低于源極層的頂部表面、以及漏極層的頂部表面；形成覆蓋于所述溝道層表面、高于溝道層頂部的源極層側(cè)壁表面、以及高于溝道層頂部的漏極層側(cè)壁表面的柵極；刻蝕去除所述高于溝道層頂部的漏極層側(cè)壁表面的柵極，在柵極與漏極層之間形成空隙。
[0007]可選的，所述柵極的材料為Al ;采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除所述高于溝道層頂部的漏極層側(cè)壁表面的柵極；濕法刻蝕工藝的刻蝕液體為碳酸氫鈉溶液。
[0008]可選的，所述碳酸氫鈉溶液中，碳酸氫鈉與去離子水的質(zhì)量百分比為2%至20%，碳酸氫鈉溶液溫度為零下25攝氏度至100攝氏度。
[0009]可選的，所述溝道層具有納米結(jié)構(gòu)；所述溝道層包括一條或多條硅納米線。
[0010]可選的，所述硅納米線的材料為非晶硅或多晶硅。
[0011]可選的，形成所述溝道層的工藝步驟包括:所述基底包括依次排列的第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，且第二區(qū)域分別與第一區(qū)域和第三區(qū)相鄰接，形成橫跨第二區(qū)域部分基底表面的犧牲層；形成覆蓋于所述犧牲層表面以及基底表面的半導(dǎo)體層，且位于第一區(qū)域和第三區(qū)域基底表面的半導(dǎo)體層頂部表面、高于犧牲層頂部表面；回刻蝕去除位于第二區(qū)域犧牲層頂部表面、以及第二區(qū)域部分基底表面的半導(dǎo)體層，形成覆蓋于第二區(qū)域犧牲層側(cè)壁表面的溝道層，且所述溝道層頂部表面低于位于第一區(qū)域和第三區(qū)域的半導(dǎo)體層頂部表面；去除所述位于第二區(qū)域基底表面的犧牲層。
[0012]可選的，形成所述犧牲層的工藝步驟包括:采用低壓化學(xué)氣相沉積工藝，形成覆蓋于所述基底表面的犧牲膜；刻蝕去除部分基底表面的犧牲膜，形成橫跨第二區(qū)域部分基底表面的犧牲層。
[0013]可選的，所述犧牲層的材料為氧化硅或無定形碳；所述半導(dǎo)體層的材料為非晶硅或多晶硅；所述溝道層的材料為非晶硅或多晶硅；所述犧牲層的厚度為50納米至150納米；所述溝道層的厚度為50納米至150納米。
[0014]可選的，采用低壓化學(xué)氣相沉積工藝形成所述半導(dǎo)體層，低壓化學(xué)氣相沉積工藝的工藝參數(shù)為:反應(yīng)氣體包括硅源氣體，其中，硅源氣體為SiH4或Si2H6，反應(yīng)腔室溫度為500攝氏度至700攝氏度，反應(yīng)腔室壓強(qiáng)為200毫托至2托。
[0015]可選的，所述半導(dǎo)體層的材料為非晶硅時，在去除所述犧牲層之后，對所述溝道層進(jìn)行固相結(jié)晶退火處理；固相結(jié)晶退火處理之后，溝道層的材料為多晶硅。
[0016]可選的，所述固相結(jié)晶退火處理的工藝參數(shù)為:在N2、Ar或He氛圍下進(jìn)行，退火溫度為500攝氏度至650攝氏度，退火時長為6小時至24小時。
[0017]可選的，在形成所述溝道層之前，還包括步驟:對第一區(qū)域的半導(dǎo)體層進(jìn)行摻雜，在第一區(qū)域基底表面形成源極層，所述源極層的底部表面低于溝道層的頂部表面；對第三區(qū)域的半導(dǎo)體層進(jìn)行摻雜，在第三區(qū)域基底表面形成漏極層，所述漏極層的底部表面低于溝道層的頂部表面。
[0018]可選的，在形成所述溝道層之后，還包括步驟:對第一區(qū)域的半導(dǎo)體層進(jìn)行摻雜，在第一區(qū)域基底表面形成源極層，所述源極層的底部表面低于溝道層的頂部表面；對第三區(qū)域的半導(dǎo)體層進(jìn)行摻雜，在第三區(qū)域基底表面形成漏極層，所述漏極層的底部表面低于溝道層的頂部表面。
[0019]可選的，所述犧牲層還覆蓋于第一區(qū)域和第三區(qū)域的部分基底表面。
[0020]可選的，在形成所述柵極之前，在溝道層表面、高于溝道層頂部表面的源極層側(cè)壁表面、以及高于溝道層頂部表面的漏極層側(cè)壁表面的柵介質(zhì)層；在形成所述柵極之后形成所述空隙之前，在所述柵極頂部表面形成阻擋層。
[0021]可選的，所述柵介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高k介質(zhì)材料。
[0022]本發(fā)明還提供一種薄膜晶體管，包括:基底，位于基底表面的溝道層，所述溝道層一側(cè)的基底表面具有源極層，所述源極層與溝道層相連接，與所述一側(cè)相對的另一側(cè)的基底表面具有漏極層，所述漏極層與溝道層相連接，且所述溝道層的頂部表面低于源極層的頂部表面、以及漏極層的頂部表面；覆蓋于所述溝道層表面、以及高于溝道層頂部表面的源極層側(cè)壁表面的柵極，高于溝道層頂部的漏極層與柵極之間具有空隙。
[0023]可選的，所述溝道層具有納米結(jié)構(gòu)；所述溝道層包括一條或多條硅納米線。
[0024]可選的，所述硅納米線的材料為多晶硅或非晶硅。
[0025]可選的，所述溝道層的厚度為50納米至150納米。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0027]本發(fā)明提供的薄膜晶體管的形成方法的技術(shù)方案中，提供基底，所述基底表面具有溝道層，所述溝道層一側(cè)的基底表面具有與溝道層相連接的源極層，與所述一側(cè)相對的另一側(cè)基底表面具有與溝道層相連接的漏極層，且溝道層的頂部表面低于源極層的頂部表面、以及漏極層的頂部表面；形成覆蓋于所述溝道層表面、高于溝道層頂部的源極層側(cè)壁表面、以及高于溝道層頂部的漏極層側(cè)壁表面的柵極；刻蝕去除所述高于溝道層頂部的漏極層側(cè)壁表面的柵極，在柵極與漏極層之間形成空隙。所述空隙的相對介電常數(shù)接近于真空的相對介電常數(shù)，因此可以認(rèn)為柵極與漏極層之間具有真空側(cè)墻，柵極與漏極層之間的相對介電常數(shù)很小，能夠減小柵極與漏極層之間的寄生電容，從而緩解關(guān)態(tài)漏電流(off-state leakage current)和翅曲效應(yīng)(kink effect) 0
[0028]同時，本發(fā)明僅刻蝕去除高于溝道層頂部的漏極層側(cè)壁表面的柵極，而保留高于溝道層頂部的源極層側(cè)壁表面的柵極，使得源極層與柵極之間具有相對較大的相對介電常數(shù)，有利于提高薄膜晶體管的工作電流以及閾值電壓，進(jìn)一步提高薄膜晶體管的電流開關(guān)t匕，優(yōu)化薄膜晶體管的電學(xué)性能。
[0029]進(jìn)一步，本發(fā)明中柵極的材料為Al，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述柵極，且濕法刻蝕工藝的刻蝕液體為碳酸氫鈉溶液，能夠較為精確的控制濕法刻蝕工藝的刻蝕速率以及刻蝕停止位置，防止溝道層表面的柵極被刻蝕。
[0030]進(jìn)一步，形成溝道層的工藝步驟包括:在基底表面形成犧牲層；形成覆蓋于犧牲層表面的半導(dǎo)體層；回刻蝕去除位于犧牲層頂部表面以及部分基底表面的半導(dǎo)體層，形成覆蓋于犧牲層側(cè)壁表面的溝道層。由于回刻蝕工藝未受到光刻工藝的限制，使得回刻蝕工藝形成的溝道層的寬度可以做的很薄。
[0031]更進(jìn)一步，本發(fā)明在去除犧牲層后，對溝道層進(jìn)行固相結(jié)晶退火處理，使溝道層的材料由非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅。在固相結(jié)晶退火處理過程中，溝道層內(nèi)經(jīng)歷再結(jié)晶以及晶粒長大過程；固相結(jié)晶退火處理的退火溫度為500攝氏度至650攝氏度，使得溝道層內(nèi)部的再結(jié)晶以及晶粒長大程度適中，減少溝道層內(nèi)的晶格缺陷，提高載流子在溝道層內(nèi)的遷移率，進(jìn)一步提高薄膜晶體管的電學(xué)性能。
[0032]本發(fā)明還提供一種結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越的薄膜晶體管，包括:基底，位于基底表面的溝道層，所述溝道層一側(cè)的基底表面具有源極層，所述源極層與溝道層相連接，與所述一側(cè)相對的另一側(cè)的基底表面具有