场效应晶体管制造技术

一种场效应晶体管由垂直设置的电极（２，４，５）和绝缘体（３）构成，以便至少电极（４，５）和绝缘体（３）形成相对于第一电极（２）或衬底（１）垂直取向的台阶（６）。在形成为结型场效应晶体管（ＪＦＥＴ）或金属氧化物半导体场效应晶体管（ＭＳＦＥＴ）时，电极（２，５）分别构成场效应晶体管的漏和源极，反之也可，电极（４）构成场效应晶体管的栅极。在垂直台阶（６）的各层上，设置非晶、多晶或微晶无机或有机半导体材料，形成直接或间接与栅极接触的晶体管的有源半导体（８），在第一（２）和第二（５）电极间形成垂直取向的ｐ或ｎ型晶体管沟道（９）。在制造场效应晶体管的方法中，垂直台阶（６）利用光刻工艺形成，可溶的非晶有源半导体材料（８）淀积于第一电极（２）和垂直台阶（６）上，以便得到在漏和源极（２，５）间垂直取向的晶体管沟道。在ＪＦＥＴ中，半导体材料（８）直接与栅极（４）接触。在ＭＯＳＦＥＴ中，在栅极（４）和半导体材料（８）间设置垂直取向的栅绝缘体（７）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及场效应晶体管，特别是具有基本垂直几何结构的结型场效应晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其中所说场效应晶体管包括不导电材料构成的平面衬底。本专利技术还涉及制造这种具有基本垂直几体结构的场效应晶体管的方法，其中所说晶体管包括不导电材料构成的平面衬底。采用非晶材料作有源半导体的场效应晶体管(FET)一般以例如附图说明图1所示的水平几何结构实现，图1示出了根据现有技术实现薄膜场效应晶体管的两个例子(图1a和1b)。这里，漏极和源极通过晶体管沟道相互隔开。该沟道由非晶半导体材料构成。栅极限定为通过栅绝缘体与沟道绝缘的水平层。该晶体管的效应限定为耗尽型或增强型，取决于栅电位。关于这类场效应晶体管的有源非晶半导体材料，已采用共轭聚合物、芳族分子和非晶无机半导体。例如，图1示出了具有厚10nm的非晶Si∶H形式的有源半导体材料层的薄膜晶体管(D.B．Thomasson等人，IEEE El．Dev．Lett．第18卷，第117页1997年3月)。可由金属构成的栅极设置在衬底上。氮化硅(SiN)构成的绝缘层设置在该栅极上，10nm厚的非晶Si∶H形式的有源半导体材料层设置在绝缘体上。漏极和源极彼此间隔设置于有源半导体材料上。它们由不同于栅极的金属构成，例如铝。图1b示出了有机薄膜晶体管的另一个例子(A．Dodabapur等人，Appl．Phys．Lett．第69卷，第4227-29页，1996年12月)。这里，有源半导体材料是例如聚合物或芳族分子等有机化合物。与图1a中的例子一样，栅极设置于衬底上，栅极上设置有可以通过用氧化层涂敷栅极表面构成的绝缘层，某些情况下，所说氧化层可以通过氧化栅极表面材料形成。漏极和源极彼此间隔设置于绝缘层上，一端与类似的垂直横向壁相互连接的间隔垂直侧壁设置于漏和源极上。因此，在垂直于这些壁的平面中，晶体管沟道形成为U形剖面，在此侧壁是U形的腿，横向壁是交叉线。这些层可以建立于合适的衬底上，并整个被绝缘材料层覆盖。在绝缘材料层上，设置导电层，形成晶体管的栅极。所说侧壁的端部或U形沟道结构腿的端部露出，在沟道的这些端部区，分别例如通过离子注入工艺形成源和漏极。这种薄膜晶体管的主要目的是在小于更常规实施例实现的面积上提供令人满意的沟道长度，同时在晶体管处于截止状态时，减小寄生电流。图1c展示了现有技术的平面JFET结构的示意性原理图，这种情况下为n沟道JFET。如果能够发挥非晶材料的非常特殊的加工特性，则使用非晶半导体材料可以实现不同的晶体管几何结构。因此，本专利技术的目的是提供一种场效应晶体管，特别是具有垂直几何结构的结型场效应晶体管(JFET)和金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)，更特殊的目的是在包括栅极及漏极或源极的垂直结构上，淀积有机分子、共轭聚合物或非晶无机半导体形式的非晶有源半导体材料。最后，还有一个目的是提供垂直取向的晶体管沟道。以前普通的半导体器件已具有垂直几何结构。这样做的目的是更有效地利用芯片面积。认为垂直几何结构的晶体管比水平几何结构的晶体管需要较小空间。例如，美国专利5563077(H．C．Ha)中公开了一种具有垂直沟道的薄膜晶体管，其中沟道形成有两个相互隔开的垂直侧壁，一个的端部与类似的垂直端壁连接。因此，在垂直于这些壁的平面内，晶体管沟道形成U形剖面，其中侧壁是U形的腿，端壁是交叉线。这些壁可以设置在合适的衬底上，并且整个被绝缘材料覆盖。构成晶体管的栅极的导电层设置在绝缘层上。侧壁的端部或U形沟道结构的端部露出，在沟道的这些端部区上，分别例如通过离子注入工艺形成源极和漏极。这种薄膜晶体管的主要目的是在小于更常规实施例实现的面积上提供令人满意的沟道长度，同时在晶体管处于截止状态时，减小漏电流。根据本专利技术可以实现上述目的和优点，本专利技术的结型场效应晶体管(JFET)的特征在于，构成第一电极的导电材料层设置于衬底上，形成第一绝缘体的绝缘材料层形成于第一电极上，形成第二电极的导电材料层设置于第一绝缘层上，形成第二绝缘体的另一绝缘材料层设置于第二电极上，形成第三电极的导电材料层设置于第二绝缘体上，所说第一和第三电极分别构成晶体管的漏和源极，反之亦然，所说第二电极构成晶体管的栅极，至少层叠结构的所说第二电极和所说第三电极及所说第一和第二绝缘层形成垂直于所说第一电极和／或所说衬底取向的台阶，形成晶体管的有源半导体的半导体材料设置于所说第一电极、所说第二电极和所说第三电极的暴露部分上，所说有源半导体直接与栅极接触，并在所说第一电极和所说第三电极间形成基本上垂直取向的晶体管沟道，本专利技术还提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其特征在于，构成第一电极的导电材料层设置于衬底上，形成第一绝缘体的绝缘材料层形成于第一电极上，形成第二电极的导电材料层设置于第一绝缘体上，形成第二绝缘体的另一绝缘材料层设置于第二电极上，形成第三电极的导电材料层设置于第二绝缘体上，所说第一和第三电极分别构成晶体管的漏和源极，反之亦然，所说第二电极构成晶体管的栅极，至少层叠结构的所说第二和第三电极及所说第一和第二绝缘体形成垂直于所说第一电极和／或所说衬底取向的台阶，形成栅绝缘层的垂直取向的绝缘材料层设置于所说第二电极和所说垂直台阶上，形成晶体管的有源半导体、并在所说第一电极和所说第三电极间形成基本垂直取向的晶体管沟道的半导体材料设置于所说第一电极、包括所说栅绝缘体和所说第三电极的所说垂直台阶的暴露部分上。利用制造场效应晶体管的方法可以实现本专利技术的上述目的和优点，其特征在于，该方法包括以下步骤在所说衬底上淀积构成第一电极的导电材料层；利用光刻工艺，在第一电极上形成由光刻胶构成且垂直于所说第一电极和／或所说衬底的台阶；在所说导电层和构成所说垂直台阶的所说光刻胶上分别淀积层状层叠结构的第一绝缘体、构成第二电极的导电材料、第二绝缘体和构成第三电极的导电材料；利用剥离法，去掉层叠于所说光刻胶上的所说结构和光刻胶本身，从而设置于第一电极上的留下的绝缘体-电极结构形成垂直于所说第一电极和／或所说衬底取向的台阶；在所说第一电极和所说垂直台阶上，淀积可溶的非晶有源半导体材料，使半导体材料与分别形成场效应晶体管的漏极或源极(反之也可)的所说第一和所说第三电极及构成场效应晶体管的栅极的所说第二电极接触，于是形成垂直取向的晶体管沟道。场效应晶体管是金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)时，优点是绝缘材料按垂直取向层淀积于垂直台阶上，设置在第二电极上，构成场效应晶体管的栅绝缘层，淀积发生在去掉了所说层叠结构和所说光刻胶后，但在淀积可溶的非晶有源半导体材料层前。根据本专利技术，优点还在于有源半导体材料是非晶无机或有机半导体材料，但不必限于非晶半导体材料，也可以选用多晶或微晶无机或有机半导体材料。从所附的从属权利要求中可以了解其它的特点和优点。下面结合附图更详细地介绍本专利技术，其中图1a是如上所述的现有技术实例，图1b是如上所述的另一现有技术实例，图1c是根据现有技术的平面结型场效应晶体管的实例，图2是本专利技术结型场效应晶体管的优选实施例，图3是本专利技术MOSFET的优选实施例，图4a-e展示了本专利技术方法实施例的不同工艺步骤，其中场效应晶体管形成为结型场效应晶体管，及图5a，5b是本专利技术形成MOSF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场效应晶体管，特别是具有基本垂直几何结构的结型场效应晶体管（ＪＦＥＴ），其中所说晶体管包括不导电材料的平面衬底（１），其特征在于，构成第一电极的导电材料层（２）设置于衬底（１）上，形成第一绝缘体的绝缘材料层（３ａ）形成于第一电极（２）上，形成第二电极的导电材料层（４）设置于第一绝缘体（３ａ）上，形成第二绝缘体的另一绝缘材料层（３ｂ）设置于第二电极（４）上，形成第三电极的导电材料层（５）设置于第二绝缘体（３ｂ）上，所说第一电极（２）和第三电极（５）分别构成晶体管的漏和源极，反之亦然，所说第二电极（４）构成晶体管的栅极，至少层叠结构的所说第二（４）和第三电极（５）及所说第一（３ａ）和第二绝缘体（３ｂ）形成垂直于所说第一电极（２）和／或所说衬底（１）取向的台阶（６），形成晶体管的有源半导体的半导体材料（８）设置于所说第一电极（２）、所说第二电极（４）和所说第三电极（５）的暴露部分上，所说有源半导体（８）直接与栅极（４）接触，并在所说第一（２）和所说第三电极（５）间形成基本上垂直取向的晶体管沟道（９）。

【技术特征摘要】
NO 1998-1-16 980224;NO 1998-11-23 9854721．一种场效应晶体管，特别是具有基本垂直几何结构的结型场效应晶体管(JFET)，其中所说晶体管包括不导电材料的平面衬底(1)，其特征在于，构成第一电极的导电材料层(2)设置于衬底(1)上，形成第一绝缘体的绝缘材料层(3a)形成于第一电极(2)上，形成第二电极的导电材料层(4)设置于第一绝缘体(3a)上，形成第二绝缘体的另一绝缘材料层(3b)设置于第二电极(4)上，形成第三电极的导电材料层(5)设置于第二绝缘体(3b)上，所说第一电极(2)和第三电极(5)分别构成晶体管的漏和源极，反之亦然，所说第二电极(4)构成晶体管的栅极，至少层叠结构的所说第二(4)和第三电极(5)及所说第一(3a)和第二绝缘体(3b)形成垂直于所说第一电极(2)和／或所说衬底(1)取向的台阶(6)，形成晶体管的有源半导体的半导体材料(8)设置于所说第一电极(2)、所说第二电极(4)和所说第三电极(5)的暴露部分上，所说有源半导体(8)直接与栅极(4)接触，并在所说第一(2)和所说第三电极(5)间形成基本上垂直取向的晶体管沟道(9)。2．一种场效应晶体管，特别是具有基本垂直几何结构的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其中所说晶体管包括不导电材料的平面衬底(1)，其特征在于，构成第一电极的导电材料层(2)设置于衬底(1)上，形成第一绝缘体的绝缘材料层(3a)形成于第一电极(2)上，形成第二电极的导电材料层(4)设置于第一绝缘体(3a)上，形成第二绝缘体的另一绝缘材料层(3b)设置于第二电极(4)上，形成第三电极的导电材料层(5)设置于第二绝缘体(3b)上，所说第一电极(2)和第三电极(5)分别构成晶体管的漏和源极，反之亦然，所说第二电极(4)构成晶体管的栅极，至少层叠结构的所说第二电极(4)和所说第三电极(5)及所说第一(3a)和第二绝缘体(3b)形成垂直于所说第一电极(2)和／或所说衬底(1)取向的台阶(6)，形成栅绝缘体的垂直取向的绝缘材料层(7)设置于所说第二电极(4)和所说垂直台阶(6)上，形成晶体管的有源半导体、并在所说第一(2)和所说第三电极(5)间形成基本垂直取向的晶体管沟道(9)的半导体材料(8)设置于所说第一电极(2)、所说垂直台阶(6)的暴露部分及所说栅绝缘层(7)和所说第三电极(5)上。3．根据权利要求1或2的场效应晶体管，其特征在于，第一电极(2)在衬底(1)上设置构图，并相对于衬底(1)形成另外的中间台阶，从而每个电极(2，4，5)相对于有源半导体(8)存在基本垂直的表面。4．根据权利要求1或2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：RM贝里格伦，BG古斯塔夫松，JRA卡尔松，
申请(专利权)人：薄膜电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]