场效应晶体管及其制造方法.pdf

本发明提供一种在玻璃衬底上低温形成FET的制造方法。在玻璃衬底(1)上形成多晶硅层(2)，在多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域上形成锗层(11、12)，至少向所述锗层引入成为掺杂剂的离子，然后，通过退火，使引入的掺杂剂向所述多晶硅层扩散，形成源极区域(S)及漏极区域(D)，并且使上述锗层结晶化。或者，以多晶硅层不形成为非晶态的程度的剂量，向多晶硅层也引入掺杂剂，然后进行使锗结晶化的退火。退火优选在500℃左右进行。

1.  一种场效应晶体管的制造方法，其中，
在玻璃衬底上形成多晶硅层，
在所述多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域上，选择性地形成锗层，
至少向所述锗层引入成为掺杂剂的离子，
然后，通过退火，使引入的掺杂剂向所述多晶硅层扩散，形成源极区域及漏极区域，且使所述锗层结晶化。

2.  一种场效应晶体管的制造方法，其中，
在玻璃衬底上形成多晶硅层，
在所述多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域上，选择性地形成锗层，
向所述锗层引入成为掺杂剂的离子，同时以与所述多晶硅层不形成为非晶态的临界剂量相比低的的剂量，按照达到所述多晶硅层的方式引入离子，
然后，通过退火，使所述锗层结晶化。

3.  如权利要求1或2所述的场效应晶体管的制造方法，其中，用505℃以下的温度进行所述退火。

4.  如权利要求1或2所述的场效应晶体管的制造方法，其中，在多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域之外的区域形成掩模后，蒸镀锗层且进行离子引入，然后除去掩模。

5.  一种场效应晶体管，其中，
具有：形成在玻璃衬底上的多晶硅层；在所述多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域选择性地形成的锗层，
通过在所述锗层、和所述多晶硅层的与所述锗层相接的部分分布掺杂剂，形成源极区域及漏极区域，分布有掺杂剂的锗层通过掺杂剂的离子引入和其后的退火形成引起的结晶化而形成。

6.  如权利要求5所述的场效应晶体管，其中，所述多晶硅层内的掺杂剂的分布，是基于至少引入锗层的掺杂剂向所述多晶硅层热扩散而实现的。

7.  如权利要求5所述的场效应晶体管，其中，所述多晶硅层内的掺杂剂的分布，是基于至少所述多晶硅层不形成为非晶态的程度的剂量的离子引入而实现的。

场效应晶体管及其制造方法
技术领域
本发明涉及设在玻璃衬底上的场效应晶体管(FET)及其制造方法。
背景技术
作为设在玻璃衬底上的场效应晶体管(FET)的例子，有薄膜晶体管(TFT)，其在液晶显示装置中，以多个矩阵状配置在充填有液晶的一对绝缘性玻璃衬底的一方上，具有作为开关元件的功能。由于玻璃衬底的变形点(变形点温度)(玻璃开始变形的温度)比较低(作为一例，500℃左右)，所以一直要求能够低温制造FET的技术。
关于TFT的制造技术，开发了多种技术。
例如，特开昭61-284965号公报记载的有关薄膜晶体管的技术如下。要使晶体管工作，不仅需要形成沟道区域，还必须形成添加杂质的低电阻源极区域及漏极区域。如根据该公报记载的方法，在a-硅层上整面堆积添加了杂质的a-Si_1-xGe_x。然后，利用a-Si_1-xGe_x的刻蚀速度比a-硅层快的这一点，选择性地除去与栅极区域接近的a-硅的沟道区域上的a-Si_1-xGe_x，制作晶体管。
特开平3-165067号公报公开的硅薄膜晶体管的制造方法，是在多晶硅膜上的成为源极区域·漏极区域的部分上，用530℃堆积多晶锗，在其上蒸镀In等杂质，通过500℃30分钟的退火，使杂质向锗中扩散，形成源极区域及漏极区域。
特开2000-286420号公报记载的绝缘栅极型晶体管的制造方法，是通过在以Si作为沟道的SOI-MOS晶体管的源极区域上，选择性地堆积SiGe，以不发生在电流电压特性中出现的曲折现象。这是由单晶构成的晶体管，在其制造中采用高温工艺。
上述任何一项技术，都不是用500℃左右的比较低的温度制造场效应晶体管。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够在比较低的低温环境下制造场效应晶体管的方法、及利用该方法制造的场效应晶体管。
根据本发明的场效应晶体管的第1制造方法，其中，在玻璃衬底上形成多晶硅层，在所述多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域上形成锗层，至少向所述锗层引入成为掺杂剂的离子，然后，通过退火，使引入的掺杂剂向所述多晶硅层扩散，形成源极区域及漏极区域，并且使所述锗层结晶化。
所述退火，在500℃左右进行，优选505℃以下、更优选500℃以下进行。
在形成在源极区域及漏极区域上的锗层上，形成源电极及漏电极，在上述源极区域及漏极区域之间的多晶硅层上(成为沟道的区域上)，经由绝缘层，设置栅电极，完成玻璃衬底上的场效应晶体管。
根据本发明的场效应晶体管，具有形成在玻璃衬底上的多晶硅层、和形成在多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域上的锗层、和通过至少引入锗层的掺杂剂向所述多晶硅层热扩散形成的源极区域及漏极区域。
在源极区域及漏极区域的锗层上形成源电极及漏电极，在要成为源极区域和漏极区域的之间的沟道区域的部分的多晶硅层上，经由绝缘膜形成栅电极。
掺杂剂无论只引入锗层，还是通过锗层到达其下的多晶硅层(在此种情况下，规定为多晶硅层不形成为非晶态的程度的剂量)，哪种都可以。
在掺杂剂的引入后，通过退火(加热)，引入的掺杂剂向锗层热扩散，同时掺杂剂活性化，并且锗层多晶化。由此，由于锗层及掺杂剂扩散形成的源极区域及漏极区域的电阻率大幅度下降，因此能够确保作为场效应晶体管的功能。由于用比较低的温度(例如500℃左右、或505℃以下、或500℃以下)的退火足可以，所以能够用比较低的温度在玻璃衬底上制作场效应晶体管。
根据本发明的场效应晶体管的第2制造方法，其中，在玻璃衬底上形成多晶硅层，在所述多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域上，选择性地形成锗层，向所述锗层引入成为掺杂剂的离子，同时以与所述多晶硅层不形成为非晶态的临界剂量相比低的的剂量，按照达到所述多晶硅层的方式引入离子，然后，通过退火使上述锗层结晶化。
掺杂剂向所述锗层的引入和掺杂剂向所述多晶硅层的引入，先进行哪一个都可以，不分2次，而只通过1次离子引入也能够得到掺杂剂在锗层及多晶硅层上的所希望的分布。
在形成在要成为源极区域及漏极区域的锗层上，形成源电极及漏电极，在这些源极区域及漏极区域的之间的多晶硅层上(成为沟道的区域上)经由绝缘膜设置栅电极，完成在玻璃衬底上的场效应晶体管。
在掺杂剂引入所述锗层后，通过退火，所述锗层中的掺杂剂活性化，并且锗层多晶化。此外，由于向多晶硅层，包含与所述锗层的边界部分，以多晶硅层不成为非晶态(无定形)的程度，注入掺杂剂(不排除热扩散形成的注入效果)，所以能够维持多晶的状态。如此锗层及多晶硅层内的与锗层接触的部分的电阻率大幅度下降，可发挥作为源极区域及漏极区域的作用。用比较低的温度(500℃左右、或505℃以下、或500℃以下)的退火足可以。
如上所述，无论在第1制造方法中，还是在第2制造方法中，本发明都是利用锗的固相生长在500℃左右(505℃以下、或500℃以下)的温度下产生这一点。
在第1制造方法及第2制造方法的任一方法中，都优选在多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域之外的区域形成掩模后，蒸镀锗层且进行离子引入，然后除去掩模。
能够将一个掩模用于锗层的蒸镀和离子引入的双方。
如果一并表示用第1制造方法及第2制造方法制造的场效应晶体管，该场效应晶体管具有形成在玻璃衬底上的多晶硅层，在多晶硅层上的要成为源极及漏极的区域上形成的锗层，通过在所述锗层、和所述多晶硅层的与所述锗层相接的部分上分布掺杂剂，形成源极区域及漏极区域，分布有掺杂剂的锗层通过掺杂剂的离子引入和其后的退火形成的结晶化而形成。
在一实施方式中，所述多晶硅层内的掺杂剂的分布，是基于至少引入锗层的掺杂剂向所述多晶硅层热扩散而进行的(不排除与下述的引入的掺杂剂重叠)。
在另一实施方式中，所述多晶硅层内的掺杂剂的分布，是基于至少所述多晶硅层不成为非晶态的程度的剂量的离子引入的分布(不排除热扩散对掺杂剂的分布的贡献)。
附图说明
图1是表示在玻璃衬底上形成多晶硅层的工序的剖视图。
图2是表示在多晶硅层上形成掩模的工序的剖视图。
图3是表示在多晶硅层上形成锗层的工序的剖视图。
图4是表示向锗层引入掺杂剂的离子的工序的剖视图。
图5是表示除去掩模，通过退火使掺杂剂热扩散的工序的剖视图。
图6是表示在要成为沟道的区域上形成绝缘膜的工序的剖视图。
图7是表示最后形成源电极、漏电极及栅电极的工序的剖视图。
图8是表示第1实施例和第2实施例中的掺杂剂的深度方向的分布的剖面图。
具体实施方式
关于场效应晶体管(FET)的制造方法，根据第1实施例说明，同时阐明利用该制造方法制作的FET的结构。图1～图7只表示在玻璃衬底上的1个FET，当然也可以根据需要在玻璃衬底上设置多个FET。
在图1中，在玻璃衬底1上形成无定形·硅膜(无定形硅层)或多晶硅膜(多晶硅层)2。在是无定形硅的情况下，使其结晶化。例如，采用金属感应固相生长法(MILC法)，可在500℃以下的温度下，进行硅的结晶生长。
接着，在图2中，形成掩模10，用于除去多晶硅层2上的要成为源极及漏极的区域，形成锗层(薄膜)、及用于离子引入。
接着，在图3中，在玻璃衬底1上的要成为源极区域及漏极区域的未被掩模10覆盖的部分上，形成锗(Ge)层11、12。锗层11、12的形成，例如能够通过真空蒸镀进行，可形成无定形锗。在掩模10上还可形成锗层13。
在图4中，在锗层11、12(及13)上，通过离子注入法等引入掺杂剂(例如磷)的离子。也可以只向锗层11、12(及13)引入掺杂剂，其一部分也可以到达多晶硅层2。在后者的情况下，规定为不使多晶硅层2无定形化的程度的剂量。
如图5所示，得出，除去掩模11(及其上的锗层13)。然后，将形成有多晶硅层2和锗层11、12的玻璃衬底1装入炉中，在N₂或惰性气体气氛中退火(加热)，进行掺杂剂的活性化和锗层11、12的结晶化。此时，掺杂剂向多晶硅层2扩散，在锗层11、12的下面分别形成源极区域S及漏极区域D。在500℃左右、或505℃以下、或500℃以下的温度下，用2～3小时的退火，使锗层11、12多结晶化，并且锗层11、12的电阻率大大减小。
最后，如图6所示，至少在要成为源极区域S及漏极区域D间的沟道区域上，形成绝缘膜(层)(栅极氧化膜)14，另外如图7所示，在锗层11、12及绝缘膜14上，形成源电极21、漏电极22及栅电极23(电极极板)。
在上述第1实施例中，掺杂剂的离子引入基本上对锗层11、12进行。在图8(B)中用曲线c表示离子引入浓度在深度方向的分布。通过退火，引入到锗层11、12中的掺杂剂向多晶硅层2扩散，掺杂剂的分布用虚线d表示。需要比较长时间的退火。
与此相反，在第2实施例中，如图8(A)所示，是进行2次离子引入的例子。第1次，如曲线b所示，为了也向多晶硅层2注入掺杂剂·离子，用高加速电压进行离子注入(即，不仅向锗层11、12，而且也将掺杂剂注入到与多晶硅层2的锗层的边界部分及其内部)。此时，为了多晶硅层2不形成非晶态，抑制剂量(即，将剂量控制在多晶硅非晶态化的临界剂量以下)。
第2次，为得到图8(A)用曲线a表示的分布，降低加速电压，主要在锗层11、12内注入掺杂剂·离子。注入多量(临界剂量以上)的掺杂剂(例如10的19次方以上)。
这样一来，能够在不使多晶硅层2形成非晶态的情况下，降低与多晶硅层2的锗层11、12连接的部分的电阻，能够在锗层11、12和与其连接的多晶硅层2内部，形成具有高浓度杂质的源极区域及漏极区域。锗层11、12通过退火结晶化，电阻的降低与上述实施例相同。
可以按相反的顺序进行第1次的离子注入(剖面b)和第2次的离子注入(剖面a)，也可以以具有重叠剖面a和剖面b的剖面的方式用1次的离子注入进行注入。
在该第2实施例中，因为通过退火形成的掺杂剂的扩散效果，也能具有向多晶硅层2内注入锗层11、12内的掺杂剂的效果，所以不排除它。在第1实施例中，不仅向锗层11、12，当然也可以向多晶硅层2内离子注入掺杂剂。
在第2实施例中，离子注入工序前的工序(多晶硅层2的形成、掩模10的形成、锗层11、12的形成)与实施例1相同。此外，在离子注入后，用500℃左右、或505℃以下或500℃以下的温度退火，也与实施例2相同，但是只要该退火能使锗层11、12结晶化就行。最后，当然是进行绝缘层、电极的形成等。