專利名稱：制造薄膜晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一些方面涉及制造薄膜晶體管的方法。本發(fā)明的一些方面尤其涉及一種制造互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)薄膜晶體管的方法，在該方法中， 為了在使用超細(xì)晶粒硅(SGS)方法把無定形硅層結(jié)晶成多晶硅層之后除去殘留 在多晶硅層中的金屬催化劑，當(dāng)把諸如磷(P)之類的雜質(zhì)植入p型金屬氧化物 半導(dǎo)體(PMOS)薄膜晶體管的源極和漏極區(qū)域時(shí)，同時(shí)也把該雜質(zhì)植入n型金 屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)薄膜晶體管的源極和漏極區(qū)域，并且對(duì)襯底進(jìn)行退火。 因此，使殘留在半導(dǎo)體層中的金屬催化劑的量最小化，并且簡(jiǎn)化了制造過程。
背景技術(shù)：
互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)薄膜晶體管包括p型金屬氧化物半導(dǎo)體 (PMOS)薄膜晶體管和n型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)薄膜晶體管。CMOS 薄膜晶體管的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)僅僅使用PMOS或NMOS薄膜晶體管中的一種 時(shí)難于實(shí)現(xiàn)的各種電3各和系統(tǒng)。圖1A到1D是橫截面圖，示出制造CMOS薄膜晶體管的現(xiàn)有技術(shù)方法，如 圖1A所示，提供包括PMOS區(qū)域P和NMOS區(qū)域N的襯底10。使用第一掩 模(未示出)分別在PMOS和NMOS區(qū)域P和N上形成PMOS半導(dǎo)體層21 和NMOS半導(dǎo)體層23。在半導(dǎo)體層21和23上形成柵極絕緣層30。在柵極絕 緣層30上沉積柵極導(dǎo)電層40。使用第二掩模(未示出)在柵極導(dǎo)電層40上形 成光刻膠圖案91,以及使用作為掩模的光刻膠圖案91蝕刻?hào)艠O導(dǎo)電層40。因此，形成與PMOS半導(dǎo)體層21重疊的PMOS柵極41。同時(shí)柵極導(dǎo)電 層40被光刻膠圖案91所屏蔽并保留在NMOS的區(qū)域N中。然后，使用光刻 膠圖案91和PMOS柵極41作為掩模把高濃度的p型雜質(zhì)分別植入?yún)^(qū)域P和N, 以在PMOS半導(dǎo)體層21中形成源極和漏極區(qū)域21a和21c。把設(shè)置在源極和 漏極區(qū)域21a和21c之間的無摻雜區(qū)域定義為溝道區(qū)域21b。如圖1B中所示，除去光刻膠圖案91 (見圖1A),并且使用第三掩模(未
示出)形成新的光刻膠圖案93。使用該光刻膠圖案93作為掩模來蝕刻區(qū)域P 和N中的柵極導(dǎo)電層40(見圖1A),以形成與NMOS半導(dǎo)體層23重疊的NMOS 柵極43。然后，使用光刻膠圖案93和NMOS柵極43作為掩模來植入低濃度的 n型雜質(zhì)，從而在NMOS半導(dǎo)體層23中形成低濃度的雜質(zhì)區(qū)域23a和23c。把 設(shè)置在低濃度的雜質(zhì)區(qū)域23a和23c之間的無摻雜區(qū)域定義為溝道區(qū)域23b。如圖1C中所示，除去光刻膠圖案93 (見圖1B),并且使用第四掩模(未 示出)形成新的光刻膠圖案95。使用該光刻膠圖案95作為掩模來植入高濃度的 n型雜質(zhì)，以在NMOS半導(dǎo)體層23中形成高濃度的雜質(zhì)區(qū)域23a-1。此時(shí)，低 濃度的雜質(zhì)區(qū)域23a-2保留在每個(gè)高濃度的雜質(zhì)區(qū)域23a-1的側(cè)面上，以形成 輕度摻雜的漏極(LDD)區(qū)域(即，低濃度的雜質(zhì)區(qū)域23a-2)。參考圖1D,除去光刻膠圖案95使柵極41和43外露。在外露的柵極41 和43上形成中間絕緣層50,并且使用第五掩模(未示出)在中間絕緣層50上 形成暴露在半導(dǎo)體層21和23的末端的接觸孔。然后，使用第六掩模(未示出) 通過該接觸孔分別形成與半導(dǎo)體層21和23的末端接觸的PMOS的源極和漏極 61以及NMOS的源極和漏極63。然而，在單個(gè)襯底上形成PMOS和NMOS薄膜晶體管而形成現(xiàn)有技術(shù)中 的CMOS薄膜晶體管需要許多的工序或操作。具體說來，由于形成LDD區(qū)域 23a-2以便解決可靠性問題(諸如由漏電流引起的熱載流子效應(yīng))以及使NMOS 薄膜晶體管小型化，增加了用于實(shí)現(xiàn)CMOS薄膜晶體管的掩模的數(shù)量，使過程 復(fù)雜化，并且增加了處理時(shí)間，從而增加了制造成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一些方面包括制造CMOS薄膜晶體管的方法，在該方法中，為了 在使用超細(xì)晶粒硅(SGS)方法把無定形硅層結(jié)晶成多晶硅層之后除去殘留在該 多晶硅層中的金屬催化劑，當(dāng)把諸如磷(P)之類的雜質(zhì)植入PMOS薄膜晶體管 的源極和漏極區(qū)域時(shí)，同時(shí)也把雜質(zhì)植入NMOS薄膜晶體管的源極和漏極區(qū)域 并且對(duì)襯底進(jìn)行退火，從而使殘留在半導(dǎo)體層中的金屬催化劑的量最小化，并且 簡(jiǎn)化了制造過程。在本發(fā)明的各個(gè)方面，制造CMOS薄膜晶體管的方法包括提供具有第一 和第二區(qū)域的襯底；在該襯底上形成無定形硅層；在該無定形硅層上形成覆蓋層；
在該覆蓋層上沉積金屬催化劑；在該襯底上執(zhí)行第一退火處理以使金屬催化劑通 過覆蓋層擴(kuò)散到無定形硅層和覆蓋層的界面，以及使用所擴(kuò)散的金屬催化劑使無定形硅層結(jié)晶成多晶硅層；除去覆蓋層;形成多晶硅層的圖案以在第一和第二區(qū) 域中分別形成第一和第二半導(dǎo)體層；在第一和第二半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣層和 柵極；把第一雜質(zhì)植入第一和第二半導(dǎo)體層；把第二雜質(zhì)植入第一或第二半導(dǎo)體 層；以及在第一和第二半導(dǎo)體層上執(zhí)行第二退火處理以除去已植入第二雜質(zhì)的第 一或第二半導(dǎo)體層中所殘留的金屬催化劑，其中按6x 1013/cm2到5x1015/cm2 的劑量植入第一雜質(zhì)，并且按1 x 10"/cm2到3 x 1015/0712的劑量植入第二雜 質(zhì)。在本發(fā)明的各個(gè)方面，制造CMOS薄膜晶體管的方法包括提供具有第一 和第二區(qū)域的襯底；在該襯底上形成無定形硅層；在該無定形硅層上形成覆蓋層； 在該覆蓋層上沉積金屬催化劑；在襯底上執(zhí)行第一退火處理以使金屬催化劑通過 覆蓋層擴(kuò)散到無定形硅層和覆蓋層的界面，以及使用所擴(kuò)散的金屬催化劑使無定 形硅層結(jié)晶成多晶硅層；除去覆蓋層;形成多晶硅層的圖案以在第一和第二區(qū)域 中分別形成第一和第二半導(dǎo)體層；在第一和第二半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣層和柵 極；把第一雜質(zhì)植入第一或第二半導(dǎo)體層；把第二雜質(zhì)植入第一和第二半導(dǎo)體層； 以及在第一和第二半導(dǎo)體層上執(zhí)行第二退火處理以除去已植入第一雜質(zhì)的半導(dǎo)體 層中所殘留的金屬催化劑，其中按1 x 101Vcm2到3 x 1015/0巾2的劑量植入第 一雜質(zhì)，并且按6x 1013/cm2到5 x 10"/cm2的劑量植入第二雜質(zhì)。在本發(fā)明的各個(gè)方面，形成具有p型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)和n型金 屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的方法包括 將用于吸收殘存在PMOS中的金屬催化劑并且用于形成NMOS中的輕度摻雜的 漏極區(qū)域的雜質(zhì)同時(shí)摻雜在所述PMOS和所述NMOS中。通過該方法得到的CMOS薄膜晶體管包括第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層， 其中第一和第二半導(dǎo)體包含第一雜質(zhì)以及第一或第二半導(dǎo)體包含第二雜質(zhì)，以及植入有第二雜質(zhì)的第一或第二半導(dǎo)體層通過第二雜質(zhì)和第二退火處理從其中除去 金屬催化劑。在隨后的說明中將部分地闡明本發(fā)明另外的 一 些方面和/或優(yōu)點(diǎn)，并且這 些方面和優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)踐本發(fā)明而得以明了 。

從下述一些方面的說明并結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見和更容易理解，附圖中圖1A到1D是截面圖，示出制造CMOS薄膜晶體管的現(xiàn)有技術(shù)方法；圖2A到2K是截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面制造CMOS薄膜晶體管的方法；圖3A是曲線圖，示出在沒有植入第二雜質(zhì)時(shí)柵極電壓(Vg)和漏極電流(ld) 的特性，而圖3B是曲線圖，示出在已植入磷(P)作為第二雜質(zhì)和執(zhí)行第三退 火處理之后Vg和ld的特性；圖4是截面圖，示出使用根據(jù)圖2A到2K的方面制造的半導(dǎo)體層來制造 CMOS薄膜晶體管的工藝過程；以及圖5A和5B是截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面制造CMOS薄膜晶 體管的方法。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參考在附圖中示出的例子的本發(fā)明的 一些方面，在所有附圖中， 相同的標(biāo)號(hào)指相同的元件。下面描述一些方面以便參考附圖來解釋本發(fā)明。當(dāng)指出一層形成在另一層或襯底"上"時(shí)，該層可以直接形成于其它層或 襯底上或者也可以在它們之間插入第三層。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層 和區(qū)域的厚度。圖2A到2K是截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面制造互補(bǔ)型金屬氧化物 半導(dǎo)體(CMOS)薄膜晶體管的方法。如圖2A所示，CMOS薄膜晶體管包括具 有第一和第二區(qū)域A和B的襯底100。第一和第二區(qū)域A和B中之一是形成n 型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)薄膜晶體管的區(qū)域，而另一個(gè)區(qū)域是形成p型金 屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)薄膜晶體管的區(qū)域。在各個(gè)方面，襯底100可以是單 晶硅、玻璃、石英、塑料等。在襯底100上形成緩沖層110。在并非所有方面都要求時(shí)，緩沖層110可 以是氧化硅層、氮化硅層、或氧化硅層和氮化硅層的雙層。可以通過等離子體增 強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)、低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD)方法或通過其它的 沉積方法和非沉積方法來形成緩沖層110。在無定形硅層120結(jié)晶時(shí)通過防止 從襯底100產(chǎn)生的潮氣或雜質(zhì)的擴(kuò)散或調(diào)節(jié)熱傳導(dǎo)率，形成緩沖層110以促進(jìn)無定形硅層120的結(jié)晶。如上所述，在緩沖層110上形成無定形硅層120?？梢酝ㄟ^化學(xué)汽相沉積 (CVD)、物理汽相沉積(PVD)方法或通過其它的沉積方法和非沉積方法來 形成無定形硅層120。此外，在形成無定形硅層120期間或之后，可以額外地執(zhí) 行脫氫過程來降低無定形硅層120中氫的濃度。圖2B是截面圖，示出在無定形硅層120上形成覆蓋層123和金屬催化劑 層125的過程。參考圖2B,在無定形硅層120上形成覆蓋層123。可以使用CVD或PVD 方法由氮化硅層或氮化硅層和氧化硅層的雙層來構(gòu)成覆蓋層123?？梢酝ㄟ^退火 處理使金屬催化劑通過覆蓋層123擴(kuò)散。在各個(gè)方面，所形成的覆蓋層123的 厚度為1或2，000A或在1和2，000A之間。然而，可以理解的是，還可以用其 它材料來形成覆蓋層123，和/或使之具有另外的厚度。接著，把金屬催化劑沉積在覆蓋層123上以形成金屬催化劑層125。金屬 催化劑層125中的金屬催化劑可以是Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd、 Pt等或它們的任何組合中的至少一種。最好，金 屬催化劑是Ni，但是并非必需的。一般而言，在金屬誘導(dǎo)結(jié)晶(MIC)法或金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶(MILC)法中， 應(yīng)該仔細(xì)地調(diào)節(jié)金屬催化劑或金屬催化劑層的厚度或密度，否則在結(jié)晶之后殘留 在多晶硅層的表面上的金屬催化劑有引起薄膜晶體管的漏電流增加的危險(xiǎn)性。然 而，在本發(fā)明的一些方面，可以形成較大厚度的金屬催化劑層125,而無需精確 地控制金屬催化劑層125的厚度或密度。換言之，如果覆蓋層123濾除了擴(kuò)散 的金屬催化劑，則只有極少量的金屬催化劑對(duì)無定形硅層120的結(jié)晶作出了貢 獻(xiàn)。因此，大量的金屬催化劑既不通過覆蓋層123也沒有對(duì)結(jié)晶作出貢獻(xiàn)。圖2C是截面圖，示出通過覆蓋層123將金屬催化劑層125的金屬催化劑 125a、 125b予以擴(kuò)散以及通過對(duì)襯底100應(yīng)用退火處理而使金屬催化劑125b 移動(dòng)到無定形硅層120的表面的過程。如圖2C所示，在包括緩沖層110、無定形硅層120、覆蓋層123和金屬催 化劑層125的襯底100上執(zhí)行以127表示的第一退火處理。第一退火處理127 使金屬催化劑層125中的一些金屬催化劑125b移動(dòng)到無定形硅層120的表面。
具體地，在第一退火處理127期間，只有極少量的金屬催化劑125b擴(kuò)散到無定 形硅層120的表面，而大量的金屬催化劑125a并沒有到達(dá)無定形硅層120或完 全通過覆蓋層123。因此，到達(dá)無定形硅層120的表面的金屬催化劑125b的量 取決于與覆蓋層123的厚度密切相關(guān)的覆蓋層123的阻擋擴(kuò)散的能力。也就是 說，當(dāng)覆蓋層123的厚度增加時(shí)，擴(kuò)散的金屬催化劑125a、 125b的量減少，這 導(dǎo)致晶體晶粒的大小增大。相反，當(dāng)覆蓋層123的厚度減小時(shí)，擴(kuò)散的金屬催 化劑125a、 125b的量增加，這導(dǎo)致晶體晶粒的大小減小。下面將進(jìn)一步參考圖 2D討論所擴(kuò)散的金屬催化劑的量和晶體晶粒大小之間的關(guān)系。如圖2C中所示，采用熔爐處理、速熱退火(RTA)處理、紫外線(UV) 處理、激光處理或它們的任何組合，在20CTC或800。C處或在20(TC和80CTC之 間的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行第一退火處理127達(dá)數(shù)秒到數(shù)小時(shí)，以擴(kuò)散金屬催化劑125a 和125b。然而，笫一退火處理無需局限于此。圖2D是橫截面圖，示出通過對(duì)襯底100應(yīng)用以128表示的第二退火處理， 利用所擴(kuò)散的金屬催化劑125b使無定形硅層120結(jié)晶成多晶硅層130的過程。如圖2D中所示，通過第二退火處理128使金屬催化劑125b經(jīng)由覆蓋層123 擴(kuò)散到無定形硅層120 (見圖2C)的表面使無定形硅層120 (見圖2C)結(jié)晶成 多晶硅層130。即，金屬催化劑層125的金屬催化劑125b與無定形硅層120 的硅結(jié)合以形成金屬硅化物，而金屬硅化物的作用如同結(jié)晶的晶種，以使無定形 硅層120或其一部分結(jié)晶。因此，更多的所擴(kuò)散的金屬催化劑125b導(dǎo)致更多的作為晶種的金屬硅化 物，以及更多的晶體晶粒。然而，更多的晶體晶粒導(dǎo)致晶體晶粒的大小變得更小。 另一方面，較少的所擴(kuò)散的金屬催化劑125b導(dǎo)致較少的作為晶種的金屬硅化物， 以及較少的晶體晶粒。然而，較少的晶體晶粒導(dǎo)致晶體晶粒的大小變得較大。因此，本發(fā)明的一些方面的結(jié)晶方法包括在無定形硅層120上形成覆蓋層 123，在該覆蓋層123上形成金屬催化劑層125，執(zhí)行第一和第二退火處理127、 128以擴(kuò)散金屬催化劑125a、 125b,然后使用所擴(kuò)散的金屬催化劑125b使無 定形硅層120結(jié)晶成多晶硅層130,將該方法稱為超細(xì)晶粒硅(SGS)結(jié)晶方 法。因此，可以通過調(diào)節(jié)金屬硅化物(即，結(jié)晶的晶種)的量來調(diào)節(jié)多晶硅層 130的晶體晶粒大小。依次，通過對(duì)形成金屬硅化物有貢獻(xiàn)的金屬催化劑125b
以及利用金屬硅化物的無定形硅層120的結(jié)晶來確定晶體晶粒大小的調(diào)節(jié)。因此，可以通過調(diào)節(jié)與金屬催化劑125b的擴(kuò)散有關(guān)的覆蓋層123的阻擋擴(kuò)散能力來調(diào)節(jié)多晶硅層130的晶體晶粒大小。例如，覆蓋層123的阻擋擴(kuò)散的能力隨其厚度的增加而增加。因此，可以通過調(diào)節(jié)覆蓋層123的厚度來調(diào)節(jié)多晶硅層130 的晶體晶粒大小。在圖2D所示的一些方面，執(zhí)行增加晶體晶粒大小的第二退火處理128而 無需除去覆蓋層123和金屬催化劑層125。在其它方面，可以在除去覆蓋層123 和金屬催化劑層125之后再執(zhí)行第二退火處理128。在另外的一些其它方面，可 以在執(zhí)行第一退火處理127以擴(kuò)散金屬催化劑125a、 125b (見圖2C)之后再 除去金屬催化劑層125,并且可以在第二退火處理128之后再除去覆蓋層123。 可以使用熔爐、RTA、 UV、和/或激光處理在溫度為400。C或130(TC處或在400 。C和130(TC之間、在所要求的時(shí)間期間內(nèi)執(zhí)行第二退火處理128 。在圖2E所示的一些方面，除去覆蓋層123 (見圖2D)和金屬催化劑層125 (見圖2D),以使用第一圖案掩模(未示出)在第一和第二區(qū)域A和B中分別 形成第一和第二半導(dǎo)體層132和134。第一圖案掩模用于在襯底100上形成圖 案的掩模，可以是光掩?；蜿幱把谀?shadow mask)而無限制。為了形成第一和 第二半導(dǎo)體層132和134，在多晶硅層130 (見圖2D)上形成光刻膠層(未示 出)，然后使用第一圖案掩模(未示出)(即，第一光掩模)使光刻膠層曝光和 顯影以形成光刻膠圖案。使用該光刻膠圖案作為掩模來蝕刻多晶硅層130 (見圖 2D)。結(jié)果，在第一區(qū)域A中形成第一半導(dǎo)體層132,并且在第二區(qū)域B中形 成第二半導(dǎo)體層134。接著，如圖2F所示，在形成有半導(dǎo)體層132和134的襯底100上形成柵 極絕緣層140,并且柵極絕緣層140覆蓋層132、 134。柵極絕緣層140可以是 氧化硅層、氮化硅層、或氧化硅層和氮化硅層的雙層。在柵極絕緣層140上形成柵極導(dǎo)電層150。作為例子，柵極導(dǎo)電層150可 以是用鋁(Al)、諸如AI-Nd之類的鋁合金形成的單層，或在鉻(Cr)或鉬(Mo) 合金上沉積了鋁合金的多層。接著，在柵極導(dǎo)電層150上形成光刻膠層，其中光刻膠圖案160是該光刻膠層的一個(gè)部分。使用第二圖案掩模(即，半色調(diào)掩模(half-tone mask) 170)使光刻膠層曝光(以175表示)和顯影，以形成光刻膠圖案160。如圖2F所示， 半色調(diào)掩模170是可以調(diào)節(jié)所透過的光的照射強(qiáng)度的光掩模。半色調(diào)掩模170 包括與第一和第二半導(dǎo)體層132和134的中心部分對(duì)應(yīng)的遮光部分170a、與透 射一部分光的第二半導(dǎo)體層134的末端對(duì)應(yīng)的半色調(diào)部分170b，以及與基本上 透射所有光的第一半導(dǎo)體層132的末端對(duì)應(yīng)的光透射部分170c。所形成的光刻 膠圖案160具有與遮光部分170a對(duì)應(yīng)的厚部160a和與半色調(diào)部分170b對(duì)應(yīng) 的薄部160b。光刻膠圖案160還具有暴露第一半導(dǎo)體層132的柵極導(dǎo)電層150 的光透射部分170c。因此在與半導(dǎo)體層132和134的中心部分對(duì)應(yīng)的光刻膠圖 案160的一些部分處形成厚部160a,而在與第二半導(dǎo)體層134的末端對(duì)應(yīng)的光 刻膠圖案160的一些部分處形成薄部160b。然后，在如圖2G所示的部分A中，使用光刻膠圖案160作為掩模來蝕刻 柵極導(dǎo)電層150，以形成與第一半導(dǎo)體層132的中心部分重疊(或在其上)的第 一柵極151。作為例子，可以通過干蝕刻方法或濕蝕刻方法來蝕刻該柵極導(dǎo)電層 150。圖2H是橫截面圖，示出使用光刻膠圖案來植入第一雜質(zhì)的過程。 如圖2H中所示，在僅僅覆蓋住第一半導(dǎo)體層132的溝道區(qū)域133a的第 一區(qū)域A和完全覆蓋住第二半導(dǎo)體層134的第二區(qū)域B中，將第一雜質(zhì)180植 入襯底100。因此，形成于第二區(qū)域B上的光刻膠圖案160完全屏蔽了第二半 導(dǎo)體層134,因而第一雜質(zhì)180不能夠植入第二半導(dǎo)體層134。另一方面，形成 于第一區(qū)域A上的光刻膠圖案160a只屏蔽了第一半導(dǎo)體層132的第一溝道區(qū)域 133a,因而第一雜質(zhì)180能夠植入第一源極和漏極區(qū)域133b和133c而不植入 第一溝道區(qū)域133a。因此，形成第一半導(dǎo)體層132的第一源極和漏極區(qū)域133b 和133c。舉例說來，在第一區(qū)域A中形成的第一半導(dǎo)體層132的第一源極和漏極區(qū) 域133b和133c中植入的第一雜質(zhì)180是用于形成PMOS薄膜晶體管的p型雜 質(zhì)。該p型雜質(zhì)可以是硼(B)、鋁(Al) 、 4家(Ga)、銦(In)或它們的組合 中的至少一種。在本發(fā)明的一些方面，可以使用硼(B)離子作為第一雜質(zhì)。另 一方面，第一雜質(zhì)可以是B2Hx+、 BHX+ ，其中(x=1， 2, 3，...)，和/或周期表第 3族中的元素。在這個(gè)方面，按6x10"/cm2到5x 10"/cm2的劑量植入硼(B) 離子。當(dāng)按小于6 x 1013/cm2的劑量植入硼(B)離子時(shí)，會(huì)有漏電流產(chǎn)生，而 當(dāng)按大于5 x 1015/cm2的劑量植入硼(B)離子時(shí)，電阻會(huì)增加，因此導(dǎo)致驅(qū)動(dòng) 電壓的增加。此外，在10 keV到100 keV的加速電壓下植入硼(B)離子，并 且在垂直平均傳遞路徑時(shí)，設(shè)置投射范圍Rp (離開表面的直線距離)為距離多 晶硅層130和柵極絕緣層140之間的界面約±500 A之內(nèi)。接著，在圖2I所示的部分B中，蝕刻光刻膠圖案160的較薄部分160b (見 圖2H)，以暴露第二半導(dǎo)體層134的末端上的柵極導(dǎo)電層150 (見圖2H)。蝕 刻該柵極導(dǎo)電層150以形成與第二半導(dǎo)體層134的中心部分重疊(或在其上) 的第二柵極152。因此，第一柵極151和設(shè)置在第一柵極151上的光刻膠圖案 的較厚部分160a保留在第 一 區(qū)域A上，而第二柵極152和設(shè)置在第二柵極152上 的光刻膠圖案的較厚部分160a保留在第二區(qū)域B上。舉例說來，可以通過使用 氧等離子體的灰化方法來蝕刻光刻膠圖案160的較薄部分160b (見圖2H)。 此后，可以部分地蝕刻在其上部的光刻膠圖案(未示出)的較厚部分160a。 圖2J是截面圖，示出把第二雜質(zhì)植入第一、第二區(qū)域的過程。 如圖2J所示，使用柵極151和152作為掩模，在第一和第二區(qū)域A和B 中把第二雜質(zhì)190植入第一和第二半導(dǎo)體層132和134的一些部分。把第二雜 質(zhì)190植入形成在第二區(qū)域B中的第二半導(dǎo)體層134的末端，以形成第二源極 和漏極區(qū)域135b和135c。當(dāng)通過SGS結(jié)晶方法來形成第一區(qū)域A中的第一 半導(dǎo)體層132時(shí)，植入第一區(qū)域A中的第二雜質(zhì)190還具有除去殘留在第一半 導(dǎo)體層132的溝道區(qū)域133a中的極少量的金屬催化劑125b的吸收功能。在各 個(gè)方面，通過吸收，把金屬催化劑125b的剩余量從大塊的第一半導(dǎo)體層132 (諸 如溝道區(qū)域133a)中移除到晶體晶粒的邊界。如上所述，把第二雜質(zhì)190植入第二區(qū)域B中的第二半導(dǎo)體層134以形 成第二源極和漏極區(qū)域135b和135c。把沒有植入第二雜質(zhì)190的區(qū)域A中的 第二溝道區(qū)域135a設(shè)置在第二源極和漏極區(qū)域135b和135c之間。第二雜質(zhì)190 可以是n型雜質(zhì)，并且可以是磷(P)、 PH/和/或P2hV其中(x=1， 2， 3，…)， 以及周期表第5族中的元素中之一。最好，但是并非必需，所使用的第二雜質(zhì)190 是按1x10"/cm2到3x 10"/cm2的劑量植入的磷(P)。當(dāng)按小于1 x 1011/cm2 的劑量植入第二雜質(zhì)190時(shí)，所植入的磷(P)的量不足以除去殘留在第一半導(dǎo) 體層132中的極少量的諸如鎳(Ni)之類的金屬催化劑。另一方面，當(dāng)按大于 3x 1015/(^2的劑量植入第二雜質(zhì)190時(shí)，會(huì)增加第一半導(dǎo)體層132的電阻。這 里，由于磷(P)的原子量高，當(dāng)磷離子的劑量增加時(shí)，在典型的退火溫度下，
電阻并不會(huì)增加。這種電氣效應(yīng)是由于沒有很好地激活磷離子這樣的事實(shí)而引起的。因此，在10keV到100keV的加速電壓下植入具有吸收功能的諸如磷(P) 之類的第二雜質(zhì)190,并且在垂直平均傳遞路徑時(shí)，設(shè)置投射范圍Rp(離開表 面的直線距離)為距離多晶硅層130和柵極絕緣層140之間的界面約±500 A之內(nèi)。然后，如圖2K所示，除去光刻膠圖案160a以暴露第一和第二柵極151和 152。接著，在所暴露的柵極151和152上形成光刻膠層(光刻膠圖案195是 該光刻膠層的一部分)，然后使用第三圖案掩模進(jìn)行曝光和顯影以形成光刻膠圖 案195。光刻膠圖案195覆蓋著整個(gè)的第一區(qū)域A,但是它僅覆蓋著第二區(qū)域B的 一部分，諸如第二柵極152以及圍繞第二柵極152的柵極絕緣層140的暴露部 分。使用光刻膠圖案195作為掩模(未示出)把第三雜質(zhì)(未示出)植入第二 區(qū)域B中的第二半導(dǎo)體層134。第三雜質(zhì)可以是高濃度的n型雜質(zhì)。在第二區(qū) 域B的第二半導(dǎo)體層134中，第二源極和漏極區(qū)域135b和135c可以包括已植 入高濃度的n型雜質(zhì)的區(qū)域135b-1和135C-1,以及已植入低濃度的n型雜質(zhì)并 且位于區(qū)域135b-1和135c-1中每一個(gè)的一側(cè)的區(qū)域135b-2和135c-2。因此， 區(qū)域135b-2和135c-2是輕度摻雜的漏極(LDD )區(qū)域。在電極為隧道式的NMOS 薄膜晶體管可能產(chǎn)生漏電流時(shí)，第二源極和漏極區(qū)域135b和135c的LDD區(qū)域 135b-2和135c-2可以減少漏電流和抑制熱載流子的產(chǎn)生(由源極和漏極區(qū)域 135b和135c以及溝道區(qū)域135a的濃度快速變化而產(chǎn)生的柵誘導(dǎo)漏極漏電 (GIDL)所導(dǎo)致)，從而提高了可靠性。接著，除去光刻膠圖案195并執(zhí)行第三退火處理以除去金屬催化劑(Ni等)。在溫度為5cxrc或80crc處或在50(rc和80(rc之間執(zhí)行笫三退火處理(未示出)達(dá)1到120分鐘。通過使用SGS結(jié)晶方法的第三退火處理，還可以使無定 形硅層120進(jìn)一步結(jié)晶成多晶硅層130,以及除去殘留在第一半導(dǎo)體層132中 的極少量的金屬催化劑(Ni等)，以形成具有優(yōu)良的電氣特性的CMOS薄膜晶 體管。如上所述，當(dāng)把第二雜質(zhì)(諸如磷(P))植入第一區(qū)域A中的第一源極 和漏極區(qū)域133b和133c,然后執(zhí)行第三退火處理以在第一區(qū)域A中形成PMOS 薄膜晶體管時(shí)，提高了 PMOS薄膜晶體管在圖3B中所示的特性。圖3A是曲線14 圖，示出當(dāng)沒有植入具有吸收功能的第二雜質(zhì)時(shí)，柵極電壓Vg和漏極電流ld的 特性。圖3B是曲線圖，示出在已植入磷(P)作為第二雜質(zhì)和執(zhí)行第三退火處理之后的Vg和ld的特性。從這些曲線可以理解，當(dāng)植入第二雜質(zhì)作為吸氣材料然后執(zhí)行第三退火處理時(shí)，提高了薄膜晶體管的特性，如圖3A和3B中的虛線 框內(nèi)所示。因此，為了在第一區(qū)域A中形成PMOS薄膜晶體管和除去殘留在PMOS 薄膜晶體管的半導(dǎo)體層中的金屬催化劑，把諸如磷(P)之類的第二雜質(zhì)(即， n型雜質(zhì))植入第一區(qū)域A中的PMOS薄膜晶體管的半導(dǎo)體層，同時(shí)，把n型 雜質(zhì)植入第二區(qū)域B中的NMOS薄膜晶體管。因此，減少了掩模的數(shù)量，并 且簡(jiǎn)化了制造CMOS薄膜晶體管的過程。圖4是截面圖，示出使用根據(jù)如圖2A-2K所示的本發(fā)明的一個(gè)方面制造 的半導(dǎo)體層來制造CMOS薄膜晶體管的過程。如圖4所示，在形成中間絕緣層165以保護(hù)柵極151和152上的較低結(jié)構(gòu) 之后，蝕刻中間絕緣層165和柵極絕緣層140的預(yù)定區(qū)域，以形成接觸孔175 -178。然后，形成分別填充接觸孔175、 177和176、 178的源極180和182 以及漏極181和183，以制造包括半導(dǎo)體層132和134的CMOS薄膜晶體管， 其中半導(dǎo)體層132和134具有源極區(qū)域133b和135b、漏極區(qū)域135b和135c 以及溝道區(qū)域133a和135a。因此，使用覆蓋層123來控制金屬催化劑的量而使能CMOS薄膜晶體管， 與用金屬誘導(dǎo)結(jié)晶(MIC)方法或金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶(MILC)方法所產(chǎn)生的CMOS 薄膜晶體管的半導(dǎo)體層相比，該CMOS薄膜晶體管所包括的半導(dǎo)體層包括更少 數(shù)量的金屬催化劑以及更大的多晶硅晶粒。圖5A和5B是橫截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面來制造CMOS薄 膜晶體管的方法。由于根據(jù)圖5A和5B的本發(fā)明的方面，除了在制造p型TFT期間植入吸 氣材料和植入p型雜質(zhì)的次序之外，是在大多數(shù)都與圖2A- 2K所示的方面相同 的處理?xiàng)l件(例如，吸氣材料的劑量以及諸如溫度等的植入條件)下執(zhí)行的，所 以只詳細(xì)描述植入吸氣材料的過程和植入p型雜質(zhì)的過程。圖5A是橫截面圖，示出把吸氣材料植入襯底以便除去殘留在半導(dǎo)體層中的 極少量的金屬催化劑的過程。
如圖5A所示，為了除去殘留在半導(dǎo)體層232中的極少量的金屬催化劑， 植入第一雜質(zhì)280,即，吸氣材料。把吸氣材料植入到形成半導(dǎo)體層232和234 的兩個(gè)末端的源極區(qū)域233b和235b、以及漏極區(qū)域233c和235c的位置處。 在該過程中，第一雜質(zhì)可以是磷(P) 、 PH/和/或P2HX+ (其中(x=1，2, 3，…)) 以及周期表第5族的元素中之一。最好，但是并非必需，第一雜質(zhì)280使用按1 x 10"/0712到3 x 1015/cm 的劑量植入的磷(P)作為吸氣材料。當(dāng)按小于1 x 10"/cr^的劑量植入第一雜 質(zhì)280時(shí)，所植入的磷(P)的量不足以吸收殘留在半導(dǎo)體層232中的極少量的 金屬催化劑(諸如鎳(Ni))。另一方面，當(dāng)按大于3 x 10"/cnr^的劑量植入第 一雜質(zhì)280時(shí)，半導(dǎo)體層232的電阻會(huì)增加。這里，由于磷(P)的原子量高， 當(dāng)磷離子的劑量增加時(shí)，在典型的退火溫度下電阻并不會(huì)減小。這個(gè)電氣效應(yīng)是 由于沒有很好地激活磷離子這樣的事實(shí)引起的。因此，在10 keV到100 keV 的加速電壓下植入第一雜質(zhì)280 (諸如磷(P)),并且在垂直平均傳遞路徑時(shí)， 設(shè)置投射范圍Rp (離開表面的直線距離)為距離多晶硅層(用它來制造半導(dǎo)體 層232和234 )和柵極絕緣層240之間的界面約±500 A之內(nèi)。如上所述，使用柵極251和252作為掩模來植入第一雜質(zhì)280，以形成源 極區(qū)域233b和235b以及漏極區(qū)域233c和235c。此后，如圖5B所示，用光 刻膠圖案270覆蓋整個(gè)的第二區(qū)域B和只覆蓋第一區(qū)域A中的柵極251。然后， 把第二雜質(zhì)290植入第一區(qū)域A。所使用的第二雜質(zhì)290是用于形成PMOS薄 膜晶體管的p型雜質(zhì)。該p型雜質(zhì)可以是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)和/或 銦(In)。在本發(fā)明的這個(gè)方面，可以使用硼(B)離子作為第二雜質(zhì)。另一方 面，第二雜質(zhì)可以是B2Hx+、 BHX+ ,其中(x=1，2，3，...)，或周期表第3族的元 素。在本發(fā)明的這個(gè)方面，按6x10"/cm2到5 x 1015/01712的劑量植入硼(B) 離子。當(dāng)按小于6 x 1013/cm2的劑量植入硼(B)離子時(shí)，會(huì)有漏電流產(chǎn)生，而 當(dāng)按大于5 x 1015/cm2的劑量植入硼(B)離子時(shí)，電阻會(huì)增加，因此導(dǎo)致驅(qū)動(dòng) 電壓的增加。此外，在10 keV到100 keV的加速電壓下植入硼(B)離子，并 且在垂直平均傳遞路徑時(shí)，設(shè)置投射范圍Rp (離開表面的直線距離)為距離多 晶硅層(未示出)和柵極絕緣層240之間的界面約±500 A之內(nèi)。在執(zhí)行上述處理之后，在第二區(qū)域B中的第二半導(dǎo)體層234上形成LDD區(qū) 域，與圖2A - 2K的情況相似。
接著，執(zhí)行第三退火處理以除去金屬催化劑。在溫度為500。C或80CTC處或在50crc和8cxrc之間執(zhí)行第三退火處理達(dá)1到120分鐘。通過第三退火處理除去殘留在PMOS薄膜晶體管的半導(dǎo)體層232中的極少量的金屬催化劑(Ni 等)，以形成具有優(yōu)良的電氣特性的CMOS薄膜晶體管。此后，在形成用于保護(hù)柵極上的較低結(jié)構(gòu)的中間絕緣層(未示出)之后， 蝕刻中間絕緣層(未示出)和柵極絕緣層(240)的預(yù)定區(qū)域，以形成接觸孔(未 示出)，并且形成用于填充接觸孔的源極和漏極(未示出)以完成CMOS薄膜晶體管,有鑒于此，可以使殘留在半導(dǎo)體層中的金屬催化劑的量最小化、減少制造 CMOS薄膜晶體管所需要的掩模數(shù)量以及簡(jiǎn)化其制造過程。上文中雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)方面，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以理解，在不偏離本發(fā)明的原理和精-而本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書及其等效來限定.
權(quán)利要求
1.一種制造CMOS薄膜晶體管的方法，包括提供具有第一、第二區(qū)域的襯底；在所述襯底上形成無定形硅層；在所述無定形硅層上形成覆蓋層；在所述覆蓋層上沉積金屬催化劑；在所述襯底上執(zhí)行第一退火處理以使金屬催化劑通過所述覆蓋層擴(kuò)散到所述無定形硅層和所述覆蓋層的界面，以及使用所擴(kuò)散的金屬催化劑使所述無定形硅層結(jié)晶成多晶硅層；除去所述覆蓋層；形成所述多晶硅層的圖案以在所述第一、第二區(qū)域中分別形成第一、第二半導(dǎo)體層；在所述第一、第二半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣層和柵極；把第一雜質(zhì)植入所述第一、第二半導(dǎo)體層；把第二雜質(zhì)植入所述第一、第二半導(dǎo)體層；以及在所述第一、第二半導(dǎo)體層上執(zhí)行第二退火處理以除去殘留在已植入所述第二雜質(zhì)的第一、第二半導(dǎo)體層中的金屬催化劑，其中，按6×1013/cm2到5×1015/cm2的劑量植入所述第一雜質(zhì)，并且按1×1011/cm2到3×1015/cm2的劑量植入所述第二雜質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一雜質(zhì)是n型雜質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，把所述第一雜質(zhì)植入所述第一、 第二半導(dǎo)體層的源極區(qū)域和漏極區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一雜質(zhì)是周期表第5族 中的元素。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一雜質(zhì)是磷(P)、 PH/和 /或P2H/中的一個(gè)，其中，(x=1, 2， 3，...)。
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在10keV到100keV的加速 電壓下植入所述n型雜質(zhì)。
7. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，植入所述n型雜質(zhì)從而投射范 圍(Rp)在距離多所述晶硅層和所述柵極絕緣層之間的界面約土500 A之內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二雜質(zhì)是p型雜質(zhì)。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，把所述第二雜質(zhì)植入所述第一 或第二半導(dǎo)體層的源極區(qū)域和漏極區(qū)域。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述p型雜質(zhì)是硼(B)、 BH/ 和/或B2H/中的一個(gè)，其中，(x=1， 2， 3，…)。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在10 keV到100keV的加速 電壓下植入所述p型雜質(zhì)。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，植入所述p型雜質(zhì)從而投射 范圍(Rp)在距離所述多晶硅層和所述柵極絕緣層之間的界面約士500 A之內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在溫度為50trc或8ocrc或在500。C和800。C之間執(zhí)行所述第二退火處理。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆蓋層是氧化硅層、氮 化硅層，或由氧化硅層和氮化硅層構(gòu)成的 一種雙層結(jié)構(gòu)。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成的所述覆蓋層其厚度在1 或2000 A或在1和2000 A之間。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一區(qū)域的第一半導(dǎo)體 層是PMOS半導(dǎo)體層，而所述第二區(qū)域的第二半導(dǎo)體層是NMOS半導(dǎo)體層。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，形成所述第二半導(dǎo)體層使之 具有溝道區(qū)域、輕度摻雜的漏極(LDD)區(qū)域以及源極區(qū)域和漏極區(qū)域。
18. —種形成具有p型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)和n型金屬氧化物半 導(dǎo)體(NMOS)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的方法，包括將用于吸收殘存在PMOS中的金屬催化劑并且用于形成NMOS中的輕度摻 雜的漏極區(qū)域的雜質(zhì)同時(shí)摻雜至所述PMOS和所述NMOS。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，按6x10"/cm2到5x1015/cm2 的劑量來摻雜所述雜質(zhì)。
20. —種通過如權(quán)利要求1所述的方法得到的CMOS薄膜晶體管，包括 第一半導(dǎo)體層；以及第二半導(dǎo)體層，其中，所述第一、第二半導(dǎo)體層包括第一雜質(zhì)，而第一或第 二半導(dǎo)體層包括第二雜質(zhì)，以及通過所述第二雜質(zhì)和所述第二退火處理從植入有第二雜質(zhì)的第 一或第二半導(dǎo)體層中除去所述金屬催化劑。
全文摘要
一種制造CMOS薄膜晶體管的方法，包括提供襯底；在襯底上形成無定形硅層；在襯底上執(zhí)行第一退火處理以及使無定形硅層結(jié)晶成多晶硅層；形成多晶硅層的圖案以形成第一和第二半導(dǎo)體層；把第一雜質(zhì)植入第一和第二半導(dǎo)體層；把第二雜質(zhì)植入第一或第二半導(dǎo)體層；以及在半導(dǎo)體層上執(zhí)行第二退火處理以除去殘留在植入有第二雜質(zhì)的第一或第二半導(dǎo)體層中的金屬催化劑，其中按6×10¹³/cm²到5×10¹⁵/cm²的劑量植入第一雜質(zhì)，并且按1×10¹¹/cm²到3×10¹⁵/cm²的劑量植入第二雜質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L21/84GK101165881SQ20071010634
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者徐晉旭, 樸炳建, 李基龍, 梁泰勛 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社