JP2000100748A

JP2000100748A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2000100748A
Application number: JP10269090A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Kunii; 正文国井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-04-07
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: JP4553076B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットが高く、かつ、均一で低いシー
ト抵抗の不純物領域を形成することができる半導体装置
の製造方法を提供する。【解決手段】非質量分離型イオン注入装置を用いて、
不純物ガスを流量比で、５％より多く、好ましくは２０
％以上含有する不純物ガスとキャリアガスとの混合ガス
から不純物のイオンを取り出して多結晶シリコン層３
４′中に注入し、薄膜トランジスタのソース領域３４ｃ
およびドレイン領域３４ｄを形成する。そののち、急速
加熱（ＲＴＡ）法により不純物を活性化させる。このと
き、不純物は多量に注入されており、所望の低いシート
抵抗が得られる。非質量分離型イオン注入装置は、線状
イオン源を備えており、混合ガスは線状イオン源部中に
おいてイオン化され、強度が均一な線状イオンビームと
なる。ターゲットは、ターゲットを支持しているエンド
ステーションと共に走査され、全面にイオンが均一に注
入される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオン注入により不
純物領域を形成したのち、注入した不純物を活性化する
工程を含む半導体装置の製造方法に係り、特に、薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）のＬＤＤ
（Lightly Doped Drain ）領域、ソース領域およびドレ
イン領域を形成する工程を含む半導体装置の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶プロジェクタなどに代表され
る液晶表示装置付きの電子機器の普及と共に、液晶表示
装置への高性能化の要求が高まっている。この液晶表示
装置には、スイッチング素子としてＴＦＴが広く用いら
れている。なかでも、多結晶シリコンを用いたＴＦＴ
は、マトリクス画素部と周辺駆動回路部とを同一基板上
に形成することにより駆動回路を内蔵することができ
る、微細化が可能である、などの理由により高精細な液
晶表示装置を実現することができる素子として注目され
ている。

【０００３】この多結晶シリコンを用いたＴＦＴにおい
ては、従来、その製造工程上、高温下での加熱を必要と
するため、低融点を有するガラスなどを基板として用い
ることは不可能であった。しかしながら、液晶表示装置
の低コスト化のためには低融点のガラスなどの安価な基
板を使用することが必須であり、それに伴い、製造工程
上の最高加熱温度が６００℃以下の所謂低温プロセスに
関する開発が進められている。

【０００４】従来、低温プロセスにより多結晶シリコン
を用いたＴＦＴを作製する場合には、バケット型と呼ば
れる質量分離を行わずに大面積に一度にイオン注入を行
うことができる注入装置を用いてイオン注入を行い、注
入したイオンをエキシマレーザにより活性化させてソー
ス領域およびドレイン領域を形成する方法が用いられて
いる。なお、このバケット型のイオン注入装置について
は、例えば特開平９−２３７９００号公報に開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来で
は、バケット型のイオン注入装置を用いることにより多
結晶シリコンＴＦＴの低温化プロセスが可能であった。
しかしながら、このようなバケット型のイオン注入装置
を用いると、装置の構造上、基板の周辺部ではイオンビ
ームの電流密度が低くなる傾向があり、打ち込まれるイ
オンビームの強度の均一性が低下し、低いシート抵抗の
不純物領域（ソース領域およびドレイン領域）を安定し
て形成することができないという問題があった。また、
基板のサイズが大きくなると、装置が巨大化し、量産装
置として現実的ではなくなるという問題もあった。

【０００６】更に、注入した不純物の活性化のためにエ
キシマレーザを照射すると、基板サイズが大きい場合に
はスループットが低くなることに加えて、装置の構造が
複雑となり、そのメンテナンスを頻繁に行う必要がある
という問題があった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、スループットが高く、かつ、均一で
低いシート抵抗の不純物領域を形成することができる半
導体装置の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は、多結晶シリコン層中に一方導電型の第１
の不純物のイオンを注入して第１の不純物領域を選択的
に形成する工程と、第１の不純物と同一導電型の第２の
不純物の元素を含む不純物ガスとキャリアガスとを含む
と共に、流量比において不純物ガスを５％より多く含有
する混合ガスから、第２の不純物のイオンを取り出し、
この取り出した第２の不純物のイオンを、多結晶シリコ
ン層中の第１の不純物領域に隣接する領域に選択的に注
入して第１の不純物領域より高濃度の第２の不純物領域
を形成する工程と、第１の不純物領域および第２の不純
物領域中の不純物をそれぞれ活性化させる工程とを含む
ものである。

【０００９】本発明による半導体装置の製造方法では、
多結晶シリコン層中にイオンが注入されて第１の不純物
領域が形成されたのち、第２の不純物の元素を含む不純
物ガスを流量比において５％より多く含有する混合ガス
から高濃度の第２の不純物のイオンが取り出され、この
イオンが多結晶シリコン層中に選択的に注入されて第２
の不純物領域が形成される。注入された第１の不純物お
よび第２の不純物は、例えば急速加熱法によりそれぞれ
活性化される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１１】具体的な実施の形態の説明に先立ち、ま
ず、本発明に係る半導体装置の製造方法において用いら
れるイオン注入方法について説明する。

【００１２】第１の方法は質量分離を行わずにイオン注
入する方法である。図６は、この方法に用いる非質量分
離型イオン注入装置の概略図を表している。この非質量
分離型イオン注入装置は、ホスフィン（ＰＨ₃）やジボ
ラン（Ｂ₂Ｈ₆）などの不純物ガスを供給する不純物ガ
ス源１１ａと水素（Ｈ₂），ヘリウム（Ｈｅ），ネオン
（Ｎｅ），アルゴン（Ａｒ）などのキャリアガスを供給
するキャリアガス源１１ｂとを有し、これらのガスを例
えば図示しない流量調節計を用いて所定の比率で混合す
るガス供給装置１１と、高周波やマイクロ波を用いて高
密度プラズマを作り、ガス供給装置１１から供給された
混合ガスをイオン化する線状イオン源部１２と、線状イ
オン源部１２から引き出されたイオンが打ち込まれるタ
ーゲット１３（すなわち基板）を支持するためのエンド
ステーション１４とを備えている。

【００１３】図７は線状イオン源部１２の内部構造の一
例を表すものである。この線状イオン源部１２は、内部
に例えば縦方向に、互いに独立に電流（フィラメント電
流）制御可能な３つのフィラメント１２ａ〜１２ｃが並
設されており、これらフィラメント１２ａ〜１２ｃに対
して不純物ガスを含む混合ガスがガス導入口１２ｄを介
して供給されると、不純物イオンが発生するようになっ
ている。フィラメント１２ａ〜１２ｃの前方には、直流
電源１２ｅにより駆動される引き出し電極１２ｆ、加速
電極１２ｇおよび抑制電極１２ｈの３枚の電極がそれぞ
れこの順に配設されている。すなわち、この線状イオン
源部１２では、３つのフィラメント１２ａ〜１２ｃによ
り発生した不純物イオンが、これら引き出し電極１２
ｆ、加速電極１２ｇおよび抑制電極１２ｈの３枚の電極
により、引き出され、加速されて線状イオンビームＩと
なる。なお、図示しないが、縦方向（ビームの長手方
向）に沿って３つのファラデーカップが並設されてお
り、これらファラデーカップによりイオンビーム電流が
検出されると共に、これらのイオンビーム電流が３つの
フィラメント１２ａ〜１２ｃにフィードバックされるこ
とにより、線状イオンビーム電流の縦方向のばらつきが
低減され、均一性が確保されている。

【００１４】この非質量分離型イオン注入装置では、エ
ンドステーション１４の動作に応じてターゲット１３が
左右方向に移動し、線状イオンビームＩにより走査され
る。これにより不純物イオンがターゲット１３の全面に
打ち込まれる。

【００１５】線状イオン源部１２とエンドステーション
１４とは互いに接近して配設されている。よって、線状
イオン源部１２から引き出され線状イオンビームＩは、
加速された直後にターゲット１３に垂直に照射される。
これにより、前述したバケット型のイオン注入装置を用
いた場合とは異なり、ターゲット１３の全体におけるイ
オンビーム強度の均一性を確保することができる。ま
た、線状イオン源部１２を備えることにより、装置全体
をコンパクトに形成することができるため、ターゲット
１３が大きい場合には特に好適である。

【００１６】第２の方法は、質量分離を行い所定の質量
のイオンのみを取り出して注入する方法である。図８
は、この方法に用いる質量分離型イオン注入装置を表し
ている。この質量分離型イオン注入装置は、不純物ガス
を供給する不純物ガス源２１ａとキャリアガスを供給す
るキャリアガス源２１ｂとを有し、更に、これらのガス
を例えば図示しない流量調節計を用いて所定の比率で混
合するガス供給装置２１と、混合されたガスをイオン化
する線状イオン源２２とを備えている。線状イオン源２
２から引き出されたイオンは、高電圧で加速されて線状
イオンビームＩとなる。更に、この質量分離型イオン注
入装置は、スリット２３を通過して到達したイオンを例
えば９０°偏向させ、そのうちの所定のイオンのみを通
過させる偏向マグネット２４と、通過する線状イオンビ
ームＩに対して水平方向に小型電磁石が多数並べられた
多重磁極子（マルチポール）２５と、線状イオンビーム
Ｉが照射されるターゲット２６を支持するエンドステー
ション２７とを備えている。

【００１７】偏向マグネット２４は、例えば扇状の一対
の電磁石により構成されており、扇状の均一な磁界を形
成し、線状イオンビームＩを円を描くように例えば９０
°偏向させる。このとき、磁界中を移動するイオンの円
軌道半径は質量によって異なっており、重いイオンは大
きい半径で、軽いイオンは小さい半径でそれぞれ曲げら
れ分離される。ここでは、分離されたイオンのうち、所
定の質量のイオンのみを通過させる。従って、所定のイ
オンは、一対の電磁石間の距離に相当する長さの線状と
なって偏向マグネット２４の出口を通過する。

【００１８】多重磁極子２５は、エンドステーション２
７上におけるイオンビーム強度のばらつきを±３％以内
に抑えて、イオンビーム強度の均一性を確保する役割を
果たしている。また、エンドステーション２７は、上下
方向（紙面に対して垂直方向）に滑動するようになって
おり、エンドステーション２７の動作に応じてターゲッ
ト２６が上下方向（紙面に対して垂直方向）に移動し、
線状イオンビームＩにより走査される。これにより、線
状イオンビームＩが均一の強度でターゲット２６の全面
に照射される。

【００１９】ここでは、所定のイオンのみが選択的にタ
ーゲット２６に打ち込まれるので、不純物の濃度分布お
よび注入深さを共に高い精度で制御することができる。
よって、この質量分離型イオン注入装置は、特に、低濃
度の不純物を注入する場合には好適である。

【００２０】本発明は、これらのイオン注入方法を用い
て不純物のイオン注入を行い、注入した不純物を活性化
させることにより、均一な、低いシート抵抗値を有する
不純物領域を生産性よく形成するものである。以下、本
発明をＴＦＴの製造方法に適用した例について説明す
る。

【００２１】（第１の実施の形態）図１（Ａ）〜（Ｄ）
は、本発明の第１の実施の形態に係るｎチャネルＴＦＴ
の製造方法を表すものである。まず、図１（Ａ）に示し
たように、例えばソーダガラスなどの低融点ガラスより
なる基板３１上に、例えば厚さが１００〜２５０ｎｍの
金属膜を成膜し、パターニングしてゲート電極３２を形
成する。金属としては、例えば、アルミニウム（Ａ
ｌ），タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ），タング
ステン（Ｗ），クロム（Ｃｒ）および銅（Ｃｕ）などが
挙げられる。

【００２２】次いで、図１（Ｂ）に示したように、基板
３１の全面に、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition ）法，常圧ＣＶＤ法および減圧ＣＶＤ法の
うちのいずれかの方法により、例えば厚さが５０ｎｍの
窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）膜３３ａおよび例えば厚さが２
００ｎｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）膜３３ｂを連続的
に成膜してゲート絶縁膜３３を形成する。更に、二酸化
ケイ素膜３３ｂ上に連続して例えば厚さが３０〜８０ｎ
ｍの非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜３４を形成する。

【００２３】なお、ゲート絶縁膜３３，非晶質シリコン
膜３４をプラズマＣＶＤ法により形成した場合には、非
晶質シリコン膜３４を形成した後に、例えば、窒素（Ｎ
₂）雰囲気中において、４００〜５００°Ｃの温度で１
〜２時間加熱することにより、これらの膜中に含まれる
水素（Ｈ₂）を脱離させる。

【００２４】続いて、必要に応じて、非晶質シリコン膜
３４中のゲート電極３２と対向する領域に、例えば１×
１０¹²〜６×１０¹²個／ｃｍ²のホウ素イオン（Ｂ⁺）
を注入する。この領域は後述のチャネル領域３４ａ（図
１（Ｃ）参照）に対応する領域である。注入条件は、例
えば、加速電圧を１０ｋｅＶ、線状イオンビームＩのラ
イン幅を６２０ｍｍとする。ここでは、例えば既に述べ
た質量分離型のイオン注入法により均一に制御性よく注
入する。これにより、ゲート電極３２の閾値電圧Ｖ_thが
決定される。なお、ｐチャネルＴＦＴの場合には、同様
にしてリンイオン（Ｐ⁺）を注入すればよい。

【００２５】次に、非晶質シリコン膜３４を形成したの
ち、またはホウ素イオンを注入したのちに、基板３１に
例えばレーザビームＬを照射することにより加熱して、
図１（Ｃ）に示したように、非晶質シリコン膜３４を多
結晶シリコン膜３４′に変化させる。レーザビームＬと
しては、例えばＸｅＦエキシマレーザなどのエキシマレ
ーザが用いられる。なお、レーザ照射の代わりに、固相
成長法やＲＴＡ法により加熱してもよい。

【００２６】次いで、例えば、シラン（ＳｉＨ₄）ガス
を原料ガスとして用いたＣＶＤ法により厚さ１００〜３
００ｎｍの二酸化ケイ素膜を成膜したのち、裏面露光に
よりパターニングを行い、イオン注入の際のマスクとな
るマスク層３５を形成する。

【００２７】次いで、例えば先の図８に示した質量分離
型イオン注入装置を用いて、マスク層３５を用い、例え
ば、６×１０¹²〜５×１０¹³個／ｃｍ²のリンイオン
（Ｐ⁺）を１０ｋｅＶの加速電圧で基板３１の全面に注
入して、ｎ^-型のＬＤＤ領域３４ｂを形成する。なお、
このイオン注入は、前述の非質量分離型イオン注入装置
を用いて行ってもよい。非質量分離型イオン注入装置を
用いる場合には、線状イオンビームＩの制御電流を１μ
Ａ／ｃｍ以下に絞ると、この程度の低濃度のイオン注入
であっても制御性よく、均一に注入することができる。

【００２８】次いで、例えばＬＤＤ領域３４ｂおよびマ
スク層３５上にフォトレジスト膜（図示せず）を形成
し、このフォトレジスト膜をマスクとして、例えば、図
６に示した非質量分離型イオン注入装置を用いて、８×
１０¹⁴〜５×１０¹⁵個／ｃｍ²のリンイオンを基板３１
に選択的に注入し、ＬＤＤ領域３４ｂに隣接してｎ⁺型
のソース領域３４ｃおよびドレイン領域３４ｄを形成す
る。このとき、不純物ガスには例えばホスフィンガスを
用い、キャリアガスには水素ガス，ヘリウムガス，ネオ
ンガスおよびアルゴンガスのうちの少なくとも１種を含
むガスを用いる。

【００２９】ここで、本実施の形態では、ガス供給装置
１１からは、不純物ガスを流量比（すなわち、体積比）
で、５％より多く、好ましくは２０％以上含有する混合
ガスを供給する。不純物ガスが５％以下であると後述の
ようにＲＴＡ法により不純物を活性化させる際の活性化
率が低くなるためである。不純物ガスをこの程度含有す
る混合ガスを用いてイオン注入を行うことにより、注入
イオンに含まれる不純物イオンの割合が増大する。従っ
て、注入時間を延長してスループットの低下を招くこと
なく、注入不純物量を増大させることができる。

【００３０】なお、ｐチャネルＴＦＴの場合には、不純
物ガスとしてジボランを用いて上述した方法と同様の方
法により前述の多結晶シリコン膜３４′中にホウ素イオ
ンを注入して、ｐ⁺型のソース領域およびドレイン領域
を形成する。ここでも、ガス供給装置１１からは、不純
物ガスを流量比で５％より多く、好ましくは２０％以上
含有する混合ガスを供給する。

【００３１】次いで、例えば、以下に説明するＲＴＡ装
置を用いて波長２４０〜４００ｎｍの紫外光ＵＶを瞬間
的（約１秒）に基板３１に照射して、ＬＤＤ領域３４
ｂ，ソース領域３４ｃおよびドレイン領域３４ｄ中の不
純物をそれぞれ活性化させる。

【００３２】図９は、ＲＴＡ装置の概略の一例を表すも
のである。このＲＴＡ装置は、基板３１を赤外線により
予備加熱するための予熱処理ゾーン４１ａ〜４１ｃ，こ
れらの予熱処理ゾーン４１ａ〜４１ｃにおいて予備加熱
された基板３１を急速加熱（ＲＴＡ：Rapid Thermal An
nealing ）するためのＲＴＡユニット４２、このＲＴＡ
ユニット４２の入口と出口とにおいてプロセス温度を測
定するための放射温度計（パイロメータ）４３、および
ＲＴＡユニット４２により急速に加熱された基板３１を
赤外線加熱により徐々に冷却するための冷却ゾーン４４
を備えており、基板３１は、この順に図に矢印で示した
ように搬送機構（図示せず）によって搬送されるように
なっている。ＲＴＡユニット４２は、上下に対向配置さ
れた熱源としての一対のキセノンアークランプ４２ａ，
４２ａと、これらキセノンアークランプ４２ａ，４２ａ
の背面を覆うように配置された反射板４２ｂとを有して
いる。

【００３３】このＲＴＡ装置では、例えば本実施の形態
の基板３１が搬入されると、基板３１は予熱処理ゾーン
４１ａ〜４１ｃにおいて図示しない赤外線ランプにより
４００〜５００℃程度まで加熱される。続いて、基板３
１は例えば１０〜２５ｍｍ／秒程度の速度で矢印方向
（冷却ゾーン４４側）に搬送され、キセノンアークラン
プ４２ａ，４２ａから発せられる波長２４０〜４００ｎ
ｍの紫外光を吸収する。ここで、基板３１は１秒程度の
間に例えば５００〜７００℃まで加熱される。更に、基
板３１は冷却ゾーン４４に搬送され、赤外線照射により
徐冷される。

【００３４】放射温度計４３によって測定されるプロセ
ス温度は、キセノンアークランプ４２ａ，４２ａのラン
プパワー，予熱処理ゾーン４１ａ〜４１ｃにおける赤外
線ランプのランプパワーおよび基板３１の搬送速度の３
つのパラメータによって決定される。これらのパラメー
タの最適条件は、基板３１（本実施の形態ではガラス）
の材質（例えばAN635 ，Corning Code 1737 など）や厚
さや大きさによって異なる。従って、使用する基板３１
に応じて各パラメータを適宜に調節してプロセス温度を
決定することにより、基板３１内での温度勾配の発生に
よる基板３１の熱収縮などを防止することができる。ガ
ラスよりなる基板３１では、例えば、AN635 の場合には
軟化点が６３５°Ｃであり、Corning Code 1737 の場合
には軟化点が６６７℃であるので、ＲＴＡユニット４２
内における加熱温度が軟化点温度を大幅に超えない７０
０℃以下、好ましくは６００℃以下となるように各パラ
メータを調節する。

【００３５】本実施の形態のように、ＲＴＡ法により不
純物を活性化させる場合には、基板を長尺のキセノンア
ークランプ４２ａ下で一方向に搬送させるだけでよいの
で、例えば、基板の大きさが６００×７２０ｍｍ程度ま
で拡大しても６０枚／分の処理速度を実現することがで
きる。これに対して、従来技術で説明したレーザ照射に
より不純物を活性化させる場合には、レーザビームの長
さを長尺化させるためにはレーザ本体の出力を極めて大
きくする必要がある。従って、レーザビームを走査させ
て基板全体について活性化を行うと、例えば、６００×
７２０ｍｍ程度の大きさの基板の場合、処理能力は最大
でも３０枚／分程度であり、ＲＴＡ法の方がレーザアニ
ール法よりも２倍程度処理能力に優れている。

【００３６】また、ＲＴＡ法は加熱温度の均一性に優れ
ており、エキシマレーザを用いる場合よりも、ＬＤＤ領
域３４ｂ、ソース領域３４ｃおよびドレイン領域３４ｄ
におけるシート抵抗のばらつきが小さく、基板の全面で
均一なシート抵抗の分布が得られるという利点がある。

【００３７】更に、既に述べたように不純物ガスを５％
よりも多く含有する混合ガスを用いることによりイオン
注入時の注入不純物量を増大させているため、ＲＴＡ処
理温度（すなわちＲＴＡユニット４２内における加熱温
度）が低い場合においても所望の不純物の活性化率を確
保することができる。

【００３８】次いで、図２に示したように、基板３１の
全面に、例えば、プラズマＣＶＤ法により厚さが２００
〜４００ｎｍになるように二酸化ケイ素膜３６ａおよび
窒化ケイ素膜３６ｂを連続的に成膜して層間絶縁膜３６
を形成する。そののち、例えば、窒素雰囲気中において
３５０℃で１時間加熱することにより層間絶縁膜３６中
の水素を多結晶シリコン膜３４´に中に拡散させ、多結
晶シリコン膜３４´の水素化を行う。

【００３９】次いで、層間絶縁膜３６を選択的に除去し
てコンタクト孔３７ａを形成し、このコンタクト孔３７
ａ内に、例えば、モリブデンあるいはアルミニウムをス
パッタリングにより埋め込み、配線電極３７を形成す
る。

【００４０】次いで、基板３１の全面に、例えば、アク
リル系有機樹脂を１μｍ程度塗布して平坦化層３８を形
成する。そののち、平坦化層３８およびその直下の層間
絶縁膜３６を選択的に除去してコンタクト孔３９ａを形
成し、コンタクト孔３９ａに沿って、例えば、スパッタ
リング法によりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などよりな
る透明電極３９を形成することにより、ＴＦＴが完成す
る。

【００４１】このように、本実施の形態に係る半導体装
置の製造方法によれば、不純物ガスを流量比で５％より
多く、好ましくは２０％以上含有する混合ガスを用いて
ソース領域３４ｃおよびドレイン領域３４ｄを形成した
のち、ＲＴＡ法により不純物を活性化するようにしたの
で、高いスループットを有し、かつ所望の高い活性化
率、すなわちソース領域３４ｃおよびドレイン領域３４
ｄにおいて均一で低いシート抵抗値を得ることができ
る。

【００４２】また、線状イオン源１２とエンドステーシ
ョン１４とが互いに接近して配設された非質量分離型の
イオン注入装置を用いてイオン注入を行うことによりソ
ース領域３４ｃおよびドレイン領域３４ｄを形成するよ
うにしたので、注入時のイオンビーム強度を均一にする
ことができる。

【００４３】更に、線状イオン源１２を用いるようにし
たので、スループットを悪化させるおそれがないことに
加えて、イオン注入装置をコンパクトに形成することが
できるため、基板３１の面積が大きい場合には特に有効
である。

【００４４】（第２の実施の形態）図３（Ａ），（Ｂ）
および図４は、本発明の第２の実施の形態に係るＴＦＴ
の製造方法を表すものである。まず、図３（Ａ）に示し
たように、例えばソーダガラスなどの低融点ガラスより
なる基板５１上に、例えば、プラズマＣＶＤ法，常圧Ｃ
ＶＤ法および減圧ＣＶＤ法のうちのいずれかの方法によ
り窒化ケイ素膜５２ａおよび二酸化ケイ素膜５２ｂを成
膜して厚さ１００〜２００ｎｍのバッファ層５２を形成
する。この場合、二酸化ケイ素膜５２ｂは例えばシラン
（ＳｉＨ₄）またはジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）などの無機
系シランガスを原料ガスとして用いる。なお、二酸化ケ
イ素膜５２ｂは、スパッタリング法や蒸着法によっても
成膜することができる。

【００４５】次いで、二酸化ケイ素膜５２ｂ上に、例え
ば、プラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法により厚さが
３０〜８０ｎｍの非晶質シリコン膜５３を形成する。こ
こで、プラズマＣＶＤ法により形成した場合には、例え
ば、窒素雰囲気中において４００〜４５０℃で１時間程
度加熱することにより非晶質シリコン膜５３中に含まれ
る水素を脱離させる。

【００４６】次いで、基板５１にレーザビームＬを照射
することにより加熱して、非晶質シリコン膜５３を多結
晶シリコン膜５３′に変化させる。なお、レーザ照射の
代わりに、固相成長法やＲＴＡ法により加熱してもよ
い。そののち、この多結晶シリコン膜を選択的にエッチ
ングして島形状にパターニングする。

【００４７】次いで、図３（Ｂ）に示したように、基板
５１の全面に、例えば、プラズマＣＶＤ法，常圧ＣＶＤ
法，減圧ＣＶＤ法，ＥＣＲ−ＣＶＤ法およびスパッタリ
ング法のうちのいずれかの方法により厚さ５０〜４００
ｎｍの二酸化ケイ素よりなるゲート絶縁膜５４を形成す
る。

【００４８】続いて、必要に応じて、上述の多結晶シリ
コン膜中に、例えば５×１０¹¹〜４×１０¹²個／ｃｍ²
のホウ素イオンを選択的に注入する。このホウ素イオン
注入領域はチャネル領域５３ａに相当する領域である。
注入条件は、例えば、加速電圧を５０ｋｅＶ、線状イオ
ンビームＩのライン幅を６２０ｍｍとする。これによ
り、後述するゲート電極５５の閾値電圧Ｖ_thが決定され
る。なお、このイオン注入は、ゲート絶縁膜５４を形成
する前に行ってもよい。

【００４９】次いで、ゲート絶縁膜５４を形成したの
ち、またはホウ素イオンを注入したのち、例えばアルミ
ニウム，タンタル，モリブデン，タングステン，チタン
（Ｔｉ）および不純物が添加されたシリコンなどによ
り、厚さが２００〜８００ｎｍのゲート電極５５を形成
する。

【００５０】次いで、加速電圧を例えば９０ｋｅＶとす
ること以外は第１の実施の形態において説明した方法と
同様の方法により、ｎ^-型のＬＤＤ領域５３ｂを形成す
る。ここでは、第１の実施の形態と比較して加速電圧が
大きいため、チャネル領域５３ａやＬＤＤ領域５３ｂな
ど多結晶シリコン膜５３’の表面は非晶質化する。

【００５１】次いで、例えば、ゲート電極５５およびＬ
ＤＤ領域５３ｂ上にフォトレジスト膜（図示せず）を形
成し、このフォトレジスト膜をマスクとして、例えば図
６に示した非質量分離型イオン注入装置を用いて、例え
ば、１×１０¹⁵個／ｃｍ²のリンイオンを基板５１に注
入し、ｎ⁺型のソース領域５３ｃおよびドレイン領域５
３ｄを形成する。このとき、不純物ガスには例えばホス
フィン（ＰＨ₃）ガスを用い、キャリアガスには水素
（Ｈ₂）ガス，ヘリウム（Ｈｅ）ガス，ネオン（Ｎｅ）
ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスのうちの少なくとも１
種を含むガスを用いる。また、ガス供給装置１１から
は、不純物ガスを流量比で５％より多く、好ましくは２
０％以上含有する混合ガスを供給する。

【００５２】次いで、基板５１の全面に、例えば、厚さ
６００ｎｍ程度のＰＳＧ（Phospho-Silicate Glass）ま
たは二酸化ケイ素よりなる層間絶縁膜５６を形成する。

【００５３】次いで、例えば、図９に示したＲＴＡ装置
を用いて、第１の形態において説明した方法と同様の方
法により、ＬＤＤ領域５３ｂ，ソース領域５３ｃおよび
ドレイン領域５３ｄ中の不純物をそれぞれ活性化させ
る。なお、ここでは既に述べたようにチャネル領域５３
ａ，ＬＤＤ領域５３ｂ，ソース領域５３ｃおよびドレイ
ン領域５３ｄの表面が非晶質化しているため、ＲＴＡユ
ニット４２内における加熱温度が例えば７００℃程度と
なるように、キセノンアークランプ４２ａのランプパワ
ー，予熱処理ゾーン４１の赤外線ランプのランプパワー
および基板３１の搬送速度を調節する。

【００５４】次いで、層間絶縁膜５６を選択的に除去し
てコンタクト孔５７ａを形成し、このコンタクト孔５７
ａ内に、例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金をスパッタリングによ
り埋め込んで配線電極５７を形成する。続いて、層間絶
縁膜５６および配線電極５７上に、例えば、プラズマＣ
ＶＤ法により厚さ２００〜４００ｎｍの窒化ケイ素より
なる層間絶縁膜５８を形成する。そののち、例えば、窒
素雰囲気中において３５０℃で１時間加熱することによ
り層間絶縁膜５８中の水素を多結晶シリコン膜５３´に
中に拡散させ、多結晶シリコン膜５３´の水素化を行
う。

【００５５】次いで、層間絶縁膜５８上に、例えば、ア
クリル系有機樹脂を１μｍ程度塗布して平坦化層５９を
形成する。そののち、平坦化層５９およびその直下の層
間絶縁膜５８と層間絶縁膜５６とゲート絶縁膜５４とを
選択的に除去してコンタクト孔６０ａを形成し、コンタ
クト孔６０ａに沿って、例えば、スパッタリング法によ
りＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等よりなる透明電極６０
を形成することより、ＴＦＴが完成する。

【００５６】このように本実施の形態においても、第１
の実施の形態と同様に、不純物ガスを流量比で５％より
多く、好ましくは２０％以上含有する混合ガスを用いて
ソース領域５３ｃおよびドレイン領域５３ｄを形成した
のち、ＲＴＡ法により不純物を活性化するようにしたの
で、高いスループットを有し、かつ所望の高い活性化
率、すなわちソース領域５３ｃおよびドレイン領域５３
ｄにおいて均一で低いシート抵抗値を得ることができ
る。また、線状の線状イオン源１２とエンドステーショ
ン１４とが互いに接近して配設された非質量分離型のイ
オン注入装置を用いてイオン注入を行うようにしたの
で、注入時のイオンビーム強度を均一にすることがで
き、かつ生産性にも優れている。加えて、イオン注入装
置をコンパクトに形成することができるため、基板５１
の面積が大きい場合には特に有効である。

【００５７】

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００５８】本実施例では、第１の実施の形態において
説明した方法によって、５種類のＴＦＴを作製した。す
なわち、各々、基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、チ
ャネル領域およびＬＤＤ領域を含む多結晶シリコン層お
よびストッパ層を形成したのち、後述する異なる混合ガ
スを用いてソース領域およびドレイン領域を作製した。
なお、ｎ型の不純物領域形成には不純物ガスとしてホス
フィンガスを用い、ｐ型の不純物領域形成には不純物ガ
スとしてジボランガスを用い、キャリアガスには共に水
素ガスを用いた。次いで、後述する条件によりＲＴＡを
行ってＬＤＤ領域、ソース領域およびドレイン領域中の
不純物を活性化させた。続いて、層間絶縁膜、配線電
極、平坦化層および画素電極を形成した。

【００５９】ソース領域およびドレイン領域形成のため
のイオン注入は、イオン注入量を１×１０¹⁵個／ｃｍ²
とし、混合ガス中の不純物ガスの割合を１％，５％，２
０％，５０％および１００％（すなわち不純物ガスの
み）と種々変化させて行った。

【００６０】また、ＲＴＡは、予熱ゾーンの温度を５５
０℃，ＲＴＡユニット内における加熱温度を６００℃，
キセノンアークランプのランプパワーを１５ｋＷ，ＲＴ
Ａ装置内での基板搬送速度を２０ｍｍ／秒として行っ
た。

【００６１】なお、本実施例に対する比較例として、不
純物ガスの割合が５％である混合ガスを用いてイオン注
入を行うことによりソース領域およびドレイン領域を形
成したのち、エネルギー２８０ｍＪ／ｃｍ²、発振周波
数２００Ｈｚの条件でエキシマレーザを照射して不純物
の活性化を行ったＴＦＴを作製した。比較例では、その
他の条件は本実施例と同一とした。

【００６２】このようにして得られた本実施例および比
較例の各ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域のシー
ト抵抗を測定した。得られた結果を図５に示す。

【００６３】図５から、ｎ⁺型、ｐ⁺型の両方共に、不
純物ガスが５％以下であると不純物の活性化率が低く、
シート抵抗が５ｋΩ／□以上と急激に増大することが分
かった。これは、イオン注入装置の線状イオン源から引
き出されたイオンのうち、リンイオン（またはホウ素イ
オン）の水素イオンに対する割合が不純物ガスの混合ガ
スに対する割合以下に減少するためであり、このように
シート抵抗が高いとＴＦＴのオン電流が低下したり、コ
ンタクト抵抗が増大する原因となる。

【００６４】これに対し、不純物ガスの含有量が２０％
の場合には、シート抵抗値は約２ｋΩ／□であり、エキ
シマレーザを照射して不純物の活性化を行った場合のシ
ート抵抗値に近づき、実用上問題のない値が得られた。
不純物ガスの含有量が５０％および１００％の場合は、
更に低いシート抵抗値が得られた。

【００６５】以上の結果から、混合ガス中における不純
物ガスの割合は５％より多いことが必要であることが分
かった。また、不純物ガスの割合が２０％以上の場合に
は、不純物活性時の加熱温度を下げることができ、６０
０℃以下であっても低いシート抵抗を得られることが分
かった。なお、キャリアガスとして水素の代わりにヘリ
ウム、ネオンあるいはアルゴンを用いた場合について
も、同様の結果が得られる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によ
れば、不純物ガスを流量比で５％より多く含有する混合
ガスから不純物のイオンを取り出し、このイオンを多結
晶シリコン層中に注入して第２の不純物領域を形成する
ようにしたので、短時間で多量の不純物を注入すること
ができる。また、このように多量に注入された不純物
を、例えば急速加熱法により活性化させることにより、
所望の高い活性化率が得られる。よって、高いスループ
ットを有しつつ、十分に高い不純物の活性化率を得るこ
とができ、均一で低いシート抵抗値を有する不純物領域
を形成することができるという効果を奏する。

【００６７】特に、請求項６記載の半導体装置の製造方
法によれば、第２の不純物領域として薄膜トランジスタ
のソース領域およびドレイン領域を形成するようにした
ので、シート抵抗の低い薄膜トランジスタを生産性よく
作製することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜トランジ
スタの製造工程を表す断面図である。

【図２】図１に続く製造工程を表す断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る薄膜トランジ
スタの製造工程を表す断面図である。

【図４】図３に続く製造工程を表す断面図である。

【図５】ソース領域およびドレイン領域形成時に用いる
不純物ガスの濃度とシート抵抗との関係を表す特性図で
ある。

【図６】非質量分離型のイオン注入装置の構造を表す概
略図である。

【図７】図６に示したイオン注入装置の部分的内部構造
を表す概略図である。

【図８】質量分離型のイオン注入装置の構造を表す概略
図である。

【図９】ＲＴＡ装置の構造を表す概略図である。

【符号の説明】

１１ａ，２１ａ…不純物ガス源、１２ａ，２２ａ…キャ
リアガス源、１２，２２…線状イオン源、１３，２６…
ターゲット、１４，２７…エンドステーション、２４…
偏向マグネット、３１，５１…基板、３２，５５…ゲー
ト電極、３３，５４…ゲート絶縁膜、３４ａ，５３ａ…
チャネル領域、３４ｂ，５３ｂ…ＬＤＤ領域、３４ｃ，
５３ｃ…ソース領域、３４ｄ，５３ｄ…ドレイン領域、
４１ａ〜４１ｃ…予熱ゾーン、４２…ＲＴＡユニット、
４２ａ…キセノンアークランプ、４４…冷却ゾーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１６Ａ６２７Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶シリコン層中に一方導電型の第１
の不純物のイオンを注入して第１の不純物領域を選択的
に形成する工程と、前記第１の不純物と同一導電型の第２の不純物の元素を
含む不純物ガスとキャリアガスとを含むと共に、流量比
において前記不純物ガスを５％より多く含有する混合ガ
スから、前記第２の不純物のイオンを取り出し、この取
り出した第２の不純物のイオンを、前記多結晶シリコン
層中の前記第１の不純物領域に隣接する領域に選択的に
注入して前記第１の不純物領域より高濃度の第２の不純
物領域を形成する工程と、前記第１の不純物領域および前記第２の不純物領域中の
不純物をそれぞれ活性化させる工程とを含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記不純物ガスを２０％以上含有する混
合ガスを用いることを特徴とする請求項１記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項３】前記第１の不純物領域および第２の不純
物領域をイオン注入により形成する工程において、イオ
ンビームを線状に形成して前記多結晶シリコン層中に注
入することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項４】前記不純物ガスとしてＰＨ₃またはＢ₂
Ｈ₆を用い、前記キャリアガスとしてＨ₂，Ｈｅ，Ｎｅ
およびＡｒのうちの少なくとも一種を用いることを特徴
とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記多結晶シリコン層中に打ち込まれた
第１の不純物および第２の不純物を急速加熱法により活
性化させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項６】前記第１の不純物領域が薄膜トランジス
タのＬＤＤ領域であり、前記第２の不純物領域が薄膜ト
ランジスタのソース領域またはドレイン領域であること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。