JP2002043242A - イオンドーピング装置とそれを用いて作製した薄膜半導体および表示装置 - Google Patents

イオンドーピング装置とそれを用いて作製した薄膜半導体および表示装置

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JP2002043242A
JP2002043242A JP2000225020A JP2000225020A JP2002043242A JP 2002043242 A JP2002043242 A JP 2002043242A JP 2000225020 A JP2000225020 A JP 2000225020A JP 2000225020 A JP2000225020 A JP 2000225020A JP 2002043242 A JP2002043242 A JP 2002043242A
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ion
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thin film
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Shinichi Yamamoto
伸一 山本
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマイオンを発生させたのち、高電圧に
て加速されたイオン流が基板にドーピングされる装置に
おいて、大面積表示素子用基板、あるいは小面積表示素
子が連なった一枚の基板を一度に大量にドーピングする
ことが困難である。 【解決手段】 高電圧にて加速したイオン流の形状を断
面が縦横比で１以上10000（10000対１）以下の線状と
し、基板を前記イオン流の長手方向と概略垂直な方向に
10mm/sec以上1000mm/sec以下の速度で移動させることに
より、ドーピングをおこなうことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路等
を作製する際に使用されるドーピング装置およびそれを
用いて作製されるトランジスタ集積回路や表示素子およ
びその製造方法に関するものである。特に本発明は大面
積基板を処理する目的に好ましい構成を有するイオンド
ーピング装置を用いて作製される表示素子に関する。例
えば、真性な多結晶の半導体材料に対して、イオンビー
ムを照射することによって、該半導体材料に不純物を与
えるものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路等の作製において、半導
体中にn型やp型の不純物領域を形成する場合に、n型やp
型の導電型とする不純物（n型不純物／p型不純物）イオ
ンを高電圧にて加速し、注入する方法が知られており、
特に、半導体集積回路を作製する際に、広く用いられて
いる。
【０００３】それ以外にも、ｎまたはｐ型不純物を有す
るプラズマを起こし、このプラズマ中のイオンを高電圧
によって加速し、イオン流として半導体中にドーピング
する方法が知られている。この方法は、イオンドーピン
グ法と呼ばれるている。
【０００４】イオンドーピング法によるドーピング装置
の構造は、イオン注入法によるドーピング装置に比べる
と簡単である。例えば、ｐ型不純物としてボロンを注入
する場合には、ボロン化合物であるジボラン（Ｂ2Ｈ6）
等の気体において、ＲＦ放電その他の方法によって、プ
ラズマを発生させ、これに高電圧をかけて、ボロンを有
するイオンを引き出して、半導体中に照射する。プラズ
マを発生させるために気相放電をおこなうので、ドーピ
ング装置内の真空度は比較的高い。
【０００５】現在、比較的大面積の基板に対して均一に
不純物を添加するにはイオンドーピング装置が使用され
ることが多い。イオンドーピング装置は質量分離をおこ
なわず、大面積のイオンビームが比較的容易に得られ
る。一方、イオン注入装置は質量分離をおこなう必要が
あるため、ビームの一様性を保ったまま、ビーム面積を
大きくすることは難しい。よって、イオン注入装置は、
大面積基板には不適当である。しかし、ドーピング装置
においても水素の含有率が高いため、水素をあらかじめ
分離して効率良く不純物を注入するためにも質量分離付
きイオンドーピングが求められている。
【０００６】近年、半導体素子プロセスの低温化に関し
て盛んに研究が進められている。その大きな理由は、安
価なガラスやプラスティック等の絶縁基板上に半導体素
子を形成する必要が生じているからである。その他にも
素子の微小化や素子の多層化に伴う需要もある。
【０００７】ガラス等の絶縁基板は、従来高温プロセス
で使われている石英基板と比較して加工性に富み、大面
積化が容易で、なおかつ、安価である等、様々なメリッ
トがある。しかしながら、基板の大面積化に伴い、従来
の高温プロセスとは性質の異なる装置を開発しなければ
ならない。
【０００８】大面積基板を処理する必要のあるアクティ
ブマトリクス型液晶ディスプレー等の作製においては、
イオン注入法は、この点で不利であり、その欠点を補う
という目的で、イオンドーピング法について研究開発が
おこなわれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来のイオンドーピン
グ装置の概要を図１および図２に示す。図１は主として
イオン源およびイオンの加速装置の概要を示す。また、
図２はイオンドーピング装置全体の構造を示す。まず、
図１にしたがって説明する。イオンはプラズマ空間４に
おいて発生する。
【００１０】すなわち、電極３と網状電極６との間に高
周波電源１およびマッチングボックス２によって高周波
電力を印加することで、減圧された空間４にプラズマを
生じさせる。プラズマを発生させる初期には水素等を雰
囲気に導入し、プラズマが安定した後には、ドーピング
ガスであるジボラン（Ｂ2Ｈ6）やホスフィン（ＰＨ3）
を導入する。
【００１１】電極３とチャンバーの外壁（網状電極６と
同電位）は絶縁体５によって絶縁される。このようにし
て発生したプラズマからイオン流が取り出されるが、そ
れには、引き出し電極１０および引き出し電源８が用い
られる。このようにして引き出されたイオン流は抑制電
極１１および抑制電源９によって形状を整えられた後、
加速電極１２および加速電源７によって必要とするエネ
ルギーまで加速される。
【００１２】次に図２について説明する。イオンドーピ
ング装置は大きく分けて、イオン源・加速装置１３、ド
ーピング室１５、電源装置１４、ガスボックス１９、排
気装置２０よりなる。図２では、イオン源・加速装置１
３は、図１のものを横に置いてある。
【００１３】すなわち、図２では、イオン流は左から右
に流れる（図１では上から下に流れる）。電源装置１４
は主としてイオンの発生・加速に用いられる電源を集約
したもので、図１の高周波電源１、マッチングボックス
２、加速電源７、引き出し電源８、抑制電源９を含む。
【００１４】ドーピング室１５には基板ホルダー１７が
設けられ、被ドーピング材１６がその上に設置される。
基板ホルダーは一般にイオン流と平行な軸を中心に回転
できるように設計される。イオン源・加速装置１３とド
ーピング室１５は排気装置２０によって排気される。
【００１５】ガスボックス１９からはガスライン１８を
経由して、ドーピング室１５にドーピングガスが送られ
る。図２の装置ではイオン源・加速装置１３と被ドーピ
ング材１６の間にガス供給口が設けられているが、イオ
ン源のプラズマ空間４の近傍に設けることも可能であ
る。ドーピングガスは水素等で希釈して用いられるのが
一般的である。
【００１６】従来のイオンドーピング装置では、処理で
きる基板（被ドーピング材）の面積はイオン源１３にお
けるプラズマ空間４の断面積と等しいかそれ以下であっ
た。これはドーピングの均一性によって要求される条件
となる。図３は、イオン流に垂直な断面の様子を示す。
すなわち、イオン源・加速装置１３はHおよびＶという
大きさであるが、ドーピング室１５および被ドーピング
材１６はその中におさまる程度の大きさである。そし
て、HとVは同程度の大きさである。
【００１７】したがって、基板がより大きくなるとプラ
ズマ空間４はさらに大きくなることが要求される。しか
も、プラズマは２次元的に均一であることが要求され
る。しかしながら、プラズマ空間は無限に大きくするこ
とは困難である。なぜなら、プラズマの発生が均一でな
くなるからである。これは主として分子の平均自由工程
がプラズマ空間の断面に比較して十分に小さくなるため
である。このため、プラズマ空間の１辺の長さをが0.8
ｍを超えることは技術的に考えにくい。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明においては、イオ
ンの断面を縦横比で１以上10000（10000対１）以下の線
状もしくは長方形状とし、かつ、ドーピング中に被ドー
ピング材を、イオン流の長手方向に垂直（短手方向）に
10mm/sec以上1000mm/sec以下の速度で移動させることを
特徴とする。この方法より、プラズマは長手方向の均一
性のみが要求されることなり、短手方向の均一性が無視
できる。また、大面積の被ドーピング材である基板の処
理が可能となる。プラズマの長手方向、すなわち1次元
の均一性のみを課題とし、２次元的な均一性が問題とな
らないのは、被ドーピング材基板の任意の部分に着目し
た場合、イオン照射が10mm/sec以上1000mm/sec以下のゆ
っくりとした速度の走査によりドーピングがおこなわれ
るためである。
【００１９】本発明では、原理的には基板の１辺の長さ
はプラズマの長さによって制約されるものの、他の１辺
の長さにはドーピング室の大きさ以外に制約要因がな
い。放電空間の幅が十分に狭ければ、長手方向の均一性
が10ｍ程度保たれたプラズマは容易に発生できる。その
ときのイオンビームの幅はセンチメートルオーダーで十
分である。
【００２０】したがって、このような線状または長方形
状イオンドーピング装置は、大面積基板、あるいは、多
数の基板枚数を同時に連続して処理するのに適してい
る。例えば、最大10[ｍ]×A[ｍ]の基板に比較的用意に
ドーピングをおこなうことができる。Aはドーピング装
置本体の大きさに制約される。
【００２１】請求項１に係る発明は、断面が縦横比で3
以上10000（10000対１）以下の線状あるいは長方形であ
るイオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、
基板を移動させる移動手段とを有するイオンドーピング
装置であって、前記基板に前記イオンビームを照射し、
前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度で前
記イオンビームと略直行する方向に移動させることを特
徴とするイオンドーピング装置である。
【００２２】請求項2に係る発明は、断面が縦横比で3以
上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方形である
イオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、基
板を移動させる移動手段とを有し、前記基板に前記イオ
ンビームを照射し、前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec
以下の一定速度で前記イオンビームと略直行する方向に
移動させるイオンドーピング装置を用いて、少なくとも
ガラスもしくはプラスチックを主成分とした基板上に成
膜されたSi薄膜にイオンドーピングすることにより作製
されることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００２３】請求項3に係る発明は、断面が縦横比で3以
上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方形である
イオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、基
板を移動させる移動手段とを有し、前記基板に前記イオ
ンビームを照射し、前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec
以下の一定速度で前記イオンビームと略直行する方向に
移動させるイオンドーピング装置を用いて、少なくとも
ガラスもしくはプラスチックを主成分とした基板上に成
膜されたSi薄膜にイオンドーピングすることにより作製
されることを特徴とする薄膜トランジスタ集積回路であ
る。
【００２４】請求項4に係る発明は、断面が縦横比で3以
上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方形である
イオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、基
板を移動させる移動手段とを有し、前記基板に前記イオ
ンビームを照射し、前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec
以下の一定速度で前記イオンビームと略直行する方向に
移動させるイオンドーピング装置を用いて、少なくとも
ガラスもしくはプラスチックを主成分とした基板上に成
膜されたSi薄膜にイオンドーピングすることにより作製
される薄膜トランジスタ集積回路を具備したことを特徴
とするアレイ基板である。
【００２５】請求項5に係る発明は、断面が縦横比で3以
上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方形である
イオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、基
板を移動させる移動手段とを有し、前記基板に前記イオ
ンビームを照射し、前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec
以下の一定速度で前記イオンビームと略直行する方向に
移動させるイオンドーピング装置を用いて、少なくとも
ガラスもしくはプラスチックを主成分した基板上に成膜
されたSi薄膜にイオンドーピングすることにより作製さ
れる薄膜トランジスタ集積回路を具備したことを特徴と
する液晶表示素子である。
【００２６】請求項6に係る発明は、断面が縦横比で3以
上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方形である
イオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、基
板を移動させる移動手段とを有し、前記基板に前記イオ
ンビームを照射し、前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec
以下の一定速度で前記イオンビームと略直行する方向に
移動させるイオンドーピング装置を用いて、前記基板上
に成膜されたSi薄膜にイオンドーピングすることにより
作製される薄膜トランジスタ集積回路を具備したことを
特徴とするEL表示素子である。
【００２７】請求項7に係る発明は、断面が縦横比で3以
上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方形である
イオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、基
板を移動させる移動手段とを有し、前記基板に前記イオ
ンビームを照射し、前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec
以下の一定速度で前記イオンビームと略直行する方向に
移動させるイオンドーピング装置を用いて、少なくとも
ガラスもしくはプラスチックを主成分した基板上に成膜
されたSi薄膜にイオンドーピングすることにより作製さ
れる液晶表示素子を具備したことを特徴とする携帯電話
である。
【００２８】請求項8に係る発明は、基板に断面が縦横
比で3以上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方
形であるイオンビームを、前記基板を10mm/sec以上1000
mm/sec以下の一定速度で前記イオンビームと略直行する
方向に移動させながら照射した後、ドーピングした不純
物を熱処理を施して低抵抗化することにより作製するこ
とを特徴とする薄膜トランジスタ集積回路の製造方法で
ある。
【００２９】請求項9に係る発明は、断面が縦横比で3以
上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方形である
イオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、基
板を移動させる移動手段とを有し、前記基板に前記イオ
ンビームを照射して不純物をドーピングし、前記基板を
10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度で前記イオンビ
ームと略直行する方向に移動させるイオンドーピング装
置であって、薄膜にドーピングした前記不純物を活性化
するための熱処理がイオンドーピング処理とほぼ並行し
て行うことを特徴とするイオンドーピング装置である。
【００３０】請求項10に係る発明は、基板に断面が縦横
比で3以上10000（10000対１）以下の線状もしくは長方
形であるイオンビームを照射して不純物をドーピング
し、前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度
で前記イオンビームと略直行する方向に移動させるイオ
ンドーピング処理方法であって、薄膜にドーピングした
前記不純物を活性化するための熱処理がイオンドーピン
グ処理とほぼ並行して行うことを特徴とするイオンドー
ピング処理方法である。
【００３１】請求項11に係る発明は、前記Si薄膜をポリ
シリコン薄膜で構成したことを特徴とする請求項１から
10のいずれか記載の薄膜トランジスタである。
【００３２】請求項12に係る発明は、前記イオンビーム
から水素単体（H1,H2,H3）を質量分離法で取り除き、リ
ン（PHx）やボロン（B2Hx）のみを照射して不純物をド
ーピングすることを特徴とする請求項１から11のいずれ
かに記載の薄膜トランジスタである。
【００３３】請求項13に係る発明は、前記イオンビーム
センサーのモニター量をフィードバックしドーピング量
の前記長手方向の均一性を一定にすることを特徴とする
請求項1から12のいずれかに記載のイオンドーピング装
置である。
【００３４】請求項14に係る発明は、前記多結晶シリコ
ン膜は、非晶質シリコン膜を、短波長の高エネルギーパ
ルスレーザ光照射により、多結晶シリコンに変換した多
結晶シリコン膜であることを特徴とする、請求項１から
13のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法であ
る。
【００３５】請求項15に係る発明は、前記短波長の高エ
ネルギーパルスレーザ光は、ＸｅＣｌエキシマレーザ光
であることを特徴とする、請求項１から14のいずれかに
記載の薄膜トランジスタの製造方法である。
【００３６】
【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕図4に本発明の
実施形態の概念図を示す。本発明のイオンドーピング装
置も従来と同様、イオン源・加速装置１３、ドーピング
室１５、電源装置１４、ガスボックス１９、排気装置２
０よりなる。しかしながら、従来のものとは異なって、
イオン源・加速装置１３では、断面が線状もしくは長方
形状となるイオン流を発生する。さらに、基板ホルダー
１７がドーピング中に移動するような機構を備えてい
る。イオン流の長手方向は図の紙面に垂直な方向であ
る。
【００３７】本発明のイオンドーピング装置では、処理
できる基板（被ドーピング材）の形状はイオン源１３に
おけるプラズマ空間４の断面の形状とは関係がない。た
だし、基板の短い方の１辺の長さはプラズマ空間４の長
手方向の長さと等しいかそれ以下であることが要求され
る。基板の他の１辺の大きさについては、ドーピング室
の大きさ、ドーピング装置の大きさのみに制約される。
【００３８】図4は、イオン流に垂直な断面の様子を示
す。すなわち、イオン源・加速装置１３（H×V）の形状
は、ドーピング室１５および被ドーピング材１６の形状
に制約されない。イオン流の断面の形状が線状もしくは
長方形であるのでH＜V（＝イオン流の断面の長手方向の
長さ）である。
【００３９】イオン流が長手方向に均一であるのみで、
短手方向の均一性を問われないため、短手方向にイオン
強度、イオン種の分布があっても問題がない。このこと
はイオン流から特定の軽イオン（例えば、Ｈ+、Ｈ
2 +等）を除去する上で有効である。
【００４０】このような装置を用いることにより大画面
化する液晶表示素子用の基板を一括大量生産することが
できる。
【００４１】従来のイオンドーピング装置では２次元で
の均一性が要求されたので、実質的にイオンを分離する
ことは不可能である。しかしながら、本発明では実施の
形態に示すように簡単に分離することが可能である。
【００４２】なお、従来の半導体製造技術では、イオン
注入技術が知られているが、その際にはイオン流を電磁
的に偏向させて、固定した基板に走査するという技術が
知られている。しかしながら、そのような方法は、イオ
ンをドーピングする場合には適切でなく、本発明のよう
にイオン流は固定とし、そのイオン流を中心にして基板
を移動させる方が好ましい。
【００４３】なぜならば、電磁的なイオン流の偏向技術
では、重いイオンに比較して、軽いイオンの方がはるか
に偏向されやすく、したがって、均一に走査することが
できないからである。わずかに質量数は１つ異なるだけ
でも、不均一な分布が生じるので、本発明の目的とする
イオンドーピング技術に適用することは好ましくないと
考えられる。
【００４４】本発明のイオンドーピング装置には、従来
のイオン装置においてすでに知られているイオン集束装
置やイオン質量分離装置を付加してもよい。さらに、本
発明のような線状あるいは長方形状のイオンをもつイオ
ンドーピング技術において、イオンの質量分離が容易で
あるという特徴は、その後のアニール処理においても有
利となる場合がある。
【００４５】〔実施の形態２〕一般にイオンドーピング
をおこなうと、イオンの被照射物への入射に伴う被照射
物の原子格子の損傷や結晶格子の非晶質化等が生じる。
また、ドーパントは、ただ半導体材料に打ち込むだけで
はキャリアとして働かない。これらの不都合を解消する
ためのいくつかの工程が、ドーピング後に必要である。
【００４６】上記工程で、最も一般的な方法は熱アニー
ルあるいは光アニールである。これらのアニールにより
ドーパントを半導体材料格子に結合させることができ
る。ただし、光アニールの場合には、その光が前記格子
損傷箇所等に届かなければならない。
【００４７】また、前記アニールで解消しきれない準位
（不結合手）を消すための、水素を添加する工程もかな
り一般的に行われている。該工程を以下水素化工程と呼
ぶ。水素は３５０℃程度の温度で容易に半導体材料内に
進入し、上記準位を消す働きをする。
【００４８】いずれにせよ、これらのドーピング後の工
程を設けることは、工程数が増え、コストやスループッ
トの面でも不利である。熱アニールと水素化をドーピン
グ時に同時に行ってしまうことにより、あるいは、それ
らの工程の一部をドーピング時におこなうことにより、
アニール工程・水素化工程の省略もしくは処理時間を短
縮、また処理温度等の低減を図ることができる。
【００４９】水素とドーパントを同時に半導体材料に添
加することは比較的容易である。すなわち、水素で希釈
したドーパントを水素ごとイオン化して、ドーピングを
すればよい。例えば、水素で希釈した、フォスフィン
（ＰＨ3）を用いて図１や図２に示すドーピング装置で
イオンの注入をおこなえば、燐を含むイオン（例えば、
ＰＨ3 +やＰＨ2 +等）と同時に水素イオン（例えば、Ｈ2 +
やＨ+）も注入される。
【００５０】しかし、水素は、リン・ボロン等のドーパ
ントを含むイオンに対してあまりにも軽く、加速されや
すいため基板奥深くまで入る。一方、ドーパントを含む
イオンは比較的浅い部分にとどまるので、該水素がドー
パント起因の欠陥を修復するには、熱アニール等で水素
を移動させなければならない。
【００５１】ところで、線状イオンビームを用いると、
上述のように、質量分離器をイオン流の途中において所
望のイオンのみ基板に照射することが可能となる。異な
る質量のイオンを分離し、必要なイオンのみに電圧で加
速し、このビームを半導体材料に照射することにより、
選択的に必要なイオンを打ち込むというドーピング方法
である。
【００５２】またドーパントに対するアニール工程や水
素化工程の一部もしくは全部をドーピングと同時におこ
なうことも可能となる。アニールをしながらドーピング
することによりドーパントが直ちに活性化される。この
効果により、後のドーパント活性化工程が不要となる。
【００５３】本発明のイオンドーピング装置と線状レー
ザー光を利用するレーザーアニール装置を同一チャンバ
ー内に設けることも有効である。すなわち、本発明が線
状イオン流により基板を走査しつつドーピングする工程
を特色とすることと、他の発明である線状レーザー光を
用いたレーザーアニール法が、同様な機構を必要とする
こと、および、両装置を用いる工程が連続することに着
目すれば、両者を別個の装置とするより、同一の装置に
組み込むことは効果的である。
【００５４】例えば、特開平７−２８３１５１号公報に
は、多チャンバー真空処理装置において、イオンドーピ
ングチャンバーとレーザーアニールチャンバーとを有す
るものが開示されている。従来のイオンドーピング装置
は面状の断面を有するイオン流の一括照射を基本とし、
場合によっては、基板を回転させる必要があったため、
イオンドーピングチャンバーとレーザーアニールチャン
バーとを一体化させるという考えはなかった。
【００５５】しかしながら、本発明のように、イオンド
ーピング装置も線状レーザーアニール装置と同様な搬送
機構によって基板を移動しつつドーピングをおこなうと
いう場合には、イオンドーピングチャンバーとレーザー
アニールチャンバーを別に設ける必要はなく、一体化し
た方が量産性の面で有利である。すなわち、イオン流の
断面の長手方向とレーザー光の断面の長手方向とを平行
に配置し、この間を基板が上記方向に垂直に移動させれ
ばよい。かくすることによりイオンドーピング工程とレ
ーザーアニール工程を連続的におこなえる。
【００５６】線状イオン処理装置に線状レーザーアニー
ル装置を組み合わせることは、２つの工程を同時におこ
なうことによる工程数の短縮の効果に加えて、基板の汚
染の可能性を低減する効果もある。
【００５７】〔実施の形態３〕図6に本実施例を示す。
図４は本実施の形態のイオン源・加速装置の構成の概略
を示し、図6は本実施の形態のイオン源・加速装置の電
極の概略の形状を示す。まず、図6にしたがって説明す
る。
【００５８】長方形状の断面を有するプラズマ空間２４
では、プラズマ発生電極２３、２６に高周波電源２１よ
り高周波電力を印加して、プラズマが発生する。このプ
ラズマは引き出し電極３０および引き出し電源２８によ
って引き出され、さらに抑制電極３１、抑制電源２９に
よって形状・分布を整えた後、加速電極３２、加速電源
２７によって、必要とするエネルギーまで加速される。
なお、プラズマの長手方向の均一性が十分であれば、抑
制電極３１は設けなくてもよい。
【００５９】プラズマ発生電極２３、２６、引き出し電
極３０、抑制電極３１、加速電極３２の形状は、図４に
示される。すなわち、引き出し電極３０、抑制電極３
１、加速電極３２は空洞型であり、イオン流はその中央
部を流れる。したがって、イオンが電極と衝突すること
がない。
【００６０】なお、イオンドーピング装置全体の構成は
図３で示されたものと同様にするとよい。本実施の形態
では、イオンの質量分離がおこなわれずに導入されるの
で、例えば、ドーピングガスとして、水素で希釈したホ
スフィンを用いた場合には、重いイオン（ＰＨ3 +、ＰＨ
2 +等）も軽いイオン（例えば、Ｈ+、Ｈ2 +等）も同じ面
密度で導入される。同様なことは硼素やアンチモンの注
入においても生じる。
【００６１】このことは、再結晶化の際に低温で結晶化
するという利点がある。すなわち、材料中のＳｉ−Ｈ結
合同士が、水素分子を離脱するような縮合過程を経て、
Ｓｉ−Ｓｉ結合を形成するためである。
【００６２】その後、抑制電極３１、抑制電源２９によ
って形状・分布を整えた後、加速電極３２、加速電源に
よって、必要とするエネルギーまで加速される。なお、
プラズマの長手方向の均一性が十分であれば、抑制電極
３１は設けなくてもよい。また、本実施例のような磁場
を印加する装置およびスリットは抑制電極と加速電極の
間でも、また、加速電極と被ドーピング材の間に置かれ
てもよい。
【００６３】〔実施の形態４〕本実施の形態は、本発明
のイオンドーピング装置と線状レーザー光を利用するレ
ーザーアニール装置を同一チャンバー内に設けた装置に
関する。すなわち、本発明が線状イオン流により基板を
走査しつつドーピングする工程を特色とすることと、他
の発明である線状レーザー光を用いたレーザーアニール
法が、同様な機構を必要とすることに着目したものであ
る。
【００６４】例えば、特開平７−２８３１５１号公報に
は、多チャンバー真空処理装置において、イオンドーピ
ングチャンバーとレーザーアニールチャンバーとを有す
るものが開示されている。従来のイオンドーピング装置
は面状の断面を有するイオン流の一括照射を基本とし、
場合によっては、基板を回転させる必要があったので、
イオンドーピングチャンバーとレーザーアニールチャン
バーとを一体化させるのは困難であった。
【００６５】しかしながら、本発明のように、イオンド
ーピング装置も線状レーザーアニール装置と同様な搬送
機構によって基板を移動しつつドーピングをおこなうと
いう場合には、イオンドーピングチャンバーとレーザー
アニールチャンバーを別に設ける必要はなく、むしろ、
一体化した方が量産性の面で有利である。すなわち、イ
オン流の断面の長手方向とレーザー光の断面の長手方向
とを平行に配置し、この間を基板が上記方向に垂直に移
動させればよい。かくすることによりイオンドーピング
工程とレーザーアニール工程を連続的におこなえる。
【００６６】本実施の形態を図6を用いて説明する。図6
は本実施の形態の装置の断面の概念図であり、また、図
７は本実施の形態の装置を上（イオン流の導入方向もし
くはレーザー光の導入方向）より見た概念図である。
【００６７】本発明のイオンドーピング兼レーザーアニ
ール装置は、他の実施の形態のイオンドーピング装置と
同様、イオン源・加速装置、ドーピング室６５、電源装
置、ガスボックス、排気装置よりなる。しかしながら、
それに加えて、レーザー装置６１、光学系６２を有す
る。また、予備室も有する。もちろん、ドーピング室６
５にはレーザー光を導入するための窓７３を設ける。レ
ーザー光導入用の窓７３はイオン流導入のための窓７２
と平行に設けられる。
【００６８】基板６６は基板ホルダー６７に保持され、
基板ホルダー６７は搬送機構７１によって、ドーピング
室６５を少なくとも１方向に移動する。基板ホルダー６
７にはヒーター等を設けてもよい。イオン流の長手方向
は図の紙面に垂直な方向である。
【００６９】〔実施の形態５〕本実施の形態では、イオ
ン形成手段をもつ装置と、イオンを加速する手段をもつ
装置に関しては、図6に示す装置と同様な構成のものを
用いる。図6には本実施の形態で使用するイオンドーピ
ング装置の概念図を示す。ドーパントガスは高周波電源
２１より高周波電力の印加されたプラズマ発生電極２３
によりイオン化される。このイオンは引き出し電極３０
により引き出される。
【００７０】さらに、本実施の形態のドーピング装置
は、イオンビームに磁場を加える手段８５を備えてい
る。その結果、軽イオン（水素を主成分とするイオン）
は大きく偏向する。一方、重イオン（ドーパントを含む
イオン）の偏向はわずかである。本実施の形態の装置で
は、重イオンの通過路には抑制電極３１、加速電極を設
け、該イオンビームが選択的に加速され、基板に照射さ
れる。
【００７１】しかしながら、軽イオンに関しては、通路
に加速電極が設けられていないので、引き出し電極３０
により加速されたエネルギーのまま図示しないステージ
上の基板６６に照射される。
【００７２】本実施の形態では、イオンビームは滝のよ
うにカーテン状をなして、基板６６に照射される。基板
全体にまんべんなくドーパントがゆき渡るように、基板
６６を走査させながら、ドーピングを行う。ドーズ量は
基板の走査速度と、イオン電流値で制御する。このとき
の走査の方向はドーパントにより形成される該カーテン
面に対して概略垂直とする。
【００７３】本装置が形成するイオンの滝は幅1.5ｍで
ある。本装置はリンまたはボロンをドーパントとして、
半導体材料に添加する目的で使用する。上記イオンには
PHx +またはB2Hx +イオンの他に多量のＨ2 +イオンが含ま
れている。本実施の形態では濃度60％程度に水素で希釈
した半導体用PH3もしくはB2H6ガスを使用した。
【００７４】磁場を形成する場所は引出電極の直後とす
る。イオンの運動エネルギーがまだ小さいうちにイオン
を曲げれば、少ないエネルギーでイオンを大きく曲げる
ことが可能だからである。引き出し電極３０直後で曲げ
られたＨ2 +イオンは抑制電極３１、加速電極３２の中を
通過することなくステージ上の基板６６に達する。この
様にすると、基板入射時のＨ2 +イオンの速度を抑えるこ
とができる。
【００７５】熱は、ドーパントを含むイオンの打ち込み
により形成された格子欠陥の修復と、ドーパントの活性
化に使われた。さらに、該熱と多量の水素が、格子の不
結合手の終端に使われた。
【００７６】一般的に言って、ドーピングによるダメー
ジは半導体材料の特性を著しくおとしめるものであるか
ら、何らかの補修を加えなければならない。従来は、熱
を加えたり、光を照射するといったアニール手段で上記
ダメージの回復を図っていた。あるいは、格子欠陥部分
を終端する目的で水素を該ダメージ部分に添加しアニー
ルにより水素を格子欠陥に結合させる手段も効果的であ
った。
【００７７】本実施の形態でも、イオンは、滝のように
カーテン状をなして基板６６に照射される。基板全体に
まんべんなくドーパントが行き渡るように、基板を走査
させながら、ドーピングを行う。ドーズ量は基板の走査
速度と、イオン電流値で制御する。このときの走査の方
向はドーパントにより形成される該カーテン面に対して
概略垂直とする。
【００７８】本装置が形成するイオンの滝は幅1.5ｍで
ある。本装置はリンまたはボロンをドーパントとして、
半導体材料に添加する目的で使用する。上記イオンには
ＰＨ y +またはＢ2Ｈx +イオンの他に多量のＨ2 +イオンが
含まれている。本実施例では濃度60％程度に水素で希釈
した半導体用ＰＨ3もしくはＢ2Ｈ6ガスを使用した。
【００７９】
【発明の効果】本発明によって、大面積の処理が可能な
イオンドーピング装置が得られる。また、工程の処理時
間を短縮し、あるいは、処理温度を低減することも可能
となる。さらにこのドーピング装置を用いると薄膜トラ
ンジスタ、液晶表示素子、EL表示素子、またはそれらを
用いた携帯電話などに優れた効果を発揮する。
【００８０】本発明によってもたらされる効果は上述の
通りである。このように本発明は工業上、有益なもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のイオンドーピング装置のイオン源・加速
装置の概略を示す図
【図２】従来のイオンドーピング装置の構成の概略を示
す図
【図３】従来のイオンドーピング装置の構成の概略を示
す図
【図４】本発明のイオンドーピング装置の構成の概略を
示す図
【図５】本発明のイオンドーピング装置の構成の概略を
示す図
【図６】本発明のイオンドーピング装置とアニール装置
の形状の概略を示す図
【図７】本発明のイオンドーピング装置とアニール装置
を上より見た概念図
【符号の説明】
１，２１ 高周波電源 ２ マッチングボックス ３，２３ プラズマ発生用電極 ４，２４ プラズマ空間 ５ 絶縁体 ６，２６ プラズマ発生用電極 ７，２７，３３ 加速電源 ８，２８ 引き出し電源 ９，２９ 抑制電源 １０，３０ 引き出し電極 １１，３１ 抑制電極 １２，３２ 加速電極 １３ イオン源・加速装置 １４，６４ 電源装置 １５，６５ ドーピング室 １６，６６ 被ドーピング材 １７，６７ 基板ホルダー １８ ガスライン １９ ガスボックス ２０ 排気装置 ６１ レーザー装置 ６２ 光学系 ７１ 搬送機構 ７２ イオン流導入のための窓 ７３ 窓 ８５ イオンビームに磁場を加える手段
───────────────────────────────────────────────────── 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 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１６Ｌ 21/336 Ｆターム(参考） 2H092 JA24 KA04 MA27 MA30 MA35 NA27 PA01 5C034 CC10 CC12 5F110 AA28 AA30 DD01 DD02 GG02 GG13 HJ01 HJ12 PP03 PP35 QQ21 5G435 AA17 BB05 BB12 KK05 LL07

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】断面が縦横比で3以上10000（10000対１）
    以下の線状あるいは長方形であるイオンビームを発生さ
    せるイオンビーム発生手段と、基板を移動させる移動手
    段とを有するイオンドーピング装置であって、前記基板
    に前記イオンビームを照射し、前記基板を10mm/sec以上
    1000mm/sec以下の一定速度で前記イオンビームと略直行
    する方向に移動させることを特徴とするイオンドーピン
    グ装置。
  2. 【請求項２】断面が縦横比で3以上10000（10000対１）
    以下の線状もしくは長方形であるイオンビームを発生さ
    せるイオンビーム発生手段と、基板を移動させる移動手
    段とを有し、前記基板に前記イオンビームを照射し、前
    記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度で前記
    イオンビームと略直行する方向に移動させるイオンドー
    ピング装置を用いて、少なくともガラスもしくはプラス
    チックを主成分とした基板上に成膜されたSi薄膜にイオ
    ンドーピングすることにより作製されることを特徴とす
    る薄膜トランジスタ。
  3. 【請求項３】断面が縦横比で3以上10000（10000対１）
    以下の線状もしくは長方形であるイオンビームを発生さ
    せるイオンビーム発生手段と、基板を移動させる移動手
    段とを有し、前記基板に前記イオンビームを照射し、前
    記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度で前記
    イオンビームと略直行する方向に移動させるイオンドー
    ピング装置を用いて、少なくともガラスもしくはプラス
    チックを主成分とした基板上に成膜されたSi薄膜にイオ
    ンドーピングすることにより作製されることを特徴とす
    る薄膜トランジスタ集積回路。
  4. 【請求項４】断面が縦横比で3以上10000（10000対１）
    以下の線状もしくは長方形であるイオンビームを発生さ
    せるイオンビーム発生手段と、基板を移動させる移動手
    段とを有し、前記基板に前記イオンビームを照射し、前
    記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度で前記
    イオンビームと略直行する方向に移動させるイオンドー
    ピング装置を用いて、少なくともガラスもしくはプラス
    チックを主成分とした基板上に成膜されたSi薄膜にイオ
    ンドーピングすることにより作製される薄膜トランジス
    タ集積回路を具備したことを特徴とするアレイ基板。
  5. 【請求項５】断面が縦横比で3以上10000（10000対１）
    以下の線状もしくは長方形であるイオンビームを発生さ
    せるイオンビーム発生手段と、基板を移動させる移動手
    段とを有し、前記基板に前記イオンビームを照射し、前
    記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度で前記
    イオンビームと略直行する方向に移動させるイオンドー
    ピング装置を用いて、少なくともガラスもしくはプラス
    チックを主成分した基板上に成膜されたSi薄膜にイオン
    ドーピングすることにより作製される薄膜トランジスタ
    集積回路を具備したことを特徴とする液晶表示素子。
  6. 【請求項６】断面が縦横比で3以上10000（10000対１）
    以下の線状もしくは長方形であるイオンビームを発生さ
    せるイオンビーム発生手段と、基板を移動させる移動手
    段とを有し、前記基板に前記イオンビームを照射し、前
    記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度で前記
    イオンビームと略直行する方向に移動させるイオンドー
    ピング装置を用いて、前記基板上に成膜されたSi薄膜に
    イオンドーピングすることにより作製される薄膜トラン
    ジスタ集積回路を具備したことを特徴とするEL表示素
    子。
  7. 【請求項７】断面が縦横比で3以上10000（10000対１）
    以下の線状もしくは長方形であるイオンビームを発生さ
    せるイオンビーム発生手段と、基板を移動させる移動手
    段とを有し、前記基板に前記イオンビームを照射し、前
    記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度で前記
    イオンビームと略直行する方向に移動させるイオンドー
    ピング装置を用いて、少なくともガラスもしくはプラス
    チックを主成分した基板上に成膜されたSi薄膜にイオン
    ドーピングすることにより作製される液晶表示素子を具
    備したことを特徴とする携帯電話。
  8. 【請求項８】基板に断面が縦横比で3以上10000（10000
    対１）以下の線状もしくは長方形であるイオンビーム
    を、前記基板を10mm/sec以上1000mm/sec以下の一定速度
    で前記イオンビームと略直行する方向に移動させながら
    照射した後、ドーピングした不純物を熱処理を施して低
    抵抗化することにより作製することを特徴とする薄膜ト
    ランジスタ集積回路の製造方法。
  9. 【請求項９】断面が縦横比で3以上10000（10000対１）
    以下の線状もしくは長方形であるイオンビームを発生さ
    せるイオンビーム発生手段と、基板を移動させる移動手
    段とを有し、前記基板に前記イオンビームを照射して不
    純物をドーピングし、前記基板を10mm/sec以上1000mm/s
    ec以下の一定速度で前記イオンビームと略直行する方向
    に移動させるイオンドーピング装置であって、薄膜にド
    ーピングした前記不純物を活性化するための熱処理がイ
    オンドーピング処理とほぼ並行して行うことを特徴とす
    るイオンドーピング装置。
  10. 【請求項１０】基板に断面が縦横比で3以上10000（1000
    0対１）以下の線状もしくは長方形であるイオンビーム
    を照射して不純物をドーピングし、前記基板を10mm/sec
    以上1000mm/sec以下の一定速度で前記イオンビームと略
    直行する方向に移動させるイオンドーピング処理方法で
    あって、薄膜にドーピングした前記不純物を活性化する
    ための熱処理がイオンドーピング処理とほぼ並行して行
    うことを特徴とするイオンドーピング処理方法。
  11. 【請求項１１】前記Si薄膜をポリシリコン薄膜で構成し
    たことを特徴とする請求項１から10のいずれか記載の薄
    膜トランジスタ。
  12. 【請求項１２】前記イオンビームから水素単体（H1,H2,
    H3）を質量分離法で取り除き、リン（PHx）やボロン（B
    2Hx）のみを照射して不純物をドーピングすることを特
    徴とする請求項１から11のいずれかに記載の薄膜トラン
    ジスタ。
  13. 【請求項１３】前記イオンビームセンサーのモニター量
    をフィードバックしドーピング量の前記長手方向の均一
    性を一定にすることを特徴とする請求項1から12のいず
    れかに記載のイオンドーピング装置。
  14. 【請求項１４】前記多結晶シリコン膜は、非晶質シリコ
    ン膜を、短波長の高エネルギーパルスレーザ光照射によ
    り、多結晶シリコンに変換した多結晶シリコン膜である
    ことを特徴とする、請求項１から13のいずれかに記載の
    薄膜トランジスタの製造方法。
  15. 【請求項１５】前記短波長の高エネルギーパルスレーザ
    光は、ＸｅＣｌエキシマレーザ光であることを特徴とす
    る、請求項１から14のいずれかに記載の薄膜トランジス
    タの製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009088500A (ja) * 2007-09-14 2009-04-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Ｓｏｉ基板の作製方法
JP2009094490A (ja) * 2007-09-21 2009-04-30 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Ｓｏｉ基板の作製方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009088500A (ja) * 2007-09-14 2009-04-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Ｓｏｉ基板の作製方法
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