JP2004158564A

JP2004158564A - レーザードーピング処理方法及び薄膜トランジスタの作製方法

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Publication number: JP2004158564A
Application number: JP2002321619A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hizuka; 純一肥塚; Sadako Takada; 貞子高田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: US7504325B2; US20050003594A1; JP4387091B2

Abstract

【課題】濃度制御が容易であり、かつ、大面積に対するドーピングを実用的に行うことができ、さらに、特殊な装置を必要としない簡便なドーピング方法を提供することを課題とする。
【手段】本発明ではドーパントを含む液体を、ドーピングを行う半導体の表面に塗布してから、該半導体の表面にレーザー光を照射することでドーパントを該半導体に添加するレーザードーピング処理方法を提案する。また、同時に結晶化も行うことが可能である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体に不純物をドーピングする方法に関する。特にドーピングされる不純物の添加量に精密な制御が必要であるチャネルドーピングに関し、レーザー光を照射することにより半導体に不純物を添加するレーザードーピング処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の電気的性質を利用し、半導体素子を作製する際にその電気的性質を制御するために、半導体に微量の不純物を添加するドーピングという技術が、現在汎用されている。半導体にドーピングをする方法は、原料より半導体を形成する過程で不純物を添加する方法と、半導体を形成してから不純物を添加する方法と、大きく２つにわけることができる。また、不純物を添加する方法として、代表的にはイオン注入法、プラズマドーピング法、レーザードーピング法などが挙げられる。
【０００３】
イオン注入法はドーパントを含むガスをプラズマ室に添加することで、イオンビームを引き出し、質量分析器にかけることで所望のドーパントイオンを数ｋｅＶ〜数百ｋｅＶのエネルギーで加速し、半導体の表面に衝突させ、物理的にドーパントを添加する方法である。また、プラズマドーピング法は、所望の濃度に希釈されたドーパントガスを含むプラズマ中に半導体をさらす、あるいは前記プラズマ中から引き出されたイオンに半導体をさらすことによりドーピングを行う方法である。プラズマドーピング法は質量分析を行わないため、プラズマ中に発生した様々な形態のイオンがドーピングされる。
【０００４】
ドーピング法の一形態として、レーザードーピング法も使用されている。レーザードーピング法は、ドーパントを含むガス中に半導体を設置し、その表面にレーザー光を照射することで溶融添加、そして活性化する方法である。レーザードーピング法は広範囲のドーピング、高活性化が可能であるが、さらにその効率を上げるために試料を加熱したり、電磁エネルギーを与えながらレーザーを照射したりするなどの研究もなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、半導体の世界は、日進月歩の勢いで高速化、微細化が進んでいる。それに伴い、半導体そのものや、回路の信頼性向上が強く求められている。半導体素子を評価する一パラメータとしてしきい値電圧が良く用いられるが、しきい値電圧は高すぎても低すぎても信頼性に欠け、所望のしきい値電圧を得られることが最も重要である。
【０００６】
このしきい値電圧を制御するための手段としてチャネルドーピングという技術が用いられている。チャネルドーピングとは、その名のとおり、チャネル形成領域となる部分に、所望のしきい値電圧を得られるように極微量の不純物を添加する技術である。チャネルドーピングは精密にしきい値電圧の変化を制御することが目的であるため、その添加量を精密に制御することが必要となる。
【０００７】
イオン注入法またはプラズマドーピング法におけるイオンの注入量の制御は、流れるイオンを電流として計測するファラデーカップ電流計を用いて制御している。必要な種類のイオンのみをドーピングすることができるイオン注入法は、精密な濃度制御が必要なチャネルドーピングには好適に使用することができる。
【０００８】
また、高速化、微細化を実現するためには、ゲート長を短くすることも必要になってくる。しかし、ゲート長を短くすると、チャネル形成領域の深い部分で電流がもれてしまう、所謂短チャネル効果が発生し、問題となっている。これを防ぐためにはソース領域及びドレイン領域の極浅い部分にのみ不純物を添加すること（浅い接合を形成すること）が有効である。
【０００９】
ところで、ガラス基板など、耐熱性の低い基板に対して結晶質の半導体層を形成する技術として、Ｎｉに代表される結晶化を助長する元素を用いる技術がある。ガラス基板上にアモルファスシリコンを形成し、Ｎｉを含む溶液をスピナーにより塗布、またはスパッタリングなどでＮｉの薄い膜を形成した後、結晶化を行うことで、低温、短時間で結晶化が行われるという技術である。この技術は安価なガラス基板を用いることで、製品の価格を下げるために無くてはならない重要な技術である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−３２６４３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ドーピングの問題として、年々高集積化してゆく回路、そして大型化して行くディスプレイに伴い、製造工程に流れる基板サイズが大型化して、ドーピングが必要な領域も拡大している現状が挙げられる。
【００１２】
イオン注入法はイオンビームを正確に質量分離させるために、ビームを細くすることが必要である。そのため、一度に広範囲にわたってドーピングを行うことができず、処理に膨大な時間がかかってしまうため、広範囲なドーピング処理に対応できないという重大な問題点がある。
【００１３】
また、イオン注入法において、浅い接合を形成しようとすると、低いエネルギーでイオンを注入しなければいけないが、低いエネルギーのイオンビームは発散してしまい、十分な電流量を得ることが困難であるという問題点もある。また、イオン注入によるダメージを回復させるための熱アニールによって、ドーパントが拡散してしまい、極浅い領域にのみ不純物を添加することは非常に難しい。
【００１４】
また、プラズマドーピング法においては、処理時間という点でイオン注入法より有利ではあるが、質量分離を行わないため、ファラデーカップ電流計で計測されるイオン電流は、ドーパントガスを希釈したガスのイオンとドーパントイオンを足した、トータルのイオン電流である。したがって、トータルのイオンドーピング量を正確に制御しても、ドーパントガスを希釈しているガスとドーパントのガスとの比、すなわちイオン比割合が装置稼動中に変化すると、注入ドーパント量も変化してしまう。そのため、精密な濃度制御が必要なチャネルドーピングに適用するには問題がある。
【００１５】
一方、レーザードーピング法において、多く行われているドーパントガス雰囲気中でレーザー光を照射する方法では、注入するドーパント量の制御が困難であり、ドーパントを均一に分配させるために特殊な装置が必要となってしまう。
【００１６】
また、別な問題として結晶化を助長する元素は、結晶化に関して非常に有利な働きをするが、結晶化後に大量に半導体層中にこれら元素が残留しているとその半導体層を用いてＴＦＴ、特にＴＦＴのチャネル領域を作製した場合、ＴＦＴの特性に悪影響を及ぼしてしまう。そのため、これら結晶化を助長する元素を用いて結晶化を行った場合は、ゲッタリングという該元素の濃度を低減させる手段がとられることが普通である。
【００１７】
ゲッタリングは、結晶化を助長させる元素が大量に残っていると不都合である領域から、他の領域（ゲッタリン領域と呼ばれる）に移動させることによって行う。
【００１８】
残留Ｎｉ元素の除去に関しては、本出願人によりゲッタリング処理による方法（特開平１０−２１４７８６号公報）が開示されているが、選択的にＮｉ元素を添加するためのマスク形成工程と、ゲッタリング元素を選択的に添加するためのマスク形成工程が必要とされ、熱処理も結晶化工程とゲッタリング工程とで２回行う必要があること、などの工程増加の問題があり、生産性やコストを悪化させていた。
【００１９】
これらの問題を鑑み、本発明では濃度制御が容易であり、かつ、大面積に対するドーピングを実用的に行うことができ、さらに、特殊な装置を必要としない簡便なドーピング方法を提供することを課題とする。
【００２０】
また、浅い接合などに対応可能な、深さ方向の濃度制御を容易に行えるドーピング方法を提供することを課題とする。
【００２１】
さらに、生産性やコストを悪化させないゲッタリング方法を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明ではドーパント（価電子制御を目的とした一導電型の不純物）を含む液体を、ドーピングを行う半導体の表面に塗布してから、該半導体の表面にレーザー光を照射することでドーパントを該半導体に添加するレーザードーピング処理方法を提案する。
【００２３】
本法では、液体でドーパントを供給するために、ドーパントを含む液体中のドーパント濃度を調整することで、容易に半導体に添加するドーパントの濃度を制御することができる。そのため、しきい値電圧制御を行うために要求されるドーパント濃度の制御を好適に行うことができるようになる。
【００２４】
また、レーザードーピング処理は、レーザーが照射された部分が溶融し、ドーパントが取り込まれる。そのため、レーザー光で与えるエネルギーを調節することによって、溶融する半導体の深さを調節することができるため、ドーパントを添加する深さを容易に調節することが可能となる。そのため、浅い接合を形成することも容易となる。
【００２５】
また、本発明は、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質半導体層上にドーパントを含む液体を塗布し、レーザー光を照射することによって前記非晶質半導体層を結晶化し、結晶質半導体層とすることと同時に、前記結晶質半導体層にドーパントの添加を行うことを特徴とする。
【００２６】
この構成により、レーザー光による結晶化と、ドーパントの添加を同時に行うことができるようになるため、工程の短縮、及びそれに伴うスループットの向上が期待できる。
【００２７】
また、本発明は絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質半導体層上にドーパント及び結晶化を助長する元素を含む液体を塗布し、レーザー光を照射することによって前記非晶質半導体層を結晶化し、結晶質半導体層とすることと同時に、前記結晶質半導体層にドーパントの添加を行うことを特徴とする。
【００２８】
この構成により、ドーパントと同時に結晶化を助長する元素を同時に添加することができ、結晶性のよい結晶質半導体層を得ることができるうえ、その結晶化と同時にドーパントの添加を行うことができ、工程の短縮及びスループットの向上が期待できる。
【００２９】
さらに、本発明は絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質半導体層上に結晶化を助長する元素を含む液体を塗布し、前記非晶質半導体層を加熱することにより結晶化して結晶質半導体膜とし、前記結晶質半導体層上にドーパントを含む液体を塗布し、レーザー光を照射することによって前記結晶質半導体層にドーパントの添加を行うことを特徴とする。
【００３０】
この構成により、結晶化を助長する元素を用いて熱結晶化を行った後のレーザーニールと同時に半導体にドーパントを添加することができ、工程の短縮につながる。
【００３１】
また、本発明において、結晶化を助長する元素を用いて結晶化を行った半導体層の中には、結晶化を助長する元素が高濃度に残存している。該半導体層にドーパントを含む液体を塗布しレーザー光の照射を行うと、半導体層は溶融し、ドーパントが取り込まれるが、レーザー光の照射によって与えられた熱は基板側から放散するため、固化は基板側からはじまる。すると、ドーパントの濃度は基板から遠ざかるほど、つまり、半導体層の表面に近づくにしたがって高くなるように偏析する。結晶化を助長する元素は不純物濃度の高い方に移動しやすいため、結晶化を助長する元素の濃度も同様に表面に行くほど高くなるように偏析する。この結晶化を助長する元素濃度、ドーパント濃度が共に高い部分を、エッチングや化学的機械研磨（ＣＭＰ）などによって除去することで、ゲッタリングを行うことを特徴とする。
【００３２】
この構成により、工程数の大きく増加するゲッタリング法を使用しなくても、ドーピング工程にエッチングまたはＣＭＰ工程を追加するだけで、ゲッタリングを完了し、良好な特性のＴＦＴを作製することができる結晶質半導体層を作製することができる。
【００３３】
以上のような構成をとる本発明では、特別な装置を必要としなくても、より正確に添加ドーパントの濃度を制御することができ、さらに、ドーパントを添加する深さの制御が容易となり、その上、工程の短縮によりスループットが向上するといった効果を奏する。
【００３４】
【実施の形態】
（実施の形態１）
本実施の形態ではドーパントを含む液体を塗布し、レーザー光を照射することで半導体へのドーピングを行う方法について説明する。
【００３５】
半導体の表面に、ドーパントを含む液体をスピナーで塗布し、ドーパントを含む液体の薄い膜を形成する。ドーパントとしてはＮ型、またはＰ型を付与する元素を用い、代表的にはＮ型としてリン、砒素、アンチモン、Ｐ型としてボロン、アルミニウム、ガリウムなどがある。濃度は最終的に半導体膜中に所望の濃度が添加されるように液体中のドーパント濃度を調節する。
【００３６】
Ｐ型、またはＮ型を付与する元素を含む液体としては、代表的にはおのおのホウ酸又はリン酸の水溶液などが挙げられる。半導体の表面にこれらの水溶液を塗布する場合は、半導体表面と水との濡れ性があまり良くないため、濡れ性を向上させるため、あらかじめ半導体膜の表面にオゾン水を塗布することによって極薄い酸化膜を形成しておくとよい。また、このＰ型またはＮ型を付与する元素はこれに限らず、適宜溶媒に溶解して塗布することができ、半導体の特性に重大な影響を及ぼす元素が含まれていないものであれば、使用することができる。また、溶媒も水に限らず、Ｐ型またはＮ型を付与する元素に合わせて有機溶媒なども使用することもできる。例えば、有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エーテル、エタノールなどが使用でき、この場合は、半導体膜表面に酸化膜は形成しなくともよい。さらに、塗布する液体は溶液に限らず、均一分散液、コロイド溶液などでもよい。
【００３７】
ドーパントを含む液体を塗布した後、レーザー光を照射し、ドーピングを行う。レーザー光は、パルス発振型または連続発光型の気体レーザー、固体レーザーもしくは金属レーザーを用いることができる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し、半導体膜に照射する方法を用いると良い。
【００３８】
このレーザー照射によって、半導体の全部、又は一部が溶融し、ドーパントが取り込まれることにより半導体層中にドーパントが添加されることになる。
【００３９】
このように、レーザードーピングを行うことで、半導体に精度良く所望の濃度の不純物を添加することができる、大面積基板においても信頼性の高いＴＦＴをスループット良く得ることができる。
【００４０】
（実施の形態２）
本実施の形態では結晶化とレーザードーピングを同時に行う方法について図１を用いて説明する。
【００４１】
まず、基板１００上に下地絶縁膜１０１ａ、１０１ｂを形成する。基板としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板や、セラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることができる。これらの中より、プロセスの最高温度や、用途などを考慮して適したものを選べばよい。
【００４２】
下地絶縁膜１０１ａ、１０１ｂは酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜を単層又は２以上の複数層形成して形成する。これらはスパッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等公知の方法を用いて形成する。本実施の形態では２層の積層構造としているが、もちろん単層でも３層以上の複数層でも構わない。
【００４３】
次いで、非晶質半導体膜１０２を形成する。非晶質半導体膜はシリコンまたはシリコンを主成分とする材料（例えばＳｉ_ｘＧｅ_１−ｘ等）で２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さに形成すればよい。作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等が使用できる。本実施の形態では、アモルファスシリコンにより膜厚５０ｎｍで形成した。（図１（Ａ））
【００４４】
続いて、ドーパントを含む液体１０３をスピナーで塗布し（図１（Ｂ））、非晶質半導体膜表面にドーパントを含む液体の薄い膜１０４を形成した（図１（Ｃ））。ドーパントとしてはＮ型、またはＰ型を付与する元素を用い、代表的にはリン、ボロンなどがある（本実施の形態ではボロン（Ｂ）をホウ酸水溶液として使用する）。なお、この場合は、非晶質半導体膜の表面に均一に塗布させるため、ホウ酸水溶液を塗布する前に、オゾン水で半導体層表面を処理することにより極薄い酸化膜（図示せず）を形成しておくとよい。
【００４５】
ボロンの濃度は最終的に半導体膜中に所望のしきい値電圧を得られる程度にボロンが添加できれば良く、１×１０^１５〜１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（代表的には、５×１０^１６〜５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）位の濃度が添加されるように濃度を調節する。
【００４６】
ホウ酸水溶液１０４を形成した後、レーザー光を照射し、ドーピングと同時に結晶化を行う。（図１（Ｄ））レーザーは、パルス発振型または連続発光型の気体レーザー、固体レーザーもしくは金属レーザーを用いることができる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し、半導体膜に照射する方法を用いると良い。
【００４７】
気体レーザーとしては、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ_３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、金属レーザーとしては、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザー、金蒸気レーザーが挙げられる。固体レーザーは、Ｃｒ^３＋、Ｃｒ^４＋、Ｎｄ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｃｏ^２＋、Ｔｉ^３＋、Ｙｂ^３＋又はＶ^３＋がドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ_４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ_３などの結晶を使ったレーザー等が使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００４８】
レーザー照射の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜４００ｍＪ／ｃｍ^２（代表的には２００〜３００ｍＪ／ｃｍ^２）とする。また、ＹＡＧレーザーを用いる場合にはその高次高調波を用いパルス発振周波数３０〜３００ｋＨｚとし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００ｍＪ／ｃｍ^２（代表的には３５０〜５００ｍＪ／ｃｍ^２））とすると良い。そして幅１００〜１０００μｍ、例えば４００μｍで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９０％として行う。
【００４９】
このレーザー光の照射によって、非晶質半導体層１０２の全部もしくは一部が溶融し、ボロンが取り込まれることにより非晶質半導体層１０２中にボロンが添加される。なお、本実施の形態では、非晶質半導体層１０２をパターニングする前にレーザー光の照射を行ったが、パターニングを行い、所望の形状としてから塗布及びレーザー光の照射を行っても構わない。このようにして、ボロンが導入された結晶質半導体膜１０５が形成される。（図１（Ｅ））
【００５０】
このように、ホウ酸水溶液を塗布したのち、レーザー光を適当な条件で照射することによって、チャネルドーピングと同時に結晶化まで行うことができ、半導体に精度良く所望の濃度の不純物を添加することができる。また、結晶化の工程と同時にチャネルドーピングを行うことができるため、チャネルドーピングの工程を一部短縮することが可能となり、効率の向上が期待できる。さらに、該半導体層をチャネル形成領域としたＴＦＴを作製することで、しきい値電圧制御が容易となり、大面積基板においても信頼性の高いＴＦＴを更にスループット良く得ることができる。
【００５１】
（実施の形態３）
本発明の他の実施の形態について、実施の形態２と同様に図１を使用して説明する。
【００５２】
実施の形態２と同様に、基板１００上に下地絶縁膜１０１ａ、１０１ｂを形成し、非晶質半導体層１０２を形成する。（図１（Ａ））
【００５３】
次に、ドーパント（ボロン）を含む液体（ホウ酸水溶液）中に同時に結晶化を助長する元素を重量換算で５〜１００ｐｐｍ含ませ、非晶質半導体層１０２上にスピナーで塗布する。本実施の形態では、重量換算で１０ｐｐｍのＮｉに相当する酢酸ニッケルを同じにホウ酸水溶液中に含ませ、ドーパントとＮｉを含む液体１０３の薄い膜１０４を非晶質半導体層１０２の上に形成する。なお、結晶化を助長する元素とは、他に鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などがあるが、この中から一種または複数種を適宜使用すればよい。（図１（Ｂ）（Ｃ））
【００５４】
続いて、実施の形態２と同様にレーザー光を照射する。その結果、触媒元素は溶融状態となった半導体層中を、シリサイドを形成しながら拡散し、その過程で半導体層の結晶化を促進させる効果があり、実施の形態２と比較してより結晶性の高い結晶質半導体層１０５を形成することを可能とする。
【００５５】
また、この結晶化においてボロンも半導体層が溶融状態となることによって取り込まれ、添加される。
【００５６】
このように、本実施の形態は、チャネルドーピングと同時に結晶化を助長する元素を使用した結晶化まで行うことができる。そのため、結晶化を助長する元素を用い、レーザー結晶化を行う工程において、チャネルドーピング工程数を増やさず行うことができ、効率が非常に向上することが期待できる。さらに、結晶質半導体膜に精度良く所望の濃度の不純物を添加することができ、結晶質半導体膜をチャネル形成領域としたＴＦＴを作製することで、しきい値電圧制御が容易となり、大面積基板においても信頼性の高いＴＦＴを更にスループット良く得ることもできるという効果がある。
【００５７】
なお、本実施の形態では、非晶質半導体膜１０２をパターニングする前に結晶化を行ったが、パターニングを行い、所望の形状としてから塗布及び結晶化を行っても構わない。
【００５８】
（実施の形態４）
本発明における他の実施の形態について、図２を使用して説明する。
【００５９】
実施の形態２及び実施の形態３と同様に基板２００上に、下地絶縁膜２０１ａ、２０１ｂ、非晶質半導体膜２０２を形成する。（図２（Ａ））
【００６０】
次に、非晶質半導体膜２０２の結晶化を行う。本実施の形態では、触媒元素を用いた加熱による結晶化を行う。重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布し、非晶質半導体膜２０２表面にニッケル溶液の薄い膜２０３を形成する（図２（Ｂ））。塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）以外に、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素などから選んだ一種または複数種を使用してもよい。
【００６１】
次いで、加熱処理を行い、非晶質半導体膜２０２を結晶化させる。触媒元素を用いているため、５００℃〜６５０℃で４〜２４時間程度行えばよい。この結晶化処理により、非晶質半導体膜膜２０２は結晶質の導体層膜２０４となる（図２（Ｃ））。本実施の形態では、結晶化は結晶化を助長する金属を用いた加熱による方法で行ったが、この結晶化はレーザー結晶化など、他の公知の方法を使用して行っても良い。
【００６２】
続いて、実施の形態２と同様にドーパントを含む液体（ホウ酸水溶液）２０５を塗布し（図２（Ｄ））、レーザー光を照射する。（図２（Ｅ））
【００６３】
このレーザー照射によって半導体膜が溶融状態となり、ボロンが取り込まれ、半導体層が再結晶化することにより、ドーパントが添加された結晶質の半導体膜２０６となる（図２（Ｆ））。本実施の形態では、結晶化を行ってからドーパントを添加しているため、同時に結晶化を行う方法と比較すると結晶性の良い半導体膜が得られる。
【００６４】
（実施の形態５）
本実施の形態では、Ｎｉを用いた結晶化を行う工程において、同時にゲッタリングも行う方法について図３を用いて説明する。
【００６５】
まず、実施の形態２にしたがって、基板５００上に下地絶縁膜５０１ａ、５０１ｂ、非晶質半導体層５０３までを形成する。但し、本実施の形態では、半導体層５０４の厚さは５５〜１４０ｎｍ（好ましくは６０〜１２０ｎｍ）とする。
【００６６】
次に実施の形態４にしたがって、Ｎｉを含む溶液５０４を塗布し、Ｎｉを含む液体の層５０５を形成し、結晶化を行って非晶質半導体層５０３を結晶質半導体層５０６とする。この時点で、結晶質半導体層５０６の中にはＮｉが高濃度に残存している。その濃度分布は図３（Ｄ）に添付のグラフのようになる。
【００６７】
次に、リンを含む液体５０７（代表的にはリン酸水溶液）をスピナーを用いて塗布し（図３（Ｄ））、半導体層の表面にリンを含む液体の薄い膜５０８を形成する。この状態の基板に対して、実施の形態２と同様にレーザー光を照射する（図３（Ｅ））。
【００６８】
その結果、半導体層は溶融状態となり、リンが取り込まれるが。この際、半導体層の再結晶は基板側から始まるため、リンの濃度は半導体層の表面に近づくにつれ、高くなって行く。ここで、Ｎｉの固溶度はリンなど不純物の濃度が高くなるほど大きくなるため、Ｎｉの濃度も半導体層の表面に近づくにしたがって大きくなって行き、半導体層表面にリン、ニッケルのどちらの濃度も高い領域５０９ｂが形成される（図３（Ｆ））。
【００６９】
この、リン、ニッケルが共に高い領域５０９ｂをエッチングにより、３０〜６０ｎｍ程度除去することで、ゲッタリングが完了する。この場合のリンを含む液体のリン濃度はゲッタリング工程により除去されない部分５０９ａに所望の濃度のリンが取り込まれる程度に調節すれば良い。エッチングはＣＭＰ法に代えても良い。
【００７０】
本発明を使用することにより、本発明のレーザードーピングの工程に、半導体の表層部を除去するエッチングやＣＭＰの工程を付け加えるのみで、結晶化を助長する元素のゲッタリングまで行うことが可能となり、大幅な工程の短縮となる。
【００７１】
なお、本実施の形態は、実施の形態２とも組み合わせて使用することが可能である。
【００７２】
（実施の形態６）
本実施の形態では、レーザードーピング法を使用して、ドーピング深さを制御し短チャネル効果を抑制する浅いｐｎ接合を形成する方法について説明する。
【００７３】
レーザードーピング法では、レーザー光が照射され、半導体層が溶融することによりドーパントが取り込まれるため、ドーパントは溶融した部分にのみ添加される。また、レーザードーピング法でドーパントが添加された層は活性が高く、その後のアニールも必要としない場合が多いので、ドーピング工程後のアニールなどによる拡散の心配が無い。
【００７４】
レーザードーピングによってドーパントを添加する際、半導体膜が溶融する深さに影響するのは、照射強度、照射時間及び波長である。同時間、同波長で照射するのであれば照射強度は高ければ深いところまで溶融するし、低ければ浅いところまでしか溶融しない。照射時間については、照射時間が長ければそれだけ多くのエネルギーが１箇所に与えられることになるため、溶融する深さが深くなる。波長については、半導体膜に対するレーザー光の吸収係数が波長により異なっているために溶融深さに影響する。
【００７５】
波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーをシリコンに照射した場合、３００ｎｍ付近のシリコンの吸収係数が大きいため、レーザー光が直接シリコンに吸収されるのは約３０ｎｍの深さまでである。それより深い位置は、３０ｎｍにまで吸収されたレーザー光により発生した熱で徐々に溶融していく。
【００７６】
一方、用いられることの多い、波長が５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波を使用した場合、シリコンの該波長付近での吸収係数が小さく、半導体層の深い部分にまで、レーザー光が侵入する。そのため、この波長では深さ制御を行うことが難しいことから、ＹＡＧレーザーなど、波長が長いレーザーは非線型光学素子を用いて、第３高調波などに変換し、半導体層の吸収係数が大きい紫外領域の波長のレーザーに変換して使用すると良い。
【００７７】
本実施の形態ではエキシマレーザーの基本波を使用し、３００ｍｊ／ｃｍ^２のエネルギー密度でレーザードーピングを行い、半導体層表面から４０ｎｍ程度に浅くドーピングされた領域を形成することができる。本実施の形態には、Ｃｒ^３＋、Ｃｒ^４＋、Ｎｄ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｃｏ^２＋、Ｔｉ^３＋、Ｙｂ^３＋又はＶ^３＋がドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ_４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ_３などの結晶を使った固体レーザーも使用することができ、これらのレーザーは基本波長を非線型光学素子を用いて紫外領域の高次高調波に変換することで、本実施の形態に使用することができるようになる。
【００７８】
本実施の形態は、ソース領域やドレイン領域への不純物の添加に好適に用いることができ、特に、年々縮小されるデザインルールに対応して短くなったチャネル領域に起因して発生する短チャネル効果を、本法を使用することで浅い接合を形成することにより抑制することが可能となる。
また、本実施の形態は実施の形態１〜５と組み合わせて使用することができる。
【００７９】
（実施の形態７）
本発明を使用して、ＴＦＴを作製する方法について図４を使用して説明する。実施の形態２に示したように基板３００上に下地絶縁膜３０１ａ、３０１ｂ、結晶質半導体膜までを作製したら、結晶質半導体膜をエッチングにより所望の形状の結晶質半導体層３０２〜３０５とする。なお、半導体層を所望の形状にエッチングして非晶質半導体層としてから、前記結晶化処理を行っても構わない。また、結晶化のために使用したニッケルのゲッタリングを行っても良い。ゲッタリングは、実施の形態５で示した方法で行うと、チャネルドーピング工程にエッチング処理又はＣＭＰ処理を加えるだけで行うことができるので、工程の短縮につながる。もちろん他の公知の方法を使用してゲッタリングを行っても良い。
【００８０】
他の方法でゲッタリングを行う場合は、例えば次のような方法がある。表面をオゾン水で処理し、１〜５ｎｍ程度のバリア膜を形成してから、該バリア層上にスパッタリング法にてゲッタリングサイトを形成する。ゲッタリングサイトはアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を膜厚１５０ｎｍ堆積することで形成する。成膜条件は、成膜圧力：０．３Ｐａ、ガス（Ａｒ）流量：５０（ｓｃｃｍ）、成膜パワー：３ｋＷ、基板温度：１５０℃とした。なお、上記条件での非晶質シリコン膜に含まれるアルゴン元素の原子濃度は、３×１０^２０／ｃｍ^３〜６×１０^２０／ｃｍ^３、酸素の原子濃度は１×１０^１９／ｃｍ^３〜３×１０^１９／ｃｍ^３程度である。その後、ランプアニール装置を用いて６５０℃、３分の熱処理を行いゲッタリングする。ゲッタリング領域はエッチングなどで除去すれば良い。
【００８１】
続いて、ゲート絶縁膜３０６を形成する。膜厚は１１５ｎｍ程度とし、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などでシリコンを含む絶縁膜を形成すれば良い。本実施の形態では酸化シリコン膜を１０ｎｍの厚さで用いる。この場合、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａｅｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）とＯ_２とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃の条件下で、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ^２で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の加熱処理によりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【００８２】
次いで、ゲート絶縁膜上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜と第１の導電膜上に膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜を形成する。本実施の形態では第１の導電膜としてＴａＮを３０ｎｍ、第２の導電層としてＷを３７０ｎｍで形成した。ＴａＮ膜、Ｗ膜共スパッタ法で形成すればよく、ＴａＮ膜はＴａのターゲットを用いて窒素雰囲気中で、Ｗ膜はＷのターゲットを用いて成膜すれば良い。ゲート電極として使用するには抵抗が低いことが要求され、特にＷ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下であることが望ましいため、Ｗのターゲットは高純度（９９．９９９９％）のターゲットを用いることが望ましく、成膜時の不純物混入にも注意をはらわなければならない。こうして形成されたＷ膜の低効率は９〜２０μΩｃｍとすることが可能である。
【００８３】
なお、本実施の形態では第１の導電層をＴａＮ、第２の導電層をＷとしたが、これに限定されず、第１の導電層と第２の導電層は共にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。さらに、その組み合わせも適宜選択すればよい。また、本実施の形態では、２層の積層構造としたが、１層としてもよいし、もしくは３層以上の積層構造としてもよい。
【００８４】
次に、前記導電層をエッチングして電極及び配線を形成するため、フォトリソグラフィーにより露光工程を経てレジストからなるマスクを形成し、エッチングを行う。
【００８５】
第１のエッチング処理では第１のエッチング条件と第２のエッチング条件でエッチングを行う。レジストによるマスクを用い、エッチングし、ゲート電極及び配線を形成する。エッチング条件は適宜選択すれば良い
【００８６】
本法では、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）エッチング法を使用する。第１のエッチング条件として、エッチング用ガスにＣＦ_４、Ｃｌ_２とＯ_２を用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０（ｓｃｃｍ）とし、１．０Ｐａの圧力でコイル型電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。第１のエッチング条件でのＷ膜に対するエッチング速度は２００．３９ｎｍ／ｍｉｎ、ＴａＮに対するエッチング速度は８０．３２ｎｍ／ｍｉｎ、でありＴａＮに対するＷの選択比は約２．５である。また、この第１のエッチング条件によって、Ｗ膜のテーパー角度は約２６°となる。
【００８７】
続いて、第２のエッチング条件に移ってエッチングを行う。レジストからなるマスクを除去せず、のこしたまま、エッチング用ガスにＣＦ_４とＣｌ_２を用い、それぞれのガス流量比を３０／３０（ｓｃｃｍ）、圧力１．０Ｐａでコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約１５秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ_４とＣｌ_２を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。この第１のエッチング処理において、電極に覆われていないゲート絶縁膜は２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度エッチングされる。
【００８８】
上記の第１のエッチング処理においては、基板側に印加されたバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部はテーパー状となる。このように第１のエッチング処理においては、第１の導電層と第２の導電層からなる第１形状の導電層が形成される。
【００８９】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。第２のエッチング処理では、エッチング用のガスにＳＦ_６とＣｌ_２とＯ_２を用い、それぞれのガス流量比を２４／１２／２４（ｓｃｃｍ）とし、１．３Ｐａの圧力でコイル側の電力に７００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを発生して２５秒程度エッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。このエッチング条件ではＷ膜が選択的にエッチングされ、第２形状の導電層３０７ａ〜３１０ａ、３０７ｂ〜３１０ｂが形成される。
【００９０】
そして、レジストからなるマスクを除去せず、第１のドーピング処理を行う。これにより、結晶質半導体層３０２〜３０５にＮ型を付与する不純物が低濃度に添加される。第１のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量が１×１０^１３〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２、加速電圧が４０〜８０ｋＶで行えばよい。本実施の形態では加速電圧を５０ｋＶとして行った。Ｎ型を付与する不純物元素としては１５族に属する元素を用いることができ、代表的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）が用いられる。本実施の形態ではリン（Ｐ）を使用した。その際、第１の導電層３０７ａ〜３１０ａをマスクとして、自己整合的に低濃度の不純物が添加されている第１の不純物領域（Ｎ⁻⁻領域）を形成した。
【００９１】
続き、レジストからなるマスクを除去する。そして新たにレジストからなるマスクを、半導体層３０４の低濃度不純物領域を形成する場所と、及びＰチャネルＴＦＴを作製する半導体層３０３、３０５を覆って形成し、第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で、第２のドーピング処理を行う。第２のドーピング処理もＮ型を付与する不純物を添加する。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０^１３〜３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとすれば良い。本実施の形態ではドーズ量を３．０×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２とし、加速電圧を６５ｋＶとして行った。第２のドーピング処理は第２の導電層を不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層の下方に位置する半導体層にも不純物元素が添加されるようにドーピングを行う。
【００９２】
第２のドーピングを行うと、結晶質半導体層３０２〜３０５の第１の導電層３０７ａ〜３１０ａと重なっている部分のうち、第２の導電層３０７ｂ〜３１０ｂに重なっていない部分、もしくはマスクに覆われていない部分に、第２の不純物領域（Ｎ⁻領域、Ｌｏｖ領域）３１１が形成される。第２の不純物領域３１１には１×１０^１８〜５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度範囲でＮ型を付与する不純物が添加される。また、結晶質半導体層３０２〜３０５のうち、第１形状の導電層３０７ａ〜３１０ａにもマスクにも覆われておらず、露出している部分（第３の不純物領域：Ｎ^＋領域）３１２、３１３には、１×１０^１９〜５×１０^２１ａｔｏｍ／ｃｍ^３の範囲で高濃度にＮ型を付与する不純物が添加される。また、半導体層３０４にはＮ^＋領域が存在するが、一部マスクのみに覆われている部分３１４がある。この部分のＮ型を付与する不純物の濃度は、第１のドーピング処理で添加された不純物濃度のままである。
【００９３】
なお、本実施の形態では２回のドーピング処理により各不純物領域を形成したが、これに限定されることは無く、適宜条件を設定して、一回もしくは複数回のドーピングによって所望の不純物濃度を有する不純物領域を形成すれば良い。
【００９４】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、Ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層３０２、３０４上に、新たにレジストからなるマスクを形成し、第３のドーピング処理を行う。第３のドーピング処理により、Ｐチャネル型ＴＦＴとなる半導体層に前記第１の導電型及び前記第２の導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された、第４の不純物領域（Ｐ^＋領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ⁻領域）３１７、３１８が形成される。
【００９５】
第３のドーピング処理では、レジストからなるマスクに覆われておらず、更に第１の導電層とも重なっていない部分３１５、３１６に、第４の不純物領域（Ｐ^＋領域）が形成され、レジストからなるマスクに覆われておらず、且つ第１の導電層と重なっており、第２の導電層と重なっていない部分３１７、３１８に第５の不純物領域（Ｐ⁻領域）が形成される。Ｐ型を付与する不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。
【００９６】
本実施の形態では、第４の不純物領域及び第５の不純物領域を形成するＰ型の不純物元素としてはホウ素（Ｂ）を選択し、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を用いたイオンドープ法で形成した。イオンドープ法の条件としては、ドーズ量を１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２とし、加速電圧を８０ｋＶとした。
【００９７】
ここで、第１及び第２のドーピング処理によって、第４の不純物領域（Ｐ^＋領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ⁻領域）３１７、３１８にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されている。しかし、第４の不純物領域（Ｐ^＋領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ⁻領域３１７、３１８のいずれの領域においても、第３のドーピング処理によって、Ｐ型を付与する不純物元素の濃度が１×１０^１９〜５×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２となるようにドーピング処理される。そのため、第４の不純物領域（Ｐ^＋領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ⁻領域）３１７、３１８は、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域として問題無く機能する。
【００９８】
なお、本実施の形態では、第３のドーピング一回で、第４の不純物領域（Ｐ^＋領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ⁻領域）３１７、３１８を形成したが、これに限定はされない。ドーピング処理の条件によって適宜複数回のドーピング処理により第４の不純物領域（Ｐ^＋領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ⁻領域）３１７、３１８を形成してもよい。
【００９９】
次いで、レジストからなるマスクを除去して第１のパッシベーション膜３１９を形成する。この第１のパッシベーション膜としてはシリコンを含む絶縁膜を１００〜２００ｎｍの厚さに形成する。成膜法としてはプラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３から作製される酸化窒化シリコン膜、またはＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ^２である。また、第１のパッシベーション膜３１９としてＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、Ｈ_２から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。もちろん、第１のパッシベーション膜３１９は、本実施の形態のような酸化窒化シリコン膜の単層構造に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。
【０１００】
その後、加熱処理（熱処理）を行って、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。熱アニール法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃で行えば良く、本実施の形態では４１０℃、１時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザーアニール法、又はラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。
【０１０１】
また、第１のパッシベーション膜３１９を形成した後で熱処理を行うことで、活性化処理と同時に半導体層の水素化も行うことができる。水素化は、第１のパッシベーション膜３１９に含まれる水素によって、半導体層のダングリングボンドを終端するものである。
【０１０２】
また、第１のパッシベーション膜３１９を形成する前に加熱処理を行ってもよい。但し、第１の導電層及び第２の導電層を構成する材料が熱に弱い場合には、本実施の形態のように配線などを保護するため、第１のパッシベーション膜３１９を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。さらに、この場合、第１のパッシベーション膜３１９がないため、当然パッシベーション膜に含まれる水素を利用しての水素化は行うことができない。
【０１０３】
この場合は、プラズマにより励起された水素を用いる手段（プラズマ水素化）を用いての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中において、３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理による水素化を用いれば良い。
【０１０４】
次いで、第１のパッシベーション膜３１９上に、第１の層間絶縁膜３２０を形成する。第１の層間絶縁膜３２０としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜や、ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）法により塗布された酸化シリコン膜などを用いることができ、有機絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂等の膜を用いることができる。また、アクリル膜と酸化窒化シリコン膜の積層構造を用いても良い。
【０１０５】
本実施の形態では、膜厚１．６μｍの非感光性アクリル膜を形成した。第１の層間絶縁膜３２０によって、ＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化することができる。とくに、第１の層間絶縁膜３２０は平坦化の意味合いが強いので、平坦化されやすい材質の絶縁膜を用いることが好ましい。
【０１０６】
その後、第１の層間絶縁膜３２０上に窒化酸化シリコン膜等からなる第２のパッシベーション膜３２１を形成する。膜厚は１０〜２００ｎｍ程度で形成すれば良く、第２のパッシベーション膜によって第１の層間絶縁膜３２０へ水分が出入りすることを抑制することができる。また、第２のパッシベーション膜には、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜やカーボンナイトライド（ＣＮ）膜も同様に使用できる。
【０１０７】
またＲＦスパッタ法を用いて成膜された膜は緻密性が高く、バリア性に優れている。ＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、Ｎ_２、Ａｒ、Ｎ_２Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐａ、電力３０００Ｗとして成膜する。また、例えば窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ_２、Ａｒをガスの流量比が２０：２０となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成膜温度を２１５℃として成膜する。本実施の形態では、第２のパッシベーション膜３２１はＲＦスパッタ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を７０ｎｍの膜厚で形成した。
【０１０８】
次いで、エッチングにより第２のパッシベーション膜３２１、第１の層間絶縁膜３２０及び第１のパッシベーション膜３１９をエッチングし、第３の不純物領域３１２、３１３及び第４の不純物領域３１５、３１６に達するコンタクトホールを形成する。
【０１０９】
続いて、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線３２２〜３２８及び電極３２９を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉ）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、に２層構造に限らず、単層構造でも良いし、３層以上の積層構造にしても良い。また、配線材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えばＴａＮ膜上にＡｌ膜やＣｕ膜を形成し、更にＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成しても良い。
【０１１０】
本発明はこのようにして、図４の形態を得ることができ、液体によりドーパントを塗布した後レーザー照射によりドーパントを半導体層に添加することで、容易に大面積基板にも精密な濃度制御を行ったチャネルドーピングをすることができる。さらに、本発明をもちいることによって、精密なしきい値電圧制御を行ったＴＦＴを作製することができる。
【０１１１】
なお、本実施の形態は実施の形態１〜６と適宜組み合わせ、もしくは差し替えて使用することができる。
【０１１２】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明を使用して作製したＴＦＴを用いて表示装置を作製する例について図４及び図５を用いて説明する。
【０１１３】
図４に示した本発明のＴＦＴを作製後、ＴＦＴの配線３２７と一部重なるように、透明導電膜からなる第１の電極４００を形成する。透明導電膜としては仕事関数の大きい材質を用いて作製することが望ましく、酸化インジウムと酸化スズの化合物（ＩＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、窒化チタンなどを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加して作製した膜やＩＴＯ膜をスパッタ法で作製する際、ターゲットにＳｉＯ_２を混ぜて作製した膜を用いても良い。この第１の電極４００が発光素子の陽極となる。本実施の形態では第１の電極４００にはＩＴＯを使用した。ＩＴＯは０．１μｍの厚みにスパッタ法により形成した。
【０１１４】
また、この透明導電膜を形成する方法は、本実施の形態で示したようにＴＦＴの配線３２７を形成した後に形成する方法の他、図５（ｉ）に示したように配線３２７を形成する前に形成する方法（図５（ｉ）Ｂ）、配線３２７形成後、絶縁物を形成してからコンタクトホールを開口して形成する方法（図５（ｉ）Ｃ）などの方法で形成してもよい。図５（ｉ）Ａは本法の形態である。
【０１１５】
次いで、電極の端面を覆うように絶縁物４０１を形成する。絶縁物４０１は無機または有機の材料で形成することができるが、感光性の有機物を使用して形成すると、開口部の形状が発光層を蒸着する際に段切れなどが起こりにくいものとなり好適である。例えば、絶縁物４０１の材料としてネガ型の感光性アクリルを用いた場合、図５（ｉｉ）Ａのように、絶縁物４０１の上端部に第１の曲率半径を有する曲面を有し、前記絶縁物の下端部に第２の曲率半径を有する曲面を有するように形成することができる。前記第１の曲率半径及び前記第２の曲率半径は、０．２μｍ〜３μｍ、また前記開口部の壁面のＩＴＯに対する角度は３５°以上とすることが好ましい。また、感光性はネガ型に限らずポジ型を用いることができる。その際、ポジ型を用いた場合の開口部の形状は図５（ｉｉ）Ｂのように絶縁物の上端部は曲率半径を有する曲面となる。感光性の有機物を用いず、絶縁物４０１の開口部をドライエッチングで作製した場合は図５（ｉｉ）Ｃのような形状となる。
【０１１６】
その後、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系の多孔質体を用いて拭い、ゴミ等の除去を行う。なお本実施の形態では、ＰＶＡの多孔質体を用いた拭浄により、ＩＴＯや絶縁膜をエッチングしたときに発生する微粉（ゴミ）の除去を行った。
【０１１７】
次いで発光層の蒸着前処理に、全体にＰＥＤＯＴを塗布し、ベークを行ってもよい。このとき、ＰＥＤＯＴはＩＴＯとの濡れ性が良くないため、一旦ＰＥＤＯＴを塗布後、水洗し、再度ＰＥＤＯＴを塗布することが好ましい。その後、常圧で加熱を行って水分を飛ばしてから、減圧雰囲気で加熱を行う。なお、本実施の形態では、ＰＥＤＯＴを塗布後、１７０℃の減圧雰囲気で４時間加熱し、その後３０分かけて自然冷却を行う。
【０１１８】
そして、蒸着装置を用いて、蒸着源を移動させながら蒸着を行う。例えば、真空度が５×１０^−３Ｔｏｒｒ（０．６６５Ｐａ）以下、好ましくは１０^−４〜１０^−６Ｔｏｒｒまで真空排気された成膜室で蒸着を行う。蒸着の際、抵抗加熱により、予め有機化合物は気化されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。気化された有機化合物は、上方に飛散し、メタルマスクに設けられた開口部を通って基板に蒸着され、発光層４０２（正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層を含む）が形成される。
【０１１９】
ここでは蒸着法により発光層４０２を形成した例を示したが、特に限定されず、塗布法（スピンコート法、インクジェット法など）により高分子からなる発光層を形成してもよい。また、本実施の形態では、有機化合物層として低分子材料からなる層を積層した例を示したが、高分子材料からなる層と、低分子材料からなる層とを積層してもよい。また、ＲＧＢの発光層を形成してフルカラー表示を行っても、単色の発光層を形成し、色変換層やカラーフィルターを用いて、フルカラー表示を行ってもよい。また、無機の材料を用いても良い。
【０１２０】
発光素子の発光機構は、一対の電極間に有機化合物層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が有機化合物層中の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。
【０１２１】
発光層は通常、積層構造となっており、この積層構造は「正孔輸送層／電界発光層／電子輸送層」という構成が代表的である。この構造は非常に発光効率が高いため、現在研究開発が進められている発光装置はほとんどこの構造が採用されている。また、他にも陽極上に正孔注入層／正孔輸送層／電界発光層／電子輸送層、または正孔注入層／正孔輸送層／電界発光層／電子輸送層／電子注入層の順に積層する構造も良い。電界発光層に対して蛍光性色素等をドーピングしても良い。
【０１２２】
なお、本明細書において、陰極と陽極との間に設けられる全ての層を総称して発光層という。したがって、上述した正孔注入層、正孔輸送層、電界発光層、電子輸送層及び電子注入層は、全て発光層に含まれるものとする。これらは、低分子系有機化合物材料、中分子系有機化合物材料、又は高分子系有機化合物材料のいずれか、或いは、両者を適宣組み合わせて形成することが可能である。また、電子輸送性材料と正孔輸送性材料を適宜混合させた混合層、又はそれぞれの接合界面に混合領域を形成した混合接合を形成しても良い。又、有機系の材料のほかに無機系の発光材料を使用しても良い。
【０１２３】
次いで、上記発光層４０２上に、第２の電極４０３を陰極として形成する。第２の電極４０３は、仕事関数の小さい金属（Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｓ）を含む薄膜を用いて形成すればよい。また更に、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｓ等を含む薄膜上に積層した透明導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層膜で形成すると好ましい。膜厚は陰極として作用するように適宜設定すればよいが、０．０１〜１μｍ程度の厚さに電子ビーム蒸着法で形成すればよい。
【０１２４】
ここで、電子ビーム蒸着法を用いると、加速電圧が高すぎた場合放射線を発生し、ＴＦＴにダメージを与えてしまう。しかし、加速電圧が低すぎても成膜速度が下がり、生産性が低下するため対策として、第２の電極４０３を陰極として作用しうる膜厚より過剰には成膜しないようにする。陰極が薄ければ成膜速度が遅くても生産性にさほどの影響は現れない。この場合陰極の膜厚が薄いことで高抵抗化してしまう問題も発生するが、陰極上に低抵抗金属であるＡｌなどを抵抗加熱蒸着やスパッタ法などで形成し、積層構造とすることで解決できる。
【０１２５】
次に、絶縁物４０１及び第２の電極４０３上に、第３のパッシベーション膜４０４を成膜した。第２のパッシベーション膜３２１と第３のパッシベーション膜４０４は、共に水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。またその膜厚は、１０〜２００ｎｍ程度とするのが望ましい。
【０１２６】
こうして図４（Ｂ−１）に示すような発光素子を得ることができる。図示しないが、その上にシーリング材としてプラスチックフィルムを設け、間の空間に不活性気体を充填する。そして異方性導電膜を用いてＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）により外部端子と接続することで発光表示装置（表示モジュール）が完成する。
【０１２７】
本実施の形態は基板側（底面）から光を取り出す例を示したが、上面から光を取り出すようにするには、積層構造を図４（Ｂ−２）に示すようにする。その際は、第２の電極は透光性を有する材料で形成すれば良い。
【０１２８】
本発明を用い、しきい値電圧が精密に制御されたＴＦＴを使用して表示装置を作製することにより、発光素子の輝度のバラツキが少なくなり、より高品質な画像を提供することができる表示装置を作製することができる。
【０１２９】
なお、本実施の形態は実施の形態１〜７と適宜組み合わせ、もしくは差し替えて使用することができる。
【０１３０】
【発明の効果】
本発明によって、しきい値制御のために濃度制御が非常に重要なチャネルドーピングを、精度良く、大面積に効率良く施すことができる。また、レーザーとそのエネルギーを適切に選ぶことによって、半導体層の表面極浅い部分のみに選択的にドーピングを行うことが可能となる。さらに、ドーピングすることによって結晶構造を破壊しないため、イオン注入法や、プラズマドーピング法を行った後に必要である活性化の作業を必要とせず、工程の短縮及び歩留まりの改善が期待できる。
【０１３１】
また、本発明によって、大幅な工程の追加をせずとも、半導体の特性に悪影響を及ぼす、半導体中に残存した過剰の結晶化を助長する元素を除去することが可能となり、スループットの向上、歩留まりの改善が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一例を示す図。
【図２】本発明の実施の一例を示す図。
【図３】本発明の実施の一例を示す図。
【図４】本発明の実施の一例を示す図。
【図５】本発明の実施の一例を示す図。

Claims

絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質半導体層上にドーパントを含む液体を塗布し、
レーザー光を照射することによって前記非晶質半導体層を結晶化し、結晶質半導体層とすることと同時に、前記結晶質半導体層にドーパントの添加を行うことを特徴とするレーザードーピング処理方法。
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質半導体層上にドーパント及び結晶化を助長する元素を含む液体を塗布し、
レーザー光を照射することによって前記非晶質半導体層を結晶化し、結晶質半導体層とすることと同時に、前記結晶質半導体層にドーパントの添加を行うことを特徴とするレーザードーピング処理方法。
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質半導体層上に結晶化を助長する元素を含む液体を塗布し、
前記非晶質半導体層を加熱することにより結晶化して結晶質半導体膜とし、
前記結晶質半導体層上にドーパントを含む液体を塗布し、
レーザー光を照射することによって前記結晶質半導体層にドーパントの添加を行うことを特徴とするレーザードーピング処理方法。
請求項２及び請求項３において、
ドーパントの添加を行った後、前記結晶質半導体の表層部を除去することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
請求項４において、前記除去する表層部の厚さは３０〜６０ｎｍであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記結晶化を助長する元素とは、ニッケル、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金のうちいずれか一つ、または複数であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。