JP2007324462A - イオンドーピング方法及びイオンドーピング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁膜を介してシリコン膜に不純物を注入するイオンドーピングにおいて、絶縁膜の膜厚のばらつきに起因する不純物の注入ばらつきを抑制する。
【解決手段】矩形状の横断面を有するイオンビームＢをポリシリコン膜１２及びゲート絶縁膜１３が順に積層された被処理基板５に対して照射及び走査することにより、ゲート絶縁膜１３を介してポリシリコン膜１２に不純物を注入するイオンドーピング方法であって、イオンビームＢを被処理基板５の表面に対して垂直に入射させる第１ドーピング工程と、イオンビームＢを被処理基板５の表面に対して斜めに入射させる第２ドーピング工程とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、イオンドーピング方法及びイオンドーピング装置に関し、低温ポリシリコンＴＦＴを備えた液晶パネルなどを製造する技術に関するものである。

ポリシリコンは、アモルファスシリコンよりも高い電子移動度を有する半導体膜であるので、近年、ポリシリコンを低温で形成させた低温ポリシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）が広く用いられている。

上記低温ポリシリコンＴＦＴは、イオンドーピング装置を用いて、低温で形成させたポリシリコン膜に不純物としてリンイオンやボロンイオンなどを注入することにより、例えば、チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域及びＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域を形成するなどして作製される。

例えば、特許文献１には、活性層と、活性層に接するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を間に挟んで活性層と重なっているゲート電極とを有するトランジスタが設けられた半導体装置の作製方法において、活性層に対して斜めの一の方向から不純物を注入することで、活性層のうち、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極と重なっている第１の領域の一部と、活性層のうち、第１の領域以外の第２の領域とに不純物を添加し、第１の領域に対して第２の領域を一の方向に位置させることが開示されている。これによれば、Ｌｏｖ領域を形成するためのレジストマスクを設けることなく、Ｌｏｖ領域を有するＴＦＴとＬｏｆｆ領域を有するＴＦＴとを同一基板上に作り分け、イオン注入工程におけるスループットの向上を実現することができる、と記載されている。ここで、Ｌｏｖ領域は、ＬＤＤ領域のうちゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる領域であり、Ｌｏｆｆ領域は、ＬＤＤ領域のうちゲート絶縁膜を介してゲート電極と重ならない領域である。

また、特許文献２には、デュアルゲート構造のＣＭＯＳトランジスタを有する半導体装置の製造方法において、Ｎ型ＭＩＳトランジスタ形成領域ＲＴｎ及びＰ型ＭＩＳトランジスタ形成領域ＲＴｐのシリコン基板からなる活性領域上にゲート絶縁膜を形成した後、ポリシリコン膜を形成し、続いて、ポリシリコン膜上に、Ｐ型ＭＩＳトランジスタ形成領域ＲＴｐを覆うレジストを形成した後、レジストをマスクにして、砒素（Ａｓ）を斜めイオン注入してＡｓ注入層を形成し、さらに、レジストをマスクにして、リン（Ｐ）をイオン注入してＰ注入層を形成した後、ポリシリコン膜中の砒素及びリンを活性化するための短時間熱処理を行うことが開示されている。これによれば、デュアルゲート電極構造における両ゲ−ト電極間の不純物の相互拡散によるトランジスタのしきい値電圧の変動を抑制することができる、と記載されている。

さらに、特許文献３には、イオンビームを発生するイオン源と、そのイオンビームをリボン状イオンビームに変化させるビーム偏向機構と、そのリボン状イオンビームの照射方向と交差する方向に基板を移動する基板スキャン機構とを備えたイオン注入装置において、基板を鉛直方向から後方に５°〜３０°傾斜させると共に、基板の背面を支持体で支持するように基板スキャン機構を構成することが開示されている。これによれば、薄く不安定な大型基板における基板走査時の基板の膨らみとばたつきとを防止できるので、大きな基板に対して安定して不純物導入を行うことができる、と記載されている。
特開２００５−５７２５３号公報 特開２００５−１１６８６０号公報 特開２００５−１７４８７１号公報

近年、液晶パネルを構成する基板は、５００ｍｍ角を超えるようになっているので、被処理基板よりも大きなビームを形成してその大きなビームによって不純物を一括に注入するように構成されたイオンドーピング装置では、イオン源及び装置自体が大きくなってしまう。そのため、比較的均一なビームを形成しやすい矩形状の横断面を有するビームを形成して、その矩形状のビームを基板に走査させることによって不純物を均一に注入するように構成されたスキャン方式のイオンドーピング装置が主流となっている。

ところで、ポリシリコンＴＦＴの製造において、ポリシリコン膜に不純物を注入する際には、ポリシリコン膜の上層に設けられたゲート絶縁膜を介して行うことが多いので、そのゲート絶縁膜の膜厚のばらつきに起因してポリシリコン膜に不純物が均一に注入されないことがある。

例えば、トップゲート型のＴＦＴでは、ＴＦＴの閾値制御のために、上記ポリシリコン膜及びゲート絶縁膜が積層された状態でポリシリコン膜にボロンの注入を行う。このゲート絶縁膜は、近年の液晶パネルの大型化によって液晶パネルを構成する基板が益々大きくなっているので、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法などによって成膜された際に、基板内における成膜厚さのばらつきが大きくなるおそれがある。また、ＬＤＤ領域の注入を行う際には、上記ポリシリコン膜及びゲート絶縁膜の積層膜の上層にゲート電極を形成した後、リンの注入を行う。ここで、ゲート絶縁膜は、上記のＣＶＤによる成膜ばらつきに加え、ゲート電極を構成する金属膜をレジストを介してエッチングする際に、その形成されたゲート電極の周囲においてゲート絶縁膜の上層部が部分的にエッチングされてしまうことにより、ゲート電極を形成した後のゲート絶縁膜の膜厚は、例えば、形成されたレジストの形状に沿ってばらつくおそれがある。

そして、従来のスキャン方式のイオンドーピング装置では、通常、加速電圧を一定にしてイオン注入をするために、基板においてイオンが注入される深さが加速電圧によって、一意的に決定されるので、上記のように、基板面内において、ゲート絶縁膜の膜厚がばらつくことによって、ゲート絶縁膜の表面からポリシリコン膜の表面までの距離に差が生じると、ポリシリコン膜に注入されるイオンの量が基板面内においてばらついてしまうおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、絶縁膜を介してシリコン膜に不純物を注入するイオンドーピングにおいて、絶縁膜の膜厚のばらつきに起因する不純物の注入ばらつきを抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、イオンビームを被処理基板の表面に対して垂直に入射させる第１ドーピング工程と、イオンビームを被処理基板の表面に対して斜めに入射させる第２ドーピング工程とを備えるようにしたものである。

具体的に本発明に係るイオンドーピング方法は、矩形状の横断面を有するイオンビームをシリコン膜及び絶縁膜が順に積層された被処理基板に対して照射及び走査することにより、上記絶縁膜を介して上記シリコン膜に不純物を注入するイオンドーピング方法であって、上記イオンビームを上記被処理基板の表面に対して垂直に入射させる第１ドーピング工程と、上記イオンビームを上記被処理基板の表面に対して斜めに入射させる第２ドーピング工程とを備えることを特徴とする。

上記の方法によれば、第２ドーピング工程では、イオンビームが被処理基板の表面に対して斜めに入射されるので、イオンビームの注入深さ方向の飛程が第１ドーピング工程における飛程よりも浅くなる。そして、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程の双方を行ってシリコン膜に不純物を注入することにより、イオンビームの注入深さ方向のプロファイルが第１ドーピング工程のみを行った場合よりもブロードになる。そのため、シリコン膜に不純物を注入する際に介在する絶縁膜の厚さがばらついたとしても、シリコン膜における不純物の注入ばらつきが第１ドーピング工程のみを行った場合よりも抑制される。したがって、絶縁膜を介してシリコン膜に不純物を注入するイオンドーピングにおいて、絶縁膜の膜厚のばらつきに起因する不純物の注入ばらつきが抑制される。

上記第２ドーピング工程では、上記被処理基板を上記イオンビームの走査方向に沿った軸を中心に上記イオンビームの入射方向に対して傾斜させてもよい。

上記の方法によれば、第２ドーピング工程におけるイオンビームの飛程が浅くなり、本発明の作用効果が具体的に奏される。

第１ドーピング工程は、上記被処理基板を処理室の内部の一端から他端に移動させるときに該被処理基板に対して上記イオンビームを照射及び走査することにより行われ、第２ドーピング工程は、上記被処理基板を上記処理室の内部の他端から一端に移動させるときに該被処理基板に対して上記イオンビームを照射及び走査することにより行われてもよい。

上記の方法によれば、被処理基板を処理室の内部の一端から他端に移動させるときに第１ドーピング工程が行われ、被処理基板を処理室の内部の他端から一端に移動させるときに第２ドーピング工程が行われるので、被処理基板を処理室の内部において往復移動させる間に、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程の双方が行われることになる。これにより、絶縁膜の膜厚のばらつきに起因する不純物の注入ばらつきが具体的に抑制される。

第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程は、上記被処理基板を処理室の内部において往復移動させるときに該被処理基板に対して上記イオンビームを照射及び走査することによりそれぞれ行われてもよい。

上記の方法によれば、被処理基板を処理室の内部において往復移動させるときに、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程がそれぞれ行われるので、被処理基板が処理室の内部において複数回往復移動される間に、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程の双方が行われることになる。これにより、絶縁膜の膜厚のばらつきに起因する不純物の注入ばらつきが具体的に抑制される。

また、本発明に係るイオンドーピング装置は、シリコン膜及び絶縁膜が順に積層された被処理基板を収容するための処理室と、上記処理室に収容された被処理基板に対して照射され、矩形状の横断面を有するイオンビームを生成するためのイオン源と、上記処理室の内部において移動可能に設けられ、上記被処理基板を保持するための基板保持部とを備え、上記イオン源で生成されたイオンビームを上記基板保持部に保持された被処理基板に対して照射及び走査することにより、上記絶縁膜を介して上記シリコン膜に不純物を注入するイオンドーピング装置であって、上記基板保持部は、上記被処理基板を上記イオンビームの入射方向に対して垂直及び斜めに保持する角度切替機構を有していることを特徴とする。

上記の構成によれば、基板保持部が被処理基板をイオンビームの入射方向に対して垂直及び斜めに保持する角度切替機構を有しているので、例えば、第１ドーピング工程においてイオンビームを被処理基板の表面に対して垂直に入射させた後に、第２ドーピング工程においてイオンビームを被処理基板の表面に対して斜めに入射させることが可能になる。そして、第２ドーピング工程では、イオンビームが被処理基板の表面に対して斜めに入射されるので、イオンビームの注入深さ方向の飛程が第１ドーピング工程における飛程よりも浅くなる。そして、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程の双方を行ってシリコン膜に不純物を注入することにより、イオンビームの注入深さ方向のプロファイルが第１ドーピング工程のみを行った場合よりもブロードになる。そのため、シリコン膜に不純物を注入する際に介在する絶縁膜の厚さがばらついたとしても、シリコン膜における不純物の注入ばらつきが第１ドーピング工程のみを行った場合よりも抑制される。したがって、絶縁膜を介してシリコン膜に不純物を注入するイオンドーピングにおいて、絶縁膜の膜厚のばらつきに起因する不純物の注入ばらつきが抑制される。

上記角度切替機構は、上記被処理基板を上記イオンビームの入射方向に対して斜めに保持するときに、該被処理基板を上記イオンビームの走査方向に沿った軸を中心に傾斜させるように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、被処理基板をイオンビームの入射方向に対して斜めに保持させたときにおけるイオンビームの飛程が浅くなり、本発明の作用効果が具体的に奏される。

上記角度切替機構は、上記被処理基板が上記処理室の内部の端に移動したときに、上記被処理基板の角度を切り替えるように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、例えば、基板保持部によって被処理基板をイオンビームの入射方向に対して垂直に保持させながら処理室の内部の一端から他端に移動させ、そして、被処理基板が処理室の内部の他端に達したときに角度切替機構を機能させることにより、イオンビームの入射方向に対して垂直に保持された被処理基板をイオンビームの入射方向に対して斜めに保持させ、さらに、基板保持部によって被処理基板をイオンビームの入射方向に対して斜めに保持させながら処理室の内部の他端から一端に移動させることが可能になり、本発明の作用効果が具体的に奏される。

また、基板保持部によって被処理基板をイオンビームの入射方向に対して垂直に保持させながら処理室の内部を一往復移動させ、そして、被処理基板が処理室の内部の端に戻ったときに角度切替機構を機能させることにより、イオンビームの入射方向に対して垂直に保持された被処理基板をイオンビームの入射方向に対して斜めに保持させ、さらに、基板保持部によって被処理基板をイオンビームの入射方向に対して斜めに保持させながら処理室の内部を一往復移動させることが可能になり、本発明の作用効果が具体的に奏される。

本発明によれば、イオンビームを被処理基板の表面に対して垂直に入射させる第１ドーピング工程と、イオンビームを被処理基板の表面に対して斜めに入射させる第２ドーピング工程とを備えるため、絶縁膜を介してシリコン膜に不純物を注入するイオンドーピングにおいて、絶縁膜の膜厚のばらつきに起因する不純物の注入ばらつきを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１〜図８は、本発明に係るイオンドーピング方法及びイオンドーピング装置の実施形態１を示している。ここで、図１は、本実施形態に係るイオンドーピング装置１００の概略構成図であり、図２は、イオンドーピング装置１００の部分拡大図である。

イオンドーピング装置１００は、図１に示すように、イオン源１０、プロセスチャンバ（処理室）２０、真空チャンバ３０、ロードロックチャンバ４０及び搬送ロードチャンバ５０が図中下側から順に設けられている。なお、本実施形態では、真空チャンバ３０及びロードロックチャンバ４０を１つずつ設けてそれらを一列に配置させているが、真空チャンバ３０及びロードロックチャンバ４０を２つずつ設けてそれらを２列に配置させ、一方の真空チャンバ３０及びロードロックチャンバ４０の列を搬入側とし、他方の真空チャンバ３０及びロードロックチャンバ４０の列を搬出側としてもよい。

イオン源１０は、プラズマチャンバ（不図示）と、そのプラズマチャンバよりもプロセスチャンバ２０側に設けられた加速部（不図示）とを備えている。

上記プラズマチャンバは、例えば、そのチャンバ内にガスを導入するためのガス導入口と、そのチャンバ内の上壁に設けられ電子を放出させるためのフィラメントと、そのチャンバ外の側壁に複数段で環状に設けられプラズマ密度を増加させると共にプラズマの均一性を向上させるための環状磁石と、そのチャンバ内の側壁に設けられたアーク電極とを備えている。

上記加速部は、例えば、各々、イオンを引き出すための多数の貫通孔を有するプラズマ電極、引出電極、減速電極及び接地電極が、上記プラズマチャンバ側から順に互いに対向して配置されている。

そして、イオン源１０では、上記プラズマチャンバにおいて、フィラメントに電流を流し、フィラメントとアーク電極との間に所定の電圧を印加することにより、フィラメントによって加熱された電子がフィラメントから放出された後にアーク電極に到達してアーク放電が生じる。このとき、フィラメントから放出された電子とガス導入口から導入されたイオンドーピングすべき元素を含む気体とが衝突して、その気体分子が分解すると共にドーピングすべき元素を含むイオン（プラズマ）が生成することになる。さらに、上記加速部において、まず、プラズマ電極と引出電極との間に所定の電圧を印加することにより、上記プラズマチャンバで生成されたイオンを引き出すと共に、その引き出されたイオンを方向づけてイオンの直線性を向上させる。続いて、引出電極と減速電極との間に所定の電圧を印加することにより、プラズマ電極と引出電極との間で直線性を向上させたイオンを加速させる。さらに、減速電極と接地電極との間に所定の電圧を印加することにより、プロセスチャンバ２０からの二次電子がイオン源１０に戻ることを抑制しながら、加速させたイオンを矩形状の横断面を有する（リボン状の）イオンビームＢとして生成する。

プロセスチャンバ２０は、図２に示すように、そのチャンバ内において図中左右に平行移動可能に設けられた基板保持部１５と、基板保持部１５の後述するシャフト４の両端部に連結可能にそのチャンバ外の右側壁及び左側壁にそれぞれ設けられたモータＭ１及びモータＭ２とを備えている。

基板保持部１５は、図３〜図６に示すように、被処理基板５を保持するためのプラテン１と、プラテン１の角度を切り替えて被処理基板５をイオンビームＢの入射方向に対して垂直（図３及び図４参照）、平行（図５参照）及び斜め（図６参照）に保持するための角度切替機構２５とを備えている。ここで、図３は、基板保持部１５の正面図であり、図４〜図６は、上記各保持状態における基板保持部１５の側面図である。

プラテン１は、図３における左辺、下辺及び右辺に被処理基板５の各側面を支持するようにそれぞれ設けられた複数の支持ピン３と、被処理基板５の両側端の一部をその上方から押さえるように設けられた一対の基板押さえ部２とを備えている。

また、プラテン１の図３における下辺には、角度を切り替える際の回転軸となるシャフト４が取り付けられている。そして、シャフト４の両端部分には、プラテン１を所定角度に固定するための円板状の固定ディスク６がそれぞれ取り付けられている。ここで、固定ディスク６の側面には、固定用のロックピン７ａが挿入される第１ピン挿入口６ａ及び第２ピン挿入口６ｂが設けられている。また、シャフト４の各固定ディスク６の外側には、モータＭ１及びモータＭ２の回転軸に係合可能なギア４ａがそれぞれ取り付けられている。

さらに、基板保持部１５は、ベース部８ａと、ベース部８ａにそれぞれ直立するように設けられた一対のシリンダー部７と、一対のシリンダー部７の外側においてベース部８ａにそれぞれ直立するように設けられた一対の側壁部８ｂと、各側壁部８ｂの上側部分を連結するように設けられた上部フレーム８ｃとを備えている。ここで、各シリンダー７部は、その上面からロックピン７ａが出し入れ可能に構成されている。また、上部フレーム８ｃの幅方向に沿った各側壁は、プラテン１に取り付けられたシャフト４が枢支されるように構成されている。なお、プラテン１とベース部８ａとの間には、バネ９が取り付けられている。

そして、上記構成の基板保持部１５では、第１の保持状態として、バネ９の復元力によって、図５に示すように、プラテン１がベース部８ａに対して平行（水平）に保持され、また、第２の保持状態として、モータＭ１又はモータＭ２によってシャフト４を回転させると共に、ロックピン７ａを第１ピン挿入口６ａに挿入することによって、図４に示すように、プラテン１がベース部８ａに対して垂直に保持され、さらに、第３の保持状態として、モータＭ１又はモータＭ２によってシャフト４を回転させると共に、ロックピン７ａを第２ピン挿入口６ｂに挿入することによって、図６に示すように、プラテン１がベース部８ａに対して斜めに保持されることになる。このように、角度切替機構２５は、モータＭ１、モータＭ２、シャフト４、ギア４ａ、固定ディスク６、及びロックピン７ａを有し、基板保持部１５の形態が上記第１の保持状態、第２の保持状態及び第３の保持状態に適宜変わるように構成されている。

搬送ロードチャンバ５０には、複数枚の被処理基板５が収容されたカセット（不図示）の搬入及び搬出が行われるカセットポート６０ａ〜６０ｃが設けられ、被処理基板５を支持するアーム部５２を有する大気ロボット５１が配備されている。なお、大気ロボット５１は、各カセットポート６０ａ〜６０ｃとロードロックチャンバ４０との間で被処理基板５の受け渡しを行うように構成されている。

真空チャンバ３０は、被処理基板５を支持するアーム部３２を有する真空ロボット３１を内部に備えている。なお、真空ロボット３１は、ロードロックチャンバ４０の内部に移動した大気ロボット５１とプロセスチャンバ２０の内部の基板保持部１５との間で被処理基板５の受け渡しを行うように構成されている。

なお、プロセスチャンバ２０、真空チャンバ３０及びロードロックチャンバ４０は、真空プロセスであり、搬送ロードチャンバ５０は、大気プロセスである。また、プロセスチャンバ２０と真空チャンバ３０との間、真空チャンバ３０とロードロックチャンバ４０との間、及びロードロックチャンバ４０と搬送ロードチャンバ５０との間には、被処理基板５の搬送に合わせて開閉するゲートが設けられている。

次に、上記構成のイオンドーピング装置１００を用いたイオンドーピング方法について説明する。

ここで、イオンドーピングの対象である被処理基板５は、図７に示すように、ガラス基板１１と、そのガラス基板１１の表面に形成されたポリシリコン膜１２と、そのポリシリコン膜１２の表面に形成されたゲート絶縁膜１３とを備えている。なお、ポリシリコン膜１２の膜厚は、例えば、５０ｎｍであり、ゲート絶縁膜１３の膜厚は、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。

また、イオンドーピングすべき元素を含む気体としては、例えば、Ｎ型ドーパントとなるリンを不純物イオンとして注入する気体としてホスフィン（ＰＨ₃）など、及びＰ型ドーパントとなるボロンを不純物イオンとして注入する気体としてジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）や三フッ化ボロン（ＢＦ₃）などが用いられる。

以下に、ホスフィンガスを用いてリンイオンをドーピングする方法について説明する。

まず、被処理基板５をカセットの内部に収容し、そのカセットを搬送ロードチャンバ５０の例えばカセットポート６０ａに搬入する。

続いて、大気ロボット５１によって、カセットから被処理基板５を取り出し、ロードロックチャンバ４０の内部に搬入する。

その後、真空ロボット３１によって、ロードロックチャンバ４０の内部に搬入された被処理基板５を、プロセスチャンバ２０の基板保持部１５のプラテン１上に載置する（図５参照）。

さらに、基板押さえ部２によって、被処理基板５をプラテン１上に固定した後、モータＭ１によってシャフト４を回転させると共に、ロックピン７ａを第１ピン挿入口６ａに挿入することによって、プラテン１をベース部８ａに対して垂直に保持させる（図３及び図４参照）。

続いて、イオン源１０を作動させてリンイオンのイオンビームＢを生成させると共に、基板保持部１５をプロセスチャンバ２０において図２の右側から左側に移動させる。これによれば、被処理基板５がイオン源１０の前方（図２中の上側）を通過するときに、イオンビームＢが、図７における被処理基板５の左から右への動作のように、被処理基板５の表面に対して垂直に入射されることになる（第１ドーピング工程）。

そして、基板保持部１５がプロセスチャンバ２０の左端に到達したときに、ロックピン７ａを第１ピン挿入口６ａから抜いた後に、モータＭ２によってシャフト４を回転させると共に、ロックピン７ａを第２ピン挿入口６ｂに挿入することによって、プラテン１をベース部８ａに対して斜めに保持させる（図６参照）。

さらに、イオン源１０を作動させながら、基板保持部１５をプロセスチャンバ２０において図２の左側から右側に移動させる。これによれば、被処理基板５がイオン源１０の前方を通過するときに、イオンビームＢが、図７における被処理基板５の右から左への動作のように、被処理基板５の表面に対して斜めに入射される（第２ドーピング工程）。

その後、基板保持部１５がプロセスチャンバ２０の右端に到達したときに、ロックピン７ａを第２ピン挿入口６ｂから抜いた後に、モータＭ１によってシャフト４を回転させることによって、プラテン１をベース部８ａに対して平行に保持させる（図５参照）。

最後に、被処理基板５を真空ロボット３１によってプロセスチャンバ２０から取り出した後に、その被処理基板５を大気ロボット５１によってカセットポート６０ａに搬入されたカセットの内部に収容する。

以上のようにして、被処理基板５上のポリシリコン膜１２にゲート絶縁膜１３を介してリンイオンを注入することができる。

以上説明したように、イオンドーピング装置１００及びそれを用いたイオンドーピング方法によれば、第２ドーピング工程においてイオンビームＢが被処理基板５の表面に対して斜めに入射されるので、イオンビームＢの注入深さ方向の飛程が第１ドーピング工程における飛程よりも浅くなる。そして、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程の双方を行ってポリシリコン膜１２にリンイオンを注入することにより、イオンビームＢの注入深さ方向のプロファイルが第１ドーピング工程のみを行った場合よりもブロードになる。そのため、ポリシリコン膜１２にリンイオンを注入する際に介在するゲート絶縁膜１３の厚さがばらついたとしても、ポリシリコン膜１２におけるリンイオンの注入ばらつきが第１ドーピング工程のみを行った場合よりも抑制することができる。したがって、絶縁膜を介してシリコン膜に不純物を注入するイオンドーピングにおいて、絶縁膜の膜厚のばらつきに起因する不純物の注入ばらつきを抑制することができる。

また、イオンドーピング装置１００によれば、被処理基板５の保持角度のみを変えることだけで、イオンビームＢの注入深さ方向のプロファイルをブロードにできるので、イオンビームＢの加速電圧の条件を変える必要がない。そのため、イオンドーピング装置１００の処理能力を低下させることなく、ゲート絶縁膜１３の膜厚のばらつきに起因するリンイオンの注入ばらつきを抑制することができる。

次に、具体的に行った実験について説明する。

本発明の実施例として、上記実施形態と同じ方法で被処理基板５を処理した。具体的には、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程における加速電圧を９０ｋＶとし、第２ドーピング工程において、被処理基板５をイオンビームＢの走査方向に沿った軸を中心にイオンビームＢに入射方向と直交する面に対して４１．５度（図７のθ＝４１．５°）傾斜させた。

また、比較例として、実施例の第２ドーピング工程において、被処理基板５をイオンビームＢに直交する面に対して平行に配置させた、すなわち、第２ドーピング工程を行う代わりに第１ドーピング工程を２回繰り返した。

図８は、ポリシリコン膜の表面から深さとドーピングされたリンイオンの濃度との関係を示すグラフである。なお、図中において、白抜きの丸印は実施例のデータを示し、白抜きの三角印は比較例のデータを示す。

実施例では、第２ドーピング工程におけるイオンビームＢの飛程が浅くなって、イオンビームＢの注入深さ方向のプロファイルがブロードになるので、図８に示すように、ポリシリコン層１２にドーピングされるリンイオンのばらつきが比較例よりも約７％改善された。なお、第２ドーピング工程において、第１ドーピング工程と同じ飛程を得るには、加速電圧を１０２．９ｋＶ（＝９０×２／（１＋ｃｏｓ４１．５°））とする必要がある。

《発明の実施形態２》
図９及び図１０は、本発明に係るイオンドーピング方法の実施形態２を示している。なお、以下の実施形態において図１〜図８と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態のイオンドーピング方法では、基板保持部１５をプロセスチャンバ２０の内部で１回目の往復移動させることにより、図９に示すように、イオンビームＢを被処理基板５の表面に対して垂直に入射させる第１ドーピング工程を行い、続いて、基板保持部１５をプロセスチャンバ２０の内部で２回目の往復移動させることにより、図１０に示すように、イオンビームＢを被処理基板５の表面に対して斜めに入射させる第２ドーピング工程を行うことになる。

なお、本実施形態では、基板保持部１５をプロセスチャンバ２０の内部で往復移動させることによって、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程をそれぞれ行ったが、第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程のうち、一方のドーピング工程を片道のみの移動にしたり、双方のドーピング工程を１．５往復の移動などにしてもよい。

また、上記各実施形態では、第２ドーピング工程において、被処理基板５を１種類の角度で傾斜させたが、本発明は、第２ドーピング工程において、被処理基板５を２種類以上の角度で傾斜させてもよい。

さらに、上記各実施形態では、基板保持部１５の構造を容易にするため、被処理基板５をイオンビームＢの入射方向に対して垂直及び平行に保持する機構を利用して、第２ドーピング工程において、被処理基板５をイオンビームＢの走査方向に沿った軸を中心にイオンビームＢの入射方向に対して傾斜させていたが、本発明は、第２ドーピング工程において、被処理基板５をイオンビームＢの走査方向と直交する軸を中心に傾斜させてもよい。

また、上記各実施形態では、イオンビームＢを被処理基板５の表面に対して垂直に入射させる第１ドーピング工程の後に、イオンビームＢを被処理基板５の表面に対して斜めに入射させる第２ドーピング工程を行う方法を例示したが、本発明は、第２ドーピング工程の後に、第１ドーピング工程を行ってもよい。

さらに、上記各実施形態では、イオンドーピングされるシリコン膜として、ポリシリコン膜を例示したが、本発明は、アモルファスシリコン膜にも適用することができる。

以上説明したように、本発明は、ゲート絶縁膜の膜厚ばらつきに起因するイオンの注入ばらつきを抑制することができるので、低温ポリシリコンＴＦＴを備えた大型の液晶パネルの製造に有用である。

実施形態１に係るイオンドーピング装置１００の概略構成図である。 イオンドーピング装置１００の部分拡大図である。 イオンドーピング装置１００を構成する基板保持部１５において、プラテン１を垂直に保持させた正面図である。 イオンドーピング装置１００を構成する基板保持部１５の図３に対応する側面図である。 イオンドーピング装置１００を構成する基板保持部１５において、プラテン１を水平に保持させたときの側面図である。 イオンドーピング装置１００を構成する基板保持部１５において、プラテン１を斜めに保持させたときの側面図である。 実施形態１に係るイオンドーピング方法を示す模式図である。 実施例及び比較例におけるポリシリコン膜の表面からの深さとドーピングされたイオンの濃度との関係を示すグラフである。 実施形態２に係るイオンドーピング方法を示す第１の模式図である。 実施形態２に係るイオンドーピング方法を示す第２の模式図である。

符号の説明

Ｂ イオンビーム
５ 被処理基板
１０ イオン源
１２ ポリシリコン膜
１３ ゲート絶縁膜
１５ 基板保持部
２０ プロセスチャンバ（処理室）
２５ 角度切替機構
１００ イオンドーピング装置

Claims (7)

1. 矩形状の横断面を有するイオンビームをシリコン膜及び絶縁膜が順に積層された被処理基板に対して照射及び走査することにより、上記絶縁膜を介して上記シリコン膜に不純物を注入するイオンドーピング方法であって、
   上記イオンビームを上記被処理基板の表面に対して垂直に入射させる第１ドーピング工程と、
   上記イオンビームを上記被処理基板の表面に対して斜めに入射させる第２ドーピング工程とを備えることを特徴とするイオンドーピング方法。
2. 請求項１に記載されたイオンドーピング方法において、
   上記第２ドーピング工程では、上記被処理基板を上記イオンビームの走査方向に沿った軸を中心に上記イオンビームの入射方向に対して傾斜させることを特徴とするイオンドーピング方法。
3. 請求項１に記載されたイオンドーピング方法において、
   第１ドーピング工程は、上記被処理基板を処理室の内部の一端から他端に移動させるときに該被処理基板に対して上記イオンビームを照射及び走査することにより行われ、
   第２ドーピング工程は、上記被処理基板を上記処理室の内部の他端から一端に移動させるときに該被処理基板に対して上記イオンビームを照射及び走査することにより行われることを特徴とするイオンドーピング方法。
4. 請求項１に記載されたイオンドーピング方法において、
   第１ドーピング工程及び第２ドーピング工程は、上記被処理基板を処理室の内部において往復移動させるときに該被処理基板に対して上記イオンビームを照射及び走査することによりそれぞれ行われることを特徴とするイオンドーピング方法。
5. シリコン膜及び絶縁膜が順に積層された被処理基板を収容するための処理室と、
   上記処理室に収容された被処理基板に対して照射され、矩形状の横断面を有するイオンビームを生成するためのイオン源と、
   上記処理室の内部において移動可能に設けられ、上記被処理基板を保持するための基板保持部とを備え、
   上記イオン源で生成されたイオンビームを上記基板保持部に保持された被処理基板に対して照射及び走査することにより、上記絶縁膜を介して上記シリコン膜に不純物を注入するイオンドーピング装置であって、
   上記基板保持部は、上記被処理基板を上記イオンビームの入射方向に対して垂直及び斜めに保持する角度切替機構を有していることを特徴とするイオンドーピング装置。
6. 請求項５に記載されたイオンドーピング装置において、
   上記角度切替機構は、上記被処理基板を上記イオンビームの入射方向に対して斜めに保持するときに、該被処理基板を上記イオンビームの走査方向に沿った軸を中心に傾斜させるように構成されていることを特徴とするイオンドーピング装置。
7. 請求項５に記載されたイオンドーピング装置において、
   上記角度切替機構は、上記被処理基板が上記処理室の内部の端に移動したときに、上記被処理基板の角度を切り替えるように構成されていることを特徴とするイオンドーピング装置。

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