JP2008227142A - 不純物のドーピング方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率にしかも低温で不純物スピンオングラス膜等の堆積被膜による半導体素材への不純物ドーピングを行うことを課題とする。
【解決手段】ドーパント不純物を含む溶液に光酸発生剤を添加し、半導体素材を有する基体表面に、この溶液を付着させ光活性不純物スピンオングラス膜を形成し、その後紫外光などを光照射することで光酸発生剤から酸を発生させる。この酸の効果により、ドーパント不純物はイオン化され、熱処理により容易に半導体素材への不純物ドーピングを行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体薄膜等の半導体素材に対する不純物のドーピング方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。

トランジスタ等を含む半導体装置では、低温でしかも高効率な不純物のドーピングが求められている。
半導体装置の中でも薄膜トランジスタ（TFT、Thin Film Transistor）は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ(AM-LCD)などにおいて通常ガラス基板上に形成されるが、ユビキタス社会の浸透と共に、フレキシブル・ディスプレイやRFIDチップ（Radio Frequency Identification）などの多様なアプリケーションのために、プラスチック、繊維、紙などのフレキシブルな基板への形成が必要となってきている。

このようなアプリケーション実現のために、TFT作製プロセスの容易化と低温化が必要となる。不純物ドーピングは、TFTを含む半導体素子の作製プロセスであり、例えばトランジスタにおいては、ソース、ドレイン及びゲートを作製するときに使われる。TFT作製プロセスにおいては、この不純物ドーピングプロセスでも容易化・低温化が求められている。容易化・低温化可能な不純物ドーピング方法として、図４に示すようなドーパント不純物イオンを含む溶液を付着させ、これを乾燥形成した化合物層から熱処理により不純物ドーピングを行う方法が提案されている（特許文献１）。
特開２００５−２６００４０号公報

ところが従来の不純物ドーピング方法では、不純物スピンオングラス膜等の固体薄膜中の不純物原子は他の原子との結合を持っているためドーピング効率が上がらず、かつ不純物拡散のために高温を必要とする。
したがって本発明はこの問題を克服し、より高効率にしかも低温で不純物スピンオングラス膜等の堆積被膜による半導体素材への不純物ドーピングを行うことを課題とする。

上記の課題を解決するために本発明は、次のような不純物のドーピング方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法を提供するものである。
（１）ドーパント不純物を含む溶液と酸発生剤を混合させた溶液を用いて半導体素材上に堆積被膜を形成する工程、及び該ドーパント不純物を半導体素材に拡散させる工程を含む不純物のドーピング方法。
（２）上記酸発生剤は、光酸発生剤であることを特徴とする（１）に記載の不純物のドーピング方法。
（３）上記堆積被膜に光照射する工程を含むことを特徴とする（２）に記載の不純物のドーピング方法。
（４）上記堆積被膜にレーザー照射する工程を含むことを特徴とする（２）に記載の不純物のドーピング方法。
（５）上記堆積被膜は、スピンオン堆積膜であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の不純物のドーピング方法。
（６）上記半導体素材は、半導体基体、絶縁基体上又は絶縁層上に形成した半導体膜あるいは有機半導体膜であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の不純物のドーピング方法。
（７）上記ドーパント不純物を半導体素材に拡散させる工程は、熱処理を加える工程を含むことを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の不純物のドーピング方法。
（８）上記熱処理は、エネルギービームを用いて行うことを特徴とする（７）に記載の不純物のドーピング方法。
（９）上記エネルギービームは、レーザービーム、電子線ビーム、マイクロ波照射、赤外線照射、可視光照射、紫外光照射であることを特徴とする（８）に記載の不純物のドーピング方法。
（１０）（１）乃至（９）のいずれかに記載のドーピング方法を用いた半導体装置の製造方法。

本発明によれば、堆積被膜中の不純物がイオン化するため、高効率に半導体素材への不純物ドーピングを行うことができる。このため不純物拡散を行う熱処理において熱処理温度を低下させることができ、レーザーなどのエネルギービームによっても容易に不純物ドーピングを行うことができる。

本発明による不純物ドーピング方法の原理を、図１を用いて説明する。
図１を参照すると、まず半導体素材を有する基体上にドーパント不純物と光酸発生剤を含む光活性不純物スピンオングラス（SOG）膜を成膜する。次にこれに光照射を行うと光酸発生剤より酸（H⁺）が発生し、この効果によりドーパント不純物がイオン化する。これを熱処理することによりドーパント不純物イオンは半導体素材を有する基体に容易に拡散し、基体への不純物ドーピングを行うことができる。

図２は、本発明による不純物ドーピング工程の一実施工程を説明するための図である。まず半導体素材を有する基体上にドーパント不純物と光酸発生剤を含む光活性不純物スピンオングラス（SOG）膜を成膜する。次にこの光活性不純物スピンオングラス（SOG）膜をポストベークする。次に常温で紫外線を照射した後レーザーアニーリングによる熱処理を行い不純物スピンオングラス（SOG）膜中のイオン化したドーパント不純物を半導体素材中に拡散させる。

図３は、本発明に係る不純物ドーピング方法を用いたシリコン薄膜トランジスタの製造工程を説明するための断面図である。以下図３のＡ〜Ｅに沿って製造方法を説明する

バッファ膜２が形成された基体にトランジスタのチャンネル領域及びソース・ドレイン領域となるシリコン膜３を形成する。その上にゲート絶縁膜４とゲート電極５を形成する。（Ａ）
次にドーパント不純物と光酸発生剤を含む光活性不純物SOG溶液を全面にスピンコートし、ポストベークして光活性不純物SOG膜を形成する。（Ｂ）
次に光活性不純物SOG膜に紫外光８を照射して、堆積被膜中の光酸発生剤から発生する酸（H⁺）によりドーパント不純物をイオン化する。（Ｃ）
次にエネルギービーム９を照射してドーパント不純物をシリコン膜３中に拡散させソース領域１０、ドレイン領域１１を形成する。（Ｄ）
最後に光活性不純物SOG膜を除去してシリコン薄膜トランジスタが完成する。（Ｅ）
ドーパント不純物がリンや砒素のときはＮチャンネル薄膜トランジスタが得られ、ホウ素のときはＰチャンネル薄膜トランジスタが得られる。

以上これまで実施例等を用いて本発明に係る不純物ドーピング方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法を説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図３に示すシリコン薄膜トランジスタではバッファ膜が形成された基体上のシリコン膜に不純物ドーピングを実施したが、不純物ドーピングを行う半導体素材としてはこれに限らず、半導体基体それ自体、半導体基体上に絶縁層を介して形成した半導体膜あるいは有機半導体膜、又は絶縁基体上に形成した半導体膜あるいは有機半導体膜等であってもよい。
またドーパント不純物を半導体素材に拡散させるためにエネルギービームを使用したが、単に加熱手段による熱処理でもよい。

さらにエネルギービームに代えて、レーザービーム、電子線ビーム、マイクロ波照射、赤外線照射、可視光照射、紫外光照射等を用いてもよい。堆積被膜中の不純物のイオン化のため光酸発生剤を使用したが、酸を発生するものであればこれに限定されない。

本発明に係る不純物ドーピング方法の原理を説明するための図である。 本発明に係る不純物ドーピング方法の一実施工程を説明するための図である。 本発明に係る不純物ドーピング方法を用いたシリコン薄膜トランジスタの製造工程を説明するための断面図である。 従来の不純物SOGによる不純物ドーピング方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 基体
２ バッファ膜
３ シリコン膜
４ ゲート絶縁膜
５ ゲート電極
６ 光活性不純物SOG溶液
７ 光活性不純物SOG膜
８ 紫外光
９ エネルギービーム
１０ ソース領域
１１ ドレイン領域

Claims (10)

1. ドーパント不純物を含む溶液と酸発生剤を混合させた溶液を用いて半導体素材上に堆積被膜を形成する工程、及び該ドーパント不純物を半導体素材に拡散させる工程を含む不純物のドーピング方法。
2. 上記酸発生剤は、光酸発生剤であることを特徴とする請求項１に記載の不純物のドーピング方法。
3. 上記堆積被膜に光照射する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の不純物のドーピング方法。
4. 上記堆積被膜にレーザー照射する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の不純物のドーピング方法。
5. 上記堆積被膜は、スピンオン堆積膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の不純物のドーピング方法。
6. 上記半導体素材は、半導体基体、絶縁基体上又は絶縁層上に形成した半導体膜あるいは有機半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の不純物のドーピング方法。
7. 上記ドーパント不純物を半導体素材に拡散させる工程は、熱処理を加える工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の不純物のドーピング方法。
8. 上記熱処理は、エネルギービームを用いて行うことを特徴とする請求項７に記載の不純物のドーピング方法。
9. 上記エネルギービームは、レーザービーム、電子線ビーム、マイクロ波照射、赤外線照射、可視光照射、紫外光照射であることを特徴とする請求項８に記載の不純物のドーピング方法。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のドーピング方法を用いた半導体装置の製造方法。

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