JP3512550B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
半導体材料に対するイオンドーピング法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体材料に施されるドーピングの技術
に関して、以下にその主な効果を３点挙げる。

【０００３】１）トランジスタのソース、ドレイン領域
にドーピングする場合。 半導体材料上に形成されるトランジスタのソース、ドレ
イン領域にドーピング（例えば、シリコン中にリンやボ
ロンを打ち込む。）をする目的は、キャリア（電子や正
孔）を半導体材料内に生成して、トランジスタのＯＮ電
流を大幅に高めることにある。例えば、薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）のソース、ドレイン領域にリンを打ち込ん
でｎ型半導体領域を作製するには、１×１０¹⁹〜１×１
０²¹個 /cm³ の濃度でリンを半導体材料中に打ち込まな
ければ、ＴＦＴが動作するようなｎ型半導体領域を形成
することができない。

【０００４】２）トランジスタのチャネル領域にドーピ
ングする場合。 トランジスタのチャネル領域にドーピングを行う技術は
広く知られて、チャネルドープと呼ばれ、しきい電圧値
（以下、Ｖ_thと略記する。）を制御する目的で実施され
ている。本来、真性の半導体材料のＶ_thは０Ｖであるは
ずなのだが、半導体材料の結晶性、あるいは半導体材料
の均質性等を向上する目的で、半導体材料を加工したた
め、あるいはそれ以外の原因で、Ｖ_thが０Ｖからシフト
する場合がある。チャネルドープにより、このようなＶ
_thのシフトを０Ｖに戻すことができる。

【０００５】Ｖ_thがマイナス側にシフトしている場合に
は、ドーパントにＰ型のイオン、例えは硼素イオンを注
入して、Ｖ_thをプラス側にシフトさせる。他方、Ｖ_thか
プラス側にずれている場合には、ドーパントにＮ型のイ
オン、例えば燐イオンを注入して、Ｖ_thをマイナス側に
シフトさせる。

【０００６】なお、Ｖ_thのシフトの程度によって、注入
する不純物イオンのドーズ量を適宜に調整する必要があ
る。一般に、チャネル領域に打ち込むドーズ量は、ソー
ス／ドレインに打ち込まれるドーズ量よりも少ない。

【０００７】３．トランジスタのＬＤＤ領域にドーピン
グする場合 ＬＤＤ（ライトドープドレイン）技術は、トランジスタ
の劣化を防ぐ、OFF 電流の抑制、等の効果をもたらす。
具体的にＬＤＤの技術に関して説明すると、ソース／ド
レイン領域とチャネル領域との間にＬＤＤ領域なるもの
を設け、その領域にソース／ドレインに打ち込むドーズ
量よりも少ないドーズを打ち込む手法のことをいう。

【０００８】この結果、ソース／ドレインとチャネルと
の間に両者の物性（主に電気的な物性）の中間の特性を
有する領域、即ちＬＤＤ領域が形成されるため、両者の
物性の落差に１つクッションが生まれるのである。この
ことにより、オフ電流が低減されて、トランジスタの特
性の劣化が抑制される。

【０００９】以上がドーピングの主な効果である。多量
のドーパントが半導体材料に打ち込まれたことにより、
格子欠陥が形成される。一般に、ドーピングされた領域
は非晶質化する。従って、一般にドーピング工程の終了
後、格子欠陥をを修復するために、アニール工程が必要
である。

【００１０】〔発明に至る過程〕 現状において、ガラ
ス基板上に結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタを低
温で作製する技術が求められている。これは、アクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置を低い生産コストで得る
ために必要とされる技術である。

【００１１】結晶性珪素膜を得るためには、プラズマＣ
ＶＤ法で成膜された非晶質珪素膜を６００℃以上の温度
で数１０時間以上の加熱処理が必要とされている。しか
しながら、ガラス基板は通常６００℃程度以上の温度に
長時間曝されると、変形（歪み）や縮みが顕著になり、
数１００Å程度の膜厚の半導体薄膜で構成される薄膜半
導体素子を形成するための基板としては利用することは
できない。６００℃以上の高温に耐えるガラス基板も存
在するが、高価であり、生産コストの高騰に大きな影響
を与えてしまう。

【００１２】低温結晶化技術として、レーザー光の照射
によって、非晶質珪素膜を結晶化させる技術が知られて
いるが、大面積にわたり、高出力なレーザービームが必
要とれるので、生産コストや生産性の点で問題が生ず
る。また、レーザー光の照射のみで結晶性珪素膜を得る
と特性のバラツキが生じてしまう。

【００１３】このような状況において必要とされるの
が、ガラス基板の耐える温度での加熱処理で結晶性珪素
膜を得る技術である。このような技術としては、本出願
人による特開平６─２３２０５９号に記載された技術が
ある。これは、珪素の結晶化を条する特定の金属元素を
非晶質珪素膜の表面に接して保持させ、しかる後に加熱
処理を加えることによって、従来よりも低温でしかも短
時間で結晶性珪素膜を得ることができることがものであ
る。例えば、珪素の結晶化を助長する金属元素として、
ニッケルを用いた場合、５５０℃程度の温度で、しかも
４時間程度の加熱処理で結晶性珪素膜を得ることができ
る。

【００１４】この技術を利用すれば、確かに高性能な薄
膜トランジスタを安価なガラス基板上に形成できること
が確認されている。しかしながら、アクティブマトリク
ス型の液晶表示装置を構成するために必要とされる薄膜
トランジスタの特性としては不満足な点がある。

【００１５】この不満足な点の一つとしては、Ｖ_thがマ
イナス側にシフトしてしまうという問題が挙げられる。
このＶ_thがマイナス側にシフトしてしまうという問題
は、薄膜トランジスタがＮチャネル型であってもＰチャ
ネル型であっても同じ傾向で現れてしまうことが確認さ
れている。

【００１６】この問題について鋭意研究した結果、本発
明者らは以下の結論を得た。即ち、薄膜トランジスタの
Ｖ_thがマイナス側にシフトしてしまうということは、チ
ャネル形成領域は程度の差はあれ、Ｎ型化しているとい
うことである。一方、珪素半導体を弱いＮ型化させる
（換言すれば弱いＮ型化の状況を示させる）元素として
は、非意図的に添加されてしまう酸素や、各種金属元素
を挙げることができる。従って、Ｎ型化の原因は結晶化
を助長するために導入された金属元素であると結論され
る。

【００１７】このように、意図的に添加された触媒元素
により、Ｖ_thがマイナス側にシフトすると、薄膜トラン
ジスタのゲイト電極と半導体領域との仕事率が素子間で
大きな格差を生じてしまうために、画素マトリクス配置
される薄膜トランジスタには大きな欠点となる。このた
め、ホウ素をチャネル形成領域に添加して、Ｖ_thを０Ｖ
にする必要がある。

【００１８】

【本発明が解決しようとする課題】従来例で述べたドー
ピングの技術により、Ｐ型の薄膜トランジスタのＯＮ電
流を大幅に高めたり、Ｖ_thを制御して、Ｎ型の薄膜トラ
ンジスタのＶ_thを０Ｖにすることが可能である。しかし
ドーピング工程後には、ドーピングで生じた欠陥を修復
したり、不純物を活性化するために、アニール工程が必
要である。

【００１９】半導体材料の基板に安価なガラス基板を用
いる場合は、ガラス基板の歪み点温度は６００℃前後で
あるため、熱アニール工程では加熱温度をあまり高くす
ることができず、長時間を要するので、熱アニール工程
はスループットの点を考えると、あまり効率の良い技術
とは言えない。また、６００℃以下の低温での熱アニー
ルだけでは、半導体材料中のドーパントの均質性を向上
したり、格子欠陥を十分に修復することができない。

【００２０】本明細書で開示する発明の目的は、上述の
問題点を解消して、熱アニール工程を不要にする、アニ
ールに要するエネルギーを低下し、更に処理時間を短縮
し得るド─ピング方法を提供することにある。

【００２１】また、本発明の他の目的は、上述の問題点
を解消して、珪素の結晶化を助長する触媒作用を有する
金属元素を導入して結晶化された結晶性珪素膜を用いた
薄膜トランジスタにおけるＶ_thのシフトの問題を解決す
ることにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために、本発明係るドーピング処理の構成は、半導体材
料に対するドーピング処理において、５０℃〜５００℃
に昇温された半導体材料にドーパントを打ち込む工程を
有することを特徴とする。

【００２３】上記の構成において、半導体材料を加熱し
ながら、ドーピング処理することは重要である。なぜな
ら、ドーピング後に熱アニールすると、ドーパントが半
導体材料の結晶粒界に偏析してしまい、Ｖ_thの制御の効
果を得ることができないためである。

【００２４】ドーピングと加熱を同時に実施することに
より、ドーパントにより生じた格子欠陥は半導体材料の
熱エネルギーによりただちに修復され、更に、半導体材
料の特性も向上される。ため、ドーピング工程後のアニ
ール工程が不要になる。或いは、アニールに必要な熱エ
ネルギーを低下することができる。この結果、アニール
に要する時間が短縮される。

【００２５】更に、本発明に係るドーピング工程は長く
ても数分なので、ドーピング後の熱アニールに要する時
間に比べて圧倒的に短い時間で済む。またドーピング時
の加熱温度は５０℃以上、高くても５００℃でよく、ガ
ラス基板の歪点温度よりもかなり低い温度でその効果を
得ることができる。

【００２６】また、ドーピング時に結晶性を改善させる
効果を得るには、珪素膜の膜厚は１５００Å以下とする
ことが好ましい。また、膜厚の下限は成膜可能な膜厚で
制限され、一般に１００Å程度あるが、実用的には、２
００Å程度である。

【００２７】ドーピングと加熱を同時に実施することに
より、ドーパントにより生じた格子欠陥は熱エネルギー
によりただちに修復されるが、さらに、ドーピング後に
レーザー光等により、半導体材料に強エネルギーを供与
して、アニールすることは、半導体材料の結晶性を向上
させる手段等のとして有効である。

【００２８】液晶ディスプレイのように高い特性が要求
される半導体デバイスに対するドーピング処理におい
て、上記のように加熱しながらのドーピング工程のみで
は不充分である。なぜなら、ドーピング工程において、
１０００℃以上に相当する熱エネルギーを与えなければ
修復しない種類の格子欠陥が生成されるからである。

【００２９】１０００℃以上の熱エネルギーに相当する
強エネルギーで、ガラス基板の温度を余り上昇せずに、
半導体薄膜の部分だけアニールできるものは、現状で
は、光エネルギーしかない。本発明では、ドーピング工
程の後にレーザー等の強エネルギーを照射する工程を追
加することにより、半導体材料の特性を向上させ、更に
ドーパントの半導体材料中の均一性を向上させる。

【００３０】レーザー照射に要する時間は数分なので、
この工程を追加してもスループットにはほとんど影響し
ない。具体的には、パルス幅１０ｎｓｅｃ以下のパルス
レーザーを使用すればよく、スループットをさらにあげ
るにはレーザーを線状に加工すると良い。詳細は実施例
２で述べる。

【００３１】また、珪素の結晶化を助長する金属元素を
用いて非晶質珪素膜を結晶化させた結晶性珪素膜を用い
た薄膜トランジスタにおいては、チャネル形成領域が弱
いＮ型化となっているので、Ｐ型を付与する不純物、具
体的にはホウ素イオンををチャネル形成領域にドーピン
グすることにより、チャネル形成領域を実質的に真正ま
たは実質的に真正に近い特性を有するものとすることが
でき、Ｖ_thのシフトを補正することができる。またこの
ドーピングの工程に上記レーザー光の照射によるアニー
ルを併用することで、その再現性や効果を高めることが
できる。

【００３２】Ｖ_th制御の効果を得るには、ドーパントを
珪素膜中に５×１０¹⁶個ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸個ｃｍ^-3の
濃度で注入するとよい。本発明における珪素膜は珪素を
主成分とする膜とする。従って、ドーパントは電子スピ
ン共鳴（ＥＳＲ）で計測された珪素膜のスピン濃度の１
／４倍以上４倍以下の濃度で珪素膜中に注入するとよ
い。珪素膜のスピン濃度は代表的には１×１０¹⁶〜１×
１０¹⁸ｃｍ^-3程度である。例えば、珪素膜のスピン濃度
が５×１０¹⁷ｃｍ^-3であれば、ドーパントが１．２×１
０¹⁷ｃｍ^-3〜２．０×１０¹⁸ｃｍ^-3の濃度で珪素膜に注
入されるようにすればよい。ここで、ドーパントの濃度
は２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により計測された
値とする。

【００３３】また本発明において、珪素の結晶化を助長
する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、
Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種
または複数種類の元素を用いることができる。これらの
金属元素の中で、ニッケル元素が最も顕著な効果と高い
再現性が得られる。

【００３４】以下に、チャネルドープの工程を入れたも
ので、特に特性の良い薄膜トランジスタの作製方法を示
す。具体的には、Ｖ#(th)の制御性のよいもので、同一
基板上に複数の薄膜トランジスタを作製する場合にはＶ
#(th)のばらつきの少ないものの作製方法を示す。な
お、以下ではチャネルドープまでの工程を示し、薄膜ト
ランジスタの完成までの工程にはふれない。本実施例で
得られた膜から通常の方法でトランジスタを形成すれば
良い。

【００３５】

【実施例】

〔実施例１〕 本実施例は、本発明を薄膜トランジスタ
の活性層を形成する結晶性珪素膜の作製工程に応用した
ものである。

【００３６】まず、ガラス基板（コーニング７０５９）
上に下地膜として酸化珪素膜をスパッタ法やプラズマＣ
ＶＤ法により、３０００Åの厚さに成膜する。さらにプ
ラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法により、非晶質珪
素膜を５００Åの厚さに成膜する。

【００３７】そして珪素の結晶化を助長する触媒金属元
素であるニッケル元素を非晶質珪素膜に導入する。本実
施例では、スピンコート法により、１〜３０ｐｐｍの濃
度、例えば１０ｐｐｍの濃度のニッケル酢酸塩溶液を塗
布して、乾燥して、ニッケル層を形成する。この結果、
非晶質珪素膜の表面にニッケル元素が接して保持された
状態となる。なお、ニッケル層は完全な層を成している
とはかぎらない。そして５５０℃、４時間加熱処理し
て、結晶性珪素膜を得る。

【００３８】次に、結晶性珪素膜の表面に、酸化珪素膜
を１００〜１５００Å、例えば１２００Åの厚さに成膜
した後に、結晶性珪素膜のチャネル形成領域にＮ又はＰ
型の不純物をドーピングして、そのＶ_thを制御する。本
実施例では、ニッケル元素を利用して結晶性珪素膜を形
成するようにしたため、チャネル形成領域に硼素を注入
して、Ｖ_thを正側にシフトさせる。なお、結晶性珪素膜
表面の酸化珪素膜は結晶性珪素膜にドーピングされる不
純物の量を制御するためのものである。その作用の詳細
は後述する。

【００３９】図１は本実施例のドーピング装置の概略図
であり、最上部のプラズマソース５０１中でプラズマが
発生され、そのプラズマ中で生じたイオンをプラズマソ
ース５０１下のイオンの加速領域で、加速領域に電圧を
かけることによって加速する。図中に示してあるように
３箇所で電圧をかけることができ、上から順番に、引き
出し電圧源５０１、加速電圧源５０２、減速電圧源５０
４と呼ばれている。実際にドーピングを行なうときは、
下から順番に電圧をかけていく。なお、基板ホルダー５
０５にはヒーターが内蔵されており、基板を任意の温度
に保つことができる。

【００４０】ドーパントには硼素（Ｂ）を用いるため、
ドーピングガスとして、水素又はヘリウムにより０．１
〜５％に希釈したジボランガスを使用する。本実施例で
は、ヘリウムにより希釈したジボランガスを使用する。
ヘリウムには、ドーピングを均一にして、ドーパントの
濃度分布のばらつきを減少させる作用を有する。

【００４１】先ず、図１に示すドーピング装置のプラズ
マソース５０１にジボランガスを注入し、ドーピングさ
れる前の製造途中の薄膜トランジスタが形成されている
基板（ガラス基板）を基板ホルダー５０５に載置する。
このとき、基板ホルダー５０５に内蔵されているヒータ
ーは５０℃〜５００℃に保たれている。温度を高く保つ
ことにより、ドーピング中の半導体材料の活性化が促進
される。

【００４２】その後、イオンの加速領域を真空引きし
て、プラズマソース５０１から上記ジボランガスをこの
加速領域に注入し、まず減速電圧源５０４により−１ｋ
Ｖの減速電圧を印加する。次に加速電圧源５０３により
２７ｋＶの加速電圧を直ちに印加して、その状態を５秒
間維持する。最後に引き出し電圧源５０１により３ｋＶ
の引き出し電圧を１秒間かけてアナログ的に印加する。
以上のプロセスで酸化珪素膜表面から珪素膜にかけて、
図２で示されるプロファイルで硼素イオンが注入され
る。

【００４３】図２において、横軸は酸化珪素膜の表面か
らの膜厚を示し、縦軸は硼素イオンの濃度を示す。図２
において、深さ１２００Åから１７００Åにかけてのプ
ロファイルが示すように、結晶性珪素膜内には１〜３×
１０¹⁷個ｃｍ^-3の濃度でドーパントが入っていることが
わかる。これは、硼素原子１個を主とする軽いイオン種
ＢＨ_x （例えば、ＢＨ₂ ⁺ ）によるプロファイルであ
る。

【００４４】一方、酸化珪素膜表面から１２００Åまで
のプロファイルをみると、大きな山状のプロファイルを
示しており、これは、酸化珪素膜内には最大で２×１０
¹⁹個ｃｍ^-3のＢイオンが注入されていることを示してい
る。この山状のプロファイルは硼素原子２個を主とする
重いイオン種Ｂ₂ Ｈ_y （例えば、Ｂ₂ Ｈ₅ ⁺ ）によるも
のである。

【００４５】本発明人らの経験によると、チャネルドー
プはソース／ドレインに打ち込まれる濃度より低い濃度
で硼素を打ち込み、その値は５×１０¹⁶個ｃｍ^-3〜１×
１０¹⁸個ｃｍ^-3の範囲であると、所望の特性を有する薄
膜トランジスタが得られることが分かった。

【００４６】しかしながら、既存のドーピング装置で１
×１０¹⁷個ｃｍ^-3前後の濃度で不純物イオンを結晶性珪
素膜に直接注入することは難しい。このため本実施例で
は、結晶性珪素膜の表面にマスク膜として酸化珪素膜を
形成して、結晶性珪素膜における硼素の濃度を調整して
いる。

【００４７】従って、図２から明らかなように、酸化珪
素膜が半透過なマスクとして機能しているため、硼素を
１０¹⁷個ｃｍ^-3のオーダーで結晶性珪素膜中に注入する
ことができる。酸化珪素膜は後に除去する膜であるた
め、ドーパントがいくら入っても薄膜トランジスタの特
性には全く影響しない。なお、マスク膜を酸化珪素膜と
したのは、後に除去することを考慮して、珪素膜とエッ
チング選択比を高くするためであり、さらに、加熱する
ことを考慮して、耐熱性を備えているためである。ま
た、酸化珪素膜の膜厚は、その膜質、結晶性珪素膜にド
ープするドーパントの濃度等のドーピング条件等によっ
て適宜に設定すればよい。

【００４８】また、ここでいう珪素膜とは、珪素が主成
分の膜のことである。このため、硼素は電子スピン共鳴
（ＥＳＲ）で計測された珪素膜のスピン濃度の１／４倍
以上４倍以下の濃度で珪素膜中に注入させると、しきい
値を所望の値に制御することができる。一般に珪素膜の
スピン濃度は１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度、代表
的には１×１０¹⁷ｃｍ^-3である。珪素膜のスピン濃度が
１×１０¹⁷ｃｍ^-3であれば、珪素膜中の硼素の濃度は
２．５×１０¹⁶ｃｍ^-3〜４．０×１０¹⁷ｃｍ^-3が適当で
あり、珪素膜のスピン濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3であれ
ば、硼素の濃度は１．２×１０¹⁷ｃｍ^-3〜２．０×１０
¹⁸ｃｍ^-3が適当である。

【００４９】上記のドーピング工程の後に、酸化珪素膜
等から成るマスク膜をエッチングによって、除去する。
そして、硼素がドーピングされたことによって、しきい
値が最適化された結晶性珪素膜を得る。

【００５０】本実施例の結晶性珪素膜を利用してトップ
ゲイト型の薄膜トランジスタの活性層を形成する場合に
は、トランジスタのチャネル部分は通常ゲイト電極の下
に位置するので、チャネルドープ工程は、ゲイト電極が
形成される前に実施することが必要である。

【００５１】〔実施例２〕本実施例では、実施例１で示
したドーピング工程の次に、レーザーアニールの工程を
入れる。このレーザー光の照射の目的は、上記結晶性珪
素膜の欠陥格子のさらなる減少、結晶性の向上、並びに
ドーパントの基板面分布の均一化である。レーザーアニ
ール前に酸化珪素膜をエッチングにより取り除いてお
く。

【００５２】まずレーザー光の照射を行う装置について
説明する。図３には本実施例で使用するレーザーアニー
ル装置の概念図を示す。レーザー光は発振器２で発振さ
れる。発振器２で発振されるレーザー光は、ＫｒＦエキ
シマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓ）で
ある。勿論、他のエキシマレーザーさらには他の方式の
レーザーを用いることもできる。

【００５３】発振器２で発振されたレーザー光は、全反
射ミラー５、６を経由して増幅器３で増幅され、さらに
全反射ミラー７、８を経由して光学系４に導入される。
光学系に入射する直前のレーザー光のビームは３×２cm
² 程度の長方形であるが、光学系４によって、長さ１０
〜３０cm、幅0.1 〜１cm程度の細長いビーム（線状ビー
ム）に加工される。この光学系４を経たレーザー光のエ
ネルギーは最大で１０００ｍＪ／ショットである。

【００５４】レーザー光をこのような細長いビームに成
形するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームは光学系４を出た後、全反射ミラー９を経
て、試料１１に照射されるが、ビームの幅は試料の幅よ
りも長いので、試料を１方向に移動させることで、試料
全体に対してレーザー光を照射することができる。従っ
て、試料のステージ及び駆動装置１０は構造が簡単で保
守も容易である。また、試料をセットする際の位置合わ
せの操作（アラインメント）も容易である。

【００５５】レーザー光が照射される試料のステージ１
０は、コンピュータにより制御されて、線状のレーザー
光に対して直角方向に動くよう設計されている。また、
ステージ１０の下にはヒーターが内臓されており、レー
ザー光の照射時に試料を所定の温度に保つことができ
る。

【００５６】光学系４の内部の構成を図４に示す。光学
系４に入射したレーザー光はシリンドリカル凹レンズ
Ａ、シリンドリカル凸レンズＢ、横方向のフライアイレ
ンズＣ、Ｄを通過することによって、レーザー光はそれ
までのガウス分布型から短形分布に変化する。さらに、
シリンドリカル凸レンズＥ、Ｆを通過してミラーＧ（図
３ではミラー９に相当）を介して、シリンドリカルレン
ズＨによって集束され、試料に照射される。

【００５７】具体的なレーザー照射は以下のように行
う。レーザービームはビーム形状変換レンズを用いて長
方形に整形し、被照射部分でのビーム面積は１２５ｍｍ
×１ｍｍとする。試料は、ステージ１０上に載せられて
おり、ステージを２ｍｍ／ｓ速度で移動させることによ
って、その全面に照射が行われる。

【００５８】レーザー光の照射条件は、まず予備照射と
して１５０ー２５０ｍＪ／ｃｍ² 、次に本照射として２
００〜３８０ｍＪ／ｃｍ² の２段階照射とし、パルス数
を30パルス/sとする。ここで、２段階照射とするのはレ
ーザー照射による膜表面の均一性悪化を極力抑さえ、結
晶性のよりよい膜を作るためである。

【００５９】なお、レーザー光の照射の際、基板温度は
２００℃に保たれている。これは、レーザーによる基板
表面温度の上昇・下降の速度を和らげるために行われて
いる。この実施例では基板温度を２００度に設定してい
るが、実際の実施では１００℃〜６００℃までの間でレ
ーザーアニールに最適な温度を選ぶ。また雰囲気制御は
特に行わず、大気中で照射を行う。

【００６０】〔実施例３〕 本実施例は薄膜トランジス
タの作製工程に関する。図５に本実施例に従って、本実
施例を説明する。

【００６１】図５（Ａ）に示すように、基板（コーニン
グ７０５９）１０１上にスパッタ法によって厚さ２００
０Åの酸化珪素の下地膜１０２を形成した。さらに、連
続的にプラズマＣＶＤ法によって、厚さ２００〜１５０
０Å、例えば５００Åに、非晶質珪素膜を形成した。

【００６２】そして、非晶質珪素膜表面を酸化処理し
た。そして、１〜１００ｐｐｍの酢酸ニッケル水溶液を
塗布し、乾燥させ、酢酸ニッケル層（図示せず）を形成
した。実施例１のように溶液に界面活性剤を添加しても
よかった。

【００６３】そして、この非晶質珪素膜窒素雰囲気中、
５５０℃、４時間熱アニールして結晶化させた。この結
果、結晶性珪素膜１０３を得る。なお、結晶化工程の後
に、エキマーレーザー等を用いて光アニールや熱アニー
ルおこなってもよい。結晶化工程の後、プラズマＣＶＤ
法によって、厚さ１００〜１５００Å、例えば、１２０
０Åの酸化珪素膜１０４をマスク膜として堆積する。

【００６４】そして、図１に示すドーピング装置におい
て、硼素をドーピングした。ドーピングガスとしては、
水素で希釈した５％ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）とし、加速電
圧は３０ｋＶとした。ドーズ量は６×１０¹²〜２×１０
¹⁴原子／ｃｍ² 、例えば、３×１０¹³原子／ｃｍ³ とし
た。また、基板温度を２００〜３５０℃の範囲に維持す
る。（図５（Ａ））

【００６５】図５（Ｂ）に示すように、ドーピング工程
の終了後、酸化珪素膜１０４を除去し、図２に示すレー
ザー照射装置において、ＫｒＦエキシマーレーザーを結
晶化された珪素膜１０３に照射して、結晶性を向上させ
ると共に、ドーピング不純物を活性化せしめた。このと
きのレーザーのエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／
ｃｍ² 、例えば、３７０ｍＪ／ｃｍ² とし、１か所につ
き、２〜２０ショットのレーザー光が照射されるように
した。また、基板温度は２００℃とした。

【００６６】次に、図５（Ｃ）に示すように、結晶化さ
れた珪素膜１０３を島状にエッチングして、活性層１０
５を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法によって、厚
さ１２００Åの酸化珪素膜１０６をゲイト絶縁膜として
堆積した。プラズマＣＶＤの原料ガスとしては、ＴＥＯ
Ｓと酸素を用いた。成膜時の基板温度は２５０〜３８０
℃、例えば、３００℃とした。

【００６７】引き続いて、スパッタ法によって、厚さ３
０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミニウム
膜（０．１〜２％のシリコンを含む）を堆積した。そし
て、アルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極１０
７を形成した。

【００６８】次に、図５（Ｄ）に示すように、図１に示
すイオンドーピング装置において、活性層１０５にゲイ
ト電極１０７をマスクとして不純物（燐）を注入する。
ドーピングガスとして、水素で１〜１０％に希釈したフ
ォスフィン（ＰＨ₃ ）を用いた。加速電圧は６０〜９０
ｋＶ、例えば８０ｋＶ、ドーズ量は１×１０¹³〜８×１
０¹⁵原子／ｃｍ² 、例えば、２×１０¹⁴原子／ｃｍ² と
した。イオンドーピング時の基板温度は２００〜３５０
℃に保持する。

【００６９】この結果、Ｎ型の不純物領域１０８（ソー
ス）、１０９（ドレイン）が形成される。ここでは、ま
た加熱しながらドーピングしたため、ドーピングによっ
て生じた欠陥は直ちに修復される。必要であれば、ドー
ピング後にＫｒＦエキシマーレーザー等を用いて光アニ
ールをおこなってもよい。

【００７０】図５（Ｅ）に示すように、厚さ６０００Å
の酸化珪素膜１１０を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ
法によって形成し、これにコンタクトホールを形成し
て、金属材料、例えば、チタンとアルミニウムの多層膜
によってＴＦＴのソース、ドレインの電極・配線１１
１，１１２を形成した。

【００７１】最後に、１気圧の水素雰囲気で２００〜３
５０℃の熱アニールをおこなった。このようにして、得
られたＴＦＴの特性例を図６に示す。図５（Ａ）および
（Ｂ）に示されるドーピング工程とその後の光アニール
工程をおこなわなかった以外は本実施例と同じ工程によ
って作製したＴＦＴのＩ_D −Ｖ_G 特性は、図６の実線で
示される。明らかにしきい値電圧が負の方向（左側）に
移動していることがわかる。また、ドレイン電流の立ち
上がり（サブスレシュホールド特性）も緩やか（＝Ｓ値
が大きい）であった。

【００７２】一方、本実施例のＴＦＴは、図６において
一点鎖線で示される。しきい値は０Ｖ近くで、しかも、
ドレイン電流が急激に立ち上がって（＝Ｓ値が小さい）
おり、ＴＦＴとして好ましい特性を示している。

【００７３】〔実施例４〕 図７に本実施例を示す。図
７に示すように、基板（コーニング１７３７）３０１上
にプラズマＣＶＤ法によって厚さ３０００Åの酸化珪素
の下地膜３０２を堆積した。さらに、プラズマＣＶＤ法
によって、厚さ２００〜１５００Å、例えば５００Åの
真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜３０３を堆積した。さら
に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ１５００Åの酸化
珪素膜３０６を堆積した。これらの成膜は連続的におこ
なった。

【００７４】そして、酸化珪素膜３０６を選択的にエッ
チングして、その一部に開孔部３０５を形成し、さら
に、他の実施例と同様に酢酸ニッケル層３０４を形成し
た。その後、基板を４５０〜６５０℃、例えば、６２０
℃で４時間の加熱処理をして、非晶質珪素膜３０３を結
晶化させた。結晶化は、特開平６−２４４１０４にも記
述されているように、開孔部３０５から周囲に図の矢印
に沿って進行した。結晶化した領域は図において３０７
で示される。（図７（Ａ））

【００７５】図７（Ｂ）に示すように、結晶化工程終了
後に、図１に示す装置において硼素をドーピングした。
ドーピングガスとしては、水素で希釈した５％ジボラン
（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を用い、加速電圧は３０ｋＶとした。ドー
ズ量は６×１０¹²〜２×１０¹⁴原子／ｃｍ² 、例えば、
３×１０¹³原子／ｃｍ³ とした。また、基板温度を３０
０℃とする。

【００７６】ドーピングの結果、開孔部３０５において
は比較的高濃度（１×１０¹⁹原子／ｃｍ³ 程度）の硼素
が注入された。そのため、この領域にはＴＦＴのチャネ
ルを設けてはならない。ただし、ソース／ドレインであ
れば、その後の燐のドーピングにより十分に硼素を上回
る濃度の燐が注入されるので、実質的な問題はない。一
方、その他の領域では、実施例１と同様に酸化珪素膜３
０６によって硼素濃度が低下し、１×１０¹⁷原子／ｃｍ
³ 程度の硼素が注入された。また、加熱しながらドーピ
ングしたため、ドーピングによる欠陥はその場で修復さ
れた。

【００７７】ドーピング工程の終了後、酸化珪素膜３０
６を除去する。この状態で、必要であれば、レーザー等
によって、光アニールを実施してもよい。

【００７８】その後、図７（Ｃ）に示すように、結晶化
された珪素膜３０７を島状にエッチングして、活性層３
０８を形成し、さらに、プラズマＣＶＤ法によって厚さ
１２００Åの酸化珪素膜３０９を堆積した。

【００７９】そして、酸化珪素膜３０９の表面に、厚さ
６０００Åのアルミニウム膜（０．１〜０．３％のスカ
ンジウムを含む）を形成し、パターニングして、ゲイト
電極３１０を形成した。ゲイト電極３１０の側面および
上面は、特開平５−２６７６６７に示されるゲイト電極
の陽極酸化技術によって、バリヤ型陽極酸化物３１１で
被覆した。本実施例では陽極酸化物３１１の厚さは１５
００〜２０００Åとした。

【００８０】図７（Ｄ）に示すように、酸化珪素膜３０
９をエッチングして、ゲイト絶縁膜３１２を形成し、そ
の際、ゲイト電極部（陽極酸化物３１１を含む）の端面
とゲイト絶縁膜３１２の端面をｘだけずらした構造とし
た。

【００８１】次に、図７（Ｅ）に示すように、図１に示
すイオンドーピング装置によって、ゲイト電極３１０お
よびゲイト絶縁膜３１２をマスクとして、活性層３０８
に不純物（燐）を注入した。ドーピングガスとして、水
素で５％に希釈したフォスフィン（ＰＨ₃ ）を用いた。
ドーピングは２段階に分けておこなった。最初は、加速
電圧は６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、ドーズ量は１
×１０¹²〜１×１０¹⁴原子／ｃｍ² 、例えば、１×１０
¹³原子／ｃｍ² とした。２度目は、加速電圧は１０〜３
０ｋＶ、例えば２０ｋＶ、ドーズ量は１×１０¹⁴〜８×
１０¹⁵原子／ｃｍ² 、例えば、１×１０¹⁵原子／ｃｍ²
とした。

【００８２】高い加速電圧の低濃度ドーピング（最初の
ドーピング）の結果、低濃度ソース３１６、低濃度ドレ
イン３１７が、また、低い加速電圧の高濃度ドーピング
（後のドーピング）の結果、ソース３１３、ドレイン３
１４がそれぞれ形成された。

【００８３】また、ドーピングの間は基板温度を２００
〜３５０℃に維持する。そのため、ドーピングによる欠
陥はその場で修復されると共に、ドーピングされた不純
物が活性化される。

【００８４】続いて、図７（Ｆ）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法によって厚さ５０００Åの酸化珪素膜３１８
を層間絶縁物として堆積し、これにコンタクトホールを
形成して、チタンのソース、ドレイン電極・配線３１
９、３２０を形成した。

【００８５】本実施例の薄膜トランジスタはＬＤＤ構造
を有するため、オフ電流特性に優れるので、液晶表示の
画素部のスイチッング素子として好適である。

【００８６】〔実施例５〕 図８に本実施例を示す。図
８（Ａ）に示すように、基板（コーニング１７３７、歪
点６６３℃）４０１上にスパッタ法によって厚さ２００
０Åの酸化珪素の下地膜４０２を形成した。さらに、連
続的にプラズマＣＶＤ法によって、厚さ２００〜１５０
０Å、例えば５００Åの非晶質珪素膜４０３を形成し
た。そして、実施例１と同様の手段で非晶質珪素膜４０
３の表面に酢酸ニッケル水溶液を塗布し、乾燥させ、酢
酸ニッケル層４０４を形成した。

【００８７】そして、この非晶質珪素膜４０３を窒素雰
囲気中、６２０℃、４時間加熱して結晶化させ、結晶性
珪素膜４０５を形成する。加熱処理後に、必要であれ
ば、ＫｒＦエキマーレーザーを用いて光アニールをおこ
ない、さらに結晶性を向上させてもよい。例えばレーザ
ーのエネルギー密度は１５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ² 、２
５０ｍＪ／ｃｍ² とし、１か所につき２〜２０ショット
のレーザー光が照射されるようにする。

【００８８】図８（Ｂ）に示すように、結晶性珪素膜４
０５の表面に、マスクとして酸化珪素膜４０６を１２０
０Åの膜厚に形成する。この状態で、実施例１と同じ条
件で、イオンドーピング法によって硼素をドーピングし
た。ドーピング時にはヒーターにより、基板温度を２５
０℃に保持した。この結果、図２に示すように結晶性珪
素膜４０５中にはオーダで１０¹⁷原子ｃｍ^-3 の濃度で
硼素が注入される。

【００８９】図８（Ｃ）に示すように、酸化珪素膜４０
６を除去した後に、結晶性珪素膜４０５を島状にエッチ
ングして、活性層４０７、４０８を形成した。さらに、
プラズマＣＶＤ法によって厚さ１０００Åの酸化珪素膜
４０９をゲイト絶縁膜として堆積した。プラズマＣＶＤ
の原料ガスとしては、シランと酸素を用いた。

【００９０】引き続いて、スパッタ法によって、厚さ３
０００〜８０００Å、例えば５０００Åのアルミニウム
膜（０．１〜２％のスカンジウムを含む）を堆積して、
エッチングして、ゲイト電極４１０、４１１を形成す
る。

【００９１】次に、図８（Ｄ）に示すように、ゲイト電
極４１０、４１１をマスクとして、図１に示すイオンド
ーピング装置によって、活性層４０７、４０８にＮ型不
純物（燐）をそれぞれ注入する。ドーピングガスとし
て、水素で１〜１０パーセントに希釈されたフォスフィ
ンを用いる。加速電圧は６０〜９０ｋＶとし、ドーズ量
は１×１０¹³〜８×１０¹⁵原子ｃｍ^-3とすればよい。本
実施例では、加速電圧は８０ｋＶとし、ドーズ量は１×
１０¹⁴原子ｃｍ^-3とする。

【００９２】この結果、燐の濃度が３×１０¹⁹原子ｃｍ
^-3程度のＮチャネル型のソース／ドレイン領域４１２〜
４１５が形成される。また、ドーピング時には基板温度
を２５０℃に保持した。このため、ドーピングの間に不
純物が活性化されると共に、ドーピングによる欠陥はそ
の場で修復され、活性層４０７、４０８の結晶性が回復
される。

【００９３】次に、図８（Ｅ）に示すように、活性層４
０７を被覆するように、ポリイミド又は耐熱性のレジス
トでマスク４１６を形成する。そして、図１に示すドー
ピング装置を使用して、Ｎ型のソース／ドレイン領域４
１４、４１５をＰ型に反転させるために、硼素を活性層
４０８にドーピングする。ドーピングガスには、水素で
１〜１０％に希釈されたジボランを用いる。本実施例で
は、加速電圧は８０ｋＶとし、ドーズ量は４×１０¹⁴原
子ｃｍ^-3とする。

【００９４】この結果、不純物領域４１４、４１５にお
ける硼素の濃度が燐の濃度を上回り、その導電型がＮ型
からＰ型に反転して、Ｐチャネル型のソース／ドレイン
４１７、４１８が形成される。なお、ソース／ドレイン
４１７、４１８における硼素の濃度は３×１０¹⁹原子ｃ
ｍ^-3程度とされる。また、ドーピング時には、基板温度
を２５０℃に保持した。この結果、ドーピングによる欠
陥はその場で修復されることとなる。

【００９５】続いて、図８（Ｆ）に示すように、マスク
４１６を除去した後に、厚さ６０００Åの酸化珪素膜４
２０を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、アルミニウム
膜によってＴＦＴのソース、ドレインの電極・配線４２
１、４２２、４２３をそれぞれ形成する。以上の工程を
経て、Ｎ型薄膜トランジスタとＰ型薄膜トランジスタと
を相補的に組み合わせたＣＭＯＳ型薄膜トランジスが作
製される。

【００９６】〔実施例６〕 本実施例では、Ｎ型薄膜ト
ランジスタとＰ型薄膜トランジスタとを相補的に組み合
わせたＣＭＯＳ型薄膜トランジスタの作製工程に関す
る。従来例で述べたように、活性層を形成する結晶性珪
素膜は、金属元素等の不純物によってＮ型化されている
ため、特に本実施例では、Ｎチャネル型薄膜トランジス
タのみにチャネルドープを実施して、そのしきい値を補
正するようにしたものである。

【００９７】図９に本実施例を示す。図９（Ａ）に示す
ように、ガラス基板（コ−ニング１７３７）６０１上
に、プラズマＣＶＤ法により、下地膜として酸化珪素膜
６０２を例えば２０００Åの厚さに成膜し、真性（Ｉ
型）の非晶質珪素膜を５００Åの厚さに成膜する。

【００９８】次に、非晶質珪素膜６０３の表面をＵＶ酸
化法により、酸化して、図示しない酸化膜をごく薄く形
成する。この酸化膜より、非晶質珪素膜６０３の表面特
性が改善される。次に、スピンコート法により、１〜３
０ｐｐｍ、例えば、１０ｐｐｍのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布して、乾燥して、酢酸ニッケル層６０４
を形成する。なお、酢酸ニッケル層６０４は完全な層を
成しているとは限らない。（図９（Ａ））

【００９９】その後、窒素雰囲気で６２０℃、４時間の
熱アニールを施して、非晶質珪素膜６０３を結晶化す
る。加熱処理により、酢酸ニッケル層６０４が分解され
て、ニッケル元素が図示しない酸化膜を経て、非晶質珪
素膜６０３の表面から下地の酸化珪素膜６０２との界面
へと拡散するのに伴って、非晶質珪素膜６０３の結晶成
長が進行する。結晶化工程の終了後、レーザー光を照射
して、結晶化された珪素膜の結晶性をさらに向上さても
よい。

【０１００】なお、ニッケル等の金属元素が１×１０¹⁹
原子／ｃｍ 以上の高濃度で結晶化された珪素膜中に存
在していると、珪素に金属的性質が表れて、半導体特性
が消滅してしまい、また、この濃度が１×１０¹⁵原子／
ｃｍ³ 以下であると、結晶化の効果を得ることができな
い。このため結晶化された珪素膜中のニッケルの濃度は
１×１０¹⁵〜１×１０¹⁹原子／ｃｍ³ の範囲内となるよ
うに、酢酸塩溶液中のニッケル濃度、酢酸塩溶液の塗布
条件等を予め決定しておく。

【０１０１】図９（Ｂ）に示すように、結晶性珪素膜６
０５の表面にポリイミド又は耐熱性のフォトレジストに
よりマスク６００を形成し、Ｐチャネル型ＴＦＴを形成
する部分を被覆する。この状態で、図１に示す装置を使
用して、イオンドーピング法によって硼素をドーピング
した。ドーピングガスとしては、ヘリウムで希釈した１
％ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）とし、加速電圧は５ｋＶとし
た。ドーズ量は６×１０¹¹〜２×１０¹³原子／ｃｍ² 、
例えば、３×１０¹²原子／ｃｍ³ とした。また、ドーピ
ング時には基板温度を２００〜３５０℃に保持する。

【０１０２】この結果、Ｎチャネル型ＴＦＴが形成され
る部分にのみ微量の硼素がドーピングされた。更に、レ
ーザによってアニールすることにより，素子毎のドーピ
ングの効果を均一することができる。なお、本実施例で
は結晶性珪素膜６０５を露出した状態で不純物ドーピン
グをおこなったが、実施例１と同様に、ドーピング工程
の前に、結晶性珪素膜６０５表面に、酸化珪素膜等の保
護膜を形成し、この保護膜を介して、硼素をドーピング
するようにしてもよい。

【０１０３】次に、図９（Ｃ）に示すように、結晶性珪
素膜をエッチングして、活性層６０６ａ、６０６ｂを形
成する。活性層６０６ａはＮ型ＴＦＴの活性層を構成
し、他方、活性層６０６ｂはＰ型ＴＦＴの活性層を構成
する。

【０１０４】さらに、プラズマＣＶＤ法により厚さ１５
００Åの酸化珪素膜６０７を堆積する。次に、スパッタ
法によりアルミニウム膜を４０００Åの厚さに堆積す
る。このアルミニウム膜はゲイト電極６０８、６０９を
構成するものであり、このアルミニウム膜には、予めス
カンジウムを０．２ｗｔ含有させて、ヒロックやウィス
カ−が発生するのを抑制する。

【０１０５】次に、アルミニウム膜を電解液中で陽極酸
化して、表面に図示しない緻密な陽極酸化膜を１００Å
程度の厚さに形成する。その緻密な陽極酸化膜上に、フ
ォトレジストのマスク６１０を形成して、アルミニウム
膜をパタ−ニングして、ゲイト電極６０８、６０９を形
成する。

【０１０６】そして、図９（Ｄ）に示すように、フォト
レジストのマスク６１０を着けたままで、ゲイト電極６
０８、６０９を再度陽極酸化する。電解溶液には、クエ
ン酸、シュウ酸、クロム酸又は硫酸を３〜２０％含有し
た酸性溶液、例えば３％シュウ酸水溶液を使用する。こ
の場合には、ゲイト電極６０８、６０９の表面に、マス
ク６１０と図示しない緻密な陽極酸化膜が存在するた
め、ゲイト電極６０８、６０９の側面のみに多孔質の陽
極酸化物６１１、６１２が形成される。この多孔質の陽
極酸化物６１１、６１２の成長距離で低濃度不純物領域
（ＬＤＤ領域）の長さが決定される。この成長距離は陽
極酸化の処理時間で制御することができる。本実施例で
は、多孔質の陽極酸化物６１１、６１２を７０００Åの
長さに成長させる。

【０１０７】次に図９（Ｅ）に示すように、フォトレジ
ストのマスク６１０を除去した後に、再びゲイト電極６
０８、６０９を陽極酸化して、緻密で強固な陽極酸化膜
６１３、６１４を形成する。本実施例では、電解溶液と
して３％酒石酸のエチレングリコ−ル溶液を、アンモニ
ア水でＰＨ６．９に中和して使用する。

【０１０８】次に図９（Ｆ）に示すように、多孔質の陽
極酸化物６１１、６１２、及び緻密な陽極酸化物６１
３、６１４をマスクにして、酸化珪素膜６０７をエッチ
ングして、Ｎチャネル型、Ｐチャネル型のＴＦＴのゲイ
ト絶縁膜６１５、６１６それぞれを形成する。この場合
は、これらの陽極酸化物６１１〜６１４をエッチングせ
ず、酸化珪素膜６０７のみをエッチングすることが可能
であれば、ウェットエッチング法でも、ドライエッチン
グ法のいずれを採用してもよい。本実施例では、ＣｌＦ
₃ ガスを用いたドライエッチングによって、酸化珪素膜
６０７をエッチングする。

【０１０９】更に、ゲイト電極部の表面に形成されてい
た図示しない緻密な陽極酸化膜、多孔質な陽極酸化物６
１１、６１２を順次に除去する。緻密な陽極酸化膜はバ
ッファーフッ酸で除去し、多孔質の陽極酸化物６１１、
６１２は燐酸、酢酸及び硝酸を混合した混酸を用いて除
去する。多孔質の陽極酸化物６１１、６１２は容易に除
去できるため、緻密で強固な陽極酸化物６１３、６１４
がエッチングされることはない。

【０１１０】次に、ゲイト電極６０８、６０９をマスク
にして、イオンド−ピング法により、活性層６０６ａ、
６０６ｂそれぞれにＮ型の導電性を付与する不純物とし
て、燐をドーピングする。ドーピングガスとして、水素
で１〜１０パーセントに希釈されたフォスフィンを用
い、ドーピング時には基板温度を２００〜３５０℃に保
持する。また、ドーピングは２段階に分けて実施する。

【０１１１】１度目のドーピングでは、加速電圧は１０
〜３０ｋＶとし、ドーズ量は１×１０¹³〜８×１０¹⁵原
子ｃｍ^-3とすればよい。本実施例では、加速電圧は１０
ｋＶとし、ドーズ量は１×１０¹⁵原子ｃｍ^-3とする。こ
のように、加速電圧を比較的低くくして、燐イオンがゲ
イト電極６０８、６０９、ゲイト絶縁膜６１５、６１６
それぞれを透過しないようにし、主に、活性層６０６
ａ、６０６ｂの表面が露出している領域にドーピングさ
れるようにする。

【０１１２】２回目のドーピング工程は、１回目よりも
加速電圧を高くして、ドーズ量は小さくする。例えば、
加速電圧は６０〜９０ｋＶとし、ドーズ量は１×１０¹²
〜５×１０¹³原子ｃｍ^-3とすればよい。本実施例では、
加速電圧は８０ｋＶとし、ドーズ量は１．５×１０¹³原
子ｃｍ^-3とする。この条件下では、燐イオンはゲイト電
極６０８、６０９を透過することはできないが、ゲイト
絶縁膜６１５、６１６を透過する。また、ゲイト絶縁膜
６１５、６１６は半透過なマスクとして機能するため、
その直下の領域は燐イオンの注入量が少なくなってい
る。

【０１１３】２度のドーピング工程を経て、活性層６０
６ａ、６０６ｂにおいて、表面が露出されている領域は
高濃度に燐イオンが注入されて、Ｎ型のソース／ドレイ
ン６１７〜６２０が形成される。また、ゲイト電極６０
８、６０９の直下の領域は燐イオンが注入されないた
め、チャネル形成領域６２１、６２２が形成される。ま
た燐イオンがゲイト絶縁膜６１５、６１６に遮られるた
めに、ゲイト絶縁膜６１５、６１６のみに覆われている
領域は燐の注入量が小さく、Ｎ型の低濃度不純物領域６
２３〜６２６がそれぞれ形成される。（図９（Ｆ））

【０１１４】なおドーピングされた燐イオンの濃度が、
Ｎ型のソース／ドレイン６１７〜６２０において３×１
０¹⁹〜１×１０²¹原子／ｃｍ³ となるように、また低濃
度不純物領域６２３〜６２６において４×１０¹⁶〜７×
１０¹⁷原子／ｃｍ³ となるように、ドーピング工程の条
件を設定する。また、本実施例では、基板温度を２００
〜３５０℃で保持した状態で、ドーピング工程を実施し
ているため、ドーピングによる活性層の欠陥は直ちに修
復され、不純物が活性化される。

【０１１５】次に、図９（Ｇ）に示すように、ポリイミ
ド又は耐熱性のレジストによってマスク６２７を形成
し、Ｎチャネル型ＴＦＴとなる領域を被覆する。続い
て、Ｐ型の導電性を付与するための不純物として、硼素
をイオンド−ピング法により注入する。ドーピングガス
として、水素で５％に希釈されたジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）
を用いる。イオンドーピング時の基板温度は２００〜３
５０℃に保持する。また、このドーピング工程も燐イオ
ンのドーピング工程と同様に、２段階に分けて実施す
る。

【０１１６】１回目のドーピング工程は、加速電圧は６
０〜９０ｋＶとし、ドーズ量は１×１０¹⁴〜５×１０¹⁴
原子ｃｍ^-3とし、２回目のドーピング工程は、加速電圧
は１０ｋＶとし、ドーズ量は２×１０¹⁵原子ｃｍ^-3とす
る。この結果、活性層６０６ｂのソース／ドレイン６１
９、６２０、及び低濃度不純物領域６２５、６２６はそ
れぞれ導電型が反転して、Ｐ型のソース／ドレイン６２
８、６２９、及びＰ型の低濃度不純物領域６３０、６３
１として画定される。他方、レジスト６２７で被覆され
たソース／ドレイン６１７、６１８、及び低濃度不純物
領域６２３、６２４の導電型はＮ型のまま画定される。

【０１１７】なお、上記のドーピング工程において、ソ
ース・ドレイン６２８、６２９において、硼素の濃度が
当該領域中の燐の濃度よりも３×１０¹⁹〜１×１０²¹原
子／ｃｍ³ 高く、Ｐ型の低濃度不純物領域４３０、４３
１において、硼素の濃度が燐の濃度より３×１０¹⁷〜４
×１０¹⁸原子／ｃｍ³ 高くなるように、ドーピング工程
の条件を決定している。

【０１１８】本実施例では、基板温度を２００〜３５０
℃に保持した状態で、ドーピングしているため、添加さ
れた不純物の活性化させると共に、ドーピング工程によ
り損傷された珪素膜の結晶性が回復される。必要であれ
ば、ドーピング工程の後にレーザー光等による光アニー
ルを実施してもよい。

【０１１９】そして、図９（Ｈ）に示すように、厚さ１
μｍの酸化珪素膜を層間絶縁膜６３２としてプラズマＣ
ＶＤ法により形成し、これにコンタクトホ−ルを形成す
る。そして、このコンタクトホ−ルに、金属材料、例え
ばチタンとアルミニウムの多層膜により、ソ−ス／ドレ
インの電極、配線６３３、６３４、６３５を形成する。
最後に、３５０℃の水素雰囲気中において、２時間の加
熱処理を行う。以上の工程を経て、ＣＭＯＳ薄膜トラン
ジスタが完成される。

【０１２０】

【発明の効果】本発明のドーピング方法により、ドーピ
ング処理後、ドーピング工程により生じた格子欠陥の修
復工程が無用、もしくは極短時間ですむようになった。
また、本発明により、従来の方法に比べ、ドーピング処
理をさらに均質に行うことが可能となった。

【０１２１】この効果は、同一基板上に複数の同一機能
を有する素子を形成する場合に特に有効である。という
のは、ドーピングの処理が均質に行われない場合、素子
間で特性の不均一が生じるからである。このような不均
一は特に、薄膜トランジスタを使用した、液晶ディスプ
レイ装置中に形成される画素に対して有害なものであ
る。よって、本発明は工業上有益な物であると思われ
る。

【０１２２】本明細書で開示する発明は、上記処理工程
を施した薄膜半導体材料上にトランジスタ等の素子を形
成する場合に特に優れた効果をもたらす。その効果は、
Ｖ_th（しきい値電圧）の制御、OFF 電流の抑制、薄膜半
導体材料上に複数個の素子を形成する場合の素子間の特
性の均一化、等である。

【０１２３】また、珪素の結晶化を助長する金属元素の
導入により、結晶化された結晶性珪素膜を用いた薄膜ト
ランジスタにおけるＶ_thのシフトの問題を解決すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１のドーピング装置の概略を示す図。

【図２】 硼素イオンが注入されるプロファイルを示す
図。

【図３】 実施例２のレーザー光を照射する装置を示す
図。

【図４】 レーザー光を線状に加工する光学系を示す
図。

【図５】 実施例３の薄膜トランジスタの作製工程を示
す図。

【図６】 薄膜トランジスタの特性図である。

【図７】 実施例４の薄膜トランジスタの作製工程を示
す図。

【図８】 実施例５の薄膜トランジスタの作製工程を示
す図。

【図９】 実施例６の薄膜トランジスタの作製工程を示
す図。

【符号の説明】

２ レーザー光の発振器 ３ 増幅器 ５、６ 全反射ミラー ７、８ 全反射ミラー ４ 光学系 ９ 全反射ミラー １０ 試料のステージおよび

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−170067（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−335334（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−295859（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−37032（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−275701（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/265 H01L 21/336 H01L 29/786

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜を結晶化して、結晶性珪素膜を形成
   し、 前記結晶性珪素膜の上にマスク膜を形成し、 前記結晶性珪素膜を５０℃〜５００℃に昇温した状態
   で、前記マスク膜を通過させて、前記結晶性珪素膜にド
   ーパントをドーピングし、 前記マスク膜を除去し、 前記ドーパントがドーピングされた前記結晶性珪素膜に
   対して、レーザー光を照射することを特徴とする半導体
   装置の作製方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記マスク膜は、１０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さの酸化珪
   素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、 前記レーザー光の照射は、線状のエキシマレーザーを照
   射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項において、 前記結晶性珪素膜へのドーピングは、チャネルドープで
   あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項において、 前記結晶性珪素膜は、前記非晶質珪素膜に金属元素を用
   いて結晶化することによって形成されることを特徴とす
   る半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項において、 前記レーザー光照射後、前記結晶性珪素膜を用いて活性
   層を形成し、 前記活性層上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記ゲイト電極をマスクとして前記活性層に不純物を導
   入して、前記活性層に不純物領域を形成し、 前記活性層への前記不純物の導入は加熱しながら行われ
   ることを特徴とする半導体装置の作製方法。