JPH06252079A

JPH06252079A - イオン注入方法及びその装置

Info

Publication number: JPH06252079A
Application number: JP5033738A
Authority: JP
Inventors: Akio Mimura; 秋男三村; Keiji Nagae; 慶治長江
Original assignee: G T C KK; GTC KK
Current assignee: G T C KK; GTC KK
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1994-09-09
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JP2664121B2

Abstract

(57)【要約】【目的】大型基板上に形成された薄膜に、高速、低温
でイオン注入することができ、この注入されたイオンを
活性化することのできるイオン注入方法及びその装置を
提供する。【構成】本願発明のイオン注入方法は、薄膜にイオン
を注入した後に該薄膜にエネルギービームを照射し、注
入されたイオンを活性化する。また、前記薄膜を自己整
合型の薄膜素子とする。また、イオン注入装置３１は、
第１の真空槽４１と第１の真空槽４１に設けられたイオ
ン源４２とからなるイオン注入室３２と、イオン注入室
３２に開閉機構３６を介して設けられ、第２の真空槽５
１と第２の真空槽５１に設けられたエネルギービーム源
５２とからなるエネルギービーム照射室３３と、イオン
注入室３２及びエネルギービーム照射室３３各々に設け
られ基板２０を保持しかつ搬入搬出する基板搬送機構４
４とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、基板上に形成された
薄膜にイオンを注入する方法及びその装置に係り、特
に、液晶ディスプレイ等の表示装置に用いられる大型基
板上に形成された薄膜に、高速、低温でイオン注入し、
この注入されたイオンを活性化する方法及びその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各画素毎のスイッチングに薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）素子を用いたアクティブ型液晶表
示素子が提案されている。この薄膜トランジスタ素子
は、ガラス基板上にシリコン薄膜を形成し、該シリコン
薄膜にＴＦＴスイッチマトリクスを形成したもので、膜
質の違いにより２種類の形成方法があり、非晶質シリコ
ン（ａ−Ｓｉ）のトランジスタでは、ｎ型のａ−Ｓｉ薄
膜を気相反応により形成するのに対し、多結晶シリコン
（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のトランジスタでは、ＬＳＩ素子と
同じコプレーナ構造の素子を用い、イオン注入法が多用
される。

【０００３】図３はコプレーナ構造のＴＦＴ素子を示す
断面図である。このＴＦＴ素子１は、ガラス基板２上に
形成されたシリコン活性層３の上に、ＳｉＯ₂からなる
ゲート絶縁層４、ｎ型シリコン層からなるゲートシリコ
ン層５が順次積層され、シリコン活性層３の両側部はＰ
等のイオンが打ち込まれてソース６及びドレイン７とさ
れている。前記ゲートシリコン層５は、例えばＰ等のイ
オンをイオン注入８によりシリコン層に打ち込み、その
後該シリコン層を加熱することにより該Ｐイオンを活性
化させて抵抗の低いｎ型シリコン層としたものである。
なお、Ｐイオンの替わりにＢイオンをシリコン層に打ち
込めばｐ型シリコン層となる。このようなＴＦＴ素子１
を表示部分及び回路部分に適用することにより、アクテ
ィブ型液晶表示素子が製造される。

【０００４】最近では、大型の基板に大面積のディスプ
レイを形成したり、また、１枚の基板から小型ディスプ
レイを多数取るために、基板がますます大面積化しつつ
あり、例えば、４５０ｍｍ×３５０ｍｍ程度の大きさの
基板が使用されるようになってきている。したがって、
ドーピング技術においても、これらの大型基板に対して
高速でドーピングできる装置が提案されている。例え
ば、バケットイオン源を用いた非質量分離型イオン照射
装置もその１つである（例えば、G.Kawachi,et al. J.E
lectrochem.Soc.,Vol.137,No.11,pp3522-3526 (1990)等
参照のこと）。この装置においては、０．５ｍＡ／ｃｍ
²のイオン密度を実現することができ、１分以内で必要
な濃度のドーピングを行うことができる。

【０００５】また、従来より用いられている大型のイオ
ン注入装置としては、図４及び図５に示されるような装
置が知られている（例えば、M.Tanjo,et al. SID Japan
Display'92 Abstracts,pp345-348 (1992)等参照のこ
と）。図４はイオン注入装置を示す平面図、図５は図４
のＡ−Ａ線に沿う断面図である。このイオン注入装置１
１は、イオン照射室１２と、予備室１３とから構成さ
れ、イオン照射室１２は、真空槽１４と、該真空槽１４
の側壁に設けられたイオン源１５とから構成され、イオ
ン照射室１２と予備室１３とはゲートバルブ１６で、予
備室１３と外部１７とはゲートバルブ１８でそれぞれ仕
切られ、これらゲートバルブ１６，１８によりイオン照
射室１２及び予備室１３それぞれの内部が真空に保たれ
ている。そして、このイオン注入装置１１内には、表面
に薄膜１９が形成された大型のガラス基板２０を垂直に
保持する基板保持搬送台２１が設けられ、該基板保持搬
送台２１はイオン照射室１２と予備室１３との間を移動
可能である。このイオン注入装置１１では、ガラス基板
２０を取り付けた基板保持搬送台２１を、ゲートバルブ
１８，１６を順次開閉することによりイオン照射室１２
内の所定位置に移動させ、該ガラス基板２０上の薄膜１
９にイオン源１５により加速したイオンを照射する。こ
のイオン注入装置１１では、基板が大型であっても該基
板を操作することにより処理することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このイ
オン注入装置１１においては、得られるイオン密度が
０．０２ｍＡ／ｃｍ²と小さく処理に時間がかかるとい
う問題点があった。また、加速電圧が４０ｋｅＶ以上と
高いために、イオン照射時に基板温度が上昇し、したが
って、レジストマスクを使用することができないという
問題点もあった。

【０００７】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、大型基板上に形成された薄膜に、高速、
低温でイオン注入することができ、この注入されたイオ
ンを活性化することのできるイオン注入方法及びその装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は次の様なイオン注入方法及びその装置を
採用した。すなわち、この発明の請求項１記載のイオン
注入方法は、基板上に形成された薄膜にイオンを注入す
る方法において、前記薄膜にイオンを注入した後に、該
薄膜にエネルギービームを照射し、注入されたイオンを
活性化することを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載のイオン注入方法は、
請求項１記載のイオン注入方法において、前記薄膜を、
自己整合型の薄膜素子とすることを特徴としている。

【００１０】また、請求項３記載のイオン注入装置は、
第１の真空槽と、該第１の真空槽に設けられたイオン源
とから構成され、基板上に形成された薄膜にイオンを注
入するイオン注入室と、該イオン注入室に開閉機構を介
して設けられ、第２の真空槽と、該第２の真空槽に設け
られたエネルギービーム源とから構成され、イオン注入
された薄膜にエネルギービームを照射するエネルギービ
ーム照射室と、前記イオン注入室及びエネルギービーム
照射室各々に設けられ、基板を保持しかつ搬入搬出する
基板搬送機構とを備えたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項４記載のイオン注入装置は、
請求項３記載のイオン注入装置において、前記イオン源
をバケット型イオン源とし、前記エネルギービーム源を
エキシマレーザとしたことを特徴としている。

【００１２】また、請求項５記載のイオン注入装置は、
請求項３記載のイオン注入装置において、前記イオン源
をイオン注入室の下部に設け、前記エネルギービーム源
を、エネルギービーム照射室の下部に設けたことを特徴
としている。

【００１３】また、請求項６記載のイオン注入装置は、
請求項３記載のイオン注入装置において、前記基板搬送
機構の近傍に、基板を加熱・冷却・保温するための温調
機構を設けたことを特徴としている。

【００１４】

【作用】この発明の請求項１記載のイオン注入方法で
は、前記薄膜にイオンを注入した後に、該薄膜にエネル
ギービームを照射し、注入されたイオンを活性化する。
これより、基板温度の上昇を押えながら前記薄膜に注入
されたイオンを活性化することが可能になる。

【００１５】また、請求項２記載のイオン注入方法で
は、前記薄膜を自己整合型の薄膜素子とすることによ
り、連続処理により大型基板上に薄膜素子を形成する。

【００１６】また、請求項３記載のイオン注入装置で
は、第１の真空槽と、該第１の真空槽に設けられたイオ
ン源とから構成され、基板上に形成された薄膜にイオン
を注入するイオン注入室と、該イオン注入室に開閉機構
を介して設けられ、第２の真空槽と、該第２の真空槽に
設けられたエネルギービーム源とから構成され、イオン
注入された薄膜にエネルギービームを照射するエネルギ
ービーム照射室と、前記イオン注入室及びエネルギービ
ーム照射室各々に設けられ、基板を保持しかつ搬入搬出
する基板搬送機構とを備えたことにより、イオン注入と
イオン活性化とを連続的に行う。

【００１７】また、請求項４記載のイオン注入装置で
は、請求項３記載のイオン注入装置において、前記イオ
ン源をバケット型イオン源、前記エネルギービーム源を
エキシマレーザとしたことにより、大型の基板上に形成
された薄膜に、短時間でしかも基板温度を押さえたまま
でイオン注入とイオン活性化とを連続的に行う。

【００１８】また、請求項５記載のイオン注入装置で
は、請求項３記載のイオン注入装置において、前記イオ
ン源をイオン注入室の下部に設け、前記エネルギービー
ム源を、エネルギービーム照射室の下部に設けたことに
より、基板上に形成された薄膜に、下方からイオン注入
とイオン活性化とを行い、粉塵の落下等による汚染を防
止する。

【００１９】また、請求項６記載のイオン注入装置で
は、請求項３記載のイオン注入装置において、前記基板
搬送機構の近傍に、基板を加熱・冷却・保温するための
温調機構を設けたことにより、基板を所定の温度に保持
しながら該基板上に形成された薄膜にイオン注入とイオ
ン活性化とを行う。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
のイオン注入方法及びその装置について説明する。図１
はこの発明のイオン注入方法が適用されるイオン注入装
置の概略構成図、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図で
ある。このイオン注入装置３１は、イオン注入室３２
と、エネルギービーム照射室３３とから構成され、イオ
ン注入室３２と外部３４とはゲートバルブ（開閉機構）
３５で、イオン注入室３２とエネルギービーム照射室３
３とはゲートバルブ３６で、エネルギービーム照射室３
３と外部３４とはゲートバルブ３７でそれぞれ仕切ら
れ、これらゲートバルブ３５〜３７によりイオン注入室
３２及びエネルギービーム照射室３３それぞれの内部が
真空に保たれている。

【００２１】イオン注入室３２は、基板上に形成された
薄膜にイオンを注入するもので、第１の真空槽４１と、
該第１の真空槽４１の下部に上向きに設けられたバケッ
ト型線状イオン源４２と、該第１の真空槽４１内に設け
られ基板ホルダ４３を水平に保持しかつ搬入搬出する複
数のローラを備えた基板搬送機構４４とから構成されて
いる。エネルギービーム照射室３３は、イオン注入され
た薄膜にエネルギービームを照射するもので、第２の真
空槽５１と、該第２の真空槽５１の下部に上向きに設け
られたＸｅＣｌ等のエキシマレーザ（エネルギービーム
源）５２と、該第２の真空槽５１内に設けられた基板搬
送機構４４とから構成されている。

【００２２】基板ホルダ４３の下部には、表面に薄膜１
９が形成された大型のガラス基板２０が下向きに固定さ
れ、また、基板ホルダ４３の上方位置には、ガラス基板
２０を加熱・冷却・保温するための温調機構５３が設け
られている。ここでは、前記薄膜１９は自己整合型の薄
膜素子により構成されている。

【００２３】次に、このイオン注入装置３１を用いてガ
ラス基板２０上に形成された薄膜１９にイオンを注入す
る方法について説明する。まず、基板搬送機構４４及び
ゲートバルブ３５を稼働させ、ガラス基板２０が固定さ
れた基板ホルダ４３をイオン注入室３２内の所定位置に
移動させ、バケット型線状イオン源４２により該ガラス
基板２０上の薄膜１９に垂直下方から加速したイオンを
照射する。

【００２４】ここで、原料ガス濃度を約１％としたと
き、イオン密度を０．５ｍＡ／ｃｍ²、加速電圧を１０
００Ｖ以下の値、例えば５００Ｖとすると、約１０秒で
約１０²¹ａｔｏｍ／ｃｍ³の濃度でイオンをドーピング
することができる。したがって、バケット型線状イオン
源４２の進行方向（図１においては図の下方から上方に
向かう方向）への幅を１０ｃｍとし、ガラス基板２０の
搬送速度を１ｃｍ／秒とすると、幅３５０ｍｍのガラス
基板２０では約３５秒でイオン注入できる。この時のガ
ラス基板２０の昇温は約１００℃であり、レジストもマ
スクとして用いることができる。また、ガラス基板２０
に冷却・加熱の処理が必要な場合には、温調機構５３を
稼働させることにより、該ガラス基板２０を所定の温度
に保持することができる。また、薄膜１９に下方から加
速したイオンを照射することにより、粉塵の落下等によ
る汚染を防止することができる。

【００２５】イオン注入後、基板搬送機構４４及びゲー
トバルブ３６を稼働させ、ガラス基板２０が固定された
基板ホルダ４３をイオン注入室３２からエネルギービー
ム照射室３３内の所定位置に移動させ、エキシマレーザ
５２により該ガラス基板２０上の薄膜１９に下方からレ
ーザビーム（エネルギービーム）を照射する。レーザビ
ーム照射後、基板搬送機構４４及びゲートバルブ３７を
稼働させ、エネルギービーム照射室３３からガラス基板
２０を取り出す。また、ゲートバルブ３６に次工程の装
置が接続されていれば、ガラス基板２０を連続的に次工
程に送ることができる。

【００２６】ここで、ＸｅＣｌエキシマレーザ５２のエ
ネルギー強度を２００ｍＪ／ｃｍ²程度にすると、注入
されたイオンが十分に活性化され、十分低いシート抵抗
を得ることができる。この場合、ＸｅＣｌエキシマレー
ザ５２の発振パルス数は１パルスでよいが、薄膜１９が
薄い場合には膜が荒れる場合があるので、この様な場合
には、エネルギー強度を２００ｍＪ／ｃｍ²以下とし、
発振パルス数を複数（例えば１０パルス）とするのが効
果的である。なお、注入されたイオンを活性化するに
は、ＸｅＣｌ等のエキシマレーザ５２以外に、例えば赤
外線ランプ等を用いることもできる。

【００２７】以上により、この実施例のイオン注入方法
によれば、薄膜１９にイオンを注入した後に、該薄膜１
９にレーザビームを照射し、注入されたイオンを活性化
するので、ガラス基板２０の温度の上昇を押えながら前
記薄膜１９に注入されたイオンを活性化することができ
る。また、前記薄膜１９を自己整合型の薄膜素子とした
ので、連続処理により大型基板上にＴＦＴ素子等の薄膜
素子を形成することができる。

【００２８】また、このイオン注入装置３１によれば、
イオン注入室３２と、エネルギービーム照射室３３とか
ら構成され、イオン注入室３２の第１の真空槽４１の下
部に上向きにバケット型線状イオン源４２を設け、エネ
ルギービーム照射室３３の第２の真空槽５１の下部に上
向きにエキシマレーザ５２を設けたので、大型のガラス
基板２０上に形成された薄膜１９に、短時間でしかも基
板温度を押さえたままでイオン注入とイオン活性化とを
連続的に行うことができる。また、薄膜１９の粉塵の落
下等による汚染を防止することができる。また、ガラス
基板２０を加熱・冷却・保温するための温調機構５３を
設けたので、ガラス基板２０を所定の温度に保持しなが
ら該ガラス基板２０上に形成された薄膜１９にイオン注
入及びイオン活性化を行うことができる。

【００２９】なお、この実施例においては、ガラス基板
２０上の薄膜１９に垂直下方から加速したイオンを照射
しているが、イオンの照射方向は上記実施例に限定され
ず様々な角度からのイオン照射が可能である。例えば、
バケット型線状イオン源４２のイオンの照射方向を薄膜
１９の垂直方向に対して、例えばソース６側に傾けた状
態でイオンを照射すると、ドレイン７にゲート絶縁層４
及びゲートシリコン層５によりレーザビームが遮られる
部分が生じる。この部分の接合（ｎ⁺−ｉ接合）をＴＦ
Ｔ素子の動作接合として用いると、ＴＦＴ素子のオフ電
流を低下させる利点が得られる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した様に、この発明の請求項１
記載のイオン注入方法によれば、薄膜にイオンを注入し
た後に、該薄膜にエネルギービームを照射し、注入され
たイオンを活性化することとしたので、基板温度の上昇
を押えながら前記薄膜に注入されたイオンを活性化する
ことができる。

【００３１】また、請求項２記載のイオン注入方法によ
れば、前記薄膜を自己整合型の薄膜素子としたので、連
続処理により大型基板上にＴＦＴ素子等の薄膜素子を形
成することができる。

【００３２】また、請求項３記載のイオン注入装置によ
れば、第１の真空槽と、該第１の真空槽に設けられたイ
オン源とから構成され、基板上に形成された薄膜にイオ
ンを注入するイオン注入室と、該イオン注入室に開閉機
構を介して設けられ、第２の真空槽と、該第２の真空槽
に設けられたエネルギービーム源とから構成され、イオ
ン注入された薄膜にエネルギービームを照射するエネル
ギービーム照射室と、前記イオン注入室及びエネルギー
ビーム照射室各々に設けられ、基板を保持しかつ搬入搬
出する基板搬送機構とを備えたので、イオン注入とイオ
ン活性化とを連続的に行うことができる。

【００３３】また、請求項４記載のイオン注入装置によ
れば、前記イオン源をバケット型イオン源とし、前記エ
ネルギービーム源をエキシマレーザとしたので、大型の
基板上に形成された薄膜に、短時間でしかも基板温度を
押さえたままでイオン注入とイオン活性化とを連続的に
行うことができる。

【００３４】また、請求項５記載のイオン注入装置によ
れば、前記イオン源をイオン注入室の下部に設け、前記
エネルギービーム源を、エネルギービーム照射室の下部
に設けたので、基板上に形成された薄膜の粉塵の落下等
による汚染を防止することができる。

【００３５】また、請求項６記載のイオン注入装置によ
れば、前記基板搬送機構の近傍に、基板を加熱・冷却・
保温するための温調機構を設けたので、基板を所定の温
度に保持しながら該基板上に形成された薄膜にイオン注
入とイオン活性化とを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のイオン注入装置を示す概略
構成図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図３】コプレーナ構造のＴＦＴ素子を示す断面図であ
る。

【図４】従来のイオン注入装置を示す構成図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

３１イオン注入装置３２イオン注入室３３エネルギービーム照射室３４外部３５〜３７ゲートバルブ（開閉機構）４１第１の真空槽４２バケット型線状イオン源４３基板ホルダ４４基板搬送機構５１第２の真空槽５２エキシマレーザ（エネルギービーム源）５３温調機構１９薄膜２０ガラス基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｂ 9172−5Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された薄膜にイオンを注入
する方法において、前記薄膜にイオンを注入した後に、該薄膜にエネルギービームを照射し、注入されたイオン
を活性化することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】請求項１記載のイオン注入方法におい
て、前記薄膜を、自己整合型の薄膜素子とすることを特徴と
するイオン注入方法。
【請求項３】第１の真空槽と、該第１の真空槽に設け
られたイオン源とから構成され、基板上に形成された薄
膜にイオンを注入するイオン注入室と、該イオン注入室に開閉機構を介して設けられ、第２の真
空槽と、該第２の真空槽に設けられたエネルギービーム
源とから構成され、イオン注入された薄膜にエネルギー
ビームを照射するエネルギービーム照射室と、前記イオン注入室及びエネルギービーム照射室各々に設
けられ、基板を保持しかつ搬入搬出する基板搬送機構と
を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項４】請求項３記載のイオン注入装置におい
て、前記イオン源をバケット型イオン源とし、前記エネルギービーム源をエキシマレーザとしたことを
特徴とするイオン注入装置。
【請求項５】請求項３記載のイオン注入装置におい
て、前記イオン源をイオン注入室の下部に設け、前記エネルギービーム源を、エネルギービーム照射室の
下部に設けたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項６】請求項３記載のイオン注入装置におい
て、前記基板搬送機構の近傍に、基板を加熱・冷却・保温す
るための温調機構を設けたことを特徴とするイオン注入
装置。