JPH0855818A - 半導体素子の製造装置及び製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造装置及び製造方法Info
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- JPH0855818A JPH0855818A JP7143083A JP14308395A JPH0855818A JP H0855818 A JPH0855818 A JP H0855818A JP 7143083 A JP7143083 A JP 7143083A JP 14308395 A JP14308395 A JP 14308395A JP H0855818 A JPH0855818 A JP H0855818A
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- semiconductor
- manufacturing
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 減圧雰囲気中で半導体薄膜または基板に対
し、水素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素
を含んだイオンを同時に照射するイオン照射手段と、大
気に開放せず薄膜を形成する薄膜形成手段または加熱処
理を行う加熱処理手段を有することにより、金属と半導
体界面との電気抵抗が小さく、特性・信頼性の良好な大
面積の半導体素子を、生産性よく作製する。 【構成】 a-Si:H薄膜を有する試料をゲートバルブ2aを
開いて試料準備室3 に搬入し、排気して102〜10-3Paの
圧力にし、試料準備室3 から中間室1 を経てイオン照射
室4 に試料を搬送し、リン等のイオンの照射を行う。イ
オンの照射後にゲートバルブ2cを開いて、圧力10-3〜10
-7Paの中間室1 に搬送し、次にゲートバルブ2dを開いて
堆積室5 に搬送し、堆積室5 でArガスを導入し、スパタ
リング法により、Al/Ti の金属膜41の堆積を行い、中間
室1 を経て試料搬出室6 に移して搬出する。
し、水素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素
を含んだイオンを同時に照射するイオン照射手段と、大
気に開放せず薄膜を形成する薄膜形成手段または加熱処
理を行う加熱処理手段を有することにより、金属と半導
体界面との電気抵抗が小さく、特性・信頼性の良好な大
面積の半導体素子を、生産性よく作製する。 【構成】 a-Si:H薄膜を有する試料をゲートバルブ2aを
開いて試料準備室3 に搬入し、排気して102〜10-3Paの
圧力にし、試料準備室3 から中間室1 を経てイオン照射
室4 に試料を搬送し、リン等のイオンの照射を行う。イ
オンの照射後にゲートバルブ2cを開いて、圧力10-3〜10
-7Paの中間室1 に搬送し、次にゲートバルブ2dを開いて
堆積室5 に搬送し、堆積室5 でArガスを導入し、スパタ
リング法により、Al/Ti の金属膜41の堆積を行い、中間
室1 を経て試料搬出室6 に移して搬出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体工業における半
導体素子製造や表面処理等に用いる製造装置及び製造方
法に関するものであり、特にアクティブマトリックス方
式の液晶ディスプレイ等に用いられる薄膜トランジスタ
ーや、太陽電池等の大面積半導体素子製造における不純
物注入及び素子の製造を高い信頼性で行う製造方法及び
装置に関するものである。
導体素子製造や表面処理等に用いる製造装置及び製造方
法に関するものであり、特にアクティブマトリックス方
式の液晶ディスプレイ等に用いられる薄膜トランジスタ
ーや、太陽電池等の大面積半導体素子製造における不純
物注入及び素子の製造を高い信頼性で行う製造方法及び
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の大面積の半導体素子の製造で、半
導体薄膜等への不純物注入を用いる技術としては、例え
ば（１）水素希釈のホスフィン（ＰＨ3 ）のような価電
子制御用の不純物を含む気体を放電分解し、（２）生成
したイオンを質量分離せずに大口径のイオンビームとし
て、半導体薄膜に打ち込んでドーピング層を形成し、
（３）その後に大気中に取り出して、別の真空装置で金
属膜を形成し、（４）金属膜のパターニング，洗浄，加
熱処理等を経て半導体素子を完成させる方法等があっ
た。
導体薄膜等への不純物注入を用いる技術としては、例え
ば（１）水素希釈のホスフィン（ＰＨ3 ）のような価電
子制御用の不純物を含む気体を放電分解し、（２）生成
したイオンを質量分離せずに大口径のイオンビームとし
て、半導体薄膜に打ち込んでドーピング層を形成し、
（３）その後に大気中に取り出して、別の真空装置で金
属膜を形成し、（４）金属膜のパターニング，洗浄，加
熱処理等を経て半導体素子を完成させる方法等があっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の上記の方法で
は、ドーピング方法としては大面積処理が容易である。
は、ドーピング方法としては大面積処理が容易である。
【０００４】しかし、ドーピングと同時に水素イオンを
注入するため、ドーピング層の表面付近に存在する高濃
度の水素により、ドーピング層の表面付近が極めて不安
定かつ活性な状態となり、イオン照射後に他のプロセス
を他の装置で行うために大気中に試料をさらすこととな
るため、図４（ａ）に示す様に容易に大気中の水分や酸
素と結合して酸化膜を形成し、半導体素子の特性・信頼
性を低下させるという課題があった。
注入するため、ドーピング層の表面付近に存在する高濃
度の水素により、ドーピング層の表面付近が極めて不安
定かつ活性な状態となり、イオン照射後に他のプロセス
を他の装置で行うために大気中に試料をさらすこととな
るため、図４（ａ）に示す様に容易に大気中の水分や酸
素と結合して酸化膜を形成し、半導体素子の特性・信頼
性を低下させるという課題があった。
【０００５】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、水素イオン及び半導体のドーパントとなる元素を含
んだイオンを同時に注入して形成されるドーピング層表
面付近の極めて不安定かつ活性な領域を大気にさらすこ
となく、電極形成，加熱処理を行うことにより、ドーピ
ング層表面に酸化層が形成されず、特性・信頼性の優れ
た半導体素子を提供することを目的とする。
め、水素イオン及び半導体のドーパントとなる元素を含
んだイオンを同時に注入して形成されるドーピング層表
面付近の極めて不安定かつ活性な領域を大気にさらすこ
となく、電極形成，加熱処理を行うことにより、ドーピ
ング層表面に酸化層が形成されず、特性・信頼性の優れ
た半導体素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体素子の製造装置は、減圧雰囲気中で
半導体薄膜または基板に対し、水素イオン及び前記半導
体のドーパントとなる元素を含んだイオンを同時に照射
するイオン照射手段と、前記半導体薄膜または基板上
に、イオン照射に連続して大気に開放せず薄膜を形成す
る薄膜形成手段及び加熱処理を行う加熱処理手段から選
ばれる少なくとも一つの手段を有することを特徴とす
る。
め、本発明の半導体素子の製造装置は、減圧雰囲気中で
半導体薄膜または基板に対し、水素イオン及び前記半導
体のドーパントとなる元素を含んだイオンを同時に照射
するイオン照射手段と、前記半導体薄膜または基板上
に、イオン照射に連続して大気に開放せず薄膜を形成す
る薄膜形成手段及び加熱処理を行う加熱処理手段から選
ばれる少なくとも一つの手段を有することを特徴とす
る。
【０００７】次に本発明の半導体素子の製造方法は、 （１）減圧雰囲気中で半導体薄膜または基板に対し、水
素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素を含ん
だイオンを同時に照射する工程 （２）前記イオン照射工程に連続して、大気に開放せず
前記半導体薄膜または基板上に、薄膜を形成する工程、
または加熱処理する工程から選ばれる少なくとも一つの
工程 という構成を備えたものである。
素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素を含ん
だイオンを同時に照射する工程 （２）前記イオン照射工程に連続して、大気に開放せず
前記半導体薄膜または基板上に、薄膜を形成する工程、
または加熱処理する工程から選ばれる少なくとも一つの
工程 という構成を備えたものである。
【０００８】前記した本発明の製造装置及び製造方法に
おいては、イオン照射工程と薄膜形成工程または加熱処
理工程が仕切りバルブ又はゲートバルブを介して接続し
ていることが好ましい。全工程を密閉した状態に保持で
きるからである。
おいては、イオン照射工程と薄膜形成工程または加熱処
理工程が仕切りバルブ又はゲートバルブを介して接続し
ていることが好ましい。全工程を密閉した状態に保持で
きるからである。
【０００９】また前記した本発明の製造装置及び製造方
法においては、半導体薄膜または基板上に形成する薄膜
が金属であることが好ましい。金属薄膜を形成する際
に、金属／ドーピング層界面に酸化層が介在することな
く、特性・信頼性の優れた半導体素子を実現できるから
である。
法においては、半導体薄膜または基板上に形成する薄膜
が金属であることが好ましい。金属薄膜を形成する際
に、金属／ドーピング層界面に酸化層が介在することな
く、特性・信頼性の優れた半導体素子を実現できるから
である。
【００１０】また前記した本発明の製造装置及び製造方
法においては、加熱処理をランプにより行うことが好ま
しい。ランプを用いると加熱効率に優れるからである。
法においては、加熱処理をランプにより行うことが好ま
しい。ランプを用いると加熱効率に優れるからである。
【００１１】また前記した本発明の製造装置及び製造方
法においては、イオン照射手段の減圧雰囲気が、１〜１
０-3Ｐａの圧力範囲であることが好ましい。効率的にイ
オン照射できるからである。
法においては、イオン照射手段の減圧雰囲気が、１〜１
０-3Ｐａの圧力範囲であることが好ましい。効率的にイ
オン照射できるからである。
【００１２】また前記した本発明の製造装置及び製造方
法においては、ドーパント元素が、リン（Ｐ）、ボロン
（Ｂ）、砒素（Ａｓ）、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）
から選ばれる少なくとも一つの元素であることが好まし
い。ドーパント元素として優れた機能を発揮できるから
である。
法においては、ドーパント元素が、リン（Ｐ）、ボロン
（Ｂ）、砒素（Ａｓ）、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）
から選ばれる少なくとも一つの元素であることが好まし
い。ドーパント元素として優れた機能を発揮できるから
である。
【００１３】また前記した本発明の製造装置及び製造方
法においては、半導体薄膜が、水素添加アモルファスシ
リコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）であることが好ましい。半導体
薄膜としてはいかなるものでも使用できるが、とくにａ
−Ｓｉ：Ｈはドーピング層表面付近が極めて不安定な状
態を持つからである。
法においては、半導体薄膜が、水素添加アモルファスシ
リコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）であることが好ましい。半導体
薄膜としてはいかなるものでも使用できるが、とくにａ
−Ｓｉ：Ｈはドーピング層表面付近が極めて不安定な状
態を持つからである。
【００１４】また前記した本発明の製造装置及び製造方
法においては、加熱処理を、水素を含むガス雰囲気中で
行うことが好ましい。
法においては、加熱処理を、水素を含むガス雰囲気中で
行うことが好ましい。
【００１５】また前記した本発明の製造装置及び製造方
法においては、加熱処理を１００〜１０００℃で範囲で
行うことが好ましい。
法においては、加熱処理を１００〜１０００℃で範囲で
行うことが好ましい。
【００１６】
【作用】前記した本発明の半導体素子の製造装置の構成
によれば、減圧雰囲気中で半導体薄膜または基板に対
し、水素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素
を含んだイオンを同時に照射するイオン照射手段と、前
記半導体薄膜または基板上に、イオン照射に連続して大
気に開放せず薄膜を形成する薄膜形成手段及び加熱処理
を行う加熱処理手段から選ばれる少なくとも一つの手段
を有することにより、水素イオン及び半導体のドーパン
トとなる元素を含んだイオンを同時に注入して形成され
るドーピング層表面付近の極めて不安定かつ活性な領域
を大気にさらすことなく、電極形成，加熱処理を行うこ
とにより、ドーピング層表面に酸化層が形成されず、特
性・信頼性の優れた半導体素子を実現できる。
によれば、減圧雰囲気中で半導体薄膜または基板に対
し、水素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素
を含んだイオンを同時に照射するイオン照射手段と、前
記半導体薄膜または基板上に、イオン照射に連続して大
気に開放せず薄膜を形成する薄膜形成手段及び加熱処理
を行う加熱処理手段から選ばれる少なくとも一つの手段
を有することにより、水素イオン及び半導体のドーパン
トとなる元素を含んだイオンを同時に注入して形成され
るドーピング層表面付近の極めて不安定かつ活性な領域
を大気にさらすことなく、電極形成，加熱処理を行うこ
とにより、ドーピング層表面に酸化層が形成されず、特
性・信頼性の優れた半導体素子を実現できる。
【００１７】次に本発明の半導体素子の製造方法によれ
ば、 （１）減圧雰囲気中で半導体薄膜または基板に対し、水
素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素を含ん
だイオンを同時に照射する工程 （２）前記イオン照射工程に連続して、大気に開放せず
前記半導体薄膜または基板上に、薄膜を形成する工程、
または加熱処理する工程から選ばれる少なくとも一つの
工程 という工程を備えたことにより、水素イオン及び半導体
のドーパントとなる元素を含んだイオンを同時に注入し
て形成されるドーピング層表面付近の極めて不安定かつ
活性な領域を大気にさらすことなく、電極形成，加熱処
理を行うことにより、ドーピング層表面に酸化層が形成
されず、特性・信頼性の優れた半導体素子を実現でき
る。
ば、 （１）減圧雰囲気中で半導体薄膜または基板に対し、水
素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素を含ん
だイオンを同時に照射する工程 （２）前記イオン照射工程に連続して、大気に開放せず
前記半導体薄膜または基板上に、薄膜を形成する工程、
または加熱処理する工程から選ばれる少なくとも一つの
工程 という工程を備えたことにより、水素イオン及び半導体
のドーパントとなる元素を含んだイオンを同時に注入し
て形成されるドーピング層表面付近の極めて不安定かつ
活性な領域を大気にさらすことなく、電極形成，加熱処
理を行うことにより、ドーピング層表面に酸化層が形成
されず、特性・信頼性の優れた半導体素子を実現でき
る。
【００１８】また本発明により、イメージスキャナーや
アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイパネル
における薄膜トランジスターアレイや太陽電池等の大面
積半導体素子製造を、信頼性高く行うことが可能とな
る。
アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイパネル
における薄膜トランジスターアレイや太陽電池等の大面
積半導体素子製造を、信頼性高く行うことが可能とな
る。
【００１９】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。
る。
【００２０】（実施例１）図１に本実施例の半導体素子
の製造装置の概略構成図、図２に図１における一点鎖線
Ｉ−Ｉにおける構成断面図を示す。
の製造装置の概略構成図、図２に図１における一点鎖線
Ｉ−Ｉにおける構成断面図を示す。
【００２１】中間室１はゲートバルブ２ｂを介して試料
準備室３が接続されているとともに、ゲートバルブ２ｃ
を介してイオン照射室４、ゲートバルブ２ｄを介して堆
積室５、ゲートバルブ２ｅを介して試料搬出室６が接続
されている。イオン照射室４はイオン源７を備えてお
り、このイオン源７は以下の構成からなる。イオン源７
の導体容器８（図２）に対して、絶縁体９ａを挟んで電
極１０を設ける。電極１０は、高周波電源１１とマッチ
ングボックス１２を介して接続されている。導体容器８
と連結して設けられた電極１３は、コイル１４を介して
直流電源１５と接続されている。
準備室３が接続されているとともに、ゲートバルブ２ｃ
を介してイオン照射室４、ゲートバルブ２ｄを介して堆
積室５、ゲートバルブ２ｅを介して試料搬出室６が接続
されている。イオン照射室４はイオン源７を備えてお
り、このイオン源７は以下の構成からなる。イオン源７
の導体容器８（図２）に対して、絶縁体９ａを挟んで電
極１０を設ける。電極１０は、高周波電源１１とマッチ
ングボックス１２を介して接続されている。導体容器８
と連結して設けられた電極１３は、コイル１４を介して
直流電源１５と接続されている。
【００２２】また高周波電源１１の接地部を電極１３と
直流的に接続して、高周波電源１１の接地側の電位を直
流電源１５の高圧側の電位と等しくさせている。さらに
高周波電力の供給部と直流電源の出力部はコイル１６で
接続し、直流的に電極１０と電極１３を短絡して、イオ
ン源内の直流的な電界分布のバランスをとる。
直流的に接続して、高周波電源１１の接地側の電位を直
流電源１５の高圧側の電位と等しくさせている。さらに
高周波電力の供給部と直流電源の出力部はコイル１６で
接続し、直流的に電極１０と電極１３を短絡して、イオ
ン源内の直流的な電界分布のバランスをとる。
【００２３】なお印加する高周波の周波数としては、１
３．５６ＭＨｚ，２７．１２ＭＨｚなどを用いる。プラ
ズマを発生させる電力エネルギーは、半導体がａ−Ｓ
ｉ：Ｈ（水素添加アモルファスシリコン）の場合、１０
０〜５００ｗの範囲が好ましく、加速用ＤＣ電圧は３〜
２０ｋＶ、特に８〜１５ｋＶの範囲が好ましい。３ｋＶ
未満ではイオンを注入することができず、エッチングさ
れるので好ましくなく、３０ｋＶを越える場合はイオン
が深く注入されてしまうので好ましくない。
３．５６ＭＨｚ，２７．１２ＭＨｚなどを用いる。プラ
ズマを発生させる電力エネルギーは、半導体がａ−Ｓ
ｉ：Ｈ（水素添加アモルファスシリコン）の場合、１０
０〜５００ｗの範囲が好ましく、加速用ＤＣ電圧は３〜
２０ｋＶ、特に８〜１５ｋＶの範囲が好ましい。３ｋＶ
未満ではイオンを注入することができず、エッチングさ
れるので好ましくなく、３０ｋＶを越える場合はイオン
が深く注入されてしまうので好ましくない。
【００２４】イオンの照射を行う場合には、ガス導入管
１７から水素及びドーパント元素を含んだガスを導入す
る。ドーパント元素としては、たとえばリン（Ｐ）、ボ
ロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）、シリコン（Ｓｉ）、窒素
（Ｎ）等を用いることができる。イオンの照射を行う雰
囲気条件は、真空ポンプ１８によってたとえば１〜１０
-2Ｐａの圧力を保つ。この圧力下で電極１１と導体容器
８との間に印加される高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）
により、導体容器８内に均一なプラズマ１９が生成され
る。この場合、導体容器８の外部に永久磁石や電磁石を
設け、導体容器８内に磁場を印加し、生成されるプラズ
マを高励起にし、イオン電流を大きくさせてもよい。本
実施例では永久磁石２０を設けている。
１７から水素及びドーパント元素を含んだガスを導入す
る。ドーパント元素としては、たとえばリン（Ｐ）、ボ
ロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）、シリコン（Ｓｉ）、窒素
（Ｎ）等を用いることができる。イオンの照射を行う雰
囲気条件は、真空ポンプ１８によってたとえば１〜１０
-2Ｐａの圧力を保つ。この圧力下で電極１１と導体容器
８との間に印加される高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）
により、導体容器８内に均一なプラズマ１９が生成され
る。この場合、導体容器８の外部に永久磁石や電磁石を
設け、導体容器８内に磁場を印加し、生成されるプラズ
マを高励起にし、イオン電流を大きくさせてもよい。本
実施例では永久磁石２０を設けている。
【００２５】上記のようにして生成したプラズマ１７中
のイオン２１は、電極１３の開口部に設けた多孔板２２
から、イオン源の外に押し出され、接地電位の多孔板２
３に到達するまで加速し、基板台２４上の試料２５に照
射する。なお本実施例では、イオン源を上に配置してい
るが、イオン源を横置きにし、試料を垂直に立ててイオ
ンの照射を行ってもよい。
のイオン２１は、電極１３の開口部に設けた多孔板２２
から、イオン源の外に押し出され、接地電位の多孔板２
３に到達するまで加速し、基板台２４上の試料２５に照
射する。なお本実施例では、イオン源を上に配置してい
るが、イオン源を横置きにし、試料を垂直に立ててイオ
ンの照射を行ってもよい。
【００２６】一方堆積室５内には、マッチングボックス
２６を介して高周波電源と接続されたターゲット電極２
８を基板台２９と対向して設ける。金属等の堆積を行う
場合には、堆積室３内にＡｒ等のガスをガス導入管３０
から導入し、真空ポンプ３１によって１〜１０-3Ｐａの
圧力を保つ。最適条件では、１０-1〜１０-2Ｐａの圧力
を保つ。この圧力下でターゲット電極２８に印加される
高周波電力によりプラズマを生成し、ターゲット電極２
８をスパッタリングすることによって、基板台２９上の
試料２５に金属などの薄膜を堆積させる。このとき、永
久磁石等でターゲット電極２８付近に磁場を印加し、マ
グネトロン放電を生成してスパッタリングの効率を高め
ても良い。
２６を介して高周波電源と接続されたターゲット電極２
８を基板台２９と対向して設ける。金属等の堆積を行う
場合には、堆積室３内にＡｒ等のガスをガス導入管３０
から導入し、真空ポンプ３１によって１〜１０-3Ｐａの
圧力を保つ。最適条件では、１０-1〜１０-2Ｐａの圧力
を保つ。この圧力下でターゲット電極２８に印加される
高周波電力によりプラズマを生成し、ターゲット電極２
８をスパッタリングすることによって、基板台２９上の
試料２５に金属などの薄膜を堆積させる。このとき、永
久磁石等でターゲット電極２８付近に磁場を印加し、マ
グネトロン放電を生成してスパッタリングの効率を高め
ても良い。
【００２７】なお本実施例では、ターゲット電極を上に
配置しているが、ターゲット電極を下に配置し、ターゲ
ット電極上に間隔を開けて置いた試料に対して膜の堆積
を行ってもよく、またターゲット電極を横置きにし、垂
直に立てた試料に対して膜の堆積を行ってもよい。
配置しているが、ターゲット電極を下に配置し、ターゲ
ット電極上に間隔を開けて置いた試料に対して膜の堆積
を行ってもよく、またターゲット電極を横置きにし、垂
直に立てた試料に対して膜の堆積を行ってもよい。
【００２８】また本実施例では膜の堆積をスパッタリン
グによって行う場合を示しているが、膜の種類によって
抵抗加熱蒸着，電子ビ−ム加熱蒸着，プラズマＣＶＤ等
の他の方法を用いてもよく、さらに堆積室を複数設けて
多層膜を形成してもよい。また、試料の搬送を行う中間
室１は、真空ポンプ３２によって１０-3〜１０-7Ｐａの
圧力に保つ。プラズマＣＶＤの場合は、１０3〜１Ｐａ
の圧力に保つ。
グによって行う場合を示しているが、膜の種類によって
抵抗加熱蒸着，電子ビ−ム加熱蒸着，プラズマＣＶＤ等
の他の方法を用いてもよく、さらに堆積室を複数設けて
多層膜を形成してもよい。また、試料の搬送を行う中間
室１は、真空ポンプ３２によって１０-3〜１０-7Ｐａの
圧力に保つ。プラズマＣＶＤの場合は、１０3〜１Ｐａ
の圧力に保つ。
【００２９】さらに本実施例では、イオンの照射後に膜
の堆積のみを行っているが、イオン照射前に保護膜のエ
ッチング，レジスト除去，表面清浄化などの工程や、イ
オン照射後に堆積した膜のエッチングや他の膜の堆積工
程を行うような装置構成、製造方法を付加してもよい。
の堆積のみを行っているが、イオン照射前に保護膜のエ
ッチング，レジスト除去，表面清浄化などの工程や、イ
オン照射後に堆積した膜のエッチングや他の膜の堆積工
程を行うような装置構成、製造方法を付加してもよい。
【００３０】図３に本実施例の半導体素子の製造方法の
工程概略図を示す。半導体素子の一例として液晶デバイ
スを用いた。
工程概略図を示す。半導体素子の一例として液晶デバイ
スを用いた。
【００３１】試料２５は、図３（ａ）に示すように、厚
さ０．５〜２ｍｍのガラス基板３３上に、ゲート電極３
４、ゲート絶縁膜３５、半導体であるａ−Ｓｉ：Ｈ膜３
６、チャンネル保護膜３７を形成したものである。ゲー
ト電極３４はＣｒ，Ａｌ，Ｍｏ及びこれらのシリサイド
混合結晶から選ばれる少なくとも一つの物質で形成され
る。ゲート電極３４の好ましい厚さは５０ｎｍ〜２００
ｎｍの範囲である。次にゲート絶縁膜３５はＳｉＯ2 ，
ＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＯＮ，Ａｌ2Ｏ3から選ばれる少
なくとも一つの物質で形成され、好ましい厚さは１００
ｎｍ〜５００ｎｍの範囲である。次にａ−Ｓｉ：Ｈ膜３
６は、アモルファスシリコンに５〜２０ａｔｍ％の水素
を添加したもので、好ましい厚さは１０ｎｍ〜３００ｎ
ｍの範囲である。次にチャンネル保護膜３７はＳｉＯ
2 ，ＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＯＮ，Ａｌ2Ｏ3から選ばれ
る少なくとも一つの物質で形成され、好ましい厚さは１
００ｎｍ〜１μｍの範囲である。
さ０．５〜２ｍｍのガラス基板３３上に、ゲート電極３
４、ゲート絶縁膜３５、半導体であるａ−Ｓｉ：Ｈ膜３
６、チャンネル保護膜３７を形成したものである。ゲー
ト電極３４はＣｒ，Ａｌ，Ｍｏ及びこれらのシリサイド
混合結晶から選ばれる少なくとも一つの物質で形成され
る。ゲート電極３４の好ましい厚さは５０ｎｍ〜２００
ｎｍの範囲である。次にゲート絶縁膜３５はＳｉＯ2 ，
ＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＯＮ，Ａｌ2Ｏ3から選ばれる少
なくとも一つの物質で形成され、好ましい厚さは１００
ｎｍ〜５００ｎｍの範囲である。次にａ−Ｓｉ：Ｈ膜３
６は、アモルファスシリコンに５〜２０ａｔｍ％の水素
を添加したもので、好ましい厚さは１０ｎｍ〜３００ｎ
ｍの範囲である。次にチャンネル保護膜３７はＳｉＯ
2 ，ＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＯＮ，Ａｌ2Ｏ3から選ばれ
る少なくとも一つの物質で形成され、好ましい厚さは１
００ｎｍ〜１μｍの範囲である。
【００３２】この試料２５をゲートバルブ２ａ（図１）
を開いて試料準備室３に搬入し、ゲートバルブ２ａを閉
じ、試料準備室３内を排気して１０-2〜１０-3Ｐａの圧
力にする。
を開いて試料準備室３に搬入し、ゲートバルブ２ａを閉
じ、試料準備室３内を排気して１０-2〜１０-3Ｐａの圧
力にする。
【００３３】この後、試料準備室３から圧力１０-3〜１
０-7Ｐａの中間室１を経て、イオン照射室４に試料２５
を搬送し、イオンの照射を行う。このとき、図３（ｂ）
に示すように、イオン源ガスとして水素希釈５vol.％Ｐ
Ｈ3 、加速電圧：１０ｋＶとして、水素イオン３８及び
Ｐを含んだイオン３９の同時照射を行い、ｎ型のドーピ
ング層４０を形成する。イオンの照射後にイオン源ガス
の導入を止めてイオン照射室４内の圧力を１０-2〜１０
-4Ｐａの圧力にし、ゲートバルブ２ｃを開いて、１０-3
〜１０-7Ｐａの圧力に保たれた中間室１に試料２５を搬
送する。中間室１への試料２５の搬送後にゲートバルブ
２ｃを閉じ、ゲートバルブ２ｄを開いて堆積室５に試料
２５を搬送する。堆積室５への搬送後にゲートバルブ２
ｄを閉じ、Ａｒガスを導入し、スパタリング法により、
図３（ｃ）に示すようにＡｌ／Ｔｉの金属膜４１の堆積
を行う。
０-7Ｐａの中間室１を経て、イオン照射室４に試料２５
を搬送し、イオンの照射を行う。このとき、図３（ｂ）
に示すように、イオン源ガスとして水素希釈５vol.％Ｐ
Ｈ3 、加速電圧：１０ｋＶとして、水素イオン３８及び
Ｐを含んだイオン３９の同時照射を行い、ｎ型のドーピ
ング層４０を形成する。イオンの照射後にイオン源ガス
の導入を止めてイオン照射室４内の圧力を１０-2〜１０
-4Ｐａの圧力にし、ゲートバルブ２ｃを開いて、１０-3
〜１０-7Ｐａの圧力に保たれた中間室１に試料２５を搬
送する。中間室１への試料２５の搬送後にゲートバルブ
２ｃを閉じ、ゲートバルブ２ｄを開いて堆積室５に試料
２５を搬送する。堆積室５への搬送後にゲートバルブ２
ｄを閉じ、Ａｒガスを導入し、スパタリング法により、
図３（ｃ）に示すようにＡｌ／Ｔｉの金属膜４１の堆積
を行う。
【００３４】この後、中間室１を経て試料搬出室６に搬
入し、大気中に開放して搬出する。以上のようにして、
水素とドーパント元素を含んだイオンの照射と金属薄膜
の形成を、試料を大気中にさらすことなく連続して行
う。ここで珪素化物を形成する金属膜とシリコン系材料
との組み合わせを用いると、図３（ｄ）に示すような低
抵抗の珪素化物４０ａが、ドーピング層４０と金属４１
の界面に形成される。
入し、大気中に開放して搬出する。以上のようにして、
水素とドーパント元素を含んだイオンの照射と金属薄膜
の形成を、試料を大気中にさらすことなく連続して行
う。ここで珪素化物を形成する金属膜とシリコン系材料
との組み合わせを用いると、図３（ｄ）に示すような低
抵抗の珪素化物４０ａが、ドーピング層４０と金属４１
の界面に形成される。
【００３５】図４に本実施例の製造装置、及び従来の製
造装置によって作成された半導体素子試料の深さ方向の
元素分布図を示す。
造装置によって作成された半導体素子試料の深さ方向の
元素分布図を示す。
【００３６】図４から明確なように、本実施例によっ
て、金属／ドーピング層界面に酸化層が介在することな
く、特性・信頼性の優れた半導体素子を提供することが
できる。
て、金属／ドーピング層界面に酸化層が介在することな
く、特性・信頼性の優れた半導体素子を提供することが
できる。
【００３７】（実施例２）図５に実施例２の製造装置の
概略構成図を示す。
概略構成図を示す。
【００３８】中間室４２とゲートバルブ４３ｂ〜４３ｅ
をそれぞれ介して接続された、試料準備室４４，イオン
照射室４５，堆積室４６，熱処理室４７，試料搬出室４
８から構成される。試料４９をゲートバルブ４３ａを開
いて試料準備室４４にを搬入し、ゲートバルブ４３ａを
閉じ、試料準備室４４内を排気して１０2〜１０-3Ｐａ
の圧力にする。
をそれぞれ介して接続された、試料準備室４４，イオン
照射室４５，堆積室４６，熱処理室４７，試料搬出室４
８から構成される。試料４９をゲートバルブ４３ａを開
いて試料準備室４４にを搬入し、ゲートバルブ４３ａを
閉じ、試料準備室４４内を排気して１０2〜１０-3Ｐａ
の圧力にする。
【００３９】この後、試料準備室４４からゲートバルブ
４３ｂ，中間室４２及びゲートバルブ４３ｃを経て、イ
オン照射室４５に試料４９を搬送し、イオンの照射を行
う。このとき、イオン源ガスとして水素希釈５vol.％Ｐ
Ｈ3 、加速電圧：１０ｋＶとして、水素イオン及びＰを
含んだイオンの同時照射を行い、ｎ型ドーピング層の形
成を行う。
４３ｂ，中間室４２及びゲートバルブ４３ｃを経て、イ
オン照射室４５に試料４９を搬送し、イオンの照射を行
う。このとき、イオン源ガスとして水素希釈５vol.％Ｐ
Ｈ3 、加速電圧：１０ｋＶとして、水素イオン及びＰを
含んだイオンの同時照射を行い、ｎ型ドーピング層の形
成を行う。
【００４０】イオンの照射後にイオン源ガスの導入を止
めてイオン照射室４５内の圧力を１０-2〜１０-4の圧力
にし、ゲートバルブ４３ｃを開いて、１０-3〜１０-7の
圧力に保たれた中間室４２に試料４９を搬送する。中間
室４２への試料４９の搬送後にゲートバルブ４３ｃを閉
じ、ゲートバルブ４３ｄを開いて堆積室４６に試料４９
を搬送する。堆積室４６への搬送後にゲートバルブ４３
ｄを閉じ、Ａｒガスを導入し、スパッタリング法により
Ａｌ／Ｔｉの金属膜の堆積を行う。この後、ゲートバル
ブ４３ｄ，中間室４２及びゲートバルブ４３ｅを経て熱
処理室４７に搬入し、水素雰囲気中で加熱処理を行う。
めてイオン照射室４５内の圧力を１０-2〜１０-4の圧力
にし、ゲートバルブ４３ｃを開いて、１０-3〜１０-7の
圧力に保たれた中間室４２に試料４９を搬送する。中間
室４２への試料４９の搬送後にゲートバルブ４３ｃを閉
じ、ゲートバルブ４３ｄを開いて堆積室４６に試料４９
を搬送する。堆積室４６への搬送後にゲートバルブ４３
ｄを閉じ、Ａｒガスを導入し、スパッタリング法により
Ａｌ／Ｔｉの金属膜の堆積を行う。この後、ゲートバル
ブ４３ｄ，中間室４２及びゲートバルブ４３ｅを経て熱
処理室４７に搬入し、水素雰囲気中で加熱処理を行う。
【００４１】本実施例では、水素とドーパント元素を含
んだイオンの照射後に、金属膜の形成してから加熱処理
を行うという装置構成及び方法をとっているが、イオン
の照射後に加熱処理を行い、その後に金属等の膜形成を
大気中にさらすことなく連続して行う装置構成及び方法
をとってもよい。
んだイオンの照射後に、金属膜の形成してから加熱処理
を行うという装置構成及び方法をとっているが、イオン
の照射後に加熱処理を行い、その後に金属等の膜形成を
大気中にさらすことなく連続して行う装置構成及び方法
をとってもよい。
【００４２】なおここで行う加熱処理は、ドーピング元
素の活性化，イオン注入の損傷の回復のために行うもの
であり、本実施例の様に金属膜を形成した後に行う場合
には、さらに金属／ドーピング層のコンタクト特性の向
上のために行うものである。熱処理時の雰囲気は水素が
好ましく、Ｈｅ，Ａｒなどの不活性ガス雰囲気中、高純
度の窒素ガス雰囲気中、または真空中でもよい。
素の活性化，イオン注入の損傷の回復のために行うもの
であり、本実施例の様に金属膜を形成した後に行う場合
には、さらに金属／ドーピング層のコンタクト特性の向
上のために行うものである。熱処理時の雰囲気は水素が
好ましく、Ｈｅ，Ａｒなどの不活性ガス雰囲気中、高純
度の窒素ガス雰囲気中、または真空中でもよい。
【００４３】加熱温度としては、薄膜の構成材料または
基板の融点よりも低い温度が好ましく、また金属膜とシ
リコン系材料との組み合わせでは金属の珪素化物が形成
される温度であることが好ましい。例えばａ−Ｓｉ：Ｈ
膜を用いる場合には、ａ−Ｓｉ：Ｈの構成元素である水
素が脱離しない１００〜３５０℃が好ましく、とくに好
ましくは約２５０℃程度である。ガラス基板を用いる場
合には５００℃以下が好ましい。また基板が石英であ
り、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を再結晶化させる場合には、５００
〜１０００℃が好ましい。なお熱処理をランプを用いて
試料の表面付近を短時間で加熱する場合には、その試料
表面の加熱温度は必ずしも基板の融点以下とは限定され
ない。
基板の融点よりも低い温度が好ましく、また金属膜とシ
リコン系材料との組み合わせでは金属の珪素化物が形成
される温度であることが好ましい。例えばａ−Ｓｉ：Ｈ
膜を用いる場合には、ａ−Ｓｉ：Ｈの構成元素である水
素が脱離しない１００〜３５０℃が好ましく、とくに好
ましくは約２５０℃程度である。ガラス基板を用いる場
合には５００℃以下が好ましい。また基板が石英であ
り、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を再結晶化させる場合には、５００
〜１０００℃が好ましい。なお熱処理をランプを用いて
試料の表面付近を短時間で加熱する場合には、その試料
表面の加熱温度は必ずしも基板の融点以下とは限定され
ない。
【００４４】以上の様に熱処理室４７で熱処理を行った
試料４９をゲートバルブ４３ｆを経て試料搬出室４８に
搬送し、窒素等でパージ後にゲートバルブ４３ｇを開
き、大気中に開放して搬出する。例えば本実施例で、半
導体薄膜を多結晶シリコンとし、金属薄膜をＴｉとして
５００〜９００℃の熱処理を熱処理室４７で行う場合
に、ＴｉＳｉ2 が形成される温度が６００℃以上である
ことから、熱処理時に金属Ｔｉとドーピング層Ｓｉの界
面に低抵抗の珪素化物ＴｉＳｉ2 層が形成される。
試料４９をゲートバルブ４３ｆを経て試料搬出室４８に
搬送し、窒素等でパージ後にゲートバルブ４３ｇを開
き、大気中に開放して搬出する。例えば本実施例で、半
導体薄膜を多結晶シリコンとし、金属薄膜をＴｉとして
５００〜９００℃の熱処理を熱処理室４７で行う場合
に、ＴｉＳｉ2 が形成される温度が６００℃以上である
ことから、熱処理時に金属Ｔｉとドーピング層Ｓｉの界
面に低抵抗の珪素化物ＴｉＳｉ2 層が形成される。
【００４５】上記の方法により、図３に示す様な、金属
薄膜４１の形成とドーピング層４０の形成、さらに低抵
抗の珪素化物層４０ａの形成を大気にさらすことなく行
う。以上の様にして、水素とドーパント元素を含んだイ
オンの照射と金属薄膜の形成及び加熱処理を、試料を大
気中にさらすことなく連続して行う。本実施例によって
も、金属／ドーピング層界面に酸化層が介在することな
く、特性・信頼性の優れた半導体素子を提供することが
できる。
薄膜４１の形成とドーピング層４０の形成、さらに低抵
抗の珪素化物層４０ａの形成を大気にさらすことなく行
う。以上の様にして、水素とドーパント元素を含んだイ
オンの照射と金属薄膜の形成及び加熱処理を、試料を大
気中にさらすことなく連続して行う。本実施例によって
も、金属／ドーピング層界面に酸化層が介在することな
く、特性・信頼性の優れた半導体素子を提供することが
できる。
【００４６】
【発明の効果】本発明は、同時に注入された水素イオン
で形成されるドーピング層表面付近の極めて不安定かつ
活性な領域を大気にさらすことなく、電極形成，加熱処
理を行うことにより、ドーピング層表面に酸化層が形成
されず、特性・信頼性の優れた半導体素子を提供するこ
とが可能となる。
で形成されるドーピング層表面付近の極めて不安定かつ
活性な領域を大気にさらすことなく、電極形成，加熱処
理を行うことにより、ドーピング層表面に酸化層が形成
されず、特性・信頼性の優れた半導体素子を提供するこ
とが可能となる。
【００４７】すなわち、本発明は、イメージスキャナー
やアクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイパネ
ルにおける薄膜トランジスターアレイや太陽電池等の大
面積半導体素子製造を、信頼性高く行うことが可能とな
る。
やアクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイパネ
ルにおける薄膜トランジスターアレイや太陽電池等の大
面積半導体素子製造を、信頼性高く行うことが可能とな
る。
【図１】本発明の実施例１の製造装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例１（図１）の一点鎖線Ｉ−Ｉに
おける構成断面図
おける構成断面図
【図３】本発明の実施例１の半導体素子の製造方法の工
程概略図
程概略図
【図４】（ａ）従来の製造装置で作成された半導体素子
試料の深さ方向の元素分布図 （ｂ）本発明の実施例１の製造装置で作成された半導体
素子試料の深さ方向の元素分布図
試料の深さ方向の元素分布図 （ｂ）本発明の実施例１の製造装置で作成された半導体
素子試料の深さ方向の元素分布図
【図５】本発明の実施例２の製造装置の概略構成図
１ 中間室 ２ａ〜２ｆ ゲートバルブ ３ 試料準備室 ４ イオン照射室 ５ 堆積室 ６ 試料搬出室 ７ イオン源 ８ 導体容器 ９ 絶縁体 １０ 電極 １１ 高周波電源 １２ マッチングボックス １３ 電極 １４ コイル １５ 直流電源 １６ コイル １７ ガス導入管 １８ 真空ポンプ １９ プラズマ ２０ 永久磁石 ２１ イオン ２２ 多孔板 ２３ 多孔板 ２４ 基板台 ２５ 試料 ２６ マッチングボックス ２７ 高周波電源 ２８ ターゲット電極 ２９ 基板台 ３０ ガス導入管 ３１ 真空ポンプ ３２ 真空ポンプ ３３ ガラス基板 ３４ ゲート電極 ３５ 絶縁膜 ３６ ａ−Ｓｉ：Ｈ膜 ３７ チャンネル保護膜 ３８ 水素イオン ３９ Ｐを含んだイオン ４０ ｎ型のドーピング層 ４０ａ 珪素化物 ４１ 金属膜 ４２ 中間室 ４３ａ〜４３ｇ ゲートバルブ ４４ 試料準備室 ４５ イオン照射室 ４６ 堆積室 ４７ 熱処理室 ４８ 試料搬出室 ４９ 試料
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/336 31/04 9056−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７ 31/04 Ｂ
Claims (11)
- 【請求項１】 減圧雰囲気中で半導体薄膜または基板に
対し、水素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元
素を含んだイオンを同時に照射するイオン照射手段と、 前記半導体薄膜または基板上に、イオン照射に連続して
大気に開放せず薄膜を形成する薄膜形成手段及び加熱処
理を行う加熱処理手段から選ばれる少なくとも一つの手
段を有することを特徴とする半導体素子の製造装置。 - 【請求項２】 以下の工程よりなる半導体素子の製造方
法。 （１）減圧雰囲気中で半導体薄膜または基板に対し、水
素イオン及び前記半導体のドーパントとなる元素を含ん
だイオンを同時に照射する工程 （２）前記イオン照射工程に連続して、大気に開放せず
前記半導体薄膜または基板上に、薄膜を形成する工程、
または加熱処理する工程から選ばれる少なくとも一つの
工程 - 【請求項３】 イオン照射手段と、薄膜形成手段または
加熱処理手段がバルブを介して接続している請求項１ま
たは２に記載の半導体素子の製造装置及び製造方法。 - 【請求項４】 半導体薄膜または基板上に形成する薄膜
が金属である請求項１または２に記載の半導体素子の製
造装置及び製造方法。 - 【請求項５】 加熱処理をランプにより行う請求項１ま
たは２に記載の半導体素子の製造装置及び製造方法。 - 【請求項６】 イオン照射手段の減圧雰囲気が、１〜１
０-3Ｐａの圧力範囲である請求項１または２に記載の半
導体素子の製造装置及び製造方法。 - 【請求項７】 ドーパント元素が、リン（Ｐ）、ボロン
（Ｂ）、砒素（Ａｓ）、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）
から選ばれる少なくとも一つの元素である請求項１また
は２に記載の半導体素子の製造装置及び製造方法。 - 【請求項８】 半導体薄膜が、水素添加アモルファスシ
リコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）である請求項１または２に記載
の半導体素子の製造装置及び製造方法。 - 【請求項９】 半導体薄膜が、多結晶シリコンである請
求項１または２に記載の半導体素子の製造装置及び製造
方法。 - 【請求項１０】 加熱処理を、水素を含むガス雰囲気中
で行う請求項１または２に記載の半導体素子の製造装置
及び製造方法。 - 【請求項１１】 加熱処理を１００〜１０００℃で範囲
で行う請求項１または２に記載の半導体素子の製造装置
及び製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7143083A JPH0855818A (ja) | 1994-06-10 | 1995-06-09 | 半導体素子の製造装置及び製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12894194 | 1994-06-10 | ||
| JP6-128941 | 1994-06-10 | ||
| JP7143083A JPH0855818A (ja) | 1994-06-10 | 1995-06-09 | 半導体素子の製造装置及び製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0855818A true JPH0855818A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=26464498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7143083A Pending JPH0855818A (ja) | 1994-06-10 | 1995-06-09 | 半導体素子の製造装置及び製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0855818A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009131111A1 (ja) * | 2008-04-25 | 2009-10-29 | 株式会社アルバック | 太陽電池の製造方法，太陽電池の製造装置，及び太陽電池 |
| CN102969214A (zh) * | 2011-08-31 | 2013-03-13 | 圆益Ips股份有限公司 | 基板处理装置及具有其的基板处理系统 |
-
1995
- 1995-06-09 JP JP7143083A patent/JPH0855818A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009131111A1 (ja) * | 2008-04-25 | 2009-10-29 | 株式会社アルバック | 太陽電池の製造方法，太陽電池の製造装置，及び太陽電池 |
| JPWO2009131111A1 (ja) * | 2008-04-25 | 2011-08-18 | 株式会社アルバック | 太陽電池の製造方法，太陽電池の製造装置，及び太陽電池 |
| US8198115B2 (en) | 2008-04-25 | 2012-06-12 | Ulvac, Inc. | Solar cell, and method and apparatus for manufacturing the same |
| CN102969214A (zh) * | 2011-08-31 | 2013-03-13 | 圆益Ips股份有限公司 | 基板处理装置及具有其的基板处理系统 |
| JP2013055053A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-21 | Wonik Ips Co Ltd | 基板処理装置、およびそれを有する基板処理システム |
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