JPH0864549A - 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

(57)【要約】 【目的】 イオンドーピングにより半導体薄膜に制御性
良く低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を形成す
る。 【構成】 イオンドーピング方法では、不純物ガス種及
び希釈ガス種の混合物からなる原料気体をチャンバ１に
導入し、原料気体をイオン化した後さらに電界加速して
不純物を半導体層に注入する。低濃度の不純物ガス種を
含む原料気体を用い低ドーズ量で不純物を半導体層に注
入し低濃度不純物領域を形成する。高濃度の同一不純物
ガス種を含む原料気体に切り換え高ドーズ量で同一不純
物を半導体層に注入し高濃度不純物領域を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体薄膜等の半導体層
に不純物を注入するイオンドーピング方法及びイオンド
ーピング装置に関する。より詳しくは、ＬＤＤ構造を有
する薄膜トランジスタの製造に適したイオンドーピング
方法及びイオンドーピング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体層を素子領域としてトラ
ンジスタを作成する場合、不純物を導入してトランジス
タのソース領域やドレイン領域となる不純物領域を形成
する必要がある。この為、従来からイオンインプランテ
ーション装置が用いられていた。この装置はチャンバ内
にイオン銃を内蔵しておりイオンビームを放射する。こ
のイオンビームを質量分離にかけ、所望の不純物イオン
種を選択して半導体層に打ち込む。比較的大面積の半導
体層に対して無数の不純物領域を設ける場合、イオンビ
ームを半導体層の表面に沿って走査しなければならず、
処理能率が悪いという欠点がある。これに対し、近年イ
オンドーピング装置が開発されている。このイオンドー
ピング装置は不純物ガス種及び希釈ガス種の混合物から
なる原料気体をチャンバに導入し、該原料気体をイオン
化した後質量分離を行なう事なく電界加速して不純物を
半導体層の全面に一斉注入するものである。イオンドー
ピング装置は短時間で大面積（例えば３０×３０cm角以
上）の基板に設けられた半導体層に高ドーズ量で不純物
を注入できる為、高スループットが実現できる。例えば
次世代の大面積液晶ディスプレイに用いる薄膜半導体装
置基板の製造に好適なものとして有望視されている。こ
のイオンドーピング装置は例えばＪａｐａｎＤｉｓｐｌ
ａｙ '９２ Ｄｉｇ． ｐｐ．２０６−２０７等に開示
されている。又、このイオンドーピング装置を用いた薄
膜トランジスタの製造方法は、例えばＪａｐａｎｅｓｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，ｖｏｌ．３３，ｐｐ．６３５−６３８，１９９４等
に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】イオンドーピング装置
は、水素等で希釈したＢ₂ Ｈ₆ ，ＰＨ₃ 等の不純物ガス
種からなる原料気体を高周波プラズマでイオン化させ、
質量分離を行なう事なく電界加速させて基板上の半導体
薄膜等に打ち込むものである。この原料気体の希釈率は
従来、不純物ガス種／希釈ガス種の混合比で１〜１０％
程度の濃度を用いていた。この不純物濃度範囲の原料気
体を用いると、１×１０¹⁶／cm² 程度の高ドーズ量を１
分間程度の短時間で半導体薄膜に打ち込む事ができ、効
率的に高濃度不純物領域が形成できる。しかし反面、１
×１０¹⁴／cm² 以下のドーズ量を精度良く制御する事は
困難であり、比較的低濃度の不純物領域を形成する上で
支障となっていた。この為、十分に制御された低濃度不
純物領域が必要な半導体素子（例えばＬＤＤ構造を有す
る薄膜トランジスタ）を作成する事が困難であるという
課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は低ドーズ量から高ドーズ量までの不
純物注入を精度良く制御する事が可能なイオンドーピン
グ方法及びイオンドーピング装置を提供する事を目的と
する。又、プロセス温度６００℃以下の所謂低温プロセ
スで、オン／オフ比の大きい高性能な薄膜トランジスタ
の製造に適用可能なイオンドーピング方法及びイオンド
ーピング装置を提供する事を目的とする。かかる目的を
達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明にかか
るイオンドーピング方法は基本的に、不純物ガス種及び
希釈ガス種の混合物からなる原料気体をチャンバに導入
し、該原料気体をイオン化した後さらに電界加速して不
純物を半導体層に注入するものである。特徴事項とし
て、低濃度の不純物ガス種を含む原料気体を用い低ドー
ズ量で不純物を半導体層に注入し低濃度不純物領域を形
成する第１ドーピングと、高濃度の同一不純物ガス種を
含む原料気体に切り換え高ドーズ量で同一不純物を半導
体層に注入し高濃度不純物領域を形成する第２ドーピン
グとを行なう。具体的には、第１ドーピングは濃度１％
未満の不純物ガス種を含む原料気体を用い、第２ドーピ
ングは濃度１％以上の不純物ガス種を含む原料気体を用
いる。本イオンドーピング方法をＬＤＤ構造を有する薄
膜トランジスタの作成に応用した場合、第１ドーピング
では絶縁基板上に形成された薄膜からなる半導体層に対
して薄膜トランジスタのＬＤＤ領域となる低濃度不純物
領域を形成する。続く第２ドーピングでは、同じく薄膜
トランジスタのソース領域及びドレイン領域となる高濃
度不純物領域を形成する。この様にして作成されたＬＤ
Ｄ構造の薄膜トランジスタは、例えば画素電極のスイッ
チング素子として利用できる。なお、該ドーピングは所
定の希釈ガス種を含む原料気体を用い、不純物の注入と
同時に原料気体中に含まれる水素又は弗素を注入して薄
膜からなる半導体層の欠陥を修復する事が可能である。

【０００５】本発明にかかるイオンドーピング装置は、
基本的な構成として不純物ガス種及び希釈ガス種の混合
物からなる原料気体が導入されるチャンバと、該チャン
バ内で半導体層を有する基板を載置するステージと、導
入された原料気体をイオン化するプラズマ電極と、イオ
ン化した原料気体を電界加速して不純物を半導体層に注
入する加速電極とを備えている。特徴事項として、低濃
度の不純物ガス種を含む第１原料気体をチャンバに供給
する第１ガス供給源と、高濃度の同一不純物ガス種を含
む第２原料気体をチャンバに供給する第２ガス供給源と
を備えている。さらに、両者を切り換え制御する切換手
段を備えており、第１原料気体をチャンバに導入した時
低ドーズ量で不純物を半導体層に注入する事により低濃
度不純物領域の形成を可能とし、第２原料気体をチャン
バに導入した時高ドーズ量で同一不純物を半導体層に注
入する事により高濃度不純物領域の形成を可能とする。
例えば、第１ガス供給源は濃度１％未満の不純物ガス種
を含む第１原料気体を供給し、第２ガス供給源は濃度１
％以上の不純物ガス種を含む第２原料気体を供給する。

【０００６】

【作用】本発明によれば、不純物ガス種の濃度が異なる
原料気体を適宜切り換えてチャンバに導入しイオンドー
ピングを行なっている。これにより、高ドーズ量での不
純物領域の形成に加え、低ドーズ量での不純物領域の形
成が容易となり、例えば３０×３０cm角以上の大面積基
板に成膜された半導体薄膜に対し１０¹²〜１０¹⁴／cm²
程度の低ドーズ量で不純物を制御性良く正確に打ち込む
事が可能になった。例えば、大面積基板に成膜した多結
晶シリコン等の半導体薄膜に低温プロセスでＬＤＤ構造
を有する薄膜トランジスタが集積形成可能になり、大面
積液晶ディスプレイの駆動基板等に好適な薄膜半導体装
置が製造できる。又、ドーピングを行なう際、原料気体
に含まれる希釈ガス種等を適当に選択する事により、不
純物の注入と同時に水素又は弗素も注入して半導体薄膜
の欠陥を修復する事が可能になる。例えば、低ドーズ量
で不純物を注入し低濃度不純物領域を設けてＬＤＤ構造
の薄膜トランジスタを作成する際、同時に水素を打ち込
む事によりＬＤＤ領域に含まれる半導体薄膜の結晶欠陥
を修復する事ができる。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかるイオンドーピン
グ装置の構成を示す模式的なブロック図である。本イオ
ンドーピング装置は真空排気可能なチャンバ１を備えて
おり、不純物ガス種及び希釈ガス種の混合物からなる原
料気体が配管２を介して導入される。チャンバ１内には
回転可能なステージ３が設けられており、半導体薄膜等
の半導体層が形成された基板４を載置する。又、チャン
バ１内に導入された原料気体をイオン化するプラズマ電
極５と、イオン化した原料気体を電界加速して不純物を
半導体層に注入する加速電極６とを備えている。加え
て、イオン引き出し用の電極７と制御用の減速電極８も
設けられている。プラズマ電極５にはＲＦプラズマ発生
用の高周波電源９が接続されている。かかる構成によ
り、チャンバ１内に導入された原料気体はＲＦプラズマ
により電離イオンに励起され、イオン引き出し用の電極
７及び加速電極６を介しイオンシャワー１０となって基
板４の半導体層全面に打ち込まれる。

【０００８】チャンバ１には配管２を介して４本のガス
シリンダ１１，１２，１３，１４が接続されている。こ
れらのガスシリンダ１１〜１４は電磁バルブや機械式バ
ルブを用いて原料気体系の切り換えができる様になって
いる。原料気体の流量はマスフローコントローラ（Ｍ
Ｆ）１５により制御される。原料気体系の切り換えは操
作パネル上の設定により自動的に行なえる。一対のガス
シリンダ１１，１２はＮ型の不純物ガス種（例えばＰＨ
₃ ）及び希釈ガス種（例えばＨ₂ ）の混合物からなる原
料気体を貯蔵している。他の一対のガスシリンダ１３，
１４はＰ型の不純物ガス種（例えばＢ₂ Ｈ₆ ）及び希釈
ガス種（例えばＨ₂ ）の混合物からなる原料気体を貯蔵
している。ガスシリンダ１１は低濃度のＮ型不純物ガス
種を含む第１原料気体をチャンバ１に供給する第１ガス
供給源となり、ガスシリンダ１２は高濃度の同一不純物
ガス種を含む第２原料気体をチャンバ１に供給する第２
ガス供給源となる。他の一対のガスシリンダ１３，１４
についても同様であり、一方のガスシリンダ１３は低濃
度のＰ型不純物ガス種を含む第１原料気体をチャンバ１
に供給する第１ガス供給源となり、ガスシリンダ１４は
高濃度の同一不純物ガス種を含む第２原料気体をチャン
バ１に供給する第２ガス供給源となる。第１ガス供給源
は濃度１％未満の不純物ガス種を含む第１原料気体を供
給し、第２ガス供給源は濃度１％以上の不純物ガス種を
含む第２原料気体を供給する。本例では、ガスシリンダ
１１にＰＨ₃ ／Ｈ₂ の希釈比が１００ppm の原料気体が
貯蔵され、ガスシリンダ１２にはＰＨ₃ ／Ｈ₂ の希釈比
が５％の原料気体が貯蔵されている。又、ガスシリンダ
１３にはＢ₂ Ｈ₆ ／Ｈ₂ の希釈比が２０ppm の原料気体
が貯蔵され、ガスシリンダ１４にはＢ₂ Ｈ₆ ／Ｈ₂ の希
釈比が５％の原料気体が貯蔵されている。なお、本例で
は４系統のガス供給源を設けているが、勿論必要に応じ
て不純物ガス種や不純物濃度のレベルを増やしても良
い。加速電極６には２００kVまでの加速電圧が印加可能
であり、３０×３０cm角程度の基板４にも対応できる様
になっている。

【０００９】引き続き図１を参照して、本イオンドーピ
ング装置を用いて行なわれるイオンドーピング方法を説
明する。基本的に、本イオンドーピング方法では、不純
物ガス種及び希釈ガス種の混合物からなる原料気体をチ
ャンバ１に導入し、原料気体をイオン化した後さらに加
速電極６で電界加速して不純物を半導体層に注入する。
特徴事項として、低濃度の不純物ガス種を含む原料気体
を用い低ドーズ量で不純物を半導体層に注入し低濃度不
純物領域を形成する第１ドーピングを行なう。次に、高
濃度の同一不純物ガス種を含む原料気体に切り換え高ド
ーズ量で同一不純物を半導体層に注入し高濃度不純物領
域を形成する第２ドーピングを行なう。例えば、本イオ
ンドーピング方法を用いてＬＤＤ構造の薄膜トランジス
タを作成する場合、第１ドーピングでは絶縁基板４上に
形成された薄膜からなる半導体層に対して薄膜トランジ
スタのＬＤＤ領域となる低濃度不純物領域を形成する。
第２ドーピングでは同じく薄膜トランジスタのソース領
域及びドレイン領域となる高濃度不純物領域を形成す
る。このドーピングは所定の希釈ガス種を含む原料気体
を用い、目的となる不純物（例えばリン、ボロン）の注
入と同時に原料気体中に含まれる水素又は弗素を注入し
て薄膜からなる半導体層の欠陥を修復可能としている。

【００１０】次に、図２を参照して、図１に示したイオ
ンドーピング装置を用いた薄膜トランジスタの製造方法
を詳細に説明する。本例ではＬＤＤ構造を有するＮチャ
ネル型の薄膜トランジスタを作成する。従って原料気体
としてはガスシリンダ１１，１２に貯蔵されたＰＨ₃ ／
Ｈ₂ の混合物を用いる。なお、Ｐチャネル型の薄膜トラ
ンジスタを作成する場合には、ガスシリンダ１３，１４
に貯蔵されたＢ₂ Ｈ₆／Ｈ₂ の混合物を用いれば良い。
先ず工程（ａ）で、ガラス基板２０上にバッファ層２１
を成膜する。例えば、ＳｉＯ₂ 又はＳｉＮ_x 等を１００
〜２００nmの厚みで成膜し、バッファ層２１とする。続
いて半導体薄膜２２を成膜する。例えば、非晶質シリコ
ンを約４０〜８０nmの膜厚でプラズマＣＶＤ，ＬＰＣＶ
Ｄ等の方法により堆積する。ここでレーザアニール、固
相成長等の手段を用いて非晶質シリコンを結晶化させ、
多結晶シリコンに転換する。この多結晶シリコンからな
る半導体薄膜２２をエッチングで島状にパタニングし薄
膜の素子領域とする。さらにこの上に、ゲート絶縁膜２
３を成膜する。例えば、プラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、
減圧ＣＶＤ、電子線共鳴ＣＶＤ（ＥＣＲ−ＣＶＤ）、ス
パッタ等によりＳｉＯ₂ を５０〜４００nmの厚みで成長
させる。

【００１１】次に工程（ｂ）に移り、先ず最初に必要な
らば、イオンドーピング装置の原料気体を２０ppm のＢ
₂ Ｈ₆ ／Ｈ₂ 混合物に切り換え、薄膜トランジスタの閾
値電圧Ｖｔｈを制御する目的でドーズ量３×１０¹²／cm
² 程度のイオンドーピングを行なう。場合によってはこ
の閾値制御用ドーピング工程は省略できる。この上に、
ダブルゲート型のゲート電極２４をパタニング形成す
る。例えば、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，ＤＯＰＯＳ
あるいはこれらの合金を２００〜８００nmの厚みで成膜
しパタニングしてダブルゲート型のゲート電極２４とす
る。続いて、イオンドーピング装置に導入される原料気
体を１００ppm のＰＨ₃ ／Ｈ₂ 混合物に切り換え、イオ
ンドーピングを実施して、ゲート電極２４をマスクとし
たセルフアライメントで低濃度不純物領域を形成する。
この低濃度不純物領域は後にＬＤＤ領域となるものであ
る。このイオンドーピングのドーズ量は１×１０¹²〜１
×１０¹⁴／cm² 程度に設定されている。

【００１２】次に工程（ｃ）に移り、ゲート電極２４及
びその周辺をレジスト２５で被覆する。この後原料気体
を５％のＰＨ₃ ／Ｈ₂ 混合物に切り換え、Ｎ型不純物の
ドーピングを高濃度で行なう。このドーズ量は例えば４
×１０¹⁵／cm² 程度である。これにより、Ｎ型の高濃度
不純物領域が設けられ、薄膜トランジスタのソース領域
Ｓ及びドレイン領域Ｄとなる。又、レジスト２５により
被覆された部分はそのまま低濃度不純物領域として残り
ＬＤＤ領域となる。これにより、ＬＤＤ構造を有するダ
ブルゲート型のＮチャネル薄膜トランジスタが形成でき
る。なお、図示しないがＰチャネルの薄膜トランジスタ
を形成する場合には原料気体を５％Ｂ₂Ｈ₆ ／Ｈ₂ の混
合物に切り換えドーズ量４×１０¹⁵／cm² 程度でイオン
ドーピングすれば良い。

【００１３】最後に工程（ｄ）で、ＰＳＧ膜２６を約６
００nmの厚みで成膜する。続いて３００〜４００℃程度
の温度でアニールし半導体薄膜２２に注入された不純物
を活性化させる。本イオンドーピングでは半導体薄膜２
２の多結晶シリコン中に多量の水素が導入される為、こ
の様な低温活性化が可能になる。又低温活性化アニール
の代わりにレーザ活性化アニールを行なっても良い。最
後に、ＰＳＧ膜２６にコンタクトホールを開口し、Ａｌ
−Ｓｉ等の金属膜をスパッタし、所定の形状にパタニン
グして配線電極２７を設ける。この様にして完成したＬ
ＤＤ構造を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタは
液晶ディスプレイの画素スイッチング素子として好適で
ある。この場合には、薄膜トランジスタのドレイン領域
Ｄには通常の配線電極２７に代え、画素電極が接続され
る事になる。ＬＤＤ領域は薄膜トランジスタのリーク電
流減少に効果的であり、画素電極のスイッチング素子と
して用いた場合画像信号の保持特性が良好になる。

【００１４】ところで、ＬＤＤ構造を効果的に機能させ
る為には、ＬＤＤ領域の結晶性が良く欠陥の少ない多結
晶シリコン薄膜になっている必要がある。ＬＤＤ領域は
例えば半導体薄膜の厚みが５０nm程度の場合、１×１０
¹²〜１×１０¹³／cm² 程度のドーズ量で不純物を打ち込
む事が必要である。しかしながら、Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．４６，N
o．１２，ｐ．５２４７（１９７５）等に示す様に、半
導体薄膜中の欠陥密度が大きいとＬＤＤ領域中のキャリ
アは全て欠陥準位にトラップされ、結晶粒界のエネルギ
ー障壁が高くなる為ＬＤＤ領域の抵抗が下がらない。一
方、イオンドーピング装置は質量分離を行なわずに不純
物イオンを基板に打ち込む為、ＰＨ₃ ／Ｈ₂ ，Ｂ₂ Ｈ₆
／Ｈ₂ 等の混合物を原料気体に用いる時、水素イオンも
同時に打ち込まれる。この水素イオン打ち込み効果によ
り、水素パッシベーションが行なわれ、多結晶シリコン
中の欠陥を大幅に下げられる。この効果によりＬＤＤ領
域の電気抵抗を下げ、ＬＤＤ領域を効果的に形成する事
ができる様になる。このパッシベーション効果は水素の
みに限られない。例えば原料気体としてＢＦ₂ ，ＡｓＦ
₅ あるいはＰＨ₃ ／Ｆ₂ 等を用いれば、弗素イオンがＢ
＋イオン、Ｐ＋イオン等と同時に打ち込まれる。弗素イ
オンは水素イオンと同様に欠陥準位をターミネートする
効果があり、この方法でもＬＤＤ領域を効果的に形成で
きる。又薄膜トランジスタの活性層（チャネル層）に対
してもパッシベーション効果が同様に得られる。従来、
活性層の水素化を別工程で行なう事によって薄膜トラン
ジスタの性能向上を図っていたが、本発明によればイオ
ンドーピング工程による水素化で代用させる事も可能に
なる。

【００１５】図３は、本発明にかかるイオンドーピング
方法を用いて作成される薄膜トランジスタの他の製造方
法を示す工程図である。図２に示した実施例ではプレー
ナ型の薄膜トランジスタを作成したが、本実施例では逆
スタガ型のＬＤＤ構造を有するＮチャネル薄膜トランジ
スタを作成する。先ず工程（ａ）で、ガラス基板３０上
にバッファ層３１を形成する。例えばＳｉＯ₂ ，ＳｉＮ
_x 等を約１００〜２００nmの厚みで堆積する。次いでＡ
ｌ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ又はこれらの合金を１００〜２００
nmの厚みで成膜し、所定の形状にパタニングしてゲート
電極３２を形成する。ゲート電極としてＡｌ，Ｔａ，Ｍ
ｏ／Ｔａ等の金属材料を用いた場合は、その表面を陽極
酸化する事により１層目のゲート絶縁膜３３を形成でき
る。さらにプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ₂ を約２００nm形
成し、第２層目のゲート絶縁膜３４を設ける。さらにこ
の上に連続的に非晶質シリコンを約４０〜８０nmの厚み
で成膜する。この段階でレーザアニールあるいは固相成
長法を用いて非晶質シリコンを結晶化させ、パタニング
して薄膜トランジスタの素子領域３５を形成する。

【００１６】次に工程（ｂ）に移り、素子領域３５の上
にＳｉＯ₂ を約１００〜３００nmの厚みで成膜し所定の
形状にパタニングしてエッチングストッパ３６とする。
次いで基板３０をイオンドーピング装置に投入し、１０
０ppm のＰＨ₃ ／Ｈ₂ からなる原料気体を選択し、エッ
チングストッパ３６をマスクとしてイオンドーピングを
行ない低濃度不純物領域を設ける。この低濃度不純物領
域は後にＬＤＤ領域になる。イオンドーピングのドーズ
量は４×１０¹²〜４×１０¹³／cm² に設定される。

【００１７】次に工程（ｃ）に移り、エッチングストッ
パ３６及びその周辺をレジスト３７で被覆する。再び基
板３０をイオンドーピング装置に投入し、原料気体を５
％のＰＨ₃ ／Ｈ₂ 混合物に切り換えイオンドーピングを
実施する。そのドーズ量は４×１０¹⁵／cm² 程度であ
り、高濃度の不純物領域が設けられる。この高濃度不純
物領域は薄膜トランジスタのソース領域Ｓ及びドレイン
領域Ｄとなる。又、レジスト３７で被覆された部分は低
濃度不純物領域がそのまま残り、ＬＤＤ領域となる。な
お図示しないが、Ｐチャネル薄膜トランジスタを作成す
る場合には、原料気体を５％のＢ₂ Ｈ₆ ／Ｈ₂ に切り換
えドーズ量４×１０¹⁵／cm² 程度でイオンドーピングを
行なえば良い。

【００１８】最後に工程（ｄ）において、使用済みとな
ったレジスト３７を除去した後、３００〜４００℃程度
でアニールを行ない不純物を活性化させる。活性化アニ
ールはレーザアニールでも行なえる事は先の実施例と同
様である。次いでＭｏ，Ａｌ等の金属を２００〜４００
nmの厚みでスパッタし、所定の形状にパタニングして配
線電極３８を形成する。この後必要ならば水素化工程を
施し薄膜トランジスタの完成となる。

【００１９】図４は、本発明に従って製造された薄膜半
導体装置を表わし、特にアクティブマトリクス型液晶デ
ィスプレイの組み立てに用いられる表示用半導体チップ
を表わしている。一般に、絶縁基板５１は大型のウエハ
からなり表示用半導体チップを多数個取りできる様にし
ている。図は、大型のウエハから切り出された１個の表
示用半導体チップを表わしている。イオンドーピング工
程では大型のウエハに対して全面的に不純物が導入され
極めて製造プロセスが効率的になっている。図示する様
に、絶縁基板５１の上に成膜された半導体薄膜５２に
は、前述したイオンドーピングその他の処理を行ない、
画素アレイ部５３、水平走査回路５４、垂直走査回路５
５が設けられている。何れも薄膜トランジスタを含んで
いる。この表示用半導体チップ５６においては、薄膜ト
ランジスタの総数は１００kbit以上であり、チップの対
角寸法は１４mm以上である。この対角寸法は例えば３イ
ンチ程度にまで及ぶ。なお画素アレイ部５３には薄膜ト
ランジスタに加えて画素電極も集積形成される。

【００２０】最後に図５は、図４に示した表示用半導体
チップを用いて組み立てられたアクティブマトリクス型
の液晶ディスプレイを示す模式的な斜視図である。図示
する様に、液晶ディスプレイは表示用半導体チップから
なる駆動基板１０１と対向基板１０２と両者の間に保持
された液晶１０３とを備えたパネル構造を有する。駆動
基板１０１には画素アレイ部１０４と駆動回路部とが集
積形成されている。駆動回路部は垂直走査回路１０５と
水平走査回路１０６とに分かれている。又、駆動基板１
０１の周辺部上端には外部接続用の端子部１０７が形成
されている。端子部１０７は配線１０８を介して垂直走
査回路１０５及び水平走査回路１０６に接続している。
画素アレイ部１０４は垂直走査回路１０５に接続された
ゲートライン１０９と、水平走査回路１０６に接続した
データライン１１０を備えている。両ラインの交差部に
は画素電極１１１とこれをスイッチング駆動する薄膜ト
ランジスタ１１２とが集積形成されている。この薄膜ト
ランジスタ１１２は本発明にかかるイオンドーピング法
により形成された高濃度不純物領域及び低濃度不純物領
域を備えており、ＬＤＤ構造となっている。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば従来
のイオンドーピング装置では制御困難であった低ドーズ
量の不純物打ち込みが容易となり、３０×３０cm角以上
の大面積基板に対し１０¹²〜１０¹⁴／cm² 程度の低ドー
ズ量で不純物を制御性良く正確に打ち込む事が可能にな
った。従って、大面積基板に成膜された多結晶シリコン
等の半導体薄膜に対し低温プロセスでＬＤＤ構造を有す
る薄膜トランジスタを形成する事が可能になった。従っ
て本発明を利用する事により大面積基板上に周辺駆動回
路を一体的に組み込んだ高解像度の液晶ディスプレイ用
薄膜半導体装置を作成する事ができる。この様に本発明
の効果は絶大なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるイオンドーピング装置を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明にかかるイオンドーピング方法を用いた
薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図である。

【図３】同じく本発明にかかるイオンドーピング方法を
用いた薄膜トランジスタの他の製造方法を示す工程図で
ある。

【図４】本発明にかかるイオンドーピング方法を用いて
作成された表示用半導体チップを示す模式的な斜視図で
ある。

【図５】図４に示した表示用半導体チップを用いて組み
立てられた液晶ディスプレイの模式的な斜視図である。

【符号の説明】

１ チャンバ ２ 配管 ３ ステージ ４ 基板 ５ プラズマ電極 ６ 加速電極 １１ ガスシリンダ １２ ガスシリンダ １３ ガスシリンダ １４ ガスシリンダ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不純物ガス種及び希釈ガス種の混合物か
   らなる原料気体をチャンバに導入し該原料気体をイオン
   化した後さらに電界加速して不純物を半導体層に注入す
   るイオンドーピング方法であって、 低濃度の不純物ガス種を含む原料気体を用い低ドーズ量
   で不純物を半導体層に注入し低濃度不純物領域を形成す
   る第１ドーピングと、 高濃度の同一不純物ガス種を含む原料気体に切り換え高
   ドーズ量で同一不純物を半導体層に注入し高濃度不純物
   領域を形成する第２ドーピングとを行なう事を特徴とす
   るイオンドーピング方法。
2. 【請求項２】 第１ドーピングは濃度１％未満の不純物
   ガス種を含む原料気体を用い、第２ドーピングは濃度１
   ％以上の不純物ガス種を含む原料気体を用いる事を特徴
   とする請求項１記載のイオンドーピング方法。
3. 【請求項３】 第１ドーピングは絶縁基板上に形成され
   た薄膜からなる半導体層に対して薄膜トランジスタのＬ
   ＤＤ領域となる低濃度不純物領域を形成し、第２ドーピ
   ングは同じく薄膜トランジスタのソース領域及びドレイ
   ン領域となる高濃度不純物領域を形成する事を特徴とす
   る請求項１記載のイオンドーピング方法。
4. 【請求項４】 第１ドーピングと第２ドーピングは画素
   電極のスイッチング用に設けられる薄膜トランジスタの
   ＬＤＤ領域とソース領域及びドレイン領域を形成する事
   を特徴とする請求項３記載のイオンドーピング方法。
5. 【請求項５】 該ドーピングは所定の希釈ガス種を含む
   原料気体を用い、不純物の注入と同時に原料気体中に含
   まれる水素又は弗素を注入して薄膜からなる半導体層の
   欠陥を修復する事を特徴とする請求項３記載のイオンド
   ーピング方法。
6. 【請求項６】 不純物ガス種及び希釈ガス種の混合物か
   らなる原料気体が導入されるチャンバと、該チャンバ内
   で半導体層を有する基板を載置するステージと、導入さ
   れた原料気体をイオン化するプラズマ電極と、イオン化
   した原料気体を電界加速して不純物を半導体層に注入す
   る加速電極とを備えたイオンドーピング装置であって、 低濃度の不純物ガス種を含む第１原料気体をチャンバに
   供給する第１ガス供給源と、高濃度の同一不純物ガス種
   を含む第２原料気体をチャンバに供給する第２ガス供給
   源と、両者を切り換え制御し第１原料気体をチャンバに
   導入した時低ドーズ量で該不純物を半導体層に注入する
   事により低濃度不純物領域の形成を可能とし第２原料気
   体をチャンバに導入した時高ドーズ量で同一不純物を半
   導体層に注入する事により高濃度不純物領域の形成を可
   能とする切換手段とを有する事を特徴とするイオンドー
   ピング装置。
7. 【請求項７】 第１ガス供給源は濃度１％未満の不純物
   ガス種を含む第１原料気体を供給し、第２ガス供給源は
   濃度１％以上の不純物ガス種を含む第２原料気体を供給
   する事を特徴とする請求項６記載のイオンドーピング装
   置。