JPH0974068A

JPH0974068A - 薄膜半導体素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0974068A
Application number: JP23020995A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Nagai; 正一永井; Akio Mimura; 秋男三村; Hiroshi Suga; 博須賀; Isao Ikuta; 勲生田; Tetsuo Minemura; 哲郎峯村; Keiji Nagae; 慶治長江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】不純物ドーピングの均一性の向上を図ること
ができ、量産性の良好なＴＦＴ等の薄膜半導体素子の製
造方法。【構成】薄膜半導体素子基板の長辺よりも大きい長辺
寸法を有するイオンビーム照射スリット３上を薄膜半導
体素子基板１を搬送して、イオンドーピング法により薄
膜半導体素子基板のシリコン膜に不純物をドーピングし
て薄膜半導体素子を製造する。そして、前記イオンビー
ム照射スリットのイオン電流分布が±１０％以内の良好
な範囲を選択し、その範囲に薄膜半導体素子基板を搬送
して、１回または複数回のイオンドーピング処理を実行
する。薄膜半導体素子基板は、搬送毎に一定量移動させ
ながら複数回搬送されてもよく、また、搬送毎に一定量
回転させながら複数回搬送されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜半導体素子の製造
方法に係り、特に、イオンドーピング法による高性能の
薄膜半導体素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンドーピング法によりｎ型及びｐ型
の不純物をドーピングして薄膜半導体素子を製造する方
法に関する従来技術として、特開平４−２８２５４９号
公報等に記載された技術が知られている。

【０００３】この従来技術に使用されているイオンドー
ピング法は、Semiconductor World増刊号（平成６年１
０月発行、ｐ１１９〜１２５）に「 '９５最新液晶プロ
セス技術」として記載されているように、質量分離を行
なわずに直接不純物イオンをドーピングする方法であ
り、不純物をプラズマでイオン化し、このイオンをＳ
極、Ｎ極を交互に並べたラインカプス磁場を用いてチャ
ンバ内に閉じ込めることにより均一で大きなイオンビー
ムを引き出すことが可能なものである(J.Vac.Sci.Techn
ol.A7,2784(1989)）。

【０００４】前述のイオンドーピング法は、従来のイオ
ン打ち込みに比べると大面積領域に均一に不純物をドー
ピングすることができる（J.Electrochem.Soc.137,3522
(1990)）。そして、Ｓ極、Ｎ極を交互に並べたラインカ
プス磁場を用いたバケット型イオン源による大面積基板
への不純物ドーピングを行う技術が、例えば、第５４回
応用物理学会学術講演会、Ｎo.2，ｐ677(1993,秋季）に
記載されて知られている。

【０００５】しかし、前述した従来の方法は、大面積の
基板に薄膜半導体素子を形成して、不純物をドーピング
する場合、大面積の基板に形成されている薄膜半導体素
子に均一に不純物をドーピングすることが困難なもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近、薄膜半導体素
子、特に、ＴＦＴ(Ｔhin Ｆilm Ｔransistor）を作製す
る場合、ＴＦＴの特性の向上を目的として、薄膜半導体
素子を構成するシリコン膜へのｎ型及びｐ型の不純物の
ドーピングが行われている。

【０００７】例えば、前述の特開平４−２８２５４９号
公報に記載された従来技術は、Ｓ極、Ｎ極を交互に並べ
たラインカプス磁場を用いてビームを多角形に引き出す
バケット型イオン源を用い、基板を任意の位置に設置し
てドーピングを行った後、基板を移動させて、未ドーピ
ング部にビームを重ね合わせながらドーピング処理を行
うというものである。この方法は、ビームの重ね合わせ
部の不純物のドーピングに均一性が欠けるという問題点
を有している。

【０００８】また、前述したＳemiconductor World増刊
号（平成６年１０月）に記載のドーピング法は、基板を
固定して基板を回転させながらドーピングを行うため、
回転円周方向でのドーピングの均一性を得ることができ
るが、大面積基板の内外周部のドーピング組成制御が困
難なものであり、また、基板を個々に固定し回転させて
ドーピングを行っているいるため、量産性を向上させる
ことが困難であるという問題点を有している。

【０００９】前述したように、従来技術による不純物の
ドーピング法は、ドーピングの均一性、量産性を向上さ
せることが困難であるという問題点を有している。ま
た、このような問題点を解決するための対応手段として
の、前述した第５４回応用物理学会学術講演会、Ｎo.
2，ｐ677に記載した技術は、大面積基板に対応するよう
に、イオン源を大型化し、大面積の基板を水平に搬送さ
せながらイオン源上に設けたスリットを介してオンビー
ムを基板に照射することにより、薄膜半導体素子にドー
ピングを行うもので、量産性の向上には適するが、薄膜
半導体素子を大面積基板上に形成するためには、不純物
ドーピングの均一性が不安定になるという問題点を有し
ている。

【００１０】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、不純物ドーピングの均一性の向上を図るこ
とができ、量産性の良好な薄膜半導体素子の製造方法、
特に、大面積の基板に多数のＴＦＴ等を製造するために
使用して好適な薄膜半導体素子の製造方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、薄膜半導体素子基板の幅よりも大きい長辺寸法を有
するイオンビーム照射スリット上を薄膜半導体素子基板
を搬送して、イオンドーピング法により薄膜半導体素子
基板に不純物をドーピングして形成する薄膜半導体素子
の製造方法において、前記イオンビーム照射スリットの
イオン電流分布の良好な範囲を選択し、その範囲に薄膜
半導体素子基板を搬送して、１回または複数回のイオン
ドーピング処理を実行することにより、また、前記イオ
ン電流分布の良好な範囲として、前記イオンビーム照射
スリット内のイオン電流分布が±１０％以内の範囲を選
択することにより達成される。

【００１２】また、前記目的は、前記イオンビーム照射
スリットのイオン電流分布の良好な範囲を選択し、その
範囲に薄膜半導体素子基板を、搬送毎に一定量移動させ
ながら複数回搬送して、また、薄膜半導体素子基板を、
搬送毎に一定量回転させながら複数回搬送して、複数回
のイオンドーピング処理を実行することにより達成され
る。

【００１３】さらに、前記目的は、前記イオンビーム照
射スリットの薄膜半導体素子基板の搬送方向のスリット
幅を、イオンビーム照射スリットのイオン電流分布に対
応して、電流分布強度の大きな位置に対応する照射スリ
ットの短軸距離を小さく、電流分布強度の小さな位置に
対応する照射スリットの短軸距離を大きく設定して、薄
膜半導体素子基板にイオンドーピング処理を実行するこ
とにより、また、前記照射スリットの短軸距離の設定
を、イオンビーム照射スリットのイオン電流分布を測定
して、コンピュータにより制御することにより達成され
る。

【００１４】また、前記目的は、前記イオンドーピング
処理を、イオンビーム照射スリットのイオン電流分布、
薄膜半導体素子基板の搬送状況及びイオンビームの原料
ガスの導入量をモニターし、搬送当りのドーピングイオ
ン照射量を一定に保つように、コンピュータ制御しなが
ら実行することにより達成される。

【００１５】

【作用】本発明による製造方法により、薄膜半導体素子
を構成するシリコン膜に、均質に一括して不純物をイオ
ンドーピングすることができるため、ドーピングの作業
効率を向上させることができ、従来技術の場合に生じて
いたシリコン膜のシート抵抗のバラツキを防止してシリ
コン膜のシート抵抗を均質に低下させることができる。
このシート抵抗を均質に低下させたシリコン膜により、
大面積の基板に多数のＴＦＴを作製した場合、均質で良
好な電気的特性を有するＴＦＴを作製することができ
る。

【００１６】また、大面積のＴＦＴ基板を一括してイオ
ンドーピングすることができるので、製造工程の短縮化
を図ることができ、しかも、均質なイオンドーピングを
行うことができるので、大面積の基板に多数のＴＦＴを
作製した場合の作製歩留まりを向上させることができ
る。

【００１７】そして、このようにして作製されたＴＦＴ
は、ドレイン電流のオン、オフ比が良好であり、電界効
果移動度を大きなものとすることができ、このＴＦＴを
用いて大面積の液晶ディスプレイを構成した場合、高精
細で表示残像の少ない表示パネルを提供できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明による薄膜半導体素子の製造方
法の実施例を図面により詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明による方法により薄膜半導体
素子に不純物をドーピングして薄膜半導体素子を製造す
るイオンドーピング装置の構成例を示す概略図、図２は
本発明の第１の実施例による薄膜半導体素子の製造方法
を説明する図である。図１、図２において、１は被処理
基板、２は基板ホルダー、３はイオン照射スリット、４
は基板ホルダー設定機構、５は基板搬送ローラー、７は
第１チャンバー、８は第２チャンバー、９はシャッタ
ー、１０は真空ポンプ、１１は原料ガス、１２はＭＦＣ
（マスフローメーター）、１３はフィラメント、１４は
永久磁石、１５はモリブデン加速電極、１６はニュート
ライザー、１７はファラデーカップ、１８はヒーターで
ある。

【００２０】まず、本発明の薄膜半導体素子を製する装
置であるイオンドーピング装置の概要を図１を参照して
説明する。

【００２１】図示イオンドーピング装置は、予備室とし
ての第１チャンバー７と、処理室としての第２チャンバ
ー８と、これらのチャンバー７、８相互間を隔離するシ
ャッター９と、チャンバー７、８を真空状態とする真空
ポンプ１０と、チャンバー７、８内で基板ホルダー２に
支持された被処理基板１を搬送する搬送ローラー５と、
チャンバー８内で基板ホルダー２の位置すなわち被処理
基板１の位置を処理に最適な位置に設定する基板ホルダ
ー設定機構４と、ドーピング効率の向上のため被処理基
板１を加熱するヒーター１８と、第２チャンバー８内の
被処理基板１にイオンビームを照射するためのイオンビ
ーム照射スリット（以下、イオン照射スリットという）
３を有するイオン源とを備えて構成される。

【００２２】そして、イオン源は、ドーピング原料ガス
１１をイオン化するためのもので、図示のように、フィ
ラメント１３、永久磁石１４、モリブデン加速電極１５
及びニュートライザー１６を備えて構成されている。ま
た、イオン照射スリット３は、その長辺寸法が被処理基
板１の搬送方向に直角な幅より大きく設定されている。

【００２３】前述したような構成を有する装置による大
面積の基板１への不純物のドーピングは、以下のように
行われる。

【００２４】まず、薄膜半導体素子基板である被処理基
板１を基板ホルダー２に搭載し、予備室である第１チャ
ンバー７に設置後、このチャンバー７内を真空ポンプ１
０を用いて所定の圧力に真空引きする。第１チャンバー
７の内部が所定の真空圧力に到達した後、シャッター９
を開き、基板ホルダー２は、ドーピング処理室である第
２チャンバー８に搬送ローラー５により搬送される。ド
ーピング処理室である第２チャンバー８への被処理基板
１設置は、第２チャンバー８への空気（酸素）の浸入を
防止して行う必要があるため、予備室としての第１チャ
ンバー７とドーピング処理室としての第２チャンバー８
とは、シャッター９により隔離されている。第２チャン
バー８への空気（酸素）の浸入を防止する理由は、ドー
ピング原料ガス１１が可燃または自燃性を有することに
よるものである。そして、このドーピング原料ガス１１
の発火または爆発を防止するために、ドーピング原料ガ
ス１１は、第２チャンバー８が所定の圧力に真空吸引さ
れた後に導入される。

【００２５】一方、前述した構成を有するドーピング原
料ガス１１をイオン化するためのイオン源には、ドーピ
ング原料ガス１１がＭＦＣ（マスフローメーター）１２
を用いて導入される。そして、原料ガス１１は、フィラ
メント１３より派生した電子と、イオン源側壁へ印加さ
れる電圧とによりイオン源内で発生するプラズマにより
イオン化される。この原料ガス１１のドーピングイオン
は、イオン源外壁に設置された永久磁石１４によるカプ
ス磁場により閉じ込められ、イオン源上部に設けられた
モリブデン電極１５により加速され、また、ドーピング
効率を向上させるためにニュートライザー１６より派生
する電子で中和されて処理室であるチャンバー８内の被
処理基板１に照射される。

【００２６】被処理基板１へのドーピングは、図１に示
すように、また、後述するように、イオン源上部に設置
したイオン照射スリット３を通過したイオンにより行わ
れる。すなわち、イオン照射スリット３介してイオンを
照射させておき、被処理基板１へのイオン照射域を、被
処理基板１を任意の定速度でイオン照射スリット３上を
移動通過させることによりドーピングが行われる。被処
理基板１への不純物イオンのドーピング量は、イオン源
よりのイオン電流強度及び被処理基板１のイオン照射域
での移動通過速度により定まる。そこで、本発明に使用
する図１に示す装置は、被処理基板１を、基板ホルダー
２及び基板ホルダー設定機構４により、設定域内の任意
位置に搭載することができる機能を有しており、また、
ドーピング効率を助長させるためにヒーター１８が備え
られている。

【００２７】次に、前述したような構成を有するイオン
ドーピング装置を使用して薄膜半導体素子を製造する本
発明の第１の実施例による薄膜半導体素子の製造方法を
図２を参照して説明する。

【００２８】図１により説明したイオンドーピング装置
のイオン照射スリット３は、図２（ｂ）に示すように、
基板搬送方向に直角な方向を長手方向とするように設け
られており、このイオン照射スリット３の長手方向のイ
オン電流分布の測定結果の一例が図２（ａ）に示されて
いる。

【００２９】図２（ａ）に示したイオン電流分布は、ド
ーピング原料ガスとして、ＨｅガスまたはＨ₂ ガスによ
り濃度１％に希釈したＰＨ₃ ガスを図１に示すイオン源
に導入し、ドーピング処理室である第２チャンバー８の
圧力を１×１０~⁴Ｔorr とし、イオン源の加速電圧を１
ｋＶ、加速電流を２００ｍＡ、減速電圧を−５００Ｖ及
びアーク電圧を１００Ｖとした場合の、イオン照射スリ
ット３の長手方向のイオン電流分布測定結果を示してい
る。この図２（ａ）のイオン電源分布の測定結果から判
るように、イオン照射スリット内のイオン電流分布は均
一ではない。このイオン電流分布は、後述するようにイ
オン源が大きくなるほど不均一になる。

【００３０】このイオン電流分布の不均一を生じる理由
は、次のような理由による。すなわち、大面積の基板へ
のイオンドーピングを行う場合、作業効率の向上を勘案
してすれば、一括ドーピングを施すことが必要であり、
この場合、基板の大きさに対応させて、イオンを照射す
るためのイオン源を大きくする必要がある。イオン源を
大きくするためには、イオン源の大きさに応じて、フィ
ラメントを複数個用いる必要がある。これは、イオン源
が大きくなると、単一のフィラメントのみでは、イオン
源の性能を十分なものとすることができないからであ
る。そして、イオン源を大きくする場合、複数個のフィ
ラメントを使用することが余儀なくされ、このフィラメ
ントを複数個用いることがイオン源のイオン電流分布を
不均一にしている。

【００３１】本発明は、前述したようなイオン照射スリ
ットの長手方向に不均一なイオン電流分布を有するイオ
ン源を用いて、大面積の被処理基板に均一に不純物をド
ーピングして半導体素子を製造する方法を提供するもの
であり、次に、図２（ｂ）を参照して本発明の第１の実
施例による方法を説明する。

【００３２】図２（ｂ）に示す本発明の第１の実施例に
よる方法は、大面積の被処理基板１にイオンドーピング
を施す場合、図２（ａ）に示したイオン照射スリット３
の長手方向のイオン電流分布における均一イオン電流分
布を持つ範囲を選定して、その範囲内に被処理基板１が
搬送されるように、被処理基板１基板ホルダー設定機構
４により基板を位置させ、イオン照射スリット３上を基
板ホルダー設定機構４及び基板ホルダー２に搭載した被
処理基板１を基板搬送ローラー５により移動させてイオ
ンドーピングを施すものである。

【００３３】前述において、イオン照射スリット３の長
手方向のイオン電流分布の均一な範囲に被処理基板１と
イオン照射スリット３の範囲を対応して設定するため
に、イオン照射スリット３に、スリットの長手方向の幅
を伸縮可能とする機構を設けるとよい。このスリットに
伸縮機能を付与する機構としては、蛇腹方式等の伸縮機
能を付与する機構であればよい。

【００３４】また、イオン照射スリット３上に被処理基
板１を移動させてドーピングを行う処理は、１回でな
く、被処理基板１を基板搬送ローラー５により往復させ
ながら複数回行ってもよい。

【００３５】なお、イオン照射スリット３からのイオン
電流分布は、イオン照射スリット３の長手方向に沿って
設けられる複数個のファラデイカップ１７等を用いて測
定することができる。また、イオン照射スリット３のイ
オン電流分布の均一な範囲におけるイオン電流分布は、
できるだけ均一な分布が求められ、それにより、均質な
被処理基板１に対する不純物のドーピングを行うことが
可能であるが、イオン電流分布の変動範囲が±１０％程
度の範囲であれば、良好な薄膜半導体素子を製造するこ
とができることが確認された。

【００３６】図３は本発明の第２の実施例による薄膜半
導体素子の製造方法を説明する図である。

【００３７】この本発明の第２の実施例による方法は、
前述した本発明の第１の実施例において、イオン照射ス
リット３上に被処理基板１を移動させてドーピングを行
う処理を、被処理基板１を基板搬送ローラー５により往
復させながら複数回行う場合、あるいは、処理時の搬送
方向を１つに定めて複数回行う場合に、図３に示すよう
に、被処理基板１をイオン照射位置１９からイオン照射
位置２３まで、イオン照射スリット３上の長手方向に、
ドーピング処理毎に、任意の長さだけ移動させてイオン
ドーピングを施すものである。

【００３８】この本発明の第２の実施例によれば、被処
理基板１を任意の長さだけ移動させてイオンドーピング
を複数回施すことになるためため、イオン照射スリット
３上でのイオン電流分布の不均一な場合にも、被処理基
板１に対する処理位置での加算されたイオン電流を平均
化することができ、均質な不純物のドーピングを行うこ
とができ、均質な薄膜半導体素子を製造することができ
る。

【００３９】図４は前述した本発明の第１、第２の実施
例の効果を説明する図であり、以下、これについて説明
する。図４は本発明の第１、第２の実施例による方法に
より大面積基板シリコン膜にイオンドーピングを施して
薄膜半導体素子を製造する場合のイオンドーピングによ
る基板シリコン膜のシート抵抗分布の測定結果を示して
いる。

【００４０】図４に示す例は、被処理基板１の幅がイオ
ン照射スリット３の長手方向に３５０mm程度である被処
理基板１を、イオン照射スリット３の長手方向の全幅が
７００mm程度とされたドーピング装置により、イオン照
射スリット３の長手方向のイオン電流分布の均一な領域
を使用して処理した結果である。図４において、横軸は
イオン照射スリット３の長手方向に対応した基板１の設
定位置であり、縦軸はシート抵抗を示す。また、２４は
従来技術による方法で、大面積基板にイオンドーピング
した場合の測定結果であり、２５は前述した本発明の第
１の実施例で、イオン源からのイオン電流分布が均一な
イオン照射スリット３の領域に被処理基板１を設置した
場合の測定結果である。

【００４１】従来技術による方法及び本発明の第１の実
施例による方法は、そのドーピングの条件を、原料ガス
１１として、Ｈｅガスで１％に希釈したＰＨ₃ ガスを用
い、ドーピング処理室でである第２チャンバ８での原料
ガスの圧力が１×1０~⁴Ｔorrとなるようにし、イオン源
の加速電圧を１ｋＶ、加速電流を２００ｍＡ、減速電圧
を−５００Ｖ、アーク電圧を１００Ｖとして、被処理基
板１の搬送方向の幅１００mmのイオン照射スリット３を
用い、被処理基板１の搬送速度を７０mm／minとして実
施した。

【００４２】また、２６は前述した本発明の第２の実施
例で説明したように、イオン照射スリット３上を被処理
基板１を複数回搬送して複数回のドーピングを行い、各
回のドーピング毎に、被処理基板１を任意の距離だけイ
オン照射スリット３の長手方向に移動させてイオンドー
ピングを行った場合の測定結果である。この場合のドー
ピングの条件は、従来技術による方法及び本発明の第１
の実施例による方法の場合に対して原則的に同一条件と
したが、イオンドーピングを複数回施すため、加速電流
のみを１００ｍＡとした。

【００４３】図４に示す結果から判るように、従来技術
による方法に比較して、本発明の第１、第２の実施例に
よる方法を使用するドーピングによって、基板シリコン
膜のシート抵抗を著しく低減することができ、また、均
質化することができることが確認された。このように、
基板シリコン膜のシート抵抗を低減することにより、後
述するようにＴＦＴの性能を著しく向上させることがで
きる。

【００４４】図５は本発明の第３の実施例による薄膜半
導体素子の製造方法を説明する図である。

【００４５】この本発明の第３の実施例による方法は、
前述した本発明の第２の実施例において、イオン照射ス
リット３上に被処理基板１を複数回移動させてドーピン
グを行う処理を、各回のドーピング処理毎に、イオン照
射スリット３上を通過する際の被処理基板１の搬送角度
を、任意の角度だけ変化させて行うものである。

【００４６】この本発明の第３の実施例によれば、被処
理基板１を任意の角度だけ変化させてイオンドーピング
を複数回施すことになるためため、イオン照射スリット
３上でのイオン電流分布の不均一な場合にも、被処理基
板１に対する処理位置での加算されたイオン電流を平均
化することができ、均質な不純物のドーピングを行うこ
とができ、均質な薄膜半導体素子を製造することができ
る。従って、この場合にも、後述するようにＴＦＴの性
能を著しく向上させることができる。

【００４７】図６は本発明の第４の実施例による薄膜半
導体素子の製造方法を説明する図である。

【００４８】この本発明の第４の実施例による方法は、
イオン照射スリット３の長手方向のイオン電流分布に従
って、イオン照射スリット３の長手方向に直角方向の幅
を変化させることにより、イオン電流分布が不均質な場
合にも、大面積の被処理基板に均質なイオンドーピング
を行うことを可能にしたものである。

【００４９】いま、イオン照射スリット３の長手方向の
イオン電流分布が図６（ａ）に示す測定例のような分布
となっているものとする。この場合、本発明の第４の実
施例は、イオン照射スリット３として、図６（ｂ）に示
すような形状のものを使用する。すなわち、本発明の第
４の実施例は、イオン電流分布の不均一な分布に対応し
て、図６（ｂ）に示すような形状を有するイオン照射ス
リットを使用することにより、被処理基板１の各搬送位
置でのイオンドーピング量を均等にするものである。

【００５０】被処理基板１へのイオンドーピング量は、
ドーピングのイオン電流とイオンの照射時間とによって
定まるため、被処理基板１をドーピングのために搬送す
る際、イオン電流の大きな位置では、イオン照射スリッ
トの長手方向に直角な方向の幅をイオン電流の大きさに
応じて狭くし、逆に、イオン電流の小さな位置に対応す
る照射スリットの幅を大きくすることにより、イオンド
ーピング量を均一にすることができる。すなわち、本発
明の第４の実施例は、被処理基板１のイオンドーピング
を行うイオン照射スリット３の長手方向の各位置でのイ
オン電流の大きさと照射スリットの幅との関係を、イオ
ン電流の大きさに逆比例して照射スリット幅を定めてい
る。

【００５１】本発明の第４の実施例によれば、これによ
り、被処理基板１の各位置でイオンドーピング量の均等
化を図ることができる。そして、この本発明の第４の実
施例の場合、イオン照射スリット３の長手方向の幅を、
被処理基板１の幅より大きくする必要がなく、被処理基
板１の幅より僅かに大きく設定すればよく、ドーピング
装置の全体幅を小さくして、装置を小型に構成すること
ができる。

【００５２】前述したイオン照射スリット３の形状は、
イオン照射スリット３の長手方向のイオン電流の分布を
予め測定し、その結果に基づいて決定して形成しておけ
ばよい。また、処理開始前に、イオン照射スリット３の
長手方向に沿って設けられている複数のファラデーカッ
プ１７により、イオン電流分布を測定し、このイオン電
流の大きさに応じて照射スリットの幅をコンピュータ制
御により可変に制御して定めるようにするとよい。

【００５３】また、本発明は、イオン照射スリットを可
変可能な蛇腹機構として、イオン電流の大きさに応じて
照射スリットの幅をコンピュータ制御すればより効果的
である。具体的には、イオン照射スリットのスリット幅
を可変に制御するため、イオン照射スリット３のスリッ
ト枠の長手方向に直角な方向の一方の側を、図６（ｃ）
に示すように、イオンビームを遮蔽可能で移動制御され
る多数の棒状のアクチュエータ６により構成する。そし
て、処理開始前に、各回のドーピング処理の開始前に、
あるいは、ドーピングの処理中に、イオン照射スリット
３の長手方向に沿って設けられている複数のファラデー
カップ１７によりイオン電流分布を測定し、このイオン
電流の大きさに応じてアクチュエータ６をコンピュータ
により制御して、イオン電流の大きさに応じて照射スリ
ットの幅を決定するようにすればよい。

【００５４】これにより、ドーピング処理中において、
イオン源からのイオン電流分布に変動が生じた場合に
も、常に、被処理基板１に対して均質なドーピングを行
うことができ、また、前述した本発明の第１〜第３の実
施例の場合のように、イオン電流分布の良好な位置の選
定を行う必要をなくすことができる。

【００５５】本発明は、前述までに説明した本発明の各
実施例において、被処理基板１各位置でのイオンドーピ
ング量をモニター制御するようにすることができ、これ
により、ドーピング装置の故障の際の製品の不良対策を
行うことができる。すなわち、大面積の被処理基板１の
イオンドーピング処理中に装置に故障が生じた際、それ
までの処理による基板各位置でのイオンドーピング量を
把握しているため、ドーピングの未処理部を追加処理す
ることにより、製品の不良対策を行うことができる。

【００５６】また、前述した本発明の実施例は、１個の
イオン源と、１個のイオン照射スリットとを有するドー
ピング装置を使用するとして説明したが、本発明は、基
板搬送方向に複数個のイオン源と、それに対応する複数
個のイオン照射スリットとを有するドーピング装置を使
用する場合にも適用することができ、これにより、量産
性に適した高速な処理を行うことができる。また、１つ
のイオン源が故障となった場合にも、正常に処理を続け
ることができる。

【００５７】次に、前述した本発明の各実施例による製
造方法により作製された薄膜半導体素子の構成例につい
て図面により説明する。

【００５８】図７は大面積の基板にイオンドーピングを
施して作製した薄膜半導体素子の構造を示す断面図、図
８はその特性を説明する図である。図７において、２４
はドレイン、２５はソース、２６はゲート電極、２７は
ゲート絶縁膜、２８は層間絶縁膜、２９はＡｌ配線であ
る。

【００５９】図７に示す薄膜半導体素子は、絶縁性基板
１’の上に多結晶シリコン、非結晶シリコン等のシリコ
ン薄膜を形成後、ドレイン２４及びソース２５のパター
ン形成を行なった後、気相成長法等によりＳiＯ₂による
ゲート絶縁膜２７を形成し、次に、ゲート電極２６を多
結晶シリコン膜により形成後、所定の形状にパターン形
成を行い、その後、本発明の方法により、ドレイン２
４、ソース２５及びゲート電極２６に不純物であるりん
（Ｐ）をドーピングして形成したものである。

【００６０】この場合のりんのドーピングは、原料ガス
として、Ｈｅガスで１％に希釈したＰＨ₃ ガスを用い、
ドーピング処理室での原料ガスの圧力を１×１０~⁴Ｔor
r となるようにし、イオン源の加速電圧を５ｋＶ、加速
電流を２００ｍＡ、減速電圧を−５００Ｖ、アーク電圧
を１００Ｖとして、イオン電流分布に対応したスリット
幅のイオン照射スリットを用いて、基板の搬送速度を１
０００mm／min として実施した。また、ドレイン２４、
ソース２５及びゲート電極２６は、ドーピング後エキシ
マレーザーを用いて活性化処理が施された。この場合の
活性化処理は、レーザービーム径を８×８mmとして、１
７５ｍＪ／cm² の活性化エネルギーの条件で行った。さ
らに、ＳiＯ₂による層間絶縁膜２８を形成後、ドレイン
２４、ソース２５及びゲート電極２６にコンタクト孔を
開口し、アルミ等の薄膜配線を施してＴＦＴ薄膜トラン
ジスタを作製した。

【００６１】図８に示す特性は、前述したような本発明
の方法により、大面積の基板にイオンドーピングを施し
て作製したＴＦＴ薄膜トランジスタの特性であり、横軸
はゲート電圧、縦軸はドレイン電流であり、ドレイン電
圧Ｖ_D を１Ｖとして測定したものである。この図８にお
いて、曲線３０は、従来技術によるドーピング法で作製
したＴＦＴ薄膜トランジスタの特性を、曲線３１は、本
発明の方法で作製したＴＦＴの特性を示している。

【００６２】図８に示す結果から判るように、本発明の
方法で作製したＴＦＴは、ＯＦＦ電流が従来技術による
ドーピング方法を用いた場合に比較して小さくなってお
り、一方、ＯＮ電流が著しく増加している。この結果、
ＯＮ電流とＯＦＦ電流との比すなわちＯＮ／ＯＦＦ比が
大幅に改善され、その特性が、従来技術を使用した場合
に比較して大幅に改善された。このように、本発明のイ
オンドーピング法により作製したＴＦＴは良好な特性を
有するため、このＴＦＴを液晶パネルに適用することに
より高性能のフラットディスプレイパネルを作製するこ
とができる。

【００６３】なお、前述で説明した本発明の各実施例
は、リン（Ｐ）を不純物としてドーピングするとして説
明したが、本発明は、ボロン（Ｂ）を不純物としてドー
ピングすることが可能であり、この場合、原料ガスとし
て、Ｂ₂Ｈ₆を用いる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、大
面積の基板にイオンドーピングを施して薄膜半導体素子
を作製する場合に、大面積の基板シリコン膜への不純物
ドーピングを均質に施すことができ、かつ、大面積の基
板に一括して不純物をドーピングすることが可能とな
り、コストの低減を図ることができる。

【００６５】また、本発明のイオンドーピング法によれ
ば、被処理基板の各位置でのイオンドーピング量を、モ
ニターしながらコンピュータ制御することができ、ドー
ピング装置の故障の際の製品の不良対策を実施すること
ができるため、生産性を向上させることができる。

【００６６】また、本発明によれば、作製した基板のシ
リコン膜のシート抵抗を均質に低下させることができ
る。これにより、本発明により作製したＴＦＴは、キャ
リアの移動度が増加して、ＯＮ電流とＯＦＦ電流との比
ＯＮ／ＯＦＦ比が大幅に改善された特性を有するものと
なる。さらに、このようにして作製されたＴＦＴを液晶
パネルに適用することにより、高性能のフラットディス
プレイパネルを作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法により薄膜半導体素子に不純
物をドーピングして薄膜半導体素子を製造するイオンド
ーピング装置の構成を示す概略図である。

【図２】本発明の第１の実施例による薄膜半導体素子の
製造方法を説明する図である。

【図３】本発明の第２の実施例による薄膜半導体素子の
製造方法を説明する図である。

【図４】本発明の第１、第２の実施例による方法の効果
を説明する図である。

【図５】本発明の第３の実施例による薄膜半導体素子の
製造方法を説明する図である。

【図６】本発明の第４の実施例による薄膜半導体素子の
製造方法を説明する図である。

【図７】大面積の基板にイオンドーピングを施した作製
した薄膜半導体素子の構造を示す断面図である。

【図８】本発明により作製された薄膜半導体素子の特性
を説明する図である。

【符号の説明】

１被処理基板２基板ホルダー３イオン照射スリット４基板ホルダー設定機構５基板搬送ローラー６アクチュエータ７、８チャンバー９シャッター１０真空ポンプ１１原料ガス１２ＭＦＣ（マスフローメーター）１３フィラメント１４永久磁石１５モリブデン加速電極１６ニュートライザー１７ファラデーカップ１８ヒーター１９〜２３イオン照射位置２４ドレイン２５ソース２６ゲート電極２７ゲート絶縁膜２８層間絶縁膜２９Ａｌ配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者生田勲茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者峯村哲郎茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者長江慶治茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜半導体素子基板の幅よりも大きい長
辺寸法を有するイオンビーム照射スリット上を薄膜半導
体素子基板を搬送して、イオンドーピング法により薄膜
半導体素子基板に不純物をドーピングして形成する薄膜
半導体素子の製造方法において、前記イオンビーム照射
スリットのイオン電流分布の良好な範囲を選択し、その
範囲に薄膜半導体素子基板を搬送して、１回または複数
回のイオンドーピング処理を実行することを特徴とする
薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項２】前記イオン電流分布の良好な範囲とし
て、前記イオンビーム照射スリット内のイオン電流分布
が±１０％以内の範囲を選択することを特徴とする請求
項１記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項３】薄膜半導体素子基板の幅よりも大きい長
辺寸法を有するイオンビーム照射スリット上を薄膜半導
体素子基板を搬送して、イオンドーピング法により薄膜
半導体素子基板に不純物をドーピングして形成する薄膜
半導体素子の製造方法において、前記イオンビーム照射
スリットのイオン電流分布の良好な範囲を選択し、その
範囲に薄膜半導体素子基板を、搬送毎に一定量移動させ
ながら複数回搬送して、複数回のイオンドーピング処理
を実行することを特徴とする薄膜半導体素子の製造方
法。
【請求項４】薄膜半導体素子基板の幅よりも大きい長
辺寸法を有するイオンビーム照射スリット上を薄膜半導
体素子基板を搬送して、イオンドーピング法により薄膜
半導体素子基板に不純物をドーピングして形成する薄膜
半導体素子の製造方法において、前記イオンビーム照射
スリットのイオン電流分布の良好な範囲を選択し、その
範囲に薄膜半導体素子基板を、搬送毎に一定量回転させ
ながら複数回搬送して、複数回のイオンドーピング処理
を実行することを特徴とする薄膜半導体素子の製造方
法。
【請求項５】イオンビーム照射スリット上を薄膜半導
体素子基板を搬送して、イオンドーピング法により薄膜
半導体素子基板に不純物をドーピングして形成する薄膜
半導体素子の製造方法において、前記イオンビーム照射
スリットの薄膜半導体素子基板の搬送方向のスリット幅
を、イオンビーム照射スリットのイオン電流分布に対応
して、電流分布強度の大きな位置に対応する照射スリッ
トの短軸距離を小さく、電流分布強度の小さな位置に対
応する照射スリットの短軸距離を大きく設定して、薄膜
半導体素子基板にイオンドーピング処理を実行すること
を特徴とする薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項６】前記照射スリットの短軸距離の設定は、
イオンビーム照射スリットのイオン電流分布を測定し
て、コンピュータにより制御されて行われることを特徴
とする請求項５記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項７】前記イオンドーピング処理を、イオンビ
ーム照射スリットのイオン電流分布、薄膜半導体素子基
板の搬送状況及びイオンビームの原料ガスの導入量をモ
ニターし、搬送当りのドーピングイオン照射量を一定に
保ちながら実行することを特徴とする請求項１ないし６
のうち１記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項８】前記搬送当りのドーピングイオン照射量
を一定に保つ制御をコンピュータにより行うことを特徴
とする請求項７記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項９】前記シリコン膜へのドーピング不純物
が、リンまたはボロンであることを特徴とする請求項１
ないし８のうち１記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項１０】前記ドーピング不純物であるリンまた
はボロンの原料として、ＰＨ₃またはＢ₂Ｈ₆ガスを、Ｈ₂
またはＨｅガスにより希釈して使用することを特徴とす
る請求項９記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項１１】前記イオンドーピング処理は、薄膜半
導体素子基板の搬送方向に設けられる１または複数のイ
オンビーム照射スリットと、それに対応するイオン源を
備えたドーピング装置を使用して行われることを特徴と
する請求項１ないし１０のうち１記載の薄膜半導体素子
の製造方法。