JPH11168221A

JPH11168221A - トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JPH11168221A
Application number: JP27989198A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hirao; 孝平尾; Tetsuhisa Yoshida; 哲久吉田; Toru Fukumoto; 徹福本; Kazuyasu Adachi; 和泰足立
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ただ一度の不純物の打ち込みで、ＬＤＤ構造
を有する半導体を製造する。【解決手段】分子量等、ひいては標的への注入深さの
異なることとなる複数の不純物イオンを発生させる原料
ガスをプラズマ空間に供給し、これをイオン化した後、
電圧で加速して基板上の半導体領域に打ち込む。この
際、トップゲート型のトランジスタならば、半導体領域
上でのゲート電極は、マスクの作用をなす厚さとしてい
る。ボトムゲート型のトランジスタならば、マスクやレ
ジストを使用する。打ち込み角度は、必要に応じて適切
な値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トランジスタの製
造方法に関し、特に液晶ディスプレイ等において、ガラ
ス基板上にスイッチング素子として形成される薄膜トラ
ンジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ：ＴＦＴ）に代表されるトランジスタの製造方法、特
に液晶ディスプレイ用のトランジスタの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイは、薄型化及び低消費
電力化が容易なディスプレイの１つであり、ノート型パ
ソコンや携帯端末等における画像表示に適しており、幅
広く利用されている。そして、上記のような液晶ディス
プレイでは、各画素（ｐｉｘｅｌ）が薄膜トランジスタ
により駆動されている（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）。

【０００３】更に、近年では、開口率の増加に基づく輝
度の向上及び画素の微細化（小型、精密化）を図るべ
く、薄膜トランジスタのサイズも微細化が図られてい
る。しかしながら、単に従来の構造を微細化（小型化及
びこれに伴う手直し）をしただけでは、ＯＦＦ電流、短
チャネル効果やホットキャリア等の悪影響が発生する恐
れがある。

【０００４】そのため、ＴＦＴにおいてもＬＳＩと同様
にＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）
構造が採用されている。

【０００５】そこで、以下では図２に示す製造工程断面
図（不純物の注入の様子とこれに伴う半導体内の不純物
の分布の様子を示す図）を参照しながら、従来のＬＤＤ
構造を有するＴＦＴの製造方法について説明する。

【０００６】まず、ガラス基板１上の所定の位置に半導
体層２を１０〜１００ｎｍの膜厚で用途に応じての配列
パターンに従って（選択的）に形成する。なお、この半
導体層としては、従来のアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ、ａｍｏｒｐｈｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎ）に代わって
最近ではポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ｐｏｌｙｃｒ
ｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ）を用いる試みが
なされている。この場合には、一旦ａ−Ｓｉ層をガラス
基板上に形成した後にエキシマレーザ（ｅｘｉｍｅｒ
ｌａｓｅｒ）の照射、再結晶化（アニール）を行ってｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ層を形成している。

【０００７】その後、半導体層２の形成されたガラス基
板１上に例えばＳｉＯ₂ からなるゲート絶縁層３を同じ
くパターンに従って５０〜１００nmの膜厚で形成し、さ
らにゲート絶縁層３上にゲート電極４を１００〜２００
nmの膜厚で形成する。この状態でゲート電極４をマスク
として第１の不純物（ドナー若しくはアクセプターとな
る）のイオン５の注入を行う。

【０００８】具体的には、例えばＰ（燐）を１０¹⁵〜１
０¹⁸ｃｍ^-3の濃度になるように、水素希釈５〜２０％Ｐ
Ｈ₃ （体積で、ＰＨ₃ が５〜２０％）を原料ガスとし
て、５０〜８０ｋＶの加速電圧で注入して低濃度のｎ^-
型領域７を形成する。図２の（ａ）にこれを示す。（な
お、本図の（ａ）では、イオン５としてＰＨ₃ ⁺ を示し
てある。）なお、実際にはゲート電極４の上部にも燐がドーピング
されているが、これは自明のことなので、わざわざは図
示していない。

【０００９】次に、ゲート電極４の側面にＳｉＯ₂ 絶縁
膜パターン６を形成する。この絶縁膜パターンは、全面
にＳｉＯ₂ 膜を形成した後に全面をドライエッチングす
ることにより形成したり、またゲート電極４の側面を陽
極酸化することにより形成する。

【００１０】そしてこの状態で、第２の不純物イオン５
の注入を行う。

【００１１】具体的には、例えば再度Ｐ（燐）を１０¹⁹
〜１０²¹ｃｍ^-3の濃度になるように、水素希釈５〜２０
％ＰＨ₃ を原料ガスとして、５０〜８０ｋＶの加速電圧
で注入して高濃度のｎ⁺ 型領域８を形成する。

【００１２】以上の工程により、半導体層２には、不純
物濃度の低いＬＤＤ領域７と、ＬＤＤ領域よりも不純物
濃度の高いソース・ドレイン領域８が形成される。図２
の（ｂ）にこれを示す。（なお、本図の（ｂ）でも、イ
オン５としてＰＨ₃ ⁺ を示してある。）最後に、上述の２度の工程で注入された不純物の活性化
のためＬＳＩで用いるＳｉＭＯＳｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ等では、例えば８５０℃〜９００℃で熱処理を行
う。

【００１３】ただし、基板にガラス等を用いる薄膜トラ
ンジスタの場合には、高温にするのは困難なため、通常
４００〜６００℃程度の熱処理やランプ加熱、レーザー
アニール等を行う。

【００１４】そして、これらの熱処理を行うことによ
り、注入された不純物がＳｉと結びつくことにより活性
化されるとともに、拡散して、ＬＤＤ領域７はゲート電
極４側面の直下よりゲート電極中心部側にまで拡散して
広がることになる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタを形成す
る際には、必然的に２度の不純物注入工程を必要とす
る。このため、工程数が増加し、コストアップや歩留ま
りが悪くなる原因となる。

【００１６】また、図１では燐を示したが、Ａｓ等猛毒
の不純物を注入する場合には、なるべく工程数を減らす
のが好ましい。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
みなされたものであり、不純物注入工程が１度ですむＬ
ＤＤ構造を有するトランジスタの製造方法を提供するこ
とを主たる目的とする。

【００１８】この目的を達成するため、本発明の１の実
施の形態においては、半導体領域上にゲート電極を形成
する工程と、不純物元素を含有し、分子量等が異なるた
め注入深さ（Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄｒａｎｇｅ）の異な
ることとなる複数の不純物イオンを発生させることとな
る原料ガスをプラズマ化し、プラズマ空間を形成する工
程と、少なくともゲート電極をマスクとして、プラズマ
空間中で形成された不純物元元素を含有する複数の種類
のイオンを加速して半導体領域に同時にドーピングして
半導体領域にソースまたはドレイン領域を形成する工程
とを有する構成となっている。

【００１９】これにより、注入深さの異なることとなる
不純物イオンを発生する（打ち込み用の）原料ガスを用
いるだけで、１度のイオンドーピング工程で、ＬＤＤ構
造を形成することができる。

【００２０】また、更にプラズマ空間中で形成された不
純物元素を含有するイオンを加速して半導体領域表面に
対して斜め方向からドーピングする。

【００２１】また、ゲート電極側面に形成された絶縁膜
パターンをもマスクとして、プラズマ空間中で形成され
た不純物元素を含有するイオンを加速して半導体領域に
ドーピングする。

【００２２】また、絶縁膜パターンや保護膜若しくはこ
れに加えてレジストをもマスクとして、プラズマ空間中
で形成された不純物元素を含有するイオンを加速して半
導体領域にドーピングする。

【００２３】これらにより、トップゲート型のトランジ
スタであれボトムゲート型のトランジスタであれ、より
容易に制御性よく低濃度の不純物領域（ＬＤＤ領域）を
形成することができる。

【００２４】また、上記の分子量等が異なる不純物を含
有する原料ガスとして、ＰとＡｓなどの種類の異なる不
純物を含有するガスや、同じ種類の不純物元素を含有
し、分子量等が異なるため生成されたイオンの注入深さ
や分布が異なることとなる原料ガスを用いる。

【００２５】また、イオンの荷電数が異なるため、たと
え同一の不純物元素であっても、生成されたイオンの注
入深さや分布が異なることとなる原料ガスを用いる。

【００２６】また、生成されたイオンの注入深さや分布
が異なることとなるように、イオンの価電数を異ならせ
るプラズマ化の手段を用いる。

【００２７】また、異なる種類の不純物元素として導電
性価電子数の異なる不純物元素を用いることにより、単
にソース・ドレイン領域の形成だけでなく、トランジス
タのしきい値制御のための不純物導入も同時に行う。

【００２８】また、不純物元素の化合物のイオン化のた
めの種々の手段を採用する。

【００２９】具体的には、以下の構成としている。

【００３０】請求項１記載の発明においては、基板上の
半導体層と該半導体層の上部に形成されたゲート絶縁層
と該ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極からなる半
導体領域上に、注入深さの異なることとなる不純物元素
をイオン化して電圧で加速して打ち込むことによりトラ
ンジスタを製造する方法であって、打ち込まれる不純物
元素の注入深さから定まる厚さのゲート電極をドーピン
グ時のマスクを兼ねてゲート絶縁層上に形成するゲート
電極形成ステップと、少なくも１種の不純物元素の複数
の種類の化合物を混合して原料ガスを作る混合ステップ
と、原料ガスをイオン化室に供給する供給ステップと、
原料ガスをイオン化するイオン化ステップと、イオン化
された原料ガスに所定の運動エネルギーを与えて基板上
の半導体領域に打ち込んでソースまたはドレイン領域を
形成するドーピングステップとを有していることを特徴
としている。

【００３１】上記構成により、基板上の半導体層と該半
導体層の上部に形成されたゲート絶縁層と該ゲート絶縁
層上に形成されたゲート電極からなる半導体領域上に、
注入深さの異なることとなる不純物元素をイオン化して
電圧で加速して打ち込むことにより（ＬＤＤ型の）トラ
ンジスタを製造する方法において、以下の作用がなされ
る。

【００３２】ゲート電極形成ステップにて、Ａｓ等打ち
込まれる不純物元素の注入深さから定まる（従って、加
速電圧や材料密度等も考慮する）厚さのゲート電極をド
ーピング時のマスクを兼ねてゲート絶縁層上に形成す
る。

【００３３】混合ステップにて、少なくも１種の不純物
元素の複数の種類の化合物（ガス）を混合して（打ち込
み用の）原料ガスを作る。

【００３４】供給ステップにて、原料ガスを（勿論、打
ち込み量と調整しつつ）イオン化室に供給する。

【００３５】イオン化ステップにて、原料ガスを（ケー
スにより所定の荷電数に）イオン化する。

【００３６】ドーピングステップにて、イオン化された
原料ガスに、所定の運動エネルギーを与えて基板上の半
導体領域に打ち込んでソースまたはドレイン領域を形成
する。

【００３７】請求項２記載の発明においては、前記ゲー
ト電極形成ステップは、ゲート電極の側面にドーピング
時にゲート電極と併せてマスクの作用をなす絶縁膜を形
成する追加マスク形成小ステップを有していることを特
徴としている。上記構成により、以下の作用がなされ
る。

【００３８】ゲート電極形成ステップの追加マスク形成
小ステップにて、ゲート電極の側面にドーピング時にゲ
ート電極と併せてマスクの作用をなす（マスクとしての
効果の大小は不問）絶縁膜を形成する。

【００３９】請求項３記載の発明においては、基板上の
ゲート電極と該ゲート電極及び基板の上部に形成された
ゲート絶縁層と該ゲート絶縁層上に形成された半導体層
とからなる半導体領域上に、注入深さの異なることとな
る不純物元素をイオン化し、電圧で加速して打ち込むこ
とによりトランジスタを製造する方法において、打ち込
まれる不純物元素の注入深さから定まる厚さのマスクを
ゲート電極上方の半導体層の上部に形成するマスク形成
ステップと、少なくも１種の不純物元素の複数の種類の
化合物を混合して原料ガスを作る混合ステップと、原料
ガスをイオン化室に供給する供給ステップと、原料ガス
をイオン化するイオン化ステップと、イオン化された原
料ガスに所定の運動エネルギーを与えて基板上の半導体
領域に打ち込んでソースまたはドレイン領域を形成する
ドーピングステップとを有していることを特徴としてい
る。

【００４０】上記構成により、基板上のゲート電極と該
ゲート電極及び基板の上部に形成されたゲート絶縁層と
該ゲート絶縁層上に形成された半導体層とからなる半導
体領域上に、注入深さの異なることとなる不純物元素を
イオン化し、電圧で加速して打ち込むことによりトラン
ジスタを製造する方法において、以下の作用がなされ
る。

【００４１】マスク形成ステップにて、打ち込まれる不
純物元素の注入深さから定まる厚さのマスクをゲート電
極上方の半導体層の上部に形成する。

【００４２】混合ステップにて、少なくも１種の不純物
元素の複数の種類の化合物を混合して（打ち込み対象と
しての）原料ガスを作る。

【００４３】供給ステップにて、原料ガスをイオン化室
に供給する。

【００４４】イオン化ステップにて、原料ガスをイオン
化する。

【００４５】ドーピングステップにて、イオン化された
原料ガスに所定の運動エネルギーを与えて基板上の半導
体領域に打ち込んでソースまたはドレイン領域を形成す
る。請求項４記載の発明においては、前記ドーピングス
テップに先立ち、基板と前記ドーピングステップにて打
ち込まれてくるイオン化された原料ガスの飛来する方向
があらかじめマスクの高さ、巾、間隔等から定まる所定
の傾斜を有するようにしておく傾斜付与ステップを有
し、前記ドーピングステップに併せて、飛来してくるイ
オン化された原料ガスに対してゲート電極の影の部分が
生じないよう基板とイオン源とを相対的に回転させる回
転付与ステップとを有していることを特徴としている。

【００４６】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００４７】ドーピングステップに先立つ傾斜付与ステ
ップにて、基板と前記ドーピングステップにて打ち込ま
れてくるイオン化された原料ガスの飛来する方向があら
かじめマスクの高さ、巾、間隔等から定まる所定の傾斜
を有するように、基板か照射部の少なくも一方を傾斜さ
せておく。

【００４８】前記ドーピングステップに併せてなされる
回転付与ステップにて、飛来してくるイオン化された原
料ガスに対してゲート電極の影の部分が生じないよう、
連続的若しくは完結的に基板とイオン源とを相対的に回
転させる。

【００４９】請求項５、同６、同８、同９、同１１記載
の発明においては、特定の種類、性質の不純物元素やそ
の化合物を選定する。

【００５０】請求項７、同１０、同１２記載の発明にお
いては、特定の種類、性質の不純物元素やその化合物を
選定するが、この際、水素との化合物を選定する。

【００５１】請求項１３記載の発明においては、基板上
の半導体層と該半導体層の上部に形成されたゲート絶縁
層と該ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極からなる
半導体領域上に、注入深さの異なることとなる少なくも
１種の不純物元素をイオン化して電圧で加速して打ち込
むことによりトランジスタを製造する方法であって、ド
ーピング時に少なくもマスクの一部を兼ねるべく、打ち
込まれる不純物元素の注入深さから定まる厚さにゲート
電極を形成するゲート電極形成ステップと、少なくも１
種の不純物元素の少なくも１種の化合物を含むガスを原
料ガスとしてイオン化室に供給する供給ステップと、供
給された原料ガスを、複数種の定められた注入深さの不
純物元素を有することとなるようにイオン化するイオン
化ステップと、イオン化された原料ガスに所定の運動エ
ネルギーを与えて基板上の半導体領域に打ち込んでソー
スまたはドレイン領域を形成するドーピングステップと
を有していることを特徴としている。

【００５２】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００５３】基本的には、請求項１の発明と同じであ
る。ただし、同一化合物であっても、不純物の荷電数が
異なったりするため、侵入深さが異なったり、更には１
価のイオンと２価のイオンの発生数が制御されたりもす
る。またこのため同一化合物のみ打ち込むならば、１価
のイオンは高周波でつくられ、２価のイオンは電子銃で
つくられたりもする。

【００５４】請求項１４記載の発明においては、基板上
のゲート電極と該ゲート電極及び基板の上部に形成され
たゲート絶縁層と該ゲート絶縁層上に形成された半導体
層とからなる半導体領域上に、注入深さの異なることと
なる少なくも１種の不純物元素をイオン化し、電圧で加
速して打ち込むことによりトランジスタを製造する方法
であって、打ち込まれる不純物元素の注入深さから定ま
る厚さのマスクをゲート電極上方の半導体層の上部に形
成するマスク形成ステップと、少なくも１種の不純物元
素の少なくも１種の化合物を含むガスを原料ガスとして
イオン化室に供給する供給ステップと、供給された原料
ガスを、複数種の定められた注入深さの不純物元素を有
することとなるようにイオン化するイオン化ステップ
と、イオン化された原料ガスに所定の運動エネルギーを
与えて基板上の半導体領域に打ち込んでソースまたはド
レイン領域を形成するドーピングステップとを有してい
ることを特徴としている。

【００５５】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００５６】基本的には、請求項３の発明と同じであ
る。ただし、請求項１３の発明が請求項１の発明と相違
するのと同じ点が請求項３の発明と相違する。

【００５７】請求項１５記載の発明においては、請求項
１から同３の発明における請求項４記載の発明と同様の
作用、効果、構成が請求項１３、同１４の発明に対して
なされる。

【００５８】請求項１６から同２３記載の発明において
は、請求項１から同４の発明における請求項５から同１
２記載の発明と同様の作用、効果、構成が請求項１３か
ら同１５の発明に対してなされる。

【００５９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、その実施例に基
づいて説明する。

【００６０】（第１実施例）本実施例は、従来少なくと
も２つの工程で不純物注入していたものを１度の不純物
注入によりＬＤＤ構造を形成するものであるが、不純物
元素を含有し、分子量の異なる複数の（そして、本来
の）原料ガスをプラズマ化して、同時に半導体領域（半
導体層）に導入し、分子量（原子量、小なほど注入し易
い）や保持する運動エネルギー（大なほど注入し易
い）、原子価等から定まる注入深さの差（含む、注入の
特性や注入後の拡散）による注入分布の違いを利用する
ものである。そして、ｎ型の不純物としてＰ（燐）とＡ
ｓ（砒素）を同時に導入し、ＬＤＤ領域とソース・ドレ
イン領域を同時に形成するものである。

【００６１】図１は、本実施例の薄膜トランジスタの製
造工程断面図である。以下、本図を参照しつつ各工程に
ついて説明する。

【００６２】まず、ガラス等の透光性物質からなる基板
１上に半導体層２を形成する。次いで、エキシマレーザ
によるアニール等を行って、膜厚が約５０ｎｍのポリシ
リコン層を形成する。

【００６３】その後、半導体層２の形成された基板１上
に、例えばＳｉＯ₂ からなる膜厚が５０〜１００ｎｍの
ゲート絶縁層３を形成する。

【００６４】さらにゲート絶縁層３上に膜厚が１００〜
２００ｎｍのゲート電極４を形成する。

【００６５】なお、このときのゲート電極の幅（ゲート
長：Ｌ）は３〜１０μｍ程度である。そして、これらに
ついては、図２に示す従来の場合と全く同様である。

【００６６】この状態で、ゲート電極４をマスクとして
不純物イオン５の注入を行う。

【００６７】本実施例では、Ｐ及びＡｓをイオンドーピ
ングにより同時に導入するが、具体的には、Ｐを含有す
る原料ガスとして、水素希釈０．１〜１％ＰＨ₃ を用
い、一方Ａｓを含有する原料ガスとして水素希釈５〜２
０％ＡｓＨ₃ を用いて各々の原料の流量を、０．５〜１
０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄｃｕｂｉｃｃｅｎｔｉ
ｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）及び５０〜２００ｓｃｃｍと
し、圧力は最大１０^-3Ｔｏｒｒ、好ましくは１０^-4Ｔｏ
ｒｒ、加速電圧は５０〜１００ｋＶとする。この様子を
図１の（ａ）に示す。

【００６８】本図１の（ａ）の工程において、ＬＤＤ領
域を形成するために注入されるＰの量はソース・ドレイ
ン領域を形成するために注入されるＡｓの量よりも少な
くする。

【００６９】なおここで、ＡｓやＰの化合物として水素
化合物を選定したのは、後に説明するごとく、水素の原
子量は小さいためドーピングされるＡｓやＰの得る運動
エネルギーがその分、大となること、また、標的となる
半導体の結晶構造を害するのが少ないこと、一般に沸点
が低いものが多く、このため化合物は常温では気体とな
り、取扱いに便利なことその他、水素によるアニーリング効果や熱処理時に不必
要な水素は逃げ出すことや結晶内のダングリングボンド
の補償や注入欠陥の補償、をも考慮したものである。

【００７０】ここでイオンドーピングを行う装置につい
て、説明する。

【００７１】図３は、その概略構成図である。

【００７２】本図において、１１はイオン源となるチャ
ンバーである。

【００７３】このチャンバー１１内に流量制御装置（ｍ
ａｓｓｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１２によっ
て、流量が制御された水素希釈のＰＨ₃ 及びＡｓＨ₃ の
混合ガスが原料ガスとして供給される。なお、配管中で
あらかじめ混合がなされるようにしておくのは、広い半
導体基板上に小さな半導体が多数配列されているため、
個々の半導体によりＰとＡｓの照射ムラが生じるのを防
止するためである。

【００７４】また、水素ガスにて原料ガスを稀釈してい
るのは、装置の放電チャンバー等にＡｓやＰの細粉が付
着し、更には漏電等の原因となるのを防止するためであ
る。更にまた、上方から供給するのは、原料ガスのリフ
レッシュに適しているからである。

【００７５】これらの原料ガスは、高周波電源１３によ
って放電・励起されてプラズマ空間１４を形成する。な
お、ここで、原料ガスのプラズマ化に高周波電源を採用
しているのは、大容積であっても均一なイオン分布とな
るからである。

【００７６】その後プラズマ空間１４内に存在する電荷
を帯びたイオンは、イオン引き出し加速電極１５によっ
て引き出し加速される。

【００７７】そして、直径７０ｃｍ程度のビーム径で液
晶ディスプレイ用の比較的大きな基板上に形成された画
素や駆動制御用の半導体に照射により注入される。

【００７８】この際、基板１に照射されるイオンとして
は、Ａｓを含んだイオン、Ｐを含んだイオン及び水素イ
オンが挙げられる。

【００７９】具体的には、Ａｓを含んだイオンとしては
ＡｓＨｘ⁺ （ｘ＝０、１、２、３）、Ｐを含んだイオン
としてはＰＨｘ⁺ （ｘ＝０、１、２、３）、さらに水素
イオンとしてはＨ₂ ⁺ ，Ｈ₃ ⁺ が主となり、Ｈ⁺ が若干
存在する。

【００８０】ここで、これら各イオンの持つ運動エネル
ギーについて説明する。

【００８１】今、電界をＥ、イオンの分子量をｍ，イオ
ンの電荷をｑ、イオンが電界から受ける力をＦ，この力
により、イオンに生じる加速度をａ，イオンが加速中に
動く距離をｌ，イオンの最終速度をｖ，イオンの最終的
に有する運動エネルギーをＫとする。

【００８２】すると、以下の式が成立する。ａ・ｔ² ＝２・ｌｖ＝ａ・ｔＦ＝ｍ・ａ＝ｑ・Ｅ＝ｑ・Ｖ／ｌＫ＝ｍ・ｖ² ／２＝Ｆ・ｌ＝ｑ・Ｖ以上の式より、Ｋ＝Ｆ・ｌが成立する。

【００８３】すなわち、実際には多少の相違があるもの
の、各イオンは価電数が同じ＋１ならば、その構成元
素、分子量に無関係に同じ運動エネルギーを有してい
る。なおまた、参考までに記すならば、本実施例では、
ｌは１〜３０ｃｍである。

【００８４】なお、このような分子状イオンの場合、試
料の原子と衝突して各構成原子に分解される。この際、
各元素の（分子の）結合エネルギーは運動エネルギーに
比較して無視しえるほど小さいため、各イオン粒子（イ
オン化した分子）の運動エネルギーは、各元素に対して
［各元素の原子量／注入時のイオン種の分子量］の比率
で運動エネルギーが配分され、このエネルギーにて試料
内へ注入されることとなる。

【００８５】従って、ＡｓＨｘ⁺ ，ＰＨｘ⁺ により注入
されるＡｓ（原子号７５）及びＰ（同３１）の分布は、
それぞれ同じエネルギーのＡｓ⁺ ，Ｐ⁺ で注入した場合
の分布とほぼ等しい。

【００８６】このように、図３に示すイオンドピーング
装置を用いれば、単にプラズマ空間１４を形成するチャ
ンバー１１内に分子量の異なる原料ガスを導入しさえす
れば、容易に分子量の異なる不純物イオンを加速して同
時に基板１に照射することができる。

【００８７】以上のイオンドーピングにより、図１の
（ｂ）に示すような不純物プロファイルを得ることがで
きる。

【００８８】詳細に説明すると、ＰはＡｓよりも原子量
が小さいため、５０〜１００ｋＶという同じ加速電圧で
イオンドーピングを行うと、ＰがＡｓよりも半導体層２
のより深い位置に導入される。

【００８９】また、ターゲット元素との衝突による散乱
をＰの方が大きく受けるために、マスク直下よりもわず
かに内側にもＰの注入領域が形成される。

【００９０】そして、結果的には図１の（ｂ）に示すよ
うに、Ｐ及びＡｓが導入された第１の不純物領域８１と
Ｐのみが導入された第２の不純物領域７１とが形成され
る。

【００９１】なお、実際にはゲート電極４の上半部には
ＰとＡｓが打ち込まれているが、これは本発明の趣旨に
直接の関係はなく、自明のことであるので、わざわざの
図示はしていない。そして、このことは他の実施例でも
同じである。

【００９２】図４に、実際のＰ及びＡｓの半導体層２中
の深さ方向の濃度分布のシミュレーション結果（勿論、
実際と大きな相違はない）を示す。本図において、横軸
は半導体層２に形成されたゲート絶縁層３の表面から半
導体層２に至る深さ方向の距離（オングストローム）を
示しており、縦軸はＰ及びＡｓの濃度を示している。

【００９３】本図から明らかなように、同時に同じエネ
ルギーでＰ及びＡｓを半導体層２に導入しているため、
分子量の小さいＰのほうが、Ａｓよりも深く半導体層２
に導入されているのがわかる。

【００９４】なお、この後、基板全面に導電膜を形成
し、エキシマレーザによるアニーリング、熱処理等を行
ってドレイン領域上に導電膜を含む電極の形成等がなさ
れたりもする。

【００９５】この熱処理を行う際に、不純物の活性化が
なされると共に多少の不純物の拡散が生じ、図１の
（ｃ）に示すようなプロファイル（分布構造）となる。

【００９６】以上の熱処理においては、Ｐがゲート電極
４側面の直下からゲート電極中心部側にまで拡散する。

【００９７】結果として高濃度のｎ⁺ 層であるソース・
ドレイン領域８２及び低濃度のｎ^-層であるＬＤＤ領域
７２を形成することができる。

【００９８】以上のように本実施例によれば、ｎ型不純
物領域を形成すべく半導体層２に導入される不純物とし
て、ＰとＡｓを同時に導入することにより、これらの拡
散係数の差と注入分布の差を利用して、１度の不純物導
入工程で、低濃度のｎ^- 層であるＬＤＤ領域と、高濃度
のｎ⁺ 層であるソース・ドレイン領域を形成することが
できる。

【００９９】しかも、広い基板上を狭いビームで掃引す
ることなく、一度にドーピングをなしうる。

【０１００】更に、あらかじめ２種の原料ガスを細長い
供給管内で充分に混合して後、装置に供給するため、既
存の装置をほとんど、そのまま使用しうる。

【０１０１】（第２実施例）以下、本発明の薄膜トラン
ジスタの製造方法について、他の実施例をもとに説明す
る。

【０１０２】本実施例は、不純物を半導体層表面に対し
斜め方向から導入する点が、先の実施例と異なる。この
ため、加速電圧も７０〜１５０ｋＶと、先の実施例より
多少高くしている。ただし、基板や半導体の構造，形
状，寸法，ガスの種類や流量等は同じである。

【０１０３】以下、図５に示す製造工程断面図を参照し
ながら本実施例について詳細する。

【０１０４】図５の（ａ）の矢印で示すように、基板１
の表面に対して斜め方向からイオン５を照射する。傾け
る角度は、試料面の垂線に対して３０度としている。

【０１０５】ただし、この角度そのものは、被照射体の
厚さ、マスクとなるゲート電極の巾、高さ（厚み）、間
隔等の如何、例えば高さと間隔の比率に応じて適宜、最
適な値が選択されるのは勿論である。

【０１０６】更に、ゲート電極等のマスクパターンによ
って、イオン照射の影となる領域ができうるため、電
源、ガス源との接触のない基板を連続的に回転させた
り、一定の照射ごとに０〜９０度や０〜１８０度などの
範囲で断続的に回転させるようにしている。

【０１０７】このイオンドーピングにより、図５の
（ｂ）に示すような不純物プロファイルを得る。

【０１０８】詳細に説明すると、ＰはＡｓよりも分子量
が小さいため、上記のように７０〜１５０ｋＶという同
じ加速電圧でイオンドーピングを行うと、ＰがＡｓより
も半導体層２のより深い位置に導入される。そして、結
果的に、図５の（ｂ）に示すように、Ｐ及びＡｓが導入
された第１の不純物領域８１と、Ｐのみが導入された第
２の不純物領域７１とが形成される。

【０１０９】その後、先の実施例と同じく不純物の活性
化のための熱処理を行うことにより、先の実施例とほぼ
同じく図５の（ｃ）に示すような不純物の分布になる。

【０１１０】本実施例では、斜め方向から傾けてイオン
を照射するため、軽いＰ原子をゲート電極側面直下より
もゲート電極中心部側に導入することができる。

【０１１１】従って、先の実施例と異なり、熱処理によ
り積極的に不純物を拡散させなくても、ＬＤＤ構造とし
て十分に機能する状態となっている。

【０１１２】そしてこれは、例えば基板の材質の都合で
５００°Ｃ以上の熱処理が困難な場合に好都合である。

【０１１３】（第３実施例）以下、本発明の薄膜トラン
ジスタの製造方法を、他の実施例にもとづいて説明す
る。

【０１１４】本実施例は、不純物を半導体層に導入する
際に、ゲート電極の側面に絶縁膜パターンを形成してお
く点が、先の第１実施例と異なる。このため、ゲート電
極の側面に絶縁膜パターンがある他は、基板や半導体の
構造，形状，寸法，ガスの種類や流量，加速電圧等は同
じである。

【０１１５】そこで、以下では図６に示す製造工程断面
図を参照しながら本実施例について相違する部分を中心
に詳細に説明する。

【０１１６】まず、ゲート電極４の側面に絶縁膜パター
ン６を形成する。これは、例えば全面にＳｉＯ₂ 膜を形
成した後に、若干エッチング不足気味の条件等でドライ
エッチングを行うことで形成される。そして、図６の
（ａ）に示すようにこの状態でゲート電極４及び絶縁膜
パターン６をマスクとして不純物のイオン５の注入を行
う。

【０１１７】その結果、図６の（ｂ）に示すような不純
物の分布（プロファイル）を得ることができる。

【０１１８】詳細に説明すると、絶縁膜パターン６がゲ
ート電極４の周囲側面に形成されているため、この絶縁
膜パターンがマスクとなり、Ａｓが半導体層２中に導入
されるのを防止して、Ｐのみを選択的に半導体層２中に
導入することができる。

【０１１９】結果的には、図６の（ｂ）に示すように、
Ｐ及びＡｓが導入された第１の不純物領域８１とＰのみ
が導入された第２の不純物領域８１とが形成される。

【０１２０】その後、不純物の活性化のための熱処理や
ランプ加熱、レーザーアニール等の処理を行うと、多少
の不純物の拡散が発生する。

【０１２１】その結果、図６の（ｃ）に示すように、Ｐ
がゲート電極４側面直下よりもゲート電極中心部側に拡
散し、高濃度のｎ⁺ 層であるソース・ドレイン領域８２
及び低濃度のｎ^- 層であるＬＤＤ領域７２を形成する。

【０１２２】以上のように、本実施例によれば、先の第
１実施例と異なり、ゲート電極４のの側面に絶縁膜パタ
ーン６を形成してマスクとして利用しているため、図５
の（ｃ）における熱処理を行う前の段階で、既にＰのみ
が導入された第２の不純物領域をＰ及びＡｓが導入され
た第１の不純物領域よりもゲート電極中心側に容易に形
成することができる。

【０１２３】従って、本実施例は、第１実施例よりもよ
り容易に制御性よくＬＤＤ領域を形成することができ、
基板の材質の関係で高温の熱処理を行うことをできるだ
けさけたい薄膜トランジスタの製造においては、より好
ましいと言える。

【０１２４】なお、本実施例では、図６に示したよう
に、絶縁膜パターン６の最上部がゲート電極４の最上部
よりも低くしているが、これは、ゲート電極４下のチャ
ネル領域に不純物が導入されるのを防止しつつ、絶縁膜
パターン６下に確実にＰを導入するためである。

【０１２５】なお、また、条件によっては、絶縁膜パタ
ーン６の最上部をゲート電極の最上部にほぼ等しくして
もよく、この場合には従来通りの絶縁膜パターン形成プ
ロセスを用いることができる。

【０１２６】更にまた、絶縁膜パターンは、ケースによ
りゲート電極の左右のみに形成する。

【０１２７】（第４実施例）以下、本発明の薄膜トラン
ジスタの製造方法を、他の実施例にもとづいて説明す
る。

【０１２８】本実施例は、先の第２実施例と第３実施例
とを併せたものである。

【０１２９】このため、不純物を半導体層に導入する際
にゲート電極の側面に絶縁膜パターンを形成しておく点
及び不純物を半導体層に斜め方向から導入する点が先の
第１実施例と異なる。従って、基板や半導体の構造，形
状，寸法は、ゲート電極側面の絶縁膜パターンがゲート
電極と同じなのを除き、先の第３実施例と同じである。
また、ガスの種類や流量は、先の３つの実施例と同じで
ある。

【０１３０】更にまた、加速電圧及びイオン照射の角度
は先の第２実施例と同じである。

【０１３１】以下、図７に示す製造工程断面図を参照し
ながら本実施の例について詳細に説明する。

【０１３２】まず、先の第３実施例と同じ手段でゲート
電極４の側面に絶縁膜パターン６を形成する。そして、
この状態でゲート電極４及び絶縁膜パターン６をマスク
として不純物のイオン５の注入を行う。この様子を（図
６の（ａ））に示す。

【０１３３】さらに本実施例は、イオン照射を斜め方向
から行うため、基板を連続的に回転させたりするのも先
の第２実施例と同じである。

【０１３４】以上により、図７の（ｂ）に示すような不
純物プロファイルを得ることができる。

【０１３５】以上より、本実施例では先の第２、第３実
例にて説明した効果がより一層発揮されることとなる。

【０１３６】（第５実施例）以下、本発明の薄膜トラン
ジスタの製造方法を、更に他の実施例に基づいて説明す
る。

【０１３７】本実施例は、ＰやＡｓ等のｎ型不純物をイ
オンドーピングにより半導体層に導入する際に、ｐ型の
不純物としてＢ（硼素）をも同時に導入する点が先の第
１〜第４実施例と大きく異なる。

【０１３８】以下、図８に示す製造工程断面図を参照し
ながら本実施例について詳細に説明する。

【０１３９】図８は、本実施例の薄膜トランジスタの製
造工程断面図である。

【０１４０】以下、各工程について説明する。

【０１４１】まず、ガラス等の基板１上に半導体層２を
形成する。その後、ＳｉＯ₂ からなるゲート絶縁層３を
形成し、更にゲート絶縁層３上に先の各実施例よりも多
少薄め、すなわち膜厚が１００ｎｍ程度のゲート電極４
を形成する。

【０１４２】そして、この状態でゲート電極４をマスク
として不純物導入を行う。これを（図８の（ａ））に示
す。

【０１４３】本実施例では、Ｐ及びＡｓのｎ型不純物以
外に更にＢのｐ型不純物をも同時に導入する。

【０１４４】このため、Ｐを含有する原料ガスとして水
素希釈０．１〜１％ＰＨ₃ を用い一方Ａｓを含有する原
料ガスとして水素希釈５〜２０％ＡｓＨ₃ を用い、更に
Ｂを含有する原料ガスとして水素希釈０．１〜１％Ｂ₂
Ｈ₆ を用い、各々の原料の濃度流量を、０．５〜１０ｓ
ｃｃｍ、５０〜２００ｓｃｃｍ及び０．５〜１０ｓｃｃ
ｍとし、このもとで加速電圧７０〜１５０ｋＶでドーピ
ングを行う。なお、圧力等は先の実施例と同じである。

【０１４５】この際、図８の（ａ）に示す工程において
は、先の各実施例と同様にＬＤＤ領域を形成するために
注入されるＰの量はソース・ドレイン領域を形成するた
めに注入されるＡｓの量よりも少なくしておく。

【０１４６】以上のイオンドーピングにより、図８の
（ｂ）に示すような不純物プロファイルを得る。

【０１４７】ＰとＡｓについては、先の各実施例と同じ
であるため説明は省略する。

【０１４８】以下、Ｂについて説明する。

【０１４９】ＢはＰよりも更に注入力が大きいため、後
にＬＤＤ領域７２やソース・ドレイン領域８２となる部
分（合計厚さは１００〜１５０ｎｍ）を通り抜けて基板
へと達する。従って、この領域においてＢは存在しな
い。但し、厚さ１００ｎｍのゲート電極４下（チャネル
領域）に照射されたＢは、このゲート電極が障害物とな
るため、基板まで突き抜けることはなく、チャネル領域
にＢのドープ層９１を形成することができる。

【０１５０】その後、不純物の活性化のための熱処理を
行うと、多少の不純物拡散が発生し、このため、図８の
（ｃ）に示すように、Ｐがゲート電極４側面の直下より
もゲート電極の中心部側に拡散しやすくなり、結果とし
て低濃度のｎ^- 層であるＬＤＤ領域７２及び高濃度のｎ
⁺ 層であるソース・ドレイン領域８２を形成する。

【０１５１】以上説明してきたように、本実施例によれ
ば、上述の各実施例のごとく単にＰとＡｓを同時に導入
して低濃度のｎ^- 層であるＬＤＤ領域と高濃度のｎ⁺ 層
であるソース・ドレイン領域を形成するだけでなく、ゲ
ート電極４の下のチャネル領域に選択的に軽元素である
ｐ型不純物のＢを導入することとなる。そして、このＢ
層９２の存在により薄膜トランジスタの閾値電圧（ｔｈ
ｒｅｓｈｏｌｄｖｏｌｔａｇｅ）制御をも行うことが
できる。

【０１５２】なお、本実施例は、ＰやＡｓだけでなく、
Ｂを導入することについて、第１実施例に対応させたも
のであるが、第２〜第４実施に対応させた構成としても
よいのは言うまでもない。

【０１５３】また、Ｂを含有するガスとして、Ｂ₂ Ｈ₆
でなくＢＦ₃ 等の他のガスをしてもよいのは勿論であ
る。

【０１５４】（第６実施例）以下、本発明の薄膜トラン
ジスタの製造方法について、更に他の実施例に基づいて
説明する。

【０１５５】本実施例は、ＰとＡｓという異なる不純物
を導入するのではなく、Ａｓという同じ元素を用いつ
つ、１度のドーピングによりＬＤＤ構造を有する薄膜ト
ランジスタを形成する点が先の各実施例と異なる。

【０１５６】以下、図９に示す製造工程断面図を参照し
ながら本実施例を詳細に説明する。

【０１５７】まず、第１実施例と同様にガラス等の基板
１上に半導体層２を形成する。その後、ゲート絶縁層３
を形成し、更にゲート電極４を形成する。

【０１５８】そして、この状態でゲート電極４をマスク
として不純物のイオン５の注入を行う。この様子を図９
の（ａ）に示す。

【０１５９】次に、同じＡｓという元素を含有する異な
る分子量を有する複数のガスの混合物たる原料ガスを用
いてイオンドーピングを行う。

【０１６０】具体的には、Ａｓを含有する水素化物の第
１の原料ガスとして水素希釈０．５〜１％ＡｓＨ₃ を、
Ａｓを含有するハロゲン化物の第２の原料ガスとしてＡ
ｓＣｌ₃ を用い、各々の原料の流量を、０．５〜１０ｓ
ｃｃｍ及び１０〜１００ｓｃｃｍとして加速電圧７０〜
１５０ｋＶでドーピングを行う。

【０１６１】この際、上述の各実施例と同じく、ＬＤＤ
領域を形成するために注入される第１の原料ガス量はソ
ース・ドレイン領域を形成するために注入される第２の
原料ガスの量よりも少なくしておく。

【０１６２】このイオンドーピングにより、図９の
（ｂ）に示すような不純物プロファイルを得ることがで
きる。

【０１６３】詳細に説明すると、第１の原料ガス中に含
まれているＡｓの水素化物は第２の原料ガス中に含まれ
ているＡｓのハロゲン化物よりも分子量が軽く、Ａｓに
割り振られる運動エネルギーが大きい。

【０１６４】このため、同じ７０〜１５０ｋＶという加
速電圧でイオンドーピングを行うと、Ａｓの水素化物に
含まれるＡｓが、Ａｓの塩素化物に含まれるＡｓよりも
半導体層２のより深い位置に導入される。

【０１６５】そして、結果的には図９の（ｂ）に示すよ
うに、Ａｓが低濃度で導入された第１の不純物領域７１
とＡｓが高濃度で導入された第２の不純物領域８１とが
形成される。

【０１６６】その後、活性化のため熱処理を行うと、多
少の不純物の拡散が発生し、図９の（ｃ）に示すよう
に、Ａｓがゲート電極４側面の直下からゲート電極の中
心部側に拡散し、結果としてＬＤＤ領域７２及びソース
・ドレイン領域８２を形成する。

【０１６７】以上説明してきたように本実施例によれ
ば、ｎ型不純物領域を形成のために半導体層２に導入さ
れる不純物として、同じＡｓを含有し分子量が異なる原
料ガスを用いてイオンドーピング法により半導体層２に
導入する。

【０１６８】そして、これにより、１度の不純物導入工
程で低濃度のｎ^- 層であるＬＤＤ領域と高濃度のｎ⁺ 層
であるソース・ドレイン領域を形成することができる。

【０１６９】以上、本実施例は、先の第１実施に対応し
たもので説明を行ったが、第２〜第４実施例の構成に対
応して実施してもよいのは勿論である。

【０１７０】なお、以上の例では、同じＡｓを含有しつ
つ分子量が異なる原料ガスとしてＡｓの水素化物と塩素
化物を用いたが、必ずしも水素化物と塩素化物を用いる
必要はなく、また、Ａｓの代わりにＰを用いてもよいの
は勿論である。

【０１７１】加えて、上記の例ではｎ型層を得ることに
ついて記したが、ｐ型層を得る場合には、例えばＢを不
純物元素とする場合、Ｂ₂ Ｈ₆ とＢＦ₃ の様な組み合わ
せを用いてもよい。

【０１７２】（第７実施例）以下、本発明の薄膜トラン
ジスタの製造方法をまた別の実施例にもとづいて説明す
る。

【０１７３】本実施例は、図１０に示すようにボトムゲ
ート型のトランジスタであるのが、今までの実施例と異
なる。

【０１７４】本図１０の（ａ）において、１はガラス基
板である。４１は、ガラス基板上に形成されたＣｒ、Ａ
ｌ等からなる厚さ５０〜２００ｎｍ程度のゲート電極で
ある。３１は、ＳｉＯ₂ からなる厚さ５０〜４００ｎｍ
程度のゲート絶縁層である。５１は、レーザアニール、
５００〜６００°Ｃの熱処理等で結晶化させたＳｉから
なる厚さ２０〜１００ｎｍ程度の半導体膜である。６１
は、ＳｉＯ₂ からなる厚さ１００〜４００ｎｍ程度の保
護膜である。

【０１７５】この半導体に、保護膜をマスクとして、加
速電圧は１０〜１００ｋＶ、その他は第１実施例と同様
の条件でＡｓとＰを注入した。

【０１７６】その結果、図１０の（ｂ）に示すように、
ＡｓとＰが注入されて不純物が高濃度のｎ⁺ 層であるソ
ースドレイン領域４８２及びＰのみが注入されて不純物
が低濃度のｎ^- 層であるＬＤＤ領域４７２が形成され
た。

【０１７７】なお、本実施例はトップゲート型のトラン
ジスタの第１実施例に対応したものであるが、他の実施
例に対応させた実施がなされうるのは勿論である。

【０１７８】（第８実施例）以下、本発明の薄膜トラン
ジスタの製造方法を、また別の実施例にもとづいて説明
する。

【０１７９】本実施例は、図１１に示すように原料ガス
のプラズマ化の手段として高周波電源１３の他にマイク
ロ波（ＶＨＦ）放電部２０、電子銃２１をも有している
のが先の各実施例と大きく異なる。

【０１８０】また、チャンバー１１が上下方向に長く、
原料ガスを積極的に混合するミキサー２２、各原料ガス
用バルブ２３、基板を回転させるモータ２４、傾斜させ
る治具２５を有しているのも相違する。

【０１８１】チャンバー１１が上下に長いだけプラズマ
空間が上下に距離があり、このため上部の高周波電源で
＋１価に帯電させたイオンの一部を下部の電子銃等で＋
２価に帯電させること等もなしうる。すなわち、荷電数
の相違による注入深さの相違をも利用しうる。

【０１８２】更に、マイクロ波放電部２０や電子銃２１
により単一の水素化原料ガス、例えばＰＨ₃ を使用して
ＰＨ₃ ⁺ とＰＨ₃ ⁺⁺というように同時に１価と２価の荷
電粒子を製造しえ、これにより同一不純物元素に対し
て、（稀釈用の水素ガスは別にして、）ただ１種の原料
ガスを使用して異なる注入深さを有するようにすること
も可能となっている。

【０１８３】また、原料ガスとしてＡｓＨ₃ とＡＳ₂ Ｈ
₄ 、Ｂ₂ Ｈ₆ とＢ₂ Ｈ₁₀とＢ₅ Ｈ₉あるいはＰＨ₃ とＰ₂
Ｈ₄ 等同一の不純物の複数の水素化物をも使用しえ
る。この場合、例えばＰＨ₃ とＰ₂ Ｈ₄ を使用した場合
には、イオンの荷電数がともに１ならば、ＰＨ₃ のＰは
Ｐ₂ Ｈ₄ のＰに比較してほぼ倍のエネルギーを有するこ
とになる。

【０１８４】このため、同一不純物元素に対して複数の
注入深さをえるために、塩素やフッ素のような質量の大
な元素との化合物のガスを使用せずにすみ、ひいては第
６実施例に比較して半導体へのドーピング時の悪影響が
少ない。

【０１８５】ひいては、より柔軟な使用、機能発揮が可
能となっている。

【０１８６】更にまた、バルブを開閉して、侵入深さの
ことなる複数の不純物イオンを打ち込む前後に、単独の
不純物イオンのみを打ち込むこともなしうる。

【０１８７】この面からも、より柔軟な使用、機能発揮
が可能となっている。

【０１８８】以上、本発明を幾つかの実施の形態に基づ
いて説明してきたが、本発明は何もそれらに限定されな
いのは勿論である。すなわち、例えば以下のようにして
もよい。

【０１８９】（１）薄膜トランジスタでなく、ＬＳＩに
適用する。（２）稀釈ガスとして、水素でなくヘリウムを用いる。（３）半導体層として、ポリシリコンでなく、アモルフ
ァスシリコン等他の物質を用いる。（４）加速距離や加速電圧が変更可能である。（５）携帯用のノート型パソコンの表示装置用等、１個
１個は小さいが多数配列された基板に不純物イオンを照
射する。（６）不純物イオンの照射が小さな基板専用用のもので
あり、このためプラズマ室の直径も小さい。（７）斜めからの注入の際、イオン源を基板に対して回
転させるようにしている。（８）単独のイオンの注入をも併用している。（従っ
て、ケースによっては、３重に不純物層の異なる半導体
としている。）（９）マスクとしてのゲート電極や保護膜の厚さを製造
等の都合で先に定め、これに応じて注入する不純物の種
類やイオンの加速電圧等を決める等、一見構成が異なる
が、実質同じ構成としている。（１０）将来、非常に薄い基板等が実用化されたときに
は、ボトムゲート型のトランジスタに対して、基板側か
ら照射する。

【０１９０】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、同一種類の不純物元素であれ複数の種類の不純物元
素であれ、複数の不純物イオンとして打込む際に、ただ
一度の打込みで済む。

【０１９１】しかも、大きな基板に対して、掃引等なく
不純物注入しうる。

【０１９２】これにより、単に作業が簡単となるだけで
なく、毒性、危険性のあることの多い不純物元素のイオ
ンの打込作業が少なくなる。

【０１９３】また、水素化合物を使用することにより、
打込まれる半導体の損傷を極力少なくしうる。

【０１９４】また、閾値電圧制御が可能なＬＤＤを容易
に製造しうる。

【０１９５】また、これらにより、性能の優れたＬＤＤ
を安価、簡単に製造しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における薄膜トランジスタ
の製造工程断面図である。

【図２】従来技術での薄膜トランジスタの製造工程断面
図である。

【図３】イオンドーピング装置の概略構成図である。

【図４】本発明の各実施例において半導体層に導入され
た不純物の深さ方向の濃度分布のシミュレーション結果
を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例における薄膜トランジスタ
の製造工程断面図である。

【図６】本発明の第３実施例における薄膜トランジスタ
の製造工程断面図である。

【図７】本発明の第４実施例における薄膜トランジスタ
の製造工程断面図である。

【図８】本発明の第５実施例における薄膜トランジスタ
の製造工程断面図である。

【図９】本発明の第６実施例における薄膜トランジスタ
の製造工程断面図である。

【図１０】本発明の第７実施例におけるボトムゲート型
の薄膜トランジスタの製造工程断面図である。

【図１１】本発明の第８実施例のイオンドーピング装置
の概略構成図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２半導体層３ゲート絶縁層４ゲート電極５イオン６絶縁膜パターン７打込まれた不純物が低濃度の領域７１第１の不純物領域７２ＬＤＤ領域８打込まれた不純物が高濃度の領域８１第２の不純物領域８２ソース・ドレイン領域９１ドープ層９２Ｂ層１１イオン源のチャンバー１２流量制御装置１３高周波電源１４プラズマ空間１５加速電極２０放電部２１電子銃２２ミキサー２３バルブ２４モータ２５基板を傾斜させる治具３１ゲート絶縁層４１ガラス基板上に形成されたゲート電極５１半導体膜６１保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足立和泰大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の半導体層と該半導体層の上部に
形成されたゲート絶縁層と該ゲート絶縁層上に形成され
たゲート電極からなる半導体領域上に、注入深さの異な
ることとなる不純物元素をイオン化して電圧で加速して
打ち込むことによりトランジスタを製造する方法であっ
て、打ち込まれる不純物元素の注入深さから定まる厚さのゲ
ート電極をドーピング時のマスクを兼ねてゲート絶縁層
上に形成するゲート電極形成ステップと、少なくも１種の不純物元素の複数の種類の化合物を混合
して原料ガスを作る混合ステップと、原料ガスをイオン化室に供給する供給ステップと、原料ガスをイオン化するイオン化ステップと、イオン化された原料ガスに所定の運動エネルギーを与え
て基板上の半導体領域に打ち込んでソースまたはドレイ
ン領域を形成するドーピングステップとを有しているこ
とを特徴とするトランジスタの製造方法。
【請求項２】前記ゲート電極形成ステップは、ゲート電極の側面にドーピング時にゲート電極と併せて
マスクの作用をなす絶縁膜を形成する追加マスク形成小
ステップを有していることを特徴とする請求項１記載の
トランジスタの製造方法。
【請求項３】基板上のゲート電極と該ゲート電極及び
基板の上部に形成されたゲート絶縁層と該ゲート絶縁層
上に形成された半導体層とからなる半導体領域上に、注
入深さの異なることとなる不純物元素をイオン化し、電
圧で加速して打ち込むことによりトランジスタを製造す
る方法であって、打ち込まれる不純物元素の注入深さから定まる厚さのマ
スクをゲート電極上方の半導体層の上部に形成するマス
ク形成ステップと、少なくも１種の不純物元素の複数の種類の化合物を混合
して原料ガスを作る混合ステップと、原料ガスをイオン化室に供給する供給ステップと、原料ガスをイオン化するイオン化ステップと、イオン化された原料ガスに所定の運動エネルギーを与え
て基板上の半導体領域に打ち込んでソースまたはドレイ
ン領域を形成するドーピングステップとを有しているこ
とを特徴とするトランジスタの製造方法。
【請求項４】前記ドーピングステップに先立ち、基板と前記ドーピングステップにて打ち込まれてくるイ
オン化された原料ガスの飛来する方向があらかじめマス
クの高さ、巾、間隔等から定まる所定の傾斜を有するよ
うにしておく傾斜付与ステップを有し、前記ドーピングステップに併せて、飛来してくるイオン
化された原料ガスに対してゲート電極の影の部分が生じ
ないよう基板とイオン源とを相対的に回転させる回転付
与ステップとを有していることを特徴とする請求項１、
請求項２若しくは請求項３記載のトランジスタの製造方
法。
【請求項５】前記混合ステップに先立ち、不純物元素としてIII族またはVI族の少くも１方の元素
の化合物を選定するドーピング元素選定ステップを有し
ていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３
若しくは請求項４記載のトランジスタの製造方法。
【請求項６】前記ドーピング元素選定ステップは、不純物元素としてＰ及びＡｓを選択するＰ、Ａｓ選択ス
テップであることを特徴とする請求項５記載のトランジ
スタの製造方法。
【請求項７】前記Ｐ、Ａｓ選択ステップは、混合ステップにて混合するＰ、Ａｓの化合物として水素
化物を選択する水素化物選択小ステップを有しているこ
とを特徴とする請求項６記載のトランジスタの製造方
法。
【請求項８】前記混合ステップに先立ち、不純物元素として、導電性価電子数の異なる不純物元素
を選択する導電相違選択ステップを有していることを特
徴とする請求項１、請求項２、請求項３若しくは請求項
４記載のトランジスタの製造方法。
【請求項９】前記導電相違選択ステップは、Ｐ、Ａｓ
及びＢを選択するＰ、Ａｓ、Ｂ選択ステップであること
を特徴とする請求項８記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１０】前記Ｐ、Ａｓ、Ｂ選択ステップは、混
合ステップにて混合するＰ、Ａｓ、Ｂの化合物として水
素化物を選択する水素化物選択小ステップを有している
ことを特徴とする請求項９記載のトランジスタの製造方
法。
【請求項１１】前記混合ステップに先立ち、不純物元素として、同一の不純物ではあるが分子式の異
なる複数の種類の化合物を選定する同一ドーピング元素
選択ステップを有していることを特徴とする請求項１、
請求項２、請求項３若しくは請求項４記載のトランジス
タの製造方法。
【請求項１２】前記同一ドーピング元素選択ステップ
は、不純物元素の水素化物を少くも１種の化合物として
選択する水素化物選択小ステップを有していることを特
徴とする請求項１１記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１３】基板上の半導体層と該半導体層の上部
に形成されたゲート絶縁層と該ゲート絶縁層上に形成さ
れたゲート電極からなる半導体領域上に、注入深さの異
なることとなる少なくも１種の不純物元素をイオン化し
て電圧で加速して打ち込むことによりトランジスタを製
造する方法であって、ドーピング時に少なくもマスクの一部を兼ねるべく、打
ち込まれる不純物元素の注入深さから定まる厚さにゲー
ト電極を形成するゲート電極形成ステップと、少なくも
１種の不純物元素の少なくも１種の化合物を含むガスを
原料ガスとしてイオン化室に供給する供給ステップと、供給された原料ガスを、複数種の定められた注入深さの
不純物元素を有することとなるようにイオン化するイオ
ン化ステップと、イオン化された原料ガスに所定の運動エネルギーを与え
て基板上の半導体領域に打ち込んでソースまたはドレイ
ン領域を形成するドーピングステップとを有しているこ
とを特徴とするトランジスタの製造方法。
【請求項１４】基板上のゲート電極と該ゲート電極及
び基板の上部に形成されたゲート絶縁層と該ゲート絶縁
層上に形成された半導体層とからなる半導体領域上に、
注入深さの異なることとなる少なくも１種の不純物元素
をイオン化し、電圧で加速して打ち込むことによりトラ
ンジスタを製造する方法であって、打ち込まれる不純物元素の注入深さから定まる厚さのマ
スクをゲート電極上方の半導体層の上部に形成するマス
ク形成ステップと、少なくも１種の不純物元素の少なくも１種の化合物を含
むガスを原料ガスとしてイオン化室に供給する供給ステ
ップと、供給された原料ガスを、複数種の定められた注入深さの
不純物元素を有することとなるようにイオン化するイオ
ン化ステップと、イオン化された原料ガスに所定の運動エネルギーを与え
て基板上の半導体領域に打ち込んでソースまたはドレイ
ン領域を形成するドーピングステップとを有しているこ
とを特徴とするトランジスタの製造方法。
【請求項１５】前記ドーピングステップに先立ち、基板と前記ドーピングステップにて打ち込まれてくるイ
オン化された原料ガスの飛来する方向があらかじめマス
クの高さ、巾、間隔等から定まる所定の傾斜を有するよ
うにしておく傾斜付与ステップを有し、前記ドーピングステップに併せて、飛来してくるイオン
化された原料ガスに対してゲート電極の影の部分が生じ
ないよう基板とイオン源とを相対的に回転させる回転付
与ステップとを有していることを特徴とする請求項１３
若しくは請求項１４記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１６】前記供給ステップに先立ち、不純物元素としてIII族またはVI族の少くも１方の元素
の化合物を選定するドーピング元素選定ステップを有し
ていることを特徴とする請求項１３、請求項１４若しく
は請求項１５記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１７】前記ドーピングステップ元素選定ステ
ップは、不純物元素としてＰ及びＡｓを選択するＰ、Ａ
ｓ選択ステップであり、前記供給ステップに先立ち、不
純物元素のガスを混合する混合ステップを有しているこ
とを特徴とする請求項１５記載のトランジスタの製造方
法。
【請求項１８】前記Ｐ、Ａｓ選択ステップは、混合ステップにて混合するＰ、Ａｓの化合物として水素
化物を選択する水素化物選択小ステップを有しているこ
とを特徴とする請求項１７記載のトランジスタの製造方
法。
【請求項１９】前記供給ステップに先立ち、不純物元素として、導電性価電子数の異なる不純物元素
を選択する導電相違選択ステップを有していることを特
徴とする請求項１３、請求項１４若しくは請求項１５記
載のトランジスタの製造方法。
【請求項２０】前記導電相違選択ステップは、Ｐ、Ａ
ｓ及びＢを選択するＰ、Ａｓ、Ｂ選択ステップであり、
前記供給ステップに先立ち、不純物元素のガスを混合す
る混合ステップを有していることを特徴とする請求項１
９記載のトランジスタの製造方法。
【請求項２１】前記Ｐ、Ａｓ、Ｂ選択ステップは、混
合ステップにて混合するＰ、Ａｓ、Ｂの化合物として水
素化物を選択する水素化物選択小ステップを有している
ことを特徴とする請求項２０記載のトランジスタの製造
方法。
【請求項２２】前記供給ステップに先立ち、不純物元素として、同一の不純物ではあるが分子式の異
なる複数の種類の化合物を選定する同一ドーピング元素
選択ステップと、選定した複数の種類の化合物を混合する混合ステップと
を有していることを特徴とする請求項１３、請求項１４
若しくは請求項１５記載のトランジスタの製造方法。
【請求項２３】前記同一ドーピング元素選択ステップ
は、不純物元素の水素化物を少くも１種の化合物として
選択する水素化物選択小ステップを有していることを特
徴とする請求項２２記載のトランジスタの製造方法。