(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリフェニルアンチモンが溶解された材料溶液を基板の表面に付着させる第１工程と、
前記材料溶液を乾燥させることにより前記基板上にアンチモン化合物層を形成する第２工程と、
レーザービームの照射による熱処理を行うことにより前記アンチモン化合物層中のアンチモンを前記基板に拡散させる第３工程とを行う
ドーピング方法。
【請求項２】
前記材料溶液は、塗布法、散布法、または印刷法によって前記基板の表面に付着させる
請求項１に記載のドーピング方法。
【請求項３】
前記材料溶液中のアンチモン濃度によって、前記基板に拡散させるアンチモンの濃度を制御する
請求項１または２に記載のドーピング方法。
【請求項４】
前記基板の表面は、半導体層からなる
請求項１〜３の何れかに記載のドーピング方法。
【請求項５】
前記熱処理の後、前記アンチモン化合物層を除去する
請求項１〜４の何れかに記載のドーピング方法。
【請求項６】
トリフェニルアンチモンが溶解された材料溶液を半導体層の表面に付着させる第１工程と、
前記材料溶液を乾燥させることにより前記基板上にアンチモン化合物層を形成する第２工程と、
レーザービームの照射による熱処理を行うことにより前記アンチモン化合物層中のアンチモンを前記半導体層に拡散させる第３工程とを行う
半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程の前に、前記半導体層上にゲート絶縁膜とゲート電極とをこの順に積層させてパターン形成し、
前記第１工程では、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極の両脇における前記半導体層の表面に前記材料溶液を付着させる
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第３工程の後、前記アンチモン化合物層を除去して前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成し、
前記第１工程から第３工程を繰り返し行うことにより、前記サイドウォールの外側における前記半導体層に当該サイドウォールの下部よりも高濃度で前記アンチモンを拡散させる
請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドーピング方法および半導体装置の製造方法に関し、特には薄膜半導体装置の製造に好適な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜の半導体層を用いた半導体装置においては、軽量でかつ可撓性を有するプラスチック基板を支持基板として用いることが検討されている。このような半導体装置の製造においては、プラスチック基板の耐熱性を考慮した低温プロセスが求められる。このため、半導体層への不純物のドーピング工程についても、水素抜きのための高温での熱処理を必要とするイオン注入に換えて、低温での不純物ドーピングが可能な方法が検討されている。また、基板の大型化にともない、従来の真空プロセスでは、設備の大型化が極限にまで達している。さらに従来のイオンインプラ等のドーピング方式は、タクト等を考慮すると大型化の限界に近づいている。このため、上述した半導体層への不純物のドーピング工程についても、大面積処理が可能な真空レスのプロセスでの新たなドーピング方式の開発が求められている。
【０００３】
そこで、大面積処理が可能な真空レスの新たなドーピング方法の第１の例として、リンやホウ素を含有する不純物含有層を半導体層上に成膜し、エネルギービームを照射することで不純物含有層から半導体層に不純物を拡散させる方法が提案されている。この場合、不純物含有層としては、リンやホウ素を含むシリケートグラス（いわゆるＰＳＧまたはＢＳＧ等）が用いられる（例えば下記特許文献１参照）。また第２の例として、リンやホウ素を含む不純物イオン溶液の液膜を半導体層上に形成し、これを乾燥させた後にエネルギービームを照射することにより、半導体層に不純物を拡散させる方法が提案されている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２５３１号公報
【特許文献２】特開２００５−２６００４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、以上のドーピング方法では、半導体層にドーピングされる不純物の濃度コントロールが困難であった。また第１の例では、ＰＳＧやＢＳＧを構成するシリケートグラスの酸化シリコンも半導体層中に取り込まれるため、半導体層の特性が劣化する。さらに第２の例では、リン（Ｐ）やホウ素（Ｂ）を高濃度でドーピングすることができなかった。したがって、上述したドーピング方法では、所望の特性の半導体装置を得ることが困難であった。
【０００６】
そこで本発明は、真空レス（大面積処理が可能）でかつ低温プロセスへの適合が可能でありながらも、半導体特性を損なわすに高精度に不純物の濃度コントロールが可能なドーピング方法を提供すること、また特性精度が良好に制御された半導体装置を得ることが可能な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するための本発明のドーピング方法は、次の手順で行う。先ず第１工程では、トリフェニルアンチモンが溶解された材料溶液を基板の表面に付着させる。次の第２工程では、材料溶液を乾燥させることにより基板上にアンチモン化合物層を形成する。その後第３工程では、レーザービームの照射による熱処理を行うことによりアンチモン化合物層中のアンチモンを基板に拡散させる。
【０００８】
また本発明の半導体装置の製造方法は、上記のドーピング方法によって半導体層中にアンチモンを拡散させる方法である。
【０００９】
以上のような方法によれば、トリフェニルアンチモンを用いて形成されたアンチモン化合物層からアンチモンを拡散させる。このため、基板の特性（半導体特性）を損なうこと無く基板中にアンチモンを拡散させることができる。また、以降の実施例で説明するように、この方法によれば、材料溶液のアンチモン濃度に良好に対応する高い濃度で、基板中にアンチモンがドーピングされることが確認された。また基板中にアンチモンを拡散させるための熱処理はレーザービームの照射によって行われ、これによって低温プロセスへの適用がなされる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明によれば、真空レスでかつ低温プロセスへの適合が可能でありながらも、半導体特性を損なわすに高精度に不純物のドーピング濃度をコントロールすることが可能である。またこれにより、特性が良好に制御された半導体装置を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態のドーピング方法を説明する断面工程図である。
【図２】第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面工程図である。
【図３】第３実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面工程図（その１）である。
【図４】第３実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面工程図（その２）である。
【図５】実施例１で用いたアンチモン溶液の濃度と得られた不純物領域のキャリア濃度との関係を示すグラフである。
【図６】実施例２と比較例２で作製した薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性のグラフである。
【図７】実施例３、比較例２，３で作製した薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて、次に示す順に実施の形態を説明する。
１．第１実施形態（ドーピング方法の例）
２．第２実施形態（ゲート絶縁膜にオフセットを設けた半導体装置の製造方法の例）
３．第３実施形態（ＬＤＤ構造を有する半導体装置の製造方法の例）
【００１３】
≪第１実施形態≫
図１は、本発明のドーピング方法を説明するための断面工程図であり、以下この図に基づいてドーピング方法の実施形態を説明する。
【００１４】
先ず図１（１）に示すように、支持基板１を用意し、この上部に酸化シリコンや窒化シリコンのような絶縁性材料からなるバッファ層３を成膜する。ここで用いる支持基板１は、結晶性または非晶質の基板が用いられる。結晶性の基板としては半導体基板や石英基板が例示される。非晶質基板としては、ガラスや有機高分子材料（プラスチック）からなるもののように、低耐熱性（低融点）であるが安価で大面積のものが容易に得られるものが好適に用いられる。また必要に応じて、可撓性を有する支持基板１を用いても良い。
【００１５】
次いで、バッファ層３が設けられた支持基板３上に半導体層５を成膜する。この半導体層５は、例えば非晶質シリコンまたは微結晶シリコンからなるもので、膜厚５０ｎｍ程度で成膜する。また非晶質シリコンまたは微結晶シリコンからなる半導体層５は、必要に応じてレーザ光照射などによる結晶化処理を行うことで多結晶シリコンとしても良い。また半導体層５は、素子分離のために島状にパターニングされていても良い。以上の半導体層５が形成された構成を基板７とする。
【００１６】
尚、半導体層５は、上述した以外にも、例えばポリシラン系化合物の堆積物、ポリシラン系化合物の縮重合体の堆積物であっても良い。また半導体層５がシリコン系に限定されることはなく、ＧａＡｓ、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＺｎＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等の各種の化合物半導体からなる膜であっても良い。これらのうちの何れかの材料からなる半導体層５は、それぞれの材料に適する方法によって成膜・パターニングすれば良い。
【００１７】
次に図１（２）に示すように、表面に半導体層５が設けられた基板７上に、アンチモン溶液Ｌを付着させた溶液層Ｌ１を成膜する。アンチモン溶液Ｌは、アンチモン化合物を含有する材料溶液であり、アンチモン化合物を水もしくは有機系の溶媒へ溶解させることで作製される。ここで用いるアンチモン化合物は、アンチモンと共に、水素、窒素、酸素、炭素のみで構成された化合物を用いる。このようなアンチモン化合物としては、炭素を主骨格とし、水素、窒素、酸素原子で構成される配位子を有する、下記（１）〜（１４）のアンチモン化合物が例示される。ただし、アンチモン化合物には、化合物の合成過程で混入した炭素、水素、窒素、酸素、アンチモン以外の物質が微量に混入されていても良い。
【００１８】
【化１】
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【００１９】
またアンチモン溶液Ｌ中のアンチモン化合物の濃度は、半導体層５に対するアンチモンのドーピング濃度によって適宜調整され、ドーピング濃度を濃くしたければアンチモン化合物の濃度を濃くすれば良い。
【００２０】
このようなアンチモン溶液Ｌは、塗布、散布（あるいは噴霧）、印刷等により、基板７の表面に付着させて溶液層Ｌ１を形成する。印刷方法はコンタクトプリント法に限らず、インプリント法、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等様々な方法を用いることが可能である。このような各種の印刷法を用いることにより、特定の領域のみに溶液層Ｌ１をパターン形成することが可能である。
【００２１】
次に、図１（３）に示すように、アンチモン溶液の溶液層Ｌ１を乾燥させて溶媒を除去し、半導体層５上にアンチモン化合物からなるアンチモン化合物層９を形成する。ここでは、例えばホットプレートに載せて加熱する等することにより、溶液層Ｌ１を乾燥させる。この際、次に行う熱処理でのエネルギービームの照射に影響を及ぼさない範囲であれば、アンチモン化合物層９中に溶媒が残留していても良い。ただし、炭素、水素、窒素、酸素以外の物質を含有する溶媒であれば、可能な限りにおいて蒸発によって除去することが好ましいが、除去できない範囲で意図せずに含まれていても良い。
【００２２】
次いで、図１（４）に示すように、熱処理を行うことによりアンチモン化合物層９中から半導体層５中にアンチモンを拡散させ、半導体層５中にアンチモンをドーピングしてなる不純物領域５ａを形成する。ここでの熱処理は、エネルギービームｈの照射によって行うことが好ましく、これにより基板温度を低温に保った低温プロセスとなる。エネルギービームｈの照射は、アンチモンを拡散させたい領域のみに選択的に行っても良いし、この領域を含むより大きな領域あるいは基板７の全面に照射しても良い。またエネルギービームｈの照射は、アンチモン化合物層９側から行っても良い。一方、支持基板１からアンチモン化合物層９までがエネルギービームｈを透過する場合には、支持基板１側からエネルギービームｈを照射しても良い。
【００２３】
照射するエネルギービームｈとしては、エキシマーレーザー、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザー、ルビーレーザー、Ａｒレーザー等の各種のレーザーによるパルスまたは連続発振レーザービーム、電子ビーム、赤外線ランプやカーボンヒーター等による赤外線、紫外線ランプによる紫外線等を用いることができる。さらに半導体層５が非晶質である場合、この工程において半導体層５の結晶化を同時に行うようにしても良い。
【００２４】
以上の後には、図１（５）に示すように、半導体層５上からアンチモン化合物層９を除去する。この際、水や有機系の溶媒を用いた洗浄処理を行うことにより、アンチモン化合物層９の除去を行う。
【００２５】
尚、支持基板１としてプラスチック基板のような可撓性を有する材質を用いた場合であれば、上述した工程のうちの何れかにロール・ツー・ロール（Roll to Roll）プロセスを適用することも可能である。ロール・ツー・ロールプロセスでは、例えば、第１のローラに、例えば透明プラスチックフィルムなどのテープ状の基板を巻き付けておき、この基板に対して所定のプロセスを施した後、この基板を巻き取り用の第２のローラで巻き取っていく。このようにすることにより、短時間で効率的な処理が可能であるため好ましい。
【００２６】
以上説明したドーピング方法では、半導体層５中にアンチモンを拡散させるための熱処理はエネルギービームｈの照射によって行われる。このため低温プロセスでのドーピングが可能である。また、水素、窒素、酸素、炭素と、アンチモンのみで構成されたアンチモン化合物層９から半導体層５へアンチモンを拡散させる。このため、半導体層５の特性を損なうこと無くアンチモンを拡散させることができる。また、以降の実施例で説明するように、この方法によれば、アンチモン溶液Ｌ中のアンチモン濃度に良好に対応する高い濃度で、半導体層５中にアンチモンがドーピングされることが確認できた。
【００２７】
この結果、低温プロセスへの適合が可能でありながらも、半導体特性を損なわすに高精度にアンチモンのドーピング濃度をコントロールすることが可能である。
【００２８】
さらに、水素、窒素、酸素、炭素と、アンチモンのみで構成されたアンチモン化合物層９を形成することから、その後に半導体層５の上方に金属電極などを形成した場合に、金属電極を腐蝕させる恐れもない。
【００２９】
また、このドーピング方法は、真空プロセスを適用せずに行うことが可能である。したがって、製造コストの低減を図ることも可能であり、大型化された基板への対応も可能である。
【００３０】
尚、以上の実施形態においては、基板７の表面を構成する半導体層５にアンチモンをドーピングする方法を説明した。しかしながら、アンチモンのドーピングは、半導体材料からなる基板（半導体基板）自体に行っても良い。この場合には、例えば単結晶シリコンやその他の結晶性の半導体材料からなる半導体基板上にアンチモン化合物層９を形成してエネルギービームを照射すれば良く、半導体基板の表面にアンチモンを高精度に濃度コントロールした状態でドーピングすることができる。
【００３１】
≪第２実施形態≫
図２は、第１実施形態のドーピング方法を適用した半導体装置の製造方法を説明する断面工程図であり、オフセット構造を備えた薄膜トランジスタ構成の半導体装置の製造を示す図である。以下この図に基づいて半導体装置の製造方法を説明する。尚、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３２】
先ず図２（１）に示すように、支持基板１上にバッファ層３を介して半導体層５を成膜し、必要に応じて半導体層５を島状にパターニングすると共に結晶化処理を行う。
【００３３】
次に、島状の半導体層５を横切る形状で、支持基板１の上方にゲート絶縁膜１１を成膜してこれをパターニングする。ここで形成するゲート絶縁膜１１は、酸化シリコン、窒化シリコン、さらにはシラノール系化合物またはその縮重合体などからなる。特にシラノール系化合物またはその縮重合体からなるゲート絶縁膜１１であれば、塗布成膜や印刷成膜のような真空レスプロセスの適用が可能であり、また印刷法を適用してパターニングすることも可能である。
【００３４】
次に、ゲート絶縁膜１１上にゲート電極１３をパターン形成する。ここでは、ゲート絶縁膜１１の中央にゲート電極１３をパターン形成し、ゲート電極１３の線幅方向の両脇にゲート絶縁膜１１を露出させる。ここで形成するゲート電極１３の材質が限定されることはないが、例えば塗布型の金属材料からなる膜またはめっき膜を用いることにより、真空レスプロセスとなり、また印刷法を適用してパターニングすることも可能である。
【００３５】
以上の後の図２（２）〜図２（５）に示す工程は、第１実施形態において図１（２）以降を用いて説明したと同様の工程を行う。
【００３６】
すなわち図２（２）に示すように、ゲート絶縁膜１１およびゲート電極１３が形成された支持基板１１の上方において、少なくとも半導体層５上を覆うと共にゲート絶縁膜１１の端縁上に重なる状態で、アンチモン溶液Ｌを付着させた溶液層Ｌ１を成膜する。このアンチモン溶液Ｌは、第１実施形態で説明したと同様に、アンチモンと共に、水素、窒素、酸素、炭素のみで構成されたアンチモン化合物を溶媒に溶解させた材料溶液である。また、アンチモン化合物の濃度は、半導体層５に対するアンチモンのドーピング濃度によって適宜調整されている。
【００３７】
次に、図２（３）に示すように、アンチモン溶液の溶液層Ｌ１を乾燥させて溶媒を除去し、半導体層５上にアンチモン化合物からなるアンチモン化合物層９を形成する。
【００３８】
次いで、図２（４）に示すように、熱処理を行うことによりアンチモン化合物層９中から半導体層５中にアンチモンを拡散させ、半導体層５中にアンチモンをドーピングしてなる不純物領域５ａを形成する。ここでは、ゲート絶縁膜１１およびゲート電極１３の両脇の半導体層５にアンチモンが拡散し、ソース５ｓおよびドレイン５ｄとなる不純物領域５ａが形成される。
【００３９】
この熱処理は、第１実施形態で説明したと同様に行われ、エネルギービームｈの照射によって行うことが好ましく、これにより基板温度を低温に保った低温プロセスとなる。またエネルギービームｈの照射は、ゲート絶縁膜１１の両脇におけるアンチモンを拡散させたい領域のみに選択的に行っても良いし、この領域を含むより大きな領域あるいは支持基板１上の全面に照射しても良い。またエネルギービームｈの照射は、アンチモン化合物層９側から行って良く、この場合にはゲート電極１３およびゲート絶縁膜１１をマスクにしてエネルギービームｈの照射を行う。一方、支持基板１からアンチモン化合物層９までがエネルギービームｈを透過する場合には、支持基板１側からエネルギービームｈを照射しても良い。この場合には、ゲート電極１３およびゲート絶縁膜１１と重なる半導体層５部分にもエネルギービームｈを照射して半導体層５の結晶化を同時に行うようにしても良い。
【００４０】
以上の後には、図２（５）に示すように、半導体層５上からアンチモン化合物層９を除去する。この際、水や有機系の溶媒を用いた洗浄処理を行うことにより、アンチモン化合物層９の除去を行う。
【００４１】
以上により、半導体層５上にゲート絶縁膜１１を介してゲート電極１３を設けた薄膜トランジスタ構成の半導体装置１５が得られる。またこの後には、ここでの図示は省略したが、支持基板１上の全面に層間絶縁膜を成膜し、層間絶縁膜の所定部分をエッチング除去してソース５ｄおよびドレイン５ｄに達するコンタクトホールを形成する。次いで、Ａｌ、Ａｌ合金等の電極材料を成膜した後、この電極材料をパターンエッチングすることにより、コンタクトホールを介してソース５ｄおよびドレイン５ｄに接続されたソース電極およびドレイン電極を形成する。
【００４２】
以上説明した製造方法によれば、第１実施形態で説明したドーピング方法を適用して半導体層５に形成した不純物領域５ａが、ソース５ｓおよびドレイン５ｄとなる。このため、半導体特性を損なわすに高精度にアンチモンのドーピング濃度がコントロールされたｎ型のソース５ｓおよびドレイン５ｄが得られる。また、ゲート電極１３の両側からはみ出させたゲート絶縁膜１１をオフセットとして、自己整合的にソース５ｓ／ドレイン５ｄを形成することが可能である。以上より、特性が良好に制御された半導体装置１５を得ることが可能になる。
【００４３】
≪第３実施形態≫
図３および図４は、第１実施形態のドーピング方法を適用した半導体装置の製造方法の他の例を説明する断面工程図であり、ＬＤＤ構造を備えた薄膜トランジスタ構成の半導体装置の製造を示す図である。以下これらの図に基づいて半導体装置の製造方法を説明する。尚、第１実施形態および第２実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
先ず図３（１）に示すように、支持基板１上にバッファ層３を介して半導体層５を成膜し、必要に応じて半導体層５を島状にパターニングすると共に結晶化処理を行う。
【００４５】
次に、支持基板１の上方に、島状の半導体層５を横切る同一のパターン形状でゲート絶縁膜１１およびゲート電極１３を形成する。このゲート絶縁膜１１は、酸化シリコン、窒化シリコン、さらにはシラノール系化合物またはその縮重合体などからなる。特にラノール系化合物またはその縮重合体からなるゲート絶縁膜１１であれば、塗布成膜や印刷成膜のような真空レスプロセスの適用が可能である。またゲート電極１３の材質が限定されることはないが、例えば塗布型の金属材料からなる膜またはめっき膜を用いることにより、真空レスプロセスとなり、また印刷法を適用してパターニングすることも可能である。尚、ゲート絶縁膜１１およびゲート電極１３を同一のパターン形状とするため、ゲート絶縁膜１１とゲート電極膜とを積層成膜した後に、これらを同一のマスクでパターンエッチングすることが好ましい。
【００４６】
以上の後には、先ず図３（２）〜図３（５）に示す工程を、第１実施形態において図１（２）以降を用いて説明したと同様の工程を行うことにより、以下のように低濃度領域（ＬＤＤ）を形成する。
【００４７】
すなわち図３（２）に示すように、ゲート絶縁膜１１およびゲート電極１３が形成された支持基板１１の上方において、少なくとも半導体層５上を覆う状態で、低濃度のアンチモン化合物を含有するアンチモン溶液Ｌを用いて溶液層Ｌ１を成膜する。このアンチモン溶液Ｌは、第１実施形態で説明したと同様に、アンチモンと共に、水素、窒素、酸素、炭素のみで構成されたアンチモン化合物を溶媒に溶解させた材料溶液である。また、アンチモン化合物の濃度は、半導体層５に対するアンチモンのドーピング濃度によって適宜調整されており、ここでは低濃度に設定されている。
【００４８】
次に、図３（３）に示すように、アンチモン溶液の溶液層Ｌ１を乾燥させて溶媒を除去し、半導体層５上にアンチモン化合物からなるアンチモン化合物層９を形成する。
【００４９】
次いで、図３（４）に示すように、熱処理を行うことによりアンチモン化合物層９中から半導体層５中にアンチモンを拡散させ、半導体層５中にアンチモンをドーピングしてなる不純物領域５ａを形成する。ここでは、ゲート絶縁膜１１およびゲート電極１３の両脇の半導体層５にアンチモンが低濃度で拡散され、低濃度領域ＬＤＤとなる不純物領域５ａが形成される。
【００５０】
この熱処理は、第１実施形態で説明したと同様に行われ、エネルギービームｈの照射によって行うことが好ましく、これにより基板温度を低温に保った低温プロセスとなる。またエネルギービームｈの照射は、ゲート絶縁膜１１の両脇におけるアンチモンを拡散させたい領域のみに選択的に行っても良いし、この領域を含むより大きな領域あるいは支持基板１上の全面に照射しても良い。またエネルギービームｈの照射は、アンチモン化合物層９側から行って良く、この場合にはゲート電極１３およびゲート絶縁膜１１をマスクにしてエネルギービームｈの照射を行う。一方、支持基板１からアンチモン化合物層９までがエネルギービームｈを透過する場合には、支持基板１側からエネルギービームｈを照射しても良い。この場合には、ゲート電極１３およびゲート絶縁膜１１と重なる半導体層５部分にもエネルギービームｈを照射して半導体層５の結晶化を同時に行うようにしても良い。
【００５１】
以上の後には、図３（５）に示すように、半導体層５上からアンチモン化合物層９を除去する。この際、水や有機系の溶媒を用いた洗浄処理を行うことにより、アンチモン化合物層９の除去を行う。
【００５２】
次に、図４（１）に示すように、ゲート絶縁膜１１およびゲート電極１３の側壁に絶縁性のサイドウォール２１を形成する。その後は、図４（２）〜図４（５）に示すように、アンチモン溶液Ｌを用いた不純物領域の形成を工程を繰り返し行なう。
【００５３】
すなわち先ず、図４（２）に示すように、ゲート絶縁膜１１、ゲート電極１３、およびサイドウォール２１が形成された支持基板１１の上方において、少なくとも半導体層５上を覆う状態で、アンチモン化合物を含有するアンチモン溶液Ｌを用いて溶液層Ｌ１を成膜する。このアンチモン溶液Ｌは、第１実施形態で説明したと同様に、アンチモンと共に、水素、窒素、酸素、炭素のみで構成されたアンチモン化合物を溶媒に溶解させた材料溶液である。また、アンチモン化合物の濃度は、半導体層５に対するアンチモンのドーピング濃度によって適宜調整され、低濃度領域ＬＤＤよりは高濃度に設定されている。
【００５４】
次に、図４（３）に示すように、アンチモン溶液の溶液層Ｌ１を乾燥させて溶媒を除去し、半導体層５上にアンチモン化合物からなるアンチモン化合物層９を形成する。
【００５５】
次いで、図４（４）に示すように、熱処理を行うことによりアンチモン化合物層９中から半導体層５中にアンチモンを拡散させ、半導体層５中にアンチモンをドーピングしてなる不純物領域５ａを形成する。ここでは、サイドウォール２１よりも外側の半導体層５に、低濃度領域ＬＤＤよりも高濃度にアンチモンが拡散し、ソース５ｓおよびドレイン５ｄとなる不純物領域５ａが形成される。またサイドウォール２１の下方には低濃度領域ＬＤＤが残される。
【００５６】
この熱処理は、第１実施形態で説明したと同様に行われ、エネルギービームｈの照射によって行うことが好ましく、これにより基板温度を低温に保った低温プロセスとなる。またエネルギービームｈの照射は、サイドウォール２１の両脇におけるアンチモンを拡散させたい領域のみに選択的に行っても良いし、この領域を含むより大きな領域あるいは支持基板１上の全面に照射しても良い。またエネルギービームｈの照射は、アンチモン化合物層９側から行って良く、この場合にはゲート電極１３およびゲート絶縁膜１１をマスクにしてエネルギービームｈの照射を行う。一方、支持基板１からアンチモン化合物層９までがエネルギービームｈを透過する場合には、支持基板１側からエネルギービームｈを照射しても良い。この場合には、ゲート電極１３およびゲート絶縁膜１１、さらにサイドウォール２１と重なる半導体層５部分にもエネルギービームｈを照射して半導体層５の結晶化を同時に行うようにしても良い。
【００５７】
以上により、半導体層５上にゲート絶縁膜１１を介してゲート電極１３が設けられ、かつ低濃度領域ＬＤＤを有する薄膜トランジスタ構成の半導体装置２５が得られる。またこの後には、ここでの図示は省略したが、支持基板１上の全面に層間絶縁膜を成膜し、層間絶縁膜の所定部分をエッチング除去してソース５ｄおよびドレイン５ｄに達するコンタクトホールを形成する。次いで、Ａｌ、Ａｌ合金等の電極材料を成膜した後、この電極材料をパターンエッチングすることにより、コンタクトホールを介してソース５ｄおよびドレイン５ｄに接続されたソース電極およびドレイン電極を形成する。
【００５８】
以上説明した製造方法であっても、第１実施形態で説明したドーピング方法を適用して半導体層５に形成した不純物領域５ａが、ソース５ｓおよびドレイン５ｄとなる。このため、半導体特性を損なわすに高精度にアンチモンのドーピング濃度がコントロールされたｎ型の低濃度領域ＬＤＤ、およびこれよりも高濃度のｎ型のソース５ｓおよびドレイン５ｄが得られる。また、これらの低濃度領域ＬＤＤ、およびソース５ｓ／レイン５ｄは、ゲート電極１３およびサイドウォール２１をマスクにして自己整合的に形成される。以上より、特性が良好に制御された半導体装置１５を得ることが可能になる。
【００５９】
このようにして得られた半導体装置は、例えば表示装置における画素駆動用の素子として好適に用いることができる。
【００６０】
以上説明した半導体装置の製造方法は、薄膜トランジスタ構成の半導体装置の製造への適用に限定されることはなく、不純物をドーピングする工程を備えたあらゆる半導体装置の製造に適用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。このような半導体装置としては、例えば太陽電池、受光素子などが例示される。また、画素電極を駆動するための素子として例えば薄膜トランジスタを用いた表示装置の製造にも適用可能である。
【実施例】
【００６１】
＜実施例１＞
以下のようにして、半導体層にアンチモンをドーピングさせた各不純物領域を形成した（図１参照）。
【００６２】
先ず、ガラス基板１上にバッファ層３を形成した後、このバッファ層３上に非晶質シリコンからなる半導体層５を５０ｎｍの膜厚で成膜した。次に、レーザービームを半導体層５に照射することにより、半導体層５を構成する非晶質シリコンの結晶化を行った。
【００６３】
その後、トリフェニルアンチモンを各濃度でシクロヘキサンに溶解させたアンチモン溶液Ｌを作製し、半導体層５で覆われた基板７上にそれぞれ塗布して溶液層Ｌ１を形成した。その後、基板７をホットプレートに載せて加熱する等することにより溶液層Ｌ１を乾燥させ、各アンチモン化合物層９を形成した。
【００６４】
アンチモン化合物層９にエキシマレーザービームｈ（310ｍJ）を照射し、半導体層５中にアンチモンを拡散させて不純物領域５ａを形成した。
【００６５】
≪評価１≫
図５には、形成された各不純物領域５ａに付いて測定したキャリア濃度を、各不純物領域５ａの形成に用いたアンチモン溶液Ｌにおけるアンチモン濃度に対応させたグラフを示す。この図に示すように、不純物領域５ａにおけるキャリア濃度（不純物濃度）は、アンチモン溶液Ｌにおけるアンチモン濃度に対して良好な相関を有しており、本発明によりアンチモンのドーピング濃度が高精度にコントロール可能で有ることが確認された。
【００６６】
＜比較例１＞
実施例１と同様の手順において、トリフェニルアンチモンを溶解させたアンチモン溶液に換えて、トリフェニルホスフィンを０．０１ｍｏｌ／Ｌの濃度でシクロヘキサンに溶解させた溶液を用いた。これ以外は、実施例１と同様の手順で、半導体層にリンをドーピングした不純物領域を形成した。
【００６７】
≪評価２≫
実施例１のうち、トリフェニルアンチモンを０．０１ｍｏｌ／Ｌの濃度で用いて形成した不純物領域と、これと同一濃度のトリフェニルホスフィンを用いた比較例１で形成した不純物領域とに関し、面抵抗を測定した結果を下記表１に示す。
【００６８】
【表１】
0005493573.tif 000003
【００６９】
表１から明らかなように、実施例1で作製した不純物領域は、比較例1で作製した不純物領域よりも、面抵抗が１桁程度低くなっていることが確認でき、本発明によれば、高濃度での不純物（アンチモン）のドーピングが可能であることが確認された。
【００７０】
一般的に、シリコン中の固相拡散係数はリンのほうが高い。しかしながら、半導体層上に形成した不純物層からレーザビームの照射によって不純物を拡散させる場合、半導体層上の不純物の全てが半導体層に溶け込むわけではなく、レーザービームのエネルギーで昇華する反応も同時に起こる。不純物がリンで有る場合には、リンが軽元素のためレーザービームで昇華する反応が支配的となり、効率良く半導体層に溶け込むことができない。これに対して、アンチモンは重元素であるため、レーザービームの照射によっても昇華し難く、効率よく半導体層に溶け込むことが可能なためと考えられる。
【００７１】
また、本発明で用いられるアンチモン化合物を構成する炭素、水素、酸素、窒素も、リンより更に軽元素である。このため、アンチモンと比較して半導体層中に取り込まれる量がはるかに少なく、これらの元素の影響自体が抑えられて半導体層５の特性が維持されるのである。
【００７２】
＜実施例２、比較例２＞
以下のようにして同一スペックの薄膜トランジスタ構成の半導体装置を作製した（図３参照）。先ず、ガラス基板１上にバッファ層３を形成した後、このバッファ層３上に非晶質シリコンからなる半導体層５を５０ｎｍの膜厚で成膜した。次に、レーザービームを半導体層５に照射することにより、半導体層５を構成する非晶質シリコンの結晶化を行った。
【００７３】
次に、半導体層５上にゲート絶縁膜１１を成膜し、続けてゲート電極膜を成膜し、これらを同一にパターニングしてゲート電極１３を得た。
【００７４】
その後、実施例２においては、実施例１と同様の手順を行なうことにより、ゲート電極１３の両脇に自己整合的にアンチモンをドーピングしたソース５ｓおよびドレイン５ｄとなる不純物領域５ａを形成した。尚、アンチモン溶液は、トリフェニルアンチモンを０．００５ｍｏｌ／Ｌの濃度に調整して用いた。一方、比較例２では、ソース／ドレインの形成にイオンインプラを適用した。この際、ソース／ドレインは、実施例２のソース／ドレインと同程度になるようにドーズ量を調整した。
【００７５】
≪評価３≫
図６には、実施例２と比較例２とで作製した薄膜トランジスタについて測定したゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を示す。この図に示すように、本発明を適用して得られた実施例２の薄膜トランジスタは、イオンインプラを適用した比較例２と同程度に良好なトランジスタ特性を示すことが確認された。
【００７６】
＜実施例３，比較例３，４＞
同一スペックの薄膜トランジスタ構成の半導体装置を作製した。実施例３では、ソース／ドレインの形成に、トリフェニルアンチモン溶液を塗布して拡散させる本発明手法を適用した。一方、比較例３では、ソース／ドレインの形成にイオンインプラを適用した。この際、ソース／ドレインは、実施例３のソース／ドレインと同程度になるようにドーズ量を調整した。また比較例４では、ソース／ドレインの形成にリンを含有するＳＯＧ膜を塗布してリンを拡散させる手法を適用した。
【００７７】
≪評価４≫
図７（１）には、実施例３で作製した薄膜トランジスタについて測定したゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を示す。また図７（２）には比較例３，４で作製した薄膜トランジスタについて測定したゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を示す。
【００７８】
これらの図からも明確なように、本発明を適用して得られた実施例３の薄膜トランジスタは、ソース／ドレインの不純物の濃度コントロールが良好であり、イオンインプラを適用した比較例３と同程度に良好なトランジスタ特性を示すことが確認された。
【００７９】
これに対して、比較例４のリンを含有するＳＯＧ膜からのリン拡散を適用して作製された薄膜トランジスタは、実施例３および比較例３のイオンインプラを適用して作製された薄膜トランジスタと比較して、オン電流が低いにもかかわらず、オフ電流が高かった。これは、リンを含有するＳＯＧ膜から半導体層へのリンの拡散にともない、ＳＯＧを構成するシリコン等の元素も半導体層中に拡散し、これによって半導体層に欠陥が生じたことに起因する。これにより、半導体層に対して不純物（アンチモン）を拡散させる際に半導体層上に形成するアンチモン化合物は、アンチモンと共に水素、窒素、酸素、炭素のみで構成されることが重要で有ることが確認された。
【符号の説明】
【００８０】
５…半導体層、７…基板、９…アンチモン化合物層、１１…ゲート絶縁膜、１３…ゲート電極、１５，２５…半導体装置、２１…サイドウォール、Ｌ…アンチモン溶液（アンチモン化合物を含有する材料溶液）、ｈ…エネルギービーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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