(57)【要約】【課題】ばらつきの少ないしきい値電圧を有する半導体素子を形成するため、活性層中への低濃度かつ、安定した濃度で不純物を導入することのできる半導体製造装置を提供する。【解決手段】絶縁基板に設けられた半導体膜表面を洗浄する洗浄ユニットと、半導体膜表面に不純物を付着させる不純物導入ユニットと、不純物が付着した半導体膜を結晶化させるレーザ結晶化ユニットと、洗浄ユニット、不純物導入ユニット、及びレーザ結晶化ユニットと、をそれぞれ接続する搬送ロボットと、を有する半導体製造装置において、不純物導入ユニットでの暴露時間によって、半導体膜へ付着される不純物の量を制御し、レーザ結晶化によって半導体膜を結晶化すると同時に、低濃度の不純物を含む結晶性半導体膜を形成する。【選択図】図１
2014197687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物除去用前洗浄ユニットと、不純物導入ユニットと、レーザ結晶化ユニットと、第１の搬送ロボットと、第２の搬送ロボットと、を有し、
前記第１の搬送ロボットは、前記不純物除去用前洗浄ユニットから前記不純物導入ユニットへ基板を搬送する機能を有し、
前記第２の搬送ロボットは、前記不純物導入ユニットから前記レーザ結晶化ユニットへ前記基板を搬送する機能を有し、
前記不純物導入ユニットは、搬入チャンバーと、搬出チャンバーと、不純物雰囲気チャンバーと、を有し、
前記搬入チャンバーは、ワイヤーと、前記ワイヤーの両端部を固定することができるワイヤー固定部と、前記ワイヤー固定部を支持することができる第１の支持機構と、前記ワイヤー固定部を把持することができる把持棒と、を有し、
前記ワイヤーは、前記不純物除去用前洗浄ユニットで洗浄された前記基板を載置することができ、
前記把持棒は、前記ワイヤー固定部を把持し、前記第１の支持機構が前記ワイヤー固定部を切り離した後、下降して前記不純物雰囲気チャンバーへ前記基板を搬送することができ、
前記不純物雰囲気チャンバーは、駆動部と、前記駆動部によって、上下方向に回転する第２の支持機構と、を有し、
前記第２の支持機構は、前記基板を載置したワイヤーと、前記ワイヤーの両端部を固定した前記ワイヤー固定部と、を支持し、前記駆動部の回転によって、前記不純物雰囲気チャンバー内を下降して前記搬出チャンバーへ前記基板を搬送することができることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記不純物導入ユニットは、不純物生成部を有し、
前記不純物生成部は、ガスボンベと、レギュレータと、マスフローコントローラと、を有し、
前記ガスボンベは、不純物ガスを含むことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと表記する）等の半導体装置の作製方法に
関し、特にドーピング処理を行う半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体膜を用いた基板上への高機能回路形成技術において、高機能回路の基本構成
素子となるＴＦＴ等の半導体素子のしきい値電圧を制御するために、ドーピングが行われ
る。ドーピングとは、半導体膜に砒素（Ａｓ）や硼素（Ｂ）、リン（Ｐ）などの不純物（
ドーパント）を導入する工程である。例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等の有害なガスをイ
オンドーピング装置にてプラズマ化してボロンイオンを形成し、ボロンイオンを電界で加
速し、基板上の半導体膜にドーピングする。その後導入された不純物を活性化することに
よって、該半導体膜によって形成される半導体素子のしきい値電圧を制御している。
【０００３】
また、ドーピング技術としては、上記に示したイオンドーピングの他に、レーザドーピ
ングと呼ばれる手法がある（例えば、特許文献１）。レーザドーピングでは、レーザチャ
ンバー内で、基板上の半導体膜表面にドーパントガスを流し、紫外光領域の波長のレーザ
ビームを半導体膜表面に照射する。これによって、光化学反応により半導体膜表面のドー
パントガスを分解し、照射部分を局部的に溶融・凝固させて不純物のドーピングを行うこ
とができる。
【０００４】
レーザドーピングに用いるレーザドーピング装置は、イオンドーピング装置とは異なり、
ドーピング時の半導体膜の欠陥の生成が抑制され、また、導入した不純物の活性化のため
のアニール処理が不要となる。なお、レーザ発振器として、例えば、短波長のエキシマレ
ーザが使用される。
【０００５】
また、上記のしきい値電圧の制御を目的としたドーピングとは別に、半導体素子における
ソース領域及びドレイン領域に不純物を導入し、半導体素子の抵抗を下げる技術がある。
例えば、ドーパント原子を有する物質を、半導体膜のソース領域及びドレイン領域に曝す
ことによって、半導体膜上にドーパント原子を付着させ、レーザビームをソース領域及び
ドレイン領域とすべき領域に照射し、ドーパント原子を導入する（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１５１３４４号公報
【特許文献２】特開２００６−２６９７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しきい値電圧のばらつき制御には、非常に厳格な不純物の注入量制御が求められている
。しかし、イオンドーピング装置を用いたドーピングでは、ドーパントのイオン種割合の
変動等によって、不純物の導入量を制御するのが困難であるため、作製された半導体素子
はしきい値電圧のばらつきが大きい。また、イオンドーピング装置は非常に高価な装置で
ある。さらには、イオンドーピング装置は枚葉装置であるため作業効率も非常に悪い。
【０００８】
また、ドーピングによって活性層にダメージが入るため、半導体の結晶性を落とす原因と
なっている。半導体膜中にドーピングを行った後、半導体膜をレーザにより再結晶化する
ことによってドーピング時のダメージを回復させる手段もあるが、レーザ熱処理による半
導体膜中の不純物の活性化率が高いために、ドーピング時に不純物濃度を低くする必要が
あるため、しきい値電圧の制御がより難しくなる。
【０００９】
一方、レーザドーピング装置による半導体製造装置では、レーザ照射の条件が変わると
、半導体膜への不純物の導入量が変動し、また、半導体膜中での活性化率が変動するため
、ばらつきの少ないしきい値電圧を得るためにはレーザ照射の条件を一定に保つ必要があ
る。
【００１０】
しかし、レーザ照射の条件を一定に保つことは難しく、特に紫外領域波長で一般に使用
されているエキシマレーザ装置は非常に不安定な装置である。
【００１１】
また、レーザドーピング装置では、不純物ガスを光化学反応により分解するため、レー
ザチャンバーへレーザビームを導入するための石英窓のレーザチャンバー内側のコーティ
ングにダメージが入ることがある。このダメージにより、レーザビームの光学的な透過率
が著しく低下し、レーザ条件を一定に保つことが困難となる。
【００１２】
また、近年、ガラス基板上での高機能回路を形成するためにＴＦＴのデザインルールが縮
小されており、チャネル長が短くなることによる短チャネル効果を抑制するために、活性
層表面の平坦化とゲート絶縁膜の薄膜化、活性層中の不純物濃度の低減、活性層の極薄化
（例えば、活性層の膜厚が５０ｎｍ未満）が望まれている。しかし、従来のイオンドーピ
ング装置では活性層深さ方向の不純物濃度を均一に保つことが難しく、また、従来のレー
ザドーピング装置では活性層へのレーザ照射条件を安定に保つことが難しかった。
【００１３】
さらに、ソース領域あるいはドレイン領域にドーパント原子を付着させ、レーザ照射によ
って導入する場合には、高濃度のドーパント原子をある一定以上の濃度で半導体膜中に導
入できればよく、ドーパント原子の付着量を高精度で制御する必要がない。そのため、従
来のドーピング方法を用いて作製された半導体素子は、ドーパント原子の付着量が低濃度
にて制御されておらず、しきい値電圧のばらつきを抑えることができなかった。
【００１４】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、ばらつきの少ないしきい値電圧を
有する半導体素子を提供するため、活性層中へ低濃度かつ精度良く不純物を導入すること
を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体作製装置は、不純物濃度雰囲気内への暴露時間としきい値電圧との間の線
形な相関関係を利用して、半導体膜に付着する不純物量を制御し、レーザ結晶化によって
半導体膜を結晶化すると同時に、チャネルドープに相当する低濃度の不純物を含む結晶性
半導体膜を形成することによって、高性能な半導体素子を作製できる結晶性半導体膜を提
供する。
【００１６】
本発明の半導体製造装置は、絶縁基板上に設けられた半導体膜に、不純物を導入する半導
体製造装置であり、半導体膜表面を洗浄する洗浄ユニットと、半導体膜表面に、不純物を
付着させる不純物導入ユニットと、不純物が表面に付着した半導体膜にレーザビームを照
射して、半導体膜を結晶化させるレーザ結晶化ユニットと、を有し、それぞれのユニット
は、搬送ロボットによって、接続されている。また、上記不純物導入ユニットには、不純
物雰囲気チャンバーと、該不純物雰囲気チャンバーに不純物ガスを供給する不純物生成部
とが設けられている。
【００１７】
また、本発明の半導体製造装置において、半導体膜を有する絶縁基板を、不純物導入ユニ
ットの不純物雰囲気内に暴露し、不純物導入ユニットでの暴露時間によって、半導体膜へ
付着する不純物の量が制御されている。
【００１８】
また、本発明の半導体製造装置は、半導体膜表面を洗浄する洗浄ユニットと、半導体膜に
酸化膜を形成する成膜ユニットと、酸化膜表面に不純物を付着させる不純物導入ユニット
と、不純物が付着した酸化膜及び半導体膜にレーザビームを照射して、半導体膜を結晶化
させるレーザ結晶化ユニットと、を有し、それぞれのユニットは、搬送ロボットによって
、接続されている。また、上記不純物導入ユニットには、不純物雰囲気チャンバーと、該
不純物雰囲気チャンバーに不純物ガスを供給する不純物生成部とが設けられている。
【００１９】
また、本発明の半導体製造装置は、半導体膜表面を洗浄する洗浄ユニットと、半導体膜表
面に不純物を付着させる不純物導入ユニットと、不純物が付着した半導体膜にレーザビー
ムを照射して、半導体膜を結晶化させるレーザ結晶化ユニットと、を有し、それぞれのユ
ニットは、搬送ロボットによって、接続されている。また、上記不純物導入ユニットには
、不純物雰囲気チャンバーと、該不純物雰囲気チャンバーに不純物ガスを供給する不純物
生成部とが設けられている。不純物雰囲気チャンバーは、絶縁基板を支持するワイヤーと
、ワイヤーを固定するワイヤー固定部と、ワイヤー固定部を不純物雰囲気内で把持する支
持機構と、支持機構を不純物雰囲気内で上下させる駆動部と、を有する。不純物導入ユニ
ットに搬入された絶縁基板は、搬入された順に、レーザ結晶化ユニットへ搬出されている
。
【００２０】
本発明の半導体装置の作製方法は、絶縁基板上に半導体膜を成膜し、半導体膜を洗浄した
後、絶縁基板を不純物雰囲気中に搬送して、半導体膜表面に不純物を付着させ、不純物が
付着した絶縁基板を搬送して、ステージ上に載置し、レーザ発振器から射出されたレーザ
ビームをステージ上の絶縁基板に照射し、不純物が付着した半導体膜を結晶化し、不純物
を含む結晶性半導体膜を形成する。
【００２１】
また、本発明の半導体装置の作製方法は、絶縁基板上に半導体膜を成膜し、半導体膜を洗
浄した後、半導体膜上に酸化膜を形成し、絶縁基板を不純物雰囲気中に搬送して、酸化膜
を介して半導体膜上に不純物を付着させ、不純物が付着した絶縁基板を搬送して、ステー
ジ上に載置し、レーザ発振器から射出されたレーザビームをステージ上の絶縁基板に照射
し、不純物が付着した半導体膜を結晶化し、不純物を含む結晶性半導体膜を形成する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の半導体製造装置は、半導体素子における活性層中に低濃度かつ精度良く不純物
の導入を実現できる。これによって、しきい値電圧の制御性が向上し、より高性能な半導
体装置を作製することができる。また、不純物を基板面内及び基板間において、半導体素
子における活性層中に不純物を低濃度かつ精度良く濃度で導入できることによって、高性
能な半導体装置を歩留まり良く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の半導体製造装置の構成を示した図。
【図２】本発明の半導体製造装置を用いた結晶性半導体膜作製過程の概要を示す図。
【図３】本発明の半導体製造装置を用いたレーザ照射の様子を示した図。
【図４】本発明の半導体製造装置を用いた結晶性半導体膜作製過程の概要を示す図。
【図５】本発明の半導体製造装置の構成を示したブロック図。
【図６】本発明の半導体製造装置の構成を示したブロック図。
【図７】本発明の半導体製造装置の構成を示した図。
【図８】本発明の半導体製造装置の構成を示した図。
【図９】本発明の半導体製造装置に用いられる部品の構成を示した図。
【図１０】本発明の半導体製造装置の構成を示した図。
【図１１】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１２】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１３】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１４】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１５】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１６】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１７】本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１８】本発明の半導体装置を用いた電子機器の概要を示す図。
【図１９】本発明の半導体装置を用いた物品の概要を示す図。
【図２０】本発明の半導体製造装置を用いて作製した多結晶珪素膜中に導入されたボロン濃度のＳＩＭＳ測定結果。
【図２１】本発明の半導体製造装置を用いて作製した多結晶珪素膜中に導入されたボロン濃度のＳＩＭＳ測定結果。
【図２２】本発明の半導体製造装置を用いて作製した多結晶珪素膜中に導入されたボロン濃度のＳＩＭＳ測定結果。
【図２３】しきい値電圧とボロン雰囲気内での暴露時間との回帰分析結果。
【図２４】本発明の半導体製造装置を用いて作製した多結晶珪素膜中に導入されたボロン濃度のＳＩＭＳ測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる
態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその
形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実
施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するた
めの全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰
り返しの説明は省略する。
【００２５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の半導体製造装置を用いて、絶縁基板上に低濃度の不純物を
含む結晶性半導体膜を作製する工程について説明する。
【００２６】
まず、図１を用いて、本発明の半導体製造装置の一例について説明する。本実施の形態
の半導体製造装置は、不純物除去用前洗浄ユニット１００１と、不純物導入ユニットと、
レーザ結晶化ユニット１０１８とを有し、それぞれのユニットは、搬送ロボット１００２
によって接続されている。
【００２７】
本発明の半導体製造装置に搬送された基板は、まず、不純物除去用前洗浄ユニット１０
０１において洗浄される。このとき、ドーピングに不要な不純物、例えば、半導体膜成膜
時に自然酸化によって形成された酸化膜等が除去される。なお、図１では、洗浄機として
枚葉スピン洗浄機１０３０を用いているが、本発明の実施の形態はこれに限られない。例
えば、平流しタイプの洗浄機でも良いし、バッチ式の洗浄機でも良い。
【００２８】
本実施の形態において不純物導入ユニットは、不純物生成部１００３、搬入チャンバー
１００４、搬出チャンバー１００５、不純物雰囲気チャンバー１００６、排気部１００７
から構成されている。ただし、排気部１００７は必ずしも設ける必要はない。または、排
気部１００７を給排気部としても良い。不純物除去用前洗浄ユニット１００１にて、洗浄
された基板は、搬送ロボット１００２によって搬入チャンバー１００４に搬入された後、
不純物雰囲気チャンバー１００６内に搬送される。その後、所望の濃度の不純物が表面に
付着するのに必要な時間だけ不純物雰囲気に暴露され、搬出チャンバー１００５を介して
、搬送ロボット１００２によって、レーザ結晶化ユニット１０１８に搬送される。
【００２９】
なお、不純物雰囲気チャンバー１００６で、不純物雰囲気中に基板を暴露している間に
、他の基板も不純物雰囲気チャンバー１００６内に搬送し、各基板での暴露開始時間の間
隔をレーザ結晶化ユニットにおける作業時間と概略等しくすることによって、不純物導入
ユニットの生産効率が律速しないように各基板の搬送タイミングを調整するとよい。例え
ば、不純物除去用前洗浄ユニットでの作業時間をｔ０とし、１枚目の暴露開始時間をｔ１
とし、２枚目以降をｔｎ（ｎ≧２）とすると、各基板での暴露開始時間の間隔Δｔは、式
（１）
Δｔ＝ｔｎ＋１−ｔｎ（ｎ≧２）・・（１）
で表される。
【００３０】
また、レーザ結晶化工程における作業時間をＴとすれば、Δｔ＝Ｔとなるように、搬送
タイミングを制御すれば良い。ただし、Δｔの最小値は不純物除去用前洗浄ユニット１０
０１での作業時間ｔ０に等しいため、Ｔ≦ｔ０の場合には、本発明の半導体作製装置の作
業時間は不純物除去用前洗浄ユニット１００１で律速される。この場合には、不純物除去
用前洗浄ユニット１００１を増設すれば生産性を高めることができる。
【００３１】
また、不純物雰囲気中での暴露時間が、レーザ結晶化ユニットにおける作業時間より十
分に短い場合にはレーザ結晶化装置を増設すると生産性を高めることができる。または、
暴露時間が長くなるように雰囲気の不純物濃度を下げて生産性を高めても構わない。なお
、暴露時間が長くなると、生産性を維持するためには、同時に暴露される基板枚数を増や
す必要があるため、不純物導入ユニット内には複数枚の基板をストックする空間が必要と
なる。このストック空間を最小限に抑えることによって、装置コストを下げることができ
る。
【００３２】
次に、レーザ結晶化ユニット１０１８について説明する。本実施の形態において、レー
ザ結晶化ユニット１０１８は、レーザ発振器１０１３、落射ミラー１０１４、スリット１
０１５、長軸シリンドリカルレンズ１０１６、短軸シリンドリカルレンズ１０１７、及び
、ステージ１０１０、１０１２を有している。また、不純物導入ユニットから搬送された
基板は、ステージ１０１０上に載置される。ただし本発明はこの構成に限定されるもので
はなく、例えば、スリット１０１５、落射ミラー１０１４は必ずしも設ける必要はない。
また、長軸シリンドリカルレンズ１０１６及び短軸シリンドリカルレンズ１０１７に代え
て、球面レンズ、非球面レンズ、非球面シリンドリカルレンズ、露光レンズ、回折光学素
子、ライトパイプ、ホモジナイザー、フライアイレンズ、シリンドリカルレンズアレイ等
の光学素子を用いても良く、これらを組み合わせて使用しても良い。また、レーザ発振器
１０１３から射出したレーザビームのサイズを拡大するために、ビームエキスパンダーを
使用することができる。また、レーザビームの強度を変更するために、アッテネータを使
用することができる。
【００３３】
レーザ発振器１０１３から射出されたレーザビームは、落射ミラー１０１４によってス
テージ１０１０上の基板と垂直方向に折り曲げられ、スリット１０１５を通過してレーザ
ビームのエネルギー密度の弱い部分を遮断される。続いて、長軸シリンドリカルレンズ１
０１６を通過し、スリット１０１５における像を被照射面に転送する。さらに、短軸シリ
ンドリカルレンズ１０１７を通過し、短軸方向のレーザビームを集光して線状レーザビー
ムを形成し、ステージ１０１０上に載置された基板を走査して、レーザ結晶化を行う。
【００３４】
なお、レーザビームの長軸幅が短い場合には、レーザビームを紙面垂直方向に走査して
も良い。または、ステージ１０１０を紙面垂直方向に走査しても良い。また、ステージ１
０１０にθ軸機構とアライメントカメラを設けて、レーザ走査方向とステージ１０１０上
の基板とでアライメントを取っても良い。また、ステージ１０１０にＺ軸機構を設けて、
レーザビームの被照射面における焦点深度から照射面が外れないような機構を設置しても
良い。また、レーザ発振器を複数台用意して、同時に複数のレーザビームによってレーザ
結晶化を行っても良いし、複数の波長を有するレーザビームを合成して１つのレーザビー
ムを形成し、レーザ結晶化を行っても良い。また、これらのレーザビームを組み合わせて
レーザ結晶化を行っても良い。
【００３５】
なお、線状レーザビームとは、被照射面における形状が線状であるレーザビームのこと
である。ここでいう「線状」とは、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アス
ペクト比が大きい矩形（例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００以上））を
意味する。なお、線状とするのは、被照射体に対して十分なレーザ処理を行うためのエネ
ルギー密度を確保するためであり、矩形状や楕円状であっても被照射体に対して十分なレ
ーザ処理を行うことができればよい。
【００３６】
なお、図１において、不純物導入ユニット以外の空間では、ケミカルフィルター及び不
純物レスフィルターを組み合わせて、基板への不純物付着を防ぐ構成とする。特に、レー
ザ結晶化ユニット１０１８内に不純物が飛散していた場合、レーザビームは基板全面を一
度にレーザ結晶化できるに足るエネルギーを有していないため、基板面内で不純物に暴露
される時間に差が生じる。すると、基板面内で不純物が導入される量に差が生じ、結果と
して、しきい値電圧の面内ばらつきが増加し、歩留まりを低下させる要因となる。従って
、不純物導入ユニットにおいて、低濃度の不純物雰囲気に一定時間暴露させ、所望の不純
物を付着させた後は、不純物の付着量を変化させない構成が必須となる。
【００３７】
次に、図１に示した半導体製造装置を用いて低濃度の不純物を含む結晶性半導体膜を作
製する工程について説明する。
【００３８】
まず、絶縁基板上に、半導体膜を形成する工程を説明する。図２に図示する通り、絶縁
表面を有する基板１００の片面に、下地絶縁膜を成膜する。下地絶縁膜の成膜方法は、プ
ラズマＣＶＤ法や低圧ＣＶＤ法に代表されるＣＶＤ法、スパッタ法などの方法を用いれば
よい。また、基板１００としては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケ
イ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また
、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較し
て耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐えうるのであれば用いる
ことが可能である。すなわち、耐熱性を有するプラスチック基板も基板１００として用い
ることが可能である。
【００３９】
下地絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜のい
ずれか一を用いる単層構造としてもよいし、これらを適宜積層する構造としても良い。な
お、本明細書中において、酸化窒化珪素とは酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい物
質のことを指し、窒素を含む酸化珪素ということもできる。また、本明細書中において、
窒化酸化珪素とは窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい物質のことを指し、酸素を含
む窒化珪素ということもできる。本実施の形態では下地絶縁膜として、膜厚３０ｎｍ乃至
１５０ｎｍの窒化珪素膜１０１、及び、膜厚２０ｎｍ乃至１５０ｎｍの酸化珪素膜１０２
を順に積層する構成とする。
【００４０】
次に、下地絶縁膜上に、半導体膜１０３として、２ｎｍ乃至１００ｎｍの膜厚、好まし
くは２０ｎｍ乃至７０ｎｍの膜厚で非晶質半導体膜を成膜する。半導体膜１０３の成膜方
法は、下地絶縁膜と同様に、ＣＶＤ法またはスパッタ法などの方法を用いればよい。
【００４１】
なお、不純物の拡散を防ぐためのブロッキング膜として機能する下地絶縁膜は、必要に
応じて設ければ良い。基板１００が不純物、特に移動し易い可動イオンを含むガラス基板
である場合は、ガラスからの不純物が半導体膜１０３に拡散することを防止するものであ
るが、基板１００として石英基板を用いた場合は、ブロッキング膜として機能する下地絶
縁膜を設ける必要はない。
【００４２】
なお、ガラスからの不純物拡散を防ぐブロッキング能力は酸化珪素膜よりも窒化珪素膜
の方が高い。一方、半導体膜１０３に接する下地絶縁膜との界面に発生する界面準位は窒
化珪素膜よりも酸化珪素膜の方が少ない。従って、下地絶縁膜の構成は基板側に接する下
地絶縁膜は窒化珪素膜が好ましく、半導体膜側に接する下地絶縁膜は酸化珪素膜が好まし
い。なぜならば、窒化珪素膜が半導体膜に接すると界面準位が形成され、ＴＦＴを作製し
た場合に、下地絶縁膜と半導体膜間の界面準位に電荷がトラップされ、トラップされた電
荷による電界の影響のため、しきい値電圧が大きく変動するためである。
【００４３】
また、下地絶縁膜と基板１００との間に剥離層を設け、半導体素子作製工程終了後に基
板１００から半導体素子を剥離する構成としても良い。なお、剥離層としては、例えば、
基板１００上に下地絶縁膜として、５０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さの酸化窒化珪素膜をプ
ラズマＣＶＤ法を用いて成膜する。さらに、下地絶縁膜上に金属膜として１０ｎｍ乃至１
００ｎｍの厚さのタングステン膜をスパッタ法を用いて成膜する。さらに、金属膜上に絶
縁膜として５０ｎｍ乃至４００ｎｍの厚さの酸化珪素膜をスパッタ法を用いて成膜する。
このように成膜された複数層の膜を剥離層として用いる。なお、剥離する界面は金属膜と
絶縁膜である。
【００４４】
なお、半導体膜１０３は、本実施の形態では非晶質珪素を用いるが、多結晶珪素を用い
てもよく、例えば、非晶質珪素膜成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマ
ニウム、鉄、アルミニウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金等の元素を微量添加し、
その後６５０℃で６分の熱処理を施すことによって、多結晶珪素膜を形成することができ
る。または、非結晶珪素に代えて、シリコンゲルマニウムなども用いてもよく、さらに単
結晶がダイヤモンド構造であるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いることができる。ま
た、これらの膜を適宜積層させても良い。
【００４５】
また、半導体膜１０３として非晶質珪素膜を形成した後、非晶質珪素膜から水素を放出
するために電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよい。なお、水素を放出するのは、半
導体膜１０３にレーザビームを照射したときに半導体膜１０３中の水素ガスが突沸し、半
導体膜１０３がアブレーションすることを防ぐためであり、半導体膜１０３に含まれる水
素が少なければ省略できる。
【００４６】
なお、半導体膜１０３表面には、半導体膜１０３成膜時、または水素出し時の熱処理に
よって、あるいは、半導体膜１０３形成後の基板搬送時におけるクリーンルーム（以下Ｃ
Ｒ）雰囲気への暴露によって自然酸化による酸化珪素膜が形成される。また、当該酸化珪
素膜の上に、ＣＲ雰囲気暴露時に有機物や不純物などが付着することによって酸化膜層１
０４が形成される（図２（Ａ））。酸化膜層１０４は、膜厚や膜の均一性が不明であるた
め、後の工程において除去される。
【００４７】
次に、しきい値電圧を制御するため、本発明の半導体製造装置を用いて、半導体膜１０
３に、不純物を所望の濃度導入する工程について説明する。
【００４８】
まず、上記の工程によって、半導体膜１０３が設けられた基板１００を、図１に示した
半導体製造装置の不純物除去用前洗浄ユニット１００１に搬送する。当該ユニットにおい
て、枚葉スピン洗浄機によって、上記の酸化膜層１０４等のドーピングに不要な不純物を
除去し、半導体膜１０３を露出させた後、スピン乾燥させる（図２（Ｂ））。
【００４９】
ドーピングに不要な不純物が除去された基板１００は、不純物雰囲気チャンバー１００
６内に搬送され、所望の濃度の不純物が付着するのに必要な時間だけ、低濃度の不純物雰
囲気に暴露される。これによって、図２（Ｃ）に示すように、半導体膜１０３上に所望の
濃度の不純物１０５を付着させることができる。
【００５０】
次に、レーザ結晶化ユニットにおいて、図２（Ｄ）に示すように、半導体膜１０３にレ
ーザビーム１０６を照射することによって、半導体膜１０３を溶融させると同時に、不純
物１０５を溶融した半導体膜１０３中に拡散させる。レーザビーム１０６の照射後、溶融
した半導体膜１０３から熱が拡散し、冷却することで半導体膜１０３が結晶化し、低濃度
の不純物が概略均一濃度で含まれる結晶性半導体膜１０７が形成される（図２（Ｅ））。
なお、本実施の形態において、低濃度の不純物とは、ＴＦＴのチャネル形成領域に相当す
る結晶性半導体膜中に取り込まれている不純物濃度が、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
乃至１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲の濃度であることをいう。
【００５１】
図３に本実施の形態におけるレーザ結晶化の工程の上面図を図示する。本実施の形態に
おいて、レーザ発振器として疑似連続発振レーザ（ＹＶＯ４、第２高調波（５３２ｎｍ）
、８０ＭＨｚ、２０Ｗ）をスリットと２枚のシリンドリカルレンズを用いて、約５００μ
ｍ×２０μｍの線状のレーザビーム１０６を形成した。照射面におけるレーザパワーを１
０Ｗ乃至２０Ｗとし、基板１００をレーザビーム１０６の長軸方向と垂直な方向に３５０
ｍｍ／ｓｅｃ．の一定速度にて走査しながらレーザビーム１０６を基板１００に照射し、
幅５００μｍのレーザ結晶化領域３０３を形成し、基板をレーザビームの長軸方向と平行
な方向に５００μｍピッチにて移動し、半導体素子を形成するための領域をレーザ結晶化
する。
【００５２】
なお、レーザビームの走査方向は、例えば、一方向に走査しても良いし、または、隣り
合うレーザ結晶化領域３０３において交互に走査方向が１８０°異なっても良い。また、
疑似連続発振レーザにおける繰り返し周波数は８０ＭＨｚに限られず、例えば、１０ＭＨ
ｚ以上の繰り返し周波数で発振するレーザ発振器を使用しても良い。
【００５３】
また、本実施の形態においては、レーザ発振器として、疑似連続発振レーザを用いたが
、これに限らず、パルス発振レーザを用いても良いし、連続発振レーザを用いても良い。
ここで、パルス発振が可能なレーザビームとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマ
レーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＧｄＶＯ４レ
ーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドラ
イトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザなどを使用する
ことができる。また、連続発振が可能なレーザビームとしては、気体レーザまたは固体レ
ーザを用いることができる。気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがある。
また、固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍ
がドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３、Ｙ２Ｏ３、ＧｄＶＯ４など
の結晶を使ったレーザ等も使用可能である。当該固体レーザの基本波はドーピングする材
料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザビームが得られる。基本波に対す
る高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態においては、レーザ発振器の出力が２０Ｗで、長軸方向に約５００
μｍの幅を有する線状レーザビームを形成したが、長軸方向のビーム幅は５００μｍに限
られるものではない。例えば、レーザ発振器の出力の大きいものを用いれば、５００μｍ
以上の線状レーザビームが形成できる。また、光学系における光の利用効率が上がった場
合も同様である。さらに、本実施の形態においては、基板走査速度を３５０ｍｍ／ｓｅｃ
を最適値としているが、非晶質半導体膜の膜厚や、非晶質半導体膜の吸収率、半導体膜の
相変化に伴う光学定数の変化率、半導体膜の下層の熱伝導率、レーザ発振出力、レーザ発
振周波数、光学系の透過率、照射面におけるビーム形状、ステージの等速安定性、装置の
作業効率等によって最適な値が決定されるため、基板走査速度は３５０ｍｍ／ｓｅｃに限
られず、各条件における最適値を選定すればよい。
【００５５】
なお、レーザ結晶化領域３０３の両端は結晶性の悪い領域３０４を有し、領域３０４に
半導体素子パターン３０５を形成すると、結晶性の違いにより、半導体素子の電気特性に
ばらつきが生じるため、半導体素子パターン３０５はレーザ結晶化領域３０３内に配置す
ることが好ましい。
【００５６】
なお、上記の不純物を含む結晶性半導体膜の作成工程において、図２（Ａ）に示したよ
うに、基板１００上に、窒化珪素膜１０１、酸化珪素膜１０２、及び、半導体膜１０３を
成膜した後、半導体膜１０３上に形成される酸化膜層１０４は、膜厚や膜の均一性が不明
であるため、不純物除去用前洗浄ユニットで除去する。但し、不純物除去用前洗浄ユニッ
トで酸化膜層を除去した後に、図４（Ａ）に示すように、オゾン含有水溶液で再度、酸化
膜１０８を形成してもよい。酸化膜層１０４を除去して洗浄する際に、露出した半導体膜
と、大気中の酸素と、洗浄に用いられる純水のＨ２Ｏ分子と、が反応し、半導体膜上に反
応生成物（ウォーターマークと呼ばれる）が生じてしまう。しかし、酸化膜層１０４を除
去後に、新たに酸化膜１０８を形成することで、ウォーターマークの発生を防止すること
ができる。酸化膜１０８の成膜は、不純物除去用前洗浄ユニットにおいて行っても良いし
、半導体製造装置に、酸化膜成膜のための成膜ユニットを追加し、そのユニットにおいて
行っても良い。なお、酸化膜１０８の膜厚は１０ｎｍ以下であることが好ましい。酸化膜
１０８形成後、不純物雰囲気チャンバー１００６内に暴露して、酸化膜１０８上に低濃度
の不純物１０５を付着させる（図４（Ｂ））。酸化膜１０８は非常に薄いため、図２（Ｄ
）と同様にレーザ結晶化して（図４（Ｃ））、低濃度の不純物を含んだ結晶性半導体膜１
０７を形成することができる（図４（Ｄ））。
【００５７】
次いで、結晶性半導体膜１０７上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像するこ
とによって所望の形状にレジストのパターンを形成する。さらに、ここで形成したレジス
トのパターンをマスクとしてエッチングを行い、現像によって露出した結晶性半導体膜１
０７を選択的に除去する。この工程によって、島状の半導体膜が形成され、この島状の半
導体膜を用いて薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、ＣＣＤ、不揮発性
メモリ素子等の半導体素子を有する半導体装置を作製することができる。
【００５８】
図５（Ａ）に、図１に示した半導体製造装置のブロック図を示す。本実施の形態では、
図５（Ａ）に示すように、不純物除去用前洗浄ユニット１００１と、不純物導入ユニット
１０２０と、レーザ結晶化ユニット１０１８と、をそれぞれ一つずつ有し、各ユニット同
士が２つの搬送ロボット１００２によって接続されている半導体製造装置を示したが、本
発明の実施の形態はこの構成に限られない。例えば、図５（Ｂ）に示すように、搬送ロボ
ット１００２を不純物導入ユニット１０２０内に設置し、不純物除去用前洗浄ユニット１
００１と不純物導入ユニット１０２０とレーザ結晶化ユニット１０１８を接続しても良い
。また、不純物除去用前洗浄ユニット１００１に搬送する基板を、カセットステーション
ユニット１０２１に保持していても良い。カセットステーションユニット１０２１に保持
された基板は、不純物導入ユニット１０２０内の搬送ロボット１００２によって、不純物
除去用前洗浄ユニットへ搬送される。
【００５９】
または、本実施の形態で示した構成に加えて、他の機能を有するユニットを含む構成と
しても良い。例えば、図６で示すように検査ユニット１０２２を含む構成としても良い。
なお、ここで図６には、図５（Ａ）の構成に加えて、検査ユニット１０２２、カセットス
テーションユニット１０２１、１０２３を有する装置のブロック図を示している。図６に
示す装置を用いて、カセットステーションユニット１０２１から搬送ロボット１００２を
介して不純物除去用前洗浄ユニット１００１に半導体膜を有する基板を搬送し、当該半導
体膜上に形成された酸化膜層を除去する。その後、搬送ロボット１００２を介して基板を
不純物導入ユニット１０２０に搬送し、半導体膜上に不純物を付着させる。そして、搬送
ロボット１００２によって、基板をレーザ結晶化ユニット１０１８に搬送し、半導体膜を
結晶化して不純物を含む結晶性半導体膜を形成する。レーザ結晶化ユニット１０１８で結
晶化された半導体膜を有する基板を検査ユニット１０２２で検査し、カセットステーショ
ンユニット１０２３に保持しても良い。また、各ユニットの数は各ユニットでの処理効率
に応じて、全体的な装置の効率が最適化されるように適宜数を増やせば良い。なお、各ユ
ニットの配置は図５の構成に限らず、作業効率、コスト、装置の設置面積（フットプリン
ト）、またはＣＲの空間等にあわせて最適化すれば良い。
【００６０】
本発明の半導体製造装置を用いることで、半導体膜中に低濃度かつ精度良く不純物を導
入することができる。また、不純物の導入に高価なドーピング装置を用いないため、半導
体装置を安価に提供することが可能になる。さらに、レーザ結晶化ユニットと不純物導入
ユニットとに機能を分離する事によって、基板面内における不純物雰囲気への暴露時間を
一定にすることができる。このため、レーザ結晶化工程における処理条件の安定性を確保
しつつ、生産性を落とすことなく、基板面内及び基板間における不純物導入量のばらつき
を大きく低減することができる。これによって、当該半導体膜によって形成される半導体
装置のしきい値電圧のばらつきを抑えることができ、高性能な半導体装置を生産性良くか
つ、歩留まり良く作製することができる。
【００６１】
さらに、本発明の半導体製造装置は、不純物導入ユニットが構造的に簡素化されており
、安価で単純な装置であるため、イニシャルコストを大幅に削減でき、メンテナンス性が
大幅に向上することによってランニングコストも大幅に削減できるため、安価に半導体装
置を製造できる。また、本発明の半導体製造装置の各ユニットをユニット毎に分離するこ
とによって、容易に生産性を最適化することができる。
【００６２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の半導体製造装置における不純物導入ユニットの構成の一例を
、図７、８を用いて説明する。なお、図７には、本実施の形態に示す不純物導入ユニット
の正面図を示し、図８には側面図を示した。
【００６３】
図７、８に示した不純物導入ユニットは、搬入チャンバー１４０１、不純物雰囲気チャ
ンバー１４０４、搬出チャンバー１４０５、搬送駆動格納部１４１６、及び不純物生成部
１４１５を有している。下地絶縁膜及び半導体膜を有する基板１００は、不純物除去用前
洗浄ユニットで洗浄を終えた後、開閉部１４０２を通して搬入チャンバー１４０１へと搬
入され、ワイヤー１４１１上に載置される（図８）。なお、基板１００に下地絶縁膜及び
半導体膜を成膜する方法は、実施の形態１に示した方法と同様の方法を用いることができ
る。また、基板１００は、図４（Ａ）に示したように、酸化膜層除去後の半導体膜上に、
新たに酸化膜を設けていても良い。
【００６４】
ワイヤー１４１１は、両端部をワイヤー固定部１４１０によって固定されている。また
、搬入チャンバー１４０１内で、ワイヤー固定部１４１０は、支持機構１４０９によって
支持されている。したがって、基板１００は、搬入チャンバー１４０１内で支持機構１４
０９によって間接的に支持されている。
【００６５】
支持機構１４０９によって支持された基板１００を、搬入チャンバー１４０１から、不
純物雰囲気チャンバー１４０４へ搬送する際には、把持棒１４０８によってワイヤー固定
部１４１０を把持した後、支持機構１４０９からワイヤー固定部１４１０を切り離す。こ
れによって、ワイヤー固定部１４１０が、把持棒１４０８によって支えられる。その後、
把持棒１４０８を下降させることで、基板１００は開閉部１４０３を通り、不純物雰囲気
チャンバー１４０４に搬入される。
【００６６】
不純物雰囲気チャンバー１４０４内でワイヤー固定部１４１０が、不純物雰囲気チャンバ
ー１４０４内に複数設けられている支持機構１４１２のいずれか一によって支持され、把
持棒１４０８は切り離される。ここで基板１００は、不純物雰囲気チャンバー１４０４内
の支持機構１４１２に間接的に支持され、基板１００が不純物雰囲気チャンバー１４０４
内に移載されることになる。なお、支持機構１４１２は、駆動部１４１３によって、不純
物雰囲気チャンバー１４０４内を上下方向に回転している。また、切り離された把持棒１
４０８は、搬入チャンバー１４０１へ回収される。駆動部１４１３が上下方向に回転する
ことで、移載された基板１００が不純物雰囲気チャンバー１４０４内を下降する。また、
基板を支持していない支持機構１４１２は、搬入チャンバー１４０１から搬送される基板
を受け入れるために順次準備される。
【００６７】
基板１００は、不純物雰囲気チャンバー１４０４内を下降することで、一定時間不純物雰
囲気中に暴露され、所望の濃度の不純物を半導体膜表面に付着させる。なお、本実施の形
態において、不純物とは周期表第１３族あるいは第１５族に含まれる元素もしくは化合物
を用いれば良く、例えば、Ｂ（ボロン）あるいはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）等の元素もし
くは、その化合物を用いればよい。
【００６８】
その後、基板１００は、不純物雰囲気チャンバー１４０４から開閉部１４０６を通って、
搬出チャンバー１４０５へ移動する。ここで、具体的な移動方法としては、まず、搬出チ
ャンバー１４０５に設けられた支持棒１４１４を、開閉部１４０６を通り不純物雰囲気チ
ャンバー１４０４まで上昇させる。そして、支持棒１４１４によってワイヤー固定部１４
１０を支持した後、支持機構１４１２からワイヤー固定部１４１０を切り離す。これによ
って、支持棒１４１４でワイヤー固定部１４１０を支持することができる。その後、支持
棒１４１４を下降させることで、基板は開閉部１４０６を通って搬出チャンバー１４０５
へ搬送される。
【００６９】
このようにして搬出チャンバー１４０５に搬送された基板は開閉部１４０７を通って搬送
ロボットによって本発明の半導体製造装置のレーザ結晶化ユニットへと搬出される。本実
施の形態の不純物導入ユニットは、搬入チャンバー１４０１に先に入った基板１００から
順に、不純物雰囲気に暴露された後、搬出チャンバー１４０５からレーザ結晶化ユニット
へと搬出されるような先入れ先出しを実現しており、基板毎の不純物雰囲気への暴露時間
を制御することができる。
【００７０】
なお、支持棒１４１４によって支持されたワイヤー１４１１及びワイヤー固定部１４１
０は、基板をレーザ結晶化ユニットに搬出した後に開閉部１４１９を通って搬送駆動格納
部１４１６に移動する。搬送駆動格納部１４１６において、ワイヤー固定部１４１０は、
支持機構１４１７によって支持され、支持棒１４１４を切り離す。なお、支持機構１４１
７は、駆動部１４１８によって、搬送駆動格納部１４１６内を上下方向に回転している。
また、切り離された支持棒１４１４は、搬出チャンバー１４０５へと回収される。支持機
構１４１７に把持されたワイヤー固定部１４１０は、駆動部１４１８によって上昇する。
その後、ワイヤー固定部１４１０は、搬入チャンバー１４０１から開閉部１４２０を通っ
て移動してきた把持棒１４０８によって再び把持され、支持機構１４１７から切り離され
、開閉部１４２０を通って搬入チャンバー１４０１へ移動する。
【００７１】
なお、一対のワイヤー固定部１４１０でワイヤー１４１１の両端を固定しているため、
搬送駆動格納部１４１６から搬入チャンバー１４０１への移動時に把持棒１４０８が他の
把持棒１４０８と物理的に干渉することがある。この物理的な干渉を回避させるため、把
持棒１４０８がワイヤー固定部１４１０を把持した後、他の把持棒１４０８と干渉しない
ようにワイヤーをたるませる方向（内側）に把持棒１４０８を移動させる。さらに、搬入
チャンバー１４０１に戻った後に、逆方向に移動した分だけ戻せば、把持棒１４０８が他
の把持棒１４０８と干渉することなく、ワイヤー固定部１４１０を順次搬送させることが
できるため好ましい。
【００７２】
同様に搬出チャンバー１４０５から搬送駆動格納部１４１６への移動時においては、ワ
イヤー固定部１４１０を切り離した後に外側に移動して、搬出チャンバー１４０５に戻れ
ば、物理的に干渉することなく支持棒１４１４からワイヤー固定部１４１０を順次搬送さ
せることができるため好ましい。
【００７３】
ここで、搬入チャンバー内で基板１００を支持する構成を、図９を用いて説明する。図
９（Ａ）には、搬送ロボット１５００によって、不純物導入ユニットの搬送チャンバー内
に搬送された基板１００を、複数のワイヤー１４１１上に載置した様子を裏面方向から見
た図を図示する。ここで、ワイヤー１４１１の両端は、一対のワイヤー固定部１４１０に
よって固定されている。また、ワイヤー固定部１４１０は、ワイヤー１４１１を少なくと
も１本以上固定することができる。
【００７４】
このようにして基板１００はワイヤー１４１１によって直接支持されるが、ワイヤー固
定部１４１０が支持されていなければ、基板１００を搬入チャンバー内で支持することが
できない。そこで、ワイヤー固定部１４１０を搬入チャンバー内で支持する支持機構を図
９（Ｂ）及び（Ｃ）に示した上面拡大図を用いて説明する。なお、図９（Ｂ）はワイヤー
固定部１４１０及び支持機構１４０９の上面拡大図を、また、図９（Ｃ）は一対のワイヤ
ー固定部１４１０と、それを支持する一対の支持機構の上面拡大図を示す。
【００７５】
支持機構１４０９は、図９（Ｂ）に示すように、第１の把持部１５０１と第２の把持部１
５０２とを有し、ワイヤー固定部１４１０を把持、または、切り離しすることが可能であ
る。具体的には、第１の把持部１５０１及び第２の把持部１５０２はワイヤー固定部１４
１０を挟む方向に開閉することができる。これによって、図９（Ｃ）に示すように、ワイ
ヤー１４１１に物理的に干渉することなく、ワイヤー固定部１４１０を把持、または、切
り離しすることができる。上述したように、搬入チャンバー内において、ワイヤー固定部
１４１０は、支持機構１４０９によって支持されているが、搬入チャンバーから不純物雰
囲気チャンバーへ基板を搬送する際には、ワイヤー固定部１４１０を把持棒によって把持
し、支持機構１４０９を切り離す。
【００７６】
また、図９（Ｃ）に示すように、ワイヤー１４１１は、ワイヤー１４１１上に基板を載せ
る際の基板端部の突き当て部１５０３を少なくとも２つ以上有しても良い。突き当て部１
５０３を設けることによって、基板が滑り落ちることを防止することができる。図９（Ｄ
）は、図９（Ｃ）における鎖線Ａ−Ｂにおける断面図である。図９（Ｄ）に示すように、
基板が搬送ロボットによって移載されてきた際の動作範囲を考慮して、突き当て部１５０
３の基板への接触面を斜めにしても良い。
【００７７】
なお、図７、８に示した、不純物雰囲気チャンバー１４０４における支持機構１４１２
及び、搬送駆動格納部１４１６における支持機構１４１７も、図９（Ｂ）、（Ｃ）に示し
た支持機構１４０９と同様の構成を有しており、ワイヤー１４１１に物理的に干渉するこ
となく、ワイヤー固定部１４１０を把持、または、切り離しすることができる。不純物雰
囲気チャンバー内において、ワイヤー固定部１４１０は、支持機構１４１２によって支持
されているが、不純物雰囲気チャンバーから搬出チャンバーへ基板を搬送する際には、ワ
イヤー固定部１４１０を支持棒によって支持し、支持機構１４１２を切り離す。なお、ワ
イヤー固定部１４１０は、図９（Ｂ）に図示するように、穴部１５０４を有していてもよ
い。穴部１５０４に支持棒を差し込むことで、ワイヤー固定部１４１０を支持棒によって
支持することができる。
【００７８】
次に、不純物生成部１４１５の構成について図１０（Ａ）を用いて説明する。不純物生成
部は、不純物を含むガスボンベ１１００と、緊急遮断弁１１０１と、レギュレータ１１０
２と、マスフローコントローラ１１０３とを有し、外部に不純物が漏れないようにキャビ
ネット１１０４内が外気に対して負圧となっている。ガスボンベ１１００から排出された
不純物ガスは、レギュレータ１１０２によって、圧力が調節された後、マスフローコント
ローラ１１０３を介して、不純物雰囲気チャンバー１４０４へ供給される。
【００７９】
なお、不純物ガスとしては、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、またはホスフィン（ＰＨ
３）等、周期表第１３族、または第１５族に含まれる元素を含むガスを希釈して用いれば
よい。また、希釈ガスとしては、水素、アルゴン、ヘリウム、ネオン等を用いることがで
きる。ただし、半導体膜中に取り込まれる希釈ガスの元素の量が多くなると、キャリアの
散乱等を引き起こし、電気特性を低下させる要因となるため、希釈ガスは好ましくは水素
が良い。また、不純物ガスの毒性が高い場合には、搬入チャンバー、不純物雰囲気チャン
バー、及び搬出チャンバーに設けられた排気部を除害装置に接続する構成としても良い。
【００８０】
なお、本発明の半導体製造装置における不純物導入ユニットの構成は、本実施の形態に
限られない。例えば、不純物導入ユニットに、不純物濃度の調整用として、給排気部を設
けても良い。給排気部を設けることで、メンテナンスの簡便化や処理条件の最適化を図る
ことができる。また、不純物導入ユニット内での基板の保持は、ワイヤーによるものに限
られず、例えば、基板を複数枚装填できるカセットを用いても良い。この場合、不純物導
入ユニットのストッカーにカセットをセットすることで、基板を不純物雰囲気中に複数枚
保持することができる。カセットとしては、通常の半導体産業で用いられるような高分子
材料を射出成形したもの等を用いることができる。高分子材料としては、フッ素樹脂ＰＦ
Ａ、フッ素樹脂ＰＶＤＦ、フッ素樹脂ＥＣＴＦＥ、フッ素樹脂ＥＴＦＥ、ポリカーボネー
ト、ポリプロピレン、ポリエチレンなどがあげられる。
【００８１】
また、本実施の形態においては、不純物生成部１４１５に、不純物を含むガスボンベ１
１００を用いて、不純物ガスを生成する例を示したが、本発明の実施はこれに限られない
。例えば、薬液又はファンフィルターユニットを用いて、不純物ガスを生成しても良い。
図１０（Ｂ）に、不純物生成部１４１５として、薬液とファンフィルターユニット（以下
、ＦＦＵ）を用いた場合について説明する。
【００８２】
図１０（Ｂ）に示す不純物生成部は、薬液１２００と、薬液を押し出すための圧縮気体
導入部１２０３と、バルブ１２０４と、液面センサー１２０１と、薬液温度調整機構１２
０２と、ＦＦＵ１２０６とを有している。薬液１２００は、薬液温度調整機構１２０２に
よって温められて気化し、薬液の蒸気１２０５となる。なお、液面センサー１２０１は、
安全のため薬液１２００の液量を検知する目的で設けられている。薬液１２００には、不
純物を含む溶液を用いても良いし、不純物を含まない溶液を用いても良い。薬液１２００
として例えば、不純物を含まない酸またはアルカリ溶液を用いた場合には、ＦＦＵ１２０
６のフィルターとして、不純物を含むフィルターを用い、薬液の蒸気１２０５によってフ
ィルター内の不純物を溶出させ、不純物を含む気体１２０７をファンによって不純物雰囲
気チャンバーに送り出す。
【００８３】
また、薬液１２００として不純物を含む溶液を用いた場合には、ＦＦＵ１２０６のフィ
ルターは不純物を含んでも良いし、含まなくても良い。不純物を含む薬液としては、ホウ
酸などのボロンを含む無機酸や、例えば、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸
トリイソプロピル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリ−ｎ−オクチル、ホウ酸アンモニウ
ム水溶液等のホウ酸塩、又は、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸ト
リ−ｎ−アミル、リン酸ジフェニル  ２−エチルヘキシル、リン酸アンモニウム水溶液等
のリン酸塩、等を用いると良い。
【００８４】
なお、ＦＦＵのフィルターはパーティクルを除去する目的も兼ねており、目的に応じて
ケミカルフィルター、ＨＥＰＡフィルター、ＵＬＰＡフィルターと、を組み合わせて使用
しても良い。
【００８５】
また、不純物生成部１４１５として、図１０（Ｃ）に示すように、ＦＦＵを複数設けた構
成としてもよい。図１０（Ｃ）に示す不純物生成部は、薬液１３００と、薬液を押し出す
ための圧縮気体導入部１３０３と、バルブ１３０４と、液面センサー１３０１と、薬液温
度調整機構１３０２と、第１のＦＦＵ１３０６と、湿度制御機構１３０８と、第２のＦＦ
Ｕ１３０９とを有している。
【００８６】
薬液としては不純物を含むエステル化合物を用い、薬液温度調整機構１３０２によって
揮発させたエステル化合物１３０５を第１のＦＦＵにて引き出し、湿度制御機構１３０８
による水成分によって湿度を調整して加水分解させ、アルコールと不純物を含む酸に分解
した混合気体１３０７を形成する。その後、第２のＦＦＵ１３０９にてアルコール成分を
フィルター除去し、不純物を含む酸を主成分とする気体１３１０を形成する。なお、不純
物を含むエステル化合物としては、例えば、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ
酸トリイソプロピル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリ−ｎ−オクチル、リン酸トリメチ
ル、リン酸トリエチル、リン酸トリ−ｎ−アミル、リン酸ジフェニル−２−エチルヘキシ
ル等を用いると良い。
【００８７】
なお、第１のＦＦＵ１３０６、または第２のＦＦＵ１３０９のフィルターはパーティクル
を除去する目的も兼ねており、目的に応じてケミカルフィルター、ＨＥＰＡフィルター、
ＵＬＰＡフィルターと、を組み合わせて使用しても良いし、ファンのみを用いても良い。
【００８８】
本実施の形態に示した不純物導入ユニットの構成において、基板支持にワイヤーを用い
ることによって、基板の自重による基板保持機構のたわみを抑制できる。そのため、ユニ
ット内における基板間の空間を小さくすることが可能となり、基板支持のための部品の重
量を小さくできる。また、ユニット内の各構成要素は各々単純な構成からなるため、共通
化できる部品を増やすことによって部品の種類を減らし、メンテナンス性を向上すること
ができ、装置のコストを大幅に削減できる。
【００８９】
本実施の形態に示した不純物導入ユニット備えた半導体製造装置を用いることで、半導
体膜中に低濃度かつ精度良く濃度の不純物を導入することができる。これによって、当該
半導体膜によって形成される半導体装置のしきい値電圧のばらつきを抑えることができ、
高性能な半導体装置を生産性良く作製することができる。また、不純物の導入に高価なド
ーピング装置を用いないため、半導体装置を安価に提供することが可能になる。
【００９０】
また、本実施の形態に示した不純物導入ユニット備えた半導体製造装置を用いることで
、半導体膜が成膜された複数の基板に対して、同時に不純物を付着し、各基板における半
導体膜の不純物付着量を効率よく制御することが可能となるため、半導体装置の生産性を
著しく向上できる。
【００９１】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、本発明の半導体製造装置を用いて、且つ、実施の形態１に示
した作製工程にしたがって作製した、低濃度の不純物を含む結晶性半導体膜を用いて、薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する工程について説明する。なお、本実施の形態ではト
ップゲート型（順スタガ型）ＴＦＴの作製方法を記載しているが、トップゲート型ＴＦＴ
に限らず、ボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴなどでも同様に本発明を用いることがで
きる。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及び
その範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であ
れば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものでは
ない。
【００９２】
まず、図１１（Ａ）に示すように、基板１００上に、下地絶縁膜としての窒化珪素膜１
０１、及び、酸化珪素膜１０２と、本発明の半導体製造装置を用いて形成された低濃度の
不純物を含む結晶性半導体膜１０７とを、順次積層して成膜する。なお、本実施の形態に
おいて、低濃度の不純物を含む結晶性半導体膜１０７には、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３乃至１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度の不純物が含まれている。また、結晶性
半導体膜１０７を形成するまでの工程は、図２または図４に示す工程と同様に行うことが
できる。
【００９３】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、低濃度の不純物を含む結晶性半導体膜１０７をエッ
チングし、島状の半導体膜７０４〜７０７を形成する。次に、その島状の半導体膜７０４
〜７０７を覆うようにゲート絶縁膜７０８を形成する。ゲート絶縁膜７０８には、例えば
酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。その際の成膜方法には
、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。例えば、スパッタ法を用い
て、膜厚３０ｎｍ〜２００ｎｍの珪素を含む絶縁膜を形成すればよい。
【００９４】
次に、ゲート絶縁膜７０８上に導電膜を形成しエッチングすることでゲート電極を形成
する。その後、ゲート電極、又はレジストを形成しエッチングしたものをマスクとして用
い、島状の半導体膜７０４〜７０７にｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を選択的
に添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。上述の工程に
よって、Ｎ型トランジスタ７１０、７１２と、Ｐ型トランジスタ７１１、７１３を同一基
板上に形成することができる（図１１（Ｃ））。続いて、それらの保護膜として絶縁膜７
１４を形成する。この絶縁膜７１４には、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜
厚１００ｎｍ〜２００ｎｍの珪素を含む絶縁膜を、単層又は積層構造として形成すれば良
い。例えば、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成すればよい
。
【００９５】
次いで、絶縁膜７１４上に、有機絶縁膜７１５を形成する。有機絶縁膜７１５としては
、ＳＯＧ法によって塗布されたポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ、アクリル等の有機絶縁
膜を用いる。有機絶縁膜７１５は、基板１００上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し
、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。さらに、フォトリソグ
ラフィー法を用いて、絶縁膜７１４及び有機絶縁膜７１５をパターン加工して、不純物領
域に達するコンタクトホールを形成する。
【００９６】
次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配線７１
６〜７２３を形成する。その後、保護膜として絶縁膜７２４を形成すると、図１１（Ｃ）
に図示するような半導体装置が完成する。
【００９７】
なお、本発明の半導体製造装置を用いた半導体装置の作製方法は、上述したＴＦＴの作
製工程に限定されない。本発明では、不純物雰囲気への暴露と、その後のレーザビームの
照射を用いて得られる低濃度の不純物を含む結晶性半導体膜をＴＦＴの活性層として用い
ることを特徴とする。その結果、当該半導体膜を用いて形成される半導体素子間のしきい
値電圧のばらつきを抑えることができる。
【００９８】
また、本発明の半導体製造装置において、レーザビームによる結晶化の前に、触媒元素
を用いた結晶化工程を設けてもよい。その触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマ
ニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバル
ト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いることができる
。触媒元素を用いた結晶化工程の後に、レーザビームによる結晶化工程を行うと、触媒元
素による結晶化の際に形成された結晶が、レーザビームの照射により溶融されずに残存し
、この結晶を結晶核として結晶化が進む。
【００９９】
そのため、レーザビームによる結晶化工程のみの場合に比べて、より半導体膜の結晶性
を高めることができ、レーザビームによる結晶化後の半導体膜表面の荒れが抑えられる。
よって、後に形成される半導体素子（例えばＴＦＴ）の特性のばらつきをより抑えること
ができる。なお、触媒元素を添加してから加熱処理を行って結晶化を促進してから、レー
ザビームの照射により結晶性をより高めていてもよいし、加熱処理の工程を省略してもよ
い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザビームを照射し、結
晶性を高めるようにしてもよい。
【０１００】
本実施の形態では、本発明の半導体製造装置を、チャネル形成領域への不純物導入に用
いた例を示したが、ＬＤＤ領域への不純物導入、または、ソース領域あるいはドレイン領
域への不純物導入に用いても良い。また、本発明を用いた半導体装置の作製方法は、集積
回路や半導体表示装置の作製方法にも用いることができる。ドライバやＣＰＵなどの機能
回路を用途としたトランジスタは、ＬＤＤ構造又はＬＤＤがゲート電極とオーバーラップ
する構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタの微細化を図ることが好ましい
。本実施の形態により完成されるトランジスタ７１０〜７１３は、ＬＤＤ構造を有するた
め、低いＩｏｆｆ値が必要な駆動回路に用いることが好適である。
【０１０１】
本発明の半導体製造装置を用いることで、半導体膜中に低濃度かつ精度良く不純物を導
入することができる。これによって、当該半導体膜によって形成される半導体装置のしき
い値電圧のばらつきを抑えることができ、高性能な半導体装置を生産性良くかつ、歩留ま
り良く作製することができる。また、不純物の導入に高価なドーピング装置を用いないた
め、半導体装置を安価に提供することが可能になる。
【０１０２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、薄膜集積回路または非接触型薄膜集積回路装置（無線チップ、無線
ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃ
ａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）を本発明の半導体製造装置を用いて作製する過程を示す。但
し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲
から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易
に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【０１０３】
無線ＩＣタグの集積回路に用いられる半導体素子として絶縁分離されたＴＦＴを用いた
例を以下に示すが、無線ＩＣタグの集積回路に用いられる半導体素子はＴＦＴに限定され
ず、あらゆる素子を用いることができる。例えば、ＴＦＴの他に、記憶素子、ダイオード
、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタなどが代表的に挙げられる。
【０１０４】
初めに、図１２〜図１７を用いて、薄膜集積回路の作製工程について説明する。まず、
基板（第１の基板）１７００上に剥離層１７０１を形成する（図１２（Ａ））。剥離層１
７０１は、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができ
る。本実施の形態では、膜厚５０ｎｍ程度の非晶質シリコンをスパッタ法で形成し、剥離
層１７０１として用いる。なお剥離層１７０１はシリコンに限定されず、エッチングによ
り選択的に除去できる材料（例えば、タングステン、モリブデンなど）で形成すれば良い
。剥離層１７０１の膜厚は、５０ｎｍ乃至６０ｎｍとするのが望ましい。
【０１０５】
次いで、剥離層１７０１上に、下地絶縁膜１７０２を形成する。下地絶縁膜１７０２は
第１の基板中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡
散し、ＴＦＴなどの半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。また、下
地絶縁膜１７０２は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役
目も有している。下地絶縁膜１７０２は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであ
っても良い。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることが
できる酸化珪素や、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素（ＳｉＯＮ）、酸素を含む窒化珪素（
ＳｉＮＯ）などの絶縁膜を用いて形成する。
【０１０６】
次に、下地絶縁膜１７０２上に半導体膜１７０３を形成する。半導体膜１７０３は、下
地絶縁膜１７０２を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。半導体膜１７
０３の膜厚は２０ｎｍ乃至２００ｎｍ（望ましくは４０ｎｍ乃至１７０ｎｍ、より望まし
くは５０ｎｍ乃至１５０ｎｍ）とする。本実施の形態では、半導体膜１７０３として非晶
質珪素膜を形成する。
【０１０７】
なお、半導体膜１７０３として非晶質珪素膜を形成した後、非晶質珪素膜から水素を放
出するために電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよい。水素を放出するのは、半導体
膜１７０３にレーザビームを照射したときに半導体膜１７０３中の水素ガスが突沸し、半
導体膜１７０３がアブレーションすることを防ぐためであり、半導体膜１７０３に含まれ
る水素が少なければ省略できる。
【０１０８】
次に、上記の工程によって、半導体膜１７０３が設けられた基板１７００を、本発明の
半導体製造装置の不純物除去用前洗浄ユニットに搬送する。半導体膜１７０３の表面には
、成膜時または水素出し時の熱処理等によって、酸化膜層１７４０が形成されているため
、当該ユニットにおいて、枚葉スピン洗浄機によって、酸化膜層等ドーピングに不要な不
純物を除去し、半導体膜１７０３を露出させた後、スピン乾燥させる。
【０１０９】
ドーピングに不要な不純物が除去された基板１７００は、不純物雰囲気チャンバー内に
搬送され、所望の濃度の不純物が付着するのに必要な時間だけ、不純物雰囲気に暴露され
る。これによって、図１２（Ｂ）に示すように、半導体膜１７０３上に所望の濃度の不純
物１８４０を付着させることができる。
【０１１０】
次に、レーザ結晶化ユニットにおいて、図１２（Ｃ）に示すように、半導体膜１７０３
にレーザビームを照射することによって、半導体膜１７０３を溶融させると同時に、不純
物１８４０を溶融した半導体膜１７０３中に拡散させる。レーザビームの照射後、溶融し
た半導体膜１７０３から熱が拡散し、冷却することで半導体膜１７０３が結晶化し、低濃
度の不純物を含む結晶性半導体膜１８００が形成される。なお、本実施の形態において、
ＴＦＴのチャネル形成領域に相当する結晶性半導体膜中には、１×１０１５ａｔｏｍｓ／
ｃｍ３乃至１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度の不純物が取り込まれている。
【０１１１】
次いで、図１２（Ｄ）に示すように、結晶性半導体膜１８００をエッチングして、島状
の半導体膜１７０５〜１７０７を形成した後、ゲート絶縁膜１７０８を形成する。ゲート
絶縁膜１７０８は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化
珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層又は積層させて形成
することができる。
【０１１２】
次に図１３（Ａ）に示すように、ゲート電極１７０９〜１７１１を形成する。ここでは
、ＳｉとＷをスパッタ法で積層するように形成した後、レジスト１７１２をマスクとして
エッチングを行なうことにより、ゲート電極１７０９〜１７１１を形成した。勿論、ゲー
ト電極１７０９〜１７１１の導電材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではな
く、適宜選択することができる。例えば、ｎ型を付与する不純物（リン、ヒ素等）がドー
ピングされたシリコンとニッケルシリサイドとの積層構造や、窒化タンタルとタングステ
ンの積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単層で形成しても良い。また
、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それらの機能を考慮して材料を選
択すればよい。
【０１１３】
また、レジストマスクの代わりに、酸化珪素等のマスクを用いてもよい。この場合、エ
ッチングして酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等のマスク（ハードマスクと呼ばれる。）を
形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストよりも少ない
ため、所望の幅のゲート電極１７０９〜１７１１を形成することができる。また、レジス
ト１７１２を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極１７０９〜１７１１を形
成しても良い。
【０１１４】
次いで、図１３（Ｂ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜１７０
６をレジスト１７１３で覆い、ゲート電極１７０９、１７１１をマスクとして、島状の半
導体膜１７０５、１７０７に、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ（リン）又はＡ
ｓ（砒素））をドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介し
てドーピングがなされ、島状の半導体膜１７０５、１７０７に、一対の低濃度不純物領域
１７１６、１７１７が形成される。なお、このドーピング工程は、ｐチャネル型ＴＦＴと
なる島状の半導体膜１７０６をレジスト１７１３で覆わずに行っても良い。
【０１１５】
次いで、図１３（Ｃ）に示すように、レジスト１７１３をアッシング等により除去した
後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜１７０５、１７０７を覆うように、レジス
ト１７１８を新たに形成し、ゲート電極１７１０をマスクとして、島状の半導体膜１７０
６に、ｐ型を付与する不純物元素（代表的にはＢ（ホウ素））をドープする。このドーピ
ング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜
１７０６に、一対のｐ型の高濃度不純物領域１７２０が形成される。
【０１１６】
次いで、図１４（Ａ）に示すように、レジスト１７１８をアッシング等により除去した
後、ゲート絶縁膜１７０８及びゲート電極１７０９〜１７１１を覆うように、絶縁膜１７
２１を形成する。
【０１１７】
その後、エッチバック法により、絶縁膜１７２１、ゲート絶縁膜１７０８を部分的にエ
ッチングし、図１４（Ｂ）に示すように、ゲート電極１７０９〜１７１１の側壁に接する
サイドウォール１７２２〜１７２４を自己整合的（セルフアライン）に形成する。エッチ
ングガスとしては、例えばＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いることができる。なお、サイ
ドウォールを形成する工程は、これに限定されるものではない。
【０１１８】
次いで、図１４（Ｃ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜１７０
６を覆うように、レジスト１７２６を新たに形成し、ゲート電極１７０９、１７１１及び
サイドウォール１７２２、１７２４をマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素（例えば
Ｐ又はＡｓ）を高濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０
８を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜１７０５、１７０７に、一対のｎ型の高
濃度不純物領域１７２７、１７２８が形成される。
【０１１９】
次に、レジスト１７２６をアッシング等により除去した後、不純物領域の熱活性化を行
っても良い。例えば、５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜した後、５５０℃、４時間
、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なえばよい。また、水素を含む窒化珪素膜を、１
００ｎｍの膜厚に形成した後、４１０℃、１時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行
なうことにより、多結晶半導体膜の欠陥を改善することができる。これは、例えば、多結
晶半導体膜中に存在するダングリングボンドを終端させるものであり、水素化処理工程な
どと呼ばれる。
【０１２０】
上述した一連の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３０、ｐチャネル型ＴＦＴ１７３
１、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２が形成される。上記作製工程において、エッチバック法
の条件を適宜変更し、サイドウォールのサイズを調整することで、ＬＤＤ長０．２μｍ〜
２μｍのＴＦＴを形成することができる。さらに、この後、ＴＦＴ１７３０〜１７３２を
保護するためのパッシベーション膜を形成しても良い。
【０１２１】
次いで、図１５（Ａ）に示すように、ＴＦＴ１７３０〜１７３２を覆うように、第１の
層間絶縁膜１７３３を形成する。さらに、第１の層間絶縁膜１７３３上に、第２の層間絶
縁膜１７３４を形成する。なお、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３
４と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差から生じる応力によっ
て、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３４の膜剥がれや割れが生じる
のを防ぐために、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３４中にフィラー
を混入させておいても良い。
【０１２２】
次いで、第１の層間絶縁膜１７３３、第２の層間絶縁膜１７３４及びゲート絶縁膜１７
０８にコンタクトホールを形成し、ＴＦＴ１７３０〜１７３２に接続する配線１７３５〜
１７３９を形成する。なお、配線１７３５、１７３６はｎチャネル型ＴＦＴ１７３０の高
濃度不純物領域１７２７に、配線１７３６、１７３７はｐチャネル型ＴＦＴ１７３１の高
濃度不純物領域１７２０に、配線１７３８、１７３９はｎチャネル型ＴＦＴ１７３２の高
濃度不純物領域１７２８に、それぞれ接続されている。さらに配線１７３９は、ｎチャネ
ル型ＴＦＴ１７３２のゲート電極１７１１にも接続されている。ｎチャネル型ＴＦＴ１７
３２は、乱数ＲＯＭのメモリ素子として用いることができる。
【０１２３】
次いで、図１５（Ｂ）に示すように、配線１７３５〜１７３９を覆うように、第２の層
間絶縁膜１７３４上に第３の層間絶縁膜１７４１を形成する。第３の層間絶縁膜１７４１
は、配線１７３５が一部露出する様な位置に開口部を有するように形成する。なお、第３
の層間絶縁膜１７４１は、第１の層間絶縁膜１７３３と同様の材料を用いて形成すること
が可能である。
【０１２４】
次に、第３の層間絶縁膜１７４１上にアンテナ１７４２を形成する。アンテナ１７４２
は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、
Ｓｎ、Ｎｉなどの金属、金属化合物を１つまたは複数有する導電材料を用いることができ
る。そしてアンテナ１７４２は、配線１７３５と接続されている。なお、図１５（Ｂ）で
は、アンテナ１７４２が配線１７３５と直接接続されているが、本発明の無線ＩＣタグは
この構成に限定されない。例えば別途形成した配線を用いて、アンテナ１７４２と配線１
７３５とを電気的に接続するようにしても良い。
【０１２５】
アンテナ１７４２は印刷法、フォトリソグラフィー法、蒸着法または液滴吐出法などを
用いて形成することができる。図１５（Ｂ）では、アンテナ１７４２が単層の導電膜で形
成されているが、複数の導電膜が積層されたアンテナ１７４２を形成することも可能であ
る。例えば、Ｎｉなどで形成した配線に、Ｃｕを無電解めっきでコーティングして、アン
テナ１７４２を形成しても良い。なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔か
ら吐出して所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に
含まれる。また印刷法にはスクリーン印刷法、オフセット印刷法などが含まれる。印刷法
、液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずとも、アンテナ１７４２を形成す
ることが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィー法と異なり
、エッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマス
クを用いなくとも良いので、無線ＩＣタグの作製に費やされるコストを抑えることができ
る。
【０１２６】
液滴吐出法または各種印刷法を用いる場合、例えば、ＣｕをＡｇでコートした導電粒子な
ども用いることが可能である。なお液滴吐出法を用いてアンテナ１７４２を形成する場合
、アンテナ１７４２の密着性が高まるような処理を、第３の層間絶縁膜１７４１の表面に
施すことが望ましい。密着性を高めることができる方法として、具体的には、例えば触媒
作用により導電膜または絶縁膜の密着性を高めることができる金属または金属化合物を第
３の層間絶縁膜１７４１の表面に付着させる方法、形成される導電膜または絶縁膜との密
着性が高い有機系の絶縁膜、金属、金属化合物を第３の層間絶縁膜１７４１の表面に付着
させる方法、第３の層間絶縁膜１７４１の表面に大気圧下または減圧下においてプラズマ
処理を施し、表面改質を行なう方法などが挙げられる。
【０１２７】
第３の層間絶縁膜１７４１に付着させる金属または金属化合物が導電性を有する場合、
アンテナの正常な動作が妨げられないように、そのシート抵抗を制御する。具体的には、
導電性を有する金属または金属化合物の平均の厚さを、例えば１〜１０ｎｍとなるように
制御する、あるいは、これらの金属または金属化合物を酸化により部分的に、または全体
的に絶縁化すれば良い。或いは、密着性を高めたい領域以外は、付着した金属または金属
化合物をエッチングにより選択的に除去しても良い。また金属または金属化合物を、予め
基板の全面に付着させるのではなく、液滴吐出法、印刷法、ゾル−ゲル法などを用いて特
定の領域にのみ選択的に付着させても良い。なお金属または金属化合物は、第３の層間絶
縁膜１７４１の表面において完全に連続した膜状である必要はなく、ある程度分散した状
態であっても良い。
【０１２８】
そして、アンテナ１７４２を形成した後、図１６（Ａ）に示すように、アンテナ１７４
２を覆うように、第３の層間絶縁膜１７４１上に保護層１７４５を形成する。保護層１７
４５は、後に剥離層１７０１をエッチングにより除去する際に、アンテナ１７４２を保護
することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、ア
クリレート系、シリコーン系の樹脂を全面に塗布することで保護層１７４５を形成するこ
とができる。
【０１２９】
次いで、図１６（Ｂ）に示すように、無線ＩＣタグを個別に分離するために溝１７４６
を形成する。溝１７４６は、剥離層１７０１が露出する程度であれば良い。溝１７４６の
形成は、ダイシング、スクライビングなどを用いることができる。なお、第１の基板１７
００上に形成されている無線ＩＣタグを分離する必要がない場合、必ずしも溝１７４６を
形成する必要はない。
【０１３０】
次いで、図１６（Ｃ）に示すように、剥離層１７０１をエッチングにより除去する。こ
こでは、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、このガスを溝１７４６から導入す
る。例えばＣｌＦ３（三フッ化塩素）を用い、温度を３５０℃とし、流量を３００ｓｃｃ
ｍとし、気圧を７９８パスカル（７９８Ｐａ）とし、処理時間を３時間とした条件で行う
。また、ＣｌＦ３ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ＣｌＦ３等のフッ化ハロゲン
を用いることで、剥離層１７０１が選択的にエッチングされ、第１の基板１７００をＴＦ
Ｔ１７３０〜１７３２から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であって
も液体であってもどちらでも良い。
【０１３１】
次に図１７（Ａ）に示すように、剥離されたＴＦＴ１７３０〜１７３２及びアンテナ１
７４２を、接着剤１７５０を用いて第２の基板１７５１に貼り合わせる。接着剤１７５０
は、第２の基板１７５１と下地絶縁膜１７０２とを貼り合わせることができる材料を用い
る。接着剤１７５０は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤
等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１３２】
なお、第２の基板１７５１として、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材
料を用いることができる。
【０１３３】
次いで、図１７（Ｂ）に示すように、保護層１７４５を除去した後、アンテナ１７４２
を覆うように接着剤１７５２を第３の層間絶縁膜１７４１上に塗布し、カバー材１７５３
を貼り合わせる。カバー材１７５３は第２の基板１７５１と同様に、フレキシブルな紙ま
たはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。接着剤１７５２の厚さは、例え
ば１０〜２００μｍとすれば良い。
【０１３４】
また接着剤１７５２は、カバー材１７５３と第３の層間絶縁膜１７４１及びアンテナ１
７４２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤１７５２は、例えば反応硬化
型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤など
の各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１３５】
上述した各工程を経て、無線ＩＣタグが完成する。上記作製方法によって、トータルの
膜厚が０．３μｍ以上３μｍ以下、代表的には２μｍ程度の飛躍的に薄い集積回路を第２
の基板１７５１とカバー材１７５３との間に形成することができる。
【０１３６】
なお、本実施の形態では、本発明の半導体製造装置を、チャネル形成領域への不純物導
入に用いた例を示したが、ＬＤＤ領域への不純物導入、または、ソース領域あるいはドレ
イン領域への不純物導入に用いても良い。
【０１３７】
なお、集積回路の厚さは、半導体素子自体の厚さのみならず、接着剤１７５０と接着剤
１７５２との間に形成された各種絶縁膜及び層間絶縁膜の厚さを含めるものとする。また
、無線ＩＣタグが有する集積回路の占める面積を、５ｍｍ四方（２５ｍｍ２）以下、より
望ましくは０．３ｍｍ四方（０．０９ｍｍ２）〜４ｍｍ四方（１６ｍｍ２）程度とするこ
とができる。
【０１３８】
なお、本実施の形態では、耐熱性の高い第１の基板１７００と集積回路の間に剥離層を
設け、エッチングにより剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離する方法につい
て示したが、本発明に係る無線ＩＣタグの作製方法は、この構成に限定されない。例えば
、耐熱性の高い基板と集積回路の間に金属酸化膜を設け、この金属酸化膜を結晶化により
脆弱化して集積回路を剥離しても良い。或いは、耐熱性の高い基板と集積回路の間に、水
素を含む非晶質半導体膜を用いた剥離層を設け、レーザビームの照射によりこの剥離層を
除去することで基板と集積回路とを剥離しても良い。あるいは、集積回路が形成された耐
熱性の高い基板を機械的に削除または溶液やガスによるエッチングで除去することで集積
回路を基板から切り離しても良い。
【０１３９】
なお、本実施の形態では、アンテナを集積回路と同じ基板上に形成している例について
説明したが、本発明はこの構成に限定されない。別の基板上に形成したアンテナと集積回
路とを、後に貼り合わせることで、電気的に接続するようにしても良い。
【０１４０】
なお、一般的にＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉ
ｆｉｃａｔｉｏｎ）で用いられている電波の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２．４５ＧＨ
ｚが多く、これらの周波数の電波を検波できるように無線ＩＣタグを形成することが、汎
用性を高める上で非常に重要である。
【０１４１】
本実施の形態の無線ＩＣタグでは、半導体基板を用いて形成されたＲＦＩＤよりも電波
が遮蔽されにくく、電波の遮蔽により信号が減衰するのを防ぐことができるというメリッ
トを有している。よって、半導体基板を用いずに済むので、無線ＩＣタグのコストを大幅
に低くすることができる。
【０１４２】
なお、本実施の形態では、集積回路を剥離して、可撓性を有する基板に貼り合わせる例
について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えばガラス基板のように、集
積回路の作製工程における熱処理に耐えうるような、耐熱温度を有している基板をＩＣタ
グ中に用いる場合、必ずしも集積回路を剥離する必要はない。
【０１４３】
本発明の半導体製造装置を用いることで、半導体膜中に低濃度かつ精度良く不純物を導
入することができる。これによって、当該半導体膜によって形成される半導体装置のしき
い値電圧のばらつきを抑えることができ、高性能な半導体装置を生産性良くかつ、歩留ま
り良く作製することができる。また、不純物の導入に高価なドーピング装置を用いないた
め、半導体装置を安価に提供することが可能になる。
【０１４４】
（実施の形態５）
本発明により、不純物を基板面内及び基板間において、半導体素子における活性層中に低
濃度かつ精度良く不純物を導入できるため、高性能な半導体装置を歩留まり良く作製する
ことができる。また、本発明の半導体装置を用いることで電子機器をスループット良く、
良好な品質で作製することが可能になる。その具体例を図１８、図１９を用いて説明する
。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその
範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば
容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない
。
【０１４５】
図１８（Ａ）は表示装置であり、筐体２２０１、支持台２２０２、表示部２２０３、ス
ピーカー部２２０４、ビデオ入力端子２２０５などを含む。表示部２２０３は、薄膜トラ
ンジスタで画素を構成するものであり、薄膜トランジスタは実施の形態３と同様の方法で
作製される。それにより、薄膜トランジスタに用いられる半導体膜のチャネル形成領域に
、低濃度の不純物を均一に導入することが可能となり、表示装置の生産性を向上させるこ
とができる。さらに、本発明は、半導体膜が成膜された複数の基板に対して、同時に不純
物を付着し、各基板における半導体膜の不純物付着量を効率よく制御することが可能とな
るため、半導体膜を用いて形成される薄膜トランジスタの生産性を向上させることができ
る。よって、画素部に薄膜トランジスタを有する表示装置の生産コスト、特に大画面の表
示装置の生産コストの削減に寄与することができる。また、表示装置はメモリ、駆動回路
部等を有していてもよく、本発明の半導体装置をメモリ、駆動回路部等に適用してもよい
。なお表示装置として、液晶の電気光学効果を利用した液晶表示装置、エレクトロルミネ
センス等の発光材料を用いた表示装置、電子源素子を用いた表示装置、場の印加により反
射率が変化するコントラスト媒体（電子インクとも呼ばれる）を用いた表示装置など、薄
膜トランジスタと各種表示媒体を組み合わせた様々なものが含まれる。利用形態として、
コンピュータ用、テレビジョン用、電子書籍等の情報表示機器用、広告表示用若しくは案
内表示用など全ての情報表示用機器が含まれる。
【０１４６】
図１８（Ｂ）はコンピュータであり、筐体２２１１、表示部２２１２、キーボード２２
１３、外部接続ポート２２１４、ポインティングデバイス２２１５などを含む。表示部２
２１２やコンピュータに付随するＣＰＵ、メモリ、駆動回路部などに薄膜トランジスタを
有する。本発明の半導体製造装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２２１
２やコンピュータに付随するＣＰＵ、メモリ、駆動回路部などに用いることで、品質が向
上し、品質のばらつきを少なくすることができる。
【０１４７】
また、図１８（Ｃ）は携帯電話機であり、携帯端末の１つの代表例である。この携帯電話
機は筐体２２２１、表示部２２２２、操作キー２２２３などを含む。表示部２２２２や携
帯電話機に付随するＣＰＵ、メモリなどの機能回路部に薄膜トランジスタを有する。本発
明の半導体製造装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２２２２や携帯電話
機に付随するＣＰＵ、メモリなどの機能回路部に用いることで、品質が向上し、品質のば
らつきを少なくすることができる。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された半導体装
置は、上記の携帯電話を初めとして、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓ
ｓｉｓｔａｎｔｓ、情報携帯端末）、デジタルカメラ、小型ゲーム機などの電子機器に用
いることができる。
【０１４８】
また、図１８（Ｄ）、（Ｅ）はデジタルカメラである。なお、図１８（Ｅ）は、図１８（
Ｄ）の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体２２３１、表示部２２３２、レ
ンズ２２３３、操作キー２２３４、シャッターボタン２２３５などを有する。表示部２２
３２や表示部２２３２を制御する駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明の
半導体製造装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２２３２や表示部２２３
２を制御する駆動回路部、及び他の回路などに用いることで、品質が向上し、品質のばら
つきを少なくすることができる。
【０１４９】
図１８（Ｆ）はデジタルビデオカメラである。このデジタルビデオカメラは、本体２２４
１、表示部２２４２、筐体２２４３、外部接続ポート２２４４、リモコン受信部２２４５
、受像部２２４６、バッテリー２２４７、音声入力部２２４８、操作キー２２４９、接眼
部２２５０などを有する。表示部２２４２を制御する駆動回路部などに薄膜トランジスタ
を有する。本発明の半導体製造装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２２
４２を制御する駆動回路部、及び他の回路などに用いることで、品質が向上し、品質のば
らつきを少なくすることができる。
【０１５０】
また、本発明のレーザ処理装置を用いて作製した薄膜トランジスタを薄膜集積回路、ま
たは非接触型薄膜集積回路装置（無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒ
ｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）として用いることもで
きる。他の実施の形態で示した作製方法を用いることにより作製された薄膜集積回路及び
非接触型薄膜集積回路は、タグやメモリに用いることができる。
【０１５１】
図１９（Ａ）は、パスポート２３０１に無線ＩＣタグ２３０２を貼り付けている状態を示
している。また、パスポート２３０１に無線ＩＣタグ２３０２を埋め込んでもよい。同様
にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラベ
ラーズチェック（Ｔ／Ｃ）、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ＩＣタグを貼り付
ける、または埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線Ｉ
Ｃタグに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス
権を設定する。このようにタグとして利用することによって、偽造されたものと区別する
ことが可能になる。
【０１５２】
このほかに、無線ＩＣタグをメモリとして用いることも可能である。図１９（Ｂ）は、
無線ＩＣタグ２３１１を野菜の包装に貼り付けるラベルに埋め込んだ例を示している。ま
た、包装そのものに無線ＩＣタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ＩＣ
タグ２３１１には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや
、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを
記録することが可能になる。無線ＩＣタグ２３１１からの情報は、無線式のリーダ２３１
２のアンテナ部２３１３で受信して読み取り、リーダ２３１２の表示部２３１４に表示す
ることによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産
者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス
権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている
。
【０１５３】
また、無線ＩＣタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ＩＣタグに会
計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ＩＣ
タグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると
、警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。
【０１５４】
さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、以下に記す方法にすることも可能であ
る。レジで会計をする段階で、（１）無線ＩＣタグに入力されているデータを暗証番号な
どでロックする、（２）無線ＩＣタグに入力されているデータそのものを暗号化する、（
３）無線ＩＣタグに入力されているデータを消去する、（４）無線ＩＣタグに入力されて
いるデータを破壊する、のいずれかを行う。そして、出口にチェック手段を設け、（１）
〜（４）のいずれかの処理が行われたか、または無線ＩＣタグのデータに何も処理が行わ
れていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。この
ようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志
に反して無線ＩＣタグの情報を読み取られることを防止することができる。
【０１５５】
なお、（４）の無線ＩＣタグに入力されているデータを破壊する方法をいくつか挙げる
ことができる。例えば、（ａ）無線ＩＣタグが有する電子データの少なくとも一部に「０
（オフ）」若しくは「１（オン）」、または「０」と「１」の両方を書き込んでデータの
みを破壊する方法や、（ｂ）無線ＩＣタグに電流を過剰に流し、無線ＩＣタグが有する半
導体素子の配線の一部を物理的に破壊する方法などを用いることができる。
【０１５６】
以上に挙げた無線タグは、従来用いているバーコードより製造コストが高いため、コス
ト低減を図る必要がある。本発明を用いることによって、半導体膜の均一なレーザアニー
ルが可能であるため、品質が良好でばらつきのない半導体装置を効率良く作製することが
でき、コストの低減に有効である。さらに、どの無線タグも品質が高く、性能のばらつき
がない信頼性の高い無線タグを製作することができる。
【０１５７】
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明に
より作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に用いることができる。
【実施例１】
【０１５８】
以下において、本発明に関し実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこの実
施例によって何ら制限されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであ
ることは言うまでもないことである。
【０１５９】
本実施例では、実施の形態１で示した作製工程にしたがって、基板上に低濃度の不純物
を含む結晶性半導体膜を形成した実験結果を示す。
【０１６０】
基板は、コーニング社製の厚さ０．７ｍｍのガラス基板を使用した。また、下地絶縁膜
として、窒化酸化珪素膜と酸化窒化珪素膜との積層構造とし、平行平板型のプラズマＣＶ
Ｄ装置にてそれぞれ成膜した。具体的には、基板温度を３００℃に加熱し、成膜ガス（流
量）として、ＳｉＨ４（１０ｓｃｃｍ）、ＮＨ３（１００ｓｃｃｍ）、Ｎ２Ｏ（２０ｓｃ
ｃｍ）、Ｈ２（４００ｓｃｃｍ）を圧力４０Ｐａにて流し、ＲＦ周波数２７ＭＨｚにてＲ
Ｆパワーを５０Ｗ、電極間距離を３０ｍｍとしてプラズマを生成し、窒化酸化珪素膜の膜
厚を５０ｎｍ成膜した。
【０１６１】
その後、別のチャンバーに移動させ、基板温度を４００℃に加熱し、成膜ガス（流量）と
して、ＳｉＨ４（４ｓｃｃｍ）、Ｎ２Ｏ（８００ｓｃｃｍ）を圧力４０Ｐａにて流し、Ｒ
Ｆ周波数２７ＭＨｚにてＲＦパワーを５０Ｗ、電極間距離を１５ｍｍとしてプラズマを生
成し、膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を成膜した。
【０１６２】
次に、下地絶縁膜上に、半導体膜として、非晶質珪素膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装
置で成膜した。具体的には、基板温度を２５０℃に加熱し、成膜ガス（流量）として、Ｓ
ｉＨ４（２５ｓｃｃｍ）、Ｈ２（１５０ｓｃｃｍ）を圧力６６．７Ｐａにて流し、ＲＦ周
波数２７ＭＨｚにてＲＦパワーを５０Ｗ、電極間距離を２５ｍｍとしてプラズマを生成し
、膜厚６６ｎｍの窒化酸化珪素膜を成膜した。
【０１６３】
前記した成膜条件下で非晶質半導体膜を形成した後、電気炉内で、５００℃で１時間加
熱し、脱水素処理を行った。
【０１６４】
そして、半導体膜層成膜時の熱あるいは、脱水素時の熱処理によって、または、基板搬
送時に半導体膜表面に不必要な酸化膜層が形成された基板を、本発明の半導体製造装置の
不純物除去用前洗浄ユニットへ移動させた。不純物除去用前洗浄ユニットとしては、枚葉
スピン洗浄機を用いて、０．５ｗｔ％のフッ酸を７０秒吐出しながら回転させ、前記酸化
膜層を除去した後、ＣＯ２を含む水にて洗浄し、オゾン水を４０秒吐出しながら前記半導
体膜表面に酸化膜を形成し、回転させて乾燥させた。
【０１６５】
次に、不純物導入ユニットへ基板を移動させた。不純物導入方法としては、水素希釈し
た５％  Ｂ２Ｈ６ガスを３０ｓｃｃｍ流したチャンバー内にて２時間放置し、非晶質半導
体膜表面にボロンを付着させた。
【０１６６】
次に、レーザ結晶化ユニットへ基板を移動させた。ここで、レーザ発振器としては、出
力が２０Ｗ、繰り返し周波数が８０ＭＨｚ±１ＭＨｚ発振モードがＴＥＭ００、のＹＶＯ
４  疑似連続波モードロックレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を使用した。また、光学
系にてレーザビームを長軸約５００μｍ幅、短軸約２０μｍ幅の線状レーザビームを形成
した。そして、ＸＹ軸を有するステージに基板を載せ、線状レーザビームの短軸方向とな
るＸ軸方向に３５０ｍｍ／ｓｅｃの速度にてステージを移動しながら、基板の端から端ま
で直線状に線状レーザビームを照射し、線状レーザビームの長軸方向となるＹ軸方向に線
状レーザビームの長軸幅となる５００μｍ移動させ、先ほどと１８０°異なるＸ軸方向に
３５０ｍｍ／ｓｅｃの速度にてステージを移動しながら、同様に基板の端から端まで直線
状に線状レーザビームを照射した。このように、基板上で線状レーザビームを往復照射さ
せることによって、基板全面に渡ってレーザ結晶化を行った。
【０１６７】
なお、線状レーザビームを形成した光学系としては、レーザ発振器から射出したレーザ
ビームの透過率を可変にできるアッテネータを透過させ、ビームエキスパンダーにてビー
ムサイズを２倍に拡大した後、１ｍｍ幅のスリットを用いてレーザビームの長軸方向を遮
光した。その後、スリット直後の長軸方向のレーザビーム像を、照射面において約５００
μｍとなるように縮小転写されるように配置した長軸用シリンドリカルレンズにレーザビ
ームを透過させ、落射ミラーを用いて落射方向にレーザビームの進行方向を変えた後、短
軸用シリンドリカルレンズにて照射面において短軸幅が約２０μｍとなるように調整し、
照射面上にて長軸約５００μｍ幅、短軸約２０μｍ幅となるような線状レーザビームを形
成した。
【０１６８】
上記のレーザ結晶化工程において、線状レーザビームを照射して非晶質珪素膜を溶融さ
せると同時に溶融した珪素膜中にボロンを拡散させた。つまり、溶融した珪素膜が結晶化
すると同時に、ボロンを高い活性化率にて活性化し、ボロンを低濃度含んだ多結晶珪素膜
を形成した。
【０１６９】
多結晶珪素膜中に導入されたボロン濃度を、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ：Ｓｅ
ｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定した結果
を図２０に示した。なお、図２０において、縦軸は、導入されたボロン濃度（ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３）、横軸は、多結晶珪素膜表面からの深さ（ｎｍ）を示す。
【０１７０】
なお、測定対象の厚さが薄いと膜中の濃度の測定精度が得られないため、測定精度を考
慮して、非晶質珪素膜の厚さを１００ｎｍで成膜した基板をモニター基板としてを用いて
測定を行った。測定された多結晶珪素膜中のボロン濃度は約２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３となり、従来のチャネルドープを用いた所望のしきい値電圧０．９Ｖに対応する同程
度のボロン濃度を導入できていることを確認した。
【０１７１】
さらに、多結晶珪素膜中に拡散したボロン濃度は表面からの深さ方向に対して概略均一
に導入されていた。また、レーザ結晶化を行っていない場合には、ボロンが非晶質珪素膜
中には導入されていないため、レーザ結晶化工程によって半導体膜中にボロンが導入され
ることが示された。
【０１７２】
以上の結果より、本発明の半導体作製装置を用いることで、活性層中への低濃度かつ、
概略均一な濃度で不純物導入を生産性良く実現できることが示された。
【実施例２】
【０１７３】
本実施例では、本発明の半導体製造装置の不純物導入ユニットにおいて、薬液とＦＦＵを
用いて不純物を生成し、ストッカーにて暴露した実験結果について説明する。
【０１７４】
まず、ガラス基板上に下地絶縁膜として、窒化酸化珪素膜５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜１０
０ｎｍを積層し、下地絶縁膜上に非晶質半導体膜として膜厚６６ｎｍの非晶質珪素膜をプ
ラズマＣＶＤ法にて成膜した。その後、脱水素処理として５００℃で１時間の熱処理後、
５５０℃で４時間の熱処理を行い、不純物導入前洗浄ユニットにて、枚葉スピン洗浄機を
用いて、０．５ｖｏｌ％のＨＦにて９０秒処理し、非晶質珪素膜上の酸化珪素膜と不純物
を除去した。その後、不純物導入ユニットにおけるＦＦＵユニットの、フィルターにボロ
ンを含むフィルターを使用したボロン雰囲気内にて、ストッカーを用いて２４時間基板を
暴露し、ボロンを非晶質珪素膜上に付着させた。
【０１７５】
次にレーザ結晶化ユニットにおいて、疑似連続波レーザを用いてレーザ結晶化を行い、ボ
ロンを珪素膜内に導入すると同時に多結晶珪素膜を形成した。ここで、レーザ結晶化方法
は、実施例１に示した条件と、同じ条件にて基板全面にわたってレーザ照射した。
【０１７６】
図２１にレーザ結晶化後の多結晶珪素膜中のボロン濃度のＳＩＭＳ測定結果を示す。また
、対照として、酸化珪素膜除去後、ボロン雰囲気中に暴露することなく、レーザ結晶化し
た基板の多結晶珪素膜中のボロン濃度のＳＩＭＳ測定結果を示す。なお、図２１において
、縦軸は、導入されたボロン濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、横軸は、多結晶珪素膜表面か
らの深さ（ｎｍ）を示す。
【０１７７】
ボロン雰囲気中に暴露しなかった場合には約２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のボロンが
多結晶珪素膜に導入されていた。また、ボロン雰囲気中に２４時間暴露した場合には約９
×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のボロンが多結晶珪素膜に導入されていた。ここから、ボ
ロン雰囲気中への暴露によって多結晶珪素膜中に導入されるボロン濃度を低濃度にて制御
できることが示された。
【０１７８】
また、ＦＦＵにおいて、ボロンを含むフィルターの代わりに、ボロンレスフィルター及び
ケミカルフィルターを適用した場合のボロン導入量の測定結果を図２２に示す。なお、Ｆ
ＦＵにおけるフィルター以外の条件は、図２１の条件と同様であった。図２２において、
多結晶珪素膜に導入されたボロン濃度は不純物導入ユニット内への暴露時間に関係なく約
１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下と検出下限に近い値となっていた。ここから、図２
１で多結晶珪素膜中に導入されていたボロンは、ＦＦＵのボロンを含むフィルター由来で
あることが示された。また、フィルターを適宜使い分けることで、ユニット内の雰囲気で
のボロンの飛散の有無を制御できることが示された。
【０１７９】
また、レーザ結晶化後、形成した多結晶珪素膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し
、現像することによって所望の形状にレジストを形成し、形成したレジストをマスクとし
てエッチングを行い、島状の多結晶珪素膜を形成した。この島状の多結晶珪素膜を用いて
ＴＦＴを形成した。
【０１８０】
なお、多結晶珪素膜におけるチャネルの形状は、チャネル長が１μｍ、チャネル幅が８
μｍとした。また、リンまたはボロンをイオンドーピング装置にて島状の多結晶珪素膜に
おけるソース領域またはドレイン領域にそれぞれ打ち分けて複数のＮチャネル型ＴＦＴ及
びＰチャネル型ＴＦＴを形成した。
【０１８１】
形成したＮチャネル型ＴＦＴにおけるしきい値電圧Ｖｔｈとボロン雰囲気内での暴露時
間との相関を回帰分析にて調査した結果を図２３（Ａ）に示す。また、Ｐチャネル型ＴＦ
Ｔにおけるしきい値電圧Ｖｔｈとボロン雰囲気内での暴露時間との相関を回帰分析にて調
査した結果を図２３（Ｂ）に示す。なお、測定条件は、ドレイン電圧ＶＤ＝３Ｖとした。
【０１８２】
図２３（Ａ）において、縦軸はＮチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖ）を、横軸は不
純物導入ユニットのボロン雰囲気への暴露時間（ｈｏｕｒ）を示す。図２３（Ａ）より、
Ｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧と、ボロン雰囲気中への暴露時間は比例関係にあるこ
とが示された。なお、図２３（Ａ）において、暴露時間を増加させたＮチャネル型ＴＦＴ
においては、１時間あたり約０．０４Ｖの割合でしきい値電圧が増加していた。
【０１８３】
また、図２３（Ｂ）において、縦軸はＰチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖ）を、横
軸は不純物導入ユニットのボロン雰囲気への暴露時間（ｈｏｕｒ）を示す。図２３（Ｂ）
より、Ｐチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧と、ボロン雰囲気中への暴露時間は比例関係に
あることが示された。なお、図２３（Ｂ）において、暴露時間を増加させたＰチャネル型
ＴＦＴにおいては、１時間あたり約０．０３Ｖの割合でしきい値電圧が増加していた。
【０１８４】
図２３の結果から、本発明の半導体製造装置を用いることで、容易にかつ、精度良くし
きい値電圧を制御できることが示された。本実施例においては、しきい値電圧の絶対値は
実際の動作値としては小さいが、ボロン雰囲気への滞留時間を延ばすか、あるいはボロン
雰囲気のボロン濃度を高くすることで、半導体素子のしきい値電圧を制御することができ
る。また、一定の暴露時間あたりに、半導体膜中に導入される不純物濃度が低濃度である
ため、暴露時間が多少ばらついても半導体膜中に導入される不純物濃度を精度良く制御す
ることができる。
【実施例３】
【０１８５】
本実施例では、本発明の半導体製造装置の不純物導入ユニットにおいて、薬液としてホウ
酸エステル化合物であるホウ酸トリ−ｎ−オクチルを用いて生成した不純物雰囲気に基板
を暴露した実験結果について説明する。
【０１８６】
まず、ガラス基板上に下地絶縁膜として、窒化酸化珪素膜５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜１０
０ｎｍを積層し、下地絶縁膜上に非晶質半導体膜として膜厚１５０ｎｍの非晶質珪素膜を
プラズマＣＶＤ法にて成膜した。その後、脱水素処理を行い、不純物導入前洗浄ユニット
にて、非晶質珪素膜上の酸化珪素膜と不純物を除去した基板を、ホウ酸トリ−ｎ−オクチ
ルを加水分解して生成したボロン雰囲気内にて、５分間暴露し、ボロンを非晶質珪素膜上
に付着させた。
【０１８７】
次にレーザ結晶化ユニットにおいて、疑似連続波レーザを用いてレーザ結晶化を行い、ボ
ロンを珪素膜内に導入すると同時に多結晶珪素膜を形成した。ここで、レーザ結晶化方法
は、実施例１に示した条件と、同じ条件にて基板全面にわたってレーザ照射した。
【０１８８】
図２４にレーザ結晶化後の多結晶珪素膜中のボロン濃度のＳＩＭＳ測定結果を示す。図２
４において、縦軸は、導入されたボロン濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、横軸は、多結晶珪
素膜表面からの深さ（ｎｍ）を示す。図２４より、多結晶珪素膜中には、約３×１０１６
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のボロンが導入されており、ホウ酸トリ−ｎ−オクチルを用いて生成
したボロン雰囲気中への暴露によって多結晶珪素膜中に導入されるボロン濃度を低濃度に
て制御できることが示された。
【符号の説明】
【０１８９】
１００１    洗浄ユニット
１００２    搬送ロボット
１００３    不純物生成部
１００４    搬入チャンバー
１００５    搬出チャンバー
１００６    不純物雰囲気チャンバー
１００７    排気部
１０１０    ステージ
１０１３    レーザ発振器
１０１４    落射ミラー
１０１５    スリット
１０１６    長軸シリンドリカルレンズ
１０１７    短軸シリンドリカルレンズ
１０１８    レーザ結晶化ユニット
１０２０    不純物導入ユニット
１０２１    カセットステーションユニット
１０２２    検査ユニット
１０２３    カセットステーションユニット
１０３０    枚葉スピン洗浄機
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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