(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
2008252079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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って、
前記半導体膜表面を洗浄する洗浄ユニットと、
前記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、
前記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、前記半導体膜を結晶化させるレーザ結晶化ユニットと、
前記洗浄ユニット、前記不純物導入ユニット、及び前記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、を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
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って、
前記半導体膜表面を洗浄する洗浄ユニットと、
前記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、
前記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、前記半導体膜を結晶化させるレーザ結晶化ユニットと、
前記洗浄ユニット、前記不純物導入ユニット、及び前記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、を有し、
前記不純物導入ユニットでの暴露時間によって、前記半導体膜へ付着される前記不純物の量が制御されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
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って、
前記半導体膜表面を洗浄する洗浄ユニットと、
前記半導体膜上に酸化膜を形成する成膜ユニットと、
前記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、
前記不純物が付着した前記酸化膜及び前記半導体膜にレーザビームを照射して、前記半導体膜を結晶化させるレーザ結晶化ユニットと、
前記洗浄ユニット、前記成膜ユニット、前記不純物導入ユニット、及び前記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、を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記不純物導入ユニットは、不純物雰囲気チャンバーと、前記不純物雰囲気チャンバー内に不純物ガスを供給する不純物生成部と、を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記不純物雰囲気チャンバーは、
前記絶縁基板を支持するワイヤーと、
前記ワイヤーを固定するワイヤー固定部と、
前記ワイヤー固定部を前記不純物雰囲気チャンバー内で把持する支持機構と、
前記支持機構を前記不純物雰囲気チャンバー内で上下させる駆動部と、を有し、
前記不純物導入ユニットに搬入された前記絶縁基板は、搬入された順に、前記レーザ結晶化ユニットへ搬出されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、
前記不純物生成部は、第１３族元素、または第１５族元素を含む不純物ガスを生成することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６のいずれか一項において、
前記不純物生成部は、
ジボラン、またはホスフィンを水素希釈して不純物ガスを生成することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれか一項において、
前記不純物生成部は、
不純物を含むエステル化合物、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することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記不純物を含むエステル化合物は、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、または、リン酸ジフェニル−２−エチルヘキシルのいずれか一種であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記レーザ結晶化ユニットは、レーザ発振器を有し、
前記レーザ発振器から射出したレーザビームを、前記不純物が付着した前記半導体膜に照射して、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度の不純物を含む結晶性半導体膜を形成することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１１】
絶縁基板上に半導体膜を成膜し、
前記半導体膜表面を洗浄した後、前記絶縁基板を不純物雰囲気中に搬送して、前記半導体膜表面に不純物を付着させ、
前記不純物が付着した前記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前記ステージ上の前記絶縁基板に照射し、
前記不純物が付着した前記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ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
絶縁基板上に半導体膜を成膜し、
前記半導体膜表面を洗浄した後、前記半導体膜上に酸化膜を形成し、
前記酸化膜を設けた前記絶縁基板を不純物雰囲気中に搬送して、前記酸化膜を介して前記半導体膜上に不純物を付着させ、
前記不純物が付着した前記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前記ステージ上の前記絶縁基板に照射し、
前記不純物が付着した前記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ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２において、
前記不純物雰囲気には、第１３族元素、または第１５族元素が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項において、
前記不純物を含む結晶性半導体膜には、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度の不純物が含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【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）。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【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。
【００１９】
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。
【００２０】
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】
【００２１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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１００１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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１００１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。
【００２９】
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。
【００３０】
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１０１５、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。
【００３１】
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１０１６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。
【００３２】
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１０１０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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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１００ｎｍ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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ＣＲ）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１０４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。
【００４５】
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１０３に、不純物を所望の濃度導入する工程について説明する。
【００４６】
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））。
【００４７】
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１００６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。
【００４８】
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。
【００４９】
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５００μｍ×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１０Ｗ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３５０ｍｍ／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。
【００５０】
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、１０ＭＨｚ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。
【００５１】
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。
【００５２】
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５００μｍ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。
【００５３】
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。
【００５４】
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１０７を形成することができる（図４（Ｄ））。
【００５５】
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１０７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。
【００５６】
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１００１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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
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１４０９によって間接的に支持されている。
【００６３】
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。
【００６４】
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１４０８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。
【００６５】
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。
【００６６】
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１４１０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。
【００６７】
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。
【００６８】
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１４１０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１４１７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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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１５０２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１４１０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。
【００７４】
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１５０３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１５０３の基板への接触面を斜めにしても良い。
【００７５】
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。
【００７６】
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１１０２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。
【００７７】
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（ＰＨ３）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。
【００７８】
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ＰＦＡ、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。
【００７９】
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１１００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。
【００８０】
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１２０２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、ＦＦＵ１２０６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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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ＦＦＵ１３０９とを有している。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
（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。
【００９０】
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１０１、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／ｃｍ３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。
【００９１】
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。
【００９２】
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７１４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。
【００９３】
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。
【００９４】
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７１６〜７２３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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
（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  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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１７０１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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１７０３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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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１７０６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Ａｓ（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。
【０１１３】
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１７０６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。
【０１１４】
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１７２１を形成する。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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１７０６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ｎ型の高濃度不純物領域１７２７、１７２８が形成される。
【０１１７】
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、１００ｎｍ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。
【０１１８】
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ＴＦＴ１７３１、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。
【０１１９】
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１７３４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。
【０１２０】
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１７０８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ＴＦＴ１７３２は、乱数ＲＯＭのメモリ素子として用いることができる。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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１７３５とを電気的に接続するようにしても良い。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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１７４２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１７４５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。
【０１２７】
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１７００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。
【０１２８】
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３００ｓｃｃｍ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ＴＦＴ１７３０〜１７３２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。
【０１２９】
次に図１７（Ａ）に示すように、剥離されたＴＦＴ１７３０〜１７３２及びアンテナ１７４２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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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１７４２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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
なお、一般的にＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）で用いられている電波の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
（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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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２２１３、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２２１２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２２１２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。
【０１４５】
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  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ、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。
【０１４６】
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２２３２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２２３２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。
【０１４７】
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２２４１、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２２４２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。
【０１４８】
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  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  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。
【０１４９】
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ＩＣ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。
【０１５０】
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２３１２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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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】
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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ＣＶＤ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（２０ｓｃｃｍ）、Ｈ２（４００ｓｃｃｍ）を圧力４０Ｐａにて流し、ＲＦ周波数２７ＭＨｚにてＲＦ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。
【０１５９】
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、ＲＦ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。
【０１６０】
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、ＳｉＨ４（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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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ＹＶＯ４  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。
【０１６５】
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５００μｍ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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  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。
【０１６８】
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／ｃｍ３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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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】
【０１７１】
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。
【０１７２】
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１００ｎｍ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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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、ＦＦＵ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２１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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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８μｍ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。
【０１７９】
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（Ｂ）に示す。なお、測定条件は、ドレイン電圧ＶＤ＝３Ｖとした。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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】
【０１８３】
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。
【０１８４】
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１００ｎｍ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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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２４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３×１０１６ａｔｏｍｓ／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。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【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。
【符号の説明】
【０１８８】
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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