(57)【要約】【課題】半導体装置の製造における工程数の削減および作業の安全性を高める、半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法ならびにその装置を提供することにある。【解決手段】基板（１１）に形成された半導体層（１３）にレーザ光（ａ）を照射することにより前記半導体層の少なくとも一部を溶融させる工程と、前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材（２）にレーザ光（ａ′）を照射して前記元素をアブレーションさせる工程と、前記アブレーションした元素を、溶融した前記半導体層にドーピングさせる工程とを具備してなることを特徴とする。【選択図】　　図１
2004006703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された半導体層にレーザ光を照射することにより前記半導体層の少なくとも一部を溶融させる工程と、前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材にレーザ光を照射して前記元素をアブレーションさせる工程と、前記アブレーションした元素を、溶融した前記半導体層にドーピングさせる工程とを具備してなることを特徴とする、半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法。
【請求項２】
基板に形成された半導体層にレーザ光を照射することにより前記半導体層の少なくとも一部を溶融させる工程と、前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材にレーザ光を照射して前記元素をアブレーションさせる工程と、前記アブレーションした元素を、溶融した前記半導体層にドーピングさせる工程とを備え、前記溶融中の半導体層の露出面を通して前記半導体層に前記元素をドーピングするために、前記半導体層に照射されたレーザ光の前記半導体層からの反射光を前記ターゲット材に入射させて前記元素を気密容器内ヘアブレーションさせることを特徴とする、半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、パルス発振された光または連続発振された光である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザ光の波長は、真空紫外から赤外までの全域から選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、ガラス、シリコンおよびプラスチックのいずれかの材料からなる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
基板と該基板に直接または間接的に形成された半導体層とを有する被処理板であって前記半導体層の少なくとも一部が露出された被処理板と前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材とが配置される一つの気密容器と、少なくとも前記半導体層の露出面に照射される一のレーザ光を発生するための第１のレーザ光照射器と、前記ターゲット材に照射される他のレーザ光を発生するための第２のレーザ光照射器とを含む、半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置。
【請求項７】
前記被処理板および前記ターゲット材は、前記被処理板の前記一のレーザ光が照射される面と前記ターゲット材の前記他のレーザ光が照射される面とのなす角度が０〜９０°であるように前記気密容器内に配置されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記角度は０°（平行）である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第２のレーザ光照射器は、前記ターゲット材に対する前記他のレーザ光の入射角度が１０〜９０°であるように配置されている、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記入射角度は４５°である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１および第２のレーザ光照射器は、それぞれ、パルス発振されたレーザ光または連続発振されたレーザ光を発生する、請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のレーザ光照射器は、それぞれ、真空紫外から赤外までの全域から選択される波長の光を発する、請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
基板と該基板に直接または間接的に形成された半導体層とを有する被処理板であって前記半導体層の少なくとも一部が露出された被処理板と前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材とを配置するための一つの気密容器と、少なくとも前記半導体層の露出面に照射され、前記半導体層で反射され、次いで前記ターゲット材に入射するレーザ光を発生するためのレーザ光照射器とを含む、半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置。
【請求項１４】
前記被処理板および前記ターゲット材は、前記被処理板の前記レーザ光が照射される面と前記ターゲット材の前記レーザ光が照射される面とのなす角度が０〜９０°であるように前記気密容器内に配置されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記角度は０°（平行）である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記レーザ光照射器は、前記ターゲット材に対する前記レーザ光の入射角度が１０〜９０°であるように調整するための反射鏡を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記入射角度は４５°である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記レーザ光照射器は、パルス発振されたレーザ光または連続発振されたレーザ光を発生する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
前記レーザ光照射器は、真空紫外から赤外までの全域から選択される波長の光を発生する、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
前記基板は、ガラス、シリコンおよびプラスチックのいずれかの材料からなる、請求項６または１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法ならびにその装置にする。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ、以下「ＬＳＩ」という。）は、各種の材料からなる薄膜を形成する成膜工程、半導体およびその他の薄膜に形状加工を施すリングラフィ工程、半導体に不純物（以下「ドーパント」という。）を添加するドーパント添加（以下「ドーピング」という。）工程、ドーパントを半導体内で電気的に活性化させるドーパント活性化工程等多くのプロセスを経て製造される。
【０００３】
前記ドーピング工程で用いられる代表的なドーパント添加方法として、イオンドーピング法が知られている。このイオンドーピング法は、特定の不純物元素をイオン化し、イオン化された元素を所定量だけ半導体の結晶中にドーピングする方法であり、ドーパントの濃度分布や拡散深さを高い精度で制御できる、再現性が良い等の利点がある。このイオンドーピングによって生じた結晶構造上の欠陥の修復とドーピングされたドーパントの活性化とを行うために、一般的に１０００℃を超える温度（プロセス温度）に保たれた炉アニール中で前記半導体の加熱処理を行う。
【０００４】
近年、ＬＳＩを構成する素子、例えば金属酸化物（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、以下「ＭＯＳ」という。）トランジスタの製造工程で数１０ｎｍ以下の極薄接合層を形成するためにイオンドーピング法によって半導体にドーパントを添加した後に行うドーパントの活性化を行う方法として、レーザアニール法が検討されている。
【０００５】
また、絶縁物上に形成された半導体薄膜を含む薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」という。）は、例えば、主として液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ−Ｄｉｓｐｌａｙ、以下「ＬＣＤ」という。）の画素に加えられる電圧を制御するためのスイッチング素子として用いられる。
【０００６】
ＬＣＤの低コスト化、大面積化、高性能化等を実現すべく、従来の１０００℃のプロセス温度に比べて低いプロセス温度（６００℃以下）で高性能なＴＦＴを作製する方法が開発されている。
【０００７】
高性能なＴＦＴを作製するためのレーザアニール法として、基板に直接または間接的に形成された絶縁膜上に非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃｏｎ、以下「ａ−Ｓｉ」という。）薄膜を形成し、該非晶質シリコン薄膜にレーザ光を照射して前記薄膜の少なくとも一部を溶融および結晶化（主として多結晶化）する方法がある。この方法では、低温多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ、以下「ｐ−Ｓｉ」という。）薄膜の形成において、該薄膜が直接または間接的に形成される下地基板への熱的影響が非常に少ないこと、高スループットを実現することができること、安価なガラス基板、プラスチック基板等を利用することができること等の利点がある。
【０００８】
このレーザアニール法は、ＴＦＴ製造工程において、ａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉへ結晶状態を変化させることのみに用いられるだけでなく、ドーピング後のドーパント活性化工程にも盛んに用いられるようになってきている。
【０００９】
図５に、イオンドーピング法とレーザアニール法とを用いるＴＦＴの製造方法を例に、従来の半導体装置の製造工程の概略を示す（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−５１２０７号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開２００２−１２２８８１号公報
【００１２】
これら文献には、ドーパントイオンをドーピングした後、レーザアニールして活性化する工程が必要であり、工程数が増加する旨記載されている。
【００１３】
図７（ａ）に示すように、絶縁性の基板２１上にａ−Ｓｉ膜２２を形成した後、該ａ−Ｓｉ膜にリンのようなｎ型ドーパントからなるドーパントｃをドーピングし、ａ−Ｓｉ膜２２をｎ型ａ−Ｓｉ膜３０（図７（ｂ）を参照。）にする（チャネルドープする）。
【００１４】
図７（ｂ）に示すように、ｎ型ａ−Ｓｉ膜３０にエキシマレーザのレーザ光ａを照射するレーザアニール処理を行い、ｎ型ａ−Ｓｉ膜３０を溶融および結晶化（または再結晶化）し、ｎ型ａ−Ｓｉ膜３０をｎ型ｐ−Ｓｉ膜（図示せず）にする。
【００１５】
次いで、図７（ｃ）〜（ｅ）に示すように、複数のＴＦＴ素子を形成するために前記ｎ型ｐ−Ｓｉ膜を島状に分離してｎ型ｐ−Ｓｉ層３１にし、絶縁性の基板２１およびｎ型ｐ−Ｓｉ層３１上にゲート酸化膜２３を形成し、さらにその上にゲート電極２４をパターン状に形成する。
【００１６】
ゲート電極２４をドーピング防止用マスクとして用いて、図５（ｆ）に示すように、リンのようなｎ型ドーパントであるドーパントｃをドーピングしてソース・ドレイン領域を形成し、ソース・ドレイン間がｎ型チャネル層でつながるデプレッション型ｎチャネルＭＯＳトランジスタの主要部分を形成する。
【００１７】
図７（ｇ）に示すように、エキシマレーザのレーザ光ａを照射するレーザアニール処理を行い、イオンドーピングドーパントの活性化とイオンドーピング時に損傷を受けたｐ−Ｓｉ膜の結晶の回復処理を行う。
【００１８】
この後、図７（ｈ）に示すように、最上部に酸化Ｓｉのようなパッシベーション膜２５を形成し、図７（ｉ）に示すように、パッシベーション膜２５にコンタクトホールを形成し、次いで、電極用メタル２６を形成する。これにより、半導体装置が製造される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の半導体装置の製造工程においては、ドーパントをドーピングするドーピング工程とレーザアニール工程とは他の工程をはさんで分離されていた。そのため、製造工程数が多く、作業も煩雑であった。
【００２０】
また、ドーピング工程とレーザアニール工程とで使用する装置が別であることに起因して各装置において基板洗浄の工程が必要であること、ドーピングの前後に行う基板洗浄によって各装置内に汚染が生じやすいこと、ドーピング装置では一般的に有毒な気体ソースを使用するため危険性が高く、これを除害するために大掛かりな付帯設備が必要であること等の不都合があった。
【００２１】
本発明は、前記した点に対処してなされたもので、全体の製造プロセスを簡素化する半導体層のアニールおよびドーピングのための処理方法ならびにその装置を提供するものである。
【００２２】
本発明の目的は、半導体装置の製造における工程数の削減および作業の安全性を高める、半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法ならびにその装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法は、基板に形成された半導体層にレーザ光を照射することにより前記半導体層の少なくとも一部を溶融させる工程と、前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材にレーザ光を照射して前記元素をアブレーションさせる工程と、前記アブレーションした元素を、溶融した前記半導体層にドーピングさせる工程とを具備してなることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る他の半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法は、基板に形成された半導体層にレーザ光を照射することにより前記半導体層の少なくとも一部を溶融させる工程と、前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材にレーザ光を照射して前記元素をアブレーションさせる工程と、前記アブレーションした元素を、溶融した前記半導体層にドーピングさせる工程とを備え、前記溶融中の半導体層の露出面を通して前記半導体層に前記元素をドーピングするために、前記半導体層に照射されたレーザ光の前記半導体層からの反射光を前記ターゲット材に入射させて前記元素を気密容器内ヘアブレーションさせることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、前記したレーザ光の照射により、前記半導体層の少なくとも一部が溶融され、前記アブレーションされた元素が前記溶融中の半導体層の露出面を通して前記半導体層にドーピングされる。これにより、前記半導体層への前記元素のドーピングと前記半導体層の溶融および結晶化（または再結晶化）とが同時または連続して行われる。したがって、ドーピング処理とレーザアニール処理とを１つの工程で行うことができる。
【００２６】
好ましくは、前記レーザ光は、パルス発振された光または連続発振された光である。また、好ましくは、前記レーザ光の波長は、真空紫外から赤外までの全域から選択される。
【００２７】
前記基板は、ガラス、シリコンおよびプラスチックのいずれかの材料からなるものとすることができる。
【００２８】
本発明に係る半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置は、基板と該基板に直援または間接的に形成された半導体層とを有する被処理板であって前記半導体層の少なくとも一部が露出された被処理板と前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材とが配置される一つの気密容器と、少なくとも前記半導体層の露出面に照射される一のレーザ光を発生するための第１のレーザ光照射器と、前記ターゲット材に照射される他のレーザ光を発生するための第２のレーザ光照射器とを含む。
【００２９】
好ましくは、前記被処理板および前記ターゲット材は、前記被処理板の前記一のレーザ光が入射される面と前記ターゲット材の前記他のレーザ光が入射される面とのなす角度が０〜９０°であるように、さらに好ましくは、前記角度は０°（平行）であるように前記気密容器内に配置されている。
【００３０】
好ましくは、前記第２のレーザ光照射器は、前記ターゲット材への前記他のレーザ光の入射角度が１０〜９０°であるように、さらに好ましくは、前記入射角度は４５°であるように配置されている。
【００３１】
好ましくは、前記第１および第２のレーザ光照射器は、パルス発振されたレーザ光または連続発振されたレーザ光を発生する。また、好ましくは、前記第１および第２のレーザ光照射器は、真空紫外から赤外までの全域から選択される波長の光を発する。
【００３２】
本発明に係る他の半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置は、基板と該基板に直接または間接的に形成された半導体層とを有する被処理板であって前記半導体層の少なくとも一部が露出された被処理板と前記半導体層中にドーピングされるべき元素を含むターゲット材とを配置するための一つの気密容器と、少なくとも前記半導体層の露出面に照射され、前記半導体層で反射され、次いで前記ターゲット材に入射するレーザ光を発生するためのレーザ光照射器とを含む。
【００３３】
好ましくは、前記被処理板および前記ターゲット材は、前記被処理板の前記レーザ光が入射される面と前記ターゲット材の前記レーザ光が入射される面とのなす角度が０〜９０°であるように、さらに好ましくは、前記角度は０°（平行）であるように前記気密容器内に配置されている。
【００３４】
好ましくは、前記レーザ光照射器は、前記ターゲット材への前記レーザ光の入射角度が１０〜９０°であるように、さらに好ましくは、前記入射角度は４５°であるように調整するための反射鏡を含む。
【００３５】
好ましくは、前記レーザ光照射器は、パルス発振されたレーザ光または連続発振されたレーザ光を発生する。また、好ましくは、前記レーザ光照射器は、真空紫外から赤外までの全域から選択される波長の光を発生する。
【００３６】
前記基板は、ガラス、シリコンおよびプラスチックのいずれかの材料からなるものとすることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００３８】
図１に、本発明に係る半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置の実施の形態を概略的に示す。この処理装置は、半導体のアニール光学系と、ドーパントをドーピングするための光学系とからなる。
【００３９】
図１に示す半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置においては、基板支持テーブル上に設けられた被処理板１とターゲット材を含むターゲット板２とが気密容器からなるチャンバー３内に配置されている。気密容器例えばチャンバーは、金属例えばアルミニウムにより気密に構成されている。チャンバー３の上壁にはレーザ光を通過させるための窓４例えば石英ガラスが気密に設けられ、チャンバー３の外部にはレーザ装置５、２７とレーザ光を被処理基板１に導入させるためのミラー６とが設置されている。
【００４０】
チャンバー３には、図示しない排気ポンプが接続され、チャンバー３内の圧力は、排気ポンプにより例えば１×１０−６Ｐａ程度以下に減圧にされている。
【００４１】
被処理板１は、基板１１と該基板１１上に順に積層された下地酸化膜１２例えばＳｉＯ２層および半導体膜（半導体層）１３例えば非晶質シリコン層からなる。
【００４２】
ターゲット板２は、支持板（図示せず）と、該支持板上に一体的に形成され、ほぼ平面形状の表面を有する、半導体膜１３にドーピングすべき例えばリンのような不純物であるドーパントを含むターゲット材とからなる。ターゲット板２としては、前記支持板とほぼ同形の板状のターゲット材が前記支持板上に接着されたもの、粉状のターゲット材が液体に混合されて前記支持板に塗布されたもの等を用いることができる。図１に示す例においては、ターゲット板２は、前記支持板とほぼ同形例えば方形状であり板状のターゲット材が前記支持板上に接着されている。図１に示す例においては、前記ターゲット材の表面は下方の被処理板１の表面に向けられている。
【００４３】
図１に示す例においては、被処理板１の表側にある半導体膜１３の表面とターゲット板２における前記ターゲット材の表面とが互いに向き合うように、被処理板１とターゲット板２とがチャンバー３内に配置されている。
【００４４】
前記した構成において、レーザ装置５から出射した、半導体層１３をアニールするためのレーザ光ａは、ミラー６により光路を変えて窓４を通過し、被処理板１の最上部にある半導体膜１３の表面にほぼ直角方向に入射する。半導体膜１３の表面を走査するためのレーザ光ａの入射角度の変更は、ミラー６の傾斜角度を調節して行う。
【００４５】
半導体膜１３の表面に入射したレーザ光ａは、半導体膜１３に吸収される。半導体膜１３に吸収されたレーザ光ａは、熱エネルギーとなって半導体膜１３を溶融する。レーザ光ａの照射後に、半導体膜１３の溶融から固化への過程において半導体膜１３の結晶化（または再結晶化）が進行する。
【００４６】
一方、レーザ装置２７から出射した、ドーパントをアブレーションさせるためのレーザ光ａ′は、窓２８を通過し、ターゲット板２に入射する。レーザ光ａ′が入射したターゲット板２では、レーザ光によりドーパントの中性元素をはじき飛ばす作用と、温度が急激に上昇して、熱エネルギーによる前記ターゲット板２中の原子の放出すなわち前記ターゲット材中からレーザアブレーションが生じ、放出された粒子のプルームｂが発生する。このプルームｂには、ターゲット板２中に含まれていた粒子からなる。
【００４７】
プルームｂは急速に拡散し、被処理板１の表面に到達する。その結果、溶融状態の半導体膜１３中にプルームｂ内の元素が不純物すなわちドーパントとして、レーザアブレーションによるドーパントの半導体膜１３中への供給すなわちドーピングが行われる。
【００４８】
このように、レーザアブレーションによるドーパントのドーピングとレーザアニールによる前記半導体膜の結晶化（または再結晶化）とがほぼ同時に行われる。
【００４９】
図に示す例においては、前記半導体膜１３はその全面が露出されているものとした。これに代えて、前記半導体膜１３の少なくとも一部が露出されているもの、例えば、前記半導体膜１３上に、コンタクトホールを有する絶縁膜が形成され、コンタクトホールを通して前記半導体膜１３の一部が露出されているものであってもよい。
【００５０】
前記半導体膜１３の一部が露出されている場合には、前記半導体膜１３に照射するための前記レーザ装置５から出射したレーザ光ａの一部は前記コンタクトホールを通って前記半導体膜１３に直接入射し、前記レーザ光の他は前記絶縁膜を通して前記半導体膜１３に入射する。また、前記ドーパントとしての元素は、前記半導体膜１３の露出面を通して前記半導体膜１３にドーピングされる。これにより、前記半導体膜１３全部の結晶化（または再結晶化）が行われ、また前記半導体膜１３の前記露出面の近傍部分は例えばｎ型の半導体膜になる。
【００５１】
前記ドーパントのドーピングの開始と前記レーザアニールによる結晶化の開始との間の時間的な差は、例えばレーザ装置５、２７からのレーザ光の発射時刻を制御することによって容易に変更することができる。
【００５２】
次に、図１の他の実施形態を、図２を参照して説明する。図１と同一部分には同一符号を付与し、その詳細な説明は重複するので省略する。図２に示す半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置においては、レーザ装置として単一のレーザ装置５のみが用いられている。この実施形態は、アニールのために入射したレーザ光の一部が反射するため、この反射光によりドーパントのアブレーションに使用する場合である。被処理板１とターゲット板２とが上下に対向してチャンバー３内に配置されている。
【００５３】
前記した構成において、レーザ装置５から出射したレーザ光ａは、ミラー６により光路を変えて窓４を通過し、被処理板１の最上部の半導体膜１３の表面に入射する。半導体膜１３の表面に入射したレーザ光ａは、一部が半導体膜１３に吸収されて熱エネルギーとなり、半導体膜１３を溶融し、残りのレーザ光が反射してターゲット板２に入射してドーパントを放出する。
【００５４】
半導体膜１３に吸収されたレーザ光ａは、熱エネルギーとなって半導体膜１３を溶融する。また、ターゲット板２に入射したレーザ光ａにより、プルームｂが発生し、該プルームが被処理板１の表面に到達し、溶融状態の半導体膜１３中にプルームｂ内の元素が不純物すなわちドーパントとしてドーピングする。これにより、レーザアブレーションによるドーパントのドーピングとレーザアニールによる結晶化とがほぼ同時に行われる。
【００５５】
図３に、図２に示す装置におけるレーザ光照射によって変化する前記半導体膜についてのタイムチャートを示す。レーザ光ａと被処理板１とは、相対的に移動させて、半導体膜１３の表面をレーザ光ａが走査する。レーザ光ａと被処理板１の相対的移動は、被処理板１のみを移動させることが最適である。
【００５６】
図３において、Ａの時点でレーザ光ａの照射を開始する。しばらくすると半導体膜１３の表面が溶融し、同時にターゲット板２のターゲット材中の原子のアブレーションが生じる。その結果、不純物元素としてのドーパントｃを含むプルームｂが発生する。
【００５７】
Ｂの時点において溶融状態の半導体膜１３の表面に前記プルームが到達し、ドーパントｃが付着し、半導体膜１３内にドーピングする。
【００５８】
Ｃの時点では、半導体膜１３の表面に付着したドーパントｃは溶融状態の半導体膜１３中に溶け込み、前記半導体膜１３内に一様に拡散してドーピングされ、Ｄの時点では、ドーピングされた半導体膜１３ａの結晶化が生じる。
【００５９】
前記基板１１としては、液晶表示装置用ガラス、シリコン、プラスチック等の材料からなる基板を用いることができる。
【００６０】
前記被処理板１および前記ターゲット板２は、前記被処理板１のレーザ光ａが入射される面と前記ターゲット板２のレーザ光が入射される面とのなす角度が０〜９０°であるように、さらに好ましくは、０°（平行）であるように前記チャンバー３内に配置されている。前記ターゲット板２と前記被処理板１とは、それらの間隙が小さくなるように、できる限り近い方が、ターゲット板２からアブレーションしたドーパントを効果的に迅速に被処理板１にドーピング拡散することができる。
【００６１】
次に、半導体アニールおよびドーピングのための処理装置の他の実施形態を、図４を参照して説明する。図１および図２と同一部分には同一符号を付与し、その詳細な説明は重複するので省略する。
【００６２】
この実施形態は、被処理板１の表面上に直接接触又は近傍に重ねてターゲット板２を設けた場合である。この結果、レーザ装置５から発生したレーザ光ａは、ミラー６で反射して光路を被処理板１方向に進み、ターゲット板２に入射する。ターゲット板２に入射したレーザ光の一部は、ターゲット板２に吸収されて熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーは、ターゲット板２中の元素をアブレーションさせる。一方、ターゲット板２に入射したレーザ光のうち、ターゲット板２を透過したレーザ光は、半導体膜１３に入射する。この半導体膜１３に入射し吸収されたレーザ光は、熱エネルギーに変換され、半導体膜１３を溶融する。溶融された半導体膜１３には、ターゲット板２からアブレーションした元素が混入され、半導体膜１３中に溶け込み、半導体膜１３中に一様にドーピングされる。その後、半導体膜１３は、結晶化される。
【００６３】
図１および図２に示す例においては、被処理板１が前記装置内の下方に、ターゲット板２が前記装置内の上方に配置されるものとしたが、この逆であってもよい。ターゲット板２が装置内の下方に配置されるときには、ターゲット板２に代えて、例えば、るつぼに収容されたターゲット材を用いることができる。
【００６４】
前記レーザ光ａ′の前記ターゲット板２への入射角は、中性元素をはじき飛ばす効果から前記ターゲット板２に対して、１０〜９０°の角度、好ましくは４５°で入射させる。また、前記レーザ光ａ、ａ′として、ＫｒＦ、ＸｅＣｌエキシマレーザ光等のパルスレーザ光の他に、ＹＡＧレーザ光などの連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ、以下「ＣＷ」という。）発振レーザ光を用いることができる。前記レーザ光の波長として、ＶＵＶ（真空紫外光）〜ＩＲ（赤外光）の全域から選択することができる。レーザ装置５から出射されるレーザビームの断面形状は図５に示すように長方形状が望ましく、例えば短辺が２００〜３００μｍであり、長辺は全走査幅の１／２の長さが望ましい。
【００６５】
以下に、さらに詳細に本発明の実施の形態について説明する。
【００６６】
図６は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の製造を例に、本発明に係る半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法を半導体装置の製造工程に適用した実施形態を説明するための断面図である。
【００６７】
図６（ａ）に示すように、例えばガラスからなる基板１１上に、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ２からなる例えば膜厚例えば８００ｎｍの下地の酸化膜１２を形成する。このときの基板温度および堆積時間は、それぞれ、例えば５００℃および４０分間である。
【００６８】
次に、図６（ｂ）に示すように、下地の酸化膜１２上に例えばＳｉ２Ｈ６を用いたＬＰ（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ＣＶＤによって、流速例えば１５０ｓｃｃｍ、圧力例えば８Ｐａ、基板温度例えば４５０℃、堆積時間例えば７０分間の条件で、厚さ例えば１００ｎｍのａ−Ｓｉ膜１３を成膜する。
【００６９】
図６（ｃ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜１３にレーザ装置５，２７例えばＫｒＦエキシマパルスレーザ光を例えば３５０ｍＪ・ｃｍ−２の強度で１０ショット照射してａ−Ｓｉ膜１３を溶融させ、これとほぼ同時に、前記レーザアブレーションによりドーパント例えばリンをドーピングする。前記ＫｒＦエキシマレーザ光の照射によるａ−Ｓｉ膜１３の結晶化と前記ドーピングによるａ−Ｓｉ膜１３のｎ型化とがほぼ同時に行われ、ｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９が得られる。
【００７０】
次に、このｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９についてＴＦＴを形成するための領域の形成を行う。先ず、図６（ｄ）に示すように、ｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９上に例えばＬＰＣＶＤ法により基板温度例えば５００℃、堆積時間例えば１０分間の条件で、例えばＳｉＯ２からなる厚さ例えば１０ｎｍの保護酸化膜１４を形成する。
【００７１】
図６（ｅ）〜（ｇ）に示すように、この保護酸化膜１４上にレジスト層１４ａを形成し、ＴＦＴ形成領域を形成するためのパターンの露光を行い（図６（ｅ））、このパターンをマスクとして例えばＢＣｌ３＋ＣＨ４によるドライエッチングを行って保護酸化膜１４およびｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９を島状に加工し（図６（ｆ））、その後、レジスト層１４ａを除去する（図６（ｇ））。保護酸化膜１４の形成は、レジスト層１４ａからの不純物元素がｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９に導入するのを防止するために形成したものである。続いて、保護酸化膜１４を除去し、ＴＦＴ用のｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９が形成される。
【００７２】
その後、図６（ｈ）に示すように、露出したｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９および下地の酸化膜１２上に例えばＬＰＣＶＤ法により基板温度例えば５００℃、堆積時間例えば６０分間の条件で、ＳｉＯ２からなる膜厚例えば１００ｎｍのゲート酸化膜１５を形成する。
【００７３】
次に、ゲート電極を形成する。図６（ｉ）に示すように、このゲート酸化膜１５上に例えばスパッタリング法により基板温度例えば１００℃、堆積時間例えば１０分間の条件で、金属例えばＡｌを膜厚例えば１００ｎｍのゲート電極用膜１６を形成する。
【００７４】
図６（ｉ）〜（１）に示すように、ゲート電極用膜１６上にレジスト材を塗布してレジスト層１６ａを形成し、露光を行ってパターンを形成し（図６（ｉ））、このパターンをマスクとして例えばＢＣｌ３＋ＣＨ４によるドライエッチングを行ってゲート電極用膜１６を島状に加工し（図６（ｋ））、その後、レジスト層１６ａを除去する（図６（１））。
【００７５】
次に、図６（ｍ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により基板温度例えば５００℃、堆積時間例えば２０分間の条件で、ＳｉＯ２からなる膜厚例えば２００ｎｍのパッシベーション膜１７を形成する。
【００７６】
図６（ｎ）〜（ｐ）に示すように、パッシベーション膜１７上にレジスト材を塗布して、レジスト層１７ａを形成し、露光を行って配線のためのゲート電極、ソース領域、ドレイン領域、コンタクトホール用パターンを形成し（図６（ｎ））、このレジスト層１７ａをマスクとして例えばＣＨＦ３＋Ｏ２によるドライエッチングを行って電極取り出し用コンタクトホール１７ｂを形成し（図６（ｏ））、その後、レジスト層１７ａを除去する（図６（ｐ））。
【００７７】
次に、ｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９の溶融工程を行う。図６（ｑ）に示すように、パッシベーション膜１７の上方より例えばＫｒＦエキシマパルスレーザのレーザ光ａを例えば２５０ｍＪ・ｃｍ−２の強度で例えば１０ショット照射する。レーザ光ａの一部は、コンタクトホール１７ｂを通ってｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９に直接入射し、レーザ光ａの他は、ＳｉＯ２からなるパッシベーション膜１７およびＳｉＯ２からなるゲート酸化膜１５を透過して、ｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９に入射する。これにより、ｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９は溶融される。
【００７８】
次に、ソースおよびドレイン領域の形成を行う。レーザ光ａの照射とほぼ同時に、前記アブレーションによりリンのようなドーパントｃをコンタクトホール１７ｂを通してｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９の一部にドーピングする。これにより、前記ＫｒＦエキシマパルスレーザ光の照射によるｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９の再結晶化と前記ドーピングによるコンタクト用のソースおよびドレイン領域の形成とがほぼ同時に行われる。この結果、ｎ型ｐ−Ｓｉ膜２９の結晶化工程とソースおよびドレイン領域の形成工程とが同時に行われる。
【００７９】
次に、配線工程を行う。図６（ｒ）に示すように、図６（ｑ）に示す半製品の表面の全面に例えばスパッタリング法により基板温度例えば１００℃、堆積時間例えば１０分間の条件で、金属例えばＡｌからなる膜厚例えば１００ｎｍの電極用メタル１８を形成する。
【００８０】
図６（ｓ）〜（ｕ）に示すように、電極用メタル１８上にレジスト材を塗布してレジスト層１８ａを形成し、配線パターンによる露光を行って配線パターンを形成する（図６（ｓ））。レジスト層１８ａのエッチングは、例えばＢＣｌ３＋ＣＨ４により行う。電極用メタル１８のエッチングは、例えばＢＣｌ３＋ＣＨ４によりドライエッチングを行って電極用メタル１８を各電極に切り離し（図６（ｔ））、その後、レジスト層１８ａを除去する（図６（ｕ））。これにより、ＴＦＴが製造される。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法およびその装置によれば、レーザアブレーションによるドーピングとレーザアニールによる再結晶化とを１つの工程で行うことができ、これにより、半導体装置の製造工程数を削減することができる。
【００８２】
また、レーザアブレーションによるドーピングとレーザアニールによる再結晶化とを１つの装置で行うことができるので、ドーピングの前後に行う基板洗浄を省くことができ、したがって、前記基板洗浄による汚染も生じない。
【００８３】
また、ガスを用いる従来のドーピング法と異なり、本発明においては、固体化されたドーパントを用いるので、安全性が向上し、また、ドーピングに必要なドーパントの量も低減する。
【００８４】
また、被処理板で反射されたレーザ光をレーザアブレーションに用いるときはレーザアニール装置のエネルギー利用効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置の実施の形態を概略的に示す図。
【図２】本発明に係る他の半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置の実施の形態を概略的に示す図。
【図３】レーザ光照射によって変化する半導体膜についてのタイムチャート。
【図４】本発明に係る他の半導体のアニールおよびドーピングのための処理装置の実施の形態を概略的に示す図。
【図５】レーザ装置から出射されるレーザビームの断面図。
【図６】本発明に係る半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法に従う半導体装置の製造工程における断面図。
【図７】従来の半導体のアニールおよびドーピングのための処理方法に従う半導体装置の製造工程における断面図。
【符号の説明】
１　被処理板
２　ターゲット板
３　チャンバー
４　窓
５　レーザ装置
６　ミラー
１１、２１　基板
１２　下地酸化膜
１３　半導体膜（ａ−Ｓｉ膜）
１３ａ　ドーピングされた半導体膜
１４　保護酸化膜
１４ａ　レジスト層
１５　ゲート酸化膜
１６　ゲート電極用膜
１６ａ　レジスト層
１７　パッシベーション膜
１７ａ　レジスト層
１７ｂ　コンタクトホール
１８　電極用メタル
１８ａ　レジスト層
２２　ａ−Ｓｉ膜
２３　ゲート酸化膜
２４　ゲート電極
２５　パッシベーション膜
２６　電極用メタル
ａ　レーザ光
ｂ　プルーム
ｃ　ドーパント
【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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