(57)【要約】【課題】  チャネル形成領域が設けられた半導体膜とゲート電極の間に形成された酸化珪素膜を有する半導体装置に関する。【解決手段】  チャネル形成領域が設けられた半導体膜と、ゲート電極と、前記半導体膜と前記ゲート電極の間に形成された酸化珪素膜と、を有し、前記酸化珪素膜は、前記半導体膜より離れた側にリンを含み、前記酸化珪素膜において、前記リンは、前記ゲート電極側に他の部分よりも高濃度に存在し、前記半導体膜側に向かって濃度が減少していることを特徴とする。また、前記ゲート電極側に高濃度にリンが存在している領域に、ナトリウムが高濃度に存在していることを特徴とする。【選択図】  図１２
2004343135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル形成領域が設けられた半導体膜と、
ゲート電極と、
前記半導体膜と前記ゲート電極の間に形成された酸化珪素膜と、を有し、
前記酸化珪素膜は、前記半導体膜より離れた側にリンを含み、
前記酸化珪素膜において、前記リンは、前記ゲート電極側に他の部分よりも高濃度に存在し、前記半導体膜側に向かって濃度が減少していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
チャネル形成領域が設けられた半導体膜と、
ゲート電極と、
前記半導体膜と前記ゲート電極の間に形成された酸化珪素膜と、を有し、
前記酸化珪素膜は、前記半導体膜より離れた側にリンを含み、
前記酸化珪素膜において、前記リンは、前記ゲート電極側に他の部分よりも高濃度に存在し、前記半導体膜側に向かって濃度が減少しており、前記ゲート電極側に高濃度にリンが存在している領域に、ナトリウムが高濃度に存在していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
チャネル形成領域が設けられた半導体膜と、
ゲート電極と、
前記半導体膜と前記ゲート電極の間に形成された酸化珪素膜と、を有し、
前記酸化珪素膜は、前記半導体膜より離れた側にリンを含み、
前記酸化珪素膜において、前記リンは、前記ゲート電極側に他の部分よりも高濃度に存在し、前記半導体膜側に向かって濃度が減少しており、前記酸化珪素膜に可動イオンがゲッタリングされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３において、前記可動イオンはナトリウムであることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
ガラス基板上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜上に形成された第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に形成され、チャネル形成領域が設けられた半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に形成されたゲート電極と、を有し、
前記第２の酸化珪素膜はリンを含み、
前記第２の酸化珪素膜において、前記リンは、前記ゲート電極側に他の部分よりも高濃度に存在し、前記半導体膜側に向かって濃度が減少していることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
ガラス基板上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜上に形成された第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に形成され、チャネル形成領域が設けられた半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に形成されたゲート電極と、を有し、
前記第２の酸化珪素膜はリンを含み、
前記第２の酸化珪素膜において、前記リンは、前記ゲート電極側に他の部分よりも高濃度に存在し、前記半導体膜側に向かって濃度が減少しており、前記半導体膜との界面準位密度は１×１０11ｃｍ-2以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
ガラス基板上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜上に形成された第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に形成され、第１の不純物領域、第２の不純物領域、及びチャネル形成領域が設けられた半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、前記第１の不純物領域に接続された第１の電極と、
前記絶縁膜上に形成され、前記第２の不純物領域に接続された第２の電極と、
前記第２の電極に接続された画素電極と、を有し、
前記第２の酸化珪素膜はリンを含み、
前記第２の酸化珪素膜において、前記リンは、前記ゲート電極側に他の部分よりも高濃度に存在し、前記半導体膜側に向かって濃度が減少していることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
ガラス基板上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜上に形成された第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に形成され、第１の不純物領域、第２の不純物領域、及びチャネル形成領域が設けられた半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、前記第１の不純物領域に接続された第１の電極と、
前記絶縁膜上に形成され、前記第２の不純物領域に接続された第２の電極と、
前記第２の電極に接続された画素電極と、を有し、
前記第２の酸化珪素膜はリンを含み、
前記第２の酸化珪素膜において、前記リンは、前記ゲート電極側に他の部分よりも高濃度に存在し、前記半導体膜側に向かって濃度が減少しており、前記半導体膜との界面準位密度は１×１０11ｃｍ-2以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項７または８において、前記絶縁膜は、有機樹脂からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一において、前記画素電極は透過型の電極であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか一において、前記第１の不純物領域及び前記第２の不純物領域は、ｐ型の不純物領域であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項７乃至１０のいずれか一において、前記第１の不純物領域及び前記第２の不純物領域は、ｎ型の不純物領域であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項５乃至１２のいずれか一において、前記第２の酸化珪素膜は、前記半導体膜を覆っており、前記第１の酸化珪素膜と接していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一において、前記半導体膜は、多結晶シリコン膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
ガラス基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜にリンをドーピングし、
前記酸化珪素膜上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法であって、
前記酸化珪素膜のリンの濃度分布は、前記半導体膜側と比較して前記ゲート電極側が相対的に高く、前記半導体膜側に向かって減少していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
ガラス基板上に窒化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜上に第１の酸化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化珪素膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に第２の酸化珪素膜を形成し、
前記第２の酸化珪素膜にリンをドーピングし、
前記第２の酸化珪素膜上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法であって、
前記第２の酸化珪素膜のリンの濃度分布は、前記半導体膜側と比較して前記ゲート電極側が相対的に高く、前記半導体膜側に向かって減少していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
ガラス基板上に窒化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜上に第１の酸化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化珪素膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に第２の酸化珪素膜を形成し、
前記第２の酸化珪素膜にリンをドーピングし、
前記第２の酸化珪素膜上にゲート電極を形成し、
前記半導体膜に自己整合的に不純物を注入して第１の不純物領域及び第２の不純物領域を形成し、
前記ゲート電極上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に画素電極を形成し、
前記絶縁膜上に、第１の不純物領域に接続される第１の電極、並びに第２の不純物領域及び前記画素電極に接続される第２の電極を形成し、
その後アニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法であって、
前記第２の酸化珪素膜のリンの濃度分布は、前記半導体膜側と比較して前記ゲート電極側が相対的に高く、前記半導体膜側に向かって減少していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか一において、前記リンにより可動イオンをゲッタリングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
請求項１８において、前記可動イオンはナトリウムであ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、低温工程で効率良くドーピングその他の化学的、物理的処理を行う
技術に関するものである。またアクティブマトリクス型の表示装置の画素に設け
られる薄膜トランジスタと画素電極の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドーピングを行う技術として、熱拡散法やイオン打ち込み法が知られて
いる。熱拡散法は１０００度〜１２００度という高温雰囲気中で不純物を半導体
中に拡散させる方法であり、イオン打ち込み法はイオン化した不純物を電界で加
速し所定の場所に打ち込む方法である。
【０００３】
しかしながら、不純物の拡散係数ＤはＤ＝Ｄ0exp[-Ｅa / ｋＴ] で示されるよ
うに絶対温度Ｔに対し指数関数的に依存する。ここでＤ0 はＴ＝∞における拡散
係数であり、Ｅa は活性エネルギーであり、ｋはボルツマン係数である。従って
、不純物を半導体中へ効率良く拡散させるためには出来るだけ高温で行うのが望
ましく熱拡散法では１０００度以上の高温工程で行うのが一般的であった。また
イオン打ち込み法では、不純物の活性化と欠陥の回復のために６００度〜９５０
度の温度での後熱処理工程が必要であった。
【０００４】
近年ガラス基板上に設けられたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を画素のスイッチ
ング素子として用いたアクティブマトリックス型の液晶表示装置が一部実用化さ
れているが、これらはＴＦＴのソース，ドレイン領域をオーミックコンタクトに
一導電型の非晶質珪素で形成しているのが一般的である。また、ＴＦＴの構造と
して逆スタガー型の形式をとっており構造的な問題から寄生容量を発生しやすか
った。そこで、ソース，ドレイン領域を自己整合的（セルフアライン）に形成す
るＴＦＴを用いることが検討されているが、ソース，ドレイン領域を自己整合的
に形成するためには、イオン打ち込み法やイオンシャワー法を用いなければなら
なかった。しかしこれらの方法は前述のように不純物の活性化と欠陥の回復のた
めに６００度〜９５０度の温度での後熱処理工程が必要であり、一般の安価なガ
ラス基板の耐熱温度が、６００度〜７００度であることを考えると、工業的に用
いることが困難であった。
【０００５】
このようなガラス基板に与える熱ダメージの問題を解決する方法として、レー
ザー光の照射によるドーピング技術が知られている。この方法の一つとしては、
ドーピングを行おうとする半導体表面に不純物の薄膜を形成し、レーザー光の照
射によってこの不純物の薄膜と半導体表面を溶融させ、不純物を溶かし込む方法
がある。
【０００６】
上記のエキシマレーザー光の照射によってドーピングを行う方法は、ガラス基
板に熱ダメージを与えないので、熱ダメージによる欠陥の発生を抑えることがで
きるという利点を有するが、不純物の被膜を形成する工程を経る必要があった。
従来、この被膜形成にはスピンコート法等の塗布法が利用されていた。しかしな
がら、この工程において、被膜の厚さの均一性が良くないと、不純物のドーピン
グ濃度が異なるので、理想的な方法ではなかった。さらに、この被膜は通常、有
機溶剤を溶媒として形成されたが、その場合には半導体中に炭素や酸素、窒素等
の望ましくない元素が入り、特性を劣化させることがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のレーザー光、特にエキシマレーザー光を用いたドーピング技
術において、問題となった、工程の複雑化、および異元素の侵入という課題を鑑
みてなされたものである。本発明は、したがって、液相あるいは固相のドーピン
グ材を用いずに、気相の純度の高いドーピングガスを用いてドーピングを行おう
とするものであり、よって、工程の簡略化と異元素の侵入の防止を目的とするも
のである。さらに、ドーピング効率を高めることも発明の課題とする。
さらに、本発明は、半導体材料に対するドーピング以外にも、多種多様な材料
（絶縁体、導電体）およびそれらの表面に対するドーピングならびにそれに付随
する材料およびその表面の改良をおこなうことを課題とする。例えば、酸化珪素
被膜中へのリンのドーピング等である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために、一導電型を付与する不純物を含む高
純度の反応性気体雰囲気中で、試料半導体表面に対してレーザー光を照射するこ
とによって、前記一導電型を付与する不純物を前記試料半導体中にドーピングす
る方法である。しかしながら、本発明人の知見によると、試料半導体が室温のご
とき低温であれば、元素の拡散が十分でなかった。
【０００９】
そこで、本発明の１つは、前記レーザー照射時に、試料を加熱し、少なくとも
２００℃以上の温度に保つことによって、不純物元素の拡散を促進せしめ、また
、高濃度の不純物ドープをおこなおうとするものである。基板の加熱温度は半導
体の種類によって異なるが、ポリシリコン（多結晶シリコン）、セミアモルファ
スシリコンにおいては、２５０〜５００℃、好ましくは３００〜４００℃が好適
である。
【００１０】
このように試料を加熱してレーザーを照射すると、不純物が拡散しやすくなる
だけでなく、レーザーの照射によって一時的に結晶性が低下した半導体が、熱的
に十分な緩和時間を与えられるので、結晶性を回復しやすい。レーザー照射は、
特にパルスレーザーの照射においては、試料が適当な温度に加熱されていない場
合には、典型的な急加熱、急冷であるので、半導体はアモルファス状態を呈しや
すい。すなわち、瞬間的に１０００℃以上にまで加熱されるが、数１００ｎｓｅ
ｃ後には室温にまで低下する。もし、試料がシリコンとして上述の範囲で加熱さ
れていた場合には、シリコンの結晶化温度の下限である５００℃付近にまで温度
が降下するのに要する時間が、室温の場合の１０倍以上と算出される。この段階
でレーザーの照射時間がある一定の時間以上継続した場合にはシリコンが溶融し
、不純物は融液の対流によって内部に浸透する。また、パルスが一定の時間以上
継続しない場合には、シリコンは固相的に結晶化し、いわゆるセミアモルファス
となるが、そのときには不純物は固相的に内部に拡散する。
【００１１】
温度が余りに高いことは望ましくない。なぜならば、高温では反応性ガス自体
が分解し、試料だけでなく、そのホルダーなどにも付着し、ガスの利用効率が低
下するからである。
【００１２】
また、半導体の結晶化温度以上の高温に保つことも望ましくない。特にこれは
多結晶半導体やアモルファス半導体、セミアモルファス半導体のような欠陥の多
い半導体においては望ましくない。結晶性の半導体に対し結晶化温度以上の温度
で加熱を行いながらドーピングを行なうと、準位の発生に起因する価電子制御の
困難性の問題が生じるからである。アモルファスシリコンが、熱的にポリシリコ
ンに変化するのは５００〜５５０℃と言われているので、この温度以下、好まし
くはその１００℃以下（すなわち４００〜４５０℃、あるいはそれ以下）でおこ
なうことが望まれる。また、アモルファスシリコンを用いたＴＦＴ（ａ−Ｓｉ：
ＴＦＴといわれる）において、本発明の構成を用いた場合、ａ−Ｓｉ：ＴＦＴを
３５０度以上の温度に加熱すると、素子が破壊してしまうので、この場合は３５
０度以下の温度で加熱を行うのが適当である。これらのことは他の半導体につい
ても同様である。
【００１３】
本発明の他の１つは、上記のレーザー光、特にエキシマレーザー光を用いた気
相からのドーピング技術において、異なるドーピングガスを用いて複数のドーピ
ングを行おうとする場合、単一のレーザー光では、ドーピングガスの吸光特性が
異なり、ガスの種類によって分解特性が異なることによるドーピング効率の低下
を課題とし、これを解決するためのものである。そのために、一導電型を付与す
る不純物を含む反応性気体雰囲気中で、レーザー照射時に、前記反応性気体を分
解するために電磁エネルギーが加えるという構成をとるものである。この際に、
さらに、レーザー光を照射する際、同時に試料であるドーピングを行おうとする
半導体を前記第１の発明と同じように、適当な温度で加熱すると一層、ドーピン
グ効率を高めることができる。
【００１４】
本発明における一導電型を付与する不純物とは、半導体として珪素半導体（シ
リコン）を用いた場合において、Ｐ型を付与するのであれば、３価の不純物、代
表的にはであるＢ（ボロン）等を用いることができ、Ｎ型を付与するのであれば
、５価の不純物、代表的にはＰ（リン）やＡｓ（砒素）等を用いることができる
。そしてこれらの不純物を含む反応性気体としてＡｓＨ3 ，ＰＨ3 ，ＢＦ3 ，Ｂ
Ｃｌ3 ，Ｂ（ＣＨ3 ）3 等を用いることができる。
【００１５】
半導体としては、ＴＦＴを作製するのであれば、気相成長法やスパッタ法等に
よって成膜した非晶質シリコン半導体薄膜が一般的には用いられる。また、液相
成長によって作製した多結晶または単結晶のシリコン半導体でも本発明が適用で
きる。さらに、シリコン半導体に限定されず、他の半導体であってもよいことは
いうまでもない。
【００１６】
レーザー光としては、パルス発振型のエキシマレーザー装置を用いることが有
用である。これは、パルス発振レーザーでは、試料の加熱が瞬間的で、しかも表
面だけに限定され、基板に影響を与えないからである。レーザーによる加熱は、
局所的であるがゆえ、連続発振レーザー（アルゴンイオンレーザー等）において
は、加熱部分と基板との熱膨張の著しい違いなどによって、加熱部分が剥離して
しまうことがある。この点、パルスレーザーでは、熱緩和時間は、熱膨張のよう
な機械的応力の反応時間に比べて圧倒的に小さく、機械的なダメージを与えない
。もちろん、基板の不純物が熱拡散することもほとんどない。
【００１７】
特に、エキシマーレーザー光は、紫外光であり、シリコンを初めとする多くの
半導体に効率良く吸収される上、パルスの持続時間は１０ｎｓｅｃと短い。また
、エキシマーレーザーは既に、アモルファスシリコン薄膜をレーザー照射によっ
て結晶化させて、結晶性の高い多結晶シリコン薄膜を得るという実験に使用され
た実績がある。具体的なレーザーの種類としては、ＡｒＦエキシマレーザー（波
長１９３ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）、ＸｅＦエキシ
マレーザー（波長３５１ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）等を用
いることが適当である。
【００１８】
本発明の構成において、基板を加熱する手段としては、ホルダーにじかにニク
ロム線やカンタル線、その他の発熱体を組み込んだ伝導型のものを使用してもよ
いが、赤外線ランプその他の放射型のものを利用してもよい。しかしながら、基
板温度は不純物ドーピング濃度や深さに大きな影響を与えるので、その制御は精
密におこなうことが望まれる。したがって、試料には熱電対等の温度センサーが
不可欠である。
【００１９】
本発明の構成において、ドーピング用の反応性気体（ドーピングガスという）
を分解するために加えられる電磁エネルギーとしては、１３．５６ＭＨｚの高周
波エネルギーが一般的である。この電磁エネルギーによるドーピングガスの分解
によって、ドーピングガスを直接分解できないレーザー光を用いた場合でも効率
よくドーピングを行うことができる。電磁エネルギーの種類としては、１３．５
６ＭＨｚの周波数に限定されるものではなく、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を用いるとさらに高い活性化率を得ることができる。さらに２．４５ＧＨｚの
マイクロ波と８７５ガウスの磁場との相互作用で生じるＥＣＲ条件を用いてもよ
い。また、ドーピングガスを直接分解できる光エネルギーを用いることも有効で
ある。
【００２０】
以上の記述では、半導体中のドーピング技術に関して述べたが、本発明はそれ
に限らず、幅広い応用が可能である。例えば、金属中に、その表面の特定の厚さ
の部分に、表面材質を向上させるような微量元素を数％添加する場合にも本発明
を使用することが出来る。例えば、鉄の表面に、アンモニア中で本発明を実施し
、窒素をドーピングし、表面の数〜数１００ｎｍを窒化鉄としてもよい。
【００２１】
あるいは、酸化物においても本発明を実施し、効果を得ることができる。例え
ば、ビスマス系酸化物高温超伝導体薄膜に塩化鉛蒸気中で本発明を実施し、鉛を
含有せしめることによって超伝導臨界温度をあげることも可能である。従来、ビ
スマス系酸化物高温超伝導体には、いくつかの種類が存在することが知られ、最
高の臨界温度は１１０Ｋ程度であった。しかし、臨界温度が１００Ｋを越える相
は得ることが困難であった。鉛を添加すると１００Ｋを越える相が容易に得られ
ることが知られていたが、薄膜作製過程においては、基板加熱の影響で鉛は外部
に蒸散してしまう傾向があった。しかしながら、本発明は非熱平衡反応であるの
で、鉛を有効に薄膜形成材料に取り込むことが出来る。同様に、近年、半導体集
積回路、特に半導体メモリーの機能性材料として注目され、鉛を含有する強誘電
体であるＰＺＴ（鉛ジルコニアチタン酸化物）に適用することもできる。
【００２２】
また、酸化珪素のごとき絶縁物においても、微量不純物を添加する際に使用す
ることが出来る。酸化珪素には、既に半導体プロセスで使用されているように、
燐を数％程度含有させてリンガラスとすることがよくおこなわれる。もちろん、
本発明を使用して酸化珪素に燐を含有させることも可能である。例えば、１×１
０20〜３×１０20ｃｍ-3の濃度でりんを拡散してやればよい。
【００２３】
このリンガラスは半導体内部に外部からナトリウム等の可動イオンが侵入する
ことを防止することで知られている。従来は、リンガラス（ＰＳＧ）専用のＣＶ
Ｄチャンバーによって成膜していたが、専用の装置を用意しなければならないの
でコストがかかる。本発明を利用した場合には、レーザードーピング装置を半導
体の不純物ドープ用とリンガラス形成用に共用できるうえ、酸化珪素の成膜装置
は、他の用途にも広く使用できるので、全体的なコストを上げることとはならず
、経済的である。
【００２４】
特に、本発明を実施することは各種有機シラン（テトラ・エトキシ・シラン（
ＴＥＯＳ）等）を材料として比較的低温（６００℃以下）で形成された酸化珪素
膜の特性を向上せしめるうえで有効であった。すなわち、このような被膜におい
ては、原料中の炭素が多く含まれており、絶縁特性が悪く、また、これをＭＯＳ
構造等の絶縁膜として使用する場合には、トラップ準位があまりにも多く、良好
な材料ではなかった。
【００２５】
しかしながら、本発明によって燐のレーザードーピングをおこなうとレーザー
照射の加熱によって、これら炭素が膜から除去され、トラップ準位が著しく減少
し、絶縁特性も向上する。既に説明したように、レーザードーピングの際に基板
温度を変えることによって不純物の深さ方向の分布を制御することが出来る。し
たがって、酸化珪素膜中に深く燐を分布させるには基板温度を２００℃以上、好
ましくは３５０〜４５０℃に保ち、また、深さ１００ｎｍ以下にのみ分布させる
には基板を室温あるいはそれ以下に保てばよい。
【００２６】
また、レーザードーピングの際に、下地にアモルファスのシリコン等の半導体
材料が存在する場合には、同時にこれらの半導体材料もアニールされて結晶性が
向上する。すなわち、酸化珪素膜は、紫外線に対して吸収率が小さく、レーザー
光の多くの部分がその下の半導体材料に吸収されるからである。したがって、２
つの工程を同時に進めることができ、量産性の向上に有効である。
【００２７】
本発明の装置の概念図を図５および図６に示す。図５は基板加熱装置を具備し
ただけのもの、図６は、それに加えてプラズマを発生させる為の電磁装置をも具
備したものを示している。これらの図面は概念的なものであるので、当然のこと
ながら、実際の装置においては、必要に応じてその他の部品を具備することがあ
る。以下、その使用方法について概説する。
【００２８】
図５において、試料２４は試料ホルダー２５上に設置される。最初に、チャン
バー２１は排気装置に接続した排気系２７によって真空排気される。この場合に
は、できるだけ高真空に排気することが望まれる。すなわち、大気成分である炭
素や窒素、酸素は半導体にとっては一般に好ましくないからである。このような
元素は、半導体中に取り込まれるが、同時に添加された不純物の活性度を低下さ
せることがある。また、半導体の結晶性を損ない、粒界における不対結合手の原
因となる。したがって、１０-6ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０-8ｔｏｒｒ以下に
までチャンバー内を真空引きすることが望まれる。
【００２９】
また、排気と前後してヒーター２６を作動させ、チャンバー内部に吸着した大
気成分を追い出すことも望ましい。現在の真空装置において使用されているよう
に、チャンバー以外に予備室を設け、チャンバーが直接、大気に触れないような
構造とすることも望ましい。当然のことながら、ロータリーポンプや油拡散ポン
プに比べて、炭素等の汚染の少ないターボ分子ポンプやクライオポンプを用いる
ことが望ましい。
【００３０】
十分に排気されたら、反応性ガスをガス系２８によって、チャンバー内に導入
する。反応性ガスは、単独のガスからなっていても、あるいは水素やアルゴン、
ヘリウム、ネオン等で希釈されていてもよい。また、その圧力は大気圧でも、そ
れ以下でもよい。これらは、目的とする半導体の種類と、不純物濃度、不純物領
域の深さ、基板温度等を考慮して選択される。
【００３１】
次に窓２２を通して、レーザー光２３が試料に照射される。このとき、試料は
ヒーターによって、一定の温度に加熱されている。レーザー光は、１か所に付き
通常５〜５０パルス程度照射される。レーザーパルスのエネルギーのばらつきは
十分に大きく、したがって、あまりパルス数がすくない場合には不良発生の確率
が大きい。一方、あまりにも多くのパルスを１か所に照射することは量産性（ス
ループット）の面から望ましくない。本発明人の知見では、上記のパルス数が量
産性からも、歩留りの点からも妥当であった。
【００３２】
この場合、例えばレーザーのパルスが１０ｍｍ（ｘ方向）×３０ｍｍ（ｙ方向
）の特定の長方形の形状をしていた場合に、同じ領域にレーザーパルスを１０パ
ルスを照射し、終了後は、次の部分に移動するという方法でもよいが、レーザー
を１パルスにつき、ｘ方向に１ｍｍづつ移動させていってもよい。
【００３３】
レーザー照射が終了したら、チャンバー内を真空排気し、試料を室温まで冷却
して、試料を取り出す。このように、本発明では、ドーピングの工程は極めて簡
単であり、かつ、高速である。すなわち、従来のイオン注入プロセスであれば、
（１）ドーピングパターンの形成（レジスト塗布、露光、現像）
（２）イオン注入（あるいはイオンドーピング）
（３）再結晶化
という３工程が必要であり、また、従来のレーザー照射による固相拡散でも、
（１）ドーピングパターンの形成（レジスト塗布、露光、現像）
（２）不純物被膜形成（スピンコーティング他）
（３）レーザー照射                                                      
という、やはり３工程が必要であった。しかしながら、本発明では、
（１）ドーピングパターンの形成（レジスト塗布、露光、現像）
（２）レーザー照射
という２工程で完了する。
【００３４】
図６の装置においても、図５の場合とほぼ同じである。最初にチャンバー３１
内を排気系３７によって真空排気し、ガス系３８より反応性ガスを導入する。そ
して、試料ホルダー３５上の試料３４に対して、窓３２を通して、レーザー光３
３を照射する。そのときには高周波もしくは交流（あるいは直流）電源４０から
、電極３９に電力を投入し、チャンバー内部にプラズマ等を発生させて、反応性
ガスを活性な状態とする。図では電極は容量結合型に示されているが、誘導（イ
ンダクタンス）結合型であってもよい。さらに、容量結合型であっても、試料ホ
ルダーを一方の電極として用いてもよい。また、レーザー照射時には、ヒーター
３６によって試料を加熱してもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の構成である、試料を加熱した状態、あるいは反応性ガスに電磁エネル
ギーを与えることによって分解された一導電型を付与する不純物を含む雰囲気に
おいて、半導体にレーザー光を照射することによって、半導体中に前記一導電型
を付与する不純物を効率よくドーピングすることができた。特に、ガラス基板に
熱ダメージを与えずにしかもレーザー光の波長やドーピングガスの種類に左右さ
れずにドーピングを行うことができるという効果を得ることができた。
【００３６】
また、先に記述したように、本発明は半導体への不純物ドープという限られた
目的だけでなく、金属材料やセラミックス材料の表面の改質や、金属薄膜、セラ
ミックス薄膜、絶縁体薄膜への微量元素の添加といような幅広い目的に使用でき
、工業的に有益な発明である。
【実施例】
【００３７】
〔実施例１〕  本実施例は、ガラス基板上に設けられたＮチャネル薄膜型絶縁ゲ
イト電界効果トランジスタ（以下ＮＴＦＴと記す）の作製に本発明の構成である
ドーピング法を適用した例である。本実施例においては、基板としてガラス基板
また石英基板を用いた。これは、本実施例において作製するＴＦＴがアクィブマ
トリックス型の液晶表示装置またはイージセンサのスイッチング素子や駆動素子
として用いることを意図しているからである。もちろん、他の半導体装置、例え
ば、光電変換装置のＰ型半導体層やＮ型半導体層の形成、さらには単結晶半導体
集積回路を作製する際のドーピング技術として本発明の構成を適用してもよい。
よって基板としては、珪素または他の半導体の単結晶または多結晶のものを用い
てもよいし、他の絶縁体をもちいてもよい。    
【００３８】
まず、図１において、基板であるガラス基板１１上にＳｉＯ2 膜または窒化珪
素膜を下地保護膜１２として形成する。本実施例においては、酸素１００％雰囲
気中におけるＲＦスパッタリングによってＳｉＯ2 膜１２を２００nm成膜した。
成膜条件は、以下の通り。
Ｏ2 流量      ５０sccm
圧力          ０．５pa
ＲＦ電力      ５００Ｗ
基板温度      １５０度
【００３９】
つぎに、プラズマＣＶＤ法によって真性または実質的に真性（人為的に不純物
を添加していないという意味）の水素化非晶質珪素半導体層１３を１００ｎｍの
厚さに形成する。この水素化非晶質珪素半導体層１３は、チャネル形成領域並び
にソース，ドレイン領域を構成する半導体層となる。成膜条件は、以下の通り。
雰囲気                      シラン（ＳｉＨ4 ）１００％
成膜温度                    １６０度（基板温度）
成膜圧力                    ０．０５Ｔｏｒｒ
投入パワー                  ２０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
【００４０】
なお、本実施例においては、非晶質珪素の成膜原料ガスとしてシランを用いて
いるが、熱結晶化によって非晶質珪素を多結晶化させる場合には、結晶化温度を
下げるためにジシラン、またはトリシランを用いてもよい。
【００４１】
成膜雰囲気をシラン１００％で行うのは、一般に行われる水素で希釈されたシ
ラン雰囲気中で成膜した非晶質珪素膜に比較して、シラン１００％雰囲気中で成
膜した非晶質珪素膜は、結晶化し易いという実験結果に基づくものである。また
、成膜温度が低いのは、成膜された非晶質珪素膜中に水素を多量に含ませ、でき
うる限り珪素の結合手を水素で中和するためである。
【００４２】
また、高周波エネルギー（１３．５６ＭＨｚ）の投入パワーが２０Ｗと低いの
は、成膜時において珪素のクラスタすなわち結晶性を有する部分が生じることを
極力防ぐためである。これも、非晶質珪素膜中において少しでも結晶性を有して
いると、後のレーザー照射時における結晶化に悪影響を与えるという実験事実に
基づくものである。
【００４３】
つぎに、デバイス分離パターニングを行い図１の形状を得た。そして、試料を
真空中（１０-6Torr以下）で、４５０度、１時間加熱し、水素出しを徹底的に行
い、膜中のダングリングボンドを高密度で生成させた。
【００４４】
さらに、試料を図５に示すレーザー照射装置に移し、エキシマレーザーを照射
し、試料の多結晶化を行った。この工程は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４
８ｎｍ）を用いた。条件は以下の通り。
レーザー照射エネルギー密度            ３５０  ｍＪ／ｃｍ2 
パルス数                              １〜１０ショット
基板温度                              ４００度
レーザー照射後、水素減圧雰囲気中（約１Torr）において、１００度まて降温
させた。
【００４５】
なお、本実施例においてはレーザー光の照射による非晶質珪素膜の結晶化を示
したが、これを加熱による工程に置き換えてもよいことはいうまでもない。この
加熱工程とは、ガラスの耐熱温度以下の温度である４５０度〜７００度程度（一
般には６００度）の温度で６時間〜９６時間加熱を行い、ガラス基板上に設けら
れた非晶質珪素半導体膜を結晶化させる工程をいう。
【００４６】
図５において、２１は真空チャンバー、２２は真空チャンバー２１の外部から
レーザーを照射すための石英（特にエキシマーレーザーの場合には、無水石英が
好ましい）窓、２３はレーザーが照射された場合におけるレーザー光、２４は試
料（サンプル）、２５はサンプルホルダー、２６は試料加熱用のヒーター、２７
は排気系、２８は原料ガスや不活性ガスさらにはキャリアガスの導入系であり、
図には一つしか示されていないが実際には複数設けられているものである。また
、排気系には、低真空用にロータリーポンプを高真空用にターボ分子ポンプを用
い、チャンバー内の不純物（特に酸素）の残留濃度を極力少なくするように努め
た。排気能力に関しては１０-6ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０-8ｔｏｒｒ以下と
する。
【００４７】
図５の真空チャンバーを用いてエキシマレーザーによる結晶化を行った後、Ｒ
Ｆスパッタ法を用いてゲイト絶縁膜となるＳｉＯ2 膜１４を１００ｎｍ成膜し、
図２の形状を得た。そしてゲイト電極１５となる非晶質珪素半導体層または多結
晶珪素半導体層（厚さ１５０ｎｍ）をＮ型の導電型とするためにＰ（リン）を添
加して設けた。この後ゲイト領域をパターニングによって形成し、図３の形状を
得た。ゲイト電極としては、これ以外にも、アルミニウムやクロム、タンタル等
の金属材料を用いてもよい。さらに、アルミニウムやタンタルを用いる場合には
、その表面を陽極酸化しておくと、後のレーザー照射の際にもゲイト電極にダメ
ージが及ばない。ゲイト電極に陽極酸化をおこなったプレーナー型ＴＦＴについ
ては、特願平３−２３７１００あるいは同３−２３８７１３に記述されているの
で、ここでは詳述しない。
【００４８】
ここで、再び図５に示す装置を用いて本発明の構成であるレーザー光による不
純物のドーピングを行う。図５に示す装置において、ＰＨ3 雰囲気下で、試料（
図３の形状を有している）を加熱し、レーザー光を照射してＰ（リン）のドーピ
ングを行った。この時、ソース，ドレイン領域（図４に示す１３１，１３３）に
はＰがドーピングされるのでＮ型化する。これに対してチャネル形成領域（図４
に示す１３２）にはゲイト絶縁膜１４とゲイト電極１５がマスクとなりレーザー
が照射されず、その部分の温度が上昇しないので、ドーピングが行われない。
ドーピング条件は以下の通り。
雰囲気            ＰＨ3 ５％濃度（Ｈ2 希釈）
試料温度                  ３５０度
圧力              ０．０２〜１．００Ｔｏｒｒ
レーザー          ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）
エネルギー密度    １５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2  
パルス数          １０ショット  
【００４９】
上記ソース，ドレイン領域形成の後、図４に示すようにＲＦスパッタ法によっ
て絶縁膜としてＳｉＯ2 膜１６を１００ｎｍの厚さに成膜した。成膜条件は、ゲ
イト酸化膜の作製方法と同一である。
【００５０】
その後、コンタクト用の穴開けパターニングを行い、さらに電極となるアルミ
を蒸着してソース電極１７とドレイン電極１８を形成し、さらに水素雰囲気中に
おいて３５０度の温度で水素熱アニールを行うことによって、ＮＴＦＴを完成し
た。同様に、雰囲気をＢ2 Ｈ6 とすることによってＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦ
Ｔ）も形成することができた。
【００５１】
特に、本発明の効果を比較する為に、レーザー照射時に試料を加熱しないで、
全く同じ強度のレーザーを照射したが、図９（ｂ）に示すように、試料加熱がな
い場合には、不純物濃度も１桁以上少なく、また、不純物の分布も表面近傍に限
られていた。一方、本実施例において、試料を３５０℃に加熱してレーザー照射
したものは、図９（ａ）に示すように、不純物のドーピング濃度が大きく、また
、その拡散は深部にまで及んでいた。
【００５２】
〔実施例２〕  本実施例は、ガラス基板上に設けられたＮＴＦＴの作製に本発明
の構成であるドーピング方を適用した例である。本実施例においては、基板とし
て実施例１同様、ガラス基板また石英基板を用いた。まず、実施例１と同様、図
１の基板であるガラス基板１１上にＳｉＯ2 膜または窒化珪素膜を下地保護膜１
２として形成する。
【００５３】
つぎに、プラズマＣＶＤ法によって真性または実質的に真性の水素化非晶質珪
素半導体層１３を１００ｎｍの厚さに形成する。つぎに、デバイス分離パターニ
ングを行い図１の形状を得た。そして、試料を真空中（１０-6Torr以下）で、４
５０度、１時間加熱し、水素出しを徹底的に行い、膜中のダングリングボンドを
高密度で生成させた。
【００５４】
さらに前記水素出しを行ったチャンバー中で、真空状態を維持したままエキシ
マレーザーを照射し、試料の多結晶化を実施例１と同じ条件で行った。レーザー
照射後、水素減圧雰囲気中（約１Torr）において、１００度まて降温させた。
【００５５】
本実施例においては、図６に示すような装置を用いて上記試料の水素出しのた
めの加熱工程とエキシマレーザー光の照射による結晶化さらには不純物のドーピ
ング工程をも同一真空チャンバーによって行った。このような真空チャンバーを
用いることによって、加熱工程からレーザー照射による結晶化工程にわたって真
空状態を保つことが容易になり、膜中に不純物（特に酸素）が混入しない膜を得
ることができる。この真空チャンバーには、電磁エネルギーを雰囲気に与えるた
めの電極を備えておりＰＣＶＤ装置をも兼ねるものである。しかしながら、それ
ぞれ連続する工程をマルチチャンバー型式に構成された装置を用いて、それぞれ
の工程を別々の反応炉で行ってもよいことはいうまでもない。図６に示す反応炉
は陽光柱方式の構成であるが、他の形式でもよく、電磁エネルギーの加え方も特
に限定されるものではない。また、特に高い活性化率を得たいのであれば、ＥＣ
Ｒ形式の装置を用いることが有用である。                                  
【００５６】
図６において、３１は真空チャンバー、３２は真空チャンバー３１の外部から
レーザーを照射すための石英窓、３３はレーザーが照射された場合におけるレー
ザー光、３４は試料（サンプル）、３５はサンプルホルダー、３６は試料加熱用
のヒーター、３７は排気系、３８は原料ガスや不活性ガスさらにはキャリアガス
の導入系であり、図には一つしか示されていないが実際には複数設けられている
ものである。また、排気系には、低真空用にロータリーポンプを高真空用にター
ボ分子ポンプを用い、チャンバー内の不純物（特に酸素）の残留濃度を極力少な
くするように努めた。そして、３９は平行平板電極であり、高周波発振装置４０
より供給される１３．５６ＭＨｚの電磁エネルギーをチャンバー内に供給するも
のである。
【００５７】
図６の真空チャンバーを用いてエキシマレーザーによる結晶化を行った後、Ｒ
Ｆスパッタ法を用いてゲイト絶縁膜となるＳｉＯ2 膜１４を１００ｎｍ成膜し、
図２の形状を得た。そしてゲイト電極１５となる非晶質珪素半導体層または多結
晶珪素半導体層（厚さ１５０ｎｍ）をＮ型の導電型とするためにＰ（リン）を添
加して設けた。この後ゲイト領域をパターニングによって形成し、図３の形状を
得た。
【００５８】
ここで、再び図６に示す装置を用いて本発明の構成であるレーザー光による不
純物のドーピングを行う。図６に示す装置において、電磁エネルギーを与えられ
分解されたＰＨ3 雰囲気下で、試料（図３の形状を有している）を加熱し、レー
ザー光を照射してＰ（リン）のドーピングを行った。この時、ソース，ドレイン
領域（図４に示す１３１，１３３）にはＰがドーピングされるのでＮ型化する。
これに対してチャネル形成領域（図４に示す１３２）にはゲイト絶縁膜１４とゲ
イト電極１５がマスクとなりレーザーが照射されず、その部分の温度が上昇しな
いので、ドーピングが行われない。ドーピング条件は以下の通り。
雰囲気            ＰＨ3 ５％濃度（Ｈ2 希釈）
試料温度                  ３５０度
圧力              ０．０２〜１．００Ｔｏｒｒ
投入パワー        ５０〜２００Ｗ
レーザー          ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）
エネルギー密度    １５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2  
パルス数          １０ショット  
【００５９】
上記ソース，ドレイン領域形成の後、実施例１と同じように、図４に示すよう
にＲＦスパッタ法によって絶縁膜としてＳｉＯ2 膜１６を１００ｎｍの厚さに成
膜し、コンタクト用の穴開けパターニングを行い、さらに電極となるアルミを蒸
着してソース電極１７とドレイン電極１８を形成し、さらに水素雰囲気中におい
て３５０度の温度で水素熱アニールを行うことによって、ＮＴＦＴを完成した。
【００６０】
このドーピング工程において、雰囲気をＢ2 Ｈ6 とすることによってＰチャネ
ル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）を形成することができた。従来であったらレーザー光の
波長によってドーピングガスの分解の度合いが異なり、このことによるドーピン
グの不均一性が問題であったが、本発明の構成をとった場合、レーザー光によっ
てではなく、電磁エネルギーによってドーピングガスが分解されるのでＰＴＦＴ
であってもＮＴＦＴであってもレーザー光の波長に制限されることなくドーピン
グを行うことができた。
【００６１】
〔実施例３〕  図７には本発明のドーピング処置装置の様子を示す。すなわち
、チャンバー７１には、無水石英ガラス製のスリット状の窓７２が設けられてい
る。レーザー光は、この窓に合わせて細長い形状に成形される。レーザーのビー
ムは、例えば１０ｍｍ×３００ｍｍの長方形とした。なおレーザー光の位置は固
定されている。チャンバーには、排気系７７、および反応性ガスを導入するため
のガス系７８が接続されている。また、チャンバー内には試料ホルダー７５が設
けられ、その上には試料７４が乗せられ、試料ホルダーの下には赤外線ランプ（
ヒーターとして機能する）７６が設けられている。試料ホルダーは可動であり、
試料をレーザーのショットに合わせて移動することができる。
【００６２】
このように、試料の移動のための機構がチャンバー内に組み込まれている際に
は、ヒーターによる試料ホルダーの熱膨張によって狂いが生じるので、温度制御
には細心の注意が必要である。また、試料移送機構によってホコリが生じるので
、チャンバー内のメンテナンスは面倒である。
【００６３】
〔実施例４〕  図８（Ａ）には本発明のドーピング処置装置の様子を示す。す
なわち、チャンバー８１には、無水石英ガラス製の窓８２が設けられている。こ
の窓は実施例３の場合と異なり、試料８４全面を覆うだけの広いものである。チ
ャンバーには、排気系８７、および反応性ガスを導入するためのガス系８８が接
続されている。また、チャンバー内には試料ホルダー８５が設けられ、その上に
は試料８４が乗せられ、試料ホルダーはヒーターが内蔵されている。試料ホルダ
ーはチャンバーに固定されている。チャンバーの下部にはチャンバーの台８１ａ
が設けられており、レーザーのパルスに合わせて、チャンバー全体を移動させる
ことによって、逐次、レーザー照射をおこなう。レーザーのビームは、実施例３
の場合と同じく、細長い形状である。例えば、５ｍｍ×１００ｍｍの長方形とし
た。実施例３と同様、レーザー光の位置は固定されている。本実施例では、実施
例３と異なり、チャンバー全体が移動する機構を採用する。したがって、チャン
バー内には機械部分が存在せず、ホコリ等が生じないのでメンテナンスが容易で
ある。また、移送機構が、ヒーターの熱の影響を受けることは少ない。
【００６４】
本実施例では、実施例３に比べて上記のような点で優れているだけでなく、以
下のような点でも優れている。すなわち、実施例３の方式では、試料をチャンバ
ーに入れてから、十分な真空度まで真空排気できるまでレーザー放射をおこなえ
なかった。すなわちデッドタイムが多かった。しかし、本実施例では、図８（Ａ
）のようなチャンバーを多数用意し、それぞれ、順次、試料装填、真空排気、レ
ーザー照射、試料取り出し、というように回転させてゆけば、上記のようなデッ
ドタイムは生じない。そのようなシステムを図８（Ｂ）に示した。
【００６５】
すなわち、未処理の試料を内蔵したチャンバー９７、９６は、排気工程の間に
連続的な搬送機構９８によって、精密な移動がおこなえるステージを有する架台
９９に向かう。ステージ上のチャンバー９５には、レーザー装置９１から放射さ
れ、適当な光学装置９２、９３で加工されたレーザー光が窓を通して中の試料に
照射される。ステージを動かすことによって、必要なレーザー照射がおこなわれ
たチャンバー９４は、再び、連続的な搬送機構１００によって次の段階に送られ
、その間にチャンバー内のヒーターは消灯し、排気され、十分温度が下がってか
ら、試料が取り出される。
【００６６】
このように、本実施例では連続的な処理がおこなえることによって、排気待ち
の時間を削減することができ、スループットを向上させられる。もちろん、本実
施例の場合には、スループットは向上するけれども、その分、実施例３の場合よ
りチャンバーを多く必要とするので、量産規模や投資規模を考慮して実施すべき
である。
【００６７】
〔実施例５〕  本実施例は、ガラス基板上に設けられたＮＴＦＴの作製に本発明
の構成であるドーピング方を適用した例である。本実施例においては、基板とし
て実施例１同様、ガラス基板また石英基板を用いた。まず、実施例１と同様、図
１の基板であるガラス基板１０１上にＳｉＯ2 膜を下地保護膜１０２として形成
し、つぎに、プラズマＣＶＤ法によって実質的に真性の水素化非晶質珪素半導体
層１０３を１００ｎｍの厚さに形成する。つぎに、デバイス分離パターニングを
行った。そして、試料を真空中（１０-6Torr以下）で、４５０度、１時間加熱し
、水素出しを徹底的に行い、膜中のダングリングボンドを高密度で生成させた。
その後、ＲＦスパッタ法を用いてＳｉＯ2 膜１０４を１００ｎｍ成膜し、図１０
（Ａ）の形状を得た。そして、チャネルの部分にのみ、酸化珪素マスク１０５を
残置せしめた。
【００６８】
ここで、図６に示す装置を用いて本発明の構成であるレーザー光による不純物
のドーピングを行う。図６に示す装置において、電磁エネルギーを与えられ分解
されたＰＨ3 雰囲気下で、試料（図１０（Ｂ）の形状を有している）を加熱し、
レーザー光を照射してＰ（リン）のドーピングを行った。この時、ソース，ドレ
イン領域（図に示す１０６、１０８）にはＰがドーピングされるのでＮ型化する
。これに対してチャネル形成領域（図に示す１０７）には酸化珪素マスク１０５
がマスクとなりレーザーは照射され、結晶化するが、マスク材が存在するため、
ドーピングは行われない。すなわち、本工程では、レーザーによる結晶化と、ド
ーピングが同時におこなわれる。このときの条件は実施例２と同じとした。
【００６９】
上記ソース，ドレイン領域形成の後、ゲイト酸化膜１１０とゲイト電極１０９
を形成し、さらに、層間絶縁膜としてＳｉＯ2 膜１１１を１００ｎｍの厚さに成
膜し、コンタクト用の穴開けパターニングを行い、さらに電極となるアルミを蒸
着してソース電極１１２とドレイン電極１１３を形成し、さらに水素雰囲気中に
おいて３５０度の温度で水素熱アニールを行うことによって、図１０（Ｃ）に示
すように、ＮＴＦＴを完成した。
【００７０】
本実施例では、セルフアライン的なソース、ドレインの形成はできないが、例
えば、実施例１と同様にゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成しておいて、裏面か
らレーザー照射をおこなえば、本実施例のように、チャネル領域の結晶化とソー
ス、ドレインのドーピングを同時におこなうことができる。
【００７１】
〔実施例６〕  コーニング７０５９ガラス基板上にアクティブマトリクスを形
成した例を図１１に示す。図１１（Ａ）に示すように、基板２０１としてはコー
ニング７０５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、３００×４００ｍｍ）を使用した
。コーニング７０５９ガラスに含まれるナトリウム等の不純物がＴＦＴ中に拡散
しないようにプラズマＣＶＤ法で全面に厚さ５〜５０ｎｍ、好ましくは５〜２０
ｎｍの窒化珪素膜２０２を形成した。このように、基板を窒化珪素または酸化ア
ルミニウムの皮膜でコーティングしてこれをブロッキング層とする技術は、本発
明人等の出願である特願平３−２３８７１０、同３−２３８７１４に記述されて
いる。
【００７２】
ついで下地酸化膜２０３（酸化珪素）を形成した後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプ
ラズマＣＶＤ法でシリコン膜２０４（厚さ３０〜１５０ｎｍ、好ましくは３０〜
５０ｎｍ）を形成し、さらにテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ）を原料とし
て、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ
７０〜１２０ｎｍ、典型的には１００ｎｍ）２０５を形成した。基板温度はガラ
スの縮みやソリを防止するために４００℃以下、好ましくは２００〜３５０℃と
した。しかしながら、この程度の基板温度では、酸化膜中には多量の再結合中心
が存在し、例えば、界面準位密度は１０12ｃｍ-2以上でゲイト絶縁膜としては使
用できないレベルのものであった。
【００７３】
そして、図１１（Ａ）に示すように、水素希釈フォスフィンＰＨ3 （５％）中
で、ＫｒＦレーザー光を照射して、このシリコン膜２０４の結晶性を改善せしめ
るとともに、ゲイト酸化膜２０５の再結合中心（トラップセンター）を減少させ
た。このときにはレーザー光のエネルギー密度は２００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 と
した。また、ショット数も１０回とした。このましくは、温度を２００〜４００
℃、代表的には３００℃に保つと良い。その結果、シリコン膜２０４は結晶性が
改善され、また、ゲイト酸化膜２０５中には、１×１０20〜３×１０20ｃｍ-3の
燐がドーピングされ、界面準位密度も１０11ｃｍ-2以下に減少した。
【００７４】
次に、図１１（Ｂ）に示すようにアルミニウムのゲイト電極２０６を形成して
、その周囲を陽極酸化物２０７で被覆した。
【００７５】
その後、Ｐ型の不純物として、硼素をイオンドーピング法でシリコン層に自己
整合的に注入し、ＴＦＴのソース／ドレイン２０８、２０９を形成し、さらに、
図１１（Ｃ）に示すように、これにＫｒＦレーザー光を照射して、このイオンド
ーピングのために結晶性の劣化したシリコン膜の結晶性を改善せしめた。しかし
、このときにはレーザー光のエネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 と高
めに設定した。このため、このＴＦＴのソース／ドレインのシート抵抗は３００
〜８００Ω／□となった。
【００７６】
その後、図１１（Ｄ）に示すように、ポリイミドによって層間絶縁物２１０を
形成し、さらに、画素電極２１１をＩＴＯによって形成した。そして、図１１（
Ｅ）に示すように、コンタクトホールを形成して、ＴＦＴのソース／ドレイン領
域にクロムで電極２１２、２１３を形成し、このうち一方の電極２１３はＩＴＯ
にも接続するようにした。最後に、水素中で３００℃で２時間アニールして、シ
リコンの水素化を完了し、液晶表示装置の画素を作製した。
【００７７】
〔実施例７〕  実施例６と同じく酸化珪素膜に燐をドープし、これをゲイト絶
縁膜としてＴＦＴを形成した例を図１１に示す。実施例６と同様に、図１１（Ａ
）に示すような、基板２０１の全面にプラズマＣＶＤ法で厚さ５〜５０ｎｍ、好
ましくは５〜２０ｎｍの窒化珪素膜２０２を形成した。ついで下地酸化膜２０３
（酸化珪素）を形成した後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣＶＤ法でシリコン
膜２０４（厚さ３０〜１５０ｎｍ、好ましくは３０〜５０ｎｍ）を形成し、さら
にスパッタ法によって酸化珪素膜（厚さ７０〜１２０ｎｍ、典型的には１００ｎ
ｍ）２０５を形成した。この工程は実施例６のように、テトラ・エトキシ・シラ
ン（ＴＥＯＳ）を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法によっておこな
ってもよい。基板温度はガラスの縮みやソリを防止するために４００℃以下、好
ましくは２００〜３５０℃とした。
【００７８】
そして、図１１（Ａ）に示すように、水素希釈フォスフィンＰＨ3 （５％）中
で、ＫｒＦレーザー光を照射して、このシリコン膜２０４の結晶性を改善せしめ
るとともに、ゲイト酸化膜２０５の再結合中心（トラップセンター）を減少させ
た。このときにはレーザー光のエネルギー密度は２００〜３００ｍＪ／ｃｍ2 と
した。また、ショット数も１０回とした。基板温度は室温とした。このため、燐
のドープは酸化珪素膜の表面から７０％以下の部分に限られた。
【００７９】
次に、図１１（Ｂ）に示すようにアルミニウムのゲイト電極２０６を形成して
、その周囲を陽極酸化物２０７で被覆した。陽極酸化工程が終了した後に、逆に
負の電圧を印加した。例えば−１００〜−２００Ｖの電圧を０．１〜５時間印加
した。好ましくは基板温度は１００〜２５０℃、代表的には１５０℃とした。こ
の工程によって、酸化珪素中あるいは酸化珪素とシリコン界面にあった可動イオ
ンがゲイト電極（Ａｌ）に引き寄せられ、その途中に存在する燐の濃度の大きな
領域（リンガラス化していると推定される）にトラップされた。このように、陽
極酸化後、もしくは陽極酸化中にゲイト電極に負の電圧を印加する技術は、本発
明人等の出願の特願平４−１１５５０３（Ｈ４年４月７日出願）に記述されてい
る。
【００８０】
その後、Ｎ型の不純物として、燐を公知のイオンドーピング法でシリコン層に
自己整合的に注入し、ＴＦＴのソース／ドレイン２０８、２０９を形成し、さら
に、図１１（Ｃ）に示すように、これにＫｒＦレーザー光を照射して、このイオ
ンドーピングのために結晶性の劣化したシリコン膜の結晶性を改善せしめた。そ
の後、図１１（Ｄ）に示すように、ポリイミドによって層間絶縁物２１０を形成
し、さらに、画素電極２１１をＩＴＯによって形成した。そして、図１１（Ｅ）
に示すように、コンタクトホールを形成して、ＴＦＴのソース／ドレイン領域に
クロムで電極２１２、２１３を形成し、このうち一方の電極２１３はＩＴＯにも
接続するようにした。最後に、水素中で３００℃で２時間アニールして、シリコ
ンの水素化を完了し、ＴＦＴを作製した。
【００８１】
〔実施例８〕  本実施例では、単結晶基板上に酸化珪素膜を形成し、これに燐
のレーザードーピングをおこない、これをゲイト酸化膜としたＭＯＳキャパシタ
ーを作製し、その特性（ＣＶ特性）を測定した。
【００８２】
単結晶シリコン（１００）面上にテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ）を原
料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素のゲイト絶縁膜
（厚さ７０〜１２０ｎｍ、典型的には１００ｎｍ）を形成した。基板温度は４０
０℃以下、好ましくは２００〜３５０℃とした。しかしながら、この程度の基板
温度では、酸化膜中には炭素を含んだクラスターが多数存在し、また、多量の再
結合中心が存在し、例えば、界面準位密度は１０12ｃｍ-2以上でゲイト絶縁膜と
しては使用できないレベルのものであった。
【００８３】
そこで、実施例１で使用した装置を用いて、水素希釈フォスフィンＰＨ3 （５
％）中で、ＫｒＦレーザー光を照射して、この酸化珪素膜の再結合中心（トラッ
プセンター）を減少させた。このときにはレーザー光のエネルギー密度は２００
〜３００ｍＪ／ｃｍ2 とした。また、ショット数も１０回とした。このましくは
、温度を２００〜４００℃、代表的には３００℃に保つと良い。その結果、酸化
膜中には、１×１０20〜３×１０20ｃｍ-3の燐がドーピングされ、界面準位密度
も１０11ｃｍ-2以下に減少した。次に、アルミニウムのゲイト電極を形成した。
【００８４】
例えば、レーザードーピング処理を行わなければ、得られるＭＯＳキャパシタ
ーのＣＶ特性は図１２（Ａ）に示すようなヒステリシスの大きなものとなる。こ
こで、横軸は電圧、縦軸は静電容量である。しかしながら、本実施例のようなレ
ーザードーピング処理によって、図１２（Ｂ）のような良好なＣＶ特性がられる
に至った。
【００８５】
このときの膜中の各元素の分布は図１２（Ｃ）に示すようになった。すなわち
、本実施例のレーザードーピングによって酸化珪素膜の途中まで燐がドープされ
た。そして、これによって、ナトリウム元素はこの燐によってゲッタリングされ
ていることがわかる。また、炭素は酸化膜の全ての領域で非常に僅かしか存在し
なかったが、これはレーザー照射によって、膜の外に放出されたためである。な
お、本実施例においても、実施例７のように、ゲイト電極（Ａｌ）に負の電圧を
印加して、膜中に存在するナトリウム等の可動イオンを積極的に燐の多い領域に
引き寄せると一層の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施例の作製工程を示す。
【図２】実施例の作製工程を示す。
【図３】実施例の作製工程を示す。
【図４】実施例の作製工程を示す。
【図５】本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装置の概念図を示す。
【図６】本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装置の概念図を示す。
【図７】本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装置の例を示す。
【図８】本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装置の例を示す。
【図９】本発明および従来の方法によって作製された半導体不純物領域の不            純物濃度の深さ分布
【図１０】実施例の作製工程を示す。
【図１１】実施例の作製工程を示す。
【図１２】実施例のＣＶ特性および元素分布を示す。
【符号の説明】
【００８７】
２１    真空チャンバー
２２    石英窓
２３    レーザー光
２４    試料
２５    サンプルホルダー
２６    ヒーター
２７    排気系
２８    ガス導入系
【図１】
2004343135.tif 000003
【図２】
2004343135.tif 000004
【図３】
2004343135.tif 000005
【図４】
2004343135.tif 000006
【図５】
2004343135.tif 000007
【図６】
2004343135.tif 000008
【図７】
2004343135.tif 000009
【図８】
2004343135.tif 000010
【図９】
2004343135.tif 000011
【図１０】
2004343135.tif 000012
【図１１】
2004343135.tif 000013
【図１２】
2004343135.tif 000014