(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物イオンを含むラインビームを上記ラインビームの長手方向と直交する方向にスキャンして半導体層に照射し、この半導体層に不純物イオンを注入する注入工程を有する薄膜トランジスタの製造方法において、
上記注入工程は、上記ラインビームの径路上で、上記ラインビームのスキャン方向に沿った磁界を発生させ、この磁界を振動させることにより、上記ラインビームのスキャン方向を横切る方向に沿って、上記ラインビームと半導体層とを相対的に振動させることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
不純物イオンを含むラインビームを上記ラインビームの長手方向と直交する方向にスキャンして半導体層に照射し、この半導体層に不純物イオンを注入する注入工程を有する薄膜トランジスタの製造方法において、
上記注入工程は、上記ラインビーム内における強度分布を、上記ラインビームの照射方向およびスキャン方向と直交する方向に沿って振動させることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
上記注入工程では、上記ラインビームの径路上で、上記ラインビームの照射方向およびスキャン方向と直交する方向に沿って振動する電界を発生させ、上記ラインビーム内における強度分布を上記スキャン方向を横切る方向に振動させることを特徴とする請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置の画素スイッチや駆動回路に用いられる薄膜トランジスタの製造方法に係り、特に、薄膜トランジスタのシリコン層に不純物イオンを注入する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置の画素スイッチや駆動回路に用いられる薄膜トランジスタとして、多結晶シリコンを活性層に使用したＣＭＯＳトランジスタが知られている。
【０００３】
ＣＭＯＳトランジスタの製造工程において、活性層となるシリコン層にＢ（ボロン）などの不純物イオンが複数回に亘って注入される。イオン注入の際には、シリコン層が成膜されたガラス基板が所定方向に一定速度で移動され、シリコン層にイオンビームが照射されてシリコン層全面がスキャンされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ガラス基板の移動方向と直交する方向に延びたラインビームをシリコン層に照射して基板の移動によってシリコン層をスキャンする場合、スキャン方向を横切る方向、すなわちラインビームの長手方向に不純物の分布を生じ、この方向に沿ったイオン注入量に斑を生じてしまう場合があった。このような場合、スキャン方向と直交する方向に沿って並んで形成される薄膜トランジスタ間でその特性に違いを生じ、液晶表示装置を介して表示される画像にスキャン方向に延びた筋斑が生じてしまう問題が生じる。
【０００５】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、シリコン層の全面に亘って不純物を均一に注入でき、液晶表示装置を介して出力される画像に筋斑を生じることのない薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の薄膜トランジスタの製造方法は、不純物イオンを含むラインビームを上記ラインビームの長手方向と直交する方向にスキャンして半導体層に照射し、この半導体層に不純物イオンを注入する注入工程を有し、この注入工程では、上記ラインビームの径路上で、上記ラインビームのスキャン方向に沿った磁界を発生させ、この磁界を振動させることにより、上記ラインビームのスキャン方向を横切る方向に沿って、上記ラインビームと半導体層とを相対的に振動させることを特徴とする。
【００１１】
また、この発明の薄膜トランジスタの製造方法は、不純物イオンを含むラインビームを上記ラインビームの長手方向と直交する方向にスキャンして半導体層に照射し、この半導体層に不純物イオンを注入する注入工程を有し、この注入工程では、上記ラインビーム内における強度分布を、上記ラインビームの照射方向およびスキャン方向と直交する方向に沿って振動させることを特徴とする。
【００１２】
さらに、この発明の薄膜トランジスタの製造方法によると、上記注入工程では、上記ラインビームの径路上で、上記ラインビームの照射方向およびスキャン方向と直交する方向に沿って振動する電界を発生させ、上記ラインビーム内における強度分布を上記スキャン方向を横切る方向に振動させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。
まず始めに、液晶表示装置に組込まれる薄膜トランジスタの製造方法について、図１乃至図５を参照して説明する。
【００１４】
図１（Ａ）に示すように、矩形板状のガラス基板１上にSiN 層２が３００nmの膜厚でＣＶＤ（ケミカル・ベイパー・デポジション）法によって成膜され、このSiN 層２上にアモルファスシリコン層３が５０nmの膜厚でＣＶＤ法によって成膜される。そして、このガラス基板１が６００℃の雰囲気中で１時間アニールされ、アモルファスシリコン層３中の水素濃度が０．１atom％以下に低減される。
【００１５】
図１（Ｂ）に示すように、ラインビーム型イオンドーピング装置４を用いて、アモルファスシリコン層３にＢ（ボロン）がドーズ量１×１０12/cm 2 程度で注入される。ラインビーム型イオンドーピング装置４は、ガラス基板１の短辺方向（図中矢印ｂ方向）に沿って延設され、矢印ｂ方向に沿った長さ５００mm〜６００mmを有するラインビームをアモルファスシリコン層３に照射する。一方、ガラス基板１を搭載した図示しないＸＹステージが基板の長辺方向（図中矢印ａ方向）に沿って一定速度で移動され、ガラス基板１が矢印ａ方向に２５mm/secの速度でスライドされ、ビームがスキャンされる。
【００１６】
このとき、アモルファスシリコン層３上に照射されるラインビームとガラス基板１とが矢印ｂ方向に沿って相対的に振動される。この振動の振幅は、±１０mm程度に設定され、振動の回数は、基板１枚当り１０００回〜１００００回程度に設定されている。ビームと基板とを相対的に振動させる具体例として、ラインビームに磁界を作用させてビームを振動させ、そのスポット位置をアモルファスシリコン層３上で矢印ｂ方向に振動させるための構成を図５に示してあるが、この構成については、後で詳細に説明する。
【００１７】
以上のように、ビームのスキャン方向を横切る方向にビームと基板とを相対的に振動させることにより、基板全面に対する均一なイオンドーピングがなされる。
【００１８】
図１（Ｃ）に示すように、Ｂが注入されたアモルファスシリコン層３にエキシマレーザが照射され、アモルファスシリコン層３がレーザアニールによって瞬時に加熱されて結晶化され、多結晶シリコン層３’が形成される。これにより、アモルファスシリコン層３に注入されたＢが活性化される。この状態で、Ｂのドーズ量は、１×１０12/cm 2 程度となっている。
【００１９】
図２（Ａ）に示すように、多結晶シリコン層３’の活性領域（チャネル領域）および伝導領域（ソース・ドレイン領域）に相当する部分が形成される。すなわち、各領域に相当する多結晶シリコン層３’の部位がフォトレジストによって覆われてＣＤＥ（ケミカル・ドライ・エッチング）法によってエッチングされる。
【００２０】
図２（Ｂ）に示すように、各領域を覆っていたフォトレジストが除去された後、ＣＶＤ法によって酸化シリコン膜５が例えば１００nmの膜厚で成膜される。
図２（Ｃ）に示すように、酸化シリコン膜５上に、上記活性領域および伝導領域に対応して、電極６、７が形成される。すなわち、酸化シリコン膜５上に、スパッタ法によってモリブデンおよびタングステンの合金（ＭＷ合金）が例えば２５０nmの膜厚で成膜され、ＰＥＰ（フォト・イングレイビング・プロセス）法によってｐ型ＴＦＴのゲート電極の部位がフォトレジストを介してパターニングされ、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）法によってＭＷ合金がエッチングされる。
【００２１】
図２（Ｄ）に示すように、各電極６、７をマスクとして、例えばドーズ量３×１０13/cm 2 、加速電圧８０KeV のＰがイオンドーピング法によって注入され、ｎ型低濃度領域８が形成される。
【００２２】
図３（Ａ）に示すように、フォトレジストが被着されて、ＰＥＰ法によって、ｐ型薄膜トランジスタの領域部分にレジストがマスクされ、ｎ型薄膜トランジスタの電極６の幅より片側２μm づつ広く覆うレジストがマスクされる。そして、イオンドーピング法によって、レジストマスクを介して、Ｐ（リン）がドーピングされ、ｎ型高濃度領域９が形成される。Ｐのドーピングには、ＰＨ3 ガスが使用され、そのドーズ量および加速電圧は、例えば２×１０15/cm 2 および８０KeV 程度に設定されている。
【００２３】
これにより、ｎ型薄膜トランジスタのｎ型高濃度領域９と活性層との間にｎ型低濃度領域８が形成される。このｎ型低濃度領域８は、ドレイン端近傍の電界を下げて、リーク電流を下げ、薄膜トランジスタの劣化を防ぐ役割を果す。
【００２４】
図３（Ｂ）に示すように、アッシング法によってフォトレジストが除去された後、再度、ＰＥＰ法によって、ｎ型薄膜トランジスタ上にフォトレジストが被覆される。そして、このフォトレジストを介して、Ｂ2 Ｈ6 ガスを用いて、Ｂが例えば１×１０15/cm 2 、６５KeV で注入され、ｐ型高濃度領域１０が形成される。
【００２５】
さらに、アッシング法によってフォトレジストが除去された後、例えば、６００℃の窒素雰囲気中で１時間アニールされ、ドーピングによって注入された不純物が活性化される。
【００２６】
図３（Ｃ）に示すように、ＰＥＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法）によって、SiO 2 層１１が、例えば４００nmの層厚で成膜される。
図３（Ｄ）に示すように、ＰＥＰ法によってソース／ドレインのコンタクト部以外がフォトレジストで覆われ、例えば弗化アンモニウム溶液にてコンタクト部の酸化膜に孔１２が開けられる。
【００２７】
最後に、図４に示すように、フォトレジストが剥離液にて除去された後、スパッタ法によってMo（モリブデン）、Al（アルミニウム）、Mo（モリブデン）が順次成膜される。このときの膜厚は、例えばそれぞれ５０nm、４００nm、５０nmに設定されている。さらに、ＰＥＰ、エッチングを経て、配線１３が形成され薄膜トランジスタが製造される。
【００２８】
図４に示す薄膜トランジスタは、大型ガラス基板１上にｎ型薄膜トランジスタおよびｐ型薄膜トランジスタを形成したＣＭＯＳ型のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）である。このＴＦＴの主要部は、ガラス基板１上に、膜厚が例えば３００nmのSiN 層２を介して、膜厚が例えば５０nmの多結晶シリコン膜からなる導電層３が形成され、この導電層３の表面を覆うゲート絶縁膜５、およびこのゲート絶縁膜５上に形成されたゲート電極７を有している。
【００２９】
導電層３は、ゲート電極７の真下に形成されたチャネル領域と、その両側に形成されたソース領域１０ａおよびドレイン領域１０ｂとを有している。また、ゲート絶縁膜５はSiO 2 をＣＶＤ法によって形成され、好ましくはその膜厚が１００nm以下に設定されている。さらに、ゲート電極７は、金属膜によって例えば２００nmの層厚で形成されている。
【００３０】
次に、図５を参照して、上述したラインビーム型イオンドーピング装置４（以下、単にドーピング装置４と称する）から射出されるラインビームを振動させる（図１Ｂ参照）ための装置構成について詳細に説明する。
【００３１】
ドーピング装置４は、ガラス基板１の移動方向（図中矢印ａ方向）を横切る方向（紙面方向）に延びた線状のスポットをガラス基板１（シリコン層）上に形成する。ドーピング装置４から射出されるラインビームの径路上には、ビームを引き出すための電極２１、２２、ガラス基板１によって跳ね返されて逆流する２次イオンを追い返すための電極２３、および引き出したイオンをガラス基板１に向けて加速するための電極２４が、順に配置されている。また、加速電極２４よりガラス基板１側には、ビームを振動させるための磁界を発生させる磁界発生装置２５が配設されている。
【００３２】
磁界発生装置２５は、ビームの加速方向に直交するとともに、ガラス基板１の走査方向に平行な磁界を発生する。この磁界は、所定の振動数で振動され、振動される磁界の影響によってビームの径路が変動され、ガラス基板１上に形成されるビームスポットの位置が、ガラス基板１の走査方向と直交する方向、すなわちビームスポットの長手方向に沿って振動される。
【００３３】
このように、ガラス基板１の走査方向を横切る方向にビームスポットを振動させながらガラス基板１をスキャンすることにより、ガラス基板１の全面に亘って均一なイオンドーピングができ、製造される薄膜トランジスタの特性に不所望なバラツキがなくなる。
【００３４】
次に、上記薄膜トランジスタを形成した基板を用いて液晶表示装置を製造する方法について説明する。
まず、ガラス基板上にスパッタ法によりCr等金属層を形成し、パターニングして遮光膜を形成し、さらに各画素に対応する領域に有機樹脂からなる赤、緑、青のカラーフィルターを形成した対向基板を用意する。そして、基板全面に、対向電極として、ＩＴＯ（インジウム・シン・オキサイド）をスパッタ法によって成膜する。さらに、基板全面に、ポリイミドからなる配向膜を塗布し、ラビングによる配向処理を行なう。
【００３５】
次に、薄膜トランジスタを形成したガラス基板１と上記対向基板とをスペーサを介してシール材によって貼り合わせる。スペーサには、ビーズ状のシリカ粒を散布して形成されたものや、基板上にアクリル樹脂を塗布してパターニングによって形成された柱状のものなどがある。また、シール材は基板の周辺部を囲む形状に印刷され、液晶を注入するための口部が開けられる。
【００３６】
さらに、真空中で注入口部を液晶材料に浸した状態で、徐々に体気圧に戻し、液晶を注入する。最後に、注入口部を紫外線硬化樹脂によって封止し、液晶表示装置が製造される。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によると、薄膜トランジスタの製造時に半導体層に注入される不純物イオンのビームをそのスキャン方向と直交する方向に振動させている。このため、基板の全面に亘って均一なイオンドーピングができ、液晶表示装置を介して表示される画像に斑を生じることが無くなる。
【００３８】
つまり、本実施の形態の製造方法によるところの薄膜トランジスタは、従来の製造方法によるものと比較して、そのしきい値電圧（Vth ）のバラツキに規則性がないため、薄膜トランジスタのバラツキに起因した画像斑を防止でき、画面全体で一様な画像を形成できる。
【００３９】
尚、上述した実施の形態では、レーザアニール前のアモルファスシリコン層にイオンビームを照射する際にビームを振動させることについて説明したが、半導体層にイオンを照射する他の場合においても、ビームの走査方向と直交する方向にビームを振動させることにより本発明の効果を奏することができる。例えば、図２（Ｄ）に示したｎ型低濃度領域のドーピング工程においてビームを振動させても良い。つまり、低濃度領域の抵抗部も薄膜トランジスタの駆動能力に差を生じるため、この部分に規則的な斑があると、画像斑を生じてしまう。従って、ｎ型低濃度領域のドーピング工程においても、ビームと基板とを相対的に振動させることが望ましい。また、ｎ型高濃度領域およびｐ型高濃度領域のドーピング工程にも本発明は適用可能である。
【００４０】
次に、この発明の第２の実施の形態として、ビームを振動させるための他の手段について、図６を参照して説明する。尚、ラインビームの近傍にて電界を生じてビームを振動させる以外の部分については、上述した第１の実施の形態と同じであるため同一の部分についての詳細な説明を省略する。
【００４１】
図６に示すように、ドーピング装置４から射出されるラインビームの径路上には、上述した第１の実施の形態と同様に、４組の電極２１、２２、２３、２４が順に配設されている。そして、ビームを引き出すための電極２２と基板によって跳ね返された２次イオンを追い返すための電極２３との間に、所定の振動電界を発生させるための複数の電極２６が配設されている。
【００４２】
この振動のための電極２６は、ビームの加速方向およびビームのスキャン方向に直交する方向、すなわちラインビームの長手方向に沿って並設され、互いに隣接した電極同士が極性の異なる電位を交互に有し、それぞれの極性が反転されて電極間の電界が振動される。この場合、これら振動のための電極２６を通過されるラインビームは、そのスポット位置は変化しないものの、そのスポット内において、強度分布が振動されてビーム強度がならされる。
【００４３】
このように、ビームのスキャン方向と直交する方向にビーム強度の分布を振動させることにより、基板の全面に亘ってイオンのドーズ量を平均化することができ、均一なドーピングが可能となる。
【００４４】
以上のように、第２の実施の形態においても、基板の全面に亘る均一なドーピングができるため、液晶表示装置を介して表示される画像に斑を生じることを防止でき、均一な画像を出力できる。
【００４５】
尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上述した各実施の形態では、ラインビームを振動させてビームと基板とを相対的に振動させたが、基板を振動させることにより両者を相対的に振動させても良い。
【００４６】
つまり、図７に示すように、ガラス基板１のスキャン方向（紙面方向）と直交する方向（図中矢印方向）に基板１自体を振動させることにより、ラインビームと基板１とを相対的に振動させることができる。この場合、基板１をスキャン方向に移動させるための図示しないＸＹステージを駆動して基板１を振動させることができる。
【００４７】
また、上述した各実施の形態では、ガラス基板を一定方向に移動させてラインビームを照射することによりビームをスキャンしたが、ガラス基板の移動方向を横切る方向に点ビームを走査してスキャンすることもできる。尚、この場合、点ビームのスキャン方向を横切る方向に沿ってビームおよび基板を相対的に振動させることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の薄膜トランジスタの製造方法によると、シリコン層の全面に亘って不純物を均一に注入でき、液晶表示装置を介して出力される画像に筋斑を生じることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの製造方法を説明するための動作説明図。
【図２】この発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの製造方法を説明するための動作説明図。
【図３】この発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの製造方法を説明するための動作説明図。
【図４】図１乃至図３に示した工程により形成される薄膜トランジスタを示す断面図。
【図５】薄膜トランジスタの製造に関し、イオンビームを振動させて注入するための構成を示す概略図。
【図６】この発明の第２の実施の形態に係るビーム振動のための構成を示す概略図。
【図７】基板を振動させてビームとの相対的な位置を振動させる構成を示す概略図。
【符号の説明】
１…ガラス基板、
２…SiN 層、
３…アモルファスシリコン層、
４…ラインビーム型イオンドーピング装置、
５…酸化シリコン膜、
６、７…電極、
８…ｎ型低濃度領域、
９…ｎ型高濃度領域、
１０…ｐ型高濃度領域、
１０ａ…ソース領域、
１０ｂ…ドレイン領域、
１１…SiO 2 層、
１２…孔、
１３…配線、
２１、２２、２３、２４…電極、
２５…磁界発生装置、
２６…電極。
【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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