JPH0637032A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0637032A
JPH0637032A JP19186792A JP19186792A JPH0637032A JP H0637032 A JPH0637032 A JP H0637032A JP 19186792 A JP19186792 A JP 19186792A JP 19186792 A JP19186792 A JP 19186792A JP H0637032 A JPH0637032 A JP H0637032A
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JP
Japan
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semiconductor device
manufacturing
semiconductor layer
impurities
ion
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JP19186792A
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English (en)
Inventor
Yasuyoshi Mishima
康由 三島
Michiko Takei
美智子 竹井
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁性基板上の単結晶、微結晶または多結晶
の半導体層に不純物をイオン注入する工程に特徴を有す
る半導体装置の製造方法に関し、不純物をイオン注入し
た後に高温で熱処理を施す必要がない半導体装置の製造
方法を提供する。 【構成】 絶縁性基板1の上に形成された単結晶、微結
晶または多結晶の半導体層2に不純物イオン4を注入し
てイオン注入領域3bを形成する工程において、半導体
層2を昇温した状態で不純物をイオン注入する。この場
合半導体層の昇温を450℃以下に抑えて不純物分布の
変動を防ぐことができ、不純物イオンを質量分離し、あ
るいは、質量分離しないで注入することができ、さら
に、イオン注入後の冷却速度を5℃/min以下にして
配線層の損傷を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、特に、絶縁性基板上の単結晶、微結晶または多結晶
の半導体層に不純物イオンを注入する工程に特徴を有す
る半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の薄膜半導体装置の進歩により低温
で半導体装置の特性を制御する手法の開発が要求されて
いる。また、LCD(液晶表示装置)用FET素子とし
て、微結晶あるいは多結晶半導体層を低温でガラス基板
の上に形成する必要が生じている。
【0003】このため、プラズマCVD等の薄膜形成技
術が開発され実用に供されているが、導電型あるいは電
気抵抗を制御するための不純物の導入に関しては、未だ
成膜と同時に不純物を導入する方法が主体で、単結晶半
導体に不純物を導入する技術として慣用されているイオ
ン注入法は実用化されておらず、検討段階に停まってい
る。
【0004】また、室温で大面積にわたって不純物イオ
ンを一括注入する方法として、フィラメントアーク放電
を用いるイオンシャワや、RF放電分解を用いるイオン
ドーピング等も検討されているが、イオン注入した後
に、注入した不純物を活性化するための高温の熱処理を
行うことが必要である。そのため、イオンシャワ等によ
って半導体層の構造がある程度劣化しても半導体装置の
活性領域として使用に耐えるためには、ガラス等の絶縁
性基板上に形成された単結晶、微細結晶または多結晶の
半導体層が成膜時にきわめて良質のものでなければなら
ず、また、低温で良質の多結晶等の半導体層を形成する
ことが重要な課題となってきた。
【0005】また、高温の熱処理を回避する手段とし
て、比較的低温で熱処理効果を生じるレーザアニール等
の熱処理法が検討されているが、制御性、均一性等の点
で問題が残っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術には、不純物をイオン注入した後の熱処理を低温化し
ても半導体装置の活性領域あるいは導電領域として使用
に耐える程度に良質の多結晶等の半導体層を低温で形成
するか、イオン注入後の熱処理を低温のレーザアニール
等を用いて半導体層が高温に曝されるのを回避しなけれ
ばならないという問題をもっていた。
【0007】本発明は、絶縁性基板上に形成された単結
晶、微結晶または多結晶の半導体層に、導電型あるいは
電気抵抗を制御する不純物を注入した後に、高温で熱処
理を施す必要がなく、良質の半導体層でなくても不純物
をイオン注入することが可能な半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体装
置の製造方法においては、絶縁性基板上に形成された単
結晶、微結晶または多結晶の半導体層に不純物イオンを
注入する工程において、該半導体層を昇温した状態で不
純物をイオン注入する工程を採用した。
【0009】この場合、イオン注入時の昇温を450℃
以下に抑え、あるいは、質量分離されたイオンを用いて
制御性よく注入することができる。
【0010】また、RF放電、アーク放電、ECR放電
等を用いてイオン化した後、質量分離されていないイオ
ンを水素とともに注入することができる。
【0011】また、イオン注入した後、5℃/min以
下の冷却速度で緩やかに冷却することによって金属配線
のクラックや剥離を防ぐことができる。
【0012】
【作用】図1(A),(B)は、本発明の半導体装置の
製造方法の原理説明図である。図1(A)は半導体層に
室温で不純物をイオン注入した場合の表面の状態、図1
(B)は半導体層に200℃で不純物をイオン注入した
場合の表面の状態を模式的に示している。この図におい
て、1は絶縁性基板、2は半導体層、3a,3bはイオ
ン注入領域、4は不純物イオンを示している。
【0013】単結晶、微結晶または多結晶等の半導体層
2に、その絶縁性基板1を加熱することなく室温で不純
物イオン4を注入する場合は、その単結晶層、あるい
は、結晶粒界によって隣接している微細な結晶粒からな
る多結晶または微結晶の表面の構造が破壊されたイオン
注入領域3aが形成される。この場合は、イオン注入領
域3aは高抵抗化し、高温の熱アニールを行わない限
り、TFT等の導電体層としては使用できない(図1
(A)参照)。
【0014】これに対して、単結晶、微結晶または多結
晶等の半導体層2に、その絶縁性基板1を100℃から
200℃程度に加熱した状態で不純物イオン4を注入す
る場合は、その単結晶層、あるいは、結晶粒界によって
隣接している微細な結晶粒からなる多結晶または微結晶
の表面の構造は、室温におけるイオン注入の場合のよう
に大きく破壊されることなく、元の結晶性を維持し、非
晶質化することが抑えられるため、注入された不純物の
活性化率が高いイオン注入領域3bが形成される。この
場合は、イオン注入領域3bは低抵抗化し、高温の熱ア
ニールを行わなくても低い抵抗値が得られ、TFT等の
導電体層としては使用できる(図1(B)参照)。
【0015】前記のように、イオン注入後に高温の熱処
理を行うことなく所望の低い抵抗値が得られ、不純物イ
オン注入時の加熱温度も200℃程度と比較的低温であ
るため、この熱によって前工程で形成されていた半導体
層の不純物分布が大きく変動する虞がない。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図2は、第1実施例の半導体装置の製造
方法の説明図である。
【0017】この実施例においては、イオンシャワ法に
より6インチの単結晶シリコン基板にPH3 を加速エネ
ルギが30keV、ドーズ量が1×1015〜1×1016
cm -2でイオン注入するとき、基板温度を、室温(R.
T)、100℃、200℃、300℃と変えた場合のシ
ート抵抗を示している。
【0018】ドーズ量が1×1015cm-2の場合(曲線
a)、5×1015cm-2の場合(曲線b)、1×1016
cm-2の場合(曲線c)のいずれにおいても室温からわ
ずか100℃の加熱によってシート抵抗が大きく低下す
ることがわかる。
【0019】この図の3つのそれぞれの曲線は、同一の
ドーズ量の半導体基板のシート抵抗を現しているから、
前記のシート抵抗の低下は、基板の温度を上昇すること
により不純物燐(P)の活性率が向上することに原因が
あるものと解される。基板温度を450℃より上昇して
もシート抵抗を低下する効果はなく、逆に不純物分布の
変動等の悪影響を生じ、また、すでに形成されているア
ルミ配線層が450℃程度以上の温度で劣化を生じるか
ら、この450℃を本発明の効果を生じる上限とするこ
とができる。
【0020】この実施例の半導体装置の製造方法は、半
導体基板が自己加熱されにくい低加速エネルギあるいは
低ドーズ量のイオン注入において特に有効である。
【0021】(第2実施例)図3は、第2実施例の半導
体装置の製造方法の説明図である。この実施例において
は、イオンシャワ法により6インチの単結晶シリコン基
板にPH3 を加速エネルギ10keV、および、30k
eVで、ドーズ量が5×1015cm-2になるようにイオ
ンを注入するとき、基板温度を、室温(R.T)、10
0℃、200℃、300℃と変えた場合のシート抵抗を
示している。
【0022】加速エネルギが10keVの場合(曲線
a)も加速エネルギが30keVの場合(曲線b)も、
室温からわずか100℃の加熱によってシート抵抗が大
きく低下することがわかる。しかし、この実施例におい
ても、基板温度を450℃より上昇してもシート抵抗を
低下する効果はなく、逆に不純物分布の変動等の悪影響
を生じるから、この450℃程度の温度を本発明の効果
を生じる上限とすることができる。
【0023】この実施例において、加速エネルギが30
keVの場合(曲線b)の方が、加速エネルギが10k
eVの場合(曲線a)よりもシート抵抗が低い理由は、
イオンが注入される表面層の温度が自己加熱によって基
板の温度より局部的に上昇することに原因があるものと
考えられる。
【0024】(第3実施例)上記の第1実施例、およ
び、第2実施例においては、シリコンの単結晶基板に不
純物をイオン注入した例を示したが、多結晶シリコン層
にイオンシャワ法により不純物をイオン注入する例を示
す。
【0025】図4は、第3実施例の半導体装置の製造方
法の説明図である。この実施例においては、イオンシャ
ワ法により、石英基板の上に形成された厚さ1000Å
の多結晶シリコン層にPH3 を加速エネルギ30ke
V、ドーズ量1×1016cm-2でイオンを注入するとき
の、基板温度を100℃、および、200℃に加熱した
場合のシート抵抗を示している。
【0026】曲線aは625℃で形成した多結晶シリコ
ン層(試料a)、曲線bは500℃で形成したアモルフ
ァスシリコン層を580℃で50時間熱処理したもの
(試料b)のシート抵抗を示しているが、結晶性は試料
bの方が優れている。
【0027】試料aでは、不純物を室温で注入した後6
00℃の熱処理をかけないとシート抵抗が下がらない
が、試料bの場合は、200℃で不純物を注入しても低
抵抗化している。試料bは、室温において不純物を注入
した場合は測定不能(1MΩ/□以上)であったシート
抵抗が、わずか100℃程度加熱して不純物イオンを注
入することによって、1kΩ/□と約3桁減少してい
る。
【0028】前記のような低温アニールによっては、半
導体装置の特性に影響を与えるような大きな不純物分布
の変動は生じなかった。
【0029】以上示した各実施例においては、質量分離
をしないイオンシャワ法を用いて不純物PH3 を注入し
た例を示したが、通常半導体装置の製造工程において用
いられているように質量分離した不純物イオンを注入し
て、燐(P)のみを注入する場合も前記とほぼ同様の効
果が得られた。イオンシャワ法によると、不純物PH3
の燐(P)が水素(H)を伴って注入され、この水素が
多結晶シリコンのダングリングボンドを補償して低抵抗
化する効果を生じている可能性がある。
【0030】また、基板温度を上昇して不純物を注入し
た後、イオン注入装置から取りだす際、不純物イオンの
衝撃による損傷と急冷による熱収縮によって、半導体層
の上に形成されているアルミ等の金属配線にクラックが
生じ、あるいは、剥離する虞があるため、イオン注入後
の取り出し時の冷却速度を5℃/min以下に抑えるこ
とが必要である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のように単
結晶、微結晶または多結晶の半導体層に不純物を注入す
る際、基板を加熱してその温度を100〜200程度に
上げることによって、注入した不純物を活性化すること
ができ、その後の高温の活性化のための熱処理を行わな
くてもシート抵抗を低減することができるため、薄膜を
用いた半導体装置の実用化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A),(B)は、本発明の半導体装置の製造
方法の原理説明図である。
【図2】第1実施例の半導体装置の製造方法の説明図で
ある。
【図3】第2実施例の半導体装置の製造方法の説明図で
ある。
【図4】第3実施例の半導体装置の製造方法の説明図で
ある。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 半導体層 3a,3b イオン注入領域 4 不純物イオン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上に形成された単結晶、微結
    晶または多結晶の半導体層に不純物イオンを注入する工
    程において、該半導体層を昇温した状態で不純物をイオ
    ン注入する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 イオン注入時の昇温を450℃以下に抑
    えることを特徴とする請求項1に記載された半導体装置
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 不純物をイオン化して注入する工程にお
    いて、質量分離されたイオンを注入することを特徴とす
    る請求項1に記載された半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 不純物をイオン化して注入する工程にお
    いて、RF放電、アーク放電、ECR放電等を用いてイ
    オン化した後、質量分離されていないイオンを注入する
    ことを特徴とする請求項1に記載された半導体装置の製
    造方法。
  5. 【請求項5】 イオン注入した後、5℃/min以下の
    冷却速度で緩やかに冷却することを特徴とする請求項1
    に記載された半導体装置の製造方法。
JP19186792A 1992-07-20 1992-07-20 半導体装置の製造方法 Pending JPH0637032A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268487A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体素子の製造方法および半導体素子の製造装置
US6981413B2 (en) 2002-06-11 2006-01-03 Cateye Co., Ltd. Handle stem and speed indicator
JP2010153929A (ja) * 2010-04-05 2010-07-08 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体素子の製造方法および半導体素子の製造装置

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Effective date: 20010403