JPH07221043A - イオン注入法 - Google Patents
イオン注入法Info
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- JPH07221043A JPH07221043A JP1472194A JP1472194A JPH07221043A JP H07221043 A JPH07221043 A JP H07221043A JP 1472194 A JP1472194 A JP 1472194A JP 1472194 A JP1472194 A JP 1472194A JP H07221043 A JPH07221043 A JP H07221043A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板上に形成された半導体薄膜にイオン注入
を行い、ついでエネルギービーム照射を行って注入イオ
ンの活性化を行う際に、半導体薄膜のエネルギービーム
照射による膜の荒れを防止し、低抵抗の半導体薄膜を得
る。 【構成】 エネルギービーム照射の際に、基板を100
〜600℃に加熱する。バケット型イオン源を用いれば
高速でのイオン注入が可能であり、加熱温度を600℃
以下とすればガラス基板が使用可能となる。
を行い、ついでエネルギービーム照射を行って注入イオ
ンの活性化を行う際に、半導体薄膜のエネルギービーム
照射による膜の荒れを防止し、低抵抗の半導体薄膜を得
る。 【構成】 エネルギービーム照射の際に、基板を100
〜600℃に加熱する。バケット型イオン源を用いれば
高速でのイオン注入が可能であり、加熱温度を600℃
以下とすればガラス基板が使用可能となる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ等の
製造に使われる大型ガラス基板上の半導体薄膜へ不純物
をドーピングするためのイオン注入方法に関し、特にガ
ラス製基板にも適用でき、低温で、高速で、膜荒れがな
く不純物をドーピングできるイオン注入方法に関する。
製造に使われる大型ガラス基板上の半導体薄膜へ不純物
をドーピングするためのイオン注入方法に関し、特にガ
ラス製基板にも適用でき、低温で、高速で、膜荒れがな
く不純物をドーピングできるイオン注入方法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタ(TFT)をスイッチ
ング素子とする液晶ディスプレイの製造に使われている
接合の形成法としては、非晶質シリコントランジスタで
はn型膜を気相反応で形成している。また、多結晶シリ
コントランジスタでは、LSI半導体素子と同様のコプ
レーナ構造を採用し、イオン注入法を用いて形成する方
法が多い。
ング素子とする液晶ディスプレイの製造に使われている
接合の形成法としては、非晶質シリコントランジスタで
はn型膜を気相反応で形成している。また、多結晶シリ
コントランジスタでは、LSI半導体素子と同様のコプ
レーナ構造を採用し、イオン注入法を用いて形成する方
法が多い。
【0003】図5は、このようなコプレーナ構造の薄膜
トランジスタの製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。まず、図5(a)に示すようにガラス基板1上に活
性シリコン層2を形成し、島状にパターニング加工す
る。ついで図5(b)に示すようにこの活性シリコン層
2上にゲート絶縁膜3およびゲートシリコン4を形成
し、ゲートシリコン4をパターニング加工する。このの
ち、図5(c)に示すようにイオン注入により、例えば
リン(P)のイオン5を約100kVの電圧で打ち込
む。このイオン5は、ソースSおよびドレインD上のゲ
ート絶縁膜3を突き抜け、活性シリコン層3に注入され
る。この基板1を加熱することにより注入(ドープ)さ
れたイオン5が活性化され、活性シリコン層3が低抵抗
のn型シリコンとなり、イオン5を打ち込まれたゲート
シリコン4がゲートGとなり、活性シリコン層1はその
両側部がそれぞれソースS、ドレインDとなる。このの
ち、図5(d)に示すように保護膜8とソース電極9お
よびドレイン電極10を形成して、薄膜トランジスタが
得られる。イオンとして、ボロン(B)を使用すればP
型シリコンが形成される。
トランジスタの製造プロセスを工程順に示す断面図であ
る。まず、図5(a)に示すようにガラス基板1上に活
性シリコン層2を形成し、島状にパターニング加工す
る。ついで図5(b)に示すようにこの活性シリコン層
2上にゲート絶縁膜3およびゲートシリコン4を形成
し、ゲートシリコン4をパターニング加工する。このの
ち、図5(c)に示すようにイオン注入により、例えば
リン(P)のイオン5を約100kVの電圧で打ち込
む。このイオン5は、ソースSおよびドレインD上のゲ
ート絶縁膜3を突き抜け、活性シリコン層3に注入され
る。この基板1を加熱することにより注入(ドープ)さ
れたイオン5が活性化され、活性シリコン層3が低抵抗
のn型シリコンとなり、イオン5を打ち込まれたゲート
シリコン4がゲートGとなり、活性シリコン層1はその
両側部がそれぞれソースS、ドレインDとなる。このの
ち、図5(d)に示すように保護膜8とソース電極9お
よびドレイン電極10を形成して、薄膜トランジスタが
得られる。イオンとして、ボロン(B)を使用すればP
型シリコンが形成される。
【0004】このような薄膜トランジスタを表示部分お
よび回路部分に適用し、アクティブ型液晶ディスプレイ
が製造される。最近は、大型のディスプレイを形成した
り、基板から小型ディスプレイを多数取るため、基板が
大きくなり、例えば、450mm×350mm程度のサ
イズが使われるようになっている。従って大型基板に対
して高速のドーピング技術が開発されている。従来の大
面積高電圧イオン注入法については、例えば、M.Tanjo,
et al. によりSID Japan Display'92 Abstracts, 1992
年, p.345〜348に述べられている。イオン密度は0.0
2mA/cm2 であるが、加速電圧が40keV以上と
高いため、基板の温度が上昇し、レジストマスクが使え
ない事が述べられている。また、バケットイオン源を使
った非質量分離型イオン照射装置の例が、G.Kawachi, e
t al. によりJ.Electrochem. Soc., Vol.137, No.11, 1
990年, p.3522〜3526に述べられている。このもので
は、イオン密度、0.5mA/cm2 が実現でき、必要
な濃度のドーピングが1分以下で可能である。但し、打
ち込んだイオンの活性化にはエネルギー照射が必要で、
レーザ活性化が使われている。この場合、非常に薄い5
00Å程度のシリコン膜にドーピングしてレーザ活性化
すると、レーザのエネルギーにより膜が荒れることがあ
る。このような従来技術では、大型基板に、高速、低温
で、イオン照射し、かつ打ち込んだイオンを、膜が安定
な状態で活性化する技術は知られていない。
よび回路部分に適用し、アクティブ型液晶ディスプレイ
が製造される。最近は、大型のディスプレイを形成した
り、基板から小型ディスプレイを多数取るため、基板が
大きくなり、例えば、450mm×350mm程度のサ
イズが使われるようになっている。従って大型基板に対
して高速のドーピング技術が開発されている。従来の大
面積高電圧イオン注入法については、例えば、M.Tanjo,
et al. によりSID Japan Display'92 Abstracts, 1992
年, p.345〜348に述べられている。イオン密度は0.0
2mA/cm2 であるが、加速電圧が40keV以上と
高いため、基板の温度が上昇し、レジストマスクが使え
ない事が述べられている。また、バケットイオン源を使
った非質量分離型イオン照射装置の例が、G.Kawachi, e
t al. によりJ.Electrochem. Soc., Vol.137, No.11, 1
990年, p.3522〜3526に述べられている。このもので
は、イオン密度、0.5mA/cm2 が実現でき、必要
な濃度のドーピングが1分以下で可能である。但し、打
ち込んだイオンの活性化にはエネルギー照射が必要で、
レーザ活性化が使われている。この場合、非常に薄い5
00Å程度のシリコン膜にドーピングしてレーザ活性化
すると、レーザのエネルギーにより膜が荒れることがあ
る。このような従来技術では、大型基板に、高速、低温
で、イオン照射し、かつ打ち込んだイオンを、膜が安定
な状態で活性化する技術は知られていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】よって、本発明におけ
る課題は、大型の基板に形成された半導体薄膜に対し
て、高速、低温でイオンを注入し、かつ膜を荒すことな
く活性化する方法を得ることにある。
る課題は、大型の基板に形成された半導体薄膜に対し
て、高速、低温でイオンを注入し、かつ膜を荒すことな
く活性化する方法を得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる課題は、基板上に
形成された半導体薄膜にイオン源からのイオンを加速電
圧0.5〜10kVで注入したのち、該基板を加熱しな
がらエネルギービームの照射を行うことで解決される。
またこの際、イオン源が非質量分離型のバケット型イオ
ン源であり、エネルギービームがエキシマレーザであ
り、基板がガラスであることが好ましく、さらに、加熱
温度が100〜600℃であることが好ましい。
形成された半導体薄膜にイオン源からのイオンを加速電
圧0.5〜10kVで注入したのち、該基板を加熱しな
がらエネルギービームの照射を行うことで解決される。
またこの際、イオン源が非質量分離型のバケット型イオ
ン源であり、エネルギービームがエキシマレーザであ
り、基板がガラスであることが好ましく、さらに、加熱
温度が100〜600℃であることが好ましい。
【0007】
【作用】かかる構成により、エネルギービームによる注
入イオンの活性化のためのエネルギー強度を低くでき、
半導体薄膜の荒れを抑えることができる。また、バケッ
ト型イオン源を使うことで、高濃度で短時間にかつ基板
温度の上昇を抑えながらイオンを注入できる。さらに耐
熱性のよくないガラス基板が採用できる。
入イオンの活性化のためのエネルギー強度を低くでき、
半導体薄膜の荒れを抑えることができる。また、バケッ
ト型イオン源を使うことで、高濃度で短時間にかつ基板
温度の上昇を抑えながらイオンを注入できる。さらに耐
熱性のよくないガラス基板が採用できる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1に基づいて説明
する。図1は、本発明のイオン注入法を薄膜トランジス
タの製造に利用した例を工程順に示した図であって、ま
ず図1(a)に示すようにガラス基板1上に膜厚50n
mの活性シリコン層2を形成し、島状にパターニング加
工する。ついで、図1(b)に示すように、この活性シ
リコン層2上に膜厚100nmのゲート絶縁膜3および
膜厚100nmのゲートシリコン4を形成する。つい
で、このゲート絶縁膜3およびゲートシリコン4をパタ
ーニング加工する。こののち、図1(c)に示すように
イオン注入により例えばボロンのイオン5を打ち込む。
このイオン注入においては、イオン源として非質量分離
型でバケット型の線状イオン源を使用し、加速電圧0.
5〜10kV、好ましくは1〜5kV、イオン密度0.
05〜1mA/cm2 、好ましくは0.1〜0.5mA
/cm2 の条件で行われる。加速電圧2〜5kV、イオ
ン密度0.5mA/cm2 の条件ではガラス基板1の温
度上昇は約100℃程度で、レジストマスクを使うこと
ができる。ボロンイオン5はゲートシリコン4と活性シ
リコン層2のゲート絶縁膜3で被覆されていない両側の
部分に注入される。
する。図1は、本発明のイオン注入法を薄膜トランジス
タの製造に利用した例を工程順に示した図であって、ま
ず図1(a)に示すようにガラス基板1上に膜厚50n
mの活性シリコン層2を形成し、島状にパターニング加
工する。ついで、図1(b)に示すように、この活性シ
リコン層2上に膜厚100nmのゲート絶縁膜3および
膜厚100nmのゲートシリコン4を形成する。つい
で、このゲート絶縁膜3およびゲートシリコン4をパタ
ーニング加工する。こののち、図1(c)に示すように
イオン注入により例えばボロンのイオン5を打ち込む。
このイオン注入においては、イオン源として非質量分離
型でバケット型の線状イオン源を使用し、加速電圧0.
5〜10kV、好ましくは1〜5kV、イオン密度0.
05〜1mA/cm2 、好ましくは0.1〜0.5mA
/cm2 の条件で行われる。加速電圧2〜5kV、イオ
ン密度0.5mA/cm2 の条件ではガラス基板1の温
度上昇は約100℃程度で、レジストマスクを使うこと
ができる。ボロンイオン5はゲートシリコン4と活性シ
リコン層2のゲート絶縁膜3で被覆されていない両側の
部分に注入される。
【0009】つぎに、図1(d)に示すように、このガ
ラス基板1をヒータ6で約100〜600℃、好ましく
は約200〜400℃に加熱しながら紫外線パルスレー
ザエネルギービーム7を基板表面に照射し、打ち込まれ
たイオン5を活性化する。このエネルギービームの照射
条件としては、エネルギー密度が100〜250mJ/
cm2 程度が好ましい。レーザとしてはエキシマレーザ
が好適である。この活性化により、抵抗の低いP型シリ
コンが形成され、ゲートG、ソースSおよびドレインD
が形成される。次いで、図1(e)で示すように保護膜
8とソース電極9およびドレイン電極10を形成して薄
膜トランジスタが得られる。
ラス基板1をヒータ6で約100〜600℃、好ましく
は約200〜400℃に加熱しながら紫外線パルスレー
ザエネルギービーム7を基板表面に照射し、打ち込まれ
たイオン5を活性化する。このエネルギービームの照射
条件としては、エネルギー密度が100〜250mJ/
cm2 程度が好ましい。レーザとしてはエキシマレーザ
が好適である。この活性化により、抵抗の低いP型シリ
コンが形成され、ゲートG、ソースSおよびドレインD
が形成される。次いで、図1(e)で示すように保護膜
8とソース電極9およびドレイン電極10を形成して薄
膜トランジスタが得られる。
【0010】このようなイオン注入法によれば、半導体
薄膜(活性シリコン層2およびゲートシリコン4)の活
性化のためのエネルギービーム照射による膜荒れが防止
でき、かつ半導体薄膜の電気抵抗(シート抵抗)を低く
することができる。図2は、シリコン薄膜にボロンを注
入する例において、基板加熱温度、レーザ活性化エネル
ギーおよびシート抵抗の関係を示すもので、イオン注入
条件は、図中に示したように、加速電圧5kV、イオン
密度0.125mA/cm2 、注入時間6秒と、加速電
圧1kV、イオン密度0.5mA/cm2 、注入時間4
5秒の2種である。
薄膜(活性シリコン層2およびゲートシリコン4)の活
性化のためのエネルギービーム照射による膜荒れが防止
でき、かつ半導体薄膜の電気抵抗(シート抵抗)を低く
することができる。図2は、シリコン薄膜にボロンを注
入する例において、基板加熱温度、レーザ活性化エネル
ギーおよびシート抵抗の関係を示すもので、イオン注入
条件は、図中に示したように、加速電圧5kV、イオン
密度0.125mA/cm2 、注入時間6秒と、加速電
圧1kV、イオン密度0.5mA/cm2 、注入時間4
5秒の2種である。
【0011】図2より、加速電圧1kVの場合には、基
板温度を300℃としてレーザ照射して活性化すると、
シート抵抗は、基板温度を25℃としてレーザ照射して
活性化したものに比べて高くなってしまうことがわか
る。これに対し、加速電圧5kVの場合には、基板温度
を300℃としてレーザ照射して活性化すると、シート
抵抗は、逆に基板温度を25℃としてレーザ照射して活
性化したものに比べて低くなる。したがって、加速電圧
が一定値以上、ボロンの場合では2kV以上、好ましく
は3kV以上とすることで、レーザエネルギーを例えば
200mJ/cm2 から150mJ/cm2 に下げても
25℃で活性化したものと同じシート抵抗が得られる。
また、レーザエネルギーを下げて活性化しうるので膜荒
れを低減できる。さらに、イオンの注入量を下げても低
いシート抵抗が得られ、高速ドーピングが可能となる。
なお、加速電圧は、イオンがリンの場合にはやや高く、
3kV以上とすることが望ましい。10kVを越えると
基板温度が上昇し、レジストマスクが使えなくなる。
板温度を300℃としてレーザ照射して活性化すると、
シート抵抗は、基板温度を25℃としてレーザ照射して
活性化したものに比べて高くなってしまうことがわか
る。これに対し、加速電圧5kVの場合には、基板温度
を300℃としてレーザ照射して活性化すると、シート
抵抗は、逆に基板温度を25℃としてレーザ照射して活
性化したものに比べて低くなる。したがって、加速電圧
が一定値以上、ボロンの場合では2kV以上、好ましく
は3kV以上とすることで、レーザエネルギーを例えば
200mJ/cm2 から150mJ/cm2 に下げても
25℃で活性化したものと同じシート抵抗が得られる。
また、レーザエネルギーを下げて活性化しうるので膜荒
れを低減できる。さらに、イオンの注入量を下げても低
いシート抵抗が得られ、高速ドーピングが可能となる。
なお、加速電圧は、イオンがリンの場合にはやや高く、
3kV以上とすることが望ましい。10kVを越えると
基板温度が上昇し、レジストマスクが使えなくなる。
【0012】図3および図4は、上述の作用を説明する
ためのもので、図3はイオン注入時の加速電圧が1kV
の場合のもので、(a)はイオンドープ後のシリコン薄
膜の表面を、(b)はレーザ活性化後のそれを表わして
いる。イオンドープ後、シリコン薄膜表面にはシリコン
の自然酸化膜(SiOx)と、ボロンの堆積層が形成さ
れ、ボロンの一部は酸化されている。また、加速電圧が
低いのでボロンのかなりがシリコン薄膜表面上もしくは
表面直下に存在している。これを加熱しつつレーザ活性
化すると、図3(b)に示すように表面のボロンの一部
はシリコン薄膜中に拡散するが、基板温度が高いため、
揮散によるボロンの損失が大きく、シリコン薄膜中に取
り込まれるボロンの総量が減少し、シート抵抗が高くな
る。
ためのもので、図3はイオン注入時の加速電圧が1kV
の場合のもので、(a)はイオンドープ後のシリコン薄
膜の表面を、(b)はレーザ活性化後のそれを表わして
いる。イオンドープ後、シリコン薄膜表面にはシリコン
の自然酸化膜(SiOx)と、ボロンの堆積層が形成さ
れ、ボロンの一部は酸化されている。また、加速電圧が
低いのでボロンのかなりがシリコン薄膜表面上もしくは
表面直下に存在している。これを加熱しつつレーザ活性
化すると、図3(b)に示すように表面のボロンの一部
はシリコン薄膜中に拡散するが、基板温度が高いため、
揮散によるボロンの損失が大きく、シリコン薄膜中に取
り込まれるボロンの総量が減少し、シート抵抗が高くな
る。
【0013】図4は、イオン注入時の加速電圧が5kV
の場合のもので、(a)はイオンドープ後のシリコン薄
膜の表面を、(b)はレーザ活性化後のそれを表わして
いる。この場合にはイオンの加速電圧が高いため、イオ
ンドープ後ボロンの大部分はシリコン薄膜中に取り込ま
れる。そしてレーザ活性化の際に、基板温度を高くして
活性化しても(b)にあるようにボロンの揮散による損
失はほとんどなく、ボロンが有効に取り込まれ、加熱に
よる活性化効果も加わって、活性化が十分に行われ、シ
ート抵抗が下がる。なお、基板の加熱には電子線、ラン
プアニール等も利用できる。また加熱温度は約100℃
から効果が発現し、ガラス基板の場合にはガラスの変形
が生じる600℃以下が好ましい。
の場合のもので、(a)はイオンドープ後のシリコン薄
膜の表面を、(b)はレーザ活性化後のそれを表わして
いる。この場合にはイオンの加速電圧が高いため、イオ
ンドープ後ボロンの大部分はシリコン薄膜中に取り込ま
れる。そしてレーザ活性化の際に、基板温度を高くして
活性化しても(b)にあるようにボロンの揮散による損
失はほとんどなく、ボロンが有効に取り込まれ、加熱に
よる活性化効果も加わって、活性化が十分に行われ、シ
ート抵抗が下がる。なお、基板の加熱には電子線、ラン
プアニール等も利用できる。また加熱温度は約100℃
から効果が発現し、ガラス基板の場合にはガラスの変形
が生じる600℃以下が好ましい。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン注入後のエネルギービームによる活性化を行う際
に、基板を加熱しつつエネルギービームの照射を行うこ
とにより、エネルギービームのエネルギー強度を下げて
も十分な活性化が達成でき、膜荒れを防止でき、しかも
低い抵抗が得られるなどの効果が得られる。
イオン注入後のエネルギービームによる活性化を行う際
に、基板を加熱しつつエネルギービームの照射を行うこ
とにより、エネルギービームのエネルギー強度を下げて
も十分な活性化が達成でき、膜荒れを防止でき、しかも
低い抵抗が得られるなどの効果が得られる。
【図1】 本発明のイオン注入法を薄膜トランジスタの
製造に適用した例の工程を示す断面図である。
製造に適用した例の工程を示す断面図である。
【図2】 本発明の作用を示すグラフである。
【図3】 比較例の作用を示すモデル図である。
【図4】 本発明の実施例の作用を示すモデル図であ
る。
る。
【図5】 従来のイオン注入法を薄膜トランジスタの製
造に適用した例の工程を示す断面図である。
造に適用した例の工程を示す断面図である。
【符号の説明】 1 ガラス基板 2 活性シリコン層 4 ゲートシリコン 5 イオン 6 ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 9056−4M H01L 29/78 311 P
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上に形成された半導体薄膜にイオン
源からのイオンを加速電圧0.5〜10kVで注入した
のち、該基板を加熱しながらエネルギービームの照射を
行うことを特徴とするイオン注入法。 - 【請求項2】 請求項1において、イオン源が非質量分
離型のバケット型イオン源であり、エネルギービームが
エキシマレーザであり、半導体薄膜がシリコンであり、
基板がガラスであることを特徴とするイオン注入法。 - 【請求項3】 請求項1または2において、加熱温度が
100〜600℃であることを特徴とするイオン注入
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1472194A JPH07221043A (ja) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | イオン注入法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1472194A JPH07221043A (ja) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | イオン注入法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07221043A true JPH07221043A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=11869002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1472194A Pending JPH07221043A (ja) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | イオン注入法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07221043A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002118074A (ja) * | 2000-10-06 | 2002-04-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60182132A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-17 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1994
- 1994-02-08 JP JP1472194A patent/JPH07221043A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60182132A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-17 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002118074A (ja) * | 2000-10-06 | 2002-04-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970729 |