JP3587083B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜半導体の処理方法に関し、特に薄膜半導体内部に不純物元素の濃度勾配を形成する半導体処理方法及び、その濃度勾配を利用した半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の信頼性を確保するためには、ドレイン端の電界を緩和することが有効である。
【０００３】
従来から、ドレイン端に低濃度の不純物領域を設けることにより電界緩和を実現する、Ｌｉｇｈｔｌｙ−Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ （ＬＤＤ）構造のＭＯＳＦＥＴが知られている。
【０００４】
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等をレーザーアニール処理して得られる多結晶シリコン（ ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）においても同様に、様々なＬＤＤ構造が提案されている。
【０００５】
更に、Ｊ．Ｒ． Ａｙｒｅｓらによる論文、 ”Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｒａｉｎ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｈｏｔ ｃａｒｒｉｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｙ−Ｓｉ Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ，” （Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ． ３７， Ｐｔ． １ Ｎｏ． ４Ａ， ｐｐ．１８０１−１８０７， １９９８．）に解説されているように、ドレイン領域とＬＤＤ領域の境界での不純物濃度の空間分布が緩やかに変化する方が電界緩和の効果が大きい。ここで、不純物濃度の空間分布を変化させる薄膜半導体の処理方法が必要になる。
【０００６】
従来のこのような薄膜半導体の処理方法については、例えば上記の論文等に解説されている。
【０００７】
ここでは、ＬＤＤ構造のｎ型ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの作成方法を例として挙げ、図７を参照しながら説明する。
【０００８】
第１に、プラズマＣＶＤ法等により、ガラス等の絶縁性基板１１０の上に酸化膜（ＳｉＯ２）を堆積して、絶縁性基板１１０からの不純物の拡散を防止するためのバリア層１２０とする。
【０００９】
第２に、例えば減圧化学気相成膜（ ＬＰＣＶＤ）法により、ａ−Ｓｉ等の薄膜半導体をバリア層１２０の上に全面に形成し、通常のフォトリソグラフィ工程により、ＴＦＴに必要な場所を除いてａ−Ｓｉを除去する。
【００１０】
第３に、フォトリソグラフィにより領域を制限して、イオン注入法、またはイオンドーピング法により、この領域に選択的に高濃度の不純物（ｎ型の場合はリン等）を導入する。
【００１１】
更に、同様のプロセスを用いて、別の領域に低濃度で不純物を選択的に導入する。
【００１２】
こうして、不純物が導入されない領域１３０、低濃度の不純物が導入された領域１４０、高濃度の不純物が導入された領域１５０が図示した位置に形成される。
【００１３】
ここまでに必要なフォトリソグラフィ工程は３回である。第４に、例えばＸｅＣｌ等のエキシマレーザーからのパルス状の紫外光１６０を適度な強度で全面に照射すると、上記の半導体領域１３０、１４０、１５０のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）は殆ど瞬間的に溶融される。
【００１４】
溶融した領域の半導体層は、蓄えられた熱が周囲へ逃げて冷却されるときに結晶化されてｐｏｌｙ−Ｓｉに改質される。このとき、半導体領域１４０、１５０においては、導入されたリン等の不純物がＳｉの格子に取り込まれて電子的に活性化される、即ち、低濃度、高濃度のｎ型ｐｏｌｙ−Ｓｉ領域がそれぞれ形成される。
【００１５】
ここで、レーザー光１６０のエネルギーはａ−Ｓｉに殆ど全て吸収され、また、レーザー光のパルス幅も数１０ｎｓｅｃと非常に短いために、熱による基板１１０の損傷は無い。
【００１６】
また、バリア層１２０の存在により、基板１１０からこれらの半導体領域１３０、１４０、１５０への不純物の拡散も無い。最後に、このような構造の上にゲート絶縁膜となる絶縁層１７０をプラズマＣＶＤ法等により堆積し、更にその上にゲート電極となる金属層をスパッタ等の方法で形成してフォトリソグラフィ法によりパターニングする。
【００１７】
この上に層間絶縁膜を形成した後にコンタクトホールをフォトリソグラフィ工程により形成し、金属薄膜を形成してフォトグラフィ工程によりパターニングして、ＬＤＤ構造のｎ型ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴが形成される。
【００１８】
ここで、不純物濃度の分布について考察する。イオン注入、あるいはイオンドーピングの工程が終了した段階では、薄膜半導体内部の不純物分布はほぼ階段状になる。
【００１９】
次に、レーザー光を吸収して半導体層が溶融した時には、半導体領域１３０と１４０との境界領域で不純物濃度の差が大きいため、不純物原子が高濃度領域から低濃度領域へ拡散する。冷却されて固化した後は、不純物原子はＳｉ格子に取り込まれて拡散することは殆ど無い。
【００２０】
領域１４０と１５０の境界においても同様である。この結果、レーザー光照射後の不純物濃度は、各領域の境界でなだらかに変化して、図７（Ｄ）のような分布になる。
【００２１】
また、以上に説明したＬＤＤ構造のｎ型ＴＦＴのみで回路を形成する場合、必要なフォトグラフィ工程の数は６回である。仮にＣＭＯＳ回路を形成したい場合には、レーザー照射の前にｐ型不純物の導入を追加する必要があるため、必要なフォトリソグラフィ工程は合計８回である。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザー光照射による薄膜半導体の処理方法は、レーザー光が瞬間的に照射されて半導体が溶融している短い時間に不純物元素が拡散する現象を利用している。
【００２３】
拡散現象は材料、濃度分布、時間に依存する。実験により拡散係数を抽出して、拡散方程式を解くことにより、不純物の空間分布を設計することは原理的には可能だが、時間の要素はレーザーパルスの形状で決まる、材料の選択余地は少ない、等の制約要因が多く、事実上このような制御は困難である。ところが、例えばＬＤＤ構造のＴＦＴにおいて不純物濃度分布はドレイン端の電界緩和の効果を出すための重要な設計パラメータであり、できるだけ自由に制御可能であることが望ましい。
【００２４】
また、上記のような従来のＬＤＤ構造のＴＦＴの形成方法においては、ソース・ドレイン領域とＬＤＤ領域に異なる濃度で不純物を導入するために、２回の不純物イオンの導入工程と、それに付随した２回のフォトリソグラフィ工程（フォトレジストの塗布、露光、エッチング）が必要である。
【００２５】
これらの工程数の増加は、単に手間が増加するという問題だけではなく、例えば、ゴミによるパターン欠陥、不均一なエッチングに起因するフォトレジスト残り、等の問題を引き起こす可能性がある。
【００２６】
従って、ＴＦＴの信頼性を確保し製造コストの増加を抑えるためには、工程数の増加は必要最小限に抑えるべきである。
【００２７】
尚、特開平４−２５４３３５号公報には、半導体装置及びその製造方法に関して記載されているが、イオン注入操作によって、第１導電型のチャネル領域と第２導電型のドレイン領域の間にのみＬＤＤ構造を形成し、ソース領域とチャネル領域間にはＬＤＤ構造を形成しない様にしたトランジスタ構造が示されているのみであり、光エネルギーを使用した半導体装置の製造技術に関しては開示がない。
【００２８】
又、特開平９−２７６２４号公報には、２重側壁構造をマスクとして利用してＬＤＤ構造を形成する技術に関して記載されているが、イオン注入操作のみを使用するものであり、光エネルギーを使用した半導体装置の製造技術に関しては開示がない。
【００２９】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、薄膜半導体内部の不純物濃度の空間分布を高い自由度で制御して、高性能の薄膜半導体素子を提供するものである。また、本発明の別の目的は、ＬＤＤ構造のＴＦＴの製造工程数の削減を目的としするものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
【００３１】
即ち、本発明に係る第１の態様としては、トランジスタを形成するに際し、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、所定の不純物濃度を持つ不純物を含む第２及び第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界を含み、該トランジスタを構成するＬＤＤ領域が形成される半導体領域の全部若しくは一部に、所望の該ＬＤＤ領域の幅よりも狭い照射幅を有する光エネルギーを供給することで、該光エネルギーが供給された領域にある該第１の半導体領域中と該第２の半導体領域中に存在する不純物を拡散させて、所望とする不純物濃度分布を有した該ＬＤＤ領域を形成する工程と、該第３の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界を含み、該トランジスタを構成するＬＤＤ領域が形成される半導体領域の全部若しくは一部に、所望の該ＬＤＤ領域の幅よりも狭い照射幅を有する光エネルギーを供給することで、該光エネルギーが供給された領域にある該第１の半導体領域中と該第３の半導体領域中に存在する不純物を拡散させて、所望とする不純物濃度分布を有した該ＬＤＤ領域を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法である。
【００３２】
又、本発明に係る第２の態様としては、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、高い濃度の不純物を含む第２、第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する工程と、該第２の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第２の半導体領域の半導体を改質する工程と、該第３の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第３の半導体領域の半導体を改質する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する工程と、該第３の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する工程とを含む半導体装置の製造方法である。
【００３３】
【本発明の実施の形態】
本発明に係る当該半導体の処理方法及び半導体装置の製造方法は、上記した様な技術構成を採用しているので、半導体内の不純物濃度の空間分布を高い自由度で制御することができる。
【００３４】
即ち、急峻な不純物濃度分布が望ましい領域では、レーザー光の照射幅や重なり幅を小さくすることにより、或いは逆になだらかな分布が望ましい領域では、照射幅や重なり幅を大きく設定することにより、それぞれ、所望の不純物濃度分布を形成することができる。
【００３５】
従って、本発明では、薄膜半導体内部の不純物濃度分布の制御の自由度が高いので、そのような薄膜半導体で形成される半導体素子の種類や目的に応じて、薄膜半導体内部の電界を制御高い自由度で制御できるという効果がある。
【００３６】
【実施例】
以下に、本発明に係る半導体の処理方法及び半導体装置の製造方法の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
即ち、図１は、本発明に係る半導体の処理方法の一具体例の構成手順を説明する図であり、図中、光エネルギーを半導体１へ供給して該半導体１を改質する半導体処理方法において，所定の不純物濃度を有する少なくとも一つの半導体領域１０又は２０若しくはその双方に、前記光エネルギー３０を選択的に供給することにより，該光エネルギー３０の供給前とは異なる不純物濃度を持つ半導体領域４０を形成する半導体処理方法が示されている。
【００３８】
本発明に係る当該半導体の処理方法のより詳細な構成を説明するならば、例えば、光エネルギー３０を半導体１へ供給して該半導体１を改質する半導体の処理方法に於て、不純物濃度が互いに異なる複数種の半導体領域１０、２０が互いに隣接して配置されている半導体１に於ける当該複数種の半導体領域群１０、２０の接合部２近傍３、３’に、光エネルギー３０を供給することにより，該光エネルギー３０の供給前に当該互いに隣接する半導体領域１０、２０が持つ不純物濃度Ｎ１、Ｎ２とは異なる不純物濃度Ｎ３を持つ新たな半導体領域４０を当該隣接して配置されている当該半導体領域群１０、２０の間に形成する様に処理するものである。
【００３９】
本発明に於ける当該半導体の処理方法に於いては、当該新たな半導体領域４０が持つ不純物濃度Ｎ３は、当該隣接して接合されている当該複数種の半導体領域群１０、２０のそれぞれの領域が、当該光エネルギー３０の供給以前に個別に持っていた不純物濃度Ｎ１、Ｎ２の上限と下限とで決定される濃度範囲内のある値Ｎ３を示す様に処理する事が望ましい。
【００４０】
更に、本発明に於いては、当該光エネルギー３０が供給される以前に互いに隣接して配置されている複数種の半導体領域１０、２０と当該光エネルギー３０が供給された後に当該複数種の半導体領域１０、２０間に形成された新たな半導体領域４０とからなる半導体に、イオン注入方式を使用することなく、所定の方向に不純物濃度勾配が形成される様に処理する事が可能となる。
【００４１】
従って、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、ある一定の不純物濃度である第１の不純物濃度Ｎ１を持つ第１の半導体領域１０と，それとは異なる一定の不純物濃度である第２の不純物濃度Ｎ２を持つ第２の半導体領域２０とが接する境界領域２の近傍３、３’に，光エネルギー３０を選択的に供給することにより，該第１と第２の半導体領域１０、２０同志の接合境界領域２の近傍３、３’に於いて当該光エネルギー３０が供給された後に形成される第３の半導体領域４０が持つ第３の不純物濃度Ｎ３を，該第１と第２の半導体領域１０、２０のそれぞれが持つ第１と第２の不純物濃度Ｎ１、Ｎ２で限定される範囲の中のある値にすることが可能となる。
【００４２】
更に、本発明に於いては、当該半導体の処理方法に於て、当該新たに形成される当該半導体領域４０が持つ不純物濃度Ｎ３は、当該隣接して接合されている当該複数種の半導体領域１０、２０群のそれぞれの領域が、当該光エネルギーの供給以前に個別に持っていた不純物濃度Ｎ１、Ｎ２の平均値とする事も望ましい。
【００４３】
上記した本発明に係る当該半導体の処理方法の他の具体例の手順の例を示すならば、例えば、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域８０と、所定の不純物濃度を持つ不純物を含む第２及び第３の半導体領域７０、７０’とを、該第１の半導体領域８０の相接しない２つの境界４、５に該第２の半導体領域７０と該第３の半導体領域７０’がそれぞれ接するように配置して形成する工程と、該第２の半導体領域７０と該第１の半導体領域８０が接する境界領域の近傍部分に、光エネルギー３０を選択的に供給して該境界領域を挟んだ所定の範囲を形成する半導体領域の半導体を改質する工程と、該第３の半導体領域７０’と該第１の半導体領域８０が接する境界領域の近傍部分に、光エネルギー３０を選択的に供給して該境界領域を挟んだ所定の範囲を形成する半導体領域の半導体を改質する工程と、を含む様に構成された半導体素子の処理方法であっても良い。
【００４４】
又、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、当該光エネルギー３０は、所定の幅を有するスリット状のレーザー光により得られるものである事が望ましい。
【００４５】
更に、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、当該スリット状のレーザー光３０を連続して互いに接続配置されている複数種の不純物濃度が異なる半導体領域を予め定められた所定のピッチで順次に移動走査する様に構成する事が望ましい。
【００４６】
一方、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、当該スリット状のレーザー光３０は、予め定められた走査量移動した後、所定の半導体領域の所定の部位に照射されると言う走査、照射操作が間欠的に繰り返される様に構成されている事が望ましい。
【００４７】
又、本発明に於いては、上記した走査、照射操作を実行するに当たり、１の照射操作に於ける当該半導体領域の所定の部位に照射される当該スリット状のレーザー光の照射範囲の少なくとも一部が、別の照射操作に於ける当該半導体領域の所定の部位に照射される当該スリット状のレーザー光の照射範囲の少なくとも一部とオーバーラップするように処理する事も好ましい。
【００４８】
更に、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、一つの半導体領域を照射するレーザー光の幅と他の半導体領域を照射するレーザー光の幅とを互いに異ならせる事も可能である。
【００４９】
つまり、本発明に於ける上記した半導体処理方法は、不純物濃度の異なる複数の半導体領域に同時に光エネルギーを選択的に供給して改質することにより、光エネルギーの供給前とは異なる不純物濃度を持つ領域を形成することを特徴とするものである。
【００５０】
更に、本発明に於ける上記した半導体の処理方法に於いては、ある一定の不純物濃度を持つ第１の半導体領域と、それとは異なる一定の不純物濃度を持つ第２の半導体領域とが接する境界領域に、光エネルギーを選択的に供給することにより、該境界領域の不純物濃度を、該第１と第２の半導体領域のそれぞれの不純物濃度で限定される範囲の中のある値にすることを特徴とするものである。
【００５１】
次に、本発明に於ける上記した半導体の処理方法のより詳細な具体例を実施例の形で以下に説明する。
【００５２】
（第１の具体例）
図１は、本発明の半導体処理方法の第１の具体例に於ける操作手順を説明するための、半導体１の断面図である。
【００５３】
図１を参照しながら本発明の半導体形成方法の動作原理を以下に説明する。
【００５４】
つまり、図１には示してはしていないが、先ず、ガラス等の絶縁性基板にバリア層となる酸化膜を形成し、その上面に全面に半導体１、例えば薄膜半導体１を形成するところまでは従来の技術と同じである。
【００５５】
この薄膜半導体１は不純物を含まないか、或いは、ＬＰＣＶＤ法で成膜中に不純物ガスを導入する等して、意図的にある濃度Ｎ１の不純物を含有するように形成する。
【００５６】
つまり、上記不純物濃度Ｎ１は、不純物濃度０の場合も当然含んでいる。
【００５７】
これに、１回のフォトリソグラフィ工程とイオン注入工程またはイオンドーピング工程により、リン等の不純物を薄膜半導体１の特定の領域、例えば２０を選択して導入する。
【００５８】
このようにして、図１（Ａ）に示すように、ある濃度Ｎ１の不純物を含有する１の領域１０ と、それとは異なる不純物濃度Ｎ２を含有する第２の領域２０とが形成される。
【００５９】
第２に、図１（Ｂ）に示すように、第１の領域１０と第２の領域２０とが接する部分２とその近傍部位３、３’に、第１のレーザー光３０を照射して溶融、結晶化する。溶融中には領域１０内の不純物が領域２０へ拡散する。その結果、この図のように、第１の領域１０と第２の領域２０とで溶融される薄膜半導体の体積が等しい場合には、図１（Ｃ）に示すように、当該両領域の接する部分２とその近傍部位３、３’を構成する領域、つまり第３の領域４０の不純物濃度Ｎ３は、第１、第２の領域の平均値になる。
【００６０】
一般的には、Ｖ１、Ｖ２を、それぞれ溶融される第１、第２の領域の体積とすると、第３の領域４０の不純物濃度Ｎ３は次式で与えられる。
【００６１】
Ｎ３＝（Ｎ１・Ｖ１＋Ｎ２・Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２） （１）
次に、図１（Ｄ）に示すように、この第３の領域４０と、第２の領域２０とが接する領域（第４の領域６０と呼ぶ）に第２のレーザー光５０を照射することにより、この領域を溶融、結晶化する。
【００６２】
その結果、図１（Ｅ）に示すように、第４の領域６０の不純物濃度は、上述の理由により、第２、第３の領域の中間値になる。
【００６３】
この過程を繰り返すことにより、レーザー光照射を繰り返す方向に沿って不純物濃度が単調に減少する分布を形成できる。このようにして図１（Ｆ）に示すような階段状の不純物分布が形成できる。
【００６４】
以上の説明に用いた図では、説明の便宜上、レーザー光の照射を一定の照射幅と移動量とで繰り返すように図示したが、本発明の半導体処理方法はこれらのパラメータ設定に制限を加えるものではない。
【００６５】
例えば、５μｍの長さのＬＤＤ構造を作成する場合はレーザー光３０、５０の照射幅は１μｍ、連続した２回のレーザー光照射の重なり幅は０．５μｍとする、というように、所望の不純物分布に応じてレーザー光の照射幅を適宜設定すればよい。
【００６６】
また、基板上の領域に応じて、レーザー光３０、５０の照射幅や重なり幅を変えることも可能である。例えば、急峻な不純物濃度分布が望ましい領域では、照射幅や重なり幅を小さくすればよい。
【００６７】
逆に、なだらかな分布が望ましい領域では、照射幅や重なり幅を大きく設定すればよい。このように、レーザー光３０、５０の照射領域の幅と連続した２回若しくは、それ以上の回数のの照射領域の重なり幅とを制御することにより、この図１（Ｆ）に示す“階段”の幅や高さを調整することができる。
【００６８】
即ち、薄膜半導体の内部の不純物濃度分布を高い自由度で制御することができる。
【００６９】
（第２の具体例）
第１の具体例では、不純物濃度の高い領域から低い領域に向けてレーザー光の照射と移動を繰り返したが、本具体例に於いては、これとは逆に、不純物濃度が低い領域から高い領域に向かってレーザー光３０、５０の照射と移動を繰り返したものであっても良い。
【００７０】
本発明の第２の具体例として、このような例を模式的に図２に示す。図２で図１と対応する構成要素については１番違いの番号を付している。この具体例の動作は、濃度の変化が逆である点を除いて、第１の具体例と全く同じである。
【００７１】
（第３の具体例）
本発明の第３の具体例として、２次元配列したＬＤＤ構造のＴＦＴを形成するときに本発明の半導体処理方法を適用した例を示すものであって、その詳細を図３に示す。
【００７２】
即ち、図３は、基板１００上にＴＦＴを形成すべき領域と、第１回目のレーザー光９０の照射領域とを模式的に示した平面図である。
【００７３】
基板１００上に、不純物を高濃度で含む半導体領域７０と、低濃度の不純物を含むか、または意図的には不純物を全く導入しない領域８０とが形成されている。
【００７４】
半導体領域７０はＴＦＴのソースあるいはドレインとなる領域で、不純物濃度は一定であればよい。後に、このＴＦＴを外部回路に接続するためにコンタクトホールがこの領域の一部に形成されるので、矢印方向の距離は数μｍ程度である。
【００７５】
また、半導体領域８０はＴＦＴのチャネルになる領域で、不純物を含まないか、或いは一定の低濃度の不純物を含む。また、この矢印方向の幅はチャネル幅となり、通常、数μｍ程度であることが多い。
【００７６】
次に、図３を参照しながら本発明の第３の具体例の動作を説明する。
【００７７】
ここで第１に、図３に示す様に、スリット状で所定の幅を持つ線状に成型したレーザー光９０を半導体領域７０の一端に重ねて照射する。この際、当該レーザー光は、当該半導体領域７０内にのみ照射されるものであり、係る構成によって、当該半導体領域７０が非晶質（アモルファス）シリコンを使用する場合には、当該レーザー光による光エネルギーを選択的に当該半導体領域７０に供給される事によって、当該半導体領域７０をポリシリコンに変質させ、電気的に活性化させる事になる。
【００７８】
つまり、本具体例に於て、当該半導体領域７０内を当該レーザー光９０が走査されながらレーザー光を照射する事によって、当該半導体領域７０のアモルファスシリコンがポリシリコンに変質し活性化される事になる。
【００７９】
又、当該半導体領域７０と当該半導体領域８０との境界に跨がって当該レーザー光が照射されると共に、引続き当該レーザー光９０が当該半導体領域８０内を順次に走査しながら、当該レーザー光を照射する事によって、当該半導体領域７０から当該半導体領域８０の所定の領域まで、又当該半導体領域８０の所定の領域から当該半導体領域７０までの部位に、当該不純物濃度が段階的に変化する半導体領域が連続的に形成される事になり、半導体装置に於けるＬＤＤ構造が形成される。
【００８０】
本具体例に於て使用される当該レーザー光９０のレーザー照射領域の幅は１μｍとした。次に、第１回目の当該レーザー光の照射領域と一部が重なり合うように、当該レーザー光９０を走査して照射位置を調整した後に、同一の照射幅で２回目の照射を行う。
【００８１】
この際の、当該レーザー光の互いの重なり幅は０．５μｍとした。これを矢印で示した方向へ繰り返して行うことにより、ＴＦＴを形成すべき場所の特にチャネル領域の端部に、単調減少と単調増加からなる所望の不純物濃度分布を持つ半導体領域を形成することができる。
【００８２】
ここで図示したような横方向に長い形状のレーザー光を用いれば、このような一連のレーザー光照射により、複数のＴＦＴとなる領域の半導体を同時に改質することができる。
【００８３】
本具体例では横１行に配列したＴＦＴに相当する全ての半導体領域の改質に必要なレーザー光の照射の回数は、１５／０．５＝３０となる。但し、半導体領域７０、８０の矢印方向の幅をそれぞれ５μｍとした。
【００８４】
このようにして形成される複数のＬＤＤ構造のＴＦＴの応用例としては、例えば、液晶ディスプレイのＴＦＴ基板のように、２次元配列した複数の画素のアナログスイッチ、或いは、液晶ディスプレイ、プラズマ・ディスプレイ、プリンタ・エンジン等の機器を駆動するための駆動用集積回路、等が挙げられる。
【００８５】
（第４の具体例）
図３の具体例において、当該レーザー光９０は、同一の照射幅を有するものを使用したが、当該レーザー光９０の照射幅は、必ずしも同じ照射幅で、基板の端からもう一方の端まで、矢印方向にレーザー光照射を繰り返す必要はない。
【００８６】
本発明の第４の具体例は、レーザー光の照射幅の異なる少なくとも２種類のレーザー光９１、９２で半導体を処理する例を示すもので、図４は、はその手順を示す説明図である。
【００８７】
図３と同じ構成要素には同じ番号を付している。
【００８８】
以下に第４の具体例の動作を説明する。
【００８９】
即ち、第１に、図４（Ａ）に示すように、数μｍ程度の広い幅のレーザー光９１を用いて基板１００上の全ての半導体領域７０及び半導体領域８０を照射する。
【００９０】
但しここでは、両領域７０と８０の境界で、且つ当該半導体領域８０側の所定の幅の部分９５にはレーザー光が照射されないものとする。
【００９１】
つまり、本具体例に於いては、当該トランジスタに於けるドレイン領域及びソース領域を形成する当該半導体領域７０、及びチャネル領域を構成する当該半導体領域８０をそれぞれ一回のレーザー光９１の照射によって、活性化処理を行うものである。
【００９２】
従って、本具体例に於ける当該レーザー光９１の照射幅は、当該半導体領域７０の幅と一致する様に設定されると共に、当該半導体領域８０の幅よりも狭い幅を有する様に設定される事が望ましい。
【００９３】
つまり、当該半導体領域７０と当該半導体領域８０との境界部と、当該境界部から半導体領域８０内部に延在する半導体領域９５には、当該レーザー光９１が照射されない様に構成する事が望ましい。
【００９４】
又、当該トランジスタに於ける上記第２に、図４（Ｂ）に示すように、レーザー光９２の照射幅を１μｍ程度に狭めて、半導体領域７０と半導体領域８０の境界を跨いで照射すると共に当該境界部から半導体領域８０内部に延在する半導体領域部分９５を照射する事によって、第１の具体例のときと同じ理由により、この領域の不純物濃度は両領域の不純物濃度の間で段階的に変化した構成を採る様になる。
【００９５】
更にその値は、式（１）により、即ち、どちらの領域をより広くレーザー光の照射領域に含めるかにより制御できる。
【００９６】
この具体例では、第３の具体例のように同じ狭い照射幅で繰り返しレーザー光を照射した場合に比較して、照射回数を減らすことができる。この例では、横１行に配列したＴＦＴに相当する全ての半導体領域の改質に必要なレーザー光の照射の回数は、３＋２＝５である。
【００９７】
但し、半導体領域７０、８０の矢印方向の幅をそれぞれ５μｍとした。また、レーザー光の照射幅を変更するためには光学系の変更が必要で、通常はこれに時間がかかり、大量生産に適さない。
【００９８】
しかし、この具体例では、レーザー光の照射幅の変更を最小限に留めることができる。このように、この具体例の手順によれば、半導体素子製造工程のスループットが向上し、製造コストを低減できる。
【００９９】
（第５の具体例）
本発明の第５の具体例も、幅の異なる２種類のレーザー光９１、９２で半導体１を処理するもので、図５はその手順を示す説明図である。
【０１００】
図３と同じ構成要素には同じ番号を付している。以下に第５の具体例の動作を説明する。
【０１０１】
第１に、図５（Ａ）に示すように、数μｍ程度の広い幅のレーザー光９１を用いて基板上の全ての半導体領域７０を照射する。但しここでは、半導体領域８０との境界にはレーザー光９１が照射されないものとする。
【０１０２】
第２に、図５（Ｂ）に示すように、レーザー光９２の照射幅を１μｍ程度に狭めて、半導体領域７０と半導体領域８０の境界を跨いで照射する。第３に、同じ狭い照射幅でのレーザー光９２の照射を半導体領域８０の全ての領域で繰り返して、半導体領域８０との境界まで到達して完了する。
【０１０３】
レーザー光の照射領域の重なり幅は０．５μｍである。ここで、この領域の不純物濃度が単調減少した後に単調増加になる理由は、第３の具体例のときと同様である。
【０１０４】
この具体例では、幅の狭いレーザー光を一部重ねながら半導体領域８０を照射する。最初の照射で形成された結晶を種として次の結晶がレーザーの走査方向に成長するので、第４の具体例と比較すると、粒径の大きい結晶を得ることができる。
【０１０５】
但し、レーザー光の照射回数は、第３の具体例より少ないが第４の具体例よりは多い。この例では、横１行に配列したＴＦＴに相当する全ての半導体領域の改質に必要なレーザー光の照射の回数は、２＋５／０．５＝１２である。
【０１０６】
但し、半導体領域７０、８０の矢印方向の幅をそれぞれ５μｍとした。
【０１０７】
（第６の具体例）
以上に述べた第１から第５の具体例においては、レーザー光照射の前に予め不純物濃度の異なる２つの領域を形成していた。
【０１０８】
選択的に不純物を導入するためには最低１回のフォトリソグラフィ工程が必要である。ｎ型ＴＦＴとｐ型ＴＦＴを同一基板上に形成してＣＭＯＳ回路を構成する場合は、異なる種類の不純物を別々の領域に導入するので、２回のフォトリソグラフィ工程が必要になる。
【０１０９】
これに対し、本発明の第６の具体例は、気相からのレーザードーピング技術を用いて、工程数の削減を可能とする例である。
【０１１０】
つまり、気相からのレーザードーピングは従来から知られており、例えばＭ．Ａ． Ｃｒｏｗｄｅｒらによる論文、”Ｌｏｗ−ｔｅ ｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｉ−ＴＦＴ’ｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｏｎ Ｓｉ ｆｉｌｍｓ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｖｉａ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｌａｔｅｒａｌ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，” （ ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ． ＥＤＬ−１９， Ｎｏ． ８， Ａｕｇｕｓｔ １９９８， ｐｐ．３０６−３０８ ）に解説されている。
【０１１１】
即ち、薄膜半導体を形成した基板を真空容器に入れてレーザー光を照射するときに、例えばフォスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６） のように不純物を含むガスを導入し、気相中から溶融した半導体内に不純物を導入する技術である。
【０１１２】
図６は、本発明の第６の具体例の手順を示す説明図である。
【０１１３】
図５と同じ構成要素には同じ番号を付している。
【０１１４】
以下に第６の具体例の動作を説明する。第１に、不純物を含まないか意図的に定量の不純物を導入した領域８０が全面に形成された基板１００を真空容器に入れ、フォスフィン（ＰＨ３）を気相に導入する。
【０１１５】
ここで、図６（Ａ）に示すように、数μｍ程度の広い幅のレーザー光９１を用いて基板１００上の特定の半導体領域７０を照射すると、溶融、固化した領域は高濃度のｎ型半導体領域７５となる。
【０１１６】
第２に、フォスフィン（ＰＨ３）の代わりにジボラン（Ｂ２Ｈ６） を真空容器中に導入して、図６（Ｂ）に示すように、基板１００上の別の領域８５に広い照射幅のレーザー光９１を照射する。
【０１１７】
当該レーザー光９１が照射された領域８５は高濃度のｐ型半導体領域７６になる。第３に、図６（Ｃ）に示すように、レーザー光９１の照射幅を１μｍ程度に狭めて、半導体領域７５、または半導体領域７６とで挟まれた半導体領域８０の全ての領域で、第５の具体例と同じ狭い照射幅でのレーザー光９２の照射を繰り返す。
【０１１８】
最後にＴＦＴとなるべき領域を残してその他の領域の薄膜半導体をフォトリソグラフィ工程により除去することにより、基板１００上にｎ型ＴＦＴ、ｐ型ＴＦＴのソース、ドレイン、チャネルとなる半導体領域を形成することができる。
【０１１９】
更に、ゲート酸化膜をこの上に形成した後に、ゲート電極を２回目のフォトリソグラフィ工程により形成する。その後、層間絶縁膜を形成した後にコンタクトホールを３回目のフォトリソグラフィ工程により形成し、最後に金属薄膜で配線を施す。
【０１２０】
従って、４回のフォトリソグラフィ工程でＣＭＯＳ回路を構成できる。
【０１２１】
尚、以上に説明した本発明の具体例では、薄膜半導体としてガラス基板上に形成したアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に改質する場合を取り上げたが、基板や半導体の種類はこれらに限るものではない。
【０１２２】
例えば、熱酸化したシリコンウェハー上にポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を形成してレーザー照射により改質する場合にも、本発明を適用してその不純物分布を高い自由度で制御することができる。従って、このような具体例も本発明の変形具体例と見なす。
【０１２３】
上記した具体例から明らかな様に、本発明に係る当該半導体の処理方法を使用する事によって、従来とは全く異なった方法により、トランジスタ等を含む半導体装置を効率的に製造する事が可能となるのである。
【０１２４】
つまり、具体的には、例えば、上記した各方法を使用して、トランジスタに於けるソース若しくはドレイン拡散層領域を形成する事により、当該半導体装置を製造する事が可能となる。
【０１２５】
更に、本発明を使用した半導体素子の製造の具体的な手順としては、例えば、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、所定の不純物濃度を持つ不純物を含む第２及び第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する第１の工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍部分に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域を挟んだ所定の範囲を形成する半導体領域の半導体を改質する第２の工程と、該光エネルギーの供給領域を、当該第３の半導体領域の方向へ移動して、当該境界領域を含む半導体領域部分までも改質する第３の工程、とを含む半導体装置の製造方法が可能である。
【０１２６】
同様に、本発明に係る当該半導体装置の製造方法の他の具体例としては、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、高い濃度の不純物を含む第２、第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する第１の工程と、該第２の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第２の半導体領域の半導体を改質する第２の工程と、該第３の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第３の半導体領域の半導体を改質する第３の工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する第４の工程と、該第３の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する第５の工程とを含む半導体素子の製造方法が可能である。
【０１２７】
本発明に係る当該半導体装置の製造方法と更に他の具体例としては、例えば、基板上に、不純物元素を殆ど含まない第１の半導体を形成する成膜工程と、不純物元素を含む気体を該基板上に供給した状態で、光エネルギーを選択的に供給し、該第１の半導体の一部を改質することにより、該不純物元素を含む第２の半導体を形成する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域を含む近傍の半導体を改質することにより、第３の半導体領域を形成する工程とを含んだ半導体装置の製造方法。
【０１２８】
又、本発明に係る当該半導体装置の製造方法の別の具体例としては、複数の前記第１、第２、第３の半導体領域が前記基板上に規則正しく配列されて形成され、前記光エネルギーが供給される領域に複数の前記第１、或いは第２、或いは第３の半導体領域が含まれる様に構成したものである。
【０１２９】
【発明の効果】
本発明に係る半導体の処理方法及び半導体装置の製造方法は、上記した様な技術構成を採用しているので、半導体内の不純物濃度の空間分布を高い自由度で制御することができる。
【０１３０】
即ち、急峻な不純物濃度分布が望ましい領域では、レーザー光の照射幅や重なり幅を小さくすることにより、或いは逆になだらかな分布が望ましい領域では、照射幅や重なり幅を大きく設定することにより、それぞれ、所望の不純物濃度分布を形成することができる。
【０１３１】
従って、本発明では、薄膜半導体内部の不純物濃度分布の制御の自由度が高いので、そのような薄膜半導体で形成される半導体素子の種類や目的に応じて、薄膜半導体内部の電界を制御高い自由度で制御できるという効果がある。
【０１３２】
次に、本発明に於いては、不純物濃度が一定でよい領域は幅の広いレーザー光で照射することにより、照射回数を低減できる。その結果、製造プロセスのスループットが向上するという効果がある。
【０１３３】
更に、本発明に於いては、チャネルとなる領域のポリシリコンを大粒径化することができるので、高性能のＴＦＴを形成できるという効果がある。
【０１３４】
又、本発明に於いては、ＣＭＯＳ回路を４回のフォトリソグラフィ工程で形成することができるので、工程数の削減により製造コストも低く抑えられ、また、ＴＦＴ回路の信頼性を確保できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の半導体処理方法の第１の具体例の構成を示す説明図であり、不純物濃度の高い領域から低い領域へ向かって、幅の狭いレーザー光の照射により溶融、結晶化することにより、単調に減少する不純物濃度分布を形成する状態が示されている。
【図２】図２は、本発明の半導体処理方法の第２の具体例の構成を示す説明図であり、不純物濃度の低い領域から高い領域へ向かって、幅の狭いレーザー光の照射により溶融、結晶化することにより、単調に増加する不純物濃度分布を形成する状態が示されている。
【図３】図３は、本発明の半導体処理方法の第３の具体例の構成を示す説明図であり、同一ライン上に配列した複数の領域を、幅が狭くて長いレーザー光を用いて同時に照射して溶融、結晶化することにより、基板上に複数のＬＤＤ構造のＴＦＴの半導体領域を形成する状態が示されている。
【図４】図４は、本発明の半導体処理方法の第４の具体例の構成を示す説明図であり、一定の不純物濃度の領域は幅の広いレーザー光で一括して照射し、不純物濃度に勾配を持たせる必要のある領域を幅の狭いレーザー光で照射することにより、基板上に複数のＬＤＤ構造のＴＦＴの半導体領域を形成するときのレーザー光の照射回数を大幅に低減させる状態がが示されている。
【図５】図５は、本発明の半導体処理方法の第５の具体例の構成を示す説明図であり、ソース・ドレインになる領域は幅の広いレーザー光で一括して照射し、チャネルになる領域は幅の狭いレーザー光を一部の領域で重ね合せながら照射することにより、基板上に複数のＬＤＤ構造のＴＦＴの半導体領域を形成するときのレーザー光の照射回数を或程度低減しながら、チャネル領域の半導体の品質を高める方法が示されている。
【図６】図６は、本発明の半導体処理方法の第６の実施の形態を示す説明図であり、不純物を含むガスを基板上に導入してレーザー光で照射することにより半導体内に不純物を導入し、ＬＤＤ構造のＴＦＴを多数配列して形成する状態が示されている。
【図７】図７は、従来の半導体形成方法の一具体例の手順を示す説明図である。
【符号の説明】
１…半導体膜
２…接合境界領域
３、３’…境界領域の近傍部分
４、５…接合境界
１０…第１の半導体領域
２０…第２の半導体領域
３０、５０…光エネルギー、レーザー光
４０、６０…半導体領域
７０…高濃度の不純物を含む薄膜半導体領域
７０’…第３の半導体領域
８０、８５…低濃度の不純物を含む、あるいは意図的には不純物を導入していない薄膜半導体領域
７５…高濃度の不純物を含むｎ型薄膜半導体領域
７６…高濃度の不純物を含むｐ型薄膜半導体領域
９０、９１、９２…レーザー光
１００…基板
１１０…基板
１２０…バリア層
１３０…薄膜半導体（真性領域）
１４０…薄膜半導体（低濃度ｎ型領域）
１５０…薄膜半導体（高濃度ｎ型領域）
１６０…レーザー光
１７０…絶縁膜
１８０…ゲート電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜半導体の処理方法に関し、特に薄膜半導体内部に不純物元素の濃度勾配を形成する半導体処理方法及び、その濃度勾配を利用した半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の信頼性を確保するためには、ドレイン端の電界を緩和することが有効である。
【０００３】
従来から、ドレイン端に低濃度の不純物領域を設けることにより電界緩和を実現する、Ｌｉｇｈｔｌｙ−Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ （ＬＤＤ）構造のＭＯＳＦＥＴが知られている。
【０００４】
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等をレーザーアニール処理して得られる多結晶シリコン（ ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）においても同様に、様々なＬＤＤ構造が提案されている。
【０００５】
更に、Ｊ．Ｒ． Ａｙｒｅｓらによる論文、 ”Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｒａｉｎ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｈｏｔ ｃａｒｒｉｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｙ−Ｓｉ Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ，” （Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ． ３７， Ｐｔ． １ Ｎｏ． ４Ａ， ｐｐ．１８０１−１８０７， １９９８．）に解説されているように、ドレイン領域とＬＤＤ領域の境界での不純物濃度の空間分布が緩やかに変化する方が電界緩和の効果が大きい。ここで、不純物濃度の空間分布を変化させる薄膜半導体の処理方法が必要になる。
【０００６】
従来のこのような薄膜半導体の処理方法については、例えば上記の論文等に解説されている。
【０００７】
ここでは、ＬＤＤ構造のｎ型ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの作成方法を例として挙げ、図７を参照しながら説明する。
【０００８】
第１に、プラズマＣＶＤ法等により、ガラス等の絶縁性基板１１０の上に酸化膜（ＳｉＯ２）を堆積して、絶縁性基板１１０からの不純物の拡散を防止するためのバリア層１２０とする。
【０００９】
第２に、例えば減圧化学気相成膜（ ＬＰＣＶＤ）法により、ａ−Ｓｉ等の薄膜半導体をバリア層１２０の上に全面に形成し、通常のフォトリソグラフィ工程により、ＴＦＴに必要な場所を除いてａ−Ｓｉを除去する。
【００１０】
第３に、フォトリソグラフィにより領域を制限して、イオン注入法、またはイオンドーピング法により、この領域に選択的に高濃度の不純物（ｎ型の場合はリン等）を導入する。
【００１１】
更に、同様のプロセスを用いて、別の領域に低濃度で不純物を選択的に導入する。
【００１２】
こうして、不純物が導入されない領域１３０、低濃度の不純物が導入された領域１４０、高濃度の不純物が導入された領域１５０が図示した位置に形成される。
【００１３】
ここまでに必要なフォトリソグラフィ工程は３回である。第４に、例えばＸｅＣｌ等のエキシマレーザーからのパルス状の紫外光１６０を適度な強度で全面に照射すると、上記の半導体領域１３０、１４０、１５０のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）は殆ど瞬間的に溶融される。
【００１４】
溶融した領域の半導体層は、蓄えられた熱が周囲へ逃げて冷却されるときに結晶化されてｐｏｌｙ−Ｓｉに改質される。このとき、半導体領域１４０、１５０においては、導入されたリン等の不純物がＳｉの格子に取り込まれて電子的に活性化される、即ち、低濃度、高濃度のｎ型ｐｏｌｙ−Ｓｉ領域がそれぞれ形成される。
【００１５】
ここで、レーザー光１６０のエネルギーはａ−Ｓｉに殆ど全て吸収され、また、レーザー光のパルス幅も数１０ｎｓｅｃと非常に短いために、熱による基板１１０の損傷は無い。
【００１６】
また、バリア層１２０の存在により、基板１１０からこれらの半導体領域１３０、１４０、１５０への不純物の拡散も無い。最後に、このような構造の上にゲート絶縁膜となる絶縁層１７０をプラズマＣＶＤ法等により堆積し、更にその上にゲート電極となる金属層をスパッタ等の方法で形成してフォトリソグラフィ法によりパターニングする。
【００１７】
この上に層間絶縁膜を形成した後にコンタクトホールをフォトリソグラフィ工程により形成し、金属薄膜を形成してフォトグラフィ工程によりパターニングして、ＬＤＤ構造のｎ型ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴが形成される。
【００１８】
ここで、不純物濃度の分布について考察する。イオン注入、あるいはイオンドーピングの工程が終了した段階では、薄膜半導体内部の不純物分布はほぼ階段状になる。
【００１９】
次に、レーザー光を吸収して半導体層が溶融した時には、半導体領域１３０と１４０との境界領域で不純物濃度の差が大きいため、不純物原子が高濃度領域から低濃度領域へ拡散する。冷却されて固化した後は、不純物原子はＳｉ格子に取り込まれて拡散することは殆ど無い。
【００２０】
領域１４０と１５０の境界においても同様である。この結果、レーザー光照射後の不純物濃度は、各領域の境界でなだらかに変化して、図７（Ｄ）のような分布になる。
【００２１】
また、以上に説明したＬＤＤ構造のｎ型ＴＦＴのみで回路を形成する場合、必要なフォトグラフィ工程の数は６回である。仮にＣＭＯＳ回路を形成したい場合には、レーザー照射の前にｐ型不純物の導入を追加する必要があるため、必要なフォトリソグラフィ工程は合計８回である。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザー光照射による薄膜半導体の処理方法は、レーザー光が瞬間的に照射されて半導体が溶融している短い時間に不純物元素が拡散する現象を利用している。
【００２３】
拡散現象は材料、濃度分布、時間に依存する。実験により拡散係数を抽出して、拡散方程式を解くことにより、不純物の空間分布を設計することは原理的には可能だが、時間の要素はレーザーパルスの形状で決まる、材料の選択余地は少ない、等の制約要因が多く、事実上このような制御は困難である。ところが、例えばＬＤＤ構造のＴＦＴにおいて不純物濃度分布はドレイン端の電界緩和の効果を出すための重要な設計パラメータであり、できるだけ自由に制御可能であることが望ましい。
【００２４】
また、上記のような従来のＬＤＤ構造のＴＦＴの形成方法においては、ソース・ドレイン領域とＬＤＤ領域に異なる濃度で不純物を導入するために、２回の不純物イオンの導入工程と、それに付随した２回のフォトリソグラフィ工程（フォトレジストの塗布、露光、エッチング）が必要である。
【００２５】
これらの工程数の増加は、単に手間が増加するという問題だけではなく、例えば、ゴミによるパターン欠陥、不均一なエッチングに起因するフォトレジスト残り、等の問題を引き起こす可能性がある。
【００２６】
従って、ＴＦＴの信頼性を確保し製造コストの増加を抑えるためには、工程数の増加は必要最小限に抑えるべきである。
【００２７】
尚、特開平４−２５４３３５号公報には、半導体装置及びその製造方法に関して記載されているが、イオン注入操作によって、第１導電型のチャネル領域と第２導電型のドレイン領域の間にのみＬＤＤ構造を形成し、ソース領域とチャネル領域間にはＬＤＤ構造を形成しない様にしたトランジスタ構造が示されているのみであり、光エネルギーを使用した半導体装置の製造技術に関しては開示がない。
【００２８】
又、特開平９−２７６２４号公報には、２重側壁構造をマスクとして利用してＬＤＤ構造を形成する技術に関して記載されているが、イオン注入操作のみを使用するものであり、光エネルギーを使用した半導体装置の製造技術に関しては開示がない。
【００２９】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、薄膜半導体内部の不純物濃度の空間分布を高い自由度で制御して、高性能の薄膜半導体素子を提供するものである。また、本発明の別の目的は、ＬＤＤ構造のＴＦＴの製造工程数の削減を目的としするものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
【００３１】
即ち、本発明に係る第１の態様としては、トランジスタを形成するに際し、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、所定の不純物濃度を持つ不純物を含む第２及び第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界を含み、該トランジスタを構成するＬＤＤ領域が形成される半導体領域の全部若しくは一部に、所望の該ＬＤＤ領域の幅よりも狭い照射幅を有する光エネルギーを供給することで、該光エネルギーが供給された領域にある該第１の半導体領域中と該第２の半導体領域中に存在する不純物を拡散させて、所望とする不純物濃度分布を有した該ＬＤＤ領域を形成する工程と、該第３の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界を含み、該トランジスタを構成するＬＤＤ領域が形成される半導体領域の全部若しくは一部に、所望の該ＬＤＤ領域の幅よりも狭い照射幅を有する光エネルギーを供給することで、該光エネルギーが供給された領域にある該第１の半導体領域中と該第３の半導体領域中に存在する不純物を拡散させて、所望とする不純物濃度分布を有した該ＬＤＤ領域を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法である。
【００３２】
又、本発明に係る第２の態様としては、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、高い濃度の不純物を含む第２、第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する工程と、該第２の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第２の半導体領域の半導体を改質する工程と、該第３の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第３の半導体領域の半導体を改質する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する工程と、該第３の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する工程とを含む半導体装置の製造方法である。
【００３３】
【本発明の実施の形態】
本発明に係る当該半導体の処理方法及び半導体装置の製造方法は、上記した様な技術構成を採用しているので、半導体内の不純物濃度の空間分布を高い自由度で制御することができる。
【００３４】
即ち、急峻な不純物濃度分布が望ましい領域では、レーザー光の照射幅や重なり幅を小さくすることにより、或いは逆になだらかな分布が望ましい領域では、照射幅や重なり幅を大きく設定することにより、それぞれ、所望の不純物濃度分布を形成することができる。
【００３５】
従って、本発明では、薄膜半導体内部の不純物濃度分布の制御の自由度が高いので、そのような薄膜半導体で形成される半導体素子の種類や目的に応じて、薄膜半導体内部の電界を制御高い自由度で制御できるという効果がある。
【００３６】
【実施例】
以下に、本発明に係る半導体の処理方法及び半導体装置の製造方法の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
即ち、図１は、本発明に係る半導体の処理方法の一具体例の構成手順を説明する図であり、図中、光エネルギーを半導体１へ供給して該半導体１を改質する半導体処理方法において，所定の不純物濃度を有する少なくとも一つの半導体領域１０又は２０若しくはその双方に、前記光エネルギー３０を選択的に供給することにより，該光エネルギー３０の供給前とは異なる不純物濃度を持つ半導体領域４０を形成する半導体処理方法が示されている。
【００３８】
本発明に係る当該半導体の処理方法のより詳細な構成を説明するならば、例えば、光エネルギー３０を半導体１へ供給して該半導体１を改質する半導体の処理方法に於て、不純物濃度が互いに異なる複数種の半導体領域１０、２０が互いに隣接して配置されている半導体１に於ける当該複数種の半導体領域群１０、２０の接合部２近傍３、３’に、光エネルギー３０を供給することにより，該光エネルギー３０の供給前に当該互いに隣接する半導体領域１０、２０が持つ不純物濃度Ｎ１、Ｎ２とは異なる不純物濃度Ｎ３を持つ新たな半導体領域４０を当該隣接して配置されている当該半導体領域群１０、２０の間に形成する様に処理するものである。
【００３９】
本発明に於ける当該半導体の処理方法に於いては、当該新たな半導体領域４０が持つ不純物濃度Ｎ３は、当該隣接して接合されている当該複数種の半導体領域群１０、２０のそれぞれの領域が、当該光エネルギー３０の供給以前に個別に持っていた不純物濃度Ｎ１、Ｎ２の上限と下限とで決定される濃度範囲内のある値Ｎ３を示す様に処理する事が望ましい。
【００４０】
更に、本発明に於いては、当該光エネルギー３０が供給される以前に互いに隣接して配置されている複数種の半導体領域１０、２０と当該光エネルギー３０が供給された後に当該複数種の半導体領域１０、２０間に形成された新たな半導体領域４０とからなる半導体に、イオン注入方式を使用することなく、所定の方向に不純物濃度勾配が形成される様に処理する事が可能となる。
【００４１】
従って、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、ある一定の不純物濃度である第１の不純物濃度Ｎ１を持つ第１の半導体領域１０と，それとは異なる一定の不純物濃度である第２の不純物濃度Ｎ２を持つ第２の半導体領域２０とが接する境界領域２の近傍３、３’に，光エネルギー３０を選択的に供給することにより，該第１と第２の半導体領域１０、２０同志の接合境界領域２の近傍３、３’に於いて当該光エネルギー３０が供給された後に形成される第３の半導体領域４０が持つ第３の不純物濃度Ｎ３を，該第１と第２の半導体領域１０、２０のそれぞれが持つ第１と第２の不純物濃度Ｎ１、Ｎ２で限定される範囲の中のある値にすることが可能となる。
【００４２】
更に、本発明に於いては、当該半導体の処理方法に於て、当該新たに形成される当該半導体領域４０が持つ不純物濃度Ｎ３は、当該隣接して接合されている当該複数種の半導体領域１０、２０群のそれぞれの領域が、当該光エネルギーの供給以前に個別に持っていた不純物濃度Ｎ１、Ｎ２の平均値とする事も望ましい。
【００４３】
上記した本発明に係る当該半導体の処理方法の他の具体例の手順の例を示すならば、例えば、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域８０と、所定の不純物濃度を持つ不純物を含む第２及び第３の半導体領域７０、７０’とを、該第１の半導体領域８０の相接しない２つの境界４、５に該第２の半導体領域７０と該第３の半導体領域７０’がそれぞれ接するように配置して形成する工程と、該第２の半導体領域７０と該第１の半導体領域８０が接する境界領域の近傍部分に、光エネルギー３０を選択的に供給して該境界領域を挟んだ所定の範囲を形成する半導体領域の半導体を改質する工程と、該第３の半導体領域７０’と該第１の半導体領域８０が接する境界領域の近傍部分に、光エネルギー３０を選択的に供給して該境界領域を挟んだ所定の範囲を形成する半導体領域の半導体を改質する工程と、を含む様に構成された半導体素子の処理方法であっても良い。
【００４４】
又、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、当該光エネルギー３０は、所定の幅を有するスリット状のレーザー光により得られるものである事が望ましい。
【００４５】
更に、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、当該スリット状のレーザー光３０を連続して互いに接続配置されている複数種の不純物濃度が異なる半導体領域を予め定められた所定のピッチで順次に移動走査する様に構成する事が望ましい。
【００４６】
一方、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、当該スリット状のレーザー光３０は、予め定められた走査量移動した後、所定の半導体領域の所定の部位に照射されると言う走査、照射操作が間欠的に繰り返される様に構成されている事が望ましい。
【００４７】
又、本発明に於いては、上記した走査、照射操作を実行するに当たり、１の照射操作に於ける当該半導体領域の所定の部位に照射される当該スリット状のレーザー光の照射範囲の少なくとも一部が、別の照射操作に於ける当該半導体領域の所定の部位に照射される当該スリット状のレーザー光の照射範囲の少なくとも一部とオーバーラップするように処理する事も好ましい。
【００４８】
更に、本発明に係る当該半導体の処理方法に於いては、一つの半導体領域を照射するレーザー光の幅と他の半導体領域を照射するレーザー光の幅とを互いに異ならせる事も可能である。
【００４９】
つまり、本発明に於ける上記した半導体処理方法は、不純物濃度の異なる複数の半導体領域に同時に光エネルギーを選択的に供給して改質することにより、光エネルギーの供給前とは異なる不純物濃度を持つ領域を形成することを特徴とするものである。
【００５０】
更に、本発明に於ける上記した半導体の処理方法に於いては、ある一定の不純物濃度を持つ第１の半導体領域と、それとは異なる一定の不純物濃度を持つ第２の半導体領域とが接する境界領域に、光エネルギーを選択的に供給することにより、該境界領域の不純物濃度を、該第１と第２の半導体領域のそれぞれの不純物濃度で限定される範囲の中のある値にすることを特徴とするものである。
【００５１】
次に、本発明に於ける上記した半導体の処理方法のより詳細な具体例を実施例の形で以下に説明する。
【００５２】
（第１の具体例）
図１は、本発明の半導体処理方法の第１の具体例に於ける操作手順を説明するための、半導体１の断面図である。
【００５３】
図１を参照しながら本発明の半導体形成方法の動作原理を以下に説明する。
【００５４】
つまり、図１には示してはしていないが、先ず、ガラス等の絶縁性基板にバリア層となる酸化膜を形成し、その上面に全面に半導体１、例えば薄膜半導体１を形成するところまでは従来の技術と同じである。
【００５５】
この薄膜半導体１は不純物を含まないか、或いは、ＬＰＣＶＤ法で成膜中に不純物ガスを導入する等して、意図的にある濃度Ｎ１の不純物を含有するように形成する。
【００５６】
つまり、上記不純物濃度Ｎ１は、不純物濃度０の場合も当然含んでいる。
【００５７】
これに、１回のフォトリソグラフィ工程とイオン注入工程またはイオンドーピング工程により、リン等の不純物を薄膜半導体１の特定の領域、例えば２０を選択して導入する。
【００５８】
このようにして、図１（Ａ）に示すように、ある濃度Ｎ１の不純物を含有する１の領域１０ と、それとは異なる不純物濃度Ｎ２を含有する第２の領域２０とが形成される。
【００５９】
第２に、図１（Ｂ）に示すように、第１の領域１０と第２の領域２０とが接する部分２とその近傍部位３、３’に、第１のレーザー光３０を照射して溶融、結晶化する。溶融中には領域１０内の不純物が領域２０へ拡散する。その結果、この図のように、第１の領域１０と第２の領域２０とで溶融される薄膜半導体の体積が等しい場合には、図１（Ｃ）に示すように、当該両領域の接する部分２とその近傍部位３、３’を構成する領域、つまり第３の領域４０の不純物濃度Ｎ３は、第１、第２の領域の平均値になる。
【００６０】
一般的には、Ｖ１、Ｖ２を、それぞれ溶融される第１、第２の領域の体積とすると、第３の領域４０の不純物濃度Ｎ３は次式で与えられる。
【００６１】
Ｎ３＝（Ｎ１・Ｖ１＋Ｎ２・Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２） （１）
次に、図１（Ｄ）に示すように、この第３の領域４０と、第２の領域２０とが接する領域（第４の領域６０と呼ぶ）に第２のレーザー光５０を照射することにより、この領域を溶融、結晶化する。
【００６２】
その結果、図１（Ｅ）に示すように、第４の領域６０の不純物濃度は、上述の理由により、第２、第３の領域の中間値になる。
【００６３】
この過程を繰り返すことにより、レーザー光照射を繰り返す方向に沿って不純物濃度が単調に減少する分布を形成できる。このようにして図１（Ｆ）に示すような階段状の不純物分布が形成できる。
【００６４】
以上の説明に用いた図では、説明の便宜上、レーザー光の照射を一定の照射幅と移動量とで繰り返すように図示したが、本発明の半導体処理方法はこれらのパラメータ設定に制限を加えるものではない。
【００６５】
例えば、５μｍの長さのＬＤＤ構造を作成する場合はレーザー光３０、５０の照射幅は１μｍ、連続した２回のレーザー光照射の重なり幅は０．５μｍとする、というように、所望の不純物分布に応じてレーザー光の照射幅を適宜設定すればよい。
【００６６】
また、基板上の領域に応じて、レーザー光３０、５０の照射幅や重なり幅を変えることも可能である。例えば、急峻な不純物濃度分布が望ましい領域では、照射幅や重なり幅を小さくすればよい。
【００６７】
逆に、なだらかな分布が望ましい領域では、照射幅や重なり幅を大きく設定すればよい。このように、レーザー光３０、５０の照射領域の幅と連続した２回若しくは、それ以上の回数のの照射領域の重なり幅とを制御することにより、この図１（Ｆ）に示す“階段”の幅や高さを調整することができる。
【００６８】
即ち、薄膜半導体の内部の不純物濃度分布を高い自由度で制御することができる。
【００６９】
（第２の具体例）
第１の具体例では、不純物濃度の高い領域から低い領域に向けてレーザー光の照射と移動を繰り返したが、本具体例に於いては、これとは逆に、不純物濃度が低い領域から高い領域に向かってレーザー光３０、５０の照射と移動を繰り返したものであっても良い。
【００７０】
本発明の第２の具体例として、このような例を模式的に図２に示す。図２で図１と対応する構成要素については１番違いの番号を付している。この具体例の動作は、濃度の変化が逆である点を除いて、第１の具体例と全く同じである。
【００７１】
（第３の具体例）
本発明の第３の具体例として、２次元配列したＬＤＤ構造のＴＦＴを形成するときに本発明の半導体処理方法を適用した例を示すものであって、その詳細を図３に示す。
【００７２】
即ち、図３は、基板１００上にＴＦＴを形成すべき領域と、第１回目のレーザー光９０の照射領域とを模式的に示した平面図である。
【００７３】
基板１００上に、不純物を高濃度で含む半導体領域７０と、低濃度の不純物を含むか、または意図的には不純物を全く導入しない領域８０とが形成されている。
【００７４】
半導体領域７０はＴＦＴのソースあるいはドレインとなる領域で、不純物濃度は一定であればよい。後に、このＴＦＴを外部回路に接続するためにコンタクトホールがこの領域の一部に形成されるので、矢印方向の距離は数μｍ程度である。
【００７５】
また、半導体領域８０はＴＦＴのチャネルになる領域で、不純物を含まないか、或いは一定の低濃度の不純物を含む。また、この矢印方向の幅はチャネル幅となり、通常、数μｍ程度であることが多い。
【００７６】
次に、図３を参照しながら本発明の第３の具体例の動作を説明する。
【００７７】
ここで第１に、図３に示す様に、スリット状で所定の幅を持つ線状に成型したレーザー光９０を半導体領域７０の一端に重ねて照射する。この際、当該レーザー光は、当該半導体領域７０内にのみ照射されるものであり、係る構成によって、当該半導体領域７０が非晶質（アモルファス）シリコンを使用する場合には、当該レーザー光による光エネルギーを選択的に当該半導体領域７０に供給される事によって、当該半導体領域７０をポリシリコンに変質させ、電気的に活性化させる事になる。
【００７８】
つまり、本具体例に於て、当該半導体領域７０内を当該レーザー光９０が走査されながらレーザー光を照射する事によって、当該半導体領域７０のアモルファスシリコンがポリシリコンに変質し活性化される事になる。
【００７９】
又、当該半導体領域７０と当該半導体領域８０との境界に跨がって当該レーザー光が照射されると共に、引続き当該レーザー光９０が当該半導体領域８０内を順次に走査しながら、当該レーザー光を照射する事によって、当該半導体領域７０から当該半導体領域８０の所定の領域まで、又当該半導体領域８０の所定の領域から当該半導体領域７０までの部位に、当該不純物濃度が段階的に変化する半導体領域が連続的に形成される事になり、半導体装置に於けるＬＤＤ構造が形成される。
【００８０】
本具体例に於て使用される当該レーザー光９０のレーザー照射領域の幅は１μｍとした。次に、第１回目の当該レーザー光の照射領域と一部が重なり合うように、当該レーザー光９０を走査して照射位置を調整した後に、同一の照射幅で２回目の照射を行う。
【００８１】
この際の、当該レーザー光の互いの重なり幅は０．５μｍとした。これを矢印で示した方向へ繰り返して行うことにより、ＴＦＴを形成すべき場所の特にチャネル領域の端部に、単調減少と単調増加からなる所望の不純物濃度分布を持つ半導体領域を形成することができる。
【００８２】
ここで図示したような横方向に長い形状のレーザー光を用いれば、このような一連のレーザー光照射により、複数のＴＦＴとなる領域の半導体を同時に改質することができる。
【００８３】
本具体例では横１行に配列したＴＦＴに相当する全ての半導体領域の改質に必要なレーザー光の照射の回数は、１５／０．５＝３０となる。但し、半導体領域７０、８０の矢印方向の幅をそれぞれ５μｍとした。
【００８４】
このようにして形成される複数のＬＤＤ構造のＴＦＴの応用例としては、例えば、液晶ディスプレイのＴＦＴ基板のように、２次元配列した複数の画素のアナログスイッチ、或いは、液晶ディスプレイ、プラズマ・ディスプレイ、プリンタ・エンジン等の機器を駆動するための駆動用集積回路、等が挙げられる。
【００８５】
（第４の具体例）
図３の具体例において、当該レーザー光９０は、同一の照射幅を有するものを使用したが、当該レーザー光９０の照射幅は、必ずしも同じ照射幅で、基板の端からもう一方の端まで、矢印方向にレーザー光照射を繰り返す必要はない。
【００８６】
本発明の第４の具体例は、レーザー光の照射幅の異なる少なくとも２種類のレーザー光９１、９２で半導体を処理する例を示すもので、図４は、はその手順を示す説明図である。
【００８７】
図３と同じ構成要素には同じ番号を付している。
【００８８】
以下に第４の具体例の動作を説明する。
【００８９】
即ち、第１に、図４（Ａ）に示すように、数μｍ程度の広い幅のレーザー光９１を用いて基板１００上の全ての半導体領域７０及び半導体領域８０を照射する。
【００９０】
但しここでは、両領域７０と８０の境界で、且つ当該半導体領域８０側の所定の幅の部分９５にはレーザー光が照射されないものとする。
【００９１】
つまり、本具体例に於いては、当該トランジスタに於けるドレイン領域及びソース領域を形成する当該半導体領域７０、及びチャネル領域を構成する当該半導体領域８０をそれぞれ一回のレーザー光９１の照射によって、活性化処理を行うものである。
【００９２】
従って、本具体例に於ける当該レーザー光９１の照射幅は、当該半導体領域７０の幅と一致する様に設定されると共に、当該半導体領域８０の幅よりも狭い幅を有する様に設定される事が望ましい。
【００９３】
つまり、当該半導体領域７０と当該半導体領域８０との境界部と、当該境界部から半導体領域８０内部に延在する半導体領域９５には、当該レーザー光９１が照射されない様に構成する事が望ましい。
【００９４】
又、当該トランジスタに於ける上記第２に、図４（Ｂ）に示すように、レーザー光９２の照射幅を１μｍ程度に狭めて、半導体領域７０と半導体領域８０の境界を跨いで照射すると共に当該境界部から半導体領域８０内部に延在する半導体領域部分９５を照射する事によって、第１の具体例のときと同じ理由により、この領域の不純物濃度は両領域の不純物濃度の間で段階的に変化した構成を採る様になる。
【００９５】
更にその値は、式（１）により、即ち、どちらの領域をより広くレーザー光の照射領域に含めるかにより制御できる。
【００９６】
この具体例では、第３の具体例のように同じ狭い照射幅で繰り返しレーザー光を照射した場合に比較して、照射回数を減らすことができる。この例では、横１行に配列したＴＦＴに相当する全ての半導体領域の改質に必要なレーザー光の照射の回数は、３＋２＝５である。
【００９７】
但し、半導体領域７０、８０の矢印方向の幅をそれぞれ５μｍとした。また、レーザー光の照射幅を変更するためには光学系の変更が必要で、通常はこれに時間がかかり、大量生産に適さない。
【００９８】
しかし、この具体例では、レーザー光の照射幅の変更を最小限に留めることができる。このように、この具体例の手順によれば、半導体素子製造工程のスループットが向上し、製造コストを低減できる。
【００９９】
（第５の具体例）
本発明の第５の具体例も、幅の異なる２種類のレーザー光９１、９２で半導体１を処理するもので、図５はその手順を示す説明図である。
【０１００】
図３と同じ構成要素には同じ番号を付している。以下に第５の具体例の動作を説明する。
【０１０１】
第１に、図５（Ａ）に示すように、数μｍ程度の広い幅のレーザー光９１を用いて基板上の全ての半導体領域７０を照射する。但しここでは、半導体領域８０との境界にはレーザー光９１が照射されないものとする。
【０１０２】
第２に、図５（Ｂ）に示すように、レーザー光９２の照射幅を１μｍ程度に狭めて、半導体領域７０と半導体領域８０の境界を跨いで照射する。第３に、同じ狭い照射幅でのレーザー光９２の照射を半導体領域８０の全ての領域で繰り返して、半導体領域８０との境界まで到達して完了する。
【０１０３】
レーザー光の照射領域の重なり幅は０．５μｍである。ここで、この領域の不純物濃度が単調減少した後に単調増加になる理由は、第３の具体例のときと同様である。
【０１０４】
この具体例では、幅の狭いレーザー光を一部重ねながら半導体領域８０を照射する。最初の照射で形成された結晶を種として次の結晶がレーザーの走査方向に成長するので、第４の具体例と比較すると、粒径の大きい結晶を得ることができる。
【０１０５】
但し、レーザー光の照射回数は、第３の具体例より少ないが第４の具体例よりは多い。この例では、横１行に配列したＴＦＴに相当する全ての半導体領域の改質に必要なレーザー光の照射の回数は、２＋５／０．５＝１２である。
【０１０６】
但し、半導体領域７０、８０の矢印方向の幅をそれぞれ５μｍとした。
【０１０７】
（第６の具体例）
以上に述べた第１から第５の具体例においては、レーザー光照射の前に予め不純物濃度の異なる２つの領域を形成していた。
【０１０８】
選択的に不純物を導入するためには最低１回のフォトリソグラフィ工程が必要である。ｎ型ＴＦＴとｐ型ＴＦＴを同一基板上に形成してＣＭＯＳ回路を構成する場合は、異なる種類の不純物を別々の領域に導入するので、２回のフォトリソグラフィ工程が必要になる。
【０１０９】
これに対し、本発明の第６の具体例は、気相からのレーザードーピング技術を用いて、工程数の削減を可能とする例である。
【０１１０】
つまり、気相からのレーザードーピングは従来から知られており、例えばＭ．Ａ． Ｃｒｏｗｄｅｒらによる論文、”Ｌｏｗ−ｔｅ ｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｉ−ＴＦＴ’ｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｏｎ Ｓｉ ｆｉｌｍｓ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｖｉａ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｌａｔｅｒａｌ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，” （ ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ． ＥＤＬ−１９， Ｎｏ． ８， Ａｕｇｕｓｔ １９９８， ｐｐ．３０６−３０８ ）に解説されている。
【０１１１】
即ち、薄膜半導体を形成した基板を真空容器に入れてレーザー光を照射するときに、例えばフォスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６） のように不純物を含むガスを導入し、気相中から溶融した半導体内に不純物を導入する技術である。
【０１１２】
図６は、本発明の第６の具体例の手順を示す説明図である。
【０１１３】
図５と同じ構成要素には同じ番号を付している。
【０１１４】
以下に第６の具体例の動作を説明する。第１に、不純物を含まないか意図的に定量の不純物を導入した領域８０が全面に形成された基板１００を真空容器に入れ、フォスフィン（ＰＨ３）を気相に導入する。
【０１１５】
ここで、図６（Ａ）に示すように、数μｍ程度の広い幅のレーザー光９１を用いて基板１００上の特定の半導体領域７０を照射すると、溶融、固化した領域は高濃度のｎ型半導体領域７５となる。
【０１１６】
第２に、フォスフィン（ＰＨ３）の代わりにジボラン（Ｂ２Ｈ６） を真空容器中に導入して、図６（Ｂ）に示すように、基板１００上の別の領域８５に広い照射幅のレーザー光９１を照射する。
【０１１７】
当該レーザー光９１が照射された領域８５は高濃度のｐ型半導体領域７６になる。第３に、図６（Ｃ）に示すように、レーザー光９１の照射幅を１μｍ程度に狭めて、半導体領域７５、または半導体領域７６とで挟まれた半導体領域８０の全ての領域で、第５の具体例と同じ狭い照射幅でのレーザー光９２の照射を繰り返す。
【０１１８】
最後にＴＦＴとなるべき領域を残してその他の領域の薄膜半導体をフォトリソグラフィ工程により除去することにより、基板１００上にｎ型ＴＦＴ、ｐ型ＴＦＴのソース、ドレイン、チャネルとなる半導体領域を形成することができる。
【０１１９】
更に、ゲート酸化膜をこの上に形成した後に、ゲート電極を２回目のフォトリソグラフィ工程により形成する。その後、層間絶縁膜を形成した後にコンタクトホールを３回目のフォトリソグラフィ工程により形成し、最後に金属薄膜で配線を施す。
【０１２０】
従って、４回のフォトリソグラフィ工程でＣＭＯＳ回路を構成できる。
【０１２１】
尚、以上に説明した本発明の具体例では、薄膜半導体としてガラス基板上に形成したアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に改質する場合を取り上げたが、基板や半導体の種類はこれらに限るものではない。
【０１２２】
例えば、熱酸化したシリコンウェハー上にポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を形成してレーザー照射により改質する場合にも、本発明を適用してその不純物分布を高い自由度で制御することができる。従って、このような具体例も本発明の変形具体例と見なす。
【０１２３】
上記した具体例から明らかな様に、本発明に係る当該半導体の処理方法を使用する事によって、従来とは全く異なった方法により、トランジスタ等を含む半導体装置を効率的に製造する事が可能となるのである。
【０１２４】
つまり、具体的には、例えば、上記した各方法を使用して、トランジスタに於けるソース若しくはドレイン拡散層領域を形成する事により、当該半導体装置を製造する事が可能となる。
【０１２５】
更に、本発明を使用した半導体素子の製造の具体的な手順としては、例えば、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、所定の不純物濃度を持つ不純物を含む第２及び第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する第１の工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍部分に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域を挟んだ所定の範囲を形成する半導体領域の半導体を改質する第２の工程と、該光エネルギーの供給領域を、当該第３の半導体領域の方向へ移動して、当該境界領域を含む半導体領域部分までも改質する第３の工程、とを含む半導体装置の製造方法が可能である。
【０１２６】
同様に、本発明に係る当該半導体装置の製造方法の他の具体例としては、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、高い濃度の不純物を含む第２、第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する第１の工程と、該第２の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第２の半導体領域の半導体を改質する第２の工程と、該第３の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第３の半導体領域の半導体を改質する第３の工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する第４の工程と、該第３の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する第５の工程とを含む半導体素子の製造方法が可能である。
【０１２７】
本発明に係る当該半導体装置の製造方法と更に他の具体例としては、例えば、基板上に、不純物元素を殆ど含まない第１の半導体を形成する成膜工程と、不純物元素を含む気体を該基板上に供給した状態で、光エネルギーを選択的に供給し、該第１の半導体の一部を改質することにより、該不純物元素を含む第２の半導体を形成する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域を含む近傍の半導体を改質することにより、第３の半導体領域を形成する工程とを含んだ半導体装置の製造方法。
【０１２８】
又、本発明に係る当該半導体装置の製造方法の別の具体例としては、複数の前記第１、第２、第３の半導体領域が前記基板上に規則正しく配列されて形成され、前記光エネルギーが供給される領域に複数の前記第１、或いは第２、或いは第３の半導体領域が含まれる様に構成したものである。
【０１２９】
【発明の効果】
本発明に係る半導体の処理方法及び半導体装置の製造方法は、上記した様な技術構成を採用しているので、半導体内の不純物濃度の空間分布を高い自由度で制御することができる。
【０１３０】
即ち、急峻な不純物濃度分布が望ましい領域では、レーザー光の照射幅や重なり幅を小さくすることにより、或いは逆になだらかな分布が望ましい領域では、照射幅や重なり幅を大きく設定することにより、それぞれ、所望の不純物濃度分布を形成することができる。
【０１３１】
従って、本発明では、薄膜半導体内部の不純物濃度分布の制御の自由度が高いので、そのような薄膜半導体で形成される半導体素子の種類や目的に応じて、薄膜半導体内部の電界を制御高い自由度で制御できるという効果がある。
【０１３２】
次に、本発明に於いては、不純物濃度が一定でよい領域は幅の広いレーザー光で照射することにより、照射回数を低減できる。その結果、製造プロセスのスループットが向上するという効果がある。
【０１３３】
更に、本発明に於いては、チャネルとなる領域のポリシリコンを大粒径化することができるので、高性能のＴＦＴを形成できるという効果がある。
【０１３４】
又、本発明に於いては、ＣＭＯＳ回路を４回のフォトリソグラフィ工程で形成することができるので、工程数の削減により製造コストも低く抑えられ、また、ＴＦＴ回路の信頼性を確保できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の半導体処理方法の第１の具体例の構成を示す説明図であり、不純物濃度の高い領域から低い領域へ向かって、幅の狭いレーザー光の照射により溶融、結晶化することにより、単調に減少する不純物濃度分布を形成する状態が示されている。
【図２】図２は、本発明の半導体処理方法の第２の具体例の構成を示す説明図であり、不純物濃度の低い領域から高い領域へ向かって、幅の狭いレーザー光の照射により溶融、結晶化することにより、単調に増加する不純物濃度分布を形成する状態が示されている。
【図３】図３は、本発明の半導体処理方法の第３の具体例の構成を示す説明図であり、同一ライン上に配列した複数の領域を、幅が狭くて長いレーザー光を用いて同時に照射して溶融、結晶化することにより、基板上に複数のＬＤＤ構造のＴＦＴの半導体領域を形成する状態が示されている。
【図４】図４は、本発明の半導体処理方法の第４の具体例の構成を示す説明図であり、一定の不純物濃度の領域は幅の広いレーザー光で一括して照射し、不純物濃度に勾配を持たせる必要のある領域を幅の狭いレーザー光で照射することにより、基板上に複数のＬＤＤ構造のＴＦＴの半導体領域を形成するときのレーザー光の照射回数を大幅に低減させる状態がが示されている。
【図５】図５は、本発明の半導体処理方法の第５の具体例の構成を示す説明図であり、ソース・ドレインになる領域は幅の広いレーザー光で一括して照射し、チャネルになる領域は幅の狭いレーザー光を一部の領域で重ね合せながら照射することにより、基板上に複数のＬＤＤ構造のＴＦＴの半導体領域を形成するときのレーザー光の照射回数を或程度低減しながら、チャネル領域の半導体の品質を高める方法が示されている。
【図６】図６は、本発明の半導体処理方法の第６の実施の形態を示す説明図であり、不純物を含むガスを基板上に導入してレーザー光で照射することにより半導体内に不純物を導入し、ＬＤＤ構造のＴＦＴを多数配列して形成する状態が示されている。
【図７】図７は、従来の半導体形成方法の一具体例の手順を示す説明図である。
【符号の説明】
１…半導体膜
２…接合境界領域
３、３’…境界領域の近傍部分
４、５…接合境界
１０…第１の半導体領域
２０…第２の半導体領域
３０、５０…光エネルギー、レーザー光
４０、６０…半導体領域
７０…高濃度の不純物を含む薄膜半導体領域
７０’…第３の半導体領域
８０、８５…低濃度の不純物を含む、あるいは意図的には不純物を導入していない薄膜半導体領域
７５…高濃度の不純物を含むｎ型薄膜半導体領域
７６…高濃度の不純物を含むｐ型薄膜半導体領域
９０、９１、９２…レーザー光
１００…基板
１１０…基板
１２０…バリア層
１３０…薄膜半導体（真性領域）
１４０…薄膜半導体（低濃度ｎ型領域）
１５０…薄膜半導体（高濃度ｎ型領域）
１６０…レーザー光
１７０…絶縁膜
１８０…ゲート電極
Claims (6)
- トランジスタを形成するに際し、基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、所定の不純物濃度を持つ不純物を含む第２及び第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界を含み、該トランジスタを構成するＬＤＤ領域が形成される半導体領域の全部若しくは一部に、所望の該ＬＤＤ領域の幅よりも狭い照射幅を有する光エネルギーを供給することで、該光エネルギーが供給された領域にある該第１の半導体領域中と該第２の半導体領域中に存在する不純物を拡散させて、所望とする不純物濃度分布を有した該ＬＤＤ領域を形成する工程と、該第３の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界を含み、該トランジスタを構成するＬＤＤ領域が形成される半導体領域の全部若しくは一部に、所望の該ＬＤＤ領域の幅よりも狭い照射幅を有する光エネルギーを供給することで、該光エネルギーが供給された領域にある該第１の半導体領域中と該第３の半導体領域中に存在する不純物を拡散させて、所望とする不純物濃度分布を有した該ＬＤＤ領域を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 基板上に、不純物を殆ど含まない第１の半導体領域と、高い濃度の不純物を含む第２、第３の半導体領域とを、該第１の半導体領域の相接しない２つの境界に該第２の半導体領域と該第３の半導体領域がそれぞれ接するように配置して形成する工程と、該第２の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第２の半導体領域の半導体を改質する工程と、該第３の半導体領域に、光エネルギーを選択的に供給して該第３の半導体領域の半導体を改質する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する工程と、該第３の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域の近傍を構成する半導体を改質する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 基板上に、不純物元素を殆ど含まない第１の半導体領域を形成する成膜工程と、不純物元素を含む気体を該基板上に供給した状態で、光エネルギーを選択的に供給し、該第１の半導体領域の一部を改質することにより、該不純物元素を含む第２の半導体領域を形成する工程と、該第２の半導体領域と該第１の半導体領域が接する境界領域の近傍に、光エネルギーを選択的に供給して該境界領域を含む近傍の半導体を改質することにより、第３の半導体領域を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 当該光エネルギーは、所定の幅を有するスリット状のレーザー光により得られる事を特徴とする請求項１乃至３に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体領域の所定の部位に照射される当該スリット状のレーザー光の幅と他の半導体領域の所定の部位に照射される当該スリット状のレーザー光の幅とが異なっている事を特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
- 複数の前記第１、第２、第３の半導体領域が前記基板上に規則正しく配列されて形成され、前記光エネルギーが供給される方向の領域に複数の前記第１、或いは第２、或いは第３の半導体領域が含まれることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
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