JP2011049577A

JP2011049577A - 半導体素子の作製方法

Info

Publication number: JP2011049577A
Application number: JP2010229759A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hizuka; 純一肥塚; Naoto Yamade; 直人山出
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: US7713761B2; US7980198B2; CN1581429B; US20070224711A1; JP5216831B2; CN1581429A; US20050032341A1; US20100197049A1; US7250312B2

Abstract

【課題】本発明は、非破壊かつ簡便に、所望の電気特性を得るために最適なキャリア濃
度にドーピングできるドーピング装置、並びにドーピング方法、それを用いる薄膜トラン
ジスタの作製方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明では、接触角を用いて、半導体素子の電気特性（トランジスタにお
けるしきい値電圧など）を正確かつ精密にモニタし、ドーピング方法を制御することによ
って、特性を制御する。また、本発明により、ｉｎ−ｓｉｔｕで特性をモニタすることを
よって、情報を時々刻々取得し、時間遅延なくフィードバックできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドーピング装置及びドーピング方法に係り、特に電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）のソース及びドレイン領域等の不純物領域の形成に用いるドーピング技術に関する
。

電界効果トランジスタ、薄膜トランジスタなどの半導体素子（デバイス）において、そ
の電気特性を制御するためにドーピングが行われる。ドーピングとは、半導体膜に砒素（
Ａｓ）や硼素（Ｂ）、燐（Ｐ）などの不純物（ドーパント）を導入する方法である。半導
体素子に導入する不純物の種類によって、正孔が多数キャリアであるｐ型、あるいは電子
が多数キャリアであるｎ型の半導体素子が得られる。よって半導体素子の電気特性（薄膜
トランジスタにおけるしきい値電圧など）は、ドーピングする不純物の量（ドーズ量）、
その不純物の活性化率、キャリア濃度によって制御されている。

不純物の活性化率とは、半導体膜に導入された量と、実際に活性化された不純物の量と
の比で表される。不純物は活性化して、キャリアを生じる。不純物の活性化率が１００％
のとき、不純物の濃度と、キャリア濃度とは等しくなる。

従来、素子の特性は、半導体素子として完成されてから検査されている。そして、その
情報を作製工程にフィードバックし、不純物の量や導入する速度などドーピング方法を調
整する。

一方、上記不純物濃度の測定法としては、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、広がり
抵抗法（ＳＲ）などがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−２３４９８号公報

しかし、上記二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、広がり抵抗法（ＳＲ）は、破壊検査
であり、実際の製造ラインにおける基板での測定には適さない。また、上記二次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ）で測定できる濃度は、導入された不純物の濃度であるので、キャリ
アの正確な濃度は測定できない。また、広がり抵抗法（ＳＲ）によってもキャリアの導電
型は判明できない。

また、ＦＥＴの電気特性を測定する方法であると、工程が完全に終了してからのフィー
ドバックになるために、効率が悪い上、時間遅延（タイムラグ）が発生するため情報に不
正確さが伴う。

本発明は、非破壊かつ簡便に、所望の電気特性を得るために最適なキャリア濃度にドー
ピングできるドーピング装置、並びにドーピング方法を提供することを課題とする。また
、本発明においては、ｉｎ−ｓｉｔｕで特性をモニタすることをよって、情報を時々刻々
取得し、時間遅延なくフィードバックできることを課題とする。

本発明では、接触角を用いて、半導体素子の特性（トランジスタにおけるしきい値電圧
など）を正確かつ精密にモニタする。接触角は、半導体の電気特性の微少な変化にも対応
する。

接触角は、式１で表されるように、物質の表面張力（表面自由エネルギー）に依存する
。

式１において、γ_Sは固体の表面張力、γ_Lは液体の表面張力、θは接触角（液体のぬれ
る角度）、γ_SLは固体と液体の界面張力である。接触角が小さくなるほどその液体は、よ
くぬれるようになる。例えば液体が水であったら、水の接触角が小さいほど固体表面は親
水化しており、大きくなるほど疎水化しているといえる。上記式１より、同じ液体であっ
た場合、固体の表面張力が小さくなるに従って接触角は大きくなり、ぬれなくなる、いわ
ゆるぬれ性が悪くなることがわかる。

本発明では、接触角を用いて、半導体素子の電気特性（トランジスタのしきい値電圧な
ど）を正確かつ精密にモニタし、ドーピング方法を制御することによって、特性を制御す
る。

本発明のドーピング装置の一は、半導体層に一導電型の不純物元素をドーピングする手
段と、半導体層の表面の接触角を測定する手段と、測定された接触角より、半導体層の導
電型及びキャリア濃度を判定する手段と、その判定結果に基づいて、半導体層にドーピン
グする一導電型の不純物元素の量を、ドーピングする手段にフィードバックする手段とを
有している。

本発明のドーピング装置の一は、半導体層に一導電型の不純物元素をドーピングする手
段と、半導体層の表面を清浄にする手段と、半導体層の表面の接触角を測定する手段と、
測定された接触角より、半導体層の導電型及びキャリア濃度を判定する手段と、その判定
結果に基づいて、半導体層にドーピングする一導電型の不純物元素の量を、ドーピングす
る手段にフィードバックする手段とを有している。

上記構造において、半導体層表面を清浄にする手段とは、半導体表面の正確な接触角を
測定するために、半導体表面に時間経過とともに形成される酸化膜などを化学的に除去す
る手段である。酸化膜は、フッ酸含有水溶液などをスピン塗布し、エッチングすることに
よって除去すればよい。

接触角は、その半導体膜が精密に測定できる液体で測定すればよい。例えば水を用い、
半導体膜表面の、水の接触角を測定し、半導体層のキャリア濃度及び導電型を評価するこ
とができる。砒素（Ａｓ）や硼素（Ｂ）、燐（Ｐ）などの不純物は活性してキャリアとな
る。接触角をセンサにして、半導体層中のキャリア濃度やその導電型を解析、判定し、そ
の半導体層を用いた半導体の特性（トランジスタにおけるしきい値電圧など）を解析する
。接触角から判断される半導体素子の電気特性が適正な値であるように、一導電型の不純
物元素をドーピングする手段にその情報をフィードバックし、一導電型の不純物元素の導
入（ドーピング）を行う。

本発明のドーピング方法の一は、半導体層の表面の接触角を測定することにより、半導
体層の導電型及びキャリア濃度を判定し、半導体層にドーピングする一導電型の不純物の
量を決定する。

本発明のドーピング方法の一は、半導体層の表面を露出させ、半導体層の表面の接触角
を測定することにより、半導体層の導電型及びキャリア濃度を判定し、半導体層にドーピ
ングする一導電型の不純物の量を決定する。

本発明のドーピング方法の一は、半導体層の表面を露出させ、半導体層の表面の接触角
を測定することにより、半導体層の導電型及びキャリア濃度を判定し、半導体層にドーピ
ングする一導電型の不純物の量を決定し、トランジスタのしきい値電圧を制御する。

上記構成において、半導体表面の正確な接触角を測定するために、半導体表面に時間経
過とともに形成される酸化膜などを化学的に除去した後、半導体層の表面の接触角を測定
すればよい。酸化膜は、フッ酸含有水溶液などをスピン塗布し、エッチングすることによ
って除去すればよい。

接触角は、その半導体膜が精密に測定できる液体で測定すればよい。例えば水を用い、
半導体膜表面の、水の接触角を測定することによって、半導体層のキャリア濃度及びその
導電型を評価することができる。砒素（Ａｓ）や硼素（Ｂ）、燐（Ｐ）などの不純物は活
性してキャリアとなる。接触角をセンサにして、半導体層中のキャリア濃度やその導電型
を判定し、その半導体層を用いた半導体の電気特性（薄膜トランジスタにおけるしきい値
電圧）を解析する。接触角から判断される半導体の電気特性（薄膜トランジスタにおける
しきい値電圧）が適正な値であるように、ドーピング条件を決定し、ドーピング工程にフ
ィードバックする。必要に応じて、ドーピング条件を制御し、半導体層にドーピングを行
う。キャリア濃度及びその導電型が最適化されるまで、情報をフィードバックしながらド
ーピング工程を行う。最適なキャリア濃度及びその導電型に至った半導体層を次工程に進
める。

本発明の薄膜トランジスタの作製方法の一は、半導体層の表面を露出させ、半導体層の
表面における接触角を測定し、測定された接触角より、半導体層の導電型及びキャリア濃
度を判定し、その判定結果に基づいて、半導体層にドーピングする一導電型の不純物元素
の量を決定した後、半導体層に一導電型の不純物元素をドーピングする。

本発明の薄膜トランジスタの作製方法の一は、半導体層の表面を露出させ、半導体層の
表面における接触角を測定し、測定された接触角より、半導体層の導電型及びキャリア濃
度を判定し、その判定結果に基づいて、半導体層に、トランジスタのしきい値電圧の制御
を目的とした一導電型の不純物元素のドーズ量を決定した後、半導体層に一導電型の不純
物元素をドーピングする。

本発明により、非破壊かつ簡便に半導体の特性を測定可能となり、情報のフィードバッ
クにより最適なキャリア濃度及びその導電型にすることができる。非破壊検査であり、か
つ簡便なため、実基板のｉｎ−ｓｉｔｕ測定が可能である。実基板がモニターできるので
、測定の不確かさが極めて少ない。

また、非破壊、かつ簡便に半導体の特性を、ｉｎ−ｓｉｔｕで特性をモニタすることに
よって時々刻々正確に把握でき、その情報を工程にフィードバックすることで、所望の特
性となるように、最適な条件でドーピングすることができるので、フィードバックに時間
遅延がなく、歩留まりも向上する。

本発明により、非破壊かつ簡便に半導体の特性を測定可能となり、情報のフィードバッ
クにより最適なドーピング条件を決定することができる。非破壊検査であり、かつ簡便な
ため、実際の製造ラインにおける基板のｉｎ−ｓｉｔｕ測定が可能であり、基板でモニタ
ーできるので、測定の不確かさが極めて少ない。また、実際の電気特性に関わる因子であ
る半導体中の不純物の活性化率が正確に測定でき、不純物の導電型の判別も可能となる。

本発明において、非破壊、かつ簡便に半導体の特性を、ｉｎ−ｓｉｔｕで特性をモニタ
することによって時々刻々正確に把握でき、その情報を工程にフィードバックすることで
、所望の特性となるように、最適な条件でドーピングすることができるドーピング装置、
並びにドーピング方法、それを用いる薄膜トランジスタの作製方法を提供することができ
る。

本発明の構成を示す図。本発明の構成を示す図。本発明の構成を示す図。アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図。アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図。本発明の発光表示装置の断面図。本発明の表示装置の例を示す図。本発明の表示装置の例を示す図。アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図。

図１は本発明を説明するフローチャートである。まず、前工程をへてドーピング工程に
至った半導体層表面の接触角を測定し、その半導体層の特性を調べる。測定情報より、キ
ャリアの濃度、及び導電型の種類が判定する。

上記測定情報を、所望の特性を有するために最適な条件と照らし合わせ、キャリア濃度
及びその導電型を確認する。確認の結果、必要に応じて追加ドーピングを行い、キャリア
濃度及びその導電型が最適化された半導体膜を次工程に進める。

本発明のドーピング装置を図２に示す。１００はドーピングチャンバー、１０１は半導
体膜、１０２はイオン源、１０３は受渡室、１０４は搬送室、１０５は接触角測定室、１
０６は前処理室、１０７はロード／アンロード室及び１０８は搬送装置、１０９は接触角
測定器、１１０は測定情報を取りこむための媒体、１１１は解析装置、１１２はコントロ
ール装置、１１３はドーピング装置のコントロール装置である。

ロードアンロード室１０７をから搬送室１０４に搬入された半導体膜１０１は再び受渡
室１０３を搬送室１０４を経て、前処理室１０６に搬送される。前処理室１０６では、接
触角測定のために半導体層表面に前処理が行われる。本形態では、半導体層表面の正確な
測定を行うために、前処理として、半導体層表面に形成された酸化膜をフッ酸（HF）で除
去する。前処理された半導体膜１０１は搬送室１０４を経て接触角測定室１０５に搬入さ
れる。

接触角を測定する手段が備えられている接触角測定室１０５には、接触角測定器１０９
とその測定情報を記憶伝達する媒体１１０とが設けられている。測定情報を記憶伝達する
媒体１１０は画像を取り組む手段、画像処理を行うコンピュータ装置、及び接触角の値を
出力する出力装置を有する。画像を取り組む手段として例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）カ
メラ１３３を用い、画像を取り込んで、出力装置により解析装置１１１に情報を伝達する
。画像を取り組む手段としては、ＣＣＤカメラの他に、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯ
Ｓ）を利用したイメージセンサなどを用いることができる。詳細を図３に示す。本形態で
は、液滴法を用い、例として接線法での解析を行うが、他の傾斜法や垂直板浸漬法、転落
法などを用いてもよく、解析も、θ／２法や３点クリック法を用いてもよい。θ／２法は
液滴を円の一部と仮定し、幾何の定理より導く方法であり、３点クリック法は、取り込ま
れた液滴画像をモニター画面上で、円周の一点と固体液体の接点をクリックし、コンピュ
ータ上で処理することで、接触角を測定する方法である。なお、３点クリック法は３点を
クリックすることが基本であるが、真円を仮定できないような大きな液体においては、４
点以上をクリックすることによって、より正確な接触角が測定することができる。

図３に示す接触角を測定する手段が備えられている接触角測定室１０５には、液体滴下
ノズル１３０を有する接触角測定器１０９が設けられている。さらに、画像を取り込む手
段であるカメラ１３３と、画像処理を行うコンピュータ装置と、接触角の値を出力する出
力装置とを有する測定情報を記憶伝達する媒体１１０も設けられている。液体滴下ノズル
１３０から半導体膜１３２上に滴下された液体１３１は図３に示すような液滴形状となる
。固体の表面張力γ_S、は液体の表面張力γ_L、接触角（液体のぬれる角度）θ、固体と液
体の界面張力γ_SLの間では前述した式１が成り立つ。カメラ１３３を通して取り込まれた
画像を画像処理することによって解析し、接触角の値を出力する。本形態では、接線法を
用いて、カメラ１３３を通して液滴画像を取り込み、コンピュータ上で画像処理、解析及
び出力を行うが、接触角が測定できればよいので本形態に限定されることはない。

測定された接触角の値から判明するキャリア濃度や導電型の情報より、半導体膜の特性
を判定する。測定された接触角より、半導体層の導電型及びキャリア濃度を判定する手段
である解析装置１１１は、上記した接触角測定法によって接触角を測定し、キャリア濃度
やその導電型を解析、判定する。解析情報は、コントロール装置１１２に伝達される。接
触角は、キャリア濃度の変化に伴って変化し、その値や変化の仕方は、そのキャリアを生
ずる不純物元素によっても異なる。よって、測定した接触角の値と、ドーピングした不純
物が生じるキャリアの最適な濃度での接触角の値を比較し、濃度が小さければ、ドーピン
グを行えばよい。つまり、半導体層にドーピングする不純物元素の量（ドーズ量）を決定
する。

コントロール装置１１２は、判定結果に基づいて、半導体層にドーピングする一導電型
の不純物元素の量を、ドーピングする手段にフィードバックする手段として機能する。コ
ントロール装置１１２は、その情報に応じて、ドーピングが必要であれば、ドーピング装
置のコントロール装置１１３に、ドーピングを指示する。指示を受けたドーピング装置の
コントロール装置は、受渡室１０３を経てドーピングチャンバー１００にて、半導体膜１
０１に対し、不純物をドーピングする。そして再び、半導体層表面の接触角を測定し、所
望の特性を有するために最適なキャリア濃度となるまで半導体層にドーピングを行う。半
導体層表面が露出していなければ、接触角測定前に、前述のように前処理を行う。

本発明により、非破壊かつ簡便に半導体の特性を測定可能となり、情報のフィードバッ
クにより最適なドーピング条件を決定することができる。非破壊検査であり、かつ簡便な
ため、実際の製造ラインにおける基板のｉｎ−ｓｉｔｕ測定が可能であり、基板で直接モ
ニターできるので、測定の不確かさが極めて少ない。また、実際の電気特性に関わる因子
である半導体中の不純物の活性化率が正確に測定でき、不純物の導電型の判別も可能とな
る。

本発明において、非破壊、かつ簡便に半導体の特性を、ｉｎ−ｓｉｔｕで特性をモニタ
することによって時々刻々正確に把握でき、その情報を工程にフィードバックすることで
、所望の特性となるように、最適な条件でドーピングすることができるドーピング装置、
並びにドーピング方法、それを用いた薄膜トランジスタの作製方法を提供することができ
る。

本実施例では本発明を用いたアクティブマトリクス基板の作製方法について図４、図５
、図９を用いて説明する。アクティブマトリクス基板は複数のＴＦＴを有しているが、ｎ
チャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴを有する駆動回路部とｎチャネル型ＴＦＴ及び
ｐチャネル型ＴＦＴを有する画素部とを有する場合で説明する。

絶縁表面を有する基板３００の上に下地膜３０１として、プラズマＣＶＤ法により窒化
酸化珪素膜１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）を形成し、酸化窒化珪素膜
を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）積層する。本実施例ではプラズマ
ＣＶＤ法により窒化酸化珪素膜を５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜を１００ｎｍ形成する。基板
３００としてはガラス基板、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の
表面に絶縁膜を形成したものを用いて良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性
が有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。また、下地膜
として２層構造を用いてもよいし、下地（絶縁）膜の単層膜又は２層以上積層させた構造
を用いてもよい。

次いで、下地膜上に半導体膜３６０を形成する。半導体膜は２５〜２００ｎｍ（好まし
くは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズ
マＣＶＤ法等）により成膜すればよい。半導体膜３６０の材料に限定はないが、好ましく
はシリコン又はシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。

本実施例では半導体膜３６０として、プラズマＣＶＤ法により非晶質珪素膜を５４ｎｍ
形成した。本実施例ではこの非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化
法およびレーザ結晶化法を行うが、あるいは、非晶質珪素膜に金属元素を導入せず、窒素
雰囲気下５００℃で１時間加熱することによって非晶質珪素膜の含有水素濃度を１×１０
²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下にまで放出させ、レーザ結晶化を行ってもよい。これは水素を
多く含んだ非晶質珪素膜にレーザ光を照射すると膜が破壊されてしまうからである。

金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により非晶質珪素膜上に導入する。非晶質
珪素膜への金属元素の導入の仕方としては、当該金属元素を非晶質珪素膜の表面又はその
内部に存在させ得る手法であれば特に限定はなく、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法、プラズ
マ処理法（プラズマＣＶＤ法も含む）、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法を使用する
ことができる。このうち溶液を用いる方法は簡便であり、金属元素の濃度調整が容易であ
るという点で有用である。また、このとき非晶質半導体膜の表面の濡れ性を改善し、非晶
質珪素膜の表面全体に水溶液を行き渡らせるため、酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射、熱酸
化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理等により、酸化膜を
成膜することが望ましい。

その後５００〜５５０℃で４〜２０時間かけて熱処理を行い、非晶質珪素膜を結晶化す
る。本実施例では金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により金属含有層を形成し
非晶質珪素膜上に導入した後、５５０℃で４時間の熱処理を行って第１の結晶性珪素膜を
得た。

次に第１の結晶性珪素膜にレーザ光を照射し結晶化を助長し、第２の結晶性珪素膜を得
る。レーザ結晶化法は、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、パルス発振ま
たは連続発振の固体レーザ、気体レーザ、もしくは金属レーザが望ましい。なお、固体レ
ーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ₃レーザ、ガラスレ
ーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、気
体レーザとしてはエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ₂レーザ等があり、金
属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる
。レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていてもよい。非線形光学素子
に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換
効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、
変換効率を大幅に上げることができる。高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがド
ープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択
すればよい。半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜など
があり、非晶質珪素ゲルマニウム膜、非晶質珪素カーバイト膜などの非晶質構造を有する
化合物半導体膜を適用しても良い。

このようにして得られた結晶性半導体膜３６０に対して、ＴＦＴのしきい値電圧を制御
するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行う。（図４（Ａ）。
）

このドーピング工程において本発明を用いる。

半導体膜３６０に対して、処理室において前処理を行う。この前処理は、半導体層表面
を露出し、正確な接触角を測定するために行われる。よって、半導体層表面がすでに露出
されている状態ならばこの前処理工程は行わなくてもよい。本実施例では、半導体層に酸
化しやすい珪素膜を用いているので、珪素膜は酸化され、表面に酸化膜が形成されてしま
う。この酸化膜をフッ酸（ＨＦ）によって除去する。このフッ酸処理によって、半導体層
表面を露出させ、接触角測定準備が整う。前処理された半導体層を、接触角測定室に搬入
し、接触角測定器によって、接触角を測定する。

本実施例で用いる珪素膜は、前処理であるフッ酸による酸化膜エッチングによって、表
面水酸基が減少する。よって、フッ酸処理した珪素膜の表面は、水素の単分子膜によって
終端されており、水に対する接触角が大きくなる。つまり表面が疎水性を示す。

この疎水性を示す半導体膜に不純物をドーピングすると、半導体膜中のキャリアの濃度
、キャリアの導電型の種類によって接触角が変化する。珪素膜中にボロンとリンをドーピ
ングした場合も、リンの場合、その濃度が大きくなると接触角も大きくなるが、ボロンの
場合には接触角は小さくなる。よって、接触角より半導体層中のキャリアの活性化率、並
びに導電型が判明する。

これらの情報より、所望の特性を有するのに適するキャリア濃度及び導電型かどうかを
確認し、必要であれば、不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行う。そして再
びドーピング後接触角を測定し、キャリア濃度及びその導電型が最適化されるまで、情報
をフィードバックしながらドーピング工程を行う。最適なキャリア濃度及び導電型に至っ
た半導体膜を次工程に進める。

本発明により、非破壊かつ簡便に半導体の特性を測定可能となり、情報のフィードバッ
クにより最適なキャリア濃度及びその導電型にすることができる。非破壊検査であり、か
つ簡便なため、実際の製造ラインにおける基板でのｉｎ−ｓｉｔｕ測定が可能である。実
際の作製基板がモニターできるので、測定の不確かさが極めて少ない。

フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層３０５〜３０８、３
６１〜３６４を形成する（図４（Ｂ）。）。図４（Ｂ）において測定領域内の半導体層３
６１〜３６４は、本発明によりキャリア濃度をモニターするための測定領域である。よっ
て、本実施例では、キャリア濃度の異なる４種類の不純物領域を作製するので、４つの半
導体層を形成するが、本発明はこれに限定されず、それぞれの工程や構造によって、適宜
測定領域を設ければよい。

半導体層３０５〜３０８を覆うゲート絶縁膜３０９を形成する。ゲート絶縁膜３０９は
プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶
縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１５ｎｍの厚さで酸化窒化珪
素膜を形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の絶
縁膜を単層または積層構造として用いても良い。

次いで、ゲート絶縁膜上に膜厚２０〜１００nmの第１の導電膜と、膜厚１００〜４００
nmの第２の導電膜とを積層して形成する。第１の導電膜及び第２の導電膜はＴａ、Ｗ、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは
化合物材料で形成すればよい。また、第１の導電膜及び第２の導電膜としてリン等の不純
物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を
用いてもよい。また、２層構造に限定されず、例えば、膜厚５０nmのタングステン膜、膜
厚５００nmのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０nmの窒化チタン
膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、第１の導電膜のタ
ングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第２の導電膜のアルミニウムと
シリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）
を用いてもよいし、第３の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また
、単層構造であってもよい。なお、本実例では、ゲート絶縁膜３０９上に膜厚３０nmの窒
化タンタル膜、膜厚３７０nmのタングステン膜を順次積層して形成した（図４（C）。）
。この際、本実施例では、測定領域の半導体層３６１〜３６４は、第１の導電層３１０を
形成した後、マスク４０１で覆って、第２の導電層３１１は形成しない。

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、電極及び配線
を形成するための第１のエッチング処理を行う。ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：
誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加され
る電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節すること
により、第１の導電膜及び第２の導電膜を所望のテーパー形状にエッチングすることがで
きる。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄もしくはＣＣｌ₄な
どを代表とする塩素系ガス、ＣＦ₄、ＳＦ₆もしくはＮＦ₃などを代表とするフッ素系ガス
又はＯ₂を適宜用いることができる。

第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層
（第１の導電層と第２の導電層）を形成する。

次いで、レジストからなるマスク３６５、３６６，３６７ａ、３６７ｂ、３６８、３７
７を除去せずに第２のエッチング処理を行う。ここでは、Ｗ膜を選択的にエッチングする
。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層３２２ｂ〜３２６ｂを形成する。一
方、第１の導電層３２２ａ〜３２６ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電
層３２２〜３２６を形成する測定領域においては、半導体層３６４上のみにレジストから
なるマスク３７７を形成し、半導体層３６１〜３６３上の第１の導電層はエッチングによ
り除去する。（図５（Ａ）。）

そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層
にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。（図５（Ｂ）。）ドーピング処理はイ
オンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。ｎ型を付与する不純物元素として１
５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン
（Ｐ）を用いる。この場合、導電層３２２〜３２６、レジストからなるマスク３７７がｎ
型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域３６９〜３７５
が形成される。不純物領域には１×１０¹⁸〜１×１０²⁰／cm³の濃度範囲でｎ型を付与す
る不純物元素を添加する。

この低濃度不純物領域のキャリア濃度を測定するために、不純物領域３７３上のゲート
絶縁膜３０９をエッチングにより除去し、表面を露出するための前処理を施して、半導体
層の不純物領域３７３の水の接触角を測定、解析し、低濃度不純物領域のキャリア濃度を
測定する。接触角より、キャリアの導電型も判明できるが、本実施例では、ｎ型を付与す
るリンをドーピングしているため、キャリアの導電型はｎ型である。リンはキャリア濃度
の増加に伴い、接触角も大きくなるので、所望のキャリア濃度の接触角より、接触角の測
定値が小さい場合、追加のドーピングをする必要がある。このように本発明では、ドーピ
ング工程時に時間遅延なく、フィードバックが行えるため、最適なキャリア濃度を有する
不純物領域が形成できる。

レジストからなるマスク３６５〜３６８、３７７を除去した後、新たにレジストからな
るマスク３７８、３７９ａ、３７９ｂ、３８１を形成して第１のドーピング処理よりも高
い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。ドーピング処理は第２の導電層３２３ｂを不
純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純
物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧
を下げて第３のドーピング処理を行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処
理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域３８３には１×１０¹⁸〜５×１０¹⁹/c
m³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域３８２、３８４
、３８６には１×１０¹⁹〜５×１０²¹/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加
される。（図５（Ｃ）。）

もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３のドーピン
グ処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成する
ことも可能である。

高濃度不純物領域３８２、３８４のキャリア濃度の最適化のモニターには、高濃度不純
物領域３８６を用いる。低濃度不純物領域のとき同様に、高濃度不純物領域３８６の表面
が露出するように、ゲート絶縁膜３０９をエッチングにより除去し、不純物領域４００の
表面を処理する。そして、水との接触角を測定し、解析し、高濃度不純物領域のキャリア
濃度を測定する。所望のキャリア濃度の接触角になるように、測定結果をドーピング工程
にフィードバックする。このように本発明はドーピング工程時に時間遅延なく、ｉｎ―ｓ
ｉｔｕで評価しフィードバックが行えるため、最適なキャリア濃度を有する不純物領域が
形成できる。

次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク３８７
、３８９、３９０を形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理に
より、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与
する不純物元素が添加された不純物領域３９１〜３９６を形成する（図９（Ａ）。）。ま
た、本実施例のように半導体層３８５、４００をセンサとして使用しなければ、レジスト
からなるマスク３９０は形成しなくても良い。また、あえて半導体層３８５、４００に不
純物を導入し、他の不純物領域のキャリア濃度モニターとしても良く、適宜設計すればよ
い。第１及び第２の導電層３２２ａ、３２２ｂ、３２６ａ、３２６ｂを不純物元素に対す
るマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形
成する。本実施例では、不純物領域（低濃度不純物領域、または高濃度不純物領域）３９
１〜３９６はジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で形成する。この第４のドーピ
ング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスクで
覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域にはそれぞれ異なる濃
度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の
濃度を１×１０¹⁹〜５×１０²¹atoms/cm³となるようにドーピング処理することにより、
ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生
じない。

また本実施例では、ｐ型を付与する低濃度不純物領域３９２、３９４のキャリア濃度モ
ニターに不純物領域３９６を、高濃度不純物領域３９１、３９３のキャリア濃度モニター
に不純物領域３９５を用いる。ｎ型を付与する不純物領域と同様に、本発明を用いて、キ
ャリア濃度を最適化する。

このｐ型の不純物領域のキャリア濃度を測定するために、不純物領域３９５、３９６上
のゲート絶縁膜３０９と、不純物領域上の第１の導電層３１０をエッチングにより除去し
、表面を露出するための前処理を施して、不純物領域３９８、３９９の水の接触角を測定
、解析し、それぞれの不純物領域のキャリア濃度を測定する。接触角より、キャリアの導
電型も判明できるが、本実施例では、ｐ型の不純物であるボロンをドーピングするので、
キャリアの導電型はｐ型である。ボロンによるキャリア濃度の増加に伴い、接触角は小さ
くなるので、所望のキャリア濃度の接触角より、接触角の測定値が大きい場合、追加のド
ーピングをする必要がある。よって、ｐ型を付与する低不純物領域３９２、３９４、高不
純物領域３９１、３９３のキャリア濃度を最適化する。このように本発明では、ドーピン
グ工程時に時間遅延なく、フィードバックが行えるため、最適なキャリア濃度を有する不
純物領域が形成できる。

以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。

次いで、レジストからなるマスクを除去してパッシベーション膜として絶縁膜３４９を
形成する。（図９（Ｂ）。）この絶縁膜３４９としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッ
タ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。勿論、絶縁
膜３４９は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または
積層構造として用いても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの
窒化酸化珪素膜を形成する。

さらに、窒素雰囲気中で、３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、半導体層
を水素化する工程を行う。好ましくは、４００〜５００℃で行う。この工程は第１の絶縁
膜３４９に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。本
実施例では、４１０℃で１時間熱処理を行う。

絶縁膜３４９は窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、窒化酸化珪素（Ｓｉ
ＮＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、窒素含有量
が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウム（ＡｌＮＯ）または酸化アルミニウム、ダ
イアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素膜（ＣＮ）、シロキサン系ポリマー
を含む物質から選ばれた材料で形成する。

なお、本発明では酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）膜としては、Ｓｉが２５〜３５原子％、酸
素が５５〜６５原子％、窒素が１〜２０原子％、水素が０．１〜１０原子％で含まれるも
のを示し。また、窒化酸化珪素（ＳｉＮＯ）膜としては、Ｓｉが２５〜３５原子％、酸素
が１５〜３０原子％、窒素が２０〜３５原子％、水素が１５〜２５原子％で含まれるもの
を示す。

不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、又はレーザ光の照射を行っても
よい。活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との
界面へのプラズマダメージを回復することができる。

そして絶縁膜３４９の上に有機樹脂材料を含む層間膜３５０を形成する。層間膜３５０
は、無機材料（酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素など）、感光性または
非感光性の有機樹材料（有機樹脂材料）（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミ
ドアミド、レジスト、ベンゾシクロブテン、シロキサンポリマーなど）の一種、もしくは
複数種からなる膜、またはこれらの膜の積層などを用いることができる。また、層間膜と
して、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッ
チャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。本実施例では、感光性
の有機樹脂材料であるポジ型の感光性アクリルを用いる。この場合、層間膜の上端部のみ
に曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。この後、層
間膜３５０上に窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮ
Ｏ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、窒素含有量が
酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウム（ＡｌＮＯ）または酸化アルミニウム、ダイ
アモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素膜（ＣＮ）、シロキサン系ポリマーか
らなるパッシベーション膜を形成してもよい。

層間膜３５０、絶縁膜３４９、ゲート絶縁膜３０９をエッチングし、ソース領域、ドレ
イン領域に達する開口部を形成する。開口部は、層間膜をエッチングした後、再度マスク
を形成するか、エッチングされた層間膜３５０をマスクとして、絶縁膜３４９及びゲート
絶縁膜をエッチングし、開口部を形成すればよい。金属膜を形成し、金属膜をエッチング
して各不純物領域とそれぞれ電気的に接続するソース電極及びドレイン電極３５２、各配
線（図示しない）を形成する。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリ
ブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこ
れらの元素を用いた合金膜を用いればよい。なお本実施例では、チタン膜／シリコンーア
ルミニウム合金膜／チタン膜（Ｔｉ/Ｓｉ−Ａｌ/Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１０
０nmに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングしてソース電極、ドレイ
ン電極３５２及び各配線（図示しない）を形成する。

その後、画素電極３５３を形成する。なお本実施例では、透明導電膜を成膜し、所望の
形状にエッチングすることで画素電極３５３を形成する（図９（Ｃ）。）。本実施例でモ
ニターとなる半導体層を有する測定領域を形成するが、不純物領域のキャリア濃度が最適
化され、モニターとしての機能を終えたら、除去してもよいし、そのまま基板上に残存さ
せても良い。適宜実施者が、作製する表示装置の構造、設計などによって決定すればよい
。

透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜
鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、
前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極３５３は、上記配線
を形成する前に平坦な層間絶縁膜上に形成してもよい。樹脂からなる平坦化膜を用いてＴ
ＦＴによる段差を平坦化することは有効である。後に形成される発光層は非常に薄いため
、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだ
け平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。

以上のような工程により、ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板が完成する。本実
施例では画素領域のｎチャネル型ＴＦＴはチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲー
ト構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三
つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、駆動回路部のＴＦＴも、本実施
例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造
であっても良い。

なお、本実施例で示したＴＦＴの作製方法に限らず、トップゲート型（プレーナー型）
、ボトムゲート型（逆スタガ型）、あるいはチャネル領域の上下にゲート絶縁膜を介して
配置された２つのゲート電極を有する、デュアルゲート型やその他の構造においても適用
できる。

本実施例では、実施例１で作製したアクティブマトリクス基板を用いた発光表示装置の
作製例について説明する。本発明において、発光表示装置とは、基板上に形成された発光
素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴを備
えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、ＥＬが得られる有機化
合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミ
ネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態
から基底状態に戻る際の発光（リン光）がある。本発明に用いることのできるＥＬ材料は
、一重項励起もしくは三重項励起、もしくは両者の励起を経由して発光するすべての発光
性材料を含む。

なお、本発明では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての層を有機発光
層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層
、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層、発光層、陰極層が順に積層さ
れた構造を有しており、この構造に加えて、陽極層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽
極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層、陰極層等の順に積層した構造を有していること
もある。

画素電極３５３を形成後、図６に示すように絶縁物１０１２を形成する。絶縁物１０１
２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成
すれば良い。

なお、絶縁物１０１２は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が
必要である。本実施例では絶縁物１０１２の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒
子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は１×１０⁶〜１
×１０¹²Ωｍ（好ましくは１×１０⁸〜１×１０¹⁰Ωｍ）となるようにカーボン粒子や金
属粒子の添加量を調節すれば良い。

画素電極３５３の上には発光層１０１３が形成される。なお、図１０では一画素しか図
示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を
作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している
。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、
その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ
₃）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ₃にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１
といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。

但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これ
に限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わ
せて発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い
。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、中分
子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を用いても良い。なお、本明細書中において、
昇華性を有さず、かつ、分子数（重合度）が２０以下または連鎖する分子の長さが１０μ
ｍ以下の有機発光材料を中分子系有機発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用
いる例として、正孔注入層として２０ｎｍのポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）膜をスピン塗
布法により設け、その上に発光層として１００ｎｍ程度のパラフェニレンビニレン（ＰＰ
Ｖ）膜を設けた積層構造としても良い。なお、ＰＰＶのπ共役系高分子を用いると、赤色
から青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の
無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用
いることができる。

次に、発光層１０１３の上には導電膜からなる陰極１０１４が設けられる。陰極として
は、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、Ｍ
ｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ₂、またはＣａＮ）を用いればよい。本実施例では、発光が透
過するように、陰極１０１４として、膜厚を薄くした金属薄膜（ＭｇＡｇ：膜厚１０ｎｍ
）と、膜厚１１０ｎｍの透明導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化イン
ジウム酸化亜鉛合金、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムなど）との積層を用いる
。

この陰極１０１４まで形成された時点で発光素子１０１５が完成する。なお、発光素子
１０１５は、画素電極（陽極）３５３、発光層１０１３及び陰極１０１４で形成される。

発光素子１０１５を完全に覆うようにしてパッシベーション膜１０２２を設けることは
有効である。パッシベーション膜としては、窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素（ＳｉＯ
Ｎ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化窒化アルミニウム
（ＡｌＯＮ）、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウム（ＡｌＮＯ）ま
たは酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素膜（ＣＮ
）、シロキサン系ポリマーを含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた
積層を用いることができる。

この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素
膜、特にＤＬＣ膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範
囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層１０１３の上方にも容易に成膜することが
できる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層１０１３の酸化
を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層１０１
３が酸化するといった問題を防止できる。

シール材１０１７としては特に限定されず、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性ま
たは熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。本実施例では熱硬化性のエポキシ樹脂を用い
る。また、本実施例においてカバー材１０２１はガラス基板や石英基板やプラスチック基
板（プラスチックフィルムも含む）や可撓性基板の両面に炭素膜（好ましくはＤＬＣ膜ま
たはＣＮ膜）を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、Ａ
ｌＯなど）、ＳｉＮなどを用いることができる。こうして図６に示すような構造の両面出
射型の発光表示装置が完成する。

本実施例では光が発光表示装置両面から出射する両面出射型を示したが、片面出射型で
もよい。陰極１０１４側のみから光を出射する場合、画素電極３５３は陽極に相当し反射
性を有する金属膜であり、反射性を有する金属膜としては、陽極として機能させるために
白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）といった仕事関数の高い金属膜を用いる。また、これらの金属
は、高価であるため、アルミニウム膜やタングステン膜といった適当な金属膜上に積層し
、少なくとも最表面に白金もしくは金が露出するような画素電極としても良い。また、陰
極１０１４は膜厚の薄い（好ましくは１０〜５０ｎｍ）金属膜であり、陰極として機能さ
せるために金属膜仕事関数の小さい周期表の１族もしくは２族に属する元素を含む材料（
例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、
ＣａＦ₂、またはＣａＮなど）を用いる。さらに、陰極１０１４に積層して陰極１０１４
である酸化物導電膜（代表的にはＩＴＯ膜）を設ける。この場合、発光素子から発した光
は、画素電極３５３で反射され、陰極１０１４を透過して出射される。

画素電極３５３側のみから光を出射する場合、陽極に相当する画素電極３５３には透明
導電膜を用いる。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化イン
ジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることが
できる。また、陰極１０１４はＡｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、
ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉからなる金属膜（膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍ）を用いることが好まし
い。この場合、発光素子から発した光は、画素電極３５３を透過して基板３００側から出
射される。

また、本実施例では、本発明のドーピング方法、ドーピング装置を用いて作製される半
導体素子を発光素子を用いた発光表示装置に適用するが、本発明の半導体素子は、液晶を
用いた液晶表示装置にも適用できる。いずれの場合でも、本発明により所望の特性を有す
る信頼性の高い表示装置を歩どまりよく作製することができる。

なお、絶縁物１０１２を形成した後、パッシベーション膜を形成するまでの工程をマル
チチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的
に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材１０２１を貼り合わせる
工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。

さらに、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャ
リア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、
信頼性の高い表示装置を実現できる。

また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に
従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論
理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形
成しうる。

本発明により所望の特性を有する信頼性の高い表示装置を、適正なドーピング装置、ド
ーピング方法により作製することができる。また、本発明のドーピング装置、ドーピング
方法は、非破壊かつ簡便な測定方法により、キャリア濃度及びその導電型の情報をフィー
ドバックできる。よって、発光表示装置または液晶表示装置などの表示装置を歩留まりよ
く作製することができる。

本発明を適用して、様々な表示装置（アクティブマトリクス型表示装置、アクティブマ
トリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら表示装置を表示部に組
み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッド
マウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ
、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子
書籍等）などが挙げられる。それらの例を図７及び図８に示す。

図７（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表
示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製される表示装置を表示部
３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。

図７（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０
３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明によ
り作製される表示装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成
する。

図７（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、
カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。
本発明により作製される表示装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイル
コンピュータが完成する。

図７（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム
部３３０３等を含む。表示部３３０２は基板として可撓性基板を用いており、表示部３３
０２を湾曲させてゴーグル型ディスプレイを作製している。また軽量で薄いゴーグル型デ
ィスプレイを実現している。本発明により作製される表示装置を表示部３３０２に適用す
ることで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。

図７（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレー
ヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、
操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇ
iｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲー
ムやインターネットを行うことができる。本発明により作製される表示装置を表示部３４
０２に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。

図７（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３
、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製される表示
装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。

図８（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０
３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により
作製される表示装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。

図８（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３
、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により
作製される表示装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が
完成する。

図８（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等
を含む。表示部４１０３は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイ
を実現できる。また、表示部４１０３を湾曲させることも可能である。本発明により作製
される表示装置を表示部４１０３に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな分野の電子機器に適用するこ
とが可能である。

Claims

ドーピングする手段を有するドーピングチャンバー、接触角測定室、解析装置及びコントロール装置を有するドーピング装置を用いた半導体素子の作製方法であって、
基板上に半導体層を形成する第１の工程と、
前記ドーピングチャンバーにおいて、前記半導体層に不純物元素をドーピングする第２の工程と、
前記接触角測定室において、前記不純物元素がドーピングされた前記半導体層の表面に水を滴下する第３の工程と、
前記接触角測定室において、前記半導体層の表面の前記水の接触角を測定し、解析装置により、測定された前記接触角から前記半導体層のキャリア濃度を判定する第４の工程と、
前記判定の結果に基づいて決定された前記不純物の量を、前記コントロール装置を介して前記ドーピングする手段にフィードバックすることで、前記半導体層に前記量の前記不純物をドーピングする第５の工程と、を有し、
前記キャリア濃度が所望の濃度となるまで、前記第３の工程乃至前記第５の工程を繰り返すことを特徴とする半導体素子の作製方法。
請求項１において、前記不純物元素は砒素、硼素、又は燐であることを特徴とする半導体素子の作製方法。
請求項１又は２において、前記ドーピング装置が有する前処理室において、前記第２の工程と前記第３の工程との間に、前記半導体層の表面を露出させる工程を有することを特徴とする半導体素子の作製方法。
請求項３において、前記半導体層の表面を露出させる工程は、フッ酸（ＨＦ）で前記半導体層の表面に形成された酸化膜を除去する工程を有することを特徴とする半導体素子の作製方法。