JP2000297276A - Heater and heating method for semiconductor - Google Patents

Heater and heating method for semiconductor

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JP2000297276A
JP2000297276A JP11105513A JP10551399A JP2000297276A JP 2000297276 A JP2000297276 A JP 2000297276A JP 11105513 A JP11105513 A JP 11105513A JP 10551399 A JP10551399 A JP 10551399A JP 2000297276 A JP2000297276 A JP 2000297276A
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heated
heat
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heating
semiconductor
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JP11105513A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoya Sotani
直哉 曽谷
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for heating a semiconductor in high yield, capable of carrying out uniform heat treatment in a short time without almost being affected by the surface state, or the like, of a semiconductor, or the like, and a heating method therefor. SOLUTION: This heater 10 for semiconductors is equipped with a crucible 1 constituted of a heat-insulating material and a heater 2 arranged in the crucible 1. Liquid-like Zn 3 is put in the crucible 1 and heated by the heater 2. Then, the liquid-like Zn 3 is evaporated and the evaporated Zn 4 is stored in the upper part of the crucible 1. An opening and closing valve 5 and a nozzle 6 are installed in the crucible 1. The evaporated Zn 4 is sprayed through the opening and closing valve 5 from the nozzle 6. Then, Zn 7 jetted from the nozzle 6 is sprayed to a sample 9. The sample 9 is installed in a holder 8 and heated by a heater 11 installed in the holder 8. The jetted Zn (gas) is attached onto the sample 9 and heat of condensation is imparted to the sample 9. Thereby, heat treatment of the sample 9 can be carried out in a short time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製品、液晶
表示装置等の製造に用いられる製造装置および製造プロ
セスに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing process used for manufacturing semiconductor products, liquid crystal display devices, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路は、その微細に伴って、
半導体物質中の不純物の拡散距離を小さくする必要があ
り、そのために、不純物の活性化等の熱処理工程では、
低温下または短時間化により不純物の拡散距離を短くす
る方法が求められている。熱処理工程を短時間化するた
めに、現在、半導体物質をXeアークランプで照射する
ことにより、数秒から数分の時間で熱処理を行うことが
提案されている。
2. Description of the Related Art As semiconductor integrated circuits become smaller,
It is necessary to reduce the diffusion distance of impurities in a semiconductor material, and therefore, in a heat treatment process such as activation of impurities,
There is a need for a method of shortening the diffusion distance of impurities at a low temperature or by shortening the time. In order to shorten the heat treatment process, it has been proposed that the semiconductor material is irradiated with a Xe arc lamp to perform the heat treatment in a time period of several seconds to several minutes.

【0003】また、近年、開発が行われている低温ポリ
シリコン(poly−Si) TFTを用いた液晶表示
装置の製造工程では、熱に弱いガラス基板を用いている
ために、基板温度の上昇を抑え、基板上に形成された半
導体膜のみを加熱し、アモルファスシリコン(amor
phous−Si)からポリシリコンへの結晶化や膜中
に導入された不純物の活性化を行う必要がある。そのた
め、エキシマレーザを用いて10-9秒オーダーの加熱を
行う方法(Exicimer Laser Annea
lling method:ELA)やXeアークラン
プを用いて数秒以下の加熱を行う方法(Rapid T
hermal Anneallingmethod:R
TA)などが用いられている。
Further, in a process of manufacturing a liquid crystal display device using a low-temperature polysilicon (poly-Si) TFT which has been developed in recent years, a glass substrate which is weak against heat is used. And heating only the semiconductor film formed on the substrate to form amorphous silicon (amor).
It is necessary to crystallize from the silicon-containing (phos-Si) into polysilicon and to activate impurities introduced into the film. Therefore, a method of performing heating on the order of 10 −9 seconds using an excimer laser (Excimer Laser Annnea)
A method of performing heating for several seconds or less using a ring method (ELA) or a Xe arc lamp (Rapid T)
thermal Annealingmethod: R
TA) is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ELA法やR
TA法を用いた光照射による加熱方法では、装置コスト
やランニングコストが高価であるだけでなく、半導体ウ
ェハやガラス基板上に形成されたパターンの形状、密度
や膜の種類、厚さ、積層状態などの影響を強く受けるた
めに均一な加熱処理が難しいという問題がある。特に、
ボトムゲート構造のゲート電極の有無により、均一な加
熱処理が困難という問題がある。
However, the ELA method and R
The heating method by light irradiation using the TA method is not only expensive in equipment and running costs, but also in the shape, density, type, thickness, and lamination state of patterns formed on semiconductor wafers and glass substrates. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform a uniform heat treatment due to the strong influence of the heat treatment. In particular,
There is a problem that uniform heat treatment is difficult depending on the presence or absence of a gate electrode having a bottom gate structure.

【0005】また、処理条件の決定も困難であり、プロ
セスマージンが小さく、歩留まりも低いという問題があ
る。
Further, it is difficult to determine processing conditions, and there is a problem that a process margin is small and a yield is low.

【0006】そこで、本発明は、かかる問題を解決し、
半導体等の表面状態の影響を殆ど受けず、短時間で均一
な加熱処理、及び歩留まりの高い加熱装置と加熱方法と
を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention solves such a problem,
An object of the present invention is to provide a heating device and a heating method which are hardly affected by the surface state of a semiconductor or the like, are uniform in a short time, and have a high yield.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
1に係る発明は、変態熱を放出する媒体と、媒体より低
い温度に保持された被加熱物質と、媒体を被加熱物質に
接触させる接触手段とを備える半導体の加熱装置であ
る。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a medium for emitting heat of transformation, a material to be heated maintained at a temperature lower than that of the medium, and a medium in contact with the material to be heated. And a contact heating means.

【0008】請求項1に記載された半導体の加熱装置に
おいては、接触手段により被加熱物質に、変態熱を放出
する媒体が接触され、被加熱物質は媒体からの変態熱に
より加熱される。そして、被加熱物質は媒体からの変態
熱の熱量に応じて相変化を起こし、または被加熱物質中
の不純物の活性化が行われる。
In the semiconductor heating apparatus according to the first aspect, a medium that emits transformation heat is brought into contact with the material to be heated by the contact means, and the material to be heated is heated by the transformation heat from the medium. The substance to be heated undergoes a phase change in accordance with the amount of transformation heat from the medium, or the impurities in the substance to be heated are activated.

【0009】従って、請求項1に記載された発明によれ
ば、被加熱物質に媒体を接触させるだけで、変態熱が媒
体から被加熱物質に移動し、短時間で熱処理を行うこと
ができる。
Therefore, according to the first aspect of the present invention, only by bringing the medium into contact with the substance to be heated, the transformation heat is transferred from the medium to the substance to be heated, and the heat treatment can be performed in a short time.

【0010】また、請求項2に係る発明は、媒体と、媒
体を変態熱を放出し得る温度に加熱する加熱手段と、媒
体が変態熱を放出し得る温度より低い温度に保持された
被加熱物質と、前手段により変態熱を放出し得る温度に
加熱された媒体を被加熱物質に接触させる接触手段とを
備える半導体の加熱装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a medium, a heating means for heating the medium to a temperature at which the transformation heat can be released, and a heated medium maintained at a temperature lower than the temperature at which the medium can release the transformation heat. A semiconductor heating apparatus comprising: a substance; and a contact unit configured to contact a medium heated to a temperature at which the transformation heat can be released by the pretreatment unit, with the medium to be heated.

【0011】請求項2に記載された半導体の加熱装置に
おいては、加熱手段により媒体は変態熱を放出し得る温
度に加熱され、加熱された媒体は、接触手段により被加
熱物質に接触される。そうすると、被加熱物質の温度は
媒体の温度より低いため、媒体から被加熱物質へ変態熱
が移動し、被加熱物質は、変態熱により相変化を起こ
し、または含まれる不純物の活性化が行われる。
In the semiconductor heating apparatus according to the second aspect, the medium is heated to a temperature at which the transformation heat can be released by the heating means, and the heated medium is brought into contact with the substance to be heated by the contact means. Then, since the temperature of the substance to be heated is lower than the temperature of the medium, the transformation heat is transferred from the medium to the substance to be heated, and the substance to be heated undergoes a phase change due to the transformation heat, or the impurities contained therein are activated. .

【0012】従って、請求項2に記載された発明によれ
ば、媒体を変態熱を放出し得る温度に加熱し、その加熱
した媒体を被加熱物質に接触させるだけで被加熱物質の
相変化や被加熱物質中の不純物の活性化を行うことがで
き、短時間の熱処理が可能である。
Therefore, according to the second aspect of the present invention, the medium is heated to a temperature at which the transformation heat can be released, and the heated medium is brought into contact with the substance to be heated. The impurities in the substance to be heated can be activated, and heat treatment can be performed in a short time.

【0013】また、請求項3に係る発明は、請求項1ま
たは請求項2に記載された半導体の加熱装置において、
変態熱は、凝固熱もしくは凝縮熱である半導体の加熱装
置である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor heating apparatus according to the first or second aspect,
Transformation heat is a semiconductor heating device that is heat of solidification or heat of condensation.

【0014】請求項3に記載された半導体の加熱装置に
おいては、媒体が被加熱物質に接触されると、凝固熱も
しくは凝縮熱が媒体から被加熱物質に移動し、被加熱物
質の相変化、または被加熱物質中の不純物の活性化が行
われる。
In the semiconductor heating apparatus according to the third aspect, when the medium is brought into contact with the substance to be heated, heat of solidification or heat of condensation is transferred from the medium to the substance to be heated, and the phase change of the substance to be heated, Alternatively, activation of impurities in the substance to be heated is performed.

【0015】従って、請求項3に記載された発明によれ
ば、媒体を溶融して被加熱物質に接触させるだけで、被
加熱物質の相変化、または被加熱物質中の不純物の活性
化が可能である。
Therefore, according to the third aspect of the present invention, the phase change of the material to be heated or the activation of impurities in the material to be heated can be achieved only by melting the medium and bringing the medium into contact with the material to be heated. It is.

【0016】また、請求項4に係る発明は、媒体を変態
熱を放出し得る温度に加熱する第1のステップと、第1
のステップにより加熱された媒体を被加熱物質に接触さ
せる第2のステップとから成る半導体の加熱方法であ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first step of heating a medium to a temperature at which transformation heat can be released;
And a second step of bringing the medium heated in step (c) into contact with the substance to be heated.

【0017】請求項4に記載された半導体の加熱方法に
おいては、第1のステップにおいて、媒体は変態熱を放
出し得る温度に加熱される。そして、第2のステップに
おいて、第1のステップで加熱された媒体は被加熱物質
に接触され、媒体から被加熱物質に変態熱が移動し、被
加熱物質が加熱される。
[0017] In the semiconductor heating method according to the fourth aspect, in the first step, the medium is heated to a temperature capable of releasing transformation heat. Then, in the second step, the medium heated in the first step is brought into contact with the substance to be heated, the transformation heat is transferred from the medium to the substance to be heated, and the substance to be heated is heated.

【0018】従って、請求項4に記載された発明によれ
ば、簡単な方法により被加熱物質の熱処理が可能とな
る。
Therefore, according to the fourth aspect of the present invention, the heat treatment of the material to be heated can be performed by a simple method.

【0019】また、請求項5に係る発明は、請求項4に
記載された半導体の加熱方法において、変態熱は、凝固
熱もしくは凝縮熱である半導体の加熱方法である。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of heating a semiconductor according to the fourth aspect, the transformation heat is a method of heating the semiconductor, which is heat of solidification or heat of condensation.

【0020】請求項5に記載された半導体の加熱方法に
おいては、第1のステップにおいて、媒体は凝固熱もし
くは凝縮熱を放出し得る温度に加熱され、第2のステッ
プにおいて、媒体から被加熱物質に凝固熱もしくは凝縮
熱が移動して被加熱物質が加熱される。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor heating method, in the first step, the medium is heated to a temperature capable of releasing heat of solidification or condensation, and in the second step, the medium to be heated is discharged from the medium. The heat of solidification or the heat of condensation moves to heat the substance to be heated.

【0021】従って、請求項5に記載された発明によれ
ば、媒体を溶融して被加熱物質に接触させるだけ、被加
熱物質を容易に加熱できる。
According to the fifth aspect of the present invention, the material to be heated can be easily heated only by melting the medium and bringing the medium into contact with the material to be heated.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
つつ説明する。図1を参照して、本願発明に係る半導体
の加熱装置について説明する。半導体の加熱装置10
は、断熱材で構成されたるつぼ1と、るつぼ1に配設さ
れたヒーター2とを備える。るつぼ1には、液体状のZ
n3が入れられ、ヒーター2により加熱される。そし
て、液体状のZn3は気化し、るつぼ1の上部に気化し
たZn4が溜まる。るつぼ1には、開閉弁5、ノズル6
が設けられており、気化したZn4は、開閉弁5を通っ
てノズル6から噴出される。そして、ノズル6から噴出
されたZn7は、サンプル9に吹き付けられる。サンプ
ル9は、ホルダー8に設置され、ホルダー8内に設けら
れたヒーター11により加熱される。また、ホルダー8
は、矢印16、17の方向に移動可能である。また、サ
ンプル9が配置される雰囲気18は容器19により囲ま
れており、容器19には、ボンベ12がレギュレータ1
3、配管14を介して繋がっている。そして、ボンベ1
2内のArガスは、レギュレータ13、配管14を介し
て出射口15から容器19内に導かれ、雰囲気18はA
rガスにより所定の圧力に満たされる。容器19の雰囲
気18を不活性ガスで満たすことによりサンプル9を熱
処理する際の酸化を防止すると同時に不活性ガスによる
雰囲気の圧力によりZnの沸点を制御することができ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. With reference to FIG. 1, a semiconductor heating device according to the present invention will be described. Semiconductor heating device 10
Comprises a crucible 1 made of a heat insulating material, and a heater 2 arranged in the crucible 1. The crucible 1 contains a liquid Z
n3 is inserted and heated by the heater 2. Then, the liquid Zn3 is vaporized, and the vaporized Zn4 accumulates on the upper part of the crucible 1. The crucible 1 has an on-off valve 5 and a nozzle 6
The vaporized Zn 4 is ejected from the nozzle 6 through the on-off valve 5. Then, the Zn 7 ejected from the nozzle 6 is sprayed on the sample 9. The sample 9 is set on the holder 8 and is heated by a heater 11 provided in the holder 8. In addition, holder 8
Is movable in the directions of arrows 16 and 17. The atmosphere 18 in which the sample 9 is placed is surrounded by a container 19, and the container 12 is provided with a cylinder 12.
3. They are connected via a pipe 14. And cylinder 1
The Ar gas in 2 is guided into the vessel 19 from the emission port 15 through the regulator 13 and the pipe 14, and the atmosphere 18 is A
A predetermined pressure is satisfied by the r gas. By filling the atmosphere 18 of the container 19 with an inert gas, oxidation during the heat treatment of the sample 9 can be prevented, and at the same time, the boiling point of Zn can be controlled by the pressure of the atmosphere by the inert gas.

【0023】図1、2を参照して、Znの凝縮熱を利用
したガラス基板上のポリシリコン膜の活性化について説
明する。ポリシリコン膜の活性化が行われる際には、サ
ンプル9には、基板上に形成されたポリシリコンが設置
される。
The activation of a polysilicon film on a glass substrate using the heat of condensation of Zn will be described with reference to FIGS. When the activation of the polysilicon film is performed, the sample 9 is provided with polysilicon formed on the substrate.

【0024】図2の(a)を参照して、サンプル9とし
てのポリシリコン22、22は、ガラス基板20上に膜
厚50nmのアモルファスシリコンをプラズマCVD法
により形成し、ELA法により結晶化を行い、パターニ
ングを行って形成する。そして、イオンドーピング装置
を用いて、リン(P)原子を30keVのエネルギーで
1×10+15cm-2だけ注入する。その後、プラズマC
VD法によりシリコン酸化膜(SiO2)21を500
nm堆積する。そして、図1のるつぼ1のノズル6から
1100℃のZnを0.1秒間噴射する。この場合、容
器19の雰囲気18は5atomに加圧されており、ポ
リシリコン22、22は、ヒーター11により400℃
に加熱されている。なお、5atmでのZnの沸点は1
080℃、凝縮熱は95kJ/molである。
Referring to FIG. 2A, as the polysilicon 22 as the sample 9, amorphous silicon having a thickness of 50 nm is formed on a glass substrate 20 by a plasma CVD method, and crystallized by an ELA method. Then, patterning is performed. Then, using an ion doping apparatus, phosphorus (P) atoms are implanted at a dose of 1 × 10 +15 cm −2 at an energy of 30 keV. Then, plasma C
500 V of silicon oxide film (SiO 2 ) 21 by VD method
nm. Then, Zn at 1100 ° C. is injected from the nozzle 6 of the crucible 1 of FIG. 1 for 0.1 second. In this case, the atmosphere 18 of the container 19 is pressurized to 5 atoms, and the polysilicon 22 is heated to 400 ° C. by the heater 11.
Heating. The boiling point of Zn at 5 atm is 1
At 080 ° C., the heat of condensation is 95 kJ / mol.

【0025】ここで、400℃に加熱されたガラス基板
の表面を瞬間的に1080℃に上昇させた時のガラス基
板内部の温度分布について考える。
Here, consider the temperature distribution inside the glass substrate when the surface of the glass substrate heated to 400 ° C. is instantaneously raised to 1080 ° C.

【0026】一般に被加熱物質内部の熱伝導による温度
変化は、 Tt:加熱媒体物質相変態温度 Ts:基板温度 α:κ/ρ・c κ:熱伝導係数 l:基板の厚さ t:時間 x:深さ で表される。
Generally, the temperature change due to heat conduction inside the material to be heated is Tt: phase transformation temperature of the heating medium material Ts: substrate temperature α: κ / ρ · c κ: thermal conductivity coefficient 1: substrate thickness t: time x: depth

【0027】そこで、400℃に加熱されたガラス基板
の表面を瞬間的に1080℃に上昇させた時のガラス基
板内部の温度分布を上記式(1)を用いて計算すると図
3のようになる。図3より、ガラス基板表面を1080
℃に0.1秒間保持するのに必要な熱量は、ガラスの比
熱を0.78J/g・k、密度を2.54g/cm3
して、単位面積当たり40J/cm2となる。一方、Z
nの5atom、1080℃における凝縮熱は約95k
J/molであるので、単位面積当たり40/9500
0=4.2×10-4mol/cm2のZnをサンプル表
面に蒸着させれば良いことになる。従って、蒸着するZ
nの膜厚は4.2×10-4mol/cm 2×64.4
(g/mol)/7.14(g/cm3)=3.8×1
-5(cm)=38(μm)となる。
Therefore, a glass substrate heated to 400 ° C.
Glass base when surface of glass is instantaneously raised to 1080 ° C
The figure shows the temperature distribution inside the plate calculated using the above equation (1).
It looks like 3. According to FIG. 3, the surface of the glass substrate was 1080
The amount of heat required to hold for 0.1 seconds at
Heat 0.78J / g · k, density 2.54g / cmThreeWhen
And 40 J / cm per unit areaTwoBecomes On the other hand, Z
n at 5 atom, heat of condensation at 1080 ° C is about 95k
J / mol, 40/9500 per unit area
0 = 4.2 × 10-Fourmol / cmTwoSample table of Zn
What is necessary is to vapor-deposit on a surface. Therefore, the deposited Z
The film thickness of n is 4.2 × 10-Fourmol / cm Two× 64.4
(G / mol) /7.14 (g / cmThree) = 3.8 × 1
0-Five(Cm) = 38 (μm).

【0028】そこで、図1に示すノズル6から、Arに
より5atomに加圧された雰囲気18内でヒーター1
1により400℃に昇温されたポリシリコン22、22
/SiO2に1080℃のZnが膜厚38μmになるよ
うに噴射される。この場合、1秒間に400μmのZn
(液体)が直径約1cmの円状に堆積するようにノズル
6から300sccmの条件でZn(気体)が噴射さ
れ、ホルダー8は、10cm/sの速度で矢印16、1
7の方向に移動される。そして、堆積したZn(気体)
はSiO2(21)表面で冷却されてZn(液体)に凝
縮され、Zn(気体)からSiO2(21)を介してポ
リシリコン22、22に凝縮熱が与えられる。そして、
イオンドーピングによりポリシリコン22、22中に導
入されたリン(P)原子は電気的に活性化される。ポリ
シリコン22、22/SiO2表面に堆積したZn(液
体)は、400℃付近まで冷却されると液体から固体の
Znになる(図2の(b)参照)。
Therefore, the heater 1 is supplied from the nozzle 6 shown in FIG. 1 in an atmosphere 18 pressurized to 5 atoms with Ar.
Polysilicon 22, 22 heated to 400 ° C. by step 1
Zn at 1080 ° C. is sprayed onto / SiO 2 so as to have a film thickness of 38 μm. In this case, 400 μm of Zn per second
Zn (gas) is jetted from the nozzle 6 under the condition of 300 sccm so that the (liquid) is deposited in a circular shape having a diameter of about 1 cm, and the holder 8 moves the arrows 16 and 1 at a speed of 10 cm / s.
7 is moved. And the deposited Zn (gas)
Is cooled on the SiO 2 (21) surface and condensed into Zn (liquid), and heat of condensation is given to the polysilicons 22 from the Zn (gas) via the SiO 2 (21). And
Phosphorus (P) atoms introduced into polysilicons 22 by ion doping are electrically activated. The Zn (liquid) deposited on the polysilicon 22, 22 / SiO 2 surface changes from liquid to solid Zn when cooled to around 400 ° C. (see FIG. 2B).

【0029】雰囲気18が室温まで冷却された後、固体
のZnが付着したポリシリコン22、22/SiO2
取り出し、135℃の硫酸と過酸化水素の混合液に浸
し、固体のZn23を除去する。そして、HFによりS
iO2を除去した後にポリシリコン22、22のシート
抵抗を測定した結果、平均380Ω/□(最小:365
Ω/□、最大:405Ω/□)であり、従来のRTA法
に比較して約25%程度、シート抵抗が小さくなってい
ることがわかった。また、図3からもわかるようにガラ
ス基板の約2/3は200℃以下の温度上昇であるた
め、従来のRTA法(加熱昇温時間:〜100秒)に比
較し、基板ガラスへのダメージも少ない。
After the atmosphere 18 is cooled down to room temperature, the polysilicon 22, 22 / SiO 2 to which solid Zn is adhered is taken out and immersed in a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide at 135 ° C. to remove the solid Zn23. . And S by HF
iO 2 Results of measurement of the sheet resistance of the polysilicon 22 and 22 after removal of the average 380Ω / □ (Min: 365
Ω / □, maximum: 405 Ω / □), which indicates that the sheet resistance is reduced by about 25% as compared with the conventional RTA method. Further, as can be seen from FIG. 3, since about 2/3 of the glass substrate has a temperature rise of 200 ° C. or less, the damage to the substrate glass is lower than that of the conventional RTA method (heating time: 100 seconds). Also less.

【0030】図1、4を参照して、容射Siの凝固熱を
利用したTFTの作製について説明する。
With reference to FIGS. 1 and 4, the production of a TFT utilizing the heat of solidification of sprayed Si will be described.

【0031】基板上に、膜厚50nmのアモルファスシ
リコン30、30をプラズマCVD法により堆積し、所
定のパターンにパターニングした後、アモルファスシリ
コン30、30を覆うようにSiO231を100n
m、プラズマCVD法により堆積する(図4の(a)参
照)。その後、図1のるつぼ1中で、2wt%のリン
(P)を含むSiを1410℃以上にヒーター2により
加熱して溶融し、その溶融したSiをノズル6からSi
231上に容射する(図4の(b)参照)。
Amorphous silicon layers 30 and 30 having a thickness of 50 nm are deposited on the substrate by a plasma CVD method and patterned into a predetermined pattern. Then, 100 n of SiO 2 31 is formed so as to cover the amorphous silicon layers 30 and 30.
m, deposited by a plasma CVD method (see FIG. 4A). Then, in the crucible 1 of FIG. 1, Si containing 2 wt% of phosphorus (P) is heated to 1410 ° C. or higher by the heater 2 and melted.
Inject onto O 2 31 (see FIG. 4 (b)).

【0032】この場合、1410℃のSiを瞬間的に与
えた時のガラス基板内部の温度分布を計算すると図5の
ようになる。図5より、ガラス基板の約1/2がガラス
の歪点(600〜650℃)を超えないことを基準とし
て、アニール時間は0.1秒とした。また、図5中の
0.1秒後の温度分布より、基板1cm2当たりに必要
な熱量は、56.2J/cm2と計算できる。一方、S
iの凝固熱は、456kJ/molであり、Siの原子
量:28.086、密度:2.33g/cm3を考慮す
ると、Si1cm3当たりの凝固熱は37.8kJ/c
3である。従って、1cm2当たりの56.2J/cm
2の熱量を発生するのに必要なSiの厚さは56.2/
37.8×103=1.49×10-3cm=15μmで
ある。
In this case, the temperature distribution inside the glass substrate when Si at 1410 ° C. is instantaneously applied is calculated as shown in FIG. From FIG. 5, the annealing time was set to 0.1 second on the basis that about 1/2 of the glass substrate does not exceed the glass strain point (600 to 650 ° C.). Also, from the temperature distribution after 0.1 seconds in FIG. 5, the amount of heat required per 1 cm 2 of the substrate can be calculated as 56.2 J / cm 2 . On the other hand, S
i of heat of solidification is 456kJ / mol, the atomic weight of Si: 28.086, Density: Given the 2.33 g / cm 3, heat of solidification per Si1cm 3 is 37.8kJ / c
m is 3. Therefore, 56.2 J / cm per 1 cm 2
The thickness of Si required to generate the heat of 2 is 56.2 /
37.8 × 10 3 = 1.49 × 10 −3 cm = 15 μm.

【0033】よって、SiO231上に15μmのSi
が堆積されるようにノズル6から溶融Si(1500
℃)32が容射される。そして、SiO231上に堆積
したSi33から凝固熱がアモルファスシリコン30に
与えられ、アモルファスシリコン30がポリシリコン3
4になる(図4の(b)、(c)参照)。
Therefore, 15 μm of Si on the SiO 2 31
From the nozzle 6 such that molten Si (1500) is deposited.
° C) 32. Then, heat of solidification is given to the amorphous silicon 30 from the Si 33 deposited on the SiO 2 31, and the amorphous silicon 30 is
4 (see FIGS. 4B and 4C).

【0034】アモルファスシリコン30、30をポリシ
リコン34、34に結晶化させた後、SiO231上に
堆積したシリコンを島状にパターニングし、P+イオン
を100keVのエネルギーで1×1015cm-2注入す
る。そして、島状のSi35、35上に層間絶縁膜とし
てSiO2を450nm堆積して、上記説明したように
Znの凝縮熱を用いてソース・ドレイン領域を活性化す
る。表面に残ったZnを硫酸と過酸化水素水の混合液に
より除去した後、ソース・ドレインおよびゲートにAl
による配線を施し、W/L=100/100(μm)の
n−chTFTを作製した。TFTの特性は、電界移動
度μ=185cm2/V・s、Vth=0.2V、S=
0.02V/dec.であった。
After crystallizing the amorphous silicon 30 into the polysilicon 34, the silicon deposited on the SiO 2 31 is patterned into an island shape, and P + ions are applied at an energy of 100 keV to 1 × 10 15 cm −. Inject 2 Then, the SiO 2 was 450nm deposited as an interlayer insulating film on the island-shaped Si35,35, activates the source and drain regions using the condensation heat of Zn as described above. After removing Zn remaining on the surface with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, Al
And an n-ch TFT with W / L = 100/100 (μm) was manufactured. The characteristics of the TFT are as follows: electric field mobility μ = 185 cm 2 / V · s, Vth = 0.2 V, S =
0.02 V / dec. Met.

【0035】容射Siを用いて薄いゲート電極を有する
TFTを作製することも可能である。ゲート電極の厚さ
を300nmとすると、300nmのSiの1cm2
たりの凝固熱は37.8(kJ/cm3)×0.3×1
-4cm=1.134J/cm2である。上記図2の
(a)に示すものと同じサンプルを作製し、ノズル径
1.5mmのノズルから基板走査速度1.2m/sでS
iを容射し、300nmのSiを堆積した。この場合、
容射Siには、2wt%のP原子が含まれている。そし
て、容射Siを島状化した後、100keVのP+イオ
ンと35keVのB+イオンを、それぞれ、1×1015
cm-2、5×1014cm-2だけ注入マスクを用いて個別
にイオン注入する。その後、層間絶縁膜を形成し、Zn
の凝縮熱による活性化を上記と同様にして行い、Al配
線を施した。
It is also possible to manufacture a TFT having a thin gate electrode by using projection Si. Assuming that the thickness of the gate electrode is 300 nm, the heat of solidification of 300 nm Si per 1 cm 2 is 37.8 (kJ / cm 3 ) × 0.3 × 1.
0 −4 cm = 1.134 J / cm 2 . The same sample as that shown in FIG. 2A was prepared, and a sample having a nozzle diameter of 1.5 mm was scanned at a substrate scanning speed of 1.2 m / s.
i was applied and 300 nm of Si was deposited. in this case,
Thermal spray Si contains 2 wt% of P atoms. Then, after the sprayed Si was converted into islands, 100 keV P + ions and 35 keV B + ions were respectively added to 1 × 10 15
Ion implantation is performed individually using an implantation mask at a dose of cm −2 and 5 × 10 14 cm −2 . Thereafter, an interlayer insulating film is formed, and Zn
Was activated in the same manner as described above, and Al wiring was provided.

【0036】TFTの特性は、n−chTFT(W/L
=10/5(μm)でμ=140cm2/V・s、Vt
h=0.35V、S=0.04V/dec.であり、p
−chTFT(W/L=20/5(μm)でμ=75c
2/V・s、Vth=−1.0V、S=0.15V/
dec.であった。実回路に使用するためにはVthを
コントロールする必要があるので、n−chTFTにB
+イオンを1.5×1012cm-2、p−chTFTにP+
イオンを1.5×1012cm-2、それぞれ、ゲート電極
を容射により作製する前に注入した。その結果、Vth
は、それぞれ、1.9V、−2.8Vとなった。このよ
うにして作製したリングオシレータの発振周波数は、入
力15Vに対して13.5MHzであった。
The characteristics of the TFT are n-ch TFT (W / L
= 10/5 (μm) and μ = 140 cm 2 / V · s, Vt
h = 0.35V, S = 0.04V / dec. And p
-Ch TFT (W / L = 20/5 (μm) and μ = 75c)
m 2 / V · s, Vth = −1.0 V, S = 0.15 V /
dec. Met. Since it is necessary to control Vth in order to use it in an actual circuit, the n-ch TFT has B
+ Ions at 1.5 × 10 12 cm -2 , P +
Ions were implanted at 1.5 × 10 12 cm −2 each before the gate electrode was fabricated by spraying. As a result, Vth
Became 1.9 V and -2.8 V, respectively. The oscillation frequency of the ring oscillator thus manufactured was 13.5 MHz for an input of 15 V.

【0037】図6を参照して、Niの凝固熱を利用した
MIC効果について説明する。図6の(a)に示すよう
に、アモルファスシリコン層51が設けられ、その両端
には、ソース、ドレインになるドープされたアモルファ
スシリコン層51、51が存在し、アモルファスシリコ
ン層51、およびドープされたアモルファスシリコン層
51、51上にはゲート電極53を囲むようにSiO2
層52が設けられた積層構造にコンタクトホールCH
1、CH2、CH3を形成する。そして、コンタクトホ
ールCH1、CH2、CH3を形成した後、図6(b)
に示すように溶融したNi54を容射することでNiの
MIC効果(Niによる触媒効果)を用いてアモルファ
スシリコン層51、およびドープされたアモルファスシ
リコン層51、51を結晶化した多結晶シリコン(po
ly−Si)55、56、56に変えることができる。
なお、Niの融点は1455℃である。図6のような工
程を用いることにより、アモルファスシリコンの結晶化
と共に、容射して形成したNiを配線として用いること
ができ、プロセスを簡略化できる。
The MIC effect utilizing the heat of solidification of Ni will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6A, an amorphous silicon layer 51 is provided, and at both ends, doped amorphous silicon layers 51 and 51 serving as a source and a drain are present. SiO 2 is formed on the amorphous silicon layers 51 and 51 so as to surround the gate electrode 53.
The contact hole CH is formed in the laminated structure in which the layer 52 is provided.
1, CH2 and CH3 are formed. Then, after forming contact holes CH1, CH2, CH3, FIG.
As shown in FIG. 7, the amorphous silicon layer 51 and the doped amorphous silicon layers 51, 51 are crystallized using the MIC effect of Ni (catalytic effect of Ni) by spraying the molten Ni 54 to form polycrystalline silicon (po).
ly-Si) 55, 56, 56.
The melting point of Ni is 1455 ° C. By using the process as shown in FIG. 6, the crystallization of amorphous silicon can be used, and Ni formed by irradiation can be used as a wiring, and the process can be simplified.

【0038】上記説明したようにZnの凝縮熱、Siの
凝固熱を利用してSiを瞬間的に加熱することにより、
アモルファスシリコンをポリシリコンに結晶化すること
が可能であり、また、シリコン中のP原子、B原子等の
不純物原子を電気的に活性化することが可能である。
As described above, by instantaneously heating Si using the heat of condensation of Zn and the heat of solidification of Si,
Amorphous silicon can be crystallized into polysilicon, and impurity atoms such as P atoms and B atoms in silicon can be electrically activated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願発明に係る半導体の加熱装置の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view of a semiconductor heating apparatus according to the present invention.

【図2】Znの凝縮熱を用いた活性化を説明する図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating activation using heat of condensation of Zn.

【図3】Znの凝縮熱を与えたときのガラス内部の温度
分布である。
FIG. 3 is a temperature distribution inside the glass when heat of condensation of Zn is given.

【図4】Siの凝固熱を用いた結晶化を説明する図であ
る。
FIG. 4 is a diagram illustrating crystallization using heat of solidification of Si.

【図5】Siの凝固熱を与えたときのガラス内部の温度
分布である。
FIG. 5 is a temperature distribution inside glass when heat of solidification of Si is given.

【図6】NiによるMIC効果を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the MIC effect of Ni.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・るつぼ 2、11・・・ヒーター 3・・・溶融Zn 4・・・気化したZn 5・・・開閉弁 6・・・ノズル 7・・・噴射Zn 8・・・ホルダー 9・・・サンプル 10・・・加熱装置 12・・・ボンベ 13・・・レギュレータ 14・・・配管 15・・・出射口 16、17・・・矢印 18・・・雰囲気 19・・・容器 20・・・基板 21、31、53・・・SiO2 22、34、55、56・・・ポリシリコン 50、51・・・アモルファスシリコン 54・・・ニッケルDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crucible 2, 11 ... Heater 3 ... Melted Zn 4 ... Vaporized Zn 5 ... On-off valve 6 ... Nozzle 7 ... Injection Zn 8 ... Holder 9 ...・ Sample 10 ・ ・ ・ Heating device 12 ・ ・ ・ Cylinder 13 ・ ・ ・ Regulator 14 ・ ・ ・ Piping 15 ・ ・ ・ Emission port 16, 17 ・ ・ ・ Arrow 18 ・ ・ ・ Atmosphere 19 ・ ・ ・ Container 20 ・ ・ ・Substrates 21, 31, 53: SiO 2 22, 34, 55, 56: polysilicon 50, 51: amorphous silicon 54: nickel

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 変態熱を放出する媒体と、 前記媒体より低い温度に保持された被加熱物質と、 前記媒体を前記被加熱物質に接触させる接触手段とを備
える半導体の加熱装置。
An apparatus for heating a semiconductor, comprising: a medium that emits transformation heat; a substance to be heated maintained at a lower temperature than the medium; and contact means for bringing the medium into contact with the substance to be heated.
【請求項2】 媒体と、 前記媒体を変態熱を放出し得る温度に加熱する加熱手段
と、 前記媒体が変態熱を放出し得る温度より低い温度に保持
された被加熱物質と、 前記加熱手段により変態熱を放出し得る温度に加熱され
た媒体を前記被加熱物質に接触させる接触手段とを備え
る半導体の加熱装置。
2. A medium, heating means for heating the medium to a temperature capable of releasing transformation heat, a material to be heated maintained at a temperature lower than a temperature at which the medium can emit transformation heat, and the heating means Contacting means for bringing a medium heated to a temperature capable of releasing transformation heat into contact with the substance to be heated.
【請求項3】 前記変態熱は、凝固熱もしくは凝縮熱で
ある請求項1または請求項2に記載の半導体の加熱装
置。
3. The semiconductor heating apparatus according to claim 1, wherein the transformation heat is heat of solidification or heat of condensation.
【請求項4】 媒体を変態熱を放出し得る温度に加熱す
る第1のステップと、 前記第1のステップにより加熱された媒体を被加熱物質
に接触させる第2のステップとから成る半導体の加熱方
法。
4. A method for heating a semiconductor, comprising: a first step of heating a medium to a temperature at which transformation heat can be released; and a second step of bringing the medium heated by the first step into contact with a substance to be heated. Method.
【請求項5】 前記変態熱は、凝固熱もしくは凝縮熱で
ある請求項4記載の半導体の加熱方法。
5. The semiconductor heating method according to claim 4, wherein said transformation heat is heat of solidification or heat of condensation.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008182205A (en) * 2006-12-15 2008-08-07 Applied Materials Inc Method and apparatus for heating substrate

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