JP2002261040A - Heat treatment device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Heat treatment device and method for manufacturing semiconductor device

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JP2002261040A
JP2002261040A JP2001401933A JP2001401933A JP2002261040A JP 2002261040 A JP2002261040 A JP 2002261040A JP 2001401933 A JP2001401933 A JP 2001401933A JP 2001401933 A JP2001401933 A JP 2001401933A JP 2002261040 A JP2002261040 A JP 2002261040A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for activating an impurity element added to a semiconductor film in heat treatment for short time and performing a gettering processing on the semiconductor film without deforming a substrate in the manufacturing processor of a semiconductor device where the substrate having low heat resistance such as glass is used, and to provide a heat treatment device where such heat treatment is realized. SOLUTION: The device is provided with a reaction tube, an exhausting means depressurizing the reaction tube, a means introducing gas heating or cooling the object to be treated which is installed in the reaction tube, a light source heating the object to be treated which is installed in the reaction tube, and a means for flickering the light source in a pulse shape. Heating by the object to be treated by the light source is provided with a first means which flickers in a pulse shape at the period of not more than one second and heats the object to be treated, and a second means which flickers in the pulse shape at the period of not less than one second and which heats the object to be treated.

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】本発明は熱処理装置及び該熱
処理装置を用いた半導体装置の作製方法に関する。特に
本発明は、ランプなど光源からの輻射により被処理物を
加熱する熱処理装置に関し、該熱処理装置を用いた半導
体装置の作製方法は結晶構造を有する半導体膜を用いる
半導体装置に適用される。
The present invention relates to a heat treatment apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device using the heat treatment apparatus. In particular, the present invention relates to a heat treatment apparatus for heating an object to be processed by radiation from a light source such as a lamp, and a method for manufacturing a semiconductor device using the heat treatment apparatus is applied to a semiconductor device using a semiconductor film having a crystal structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体に添加した不純物の活性化や、半
導体と電極とのコンタクト形成に熱処理は必須の工程と
なっている。中でもホットウオール型の横型又は縦型の
ファーネスアニール炉は代表的な熱処理装置として知ら
れている。
2. Description of the Related Art Heat treatment is an essential step for activating impurities added to a semiconductor and for forming a contact between a semiconductor and an electrode. Among them, a hot wall type horizontal or vertical furnace annealing furnace is known as a typical heat treatment apparatus.

【0003】しかしながら、半導体を用いて作製される
モノシリック型の集積回路は、その微細化に伴って極め
て精密な加工精度の要求がますます高まっている。特
に、浅い接合の形成には不純物の拡散を最低限にとどめ
る熱処理技術が必要であり、ファーネスアニール炉のよ
うに加熱及び冷却にかなりの時間を必要とする方法は必
ずしも適切ではないと考えられている。
[0003] However, monolithic integrated circuits manufactured using semiconductors are increasingly required to have extremely precise processing accuracy with miniaturization. In particular, the formation of a shallow junction requires a heat treatment technique that minimizes the diffusion of impurities, and a method that requires a considerable amount of time for heating and cooling, such as a furnace annealing furnace, is not considered appropriate. I have.

【0004】これに対し急速加熱及び急速冷却を行う熱
処理技術として、瞬間熱アニール(Rapid Thermal Anne
al:以下、RTAと記す)が開発されており、数十秒か
ら数マイクロ秒の間に瞬間的に熱を加えて行う方法が開
発されている。RTAは主に赤外線ランプを用いて基板
を急速に加熱し、短時間で熱処理を行う方法として知ら
れている。
On the other hand, as a heat treatment technique for performing rapid heating and rapid cooling, rapid thermal annealing (Rapid Thermal Anneal) is used.
al: RTA) has been developed, and a method has been developed in which heat is applied instantaneously for several tens of seconds to several microseconds. RTA is known as a method for rapidly heating a substrate mainly using an infrared lamp and performing heat treatment in a short time.

【0005】ところで、集積回路はシリコンウエハーな
どの半導体基板を用いて作製されるものばかりでなく、
ガラスや石英などの基板上に形成した薄膜トランジスタ
(以下、TFTという)を用いる方法も開発されてい
る。TFTはその構造や作製方法に違いはあるものの、
いずれにしてもチャネルを形成する活性層を非晶質半導
体膜で形成するより、結晶構造を有する半導体膜(以
下、結晶質半導体膜と記す)で形成する方が良好な電気
的特性を得ることができる。
[0005] By the way, an integrated circuit is not only manufactured using a semiconductor substrate such as a silicon wafer, but also an integrated circuit.
A method using a thin film transistor (hereinafter, referred to as TFT) formed on a substrate such as glass or quartz has also been developed. Although there are differences in the structure and manufacturing method of TFT,
In any case, better electrical characteristics are obtained by forming a semiconductor film having a crystalline structure (hereinafter, referred to as a crystalline semiconductor film) than forming an active layer for forming a channel with an amorphous semiconductor film. Can be.

【0006】石英基板を用いれば900℃の熱処理にも
耐えることができ、半導体基板を前提とした製造技術を
応用することが可能である。一方、液晶表示装置のよう
に基板のサイズが大型化する場合には、コストの低減の
ために安価なガラス基板を用いることが前提条件とな
る。液晶表示装置などの電子機器向けに市販または量産
されているガラス基板は、含有するアルカリ元素の濃度
を低減したアルミノホウケイ酸ガラスやバリウムホウケ
イ酸ガラスなどが用いられているが、このようなガラス
基板の耐熱温度はせいぜい650℃程度であるので、必
然的に熱処理温度の上限がその近辺で決定されてしま
う。
If a quartz substrate is used, it can withstand a heat treatment at 900 ° C., and it is possible to apply a manufacturing technique based on a semiconductor substrate. On the other hand, when the size of the substrate is increased as in a liquid crystal display device, a prerequisite is to use an inexpensive glass substrate in order to reduce costs. Commercially available or mass-produced glass substrates for electronic devices such as liquid crystal display devices use aluminoborosilicate glass or barium borosilicate glass with a reduced concentration of the contained alkali element. Since the heat-resistant temperature is about 650 ° C. at the most, the upper limit of the heat treatment temperature is inevitably determined in the vicinity thereof.

【0007】例えば非晶質シリコン膜は、結晶化には6
00℃以上で数時間から数十時間の熱処理温度が要求さ
れる。結晶化をより短時間で行うためにはより高温にす
る必要がある。しかし、歪み点を超える熱処理温度の高
温化は、ガラス基板の不可逆的な変形を招き実用的な方
法とはならない。そのために採用されるレーザーアニー
ル法は、光学系により集光した高エネルギー密度のレー
ザー光を照射して結晶化するものである。代表的にはパ
ルス発振するエキシマレーザーが用いられ、レーザー光
の照射時間は数十ナノ秒でありながら、半導体膜は溶融
し液相状態を経て結晶化している。
For example, an amorphous silicon film can be crystallized by 6
A heat treatment temperature of several hours to several tens hours at 00 ° C. or higher is required. To perform crystallization in a shorter time, it is necessary to raise the temperature. However, increasing the heat treatment temperature beyond the strain point causes irreversible deformation of the glass substrate, and is not a practical method. The laser annealing method adopted for this purpose is to irradiate a high energy density laser beam condensed by an optical system for crystallization. A pulsed excimer laser is typically used, and the semiconductor film is melted and crystallized through a liquid state while the irradiation time of the laser light is several tens of nanoseconds.

【0008】勿論、RTA法でも非晶質半導体膜の結晶
化が試みられているが、レーザーアニール法よりは長い
加熱時間を要する。また、加熱温度からみても、RTA
法による結晶化は固相成長であるので、レーザーアニー
ル法と比較して、良質な結晶を得ることができないばか
りか、基板の温度もかなり上昇するので耐熱性のある石
英基板を使う必要がある。ガラス基板では、結晶化のた
めに照射するランプ光の数十秒の加熱で基板の温度が上
昇し、歪みや変形が生じてしまうことが確認されてい
る。
[0010] Of course, the crystallization of the amorphous semiconductor film has been attempted by the RTA method, but it requires a longer heating time than the laser annealing method. Also, from the viewpoint of heating temperature, RTA
Since crystallization by the crystallization method is a solid phase growth, it is not possible to obtain good quality crystals as compared with the laser annealing method, and the temperature of the substrate also rises considerably, so it is necessary to use a heat-resistant quartz substrate . In a glass substrate, it has been confirmed that the heating of the lamp light irradiated for crystallization for several tens of seconds raises the temperature of the substrate, causing distortion and deformation.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】半導体膜の熱処理によ
る結晶化や、添加した不純物の活性化は、その条件に最
適な温度範囲があるにしても、より高温で加熱するほど
反応は早く進行し、熱処理は短時間で済む。RTA法を
用いたとしても、耐熱性の低いガラス基板を用いる場合
には、その耐熱温度以上にガラス基板が加熱されるよう
な処理条件を適用することができないので、処理温度を
低くする代わりに処理時間を長くする必要が生じる。し
かしながら、RTAは枚葉式の処理を前提としているの
で、熱処理時間の増加はスループットの低下を招いてし
まう。
The crystallization of the semiconductor film by heat treatment and the activation of the added impurities are accelerated by heating at a higher temperature, even if the conditions have an optimum temperature range. The heat treatment is completed in a short time. Even when the RTA method is used, when a glass substrate having low heat resistance is used, processing conditions in which the glass substrate is heated to a temperature higher than the heat resistance temperature cannot be applied. A longer processing time is required. However, since RTA is based on single-wafer processing, an increase in heat treatment time causes a decrease in throughput.

【0010】RTA法は短時間で高温まで加熱すること
が可能であり、枚葉式であってもファーネスアニール法
に比べ潜在的に高い処理能力を有している。しかし、従
来のRTA法では加熱時間を短くする代わりに加熱温度
を高くする必要があり、活性化やゲッタリング処理にお
ける所望の効果を得るにはガラスの歪み点、さらには軟
化点以上に加熱する必要がある。例えば、ゲッタリング
処理をするために800℃にて60秒の熱処理をしただ
けで、ガラス基板は自重により湾曲し変形してしまう。
[0010] The RTA method is capable of heating to a high temperature in a short time, and has a potentially higher processing capability than the furnace annealing method even in a single-wafer method. However, in the conventional RTA method, it is necessary to increase the heating temperature instead of shortening the heating time. In order to obtain a desired effect in activation or gettering treatment, the glass is heated to a temperature higher than the strain point of the glass and further to the softening point. There is a need. For example, if only a heat treatment is performed at 800 ° C. for 60 seconds to perform the gettering process, the glass substrate is bent and deformed by its own weight.

【0011】もっとも、バッチ処理のファーネスアニー
ル炉を用いる手段も考慮されるが、被処理基板が大型化
すると装置も大型化し、設置面積の増大のみでなく、大
容量の炉内を均一に加熱するために消費電力が増大して
しまうことが問題となる。
Means for using a furnace annealing furnace for batch processing is also considered, but when the size of the substrate to be processed is increased, the size of the apparatus is increased, and not only the installation area is increased but also the inside of the large capacity furnace is heated uniformly. Therefore, there is a problem that power consumption increases.

【0012】本発明は、上記問題点を解決することを目
的とし、ガラスなど耐熱性の低い基板を用いた半導体装
置の製造工程において、基板を変形させることなく、短
時間の熱処理で半導体膜に添加した不純物元素の活性化
や、半導体膜のゲッタリング処理をする方法と、そのよ
うな熱処理を可能とする熱処理装置を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and in a process of manufacturing a semiconductor device using a substrate having low heat resistance such as glass, a semiconductor film can be formed by a short heat treatment without deforming the substrate. It is an object of the present invention to provide a method for activating an added impurity element or performing a gettering process on a semiconductor film and a heat treatment apparatus capable of performing such a heat treatment.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明の熱処理装置の構成は、反応管と、反応管内
に設置される被処理体を加熱または冷却する気体を導入
する手段と、反応管内に設置される被処理体を加熱する
ための光源と、当該光源をパルス状に点滅させる手段と
を備えている。また、他の構成は、反応管と、反応管内
に設置される被処理体を加熱された、或いは、室温又は
それ以下の温度に冷却された気体を導入する手段と、反
応管内に設置される被処理体を加熱するための光源と、
当該光源をパルス状に点滅させる手段とを備えている。
このような構成に加え、反応管内を減圧にする排気手段
が備えられていても良い。
The heat treatment apparatus of the present invention for solving the above-mentioned problems comprises a reaction tube and a means for introducing a gas for heating or cooling an object to be processed installed in the reaction tube. A light source for heating an object to be processed, which is installed in the reaction tube, and means for blinking the light source in a pulsed manner. Further, another configuration is such that a reaction tube and a unit for introducing a gas heated or cooled to a room temperature or lower at a temperature lower than or equal to a temperature of an object to be processed installed in the reaction tube are installed in the reaction tube. A light source for heating the object,
Means for blinking the light source in a pulsed manner.
In addition to such a configuration, an exhaust means for reducing the pressure inside the reaction tube may be provided.

【0014】また、光源による被処理体の加熱は、周期
1秒以下でパルス状に点滅して被処理体を加熱する第1
の手段と、周期1秒以上でパルス状に点滅して被処理体
を加熱する第2の手段とを備えている。これは、光源を
共通なものとするものの、その光源を点灯させる電源回
路の構成を変えることにより行う。
The heating of the object to be processed by the light source is performed in a first cycle in which the object is heated by flashing in a pulse shape at a cycle of 1 second or less.
Means, and second means for heating the object to be processed by blinking in a pulsed manner at a period of 1 second or more. This is done by changing the configuration of the power supply circuit that turns on the light source, although the light source is shared.

【0015】光源にはハロゲンランプ、メタルハライド
ランプ、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、キセ
ノンランプなどが採用されるが、いずれにしても放射光
として被処理体が吸収する波長帯を含むものを用いる。
例えば、シリコン膜であれば0.5〜1.5μmの波長
帯の光を放射するハロゲンランプやメタルハライドラン
プなどが適している。
As the light source, a halogen lamp, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a high-pressure sodium lamp, a xenon lamp, or the like is employed, and in any case, a light having a wavelength band which is absorbed by the object to be processed is used.
For example, in the case of a silicon film, a halogen lamp or a metal halide lamp that emits light in a wavelength band of 0.5 to 1.5 μm is suitable.

【0016】また、反応管内に導入する気体は窒素、ヘ
リウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性
気体を用い被処理体と反応することを防ぐ。
As a gas introduced into the reaction tube, an inert gas such as nitrogen, helium, argon, krypton, or xenon is used to prevent the gas from reacting with the object.

【0017】また、このような構成の熱処理装置を用い
た本発明の半導体装置の作製方法は、前記反応管内に加
熱された気体を供給し、前記反応管の外側に備えられた
光源をパルス状に点滅して、前記反応管内に置かれた被
処理体を加熱することを特徴としている。また、加熱を
終了した後には、反応管内に室温又はそれ以下に冷却さ
れた気体を供給し前記被処理体を冷却することによりス
ループットを向上させることもできる。また、反応管内
を減圧に保持して同様の作製方法を適用することもでき
る。尚、本発明において半導体装置とは半導体特性を利
用して機能しうる装置全般を指していう。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention using the heat treatment apparatus having such a configuration, a heated gas is supplied into the reaction tube, and a light source provided outside the reaction tube is pulsed. , And heats the object placed in the reaction tube. Further, after the heating is completed, a gas cooled to room temperature or lower may be supplied into the reaction tube to cool the object, thereby improving the throughput. Further, the same manufacturing method can be applied while maintaining the inside of the reaction tube under reduced pressure. In the present invention, a semiconductor device generally refers to a device that can function by utilizing semiconductor characteristics.

【0018】被処理体の加熱処理の方法は、加熱した不
活性気体をもって被処理体を加熱するに加え、光源を周
期1秒以下でパルス状に点滅して被処理体を加熱する第
1の段階と、前記光源を周期1秒以上でパルス状に点滅
して被処理体を加熱する第2の段階により行う方法も採
用される。この第1の段階は所定の温度まで被処理体を
予熱するために行い、第2の加熱処理は結晶化、活性
化、ゲッタリングなど所望の熱処理を行うためのもので
ある。
The method of heating the object to be processed is such that, in addition to heating the object to be processed with the heated inert gas, a light source is turned on and off in a pulsed manner at a cycle of 1 second or less to heat the object to be processed. There is also adopted a method of performing the step and the second step of heating the object by blinking the light source in a pulsed manner at a cycle of 1 second or longer. This first step is performed for preheating the object to be processed to a predetermined temperature, and the second heat treatment is for performing a desired heat treatment such as crystallization, activation, and gettering.

【0019】被処理体としては、ガラスまたは石英など
の基板上に形成された半導体膜などであり、半導体膜に
は一導電型の不純物が添加された不純物領域が形成され
ていても良い。また、ゲート絶縁膜、ゲート電極などが
形成されていても良い。
The object to be processed is a semiconductor film or the like formed on a substrate such as glass or quartz, and an impurity region to which an impurity of one conductivity type is added may be formed in the semiconductor film. Further, a gate insulating film, a gate electrode, and the like may be formed.

【0020】本発明の熱処理装置を用いた加熱処理は図
6で示すように、大別して予備加熱、加熱処理、冷却処
理の三つの段階に分けられる。予備加熱では加熱手段に
より加熱された不活性気体により被処理体を加熱する。
加熱温度は300〜500℃程度とし、その温度を保っ
た状態で光源をパルス状に点灯し、加熱処理を行う。光
源の1回当たりの発光時間は0.1〜60秒、好ましく
は0.1〜20秒であり、当該光源からの光を複数回照
射する。または、半導体膜の最高温度の保持時間が0.
5〜5秒であるように光源からの光をパルス状に照射す
る。その後、冷却処理では、冷却手段を介して供給され
る室温または室温以下の温度に冷却された不活性気体に
より200℃以下にまで被処理体を冷却する。
As shown in FIG. 6, the heat treatment using the heat treatment apparatus of the present invention is roughly divided into three stages of preheating, heat treatment, and cooling treatment. In the preheating, the object to be processed is heated by the inert gas heated by the heating means.
The heating temperature is about 300 to 500 ° C., and the light source is turned on in a pulsed manner while maintaining the temperature to perform the heat treatment. The light emission time per light source is 0.1 to 60 seconds, preferably 0.1 to 20 seconds, and the light from the light source is irradiated a plurality of times. Alternatively, the holding time of the maximum temperature of the semiconductor film is set to 0.
The light from the light source is radiated in a pulse shape so as to be 5 to 5 seconds. Thereafter, in the cooling treatment, the object to be processed is cooled to 200 ° C. or lower by an inert gas cooled to room temperature or lower than room temperature supplied through a cooling unit.

【0021】予備加熱は、加熱された不活性気体のみで
なく、図7に示すように光源を1秒以下の周期で点滅さ
せ、そのパルス光を複数回照射することによって行って
も良い。点滅にはパルスフォーミングネットワーク回路
を用い、パルス状の大電流を光源に効率良く供給する。
勿論、このようなパルス光による加熱と、加熱された不
活性気体による加熱を組み合わせて予備加熱を行っても
良い。
The preheating may be performed not only by the heated inert gas but also by flashing the light source at a cycle of 1 second or less and irradiating the pulsed light a plurality of times as shown in FIG. A pulse forming network circuit is used for blinking, and a large pulse-like current is efficiently supplied to the light source.
Of course, preliminary heating may be performed by combining such heating with the pulsed light and heating with the heated inert gas.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。本発明の熱処理装置の構成
を図1により説明する。図1に示す熱処理装置は、基板
を移動させる搬送手段108を備えた搬送室101の周
りに、ロード室102、アンロード室103、予備加熱
室104、熱処理室105、レーザー処理室106を備
えた構成となっている。これらの部屋は、排気手段11
1により減圧に保持することが可能となっている。ま
た、ゲート107a〜107eを介して搬送室101と
連結されている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The configuration of the heat treatment apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The heat treatment apparatus shown in FIG. 1 includes a load chamber 102, an unload chamber 103, a preheating chamber 104, a heat treatment chamber 105, and a laser processing chamber 106 around a transfer chamber 101 having a transfer unit 108 for moving a substrate. It has a configuration. These rooms are equipped with exhaust means 11
1 allows the pressure to be maintained at a reduced pressure. Further, it is connected to the transfer chamber 101 via gates 107a to 107e.

【0023】熱処理室105には光源118が備えら
れ、電源ユニット119により点灯させる。また、この
熱処理室105内を減圧にする排気手段111としてタ
ーボ分子ポンプ109とドライポンプ110が備えられ
ている。勿論、排気手段111には、その他の真空ポン
プを用いることが可能である。
The heat treatment chamber 105 is provided with a light source 118 and is turned on by a power supply unit 119. Further, a turbo-molecular pump 109 and a dry pump 110 are provided as an evacuation unit 111 for reducing the pressure in the heat treatment chamber 105. Of course, other vacuum pumps can be used for the evacuation unit 111.

【0024】熱処理室105内に導入する気体は窒素や
ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの不活性
気体を用いる。いずれにしても光源118の輻射熱に対
し吸収率の小さい媒質であることが望ましい。この気体
はシリンダー116bから供給されるが、このような気
体を供給する手段として、熱処理室105に導入する前
に気体の加熱手段112b及び冷却手段113bが設け
られている。これは熱処理室105に設置される被処理
体の加熱又は冷却をするためのものであり、気体はこの
いずれか一方の経路により熱処理室105に導入され
る。熱処理室105に供給した気体は、サーキュレータ
115bにより循環させて基板を冷却する。この場合、
気体の純度を維持するために精製器114bを途中に設
けておくことが望ましい。精製器114bはゲッター材
を用いても良いし、液体窒素によるコールドトラップを
用いても良い。
As the gas introduced into the heat treatment chamber 105, an inert gas such as nitrogen, helium, argon, krypton, or neon is used. In any case, it is desirable that the medium be a medium having a small absorptance to the radiant heat of the light source 118. This gas is supplied from a cylinder 116b. As a means for supplying such a gas, a gas heating means 112b and a cooling means 113b are provided before the gas is introduced into the heat treatment chamber 105. This is for heating or cooling the object to be processed installed in the heat treatment chamber 105, and the gas is introduced into the heat treatment chamber 105 through one of these paths. The gas supplied to the heat treatment chamber 105 is circulated by the circulator 115b to cool the substrate. in this case,
It is desirable to provide a purifier 114b in the middle to maintain the purity of the gas. The purifier 114b may use a getter material or a cold trap using liquid nitrogen.

【0025】光源118はその電源ユニット119によ
りパルス状に点灯させる。光源118の点灯及び消灯
と、熱処理室105に流す気体の流量は連動して変化さ
せている。被処理体は光源118の点灯により急速に加
熱される。昇温期間は100〜200℃/秒という昇温
速度で設定温度(例えば1150℃)まで加熱する。設
定温度は、被処理基板近傍に置かれた温度検出手段によ
り検知される温度である。温度検知手段としてはサーモ
パイルや熱電対などを用いる。
The light source 118 is turned on in a pulse by the power supply unit 119. The turning on and off of the light source 118 and the flow rate of the gas flowing into the heat treatment chamber 105 are changed in conjunction with each other. The object to be processed is rapidly heated by turning on the light source 118. During the heating period, the heating is performed to a set temperature (for example, 1150 ° C.) at a heating rate of 100 to 200 ° C./sec. The set temperature is a temperature detected by the temperature detecting means placed near the substrate to be processed. As a temperature detecting means, a thermopile, a thermocouple, or the like is used.

【0026】例えば、150℃/秒の昇温速度で加熱す
れば、1100℃まで7秒弱で加熱できる。その後、あ
る一定時間設定温度に保持し、光源の点灯を遮断する。
保持時間は0.5〜5秒とする。従って、光源の連続点
灯時間は0.1秒以上であり、90秒を超えることはな
い。
For example, if heating is performed at a heating rate of 150 ° C./sec, it can be heated to 1100 ° C. in less than 7 seconds. Thereafter, the temperature is maintained at the set temperature for a certain period of time, and the light source is turned off.
The holding time is 0.5 to 5 seconds. Therefore, the continuous lighting time of the light source is 0.1 second or more, and does not exceed 90 seconds.

【0027】光源にはハロゲンランプ、メタルハライド
ランプ、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、キセ
ノンランプなどを用いることができる。光源118の点
灯は、周期1秒以下でパルス状に点滅して被処理体を加
熱する第1の段階と、周期1秒以上でパルス状に点滅し
て被処理体を加熱する第2の段階とに分けて行われる。
第1の段階は被処理体を予備加熱するために行い、20
0〜400℃程度までの加熱を行う。第2の段階は、熱
処理を目的とした加熱であり、光源118の点灯時間を
長くして所望の温度まで基板を加熱する。
As a light source, a halogen lamp, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a high-pressure sodium lamp, a xenon lamp, or the like can be used. Lighting of the light source 118 is performed in a first step of heating the object by blinking in a pulse shape at a period of 1 second or less, and a second step of heating the object by blinking in a pulse shape at a period of 1 second or more. It is performed separately.
The first step is performed for preheating the object to be processed,
Heat to about 0 to 400 ° C. The second stage is heating for the purpose of heat treatment, in which the lighting time of the light source 118 is extended to heat the substrate to a desired temperature.

【0028】光源118のパルス状の点灯は、被処理体
の所定の領域を選択的に加熱するために行っている。例
えば、被処理体としてガラス基板上の半導体膜がある場
合、赤外領域に強いスペクトル分布を持つハロゲンラン
プを用いれば、ガラス基板を変形させることなく実質的
に半導体膜を600℃以上に加熱することができる。
The pulsed lighting of the light source 118 is performed to selectively heat a predetermined region of the object to be processed. For example, in the case where a semiconductor film on a glass substrate is used as an object to be processed, if a halogen lamp having a strong spectral distribution in an infrared region is used, the semiconductor film is heated to substantially 600 ° C. or higher without deforming the glass substrate. be able to.

【0029】周期1秒以下でパルス状に点滅して被処理
体を加熱する第1の段階のように、短い周期でパルス状
の放電を可能とする回路の一例は図8に示されている。
図8(A)の回路はパルスフォーミングネットワーク(P
ulse Forming Network)回路であり、L1、C1、Rに
よる臨界制動放電に、L2、C2、Rによる3倍の周期
の減衰振動を加えることでパルス波形を方形波としてい
る。このような放電回路によりパルス幅10ナノ秒〜1
00ミリ秒で、10MA程度の出力が可能となる。放電
の持続時間はLとCの値や接続段数により可変可能であ
る。その出力は図8(B)に示すように光源H1〜Hn
に供給される。一方、周期1秒以上でパルス状に点滅し
て被処理体を加熱する第2の段階は、バッテリーを用や
フライホイール発電機などにより行う。
FIG. 8 shows an example of a circuit that enables pulse-like discharge in a short cycle, such as the first stage of heating a workpiece by blinking in a pulse-like manner in a cycle of 1 second or less. .
The circuit in FIG. 8A is a pulse forming network (P
The pulse waveform is a square wave by applying a damped oscillation of three times cycle by L2, C2 and R to critical braking discharge by L1, C1 and R. With such a discharge circuit, the pulse width is 10 nanoseconds to 1 nanosecond.
Output of about 10 MA is possible in 00 milliseconds. The duration of the discharge can be varied by the values of L and C and the number of connection stages. The output is the light sources H1 to Hn as shown in FIG.
Supplied to On the other hand, the second stage of heating the object by blinking in a pulsed manner at a cycle of 1 second or longer is performed using a battery or a flywheel generator.

【0030】熱処理は、排気手段111により13.3P
a以下の減圧下に保持された熱処理室105内に被処理
体を設置し、第1の段階として加熱手段112bにより
加熱された気体を導入し、13.3〜1.33×104P
aに保つ。導入された気体により被処理体は200〜4
00程度まで加熱される。この気体は精製器114b、
循環器115b、加熱手段112bの経路により循環さ
せても良い。この第1の段階として光源118を周期1
秒以下の短い間隔で点滅させる加熱を加えても良い。そ
の後、第2の段階として光源118より1〜60秒の点
灯時間のパルス光を複数回照射する熱処理を行う。所定
の熱処理が終わった後、気体の流入経路を変更し、冷却
手段113bを介して導入する。これは、被処理体を冷
却するために行うものであり、冷却される気体の温度は
室温〜液体窒素温度程度までとする。
The heat treatment is performed by evacuation means 111 for 13.3P.
The object to be processed is set in the heat treatment chamber 105 kept under reduced pressure of a or less, and as a first step, a gas heated by the heating means 112b is introduced, and 13.3 to 1.33 × 10 4 P
keep in a. The object to be processed is 200 to 4 depending on the introduced gas.
It is heated to about 00. This gas is supplied to the purifier 114b,
It may be circulated through the path of the circulator 115b and the heating means 112b. In this first stage, the light source 118
Heating which blinks at short intervals of less than seconds may be added. After that, as a second step, heat treatment is performed by irradiating the light source 118 with pulsed light having a lighting time of 1 to 60 seconds a plurality of times. After the predetermined heat treatment is completed, the gas inflow path is changed and the gas is introduced through the cooling means 113b. This is performed to cool the object to be processed, and the temperature of the gas to be cooled is from room temperature to the temperature of liquid nitrogen.

【0031】このように、本発明の熱処理装置は、被処
理体の加熱と冷却にかかる時間を短縮するために室温以
上の温度に加熱、又は室温からそれ以下の温度に冷却し
た気体を用いることを特徴としている。また減圧下にて
行うことにより断熱性を高め熱効率を向上させている。
実際の加熱時間を短くし、かつ、半導体膜に選択的に吸
収される光を光源から照射することにより、基板自体は
それ程加熱することなく、半導体膜のみを選択的に加熱
することが可能となる。
As described above, in the heat treatment apparatus of the present invention, in order to reduce the time required for heating and cooling the object to be processed, a gas heated to a temperature above room temperature or cooled from room temperature to a temperature lower than room temperature is used. It is characterized by. In addition, by performing the treatment under reduced pressure, the heat insulating property is increased and the thermal efficiency is improved.
By shortening the actual heating time and irradiating light selectively absorbed by the semiconductor film from the light source, it is possible to selectively heat only the semiconductor film without heating the substrate itself so much. Become.

【0032】予備加熱室104は被処理体の加熱及び冷
却をより積極的に行うものであり、シリンダー116a
から供給される不活性気体を加熱手段112a又は冷却
手段113aにより加熱又は冷却し、被処理体に吹き付
ける構成となっている。予備加熱室104は同様に排気
手段111により減圧に保持され、導入された気体は精
製器114a、循環器115aにより循環させることも
可能である。
The preheating chamber 104 is used for heating and cooling the object to be processed more positively.
Is heated or cooled by the heating means 112a or the cooling means 113a, and is blown to the object to be processed. Similarly, the preheating chamber 104 is maintained at a reduced pressure by the exhaust means 111, and the introduced gas can be circulated by the purifier 114a and the circulator 115a.

【0033】また、付属するレーザー処理室106はレ
ーザー光により被処理体の熱処理を行う処理室であり、
レーザー発振器121及びレーザー光を被処理体に所定
のエネルギー密度で照射するための光学系122などが
備えられている。
The attached laser processing chamber 106 is a processing chamber for performing a heat treatment on the object to be processed by laser light.
A laser oscillator 121 and an optical system 122 for irradiating the object to be processed with laser light at a predetermined energy density are provided.

【0034】図2は熱処理室105の詳細を説明する図
である。熱処理室105には石英で形成された反応管1
60があり、その外側に光源118が設けられている。
反応管160内に被処理体が設置されるが、温度分布を
均一なものとするために被処理基板はピン上に乗せられ
る。減圧手段111は、好ましくはターボ分子ポンプ1
09とドライポンプ111とから成り、反応管内の気体
を排気し減圧に保持するために用いる。光源118によ
り加熱される温度の測定は、熱電対を用いた温度検出手
段124により行う。反応管160内にはサーモパイル
などのセンサー125が設けられ、間接的に被処理体の
加熱温度をモニターしている。
FIG. 2 is a view for explaining details of the heat treatment chamber 105. The reaction tube 1 made of quartz is placed in the heat treatment chamber 105.
60, and a light source 118 is provided outside thereof.
An object to be processed is placed in the reaction tube 160, and the substrate to be processed is placed on the pins in order to make the temperature distribution uniform. The decompression means 111 is preferably a turbo molecular pump 1
09 and a dry pump 111, which are used to exhaust the gas in the reaction tube and maintain the pressure in the reaction tube. The measurement of the temperature heated by the light source 118 is performed by the temperature detecting means 124 using a thermocouple. A sensor 125 such as a thermopile is provided in the reaction tube 160, and indirectly monitors the heating temperature of the object.

【0035】減圧下での熱処理においても、光源からの
輻射が被処理体に吸収される波長帯を用いることによ
り、効率良く加熱することが可能である。減圧下での熱
処理は酸素濃度が低減され、被処理体の酸化を抑制する
ことができる。
In the heat treatment under reduced pressure, efficient heating can be achieved by using a wavelength band in which radiation from the light source is absorbed by the object. In the heat treatment under reduced pressure, the oxygen concentration is reduced and oxidation of the object to be processed can be suppressed.

【0036】光源118は電源ユニット119により点
灯と消灯の動作をする。コンピュータ120はこの電源
ユニット119と、気体の加熱手段112b及び冷却手
段113b、精製器114b、循環器115bの動作を
集中して制御している。
The light source 118 is turned on and off by the power supply unit 119. The computer 120 centrally controls the operation of the power supply unit 119, the gas heating means 112b and the gas cooling means 113b, the purifier 114b, and the circulator 115b.

【0037】反応管160は二重構造になっており、内
管161の内側に被処理体が設置されている。加熱手段
112b又は冷却手段113bを介して供給される不活
性気体は反応管(外管)160と内管161との間に供
給され、内管161に設けられた細孔から内管161の
内側に供給されるようになっている。
The reaction tube 160 has a double structure, and an object to be processed is provided inside the inner tube 161. The inert gas supplied via the heating means 112 b or the cooling means 113 b is supplied between the reaction tube (outer tube) 160 and the inner tube 161, and passes through the pores provided in the inner tube 161 to the inside of the inner tube 161. It is supplied to.

【0038】図3は熱処理室105における他の構成例
であり、反応管160内に供給する不活性気体を加熱及
び冷却する手段としてラジエター162を用い、反応管
160に直結した構成を示している。ラジエター162
は熱交換器126に接続し加熱又は冷却を行う。その他
の構成は図2と同様なものとする。
FIG. 3 shows another example of the configuration of the heat treatment chamber 105, in which a radiator 162 is used as means for heating and cooling the inert gas supplied into the reaction tube 160, and is directly connected to the reaction tube 160. . Radiator 162
Is connected to the heat exchanger 126 to perform heating or cooling. Other configurations are the same as those in FIG.

【0039】図4は予備加熱室104の構成を示し、シ
リンダー116aから加熱手段112a又は冷却手段1
13aを介して供給される不活性気体は多孔質材107
を通して予備加熱室104内に供給される。細孔を多数
設けたシャワー板などを用いても良いが、基板100に
より均一に不活性気体を吹き付けるにはセラミックなど
で形成される多孔質材を用いて行うことが望ましい。そ
の他排気手段111などの構成は図1の説明に従うもの
とする。
FIG. 4 shows the configuration of the preheating chamber 104, in which the cylinder 116a is connected to the heating unit 112a or the cooling unit 1a.
The inert gas supplied through the porous material 107 is supplied through the porous material 107.
Through the preheating chamber 104. Although a shower plate having many pores may be used, it is preferable to use a porous material formed of ceramic or the like in order to uniformly blow the inert gas to the substrate 100. In addition, the configuration of the exhaust unit 111 and the like follows the description of FIG.

【0040】本発明の熱処理装置に適した不活性気体の
加熱手段及び冷却手段の構成の一例を図5に示す。図5
(A)は加熱手段の一例を示し、気体を通過させるシリ
ンダー150の内側に高純度のチタンやタングステンで
形成されたフィン152が設けられている。シリンダー
150は透光性の石英などで形成され、その外側に設け
られた光源150の輻射によりフィン152を加熱す
る。気体はフィン152に接触して加熱されるが、熱源
をシリンダー150の外部に設けることにより汚染が防
止され、通過させる気体の純度を維持することができ
る。
FIG. 5 shows an example of the constitution of the means for heating and cooling the inert gas suitable for the heat treatment apparatus of the present invention. FIG.
(A) shows an example of a heating means, in which a fin 152 made of high-purity titanium or tungsten is provided inside a cylinder 150 through which a gas passes. The cylinder 150 is formed of translucent quartz or the like, and heats the fins 152 by radiation of a light source 150 provided outside the cylinder. The gas is heated by contacting the fins 152. By providing a heat source outside the cylinder 150, contamination is prevented and the purity of the gas to be passed can be maintained.

【0041】図5(B)は冷却手段の一例を示し、気体
を通過させるシリンダー153内に高純度のチタンやタ
ングステンで形成されたフィン154が設けられ、ヒー
トパイプにより熱交換器155と接続している。気体は
フィン154に接触して加熱される。
FIG. 5B shows an example of the cooling means. Fins 154 made of high-purity titanium or tungsten are provided in a cylinder 153 through which gas passes, and connected to the heat exchanger 155 by a heat pipe. ing. The gas contacts the fins 154 and is heated.

【0042】以上、本発明を用いることにより、ガラス
等の耐熱性の低い基板を用いた場合においても、短時間
の熱処理で半導体膜に添加した不純物元素の活性化や、
半導体膜のゲッタリング処理をする方法及びそのような
熱処理を可能とすることができる。そしてこのような熱
処理は半導体装置の製造工程に組み入れることができ
る。本実施例において示す熱処理装置の構成は一例であ
り、ここで示す構成に限定されるものではない。本発明
の熱処理装置は、被処理基板を冷却する手段と、パルス
状に光源からの光を照射して半導体膜を加熱させる構成
に特徴があり、このような構成が満足されれば、その他
の構成は特に限定されるものではない。
As described above, according to the present invention, even when a substrate having low heat resistance such as glass is used, activation of impurity elements added to a semiconductor film by heat treatment in a short time,
A method for performing gettering treatment of a semiconductor film and such heat treatment can be performed. Such a heat treatment can be incorporated into a semiconductor device manufacturing process. The configuration of the heat treatment apparatus shown in this embodiment is an example, and is not limited to the configuration shown here. The heat treatment apparatus of the present invention is characterized by a means for cooling a substrate to be processed and a structure for heating a semiconductor film by irradiating light from a light source in a pulsed manner. The configuration is not particularly limited.

【0043】勿論、本発明の熱処装置はTFTのみなら
ず半導体基板を用いた集積回路の熱処理工程に用いるこ
とができる。
Of course, the heat treatment apparatus of the present invention can be used not only for a TFT but also for a heat treatment step of an integrated circuit using a semiconductor substrate.

【0044】[0044]

【実施例】[実施例1]本発明の熱処理装置を用いて、非
晶質半導体膜を結晶化させる実施例を図9により説明す
る。
[Embodiment 1] An embodiment in which an amorphous semiconductor film is crystallized using the heat treatment apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

【0045】図9において、基板201はアルミノホウ
ケイ酸ガラスまたはバリウムホウケイ酸ガラスなどによ
る透光性の基板である。厚さは0.3〜1.1mmのもの
を用いる。この基板201上に非晶質シリコン膜203
をプラズマCVD法で形成する。また、基板201から
非晶質シリコン膜203に熱処理などにより不純物元素
が混入しないようにブロッキング層201を形成する。
通常はシリコンを成分とする絶縁膜を用いて形成する
が、本実施例では、SiH4、N2O、NH3からプラズ
マCVD法で作製される第1酸化窒化シリコン膜を50
nm、SiH4、N2OからプラズマCVD法で作製される
第2酸化窒化シリコン膜を100nmの厚さに形成し、こ
れらを積層させてブロッキング層202としている。
In FIG. 9, a substrate 201 is a light-transmitting substrate made of aluminoborosilicate glass or barium borosilicate glass. The thickness is 0.3 to 1.1 mm. An amorphous silicon film 203 is formed on the substrate 201.
Is formed by a plasma CVD method. Further, a blocking layer 201 is formed so that an impurity element is not mixed into the amorphous silicon film 203 from the substrate 201 by heat treatment or the like.
Usually, an insulating film containing silicon as a component is used, but in this embodiment, a first silicon oxynitride film formed by a plasma CVD method from SiH 4 , N 2 O, and NH 3 is used.
A second silicon oxynitride film formed by a plasma CVD method from nm, SiH 4 , and N 2 O is formed to a thickness of 100 nm, and these are laminated to form a blocking layer 202.

【0046】非晶質シリコン膜203上には、シリコン
の結晶化に必要な加熱温度を低温化することが可能な金
属元素を添加する。このような触媒作用のある金属元素
としては鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(C
o)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジ
ウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(I
r)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)などであ
り、これらから選ばれた一種または複数種を用いること
ができる。
On the amorphous silicon film 203, a metal element capable of lowering the heating temperature required for crystallization of silicon is added. Examples of such catalytic metal elements include iron (Fe), nickel (Ni), and cobalt (C
o), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (I
r), platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), and the like, and one or more selected from these can be used.

【0047】重量換算で0.1〜100ppm、好ましく
は1〜5ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をス
ピナーで塗布してニッケル含有層204を形成する。こ
の場合、当該溶液の馴染みをよくするために、非晶質シ
リコン膜203の表面処理として、オゾン含有水溶液で
極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水
素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した
後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形
成しておくと良い。シリコンの表面は本来疎水性なの
で、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニ
ッケル塩溶液を均一に塗布することができる。
The nickel-containing layer 204 is formed by applying a nickel acetate salt solution containing 0.1 to 100 ppm, preferably 1 to 5 ppm, of nickel by weight using a spinner. In this case, in order to improve the familiarity of the solution, as a surface treatment of the amorphous silicon film 203, an extremely thin oxide film is formed with an ozone-containing aqueous solution, and the oxide film is mixed with hydrofluoric acid and a hydrogen peroxide solution. After forming a clean surface by etching, an ultrathin oxide film is preferably formed by treating again with an ozone-containing aqueous solution. Since the surface of silicon is inherently hydrophobic, a nickel acetate solution can be uniformly applied by forming an oxide film in this manner.

【0048】このような形態の被処理体をあらかじめ1
3.3Pa以下の減圧に保持された反応管206の中に設
置する。そして加熱手段により250℃に加熱された不
活性気体を導入して予備加熱を行う。予備加熱の時間は
任意なものとするが、一例として5分間のその状態で保
持する。或いは、他に設けられた予備加熱室であらかじ
め加熱されている場合には、1分間の予備加熱とするこ
ともできる。
An object to be processed in such a form is
It is installed in the reaction tube 206 maintained at a reduced pressure of 3.3 Pa or less. Then, preliminary heating is performed by introducing an inert gas heated to 250 ° C. by the heating means. The preheating time is arbitrary, but is kept in that state for 5 minutes as an example. Alternatively, in the case where heating is performed in advance in another preheating chamber, preheating for one minute can be performed.

【0049】その後、点灯時間を40秒とし、その点灯
間隔を30秒として光源を点滅させ、そのようなパルス
光による照射を複数回(代表的には2〜10回)繰り返
すことにより加熱処理を行う。このパルス光により瞬間
的に加熱される半導体膜の温度は直接的に測定されない
が、熱電対を用いた温度センサーの測定値として125
0℃となるように輻射強度を調節する。この加熱処理に
より非晶質シリコン膜を結晶化させることができる。そ
の後、不活性気体の導入経路を切り換え、冷却手段によ
り室温またはそれ以下の温度に冷却した不活性気体によ
り冷却を行う。
Thereafter, the light source is turned on and off with a lighting time of 40 seconds and a lighting interval of 30 seconds, and irradiation with such pulsed light is repeated a plurality of times (typically 2 to 10 times) to perform the heat treatment. Do. Although the temperature of the semiconductor film instantaneously heated by the pulsed light is not directly measured, the temperature measured by a temperature sensor using a thermocouple is 125.
The radiation intensity is adjusted to be 0 ° C. By this heat treatment, the amorphous silicon film can be crystallized. Thereafter, the introduction path of the inert gas is switched, and cooling is performed by the inert gas cooled to room temperature or lower by the cooling means.

【0050】また、プラズマCVD法で作製された非晶
質シリコン膜は膜中に水素が10〜30原子%程度残留
しており、この水素を加熱により脱離させてから結晶化
を行うことが通常行われる。そのための熱処理として、
点灯時間0.1秒程度のパルス光を複数回照射して半導
体膜を500℃程度まで加熱し、脱水素処理を行っても
良い。この脱水素処理は減圧下で行うことによりより促
進させることができる。
In an amorphous silicon film formed by a plasma CVD method, about 10 to 30 atomic% of hydrogen remains in the film, and crystallization may be performed after the hydrogen is desorbed by heating. Usually done. As heat treatment for that,
The semiconductor film may be heated to about 500 ° C. by irradiating pulse light having a lighting time of about 0.1 second a plurality of times to perform dehydrogenation treatment. This dehydrogenation treatment can be further promoted by performing the treatment under reduced pressure.

【0051】こうして、実質的には数秒十秒〜数分の加
熱時間で非晶質シリコン膜を結晶化することができ、歪
み点が660℃のガラス基板を用いても、基板を歪ませ
ること無く結晶化を行うことができる。
In this manner, the amorphous silicon film can be crystallized in a heating time of several seconds to ten minutes to several minutes. Even if a glass substrate having a strain point of 660 ° C. is used, the substrate can be distorted. Crystallization can be performed without any problem.

【0052】[実施例2]このようにして作製される結晶
質半導体膜を用いてTFTを作製する方法を図10を用
いて説明する。
[Embodiment 2] A method of manufacturing a TFT using the crystalline semiconductor film thus manufactured will be described with reference to FIGS.

【0053】まず、図10(A)において、アルミノホ
ウケイ酸ガラスまたはバリウムホウケイ酸ガラスなどに
よる透光性の基板301上に島状に分離された結晶質半
導体膜303、304を形成する。また、基板301と
半導体膜との間には、窒化シリコン、酸化シリコン、窒
化酸化シリコンから選ばれた一つまたは複数種を組み合
わせた第1絶縁膜302を50〜200nmの厚さで形成
する。
First, in FIG. 10A, island-shaped crystalline semiconductor films 303 and 304 are formed on a light-transmitting substrate 301 of aluminoborosilicate glass or barium borosilicate glass. Further, a first insulating film 302 having a thickness of 50 to 200 nm is formed between the substrate 301 and the semiconductor film by combining one or a plurality of silicon nitride, silicon oxide, and silicon nitride oxide.

【0054】第1絶縁膜302の一例として、プラズマ
CVD法でSiH4とN2Oを用い酸化窒化シリコン膜を
50〜200nmの厚さに形成する。その他の形態とし
て、プラズマCVD法でSiH4とNH3とN2Oから作
製される酸化窒化シリコン膜を50nm、SiH4とN2
から作製される酸化窒化シリコン膜を100nm積層させ
た2層構造や、或いは、窒化シリコン膜とTEOS(Te
traethyl Ortho Silicate)を用いて作製される酸化シ
リコン膜を積層させた2層構造としても良い。
As an example of the first insulating film 302, a silicon oxynitride film is formed to a thickness of 50 to 200 nm using SiH 4 and N 2 O by a plasma CVD method. As another mode, a silicon oxynitride film formed of SiH 4 , NH 3, and N 2 O by plasma CVD is 50 nm, and SiH 4 and N 2 O are formed.
Or a two-layer structure in which a silicon oxynitride film made of 100 nm is laminated, or a silicon nitride film and TEOS (TeOS
It may have a two-layer structure in which silicon oxide films formed using traethyl ortho silicate are stacked.

【0055】そして、第2絶縁膜305を80nmの厚さ
で形成する。第2絶縁膜305はゲート絶縁膜として利
用するものであり、プラズマCVD法またはスパッタ法
を用いて形成する。第2絶縁膜305として、SiH4
とN2OにO2を添加させて作製する酸化窒化シリコン膜
は膜中の固定電荷密度を低減させることが可能となり、
ゲート絶縁膜として好ましい材料である。勿論、ゲート
絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるも
のでなく、酸化シリコン膜や酸化タンタル膜などの絶縁
膜を単層または積層構造として用いても良い。
Then, a second insulating film 305 is formed with a thickness of 80 nm. The second insulating film 305 is used as a gate insulating film, and is formed by a plasma CVD method or a sputtering method. As the second insulating film 305, SiH 4
And a silicon oxynitride film formed by adding O 2 to N 2 O can reduce the fixed charge density in the film,
It is a preferable material for a gate insulating film. Needless to say, the gate insulating film is not limited to such a silicon oxynitride film, and an insulating film such as a silicon oxide film or a tantalum oxide film may be used as a single layer or a stacked structure.

【0056】その後、図10(B)に示すように、第2
絶縁膜305上にゲート電極を形成するための第1導電
膜と第2導電膜とを形成する。第1導電膜は窒化タンタ
ルであり、第2導電膜はタングステンを用いて形成す
る。この導電膜はゲート電極を形成する為のものであ
り、それぞれの厚さは30nm及び300nmとする。
Thereafter, as shown in FIG.
A first conductive film and a second conductive film for forming a gate electrode are formed over the insulating film 305. The first conductive film is formed using tantalum nitride, and the second conductive film is formed using tungsten. This conductive film is for forming a gate electrode, and has a thickness of 30 nm and 300 nm, respectively.

【0057】その後、光露光工程により、ゲート電極を
形成するためのレジストパターン308を形成する。こ
のレジストパターンを用いて第1のエッチング処理を行
う。エッチング方法に限定はないが、好適にはICP
(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)
エッチング法を用いる。タングステン及び窒化タンタル
のエッチング用ガスとしてCF4とCl2を用い、0.5
〜2Pa、好ましくは1Paの圧力でコイル型の電極に50
0WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを
生成して行う。この時、基板側(試料ステージ)にも1
00WのRF(13.56MHz)電力を投入して、実質的
に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混
合した場合にはタングステン、窒化タンタルをそれぞれ
同程度の速度でエッチングすることができる。
Thereafter, a resist pattern 308 for forming a gate electrode is formed by a light exposure process. A first etching process is performed using this resist pattern. There is no limitation on the etching method, but preferably ICP
(Inductively Coupled Plasma)
An etching method is used. Using CF 4 and Cl 2 as etching gases for tungsten and tantalum nitride, 0.5
22 Pa, preferably 1 Pa, at a pressure of 50
The plasma is generated by supplying 0 W RF (13.56 MHz) power. At this time, 1 is also on the substrate side (sample stage).
By applying 00 W RF (13.56 MHz) power, a substantially negative self-bias voltage is applied. When CF 4 and Cl 2 are mixed, tungsten and tantalum nitride can be etched at substantially the same rate.

【0058】上記エッチング条件では、レジストによる
マスクの形状と、基板側に印加するバイアス電圧の効果
により端部をテーパー形状とすることができる。テーパ
ー部の角度は15〜45度となるようにする。また、ゲ
ート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするため
には、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加
させると良い。W膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択
比は2〜4(代表的には3)であるので、オーバーエッ
チング処理により第2の絶縁層が露出した面は20〜4
0nm程度エッチングされる。こうして、第1のエッチン
グ処理により窒化タンタルとタングステンから成る第1
形状電極306、307を形成することができる。
Under the above etching conditions, the end can be tapered due to the effect of the shape of the resist mask and the bias voltage applied to the substrate side. The angle of the tapered portion is set to 15 to 45 degrees. In order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, the etching time may be increased by about 10 to 20%. Since the selectivity ratio of the silicon oxynitride film to the W film is 2 to 4 (typically 3), the surface where the second insulating layer is exposed by the over-etching process is 20 to 4
It is etched by about 0 nm. Thus, the first etching process is performed to form the first tantalum nitride and tungsten
Shaped electrodes 306, 307 can be formed.

【0059】そして、第1のドーピング処理を行いn型
の不純物(ドナー)を半導体膜にドーピングする。その
方法に限定はないが、好ましくは、イオンドープ法また
はイオン注入法で行う。イオンドープ法の条件はドーズ
量を1×1013〜5×1014/cm2として行う。n型を付
与する不純物元素として15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。この場合、
第1形状電極306、307はドーピングする元素に対
してマスクとなり、加速電圧を適宣調節(例えば、20
〜60keV)して、第2絶縁膜を通過した不純物元素に
より第1不純物領域309、310を形成する。第1の
不純物領域309、310おけるリン(P)濃度は1×
1020〜1×1021/cm3の範囲となるようにする。
Then, a first doping process is performed to dope the semiconductor film with an n-type impurity (donor). The method is not limited, but is preferably performed by an ion doping method or an ion implantation method. The condition of the ion doping method is that the dose is 1 × 10 13 to 5 × 10 14 / cm 2 . As the impurity element imparting n-type, an element belonging to Group 15 of the periodic table, typically, phosphorus (P) or arsenic (As) is used. in this case,
The first shape electrodes 306 and 307 serve as a mask for the element to be doped, and appropriately adjust the acceleration voltage (for example, 20).
-60 keV) to form first impurity regions 309 and 310 by the impurity element that has passed through the second insulating film. The concentration of phosphorus (P) in the first impurity regions 309 and 310 is 1 ×
The range is 10 20 to 1 × 10 21 / cm 3 .

【0060】続いて、図10(C)に示すように第2の
エッチング処理を行う。エッチングはICPエッチング
法を用い、エッチングガスにCF4とCl2とO2を混合
して、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF電
力(13.56MHz)を供給してプラズマを生成する。基
板側(試料ステージ)には50WのRF(13.56MH
z)電力を投入し、第1のエッチング処理に比べ低い自
己バイアス電圧を印加する。このような条件によりタン
グステン膜を異方性エッチングし、第1の導電層である
窒化タンタル膜を残存させるようにする。こうして、第
1のエッチング処理により窒化タンタルとタングステン
から成る第2形状電極311、312を形成する。第2
絶縁膜はこのエッチング処理により窒化タンタルで覆わ
れていない部分が10〜30nm程度エッチングされ薄く
なる。
Subsequently, a second etching process is performed as shown in FIG. Etching is performed using an ICP etching method. CF 4 , Cl 2, and O 2 are mixed as an etching gas, and RF power (13.56 MHz) of 500 W is supplied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma. . On the substrate side (sample stage), 50 W RF (13.56 MHz)
z) Power is applied, and a lower self-bias voltage is applied than in the first etching process. Under such conditions, the tungsten film is anisotropically etched so that the tantalum nitride film as the first conductive layer remains. Thus, the second shape electrodes 311, 312 made of tantalum nitride and tungsten are formed by the first etching process. Second
The portion of the insulating film that is not covered with tantalum nitride is etched to a thickness of about 10 to 30 nm by this etching treatment, and becomes thin.

【0061】第2のドーピング処理におけるドーズ量は
第1のドーピング処理よりも少なくし、かつ高加速電圧
の条件でn型不純物(ドナー)をドーピングする。例え
ば、加速電圧を70〜120keVとし、1×1013/cm2
のドーズ量で行い、第1の不純物領域の内側に第2の不
純物領域を形成する。ドーピングは露出した窒化タンタ
ルを通過させ、その下側の半導体膜に不純物元素を添加
する。こうして、窒化タンタルと重なる第2不純物領域
313、314を形成する。この不純物領域は、窒化タ
ンタルの膜厚によって変化するが、そのピーク濃度は1
×1017〜1×1019/cm3の範囲で変化する。この領域
のn型不純物の深さ分布は一様ではなくある分布をもっ
て形成される。
The dose in the second doping process is smaller than that in the first doping process, and an n-type impurity (donor) is doped under a condition of a high acceleration voltage. For example, the acceleration voltage is set to 70 to 120 keV and 1 × 10 13 / cm 2
The second impurity region is formed inside the first impurity region. The doping is performed by passing the exposed tantalum nitride and adding an impurity element to the semiconductor film thereunder. Thus, the second impurity regions 313 and 314 overlapping with the tantalum nitride are formed. This impurity region varies depending on the thickness of tantalum nitride, but its peak concentration is 1%.
It changes within the range of × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 . The depth distribution of the n-type impurity in this region is not uniform but is formed with a certain distribution.

【0062】そして図10(D)に示すようにレジスト
によるマスク315を形成し、半導体膜303、304
にp型不純物(アクセプタ)をドーピングする。典型的
にはボロン(B)を用いる。第1のp型不純物添加領域
316、317の不純物濃度は2×1020〜2×1021
/cm3となるようにし、含有するリン濃度の1.5〜3倍
のボロンを添加して導電型をp型になっている。
Then, as shown in FIG. 10D, a resist mask 315 is formed, and the semiconductor films 303 and 304 are formed.
Is doped with a p-type impurity (acceptor). Typically, boron (B) is used. The impurity concentration of the first p-type impurity added regions 316 and 317 is 2 × 10 20 to 2 × 10 21.
/ cm 3, and boron is added in an amount of 1.5 to 3 times the contained phosphorus concentration to make the conductivity type p-type.

【0063】その後、図11に示すように、添加した不
純物を活性化する熱処理を行う。この熱処理は実施形態
において説明する熱処理装置を用い、減圧状態に保持さ
れた反応管内に被処理体を導入し、パルス光の照射によ
り活性化を行う。パルス光はタングステンハロゲンラン
プ319を光源として基板の片面または両面から照射す
る。減圧下とし酸素濃度を10ppm以下に低減した状態
で行う加熱処理は、この段階で露出しているゲート電極
の表面を酸化させることなく行うことができる。
Thereafter, as shown in FIG. 11, a heat treatment for activating the added impurities is performed. In this heat treatment, the object to be processed is introduced into the reaction tube kept in a reduced pressure state by using the heat treatment apparatus described in the embodiment, and is activated by irradiation with pulsed light. The pulse light is emitted from one side or both sides of the substrate using the tungsten halogen lamp 319 as a light source. The heat treatment performed under reduced pressure and the state where the oxygen concentration is reduced to 10 ppm or less can be performed without oxidizing the surface of the gate electrode exposed at this stage.

【0064】この熱処理によって、不純物が活性化する
と共に、第2形状の電極と重なる半導体膜の領域、即ち
チャネル形成領域から結晶化に用いた触媒元素を燐とボ
ロンが添加された不純物領域にゲッタリングすることが
できる。ここでは、ボロンが添加された領域にはイオン
ドーピング時に同時に水素が取り込まれ、その水素がこ
の加熱処理により再放出することにより一時的にダング
リングボンドが多量に生成され、それがゲッタリングサ
イトとして作用するものと考えられる。
By this heat treatment, the impurities are activated and the catalytic element used for crystallization is gettered from the region of the semiconductor film overlapping the second shape electrode, ie, the impurity region to which phosphorus and boron are added from the channel formation region. Can be ring. Here, hydrogen is simultaneously taken into the region to which boron is added at the time of ion doping, and the hydrogen is re-emitted by this heat treatment to temporarily generate a large amount of dangling bonds, which serve as gettering sites. It is thought to work.

【0065】その後、図12に示すように酸化窒化シリ
コン膜または窒化シリコン膜から成る保護絶縁膜318
をプラズマCVD法で50nmの厚さに形成する。クリー
ンオーブンを用いる410℃の加熱処理はこの保護絶縁
膜318からの水素放出をもたらし、半導体膜の水素化
を行い欠陥を補償することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 12, a protective insulating film 318 made of a silicon oxynitride film or a silicon nitride film is formed.
Is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method. Heat treatment at 410 ° C. using a clean oven causes hydrogen to be released from the protective insulating film 318, and hydrogenation of the semiconductor film can be performed to compensate for defects.

【0066】層間絶縁膜321は、ポリイミドまたはア
クリルなどの有機絶縁物材料で形成し表面を平坦化す
る。勿論、プラズマCVD法でTEOSを用いて形成さ
れる酸化シリコンを適用しても良い。
The interlayer insulating film 321 is formed of an organic insulating material such as polyimide or acrylic, and has a flat surface. Of course, silicon oxide formed using TEOS by a plasma CVD method may be used.

【0067】次いで、層間絶縁膜321の表面から各半
導体膜の不純物領域に達するコンタクトホールを形成
し、Al、Ti、Taなどを用いて配線を形成する。図
10(D)において322〜323はソース線またはド
レイン電極となる。こうしてnチャネル型TFTとpチ
ャネル型TFTを形成することができる。ここではそれ
ぞれのTFTを単体として示しているが、これらのTF
Tを使ってCMOS回路やNMOS回路、PMOS回路
を形成することができる。
Next, a contact hole is formed from the surface of the interlayer insulating film 321 to reach the impurity region of each semiconductor film, and a wiring is formed using Al, Ti, Ta or the like. In FIG. 10D, reference numerals 322 to 323 are source lines or drain electrodes. Thus, an n-channel TFT and a p-channel TFT can be formed. Although each TFT is shown here as a single unit, these TFs
Using T, a CMOS circuit, an NMOS circuit, and a PMOS circuit can be formed.

【0068】[実施例3]図13(A)は、実施例2の工
程により、同一基板上にpチャネル型TFT403、n
チャネル型TFT404から成る駆動回路401と、n
チャネル型TFT405から成る画素部402が形成さ
れた構成を示している。nチャネル型TFT405はマ
ルチゲート構造を有しているが、作製工程は同様にして
行われる。また、画素部402には半導体膜414、第
2絶縁膜、ゲート電極と同じ工程で作られる容量電極4
09からなる保持容量406が形成されている。412
は画素電極であり、410はデータ線408と半導体膜
413の不純物領域とを接続する接続電極である。ま
た、411はゲート線であり、図中には示されていない
が、ゲート電極として機能する第3形状電極407と接
続している。この第3形状電極407は、第2形状電極
の窒化タンタルをエッチングすることにより形成される
ものである。
[Embodiment 3] FIG. 13A shows that p-channel TFTs 403 and n are formed on the same substrate by the process of Embodiment 2.
A driving circuit 401 including a channel type TFT 404;
The configuration in which a pixel portion 402 including a channel type TFT 405 is formed is shown. Although the n-channel TFT 405 has a multi-gate structure, the manufacturing steps are performed in a similar manner. The pixel portion 402 has a capacitor electrode 4 formed in the same process as the semiconductor film 414, the second insulating film, and the gate electrode.
09 is formed. 412
Is a pixel electrode, and 410 is a connection electrode for connecting the data line 408 and the impurity region of the semiconductor film 413. Reference numeral 411 denotes a gate line, which is not shown in the figure but is connected to the third shape electrode 407 functioning as a gate electrode. The third shape electrode 407 is formed by etching the tantalum nitride of the second shape electrode.

【0069】駆動回路401のpチャネル型TFT40
3、nチャネル型TFT404を用いてシフトレジス
タ、レベルシフタ、ラッチ、バッファ回路など様々な機
能回路を形成することができる。図13(A)で示すA
−A'間の断面構造は、図14で示す画素の上面図にお
いて示すA−A'線に対応している。また、図13
(B)で示すB−B'間の断面構造は、図14で示す画
素の上面図において示すB−B'線に対応している。
The p-channel TFT 40 of the driving circuit 401
3. Various functional circuits such as a shift register, a level shifter, a latch, and a buffer circuit can be formed using the n-channel TFT 404. A shown in FIG.
The cross-sectional structure between -A 'corresponds to line AA' shown in the top view of the pixel shown in FIG. FIG.
The cross-sectional structure between BB 'shown in FIG. 14B corresponds to the line BB' shown in the top view of the pixel shown in FIG.

【0070】このような基板から液晶表示装置や、発光
素子で画素部を形成する発光装置を形成することができ
る。図15はTFTによって駆動回路と画素部が形成さ
れている基板の外観図である。基板501上には画素部
506、駆動回路504、505が形成されている。ま
た、基板の一方の端部には入力端子502が形成され、
各駆動回路に接続する配線503が引き回されている。
From such a substrate, a liquid crystal display device or a light emitting device in which a pixel portion is formed with light emitting elements can be formed. FIG. 15 is an external view of a substrate on which a driving circuit and a pixel portion are formed by TFTs. A pixel portion 506 and driving circuits 504 and 505 are formed over a substrate 501. An input terminal 502 is formed at one end of the substrate,
The wiring 503 connected to each drive circuit is routed.

【0071】液晶表示装置を作製するには対向基板をシ
ール材を用い間隙をもって貼り合わせ、その間隙に液晶
を注入する。また、発光装置は有機発光素子を画素部に
形成する。このように、本実施例によれば各種の半導体
装置を作製することができる。
To manufacture a liquid crystal display device, a counter substrate is attached with a gap using a sealing material, and liquid crystal is injected into the gap. In the light emitting device, an organic light emitting element is formed in a pixel portion. As described above, according to this embodiment, various semiconductor devices can be manufactured.

【0072】[実施例4]実施例1において示すように、
非晶質半導体膜の全面に触媒作用のある金属元素を全面
に添加して結晶化する方法は、本発明の熱処理装置を用
いて行うことが可能であるが、より好ましくはその後金
属元素をゲッタリングして除去することが望ましい。
[Embodiment 4] As shown in Embodiment 1,
A method of adding a catalytic metal element to the entire surface of the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film can be performed using the heat treatment apparatus of the present invention. It is desirable to remove by ring.

【0073】図16はその一実施形態を説明する図であ
り、非晶質半導体膜の全面に触媒作用のある金属元素を
全面に添加して結晶化した後、ゲッタリングを行う方法
である。図16(A)において、基板601はバリウム
ホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラス、或いは
石英などを用いることができる。基板601の表面に
は、ブロッキング層602として無機絶縁膜を10〜2
00nmの厚さで形成する。ブロッキング層602はガラ
ス基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半
導体膜中に拡散しないために設けるものであり、石英を
基板とする場合には省略することも可能である。
FIG. 16 is a view for explaining one embodiment of the present invention, in which a gettering is performed after a metal element having a catalytic action is added to the entire surface of the amorphous semiconductor film for crystallization. In FIG. 16A, a substrate 601 can be formed using barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, quartz, or the like. On the surface of the substrate 601, an inorganic insulating film as a blocking layer 602 is
It is formed with a thickness of 00 nm. The blocking layer 602 is provided so that the alkali metal contained in the glass substrate does not diffuse into a semiconductor film formed thereover. The blocking layer 602 can be omitted when quartz is used as the substrate.

【0074】ブロッキング層602の上に形成する非晶
質構造を有する半導体膜603は、シリコンを主成分と
する半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン
膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、
プラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタ法で
10〜100nmの厚さに形成する。良質な結晶を得るた
めには、非晶質構造を有する半導体膜603に含まれる
酸素、窒素、炭素などの不純物濃度を極力低減する必要
があり、高純度の材料ガスを用いることはもとより、超
高真空対応のCVD装置を用いることが望ましい。
The semiconductor film 603 having an amorphous structure formed on the blocking layer 602 uses a semiconductor material containing silicon as a main component. Typically, an amorphous silicon film or an amorphous silicon germanium film is applied,
It is formed to a thickness of 10 to 100 nm by a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method. In order to obtain high-quality crystals, it is necessary to reduce the concentration of impurities such as oxygen, nitrogen, and carbon contained in the semiconductor film 603 having an amorphous structure as much as possible. It is desirable to use a CVD apparatus compatible with high vacuum.

【0075】その後、非晶質構造を有する半導体膜60
3の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素
を添加する。重量換算で1〜10ppmのニッケルを含む
酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布して触媒含有層6
04を形成する。この場合、当該溶液の馴染みをよくす
るために、非晶質構造を有する半導体膜603の表面処
理として、オゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、
その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチン
グして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液
で処理して極薄い酸化膜を形成しておく。シリコンなど
半導体膜の表面は本来疎水性なので、このように酸化膜
を形成しておくことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に
塗布することができる。
After that, the semiconductor film 60 having an amorphous structure
To the surface of No. 3, a metal element having a catalytic action to promote crystallization is added. A nickel acetate salt solution containing 1 to 10 ppm of nickel by weight is applied with a spinner to form a catalyst-containing layer 6.
04 is formed. In this case, in order to improve the familiarity of the solution, as a surface treatment of the semiconductor film 603 having an amorphous structure, an extremely thin oxide film is formed using an aqueous solution containing ozone,
The oxide film is etched with a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide to form a clean surface, and then treated again with an ozone-containing aqueous solution to form an extremely thin oxide film. Since the surface of a semiconductor film such as silicon is hydrophobic in nature, a nickel acetate solution can be uniformly applied by forming an oxide film in this manner.

【0076】勿論、触媒含有層604はこのような方法
に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理など
により形成しても良い。
Of course, the catalyst containing layer 604 is not limited to such a method, and may be formed by a sputtering method, a vapor deposition method, a plasma treatment, or the like.

【0077】その後、実施例1と同様にして本発明の熱
処理装置を用い、13.3〜1.33×104Paの減圧
下にてパルス光の照射により図16(B)に示す結晶質
半導体膜605を形成することができる。
Thereafter, the heat treatment apparatus of the present invention was used in the same manner as in Example 1 and pulsed light irradiation was performed under a reduced pressure of 13.3 to 1.33 × 10 4 Pa to obtain the crystalline structure shown in FIG. The semiconductor film 605 can be formed.

【0078】さらに結晶化率(膜の全体積における結晶
成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修す
るためには、結晶質半導体膜605に対してレーザー光
を照射することも有効である。レーザーには波長400
nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2
高調波、第3高調波を用いる。いずれにしても、繰り返
し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザー光を用
い、当該レーザー光を光学系にて100〜400mJ/cm2
に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもって結
晶質半導体膜605に対するレーザー処理を行っても良
い。
In order to further increase the crystallization ratio (the ratio of the crystal component in the total volume of the film) and repair defects remaining in the crystal grains, the crystalline semiconductor film 605 may be irradiated with laser light. It is valid. 400 wavelength for laser
nm excimer laser light or the second YAG laser
Harmonics and third harmonics are used. In any case, pulse laser light having a repetition frequency of about 10 to 1000 Hz is used, and the laser light is applied to the optical system at 100 to 400 mJ / cm 2.
And the laser treatment may be performed on the crystalline semiconductor film 605 with an overlap ratio of 90 to 95%.

【0079】こうして得られる結晶質半導体膜605に
は、金属元素(ここではニッケル)が残存している。そ
れは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的
な濃度とすれば、1×1019/cm3を越える濃度で残存し
ている。勿論、このような状態でもTFTをはじめ各種
半導体素子を形成することが可能であるが、より好まし
くはゲッタリングにより当該元素を除去することが望ま
しい。
In the crystalline semiconductor film 605 thus obtained, a metal element (here, nickel) remains. Although it is not uniformly distributed in the film, it remains at a concentration exceeding 1 × 10 19 / cm 3 as an average concentration. Of course, even in such a state, various semiconductor elements including a TFT can be formed, but it is more preferable to remove the element by gettering.

【0080】図16(B)はゲッタリングサイト608
を形成するために、イオンドープ法で希ガス元素、或い
は希ガス元素と一導電型の不純物元素を結晶質半導体膜
605に添加する工程を示している。結晶質半導体膜6
05の表面には、マスク用の酸化シリコン膜606が1
00〜200nmの厚さに形成され、開孔部607が設け
られ結晶質半導体膜が露出した領域に希ガス元素、或い
は希ガス元素と一導電型の不純物元素を添加する。希ガ
ス元素の結晶質半導体膜中における濃度は1×1019
1×1021/cm3とする。
FIG. 16B shows a gettering site 608.
Is shown in which a rare gas element or a rare gas element and an impurity element of one conductivity type are added to the crystalline semiconductor film 605 by an ion doping method. Crystalline semiconductor film 6
05, a silicon oxide film 606 for mask is
A rare gas element or a rare gas element and an impurity element of one conductivity type are added to a region which is formed to have a thickness of 00 to 200 nm, is provided with the opening 607, and exposes the crystalline semiconductor film. The concentration of the rare gas element in the crystalline semiconductor film is 1 × 10 19 to
It is set to 1 × 10 21 / cm 3 .

【0081】このドーピングは、水素で1〜10%、好
ましくは3〜5%に希釈したフォスフィン(PH3)ま
たはジボラン(B26)を添加した後に希ガス元素を添
加する。または、希ガスで1〜10%、好ましくは3〜
5%に希釈したPH3またはB26を添加する。しか
し、より好ましくは、希ガス元素のみをイオンドープ法
で添加してゲッタリングサイトを形成する。
In this doping, a rare gas element is added after adding phosphine (PH 3 ) or diborane (B 2 H 6 ) diluted with hydrogen to 1 to 10%, preferably 3 to 5%. Or 1 to 10% of a rare gas, preferably 3 to
Add PH 3 or B 2 H 6 diluted to 5%. However, more preferably, only a rare gas element is added by an ion doping method to form a gettering site.

【0082】希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネ
オン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(K
r)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種
を用いる。代表的にはアルゴンを用いる。本発明はゲッ
タリングサイトを形成するためにこれら不活性気体をイ
オンソースとして用い、イオンドープ法或いはイオン注
入法で半導体膜に注入することに特徴を有している。こ
れら不活性気体のイオンを注入する意味は二つある。一
つは注入によりダングリングボンドを形成し半導体膜に
歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間
に当該イオンを注入することで歪みを与えることであ
る。不活性気体のイオンを注入はこの両者を同時に満た
すことができるが、特に後者はアルゴン(Ar)、クリ
プトン(Kr)、キセノン(Xe)などシリコンより原
子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。
Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (K
r) or one or more selected from xenon (Xe). Typically, argon is used. The present invention is characterized in that these inert gases are used as an ion source to form a gettering site and are injected into a semiconductor film by an ion doping method or an ion implantation method. There are two meanings to implant ions of these inert gases. One is to form a dangling bond by implantation to give a strain to the semiconductor film, and the other is to give a strain by implanting the ion between lattices of the semiconductor film. Implantation of inert gas ions can satisfy both of these at the same time, but the latter is particularly remarkable when using an element having a larger atomic radius than silicon, such as argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe). Can be

【0083】ゲッタリングは窒素雰囲気中で450〜8
00℃、1〜24時間、例えば550℃にて14時間の
熱処理を行うと、ゲッタリングサイト608に金属元素
を偏析させることができる。或いは、実施例1と同様に
して本発明の熱処理装置を用い、13.3〜1.33×
104Paの減圧下にてパルス光の照射により行うことも
できる。その場合、ゲッタリングを効果的に成し遂げる
為には、パルス光により加熱される半導体膜の温度は格
子を緩和して歪みを除去しない程度の温度とする。
Gettering is performed at 450 to 8 in a nitrogen atmosphere.
When heat treatment is performed at 00 ° C. for 1 to 24 hours, for example, at 550 ° C. for 14 hours, a metal element can be segregated at the gettering site 608. Alternatively, using the heat treatment apparatus of the present invention in the same manner as in Example 1, 13.3 to 1.33 ×
Irradiation with pulsed light can be performed under a reduced pressure of 10 4 Pa. In that case, in order to achieve the gettering effectively, the temperature of the semiconductor film heated by the pulsed light is set to a temperature at which the lattice is relaxed and the strain is not removed.

【0084】その後、エッチングによりゲッタリングサ
イトを除去すると、図16(C)に示すように金属元素
の濃度が低減された結晶質半導体膜609が得られる。
こうして形成された結晶質シリコン膜608は棒状また
は針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的
に見ればある特定の方向性をもって成長している。特
に、希ガス元素のみを用いてゲッタリングサイトを形成
した場合には、この結晶質半導体膜609をそのまま用
いて実施例2または3で示すTFTを形成することがで
きる。
After that, when the gettering site is removed by etching, a crystalline semiconductor film 609 having a reduced concentration of the metal element is obtained as shown in FIG.
The crystalline silicon film 608 thus formed is made up of a collection of rod-like or needle-like crystals, each of which grows in a specific direction when viewed macroscopically. In particular, when a gettering site is formed using only a rare gas element, the TFT described in Embodiment 2 or 3 can be formed using the crystalline semiconductor film 609 as it is.

【0085】[実施例5]半導体膜の結晶化を助長する元
素を選択的に形成する方法を図17により説明する。図
17(A)において、基板601としてガラス基板を用
いる場合にはブロッキング層602を設ける。また、非
晶質構造を有する半導体膜603も実施例1と同様に形
成する。
[Embodiment 5] A method of selectively forming an element which promotes crystallization of a semiconductor film will be described with reference to FIG. In FIG. 17A, when a glass substrate is used as the substrate 601, a blocking layer 602 is provided. Further, a semiconductor film 603 having an amorphous structure is formed in a manner similar to that of the first embodiment.

【0086】そして、非晶質構造を有する半導体膜60
3上に上に100〜200nmの厚さの酸化シリコン膜6
10を形成する。酸化シリコン膜の作製方法は限定され
ないが、例えば、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraeth
yl Ortho Silicate:TEOS)とO2とを混合し、反応
圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波
(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電
させ形成する。
Then, the semiconductor film 60 having an amorphous structure
A silicon oxide film 6 having a thickness of 100 to 200 nm
Form 10. Although a method for forming the silicon oxide film is not limited, for example, tetraethyl orthosilicate (Tetraeth
yl Ortho Silicate (TEOS) and O 2 are mixed, the reaction pressure is set to 40 Pa, the substrate temperature is set to 300 to 400 ° C., and discharge is performed at a high frequency (13.56 MHz) power density of 0.5 to 0.8 W / cm 2 .

【0087】次に、酸化シリコン膜610に開口部61
1を形成し、重量換算で1〜10ppmのニッケルを含む
酢酸ニッケル塩溶液を塗布する。これにより、触媒金属
含有層612が形成され、それは開口部611の底部の
みで半導体膜603と接触する。
Next, the opening 61 is formed in the silicon oxide film 610.
1 is formed, and a nickel acetate salt solution containing 1 to 10 ppm of nickel by weight is applied. As a result, a catalyst metal-containing layer 612 is formed, which contacts the semiconductor film 603 only at the bottom of the opening 611.

【0088】実施例1と同様にして本発明の熱処理装置
を用い、1〜200Paの減圧下にてパルス光の照射によ
り図17(B)に示す結晶質半導体膜605を形成する
ことができる。この場合、結晶化は触媒となる金属元素
が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それ
を核として基板の表面と平行な方向に結晶化が進行す
る。こうして形成された結晶質シリコン膜614は棒状
または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨
視的に見ればある特定の方向性をもって成長している。
Using the heat treatment apparatus of the present invention in the same manner as in Example 1, the crystalline semiconductor film 605 shown in FIG. 17B can be formed by irradiating pulse light at a reduced pressure of 1 to 200 Pa. In this case, in crystallization, silicide is formed in a portion of the semiconductor film in contact with a metal element serving as a catalyst, and crystallization proceeds in a direction parallel to the surface of the substrate using the nucleus as a nucleus. The crystalline silicon film 614 thus formed is made up of a collection of rod-like or needle-like crystals, each of which grows in a specific direction when viewed macroscopically.

【0089】次いで、開口部611を利用して、同様に
イオンドープ法で希ガス元素のみ、或いは希ガス元素と
一導電型の不純物元素を添加してゲッタリングサイト6
15を形成する。ゲッタリングは窒素雰囲気中で450
〜800℃、1〜24時間、例えば550℃にて14時
間の熱処理を行うと、ゲッタリングサイト615に金属
元素を偏析させることができる。或いは、実施例1と同
様にして本発明の熱処理装置を用い、13.3〜1.3
3×104Paの減圧下にてパルス光の照射により行うこ
とができる。その場合にも、ゲッタリングを効果的に成
し遂げる為には、パルス光により加熱される半導体膜の
温度は格子を緩和して歪みを除去しない程度の温度とす
る。
Next, using the opening 611, the rare gas element alone or the rare gas element and one conductivity type impurity element are similarly added by ion doping to obtain the gettering site 6.
15 are formed. Gettering is 450 in nitrogen atmosphere.
When the heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. for 1 to 24 hours, for example, 550 ° C. for 14 hours, the metal element can be segregated at the gettering site 615. Alternatively, using the heat treatment apparatus of the present invention in the same manner as in Example 1, 13.3 to 1.3.
Irradiation with pulsed light can be performed under a reduced pressure of 3 × 10 4 Pa. Also in this case, in order to achieve the gettering effectively, the temperature of the semiconductor film heated by the pulsed light is set to a temperature at which the lattice is relaxed and the strain is not removed.

【0090】その後、エッチングによりゲッタリングサ
イトを除去すると、図17(D)に示すように金属元素
の濃度が低減された結晶質半導体膜616が得られる。
この結晶質半導体膜609をそのまま用いて実施例2ま
たは3で示すTFTを形成することができる。
After that, when the gettering sites are removed by etching, a crystalline semiconductor film 616 having a reduced concentration of the metal element is obtained as shown in FIG.
Using the crystalline semiconductor film 609 as it is, the TFT described in Embodiment 2 or 3 can be formed.

【0091】[実施例6]実施例4または実施例5で示す
ような希ガス元素を用いたゲッタリングは、実施例2で
示すTFTの製造工程において、ソース・ドレイン領域
を形成するための不純物領域に希ガス元素を添加するこ
とで、同様な効果を得ることができる。即ち、当該不純
物領域の抵抗率を下げるために行う活性化のための加熱
処理を行うことで、チャネル形成領域に残存する金属元
素の濃度を低減させることができる。
[Embodiment 6] Gettering using a rare gas element as described in Embodiment 4 or 5 is performed in the manufacturing process of the TFT shown in Embodiment 2 in order to form an impurity for forming source / drain regions. A similar effect can be obtained by adding a rare gas element to the region. That is, by performing heat treatment for activation performed to reduce the resistivity of the impurity region, the concentration of the metal element remaining in the channel formation region can be reduced.

【0092】[実施例7]本発明を用いることにより様々
な半導体装置を製造することができる。その様な半導体
装置として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル
型表示装置(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲー
ションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オー
ディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、
ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携
帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体
を備えた画像再生装置などが挙げられる。それら半導体
装置の具体例を図18および図19に示す。
[Embodiment 7] Various semiconductor devices can be manufactured by using the present invention. Such semiconductor devices include video cameras, digital cameras, goggle-type display devices (head-mounted displays), navigation systems, sound reproduction devices (car audio, audio components, etc.), notebook personal computers,
Examples include a game machine, a portable information terminal (a mobile computer, a mobile phone, a portable game machine, an electronic book, or the like), an image reproducing device provided with a recording medium, and the like. FIGS. 18 and 19 show specific examples of these semiconductor devices.

【0093】図18(A)はディスクトップ型パーソナ
ルコンピュータなどのモニターであり、筐体3301、
支持台3302、表示部3303などから成っている。
本発明により、表示部3303やその他集積回路を形成
してモニターを作製することができる。
FIG. 18A shows a monitor of a desktop personal computer or the like.
It is composed of a support 3302, a display portion 3303, and the like.
According to the present invention, a monitor can be manufactured by forming the display portion 3303 and other integrated circuits.

【0094】図18(B)はビデオカメラであり、本体
3311、表示部3312、音声入力部3313、操作
スイッチ3314、バッテリー3315、受像部331
6等を含む。本発明により、表示部3312やその他集
積回路を形成してビデオカメラを作製することができ
る。
FIG. 18B shows a video camera, which includes a main body 3311, a display section 3312, an audio input section 3313, operation switches 3314, a battery 3315, and an image receiving section 331.
6 and so on. According to the present invention, a video camera can be manufactured by forming the display portion 3312 and other integrated circuits.

【0095】図18(C)はヘッドマウントディスプレ
イの一部(右片側)であり、本体3321、信号ケーブ
ル3322、頭部固定バンド3323、投影部332
4、光学系3325、表示部3326等を含む。本発明
により、表示部3326やその他集積回路を形成してヘ
ッドマウントディスプレイを作製することができる。
FIG. 18C shows a part (one side on the right) of the head mounted display, which includes a main body 3321, a signal cable 3322, a head fixing band 3323, and a projection section 332.
4, including an optical system 3325, a display unit 3326, and the like. According to the present invention, a head mounted display can be manufactured by forming the display portion 3326 and other integrated circuits.

【0096】図18(D)は記録媒体を備えた画像再生
装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体333
1、記録媒体(DVD等)3332、操作スイッチ33
33、表示部(a)3334、表示部(b)3335な
どから成っている。表示部(a)3334は主として画
像情報を表示し、表示部(b)3335は主として文字
情報を表示するが、本発明により、表示部(a)333
4、表示部(b)3335やその他集積回路を形成し画
像再生装置を作製することができる。なお、記録媒体を
備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれ
る。
FIG. 18D shows an image reproducing apparatus (specifically, a DVD reproducing apparatus) provided with a recording medium.
1, recording medium (DVD, etc.) 3332, operation switch 33
33, a display section (a) 3334, a display section (b) 3335, and the like. The display unit (a) 3334 mainly displays image information, and the display unit (b) 3335 mainly displays character information.
4. An image reproducing device can be manufactured by forming the display portion (b) 3335 and other integrated circuits. Note that the image reproducing device provided with the recording medium includes a home game machine and the like.

【0097】図18(E)はゴーグル型表示装置(ヘッ
ドマウントディスプレイ)であり、本体3341、表示
部3342、アーム部3343を含む。本発明により、
表示部3342やその他集積回路を形成しゴーグル型表
示装置を作製することができる。
FIG. 18E shows a goggle type display device (head mounted display), which includes a main body 3341, a display portion 3342, and an arm portion 3343. According to the present invention,
A goggle-type display device can be manufactured by forming the display portion 3342 and other integrated circuits.

【0098】図18(F)はノート型パーソナルコンピ
ュータであり、本体3351、筐体3352、表示部3
353、キーボード3354等を含む。本発明により、
表示部3353やその他集積回路を形成しノート型パー
ソナルコンピュータを形成することができる。
FIG. 18F shows a notebook personal computer, which includes a main body 3351, a housing 3352, and a display portion 3.
353, a keyboard 3354, and the like. According to the present invention,
A notebook personal computer can be formed by forming the display portion 3353 and other integrated circuits.

【0099】図19(A)は携帯電話装置であり、本体
3401、音声出力部3402、音声入力部3403、
表示部3404、操作スイッチ3405、アンテナ34
06を含む。本発明により、表示部3404やその他集
積回路を形成し携帯電話装置を形成することができる。
FIG. 19A shows a portable telephone device, which includes a main body 3401, an audio output unit 3402, an audio input unit 3403,
A display portion 3404, an operation switch 3405, an antenna 34
06. According to the present invention, the display portion 3404 and other integrated circuits can be formed to form a mobile phone device.

【0100】図19(B)は音響再生装置、具体的には
カーオーディオであり、本体3411、表示部341
2、操作スイッチ3413、3414を含む。本発明に
より表示部3412を形成し音響再生装置を作製するこ
とができる。また、本実施例では車載用オーディオを示
すが、携帯型や家庭用の音響再生装置に用いても良い。
FIG. 19B shows a sound reproducing device, specifically, a car audio.
2. Including operation switches 3413 and 3414. According to the present invention, a display portion 3412 can be formed to manufacture a sound reproducing device. In this embodiment, the in-vehicle audio is shown, but the present invention may be applied to a portable or home-use audio reproducing apparatus.

【0101】図19(C)はデジタルカメラであり、本
体3501、表示部(A)3502、接眼部3503、
操作スイッチ3504、表示部(B)3505、バッテ
リー3506を含む。本発明により、表示部(A)35
02表示部(B)3505やその他集積回路を形成しデ
ジタルカメラを形成することができる。
FIG. 19C shows a digital camera, which includes a main body 3501, a display section (A) 3502, an eyepiece section 3503,
An operation switch 3504, a display portion (B) 3505, and a battery 3506 are included. According to the present invention, the display unit (A) 35
A digital camera can be formed by forming the 02 display portion (B) 3505 and other integrated circuits.

【0102】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、様々な電子装置に適用することが可能である。ま
た、本実施例の電子装置は実施例1〜6のどのような組
み合わせからなる構成を用いても実現することができ
る。
As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and can be applied to various electronic devices. Further, the electronic device of the present embodiment can be realized by using a configuration composed of any combination of the first to sixth embodiments.

【0103】[0103]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置により、短時間で非晶質半導体膜の結晶化や、半導体
膜に添加した不純物元素の活性化やなどを目的とした熱
処理をすることができる。
As described above, the heat treatment apparatus of the present invention performs heat treatment for the purpose of crystallization of an amorphous semiconductor film, activation of an impurity element added to a semiconductor film, and the like in a short time. be able to.

【0104】また、光源の1回当たりの点灯時間は0.
1〜60秒、好ましくは0.1〜20秒として、該光源
からの光を複数回照射し、半導体基板の最高温度の保持
時間を0.5〜5秒であるようにすることで、耐熱性の
低いガラス基板を用いても熱処理効果を高め、半導体基
板に形成された耐熱性の低い層のダメージを防ぐことが
できる。
The lighting time of the light source for one time is 0.1.
By irradiating the light from the light source a plurality of times, for 1 to 60 seconds, preferably 0.1 to 20 seconds, and keeping the maximum temperature of the semiconductor substrate for 0.5 to 5 seconds, heat resistance is improved. Even when a glass substrate having low heat resistance is used, the heat treatment effect can be enhanced, and damage to a layer having low heat resistance formed on the semiconductor substrate can be prevented.

【0105】また、上記熱処理を減圧下で行うことによ
り、雰囲気中の酸素濃度が低減され、半導体膜の表面の
酸化が抑制されて不純物の活性化を促進し、再現性の高
い熱処理を行うことができる。
By performing the heat treatment under reduced pressure, the oxygen concentration in the atmosphere is reduced, the oxidation of the surface of the semiconductor film is suppressed, the activation of impurities is promoted, and the heat treatment with high reproducibility is performed. Can be.

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

【図1】 本発明の熱処理装置の構成を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a heat treatment apparatus of the present invention.

【図2】 本発明の熱処理装置の構成を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a heat treatment apparatus of the present invention.

【図3】 本発明の熱処理装置の構成を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a heat treatment apparatus of the present invention.

【図4】 本発明の熱処理装置の構成を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a heat treatment apparatus of the present invention.

【図5】 加熱手段及び冷却手段の一例を説明する図。FIG. 5 illustrates an example of a heating unit and a cooling unit.

【図6】 光源の点滅と半導体基板の温度変化を説明す
る図。
FIG. 6 is a diagram illustrating blinking of a light source and a change in temperature of a semiconductor substrate.

【図7】 パルス光の照射による予備加熱と加熱処理の
方法を説明する図。
FIG. 7 illustrates a method of preheating and heat treatment by irradiation with pulsed light.

【図8】 ハロゲンランプなどを光源とし、該光源をパ
ルス状に点滅させるのに適した制御回路の一例を示す
図。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a control circuit which is suitable for blinking the light source in a pulsed manner using a halogen lamp or the like as a light source.

【図9】 本発明の熱処理装置による半導体膜の熱処理
方法を説明する図。
FIG. 9 is a diagram illustrating a heat treatment method for a semiconductor film by a heat treatment apparatus of the present invention.

【図10】 半導体装置の作製工程を説明する図。FIG. 10 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device.

【図11】 本発明の熱処理装置による半導体膜の熱処
理方法を説明する図。
FIG. 11 is a diagram illustrating a heat treatment method for a semiconductor film by a heat treatment apparatus of the present invention.

【図12】 半導体装置の作製工程を説明する図。FIG. 12 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device.

【図13】 駆動回路、画素部を同一基板上に形成した
基板の構成を説明する図。
FIG. 13 illustrates a structure of a substrate in which a driver circuit and a pixel portion are formed over the same substrate.

【図14】 画素部の構成を説明する図。FIG. 14 illustrates a structure of a pixel portion.

【図15】 表示装置の素子基板の外観を説明する図。FIG. 15 illustrates an appearance of an element substrate of a display device.

【図16】 本発明の結晶質半導体膜の作製方法を説明
する図。
FIG. 16 illustrates a method for manufacturing a crystalline semiconductor film of the present invention.

【図17】 本発明の結晶質半導体膜の作製方法を説明
する図。
FIG. 17 illustrates a method for manufacturing a crystalline semiconductor film of the present invention.

【図18】 半導体装置の一例を示す図。FIG. 18 illustrates an example of a semiconductor device.

【図19】 半導体装置の一例を示す図。FIG. 19 illustrates an example of a semiconductor device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01L 21/306 H01L 21/26 J 21/306 D Fターム(参考) 4K030 AA01 AA06 AA13 BA29 BA35 CA04 CA12 JA11 KA24 KA25 KA26 5F043 BB27 GG10 5F052 AA02 AA11 AA24 CA10 DA02 DB03 EA16 FA06 FA19 FA22 HA01 JA01 5F110 AA16 BB02 CC02 DD02 DD03 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE04 EE14 EE23 EE28 FF01 FF02 FF04 FF28 FF30 GG01 GG02 GG13 GG25 GG43 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 HL04 HM15 NN03 NN22 NN24 NN27 NN35 PP02 PP03 PP04 PP05 PP23 PP29 PP34 PP35 QQ04 QQ11 QQ19 QQ23 QQ28 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // H01L 21/306 H01L 21/26 J 21/306 DF Term (Reference) 4K030 AA01 AA06 AA13 BA29 BA35 CA04 CA12 JA11 KA24 KA25 KA26 5F043 BB27 GG10 5F052 AA02 AA11 AA24 CA10 DA02 DB03 EA16 FA06 FA19 FA22 HA01 JA01 5F110 AA16 BB02 CC02 DD02 DD03 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE04 EE14 EE23 GG01 FF01 GG01 FF28 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 HL04 HM15 NN03 NN22 NN24 NN27 NN35 PP02 PP03 PP04 PP05 PP23 PP29 PP34 PP35 QQ04 QQ11 QQ19 QQ23 QQ28

Claims (28)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】反応管と、前記反応管内に気体を供給する
と共に当該気体を加熱又は冷却する気体供給手段と、前
記反応管内に設置される被処理体を加熱するための光源
と、前記光源をパルス状に点滅させる手段とを備えてい
ることを特徴とする熱処理装置。
1. A reaction tube, gas supply means for supplying a gas into the reaction tube and heating or cooling the gas, a light source for heating an object to be processed installed in the reaction tube, and the light source Means for flashing in a pulse-like manner.
【請求項2】反応管と、前記反応管内に気体を供給する
と共に当該気体を加熱又は冷却する気体供給手段と、前
記反応管内に設置される被処理体を加熱するための光源
と、前記光源をパルス状に点滅させる手段とを有し、前
記光源は前記反応管の外側に備えられ、前記気体供給手
段により加熱された気体を供給しながら前記光源をパル
ス状に点滅して被処理体を加熱する機能を有することを
特徴とする熱処理装置。
2. A reaction tube, gas supply means for supplying a gas into the reaction tube and heating or cooling the gas, a light source for heating an object to be processed installed in the reaction tube, and the light source Means for blinking in a pulsed manner, wherein the light source is provided outside the reaction tube, and the light source is blinked in a pulsed manner while supplying the gas heated by the gas supply means, thereby treating the object to be processed. A heat treatment apparatus having a function of heating.
【請求項3】反応管と、前記反応管内に気体を供給する
と共に当該気体を加熱又は冷却する気体供給手段と、前
記反応管内に設置される被処理体を加熱するための光源
と、前記光源をパルス状に点滅させる手段とを有し、前
記光源は前記反応管の外側に備えられ、前記気体供給手
段により加熱された気体を供給しながら前記光源をパル
ス状に点滅して被処理体を加熱し、その後、前記気体供
給手段により室温又はそれ以下の温度に冷却された気体
を供給し前記被処理体を冷却する機能を有することを特
徴とする熱処理装置。
3. A reaction tube, gas supply means for supplying a gas into the reaction tube and heating or cooling the gas, a light source for heating an object to be processed installed in the reaction tube, and the light source Means for blinking in a pulsed manner, wherein the light source is provided outside the reaction tube, and the light source is blinked in a pulsed manner while supplying the gas heated by the gas supply means, thereby treating the object to be processed. A heat treatment apparatus having a function of heating and then supplying a gas cooled to a room temperature or lower by the gas supply means to cool the object.
【請求項4】反応管と、前記反応管内に気体を供給する
と共に当該気体を加熱又は冷却する気体供給手段と、前
記反応管内に設置される被処理体を加熱するための光源
と、前記光源を周期1秒以下でパルス状に点滅して被処
理体を加熱する第1の手段と、前記光源を周期1秒以上
でパルス状に点滅して被処理体を加熱する第2の手段と
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
4. A reaction tube, gas supply means for supplying a gas into the reaction tube and heating or cooling the gas, a light source for heating an object to be processed installed in the reaction tube, and the light source Means for heating the object by flashing in a pulse shape at a cycle of 1 second or less, and second means for heating the object by flashing the light source in a pulse shape for a period of 1 second or more. A heat treatment apparatus comprising:
【請求項5】反応管と、前記反応管内を減圧にする排気
手段と、前記反応管内に気体を供給すると共に当該気体
を加熱又は冷却する気体供給手段と、前記反応管内に設
置される被処理体を加熱するための光源と、前記光源を
パルス状に点滅させる手段とを備えていることを特徴と
する熱処理装置。
5. A reaction tube, exhaust means for depressurizing the inside of the reaction tube, gas supply means for supplying a gas into the reaction tube and heating or cooling the gas, and a processing object installed in the reaction tube. A heat treatment apparatus comprising: a light source for heating a body; and means for blinking the light source in a pulsed manner.
【請求項6】反応管と、前記反応管内を減圧にする排気
手段と、前記反応管内に気体を供給すると共に当該気体
を加熱又は冷却する気体供給手段と、前記反応管内に設
置される被処理体を加熱するための光源と、前記光源を
パルス状に点滅させる手段とを有し、前記光源は前記反
応管の外側に備えられ、前記反応管内を減圧に保持した
状態で、前記気体供給手段により加熱された気体を供給
しながら前記光源をパルス状に点滅して被処理体を加熱
する機能を有することを特徴とする熱処理装置。
6. A reaction tube, exhaust means for depressurizing the inside of the reaction tube, gas supply means for supplying a gas into the reaction tube and heating or cooling the gas, and a processing object installed in the reaction tube. A light source for heating the body, and means for blinking the light source in a pulsed manner, wherein the light source is provided outside the reaction tube, and the gas supply means is provided in a state where the inside of the reaction tube is maintained at a reduced pressure. A heat treatment apparatus having a function of heating the object by blinking the light source in a pulsed manner while supplying the gas heated by the method.
【請求項7】反応管と、前記反応管内を減圧にする排気
手段と、前記反応管内に気体を供給すると共に当該気体
を加熱又は冷却する気体供給手段と、前記反応管内に設
置される被処理体を加熱するための光源と、前記光源を
パルス状に点滅させる手段とを有し、前記光源は前記反
応管の外側に備えられ、前記反応管内を減圧に保持した
状態で、前記気体供給手段により加熱された気体を供給
しながら前記光源をパルス状に点滅して被処理体を加熱
し、その後、前記気体供給手段により室温又はそれ以下
の温度に冷却された気体を供給し前記被処理体を冷却す
る機能を有することを特徴とする熱処理装置。
7. A reaction tube, exhaust means for depressurizing the inside of the reaction tube, gas supply means for supplying a gas into the reaction tube and heating or cooling the gas, and a processing object installed in the reaction tube. A light source for heating the body, and means for blinking the light source in a pulsed manner, wherein the light source is provided outside the reaction tube, and the gas supply means is provided in a state where the inside of the reaction tube is maintained at a reduced pressure. Heating the object to be processed by flashing the light source in a pulsed manner while supplying the gas heated by the method, and then supplying the gas cooled to room temperature or lower by the gas supply means to supply the gas to be processed. A heat treatment apparatus having a function of cooling the heat treatment.
【請求項8】反応管と、前記反応管内を減圧にする排気
手段と、前記反応管内に気体を供給すると共に当該気体
を加熱又は冷却する気体供給手段と、前記反応管内に設
置される被処理体を加熱するための光源と、前記光源を
周期1秒以下でパルス状に点滅して被処理体を加熱する
第1の手段と、前記光源を周期1秒以上でパルス状に点
滅して被処理体を加熱する第2の手段とを備えたことを
特徴とする熱処理装置。
8. A reaction tube, exhaust means for depressurizing the inside of the reaction tube, gas supply means for supplying a gas into the reaction tube and heating or cooling the gas, and a processing target installed in the reaction tube. A light source for heating the body, a first means for heating the object by flashing the light source in a cycle of 1 second or less, and a light source for flashing the light source in a pulse shape for a period of 1 second or more. And a second means for heating the processing body.
【請求項9】請求項1乃至請求項8のいずれか一におい
て、前記光源はハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、キセノン
ランプから選ばれた一つであることを特徴とする熱処理
装置。
9. The light source according to claim 1, wherein the light source is one selected from a halogen lamp, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a high-pressure sodium lamp, and a xenon lamp. Heat treatment equipment.
【請求項10】請求項1乃至請求項8のいずれか一にお
いて、前記気体は、窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプ
トン、キセノンから選ばれた一つであることを特徴とす
る熱処理装置。
10. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the gas is one selected from nitrogen, helium, argon, krypton, and xenon.
【請求項11】反応管内に加熱された気体を供給し、且
つ、前記反応管の外側に備えられた光源をパルス状に点
滅して、前記反応管内に置かれた被処理体を加熱するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. Heating the object to be processed placed in the reaction tube by supplying a heated gas into the reaction tube and blinking a light source provided outside the reaction tube in a pulsed manner. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項12】前記反応管内に加熱された気体を供給
し、且つ、前記反応管の外側に備えられた光源をパルス
状に点滅して前記反応管内に置かれた被処理体を加熱
し、その後前記反応管内に室温又はそれ以下の温度に冷
却された気体を供給し前記被処理体を冷却することを特
徴とする半導体装置の作製方法。
12. A heated gas is supplied into the reaction tube, and a light source provided outside the reaction tube is turned on and off in a pulsed manner to heat an object placed in the reaction tube. Thereafter, a gas cooled to room temperature or lower is supplied into the reaction tube to cool the object to be processed.
【請求項13】反応管の外側に光源が備えられ、前記光
源を周期1秒以下でパルス状に点滅して被処理体を加熱
する第1の段階と、前記光源を周期1秒以上でパルス状
に点滅して被処理体を加熱する第2の段階とにより前記
反応管内に置かれた被処理体を加熱することを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
13. A first step in which a light source is provided outside the reaction tube, wherein the light source is turned on and off in a pulse shape at a cycle of 1 second or less to heat the object to be processed, and the light source is pulsed at a cycle of 1 second or more. Heating the object placed in the reaction tube by the second step of heating the object in a blinking manner.
【請求項14】反応管の外側に光源が備えられ、前記反
応管内に加熱された気体を供給し、前記光源を周期1秒
以下でパルス状に点滅して被処理体を加熱する第1の段
階と、前記光源を周期1秒以上でパルス状に点滅して被
処理体を加熱する第2の段階とにより前記反応管内に置
かれた被処理体を加熱することを特徴とする半導体装置
の作製方法。
14. A first light source, wherein a light source is provided outside the reaction tube, a heated gas is supplied into the reaction tube, and the light source is turned on and off in a pulsed manner at a cycle of 1 second or less to heat the object to be processed. Heating the object placed in the reaction tube by a step and a second step of heating the object by flashing the light source in a pulsed manner at a period of 1 second or more. Production method.
【請求項15】反応管内を減圧状態として反応管内に加
熱された気体を供給し、且つ、前記反応管の外側に備え
られた光源をパルス状に点滅して、前記反応管内に置か
れた被処理体を加熱することを特徴とする半導体装置の
作製方法。
15. A heated gas is supplied into the reaction tube while the inside of the reaction tube is depressurized, and a light source provided outside the reaction tube is turned on and off in a pulsed manner, so that the object placed in the reaction tube is illuminated. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising heating a processing body.
【請求項16】反応管内を減圧状態として前記反応管内
に加熱された気体を供給し、且つ、前記反応管の外側に
備えられた光源をパルス状に点滅して前記反応管内に置
かれた被処理体を加熱し、その後前記反応管内に室温又
はそれ以下の温度に冷却された気体を供給し前記被処理
体を冷却することを特徴とする半導体装置の作製方法。
16. A heated gas is supplied into the reaction tube while the inside of the reaction tube is depressurized, and a light source provided on the outside of the reaction tube is turned on and off in a pulsed manner, and the object is placed in the reaction tube. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising heating a processing object, and thereafter supplying a gas cooled to a room temperature or lower to the reaction tube to cool the processing object.
【請求項17】反応管の外側に光源が備えられ、反応管
内を減圧に保持すると共に、前記光源を周期1秒以下で
パルス状に点滅して被処理体を加熱する第1の段階と、
前記光源を周期1秒以上でパルス状に点滅して被処理体
を加熱する第2の段階とにより前記反応管内に置かれた
被処理体を加熱することを特徴とする半導体装置の作製
方法。
17. A first step in which a light source is provided outside the reaction tube, the inside of the reaction tube is maintained at a reduced pressure, and the light source is turned on and off in a pulse shape at a cycle of 1 second or less to heat the object to be processed.
Heating the object placed in the reaction tube by the second step of heating the object by blinking the light source in a pulsed manner at a cycle of 1 second or more.
【請求項18】反応管の外側に光源が備えられ、反応管
内を減圧に保持すると共に、前記反応管内に加熱された
気体を供給し、前記光源を周期1秒以下でパルス状に点
滅して被処理体を加熱する第1の段階と、前記光源を周
期1秒以上でパルス状に点滅して被処理体を加熱する第
2の段階とにより前記反応管内に置かれた被処理体を加
熱することを特徴とする半導体装置の作製方法。
18. A light source is provided outside the reaction tube. The inside of the reaction tube is maintained at a reduced pressure, a heated gas is supplied into the reaction tube, and the light source is turned on and off in a pulsed manner at a cycle of 1 second or less. Heating the object placed in the reaction tube by a first step of heating the object and a second step of heating the object by flashing the light source in a pulsed manner at a period of 1 second or more. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項19】請求項11乃至請求項18のいずれか一
において、前記光源はハロゲンランプ、メタルハライド
ランプ、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、キセ
ノンランプから選ばれた一つであることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
19. A light source according to claim 11, wherein said light source is one selected from a halogen lamp, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a high-pressure sodium lamp, and a xenon lamp. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項20】一導電型の不純物領域を形成された半導
体膜を反応管内に設置して、反応管内に加熱された気体
を供給し、且つ、前記反応管の外側に備えられた光源を
パルス状に点滅して、前記反応管内に置かれた被処理体
を加熱することを特徴とする半導体装置の作製方法。
20. A semiconductor film having an impurity region of one conductivity type is placed in a reaction tube, a heated gas is supplied into the reaction tube, and a light source provided outside the reaction tube is pulsed. And heating the object placed in the reaction tube in a flashing manner.
【請求項21】一導電型の不純物領域を形成された半導
体膜を反応管内に設置して、前記反応管内に加熱された
気体を供給し、且つ、前記反応管の外側に備えられた光
源をパルス状に点滅して前記反応管内に置かれた被処理
体を加熱し、その後前記反応管内に室温又はそれ以下の
温度に冷却された気体を供給し前記被処理体を冷却する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
21. A semiconductor film having an impurity region of one conductivity type is placed in a reaction tube, a heated gas is supplied into the reaction tube, and a light source provided outside the reaction tube is provided. Heating the object placed in the reaction tube by flashing in a pulsed manner, and thereafter supplying the gas cooled to room temperature or lower to the reaction tube to cool the object to be processed. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項22】一導電型の不純物領域を形成された半導
体膜を反応管内に設置して、反応管の外側に光源が備え
られ、前記光源を周期1秒以下でパルス状に点滅して被
処理体を加熱する第1の段階と、前記光源を周期1秒以
上でパルス状に点滅して被処理体を加熱する第2の段階
とにより前記反応管内に置かれた被処理体を加熱するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
22. A semiconductor film in which an impurity region of one conductivity type is formed is installed in a reaction tube, and a light source is provided outside the reaction tube. Heating the object placed in the reaction tube by a first step of heating the object and a second step of heating the object by pulsing the light source in a pulsed manner at a period of 1 second or longer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項23】一導電型の不純物領域を形成された半導
体膜を反応管内に設置して、反応管の外側に光源が備え
られ、前記反応管内に加熱された気体を供給し、前記光
源を周期1秒以下でパルス状に点滅して被処理体を加熱
する第1の段階と、前記光源を周期1秒以上でパルス状
に点滅して被処理体を加熱する第2の段階とにより前記
反応管内に置かれた被処理体を加熱することを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
23. A semiconductor film in which an impurity region of one conductivity type is formed is installed in a reaction tube, a light source is provided outside the reaction tube, and a heated gas is supplied into the reaction tube. A first step of heating the object by blinking in a pulse shape at a period of 1 second or less, and a second step of heating the object by blinking the light source in a pulse shape at a period of 1 second or more. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising heating an object to be processed placed in a reaction tube.
【請求項24】一導電型の不純物領域を形成された半導
体膜を反応管内に設置して、反応管内を減圧状態として
反応管内に加熱された気体を供給し、且つ、前記反応管
の外側に備えられた光源をパルス状に点滅して、前記反
応管内に置かれた被処理体を加熱することを特徴とする
半導体装置の作製方法。
24. A semiconductor film in which an impurity region of one conductivity type is formed is placed in a reaction tube, a heated gas is supplied into the reaction tube while the inside of the reaction tube is depressurized, and a gas is supplied to the outside of the reaction tube. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a light source provided is turned on and off in a pulse shape to heat an object placed in the reaction tube.
【請求項25】一導電型の不純物領域を形成された半導
体膜を反応管内に設置して、反応管内を減圧状態として
前記反応管内に加熱された気体を供給し、且つ、前記反
応管の外側に備えられた光源をパルス状に点滅して前記
反応管内に置かれた被処理体を加熱し、その後前記反応
管内に室温又はそれ以下の温度に冷却された気体を供給
し前記被処理体を冷却することを特徴とする半導体装置
の作製方法。
25. A semiconductor film in which an impurity region of one conductivity type is formed is placed in a reaction tube, a heated gas is supplied into the reaction tube while the inside of the reaction tube is depressurized, and the outside of the reaction tube is provided. A light source provided in the form of a pulse is flashed in a pulse shape to heat the object placed in the reaction tube, and thereafter, a gas cooled to room temperature or lower is supplied into the reaction tube so that the object is treated. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising cooling.
【請求項26】一導電型の不純物領域を形成された半導
体膜を反応管内に設置して、反応管の外側に光源が備え
られ、反応管内を減圧に保持すると共に、前記光源を周
期1秒以下でパルス状に点滅して被処理体を加熱する第
1の段階と、前記光源を周期1秒以上でパルス状に点滅
して被処理体を加熱する第2の段階とにより前記反応管
内に置かれた被処理体を加熱することを特徴とする半導
体装置の作製方法。
26. A semiconductor film having an impurity region of one conductivity type formed therein is installed in a reaction tube, a light source is provided outside the reaction tube, the inside of the reaction tube is maintained at a reduced pressure, and the light source is cycled for one second. A first step of heating the object to be processed by blinking in a pulse shape in the following and a second step of heating the object to be processed by blinking the light source in a pulsed manner at a period of 1 second or more in the reaction tube. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising heating an object to be processed.
【請求項27】一導電型の不純物領域を形成された半導
体膜を反応管内に設置して、反応管の外側に光源が備え
られ、反応管内を減圧に保持すると共に、前記反応管内
に加熱された気体を供給し、前記光源を周期1秒以下で
パルス状に点滅して被処理体を加熱する第1の段階と、
前記光源を周期1秒以上でパルス状に点滅して被処理体
を加熱する第2の段階とにより前記反応管内に置かれた
被処理体を加熱することを特徴とする半導体装置の作製
方法。
27. A semiconductor film having an impurity region of one conductivity type formed therein is installed in a reaction tube, a light source is provided outside the reaction tube, the inside of the reaction tube is kept at a reduced pressure, and the inside of the reaction tube is heated. A first step of heating the object to be processed by supplying the gas, and blinking the light source in a pulsed manner at a cycle of 1 second or less;
Heating the object placed in the reaction tube by the second step of heating the object by blinking the light source in a pulsed manner at a cycle of 1 second or more.
【請求項28】請求項20乃至請求項27のいずれか一
において、前記光源はハロゲンランプ、メタルハライド
ランプ、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、キセ
ノンランプから選ばれた一つであることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
28. The light source according to claim 20, wherein the light source is one selected from a halogen lamp, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a high-pressure sodium lamp, and a xenon lamp. A method for manufacturing a semiconductor device.
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