JP2008186960A - Heat treatment apparatus and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置等におけるガラス基板上に形成した半導体装置の製造に用いて好的な熱処理装置、及びこの熱処理装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus suitable for manufacturing a semiconductor device formed on a glass substrate in a liquid crystal display device or the like, and a method for manufacturing a semiconductor device using the heat treatment apparatus.
液晶表示装置等の表示装置として、マトリクス状に配置された多数の画素を、画素毎に駆動するために、各画素に薄膜半導体装置である薄膜トランジスタ(TFT)を設けたアクティブマトリクス型の表示装置が知られている。かかる用途に用いられるTFTの製造プロセスは、以下の通りである。 As a display device such as a liquid crystal display device, an active matrix display device in which a thin film transistor (TFT), which is a thin film semiconductor device, is provided for each pixel to drive a large number of pixels arranged in a matrix for each pixel. Are known. The manufacturing process of the TFT used for such applications is as follows.
まず、ガラス基板上に所定のパターンの能動層として機能する半導体層を形成する。次いで、この半導体層上に、ゲート絶縁膜及びパターニングしたゲート電極を順次形成し、このゲート電極をマスクとして、半導体層に対し不純物イオンを注入し、ソース領域、ドレイン領域を形成する。 First, a semiconductor layer functioning as an active layer having a predetermined pattern is formed on a glass substrate. Next, a gate insulating film and a patterned gate electrode are sequentially formed on the semiconductor layer, and impurity ions are implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a source region and a drain region.
不純物イオンの注入後、層間絶縁膜を形成し、ファーネス炉アニールにより、ソース領域、ドレイン領域の不純物の活性化を行う。次に、層間絶縁膜を貫通して半導体層に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内及び層間絶縁膜上に、ソース領域及びドレイン領域に接続するソース電極及びドレイン電極を形成して、TFTが完成する。 After the implantation of impurity ions, an interlayer insulating film is formed, and impurities in the source region and the drain region are activated by furnace furnace annealing. Next, a contact hole that reaches the semiconductor layer through the interlayer insulating film is formed, and a source electrode and a drain electrode connected to the source region and the drain region are formed in the contact hole and on the interlayer insulating film, and the TFT is formed. Is completed.
以上のような方法で製造される液晶表示装置のTFTでは、素子の微細化が進んでいる。素子を微細化すると、電流が流れる各部の断面積が小さくなり、結果として抵抗の上昇をもたらす。そのため、特にソースおよびドレイン領域は活性化の状態によって抵抗率に差が生じるため、効率のよい活性化のための熱処理を行うことが求められている。 In the TFT of the liquid crystal display device manufactured by the method as described above, element miniaturization is progressing. When the element is miniaturized, the cross-sectional area of each part through which current flows is reduced, resulting in an increase in resistance. For this reason, the resistivity of the source and drain regions varies depending on the activation state, and thus heat treatment for efficient activation is required.
しかし、上述したようなファーネス炉アニールでは、ガラス基板の歪点が670℃程度であるため、活性化のための加熱温度に限りがあり、そのためソースおよびドレイン領域の抵抗率が十分に下がらないという問題が生じている。 However, in the furnace furnace annealing as described above, since the strain point of the glass substrate is about 670 ° C., the heating temperature for activation is limited, and therefore the resistivity of the source and drain regions is not sufficiently lowered. There is a problem.
上記点に対処して活性化率を向上するひとつの方法として本発明者は、フラッシュランプを光源に用いて、このランプ光を被照射物に瞬時に照射し、光を吸収する半導体層を局所的に1000℃以上の高温まで昇温する方法を開発している。 As one method for improving the activation rate by addressing the above points, the present inventor has used a flash lamp as a light source, and instantaneously irradiates the irradiated object with this lamp light, and locally forms a semiconductor layer that absorbs the light. In particular, a method of raising the temperature to 1000 ° C. or higher has been developed.
この方法によると、光を吸収する半導体層を約1400℃に加熱することができるので、短時間で効果的にポリシリコン層に含まれる不純物の活性化を行うことができている。この工程では、半導体層がほとんど入射光を吸収し、ガラス基板は光を吸収しないため、加熱されず、歪みを生ずる600℃には到達しないことがわかった。 According to this method, the semiconductor layer that absorbs light can be heated to about 1400 ° C., so that the impurities contained in the polysilicon layer can be activated effectively in a short time. In this step, it was found that the semiconductor layer hardly absorbs incident light, and the glass substrate does not absorb light, so that it is not heated and does not reach 600 ° C. at which distortion occurs.
しかし、ガラス基板だけでなく、半導体層に隣接するSiO2からなる下地絶縁膜及びゲート絶縁膜も光を吸収しないため加熱されず、その結果、半導体層と絶縁膜との間の温度勾配が大きくなって、半導体層の周辺部から絶縁膜への熱の移動により、半導体層の周辺部の温度が中心部よりも低くなり、均一な熱処理ができないという問題が生ずる。 However, not only the glass substrate but also the underlying insulating film and the gate insulating film made of SiO 2 adjacent to the semiconductor layer are not heated because they do not absorb light, and as a result, the temperature gradient between the semiconductor layer and the insulating film is large. Thus, the heat transfer from the peripheral portion of the semiconductor layer to the insulating film causes the temperature of the peripheral portion of the semiconductor layer to be lower than that of the central portion, causing a problem that uniform heat treatment cannot be performed.
この問題を解決するため、ゲート電極を覆う層間絶縁膜上に光吸収層を設け、光照射による半導体層の加熱を均一に行う方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve this problem, a method has been proposed in which a light absorption layer is provided on an interlayer insulating film covering a gate electrode and the semiconductor layer is uniformly heated by light irradiation (see, for example, Patent Document 1).
しかし、この方法によると、半導体装置の機能上不要な光吸収層を形成する成膜工程が余分に必要となり、製造コストの増加を招いてしまう。
本発明は、以上のような事情の下になされたもので、不純物を含む半導体層の均一な熱処理を可能とする熱処理装置及びこの熱処理装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of uniform heat treatment of a semiconductor layer containing impurities and a method of manufacturing a semiconductor device using the heat treatment apparatus. And
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様は、放電ランプユニットと、シャワーヘッドを有するガス噴射ユニットと、被処理物を保持する処理台とを備え、前記シャワーヘッドの少なくとも一部分が前記放電ランプユニットから放射される光を透過し、前記ガス噴射ユニットから噴出した高温ガスを前記被処理物の表面に吹き付けるとともに、それに同期して前記放電ランプユニットから光を照射し、前記被処理物を熱処理することを特徴とする熱処理装置を提供する。 In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention includes a discharge lamp unit, a gas injection unit having a shower head, and a processing table that holds an object to be processed. Transmitting light emitted from the discharge lamp unit, spraying the hot gas ejected from the gas injection unit onto the surface of the object to be processed, and irradiating light from the discharge lamp unit in synchronization therewith, the object to be processed A heat treatment apparatus characterized in that is heat-treated.
このような熱処理装置において、前記シャワーヘッドの前記放電ランプユニットから放射される光を透過する部分を石英で形成することができる。 In such a heat treatment apparatus, the portion of the shower head that transmits light emitted from the discharge lamp unit can be formed of quartz.
このような熱処理装置において、前記ガス噴射ユニットから噴出するガスの噴出し速度をスパイク状のプロファイルで変化させることができる。 In such a heat treatment apparatus, the ejection speed of the gas ejected from the gas ejection unit can be changed with a spike-like profile.
このような熱処理装置において、前記高温ガスの温度を、前記透光性基板の歪点温度よりも高く、かつ前記放電ランプユニットからの光照射により前記半導体膜が加熱される最高温度よりも低くすることができる。 In such a heat treatment apparatus, the temperature of the high-temperature gas is set higher than the strain point temperature of the translucent substrate and lower than the maximum temperature at which the semiconductor film is heated by light irradiation from the discharge lamp unit. be able to.
このような熱処理装置において、放電ランプユニットとして、フラッシュランプを用いることができる。 In such a heat treatment apparatus, a flash lamp can be used as the discharge lamp unit.
同期手段は、処理台上の被処理物の近傍の位置に設けられた温度または圧力を検出するセンサーと、このセンサーにより検知された前記噴出ガスの信号を受けて、放電ランプユニットを作動させる手段を備えるものとすることができる。 The synchronization means includes a sensor for detecting temperature or pressure provided at a position in the vicinity of the object to be processed on the processing table, and means for operating the discharge lamp unit in response to a signal of the jet gas detected by the sensor. Can be provided.
高温ガスとしては、不活性ガスを用いることができる。また、高温ガスの温度は、600℃〜1400℃であることが望ましい。 An inert gas can be used as the high temperature gas. Moreover, as for the temperature of high temperature gas, it is desirable that they are 600 to 1400 degreeC.
本発明の第2の態様は、基板上に半導体膜を形成する工程、前記半導体膜を含む前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体膜に不純物を注入する工程、及び前記不純物注入領域に、上述した本発明の第1の態様に係る熱処理装置を用い、前記ガス噴射ユニットから噴出した高温ガスを前記被処理物の表面に吹き付けるとともに、それに同期して前記放電ランプユニットから光を照射して前記半導体膜に熱処理を施し、前記半導体膜中の不純物を活性化する工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。 The second aspect of the present invention includes a step of forming a semiconductor film on a substrate, a step of forming a gate insulating film on the substrate including the semiconductor film, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, The step of implanting impurities into the semiconductor film using the gate electrode as a mask, and the heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention described above in the impurity implantation region, the high-temperature gas ejected from the gas injection unit is applied to the object. And a step of irradiating light from the discharge lamp unit and applying heat treatment to the semiconductor film to activate the impurities in the semiconductor film. An apparatus manufacturing method is provided.
このような半導体装置の製造方法において、放電ランプユニットから光を照射するタイミングは、高温ガスを前記被処理体の表面に吹き付けたのち被処理体近傍の温度の上昇を検知したときとすることができる。或いは、放電ランプユニットから光を照射するタイミングは、高温ガスを被処理体の表面に吹き付けたのち被処理体近傍の圧力の増加を検知したときとすることができる。 In such a method of manufacturing a semiconductor device, the timing of irradiating light from the discharge lamp unit may be when a rise in temperature in the vicinity of the object to be processed is detected after high temperature gas is sprayed on the surface of the object to be processed. it can. Or the timing which irradiates light from a discharge lamp unit can be made when the increase in the pressure of the to-be-processed object is detected after spraying high temperature gas on the surface of a to-be-processed object.
本発明によれば、放電ランプユニットとガス噴射ユニットとを併用することにより、不純物を含む半導体膜の均一な加熱が可能な熱処理装置が提供される。また、このような熱処理装置を用いることにより、半導体膜中の不純物の効率のよい活性化が可能であり、微細な半導体装置の製造が可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat processing apparatus which can heat uniformly the semiconductor film containing an impurity is provided by using together a discharge lamp unit and a gas injection unit. Further, by using such a heat treatment apparatus, the impurities in the semiconductor film can be activated efficiently, and a fine semiconductor device can be manufactured.
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について説明する。
本発明の一実施形態に係る熱処理装置は、素子パターンを構成する半導体層の周辺部と中心部の加熱温度差が主に周囲への熱伝導に起因するものであることを考慮し、放電ランプにより発した光による局部的な加熱と、ガス噴射ユニットから噴出した高温ガスによる被処理物の表面全体の短時間の加熱とを併用する装置であることを特徴とする。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
The heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention is a discharge lamp in consideration that the heating temperature difference between the peripheral portion and the central portion of the semiconductor layer constituting the element pattern is mainly caused by heat conduction to the periphery. The apparatus is characterized in that local heating by the light emitted by the gas and a short-time heating of the entire surface of the object to be processed by the high-temperature gas ejected from the gas injection unit are used.
このような熱処理装置によると、放電ランプにより発した光により、ガラス基板の温度を上昇させることなく半導体層を活性化のために十分な高温に加熱することが可能であり、またガス噴射ユニットから噴出した短時間の高温ガスによる加熱により、半導体層に隣接する部分をも加熱して半導体層の中心部と周辺部の温度差を縮小し、半導体層の均一な加熱を可能とするものである。 According to such a heat treatment apparatus, it is possible to heat the semiconductor layer to a sufficiently high temperature for activation without increasing the temperature of the glass substrate by the light emitted from the discharge lamp, and from the gas injection unit. By heating with the jetted hot gas for a short time, the part adjacent to the semiconductor layer is also heated to reduce the temperature difference between the central part and the peripheral part of the semiconductor layer, thereby enabling uniform heating of the semiconductor layer. .
図1は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置の概略を示す図である。図1において、気密容器1内には、被処理体2を予め定められた位置に位置合わせして保持する処理台3が配置されている。気密容器1の上方には、複数のフラッシュランプ4とリフレクタ5とからなるランプユニット6が配置されている。また、フラッシュランプ4と被処理体2との間には、被処理体2を加熱するための高温のガスを噴射するガス噴射ユニットのシャワーヘッド7が、その噴射口を下に向けて配置されている。シャワーヘッド7は、ガス噴射機構8と導管9により接続されており、これらによりガス噴射ユニット10が構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a processing table 3 that holds an object to be processed 2 in a predetermined position is disposed in an
シャワーヘッド7から噴出した高温ガスで被処理体2を均一に効率よく加熱するには、シャワーヘッド7をほぼ被処理体2の全面と対向するように近接配置し、シャワーヘッド7にほぼ偏りなく多数のガス噴出口を設けることが望ましい。一方、フラッシュランプ4の光で被処理体2を均一に効率よく加熱するには、フラッシュランプ4の光を遮ることなく被処理体2に均一照射することが望ましい。これらの条件を満たすには、シャワーヘッド7がフラッシュランプ4の光を透過する材質で構成されていることが必要である。
In order to uniformly and efficiently heat the object to be processed 2 with the high-temperature gas ejected from the
処理台3の被処理体2の周縁近傍には、シャワーヘッド7からのガス噴射による温度上昇または圧力増加を検知するためのセンサー11が設けられている。このセンサ11の出力回路には、上記ガス噴射による温度上昇または圧力増加を検知したタイミングで、フラッシュランプ4を点灯駆動するための駆動信号を送出するランプ駆動回路12が接続されている。
A
このランプ駆動回路12の出力回路には、上記駆動信号を受信したとき信号に同期して点灯するフラッシュランプ4が接続されている。このようにして活性化処理工程に好適な熱処理装置13が構成されている。
Connected to the output circuit of the
次に熱処理装置13により熱処理方法例えばソース・ドレイン領域の活性化工程に適用した実施形態を説明する。 Next, an embodiment in which the heat treatment apparatus 13 is applied to a heat treatment method such as a source / drain region activation process will be described.
気密容器1内には、TFTの製造工程で半導体薄膜のソース・ドレイン領域に不純物が注入された後の被処理基板2が位置合わせされて支持台3の予め定められた位置に搬入される。気密容器1内は、大気圧でよく、処理ガスが漏れない程度の気密であればよく、処理ガスの排気口(図示せず)備えている。その後、シャワーヘッド7から高温に加熱されたガスを噴射して被処理基板2の温度を例えば800℃まで急速に加熱する。
In the
その後、センサー11が予め定められた温度例えば800℃を検出したとき、センサー11は温度の検知信号をランプ駆動回路12に送信する。このランプ駆動回路12は、検知信号を受信したときフラッシュランプ4を点灯駆動するための駆動電力を送出し、フラッシュランプ4を点灯させる。このようにして活性化工程を終了する。 この工程を1周期として複数回実行してもよい。次に活性化工程を終了した被処理体2は、気密容器1外に搬出される。
Thereafter, when the
図2は、図1に示す被処理体2を説明するための半導体装置の断面図である。図2において、基板例えば2m角の方形状ガラス基板21上には、この基板21からの不純物の浸透を防止するための例えばSiO2からなる下地絶縁膜22がプラズマCVD法により成膜されている。この下地絶縁膜22上には、非単結晶半導体薄膜例えばアモルファスシリコン膜がプラズマCVD法により成膜されている。このアモルファスシリコン膜は、結晶化するためのエネルギー光により照射されて多結晶化された後、予め定められたTFTを形成する位置のパターンをマスクとして島状に残してプラズマエッチングされて、島状多結晶半導体薄膜23に加工されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device for explaining the object to be processed 2 shown in FIG. In FIG. 2, a
この島状多結晶半導体薄膜23および露出した下地絶縁膜22上には、例えばSiO2からなるゲート絶縁膜24がプラズマCVD法により形成されている。このゲート絶縁膜24上にはゲート電極を形成するための導電体例えば金属薄膜がスパッタ法により成膜され、予め定められたTFTを形成する位置のパターンをマスクとして島状に残してプラズマエッチングされて、ゲート電極25が形成されている。島状多結晶半導体薄膜23にソースおよびドレイン領域を形成するための不純物注入はゲート電極25をマスクとして行う。この不純物を活性化するために、図1に示す熱処理装置による熱処理を行う。更に島状多結晶半導体薄膜23およびゲート電極25を覆うように全面にSiO2からなる層間絶縁膜26を形成する。この層間絶縁膜26にコンタクトホール形成した後、導電体例えば金属の配線を形成する。ここでは、図1に示す熱処理装置による熱処理を層間絶縁膜26の形成前に行ったが、層間絶縁膜26の形成とコンタクトホール形成との間に熱処理を行ってもよい。
On the island-like polycrystalline semiconductor
ランプユニット6を構成する複数のフラッシュランプ4としては、例えば棒状のキセノンフラッシュランプを用いることができる。キセノンフラッシュランプは、その内部にキセノンガスが封入され、その両端にコンデンサーに接続された陽極及び陰極が配置され、更にトリガー電極がガラス管外壁近傍に配置された石英ガラス管であり、トリガー電極に高電圧が加えられ、ガラス管内のキセノンガスの一部が電離して陽極と陰極間の絶縁が破壊されることで駆動電源回路のコンデンサーに蓄えられた電荷が電流として陽極と陰極間に流れガラス管内のキセノンガスを励振することにより、光が放出される。
As the plurality of
フラッシュランプ光の発光波長域は、紫外域から赤外域におよび、発光時間は0.1ms〜100msである。 The emission wavelength range of the flash lamp light ranges from the ultraviolet range to the infrared range, and the emission time is 0.1 ms to 100 ms.
このキセノンフラッシュランプ4の点灯は、シャワーヘッド7から高温ガスを噴射して被処理基板2を加熱し、センサー11がガス噴射による温度上昇または圧力増加を検知したタイミングで所定の駆動信号を発し、その駆動信号に同期してフラッシュランプ4を点灯駆動する。この結果、被処理基板2を瞬時に照射することで、短時間での効率的なアニール処理を行い、不純物イオンの活性化を行うことができる。なお、キセノンフラッシュランプとしては、紫外から可視光領域の発光強度が高いものが好適である。
The
リフレクタ5は、フラッシュランプ4から上方に放射された光を被処理体2の方向に反射させるために設けられている。
The
このようなランプユニット6により図2に示す被処理体2に光を照射すると、光を吸収する島状多結晶半導体薄膜23を約1400℃に加熱することができる。その結果、短時間で効果的に島状多結晶半導体薄膜23に含まれる不純物の活性化を行うことができる。この場合、ガラス基板21は光を吸収しないため、加熱されず、歪みを生ずる600℃には到達しない。
When the
しかし、上述したように、ガラス基板21だけでなく、島状多結晶半導体薄膜23近傍のSiO2からなる下地絶縁膜22及びゲート絶縁膜24も光を吸収しないため加熱されず、その結果、下地絶縁膜22及びゲート絶縁膜24と島状多結晶半導体薄膜23との間の温度勾配が大きくなって、島状多結晶半導体薄膜23の周辺部から下地絶縁膜22及びゲート絶縁膜24への熱の移動により、島状多結晶半導体薄膜23の周辺部の温度が中心部よりも低くなり、均一な熱処理ができないという問題が生ずる。
However, as described above, not only the
本実施形態では、ガス噴射ユニット10を設けて高温ガスを噴射することにより、島状多結晶半導体薄膜23と共に島状多結晶半導体薄膜23近傍の下地絶縁膜22及びゲート絶縁膜24絶縁膜も加熱できるため、温度勾配の発生を抑制し、このような問題を解決した。即ち、ガス噴射ユニット10は、高温のガスを極めて短時間、噴射し、被処理体2に吹き付けることにより、島状多結晶半導体薄膜23と下地絶縁膜22及びゲート絶縁膜24を加熱し、島状多結晶半導体薄膜23の周辺部から下地絶縁膜22及びゲート絶縁膜24への熱の移動を防止し、島状多結晶半導体薄膜23の均一な加熱を可能とする。
In the present embodiment, by providing the
ガスの種類は、不活性ガス、例えば窒素、アルゴンが好ましい。 The type of gas is preferably an inert gas such as nitrogen or argon.
島状多結晶半導体薄膜23の加熱のピーク温度はフラッシュランプ光の照射による加熱条件によって決まり、ガス加熱は補助加熱の役割を果たす。高温ガスによる補助加熱のピーク温度は、ガラスの変形を生じない範囲でできる限り高いことが望ましい。すなわち、ガス温度及び噴射時間は、ガラス基板21の変形を防止するため、ガラス基板のピーク温度がガラス基板の歪点を大きくは超えないように設定することが望ましい。従って、高温ガスの噴出速度はスパイク状のプロファイルで変化させ、高温ガスから被処理体2への伝熱効率を考慮してガス温度を設定する必要がある。ガスの噴射時間は0.1秒近傍で、ガスの温度はガラス基板の材質などによって適切な温度は異なるが、ガラス基板の歪点以上の温度で、例えば600〜1400℃であることが好ましい。
なお、高温ガスから被処理体2への熱の伝達による加熱では、フラッシュランプ光の照射による加熱ほど急激な温度上昇を生じないため、ガス噴射ユニット10による高温ガス加熱による被処理体2の加熱のみでは、島状多結晶半導体薄膜23に含まれる不純物の活性化を短時間で完了させることができず、そのような加熱のみによって島状多結晶半導体薄膜23を融点付近、すなわち1400℃付近まで加熱しようとすると、ガラス基板21の温度が歪点を超えてしまい、ガラス基板21に変形が生じるなどするため好ましくない。
The peak temperature of heating of the island-like polycrystalline semiconductor
In addition, in the heating by the transfer of heat from the high temperature gas to the object to be processed 2, the temperature is not increased as rapidly as the heating by the irradiation of the flash lamp light, and thus the object to be processed 2 is heated by the
そのため、ガラス基板21に変形を生じることなく、島状多結晶半導体薄膜23の温度を均一に1400℃に加熱するには、ランプユニット6による光加熱と、ガス噴射ユニット10による高温ガス加熱とを併用することが必要である。
Therefore, in order to uniformly heat the island-like polycrystalline semiconductor
図1に示すガス噴射ユニット10を構成するガス噴射機構8としては、様々な機構に基づくものを使用することができる。例えば、高速に駆動するピストンを用いたもの、ガス圧縮装置とガス放出弁とを組合せたもの、エアーガンに類似の機構等を用いることができる。
As the
本実施形態に係る熱処理装置は、ランプユニット6による光加熱と、ガス噴射ユニット10によるガス噴射加熱とを併用するものであるので、両者を同期して動作させることが必要である。この場合、ランプユニット6のフラッシュランプ4の発光時間は1〜2ミリ秒と、ガス噴射による加熱時間に比べ短いため、図1に示すように、ガス噴射により処理基板2を予め定められた温度に温度上昇させた後、被処理体2の近傍に設置されたセンサー11によりガス噴射による温度上昇または圧力増加を検知し、この信号を同期手段12に送り、同期手段12からフラッシュランプ4に駆動信号を送ることにより、ガス噴射による加熱と同期してランプユニット6による光加熱を行うことができる。
Since the heat treatment apparatus according to the present embodiment uses both light heating by the
次に、以上説明した熱処理装置を用いて多結晶半導体薄膜23に含まれる不純物の活性化を行った、液晶表示装置を駆動する薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法について説明する。図3は、この薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法を工程順に示す断面図である。
Next, a method for manufacturing a thin film transistor (TFT) for driving a liquid crystal display device in which impurities contained in the polycrystalline semiconductor
まず、被処理基板31を用意する。この実施形態では、被処理基板31としてガラス基板32上にSiO2からなる下地絶縁層33が形成された基板を用いている。このガラス基板31上(下地絶縁層33上)の略全面に層厚が例えば50nmとなるようにアモルファスシリコン層34を形成する。その後、温度500℃の雰囲気中でアニール処理を施し、このアモルファスシリコン層34中の水素を離脱させる(図3(a))。
First, a substrate to be processed 31 is prepared. In this embodiment, a substrate in which a
次いで、例えばELA(Excimer Laser Anneal)法により、このアモルファスシリコン層34を結晶化して、ポリシリコン層35とする(図3(b))。
Next, the
次に、PEP(Photo Engraving Process、いわゆるフォトリソグラフィー)によりポリシリコン層35上に所定の形状のレジストマスクを形成し、このレジストマスクをマスクとして、CDE(Chemical Dry Etching)法によりポリシリコン層35にエッチングを施すことによって、ポリシリコン層35を島形状に加工する(図3(c))。
Next, a resist mask having a predetermined shape is formed on the
その後、PE−CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法を用いて、島形状に加工されたポリシリコン層(島状多結晶半導体薄膜)35及び下地絶縁層33を覆うように、SiO2からなるゲート絶縁膜36を形成する(図3(d))。
Thereafter, a gate made of SiO 2 is used to cover the polysilicon layer (island-like polycrystalline semiconductor thin film) 35 and the
次に、ゲート絶縁膜36上の略全面に金属層、例えばモリブデンタングステン層37形成する(図4(a))。そして、モリブデンタングステン層37上にPEPにより所定の形状のレジストマスクを形成した後、このレジストマスクをマスクとして反応性イオンエッチング法により、モリブデンタングステン層の不要部分を除去し、ゲート電極38を形成する(図4(b))。
Next, a metal layer, for example, a
次に、ゲート電極層38をマスクとして、ポリシリコン層35に不純物領域、例えばソース領域及びドレイン領域形成のために不純物イオン(リンもしくはボロン等)を注入する(図4(c))。
Next, using the
その後、図1に示す熱処理装置を用いて、図4(d)に示す構造を、ランプユニット6による光加熱と、ガス噴射ユニット10によるガス噴射加熱とを同期して動作させることにより熱処理し、ポリシリコン層35に含まれる不純物を活性化し、ソース領域及びドレイン領域を形成する。
After that, using the heat treatment apparatus shown in FIG. 1, the structure shown in FIG. 4 (d) is heat-treated by operating the light heating by the
即ち、ガス噴射ユニット10により窒素ガスをシャワーヘッド7から下方に噴射し、図4(d)に示す構造を加熱するとともに、その加熱温度または噴射圧をセンサー11により検知し、その信号を受けた同期手段12がフラッシュランプ4を駆動することにより、図4(d)に示す構造に光を照射する。このとき、ガス噴射による加熱時間はフラッシュランプ4による光の照射時間よりも長く、そのため、ガス噴射による加熱時間内にフラッシュランプ4による光の照射は完了する。
That is, nitrogen gas is jetted downward from the
次いで、全面にSiO2からなる層間絶縁膜39を形成する(図4(d))。
Next, an
その後は、通常の薄膜トランジスタの製造工程に従って、ソース領域の一部及びドレイン領域の一部を露出させるように、コンタクトホールを形成し、次いで、コンタクトホールを埋めるように金属の配線層を形成しパターニングすることにより、ソース電極及びドレイン電極を形成して、TFTが完成する。 After that, according to a normal thin film transistor manufacturing process, a contact hole is formed so as to expose a part of the source region and a part of the drain region, and then a metal wiring layer is formed so as to fill the contact hole and patterned. Thus, the source electrode and the drain electrode are formed, and the TFT is completed.
以上のようにして製造された液晶表示装置駆動用TFTでは、ランプユニット6による光加熱と、ガス噴射ユニット10によるガス噴射加熱とを併用して熱処理を行っているため、ポリシリコン層35の加熱を均一に行うことができ、ポリシリコン層35中の不純物を効率よく活性化することが可能である。
In the TFT for driving the liquid crystal display device manufactured as described above, the heat treatment is performed by using the light heating by the
また、従来の方法のように、光吸収層を設ける必要がないため、工程数の削減及びプロセスの効率化を図ることができる。 Further, unlike the conventional method, it is not necessary to provide a light absorption layer, so that the number of steps can be reduced and the process efficiency can be improved.
なお、以上の実施形態では、ランプユニット6の光源としてフラッシュランプを用いたが、フラッシュランプによる光の照射の代わりにCW−YAGレーザー光を照射、例えば走査してもよい。
In the above embodiment, the flash lamp is used as the light source of the
1・・・熱処理装置、2・・・被処理体、3・・・処理台、4・・・フラッシュランプ、5・・・リフレクタ、6・・・ランプユニット、7・・・シャワーヘッド、8・・・ガス噴射機構、9・・・導管、10・・・ガス噴射ユニット、11・・・センサー、12・・・同期手段、21,32・・・ガラス基板、22,33・・・下地絶縁膜、23・・・島状多結晶半導体薄膜、24,36・・・ゲート絶縁膜、25,38・・・ゲート電極、26,39・・・層間絶縁層、35・・・ポリシリコン層
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体膜を含む前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体膜に不純物を注入する工程、及び
前記不純物注入領域に、請求項1に記載の熱処理装置を用い、前記ガス噴射ユニットから噴出した高温ガスを前記被処理物の表面に吹き付けた状態で前記放電ランプユニットから光を照射して前記半導体膜に熱処理を施し、前記半導体膜中の不純物を活性化する工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a semiconductor film on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate including the semiconductor film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Injecting impurities into the semiconductor film using the gate electrode as a mask, and using the heat treatment apparatus according to claim 1 in the impurity implantation region, a high-temperature gas ejected from the gas injection unit is applied to the surface of the object to be processed. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating light from the discharge lamp unit in a state of being sprayed on the semiconductor film to heat-treat the semiconductor film to activate impurities in the semiconductor film.
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