JP2009094404A - Heat treatment method and apparatus - Google Patents

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厚 佐々木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment method and apparatus which can thermally and uniformly treat even members as processing targets including materials having different light absorption characteristics when the processing members are thermally treated by illuminating the member with lamp light. <P>SOLUTION: In the heat treatment method, members as processing targets including at least two types of materials having different absorption characteristics of light in visible and infrared light ranges are illuminated with light which is emitted from a discharge lamp and which is passed through a filter unit for removing part of the light having predetermined wavelengths according to the different light absorption characteristics. The filter unit comprises selective reflecting mirrors for reflecting at least part of ultraviolet or visible light to pass light having a wavelength range other than the wavelengths of the ultraviolet or visible light therethrough or absorbing the light. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱処理方法及び熱処理装置に係り、特に、シリコン基板又はガラス基板上に形成した半導体装置の熱処理方法、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 method and a heat treatment apparatus, and more particularly to a heat treatment method, a heat treatment apparatus for a semiconductor device formed on a silicon substrate or a glass substrate, 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、活性化のための加熱はガラス基板の歪点温度以下で行う必要があり、ガラス基板の歪点が670℃程度であるため十分に加熱温度を上げることができず、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, heating for activation needs to be performed at a temperature lower than the strain point temperature of the glass substrate, and since the strain point of the glass substrate is about 670 ° C., the heating temperature must be sufficiently raised. There is a problem that the resistivity of the source and drain regions is not sufficiently lowered.

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、活性化処理を施される半導体層が光を吸収し、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 addressing the above points and improving the activation rate, the present inventor uses a flash lamp as a light source, and irradiates the irradiated object with the lamp light instantaneously to perform the activation process. A method has been developed in which the layer absorbs light and locally raises the temperature to 1000 ° C. or higher.

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.

しかしながら、上述した薄膜トランジスタの製造工程において行うランプ光による活性化熱処理では、半導体層とゲート電極の光吸収特性および熱的物性が異なるため、熱処理状態に不均一性を生じるという問題があることがわかった。即ち、ゲート電極は金属からなるため、その光吸収特性は、波長によらずフラットな特性を示すが、シリコンにより構成される半導体層は、600nm以上の波長域における吸収率が低い。これらゲート電極及び半導体層に照射されるフラッシュランプの放射特性は、紫外光から赤外光まで幅広い光を含んでいるため、ゲート電極と半導体層とで温度差が生じてしまい、均一な加熱を行うことが出来ない。   However, it has been found that the activation heat treatment using lamp light performed in the above-described thin film transistor manufacturing process has a problem that non-uniformity occurs in the heat treatment state because the light absorption characteristics and thermal properties of the semiconductor layer and the gate electrode are different. It was. That is, since the gate electrode is made of metal, its light absorption characteristic is flat regardless of the wavelength, but the semiconductor layer made of silicon has low absorptance in the wavelength region of 600 nm or more. The radiation characteristics of the flash lamps irradiated to these gate electrodes and semiconductor layers include a wide range of light from ultraviolet light to infrared light. Therefore, temperature differences occur between the gate electrodes and the semiconductor layers, and uniform heating is performed. I can't do it.

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされ、ランプ光を照射して熱処理を行う際に、光吸収特性の異なる材料を含む被処理体に対しても、均一な熱処理を可能とする熱処理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and when performing heat treatment by irradiating lamp light, heat treatment that enables uniform heat treatment even for an object to be processed including materials having different light absorption characteristics. It is an object to provide a method and a heat treatment apparatus.

上記課題を解決するため、本発明の第1の態様は、放電ランプから光を照射して、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも2種以上の材料を含む被処理体を熱処理するに際し、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理方法であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラーを備えることを特徴とする熱処理方法を提供する。   In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention is to heat-treat an object to be processed including at least two kinds of materials having different light absorption characteristics in a visible region and an infrared region by irradiating light from a discharge lamp. In this case, the heat treatment method of irradiating the object to be treated with light emitted from the discharge lamp through a filter unit that removes light having a predetermined wavelength corresponding to the absorption characteristics of the different light, the filter unit Includes a selective reflection mirror that reflects at least a part of ultraviolet light or visible light and transmits or absorbs light in other wavelength ranges.

本発明の第2の態様は、放電ランプからの光の照射により、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも2種以上の材料を含む被処理体を熱処理するに際し、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理装置であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラーを備えることを特徴とする熱処理装置を提供する。   According to a second aspect of the present invention, when the object to be processed including at least two kinds of materials having different light absorption characteristics in the visible region and the infrared region is heat-treated by irradiation with light from the discharge lamp, A heat treatment apparatus that irradiates the object to be processed through a filter unit that removes light having a predetermined wavelength corresponding to the different light absorption characteristics, wherein the filter unit includes ultraviolet light or visible light. There is provided a heat treatment apparatus comprising a selective reflection mirror that reflects at least part of the light and transmits or absorbs light in other wavelength ranges.

以上のように構成される本発明の第1及び第2の態様に係る熱処理方法及び熱処理装置において、前記放電ランプとして、フラッシュランプを用いることができる。なお、前記光の吸収特性が異なる少なくとも2種以上の材料は、半導体及び金属を含むものとすることができる。前記被処理体として、ガラス基板上に形成された半導体薄膜パターン及び金属薄膜パターンを用いることができる。   In the heat treatment method and the heat treatment apparatus according to the first and second aspects of the present invention configured as described above, a flash lamp can be used as the discharge lamp. The at least two kinds of materials having different light absorption characteristics may include a semiconductor and a metal. As the object to be processed, a semiconductor thin film pattern and a metal thin film pattern formed on a glass substrate can be used.

本発明の第3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、及び上述した熱処理装置を用い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。   A third 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, A step of implanting impurities into the semiconductor film using a gate electrode as a mask; and a step of activating the impurities in the semiconductor film by performing a heat treatment on the semiconductor film using the heat treatment apparatus described above. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明によれば、放電ランプからの光の照射による熱処理に際し、所定の波長の光を除去する選択反射ミラーを備えたフィルタユニットを通して光の照射を行うことにより、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも2種以上の材料を含む被処理体を熱処理する場合でも、異なる光の吸収特性に対応して光の相対強度を制御した光の照射が可能となり、均一な熱処理が実現される。   According to the present invention, when heat treatment is performed by irradiating light from a discharge lamp, light is irradiated through a filter unit including a selective reflection mirror that removes light of a predetermined wavelength, so that light in the visible region and infrared region can be emitted. Even when an object to be processed containing at least two kinds of materials having different absorption characteristics is heat-treated, it is possible to irradiate light with controlled relative light intensity corresponding to different light absorption characteristics, and uniform heat treatment is realized. The

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の一実施形態に係る熱処理方法及び熱処理装置は、金属からなるゲート電極と素子パターンを構成する半導体層の構成する材料が、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なるため、放電ランプからの光照射による熱処理を行った場合に、両者の温度に相違を生じ、均一な熱処理を行うことができないという問題を、異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去する選択反射ミラーを備えたフィルタユニットを通して光の照射を行うことにより解決したことを特徴とする。   A heat treatment method and a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention provide a discharge lamp because the materials constituting the metal gate electrode and the semiconductor layer constituting the element pattern have different light absorption characteristics in the visible region and the infrared region. The problem is that when heat treatment is performed by irradiating light from the two, there is a difference in temperature between the two, and uniform heat treatment cannot be performed. This is solved by irradiating light through a filter unit having a reflecting mirror.

このような熱処理方法及び熱処理装置によると、フィルタユニットにおいて除去する光の帯域および除去の度合いを調整することにより、可視域および赤外域において光の吸収特性が異なるゲート電極と半導体層の加熱温度の相対強度を変えることができ、両者の加熱状態を均一にすることができる。   According to such a heat treatment method and heat treatment apparatus, the heating temperature of the gate electrode and the semiconductor layer having different light absorption characteristics in the visible region and the infrared region can be adjusted by adjusting the band of light to be removed and the degree of removal in the filter unit. The relative intensity can be changed, and the heating state of both can be made uniform.

図1は、本発明の第1の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内の上部には、可視光および赤外光の部分の照射強度を変化させる手段として、選択反射ミラー15を設けている。選択反射ミラー15は、赤外光を透過する光学ガラス基板上に誘電体の多層膜ミラーを形成したものである。フラッシュランプ3と被処理体7の間にはリフレクター16が配置され、フラッシュランプ3の発する光が被処理体7に直接照射されないようになっている。フラッシュランプ3から直接、あるいはリフレクター16で反射された後に選択反射ミラー15に入射した光は、可視光の一部と赤外光が選択反射ミラー15を透過し、反射された紫外光と可視光の一部が被処理体7に達する。   FIG. 1 is a diagram showing an outline of a heat treatment apparatus according to the first 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 airtight container 1. A selective reflection mirror 15 is provided in the upper part of the hermetic container 1 as means for changing the irradiation intensity of the visible light and infrared light portions. The selective reflection mirror 15 is formed by forming a dielectric multilayer mirror on an optical glass substrate that transmits infrared light. A reflector 16 is disposed between the flash lamp 3 and the object 7 so that the light 7 emitted from the flash lamp 3 is not directly irradiated onto the object 7. The light incident on the selective reflection mirror 15 directly from the flash lamp 3 or after being reflected by the reflector 16 transmits part of the visible light and infrared light through the selective reflection mirror 15, and the reflected ultraviolet light and visible light. A part of reaches the object 7 to be processed.

なお、本実施形態においては、ランプユニット6を気密容器1内に配置したが、ランプユニット6を気密容器1の外に配置し、気密容器1のランプユニット6と対向する面に開口部を設け、石英ガラスなどフラッシュランプ4の光を透過する材質の板で前記開口部を封止する構造とし、前記開口部を通して被処理体2へ光を照射してもよい。   In the present embodiment, the lamp unit 6 is disposed in the hermetic container 1, but the lamp unit 6 is disposed outside the hermetic container 1, and an opening is provided on the surface of the hermetic container 1 facing the lamp unit 6. Alternatively, the opening may be sealed with a plate made of a material that transmits light from the flash lamp 4 such as quartz glass, and the object to be processed 2 may be irradiated with light through the opening.

ガラス基板上に薄膜トランジスターを形成するプロセスを考えた場合、被処理体2はガラス基板11、シリコンパターン12、ゲート絶縁膜13、および金属からなるゲート電極14で構成される。   Considering a process of forming a thin film transistor on a glass substrate, the object 2 is composed of a glass substrate 11, a silicon pattern 12, a gate insulating film 13, and a gate electrode 14 made of metal.

図2は、フラッシュランプ4の放射特性a、シリコンパターン12の吸収特性b、ゲート電極13の吸収特性cをそれぞれ示す特性図である。図2に示すように、フラッシュランプ4の放射特性aは、紫外光から赤外光まで幅広い波長の光を含んでいる。一方、シリコンパターン12の吸収特性bは、600nm以上の波長域での吸収率が低い。また、金属からなるゲート電極13の吸収特性cは、紫外域から赤外域まで比較的平坦である。   FIG. 2 is a characteristic diagram showing the radiation characteristic a of the flash lamp 4, the absorption characteristic b of the silicon pattern 12, and the absorption characteristic c of the gate electrode 13. As shown in FIG. 2, the radiation characteristic a of the flash lamp 4 includes light having a wide wavelength from ultraviolet light to infrared light. On the other hand, the absorption characteristic b of the silicon pattern 12 has a low absorption rate in a wavelength region of 600 nm or more. The absorption characteristic c of the gate electrode 13 made of metal is relatively flat from the ultraviolet region to the infrared region.

図2に示す各特性から、フラッシュランプ4の放射光のうち、可視光および赤外光の部分、例えば600nmより波長が長い光の照射強度を変化させることによって、シリコンパターン12の加熱状態にはほとんど影響を与えずにゲート電極13の加熱状態を制御することができることがわかる。   From the characteristics shown in FIG. 2, the heating state of the silicon pattern 12 is changed by changing the irradiation intensity of visible light and infrared light, for example, light having a wavelength longer than 600 nm, of the emitted light of the flash lamp 4. It can be seen that the heating state of the gate electrode 13 can be controlled with little influence.

従って、本実施形態では、可視光および赤外光の部分の照射強度を変化させる手段として、選択反射ミラー15を用いている。選択反射ミラー15は、赤外光を透過する光学ガラス基板上に誘電体の多層膜ミラーを形成したものである。フラッシュランプ3と被処理体7の間にはリフレクター16が配置され、フラッシュランプ3の発する光が被処理体7に直接照射されないようになっている。フラッシュランプ3から直接、あるいはリフレクター16で反射された後に選択反射ミラー15に入射した光は、可視光の一部と赤外光が選択反射ミラー15を透過し、反射された紫外光と可視光の一部が被処理体7に達する。このような選択反射ミラー15を用いれば、第1の実施形態よりも構成は複雑になるが、選択反射する帯域の光の損失を防止することができる。   Therefore, in this embodiment, the selective reflection mirror 15 is used as means for changing the irradiation intensity of the visible light and infrared light portions. The selective reflection mirror 15 is formed by forming a dielectric multilayer mirror on an optical glass substrate that transmits infrared light. A reflector 16 is disposed between the flash lamp 3 and the object 7 so that the light 7 emitted from the flash lamp 3 is not directly irradiated onto the object 7. The light incident on the selective reflection mirror 15 directly from the flash lamp 3 or after being reflected by the reflector 16 transmits part of the visible light and infrared light through the selective reflection mirror 15, and the reflected ultraviolet light and visible light. A part of reaches the object 7 to be processed. If such a selective reflection mirror 15 is used, the configuration is more complicated than that of the first embodiment, but the loss of light in the selectively reflected band can be prevented.

なお、本実施形態においては、選択反射ミラー15を備えたランプユニット6を気密容器1内に配置したが、ランプユニット6を気密容器1の外に配置し、気密容器1のランプユニット6と対向する面に開口部を設け、石英ガラスなどフラッシュランプ4の光を透過する材質の板で前記開口部を封止する構造とし、前記開口部を通して被処理体2へ光を照射してもよい。   In this embodiment, the lamp unit 6 including the selective reflection mirror 15 is disposed in the airtight container 1. However, the lamp unit 6 is disposed outside the airtight container 1 and faces the lamp unit 6 of the airtight container 1. An opening may be provided on the surface to be processed, and the opening may be sealed with a plate made of a material that transmits light from the flash lamp 4 such as quartz glass, and the object 2 may be irradiated with light through the opening.

以上説明した図1に示すような熱処理装置を用いることにより、異なる材料間の光による加熱状態の相対強度を調節することができ、均一な熱処理が実現される。   By using the heat treatment apparatus as shown in FIG. 1 described above, the relative intensity of the heated state by light between different materials can be adjusted, and uniform heat treatment can be realized.

次に、以上説明した熱処理装置を用いた熱処理を、ソース・ドレイン領域の活性化工程に適用した実施形態について、説明する。   Next, an embodiment in which the heat treatment using the heat treatment apparatus described above is applied to the activation process of the source / drain regions will be described.

図3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3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SiO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. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining the object to be processed 2 shown in FIG. In FIG. 3, a base insulating film 22 made of, for example, SiO 2 is formed on a substrate, for example, a 2 m square glass substrate 21 by plasma CVD to prevent the permeation of impurities from the substrate 21. . On the base insulating film 22, a non-single-crystal semiconductor thin film such as an amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method. This amorphous silicon film is irradiated with energy light for crystallization to be polycrystallized, and then plasma etched by leaving a pattern at a position where a predetermined TFT is formed as a mask to form an island shape. The polycrystalline semiconductor thin film 23 is processed.

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SiO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モリブデン-タングステン合金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。 On the island-like polycrystalline semiconductor thin film 23 and the exposed base insulating film 22, a gate insulating film 24 made of, for example, SiO 2 is formed by plasma CVD. A conductor for forming a gate electrode, for example, a molybdenum-tungsten alloy thin film is formed on the gate insulating film 24 by a sputtering method, and a pattern at a position where a predetermined TFT is to be formed is left in an island shape as a mask. The gate electrode 25 is formed by plasma etching. Impurity implantation for forming source and drain regions in the island-like polycrystalline semiconductor thin film 23 is performed using the gate electrode 25 as a mask. In order to activate these impurities, heat treatment is performed by the heat treatment apparatus shown in FIG.

まず、気密容器1内に、上述した、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。ゲート電極25が光照射時に酸化されることを防止するため、気密容器1内には窒素などの不活性ガスを導入する。次いで、フラッシュランプ4を点灯駆動するための駆動電力が印加され、フラッシュランプ4を点灯させ、選択反射ミラー15を介して、光照射による熱処理が行われる。   First, the substrate to be processed after impurities are implanted into the source / drain regions of the semiconductor thin film described above is aligned in the hermetic container 1 and carried into a predetermined position of the support 3. In order to prevent the gate electrode 25 from being oxidized during light irradiation, an inert gas such as nitrogen is introduced into the hermetic container 1. Next, drive power for driving the flash lamp 4 is applied, the flash lamp 4 is turned on, and heat treatment by light irradiation is performed via the selective reflection mirror 15.

選択反射ミラー15としては、可視域の光の一部と赤外域の光を透過し、可視域の光の一部と紫外域の光を反射する誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。   As the selective reflection mirror 15, a dielectric multilayer mirror that transmits a part of visible light and infrared light and reflects a part of visible light and ultraviolet light can be used.

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 flash lamps 4 constituting the lamp unit 6, for example, rod-shaped xenon flash lamps can be used. A xenon flash lamp is a quartz glass tube in which xenon gas is sealed inside, an anode and a cathode connected to a capacitor are disposed at both ends, and a trigger electrode is disposed near the outer wall of the glass tube. When high voltage is applied, part of the xenon gas in the glass tube is ionized and the insulation between the anode and cathode is broken, so that the charge stored in the capacitor of the drive power circuit flows between the anode and cathode as a current. Light is emitted by exciting the xenon gas in the tube.

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の点灯により、帯域除去フィルタ7を通して、又は選択反射ミラー15を介して、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。   When the xenon flash lamp 4 is turned on, the substrate 2 to be processed is instantaneously irradiated through the band elimination filter 7 or the selective reflection mirror 15 to perform an efficient annealing process in a short time. Can be activated.

ランプユニット6により図3に示す被処理体に光を照射すると、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。この場合、帯域除去フィルタ7又は選択反射ミラー15により、赤外域の波長が除去されて照射されるので、赤外域の波長を吸収する金属、例えばモリブデンシリサイドからなるゲート電極25の温度上昇及びその下の島状多結晶半導体薄膜23の部分の温度上昇を防止することができ、その結果、短時間で均一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 lamp unit 6 irradiates the object to be processed shown in FIG. 3 with light, the island-like polycrystalline semiconductor thin film 23 that absorbs light can be heated to about 1400 ° C. In this case, since the infrared wavelength is removed by the band elimination filter 7 or the selective reflection mirror 15, the temperature rises and falls below the temperature of the gate electrode 25 made of a metal that absorbs the infrared wavelength, for example, molybdenum silicide. As a result, it is possible to uniformly activate the impurities contained in the island-shaped polycrystalline semiconductor thin film 23 in a short time. In this case, since the glass substrate 21 does not absorb light, it is not heated and does not reach 600 ° C., which causes distortion.

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。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。   In this way, the activation process is completed. You may perform this process in multiple times as 1 period. The object 2 to be processed after the activation process is carried out of the hermetic container 1.

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4及び図5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 thin film 23 are activated using the heat treatment apparatus described above will be described. 4 and 5 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the thin film transistor (TFT) in the order of steps.

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SiO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4(a))。 First, a substrate to be processed 31 is prepared. In this embodiment, a substrate in which a base insulating layer 33 made of SiO 2 is formed on a glass substrate 32 is used as the substrate to be processed 31. An amorphous silicon layer 34 is formed on substantially the entire surface of the glass substrate 31 (on the base insulating layer 33) so as to have a layer thickness of, for example, 50 nm. Thereafter, an annealing process is performed in an atmosphere at a temperature of 500 ° C. to release hydrogen in the amorphous silicon layer 34 (FIG. 4A).

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4(b))。   Next, the amorphous silicon layer 34 is crystallized to form a polysilicon layer 35 by, for example, ELA (Excimer Laser Anneal) method (FIG. 4B).

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4(c))。   Next, a resist mask having a predetermined shape is formed on the polysilicon layer 35 by PEP (Photo Engraving Process, so-called photolithography), and the polysilicon layer 35 is formed by CDE (Chemical Dry Etching) using the resist mask as a mask. Etching is performed to process the polysilicon layer 35 into an island shape (FIG. 4C).

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、SiOからなるゲート絶縁膜36を形成する(図4(d))。 Thereafter, a gate made of SiO 2 is used to cover the polysilicon layer (island-like polycrystalline semiconductor thin film) 35 and the base insulating layer 33 processed into an island shape by using PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method. An insulating film 36 is formed (FIG. 4D).

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5(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5(b))。   Next, a metal layer, for example, a molybdenum tungsten layer 37 is formed on substantially the entire surface of the gate insulating film 36 (FIG. 5A). Then, after forming a resist mask having a predetermined shape on the molybdenum tungsten layer 37 by PEP, unnecessary portions of the molybdenum tungsten layer are removed by a reactive ion etching method using the resist mask as a mask to form the gate electrode 38. (FIG. 5B).

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5(c))。   Next, using the gate electrode layer 38 as a mask, impurity ions (such as phosphorus or boron) are implanted into the polysilicon layer 35 to form impurity regions, for example, a source region and a drain region (FIG. 5C).

その後、図1に示す熱処理装置を用いて、図5(d)に示す構造を、ランプユニット6による光加熱により熱処理し、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。   Thereafter, using the heat treatment apparatus shown in FIG. 1, the structure shown in FIG. 5 (d) is heat-treated by light heating by the lamp unit 6 to activate the impurities contained in the polysilicon layer 35, and the source region and the drain region are formed. Form.

次いで、全面にSiOからなる層間絶縁膜39を形成する(図5(d))。 Next, an interlayer insulating film 39 made of SiO 2 is formed on the entire surface (FIG. 5D).

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、選択反射ミラー15を介してランプユニット6による光加熱を行っているため、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 polysilicon unit 35 can be heated uniformly because the light heating is performed by the lamp unit 6 through the selective reflection mirror 15. Impurities in the silicon layer 35 can be activated efficiently.

本発明の第1の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the heat processing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. フラッシュランプの放射特性、シリコン及びモリブデンシリサイドの吸収特性をそれぞれ示す特性図。The characteristic view which shows the radiation | emission characteristic of a flash lamp, and the absorption characteristic of a silicon | silicone and molybdenum silicide, respectively. 被処理体を説明するための半導体装置の断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor device for illustrating an object to be processed. 薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法を工程順に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a thin-film transistor (TFT) in order of a process. 薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法を工程順に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a thin-film transistor (TFT) in order of a process.

符号の説明Explanation of symbols

1…気密容器、2…被処理体、3…処理台、4…フラッシュランプ、5,16…リフレクタ、6…ランプユニット、11…ガラス基板、12…シリコンパターン、13…ゲート絶縁膜、14…ゲート電極、15…選択反射ミラー、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 SYMBOLS 1 ... Airtight container, 2 ... To-be-processed object, 3 ... Processing stand, 4 ... Flash lamp, 5,16 ... Reflector, 6 ... Lamp unit, 11 ... Glass substrate, 12 ... Silicon pattern, 13 ... Gate insulating film, 14 ... Gate electrode 15, selective reflection mirror 21, 32, glass substrate 22, 33, base insulating film 23, island-like polycrystalline semiconductor thin film 24, 36 gate insulating film 25 , 38 ... gate electrodes, 26, 39 ... interlayer insulating layers, 35 ... polysilicon layers.

Claims (6)

放電ランプから光を照射して、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも2種以上の材料を含む被処理体を熱処理するに際し、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理方法であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラーを備えることを特徴とする熱処理方法。   When the object to be processed including at least two kinds of materials having different light absorption characteristics in the visible region and the infrared region is irradiated with light from the discharge lamp, the light emitted from the discharge lamp is converted into the different light. A heat treatment method of irradiating the object to be processed through a filter unit that removes light of a predetermined wavelength corresponding to the absorption characteristics of the filter, wherein the filter unit reflects at least part of ultraviolet light or visible light, and the like. A heat treatment method comprising a selective reflection mirror that transmits or absorbs light in the wavelength range of. 前記放電ランプが、フラッシュランプであることを特徴とする請求項1に記載の熱処理方法。   The heat treatment method according to claim 1, wherein the discharge lamp is a flash lamp. 前記光の吸収特性が異なる少なくとも2種以上の材料は、半導体及び金属を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱処理方法。   The heat treatment method according to claim 1, wherein the at least two kinds of materials having different light absorption characteristics include a semiconductor and a metal. 前記被処理体が、ガラス基板上に形成された半導体薄膜パターン及び金属薄膜パターンであることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の熱処理方法。   The heat treatment method according to claim 1, wherein the object to be processed is a semiconductor thin film pattern and a metal thin film pattern formed on a glass substrate. 放電ランプからの光の照射により、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも2種以上の材料を含む被処理体を熱処理するに際し、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理装置であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラーを備えることを特徴とする熱処理装置。   When heat-treating an object to be processed containing at least two kinds of materials having different light absorption characteristics in the visible region and the infrared region by irradiation with light from the discharge lamp, the light emitted from the discharge lamp is converted into the different light. A heat treatment apparatus that irradiates the object to be processed through a filter unit that removes light of a predetermined wavelength corresponding to the absorption characteristic of the filter, wherein the filter unit reflects at least part of ultraviolet light or visible light, and the like. A heat treatment apparatus comprising a selective reflection mirror that transmits or absorbs light in the wavelength range of. 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
請求項5に記載の熱処理装置を用い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 heat-treating the semiconductor film using the heat treatment apparatus according to claim 5 to activate the impurities in the semiconductor film. A method of manufacturing a semiconductor device.
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