JP2782035B2 - Glass substrate processing method - Google Patents
Glass substrate processing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス基板上に形成さ
れる薄膜半導体装置の作製方法に関する。特に、加熱処
理を従う工程に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device formed on a glass substrate. In particular, it relates to a step that follows a heat treatment.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガラス基板上に形成される薄膜半導体装
置として、薄膜トランジスタ(以下TFTという)が知
られている。このようなガラス基板上に形成されたTF
Tは、液晶表示装置の画素駆動部分や周辺回路に配置さ
れ、高画像表示をさせる場合に利用される。また、イメ
ージセンサやその他集積回路にも利用される。2. Description of the Related Art As a thin film semiconductor device formed on a glass substrate, a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) is known. TF formed on such a glass substrate
T is arranged in a pixel driving portion or a peripheral circuit of the liquid crystal display device, and is used when displaying a high image. It is also used for image sensors and other integrated circuits.
【0003】基板としてガラス基板を用いることは、 ・光学的に可視光線に対しては透光性であるので、液晶
表示装置のように光が装置中を透過する場合に利用しや
すい。 ・価格が安い。 といった有用性があるが、ガラス基板の耐熱温度で、熱
処理温度の上限が制限されるという問題がある。[0003] The use of a glass substrate as a substrate is as follows: Since it is optically transmissive to visible light, it is easy to use when light passes through the device as in a liquid crystal display device. ·Cheap price. However, there is a problem that the upper limit of the heat treatment temperature is limited by the heat resistant temperature of the glass substrate.
【0004】ガラス基板としては、ガラス基板中からの
不純物の析出の問題、価格の問題等からコーニング70
59ガラスが一般に用いられる。この7059ガラスの
転移点温度は、628℃であり、歪点は593℃であ
る。他の、歪み点が550〜650℃の実用的な工業用
ガラス材料としては表1に示されるものが知られてい
る。[0004] As a glass substrate, Corning 70 is used due to problems such as precipitation of impurities from the glass substrate and price.
59 glass is commonly used. The transition point temperature of this 7059 glass is 628 ° C., and the strain point is 593 ° C. Other practical glass materials having a strain point of 550 to 650 ° C. shown in Table 1 are known.
【0005】[0005]
【表1】 [Table 1]
【0006】一方、ガラス基板上に気相法で形成された
非晶質珪素膜を加熱により結晶化させる場合、例えば6
00℃以上の温度が必要とされており、7059ガラス
基板を用いた場合、基板が加熱によって縮んでしまう。On the other hand, when an amorphous silicon film formed on a glass substrate by a vapor phase method is crystallized by heating, for example,
A temperature of 00 ° C. or higher is required. When a 7059 glass substrate is used, the substrate shrinks due to heating.
【0007】ガラス基板上に形成されたTFTを利用し
た装置としては、アクティブマトリックス型の液晶表示
装置が知られているが、この場合、ガラス基板上に数万
〜数百万個のTFTをマトリックス状に形成する必要が
ある。TFTを形成するには、多数のマクスを用いたプ
ロセスが必要になる訳で、基板の縮みの問題は、作製工
程上の大きな障害となる。As a device using a TFT formed on a glass substrate, an active matrix type liquid crystal display device is known. In this case, tens to tens of millions of TFTs are formed in a matrix on a glass substrate. It needs to be formed in a shape. Since forming a TFT requires a process using a large number of masks, the problem of substrate shrinkage is a major obstacle in the manufacturing process.
【0008】特に、加熱処理前にマスク合わせを行なう
必要がある場合には、加熱処理に従う基板の収縮が生じ
ることは問題がある。一方、基板を加熱処理する工程
は、処理速度の問題から、基板を鉛直に複数枚立てて加
熱炉内に配置されるのが普通であるが、基板の歪点温度
以上の加熱処理においては基板の撓みが顕著になってし
まう。In particular, when mask alignment needs to be performed before the heat treatment, there is a problem that the substrate shrinks due to the heat treatment. On the other hand, in the step of heat-treating the substrate, it is usual to arrange a plurality of substrates vertically and arrange them in a heating furnace due to the problem of the processing speed. Becomes remarkable.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガラス基板
を用いた半導体装置の作製に際する加熱工程における ・ガラス基板の縮みの問題 ・ガラス基板の撓み(たわみ)の問題 を解決することを発明の目的とする。An object of the present invention is to solve the problem of shrinkage of a glass substrate and the problem of bending (deflection) of a glass substrate in a heating step in manufacturing a semiconductor device using a glass substrate. It is an object of the invention.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明においては、ガラ
ス基板の加熱処理時における基板の撓みの問題を解決す
るために、ガラス基板を概略水平に保持して加熱処理す
ることを特徴とする。この基板を概略水平に保持して加
熱処理を行う装置の一例を図1に示す。図1に示すの
は、加熱炉の概略を示すものであり、石英製の反応管1
1、基板保持手段(基板ホルダー)12、水平に配置さ
れた基板13が示されている。また、図には示されてい
ないが、この装置は外部から反応管11を加熱するため
のヒーターが備えられている。また、反応管内に所定の
ガスを供給する手段、基板保持手段を反応管から外部に
移動させる手段を備えている。According to the present invention, in order to solve the problem of substrate deflection during the heat treatment of the glass substrate, the glass substrate is heated substantially horizontally. FIG. 1 shows an example of an apparatus for performing a heat treatment while holding the substrate substantially horizontally. FIG. 1 shows an outline of a heating furnace, and a quartz reaction tube 1 is shown.
1, a substrate holding means (substrate holder) 12 and a horizontally arranged substrate 13 are shown. Although not shown in the figure, the apparatus is provided with a heater for heating the reaction tube 11 from outside. Also provided are means for supplying a predetermined gas into the reaction tube and means for moving the substrate holding means from the reaction tube to the outside.
【0011】図1には、基板保持部分12にガラス基板
13が水平に保持されている状態が示されている。ここ
でガラス基板を水平に保持するのは、基板を水平に保持
して加熱処理することによって、基板が撓み、その平面
性が損なわれることを防ぐためである。上記のような構
成は、ガラス基板に歪点以上の温度が加わる工程が必要
とされる場合に有用である。FIG. 1 shows a state in which a glass substrate 13 is horizontally held by a substrate holding portion 12. Here, the reason why the glass substrate is held horizontally is to prevent the substrate from being bent and the planarity from being impaired by performing the heat treatment while holding the substrate horizontally. The above configuration is useful when a step of applying a temperature higher than the strain point to the glass substrate is required.
【0012】また、加熱工程においてガラス基板を縮ま
せたくない場合に、ガラス基板を予め加熱処理(前熱処
理)して収縮させておき、後の加熱工程における収縮を
低減させる方法がある。本発明者らの実験によれば、こ
の前熱処理をガラス基板の転移点温度以上で行い、しか
も熱処理後に徐冷させた場合、ガラス基板が大きく縮
み、そしてその後の加熱工程をガラス基板の転移点温度
以下で行い、しかもこの熱処理後に急冷した場合、ガラ
ス基板がほとんど縮まないことが判明した。Further, there is a method in which, when it is not desired to shrink the glass substrate in the heating step, the glass substrate is preliminarily subjected to a heat treatment (pre-heat treatment) to be contracted, and the contraction in the subsequent heating step is reduced. According to the experiments of the present inventors, when this pre-heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the transition point temperature of the glass substrate, and when the glass substrate is gradually cooled after the heat treatment, the glass substrate shrinks greatly, and the subsequent heating step is performed at the transition point It was found that the glass substrate hardly shrinks when the temperature is lower than the temperature and when the glass substrate is rapidly cooled after the heat treatment.
【0013】上記前熱処理は、ガラス基板を0.01〜
0.5℃/分、例えば、0.2℃/分以下の速度でゆっ
くりと冷却することが重要である。ガラス基板は、加熱
することによって縮む、特に加熱終了後にゆっくりと冷
却すると、極めて大きく縮むと同時にガラス基板内での
局所的な応力が緩和される。その結果、大きく縮ませれ
ば縮ませる程、後の加熱工程における基板の縮みは小さ
くなる。また、この加熱処理温度が高い程、その効果も
大きくなる。[0013] In the pre-heat treatment, the glass substrate is heated to 0.01 to
It is important to cool slowly at a rate of 0.5 ° C./min, for example, 0.2 ° C./min or less. When the glass substrate shrinks by heating, particularly when cooled slowly after the heating is completed, the glass substrate shrinks significantly and at the same time, local stress in the glass substrate is alleviated. As a result, the larger the shrinkage, the smaller the shrinkage of the substrate in the subsequent heating step. In addition, the higher the heating temperature, the greater the effect.
【0014】また、上記前熱処理後に行なわれる成膜、
結晶成長、酸化等に必要な加熱処理においては、加熱後
10℃/分〜300℃/分の速度で急冷することが重要
である。特にガラス材料の歪み点付近の±100℃にお
いては、上記の速度で急冷するとガラス材料の伸縮を抑
制することができた。例えば、コーニング7059ガラ
スでは493〜693℃での処理温度が必要なプロセス
においては、493℃までは、少なくとも急冷すること
が、さらなる縮み(場合によっては伸び)を30ppm
以下に抑える上で有効である。Further, a film formed after the above pre-heat treatment,
In the heat treatment required for crystal growth, oxidation, etc., it is important to rapidly cool at a rate of 10 ° C./min to 300 ° C./min after heating. In particular, at ± 100 ° C. near the strain point of the glass material, expansion and contraction of the glass material could be suppressed by rapid cooling at the above rate. For example, in processes that require processing temperatures of 493-693 ° C. for Corning 7059 glass, at least quenching up to 493 ° C. can result in additional shrinkage (or elongation in some cases) of 30 ppm.
It is effective in keeping below.
【0015】前熱処理後に行なわれる加熱処理工程とし
ては、当該ガラス基板上に形成された非晶質半導体の加
熱による結晶化、当該ガラス基板上に形成された半導体
膜や半導体装置に対する熱アニール、当該ガラス基板上
に半導体膜や絶縁膜を形成する際に必要とされる加熱処
理、等々のガラス基板に対して熱が加えられる工程を挙
げることができる。上記において説明したガラス基板を
予め縮ませておくための加熱処理(前熱処理)は、その
後に行われる加熱工程における加熱温度よりも高い温度
行うことが必要である。The heat treatment steps performed after the pre-heat treatment include crystallization of the amorphous semiconductor formed on the glass substrate by heating, heat annealing of the semiconductor film and the semiconductor device formed on the glass substrate, and heat treatment. Examples of the heat treatment required for forming a semiconductor film or an insulating film over a glass substrate, such as heat treatment applied to a glass substrate, can be given. The heat treatment (pre-heat treatment) for shrinking the glass substrate described above in advance needs to be performed at a temperature higher than the heating temperature in the heating step performed thereafter.
【0016】ガラス基板上に直接、あるいは酸化珪素等
のバッファー介して非晶質珪素膜を形成し、600℃程
度の加熱により結晶化させる技術が知られているが、本
発明者らによる研究によると、非晶質珪素膜中に結晶化
を促進する不純物としてNiやPb、さらにはSiを導
入することによって、600℃以下の温度でも非晶質珪
素膜の結晶化を行なうことができ、しかもこの結晶化を
促進する不純物であるNiやPbさらにはSiを選択的
に導入することによって、基板と平行な方向への結晶成
長や、選択的な結晶成長が行なえることが判明してい
る。A technique is known in which an amorphous silicon film is formed directly on a glass substrate or via a buffer such as silicon oxide and crystallized by heating at about 600 ° C. By introducing Ni, Pb, and Si as impurities for promoting crystallization into the amorphous silicon film, the amorphous silicon film can be crystallized even at a temperature of 600 ° C. or less. It has been found that by selectively introducing Ni, Pb, and Si, which are impurities that promote crystallization, crystal growth in a direction parallel to the substrate and selective crystal growth can be performed.
【0017】このような工程を採用する場合、加熱によ
る結晶化を行なう前に、不純物を選択的に導入するため
に、マスク合わせを行なう工程が必要になる。従って、
この場合、これらのその後の加熱工程におけるガラス基
板の縮み(ガラスによっては伸縮に異方性があるものが
ある)を最小(少なくとも30ppm以下)に抑える本
願発明を有効に利用することができる。また、酸化性雰
囲気中における加熱によって、半導体表面に酸化膜を形
成する際(一般に熱酸化といわれる)にも本願発明は有
用である。また、成膜せんとする原材料を含む雰囲気中
での加熱によって、所定の皮膜を形成する際にも有効で
ある。When such a step is adopted, a step of performing mask alignment is required in order to selectively introduce impurities before crystallization by heating. Therefore,
In this case, it is possible to effectively utilize the present invention in which shrinkage of the glass substrate (some glass has anisotropy in expansion and contraction) in the subsequent heating step is minimized (at least 30 ppm or less). The present invention is also useful when an oxide film is formed on a semiconductor surface by heating in an oxidizing atmosphere (generally called thermal oxidation). It is also effective when a predetermined film is formed by heating in an atmosphere containing a raw material to be formed into a film.
【0018】[0018]
〔実施例1〕本実施例は図2(A)〜(D)に示される
ガラス基板上に形成された結晶性珪素膜を用いたPチャ
ネル型TFT(PTFTという)とNチャネル型TFT
(NTFTという)とを相補型に組み合わせた回路を形
成する例である。本実施例の構成は、アクティブ型の液
晶表示装置の画素電極のスイッチング素子や周辺ドライ
バー回路、さらにはイメージセンサや3次元集積回路に
応用することができる。[Embodiment 1] In this embodiment, a P-channel TFT (referred to as a PTFT) and an N-channel TFT using a crystalline silicon film formed on a glass substrate shown in FIGS.
(Referred to as NTFT) in a complementary manner. The configuration of this embodiment can be applied to a switching element of a pixel electrode and a peripheral driver circuit of an active liquid crystal display device, as well as an image sensor and a three-dimensional integrated circuit.
【0019】本実施例においては、基板としてコーニン
グ7059ガラスを用いる。まず、ガラス基板を前熱処
理する。この工程は、コーニング7059ガラスの歪み
点(593℃)より高い640℃の温度で4時間行う。
この工程は、図1に示す加熱炉を用い、基板13を複
数、水平に保持して行うものである。加熱処理雰囲気は
窒素雰囲気(常圧)とする。この熱処理は、基板の湾曲
を防ぐために、水平から±30度以下の角度で行なうこ
とが望ましい。In this embodiment, Corning 7059 glass is used as a substrate. First, the glass substrate is pre-heat treated. This step is performed at a temperature of 640 ° C. above the strain point (593 ° C.) of Corning 7059 glass for 4 hours.
This step is performed by using the heating furnace shown in FIG. 1 and holding a plurality of substrates 13 horizontally. The heat treatment atmosphere is a nitrogen atmosphere (normal pressure). This heat treatment is desirably performed at an angle of ± 30 degrees or less from the horizontal in order to prevent the substrate from bending.
【0020】加熱処理終了後は、0.01〜0.5℃/
分の間の速度、例えば、0.2℃/分の速度でガラス基
板を冷却する。この冷却速度の制御は、窒素ガス
(N2 )、アンモニア(NH3 )、亜酸化窒素(N
2 O)等の窒素を含むガスを用い、その流入量を変化さ
せることによって行う。この徐冷工程において、ガラス
基板においては1000ppm以上の縮みが生ずる。さ
らに、この前熱処理後おける冷却の際、窒素、アンモニ
ア、亜酸化窒素を用いれば、これらのガスによってガラ
ス基板の表面近傍を窒化させることができる。すると、
ガラスの不純物であるホウ素、バリウム、ナトリウム等
が後工程で形成される半導体中に析出することを防ぐこ
とができ、信頼性の高い半導体デバイスを形成するうえ
で有効であった。After the completion of the heat treatment, the heat treatment is performed at 0.01 to 0.5 ° C. /
The glass substrate is cooled at a rate of, for example, 0.2 ° C./min. This cooling rate is controlled by nitrogen gas (N 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrous oxide (N
This is performed by using a gas containing nitrogen such as 2 O) and changing the inflow amount. In this slow cooling step, the glass substrate shrinks by 1000 ppm or more. Further, when nitrogen, ammonia, and nitrous oxide are used during cooling after the pre-heat treatment, these gases can nitride the vicinity of the surface of the glass substrate. Then
It was possible to prevent boron, barium, sodium, and the like, which are glass impurities, from being deposited in a semiconductor formed in a later step, which was effective in forming a highly reliable semiconductor device.
【0021】そして図2に示すように基板(コーニング
7059)201上にスパッタリング法またはCVD法
によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地膜202を形
成する。この下地膜の成膜は、前述の前熱処理の前に行
ってもよい。そして、プラズマCVD法によって、厚さ
300〜1500Å、例えば800Åの真性(I型)の
非晶質珪素膜203を成膜する。さらに、その上にプラ
ズマCVD法によって厚さ100〜800Å、例えば2
00Åの酸化珪素膜204を堆積する。これは、以下の
熱アニール工程において保護膜となり、膜表面の荒れを
防止する。(図2(A))Then, as shown in FIG. 2, a 2000-nm-thick silicon oxide base film 202 is formed on a substrate (Corning 7059) 201 by sputtering or CVD. The formation of the base film may be performed before the above-described pre-heat treatment. Then, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film 203 having a thickness of 300 to 1500 Å, for example, 800 Å is formed by a plasma CVD method. Further, a thickness of 100 to 800 °, for example, 2
A silicon oxide film 204 having a thickness of 00 ° is deposited. This serves as a protective film in the following thermal annealing step and prevents the film surface from being roughened. (Fig. 2 (A))
【0022】次に、窒素雰囲気下(大気圧)、600℃
で8時間、熱アニールする。この熱アニールによって、
非晶質珪素膜203は結晶化され結晶性珪素膜となる。
そして、10〜300℃/分、例えば、ほぼ50℃/分
以上の速度でガラスの歪み点から100℃下の温度ま
で、すなわち、この場合には493℃まで、急冷を行な
う。この際、ガラス基板には、0〜44ppmの縮み
(平均で20ppm以下)が観察された。なお、この工
程も図1に示す加熱炉を用いる。Next, under a nitrogen atmosphere (atmospheric pressure), at 600 ° C.
For 8 hours. By this thermal annealing,
The amorphous silicon film 203 is crystallized to become a crystalline silicon film.
Then, rapid cooling is performed at a rate of 10 to 300 ° C./min, for example, about 50 ° C./min or more, to a temperature 100 ° C. below the strain point of the glass, that is, to 493 ° C. in this case. At this time, shrinkage of 0 to 44 ppm (20 ppm or less on average) was observed in the glass substrate. This process also uses the heating furnace shown in FIG.
【0023】一方、ガラス基板に対する640℃の前処
理加熱を行わないガラス基板上に下地膜と非晶質珪素膜
を形成し、上記のような600℃、8時間の熱アニール
を行った場合は、1000ppm以上の縮みが観察され
た。上記非晶質珪素膜の加熱による結晶化に先立ち、N
iやPbを結晶化促進材料として、非晶質珪素膜の上面
または下面に成膜したり、また前記材料をイオン注入方
によって、非晶質珪素膜中に注入することによって、こ
の結晶化材料を導入した領域から、基板に平行な方向に
結晶成長をさせることができる。また、選択的に珪素イ
オンの注入を行なった場合にも、選択的な結晶成長を行
なうことができる。On the other hand, when a base film and an amorphous silicon film are formed on a glass substrate which is not subjected to pretreatment heating at 640 ° C., and the above-described thermal annealing is performed at 600 ° C. for 8 hours, , 1000 ppm or more shrinkage was observed. Prior to the crystallization of the amorphous silicon film by heating, N
By forming a film on the upper or lower surface of the amorphous silicon film using i or Pb as a crystallization promoting material, or by implanting the material into the amorphous silicon film by an ion implantation method, Can be grown in a direction parallel to the substrate from the region into which is introduced. Further, even when silicon ions are selectively implanted, selective crystal growth can be performed.
【0024】このような場合、結晶化のための加熱工程
の前にマスクを形成し、成膜やイオン注入工程を行なわ
なくてはならなず、加熱工程において基板の縮みが生じ
ることは、極力抑えなければならない。従ってこのよう
な場合には、ガラス基板の縮みを抑えることができる本
発明は有効である。本実施例におけるガラス基板(コー
ニング7059)の縮みのデータを図3に示す。図3に
示されているのは、基板を同一条件で前熱処理し、しか
る後に下地膜を成膜し、さらに非晶質珪素膜を成膜し、
異なる条件において、加熱結晶化を行なった際の基板の
最終的な縮みを示したものである。In such a case, a mask must be formed before the heating step for crystallization, and a film formation and an ion implantation step must be carried out. Must be suppressed. Therefore, in such a case, the present invention which can suppress the shrinkage of the glass substrate is effective. FIG. 3 shows data of shrinkage of the glass substrate (Corning 7059) in this embodiment. FIG. 3 shows that the substrate is pre-heated under the same conditions, then a base film is formed, and then an amorphous silicon film is formed.
This figure shows the final shrinkage of the substrate when heat crystallization is performed under different conditions.
【0025】図3を見れば明らかなように、ガラス基板
の転移点(この場合は628℃)以下での加熱処理、す
なわち、少なくともガラス歪み点から上下100℃の範
囲では冷却速度が大きい方が基板の縮みは小さいことが
分かる。上記加熱による非晶質珪素膜202の結晶化工
程の後に、保護膜204を取り除き、珪素膜202をパ
ターニングして、TFTの島状の活性層205を形成す
る。活性層205の大きさはTFTのチャネル長とチャ
ネル幅を考慮して決定される。小さなものでは、50μ
m×20μm、大きなものでは100μm×1000μ
mである。As can be seen from FIG. 3, the heating treatment at a temperature lower than the transition point of the glass substrate (in this case, 628 ° C.), that is, the higher the cooling rate is, at least in the range of 100 ° C. above and below the glass strain point. It can be seen that the shrinkage of the substrate is small. After the crystallization step of the amorphous silicon film 202 by the above-mentioned heating, the protective film 204 is removed, and the silicon film 202 is patterned to form a TFT island-shaped active layer 205. The size of the active layer 205 is determined in consideration of the channel length and channel width of the TFT. 50μ for small ones
mx 20μm, 100μm × 1000μ for large ones
m.
【0026】次に0.6〜4μm、ここでは0.8〜
1.4μmにピークをもつ赤外光を30〜180秒照射
し、活性層205のアニールを行う。このアニールは、
活性層205の結晶性をさらに高めるために行なうもの
である。この際、赤外光の照射によって、活性層205
は800〜1300℃、代表的には900〜1200
℃、例えば1100℃に加熱される。この温度はガラス
上の実際の温度ではなく(ガラスは光を透過するた
め)、モニターとして用いた珪素ウェハー上の温度であ
る。ここでは、活性層の表面の状態を良くするために、
照射はH2 雰囲気中で行なう。本工程は、活性層を選択
的に加熱することになるので、ガラス基板への加熱を最
小限に抑えることができる。そして、活性層中の欠陥や
不体結合手を減少させるのに非常に効果がある。(図2
(B))Next, 0.6 to 4 μm, here 0.8 to
The active layer 205 is annealed by irradiating infrared light having a peak at 1.4 μm for 30 to 180 seconds. This annealing
This is performed to further increase the crystallinity of the active layer 205. At this time, the active layer 205 is irradiated with infrared light.
Is 800 to 1300 ° C., typically 900 to 1200
℃, for example 1100 ℃. This temperature is not the actual temperature on the glass (because glass transmits light), but the temperature on the silicon wafer used as a monitor. Here, in order to improve the condition of the surface of the active layer,
Irradiation is performed in an H 2 atmosphere. In this step, since the active layer is selectively heated, heating of the glass substrate can be minimized. And, it is very effective in reducing defects and unbound bonds in the active layer. (Figure 2
(B))
【0027】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いた。可視・近赤外光の強度は、モニターの単結晶シリ
コンウェハー上の温度が800〜1300℃、代表的に
は900〜1200℃の間にあるように調整した。具体
的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱電対の温度を
モニターして、これを赤外線の光源にフィードバックさ
せた。ガラス基板上の珪素表面の温度は、その約2/3
程度に低下しているものと推定される。本実施例では、
昇温は、一定で速度は50〜200℃/秒、降温は自然
冷却の急冷で20〜100℃/秒でと処理する。A halogen lamp was used as an infrared light source. The intensity of visible / near-infrared light was adjusted so that the temperature of the monitor on the single crystal silicon wafer was 800 to 1300 ° C, typically 900 to 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer was monitored and fed back to the infrared light source. The temperature of the silicon surface on the glass substrate is about 2/3
It is estimated that it has decreased to a degree. In this embodiment,
The temperature is raised at a constant rate of 50 to 200 ° C./second, and the temperature is lowered by natural cooling at a rapid rate of 20 to 100 ° C./second.
【0028】なお、赤外光照射の際、その表面に保護膜
として酸化珪素または窒化珪素膜を形成しておくことが
好ましい。これは、珪素膜205の表面の状態を良くす
るためである。本実施例では、珪素膜205の表面の状
態を良くするために、H2 雰囲気中にておこなったが、
H2 雰囲気に0.1〜10容量%のHCl、その他ハロ
ゲン化水素やフッ素や塩素、臭素の化合物を混入しても
よい。When irradiating infrared light, it is preferable to form a silicon oxide or silicon nitride film as a protective film on the surface. This is to improve the state of the surface of the silicon film 205. In the present embodiment, in order to improve the condition of the surface of the silicon film 205, the process was performed in an H 2 atmosphere.
0.1 to 10% by volume of HCl and other compounds such as hydrogen halide, fluorine, chlorine and bromine may be mixed in the H 2 atmosphere.
【0029】この可視・近赤外光照射は、結晶化した珪
素膜を選択的に加熱することになるので、ガラス基板へ
の加熱を最小限に抑えることができる。そして、珪素膜
中の欠陥や不体結合手を減少させるのに非常に効果があ
る。また、この工程が終了したのちに、200〜500
℃、代表的には350℃で水素アニールをおこなうこと
も、欠陥を減少させる上で有効である。これは1×10
13〜1×1015cm-2の量の水素のイオンドープをおこ
ない、さらに200〜300℃の熱処理によっても同じ
効果が得られる。This visible / near-infrared light irradiation selectively heats the crystallized silicon film, so that the heating of the glass substrate can be minimized. And it is very effective in reducing the defects and the dangling bonds in the silicon film. After this step is completed, 200 to 500
Performing hydrogen annealing at a temperature of 350C, typically 350C, is also effective in reducing defects. This is 1 × 10
The same effect can be obtained by performing ion doping of hydrogen in an amount of 13 to 1 × 10 15 cm −2 and further performing a heat treatment at 200 to 300 ° C.
【0030】上記赤外光の照射工程後に、プラズマCV
D法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜206をゲイ
ト絶縁膜として成膜する。CVDの原料ガスとしてはT
EOS(テトラ・エトキシ・シラン、Si(OC
2 H5 )4 )と酸素とを用い、成膜時の基板温度は30
0〜550℃、例えば400℃とする。このゲイト絶縁
膜となる酸化珪素膜206の成膜後に、前記赤外光の照
射工程と同じ条件で可視・近赤外線の照射による光アニ
ールを再度行なう。このアニールによって、主に酸化珪
素膜206と珪素膜205との界面及びその近傍におけ
る準位を消滅させることができる。これは、ゲイト絶縁
膜とチャネル形成領域との界面特性が極めて重要である
絶縁ゲイト型電界効果半導体装置にとっては極めて有用
である。After the infrared light irradiation step, the plasma CV
A silicon oxide film 206 having a thickness of 1000 ° is formed as a gate insulating film by Method D. The source gas for CVD is T
EOS (tetraethoxy silane, Si (OC
The substrate temperature at the time of film formation is 30 using 2 H 5 ) 4 ) and oxygen.
0 to 550 ° C, for example, 400 ° C. After the formation of the silicon oxide film 206 serving as the gate insulating film, optical annealing is performed again by irradiating visible / near infrared rays under the same conditions as those of the above-described infrared light irradiating step. By this annealing, the level mainly at the interface between the silicon oxide film 206 and the silicon film 205 and in the vicinity thereof can be eliminated. This is extremely useful for an insulated gate field effect semiconductor device in which the interface characteristics between the gate insulating film and the channel formation region are extremely important.
【0031】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ6000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.25重量%の周期律表III aの
希土類元素を含む)を成膜する。アルミニウム以外にも
IIIb族の元素を用いてもよい。そしてアルミニウム
膜をパターニングして、ゲイト電極207、209を形
成する。さらに、このアルミニウムの電極の表面を陽極
酸化して、表面に酸化物層208、210を形成する。
この陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレング
リコール溶液中で行う。得られた酸化物層208、21
0の厚さは2000Åである。なお、この酸化物208
と210とは、後のイオンドーピング工程において、オ
フセットゲイト領域を形成する厚さとなるので、オフセ
ットゲイト領域の長さを上記陽極酸化工程で決めること
ができる。Subsequently, by a sputtering method,
Aluminum (having a rare earth element of the periodic table IIIa of 0.01 to 0.25% by weight) having a thickness of 6000 to 8000 °, for example, 6000 ° is formed. A group IIIb element other than aluminum may be used. Then, by patterning the aluminum film, gate electrodes 207 and 209 are formed. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form oxide layers 208 and 210 on the surface.
This anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. Obtained oxide layers 208, 21
The thickness of 0 is 2000 mm. Note that this oxide 208
And 210 have a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping process, so that the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process.
【0032】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、ゲイト電極部(すなわち
ゲイト電極207とその周囲の酸化層208、ゲイト電
極209とその周囲の酸化層210)をマスクとして、
自己整合的にPもしくはN導電型を付与する不純物を珪
素膜205に添加する。ドーピングガスとして、フォス
フィン(PH3 )およびジボラン(B2 H6 )を用い、
前者の場合は、加速電圧を60〜90kV、例えば80
kV、後者の場合は、40〜80kV、例えば65kV
とする。ドーズ量は1×1014〜8×1015cm-2、例
えば、燐を2×1015cm-2、ホウ素を5×1015とす
る。ドーピングに際しては、一方の領域をフォトレジス
トで覆うことによって、それぞれの元素を選択的にドー
ピングする。この結果、N型の不純物領域214と21
6、P型の不純物領域211と213とが形成され、P
チャネル型TFT(PTFT)の領域とNチャネル型T
FT(NTFT)との領域を形成することができる。Next, the gate electrode portion (that is, the gate electrode 207 and the surrounding oxide layer 208, and the gate electrode 209 and the surrounding oxide layer 210) are used as masks by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method).
An impurity imparting a P or N conductivity type is added to the silicon film 205 in a self-aligned manner. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) were used as doping gases.
In the former case, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV.
kV, in the latter case 40-80 kV, for example 65 kV
And The dose is 1 × 10 14 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, phosphorus is 2 × 10 15 cm −2 and boron is 5 × 10 15 . At the time of doping, each element is selectively doped by covering one region with a photoresist. As a result, N type impurity regions 214 and 21
6, P-type impurity regions 211 and 213 are formed,
Channel type TFT (PTFT) region and N-channel type TFT
A region with FT (NTFT) can be formed.
【0033】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。レーザー光としては、KrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2 、
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。(図2(C))After that, annealing is performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser beam is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2, and 2 to 10
A shot, for example, two shots was irradiated. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light. (Fig. 2 (C))
【0034】また、この工程は、可視・近赤外光による
ランプアニールによる方法でもよい。可視・近赤外線は
結晶化した珪素、または燐またはホウ素が1017〜10
21cm-3添加された非晶質珪素へは吸収されやすく、1
000℃以上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニー
ルを行うことができる。燐またはホウ素が添加されてい
ると、その不純物散乱により、近赤外線でも十分光が吸
収される。このことは肉眼による観察でも黒色であるこ
とから十分に推測がつく。その反面、ガラス基板へは吸
収されにくいので、ガラス基板を高温に加熱することが
なく、また短時間の処理ですむので、ガラス基板の縮み
が問題となる工程においては最適な方法であるといえ
る。This step may be performed by lamp annealing using visible / near infrared light. Visible and near-infrared light is crystallized silicon, or phosphorus or boron is 10 17 to 10
It is easily absorbed by amorphous silicon to which 21 cm -3 is added.
Effective annealing comparable to thermal annealing of 000 ° C. or more can be performed. When phosphorus or boron is added, light is sufficiently absorbed even in the near infrared due to the impurity scattering. This can be fully guessed from the fact that it is black even with the naked eye. On the other hand, since it is hardly absorbed by the glass substrate, it is not necessary to heat the glass substrate to a high temperature, and the process can be performed in a short time. .
【0035】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜21
7を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成す
る。この層間絶縁物としてはポリイミドまたは酸化珪素
とポリイミドの2層膜を利用してもよい。さらにコンタ
クトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線2
18、220、219を形成する。最後に、1気圧の水
素雰囲気で350℃、30分のアニールを行い、TFT
を相補型に構成した半導体回路を完成させる。(図2
(D)) 上記に示す回路は、PTFTとNTFTとを相補型に設
けたCMOS構造であるが、上記工程において、2つの
TFTを同時に作り、中央で切断することにより、独立
したTFTを2つ同時に作製することも可能である。Subsequently, a silicon oxide film 21 having a thickness of 6000.degree.
7 is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method. As the interlayer insulator, polyimide or a two-layer film of silicon oxide and polyimide may be used. Further, a contact hole is formed, and a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 2.
18, 220 and 219 are formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm.
Is completed in a complementary type. (Figure 2
(D)) The circuit shown above has a CMOS structure in which PTFT and NTFT are provided in a complementary manner. In the above process, two independent TFTs are formed at the same time, and two independent TFTs are cut at the center. It is also possible to manufacture them at the same time.
【0036】〔実施例2〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Nチャネル型TFTをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数(一般に
は数十万)の画素が同様な構造で形成される。また、N
チャネル型TFTではなくPチャネル型TFTでもよい
ことはいうまでもない。[Embodiment 2] This embodiment is an example in which an N-channel TFT is provided as a switching element in each pixel in an active liquid crystal display device. Hereinafter, one pixel will be described, but a large number (generally, hundreds of thousands) of other pixels are formed in a similar structure. Also, N
It goes without saying that a P-channel TFT may be used instead of a channel TFT.
【0037】本実施例の作製工程の概略を図4に示す。
本実施例において、基板400としてはコーニング70
59ガラス基板(厚さ1.1mm、300×400m
m)を使用した。まず、スパッタ法もしくは反応性スパ
ッタ法によって窒化アルミニウム膜401を厚さ100
0〜5000Å、代表的には2000Å形成した。この
窒化アルミニウム膜は透明度が高く、また、イオンの移
動を抑制するので、基板400から可動イオンがTFT
領域に拡散することをブロッキングする上で有効であ
る。さらに下地膜として、酸化珪素膜402をプラズマ
CVD法で2000Åの厚さに形成した。(図示せず) 次に640℃、4時間の加熱処理を窒素中で行い、0.
1℃/分の冷却速度でアンモニア中で徐冷させる。この
工程は、0.5℃/分以下の速度で行なうと効果がある
ものである。この工程によって、下地膜が形成されたガ
ラス基板を予め縮ませることができる。また本実施例に
おいても、加熱工程は図1に示す加熱炉を用いた。FIG. 4 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment.
In this embodiment, the substrate 400 is Corning 70
59 glass substrate (1.1 mm thick, 300 × 400 m
m) was used. First, the aluminum nitride film 401 is formed to a thickness of 100 by a sputtering method or a reactive sputtering method.
The thickness was 0 to 5000 °, typically 2000 °. Since the aluminum nitride film has high transparency and suppresses the movement of ions, mobile ions
This is effective in blocking diffusion to an area. Further, as a base film, a silicon oxide film 402 was formed to a thickness of 2000 ° by a plasma CVD method. (Not shown) Next, a heat treatment at 640 ° C. for 4 hours was performed in nitrogen.
Cool slowly in ammonia at a cooling rate of 1 ° C./min. This step is effective if performed at a rate of 0.5 ° C./min or less. Through this step, the glass substrate on which the base film is formed can be contracted in advance. Also in this example, the heating step shown in FIG. 1 was used for the heating step.
【0038】さらに非晶質珪素膜をプラズマCVD法に
よって、1000Åの厚さに形成する。つぎに、フォト
レジストによってマスクを形成し、チャネル形成領域と
なる部分に珪素イオンを注入する。この際、打ち込まれ
る珪素イオンの投影飛程が珪素膜の中央付近になるよう
にする。Further, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 1000 ° by a plasma CVD method. Next, a mask is formed with a photoresist, and silicon ions are implanted into a portion to be a channel formation region. At this time, the projected range of the implanted silicon ions is set near the center of the silicon film.
【0039】そして、マスクを取り除き、550℃、8
時間の熱アニールを行う。この工程において、先に珪素
イオンが注入された領域が選択的に結晶化される。そし
て、この工程の後に、50℃/分以上の冷却速度でもっ
て急冷を行う。この工程は、加熱炉外に基板を取り出
し、自然冷却させる方法を採用するのでもよい。Then, the mask is removed, and the temperature is reduced to 550 ° C., 8
Time thermal annealing is performed. In this step, the region into which silicon ions have been implanted earlier is selectively crystallized. After this step, rapid cooling is performed at a cooling rate of 50 ° C./min or more. In this step, a method in which the substrate is taken out of the heating furnace and cooled naturally may be employed.
【0040】次に珪素膜をパターニングしてTFTの島
状活性層403のみを残存させる。この際、島状活性層
403の中央部分が先に珪素イオンを注入した領域であ
って、チャネル形成領域を形成する部分である。このよ
うな構成を採用するのは、チャネル形成領域部分を選択
的に結晶性の高い構造とするためである。そして、酸
素、もしくは亜酸化窒素雰囲気において島状活性層40
3に可視・近赤外光を照射し、珪素膜の結晶性を向上さ
せるとともに、その表面に厚さ50〜200Å、代表的
には100Åの酸化珪素膜404を形成させる。温度は
1100℃、時間は30秒とした。この酸化珪素膜40
4を形成する工程は、酸素もしくは亜酸化窒素雰囲気に
おいて、550〜650℃に加熱しても実施できる。そ
の際には、図1に示す装置を用いて行えばよいことはい
うまでもない。(図4(A))Next, the silicon film is patterned to leave only the island active layer 403 of the TFT. At this time, the central portion of the island-shaped active layer 403 is a region into which silicon ions have been implanted first and is a portion where a channel formation region is formed. Such a structure is employed in order to selectively form the channel formation region portion with a structure having high crystallinity. Then, the island-shaped active layer 40 is formed in an oxygen or nitrous oxide atmosphere.
3 is irradiated with visible / near-infrared light to improve the crystallinity of the silicon film and form a silicon oxide film 404 having a thickness of 50 to 200 Å, typically 100 に on its surface. The temperature was 1100 ° C. and the time was 30 seconds. This silicon oxide film 40
The step of forming 4 can be performed by heating to 550 to 650 ° C. in an oxygen or nitrous oxide atmosphere. In that case, it goes without saying that it is sufficient to use the apparatus shown in FIG. (FIG. 4 (A))
【0041】さらに窒化アルミニウムをターゲットとす
るスパッタ法、もしくはアルミニウムをターゲットとす
る反応性スパッタ法によって、窒化アルミニウムのゲイ
ト絶縁膜(厚さ500〜3000Å、典型的には120
0Å)406を形成する。基板温度は350℃とする。
この結果、熱酸化による薄い酸化珪素膜404とスパッ
タ法による窒化アルミニウム膜406の2層構造とな
る。窒化アルミニウムは酸化珪素の5倍以上の強誘電率
であるので、TFTのしきい値電圧、特にPチャネル型
TFTのしきい値電圧を低減するうえで有効である。ま
た、窒化アルミニウムは、窒化珪素とは異なって局在中
心を発生する確率が少なく、ゲイト絶縁膜材料としては
好ましい。次に公知の多結晶珪素を主成分とした膜をL
PCVD法で形成し、パターニングを行うことによっ
て、ゲイト電極407を形成する。この際、多結晶珪素
には導電性を向上させるために不純物として燐を0.1
〜5原子%導入する。(図4(B))Further, a gate insulating film of aluminum nitride (thickness of 500 to 3000Å, typically 120120) is formed by a sputtering method using aluminum nitride as a target or a reactive sputtering method using aluminum as a target.
0 °) 406 is formed. The substrate temperature is 350 ° C.
As a result, a two-layer structure of a thin silicon oxide film 404 formed by thermal oxidation and an aluminum nitride film 406 formed by sputtering is formed. Since aluminum nitride has a ferroelectric constant five times or more that of silicon oxide, it is effective in reducing the threshold voltage of a TFT, particularly, the threshold voltage of a P-channel TFT. Further, unlike silicon nitride, aluminum nitride has a low probability of generating a localized center, and thus is preferable as a gate insulating film material. Next, a known film containing polycrystalline silicon as a main component is represented by L
The gate electrode 407 is formed by forming by PCVD and performing patterning. At this time, phosphorus is added to polycrystalline silicon as an impurity in order to improve conductivity.
-5 atomic%. (FIG. 4 (B))
【0042】その後、N型の不純物として、燐をイオン
ドーピング法で注入し、自己整合的にソース領域40
8、チャネル形成領域409、ドレイン領域410を同
時に形成する。そして、KrFレーザー光を照射するこ
とによって、イオン注入のために結晶性の劣化した珪素
膜の結晶性を改善させる。このときのレーザー光のエネ
ルギー密度は250〜300mJ/cm2 とする。この
レーザー光の照射によって、このTFTのソース/ドレ
インのシート抵抗は300〜800Ω/cm2 となる
た。なお、通常よりもドーピング濃度を低下させた低濃
度ドレイン(LDD)構造とする場合には、シート抵抗
は10〜200kΩ/□となる。レーザー照射によるア
ニールの工程は可視・近赤外光のランプアニールによっ
て行ってもよい。Thereafter, phosphorus is implanted as an N-type impurity by ion doping, and the source region 40 is self-aligned.
8. The channel formation region 409 and the drain region 410 are formed simultaneously. By irradiating a KrF laser beam, the crystallinity of the silicon film having deteriorated crystallinity due to ion implantation is improved. At this time, the energy density of the laser beam is set to 250 to 300 mJ / cm 2 . By the irradiation of the laser light, the sheet resistance of the source / drain of the TFT became 300 to 800 Ω / cm 2 . When a low-concentration drain (LDD) structure having a lower doping concentration than usual is used, the sheet resistance is 10 to 200 kΩ / □. The step of annealing by laser irradiation may be performed by lamp annealing of visible / near infrared light.
【0043】その後、酸化珪素またはポリイミドによっ
て層間絶縁物411を形成し、さらに、画素電極412
をITOによって形成する。そして、コンタクトホール
を形成して、TFTのソース/ドレイン領域にクロム/
アルミニウム多層膜で電極413、414を形成し、こ
のうち一方の電極414はITO412にも接続するよ
うにする。最後に、水素中で200〜400℃で2時間
アニールして、水素化を行なう。このようにして、TF
Tを完成する。(図4(C))After that, an interlayer insulator 411 is formed of silicon oxide or polyimide, and further, a pixel electrode 412 is formed.
Is formed by ITO. Then, a contact hole is formed, and a chromium /
The electrodes 413 and 414 are formed of an aluminum multilayer film, and one of the electrodes 414 is connected to the ITO 412 as well. Finally, hydrogenation is performed by annealing in hydrogen at 200 to 400 ° C. for 2 hours. Thus, TF
Complete T. (FIG. 4 (C))
【0044】〔実施例3〕図5を用いて、本実施例を説
明する。基板は、ガラス歪み温度が550〜650℃の
ガラス基板、例えばコーニング7059を用い、収縮防
止のために、事前に640℃で窒素中で4時間アニール
した後、0.1℃/分で450℃まで窒素中で徐冷した
後、加熱炉から取り出したものを使用した。[Embodiment 3] This embodiment will be described with reference to FIG. As the substrate, a glass substrate having a glass strain temperature of 550 to 650 ° C., for example, Corning 7059, was previously annealed in nitrogen at 640 ° C. for 4 hours to prevent shrinkage, and then 450 ° C. at 0.1 ° C./min. After gradually cooling in a nitrogen atmosphere, the one taken out of the heating furnace was used.
【0045】まず基板501上に下地膜502を形成
し、さらに、プラズマCVD法によって厚さ300〜8
00Åの非晶質珪素膜を成膜した。そして、600℃、
1時間の加熱アニールを行った。熱アニール後、基板を
2〜200℃/秒の速度、好ましくは10℃/秒以上の
速度で450℃までは急激に冷却した。これは、この熱
アニール工程によって、基板が収縮することを防止する
ためである。このような急激な冷却が不可能な加熱炉に
おいては、基板を炉外に取り出して、室温に放置するこ
とによっても同様な効果が得られる。なお、本実施例に
おいても加熱工程は、図1に示す加熱炉を用いた。First, a base film 502 is formed on a substrate 501, and a thickness of 300 to 8
An amorphous silicon film of 00 ° was formed. And 600 ° C,
Heat annealing was performed for one hour. After thermal annealing, the substrate was rapidly cooled to 450 ° C. at a rate of 2-200 ° C./sec, preferably 10 ° C./sec or more. This is to prevent the substrate from shrinking by the thermal annealing step. In a heating furnace in which such rapid cooling is impossible, the same effect can be obtained by taking the substrate out of the furnace and leaving it at room temperature. In this example, the heating step shown in FIG. 1 was used for the heating step.
【0046】本実施例では、熱アニール温度が、コーニ
ング7059の歪点(593℃)よりも高いために、事
前に熱処理/徐冷処理をおこなっても、基板の収縮を抑
えるとは難しかった。そのような場合には、以上のよう
なアニール温度からの急冷が有効である。次に、珪素膜
をパターニングして、島状の活性層領域505および5
06を形成する。活性層のエッチングは垂直方向に異方
性を有するRIE法によって行った。(図5(A))In this embodiment, since the thermal annealing temperature is higher than the strain point (593 ° C.) of Corning 7059, it is difficult to suppress the shrinkage of the substrate even if heat treatment / slow cooling treatment is performed in advance. In such a case, rapid cooling from the above annealing temperature is effective. Next, the silicon film is patterned to form island-like active layer regions 505 and 5.
06 is formed. The etching of the active layer was performed by the RIE method having anisotropy in the vertical direction. (FIG. 5 (A))
【0047】次いで、厚さ200〜3000Åの厚さの
酸化珪素または窒化珪素膜507をプラズマCVD法に
よって形成する。酸化珪素膜の形成には、減圧CVDや
光CVDを用いてもよい。そして、可視・近赤外光の光
処理を行なう。条件は実施例1と同じとする。本実施例
では可視・近赤外光照射の際に、酸化珪素または窒化珪
素の保護膜が活性層の表面に形成されており、このた
め、赤外光照射の際の表面の荒れや汚染を防止すること
ができる。(図5(B))Next, a silicon oxide or silicon nitride film 507 having a thickness of 200 to 3000 ° is formed by a plasma CVD method. Low pressure CVD or optical CVD may be used for forming the silicon oxide film. Then, light processing of visible / near infrared light is performed. The conditions are the same as in the first embodiment. In the present embodiment, a protective film of silicon oxide or silicon nitride is formed on the surface of the active layer when irradiating visible / near infrared light. Can be prevented. (FIG. 5 (B))
【0048】可視・近赤外光照射後、保護膜507を除
去する。この後は実施例1と同様にゲイト絶縁膜50
8、ゲイト電極及びその周囲の酸化物層509、ゲイト
電極及びその周囲の酸化物層510を形成し、イオンド
ーピング法によって、不純物領域を形成し、これをレー
ザー照射によって活性化させる。(図5(C))After the irradiation with visible / near infrared light, the protective film 507 is removed. Thereafter, as in the first embodiment, the gate insulating film 50 is formed.
8. A gate electrode and its surrounding oxide layer 509, a gate electrode and its surrounding oxide layer 510 are formed, an impurity region is formed by ion doping, and this is activated by laser irradiation. (FIG. 5 (C))
【0049】さらに、層間絶縁物511を形成して、こ
れにコンタクトホールを形成し、メタル配線512、5
13、514を形成する。(図5(D)) このようにして、相補型TFT回路を形成する。本実施
例では可視・近赤外光照射の際に活性層の表面に保護膜
が形成されており、表面の荒れや汚染が防止される。こ
のため、本実施例のTFTの特性(電界移動度やしきい
値電圧)および信頼性は極めて良好であった。また、本
実施例からも明らかなように、本発明はガラス歪み点が
550〜650℃の基板材料において、特に有効であっ
た。さらに、本発明においては、徐冷工程を窒素、アン
モニア、亜酸化窒素等の窒素系の気体を含む雰囲気中で
おこなうと、ガラスを窒化させることになり、ガラスに
含有される各種不純物元素がガラス表面に拡散、析出す
ることを抑制できるので、半導体素子を形成するうえ
で、高い信頼性を得ることができた。Further, an interlayer insulator 511 is formed, a contact hole is formed in the interlayer insulator 511, and a metal wiring 512, 5
13, 514 are formed. (FIG. 5D) Thus, a complementary TFT circuit is formed. In the present embodiment, a protective film is formed on the surface of the active layer upon irradiation with visible / near infrared light, so that surface roughness and contamination are prevented. Therefore, the characteristics (electric field mobility and threshold voltage) and reliability of the TFT of this example were extremely good. Further, as is apparent from the present example, the present invention was particularly effective for a substrate material having a glass strain point of 550 to 650 ° C. Furthermore, in the present invention, if the slow cooling step is performed in an atmosphere containing nitrogen-based gas such as nitrogen, ammonia, nitrous oxide, etc., the glass will be nitrided, and various impurity elements contained in the glass will be reduced. Since the diffusion and deposition on the surface can be suppressed, high reliability can be obtained in forming a semiconductor element.
【0050】[0050]
【発明の効果】ガラス基板を予め転移点温度以上の温度
で熱処理し、しかもこの熱処理後に徐冷することのよっ
て、基板を収縮させ、その後にガラス基板の歪み温度以
下の温度における熱処理を行ない、さらに急冷すること
によって、この際におけるガラス基板の縮みを最小限度
に抑えることができる。本発明の実施例においては、主
としてコーニング7059ガラス基板を中心に説明を加
えたが、その他のガラス基板、例えば、表1にあるよう
なコーニング1733、HOYA・LE30、同NA3
5、同NA45、日本電気ガラスOA2、アサヒガラス
AN1、同AN2というような材料であっても同様に効
果が得られることはいうまでもない。According to the present invention, the glass substrate is previously heat-treated at a temperature equal to or higher than the transition point temperature, and is gradually cooled after this heat treatment to shrink the substrate. Thereafter, a heat treatment at a temperature equal to or lower than the distortion temperature of the glass substrate is performed. By further quenching, shrinkage of the glass substrate at this time can be minimized. In the embodiment of the present invention, the description has been mainly given of the Corning 7059 glass substrate. However, other glass substrates such as Corning 1733, HOYA LE30, and NA3 as shown in Table 1 are used.
5, it is needless to say that the same effect can be obtained even with materials such as NA45, NEC Glass OA2, Asahi Glass AN1, and AN2.
【図1】 加熱炉の構成を示す。FIG. 1 shows a configuration of a heating furnace.
【図2】 実施例の作製工程を示す。FIG. 2 shows a manufacturing process of an example.
【図3】 ガラス基板の縮みのデータを示す。FIG. 3 shows shrinkage data of a glass substrate.
【図4】 実施例の作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of an example.
【図5】 実施例の作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of an example.
11 反応管 12 基板保持手段 13 基板 201 ガラス基板 202 下地膜(酸化珪素膜) 203 珪素膜 204 酸化珪素膜 205 島状珪素膜(活性層) 206 ゲイト絶縁膜(酸化珪素膜) 207 ゲイト電極(アルミニウム) 208 陽極酸化層(酸化アルミニウム) 209 ゲイト電極 210 陽極酸化層 211 ソース(ドレイン)領域 212 チャネル形成領域 213 ドレイン(ソース)領域 214 ソース(ドレイン)領域 215 チャネル形成領域 216 ドレイン(ソース)領域 217 層間絶縁物 218 電極 219 電極 220 電極 Reference Signs List 11 reaction tube 12 substrate holding means 13 substrate 201 glass substrate 202 base film (silicon oxide film) 203 silicon film 204 silicon oxide film 205 island-like silicon film (active layer) 206 gate insulating film (silicon oxide film) 207 gate electrode (aluminum) 208 Anodized layer (aluminum oxide) 209 Gate electrode 210 Anodized layer 211 Source (drain) region 212 Channel formation region 213 Drain (source) region 214 Source (drain) region 215 Channel formation region 216 Drain (source) region 217 interlayer Insulator 218 electrode 219 electrode 220 electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1333 500 G02F 1/136 500 G02F 1/13 101 H01L 29/78──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/1333 500 G02F 1/136 500 G02F 1/13 101 H01L 29/78
Claims (13)
記ガラス基板の歪み点以上の第1の温度で加熱する第1
の工程と、 前記ガラス基板を前記第1の温度から0.01〜0.5
℃/分の間の速度で徐冷する第2の工程と、 前記ガラス基板上に下地膜を形成する第3の工程と、 前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成する第4の工程と、 前記ガラス基板を前記第1の温度より低い第2の温度で
加熱し、前記非晶質珪素膜を結晶化する第5の工程とを
有することを特徴とするガラス基板処理方法。 1. The method of claim 1, wherein the glass substrate is held substantially horizontally.
First heating at a first temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate
And the step of moving the glass substrate from the first temperature by 0.01 to 0.5.
A second step of gradually cooling at a rate of between ° C./min, a third step of forming a base film on the glass substrate, and a fourth step of forming an amorphous silicon film on the base film At a second temperature lower than the first temperature.
Heating and crystallizing the amorphous silicon film.
A method for treating a glass substrate, comprising:
工程と、 前記ガラス基板を概略水平に保持しながら前記ガラス基
板の歪み点以上の第1の温度で加熱する第2の工程と、 前記ガラス基板を前記第1の温度から0.01〜0.5
℃/分の間の速度で徐冷する第3の工程と、 前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成する第4の工程と、 前記ガラス基板を前記第1の温度より低い第2の温度で
加熱し、前記非晶質珪素膜を結晶化する第5の工程とを
有することを特徴とするガラス基板処理方法。 2. A first method for forming a base film on a glass substrate.
And holding the glass substrate while keeping the glass substrate substantially horizontal.
A second step of heating the glass substrate at a first temperature equal to or higher than the strain point of the plate;
A third step of gradually cooling at a rate between ° C / minute, a fourth step of forming an amorphous silicon film on the base film, and a second step of lowering the glass substrate at a temperature lower than the first temperature. At temperature
Heating and crystallizing the amorphous silicon film.
A method for treating a glass substrate, comprising:
て、前記ガラス基板はその面が水平から±30度以内の
角度で保持されていることを特徴とするガラス基板処理
方法。 3. The method according to claim 1, wherein in the first step,
The glass substrate has a surface within ± 30 degrees from horizontal.
Glass substrate processing characterized by being held at an angle
Method.
て、前記ガラス基板はその面が水平から±30度以内の
角度で保持されていることを特徴とするガラス基板処理
方法。 4. The method according to claim 2, wherein in the second step,
The glass substrate has a surface within ± 30 degrees from horizontal.
Glass substrate processing characterized by being held at an angle
Method.
酸化珪素膜であることを特徴とするガラス基板処理方
法。 5. The method according to claim 1, wherein the base film is
Glass substrate processing method characterized by being a silicon oxide film
Law.
パッタリング法またはCVD法により形成されることを
特徴とするガラス基板処理方法。 6. The silicon oxide film according to claim 5, wherein
To be formed by the sputtering method or the CVD method.
Characteristic glass substrate processing method.
素膜はプラズマCVD法により形成されることを特徴と
するガラス基板処理方法。 7. The amorphous silicon according to claim 1, wherein
The base film is formed by a plasma CVD method.
Glass substrate processing method.
アンモニアおよび亜酸化窒素を含む雰囲気中で行われる
ことを特徴とするガラス基板処理方法。 8. The method according to claim 1, wherein the second step is nitrogen.
Performed in an atmosphere containing ammonia and nitrous oxide
A method for treating a glass substrate, comprising:
アンモニアおよび亜酸化窒素を含む雰囲気中で行われる
ことを特徴とするガラス基板処理方法。 9. The method according to claim 2, wherein the third step comprises the steps of:
Performed in an atmosphere containing ammonia and nitrous oxide
A method for treating a glass substrate, comprising:
工程後、10〜300℃/分の間の速度で急冷すること
を特徴とするガラス基板処理方法。 10. The method according to claim 1, wherein
After the process, quenching at a rate between 10 and 300 ° C / min
A glass substrate processing method characterized by the above-mentioned.
珪素膜には結晶化を促進する不純物が添加されているこ
とを特徴とするガラス基板処理方法。 11. The amorphous semiconductor according to claim 1, wherein
The silicon film must be doped with impurities that promote crystallization.
And a method for processing a glass substrate.
工程と前記第5の工程の間に、前記非晶質珪素膜上に酸
化珪素膜を形成する工程を有することを特徴とするガラ
ス基板処理方法。 12. The method according to claim 1, wherein
An acid is formed on the amorphous silicon film between the step and the fifth step.
A film having a step of forming a silicon nitride film.
Substrate processing method.
はプラズマCVD法により形成されることを特徴とする
ガラス基板処理方法。 13. The silicon oxide film according to claim 12,
Is formed by a plasma CVD method.
Glass substrate processing method.
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