JP3466633B2 - 多結晶半導体層のアニール方法 - Google Patents
多結晶半導体層のアニール方法Info
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低融点ガラス基板に形
成された例えばシリコンからなる多結晶半導体層に対す
るアニール方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】液晶装置には、低価格化のために基板と
して低融点ガラス（歪点６００℃）が用いられる場合が
多い。この場合、低融点ガラス基板の上に高性能のＬＳ
Ｉを形成しなければならない。そして、それには、低融
点ガラス基板の上にシリコン等からなる多結晶半導体層
を例えばＣＶＤにより形成した後、該多結晶半導体層を
アニールすることが必要である。 【０００３】ところで、その多結晶半導体層のアニール
は従来ランプアニールにより行われ、加熱温度は６００
℃程度であった。６００℃より高いと基板である低融点
ガラスが熱により歪んで変形する虞れがあるからであ
る。そして、６００℃の温度での多結晶半導体層のアニ
ールでもＬＳＩを形成することは可能であり、トランジ
スタ等の半導体素子の特性をある程度のものにすること
はできる。しかし、アニール温度が６００℃程度では多
結晶半導体層中にトラップが生じるのを充分に阻むこと
は不可能である。従って、半導体素子の特性の向上が大
きく制約されるのが実状であり、完璧なアニールをする
には１２００〜１４００℃の温度に多結晶半導体層を加
熱することが必要となる。 【０００４】そのため、エキシマレーザ光照射によるア
ニールをすることが考えられる（特開平２−１１４５２
号公報）。これは、低融点ガラス基板をほとんど加熱す
ることなく多結晶半導体層のみを効果的に加熱できる技
術である。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、現在市販され
ているエキシマレーザ装置のエネルギーは、１パルス当
り１ジュールと小さく、そのため大面積のアニールが困
難で、小面積をアニールし、アニール位置を順次変えて
ゆくという方法、即ち１枚のウェハに対して小面積アニ
ールを非常に多くの回数繰返して行うという方法を採ら
ざるを得ない。そのため、スループットが悪いという問
題点があった。尚、エキシマレーザビームでウェハ全域
を走査するということも検討されているが、かかる技術
によれば走査ラインと走査ラインとの境界部で温度の均
一性が損なわれる虞れがあり、実用性が疑問視されてい
る。 【０００６】本発明は、低融点ガラス基板に熱による悪
影響を及ぼすことなく低融点ガラス基板上の多結晶半導
体層を残留トラップが少ないように充分にアニールし、
且つスループットの向上を図ることを課題とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、温度モニター
による温度検出結果に応じて加熱の強さをコントロール
することにより低融点ガラス基板を６００℃にする、ア
ークランプによる予備加熱と、上記多結晶半導体層に対
して上記予備加熱をしたままエキシマレーザ光を同じ領
域に１パルスずつ照射することによる加熱とによりアニ
ールする、という手段を講じた。 【０００８】 【実施例】以下、本発明多結晶半導体層のアニール方法
の実施例を、図面を参照しつつ説明する。 図１（Ａ）
乃至（Ｃ）は本発明多結晶半導体層のアニール方法の一
つの実施例を説明すもので、（Ａ）はアニールをしてい
るときの状態を示す装置の要部断面図、（Ｂ）はウェハ
の断面図、（Ｃ）は加熱タイミングを示すタイミングチ
ャート図である。図面において、１はウェハであり、図
１（Ｂ）に示すように、低融点ガラス基板（融点６００
℃）２の表面にＳｉＯ2 からなるバッファ層３を介して
多結晶シリコン層４が形成されている。尚、必ずしもバ
ッファ層３は必要としないが、あった方がエキシマレー
ザ光による多結晶シリコン層４に対する加熱をより有効
に低融点ガラス基板２の温度の上昇を伴うことなく行う
ことができる。そして、ウエハ１の向きは、多結晶シリ
コン層４がレーザ光の入射される側を向く向きにする方
が好ましい。 【０００９】上記ウェハ１をＲＴＡ（ラピッドサーマル
アニール）及びエキシマレーザ光照射可能なアニール装
置内にて図１（Ａ）に示すようにアークランプ５によっ
て６００℃の温度に加熱する。６はランプ５から反ウェ
ハ側に向う光をウェハ側に反射するリフレクタ、７はウ
ェハ１の温度を検出する例えば熱電対等の温度モニター
で、このモニターによる温度検出結果に応じてランプ５
の光度をコントロールすることによりウェハ１の温度を
目的の温度６００℃にコントロールすることができる。
８はウェハ１を支持する石英支持棒である。 【００１０】そして、ウェハ１にその下側からエキシマ
レーザ光を照射できるようになっており、パルス状エキ
シマレーザ光により所定面積を照射し、照射位置を順次
ずらして行くことにより最終的にウェハ１全域に対して
エキシマレーザ光を照射する。このエキシマレーザ光照
射により既にアークランプ５により６００℃に予備加熱
されている多結晶シリコン層４を例えば１４００℃に加
熱する。尚、ウェハ１は該多結晶シリコン層４表面が下
側になる向きが良い。 【００１１】図１（Ｃ）はアークランプによる加熱とウ
ェハ１のある１つの領域（最初にアニールする領域）に
対するエキシマレーザ光照射による加熱に着目したタイ
ミングチャートである。図中のトリガは、エキシマレー
ザにレーザ光を出射させる信号である。ランプ光による
予備加熱によって所定の温度である６００℃になると、
そのことが検知され、トリガが発生し、エキシマレーザ
による加熱が開始される。エキシマレーザ光は、ＸｅＣ
ｌレーザ光（波長３０７ｎｍ）か、ＫｒＦレーザ光（波
長２４８ｎｍ）が良く、パルス幅は２０〜４０ｎｓｅｃ
であり、そして、１秒間当り例えば最高３００パルス出
射する。尚、基本的には同じ領域に１パルス照射する
が、同じ領域に１パルス照射するのではなく数パルスず
つ照射する場合もある。 【００１２】このような多結晶半導体層のアニール方法
によれば、低融点ガラス基板２をランプ５により低融点
ガラス基板２の融点、歪点を越えない温度である６００
℃に加熱しておき、多結晶シリコン層４を部分的に２０
〜４０ｎｍというきわめて短かい時間にエキシマレーザ
光により１４００℃というアニールに好ましい高い温度
に加熱するので、低融点ガラス基板２上に熱的悪影響を
与えることなく多結晶シリコン層４を良好にアニールす
ることができる。 【００１３】というのは、ＸｅＣｌレーザ光、ＫｒＦレ
ーザ光のような２４８あるいは〜３０７ｎｍという波長
の光線（ＵＶ光線）に対するシリコンの吸収係数ａ（普
通αが使用されるが便宜上ここではａを使用する）は１
０6 ／ｃｍであり、深さｄにおける光強度Ｉ（＝Ｉｏ・
ｅ-ad ）がｅ分の１になる条件（ａｄ＝１）を求める
と、ｄ＝１００オングストロームになる。尚、Ｉｏは半
導体層表面における光強度、ｅは自然対数である。従っ
て、エキシマレーザ光が入射しても多結晶シリコン層４
の厚さが１００オングストローム以上あると低融点ガラ
ス基板２をほとんど加熱することなく多結晶シリコン層
４のみを加熱できるのである。 【００１４】そして、多結晶シリコン層４をアニールす
る温度は１４００℃と高くても予備加熱により６００℃
に高められた多結晶シリコン層４をエキシマレーザ光に
よりアニールする温度に高めるので、エキシマレーザ光
により多結晶シリコン層４を高める温度は８００℃に過
ぎない。従って、多結晶シリコン層４の比熱をρとする
と、エキシマレーザ光の単位面積当りのエネルギーは６
００ρの分、従来よりも少なくても同じ効果が得られ、
その分１パルスでアニールする面積を広くすることがで
きる。その結果、１ウエハ当りに必要となるエキシマレ
ーザ光発射回数を少なくすることできる。従って、スル
ープットの向上を図ることができる。 【００１５】ちなみに、基板が低融点ガラスであると、
予備加熱源としてハロゲンランプを用いることはできな
い。というのは、ハロゲンランプから出射される光の波
長が長いのでガラスによって光は吸収されないからであ
り、前述のとおりアークランプが予備加熱用光源に適す
るといえる。 【００１６】尚、例えば熱電対からなる温度モニター７
がアークランプ５からの影響を受けて誤差が生じる可能
性がある場合には、低融点ガラス基板４と同じ材質のダ
ミー片（低融点ガラス片）９を、図２に示すように、温
度モニター７とランプ５との間を遮る位置に配置し、そ
して、モニター７でこのダミー片９の温度をモニターす
るようにすると良い。このようにすると、モニター７が
アークランプ５により直接加熱されることをダミー片９
により防止することができ、より正確な基板温度のモニ
ターができ、延いては低融点ガラス基板の予備加熱温度
の制御を正確に行うことができる。 【００１７】 【発明の効果】本発明は、温度モニターによる温度検出
結果に応じて加熱の強さをコントロールすることにより
低融点ガラス基板を６００℃にする、アークランプによ
る予備加熱と、上記多結晶半導体層に対して上記予備加
熱をしたままエキシマレーザ光を同じ領域に１パルスず
つ照射することによる加熱とによりアニールすることを
特徴とする。 【００１８】従って、本発明によれば、６００℃に予備
加熱された状態の低融点ガラス基板の表面の多結晶半導
体層を１パルスずつ照射するエキシマレーザ光により６
００℃の予備加熱温度からアニール温度にまで高めれば
良いので、エキシマレーザ光の短時間加熱により多結晶
半導体層の温度をアニールに適切な高い温度に高めるこ
とができる。従って、低融点ガラス基板に熱による悪影
響を及ぼすことなく低融点ガラス基板上の多結晶半導体
層を残留トラップが少ないように充分にアニールするこ
とができ、且つエキシマレーザ光により多結晶半導体層
をモニター温度まで高める温度は予備加熱分少なくする
ことができ、予備加熱に要する時間を短縮することがで
きるため、スループットの向上を図ることができる。
成された例えばシリコンからなる多結晶半導体層に対す
るアニール方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】液晶装置には、低価格化のために基板と
して低融点ガラス（歪点６００℃）が用いられる場合が
多い。この場合、低融点ガラス基板の上に高性能のＬＳ
Ｉを形成しなければならない。そして、それには、低融
点ガラス基板の上にシリコン等からなる多結晶半導体層
を例えばＣＶＤにより形成した後、該多結晶半導体層を
アニールすることが必要である。 【０００３】ところで、その多結晶半導体層のアニール
は従来ランプアニールにより行われ、加熱温度は６００
℃程度であった。６００℃より高いと基板である低融点
ガラスが熱により歪んで変形する虞れがあるからであ
る。そして、６００℃の温度での多結晶半導体層のアニ
ールでもＬＳＩを形成することは可能であり、トランジ
スタ等の半導体素子の特性をある程度のものにすること
はできる。しかし、アニール温度が６００℃程度では多
結晶半導体層中にトラップが生じるのを充分に阻むこと
は不可能である。従って、半導体素子の特性の向上が大
きく制約されるのが実状であり、完璧なアニールをする
には１２００〜１４００℃の温度に多結晶半導体層を加
熱することが必要となる。 【０００４】そのため、エキシマレーザ光照射によるア
ニールをすることが考えられる（特開平２−１１４５２
号公報）。これは、低融点ガラス基板をほとんど加熱す
ることなく多結晶半導体層のみを効果的に加熱できる技
術である。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、現在市販され
ているエキシマレーザ装置のエネルギーは、１パルス当
り１ジュールと小さく、そのため大面積のアニールが困
難で、小面積をアニールし、アニール位置を順次変えて
ゆくという方法、即ち１枚のウェハに対して小面積アニ
ールを非常に多くの回数繰返して行うという方法を採ら
ざるを得ない。そのため、スループットが悪いという問
題点があった。尚、エキシマレーザビームでウェハ全域
を走査するということも検討されているが、かかる技術
によれば走査ラインと走査ラインとの境界部で温度の均
一性が損なわれる虞れがあり、実用性が疑問視されてい
る。 【０００６】本発明は、低融点ガラス基板に熱による悪
影響を及ぼすことなく低融点ガラス基板上の多結晶半導
体層を残留トラップが少ないように充分にアニールし、
且つスループットの向上を図ることを課題とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、温度モニター
による温度検出結果に応じて加熱の強さをコントロール
することにより低融点ガラス基板を６００℃にする、ア
ークランプによる予備加熱と、上記多結晶半導体層に対
して上記予備加熱をしたままエキシマレーザ光を同じ領
域に１パルスずつ照射することによる加熱とによりアニ
ールする、という手段を講じた。 【０００８】 【実施例】以下、本発明多結晶半導体層のアニール方法
の実施例を、図面を参照しつつ説明する。 図１（Ａ）
乃至（Ｃ）は本発明多結晶半導体層のアニール方法の一
つの実施例を説明すもので、（Ａ）はアニールをしてい
るときの状態を示す装置の要部断面図、（Ｂ）はウェハ
の断面図、（Ｃ）は加熱タイミングを示すタイミングチ
ャート図である。図面において、１はウェハであり、図
１（Ｂ）に示すように、低融点ガラス基板（融点６００
℃）２の表面にＳｉＯ2 からなるバッファ層３を介して
多結晶シリコン層４が形成されている。尚、必ずしもバ
ッファ層３は必要としないが、あった方がエキシマレー
ザ光による多結晶シリコン層４に対する加熱をより有効
に低融点ガラス基板２の温度の上昇を伴うことなく行う
ことができる。そして、ウエハ１の向きは、多結晶シリ
コン層４がレーザ光の入射される側を向く向きにする方
が好ましい。 【０００９】上記ウェハ１をＲＴＡ（ラピッドサーマル
アニール）及びエキシマレーザ光照射可能なアニール装
置内にて図１（Ａ）に示すようにアークランプ５によっ
て６００℃の温度に加熱する。６はランプ５から反ウェ
ハ側に向う光をウェハ側に反射するリフレクタ、７はウ
ェハ１の温度を検出する例えば熱電対等の温度モニター
で、このモニターによる温度検出結果に応じてランプ５
の光度をコントロールすることによりウェハ１の温度を
目的の温度６００℃にコントロールすることができる。
８はウェハ１を支持する石英支持棒である。 【００１０】そして、ウェハ１にその下側からエキシマ
レーザ光を照射できるようになっており、パルス状エキ
シマレーザ光により所定面積を照射し、照射位置を順次
ずらして行くことにより最終的にウェハ１全域に対して
エキシマレーザ光を照射する。このエキシマレーザ光照
射により既にアークランプ５により６００℃に予備加熱
されている多結晶シリコン層４を例えば１４００℃に加
熱する。尚、ウェハ１は該多結晶シリコン層４表面が下
側になる向きが良い。 【００１１】図１（Ｃ）はアークランプによる加熱とウ
ェハ１のある１つの領域（最初にアニールする領域）に
対するエキシマレーザ光照射による加熱に着目したタイ
ミングチャートである。図中のトリガは、エキシマレー
ザにレーザ光を出射させる信号である。ランプ光による
予備加熱によって所定の温度である６００℃になると、
そのことが検知され、トリガが発生し、エキシマレーザ
による加熱が開始される。エキシマレーザ光は、ＸｅＣ
ｌレーザ光（波長３０７ｎｍ）か、ＫｒＦレーザ光（波
長２４８ｎｍ）が良く、パルス幅は２０〜４０ｎｓｅｃ
であり、そして、１秒間当り例えば最高３００パルス出
射する。尚、基本的には同じ領域に１パルス照射する
が、同じ領域に１パルス照射するのではなく数パルスず
つ照射する場合もある。 【００１２】このような多結晶半導体層のアニール方法
によれば、低融点ガラス基板２をランプ５により低融点
ガラス基板２の融点、歪点を越えない温度である６００
℃に加熱しておき、多結晶シリコン層４を部分的に２０
〜４０ｎｍというきわめて短かい時間にエキシマレーザ
光により１４００℃というアニールに好ましい高い温度
に加熱するので、低融点ガラス基板２上に熱的悪影響を
与えることなく多結晶シリコン層４を良好にアニールす
ることができる。 【００１３】というのは、ＸｅＣｌレーザ光、ＫｒＦレ
ーザ光のような２４８あるいは〜３０７ｎｍという波長
の光線（ＵＶ光線）に対するシリコンの吸収係数ａ（普
通αが使用されるが便宜上ここではａを使用する）は１
０6 ／ｃｍであり、深さｄにおける光強度Ｉ（＝Ｉｏ・
ｅ-ad ）がｅ分の１になる条件（ａｄ＝１）を求める
と、ｄ＝１００オングストロームになる。尚、Ｉｏは半
導体層表面における光強度、ｅは自然対数である。従っ
て、エキシマレーザ光が入射しても多結晶シリコン層４
の厚さが１００オングストローム以上あると低融点ガラ
ス基板２をほとんど加熱することなく多結晶シリコン層
４のみを加熱できるのである。 【００１４】そして、多結晶シリコン層４をアニールす
る温度は１４００℃と高くても予備加熱により６００℃
に高められた多結晶シリコン層４をエキシマレーザ光に
よりアニールする温度に高めるので、エキシマレーザ光
により多結晶シリコン層４を高める温度は８００℃に過
ぎない。従って、多結晶シリコン層４の比熱をρとする
と、エキシマレーザ光の単位面積当りのエネルギーは６
００ρの分、従来よりも少なくても同じ効果が得られ、
その分１パルスでアニールする面積を広くすることがで
きる。その結果、１ウエハ当りに必要となるエキシマレ
ーザ光発射回数を少なくすることできる。従って、スル
ープットの向上を図ることができる。 【００１５】ちなみに、基板が低融点ガラスであると、
予備加熱源としてハロゲンランプを用いることはできな
い。というのは、ハロゲンランプから出射される光の波
長が長いのでガラスによって光は吸収されないからであ
り、前述のとおりアークランプが予備加熱用光源に適す
るといえる。 【００１６】尚、例えば熱電対からなる温度モニター７
がアークランプ５からの影響を受けて誤差が生じる可能
性がある場合には、低融点ガラス基板４と同じ材質のダ
ミー片（低融点ガラス片）９を、図２に示すように、温
度モニター７とランプ５との間を遮る位置に配置し、そ
して、モニター７でこのダミー片９の温度をモニターす
るようにすると良い。このようにすると、モニター７が
アークランプ５により直接加熱されることをダミー片９
により防止することができ、より正確な基板温度のモニ
ターができ、延いては低融点ガラス基板の予備加熱温度
の制御を正確に行うことができる。 【００１７】 【発明の効果】本発明は、温度モニターによる温度検出
結果に応じて加熱の強さをコントロールすることにより
低融点ガラス基板を６００℃にする、アークランプによ
る予備加熱と、上記多結晶半導体層に対して上記予備加
熱をしたままエキシマレーザ光を同じ領域に１パルスず
つ照射することによる加熱とによりアニールすることを
特徴とする。 【００１８】従って、本発明によれば、６００℃に予備
加熱された状態の低融点ガラス基板の表面の多結晶半導
体層を１パルスずつ照射するエキシマレーザ光により６
００℃の予備加熱温度からアニール温度にまで高めれば
良いので、エキシマレーザ光の短時間加熱により多結晶
半導体層の温度をアニールに適切な高い温度に高めるこ
とができる。従って、低融点ガラス基板に熱による悪影
響を及ぼすことなく低融点ガラス基板上の多結晶半導体
層を残留トラップが少ないように充分にアニールするこ
とができ、且つエキシマレーザ光により多結晶半導体層
をモニター温度まで高める温度は予備加熱分少なくする
ことができ、予備加熱に要する時間を短縮することがで
きるため、スループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の一つの実施例を示
すもので、（Ａ）はアニール時の状態を示す断面図、
（Ｂ）はウェハ（表面に多結晶半導体層が形成された低
融点ガラス基板）の断面図、（Ｃ）は加熱のタイミング
チャートである。 【図２】本発明に使用する装置の変形例を示す断面図で
ある。 【符号の説明】 ２ 低融点ガラス基板 ４ 多結晶半導体層
すもので、（Ａ）はアニール時の状態を示す断面図、
（Ｂ）はウェハ（表面に多結晶半導体層が形成された低
融点ガラス基板）の断面図、（Ｃ）は加熱のタイミング
チャートである。 【図２】本発明に使用する装置の変形例を示す断面図で
ある。 【符号の説明】 ２ 低融点ガラス基板 ４ 多結晶半導体層
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 低融点ガラス基板に形成された多結晶半
導体層のアニール方法において、 温度モニターによる温度検出結果に応じて加熱の強さを
コントロールすることにより上記低融点ガラス基板を６
００℃にする、アークランプによる予備加熱と、 上記多結晶半導体層に対して上記予備加熱をしたままエ
キシマレーザ光を同じ領域に１パルスずつ照射すること
による加熱とによりアニールすることを特徴とする多結
晶半導体層のアニール方法。
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