JPH04365316A - 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

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JPH04365316A
JPH04365316A JP3168783A JP16878391A JPH04365316A JP H04365316 A JPH04365316 A JP H04365316A JP 3168783 A JP3168783 A JP 3168783A JP 16878391 A JP16878391 A JP 16878391A JP H04365316 A JPH04365316 A JP H04365316A
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    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体層のアニール方
法、特に例えばガラス等の基板に形成された例えばシリ
コンからなる半導体層に対する半導体層のアニール方法
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半導体層を例え
ばＣＶＤにより形成した後、該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１２００〜１４０
０℃の温度にシリコン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、基板をほとんど加熱することなく半
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】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、基板に熱による悪影響を及ぼすこと
なく基板上の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
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明半導体層のアニー
ル方法は、基板に影響を与えない温度での加熱をしつつ
この温度よりも高い温度で短かい時間エキシマレーザ光
による加熱をすることを特徴とする。
【０００８】
【実施例】以下、本発明半導体層のアニール方法を図示
実施例に従って詳細に説明する。図１（Ａ）乃至（Ｃ）
は本発明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、例えば低融点ガラス基板（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（Ｂ）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材等の温度モニター
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
されている半導体層４を例えば１４００℃に加熱する。 尚、ウェハ１は半導体層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（本実施例では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、ＸｅＣｌレーザ光（波長３０７ｎｍ）か、ＫｒＦレ
ーザ光（波長２４８ｎｍ）が良く、パルス幅は２０〜４
０ｎｓｅｃであり、そして、１秒間当り例えば３００パ
ルス出射する。尚、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】このような半導体層のアニール方法によれ
ば、基板２をランプ５により基板２の融点、歪点を越え
ない温度である６００℃に加熱しておき、半導体層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、基板２上に熱的悪影響を
与えることなく半導体層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半導体層４の厚
さが１００オングストローム以上あると基板２をほとん
ど加熱することなく半導体層４のみを加熱できるのであ
る。
【００１４】そして、半導体層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
れた半導体層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半導体層４
を高める温度は８００℃に過ぎない。従って、半導体層
４の比熱をρ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６００ρ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】尚、基板として低融点ガラス基板ではなく
もっと融点の高い例えば石英基板を用いれば、アークラ
ンプにより基板をもっと高く加熱でき、エキシマレーザ
光により半導体層の温度をより低くしてエキシマレーザ
光１パルスでアニールする面積をもっと広くできる。具
体的には、石英基板は融点が１０００℃であり、１００
０℃近くの温度までランプで加熱できる。従って、あと
４００℃半導体層の温度を高めるのをエキシマレーザ光
の照射により行えば良く、エキシマレーザ光１パルスで
アニールする面積を上記実施例の２倍程度広くすること
ができる。これは２倍近くスループットを向上させるこ
とにつながる。
【００１６】尚、本発明は半導体基板の表面に形成した
アニールにも適用できる。例えば、負荷ＭＯＳＦＥＴを
半導体基板上に形成した多結晶シリコン層に形成したタ
イプのＳＲＡＭにおいては、該多結晶シリコン層をＣＶ
Ｄにより形成した後アニールする必要があるが、そのア
ニールは半導体基板の表面に既に形成されているＭＯＳ
トランジスタ等の素子に悪影響を及ぼさないように行わ
なければならない。そのため、半導体基板は高い温度で
加熱することはできず、半導体基板の温度として許容さ
れるのは６００℃程度である。
【００１７】しかし、負荷ＭＯＳＦＥＴを形成すべき多
結晶シリコン層のアニール温度は８００℃あるいはそれ
以上にする必要性があるが、それは本発明により実現で
きる。即ち、ランプにより半導体基板を６００℃に加熱
し、そして多結晶シリコン層をエキシマレーザ光により
８００℃あるいはそれ以上に加熱してアニールすれば良
い。この場合、半導体基板を加熱する光源としてはハロ
ゲンランプを用いることができるし、またアークランプ
を用いても良い。
【００１８】ちなみに、基板がガラスの場合には予備加
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が吸収されないからであり、こ
の場合には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。
【００１９】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、基板４と同じ材質のダミー片（基板
がガラスならばガラス片、基板がシリコン半導体基板な
らばシリコン片）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
いては正確な基板の予備加熱温度の制御を正確に行うこ
とができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明半導体層のアニール方法は、基板
上に形成された半導体層のアニール方法において、上記
基板に影響を与えない温度での予備加熱と、上記半導体
層に対して上記予備加熱温度よりも高い温度で且つ上記
予備加熱の時間よりも短かいエキシマレーザ光による加
熱とによりアニールすることを特徴とするものである。 従って、本発明半導体層のアニール方法によれば、予備
加熱された状態の基板の表面の半導体層をエキシマレー
ザ光により予備加熱温度からアニール温度まで高めれば
良いので、エキシマレーザ光の短時間加熱により基板の
温度を半導体層の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、基板に熱による悪影響を及ぼすこ
となく基板上の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
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明半導体層のアニール
方法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（表面に半導体層
が形成された基板）の断面図、（Ｃ）は加熱のタイミン
グチャートである。
【図２】本発明半導体層のアニール方法に使用する装置
の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
２　　基板 ４　　半導体層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　基板上に形成された半導体層のアニー
    ル方法において、上記基板に影響を与えない温度での予
    備加熱と、上記半導体層に対して上記予備加熱の温度よ
    りも高い温度で且つ上記予備加熱の時間よりも短かいエ
    キシマレーザ光による加熱とによりアニールすることを
    特徴とする半導体層のアニール方法
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