JPH11274093A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH11274093A JPH11274093A JP10074595A JP7459598A JPH11274093A JP H11274093 A JPH11274093 A JP H11274093A JP 10074595 A JP10074595 A JP 10074595A JP 7459598 A JP7459598 A JP 7459598A JP H11274093 A JPH11274093 A JP H11274093A
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- substrate
- impurity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 歩留まりの高い製造方法や製造装置を提供す
る。ＴＦＴ良品の一台当たりの製造コストを安価にでき
る製造方法や製造装置を提供する。適切な厚さの各層を
備えた薄膜トランジスタを製造できる製造方法や製造装
置を提供する。 【解決手段】 結晶質の薄膜と非晶質の薄膜との間で特
徴的に表れる、半導体の分光特性の違いに着目し、この
分光特性の変化をモニタリングすることにより非晶質層
の成否、及び、結晶状態の回復の成否を判別する。薄膜
を形成する際に良品であるか否かを判別できるので最終
製品のＴＦＴの歩留まりが向上する。また、この分光特
性の変化から不純物注入の終点管理、及び、活性化の終
点管理を正確に行うことができるので薄膜内に正確な厚
さの非晶質層、及び結晶質層を形成することができる。
る。ＴＦＴ良品の一台当たりの製造コストを安価にでき
る製造方法や製造装置を提供する。適切な厚さの各層を
備えた薄膜トランジスタを製造できる製造方法や製造装
置を提供する。 【解決手段】 結晶質の薄膜と非晶質の薄膜との間で特
徴的に表れる、半導体の分光特性の違いに着目し、この
分光特性の変化をモニタリングすることにより非晶質層
の成否、及び、結晶状態の回復の成否を判別する。薄膜
を形成する際に良品であるか否かを判別できるので最終
製品のＴＦＴの歩留まりが向上する。また、この分光特
性の変化から不純物注入の終点管理、及び、活性化の終
点管理を正確に行うことができるので薄膜内に正確な厚
さの非晶質層、及び結晶質層を形成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばアクティブ
マトリクス型液晶表示装置に用いる薄膜トランジスタな
どの半導体装置の製造方法に関する。
マトリクス型液晶表示装置に用いる薄膜トランジスタな
どの半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高い電界効果移動度を実現するた
めに活性層に多結晶シリコン薄膜を用いた薄膜トランジ
スタ（以下「ＴＦＴ」と略する場合がある）が開発され
ている。
めに活性層に多結晶シリコン薄膜を用いた薄膜トランジ
スタ（以下「ＴＦＴ」と略する場合がある）が開発され
ている。
【０００３】このＴＦＴの製造方法として、非晶質シリ
コンをレーザや赤外線ビームなどのエネルギービームを
照射して多結晶シリコン薄膜を形成し、次いでその多結
晶シリコン薄膜にイオン注入やイオンドーピングにより
不純物を注入してＴＦＴのソース部やドレイン部を形成
し、しかる後に加熱することにより活性化して結晶状態
を回復させる方法が知られている。
コンをレーザや赤外線ビームなどのエネルギービームを
照射して多結晶シリコン薄膜を形成し、次いでその多結
晶シリコン薄膜にイオン注入やイオンドーピングにより
不純物を注入してＴＦＴのソース部やドレイン部を形成
し、しかる後に加熱することにより活性化して結晶状態
を回復させる方法が知られている。
【０００４】即ち、非晶質シリコンはレーザや赤外線ビ
ームなどのエネルギービームを照射することにより結晶
状態が変化して多結晶シリコン薄膜が形成される。
ームなどのエネルギービームを照射することにより結晶
状態が変化して多結晶シリコン薄膜が形成される。
【０００５】こうして得た多結晶シリコン薄膜にイオン
注入、若しくはイオンドーピングすることにより３価若
しくは５価の不純物を注入することでＴＦＴのソース部
やドレイン部が形成される。この方法によれば、イオン
注入領域の多結晶シリコン薄膜はイオン照射損傷を受
け、結晶構造が破壊される。このとき必要十分なドーズ
量の不純物注入を行うと、非晶質の状態になる。
注入、若しくはイオンドーピングすることにより３価若
しくは５価の不純物を注入することでＴＦＴのソース部
やドレイン部が形成される。この方法によれば、イオン
注入領域の多結晶シリコン薄膜はイオン照射損傷を受
け、結晶構造が破壊される。このとき必要十分なドーズ
量の不純物注入を行うと、非晶質の状態になる。
【０００６】また、このイオン注入やイオンドーピング
で受けたイオン照射損傷は、一般に不純物の活性化を兼
ねる熱処理を施すことにより結晶状態を回復させること
が可能である。
で受けたイオン照射損傷は、一般に不純物の活性化を兼
ねる熱処理を施すことにより結晶状態を回復させること
が可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、不純物注入
工程において、半導体薄膜の非晶質化の程度は、不純物
注入時の加速電圧やドーズ量により変動する。即ち、加
速電圧が大きい場合またはドーズ量が多い場合は結晶構
造がより激しく破壊され、加速電圧が小さい場合または
ドーズ量が少ない場合に比べ結晶化率は低下する。
工程において、半導体薄膜の非晶質化の程度は、不純物
注入時の加速電圧やドーズ量により変動する。即ち、加
速電圧が大きい場合またはドーズ量が多い場合は結晶構
造がより激しく破壊され、加速電圧が小さい場合または
ドーズ量が少ない場合に比べ結晶化率は低下する。
【０００８】また不純物注入工程において、半導体薄膜
の下層部に結晶構造を残しておけば、後の活性化工程に
おいてこの結晶構造を核として半導体薄膜の再結晶化が
なされるため、結晶回復を低温かつ短時間で行える。
の下層部に結晶構造を残しておけば、後の活性化工程に
おいてこの結晶構造を核として半導体薄膜の再結晶化が
なされるため、結晶回復を低温かつ短時間で行える。
【０００９】一方で不純物注入工程において半導体薄膜
に結晶核を残すために加速電圧またはドーズ量を必要以
上に小さくすると、半導体薄膜内部の不純物濃度分布が
適切な値とならないためにソース・ドレイン領域が高抵
抗となってしまい、十分なＴＦＴ移動度が得られない。
に結晶核を残すために加速電圧またはドーズ量を必要以
上に小さくすると、半導体薄膜内部の不純物濃度分布が
適切な値とならないためにソース・ドレイン領域が高抵
抗となってしまい、十分なＴＦＴ移動度が得られない。
【００１０】しかしながら従来は不純物注入工程におけ
る半導体薄膜内部の不純物濃度分布（加速電圧やドーズ
量により決定される）と半導体薄膜の結晶構造との関連
付けがなされていなかったため、工程を合理化すること
ができなかった。
る半導体薄膜内部の不純物濃度分布（加速電圧やドーズ
量により決定される）と半導体薄膜の結晶構造との関連
付けがなされていなかったため、工程を合理化すること
ができなかった。
【００１１】また、活性化工程においても、結晶回復の
程度は熱処理温度や熱処理時間に依存し、必要十分な温
度または時間を与えないと所望の移動度が得られず、必
要以上の温度または時間をかけると基板損傷のおそれが
あった。
程度は熱処理温度や熱処理時間に依存し、必要十分な温
度または時間を与えないと所望の移動度が得られず、必
要以上の温度または時間をかけると基板損傷のおそれが
あった。
【００１２】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、不純物注入工程または活性化工程を台
理化することにより、十分な移動度を有する半導体装置
を得ることを目的とする。
なされたもので、不純物注入工程または活性化工程を台
理化することにより、十分な移動度を有する半導体装置
を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の第１発明は、不純物注入工程において、半
導体基板の結晶化率をこの半導体薄膜の光反射率を測定
することにより算出し、その結果に基づいて不純物濃度
分布を制御することを特徴とする。
め、本発明の第１発明は、不純物注入工程において、半
導体基板の結晶化率をこの半導体薄膜の光反射率を測定
することにより算出し、その結果に基づいて不純物濃度
分布を制御することを特徴とする。
【００１４】より具体的には、半導体薄膜の光反射率を
測定することにより、半導体基板の下層に結晶状態の残
るようにイオンドーピング時のドーズ量または加速電圧
を適当な値に設定する。
測定することにより、半導体基板の下層に結晶状態の残
るようにイオンドーピング時のドーズ量または加速電圧
を適当な値に設定する。
【００１５】これにより、後の活性化工程においてこの
結晶構造を核として低温かつ短時間で半導体基板の結晶
回復をすることができる。
結晶構造を核として低温かつ短時間で半導体基板の結晶
回復をすることができる。
【００１６】また本発明の第２発明は、活性化工程にお
いて、半導体基板の結晶化率をこの半導体基板の光反射
率を測定することにより算出し、その結果に基づいて熱
処理温度または熱処理時間を制御することを特徴とす
る。
いて、半導体基板の結晶化率をこの半導体基板の光反射
率を測定することにより算出し、その結果に基づいて熱
処理温度または熱処理時間を制御することを特徴とす
る。
【００１７】これにより、活性化工程においてリアルタ
イムで半導体薄膜の結晶構造を知ることができ、必要な
結晶化率を得るために最適な温度または時間設定とする
ことにより工程の合理化が可能となる。
イムで半導体薄膜の結晶構造を知ることができ、必要な
結晶化率を得るために最適な温度または時間設定とする
ことにより工程の合理化が可能となる。
【００１８】尚本発明における多結晶半導体基板とは、
多結晶半導体層をその構成部材として有するものを意味
し、多結晶半導体層をガラス基板などの基体上に成膜し
たものも含まれる。
多結晶半導体層をその構成部材として有するものを意味
し、多結晶半導体層をガラス基板などの基体上に成膜し
たものも含まれる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態の半
導体薄膜トランジスタの製造装置と製造方法とを図面を
参照して詳細に説明する。
導体薄膜トランジスタの製造装置と製造方法とを図面を
参照して詳細に説明する。
【００２０】以下、本発明の製造方法及び製造装置で行
う、半導体薄膜中の結晶状態を評価する方法の原理につ
いて説明する。
う、半導体薄膜中の結晶状態を評価する方法の原理につ
いて説明する。
【００２１】本発明では、半導体薄膜が結晶状態のとき
と非晶質状態のときとでは可視光領域の光反射率が異な
ることに着目し、結晶状態と非晶質状態との判別法とし
てこの光反射率を用いることにより的確、簡易かつ迅速
に結晶の状態を確認する。
と非晶質状態のときとでは可視光領域の光反射率が異な
ることに着目し、結晶状態と非晶質状態との判別法とし
てこの光反射率を用いることにより的確、簡易かつ迅速
に結晶の状態を確認する。
【００２２】図１は可視領域の光を非晶質シリコン薄膜
及び多結晶シリコン薄膜のそれぞれについて同じ条件下
で照射した際の反射光の測定結果を示したグラフであ
る。
及び多結晶シリコン薄膜のそれぞれについて同じ条件下
で照射した際の反射光の測定結果を示したグラフであ
る。
【００２３】図１のグラフに示すように、両者の間では
波長３６４ｍｍで反射率が顕著に異なる。従って、この
反射率の違いからシリコン薄膜中の結晶の状態を確認す
ることができる。
波長３６４ｍｍで反射率が顕著に異なる。従って、この
反射率の違いからシリコン薄膜中の結晶の状態を確認す
ることができる。
【００２４】具体的には、非晶質シリコン及び、多結晶
シリコンを混合した膜を仮定し、それぞれの比率を想定
し得られた分光プロファイルをフィッティングすること
により多結晶化率、非晶質率を算出する。
シリコンを混合した膜を仮定し、それぞれの比率を想定
し得られた分光プロファイルをフィッティングすること
により多結晶化率、非晶質率を算出する。
【００２５】図２は本実施形態に係る半導体薄膜トラン
ジスタの製造装置の概略図である。本実施形態に係る半
導体薄膜トランジスタ製造装置４０では、溶融−固化し
て多結晶化した基板４２を固定するようになっており、
この固定された基板４２の板面に対して垂直にイオン注
入を行うようにイオン源４６が配設されている。また基
板４２に対して熱量を供給するための熱源４７もこのイ
オン源４６に対して隣接配置されている。
ジスタの製造装置の概略図である。本実施形態に係る半
導体薄膜トランジスタ製造装置４０では、溶融−固化し
て多結晶化した基板４２を固定するようになっており、
この固定された基板４２の板面に対して垂直にイオン注
入を行うようにイオン源４６が配設されている。また基
板４２に対して熱量を供給するための熱源４７もこのイ
オン源４６に対して隣接配置されている。
【００２６】基板４２を挟んで白色ランプ若しくはＨｅ
−Ｎｅランプの光源４１ｂとこの光源４１ｂからの光を
観測するための望遠鏡４４が配設されており、光源４１
ｂから発射される光の光軸は基板４２面に対して角度θ
をなすように配設されている。
−Ｎｅランプの光源４１ｂとこの光源４１ｂからの光を
観測するための望遠鏡４４が配設されており、光源４１
ｂから発射される光の光軸は基板４２面に対して角度θ
をなすように配設されている。
【００２７】そしてこの光軸は上記打ち込み点を通過す
るように配設されており、この光軸上に望遠鏡４４が配
設されている。更に、基板４２に対して前記光源４１ｂ
と対称の位置にももう一つの光源４１ａが配設されてい
る。この光源４１ａの光軸も前記光源４１ｂと同様に、
光源４１ａから発射される光の光軸は基板４２面に対し
て角度θをなし、上記打ち込み点を通過するように配設
されている。
るように配設されており、この光軸上に望遠鏡４４が配
設されている。更に、基板４２に対して前記光源４１ｂ
と対称の位置にももう一つの光源４１ａが配設されてい
る。この光源４１ａの光軸も前記光源４１ｂと同様に、
光源４１ａから発射される光の光軸は基板４２面に対し
て角度θをなし、上記打ち込み点を通過するように配設
されている。
【００２８】即ち、光源４１ｂからの光の一部は上記打
ち込み点を透過し、この透過光が望遠鏡４４で観測され
るようになっており、一方、光源４１ａからの光の一部
は上記打ち込み点で反射し、この反射光が望遠鏡４４で
観測されるようになっている。
ち込み点を透過し、この透過光が望遠鏡４４で観測され
るようになっており、一方、光源４１ａからの光の一部
は上記打ち込み点で反射し、この反射光が望遠鏡４４で
観測されるようになっている。
【００２９】打ち込み点と望遠鏡４４との間の光軸上に
はハーフミラー４５が配設されており、光源４１ａ又は
４１ｂから発射されて望遠鏡４４に向かう光の一部を反
射するようになっている。このハーフミラー４５で反射
された光の光軸上には分光器４３が配設されており、ハ
ーフミラー４５で反射された光がこの分光器４３内に入
るようになっている。
はハーフミラー４５が配設されており、光源４１ａ又は
４１ｂから発射されて望遠鏡４４に向かう光の一部を反
射するようになっている。このハーフミラー４５で反射
された光の光軸上には分光器４３が配設されており、ハ
ーフミラー４５で反射された光がこの分光器４３内に入
るようになっている。
【００３０】この分光器４３、上記イオン源４６、及び
熱源４７は共に制御装置（ＣＰＵ）４８に接続されてい
る。この制御装置４８では分光器４３から入る光によ
り、光源４１ｂから発せられ、基板４２を透過した透過
光、又は４１ａから発せられ、基板４２の板面で反射さ
れた反射光を絶えず監視しており、これらの光を監視す
ることにより、基板４２の打ち込み点における光の透過
率の変化或いは反射率の変化をモニタリングする。
熱源４７は共に制御装置（ＣＰＵ）４８に接続されてい
る。この制御装置４８では分光器４３から入る光によ
り、光源４１ｂから発せられ、基板４２を透過した透過
光、又は４１ａから発せられ、基板４２の板面で反射さ
れた反射光を絶えず監視しており、これらの光を監視す
ることにより、基板４２の打ち込み点における光の透過
率の変化或いは反射率の変化をモニタリングする。
【００３１】そしてこのモニタリングの結果、光の透過
率や反射率の変化量が所定の値を越えた場合にはイオン
源４６或いは熱源４７の出力を停止させ、イオン打ち込
みや加熱処理を停止させる。
率や反射率の変化量が所定の値を越えた場合にはイオン
源４６或いは熱源４７の出力を停止させ、イオン打ち込
みや加熱処理を停止させる。
【００３２】次に、上記の製造装置を用いて本実施形態
に係る製造方法を実施する場合の操作について説明す
る。
に係る製造方法を実施する場合の操作について説明す
る。
【００３３】まず製品としてのＴＦＴの製造に先立ち、
不純物ドーピングや加熱による活性化処理を行う際に、
分光特性の目標値を把握するためのモデルを作成する。
不純物ドーピングや加熱による活性化処理を行う際に、
分光特性の目標値を把握するためのモデルを作成する。
【００３４】例えば、不純物ドーピング工程用のモデル
として、多結晶シリコン膜が、膜の底部から膜全体の厚
さの２０％の厚さを占める多結晶シリコン層と、その上
側に隣接する膜全体の厚さの８０％の厚さを占める非晶
質シリコン層との２層からなるモデルを作成し、このモ
デルについて分光特性を測定した。これをＡモデルとす
る。図３はＡモデルの断面図である。
として、多結晶シリコン膜が、膜の底部から膜全体の厚
さの２０％の厚さを占める多結晶シリコン層と、その上
側に隣接する膜全体の厚さの８０％の厚さを占める非晶
質シリコン層との２層からなるモデルを作成し、このモ
デルについて分光特性を測定した。これをＡモデルとす
る。図３はＡモデルの断面図である。
【００３５】このＡモデルは光の反射率や透過率などの
分光特性から膜内部の結晶の状態を把握するために用い
るものである。このＡモデルでは膜内部の結晶の状態
が、多結晶シリコン層：非晶質シリコン層＝２０：８０
の比率で形成されている。そのため、多結晶シリコン膜
に不純物ドーピングを行ってゆき、その膜の分光特性が
このＡモデルの値と同じになったときには、多結晶シリ
コン層と非晶質シリコン層とが厚さ比２０：８０で形成
されたと推定できる。
分光特性から膜内部の結晶の状態を把握するために用い
るものである。このＡモデルでは膜内部の結晶の状態
が、多結晶シリコン層：非晶質シリコン層＝２０：８０
の比率で形成されている。そのため、多結晶シリコン膜
に不純物ドーピングを行ってゆき、その膜の分光特性が
このＡモデルの値と同じになったときには、多結晶シリ
コン層と非晶質シリコン層とが厚さ比２０：８０で形成
されたと推定できる。
【００３６】一方、熱活性工程においては、膜の底部か
ら膜全体の厚さの２０％の厚さを占める多結晶シリコン
層と、その上側に隣接する膜全体の厚さの８０％の厚さ
を占める混合層の２層からなるモデルを作成し、このモ
デルについて分光特性を測定した。この混合層では多結
晶シリコンと非晶質シリコンとが混在しており、混合層
中に占める非晶質の割合が２０％以下となっている。こ
れをＢモデルとする。図４はＢモデルの断面図である。
このＢモデルについては、上記Ａモデルのように多結晶
シリコン層対非晶質シリコン層の厚さ比が２０：８０と
なるように不純物ドーピングしたものに熱処理を施し
て、その分光特性がこのＢモデルと同じになった場合に
は、非晶質シリコン層中における非晶質の割合が低下し
て２０％以下となったと推定できる。
ら膜全体の厚さの２０％の厚さを占める多結晶シリコン
層と、その上側に隣接する膜全体の厚さの８０％の厚さ
を占める混合層の２層からなるモデルを作成し、このモ
デルについて分光特性を測定した。この混合層では多結
晶シリコンと非晶質シリコンとが混在しており、混合層
中に占める非晶質の割合が２０％以下となっている。こ
れをＢモデルとする。図４はＢモデルの断面図である。
このＢモデルについては、上記Ａモデルのように多結晶
シリコン層対非晶質シリコン層の厚さ比が２０：８０と
なるように不純物ドーピングしたものに熱処理を施し
て、その分光特性がこのＢモデルと同じになった場合に
は、非晶質シリコン層中における非晶質の割合が低下し
て２０％以下となったと推定できる。
【００３７】次に製品としてのＴＦＴを製造する方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００３８】図５は本実施形態に係る製造方法で製造し
たＴＦＴの断面図である。
たＴＦＴの断面図である。
【００３９】石英、もしくはガラス上に絶縁膜をつけた
基板３１に、非晶質シリコン膜３２を５０ｎｍの厚さで
成膜し、レーザアニーリング法により多結晶化する。
基板３１に、非晶質シリコン膜３２を５０ｎｍの厚さで
成膜し、レーザアニーリング法により多結晶化する。
【００４０】次いで、非晶質シリコン膜３２の上側か
ら、例えばＣＶＤ法などによりゲ一卜絶縁膜３３を成膜
し、更に、例えばフォトリソグラフィ及びエッチング処
理を施すことによりゲ一卜電極３４を成膜する。
ら、例えばＣＶＤ法などによりゲ一卜絶縁膜３３を成膜
し、更に、例えばフォトリソグラフィ及びエッチング処
理を施すことによりゲ一卜電極３４を成膜する。
【００４１】こうして非晶質シリコン膜３２、ゲ一卜絶
縁膜３３及びゲ一卜電極３４が形成された基板３１に対
して、図４で示した上記製造装置を用いてリンの不純物
ドーピングを行う。ドーピングはＰＨ3 ガスを使用し、
加速電圧６５ｋＶ、ドーズ量１Ｅ１５／cm2 の条件の下
で行う。
縁膜３３及びゲ一卜電極３４が形成された基板３１に対
して、図４で示した上記製造装置を用いてリンの不純物
ドーピングを行う。ドーピングはＰＨ3 ガスを使用し、
加速電圧６５ｋＶ、ドーズ量１Ｅ１５／cm2 の条件の下
で行う。
【００４２】まずドーピング前の基板３１の結晶状態を
計測し、基準となる多結晶シリコンの分光特性を得る。
計測し、基準となる多結晶シリコンの分光特性を得る。
【００４３】図６は本実施形態の方法に従ってドーピン
グを行う場合のフローチャートである。
グを行う場合のフローチャートである。
【００４４】次いで、図４に示した装置で測定したとき
の非晶質率が８０％となるようにドーズ量は６Ｅ１４〜
１．５Ｅ１５／cm2 の間で制御しながらドーピングを行
う。（ステップａ） 所定時間経過後、ドーピングを一旦停止させ、基板３１
のドーピングした部分について可視光を照射してその反
射率を測定する。（ステップｂ）その測定結果から結晶
状態を把握して次工程に移行するか否かを判断する。
（ステップｃ） 即ち、測定した反射率と上記Ａモデルの反射率とを比較
して、非晶質率の値が未だ不十分であり、更にドーピン
グを継続する必要があると判断される場合には再びドー
ピングを開始する。（ステップｄ） 一方、測定した反射率の値が上記Ａモデルの反射率とほ
ぼ等しく、非晶質率の値が十分であり、更にドーピング
を継続する必要がないと判断される場合にはドーピング
処理を終了する。（ステップｅ） このドーピング工程によりソース、ドレイン領域３５を
形成する。次にゲートメタルをさらにエッチングし、リ
ンをドーピングすることでＬＤＤ（Lightly do-ped dra
in）３６を形成する。なお、この工程ではドーズ量が少
ないために多結晶シリコン膜が非晶質になることはな
い。
の非晶質率が８０％となるようにドーズ量は６Ｅ１４〜
１．５Ｅ１５／cm2 の間で制御しながらドーピングを行
う。（ステップａ） 所定時間経過後、ドーピングを一旦停止させ、基板３１
のドーピングした部分について可視光を照射してその反
射率を測定する。（ステップｂ）その測定結果から結晶
状態を把握して次工程に移行するか否かを判断する。
（ステップｃ） 即ち、測定した反射率と上記Ａモデルの反射率とを比較
して、非晶質率の値が未だ不十分であり、更にドーピン
グを継続する必要があると判断される場合には再びドー
ピングを開始する。（ステップｄ） 一方、測定した反射率の値が上記Ａモデルの反射率とほ
ぼ等しく、非晶質率の値が十分であり、更にドーピング
を継続する必要がないと判断される場合にはドーピング
処理を終了する。（ステップｅ） このドーピング工程によりソース、ドレイン領域３５を
形成する。次にゲートメタルをさらにエッチングし、リ
ンをドーピングすることでＬＤＤ（Lightly do-ped dra
in）３６を形成する。なお、この工程ではドーズ量が少
ないために多結晶シリコン膜が非晶質になることはな
い。
【００４５】次に６００°Ｃで熱活性化を行う。基準と
なる多結晶シリコン領域は、先にＬＤＤを形成した領域
であり、まずこの領域の分光特性を得る。
なる多結晶シリコン領域は、先にＬＤＤを形成した領域
であり、まずこの領域の分光特性を得る。
【００４６】熱活性工程では図４の上記製造装置を用
い、処理時間はその場計測の評価でＢモデルにより制御
する。
い、処理時間はその場計測の評価でＢモデルにより制御
する。
【００４７】図７は本実施形態の方法に従って熱活性化
を行う場合のフローチャートである。
を行う場合のフローチャートである。
【００４８】図４に示した装置で測定したときの非晶質
層中の非晶質の割合が２０％となるように制御しながら
熱活性化を行う。（ステップＡ） 所定時間経過後、加熱を一旦停止させ、基板３１につい
て可視光を照射してその反射率を測定する。（ステップ
Ｂ）その測定結果から結晶状態を把握して次工程に移行
するか否かを判断する。（ステップＣ） 即ち、測定した反射率と上記Ｂモデルの反射率とを比較
して、非晶質率の値が未だ不十分であり、更に熱活性化
を継続する必要があると判断される場合には再び加熱し
て熱活性化を開始する。（ステップＤ） 一方、測定した反射率の値が上記Ｂモデルの反射率とほ
ぼ等しく、非晶質率の値が十分であり、更に熱活性化を
継続する必要がないと判断される場合には熱活性化を終
了する。（ステップＥ） 次いで層間絶緑膜３７を成膜し、コンタクトホールを作
り配線３８して製品としてのＴＦＴを得る。
層中の非晶質の割合が２０％となるように制御しながら
熱活性化を行う。（ステップＡ） 所定時間経過後、加熱を一旦停止させ、基板３１につい
て可視光を照射してその反射率を測定する。（ステップ
Ｂ）その測定結果から結晶状態を把握して次工程に移行
するか否かを判断する。（ステップＣ） 即ち、測定した反射率と上記Ｂモデルの反射率とを比較
して、非晶質率の値が未だ不十分であり、更に熱活性化
を継続する必要があると判断される場合には再び加熱し
て熱活性化を開始する。（ステップＤ） 一方、測定した反射率の値が上記Ｂモデルの反射率とほ
ぼ等しく、非晶質率の値が十分であり、更に熱活性化を
継続する必要がないと判断される場合には熱活性化を終
了する。（ステップＥ） 次いで層間絶緑膜３７を成膜し、コンタクトホールを作
り配線３８して製品としてのＴＦＴを得る。
【００４９】なお、この実施形態では図４に示した装置
を用いて可視光領域の光反射率を測定する場合について
説明したが、上記ＡモデルやＢモデルと基板とを目視で
比較確認してイオンドーピングや熱活性化の終点を管理
することも可能である。
を用いて可視光領域の光反射率を測定する場合について
説明したが、上記ＡモデルやＢモデルと基板とを目視で
比較確認してイオンドーピングや熱活性化の終点を管理
することも可能である。
【００５０】例えば、目視観察により熱活性化の終点を
管理するには、基準となる多結晶シリコン領域、すなわ
ちＬＤＤ領域と、結晶回復を要する非晶質シリコン領域
は互いに隣り合うので、これらを肉眼で比較観察し、両
者間に色差がないことを確認する方法や、或いは、非晶
質領域が黄色になることを確認する方法などが考えられ
る。
管理するには、基準となる多結晶シリコン領域、すなわ
ちＬＤＤ領域と、結晶回復を要する非晶質シリコン領域
は互いに隣り合うので、これらを肉眼で比較観察し、両
者間に色差がないことを確認する方法や、或いは、非晶
質領域が黄色になることを確認する方法などが考えられ
る。
【００５１】図８（ａ）は完成したＴＦＴのトランスフ
ァ特性を示したグラフである。
ァ特性を示したグラフである。
【００５２】図８（ｂ）は不純物ドーピング工程で非晶
質率評価を行わずに製造されたＴＦＴのトランスファ特
性を示したグラフである。
質率評価を行わずに製造されたＴＦＴのトランスファ特
性を示したグラフである。
【００５３】図８（ｂ）のグラフを図８（ａ）のグラフ
と比較すると、非晶質率評価を行わずにドーピングして
製造されたＴＦＴは、非晶質率評価を行って製造された
ＴＦＴに比べ、注入した不純物のドーズ量が少ないため
に、ソース部及びドレイン部の抵抗値が高くなってい
る。
と比較すると、非晶質率評価を行わずにドーピングして
製造されたＴＦＴは、非晶質率評価を行って製造された
ＴＦＴに比べ、注入した不純物のドーズ量が少ないため
に、ソース部及びドレイン部の抵抗値が高くなってい
る。
【００５４】図８（ｃ）は熱活性化工程で結晶化率評価
を行わずに製造されたＴＦＴのトランスファ特性を示し
たグラフである。図８（ｃ）のグラフを図８（ａ）のグ
ラフと比較すると、結晶化率評価を行わずに熱活性化し
て製造されたＴＦＴは、結晶化率評価を行って製造され
たＴＦＴに比べ、結晶状態が完全には回復していないた
めにソース部及びドレイン部の抵抗値が高くなってい
る。
を行わずに製造されたＴＦＴのトランスファ特性を示し
たグラフである。図８（ｃ）のグラフを図８（ａ）のグ
ラフと比較すると、結晶化率評価を行わずに熱活性化し
て製造されたＴＦＴは、結晶化率評価を行って製造され
たＴＦＴに比べ、結晶状態が完全には回復していないた
めにソース部及びドレイン部の抵抗値が高くなってい
る。
【００５５】このように、所望のドーズ量でソース、及
びドレインの各領域を形成でき、且つ不純物ドーピング
工程で損傷した結晶を熱工程で確実に回復させることに
より、特性の良好なＴＦＴを得ることができた。
びドレインの各領域を形成でき、且つ不純物ドーピング
工程で損傷した結晶を熱工程で確実に回復させることに
より、特性の良好なＴＦＴを得ることができた。
【００５６】本発明に係る半導体薄膜の非晶質化、結晶
化の評価方法は、簡単な構造の光学系で行うことができ
るので、ＴＦＴの製造工程でその場観察することができ
る。また、使用する光学系の構造が簡単なもので済むの
で、装置自体が安価であり、ひいてはＴＦＴの製造コス
トの上昇も抑えることができる。
化の評価方法は、簡単な構造の光学系で行うことができ
るので、ＴＦＴの製造工程でその場観察することができ
る。また、使用する光学系の構造が簡単なもので済むの
で、装置自体が安価であり、ひいてはＴＦＴの製造コス
トの上昇も抑えることができる。
【００５７】更に、本発明に係るＴＦＴの製造方法、及
ぴ製造装置では、不純物ドーピング工程において半導体
膜の非晶質化をその場観察し、その評価結果に基づいて
注入量を制御するので、製品の歩留が改善され、スルー
プットも大きく向上する。
ぴ製造装置では、不純物ドーピング工程において半導体
膜の非晶質化をその場観察し、その評価結果に基づいて
注入量を制御するので、製品の歩留が改善され、スルー
プットも大きく向上する。
【００５８】また、本発明に係る熱活性化工程におい
て、膜の結晶化をその場観察し、その評価結果に基づい
て処理時間を制御するので、製品の歩留が改善され、ス
ループットも大きく向上する。
て、膜の結晶化をその場観察し、その評価結果に基づい
て処理時間を制御するので、製品の歩留が改善され、ス
ループットも大きく向上する。
【００５９】なお、上記実施形態は本発明の範囲を限定
するものではない。
するものではない。
【００６０】例えば、上記実施形態では、不純物の打ち
込みにより非晶質化した膜を熱活性化工程に供して熱処
理を施すことにより結晶状態を回復させているが、この
熱活性化工程は、マキシマレーザアニール法による低エ
ネルギ一照射で置き換えてもよい。実際にも、１７５ｍ
Ｊ／ｃｍ2 のエネルギーでマキシマレーザアニール法に
よる低エネルギ一照射を行うことにより、結晶回復する
ことが確認されている。
込みにより非晶質化した膜を熱活性化工程に供して熱処
理を施すことにより結晶状態を回復させているが、この
熱活性化工程は、マキシマレーザアニール法による低エ
ネルギ一照射で置き換えてもよい。実際にも、１７５ｍ
Ｊ／ｃｍ2 のエネルギーでマキシマレーザアニール法に
よる低エネルギ一照射を行うことにより、結晶回復する
ことが確認されている。
【００６１】また、上記実施形態では分光特性として可
視光領域の反射率を用いて結晶状態を判別しているが、
これ以外にも、例えば可視光領域の透過率を用いて結晶
状態を判別することもできる。
視光領域の反射率を用いて結晶状態を判別しているが、
これ以外にも、例えば可視光領域の透過率を用いて結晶
状態を判別することもできる。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば、半導体薄膜の結晶化率
に関連付けて不純物注入工程または活性化工程制御する
ことにより各工程を合理化することにより、十分な移動
度を有する半導体装置を得ることができる。
に関連付けて不純物注入工程または活性化工程制御する
ことにより各工程を合理化することにより、十分な移動
度を有する半導体装置を得ることができる。
【図１】可視領域の光を非晶質シリコン薄膜及び多結晶
シリコン薄膜のそれぞれに同一条件下で照射した反射率
を示したグラフである。
シリコン薄膜のそれぞれに同一条件下で照射した反射率
を示したグラフである。
【図２】本実施形態に係る半導体薄膜トランジスタの製
造装置の概略図である。
造装置の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＡモデルの断面図であ
る。
る。
【図４】本発明の実施形態に係るＢモデルの断面図であ
る。
る。
【図５】本実施形態に係る製造方法で製造したＴＦＴの
断面図である。
断面図である。
【図６】本実施形態に従ってドーピングを行う場合のフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図７】本実施形態に従って活性化を行う場合のフロー
チャートである。
チャートである。
【図８】ＴＦＴのトランスファ特性を示したグラフであ
る。
る。
４２ 半導体基板 ４６ イオン源 ４１ 光源 ４３ 分光器 ４４ 望遠鏡 ４５ ハーフミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/336 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２４ ６２７Ｇ
Claims (8)
- 【請求項１】 多結晶半導体基板に不純物を注入する不
純物注入工程と、 前記多結晶半導体基板を熱処理することにより、不純物
の活性化及ぴ結晶状態の回復を行う活性化工程を備えた
半導体装置の製造方法において、 前記不純物注入工程は、前記多結晶半導体基板の光反射
率を測定することにより該多結晶半導体基板の結晶化率
を算出し、該結晶化率に基づいて多結晶半導体基板内部
の不純物濃度分布を制御する工程を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記不純物注入工程は、イオンドーピン
グ法を用いて行われることを特徴とする請求項１記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記多結晶半導体基板内部の不純物濃度
分布を制御する工程は、イオンドーピング時のドーズ量
または加速電圧を制御することにより行われることを特
徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記不純物注入工程時における多結晶半
導体基板の結晶化率は、前記多結晶半導体基板の前記不
純物注入工程前の光反射率と不純物注入工程時の光反射
率とを比較することにより算出されることを特徴とする
請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記半導体装置は薄膜トランジスタであ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項６】 多結晶半導体基板に不純物を注入する不
純物注入工程と、 前記多結晶基板を熱処理することにより、不純物の活性
化及ぴ結晶状態の回復を行う活性化工程を備えた半導体
装置の製造方法において、 前記活性化工程は、前記多結晶半導体基板の光反射率を
測定することにより該多結晶半導体基板の結品化率を算
出し、該結晶化率に基づいて該活性化工程における熱処
理温度または熱処理時間を制御する工程を含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記活性化工程時における多結晶半導体
基板の結晶化率は、前記多結晶半導体基板の前記不純物
注入工程前の光反射率と活性化工程時の光反射率とを比
較することにより算出されることを特徴とする請求項６
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 前記半導体装置は薄膜トランジスタであ
ることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10074595A JPH11274093A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10074595A JPH11274093A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274093A true JPH11274093A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13551673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10074595A Withdrawn JPH11274093A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11274093A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020092231A (ko) * | 2001-06-01 | 2002-12-11 | 가부시끼가이샤 도시바 | 막질 검사 방법과 막질 검사 장치 |
| JPWO2005031832A1 (ja) * | 2003-09-24 | 2006-12-07 | 松下電器産業株式会社 | 不純物導入方法、不純物導入装置およびこれらを用いて形成した電子素子 |
| JP2007285810A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換層評価装置及び光電変換層の評価方法 |
| JP2008124083A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 結晶化率の測定方法および測定装置 |
| JP2008147578A (ja) * | 2006-12-13 | 2008-06-26 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 結晶化率の測定方法及び測定装置 |
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| JP2011517849A (ja) * | 2008-03-14 | 2011-06-16 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | プラズマイオン注入中にドーパント濃度を測定するための方法 |
| JP2011187761A (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 半導体装置の製造方法及びレーザアニール装置 |
| US11158510B2 (en) | 2018-09-04 | 2021-10-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Monitoring device, monitoring method and method of manufacturing semiconductor device using reflectivity of wafer |
-
1998
- 1998-03-23 JP JP10074595A patent/JPH11274093A/ja not_active Withdrawn
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN102832151A (zh) * | 2008-03-14 | 2012-12-19 | 应用材料公司 | 在等离子体离子注入过程中测量掺杂物浓度的方法 |
| JP2011517849A (ja) * | 2008-03-14 | 2011-06-16 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | プラズマイオン注入中にドーパント濃度を測定するための方法 |
| TWI459488B (zh) * | 2008-03-14 | 2014-11-01 | Applied Materials Inc | 在電漿離子佈植過程中測量摻質濃度的方法 |
| CN102832151B (zh) * | 2008-03-14 | 2016-08-24 | 应用材料公司 | 在等离子体离子注入过程中测量掺杂物浓度的方法 |
| JP2011187761A (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 半導体装置の製造方法及びレーザアニール装置 |
| US11158510B2 (en) | 2018-09-04 | 2021-10-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Monitoring device, monitoring method and method of manufacturing semiconductor device using reflectivity of wafer |
| US11764064B2 (en) | 2018-09-04 | 2023-09-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Monitoring device, monitoring method and method of manufacturing semiconductor device using reflectivity of wafer |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |