JPWO2005034221A1 - Substrate and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
本発明の課題は、基板温度の上昇を招くことなく、不純物の電気的な活性化を実現し、基板選択の制約を少なくし、信頼性の高い半導体薄膜を有する基板を提供することにある。 また、アニールのためのエネルギーの吸収効率を高め、高品質で信頼性の高い半導体薄膜を備えた基板を提供することにある。 不純物薄膜や半導体薄膜の膜厚を、続く光照射工程に対して最適になるように制御形成する。これにより、続くアニール時に最適の波長を選択することや、選ばれた光の波長に合わせて最適に薄膜構成をとることによって、光のエネルギーの大半が、半導体薄膜や不純物薄膜に吸収され、ガラス基板の温度を殆ど上昇させること無くアニールを行うことができる．従って、軟化点の低い安価なガラスあるいはプラスチックを基板に使用することができる上、アニールの光源としても工業的に容易に入手可能な安価なものを選択できる。It is an object of the present invention to provide a substrate having a highly reliable semiconductor thin film that realizes electrical activation of impurities without increasing the substrate temperature, reduces restrictions on substrate selection. Another object of the present invention is to provide a substrate provided with a high-quality and highly reliable semiconductor thin film with improved energy absorption efficiency for annealing. The film thickness of the impurity thin film or semiconductor thin film is controlled to be optimized for the subsequent light irradiation process. As a result, most of the energy of light is absorbed by the semiconductor thin film or impurity thin film by selecting the optimal wavelength during the subsequent annealing, or by adopting the optimal thin film configuration according to the wavelength of the selected light. Annealing can be performed with almost no increase in the substrate temperature. Therefore, inexpensive glass or plastic having a low softening point can be used for the substrate, and an inexpensive light source that can be easily obtained industrially can be selected as the light source for annealing.
Description
本発明は、基板およびその製造方法に係り、特に、半導体装置や液晶パネルなどに用いられる絶縁性基板表面に半導体薄膜を形成した基板に関する。 The present invention relates to a substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly to a substrate in which a semiconductor thin film is formed on the surface of an insulating substrate used in a semiconductor device, a liquid crystal panel, or the like.
例えば基板表面に絶縁膜を介してシリコン薄膜を形成したＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板はＤＲＡＭなど種々の半導体装置に広く用いられている。また基板表面に半導体薄膜を形成したガラス基板は、この半導体薄膜中に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む液晶の駆動回路を集積化することにより液晶パネルの小型化、高速化を企図して注目されている。
例えばＳＯＩ基板の製造方法の１つに、ＣＶＤ法を用いたものがある。この方法は、酸化シリコン膜の形成された半導体基板表面にＣＶＤ法などによりアモルファスシリコン薄膜を形成し、このアモルファスシリコン薄膜に所望の不純物をプラズマドーピングし、加熱することにより、このドーピングされた不純物を電気的に活性化するものである（非特許文献１）。
また、液晶パネルのように、ガラスもしくは石英等を基板として使用する場合には、アニールのための光の波長成分の大半が透過して、基板の温度を上昇させる事に寄与しづらい状況であり、多くのエネルギーを無駄に消費してしまうことになる場合もある。
あるいは、透光性の樹脂基板などを用いる場合には、基板温度そのものが上昇してしまい、樹脂基板自体がアニール温度に耐えられず劣化が生じてしまうため、使用する基板材料に制約がある。
通常、アニール工程では、可視光、赤外線、紫外線などの広い波長帯域の電磁波を発することのできる光源が用いられている。しかしながら、活性化に有効な波長は、不純物の導入される半導体薄膜自体の結晶状態によって異なり、実際は狭い領域であることが多い。このため加熱すべき半導体薄膜に十分なエネルギーが供給されないだけでなく、不要な波長の光照射を行うことにより、基板温度が上昇し、特性劣化の原因となることがある。For example, an SOI (silicon on insulator) substrate in which a silicon thin film is formed on the substrate surface via an insulating film is widely used in various semiconductor devices such as DRAMs. Further, a glass substrate having a semiconductor thin film formed on the surface of the substrate has been attracting attention in order to reduce the size and speed of the liquid crystal panel by integrating a liquid crystal drive circuit including a thin film transistor (TFT) in the semiconductor thin film. .
For example, one method for manufacturing an SOI substrate uses a CVD method. In this method, an amorphous silicon thin film is formed on the surface of a semiconductor substrate on which a silicon oxide film is formed by a CVD method or the like, and the amorphous silicon thin film is plasma-doped with a desired impurity and heated to thereby remove the doped impurity. It is electrically activated (Non-Patent Document 1).
In addition, when glass or quartz is used as the substrate, such as a liquid crystal panel, most of the wavelength components of the light for annealing are transmitted, making it difficult to increase the temperature of the substrate. In some cases, a lot of energy is wasted.
Alternatively, when a translucent resin substrate or the like is used, the substrate temperature itself rises, and the resin substrate itself cannot withstand the annealing temperature, resulting in deterioration. Therefore, the substrate material to be used is limited.
Usually, in the annealing process, a light source capable of emitting electromagnetic waves in a wide wavelength band such as visible light, infrared light, and ultraviolet light is used. However, the wavelength effective for activation differs depending on the crystal state of the semiconductor thin film itself into which impurities are introduced, and is actually a narrow region in many cases. For this reason, not only sufficient energy is not supplied to the semiconductor thin film to be heated, but also irradiation of light having an unnecessary wavelength may increase the substrate temperature and cause deterioration of characteristics.
従来例によれば、ガラス基板上の半導体薄膜に大量の不純物ドーピングがなされるが、必ずしも、アニールのための最適化が行われないため、多くのエネルギーがガラス基板に吸収されてガラスの軟化点に近づく、もしくは無駄に放出される。
このように従来は、プラズマドーピングなどの不純物導入と、引き続き実施される光照射などのエネルギー照射によるアニールに際し、基板全体を加熱することが重要であると考えられており、アニールに際して、無駄なエネルギーが使用され、基板温度の上昇を招くことが多く、使用可能な基板に制限が多いという問題があった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、基板温度の上昇を招くことなく、不純物の電気的な活性化を実現し、基板選択の制約を少なくし、信頼性の高い半導体薄膜を有する基板を提供することを目的とする。
また、本発明は、アニールのためのエネルギーの吸収効率を高め、高品質で信頼性の高い半導体薄膜を備えた基板を提供することを目的とする。
そこで、本発明の基板は、表面に絶縁性領域をもつ基板と、前記絶縁性領域の表面に形成された半導体薄膜と、前記半導体薄膜表面に堆積せしめられ、前記半導体薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成される。
また、本発明の基板は、表面に絶縁性領域をもつ基板と、前記絶縁性領域の表面に形成された半導体薄膜と、前記半導体薄膜表面に堆積せしめられ、前記半導体薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成され、前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在せしめられる。
すなわち、本発明では、不純物薄膜や半導体薄膜の膜厚等によってきまる光学的特性を、続く光照射工程に対して最適になるように制御して形成する。このことにより、続くアニール時に最適の波長を選択するあるいは、選ばれた光の波長に合わせて最適に薄膜構成をとることによって、光のエネルギーの殆どが、半導体薄膜や不純物薄膜に吸収され、基板の温度を殆ど上昇させること無くアニールを行うことができるようにする。従って、軟化点の低い安価なガラス基板を使用することやプラスチックを基板に使用することができる。一方、アニール用の光源としても、工業的に容易に入手可能な安価なものを選択することができ、かつ、低いエネルギー密度の光を基板に照射すれば、十分なアニールができるので、エネルギーロスも少なく、短時間で工程を終了することができ、製造コストを大幅に下げる事が可能となる。
また、本発明は、上記基板において、前記絶縁性領域は、シリコンを含む絶縁膜である。
すなわち、ＳＯＩ基板のように酸化シリコン膜上に半導体薄膜を効率よく形成することができる。
また、本発明は、上記基板において、前記絶縁性領域は、基板表面に形成された酸化シリコン膜である。
また、本発明は、上記基板において、前記薄膜はボロン、砒素、燐、アンチモンいずれかを含む。
これにより、ｎ型不純物、あるいはｐ型不純物を含有する領域を効率よく形成することができる。
また、本発明は、上記基板において、前記半導体薄膜はシリコン薄膜であり、前記シリコン薄膜上に格子欠陥領域を介して膜厚１５ｎｍ未満のボロン薄膜が堆積された。
この構成により、格子欠陥領域に効率よく光が吸収され、アニールがなされるという効果を奏効する。
また、ガラス基板と、前記ガラス基板上に形成されたポリシリコン薄膜と、前記ポリシリコン薄膜に堆積せしめられ、前記ポリシリコン薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成され、前記ポリシリコン薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜が１ｎｍ以上、１５ｎｍ未満である。
これにより、薄い薄膜層で光が吸収され、ガラス基板温度を上昇させることなく効率よいアニールが可能となる。
また、本発明は、上記基板において、前記薄膜は、前記基板が、電磁波の波長λｎｍに対して、吸収係数＝４πκ／λを持つ。
これにより、効率よいアニールが可能となる。
また、本発明の基板の製造方法は、表面に絶縁性領域あるいは絶縁膜の形成された基板に、半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、電磁波を照射してアニールする工程とを含み、前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在するように、薄膜を形成する工程である。
この構成により、本発明では、不純物薄膜や半導体薄膜の膜厚を、続く光照射工程に対して最適になるように制御して形成するようにしており、続くアニール時に最適の波長を選択するあるいは、選ばれた光の波長に合わせて最適に薄膜構成をとることによって、光のエネルギーの大半が、半導体薄膜や不純物薄膜に吸収され、基板の温度を殆ど上昇させること無くアニールを行うことができる。従って、ここでも軟化点の低い安価なガラス基板を使用することやプラスチックを基板に使用することができる。一方、アニール用の光源としても、工業的に容易に入手可能な安価なものを選択することができ、かつ、低いエネルギー密度の光を基板に照射すれば、十分なアニールができるので、エネルギーロスも少なく、短時間で工程を終了することができ、製造コストを大幅に下げる事が可能となる。ここで薄膜を形成する工程はプラズマドーピングを用いるのが望ましい。
また本発明の方法は、表面に絶縁性領域の形成された基板に、半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、電磁波を照射してアニールする工程とを含み、前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、薄膜を形成する工程である。
また、本発明は、ガラス基板に、ポリシリコンを形成する工程と、前記ポリシリコン表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、電磁波を照射してアニールする工程とを含み、前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、薄膜を形成する工程である。
この方法によれば、表面に形成された薄膜が効率よく電磁波を吸収するため、ガラス基板の温度上昇を招くことなく、良好にアニールがなされる。従って低融点ガラスの使用も可能となる。
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記基板が、表面に酸化シリコン膜を形成したシリコン基板である。
これにより、高効率のエネルギー照射を行い高品質の基板を得ることができる。
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記半導体薄膜がシリコン薄膜であり、ＳＯＩ基板を形成するようにした。
本発明はＳＯＩ基板にも適用可能であり、これにより、漏れ電流の少ないデバイスを容易に得ることができる。
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記アニール工程は、前記基板の光吸収定数の内、線吸収係数が最大値となる波長を含むもしくはその波長を主成分とする光を照射する。
これにより、本発明の基板とアニール工程の組み合わせはより良い効果を発揮する。すなわち、本発明の基板が吸収しやすい光を照射しているので、より低抵抗の層を形成できるので望ましい。
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記薄膜を形成する工程は、半導体薄膜を堆積する工程と、前記半導体薄膜表面に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された半導体薄膜を含む前記基板の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果に基づき、前記光学的特性にあわせて、アニール条件を選定する工程と、選定された前記アニール条件に基づいて前記基板をアニールする工程とを含む。
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記測定する工程は、前記アニール工程に先立ち実行される。
この方法により、アニール前に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択することができ、最適な活性化状態を得ることができる。
また本発明では、前記測定する工程は、前記アニール工程と並行して実行される。
この方法により、アニール中に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択することができ、最適な活性化状態を得ることができる。
また本発明では、前記アニール工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記アニール工程の合間に実行される。
この方法により、アニール工程を複数回に分け、アニール中に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択しているため、最適な活性化状態を得ることができる。
また本発明では、前記アニール条件を選定する工程は、前記アニール工程中の、不純物導入領域の光学的特性の変化に追随して前記アニール条件を順次変化させる工程を含む。
この方法により、アニールによる不純物の導入された領域の変化を検知し、その上でアニール条件を選択しているため、より最適な活性化状態を得ることができる。
また本発明では、前記不純物導入工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記不純物導入工程の合間に実行される。
この方法により、不純物導入工程間で実行されるため、不純物導入工程におけるチャンバ内の状況により正確な測定ができ、高精度の不純物導入を実現することができる。また、一旦不純物導入を停止する必要があるが、この例は常圧プラズマを用いたドーピングなどにも有効である。
また本発明では、前記薄膜を形成する工程は、半導体薄膜を堆積する工程と、前記半導体薄膜に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果にもとづき、アニール条件に合わせて光学的特性を調整する工程とを含む。
この方法により、アニール条件に制約がある場合にも有効である。
また本発明では、前記不純物を導入する工程が、プラズマドーピングを含む。
この方法によれば、引き続き実施する光照射を中心としたアニール工程の高効率化をはかるとともに、高精度のプラズマドーピングを実現することができる。
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記不純物の導入された半導体薄膜を含む基板の光学定数をモニターしつつ、前記光学定数がプラズマドーピング工程後に実施する光照射に適合するようにプラズマドーピング条件を制御する。
この方法により、あらかじめ不純物の導入された領域の光学的特性を測定し、この光学的特性に応じて最適なアニールを実現することができ、高精度かつ高効率に不純物領域を形成することができる。ここで光学定数としては、光吸収係数の他、反射率なども適用可能である。
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記測定する工程がエリプソメトリを用いた工程である。
また本発明では、上記基板の製造方法において、測定する工程がＸＰＳを用いた工程である。
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記アニール工程は電磁波を照射する工程である。
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記アニール工程は光照射工程である。
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記不純物を導入する工程は、前記不純物の導入された領域の光吸収係数が、５Ｅ４ｃｍ−１を越えるように不純物を導入する工程である。
これにより、光吸収性が高く高効率のアニール条件を選択することができる。
また本発明では、上記基板の製造入方法において、前記プラズマドーピング工程は、プラズマに印加する電源電圧、プラズマの組成、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間の比の少なくとも１つを制御する工程を含む。
この方法により、効率よい制御が可能となる。ここでプラズマの組成とはドーパントとなる不純物物質とその他の物質との混合比、真空度、その他の物質間の混合比等を調整して制御される。
また本発明では、上記基板の製造方法において、プラズマドーピング工程は、不純物物質、これらに対する混合物質としての、不活性物質、反応性物質の混合比を変化させることによって、不純物の導入された領域の光学的特性を制御する工程を含む。ここでは、不純物物質としての砒素、燐、ホウ素、アルミニウム、アンチモン、インジウムなどの物質、これらに対する混合物質としての、ヘリウム、アルゴン、キセノン、窒素などの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質の混合比を変化させることによって、光学的特性を制御する。
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記プラズマドーピング工程は、前記アニール工程において、前記不純物の導入された領域に含まれる不純物の電気的活性化を促進するとともに、前記基板へのエネルギー吸収を抑制し得るように、前記不純物の導入された領域の光学定数を設定する。
この方法により、基板温度を上昇させることなく選択的に効率よくアニールを実現することができる。
但し、不純物を導入する工程とは、以下実施例で具体的に説明する通り、単に不純物を供給するだけで無く、引き続き実施される光照射を中心とするアニール工程において、効率良くエネルギーが吸収される様に、不純物物質、希ガス、窒素などの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質を組み合わせて同時に、あるいは逐次的に供給され、アニール工程に最適な光学的特性を形成する。本発明における「不純物導入工程」とは上記一連の工程を指す。
以上説明してきたように、本発明では、表面にアモルファス膜あるいは格子欠陥を持つ薄膜と半導体薄膜との多層膜の構造によって、工業的に安価に入手できる赤外線ランプ、可視光ランプ及び適切なレーザなどの波長エネルギーを半導体薄膜に非常に効率的に吸収させる事ができるため、半導体薄膜中もしくは半導体薄膜に接した不純物元素が半導体薄膜中に効率的に拡散し、電気的に活性化する。又、一定の電気的活性化率を達成するのに、従来例と比べて非常に低温で処理する事ができるため、より軟化点の低い材料のガラス基板を使用する事ができ、経済性に与える好影響は大きい。According to the conventional example, a large amount of impurity doping is performed on the semiconductor thin film on the glass substrate. However, since the optimization for annealing is not necessarily performed, a lot of energy is absorbed in the glass substrate and the glass softening point. Or is wasted.
Thus, conventionally, it has been thought that it is important to heat the entire substrate during the introduction of impurities such as plasma doping and the subsequent annealing by energy irradiation such as light irradiation. Is often used, causing an increase in the substrate temperature, and there is a problem that there are many restrictions on the substrates that can be used.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and realizes electrical activation of impurities without increasing the substrate temperature, reduces substrate selection restrictions, and has a highly reliable semiconductor thin film. The purpose is to provide.
It is another object of the present invention to provide a substrate provided with a high-quality and highly reliable semiconductor thin film with improved energy absorption efficiency for annealing.
Therefore, the substrate of the present invention has a substrate having an insulating region on the surface, a semiconductor thin film formed on the surface of the insulating region, and is deposited on the surface of the semiconductor thin film, and is electrically active in the semiconductor thin film. It is comprised with the thin film containing the element used as.
The substrate of the present invention includes a substrate having an insulating region on the surface, a semiconductor thin film formed on the surface of the insulating region, and deposited on the surface of the semiconductor thin film, and is electrically active in the semiconductor thin film. And a defect region containing more lattice defects than the lattice defects contained in the semiconductor thin film is interposed at the interface between the semiconductor thin film and the thin film.
That is, in the present invention, the optical characteristics determined by the film thickness of the impurity thin film or the semiconductor thin film are controlled so as to be optimal for the subsequent light irradiation process. As a result, most of the energy of light is absorbed by the semiconductor thin film or the impurity thin film by selecting the optimum wavelength during the subsequent annealing or by adopting the optimum thin film configuration in accordance with the selected light wavelength. Annealing can be performed with almost no increase in temperature. Therefore, an inexpensive glass substrate having a low softening point can be used, and plastic can be used for the substrate. On the other hand, an inexpensive light source that can be easily obtained industrially can be selected as a light source for annealing, and sufficient annealing can be performed by irradiating the substrate with light having a low energy density. Therefore, the process can be completed in a short time, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
According to the present invention, in the above substrate, the insulating region is an insulating film containing silicon.
That is, a semiconductor thin film can be efficiently formed on a silicon oxide film like an SOI substrate.
According to the present invention, in the above substrate, the insulating region is a silicon oxide film formed on the substrate surface.
According to the present invention, in the above substrate, the thin film contains any of boron, arsenic, phosphorus, and antimony.
Thereby, a region containing n-type impurities or p-type impurities can be formed efficiently.
According to the present invention, in the above substrate, the semiconductor thin film is a silicon thin film, and a boron thin film having a thickness of less than 15 nm is deposited on the silicon thin film via a lattice defect region.
With this configuration, an effect is achieved that light is efficiently absorbed in the lattice defect region and annealing is performed.
A glass substrate; a polysilicon thin film formed on the glass substrate; and a thin film containing an element that is deposited on the polysilicon thin film and is electrically active in the polysilicon thin film, The thin film containing the element which becomes electrically active in the polysilicon thin film is 1 nm or more and less than 15 nm.
Thereby, light is absorbed by the thin thin film layer, and efficient annealing can be performed without increasing the glass substrate temperature.
According to the present invention, in the above substrate, the thin film has an absorption coefficient of 4πκ / λ with respect to the wavelength λnm of the electromagnetic wave.
Thereby, efficient annealing becomes possible.
Further, the substrate manufacturing method of the present invention includes a step of forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating region or insulating film formed on the surface, and an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the surface of the semiconductor thin film. A step of forming a thin film including the step of annealing and irradiating with electromagnetic waves, and the step of forming the thin film includes the semiconductor thin film and the thin film so as to have optical characteristics suitable for the annealing conditions. This is a step of forming a thin film so that a defect region containing a larger amount of lattice defects than a lattice defect contained in the semiconductor thin film is present at the interface.
With this configuration, in the present invention, the film thickness of the impurity thin film or the semiconductor thin film is controlled to be optimized for the subsequent light irradiation process, and the optimum wavelength is selected during the subsequent annealing or By adopting a thin film configuration optimally for the selected wavelength of light, most of the light energy is absorbed by the semiconductor thin film and the impurity thin film, and annealing can be performed with almost no increase in the temperature of the substrate. . Accordingly, it is possible to use an inexpensive glass substrate having a low softening point or plastic as the substrate. On the other hand, an inexpensive light source that can be easily obtained industrially can be selected as a light source for annealing, and sufficient annealing can be performed by irradiating the substrate with light having a low energy density. Therefore, the process can be completed in a short time, and the manufacturing cost can be greatly reduced. Here, it is desirable to use plasma doping in the step of forming the thin film.
The method of the present invention also includes a step of forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating region formed on the surface, and a step of forming a thin film containing an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the surface of the semiconductor thin film. And the step of annealing by irradiating electromagnetic waves, the step of forming the thin film is a step of forming the thin film so as to have optical characteristics suitable for the annealing conditions.
The present invention also includes a step of forming polysilicon on a glass substrate, a step of forming a thin film containing an element that is electrically active in a semiconductor thin film on the surface of the polysilicon, and annealing by irradiation with electromagnetic waves. The step of forming the thin film includes a step of forming the thin film so as to have optical characteristics adapted to the annealing conditions.
According to this method, since the thin film formed on the surface efficiently absorbs electromagnetic waves, the annealing is satisfactorily performed without increasing the temperature of the glass substrate. Accordingly, it is possible to use a low melting point glass.
Moreover, this invention is a silicon substrate in which the said substrate formed the silicon oxide film in the surface in the manufacturing method of said board | substrate.
Thereby, highly efficient energy irradiation can be performed and a high quality board | substrate can be obtained.
According to the present invention, in the above-described substrate manufacturing method, the semiconductor thin film is a silicon thin film, and an SOI substrate is formed.
The present invention can also be applied to an SOI substrate, whereby a device with little leakage current can be easily obtained.
Further, the present invention is the above substrate manufacturing method, wherein the annealing step irradiates light having a wavelength having a maximum linear absorption coefficient among light absorption constants of the substrate or light having the wavelength as a main component. To do.
Thereby, the combination of the substrate of the present invention and the annealing step exhibits a better effect. That is, since the substrate of the present invention emits light that is easily absorbed, a lower resistance layer can be formed, which is desirable.
According to the present invention, in the above-described substrate manufacturing method, the step of forming the thin film includes a step of depositing a semiconductor thin film, a step of introducing impurities into the surface of the semiconductor thin film, and a semiconductor thin film into which the impurities are introduced. A step of measuring optical characteristics of the substrate including: a step of selecting annealing conditions in accordance with the optical characteristics based on the measurement result; and annealing the substrate based on the selected annealing conditions Process.
In the method for manufacturing a substrate according to the present invention, the measuring step is performed prior to the annealing step.
By this method, the state of the region into which the impurity is introduced before annealing can be detected, and the annealing condition can be selected on that basis, and an optimum activated state can be obtained.
In the present invention, the measuring step is performed in parallel with the annealing step.
By this method, the state of the region into which impurities are introduced during annealing can be detected, and then the annealing conditions can be selected, and an optimum activated state can be obtained.
In the present invention, the annealing step is divided into a plurality of times, and the measuring step is performed between the annealing steps.
By this method, the annealing step is divided into a plurality of times, the state of the region into which the impurity is introduced during the annealing is detected, and the annealing condition is selected on that basis, so that an optimal activation state can be obtained.
In the present invention, the step of selecting the annealing condition includes a step of sequentially changing the annealing condition following the change in the optical characteristics of the impurity introduction region during the annealing step.
By this method, a change in the region into which impurities are introduced due to annealing is detected, and the annealing conditions are selected on that basis, so that a more optimal activation state can be obtained.
In the present invention, the impurity introduction step is divided into a plurality of times, and the measurement step is performed between the impurity introduction steps.
Since this method is performed between the impurity introduction steps, accurate measurement can be performed depending on the situation in the chamber in the impurity introduction step, and high-precision impurity introduction can be realized. Further, it is necessary to once stop the introduction of impurities, but this example is also effective for doping using atmospheric pressure plasma.
In the present invention, the step of forming the thin film includes a step of depositing a semiconductor thin film, a step of introducing impurities into the semiconductor thin film, a step of measuring optical characteristics of the region into which the impurities are introduced, And adjusting the optical characteristics according to the annealing conditions based on the measurement result.
This method is also effective when the annealing conditions are limited.
In the present invention, the step of introducing the impurity includes plasma doping.
According to this method, it is possible to increase the efficiency of the annealing process centered on the subsequent light irradiation and realize high-precision plasma doping.
According to the present invention, in the substrate manufacturing method, the optical constant of the substrate including the semiconductor thin film into which the impurity is introduced is monitored so that the optical constant is adapted to light irradiation performed after the plasma doping process. Control plasma doping conditions.
By this method, the optical characteristics of a region into which impurities are introduced in advance can be measured, and optimal annealing can be realized according to the optical characteristics, and the impurity region can be formed with high accuracy and high efficiency. . Here, as the optical constant, a reflectance as well as a light absorption coefficient can be applied.
In the present invention, in the substrate manufacturing method, the measuring step is a step using ellipsometry.
In the present invention, in the substrate manufacturing method, the step of measuring is a step using XPS.
In the present invention, in the method for manufacturing a substrate, the annealing step is a step of irradiating electromagnetic waves.
In the present invention, in the substrate manufacturing method, the annealing step is a light irradiation step.
In the present invention, in the substrate manufacturing method, the step of introducing the impurity is a step of introducing the impurity such that a light absorption coefficient of the region into which the impurity is introduced exceeds 5E 4 cm −1 .
Thereby, it is possible to select annealing conditions with high light absorption and high efficiency.
According to the present invention, in the method of manufacturing a substrate, the plasma doping step includes a power supply voltage applied to the plasma, a composition of the plasma, a ratio of the plasma irradiation time including the dopant substance and a plasma irradiation time not including the dopant substance. Controlling at least one of the following.
This method enables efficient control. Here, the composition of the plasma is controlled by adjusting the mixing ratio between the impurity substance serving as a dopant and other substances, the degree of vacuum, the mixing ratio between other substances, and the like.
According to the present invention, in the substrate manufacturing method, the plasma doping step may be performed in the region into which the impurity is introduced by changing a mixing ratio of the inert substance and the reactive substance as the impurity substance and the mixed substance with respect to the impurity substance. Controlling the optical properties. Here, substances such as arsenic, phosphorus, boron, aluminum, antimony, and indium as impurity substances, inert substances such as helium, argon, xenon, and nitrogen, and reactions such as oxygen, silane, and disilane as mixed substances for these substances The optical characteristics are controlled by changing the mixing ratio of the active substance.
According to the present invention, in the substrate manufacturing method, the plasma doping step promotes electrical activation of impurities contained in the impurity-introduced region and absorbs energy to the substrate in the annealing step. The optical constant of the region into which the impurity is introduced is set so that the above can be suppressed.
By this method, annealing can be realized selectively and efficiently without increasing the substrate temperature.
However, the step of introducing an impurity is not only simply supplying an impurity, but also energy is efficiently absorbed in the subsequent annealing step centered on light irradiation, as specifically described in the following examples. As described above, impurity materials, inert gases such as nitrogen, inert materials such as nitrogen, and reactive materials such as oxygen, silane, and disilane are supplied simultaneously or sequentially to form optical characteristics optimal for the annealing process. . In the present invention, the “impurity introduction step” refers to the series of steps described above.
As described above, according to the present invention, an infrared lamp, a visible light lamp, an appropriate laser, etc. that can be obtained industrially at low cost depending on the structure of a multilayer film of a thin film having an amorphous film or lattice defects on its surface and a semiconductor thin film. Therefore, the impurity element in the semiconductor thin film or in contact with the semiconductor thin film is efficiently diffused into the semiconductor thin film and is electrically activated. In addition, it is possible to use a glass substrate made of a material with a lower softening point because it can be processed at a much lower temperature than the conventional example in order to achieve a certain electrical activation rate. The positive impact is great.
図１は、本発明の第１の実施の形態の基板を示す図である。
図２は、本発明の実施の形態２のプラズマドーピング装置を示す図である。
図３は、本発明の実施例１の基板を示す図である。
図４は、本発明の実施例２の基板を示す図である。
図５は、本願発明に使用した測定装置を示す図である。
図６は、光吸収係数と膜厚との関係を示す図である。
図７は、光吸収係数と波長との関係を示す図である。
図８は、光吸収係数とシリコン薄膜の膜厚との関係を示す図である。
図９は、電気抵抗とシリコン薄膜の膜厚との関係を示す図である。
図１０は、光学係数と波長との関係を示す図である。
図１１は、本発明のアニール装置を示す図である。
図１２は、本発明の実施例５の基板を示す図である。
図１３は、本発明の実施例６の基板を示す図である。
なお、図中の符号１００は絶縁膜基板、１１０は半導体薄膜、１２０は不純物薄膜、１３０はガラス基板、１４０は多結晶シリコン薄膜（シリコン薄膜）、１５０はボロン薄膜、１６０は混合層、１７０はＳＯＩ基板、２００は真空チャンバ、２１０は真空ポンプ、２３０は真空計、２４０はプラズマ源、２５０は電源、２６０は基板ホルダ、２７０は電源、２８０はドーパント物質を供給するライン、２９０はその他の物質１を供給するライン、２００はその他の物質２を供給するライン、３１０はプラズマ、４００は光源、４１０は測光器、５１０は白色光源、５２０はフィルタ、５３０は選別された光である。FIG. 1 is a diagram showing a substrate according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a plasma doping apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a substrate of Example 1 of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a substrate of Example 2 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a measuring apparatus used in the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the light absorption coefficient and the film thickness.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the light absorption coefficient and the wavelength.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the light absorption coefficient and the film thickness of the silicon thin film.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the electrical resistance and the film thickness of the silicon thin film.
FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the optical coefficient and the wavelength.
FIG. 11 is a diagram showing an annealing apparatus of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a substrate in Example 5 of the present invention.
FIG. 13 is a view showing a substrate of Example 6 of the present invention.
In the figure,
次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、大別して２つの実施の形態を与える。その第１は、絶縁膜あるいは絶縁性領域の表面に、半導体薄膜を形成しこの半導体薄膜に接するようにこの半導体薄膜に接して電気的に活性になる元素（いわゆる不純物）によって構成される薄膜を堆積した基板もしくは半導体薄膜中に不純物ドーピングに伴う格子欠陥やアモルファス層を挟んだ基板、第２は、この基板の光学的特性に対応した光あるいは電磁波を照射して不純物を活性化する方法である。
ここでは、不純物の導入された半導体薄膜を有する基板の状態を、光学的測定によって検知することにより、活性化に最適な状態にすることができる。これは単に、不純物そのものの光学的測定のみならず、半導体薄膜自体の結晶状態、導入時のエネルギーによるダメージなどの半導体薄膜の結晶状態の物理的変化、酸化層、窒化層の生成など半導体薄膜の化学的変化をも含めた“複合的な層”の状態として、光学的に測定することを意味する。
（実施の形態１）
本実施の形態１では、基板の基本構成を説明する。図１に示すように、絶縁物基板１００上に半導体薄膜１１０が形成され、この半導体薄膜１１０に接して、半導体薄膜中で電気的に活性化されてキャリアとなり得る不純物原子を主成分とする不純物薄膜１２０が形成されている。
すなわち、不純物薄膜１２０は、アモルファス薄膜で構成され、また半導体薄膜１１０は多量の格子欠陥を含むものとなっている。
この状態は、例えば、半導体薄膜に対し、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いて不純物導入を行うことによって得られる。半導体薄膜に不純物導入を行う際、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いる場合には、半導体薄膜を形成する結晶もしくは非結晶物質を構成する格子に対する格子欠陥の形成によって、あるいは不純物物質自体によって半導体薄膜の物性が変化せしめられ、本来の半導体薄膜とは異なる物性をもつ不純物薄膜１２０が形成される。またここでは、半導体薄膜１１０自体も格子欠陥が導入されて本来の物性から変化した状態となっている。
この構成によれば、アニールに際し、吸収係数が高くなるような波長条件を選択してエネルギー照射を実現することができ、高品質で信頼性の高い半導体薄膜を有する優れた半導体装置用基板を形成することができる。
（実施の形態２）
次に、この絶縁物基板の製造方法について説明する。ここでは、プラズマＣＶＤ法により絶縁物基板表面に半導体薄膜を形成するとともにこの表面にアモルファス層からなる不純物薄膜を形成するに際し、プラズマドーピングを用いる方法について説明する。
まず、本実施の形態で用いられるプラズマＣＶＤ装置を兼ねたプラズマドーピング装置について説明する。本実施の形態で用いられるドーピング装置は、図２に示すように、絶縁物基板１００上に半導体薄膜１１０を形成しこの半導体薄膜に対して不純物を導入し不純物薄膜１２０を形成するものである。
ここでは後述するようにこの絶縁物表面に不純物薄膜１２０の形成された絶縁物基板１００の光学的特性を測定する測定手段としての光源４００および測光器４１０と、この測定手段によって得られた光学的特性に基づいて、ドーピング条件を制御する制御手段とを具備し、最適な表面状態を得ることができるようにドーピング条件をフィードバック制御するものである。
すなわちこのプラズマドーピング装置は、真空チャンバ２００と、この真空チャンバ２００内にプラズマを生起するプラズマ源２４０とを具備し、基板ホルダ２６０に載置された、被処理基体としての絶縁物基板１００にプラズマＣＶＤ法により半導体薄膜１１０を形成するとともにこの半導体薄膜１１０の表面にプラズマドーピングを行うものである。
そして、この真空チャンバ２００には、真空ポンプ２１０が接続され、真空測定の為の真空計２３０が設置されており、プラズマ源２４０には電源２５０が接続されている。また、基板ホルダ２６０には、独自の電気的ポテンシャルを印加するための、電源２７０が、前述の電源とは別途接続されている。
また真空チャンバ２００にはこれらのガスを導入するためのガス導入機構が設置されている。このガス導入機構は、ドーパント物質としての第１の物質を供給する第１のライン２８０、その他の物質である第２の物質を供給する第２のライン２９０（この場合はＨｅ）、その他の第３の物質を供給する第３のライン３００（この場合はＡｒ）で構成される。
また、必要に応じて、測光器４１０で測定した光学的特性を演算する計算機３２０と、この演算結果に基づいて制御条件を決定する制御回路３４０と、制御回路３４０の出力に基づいてプラズマドーピング装置のドーピング条件を、フィードバック制御する制御器３５０とを具備した制御装置を具備するように形成してもよい。
まず、真空チャンバを所定の圧力に調整し、通常の方法でガスを供給することによりプラズマを生成しプラズマＣＶＤ法により絶縁物基板１００に半導体薄膜１１０を形成する。次にこのドーピング装置を用い、ドーピングを行う。
ここでは、ドーピング源としてガスを利用する場合について説明する。
まず、真空チャンバ２００に第１の物質としてのドーパント物質を供給する。ここでは、ドーパント物質とこれとは異なるその他の物質をキャリアガスとして又は特定の機能を保有する材料として導入する。本実施の形態では、ドーパント物質とは異なる性質のガス、例えば、希ガスなどで（質量が異なり）、電気的にはシリコン中で活性にならない物質を選択した。例として、ＨｅやＡｒである。これをその他の第２の物質としてＨｅを、その他の第３の物質としてＡｒを選択した。さて、前述の第１乃至第３のライン２８０、２９０、３００で構成されるガス導入ラインからガスを導入し、真空チャンバ２００内の固体基体１００表面でプラズマ３１０を発生させる。
このプラズマ３１０と絶縁物基板１００表面の半導体薄膜１１０との電気的ポテンシャル差によって、プラズマ中の荷電粒子が引き寄せられて、不純物ドーピングが行われる。同時にプラズマ中の電気的中性物質はこの固体基体１００表面付近に付着もしくは吸蔵される。ここでは表面の状態は、下地である半導体薄膜１１０の状態および、プラズマのもつエネルギーによって決まり、付着状態であっても良いし吸蔵されていてもよい。ここでは半導体薄膜１１０に吸蔵されるとともにアモルファスの不純物薄膜１２０として半導体薄膜１１０の表面に付着する。
この不純物ドーピング工程によって、前記実施の形態で説明した不純物導入層１１０が固体基体１００表面に形成される。望ましくはこの不純物導入層の物性を測定するために、真空チャンバ２００には光源４００と測光器４１０が配設されている。そして測光器１３０で測定した光学的特性を計算機３２０で演算し、この演算結果を制御回路３４０に送り、フィードバック情報として制御器３５０へデータを送ることによって、プラズマドーピング装置はプラズマ条件を調整し、不純物導入層の物性を制御する。
ここで調整されるプラズマ条件としては、プラズマに印加する電源電圧、あるいは電圧印加時間及び印加タイミング、ドーパント物質とその他の物質の混合比、真空度、その他の物質間の混合比、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間帯の比などであり、これらのパラメータを変化させ、不純物導入層の物性を制御する。
半導体薄膜１１０に対して十分に低い電気的ポテンシャル差、例えば２０ｅＶでドーピングを行うことにより、半導体薄膜１１０の表面に不純物薄膜層が形成される。
一方、半導体薄膜１１０に対して十分に高い電気的ポテンシャル差、例えば２００ｅＶでドーピングを行うことにより、不純物を大量に含むプラズマが直接半導体薄膜に接しているときは、十分高いエネルギーを帯びたイオンが半導体薄膜表面に侵入し、半導体薄膜１１０の表面に不純物導入層１２０が形成される。またキャリアガスを使用している場合にはキャリアガスのプラズマ中のイオンも半導体薄膜表面に浸入し、半導体の結晶を壊しながら不純物を混入させていき、アモルファス半導体層とボロン層との混合層（１６０）が形成される。その後、混合層表面で不純物例えばボロンの濃度が混合層内で含み得る飽和量を超えるとアモルファスのボロン薄膜（不純物薄膜）が形成される。
（実施の形態３）
前記実施の形態で示したように、比較的導入エネルギーの小さい不純物導入工程では、不純物導入工程が半導体薄膜の物性を変化させるのに続き、熱的平衡状態を変化させる場合など、半導体薄膜表面に主に不純物物質そのものからなる新たな層（例えばボロン層１１０）が形成される。
そこで、エリプソメトリを用い、図２に示すように、光源４００を用いて半導体薄膜１１０および不純物薄膜１２０の形成された絶縁物基板１００表面に光を照射し、測光器４１０で光を測定する。
本実施の形態では、ドーピングによる不純物薄膜形成後に行う、アニール技術特に光を有効に利用する方法について説明する。既に述べた通り、本願発明で議論している基板構成は、ガラス基板、ＳＯＩ基板、シリコン系薄膜、アモルファスとドーパントの混合層、ドーパント物質等の薄膜の組み合わせによって構成されている。これらの基板及び、薄膜の構成によって、薄膜を含む基板全体の光学定数が変化する。これを利用する事によって、光アニール技術の特性を十分に生かすドーピング技術を提供することができる。特に、この効果はプラズマドーピングを用いた際にコストパフォーマンスの上で、最大の効果を発揮する。
例えば、ガラス基板上１３０の多結晶シリコン薄膜１１０にアモルファスと不純物の混合層１６０を形成しておいて、その上に形成する不純物薄膜層１６０の厚みを変化させる事により、続く光照射プロセスを制御、もしくは適合させる。
不純物薄膜層の厚みと光吸収係数の関係を測定しておき、係数の膜厚依存性を考慮して適切な膜厚に形成する事によって吸収性を高めることができ。又、光の周波数を可変にする場合には最も強度の高い周波数に吸収係数のピークが来る様に膜厚を調整したり、光学系の設計が最も容易にできる周波数に吸収のピークが来る様に膜厚を調整する事によって、本願発明の最も大きな特徴を現す結果を得る事ができる。
このように、本実施の形態では、不純物の導入された固体基体の表面状態を測定し、この測定結果に基づき、続く工程の主要因を決定する。
このように、例えば、エリプソメトリを利用した光学測定を用いるようにすれば、光吸収係数を算出することができる。特にサイズの小さな微細デバイスを形成する際には固体基体中で発生する拡散現象が微細化を妨げる大きな要因になるため、特定の波長の光だけを照射するのは固体基体に無駄なエネルギーを与えないという意味で拡散を防止することができ、微細デバイス形成に有効である。特に多数回の不純物導入工程を含むデバイス形成の場合には多数回の熱処理工程を経なければならない場合が多いが、本発明によれば、特定の波長の光のみを照射することにより、不要な拡散長の伸びを抑制することができる。
なお、光学的特性の測定方法としてはエリプソメトリに限定されることなくＸＰＳなど適宜選択可能である。
以下、本発明の実施例について順次説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described.
The present invention is roughly divided into two embodiments. The first is to form a semiconductor thin film on the surface of the insulating film or insulating region, and to form a thin film composed of elements (so-called impurities) that are electrically active in contact with the semiconductor thin film so as to be in contact with the semiconductor thin film. A deposited substrate or a semiconductor thin film with a lattice defect or an amorphous layer sandwiched between the impurity doping in the semiconductor thin film, and the second is a method of activating the impurity by irradiating light or electromagnetic waves corresponding to the optical characteristics of the substrate. .
Here, by detecting the state of the substrate having the semiconductor thin film into which the impurity is introduced by optical measurement, an optimum state for activation can be obtained. This is not only the optical measurement of impurities itself, but also the crystalline state of the semiconductor thin film itself, physical changes in the crystalline state of the semiconductor thin film such as damage due to energy at the time of introduction, the formation of oxide layers, nitride layers, etc. It means to measure optically as a “composite layer” state including chemical changes.
(Embodiment 1)
In the first embodiment, a basic configuration of a substrate will be described. As shown in FIG. 1, a semiconductor thin film 110 is formed on an insulating
That is, the impurity thin film 120 is composed of an amorphous thin film, and the semiconductor thin film 110 includes a large amount of lattice defects.
This state can be obtained, for example, by introducing impurities into the semiconductor thin film using particles having energy sufficiently higher than the bond energy of the lattice (several tens of eV). When introducing impurities into a semiconductor thin film, if particles having an energy sufficiently higher than the bond energy of the lattice (several tens of eV) are used, formation of lattice defects in the lattice constituting the crystal or amorphous material forming the semiconductor thin film Or the physical properties of the semiconductor thin film are changed by the impurity substance itself, and the impurity thin film 120 having physical properties different from the original semiconductor thin film is formed. Here, the semiconductor thin film 110 itself is also in a state of being changed from its original physical properties by introducing lattice defects.
According to this configuration, during annealing, energy irradiation can be realized by selecting a wavelength condition that increases the absorption coefficient, and an excellent semiconductor device substrate having a high-quality and highly reliable semiconductor thin film is formed. can do.
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing this insulator substrate will be described. Here, a method of using plasma doping when a semiconductor thin film is formed on the surface of an insulating substrate by plasma CVD and an impurity thin film made of an amorphous layer is formed on this surface will be described.
First, a plasma doping apparatus that also serves as a plasma CVD apparatus used in this embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the doping apparatus used in this embodiment forms a semiconductor thin film 110 on an
Here, as will be described later, a
That is, the plasma doping apparatus includes a
A vacuum pump 210 is connected to the
The
Further, if necessary, a
First, the vacuum chamber is adjusted to a predetermined pressure, plasma is generated by supplying gas by a normal method, and the semiconductor thin film 110 is formed on the
Here, a case where a gas is used as a doping source will be described.
First, a dopant material as a first material is supplied to the
Due to the electrical potential difference between the plasma 310 and the semiconductor thin film 110 on the surface of the insulating
By this impurity doping step, the impurity introduction layer 110 described in the above embodiment is formed on the surface of the
The plasma conditions adjusted here include the power supply voltage applied to the plasma, or the voltage application time and timing, the mixing ratio of the dopant substance and other substances, the degree of vacuum, the mixing ratio between other substances, and the dopant substance. For example, the ratio of the plasma irradiation time to the plasma irradiation time zone not containing the dopant material, and these parameters are changed to control the physical properties of the impurity introduction layer.
An impurity thin film layer is formed on the surface of the semiconductor thin film 110 by doping the semiconductor thin film 110 with a sufficiently low electrical potential difference, for example, 20 eV.
On the other hand, by doping with a sufficiently high electrical potential difference with respect to the semiconductor thin film 110, for example, 200 eV, when a plasma containing a large amount of impurities is in direct contact with the semiconductor thin film, ions having sufficiently high energy are generated. The impurity introduced layer 120 is formed on the surface of the semiconductor thin film 110 by penetrating the surface of the semiconductor thin film. If a carrier gas is used, ions in the plasma of the carrier gas also penetrate the semiconductor thin film surface, mixing impurities while breaking the semiconductor crystal, and a mixed layer of amorphous semiconductor layer and boron layer ( 160) is formed. Thereafter, an amorphous boron thin film (impurity thin film) is formed when the concentration of impurities such as boron exceeds the saturation amount that can be contained in the mixed layer on the surface of the mixed layer.
(Embodiment 3)
As shown in the above-described embodiment, in the impurity introduction process with relatively small introduction energy, the impurity introduction process changes the physical equilibrium of the semiconductor thin film following the change of the physical properties of the semiconductor thin film. A new layer (for example, boron layer 110) mainly made of the impurity substance itself is formed.
Therefore, using ellipsometry, as shown in FIG. 2, the
In this embodiment mode, an annealing technique performed after the formation of an impurity thin film by doping, particularly a method of effectively using light will be described. As already described, the substrate structure discussed in the present invention is composed of a glass substrate, an SOI substrate, a silicon-based thin film, a mixed layer of amorphous and dopant, and a combination of thin films such as a dopant substance. The optical constant of the entire substrate including the thin film varies depending on the configuration of the substrate and the thin film. By utilizing this, a doping technique that makes full use of the characteristics of the optical annealing technique can be provided. In particular, this effect exhibits the maximum effect on cost performance when using plasma doping.
For example, a mixed layer 160 of amorphous and impurities is formed on the polycrystalline silicon thin film 110 on the glass substrate 130, and the thickness of the impurity thin film layer 160 formed thereon is changed to control the subsequent light irradiation process. Or adapt.
By measuring the relationship between the thickness of the impurity thin film layer and the light absorption coefficient, and taking into consideration the film thickness dependence of the coefficient, the absorbency can be increased. In addition, when the frequency of light is made variable, the film thickness is adjusted so that the peak of the absorption coefficient is at the highest intensity frequency, or the peak of absorption is at the frequency at which the optical system can be designed most easily. By adjusting the film thickness, it is possible to obtain a result that exhibits the greatest feature of the present invention.
Thus, in the present embodiment, the surface state of the solid substrate into which impurities are introduced is measured, and the main factor of the subsequent process is determined based on the measurement result.
Thus, for example, if optical measurement using ellipsometry is used, the light absorption coefficient can be calculated. In particular, when forming micro devices with a small size, the diffusion phenomenon that occurs in the solid substrate is a major factor that prevents miniaturization. Therefore, irradiating only light of a specific wavelength gives unnecessary energy to the solid substrate. In this sense, diffusion can be prevented and it is effective for forming a fine device. In particular, in the case of device formation including a large number of impurity introduction steps, it is often necessary to go through a number of heat treatment steps, but according to the present invention, it is unnecessary by irradiating only light of a specific wavelength. The elongation of the diffusion length can be suppressed.
The optical property measurement method is not limited to ellipsometry and can be appropriately selected such as XPS.
Examples of the present invention will be sequentially described below.
［実施例１］
本発明の実施例１として、図３に示すように、液晶基板として、用いられるガラス基板について説明する。この基板は、絶縁物基板としてのガラス基板１３０と、ガラス基板１３０上に半導体薄膜として、膜厚７０ｎｍの多結晶シリコン膜１４０と、この上層に形成された膜厚１０ｎｍのボロン薄膜１５０とで構成されている。前記実施例１では半導体薄膜としてはアモルファスシリコンを用いたが、多結晶シリコンを用いてもよい。
次にこの基板の形成方法について説明する。
プラズマの密度や基板に到達する荷電粒子（主に正に荷電したイオン）のエネルギーは、プラズマを発生させるために供給する電力と、基板ホルダに接続した電源によって、決定されることがわかっている。ここでは、主に基板ホルダ２６０に接続した電源２７０の電力を変化させた例を述べる。
先ず、プラズマを発生させるための電源２５０から１０００Ｗの電力を供給する。これにより発生したプラズマ３１０を効率良く基板に到達させるために、基板ホルダ２６０に電力を供給する。先ず１００Ｗを供給してプラズマドーピングを開始した。このとき、最終的に必要な不純物導入層の厚みを１０ｎｍと設定する。
ここでは、ドーパント物質Ｂ２Ｈ６を用いその他の物質としてＨｅを用いた。Ｂ２Ｈ６を２ＳＣＣＭ導入、Ｈｅを１０ＳＣＣＭ導入する。真空度は１Ｐａであった。先ず、電源２５０から１００Ｗ供給している状態で４秒間ドーピングを実施した。
この状態で、図５に示す測光器４１０で不純物導入層の光学定数（光吸収係数）を測定した。その結果、不純物導入層の厚みは計算機計算した結果、１０ｎｍであることが分かった。
この膜厚をさらに大きくしたい場合には、制御回路３４０では、自前に測定した測定結果に基づいて作成したデータベースに基づいて、不純物導入層の厚みを１５ｎｍとするための条件を算出する。そしてこの算出結果に基づいて制御器３５０は電源２５０からの電力の供給を１１５Ｗに増強し３秒間プラズマドーピングを実施した。
そして、不純物導入層の厚みが所定の１５ｎｍに達したのを測光器４１０を通じて確認し、電源２５０をオフにして、プラズマ３１０を消し、プロセスを終了すればよい。
このようにして所望の膜厚の不純物薄膜１２０を備えた半導体薄膜１１０を有する基板１００を形成することができる。
［実施例２］
本発明の実施例２として、図４に示すように、ボロン薄膜１５０とアモルファスシリコン薄膜との間にアモルファスシリコンとボロンの混合層１６０を介在させるようにしたことを特徴とする。
すなわち、本実施例２の基板は、ガラス基板１３０上に膜厚６０ｎｍの多結晶シリコン薄膜１４０、膜厚１０ｎｍのアモルファスシリコンとボロンの混合層１６０と、膜厚１０ｎｍのボロンの薄膜１６０とを順次積層したものである。
この場合は、十分高い電気的ポテンシャル差、例えば、２００ｅＶでドーピングを行う。このとき、不純物を大量に含んだプラズマが直接多結晶シリコン薄膜１４０に接することにより、十分高いエネルギーを帯びたイオンが半導体薄膜極表面に侵入する。又、キャリアガスを使用している場合にはキャリアガスのプラズマ中のイオンも半導体極表面に侵入し、半導体の結晶を壊しながら、不純物を混入させていく。この様にして、アモルファスシリコンとボロンの混合層１６０が１０ｎｍ形成される。その後、混合層表面でドーパント、例えばボロンの濃度が飽和量を超えると、ボロンの薄膜１５０が形成され始める。そして３０秒間このプロセスを継続し、膜厚１０ｎｍのボロン薄膜を得た。
次にこの基板に対し、アニール技術特に光を有効に利用する技術との整合性に関する例を説明する。
ここでは、説明を簡略化する為に、ガラス基板上の多結晶シリコン薄膜にアモルファスと不純物の混合層を形成しておいて、その上に形成する不純物ドーパント層の厚みを変化させる事によって続く光照射プロセスを制御、もしくは適合させる例を述べる。
図５は、多結晶シリコン薄膜１４０とボロン薄膜１５０を形成したガラス基板１３０の光学的特性を測定するための測定器原理図である。光源４００から光を照射し、半導体薄膜や不純物層を含むガラス基板１００に照射し、測光器４１０で光を測定する。
この測定結果を図６に示す。ドーパント層の厚みと光吸収係数の関係を測定したものでで、係数の膜厚依存性を表している。この図から、１０ｎｍと１４ｎｍにピークを有する事が分かる。この光を利用する場合にはこの膜厚に形成する事によって特有の効果が得られる。
又、光の周波数を可変にする場合には最も強度の高い周波数に吸収係数のピークが来る様に膜厚を調整したり、光学系の設計が最も容易にできる周波数に吸収のピークが来る様に膜厚を調整する事によって、本願発明の最も大きな特徴を現す結果を得る事ができる。
図７は光吸収係数の波長依存性であるが、８００ｎｍ付近にピークを持っていることが分かる。従って、光照射プロセスには８００ｎｍ付近の光を用いることが効率的であることがわかる。
［実施例３］
前記実施例２では、半導体薄膜上に形成する不純物薄膜の厚みや、混合層の厚みを変化させたが、本実施例では、絶縁物基板上に形成する半導体薄膜の厚みに関して説明する。すなわち図３に於いて、多結晶シリコン薄膜１４０の膜厚を変化させ、光学的特性及び物理的特性を考える。半導体薄膜の膜厚は、電子デバイスとしての性能を決定するものに他ならない。通常は一定のキャリア密度を想定して（例えば１Ｅ１９）、必要な抵抗を計算し、決定する。ここでは、逆にこの膜厚に依存して電気抵抗などの値が変化したらどうだろう。より効果的な膜厚を選択し、デバイス全体の性能を向上するであろう。これは、実施例２に既に述べたことと同様のことではあるが、波長６００ｎｍの光に対する吸収特性を測定した。
その結果、図８に示すように、例えば、６００ｎｍの波長に於いては、４０ｎｍと６０ｎｍにピークを持つ事が分かる。従って、この波長の光を利用する場合にはこの膜厚に形成する事によって特有の効果が得られる。又、光の周波数を可変にする場合には最も強度の高い周波数に吸収係数のピークが来る様に膜厚を調整したり、光学系の設計が最も容易にできる周波数に吸収のピークが来る様に膜厚を調整する事によって、本願発明の最も大きな特徴を現す結果を得る事ができる。又、最も安価に効率よく製造できる光源の波長に合わせて半導体薄膜を形成する事も、デバイス全体の性能との組み合わせにはなるが、コストを最低限にする事には大きな意味がある。
図９は出来上がりの電気抵抗値であるが、光吸収係数の大きなシリコン膜厚に対応して抵抗値が下がっている事が分かる。
このような状況から、半導体薄膜の膜厚をアニールに用いる波長を考慮して最適となるように決定し、この値に応じて、導入する不純物濃度を調整することにより抵抗値を調整することにより、低コストで、基板温度を上昇させることなく、液晶基板を形成することが可能となる。
［実施例４］
本実施例では、上記方法によって作成した、半導体薄膜及び不純物導入層と接する絶縁物基板例えばガラス基板に接してシリコン多結晶薄膜及び不純物導入層を有するガラス基板に特定の波長を含む電磁波を照射してアニールする方法について説明する。
本実施例で説明する特徴は、不純物導入層の電気的活性化に、電磁波のエネルギーを集中的に使用し、基板にはエネルギーを付与しないような条件を選ぶことにより、基板の温度上昇を抑制する点にある。特にガラス基板は温度上昇による軟化点が低いことにより有効である。
実施例１で述べた半導体薄膜層及び不純物導入層を保有するガラス基板１００に、実施例３で説明した光源４００から光を照射し、測光器４１０で光を測定する。このガラス基板１００の光学的特性を現したスペクトルが図１０である。図１０はエリプソメトリを利用して測定したものもあるが、この測定結果に基づき、続く工程の主要因を決定する。
図５に示した光学的測定装置を用い、当該ガラス基板の光学的測定を行った。その結果、８００ｎｍ付近にピークを持つスペクトル（図１０）が観測された。この様な場合には、８００ｎｍ付近で発光するレーザ光を用いるか、白色光光源であっても、例えば、ピークは幾分ブロードなので、７８０ｎｍから８２０ｎｍ付近の波長以外をカットするフィルタを用いて、アニールに有効な波長の光のみを不純物薄膜を形成した半導体薄膜に照射する事が有効である。
ここでは、フィルタを用いた例について図１１を参照しつつ説明する。
このアニール装置は、当該基板１００を保持する基板ホルダ５００を備え、白色光源５１０と、フィルタ５２０とを備え、このフィルタにより所望の波長の光５３０を表面に不純物薄膜１２０を形成した半導体薄膜１１０に照射する。望ましくは、当該基板のアニールに適合する、波長スペクトルにピークを形成する特定の波長を含む光源が設置され、かつ当該基板をアニールするのに適した波長（例えば波長スペクトルのピークを含む特性）のみを透過する特性のフィルタ５２０を使用する。
この様な装置に於いて、２００Ｗの強さの光源５１０から、この場合は白色光を照射し、フィルタ５２０によって、７８０ｎｍから８２０ｎｍの間に選別された光５３０が照射される。この様にフィルタリングされた光のエネルギーは当該基板の半導体薄膜１１０及び不純物薄膜１２０で有効に吸収されて、不純物の活性化に有効に寄与する。従って不純物薄膜及び半導体薄膜通過後は減衰し、ガラス基板に吸収されるエネルギー量は非常に少ない。
このようにして、ガラス基板全体の温度は殆ど上昇することなく、半導体薄膜１１０及び不純物薄膜１２０のみにエネルギーが吸収され、半導体薄膜１１０の領域に限定された不純物アニール層を形成する事ができる。この事は、軟化温度が低いガラス基板や高温に曝す事ができない、プラスチック基板の上に形成される液晶及びＴＦＴまたはそのドライバーである電子回路などの形成に非常に有効である。
上記実施例ではアニール技術としては新規技術に当たるレーザやフィルタリングした光源に関して述べたが、例えばタングステンフィラメントを用いたランプを光源とする所謂ＲＴＡ技術を用いても、８００ｎｍ付近及び赤外付近に吸収バンドがあるので、従来技術のアニール技術であっても、効率的に不純物層から半導体薄膜層へ不純物が導入され、電気抵抗の低い半導体薄膜層を形成する事ができる。この技術は比較的ガラス基板に於いてもエネルギーが吸収されやすいので、より軟化点の高いガラス基板を利用する製品に有効である。
［実施例５］
本発明の実施例５として、前記実施例１と同様に、図１２に示すように、ＳＯＩ基板１７０上に半導体薄膜として、膜厚７０ｎｍの多結晶シリコン膜１４０と、この上層に形成された膜厚１０ｎｍのボロン薄膜１５０とで構成されている。本実施例５でも半導体薄膜としてはアモルファスシリコンを用いたが、多結晶シリコンを用いてもよい。
［実施例６］
本発明の実施例６として、図１３に示すように、ボロン薄膜１５０とアモルファスシリコン薄膜との間にアモルファスシリコンとボロンの混合層１６０を介在させるようにしたことを特徴とする。
すなわち、本実施例１３の基板は、ＳＯＩ基板１７０上に膜厚６０ｎｍの多結晶シリコン薄膜１４０、膜厚１０ｎｍのアモルファスシリコンとボロンの混合層１６０と、膜厚２ｎｍのボロンの薄膜１６０とを順次積層したものである。
又、ＳＯＩ基板上１７０に形成された１０ｎｍのシリコン薄膜に対して、８０ｅＶのエネルギーでボロンプラズマを発生させ、ボロンをドーピングさせた場合、同様に、プラズマ中のボロンやキャリアガスのイオンがシリコン薄膜に侵入し、半導体の結晶を壊しながら、アモルファスシリコンとボロンの混合層が５ｎｍ形成される。その後、この混合層の表面でボロン単体の濃度を超えるに至るまでドーピングを行うと、混合層１６０に接して、ボロン薄膜１５０が２ｎｍ形成される。
このようにして不純物の導入された基板の光学的特性を測定し、その結果に応じてアニール条件を調整し、基板温度を上昇することなく、不純物薄膜の活性化をはかる。
この方法によっても、対応する吸収係数をもつ適切な条件で、アニールを行った結果、効率よく活性化がなされ、ガラス基板の温度上昇も少なく、そりや歪、クラックなどの発生を抑制することができ、歩留まりが向上した。
なお、前記実施例では、白色光源とフィルタとによって所望の波長の光を照射するようにしたが、この例では、白色光源５１０に代えて適切な波長を有する（この場合は例えば６００ｎｍ）レーザ光源を利用することも可能である。
又、逆に工業的に安価に入手可能なレーザ光源の波長に合わせて、所望の光学的特性をもつように不純物薄膜を設計することも可能になる。
なお、前記実施の形態では、シリコン薄膜として多結晶シリコン薄膜を用いたが、アモルファスシリコン薄膜や単結晶シリコン薄膜でもよいことはいうまでもない。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００３年１０月６日出願の日本特許出願Ｎｏ．２００３−３４６９１０、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。[Example 1]
As Example 1 of the present invention, as shown in FIG. 3, a glass substrate used as a liquid crystal substrate will be described. This substrate includes a glass substrate 130 as an insulator substrate, a polycrystalline silicon film 140 having a thickness of 70 nm as a semiconductor thin film on the glass substrate 130, and a boron thin film 150 having a thickness of 10 nm formed thereon. Has been. In the first embodiment, amorphous silicon is used as the semiconductor thin film, but polycrystalline silicon may be used.
Next, a method for forming this substrate will be described.
It is known that the density of plasma and the energy of charged particles (mainly positively charged ions) reaching the substrate are determined by the power supplied to generate the plasma and the power source connected to the substrate holder. . Here, an example in which the power of the power source 270 connected to the substrate holder 260 is mainly changed will be described.
First, power of 1000 W is supplied from a power source 250 for generating plasma. Electric power is supplied to the substrate holder 260 in order to cause the plasma 310 generated thereby to reach the substrate efficiently. First, 100 W was supplied to start plasma doping. At this time, the finally required impurity introduction layer thickness is set to 10 nm.
Here, dopant material B 2 H 6 was used, and He was used as the other material. Introduce 2 SCCM for B 2 H 6 and 10 SCCM for He. The degree of vacuum was 1 Pa. First, doping was performed for 4 seconds while 100 W was supplied from the power source 250.
In this state, the optical constant (light absorption coefficient) of the impurity introduction layer was measured with the photometer 410 shown in FIG. As a result, the thickness of the impurity introduction layer was found to be 10 nm as a result of computer calculation.
When it is desired to further increase the film thickness, the
Then, it is confirmed that the thickness of the impurity introduction layer has reached a predetermined 15 nm through the photometer 410, the power supply 250 is turned off, the plasma 310 is turned off, and the process is terminated.
In this way, the
[Example 2]
Embodiment 2 of the present invention is characterized in that a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron is interposed between a boron thin film 150 and an amorphous silicon thin film, as shown in FIG.
That is, the substrate of Example 2 is formed by sequentially forming a polycrystalline silicon thin film 140 with a thickness of 60 nm, a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron with a thickness of 10 nm, and a boron thin film 160 with a thickness of 10 nm on a glass substrate 130. Laminated.
In this case, doping is performed with a sufficiently high electrical potential difference, for example, 200 eV. At this time, plasma containing a large amount of impurities directly contacts the polycrystalline silicon thin film 140, so that ions having sufficiently high energy enter the surface of the semiconductor thin film electrode. When a carrier gas is used, ions in the plasma of the carrier gas also enter the semiconductor electrode surface, and impurities are mixed while breaking the semiconductor crystal. In this way, a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron is formed to 10 nm. Thereafter, when the concentration of the dopant, for example, boron exceeds the saturation amount on the surface of the mixed layer, the boron thin film 150 starts to be formed. This process was continued for 30 seconds to obtain a boron thin film having a thickness of 10 nm.
Next, an example relating to the consistency of this substrate with an annealing technique, particularly a technique that effectively uses light will be described.
Here, in order to simplify the explanation, a mixed layer of amorphous and impurities is formed on a polycrystalline silicon thin film on a glass substrate, and the light that continues by changing the thickness of the impurity dopant layer formed thereon is changed. Examples of controlling or adapting the irradiation process are described.
FIG. 5 is a diagram showing the principle of a measuring instrument for measuring the optical characteristics of the glass substrate 130 on which the polycrystalline silicon thin film 140 and the boron thin film 150 are formed. Light is irradiated from the
The measurement results are shown in FIG. It is a measurement of the relationship between the thickness of the dopant layer and the light absorption coefficient, and represents the film thickness dependence of the coefficient. From this figure, it can be seen that there are peaks at 10 nm and 14 nm. When this light is used, a unique effect can be obtained by forming the film at this thickness.
In addition, when the frequency of light is made variable, the film thickness is adjusted so that the peak of the absorption coefficient is at the highest intensity frequency, or the peak of absorption is at the frequency at which the optical system can be designed most easily. By adjusting the film thickness, it is possible to obtain a result that exhibits the greatest feature of the present invention.
FIG. 7 shows the wavelength dependence of the light absorption coefficient, but it can be seen that there is a peak near 800 nm. Therefore, it can be seen that it is efficient to use light near 800 nm in the light irradiation process.
[Example 3]
In Example 2, the thickness of the impurity thin film formed on the semiconductor thin film and the thickness of the mixed layer were changed. In this example, the thickness of the semiconductor thin film formed on the insulator substrate will be described. That is, in FIG. 3, the optical characteristics and physical characteristics are considered by changing the thickness of the polycrystalline silicon thin film 140. The film thickness of the semiconductor thin film is nothing but what determines the performance as an electronic device. Normally, a necessary carrier density is assumed (for example, 1E19), and a necessary resistance is calculated and determined. Here, conversely, what if the value of electrical resistance changes depending on this film thickness? Choosing a more effective film thickness will improve overall device performance. This is the same as already described in Example 2, but the absorption characteristic for light having a wavelength of 600 nm was measured.
As a result, as shown in FIG. 8, it can be seen that, for example, at a wavelength of 600 nm, there are peaks at 40 nm and 60 nm. Therefore, when light of this wavelength is used, a unique effect can be obtained by forming it at this film thickness. In addition, when the frequency of light is made variable, the film thickness is adjusted so that the peak of the absorption coefficient is at the highest intensity frequency, or the peak of absorption is at the frequency at which the optical system can be designed most easily. By adjusting the film thickness, it is possible to obtain a result that exhibits the greatest feature of the present invention. In addition, forming a semiconductor thin film in accordance with the wavelength of a light source that can be efficiently manufactured at the lowest cost is a combination with the performance of the entire device, but it is significant to minimize the cost.
FIG. 9 shows the completed electrical resistance value. It can be seen that the resistance value decreases corresponding to the silicon film thickness having a large light absorption coefficient.
From such a situation, the film thickness of the semiconductor thin film is determined to be optimal in consideration of the wavelength used for annealing, and the resistance value is adjusted by adjusting the impurity concentration to be introduced according to this value. A liquid crystal substrate can be formed at a low cost and without increasing the substrate temperature.
[Example 4]
In this embodiment, an electromagnetic wave containing a specific wavelength is irradiated on an insulating substrate that is in contact with the semiconductor thin film and the impurity introduction layer, for example, a glass substrate in contact with the glass thin film and the impurity introduction layer. A method of annealing will be described.
The feature described in this embodiment is to suppress the temperature rise of the substrate by selecting the conditions that use the energy of electromagnetic waves intensively for the electrical activation of the impurity introduction layer and do not apply energy to the substrate. There is in point to do. In particular, a glass substrate is effective due to its low softening point due to temperature rise.
The
The optical measurement apparatus shown in FIG. 5 was used for optical measurement of the glass substrate. As a result, a spectrum having a peak in the vicinity of 800 nm (FIG. 10) was observed. In such a case, using a laser beam that emits near 800 nm or a white light source, for example, the peak is somewhat broad, so a filter that cuts other than wavelengths near 780 nm to 820 nm is used. It is effective to irradiate the semiconductor thin film on which the impurity thin film is formed only with light having a wavelength effective for annealing.
Here, an example using a filter will be described with reference to FIG.
This annealing apparatus includes a substrate holder 500 that holds the
In such an apparatus, white light is irradiated in this case from a light source 510 having an intensity of 200 W, and light 530 selected from 780 nm to 820 nm is irradiated by a filter 520. The energy of the light thus filtered is effectively absorbed by the semiconductor thin film 110 and the impurity thin film 120 of the substrate, and contributes to the activation of the impurities. Therefore, it attenuates after passing through the impurity thin film and semiconductor thin film, and the amount of energy absorbed by the glass substrate is very small.
In this manner, the temperature of the entire glass substrate hardly increases, and energy is absorbed only by the semiconductor thin film 110 and the impurity thin film 120, and an impurity annealing layer limited to the region of the semiconductor thin film 110 can be formed. This is very effective for forming a glass substrate having a low softening temperature or a liquid crystal formed on a plastic substrate that cannot be exposed to a high temperature and an electronic circuit that is a TFT or its driver.
In the above-described embodiments, the laser that is a new technology and the filtered light source are described as the annealing technology. However, even if the so-called RTA technology using, for example, a lamp using a tungsten filament as a light source, absorption bands near 800 nm and near infrared are used. Therefore, even with the conventional annealing technique, impurities can be efficiently introduced from the impurity layer into the semiconductor thin film layer, and a semiconductor thin film layer with low electrical resistance can be formed. This technology is effective for products using a glass substrate having a higher softening point because energy is relatively easily absorbed even in a glass substrate.
[Example 5]
As Example 5 of the present invention, as in Example 1, as shown in FIG. 12, a polycrystalline silicon film 140 having a thickness of 70 nm as a semiconductor thin film on an SOI substrate 170 and a film formed thereon are formed. It is composed of a boron thin film 150 having a thickness of 10 nm. In the fifth embodiment, amorphous silicon is used as the semiconductor thin film, but polycrystalline silicon may be used.
[Example 6]
A sixth embodiment of the present invention is characterized in that a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron is interposed between a boron thin film 150 and an amorphous silicon thin film, as shown in FIG.
That is, the substrate of Example 13 is formed by sequentially forming a polycrystalline silicon thin film 140 with a thickness of 60 nm, a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron with a thickness of 10 nm, and a thin film 160 of boron with a thickness of 2 nm on an SOI substrate 170. Laminated.
Also, when boron plasma is generated with an energy of 80 eV and doped with boron to a 10 nm silicon thin film formed on an SOI substrate 170, boron and carrier gas ions in the plasma are similarly generated in the silicon thin film. 5 nm, a mixed layer of amorphous silicon and boron is formed while breaking the semiconductor crystal. Thereafter, when doping is performed on the surface of the mixed layer until the concentration of boron alone is exceeded, the boron thin film 150 is formed to be 2 nm in contact with the mixed layer 160.
In this way, the optical characteristics of the substrate into which the impurity is introduced are measured, the annealing conditions are adjusted according to the result, and the impurity thin film is activated without increasing the substrate temperature.
Even by this method, as a result of annealing under an appropriate condition having a corresponding absorption coefficient, activation is efficiently performed, temperature rise of the glass substrate is small, and generation of warpage, distortion, cracks, etc. can be suppressed. And the yield was improved.
In the above-described embodiment, light having a desired wavelength is emitted by the white light source and the filter. In this example, a laser light source having an appropriate wavelength (in this case, 600 nm, for example) instead of the white light source 510. It is also possible to use.
Conversely, the impurity thin film can be designed so as to have desired optical characteristics in accordance with the wavelength of a laser light source that is industrially available at a low cost.
In the above embodiment, a polycrystalline silicon thin film is used as the silicon thin film. However, it goes without saying that an amorphous silicon thin film or a single crystal silicon thin film may be used.
Although the present invention has been described in detail and with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
This application is filed with Japanese Patent Application No. 1 filed on Oct. 6, 2003. 2003-346910, the contents of which are incorporated herein by reference.
本発明の基板は、半導体薄膜の形成を効率よくかつ基板温度を上昇させることなく形成することができ、ガラス基板、樹脂基板への半導体薄膜の形成も容易であり、液晶基板などの大型基板に選択的に不純物を導入するような場合にも基板温度を上昇させることなく有効である。 The substrate of the present invention can efficiently form a semiconductor thin film without increasing the substrate temperature, and can easily form a semiconductor thin film on a glass substrate or a resin substrate. Even when impurities are selectively introduced, it is effective without increasing the substrate temperature.
【０００３】
そこで、本発明の基板は、表面に絶縁性領域をもつ基板と、前記絶縁性領域の表面に形成された半導体薄膜と、前記半導体薄膜表面に堆積せしめられ、前記半導体薄膜中で電気的に活性となる膜厚１５ｎｍ未満の元素の薄膜とで構成される。
また、本発明の基板は、表面に絶縁性領域をもつ基板と、前記絶縁性領域の表面に形成された半導体薄膜と、前記半導体薄膜表面に堆積せしめられ、前記半導体薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成され、前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在せしめられる。
すなわち、本発明では、不純物薄膜や半導体薄膜の膜厚等によってきまる光学的特性を、続く光照射工程に対して最適になるように制御して形成する。このことにより、続くアニール時に最適の波長を選択するあるいは、選ばれた光の波長に合わせて最適に薄膜構成をとることによって、光のエネルギーの殆どが、半導体薄膜や不純物薄膜に吸収され、基板の温度を殆ど上昇させること無くアニールを行うことができるようにする。従って、軟化点の低い安価なガラス基板を使用することやプラスチックを基板に使用することができる。一方、アニール用の光源としても、工業的に容易に入手可能な安価なものを選択することができ、かつ、低いエネルギー密度の光を基板に照射すれば、十分なアニールができるので、エネルギーロスも少なく、短時間で工程を終了することができ、製造コストを大幅に下げる事が可能となる。
また、本発明は、上記基板において、前記絶縁性領域は、シリコンを含む絶縁膜である。
すなわち、ＳＯＩ基板のように酸化シリコン膜上に半導体薄膜を効率よく形成することができる。
また、本発明は、上記基板において、前記絶縁性領域は、基板表面に形成された酸化シリコン膜である。
また、本発明は、上記基板において、前記薄膜はボロン、砒素、燐、アンチモンいずれかを含む。
これにより、ｎ型不純物、あるいはｐ型不純物を含有する領域を効率よく形成することができる。[0003]
Therefore, the substrate of the present invention has a substrate having an insulating region on the surface, a semiconductor thin film formed on the surface of the insulating region, and is deposited on the surface of the semiconductor thin film, and is electrically active in the semiconductor thin film. And a thin film of an element having a thickness of less than 15 nm
The substrate of the present invention includes a substrate having an insulating region on the surface, a semiconductor thin film formed on the surface of the insulating region, and deposited on the surface of the semiconductor thin film, and is electrically active in the semiconductor thin film. And a defect region containing more lattice defects than the lattice defects contained in the semiconductor thin film is interposed at the interface between the semiconductor thin film and the thin film.
That is, in the present invention, the optical characteristics determined by the film thickness of the impurity thin film or the semiconductor thin film are controlled so as to be optimal for the subsequent light irradiation process. As a result, most of the energy of light is absorbed by the semiconductor thin film or the impurity thin film by selecting the optimum wavelength during the subsequent annealing or by adopting the optimum thin film configuration in accordance with the selected light wavelength. Annealing can be performed with almost no increase in temperature. Therefore, an inexpensive glass substrate having a low softening point can be used, and plastic can be used for the substrate. On the other hand, an inexpensive light source that can be easily obtained industrially can be selected as a light source for annealing, and sufficient annealing can be performed by irradiating the substrate with light having a low energy density. Therefore, the process can be completed in a short time, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
According to the present invention, in the above substrate, the insulating region is an insulating film containing silicon.
That is, a semiconductor thin film can be efficiently formed on a silicon oxide film like an SOI substrate.
According to the present invention, in the above substrate, the insulating region is a silicon oxide film formed on the substrate surface.
According to the present invention, in the above substrate, the thin film contains any of boron, arsenic, phosphorus, and antimony.
Thereby, a region containing n-type impurities or p-type impurities can be formed efficiently.
【０００４】
また、本発明は、上記基板において、前記半導体薄膜はシリコン薄膜であり、前記シリコン薄膜上に格子欠陥領域を介して膜厚１５ｎｍ未満のボロン薄膜が堆積された。
この構成により、格子欠陥領域に効率よく光が吸収され、アニールがなされるという効果を奏効する。
また、ガラス基板と、前記ガラス基板上に形成されたポリシリコン薄膜と、前記ポリシリコン薄膜に堆積せしめられたボロン薄膜とで構成され、前記ボロン薄膜が１ｎｍ以上、１５ｎｍ未満である。
これにより、薄い薄膜層で光が吸収され、ガラス基板温度を上昇させることなく効率よいアニールが可能となる。
また、本発明は、上記基板において、前記薄膜は、前記基板が、電磁波の波長λｎｍに対して、吸収係数＝４πκ／λを持つ。
これにより、効率よいアニールが可能となる。
また、本発明の基板の製造方法は、表面に絶縁性領域あるいは絶縁膜の形成された基板に、半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素の薄膜を形成する工程と、電磁波を照射して前記元素を電気的に活性化するようにアニールする工程とを含み、前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在するように、薄膜を形成する工程である。
この構成により、本発明では、不純物薄膜や半導体薄膜の膜厚を、続く光照射工程に対して最適になるように制御して形成するようにしており、続くアニール時に最適の波長を選択するあるいは、選ばれた光の波長に合わせて最適に薄膜構成をとることによって、光のエネルギーの大半が、半導体薄膜や不純物薄膜に吸収され、基板の温度を殆ど上昇させること無くアニールを行うことができる。従って、ここでも軟化点の低い安価なガラス基板を使用することやプラスチックを基板に使用することができる。一方、アニール用の光源としても、工業的に容易に入手可能な安価なものを選択することができ、かつ、低いエネルギー密度の光[0004]
According to the present invention, in the above substrate, the semiconductor thin film is a silicon thin film, and a boron thin film having a thickness of less than 15 nm is deposited on the silicon thin film via a lattice defect region.
With this configuration, an effect is achieved that light is efficiently absorbed in the lattice defect region and annealing is performed.
Moreover, it is comprised with the glass substrate, the polysilicon thin film formed on the said glass substrate, and the boron thin film deposited on the said polysilicon thin film, The said boron thin film is 1 nm or more and less than 15 nm.
Thereby, light is absorbed by the thin thin film layer, and efficient annealing can be performed without increasing the glass substrate temperature.
According to the present invention, in the above substrate, the thin film has an absorption coefficient of 4πκ / λ with respect to the wavelength λnm of the electromagnetic wave.
Thereby, efficient annealing becomes possible.
Also, the substrate manufacturing method of the present invention includes a step of forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating region or insulating film formed on the surface, and an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the surface of the semiconductor thin film. Forming the thin film and annealing to electrically activate the element by irradiating electromagnetic waves, and the forming the thin film has optical characteristics suitable for the annealing conditions. In this way, the thin film is formed so that a defect region containing a larger amount of lattice defects than the lattice defects contained in the semiconductor thin film is present at the interface between the semiconductor thin film and the thin film.
With this configuration, in the present invention, the film thickness of the impurity thin film or the semiconductor thin film is controlled to be optimized for the subsequent light irradiation process, and the optimum wavelength is selected during the subsequent annealing or By adopting a thin film configuration optimally for the selected wavelength of light, most of the light energy is absorbed by the semiconductor thin film and the impurity thin film, and annealing can be performed with almost no increase in the temperature of the substrate. . Accordingly, it is possible to use an inexpensive glass substrate having a low softening point or plastic as the substrate. On the other hand, an inexpensive light source that can be easily obtained industrially can be selected as a light source for annealing, and light with a low energy density can be selected.
【書類名】 明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板およびその製造方法に係り、特に、半導体装置や液晶パネルなどに用いられる絶縁性基板表面に半導体薄膜を形成した基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば基板表面に絶縁膜を介してシリコン薄膜を形成したＳＯＩ（silicon on insulator）基板はＤＲＡＭなど種々の半導体装置に広く用いられている。また基板表面に半導体薄膜を形成したガラス基板は、この半導体薄膜中に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む液晶の駆動回路を集積化することにより液晶パネルの小型化、高速化を企図して注目されている。
【０００３】
例えばＳＯＩ基板の製造方法の１つに、ＣＶＤ法を用いたものがある。この方法は、酸化シリコン膜の形成された半導体基板表面にＣＶＤ法などによりアモルファスシリコン薄膜を形成し、このアモルファスシリコン薄膜に所望の不純物をプラズマドーピングし、加熱することにより、このドーピングされた不純物を電気的に活性化するものである（非特許文献１）。
【０００４】
【非特許文献1】プラズマドーピング技術：水野文二著（第７０巻、第12号、ｐ．１４５８−１４６２（２００１）
【０００５】
この方法では、プラズマによるドーピングを行ったのち、この不純物の導入された半導体薄膜の形成された半導体基板を単に加熱して、ドーピングされた不純物を電気的に活性化する。すなわち不純物のドーピングに続く熱処理は、絶縁膜の形成された基板全体の温度を上昇させて行う。これらの熱処理には一般に赤外線や可視光を使用するが、半導体基板および絶縁膜を透過し易く、供給されたエネルギーを、ドーピングされた不純物の活性化に十分に適用することができないという問題があった。
【０００６】
また、液晶パネルのように、ガラスもしくは石英等を基板として使用する場合には、アニールのための光の波長成分の大半が透過して、基板の温度を上昇させる事に寄与しづらい状況であり、多くのエネルギーを無駄に消費してしまうことになる場合もある。
【０００７】
あるいは、透光性の樹脂基板などを用いる場合には、基板温度そのものが上昇してしまい、樹脂基板自体がアニール温度に耐えられず劣化が生じてしまうため、使用する基板材料に制約がある。
【０００８】
通常、アニール工程では、可視光、赤外線、紫外線などの広い波長帯域の電磁波を発することのできる光源が用いられている。しかしながら、活性化に有効な波長は、不純物の導入される半導体薄膜自体の結晶状態によって異なり、実際は狭い領域であることが多い。このため加熱すべき半導体薄膜に十分なエネルギーが供給されないだけでなく、不要な波長の光照射を行うことにより、基板温度が上昇し、特性劣化の原因となることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来例によれば、ガラス基板上の半導体薄膜に大量の不純物ドーピングがなされるが、必ずしも、アニールのための最適化が行われないため、多くのエネルギーがガラス基板に吸収されてガラスの軟化点に近づく、もしくは無駄に放出される。
このように従来は、プラズマドーピングなどの不純物導入と、引き続き実施される光照射などのエネルギー照射によるアニールに際し、基板全体を加熱することが重要であると考えられており、アニールに際して、無駄なエネルギーが使用され、基板温度の上昇を招くことが多く、使用可能な基板に制限が多いという問題があった。
【００１０】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、基板温度の上昇を招くことなく、不純物の電気的な活性化を実現し、基板選択の制約を少なくし、信頼性の高い半導体薄膜を有する基板を提供することを目的とする。
また、本発明は、アニールのためのエネルギーの吸収効率を高め、高品質で信頼性の高い半導体薄膜を備えた基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明の基板は、表面に絶縁性領域をもつ基板と、前記絶縁性領域の表面に形成された半導体薄膜と、前記半導体薄膜表面に堆積せしめられ、前記半導体薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成される。
【００１２】
また、本発明の基板は、表面に絶縁性領域をもつ基板と、前記絶縁性領域の表面に形成された半導体薄膜と、前記半導体薄膜表面に堆積せしめられ、前記半導体薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成され、前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在せしめられる。
【００１３】
すなわち、本発明では、不純物薄膜や半導体薄膜の膜厚等によってきまる光学的特性を、続く光照射工程に対して最適になるように制御して形成する。このことにより、続くアニール時に最適の波長を選択するあるいは、選ばれた光の波長に合わせて最適に薄膜構成をとることによって、光のエネルギーの殆どが、半導体薄膜や不純物薄膜に吸収され、基板の温度を殆ど上昇させること無くアニールを行うことができるようにする。従って、軟化点の低い安価なガラス基板を使用することやプラスチックを基板に使用することができる。一方、アニール用の光源としても、工業的に容易に入手可能な安価なものを選択することができ、かつ、低いエネルギー密度の光を基板に照射すれば、十分なアニールができるので、エネルギーロスも少なく、短時間で工程を終了することができ、製造コストを大幅に下げる事が可能となる。
【００１４】
また、本発明は、上記基板において、前記絶縁性領域は、シリコンを含む絶縁膜である。
すなわち、ＳＯＩ基板のように酸化シリコン膜上に半導体薄膜を効率よく形成することができる。
【００１５】
また、本発明は、上記基板において、前記絶縁性領域は、基板表面に形成された酸化シリコン膜である。
また、本発明は、上記基板において、前記薄膜はボロン、砒素、燐、アンチモンいずれかを含む。
これにより、ｎ型不純物、あるいはｐ型不純物を含有する領域を効率よく形成することができる。
【００１６】
また、本発明は、上記基板において、前記半導体薄膜はシリコン薄膜であり、前記シリコン薄膜上に格子欠陥領域を介して膜厚１５nm未満のボロン薄膜が堆積された。
この構成により、格子欠陥領域に効率よく光が吸収され、アニールがなされるという効果を奏効する。
【００１７】
また、ガラス基板と、前記ガラス基板上に形成されたポリシリコン薄膜と、前記ポリシリコン薄膜に堆積せしめられ、前記ポリシリコン薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成され、前記ポリシリコン薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜が１nm以上、１５nm未満である。
これにより、薄い薄膜層で光が吸収され、ガラス基板温度を上昇させることなく効率よいアニールが可能となる。
【００１８】
また、本発明は、上記基板において、前記薄膜は、前記基板が、電磁波の波長λnmに対して、吸収係数＝4πκ/λを持つ。
これにより、効率よいアニールが可能となる。
【００１９】
また、本発明の基板の製造方法は、表面に絶縁性領域あるいは絶縁膜の形成された基板に、半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、電磁波を照射してアニールする工程とを含み、前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在するように、薄膜を形成する工程である。
この構成により、本発明では、不純物薄膜や半導体薄膜の膜厚を、続く光照射工程に対して最適になるように制御して形成するようにしており、続くアニール時に最適の波長を選択するあるいは、選ばれた光の波長に合わせて最適に薄膜構成をとることによって、光のエネルギーの大半が、半導体薄膜や不純物薄膜に吸収され、基板の温度を殆ど上昇させること無くアニールを行うことができる。従って、ここでも軟化点の低い安価なガラス基板を使用することやプラスチックを基板に使用することができる。一方、アニール用の光源としても、工業的に容易に入手可能な安価なものを選択することができ、かつ、低いエネルギー密度の光を基板に照射すれば、十分なアニールができるので、エネルギーロスも少なく、短時間で工程を終了することができ、製造コストを大幅に下げる事が可能となる。ここで薄膜を形成する工程はプラズマドーピングを用いるのが望ましい。
【００２０】
また本発明の方法は、表面に絶縁性領域の形成された基板に、半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、電磁波を照射してアニールする工程とを含み、前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、薄膜を形成する工程である。
【００２１】
また、本発明は、ガラス基板に、ポリシリコンを形成する工程と、前記ポリシリコン表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、電磁波を照射してアニールする工程とを含み、前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、薄膜を形成する工程である。
【００２２】
この方法によれば、表面に形成された薄膜が効率よく電磁波を吸収するため、ガラス基板の温度上昇を招くことなく、良好にアニールがなされる。従って低融点ガラスの使用も可能となる。
【００２３】
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記基板が、表面に酸化シリコン膜を形成したシリコン基板である。
これにより、高効率のエネルギー照射を行い高品質の基板を得ることができる。
【００２４】
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記半導体薄膜がシリコン薄膜であり、ＳＯＩ基板を形成するようにした。
【００２５】
本発明はＳＯＩ基板にも適用可能であり、これにより、漏れ電流の少ないデバイスを容易に得ることができる。
【００２６】
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記アニール工程は、前記基板の光吸収定数の内、線吸収係数が最大値となる波長を含むもしくはその波長を主成分とする光を照射する。
これにより、本発明の基板とアニール工程の組み合わせはより良い効果を発揮する。すなわち、本発明の基板が吸収しやすい光を照射しているので、より低抵抗の層を形成できるので望ましい。
【００２７】
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記薄膜を形成する工程は、半導体薄膜を堆積する工程と、前記半導体薄膜表面に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された半導体薄膜を含む前記基板の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果に基づき、前記光学的特性にあわせて、アニール条件を選定する工程と、選定された前記アニール条件に基づいて前記基板をアニールする工程とを含む。
【００２８】
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記測定する工程は、前記アニール工程に先立ち実行される。
【００２９】
この方法により、アニール前に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択することができ、最適な活性化状態を得ることができる。
【００３０】
また本発明では、前記測定する工程は、前記アニール工程と並行して実行される。
この方法により、アニール中に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択することができ、最適な活性化状態を得ることができる。
【００３１】
また本発明では、前記アニール工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記アニール工程の合間に実行される。
この方法により、アニール工程を複数回に分け、アニール中に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択しているため、最適な活性化状態を得ることができる。
【００３２】
また本発明では、前記アニール条件を選定する工程は、前記アニール工程中の、不純物導入領域の光学的特性の変化に追随して前記アニール条件を順次変化させる工程を含む。
この方法により、アニールによる不純物の導入された領域の変化を検知し、その上でアニール条件を選択しているため、より最適な活性化状態を得ることができる。
【００３３】
また本発明では、前記不純物導入工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記不純物導入工程の合間に実行される。
この方法により、不純物導入工程間で実行されるため、不純物導入工程におけるチャンバ内の状況により正確な測定ができ、高精度の不純物導入を実現することができる。また、一旦不純物導入を停止する必要があるが、この例は常圧プラズマを用いたドーピングなどにも有効である。
【００３４】
また本発明では、前記薄膜を形成する工程は、半導体薄膜を堆積する工程と、前記半導体薄膜に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果にもとづき、アニール条件に合わせて光学的特性を調整する工程とを含む。
この方法により、アニール条件に制約がある場合にも有効である。
【００３５】
また本発明では、前記不純物を導入する工程が、プラズマドーピングを含む。
この方法によれば、引き続き実施する光照射を中心としたアニール工程の高効率化をはかるとともに、高精度のプラズマドーピングを実現することができる。
【００３６】
また、本発明は、上記の基板の製造方法において、前記不純物の導入された半導体薄膜を含む基板の光学定数をモニターしつつ、前記光学定数がプラズマドーピング工程後に実施する光照射に適合するようにプラズマドーピング条件を制御する。
この方法により、あらかじめ不純物の導入された領域の光学的特性を測定し、この光学的特性に応じて最適なアニールを実現することができ、高精度かつ高効率に不純物領域を形成することができる。ここで光学定数としては、光吸収係数の他、反射率なども適用可能である。
【００３７】
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記測定する工程がエリプソメトリを用いた工程である。
【００３８】
また本発明では、上記基板の製造方法において、測定する工程がXPSを用いた工程である。
【００３９】
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記アニール工程は電磁波を照射する工程である。
【００４０】
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記アニール工程は光照射工程である。
【００４１】
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記不純物を導入する工程は、前記不純物の導入された領域の光吸収係数が、5E4 cm‐1を越えるように不純物を導入する工程である。
これにより、光吸収性が高く高効率のアニール条件を選択することができる。
【００４２】
また本発明では、上記基板の製造入方法において、前記プラズマドーピング工程は、プラズマに印加する電源電圧、プラズマの組成、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間の比の少なくとも１つを制御する工程を含む。
この方法により、効率よい制御が可能となる。ここでプラズマの組成とはドーパントとなる不純物物質とその他の物質との混合比、真空度、その他の物質間の混合比等を調整して制御される。
【００４３】
また本発明では、上記基板の製造方法において、プラズマドーピング工程は、不純物物質、これらに対する混合物質としての、不活性物質、反応性物質の混合比を変化させることによって、不純物の導入された領域の光学的特性を制御する工程を含む。ここでは、不純物物質としての砒素、燐、ホウ素、アルミニウム、アンチモン、インジウムなどの物質、これらに対する混合物質としての、ヘリウム、アルゴン、キセノン、窒素などの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質の混合比を変化させることによって、光学的特性を制御する。
【００４４】
また本発明では、上記基板の製造方法において、前記プラズマドーピング工程は、前記アニール工程において、前記不純物の導入された領域に含まれる不純物の電気的活性化を促進するとともに、前記基板へのエネルギー吸収を抑制し得るように、前記不純物の導入された領域の光学定数を設定する。
この方法により、基板温度を上昇させることなく選択的に効率よくアニールを実現することができる。
【００４５】
但し、不純物を導入する工程とは、以下実施例で具体的に説明する通り、単に不純物を供給するだけで無く、引き続き実施される光照射を中心とするアニール工程において、効率良くエネルギーが吸収される様に、不純物物質、希ガス、窒素などの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質を組み合わせて同時に、あるいは逐次的に供給され、アニール工程に最適な光学的特性を形成する。本発明における「不純物導入工程」とは上記一連の工程を指す。
【００４６】
以上説明してきたように、本発明では、表面にアモルファス膜あるいは格子欠陥を持つ薄膜と半導体薄膜との多層膜の構造によって、工業的に安価に入手できる赤外線ランプ、可視光ランプ及び適切なレーザなどの波長エネルギーを半導体薄膜に非常に効率的に吸収させる事ができるため、半導体薄膜中もしくは半導体薄膜に接した不純物元素が半導体薄膜中に効率的に拡散し、電気的に活性化する。又、一定の電気的活性化率を達成するのに、従来例と比べて非常に低温で処理する事ができるため、より軟化点の低い材料のガラス基板を使用する事ができ、経済性に与える好影響は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、大別して２つの実施の形態を与える。その第１は、絶縁膜あるいは絶縁性領域の表面に、半導体薄膜を形成しこの半導体薄膜に接するようにこの半導体薄膜に接して電気的に活性になる元素（いわゆる不純物）によって構成される薄膜を堆積した基板もしくは半導体薄膜中に不純物ドーピングに伴う格子欠陥やアモルファス層を挟んだ基板、第２は、この基板の光学的特性に対応した光あるいは電磁波を照射して不純物を活性化する方法である。
【００４８】
ここでは、不純物の導入された半導体薄膜を有する基板の状態を、光学的測定によって検知することにより、活性化に最適な状態にすることができる。これは単に、不純物そのものの光学的測定のみならず、半導体薄膜自体の結晶状態、導入時のエネルギーによるダメージなどの半導体薄膜の結晶状態の物理的変化、酸化層、窒化層の生成など半導体薄膜の化学的変化をも含めた“複合的な層”の状態として、光学的に測定することを意味する。
【００４９】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、基板の基本構成を説明する。図１に示すように、絶縁物基板１００上に半導体薄膜１１０が形成され、この半導体薄膜１１０に接して、半導体薄膜中で電気的に活性化されてキャリアとなり得る不純物原子を主成分とする不純物薄膜１２０が形成されている。
【００５０】
すなわち、不純物薄膜１２０は、アモルファス薄膜で構成され、また半導体薄膜１１０は多量の格子欠陥を含むものとなっている。
【００５１】
この状態は、例えば、半導体薄膜に対し、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いて不純物導入を行うことによって得られる。半導体薄膜に不純物導入を行う際、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いる場合には、半導体薄膜を形成する結晶もしくは非結晶物質を構成する格子に対する格子欠陥の形成によって、あるいは不純物物質自体によって半導体薄膜の物性が変化せしめられ、本来の半導体薄膜とは異なる物性をもつ不純物薄膜１２０が形成される。またここでは、半導体薄膜１１０自体も格子欠陥が導入されて本来の物性から変化した状態となっている。
この構成によれば、アニールに際し、吸収係数が高くなるような波長条件を選択してエネルギー照射を実現することができ、高品質で信頼性の高い半導体薄膜を有する優れた半導体装置用基板を形成することができる。
【００５２】
（実施の形態２）
次に、この絶縁物基板の製造方法について説明する。ここでは、プラズマＣＶＤ法により絶縁物基板表面に半導体薄膜を形成するとともにこの表面にアモルファス層からなる不純物薄膜を形成するに際し、プラズマドーピングを用いる方法について説明する。
【００５３】
まず、本実施の形態で用いられるプラズマＣＶＤ装置を兼ねたプラズマドーピング装置について説明する。本実施の形態で用いられるドーピング装置は、図２に示すように、絶縁物基板１００上に半導体薄膜１１０を形成しこの半導体薄膜に対して不純物を導入し不純物薄膜１２０を形成するものである。
【００５４】
ここでは後述するようにこの絶縁物表面に不純物薄膜１２０の形成された絶縁物基板１００の光学的特性を測定する測定手段としての光源４００および測光器４１０と、この測定手段によって得られた光学的特性に基づいて、ドーピング条件を制御する制御手段とを具備し、最適な表面状態を得ることができるようにドーピング条件をフィードバック制御するものである。
【００５５】
すなわちこのプラズマドーピング装置は、真空チャンバ２００と、この真空チャンバ２００内にプラズマを生起するプラズマ源２４０とを具備し、基板ホルダ２６０に載置された、被処理基体としての絶縁物基板１００にプラズマＣＶＤ法により半導体薄膜１１０を形成するとともにこの半導体薄膜１１０の表面にプラズマドーピングを行うものである。
【００５６】
そして、この真空チャンバ２００には、真空ポンプ２１０が接続され、真空測定の為の真空計２３０が設置されており、プラズマ源２４０には電源２５０が接続されている。また、基板ホルダ２６０には、独自の電気的ポテンシャルを印加するための、電源２７０が、前述の電源とは別途接続されている。
【００５７】
また真空チャンバ２００にはこれらのガスを導入するためのガス導入機構が設置されている。このガス導入機構は、ドーパント物質としての第１の物質を供給する第１のライン２８０、その他の物質である第２の物質を供給する第２のライン２９０（この場合はＨｅ）、その他の第３の物質を供給する第３のライン３００（この場合はＡｒ）で構成される。
【００５８】
また、必要に応じて、測光器４１０で測定した光学的特性を演算する計算機３２０と、この演算結果に基づいて制御条件を決定する制御回路３４０と、制御回路３４０の出力に基づいてプラズマドーピング装置のドーピング条件を、フィードバック制御する制御器３５０とを具備した制御装置を具備するように形成してもよい。
【００５９】
まず、真空チャンバを所定の圧力に調整し、通常の方法でガスを供給することによりプラズマを生成しプラズマＣＶＤ法により絶縁物基板１００に半導体薄膜１１０を形成する。次にこのドーピング装置を用い、ドーピングを行う。
ここでは、ドーピング源としてガスを利用する場合について説明する。
【００６０】
まず、真空チャンバ２００に第１の物質としてのドーパント物質を供給する。ここでは、ドーパント物質とこれとは異なるその他の物質をキャリアガスとして又は特定の機能を保有する材料として導入する。本実施の形態では、ドーパント物質とは異なる性質のガス、例えば、希ガスなどで（質量が異なり）、電気的にはシリコン中で活性にならない物質を選択した。例として、ＨｅやＡｒである。これをその他の第２の物質としてＨｅを、その他の第３の物質としてＡｒを選択した。さて、前述の第１乃至第３のライン２８０、２９０、３００で構成されるガス導入ラインからガスを導入し、真空チャンバ２００内の固体基体１００表面でプラズマ３１０を発生させる。
【００６１】
このプラズマ３１０と絶縁物基板１００表面の半導体薄膜１１０との電気的ポテンシャル差によって、プラズマ中の荷電粒子が引き寄せられて、不純物ドーピングが行われる。同時にプラズマ中の電気的中性物質はこの固体基体１００表面付近に付着もしくは吸蔵される。ここでは表面の状態は、下地である半導体薄膜１１０の状態および、プラズマのもつエネルギーによって決まり、付着状態であっても良いし吸蔵されていてもよい。ここでは半導体薄膜１１０に吸蔵されるとともにアモルファスの不純物薄膜１２０として半導体薄膜１１０の表面に付着する。
【００６２】
この不純物ドーピング工程によって、前記実施の形態で説明した不純物導入層１１０が固体基体１００表面に形成される。望ましくはこの不純物導入層の物性を測定するために、真空チャンバ２００には光源４００と測光器４１０が配設されている。そして測光器１３０で測定した光学的特性を計算機３２０で演算し、この演算結果を制御回路３４０に送り、フィードバック情報として制御器３５０へデータを送ることによって、プラズマドーピング装置はプラズマ条件を調整し、不純物導入層の物性を制御する。
【００６３】
ここで調整されるプラズマ条件としては、プラズマに印加する電源電圧、あるいは電圧印加時間及び印加タイミング、ドーパント物質とその他の物質の混合比、真空度、その他の物質間の混合比、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間帯の比などであり、これらのパラメータを変化させ、不純物導入層の物性を制御する。
【００６４】
半導体薄膜１１０に対して十分に低い電気的ポテンシャル差、例えば２０ｅＶでドーピングを行うことにより、半導体薄膜１１０の表面に不純物薄膜層が形成される。
【００６５】
一方、半導体薄膜１１０に対して十分に高い電気的ポテンシャル差、例えば２００ｅＶでドーピングを行うことにより、不純物を大量に含むプラズマが直接半導体薄膜に接しているときは、十分高いエネルギーを帯びたイオンが半導体薄膜表面に侵入し、半導体薄膜１１０の表面に不純物導入層１２０が形成される。またキャリアガスを使用している場合にはキャリアガスのプラズマ中のイオンも半導体薄膜表面に浸入し、半導体の結晶を壊しながら不純物を混入させていき、アモルファス半導体層とボロン層との混合層（１６０）が形成される。その後、混合層表面で不純物例えばボロンの濃度が混合層内で含み得る飽和量を超えるとアモルファスのボロン薄膜（不純物薄膜）が形成される。
【００６６】
（実施の形態３）
前記実施の形態で示したように、比較的導入エネルギーの小さい不純物導入工程では、不純物導入工程が半導体薄膜の物性を変化させるのに続き、熱的平衡状態を変化させる場合など、半導体薄膜表面に主に不純物物質そのものからなる新たな層（例えばボロン層１１０）が形成される。
【００６７】
そこで、エリプソメトリを用い、図２に示すように、光源４００を用いて半導体薄膜１１０および不純物薄膜１２０の形成された絶縁物基板１００表面に光を照射し、測光器４１０で光を測定する。
【００６８】
本実施の形態では、ドーピングによる不純物薄膜形成後に行う、アニール技術特に光を有効に利用する方法について説明する。既に述べた通り、本願発明で議論している基板構成は、ガラス基板、SOI基板、シリコン系薄膜、アモルファスとドーパントの混合層、ドーパント物質等の薄膜の組み合わせによって構成されている。これらの基板及び、薄膜の構成によって、薄膜を含む基板全体の光学定数が変化する。これを利用する事によって、光アニール技術の特性を十分に生かすドーピング技術を提供することができる。特に、この効果はプラズマドーピングを用いた際にコストパフォーマンスの上で、最大の効果を発揮する。
【００６９】
例えば、ガラス基板上１３０の多結晶シリコン薄膜１１０にアモルファスと不純物の混合層１６０を形成しておいて、その上に形成する不純物薄膜層１６０の厚みを変化させる事により、続く光照射プロセスを制御、もしくは適合させる。
【００７０】
不純物薄膜層の厚みと光吸収係数の関係を測定しておき、係数の膜厚依存性を考慮して適切な膜厚に形成する事によって吸収性を高めることができ。又、光の周波数を可変にする場合には最も強度の高い周波数に吸収係数のピークが来る様に膜厚を調整したり、光学系の設計が最も容易にできる周波数に吸収のピークが来る様に膜厚を調整する事によって、本願発明の最も大きな特徴を現す結果を得る事ができる。
【００７１】
このように、本実施の形態では、不純物の導入された固体基体の表面状態を測定し、この測定結果に基づき、続く工程の主要因を決定する。
【００７２】
このように、例えば、エリプソメトリを利用した光学測定を用いるようにすれば、光吸収係数を算出することができる。特にサイズの小さな微細デバイスを形成する際には固体基体中で発生する拡散現象が微細化を妨げる大きな要因になるため、特定の波長の光だけを照射するのは固体基体に無駄なエネルギーを与えないという意味で拡散を防止することができ、微細デバイス形成に有効である。特に多数回の不純物導入工程を含むデバイス形成の場合には多数回の熱処理工程を経なければならない場合が多いが、本発明によれば、特定の波長の光のみを照射することにより、不要な拡散長の伸びを抑制することができる。
【００７３】
なお、光学的特性の測定方法としてはエリプソメトリに限定されることなくＸＰＳなど適宜選択可能である。
【００７４】
以下、本発明の実施例について順次説明する。
＜実施例＞
（実施例１）
本発明の実施例１として、図３に示すように、液晶基板として、用いられるガラス基板について説明する。この基板は、絶縁物基板としてのガラス基板１３０と、ガラス基板１３０上に半導体薄膜として、膜厚７０nmの多結晶シリコン膜１４０と、この上層に形成された膜厚１０nmのボロン薄膜１５０とで構成されている。前記実施例１では半導体薄膜としてはアモルファスシリコンを用いたが、多結晶シリコンを用いてもよい。
【００７５】
次にこの基板の形成方法について説明する。
プラズマの密度や基板に到達する荷電粒子（主に正に荷電したイオン）のエネルギーは、プラズマを発生させるために供給する電力と、基板ホルダに接続した電源によって、決定されることがわかっている。ここでは、主に基板ホルダ２６０に接続した電源２７０の電力を変化させた例を述べる。
【００７６】
先ず、プラズマを発生させるための電源２５０から１０００Ｗの電力を供給する。これにより発生したプラズマ３１０を効率良く基板に到達させるために、基板ホルダ２６０に電力を供給する。先ず１００Ｗを供給してプラズマドーピングを開始した。このとき、最終的に必要な不純物導入層の厚みを１０ｎｍと設定する。
【００７７】
ここでは、ドーパント物質Ｂ2Ｈ6を用いその他の物質としてＨｅを用いた。Ｂ2Ｈ6を２SCCM導入、Ｈｅを１０SCCM導入する。真空度は１Ｐａであった。先ず、電源２５０から１００Ｗ供給している状態で４秒間ドーピングを実施した。
この状態で、図５に示す測光器４１０で不純物導入層の光学定数（光吸収係数）を測定した。その結果、不純物導入層の厚みは計算機計算した結果、１０ｎｍであることが分かった。
【００７８】
この膜厚をさらに大きくしたい場合には、制御回路３４０では、自前に測定した測定結果に基づいて作成したデータベースに基づいて、不純物導入層の厚みを１５ｎｍとするための条件を算出する。そしてこの算出結果に基づいて制御器３５０は電源２５０からの電力の供給を１１５Ｗに増強し３秒間プラズマドーピングを実施した。
【００７９】
そして、不純物導入層の厚みが所定の１５ｎｍに達したのを測光器４１０を通じて確認し、電源２５０をオフにして、プラズマ３１０を消し、プロセスを終了すればよい。
【００８０】
このようにして所望の膜厚の不純物薄膜１２０を備えた半導体薄膜１１０を有する基板１００を形成することができる。
【００８１】
（実施例２）
本発明の実施例２として、図４に示すように、ボロン薄膜１５０とアモルファスシリコン薄膜との間にアモルファスシリコンとボロンの混合層１６０を介在させるようにしたことを特徴とする。
【００８２】
すなわち、本実施例２の基板は、ガラス基板１３０上に膜厚６０nmの多結晶シリコン薄膜１４０、膜厚１０nmのアモルファスシリコンとボロンの混合層１６０と、膜厚１０ｎｍのボロンの薄膜１６０とを順次積層したものである。
【００８３】
この場合は、十分高い電気的ポテンシャル差、例えば、２００eVでドーピングを行う。このとき、不純物を大量に含んだプラズマが直接多結晶シリコン薄膜１４０に接することにより、十分高いエネルギーを帯びたイオンが半導体薄膜極表面に侵入する。又、キャリアガスを使用している場合にはキャリアガスのプラズマ中のイオンも半導体極表面に侵入し、半導体の結晶を壊しながら、不純物を混入させていく。この様にして、アモルファスシリコンとボロンの混合層１６０が１０nm形成される。その後、混合層表面でドーパント、例えばボロンの濃度が飽和量を超えると、ボロンの薄膜１５０が形成され始める。そして30秒間このプロセスを継続し、膜厚１０nmのボロン薄膜を得た。
【００８４】
次にこの基板に対し、アニール技術特に光を有効に利用する技術との整合性に関する例を説明する。
ここでは、説明を簡略化する為に、ガラス基板上の多結晶シリコン薄膜にアモルファスと不純物の混合層を形成しておいて、その上に形成する不純物ドーパント層の厚みを変化させる事によって続く光照射プロセスを制御、もしくは適合させる例を述べる。
【００８５】
図５は、多結晶シリコン薄膜１４０とボロン薄膜１５０を形成したガラス基板１３０の光学的特性を測定するための測定器原理図である。光源４００から光を照射し、半導体薄膜や不純物層を含むガラス基板１００に照射し、測光器４１０で光を測定する。
【００８６】
この測定結果を図６に示す。ドーパント層の厚みと光吸収係数の関係を測定したもので、係数の膜厚依存性を表している。この図から、１０nmと１４nmにピークを有する事が分かる。この光を利用する場合にはこの膜厚に形成する事によって特有の効果が得られる。
【００８７】
又、光の周波数を可変にする場合には最も強度の高い周波数に吸収係数のピークが来る様に膜厚を調整したり、光学系の設計が最も容易にできる周波数に吸収のピークが来る様に膜厚を調整する事によって、本願発明の最も大きな特徴を現す結果を得る事ができる。
【００８８】
図７は光吸収係数の波長依存性であるが、８００nm付近にピークを持っていることが分かる。従って、光照射プロセスには８００nm付近の光を用いることが効率的であることがわかる。
【００８９】
（実施例３）
前記実施例２では、半導体薄膜上に形成する不純物薄膜の厚みや、混合層の厚みを変化させたが、本実施例では、絶縁物基板上に形成する半導体薄膜の厚みに関して説明する。すなわち図３に於いて、多結晶シリコン薄膜１４０の膜厚を変化させ、光学的特性及び物理的特性を考える。半導体薄膜の膜厚は、電子デバイスとしての性能を決定するものに他ならない。通常は一定のキャリア密度を想定して（例えば１E19）、必要な抵抗を計算し、決定する。ここでは、逆にこの膜厚に依存して電気抵抗などの値が変化したらどうだろう。より効果的な膜厚を選択し、デバイス全体の性能を向上するであろう。これは、実施例２に既に述べたことと同様のことではあるが、波長６００nmの光に対する吸収特性を測定した。
【００９０】
その結果、図８に示すように、例えば、６００nmの波長に於いては、４０nmと６０nmにピークを持つ事が分かる。従って、この波長の光を利用する場合にはこの膜厚に形成する事によって特有の効果が得られる。又、光の周波数を可変にする場合には最も強度の高い周波数に吸収係数のピークが来る様に膜厚を調整したり、光学系の設計が最も容易にできる周波数に吸収のピークが来る様に膜厚を調整する事によって、本願発明の最も大きな特徴を現す結果を得る事ができる。又、最も安価に効率よく製造できる光源の波長に合わせて半導体薄膜を形成する事も、デバイス全体の性能との組み合わせにはなるが、コストを最低限にする事には大きな意味がある。
【００９１】
図９は出来上がりの電気抵抗値であるが、光吸収係数の大きなシリコン膜厚に対応して抵抗値が下がっている事が分かる。
このような状況から、半導体薄膜の膜厚をアニールに用いる波長を考慮して最適となるように決定し、この値に応じて、導入する不純物濃度を調整することにより抵抗値を調整することにより、低コストで、基板温度を上昇させることなく、液晶基板を形成することが可能となる。
【００９２】
（実施例４）
本実施例では、上記方法によって作成した、半導体薄膜及び不純物導入層と接する絶縁物基板例えばガラス基板に接してシリコン多結晶薄膜及び不純物導入層を有するガラス基板に特定の波長を含む電磁波を照射してアニールする方法について説明する。
【００９３】
本実施例で説明する特徴は、不純物導入層の電気的活性化に、電磁波のエネルギーを集中的に使用し、基板にはエネルギーを付与しないような条件を選ぶことにより、基板の温度上昇を抑制する点にある。特にガラス基板は温度上昇による軟化点が低いことにより有効である。
【００９４】
実施例１で述べた半導体薄膜層及び不純物導入層を保有するガラス基板１００に、実施例３で説明した光源４００から光を照射し、測光器４１０で光を測定する。このガラス基板１００の光学的特性を現したスペクトルが図１０である。図１０はエリプソメトリを利用して測定したものもあるが、この測定結果に基づき、続く工程の主要因を決定する。
【００９５】
図５に示した光学的測定装置を用い、当該ガラス基板の光学的測定を行った。その結果、８００nm付近にピークを持つスペクトル（図１０）が観測された。この様な場合には、８００nm付近で発光するレーザ光を用いるか、白色光光源であっても、例えば、ピークは幾分ブロードなので、７８０nmから８２０nm付近の波長以外をカットするフィルタを用いて、アニールに有効な波長の光のみを不純物薄膜を形成した半導体薄膜に照射する事が有効である。
【００９６】
ここでは、フィルタを用いた例について図１１を参照しつつ説明する。
このアニール装置は、当該基板１００を保持する基板ホルダ５００を備え、白色光源５１０と、フィルタ５２０とを備え、このフィルタにより所望の波長の光５３０を表面に不純物薄膜１２０を形成した半導体薄膜１１０に照射する。望ましくは、当該基板のアニールに適合する、波長スペクトルにピークを形成する特定の波長を含む光源が設置され、かつ当該基板をアニールするのに適した波長（例えば波長スペクトルのピークを含む特性）のみを透過する特性のフィルタ５２０を使用する。
【００９７】
この様な装置に於いて、２００Wの強さの光源５１０から、この場合は白色光を照射し、フィルタ５２０によって、７８０nmから８２０nmの間に選別された光５３０が照射される。この様にフィルタリングされた光のエネルギーは当該基板の半導体薄膜１１０及び不純物薄膜１２０で有効に吸収されて、不純物の活性化に有効に寄与する。従って不純物薄膜及び半導体薄膜通過後は減衰し、ガラス基板に吸収されるエネルギー量は非常に少ない。
【００９８】
このようにして、ガラス基板全体の温度は殆ど上昇することなく、半導体薄膜１１０及び不純物薄膜１２０のみにエネルギーが吸収され、半導体薄膜１１０の領域に限定された不純物アニール層を形成する事ができる。この事は、軟化温度が低いガラス基板や高温に曝す事ができない、プラスチック基板の上に形成される液晶及びＴＦＴまたはそのドライバーである電子回路などの形成に非常に有効である。
上記実施例ではアニール技術としては新規技術に当たるレーザやフィルタリングした光源に関して述べたが、例えばタングステンフィラメントを用いたランプを光源とする所謂RTA技術を用いても、８００nm付近及び赤外付近に吸収バンドがあるので、従来技術のアニール技術であっても、効率的に不純物層から半導体薄膜層へ不純物が導入され、電気抵抗の低い半導体薄膜層を形成する事ができる。この技術は比較的ガラス基板に於いてもエネルギーが吸収されやすいので、より軟化点の高いガラス基板を利用する製品に有効である。
【００９９】
（実施例５）
本発明の実施例５として、前記実施例１と同様に、図１２に示すように、ＳＯＩ基板１７０上に半導体薄膜として、膜厚７０nmの多結晶シリコン膜１４０と、この上層に形成された膜厚１０nmのボロン薄膜１５０とで構成されている。本実施例５でも半導体薄膜としてはアモルファスシリコンを用いたが、多結晶シリコンを用いてもよい。
【０１００】
（実施例６）
本発明の実施例６として、図１３に示すように、ボロン薄膜１５０とアモルファスシリコン薄膜との間にアモルファスシリコンとボロンの混合層１６０を介在させるようにしたことを特徴とする。
【０１０１】
すなわち、本実施例１３の基板は、ＳＯＩ基板１７０上に膜厚６０nmの多結晶シリコン薄膜１４０、膜厚１０nmのアモルファスシリコンとボロンの混合層１６０と、膜厚２ｎｍのボロンの薄膜１６０とを順次積層したものである。
【０１０２】
又、SOI基板上１７０に形成された１０nmのシリコン薄膜に対して、８０eVのエネルギーでボロンプラズマを発生させ、ボロンをドーピングさせた場合、同様に、プラズマ中のボロンやキャリアガスのイオンがシリコン薄膜に侵入し、半導体の結晶を壊しながら、アモルファスシリコンとボロンの混合層が５nm形成される。その後、この混合層の表面でボロン単体の濃度を超えるに至るまでドーピングを行うと、混合層１６０に接して、ボロン薄膜１５０が２nm形成される。
【０１０３】
このようにして不純物の導入された基板の光学的特性を測定し、その結果に応じてアニール条件を調整し、基板温度を上昇することなく、不純物薄膜の活性化をはかる。
【０１０４】
この方法によっても、対応する吸収係数をもつ適切な条件で、アニールを行った結果、効率よく活性化がなされ、ガラス基板の温度上昇も少なく、そりや歪、クラックなどの発生を抑制することができ、歩留まりが向上した。
【０１０５】
なお、前記実施例では、白色光源とフィルタとによって所望の波長の光を照射するようにしたが、この例では、白色光源５１０に代えて適切な波長を有する（この場合は例えば６００ｎｍ）レーザ光源を利用することも可能である。
【０１０６】
又、逆に工業的に安価に入手可能なレーザ光源の波長に合わせて、所望の光学的特性をもつように不純物薄膜を設計することも可能になる。
【０１０７】
なお、前記実施の形態では、シリコン薄膜として多結晶シリコン薄膜を用いたが、アモルファスシリコン薄膜や単結晶シリコン薄膜でもよいことはいうまでもない。
【０１０８】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【０１０９】
本出願は、2003年10月6日出願の日本特許出願ＮＯ．2003-346910、
に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【０１１０】
【産業上の利用可能性】
本発明の基板は、半導体薄膜の形成を効率よくかつ基板温度を上昇させることなく形成することができ、ガラス基板、樹脂基板への半導体薄膜の形成も容易であり、液晶基板などの大型基板に選択的に不純物を導入するような場合にも基板温度を上昇させることなく有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の基板を示す図
【図２】本発明の実施の形態２のプラズマドーピング装置を示す図
【図３】本発明の実施例１の基板を示す図
【図４】本発明の実施例２の基板を示す図
【図５】本願発明に使用した測定装置を示す図
【図６】光吸収係数と膜厚との関係を示す図
【図７】光吸収係数と波長との関係を示す図
【図８】光吸収係数とシリコン薄膜の膜厚との関係を示す図
【図９】電気抵抗とシリコン薄膜の膜厚との関係を示す図
【図１０】光学係数と波長との関係を示す図
【図１１】本発明のアニール装置を示す図
【図１２】本発明の実施例５の基板を示す図
【図１３】本発明の実施例６の基板を示す図
【符号の説明】
【０１１２】
１００ 絶縁膜基板
１１０ 半導体薄膜
１２０ 不純物薄膜
１３０ ガラス基板
１４０ 多結晶シリコン薄膜（シリコン薄膜）
１５０ ボロン薄膜
１６０ 混合層
１７０ ＳＯＩ基板
２００ 真空チャンバ
２１０ 真空ポンプ
２３０ 真空計
２４０ プラズマ源
２５０ 電源
２６０ 基板ホルダ
２７０ 電源
２８０ ドーパント物質を供給するライン
２９０ その他の物質１を供給するライン
２００ その他の物質２を供給するライン
３１０ プラズマ
４００ 光源
４１０ 測光器
５１０ 白色光源
５２０ フィルタ
５３０ 選別された光
[Document Name] Description [Technical Field]
[0001]
The present invention relates to a substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly to a substrate in which a semiconductor thin film is formed on the surface of an insulating substrate used in a semiconductor device, a liquid crystal panel, or the like.
[Background]
[0002]
For example, an SOI (silicon on insulator) substrate in which a silicon thin film is formed on the substrate surface via an insulating film is widely used in various semiconductor devices such as DRAMs. Further, a glass substrate having a semiconductor thin film formed on the surface of the substrate has been attracting attention in order to reduce the size and speed of the liquid crystal panel by integrating a liquid crystal drive circuit including a thin film transistor (TFT) in the semiconductor thin film. .
[0003]
For example, one method for manufacturing an SOI substrate uses a CVD method. In this method, an amorphous silicon thin film is formed on the surface of a semiconductor substrate on which a silicon oxide film is formed by a CVD method or the like, and the amorphous silicon thin film is plasma-doped with a desired impurity and heated to thereby remove the doped impurity. It is electrically activated (Non-Patent Document 1).
[0004]
[Non-Patent Document 1] Plasma doping technology: Bunji Mizuno (Vol. 70, No. 12, p. 1458-1462 (2001))
[0005]
In this method, after doping with plasma, the semiconductor substrate on which the semiconductor thin film into which the impurity is introduced is formed is simply heated to electrically activate the doped impurity. That is, the heat treatment subsequent to the impurity doping is performed by increasing the temperature of the entire substrate on which the insulating film is formed. In general, infrared or visible light is used for these heat treatments, but there is a problem that the supplied energy is not easily applied to the activation of the doped impurities because the semiconductor substrate and the insulating film are easily transmitted. It was.
[0006]
In addition, when glass or quartz is used as the substrate, such as a liquid crystal panel, most of the wavelength components of the light for annealing are transmitted, making it difficult to increase the temperature of the substrate. In some cases, a lot of energy is wasted.
[0007]
Alternatively, when a translucent resin substrate or the like is used, the substrate temperature itself rises, and the resin substrate itself cannot withstand the annealing temperature, resulting in deterioration. Therefore, the substrate material to be used is limited.
[0008]
Usually, in the annealing process, a light source capable of emitting electromagnetic waves in a wide wavelength band such as visible light, infrared light, and ultraviolet light is used. However, the wavelength effective for activation differs depending on the crystal state of the semiconductor thin film itself into which impurities are introduced, and is actually a narrow region in many cases. For this reason, not only sufficient energy is not supplied to the semiconductor thin film to be heated, but also irradiation of light having an unnecessary wavelength may increase the substrate temperature and cause deterioration of characteristics.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0009]
According to the conventional example, a large amount of impurity doping is performed on the semiconductor thin film on the glass substrate. However, since the optimization for annealing is not necessarily performed, a lot of energy is absorbed in the glass substrate and the glass softening point. Or is wasted.
Thus, conventionally, it has been thought that it is important to heat the entire substrate during the introduction of impurities such as plasma doping and the subsequent annealing by energy irradiation such as light irradiation. Is often used, causing an increase in the substrate temperature, and there is a problem that there are many restrictions on the substrates that can be used.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and realizes electrical activation of impurities without increasing the substrate temperature, reduces substrate selection restrictions, and has a highly reliable semiconductor thin film. The purpose is to provide.
It is another object of the present invention to provide a substrate provided with a high-quality and highly reliable semiconductor thin film with improved energy absorption efficiency for annealing.
[Means for Solving the Problems]
[0011]
Therefore, the substrate of the present invention has a substrate having an insulating region on the surface, a semiconductor thin film formed on the surface of the insulating region, and is deposited on the surface of the semiconductor thin film, and is electrically active in the semiconductor thin film. It is comprised with the thin film containing the element used as.
[0012]
The substrate of the present invention includes a substrate having an insulating region on the surface, a semiconductor thin film formed on the surface of the insulating region, and deposited on the surface of the semiconductor thin film, and is electrically active in the semiconductor thin film. And a defect region containing more lattice defects than the lattice defects contained in the semiconductor thin film is interposed at the interface between the semiconductor thin film and the thin film.
[0013]
That is, in the present invention, the optical characteristics determined by the film thickness of the impurity thin film or the semiconductor thin film are controlled so as to be optimal for the subsequent light irradiation process. As a result, most of the energy of light is absorbed by the semiconductor thin film or the impurity thin film by selecting the optimum wavelength during the subsequent annealing or by adopting the optimum thin film configuration in accordance with the selected light wavelength. Annealing can be performed with almost no increase in temperature. Therefore, an inexpensive glass substrate having a low softening point can be used, and plastic can be used for the substrate. On the other hand, an inexpensive light source that can be easily obtained industrially can be selected as a light source for annealing, and sufficient annealing can be performed by irradiating the substrate with light having a low energy density. Therefore, the process can be completed in a short time, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
[0014]
According to the present invention, in the above substrate, the insulating region is an insulating film containing silicon.
That is, a semiconductor thin film can be efficiently formed on a silicon oxide film like an SOI substrate.
[0015]
According to the present invention, in the above substrate, the insulating region is a silicon oxide film formed on the substrate surface.
According to the present invention, in the above substrate, the thin film contains any of boron, arsenic, phosphorus, and antimony.
Thereby, a region containing n-type impurities or p-type impurities can be formed efficiently.
[0016]
According to the present invention, in the substrate, the semiconductor thin film is a silicon thin film, and a boron thin film having a thickness of less than 15 nm is deposited on the silicon thin film via a lattice defect region.
With this configuration, an effect is achieved that light is efficiently absorbed in the lattice defect region and annealing is performed.
[0017]
A glass substrate; a polysilicon thin film formed on the glass substrate; and a thin film containing an element that is deposited on the polysilicon thin film and is electrically active in the polysilicon thin film, A thin film containing an electrically active element in the polysilicon thin film is 1 nm or more and less than 15 nm.
Thereby, light is absorbed by the thin thin film layer, and efficient annealing can be performed without increasing the glass substrate temperature.
[0018]
According to the present invention, in the above substrate, the thin film has an absorption coefficient of 4πκ / λ with respect to the wavelength λnm of the electromagnetic wave.
Thereby, efficient annealing becomes possible.
[0019]
Further, the substrate manufacturing method of the present invention includes a step of forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating region or insulating film formed on the surface, and an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the surface of the semiconductor thin film. A step of forming a thin film including the step of annealing and irradiating with electromagnetic waves, and the step of forming the thin film includes the semiconductor thin film and the thin film so as to have optical characteristics suitable for the annealing conditions. This is a step of forming a thin film so that a defect region containing a larger amount of lattice defects than a lattice defect contained in the semiconductor thin film is present at the interface.
With this configuration, in the present invention, the film thickness of the impurity thin film or the semiconductor thin film is controlled to be optimized for the subsequent light irradiation process, and the optimum wavelength is selected during the subsequent annealing or By adopting a thin film configuration optimally for the selected wavelength of light, most of the light energy is absorbed by the semiconductor thin film and the impurity thin film, and annealing can be performed with almost no increase in the temperature of the substrate. . Accordingly, it is possible to use an inexpensive glass substrate having a low softening point or plastic as the substrate. On the other hand, an inexpensive light source that can be easily obtained industrially can be selected as a light source for annealing, and sufficient annealing can be performed by irradiating the substrate with light having a low energy density. Therefore, the process can be completed in a short time, and the manufacturing cost can be greatly reduced. Here, it is desirable to use plasma doping in the step of forming the thin film.
[0020]
The method of the present invention also includes a step of forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating region formed on the surface, and a step of forming a thin film containing an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the surface of the semiconductor thin film. And the step of annealing by irradiating electromagnetic waves, the step of forming the thin film is a step of forming the thin film so as to have optical characteristics suitable for the annealing conditions.
[0021]
The present invention also includes a step of forming polysilicon on a glass substrate, a step of forming a thin film containing an element that is electrically active in a semiconductor thin film on the surface of the polysilicon, and annealing by irradiation with electromagnetic waves. The step of forming the thin film includes a step of forming the thin film so as to have optical characteristics adapted to the annealing conditions.
[0022]
According to this method, since the thin film formed on the surface efficiently absorbs electromagnetic waves, the annealing is satisfactorily performed without increasing the temperature of the glass substrate. Accordingly, it is possible to use a low melting point glass.
[0023]
Moreover, this invention is a silicon substrate in which the said substrate formed the silicon oxide film in the surface in the manufacturing method of said board | substrate.
Thereby, highly efficient energy irradiation can be performed and a high quality board | substrate can be obtained.
[0024]
According to the present invention, in the above-described substrate manufacturing method, the semiconductor thin film is a silicon thin film, and an SOI substrate is formed.
[0025]
The present invention can also be applied to an SOI substrate, whereby a device with little leakage current can be easily obtained.
[0026]
Further, the present invention is the above substrate manufacturing method, wherein the annealing step irradiates light having a wavelength having a maximum linear absorption coefficient among light absorption constants of the substrate or light having the wavelength as a main component. To do.
Thereby, the combination of the substrate of the present invention and the annealing step exhibits a better effect. That is, since the substrate of the present invention emits light that is easily absorbed, a lower resistance layer can be formed, which is desirable.
[0027]
According to the present invention, in the above-described substrate manufacturing method, the step of forming the thin film includes a step of depositing a semiconductor thin film, a step of introducing impurities into the surface of the semiconductor thin film, and a semiconductor thin film into which the impurities are introduced. A step of measuring optical characteristics of the substrate including: a step of selecting annealing conditions in accordance with the optical characteristics based on the measurement result; and annealing the substrate based on the selected annealing conditions Process.
[0028]
In the method for manufacturing a substrate according to the present invention, the measuring step is performed prior to the annealing step.
[0029]
By this method, the state of the region into which the impurity is introduced before annealing can be detected, and the annealing condition can be selected on that basis, and an optimum activated state can be obtained.
[0030]
In the present invention, the measuring step is performed in parallel with the annealing step.
By this method, the state of the region into which impurities are introduced during annealing can be detected, and then the annealing conditions can be selected, and an optimum activated state can be obtained.
[0031]
In the present invention, the annealing step is divided into a plurality of times, and the measuring step is performed between the annealing steps.
By this method, the annealing step is divided into a plurality of times, the state of the region into which the impurity is introduced during the annealing is detected, and the annealing condition is selected on that basis, so that an optimal activation state can be obtained.
[0032]
In the present invention, the step of selecting the annealing condition includes a step of sequentially changing the annealing condition following the change in the optical characteristics of the impurity introduction region during the annealing step.
By this method, a change in the region into which impurities are introduced due to annealing is detected, and the annealing conditions are selected on that basis, so that a more optimal activation state can be obtained.
[0033]
In the present invention, the impurity introduction step is divided into a plurality of times, and the measurement step is performed between the impurity introduction steps.
Since this method is performed between the impurity introduction steps, accurate measurement can be performed depending on the situation in the chamber in the impurity introduction step, and high-precision impurity introduction can be realized. Further, it is necessary to once stop the introduction of impurities, but this example is also effective for doping using atmospheric pressure plasma.
[0034]
In the present invention, the step of forming the thin film includes a step of depositing a semiconductor thin film, a step of introducing impurities into the semiconductor thin film, a step of measuring optical characteristics of the region into which the impurities are introduced, And adjusting the optical characteristics according to the annealing conditions based on the measurement result.
This method is also effective when the annealing conditions are limited.
[0035]
In the present invention, the step of introducing the impurity includes plasma doping.
According to this method, it is possible to increase the efficiency of the annealing process centered on the subsequent light irradiation and realize high-precision plasma doping.
[0036]
According to the present invention, in the substrate manufacturing method, the optical constant of the substrate including the semiconductor thin film into which the impurity is introduced is monitored so that the optical constant is adapted to light irradiation performed after the plasma doping process. Control plasma doping conditions.
By this method, the optical characteristics of a region into which impurities are introduced in advance can be measured, and optimal annealing can be realized according to the optical characteristics, and the impurity region can be formed with high accuracy and high efficiency. . Here, as the optical constant, a reflectance as well as a light absorption coefficient can be applied.
[0037]
In the present invention, in the substrate manufacturing method, the measuring step is a step using ellipsometry.
[0038]
In the present invention, in the substrate manufacturing method, the measuring step is a step using XPS.
[0039]
In the present invention, in the method for manufacturing a substrate, the annealing step is a step of irradiating electromagnetic waves.
[0040]
In the present invention, in the substrate manufacturing method, the annealing step is a light irradiation step.
[0041]
In the present invention, in the substrate manufacturing method, the step of introducing the impurity is a step of introducing the impurity such that a light absorption coefficient of the region into which the impurity is introduced exceeds 5E4 cm-1.
Thereby, it is possible to select annealing conditions with high light absorption and high efficiency.
[0042]
According to the present invention, in the method of manufacturing a substrate, the plasma doping step includes a power supply voltage applied to the plasma, a composition of the plasma, a ratio of the plasma irradiation time including the dopant substance and a plasma irradiation time not including the dopant substance. Controlling at least one of the following.
This method enables efficient control. Here, the composition of the plasma is controlled by adjusting the mixing ratio between the impurity substance serving as a dopant and other substances, the degree of vacuum, the mixing ratio between other substances, and the like.
[0043]
According to the present invention, in the substrate manufacturing method, the plasma doping step may be performed in the region into which the impurity is introduced by changing a mixing ratio of the inert substance and the reactive substance as the impurity substance and the mixed substance with respect to the impurity substance. Controlling the optical properties. Here, substances such as arsenic, phosphorus, boron, aluminum, antimony, and indium as impurity substances, inert substances such as helium, argon, xenon, and nitrogen, and reactions such as oxygen, silane, and disilane as mixed substances for these substances The optical characteristics are controlled by changing the mixing ratio of the active substance.
[0044]
According to the present invention, in the substrate manufacturing method, the plasma doping step promotes electrical activation of impurities contained in the impurity-introduced region and absorbs energy to the substrate in the annealing step. The optical constant of the region into which the impurity is introduced is set so that the above can be suppressed.
By this method, annealing can be realized selectively and efficiently without increasing the substrate temperature.
[0045]
However, the step of introducing an impurity is not only simply supplying an impurity, but also energy is efficiently absorbed in the subsequent annealing step centered on light irradiation, as specifically described in the following examples. As described above, impurity materials, inert gases such as nitrogen, inert materials such as nitrogen, and reactive materials such as oxygen, silane, and disilane are supplied simultaneously or sequentially to form optical characteristics optimal for the annealing process. . In the present invention, the “impurity introduction step” refers to the series of steps described above.
[0046]
As described above, according to the present invention, an infrared lamp, a visible light lamp, an appropriate laser, etc. that can be obtained industrially at low cost depending on the structure of a multilayer film of a thin film having an amorphous film or lattice defects on its surface and a semiconductor thin film. Therefore, the impurity element in the semiconductor thin film or in contact with the semiconductor thin film is efficiently diffused into the semiconductor thin film and is electrically activated. In addition, it is possible to use a glass substrate made of a material with a lower softening point because it can be processed at a much lower temperature than the conventional example in order to achieve a certain electrical activation rate. The positive impact is great.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0047]
Next, an embodiment of the present invention will be described.
The present invention is roughly divided into two embodiments. The first is to form a semiconductor thin film on the surface of the insulating film or insulating region, and to form a thin film composed of elements (so-called impurities) that are electrically active in contact with the semiconductor thin film so as to be in contact with the semiconductor thin film. A deposited substrate or a semiconductor thin film with a lattice defect or an amorphous layer sandwiched between the impurity doping in the semiconductor thin film, and the second is a method of activating the impurity by irradiating light or electromagnetic waves corresponding to the optical characteristics of the substrate. .
[0048]
Here, by detecting the state of the substrate having the semiconductor thin film into which the impurity is introduced by optical measurement, an optimum state for activation can be obtained. This is not only the optical measurement of impurities itself, but also the crystalline state of the semiconductor thin film itself, physical changes in the crystalline state of the semiconductor thin film such as damage due to energy at the time of introduction, the formation of oxide layers, nitride layers, etc. It means to measure optically as a “composite layer” state including chemical changes.
[0049]
(Embodiment 1)
In the first embodiment, a basic configuration of a substrate will be described. As shown in FIG. 1, a semiconductor thin film 110 is formed on an insulating
[0050]
That is, the impurity thin film 120 is composed of an amorphous thin film, and the semiconductor thin film 110 includes a large amount of lattice defects.
[0051]
This state can be obtained, for example, by introducing impurities into the semiconductor thin film using particles having energy sufficiently higher than the bond energy of the lattice (several tens of eV). When introducing impurities into a semiconductor thin film, if particles having an energy sufficiently higher than the bond energy of the lattice (several tens of eV) are used, formation of lattice defects in the lattice constituting the crystal or amorphous material forming the semiconductor thin film Or the physical properties of the semiconductor thin film are changed by the impurity substance itself, and the impurity thin film 120 having physical properties different from the original semiconductor thin film is formed. Here, the semiconductor thin film 110 itself is also in a state of being changed from its original physical properties by introducing lattice defects.
According to this configuration, during annealing, energy irradiation can be realized by selecting a wavelength condition that increases the absorption coefficient, and an excellent semiconductor device substrate having a high-quality and highly reliable semiconductor thin film is formed. can do.
[0052]
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing this insulator substrate will be described. Here, a method of using plasma doping when a semiconductor thin film is formed on the surface of an insulating substrate by plasma CVD and an impurity thin film made of an amorphous layer is formed on this surface will be described.
[0053]
First, a plasma doping apparatus that also serves as a plasma CVD apparatus used in this embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the doping apparatus used in this embodiment forms a semiconductor thin film 110 on an
[0054]
Here, as will be described later, a
[0055]
That is, the plasma doping apparatus includes a
[0056]
A vacuum pump 210 is connected to the
[0057]
The
[0058]
Further, if necessary, a
[0059]
First, the vacuum chamber is adjusted to a predetermined pressure, plasma is generated by supplying gas by a normal method, and the semiconductor thin film 110 is formed on the
Here, a case where a gas is used as a doping source will be described.
[0060]
First, a dopant material as a first material is supplied to the
[0061]
Due to the electrical potential difference between the plasma 310 and the semiconductor thin film 110 on the surface of the insulating
[0062]
By this impurity doping step, the impurity introduction layer 110 described in the above embodiment is formed on the surface of the
[0063]
The plasma conditions adjusted here include the power supply voltage applied to the plasma, or the voltage application time and timing, the mixing ratio of the dopant substance and other substances, the degree of vacuum, the mixing ratio between other substances, and the dopant substance. For example, the ratio of the plasma irradiation time to the plasma irradiation time zone not containing the dopant material, and these parameters are changed to control the physical properties of the impurity introduction layer.
[0064]
An impurity thin film layer is formed on the surface of the semiconductor thin film 110 by doping the semiconductor thin film 110 with a sufficiently low electrical potential difference, for example, 20 eV.
[0065]
On the other hand, by doping with a sufficiently high electrical potential difference with respect to the semiconductor thin film 110, for example, 200 eV, when a plasma containing a large amount of impurities is in direct contact with the semiconductor thin film, ions having sufficiently high energy are generated. The impurity introduced layer 120 is formed on the surface of the semiconductor thin film 110 by penetrating the surface of the semiconductor thin film. If a carrier gas is used, ions in the plasma of the carrier gas also penetrate the semiconductor thin film surface, mixing impurities while breaking the semiconductor crystal, and a mixed layer of amorphous semiconductor layer and boron layer ( 160) is formed. Thereafter, an amorphous boron thin film (impurity thin film) is formed when the concentration of impurities such as boron exceeds the saturation amount that can be contained in the mixed layer on the surface of the mixed layer.
[0066]
(Embodiment 3)
As shown in the above-described embodiment, in the impurity introduction process with relatively small introduction energy, the impurity introduction process changes the physical equilibrium of the semiconductor thin film following the change of the physical properties of the semiconductor thin film. A new layer (for example, boron layer 110) mainly made of the impurity substance itself is formed.
[0067]
Therefore, using ellipsometry, as shown in FIG. 2, the
[0068]
In this embodiment mode, an annealing technique performed after the formation of an impurity thin film by doping, particularly a method of effectively using light will be described. As already described, the substrate structure discussed in the present invention is composed of a glass substrate, an SOI substrate, a silicon-based thin film, a mixed layer of amorphous and dopant, and a combination of thin films such as a dopant substance. The optical constant of the entire substrate including the thin film varies depending on the configuration of the substrate and the thin film. By utilizing this, a doping technique that makes full use of the characteristics of the optical annealing technique can be provided. In particular, this effect exhibits the maximum effect on cost performance when using plasma doping.
[0069]
For example, a mixed layer 160 of amorphous and impurities is formed on the polycrystalline silicon thin film 110 on the glass substrate 130, and the thickness of the impurity thin film layer 160 formed thereon is changed to control the subsequent light irradiation process. Or adapt.
[0070]
By measuring the relationship between the thickness of the impurity thin film layer and the light absorption coefficient, and taking into consideration the film thickness dependence of the coefficient, the absorbency can be increased. In addition, when the frequency of light is made variable, the film thickness is adjusted so that the peak of the absorption coefficient is at the highest intensity frequency, or the peak of absorption is at the frequency at which the optical system can be designed most easily. By adjusting the film thickness, it is possible to obtain a result that exhibits the greatest feature of the present invention.
[0071]
Thus, in the present embodiment, the surface state of the solid substrate into which impurities are introduced is measured, and the main factor of the subsequent process is determined based on the measurement result.
[0072]
Thus, for example, if optical measurement using ellipsometry is used, the light absorption coefficient can be calculated. In particular, when forming micro devices with a small size, the diffusion phenomenon that occurs in the solid substrate is a major factor that prevents miniaturization. Therefore, irradiating only light of a specific wavelength gives unnecessary energy to the solid substrate. In this sense, diffusion can be prevented and it is effective for forming a fine device. In particular, in the case of device formation including a large number of impurity introduction steps, it is often necessary to go through a number of heat treatment steps, but according to the present invention, it is unnecessary by irradiating only light of a specific wavelength. The elongation of the diffusion length can be suppressed.
[0073]
The optical property measurement method is not limited to ellipsometry and can be appropriately selected such as XPS.
[0074]
Examples of the present invention will be sequentially described below.
<Example>
Example 1
As Example 1 of the present invention, as shown in FIG. 3, a glass substrate used as a liquid crystal substrate will be described. This substrate includes a glass substrate 130 as an insulator substrate, a polycrystalline silicon film 140 having a thickness of 70 nm as a semiconductor thin film on the glass substrate 130, and a boron thin film 150 having a thickness of 10 nm formed thereon. Has been. In the first embodiment, amorphous silicon is used as the semiconductor thin film, but polycrystalline silicon may be used.
[0075]
Next, a method for forming this substrate will be described.
It is known that the density of plasma and the energy of charged particles (mainly positively charged ions) reaching the substrate are determined by the power supplied to generate the plasma and the power source connected to the substrate holder. . Here, an example in which the power of the power source 270 connected to the substrate holder 260 is mainly changed will be described.
[0076]
First, power of 1000 W is supplied from a power source 250 for generating plasma. Electric power is supplied to the substrate holder 260 in order to cause the plasma 310 generated thereby to reach the substrate efficiently. First, 100 W was supplied to start plasma doping. At this time, the finally required impurity introduction layer thickness is set to 10 nm.
[0077]
Here, the dopant material B2H6 is used, and He is used as the other material. Introduce 2 SCCM for B2H6 and 10 SCCM for He. The degree of vacuum was 1 Pa. First, doping was performed for 4 seconds while 100 W was supplied from the power source 250.
In this state, the optical constant (light absorption coefficient) of the impurity introduction layer was measured with the photometer 410 shown in FIG. As a result, the thickness of the impurity introduction layer was found to be 10 nm as a result of computer calculation.
[0078]
When it is desired to further increase the film thickness, the
[0079]
Then, it is confirmed that the thickness of the impurity introduction layer has reached a predetermined 15 nm through the photometer 410, the power supply 250 is turned off, the plasma 310 is turned off, and the process is terminated.
[0080]
In this way, the
[0081]
(Example 2)
Embodiment 2 of the present invention is characterized in that a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron is interposed between a boron thin film 150 and an amorphous silicon thin film, as shown in FIG.
[0082]
That is, the substrate of Example 2 is formed by sequentially forming a polycrystalline silicon thin film 140 having a thickness of 60 nm, an amorphous silicon / boron mixed layer 160 having a thickness of 10 nm, and a boron thin film 160 having a thickness of 10 nm on the glass substrate 130. Laminated.
[0083]
In this case, doping is performed with a sufficiently high electrical potential difference, for example, 200 eV. At this time, plasma containing a large amount of impurities directly contacts the polycrystalline silicon thin film 140, so that ions having sufficiently high energy enter the surface of the semiconductor thin film electrode. When a carrier gas is used, ions in the plasma of the carrier gas also enter the semiconductor electrode surface, and impurities are mixed while breaking the semiconductor crystal. In this way, a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron is formed to 10 nm. Thereafter, when the concentration of the dopant, for example, boron exceeds the saturation amount on the surface of the mixed layer, the boron thin film 150 starts to be formed. This process was continued for 30 seconds to obtain a boron thin film having a thickness of 10 nm.
[0084]
Next, an example relating to the consistency of this substrate with an annealing technique, particularly a technique that effectively uses light will be described.
Here, in order to simplify the explanation, a mixed layer of amorphous and impurities is formed on a polycrystalline silicon thin film on a glass substrate, and the light that continues by changing the thickness of the impurity dopant layer formed thereon is changed. Examples of controlling or adapting the irradiation process are described.
[0085]
FIG. 5 is a diagram showing the principle of a measuring instrument for measuring the optical characteristics of the glass substrate 130 on which the polycrystalline silicon thin film 140 and the boron thin film 150 are formed. Light is irradiated from the
[0086]
The measurement results are shown in FIG. This is a measurement of the relationship between the thickness of the dopant layer and the light absorption coefficient, and represents the film thickness dependence of the coefficient. From this figure, it can be seen that there are peaks at 10 nm and 14 nm. When this light is used, a unique effect can be obtained by forming the film at this thickness.
[0087]
In addition, when the frequency of light is made variable, the film thickness is adjusted so that the peak of the absorption coefficient is at the highest intensity frequency, or the peak of absorption is at the frequency at which the optical system can be designed most easily. By adjusting the film thickness, it is possible to obtain a result that exhibits the greatest feature of the present invention.
[0088]
FIG. 7 shows the wavelength dependence of the light absorption coefficient, but it can be seen that there is a peak near 800 nm. Therefore, it can be seen that it is efficient to use light of about 800 nm in the light irradiation process.
[0089]
Example 3
In Example 2, the thickness of the impurity thin film formed on the semiconductor thin film and the thickness of the mixed layer were changed. In this example, the thickness of the semiconductor thin film formed on the insulator substrate will be described. That is, in FIG. 3, the optical characteristics and physical characteristics are considered by changing the thickness of the polycrystalline silicon thin film 140. The film thickness of the semiconductor thin film is nothing but what determines the performance as an electronic device. Usually, the required resistance is calculated and determined assuming a constant carrier density (for example, 1E19). Here, conversely, what if the value of electrical resistance changes depending on this film thickness? Choosing a more effective film thickness will improve overall device performance. This is the same as already described in Example 2, but the absorption characteristic for light having a wavelength of 600 nm was measured.
[0090]
As a result, as shown in FIG. 8, it can be seen that, for example, at a wavelength of 600 nm, there are peaks at 40 nm and 60 nm. Therefore, when light of this wavelength is used, a unique effect can be obtained by forming it at this film thickness. In addition, when the frequency of light is made variable, the film thickness is adjusted so that the peak of the absorption coefficient is at the highest intensity frequency, or the peak of absorption is at the frequency at which the optical system can be designed most easily. By adjusting the film thickness, it is possible to obtain a result that exhibits the greatest feature of the present invention. In addition, forming a semiconductor thin film in accordance with the wavelength of a light source that can be efficiently manufactured at the lowest cost is a combination with the performance of the entire device, but it is significant to minimize the cost.
[0091]
FIG. 9 shows the completed electrical resistance value. It can be seen that the resistance value decreases corresponding to the silicon film thickness having a large light absorption coefficient.
From such a situation, the film thickness of the semiconductor thin film is determined to be optimal in consideration of the wavelength used for annealing, and the resistance value is adjusted by adjusting the impurity concentration to be introduced according to this value. A liquid crystal substrate can be formed at a low cost and without increasing the substrate temperature.
[0092]
Example 4
In this embodiment, an electromagnetic wave containing a specific wavelength is irradiated on an insulating substrate that is in contact with the semiconductor thin film and the impurity introduction layer, for example, a glass substrate in contact with the glass thin film and the impurity introduction layer. A method of annealing will be described.
[0093]
The feature described in this embodiment is to suppress the temperature rise of the substrate by selecting the conditions that use the energy of electromagnetic waves intensively for the electrical activation of the impurity introduction layer and do not apply energy to the substrate. There is in point to do. In particular, a glass substrate is effective due to its low softening point due to temperature rise.
[0094]
The
[0095]
The optical measurement apparatus shown in FIG. 5 was used for optical measurement of the glass substrate. As a result, a spectrum having a peak near 800 nm (FIG. 10) was observed. In such a case, even if a laser beam that emits near 800 nm is used or a white light source is used, for example, the peak is somewhat broad, so a filter that cuts wavelengths other than around 780 nm to 820 nm is used. It is effective to irradiate the semiconductor thin film on which the impurity thin film is formed only with light having a wavelength effective for annealing.
[0096]
Here, an example using a filter will be described with reference to FIG.
This annealing apparatus includes a substrate holder 500 that holds the
[0097]
In such an apparatus, white light in this case is emitted from a light source 510 having an intensity of 200 W, and light 530 selected between 780 nm and 820 nm is emitted by a filter 520. The energy of the light thus filtered is effectively absorbed by the semiconductor thin film 110 and the impurity thin film 120 of the substrate, and contributes to the activation of the impurities. Therefore, it attenuates after passing through the impurity thin film and semiconductor thin film, and the amount of energy absorbed by the glass substrate is very small.
[0098]
In this manner, the temperature of the entire glass substrate hardly increases, and energy is absorbed only by the semiconductor thin film 110 and the impurity thin film 120, and an impurity annealing layer limited to the region of the semiconductor thin film 110 can be formed. This is very effective for forming a glass substrate having a low softening temperature or a liquid crystal formed on a plastic substrate that cannot be exposed to a high temperature and an electronic circuit that is a TFT or its driver.
In the above-described embodiments, the laser that is a new technology and the filtered light source are described as the annealing technology. However, even if the so-called RTA technology using a lamp using a tungsten filament as a light source is used, absorption bands near 800 nm and near infrared are used. Therefore, even with the conventional annealing technique, impurities can be efficiently introduced from the impurity layer into the semiconductor thin film layer, and a semiconductor thin film layer with low electrical resistance can be formed. This technology is effective for products using a glass substrate having a higher softening point because energy is relatively easily absorbed even in a glass substrate.
[0099]
(Example 5)
As Example 5 of the present invention, as in Example 1, as shown in FIG. 12, a polycrystalline silicon film 140 having a thickness of 70 nm as a semiconductor thin film on an SOI substrate 170 and a film formed thereon are formed. It is composed of a boron thin film 150 having a thickness of 10 nm. In the fifth embodiment, amorphous silicon is used as the semiconductor thin film, but polycrystalline silicon may be used.
[0100]
(Example 6)
A sixth embodiment of the present invention is characterized in that a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron is interposed between a boron thin film 150 and an amorphous silicon thin film, as shown in FIG.
[0101]
That is, the substrate of Example 13 is formed by sequentially forming a polycrystalline silicon thin film 140 with a thickness of 60 nm, a mixed layer 160 of amorphous silicon and boron with a thickness of 10 nm, and a thin film 160 of boron with a thickness of 2 nm on an SOI substrate 170. Laminated.
[0102]
In addition, when boron plasma is generated with an energy of 80 eV on a 10 nm silicon thin film formed on an SOI substrate 170 and doped with boron, boron and carrier gas ions in the plasma are similarly generated in the silicon thin film. 5 nm, a mixed layer of amorphous silicon and boron is formed while breaking the semiconductor crystal and breaking the semiconductor crystal. Thereafter, when doping is performed on the surface of the mixed layer until the concentration of boron alone is exceeded, the boron thin film 150 is formed in contact with the mixed layer 160 to a thickness of 2 nm.
[0103]
In this way, the optical characteristics of the substrate into which the impurity is introduced are measured, the annealing conditions are adjusted according to the result, and the impurity thin film is activated without increasing the substrate temperature.
[0104]
Even by this method, as a result of annealing under an appropriate condition having a corresponding absorption coefficient, activation is efficiently performed, temperature rise of the glass substrate is small, and generation of warpage, distortion, cracks, etc. can be suppressed. And the yield was improved.
[0105]
In the above-described embodiment, light having a desired wavelength is emitted by the white light source and the filter. In this example, a laser light source having an appropriate wavelength (in this case, 600 nm, for example) instead of the white light source 510. It is also possible to use.
[0106]
Conversely, the impurity thin film can be designed so as to have desired optical characteristics in accordance with the wavelength of a laser light source that is industrially available at a low cost.
[0107]
In the above embodiment, a polycrystalline silicon thin film is used as the silicon thin film. However, it goes without saying that an amorphous silicon thin film or a single crystal silicon thin film may be used.
[0108]
Although the present invention has been described in detail and with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
[0109]
This application is filed with Japanese Patent Application No. NO. 2003-346910,
The contents of which are incorporated herein by reference.
[0110]
[Industrial applicability]
The substrate of the present invention can efficiently form a semiconductor thin film without increasing the substrate temperature, and can easily form a semiconductor thin film on a glass substrate or a resin substrate. Even when impurities are selectively introduced, it is effective without increasing the substrate temperature.
[Brief description of the drawings]
[0111]
FIG. 1 is a diagram showing a substrate according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a plasma doping apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a substrate according to Example 1 of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a substrate of Example 2 of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a measuring apparatus used in the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a light absorption coefficient and a film thickness. Fig. 8 shows the relationship between the light absorption coefficient and the wavelength. Fig. 8 shows the relationship between the light absorption coefficient and the film thickness of the silicon thin film. Fig. 9 shows the relationship between the electrical resistance and the film thickness of the silicon thin film. 10 is a diagram showing a relationship between an optical coefficient and a wavelength. FIG. 11 is a diagram showing an annealing apparatus of the present invention. FIG. 12 is a diagram showing a substrate of Example 5 of the present invention. Diagram showing the board 【Explanation of symbols】
[0112]
100 Insulating film substrate 110 Semiconductor thin film 120 Impurity thin film 130 Glass substrate 140 Polycrystalline silicon thin film (silicon thin film)
150 Boron thin film 160 Mixed layer 170
Claims (19)
前記絶縁性領域の表面に形成された半導体薄膜と、
前記半導体薄膜表面に堆積せしめられ、前記半導体薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成された基板。A substrate having an insulating region on the surface;
A semiconductor thin film formed on the surface of the insulating region;
A substrate composed of a thin film that is deposited on the surface of the semiconductor thin film and contains an element that is electrically active in the semiconductor thin film.
前記絶縁性領域の表面に形成された半導体薄膜と、
前記半導体薄膜表面に堆積せしめられ、前記半導体薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成され、
前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在せしめられた基板。A substrate having an insulating region on the surface;
A semiconductor thin film formed on the surface of the insulating region;
A thin film containing an element which is deposited on the surface of the semiconductor thin film and becomes electrically active in the semiconductor thin film;
A substrate in which a defect region including a larger amount of lattice defects than a lattice defect included in the semiconductor thin film is interposed at an interface between the semiconductor thin film and the thin film.
前記シリコン薄膜上に格子欠陥領域を介して膜厚１５ｎｍ未満のボロン薄膜が堆積された請求の範囲第１項また第２項に記載の基板。The semiconductor thin film is a silicon thin film;
3. The substrate according to claim 1, wherein a boron thin film having a film thickness of less than 15 nm is deposited on the silicon thin film via a lattice defect region.
ポリシリコン薄膜と、
前記ポリシリコン薄膜に堆積せしめられ、前記ポリシリコン薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜とで構成され、
前記ポリシリコン薄膜中で電気的に活性となる元素を含む薄膜が１ｎｍ以上、１５ｎｍ未満である基板。A glass substrate;
A polysilicon thin film;
A thin film containing an element which is deposited on the polysilicon thin film and becomes electrically active in the polysilicon thin film;
The board | substrate whose thin film containing the element which becomes electrically active in the said polysilicon thin film is 1 nm or more and less than 15 nm.
前記半導体薄膜表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、
電磁波を照射してアニールする工程とを含み、
前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在するように、薄膜を形成する工程である基板の製造方法。Forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating region formed on the surface;
Forming a thin film containing an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the surface of the semiconductor thin film;
And annealing with irradiation of electromagnetic waves,
The step of forming the thin film includes a defect region including a larger amount of lattice defects than lattice defects included in the semiconductor thin film at an interface between the semiconductor thin film and the optical film suitable for the annealing conditions. The manufacturing method of the board | substrate which is a process of forming a thin film so that may be interposed.
前記半導体薄膜表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、
電磁波を照射してアニールする工程とを含み、
前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、薄膜を形成する工程である基板の製造方法。Forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating region formed on the surface;
Forming a thin film containing an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the surface of the semiconductor thin film;
And annealing with irradiation of electromagnetic waves,
The method of manufacturing a substrate, wherein the step of forming the thin film is a step of forming a thin film so as to have optical characteristics adapted to the annealing conditions.
前記ポリシリコン表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程と、
電磁波を照射してアニールする工程とを含み、
前記薄膜を形成する工程は、前記アニール条件に適合した光学的特性をもつように、薄膜を形成する工程である基板の製造方法。Forming polysilicon on a glass substrate;
Forming a thin film containing an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the polysilicon surface;
And annealing with irradiation of electromagnetic waves,
The method of manufacturing a substrate, wherein the step of forming the thin film is a step of forming a thin film so as to have optical characteristics adapted to the annealing conditions.
前記絶縁膜表面に半導体薄膜を形成する工程と、
前記半導体薄膜表面に半導体薄膜中で電気的に活性に成る元素を含む薄膜を形成する工程とを含み、
前記薄膜を形成する工程は、アニール条件に適合した光学的特性をもつように、前記半導体薄膜と前記薄膜との界面に前記半導体薄膜に含まれる格子欠陥よりも多量の格子欠陥を含む欠陥領域が介在するように、薄膜を形成する工程と、
電磁波の照射により前記基板をアニールする工程とを含む基板の製造方法。Forming an insulating film on the substrate surface;
Forming a semiconductor thin film on the surface of the insulating film;
Forming a thin film containing an element that is electrically active in the semiconductor thin film on the surface of the semiconductor thin film,
The step of forming the thin film includes a defect region including a larger amount of lattice defects than lattice defects included in the semiconductor thin film at an interface between the semiconductor thin film and the optical film suitable for annealing conditions. Forming a thin film so as to intervene;
And a step of annealing the substrate by irradiation with electromagnetic waves.
ＳＯＩ基板を形成するようにした請求の範囲第７項または第８項に記載の基板の製造方法。The semiconductor thin film is a silicon thin film;
9. The method for manufacturing a substrate according to claim 7 or 8, wherein an SOI substrate is formed.
半導体薄膜を堆積する工程と、
前記半導体薄膜表面に不純物を導入する工程と、
前記不純物の導入された半導体薄膜を含む前記基板の光学的特性を測定する工程と
前記測定結果に基づき、前記光学的特性にあわせて、アニール条件を選定する工程と、
選定された前記アニール条件に基づいて前記基板をアニールする工程とを含む請求の範囲第７項乃至第１０項のいずれかに記載の基板の製造方法。The step of forming the thin film includes:
Depositing a semiconductor thin film; and
Introducing impurities into the semiconductor thin film surface;
A step of measuring optical characteristics of the substrate including the semiconductor thin film into which the impurities are introduced; a step of selecting annealing conditions according to the optical characteristics based on the measurement result;
11. The method for manufacturing a substrate according to claim 7, further comprising a step of annealing the substrate based on the selected annealing conditions.
半導体薄膜を堆積する工程と、
前記半導体薄膜表面に不純物を導入する工程と、
前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、
前記測定結果にもとづき、アニール条件に合わせて光学的特性を調整する工程とを含む請求の範囲第１１項乃至第１６項のいずれかに記載の基板の製造方法。The step of forming the thin film includes:
Depositing a semiconductor thin film; and
Introducing impurities into the semiconductor thin film surface;
Measuring the optical properties of the impurity-introduced region;
The method for manufacturing a substrate according to any one of claims 11 to 16, further comprising a step of adjusting optical characteristics according to annealing conditions based on the measurement result.
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