(57)【要約】【課題】  ランプアニールにより効果的に被処理膜を加熱処理するための方法を提供する。【解決手段】  基板１０１の上面側からは紫外光ランプ１０４を用いて紫外光１０７が照射される。また、基板１０１の下面側からは赤外光ランプ１０８を用いて赤外光１１１が照射される。本発明では赤外光照射による振動励起効果に加えて紫外光照射による電子励起効果が付加されるため、被処理膜１０３の励起効率が大幅に高まり、効果的な加熱処理が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有するガラス基板上に形成された金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記金属膜の第２の領域に赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっていることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項２】
透光性を有するガラス基板上に形成された金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記金属膜の第２の領域に赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっており、
前記紫外光及び前記赤外光を線状に加工して前記基板の一端から他端に向かって走査することを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記紫外光ランプと前記赤外光ランプとは対向していることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記金属膜の前記第１の領域に、前記紫外光が照射される直前または直後に、前記金属膜の上面側から赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行うことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項５】
透光性を有するガラス基板上に形成された金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射及び第２の赤外光ランプを用いた第２の赤外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記金属膜の第２の領域に第１の赤外光ランプを用いた第１の赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっていることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、前記金属膜はアルミニウム、タンタルまたはタングステンを含む材料からなる薄膜であることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項７】
透光性を有するガラス基板上に珪素膜を形成し、
前記珪素膜上に金属膜を形成し、
前記金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記珪素膜及び前記金属膜の第２の領域に赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっていることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項８】
透光性を有するガラス基板上に珪素膜を形成し、
前記珪素膜上に金属膜を形成し、
前記金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記珪素膜及び前記金属膜の第２の領域に赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっており、
前記紫外光及び前記赤外光を線状に加工して前記基板の一端から他端に向かって走査することを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、前記紫外光ランプと前記赤外光ランプとは対向していることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一項において、前記金属膜の前記第１の領域に、前記紫外光が照射される直前または直後に、前記金属膜の上面側から赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行うことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１１】
請求項４または請求項１０において、前記金属膜の上面側から照射する前記赤外光ランプの出力エネルギーは、前記金属膜の下面側から照射する前記赤外光ランプの出力エネルギーより小さいことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１２】
透光性を有するガラス基板上に珪素膜を形成し、
前記珪素膜上に金属膜を形成し、
前記金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射及び第２の赤外光ランプを用いた第２の赤外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記珪素膜及び前記金属膜の第２の領域に第１の赤外光ランプを用いた第１の赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっていることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のいずれか一項において、前記紫外光及び前記赤外光の照射により金属シリサイドが形成されることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１４】
請求項７乃至１３のいずれか一項において、前記金属膜はチタン、コバルト、タングステン、またはタンタルを含む材料からなる薄膜であることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか一項において、前記赤外光が照射される第２の領域は、前記紫外光が照射される第１の領域を含み、かつ、該第１の領域よりも広いことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１６】
請求項1乃至１５のいずれか一項において、前記赤外光の照射によって与えるエネルギーは、前記紫外光の照射によって与えるエネルギーより広い範囲にエネルギー分布を有することを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造プロセスで多用される加熱処理方法としてランプアニールを利用する場合の構成に関する。特に、本発明はガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の如き半導体装置を作製する上で有効である。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス基板上に半導体薄膜（典型的には珪素を主成分とする薄膜）を利用して形成するＴＦＴの開発が著しい発展を遂げている。そして、ガラス基板上に画素マトリクス回路、ドライバー回路、ロジック回路等をモノシリックに搭載した電気光学装置の需要が高まっている。
【０００３】
ガラス基板上にＴＦＴを形成する場合に生じる最も大きな制約はプロセス温度である。即ち、ガラスの耐熱温度以上の加熱処理が行えないという制約がプロセスマージンを狭めてしまうのである。
【０００４】
そのため、薄膜を選択的にアニールする手段としてレーザーアニール法が活用されている。レーザーアニール法は試料に対してパルスレーザー光を照射することで瞬間的に試料温度を高め、薄膜のみを選択的に加熱することができる。しかし、レーザー光を取り扱うため光学系が複雑であることと、均一性の確保が困難であることが量産工程上の問題となっている。
【０００５】
そこで、最近ではアークランプやハロゲンランプ等から発する強光を用いたランプアニール法が脚光を浴びている。この技術はＲＴＡ（Rapid Thermal Annealling）またはＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）とも呼ばれ、被処理膜に吸収されやすい波長領域の強光を照射することで被処理膜を加熱する。
【０００６】
通常、ランプアニール法は強光として可視光から赤外光領域を利用する。この波長領域の光はガラス基板に吸収されにくいため、ガラス基板が加熱されるのを最小限に抑えることができる。また、昇温・降温時間が極めて短いため1000℃以上の高温処理を数秒から数十秒という短時間で行うことができる。
【０００７】
さらに、レーザー光の加工に用いられる様な複雑な光学系を必要としないため、比較的大きい面積を均一性良く処理するのに適している。また、基本的に枚葉式処理で行われるので歩留りおよびスループットも高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明では、上記ランプアニール法に対して改良を加え、さらに効果的に被処理膜を加熱処理するための方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書で開示する発明の構成は、
透光性を有する基板上に形成された薄膜をランプ光源を用いて加熱処理する方法において、
前記薄膜の上面側からは該薄膜を構成する原子の結合手を電子励起させうる波長領域の強光が照射され、かつ、それと同時に前記薄膜の下面側からは前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光が照射されることを特徴とする。
【００１０】
また、他の発明の構成は、
透光性を有する基板上に形成された薄膜をランプ光源を用いて加熱処理する方法において、
前記薄膜の上面側からは該薄膜を構成する原子の結合手を電子励起させうる波長領域の強光が照射され、かつ、それと同時に前記薄膜の下面側からは前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光が照射され、
前記結合手を電子励起させうる波長領域の強光および前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光は、線状に加工された状態で前記基板の一端から他端に向かって走査されることを特徴とする。
【００１１】
また、上記構成でなる本発明を実施するには、
被処理基板の上面側に配置された紫外光ランプと、
前記被処理基板の下面側に配置された赤外光ランプと、
を少なくとも具備し、
前記紫外光ランプおよび前記赤外光ランプは前記被処理基板を挟み込む様に配置されていることを特徴とする加熱処理装置が必要である。
【００１２】
また、本発明者らによれば赤外光および紫外光を線状に加工して照射する構成が本発明の最も望ましい構成である。その場合、紫外光ランプおよび赤外光ランプが被処理基板と平行な方向に長手方向を持つ棒状または円筒形状の加熱処理装置を用いれば良い。また、紫外光ランプと被処理基板との間および赤外光ランプと被処理基板との間にシリンドリカルレンズを配置することも有効である。
【発明の効果】
【００１３】
以上の様に、本発明では赤外光と紫外光とを同時に照射することで、被処理膜の励起効率をさらに高めることができる。即ち、加熱処理の効率を大幅に向上させることが可能である。
【００１４】
また、線状の紫外光および赤外光を照射することでガラス基板を反らせたり縮ませたりすることなく、600 〜1200℃の高い温度での加熱処理を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の特徴は、被処理膜に対して紫外光（ＵＶ光）と赤外光（ＩＲ光）とを組み合わせて照射することにある。
【００１６】
なお、フォトンエネルギーを与える代表的な光として紫外光と記載したが、被処理膜を電子励起させうる波長領域の光であれば可視光をも含みうる。代表的には10〜600 nmの波長領域の光を用いることができる。
【００１７】
また、同様に振動エネルギー（熱エネルギーと言っても良い）を与える代表的な光として赤外光と記載したが、被処理膜を振動励起させうる波長領域の光であれば可視光をも含みうる。代表的には500 nm〜20μｍの波長領域の光を用いることができる。
【００１８】
なお、上記波長領域は 500〜600 nmの可視光領域で重複しているが、これは被処理膜によって電子励起または振動励起させうる波長領域が異なるためである。即ち、同じ波長領域の光で電子励起と振動励起とを同時に起こせることを意味しているのではない。
【００１９】
上記紫外光は、低圧金属蒸気ランプ、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンアークランプ、水素アークランプ、メタルハライドランプ、重水素ランプ、希ガス共鳴線ランプ、希ガス分子発光ランプ等の紫外線を発するランプを光源として得ることができる。
【００２０】
また、上記赤外光は、ハロゲンランプ、ハロゲンアークランプ、メタルハライドランプ等の赤外線を発するランプを光源として得ることができる。
【００２１】
紫外光を用いた光照射処理は、フォトンの持つエネルギーを被処理膜に光吸収という形で与え、直接的に被処理膜を構成する分子の結合手を励起させる。この様な励起現象は電子励起と呼ばれる。なお、紫外光はガラス基板に吸収されやすいので被処理膜の上面側から照射することが望ましい。
【００２２】
一方、赤外光による光照射処理は、格子振動という形で振動エネルギーを与え、それを励起エネルギーとして間接的に被処理膜を構成する分子の結合手を励起する。この様な励起現象は振動励起と呼ばれる。なお、赤外光はガラス基板に吸収されにくいので被処理膜の下面側から照射することができる。
【００２３】
以上の様に、本発明ではランプアニール法を用いた加熱処理において赤外光の照射と同時に紫外光を照射することで、被処理膜の励起効果をさらに高めることができる。即ち、加熱処理の効率が大幅に向上するという効果が得られる。
【００２４】
ところで、図５に示すのは熱エネルギーと光エネルギーとの違いを表す概念図であり、横軸はエネルギー、縦軸はエネルギー密度である。図５の様に、熱エネルギーはエネルギー的には平均ｋＴのエネルギーを持つが広い範囲にエネルギー分布を有している。一方、光エネルギーは波長によってある決まった値、即ちｈνそのもののエネルギーのみを有する。
【００２５】
従って、例えば珪素膜を結晶成長させる場合、熱エネルギーは成長に必要なエネルギー以外に結晶を破壊するエネルギー等をも含んでしまうが、光エネルギーは成長に必要なエネルギーのみを効率的に照射することが可能である。
【００２６】
この様に、紫外光の波長を適切に選択することで、特定の薄膜のみを集中的に励起することができるので種類の異なる被処理膜の励起度を制御したり、選択的な励起処理が可能となる。これも赤外光によるランプアニールに紫外光照射を組み合わせた本発明効果の一つである。
【実施例１】
【００２７】
本実施例では、本発明を珪素を主成分とする結晶性膜の結晶性を改善する工程に適用した場合の例について図１を用いて説明する。なお、数値、材料等は本実施例に限定されることはない。
【００２８】
図１において、１０１は透光性を有する基板として用いるガラス（または石英）基板、１０２は酸化珪素膜でなる下地膜、１０３は結晶性膜である。なお、本実施例では結晶性膜１０３としては結晶性珪素膜を例にとるが、Six Ge1-x （0<X<1)などの珪素を含む化合物半導体を用いることもできる。
【００２９】
また、結晶性珪素膜にも単結晶シリコン膜、微結晶シリコン膜、多結晶シリコン膜等が含まれるが、ここでは多結晶シリコン膜（いわゆるポリシリコン膜）を例にとって説明する。
【００３０】
結晶性珪素膜１０３の形成方法は、直接減圧熱ＣＶＤ法等で成膜する方法でも良いし、非晶質珪素膜を結晶化して得る方法でも良い。さらに、非晶質珪素膜を結晶化して得る場合には、加熱処理またはレーザー光照射によって結晶化する手段をとれば良い。また、結晶化を助長する触媒元素を用いた手段（特開平7-130652号公報に開示）を用いることも有効である。
【００３１】
そして、１０４は紫外光（紫外線）を発するランプ光源（以下、単に紫外光ランプと呼ぶ）であり、１０５は反射鏡、１０６は紫外光ランプ１０４から発した紫外光１０７を集光するためのシリンドリカルレンズである。紫外光ランプ１０４、反射鏡１０５およびシリンドリカルレンズ１０６は、紙面と垂直な方向に対して細長い形状であるため、結晶性珪素膜１０３に対して線状に照射される。
【００３２】
また、本実施例では紫外光１０７は結晶性珪素膜１０３の上面側から照射される。上面側とは図１において紫外光ランプ１０４と向かい合う主表面側、即ちガラス基板１０１に対して逆側の面を指している。
【００３３】
次に、１０８は赤外光（赤外線）を発するランプ光源（以下、単に赤外光ランプと呼ぶ）であり、１０９は反射鏡、１１０は赤外光ランプ１０７から発した赤外光１１１を集光するためのシリンドリカルレンズである。赤外光１１１も紫外光１０７と同様に線状光となる様に構成されている。
【００３４】
また、結晶性珪素膜１０３に対して下面側から照射される構成となっている。ここで下面側とは図１において赤外光ランプ１０８と向かい合う裏面側、即ちガラス基板１０１側に向いた面を指している。
【００３５】
この時、赤外光１１１はガラス基板に吸収されずに透過する。即ち、下面側からの照射であっても、結晶性珪素膜１０３を効率的に加熱することができる。従って、赤外光１１１の照射によって結晶性珪素膜１０３は 600〜1200℃（代表的には 700〜850 ℃）に加熱される。この時の結晶性珪素膜１０３の膜面温度は、熱電対を利用したパイロメーター（放射温度計）を用いて測定（モニタリング）することができる。
【００３６】
また、ガラス基板１０１はサセプター（図示せず）によって支持され、ガラス基板１０１の上面側から線状の紫外光１０７が矢印の方向に向かって走査され、下面側から線状の赤外光１１１が矢印の方向に向かって走査される。この様に、ガラス基板１０１の一端から他端に向かって線状光を走査することで基板全面を照射することが可能となる。
【００３７】
また、本実施例では紫外光１０７と赤外光１１１とが結晶性珪素膜１０３の同一部分を照射する様に設計されている。同一部分とは図１に示す様に、照射範囲が同じ場所であることを意味している。勿論、場合によっては走査するタイミングを意図的にずらしたり、走査方向を異ならせたりすることもできる。
【００３８】
以上の様に紫外光照射と赤外光照射とを組み合わせた構成とすることで以下に説明する様な効果を得ることができる。
【００３９】
まず、従来の赤外光照射による振動励起（熱エネルギーによる励起）に加えて、紫外光照射による電子励起が生じるため、それらの相乗効果によって結晶性珪素膜１０３の励起効率が飛躍的に向上する。
【００４０】
即ち、結晶性珪素膜１０３を構成する分子の結合手は、赤外光照射による格子振動によって全体的に緩められ、紫外光照射によって電子的に極めて活性な状態となって連結される。そのため、本発明の加熱処理を施した結晶性珪素膜１１２（図１において斜線で示される領域）は、非常に活性な状態（結合の自由度の高い状態）から形成される。
【００４１】
従って、本発明を施すことにより得られる結晶性珪素膜１１２は、不対結合手の如き結晶欠陥が非常に少ない。また、結晶粒界も整合性の良い結合で形成されるため殆どが傾角粒界の如き不活性な粒界で形成される。
【００４２】
なお、珪素（シリコン）の基礎吸収端はほぼ１eVであるので紫外光は厚さ10nm〜1 μｍ程度の表面のみで吸収されると考えられる。しかし、本実施例の場合には結晶性珪素膜の膜厚が10〜75nm（代表的には15〜45nm）と極めて薄いので、十分な励起効果を期待することができる。
【００４３】
また、従来のランプアニールは全面一括処理であったので、処理時間が長いと被処理膜からガラス基板へと熱が伝播してガラス基板が反ったり縮んだりしてしまうことが懸念されていた。
【００４４】
しかしながら、本発明では赤外光１１１の光源として線状の赤外光ランプ１０８を利用しているため、結晶性珪素膜１０３から基板１０１に伝わる伝播熱も局部的なものでしかない。そのため、熱によって基板１０１が反ったり縮んだりする様なことを防ぐことができる。
【００４５】
また、本実施例では結晶性珪素膜の結晶性を改善する工程において本発明の加熱処理方法を適用したが、非晶質珪素膜の結晶化工程に本発明を適用することもできることは言うまでもない。
【実施例２】
【００４６】
本実施例ではＴＦＴの活性層に添加されたＮ型またはＰ型を付与する不純物イオンを活性化する工程に本発明を適用した場合の例について説明する。なお、説明には図２を用いるが、必要に応じて前述の符号を用いて説明する。
【００４７】
図２に示す状態は、ガラス基板１０１上にＴＦＴを作製している途中の段階である。図２において、２０１〜２０２で示される領域は島状にパターニングされた半導体層からなる活性層であり、２０１はソース領域、２０２はドレイン領域、２０３はチャネル形成領域である。
【００４８】
また、上記活性層の上にはゲイト絶縁膜２０４が形成されている。このゲイト絶縁膜２０４は特開平7-135318号公報記載の技術等を用いて、上に配置されるゲイト電極２０５と同一の形状に加工されている。
【００４９】
ソース領域２０１およびドレイン領域２０２は真性または実質的に真性な結晶性珪素膜で構成される活性層に対して一導電性を付与する不純物イオンを添加して形成される。この際、Ｎチャネル型ＴＦＴを作製する場合にはＰ（リン）イオンまたはＡｓ（砒素）イオンを、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製する場合にはＢ（ボロン）イオンを利用すれば良い。
【００５０】
次に、不純物イオンの添加工程が終了したら、ＴＦＴが形成される基板上面側から紫外光１０７を照射し、基板下面側から赤外光１１１を照射する。この時、ゲイト電極２０５の直下には紫外光１０７が届かないが、下面側から赤外光１１１を照射しているので活性化は問題なく行われる。
【００５１】
本実施例におけるランプアニール処理は添加された不純物イオンを励起させて活性化する工程である。従って、本発明を適用することで活性化率が大幅に向上するためソース／ドレイン領域の抵抗が低くなり、ＴＦＴと配線電極とのオーミック接触を良好なものとすることができる。
【実施例３】
【００５２】
本実施例ではＴＦＴのソース／ドレイン領域表面（ゲイト電極がシリコンであればゲイト電極表面も含む）に対して選択的に金属シリサイドを形成する工程に本発明を適用した場合の例について説明する。なお、説明には図３を用いるが、必要に応じて前述の符号を用いて説明する。
【００５３】
本実施例では基板上面側から赤外光と紫外光とを同時に照射する構成としている点に特徴がある。即ち、基板上面側には赤外光ランプ３０１、反射鏡３０２、シリンドリカルレンズ３０３からなる光学系と、紫外光ランプ３０４、反射鏡３０５、シリンドリカルレンズ３０６からなる光学系とが配置される。そして、赤外光ランプ３０１からは赤外光３０７が照射され、紫外光ランプ３０４からは紫外光ランプ３０８が照射される構成となっている。
【００５４】
この構成ではゲイト電極２０４の陰となる領域であっても上面からの赤外光３０７または下面側からの赤外光１１１のいずれかによって加熱される。従って、シリサイド形成反応を基板全体で均一に行うことができる。
【００５５】
なお、本実施例の様な構成とする場合、まず赤外光３０７で加熱して、その直後に紫外光３０８で励起する様な構成とすることが好ましい。即ち、最初に赤外光による振動励起によって結合手を緩め、その状態で紫外光による電子励起を付加した方が励起効率が高いと思われる。
【００５６】
上記構成で行われるシリサイド形成工程は以下の様な順序で進められる。まず実施例２に示した様な不純物イオンの活性化工程が終了したら、作製過程にあるＴＦＴ全面を覆う様にして金属膜３０９を形成する。金属膜３０９としては、Ｔｉ（チタン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）等が一般的に用いられている。
【００５７】
この状態で加熱処理を行うとソース領域２０１およびドレイン領域２０２を構成する珪素（シリコン）成分と金属膜３０９とが反応して金属シリサイド３１０が形成される。この様な反応はソース／ドレイン領域２０１、２０２と金属膜３０９との界面において進行するが、本実施例では紫外光照射による励起効果で反応速度が増加し、速やかなシリサイド化が実現できる。
【００５８】
また、ランプアニールの特徴として金属膜３０９を構成する成分原子がチャネル形成領域に２０３に拡散することを防ぐことができる。この効果は本実施例の様に線状に赤外光を照射する場合に顕著な効果となる。
【００５９】
なお、本実施例の様な赤外光と紫外光とを同時に基板上面側から照射する構成は実施例１および実施例２にも適用できることは言うまでもない。特に、実施例２に適用した場合、ソース／ドレイン領域とチャネル形成領域との接合部やゲイト電極で陰になる領域も完全に活性化されるため有効である。
【実施例４】
【００６０】
本実施例ではＴＦＴから信号電圧を取り出すための配線（ソース／ドレイン配線）を形成する際に、配線のリフロー工程を行う場合に本発明を適用した場合の例について説明する。なお、説明には図４を用いるが、必要に応じて前述の符号を用いて説明する。
【００６１】
リフロー工程とは配線材料である導電膜を加熱することで流動化させ、コンタクトホールの内部を完全に配線材料で埋め込むための技術である。この技術によればアスペクト比の高いコンタクトホールであっても接触不良の様なコンタクト不良を防ぐことができる。
【００６２】
図４において、４０１はゲイト電極２０４と配線材料４０２とを電気的に絶縁分離するための層間絶縁膜である。層間絶縁膜４０１は酸化珪素膜、窒化珪素膜、有機性樹脂材料等から適宜選択すれば良い。また、配線材料４０２としてはアルミニウム、タンタル、タングステン等を含む材料で構成すれば良い。
【００６３】
また、上記材料の上層または下層にゲルマニウム、スズ、ガリウム、アンチモン等の金属膜を形成することは、リフロー工程における配線材料の流動化を助長する上で好ましい。
【００６４】
本実施例の様に配線材料４０２のリフロー工程に本発明の加熱処理方法を適用しても紫外光と赤外光とを組み合わせた相乗効果を得ることができる。特に、リフロー工程で流動化を助長する金属元素を用いる場合、配線材料と金属元素との反応を促進する上で本発明は有効である。
【実施例５】
【００６５】
本実施例では、実施例１の構成において紫外光１０７の照射範囲と赤外光１１１の照射範囲とを異なるものとする例を示す。具体的には、赤外光１１１の照射範囲を紫外光１０７の照射範囲よりも広くする。その様子を図６に示す。
【００６６】
図６において、６０１は表面に下地膜を設けたガラス基板、６０２は結晶性珪素膜である。基板６０１の上面側には紫外光ランプ６０３、反射鏡６０４、シリンドリカルレンズ６０５が配置され、紫外光６０６が照射される。また、下面側には赤外光ランプ６０７、反射鏡６０８、シンドリカルレンズ６０９が配置され、赤外光６１０が照射される。
【００６７】
この時、赤外光６１０の照射範囲は６１１〜６１３で示される領域（第１の領域とする）に渡り、紫外光６０６の照射範囲は６１２で示される領域（第２の領域とする）のみである。
【００６８】
即ち、赤外光６１０の照射範囲の方が紫外光６０６の照射範囲よりも広くなる様に設計されている。そのためには、線状に加工された赤外光６１０の短辺方向の長さを、線状に加工された紫外光６０６の短辺方向の長さよりも長くすれば良い。こうすることで前述の第１の領域は第２の領域を含み、かつ、第２の領域よりも広い構成となる。
【００６９】
従って、結晶性珪素膜６０２は紫外光６０６を照射される直前に赤外光６１０によって加熱され、紫外光６０６が照射された直後も僅かな時間だけ赤外光６１０によって加熱される。即ち、領域６１１で弱い励起状態を作り、領域６１２で完全な励起状態として、領域６１３で弱い励起状態を保つ。
【００７０】
以上の様な構成とすると結晶性珪素膜６０２の励起状態が急激に変化しないと考えられるため、結合に要する時間を稼ぐことができる。即ち、非平衡状態で原子間の結合が終了するのを防ぐことができる。これにより結晶欠陥の少ない結晶性珪素膜を得ることができる。
【実施例６】
【００７１】
本実施例では、本発明の構成において紫外光ランプと並列して赤外光補助ランプを形成する場合の例について図７を用いて説明する。
【００７２】
図７（Ａ）において、７０１はガラス基板、７０２は非晶質珪素膜である。なお、被処理膜として非晶質珪素膜を例にしているが、ガラス基板上の薄膜であれば限定はない。また、７０３は基板下面側の赤外光ランプ、７０４は基板上面側の紫外光ランプである。
【００７３】
ここで本実施例の特徴は、紫外光ランプ７０４に並列して第１の赤外光補助ランプ７０５、第２の赤外光補助ランプ７０６を配置する点である。なお、本実施例では紫外光ランプ７０４の（基板の移動方向に対して）前方および後方に赤外光補助ランプ７０５、７０６を配置する構成としているが、片方のみに配置した構成とすることもできる。
【００７４】
以上の様な構成において、各ランプ７０３〜７０６は図中の矢印の方向に向かって移動し、線状光を走査する。本実施例の構成では、まず非晶質珪素膜７０２は第１の赤外光補助ランプ７０５により赤外光が照射されて加熱される。この領域はプレヒート領域７０７となり、基板の移動に伴い前方へと移動していく。
【００７５】
プレヒート領域７０７の後方では、基板上面側から紫外光ランプ７０４からの紫外光が照射され、かつ、基板下面側から赤外光ランプ７０３からの赤外光が照射されてメインヒート領域７０８が形成される。本実施例の場合、非晶質珪素膜７０２の結晶化はこのメインヒート領域７０８で行われる。
【００７６】
メインヒート領域７０８の後方には第２の赤外光補助ランプ７０６からの赤外光により加熱されたポストヒート領域７０９が形成される。この領域はメインヒート領域７０８で得られた結晶性珪素膜を加熱する領域である。
【００７７】
以上の様に、非晶質珪素膜（途中から結晶性珪素膜となる）７０２はプレヒート領域７０７、メインヒート領域７０８、ポストヒート領域７０９の順に並んだ領域が、見かけ上基板の移動に伴って前方へ移動する。
【００７８】
ここで図７（Ｂ）に示すのは、非晶質珪素膜７０２のある１点について、時間（Time）と温度（Temp. ）の関係を示した図である。図７（Ｂ）に示す様に、時間の経過に伴ってまずプレヒート領域となり、次いでメインヒート領域、ポストヒート領域と続く。
【００７９】
図７（Ｂ）から明らかな様に、プレヒート領域７０７ではある程度にまで温度が上げられ、次のメインヒート領域７０８との温度勾配を緩和する役割を果たしている。これは、メインヒート領域７０８で急激に熱せられて珪素膜に歪みエネルギー等が蓄積するのを防ぐための工夫である。
【００８０】
そのため、第１の赤外光補助ランプ７０５の出力エネルギーは赤外光ランプ７０３の出力エネルギーよりも小さめに設定しておくことが望ましい。この時、どの様な温度勾配を形成する様に調節するかは実施者が適宜決定すれば良い。
【００８１】
次に、プレヒート領域７０７を通過すると、基板下面側から赤外光を照射され、膜面温度が 600〜1200℃でまで上昇したメインヒート領域７０８となる。この領域で非晶質珪素膜７０２は結晶性珪素膜へと変成する。なお、同時に照射される紫外光は電子励起に寄与するので熱的な変化はもたらさない。
【００８２】
メインヒート領域７０８で得られた結晶性珪素膜は紫外光ランプ７０４の後方に配置された第２の赤外光補助ランプ７０６によって加熱される。このポストヒート領域７０９は、メインヒート領域７０８の急冷により熱的平衡の崩れた状態で結晶化が終了するのを防ぐ役割を果たす。これは結晶化に要する時間に余裕を持たせで最も安定な結合状態を得るための工夫である。
【００８３】
従って、第２の赤外光補助ランプ７０６も基板下面に配置される赤外光ランプ７０３よりも出力エネルギーを小さく設定し、徐々に温度が下がる様な温度勾配を形成する様に調節することが望ましい。
【００８４】
以上の様な構成とすることで、非晶質珪素膜の急加熱および結晶性珪素膜の急冷により生じうる応力歪み、不対結合手等の結晶欠陥の発生を抑制し、結晶性に優れた結晶性珪素膜を得ることができる。
【実施例７】
【００８５】
本実施例では本発明を実施するに必要な加熱処理装置の構成についての概略を説明する。なお、本発明は紫外光と赤外光とを同時に照射して加熱処理を行うことが最も大きな特徴であり、その構成を実施しうる装置構成は本実施例に限定されるものではない。
【００８６】
図８（Ａ）に示すのは、実施例１から実施例５を実施するに必要な加熱処理装置を横方向から見た簡略図である。また、図８（Ｂ）に示すのは上記加熱処理装置を上面から見た図である。
【００８７】
図８（Ａ）において、ロードロック室８０１内には基板搬送ユニット（アームと制御回路を含む）８０２、被処理基板を収納するカセット８０３、サセプタ搬送ユニット８０４が配置される。また、ロードロック室８０１にはゲイト弁８０５を介して処理チャンバ８０６が接続されている。
【００８８】
処理チャンバ８０６には紫外光光源（紫外光ランプ、反射鏡、シリンドリカルレンズ等を含む）８０７、赤外光光源（赤外光ランプ、反射鏡、シリンドリカルレンズ等を含む）８０８がサセプタ８０９および被処理基板８１０を挟み込む様にして配置される。また、紙面に向かって垂直な方向に長手方向を有する。
【００８９】
また、図８（Ｂ）に示される様に、処理チャンバ８０６には雰囲気ガスが導入口８１１から供給される。その際、流量はバルブ８１２で調節する。なお、雰囲気ガスはプロセスによって異なるが、紫外光照射によって固体物質を生成しないガスが望ましい。
【００９０】
また、処理チャンバ８０６に導入された雰囲気ガスは排気口８１３から排気される。この際、必要に応じて排気ポンプ８１４を設けることが好ましい。排気ポンプを使用する必要性がなければ排気スクラバー程度の設備でも十分である。
【００９１】
この様な構成の装置では、まず、基板搬送ユニット８０２によって被処理基板８１０がカセット８０３から搬出される。そして、被処理基板８１０はサセプタ搬送ユニット８０４上のサセプタ８０９に設置され、処理チャンバ８０６へとサセプタごと搬送される。
【００９２】
処理チャンバ８０６では、線状光を発する紫外光光源８０７および赤外光光源８０８が被処理基板８１０の一端から他端に向かって移動し、線状光による加熱処理が行われる。その際、紫外光と赤外光の照射領域が完全に重なる様にしても良いし、前後にずらした構成としても良い。
【００９３】
加熱処理が終了したら、サセプタ搬送ユニット８０４によってサセプタ８０９をロードロック室８０１へ戻し、基板搬送ユニット８０２で被処理基板８１０をカセット８０３に収納する。以上、一連の動作を繰り返して枚葉式の加熱処理が行われる。
【００９４】
なお、本実施例は本発明を実施するために必要な装置の一実施例であり、構造等はこれに限定されるものではない。例えば、線状光の光源は固定にして基板を移動させることで線状光の走査を行う様な構成も可能である。
【実施例８】
【００９５】
本実施例では実施例７とは異なる構成の加熱処理装置を用いる場合の例について説明する。説明は図９を用いて行う。
【００９６】
図９（Ａ）に示すのはマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）の枚葉式加熱処理装置である。メインフレーム９０１にはロードロック室９０２、９０３、プレヒート室（またはポストヒート室）９０４および加熱炉９０５〜９０７が接続された構成となっている。また、ロードロック室９０２、９０３には基板を収納しておくカセット９０８、９０９が設置されている。
【００９７】
また、メインフレーム９０１と各チャンバーとの間にはそれぞれゲイト弁９１０〜９１５が設けられ、メインフレーム９０１とは密閉遮断された状態を保持することができる。また、各チャンバーには高真空に対応する真空排気ポンプ（図示せず）が設置され、各チャンバーが大気に触れない様な構成となっている。
【００９８】
まず、メインフレーム９０１に設置された搬送ユニット９１６によって基板９１７をロードロック室９０２から搬出する。そして、プレヒート室９０４で基板９１７をある程度にまで加熱しておき、その後、加熱炉９０５〜９０７のいずれかに搬入する。なお、プレヒート室９０４は省略することもできる。
【００９９】
加熱炉９０５〜９０７の内部には基板９１７を一括で加熱できる大きさの光源９１８〜９２０が設置される。なお、図９（Ａ）では一つの光源の様に見えるが、実際には図９（Ｂ）に示す様に、一つの加熱炉に対して紫外光を発する光源９２１と赤外光を発する光源９２２とが設置されている。
【０１００】
そして、加熱炉９０５〜９０７のいずれかで加熱処理を終了したら、再び搬送ユニット９１６で基板９１７を搬出し、ロードロック室９０３に搬入する。勿論、ポストヒート工程を通す構成としても良い。
【０１０１】
ここで加熱炉９０５に着目して、その内部構造を図９（Ｂ）を用いて簡単に説明する。加熱炉９０５〜９０７の内部には紫外光の光源９２１の出力調整や温度情報のフィードバックなどを行うコントロールユニット９２３と、赤外光の光源９２２の出力調整や温度情報のフィードバックなどを行うコントロールユニット９２４が配置されている。
【０１０２】
また、加熱炉９０５への基板の搬入・搬出はメインフレーム９０１に具備された搬送ユニット９１６によって行われる。搬送ユニット９１６は搬送ユニット９２５で制御され、矢印の方向に自由に基板９１７を搬送することができる。
【０１０３】
そして、加熱炉９０５内の上側のコントロールユニット９２３にはサセプター９２６が取り付けられ、基板９１７は紫外光の光源９２１側に主表面（ＴＦＴが作製される側）を向けて支持される。
【０１０４】
この状態で紫外光および赤外光を照射することで、本発明の効果を得ることができる。なお、本実施例では複数の赤外光または紫外光ランプを具備した光源を用いて一括で光照射を行うので、実施例１に示した様な線状光を用いる場合の利点は得られない。しかし、処理時間が短くすることでガラス基板の反りや縮みを抑えることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明による加熱処理の構成を示す図。
【図２】本発明による加熱処理の構成を示す図。
【図３】本発明による加熱処理の構成を示す図。
【図４】本発明による加熱処理の構成を示す図。
【図５】熱エネルギーと光エネルギーの違いを示す図。
【図６】本発明による加熱処理の構成を示す図。
【図７】本発明による加熱処理の構成を示す図。
【図８】本発明で使用する加熱処理装置を示す図。
【図９】本発明で使用する加熱処理装置を示す図。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１          ガラス基板
１０２          下地膜
１０３          結晶性珪素膜
１０４          紫外光ランプ
１０５          反射鏡
１０６          シリンドリカルレンズ
１０７          紫外光
１０８          赤外光ランプ
１０９          反射鏡
１１０          シリンドリカルレンズ
１１１          赤外光
１１２          結晶性が改善された結晶性珪素膜
【図１】
2006032982.tif 000003
【図２】
2006032982.tif 000004
【図３】
2006032982.tif 000005
【図４】
2006032982.tif 000006
【図５】
2006032982.tif 000007
【図６】
2006032982.tif 000008
【図７】
2006032982.tif 000009
【図８】
2006032982.tif 000010
【図９】
2006032982.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月5日(2005.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有するガラス基板上に形成された金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記金属膜の第２の領域に赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっていることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項２】
透光性を有するガラス基板上に形成された金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記金属膜の第２の領域に赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっており、
前記紫外光及び前記赤外光を線状に加工して前記基板の一端から他端に向かって走査することを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記紫外光ランプと前記赤外光ランプとは対向していることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記金属膜の前記第１の領域に、前記紫外光が照射される直前または直後に、前記金属膜の上面側から赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行うことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項５】
請求項４において、前記金属膜の上面側から照射する前記赤外光ランプの出力エネルギーは、前記金属膜の下面側から照射する前記赤外光ランプの出力エネルギーより小さいことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項６】
透光性を有するガラス基板上に形成された金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射及び第２の赤外光ランプを用いた第２の赤外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記金属膜の第２の領域に第１の赤外光ランプを用いた第１の赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっていることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記金属膜はアルミニウム、タンタルまたはタングステンを含む材料からなる薄膜であることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項８】
透光性を有するガラス基板上に珪素膜を形成し、
前記珪素膜上に金属膜を形成し、
前記金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記珪素膜及び前記金属膜の第２の領域に赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっていることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項９】
透光性を有するガラス基板上に珪素膜を形成し、
前記珪素膜上に金属膜を形成し、
前記金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記珪素膜及び前記金属膜の第２の領域に赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっており、
前記紫外光及び前記赤外光を線状に加工して前記基板の一端から他端に向かって走査することを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９において、前記紫外光ランプと前記赤外光ランプとは対向していることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか一項において、前記金属膜の前記第１の領域に、前記紫外光が照射される直前または直後に、前記金属膜の上面側から赤外光ランプを用いた赤外光の照射を行うことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記金属膜の上面側から照射する前記赤外光ランプの出力エネルギーは、前記金属膜の下面側から照射する前記赤外光ランプの出力エネルギーより小さいことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１３】
透光性を有するガラス基板上に珪素膜を形成し、
前記珪素膜上に金属膜を形成し、
前記金属膜の上面側から、前記金属膜の第１の領域に紫外光ランプを用いた紫外光の照射及び第２の赤外光ランプを用いた第２の赤外光の照射を行うと同時に、前記金属膜の下面側から、ＲＴＡ法により前記珪素膜及び前記金属膜の第２の領域に第１の赤外光ランプを用いた第１の赤外光の照射を行い、
前記第１の領域と前記第２の領域とは重なっていることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか一項において、前記紫外光及び前記赤外光の照射により金属シリサイドが形成されることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１５】
請求項８乃至１４のいずれか一項において、前記金属膜はチタン、コバルト、タングステン、またはタンタルを含む材料からなる薄膜であることを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一項において、前記赤外光が照射される前記第２の領域は、前記紫外光が照射される前記第１の領域を含み、かつ、該第１の領域よりも広いことを特徴とする薄膜の加熱処理方法。
【請求項１７】
請求項1乃至１６のいずれか一項において、前記赤外光の照射によって与えるエネルギーは、前記紫外光の照射によって与えるエネルギーより広い範囲にエネルギー分布を有することを特徴とする薄膜の加熱処理方法。