(57)【要約】【課題】マスク部材の変形及び歪みを生ずることなく、所望の強度分布の光を被処理体に照射し、均一な熱処理を行うことを可能とする活性化熱処理装置及び熱処理方法を提供すること。【解決手段】被処理体を保持する保持台と、前記被処理体に光を照射して前記被処理体を熱処理するためのランプユニットと、前記ランプユニットと被処理体との間に配置され、前記被処理体との対向面又はその近傍に、前記被処理体に照射される光の強度分布を制御する散乱領域を有する、透明材料からなるマスク部材とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を保持する保持台と、この保持台に対向して設けられ前記被処理体に光を照射して前記被処理体を活性化処理するためのランプユニットと、前記ランプユニットと前記保持台との間に配置され、前記被処理体との対向面又はその近傍に、前記被処理体に照射される光の強度分布を制御する複数の離散した散乱領域を有する、透明材料からなるマスク部材とを備えることを特徴とする活性化用熱処理装置。
【請求項２】
前記ランプユニットは、フラッシュランプであることを特徴とする請求項１に記載の活性化用熱処理装置。
【請求項３】
前記透明材料は石英であることを特徴とする請求項１又は２に記載の活性化用熱処理装置。
【請求項４】
前記マスク部材の散乱領域は、多数の微細な溝が形成された領域であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の活性化用熱処理装置。
【請求項５】
前記多数の微細な溝は、エッチングにより形成されたことを特徴とする請求項４に記載の活性化用熱処理装置。
【請求項６】
前記マスク部材の散乱領域は、凹凸面の領域であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の活性化用熱処理装置。
【請求項７】
前記凹凸面は、サンドブラストにより形成されたことを特徴とする請求項６に記載の活性化用熱処理装置。
【請求項８】
前記マスク部材の散乱領域は、前記被処理体との対向面近傍の内部に形成された微小亀裂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の活性化用熱処理装置。
【請求項９】
前記微小亀裂は、照射により形成されたことを特徴とする請求項８に記載の活性化用熱処理装置。
【請求項１０】
前記マスク部材と前記被処理体の表面間の間隔は、１０〜１００μｍであることを特徴とする活性化用熱処理装置。
【請求項１１】
ランプユニットからの光を被処理体に照射して前記被処理体を熱処理する方法であって、前記光の照射は、前記被処理体との対向面又はその近傍に、前記被処理体に照射される光の強度分布を制御する複数の離散した散乱領域を有する、透明材料からなるマスク部材を、前記ランプユニットと被処理体との間に介在させて行うことを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置のような表示装置の製造プロセス等における熱処理工程に用いる活性化用熱処理装置および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等の表示装置として、ガラス基板上にマトリクス状に配置された多数の画素を、画素毎に駆動するために、各画素に薄膜半導体装置である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設けたアクティブマトリクス型の表示装置が知られている。かかる用途に用いられるＴＦＴの製造プロセスでは、半導体層中の不純物イオンの活性化等の熱処理が必要とされる。
【０００３】
液晶表示装置のＴＦＴでは、素子の微細化が進んでいる。素子を微細化すると、電流が流れる各部の断面積が小さくなり、結果として抵抗の上昇をもたらす。そのため、特にソースおよびドレイン領域は活性化の状態によって抵抗率に差が生じるため、効率のよい活性化処理を行うことが求められている。
【０００４】
このような活性化処理のための熱処理工程は、従来、ソースおよびドレイン領域を形成するための不純物をイオン注入した被処理体を熱処理炉内に収容し、加熱する、いわゆる炉アニールにより行っていた。
【０００５】
しかし、この炉アニールでは、ガラス基板の歪点が６７０℃程度であるため、加熱温度をこの温度以下にしなければならず、そのためソースおよびドレイン領域の抵抗率が十分に下がらないという問題が生じている。
【０００６】
そのため、熱処理の効率を向上させるため、フラッシュランプを光源に用いて、光を被照射物に瞬時に照射し、光を吸収する半導体層を局所的に１０００℃以上の高温まで昇温するランプアニール法が用いられている。
【０００７】
上記被処理体は、ガラス基板上に下地絶縁膜を介して非晶質半導体膜を形成し結晶化したのち予め定められたパターンに島切りして複数の島状半導体膜をガラス基板上に形成し、この島状半導体膜に位置合わせしてトランジスタを形成する。
【０００８】
しかし、このトランジスタ形成プロセスにおいて活性化工程をランプアニール法により実施すると、被処理体の島状半導体膜のサイズが１００μｍを超える大きなパターンと、数１０μｍのサイズの小さいパターンとを有する場合、次のような課題があった。即ち、大きなパターンの島状半導体膜が所定の温度に加熱されるように光の照射強度を制御すると、小さいパターンの島状半導体膜が所定の温度に昇温されず、小さいパターンの島状半導体膜が所定の温度に加熱するように光の照射強度を制御すると、大きいパターンの温度が上がりすぎて、材質が溶解してしまうという問題が生ずる。  
このような問題を解決するため、被処理体に対して遮光マスクを介して光を照射し、被処理体の一部分を選択的に遮蔽して加熱する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−７７３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１で提案されている熱処理法は、遮光マスクとして、タングステンなどの金属板に開口部を設けたもの、あるいは石英ガラスなどの透明基板の一部分を遮光膜で覆ったものを用いている。このような遮光マスクを通してフラッシュランプのような高いエネルギー密度のランプで光を照射すると、遮光マスクを構成する金属板や遮光膜が光の一部を吸収して発熱し、遮光マスクの変形やパターン歪を生じるという問題がある。
【００１０】
また、上記ランプアニールにおいて、光照射されたガラス基板上の各島状半導体膜は、中央部の温度上昇より周縁部の温度上昇が低いことが判った。この温度差のある領域にソース・ドレイン領域が位置合わせされて製造されたトランジスタは、各ソース・ドレイン領域内において活性化処理に差が発生してトランジスタ特性を悪化させることが判った。この活性化処理の差は、コンタクト抵抗値の差となって現れる。
【００１１】
本発明は、以上のような事情の下になされ、各島状半導体膜の均一な活性化が実現される活性化用熱処理装置及び活性化熱処理方法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】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、被処理体を保持する保持台と、前記被処理体に光を照射して前記被処理体を熱処理するためのランプユニットと、前記ランプユニットと被処理体との間に配置され、前記被処理体との対向面又はその近傍に、前記被処理体に照射される光の強度分布を制御する複数の離散した散乱領域を有する、透明材料からなるマスク部材とを備えることを特徴とする活性化熱処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の第２の態様は、ランプユニットからの光を被処理体照射して前記被処理体を熱処理する方法であって、前記光の照射は、前記被処理体との対向面又はその近傍に、前記被処理体に照射される光の強度分布を制御する複数の離散した散乱領域を有する、透明材料からなるマスク部材を、前記ランプユニットと被処理体との間に介在させて行うことを特徴とする熱処理方法を提供する。
【００１４】
このような活性化熱処理装置及び熱処理方法において、ランプユニットとして、フラッシュランプを用いることができる。また、透明材料として、石英を用いることができる。
【００１５】
マスク部材の散乱領域として、多数の微細な溝を用いることができる。この多数の微細な溝は、エッチングにより形成することができる。
【００１６】
また、マスク部材の散乱領域として、凹凸面を用いることができる。この凹凸面は、サンドブラストにより形成することができる。
【００１７】
更に、マスク部材の散乱領域として、被処理体との対向面近傍の内部に形成された微小亀裂を用いることができる。この微小亀裂は、レーザー光の照射により形成することができる。
【００１８】
更にまた、マスク部材と被処理体の表面間の間隔を、１０〜１００μｍとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各島状半導体膜は、周辺部も中央部も均一な温度上昇を示し均一に活性化熱処理される効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る活性化熱処理装置の構成を説明する図である。図１において、処理容器例えば気密容器からなる装置本体１の内部には、被処理体を保持するための保持台２が配置され、この保持台２上には、位置合わせされて被処理体３が自動的に搬入され、載置される構成になっている。この被処理体３の処理面上には、微小な間隔、例えば１０〜１００μｍを隔ててマスク部材４が配置されている。このマスク部材４の上方であって装置本体１の外部には、瞬間発光し被処理体３を活性化処理するに必要なエネルギー光を出射するランプユニット５が配置されている。
【００２２】
ランプユニット５は、例えば複数のフラッシュランプ６とリフレクタ７とからなり、フラッシュランプ６はキセノンなどの不活性ガスを放電させることによって発光する。リフレクタ７は、フラッシュランプ６から上方に放射された光を被処理体３方向に均一に反射させるために設けられている。
【００２３】
フラッシュランプ６としては、例えば棒状の被処理体３の１辺の長さ近傍の長さのキセノンフラッシュランプを用いることができる。キセノンフラッシュランプ６は、その内部にキセノンガスが封入され、その両端にコンデンサーに接続された陽極及び陰極が配置され、更にトリガー電極がガラス管外壁近傍に配置された石英ガラス管であり、トリガー電極に高電圧が印加され、ガラス管内のキセノンガスの一部が電離して陽極と陰極間の絶縁が破壊されることで駆動電源回路のコンデンサーに蓄えられた電荷が電流として陽極と陰極間に流れガラス管内のキセノンガスを励振することにより、光が放出される。
【００２４】
フラッシュランプ光は、紫外線から可視領域に極大を示す波長感度特性を有しており、パルス幅が０．１ｍｓ〜１００ｍｓのキセノンフラッシュランプ光を半導体層に照射することで、短時間での効率的なアニール処理により、半導体層に含まれる不純物イオンの活性化処理を行うことができる。キセノンフラッシュランプ光により照射された島状半導体膜は、０．１ｍｓ〜１００ｍｓ（ミリ秒）の間瞬間的に照射され、瞬間的に約１４００℃に加熱される。ガラス基板は、０．１ｍｓ〜１００ｍｓ（ミリ秒）間の瞬間的な照射であるため溶融、変形などの変化は生じない。キセノンフラッシュランプとしては、紫外から可視光領域に光強度を有するものが好適である。
【００２５】
被処理体３として例えばガラス基板上に設けられる薄膜半導体装置の活性化処理を実施する場合、表面には通常、島状半導体領域（シリコン）などの半導体層パターンが設けられているため、光を照射したときの発熱の状態は被処理体３の面内で一様ではないことを見出した。
【００２６】
図２は、活性化処理を受ける被処理体３の構成を説明するための図で、（ａ）は一部切欠断面図であり、（ｂ）図は島状シリコン層の平面図である。被処理体３は、基板例えばガラス基板２１上に下地絶縁膜２２例えば酸化シリコン膜が設けられ、この下地絶縁膜２２上に島状シリコン層２３が設けられた構成である。
【００２７】
このように基板２１上に島状のシリコン膜を形成した被処理体３に、図１に示す活性化処理装置により熱処理を実施したところ図３に示すような熱処理特性を有することがわかった。
【００２８】
特に島状シリコン層２３の周辺部からの熱流出が意外に大きく、図３に示すように周縁端２４から２５μm未満の領域の加熱温度がパターン中央部に比べて低くなる傾向があり、周縁端２４に近い部分の半導体層の熱処理状態が悪くなる。図３は横軸に島状シリコン層２３の周縁端２４からの距離を取り、縦軸に結晶シリコンの存在量に対応したラマン分光のピーク高さ（活性化処理の程度、特に再結晶化の度合いに相当）を示したものである。ピーク高さが高いほど、結晶シリコンの存在量が多いこと、すなわち、より高い温度で加熱されたことを示している。図３から周縁端２４から２５μm未満の領域２５においてラマン分光のピーク高さは低下する傾向があり、パターン端近傍の加熱温度が他の部分よりも低いことがわかる。ここで、周縁端２４の領域を充分に加熱するように光照射を行うと、島状シリコン層２３の中央部が過剰に加熱されシリコンの溶融および凝集などが発生し、熱処理状態の均一性が損なわれるという問題が生じる。そのため、各々のパターン面内の均一性を改善し、更には被処理体３の面内での熱処理状態の均一性を高めるためには、被処理体３の面内における光の照射強度分布を制御する必要がある。その制御の機能を担うのがマスク部材４である。
【００２９】
本発明の一実施形態に係る活性化熱処理装置で用いるマスク部材４は、被処理体３に対向する側の表面又はその近傍に、離散的に配置された散乱領域が設けられている。その光散乱領域は被処理体３の基板上に離散的に配置された各々の島状シリコン層２３の周縁端２４から２５μm未満の領域２５を除いた領域２６に対応している。すなわち、周縁端２４近傍の温度低下が生じる領域２５を除いた領域に対応している。この光散乱領域により、ランプユニット５からの光が散乱されて、この光散乱領域に対応する被処理体３の領域に照射される光の強度が減少するので、周縁端２４の領域を充分に加熱するように光照射を行っても、パターン中央部の領域２６が過剰に加熱されることがなくなる。マスク部材４の光散乱領域の配置は被処理体３の島状シリコン層２３などのパターン配置に応じて設計され、被処理体３のパターンの少なくとも１辺の長さが２５μm未満の場合には、そのパターンに対応する光散乱領域は設けなくても良い場合がある。
【００３０】
マスク３に形成される光散乱領域としては、図４に示すように、被処理体３の表面に対向する下面に微細な溝８を形成することにより構成することができる。ランプユニット５からの光は、溝８の内面で反射することにより散乱してランプユニット５の側に一部の光が散乱し、溝８が形成された光散乱領域に対向する被処理体４の表面領域を照射する光の強度が減少する。
【００３１】
このような溝８は、石英ガラス基板にエッチング、特にドライエッチングにより形成することができる。或いは、溝８の代わりに、微細な凹凸面であってもよい。このような微細な凹凸面は、例えば、サンドブラストにより形成することができる。
【００３２】
光散乱領域の他の例は、図５に示すように、被処理体３の表面近傍の内部に形成された微小亀裂９である。このような微小亀裂９によっても、光は散乱してランプユニット５の側に戻り、微小亀裂９が形成された光散乱領域に対向する被処理体３の表面領域に照射される光の強度が減少する。
【００３３】
このような微小亀裂９は、マスク部材４の表面近傍の微小亀裂９を設けたい位置に高強度のレーザー光を照射することにより熱応力によって生成することができる。このようなレーザー光を照射することにより微小亀裂９を形成する方法は、従来、ガラス製品に模様を付する方法として知られているレーザマーキングと呼ばれている技術と類似する。
【００３４】
マスク部材４の材料として望ましい材料は、石英である。その理由は、石英は近赤外から紫外域の一部に至るまで光の吸収率が低く透過率が高いため、フラッシュランプ光の入射によるマスク部材４での発熱が小さいこと、さらに熱膨張係数が小さいため発熱によるマスク部材４の変形がほとんど生じないことである。
【００３５】
なお、マスク部材４は、全体が同一の材料で構成されているため、異なる材料からなる遮光膜を含む従来のマスク部材４のように、発熱の相違により、マスク部材に歪みが生ずることはない。
【００３６】
上述したように、マスク部材４は、被処理体３の入射面上に、微小な間隔、例えば１０〜１００μｍを隔てて配置されている。この間隔が大きいと、フラッシュランプ光が直接横方向から被処理体３の入射面に入射することにより、光強度低減効果が損なわれてしまう。一方、間隔が狭すぎると、マスク部材４が被処理体３と接触する場合が生じ、被処理体３の表面が汚染される可能性がある。
【００３７】
以上説明した活性化熱処理装置を用い、例えば、大きいサイズのパターンと小さいパターンを有する被処理体３を熱処理する場合、被処理体３とランプユニット５の間にマスク部材４を介在させ、温度が上昇し易い大きいサイズのパターンをマスク部材４の散乱領域で覆うようにして、ランプユニット５から被処理体３に光を照射すると、被処理体３を均一に、例えば多結晶シリコン層を約１４００℃に加熱することができる。その結果、短時間で効果的に被処理体の熱処理、例えば多結晶シリコン層に含まれる不純物の活性化を行うことができる。
【００３８】
このように、本発明の一実施形態によると、被処理体３の被照射面上に正確な照射強度分布を実現することができ、被照射面の部分的な加熱、あるいは加熱均一性向上のための照射強度分布の調整など、光加熱の正確な制御が可能となる。
【００３９】
次に、薄膜トランジスタ回路の製造工程に適用した実施例を図６を参照して説明する。図１乃至図５と同一部分には、同一符号を付与し、その詳細な説明は重複するので省略する。
【００４０】
図６（ａ）に示すようにガラス基板２１上に下地絶縁膜２２を成膜し、この下地絶縁膜２２上に非晶質半導体層２７を成膜する。この非晶質半導体層２７にレーザ光を照射して結晶化処理をする。次に、図６（ｂ）に示すように非晶質半導体層２７をフォトリソグラフイ技術を用いて選択的にエッチングして複数の島状シリコン層２３を形成する。
【００４１】
次に、図６（ｃ）に示すように島状シリコン層２３上にゲート酸化膜２８例えば厚さが約２０ｎｍないし１００ｎｍのＳｉＯ２膜を成膜する。このゲート酸化膜２８上に図６（ｄ）に示すように各島状シリコン層２３の上に、それぞれゲート電極２９を形成する。これらゲート電極２９は、ＭｏＷなど、主に金属の膜をパターンニングすることにより形成される。
【００４２】
次に、このゲート電極２９をマスクとして図６（ｅ）に示すように，ソース領域３０、ドレイン領域３１を形成するための不純物をイオン注入する。不純物イオンは、Ｎチャネル薄膜トランジスタを形成するのであれば、Ｎ型の不純物、例えばリンであり、Ｐチャネル薄膜トランジスタを形成するのであれば、Ｐ型の不純物、例えばホウ素である。この結果、ゲート電極２９下の各島状シリコン層２３には、チャネル領域３２が形成される。
【００４３】
次に活性化処理工程を実施するに際し、図６（ｅ）に示す被処理体３を図１に示す活性化処理装置に搬入し、活性化処理を実施する。この活性化処理工程は、図３から長さ５０μｍ以上の辺を有する各島状シリコン層２３に対し周縁端２４から２５μｍより中央部に入射する活性化用入射光を散乱面を通して減衰させて活性化処理をする。
【００４４】
次に、ゲート電極２９上も含むゲート絶縁膜２８の上に、例えば、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜を形成する。この層間絶縁膜並びにゲート絶縁膜２８の一部を選択エッチングにより除去してコンタクト孔を形成する。このコンタクト孔を介してソース領域３０、ドレイン領域３１並びにゲート電極と配線層との電気的な接続を形成して、薄膜半導体装置を完成させる。
【００４５】
以上の例では、島状シリコン層２３の中央部に入射する活性化用入射光を散乱面を通して減衰させて活性化処理する場合について示したが、図７に示すように、ゲート幅の大きな半導体素子３０とゲート幅の小さな半導体素子３３が混在する被処理体を図１に示す活性化処理装置に搬入して、活性化処理することも可能である。このようにゲート幅の大きな半導体素子３０とゲート幅の小さな半導体素子３３が混在する領域に光照射を行い、ゲート３２ａ,３２ｂが形成されたシリコンパターン３１ａ、３１ｂ中の不純物イオンの活性化を行う場合には、ゲート幅の大きな半導体素子３０の中央部がゲート幅の小さな半導体素子３３よりも強く加熱される傾向があり、ゲート幅の小さな半導体素子３３の加熱に適した強度で光照射を行うとゲート幅の大きな半導体素子３０の中央部が過剰に加熱され、シリコンパターン３１ａの膜質劣化などを生じる場合がある。そのような問題を防止するには、ゲート幅の大きな半導体素子３０の中央部に入射する入射光に対して散乱させる光散乱領域３４をマスクに設けて、入射する光の強度を減衰させればよい。
【００４６】
上記実施形態では、島状シリコン層２３に形成される薄膜トランジスタの活性化処理工程について説明したが、ガラス基板上に形成される他の電子部品の熱処理工程に適用してもよい。また、上記実施形態では、ランプユニット６の光源としてフラッシュランプを用いたが、フラッシュランプによる光の照射の代わりにＣＷ−ＹＡＧレーザー光を照射、例えば走査してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る活性化熱処理装置を示す断面図。
【図２】図１の被処理体の構成を説明するための図。
【図３】図２の被処理体を熱処理したとき島状シリコン層の面積が大きくなると中央部と周辺部で温度差が生ずる特性を説明するための特性図。
【図４】図１のマスクの構造を拡大して示す図。
【図５】図４のマスクの他の実施形態を説明するための図。
【図６】図２の被処理体として薄膜トランジスタの製造工程に適用した実施形態を工程順に説明するための断面図。
【図７】他の実施形態を説明するための被処理体の平面図。
【符号の説明】
【００４８】
１…装置本体、２…保持台、３…被処理体、４…マスク部材、５…ランプユニット、６…フラッシュランプ、７…リフレクタ、８…微細な溝、９…微小亀裂、１０…ゲート幅の大きな半導体素子、１１ａ、１１ｂ…シリコンパターン、１２ａ、１２ｂ…ゲート電極、１３…ゲート幅の小さな半導体素子、１４…光散乱領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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