(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上にシリコン膜、前記シリコン膜上のゲイト絶縁膜、及び前記ゲイト絶縁膜上のゲイト電極を形成し、
前記シリコン膜に不純物イオンを添加して前記シリコン膜にソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記シリコン膜のソース領域及びドレイン領域の上面に接する金属膜を形成し、
前記ガラス基板の上面側からランプ光源を用いた線状の紫外光及びランプ光源を用いた第１の線状の赤外光の照射を行うと同時に前記ガラス基板の下面側からランプ光源を用いた第２の線状の赤外光を前記ガラス基板を透過させて前記シリコン膜に照射することによって、前記シリコン膜のソース領域及びドレイン領域の上面に金属シリサイドを形成した後、
前記シリコン膜に対して熱処理を行う半導体装置の作製方法であって、
前記線状の紫外光及び前記第２の線状の赤外光は、前記シリコン膜の同一部分を照射しながら前記ガラス基板の一端から他端に向かって走査し、
前記第１の線状の赤外光は、前記線状の紫外光の走査方向に対して前記線状の紫外光の前方部分を照射しながら前記ガラス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半導体装置の作製方法。
【請求項２】
ガラス基板上にシリコン膜、前記シリコン膜上のゲイト絶縁膜、及び前記ゲイト絶縁膜上のシリコンからなるゲイト電極を形成し、
前記シリコン膜に不純物イオンを添加して前記シリコン膜にソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記シリコン膜のソース領域及びドレイン領域の上面と前記ゲイト電極に接する金属膜を形成し、
前記シリコン膜の上面側からランプ光源を用いた線状の紫外光及びランプ光源を用いた第１の線状の赤外光の照射を行うと同時に前記シリコン膜の下面側からランプ光源を用いた第２の線状の赤外光を前記ガラス基板を透過させて前記シリコン膜に照射することによって、前記シリコン膜のソース領域及びドレイン領域の上面と前記ゲイト電極の上面に金属シリサイドを形成した後、
前記シリコン膜に対して熱処理を行う半導体装置の作製方法であって、
前記線状の紫外光及び前記第２の線状の赤外光は、前記シリコン膜の同一部分を照射しながら前記ガラス基板の一端から他端に向かって走査し、
前記第１の線状の赤外光は、前記線状の紫外光の走査方向に対して前記線状の紫外光の前方部分を照射しながら前記ガラス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半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記熱処理は、５００〜７００℃のファーネスアニールにより行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、透光性を有する同一基板上に半導体薄膜を利用した薄膜トランジスタで画素マトリクス回路、ドライバ─回路、ロジック回路等を作製する半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、従来のランプアニ─ル法に対して改良を加えた装置を用いた工程と、その後の熱処理によって、さらに均一性の優れた良質の結晶性を有する半導体薄膜を得ることを課題とする。
【０００９】
また、従来のランプアニ─ル法は、被処理膜の上面側のみから照射していたので、被処理膜上の一部または全面に光を透過しない層（例えば金属からなる電極）、または光の照射を妨げる層が存在していると、前記層の下の被処理膜がアニ─ルできなかった。
特に、半導体薄膜に、ド─ピングされた不純物を活性化させる工程に、従来のランプアニ─ルを用いた時、半導体薄膜上に積層された金属からなる電極や、絶縁膜が光の照射を妨げ、均一性の優れたソース／ドレイン領域を形成することができなかった。
【００１０】
本発明の課題のもう一つは、不純物がド─ピングされた半導体薄膜に、従来のランプアニ─ル法に対して改良を加えた装置を用いた工程と、その後の熱処理によって、不純物を活性化させ均一性の優れたソース／ドレイン領域を有する半導体薄膜を得ることも課題の１つとする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の第１の構成は、
透光性を有する基板上に成膜された半導体薄膜に、強光を照射し、加熱処理する工程を有する半導体装置の作製方法であって、
前記半導体薄膜に対して、前記半導体薄膜の上面側に設けられた少なくとも１つのランプ光源と前記半導体薄膜の下面側に設けられた少なくとも１つのランプ光源とから発する強光を照射する工程と、
前記工程の後に、前記半導体薄膜に対して熱処理を施す工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００１２】
また第２の構成は、
不純物がド─ピングされた半導体薄膜に、強光を照射し、加熱処理することにより前記不純物を活性化させる工程を有する半導体装置の作製方法であって、
前記半導体薄膜に対して、前記半導体薄膜の上面側に設けられた少なくとも１つのランプ光源と前記半導体薄膜の下面側に設けられた少なくとも１つのランプ光源とから発する強光を照射する工程と、
前記工程の後に、前記半導体薄膜に対して熱処理を施す工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００１３】
なお、上記第１又は２の構成において、前記熱処理は、５００〜７００℃のファーネスアニールにより行われる。ここでいうファーネスアニ─ルとは、電熱炉等の加熱炉内で行う数時間の熱処理のことである。
【００１４】
本発明の様にランプ光源からの強光によってランプアニールを行うと半導体膜中に歪エネルギーが発生する。即ち、ファーネスアニールによって歪エネルギーを除去または低減することは非常に有効である。
【００１５】
また、従来のランプアニ─ル法は、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絶縁基板へと熱が伝播して、歪みエネルギーが生じ、基板が反ったり縮んだりする変形が起きてしまうことが問題となっていた。
また、全面一括処理でのランプアニ─ルでは、被処理膜への光の照射に微妙なむらが生じ、求められている均一性の優れた良質の結晶性を有する特性を有する薄膜を得ることができなかった。
そこで、上記第１又は２の構成において、前記強光が、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で前記問題を解決することができる。
【００１６】
また、上記第１又は２の構成において、前記強光は、全て前記薄膜の同一部分を照射した状態で走査されることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００１７】
上記第１又は２の構成において、上記強光が、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している。
【００１８】
また、上記第１又は２の構成において、上記強光は、全て前記薄膜の同一部分を照射した状態で走査されることを特徴としている。
【００１９】
上記第１又は２の構成において、上面側からの強光は、前記薄膜の原子の結合手を電子励起させうる波長領域（代表的には１０〜６００ｎｍ）を主成分とする光であり、下面側からの強光は、前記薄膜の原子の結合手を振動励起させうる波長領域（代表的には５００ｎｍ〜２０μｍ）を主成分とする光であることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２０】
上記第１又は２の構成において、前記薄膜の原子の結合手を電子励起させうる波長領域の強光とは紫外光であり、前記薄膜の原子の結合手を振動励起させうる波長領域の強光とは赤外光であることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、被処理膜に対して両面側から光を照射、特に上面側及び下面側から紫外光（ＵＶ光）と赤外光（ＩＲ光）とを組み合わせて照射する装置によって得られる半導体薄膜を用いた半導体装置及びその作製方法である。
【００２２】
なお、本発明では、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む。
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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珪素を主成分とする半導体薄膜の上面側から照射することが望ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
この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の珪素を主成分とする半導体薄膜の下面側から照射することができる。
【００３０】
本発明の工程は、以下に説明する様な効果を得ることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
この様に、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、珪素を主成分とする半導体薄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。
【００３９】
ところで、図４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４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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、本発明は、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ものに限定されるものではなく、例えば、赤外光による上面側からのランプアニールに下面側からの赤外光によるランプアニールを組み合わせてもよい。
【００４３】
珪素を主成分とする膜を結晶成長させる工程において、本発明のランプアニ─ル法を用いると、均一性の優れた良質の半導体薄膜を得ることができる。
また、不純物をドーピングした珪素を主成分とする膜を活性化させる工程において、本発明のランプアニ─ル法を用いると、特性の優れたソース領域、ドレイン領域を得ることができる。
【００４４】
また、本発明のランプアニ─ル法を用いた工程の後に、ファーネスアニ─ルを行なうと、本発明のランプアニ─ル法を用いた工程により生じた歪みエネルギーを減少または、除去することができる。
そのため、本発明のランプアニ─ル法を用いる場合、併せて熱アニールを後に行うことが望ましい。
【００４５】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、半導体装置の作製方法において、珪素を主成分とする結晶性膜の結晶性を改善する工程を、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。
【００４６】
まず、透光性を有する基板としてガラス（または石英）基板１０１上に厚さ２０００Åの酸化珪素膜でなる下地膜１０２を形成する。
その後、下地膜上に、厚さ３００Å〜５００Å、本実施例では厚さ５００Åの非晶質珪素膜を堆積する。
【００４７】
そして、非晶質珪素膜を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。
このようにして、結晶性珪素膜１０３を得る。（図１（ａ））
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。
【００４８】
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。
【００４９】
その後、図１（ｂ）のように、本実施例では、この結晶性珪素膜１０３の上面側から紫外光１０７が照射される。上面側とは図１（ｂ）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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
また、赤外光は、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
上記処理を行うことで、結晶性に優れた結晶性珪素膜１１２が得られた。
【００５５】
次に、上記処理が終了したら、５００〜７００℃（本実施例では６００℃）のファーネスアニールを２〜８時間（本実施例では４時間）行う。この熱処理工程により、前述のランプアニール工程によって半導体膜中に発生した歪エネルギーが除去または低減される。
【００５６】
歪エネルギーが残存したままにしておくと製造プロセス中の膜剥がれ（ピーリング）の原因となる。また、歪エネルギーによって応力や格子歪が発生するため、半導体装置の電気特性が変化してしまう。従って、上述の様なファーネスアニール工程は、ランプアニール、レーザーアニール等の急激な相変化を伴う熱処理の後工程として非常に有効な工程である。
【００５７】
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。同一部分とは図１（ｂ）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。
【００５８】
その後、得られた結晶性シリコン膜をフォトリソグラフィー法によって、パターニングして、島状に分離し、Ｐチャネル型ＴＦＴの島状領域、または、Ｎチャネル型ＴＦＴの島状領域を形成する。
【００５９】
さらにプラズマＣＶＤ法によって厚さ１５００Å〜２０００Å、本実施例では厚さ１５００Åの酸化珪素膜を全面に堆積し、絶縁膜を形成する。
【００６０】
引続いて、スパッタリング法によって、厚さ４０００Å〜６０００Å、本実施例では、５０００Åのアルミニウム膜を形成し、エッチングすることで、ゲイト配線パタ─ンを形成する。
【００６１】
ゲイト電極１１９をマスクとして、絶縁膜をエッチングし、ゲイト絶縁膜１１８を形成する。
【００６２】
次に、ソース領域１１５およびドレイン領域１１７を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する。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。
【００６３】
次に層間絶縁膜１２０として酸化珪素膜、または、窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂材料でなる層を形成してもよい。
【００６４】
そして、コンタクトホ─ルの形成を行い、ソ─ス電極１２１とドレイン電極１２２の形成を行う。こうして、薄膜トランジスタが完成する。（図１（ｃ））
【００６５】
尚、本発明の薄膜トランジスタの形状は、プレーナ型であるが、逆スタガー型にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００６６】
〔実施例２〕
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。
【００６７】
図２（ａ）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（ａ）において、２０１〜２０３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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
次に、不純物イオンの添加工程が終了したら、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成される基板上面側から紫外光２０７を照射し、基板下面側から赤外光２１１を照射する。この時、ゲイト電極２０５の直下には紫外光２０７が届かないが、下面側から赤外光２１１を照射しているので活性化は問題なく行われる。（図２（ａ））
【００７１】
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。
【００７２】
さらに、上記ランプアニールにより、歪エネルギーが発生するため、５００〜７００℃、本実施例では６００℃のファーネスアニールを４時間行い、歪エネルギーを除去または、減少させた。
この時、ゲイト電極の材質によって、適宜アニール温度を前記温度範囲内で調整することは言うまでもない。
【００７３】
以後、実施例１と同様に薄膜トランジスタを完成させる。（図２（ｂ））
勿論、実施例１で得られた結晶性の優れた結晶性珪素膜を用いれば、さらに優れた特性を有する薄膜トランジスタが得られる。
【００７４】
〔実施例３〕
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。
【００７５】
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装置を用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３０８が照射される構成となっている。
【００７６】
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３１１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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
以後、実施例１と同様に薄膜トランジスタを完成させる。
【００８２】
〔実施例４〕
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５に示す。
【００８３】
図５において、５０１は表面に下地膜を設けたガラス基板、５０２は結晶性珪素膜である。基板５０１の上面側には紫外光ランプ５０３、反射鏡５０４、シリンドリカルレンズ５０５が配置され、紫外光５０６が照射される。また、下面側には赤外光ランプ５０７、反射鏡５０８、シンドリカルレンズ５０９が配置され、赤外光５１０が照射される。
【００８４】
この時、赤外光５１０の照射範囲は５１１〜５１３で示される領域（第１の領域とする）に渡り、紫外光５０６の照射範囲は５１２で示される領域（第２の領域とする）のみである。
【００８５】
即ち、赤外光５１０の照射範囲の方が紫外光５０６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５１０の短辺方向の長さを、線状に加工された紫外光５０６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。
【００８６】
従って、結晶性珪素膜５０２は紫外光５０６を照射される直前に赤外光５１０によって加熱され、紫外光５０６が照射された直後も僅かな時間だけ赤外光５１０によって加熱される。即ち、領域５１１で弱い励起状態を作り、領域５１２で完全な励起状態として、領域５１３で弱い励起状態を保つ。
【００８７】
以上の様な構成とすると結晶性珪素膜５０２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。
以後、この結晶性珪素膜を用いて、実施例１と同様に薄膜トランジスタを完成させる。
【００８８】
〔実施例５〕
本実施例では、本発明の実施例１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６を用いて説明する。
【００８９】
図６（Ａ）において、６０１はガラス基板、６０２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、６０３は基板下面側の赤外光ランプ、６０４は基板上面側の紫外光ランプである。
【００９０】
ここで本実施例の特徴は、紫外光ランプ６０４に並列して第１の赤外光補助ランプ６０５、第２の赤外光補助ランプ６０６を配置する点である。なお、本実施例では紫外光ランプ６０４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６０５、６０６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。
【００９１】
以上の様な構成において、各ランプ６０３〜６０６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６０２は第１の赤外光補助ランプ６０５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６０７となり、基板の移動に伴い前方へと移動していく。
【００９２】
プレヒート領域６０７の後方では、基板上面側から紫外光ランプ６０４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６０３からの赤外光が照射されてメインヒート領域６０８が形成される。本実施例の場合、非晶質珪素膜６０２の結晶化はこのメインヒート領域６０８で行われる。
【００９３】
メインヒート領域６０８の後方には第２の赤外光補助ランプ６０６からの赤外光により加熱されたポストヒート領域６０９が形成される。この領域はメインヒート領域６０８で得られた結晶性珪素膜を加熱する領域である。
【００９４】
以上の様に、非晶質珪素膜（途中から結晶性珪素膜となる）６０２はプレヒート領域６０７、メインヒート領域６０８、ポストヒート領域６０９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。
【００９５】
ここで図６（Ｂ）に示すのは、非晶質珪素膜６０２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６（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。
【００９６】
図６（Ｂ）から明らかな様に、プレヒート領域６０７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６０８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６０８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。
【００９７】
そのため、第１の赤外光補助ランプ６０５の出力エネルギーは赤外光ランプ６０３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。
【００９８】
次に、プレヒート領域６０７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６０８となる。この領域で非晶質珪素膜６０２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。
【００９９】
メインヒート領域６０８で得られた結晶性珪素膜は紫外光ランプ６０４の後方に配置された第２の赤外光補助ランプ６０６によって加熱される。このポストヒート領域６０９は、メインヒート領域６０８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て最も安定な結合状態を得るための工夫である。
【０１００】
従って、第２の赤外光補助ランプ６０６も基板下面に配置される赤外光ランプ６０３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。
【０１０１】
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。
以後、この結晶性珪素膜を用いて、実施例１と同様に薄膜トランジスタを完成させる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上の様に、本発明では被処理膜の上下方向にランプ光源を設置することでランプアニールを効率的に行うことができる。特に、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、結晶性の優れた結晶性珪素膜を得ることができる。
【０１０３】
また、上記ランプアニールの後、ファーネスアニールを行うことも本発明の１つであり、この処理により、歪エネルギーの小さい結晶性珪素膜を得ることができる。
【０１０４】
そして、この様にして形成された結晶性珪素膜を用いることで優れた電気特性を有する半導体装置を作製することが可能である。
【０１０５】
また、活性層にＮ型またはＰ型を付与する不純物が添加されたソース領域、ドレイン領域を活性化させる際に本発明を適用すると、不純物の効果的且つ効率的な活性化を行うことができる。
【０１０６】
さらに、本発明のランプアニールを線状に加工された強光で行うことにより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できる。
【図面の簡単な説明】
【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】    熱エネルギーと光エネルギーの違いを示す図。
【図５】    本発明による加熱処理の構成を示す図。
【図６】    本発明による加熱処理の構成を示す図。
【符号の説明】
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
１１５          ソ─ス領域
１１６          チャネル領域
１１７          ドレイン領域
１１８          ゲイト絶縁膜
１１９          ゲイト電極
１２０          層間絶縁膜
１２１          ソース電極
１２２          ドレイン電極
２０１          ソース領域
２０２          ドレイン領域
２０３          チャネル領域
２０４          ゲイト絶縁膜
２０５          ゲイト電極
２０７          紫外光
２１１          赤外光
２１７          活性化されたソース領域
２１８          活性化されたドレイン領域
２１９          活性化されたチャネル領域
２２０          層間絶縁膜
２２１          ソース電極
２２２          ドレイン電極
３０１          赤外光ランプ
３０２          反射鏡
３０３          シリンドリカルレンズ
３０４          紫外光ランプ
３０５          反射鏡
３０６          シリンドリカルレンズ
３０７          赤外光
３０８          紫外光
３１１          赤外光
３０９          金属膜
３１０          金属シリサイド
３１１          紫外光
５０１          基板
５０２          結晶性珪素膜
５０３          紫外光ランプ
５０４          反射光
５０５          シリンドリカルレンズ
５０６          紫外光
５０７          赤外光ランプ
５０８          反射光
５０９          シリンドリカルレンズ
５１０          赤外光
５１１          弱い励起状態が作られた領域
５１２          完全な励起状態の領域
５１３          弱い励起状態が保たれた領域
６０１          基板
６０２          非晶質珪素膜
６０３          赤外光ランプ
６０４          紫外光ランプ
６０５、６０６  赤外光補助ランプ
６０７          プレヒ─ト領域
６０８          メインヒ─ト領域
６０９          ポストヒ─ト領域
【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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