(57)【要約】【課題】  ランプ光を照射して熱処理を行う際に、光吸収特性の異なる材料を含む被処理体に対しても、均一な熱処理を可能とする熱処理方法及び熱処理装置を提供すること。【解決手段】  放電ランプから光を照射して、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも２種以上の材料を含む被処理体を、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理方法であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラー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】
放電ランプから光を照射して、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも２種以上の材料を含む被処理体を熱処理するに際し、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理方法であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラーを備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
前記放電ランプが、フラッシュランプであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
前記光の吸収特性が異なる少なくとも２種以上の材料は、半導体及び金属を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理方法。
【請求項４】
前記被処理体が、ガラス基板上に形成された半導体薄膜パターン及び金属薄膜パターンであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項５】
放電ランプからの光の照射により、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも２種以上の材料を含む被処理体を熱処理するに際し、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理装置であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラーを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
基板上に半導体膜を形成する工程、
前記半導体膜を含む前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体膜に不純物を注入する工程、及び
請求項５に記載の熱処理装置を用いて前記半導体膜に熱処理を施し、前記半導体膜中の不純物を活性化する工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理方法及び熱処理装置に係り、特に、シリコン基板又はガラス基板上に形成した半導体装置の熱処理方法、熱処理装置、及びこの熱処理装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等の表示装置として、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の製造プロセスは、以下の通りである。
【０００３】
まず、ガラス基板上に所定のパターンの能動層として機能する半導体層を形成する。次いで、この半導体層上に、ゲート絶縁膜及びパターニングしたゲート電極を順次形成し、このゲート電極をマスクとして、半導体層に対し不純物イオンを注入し、ソース領域、ドレイン領域を形成する。
【０００４】
不純物イオンの注入後、層間絶縁膜を形成し、ファーネス炉アニールにより、ソース領域、ドレイン領域の不純物の活性化を行う。次に、層間絶縁膜を貫通して半導体層に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内及び層間絶縁膜上に、ソース領域及びドレイン領域に接続するソース電極及びドレイン電極を形成して、ＴＦＴが完成する。
【０００５】
以上のような方法で製造される液晶表示装置の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、効率のよい活性化のための熱処理を行うことが求められている。
【０００６】
しかし、上述したようなファーネス炉アニールでは、活性化のための加熱はガラス基板の歪点温度以下で行う必要があり、ガラス基板の歪点が６７０℃程度であるため十分に加熱温度を上げることができず、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。
【０００７】
上記点に対処して活性化率を向上するひとつの方法として本発明者は、フラッシュランプを光源に用いて、このランプ光を被照射物に瞬時に照射し、活性化処理を施される半導体層が光を吸収し、局所的に１０００℃以上の高温まで昇温する方法を開発している。
【０００８】
この方法によると、光を吸収する半導体層を約１４００℃に加熱することができるので、短時間で効果的にポリ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。この工程では、半導体層がほとんど入射光を吸収し、ガラス基板は光を吸収しないため、加熱されず、歪みを生ずる６００℃には到達しないことがわかった。
【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、上述した薄膜トランジスタの製造工程において行うランプ光による活性化熱処理では、半導体層とゲート電極の光吸収特性および熱的物性が異なるため、熱処理状態に不均一性を生じるという問題があることがわかった。即ち、ゲート電極は金属からなるため、その光吸収特性は、波長によらずフラットな特性を示すが、シリコンにより構成される半導体層は、６００ｎｍ以上の波長域における吸収率が低い。これらゲート電極及び半導体層に照射されるフラッシュランプの放射特性は、紫外光から赤外光まで幅広い光を含んでいるため、ゲート電極と半導体層とで温度差が生じてしまい、均一な加熱を行うことが出来ない。
【００１０】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされ、ランプ光を照射して熱処理を行う際に、光吸収特性の異なる材料を含む被処理体に対しても、均一な熱処理を可能とする熱処理方法及び熱処理装置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】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、放電ランプから光を照射して、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも２種以上の材料を含む被処理体を熱処理するに際し、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理方法であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラーを備えることを特徴とする熱処理方法を提供する。
【００１２】
本発明の第２の態様は、放電ランプからの光の照射により、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも２種以上の材料を含む被処理体を熱処理するに際し、前記放電ランプから放射された光を、前記異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去するフィルタユニットを通して前記被処理体に照射する熱処理装置であって、前記フィルタユニットが、紫外光あるいは可視光の少なくとも一部を反射し、他の波長域の光を透過または吸収する選択反射ミラーを備えることを特徴とする熱処理装置を提供する。
【００１３】
以上のように構成される本発明の第１及び第２の態様に係る熱処理方法及び熱処理装置において、前記放電ランプとして、フラッシュランプを用いることができる。なお、前記光の吸収特性が異なる少なくとも２種以上の材料は、半導体及び金属を含むものとすることができる。前記被処理体として、ガラス基板上に形成された半導体薄膜パターン及び金属薄膜パターンを用いることができる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、基板上に半導体膜を形成する工程、前記半導体膜を含む前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体膜に不純物を注入する工程、及び上述した熱処理装置を用いて前記半導体膜に熱処理を施し、前記半導体膜中の不純物を活性化する工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、放電ランプからの光の照射による熱処理に際し、所定の波長の光を除去する選択反射ミラーを備えたフィルタユニットを通して光の照射を行うことにより、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なる少なくとも２種以上の材料を含む被処理体を熱処理する場合でも、異なる光の吸収特性に対応して光の相対強度を制御した光の照射が可能となり、均一な熱処理が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る熱処理方法及び熱処理装置は、金属からなるゲート電極と素子パターンを構成する半導体層の構成する材料が、可視域および赤外域における光の吸収特性が異なるため、放電ランプからの光照射による熱処理を行った場合に、両者の温度に相違を生じ、均一な熱処理を行うことができないという問題を、異なる光の吸収特性に対応して所定の波長の光を除去する選択反射ミラーを備えたフィルタユニットを通して光の照射を行うことにより解決したことを特徴とする。
【００１８】
このような熱処理方法及び熱処理装置によると、フィルタユニットにおいて除去する光の帯域および除去の度合いを調整することにより、可視域および赤外域において光の吸収特性が異なるゲート電極と半導体層の加熱温度の相対強度を変えることができ、両者の加熱状態を均一にすることができる。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置の概略を示す図である。図１において、気密容器１内には、被処理体２を予め定められた位置に位置合わせして保持する処理台３が配置されている。気密容器１内の上部には、可視光および赤外光の部分の照射強度を変化させる手段として、選択反射ミラー１５を設けている。選択反射ミラー１５は、赤外光を透過する光学ガラス基板上に誘電体の多層膜ミラーを形成したものである。フラッシュランプ３と被処理体７の間にはリフレクター１６が配置され、フラッシュランプ３の発する光が被処理体７に直接照射されないようになっている。フラッシュランプ３から直接、あるいはリフレクター１６で反射された後に選択反射ミラー１５に入射した光は、可視光の一部と赤外光が選択反射ミラー１５を透過し、反射された紫外光と可視光の一部が被処理体７に達する。
【００２０】
なお、本実施形態においては、ランプユニット６を気密容器１内に配置したが、ランプユニット６を気密容器１の外に配置し、気密容器１のランプユニット６と対向する面に開口部を設け、石英ガラスなどフラッシュランプ４の光を透過する材質の板で前記開口部を封止する構造とし、前記開口部を通して被処理体２へ光を照射してもよい。
【００２１】
ガラス基板上に薄膜トランジスターを形成するプロセスを考えた場合、被処理体２はガラス基板１１、シリコンパターン１２、ゲート絶縁膜１３、および金属からなるゲート電極１４で構成される。
【００２２】
図２は、フラッシュランプ４の放射特性ａ、シリコンパターン１２の吸収特性ｂ、ゲート電極１３の吸収特性ｃをそれぞれ示す特性図である。図２に示すように、フラッシュランプ４の放射特性ａは、紫外光から赤外光まで幅広い波長の光を含んでいる。一方、シリコンパターン１２の吸収特性ｂは、６００ｎｍ以上の波長域での吸収率が低い。また、金属からなるゲート電極１３の吸収特性ｃは、紫外域から赤外域まで比較的平坦である。
【００２３】
図２に示す各特性から、フラッシュランプ４の放射光のうち、可視光および赤外光の部分、例えば６００ｎｍより波長が長い光の照射強度を変化させることによって、シリコンパターン１２の加熱状態にはほとんど影響を与えずにゲート電極１３の加熱状態を制御することができることがわかる。
【００２４】
従って、本実施形態では、可視光および赤外光の部分の照射強度を変化させる手段として、選択反射ミラー１５を用いている。選択反射ミラー１５は、赤外光を透過する光学ガラス基板上に誘電体の多層膜ミラーを形成したものである。フラッシュランプ３と被処理体７の間にはリフレクター１６が配置され、フラッシュランプ３の発する光が被処理体７に直接照射されないようになっている。フラッシュランプ３から直接、あるいはリフレクター１６で反射された後に選択反射ミラー１５に入射した光は、可視光の一部と赤外光が選択反射ミラー１５を透過し、反射された紫外光と可視光の一部が被処理体７に達する。このような選択反射ミラー１５を用いれば、第１の実施形態よりも構成は複雑になるが、選択反射する帯域の光の損失を防止することができる。
【００２５】
なお、本実施形態においては、選択反射ミラー１５を備えたランプユニット６を気密容器１内に配置したが、ランプユニット６を気密容器１の外に配置し、気密容器１のランプユニット６と対向する面に開口部を設け、石英ガラスなどフラッシュランプ４の光を透過する材質の板で前記開口部を封止する構造とし、前記開口部を通して被処理体２へ光を照射してもよい。
【００２６】
以上説明した図１に示すような熱処理装置を用いることにより、異なる材料間の光による加熱状態の相対強度を調節することができ、均一な熱処理が実現される。
【００２７】
次に、以上説明した熱処理装置を用いた熱処理を、ソース・ドレイン領域の活性化工程に適用した実施形態について、説明する。
【００２８】
図３は、図１に示す被処理体２を説明するための半導体装置の断面図である。図３において、基板例えば２ｍ角の方形状ガラス基板２１上には、この基板２１からの不純物の浸透を防止するための例えばＳｉＯ２からなる下地絶縁膜２２がプラズマＣＶＤ法により成膜されている。この下地絶縁膜２２上には、非単結晶半導体薄膜例えばアモルファスシリコン膜がプラズマＣＶＤ法により成膜されている。このアモルファスシリコン膜は、結晶化するためのエネルギー光により照射されて多結晶化された後、予め定められたＴＦＴを形成する位置のパターンをマスクとして島状に残してプラズマエッチングされて、島状多結晶半導体薄膜２３に加工されている。
【００２９】
この島状多結晶半導体薄膜２３および露出した下地絶縁膜２２上には、例えばＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜２４がプラズマＣＶＤ法により形成されている。このゲート絶縁膜２４上にはゲート電極を形成するための導電体例えばモリブデン-タングステン合金薄膜がスパッタ法により成膜され、予め定められたＴＦＴを形成する位置のパターンをマスクとして島状に残してプラズマエッチングされて、ゲート電極２５が形成されている。島状多結晶半導体薄膜２３にソースおよびドレイン領域を形成するための不純物注入はゲート電極２５をマスクとして行う。この不純物を活性化するために、図１に示す熱処理装置による熱処理を行う。
【００３０】
まず、気密容器１内に、上述した、半導体薄膜のソース・ドレイン領域に不純物が注入された後の被処理基板が位置合わせされて支持台３の予め定められた位置に搬入される。ゲート電極２５が光照射時に酸化されることを防止するため、気密容器１内には窒素などの不活性ガスを導入する。次いで、フラッシュランプ４を点灯駆動するための駆動電力が印加され、フラッシュランプ４を点灯させ、選択反射ミラー１５を介して、光照射による熱処理が行われる。
【００３１】
選択反射ミラー１５としては、可視域の光の一部と赤外域の光を透過し、可視域の光の一部と紫外域の光を反射する誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。
【００３２】
ランプユニット６を構成する複数のフラッシュランプ４としては、例えば棒状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加えられ、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。
【００３３】
フラッシュランプ光の発光波長域は、紫外域から赤外域におよび、発光時間は０．１ｍｓ〜１００ｍｓである。
【００３４】
このキセノンフラッシュランプ４の点灯により、帯域除去フィルタ７を通して、又は選択反射ミラー１５を介して、被処理基板２を瞬時に照射することで、短時間での効率的なアニール処理を行い、不純物イオンの活性化を行うことができる。
【００３５】
ランプユニット６により図３に示す被処理体に光を照射すると、光を吸収する島状多結晶半導体薄膜２３を約１４００℃に加熱することができる。この場合、帯域除去フィルタ７又は選択反射ミラー１５により、赤外域の波長が除去されて照射されるので、赤外域の波長を吸収する金属、例えばモリブデンシリサイドからなるゲート電極２５の温度上昇及びその下の島状多結晶半導体薄膜２３の部分の温度上昇を防止することができ、その結果、短時間で均一に島状多結晶半導体薄膜２３に含まれる不純物の活性化を行うことができる。この場合、ガラス基板２１は光を吸収しないため、加熱されず、歪みを生ずる６００℃には到達しない。
【００３６】
このようにして活性化工程を終了する。この工程を１周期として複数回実行してもよい。活性化工程を終了した被処理体２は、気密容器１外に搬出される。
【００３７】
次に、以上説明した熱処理装置を用いて多結晶半導体薄膜２３に含まれる不純物の活性化を行った、液晶表示装置を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法について説明する。図４及び図５は、この薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００３８】
まず、被処理基板３１を用意する。この実施形態では、被処理基板３１としてガラス基板３２上にＳｉＯ２からなる下地絶縁層３３が形成された基板を用いている。このガラス基板３１上（下地絶縁層３３上）の略全面に層厚が例えば５０ｎｍとなるようにアモルファスシリコン層３４を形成する。その後、温度５００℃の雰囲気中でアニール処理を施し、このアモルファスシリコン層３４中の水素を離脱させる（図４（ａ））。
【００３９】
次いで、例えばＥＬＡ（Excimer Laser Anneal）法により、このアモルファスシリコン層３４を結晶化して、ポリシリコン層３５とする（図４（ｂ））。
【００４０】
次に、ＰＥＰ（Photo Engraving Process、いわゆるフォトリソグラフィー）によりポリシリコン層３５上に所定の形状のレジストマスクを形成し、このレジストマスクをマスクとして、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法によりポリシリコン層３５にエッチングを施すことによって、ポリシリコン層３５を島形状に加工する（図４（ｃ））。
【００４１】
その後、ＰＥ−ＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法を用いて、島形状に加工されたポリシリコン層（島状多結晶半導体薄膜）３５及び下地絶縁層３３を覆うように、ＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜３６を形成する（図４（ｄ））。
【００４２】
次に、ゲート絶縁膜３６上の略全面に金属層、例えばモリブデンタングステン層３７形成する（図５（ａ））。そして、モリブデンタングステン層３７上にＰＥＰにより所定の形状のレジストマスクを形成した後、このレジストマスクをマスクとして反応性イオンエッチング法により、モリブデンタングステン層の不要部分を除去し、ゲート電極３８を形成する（図５（ｂ））。
【００４３】
次に、ゲート電極層３８をマスクとして、ポリシリコン層３５に不純物領域、例えばソース領域及びドレイン領域形成のために不純物イオン（リンもしくはボロン等）を注入する（図５（ｃ））。
【００４４】
その後、図１に示す熱処理装置を用いて、図５（ｄ）に示す構造を、ランプユニット６による光加熱により熱処理し、ポリシリコン層３５に含まれる不純物を活性化し、ソース領域及びドレイン領域を形成する。
【００４５】
次いで、全面にＳｉＯ２からなる層間絶縁膜３９を形成する（図５（ｄ））。
【００４６】
その後は、通常の薄膜トランジスタの製造工程に従って、ソース領域の一部及びドレイン領域の一部を露出させるように、コンタクトホールを形成し、次いで、コンタクトホールを埋めるように金属の配線層を形成しパターニングすることにより、ソース電極及びドレイン電極を形成して、ＴＦＴが完成する。
【００４７】
以上のようにして製造された液晶表示装置駆動用ＴＦＴでは、選択反射ミラー１５を介してランプユニット６による光加熱を行っているため、ポリシリコン層３５の加熱を均一に行うことができ、ポリシリコン層３５中の不純物を効率よく活性化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図。
【図２】フラッシュランプの放射特性、シリコン及びモリブデンシリサイドの吸収特性をそれぞれ示す特性図。
【図３】被処理体を説明するための半導体装置の断面図。
【図４】薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法を工程順に示す断面図。
【図５】薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法を工程順に示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１…気密容器、２…被処理体、３…処理台、４…フラッシュランプ、５,１６…リフレクタ、６…ランプユニット、１１…ガラス基板、１２…シリコンパターン、１３…ゲート絶縁膜、１４…ゲート電極、１５…選択反射ミラー、２１，３２・・・ガラス基板、２２，３３・・・下地絶縁膜、２３・・・島状多結晶半導体薄膜、２４，３６・・・ゲート絶縁膜、２５，３８・・・ゲート電極、２６，３９・・・層間絶縁層、３５・・・ポリシリコン層。
【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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