(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー照射室に搬入された基板上に成膜されている半導体膜に対してレーザー光導入窓を介してレーザー光を照射して結晶化処理を行う半導体装置の製造方法であって、
前記レーザー照射室に、前記レーザー光導入窓をクリーニングするエッチングガスを供給するための移送管を用いて、水素ラジカルを供給し、
前記水素ラジカルの雰囲気中でレーザー光を照射して前記結晶化処理を行うことにより前記結晶化処理と同時に結晶化によって生じる不対電子対を水素終端する水素化処理を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記レーザー照射室内の前記レーザー光導入窓近傍に設けられているクリーニング処理室を前記レーザー照射室内のその他の領域から隔離した状態で、前記エッチングガスを前記クリーニング処理室に供給する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記クリーニング処理室を前記レーザー照射室内のその他の領域から隔離した状態で、前記基板の前記レーザー照射室からの搬出および前記基板の前記レーザー照射室への搬入を行う
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記クリーニング処理室を前記レーザー照射室内のその他の領域から隔離しない状態で、前記水素ラジカルを前記クリーニング処理室に供給する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁体上に形成され、液晶表示装置の表示画素または液晶駆動回路の構成素子として利用される半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の半導体膜を有する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す）である多結晶シリコンＴＦＴは、高移動度化が可能でありながらガラス基板のように透明で絶縁性の基板上に作成できるという特徴を生かして、液晶表示装置（ＬＣＤ）や液晶プロジェクタ等の光変調素子あるいは液晶駆動用内蔵ドライバーの構成素子として広く用いられている。
【０００３】
電界効果型トランジスタであるＴＦＴの性能は、当然のことながらゲート絶縁膜の膜質、その能動部を構成する半導体膜の膜質、そしてこれらゲート絶縁膜と半導体膜との界面の善し悪しによって決定され、高品質の半導体膜、ゲート絶縁膜、および清浄な界面が得られれば、それに応じた高性能のＴＦＴが得られ、逆にこれらの要件の全てが同時に満たされていなければ高性能のＴＦＴは決して実現できない。
【０００４】
比較的安価な耐熱性ガラス基板を使用して高移動度の多結晶シリコンＴＦＴを実現する低温プロセスと呼ばれる技術があり、工程最高温度としておおむね６００℃以下の多結晶シリコンＴＦＴ製造プロセスが一般的に低温プロセスと呼ばれている。低温プロセスでは、発振時間が極短時間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化をおこなう技術が広く使われている。レーザー結晶化とは、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜に高出力のパルスレーザー光を照射することによって瞬時に溶融させ、これが凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術である。最近ではガラス基板上のアモルファスシリコン膜にエキシマレーザービームをくり返し照射しながらスキャンすることによって大面積の多結晶シリコン膜を作成する技術が広く使われるようになった。また、ゲート絶縁膜としてはプラズマＣＶＤをもちいた成膜方法で比較的高品質の二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜が成膜可能となり実用化への見通しが得られるほどになった。これらの技術によって、現在では一辺が数十センチほどもある大型のガラス基板上に多結晶シリコンＴＦＴが作成可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、レーザー結晶化により得られる多結晶シリコン膜には、化学的に非常に活性である不対電子対（ダングリング・ボンド）が必ず発生し、酸素や水、或いは一酸化炭素や二酸化炭素、塵、埃等が半導体膜に接すると、これらの物質が不純物として半導体膜に取り込まれてしまうため、不対電子対を水素終端させる水素化処理が必要となるとともに、水素化処理のためのチャンバがレーザー結晶化のためのチャンバ以外に必要になり、ＴＦＴの製造工程が煩雑になると共に、ＴＦＴの製造に使用する装置が多く必要となるという問題点があった。
【０００６】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザー結晶化のためのチャンバ内でレーザー結晶化と共に水素化処理を行うことにより、ＴＦＴの製造工程を簡略化でき、ＴＦＴの製造に使用する装置を削減することができる半導体装置の製造方法を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
【０００８】
本発明は、レーザー照射室に搬入された基板上に成膜されている半導体膜に対してレーザー光導入窓を介してレーザー光を照射して結晶化処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記レーザー照射室に、前記レーザー光導入窓をクリーニングするエッチングガスを供給するための位相管を用いて、水素ラジカルを供給し、前記水素ラジカルの雰囲気中でレーザー光を照射して前記結晶化処理を行うことにより前記結晶化処理と同時に結晶化によって生じる不対電子対を水素終端する水素化処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記レーザー照射室内の前記レーザー光導入窓近傍に設けられているクリーニング処理室を前記レーザー照射室内のその他の領域から隔離した状態で、前記エッチングガスを前記クリーニング処理室に供給することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記クリーニング処理室を前記レーザー照射室内のその他の領域から隔離した状態で、前記基板の前記レーザー照射室からの搬出および前記基板の前記レーザー照射室への搬入を行うことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記クリーニング処理室を前記レーザー照射室内のその他の領域から隔離しない状態で、前記水素ラジカルを前記クリーニング処理室に供給することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態が用いられる薄膜トランジスタ製造装置の構成を示す構成図であり、図２は、図１に示すレーザー照射室の構成を示す構成図である。
【００１５】
本実施の形態が用いられるＴＦＴ製造装置の概略構成は、図１を参照すると、基板を搬送する搬送ロボット１１が配置された搬送室１０が構成され、搬送室１０の周りに基板の搬入出を行うロードロック室２０と、基板を加熱する予備加熱室３０と、ＣＶＤ法やＰＶＤ法により半導体膜の形成を行う半導体成膜室４０と、レーザーアニールによる結晶化を行うレーザー照射室５０と、シリコン酸化膜（第１ゲート絶縁膜）の形成を行う酸化膜成膜室６０とが構成されている。搬送室１０とロードロック室２０とは、シャッタＳ２を介して接続され、搬送室１０と半導体成膜室４０は、シャッタＳ３を介して接続され、搬送室１０とレーザー照射室５０とは、シャッタＳ４を介して接続され、搬送室１０と酸化膜成膜室６０とは、シャッタＳ５を介して接続されている。ロードロック室２０にはシャッタＳ１によって開閉される基板搬入出口が構成されている。
【００１６】
搬送室１０、予備加熱室３０、半導体成膜室４０、レーザー照射室５０および酸化膜成膜室６０は、外気から遮断されており、ロードロック室２０に搬入された基板は、搬送ロボット１１により各処理室に搬入され、外気から遮断された状態で、下地保護膜および半導体膜成膜処理と、結晶化処理と、第１ゲート絶縁膜成膜処理とが行われる。
【００１７】
レーザー照射室５０は、図２を参照すると、ハウジングの上部にレーザー光導入窓５１が配置され、レーザー光導入窓５１を介して図示しないレーザーからの高エネルギーのレーザー光をホルダー５２上の基板に照射する構成となっている。ホルダー５２内にはヒータが設けられており、基板を２５℃程度から４００℃程度に加熱でき、ホルダー５２は前後左右に移動可能であり、ホルダー５２の移動によりレーザー光がホルダー５２上の基板の全面に照射される。
【００１８】
レーザー照射室５０のレーザー光導入窓５１の下部には、ゲートバルブ５３によりその他のレーザー照射室５０の領域から隔離することができるクリーニング処理室５４が設けられており、ゲートバルブ５３を閉めることによりレーザー照射室５０に搬入されている基板に影響を与えることなくレーザー光導入窓５１に付着した汚れのクリーニング（エッチング）を行うことができる構成となっている。
【００１９】
クリーニング処理室５４には、レーザー光導入窓５１のクリーニングするためのエッチングガスを供給するためのラジカル移送管５５が取りつけられており、放電室５６でプラズマ励起されたエッチングガスがラジカル移送管５５を通してクリーニング処理室５４に供給される構成となっている。また、クリーニング処理室５４には、図示しない排気手段が接続されており、排気手段による真空排気により、クリーニング処理室５４内に供給されたエッチングガスを排気することができる。
【００２０】
また、放電室５６には、エッチングガスと共に水素ガスも供給されており、エッチングガスと切り替えて放電室５６でプラズマ励起された水素ラジカルをラジカル移送管５５を通してクリーニング処理室５４に供給することができるように構成されている。
【００２１】
次に、本実施の形態の動作について図３を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するための工程図である。
【００２２】
まず、複数枚の基板をロードロック室２０に搬入し、次に、搬送ロボット１１は、ロードロック室２０に搬入された複数枚の基板を４００〜５００℃程度に設定された予備加熱室３０に搬入する。複数枚の基板それぞれが予備加熱室３０で予備加熱された後、搬送ロボット１１は、複数枚の基板のうちから１枚目の基板を予備加熱室３０から半導体成膜室４０に搬入する（ステップＡ１）。
【００２３】
半導体成膜室４０は、基板の表面に下地保護膜および半導体膜（アモルファスシリコン膜等）を形成するためのＰＥＣＶＤ装置として構成され、サセプタ温度は４００℃程度に設定されている。
【００２４】
半導体成膜室４０で１枚目の基板に下地保護膜および半導体膜を成膜した後（ステップＡ２）、搬送ロボット１１は、１枚目の基板を半導体成膜室４０からレーザー照射室５０に搬入する（ステップＡ３）と共に、２枚目の基板を予備加熱室３０から半導体成膜室４０に搬入する。
【００２５】
レーザー照射室５０に搬入された１枚目の基板は、ホルダー５２内に設けられている図示しないヒータにより、２００℃〜４００℃に加熱される。レーザー結晶化には、特に基板を加熱する必要はないが、水素化処理のために基板を加熱する。
【００２６】
次に、放電室５６に水素ガスを流し、ラジカル源で放電し、水素ラジカルをラジカル移送管５５を通してレーザー照射室５０内に供給する（ステップＡ４）。水素ラジカルが供給される際には、ゲートバルブ５３は、開いた状態であり、クリーニング処理室５４部分に供給された水素ラジカルは、レーザー照射室５０の基板に供給される。
【００２７】
ラジカルをラジカル移送管５５を通して長距離搬送する観点から、ラジカル放電は、低圧力（ｍＴｏｒｒ）領域で行うのが望ましく、ラジカル放電は、高周波（ＶＨＦ、ＵＨＦ）マイクロ波が適している。水素ガスを適量（例えば１００ｓｃｃｍ）流し、２〜３ｍＴｏｒｒの圧力下で放電室で１００Ｗのマイクロ波放電を行い、水素ラジカルを基板上に供給する。
【００２８】
水素ラジカルの供給と同時にレーザー光の照射を開始し、ホルダー５２の移動により基板をレーザー光に対して相対的に移動させ、基板全体のレーザー結晶化を行う（ステップＡ５）。水素ラジカルが供給された状態でレーザー結晶化を行うことにより、レーザー結晶化により形成された多結晶シリコン膜中の不対電子対が瞬時に水素終端される。
【００２９】
レーザー結晶化終了後に、ゲートバルブ５３を閉じて、クリーニング処理室５４をレーザー照射室５０内のその他の領域と隔離し、レーザー光導入窓５１のクリーニングを開始する（ステップＡ６）。レーザー光導入窓５１のクリーニングは、レーザー結晶化終了後の基板の搬出と、新たな基板の搬入との間に行われ、ゲートバルブ５３が閉じているため、クリーニング処理室５４に供給されるエッチングガスは、基板に届くことがない。
【００３０】
レーザー光導入窓５１に付着した汚れ（Ｓｉ）のクリーニングには、例えばＳｉエッチングガスであるＣＦ4＋Ｏ2を使用し、例えば、ＣＦ4：Ｏ2＝８００ｓｃｃｍ：３００ｓｃｍ流し、圧力１００ｍＴｏｒｒにて１００Ｗのマイクロ波放電を行い、レーザー光導入窓５１に付着した汚れ（Ｓｉ）のエッチングを行う。
【００３１】
クリーニング（エッチング）終了後、クリーニング処理室５４を図示しない排気手段より真空排気し、クリーニング処理室５４の真空度がその他のレーザー照射室５０の領域の真空度と略同一になった時点でゲートバルブ５３を開ける。クリーニング処理室５４の真空排気を短時間で行う必要がある場合には、例えばバッファチャンバを併設し、当該バッファチャンバを高真空排気した状態でクリーニング処理室５４とバッファチャンバとを接続することによりごく短時間で排気する方法がある。なお、Ｓｉのエッチングレートは、１００ｎｍ／ｍｉｎ以上とれるので、一度のエッチングに必要な時間は、１０ｓ程度で十分であり、クリーニング処理室５４の真空排気の時間を鑑みても、レーザー光導入窓５１に付着した汚れ（Ｓｉ）のクリーニングをレーザー結晶化終了後の基板の搬出と、新たな基板の搬入との間に行うことができる。
【００３２】
レーザー照射室５０で１枚目の基板の半導体膜にレーザー照射による結晶化が施されている間、半導体成膜室４０に搬送された２枚目の基板には下地保護膜および半導体膜が形成される。
【００３３】
１枚目の基板の半導体膜がレーザー照射によって結晶化されると共に水素化された後、搬送ロボット１１は１枚目の基板をレーザー照射室５０から酸化膜成膜室６０に搬入する（ステップＡ７）と共に、２枚目の基板を半導体成膜室４０からレーザー照射室５０に搬入する。また搬送ロボット１１は、３枚目の基板を予備加熱室３０から半導体成膜室４０に搬入する。
【００３４】
酸化膜成膜室６０で１枚目の基板に第１ゲート絶縁膜が成膜されている間（ステップＡ８）、半導体成膜室４０に搬送された３枚目の基板は、下地保護膜および半導体膜が形成され、レーザー照射室５０に搬送された２枚目の基板の半導体膜は、レーザー照射に依る結晶化が施される。
【００３５】
以後これを繰り返して複数の基板に対する処理を順次行うと共に、ロードロック室２０に搬送されてきた基板を順次装置外に搬出し、以降の処理を行う。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、水素ラジカルを供給しながらレーザー結晶化を行うことにより、レーザー結晶化のためのレーザー照射室（チャンバ）内でレーザー結晶化と共に水素化処理を行うことができるため、水素化処理を行うための装置および時間を必要とせず、ＴＦＴの製造工程を簡略化でき、ＴＦＴの製造に使用する装置を削減することができるという効果を奏する。
【００３７】
さらに、本実施の形態によれば、水素ラジカルを供給しながらレーザー結晶化を行うことにより、不対電子対を瞬時に水素終端することができるため、半導体膜の電気伝導度は著しく安定し、その結果ＴＦＴのオン電流やオフ電流等と云った電気的特性が向上するという効果を奏する。
【００３８】
さらに、本実施の形態によれば、レーザー照射室に水素ラジカルを供給するに際し、レーザー照射室のレーザー光導入窓をクリーニングするエッチングガスを供給するラジカル移送管を用いるため、水素ラジカルを供給するための特別な設備を必要とせず、ＴＦＴの製造に使用する装置を削減することができるという効果を奏する。
【００３９】
なお、本実施の形態のレーザー光導入窓５１に付着した汚れ（Ｓｉ）のクリーニングは、各基板毎に行うように構成したが、レーザー光導入窓５１に付着する汚れ（Ｓｉ）の程度によっては、複数枚毎（例えば２０枚）に行う様に構成しても良い。
【００４０】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の半導体装置の製造方法は、水素ラジカルを供給しながらレーザー結晶化を行うことにより、レーザー結晶化のためのレーザー照射室（チャンバ）内でレーザー結晶化と共に水素化処理を行うことができるため、水素化処理を行うための装置および時間を必要とせず、ＴＦＴの製造工程を簡略化でき、ＴＦＴの製造に使用する装置を削減することができるという効果を奏する。
【００４２】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、水素ラジカルを供給しながらレーザー結晶化を行うことにより、不対電子対を瞬時に水素終端することができるため、半導体膜の電気伝導度は著しく安定し、その結果ＴＦＴのオン電流やオフ電流等と云った電気的特性が向上するという効果を奏する。
【００４３】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、レーザー照射室に水素ラジカルを供給するに際し、レーザー照射室のレーザー光導入窓をクリーニングするエッチングガスを供給するラジカル移送管を用いるため、水素ラジカルを供給するための特別な設備を必要とせず、ＴＦＴの製造に使用する装置を削減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態が用いられる薄膜トランジスタ製造装置の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示すレーザー照射室の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１０  搬送室
１１  搬送ロボット
２０  ロードロック室
３０  予備加熱室
４０  半導体成膜室
５０  レーザー照射室
６０  酸化膜成膜室
Ｓ１〜５  シャッタ
５１  レーザー光導入窓
５２  ホルダー
５３  ゲートバルブ
５４  クリーニング処理室
５５  ラジカル移送管
５６  放電室
【図１】
0003797258.tif 000002
【図２】
0003797258.tif 000003
【図３】
0003797258.tif 000004