JPH1070130A

JPH1070130A - 交流磁場を用いた導電性薄膜の熱処理方法

Info

Publication number: JPH1070130A
Application number: JP8224117A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nakahara; 康雄中原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性薄膜を短時間低コストで均一に再現性
よく熱処理すること。【解決手段】絶縁基板及び絶縁基板１７上に成膜され
ている比抵抗１０¹⁰Ωｃｍ以下のａ−Ｓｉ等の半導体に
分類される導電性薄膜１に対して、導電性薄膜１の表面
に垂直な交流磁場１５を周波数ｆ≧１Ｈｚ、磁界の強さ
Ｈ≧１Ｖ／ｃｍの条件で印加し、導電性薄膜中に発生す
る誘導電流１６により、絶縁体と半導体との積層体であ
っても、半導体だけが選択的に誘導加熱されるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物質の熱処理に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】最初に、従来の半導体回路の熱処理方法
を説明するためにメモリの工程図を下記に示すことにす
る。図８はＤＩＮＯＲ型のフラッシュメモリの断面工程
図である。図８ａに示すように、比抵抗３０ΩｃｍのＳ
ｉウェハ面の導電性薄膜１は、素子側に素子間を分離す
るための局所酸化膜２を有している。

【０００３】また、導電性薄膜１の上には、酸化シリコ
ン製の下絶縁膜３、イオン注入後にアニールされた多結
晶シリコン製の浮遊ゲート４及び窒化シリコン製の上絶
縁膜５が順次堆積されている。そして上絶縁膜５は、そ
の上に不純物が極めて少ない多結晶シリコン製の高抵抗
層６を載せている。

【０００４】この状態で、フラッシュメモリの制御ゲー
ト、ソースまたはドレインを形成するため、図８ａのよ
うにこの導電性薄膜１の表面に垂直な方向からイオン７
を注入する。すると、図８ｂに示すように、高抵抗膜６
や導電性薄膜１の表面にイオンの濃度が相対的に高い注
入膜８が形成される。

【０００５】注入膜８はイオンが活性化されておらず、
そのままでは、抵抗が高いのでキセノンランプ等からの
光９によって加熱される。光によってイオンは活性化さ
れると同時に拡散するので、図８ｃに示されるように上
絶縁膜５上に制御ゲート１０が、また、導電性薄膜１上
にソースまたはドレインとなる低抵抗膜１１がそれぞれ
出来る。

【０００６】続いて、このフラッシュメモリの間を接続
するため、副ビット線を設ける。図８ｄに示すように、
絶縁膜にコンタクトホールを開けて、下層が多結晶シリ
コン、上層がアルミニウムからなる副ビット線１２を低
抵抗膜１１上に形成する。また、副ビット線１２上に新
たな絶縁膜を堆積後、アルミニウム製のワード線１３を
配置する。

【０００７】さらに、ワード線１３と交差する主ビット
線１４を、絶縁膜を挟んでワード線上方に設ける。図８
ａと図８ｃとの比較により、従来の熱処理方法では、各
導電性薄膜のアニール工程が膜毎に行われていることが
分かる。そうする訳は、図８ｂで行われる熱処理工程の
到達温度が表面からの深さにより異なるためである。

【０００８】このため、複数層を一度に加熱すると、１
層毎の歩留が９９％であっても４層の歩留は（０．９
９）⁴＝９６％よりさらに下がってしまう。ここで、従
来、薄膜を熱処理する為の方法としては、一般的に次の
三つの方法が知られている。（ａ）電気炉（ｂ）ランプアニール（ｃ）レーザーアニール

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、（ａ）の熱
処理方法は、炉全体を加熱することから、炉の温度の安
定のために長い時間がかかったり、加熱された炉から物
体へ好ましくない不純物が拡散する場合がある。また、
（ｂ）の熱処理方法は、膜厚によって光の透過率が大き
く変動するため、物体が所定の温度にならない場合があ
る。

【００１０】さらに、（ｃ）の熱処理方法は、多数の数
十μｍの平面パターン上を数十ｃｍの走査を行うため、
再現性に問題が生じる場合がある上、長い処理時間と高
い費用とが必要となる。この発明の目的は、前述した事
情に鑑みてなされてものであり、好ましくない影響を及
ぼすことなく、対象物体、特に導電性薄膜を短時間低コ
ストで均一に再現性良く熱処理することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理方法は、
交流磁場を印加することにより導電性薄膜を加熱するこ
とを特徴とする。また、本発明の熱処理方法は、導電性
薄膜を支持する基板として絶縁基板を用いることを特徴
とする。

【００１２】さらに、本発明の熱処理方法は、導電性薄
膜としてイオンドーピング処理を施した半導体膜を用い
ることを特徴とする。あるいは、本発明の熱処理方法
は、半導体膜としてａ−Ｓｉ薄膜を用い、ａ−Ｓｉ薄膜
のｐ−Ｓｉ化に用いることを特徴とする。そして、本発
明の熱処理方法は、絶縁基板としてガラス基板を用いる
ことを特徴とする。

【００１３】本発明の熱処理方法は、電磁誘導による導
電性薄膜の加熱を用いているが、外部から印加される交
流磁場Ｈと交流磁場によって発生する誘導電流が導電性
薄膜に侵入する深さδと侵入した誘導電流によって発生
する発熱量Ｐとの間に以下の関係が成立する。 δ＝√２／ｍ＝√２／√（ω・μｒμ０／ρ）＝√（２ρ）／√（２πｆ・μｒ・４π×１０^-7）［ｍ］＝√１０² ρ／｛２π√（１０^-7ｆ・μｒ）［ｃｍ］＝（１／２π）・（１／√１０^-9）・√｛ρ／（ｆ・μｒ）｝［ｃｍ］＝１．５９×１０²√｛ρ／（ｆ・μｒ）｝［ｃｍ］ただし、ρは導電性薄膜の比抵抗［Ωｃｍ］、ｆは交流
磁場の周波数［Ｈｚ］、μｒは導電性薄膜の比透磁率
［−］である。

【００１４】例えば、Ｆｅ９６−Ｓｉ４（ｗｔ％）の珪
素鋼の場合、常温においての比抵抗率ρ＝６０×１０^-6
Ωｃｍ、交流磁場の周波数５０Ｈｚ、比透磁率μｒ＝７
０００から、深さδは、δ＝１．５９×１０²・√｛６０×１０^-6／（５０×７０００）｝＝０．０６５８ｃｍとなる。

【００１５】また、発熱量Ｐは以下の式で表される。Ｐ＝ｆ（ａ／δ）・Ｈ²・（ρ／δ）［Ｗ・ｃｍ^-2］ただし、ａは導電性薄膜の厚さ［ｃｍ］、Ｈは磁場の強
さ［Ｖ／ｃｍ］、ｆ（ａ／δ）はａ／δが大きくなると
１に収束し、ａ／δが０に近付くと０になる関数であ
る。

【００１６】ｆ（ａ／δ）＝（（ｓｉｎｈ（ａ／δ）−
ｓｉｎ（ａ／δ））／（ｃｏｓｈ（ａ／δ）＋ｃｏｓ
（ａ／δ））＋ｊ（ｓｉｎｈ（ａ／δ）＋ｓｉｎ（ａ／
δ））／（ｃｏｓｈ（ａ／δ）＋ｃｏｓ（ａ／δ）））上の式から見ると抵抗率ρと発熱量Ｐとの関係は不明で
あるが、磁場によって導電性薄膜中の自由電子が磁力線
回りに束縛されることが前提であるから加熱される対象
物は半導体以上の導電性を持っていることが必要であ
る。

【００１７】定量的には、ａ−Ｓｉのように比透磁率が
１に近くても、比抵抗が１０¹⁰Ωｃｍ以下であることが
望ましい。このように、常圧下で導電性薄膜を貫く交流
磁場に、自由電子が巻きつく際に発生する熱量によって
導電性薄膜が加熱される。また、絶縁基板に自由電子は
無いので、導電性薄膜だけが交流磁場により加熱され
る。

【００１８】さらに、イオンにより非晶質化された導電
性薄膜が誘導加熱されるので、イオンの偏析が少なく、
誘導加熱後の導電性薄膜の抵抗が小さくなる。あるい
は、抵抗の低いｐ−Ｓｉ（多結晶シリコン）の代わり
に、より結晶性の低いａ−Ｓｉ（非晶質シリコン）を使
うことで加熱時の結晶成長が等方性になる。

【００１９】そして、ガラス基板を用いることで、安価
でかつ加熱されない支持体が用いられる。以上のような
構成によれば、導電性薄膜に悪影響を及ぼすことなく、
短時間かつ低コストで、再現性良く導電性薄膜が熱処理
される。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１乃至図７
に基づいて説明する。図１は交流磁場を用いた導電性薄
膜の熱処理方法の原理図である。図１において、１は液
晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの動作層とな
るａ−Ｓｉ製の導電性薄膜、１５は導電性薄膜１に印加
される交流磁場、１６は交流磁場に巻きつく自由電子に
よって生じる誘導電流、１７は比抵抗が１０¹⁴Ω・ｃｍ
以上の絶縁性の高いガラス製の絶縁基板である。

【００２１】ａ−Ｓｉはオフ時の比抵抗１０¹⁰Ωｃｍ、
オン時の比抵抗５０Ωｃｍの半導体である（野々村修
一：応用物理ｖｏｌ６４，ｐ１０１３，（１９９５
年））。図１に図示するように、周波数ｆ＝１〜１００
０［Ｈｚ］、磁場の強さＨ＝１［Ｖ／ｃｍ］の交流磁場
１５を比透磁率が１でオフ時の比抵抗１０¹⁰Ωｃｍのａ
−Ｓｉ製の導電性薄膜１に印加すると、導電性薄膜１中
に誘導電流１６が発生する。

【００２２】一方、絶縁基板１７には、自由電子が無い
ため、誘導電流が発生しない。このため、比抵抗１０¹⁰
Ωｃｍ以下でかつ自由電子を含む導電性薄膜だけが、交
流磁場によって、選択的に加熱される。従って、絶縁基
板に石英と比べて安価で低融点のガラス基板を用いるこ
とができる。

【００２３】先のａ−Ｓｉの場合、交流磁場の周波数ｆ
＝１［Ｈｚ］で、誘導電流が表面から侵入する深さδと
発熱量Ｐはそれぞれδ＝５．０３×１０⁷［ｃｍ］、Ｐ
＝１．９５×１０^-9［Ｗ・ｃｍ^-2］となる。同様に磁場
の周波数を上げると、交流磁場の周波数ｆ＝１０００
［Ｈｚ］で、深さδと発熱量Ｐはそれぞれδ＝５．０３
×１０⁵［ｃｍ］、Ｐ＝１．９５×１０^-7［Ｗ・ｃ
ｍ^-2］となる。

【００２４】上の数値から、ａ−Ｓｉ製の半導体素子
は、鉄の０．０６６ｃｍの深さに比べて、１×１０⁵ｃ
ｍの深さとなって交流磁場の貫通が容易であり、交流磁
場の周波数を１Ｈｚから１０００Ｈｚに大きくすると１
０^-9Ｗ・ｃｍ^-2から１０^-7Ｗ・ｃｍ^-2へと発熱量が大き
くなる一方、侵入する深さが１０⁷ｃｍから１０⁵ｃｍへ
とやや小さくなるが半導体回路の加熱に支障が無いこと
が分かる。

【００２５】一般に誘導加熱に用いられる鉄（Ｆｅ）と
交流磁場の相互作用は非常に強く、交流磁場の周波数を
上げると表面だけが加熱される表皮効果が生じて複数層
を処理することは困難であるが、本実施形態のように比
透磁率が１に近く、比抵抗１０¹⁰Ωｃｍ以下の半導体で
は複数層をたやすく処理することができる。図２は上下
に導電性薄膜が重なった基板の斜視図である。

【００２６】図２に示すように、厚さ１ｍｍのホウ珪酸
ガラス製の絶縁基板１７の全面を厚さ１０００Åの結晶
性に乏しいａ−Ｓｉ１８が覆っており、ａ−Ｓｉの一部
を覆うように厚さ１０００Åの酸化シリコン製の絶縁膜
１９が形成されている。また、図２で、ｎ⁺ａ−Ｓｉ２
０は、Ｐなどのｎ型不純物をａ−Ｓｉに１０²⁰ｃｍ^-3程
度ドープしたアモルファスシリコンである。

【００２７】先の絶縁膜上に、厚さ１０００Åの複数の
ｎ⁺ａ−Ｓｉ２０が点在している。図２のａ−Ｓｉ１８
は、プラズマＣＶＤ等により成膜されたシリコン膜を質
量分離せずにシラン（ＳｉＨｘ（０≦ｘ≦４））のイオ
ン流を注入するいわゆるイオンドーピング処理によって
成膜後に比べて一層、非晶質化したものである。一方、
ｎ⁺ａ−Ｓｉ２０は、成膜されたシリコン膜をホスフィ
ン（ＰＨｘ（０≦ｘ≦３））のイオンドーピングによっ
て膜中のイオン濃度と非晶質性を高めたものである。

【００２８】図２の積層膜構成に対して周波数１０００
Ｈｚ、磁場の強さ１Ｖ／ｃｍの交流磁場１５を印加して
誘導加熱する。この場合、比抵抗１０¹⁰Ωｃｍのａ−Ｓ
ｉ１８と比抵抗１０Ωｃｍのｎ⁺ａ−Ｓｉ２０の誘導電
流が導電性薄膜へ侵入する深さδは、それぞれ５．０３
×１０ ⁵ｃｍ、１．５９×１０¹ｃｍと異なるが、交流磁
場の透過性に問題は発生せず、ａ−Ｓｉ１８及びｎ⁺ａ
−Ｓｉ２０は同等の磁場が印加される。

【００２９】抵抗値の大きな差に係わらず、発熱量は、
ａ−Ｓｉ１８とｎ⁺ａ−Ｓｉ２０について、それぞれ、
１．９５×１０^-7Ｗｃｍ^-2、１．９４×１０^-7Ｗｃｍ^-2
と自由電子の数が変わらないと仮定すると同等になる。
実際は、下地となる絶縁基板と導電性薄膜の間に置かれ
た絶縁膜が加熱されないで、ｎ⁺ａ−Ｓｉ２０がａ−Ｓ
ｉ１８より早く加熱される。

【００３０】従来の熱処理方法と異なる点は、ｎ⁺ａ−
Ｓｉ２０と重なった部分のａ−Ｓｉ１８が、表面からの
距離や何層目に有るかによらず、他の部分のａ−Ｓｉと
同様に加熱されることである。図２の熱処理方法は平坦
な膜に対しての加熱であったが、膜は必ずしも平坦であ
る必要は無い。

【００３１】図３は段差部に導電性薄膜が重なった基板
の斜視図である。図３に示すように、ガラス製の絶縁基
板１７上にわずかにｎ型の、ａ−Ｓｉ１８が積層されて
いる。ａ−Ｓｉ１８上にダイオードを形成するようにボ
ラン（ＢＨｘ（０≦ｘ≦３））のイオンドーピングによ
ってｐ⁺ａ−Ｓｉ２１が、また、プラズマＣＶＤにより
酸化シリコン製の絶縁膜１９が作製されている。

【００３２】絶縁膜１９上の平面及びａ−Ｓｉとの段差
部には、ｎ⁺ａ−Ｓｉ２０が堆積されている。図３の構
成の基板に交流磁場１５を印加すると、半導体への交流
磁場の侵入する深さが大きく、比抵抗への発熱量に依存
性が少ない状態で、平坦部と段差部との立体的差、およ
びｐ型とｎ型の導電型の差異に無関係に加熱される。

【００３３】このため、本実施形態の熱処理方法は一度
にｐ型及びｎ型の半導体膜を含む例えば、ＣＭＯＳの加
熱ができ、半導体装置の工程時間を短くすることができ
る。図４はフラッシュメモリを交流磁場により熱処理す
る工程図である。図４ａに示すように、絶縁基板１７上
のａ−Ｓｉ製の導電性薄膜１の表面にイオンドーピング
によって注入膜８が形成されている。

【００３４】また、注入膜８が形成されていない導電性
薄膜１上に、順番に下絶縁膜３、高抵抗膜６、注入膜
８、上絶縁膜５、高抵抗膜６、注入膜８が積層してい
る。従来、注入膜は、注入毎にアニールしていたが、本
実施形態では、同時にアニールできるので注入後の２層
構成のままである。導電性薄膜１上を絶縁膜で覆った
後、コンタクトホールを形成し、最上層に導電性薄膜１
に接続される高抵抗膜６を積層する。

【００３５】最上層の高抵抗膜６に多様なイオン形態か
らなるイオン７をイオンドーピングする。すると、図４
ｂに示すように最上層の高抵抗膜６の表面に注入膜８が
形成される。この状態の半導体素子に交流磁場１５を印
加する。

【００３６】交流磁場の印加によって、図４ｃに示すよ
うに半導体素子の表面側から副ビット線１２、制御ゲー
ト１０、浮遊ゲート４、低抵抗膜１１が一度に形成され
る。尚、導電性薄膜１の下地が絶縁基板１７の場合、素
子間の分離が良くなるので局所酸化膜２は必ずしも必要
ない。図５は、交流磁場を用いた導電性薄膜の熱処理方
法を適用した場合の液晶表示装置の製造工程図である。

【００３７】図５ａに示すように、ガラス基板等の透明
な絶縁基板１７上の中央部に、多数の点在するａ−Ｓｉ
１８と、また、絶縁基板１７上の周辺部に、互いに長軸
が直交するａ−Ｓｉ１８とが形成されている。さらに、
同図ａで、周辺部のａ−Ｓｉ１８上に絶縁膜を隔てて、
ａ−Ｓｉにイオンドーピングによりイオンを注入した多
数の注入膜８が作製されている。

【００３８】また、絶縁基板の周辺部のａ−Ｓｉ１８か
ら横方向に境界の段差を経て、絶縁基板の中央部のａ−
Ｓｉ１８上に絶縁膜を介して重畳するように細長い注入
膜２２が形成されている。このような構成の基板に、基
板に垂直な方向から交流磁場を印加する。すると、図５
ｂに示すように、交流磁場により、ａ−Ｓｉは加熱され
て相対的に移動度の高い多結晶Ｓｉ２３となる一方、注
入膜は、内部に含まれるイオンが活性化されて、低抵抗
膜１１となる。

【００３９】そして、同時に絶縁基板の中央部に点在す
るａ−Ｓｉ膜上に重畳する細長い注入膜は加熱されて、
薄膜トランジスタのオンオフを制御するゲート線２４と
なる。続いて、図５ｃに図示するように、ゲート線と接
触しないように層間絶縁膜を設けた後、Ａｌ製の配線２
５と透明なＩＴＯ製の表示電極２６を設ければ液晶表示
装置のＴＦＴ基板が作製される。

【００４０】通常は、さらにポリイミド製の配向膜に堆
積した後、液晶を対向基板とＴＦＴ基板との間に封入す
れば液晶表示装置が完成する。図６は導電性薄膜への交
流磁場の掛け方を示した断面図である。図６に示すよう
に、図の左から右に移動する導電性薄膜１を載せた絶縁
基板１７に対して上下方向から交流磁場１５が通ってい
く。

【００４１】交流磁場は、コイル２７中を流れる電流の
方向を周期的に逆方向にすることで発生させる。コイル
２７間に発生した磁力線は、比透磁率の高い鉄族の化合
物の板を積層した積層鉄心２８内を主として通過してい
く。このように、導電性薄膜の平面に垂直に磁束を通す
方式を一般に横軸磁束方式（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｆ
ｌｕｘｈｅａｔｉｎｇ）という。

【００４２】ａ−Ｓｉやｐ−Ｓｉは可視光部に吸収波長
を持ち、光により自由電子が増える性質があるので、対
向する積層鉄心の表面を鏡面加工して側面から導電性薄
膜に光を照射する方がより望ましい。図７に交流磁場を
用いた熱処理方法の時間と場所とに対する特性図を示
す。図７に図示するように、本実施形態によれば、従来
例におけるランプアニールの高速性とレーザアニールの
選択性とを共に兼ね備えた熱処理が可能になる。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、交流磁場で導電
性薄膜を加熱する熱処理方法によれば、汚染や溶融によ
る変形など導電性薄膜に悪影響を及ぼすことなく、短時
間かつ低コストで、再現性良く処理できる。また、交流
磁場中に導電性薄膜を支持する基板として絶縁基板を用
いるから、絶縁基板が加熱されず、低融点の材料を用い
ることができる。

【００４４】さらに、導電性薄膜としてイオンドーピン
グ処理を施したＳｉ薄膜を用いるから、質量の相違によ
る様々の注入深さにより表面から深いところまで薄膜の
結晶性が失われ結晶粒界が消失して、結晶粒界への不純
物の偏析が進まず、加えて色々なエネルギー準位の不純
物が存在し、単結晶の場合に比較してエネルギーギャッ
プが小さくなる場合が生じるので、不純物の活性化が容
易にできる。

【００４５】そして、Ｓｉ薄膜としてａ−Ｓｉ薄膜を用
い、ａ−Ｓｉ薄膜のｐ−Ｓｉ化に用いるから、結晶性に
乏しく特定方向への結晶成長が発達しないので、より平
坦な固層成長ができる。それから、絶縁基板としてガラ
ス基板を用いるから、安価な材料を用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の交流磁場を用いた導電性薄膜の熱処理
方法の斜視図である。

【図２】本発明の交流磁場を用いた積層した導電性薄膜
の熱処理方法の斜視図である。

【図３】本発明の交流磁場を用いた屈曲した導電性薄膜
の熱処理方法の斜視図である。

【図４】本発明の交流磁場を用いたフラッシュメモリの
加熱工程図である。

【図５】本発明の交流磁場を用いた液晶表示装置の加熱
工程図である。

【図６】本発明の交流磁場を発生させる装置断面図であ
る。

【図７】本発明の交流磁場を用いた熱処理方法の特徴図
である。

【図８】従来の熱処理方法によるフラッシュメモリの加
熱工程図である。

【符号の説明】

１導電性薄膜２局所酸化膜３下絶縁膜４浮遊ゲート５上絶縁膜６高抵抗膜７イオン８注入膜９光１０制御ゲート１１低抵抗膜１２副ビット線１３ワード線１４主ビット線１５交流磁場１６誘導電流１７絶縁基板１８ａ−Ｓｉ１９絶縁膜２０ｎ⁺ａ−Ｓｉ２１ｐ⁺ａ−Ｓｉ２２細長い注入膜２３多結晶Ｓｉ２４ゲート線２５配線２６表示電極２７コイル２８積層鉄心 δ 深さａ厚さ ρ 比抵抗 μｒ比透磁率Ｈ磁場の強さｆ周波数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/792 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｆ 29/786 21/336

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流磁場を印加することにより導電性薄
膜を加熱することを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】導電性薄膜を支持する基板として絶縁基
板を用いることを特徴とする請求項１記載の熱処理方
法。
【請求項３】導電性薄膜としてイオンドーピング処理
を施した半導体膜を用いることを特徴とする請求項１記
載の熱処理方法。
【請求項４】半導体膜としてａ−Ｓｉ薄膜を用い、ａ
−Ｓｉ薄膜のｐ−Ｓｉ化に用いることを特徴とする請求
項３記載の熱処理方法。
【請求項５】絶縁基板としてガラス基板を用いること
を特徴とする請求項２記載の熱処理方法。