專利名稱：熱處理設(shè)備和用于熱處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于熱處理的方法和應(yīng)用該方法的熱處理設(shè)備。特別地，本發(fā)明涉及通過(guò)已加熱氣體加熱一襯底或在該襯底上的已形成物質(zhì)的熱處理設(shè)備，以及用于使用該設(shè)備的熱處理的方法。
該水平型或垂直型退火爐為一塊全部處理許多襯底的批量型設(shè)備。例如，垂直型退火爐在由石英水平或平行形成的接受器上安裝一襯底，并且通過(guò)一升降機(jī)抬高和壓低來(lái)進(jìn)行到反應(yīng)管的放入和放出。在一鐘罩型反應(yīng)管的外周部分，提供一加熱器以通過(guò)該加熱器加熱襯底。由于其構(gòu)造，花費(fèi)比較長(zhǎng)的時(shí)間用于到達(dá)預(yù)定加熱溫度的上升的時(shí)間和冷卻至可能取出溫度的下降的時(shí)間。
順便提及，在被用于集成電路的MOS晶體管中，隨著元件變得精細(xì)，需要非常高的工藝精度。特別地，需要以最小來(lái)擴(kuò)散雜質(zhì)以形成薄結(jié)。然而，由于退火爐使得形成薄結(jié)困難，工藝花費(fèi)長(zhǎng)的時(shí)間用于升溫和降溫。
快速熱退火(以下描述為RTA)方法被發(fā)展為進(jìn)行快速加熱和快速冷卻的熱處理技術(shù)。RTA設(shè)備使用紅外線燈快速加熱一襯底或在該襯底上的一已形成物質(zhì)以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行熱處理。
薄膜晶體管(以下描述為T(mén)FT)為眾所周知的另一形式的晶體管。
TFT作為可能形成直接在玻璃襯底上的集成電路的技術(shù)被注意。該技術(shù)對(duì)于用于新電子設(shè)備如液晶顯示設(shè)備的應(yīng)用開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)是先進(jìn)的。特別地，在形成于玻璃襯底上的多晶半導(dǎo)體膜上形成雜質(zhì)域如源域和漏域的FET需要用于激活和畸變減輕的熱處理。然而，該玻璃襯底具有其畸變點(diǎn)只有600到700℃和容易被熱沖擊損壞的缺點(diǎn)。
在相關(guān)領(lǐng)域的垂直或水平型退火爐中，當(dāng)襯底尺寸大獲得加熱溫度的均勻變得困難，無(wú)論形成集成電路的襯底是半導(dǎo)體還是絕緣材料如玻璃或陶瓷。為了獲得襯底表面上和襯底之間溫度的均勻，由于在反應(yīng)管中象流體一樣流動(dòng)的氣體的特征，需要使得水平和平行安裝的被處理襯底的間距寬。例如，當(dāng)襯底的一側(cè)超過(guò)500mm時(shí)，該襯底的間距有必要大于30mm。
因此，由于被處理襯底大，該設(shè)備必須有大的尺寸。因?yàn)樵S多襯底一塊全部處理，所以襯底自身的重量增加，并且安裝被處理襯底的接受器需要強(qiáng)度。由于那樣，重量增加，并且攜帶被處理襯底進(jìn)出的機(jī)器的操作變慢。進(jìn)一步，該裝置不僅影響到該熱處理設(shè)備占據(jù)地板面積的增加，而且影響到用于具有承受地板負(fù)荷的建筑的建筑費(fèi)用。這樣，大尺寸設(shè)備形成一惡性循環(huán)。
另一方面，作為前提，RTA方法一件一件處理以使該設(shè)備的負(fù)荷不急劇增加。然而，由于被處理襯底和其上的已形成物質(zhì)的特性，對(duì)用于加熱單元的燈的光的吸收產(chǎn)生了差別。例如，當(dāng)一金屬線路的圖形在玻璃襯底上形成時(shí)，金屬線路被較早加熱和玻璃襯底被局部畸變而損壞的現(xiàn)象產(chǎn)生。由于那樣，需要諸如調(diào)節(jié)上升速度的復(fù)雜控制。
本發(fā)明針對(duì)該問(wèn)題的解決，即，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種通過(guò)短時(shí)間熱處理激活加到半導(dǎo)體的雜質(zhì)元素并進(jìn)行吸氣過(guò)程的方法，以及一種可能進(jìn)行這樣熱處理的熱處理設(shè)備。
與氣體管道連接的處理室的數(shù)量是可選的。即，本發(fā)明的熱處理設(shè)備的另一構(gòu)造包括n段(n＞2)的氣體加熱室和處理室，其中第m(1≤m≤(n-1))處理室的充氣口被連接到第m氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的充氣口被連接到第n氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的排氣口被連接到熱交換器，并且用由加熱單元加熱的氣體作為加熱源加熱襯底。
通過(guò)由已加熱氣體加熱被處理襯底，該襯底被均勻加熱，不為在被處理襯底上的已形成物質(zhì)的材料所影響。這樣，不產(chǎn)生局部畸變進(jìn)行熱處理是可能的，并且通過(guò)快速加熱，獲得如玻璃的易損壞襯底的均勻熱處理是容易的。
通過(guò)提供除處理室之外的預(yù)熱室和冷卻室進(jìn)行熱處理，不需要的能量消耗被減少。即，通過(guò)將從氣體供應(yīng)單元供應(yīng)的冷(大約室溫)氣體充向冷卻室，已完成熱處理的襯底被冷卻。這樣，盡管該氣體溫度上升，用于加熱氣體的熱能借助于通過(guò)熱交換器向氣體加熱單元供應(yīng)氣體而被節(jié)省。通過(guò)向預(yù)熱室充入從熱交換器排出的高溫氣體以及加熱被冷卻(大約室溫)襯底，用于在處理室加熱的時(shí)間被縮短，并且加熱氣體的溫度變化變小。這樣，用于氣體加熱的熱能被節(jié)省。
一種用于通過(guò)熱處理設(shè)備熱處理的方法包括進(jìn)行熱處理的n段(n＞2)的處理室、一預(yù)熱室和一冷卻室，并且用由n段的加熱單元加熱的氣體作為加熱源來(lái)加熱襯底，其中由第m(1≤m≤(n-1))加熱單元加熱的氣體由n段(n＞2)的處理室和氣體加熱單元供應(yīng)給第m處理室，供應(yīng)給第m處理室的氣體由第(m+1)加熱單元加熱并供應(yīng)給第(m+1)處理室，安排在n段處理室的襯底被加熱，供應(yīng)給第n處理室的氣體被供應(yīng)給熱交換器，從氣體供應(yīng)單元供應(yīng)的氣體被作為用于加熱的加熱源使用，從氣體供應(yīng)單元供應(yīng)的氣體被供應(yīng)給冷卻室，從冷卻室排出的氣體通過(guò)熱交換器供應(yīng)給第一氣體加熱單元，并且從熱交換器排出的氣體供應(yīng)給預(yù)熱室。
通過(guò)提供預(yù)備室和冷卻室，用于熱處理的時(shí)間被縮短。通過(guò)與一塊全部處理多個(gè)襯底的批量型處理系統(tǒng)結(jié)合，大量襯底可被高效處理。
對(duì)于在本發(fā)明中應(yīng)用的氣體，可使用用氮?dú)饣蛳∮袣怏w的非活性氣體，氫的還原性氣體，氧、一氧化二氮(dinitrogen monoxide)或二氧化氮(nitrogen dioxide)的氧化性氣體。
使用氮?dú)饣蛳∮袣怏w的非活性氣體可應(yīng)用到熱處理中，該熱處理針對(duì)用于非晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶的熱處理、用于吸氣以及離子注入或離子摻雜(不分離質(zhì)量的注入離子的方法)之后的再結(jié)晶和激活的熱處理。
通過(guò)使用氫氣或用惰性氣體稀釋的氫作為還原性氣體如氫，可進(jìn)行補(bǔ)償半導(dǎo)體缺陷(懸掛鍵)的氫處理。
通過(guò)使用氧化性氣體如氧氣、一氧化二氮(dinitrogenmonoxide)和二氧化氮，氧化膜可在半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體膜上形成。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為表示實(shí)施應(yīng)用本發(fā)明的熱處理的方法的熱處理設(shè)備的一個(gè)模式的剖視圖；圖2為表示實(shí)施應(yīng)用本發(fā)明的熱處理的方法的熱處理設(shè)備的一個(gè)模式的剖視圖；圖3為表示應(yīng)用本發(fā)明的熱處理的方法的熱處理設(shè)備的實(shí)例的布置圖；圖4為描述可應(yīng)用到本發(fā)明的熱處理設(shè)備中的氣體加熱單元實(shí)例的視圖；圖5為描述可應(yīng)用到本發(fā)明的熱處理設(shè)備中的熱交換器實(shí)例的視圖；圖6為描述使用用于本發(fā)明熱處理的方法的結(jié)晶過(guò)程中的襯底溫度變化的曲線圖；圖7為描述使用用于本發(fā)明熱處理的方法的吸氣過(guò)程中的襯底溫度變化的曲線圖；圖8A到8F為描述表示應(yīng)用本發(fā)明的熱處理的方法和熱處理設(shè)備生產(chǎn)半導(dǎo)體膜過(guò)程的剖視圖；以及圖9A到9F為描述表示應(yīng)用本發(fā)明的熱處理的方法和熱處理設(shè)備生產(chǎn)TFT過(guò)程的剖視圖。
圖10A到10C圍描述應(yīng)用本發(fā)明的熱處理的方法和熱處理設(shè)備的半導(dǎo)體襯底熱處理過(guò)程的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的模式將在以下參考圖1描述。圖1為表示應(yīng)用本發(fā)明的熱處理的方法實(shí)施熱處理的設(shè)備的模式的剖視圖。該熱處理設(shè)備提供多個(gè)氣體供應(yīng)單元、多個(gè)氣體加熱單元、多個(gè)處理室和熱交換器、一預(yù)熱室和一冷卻室。
從氣體供應(yīng)單元107供應(yīng)的氣體被充到冷卻室。已完成加熱過(guò)程的襯底被安排在冷卻室中一定時(shí)期。被供應(yīng)氣體促成該襯底的降溫，由此被供應(yīng)的氣體的溫度以大約室溫上升。當(dāng)沒(méi)有已完成加熱過(guò)程的襯底時(shí)，該氣體象現(xiàn)在這樣通過(guò)該室。
從冷卻室排出的氣體通過(guò)熱交換器108，并供應(yīng)給第一氣體加熱單元111a或112a。第一氣體加熱單元111a以預(yù)定溫度加熱該氣體。
第二氣體加熱單元111b的排氣口被連接到由氣體管道在第一工藝室101a中提供的充氣口，并且供應(yīng)已加熱氣體。在第一工藝室101a中，提供一襯底支撐單元和將已加熱氣體吹向該襯底的噴淋盤(pán)。然后，被供應(yīng)氣體通過(guò)加熱襯底從在第一工藝室101a提供的排氣口排出。
為了防止在充入已加熱氣體時(shí)來(lái)自壁面材料的沾污，所述工藝室使用石英或陶瓷形成。由于當(dāng)襯底大時(shí)用符合襯底尺寸的石英形成工藝室是困難的，在這種情況下該工藝室可應(yīng)用陶瓷。支撐單元的結(jié)構(gòu)在與襯底的接觸面積上做的盡可能小。供應(yīng)給工藝室101a的氣體通過(guò)噴淋盤(pán)被吹向襯底。在噴淋盤(pán)上以預(yù)定間距形成小開(kāi)口，已加熱氣體被均勻地吹向襯底。通過(guò)提供噴淋盤(pán)，即使當(dāng)襯底大時(shí)加熱也是均勻進(jìn)行的。
該工藝室這樣的構(gòu)造類似于第二工藝室101b、第三工藝室101c、第四工藝室101d和第五工藝室101e的構(gòu)造。
從第一工藝室101a排出的氣體被用于再次加熱襯底，在那之后供應(yīng)給第二工藝室101b。由于在該過(guò)程氣體溫度下降，通過(guò)第二氣體加熱單元111b進(jìn)行控制以使為預(yù)定溫度。在第一工藝室101a提供的排氣口和第二加熱單元111b的充氣口與一氣體管道連接，并且第二加熱單元111b的排氣口和在第二工藝室101b提供的充氣口以一氣體管道連接。這些氣體管道可能被提供一絕熱單元，盡管未表示。
類似地，在被用于加熱襯底之后，供應(yīng)給第二工藝室101b的已加熱氣體通過(guò)第三氣體加熱單元111c供應(yīng)給第三工藝室101c。在被用于加熱襯底之后供應(yīng)給第三工藝室101c的已加熱氣體通過(guò)第四氣體加熱單元111d供應(yīng)給第四工藝室101d。在被用于加熱襯底之后供應(yīng)給第四工藝室101d的已加熱體通過(guò)第五氣體加熱單元111e供應(yīng)給第五工藝室101e。
從第五工藝室101e排出的氣體供應(yīng)給熱交換器108并被用于加熱從冷卻室106供應(yīng)給第一氣體加熱單元111a的氣體。進(jìn)一步，在那之后，該氣體供應(yīng)給預(yù)熱室105并被用于加熱設(shè)在其中的襯底。
第一到第五工藝室通過(guò)圖1的熱處理室101中的氣體加熱單元連接。熱處理室102、103和104的構(gòu)造也類似于熱處理室101。通過(guò)這樣的構(gòu)造，在每一個(gè)熱處理室中以不同的加熱溫度來(lái)進(jìn)行熱處理是可能的。連接數(shù)量是可選的，不受上面的限制。
襯底每一片都被安置在處理室。通過(guò)用氣體管道串聯(lián)連接每個(gè)處理室并使已加熱氣體連續(xù)流動(dòng)，所用氣體的量和加熱所需能量可被節(jié)省。
熱交換器108被提供用于提前預(yù)熱從第一氣體供應(yīng)單元107供應(yīng)給第一氣體加熱單元111a的氣體。該氣體可被從每個(gè)處理室排出的氣體的熱量預(yù)先加熱。
熱交換器的一實(shí)例在圖5中表示。高溫氣體流經(jīng)的和如該圖中表示的翅片被提供處的管道以及被冷卻(通常大約室溫)氣體流經(jīng)的和翅片類似地被提供處的管道被安裝在該熱交換器中。油403作為傳熱介質(zhì)被填滿于設(shè)備的主體400中。所述翅片被提供用于熱交換效率的改善，且所述高溫氣體傳遞熱量至油403并被排出，通過(guò)這樣的構(gòu)造造成低溫。通過(guò)該熱量，低溫氣體通過(guò)熱交換器時(shí)被加熱。盡管該熱交換器的一簡(jiǎn)單實(shí)例在這里被表示，可應(yīng)用到本發(fā)明熱處理設(shè)備中的熱交換器的構(gòu)造可采用另一種構(gòu)造，不局限在圖5。
圖4表示氣體加熱單元構(gòu)造的一實(shí)例。在圖4中，熱吸收體303在讓氣體通過(guò)的圓筒301內(nèi)部提供。對(duì)于該熱吸收體303，采用高純度鈦或鎢、或由碳化硅(silicon carbide)、石英或硅形成的物質(zhì)。圓筒301由透明石英形成，且在該圓筒外部提供的光源302的輻射加熱熱吸收體303。盡管氣體接觸熱吸收體被加熱，通過(guò)提供在圓筒301外部的光源來(lái)防止沾污，并且可保持通過(guò)氣體的純度。設(shè)備體300的內(nèi)部可抽空以改進(jìn)絕熱效果。
接下來(lái)，使用具有圖1所示構(gòu)造的熱處理設(shè)備的熱處理過(guò)程實(shí)例將被描述。安排在預(yù)熱室105的襯底被從熱交換器108供應(yīng)的氣體加熱至預(yù)定溫度。加熱溫度可設(shè)定在大約100到450℃。例如，通過(guò)加熱到450℃，在襯底上形成的非晶硅膜的脫氫過(guò)程是可能的。在預(yù)熱室105加熱的襯底被移動(dòng)至熱處理室101的每個(gè)處理室101a到101e并在那里被熱處理。該襯底由第一到第五氣體加熱單元111a到111e在預(yù)定溫度加熱。
在完成一定時(shí)間的熱處理之后，襯底被移動(dòng)至冷卻室106。從氣體供應(yīng)單元107供應(yīng)并具有大約室溫溫度的氣體被供應(yīng)到冷卻室106，由此該襯底被冷卻。因此，被安排在冷卻室106的熱處理后的襯底可被快速冷卻。該氣體吸收襯底的熱以上升到高于室溫的溫度。在被熱交換器108加熱之后，該氣體被供應(yīng)給第一加熱單元111a。冷卻至預(yù)定溫度的襯底被收集。
借助于預(yù)熱室和冷卻室，同時(shí)進(jìn)行預(yù)熱和冷卻是可能的，由此可增加每單位時(shí)間處理的片。
為了節(jié)省所用氣體量并改進(jìn)熱效率，使處理室的容積盡可能小是所希望的。處理室內(nèi)部尺寸由襯底尺寸和放入放出襯底的輸送單元的工作范圍決定。盡管需要大約10mm的工作范圍以使輸送單元放入和放出襯底，處理室一側(cè)的尺寸仍由襯底厚度和輸送單元的最小工作范圍來(lái)決定。
盡管用于熱處理的方法和應(yīng)用本發(fā)明方法的熱處理設(shè)備作為前提進(jìn)行批量工藝，在比較短的時(shí)間內(nèi)升溫以通過(guò)加熱氣體直接加熱被處理襯底并通過(guò)由大約室溫的氣體冷卻高溫狀態(tài)的被處理襯底來(lái)降溫也是可能的。盡管當(dāng)使用對(duì)熱沖擊弱的襯底如玻璃時(shí)需要注意，但它不同于象相關(guān)技術(shù)的RTA那樣通過(guò)燈光進(jìn)行幾微秒到幾秒的瞬間加熱，由此襯底不被快速加熱毀壞。
用于加熱或冷卻的氣體可由熱處理的用途來(lái)選擇。通過(guò)稀有氣體使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w可應(yīng)用到熱處理中，該熱處理針對(duì)用于非晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶的熱處理、用于吸氣以及在離子注入或離子摻雜(不用分離質(zhì)量的注入離子的方法)之后的再結(jié)晶和激活的熱處理。通過(guò)使用氫或用惰性氣體稀釋的氫作為還原性氣體如氫，可進(jìn)行補(bǔ)償半導(dǎo)體缺陷(懸掛鍵)的氫處理。通過(guò)使用氧化性氣體如氧、一氧化二氮(dinitrogen monoxide)和二氧化氮(nitrogen dioxide)，氧化膜可在半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體膜上形成。
應(yīng)用上述本發(fā)明用于熱處理的方法的熱處理設(shè)備可應(yīng)用于被處理物質(zhì)的不同熱處理。例如，應(yīng)用于形成集成電路的半導(dǎo)體襯底的熱處理、形成TFT的絕緣襯底的熱處理、以及金屬襯底的熱處理。例如，應(yīng)用于形成TFT的玻璃襯底的熱處理。甚至不僅應(yīng)用于600×720mm還可應(yīng)用于1200×1600mm的襯底尺寸，襯底都可均勻加熱。進(jìn)一步，不需要使得支撐襯底的夾具大。
實(shí)施例模式[實(shí)施例1]圖2表示本發(fā)明熱處理裝備的一實(shí)施例。在圖2中，相應(yīng)第一處理室201提供第一氣熱單元207，相應(yīng)第二處理室202提供第二氣熱單元208，相應(yīng)第三處理室203提供第三氣熱單元209，以及相應(yīng)第四處理室204提供第四氣熱單元210。形成第一氣體供應(yīng)單元205、第二氣體供應(yīng)單元206和熱交換器211，并且這些管道安排具有與在用于實(shí)現(xiàn)的模式中描述的熱處理裝備類似的構(gòu)造。
第一氣體供應(yīng)單元205通過(guò)未表示的冷卻室供應(yīng)加熱氣體給熱交換器211。從熱交換器211排出的氣體被供應(yīng)給未表示的預(yù)熱室。
被盒子214支撐的襯底215被傳送單元213轉(zhuǎn)移到每個(gè)處理室，并被設(shè)置在支撐單元216上。每個(gè)處理室通過(guò)開(kāi)/關(guān)門(mén)閥來(lái)放入和放出襯底。
圖3表示提供多個(gè)處理室的熱處理設(shè)備的構(gòu)造。熱處理室501和502、第一氣體供應(yīng)單元506和509、第二氣體供應(yīng)單元507和510以及氣體加熱單元508和511被提供。熱處理室501和502以多個(gè)級(jí)堆積，且相應(yīng)該室提供氣體加熱單元。這樣的構(gòu)造可參考圖2。預(yù)熱室520和冷卻室530在熱處理室501和502之間縱向安排。盒子505a到505c用于支撐和輸送襯底。該襯底被用于由輸送單元504經(jīng)過(guò)盒子505a到505c、熱處理室501和502、預(yù)熱室520以及冷卻室530移動(dòng)。
處理室的級(jí)數(shù)由用于熱處理的時(shí)間和輸送單元的工作速度(即，移動(dòng)襯底的可能速度)來(lái)決定。當(dāng)節(jié)拍時(shí)間為大約10分鐘時(shí)，為熱處理室501和502設(shè)定三到十級(jí)。
盡管圖3表示通過(guò)大量批量處理系統(tǒng)的熱處理設(shè)備的構(gòu)造實(shí)例，采取任何其它安排是可能的而不限于在該構(gòu)造和安排。由于實(shí)施例中所示熱處理設(shè)備為批量處理系統(tǒng)和用已加熱氣體加熱被處理襯底的系統(tǒng)，即使當(dāng)襯底尺寸大時(shí)熱處理也是均勻進(jìn)行的。例如，甚至可應(yīng)用到一側(cè)長(zhǎng)度長(zhǎng)于1000mm的襯底的熱處理中。
用于熱處理的方法和使用本發(fā)明方法的熱處理設(shè)備的特征是沒(méi)有被處理襯底形狀和尺寸的限制。通過(guò)片處理即使當(dāng)被處理襯底大時(shí)強(qiáng)接受器也是不需要的，由此尺寸設(shè)計(jì)可以變小。大型加熱單元是不需要的從而節(jié)省了功率消耗。使用用于熱處理的方法和應(yīng)用本發(fā)明方法的熱處理設(shè)備對(duì)半導(dǎo)體膜晶化和吸氣的熱處理的實(shí)例將使用圖8A到8F來(lái)描述。
盡管襯底600的材料不被特別限制在圖8A中，硼硅酸鋇玻璃、硼硅酸鋁(alminoborosilicate)玻璃或石英仍令人滿意地被用于該材料。10到200nm厚度的無(wú)機(jī)絕緣膜在襯底600的表面形成用于阻塞層601。適當(dāng)?shù)淖枞麑拥膶?shí)例為一通過(guò)等離子體CVD方法產(chǎn)生的氮氧化硅膜(silicon oxide nitride film)，并且使用一物質(zhì)，該物質(zhì)形成通過(guò)SiH4、NH3和N2O產(chǎn)生的50nm厚度的第一氮氧化硅膜并形成通過(guò)SiH4、NH3和N2O產(chǎn)生的100nm厚度的第二氮氧化硅膜。阻塞層601被提供以使包含在玻璃襯底中的堿金屬不擴(kuò)散入在其上層形成的半導(dǎo)體膜，并且在石英襯底的情況下略去是可能的。
對(duì)于在阻塞層601上形成具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜(第一半導(dǎo)體膜)602，使用以硅為其主要成分的半導(dǎo)體材料。典型地，應(yīng)用非晶硅膜或非晶硅鍺膜，并且它由等離子體CVD方法、減壓CVD方法或?yàn)R射方法形成10到100nm的厚度。為了獲得好的晶體，在具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜602中包含的氧和氮的雜質(zhì)濃度可被減小到小于5×1018/cm3。這些雜質(zhì)導(dǎo)致干擾非晶半導(dǎo)體的結(jié)晶并且甚至在結(jié)晶之后增加俘獲中心或復(fù)合中心的密度。為此，不僅使用高雜質(zhì)材料的氣體而且使用CVD設(shè)備以便在反應(yīng)室或無(wú)油抽空系統(tǒng)中提供鏡面過(guò)程(電解拋光過(guò)程)的超高真空是所希望的。
在那之后，具有促進(jìn)結(jié)晶的催化作用的金屬元素被加到具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜602的表面。具有促進(jìn)半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化作用的金屬元素為鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)等，以及使用從它們中選擇的一種或多種。典型地，使用鎳，包含轉(zhuǎn)換為重量的1到100ppm的鎳的醋酸鎳溶液被一旋轉(zhuǎn)器施用以形成催化劑成分層603。鎳的含量越多，在越短的時(shí)間內(nèi)完成結(jié)晶。
在這種情況下，為了適應(yīng)該溶液，用臭氧成分溶液作為具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜602的表面處理形成一非常薄的氧化膜，通過(guò)用氫氟酸和過(guò)氧化氫水的混合液刻蝕該氧化膜形成干凈表面，在那之后，通過(guò)用該臭氧成分溶液再次處理形成一非常薄的氧化膜。由于半導(dǎo)體膜如硅的表面原來(lái)是憎水的，通過(guò)象這樣形成氧化膜醋酸鎳溶液可被均勻施用。
催化劑成分層603可通過(guò)濺射方法、淀積方法和等離子體過(guò)程形成，而不限制這樣的方法。催化成分層603可在形成具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜602之前形成，即，在阻塞層601上。
用于結(jié)晶的熱處理在保持接觸具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜602和催化劑成分層603的狀態(tài)的時(shí)候進(jìn)行。圖1所示的熱處理設(shè)備被用于該熱處理。圖6為描述該熱處理過(guò)程的曲線圖，并且該熱處理過(guò)程將在以下參考該曲線圖來(lái)描述。
氮和氬被用作加熱氣體。形成非晶半導(dǎo)體膜的襯底600被輸送單元從盒子移動(dòng)至預(yù)熱室，并被預(yù)先加熱至預(yù)定溫度。之后，將該襯底移動(dòng)至處理室，門(mén)閥被關(guān)閉。在關(guān)閉門(mén)閥之后，讓已加熱氮?dú)饬鲃?dòng)并用氮?dú)馓顫M反應(yīng)室，加熱該襯底。
增加氮?dú)饬髁浚蓺怏w加熱單元供應(yīng)的氮?dú)獗患訜嶂恋谝粶囟?。該加熱溫度可由供?yīng)給加熱元件的電功率或該功率和氮?dú)獾墓?yīng)量來(lái)調(diào)節(jié)。在這里，設(shè)定到550±50℃作為第一溫度，加熱襯底(圖6中所示升溫1的步驟)。用于升至該溫度的必要時(shí)間僅為兩分鐘。
當(dāng)襯底溫度變?yōu)榈谝粶囟葧r(shí)，該狀態(tài)被保持三分鐘。在這個(gè)步驟中，在非晶半導(dǎo)體膜形成晶核(圖6所示形成核的步驟)。在那之后，該襯底被加熱至用于結(jié)晶的第二溫度。將用于加熱的氮?dú)獾臏囟壬咧?75±25℃，加熱襯底(圖6中所示升溫2的步驟)。當(dāng)襯底溫度變?yōu)榈诙囟葧r(shí)，保持該溫度五分鐘，進(jìn)行結(jié)晶(圖6中所示結(jié)晶的步驟)。當(dāng)然，繼續(xù)供應(yīng)用于加熱的氮?dú)狻?br> 在預(yù)定時(shí)間之后，停止用于加熱的氮?dú)獾墓?yīng)，并且供應(yīng)用于冷卻的氮?dú)?。該氣體可以是具有室溫的氮?dú)?。然后襯底被快速冷卻(圖6中所示降溫的步驟)。該時(shí)間為大約三分鐘。在冷卻襯底至300℃之后，該襯底被輸送單元從處理室取出，并被移動(dòng)至冷卻室。在這里，襯底被進(jìn)一步冷卻到小于150℃(圖6中所示輸送的步驟)。在那之后，通過(guò)輸送襯底至盒子，完成用于結(jié)晶的熱處理。
用于將襯底放入熱處理設(shè)備并在熱處理之后將其取出的時(shí)間為13分鐘。這樣，通過(guò)使用該熱處理設(shè)備和用于本發(fā)明熱處理的方法，用于結(jié)晶的熱處理可在非常短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
這樣，可獲得具有圖8B中所示晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜(第一半導(dǎo)體膜)。
進(jìn)一步，為了提高結(jié)晶度(結(jié)晶成分對(duì)膜的整個(gè)體積的比)并修補(bǔ)晶粒中殘留的缺陷，如圖8C中所示向具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜604輻射激光光束也是有效的。小于400nm波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光光束、以及YAG激光的第二和第三諧波被用于該激光。對(duì)于任何激光，對(duì)具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜604的激光工藝可通過(guò)使用大約10到1000Hz頻率的脈沖激光光束并由光學(xué)系統(tǒng)聚集該激光光束至100到400mJ/cm2、以90到95％的重疊率來(lái)進(jìn)行。
在通過(guò)這樣的方式獲得的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜(第一半導(dǎo)體膜)605中，殘留著催化元素(這里為鎳)。殘留濃度大于作為平均濃度的1×1019/cm3，盡管它在膜中不是均勻分布的。自TFT下，盡管不同種類的半導(dǎo)體元素可能以任何形態(tài)形成，該元素通過(guò)使用以下方法的吸氣被去除。
首先，如圖8D中所示，薄阻擋層606在具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜605的表面形成。盡管該阻擋層的厚度不特別限制，通過(guò)簡(jiǎn)單地用臭氧水處理形成的化學(xué)氧化物可取代該阻擋層。通過(guò)用混合硫磺酸、鹽酸、和硝酸以及過(guò)氧化氫的水溶液處理，該化學(xué)氧化物可類似地形成。作為另一種方法，可進(jìn)行氧化物氣氛下的等離子體工藝和通過(guò)在氧氣成分氣氛下紫外線照射生成臭氧的氧化物工藝。使用潔凈爐在大約200到350℃加熱形成薄氧化膜以形成阻擋。大約1到5nm的氧化膜可通過(guò)等離子體CVD方法、濺射方法、和淀積方法淀積以形成阻擋層。
在該阻擋層上，通過(guò)等離子體CVD方法或?yàn)R射方法形成25到250nm厚度的半導(dǎo)體膜(第二半導(dǎo)體膜)607。典型地，選擇非晶硅膜。由于半導(dǎo)體膜607后來(lái)被去除，形成低密度膜是所希望的，因?yàn)閷?duì)具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜605刻蝕的選擇比被提高。例如，在通過(guò)等離子體CVD方法形成非晶硅膜時(shí)，襯底溫度被設(shè)定到100到200℃，并且25到40的原子百分比的氫被包含在該膜中。在采用濺射方法時(shí)是類似的，襯底溫度被設(shè)定在小于200℃，并且通過(guò)用氬和氫的混合氣體濺射，大量的氫被包含在膜中。同時(shí)，通過(guò)在用濺射方法或等離子體CVD方法形成膜時(shí)加入稀有氣體元素，惰性氣體元素可被吸收到膜中。通過(guò)也以這樣的方式被吸收的稀有氣體元素，可形成吸氣位。
之后，通過(guò)離子摻雜方法或離子注入方法稀有氣體元素被加到半導(dǎo)體膜607以便包含1×1020到2.5×1022/cm3的密度。盡管加速電壓是可選的，由于稀有氣體元素而被注入的稀有氣體元素離子通過(guò)半導(dǎo)體膜607和阻擋層606，并且部分離子可到達(dá)具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜605。由于稀有氣體元素在半導(dǎo)體膜中自身是非活性的，該氣體不很影響元素特性，即使在接近半導(dǎo)體膜605表面、包含約1×1013到1×1020/cm3的密度的區(qū)域。稀有氣體元素可在形成半導(dǎo)體膜607的步驟加入。
對(duì)于稀有氣體元素，使用從氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)中選擇的一個(gè)種或多個(gè)種。在本發(fā)明中稀有氣體元素被用作離子源以形成吸氣位，并且該氣體通過(guò)離子摻雜方法或離子注入方法被注入到半導(dǎo)體膜。注入這些稀有氣體元素的離子有兩個(gè)意思。一是通過(guò)使用注入形成懸掛鍵來(lái)給予半導(dǎo)體畸變，而另一個(gè)是通過(guò)在半導(dǎo)體晶格之間注入離子來(lái)給予畸變。盡管非活性氣體的離子注入同時(shí)滿足兩者，特別是，后一個(gè)可被明確獲得，當(dāng)原子半徑大于硅的元素如氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)時(shí)。
為了確實(shí)實(shí)現(xiàn)吸氣，在那之后進(jìn)行熱處理是有必要的。圖7為描述該熱處理過(guò)程的曲線圖，并且該熱處理過(guò)程將參考該曲線圖描述。對(duì)于該熱處理，本發(fā)明的熱處理設(shè)備被類似使用。為了高效處理許多襯底，使用象圖5那樣構(gòu)造的設(shè)備是所希望的。氮?dú)夂蜌鍤獗挥糜诩訜釟怏w。
形成圖8D構(gòu)造的襯底600由輸送單元從盒子設(shè)置在反應(yīng)管中，并且在那之后，門(mén)閥被關(guān)閉。在該時(shí)間過(guò)程中，考慮到氮?dú)庠诜磻?yīng)管中繼續(xù)從氣體供應(yīng)單元供應(yīng)并且使得空氣的混合最小。在關(guān)閉門(mén)閥之后，氮?dú)饬髁勘辉黾右栽诜磻?yīng)管中用氮?dú)庾鳛樘娲镞M(jìn)行填充。
然后，增加氮?dú)饬髁?，由氣體供應(yīng)單元供應(yīng)的氮?dú)獗患訜嶂恋谌郎囟?。該加熱溫度可由供?yīng)給加熱元件的電功率或該功率和氮?dú)獾墓?yīng)量來(lái)調(diào)節(jié)。在這里，設(shè)定到675±25℃作為第三溫度，襯底被加熱(圖7中所示升溫的步驟)。用于升至該溫度的必要時(shí)間為兩分鐘。
當(dāng)襯底溫度變?yōu)榈谌郎囟葧r(shí)，該狀態(tài)被保持三分鐘。這樣，形成吸氣(圖7中所示吸氣的步驟)。在吸氣中，在得到區(qū)域(得到位)的催化元素通過(guò)熱能被排出并通過(guò)擴(kuò)散移動(dòng)至吸氣位。因此，吸氣依賴工藝溫度，并且對(duì)較短的時(shí)間，吸氣以較高的溫度推進(jìn)。催化元素移動(dòng)的方向?yàn)榇蠹s半導(dǎo)體膜厚度的距離，如圖8E中以箭頭所示，并且吸氣在比較短的時(shí)間內(nèi)徹底完成。
在預(yù)定時(shí)間之后，停止用于加熱的氮?dú)獾墓?yīng)，并且供應(yīng)用于冷卻的氮?dú)狻Ｔ摎怏w可以是具有室溫的氮?dú)?。然后襯底被快速冷卻(圖7中所示降溫的步驟)。該時(shí)間為大約三分鐘。在冷卻襯底至300℃之后，該襯底被輸送單元從處理室取出，并被移動(dòng)至緩沖盒子。在這里，襯底被進(jìn)一步冷卻到小于150℃(圖7中所示輸送的步驟)。在那之后，通過(guò)將襯底輸送至盒子，完成用于吸氣的熱處理。
從將襯底放入熱處理設(shè)備到在熱處理之后將其取出的時(shí)間為9分鐘。這樣，通過(guò)使用該熱處理設(shè)備和用于本發(fā)明熱處理的方法，用于吸氣的熱處理可在非常短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
即使在熱處理中，以大于1×1020/cm3的密度包含稀有氣體元素的半導(dǎo)體膜607不結(jié)晶。這考慮為即使在以上所提處理溫度的范圍內(nèi)，稀有氣體元素也殘留在膜中不被再排出，并且阻塞半導(dǎo)體膜的結(jié)晶。
在那之后，通過(guò)有選擇地刻蝕來(lái)去除非晶半導(dǎo)體607。使用通過(guò)ClF3的干刻蝕而不使用等離子體，或包含20到30％、理想地25％的密度的聯(lián)氨或氫氧化四乙基銨(tetraethyl-ammonium-hydro-oxide)(化學(xué)式(C2H5)4NOH)的水溶液作為刻蝕方法，通過(guò)加熱至50℃，該半導(dǎo)體可被容易地去除。在這時(shí)，阻擋層606起到刻蝕阻止層的功能，并且保持幾乎沒(méi)有被刻蝕。之后阻擋層606可用鹽酸去除。
這樣，如圖8F中所示可獲得催化元素密度被減小到小于1×1017/cm3的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜608。通過(guò)這樣的方式形成的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜608，通過(guò)催化元素效應(yīng)形成為一細(xì)棒或細(xì)平棒型晶體，并且每個(gè)晶體宏觀地向一特殊方向生長(zhǎng)。具有這樣晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜608不僅應(yīng)用于TFT的活性層而且用于光傳感器和太陽(yáng)電池的光電輸送層。一種使用通過(guò)實(shí)施例2產(chǎn)生的半導(dǎo)體膜生產(chǎn)TFT的方法將參考圖9來(lái)描述。在本實(shí)施例中描述的產(chǎn)生TFT的過(guò)程中，使用用于熱處理的方法和本發(fā)明的熱處理設(shè)備。
首先，在圖9A中，被分離成島形的半導(dǎo)體膜702和703通過(guò)在實(shí)施例2中產(chǎn)生的半導(dǎo)體膜在由硼硅酸鋁(alumino-borosilicate)玻璃或硼硅酸鋇(barium-borosilicate)玻璃制成的透明襯底700上形成。與從氮化硅、氧化硅和氧氮化硅(silicon nitride oxide)中選擇的一個(gè)或多個(gè)種類結(jié)合的50到200nm厚度的第一絕緣膜在襯底700和半導(dǎo)體膜之間形成。
之后，80nm厚度的第二絕緣膜704如圖9B中所示形成。第二絕緣膜704被用作柵絕緣膜，并使用等離子體CVD方法或?yàn)R射方法形成。通過(guò)加O2至SiH4和N2O產(chǎn)生的氮氧化硅膜有可能減小在用于第二絕緣膜704的膜中電荷的固定密度，對(duì)于柵絕緣膜是所希望的。絕緣膜如氧化硅膜和氧化鉭膜可被作為單層或疊層結(jié)構(gòu)用于柵絕緣膜，不限于這種氮氧化硅膜。
用于在第二絕緣膜上形成柵電極的第一傳導(dǎo)膜被形成。盡管沒(méi)有第一傳導(dǎo)膜種類的限制，傳導(dǎo)材料如鋁、鉭、鈦、鎢和鉬或它們的合金仍被應(yīng)用。對(duì)于使用這樣材料的柵電極的結(jié)構(gòu)，采用氮化鉭或氮化鈦和鎢或鉬鎢合金的疊層結(jié)構(gòu)，以及鎢和鋁或銅的疊層結(jié)構(gòu)。在使用鋁時(shí)，使用加以0.1-7wt％的鈦、鈧、釹、硅和銅的物質(zhì)以為了提高耐熱性。300nm厚度的第一傳導(dǎo)膜被形成。
之后，形成一抗蝕圖形，柵電極705和706被形成。同時(shí)到柵電極的線路連接形成，盡管未表示。
掩蓋該柵電極，如圖9C所示n型半導(dǎo)體域以自匹配形成。通過(guò)離子注入方法或離子摻雜方法(在這里，注入離子的方法不分離質(zhì)量)，磷被作為摻雜注入。
接下來(lái)，如圖9D所示，形成覆蓋半導(dǎo)體膜703之一的掩膜709，并且p型半導(dǎo)體域710在半導(dǎo)體膜702上形成。硼被用于加入雜質(zhì)，并且被添加1.5到3倍的磷的密度以便轉(zhuǎn)化n型。該域的磷密度被設(shè)定在1.5×1020到3×1021/cm3的范圍內(nèi)。
之后，如圖9E中所示，由氮氧化硅膜或氮化硅膜制成的50nm厚度的第三絕緣膜711通過(guò)等離子體CVD方法形成。
然后，進(jìn)行n型和p型半導(dǎo)體域結(jié)晶的恢復(fù)和用于激活的熱處理。該熱處理類似實(shí)施例2的圖7進(jìn)行。適用于激活的第四溫度被設(shè)定在450±50℃，并且可進(jìn)行1到10分鐘的熱處理。
氮?dú)夂蜌鍤獗挥糜诩訜釟怏w。進(jìn)行3分鐘的熱處理加熱氣體至500℃的溫度用于激活。該氣體可以是用氫加入的氣體的還原性氣氛。同時(shí)可通過(guò)被加入的氫進(jìn)行氫化。
襯底被輸送單元從盒子移動(dòng)至預(yù)熱室，并被預(yù)先加熱至預(yù)定溫度。在那之后，將該襯底移動(dòng)至處理室，門(mén)閥被關(guān)閉。在關(guān)閉門(mén)閥之后，讓已加熱氮?dú)饬鲃?dòng)并用氮?dú)馓顫M反應(yīng)室，加熱該襯底。從將襯底放入處理室到熱處理之后將其取出的時(shí)間為大約8到9分鐘，假定2分鐘用于升溫且3分鐘用于冷卻。這樣，通過(guò)使用本發(fā)明的熱處理設(shè)備和用于熱處理的方法，用于激活的熱處理可在非常短的時(shí)間內(nèi)完成。
當(dāng)在玻璃襯底上形成柵電極的狀態(tài)下進(jìn)行用RTA方法的熱處理時(shí)，因?yàn)闁烹姌O有選擇地吸收燈光的輻射并且襯底被加熱，該玻璃襯底有可能被毀壞。依照本發(fā)明的熱處理由于通過(guò)氣體的加熱而不被影響。
圖9F中表示的第四絕緣膜712由氧化硅膜和氮氧化硅形成。該絕緣膜可由有機(jī)絕緣材料如聚酰亞胺或丙烯形成，并且其表面可被平整化。
接下來(lái)，形成一從第四絕緣膜712到達(dá)每個(gè)半導(dǎo)體膜雜質(zhì)域的接觸孔，并使用Al、Ti和Ta形成線路。在圖9F中，符號(hào)713和714起到源線路或漏電極的功能。這樣，形成n溝道型TFT和p溝道型TFT。盡管每個(gè)TFT被表示為一簡(jiǎn)單物，但CMOS電路、NMOS電路和PMOS電路使用這些TFT形成。通過(guò)將用于加熱的惰性氣體與選自氧氣、一氧化氮和二氧化氮的氣體混合，以及在本發(fā)明的熱處理方法和應(yīng)用該熱處理方法的熱處理設(shè)備中將此用為氧化性氣體，在半導(dǎo)體表面上形成氧化膜是可能的。
圖10A到10C表示這樣的實(shí)例，并且1到30％之間的氧與氮混合用作加熱氣體。通過(guò)在700到850℃的溫度進(jìn)行熱處理，用于元素分離的場(chǎng)氧化膜和柵絕緣膜可在單晶硅襯底上形成。
在圖10A中，n-井802和p-井803在具有相對(duì)高電阻(例如，n-型，約為10Ωcm)的由單晶硅制成的襯底801中形成。接下來(lái)，使用本發(fā)明的熱處理方法并使用氧和氮的混合氣體作為加熱氣體，形成場(chǎng)氧化膜805。通過(guò)在這點(diǎn)的硼的選擇性離子注入，硼(B)可被引入到半導(dǎo)體襯底中以形成溝道阻止層。熱處理溫度被設(shè)定為從700到850℃。
然后類似地進(jìn)行變?yōu)闁沤^緣膜的氧化硅膜806的形成。具有由圖1所示結(jié)構(gòu)的設(shè)備可被用作在形成場(chǎng)氧化膜805和氧化硅膜806中使用的設(shè)備。
接下來(lái)，如由圖10B所示，使用CVD，用于柵的多晶硅膜形成具有100到300nm的厚度。用于柵的多晶硅膜可預(yù)先用具有1021/cm3數(shù)量級(jí)濃度的磷(P)摻雜以為了降低其電阻，并且在形成該多晶硅膜之后，亦可擴(kuò)散強(qiáng)n-型雜質(zhì)。在這種多晶硅膜上形成具有50到300nm的厚度的硅化膜，以為了另外降低該電阻。有可能應(yīng)用材料如硅化鉬(MoSix)、硅化鎢(WSix)、硅化鉭(TaSix)和硅化鈦(TiSix)作為硅化物材料，并且該膜可依照已知方法形成。然后刻蝕該多晶硅膜和硅化物膜，形成柵807和808。柵807和808具有兩層結(jié)構(gòu)，分別來(lái)自多晶硅膜807a和808a，以及硅化物膜807b和808b。
然后通過(guò)離子注入如圖10C中所示形成n-溝道MOS晶體管的源和漏區(qū)820以及p-溝道MOS晶體管的源和漏區(qū)824。本發(fā)明的熱處理方法和熱處理設(shè)備當(dāng)然可被使用以便于進(jìn)行這些源和漏區(qū)的再結(jié)晶和激活。熱處理溫度被設(shè)定為從700到850℃，最好變?yōu)?50℃，并且熱處理通過(guò)熱處理裝置并使用被用于加熱的氣體來(lái)進(jìn)行。通過(guò)這種熱處理過(guò)程，雜質(zhì)可被激活，并且源和漏區(qū)可成為較低電阻。
這樣可完成n-溝道MOS晶體管831和p-溝道MOS晶體管830。在實(shí)施例模式中解釋的晶體管的結(jié)構(gòu)僅僅是一個(gè)實(shí)例，并且沒(méi)有必要加限制于圖10A到10C中所示的制造過(guò)程和結(jié)構(gòu)上。使用這些晶體管可形成CMOS電路、NMOS電路和PMOS電路。進(jìn)一步，通過(guò)使用該晶體管有可能形成不同類型的電路，如移位寄存器、緩沖器、取樣電路、D/A轉(zhuǎn)換器和鎖存器，并且可制造半導(dǎo)體設(shè)備如存儲(chǔ)器、CPU、門(mén)陣列和RISC處理器。由于MOS結(jié)構(gòu)，對(duì)于這些電路高速運(yùn)算是可能的，并且進(jìn)一步，通過(guò)使用從3到5V的驅(qū)動(dòng)器電壓，可使得它們具有較低電功率消耗。
如以上所述，依照本發(fā)明，對(duì)于片處理即使當(dāng)被處理襯底大時(shí)強(qiáng)接受器也是不需要的，尺寸設(shè)計(jì)可以變小，沒(méi)有被處理襯底形狀和尺寸的限制。由于本發(fā)明用于熱處理的方法和應(yīng)用該方法的熱處理設(shè)備為批量工藝系統(tǒng)和用已加熱氣體加熱被處理襯底的系統(tǒng)，即使當(dāng)襯底尺寸大時(shí)熱處理也是均勻進(jìn)行的，并且即使對(duì)于一側(cè)長(zhǎng)度長(zhǎng)于1000nm的襯底的熱處理也是可用的。通過(guò)提供預(yù)熱室和冷卻室，有可能同時(shí)進(jìn)行預(yù)熱和冷卻，由此每單位時(shí)間的處理片數(shù)增加。
用于本發(fā)明的方法可應(yīng)用于形成集成電路的半導(dǎo)體襯底的熱處理、形成TFT的絕緣襯底的熱處理和金屬襯底的熱處理。例如，應(yīng)用于形成TFT的大尺寸母玻璃襯底的熱處理。不需要使得支撐襯底的夾具大。進(jìn)一步，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行非晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶、吸氣、雜質(zhì)的激活、半導(dǎo)體表面的氫化和氧化?？稍诎雽?dǎo)體元件的制造過(guò)程中采取這樣的過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱襯底的熱處理設(shè)備，使用被氣體加熱單元加熱的氣體作為加熱源，包括用于進(jìn)行熱處理的n段(n＞2)處理室，每個(gè)都具有氣體加熱單元；預(yù)熱室；和冷卻室，其中氣體供應(yīng)單元被連接到冷卻室的充氣口，冷卻室的排氣口通過(guò)熱交換器被連接到第一氣體加熱單元，第m(1≤m≤(n-1))處理室的充氣口被連接到第m氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的充氣口被連接到第n氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的排氣口被連接到熱交換器，并且熱交換器的排氣口被連接到預(yù)熱室的充氣口。
2.依照權(quán)利要求1的熱處理設(shè)備，其中所述氣體為氮?dú)饣蛳∮袣怏w。
3.依照權(quán)利要求1的熱處理設(shè)備，其中所述氣體為還原性氣體。
4.依照權(quán)利要求1的熱處理設(shè)備，其中所述氣體為氧化性氣體。
5.依照權(quán)利要求1的熱處理設(shè)備，其中所述處理室由石英或陶瓷形成。
6.一種用于熱處理的方法，包括步驟通過(guò)使用被加熱單元加熱的氣體作為加熱源加熱襯底，其中所述熱處理通過(guò)使用熱處理設(shè)備來(lái)進(jìn)行，所述熱處理設(shè)備包括n段的(n＞2)處理室，每個(gè)處理室都具有加熱單元、預(yù)熱室和冷卻室，由第m(1≤m≤(n-1))加熱單元加熱的氣體由n段(n＞2)的處理室和氣體加熱單元供應(yīng)給第m處理室，供應(yīng)給第m處理室的氣體由第(m+1)加熱單元加熱并供應(yīng)給第(m+1)處理室，安排在n段處理室的襯底被加熱，供應(yīng)給第n處理室的氣體被供應(yīng)給熱交換器，從氣體供應(yīng)單元供應(yīng)的氣體被作為用于加熱的加熱源，從氣體供應(yīng)單元供應(yīng)的氣體被供應(yīng)給冷卻室，從冷卻室排出的氣體通過(guò)熱交換器供應(yīng)給第一氣體加熱單元，并且從熱交換器排出的氣體供應(yīng)給預(yù)熱室。
7.依照權(quán)利要求6的用于熱處理的方法，其中氮?dú)饣蛳∮袣怏w被用于所述氣體。
8.依照權(quán)利要求6的用于熱處理的方法，其中還原性氣體被用于所述氣體。
9.依照權(quán)利要求6的用于熱處理的方法，其中氧化性氣體被用于所述氣體。
10.一種熱處理設(shè)備，包括用于進(jìn)行熱處理的n段(n＞2)的處理室；預(yù)熱室；和冷卻室，其中氣體供應(yīng)單元被連接到冷卻室的充氣口，冷卻室的排氣口通過(guò)熱交換器被連接到第一氣體加熱單元，第m(1≤m≤(n-1))處理室的充氣口被連接到第m氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的充氣口被連接到第n氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的排氣口被連接到熱交換器，并且熱交換器的排氣口被連接到預(yù)熱室的充氣口。
11.依照權(quán)利要求10的熱處理設(shè)備，其中氮?dú)饣蛳∮袣怏w被用于所述氣體。
12.依照權(quán)利要求10的熱處理設(shè)備，其中還原性氣體被用于所述氣體。
13.依照權(quán)利要求10的熱處理設(shè)備，其中氧化性氣體被用于所述氣體。
14.依照權(quán)利要求10的熱處理設(shè)備，其中所述處理室由石英或陶瓷形成。
15.一種熱處理設(shè)備，包括n段(n＞2)的處理室；和n段(n＞2)的氣體加熱單元，其中第m(1≤m≤(n-1))處理室的充氣口被連接到第m氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的充氣口被連接到第n氣體加熱單元的排氣口，并且第n處理室的排氣口被連接到熱交換器。
16.依照權(quán)利要求15的熱處理設(shè)備，其中氮?dú)饣蛳∮袣怏w被用于所述氣體。
17.依照權(quán)利要求15的熱處理設(shè)備，其中還原性氣體被用于所述氣體。
18.依照權(quán)利要求15的熱處理設(shè)備，其中氧化性氣體被用于所述氣體。
19.依照權(quán)利要求15的熱處理設(shè)備，其中所述處理室由石英或陶瓷形成。
20.一種用于熱處理的方法，包括步驟引入n個(gè)襯底(n＞2)到n段的處理室中；以及通過(guò)作為加熱源的n段氣體加熱單元加熱該n個(gè)襯底，其中第m(1≤m≤(n-1))處理室的充氣口被連接到第m氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的充氣口被連接到第n氣體加熱單元的排氣口，第n處理室的排氣口被連接到熱交換器，
21.依照權(quán)利要求20的用于熱處理的方法，其中氮?dú)饣蛳∮袣怏w被用于所述氣體。
22.依照權(quán)利要求20的用于熱處理的方法，其中還原性氣體被用于所述氣體。
23.依照權(quán)利要求20的用于熱處理的方法，其中氧化性氣體被用于所述氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在短時(shí)間內(nèi)激活加到半導(dǎo)體的雜質(zhì)元素并進(jìn)行吸氣過(guò)程的方法,以及一種使得這樣的熱處理能夠進(jìn)行的熱處理設(shè)備。該熱處理設(shè)備包括進(jìn)行熱處理的n段(n>2)的處理室、預(yù)熱室和冷卻室,并使用被n段加熱單元加熱的氣體作為加熱源來(lái)加熱襯底。
文檔編號(hào)F28F1/26GK1389898SQ0212162
公開(kāi)日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所