專(zhuān)利名稱(chēng)：燈泡退火裝置和顯示元件用基片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在薄膜晶體管的制造中使用的燈泡退火裝置。
背景技術(shù)：
作為像素的開(kāi)關(guān)元件使用薄膜晶體管的有源矩陣型液晶顯示面板，在數(shù)字靜物照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z象機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、筆記本型計(jì)算機(jī)等中，被人們廣為使用。
以往，薄膜晶體管的半導(dǎo)體層一直使用非晶硅，但最近幾年，人們則積極開(kāi)發(fā)以遷移率比非晶硅大得多的多晶硅為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管。采用把多晶硅薄膜晶體管用做液晶面板的像素的開(kāi)關(guān)元件的辦法，可以在玻璃基片上不僅形成晶體管，還可以形成驅(qū)動(dòng)晶體管的驅(qū)動(dòng)電路。但是，在玻璃基片上邊形成的薄膜晶體管，由于玻璃基片的軟化點(diǎn)低到約600℃，故不能進(jìn)行用于在硅襯底上邊形成的如MOS晶體管的激活化或用于除去摻雜損傷的1000℃以上的高溫下的退火處理。當(dāng)激活化或損傷的除去不充分時(shí)，由于晶體管的特性或可靠性會(huì)劣化，故需要在盡可能高的高溫下進(jìn)行退火。于是，過(guò)去一直進(jìn)行現(xiàn)有的在600℃左右的比較低的低溫下的長(zhǎng)時(shí)間的退火爐內(nèi)退火。但是，在爐內(nèi)退火的情況下，由于要長(zhǎng)時(shí)間地暴露在玻璃的軟化點(diǎn)附近的溫度氣氛內(nèi)，故將會(huì)發(fā)生玻璃基片的畸變或伸縮等的形狀變形，微細(xì)加工是困難的。此外，由于在退火期間，因?yàn)椴ＡЩ能浕?，雜質(zhì)會(huì)從玻璃基片通過(guò)底涂層絕緣膜向多晶硅中擴(kuò)散，故要得到特性或可靠性?xún)?yōu)良的薄膜晶體管是困難的。
為了解決這樣的問(wèn)題，最近人們進(jìn)行了用使用燈泡的短時(shí)間的光加熱進(jìn)行的退火。燈泡退火是一種使用鹵素?zé)襞莼騏V燈泡短時(shí)間加熱半導(dǎo)體膜的工藝，可以使半導(dǎo)體膜瞬間性地加熱到600℃以上的高溫而不會(huì)太加熱基片。
但是，若采用燈泡退火，由于溫度分布決定于半導(dǎo)體膜的光吸收特性或厚度，故雜質(zhì)的摻雜條件的不均一性或半導(dǎo)體膜的厚度的不均一性會(huì)直接地影響所得到的薄膜晶體管的特性。在有源矩陣型液晶顯示面板的基片中，由于追求的是在基片上邊形成的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件全部都正常地動(dòng)作，故必須使在基片上邊形成的全部的半導(dǎo)體膜都要確實(shí)地進(jìn)行退火。
基片的溫度會(huì)因玻璃基片對(duì)來(lái)自鹵素?zé)襞?、UV燈泡等加熱光源的投射光的吸收或來(lái)自半導(dǎo)體膜的熱傳導(dǎo)而上升一些。過(guò)度的加熱，會(huì)產(chǎn)生基片的伸縮或撓曲，使后工序中的半導(dǎo)體膜等的微細(xì)加工變得困難起來(lái)。因此人們一直謀求抑制基片的溫度上升的同時(shí)使在基片上邊形成的半導(dǎo)體膜退火。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供在同一基片內(nèi)或基片間所得到的半導(dǎo)體膜的特性等的不均一性小的燈泡退火裝置。此外，目的還在于可以防止基片的形狀變化而且可以確實(shí)地使半導(dǎo)體膜激活化的燈泡退火裝置。
本發(fā)明的燈泡退火裝置，是一種用來(lái)使在透明基片上邊形成的半導(dǎo)體膜退火的裝置，它具有向透明基片投射用來(lái)加熱的光的光投射裝置，及配設(shè)在透明基片與光投射裝置之間，對(duì)透明基片上邊的規(guī)定區(qū)域選擇性地加熱的選擇加熱裝置。
在本發(fā)明的燈泡退火裝置中，配置對(duì)透明基片上邊的規(guī)定區(qū)域例如形成了想要退火的半導(dǎo)體膜的區(qū)域或僅僅對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行選擇加熱的裝置。
在本發(fā)明的較好的方案中，作為選擇加熱裝置，可以使用遮光掩模。使用遮光掩模例如僅僅向基片上邊的形成了半導(dǎo)體膜的區(qū)域照射用來(lái)退火的光。采用避免向不需要的區(qū)域進(jìn)行照射的辦法，可以抑制不需要的基片的溫度上升。另外，若使用遮光掩模，光借助于光的繞射而照射到比開(kāi)口部分的圖形還大的區(qū)域上進(jìn)行加熱。就是說(shuō)，如圖12所示，圖中用箭頭表示的光，在通過(guò)了寬度為D的遮光掩模3的開(kāi)口部分后進(jìn)行擴(kuò)散，也照射到玻璃基片1上邊的圖中的用x表示的寬度的區(qū)域上。為了以良好的效率加熱液晶面板等在基片上邊以微小的間隔配置的多個(gè)半導(dǎo)體膜，希望把借助于該繞射而加熱的區(qū)域的寬度形成得比想要加熱的半導(dǎo)體膜的配置間隔還小。這時(shí)，光的波長(zhǎng)(λ)、衍射角(θ)和開(kāi)口部分的寬度(D)，可以用下式表示。
sinθ＝1.22×λ/D在D＞＞λ的條件下，寬度x可以用含有基片1與遮光掩模3之間的間隔Δ和開(kāi)口部分的寬度D的下式近似地表示。
x～Δ×1.22×λ/D由于繞射依賴(lài)于開(kāi)口部分圖形的寬度D和透明基片與遮光掩模的間隔Δ，故可以把它們?cè)O(shè)定為恰當(dāng)?shù)闹?，例如設(shè)定為使下式成立的值。
D+2x＜(像素的節(jié)距)在這里，如果把掩模3的開(kāi)口部分圖形作成為比想要加熱的區(qū)域的圖形小，則繞射將增大。由于衍射光所照射的區(qū)域比直接光所照射的區(qū)域更難于加熱，故要想效率良好地加熱半導(dǎo)體膜，理想的是減小x，增大D。
當(dāng)減小基片1與遮光掩模3之間的間隔Δ時(shí)，光的繞射將減小。但是，當(dāng)考慮掩模3的撓曲、振動(dòng)等時(shí)，其間隔Δ，從實(shí)用上說(shuō)最小為0.1mm。若減小間隔Δ，由于寬度x變小，故可以使用更為精細(xì)的開(kāi)口部分圖形。但是，如果減小寬度D則寬度x將變大。如果使半導(dǎo)體間的節(jié)距變成為一般的液晶面板的節(jié)距的50微米，則根據(jù)上式開(kāi)口部分的寬度D最小也將是5微米。當(dāng)開(kāi)口部分的寬度D大于要退火的半導(dǎo)體膜的寬度時(shí)，直接光就會(huì)照射到不需要的區(qū)域上。從實(shí)用上說(shuō)，D的最大值為100微米。由于寬度D越大則寬度x就越小，故理想的間隔Δ是作成為最大為10微米。
在本發(fā)明的另外的較好的方案中，作為選擇加熱裝置，使用僅僅使由光投射裝置投射的光中規(guī)定的波長(zhǎng)成分透過(guò)的光學(xué)濾光片。例如，采用排除基片吸收的波長(zhǎng)區(qū)域的光的辦法，抑制不需要的基片溫度的上升，有效且選擇性地加熱半導(dǎo)體膜。
如圖11a所示，玻璃基片對(duì)與其光學(xué)性禁帶寬度相對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)不足350nm的光的吸收率極其高。此外，如圖11b所示，波長(zhǎng)超過(guò)2.5微米的光的吸收率高。因此，理想的是排除這些玻璃基片的吸收率高的波長(zhǎng)成分。
例如，把進(jìn)行截止的最短波長(zhǎng)為2.5微米以上的低通濾光片用做光學(xué)濾光片。另外，波長(zhǎng)超過(guò)700nm的光，將加熱玻璃基片、金屬膜等，但幾乎不被半導(dǎo)體膜吸收。因此，更為理想的是使用進(jìn)行截止的最短波長(zhǎng)為700nm以上的低通濾光片。
此外，為了防止與光學(xué)性禁帶寬度對(duì)應(yīng)的透明基片的吸熱，使用進(jìn)行截止的最長(zhǎng)波長(zhǎng)為350nm高通濾光片。借助于此，就會(huì)切斷提高構(gòu)成透明基片的材料的能帶能級(jí)的波長(zhǎng)的光。
更為有效的是使用波長(zhǎng)區(qū)域?yàn)?50～2.5微米，最好使用透過(guò)被多晶硅膜的吸收大的波長(zhǎng)區(qū)域?yàn)?50～700mm的光的帶通濾光片。
如果把由與透明基片同一的材料構(gòu)成的基片，例如在表面上形成半導(dǎo)體膜或金屬布線(xiàn)之前的同樣的透明基片用做光學(xué)濾光片，則在燈泡光到達(dá)已形成有要進(jìn)行退火的半導(dǎo)體膜的透明基片上之前，其中的加熱透明基片的波長(zhǎng)成分就幾乎被作為濾光片的基片吸收，故可以更為容易且有效地加熱半導(dǎo)體膜。
作為選擇加熱裝置，把上述的遮光掩模和光學(xué)濾光片組合起來(lái)使用是有效的。就是說(shuō)可以用遮光掩模，僅僅向所希望的區(qū)域照射由投射裝置投射的光中那些透過(guò)光學(xué)濾光片的所希望的波長(zhǎng)區(qū)域成分。
在本發(fā)明的再一個(gè)理想的方案中，與透明基片的形成了半導(dǎo)體膜的面和其相反一側(cè)的面分別對(duì)置那樣地配置光學(xué)投射裝置，而選擇加熱裝置設(shè)置于其中一側(cè)，例如透明基片的已形成了半導(dǎo)體膜的面和與之相對(duì)置的光投射裝置之間。配置有選擇加熱裝置的一側(cè)的光投射裝置，向透明基片投射用來(lái)進(jìn)行退火的光，另一方的光投射裝置，為了在退火開(kāi)始時(shí)對(duì)透明基片進(jìn)行預(yù)備加熱，向整個(gè)基片投射含有基片進(jìn)行吸收的波長(zhǎng)區(qū)域的成分的燈泡光。
也可以把選擇加熱裝置配置在透明基片的兩側(cè)，從兩面加熱半導(dǎo)體膜。例如，在進(jìn)行了上述的預(yù)備加熱后，用遮光掩模等的加熱裝置從兩面選擇性地加熱半導(dǎo)體膜。采用從兩面加熱半導(dǎo)體膜的辦法，就可以均一性良好地進(jìn)行高速且高溫的處理。
在本發(fā)明的再一個(gè)理想的方案中，還配置有用來(lái)使光投射裝置和透明基片之間的相對(duì)位置變化的變位裝置。例如，來(lái)自光投射裝置的光所照射的區(qū)域，比基片或形成了要進(jìn)行退火的半導(dǎo)體膜的區(qū)域還小，且變位裝置連續(xù)地或斷續(xù)地使光投射裝置和透明基片之間的相對(duì)位置變化，使得來(lái)自光投射裝置的光向基片的整個(gè)面或形成了半導(dǎo)體膜的整個(gè)區(qū)域照射。通過(guò)設(shè)置變位裝置，即便是在使用大型基片的情況下，也可以加熱所希望的區(qū)域。此外，由于來(lái)自光投射裝置的光所照射的區(qū)域可以是基片的一部分，故可以減少要求大功率的光投射裝置的功耗。變位裝置例如在基片與光投射裝置之間的相對(duì)位置固定的狀態(tài)下，使基片或光投射裝置的一方移動(dòng)。在這里，當(dāng)基片與選擇加熱裝置之間的相對(duì)位置變動(dòng)時(shí)，由于光的繞射或強(qiáng)度的變化將使退火條件變動(dòng)，故理想的是固定基片等后再使光投射裝置進(jìn)行移動(dòng)。
在本發(fā)明的再一個(gè)理想的方案中，還配置有用來(lái)抑制選擇加熱裝置的溫度上升或起因于它的劣化的冷卻機(jī)構(gòu)。
上述的燈泡退火裝置可以在多晶硅薄膜晶體管的制造中使用。例如，借助于退火處理使注入到多晶硅膜中的雜質(zhì)激活化。倘若采用本發(fā)明則可以在抑制玻璃基片的溫度上升的同時(shí)選擇加熱多晶硅膜。具體地說(shuō)，可以使玻璃基片的溫度比其軟化點(diǎn)即約600℃低的同時(shí)把多晶硅膜加熱到800℃左右。借助于此，就可以在充分激活化的同時(shí)，完全除去因雜質(zhì)注入而產(chǎn)生的損傷。
燈泡退火，可以在例如含有氮?dú)浠衔?、氧化氮化合物或者它們的混合物的氣氛中進(jìn)行。被加熱到800℃左右的多晶硅，與氣氛氣體進(jìn)行反應(yīng)而被氧氮化。通過(guò)氧氮化，就可以在與作為在其上邊形成的絕緣層的氧化膜之間形成界面能級(jí)少的界面。此外，由于在半導(dǎo)體氧化膜的界面附近可以形成富氮區(qū)域，故可以緩和因晶格常數(shù)的不同而產(chǎn)生的界面應(yīng)力。
此外，如果在含有氧或臭氧的氣氛中進(jìn)行上述的燈泡退火，由于被加熱到800℃左右的多晶硅膜與氧或臭氧進(jìn)行反應(yīng)而氧化，故可以得到優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體/氧化膜界面。
本發(fā)明的另外的燈泡退火裝置，是一種用于對(duì)在基片上邊形成的半導(dǎo)體膜進(jìn)行退火的裝置，其具備向透明基片上投射用來(lái)加熱在其上邊形成的半導(dǎo)體膜的光的光投射裝置；測(cè)定透過(guò)了半導(dǎo)體膜和透明基片或被半導(dǎo)體膜反射的規(guī)定的波長(zhǎng)的光的測(cè)定裝置；根據(jù)用光測(cè)定裝置得到的測(cè)定結(jié)果，評(píng)價(jià)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)的結(jié)晶評(píng)價(jià)裝置；根據(jù)用結(jié)晶評(píng)價(jià)裝置得到的評(píng)價(jià)結(jié)果，控制半導(dǎo)體膜的處理?xiàng)l件的光照射控制裝置。
本燈泡退火裝置，是在根據(jù)燈泡退火使半導(dǎo)體膜從非晶狀態(tài)結(jié)晶化的過(guò)程中，著眼于規(guī)定的波長(zhǎng)區(qū)域的反射率和透過(guò)率顯著地變化的裝置。在本燈泡退火裝置中，設(shè)置有實(shí)時(shí)測(cè)定半導(dǎo)體膜的反射率和透過(guò)率的測(cè)定裝置；采用在處理中或處理的前后測(cè)定半導(dǎo)體膜的反射率和透過(guò)率的辦法，評(píng)價(jià)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)，根據(jù)其結(jié)果控制光投射裝置的投射光的強(qiáng)度和焦距等的處理?xiàng)l件的裝置。采用具備測(cè)定來(lái)自在透明基片上邊形成的半導(dǎo)體膜的反射光或其投射光的裝置的辦法，就可以在燈泡退火處理中實(shí)時(shí)觀(guān)察半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)。此外，通過(guò)設(shè)置根據(jù)所測(cè)定的結(jié)晶狀態(tài)控制燈泡退火的處理?xiàng)l件的裝置，就可以邊觀(guān)察半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)邊進(jìn)行反饋控制。因此，可以實(shí)現(xiàn)能夠得到所希望的半導(dǎo)體膜的燈泡退火裝置。
光測(cè)定裝置，檢測(cè)本光投射裝置投射的光或來(lái)自另外設(shè)置的評(píng)價(jià)用光源的光。
理想的是設(shè)置使光投射裝置與基片之間的相對(duì)位置變化的裝置。邊向要進(jìn)行退火的基片照射來(lái)自光投射裝置的光，邊使基片與光投射裝置的相對(duì)位置連續(xù)地或臺(tái)階式地變化。在該情況下，就不再需要使得整個(gè)基片都被包含在光投射裝置的照射區(qū)域內(nèi)，且同時(shí)對(duì)整個(gè)基片進(jìn)行退火處理。此外，大面積的基片也可以使用了。由于僅僅向基片的一部分上照射光，故可以測(cè)定退火后的部分的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性并使其結(jié)果反映同一基片的未處理部分。例如，可以在基片的一端設(shè)置測(cè)試用的部分，根據(jù)對(duì)該部分的處理后的結(jié)晶性進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果，設(shè)置更為合適的處理?xiàng)l件，并根據(jù)該條件進(jìn)行其它的部分的處理。
如果作為測(cè)定反射光或透過(guò)光的裝置，2維地配置多個(gè)元件，就可以在退火處理中測(cè)定半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)在基片面內(nèi)的分布。因此，就可以根據(jù)其結(jié)果控制退火條件。例如，采用對(duì)每一個(gè)區(qū)域中的處理狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)并把其結(jié)果反饋給處理?xiàng)l件的辦法，就可以在同一基片內(nèi)的區(qū)域間均一地對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行退火。
如果對(duì)在來(lái)自半導(dǎo)體膜的反射光或透過(guò)光中，其光譜因多晶硅膜的結(jié)晶狀態(tài)而最為顯著地變化的波長(zhǎng)為400～500nm的成分進(jìn)行分光分析，則可以以良好的精度評(píng)價(jià)結(jié)晶狀態(tài)。此外，借助于這樣的波長(zhǎng)區(qū)域成分的照度測(cè)定也可以進(jìn)行結(jié)晶狀態(tài)的評(píng)價(jià)而不依賴(lài)于分光分析。于是，光測(cè)定裝置，理想的是檢測(cè)波長(zhǎng)為400～500nm的范圍的光。
光照射控制裝置，根據(jù)通過(guò)反射光或透過(guò)光的測(cè)定而得到的結(jié)晶狀態(tài)，例如控制光照射裝置的功率。如果在判定為半導(dǎo)體膜從非晶質(zhì)改質(zhì)為多晶硅的時(shí)刻減小向該區(qū)域照射的光的強(qiáng)度，另一方面，增大向本身為非晶質(zhì)的部分照射的光的強(qiáng)度，則可以確實(shí)且均一地進(jìn)行退火處理。
也有根據(jù)結(jié)晶狀態(tài)的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行燈泡的焦距的控制的方法。在像UV燈泡等那樣，在改變功率時(shí)，燈泡光在一段時(shí)間內(nèi)不穩(wěn)定之類(lèi)的燈泡的情況下，比起控制燈泡功率來(lái)，使焦距變化的一方可以進(jìn)行精度良好的處理。
在具有使燈泡與基片的相對(duì)位置變化的裝置的裝置中，根據(jù)結(jié)晶狀態(tài)的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行燈泡與基片的相對(duì)變位速度的控制的方法也是有用的。在處理大面積的移動(dòng)型的燈泡退火裝置中，也可以邊確認(rèn)結(jié)晶狀態(tài)邊進(jìn)行燈泡退火處理。
上述光投射裝置的光源，例如可以使用鹵素?zé)襞?。鹵素?zé)襞?，由于具有在波長(zhǎng)為1微米左右的地方具有峰值的寬頻譜，玻璃基片的吸收率高的波長(zhǎng)為大約3微米以上的成分少，從近紅外到紫外的成分多，故可以選擇性地加熱半導(dǎo)體膜。鹵素?zé)襞葸€具有穩(wěn)定性?xún)?yōu)良的優(yōu)點(diǎn)。
此外，對(duì)于選擇加熱來(lái)說(shuō)，光投射裝置也可以使用更為優(yōu)良的UV燈泡和準(zhǔn)分子燈泡。倘使用金屬鹵化物燈泡、氙燈泡等的UV燈泡，則由于來(lái)自這些燈泡的光含有大量多晶硅或非晶硅進(jìn)行吸收而玻璃基片不吸收的從近紅外到紫外的光，故可以對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行選擇性加熱。此外，準(zhǔn)分子燈泡在強(qiáng)度這一點(diǎn)上雖然不如UV燈泡或鹵素?zé)襞?，但是由于在從紫外到真空紫?VUV)的區(qū)域內(nèi)具有單一的峰值，且只在以峰值為中心的極其狹窄的區(qū)域內(nèi)發(fā)光，故若把它用做光源，則可以對(duì)特定的膜選擇性更好地進(jìn)行加熱。
氙燈泡等的閃光燈泡，雖然是很短的一瞬間，但是由于是大功率的亮燈，故若把它用做光源則可以選擇性更好地加熱半導(dǎo)體膜。在該情況下，采用在使閃光燈泡亮燈后測(cè)定反射光或透過(guò)光的辦法來(lái)評(píng)價(jià)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。若尚未結(jié)晶化則再次使閃光燈泡亮燈，若已經(jīng)結(jié)晶化則在此結(jié)束退火處理。
本發(fā)明的燈泡退火裝置，可以在導(dǎo)入到半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)的激活化中使用。在燈泡退火裝置的情況下，由于在退火處理中可以實(shí)時(shí)測(cè)定半導(dǎo)體膜從非非晶質(zhì)變化為多晶硅的過(guò)程，故可以防止超規(guī)格(overspec)下的退火。此外，在同一基片內(nèi)和基片間不均一性小，可以確實(shí)地使半導(dǎo)體膜激活化。
此外，采用在退火處理中或處理前后測(cè)定半導(dǎo)體膜的反射率或透過(guò)率，由其結(jié)果判定半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)的辦法，可以正確地評(píng)價(jià)處理狀態(tài)。借助于此，就不會(huì)產(chǎn)生因超規(guī)格(overspec)進(jìn)行加熱引起的基片的形狀變化，得以使激活化和結(jié)晶化正確地進(jìn)行。此外，采用測(cè)定反射率或透過(guò)率的面內(nèi)分布，根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行退火處理的控制的辦法，可以在面內(nèi)均一地進(jìn)行激活化和結(jié)晶化。
本發(fā)明的顯示元器件用基片，具備透明基片和由在其上邊形成的薄膜晶體管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件，透明基片的形成了開(kāi)關(guān)元件的區(qū)域中的折射率比其它的區(qū)域中的折射率小。


圖1的概略縱剖面圖示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燈泡退火裝置的主要部分。
圖2a、圖2b和圖2c的概略縱剖面圖示出了在同一實(shí)施例中制造多晶硅薄膜晶體管的工序的各個(gè)階段中的基片的主要部分。
圖3的概略縱剖面圖示出了本發(fā)明的另外的實(shí)施例的燈泡退火裝置的主要部分。
圖4a、圖4b、圖4c和圖4d的概略縱剖面圖示出了在同一實(shí)施例中制造多晶硅薄膜晶體管的工序的各個(gè)階段中的基片的主要部分。
圖5的概略縱剖面圖示出了本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的燈泡退火裝置的主要部分。
圖6a的概略斜視圖示出了本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的燈泡退火裝置的主要部分，圖6b的概略框圖示出了同一裝置的構(gòu)成。
圖7a、圖7b和圖7c的概略縱剖面圖示出了在同一實(shí)施例中制造多晶硅薄膜晶體管的工序的各個(gè)階段中的基片的主要部分。
圖8a的概略斜視圖示出了本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的燈泡退火裝置的主要部分，圖8b的概略框圖示出了同一裝置的構(gòu)成。
圖9的概略平面圖示出了在同一實(shí)施例中使用的基片的構(gòu)成。
圖10a的特性圖示出了光的波長(zhǎng)與退火處理前或后的半導(dǎo)體膜的反射率之間的關(guān)系，圖10b特性圖示出了光的波長(zhǎng)與退火處理前或后的半導(dǎo)體膜的透過(guò)率之間的關(guān)系。
圖11a的特性圖示出了玻璃基片對(duì)于短波長(zhǎng)的光的透過(guò)率、反射率和吸收率，圖11b的特性圖示出了玻璃基片對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的的透過(guò)率。
圖12的模式圖示出了在使用遮光掩模的燈泡退火中投射光的繞射。
具體實(shí)施例方式
以下，用附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的理想的實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1示出了本實(shí)施例的燈泡退火裝置。
在在表面上形成了要進(jìn)行退火處理的半導(dǎo)體膜(未畫(huà)出來(lái))的玻璃基片1的上方，彼此平行地把多個(gè)加熱用的燈泡2配置在同一平面上。反射鏡8a把從燈泡2a投射來(lái)的光變成大體上平行的光向基片1照射。
在燈泡2a與基片1之間，配置具有規(guī)定的圖形的遮光掩模3a和光學(xué)濾光片4a。遮光濾光片3a，僅僅向基片1表面的規(guī)定的區(qū)域照射來(lái)自燈泡2a的光。光學(xué)濾光片4a僅僅使來(lái)自燈泡2a的光中規(guī)定的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域的成分透過(guò)。因此，可以向基片1的規(guī)定的區(qū)域上照射規(guī)定的波長(zhǎng)的光。
例如，遮光掩模3a，例如具有與基片1上邊的半導(dǎo)體膜對(duì)應(yīng)的圖形的開(kāi)口部分，僅僅向基片1的存在半導(dǎo)體膜的區(qū)域照射來(lái)自燈泡2a的光。濾光片4a僅僅使350nm～2.5微米的波長(zhǎng)區(qū)域的光透過(guò)。該波長(zhǎng)區(qū)域的光由于由玻璃進(jìn)行的吸收小，故幾乎不加熱基片1。在基片1上邊形成的半導(dǎo)體膜為多晶硅的情況下，更為理想的是濾光片4a僅僅允許350nm～600nm的波長(zhǎng)區(qū)域的光透過(guò)。硅由于對(duì)該波長(zhǎng)區(qū)域的光顯示出高吸收率，故可以高效率地加熱半導(dǎo)體膜。因此，可以對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行選擇加熱而不會(huì)加熱別的薄膜等。
燈泡2a、遮光掩模3a和濾光片4a被收容在框體5a內(nèi)。在框體5a上設(shè)置有吸氣口6a和6b及排氣口7a和7b，遮光掩模3a和濾光片4a，如圖中用箭頭表示的那樣，采用使氮等的反應(yīng)性低的氣體在框體5a的內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)的辦法進(jìn)行冷卻，防止其形狀的變化或特性的劣化。
在基片1的下方，也彼此平行地把多個(gè)加熱用的燈泡2b配置在同一平面上。燈泡2b，通過(guò)反射鏡8b向基片1的另外的面照射光。燈泡2b與燈泡2a同樣，是用來(lái)加熱基片1上邊的半導(dǎo)體膜的燈泡的同時(shí)，也可用來(lái)對(duì)基片1進(jìn)行預(yù)備加熱。借助于該預(yù)備加熱，就可以更為高速地加熱基片1上邊的半導(dǎo)體膜。例如，在開(kāi)始退火的當(dāng)初，不使用遮光掩模3b和光學(xué)濾光片4b地向基片1的另外的面均勻地照射來(lái)自燈泡2b的光。當(dāng)預(yù)備加熱結(jié)束后，就向燈泡2b間插入遮光掩模3b和濾光片4b，使得從背面選擇加熱半導(dǎo)體膜。另外，雖然沒(méi)有畫(huà)出來(lái)，在收容燈泡2b、遮光掩模3b和濾光片4b的框體5b中，也設(shè)置有與框體5a同樣的冷卻機(jī)構(gòu)。
基片1的周?chē)鷼夥?，可以根?jù)需要用氮?dú)?、氧氣等替換。
以下，對(duì)使用本燈泡退火裝置的具體的退火處理的例子進(jìn)行說(shuō)明。
首先，如圖2a所示，在玻璃基片1上邊，作為用來(lái)防止雜質(zhì)從基片向在其表面上所要形成的半導(dǎo)體膜混入的底涂層絕緣膜10，用等離子體CVD法形成厚度為2000～4000的SiO2。在再在其上邊用CVD法形成了厚度500～1000的非晶硅層之后，借助于準(zhǔn)分子激光退火使之結(jié)晶化，得到優(yōu)質(zhì)的多晶硅膜11。
對(duì)這樣地在基片1上邊形成的多晶硅膜11，用上述燈泡退火裝置在氧氣或臭氧氣氛中實(shí)施退火處理，同時(shí)使多晶硅膜1的表面熱氧化形成熱氧化膜12。把金屬鹵素?zé)襞莸鹊腢V燈泡用做燈泡2a和2b，從基片1的上表面或兩面選擇加熱多晶硅膜11。另外，在本實(shí)施例中，由于在使多晶硅膜11圖形化之前進(jìn)行燈泡退火，故也可以不使用遮光掩模3a和3b。在來(lái)自燈泡2a的光中，玻璃基片1吸收的波長(zhǎng)為350nm以下的成分，由于全部可以被在玻璃基片1上邊形成的多晶硅膜11吸收，故濾光片4a可以使用僅僅透過(guò)波長(zhǎng)2.5微米以下的光的高頻截止濾光片，以便截止在多晶硅膜1中不被吸收而在玻璃基片1中被吸收的光。
另一方面，來(lái)自燈泡2b的光，由于在透過(guò)了玻璃基片1之后，向多晶硅膜11照射，故濾光片4b使用切斷玻璃基片1所吸收的波長(zhǎng)比350nm還短的光和波長(zhǎng)比2.5微米還長(zhǎng)的光的帶通濾光片。借助于此，就可以使玻璃基片1保持在比其軟化點(diǎn)600℃還低的溫度的同時(shí)，一時(shí)地把基片1上邊的多晶硅膜11加熱到800℃左右的高溫，如圖2a所示，在其表面上形成厚度數(shù)十左右的熱氧化膜12。借助于此，就可以在多晶硅膜11和要在其上邊形成的柵極絕緣膜之間得到界面能級(jí)少的界面，可以得到亞閾值特性、遷移率等方面優(yōu)良的薄膜晶體管。此外，歸功于界面能級(jí)減少，所得到的薄膜晶體管，對(duì)熱載流子的可靠性也會(huì)提高。
燈泡退火后用等離子體CVD或常壓CVD法形成作為柵極絕緣膜13的厚度為500～1000左右的SiO2膜。接著，用濺射法在柵極絕緣膜13上邊形成例如由鉭構(gòu)成的厚度3000的層，然后把該層加工成規(guī)定的圖形，如圖2b所示，得到柵極電極14。在形成了柵極電極14之后，用離子摻雜法向多晶硅膜11內(nèi)自我匹配地賦予n導(dǎo)電型或p導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成源極區(qū)域11a和漏極區(qū)域11b。
再在其上邊，作為絕緣層，用等離子體CVD形成了SiO2膜后，形成接觸孔，在該處形成源極電極15和漏極電極16，完成圖2c所示的多晶硅薄膜晶體管。
實(shí)施例2圖3示出了本實(shí)施例的燈泡退火裝置的構(gòu)成。反射鏡8a，在使從配置在基片1的上方的燈泡2a投射出來(lái)的光聚光后，向在基片1上方的圖中用W表示的寬度為數(shù)毫米左右的區(qū)域照射。從燈泡2a投射出來(lái)的光，透過(guò)濾光片4a和遮光掩模3a后照射到基片1的表面上。燈泡2a和反射鏡8a已被一體化，如圖中用箭頭表示的那樣，從基片1的一方的端部的上方移動(dòng)到另一方的上方。采用像這樣地使燈泡2a和基片1進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的辦法，由于燈泡光不再需要總是向整個(gè)基片1上照射，故即便是使用大型的基片1，也可以使其整個(gè)面退火，因而燈泡2a所需要的功率將減少。在這里，由于若在把燈泡2a固定起來(lái)的狀態(tài)下使基片1、遮光掩模3a和濾光片4a移動(dòng)，則有可能因運(yùn)送時(shí)的振動(dòng)會(huì)使它們的相對(duì)位置變化，故理想的是在把基片1、濾光片4a和遮光掩模3a分別固定起來(lái)的狀態(tài)下，使燈泡2a移動(dòng)。
配置在基片1的下方的燈泡2b與在實(shí)施例1的燈泡退火裝置中使用的燈泡同樣，通過(guò)反射鏡8b向整個(gè)基片1上均勻地照射光。另外還可以根據(jù)需要，在燈泡2b一側(cè)配置與遮光掩模3a和濾光片4a起著同樣功能的遮光掩模3b和濾光片4b。
以下，對(duì)使用本燈泡退火裝置的具體的退火處理的例子進(jìn)行說(shuō)明。
如圖4a所示，在玻璃基片1上邊形成底涂層絕緣膜10。接著，在在其上邊形成了非晶硅層之后，用準(zhǔn)分子激光器使之結(jié)晶，得到多晶硅膜11。在把多晶硅膜1加工成規(guī)定的形狀之后，用等離子體CVD在多晶硅膜11的上邊形成SiO2膜。用濺射法在該SiO2膜上邊淀積鉭，再把該層加工成規(guī)定的形狀，形成柵極電極14。接著，通過(guò)在其上面形成的柵極電極14作為掩模的蝕刻，來(lái)加工SiO2膜從而形成柵極絕緣膜13。然后，以柵極電極14作為掩模，用5～15kV的加速電壓向多晶硅膜11中摻入1013～1014/cm2左右的磷或硼等的雜質(zhì)，如圖4a所示，在多晶硅膜11內(nèi)形成低濃度區(qū)域11c。如圖4b所示，在形成了抗蝕層18使得把柵極電極14和其附近的低濃度區(qū)域11c覆蓋起來(lái)之后，用5～15kV的加速電壓向低濃度區(qū)域11c的已露出來(lái)的部分內(nèi)摻入5×1014～2×1015/cm2左右的與在低濃度區(qū)域11c的形成時(shí)使用的雜質(zhì)相同的雜質(zhì)，形成雜質(zhì)濃度高的源極區(qū)域11a和漏極區(qū)域11b。
在除去了抗蝕層18后，用上述燈泡退火裝置，使多晶硅膜11退火。例如，燈泡2a和2b，使用金屬鹵素?zé)襞莸鹊腢V燈泡，濾光片4a使用透過(guò)350～600nm的波長(zhǎng)區(qū)域的光的帶通濾光片，在N2O氣氛中進(jìn)行退火。此外，遮光掩模3a和3b，使用被圖形化為使僅僅向多晶硅膜11內(nèi)分別照射來(lái)自燈泡2a和2b的光的遮光掩模。來(lái)自燈泡2a、2b的投射光向玻璃基片1的兩面照射，玻璃基片1保持軟化點(diǎn)以下的溫度不變，在其上邊形成的多晶硅膜11則被加熱到800℃左右的高溫。借助于該加熱，在多晶硅膜11中可以進(jìn)行所摻雜進(jìn)來(lái)的雜質(zhì)的激活化和因摻雜而產(chǎn)生的損傷的恢復(fù)，同時(shí)將成為溝道部分的多晶硅膜11的已經(jīng)露出來(lái)的兩面被氧氮化。此外，借助于該加熱，多晶硅膜11和柵極絕緣膜13之間的界面被改質(zhì)。在這里，由于在低濃度區(qū)域11c和溝道區(qū)域之間的邊界部分的附近氮易于通過(guò)柵極絕緣膜13進(jìn)行擴(kuò)散，故在被柵極絕緣膜13被覆起來(lái)的多晶硅膜11中一直到從其表面算起的數(shù)十左右的深度為止都被氧氮化，如圖4c所示，形成氮氧化膜19。在該被氧氮化的區(qū)域中，由于多晶硅膜1和柵極絕緣膜13之間的界面附近變成為富氮，故在這里將形成耐壓高且不怕熱載流子、其構(gòu)造接近Si3N4的非常致密的界面。此外，借助于加熱，柵極絕緣膜13的兩個(gè)端部從因摻雜而形成的損傷恢復(fù)過(guò)來(lái)，柵極絕緣膜13的耐壓提高。
如圖4d所示，在用等離子體CVD作為層間絕緣膜17形成了由SiO2構(gòu)成的層后，形成接觸孔，在那里形成源極電極15和漏極電極16完成多晶硅薄膜晶體管。
另外，上述燈泡退火也可以在層間絕緣膜17形成后進(jìn)行。
實(shí)施例3圖5示出了本實(shí)施例的燈泡退火裝置的概略。
由配置在玻璃基片1的上方的燈泡2a投射過(guò)來(lái)的光，與在實(shí)施例2的燈泡退火裝置中使用的光同樣，在用反射鏡8a聚光后，透過(guò)光學(xué)濾光片4a和遮光掩模3a照射到基片1上。來(lái)自配置在基片1的下方的燈泡2的投射光，同樣在用反射鏡8b聚光后，透過(guò)光學(xué)濾光片4b和遮光掩模3b照射到基片1的另一方的面上。采用像這樣地用上側(cè)的燈泡和下側(cè)的燈泡同時(shí)加熱的辦法，就可以把半導(dǎo)體膜加熱到更高的溫度。例如，在基片1為玻璃基片，半導(dǎo)體膜為多晶硅膜的情況下，配置在基片1的上方的濾光片4a允許2.5微米以下的波長(zhǎng)區(qū)域的光透過(guò)，遮光掩模3a僅僅向基片1的存在半導(dǎo)體膜的區(qū)域照射來(lái)自燈泡2a的光。在這里波長(zhǎng)350nm以下的光雖然可以被玻璃吸收，但是，由于被在其上邊形成的半導(dǎo)體膜吸收，故不會(huì)到達(dá)基片1。因此，玻璃基片不會(huì)被加熱，僅僅半導(dǎo)體膜被選擇加熱。另一方面，配置在基片1的下方的濾光片4b，在來(lái)自燈泡2b的光之內(nèi)，僅僅使波長(zhǎng)350～600nm的波長(zhǎng)區(qū)域的成分透過(guò)。遮光掩模3b僅僅向形成了半導(dǎo)體膜的區(qū)域照射光。
波長(zhǎng)比350nm短的光，因被玻璃基片1吸收而加熱玻璃基片1。此外，波長(zhǎng)比600nm還長(zhǎng)的光，由于可能被半導(dǎo)體膜吸收的比較少，進(jìn)一步會(huì)借助于透過(guò)了遮光掩模3b后的繞射也照射到半導(dǎo)體膜以外的區(qū)域上，故濾光片4b理想的是使用允許透過(guò)波長(zhǎng)350nm～600nm的光的濾光片。
采用像這樣地從基片的兩面照射用來(lái)退火的光的辦法，就可以在更高的高溫下使半導(dǎo)體膜退火。此外，采用從基片背面照射燈泡光的辦法，就可以在從基片表面一側(cè)照射燈泡光時(shí)，用金屬膜等直接加熱被遮光的區(qū)域的半導(dǎo)體膜。
雖然未畫(huà)出來(lái)，但是在本實(shí)施例的燈泡退火裝置中，也設(shè)置有與實(shí)施例1的冷卻裝置同樣的冷卻裝置。
另外，是否已在抑制玻璃基片的溫度上升的同時(shí)使半導(dǎo)體膜適當(dāng)?shù)赝嘶?，例如只要測(cè)定玻璃基片的折射率就會(huì)一目了然。倘采用使用本發(fā)明的燈泡退火裝置的選擇加熱，由于幾乎可以抑制玻璃基片對(duì)光的吸收，故基片的溫度上升可以看作是僅僅由來(lái)自半導(dǎo)體膜的傳熱引起的。就是說(shuō)，基片的已形成了半導(dǎo)體膜的區(qū)域，與其它的區(qū)域比被暴露在高熱中。在燈泡退火的情況下，在退火中，由于溫度上升的部分會(huì)被急劇地冷卻，故在那里易于產(chǎn)生畸變。因此，倘采用本發(fā)明，在已形成了半導(dǎo)體的區(qū)域內(nèi)與未加熱的其它的區(qū)域比折射率將減小。
因此，采用在退火處理后，測(cè)定基片的形成了半導(dǎo)體膜的區(qū)域的折射率和其它的區(qū)域的折射率，使它們相互比較或與退火處理前的基片的折射率進(jìn)行比較的辦法，就可以評(píng)價(jià)選擇加熱的程度。可以這樣地進(jìn)行判斷在形成了半導(dǎo)體膜的區(qū)域與其它的區(qū)域的折射率之間折射率之差越大，越可以在更高的高溫下加熱半導(dǎo)體膜，越可以得到優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體膜。
另外，在現(xiàn)有的燈泡退火的情況下，或者是由于整個(gè)基片被加熱到高溫，兩者之差幾乎看不出來(lái)，或者是由于已形成了半導(dǎo)體膜的區(qū)域的基片散熱慢，折射率反而比別的區(qū)域增大。此外，在使用準(zhǔn)分子激光或退火爐的退火中也同樣，看不出在使用本發(fā)明的燈泡退火裝置的情況下的那樣的折射率之差。
實(shí)施例4圖6a和6b示出了本實(shí)施例的燈泡退火裝置。
如圖6a所示，加熱用燈泡21和22，在大致在同一平面上被配置為網(wǎng)格狀。玻璃基片1被配置為使得已形成了要進(jìn)行退火處理的半導(dǎo)體膜(未畫(huà)出來(lái))的面與這些燈泡21和22彼此對(duì)置。由燈泡21和22投射過(guò)來(lái)的光均勻地向整個(gè)基片1的上表面上照射，在基片1的表面上形成的全部半導(dǎo)體膜被一齊加熱。
被配置為與基片1的已形成了半導(dǎo)體膜的面相向的分光器23，在基片1的拐角部分或中央部分分別檢測(cè)從燈泡21和22照射過(guò)來(lái)的光中被基片反射的光。另外，在測(cè)定透過(guò)光的情況下，分光器23被配置成與基片1的另外的面對(duì)置。
來(lái)自燈泡21和22的光的一部分，雖然會(huì)被半導(dǎo)體膜吸收或透過(guò)基片1，但剩下的光作為反射光則返回到燈泡21和22一側(cè)去。反射光的光譜和透過(guò)光的光譜，取決于在基片1上邊形成的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)而變化很大。特別是在硅的情況下，如圖10a和圖10b所示，由于400～500nm的波長(zhǎng)區(qū)域的光譜伴隨著結(jié)晶狀態(tài)的變化的變化大，故采用對(duì)該區(qū)域的光譜形狀進(jìn)行評(píng)價(jià)的辦法，就可以了解結(jié)晶狀態(tài)。
每一個(gè)分光器23，如圖6b所示，都對(duì)入射光分光，把與該光的400～500nm的波長(zhǎng)區(qū)域的的光譜有關(guān)的信號(hào)功率至控制部分25?？刂撇糠?5的評(píng)價(jià)單元25a，使來(lái)自分光器23的信號(hào)彼此間或與預(yù)先存儲(chǔ)好的光譜的模型進(jìn)行比較，對(duì)各個(gè)分光器檢測(cè)出來(lái)的反射光的區(qū)域中的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)?？刂茊卧?5b，根據(jù)由評(píng)價(jià)單元25a得到的膜的結(jié)晶狀態(tài)，控制燈泡21和22的各自的功率。例如，在從非晶硅狀態(tài)變化為結(jié)晶性的區(qū)域的情況下，使向該區(qū)域照射光的燈泡21或22的功率減小或變成為0。此外，在尚未結(jié)晶化的區(qū)域的情況下，則加大對(duì)應(yīng)的燈泡21或22的功率。一般地說(shuō)，這樣的燈泡的配置，基片1的中央部分比易于散熱的端部溫度更低。因此，中央部分的半導(dǎo)體膜將先結(jié)晶化。這時(shí)，要減小中央部分的燈泡21和22的功率或使之變成為0，并加大端部的的燈泡的功率。在端部的半導(dǎo)體膜已結(jié)晶化的時(shí)刻，使所有的燈泡21和22的功率都變成為0。借助于此，就可以使端部的半導(dǎo)體膜充分地結(jié)晶化而不會(huì)使在基片1的中央部分形成的半導(dǎo)體膜超規(guī)格(overspec)地被加熱。
采用不使用控制燈泡的功率而代之以改變燈泡與基片之間的距離的辦法，也可以控制半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化。例如，設(shè)置使圖6a所示的每一個(gè)燈泡21和22在圖中上下移動(dòng)的裝置，控制部分25控制它們的上下移動(dòng)來(lái)代替對(duì)燈泡21和22的功率控制。就是說(shuō)，控制部分25使與想要調(diào)整照射到半導(dǎo)體膜上的光能的部分對(duì)應(yīng)的燈泡21或22的位置上升或下降。在已變更了功率時(shí)在其投射光的強(qiáng)度的穩(wěn)定需要長(zhǎng)時(shí)間的氙燈泡、金屬鹵素?zé)襞莸鹊腢V燈泡或準(zhǔn)分子燈泡的情況下，比起控制燈泡的功率來(lái)，理想的是控制燈泡的位置。
另外，在作為燈泡使用氙燈泡等閃光燈泡的情況下在閃光燈泡亮燈后評(píng)價(jià)結(jié)晶狀態(tài)，如果尚未結(jié)晶化則再次使閃光燈泡亮燈，而不是在退火期間進(jìn)行控制。采用在全部都已結(jié)晶化的時(shí)刻結(jié)束退火處理的辦法，可以使半導(dǎo)體膜確實(shí)地結(jié)晶化。但是，在該情況下，在燈泡已關(guān)燈時(shí)，由于必須測(cè)定反射光或透過(guò)光以評(píng)價(jià)結(jié)晶狀態(tài)，故作為結(jié)晶評(píng)價(jià)用的光的光源，必須與加熱用的燈泡不同地配置為使得白色光源、He-Ne光源等對(duì)于各自的分光器使其反射光或透過(guò)光向分光器入射。
另外，沒(méi)有必要非要準(zhǔn)備多個(gè)測(cè)定反射光的分光器并把它們配置成2維不可，例如也可以把分光器僅僅配置在與溫度最低的基片端部對(duì)應(yīng)的地方，在入射到該分光器上的光的光譜已變成為結(jié)晶化的半導(dǎo)體膜的光譜的那一時(shí)刻，使所有的燈泡關(guān)燈，結(jié)束退火處理。借助于此，就不會(huì)超規(guī)格(overspec)地加熱半導(dǎo)體膜，而可以正確地結(jié)晶化。
以下，對(duì)使用本燈泡退火裝置的具體的燈泡退火的例子進(jìn)行說(shuō)明。
首先，如圖7a所示，在玻璃基片1上邊，用CVD法，作為用來(lái)防止雜質(zhì)從基片1向要在其表面上形成的半導(dǎo)體膜混入的底涂層絕緣膜10，形成厚度2000～4000的SiO2膜。再在其上邊用CVD法形成了厚度500～1000的非晶硅層之后，用準(zhǔn)分子激光退火使之結(jié)晶化得到優(yōu)質(zhì)多晶硅膜11。在使所得到的多晶硅膜11圖形化為所希望的形狀后，再在其上邊，用CVD法作為柵極絕緣膜13形成厚度約1000的SiO2膜。其次，在用濺射法形成了例如由鉭構(gòu)成的厚度2000的層之后，把該層加工成規(guī)定的圖形，形成柵極電極14。在形成了柵極電極14之后，摻進(jìn)磷或硼等的雜質(zhì)，如圖7b所示，在多晶硅膜11中，自我匹配地形成源極區(qū)域11a和漏極區(qū)域11b。
接著，用上述的燈泡退火裝置進(jìn)行已注入到源極區(qū)域11a和漏極區(qū)域11b內(nèi)的雜質(zhì)的激活化。激活化工序用來(lái)使注入進(jìn)來(lái)的雜質(zhì)向硅的位置移動(dòng)，放出載流子，但也用來(lái)使因摻雜而非晶質(zhì)化的多晶硅結(jié)晶化。
例如，用每一條6kW的功率使作為燈泡21和22的金屬鹵素?zé)襞萘翢?，向在圖7b中用箭頭表示的方向照射光。這時(shí)，邊用配置為2維的分光器測(cè)定在基片1上邊形成的多晶硅膜11的結(jié)晶狀態(tài)，邊根據(jù)其變化，控制燈泡21和22的各自的功率或這些燈泡的各自的距基片1的距離。
在激活化處理后，用CVD法形成作為層間絕緣膜的SiO2膜。接著，形成接觸孔，并在該處配置源極電極15和漏極電極16，如圖7c所示，完成多晶硅薄膜晶體管。
實(shí)施例5圖8a和圖8b示出了本實(shí)施例的燈泡退火裝置。
用來(lái)加熱半導(dǎo)體膜的燈泡2，例如是鹵素?zé)襞?，向已形成了要加工的半?dǎo)體膜(未畫(huà)出來(lái))的玻璃基片1的整個(gè)范圍內(nèi)投射加熱用的光。反射鏡8使來(lái)自燈泡2的光聚光并向基片1照射。基片1借助于運(yùn)送裝置被運(yùn)送到圖中的箭頭方向。因此，基片1就邊被運(yùn)送邊退火處理基片1內(nèi)通過(guò)圖中燈泡2的下邊的區(qū)域的半導(dǎo)體膜。評(píng)價(jià)用光源24a向基片1的尚未進(jìn)行退火處理的區(qū)域照射白色光或He-Ne光。分光器23a檢測(cè)來(lái)自光源24a的光中透過(guò)了基片1的成分。評(píng)價(jià)用光源224b，向基片1的已退火處理的區(qū)域照射白色光或He-Ne光，分光器23b檢測(cè)來(lái)自光源24b的光內(nèi)透過(guò)了基片1的成分。
控制部分25，根據(jù)來(lái)自分光器23a和23b的信號(hào)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)。例如根據(jù)兩個(gè)信號(hào)評(píng)價(jià)半導(dǎo)體膜因退火處理而產(chǎn)生的結(jié)晶性的變化。此外，還要與預(yù)先存儲(chǔ)好來(lái)自分光器23b的信號(hào)的模式比較，評(píng)價(jià)處理后的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)。
在基片1上，例如如圖9所示，設(shè)置有把用來(lái)核查退火處理的程度的半導(dǎo)體膜連續(xù)地配置在圖中用箭頭表示的基片1的運(yùn)送方向上的測(cè)試圖形1b，分光器23a和23b，分別檢測(cè)透過(guò)該測(cè)試圖形1b的光。在圖中箭頭方向運(yùn)送基片1時(shí)，比起要在這里形成薄膜晶體管的晶體管形成區(qū)域1a來(lái)，要先對(duì)測(cè)試圖形1b的端部施行退火處理。因此，在對(duì)晶體管形成區(qū)域1a施行退火處理之前，要根據(jù)來(lái)自與透過(guò)了退火后的測(cè)試圖形1b的光有關(guān)的分光器23b的信號(hào)進(jìn)行退化條件的最佳化。控制部分25調(diào)整基片1、燈泡2或反射鏡8的位置等，使得若根據(jù)來(lái)自該分光器23b的信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià)的退火處理后的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性不充分，則繼續(xù)進(jìn)行在同一條件下的處理，若尚未正確地結(jié)晶化則加大燈泡2的功率，減慢基片1的移動(dòng)速度，減小基片1上邊的光所照射的區(qū)域以加大向半導(dǎo)體膜上照射的能量，加大結(jié)晶化速度。在晶體管形成區(qū)域1a正在進(jìn)行退火處理期間也同樣地可以進(jìn)行測(cè)試圖形的評(píng)價(jià)，并反饋給退化條件。例如，當(dāng)判斷為晶體管形成區(qū)域1a在退火處理中結(jié)晶化不充分時(shí)，例如就使基片1向相反方向移動(dòng)以再次進(jìn)行退火處理。
高溫表26測(cè)定退火后的基片1的溫度，向控制部分25功率與所得到的溫度有關(guān)的信號(hào)。控制部分25在基片1的溫度例如變成為650℃以上的情況下就判定為處理?xiàng)l件超規(guī)格(overspec)并反饋給退火條件。就是說(shuō)，通過(guò)調(diào)整燈泡功率、移動(dòng)速度、燈泡-基片間距離等，防止超過(guò)機(jī)器性能的退火處理。
工業(yè)上利用的可能性倘采用本發(fā)明，由于可以抑制基片的溫度上升有選擇性地加熱半導(dǎo)體膜，故可以在高溫下使半導(dǎo)體膜退火而不會(huì)發(fā)生基片的形狀變化。此外，由于可以在最佳的條件下進(jìn)行燈泡退火處理，故可以正確地均一性良好地進(jìn)行半導(dǎo)體膜的激活化和結(jié)晶化而不會(huì)產(chǎn)生基片的形狀變化。因此，本發(fā)明通過(guò)提供可以制造性能和可靠性?xún)?yōu)良的薄膜晶體管的燈泡退火裝置，會(huì)對(duì)薄膜晶體管的性能和可靠性的提高作出很大的貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)使在基片上邊形成的半導(dǎo)體膜退火的燈泡退火裝置，具備向透明基片投射用來(lái)加熱的光的光投射裝置；及配置在上述透明基片與上述光投射裝置之間，選擇加熱上述透明基片上邊的規(guī)定區(qū)域的選擇加熱裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的燈泡退火裝置，上述選擇加熱裝置是僅僅向上述透明基片上邊的上述規(guī)定區(qū)域上照射由上述光投射裝置投射的光的遮光掩模。
3.如權(quán)利要求2所述的燈泡退火裝置，上述半導(dǎo)體膜僅僅在上述規(guī)定的區(qū)域上形成。
4.如權(quán)利要求2所述的燈泡退火裝置，上述遮光掩模具有最小寬度為5～100微米的開(kāi)口部分圖形。
5.如權(quán)利要求2所述的燈泡退火裝置，上述透明基片與上述遮光掩模以0.1～10mm的間隔配置。
6.如權(quán)利要求1所述的燈泡退火裝置，上述選擇照射裝置是僅僅透過(guò)由上述照射裝置投射的光中規(guī)定的波長(zhǎng)成分的光學(xué)濾光片。
7.如權(quán)利要求6所述的燈泡退火裝置，上述光學(xué)濾光片是截止波長(zhǎng)比規(guī)定值還長(zhǎng)的光的低通濾光片，而上述規(guī)定值為2.5微米以上。
8.如權(quán)利要求6所述的燈泡退火裝置，上述光學(xué)濾光片是截止波長(zhǎng)比規(guī)定值還長(zhǎng)的光的低通濾光片，而上述規(guī)定值為700nm以上。
9.如權(quán)利要求6所述的燈泡退火裝置，上述光學(xué)濾光片是截止波長(zhǎng)比規(guī)定值還短的光的高通濾光片，而上述規(guī)定值為350nm以下。
10.如權(quán)利要求6所述的燈泡退火裝置，上述光學(xué)濾光片是截止波長(zhǎng)比規(guī)定值還短的光的高通濾光片，截止提高構(gòu)成上述透明基片的材料的能帶能級(jí)的波長(zhǎng)的光。
11.如權(quán)利要求6所述的燈泡退火裝置，上述光學(xué)濾光片由與上述透明基片相同的材料構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求6所述的燈泡退火裝置，上述光學(xué)濾光片是透過(guò)波長(zhǎng)為350～700nm的光的帶通濾光片。
13.如權(quán)利要求6所述的燈泡退火裝置，上述光學(xué)濾光片是透過(guò)波長(zhǎng)為350～2.5微米的光的帶通濾光片。
14.如權(quán)利要求6所述的燈泡退火裝置，還具備配置在上述光投射裝置與上述透明基片之間，僅僅向上述透明基片上邊的規(guī)定區(qū)域照射由上述光投射裝置投射過(guò)來(lái)的光的遮光掩模。
15.如權(quán)利要求1所述的燈泡退火裝置，上述光投射裝置被配置為分別與上述透明基片的一對(duì)主面對(duì)置，上述選擇加熱裝置被配置在至少其中一方。
16.如權(quán)利要求1所述的燈泡退火裝置，還具備用來(lái)使上述光投射裝置與上述透明基片之間的相對(duì)位置變化的變位裝置，上述光投射裝置僅僅向上述透明基片上邊的限定的區(qū)域照射光。
17.如權(quán)利要求16所述的燈泡退火裝置，上述透明基片的位置和上述選擇加熱裝置的位置被固定，上述變位裝置使上述光投射裝置進(jìn)行移動(dòng)。
18.如權(quán)利要求1所述的燈泡退火裝置，還具備用來(lái)抑制上述選擇加熱裝置的溫度上升的冷卻機(jī)構(gòu)。
19.如一種用來(lái)使在透明基片上邊形成的半導(dǎo)體膜退火的燈泡退火裝置，具備向在透明基片上邊形成的半導(dǎo)體膜投射用來(lái)加熱上述半導(dǎo)體膜的光的光投射裝置；測(cè)定透過(guò)了上述半導(dǎo)體膜和上述透明基片或被上述半導(dǎo)體膜反射的規(guī)定波長(zhǎng)的光的光測(cè)定裝置；根據(jù)用上述光測(cè)定裝置得到的測(cè)定結(jié)果，評(píng)價(jià)上述半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)的結(jié)晶評(píng)價(jià)裝置；根據(jù)用上述結(jié)晶評(píng)價(jià)裝置得到的評(píng)價(jià)結(jié)果，控制上述半導(dǎo)體膜的處理?xiàng)l件的光照射控制裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，上述光測(cè)定裝置，檢測(cè)由上述光投射裝置投射過(guò)來(lái)的光。
21.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，還具備評(píng)價(jià)用光源，用來(lái)向上述半導(dǎo)體膜投射上述光測(cè)定裝置所接受的光。
22.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，還具備變位裝置，用來(lái)使上述光投射裝置與上述透明基片之間的相對(duì)位置變化，上述光投射裝置僅僅向上述透明基片上邊的限定的區(qū)域照射光。
23.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，上述光測(cè)定裝置，具有大致上配置在同一平面上的多個(gè)光檢測(cè)元件。
24.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，上述光測(cè)定裝置，檢測(cè)波長(zhǎng)在400～500nm的范圍的光。
25.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，上述光照射控制裝置，根據(jù)上述評(píng)價(jià)結(jié)果控制上述光投射裝置照射的光的功率。
26.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，還具備控制由上述光投射裝置向上述透明基片投射的光的焦距的焦距變位裝置，上述光照射控制裝置根據(jù)上述評(píng)價(jià)結(jié)果使上述焦距變位裝置動(dòng)作。
27.如權(quán)利要求22所述的燈泡退火裝置，上述光照射控制裝置，根據(jù)上述評(píng)價(jià)結(jié)果使上述變位裝置動(dòng)作，使上述透明基片與上述光投射裝置之間的相對(duì)速度變化。
28.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，上述光投射裝置的光源，是從由高壓汞燈燈泡、鹵素?zé)襞荨?zhǔn)分子燈泡和閃光燈泡構(gòu)成的群中選出來(lái)的一種。
29.如權(quán)利要求19所述的燈泡退火裝置，上述光投射裝置的光源，是從由高壓汞燈燈泡、金屬鹵素?zé)襞莺碗療襞輼?gòu)成的群中選出來(lái)的UV燈泡的一種。
30.如一種顯示元件用基片，具備透明基片和由在上述透明基片上邊形成的薄膜晶體管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件，上述透明基片的已形成了上述開(kāi)關(guān)元件的區(qū)域的折射率比其它的區(qū)域的折射率小。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來(lái)使在透明基片上邊形成的半導(dǎo)體膜退火的燈泡退火裝置的改良。在本發(fā)明中,在燈泡退火裝置內(nèi)設(shè)置選擇加熱半導(dǎo)體膜的裝置,抑制退火中的基片的溫度上升。此外,根據(jù)來(lái)自退火處理后的半導(dǎo)體膜的反射光或透過(guò)光,對(duì)退火處理進(jìn)行反饋控制。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1363116SQ01800158
公開(kāi)日2002年8月7日 申請(qǐng)日期2001年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月8日
發(fā)明者森田幸弘, 西谷干彥, 澀谷宗裕 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社