專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法及熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法及熱處理裝置。更詳細(xì)地說(shuō)，涉及適合于制造用薄膜晶體管(Thin Film Transistor，以下稱TFT)未驅(qū)動(dòng)像素電極的有源矩陣基板時(shí)進(jìn)行的熱處理的技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為形成了TFT的基板，例如有作為電光裝置之一例用于液晶裝置(液晶面板)中的有源矩陣基板。該有源矩陣基板這樣構(gòu)成像素電極呈矩陣狀地配置在作為絕緣基板的無(wú)堿玻璃基板上，同時(shí)與各像素電極相對(duì)應(yīng)連接采用了多晶硅薄膜等的TFT，通過(guò)TFT對(duì)各像素電極施加電壓，來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶。
制造這樣的有源矩陣基板時(shí)，按照規(guī)定的圖形在無(wú)堿玻璃基板上形成半導(dǎo)體薄膜，用該半導(dǎo)體薄膜形成TFT和二極管等有源元件、或電阻和電容器等無(wú)源元件等。在這樣的情況下，在形成硅(Si)等半導(dǎo)體薄膜的過(guò)程中，由于在Si膜等上發(fā)生損害上述電氣元件的電氣特性的重要因素(晶格缺陷、照射損傷或內(nèi)部變形等)，所以要進(jìn)行以減少這些缺陷為目的的各種熱處理(退火)。
在該退火過(guò)程中，使具有上述那樣的缺陷的Si膜等上升到較高的溫度，達(dá)到修復(fù)缺陷(例如，消滅原子空穴或移動(dòng)到位錯(cuò)的穩(wěn)定位置等)、或激活雜質(zhì)(例如，提高注入離子成為施主或受主的比例)的目的。
在進(jìn)行這樣的退火時(shí)，迄今一直使用熱處理爐(爐退火法)?？墒?，在這樣的爐退火過(guò)程中，由于需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間處理(例如，根據(jù)條件的不同，需要數(shù)小時(shí))，存在耐熱性能低劣的玻璃基板發(fā)生彎曲、或雜質(zhì)在半導(dǎo)體膜內(nèi)部過(guò)度擴(kuò)散而使得器件特性下降等問(wèn)題。因此，特別是在作為處理溫度要求低溫的工序中，由多晶硅膜制造TFT等時(shí)作為退火方法采用爐退火是困難的。
因此，近年來(lái)，開發(fā)了種種能適用于利用在低溫工序中形成的多晶硅形成TFT等的低溫退火法和短時(shí)間退火法。在這些低溫退火法和短時(shí)間退火法中，激光退火法作為通過(guò)低溫工序制造多晶硅TFT時(shí)使硅膜結(jié)晶和激活雜質(zhì)的加熱方法被廣泛地采用。
該激光退火法被用于進(jìn)行下述的熱處理等，即利用光學(xué)系統(tǒng)將使用XeCl、KrF等的受激準(zhǔn)分子激光器的光束聚焦成線狀，將該線狀的光束照射到在玻璃基板上形成的非晶硅(a-Si非晶硅)膜等上面，使非晶硅膜瞬時(shí)熔融，并使非晶硅膜結(jié)晶成多晶硅(Poly-Si多晶硅)膜。
另外，迄今在熱處理爐等熱處理裝置中進(jìn)行退火時(shí)，將基板放置在熱處理爐內(nèi)部配置的石英玻璃等制的工作臺(tái)上。
可是，近年來(lái)，隨著對(duì)液晶面板等提出了提高其高精細(xì)化等性能的強(qiáng)烈要求，暴露出了激光退火對(duì)有源矩陣基板產(chǎn)生的半導(dǎo)體薄膜的熱應(yīng)力的問(wèn)題。
即，從提高液晶面板的響應(yīng)性能等特性的觀點(diǎn)看，要求進(jìn)一步提高TFT的開關(guān)特性(即，n溝道、p溝道的通·斷特性)等，形成TFT的多晶硅等的結(jié)晶性能的好壞，對(duì)于該開關(guān)特性的高性能化是很重要的。例如，用減壓CVD法(LPCVDLow Pressure Chemical VaporDeposition)在無(wú)堿玻璃基板上淀積500埃厚度的非晶硅膜后，使受激準(zhǔn)分子激光器照射該非晶硅膜，瞬時(shí)地加熱非晶硅膜，使之結(jié)晶成多晶硅膜時(shí)，最好使硅膜結(jié)晶成多晶硅膜的結(jié)晶率達(dá)到90％以上?？墒?，在現(xiàn)有的激光退火法中，被受激準(zhǔn)分子激光器照射的非晶硅膜瞬間(例如數(shù)十毫微秒)地被加熱到約1000℃后，瞬間被冷卻到室溫，所以在已結(jié)晶的多晶硅膜中產(chǎn)生了熱應(yīng)力，由該熱應(yīng)力引起晶體缺陷等，由此可知存在多晶硅結(jié)晶中不能獲得充分的結(jié)晶率的問(wèn)題。
參照?qǐng)D9及圖10，詳細(xì)說(shuō)明這樣的問(wèn)題。圖9是表示用拉曼光譜分析法對(duì)正常結(jié)晶的多晶硅膜進(jìn)行的分析結(jié)果的曲線圖。圖10是表示用拉曼光譜分析法對(duì)采用現(xiàn)有的激光退火法進(jìn)行熱處理后結(jié)晶的多晶硅膜進(jìn)行的分析結(jié)果的曲線圖。
從這些圖可知，在正常結(jié)晶的多晶硅(Poly-Si)中，如圖9中的分析結(jié)果所示，拉曼光譜中在波長(zhǎng)520.00(cm-1)處出現(xiàn)峰值，與此不同，在采用現(xiàn)有的激光退火法進(jìn)行熱處理后結(jié)晶的多晶硅膜的情況下，如圖10中的分析結(jié)果所示，可知拉曼光譜的峰值移到了比520.00(cm-1)短的波長(zhǎng)處。這可以推斷，由于進(jìn)行激光退火時(shí)的熱應(yīng)力的作用而使多晶硅膜產(chǎn)生收縮，在多晶硅晶體中產(chǎn)生缺陷等，因此降低了從非晶硅向多晶硅結(jié)晶的結(jié)晶率。即，可以認(rèn)為采用現(xiàn)有的激光退火法時(shí)，由于在短時(shí)間內(nèi)將高密度的能量投入到局部區(qū)域，所以冷卻時(shí)多晶硅膜便產(chǎn)生了收縮等形變。
特別是在制造有源矩陣基板時(shí)采用的激光退火法中，如上所述，利用光學(xué)系統(tǒng)將受激準(zhǔn)分子激光器的光束聚焦成線狀進(jìn)行照射，使放置在例如傳送帶或滾筒等上的基板按規(guī)定的時(shí)間相對(duì)于該照射光束移動(dòng)，或者使光束相對(duì)于放置在工作臺(tái)上的基板移動(dòng)，進(jìn)行基板整體的退火。因此，在基板上的多晶硅膜中沿照射的光束呈線狀地發(fā)生熱應(yīng)力。因此，會(huì)發(fā)生以下重大問(wèn)題，即在基板上的多晶硅膜中出現(xiàn)線狀的條紋圖案，同時(shí)受該呈線狀發(fā)生的應(yīng)力的影響，基板整體發(fā)生彎曲。
另一方面，作為采用了鹵素?zé)舻却婕す夤馐牡蜏赝舜蠓?、即短時(shí)間退大法，研究了燈退火法。
該燈退火法使用發(fā)生被硅膜吸收的特定波長(zhǎng)的照射光的燈，通過(guò)使光能照射在硅膜上持續(xù)數(shù)秒至數(shù)十秒，使溫度上升，達(dá)到修復(fù)缺陷或激活雜質(zhì)的目的。采用該燈退火法對(duì)有源矩陣基板進(jìn)行熱處理時(shí)，由于加熱時(shí)間短，所以具有不會(huì)對(duì)玻璃基板造成熱損傷的優(yōu)點(diǎn)?？墒牵捎脽敉嘶鸱〞r(shí)，由于玻璃基板上的非晶硅膜的密度差異而產(chǎn)生極大的溫差，所以會(huì)留下非常大的膜形變。因此，根據(jù)情況，有可能發(fā)生玻璃基板本體破裂等重大問(wèn)題，目前的情況是該方法在低溫工藝的TFT等的批量生產(chǎn)中的應(yīng)用尚未成功。
另外，在現(xiàn)有的熱處理裝置中，爐內(nèi)受高溫加熱的影響，存在石英玻璃制的工作臺(tái)的表面發(fā)生彎曲或變形的問(wèn)題。而且，由于該工作臺(tái)表面的彎曲或變形的影響、或直接從工作臺(tái)傳導(dǎo)的熱的作用，會(huì)使放置在臺(tái)上的基板發(fā)生彎曲等形變，存在這樣的重大問(wèn)題。特別是由于無(wú)堿玻璃基板的耐熱性能低劣，所以從工作臺(tái)傳導(dǎo)的熱會(huì)使其達(dá)到約650℃的溫度而發(fā)生大的彎曲或變形，存在極大地降低基板的合格品率的問(wèn)題。
本發(fā)明就是鑒于上述課題進(jìn)行了開發(fā)研究而設(shè)計(jì)出的結(jié)果，其目的在于提供一種在絕緣基板上及在該絕緣基板上形成的半導(dǎo)體薄膜表面內(nèi)不產(chǎn)生熱應(yīng)力等弊端、能進(jìn)行穩(wěn)定的退火的半導(dǎo)體裝置的制造方法及熱處理裝置。
另外本發(fā)明的目的在于提供一種能阻斷從放置基板的工作臺(tái)向基板本體進(jìn)行的熱傳導(dǎo)、有效地防止由基板的熱產(chǎn)生的彎曲或變形的半導(dǎo)體裝置的制造方法及熱處理裝置。
發(fā)明的公開為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是一種對(duì)在基板上形成的薄膜進(jìn)行熱處理的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于至少包括以下工序從上述基板的一個(gè)面的一側(cè)朝向該基板照射波段在2.5微米至5微米的中間紅外線，加熱上述基板的加熱工序；以及從上述基板的另一個(gè)面的一側(cè)對(duì)該基板照射波段在2.5微米以下的近紅外線，對(duì)上述薄膜進(jìn)行熱處理的熱處理工序。
在本發(fā)明中，上述加熱工序中的加熱溫度最好在300℃至450℃的范圍內(nèi)。另外，上述熱處理工序中的加熱溫度最好在800℃以上、1000℃以下的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，在加熱工序中按照規(guī)定條件對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱后，在熱處理工序中對(duì)薄膜進(jìn)行退火。因此，例如對(duì)在無(wú)堿玻璃基板上淀積的非晶硅膜進(jìn)行本發(fā)明的熱處理而使硅膜結(jié)晶時(shí)，由于在加熱工序中對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱的效果，能防止退火后在多晶硅膜上發(fā)生熱應(yīng)力。即，在加熱工序中加熱基板，通過(guò)預(yù)先對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱，即使在熱處理工序中對(duì)多晶硅膜進(jìn)行熱處理，也能防止在多晶硅膜上發(fā)生熱應(yīng)力。因此，不會(huì)發(fā)生由熱應(yīng)力引起的晶體缺陷等，所以能提高從非晶硅膜結(jié)晶成多晶硅膜的結(jié)晶率。另外，由于在多晶硅膜上不殘留熱應(yīng)力，所以玻璃基板不會(huì)彎曲或破裂。因此，能提高有源矩陣基板的合格率。
在本發(fā)明中，在上述熱處理工序中，例如，利用規(guī)定的光學(xué)系統(tǒng)將上述近紅外線聚焦后照射在上述基板上，同時(shí)使上述基板以規(guī)定的速度進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)。另外，在上述熱處理工序中，例如，也可以利用規(guī)定的光學(xué)系統(tǒng)使上述近紅外線呈平行光線后照射在上述基板上，同時(shí)使上述基板以規(guī)定的速度進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)。如果這樣構(gòu)成，則能對(duì)基板和在基板上形成的半導(dǎo)體薄膜的表面均勻地進(jìn)行熱處理。
在本發(fā)明中，在上述熱處理工序中，也可以利用規(guī)定的光學(xué)系統(tǒng)使上述近紅外線呈平行光線，一并照射在上述基板上形成的上述薄膜的幾乎全部區(qū)域。
在本發(fā)明中，在上述熱處理工序中，最好使用能使近紅外線波長(zhǎng)在1微米至2微米的范圍內(nèi)變化的光源，對(duì)基板和在基板上形成的半導(dǎo)體薄膜更均勻地進(jìn)行熱處理。
通過(guò)例如改變供給上述光源的電流的頻率，能進(jìn)行這樣的熱處理工序中的近紅外線波長(zhǎng)的控制。
在本發(fā)明中，在上述熱處理工序中，最好與控制波長(zhǎng)的同時(shí)改變供給近紅外線用的光源的功率，以代替控制近紅外線波長(zhǎng)，來(lái)控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
在本發(fā)明中，作為控制上述近紅外線的照射強(qiáng)度的方法有改變近紅外線光源和上述基板的相對(duì)距離的方法；使從近紅外線光源朝向上述基板的近紅外線散射或反射的方法；改變對(duì)從近紅外線光源朝向上述基板的近紅外線配置的反射鏡的反射角度的方法；以及使從近紅外線光源朝向上述基板的近紅外線衰減的方法。
在本發(fā)明中，在上述熱處理工序中，還有這樣的方法將光路波長(zhǎng)濾光器配置在上述光源與上述基板之間，通過(guò)連續(xù)地改變?cè)摬ㄩL(zhǎng)濾光器的近紅外線透射波段，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。在此情況下，在上述熱處理工序中，作為上述波長(zhǎng)濾光器可以采用石英制的狹縫，通過(guò)連續(xù)地改變近紅外線能通過(guò)該石英制的狹縫的寬度，能控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
在本發(fā)明中，最好在使該基板離開放置上述基板的工作臺(tái)的表面為規(guī)定間隔的狀態(tài)下，進(jìn)行上述加熱工序及上述熱處理工序中的至少一個(gè)工序。如果采用該方法，則由于在基板離開工作臺(tái)表面為規(guī)定間隔的狀態(tài)下，進(jìn)行加熱工序和熱處理工序，所以不受工作臺(tái)彎曲或變形的影響。另外，在加熱工序和熱處理工序中，由于熱不會(huì)直接從工作臺(tái)表面?zhèn)鬟f給基板本體，所以能可靠地防止基板在高熱下彎曲或變形。
在這樣的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，上述基板例如是無(wú)堿玻璃基板，上述半導(dǎo)體薄膜例如是非晶硅薄膜。
在本發(fā)明中，對(duì)在基板上形成的薄膜進(jìn)行熱處理的熱處理裝置的特征在于，至少有從上述基板的一個(gè)面的一側(cè)朝向該基板照射波段在2.5微米至5微米的中間紅外線以加熱上述基板的加熱裝置；以及從上述基板的另一個(gè)面的一側(cè)對(duì)該基板照射波段在2.5微米以下的近紅外線以對(duì)上述薄膜進(jìn)行熱處理的熱處理裝置。
在本發(fā)明中，還設(shè)有將上述基板從由上述加熱裝置進(jìn)行加熱的位置傳送到由上述熱處理裝置進(jìn)行加熱的位置的傳送裝置。
在本發(fā)明中，上述加熱裝置將上述基板加熱到300℃至450℃的范圍內(nèi)。另外，上述熱處理裝置將上述基板或上述薄膜加熱到800℃以上至1000℃以下的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，上述加熱裝置例如備有中間紅外線燈作為發(fā)射中間紅外線的光源。另外，上述熱處理裝置例如備有近紅外線燈作為發(fā)射近紅外線的光源。
在這樣的加熱裝置中，上述加熱裝置利用從中間紅外線燈發(fā)射的中間紅外線，將上述基板加熱到大致350℃，上述熱處理裝置利用從作為發(fā)射近紅外線的光源的近紅外線燈發(fā)射的輸出功率為7500W的近紅外線，將上述基板或上述導(dǎo)體薄膜加熱到800℃以上至1000℃以下的溫度，上述傳送裝置以2.5mm/秒的速度傳送上述基板。如果在這樣的條件下對(duì)半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行熱處理，則能可靠地防止退火后在半導(dǎo)體薄膜(例如多晶硅膜)上產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，由于能將產(chǎn)生由熱應(yīng)力引起的晶體缺陷等防患于未然，所以能提高從非晶硅膜結(jié)晶成多晶硅膜的結(jié)晶率。另外，由于在多晶硅膜上不殘留熱應(yīng)力，所以能有效地防止玻璃基板彎曲或破裂，能提高有源矩陣基板的合格率。
在本發(fā)明中，上述熱處理裝置最好備有能使近紅外線波長(zhǎng)在1微米至2微米的范圍內(nèi)變化的近紅外線用的光源。
另外，在本發(fā)明中，上述熱處理裝置最好通過(guò)改變供給上述近紅外線用的光源的電流的頻率，控制近紅外線的波長(zhǎng)。
另外，在本發(fā)明中，上述熱處理裝置最好有改變上述近紅外線的照射強(qiáng)度的裝置。例如，最好能將上述近紅外線的照射強(qiáng)度控制在相當(dāng)于最大照射強(qiáng)度的25％至100％的強(qiáng)度的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，作為控制對(duì)上述基板照射近紅外線的強(qiáng)度用的結(jié)構(gòu)可以采用例如改變供給近紅外線用的光源的功率的結(jié)構(gòu)；改變近紅外線光源與上述基板的相對(duì)距離的結(jié)構(gòu)；使從近紅外線光源朝向上述基板的近紅外線散射或反射的結(jié)構(gòu)；改變對(duì)從近紅外線光源朝向上述基板的近紅外線配置的反射鏡的反射角度的結(jié)構(gòu)；以及使從近紅外線光源朝向上述基板的近紅外線衰減的結(jié)構(gòu)。
另外，也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，即通過(guò)連續(xù)地改變配置在從近紅外線的光源至上述基板的光路中的波長(zhǎng)濾光器的近紅外線透射波段，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。在此情況下，上述熱處理裝置通過(guò)連續(xù)地改變近紅外線能通過(guò)作為上述波長(zhǎng)濾光器使用的石英制的狹縫的寬度，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
在本發(fā)明中，最好還有確保上述基板和放置該基板的工作臺(tái)表面之間規(guī)定的間隔的基板隔離裝置。如果這樣構(gòu)成，由于基板被基板隔離裝置從工作臺(tái)表面隔離開規(guī)定的間隔，所以不受工作臺(tái)的彎曲或變形的影響。另外，由于能避免熱直接從工作臺(tái)表面?zhèn)鬟f給基板本體，所以能有效地防止基板受高熱作用而發(fā)生彎曲或變形。
在本發(fā)明中，作為上述基板隔離裝置，例如能利用配置在上述工作臺(tái)表面上的多個(gè)耐熱性襯墊，該耐熱性襯墊最好用陶瓷形成。如果這樣構(gòu)成，則能用廉價(jià)的結(jié)構(gòu)將基板從工作臺(tái)表面隔開，同時(shí)能防止基板被雜質(zhì)污染。
在本發(fā)明中，上述基板隔離裝置最好備有噴出氣體將上述基板浮起的氣體浮起裝置。在該氣體浮起裝置中，在上述工作臺(tái)表面上形成多個(gè)噴氣口，從這些噴氣口噴出規(guī)定壓力的氣體，將上述基板浮起。如果這樣構(gòu)成，由于基板處于被從工作臺(tái)一側(cè)噴出的氣體浮起的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理，所以基板不受工作臺(tái)的彎曲或變形的影響。另外，由于能避免熱直接從工作臺(tái)表面?zhèn)鬟f給基板本體，所以能有效地防止基板受高熱作用而彎曲或變形。
在這樣的氣體浮起裝置中，從上述噴氣口噴出惰性氣體、氮?dú)?、或水蒸氣等?br> 在本發(fā)明中，最好還有將從上述噴氣口噴出的氣體引導(dǎo)到上述基板的表面上的氣體引導(dǎo)裝置。如果這樣構(gòu)成，則在噴出的氣體是惰性氣體或N2氣的情況下，能防止基板或半導(dǎo)體薄膜的表面氧化，在噴出的氣體是水蒸氣的情況下，能在基板或半導(dǎo)體薄膜的表面上形成氧化膜。
作為上述氣體引導(dǎo)裝置，最好利用將從上述基板的端部一側(cè)噴出的氣體引導(dǎo)到該基板表面一側(cè)的導(dǎo)向葉片。如果這樣構(gòu)成，則能用廉價(jià)的結(jié)構(gòu)將噴出的氣體引導(dǎo)到半導(dǎo)體薄膜的表面一側(cè)。
用這樣的熱處理裝置處理的基板例如是無(wú)堿玻璃基板，在該基板上形成的半導(dǎo)體薄膜例如是非晶硅薄膜。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1(a)、(b)是分別表示實(shí)施本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)的熱處理方法用的熱處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖、以及該熱處理裝置的加熱溫度和時(shí)間的關(guān)系的曲線圖。
圖2是表示從圖1所示的熱處理裝置中使用的鹵素?zé)舭l(fā)射的近紅外線的波長(zhǎng)和基板溫度的關(guān)系的曲線圖。
圖3(a)、(b)是分別表示圖1所示的熱處理裝置中使用的近紅外線燈的電壓-輸出功率特性的曲線圖、以及近紅外線燈的電壓-盤管溫度特性的曲線圖。
圖4是表示利用本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的熱處理方法而結(jié)晶的多晶硅膜采用拉曼光譜分析法進(jìn)行的分析結(jié)果的曲線圖。
圖5(a)、(b)是分別表示實(shí)施本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)的熱處理方法用的熱處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖、以及該熱處理裝置的加熱溫度和時(shí)間的關(guān)系的曲線圖。
圖6(a)、(b)、(c)是分別表示實(shí)施本發(fā)明的第三實(shí)施形態(tài)的熱處理方法用的熱處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖、該熱處理裝置的加熱溫度和時(shí)間的關(guān)系的曲線圖、以及時(shí)序圖。
圖7是表示實(shí)施本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)的熱處理方法用的熱處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示實(shí)施本發(fā)明的第五實(shí)施形態(tài)的熱處理方法用的熱處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示正常結(jié)晶的多晶硅膜采用拉曼光譜分析法進(jìn)行的分析結(jié)果的曲線圖。
圖10是表示用激光退火法進(jìn)行熱處理而結(jié)晶的多晶硅膜采用拉曼光譜分析法進(jìn)行的分析結(jié)果的曲線圖。
1無(wú)堿玻璃基板(基板)2非晶硅膜(半導(dǎo)體薄膜)3第一加熱裝置(加熱裝置)3a鹵素?zé)?中間紅外線光源)4第二加熱裝置(熱處理裝置)4a鹵素?zé)?近紅外線光源)10、20、30、40、50熱處理裝置本體
11、21、31、51熱處理裝置本體41熱處理箱43襯墊(基板隔離裝置)44、53工作臺(tái)46水冷套54反射板55中空部分56供氣管57導(dǎo)向葉片(氣體引導(dǎo)裝置)58反射板52噴氣口59氣體浮起裝置(基板隔離裝置)100中間紅外線200～200近紅外線實(shí)施發(fā)明用的最佳形態(tài)以下，用


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形態(tài)。
圖1(a)是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。具體地說(shuō)，是表示對(duì)在基板上形成的薄膜進(jìn)行熱處理用的方法、以及作為采用該方法的熱處理裝置的第一實(shí)施形態(tài)示出的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖，圖1(b)是表示該裝置的加熱溫度和時(shí)間的關(guān)系的曲線圖。
在圖1中，在作為絕緣性基板1的無(wú)堿玻璃基板(以下簡(jiǎn)稱基板)上形成作為薄膜由非晶硅膜2構(gòu)成的半導(dǎo)體薄膜。作為基板1可以使用例如日本電氣玻璃(株)制的OA-2等，其堿氧化物的含量為0.1％以下。非晶硅膜2是例如采用減壓CVD法淀積了厚度為500埃的膜。
形成了該非晶硅膜2的基板1利用作為熱處理裝置10的傳送裝置(圖中未示出，代之以箭頭50表示傳送方向)的傳送帶或滾筒傳送裝置等，以規(guī)定的速度從圖中的左側(cè)被傳送到右側(cè)。
為了對(duì)在基板1上形成的非晶硅膜2進(jìn)行熱處理，在本形態(tài)的熱處理裝置10中，在熱處理裝置本體11中構(gòu)成第一加熱裝置3(加熱裝置)和第二加熱裝置4(熱處理裝置)。作為加熱裝置的第一加熱裝置用于在加熱工序中對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱。即，用來(lái)預(yù)熱基板。另外作為熱處理裝置的第二加熱裝置用于在熱處理工序中對(duì)在基板上形成的薄膜進(jìn)行熱處理。
第一加熱裝置3設(shè)有多個(gè)鹵素?zé)?a作為中間紅外線100的光源。第一加熱裝置3從被傳送的基板1的下方對(duì)基板1的下表面照射波長(zhǎng)為2.5微米～5微米的中間紅外線100以預(yù)熱基板1，使其溫度上升到350℃左右。
這里，可將第一加熱裝置3分成多個(gè)單元構(gòu)成。因此，也可以在每個(gè)單元改變中間紅外線100的照射強(qiáng)度等。
在第二加熱裝置4中設(shè)置了多個(gè)鹵素?zé)?a作為光源。光源具有發(fā)射波長(zhǎng)為2.5微米以下的近紅外線200的特性。另外，在鹵素?zé)?a的背后設(shè)置了反射近紅外線200并將其聚焦成線狀的反射板4b。另外，在反射板上形成凹面。
該鹵素?zé)?a具有圖2及圖3所示的特性。圖2是表示從鹵素?zé)?a發(fā)射的近紅外線200的波長(zhǎng)(nm)和基板的溫度(℃)的關(guān)系的曲線圖。如圖所示，曲線示出了基板的溫度隨著燈的波長(zhǎng)的變化而變化的情況。如該圖所示，即使在近紅外線區(qū)域內(nèi)，也具有能量隨著波長(zhǎng)變短而變大的特性?？梢钥闯?，特別是波長(zhǎng)為1.4nm時(shí)，基板的溫度幾乎達(dá)到1800℃。
圖3(a)是表示鹵素?zé)?a的施加電壓-光輸出功率特性的曲線圖。由圖可知，通過(guò)使電壓在40～100％的范圍內(nèi)變化，能將燈的輸出功率(在實(shí)施形態(tài)中最大輸出功率為7500W)控制在最大光輸出功率的25％～100％的范圍內(nèi)。
另外，圖3(b)是表示鹵素?zé)?a的施加電壓-盤管溫度特性的曲線圖。由圖可知，通過(guò)使施加電壓在允許范圍內(nèi)變化40％～100％，能將燈的盤管溫度控制在1500℃～2000℃的范圍內(nèi)。另外，根據(jù)本發(fā)明者等的實(shí)驗(yàn)，能確認(rèn)盤管溫度(1500℃～2000℃)相當(dāng)于基板溫度(600℃～800℃)，通過(guò)將施加電壓控制在40％～100％的范圍內(nèi)變化，能將基板溫度控制在上述范圍內(nèi)。
簡(jiǎn)單地說(shuō)明使用這樣構(gòu)成的第一實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置，在半導(dǎo)體裝置的制造方法中對(duì)在基板1上形成的非晶硅膜2進(jìn)行熱處理時(shí)的順序。
首先，在圖1(a)中，開始向作為中間紅外線100的光源的多個(gè)鹵素?zé)?a供電，使第一加熱裝置3工作。另外，根據(jù)基板的傳送速度和基板的面積等，預(yù)先設(shè)定從鹵素?zé)?a輸出的中間紅外線100的強(qiáng)度，以便能使整個(gè)基板1的溫度上升到大約350℃?；蛘咭部梢赃@樣構(gòu)成，即設(shè)置測(cè)定基板1的溫度用的溫度測(cè)定裝置，根據(jù)由溫度測(cè)定裝置測(cè)定的結(jié)果，實(shí)時(shí)地進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，以便整個(gè)基板1達(dá)到大約350℃。
另外，同時(shí)開始向作為近紅外線200的光源的多個(gè)鹵素?zé)?a供電，使第二加熱裝置4工作。另外，根據(jù)基板的傳送速度和基板的面積等，預(yù)先設(shè)定從鹵素?zé)?a輸出的近紅外線200的強(qiáng)度，以便能使非晶硅膜2的溫度上升到800℃～1000℃?；蛘咭部梢栽O(shè)置測(cè)定基板1的表面溫度用的溫度測(cè)定裝置，將施加電壓控制在40～100％的范圍內(nèi)，以便使非晶硅膜2達(dá)到800℃～1000℃的規(guī)定溫度。
其次，啟動(dòng)傳送裝置，例如以2.5mm/秒的速度開始將基板1從圖1中的左側(cè)傳送到右側(cè)。
其結(jié)果，從第一加熱裝置3的各鹵素?zé)?a、3a…輸出的中間紅外線100照射在基板1的下表面上。因此，由無(wú)堿玻璃構(gòu)成的基板1吸收中間紅外線100而被加熱，在由第二加熱裝置4開始進(jìn)行熱處理之前，基板表面一側(cè)被加熱到350℃(加熱工序/也稱為預(yù)熱工序)。
在該加熱工序中，連續(xù)地傳送加熱了的基板1，被傳送到由第二加熱裝置4進(jìn)行加熱的位置時(shí)，從第二加熱裝置4的鹵素?zé)?a輸出的近紅外線200照射到在基板1上形成的非晶硅膜2上。從鹵素?zé)糨敵龅墓獗环瓷浒?b聚焦成線狀，以這樣的狀態(tài)連續(xù)地照射基板表面(熱處理工序)。
因此，如圖1(b)所示，非晶硅膜2吸收近紅外線200而被加熱，被加熱到大約800℃。因此非晶硅膜2從表面至規(guī)定的深度被晶格化，結(jié)晶成多晶硅。
這樣處理后，在使非晶硅膜2結(jié)晶成多晶硅時(shí)，由于本發(fā)明在進(jìn)行熱處理之前，利用加熱裝置將基板1預(yù)熱到350℃，所以再結(jié)晶時(shí)能有效地防止產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，由于本發(fā)明大幅度地降低由熱應(yīng)力引起的晶體缺陷等的發(fā)生，所以能提高從非晶硅結(jié)晶成多晶硅的實(shí)際的結(jié)晶率。因此，本發(fā)明能進(jìn)一步提高用多晶硅膜形成的薄膜晶體管等的特性。
圖4是表示利用拉曼光譜分析法對(duì)通過(guò)上述的工序使非晶硅再結(jié)晶成多晶硅的膜進(jìn)行分析的結(jié)果的曲線圖。如曲線所示，可知在拉曼光譜中，在波長(zhǎng)520.00(cm-1)處出現(xiàn)峰值。如果將它與原先所示的圖9中的正常結(jié)晶的多晶硅(Poly-Si)的分析結(jié)果、以及圖10中的通過(guò)激光退火結(jié)晶的多晶硅膜的分析結(jié)果進(jìn)行比較，可知該峰值出現(xiàn)的位置與正常結(jié)晶的多晶硅的曲線(圖9)相近似。因此，根據(jù)這些圖能斷定采用這樣的熱處理方法，從非晶硅結(jié)晶成多晶硅的結(jié)晶率比用激光退火法結(jié)晶時(shí)的結(jié)晶率高。
另外，采用本發(fā)明的制造方法即上述的熱處理方法，能抑制熱應(yīng)力的發(fā)生。因此，由于能防止在多晶硅膜上發(fā)生收縮等變形，所以能將基板1上發(fā)生的彎曲、破裂等現(xiàn)象防患于未然。另外，用該基板1制造作為半導(dǎo)體裝置之一例的有源矩陣基板時(shí)，能提高合格率。因此，能降低液晶面板的成本。
另外，如圖1(a)所示，在本形態(tài)中，即使在第二加熱裝置4進(jìn)行的熱處理結(jié)束后，也能利用位于第二加熱裝置4的下游側(cè)(圖中朝向右側(cè))的第一加熱裝置3用中間紅外線100繼續(xù)加熱。因此，在由第二加熱裝置4進(jìn)行的熱處理后，能使基板1慢慢冷卻。因此，從非晶硅膜2變成的多晶硅膜也能慢慢冷卻，所以本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法能進(jìn)一步降低多晶硅膜上產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
參照?qǐng)D5說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)。
圖5(a)是表示實(shí)施本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置的制造方法(熱處理方法)用的熱處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖，圖5(b)是表示該熱處理裝置的加熱溫度和時(shí)間的關(guān)系的曲線圖。另外，本形態(tài)的熱處理裝置與上述的第一實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置的基本結(jié)構(gòu)相同，所以對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號(hào)，它們的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在圖5(a)中，本形態(tài)的熱處理裝置20的熱處理裝置本體21由第一加熱裝置3(加熱裝置)和第二加熱裝置4(熱處理裝置)構(gòu)成。
在第一加熱裝置3中，與第一實(shí)施形態(tài)一樣，設(shè)置了多個(gè)鹵素?zé)?a作為光源。鹵素?zé)艟哂邪l(fā)射中間紅外線100的特性。加熱裝置將基板1加熱到350℃。即，加熱裝置對(duì)基板1的下表面照射波長(zhǎng)為2.5微米～5微米的中間紅外線100，將被傳送裝置(圖中未示出)傳送的基板1預(yù)熱到350℃。另外，第一加熱裝置3能分成多個(gè)單元構(gòu)成。因此，可以在每個(gè)單元改變中間紅外線100的照射強(qiáng)度等。
在第二加熱裝置4中設(shè)置了多個(gè)鹵素?zé)?a作為光源。光源具有發(fā)射波長(zhǎng)為2.5微米以下的近紅外線200的特性。另外，在鹵素?zé)?a的背后設(shè)置了反射近紅外線200并使其形成平行光線的反射板4b。另外，在反射板上形成凹面，該凹面具有將近紅外線變成平行光線的作用。
另外，鹵素?zé)?a的特性與第一實(shí)施形態(tài)相同，通過(guò)將施加電壓控制在40～100％的范圍內(nèi)變化，能將基板的溫度控制在600℃～800℃的范圍內(nèi)。
簡(jiǎn)單地說(shuō)明使用這樣構(gòu)成的第二實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置，對(duì)在半導(dǎo)體裝置的制造方法中在基板1上形成的非晶硅膜2進(jìn)行熱處理時(shí)的順序。
首先，開始向作為中間紅外線100的光源的多個(gè)鹵素?zé)?a供電，使加熱裝置工作。另外，根據(jù)基板的傳送速度和基板的面積等，預(yù)先設(shè)定從鹵素?zé)?a輸出的中間紅外線100的強(qiáng)度，以便能使整個(gè)基板1的溫度上升到大約350℃?；蛘咭部梢栽O(shè)置測(cè)定基板1的溫度用的溫度測(cè)定裝置，根據(jù)由溫度測(cè)定裝置測(cè)定的結(jié)果，實(shí)時(shí)地進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，以便整個(gè)基板1達(dá)到大約350℃。
另外，同時(shí)開始向作為近紅外線200的光源的多個(gè)鹵素?zé)?a供電，使第二加熱裝置4工作。另外，根據(jù)基板的傳送速度和基板的面積等，預(yù)先設(shè)定從鹵素?zé)?a輸出的近紅外線200的強(qiáng)度，以便能使非晶硅膜2的溫度上升到800℃～1000℃?；蛘咭部梢栽O(shè)置測(cè)定基板1的表面溫度用的溫度測(cè)定裝置，將施加電壓控制在40～100％的范圍內(nèi)，以便使非晶硅膜2達(dá)到800℃～1000℃的規(guī)定溫度(在本實(shí)施形態(tài)中為800℃)。
其次，啟動(dòng)傳送裝置，例如以2.5mm/秒的速度開始將基板1從上游側(cè)傳送到下游側(cè)(在圖5中從左側(cè)到右側(cè))。
其結(jié)果，從第一加熱裝置3的各鹵素?zé)?a輸出的中間紅外線100照射在基板1的下表面上。因此，由無(wú)堿玻璃構(gòu)成的基板1吸收中間紅外線100而被加熱，在由第二加熱裝置4開始進(jìn)行熱處理之前，基板表面一側(cè)被加熱裝置加熱到大約350℃(加熱工序)。
通過(guò)該加熱工序，連續(xù)地傳送被加熱了的基板1，被傳送到由第二加熱裝置4進(jìn)行加熱的位置時(shí)，從第二加熱裝置4的鹵素?zé)?a輸出的被反射板4b變成平行光線的近紅外線200連續(xù)地照射到在基板1上形成的非晶硅膜2上。(熱處理工序)。
因此，如圖5(b)所示，非晶硅膜2吸收近紅外線200而被加熱，被加熱到大約800℃。因此非晶硅膜2從表面至規(guī)定的深度被晶格化，結(jié)晶成多晶硅。
因此，與第一實(shí)施形態(tài)的情況一樣，在使非晶硅膜2結(jié)晶成多晶硅時(shí)，由于再結(jié)晶時(shí)能有效地防止在硅膜上產(chǎn)生熱應(yīng)力，所以能大幅度地降低由熱應(yīng)力引起的晶體缺陷等的發(fā)生。另外，由于通過(guò)抑制熱應(yīng)力的發(fā)生，能防止在多晶硅膜上發(fā)生收縮等形變，所以能將玻璃基板1發(fā)生彎曲或破裂等現(xiàn)象防患于未然。
另外，如圖5(a)所示，在本形態(tài)中，即使在第二加熱裝置4進(jìn)行的熱處理結(jié)束后，也能利用位于第二加熱裝置4的下游側(cè)(圖5(a)中朝向右側(cè))的第一加熱裝置3用中間紅外線100繼續(xù)加熱，所以能進(jìn)一步降低多晶硅膜上產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
參照?qǐng)D6說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施形態(tài)。
圖6(a)是表示實(shí)施本發(fā)明的第三實(shí)施形態(tài)的熱處理方法用的熱處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖，圖6(b)是表示該熱處理裝置的加熱溫度和時(shí)間的關(guān)系的曲線圖，圖6(c)是該熱處理裝置進(jìn)行熱處理的時(shí)序圖。另外，本形態(tài)的熱處理裝置與上述的第一實(shí)施形態(tài)、或第二實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置的基本結(jié)構(gòu)相同，所以對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號(hào)，它們的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在圖6(a)中，本形態(tài)的熱處理裝置30的熱處理裝置本體31由第一加熱裝置3(加熱裝置)和第二加熱裝置4(熱處理裝置)構(gòu)成。
在第一加熱裝置3中，與第一實(shí)施形態(tài)、第二實(shí)施形態(tài)一樣，設(shè)置了多個(gè)鹵素?zé)?a作為中間紅外線100的光源。鹵素?zé)魧?duì)放置在第一加熱裝置3的基板1照射中間紅外線，即照射波長(zhǎng)為2.5微米～5微米的中間紅外線100，使基板1的溫度升高到大約350℃。另外，第一加熱裝置3能分成多個(gè)單元構(gòu)成。在此情況下，也可以在每個(gè)單元改變中間紅外線100的照射強(qiáng)度等。
在第二加熱裝置4中設(shè)置了多個(gè)由鹵素?zé)?a構(gòu)成的光源。光源具有發(fā)射波長(zhǎng)為2.5微米以下的近紅外線200的特性。另外，在該鹵素?zé)?a的周圍設(shè)置了反射近紅外線200并使其成為平行光線用的具有凹面的反射板4b。另外，在本形態(tài)中，為了一并對(duì)在基板1上形成的全體非晶硅膜2照射近紅外線200，根據(jù)進(jìn)行熱處理的基板1的面積等，確定第二加熱裝置4的大小和設(shè)置鹵素?zé)?a的個(gè)數(shù)等。
這里，鹵素?zé)?a的特性與第一實(shí)施形態(tài)及第二實(shí)施形態(tài)相同，通過(guò)將施加電壓控制在40～100％的范圍內(nèi)變化，能在600℃～800℃的范圍內(nèi)增大或降低基板的溫度。
簡(jiǎn)單地說(shuō)明使用這樣構(gòu)成的第三實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置，對(duì)在半導(dǎo)體裝置的制造方法中在基板1上形成的非晶硅膜2進(jìn)行熱處理時(shí)的順序。
首先，開始向多個(gè)鹵素?zé)?a供電，使第一加熱裝置3工作。另外，根據(jù)基板的傳送速度和基板的面積等，預(yù)先設(shè)定從鹵素?zé)?a輸出的中間紅外線100的強(qiáng)度，以便能使整個(gè)基板1的溫度上升到大約350℃。或者也可以設(shè)置測(cè)定基板1的溫度用的溫度測(cè)定裝置，根據(jù)由溫度測(cè)定裝置測(cè)定的結(jié)果，實(shí)時(shí)地進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，以便整個(gè)基板1達(dá)到大約350℃。
其次，啟動(dòng)傳送裝置，開始將基板1向第二加熱裝置4一側(cè)傳送，同時(shí)使從第一加熱裝置3的各鹵素?zé)?a輸出的中間紅外線100照射在基板1的下表面上。因此，如圖6(b)所示，由無(wú)堿玻璃構(gòu)成的基板1吸收中間紅外線100而被加熱，在由第二加熱裝置4開始進(jìn)行熱處理之前，將基板表面一側(cè)預(yù)熱到大約350℃(加熱工序)。
然后，如圖6(c)所示，在全部襯底1到達(dá)第二加熱裝置4的正下方的時(shí)刻，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使傳送裝置停止。
這時(shí)，如圖6(b)、(c)所示，開始向鹵素?zé)?a供電，使第二加熱裝置4工作。這時(shí)，從鹵素?zé)?a輸出的近紅外線200被反射板4b變成平行光線，以這樣的狀態(tài)一并照射到在基板1上形成的非晶硅膜2的全部表面上。(熱處理工序)。
因此，如圖6(b)所示，非晶硅膜2的全部表面吸收近紅外線200而升溫到800℃，非晶硅膜2從表面至規(guī)定的深度被晶格化，結(jié)晶成多晶硅。
另外，根據(jù)基板1的面積等，預(yù)先設(shè)定從鹵素?zé)?a輸出的近紅外線200的強(qiáng)度，以便能使非晶硅膜2的全部表面溫度上升到800℃～1000℃?；蛘咭部梢栽O(shè)置測(cè)定基板1的表面溫度用的溫度測(cè)定裝置，將電壓控制在40～100％的范圍內(nèi)，以便使非晶硅膜2達(dá)到800℃～1000℃的規(guī)定溫度(在本實(shí)施形態(tài)中為800℃)。
然后，如圖6(c)所示，經(jīng)過(guò)了規(guī)定時(shí)間后，停止向鹵素?zé)?a供電，同時(shí)再次啟動(dòng)傳送裝置，將結(jié)束了熱處理的基板1送出。
因此，與第一實(shí)施形態(tài)或第二實(shí)施形態(tài)的情況一樣，在結(jié)晶化時(shí)，由于能有效地防止在硅膜上產(chǎn)生熱應(yīng)力，所以能大幅度地降低由熱應(yīng)力引起的晶體缺陷等的發(fā)生。另外，由于本發(fā)明能抑制熱應(yīng)力的發(fā)生，能防止在多晶硅膜上發(fā)生收縮等形變，所以能將玻璃基板1發(fā)生彎曲或破裂等現(xiàn)象防患于未然。
另外，如圖6(a)所示，即使在第二加熱裝置4進(jìn)行的熱處理結(jié)束后，也能利用位于第二加熱裝置4的下游側(cè)(圖6(a)中朝向右側(cè))的第一加熱裝置3用中間紅外線100繼續(xù)加熱，所以能使多晶硅膜慢慢冷卻。因此，能進(jìn)一步降低熱應(yīng)力的發(fā)生。
參照?qǐng)D7說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)。
圖7是表示本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置的簡(jiǎn)略剖面圖。
在圖7中，本形態(tài)的熱處理裝置40有熱處理箱。熱處理箱41兼作利用石英玻璃或陶瓷成形的放置基板用的工作臺(tái)44。
在該熱處理箱41的下方設(shè)有兩個(gè)鹵素?zé)?a，作為加熱裝置用的光源。從鹵素?zé)?a發(fā)射波段在2.5微米～5微米范圍內(nèi)的中間紅外線100，將基板1預(yù)熱到大約350℃。
在作為熱處理箱41的底面的工作臺(tái)44的表面上配置多個(gè)例如用陶瓷等耐熱材料成形的半球狀的襯墊43(基板隔離裝置)。在本形態(tài)中，襯墊43的高度例如設(shè)定為1mm。
將由無(wú)堿玻璃構(gòu)成的基板1放置在該襯墊43上。就是說(shuō)，該基板1保持離開熱處理箱41的底面(工作臺(tái)44的表面)的狀態(tài)。作為該基板1可以采用堿氧化物的含量為0.1％以下的例如日本電氣玻璃(株)制的OA-2等。在基板1的表面上形成例如非晶硅膜2作為半導(dǎo)體薄膜。
在熱處理箱41的上方朝向基板1的表面設(shè)置多個(gè)鹵素?zé)?a(熱處理裝置)。從鹵素?zé)?a能發(fā)射波段在5微米以下的近紅外線200，將基板1加熱到800℃～1000℃的溫度，進(jìn)行規(guī)定的退火。
另外，在鹵素?zé)?a的上方設(shè)置防止過(guò)熱用的水冷卻套46。
簡(jiǎn)單地說(shuō)明使用這樣構(gòu)成的第四實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置，對(duì)在半導(dǎo)體裝置的制造方法中在基板1上形成的非晶硅膜2進(jìn)行熱處理時(shí)的順序。
首先，開始向鹵素?zé)?a供電，從熱處理箱的下方照射中間紅外線100，將基板1加熱到350℃的溫度(加熱工序)。
同時(shí)，開始向鹵素?zé)?a供電，利用從鹵素?zé)?a輸出的近紅外線200，使在基板1的表面上形成的非晶硅膜的溫度升高到例如大約800℃(熱處理工序)。
因此非晶硅膜2從表面至規(guī)定的深度被晶格化，結(jié)晶成多晶硅。
另外，在本形態(tài)中，如上所述進(jìn)行退火時(shí)，由于基板1利用陶瓷制的襯墊43保持離開熱處理箱的底面(工作臺(tái)44的表面)的狀態(tài)，所以假定即使由于第一加熱裝置3或第二加熱裝置4進(jìn)行的加熱而使工作臺(tái)44彎曲或變形，也能防止基板1受其影響。
另外，通過(guò)設(shè)置陶瓷制的襯墊43，能避免來(lái)自第一加熱裝置3的熱通過(guò)熱處理箱的底面(工作臺(tái)44)直接傳導(dǎo)到基板1上，所以能將由于基板1的過(guò)熱造成的彎曲等變形防患于未然。因此，基板1的優(yōu)等品率高，所以能降低使用該基板1的液晶面板等的成本。
另外，在本形態(tài)中，由于在半導(dǎo)體薄膜退火之前，將基板1預(yù)熱到大約350℃，所以能防止非晶硅膜2結(jié)晶時(shí)在膜上產(chǎn)生熱應(yīng)力。
參照?qǐng)D8說(shuō)明本發(fā)明的第五實(shí)施形態(tài)。
圖8是表示本發(fā)明的第五實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置的簡(jiǎn)略剖面圖。另外，本形態(tài)的熱處理裝置與上述的第四實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置的基本結(jié)構(gòu)相同，所以對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號(hào)，它們的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在圖8中，本形態(tài)的熱處理裝置50的熱處理裝置本體51由第一加熱裝置3(加熱裝置)和第二加熱裝置4(熱處理裝置)構(gòu)成。
在第一加熱裝置3中設(shè)置兩個(gè)鹵素?zé)?a作為光源。光源對(duì)基板1的下表面照射波段在2.5～5微米范圍內(nèi)的中間紅外線100。而且，將基板1的溫度升高到大約350℃。
在鹵素?zé)?a的上方設(shè)有由石英玻璃構(gòu)成的工作臺(tái)53。在工作臺(tái)53上穿通地多個(gè)直徑約0.2～1mm左右的噴氣口52。
另外，在第一加熱裝置3上形成反射板54，反射鹵素?zé)?a的中間紅外線100。另外，反射板54配置在鹵素?zé)?a的下方。
而且，供給氣體的氣體浮起裝置59(基板隔離裝置)的供氣管56連接在由反射板54和工作臺(tái)53形成的中空部分55上。圖中未示出的泵和閥等連接在該供氣管56上。
在這樣構(gòu)成的熱處理裝置50的情況下，在氣體浮起裝置59中，如果從供氣管56供給規(guī)定流量的氣體，則充滿中空部分55的氣體從工作臺(tái)53的噴氣口52以規(guī)定的壓力(例如0.1kg/cm2～0.2kg/cm2)噴出，利用該氣流的壓力能將基板1浮起來(lái)。
另外，作為通過(guò)供氣管56供給的氣體，可以與退火的目的相一致地選擇氦、氖、氬等惰性氣體和N2氣或水蒸氣。
另外，在工作臺(tái)53的端部形成構(gòu)成氣體引導(dǎo)裝置的導(dǎo)向葉片57。在將基板1浮起后，導(dǎo)向葉片57用來(lái)將從基板1的端部一側(cè)流出的氣流導(dǎo)向基板1的表面一側(cè)。
在第二加熱裝置4上形成鹵素?zé)?a。鹵素?zé)舭l(fā)射波長(zhǎng)為2.5微米以下的近紅外線200。在該鹵素?zé)?a的背后設(shè)置了反射板58，將近紅外線200反射后變成平行光線。另外，在反射板上形成凹面。
簡(jiǎn)單地說(shuō)明使用這樣構(gòu)成的第五實(shí)施形態(tài)的熱處理裝置，對(duì)在半導(dǎo)體裝置的制造方法中在基板1上形成的非晶硅膜2進(jìn)行熱處理時(shí)的順序。
首先，開始向供氣管56供給氣體，按規(guī)定的流量將氣體送入第一加熱裝置3的中空部分55中。于是，充滿了中空部分55的氣體從工作臺(tái)53的噴氣口52以規(guī)定的壓力(例如0.1～0.2kg/cm2)變成朝向上方的氣流噴出，將基板1浮起來(lái)，使基板1保持離開工作臺(tái)53的狀態(tài)。
其次，使第一加熱裝置3工作。即，開始向成為中間紅外線100的光源的鹵素?zé)?a供電，使中間紅外線100照射在基板1的下表面上。然后將基板預(yù)先加熱到大約350℃的溫度(加熱工序)。
這時(shí)，基板1處于從工作臺(tái)53的表面浮起的狀態(tài)。就是說(shuō)，由于基板1處于離開工作臺(tái)53的表面的狀態(tài)，所以在工作臺(tái)53由于來(lái)自鹵素?zé)?a的熱的作用而產(chǎn)生彎曲或變形的情況下，能防止基板1受其影響。
另外，由于基板1處于與工作臺(tái)53呈非接觸狀態(tài)，所以能避免工作臺(tái)53的熱直接傳導(dǎo)到基板1上。因此，能將由基板1的過(guò)熱引起的彎曲或變形防患于未然。
同時(shí)，使第二加熱裝置4工作，開始向作為近紅外線200的光源的鹵素?zé)?a供電。于是，從鹵素?zé)?a輸出后被反射板58變成平行光線的近紅外線200照射在基板1上的非晶硅膜上(熱處理工序)。
其結(jié)果，基板1的非晶硅膜2吸收近紅外線200而被加熱，升溫到大約800℃。因此非晶硅膜2從表面至規(guī)定的深度被晶格化，結(jié)晶成多晶硅。
這里，在使用惰性氣體或氮?dú)庾鳛槭够?浮起的氣體的情況下，氣流從噴氣口52噴出而將基板1浮起后，利用導(dǎo)向葉片被引導(dǎo)到基板1的表面一側(cè)。因此，惰性氣體或氮?dú)饽軐⒒?的表面覆蓋。
因此，由于能防止空氣等接觸基板1的表面，所以能防止基板1和硅膜氧化，能獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的多晶硅晶體。
這里，在使用水蒸氣作為使基板1浮起的氣體的情況下，由于能將水蒸氣引導(dǎo)到基板1的表面上，所以能進(jìn)行例如基板1本體或在基板表面上形成的硅膜的氧化。
因此，如上所述通過(guò)適當(dāng)?shù)厍袚Q通過(guò)供氣管56向第一加熱裝置3的中空部分55供給的氣體的種類，能用一個(gè)熱處理裝置50進(jìn)行防止氧化的退火工序和氧化工序等多種熱處理工序。
另外，如果采用在第二加熱裝置4一側(cè)也設(shè)置氣體噴出裝置，則進(jìn)行退火時(shí)，通過(guò)向基板1的表面供給惰性氣體、N2氣或水蒸氣，能更有效地進(jìn)行防止氧化的退火、以及更有效地進(jìn)行氧化膜的形成。
另外，在上述實(shí)施形態(tài)中，說(shuō)明了使用無(wú)堿玻璃基板作為基板的情況，但不限于此，也能使用其他半導(dǎo)體基板或絕緣性基板。
另外，作為利用本發(fā)明進(jìn)行熱處理的對(duì)象的半導(dǎo)體薄膜也不限于非晶硅膜，也能適用于全部通過(guò)熱處理而被有效地激活的半導(dǎo)體薄膜。另外，也不限于半導(dǎo)體薄膜，還能適用于注入了離子等的基板表面的退火。
另外，作為第一加熱裝置3的中間紅外線光源不限于上述鹵素?zé)簦部梢钥紤]使用碳棒加熱器或激光等其他中間紅外線輻射源。
另外，在上述實(shí)施形態(tài)中，在改變第二加熱裝置4的近紅外線的輸出功率而控制對(duì)基板的照射強(qiáng)度時(shí)，如參照?qǐng)D3所述，是改變加在鹵素?zé)羯系碾妷?，但不限于此，也可以可變地控制供給鹵素?zé)?a的電流的頻率，使近紅外線的波長(zhǎng)在1微米～2微米的范圍內(nèi)變化。另外，還可以可變地控制鹵素?zé)?a與基板1的表面或在基板1上形成的非晶硅膜2(半導(dǎo)體薄膜)的表面之間的相對(duì)距離。例如，可以設(shè)置使第一加熱裝置3一側(cè)或基板1一側(cè)上下升降的機(jī)構(gòu)。
另外，還可以配置使近紅外線從第一加熱裝置3的鹵素?zé)?a朝向基板2的表面或在基板2上形成的半導(dǎo)體薄膜表面反射或散射的近紅外線散射、反射裝置，或者配置使近紅外線衰減而控制對(duì)基板的照射強(qiáng)度的近紅外線衰減裝置，來(lái)控制對(duì)基板2的照射強(qiáng)度。
在此情況下，也可以用反射鏡構(gòu)成上述的近紅外線散射、反射裝置，該反射鏡能改變例如從第一加熱裝置3的鹵素?zé)?a朝向基板2的表面或在基板2上形成的半導(dǎo)體薄膜表面的近紅外線的反射角度。
另外，上述近紅外線衰減裝置配置在例如第一加熱裝置3的鹵素?zé)?a和基板2的表面之間，或者配置在鹵素?zé)?a和在基板2上形成的半導(dǎo)體薄膜表面之間。即，在從鹵素?zé)粝蚧宸较蛏涑龅某錾涔獾墓饴分信渲媒t外線衰減裝置。另外，可以用能透射近紅外線的透射波段連續(xù)變化的波長(zhǎng)濾光器構(gòu)成近紅外線衰減裝置。可以用能透射近紅外線的石英制的狹縫構(gòu)成波長(zhǎng)濾光器，可使狹縫的寬度變化。
工業(yè)上利用的可能性如上所述，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法及熱處理裝置中，由于照射2.5～5微米波段的近紅外線，將基板預(yù)熱后，再將2.5微米以下波段的近紅外線照射在基板上，用800℃以上、1000℃以下的溫度使半導(dǎo)體薄膜退火，所以對(duì)在無(wú)堿玻璃基板上淀積的非晶硅膜進(jìn)行熱處理后結(jié)晶成多晶硅膜時(shí)，利用對(duì)基板的預(yù)熱效果，具有能防止在退火后的多晶硅膜上產(chǎn)生熱應(yīng)力的效果。因此，不會(huì)產(chǎn)生由熱應(yīng)力引起的晶體缺陷等，所以能提高從非晶硅膜結(jié)晶成多晶硅膜的結(jié)晶率。另外，由于在多晶硅膜上不殘留熱應(yīng)力，所以玻璃基板不會(huì)彎曲或破裂，能提高有源矩陣基板的合格率。
另外，由于在利用基板隔離裝置使基板從工作臺(tái)表面浮起的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理，所以能防止受工作臺(tái)的彎曲或變形的影響。另外，由于能避免熱從工作臺(tái)表面直接傳導(dǎo)到基板本體上，所以具有能有效地防止基板由于高熱的作用而彎曲或變形的效果。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)在基板上形成的薄膜進(jìn)行熱處理的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，至少包括以下工序從上述基板的一個(gè)面的一側(cè)向該基板照射波段在2.5微米至5微米范圍內(nèi)的中間紅外線來(lái)加熱上述基板的加熱工序；以及從上述基板的另一個(gè)面的一側(cè)對(duì)該基板照射波段在2.5微米以下的近紅外線來(lái)對(duì)上述薄膜進(jìn)行熱處理的熱處理工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述加熱工序中的加熱溫度在300℃至450℃的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述熱處理工序中的加熱溫度在800℃以上至1000℃以下的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，利用規(guī)定的光學(xué)系統(tǒng)將上述近紅外線聚焦后照射在上述基板上，同時(shí)使上述基板以規(guī)定的速度進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，利用規(guī)定的光學(xué)系統(tǒng)使上述近紅外線成為平行光線后照射在上述基板上，同時(shí)使上述基板以規(guī)定的速度進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，利用規(guī)定的光學(xué)系統(tǒng)使上述近紅外線成為平行光線，一并照射在上述基板上形成的上述薄膜的幾乎全部區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，使用能使近紅外線波長(zhǎng)在1微米至2微米的范圍內(nèi)變化的光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，通過(guò)改變供給上述光源的電流的頻率，控制近紅外線的波長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，通過(guò)改變供給上述光源的功率，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，通過(guò)改變上述光源和上述基板的相對(duì)距離，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，通過(guò)使從上述光源照射上述基板的近紅外線散射或反射，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，通過(guò)由相對(duì)于從上述光源朝向上述基板的近紅外線配置的反射鏡改變反射角度，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，通過(guò)使從上述光源朝向上述基板的近紅外線衰減，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，通過(guò)將光路波長(zhǎng)波長(zhǎng)濾光器配置在上述光源和上述基板之間，連續(xù)地改變上述波長(zhǎng)波長(zhǎng)濾光器的近紅外線透射波段，控制對(duì)上述基板照射的近紅外線強(qiáng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述熱處理工序中，作為上述波長(zhǎng)波長(zhǎng)濾光器采用了石英制的狹縫。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在使該基板離開放置上述基板的工作臺(tái)的表面為規(guī)定間隔的狀態(tài)下，進(jìn)行上述加熱工序及上述熱處理工序中的至少一個(gè)工序。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述基板是無(wú)堿玻璃基板，上述半導(dǎo)體薄膜是非晶硅薄膜。
18.一種對(duì)在基板上形成的薄膜進(jìn)行熱處理的熱處理裝置，其特征在于，至少具有從上述基板的一個(gè)面的一側(cè)對(duì)該基板照射波段在2.5微米～5微米范圍內(nèi)的中間紅外線來(lái)加熱上述基板的加熱裝置；以及從上述基板的另一個(gè)面的一側(cè)對(duì)該基板照射波段在2.5微米以下的近紅外線來(lái)對(duì)上述薄膜進(jìn)行熱處理的熱處理裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的熱處理裝置，其特征在于有將上述基板從由上述加熱裝置進(jìn)行加熱的位置傳送到由上述熱處理裝置進(jìn)行熱處理的位置用的傳送裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的熱處理裝置，其特征在于上述加熱裝置將上述基板加熱到300℃至450℃的范圍內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的熱處理裝置，其特征在于上述熱處理裝置將上述基板或上述薄膜加熱到800℃以上至1000℃以下的范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的熱處理裝置，其特征在于上述加熱裝置備有發(fā)射中間紅外線的中間紅外線燈。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中的任意一項(xiàng)所述的熱處理裝置，其特征在于上述熱處理裝置備有發(fā)射近紅外線的近紅外線燈。
24.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的熱處理裝置，其特征在于上述加熱裝置利用從中間紅外線燈發(fā)射的中間紅外線，將上述基板加熱到大致350℃，上述熱處理裝置利用從作為發(fā)射近紅外線的光源的近紅外線燈發(fā)射的近紅外線，將上述基板或上述導(dǎo)體薄膜加熱到800℃以上至1000℃以下的溫度，上述傳送裝置以2.5mm/秒的速度傳送上述基板。
25.根據(jù)權(quán)利要求18至23中的任意一項(xiàng)所述的熱處理裝置，其特征在于上述熱處理裝置備有能使近紅外線波長(zhǎng)在1微米至2微米的范圍內(nèi)變化的近紅外線用的光源。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的熱處理裝置，其特征在于通過(guò)改變供給上述近紅外線用的光源的電流的頻率，控制從上述近紅外線燈發(fā)射的光的波長(zhǎng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求18至24中的任意一項(xiàng)所述的熱處理裝置，其特征在于上述熱處理裝具有改變上述近紅外線的照射強(qiáng)度的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的熱處理裝置，其特征在于能將上述近紅外線的照射強(qiáng)度控制在相當(dāng)于最大照射強(qiáng)度的25％的強(qiáng)度至相當(dāng)于100％的強(qiáng)度的范圍內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的熱處理裝置，其特征在于利用供給上述光源的功率，控制上述近紅外線的照射強(qiáng)度。
30.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的熱處理裝置，其特征在于通過(guò)改變上述光源與上述基板的相對(duì)距離，控制上述近紅外線的照射強(qiáng)度。
31.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的熱處理裝置，其特征在于通過(guò)使從上述光源朝向上述基板的近紅外線散射或反射，控制上述近紅外線的照射強(qiáng)度。
32.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的熱處理裝置，其特征在于通過(guò)改變相對(duì)于從上述光源朝向上述基板的近紅外線配置的反射鏡的反射角度，控制上述近紅外線的照射強(qiáng)度。
33.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的熱處理裝置，其特征在于通過(guò)使從上述光源朝向上述基板的近紅外線衰減，控制上述近紅外線的照射強(qiáng)度。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的熱處理裝置，其特征在于通過(guò)連續(xù)地改變配置在從上述光源至上述基板的光路中的位置上的波長(zhǎng)波長(zhǎng)濾光器的近紅外線的透射波段，控制上述近紅外線的照射強(qiáng)度。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的熱處理裝置，其特征在于上述波長(zhǎng)波長(zhǎng)濾光器由石英制的狹縫構(gòu)成，通過(guò)連續(xù)地改變上述狹縫的寬度，控制上述近紅外線的照射強(qiáng)度。
36.根據(jù)權(quán)利要求18所述的熱處理裝置，其特征在于有確保上述基板和放置該基板的工作臺(tái)表面之間規(guī)定的間隔的基板隔離裝置。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的熱處理裝置，其特征在于上述基板隔離裝置備有配置在上述工作臺(tái)表面上的多個(gè)耐熱性襯墊。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的熱處理裝置，其特征在于上述耐熱性襯墊用陶瓷形成。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的熱處理裝置，其特征在于上述基板隔離裝置備有噴出氣體使上述基板浮起的氣體浮起裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的熱處理裝置，其特征在于在上述工作臺(tái)表面上形成多個(gè)噴氣口，從上述氣體浮起裝置噴出的氣體以規(guī)定的壓力從上述噴氣口噴出。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的熱處理裝置，其特征在于上述氣體浮起裝置從上述噴氣口噴出惰性氣體。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的熱處理裝置，其特征在于上述氣體浮起裝置從上述噴氣口噴出氮?dú)狻?br> 43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的熱處理裝置，其特征在于上述氣體浮起裝置從上述噴氣口噴出水蒸氣。
44.根據(jù)權(quán)利要求41至43中的任意一項(xiàng)所述的熱處理裝置，其特征在于還有將從上述噴氣口噴出的氣體引導(dǎo)到上述基板的表面上的氣體引導(dǎo)裝置。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的熱處理裝置，其特征在于上述氣體引導(dǎo)裝置備有將從上述基板的端部一側(cè)噴出的氣體引導(dǎo)到該基板表面一側(cè)的導(dǎo)向葉片。
46.根據(jù)權(quán)利要求18至45中的任意一項(xiàng)所述的熱處理裝置，其特征在于上述基板是無(wú)堿玻璃基板，上述半導(dǎo)體薄膜是非晶硅薄膜。
全文摘要
目的在于提供一種在絕緣基板及在該絕緣基板上形成的半導(dǎo)體薄膜表面上不產(chǎn)生熱應(yīng)力等弊端、能進(jìn)行穩(wěn)定的退火的半導(dǎo)體裝置的制造方法及熱處理裝置,該方法是形成了非晶硅膜(2)的基板(1)的熱處理方法,在加熱工序中從基板(1)的一側(cè)照射2.5～5微米波段的中間紅外線(100),將基板(1)預(yù)熱后,在熱處理工序中從基板(1)的另一側(cè)照射5微米以下波段的近紅外線(200),用800℃以上、1000℃以下的溫度使非晶硅膜(2)退火后結(jié)晶。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1263636SQ99800506
公開日2000年8月16日 申請(qǐng)日期1999年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月13日
發(fā)明者行田幸三 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社