TW200533775A - Method and apparatus for heat treatment of film, manufacturing method of film semiconductor element, and electro-optics device - Google Patents

Method and apparatus for heat treatment of film, manufacturing method of film semiconductor element, and electro-optics device Download PDF

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TW200533775A TW094104775A TW94104775A TW200533775A TW 200533775 A TW200533775 A TW 200533775A TW 094104775 A TW094104775 A TW 094104775A TW 94104775 A TW94104775 A TW 94104775A TW 200533775 A TW200533775 A TW 200533775A
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Description

200533775 九、發明說明： [發明所屬之技術領域] …本發明乃關於-種形成於單結晶或是絕緣性 ㈣之熱處理方法，及伴隨著熱處理之結晶成長 化方法’及進行該減理之減理裝置，^ 1 = :處理所製作之薄膜之薄膜電晶體及太陽由= 月“件，及做為藉此所形成之邏輯電路、記憶體電：膜^ :貝不裝置及有機電激發光（叫ame Ele伽 :日 ^的顯示畫素，或是顯示裝置驅動電路心 而，用之薄膜電晶體之製造方法，及電氣光學裝置成 [先前技術] ⑽：二 導體薄膜係廣泛採用於薄膜電晶體 广Fllm Transist〇r :抓)及太陽電池。尤其是多晶石夕 ㈣y-s〇薄膜，可利用載子移動度極高、可於如玻璃基板 之透明絕緣基板上制竹;$ 彡叫 ΤΓ-由 极上衣作之特被，而廣泛採用於液晶顯示裝 置及有機EL顯示裝置等之切換元件（swhchlng ele断叫， 或是構成主動矩陣驅動用驅動器的電路元件之TFT，或是 太陽電池的光載子產生層的半導體主動層。 。方、便且的耐熱性玻璃基板上，於製程最高溫度大概在 500 C以下的溫度環境下製造薄膜半導體元件之製程，一般 稱為/低溫製程」。關於在低溫製程中形成多晶石夕膜之技 術，係廣泛採用於以平行平板為電極之SiH4氣體的輝光放 電電I灵（Glow Discharge p】asma)t，藉由保持表面溫度於 200至300 C的基板，而於大面積上—次沉積多結晶薄膜之 316784 5 200533775 電聚 CVD 法（Plasma Chemlcal Vap〇r Dep〇siti ⑽電毁化學 崔氣相沉積法），以及藉由步進和重複（Step And Repe叫照= -振盈時間為極短時間之脈衝雷射，而進行形成為大面積之 非晶妙（a-Sl)膜的結晶化之雷射結晶化技術。 貝 所謂雷射結晶化是指利用藉由對基板上的石夕薄膜 高輸出的脈衝雷射光而瞬間炫融，於凝固的過程中結了 之性質，而形成多結晶薄膜之技術。最近係廣泛採用，— 邊於玻璃基板上的非晶石夕膜反覆照射準分子雷射 (exdmer laser beam) 一邊進行掃描（咖），藉此而田 積=晶石夕膜之技術。此外，關於間極絕緣膜，二: 用电水CVD之成版方法，而於大面積基板上 石夕（S1〇2)膜。藉由這些技術，目前可於—邊化 大型玻璃基板上製作多晶矽TFT。 ’’、、 △刀的 、然而’於此低溫製程中的問題為，當藉由带 法及雷射結晶化法形成作為主動層之半導俨声日：水 晶粒徑頂多為〇.5微米之較小的尺：：：中：結 散的影響較大，載子的生+ 界中載子分 就此結果央4 短，且載子移動度較小。 或是TF丁的主動/士#半導體薄膜作為太陽電池 度較低且間值電 射結日日化法中，會有於結晶化後的多晶 、刀子田 相當於膜厚的3〇96至4。%的高β::=產生 在從結晶成長核成長之後 ：之問+此情形係 於此突起上部中，由$ ’碰4里的晶界上產生。 “閑極絕緣膜厚實效上變薄之故，因 316784 6 200533775 而使对絕緣壓降低，尤其是於具有㈣的閘極絕緣膜的 TFT中成為極大的課題。 、 此外，由於在雷射結晶化製程中廣泛採用的準分子雷 射為氣體雷射，因此脈衝之間的能量穩定性較低，而具S 難以降低TFT元件參差不齊之課題。再者，準分子雷射的 裝置單價較高，且因雷射振盪器的交換所產生之運轉成本 (mnmngcost)極高，此外處理量（thr〇ughput)亦低，^此呈 有難以降低產品的製造成本之課題。 一 用來解決以上課題之手段，例如有下述之先前技術。 於日本專利特表2003_514377號公報中，揭示有—邊將從 熱電漿所產生的熱流照射於基板邊相對性移動基板^ 藉此進行基板的料間減理之技術。在域規定^流的 電力密度及基板的被處理時間。 …於日本專利特開平η_145148號公報中，揭示有藉由 遮敝物而限制從熱電漿所產生的熱流，藉此將熱電漿的一 部，照射於基板上之技術。若應用以上技術於tft的製造 的A ’即使疋在玻璃等絕緣基板上，亦有可能形成高品質 的半導體薄膜，因此，可提升TFT的移動度並降低閱值電 壓。 、，於日本專利特開2〇〇1_314834號公報中，揭示有於低 溫製程中形成高品質的閘極絕緣膜之技術。於採用電子迴 走/、振（Election Cyc]〇tr〇n Resonance : ECR)電漿 CVD 法 η方' l oo c以下的低溫形成Si〇2膜之後，於！ 〇代以上的 溫度下進行熱處理，藉此可形成具有優良的閘極絕緣膜及 316784 7 200533775 矽界面之絕緣膜。 [發明内容] i势月所欲解決之課題） 進行而對耐熱性較低的基板上的薄膜 度，並^可k I的疋儘可能的提高熱電浆流的功率密 亚4ι可月匕於短時間内進行處。、丄θ 電漿的功率密度，則於短時門内禮:疋因為愈是提高熱 高溫敎；^ 間内僅對基板表面的薄膜進行 二。=’：可？w板造成的熱損害〜 匕 口此，提咼熱電漿的功率宓， 電漿流’即成為用以對玻璃基板;；^板錄熱 進行熱處理之絕對條件。 了…、〖生基板上的缚膜 杯與此同時’為了以更高的製程處理量來處理大奸美 板，必須將熱電㈣整形為期望_^ :(例如專利文獻2)中，已知—種如第 接於局頻電源104之高頻線圈1〇3及 •從電漿氣體晴101供應電 為、；^ έ% ΙΜ1 1 Α 〇 ^ y-t 1 肩7 種猎由南頻 :將所供應的電漿氣體成為熱電漿1G5,並將敎 =05的-部分照射於被處理基板⑽上的 膜 層⑽之技術。此時，提高熱電毁的 = :电水⑻及被處理基板108之間設置用以擰擠敎電嘴之 構造物1〇6。然而，高溫的熱電漿的溫度接近】〇糊产， 若採用此構造物，來提升由後述的直流電弧放電；雙 :產生之熱電漿流的功率密度的話，則構造物本身會被各 域加熱而容易炫融而蒸發。因而有實際上無法藉由此構: 316784 8 200533775 物來擰擠熱電漿而提高功率密度之課題。 " 此外亦會有加熱至高溫之構造物交总 。膜層〗。7,而使薄膜層1〇7產生污染之課二尤薄 雜質極為敏感的半導體薄膜層理、二疋對 貝的二 此半導體薄膜來做為電晶體的主動層。 此外，於習知的薄膜之熱處理方法中， 行熱處理的結果所引發之钍 …、工制口進 , 日成長的優先配向。因而有難 以IV低採用薄膜層來做為主動 、 U差不齊之課題。 ^之⑽+導體元件的特性 之門= 前技Γ揭示之電漿CVD法而於低溫下形成 m……、備“期特性，但是會產生以 下课越，亦即右於完成的薄膜半 ^ ^ ^ , 守朕千蛉肢兀件上流通電流而使 之動作的忐，則絕緣膜中的 ^ ^ ^ ^ ,ν ^ 心鏈、、、°會因元件發熱及漏 甩流而逐漸分離而形成雷翁 心左…从Α 舌化，例如TFT的閾值電壓會 伴鼢者兀件的使用時間而產生極大的變動。 > 本發明乃㈣上述諸多課題，而揭示 :積形“品質半導體薄膜及絕緣膜之技術，並揭示一種 可貫現太陽電池及TF丁以及採用女晤干丄 次刼用太除電池及TFT之電路的 4寸性提升及降低參差不齊之每 片 < 屬艇之熱處理方法，以及用來 二較高的製程處理量來進行該熱處理之熱處理裝置，以及 採用由该熱處理所形成之舊腺 乂风之厚Μ之潯膜半導體元件之製造方 法’以及可以低成本提供採用 學裝置及電子機器之技術。顿+導體元件之電氣光 (解決課題之手段） 316784 9 200533775 nt 了解決上述課題，本發明之薄膜之熱處理方法為， H專膜層之基板接近而與藉由通過經冷卻的喷出孔日士 :遽崎梯度而自發性收叙並整形之熱電漿流相‘ ° I稭由使㈣電聚流及該基板相對移動，而進行其板 膜層的熱處理。在此所謂的熱電激是指因電子: 局部實現離子及中性粒子的熱均衡狀態之電 L:自以Te、Ti、Tn來表示電子溫度、離子溫度、中 粒子溫度時，滿足Te与τ】与τ n之條件的電裝。 漿條件係於較高的壓力區域中 、电 褒流是指藉由氣體流而喷出熱電裝流所產生之流動。…、电 法為此:呈IT解決上述課題，本發明之薄膜之熱處理方 :.使八備缚膜層之基板接近而與藉由通過 生=的噴出孔而自發性收傲並整形之熱電裝_產 ，錯由使該熱電漿流及該基板相對移動，而進行 >專膜層的熱處理。 土板上之 此外，為了解決上述課題，本發 法為，上述熱電槳流係藉由至少包含^熱處理方 體的放電而產生。 上氣（He)之氣 此外，為了解決上述課題，本“ 法為，上述埶電f、、六及美柘& ，專膜之熱處理方 ^、， 及基板的距離為與和熱電毁、、六私山 目對向之基板表面的距離在】mm以 、、、IL、令而 此外，為了解決上述課題，本發明=二以下。 法為，上述熱電漿流的喷出方向為朝丁广之熱處理方 〇朝下。在此所謂的朝下 10 200533775 是指垂直下方。 、、/b外’為了解決上述課題’本發明之薄膜之熱處理方 ^ ^流在被處理基板上之功率密度為 以上，且在基板上的—點之實效熱處理時間為 5ms以下。在此所謂的率_ ，θ # 射於基板表面之功率的每八由熱電μ而照 ?=:内分佈的最大值。在此所謂的實效熱處理時 ==的熱處理分佈㈣—中’投入於基! 二上升至峰值功率的1%以上開始至下降 主J 1 ζΰ以下為止之時間。 上 決上述課題，本發明之薄膜之熱處理方 心、…Κ流及基板之相對移動速度為5⑻咖/s以 此i卜為了解決上述課題，本發明之 ，由上㈣膜的熱處理則發之_的處里方 相同的基板上具備固相結晶化之區域及炫::：匕，係於 域。 X及丨合融結晶化之區 此外，為了解決上述課題，本發明之 ，藉由上述埶處理而激相上、f 1 , /果之热處理方 …处埋而激起上述潯膜層的έ士曰儿 此外’為了解決上述課題，本發明之薄：二 ，措由上述熱處理而進行上述_層的^理方 此外，為了解決上述課題，本發明^化。 法為，上述埶電喂、、☆ /辱胰之熱處理方 …兒水/爪係如用於非活性氣體中至小、、θ 2 Ιο之氣體而產生之熱電漿流。 夕叱合〇2 316784 200533775 :了解決上述課題，本發明之熱處理裝置為至少具備 力之電漿頭’該電漿頭係由：採用直流或是交流電 而自=▲產生部、以及附近被冷卻且因急遽的溫度梯度 備使C熱電漿流之噴出孔所構成之電漿頭，並且具 動機聚頭朝下喷出的熱電聚流及基板相對移動之移 少具二固：：：：：；':，本發明之熱處理裝置為至 流電…電iLT;，頭係由：採用直流或交 部之喷出孔所❹ 近被冷卻且具備磁場產生 貝出孔所構成，並且具備使從該 電聚流及基板相對移動之移動機構部。下貝出的熱 此外，為了解決上述課題，本 述噴出孔係具備長方形的環狀。本毛月之熱處理裝置的上 方法二 本發明之薄膜半導體元件之製造 來做為主重^相膜之熱處理方法所形成的薄膜層 此外，為了解決上述課題，本 之製造方法為，採用拉 + /専艇+$體元件 導體薄膜層所形成之免曰^膜之熱處理方法而氧化半 此外 ’巴、’、“做為間極絕緣膜層。 馬了％決上述課題，本癸 一 之製造方法為，採用藉由上述薄膜二=而導體元件 屬溥膜層所形成之高介+a奴…處理方法而氧化金 層。 电吊數絕緣膜來做為間極絕緣膜 之电乳切裝置為具備藉由上述相半導體元 316784 12 200533775 -^造Π所製造之薄膜半導體元件，來做為電路元件 …广旦““區動元件。關於如此的電子機器，例如有 :丁動電话、攝影機、個人電腦、頭帶式顯示器】加祕^ uplay)、投影機、傳真裝置、數位相 攜式資訊終端、個人數位助理、多功能卡等4、可 [實施方式] 電二=式來說明本發明的實施形態。本發明的熱 一產生方法可大略分為直流電弧放電及 放電（Inductively CouDled TV 1 . 怎心耦 5 別加以說明。 sehai·峨2種形態，以下分 =圖⑷係顯示於藉由直流電弧放電 時之電漿頭及熱電漿流照射至 ;，、、— 的下方係顯示從下 ^的…、射方法。1點鏈線 極如豆供入 頭時之形狀。電榮頭係由陰 ::01 :具備;“P噴出孔3】3之陽極3〇2、絕緣體3 月豆導入部3 0 5所★且；，计a从A 氣 、/、、、+成亚由外部直流電源303供應電力。 +將、Λ屮P喷出孔313是指以冷卻水等來冷卻至少埶 出孔附近，例如噴出孔周圍之噴出孔广 關於陰極3 01的材斜，女△ / 有鉬（Molybdenum，Mo)、鎢
TungSten;W)^s(Xai^ ，Zr)等熱陰極金屬材料較為合適。） :里想為以具備高耐久性的鶴(w)為主成分之金屬；為陰 離電麵Η於非活性環二：“，較適當為採用電 ^ 衣级下難以與環境氣體進行反鹿 毋’乳體之〜.（氬）氣體。若於陰極训及陽極撕 3J6784 13 200533775 之間施加直流電壓，# 人 （spark unii)朝向陰極進 灯間I人性的火花放電，則以此所供應的電子為 (trigger)，而於大氣壓下達成電弧電槳的點火。 〜 由於本發明之熱電漿條件（局部熱均衡條件丁 e与了1^ Τη)大約在〇 1女鸟没 · '大乳壓至10大氣壓左右的壓力範圍内實 口此右為如此的壓力||圍的言舌，則經常可適用本發明 之薄膜之熱處理方法。由直流電弧放電而於陰極及陽極之 間所產生的熱電漿’係藉由導入於電漿頭的氣體 熱電漿流规，並從冷卻喷出孔313喷出。在此，為3 效^也冷卻冷卻喷出孔313,係以熱傳導率極高的Cu來製 作陽極3G2，亚於内部流通冷卻水谓，此方法極為有效。 冷卻水307係如圖中的箭頭所示，從給水孔315往排水孔 3 16而循環。 由於熱電漿具備極高的熱傳導率，因此可有效率地去 除熱電聚流308產生中之冷卻噴出孔313附近的熱。 ^亦即，如第1圖所示，藉由從冷卻喷出孔313噴出熱 電漿流308，可於熱電漿流3〇8及冷卻噴出孔313之間產 生急遽的溫度梯度（temperature grodient)。熱電漿流3〇8為 了卜低本身的熱損失，而自發性收敛於冷卻噴出孔3 1 3的 中心部。 於本實施形態中，係利用熱電漿流3〇8為了降低本身 的熱損失，而自發性收斂於冷卻噴出孔3丨3的中心部之熱 摘縮效果（thermal pinch effect)，而獲得極高的功率密度。 為了產生如此急遽的溫度梯度，並自發性的收斂熱電 316784 14 200533775 漿流308，較理想為儘可能冷卻熱電漿流3〇8的附近。因 *此於本實施形態中，係採用如第1圖所示之冷卻喷出孔 〜313，並縮小冷卻噴出孔313的開口面積。 藉此，不僅可整形熱電漿流308，並可縮小至微小區 域中，而更可提高熱電漿的功率密度。由於有效地冷卻冷 部贺出孔313，因此此部分係藉由熱電激而㈣，而不會 產生混入於被處理基板上的薄膜層31〇之問題。雖然熱電 籲漿流則具有極高溫度，但可如上所述，於陽極側形成=
陡的溫度梯度，而以大約數kw的投入電力來充分冷卻冷 卻喷出孔3 1 3。 V 藉由形成冷卻喷出孔313為第〗圖所示般之長方形的 形狀，而可使熱電漿流308整形並收斂為線形的形狀。藉 此，可提高照射在形成於被處理基板309上的薄膜層31曰〇 之熱電漿流308的功率密度，並朝與線形熱電榮流的長抽 311、323正交的方向移動基板（參照第4圖0乃，藉此，可 籲於具備寬度3U、323的帶狀上，一次對基板上的薄膜進行 熱處理，因此可以高處理量來進行熱處理。 祕為了使熱電漿流穩定化，較具效果的是考量到氣 體的流動。例如於冷卻噴出孔313為圓形的情況下，可旋 轉氣體為竣渴狀，此外，於冷卻喷出孔313為線形的情況 下，可使氣體成為層流，而形成供應至熱電漿產生部之氣 體流動，藉此可解決熱電漿流3〇8的強弱產生週期性的二 動之問碭，而可實現穩定的熱電漿流3〇8。 由於先前所述之理由，較多為採用Ar氣體來用於放 316784 200533775 電，然而於本發明之薄膜之熱處理方法中，較有效者為混 -合He氣體者。由於He氣體的熱傳導率較高，而使敎電: 主冷卻喷出孔313之熱損失較A，因此可提高熱= 毁流3G8本身的收斂效果。但是，由於如氣體成本較高迅 因此例如於Α1·氣體中混合He氣體時，不需增加成本即可 有效率地收傲熱電漿流。若混合5%以上的取氣體，則可 顯現出熱電漿流308的收斂效果。 鲁，如上所述，可藉由冷卻噴出孔313而將熱電漿流308 整形亚收斂為細線狀，但若欲縮小熱電漿流3〇8的寬度 312，則必須亦縮小冷卻噴出孔313的寬度，因而使氣體= 電導（Conductance)變小。如此，若過於縮小氣體噴出^ , 則於電漿頭中流動的氣體流量會降低，而 傳送足夠的熱電敬功率之結果，因此，藉由科冷^: 孔313而收斂熱電漿流3〇8的方法，有其限制。 因此，做為不需極端縮小冷卻喷出孔3丨3而可整形並 籲收斂熱電浆流308之有效手段，有一種利用磁場之方法。 由於熱電漿流308内的電子係受到磁力線的限制而運動， 可藉由賦予適當的磁場而有效率地收斂熱電漿流 第1圖（b)係顯示以磁場收敛熱電漿流308的方法之 :例。於熱電漿流308的附近（例如冷卻噴出孔3 ] 3的内側） 0又置由永久磁鐵或是電磁鐵所構成之磁場產生部32〇，而 於冷卻噴出1 313產生如磁力線321所示之磁場。 、為了有效牛地收斂熱電漿流308，大約必須具備5〇mT 、的磁埸強度。若例如形成上述磁場產生部32〇為第] 316784 16 200533775 320的地方/"Vi之長方形環狀，由於愈接近磁場產生部 如第].圖編场愈強’因此熱電裝流3〇8係整形並收傲為 可…B圖所示之線狀。在此，磁場產生部⑽亦 了 η又置方；％極302的夕卜_，k γ + 靜，… ”卜側，但為了有效率地提高局部磁場 強度，較理想為設置在冷卻噴出孔313的附近。 頭二生部於第2_所示之電聚 尸產^ 设置於包夾被處理基板之相反側。藉由磁 二/ 0,可抑制以距離422隔開之電漿頭與基板之 間之磁場的發散，此外並可提高磁場強度的一致性，因此 則設置磁場產生部的情況，更可提高熱電漿流 卜力率岔度。藉由以磁場來整形並收㈣電漿流3〇8， 而可抑制熱電漿與陽極302等電製頭構成物之接觸，而可 防止電漿頭構成物混入於熱電漿流3〇8，因此，若採用此 方法，可抑制從熱電漿流3 〇 8往被處理薄膜之雜質的混入。 將熱電聚流308照射於基板時，其照射方向較理想為 :朝下。若採用Ar氣體等質量數較大的元素來做為電 水氣體’並如第2圖（b)所示往水平方向喷出熱電漿流時， 由於熱電漿流308較空氣重，因而形成往垂直下方彎曲的 ㈣。因此，當基板表面位於位置432時，熱電漿噴射的 =、射位置433 ’係伴隨著供應至電漿頭之電漿氣體3仍的 诞小的流量變化而以上下方向變動，因而於基板上的熱處 理位置會產生不均。 ^為了避免此問題，最佳的方法為垂直朝下噴出熱電漿 流308。藉此，可進行不受到所供應的電漿氣體的流量變 316784 ]7 200533775 動的影響之均勻的熱處理。 • 如上所述，即使僅僅以冷卻喷出孔亦可整形並收斂熱 、電漿流308，但是最有效率地將最高功率密度的熱電漿流 3 08傳送至被處理基板表面而輸送能量的方法，為藉由冷 卻噴出孔及磁場使熱電漿流收斂之方法。 如第1圖（b)及第2圖所示，採用於冷卻噴出孔的内部 具備磁場產生部320之構造，來做為電漿頭，藉此可達到 依據冷卻喷出孔3 1 3及磁場兩者之熱電漿流308的收斂效 *果相乘提高，而可藉由最適當設計而產生具備超過 100kW/cm2的高功率密度之熱電漿流308。如先前所述， 若縮小冷卻喷出孔313，會產生熱電漿流308的電導降低 及喷出孔附近的陽極302的材料混入薄膜之問題，藉由兼 用依據磁場之熱電漿流308的收斂效果，可解決這些問 題。此外，更可藉由最適當的冷卻喷出孔尺寸及磁場強度 設計，而可實現以往無法實現之具備最高的功率密度及所 鲁期望的形狀之熱電漿流308。 由於熱電漿流3 0 8的射出端及所對向的基板表面的距 離215、322、422極為重要，因此在此詳細敘述。從外部 供應的電力係藉由放電而成為熱電漿的能量，於經由冷卻 噴出孔3 1 3及磁場來整形並收斂之後，則做為熱電漿流308 而往基板309的表面傳送。熱電漿流308的功率密度係隨 著距離熱電漿流308的射出端愈遠，而急遽地降低。為了 能夠以高效率來傳送熱電漿流308的能量至更長的距離， 有效的方法為提高氣體流量並提高熱電漿流308的流速。 316784 200533775 從上述說明可得知，為了以高能量密度傳送功率至基板 • 309的表面，較理想的條件是提高氣體流量並縮小熱電漿 的射出端及基板之間的距離。然而，若使基板309過於接 近熱電漿流308的射出端，則於該處的壓力會上升，因而 妨礙高氣體流量下的熱電漿的喷出，因而產生顯著阻礙從 熱電漿流308傳送功率至基板309之問題。 從以上的說明可得知，為了以熱電漿流308傳送最大 能量至基板309表面，於熱電漿流308的射出端及基板309 ® 的表面之間的距離，乃具備最適當範圍。由於可穩定持續 進行熱電漿的放電之氣體流量係具有適當的範圍，因此， 在此決定最適當的熱電漿流308的射出端與基板309的表 面之間的距離為1mm以上、20mm以下。 如上所述的熱電漿的整形收斂方法及照射方法，於藉 由交流感應耦合放電而產生熱電漿的情況下亦可同樣適 用。第3圖係顯示藉由交流感應耦合而產生熱電漿流之方 鲁法。1點鏈線的下方係顯示，從下方觀看電漿頭時之形狀。 熱處理裝置係具備氣體導入部201、冷卻氣體導入部 202、水冷高頻線圈203及喷出孔206。經由匹配電路 (matching circuit)208而施加高頻產生器204於做為迴路狀 天線之高頻線圈203，藉此產生熱電漿流200。 在此，喷出孔2 0 6具備如陰影線所示之外周經由水冷 後的磁場產生部220，喷出孔下面222形成為如圖所示之 長方形的環狀，而成為冷卻喷出孔。於冷卻喷出孔206設 置磁場產生部220，藉此，於冷卻喷出孔206内產生如磁 19 316784 200533775 力線2 0 9般之磁場。 :藉此方式’基於與直流放電熱電漿的情況完全相同的 ^，可獲得整形並收斂為線狀之熱電漿流200。然後^ 預疋的距離215與成為熱電毁流噴射端之噴出孔206 · 部間隔開來，而對向配置被處理基板21〇，並: 基板210往箭頭的移動方 使被處理 、+、 &， 门14私動。距離215係如上所 述，為1mm以上、20mm以 斤 ϋ y卜移動方向214可 使被處理基板21〇相對於線 了為 ^ . …、兒水，瓜的長軸221直交之 方向。措由被處理基板21〇的 又之 M H ^ 213 ^ fλ ^ 使，、、處理部2 12往未 處理4 213私動，而可對基板表 的熱電漿流200。 …、射回功率岔度 但是，由交流感應耦合放電 產生熱電漿流200的氣f旦的^襞流中’若 而停止之問題，相較於…、法持鉍放電 不层…… 電弧放電之熱電漿流，較 不易“於被處理基板上的實效功率密戶。 、’直流電弧放電可於電極間隔較窄的^投入 亚且如上所述，可以高氣體流量來維持放带。因:、 流雷孤放#夕古Ί ^ 口此採用直 級包弧放兒之方法，可藉由如此 交流感應輕合放電之料，争叮/太效果，相較於藉由 功率穷戶，0而^^ 隻得於被處理基板上的高 午山7又 因而具有壓倒性優勢。 日刀射1匕夕二依據本實施形態的熱電漿流之熱處理’传芦由 -射“煞流於薄膜層上而供熱至薄膜 田：、 性畲辦A命將·^ 例如採用非活 '讀晶化。或者是將由電㈣解 316784 20 200533775 基照射於薄膜層，而進行薄膜層的氧化或是氮化。因此， - 於本實施形態之熱處理中，並不包含如電漿CVD所代表 • 之藉由電漿而分解的氣體而堆積膜的情況。 此外，根據本實施形態，可藉由高功率密度的熱電漿 流來進行基板上的薄膜層的熱處理，藉此可於高品質且低 價格下提供結晶化或是氧化（或氮化）後的薄膜層。 接下來參照第4圖，說明一邊將熱電漿照射於基板上 的薄膜層，一邊插拉基板之方法。一邊於基板5 0 0上的薄 ® 膜層50 1，垂直朝下照射整形並收斂為線狀之熱電漿流 503，一邊往與熱電漿流503的長軸方向正交之方向（正交 方向）504，相對性移動基板500。藉此而對基板500上的 帶狀區域502進行熱處理。一旦完成對基板500的一邊之 熱處理，即往與熱電漿流503的長軸方向平行之平行方向 5 05，相對性移動基板500，而進行下一個帶狀區域的熱處 理。藉由重複此動作，可進行大面積基板上的薄膜之熱處 •理。為了提升熱處理的均勻性，較有效的方法是使往平行 方向505的移動量較熱電漿流503的長軸長度還小，而製 作出重疊部分。 熱電漿流503的短轴方向之功率密度分佈之分佈510 係如第4圖（b)所示之形狀。於熱電漿流503的功率密度較 低時，若不降低熱電漿流503與基板之相對移動速度，且 不延長基板上的任意點506之實效熱處理時間的話，則基 板表面溫度不會上升。亦即，基板上的任意點506之時刻 與所投入的功率密度的分佈520係形成第4圖（c)的左圖所 21 316784 200533775 示之形狀（之後，稱此為「熱處理分佈」）。此時，由於熱 _ 處理時間較長，因此熱亦擴散至基板深部，不僅使表面的 % 薄膜層，亦使基板全體的溫度上升。 另一方面，若熱電漿流503的功率密度極高，則如第 4圖（c)右圖的熱處理分佈521所示，即使提高熱電漿流503 與基板之相對移動速度而於短時間内進行熱處理，基板表 面仍可達到充分的高溫。並且基板深部的溫度上升亦可抑 制在最小程度。如此，由於係藉由熱電聚流503的功率密 _ 度與實效熱處理時間來決定基板的溫度上升，因此，為了 適用本發明之薄膜之熱處理方法，於耐熱性更低的玻璃及 塑膠等基板，以高功率密度來進行短時間的熱處理者，係 具有本質上的重要性。 從以上的說明可得知^熱處理分佈係由熱電衆流的基 板表面功率密度，以及熱電漿流與基板之相對移動速度所 決定。 ϋ 於藉由短時間熱處理而使製作顯示器等元件時所使用 之相對較便宜的無鹼玻璃基板上的薄膜層結晶化，或是氧 化的情況下，有必要成為例如第5圖（a)所示之熱處理分 佈。亦即，熱電漿流之被處理基板上的最大功率密度為 6OkW/cm2以上，且基板上的1點之實效熱處理時間為5ms 以下之條件。從熱電漿流往薄膜層之熱傳導效率係因條件 而有所變動，但大約在60%左右。 第5圖（b)係顯示於設定熱電漿流的最大功率密度為 60kW/cm2時之被處理基板的溫度及時間的關係。實線為基 22 316784 200533775 板表面溫度，虛線各為距離基板表面的深度（d)中的溫度。 ’ 藉此，如第5圖（b)所示，於熱電漿流的最大功率密度 • 為60kW/cm2日寺，由於基板表面溫度達到1300K，因此即 使於5ms的短時間照射，亦可進行基板表面薄膜層的結晶 化或是氧化。藉此，當降低熱電漿流的功率密度時，基板 表面溫度的上升會變小，當熱處理時間增長時，則基板内 部溫度上升而使基板破損。為了實現如此的熱處理分佈， 亦即實效熱處理時間為5ms以下且最大功率密度為 > 60kW/cm2的熱電漿流，可採用例如使用有冷卻喷出孔之第 1圖（a)的電漿頭。 接下來敛述例如一邊熔融無驗玻璃基板上的S i薄 月美’ 一邊往熱電藥流的移動方向上’進行橫向結晶成長之 情況。因此，如第6圖（a)所示，必須具備熱電漿流之被處 理基板上的功率密度為1 00kW/cm2以上，且基板上的1點 之實效熱處理時間為3ms以下之條件。 • 第6圖（b)與第5圖（b)相同，係顯示將熱電漿流的最大 功率密度設定為100kW/cm2時之被處理基板的溫度與時間 的關係。藉此，如第6圖（b)所示，雖然被處理基板表面溫 度為Si的熔點之1687K以上，但是從初期的基板溫度至 最終到達的基板溫度為止之溫度上升，可抑制在500K以 下。 亦即，根據本實施形態，即使於初期熔融Si薄膜，但 由於抑制基板的溫度上升於500K以下，因此可防止基板 破損。 23 3]6784 200533775 .β當然，於熱處理中強制性冷卻基板亦極為有效。尤其 、疋於膜厚為100nm以下之薄膜的溶融結晶化的情況下，溶 、融Sl層的插拉速度極為重要。於十分高的熱電漿流功率密 度下，當以相對為5〇〇mm/S以上的高速而移動基板盥埶電 漿源時’由於結晶的面方位的不同而使從液體層的成長速 度有所不同，因此只有成長速度較快的面會優先成長。因 可控制結晶化後的薄膜層的面方位。此為薄膜的橫向 少谷融結晶化時之特有的效果。 如第7圖⑷所示，於熔融結晶化耐熱 板上的薄膜層時，有必要具備熱電聚流之被處理基才二二 2=為28〇kW/Cm2以上’且基板上的1點之實效熱處 二=為0.5ms以下之條件。藉此，如第了圖⑻所示，雖 …、'汗处理基板表面溫度為Si的熔點之ΐ687κ以上，但是 基板的溫度上升可抑制在2〇〇Κ以下。 亦即，根據本實施形態，即使於初期溶融薄膜層，但 由於將基板的溫度上升抑制於200Κ以下，因此可防止美 板破損。 土 到目前為止係針對i個熱電漿源而敘述薄膜之熱處理 方法’但為了以更高的處理景决 ^ h A q J、理里來進仃大面積基板的熱處 里’如弟8圖所示，同時你用容叙 才使用夕數的熱電漿源（熱電漿 頭）]002亦為有效。 如弟8圖（a)所示，一邊番亩達日τ ^ ^ 透：直朝下將整形並收斂為線狀 之熱電聚流1003照射於基板職上的薄膜層誦，-邊 往與熱電漿流1〇〇3的長軸方向 仅神万向正父之方向（正交方 3]6784 24 200533775 •叩(m，相對性移動基板。藉此而對基板讓上的帶狀 、:域1014進行熱處理。-旦完成對基板1006的—邊之熱 、Γ〇Γ2:Γ:與熱電聚流1003的長軸方向平行之平行方向 處理。目性移動基板1006，而進行下-個帶狀區域的熱 :由：複此動作，而可進行大面積基板上的薄膜層之 二方二。了：升熱處理的均勾性，較有效的方法是使往 Γ二=的移動量較熱編_的長轴長度還 J、，而製作出重疊部分。 < 簡單尤用直流電弧放電之熱電漿頭職的構造較 喂頭1002。：低成本製造，因此即使同時使用多數的熱電 水碩1 002，亦不奋導鉍駐耍々 包 低裝置成本及：t的增加。因此，適用於以 置。 处里而月現薄胺的熱處理之熱處理裝 此外，在將S:薄膜層結晶化 "目結晶化之區域及溶融結晶化之區域，、==上形成固 有機電激發光（EL)顯示裝置中， 去有效。例如於 之對於閉極電麗的沒極電流的 2^之薄膜電晶體 係針對於電晶體之間的夫二;，緩,，因此該用途 者，此乃適合採用以固相:二 主動層。 ”化所製作之s】薄臈層來做為 另一方面，由於傳送顯示資料至 路，必須具備具有高移動 “、之週邊·驅動電 料用以㈣結晶化所製作之Si薄膜層來做：主動因層此必 3]6784 25 200533775 從以上的理由可得知，有必要於相同基板上，於像素 部及電路中分開製作出固相結晶化區域及熔融結晶化區 、域。由於熱電聚流的功率密度可藉由投入電力及所產生的 磁場強度而容易調變’因此藉由與熱電漿頭及基板的相對 移動同步而調整，而更可容县於如门贫』 易相同基板上分開製作出固 相及私融結晶化區域。 4Ϊ發！之：膜之熱處理方法不僅可適用於半導體的結 日日成長’亦可適用於薄膜的氧化處理。 所流通的氣體中混合〇2或是Η η 一 L …、电氷仇日才 >,,,, ^ Η20，稭此可容易地使薄膜声 乳化。由於可藉由熱電漿流 、曰 上的古、、西，田+如 便厚肤層表面達到1000。〇以 ，“此’在此供應少量的〇2或是Η2〇，可容易地 使溥膜層的表面氧化。 易地 藉由習知的電漿CVD法等而於峨以下的 衣作的絕緣膜，由方令膜内A 又斤 n女 π °卩的鍵結狀態對於埶較不藉定 因而產生在適用此絕緣膜Α …孕乂不％疋， ►間可靠性之課題，以及由㈣情況下缺乏長時 果此絕緣膜成為界面位準二：：產生顯著的損害，結 題。 而¥致電晶體的性能下降之問 然而，以採用熱電漿流之氧化 高溫下製作，因此鍵結極為 >成之絕緣臈’係於 由於熱電細足局部熱均㈣件;=可靠性口此外， 溫度、離子溫度、中性粒子溫度u:因此電子 相較於減覆電漿(數】〇 θ員取兩亦僅為】ev， 5兄疋極低。由於半導體及絕 316784 200533775 緣艇寻’以及固體原子 ‘此不會因熱電毁流而使鍵έ;:里…有3ev左右，因 '流’而可於低指宝之下丈 衣因此，猎由採用熱電漿 方ml 來進行這些薄膜的氧化。 样由〜豕’、、电漿流的氧化中，氧化膜及半導-芦叉p 錯由乳化膜的成長而肢層界面係 下進行處理，亦完全不會產::面内：、:：此即使於大氣厂堅 化半導體層的表面，亦片乂 J, 0巧乐。此外，不僅氧 膜，M +女 亦乳化形成於半導體層上的全屬菌 月旲猎此村形成高介電常數絕緣膜。 屬湾 圖二之3之熱處理方法，可適用第8 理室_内:=:=，裝置係於可控制環境之處 • , ^ /、備夕數的熱電漿頭1002及這此埶恭將3 的移動機構咖，並構成為 一…碩 _的多處部位上，同時Μ 的找層 1 nf)7 朝下A射所產生的熱電漿户
。本熱處理裝置具備··可於與熱電 "L 向正交之方向上移動基板之基板移動A 、、，:動方 所千* , 砂軔口 1005，亚如第8圖 ::此一邊於與熱電漿流咖的長軸方向正交之方向 t=G11上㈣基板…邊糾絲上乡處部位的 频層熱處理，於結束-邊的處理之後，往平行方向1012 私動電漿頭，而進行下一個區域的熱處理。 如先前所述，在此，熱電漿頭係構成為：具備採用直 机或是交流電力之熱電漿產生部’以及具備冷卻喷出孔或 =磁場產生部之任-者或是具備兩者，藉此可產生高功率 密度的熱電漿流1003。 藉由本發明之薄膜之熱處理方法而進行熱處理之薄膜 316784 27 200533775 層，可適用於薄膜電晶體及太陽電池等種種的高性能_ 半導體元件。在此，以適用於薄膜電晶體的情況為例，參 照第9圖而敘述薄膜半導體元件的製造方法。 (1·半導體層的形成）（第9圖（a)) 為了實施本案發明，-般係於基板900上形成底層保 護膜90卜並於底層保護膜901上形成半導體薄膜9〇2，接 下來說明此一連串的形成方法。 關於可適用本發明之基板9〇〇,可採用：金屬等導電 性物質、破化石夕（s出con Carblde，SiC)及金剛石⑹、氧化 鋁（A】Umma，Al2〇3)及氮化叙㈧N)等陶究材料、炫融石英 及無驗玻璃等透明或非透明絕緣性物質、石夕、鍺（Ge，、
Germanium)晶圓等半導靜铷所 ¥版物貝、以及加工上述物質後之 LSI基板寺。半導體膜可直接疊芦，弋a .悉、A产a+ ,^ ^ ^ 且獲且層，或疋透過底層保護膜 或下邛电極而疊層於基板上。 化石夕9G1例如有氧切G〈⑸）及氣 基板上性物f °例如在一般的玻璃 二ιΓ 半導體裝置時，對半導體膜的雜質 &制極為重要之卩双，η mu 取好以使包含於玻璃基板中之鈉 (JNa)、鉀（κ)等可動性_ ,Λ R y 1隹子不雷混入於半導體膜中的方式， 形成底層保護膜之德，$ ^ 、 再®層半導體膜。 於採用金屬材料望道 膜必嘴盥入戶盈 、V笔性材料來做為基板，且半導體 、y頁人孟屬基板作電性π妗. 保護膜當，然為不可或缺〜々，為了確保絕緣性，底層 上彤& 一 、此外，於半導體基板及LSI元件 上屯成+導體膜之際， i曰曰體之間及配線之間的層間絕緣 316784 28 200533775 膜亦同時成為底層保護膜層。 底層保護膜901係首先以純水或是酒精等有機溶劑洗 /爭基板之後’藉由常壓化學氣相沉積法（Atmospheric
Pressure Chemical Vapor Deposition，APCVD)及低壓化學 氣相沉積法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition， LPCVD)、電漿CVD法等cVD法或是濺鍍法等而形成於 基板上。於採用Si〇2膜為底層保護膜901時，可於APCVD 法中將基板溫度設定為約從25〇。(：至45(rc，並以單石夕烷 (S1H4)及氧為原料而成膜。於電漿CVD法及濺鍍法中，基 板服度約為從室溫至4〇〇。〇左右。底層保護膜9〇ι的膜厚， =具備防止來自於基板之雜質元素的擴散及混入之足夠 厚度，忒值取小約為2〇〇nm左右，若考量到不同批之間及 基板之間的參差不齊情形，則較理想為500nm左右以上。 “接下來說明半導體薄膜902。適用本發明之半導體薄 月吴：除了矽（Sl)、鍺（Ge)、金剛石（C)等第四族單體之半導 體薄膜之外，亦可為々·綠 」马石夕鍺⑸办“ ：〇< x< !)及矽·碳 化：!SlxC】_X · 〇< X< ”，及鍺·碳化物(GexCbx : 〇< X< 1)等第四族元素複合體之半導體薄膜。 此外亦可為鎵·砷（GaAs)及銦·銻（1]131：))等第二族 元素及第五族亓本从、—人“ ^ ~ ^ rcds、一、系的稷5月豆化合物半導體膜，或是鎘·硒 膜等-族元素及第六族元素的複合體化合物半導體 本發日月於％ ·鍺·鎵·珅（SlxGe>,GaA : 钹θ體化合物半導體膜，以及於這些半導體膜 316784 29 200533775 中添加石粦（P)、坤（As)、銻（Sb)等施體元素（Donor Element) • 之N型半導體膜，或是添加硼（B)、鋁（Al)、鎵（Ga)、銦（In) ^ 等受體元素（Acceptor Element)之P型半導體膜。 這些半導體薄膜可藉由APCVD法或是LPCVD法、電 漿C VD法等CVD法，或是濺鍍法及蒸鍍法等P VD法而形 成。於採用矽膜來做為半導體薄膜時，可將基板溫度設定 為約400°C至約7〇〇°C，並以乙矽烷（Disilane，Si2H6)等作 為原料而疊層形成。於PEC VD法中，可將基板溫度設定 ’為約100°C至約500°c，並以單矽烷（Monosilane，SiH4)為 原料而豐層形成。於採用〉賤鍛法之際’可將基板溫度設定 為約從室溫至400°C左右。 如此所疊層之半導體薄膜的初期狀態，有非晶質及混 晶質、微結晶質、或是多結晶質等種種狀態，於本案發明 中，初期狀態可為任一種狀態。此外，於本案說明書中， 不僅包含非晶質的結晶化，亦包含多結晶質及微結晶質的 鲁再結晶化，而總稱為結晶化。關於半導體薄膜的膜厚，當 採用於TFT時，較理想為大約20nm至1 OOnm左右。 (2·保護絕緣層的形成） 接下來於上述半導體層上形成保護絕緣層905。保護 絕緣層905的功用在於，防止熱電漿流照射中雜質混入於 半導體層。尤其是於採用Cu來做為冷卻噴出孔時，由於 Cu容易擴散至半導體層及絕緣層，因此此保護層的材料極 為重要。然而，亦有可能因熱處理的條件而不需具備此保 護層的情況。此絕緣層可採用氧化矽膜（Si〇x : 0<xS2)及 30 316784 200533775 氮化矽膜（Si3Nx : 0<xS4)等絕緣性物質。 " 關於保護絕緣層的形成，係以氟酸蝕刻半導體層上的 ^ 自然氧化膜且以純水洗淨之後，以APCVD法或LPCVD 法、電漿CVD法等CVD法或是濺鍍法等形成。於採用Si〇2 為絕緣層時，係於常壓化學氣相沉積法中，將基板溫度設 定為約250°C至450°C左右，並以SiH4及02為原料而可疊 層形成。於PECVD法及濺鍍法中，基板溫度約從室溫至 400°C左右。保護絕緣層的膜厚除了需具備可防止雜質元素 B 的擴散及混入之足夠厚度之外，還須以具備可有效率地進 行來自於熱電漿流的熱傳導為條件。因此，絕緣層的膜厚 係存在最適當範圍，該值最小為5 Onm左右，最大為1 // m 左右。 (3·熱電漿流照射） 使熱電漿頭920對向於如上述所形成的疊層構造，而 進行熱電衆流照射。照射有熱電聚流的區域係成為液體層 鲁903，於照射之後則成為結晶化後的半導體層904。 熱電漿流的照射條件已詳細敘述，因此在此配合基板 的種類及結晶化方法而選定條件。於製作薄膜電晶體時， 若是熱電漿流的插拉方向與薄膜電晶體的源極·汲極方向 為平行，則可降低元件之間的參差不齊程度，因此較有效 為設定插拉方向為該方向。 (4·之後的製程） 於熱電漿流照射之後，藉由姓刻而去除保護絕緣層 905(第9圖（b))，之後將結晶化後的半導體層904圖案化為 316784 200533775 島狀。然後形成閉極絕緣膜906。該形成方法例 一 由採用肌及〇2為原料氣體之電聚⑽法而疊声s : 膜之方法，以及如第則所示，藉由本發明之半導^胺 方法，氧化半導體層的表面並藉此形成開：絕緣 月吴之方法。 接下來，藉由_形成Ta、W、A1等金屬膜之後進行 圖案化，藉此形成閘極909 ’並藉由離子注入法及離子: •雜法，以閘極909為光罩而導入雜質於源極9〇7及汲極9〇1 的區域（第9圖⑷）。藉由採帛細4及&為原料氣體之電 漿C VD法而製作出層間絕緣膜9丨〇後，貫穿接觸孔（c⑽ hole)並以A1形成源極911及汲極912,而完成薄膜電晶體 (弟 9 圖（d))。 (實施例1) 在此芩照第1圖（a)及第4圖來說明本發明之薄膜之熱 處理方法的實施例。關於本發明所採用的基板及底層保護 籲膜，係依據上述之說明，但在此採用的基板之一例為：各 邊長度為550mmx 650mm，厚度為〇.7mm之一般用的無驗 玻璃309、500。首先於基板上形成si〇2來做為底層保護 膜。在此，設定基板溫度為250°C並以電漿CVD法疊層具 有500nm膜厚之Si〇2膜。 接下來疊層非摻雜矽膜等之半導體膜3 1 0。半導體層 的厚度約為50nm左右。於本例中採用電漿CVD法，分別 流通原料氣體之矽烷（Silane，SiH4)l〇〇SCCm，及氫氣 (1'12)1〇〇〇5(：(：]11，以2〇〇°(：的疊層溫度疊層非晶石夕（3-8丨）膜。 32 316784 200533775 首先導入基板於電漿CVD裝置的承載室（Load Lock • Chamber)並進行真空排氣之後，以真空機器人運送基板至 • 預備加熱室，並在此於230°C的加熱器上加熱基板2分鐘。 接下來以真空機器人真空運送基板至反應室的加熱器 上。在此，導入原料氣體之SiH4及H2於反應室内，至基 板表面溫度在200°C達穩定狀態下，大約維持45秒。之後 經由匹配電路，供應13.5 6MHz的高頻電力至與基板加熱 器相對向之平行平板電極來進行電漿放電，而開始a-Si膜 > 的疊層。疊層開始之後的反應室内的壓力大約為1 Torr。 大約經過60秒而疊層50nm的a-Si膜。 於如此疊層的矽膜3 1 0上形成保護絕緣層。在此以電 漿CVD法疊層具有200nm左右的膜厚之Si〇2膜。各自流 通原料氣體之SiH4及02 lOOsccm及500sccm，於加熱基板 至200°C的狀態下開始進行電漿放電而進行成膜。 接下來藉由熱電漿流，進行此基板的熱處理。熱處理 •係採用第1圖（a)所示之電漿頭。對於具有水冷噴出孔之陽 極3 0 2流通每分鐘6公升之冷卻水3 0 7而進行冷卻。由於 放電開始時的氣體流量愈少愈容易點火，因此於Ar中以 每分鐘1公升的流量流通包含50%的He之混合氣體。於 含有2%的La2〇3且以W形成的陰極301及陽極302之間， 連接35V、500A的直流電源303，並施加35V的電壓。陰 極301及陽極302之間的距離為2mm。 於陰極301連接用以點火電弧放電之點火單元，於連 接於點火單元之電極前端及冷卻噴出孔附近的陰極30 ]之 33 316784 200533775 間，以5Hz激起火花放電而開始放電。一旦開始放電，電 • 漿於瞬間移往電弧放電模式，而從此時的直流電源供應至 u 電漿頭的電壓及電流分別為20V、500A。 為了喷出如此產生的熱電漿，而增加Ar、He混合氣 體的流量至每分鐘8公升，並往電漿頭的外部噴出熱電漿 流308。從熱電漿流308的喷出方向觀看陽極的形狀時， 形成如第1圖（a)的一點鏈線下所示之環狀形狀，而噴出熱 電漿流308之冷卻喷出孔313的長度為7mm，寬度為 _ 5mm。若將熱電漿流308的喷出孔與基板之距離設定為 2mm，則基板表面之熱電漿流308被整形並收斂為：長度 311 為 5mm，寬度 312 為 3.3mm。 使該熱電漿流308相對向於形成如第1圖（a)所示之被 熱處理薄膜310之基板309,並於與熱電漿流308的長軸（長 度3 11)的方向正交之方向，移動基板而進行熱處理。水平 設置基板並使熱電漿流308垂直朝下喷出，藉此而防止熱 鲁處理位置之參差不齊。基板表面之熱電漿流308的峰值功 率密度為60kW/cm2。基板係以660mm/s的速度插拉，並 將實效性熱處理時間設定為5ms。 此時’如第4圖（a)所不，設定基板的插拉方向為基板 的長邊方向（正交方向504)，亦即650mm的方向。往一邊 的正交方向504之插拉大約於1秒之間完成，往平行方向 505之5mm的移動於0.5秒之間進行，而下一次的插拉之 熱處理大約進行1秒。藉由重複此處理，而大約於1 65秒 之間完成5 5Ommx 650mm基板全面性之熱處理。藉此熱處 34 316784 200533775 理，使基板上的a-Si膜產生固相結晶化，而形成具備粒徑 * 為0 · 5 " m以上的大小之多晶石夕薄膜。 ^ (實施例2) 在此參照第1圖（b)及第4圖來說明本發明之薄膜之熱 處理方法的第2實施例。於基板上形成底層保護膜、a-Si 膜、保護絕緣層之方法與實施例1所示者完全相同，因此 僅僅詳細敘述依據熱電漿流308之薄膜之熱處理方法。 熱處理係採用第1圖（b)所示之電漿頭。與實施例1不 > 同點為，於本例的熱處理方法中，係採用於水冷喷出孔附 近產生磁場並整形而收斂之熱電漿流3 0 8。對於具有冷卻 噴出孔313之陽極302流通每分鐘6公升之冷卻水307而 進行冷卻的同時，設置最大磁場強度為500mT之永久磁 鐵，此部分兼作冷卻喷出孔3 1 3及磁場產生部320。藉此 而併用熱狹點效果及依據磁場之閉鎖效果，而可喷出高功 率密度之熱電漿流308。關於放電氣體流量、陰極材料、 鲁直流電壓施加條件、電漿點火方法，係與實施例1相同。 從電弧放電時的直流電源供應至電漿頭的電壓及電流 分別為20V、500A。從熱電漿流308的喷出方向觀看陽極 302的形狀時，則形成如第1圖（b)的一點鏈線下所示之環 狀形狀，而喷出熱電漿流308之冷卻喷出孔3 13的長度為 7mm、寬度為4mm。若將熱電漿流308的喷出孔與基板之 距離設定為2n]m，由於依據磁場之電漿閉鎖效果而使熱電 漿流308較實施例1還小，因此基板表面之熱電漿流308 被整形並收斂為：長度323為5mm，寬度324為2mm。 35 316784 200533775 使該熱電漿流與形成有被熱處 309相對向，並於盥埶+將，ώ 潯肤310之基板 正交之方向上；ΑΓ 長轴（長度323)的方向 電漿流308的峰值；^至玄硌迕 土板表面之煞 / 功率控度為1〇〇1亀屮。基板俜以 例1所薄膜進行熱處理的方法，亦與實施 i所不者兀全相同，因此虚 同。 此處理1片基板的時間亦幾乎相 處理’使基板上的a_Si膜熔融而結晶化，而於 二=:Γ平行之方向，形成具備長度為⑽心 j 之大粒徑81薄膜。此外，由於此時的插拉速产 超過500mni/s，因此έ士晶仆絲“ 、又 性。以μ “丄 化後的Sl溥膜具借較強的配向 磁場二 =併用依據冷卻喷出孔313之熱箍縮效果及 旦：：:而可於大面積的玻璃基板上，以高處理 里衣作出尚σ口質的結晶化Si薄膜。 (實施例3) …於本發明之薄膜之熱處理方法的第3實施例中，係進 :塑膠基板上的a_Sl膜的熱處理。於基板上形成底層保護 月吴、a-Si膜、保護絕緣層之方法，與實施例]所示者完全 ，而由於塑膠基板的耐熱性的緣故，降低所有製程的 最高溫度於180。(：而進行成膜。 衣 —熱處理係採用第]圖（b)所示之電漿頭。與實施例2不 同點為，於本例的熱處理方法中，用以收斂熱電漿之冷卻 噴出孔的寬度324變小，且磁場強度提高。噴出熱電；流 316784 36 200533775 3〇8之&部D貧出孔3 1 3的長度為7mm，寬度為4mm。為了 撫f力卞袷度，將設置於冷卻噴出孔3 1 3附近之磁場強度 .=冋為\800mT，並將Ar、He混合氣體的流量提高至每分 鐘ίο公升，亦使熱電毁流3〇8的喷出端與基板之距離縮短 為1.5mm。藉由冷卻噴出孔3 13及依據磁場之閉鎖效果， 而使熱電激流3G8較實施例！還小，此外又提升往基板表 面之熱电漿流308的運送效率，因此基板上之熱電漿流3〇8 籲被整形並收斂為：長度323為5mm，寬度324為〇.7lmm。 藉，，可併用熱箍縮效果及依據磁場的閉鎖效果，而可喷 出高功率密度之熱電聚流3〇8。關於陰極材料、直流電壓 施加條件、電漿點火方法，係與實施例1相同。 土 之後，使该熱電漿流與形成有被熱處理薄膜3 1 〇之钟 膠基板309相對向，並於與熱電裝流3〇8的長轴以产 的方向正交之方向，移動基板而進行熱處理。而基板表面 之熱電漿流308的峰值功率密度為28〇kw 剛刪&的速度插拉，並將實效性熱處理時^^ ^5ms。關於對基板上的薄膜整體進行熱處理的方法，亦與 實施例1所示者完全相同，處理〗片基板的時間大㈣ 秒〇 藉由此熱處理，使塑膠基板上的心膜炫融而結晶 匕，而於與基板插拉方向為平行之方向，形成具備長度為 干7?以上的大小之大㈣si薄膜。此外，由於此時的 插拉速度超過5〇〇mm/s，因此結晶化後的Si薄膜 的配向性。以上，β由此方法’即使為塑膠基板上心可 316784 37 200533775 V積且高處理量製作出高品質的結晶化Si笔胺。 % (貫施例4) 7、 ，制^下來參照第9圖來說明本發明之薄膜半導體元件之 二的實施例。由本發明之熱處理方法所製造的薄 传用於種種的半導體元件，尤其是於本實施例中， 係敘述適用於薄膜電晶體的製造方法之情況。 9圖必須於玻璃基板上形成高品質的Sl層，此係如第 且4 a不。此方法與實施例2完全相同。亦即，於玻璃
土反900上形成底層保護膜9〇1、卜以 I 905,麸饴 ^ 饰口隻系巴緣層 作出大ΐ 射熱電㈣州―邊插拉基板，藉此而製 結晶層904。此形成方法與實施例2所示的 门 声^二采用如此形成之大粒徑S1結晶層904來做為主動 :了：：刻而去除保護絕緣層905(第9圖⑻)。接下來 •(缺陷rV，生Λ位於大粒徑Sl結晶的晶界之捕捉位準 、曰 進仃氧氣電漿處理。之後將露出Si層904之其 板設置於電滎處理室。於電漿處 土
Mr 财基板/皿度设定 平拓]^亚流通氧氣纖咖，於屡力1 丁0rr下採用平行 =極’以lkw的功率進行電漿放電。經過20分 ，·里的處理後，結束Si層904之捕彳、 化。 ^ 川4之捕捉位準（缺陷）的非活性 而、# 措由微影技術而於Sl層區域上形成光阻圖宰， :::採用了…的混合氣體之遠端電漿放電之乾 為了於圖案化為島狀的圖案後的Si膜上形成間極絕 3J6784 38 200533775
906 ’將基板設置於絕緣膜形成室。對形成室内進行 排氣至丁0ΓΓ)程度的真空度之後，導入流量比為丨：6 烷氣及氧氣，並將形成室内壓力調節為2 X 1 〇 (T〇1^)。一旦形成室内的氣體壓力達到穩定，則開始 、欠电亚開始進行絕緣膜的成膜。所投入的微波功率 ^ 彳放波係平行於磁力線而從導入窗導入。於距離導 t窗14咖的位置上有ECR點。成膜係以l〇nm/mln的成 二k又進行藉此而形成1 〇〇nm的閘極絕緣膜9〇6。 +，接下來以濺鍍法疊層成為閘極909之薄膜。一般而 、閘極與閘極配線係以相同材料於相同製程中製 制 此此材貝較理想為：電阻較低且對大約350°C的埶 穩定性者。在本例中，係以_法形成膜厚為6_m 係形成㈣膜時的基板溫度& 18代，減錄氣體 化= 5 6.7：%虱氣之氬氣。如此形成的鈕薄膜之結晶 化構造^構造，其比電阻大約為4〇条。 f為閉極之薄膜於疊層後進行圖案化，接下來於半 體膜中進行雜質雜；& ' B、s、、，鍊貝硪子植入，而形成源極·汲極區907、9〇8 浐僅倡品此"7由方;閘極成為離子植入的光罩，因此通道 成於問極下之自我整合構造。離子摻雜法的原料 ::二採用稀釋於氫氣中之濃度約為〇1%左右至_ "'b&(Ph〇sphlne) PH-^^ Γ=質元ΐ之氮化物。於本例中，目的為形成麵S， 氕六二：子知濰裝置’以加速電壓iOOkeV注入稀釋於 '孔之浪度為5%之碟化氫（PH小包含PH3+及H2+離子 3]6784 39 200533775 的所有離子植入量為ΐχ i〇] W(第9圖(c))。 體係==二激CVD法形成層間絕緣膜910。原料氣 越）、N〇/ (Tetraethyl 〇rth°slllcate，四乙基正石夕酸 二2 & Al.氣體，於壓力1.5T〇rr、lkW的功率下進行 上^垃形成8 〇 〇 11 m的層間絕緣月莫。接下來於源極·沒極 極貝1=二並採用PVD法及CVD法等，以紹形成源 藉此 电極911、912、及配線而完成薄膜電晶體。 I^〇SFFT°以極高的一致性而製作出具備與單晶Sl的 — @性能幾乎相同之高性能TFT(第9圖⑷）。 (貫施例5) 之制茶照第10圖來說明本發明之薄膜半導體元件 ^方法的貫施例。本實施例之薄膜半導體元件之製造 八，’除了間極絕緣膜形成製程之外，其他與實施例4完 王㈣，因此僅詳細說明閘極絕緣膜形成製程。 藉由使呈島狀整形於底層保護膜ηοι上的&層1102 :表匕，而形成間極絕緣膜11〇6。對其採用熱電漿 二、电水五、103的構成與實施例1所述者完全相同。不同 處為：採用於Ar中混合H2〇之混合氣體來 二：喷出嶋流_之― n\見又為5mm°右將熱電槳流的喷出孔與基板之距離 =定為2·基板表面之熱電漿流⑽被整形並收敛為： 長度31]為5咖，寬度3】2為3 3_。 “使該熱電漿流與形成有如第】圖⑷所示之被熱處理薄 艇(Si層川02之基板】】〇〇相對向，並於與熱電漿流的長 316784 40 200533775 軸（長度311)方向正交之方向上，移動基板而進行熱處理。 •基板表面之熱電漿流的峰值功率密度為6〇kw/cm2。基板係 ‘以66〇mm/s的速度插拉，並將實效性熱處理時間設定為 5肌。藉此，由於在&層11〇2表面達到約i〇〇(rc左右的 高溫的同時，亦供應由熱電漿所分解之氧自由基，因此表 面經氧化而形成SiC^ 11〇6(第1〇圖⑷、（⑼。 於此情況下’由於—次的插拉所形成的Si〇2層的厚度 _較薄，因此對於相同地方至少進行5次的插拉。於以上的 方法中藉由熱電漿流而製作中古口 衣忭出阿口口質之閘極絕緣膜 1106，之後的製程則i f絲 ^ 11Λη ，、貝％例4元全相同，藉此而形成閘 極 1109、源極 11〇7、、、乃把 1 1Λ。 口 /及極1108、層間絕緣膜mo、源極 ini、汲極1112而製作 码/寻腰电日日體(乐10圖(C)、 此外，亦可藉由採用氮氣（N)來做 供應由熱電漿所分解之_ έ &放電乳，豆而 氮化。 解之乳自由基，並藉此來進行薄膜層的 .(貫施例6) 由本么明之製造方法 具備電氣光學裝置之夂絲 曰體，可適用於 <直之各種電子機哭。筮 電氣光學裝置之㊉ σσ 圖係顯示可適用 不亙艾包子機器的例子。第 動電話之適用例，杆 固（a)係顯示對行 聲音輪出部12丄、:：電：副係具備：天綠部⑽、 明之電氣光學裝置}1205、知作部】2〇4及本發 學裳置作為行動電 猎此方式’可將本發明之電氣光 μ ϋ的_不部加以利用0 乐 圖（b)係顯示對摄旦/祕少、& m 士攝衫機之適用例’攝影機i2〇7係 316784 200533775 具備··受像部1206、操作邮19nQ Ώ
™ 1〇nQ μ 邛1209及本發明之電氣光學I 置1208、1210。如此，+八n 予衣 本备明之電氣光學裝置可作為旦 器（finder)及顯示部加以利 ’、、喊厅、 式個人電腦、頭戴式顯干哭 ,b ^ ^ ”，、〆、。0、月才又影機（rear projector)、前 投影機（front project〇r)。如卜μ 士政 J别 ^ ^^^ θ 如此，本發明之電氣光學裝置可 做為影像喊示源加以利用。 本發明之電氣光學裝詈廿 衣罝亚不限疋於上述例子，亦
用於可適用主動矩陣型電氣 I ),^ ^ 、、 虱先子扁置之所有電子機器。例 如’除了上述之外，亦可请田 、用於附有顯示功能之傳直裝置、 數位相機的觀景器、可攜式+ nQD ^ ^ △丄… 间式甩視、DSP裝置、PDA(個人數 位助理）、電子記事本、電子 — 器等。 子；不盤、公開宣傳促銷用顯示 以上’於習知技術中，w去 θ ^ ^ ^ 並未明確存在可於低溫製程中 具備咼處理量且於低成本下， 士 a 一 口口日。· 形成"·口日日粒從較大且具備鱼 早日日S〗幾乎相同的品質且 ^ ^ 、 丁 心b 1版之有效的制 I程。然而，藉由採用如以上所诚夕士八叫 0 ^ r 丄所述之本發明的半導 薄膜電晶體之製造方法_牛¥月且核及 … $成極尚品質之Si膜。、纟士杲可 ‘造出具有高移動度且閾值f壓極低，且參差好 二之薄膜電晶體’可實現超低消耗電力的電路，並可二低 仏格下而提供多功能的電氣光學裳置及電子機器。- 接下來根據實驗結果，更進一 二 舛老m 步況明由本實施形態之 熱處理方法及熱處理裝置所楫 膜半導體元件。 彳件到之我層（半導體層）及薄 第12圖係顯示對熱電裝源之投入電力及對掃描速度 316784 42 200533775 * ~艇層的狀態之圖式。縱軸為對熱電漿源之投入電力， 、車由為基板的掃描速度（基板的插拉速度，以下相同）。實 件為將直流電弧放電電漿源的陰極一陽極間距離設定 ^ 2mm ’將電衆源一基板間距離設定為2mm，Αι·氣體流 置為\7L/min，而於大氣壓之常溫下放電而進行熱處理。此 方、以下的貝驗中，係使用直徑3mm的圓形冷卻喷出孔。 、此外成為薄膜層之a-Si膜，係採用siH4(4%)& & ^原科氣體’藉由電漿CVD法而形成8q_的膜厚。成膜 0才的基板溫度為20〇°C。 f圖^、M不以1膜狀恶、結晶化狀態、膜m大態下 層門膜剝落可考量為：由於處於高溫的基板表面及 潯朕層之間的熱膨脹係數的不同而造成。 圖中的陰影區域係顯示結晶化狀態，此範圍的條件乃 :::涛：：的結晶化。之後，當增加對熱電漿源之投入電 ^寸’即使以更快的掃描速度，亦可進行結晶^ 度的提升意味著製程處理量的a 此外，於進行依據熱電生產性。 處理前的a-S〗膜的脫氫處理。由 广，不需進行熱 心膜進行熱處理（退火）時必須進=準分子雷射來對 本實施形態'，可省略此脫氫處理，：,處理’因此根據 升。 了達到處理量的提 第 圖。第 (Raman 膜的結晶性的關係 S]膜的拉曼散射 圖（b)係顯示於拉曼 13圖係顯示熱處理條件及Si 13圖（a)係顯示熱處理前後^ Scattering)光譜之圖式，第u 43 200533775 散射光譜中出現之單結晶Sl的橫向光聲子峰值（以㈣⑽e Opdcal Phonon Peak)的峰值波數及峰值半值寬的掃描速度 依存性之圖式。實驗條件為：將直流電弧放電電㈣的二 極-陽極間距離設定為2mm，將冷卻噴出孔徑設定為 4曰mm，將電漿源一基板間距離設定為2咖，將&氣體流 量設定為7L/mm，而於大氣壓下放電而進行熱處理，而形 成S!膜。之後，將對熱電榮源之投入電力設定為固定值 (2.4kW)，並將掃描速度分別變更為55〇mm/s、65〇 、 _ mm/s、！ _ mm/s，並藉由拉曼散射分光法，來調查於 此條件下形成Sl膜時之結晶狀態，及於疊層心膜下之 結晶狀態。於拉曼散射中，可掌握結晶的晶格振動的情形。 結晶中的晶格振動的振動模式，係採用橫向光學模式 (Transverse 0pticah τ〇)聲子振動峰值。 於弟13 ®(a)中，縱軸為散射強度，橫轴為拉曼移位 一歸〇。根據此，於電請D成膜之狀態下(as eP〇S]ted)，於彻⑻附近可觀察出具備横向光聲子峰值 之廣泛的信號。亦即’可知初期膜為非 形態的熱處理而出現Sl單結晶的橫向光聲子峰值 得知a-S!膜在進行結晶化。 口此叮 此外，當掃描速度變慢’橫向光聲子振 接近於單結晶Sl的值⑽<附近）。這是因為㈣^ 速度'變慢，而更可進行高溫/長時間的熱處理之故。 』、Si、、、σ曰曰§中可藉由拉曼散射而觀測出橫向光聲子 辰動峰值，而結晶性愈佳，亦即結晶缺陷及結晶變形愈少， 316784 44 200533775 則振動愈穩定而愈成為尖銳的峰值。此日士 55〇mm/s之情況τ，橫向光聲子 =:描速度為 於單結晶Si的值，叮 值的波數非常接近 .. 值®此可說是結晶性提升。 弟13圖（b)係顯示掃描速度之峰值 的關係圖。縱轴（左）為峰值半值寬， 見及缘值位置 橫軸為掃描速度。 （）為峰值位置， 峰值半值寬係顯示峰值的尖 寬愈小，愈形成尖銳的峰二:f二::’峰值半值 寬係因所測定的分光器的分解能之；==值半值 述分光器的情況下，Sl單結晶 光：化庵於上 別⑽，物半值寬為7cm耳子振動峰值： 根據此，伴隨著掃描速度降低而使朝左下降的直線下 尸牛至 1 〇 c ητΓ】力太，而拉、（士人 0 . 。·Λ· ^ ^ 1單結晶的峰值半值寬 子缘值的波數及夸值半值寬接近 提升結晶性。 幻^物W度的降低而 接下來參照第14圖及第15圖，比較採用本實施形態 之熱處理方法及熱處理裝置，對薄膜層進行固相結晶化 (hhd Phase Crystalllzat_ : SPC)的情況，以及對薄膜層 L行溶 κι虫結日日化（Liquid Phase Crystallization: LPC)的情 況。 實驗條件與第12圖的情況相同。此外，心义膜的成膜 條件亦與第12圖的情況幾乎相同，不過，在此a_Sl膜的 月果厚為17nm。此外，LPC以更高的溫度之條件下來進行。 316784 45 200533775 亦即，於第12圖中的陰影區之纟士曰 高功率及低速度、且接近膜剝:化條件的區域内，以更 於SPC中，係於固相的狀能;下:1^木件之區域為LPC條件。 方面，於LPC中，係從固相攸非曰日貝變化為結晶。另一 U相暫時轉轡 相時進行結晶化。亦即，驻+ β 又為液相，並於返回固 SPC及LPC中之一進行蛀曰y 。（ Sl的熔點而決定於 "、、、〇曰曰化 〇 弟14圖係顯示以拉s
果’縱轴為散射強度，橫二拉：：而評估結晶性之結 S1 tt a ^ # ^ 0 ,〇 ^ , L； ^ ^ ^ ^ 還接近單曰Si的尖i 门 9丨月況較SPC的情況 、接近早曰曰Sl的先瑨，因而得知結晶性較佳。 此外’弟1 5圖係顯示以原 1U. 、日’力絲員微鏡（Atomic Force M1Cr〇scope: AFM)來評估所製
式。第！ 5圖⑷係顯示S P C的情況，第：：表面形狀之圖 的情況。 ”月况m⑻係顯示LPC 於SPC的情況下，結晶粒徑較小，為 相對於此’於LPC的情況中，結晶粒徑為細n W麵， 大約為spc的10倍，因此於SPC的情況下，結晶性較佳。 根據本實施形態，藉由投入電力及所產生之磁場強度 :改變熱電漿流的功率密度，而可於薄膜層上形成熔融結 晶化區域。此外，與熱電漿頭及基板的相對移動同步而調 整熱電漿頭及基板，藉此可容易於相同基板上分開製作出 固相及熔融結晶化區域。 第1 6圖係顯示測定本實施形態之破璃基板的變形量 之結果。實驗條件及a-S】膜的成膜條件與第】2圖的情況 316784 46 200533775 相同。 ❿膜係形成於所謂 器用的玻璃上，並以角…… 知用TFT之液曰曰頭不 化之1饴 、’式奴差計測定將a-Si膜予以結晶 化之刖後的基板的變來旦 ,,eg _ 又形里。縱軸為高度，橫軸為位置。此 Γ/有於電激源投入電力…W、掃描… 7〇〇mm/s 及 800mm/s 的 、又為 評估結果。此外，為供夫去’口自、、、。晶化沒心膜之後的 之埶# 為仏麥考，顯示評估未進行依據熱電漿 之-處理之基板的結果（Reference)。 =黃：依據電襞噴射之結晶化區域之方向
It父之方向)移動觸針，而觀測表面的變形。若高度 變形。 則基板表面的凹凸愈大，且基板會 =據本^施形態’不論掃描速度為何種情況，玻璃基 反、㈣U度的變化量）最大約僅僅為30細左右。ς :考量到根據微影技術之焦點深度之基板凹凸的限制來 看’可况是極小的值’於實用上並不成問題。亦即 :形態之薄膜層的結晶化不僅可適用於石英基板，亦可二 銳線為雜訊。 出現方、__/s的資料之尖 接下來，第17圖係顯示測定由本實施形態進行社 後的膜之TFT的電氣特性之結果。實驗條件*第二 的情況相同，I a_Sim的成膜條件亦與第12圖 : 乎相同’不過，在此膜厚為2〇nm。 主動層係於相同基板上形成上u膜，並以於每個 316784 47 200533775 預定區域為不同的條件下進行本實施形態的熱處理而結晶 化。之後將這些Sx膜做為主動層，且以相同的譽程 水原杈入電力變化至1.86至2.29kw 為止，而進行固相結晶化後的s] 的最高溫度為_t：。 衫動層之所。製程中 第17圖⑷係顯示TFT的輸 構舳A、、乃托帝两、^ , %平田与及極電流， t、軸為及極毛壓。輸出特性的—例為，對於帝 力為2.29kW時之丁FT，並於w 、电水源技入笔 而測定汲極電壓及汲極電流。 之間改變閘極電壓 弟Π圖⑻係顯示電藥源投 丁FT的傳達特性，縱轴為 互為不同之3個 外，沒極卿d)為〇.lv，二^轴為間極電塵。此 lOOnm。再者，f ^氧化膜的厚度（匕〇2)為 從圖式中可Η I 見度W/間極長度為2。 口八T可仔知，本實施形熊 晶體之正常的輪屮M从 .、TF丁如顯示出做為電 吊的彻出特性及傳達特性。 例如，於第17圖⑷的輸出特性中 增加，亦可觀測出带& 隧者汲極琶壓的 飽和區域 f域及電流值為飽和之 極電壓的變化而使汲極 "力作。此外，因開 顯示出所謂的導 巩 6位數以上的變化，係 的電流比）為6位教^通比（t^f於非導通時及導通時 高。 而可。兑是電晶體的切換性能極 另一方面，於坌7 7 Ή7圖W的傳達特性中，由於因正的 316784 48 200533775 閘極電壓的增加而使 n型電晶體而正常動作:曰肢的電流：加’因此可視為做為 加，導通電流亦增加此外’隨著電漿源投入電力的增 阻會降低，且tFT特性會二升若投人電力增加，則導通電 參照第18圖來爷
Si膜而製作出的TFT:二扭用由本實施形態而結晶化之 入電力依存性。縱轴(=移動度及間值電覆的電裝源投 屢。此外，橫轴為投效移動度’㈣（右）為閾值電 J1返者投入電力的择4 至6WV-】S·]，間值场效移動度從4W八-]提升 可得知，伴隨著二=…降低至3.4V。從此結果 此她 TFT之本而結晶化之Si膜而製作出的 的偾： 間值電虔，係具備構成電氣光學裝置 ==;體(電晶體、有機肛驅動用) 门遺駆動-电路之電晶體之充分的性能。 ^外ub m僅主動層的結晶化條件的不同， ^的製程係測定於相同s程巾所形成之了 f 了的電氣特 定中之電晶體性能之不同，係起因於結晶化的 (發明之效果） 根據本發明之薄膜之熱處理方法，可將熱電漿整形並 ㈣為具備所期望的形狀及較高功率密度之熱電榮流，同 時亦可降低對基板上的薄膜之雜質的擴散。此外，根據本 316784 49 200533775 發明之薄膜之熱處理方法，可以低成本實現具備大粒經且 .面方位完整的結晶成長及可靠性高之閑極絕緣膜。就以上 .的結果而言，即使在玻璃等耐熱性較低的基板上，亦 供大面積且高品質之丰莫辦壤替上 貝之牛V版溥胰及南品質之絕緣膜。 夕卜，根據本發明之埶# 另士罢 1 ^ 月之熱處理I置，可以較高的製程處理量及 幸父低彳貝格來製造高品質的半導髀 本發明之熱處理方法藉由採用 制、止古'“万法所衣作的㈣’於薄膜半導體元件之 …方法中，可以低成本供應具備高 之高性能薄膜電晶體，及且備y間值甩壓 汉/、W阿光電轉換效率之命 、’。此外’根據本發明之電氣光學裝置，可以 包 供一種低消耗電力且即使用電池驅動亦可長時間二 氣光學裝置。 瓦才间動作之電 [圖式簡單說明] 第1圖⑷係顯示於本發明之薄膜之熱處理 用的，電漿源剖面圖及熱處理方法之圖式，/斤抹 第1圖（b)係顯示於本發明之薄膜之埶 用的熱電漿源剖面及埶# 、 ·、、、地方法中所採 水你向圖及熱處理方法之圖式， 第2圖（a)係顯示於本發 用的熱電聚源剖面圓，独之熱處理方法中所採 第2圖（b)係顯示熱處理方法之圖式， 弟3圖係顯示於本發明之薄膜之 的熱㈣源剖面圖及熱處理方法之圖式，方法中所採用 :4圖⑷係顯示於本發明之薄膜 用熱處理方法， 万法中所採 316784 50 200533775 第4圖（b)係顯示熱處理分佈， 第4圖（c)係顯示熱處理分佈之圖式， 第5圖（a)係顯示於本發明之薄膜之熱處理 用的熱處理分佈， 去Ϋ _ 第5圖（b)係顯示基板溫度分佈 第6圖（a)係顯示於本發明之薄膜之熱處理方法 用的熱處理分佈， /
中所採 =6圖（b)係顯示用以說明基板溫度分佈之圖式， 所採 乐7圖（a)係顯示於本發明之薄膜之熱處理方法中 用的熱處理分佈， 第7圖（b)係顯示基板溫度分佈， ，8圖⑷係顯示本發明之熱處理裝置之圖式， 第8圖（b)係顯示熱處理方法之圖式， 弟9圖（a)係顯示本發明之薄膜半導體元件之製造方法 之製程剖面圖，
第9圖（b)係顯 之製程剖面圖， 示本發明之薄膜半導體元件之製造方法 第9圖（c)係顯 之製程剖面圖， 不本發明之薄膜半導體元件之製造方法 第9圖（d)係顯 之製程剖面圖， 不本發明之薄膜半導體元件之製造方法 弟1 0圖（a)係 法之製程剖面圖， 第10圖（b)係 _不本發明之薄膜半導體元件之製造方 顯示本發明之薄膜半導體元件之製造方 3】6784 51 200533775 法之製程剖面圖， 、弟1〇 ®(C)係顯示本發明《薄膜帛導體元件之製造方 法之製程剖面圖， 、 、第10圖⑷係顯示本發明之薄膜半導體元件造方 法之製程剖面圖， 、 f 11圖（a)係顯示本發明之電子機器之圖式， f 11圖（b)係顯示本發明之電子機器之圖式， 態之Li圖係顯示對投入電力及掃描速度之薄膜層的狀 之圖=U圖⑷係顯示熱處理前後的Si膜的拉曼散射光譜 弟13圖⑻係顯示於拉曼散射光譜中 杈向光聲子峰值π日日Sl的 波數及峰值丰佶命一 P lcal ph〇non Peak)的峰值 + 見的掃描速度依存性之圖式， ί:5Τ顯？散射強度及拉曼移位的關係之圖式， ^ θ (a)i了、頭不Sl膜的表面形;I犬之圖式， f 15圖(b)係顯示S1膜的表面形狀之圖式， 弟16圖係顯示基板的變形量之圖式， fn圖⑷係顯示TF丁的輸出特性之圖式’ =Π圖（b)係顯示TFT的傳達特性之圖式， 弟】8圖係顯示投入電 關係之圖式， 之豕效移動度及閾值電壓的 第19圖係顯示習知之 熱電聚源剖面圖及熱處理方法之圖^理方法中所採用的 52 3]6784 200533775 [主要 元件符號韵 L明] 101 電漿氣 體供應 管 102 冷媒供 應管 103 南頻線 圈 104 高頻電 源 105 熱電漿 106 構造物 107 被處理 溝膜層 108、 210 被處 理基板 200、 308 、503、 ‘ 921、 1003、 1105 熱電漿 流 201、 305 氣體 導入部 202 冷卻氣 體導入部 203 水冷高 頻線圈 204 高頻產 生器 206 喷出孔 208 匹配電 路 209、 321 磁力 線 211 基板表 面層 212 熱處理部 213 未處理部 214 移動方 向 215、 322 、 422 距離 220、 320 、410 磁場產生部 222 喷出孔下面 301 陰極 302 陽極 303 外部直 流電源 304 絕緣體 307 冷卻水 309、 500 、900、 ‘1004 、 ‘1006 、110C 1 基板 310、 501 、1010 薄膜 層 311、 323 熱電 漿流的 長軸(寬度） 312、 324 熱電 漿流的 寬度 313 冷卻噴 出孔 315 給水孔 316 排水孔 432、 433 位置 502、 1014帶狀 區域 504、 1011直交 方向 505、 1012平行 方向 316784 53
200533775
901、 110〗底層保護膜 902 半導體薄膜（a-Si層） 903 液體層 904 半導體層（Si結 晶層） 905 保濩絕緣層 906、 1106 閘極絕緣膜 907、 911 、 1107 、 111! 源極 908、 912、1108、Hu >及極 909、 1109 閘極 910、 1110層間絕緣 920、 1002 熱電漿頭 1000 處理室 1001 移動機構 1005 基板移動台 1102 Si層 1103 電漿頭 1104 電漿放電氣體 1200 行動電話 in. % 1201 天線部 1202 1203 、：1208、1210電氣光學 裝置 耳曰輪出部 1204 1206 、1209 操作部 受像部 1205 1207 聲音輪入部 攝影機 54

Claims (1)

  1. 200533775 十、申請專利範圍： 1 · 一種薄膜之熱處理方 與藉由通過經冷卻的+’φ使具備薄膜層之基板接近而 性收敛並整形之敎電:=寺的急遽溫度梯度而自發 流及上述基板相對移動向，並藉由使上述熱電聚 層的熱處理。 進仃上祕板上之上述薄膜 2. —種薄膜之熱處理方 盥— 具備薄膜層之基板接近而 、，θ k ^、工、部且產生磁場的噴出孔而自發性收斂 並整形之熱電漿流相對，、^ 1 述基板相對移動，而進Λ使述熱電漿流及上 處理。 進仃上述基板上之上述薄膜層的熱 3· 2請專利範圍第1項或第2項之薄膜之熱處理方法， :'二;=熱電聚流係藉由至少包含5%以 乳體的放電而產生。 4 ·如申请專利範圍第1 ^ 、、 中任貞之賴之熱處 /、 上述熱電漿流及上述基板的距離係使上 述熱電漿流射出端相對向之上述基板表面的距離在 以上20mm以下。 5. 如申請專利範圍第i項至第4項中任—項之薄膜之熱處 理方法，其中，上述熱電漿流的噴出方向為朝下。 6. 如申請專利範圍第i項至第5項中任一項之薄膜之熱處 理方法，其中，上述熱電漿流在被處理基板上之功率穷 度為60kW/cm2以上，且在上述基板上的一點之實效熱^ 理時間為5ms以下。 316784 55 200533775 7. 如申δ月專利範圍g }項至第 理方法，豆中，F、十、為+ 貝之屌朕之熱處 〃中上述熱電漿流與上述基板之相 度為50〇mm/s以上。 對私動速 8. 如申請專利範圍第i項至 理方、、共，使士 , 貝（厚無之熱處 去-巾，由上述薄膜的熱處理所引發之薄 晶化’係於相同的上述基板上具有固相結晶化 熔融結晶化之區域。 匕之區域及 9·如申請專利_第丨項至第6項巾任 理方法，苴中，卜、+、妯不收 > 只 寻膜之熱處 至少、、θ/〇 “^、、、电水^係為採用於非活性氣體中 乂犯。〇2或bo之氣體而產生之電漿流。 〇:中申 '專：乾圍$ 1項或第2項之薄膜之熱處理方法， /、中，措由上述熱處理而激起 丨1.如申請專利範圍第1項或第2項之薄膜曰曰化。 其㈣之錢理方法， a-種熱處理裝置層的熱氧化。 電_由:採用直個以上之電漿頭，該 =被冷卻且藉由急遽的溫度梯度而自發二： 之賀出孔所構成’並且，具備使從 下、 /出的熱電裝流及基板相對移動之移動機構部。、朝下 13.-種熱處理裝置，係至少具備^以 裝頭係由採用直流或是交流電力之熱電裝產生I::】 =被冷卻且具備磁場產生部之喷出孔所構成： 備使從該電漿頭朝下喷出的熱 - 之移動機構部。 …及基板相對移動 316784 56 200533775 14.:申範圍第12項或第13項之熱處理裝置，其 中上述貝出孔係具備長方形的環狀。 15•一種薄膜半導體元件之製造方法，係 成薄膜層之製程； 巷板上形 、產生熱電漿流’並藉由通過經冷卻的噴 遽的溫度梯度而自發性收斂並整' 、心 程； 小上述熱電漿流之製 使上述基板接近而與上述熱電毁流相對向 :上述熱電毁流及上述基板相對移動； 層的熱處理之製程；及 丁上i4胺 藉由上述薄膜層形成主動層之製程。 i6. —種薄膜半導體元件之製造方法，俜: 成薄膜層之製程； ”/、備.农基板上形 產生熱電漿流，並藉由通過經A 出孔自發性收敛並整形上述熱電襞i之製:磁場的噴 使上述基板接近而與上述熱電漿 L 、，— 使上述熱電漿流及上述基板相對移動，而"。’亚^ 層的熱處理之製程；及 行上述薄膜 藉由上述薄膜層形成主動層之萝程。 17. —種薄膜半導體元件之製造方法，供 成半導體薄膜層之製程； 、備··於基板上形 採用於非活性氣體中至少混a 產生熱電漿流，並藉由通過經冷卻°的；出5:±〇之她 溫度梯度而自發性收_形上述熱電渡流 316784 57 200533775 使上述基板接近而與上述熱電漿流相對向，並藉由 使上述熱電漿流及上述基板相對移動，於上述半導體薄 膜層進行熱處理，而形成閘極絕緣膜層之製程。 1 8. —種薄膜半導體元件之製造方法，係具備··於基板上形 成半導體薄膜層之製程； 採用於非活性氣體中至少混合有〇2或H2O之氣體而 產生熱電漿流，並藉由通過經冷卻且產生磁場的喷出孔 時的急遽的溫度梯度而自發性收斂並整形上述熱電漿 流之製程；及 使上述基板接近而與上述熱電漿流相對向，並藉由 使上述熱電毁流及上述基板相對移動，於上述半導體薄 膜層進行熱處理，而形成閘極絕緣膜層之製程。 1 9. 一種薄膜半導體元件之製造方法，係具備··於基板上形 成半導體薄膜層及金屬薄膜層之製程； 採用於非活性氣體中至少混合有〇2或H2〇之氣體而 產生熱電漿流，並藉由通過經冷卻的喷出孔時的急遽的 溫度梯度而自發性收斂並整形上述熱電漿流之製程；及 使上述基板接近而與上述熱電漿流相對向，並藉由 使上述熱電漿流及上述基板相對移動，於上述金屬薄膜 層進行熱處理，而藉由高介電常數絕緣膜形成閘極絕緣 膜層之製程。 20. —種薄膜半導體元件之製造方法，係具備··於基板上形 成半導體薄膜層及金屬薄膜層之製程； 採用於非活性氣體中至少混合有〇2或H2〇之氣體而 58 316784 200533775 產生熱電衆流’並精由通過經冷卻且產生磁场的17貧出孔 時的急遽的溫度梯度而自發性收斂並整形上述熱電漿 流之製程；及 使上述基板接近而與上述熱電漿流相對向，並藉由 使上述熱電漿流及上述基板相對移動，於上述金屬薄膜 層進行熱處理，而藉由高介電常數絕緣膜形成閘極絕緣 膜層之製程。 21. —種電氣光學裝置，係具備：於基板上形成薄膜層，且 使上述基板接近而與藉由通過經冷卻的噴出孔時的急 遽的溫度梯度而自發性收斂並整形之熱電漿流相對 向，藉由上述熱電漿流進行上述薄膜層的熱處理，並採 用該薄膜層而形成之薄膜半導體元件來做為電路元件 或顯示晝素的驅動元件。 22. —種電氣光學裝置，係具備：於基板上形成薄膜層，且 使上述基板接近而與藉由通過經冷卻且產生磁場的喷 出孔時的急遽的溫度梯度而自發性收斂並整形之熱電 漿流相對向，藉由上述熱電漿流進行上述薄膜層的熱處 理，並採用該薄膜層而形成之薄膜半導體元件來做為電 路元件或顯示晝素的驅動元件。 59 316784
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