TW400654B - The manufacture method of semiconductor device and the heat treatment device - Google Patents

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A7 B7 五、發明説明/ ) (技術領域） 本發明係關於一種半導體裝置之製造方法及熱處理者 。更具體而言，係關於一種藉由薄膜電晶體（以下，簡稱 爲T F T )製造驅動像素電極之主動矩陣基板時實行之熱 處理上最適用之技術者。 (背景技術） 作爲T F T所形成的基板，例如作爲光電裝置之一例 子有使用在液晶裝置（液晶面板）的主動矩陣基板。該主 動矩陣基板係在作爲絕緣基板之無鹼玻璃基板上矩陣狀地 配置有像素電極，同時對應於各像素電極連接使用聚矽等 之薄膜的T F T，形成經由T F T將電壓施加於各像素電 極俾驅動液晶。 製造此種主動矩陣基板，係在無鹼玻璃基板上以所定 圖案形成半導體薄膜，使用該半導體薄膜形成T F T或二 極體等之能動元件，或電阻或電容器等之受動元件等。在 此種情形，由於在形成矽S i等的半導體薄膜之過程，如 阻礙上述電氣元件之電氣性特性的要因（格子缺陷，照射 損傷或內部畸變等）產生在S i膜等，因此，以減少此等 缺陷作爲目的施行各種熱處理（退火）。 在該退火，係將具有如上述之缺陷的S i膜上昇至較 高溫度，以達成缺陷之修復（例如，原子空孔之消滅或對 於轉住之安定位置的移動），或是雜質之活性化（例如， 提高植入離子成爲施體或受體之比率）。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~ (請先閲讀背面之注意事項 ，本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明2() 實行此種退火時，以往使用熱處理爐（爐退火法）。 然而，在此種爐退火中，由於在處理上需較久時間（例如 ，依條件達到數小時），因此，藉由熱（5 0 0 °C以上， 或7 0 0°C以上之溫度），有在耐熱性較差之玻璃基板上 產生翹曲，或是在半導體膜內部過度進行雜質之擴散而降 低裝置特性等問題。因此，特別是，在作爲處理溫度被要 求低溫之低溫處理中，作爲從聚矽膜製造T F T等時之退 火方法，很難適用爐退火。 如此，近年來，開發了也可適用在從低溫處理所形成 之聚矽形成T F Τ等的各種低溫退火法及癌時退火法。在 此等低溫度退火法及短時間退火法中，雷射退火法係作爲 製作依低溫處理之聚矽T F Τ時的矽膜之結晶化或雜質活 性化的加熱手段被廣泛地使用。 該雷射退火法係採用藉由光學系線狀地聚光使用 X e C Γ，K r F等的激元雷射之射束，並介經將該線狀 射束照射在形成於玻璃基板上的非晶質矽a - S i膜等， 俾瞬時地熔融非晶質矽膜，並將非晶質矽膜作爲結晶化成 聚矽膜的熱處理等。 又，以往係在熱處理爐等之熱處理裝置中，實行退火 時，在配設於熱處理爐等內部的石英玻璃製等之台上載置 基板。 然而，近年來，對於液晶面板隨著被強烈要求提高高 精細化等之性能，藉由主動矩陣基板之雷射退火所產生之 半導體薄膜之熱應力之問題成爲表面化。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 裝 訂 線 -5- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明& ) 亦即，由提高液晶面板之i應性等之特性的觀點上， 要求更提高對於T F T之交換特性（亦即，η通道，P通 道之導通，斷開特性）等，在該交換特性之高性能化形成 T F Τ的聚矽等之結晶性的良否較重要。例如，在無鹼玻 璃基板以減壓 CVD (LPCVD : Low Pressure Chemical Vapor Deposition)堆積5 0 0 A膜厚的非晶質膜之後，在該 非晶質膜照射激元雷射俾瞬時地加熱非晶質膜，欲結晶化 成聚矽膜時，矽膜對於聚矽結晶之結晶化率係9 0%以上 較佳。但是，在以往之雷射退火法中，激元雷射所照射的 非晶質膜係瞬間地（例如數十毫微秒）加熱至約1 〇 〇 〇 °(：之，由於瞬時地冷卻至室溫，因此熱應力產生在被結晶 化之聚矽膜，而以起因於該熱應力之結晶缺陷等爲原因， 在聚矽結晶無法得到充分之結晶化率之問題上逐漸明瞭。 對於此種問題點，參照第9圖及第1 0圖加以詳述。 第9圖係表示正常地被結晶化之聚矽膜之依拉曼分光分析 法的分析結果的圖表。第1 0圖係表示以以往之雷射退火 法熱處理而被結晶化之聚矽膜之依拉曼分光分析法的分析 結果的圖表。 由這些圖可知，在正常地結晶化之聚矽，係如表示於 第9圖之分析結果，在拉曼光譜之波長5. 20 . 〇〇 ( c m_1 )出現峰値，而在以以往之雷射退火法經熱處理被 結晶化之聚矽膜，如表示於第1 〇圖之分析結果，可知拉 曼光譜之峰値比520 . 〇〇 (cm-1)較短之波長.偏離 。此爲推定藉由實行雷射退火時之熱應力而在聚矽膜產生 (請先閲讀背面之注意事項再本頁) -'s 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 五 、發明説明4 ) • 收 縮 9 介 經 在 聚 矽 結 晶 產 生缺 m 等 要 因 » 表 不從非晶 質 矽 對於 聚 矽 之 結 晶 化 率 降 低者 〇 亦即 > 在以往 之 雷 射 退 火 法 9 係 考 量 由 於在局部地 高 密 度之 能 量 短 時 間 地 被 投入 ， 因 此 > . 在冷卻時收 縮 等 之畸 變 會 產 生在 聚 矽 膜 者 〇 特別 是 在 製 造 主 動 矩 陣 基 板時 之 雷 射退火法 中 如 上所述地形成 將 激 元 雷 射 之 波 束介 經 光 學 系 線 狀地 聚 光 並 照 射 > 而對於 該 照 射波束 > 以所定時 移 動 例如 載 置 於 帶 式 運 送 機 或 滾 子 等 的 基 板 9 或 是 對 於 載 在 台 座 上 之 基 板移 動 波 束 形成 對 於 整 體 基 板 能 實 行 退 火 〇 所以 產 生在 基 板 上 之 聚 矽 膜 之 熱 應 力 也沿 著 被 照 射 之波束而 線 狀地 產 生 0 如此 產 生在 基 板上 聚 矽 膜 會 出現 線 狀 條 紋 花 樣 同 時 受 該 線 狀地 產 生 之 應 力 的 影 響 而在 整 體 基 板 產 生 翹 曲 之 重 大 問 題 〇 另 —' 方 面 代 替 雷 射 退 火 束 使 用 鹵 素 燈 等 之低 溫 退 火 法 或 作 爲 短 時 間 退 火 法硏 究 出 燈 退 火法 0 該 燈 退 火 法 係使用 產 生 矽 膜 所吸收之特 疋 波 長 之 照 射光 的 燈 介 經 將 能 量 光 對 於矽 膜 照 射收秒 鐘 至 數 十秒 鍾 ， 上 昇 溫 度 俾 達 成缺 陷 之 修 復 或 雜 質 之活性化 者 0 在 燈 退 火 法 中 由 於 藉 由 玻 璃 基 板 上 之非 晶 質 矽 膜 之 密 度 差 產 生 極 上山 m 之 溫 度 差 5 因 此 留 下 極 大 之 膜 畸 變 所 以 情 形 具 有玻 璃 基 板本 體 破 裂 等 之 重 大 問 題 且 對 於低 溫 處 理 聚 矽 Τ F T 等 之 量 產 上 的 適 用 係 並 未成功 乃 爲 實 際 狀況 0 又 在 以 往之 熱 處 理 裝 置 中 因 爐 內 被 高 溫 地加 熱 之 影 響 而在石英玻 璃 製 台 座 之 表 面 上 有 產 生 畸 變 或 變 形 之 頁 裝 訂 錄 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 請 先 聞 讀 背 之 注 意 事 項 再 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明& ) 問題。如此，介經該台座表面之畸變或變形之影響，或從 台座直接地傳導之熱，具有在載於台座上之基板產生翹曲 等之變形的重大不方便。特別是，因無鹼玻璃基板係耐熱 性較差，因此，介經從台座所傳導之熱，在約6 5 0 °C之 溫度產生很大翹曲或變形，有大幅度降低基板之良品率的 問題。 本發明係鑑於上述課題而實行硏究開發之結果所發展 者，其目的係在於提供一種在絕緣基板及形成於該絕緣基 板之半導體薄膜面不會產生熱應力等之弊害，可實行安定 之退火的半導體裝置之製造方法及熱處理裝置。 又，本發明之目的係在於提供一種遮斷從載置基板之 台座對於基板本體的熱之傳導，可有效地防止依基板之熱 之翹曲或變形的半導體裝置之製造方法及熱處理裝置。 (發明之揭示） 爲了達成上述目的，本發明的半導體裝置之製造方法 ，屬於熱處理形成於基板之薄膜的半導體裝置之製造方法 ，其特徵爲：至少具有從上述基板之其中一方之面側向該 基板照射具有2.5至5之範圍之波長頻帶的中 間紅外線俾加熱上述基板的加熱製程，及從上述基板之另 一方之面側向該基板照射具有2 . 5 Am以下之波長頻帶 的近紅外線俾熱處理上述薄膜的熱處理製程。 在本發明中，上述加熱製程之加熱溫度係3 0 0°C至 4 5 0 °C之範圍者較理想。又，上述熱處理製程之加熱溫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐)〇_ A7 _B7_ 五、發明説明έ ) 度係8 0 0 t以上1 0 0 0 °C以下之範圍者較理想。 在本發明係在加熱製程以所定條件預熱基板之後，在 熱處理製程中在薄膜實行退火。因此，在堆積於例如無鹼 玻璃基板上的非晶質矽膜施以本發明之熱處理俾實行對於 聚矽膜之結晶化時，介經加熱製程對於基板之預熱效果； 可防止在退火後之聚矽膜上產生熱應力。亦即，在加熱製 程中在基板上加熱，介經事先預熱基板，在熱處理製程將 聚矽膜施以熱處理，也可防止熱應力對於聚矽膜之產生。 因此，不會產生起因於熱應力之結晶缺陷等，故可提高從 非晶質矽膜對於聚矽膜之結晶比率。又，由於在聚矽膜不 會留下熱應力，因此，不會有玻璃基板趣曲或破裂之情形 。故，可提高主動矩陣基板之良品率。 在本發明，係在上述熱處理製程中，例如，上述近紅 外線係藉由所定光學系統成爲聚光並照射於上述基板，同 時，以所定速度相對移動上述基板者。又， ，在上述熱處理製程中，例如，上述近紅外線係藉由所定 光學系統成爲平行光線並照射於上述基板，同時，以所定 速度相對移動上述基板者也可以。如此地構成，可均等地 實行對於基板或形成在基板的半導體薄膜之表面的熱處理 在本發明，係在上述熱處理製程中，近紅外線係藉由 所定光學系統成爲平行光線並一倂照射形成於上述基板之 上述薄膜之大約全領域者也可以。 在本發明，係在上述熱處理製程中，介經近紅外線之 請 先 閱 背 面 之 注 意 事 項 再 本 頁 裝 訂 線 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 本纸張尺度適用中國囪家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） -9- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明ί ) 波長係使用在1 至2 之範圍內可變化之光源，更 均等地實行對於基板或形成在基板的半導體薄膜之熱處理 較理想。 此種熱處理製程的近紅外線之波長控制，係例如可介 經變化性應於上述光源的電流之頻率加以實行。 在本發明，係在上述熱處理製程中，代替近紅外線之 波長控制，或是波長控制之同時，介經變化供應於上述光 源的電流，來控制近紅外線對於上述基板之照射強度者較 理想。 在本發明，作爲控制上述近紅外線之照射強度之方法 ，有變化近紅外線之光源與上述基板之相對距離的方法， 漫射或反射從近紅外線之光源向上述基板之近紅外線的方 法，變化對於從近紅外線之光源向上述基板之近紅外線所 配置的反射鏡之反射角度的方法，衰減從近紅外線之光源 向上述基板之近紅外線的方法。 在本發明，也有，在上述熱處理製程中，配置光路波 長濾波器，介經連續地變化該波長濾波器的近紅外線之透 過領域，來控制近紅外線對於上述基板之照射強度的方法 。在此時，係在上述熱處理製程中，可使用石英製縫隙作 爲上述波長濾波器，而在該石英製縫隙介經近紅外線連續 地變化可透過之縫隙之寬度，可控制近紅外線對於上述基 板之照射強度。 在本發明，上述加熱製程及上述熱處理製程中之至少 一方的製程，係從上述基板所載置之台座隔所定間隔之狀 請 先 閲 背 之 注 意 事 項 I#. 裝 頁 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -10· 五、發明説明s ) 態下實行該基 之表面隔所定 因此，不受台 熱處理製程中 ，因此，可確 在此種半 如無鹼玻璃基 在本發明 膜的熱處理裝 一方之面側向 頻帶的中間紅 基板之另一方 板較理想。 間隔之狀態 座之畸變或 ，由於不會 實地防止基 導體裝置之 板，上述半 的熱處理裝 置，其特徵 該基板照射 外線俾加熱 之面側向該 A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消費合作杜印製 波長頻帶的近紅外線俾熱 在本發明中，又具有 至藉由上述熱處理手段被 的移送手段。 在本發明中，上述加 之範圍內加熱上述基板者 8 0 0 t 以上 1 0 0 0 °C 薄膜者。 在本發明，上述加熱 之中間紅外線燈者。又， 近紅外線之近紅外線燈者 在此種加熱裝置中， 依照該方法，由於基 下實行加熱製程與熱 變形之影響。又，在 從台座表面直接傳熱 板在高熱下趨曲或變 製造方法，其中，上 導體薄膜係非晶質矽 置，屬於熱處理形成 爲：至少具有從上述 具有2 . 5//m至5 上述基板的加熱手段 基板照射具有2.5 處理上述薄膜的熱處 藉由上述加熱手段被 熱處理之位置用以移 板係從台座 處理製程， 加熱製程及 至基板本體 形之情形。 述基板係例 薄膜者。 於基板之薄 基板之其中 M m之波長 ，及從上述 // m以下之 理手段。 加熱之位置 送上述基板 熱手段係在3 0 0 °C至4 5 0 °C 。又，上述熱處理手段係在 以下之範圍加熱上述基板或上述 手段係例如具備射出中間紅外線 上述熱處理手段係例如具備射出 〇 上述加熱手段係藉由從中間紅外 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇Χ297公釐）_ 請 先 閱 % 背 之 注 意 事 項 再 Q 本 頁 裝 訂 線 \ A7 B7 五、發明説明¥ ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 線燈所射出之中間紅外線將上述基板加熱至大約3 5 0 °C ，上述熱處理手段係藉由從作爲射出近紅外線之光源的近 紅外線燈以7 5 0 0 W之輸出所射出之近紅外線將上述基 板或上述半導體薄膜加熱至8 0 0°C以上1 0 0 0°C以下 之溫度，上述移送手段係以2 . 5mm/s e c之速度移 送上述基板者。以如此條件在半導體薄膜實行熱處理時， 則可確實地防止在退火後之半導體薄膜（例如聚矽膜）產 生熱應力之情形。因此，可將產生起因於熱應力之結晶缺 陷等防範於未然，故可提高從非晶質矽膜對於聚矽膜之結 晶化率。又，由於在聚矽膜不留下熱應力，故可有效地防 止玻璃基板翹曲或破裂之情形，又可提高主動矩陣基板之 良品率。 在本發明中，上述熱處理手段係具備可將近紅外線之 波長在1 μιη至2 之範圍變化之近紅外線用光源者較 理想。 又，在本發明中，上述熱處理手段，係介經變化供應 於上述近紅外線用光源的電流之頻率加以控制近紅外線之 波長者較理想。 又，在本發明中，上述熱處理手段係具有變更上述近 紅外線之照射強度的手段者較理想。例如上述近紅外線之 照射強度係控制在相當於最大照射強度之2 5%的強度至 相當於1 0 0%的強度之範圍者較理想。 在本發明中，作爲用以控制近紅外線對於上述基板之 照射強度的構成。可採用例如，變化供應於近紅外線之光 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 •4 裝 頁 訂 1馨線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· 12 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 _B7_五、發明説明ί〇 ) 源之電力的構成，變化近紅外線之光源與上述基板之相對 距離之電力的構成，漫射或反射從近紅外線之光源向上述 基板之近紅外線的構成；變化對於從近紅外線之光源向上 述基板之近紅外線所配置的反射鏡之反射角度的構成；衰 減從近紅外線之光源向上述基板之近紅外線的構成。 .又，採用介經連續地變化配置於近紅外線之光源至上 述基板之光路之途中位置的波長濾波器之近紅外線之透過 領域，控制近紅外線對於上述基板之照射強度的構成也可 以。此時，上述熱處理手段，係在使用作爲上述波長濾波 器的石英製縫隙，介經近紅外線連續地變化可透過之縫隙 之寬度，控制近紅外線對於上述基板之照射強度。 在本發明中，又具有在上述基板及載置該基板之台座 之表面之間確保所定間隔的基板隔離手段者較理想。如此 地構成時，由於基板係藉由基板隔離手段係台座之表面以 所定間隔隔離，因此，不會受到台座之畸變或變形之影響 。又，由於可避免熱從台座表面直接地傳導至基板本體， 因此，可有效地防止基板介經高熱產生趨曲或變形的情形 請 先 閲 背 之 注 意 事 項 再 Λ 本 頁 裝 訂 線 在本發明中，作爲上述基板隔離手段係可利用配置於 上述台座之表面的複數耐熱性間隔件，而該耐熱性間隔件 係由陶瓷所形成者較理想。如此地構成時，則可用價廉之 構成從台座之表面隔離基板，同時，可防止基板被雜質污 在本發明中，上述基板隔離手段係具備噴出氣以浮起 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -13- A7 __B7_ 五、發明説明A ) 上述基板的氣體浮起裝置較理想。在該氣體浮起裝置係在 上述台座之表面形成有複數氣體噴出口，從此等氣體噴出 口噴出所定壓力之氣體俾浮起上述基板。如此地構成時， 由於基板係在介經從台座側噴出之氣體被浮起之狀態下施 以熱處理，因此基板不會受到台座之畸變或變形之影響。 又’由於可避免熱從台座表面直接地傳導至基板本體，因 此，可有效地防止基板介經高熱產生翹曲或變形的情形。 在此等氣體浮起裝置，係從上述氣體噴出口噴出惰性 氣體，氮氣，或是水蒸汽氣體等。 在本發明中，又具有將從上述氣體噴出口所噴出的氣 體引導至上述基板之表面的氣體誘導手段者較理想。如此 地構成時，噴出之氣體爲惰性氣體或N2氣體時，可防止基 板或半導體薄膜之表面被氧化，所噴出之氣體爲水蒸汽氣 體時，在基板或半導體薄膜之表面可形成氧化膜。 作爲該上述氣體誘導手段係具備將從上述基板之端部 側噴出之氣體引導至該基板之表面側的導葉者較理想。如 此地構成時，以價廉之構成。可將噴出之氣體引導至半導 體薄膜之表面側。 以如此熱處理裝置被處理之基板，例如無鹼玻璃基板 ;形成於該基板之半導體薄膜，例如係非晶質薄膜者。 (用以實施發明之最佳形態） 以下，使用圖式說明本發明之最佳實施形態 請 先 閲 之 注 意 事 項 旁 装 il 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -14- A7 ____ B7_ 五、發明説明*j(2 ) (第1實施形態） 第1 ( a )圖係表示本發明的半導體裝置之製造方法 的圖式。具體而言，關於熱處理形成在基板之薄膜所用的 方法，及適用於該方法的熱處理裝置，表示作爲第1實施 形態的槪略構成圖，第1 ( b )圖係表示該裝置之加熱溫 度與時間之關係的圖表。 在第1圖中，在作爲絕緣基板1之無鹼玻璃基板（以 下，簡稱爲基板）上作爲薄膜形成有非晶質矽膜2所構成 的半導體薄膜。作爲基板1，係可使用日本電氣玻璃（运 )所製成的0A— 2等，其鹼氧化物之含有量係0 . 1% 以下。非晶質矽膜2係例如串經減壓C V D法所形成。以 厚500A堆積之膜。 該非晶質矽膜2所形成的基板1，係藉由作爲熱處理 裝置1 0之移送手段（代替省略圖示，以箭號5 0表示移 送方向）之帶式運送機或輥移送裝置等，構成從圖面上左 側以所定速度被移送至右側。 對於形成在基板1之非晶質矽膜2爲了實行熱處理， 在本形態之熱處理裝置1 0 ,於熱處理裝置本體1 1構成 有第1加熱裝置3 (加熱手段）與第2加熱裝置4 (熱處 理手段）。作爲加熱手段之第1加熱裝置，係在加熱製程 中用以事先加熱基板者。亦即，用以預熱基板者。又，作 爲熱處理手段之第2加熱裝置，係在熱處理製程中，用以 熱處理形成在基板的薄膜者》 在第1加熱裝置3，作爲中間紅外線10 0之光源設 請 先 閲 讀 背 Φ 之 注 意 事 項 裝 頁 11 經濟部£揉準局貝工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 A7 ___B7_五、發明説明心) 有複數鹵素爐3 a。第1加熱裝置3係從移送之基板1下 方對於基板1下面照射波長2 . 5 //m至5#m之中間1 紅外線1 0 0而將基板1昇溫至約3 5 0 °C並加以預熱。 在此，第1加熱裝置3係可分成複數塊所構成，因此 ，在每一各塊也可變更中間紅外線1 0 0之照射強度等。 在第2加熱裝置4，作爲光源設有複數個鹵素燈4 a 。光源係具有發光波長2 . 5 # m以下之近紅外線2 0 〇 之特性。又，在鹵素燈4 a之背後，設有反射近紅外線 2 0 0而線狀地聚光的反射板4 b。又，在反射板設有凹 面。 該鹵素燈4 a係具備如第2圖及第3圖所示之特性。 第2圖係表示從鹵素燈4所射出之近紅外線2 0 0之波長 (nm)與基板之溫度（°C)之關係之圖表。如圖所示， 圖表係表示藉由燈之波長推移基板之溫度之樣子。如圖所 示，在近紅外線域也具有隨著縮短波長，能量愈大之特性 。特別是可知在波長1.4nm時，基板溫度達到大約 1 8 0 0。。。 第3 ( a )圖係表示鹵素燈4 a之施加電壓-光輸出 特性的圖表。介經在4 0〜1 0 0%之範圍內變化電壓， 可知以最火光輸出之2 5%〜1 0 0%之範圍可控制燈之 輸出（在實施形態爲最大輸出7 5 0 0W)。 又，第3 ( a )圖係表示鹵素燈4 a之施加電壓一線 圈溫度時性的圖素，介經在4 0. %〜1 0 0%之範圍的容 許範圍內變化施加電壓，可知在1 5 0 0 °C〜2 0 0°C之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· 16 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 裝 訂 線 A7 B7 五、發明説明‘) 範圍可控制燈之線圏溫度。又，依本案發明人等之實驗， 線圈溫度（1 5 0 0 °C〜2 0 0 0/C )，係被確認相當於 基板之溫度（600 °C〜800 °C)，介經以40%〜 1 0 0%之範圍可變控制施加電壓，成爲以如上述之範圍 可控制基板之溫度。 簡單地說明使用如此所構成的第1實施形態的熱處理 裝置，在半導體裝置之製造方法中對於形成在基板1之非 晶質矽膜2實行熱處理等之順序。 首先，在第1 (a)圖中，將電力開始供應至中間紅 外線1 0 0之光源的複數鹵素燈3 a，俾驅動第1加熱裝 置3。又，從鹵素燈3 a所輸出的中間紅外線1 〇 〇之強 度，係隨時基板之移送速度或基板之面積等，將整體基板 1事先設成可昇溫至大約3 5 0 °C。或是設置用以測定基 板1之溫度的測定溫度手段，構成依據藉由測定溫度手段 所測定之結果即時地適當控制成使整體基板1成爲大約 3 5 0 °C的裝置也可以。 又，同時地，將電力開始供應至近紅外線2 0 0 °C光 源的鹵素燈4 a，俾驅動第2加熱裝置4。又，從鹵素燈 4 a所輸出的近紅外線2 0 0之強度，係隨著基板之移送 速度或基板之面積等，將非晶質矽膜2事先設成可昇溫至 800 °C〜1000 °C，或是設置用以測定基板1之表面 溫度的測定溫度手段，並以4 0%〜1 0 0%之範圍控制 施加電壓成使非晶質矽膜2成爲8 0 0°C〜1 〇 〇 〇°C之 所定溫度（在本實施形態爲8 0 0°C)也可以。 請 先 閱 % 背 之 注 意 事 項 哥 © 本 頁 裝 訂 線 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- A7 B7 五、發明説明4 ) 之後，起動移送手段，將基板1以例如2.5 mm/s e c之速度從第1圖上左側開始移送至右側。 結果從第1加熱裝置3之各鹵素燈3a，3a ......... 所輸出的中間絕外線1 Ο 0照射在基板1之下面。因此， 無鹼玻璃所構成的基板1，係吸收中間紅外線1 0 0而被 加熱，直到依第2加熱裝置4對於基板表面側的熱處理開 始爲止被加熱至大約3 5 Ot (也稱爲加熱製程/預備加 熱製程）。 在該加熱製程中被加熱之基板1連續地移送，被移送 至藉由第2加熱裝置4被加熱之位置時，對於形成在基板 1上之非晶質矽膜2，照射從第2加熱裝置4之鹵素燈4 a所輸出的近紅外線2 0 0。藉由從鹵素燈所輸出之光係 藉由反射板4 b以線狀地聚光之狀態下連續地照射在基板 表面（熱處理製程）。 因此，如第1 (b)圖所示地，非晶質矽膜2係吸收 近紅外線2 0 0並被加熱，而被加熱至大約8 0 0°C。由 此，非晶質矽膜2係從膜表面至所定深度爲止被格子化， 而結晶化成聚矽結晶。 * 如此，在非晶質矽膜2 5結晶化成聚矽結晶時，本發 明係在實行熱處理之前，由於藉由加熱裝置將基板1預熱 至3 5 CTC，因此，在再結晶化時可有效地熱應力之產生 。因此，由於本發明係可大幅度地減低起因於熱應力之精 晶缺陷等之產生，故可提高從非晶質矽對於聚矽之實質上 結晶化率。如此，本發明係成爲可更提高使用聚矽膜所形 本纸張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_ 8 請 先 閲 背 之 注 意 事 項 ΪΛ 言 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 經濟部中央橾率局員工消费合作社印裝 A7 B7 五、發明説明A ) 成的薄膜電晶體等之特性。 第4圖係表不介經拉曼分光分析法分析介經如上述之 處理將非晶質矽再結晶化在聚矽的膜之結果的圖表。如圖 表所示，在拉曼光譜中，可知在波長520 . 00 ( c m_1 )出現峰値。將此與先前所表示之第9圖的被正常 地結晶化之聚矽的分析結果，及藉由第1 〇圖之雷射退火 使之結晶化之聚矽膜的分析結果有比較時，可知其峰値之 輸出方法與被正常地結晶化之聚矽的圖表（第9圖）相近 似。因此，由這些圖式，可判斷使用此種熱處理方法從非 晶質矽使之結晶化成聚矽之結晶化率，比介經雷射退火法 使之結晶化之情形較高。 又，依本發明之製造方法，亦即依使用如上述之熱處 理方法，可抑制熱應力之產生。因此，可防止產生在聚矽 膜之收縮等之畸變，故可將產生在基板1之翹曲或破裂等 之情形防範於未然。又，可提高使用該基板1製造半導體 裝置之一例子的主動矩陣基板時之良品率。因此，可減低 液晶面板之成本。 又，如第1 ( a )圖所示，在本形態中，即使結束依 第2加熱裝置4之熱處理後，也可藉由位於第2加熱裝置 4之下游側（圖式中位於右側）的第1加熱裝置3繼續施 行依中間紅外線100之加熱。因此，依第2加熱裝置4 之熱處理後，可徐徐地冷卻加熱裝置1。所以，由於從非 晶質矽膜2所變換之聚矽膜也可徐徐地冷卻。故本發明的 半導體裝置之製造方法係可更減低產生在聚矽膜的熱應力 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）_ «j 9 . 訂— 矣 (請先閲讀背面之注意事項再本頁) / \ _ 五、發明説明1卜 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印装 (第2實施形態） 參照第5圖說明本發明之第2實施形態。 第5 ( a )圖係表示用以實施本發明之第2實施形態 的半導體裝置之製造方法（熱處理方法）之熱處理裝置的 槪略構成圖；第5 ( b )圖係表示該熱處理裝置之加熱溫 度與時間之關係的圖表。又，因本形態的熱處理裝置係與 上述之第1實施形態的熱處理裝置基本上構成相同，故對 於對應部分附與相同記號，而省略此等之詳細說明。 在第5 ( a )圖中，本形態的熱處理裝置2 0之熱處 理裝置本體2 1，係由第1加熱裝置3 (加熱手段）與第 2加熱裝置4(熱處理手段）所構成。 在第1加熱裝置3，與第1實施形態同樣地，作爲光 源設有複數鹵素燈3 a。鹵素燈係具有照射中間紅外線 1 0 0之特性。加熱裝置係將基板1加熱至3 5 0 °C。亦 即，加熱裝置照射波長2 . 5至5 M m之中間紅外線 1 0 0至基板1之下面而將藉由移送手段（未予圖示）移 送的基板1預熱至3 5 0 °C »又，由於第1加熱裝置3係 可構成分成複數塊，因此，在每一各塊可構成變更中間紅 外線1 0 0之照射強度等。 在第2加熱裝置4，作爲光源設有鹵素燈4 a。光源 係具有波長照射2 . 5 /im以下的近紅外線2〇0之特性 。在鹵素燈4a之背後，形成有反射板4b，該反射板係 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 Λ i 裝 訂 I ©線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -20- A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明A ) 反射從光源照射之近紅外線2 0 0成爲平行光線。又，在 反射板形有凹面，該凹面具有將近紅外線變成平行光線的 作用。 又，鹵素燈4 a之特性，係與第1實施形態相同，介 經4 0〜1 0 0%之範圍可變控制施加電壓，可在6 0 0 °C〜8 0 0 °C之範圍控制基板之溫度。 簡單地說明使用如此所構成的第2實施形態的熱處理 裝置，在半導體裝置之製造方法中對於形成在基板1之非 晶質矽膜2實行熱處理等之順序。 首先，將電力開始供應至中間紅外線1 0 0之光源的 複數鹵素燈3 a，俾驅動加熱裝置。又，從鹵素燈3 a所 輸出的中間紅外線1 0 0之強度，係隨時基板之移送速度 或基板之面積等，將整體基板1事先設成可昇溫至大約 3 5 0 °C。或是設置用以測定基板1之溫度的測定溫度手 段，構成依據藉由測定溫度手段所測定之結果即時地適當 控制成使整體基板1成爲大約3 5 0°C的裝置也可以。 又，同時地，將電力開始供應至近紅外線2 0 0°C光 源的鹵素燈4 a，俾驅動第2加熱裝置4。又，從鹵素燈 4 a所輸出的近紅外線2 0 0之強度，係隨著基板之移送 速度或基板之面積等，將非晶質矽膜2事先設成可昇溫至 800 °C〜1000 °C ’或是設置用以測定基板1之表面 溫度的測定溫度手段，並以4 0 %〜1 〇 〇 %之範圍控制 施加電壓成使非晶質矽膜2成爲8 0 0°C〜1〇 〇 〇°C之 所定溫度（在本實施形態爲8 0 0°C)也可以。 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項1Λ 旁 裝 訂 s)線 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -21 - 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印製 A7 __B7___ 五、發明説明A ) 之後，起動移送手段，將基板1以例如2 . 5 mm/s e c之速度從上游側移移送至下游側〔第5 ( a )圖上，從左側至右側。 結果從第1加熱裝置3之各鹵素燈3 a，所輸出的中 間絕外線Γ 0 0照射在基板1之下面。因此，無鹼玻璃所 構成的基板1，係吸收中間紅外線1 0 0而被加熱，直到 依第2加熱裝置4對於基板表面側的熱處理開始爲止被加 熱至大約3 5 0°C (加熱製程）。 在該加熱製程中被加熱之基板1連續地移送，被移送 至第2加熱裝置時，從第2加熱加熱裝置4之鹵素燈4 a 輸出並藉由反射板4 b成爲平行光線的近紅外線2 0 0連 續地照射在形成於基板1上的非晶質矽膜（熱處理製程） 〇 因此，如第5 (b)圖所示地，非晶質矽膜2係吸收 近紅外線2 0 0並被加熱，而被昇溫至大約8 0 0°C。由 此，非晶質矽膜2係從膜表面至所定深度爲止被格子化， 而結晶化成聚矽結晶。 ' 由此，與第1實施形態之情形同樣地，由於可有效地 防止再結晶化時產生在矽膜的熱應力，因此，本發明係可 大幅度地減低起因於熱應力之結晶缺陷等之產生。又，介 經抑制產生熱應力，由於也可防止在聚矽膜發生收縮等之 畸變，因此，可將在玻璃基板1產生翹曲或破裂等現象防 範於未然。 - 又，如第5 ( a )圖所示，在本形態中，即使結束依 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ _ 裝 訂 H —~線 (請先閱讀背面之注意事項再{0^·本頁) / A7 B7 五、發明説明4 ) 第2加熱裝置4之熱處理後，也可藉由位第2加熱裝置4 之下游側（位於第5 ( a )圖式中右側）的第1加熱裝g 3繼續施行依中間紅外線1 〇 〇之加熱。因此，可更減低 產生在聚矽膜上之熱應力。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (第3實施形態） 參照第6圖說明本發明之第3實施形 第6 ( a )圖係表示用以實施本發明 的熱處理方法之熱處理裝置的槪略構成圖 係表示該熱處理裝置之加熱溫度與時間之 6 ( c )圖係表示該熱處理裝置之熱處理 因本形態的熱處理裝置也係與上述之第1 2實施形態的熱處理裝置基本上構成相同 分附與相同記號，而省略此等之詳細說明 在第6 (a)圖中，本形態的熱處理 理裝置本體31係由第1加熱裝置3(加 加熱裝置4(熱處理手段）所構成。 在第1加熱裝置3 ,與第1實施形態 同樣地，作爲中間紅外線1 0 0之光源設 3 a。鹵素燈係構成在載置於第1加熱裝 照射中間紅外線，照射波長2 . 5 # m至 外線1 0 0，而將基板1昇溫至大約3 5 加熱裝置3係也可構成分成複數塊。此時 可構成變更中間紅外線1 0 0之照射強度 態。 之第3 ，·第6 關係的 的時序 實施形 ，故對 〇 裝置3 熱手段 實施形態 (b )圖 圖表。第 圖。又， 態，或第 於對應部 0的熱處 )與第2 實施形態 鹵素燈 之基板1 之中間紅 ，第2 有複數 置3上 5仁m 〇 °C。又，第 ，在每 等。 塊也可 請 先 聞 背 面 之 注 意 事 項 R裝 頁 訂 _線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -23- A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明4 ) 在第2加熱裝置4，形成有複數鹵素燈4 a所構成的 光源。光源係具有發光波長2.5以下之近紅外線 2 〇 0之特性。又，在該鹵素燈4 a之周圍，設有具有用 以反射近紅外線2 0 0成爲平行光線之凹面的反射板4 b 。又，在本形態，由於在形成在基板1之整體非晶質矽膜 2 —倂照射近紅外線2 0 0，因此，設置第2加熱裝置4 之大小或鹵素燈4 a之燈數等係隨著施以熱處理之基板1 之面積等來決定。 在此，鹵素燈4 a之特性係與第1實施形態及第2實 施例相同，介經在4 0〜1 0 0%之範圍可變控制施加電 壓，可在6 0 0°C〜8 0 0 °C之範圍控制基板之溫度。 簡單地說明使用如此所構成的第2實施形態的熱處理 裝置，在半導體裝置之製造方法中對於形成在基板1之非 晶質矽膜2實行熱處理等之順序。 首先，將電力開始供應於複數之鹵素燈3 a，俾驅動 第1加熱裝置3。又從鹵素燈3 a所輸出的中間紅外線 1 0 0之強度，係隨時基板之移送速度或基板之面積等， 將整體基板1事先設成可昇溫至大約3 5 0 °C »或是設置 用以測定基板1之溫度的測定溫度手段，構成依據藉由測 定溫度手段所測定之結果即時地適當控制成使整體基板1 成爲大約350 °C的裝置也可以。 然後，起動移送手段開始將基板1移送至第2加熱裝 置4側，同時對於基板1下面，照射從第1加熱裝置3之 各鹵素燈3 a所輸出的中間紅外線1 〇 〇。因此，如第6 請 先 閱 讀 背 ίι 之 注 意 事 項 裝 頁 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -24- 經濟部中央橾準局負工消費合作社印裝 A7 _B7_五、發明説明d ) (b )圖所示，無鹼玻璃所構成之基板1係吸收該中間紅 外線1 0 0而被加熱直到依第2加熱裝置4對於基板表面 側的熱處理開始爲止被預熱至大約3 5 CTC (加熱製程） 0 之後，如第6 ( C )圖所示，整體基板1到達第2加 熱裝置4之正下方之時刻停止移送手段所定時間。 在此，如第6(b)圖及6(c)所示，電力開始供 應至鹵素燈4 a，驅動第2加熱裝置4 »此時，從鹵素燈 4 a所輸出之近紅外線2 0 0藉由反射板4 b在被變換成 平行光線之狀態下，對於形成在基板1上之所有非晶質矽 膜2 —倂地照射（熱處理製程）。 由此，所有非晶質矽膜2係如第6 ( b )圖所示地， 吸收近紅外線2 0 0而被昇溫至大約8 0 0 °C，非晶質矽 膜2係從膜表面至所定度爲止被格子化，而結晶化成聚矽 結晶。 又，從鹵素燈4 a所輸出的近紅外線2 0 0之強度， 係隨著基板1之面積等，將所有非晶質矽膜2事先設成可 昇溫至8 0 0 °C〜1 0 0 0 °C，或是設置用以測定基板1 之表面溫度的測定溫度手段，並以4 0%〜10 0%之範 圍控制施加電壓成使非晶質矽膜2成爲8 0 0°C〜1 0 0 0 °C之所定溫度（在本實施形態爲8 0 0 °C )也可以。 之後，如第6 ( c )圖所示，經過所定時間之後停止 供電至鹵素燈4 a，同時再驅動移送手段，運出結束熱處 理之基板1。 請 先 閲 之 注 意 項 裝 頁 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -25- A7 B7 五、發明説明4 ) 1實施形態或第2實施形態之情形同樣地 防止結晶化時產生在矽膜的熱應力，因此 低起因於熱應力之結晶缺陷等之產生。又 熱應力，由於也可防止在聚矽膜發生收縮 ，可將在玻璃基板1產生翹曲或破裂等現 (a )圖所示，即使結束依第2加熱裝置 也可藉由位於第2加熱裝置4之下游側（ 圖式中右側）的第1加熱裝置3繼續施行 0 0之加熱。因此，可徐徐地冷卻聚矽。 生熱應力。 (第4實施形態） 參照第7圖說明本發明之第4實施形態。 第7圖係表示用以實施本發明之第4實施形態的熱處 理裝置的槪略剖面圖。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印氧 由此，與第 ，由於可有效地 ，可大幅度地減 介經本發明抑制 等之畸變，因此 象防範於未然。 又，如第6 4之熱處理後， 位於第6 ( a ) 依中間紅外線1 故，可更減低產 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 Λ 本 頁 在第7圖中，本形態之熱處理裝置4 0，係具有熱處 理殼，熱處理殻4 1係兼具以石英玻璃或陶瓷所成形的基 板載置用台座44。 在該熱處理殼4 1之下方，設有兩具鹵素燈3 a作爲 使用於加熱裝置（加熱手段）之光源。從鹵素燈3 a射出 具有2.5至5之波長頻帶的中間紅外線100 ，並將基板1預熱昇溫至大約3 5 0 °C。 在熱處理殻1之底面的台座4 4之表面上，配置例如 -26- 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公嫠） A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 五、發明説明4 ) 以陶瓷等耐熱性材料所成形的複數個半球狀之間隔件4 3 (基板隔離手段）。在本形態中，間隔件4 3之高度，係 例如設定在1 m m。 於該間隔件43上載置有無鹼玻璃所構成的基板1。 亦即，該基板1係從熱處理殼1之底面（台座4 4之表面 )隔離之狀態下被保持。作爲基板1係使用鹼氧化物之含 有量爲0 . 1 %以下之例如日本電氣玻璃（股）所製的 0A - 2等》在基板1之表面例如作爲半導體薄膜形成有 非晶質矽膜2。 在熱處理殼1之上方設有複數鹵素燈4 a (熱處理手 段），成爲與基板1之表面相對向。從鹵素燈4 a射出具 有2 . 5#m以下之波長頻帶的近紅外線2 0 0，將基板 1加熱至8 0 0°C〜1 0 0 0°C之溫度，實行所定退火。 又，在鹵素燈4 a之上方，設有用以防止過熱的水冷 冷卻套4 6。 簡單地說明使用如此所構成的第4實施形態的熱處理 裝置，在半導體裝置之製造方法中對於形成在基板1之非 晶質矽膜2實行熱處理等之順序。 首先，將電力開始供應至鹵素燈3 a，俾將中間紅外 線1 0 0從熱處理殼下方照射並將基板1加熱至大約 3 5 0°(：之溫度（加熱製程）。 同時地，將電力開始供應至鹵素燈4a ，藉由從鹵素 燈4 a所輸出的近紅外線2 0 0將形成在基板1之表面的 非晶質矽膜昇溫至例如大約8 0 0 °C (熱處理製程）。由 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 # 本 頁 裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -27- A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 五、發明説明义 ) 此，非晶質矽膜2係從膜表面至所定深度爲止被格子化， 而結晶化成聚矽結晶。 又，在本形態中，如上所述地施行退火時，由於基板 1係介經陶瓷製之間隔件4 3，從熱處理殼之底面（台座 4 4之表面）隔離之狀態下被保持，因此，即使若藉由依 第1加熱裝置3或第2加熱裝置4之加熱而在台座4 4產 生畸變或變形。也可防止其影響及於基板1。 又，介經設置陶瓷製之間隔件4 3，由於可避免來自 第1加熱裝置3之熱經由熱處理殼之底面（台座4 4 )直 接地傳至基板1，因此可將依基板1之過熱的翹曲等變形 防範於未然。因此，可提高基板1之良品率，可減低使用 該基板1的液晶面板等之成本。 又，在本形態中，由於在半導體薄膜施以退火之前， 基板1被預熱至大約3 5 0 °C，因此，也可以防止在非晶 質矽膜2結晶化時熱應力產生在膜之情形。 (第5實施形態） 參照第8圖說明本發明之第5實施形態》 第8圖係表示用以實施本發明之第5實施形態的熱處 理裝置的槪略剖面圖。又，因本形態的熱處理裝置也係與 上述之第4實施形態的熱處理裝置基本上構成相同，故對 於對應部分附與相同記號，而省略此等之詳細說明。 在第8圖中，本形態的熱處理裝置5 0之熱處理裝置 本體5 1係由第1加熱裝置3 (加熱手段）與第2加熱裝 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 裝 頁 訂

I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 28 A7 _B7_ 五、發明説明^ ) 置4 (熱處理手段）所構成。 在第1加熱裝置3作爲光源設有兩具鹵素燈3 a。光 源係對於基板1之下面照射具有2·5至5之波長頻 帶的中間紅外線1 0 0。如此，將基板昇溫至大約3 5 0 〇C。 在鹵素燈3 a之上方，設有石英玻璃所構成的台座 53。在台座53穿設直徑約0 . 2〜1mm之複數氣體 噴出口 5 2。 又，在第1加熱裝置3形成有反射板5 4，俾反射鹵 素燈3a之中間紅外線100。又，反射板54係配設在 鹵素燈3 a之下方。 在藉由反射板5 4與台座5 3所形的中空部5 5，連 接有供應氣體的氣體浮起裝置5 9 (基板隔離手段）之氣 體供應管5 6。該氣體供應管,5 6連接有未予圖示之泵或 閥等。 在如此所構成的熱處理裝置5 0，係在氣體浮起裝置 5 9中，從氣體供應管5 6以所定流量供應氣體時，則充 滿於中空部5 5之氣體以所定壓力（例如，0 . 1 忆宮/〇1112〜0.2 1?：运/〇1112)從台座5 3之氣體噴 出口 5 2噴出，而介經該氣體流之壓力成爲可浮起基板1 〇 又，作爲經氣體供應管5 6之氣體，係配合退火之目 的可選擇氨，氖，氬等之惰性氣體或N2氣體或水蒸汽氣體 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 i 裝 訂 _線 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） • 29 · 五、發明説明4 ) A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 又，在台座5 2之端部形成有成爲氣體誘導手段導葉 5 7。導葉5 7係在將基板1予以浮起之後，用以將從基 板1之端部側逃逸之氣體引導至基板1之表面側者。 在第2加熱裝置4形成有鹵素燈4 a。鹵素燈4 a係 射出波長2 . 5 以下之近紅外線200。在該鹵素燈 4 a之背後設有反射板5 8，反射近紅外線2 0 0成爲平 行光線。又，在反射板形成有凹面。· 簡單地說明使用如此所構成的第5實施形態的熱處理 裝置，在半導體裝置之製造方法中對於形成在基板1之非 晶質矽膜2實行熱處理時之順序。 首先，將氣體開始供應至氣體供應管5 6。以所定流 量將氣體送進第1加熱裝置3之中空部5 5。由此，充滿 於中空部5. 5之氣體以所定壓力（例如0 . 1〜0 . 2 kg/cm2)從台座5 3之氣體噴出口 5 2向上噴出成爲 氣體流，浮起基板1，將基板1保持在與台座5 3隔離之 狀態。 然後，驅動第1加熱裝置3。亦即，將電力開始供應 至成爲中間紅外線10 0之光源的鹵素燈3 a，並將中間 紅外線100照射在基板1之下面。如此，將基板事先加 熱至大約3 5 0 °C之溫度（加熱製程）。 此時，基板1係成爲從台座5 3之表面浮起之狀態。 亦即，由於基板1係在與台座5 3之表面呈隔離之狀態， 因此，即使台座5 3藉由來自鹵素燈3 a之熱而產生畸變 或變形時，也可防止該影響及於基板1之情形。 請 先 閱 面 之 注 意 事 項 ..'：： J 本 頁 裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -30 A7 B7 五、發明説明土 ) 又，由於基板 ，可避免台座5 3 基板1之過熱的翹 周時地，驅動 爲近紅外線2 0 0 燈.4 a所輸出之反 2 0 0照射在基板 結果，基板1 而被加熱，被昇溫 從表面至所定深度 1係與台座5 之熱直接傳至 曲或變形之產 第2加熱裝置 之光源的鹵素 射板5 8成爲 1上的非晶質 之非晶質矽膜 至大約8 0 0 爲止被格子化 3形成非接觸狀態，因此 基板1之情形。故可將依 生防範於未然。 4，將電力開始供塵至作 燈4a。由此，藉由鹵素 平行光線的近紅外線 矽膜·（熱處理製程）。 2係吸收近紅外線2 0 0 °C。由此非晶質矽膜2係 ，而被結晶化成聚矽結晶 請 先 閱 背 面 之 注 意 事 項 裝 在此，作爲浮起基板1之氣體，使用惰性氣體或氮氣 體時，氣體流係從氣體噴出口 5 2噴出而浮起基板1之後 ，藉由導葉5 7，被引導至基板1之表面側。所以，以惰 性氣體或氮氣體可覆蓋基板1之表面。 如此，由於可防止空氣侵入至基板1之表面，因此， 可防止基板1或矽膜被氧化，成爲可得到良質之聚矽結晶 在此，作爲浮起基板1之氣體，使用水蒸汽氣體時， 由於在基板1之表面可引導水蒸汽氣體，因此，成爲可氧 化例如基板1本體，或形成在基板表面上的矽膜之氧化。 因此，如上所述地經由氣體供應管5 6介經適當地切 換供應於第1加熱裝置3之中空部5 5的氣體種類，以一 種熱處理裝置5 0可實行防止氧伦的退火製程或氧化製程 訂 馨線 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） • 31 - A7 B7 五、發明説明) 等之複數熱處理製程。 又，若在第2加熱裝置4側也構成設置氣體之噴出裝 置，則在實行退火時，對於加熱裝置1之表面藉由供應惰 性氣體，N2氣體或水蒸汽氣體，可更有效果地實行防止氧 化的退火，或可實行有效率地形成氧化膜。 (其他之實施形態） 又，在上述實施形態，係並不被限定於說明作爲基板 使用無鹼玻璃基板之情形者，也可適用於其他之半導體基 板或絕緣性基板等。 又，作爲依本發明施以熱處理之對象的半導體薄膜也 不被限定於非晶質矽膜者，也可全面適用於依熱處理之活 性化爲有效的半導體薄膜。又，並不限於半導體薄膜而也 可適用於對於離子植入等之基板表面的退火。 又，作爲第1加熱裝置3的中間紅外線之光源，並不 被限定於上述鹵素燈，也可考量使用碳加熱器或雷射等之 其他中間紅外線源》 又，在上述實施形態，係變化第2加熱裝置4之近紅 外線之輸出控制對於加熱裝置的照射強度，如參照第3圖 所述，變化施加於鹵素燈之電壓，惟並不被限定於此者， 而可變控制供應於鹵素燈4 a的電流之頻率，並在1 //m 〜2 之範圍變化近紅外線之波長也可以。又，可變控 制鹵素燈4 a，及基板1表面或形成於基板1之非晶質矽 膜2 (半導體薄膜）表面之相對距離也可以。例如，設置 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 裝 頁 訂 線 經濟部中央榡準局貝工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -32 五 、發明説明 A7 B7 上下地昇降第1加熱裝置3側或是基板1側之機構也可以 經濟部中.央標準局貝工消費合作社印裝 又，配置反射或漫射從第1 向基板2表面或形成於基板2的 的近紅外線漫射。反射手段，或 制對於基板照射強度的近紅外線 2的照射強度也可以。 在此時，對於上述近紅外線 例如使用可變化從第1加熱裝置 表面或形成在基板2的半導體薄 度的反射鏡所構成。 又，上述之近紅外線衰減手 熱裝置3之鹵素燈3 a與基板2 3 a與形成於基板2上之半導體 鹵素燈向基板方向射出的射出光 線衰減手段。又，近紅外線衰減 近紅外線之透過波長頻帶的波長 器係由可透過近紅外線的石英之 寬度者。 加熱裝置3之鹵素燈3 a 半導體薄膜面之近紅外線 是配置衰減近紅外線並控 衰減手段。控制對於基板 漫射反射手段，係也可以 3之鹵素燈3 a向基板2 膜面之近紅外線之反射角 段，係例如配置在第1加 表面之間，或是鹵素燈 薄膜面之間。亦即，在從 之光路途中配置有近紅外 手段係由連續地變可透過 濾波器所構成。波長濾波 縫隙所構成，可變更縫隙 (產業上之利用可能性） 如上所述，由於本發明的半導體裝置之製造方法及熱 處理裝置，係照射具有2 . 5至5 Mm之波長頻帶的中間 紅外線來預熱基板之後，將具有2.5以下之波長頻 請 先 閱 背 之 注 意 事 裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -33 - A7 B7 五、發明説明3(f ) 帶的近紅外線照射在基板而在8 0 0 °C以上1 0 0 0 °C以 下之溫度將半導體薄膜施以退火，因此，在堆積於無鹼玻 璃基板上的非晶質矽膜施以熱處理使之結晶化在聚矽膜時 ，介經對於基板之預熱效果，具有可防止在退火後之聚矽 膜發生熱應力的效果。故，不會產生起因於熱應力之結晶 缺陷等，具有提高從非晶質矽膜對於聚矽膜之結晶化率。 又，由於在無機溴不會留下熱應力，因此，玻璃基板不會 翹曲或破裂，可提高主動矩陣基板之良品率。 又，藉由基板隔離手段在從台座表面浮起之狀態下介 經熱處理基板，故可防止受到台座之畸變或變形的影響。 又，由於可避免熱從台座表面直接傳至基板本體，因此， 具有可有效地防止基板介經高熱而翹曲或變形的效果。 請 先 閱 讀 背 © 之 注 項 麥 裝 訂 (圖式之簡單說明） 第1 ( a ) ，（ b )圖係分別表示實施本發明之第1 實施形態的熱處理方法所使用之熱處理裝置的槪略構成圖 ，及該熱處理裝置之加熱溫度與時間之關係的圖表。 第2圖係表示從圖示於第1圖之熱處理裝置所用的鹵 素燈射出之近紅外線之波長與基板溫度之關係的圖表。 第3 (a) ，（b)圖係分別表示圖示於第1圖之熱 處理裝置所用的近紅外線之電壓一輸出特性的圖表，及近 紅外線燈之電壓一線圈溫度特性的圖表。 第4圖係表示依本發明之實·施形態1之熱處理方法被 結晶化的聚矽膜的依拉曼分光分析法之分析結果的圖表。 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4規格（210X297公釐） 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -34- A7 B7 五、發明説明^ ) 第5 ( a ) ，（ b )圖係分別表示實施本發明之第2 實施形態的熱處理方法所使用之熱處理裝置的槪略構成圖 ，及該熱處理裝置之加熱溫度與時間之關係的圖表。 第6 ( a ) ，（ b ) ，（ c )圖係分別表示實施本發 明之第3實施形態的熱處理方法所使用之熱處理裝置的槪 略構成圖，及該熱處理裝置之加熱溫度與時間之關係的圖 表，以及時序圖。 第7圖係表示實施本發明之第4實施形態的熱處理方 法所使用之熱處理裝置的槪略構成圖。 第8圖係表示實施本發明之第5實施形態的熱處理方 法所使用之熱處理裝置的槪略構成圖。 第9圖係表示被正常地結晶化之聚矽膜的依拉曼分光 分析法之分析結果的圖表。 第10圖係表示以雷射退火法施以熱處理被結晶化之 聚矽膜的依拉曼分光分析法之分析結果的圖表。 (記號之說明） 請 先 閱 讀 背 面. 之 注 意 項 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3a 4 4a 10,20,30,40,50 無鹼玻璃基板（基板） 非晶質矽膜（半導體薄膜） 第1加熱裝置（加熱手段） 鹵素燈（中間紅外線之光源) 第2加熱裝置（熱處理手段） 鹵素燈（近紅外線之光源） 熱處理裝置本體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -35- 五、發明説明& 11,21,31,51 41 43 44,53 46 54 55 56 57 58 52 59 100 200 A7 B7 熱處理裝置本體 熱處理殼 間隔件（基板隔離手段） 台座 水冷冷卻套 反射板 中空部 氣體供應管 導葉（氣體誘導手段） 反射板 氣體噴出口 氣體浮起裝置（基板隔離手段） 中間紅外線 近紅外線 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 年 訂 ^7 、線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 36-

Claims (1)

1. 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 本紙張. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 種半導體裝置之製造方法，屬於熱處理形成於 基板之薄膜的半導體裝置之製造方法，其特徵爲：至少具 有 從上述基板之其中一方之面側向該基板照射具有 2 . 5/zm至5vm之範圍之波長頻帶的中間紅外線俾加 熱上述基板的加熱製程，及 從上述基板之另一方之面側向該基板照射具有2.5 以下之波長頻帶的近紅外線俾熱處理上述薄膜的熱處 理製程。 2.如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置之製造 方法，其中，上述加熱製程之加熱溫度係3 0 0 °C至 450t之範圍者。 3 .如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置之製造 方法，其中，上述熱處理製程之加熱溫度係8 0 0°C以上 100CTC以下之範圍者。 4 .如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所述 之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中， 上述近紅外線係藉由所定光學系統成爲聚光並照射於上述 基板，同時，以所定速度相對移動上述基板者。 5 .如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所述 之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中， 上述近紅外線係藉由所定光學系統成爲平行光線並照射於 上板，同時，以所定速度相對移動上述基板者。 如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所述 Μ ._ (中國國家揉準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）-37- 請先閲讀背面之注意事項寫本頁) .裝. 訂 |線. .© 經濟部中央檩準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 __ D8 六、申請專利範圍 之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中， 近紅外線係藉由所定光學系統成爲平行光線並一倂照射形 成於上述基板之上述薄膜之大約全領域者。 7 .如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所述 之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中， 近紅外線之波長係使用在1 vm至2 之範圍內可變化 之光源者。 8.如申請專利範圍第7項所述之半導體裝置之製造 方法，其中，在上述熱處理製程中，介經變化供應於上述 光源的電流之頻率來控制近紅外線之波長者。 9 .如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所述 之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中， 介經供應於上述光源之電力，來控制近紅外線對於上述基 板之照射強度者。 1 0 ·如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所 述之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中 ’介經變化上述光源與上述基板之相對距離，來控制近紅 外線對於上述基板之照射強度者。 11. 如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所 述之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中 ，從上述光源照射至上述基板之近紅外線介經漫射或反射 ，來控制近紅外線對於上述基板之照射強度者。 12. 如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所 述之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中 張尺度逋用t國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-38 - 一 (請先閲讀背面之注意事項^|4寫本頁) -裝· 訂 線· 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ，介經對於從上述光源向上述基板之近紅外線所配置的反 射鏡，依變化反射角度，來控制近紅外線對於上述基板之 照射強度者。 1 3 .如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所 述之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中 ，介經衰減從上述光源向上述基板之近紅外線，來控制近 紅外線對於上述基板之照射強度者。 1 4 .如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所 述之半導體裝置之製造方法，其中，在上述熱處理製程中 ，在上述光源與上述基板之間配置光路波長濾波器，介經 連續地變化上述波長濾波器的近紅外線之透過領域，來控 制近紅外線對於上述基板之照射強度者。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之半導體裝置之 製造方法，其中，在上述熱處理製程中，使用石英製縫隙 作爲上述波長濾波器者。 1 6 .如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所 述之半導體裝置之製造方法，其中，上述加熱製程及上述 熱處理製程中之至少一方的製程，係從上述基板所載置之 台座隔所定間隔之狀態下實行該基板者。 1 7 .如申請專利範圍第1項至第3項中任何一項所 述之半導體裝置之製造方法，其中，上述基板係無鹼玻璃 基板，上述半導體薄膜係非晶質矽薄膜者。 1 8 . —種熱處理裝置，屬於熱處理形成於基板之薄 膜的熱處理裝置，其特徵爲：至少具有 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-邪- ~ (請先閲讀背面之注意事wd：寫本頁) -裝· 訂 線· AS B8 C8 D8 六、申請專利範圍 從上述基板之其中一方之面側向該基板照射具有 2 . 5 m至5 # m之波長頻帶的中間紅外線俾加熱上述 基板的加熱手段’及 從上述基板之另一方之面側向該基板照射具有2 . 5 // m以下之波長頻帶的近紅外線俾熱處理上述薄膜的熱處 理手段。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項所述之熱處理裝置， 其中，又具有藉由上述加熱手段被加熱之位置至藉由上述 熱處理手段被熱處理之位置用以移送上述基板的移送手段 2 〇 .如申請專利範圍第1 8 其中，上述加熱手段係在3 0 0 °C 熱上述基板者。 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 項所述之熱處理裝置， 至4 5 0 t之範圍內加 項所述之熱處理裝置， °C以上1 0 0 0 °c以下 〇 項或第_ 1. 9項所述之熱 具備射出中間紅外線之 項至第2 1項中任何一 熱處理手段係具備射出 (SpI mm ¢1 項_^ 1 9項所述之熱 藉中間紅外線燈所 --聋-- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 2 1 .如申請專利範圍第1 8 其中，上述熱處理手段係在8 0 0 之範圍加熱上述基板或上述薄膜者 2 2 .如申請專利範圍第1 8 處理裝置，其中，上述加熱手段係 中間紅外線燈者。 2 3 .如申請專利範圍第1 8 項所述之熱處理裝置，其中，上述 近紅外線之近紅外線燈者。 2 4 .如申請專利範圍第1. 8 處理裝置，其中，上述加熱手段係 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4现格（210X297公釐） 40 ABCD 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 射出之中間紅外線將上述基板加熱至大約3 5 0 °C， 上述熱處理手段係藉由從作爲射出近紅外線之光源的 近紅外線燈所射出之近紅外線將上述基板或上述半導體薄 膜加熱至8 0 0 °C以上1 0 0 0 °C以下之溫度， 上述移送手段係以2 . 5mm/s e c之速度移送上 述基板者。 2 5 .如申請專利範圍第1 8項至第2 1項中任何一 項所述之熱處理裝置，其中，上述熱處理手段係具備可將 近紅外線之波長在1 至2 之範圍變化之近紅外線 用光源者。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項所述之熱處理裝置， 其中，從上述近紅外線所射出之光的波長，係介經變化供 應於上述近紅外線用光源的電流之頻率加以控制者。 2 7 .如申請專利範圍第1 8項至第2 1項中任何一 項所述之熱處理裝置，其中，上述熱處理手段係具有變更 上述近紅外線之照射強度的手段者。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項所述之熱處理裝置， 其中，上述近紅外線之照射強度係控制在相當於最大照射 強度之2 5%的強度至相當於1 〇 〇%的強度之範圍者。 2 9 ·如申請專利範圍第2 7項所述之熱處理裝置， 其中，上述近紅外線之照射強度係介經供應於上述光源之 電力來控制者。 3 〇 .如申請專利範圍第2 7項所述之熱處理裝置， 其中，上述近紅外線之照射強度係介經變化上述光源與上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）-41 - (請先閲讀背面之注意事項Ci寫本頁) -裝· 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 述基板之相對距離來控制者。 3 1 .如申請專利範圍第2 7項所述之熱處理裝置， 其中，上述近紅外線之照射強度係介經漫射或反射從上述 光源向上述基板之近紅外線來控制者。 3 2 .如申請專利範圍第2 7項所述之熱處理裝置， 其中，上述近紅外線之照射強度係介經變化對於從上述光 源向上述基板之近紅'外線所配置的反射鏡之反射角度來控 制者。 3 3 .如申請專利範圍第2 7項所述之熱處理裝置， 其中，上述近紅外線之照射強度係介經衰減從上述光源向 上述基板之近紅外線來控制者。 3 4 .如申請專利範圍第3 3項所述之熱處理裝置， 其中，上述近紅外線之照射強度係介經連續地變化配置於 上述光源至上述基板之光路之途中位置的波長濾波器之近 紅外線之透過領域來控制者。 3 5 .如申請專利範圍第3 4項所述之熱處理裝置， 其中，上述波長濾波器係石英製之縫隙所構成，介經連續 地變化上述縫隙之寬度來控制上述近紅外線之照射強度者 〇 3 6 .如申請專利範圍第1 8項所述之熱處理裝置， 其中，又具有在上述基板及載置該基板之台座之表面之間 確保所定間隔的基板隔離手段者。 3 7 .如申請專利範圍第3 6項所述之熱處理裝置， 其中，上述基板隔離手段係具備配置於上述台座之表面的 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）-42- ---------裝-- (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) <1T —線- Φ A8 B8 C8 D8 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 、申請專利範圍 1 I 複 數耐 熱 性 間 隔 件者 0 1 3 8 • 如 甲 請 專 利 範 圍 第 3 7 項 所 述 之 熱 處 理 裝 置 > 1 r 其 中， 上 述 耐 熱 性 間 隔 件係 由 陶 瓷 所形成 者 0 1 I 請 1 | 3 9 • 如 甲 Ξ主 5F3 專 利 範 圍 第 3 6 項 所 述 之 熱 處 理 裝 置 > 先 聞 1 | 其 中， 上 述 基 板 隔 離 手 段 係 具 備 噴 出 氣 以 浮起上述 基 板 的 讀 背 1 I 氣 體浮起 裝 置 者 〇 之 注 意 1 1 4 0 • 如 串 請 專 利 範 圍 第 3 7 項所 述 之 熱 處 理 裝 置 Ψ 1 1 其 中， 在 上 述 台 座 之 表 面 形成 有 複 數 氣 體 噴 出 P 從上述 寫 1 裝 氣 體浮 起 裝 置 所 噴 出 之 氣 體 係以 所 定 壓 力 從 上 述 氣 體 噴 出 頁 S_^ 1 | P 噴出者 0 1 1 4 1 如 串 請 專 利 範 圍 第 4 0 項 所 述 之 熱 處 理 裝 置 > 1 1 I 其 中， 上 述 氣 體 浮 起 裝 置 係從 上 述 氣 體 HaZ. 噴 出 □ 噴 出 惰 性 氣 1 訂 體 者。 - 1 1 4 2 如 串 請 專 利 範 圍 第 4 0 項 所 述 之 熱 處 理 裝 置 9 1 | 其 中， 上 述 氣 體 浮起 裝 置 係從 上 述 氣 體 噴 出 □ 噴 出 氮 氣 者 1 I 〇 1 線 I 4 3 • 如 串 請 專 利 範 圍 第 4 0 項 所 述 之 熱 處 理 裝 置 > 1 1 其 中， 上 述 氣 體 浮起 裝 置 係從 上 述 氣 體 噴 出 P 噴 出水 蒸 汽 1 1 氣 體者 〇 1 4 4 • 如 串 5R 專 利 範 圍 第 4 1 項 至 第 4 3 項 中 任何 一 I 項 所述 之 熱 處 理 裝 置 > 其 中 ， 又 具 有 將 從 上 述 氣 體 [3.Π. 噴 出 P 1 ί 所 噴出 的 氣 體 引 導 至 上 述 基 板 之 表 面 的 氣 體 誘 導 手 段 者 0 1 1 4 5 • 如 串 請 專 利 範 圍 第 4 4 項 所 述 之 熱 處 理 裝 置 ) 1 1 其 中， 上 述 氣 體 誘 導 手 段 係 具 備 將 從上 述 基 板 之 m 部 側 噴 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐）-43 - A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 出之氣體引導至該基板之表面側的導葉者。 4 6 .如申請專利範圍第1 8項至第2 1項中任何一 項所述之熱處理裝置，其中，上述基板係無鹼玻璃基板； 上述半導體薄膜係非晶質薄膜者。 請先閱讀背面之注意事項0^寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-44-