專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件的處理方法，半導(dǎo)體的處理設(shè)備和半導(dǎo)體器件的處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件如各種晶體管和集成電路的方法和設(shè)備。
近年來(lái)，采用激光來(lái)制造半導(dǎo)體器件的方法和設(shè)備得已開(kāi)發(fā)。這些方法和設(shè)備的例子包括激光刻蝕或激光刻劃，以此對(duì)薄膜進(jìn)行刻蝕及刻圖，激光退火，以此用激光輻照來(lái)改變膜或其表面的結(jié)晶狀態(tài)，激光摻雜，以此在含雜質(zhì)的環(huán)境中用激光照射來(lái)把雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)膜或其表面。
在這些使用激光的傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造方法中，首先把已由其它膜形成設(shè)備或刻蝕設(shè)備處理過(guò)的基片放置于激光處理設(shè)備之內(nèi)的位置。該設(shè)備內(nèi)被抽真空并且加熱基片，然后用激光輻照處理基片。因此，生產(chǎn)率很紙。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)率得以改善的半導(dǎo)體器件的制造方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能改善生產(chǎn)率的半導(dǎo)體器件的制造設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括一個(gè)多室系統(tǒng)，其組成是膜形成設(shè)備(如等離子CVD設(shè)備、濺射設(shè)備、熱CVD設(shè)備或真空蒸發(fā)設(shè)備)，刻蝕設(shè)備，摻雜設(shè)備(如等離子摻雜設(shè)備或離子注入設(shè)備)，熱處理設(shè)備(如熱擴(kuò)散設(shè)備或熱晶化設(shè)備)，真空設(shè)備如預(yù)備室，以及激光處理設(shè)備(如激光刻蝕設(shè)備、激光退火設(shè)備或激光摻雜設(shè)備)。新的設(shè)備在完全不使每個(gè)基片暴露于大氣的條件下完成處理。在該系統(tǒng)中，可在非常短的時(shí)間內(nèi)完成抽真空。此外，傳送基片時(shí)可免受污染。
而且，也可使用紅外線(xiàn)輻照而不是激光輻照的各種退火方法。例如，對(duì)形成于玻璃基片之上的非晶硅膜進(jìn)行加熱，然后用紅外輻射照射來(lái)使其晶化。結(jié)果，可進(jìn)一步提高結(jié)晶度。硅薄膜比玻璃基片更易于吸收紅外輻射。僅使硅薄膜被加熱而不會(huì)使玻璃基片加熱多少。這是有利的。而且，可以認(rèn)為，所獲得的效果等同于1000℃以上進(jìn)行熱退火所產(chǎn)生的效果。
采用這種紅外輻射照射的退火可在幾分鐘內(nèi)完成。因此，這被稱(chēng)為快速熱退火(RTA)。這種退火可在半導(dǎo)體層上形成絕緣膜之后便利地進(jìn)行。在這種情形，可降低半導(dǎo)體層與絕緣膜之間的界面能級(jí)，以致可提高界面特性。例如，在形成用于絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有源層(在此形成了溝道形成層)之后，形成成為柵絕緣膜的氧化硅膜。接著進(jìn)行快速熱退火處理。按此方式，可以改善溝道與柵絕緣膜之間的界面處及其周?chē)奶匦裕@對(duì)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管是重要的因素。
根據(jù)本發(fā)明的另一要點(diǎn)的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理設(shè)備，用于輻照激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光(如紅外光);
至少一個(gè)采用氣相淀積法的真空膜形成設(shè)備(可抽真空的室，例如等離子CVD設(shè)備、低壓CVD(LPCVD)設(shè)備、大氣壓CVD(APCVD)設(shè)備、濺射膜形成設(shè)備(濺射設(shè)備)等)。
其中，在用于照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光的處理設(shè)備中，把激光或強(qiáng)光照射在形成于基片之上的非單晶半導(dǎo)體膜，例如非晶半導(dǎo)體膜、多晶半導(dǎo)體膜、微晶半導(dǎo)體膜。
其中，把所述基片從用于照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光的所述處理設(shè)備傳送到另一個(gè)可抽真空的室，而不暴露于外部空氣，并完成預(yù)定的處理;
在氧化氣氛如氧氣氛或在氮化(滲氮)氣氛如氨氣氛中，進(jìn)行所述的激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光的照射，由此改善非單晶硅半導(dǎo)膜的結(jié)晶特性，進(jìn)行其表面的氧化或在表面上形成氧化膜(在氧化氣氛的情形)、或者進(jìn)行其表面的氮化或在表面上形成氮化膜(在氮化氣氛的情形)。本半導(dǎo)體處理系統(tǒng)具有把工件從光處理室傳送到易抽真空的室的裝置，而不使工件暴露于空氣，反之亦然。
用于照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光的處理設(shè)備必須具有照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光的功能，具有引入所需氣體的裝置，并具有降低氣壓的排氣裝置。準(zhǔn)分子激光器激光、各種YAG激光、紅寶石激光等可用作激光。作為非相干光源而不是激光、也可使用稀有氣體燈光如氙燈、氮燈或鹵素?zé)舻?。從紅外光到紫外光的寬范圍波長(zhǎng)可用作光源波長(zhǎng)。為了防止基片溫度升高，最好以脈沖方式進(jìn)行光照射。期望的脈沖寬度為1μsec以下。
作為真空膜形成設(shè)備，等離子CVD設(shè)備、低壓CVD(LPCVD)設(shè)備、大氣壓CVD(APCVD)設(shè)備或?yàn)R射膜形成設(shè)備(濺射設(shè)備)均可使用。
除了作為真空處理設(shè)備的上述設(shè)備之外，還可連接充有各種氣氛的加熱處理設(shè)備(熱處理室)、離子注入設(shè)備、刻蝕室、把基片送入和送出的設(shè)備。最好這些設(shè)備中的每一個(gè)具有用于每種所需氣體的氣體引入系統(tǒng)和氣體排出系統(tǒng)。最好這些設(shè)備與一個(gè)專(zhuān)門(mén)傳送基片的公共傳送室相連。
傳送基片而不使其暴露于外部空氣，從而使被處理的物體-工件(例如基片上的硅膜)在各道工序不被污染。
根據(jù)本發(fā)明的方法包括在氮化氣氛或氧化氣氛中對(duì)非單晶半導(dǎo)體膜照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光，由此使非單晶半導(dǎo)體表面氮化或氧化，改善所述非單晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶特性;以及在氧化膜或氮化膜上淀積絕緣膜。
采用等離子CVD法或低壓熱CVD法淀積的非晶硅膜，可用作非單晶半導(dǎo)體膜。通過(guò)對(duì)非晶半導(dǎo)體膜在650℃以下退火，結(jié)晶的多晶或微晶半導(dǎo)體膜可供使用。為了在非單晶半導(dǎo)體膜上形成氮化膜、氧化膜或氮氧化膜，以及為了改善非單晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶特性，在氮化或氧化氣氛中照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光。氧化氣氛為包含充分進(jìn)行氧化作用的氣氛。這是包含一氧化二氮(N2O)和二氧化氮等的氣氛，或者這些氣體與氧等混合的氣氛。因此，這種氣氛不同于簡(jiǎn)單包含小量這些氣體的氣氛。該氣氛中可包括氯氣、三氯乙烯、(三氯乙烯，TCE，CHCL＝CCL2)，反(式)-1，2-二氯乙烯(CHCL＝CHCL)。這種氣體可加束氧化效果。
對(duì)具有結(jié)晶特性的硅膜照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光，可在硅表面上形成氧化硅薄膜。特別是在照射紫外光時(shí)，可增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)并可使用良好的氧化硅膜。
在照射激光強(qiáng)光之后，通過(guò)采用淀積法如等離子CVD法等形成絕緣膜如氧化硅，可在形成于半導(dǎo)體表面之上的具有良好界面特性的氧化膜或氮化膜上，形成具有所需厚度的絕緣膜。
通過(guò)在氮化或氧化氣氛中，對(duì)半導(dǎo)體特別是硅半導(dǎo)體照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光，可在半導(dǎo)體表面上形成具有良好界面態(tài)的氮化膜或氧化膜。特別是使用硅作為半導(dǎo)體，并對(duì)非單晶硅膜照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光，可在非單晶半導(dǎo)體膜表面上，形成具有良好界面態(tài)的氮化硅膜、氧化硅膜或氮氧化硅膜，并可改善非單晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶特性。特別是，按此方式形成的氧化硅膜具有小的靜電性和低的界面態(tài)密度(Qss)，這與通常在干氧中、1000至1200℃下的熱氧化所得的氧化硅膜相同。因此，這種氧化硅膜作為絕緣柵型器件如TFT的柵絕緣膜是適宜的。
通過(guò)在上述的氧化膜上形成絕緣膜如氧化硅膜，可在半導(dǎo)體膜上形成具有足夠厚度和良好界面特性的柵絕緣膜作為T(mén)FT的柵絕緣膜。亦即，在本發(fā)明中，柵絕緣膜包括至少兩層，與半導(dǎo)體接觸的薄氧化膜已由激光等照射而氧化的半導(dǎo)體構(gòu)成。因而柵絕緣膜的界面特性是良好的。然而，從介電強(qiáng)度等方面考慮，對(duì)于用作柵緣膜僅此是不夠的。最好柵絕緣膜這樣制備，在薄氧化膜上采用汽相生長(zhǎng)方法，形成具有所需厚度的絕緣膜。
此類(lèi)淀積工藝最好全部都在確實(shí)與空氣分隔的環(huán)境中進(jìn)行。在激光等照射處理之后，如果半導(dǎo)體表面一旦暴露于空氣，則表面會(huì)被污染，由激光等照射所獲得的良好的氧化膜等會(huì)被損壞。因此，在由激光等照射和汽相淀積法形成絕緣膜期間，絕對(duì)不能進(jìn)行使半導(dǎo)體表面暴露于空氣的處理。所以在本發(fā)明中，需要用于在這些設(shè)備之間傳送基片的專(zhuān)用裝置。
本發(fā)明的其它目的和特征通過(guò)以下說(shuō)明將可了解。


圖1是本發(fā)明的多室系統(tǒng)的示意圖;
圖2是本發(fā)明的另一多室系統(tǒng)的示意圖;
圖3是本發(fā)明的又一多室系統(tǒng)的示意圖;
圖4是本發(fā)明的另一個(gè)多室系統(tǒng)的示意圖;
圖5(A)至5(F)是制造本發(fā)明半導(dǎo)體器件依次進(jìn)行的系列操作的截面圖。
圖6是本發(fā)明的又一多室系統(tǒng)的示意圖;
圖7(A)至7(D)顯示了實(shí)施例5的制造工序;
圖8(A)至8(E)顯示了實(shí)施例6的制造工序;
圖9(A)至9(E)顯示了實(shí)施例7的制造工序;
圖10(A)至10(C)顯示了傳統(tǒng)的柵絕緣膜與本發(fā)明的柵絕緣膜之間的不同;
圖11顯示了本發(fā)明的多室系統(tǒng)。
實(shí)施例1參看圖1，這里顯示了根據(jù)本發(fā)明的多室系統(tǒng)。該多室系統(tǒng)包括等離子CVD膜形成設(shè)備和激光處理設(shè)備(如激光退火設(shè)備)。在這兩個(gè)設(shè)備之間形成預(yù)備室。等離子CVD設(shè)備具有室1，其上裝有進(jìn)氣閥7和排氣閥8。激光退火設(shè)備具有室2，其上裝有進(jìn)氣閥18和排氣閥19。這些閥允許所需氣體進(jìn)出這些室。而且，這些閥可使每個(gè)室內(nèi)的氣壓保持在適當(dāng)?shù)闹怠?br> 室1還安裝有電極4和5。待處理的基片或樣品置于電極5之上。頻率例如為13.56MHz的RF電源與電極4連接。把足夠的氣體如單[甲]硅烷或乙硅烷導(dǎo)入室內(nèi)，使電極之間感應(yīng)放電。按此方式，在基片6上形成膜。如果需要，可加熱基片。其中，單[甲]硅烷用作上述氣體，基片保持在300℃以下，在基片上形成非晶硅膜。
由于這種非晶硅膜不具有優(yōu)異的電性能，所以用激光退火使硅晶化，以此改善性能。室2安裝有窗口14。由激光器11發(fā)射出的激光經(jīng)反射鏡12和透鏡13穿過(guò)窗口14，并照射在放置于樣品支架15上的基片17上。利用加熱器16把基片17加熱至300-500℃，最好300-400℃。對(duì)于以高再現(xiàn)性進(jìn)行晶化的處理來(lái)說(shuō)，該加熱處理是必不可少的。
樣品支架15在承載基片17的同時(shí)可如圖中所示那樣向右緩慢地移動(dòng)。這樣，用激光即可處理基片的整個(gè)表面。假設(shè)基片為300mm×400mm。把激光束的截面整形為2mm×350mm的矩形，即可用激光處理基片的整個(gè)表面。如果支加架移動(dòng)速度為20mm/秒，處理一塊基片的時(shí)間為400/20＝20秒。
其上通過(guò)等離子CVD設(shè)備1形成3非晶硅膜的基片隨后被傳送到激光處理設(shè)備2。形成膜之后，把膜形成設(shè)備1的內(nèi)部抽至足夠高的真空度。而且，由9指示的預(yù)備室也抽至足夠高的真空度。打開(kāi)設(shè)置在膜形成室1與預(yù)備室之間的門(mén)，把基片平移進(jìn)入預(yù)備室。之后關(guān)閉門(mén)。再次將反應(yīng)氣體引入膜形成設(shè)備之中，開(kāi)始膜的生長(zhǎng)。
此時(shí)，激光處理設(shè)備2的內(nèi)部被抽至足夠高的真空度。預(yù)備室9內(nèi)早已保持在足夠高的真空度。打開(kāi)預(yù)備室與激光處理設(shè)備之間的門(mén)，然后把基片從預(yù)備室傳送至激光處理設(shè)備。接著關(guān)閉門(mén)，用加熱器16把樣品支架15加熱至適當(dāng)溫度。溫度穩(wěn)定之后，把置于激光處理設(shè)備中的基片精確對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)行激光處理。
此時(shí)，如果激光處理設(shè)備處理一塊基片(包括放置基片、對(duì)準(zhǔn)和取出基片的操作)所需時(shí)間基本上等同于等離子CVD設(shè)備形成膜(包括放置基片和內(nèi)部抽真空的操作)所需時(shí)間，則在由等離子CVD設(shè)備完成的處理與由激光處理設(shè)備進(jìn)行的處理之間無(wú)需等待時(shí)間。如果由激光處理一塊基片所用時(shí)間是由等離子CVD設(shè)備形成膜所用時(shí)間的一半，則可由等離子CVD設(shè)備在一次操作中在兩塊基片上形成膜。此情形中，膜制成后，兩塊基片被移至預(yù)備室。其中之一被傳送至處理基片的激光處理設(shè)備中。另一塊保存在預(yù)備室中。在第一塊處理之后，對(duì)保存在預(yù)先準(zhǔn)備室中的另一塊進(jìn)行處理。
實(shí)施例2參看圖2，這里顯示了本發(fā)明的又一多室系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括等離子摻雜設(shè)備與激光處理設(shè)備(如激光退火設(shè)備)的組合。在這兩個(gè)設(shè)備之間形成預(yù)備室。
等離子摻雜設(shè)備和激光退火設(shè)備分別具有室21和22。這些室被設(shè)計(jì)成能引入所需氣體且能排出無(wú)用氣體。而且，能使每個(gè)室內(nèi)的氣壓保持在適當(dāng)?shù)闹怠?br> 室21還裝有陽(yáng)極電極24和柵電極25。從高壓電源23把可高達(dá)100KV的高壓施加于陽(yáng)極。由RF放電在柵電極周?chē)a(chǎn)生等離子體并含有正離子26。這些離子26被上述高壓向樣品支架28加速。結(jié)果，被加速的正離子被注入置于樣品支架28之上的基片或樣品27。
這種離子注入使形成在基片上的結(jié)晶材料如單晶硅或結(jié)晶硅的狀態(tài)改變成為非晶或幾乎非晶態(tài)。結(jié)果電性能被破壞。因此，通過(guò)激光退火使基片晶化，改善性能。室22設(shè)有窗34。從激光器31發(fā)射的激光經(jīng)反射鏡32和透鏡33穿過(guò)窗34，并照射到置于樣品支架36之上的基片35上?；捎杉訜崞?7來(lái)加熱。樣品支架在承載基片的同時(shí)能象圖中所示那樣緩慢地向右移動(dòng)。結(jié)果，用激光可處理基片的整個(gè)表面。按與實(shí)施例1相同的方式，借助預(yù)備室29把由等離子摻雜設(shè)備21摻雜的基片移進(jìn)激光處理設(shè)備22。
本例中，摻雜設(shè)備使用等離子源的離子注入。顯然，可用離子注入機(jī)來(lái)代替摻雜設(shè)備，根據(jù)其質(zhì)量來(lái)分離離子并將其注入基片。
實(shí)施例3參看圖3，這里顯示了本發(fā)明的又一多室系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括等離子摻雜設(shè)備、干式腐蝕設(shè)備和激光處理設(shè)備(如激光退火設(shè)備)的組合。在這三個(gè)設(shè)備中任何相鄰的兩個(gè)之間都形成預(yù)備室。
等離子摻雜設(shè)備、腐蝕設(shè)備和激光退火設(shè)備分別具有室41、42和43。這些室被設(shè)計(jì)成能引入所需氣體并能排出無(wú)用氣體。而且，每個(gè)室內(nèi)的氣壓可保持在適當(dāng)值。
室41還安裝有陽(yáng)電極45和柵電極46。來(lái)自高壓電源44的將可達(dá)100KV的高壓施加于陽(yáng)極。由RF放電在柵電極周?chē)a(chǎn)生等離子體，并含有正離子47。由上述高壓使這些離子47向樣品支架49加速。結(jié)果，被加速的正離子如硼離子或磷離子被注入置于樣品支架49之上的基片或樣品48。
例如，假設(shè)在絕緣基片48上形成結(jié)晶硅層，并在結(jié)晶硅層上形成氧化硅層。而且假設(shè)形成了薄膜晶體管的柵電極。采用這種摻雜方法，把所需雜質(zhì)注入氧化硅層和硅層中。由于是通過(guò)如氧化硅的材料進(jìn)行摻雜的，所以這種方法適于以高生產(chǎn)率來(lái)制備半導(dǎo)體器件。
正如實(shí)施例2已說(shuō)明的，這種離子注入破壞了結(jié)晶度，因而利用激光退火或其它方法來(lái)改善結(jié)晶度。雜質(zhì)也被注入氧化硅。其中適于批量生產(chǎn)的UV準(zhǔn)分子激光器激光被用作激光退火，例如KrF激光器發(fā)射248nm的波長(zhǎng)，Xecl激光器發(fā)射308nm的波長(zhǎng)，XeF激光器發(fā)射305nm的波長(zhǎng)，由此產(chǎn)生了問(wèn)題。特別是，純氧化硅對(duì)波長(zhǎng)超過(guò)200nm的UV光是透明的，但含雜質(zhì)的氧化硅對(duì)這種UV光吸收量相當(dāng)可觀。結(jié)果，激光能量大部分被氧化硅膜吸收。這導(dǎo)致不能有效地利用激光能量來(lái)改善結(jié)晶度。為解決此問(wèn)題，對(duì)氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，以使激光輻射能被那些需改善結(jié)晶度的膜有效地吸收。為此目的設(shè)置了腐蝕設(shè)備42。
腐蝕設(shè)備42裝有電極53和54。RF電源52與電極53連接?；?5置于電極54上。例如，在四氟化碳的環(huán)境中，由來(lái)自RF電源的電能在電報(bào)之間產(chǎn)生放電，則基片上的氧化硅膜可被腐蝕。
激光處理設(shè)備43基本上與實(shí)施例1和2所述的激光處理設(shè)備相同。室43安裝有窗61。由激光器58發(fā)射的激光經(jīng)反射鏡59和透鏡60穿過(guò)窗61，照射在置于可動(dòng)樣品支架64之上的基片62上?；捎眉訜崞?3來(lái)加熱。
按與實(shí)施例1相同的方式，借助預(yù)備室50把已由等離子摻雜設(shè)備41摻雜的基片傳送至腐蝕設(shè)備42。在腐蝕處理結(jié)束之后，借助預(yù)備室54把基片移進(jìn)激光處理設(shè)備43。
結(jié)合圖5(A)-(F)，對(duì)使用這種多室系統(tǒng)來(lái)制備薄膜晶體管(TFT)的例子予以說(shuō)明。采用濺射或等離子CVD;在Corning7059制成的玻璃基片101上形成厚20至200nm的氧化硅膜102構(gòu)成底層。然后，采用LPCVD、等離子CVD、濺射或其它類(lèi)似方法淀積非晶硅作為100-200nm厚膜。在氮或真空的環(huán)境中，對(duì)疊層在550-650℃加熱48小時(shí)，使非晶硅膜晶化。
把結(jié)晶硅膜刻圖制成N型區(qū)103和P型區(qū)104。形成厚50至150nm的氧化硅膜105作為柵氧化膜。然后，用以下材料制成柵電極106和107，即鋁、鉭、鉻、鎢、鉬、硅、其中某些的合金或者多層導(dǎo)電互連材料(圖1(A)。
僅在N型區(qū)103上形成掩模材料108如光刻膠。用圖3所示的等離子摻雜設(shè)備41注入硼離子。以20至65KeV，典型地為65KeV的加速電壓對(duì)硼離子加速。劑量為6×1015原子/cm2。通過(guò)此摻雜處理形成P型區(qū)109(圖5(B))。
在摻雜工藝結(jié)束之后，基片被傳送至腐蝕設(shè)備42內(nèi)，在此，在氧氣環(huán)境中采用放電除去掩模材料108。通常，在剝離液中剝離掩模材料如光刻膠可獲得高效率。但是，這要考慮到基片移進(jìn)和移出真空設(shè)備，由腐蝕設(shè)備拋光對(duì)于圖3所示的各室系統(tǒng)將給出高效率。而且，可獲得高的生產(chǎn)量。
再把基片送回?fù)诫s設(shè)備41，注入磷原子。以20至85KeV、典型地為80KeV的加速電壓使磷原子加速。劑量為4×1015原子/cm2。利用這種摻雜工藝形成N型區(qū)110(圖5(C))。
然后，把基片再傳送進(jìn)腐蝕設(shè)備42，把氧化硅膜105腐蝕掉。如前所述，氧化硅膜中包含大量的磷和硼。激光被氧化硅膜強(qiáng)烈地吸收。這使得無(wú)法有效地進(jìn)行激光退火(圖5(D))。
腐蝕了氧化硅膜105之后，把基片傳送進(jìn)激光處理設(shè)備43，進(jìn)行激光退火。激光退火采用KrF激光器發(fā)射的激光輻射，脈沖寬度為20ns，重復(fù)頻率為200Hz。顯然，也可采用其它類(lèi)型的激光。激光束的每個(gè)脈沖的能量密度為200至400mJ/cm2，最好為250至300mJ/cm2?？筛鶕?jù)其它條件如劑量和硅膜厚度來(lái)調(diào)整該能量密度(圖5(E))。
完成激光退火后，取出基片，形成層間絕緣膜111和金屬互連-電極112。當(dāng)然，可在圖3的多室系統(tǒng)中增加膜形成室，用于連續(xù)形成層間絕緣膜，通過(guò)這些步驟，形成了N溝道和P溝道TFTs。
圖3中，各個(gè)真空設(shè)備是串聯(lián)連接的。例如，真空設(shè)備也可按圖4所示并聯(lián)連接，其中室71用于放入和取出基片，借助門(mén)72、74、76、78，激光處理設(shè)備73、等離子摻雜設(shè)備75和腐蝕設(shè)備77分別與公用的預(yù)備室79連接。
由機(jī)械手80把基片81-84送進(jìn)預(yù)備室和其它室。該系統(tǒng)可按需要進(jìn)行擴(kuò)展。批量生產(chǎn)時(shí)，可提高靈活性(如可增加膜形成步驟和腐蝕步驟負(fù)載量，及用于因膜形成時(shí)間延長(zhǎng)而引起的生產(chǎn)節(jié)拍調(diào)整的靈活性)。
實(shí)施例4
參看圖6，等離子摻雜設(shè)備具有室41。腐蝕設(shè)備具有室42。采用紅外輻射的快束熱退火(RTA)在室601中進(jìn)行。室41通過(guò)預(yù)備室50與室42連接。室42通過(guò)預(yù)備室56與室601連接。應(yīng)該注意，在圖3和6中，相同的部件由相同的參考標(biāo)號(hào)代表。
進(jìn)行快速熱退火的室601包括發(fā)射紅外光的光源或燈泡602，構(gòu)成光源室的室603和透射紅外光的石英窗606。室601還裝有進(jìn)氣系統(tǒng)(未示出)，用來(lái)引入惰性氣體和所需氣體，并裝有排氣系統(tǒng)(未示出)。
基片604置于基片支架605上，并由用于傳送基片的機(jī)械手或自動(dòng)手傳送進(jìn)各個(gè)室?；梢詥为?dú)傳送也可與基片支架一起傳送。
在惰性氣體如氮的環(huán)境中進(jìn)行快速熱退火是公知的。作為替換，也可在氨(NH3)、一氧化二氮(N2O)或氧氣的環(huán)境中進(jìn)行退火。
現(xiàn)在說(shuō)明采用圖6所示設(shè)備的例子。圖5展示了制造TFT步驟的順序。在此僅討論右側(cè)TFT的制造。此時(shí)，在有源層104上形成氧化硅膜。然后把基片傳送至室601，進(jìn)行快速熱退火。室601內(nèi)充滿(mǎn)惰性氣體，并用燈泡602發(fā)射的紅外光照射。這一步驟改善了有源層103與氧化硅膜105之間的界面特性。具體地講，可降低溝道形成區(qū)與柵絕緣膜之間界面處的界面能級(jí)。
室601內(nèi)被抽真空。其片被傳送至預(yù)備室56，其內(nèi)部基本保持與室601內(nèi)氣壓相同的真空度。借助保持在相同真空度的室42和預(yù)備室50，把基片傳送進(jìn)室41，進(jìn)行等離子摻雜。進(jìn)行這些傳送基片的步驟時(shí)，重要的是不能使基片暴露于外部空氣。
在摻雜設(shè)備的室內(nèi)進(jìn)行所需的離子注入步驟。然后把基片移進(jìn)腐蝕設(shè)備的室42，同時(shí)保持真空度。進(jìn)行干式腐蝕工藝除去暴露的氧化膜105。把基片傳送進(jìn)室601，進(jìn)行快速熱退火，激活注入的雜質(zhì)。此時(shí)，無(wú)氧化膜105的存在對(duì)有效實(shí)現(xiàn)快速熱退火是重要的。特別是，離子注入時(shí)積聚的雜質(zhì)存在于氧化硅膜105之內(nèi)，并且這種雜質(zhì)吸收紅外光。
至此所進(jìn)的設(shè)備結(jié)構(gòu)可由照射激光輻射的室與進(jìn)行快速熱退火的室的組合來(lái)代替。而且，可把所需的多個(gè)室組合起來(lái)。
實(shí)施例5參看圖1，這里展示了本發(fā)明的多室系統(tǒng)。該多室系統(tǒng)包括等離子CVD膜形成設(shè)備和激光處理設(shè)備(如激光退火設(shè)備)。在這兩個(gè)設(shè)備之間形成預(yù)備室。等離子CVD設(shè)備具有安裝了進(jìn)氣閥門(mén)7和排氣閥門(mén)8的室1。激光退火設(shè)備具有安裝了進(jìn)氣閥門(mén)18的排氣閥門(mén)19的室2。這些閥門(mén)允許所需氣體進(jìn)入和排出這些室。而且，這些閥門(mén)可使每個(gè)室內(nèi)氣壓保持適當(dāng)?shù)闹怠?br> 室1還安裝有電極4和5。待處理的基片或樣品6置于電極5上。頻率為如13.56MHz的RF電源3與電極4連接。把足夠的氣體如甲硅烷或乙硅烷和氧氣、一氧化二氮等導(dǎo)入室，使電報(bào)之間感應(yīng)放電。按此方式，在基片6上形成膜。如果需要，可加熱基片。
室2設(shè)有窗14。來(lái)自激光設(shè)備11的激光經(jīng)反射鏡12和透鏡13通過(guò)窗口照射在樣品支架15上的基片17上。用加熱器16把基片加熱至200至500℃，最好是300至400℃。對(duì)于實(shí)現(xiàn)具有良好的再現(xiàn)性的晶化來(lái)說(shuō)該加熱是必不可少的。
在室2中，通過(guò)激光退火改善結(jié)晶特性，來(lái)極力改善性能。這里，通過(guò)使激光退火設(shè)備的室內(nèi)為氧氣氛，可同時(shí)進(jìn)行對(duì)非晶硅膜等的非單晶硅膜的結(jié)晶特性的改善和在表面上形成氧化膜。按同一方法，如果在氮化氣氛如氨氣氛中進(jìn)行激光退火，則形成氮化膜。在一氧化二氮?dú)夥罩谢蛘哐跖c的氨的混合氣氛中，形成氮氧化膜。
在承載基片的同時(shí)，樣品支架可如圖所示緩慢地向右移動(dòng)。以此，可由激光處理基片的整個(gè)表面。假設(shè)基片為300mm×400mm。使激光束截面整形為2mm×350mm的矩形，即可用激光處理基片的整個(gè)表面。如果支架移動(dòng)速度為20mm/秒，則處理一塊基片所需時(shí)間為400/20＝20秒。
在基片上形成島狀的非晶硅膜或多晶硅膜，對(duì)該基片按以下順序進(jìn)行處理。首先，把預(yù)備室抽真空至10-5至1乇。另一方面，把激光處理設(shè)備的室2也抽真空至相同水平。把預(yù)備室與激光處理設(shè)備之間的門(mén)打開(kāi)，把基片從預(yù)備室傳送至激光處理設(shè)備。傳送之后，關(guān)閉該門(mén)，向室2引入適當(dāng)壓強(qiáng)的氣體。用加熱器16把樣品支架15加熱至適當(dāng)溫度。當(dāng)溫度穩(wěn)定后，并且基片在激光處理設(shè)備中的精確對(duì)準(zhǔn)完成之后，進(jìn)行激光退火。利用激光照射，使硅的結(jié)晶特性得以改善。這里，氣壓為1至1000乇，氧或氧化氮(例如一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)等)的分壓為10%以上。結(jié)果，在激光照射的同時(shí)，在硅膜表面上形成氧化硅薄膜。
然后，把室2抽真空，使其壓強(qiáng)為10-5至1乇。再把基片放于預(yù)備室9，并傳送至真空度與預(yù)備室相同的等離子CVD淀積室1。在此淀積工藝期間，可在室1中進(jìn)行其它基片的處理。淀積完成后，淀積設(shè)備1的內(nèi)部被抽真空至10-5至1乇。把淀積室1與預(yù)備室之間的門(mén)打開(kāi)，將基片傳送至真空度相同的預(yù)備室。然后使預(yù)備室壓強(qiáng)與大氣壓相同，并把基片取到空氣中。
如果在激光設(shè)備中對(duì)基片的上述處理所用的時(shí)間，例如對(duì)基片進(jìn)行放置、對(duì)準(zhǔn)和取出所用的時(shí)間與在等離子CVD設(shè)備中做上述淀積、包括基片的放置和抽真空所用的時(shí)間大致相同，則可無(wú)需等待時(shí)間由激光處理設(shè)備至等離子CVD設(shè)備對(duì)基片進(jìn)行處理。如果激光處理基片的時(shí)間是等離CVD淀積時(shí)間的一半，則可同時(shí)在等離子CVD中淀積兩塊基片。這時(shí)，首先把兩塊基片存在預(yù)備室。把這兩塊基片之一傳送至激光處理設(shè)備進(jìn)行處理。另一塊留在預(yù)備室內(nèi)。第一塊基片處理后，再對(duì)存在預(yù)備室的另一塊進(jìn)行處理。兩塊基片都處理之后，把它傳送至等離子CVD設(shè)備同時(shí)淀積。
將對(duì)采用該設(shè)備形成TFT的工藝做概括地說(shuō)明。工藝示于圖7。
首先，在Corning 7059等的玻璃基片401上形成氧化硅底膜402。氧化硅膜402的優(yōu)選厚度為1000至5000 ，以便防止來(lái)自玻璃基片401的離子污染。其適宜的厚度為2000 。
之后，淀積非晶硅膜。其厚度最好為300至1000 。這里選為500 。通過(guò)400至500℃、例如450℃的退火，從膜中除去氫。將該非晶硅膜加工成島形，制成島形區(qū)403。利用圖1中設(shè)備的激光處理設(shè)備2，對(duì)如此處理的基片照射激光，把島形的非晶硅膜403轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶硅膜。
使用KrF準(zhǔn)分子激光作為激光。激光照射的條件為，能量密度是350至450mJ/cm2，每一位置照射2至20次，基片溫度為200至400℃。激光照射氣氛為1個(gè)氣壓的氧/氬氣氛。氧分壓為20%。
作為該激光照射的結(jié)果，在島形區(qū)403的表面上形成厚幾+ 的氧化硅薄膜404(圖7(A))。
然后，把基片傳送至圖1的等離子CVD設(shè)備。在這里，形成氧化硅膜。在把基片從激光處理設(shè)備傳送至等離子CVD淀積設(shè)備期間，基片絕不會(huì)接觸象水等的大氣成分。
在等離子CVD設(shè)備1中，由硅烷和一氧化二氮形成1000至1500 、例如1200 的氧化硅膜405。最好在材料氣體中混合少量的三氯乙烯或氯化氫，因?yàn)楣枘ぶ锌梢苿?dòng)的離子也被除去了。該氧化硅膜405還起到TFT的柵絕緣膜的作用(圖7(B))。
隨后，由以下材料形成柵電極406和408，即鋁、鉭、鉻、鎢、鉬、硅、或這些金屬的合金或者多層連接的材料等。通過(guò)在電解液中對(duì)柵電極施以電流，在柵電極的表面及其周?chē)纬申?yáng)極氧化膜407和409。陽(yáng)極氧化膜的厚度為1000至2500 。該陽(yáng)極氧化膜可降低由后續(xù)的離子摻雜、激光退火或淀積層間絕緣體的處理所引起的對(duì)柵電極的損害。
采用公知的離子摻雜方法和互補(bǔ)MOS(CM05)技術(shù)，形成P型區(qū)410、412和N型區(qū)413、415。結(jié)果，形成P溝道TFT(PTFT)的溝道區(qū)411和N溝道TFT(NTFT)的溝道區(qū)414。利用激光照射，使那些被離子摻雜損害的區(qū)的結(jié)晶特性好轉(zhuǎn)。此激光照射也是由圖1的激光處理設(shè)備完成的。此時(shí)，激光能量不必象圖7(A)的工藝所用的那么強(qiáng)。作為激光照射的條件，基片溫度為室溫，激光能量密度為250至350mJ/cm2。其它條件與圖7(A)的工藝相同(圖7(C))。
之后，把基片傳送至圖1(A)的等離子CVD設(shè)備。形成氧化硅膜416作為層間絕緣體。氧化硅膜的厚度為3000至8000 ，例如5000 。
隨后，在島形區(qū)開(kāi)接觸孔，并淀積3000至8000 、例如5000 的鋁膜。通過(guò)刻蝕，形成布線(xiàn)-電極417、418和419。通過(guò)在鋁與島形區(qū)之間設(shè)置厚500至1500 、例如1000 的氮化鈦膜，可獲得良好的接觸特性(圖7(D))。
本例形成的TFT具有良好的性能。例如，可穩(wěn)定地獲得的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，對(duì)于NTFT為200至300cm2/Vs，對(duì)于PTFT為100至250cm2/Vs。
實(shí)施例6參看圖3，這里顯示了本發(fā)明的另一多室系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括等離子摻雜設(shè)備(或稱(chēng)屢離子摻雜設(shè)備)、等離子CVD設(shè)備(也是干式腐蝕設(shè)備)和激光處理設(shè)備(如激光退火設(shè)備)的組合。在這三個(gè)設(shè)備中的任何相鄰的兩個(gè)之間形成預(yù)備室。
等離子摻雜設(shè)備、腐蝕設(shè)備和激光退火設(shè)備分別有室41、42和43。這些室被設(shè)計(jì)成能引入所需氣體并能排出無(wú)用氣體。而且，每個(gè)室內(nèi)氣壓可保持在適當(dāng)?shù)闹怠?br> 室41還裝有陽(yáng)極電極45和柵電極46。由高壓電源44把可高達(dá)100KV的高壓施加于陽(yáng)極。通過(guò)RF放電可在柵電極周?chē)a(chǎn)生等離子體并含有正離子47。由上述高壓把這些離子47向樣品支架49加速。結(jié)果，把加速的正離子如硼離子、磷離子、氫離子等注入位于樣品支架49之上的基片或樣品48。
例如，假定在絕緣基片48上形成結(jié)晶硅層，并在結(jié)晶硅層上形成氧化硅層。而且，假設(shè)形成了薄膜晶體管的柵電極。采用該摻雜方法，把所需雜質(zhì)注入氧化硅層和硅層。這種方法稱(chēng)為穿透摻雜，適于高生產(chǎn)量地形成半導(dǎo)體器件，因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)如氧化硅的材料來(lái)進(jìn)行摻雜的。
等離子CVD設(shè)備也是腐蝕設(shè)備42裝有電極53和54。RF電源52與電極53連接?；?5置于電極54上。作為一個(gè)例子，如果在四氟化碳的環(huán)境中，由來(lái)自RF電源的電能在電極之間產(chǎn)生放電，則可腐蝕基片上的氧化硅膜。如果在氧氣環(huán)境中產(chǎn)生RF放電，則有機(jī)物質(zhì)如光刻膠被氧化-除去，并進(jìn)行拋光。如果在單[甲]硅烷和氧氣的環(huán)境中產(chǎn)生RF放電，則可淀積氧化硅膜。
激光處理設(shè)備43與實(shí)施例5所述的激光處理設(shè)備基本相同。室43安裝有窗口61。由激光器58發(fā)射的激光經(jīng)反射鏡59和透鏡60穿過(guò)窗口61，并照射在置于可動(dòng)樣品支架64之上的基片62上?？捎眉訜崞?3加熱基片。作為所用的激光，適用于批量生產(chǎn)的紫外光的準(zhǔn)分子激光器激光，例如，KrF激光(波長(zhǎng)248nm)、Xecl激光(308nm)或XeF激光(350nm)是期望的。備用室50和56設(shè)置于等離子摻雜設(shè)備41、等離子CVD設(shè)備42和激光處理室43之間。
由于該系統(tǒng)有多個(gè)室，所以可進(jìn)行各種處理。例如，首先，在等離子摻雜處理設(shè)備41中，把適量的氫離子注入形成基片上的非晶或多晶硅島形膜。接著，在激光處理設(shè)備43中，在氧氣或一氧化二氮的氣氛中，照射激光。改善島形硅區(qū)的結(jié)晶特性，在其表面上形成氧化硅薄膜。之后，將基片傳送至等離子CVD設(shè)備42，淀積作為柵絕緣膜的絕緣膜如氧化硅。氫離子的注入工藝是可省略的。
該設(shè)備也可用于包括源/漏的摻雜工藝的處理。首先，用光刻膠涂覆基片。在等離子摻雜設(shè)備41中，僅在待形成P型(或N型)TFT的區(qū)摻雜P型(或N型)雜質(zhì)。之后，把基片傳送至等離子CVD設(shè)備42。通過(guò)在氧氣氛中進(jìn)行RF放電，即通過(guò)拋光除去光刻膠。結(jié)果，暴露出基片的整個(gè)表面。
再把基片返回等離子摻雜設(shè)備41，摻入N型(或P型)雜質(zhì)。在此摻雜中，N型(或P型)雜質(zhì)摻入在先前的摻雜工藝中用光刻膠覆蓋的區(qū)。該區(qū)成為N型(或P型)。另一方面，N型(或P型)雜質(zhì)也摻入在先前的工藝中已摻入P型雜質(zhì)的區(qū)。通過(guò)使第一次摻雜的劑量比后面摻雜降低，可使該區(qū)保持為P型(成N型)。
之后，把基片傳送至激光處理設(shè)備43，并用激光退火，以使已摻雜的雜質(zhì)激活，如同實(shí)施例5。
參看圖8，說(shuō)明采用這種多室系統(tǒng)制造薄膜晶體管(TFT)的例子。采用濺射或等離子CVD，在由Corning 7059制成的玻璃基片201上，形成厚200至2000 的氧化硅膜202構(gòu)成底層。然后，采用LPCVD、等離子CVD、濺射或其它類(lèi)似方法，淀積非晶硅作為300至1000 厚膜。在氮?dú)猸h(huán)境或真空中把疊層加熱至550-650℃持續(xù)4至48小時(shí)，使非晶硅膜晶化。這里，如果在膜中混入少量的鎳，則可降低晶化溫度，并且可縮短晶化時(shí)間。
對(duì)結(jié)晶硅膜進(jìn)行刻圖，形成島區(qū)203。之后，把基片放入圖3所示的設(shè)備。利用激光處理設(shè)備照射激光，島形硅膜203的結(jié)晶特性得以改善。與實(shí)施例5不同，島形硅區(qū)中的晶化已進(jìn)展至一定程度。但晶界仍有大量的微小的非晶單元。對(duì)此非晶單元進(jìn)行徹底晶化，可顯著改善TFT的性能。
采用KrF準(zhǔn)分子激光器激光。作為激光照射條件，能量密度為350至450mJ/cm2，每一位置的照射次數(shù)為2至20，基片溫度為200至400℃。在一個(gè)氣壓的一氧化二氮?dú)夥罩羞M(jìn)行激光照射。
作為這種激光照射的結(jié)果，在島形區(qū)203的表面上形成厚幾十 的氧化硅薄膜204。之后，把基片傳送至圖3系統(tǒng)中的等離子CVD設(shè)備42。在那里淀積厚1000至1500 、例如1200 的氧化硅膜205(圖8(B))。
隨后，用含0.1至0.3重量%鈧的鋁制成柵電極206和208。在電解液中對(duì)柵電極通以電流，在柵電極表面及其周?chē)纬申?yáng)極氧化膜207和209。陽(yáng)極氧化膜的厚度為1000至2500 。
用光刻膠掩蔽圖8中島形區(qū)203的右部，將其置于圖3的設(shè)備中。由等離子摻雜設(shè)備41摻入0.5至5×1015/cm2的硼。結(jié)果，在島形區(qū)203的左部形成P型區(qū)210和212，還形成了PTFT的溝道區(qū)211。接著，把基片傳送至等離子CVD設(shè)備42。通過(guò)氧等離子拋光除去光刻膠。再把基片傳送至等離子摻雜設(shè)備41，摻雜磷。期望的摻雜劑量為0.1至2×1015/cm2，并且要小于先前硼的摻雜量。按此方法，制NTFT的N型區(qū)213、215和溝道區(qū)214(圖8(C))。
把基片傳送至激光處理設(shè)備43，對(duì)摻入的雜質(zhì)進(jìn)行激活。作為激光退火條件，基片溫度為室溫，光能量密度為250至350mJ/cm2(圖8(D))。
把基片傳送至圖3的等離子CVD設(shè)備42，形成氧化硅膜216作為層間絕緣體。氧化硅膜的厚度為3000至8000 ，例如5000 。之后，從圖3的設(shè)備中取出基片。在島形區(qū)開(kāi)了接觸孔后，淀積厚1000 的氮化鈦膜，再淀積厚3000至8000 、例如5000 的鋁膜。對(duì)其進(jìn)行刻蝕，形成布淺-電極217、218和219。按此方法，制成CMOS型TFT電路(圖8(E))。
實(shí)施例7圖4給出本發(fā)明的具有多室結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的示意圖。圖4系統(tǒng)的詳細(xì)圖見(jiàn)圖11。
圖3系統(tǒng)包括一字式連接的三個(gè)設(shè)備的多室，本例的設(shè)備是星形的多室。亦即，本例具有室71，包括裝載-卸載機(jī)71;室73，包括用于對(duì)基片進(jìn)行各種加熱處理(如在氫氣氛中退火)的加熱室;室75，包括用于照射激光的激光處理室;室77，包括通過(guò)濺射法淀積氧化硅膜的淀積室;以及公用預(yù)備室(傳送室)79。預(yù)備室與各室之間由門(mén)72、74、76和78相互連接。利用設(shè)置在公用預(yù)備室79的機(jī)械手80，如圖4中81至84所示，使基片在各室之間移動(dòng)。
裝載-卸載機(jī)可采用盒對(duì)盒(C對(duì)C)方法。在C對(duì)C法中，當(dāng)多個(gè)基片置于裝載-卸載裝置的盒中時(shí)，由機(jī)械手把基片一個(gè)接一個(gè)地自動(dòng)傳送，并且已完成處理的基片被自動(dòng)送回盒。
以下說(shuō)明采用圖4系統(tǒng)形成TFT(薄膜晶體管)的例子。結(jié)合圖9說(shuō)明此例。首先，玻璃基片301采用Corning7059基片。在620至660℃下對(duì)此基片退火1至4小時(shí)之后，以0.1至1.0℃/分，最好是0.1至0.3℃/分逐漸冷卻該基片。當(dāng)溫度降至450至590℃時(shí)取出基片。
在基片上形成底膜302，并采用等離子CVD法形成300至800 厚的非晶硅膜303。利用厚1000 的氧化硅掩模304，在305所指的區(qū)上通過(guò)濺射形成厚20至50 的鎳膜。該鎳膜可能不是連續(xù)的膜。不僅可用濺射法，而且可用旋涂法。這里，添加的鎳具有幫助晶化的作用。
隨后，在氮?dú)夥罩?，?00至620℃，例如550℃下進(jìn)行8小時(shí)熱退火。使硅膜303晶化。晶化開(kāi)始于鎳膜與硅膜接觸的區(qū)305。晶體生長(zhǎng)平行于基片進(jìn)行，如圖中箭頭所示(圖9(A))。
通過(guò)對(duì)硅膜303刻蝕，形成島形的有源層區(qū)306和307。這里，在已直接引入鎳的區(qū)和晶體生長(zhǎng)端的區(qū)內(nèi)，鎳以高濃度存在。已注意到，這些區(qū)中的鎳濃度比其它晶化區(qū)要高出近一個(gè)數(shù)量級(jí)。因而，本例中，要避開(kāi)這些高濃度鎳的區(qū)來(lái)形成有源層區(qū)306和307，把具有高濃度鎳的區(qū)除去。在有少量鎳的區(qū)內(nèi)形成TFT的有源層。本例中有源層區(qū)中的鎳濃度大約是1017至1019cm-3。
將按此方法處理的基片從裝載-卸載機(jī)71放入圖4所示的系統(tǒng)。把基片放入裝載-卸載機(jī)71之后，所有室都抽真空。打開(kāi)門(mén)72，用機(jī)械臂把基片傳送至公用預(yù)備(傳送室)79。接著，關(guān)閉門(mén)72，打開(kāi)門(mén)74，把基片傳送至熱處理室73。氣氛為氫氣或氮?dú)猓訜嶂?00至400℃。
然后打開(kāi)門(mén)74和門(mén)76，把基片傳送至激光處理室75。關(guān)閉門(mén)76，使激光處理室75成為常壓下的氧氣氛。盡管這里采用氧氣氛，但也可采用氧化氣氛。
激光照射條件與實(shí)施例6相同。在有源層306和307的表面上，獲得厚50至150 的氧化硅膜308。由先前熱退火而晶化的區(qū)內(nèi)硅膜的結(jié)晶特性得到進(jìn)一步改善(圖9(B))。
按此方法，在照射激光前在熱處理室內(nèi)預(yù)加熱基片，可節(jié)省從基片放入激光處理室到基片溫度升高的時(shí)間。
完成激光照射后，排出激光處理室75中的氣體，使其成高真空狀態(tài)。打開(kāi)門(mén)76，用機(jī)械手把基片傳送至公用預(yù)備室79。關(guān)閉門(mén)76。打開(kāi)門(mén)74，把基片傳送至熱處理室73。
完成該傳送后，關(guān)閉門(mén)74。使熱處理室73成常壓下的氫氣氛。在熱處理室73中、在350℃下進(jìn)行30分鐘的氫氣熱處理。
在此氫氣熱處理中，存在于氧化膜308與有源層306、307之間的界面處以及接近界面處的懸空鍵被中和。因此可降低態(tài)并且可實(shí)現(xiàn)非常期望的界面特性。
完成成熱處理后，使熱處理室73成為高真空態(tài)。打開(kāi)門(mén)74，用機(jī)械手80把基片傳送至公用預(yù)備室79。完成傳送之后關(guān)閉門(mén)74，再打開(kāi)門(mén)78，把基片傳送至淀積室77。完成傳送之后，關(guān)閉門(mén)78。在淀積室77內(nèi)用濺射法淀積氧化硅膜309。濺射靶為高純?nèi)嗽焓?。淀積的氧化硅膜309厚1000 。該氧化硅膜已與其下面的氧化膜308成為一體，可自由地控制膜厚，并且在與基底的界面特性上也是突出的。因而，可淀積包含TFT的柵絕緣膜的氧化硅膜309。也可形成氮化硅膜來(lái)代替氧化硅膜309。
在淀積工藝期間，按此方式形成的柵絕緣膜不會(huì)暴露于空氣。因此，界面表面不會(huì)被污染，并且可獲得適當(dāng)?shù)慕缑嫣匦浴Ｌ貏e是在氧氣氣氛或氧化氣氛由激光照射形成的氧化膜308，在與構(gòu)成有源層306、307的硅膜的界面特性是突出的，并具有結(jié)晶特性?？色@得具有低界面濃度的TFT的極好的柵絕緣膜。
在淀積室77中淀積氧化硅膜309后，在熱處理室73中進(jìn)行進(jìn)一步的氫氣熱退火。
在淀積室77中淀積氧化硅膜309之后，使淀積室77成為高真空態(tài)。打開(kāi)門(mén)78、把基片傳送至公用預(yù)備室79。關(guān)閉門(mén)78。接著，打開(kāi)門(mén)72，把基片傳送至裝載-卸載機(jī)71。關(guān)閉門(mén)72，把基片從裝載-卸載機(jī)71取出于系統(tǒng)。
采用濺射方法，淀積厚5000 的主要含鋁的膜。通過(guò)象實(shí)施例6那樣刻蝕的和陽(yáng)極氧化，形成柵電極部分310和311。
象實(shí)施例5和6那樣，注入磷和硼，以自對(duì)準(zhǔn)方式形成TFT的源和漏區(qū)。
摻雜磷和硼之后，用激光或其強(qiáng)度與激光相同的其它光照射，以便激活源和漏區(qū)。采用等離子CVD方法，形成大約厚5000A的氧化硅膜312作為層間絕緣體。在氧化硅膜312中開(kāi)孔之后，形成源和漏電極-布線(xiàn)313、314和315。在氫氣氛中、350℃下完成氫氣熱處理，制成CMOS型TFT。
當(dāng)以在氮化氣氛中代替氧化氣氛施加激光時(shí)，則獲得氮化硅膜308。
在本發(fā)明中，激光處理設(shè)備與相關(guān)的真空設(shè)備如膜形成設(shè)備、腐蝕設(shè)備和摻雜設(shè)備組合以便組成系統(tǒng)。該系統(tǒng)能有效地提供改進(jìn)的生產(chǎn)率。特別地，在氧氣氛或氧化氣氛中，用激光照射非晶或多晶膜，可以改善膜的結(jié)晶特性，同時(shí)可在其表面上形成氧化膜。之后，通過(guò)淀積絕緣膜如氧化硅而不暴露于外部空氣，可在具有結(jié)晶特性的硅膜上形成在界面態(tài)優(yōu)異的柵絕緣膜。
另一方面，可以防止柵電極的臺(tái)階部位與島形區(qū)電短路。亦即，如圖10(A)所示，在通常的TFT工藝中，當(dāng)形成島形區(qū)時(shí)，采用過(guò)腐蝕在硅膜邊緣上造成空隙。特別是基底的氧化硅膜是軟的情形(腐蝕率是大的)，這是顯著的。在用已有的PVD法或CVD法形成柵絕緣膜的情形下，由于這些空隙不能良好地掩蓋，所以由裂縫等發(fā)生短路，產(chǎn)生峰值電流(圖10(B))。
然而，在本發(fā)明中，圍繞硅膜形成微細(xì)的氧化膜或氮化膜，該膜具有均勻的厚度且無(wú)針孔等，這是由于照射激光或其強(qiáng)度與激光相同的基它光的結(jié)果。即使產(chǎn)生上述裂縫，實(shí)用中也不會(huì)有什么問(wèn)題，在柵電極與島形區(qū)之間不會(huì)發(fā)生短路。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，采用一種半導(dǎo)體工藝系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)光處理設(shè)備和至少一個(gè)真空處理設(shè)備，所述方法包括利用所述至少一個(gè)真空處理設(shè)備中的一個(gè)處理基片；把所述基片從所述至少一個(gè)真空處理設(shè)備中的一個(gè)傳送至所述至少一個(gè)光處理設(shè)備中的一個(gè)，而不使所述基片暴露于外部空氣；在所述至少一個(gè)光處理設(shè)備中的一個(gè)對(duì)基片進(jìn)行光處理。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)真空處理設(shè)備是膜形成設(shè)備、腐蝕設(shè)備、摻雜設(shè)備和熱處理設(shè)備中的任何一個(gè)或多個(gè)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述光是激光或紅外光。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)真空處理設(shè)備是等離子CVD設(shè)備、濺射設(shè)備、熱CVD設(shè)備、真空蒸發(fā)設(shè)備、等離子摻雜設(shè)備、離子注入設(shè)備、熱擴(kuò)散設(shè)備或熱晶化設(shè)備。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)光處理設(shè)備是激光腐蝕設(shè)備、激光退火設(shè)備或激光摻雜設(shè)備。
6.權(quán)利要求1的方法，其中從所述至少一個(gè)真空處理設(shè)備中的一個(gè)把基片傳送至所述至少一個(gè)光處理設(shè)備中的一個(gè)，是通過(guò)設(shè)置于其間的預(yù)備室來(lái)進(jìn)行的。
7.權(quán)利要求1的方法，其中隨著所述基片相對(duì)于所述光移動(dòng)，把所述光照射在所述基片上。
8.一種半導(dǎo)體處理設(shè)備，所述半導(dǎo)體設(shè)置于基片上，包括光照設(shè)備，用于把光照射在所述半導(dǎo)體上;真空設(shè)備，用于真空處理;一種機(jī)構(gòu)，用于從所述真空設(shè)備把所述基片傳送至所述光照設(shè)備，而不使基片暴露于外部空氣。
9.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述光照設(shè)備是激光腐蝕設(shè)備、激光退火設(shè)備或激光摻雜設(shè)備。
10.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述光是激光或紅外光。
11.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述真空設(shè)備是等離子CVD設(shè)備、濺射設(shè)備、熱CVD設(shè)備、真空蒸發(fā)設(shè)備、等離子摻雜設(shè)備、離子注入設(shè)備、熱擴(kuò)散設(shè)備、熱晶化設(shè)備或腐蝕設(shè)備。
12.權(quán)利要求8的設(shè)備，還包括一個(gè)發(fā)射激光的激光器，所發(fā)射的激光通過(guò)設(shè)置于所述光照設(shè)備壁上的窗口，引入所述光照設(shè)備。
13.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述光照設(shè)備包括用于承載所述基片的支架要，所述支架可相對(duì)于所述光移動(dòng)。
14.權(quán)利要求8的設(shè)備，還包括位于所述光照設(shè)備與所述真空設(shè)備之間的預(yù)備室，其中從所述真空設(shè)備至所述光照設(shè)備的所述基片傳送是通過(guò)所述預(yù)備進(jìn)行的。
15.權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述真空設(shè)備，所述光照設(shè)備和所述預(yù)備室可被抽真空。
16.一種半導(dǎo)體處理設(shè)備，所述半導(dǎo)體設(shè)置于基片上，包括預(yù)備室;與所述預(yù)備室連接的光處理設(shè)備;與所述預(yù)備室連接的離子引入設(shè)備;與所述預(yù)備室連接的腐蝕設(shè)備。
17.權(quán)利要求16的設(shè)備，其中所述光處理設(shè)備是激光處理設(shè)備。
18.權(quán)利要求16的設(shè)備，其中所述離子引入設(shè)備是等離子摻雜設(shè)備。
19.權(quán)利要求16的設(shè)備，包括一個(gè)與所述預(yù)備室連接的室，用于所述基片的放入和取出。
20.權(quán)利要求16的設(shè)備，還包括機(jī)械手，用于把所述基片傳送至所述預(yù)備室、所述光處理設(shè)備、所述離子引入設(shè)備和所述腐蝕設(shè)備。
21.一種半導(dǎo)體器件的處理設(shè)備，至少包括用光處理表面的光處理室和進(jìn)行真空處理的真空室，其中所述設(shè)備設(shè)置有從所述光處理室把工件傳送至所述真空室的裝置，而不使所述工件暴露于空氣，反之亦然。
22.權(quán)利要求21的設(shè)備，其中，所述光是激光或紅外光。
23.權(quán)利要求21的設(shè)備，其中所述真空室選自由膜形成室、腐蝕室和熱處理室構(gòu)成的組。
24.一種半導(dǎo)體器件的處理方法，包括以下步驟在第一室中對(duì)工件進(jìn)行第一處理;從所述第一室把所述工件傳送至第二室，而不使所述工件暴露于空氣;在所述第二室對(duì)所述工件進(jìn)行第二處理;其中所述第一處理和所述第二處理中至少一個(gè)包括用光處理所述工件的步驟。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述光是激光或紅外光。
26.權(quán)利要求24的方法，其中所述第一處理和所述第二處理中的另一個(gè)選自膜形成、腐蝕和熱處理構(gòu)成的組。
27.一種半導(dǎo)體處理設(shè)備，包括第一室，用于用光處理工件;第二室，用于處理所述工件;傳送裝置，用于從所述第一室把所述工件傳送至所述第二室，而不使所述工件暴露于空氣。
28.權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所述光是激光或紅外光。
29.權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所述第二室可在膜形成室、腐蝕室和熱處理室中選擇。
30.一種半導(dǎo)體器件的處理方法，包括以下步驟在第一室中用光處理工件;在所述處理之后，從所述第一室把所述工件傳送至第二室;在所述第二室處理所述工件。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述光是激光或紅外光。
32.權(quán)利要求30的方法，其中所述處理包括選自以下組中的至少一個(gè)步驟，即膜形成步驟、腐蝕步驟和熱處理步驟。
33.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，使用一種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有至少一個(gè)光處理設(shè)備和至少一個(gè)真空處理設(shè)備，所述方法包括在所述一個(gè)光處理設(shè)備中，在氧化或氮化氣氛下，對(duì)設(shè)置于基片上的半導(dǎo)體膜進(jìn)行光照;從所述一個(gè)光處理設(shè)備把所述基片傳送至所述一個(gè)真空處理設(shè)備，而不使所述基片暴露于空氣;傳送之后，在所述半導(dǎo)體膜上，形成包含選自氧化硅和氮化硅的材料的膜。
34.權(quán)利要求33的方法，其中所述一個(gè)真空處理設(shè)備是等離子化學(xué)汽相淀積設(shè)備、低壓化學(xué)汽相淀積設(shè)備、常壓化學(xué)汽相淀積設(shè)備或者濺射設(shè)備。
35.一種半導(dǎo)體的制造設(shè)備，包括至少一個(gè)光處理設(shè)備;至少一個(gè)真空處理設(shè)備;至少一個(gè)真空膜形成設(shè)備;其中所述一個(gè)光處理設(shè)備包括用于在所述一個(gè)光處理設(shè)備內(nèi)、在氧化或氮化氣氛中施加光的裝置。
36.權(quán)利要求35的設(shè)備，其中所述一個(gè)真空處理設(shè)備是腐蝕設(shè)備，摻雜設(shè)備或熱處理設(shè)備。
37.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟通過(guò)向非單硅膜照射光，在氧化或氮化氣氛中，在所述非單晶膜的表面上形成膜，該膜包含選自氧化硅和氮化硅的材料;在所述膜上形成絕緣膜，該絕緣膜包含選自氧化硅和氧化硅的材料;其中所述非晶硅膜是用所述光照射而被晶化。
38.權(quán)利要求37的方法，其中所述光包括脈沖寬度為1微秒以下的光脈沖。
39.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟在氧化或氮化氣氛中，通過(guò)對(duì)非單晶硅膜進(jìn)行光照，使所述非單晶硅膜晶化;通過(guò)氣相生長(zhǎng)，在所述硅膜上形成包含選自氧化硅和氮化硅的材料的膜;在包含氫氣的氣氛中，對(duì)所述非單晶硅膜進(jìn)行熱處理;熱處理之后，在所述硅膜上形成氧化硅膜。
40.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，使用一種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于光處理的第一室，用于含氫的氣氛中進(jìn)行熱處理的第二室，用于形成膜的第三室，以及與所述第一、第二和第三室連接的公用預(yù)備室，所述方法包括在所述第一室，在氧化或氮化氣氛中，對(duì)非單晶硅進(jìn)行光照，使所述非單晶硅膜晶化，并使所述非單晶硅膜表面氧化或氮化;在所述第二室內(nèi)，在含氫的氣氛中，對(duì)所述硅膜進(jìn)行熱處理;在所述第三室內(nèi)，在整個(gè)所述硅膜上形成包含選自氧化硅和氮化硅的材料的膜;其中，通過(guò)所述公用室，可把所述硅膜從所述第一、第二和第三室中之一傳送至所述第一、第二和第三室中的另一個(gè)，而不使所述硅膜暴露于空氣。
全文摘要
一種多室系統(tǒng)，在半導(dǎo)體器件如半導(dǎo)體集成電路的制造中，提供一種高清潔度的處理。該系統(tǒng)包括多個(gè)真空設(shè)備(如膜形成設(shè)備、腐蝕設(shè)備、熱處理設(shè)備和預(yù)備室)，用于制造半導(dǎo)體器件。這些真空設(shè)備中至少一個(gè)是采用激光的。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1104371SQ9411597
公開(kāi)日1995年6月28日 申請(qǐng)日期1994年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月5日
發(fā)明者山崎舜平, 武內(nèi)晃, 竹村保彥, 島田浩行 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所