专利名称：避免利用焦耳加热的快速退火期间产生电弧的方法
技术领域：
本发明系关于避免利用焦耳加热的快速回火期间产生电弧之方法，尤其系关于在热处理需求材料、介电层及导电层构成的混合结构内，包含在热处理需求材料的预定部分上之快速回火期间，利用对导电层施加电场瞬间产生高热造成焦耳加热效果，热处理需求材料与导电层之间的电位差设定低于介电层的介电崩溃电压，从而避免在回火期间因为介电层的介电崩溃而产生电弧之快速回火法。
背景技术：
一般而言，回火法会有所改变，像是使用热处理炉的炉回火、使用卣
素灯等等的辐射热之快速热回火(RTA)、使用雷射的雷射回火、使用焦耳加热的回火等等。
在充分考量到材料特性以及回火温度范围的处理点、回火温度的一致性、加热率、冷却率、采购价格、保养成本等等来选择这些回火法。尤其是，可选择的热处理法极度受限于因为材料与处理的特性，而需要在材料局部区域上高温回火或快速回火之情况。
在上述回火法之间，雷射回火法可在材料表面上进行快速回火，但是因为回火的可能性取决于雷射波长以及热处理需求材料的种类，因此可回火的材料已经受到限制。尤其是，在大尺寸回火的情况下，直线光束形雷射需要重复扫描，如此可能会发生激光束强度不一致以及激光束本身辐射剂量随时间而变的问题。再者，此方法的缺点在于不仅是设备价格高，而且保养成本相当高。
虽然RTA法广泛用在半导体的制备上，此技术仅适用于直径300 mm
7的珪晶圓，如此在比这个宽的基板上就会形成有限的回火均匀度。此外，
由于最高加热率为400。C/秒，所以不可能使用在需要比此还高加热率的处理上。
因此，已经进行许多针对回火法的研究，这可解决这些问题并且免受
处理上的限制。在这些研究当中，如第KP2004-74493号申请案内的说明，其利用在导电层上施加电场而通过焦耳加热的快速回火法，并且上述回火法可藉由所产生高温的热传导在所要材料上进行选取的快速回火，并且预期具有比RTA处理更高的加热率。
不过，由于尚未清晰找出像是焦耳加热期间电弧产生这类物理现象，所以在利用电场使用焦耳加热的回火法应用当中以及上述应用当中会有所限制。
发明内容
创造本发明来解决上述问题以及尚未解决的其它技术问题。
在许多广泛与密集研究与实验来解决上述问题之后，本发明的发明者已经找出在由热处理所需材料/介电层/导电层构成的混合结构内对导电层施加电场而在焦耳加热期间产生电弧的原因，并且根据此原因，已进一步找出在符合特定需求情况下回火时不会产生电弧的因素。本发明将根据上面的发现来完成。
根据本发明在热处理需求材料、介电层以及导电层构成的混合结构内之回火法，包含在热处理需求材料的预定部分上之快速回火期间，利用对导电层施加电场瞬间产生高热造成焦耳加热效果，热处理需求材料与导电层之间的电位差设定低于介电层的介电崩溃电压，从而避免在回火期间因为介电层的介电崩溃而产生电弧。
因此，^f艮据本发明的快速回火法，由于在短时间内对导电层施加电场造成焦耳加热将部分或整个热处理需求材料回火，而还能避免介电层的介电崩溃导致产生电弧。
上述第KP 2004-74493号申请案揭露了利用焦耳加热导电层至当成热处理需求材料范例的回火目标层之快速回火法，因此上述申请案在此并入本发明当成参考。
在导电层内利用施加电场所发生的焦耳加热定义为电流流过导电材料受到阻力而产生热量的加热。每单位时间焦耳加热藉由电场施加于导电
层的能量可由下列方程式表示W = Vxl
在上列方程式中，w定义为每单位时间焦耳加热所供应的能量数量，V为供应至导电层两端的电压，而I为电流。从上列方程式中可了解，随着电压(V)增加及/或随着电流(I)增加，每单位时间焦耳加热施加于导电层
的能量数量也会增加。
因此，由于将强烈电场施加于导电层，焦耳加热会瞬间产生高热，如此产生的热量会通过导电层来传导，从而将回火目标层快速回火。不过，在快速回火处理中，会有电弧产生的情况。
在对由热处理所需材料/介电层/导电层所构成的混合结构内对导电层施加电场而在热处理期间产生电弧的原因进行许多广泛与密集研究与实验之后，本发明的发明者已经发现，当热处理需求材料与导电层之间电位差高于介电层的介电崩溃电压时会发生电弧。这是全新的发现，因此预期对于施加电场的回火法有突破性的进展。
下面将详细说明本发明。
在热处理需求材料本身或一部分具有导电性的情况下，电位差发生在施加于导电层的电场之垂直方向上的导电层与热处理需求材料之间。换言之，沿着热处理需求材料/介电层/导电层的积层方向发生电位差。其中，在热处理需求材料本身或其某些部分变成具有导电性的情况下，则会将整个材料制作成一般电容器结构。因此，若发生电位差超过介电层的介电崩溃电压，然后电流流过介电层，因此伴随产生电弧。
热处理需求材料本身或某部分具有导电性情况包括例如材料本身或
某部分包含导电材料，或材料在回火处理期间变成导电。例如无结晶硅薄膜会由于通过施加电场至位于顶端或底部并且插入介电层的导电层的焦耳加热来变成多晶硅薄膜，从而多晶硅薄膜会在高温时显示导电性。因此，当施加电场来进行焦耳加热而取得优异结晶特性时，则可如上述原理发生电弧。
根据本发明的方法，将热处理需求材料与导电层之间电位差设定为低于介电层的介电崩溃电压之较佳方法为像是(i)让热处理需求材料与导电层之间的电位差低于焦耳加热期间介电层的介电崩溃电压，或(ii)提升介电层的介电崩溃电压。
上述方法(i)的更特定实例为进一步在焦耳加热期间同时将电场施加于
热处理需求材料。换言之，利用将电场同时施加于导电层与热处理需求材料，让导电层与热处理需求材料之间不发生电位差。
将电场施加在导电层与热处理需求材料的方法包含在结构由热处理需求材料/介电层/导电层构成的情况下，利用将电极连接至热处理需求材料与导电层每一或两者来施加电场的方法，以及利用移除某些介电层来将电场施加于与热处理需求材料接触的导电层之方法。
上述方法(ii)的更特定实例为提升介电层的介电崩溃强度。因为绝缘体的介电崩溃强度主要由材料的固有特性所决定，利用根据已知情况选择适当材料并且在相同材料的情况下，利用介电层的厚度来控制，厚度增加时介电崩溃强度增加。这些提升介电崩溃强度的方法更佳用于热处理需求材料内不需要电流的情况。在此连接当中，底下将特别显示由介电层的介电崩溃所产生之电弧。
施加至介电层的电场可由下列方程式表示E=V， /1
E定义为施加至介电层的电场，V，为将电压供应至导电层两端时发生在热处理需求材料与导电层之间的电位差，t为介电层的厚度。因为施加至介电层的电场与介电层的厚度成反比，所以增加介电层的厚度会减少电场。因此，并不容易让E超过包含介电层的绝缘体之介电崩溃电压值。另一方面，增加介电层厚度会由于减少热量从导电层传导至热处理需求材料，所以会降低焦耳加热效率。
从下列参考附图的详细说明中，将会更清楚了解到本发明的上述与其 它目的、特色与其它优点。
第 一 图显示说明利用将电场施加至根据本发明具体实施例当成基本 结构的导电层、介电层以及热处理需求材料所有结构之回火处理构造示意
第二图显示说明根据第一图的改良具体实施例之结构示意第三图至第六图显示说明具有第一图基本结构的样本之示意图，该样 本包含根据第一具体实施例的基层/热处理需求材料/介电层/导电层之结 构，并且将电极连接至导电层以及热处理需求材料；
第七图至第十一图显示说明具有第一图基本结构的样本之示意图，该 样本包含根据第二具体实施例的基层/第 一介电层/导电层/第二介电层/热 处理需求材料之结构，并且将电极连"^妻至导电层以及热处理需求材料；
第十二图至第十三图显示说明具有第一图基本结构的样本之示意图， 该样本包含根据第三具体实施例的基层/热处理需求材料/介电层/导电层之 结构、让热处理需求材料与导电层至少部分接触，并且将电极连接至导电
层；
第十四图显示说明在让介电层的介电崩溃电压高之状态下回火处理 构造示意图，此结构当成本发明其它具体实施例的基本结构；
第十五图至第十七图显示说明具有第十四图基本结构的样本以及根 据所要具体实施例让介电层的介电崩溃电压高之状态下的示意第十八图至第二十二图显示说明根据本发明具体实施例的顶端栅极 晶体管之制造处理阶段图，并且第二十三图显示说明顶端栅极晶体管的结 构之示意第二十三图至第二十六图显示说明根据本发明其它具体实施例的底 部栅极晶体管之制造处理阶段第二十七图显示在本发明范例1内由焦耳加热施加第一电场的样本发 射光线之特色照相；第二十八图显示在本发明范例1内由焦耳加热施加第二电场的样本发 射光线之特色照相；
第二十九图显示在本发明范例2内由焦耳加热施加第一电场的样本发
射光线之特色照相；
第三十图显示在本发明范例2内由焦耳加热施加第二电场的样本发射 光线之特色照相；
第三十一图显示在本发明比较范例1内由于施加电场而发生电弧之特 色照相。
具体实施例方式
此后，将参考用于帮助了解本发明的图式来详细说明本发明的具体实 施例，不过，这并非用于限制本发明领域。
在以下图式与详细说明中，针对参考聚合积层薄膜结构的接触状态， 像是导电层与电极之间的接触状态、热处理需求材料(或回火目标层)与电 极之间的接触状态及热处理需求材料与导电层等等之间的接触状态，表示 保持这种程度的接触状态不会造成电场施加期间这两者之间一个大的接 触阻抗。
此外，虽然加入或形成来将电场施加至导电层或热处理需求材料的电 极在下列范例内专门加入或形成于上表面(或顶端表面)，若其在聚合积层 薄膜结构内具有中空结构，其可包含加入或形成于侧表面的电极。
更进一步，此后通过垂直剖面图来表示聚合积层薄膜结构，并且在考 量某些结构时(例如电极)使用根据平面说明的某些有限表述，但是这些表 述可在立体结构内变更。
首先，第一图显示说明本发明基本样本结构的示意图。
请参阅第一图，在热处理需求材料(10)上依序形成介电层(40)和导电层 (50)后，连接将热处理需求材料(10)和导电层(50)连接在一起的电极，并且 同时将电场施加至热处理需求材料(10)与介电层(40)。
由于处理的特性，只有在与实际发生焦耳加热的导电层(50)相邻之热处理需求材料(10)才会受到热处理，如此导电层(50)应该位于热处理需求材
料(10)需要热处理之处。
热处理需求材料(10)可为包含单一材料或2种材料以上的多种结构。
即使具有导电性也不适合通过施加电场的直接焦耳加热的材料。
理需求材料(10)与导电层(50)之间电绝缘来局部隔热。介电层(40)—般可形 成薄并且包含对材料影响不大并且具有绝缘特性与高熔点的各种材料。
导电层(50)包含可较佳维持一致厚度的导电材料，以及在施加电场的 焦耳加热期间让热均勻的化学成分。
将电场施加至导电层(50)可在室温下达成，并且该结构可在施加电场 之前在适当温度范围内预热。适当的预热温度范围表示可让热处理需求材 料(10)通过所有处理的温度范围。
将电场施加至导电层(50)可通过施加利用焦耳加热加热至所要温度范 围的功率密度能量来达成，并且利用像是特定阻抗、长度、厚度、宽度、 热传输率、施加时间这许多因素来决定。
电极(60, 62)用来当成让导电层(50)与热处理需求材料(10)电接触的装 置。因此，可使用多种让导电层(50)与热处理需求材料(10)电接触的装置，
装置，或是非图式内所表示的电极型态，则可将电极排除。装置可包含像 是变更某些结构以用于让热处理需求材料与导电层在某些部分内直接电 接触之情况，以及，加入选择性的连接构件以在只有施加电场时将热处理 需求材料电连接至导电层之情况。
导电层(50)的结构所构成。在此结构内，电极(60, 62)也可由将导电层(50) 与热处理需求材料(10)电连接的其它装置所构成。
因此，除非说明书内有其它解释，否则让热处理需求材料(在某些情况下为「目标层」)与导电层电接触的电极可由可电接触的其它装置所构成， 吾人应该了解，所有这些当中也都包含在本发明的领域内。
此后，将利用分解成分以及电场施加结构，来更详细说明根据具体实 施例具有第 一 图中样本结构当成基本结构的样本。 一或多个因为处理特性 而不需要回火的基层可加入样本中，并且样本的热处理需求材料可用层 形，即是回火目标层来加入。
第三图至第六图说明根据本发明第 一具体实施例的样本之示意图。
根据第一具体实施例的样本(100, 101， 102, 103)由以目标层(30)、介电 层(40)和导电层(50)位于基层(20)上的顺序形成之结构所构成，并且包含连 接至目标层(30)和导电层(50)的电极(60, 62)。
根据第三图和第四图的样本(IOO, 101)包含基层(20)、目标层(30)、介 电层(40)以及导电层(50)依序堆栈的积层结构，并且形成电极(60, 62)以去 除目标层(30)、介电层(40)和导电层(50)两侧的某些部分，或去除介电层(40) 与导电层(50)两侧的某些部分，并且电极(60, 62)具有与目标层(30)接触的 结构。其中，如第四图内所示的电极(60, 62)可与目标层(30)上表面的两侧 接触，成为覆盖导电层(50)上表面两侧的结构。
根据第五图和第六图的样本(102, 103)包含通过去除基层(20)、目标层 (30)、介电层(40)的积层结构内某部分介电层(40)来形成与目标层(30)接触 的第一电极(60, 62);以及形成于介电层(40)和电极(60, 62)上所形成导电层 (50)上表面两侧上的第二电极(61, 63)。
其中，目标层(30)利用通过去除部份介电层(40)与第一电极(60, 62)接 触来与导电层(50)电连接。介电层(40)可具有如第五图所示去除了两侧某些 部分的结构，或如第六图所示去除夹在特定图案内某些部分的结构。
第七图至第十一图说明根据本发明第二具体实施例的样本之示意图。
根据第二具体实施例的样本(200, 201, 202, 203, 204)包含以第一介电 层(40)、导电层(50)、第二介电层(42)和目标层(30)位于基层(20)上的顺序形 成之结构，并且包含连接至目标层(30)和导电层(50)的电极(60, 62)。针对 此情况，可如第八图所示在目标层(30)上额外形成其它基层(22)。根据第七图、第八图和第十一图的样本(200, 201, 204)包含基层(20)、 第一介电层(40)、导电层(50)、第二介电层(42)以及目标层(30)的积层结构， 并且其中通过去除第一介电层(40)、导电层(50)、第二介电层(42)以及目标 层(30)两侧的某些部分，或去除第二介电层(42)与目标层(30)两侧的某些部 分来形成电极(60, 62)。其中，如第十一图所示，在覆盖最外侧目标层(30) 上表面的两侧某些部分的结构可形成电极(60, 62)。
根据第九图的样本(202)包含基层(20)、第一介电层(40)、导电层(50) 和第二介电层(42)的积层结构，并且其中在目标层(30)覆盖第二介电层(42) 两侧某些部分已去除状态下去除目标层(30)两侧的某些部分来形成电极 (60, 62)，从而某部分目标层(30)与导电层(50)接触。
根据第十图的样本(203)包含第 一介电层(40)、导电层(50)以及第二介 电层(42)的积层结构，并且其中去除第二介电层(42)两侧的某些部分来形成 电极(60, 62)，然后在第二介电层(42)和电极(60, 62)上形成目标层(30)。
第十二图和第十三图说明根据本发明第三具体实施例的样本之示意图。
根据第三具体实施例说明的样本(300, 301)包含只有在目标层(30)与导 电层(50)至少部分互相接触的状态下，通过将电极(60, 62)连接至导电层(50) 来施加电场所形成之样本。
尤其是，根据第十二图和第十三图的样本(300, 301)包含基层(20)、目 标层(30)、介电层(40)和导电层(50)的积层结构，以及形成于导电层(50)上 表面两侧上的电极(60, 62)。导电层(50)通过部分去除的介电层(40)与目标 层(30)部分接触。对于导电层(50)与目标层(30)之间利用范例所形成的部分 接触而言，去除介电层(40)两侧某些部分，然后在覆盖其上的结构内形成 导电层(50),如第十二图内所示，或用特定图案去除介电层(40)中间某些部接触。
第十四图说明本发明样本的其它基本结构之示意图。
请参阅第十四图，电极(60, 62)不直接连接至热处理需求材料(10),而 是只连接至导电层(50)以及热处理需求材料(10)与导电层(50)之间，介电层(40)具有比其间形成的电位差还要高的介电崩溃电压。
利用增加介电层(40)的厚度或使用具有高介电崩溃强度的介电材料就 可提高介电崩溃电压。该结构用于一般难以将电极与热处理需求材料(IO) 相连的情况，或因为热处理需求材料(10)本身的导电性优异，直接施加电
场无法轻易局部回火的情况。
第十五图至第十七图说明根据具有第十四图结构当成基本结构的较 佳具体实施例，在让介电层的介电崩溃电压高之状态下进行回火的样本之
示意图。其中， 一或多个因为处理特性而不需要回火的基层可加入样本(400: 401, 402)中，并且样本(400, 401, 402)的热处理需求材料可用层形，即是回 火目标层来加入。
根据4交佳范例的样本(400, 401, 402)包含以目标层(30)、介电层(40)和 导电层(50)位于基层(20)上的顺序形成之结构，或包含以第 一介电层(40)、 导电层(50)、第二介电层(42)和目标层(30)位于基层(20)上的顺序形成之结 构，并且包含连接至导电层(50)上表面两侧的电极(60, 62)。针对此情况， 可如第十七图所示在目标层(30)上新增额外基层(20)。
根据第十五图的样本(400)包含基层(20)、目标层(30)、介电层(40)和导 电层(50)的积层结构，以及形成于导电层(50)上表面两侧上的电极(60, 62)。 根据第十六图的样本(401)包含基层(20)、第一介电层(40)、导电层(50)、第 二介电层(42)以及目标层(30)的积层结构，以及形成于导电层(50)两侧上的 电极(60, 62)。
若为介电层要插入热处理需求材料与导电层之间的结构，则适用根据 本发明的回火法而无任何限制。
针对情况，该方法可包含在将电场施加至导电层之前，热处理需求材 料在允许的温度范围内之预热处理。其中，允许的温度范围表示热处理需 求材料不会产生变形的温度范围，例如对在其上依序形成硅薄膜和介电层 的基板内之硅薄膜执行回火处理之情况，其可为在处理期间基板不会产生 变形的温度范围。预热方法并未特别设限，例如可使用通过一般热处理炉、 灯泡的辐射热等等方法。
若本发明的热处理需求材料为与介电层接触的形式，则其并未特别限制在包含于混合结构内的形式，并且代表范例为在介电层上新增哪两层。
热处理需求材料、介电层、导电层与基i^种类并未特别设限，在一 个较佳具体实施例内，本发明的回火法用于让无晶硅薄膜、无晶/多晶混合
级硅薄膜或多晶硅薄膜结晶；或让掺杂的无晶硅薄膜、掺杂的无晶/多晶混 合级硅薄膜或掺杂的多晶硅薄膜进行掺杂物活化以及/或结晶。
在这种范例中，热处理需求材料可为掺杂或无掺杂无晶硅薄膜、无晶 /多晶混合级硅薄膜或多晶硅薄膜，其形成于其上选择性包含介电层的透明 基板上。
本发明的快速回火法较佳用于硅薄膜的结晶处理。
在较佳具体实施例内，根据本发明的硅薄膜之结晶方法包含步骤
在设置于 一透明基板上的 一介电层上形成一无晶硅状态的活性层；
形成一栅极电极，其中 一栅极介电层位于该活性层上；
在该活性层的预定部分上形成掺杂杂质的源极与漏极区域；
在包含该栅极电极的该已制备基板的顶端表面上形成一保护层，而要 在该基板两端上形成电极的部分除外；
对该保护层执行光微影蚀刻来露出该源极与漏极区域；
在该已制备基板的顶端表面上形成一导电层；以及
将一电场施加至该导电层，以利用该导电层所产生的热将该活性层回火。
在其它较佳具体实施例中，根据本发明的硅薄膜之结晶方法包含步
骤
在该基板上形成一栅极电极；
在所制备基板的顶端表面上形成一第一介电膜，而要在该栅极电极两 端上形成电极的部分除外；
在该第一介电膜上依次沈积一无晶硅薄膜与一已掺杂的无晶硅薄膜；
在包含该栅极电极两端的该已制备基板顶端表面上形成一导电层；
将一电场施加至该导电层，以利用该导电层所产生的热将该无晶硅薄膜与已掺杂的无晶硅薄膜进行结晶。
在上述硅薄膜的结晶化的具体实施例中，基板可为玻璃基板或塑料基 板，导电层可为ITO薄膜、其它种类的透明导电膜或金属薄膜，并且介电 层可为氧化硅层或氮化硅层。
在其它较佳具体实施例中，当形成半导体装置的浅结或超浅结时，则 可将该快速回火法应用在掺杂物活化的处理。在此情况下，热处理需求材 料可为像是以低能量离子注入的单晶硅晶圓，或外延型晶圓，其由在硅晶 圓上成长其它单晶膜所形成。
随着最近装置的整合度提升，根据装置的设计规则需要用到超浅结， 从而在硅基板表面附近存在最高浓度的掺杂物层，像是从硅基板表面上存
在数百A。在注入硼离子之后经过回火处理，会由于掺杂层的扩散而增加 连结深度。因此，RTA (快速热回火)方法具有快速加热率，即是尝试瞬间 回火法(400。C/秒)。不过，根据本发明的快速回火法(>106 。C/秒)可较佳用 于超浅结处理，因为当使用快速回火法进行超浅结活化时，不仅可大幅解 决上述问题，也可避免硅晶圓变形。
例如根据本发明的超浅结处理可包含下列步骤在硅晶圓上制备场 氧化膜来分隔装置，然后依序形成栅极氧化物膜、栅极电极以及分隔板氧 化物膜，并且利用离子注入掺杂硅晶圓的表面，像是使用高电流离子注入 器的11B或49BF2离子来形成源极/漏极。然后，制备介电层以避免污染并 在其上形成导电层，并且利用将电场施加至导电层进行快速回火处理，从 而通过将掺杂范围的掺杂物活性化来达成源极/漏极接合。
此后，将参考图式更详细说明有关硅薄膜应用方法的许多特定具体实 施例，这些图式并不以任何方式限制本发明领域。
第十八图至第二十二图说明根据本发明具体实施例的顶端栅极晶体 管之制造处理阶段图，并且第二十三图说明该处理生产的顶端栅极晶体管 之结构。
请参阅这些图式，在将无晶硅薄膜(31)沈积在基板(20)上并且插入介电 层(40)之后(请参阅第十八图)，利用微影蚀刻处理可达成个别TFT装置的 图案处理(第十九图)。利用PECVD法在其上沈积栅极氧化物膜(45)，然后利用喷溅法沈积栅极电极(35)。为了形成栅极电极(35)，则利用微影蚀刻与 蚀刻处理执行图案制作。如此在制备的自我对准栅极结构上，利用离子注
入掺杂物来形成源极和漏极(32)(请参阅第二十图)。然后，在对准栅极线 两端都露出的状态下形成被动层(41)(请参阅第二十一图)，然后使用光蚀 刻处理露出源极/漏极(32)，然后其上整个沈积导电层(50)来接触对准栅极 线的两端(请参阅第二十二图)。在此方法形成的结构中，利用施加电场至 导电层(50)而不产生电弧的情况下同时执行结晶与掺杂活化。
第二十三图至第二十六图说明根据本发明其它具体实施例的底部栅 极之制造处理阶段图。
请参阅这些图式，在基板(20)上形成栅极线(35)(请参阅第二十三图)， 然后依序形成介电层(40)、无晶硅薄膜(31)以及掺杂的无晶硅薄膜(32)以露 出栅极线(35)的两端(请参阅第二十四图)，并且利用微影蚀刻处理达成与各 自的TFT装置有关的图案处理(请参阅第二十五图)。然后，在整个基板表 面上形成导电层(50),并连接至露出的栅极线(35)(请参阅第二十六图)。在 此方法形成的结构内，利用施加电场至导电层(50)而不产生电弧的情况下 执行底部栅极结构内的结晶。
范例
此后，将参考范例详细说明本发明所进行的实验，这些范例并不以任 何方式限制本发明领域。
在宽3 cm x长2 cm x厚0.7 mm的玻璃基板上利用PECVD法形成厚 度3000A的Si02层(第一介电层)之后，沈积厚度500 A的无晶硅薄膜。然 后，在再度使用PECVD法于其上沈积厚度为1000 A的Si02层(第二介电 层)之后，在要沈积电极的部分位置中蚀刻Si02层。在这样制备的结构上， 利用喷溅法沈积厚度1000A的ITO薄膜(导电层)，然后不仅在导电层的两 端上形成长度0.5公分的电极，也形成让电流流过的无晶硅薄膜，从而制 备第三图内所示的样本。经过测量，导电层的阻抗为12Q。在300 V-20 ms的条件下，将电流施加至所制备样本的电极。利用第一电场施加期间的高温便无晶硅结晶，并且在第 一电场施加期间由焦耳加
热引起发光现象，如第二十七图中所示。虽然在第二电场施加期间，会如第二十八图内所示看见由于焦耳加热所施加电场导致的发光现象，可看见
在结晶硅的边缘上并未产生电弧。换言之，因为加热而具有导电性的硅薄膜连接至电极，从而其位于和导电层等电位的状态下。因此，在介电层厚度方向内并不存在电位差，如此就不会发生Si02介电层的介电崩溃。
在宽3 cm x长2 cm x厚0.7 mm的玻璃基板上利用PECVD法形成厚度3000 A的Si02层(第一介电层)之后，沈积厚度500 A的无晶硅薄膜。然后，利用PECVD法沈积厚度1 //m的Si02层(第二介电层)。然后，利用喷溅法在第二介电层上沈积厚度1000 A的ITO薄膜(导电层)，从而制备如第十四图所示的样本。经过测量，导电层的阻抗为12Q。
在300 V-20 ms的条件下，将电流施加至所制备样本的导电层。利用由于第一电场施加的高温便无晶硅结晶，并且在第一电场施加期间由焦耳加热引起发光现象，如第二十九图所示。虽然会如第三十图所示看见由于焦耳加热所施加第二电场应用导致的发光现象，可看见在结晶硅的边缘上并未产生电弧。
换言之，当第二电场施加在导电层/介电层/硅薄膜的结构内，硅薄膜在结晶状态下，并且在导电层的焦耳加热期间达到非常高温的硅处于导电状态。因此，该结构会在焦耳加热期间变成处于暂时的导体/介电层/导体状态。
在此范例的实验当中，电场只施加于导电层，如此导电层与暂时变成导体的硅间之会发生最大值300V的电位差。因此，最大电位差施加在介电层边缘上，并且其中因为当Si02介电层具有1 pm的厚度时会发生300V的电位差，所以施加在介电层厚度方向中的电场具有3.0 x 106 V/cm的值。
虽然Si02介电层的介电崩溃强度随沈积方法而变，并且介电崩溃的最大强
度大约107V/cm，因此因为此实验的情况并未超出Si02介电层的介电崩溃强度，所以不会发生介电崩溃。[比4交范例1]
在宽3 cm x长2 cm x厚0.7 mm的玻璃基板上利用PECVD法形成厚度3000A的Si02层(第一介电层)之后，沈积厚度500 A的无晶硅薄膜。利用PECVD法在其上沈积厚度1000A的Si02层(第二介电层)，利用喷溅法在第二介电层上沈积厚度1000 A的ITO薄膜(导电层)，然后在其两端上形成长度0.5cm的电极，从而制备样本。经过测量，导电层的阻抗为12Q。
在700 V-l ms的条件下，将电流施加至所制备样本的导电层。在电场施加期间，利用高温便无晶硅结晶。不过，如第三十一图内所示，可了解电弧会发生在结晶硅的边缘上。
这是因为第二介电层的厚度并未厚到足以由于未形成范例1内所示的等电位结构，而避免导电层/介电层/硅的电位差。换言之，在导电层/介电层/硅薄膜的结构内，在导电层的焦耳加热期间达到非常高温的硅会结晶，并且同时变成导电状态。如此，薄膜结构会在焦耳加热期间暂时变成导体/介电层/导体状态。
在此实验当中，电场只施加于导电层，如此导电层与暂时变成导体的硅间之会发生最大值300V的电位差。因此，最大电位差施加在硅边缘上。发生300 V电位差的Si02介电层厚度为1000 A，因此，施加在介电层厚度方向中的电场为2.5 x 107 V/cm之值。虽然Si02介电层的介电崩溃强度随沈积方法而变，介电崩溃的最大强度大约107V/cm。虽然Si02介电层的介电崩溃强度随沈积方法而变，则介电崩溃的最大强度大约107V/cm。因此，因为此实验的情况超出Si02介电层的介电崩溃强度，则会发生介电崩溃并且产生电弧。
使用离子注入法将硼摻杂入宽度3 cm x长度2 cm x厚度0.7 mm的硅晶圓内，然后，利用PECVD法沈积厚度1 的Si02层(介电层40)，如第十四图所示。然后，利用喷溅法在其上沈积厚度1000 A的ITO薄膜(导电层50)，从而制备样本。经过测量，导电层的阻抗为12Q。
在300 V-20 ms的条件下，将电流施加至所制备样本的导电层。在第一电场施加期间，利用高温活化硅晶圓的掺杂物。
在此实验当中，电场只施加于导电层，如此导电层与暂时变成导体的硅间之会发生最大值300V的电位差。因此，最大电位差施加在介电层边缘上，并且其中因为当Si02介电层具有1 pm的厚度会发生300V的电位差，所以施加在介电层厚度方向中的电场具有3.0 x 106 V/cm之值。虽然Si02介电层的介电崩溃强度随沈积方法而变，并且介电崩溃的最大强度大约l(^V/cm，因此，因为此实验的情况并未超出Si02介电层的介电崩溃强度，所以不会发生介电崩溃。
精通此技术人士将根据上面说明进行许多修改与应用。
工业上的应用性
如上述，根据本发明的回火法在焦耳加热施加电场时选4奪性将热处理需求材料回火，利用介电层的介电崩溃避免发生电弧，如此避免下列效应
首先，在高温下对所要部份进行快速回火对周围有最低影响。
第二，加热率与回火时间的控制无限制。尤其是，可在极短时间内加
热至尚温。
第三，可达成实际温度复制再生性以及温度一致性。
第四，因为使用电力所以干净，并且保养与设备成本都不贵。
精通此技术人士将根据上面说明进行许多修改与应用。
权利要求
1. 一种在热处理需求材料、介电层以及导电层构成的混合结构中的快速回火方法，该方法包含在该热处理需求材料的预定部分上的快速回火期间，通过对该导电层施加电场瞬间产生高热造成焦耳加热，该热处理需求材料与该导电层之间的电位差设定为低于该介电层的介电崩溃电压，从而避免在该回火期间由该介电层的介电崩溃而产生电弧。
2. 根据权利要求1之快速回火方法，其中该热处理需求材料包含具
3. 根据权利要求1之快速回火方法，其中将该热处理需求材料与该导电层之间的该电位差设定为低于该介电层的该介电崩溃电压是通过(i)使该热处理需求材料与该导电层之间的该电位差在低于该焦耳加热期间该介电层的该介电崩溃电压，或(ii)提升该介电层的该介电崩溃电压。
4. 根据权利要求3之快速回火方法，其中通过将电场同时施加于该导电层与该热处理需求材料以便该导电层与该热处理需求材料之间同电位而不发生该电位差。
5. 根据权利要求4之快速回火方法，其中在该结构由该热处理需求材料/介电层/导电层构成的情况下，该热处理需求材料与导电层都连接至电极；或该热处理需求材料与导电层的某部分通过彼此接触而相连；或只有在施加电场时，暂时增加选择性的连接构件来将该热处理需求材料与该导电层电连接。
6. 根据权利要求5之快速回火方法，其中在该结构由该导电层/介电层/热处理需求材料/介电层/导电层构成的情况下，该热处理需求材料与该导电层都连接至电极；或该热处理需求材料与导电层的某部分通过彼此接触而相连；或只有在施加电场时，暂时增加选择性的连接构件来将该热处理需求材料与该导电层电连接。
7. 根据权利要求5之快速回火方法，其中进一步增加因为处理特性而不需要热处理的一层或二层以上的基层。
8. 根据权利要求7之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该热 处理需求材料、介电层与导电层，然后去除该热处理需求材料、介电层及 导电层的某部分以形成电极。
9. 根据权利要求7之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该热处理需求材料、介电层与导电层，然后去除该介电层及导电层的某部分以形成电才及，并且该电极也与该热处理需求材^R妄触。
10. 根据权利要求9之快速回火方法，其中该电极由覆盖该导电层的 上表面两侧的 一部分的结构所构成。
11. 根据权利要求7之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该热 处理需求材料与介电层，然后去除该介电层二侧的某部分以形成电极，该 电极与该热处理需求材料接触，并且在该介电层与电极上形成该导电层， 接着在该导电层上表面或侧表面的两侧上形成电极。
12. 根据权利要求7之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该热 处理需求材料与介电层，然后以预定图案周期性地去除该介电层的某部分 以形成电极，该电极与该热处理需求材料接触，并且在该介电层与电极上 形成该导电层，接着在该导电层上表面或侧表面的两侧上形成电极。
13. 根据权利要求4之快速回火方法，其中在该结构由该基层/第一介电层/导电层/第二介电层/热处理需求材料所组成之情况下，电极连接至该 热处理需求材料与该导电层。
14. 根据权利要求13之快速回火方法，其中在该结构由该基层/第一 介电层/导电层/第二介电层/热处理需求材料/基层所组成之情况下，电极连 接至该热处理需求材料与该导电层。
15. 根据权利要求13之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该 第一介电层、导电层以及第二介电层，然后去除该第二介电层两侧的某部 分，并且在该第二介电层上以覆盖该笫二介电层的结构形成该热处理需求 材料，接着去除该热处理需求材料两侧的某部分来形成该电极。
16. 根据权利要求13之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该 第一介电层、导电层与第二介电层，然后去除该第二介电层二侧的某部分以形成电极，并且在该第二介电层与电极上形成该热处理需求材料。
17. 根据权利要求13之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该 第一介电层、导电层、第二介电层以及热处理需求材料，然后去除该第二 介电层二侧与该热处理需求材料的某部分以形成该电极。
18. 根据权利要求17之快速回火方法，其中在覆盖该热处理需求材 料的上表面两侧某部分的结构内形成该电极。
19. 根据权利要求4之快速回火方法，其中在该结构由该热处理需求材料/介电层/导电层所组成之情况下，电极连接至该导电层，并且该热处 理需求材料与该导电层至少部分彼此相连。
20. 根据权利要求19之快速回火方法，其中进一步增加因为处理特 性而不需要热处理的一层或二层基层。
21. 根据权利要求20之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该 热处理需求材料与介电层，去除该介电层两侧的某部分，以覆盖该介电层 的结构在该介电层上形成该导电层，电极形成于该导电层上表面的二侧， 且该导电层与该热处理需求材料相接触。
22. 根据权利要求20之快速回火方法，其中在该基层上依序形成该 热处理需求材料与介电层，然后以一预定图案周期性地去除该介电层的某 部分，该导电层在该介电层上形成以与该热处理需求材料接触，接着在该 导电层上表面或侧表面的两侧上形成该电极。
23. 根据权利要求3的快速回火方法，其中增加该介电层的厚度以使 该介电层的介电崩溃电压高于该热处理需求材料与导电层之间该电位差。
24. 根据权利要求23的快速回火方法，其中在该结构由该热处理需 求材料/介电层/导电层所组成之情况下，该电极连接至该导电层。
25. 根据权利要求24的快速回火方法，其中进一步增加因为处理特 性而不需要回火的一层或二层基层。
26. 根据权利要求25的快速回火方法，其中在该基层上依序形成该 热处理需求材料、介电层与导电层，然后在该导电层上表面或侧表面两侧 上形成该电极。
27. 根据权利要求25的快速回火方法，其中在该基层上依序形成该 第一介电层、导电层、第二介电层及热处理需求材料，然后在该导电层的 侧表面两侧上形成该电极。
28. 根据权利要求25的快速回火方法，其中在该基层上依序形成该 第一介电层、导电层、第二介电层、热处理需求材料及基层，然后在该导 电层的侧表面两侧上形成该电^f及。
29. 根据权利要求1的快速回火方法，其中该方法进一步包含在将电 场施加至该导电层之前，在允许的温度范围内预热该热处理需求材料的步 骤。
30. 根据权利要求1的快速回火方法，其中该回火方法用于将无晶硅 薄膜、无晶/多晶混合极硅薄膜或多晶硅薄膜进行结晶；或将掺杂的无晶硅 薄膜、掺杂的无晶/多晶混合极硅薄膜或掺杂的多晶硅薄膜进行掺杂物活化 及/或结晶。
31. 根据权利要求l之快速回火方法，其中该热处理需求材料为掺杂 或无掺杂的无晶硅薄膜、无晶/多晶混合级硅薄膜或多晶硅薄膜，其形成于 其上选择性包含该介电层的透明基板上。
32. 根据权利要求30之快速回火方法，其中该方法适用于将该硅薄 膜进行结晶，并且该方法包含步骤在设置于透明基板上的介电层上形成无晶硅状态的活性层；形成栅极电极，其中栅极介电层位于该活性层上；在该活性层的预定部分上形成以杂质掺杂的源极与漏极区域；在包含该栅极电极的已制备基板的顶端表面上形成保护层，而要在该 基板两端上形成电才及的部分除外；对该保护层执行光微影蚀刻来露出该源极与漏极区域；在该已制备基板的顶端表面上形成导电层；以及将电场施加至该导电层，利用该导电层所产生的热量将该活性层回火。
33. 根据权利要求30的快速回火方法，其中该方法适用于将该硅薄膜进行结晶，并且该方法包含步骤 在该基板上形成栅极电极；在该已制备基板的顶端表面上形成第一介电膜，而要在该栅极电极两 端上形成电极的部分除外；在该第一介电膜上连续沈积无晶硅薄膜与已掺杂的无晶硅薄膜；在包含该栅极电极两端的该已制备基板顶端表面上形成导电层；将电场施加至该导电层，利用该导电层所产生的热量将该无晶硅薄膜 与已掺杂的无晶硅薄膜进行结晶。
34. 根据权利要求32或33的快速回火方法，其中该基板为玻璃基板 或塑料基板，该导电层为ITO薄膜、其它种类的透明导电膜或金属薄膜， 并且该介电层为氧化硅层或氮化硅层。
35. 根据权利要求1的快速回火方法，其中该回火方法用于形成半导 体装置的超浅结。
36. 根据权利要求1的快速回火方法，其中该热处理需求材料为具有 低加速电压的离子注入式,圭晶圓。
全文摘要
本发明揭示一种在一热处理需求材料、介电层及导电层构成的一混合结构内之快速回火法，包含在该热处理需求材料的一预定部分上之快速回火期间，利用对该导电层施加一电场瞬间产生高热造成焦耳加热效果，该热处理需求材料与该导电层之间的该电位差设定低于该介电层的该介电崩溃电压，从而避免在该回火期间因为该介电层的介电崩溃而产生电弧。
文档编号H01L21/324GK101467236SQ200780021200
公开日2009年6月24日 申请日期2007年1月10日 优先权日2006年6月9日
发明者卢在相, 洪沅义 申请人:英矽尔科技公司;卢在相