激光处理方法

专利名称：激光处理方法
技术领域：
本发明涉及用激光照射半导体，使其受到各种热处理的技术。
迄今，对于用激光照射半导体，使其受到各种热处理的技术是人们所周知的。例如，下列技术都是已知的；采用激光照射非晶硅膜片，将在一玻璃基片上由等离子体CVD形成的一种非晶硅膜片(a-Si膜片)转换为一种晶状硅膜片的技术；以及在经杂质离子掺杂后的一种热处理技术，等等。例如，在由本发明申请人申请的日本未审专利申请No.Hei 6-51238中所描述的一种技术，就是使用激光的各种热处理技术以及激光照射设备。
由于各种使用激光的热处理并不构成对基片的热损坏，所以在不耐热的材料，例如一种玻璃基片或类似基片被用作基片的场合，该种处理方法成为一种有用的技术。然而，存在着一个问题，即难以在整个时间将热处理效应保持在一个稳定的程度上。因此，当用激光照射非晶硅膜片使其结晶化时，难以稳定地获得所要求的良好的结晶度。这样，要求一种用于稳定获得晶状硅膜片的技术，这种膜片具有良好的结晶度。
本发明的目的在于至少解决以下方面所述的一个或多个问题(1)在用激光照射半导体对其进行热处理的技术中一直提供稳定的作用；以及(2)进一步提高用激光照射非晶硅膜片所获得的晶状硅膜片的结晶度。
在此描述的本发明的第一实施例是包括以下步骤的方法；加热处理非晶膜片，以便使其结晶化；用激光照射被结晶化了的硅膜片。该方法的特征在于在该激光照射期间，样品保持在热处理温度的±100℃内。
在如上述结构的第一实施例中，在结晶化步骤期间执行的热处理温度可选择为450-750℃。
这个温度的上限由于基片的最高允许温度所限定。在基片是用玻璃制成的场合，该上限约为600℃。在考虑生产率场合，该温度最好约550℃。在使用玻璃基片的场合，希望在约550-600℃温度上进行热处理。
在激光照射期间，加热温度最好设定为约550-600℃。实际应用从约450℃开始加热。因此，加热温度最好在550℃±100℃范围。
在此公开的本发明的第二实施例是包括以下步骤的方法在低于600℃的温度下加热处理非晶硅膜片以便使其结晶化；用激光照射被结晶化了的硅膜片。该方法的特征在于，在激光照射期间，样品保持在加热处理温度的±100℃内。
在此公开的本发明的第三实施例是包括以下步骤的方法加热处理非晶硅膜片，以便使其结晶化；至少注入杂质离子于该结晶化了的硅膜的一部位中；以及用激光照射该离子注入部位。该方法的特征在于，在激光照射期间，样品保持在加热处理温度的±100℃。
在此公开的本发明的第四实施例是包括以下步骤的方法加热处理非晶硅膜片，以便使其结晶化；至少注入杂质离子于该结晶化了的硅膜的一部位中；以及用激光照射该离子注入部位。该方法的特征在于，在激光照射期间，样品保持在加热处理温度的±100℃内。
在此公开的本发明的第五实施例是包括以下步骤的方法当逐步地将具有线性截面的激光束从非晶硅膜片的一边移动到另一边时，照射该非晶硅膜片，以便连续地使照射部位结晶化。
该方法的特征在于当加热该受照射表面超过450℃时进行激光照射。
在上述结构的第五实施例中，该线性截面的激光束逐步地移动并与该膜片紧密接触。因此，能用激光有效地照射所要求的部位。通常，照射表面的温度限制在约600℃。然而，这些温度受到基片材料的限制。可以使用更高的温度。
在此公开的本发明的第六实施例是包括以下步骤的方法引进一种用于促进结晶化的金属元素于非晶硅膜中；加热处理非晶硅膜，以便使其结晶化；用激光照射结晶化了的硅膜片。该方法的特征在于，在激光照射期间，样品保持在加热处理温度的±100℃内。
在上述结构的第六实施例以及以下第七至第十实施例中，用于促进晶化的金属元素是从包括Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu，Zn，Ag，以及Au的组选择的一种或多种元素。在这些金属元素中，镍是产生最显著效应的一种元素。
在以上所述方法中，热处理温度能选择处在450℃-750℃的范围。该温度的上限由基片的最高允许温度所限制。在使用玻璃基片的场合，上限约为600℃。在考虑生产率的场合，该温度最好高于550℃。因此，在使用玻璃基片的场合，热处理最好在约550-600℃的温度上进行。此外，在激光照射期间，该热处理温度最好约550-600℃。实际应用从约450°开始加热。结果，希望从550℃±100℃的温度范围对基片进行加热。
在此公开的本发明的第七实施例是包括下列步骤的方法引进一种用于促进结晶化的金属元素于非晶硅膜片中；在低于600℃温度对该非晶硅膜片进行热处理；用激光照射结晶化了的硅膜片。该方法的特征在于，在激光照射期间，样品保持在热处理温度的±100℃范围内。
在此公开的本发明的第八实施例是包括以下步骤的方法引进一种用于促进结晶化的金属元素于非晶硅膜片中；热处理该非晶硅膜片，以便使其结晶化；至少注入杂质离子于该晶化了的硅膜片的一部位中；用激光照射该离子注入部位。该方法的特征在于，在激光照射期间，样品保持在热处理温度的±100℃范围内。
在此公开的本发明的第九实施例是包括以下步骤的方法引进一种用于促进结晶化的金属元素于非晶硅膜片中；热处理该非晶硅膜片，以便使其结晶化；至少注入杂质离子于该结晶化了的硅膜片的一部位中；用激光照射该离子注入部位。该方法的特征在于，在激光照射期间，样品保持在热处理温度的±100℃范围内。
在此公开的本发明的第十实施例是包括以下步骤的方法引进一种用于促进结晶化的金属元素于非晶硅膜片中；当逐步地将具有线性截面的激光束从非晶硅膜片一边移动到另一边时，照射该非晶硅膜片，以便连续地使照射部位结晶化。该方法的特征在于，当加热受照表面超450℃时进行激光照射。
在上述结构的该第十实施例中，该线性截面的激光束逐步地移动并与该所希望的部位紧密接触。因此，能用激光有效地照射所希望的部位。通常，照射表面的温度限制在约600℃。然而这些温度受到基片材料的限制。可以使用更高的温度。
根据本发明第十一实施例的激光处理方法，包括用激光照射在一玻璃基片上形成的硅膜片。该方法的特征在于，在激光照射期间，硅膜片在高于450℃但低于玻璃基片应变点的温度上进行加热。
根据本发明第十二实施例的激光处理方法包括下列步骤用激光照射在一玻璃基片上形成的硅膜片；然后在高于500℃但低于玻璃基片应变点的温度上加热该硅膜片。该方法的特征在于，在激光照射期间，硅膜片在高于455℃但低于玻璃基片应变点的温度上进行加热。
根据本发明第十三实施例的激光处理方法，包括用激光照射在一玻璃基片上形成的硅膜片。该方法的特征在于，在激光照射期间，硅膜片在550℃±30℃温度上进行加热。
根据本发明第十四实施例的激光处理方法包括以下步骤用激光照射在一玻璃基片上形成的硅膜片；然后在550℃±30℃温度上加热该硅膜片。该方法的特征在于，在激光照射期间，硅膜片在550℃±30℃温度上加热。
根据本发明第十五实施例的激光处理方法包括以下步骤在一玻璃基片上形成硅膜片；加热该硅膜片高达一希望温度；在保持该希望温度期间用激光照射该硅膜片。该方法的特征在于，所希望的温度高于500℃但低于该玻璃膜片的应变点。
根据本发明第十六实施例的激光处理方法包括以下步骤在一玻璃基片上形成硅膜片；进行所说非晶硅膜片的第一热处理；以便使其结晶化；用激光照射结晶化了的硅膜片；进行该硅膜片的第二热处理。该方法的特征在于，第一和第二热处理之一或两者均在高于500℃但低于该玻璃基片的应变点的温度上进行。该方法的特征在于激光照射步骤是在高于455℃但低于该玻璃基片的应变点的温度上加热该基片时进行的。
根据本发明第十七实施例的激光处理方法包括以下步骤在一玻璃基片上形成非晶硅膜片；引进一种促进硅结晶化的金属元素于该非晶硅膜片中；进行非晶膜片的第一热处理；之后用激光照射该结晶化了的硅膜片；然后进行该硅膜片的第二热处理。该方法的特征在于，第一和第二热处理之一或者两者在高于500℃但低于该玻璃基片的温度上进行。该方法的特征还在于激光照射步骤是在高于455℃但低于该玻璃基片应变点的温度上加热该基片时进行的。
在上述第十一至第十七实施例的激光处理方法中，在玻璃基片上形成的硅膜片是用激光照射的。在激光照射期间，该基片在高于455℃但低于该玻璃基片应变点的温度上进行加热的。
在该玻璃基片上形成的硅膜片可以是直接在该玻璃基片上形成的非晶或晶状的硅膜片。另外，一种绝缘膜片，例如氧化硅膜或镍化硅膜形成在该玻璃基片上作为过渡膜片。非晶的或晶状的硅膜片在该过渡膜片上形成。
在激光照射期间，该膜片被加热超过455℃，以便提高激光照射的热处理效果。硅膜片由激光照射，为的是将能量传给硅膜片。该能量将使硅膜结晶化，改善硅膜片的结晶度，或者激活包含在硅膜片中的掺杂。加热同激光照射一起使用。这将能提高激光照射的效果。
我们用具有波长为248nm的KrF激元激光去照射非晶硅膜片，以便使其结晶化。该非晶膜片在氧化硅膜片的过渡膜片上形成，该氧化硅膜片依次在玻璃膜片上形成。图22表示硅膜片的喇曼(Raman)强度(相对值)对输入激光密度的关系。该喇曼强度(相对值)是硅膜片喇曼强度对单晶片喇曼强度的比值。它表示如喇曼强度(相对值)增加，则将改善结晶度。由图22曲线能看出将获得更高结晶度的硅膜片，只要在用激光照射它时加热基片(样品)，如果激光的强度保持相同的话。
图23表示喇曼强频谱的半值宽度(相对值)对输入光能量密度的关系。该喇曼频谱的半值宽度是给出喇曼频谱峰的半值的宽度对从单晶片得到的喇曼频谱的宽度的比值。它表示如果该半值宽度减小，则所得硅膜片具有更高的结晶度。
如从图23曲线能看出的那样，借助于加热膜片，而同时用激光对其照射，则可得到具有良好结晶度的膜片。我们的实验已经指出，同时用激光照射实施的加热的温度被设置成高于455℃，最好超500℃温度，高于550℃为更好。加热超过500℃的场合将得到显著的效果。
加热基片的一种方法是使用安装在一支承物中的加热头或支撑该基片的平台。其他的方法包括用红外线等加热受照射的表面。正确地说，该加热温度是该受照射表面的被测温度。但是，只要允许小的误差，基片的被测温度能用作为加热温度。
同时用激光照射的加热最好在低于玻璃基片的应变点上进行。这是由于尽管加热，基片不致于卷曲或收缩。例如7059玻璃常用作有源矩阵液晶显示器，它具有593℃的应变点。对于这种情况，希望在低于593℃的温度上进行热处理。
因此，凭经验可知，在激光照射期间，如果在550℃±30℃加热基片，则可得到期待的结果。
特别地，如果硅膜片在激光照射前由加热而结晶化，则可得到显著的结果。在根据上述第十六实施例的激光处理方法中，在玻璃基片上形成的非晶硅膜片首先由加热结晶化。之后由激光照射进一步提高结晶度。由此，该膜片被进行了热处理。用这种方法，在所得到的硅膜片中的缺陷密度将减少。
在根据第十七实施例的激光处理方法中，一种促进非晶硅膜片结晶化的催化元素被引进到该硅膜片中。之后，进行热处理，以便结晶化该非晶结膜片。这种用于促进晶化的金属元素可以是从包括Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu，以及Au组选择的一种或多种元素。特别地，对使用镍(Ni)的场合，一种晶状硅膜片能在550℃±30℃温度上执行约4小时热处理得到。
引进上述元素的一种方法包括用溅射，沉积，或CVD技术或形成与非晶硅膜片接触的金属元素层，或形成与其接触的包含该金属元素的层。引进上述元素的另一方法包括将一种包括该种金属元素的液态溶液施加到非晶硅膜片的表面，并保持该金属元素与非晶硅膜片接触。
由于下列原因，所引进的金属元素的量是这样设定的，即该金属元素在硅膜片中的浓度是1×1016cm-3至5×1019cm-3。如果金属元素的浓度小于1×1016cm-3，则不能得到期待的效果。相反地，如果金属元素的浓度超过5×1019cm-3，则半导体的电气特性，或者所得到的晶状硅膜片将受到损害。那就是这种起金属作用的膜片的电气特性越加显著。
镍元素被引进入非晶硅膜片的一些样品。这些样品被进行热处理，以便使其晶化。用这种方法产生出晶状硅膜片。测量膜片中的自旋密度。结果列表于图24中。可以理解是在每个膜片中的自旋密度是该膜片中缺陷密度的一种度量。
在图24中，样品1，2和5在引进镍元素后仅受到热处理。样品3在热处理后受到激光照射(LI)。样品4在热处理后受到激光照射(LI)。然后，样品4处于热处理条件之下。从图24能看出，样品4具有最低的自旋密度，这指出样品4在激光照射(LI)后受到热处理。
按这种方法，在激光照射后进行的热处理对降低膜片中的缺陷密度是十分有效的。如果在激光照射后进行的热处理的温度被设置成超过500℃，那么将产生期待的结果。该温度的上限受限于玻璃基片的应变点。
根据本发明的第十八实施例的激光处理系统包括一具有用于传送基片的装置的传送腔；一具有用于加热基片的装置的第一加热腔；一用于加热基片的第二加热腔；以及一具有用于将激光瞄准基片的装置的激光处理腔。该第一加热腔，第二加热腔，以及激光处理腔通过传送腔集中在一起。在第一加热腔中，基片在所要求的温度上进行加热。在激光处理腔中，在第一加热腔加热的基片在加热的同时用激光照射。在第二加热腔中，在激光处理腔中用激光照射过的基片被进行热处理。
具有上述结构的例子表示在

图18-20中。在图18中，标号301是具有用于传送基片315的机器人臂314的传送腔。加热腔305和302具有用于加热膜片的装置。激光处理器304具有用于将激光瞄准基片的装置。
根据本发明的第十九实施例的激光处理系统包括一用于用激光照射基片的装置以及一用于旋转基片通过90°的装置。该系统的特征在于激光具有线性截面。
根据本发明的第二十一实施例的激光处理系统包括用于用激光照射基片的装置以及用于旋转基片通过90°的装置。该系统的特征在于激光具有线性截面。而且该具有线性截面的激光在垂直于该激光截面的纵方向上进行扫描并对准基片。该基片由旋转装置旋转通过90°。这样，线性截面的激光从与先前方向差90°的方向上进行扫描，并且对准基片。
根据本发明的第二十二实施例的激光处理系统包括一用激光照射基片的装置，以及一用于旋转基片的装置。该系统的特征在于激光具有线性截面。
根据本发明的 第二十三实施例的激光处理系统包括一用激光照射基片的装置以及用于旋转基片的装置。该系统的特征在于激光具有线性截面，并且该激光在垂直于该激光截面的纵方向上进行扫描并对准基片。基片由旋转装置旋转，结果线性激光在不同于先前方向的方向上进行扫描，并对准基片。
根据本发明的第二十四实施例的激光处理系统包括一具有用于产生激光的装置激光照射腔；一具有用于控制基片的装置的基片旋转腔；以及一连接该两腔并具有用于传送基片的传送装置的传送腔。该系统的特征在于激光具有线性截面，而且线性激光在垂直于激光截面的纵方向上进行扫描。并对准基片。一旦基片用激光照射，基片由传送装置传送到旋转腔，并由旋转装置进行旋转。然后，基片再由传送装置送入激光腔。基片再次被激光扫描，但是在不同于激光先前发射的角度上进行。
具有上述结构的激光处理系统的例子表示在图18-20中。表示在图18-30中的系统在激光处理腔304中具有用于产生激光的装置。在图20中，标号331是用于发射激光的激光器。同样，在由303表示的一腔中备有用于旋转基片90°的装置。激光器331的激光具有线性截面，其纵方向是从图20电路的正面指向其反面。
图20中的基片放置在平台353上。该平台由354指示的方向移动，结果，线性光束在垂直于该光束的轴向上扫描。在图20所示的结构中，激光束借助于移动基片进行相对于该基片的扫描。当然，激光束可以移动。
激光照射能至少这样重复两次，即线性激光束扫描的方向由先前扫描的方向改变90°。用此方法，整个所要求的表面能用激光均匀照射。
在第一激光照射步骤之后，基片在腔303中旋转90°。然后，进行第2激光照射步骤。这将提高激光照射作用的均匀性。当然，这种扫描可以重复多次。
此外，基片能被旋转30度。能进行三个激光照射步骤。当然，激光照射步骤的数量可进一步增加。基片旋转通过的角度能设置在看得见激光照射均匀性的地方。
本发明第二十五个方面包括引进非晶硅膜片中一种促进其结晶化的金属元素的步骤；对上述非晶硅膜片进行热处理，以便使其结晶化的步骤；以及用激光照射在以前步骤中被结晶化的硅膜片的步骤；其中，样品保持在偏离上述热处理温度±100℃范围的温度上。
在上述(在说明书中公开的所有方面的)结构中，正如一种金属元素将促进晶化那样，一种类型的金属或许多类型的金属元素能选用为这种金属，例如Fe，Co，Ni，Rn，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu，Zn，Ag和Au。而镍是能提供最显著效应的一种金属元素。
在上述结构中，能够选择450℃-750℃温度范围作为热处理时间温度。该温度的上限受限于基片的热电阻温度。当用玻璃基片作为基片时，约600℃考虑为上限温度。此外，当考虑生产率时，该温度考虑为550℃或再高一点。因此，当使用玻璃基片时，可考虑在550-600℃对其进行热处理。
可考虑在激光照射时设置加热温度到约550-600℃。但是在约450°或更高的温度上加热是实际上。因此，在550℃±100℃的温度范围内加热玻璃基片是最适宜的。
此外，根据本发明的第二十六方面包括引进非晶硅膜片中一种促进其结晶化的金属元素的步骤；对上述非晶硅膜片在600℃或更低温度上进行热处理，以便使其结晶化的步骤；以及用激光照射在以前步骤中被结晶化的硅膜片的步骤，其中，样品保持在偏离上述热处理温度时的±100℃范围的温度上。
此外，根据本发明的第二十七方面包括引进非晶硅膜片中一种促进其结晶化的金属元素的步骤；对上述非晶硅膜片进行热处理，以便使其晶化的步骤；至少掺杂离子于在以前步骤中被晶化的部分硅膜片中的步骤；以及用激光照射上述掺杂离子的部位的步骤，其中，样品保持在偏离上述热处理温度的±100℃范围的温度上。
此外，根据本发明其他方面包括用激光(具有线性光束结构)照射非晶硅膜片，借助连续地将该膜片从一边到另一边移动而引进一种金属元素至该膜片中，该金属元素将促进非晶硅膜片的结晶化；以及连续地结晶化用激光照射的部位；其中，上述激光照射在将未受激光照射的表面加热到450℃或更高时执行。
在上述方法中，一个必要的部位能有效地用激光进行照射，只要连续地移动线性光束，用该线性光束去照射该区域。此外，用激光照射的表面温度条件(加热温度)正常情况下限制到约600℃。然而，该温度受限于基片的材料质量。另外，可设置更高的温度。
图1是本发明例1的激光处理系统的顶视图；图2是例1激光处理系统的剖面图；图3是例1的激光处理系统剖面图；图4是例1激光处理系统的方块图；图5是例1激光处理系统的激光光学系统的射线图；图6(A)-6(C)是按本发明例2说明在一基片上形成晶状硅膜片步骤的剖面图；图7(A)-7(C)是按例2说明形成一薄膜晶体管步骤的剖面图；图8(A)-8(C)是按例3说明在一基片上形成晶状硅膜片步骤的剖面图；图9(A)-9(D)是按例3说明形成薄膜晶体管步骤的剖面图；图10(A)-10(C)是按发明例4说明在一基片上形成晶状硅膜片步骤的剖面图；图11是按发明例5的一种液晶显示器的示意方块图；图12(A)-12(D)是按发明例6说明在一基片上形成晶状硅膜片步骤的剖面图13(A)-13(D)是按发明例7说明在一基片上形成晶状硅膜片步骤的剖面图；图14(A)-14(C)是按例7说明形成薄膜晶体管步骤的剖面图；图15(A)-15(D)是按发明例8说明在一基片上形成晶体状硅膜片步骤的剖面图；图16(A)-16(D)是按例8说明形成薄膜晶体管步骤的剖面图；图17(A)-17(D)按发明例9说明在一基片上形成晶状硅膜片步骤的剖面图；图18是发明例10的激光处理系统的顶视图；图19是例如激光处理系统的剖面图；图20是例10激光处理系统的剖面图；图21是发明例11的激光处理系统的顶视图；图22是一条曲线，表示起因于用激光照射的非晶硅膜片的雷曼频谱的强度，对入射在该硅膜片上的激光的强度的关系(相对值)；以及图23是一条曲线，表示起因于用激光照射的非晶膜片的雷曼频谱的强度对入射在该硅膜片上的激光的强度的半值宽度(相对值)。
图24是一表，表示晶状硅膜片制造条件与该晶状硅膜片的自旋密度之间的关系。
图25是激光处理设备的顶视图；图26是激光处理设备的剖视图；图27是激光处理设备的剖视图。
实施例1在实施例1中，表示按本发明的一种激光处理设备。图1表示激光处理系统的顶视图。图2表示沿图1线A-A′的剖面图。图3表示沿图1线B-B′的剖面图。此外，图4表示激光处理系统的方块图。
在图1-3中，标号101表示用于装入和传送基片(样品)的装入腔和传送腔。在装入和传送腔中，在盒105中接纳大量基片100。在每个基片100上形成用激光照射的硅膜片以及处在加工过程中的薄膜晶体管。当基片装入和脱离基片装入和传送腔101时，接纳基片100整个盒105被搬动。
标号102表示传送腔，用于传送在设备中的基片。该传送腔备有机器人臂，用于一个接一个地传送基片。该机器人臂106装有加热装置，并且甚至在传送基片时使基片温度(样品温度)保持在一固定的水平上。
此外，标号125表示对准装置，用于定位基片。该装置具有相对基片自动定位机器人臂的功能。
由标号103表示的腔是用激光照射基片的腔。在该腔中，由设备107发射的用于激光照射的激光108能施加到放置在平台109上，在该平台上基片通过人造石英窗150放置。平台109备有用于加热基片的装置。如箭头所示，平台109具有一维方向移动的功能。
用于激光照射的设备107具有例如激励KrF激光激光的功能，并包括图5所示的光学系统。激光形成具有数mm-数cm宽和数十cm长的线性光束通过图5所示的光学系统。
用标号104表示的腔104是一加热腔，用于加热基片(样品)，该腔接纳大量的基片100，被接纳在该加热腔中的大量基片100由加热装置加热到预定的温度(电阻加热装置)。基片100被接纳在提升机构111上。当需要时，该提升机构被上下移动，结果基片能由传送腔102中的机器人臂106传送。
每个腔具有封闭结构，并依靠排气系统115-118采取降压状态或高真空状态。每个排气系统分别备有自己的真空泵119-122。此外，每个腔分别备有供气系统112-114和126，用于提供要求的气体(例如，惰性气体)。再者，每个腔备有门阀122-124，用于独立地提高每个腔的空气密封度。
实施例2在实施例2中，示出一个例子，其中，按本发明使用一种激光处理的方法制备薄膜晶体管。图12表示制备薄膜晶体管的步骤，直到得到晶状硅膜片。在开始时，如图12(A)所示，准备一块玻璃基片60。使用溅射处理，在玻璃基片表面上形成厚度3000的作为基膜片的氧化硅膜602。例如，可以使用成熟的7059玻璃基片作为玻璃基片。
其次，使用等离子体CVD或降低压力温度(reduced pressurethermal)CVD形成厚度500的非晶硅膜片(a-Si膜片)603。然后在氧化特性环境中，利用UV光照射形成极薄的氧化膜604。该氧化膜604在下面溶液涂复步骤中用于考虑一种溶液的温度特性。该氧化膜604的厚度最好能设置到约数十A(图12(A))。
其次，引进的镍(Ni)是一种金属元素，用于促进非晶硅膜片603的结晶化。这里，一种镍乙酸盐被用于将镍引进非晶硅膜片601表面中。具体地，调整到具有预定镍密度的一种镍乙酸盐逐滴形成水膜605。之后，旋转器606被用来执行实现一种状态的自旋烘干操作，在这种状态中，镍元素接触非晶硅膜片的表面。镍元素的引进量由调整镍乙酸盐溶液中镍的密度进行控制的。(图12(B)。
其次，非晶硅膜片603是由热处理该非晶硅膜片603进行结晶化的，因此提供了晶状硅膜片607。这时热处理可以在约450-750℃的加热温度进行。然而，当考虑玻璃基片的热电阻问题时，热处理要求在600℃或更低温度上进行。此外，当温度为500℃或更低时，所要求的结晶化时间为数十小时或更多。根据生产率的观点，这是无好处的。
这里，由于玻璃基片的热电阻问题以及热处理时间问题，在550℃基片要经受四小时的热处理。这样，得到晶状硅膜607。(图12(C))。
当借助热处理得到晶状硅膜片607时，使用图1-3所示激光照射设备用激光照射该晶状硅膜片607，以便进一步促进该晶状硅膜片607的结晶化。开始时，接纳处图12(C)状态的大量基片的盒105被接纳在基片装入和传送腔101中。之后，每个腔被抽真空而呈现高真空状态。此外，门阀全部关闭。此后门阀122打开，基片100由机器人臂106从盒105取出并被搬动到传送腔102。之后的门124打开，保持在机器人臂106中的基片传送到加热腔104。此时，加热腔104首先被加热，以便将基片加热到预定温度。
在该基片被装入到加热腔104之后，紧接着的基片从盒105取出并传送到加热腔104。重复进行上述预定次数操作，所有接纳在盒105中的基片被接纳到加热腔104。随着门阀122和124关闭，所有接纳在盒105中的基片被接纳到加热腔104。
在预定时间过去之后，门阀124打开，加热到预定温度(这里在500℃)的基片由机器人臂106牵引到传送腔102。这时，在传送期间，由于包括在机器人臂106中的加热装置，基片保持在500℃。之后，门阀124关闭。接着，门阀123打开，并且加热了的基片被传送到腔103，以便用激光进行照射。之后，门阀123关闭。
如果使用线性激光器。在图12(D)所示状态，借助于按线性激光纬线方向移动基片平台109，则激光照射预定部位。对于图12(D)所示状态，移动基片平台109，以便用激光照射基片，结果该激光从该基片的右端到其左端对基片进行扫掠。这里，基片的传送速度置10cm/min。在实施例中，在基片平台109的温度保持在500℃时，进行激光照射。
激光照射结束后，门阀123打开，夹持在基片夹持器中的基片由机器人臂106传送到传送腔102，接着门阀123关闭。之后，门阀122打开，基片被接纳在装入和传送腔101中的盒105中。之后，门阀122关闭。
重复上述操作，所有接纳在加热腔中的基片能够用激光照射。在所有基片完成激光照射后，在盒105中接纳的基片连同接纳基片的整个盒子被取出装入和传送腔101而到该设备的外面。
如图12(D)所示，薄膜晶体管的有源层701由激光照射促进晶状硅膜片结晶度接着对膜片构图而形成的。顺便说说，特别薄的氧化膜604在这时被去掉。(图7(A))。
接着，起栅绝缘膜的氧化硅膜702由溅射处理或等离子体CVD形成，厚度为100。之后，用蒸发沉积处理形成含有0.18wt％钪(Sc)的铝膜，厚度为600。之后，该膜被溅射，以形成栅电极703。当栅电极703形成时，该栅电极703在含5％酒石酸的甘醇溶液中使用栅电极703作为阳极经受阳极氧化。这样，形成氧化铝膜704，该氧化铝膜704的厚度设置到约2500。氧化铝膜704的厚度确定了在接着进行的杂质离子掺杂的步骤中形成的偏置栅的长度。
此外，用离子掺杂处理或等离子体掺杂处理，杂质离子(在该实施例是含磷离子)被掺杂到该有源层中。此时，栅电极703和围绕该栅电极703的氧化怪704用作掩膜，结果杂质离子掺杂到705和709区域。从而由自身调整形成源区域705和漏区域709，此外，也由自身调整形成沟道信息区域707和偏置栅区域706以及708。
之后，用激光晶化漏区域709以及激活掺杂杂质。在激光照射区域的705和709可以施加强光。用图1-3所示的设备执行源/漏区域705和709的激光照射。此外，激光照射时，基片加热到500℃。
在用激光完成热处理之后，像形成的夹层绝缘膜那样，氧化硅膜710用等离子体CVD形成到7000的厚度。在进行了全部钻孔步骤之后，使用合适的金属(例如，铝)或其他合适的导电材料形成源电极711和漏电极712。最后，在氧环境下，氧化硅膜在350℃经受一小时的热处理，由此实现图7(C)所示的薄膜晶体管。
实施例3在实施例3例子中，由于有选择地引进一种金属元素于非晶硅膜的部分表面，以促进非晶硅膜的晶化，在基片上晶体按平行方向生长，由此，用其晶体在该基片上彼此平行生长的硅膜片制备薄膜晶体管。
图13表示得到晶化硅膜片的步骤。在开始时，像在玻璃基片601的基片那样，氧化硅602用溅射处理形成到3000的厚度。进而，用等离子体CVD或低压温度(Low Pressure thermal)CVD，非晶硅膜603形成到500的厚度。之后，在氧化特性的环境中，极薄氧化膜604在非晶硅膜603的表面上形成。然后利用保护层形成保渡掩膜801。由于构成了保护腌膜801，在用标号802表示的区域中的非晶硅膜(在其上面形成氧化膜604)的表面就暴露出来。由标号802表示的区域具有矩形形状(槽结构)，在图13(图13(A))深度方向具有纵向边。
接着，在涂了镍乙酸盐溶液以形成水膜800之后，使用旋转器608进行自旋烘干操作。用这种方式，实现一种状态，其中，镍同特别由保护掩膜801暴露的非晶硅膜表面的部分802相接触。(图13(B))。
接着，移去保护掩膜801，基片在550℃经受四小时热处理。在这一步骤，镍从区域802扩散。这时，如箭头803所指的那样，晶体管平行于基片的方向行长。晶化由按针状，柱状或枝状结构方式增长晶体来进行。由于这种结晶化，得到晶状硅膜，其中，晶体在一或两维按平行于基片的方向生长。这里，由于由标号802表示的区域在图8的深度方向具有纵向的槽状结构，所以按箭头803所指方向，晶体生长开始接近-维。顺便说说，在箭头803所指方向，晶体生长约50-200μm。(图13(C))。
用热处理方法生长晶体开始按针状，柱状或枝状结构进行。然而，在TEM(发射电子束显微镜)下照相观察指出非晶成分残留在晶体生长分枝之间(分枝间的缝隙)。用激光照射方法对非晶成分进行热处理。上述残留的非晶成分将被晶化，并且结晶度将进一步改善。
这种用激光进行热处理的方法能按同样方式在本实施例进行。按此方式，能得到结晶度改善的晶状硅膜片607。(图13(D))。
接着，晶状硅膜片607被构图，以便提供如图7(A)所示的有源层701。此时，重要的是晶体生长的开始点以及晶体生长的结束点不存在于有源层701中。其目的是用避免具有高金属元素密度的区域形成有源层，而在晶体生长的开始点和结束点，所引进的金属元素(这里是镍)的密度是高的。这将使得在金属元素的影响下，免除器件的不稳定性成为可能。(图14(A))。
接着，起栅绝缘膜作用的氧化硅膜702由溅射处理或等离子体CVD形成到1000的厚度。接着，含0.18wt％的铝膜由电子束蒸发沉积形成到6000的厚度。之后，该铝膜被构图形成栅电极703。当栅电极703形成时，使用该栅电极703作阳极，将该栅电极在含5％酒石酸的甘醇溶液中经受阳极氧化，因此形成铝的氧化层704。该氧化层704的厚度设置到约2500，氧化层704的厚度确定了在下面杂质离子掺杂步骤中形成的偏置栅区域的长度。
此外，用离子掺杂处理或等离子掺杂处理，杂质离子(在该实施例是磷)被掺杂到该有源层中。此时，栅极703和围绕栅极703的氧化层704用作掩膜将杂质离子掺杂到区域705和709。按此方式，源区域705和漏区域709由自身调整形成。此外，沟道形成区域707和偏置栅区域706和708也由自身调整形成(图14(B))。
之后，图1-3所示的激光处理设备用于激光照射，以便晶化源区域705和漏区域709，并激活掺杂杂质。
在完成用激光照射进行热处理后，像夹层绝缘膜那样，由等离子体CVD形成氧化硅膜710到7000厚度。然后，在整个钻孔，步骤执行之后，使用合适的金属(例如铝)和其他合适的导电材料形成源电极711和漏电极712。最后，在氢环境下，氧化硅膜710在350℃经受四小时热处理以实现图14(C)所示的薄膜晶体管。
在实施例3中所示的薄膜晶体管，由于载流子沿晶体生长的方向移动，而晶体生长是按一维，按针状，柱状或枝状进行，因此在载流子移动时间，晶体管受到晶粒边界的影响，从而能得到具有大量载流子的移动的晶体。
实施例4实施例4的特征在于形成晶状区域，该区域由于激光照射被看作是单晶或非常接近单晶的晶体，使用促进非晶硅膜晶化的金属元素，接着利用该区域形成薄膜晶体管的有源层。
图15表示用于形成能看作为单晶或非常接近单晶的晶体的晶状区域的步骤。在开始时，用溅射处理，在玻璃基片601上形成作为基膜的氧化硅膜602，厚度为3000。此外，用等离子体CVD或低压CVD，形成厚度达500的非晶硅膜603。之后，在氧化特性的环境中，非晶硅膜由UV光照射而在该非晶硅膜603的表面上形成非常薄的氧化膜604。之后，使用保护以形成保护掩膜801。由于构成了保护掩膜801，使非晶硅膜表面(在其上形成氧化膜604)被暴露在由标号802表示的区域。由标号802表示的区域具有矩形形状，在图10(图15A)的深度方向具有纵向边。
接着，在涂敷镍乙酸盐溶液以形成水膜800之后，旋转器606被用来执行自旋烘干操作。这样，将实现一种状态，其中，镍同特别由保护掩膜801所暴露的非晶硅膜的表面部分802相接触。顺便说说，在本实施例中表示了一个例子，其中使用保护掩膜801。然而，能使用氧化硅膜或类似的膜用作掩膜。(图15(B))之后，去掉掩膜801，以便用图1-3所示的设备用激光对该膜进行照射。对于激光照射，当样品被加热到500℃时，线性激光810按标号811指示的方向移动(扫掠)，由此图10的后向方向构成纵向。这种移动速度被设置得相当低，量级在1mm-10cm/min。这时，在由标号812表示的区域中，晶核或晶状区域由加热形成。晶核的产生或晶状地区的形成是由镍元素产生。
当如标号811所示移动线性激光时，晶体从区域812生长，如标号813所示，一极小量镍被引进入该区域。由标号813所示的晶体生长始于区域812，此处晶体核或晶体区域按外延生长方式或按能被认为是外延生长的状态形成。(图15(C))这种晶化的进行乃是由于用激光照射区域的熔化或者从先前的晶状区域到该照射区域的晶体的外延生长(或者能被认为外延生长的生长)。由标号811所示，借助移动线性激光810，晶体生长连续进行，正如标号813所示那样。此外，由于促进晶化的金属元素镍转向硅被熔化的区域，镍元素随着由标号813所示的晶化的增长而集中在晶体的末端。因此，在晶状区域的中心部分，镍的密度可以是低的。
以下将说明激光照射步骤。在开始时，接纳大量具有图15(C)所示状态的基片的盒105被接纳在基片装入和传送腔101中。接着每个腔被抽真空，以致产生高真空状态。此外，门阀处完全关闭状态。之后，门窗122打开，基片100由机器人臂106从盒105取出，并转移到传送腔102。之后门阀124打开，而由机器人臂夹持的基片被使送到加热腔124打开。这时，加热腔104首先中热到预定温度(500℃)的便加热该基片。
在该基片被装入加热腔104之后，下一基片再由机器人臂106从盒105取出，并传送到加热腔104。重复上述操作预定次数，所有接纳在盒105中的基片被接纳到加热腔104中。
之后，在预定时间过去之后，门阀124开启，加热到预定温度(在该实施例为500℃)的基片由机器人臂106牵引到传送腔102。在传送期间，由机器人臂中，的加热装置使基片保持在500℃。然后门阀124关闭。此外，门阀123打开，加热的基片传送到腔103进行激光照射。之后，门阀123关闭。
使用线性激光时，用激光照射基片的预定区域是借助于按该激光的宽度方向移动该基片平台109。这里，对于图12(D)的状态，借助于从基片(图12(D)所示的右边到其左边移动基片平台109来用激光照射基片，结果使激光扫掠基片。基片平台109的移动速度设置在1cm/min。在该实施例中，在维持基片平台温度于500℃时用激光照射基片。
在完成激光照射之后，门阀123打开，用基片夹持器夹持的基片由机器人臂106传送到传送腔102。之后，门阀123关闭。接着，门阀122打开，基片被接纳在基片装入和传送腔101中的盒105中。之后，门阀122关闭。
借助于重复上述操作，所有的多个接纳在加热腔中的基片均被用激光照射。在所有基片激光照射完成之后，所有在盒105中接纳的基片从基片装入和传送腔101取出到设备之外。
在该实施例中，从装入第一基片到加热腔104直到装入最后一基片到加热腔104所经过的时间认为是等于从加热腔104取出该第一基片以便开始传送该基片到腔103进行激光照射直到取出最后一基片以便开始传送该基片到腔103进行激光照射所经过的时间。对于这样一种过程，基片保持在加热腔中的时间对所有基片能够是相同的。
在基片上，引进镍元素的形成的非晶硅膜表示在图15(C)中。在500℃，晶核能容易地在短期内产生。在引进镍元素的地方，结晶化容易开始进行。因此，设置基片在加热腔104中保持的时间相同，对于得到均匀晶状硅膜片是重要的。
按此方式，有可能得到一种单晶，或可看作单晶的区域。该能被认为是单晶的区域包含1016-1020cm-3的氢。该区域具有一种结构，其中，内部缺陷用氢限定。(图15(D))这个区域可以认为是非常大的晶粒。此外，此区域还可以再加大。
如图15(D)所示，有单晶的情况或可认为是单晶的区域814，使用这些区域形成薄膜晶体管的有源层。换言之，对该基片构图，以形成在图16中由标号701表示的有源层。此外，在对该基片进行构图的时间，极薄氧化膜802被去掉。此外，起栅绝缘膜作用的氧化硅膜702用溅射处理或等离子体CVD形成1000的厚度，(图16A)接着，用电子束蒸发沉积处理形成含0.18tw％钪的铝膜。之后，基片被构图，以形成栅极703。在形成栅极703之后，栅极703以其作为阳极在含有5％酒石酸的甘醇溶液中进行阳极氧化，由此形成铝氧化层704。该氧化层704的厚度设置到约2500。该氧化层704的厚度确定了在以下杂质离子掺杂步骤中形成的偏置栅区域的长度。
此外，用离子掺杂处理或等离子体掺处理将杂质离子(磷离子)掺杂到该有源层中。这时，栅极703和围绕该栅极703的氧化层用作掩膜，以便将杂质离子掺杂到区域705和709中。按这种方式，源区域705和漏区域709按自对准方式形成。此外，沟道形成区域707和偏置区域706和708均按自对准方式形成。(图16(C))之后，表示在图1-3中的激光设备被用来进行激光照射，以便晶化源区域705和漏区域709以及激活杂质。
在用激光完成热处理之后，用等离子体CVD形成作为夹层绝缘膜的氧化硅膜710，厚度为7000。之后，在整个钻孔步骤进行之后，用合适的金属(例如铝)以及其他合适的导电材料形成源极711和漏极712。最后，在氢环境下，基片在350℃经受一小时热处理，以实现图16(D)所示的薄膜晶体管。
在表示在该实施例的薄膜晶体管中，有源层是用单晶或可认为是单晶区域构成的。这样晶粒实质上并不存在于该有源层中。这样，薄膜晶体管被构成，结果该晶体管在工作时不受晶粒的影响。
对于形成排列成一条线的许多薄膜晶体管的情况，能有效地使用表示在本实施例中的结构。例如，这种结构能用在这种情况，即表示在图16(D)中的许多薄膜晶体管同待制备在按图16的深度方向的一条线上，这种由按一条线安排如此大量薄膜晶体管所形成的结构可以使用在液晶电光设备的外围电路(位移-电阻电路等)。此外，使用单晶或能认为是单晶的晶状硅膜的薄膜晶体管对使用在模拟缓冲放大器或类似放大器中是有用的。
实施例5实施例5是一个例子，其中，用激光照射的结晶化机理被有效地用来得到更类似于单晶的晶状硅膜(具有良好的结晶度)。
图17表示本实施例的制备步骤。在开始时，用溅射处理法，基氧化硅膜602在玻璃基离601上形成3000的厚度。之后，用等离子体CVD或低压温度CVD，非晶硅膜603形成500的厚度。此外，在氧化特性环境中，基片由UV光照射而形成极薄的氧化层膜604。此外，形成构成掩膜的氧化硅膜815。该氧化硅膜可以用溅射处理或用等离子体CVD。该氧化硅膜815可以使用涂敷溶液来形成。它是由将其加热到约100-300℃进行处理的类型。例如，可以使用Tokyo应用化学公司生产的OCD(Ohka扩散源)溶液。氧化硅膜815在图15由标号802表示的区域的深度方向上具纵向的槽形结构。氧化硅膜815的形成使非晶氧化硅膜603(在它上面形成氧化膜604)暴露在槽形结构区域802中。按要求的长度，槽形结构区域宽为数μ到数十μ。(图17(A))其次，涂敷镍乙酸盐溶液于该氧化硅膜上以形成水膜800之后，旋转器606用于执行自旋烘干操作以便实现一种状态，其中，镍元素被提供在非晶硅膜603的表面上，通过在区域802中的氧化膜604同该非晶硅膜603接触。(图17(B))之后，如图17(d)所示，线性激光811在按由标号811表示的方向移动(扫掠)时加到基片。由于使用了图5所示的光学系统，该激光被压成这样一种结构，即在图12的深度方向具有一个纵向侧面。
用在500℃加热样品并将移动速度降低到1mm-10mm/min的极低速度这样的方法执行激光810对基片的照射。这时，在由标号812表示的区域中用加热方法形成晶核或晶状区域。由于镍元素的作用产生晶核和形成晶状区域。激光照射步骤和实施例4相同。
当线性激光被照射正当如标号811指的那样的移动激光的同时，在激光照射之后，由于氧化硅不在该表面上，标号811所指示的区域很快冷却。因为对着激光移动的非晶硅膜是垂直地夹在上下氧化硅膜之间，而由于非晶硅膜被很快加热到高温，因此不存在逸散热量的地方。这意味着存在具有晶体结构的冷区域812以及高温溶化区域。自然地，在该两区域之间产生急剧的温度梯度。这样由该温度梯度的作用而促进晶体生长，结果为标号813所示那样，能认为是连续的外延生长的晶体生长将继续进行下去。之后，能得到单晶或能认为是单晶区814的区域。
实施例5中表示的结构，使实现始于起始点生长的可能性以及形成部分单晶或能认为是单晶的区域成为可能。
按这种方式，能得到单晶或能认为是单晶的区域(由图17(D)标号814表示的)。该单晶或能认为是单晶的区域能形成超过数十μm的长度，并能使用该区域形成单晶薄膜晶体管。
实施例6图11表示本发明一实施例，其中构成具有较快速度的有源矩阵型液晶显示系统。表示在图11中的实施例是一个例子，其中，借助于将在普通计算机主板上提供的半导体芯片固定在液晶显示器的一对基片的至少一个基片上，该液晶显示器将被小型化，并在重和厚度方面将减小，该液晶显示器具有这样一种结构，即它是夹在该一对基片之间。
下面将说明图11。基片15是一液晶显示器的基板，在此基片上，TFT11，象素电极12，具有许多提供辅助电容13的有源矩阵电路13，X检波/驱动器，Y检波/驱动器，以及XY电路形成TFTs。能使用按本发明的TFT。
之后，在基板15上，还安装其他的芯片。之后，这些芯片用接合线连接到该电路，玻璃上的芯片(COG)等。参照图11，一校正芯片，一存储器，一CPU，以及一输入端是按此方式提供的芯片。除这些芯片外，可以提供其他不同的芯片。
参照图11，输入端系指用于读出从外部输入的信号以便将该信号转移成图象信号的一种电路。校正存储器系指为控制板所特有的存储器，用于对应有源矩阵的一输入信号等。具体地，校正存储器具有限于每一个象素的信息，如像非易失存储器那样，并单独校正该信息。换言之，当在电光设备上的象素中存在点缺陷时，按该点缺陷而遮蔽了该缺陷。另一方面，当与周围象素相比该象素是黑色的时候，一较大信号由象素送出，为的是提供相同的亮度，只要周围象素具有黑色象素。由于该缺陷信息对各控制不同，所以累积在该校正存储器中的信息对各控制板也不相同。
如普通的计算机那样，CPU和存储器具有相同功能。具体地，该存储器具有对应每一个图象的图象存储器，像一个RAM。这些芯片都是CMOS型的。
此外，至少所要求的积成电路的部分能用本发明的一个方面来构成，以进一步提高系统的薄膜。
如上所述，GPU以及甚至存储器都形成在液晶显示器基片上。这样的在一个基片上构成的像个人计算机那样的电子设备在使液晶显示器设备小型化以及推广其应用而非常有用的。
按本发明制备的薄膜晶体管，如在实施例中所表示的能够用在要求液晶显示器系列化的电路中。具体地，最为有用的是在模拟缓冲电路中或其他要求的电路中使用由单晶或能认为是单晶的区域制备的薄膜晶体管。
实施例7在实施例7中，表示用在发明实践中的激光处理设备。图25表示激光处理设备的顶视图。图26表示沿图25A-A′线的剖视图。图27表示沿图25B-B′线的剖面图。
参照图25-27，一盒式接收的馈送腔201是用于接收和馈送盒202的，而302用于接纳基片，并且腔201备有机器人臂203。
盒202接纳大量在其上面用激光照射的硅膜的基片，并在制备步骤形成薄膜晶体管。基片用机器人臂203一个接一个地从该盒202传送到用激光进行照射的设备。最后，由激光进行过照射的基片由机器人臂203接纳在盒302中。
装入和传送腔204作为装置用于从盒式接收和馈送腔201装入和传送基片。提供用于放置基片的堆放库。该堆放库205具有准直功能。以便精确地准直基片和机器人臂位置。
标号206表示用于将基片传送进设备的传送腔，在此提用于一个接一个地传送基片的机器人臂207。该机器人臂207包括有加热装置。设计了机器人臂207，为的是在传送基片时间保持温度在固定的水平(样品温度)。
在腔208内部用于激光照射。提供的平台209沿如图26所示箭头，能按一维方向移动。在其顶表面上提供一人造窗210。顺便说说，该平台台209备有用于加热基片的装置。用于激光照射的腔208用来由激光211对基片进行照射，该激光211从外部设备211发射，通过人造石英窗210进行激光照射。
用于激光照射的设备211，例如，它具有激励KrF激元激光的功能，并包括图5表示的光学系统。该激光通过图5所示光学系统进行处理，结果该激光被形成线性光束，该光束具有数毫米到数厘米的宽度以及数十厘米的长度。
标号213表示加热腔，用于加热基片(样品)。标号313表示逐渐冷却腔，用于逐渐地冷却基片(样品)。加热腔213和渐冷却腔313具有相同结构。各个腔备有在垂直方向可移动的提升机构214和314，用于加热基片的电阻加热装置215和315。在提升机构上面堆积基片200并用彼此预定的空间接纳基片200。在此状态，大量基片200用电阻加热装置215和315同时加热或冷却到一预定的温度。当基片装入加热腔213以及从它转移时，提升机构上下移动，结果基片能装入传送腔206，并用传送腔206中的机器人臂207将其从该腔中传送出去。
装入和转移腔204，传送腔206以及用于激光照射的腔，加热腔213，以及渐冷却腔313各自具有密封结构。每个腔的空气密封度用门阀216-220进一步加强。装入腔204，传送腔206，用于激光照射的腔208，以及加热腔213用排气系统221-225分别连接到真空泵226-230。每个腔形成低压状态或高真空状态。每个腔还备有供气系统231-235，用于提供所要求的气体(例如，惰性气体)。
在该实施例中，盒202接纳大量基片(样品)(例如基片具有图12(C)的状态)，而空盒202用于接纳经激光照射的基片。门阀216关闭，而装入和传送腔204，传送腔206，用于激光照射的腔208，加热腔213以及渐冷却腔216使用真空泵226-230形成高真空状态。经预定时间的处理，门阀216打开。一基片用机器人臂203从盒202取出，然后传送到装入和传送腔204，旋转在堆放库205上。门阀216关闭，而门阀217打开，因此在堆放库205上的基片用传送腔206中的机器人臂207被传送到传送腔206。门阀216关闭，门阀217打开，在堆放库205上的基片用传送腔206中的机器人臂207被传送到传送腔206。门阀217打开，夹持在机器人臂207中的基片被传送到加热腔213。此时，加热腔213事先被加热，因此将基片加热到一预定温度。
门阀217关闭，门阀216打开，紧接的基片从盒式接收和馈送腔201中的盒202取出，并传送到装入传送腔204，然后紧接的基片由机器人臂207传送到加热腔213。所有接纳在盒202中的基片由重复上述预定次数的操作被接纳在加热腔213中。顺便说说，为保持在装入和传送腔204后面的腔中的真空状态，门216和217受到控制，因此门阀216和217不在同一时间打开。此外，设备是这样构造的，当所有在盒202中接纳的基片被接纳在加热腔213中时，第一个基片被加热到一预定的温度。
当最后一基片从盒202传送到加热腔213时，加热到一预定温度的第一个基片用机器人臂207取出到传送腔102，而门阀219关闭。此时，甚至在传送的时候，用包括在机器人臂207中的装置保持基片的温度。加热的基片被传送到腔208以便激光照射并放在平台209上，而门阀218关闭。
从本设备发射的用于激光照射的线性激光212从人造石英窗210入射在用于激光照射的腔208上，因此在平台209上的基片由激光进行照射。借助于在激光212宽度方向移动平台209，一预定区域将被激光照射。例如，在图6所示状态，借助于从基片的右端到其左端移动基片平台109。基片即被激光所照射，因此，基片能用激光扫掠。
在完成激光照射之后，门阀218打开，在平台209上的基片由机器人臂207传送到逐渐冷却腔313。然后第二个基片被传送到用于激光照射的腔208，因此，该第二个基片被激光所照射。
虽然该逐渐冷却腔313被置于低于加热腔213对应物的温度，但结构使得不能产生急剧变化的温度，所以不必担心可能损坏基片。
重复上述操作预定次，所有在加热腔213中的基片被进行激光照射，接着连续地传送到逐渐冷却腔313进行冷却。该设备按这种方式结构，即当最后一个基片被传送到逐渐冷却腔313时，该第一个基片被冷却到一合适的温度。此时门阀217打开，第一个基片由机器人臂207从加热腔213传送到装入和传送腔204，并放置在堆放库205上。当门阀217关闭，而门阀216打开时，堆放库205上的基片由机器人臂20 3接纳到盒302中。之后，当门阀216关闭之后，门阀217打开，因此第二个基片由机器人臂207从逐斩冷却腔313传送到装入和传送腔204。重复上述操作预定次数，所有在该逐渐冷却腔313中冷却的基片被接纳在盒302中。该盒整个被取出该设备。
在实施例7中，从第一个基片装入加热腔213到最后一个基片装入该加热腔213经过的时间等于由从该加热腔213取出该第一个基片并在开始将该第一个基片传送到腔208进行激光照射到从该加热腔取出最后一个基片并开始将该最后一个基片传送到腔208进行激光照射所经过的时间。按此方式，在基片保持在加热腔中时的时间相对所有基片能被设置到相同的水平。
在该实施例中，按照由图1-3所示的实施例1，温度是能用逐渐冷却腔313加以控制的。因此，甚至在温度急剧变化影响下易于损坏的基片能安全地冷却而不受到任何损坏。这样，半导体的生产率能得到改善。例如，加热腔213以及用于激光照射的腔208的平台209的温度可以设置到500℃，而逐渐冷却腔311的温度可以设置到200℃。当逐渐冷却腔313的温度被设置到约200℃时，对于基片而言不存在提供急剧变化的温度，甚至当该基片从该逐渐冷却腔313传送到处室温的盒式接收腔201也是如此。在此具体的实施例中，逐渐冷却腔313用作冷却基片的腔，该腔313也能用作加热基片的腔。
此外，在该实施例中，加热，激光照射和冷却同时分别在加热腔213，用于激光照射的腔208，以及逐渐冷却腔313中进行。这样，能缩短激光处理的时间。
按本发明，晶状硅引进促进晶化的金属元素进行晶化，以及热处理由激光进行照射，与此同时，样品被加热到上述热处理温度的±100℃的温度范围内，结果是晶状硅膜的结晶度进一步提高，提供具有良好结晶度的硅膜。
此外，杂质离子掺杂到由引进促进晶化和热处理的金属元素进行晶化的晶状硅膜，而该晶状膜由激光进行热处理，与此同时，样品被加热到上述的处理温度的±100℃的温度范围内，结果是杂质地区能有效地形成。
此外，用激光从膜的一边到其另一边照射非晶硅膜，与其同时，将其加热到450℃或更高的温度，结果晶体件生长能连续进行，以形成单晶或能认为是单晶的区域。
具体地，对于促进晶化的金属元素被引进到该非晶硅膜的情况，容易形成单晶或具有高结晶度的区域(能认为几乎是单晶的区域)。此外，这时，在移动线性激光的同时，借助用线性激光照射该晶状硅膜，金属元素能够在晶体生长的结束处偏，结果在该晶状区域中的金属元素的密度能尽可能减小。
例8在该例中，薄膜晶体管是用在此公开的激光处理方法制备的。图6(A)-6(C)说明直到获得晶状硅膜所进行的步骤。首先，如图6(A)所示，准备一玻璃基片601。用溅射处理方法在基片上形成厚度为3000A的氧化硅膜602作为过渡膜。例如，玻璃基片包含成熟的7059玻璃。
之后，用等离子体辅助CVD或低压CVD(LPCVD)处理形成厚度为500的非晶硅(a-Si)膜103。(图6(A))。
此后，该叠片被进行热处理，以便晶化该非晶硅膜603，这样得到晶状硅膜607。这时，加热温度约450-750℃。然而，在考虑玻璃基片热阻的场合，有必要低于600℃进行热处理。如果加热温度低于500℃，则需要数十小时完成晶化步骤。但对生产率而言这是不利的。在本例中，由于玻璃基片的热阻，以及还由于热处理的时间，热处理在550℃进行4小时。按此方法得到晶状硅膜607(图6(B))。
在用热处理得到晶化硅膜607之后，使用示于图1-3中的激光处理系统，激光指向膜607，以便晶化该晶状硅膜607。以下简要描述激光处理步骤。
首先，保持大量呈现图6(C)状态的基片被插入到基片装/卸腔101。每一个腔被抽到高度真空状态。假定每一个门阀关闭。门阀122打开，允许机器人臂106从盒105取一基片100然后将其运送到传送腔102。之后，另外门阀124打开。由机器人臂106夹持的基片被移到加热腔104中，该腔已经预热，以便在要求的温度上加热基片。
在将该基片运送到加热腔104中之后，下一个基片再由机器人臂106从盒105中取出并移到加热腔104中。重复这些操作给定次数。按此方法，所有保持在盒105中的基片被接收到加热腔104中。之后，门阀122和124关闭。
在经过一给定时间之后，门阀124打开。由机器人臂将加热到给定温度(在该例中为500℃)的基片取进到传送腔102中。在移动该基片期间，由包括在机器人臂电的加热装置将该基片维持在500℃。之后，门阀124关闭。门阀123打开。加热的基片被传送到腔103，以便用激光照射该基片。之后，门阀123关闭。
激光具有线性截面。基片平台409移动横穿该激光的截面，因此，激光照射所要求的区域。在该例中，如图6(C)所示，基片平台109按这样一种方式移动，即在激光照射期间，激光从图的右端到左端扫掠。假定平台109移动速度为10cm/min。在本例中，在激光照射期间，平台109的温度保持在500℃。
在完成激光照射之后，门阀123打开。由基片夹持器夹持的基片用机器人臂106移动到传送腔102。之后，门阀123关闭。之后，门阀122打开。基片被插到装/卸腔101中的盒105中。之后，门阀122关闭。
重复上述操作，以便用激光照射每一个接纳在加热腔中的基片。在完成这些照射步骤之后，在盒105中接纳的基片一个接一个地通过基片装/卸腔101从系统取出。
如图6(C)所示，用激光照射促进了晶状硅膜的结晶度。之后，膜片被光刻构图，以形成薄膜晶体管的有源层701(图7(A))。
之后，用溅射或等离子体辅助CVD形成厚度为1000的起栅绝缘膜作用的氧化硅膜702。接着，用蒸发技术形成厚度为6000的含0.18wt％的钪的铝膜。该铝膜被进行光刻构图，以形成栅极703。此后，在含有5％酒石酸的甘醇溶液中进行阳极化处理。在该处理中，栅极703用作阳极。按此方法，厚约2500的氧化铝层704形成。该氧化层704的厚度确定了下面进行的将由杂质离子注入步骤形成的偏置栅区域的长度。
如图7(B)所示，杂质离子(在该例中是磷离子)由离子掺杂或等离子体掺杂技术引进到该有源层。此时，栅极703和周围的氧化层704起到掩膜的作用。杂质离子打进由剖面线表示的区域705和709。按此方式，源区域705和漏区域709由自调整技术形成。沟道形成区域707和偏置栅区域706、708也由自身调整技术形成。
在注入之后，叠片用激光照射，以便晶化源区域705和漏区域709，并激励注入的杂质。也可用强光替代激光进行照射。用图1-3所示的系统，激光落倒源/漏区域上。在激光照射期间，基片在500℃进行加热。
在用激光照射完成热处理后，用等离子体辅助CVD形成厚度为7000的氧化硅膜710作为夹层绝缘膜。之后形成孔洞。源极711和漏极712由合适的金属例如铝或其他合适的导电材料形成。最后，叠片在350℃的氢环境中热处理1小时。按此方法，如图7(C)所示的薄膜晶体管宣告完成。
例子9在本例中，非晶硅膜用激光照射，或形成单晶，或形成具有能认为是非常接近单晶的结晶度的区域。使用该区域，形成薄膜晶体管的有源层。
图8(A)-8(C)说明或形成单晶，或形成具有能认为是非常接近单晶的结晶度的区域的步骤。首先，用溅射技术在玻璃基片601上形成厚度到3000的氧化硅膜602作为过渡膜。之后用等离子体辅助CD或LPCVD形成厚度为5000的非晶硅膜603。(图8(A))。
激光由使用图1-3所示的系统进行照射。在激光照射期间，样品在500℃进行加热。激光801具有线性截面。该线性截面的纵向是在附图的深度方向。晶核在区域812形成，或该区域用加热晶化。
激光810在箭头811指示的方向以1mm-10cm/min的甚低速扫掠。当线性截面激光810以箭头811所指示的方向移动时，晶体如813所示，从区域812生长。按这种处理，晶体按外延或基本上按外延方式从晶核或形成晶体的区域812生长。(图8(B)。
晶化发生于下。该区域由于激光照射而熔化。晶体按外延或基本外延方式在先晶化区域向熔化区域生长。当线性激光按811所示方向扫掠时，晶体生长过程为813所示(图8(C))。
以下将详述激光照射步骤。首先，夹持许多呈现图8(A)状态的基片(样品)的盒105插入基片装/卸腔101。每一个腔被抽成高真空。假定每一个门阀是关闭的。门阀122打开，以便允许机器人臂106从该盒105取出一个基片100并将其传送到传送腔102中。之后，另一门阀124打开。由机器人臂106夹持的基片移进加热加腔104，该加热腔104已预先加热(在500℃)，以便在要求的温度上去加热基片。
在将该基片送入加热腔104之后，下一个基片由机器人臂106再从盒105取出并移进该加热腔104。这些操作重复一给定次数。按此方法，所有保持在盒105内的基片被接收到加热腔104中。
在经过一给定时间后，门阀124打开。在给定温度上加热的基片(在本例中为500℃)由机器人臂106取到传送腔102中。在该基片移动期间，由包括在机器人臂中的加热装置使该基片维持在500℃。之后，门阀124关闭。门阀123打开。经加热的基片传送到腔103，以便用激光照射该基片。之后，门阀123关闭。
激光具有线性截面。基片平台109在激光截面侧向移动，因此激光照射所要求的区域。在本例中，如图8(B)所示，基片平台109按这样一种方法移动，即在激光照射期间，激光从图的右端到左端扫掠。假定平台109在1cm/mib的速度上移动。在本例中，在激光照射期间，平台109的温度保持在500℃。
完成激光照射之后，门阀123打开。由基片夹持器夹持的基片被机器人臂106移到传送腔102中。之后，门阀123关闭。然后，门阀122打开。基片插入装/卸腔101中的盒105中。之后，门阀122关闭。
重复上述操作，以便用激光照射接纳在加热腔中的每一个基片。在完成这些照射步骤之后，接纳在盒105中的基片一个接一个地通过基片装/卸腔101从系统取出。
在本例中，介于当第一个基片被运送到加热腔104的瞬间和当最后一个基片被装入加热腔104的瞬间之间的时间等于介于当该第一基片从该加热腔104取出并开始向激光照射腔103移动的瞬间和当该最后一个基片从该加热器104取出并开始向激光照射腔103运送瞬间之间的时间。结果，每一个基片保持在加热腔中的时间相同。
非晶硅膜在每个基片上形成。在500℃温度上，晶核容易在一短时间内形成并进行结晶化。因此，为制备均匀的晶状硅膜，使基片各自保持在加热腔104中的时间均匀是重要的。
按此方法，如图8(C)所示，包括单晶或能认为是单晶区域814是能得到的。该区域814包含密度的1016-1020/cm3的氢原子。由氢原子限定内部缺陷。该区域能认为是一个很大的晶粒。该区域的范围能进一步扩大。
如图8(C)所示，当得到包括单晶或能认为是单晶的区域814时，利用该区域形成薄膜晶体管的有源区域。那就是，进行构图步骤去形成图9(A)中由701表示的有源区域。在构图步骤期间，极薄的氧化膜802被去掉。用溅射或待离子体辅助CVD形成厚度为1000的用作栅绝缘膜的氧化硅膜702。
由此，包含18wt％的钪的铝膜用电子束蒸发技术形成到6000的厚度。该铝膜经光刻构图形成栅极703。此后，在含5％酒石酸的甘醇溶液中进行阳极化处理。在此处理中，栅极703用作阳极。按此方法，氧化铝层704形成到约2500的厚度。该厚度的氧化层704确定了偏置栅区域的长度，该偏置栅区域用下面进行的杂质离子注入来形成(图9(B))。
用离子掺杂或等离子掺杂技术引进杂质离子(在该例中是磷离子)到有源层中。此时，栅极703和周围的氧化层704起掩膜作用。杂质离子进入区域705和709。按此方式，源区域705和漏区域709用自对准技术形成。沟形成区域707以及偏压栅区域706，708也用自对准技术形成。
叠片通过使用图1-3所示的激光处理系统用激光照射，以便结晶化源区域705和漏区域709，并激励注入的杂质。
在完成用激光照射进行热处理后，用等离子体辅助CVD形成厚度7000的氧化硅膜710作为夹层绝缘膜。之后形成孔洞。源极711和漏极712由合适的金属，例如铝或其电导电材料形成。最后，叠片在350℃的氢环境下加热处理1小时。按此法，如图9(D)所示的薄膜晶体宣告完成。
本例中的薄膜晶体管具有用包含单晶或能认为是单晶的区域形成的有源层。因此，实质上无晶粒存在在该有源区域。薄膜晶体管的操作能阻止晶粒边界的影响。
对于形成按行排列的许多薄膜晶体管的场合。能有效地使用本例的结构。例如，在许多薄膜晶体管在图9(D)所示的附图的深度方向上按行排列的场合能使用该种结构。这种包括一行薄膜晶体管的结构能用在外围电路，例如用于液晶显示器的位移寄存器。使用例如包括单晶或能认为是单晶的晶状硅膜的这些薄膜晶体管一般用在模拟缓冲放大器等场合。
例10在本例中，较接近于单晶(具有较好的结晶度)的晶状硅膜能借助于有技巧地使用由激光引发的晶化机制而有效地得到。
图10(A)-10(C)说明本例的制备步骤。首先用溅射技术在玻璃基片601上形成厚度为3000的氧化硅膜602作为过渡膜。之后，用待离子体CVD或低压温度CVD形成厚度为500的非晶硅膜603。由此，一掩膜由氧化硅膜形成。该氧化硅膜可以用溅射或等离子体辅助CVD形成。该氧化硅膜可以使用一种液体形成，这种液体是用来形成氧化硅膜的。当加热至100-300℃时，这种液体呈溶固态。例如，能使用由Tokyo Ohka Kogyo公司制备的OCD(ohka扩散源)溶液。氧化硅膜815在由802表示的区域有一个槽，该槽在附图深度方向延伸。非晶硅膜603的表面部分由槽形区域802暴露。该槽形区域具有数μm-数十μm的所要求的长度和宽度(图10(A))。
在照射期间，如图10(B)所示，线性激光按箭头811指示的方向扫掠。激光的截面由图5所示光学设备做成在附图的深度方向延伸的形式。
当激光810发射时，样品被加热到500℃。激光在接近1mm-10cm/min的很低速度上进行扫掠。此时，在由剖面线指示的区域812用加热形成结晶核或晶化区域。
在激光照射期间，如果线性激光按箭头811指示的方向移动，由于没有氧化硅膜存在在区域812的表面上，区域812在照射后将很快冷却。由激光扫掠的非晶硅膜片夹在上下氧化硅膜之间。因此，热量无处逸散。因此该膜很快加热到高温。具体地，具有晶状结构的冷区域812同时存在熔化区域。当然，在它们之间存在急剧变化的温度梯度。该温度梯度将促进晶体生长。结果，能认为是外延生长的晶体生长如813所示那样进行。由此能得到包括单晶或能认为是单晶的区域814。
在本例的结构中，在生长开始点启动生长是容易的。由此在部分膜上能形成包括单晶或能认为是单晶的区域。
按此方法，能得到如图10(C)所示的包括单晶或能认为是单晶的区域814。该区域814能做成具有数十微米(μm)或更长的长度。用此区域，能制造单晶薄膜晶体管。
例11在本例中，使用在此公开的激光处理方法制备薄膜晶体管。图12(A)-12(D)说明直到获得晶状硅膜所进行的加工步骤。首先，如图12(A)所示，准备玻璃底片601。用溅射技术在该基片表面上形成厚度3000的氧化硅膜602作为过渡膜。例如，玻璃基片由熟悉的7059玻璃制造。
之后，用等离子体辅助CVD或LPCVD形成厚度500的非晶硅(a-Si)膜603。叠片在氧化环境中用UV光照射，以形成极薄的氧化膜604。该氧化层604改善了将在下面进行的溶液应用步骤中的液态溶液的可湿性。该氧化膜604的厚度在数十量级。图(12(A))。
之后，引进用于促进非晶硅膜603晶化的金属元素镍(Ni)。在该例中，使用镍乙酸盐溶液将镍元素引进到非晶硅膜603的表面。更特别地，被调整到获得所要求的镍浓度的镍乙酸盐溶液滴下来形成水膜800。然后使用旋转器606进行自旋烘干步骤。镍元素同非晶硅膜表面相接触。镍的引入量由调整在镍乙酸盐溶液中的镍元素的浓度加以控制。(图12(B))。
接着，叠片被加热以晶化非晶硅膜603。按此方法，得到非状硅膜。此时，加热温度约450-750℃。但是，在考虑玻璃热阻的场合，有必要在低于600℃进行热处理。如果加热温度低于500℃，执行晶化步骤需要数十小时。对生产率而言是不利的。在本例中由于玻璃基片的热阻，以及还由于热处理的时间，热处理在550℃进行4小时。按此方法得到晶状硅607(图12(C))。
之后，用图1-3所示激光处理系统对晶态硅膜607进行激光照射。这进一步促进晶状硅膜607的晶化。激光处理步骤按列2同样方式进行。
如图12(D)所示，由激光照射促进晶状硅膜的结晶度。构图步骤按已结合图7(A)-7(AC)描述过的例8的同样方式进行。这样形成一膜晶体管的有源层。此时，去掉极端薄膜的604。使用该有源层，薄膜晶体管宣告完成。
例12本例涉及用于本发明的一激光处理系统。图18是本例的激光处理系统的顶视图。图19是图18AA′线的剖面图。图20是图18BB′线的剖面图。
在图18-20中，用于装入基片(样品)的装入腔用标号306表示。在其上形成受激光照射的硅膜或粗加工的薄膜晶体管的大量的基片被接纳到盒330中。在这条件下，盒330被从外面插入。当基片插入基片装入腔306，或者从该装入腔将它们取出时，基片和夹持它们的盒一起搬动。
由传送腔301将基片在该系统中移动。该腔备有一机器人臂314用于一个接一个地运送基片。在其上旋转一个基片的机器人臂的前端能通过360°旋转，并能上下移动。该机器人臂314还包括一个加热装置，以便在传送该基片315时保持该基片的温度(样品温度)。
基片定位调整装置300起准确调整包括基片在内的机器人臂。即调整装置300保持机器人臂和基片间的固定的位置关系。
激光照射腔304用激光照射基片。在该腔304中，由激光器331发射的激光被一反射镜332反射，然后通过由人造晶体制成的窗352投射到基片上，基片放在平台353上。这个平台备有用于加热的装置并能按由箭头354指示的一个方向移动。
激光器可以是一KrF激元激光器，并如图5所示，它备有用于将产生的激光束的截面变成为线性形式的光学系统。这个线性截面具有数mm-数cm的宽度以及数十cm的长度。该激光对准基片(样品)。
该激光的线性截面的纵向垂直于由354所示的运动方向。即纵向从图20纸面的正面到反面延伸。在用该线性激光照射基片期间，基片沿着平台的354指示的方向移动。按此方法，激光扫描整个基片。
加热腔302和305起加热基片的作用。在激光射到在该激光处理腔304中的基片上之前，加热腔305加热基片(样品)。在激光处理腔304中用激光进行照射之后，加热腔302热处理基片。如图19所示，大量基片315被堆积起来并被接纳在每个加热腔302和305中。被夹持的基片315由加热装置(电阻加热装置)317在要求的温度上进行加热。基片315接纳在提升机构316上。如果需要提升，提升机构316向上移动然后向下移动。使用在传送腔301中的机器人臂314，能一个接一个地将要求的一个基片移进或移出加热腔305。
旋转腔303起旋转每一个基片90°的作用。一个能旋转的平台装在该旋转腔303中。所要求的基片由机器人臂314装到该平台上，然后该平台旋转90°。之后，由机器人臂取出该基片。按此方法，当基片已被旋转90°时，基片由机器人臂夹持。
由于旋转腔303的作用，基片均匀地被激光照射。如前所述，射到基片(样品)上的激光束具有线性截面。在照射期间，借助于按一个方向移动基片，则基片能整个地被激光所照射。在这种情况下，激光从基片的一边扫向对边。之后，基片旋转90°。接着基片由激光类似地照射。接着在两个相互垂直的方向进行扫描。接着，基片能由激光均匀地照射。
卸腔307起到将取来处理的基片脱离该系统的作用。并且如在装入腔306中那样，具有按相同方法夹持基片的盒330。大量基片沿该盒通过门355被取出系统。
上述腔301，302，303，304，305，306和307都是经得住低压的闭合真空罐。这些腔具有它们各自的抽真空系统。所有这些腔能呈现降低的压力条件。每一个腔都具有用于提供所要求的氧体例如隋性气体的系统。每一个腔还具有一个抽真空的系统。如果需要，每一个腔能被抽到低压或者高的真空。在图19中表示抽真空系统318-319。在图20中表示抽真空系统356，318和357。这些抽真空系统表示出具有高真空泵321-323，358，和359。
这些腔均备有门阀310-313，308，和309，以保证每个腔的绝缘和密封性。
以下描述图18-20所表示的系统的操作例。非晶硅膜形成在由熟悉的7059玻璃做成的并具有593℃应变点的玻璃基片(10cm见方)上。该非晶硅膜用激光进行照射，以便使它晶化。在该例中，非晶硅膜由激光照射晶化。在晶化的硅膜进一步用激光的场合，或掺杂杂质离子的硅膜在形成源/漏压期间进行热处理的场合能使用操作的下面工序。
在上述操作中，假定图18所示的每一个腔中的环境空间是1个标准大气压的渗氮环境。在该例中，开发利用渗氮环境。借助于使每个腔个有减小的压力污染水平能最有效地降到最小。
首先，门阀308-313以及允许通向外面的门355都是关闭的。在其上形成有非晶硅膜的数量满足要求的玻璃基片(以后简指基片)被插到盒(未示)中。该盒同基片一起装入装入腔306。之后，该装入腔的门(未示)关闭。接着，门阀312打开。一个夹持在装入腔306中的盒中的基片由机器人臂314取到装入腔301中。此时，由调整装置300调整机器人臂314和基片315之间的位置关系。
被取到传送腔301的基片315由机器人臂314接纳到加热腔305中。为了将基片315放进加热腔305，门阀311首先打开。之后，基片315由机器人臂314取到加热腔305中。接着，门阀311关闭。
在加热腔305中，基片在550℃温度上加热。重要的是该温度被置于低于玻璃基片的应变点，因为如果加热温度超过应变点，玻璃基片的收缩和变形将是不可忽视的。
再在加热腔305中加热基片一给定时间之后，基片由机器人臂314运送到传送腔301中。如果门阀308-313打开，则当由机器人臂搬运基片时，为保持每个腔的密封性和清洁度，它们必需关闭。
从加热腔305取出的基片移到激光处理腔304。在基片表面上形成的非晶硅膜由激光进行照射。机器人臂备有加热装置，使得在保持基片在550℃温度上的同时将其从加热腔305运送到激光处理腔304。在激光处理腔304中，加热装置安装在放置基片的平台353上。在激光照射期间，基片保持在550℃的温度。
激光331产生线性截面激光束。该激光束由反射镜332反射并通过激光处理腔304中的石英窗352指向基片。
在该例中，平台353按箭头354所示方向移动，因此所要求的表面(即在玻璃基片上形成的非晶硅膜)整个地由激光所照射。那就是激光束的截面从平面的正面向反面延伸。激光以箭头354指示的方向相对基片扫描。按此方法，放在平台353上的基片面积由激光扫描。
例如，波长为248nm的KrF激元激光能用作上述激光。XeCl激元激光，其他激元激光，或其他发射相干光的装置也能用作激光331。此外，也可以用如红外线这样的强光替代激光。
完成激光照射之后，基片只一次用机器人臂314从激光腔304取到传送腔301中。此时，门阀310首先打开。之后，该基片由机器人臂314取入传送腔。之后，门阀310关闭。
放在传送腔301中的基片被搬到基片旋转腔303，在那里该基片被旋转90°，由于在该旋转腔303中未作任何其他操作，所以门阀309能保持打开状态。
在基片在旋转腔303中旋转90°之后，基片再次由机器人臂314取到传送腔301中，基片再次移动到激光处理腔304。此时，放在平台303上的基片的方向与该基片第一次运到该激光腔304时所呈现的方向相差90°。
当再次按箭头354所示方向移动平台353时，具有线性截面的激光指向基片。在这种情况下，激光扫描的方向与第一次扫描方向相差90°。因此，基片能被激光均匀地照射。由此，在玻璃基片上能得到均匀晶化的硅膜。
在结束二次激光照射后，基片再次由机器人臂314从传送腔301取出日之后，基片被传送到加热腔302，在那里，在550℃上进行的热处理将产生所要求的结果。
基片在加热腔302中进行热处理之后，该基片由机器人臂314带到传送腔301。之后，基片由卸腔307中的盒330接纳。这样，远处所述操作被连续进行，以便将所有基片收容到卸腔307中的盒330中。当盒330装满时，门355打开。基片连同盒330一起取出系统。由此结束一系列激光照射步骤。
在本例中提供两个加热腔。在其他例子中，例如在例子3和8-11中，激光热处理是在制备晶态硅膜时进行的。之后，对膜进行热处理，以便减小在该硅膜中的缺陷密度。在本例中，这些步骤能用一个系统进行，因为存在有两个加热腔。因此，能用高生产率得到具有高结晶度的以及低缺陷密度的晶状硅膜。
特别地，借助于将本例应用到图12(A)-12(D)所示的例11的形成晶状硅膜以及图13(A)-13(D)所示的例3晶状硅膜的制备步骤，能得到良好结晶度的硅膜。具体地，用于促进非晶硅膜晶化的一种元素被引入该非晶硅膜的表面，以便使晶体的生长平行于该表面。之后，包括这些晶体的硅膜由激光照射，以便进一步提高结晶度。如果该膜接着进行热处理，则能产生出具有良好结晶度和低缺陷密度的硅膜。
例13本例是图18-20中所示系统的改进。图21表示本例的结构。在或图18(说明例12的)或图21中，相同元件用相同标号表示。在图21所示系统中，一基片首先在加热腔305中加热。之后，该基片用激光处理腔304中的激光进行照射。接着，该基片在第二加热腔351中进行热处理，以减少在被照射的硅膜中的缺陷。
在加热腔351中完成加热之后，该基片在一慢冷却腔350中慢慢冷却。用调整引入该慢冷却腔350中的氮气量未调整冷却的速度。接着，该基片运送到卸腔307中。
本例的激光照射能应用于非晶膜的晶化，用于由加热进行晶化的硅膜的热处理(相应于例11和3中所描述的情况)，以及用于由杂质离子掺杂的硅膜的热处理和激励。
晶状硅膜由引进促进晶化的金属元素以及热处理进行晶化。晶状硅膜在样品在在先加热处理温度的±100℃的温度内的温度上进行加热的时候，用激光照射进行热处理。按此方法，结晶度进一步提高。结果能得到具有良好结晶度的硅膜。
由引入促进晶化的金属元素以及热处理对晶状硅膜进行晶化。杂质离子注入该晶状硅膜。当样品在在先加热处理温度的±100℃的温度内的温度上加热的时候，用激光照射对基片进行加热处理所有效地形成掺杂区域。
用激光照射能使晶体连续地生长，即，当在高于450℃的温度上加热该膜片时，从非晶硅膜的一边向另一边照射具有线性截面的激光，能形成包括单晶能被认为是一单晶的区域。
特别地，在引进促进晶化的一种元素于非晶硅膜之中后，实质上能被认为是一单晶的更高结晶度区域能由进行上述激光照射容易形成，此时，借助于在激光照射期间移动线性截面的激光束，金属元素能够在晶体终止生长的地方离析。结果，金属元素在晶化区域的浓度能降低到最小。
在该新的激光处理方法中，由热处理进行晶状硅膜晶化是在在先加热处理温度的±100℃的温度内的温度上进行加热。在此条件下，该膜片由激光进行热处理，以进一步提高结晶度。按此方法，能得到具有良好结晶度的硅膜。
杂质离子注入已由热处理晶化的硅膜。该膜在在先加热处理的温度的±100℃内的温度上进行加热。在此条件下，膜片由激光照射进行热处理。按此方法，能有效地形成掺杂区域。
此外，在高于450℃温度上加热该膜片时，借助于按照将具有线性截面的激光从非晶硅膜的一边向另一边照射的激光照射，晶体将连续地生长。能形成包括单晶或能认为是单晶的一个区域。
在该新的激光处理方法中，促进晶化的一种金属元素被引入非晶硅膜。在此条件下，进行上述激光照射。这样，能容易形成实质上能认为是单晶的高结晶度区域。在激光照射之后进行热处理。因此，由激光照射引起的缺陷能够减少。
在激光照射期间，扫掠具有线性截面的激光。按此方法，金属元素在结晶终止生长的点上能导致离析。在该结晶化区域中的金属元素的浓度能减到最小。
权利要求
1.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；用激光照射半导体；在照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行热退火；在上述热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，以便用氢消除内部缺陷。
2.如权利要求19所述的方法，其特征在于，第一热处理步骤所晶化的半导体，其结晶度因激光照射步骤而得到提高。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，一种或多种元素选自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Rc、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au组成的元素群。
4.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；用激光照射半导体；在上述照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行热退火；在上述热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，使半导体中含氢，半导体中氢的浓度为1020/立方厘米或以下。
5.如权利要求20所述的方法，其特征在于，第一热处理步骤所晶化的半导体，其结晶度因激光照射步骤而得到提高。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，一种或多种元素选自由Fe、Co、Ru、Rh、Ni、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au组成的元素群。
7.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；往半导体的起码一部分中植入杂质离子；用激光照射植入步骤植入有杂质离子的部分；在照射步骤之后在500℃或以上的温度对晶化过的半导体进行热退火；在热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，以便用氢消除内部缺陷。
8.如权利要求21所述的方法，其特征在于，经第一热处理步骤晶化过的半导体，其结晶度因激光照射步骤而得到提高。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，一种或多种元素选自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au组成的元素群。
10.一种制造半导体器件的方法，包括下列是步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；从半导体的一边到半导体的另一边不断移动线性光束结构的激光，用激光照射半导体的表面；在激光照射之后在500℃或以上的温度对半导体进行热退火；和在上述热退火之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，以用氢消除内部缺陷；其特征在于，半导体用激光照射的部位依次晶化。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，选自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au组成的元素群的一种或多种元素被用作金属元素。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，金属元素有选择地加入半导体的预定部位。
13.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤准备线性截面的激光；用所述激光照射含有非晶硅的半导体的表面，同时从所述半导体的一边到所述半导体的另一边连续移动所述激光；在上述激光照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行热退火；在上述热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，以便用氢消除内部缺陷。
14.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；往半导体的起码一部分中植入杂质离子；用激光照射经上述植入步骤植入有杂质离子的部分；在上述照射步骤之后在500℃或以上的温度对晶化过的半导体进行热退火；在上述热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，使半导体中含有氢，半导体中氢的浓度为1020/立方厘米或以下。
15.一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；从半导体的一边到半导体的另一边不断移动有线性光束结构的激光，用激光照射非晶硅膜半导体的表面；在上述激光照射之后在500℃或以上的温度对半导体进行热退火；在上述热退火之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，使半导体中含有氢，半导体中氢的浓度为1020/立方厘米或以下；其特征在于，半导体用激光照射过的部分依次晶化。
16.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤；准备好线性横截面的激光；用所述激光照射含有非晶硅的半导体的表面，同时从所述半导体的一边到所述半导体的另一边连续移动所述激光；在上述激光照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行热退火；在上述热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，使半导体中含有氢，半导体中氢的浓度为1020/立方厘米或以下。
17.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤；用激光照射含有硅和对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素的半导体；在上述照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行热退火；在上述热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，使半导体中含有氢，半导体中氢的浓度为1020/立方厘米或以下。
18.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤用激光照射含有硅和对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素的半导体；在上述照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行热退火；在上述热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行热退火，以便用氢消除内部缺陷。
19.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；在上述金属元素加入步骤之后对半导体进行第一次热处理，使半导体晶化；在上述第一次热处理步骤之后用激光照射半导体；在上述照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行第二次热退火；在上述第二次热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行第三次热退火，以便用氢消除内部缺陷。
20.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；在上述金属元素加入步骤之后对半导体进行第一次热处理，使半导体晶化；在上述第一次热处理步骤之后用激光照射半导体，同时使半导体的温度保持在第一次热处理步骤的温度±100℃的范围内；在上述照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行第二次热退火；在上述第二次热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行第三次热退火，以便用氢消除内部缺陷。
21.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；在上述金属元素加入步骤之后对半导体进行第一次热处理；在上述第一次热处理步骤之后往半导体的起码一部分植入杂质离子；用激光照射经植入步骤植入有杂质离子的部分；在上述照射步骤之后在500℃或以上的温度对半导体进行第二次热退火；在上述第二次热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行第三次热退火，以便用氢消除内部缺陷。
22.一种制造半导体器件的方法，其特征在于，它包括下列步骤往含有非晶硅的半导体中加入对非晶硅的晶化起促进作用的金属元素；在上述金属元素加入步骤之后对半导体进行第一次热处理，使半导体晶化；在上述第一次热处理步骤之后往半导体的起码一部分中植入杂质离子；用激光照射经植入步骤植入有杂质离子的部分，同时使半导体的温度保持在第一次热处理步骤的温度±100℃的范围内；在上述照射步骤之后在500℃或以上的温度对结晶半导体进行第二次热退火；在上述第二次热退火步骤之后在含氢的氛围中对半导体进行第三次热退火，以便用氢消除内部缺陷。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述激光为线性激光。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述金属元素选自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au组成的元素群。
25.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述激光为线性激光。
26.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述金属元素选自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au组成的元素群。
27.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述激光为线性激光。
28.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述金属元素选自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au组成的元素群。
29.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述激光为线性激光。
30.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述金属元素选自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au组成的元素群。
全文摘要
一种激光处理设备提供一加热腔，一用于激光照射的腔以及一机器人臂，其中在其上形成用激光照射的硅膜的基片的温度在加热腔中被加热到450－750℃，接着用激光照射该硅膜，结果能得到具有单晶或能够被认为是单晶的硅膜。
文档编号H01L21/20GK1485892SQ0110302
公开日2004年3月31日 申请日期1995年7月28日 优先权日1994年7月28日
发明者寺本聪, 大谷久, 宫永昭治, 滨谷敏次, 山崎舜平, 平, 次, 治 申请人:株式会社半导体能源研究所