制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法

制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法
【专利摘要】本发明提供一种制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法。本发明控制热源单元，使得在两个阶段中用光照射其中形成含氢待处理层的待处理物体，且由此可以抑制和防止半导体装置的电特征由于氢而劣化。也就是说，先照射的紫外光可以引发用于分离待处理层中的Si?H键的化学反应，并且再照射的红外光可以引发用于使从Si?H键分离的氢气化的热反应。因此，执行用于分离待处理层中的氢和其它离子的键的化学反应和用于使氢气化的热反应两个，由此与仅通过热反应从待处理层中气化氢的温度相比可以更容易地清除氢。
【专利说明】
制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法，所述方法 能够容易地控制薄膜中的氢浓度。
【背景技术】
[0002] 一般来说，薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)包含形成于具有绝缘表面的 衬底上的半导体薄膜、广泛用于例如集成电路（integrated circuit, 1C)或电光装置等的 电子装置，以及尤其用作图像显示设备的开关装置。
[0003] 当薄膜晶体管将展现半导体特征的金属氧化物用作沟道形成区域并且经形成以 便具有半导体层时，由于制造薄膜晶体管的材料和过程，氢离子必然存在于薄膜中。
[0004] 这些氢离子填充半导体层内部的空区，由此可以具有确保半导体装置的操作稳定 性的优点。然而，当氢浓度高于填充半导体层内部的空区的含量时，引起劣化半导体层的界 面电荷特征的限制。因此，当制造薄膜晶体管时，用于控制薄膜中的氢浓度的脱氢已成为重 要问题。
[0005] 因此，在相关技术中，锅炉设备用于加热薄膜，由此控制和清除氢。然而，尽管用于 控制氢浓度的最重要工艺控制参数是热处理量，但是锅炉难以控制热量输入的所有部分 (升高、保持、冷却），因为锅炉可能仅管理热量保持部分。因此，不太容易通过使用锅炉设备 来控制氢浓度。
[0006] 此外，由于锅炉设备的特征而存在需要长热处理时间的限制，并且由此随后出现 增加制造前置时间（manufacturing lead time)的限制。
[0007] 此外，尽管锅炉设备在大致450°C或更高温度下执行脱氢，但是用于柔性显示器的 柔性衬底(例如，塑料)可能会由于高温而变形，由此引起无法形成脱氢过程的限制。
[0008] [相关技术文献]
[0009] [专利文献]
[0010] (专利文献 1)JP2009-159238A
[0011] (专利文献 2)KR2009-0101831A

【发明内容】

[0012] 本发明提供用于制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法，所述 方法能够容易地控制待处理物体中的氢浓度。
[0013] 本发明还提供用于制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法，所 述方法能够抑制和防止出现由于高温引起的待处理物体的变形。
[0014] 本发明还提供用于制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法，所 述方法能够减少清除待处理物体中的氢所需的时间并且降低执行脱氢的温度。
[0015] 本发明还提供用于制造半导体装置的设备以及使用其制造半导体装置的方法，所 述方法能够提高半导体装置的电特征。
[0016] 根据示例性实施例，用于制造半导体装置的设备包含:腔室，其用于提供其中处理 待处理物体的空间；载台，其安置在腔室内部并且其上安装待处理物体;热源单元，其经配 置以在两个阶段用光照射待处理物体；以及控制单元，其连接到热源单元以控制热源单元， 使得在两个阶段照射光。
[0017] 热源单元可以包含：第一灯，其经配置以用紫外光照射待处理物体；以及第二灯， 其经配置以用红外光照射待处理物体。
[0018] 第一灯可以安置成围绕第二灯。
[0019] 相对于待处理物体的照射表面的全部区域，第一灯的照射区域可以大于第二灯的 照射区域。
[0020] 控制单元可以控制热源单元，使得在操作第一灯之后操作第二灯。
[0021] 控制单元可以在第一灯的操作停止的同时操作第二灯。
[0022] 控制单元可以在第一灯的操作停止之后以某一时间差操作第二灯。
[0023] 控制单元可以控制第一灯的操作时间和第二灯的操作时间以彼此重叠。
[0024]待处理物体可以包含衬底和在衬底上形成为含有氢的待处理层，并且所述待处理 层可以通过使用包含氢(H)的源经由化学气相沉积(chemical vapor deposit ion, CVD)法 形成于衬底上。
[0025] 根据另一示例性实施例，提供一种用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装 置的方法，所述方法包括:在衬底上形成含氢的待处理层；以及通过在两个阶段用光照射待 处理层来执行脱氢。
[0026] 脱氢的执行可以在通过使用待处理层在衬底上形成栅极电极以及在栅极电极上 形成栅极绝缘膜之后执行。
[0027] 脱氢的执行可以在通过待处理层在衬底上形成源极电极和漏极电极、在源极电极 和漏极电极上形成活性图案以及在活性图案上形成栅极绝缘膜之后执行。
[0028]脱氢的执行可以在非晶硅通过待处理层形成于衬底上之后执行。
[0029] 脱氢的执行可以在大致350°C至大致400°C的温度下执行。
[0030]脱氢的执行可以包含:第一照射光以使待处理层中的Si-H化学键去键结；以及第 二照射光以在光的第一照射之后使分离的氢气化。
[0031] 使待处理层中的Si-H化学键去键结的第一光可以是紫外光，并且使分离的氢(H) 气化的第二光可以是红外范围的光。
[0032] 光的第一照射和光的第二照射可以在彼此相同的空间中执行。
[0033] 光的第一照射和光的第二照射可以在彼此不同的空间中执行。
[0034]待处理层可以是通过使用衬底上的含氢(H)源经由化学气相沉积法形成的薄膜。
【附图说明】
[0035]通过结合附图进行的以下描述可以更详细地理解示例性实施例，在附图中：
[0036] 图1是根据示例性实施例的说明用于制造半导体装置的设备的截面图。
[0037] 图2A、图2B、图2(c_l)与图2(c_2)是根据示例性实施例的用于描述热源单元的视 图。
[0038]图3A至图3C是根据示例性实施例的说明用于控制热源单元的控制单元的方法的 视图。
[0039] 图4是根据示例性实施例的依序说明用于制造半导体装置的方法的流程图。
[0040] 图5A、图5B与图5C是根据示例性实施例中的待处理物体的种类的依序说明用于制 造半导体装置的方法的流程图。
[0041 ]图6是根据示例性实施例的说明脱氢过程的流程图。
[0042]图7是根据示例性实施例的说明在脱氢过程中根据第一灯的功率（％)的待处理物 体中的氢浓度变化的曲线图。
[0043]图8是根据示例性实施例和相关技术的说明根据脱氢过程的待处理物体中的氢浓 度变化的曲线图。
[0044] 图9是说明根据示例性实施例中的脱氢过程的工艺温度变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0045] 下文将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例。然而，本发明可以用不同形 式实施，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例。相反地，提供这些实施例以使得本 发明将为透彻且完整的，且将向所属领域的技术人员充分传达本发明的范围。在附图中，相 同参考标号始终指代相同元件。
[0046] 下文将参考图1至图4描述用于制造半导体装置的设备以及用于使用所述设备制 造半导体装置的方法。此处，图1是根据示例性实施例的说明用于制造半导体装置的设备的 截面图。图2A、图2B、图2(c-l)与图2(c-2)是根据示例性实施例的用于描述热源单元的视 图。图3A至图3C是根据示例性实施例的说明用于控制热源控制单元的控制单元的方法的视 图。图4是根据示例性实施例的依序说明用于制造半导体装置的方法的流程图。图5A、图5B 与图5C是根据示例性实施例中的待处理物体的种类的依序说明用于制造半导体装置的方 法的流程图。图6是根据示例性实施例的说明脱氢过程的流程图。图7至图9是将半导体装置 中的氢浓度与相关技术中的氢浓度比较的结果，所述半导体装置通过用于制造半导体装置 的设备以及用于使用所述设备制造半导体装置的方法来制造。此处，图7是根据示例性实施 例的说明在脱氢过程中根据第一灯的功率（％)的待处理物体中的氢浓度变化的曲线图。图 8是根据示例性实施例的脱氢过程和相关技术的说明待处理物体中的氢浓度变化的曲线 图。图9是说明根据示例性实施例中的脱氢过程的过程温度变化的曲线图。
[0047]根据示例性实施例的用于制造半导体装置的设备1能够通过从待处理物体S中的 待处理层容易地清除氢(H)来控制氢(H)浓度，在所述待处理物体上形成有含氢(H)待处理 层，所述设备包含:腔室100，其提供其中处理待处理物体S的空间R;载台200，其安置在腔室 100内部并且其上安装有待处理物体S;热源单元300，其经配置以在两个阶段用光照射待处 理物体S，所述热源单元安置在载台200上以与载台200间隔开；以及控制单元400，其连接到 热源单元300以控制热源单元300以便在两个阶段照射光。
[0048]也就是说，根据示例性实施例的用于制造半导体装置的设备1是用于通过用彼此 不同的第一光源A和第二光源B依序照射待处理物体S来清除待处理物体S的薄膜中的氢离 子的脱氢设备。此处，待处理物体S是指在制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的过 程期间处于含有Si-H键合结构的状态的中间结构。也就是说，待处理物体S包含形成于衬底 上以便含有氢的待处理层，并且所述待处理层根据种类和结构可以是彼此不同的层，所述 待处理层用作待制造的半导体装置中的活性层。然而，在制造具有源极电极和漏极电极的 半导体装置的过程期间，Si-H键在形成源极电极和漏极电极之前的过程中形成于所述层 上，所述层是相同的。
[0049]提供其中执行待处理物体S的脱氢过程的空间的腔室100将待处理物体S容纳于其 中并且由此提供其中执行用光对待处理物体S进行两阶段照射的空间。此处，腔室100可以 被分成下部腔室130,其提供用于处理待处理物体S的空间；以及上部腔室110,其耦合到下 部腔室130的上部部分并且配备有热源单元300,所述热源单元300经配置以在两个阶段用 光照射待处理物体S。因此，下部腔室130和上部腔室110彼此分离，使得下部腔室130的上部 部分打开并且上部腔室110的下部部分打开，因此可以从外部打开或关闭其中处理待处理 物体S的空间。此外，上部腔室110和下部腔室130间隔开，使得当处理空间R打开时，待处理 物体S可以装载入处理空间R中。然而，腔室100的结构以及用于将待处理物体S装载入处理 空间R中的方法不限于此。
[0050] 此处，用于使处理空间R变成真空状态或大气状态的栗P可以连接到腔室100。也就 是说，当通过抽吸处理空间R中的气体将处理空间R保持在真空状态时，可以防止杂质粘附 到待处理物体S。
[0051 ]提供载台200以将待处理物体S稳定地支撑在处理空间R中，并且形成其上安装待 处理物体S的安装表面。载台200可以提供为块状以便固定到下部腔室的内部底部表面，并 且尽管未示出，但是载台200还可以提供为使待处理物体S旋转，使得待处理物体S的全部区 域可以通过从热源单元300发出的光来照射。
[0052]热源单元300被安装成其至少一部分穿过上部腔室110并且被安置成在载台200的 上部部分上方间隔开。热源单元300可以安装在上部腔室110中，使得发出光的其末端部分 安置在处理空间R内部，因此光可以照向载台200。热源单元300包含第一灯310,所述第一灯 将紫外光UV照射到待处理物体S以在两个阶段用光照射载台200上的物体S。因此，热源单元 300在两个阶段照射待处理物体S并且由此可以控制待处理物体S中的氢浓度。此处，下文将 详细描述用于通过使用热源单元300控制氢浓度的方法。
[0053]用紫外光照射待处理物体S的第一灯310用于热源单元300的两阶段光照射中的第 一光照射。第一灯310用于使包含于待处理物体S中的Si-H键合结构去键结。更确切地说，第 一灯310朝向待处理物体S照射紫外光并且由此可以使形成于待处理物体S中的Si-H键去键 结。这是因为照射具有与Si和Η的键合能量类似的波长带的紫外光，使得用于使Si-H键去键 结的能量可以传递到待处理物体S。
[0054]此处，第一灯310可以安置成可以用光照射待处理物体S的全部区域。也就是说，提 供多个第一灯310,使得第一灯310的光照区域可以覆盖待处理物体S的全部区域并且可以 安装在上部腔室110中。
[0055]朝向待处理物体S照射红外光范围的光的第二灯330用于热源单元300的两阶段光 照射中的第二光照射。第二灯330在第一灯310照射待处理物体S之后照射待处理物体S，并 且由此用于通过第一灯310使从Si-H键分离的氢(H)气化。更确切地说，第二灯330朝向待处 理物体S照射红外光范围的光，由此增加处理空间R内部的温度，并且因此可以加热待处理 物体S。因此，通过加热使包含于待处理物体S中的氢(H)能够通过由于热量引起的气化而被 清除。此处，第二灯330与第一灯310-起安装在上部腔室110中，因此需要在不与安装第一 灯310的位置重叠的位置处安装在上部腔室110中。也就是说，在第一灯310安装在上部腔室 中以用光照射待处理物体S的全部区域之后，第二灯330可以在不安装第一灯310的位置处 安装在上部腔室110中。
[0056] 参考图2A、图2B、图2(c-l)与图2(c-2)，将详细描述第一灯310和第二灯330的安装 位置。第一灯310可以相对于第二灯330安置成围绕第二灯330。此外，相对于待处理物体S的 照射表面的全部区域，第一灯310和第二灯330安置成所形成的第一灯310的照射区域大于 第二灯330的照射区域。
[0057]也就是说，如图2A中所说明，第一灯310和第二灯330可以经安置，使得当在面对着 待处理物体S的照射表面的方向上观察时，第二灯安置于中心并且第一灯310安置成围绕第 二灯330。当在截面中观察时，如图2B中所说明，第一灯310安置于第二灯330的两侧上，其中 第二灯330在待处理物体S上方安置于第一灯之间。
[0058]因此，第一灯310安置成围绕第二灯330,使得如图2(c-l)中所说明，从第一灯310 发出的光可以经照射以相对于待处理物体S的整个宽度具有与待处理物体S的宽度相同的 宽度PA。因此，从第一灯310发出的紫外光UV照射具有Si-H键的待处理物体S的全部区域，并 且因此可以将氢与Si分离，所述氢呈现为待处理物体S内部的Si-H键的形式。
[0059] 此外，第二灯330安置于第一灯310之间并且因此如图2(c_2)中的实线所示相对于 待处理物体S的整个宽度从两端朝向待处理物体S的内部仅照射预定宽度PB。此处，由于从 第二灯330发出的红外光范围的光升高待处理物体S的温度，因此尽管从第二灯330发出的 红外光范围的光不照射待处理物体S的全部区域，也会发生从用光照射的区域到不用光照 射的区域的热传递。因此，甚至可以加热不用第二灯330的光照射的区域并且由此可以使待 处理物体S的全部区域中的氢气化。
[0060] 尽管第二灯330可以通过热传递升高待处理物体S的全部区域的温度，但是第二灯 330可以以与第一灯310的大小相比可以增加照射区域的此种大小安装，使得第二灯330的 光可以照射到接近待处理物体S的全部照射表面的范围。
[0061 ]相反，尽管未示出，但是当第一灯310不围绕第二灯330并且第二灯330围绕第一灯 310时，其中红外光范围的光照射到待处理物体S的照射区域增加，但是其中紫外线范围的 光照射到待处理物体S的照射区域变得小于通过第二灯330的光产生的照射区域。因此，当 从第一灯310发出的光可能不照射待处理物体S的全部区域时，仅存在于由光照射的一些区 域中的氢与S i -H键分离。因此，仅在由第一灯310照射的区域中实现通过第二灯330的加热 容易地使氢气化，且因此降低了清除氢的效率。
[0062] 控制单元400提供为连接到热源单元300并且用于控制热源单元300,以操作第一 灯310且随后操作第二灯330。也就是说，由于在两个阶段中依序执行脱氢过程，使得通过第 一灯310照射第一光源并且随后通过第二灯照射第二光源，因此当执行脱氢过程以便允许 第一灯310和第二灯330被操作时控制单元400可以控制热源单元300的操作。
[0063] 此时，如图3A中所说明，控制单元400可以通过在停止第一灯310的操作的同时操 作第二灯330来控制热源单元300。也就是说，控制单元400操作第一灯310以在预定时间内 用第一光源A照射待处理层，随后停止第一灯310的操作并且同时操作第二灯330以使第二 光源B能够在预定时间内照射待处理层。
[0064]此外，如图3B中所说明，控制单元400可以通过在停止第一灯310的操作之后以某 一时间差操作第二灯330来控制热源单元300。也就是说，控制单元400操作第一灯310以用 第一光源A照射待处理层，且随后停止第一灯310的操作。接下来，第一灯310和第二灯330在 预定时间h内保持在非操作状态。随后，在过去预定时间h之后，操作第二灯330以使第二光 源B能够照射待处理层。此时，停止第一灯310的操作的时间点与开始第二灯330的操作的时 间点之间的时间差h可以设定在大致1小时至大致2小时内。
[0065]此外，如图3C中所说明，控制单元400可以控制热源单元300,使得第一灯310的第 一光源A的照射时间和第二灯330的第二光源B的照射时间彼此重叠。此处，第一光源A的照 射时间和第二光源B的照射时间的重叠程度不受限制。也就是说，当第一光源A的照射时间 被分成初始阶段、中间阶段和最后阶段并且第二光源B的照射时间被分成初始阶段、中间阶 段和最后阶段时，第一光源A的最后阶段时间和第二光源B的初始阶段时间可以设定成彼此 重叠。此外，第一光源A的照射时间和第二光源B的照射时间可以设定成100 %重叠。然而，当 第一光源A的最后阶段时间和第二光源B的初始阶段时间可以设定成彼此重叠时，可以在待 处理层中的化学反应通过用第一光源A的照射充分发生的状态下形成用第二光源的照射。
[0066] 根据示例性实施例的用于使用如上所述提供的用于制造半导体装置的设备制造 半导体装置的方法包含:在衬底上形成含氢的待处理层；以及通过在两个阶段用光照射待 处理层执行脱氢。
[0067] 下文将描述根据示例性实施例的脱氢过程，所述脱氢过程由半导体装置的结构应 用。也就是说，将通过其中活性层由氧化物构成的氧化物半导体装置的实例描述顶部栅极 类型，其中栅极电极、源极电极和漏极电极位于衬底上的彼此不同的区域上，且具有安置于 其间的活性层；以及底部栅极类型，其中栅极电极安置于源极电极和漏极电极下方。此外， 将通过用于LTPS半导体装置的制造工艺的实例描述平面类型，其中所有栅极电极、源极电 极和漏极电极位于活性层一侧的表面上。然而，每个结构的制造工艺不限于下文的描述，而 是用于描述在形成含氢待处理层之后在用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置 的过程期间通过两阶段光照射执行根据示例性实施例的脱氢过程。
[0068] 第一，通过在衬底上形成含氢待处理层来制备待处理物体S(步骤S100)。此处，待 处理物体S是指其中在制造半导体装置之前完成预定处理的结构，且更确切地说，是指其中 含氢待处理层形成于衬底上的结构。也就是说，如上所述，待处理物体S可以指其中在制造 具有源极电极和漏极电极的半导体装置期间通过使用含氢源经由化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)法在衬底上形成薄膜的结构。
[0069] 上述待处理物体S可以配备有以下项中的任一个:第一待处理物体S1，其中如图5A 中所说明，源极电极16a和漏极电极17a形成于绝缘衬底11a上（步骤S10a)、活性图案14a形 成于源极电极16a和漏极电极17a上(步骤S20a)以及栅极绝缘膜13a作为待处理层形成于活 性图案14a上(步骤S40a);第二待处理物体S2,其中如图5B中所说明，栅极电极12b形成于绝 缘衬底lib上（步骤S10b)以及栅极绝缘膜13b作为待处理层形成于栅极电极12b上（步骤 S20b);以及第三待处理物体S3,其中如图5C中所说明，非晶硅23作为待处理层形成于绝缘 衬底21上。
[0070]相对于第一待处理物体S1，第一待处理物体S1是其中在制造氧化物薄膜晶体管期 间，源极电极16a和漏极电极17a形成于绝缘衬底11a上、包含氧化物半导体的活性图案14a 作为待处理层形成于源极电极和漏极电极上以及栅极绝缘膜13a形成于活性图案上的结 构。也就是说，第一待处理物体S1可以通过在执行脱氢过程(步骤S30)之后形成栅极电极 12a而制造为半导体。
[0071] 相对于第二待处理物体S2，第二待处理物体S2是其中在制造氧化物薄膜晶体管期 间，栅极电极12b形成于绝缘衬底lib上以及栅极绝缘膜13b形成于栅极电极上的结构。也就 是说，第二待处理物体S2可以通过在执行脱氢过程(步骤S30)之后形成包含氧化物半导体 的活性图案14b(步骤S40b)而制造为半导体，并且形成源极电极16b和漏极电极17b(步骤 S50b)〇
[0072] 此处，归因于在形成第一待处理物体S1和第二待处理物体S2的栅极绝缘膜12a和 12b时的过程特征，薄膜内部必然存在氢离子。也就是说，由于通过等离子体增强式化学气 相沉积（plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)形成概极绝缘膜 12a和 12b，因此薄膜内部必然存在氢离子。因此，除非清除存在于栅极绝缘膜12a和12b中的一部 分氢以减小氢浓度，否则氢会突增至活性图案14a和14b，由此降低薄膜的质量并且减小半 导体的电特征。因此，相对于第一待处理物体S1，形成活性图案14a、形成栅极绝缘膜12a于 活性图案上以及随后执行脱氢过程(步骤S30)。相对于第二待处理物体S2,形成栅极绝缘膜 12b，以及在活性图案14b形成于栅极绝缘膜上之前执行脱氢过程(步骤S30)。因此，氢对活 性图案14a和14b上的层的影响减小，由此基本上防止氢穿过活性图案14a和14b层的薄膜。 [0073]相对于又另一第三待处理物体S3,第三待处理物体S3是其中在使用多晶硅制造薄 膜晶体管（thin film transistor, TFT)的低温多晶娃工艺（low temperature polysilicon process，LTPS TFT)中非晶娃(a-Si)作为待处理层形成于衬底21上（步骤 S10c)的中间结构。也就是说，相对于第三待处理物体S3,在执行脱氢过程(步骤S30)之后， 执行使非晶硅层23结晶以成为活性层23(步骤S20c)，且随后执行在活性层上形成栅极绝缘 膜24和栅极电极25(步骤S40c)。随后，绝缘膜26形成于全部区域上，形成连接到活性层23的 源极电极27和漏极电极28(步骤S50C)，由此可以制造半导体装置。此处，相对于第三待处理 物体S3,归因于当非晶硅(a-Si)层形成于绝缘衬底21上时的工艺特征，形成非晶硅薄膜23 同时薄膜中含有氢离子。因此，除非在使薄膜多晶化之前清除存在于薄膜中的一部分氢，否 则氢会在通过激光使非晶硅结晶期间爆炸，由此引起降低工艺稳定性的限制。因此，相对于 第三待处理物体S3,在使非晶硅膜结晶以形成为活性层之前执行脱氢过程(步骤S30)。 [0074] 如上所述，当制备具有Si-H键合结构的待处理物体S(步骤S100)时，通过对待处理 物体S进行两阶段光照射来执行脱氢(步骤S200)。脱氢过程包含：用第一灯310的第一光源 照射所制备的待处理物体S(步骤S210);以及用第二灯330的第二光源照射待处理物体S。 [0075] 可以通过操作发出紫外光(ultraviolet light，UV)的灯以用紫外光照射待处理 物体S来执行用第一灯310的第一光源对所制备待处理物体S的照射(步S210)。当用紫外光 照射待处理物体S时，照射全部其上形成薄膜的照射表面（即，腔室内部的待处理物体的上 表面）。这是因为仅当用作为第一光源的紫外光照射待处理物体S的全部区域时，去键结后 的Si-H键不仅是存在于待处理物体S的薄膜内部的Si-H键的一部分，而且是全部薄膜的Si-H键。因此，物体S用作为第一光源的紫外光照射，使得如上所说明，紫外光使薄膜中的Si-H 键去键结。
[0076]此处，在用第一灯310的第一光源照射待处理物体S时，第一光源的输出强度（功 率，％)是重要因素，而不是照射第一光源的时间。也就是说，由于照射第一光源的目标不是 为了引发待处理物体S的热反应，而是为了引发化学反应(用于分离Si-H键的反应），因此仅 在存在于待处理物体S中的几乎所有Si-H键去键结的时间内照射第一光源是足够的。相反， 由于在增加第一光源的输出强度时，待处理物体S的化学反应也根据输出强度(功率，％)的 增加而增加，因此在第二光源的相同照射过程条件下制造的半导体中的氢离子浓度减小。 这可以通过图7阐述。图7是说明在400°C下第一灯310的照射时间设定成10分钟并且第二灯 330的照射设定成30分钟的状态下根据第一灯310的输出强度变化的半导体中的氢离子浓 度的曲线图。参考图7中的结果，在从第一灯310发出的第一光源的输出强度增加到40 %、 60 %和100 %时，待处理物体S中的薄膜中的氢离子浓度逐渐减小。
[0077] 在Si-H键通过第一光源去键结之后，执行用第二灯330照射待处理物体S(步骤 S220)，使得操作发出红外光范围的光的灯以增加待处理物体S的温度。此处，可以继续用第 二光源B照射，直到待处理层中的氢(H)离子浓度达到原子的大致2%至大致5%。因此，在于 待处理物体S的薄膜中与Si分离的状态下出现的氢离子可以通过由于用第二光源照射形成 的热量引起的气化而从待处理层中清除。此处，与第一光源不同，第二光源不一定需要照射 到待处理物体S的全部区域。这是因为第二光源用于增加待处理物体S的温度，并且即使第 二光源照射到仅预定区域，由于第二光源产生的热量也可以通过热传递而传递到待处理物 体S的全部区域。因此，存在于待处理物体S的薄膜中的氢离子可以通过热传递气化。
[0078]因此，归因于用于在待处理物体S中将氢离子与Si分离的第一光源的照射，可以在 低于大致400°C的温度下执行用于使待处理物体S中的氢气化的第二光源的照射（步骤 S220)。这表示在低于大致400°C的温度下执行脱氢过程(步骤S200)。也就是说，由于照射第 一光源并且存在于待处理物体S的薄膜中的氢离子由此存在于分离状态下，因此在相关技 术中需要高于450°C的温度来将氢离子从Si-H中分离并且通过仅执行加热处理使氢离子气 化。然而，根据示例性实施例，在脱氢过程中通过作为第一光源的紫外光的照射使Si-H键去 键结。因此，与通过加热处理的Si-H的常规去键结相比，氢浓度可以容易地受到控制，并且 可以在低温下执行脱氢过程。
[0079] 如上所述，当通过两阶段光照射完成脱氢过程时，尚未形成的其余层形成于脱氢 完成的待处理物体S上且由此完成具有源极电极和漏极电极的半导体的制造(步骤S300)。
[0080] 也就是说，参考图5A，下文将相对于第一待处理物体S1描述用于制造半导体装置 l〇a的全部过程。源极电极16a和漏极电极17a形成于绝缘衬底11a上（步骤S10a)，并且活性 图案14a形成于源极电极16a和漏极电极17a上(步骤S20a)。随后，栅极绝缘层13a形成于活 性图案14a上（步骤S40a)。随后，依序照射紫外光和红外光范围的光且随后执行脱氢（步骤 S30)，使得包含于栅极绝缘薄膜13a中的Si-H化学键去键结并且随后通过气化清除氢。随 后，当完成脱氢时，栅极电极12a形成于栅极绝缘膜13a上并且随后形成钝化层18a以完成制 造工艺。
[0081] 此外，参考图5B，将相对于第二待处理物体S2描述用于制造半导体装置10b的全部 过程。栅极电极12b形成于绝缘衬底lib上(步骤S10b)，并且栅极绝缘膜13b形成于栅极电极 12b上(步骤S20b)。随后，依序照射紫外光和红外光范围的光并且随后执行脱氢(步骤S30)。 随后，当完成脱氢时，活性图案14b形成于栅极绝缘膜13b上（步骤S40b)、源极电极16b和漏 极电极17b形成于活性图案14b上(步骤S50b)以及随后形成钝化层18b以完成制造工艺。 [0082]此外，参考图5C，将相对于第三待处理物体S3描述用于制造半导体装置20的全部 过程。通过在绝缘衬底21上的沉积形成非晶硅(步骤SlOc)、依序照射紫外光和红外光范围 的光以及随后执行脱氢（步骤S30)。随后，当完成脱氢时，非晶硅在低温下熔化以结晶且由 此形成为活性层23。随后，栅极电极25和栅极绝缘膜24形成于活性层23上(步骤S40c)，并且 形成源极电极27和漏极电极28以便与活性层23连接。
[0083]下文将参考以下表1以及图8和图9描述在制造半导体装置的过程中通过第一灯 310和第二灯330的工艺条件变化以及通过与相关技术的比较展现的根据示例性实施例的 脱氢工艺的效果。此处，在表1和表2中的数据以及图8和图9可以支持在通过执行待处理物 体S中的第二待处理物体S2的脱氢过程制造半导体装置的方法中的脱氢效果的描述。因此， 待处理物体S表示第二待处理物体S2。然而，将描述的效果不是仅应用于第二待处理物体S2 的效果，当然还可以将所述效果应用于第三待处理物体S3。
[0084] [表1]
[0085]
[0086] 参考表1和图8，在比较实例1至比较实例4中，当执行待处理物体S的脱氢时，不执 行其中照射第一灯(UV)的第一光源照射过程，而是执行其中仅照射第二灯(NIR)的过程。相 反，在实例1和实例2中，执行两阶段照射过程，其中在用于待处理物体S的脱氢的通过第一 灯(UV)的第一光源照射之后执行通过第二灯(NIR)的第二光源照射。
[0087] 此处，参考图8的放大曲线图，应理解，实例1和实例2中的氢浓度(原子百分比）低 于比较实例1至比较实例4中的氢浓度。
[0088]此外，实例1中的氢浓度(原子百分比）与比较实例3和比较实例4中的氢浓度几乎 相同。可以理解，在实例1中，待处理物体S的薄膜中的Si-H键通过第一灯的照射过程去键 结，因此即使实例1中的第一灯310和第二灯330的照射时间增加，与比较实例3和比较实例4 中的第二灯的照射时间相比也花费较短的时间。也就是说，在实例1中，当所消耗的脱氢时 间（第一灯照射时间和第二灯照射时间之和)大致为20分钟时，氢浓度与在比较实例3和比 较实例4中分别仅消耗大致30分钟和大致60分钟的第二灯照射时间之后的氢浓度几乎相 同。因此，在实例1中，可以通过第一灯和第二灯的照射向待处理物体S中的薄膜中的氢离子 提供化学反应和热反应，由此与相关技术相比可以提高脱氢的效率。
[0089]此外，通过实例2的结果可以理解，上述效果变得更清晰。实例2示出在与实例1相 比将第二灯照射时间增加至大致30分钟之后的待处理物体的薄膜中的氢浓度（原子百分 比）。此处，与实例1相比，实例2中的氢浓度减小的原因是归因于第二灯照射时间的增加而 引起用于使氢气化的时间增加，由此使与实例1相比量增加的氢气化。此外，为实例2中的第 一灯和第二灯之和的脱氢时间大致为40分钟，其小于比较实例4中的脱氢时间。然而，由于 第一灯照射而向氢提供化学反应，由此可以理解，与比较实例4相比脱氢效率得到提高。
[0090] 上文通过表1和图8可以通过比较实例1至比较实例4以及实例1和实例2的比较理 解以下效果：归因于用第一灯310的紫外光对待处理物体S的照射，脱氢过程的所消耗时间 可以通过待处理物体S的薄膜中的化学反应而减小。
[0091] 此处，通过下文中的表2和图9,根据是否照射紫外光(第一灯310的第一光源），将 描述在第二光源的相同处理温度下的氢浓度变化。
[0092] [表 2]
[0095]也就是说，实例2至实例4示出在不用第一光源照射待处理物体S并且第二光源的 处理温度大致为400°C的状态下氢浓度的变化。此外，比较实例5示出在不用第一光源照射 待处理物体S并且第二光源的处理温度大致为380°C的状态下氢浓度的变化。
[0096] 此处，参考比较实例5和实例4,在与比较实例5相比的实例4中第一光源使用第一 灯310并且归因于第一光源的照射，待处理物体S的薄膜中的Si-H可以通过化学反应去键 结。因此，实例4的氢浓度与在比较实例中的脱氢处理之前的氢浓度几乎相同，但是可以在 与比较实例2至比较实例4相比低大致20°C的温度下执行所述过程。通过此比较，可以理解 存在以下效果：用于使氢气化的第二光源的处理温度可以降低大致20°C。
[0097] 如上所述，根据按照示例性实施例的用于制造半导体装置的设备以及用于使用所 述设备制造半导体装置的方法，待处理物体的薄膜先用紫外光照射且由此执行用于分离薄 膜中的Si-H键的化学反应，并且所述待处理物体的薄膜再用红外光范围的光照射且由此执 行用于使分离的氢气化的热反应。
[0098] 因此，容易清除存在于待处理物体的薄膜中的氢，且由此存在于待处理物体的薄 膜中的氢会劣化半导体装置的电特征的限制被移除。
[0099] 此外，由于Si-H键在第一紫外光照射过程中去键结，因此可以在第二红外光照射 过程中容易地清除H，且由此可以在低于相关技术(仅通过用于通过使氢气化而清除氢的热 处理来清除氢）的温度下清除氢。因此，可以防止由于与例如玻璃的衬底相比相对较弱的柔 性衬底(塑料衬底）中的高温而引起的变形。
[0100]尽管已参考具体实施例描述用于制造半导体装置的设备以及用于使用所述设备 制造半导体装置的方法，但它们并不限于此。因此，所属领域的技术人员将容易理解，在不 脱离通过所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改以 及改变。
【主权项】
1. 一种用于制造半导体装置的设备，包括： 腔室，用于提供其中处理待处理物体的空间； 载台，安置在所述腔室内部并且其上安装有所述待处理物体； 热源单元，经配置以在两个阶段中用光照射所述待处理物体；以及 控制单元，连接到所述热源单元以控制所述热源单元，使得在所述两个阶段中照射光。2. 根据权利要求1所述的用于制造半导体装置的设备，其中所述热源单元包括： 第一灯，经配置以用紫外光照射所述待处理物体；以及 第二灯，经配置以用红外光照射所述待处理物体。3. 根据权利要求2所述的用于制造半导体装置的设备，其中所述第一灯安置成围绕所 述第二灯。4. 根据权利要求3所述的用于制造半导体装置的设备，其中相对于所述待处理物体的 照射表面的全部区域，所述第一灯的照射区域大于所述第二灯的照射区域。5. 根据权利要求2所述的用于制造半导体装置的设备，其中所述控制单元控制所述热 源单元，使得在操作所述第一灯之后操作所述第二灯。6. 根据权利要求5所述的用于制造半导体装置的设备，其中所述控制单元在所述第一 灯的操作停止的同时操作所述第二灯。7. 根据权利要求5所述的用于制造半导体装置的设备，其中所述控制单元在所述第一 灯的操作停止之后以某一时间差操作所述第二灯。8. 根据权利要求5所述的用于制造半导体装置的设备，其中所述控制单元控制所述第 一灯的操作时间和所述第二灯的操作时间以彼此重叠。9. 根据权利要求1所述的用于制造半导体装置的设备，其中所述待处理物体包括： 衬底；以及 待处理层，在所述衬底上形成为含有氢，并且所述待处理层通过使用包含氢的源经由 化学气相沉积法形成于所述衬底上。10. -种用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法，包括： 在衬底上形成含氢的待处理层；以及 通过在两个阶段中用光照射所述待处理层执行脱氢。11. 根据权利要求10所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中所述脱氢的执行包括： 先照射光以使所述待处理层中的Si-H化学键去键结；以及 再照射光以在先照射光之后使分离的氢气化。12. 根据权利要求10所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在350°C至400°C的温度下执行所述脱氢的执行。13. 根据权利要求11所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在所述衬底上形成栅极电极并且随后在所述栅极电极上形成绝缘膜之后执行所述脱 氢的执行。14. 根据权利要求11所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在所述衬底上形成源极电极和漏极电极、在所述源极电极和所述漏极电极上形成活性 图案以及在所述活性图案上形成栅极绝缘膜之后执行所述脱氢的执行。15. 根据权利要求11所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在所述衬底上形成非晶硅之后执行所述脱氢的执行。16. 根据权利要求12所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在所述衬底上形成栅极电极以及在所述栅极电极上形成栅极绝缘膜之后执行所述脱 氢的执行。17. 根据权利要求12所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在所述衬底上形成源极电极和漏极电极、在所述源极电极和所述漏极电极上形成活性 图案以及在所述活性图案上形成栅极绝缘膜之后执行所述脱氢的执行。18. 根据权利要求12所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在所述衬底上形成非晶硅之后执行所述脱氢的执行。19. 根据权利要求11所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在彼此相同的空间中执行光的先照射和光的再照射。20. 根据权利要求11所述的用于制造具有源极电极和漏极电极的半导体装置的方法， 其中在彼此不同的空间中执行光的先照射和光的再照射。
【文档编号】H01L21/67GK106024606SQ201610179488
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】郑弼盛, 池尙炫, 李成龙, 韩容愚
【申请人】Ap系统股份有限公司