制备具有结晶性的半导体膜的设备和方法技术

通过催化剂元素的作用在低温下使非晶硅膜晶化的方法中，本发明专利技术提供了自动地导入催化剂元素的工序的系统。在非晶硅膜的表面涂敷含有促进晶化元素的溶液时，可按１４～２１所示的单元进行必要的工序。此时，用机械手１２搬送基片。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有结晶性的硅半导体薄膜的制作方法及其制作装置。目前业已知道有使用薄膜半导体的薄膜晶体三极管(以下称TFT)。此TFT是通过在基片上形成薄膜半导体，用此薄膜半导体而构成的。此TFT可以利用在各种集成电路中，但特别引起注意的是在光电装置中作为有源矩阵型的设定液晶显示装置各象素的开关器件、和作为形成外围电路的驱动器件而被利用。作为利用在TFT上的薄膜半导体，使用非晶硅膜虽然简单，但存在着其电特性低的问题，为了提高TFT的特性，可以利用具有结晶性的硅薄膜。具有结晶性的硅膜可称为多晶硅、聚硅、微晶硅等。为了得到具有结晶性的硅膜，首先要形成非晶硅膜，而后通过加热进行晶化而完成的。可是，用加热晶化时，需要在600℃以上的加热温度下，加热10小时以上，这样条件下若使用玻璃作为基片是比较困难的。例如用于有源型的液晶显示装置的麻面7059玻璃的玻璃应变点是593℃，在考虑基片的大面积化时，加热到600℃以上会出现问题。根据本专利技术者们的研究，发现了在非晶硅膜的表面微量地淀积镍、钯进而铅等元素，而后进行加热，在550℃下，处理4小时左右就可以进行晶化。在导入上述的微量元素(促进晶化的催化剂元素)时，可以使用等离子处理或蒸镀法、进而离子注入的方法。所称的等离子处理是指在平行平板型或阳极光柱型的等离子CVD装置中，以含有催化剂元素的材料作为电极，通过在氮或氢等的气氛中产生等离子向在非晶硅膜上进行添加催化剂元素的方法。可是导入的大量催化剂元素，由于会损害半导体器件的可靠性和电气的稳定性，所以也不好。即，上述的镍等的促进晶化元素(催化剂元素)尽管是非晶硅结晶化时，必要的元素，但希望在晶化了的硅中尽可能地不要含有。为了达到此目的，作为催化剂元素要选择在结晶性硅中惰性倾向强的，同时晶化时将必要的催化剂元素的用量尽量少，以其最低限的量来进行晶化。为此，必须精密地控制上述催化剂元素的掺入量。另外，以镍作为催化剂元素时，首先形成非晶硅膜，用等离子处理法进行镍的添加，制作成结晶性硅膜，详细研究其结晶化过程等时，确认了以下的事项。(1)在用等离子处理将镍导入到非晶硅膜上时，在进行热处理之前镍已经掺入到非晶硅膜中的相当深度部分。(2)结晶初期产生的核是从导入镍的表面上产生的。(3)用蒸镀法将镍在非晶硅膜表面上成膜时，能与等离子处理方法相同地引起晶化。从以上事项可以得出用等离子处理导入的镍并非完全都发挥其作用的结论。即，即使导入大量的镍也存在着尚未发挥作用的镍。这可以认为只有当镍和硅接触点(面)，在低温结晶化时才发挥作用。而且还得出了要尽可能地将镍微细地分散成原子状的结论。具体地说也就是以下的结论，即“重要的是在可能进行低温晶化的范围内，尽可能地将低浓度的镍分散成原子状，导入到非晶硅膜的表面附近”。作为只有在非晶硅膜的表面附近导入极微量镍的方法，换句话说，即只在非晶硅膜的表面附近极微量地导入促进晶化的催化剂元素的方法，可以举出蒸镀法，但此法存在着控制性差，严格控制催化剂元素导入量比较困难等问题。作为解决上述问题的方法，提出了将含有催化剂元素的溶液涂敷在非晶硅膜上，使规定量的催化剂元素吸附在非晶硅膜表面上而后通过加热处理进行晶化的技术。按照此方法，通过含在溶液中镍的量，溶液与非晶硅膜接触时间，就可以严格控制导入非晶，硅膜的催化剂元素的浓度。使用此溶液添加催化剂的方法有很多的优点，但由于其工艺。太简单也有缺点。所谓其缺点是指对粒子的污染很敏感。粒子若存在于溶液的被涂敷面时，会使得溶液不能充分地与被涂敷面接触。另外，在催化剂元素添加工序后，有必要用扩散炉等进行热处理工序，但是在此工序中，也需要防止由于催化剂元素对扩散炉等的污染。从此观点看，也产生对溶液的涂敷工序进行管理的必要性。本专利技术的目的在于提供用一系列连续工序，进入使用溶液导入催化剂元素工序的结构。附图说明图1表示本专利技术一个例子的装置。此装置是为进行连续地将含有镍的溶液涂敷在非硅膜的表面或者形成非晶硅膜的被形成面上的一系列工序的装置。如图1所示，整个装置以单元化形式配置在用11表示的基座上。多个基片(本实施例中20个)放置在运载工具13上，而后通过机械手12一片一片地搬送到进行各工序的单元中。另外，整个装置要置于一个洁净室中，以保持内部的尘埃量少于外部，这样可以降低工艺过程中的污染。机械手具有从下侧支撑基片的结构，这就成为不会污染要进行处理基片的表面。以下，以处理一片的玻璃基片为例进行说明。首先用机械手12从运载工具13上取出1片的玻璃基片，搬送到位置决定单元18。此位置决定单元具有正确地确定在机械手12上的基片位置的功能。这是由于在以后的工序中必需用机械手将基片配置在旋转台上的缘故，此时，要求旋转台的中心和基片的中心必须重合。位置确定结束后，搬送到清洗单元14。当然此搬送是通过机械手12进行的。在清洗单元14中，配置有旋转台，将基片置于旋转台上，随着旋转台旋转的基片用纯水清洗的结构。清洗结束后，通过机械手12将基片搬送到干燥单元15，进行干燥。此干燥单元15具有可将基片放置在热板上进行加热干燥的结构。对于此干燥单元来说，使用温风干燥的结构就可以了。干燥后的基片通过机械手12搬送到冷却单元16。冷却单元16是为了冷却干燥工序加热了的基片。在此冷却单元中，通过将基片置于导热系数大的金属上来冷却基片。冷却后的基片被搬送到氧化单元。在氧化单元，在氧化气氛中，通过来自低压水银灯的UV光，生成臭氧，对形成面的表面进行氧化。此氧化单元为了在送入基片后成为密闭状态，它是由一个带门的室构成的。在氧化单元中，基片表面形成极薄的氧化膜。此氧化膜在以后的溶液的涂敷工序中，可以起到改善沾润特性目的以及作为含有催化剂元素化合物的支持体的作用。作为此氧化单元可以有进行热氧化的结构，也可以有用过氧化氢等的氧化溶液进行氧化的结构。氧化结束后，再次将基片送到位置决定单元18进行位置确定。而后搬送到涂敷单元19，涂敷单元19具有将含有促进结晶的含有催化剂元素的溶液涂敷在基片上的功能。具体地说，具有将含有催化剂元素的溶液涂敷在放置在旋转台上的基片的表面，而后进行旋转干燥的结构。除了用旋转方法以外，也可以在溶液涂敷后通过气流或加热的方法干燥。而后，根据需要用干燥单元20进行干燥。这是由于涂敷单元19的干燥不充分的缘故。另外在干燥单元15和20中，干燥方法相同时，也可以只使用一个单元。在干燥工序中基片被加热时，将基片搬送到冷却单元21进行冷却，此工序也可在冷却单元16中进行。这样一来就在玻璃基片的非晶硅膜的表面上导入了催化剂元素，而后不经过清洗工序直接进入加热处理工序。在进入加热处理工序时也希望通过机械手从一个容器移到另一个容器，这样的结构对于解决粒子及污染的问题是非常有效的措施。在图1所表示的结构中，对于每个单元可有一个位置决定机构，在图1中还没有表示出，如可以追加用激光照射的激光退火单元和进行加热处理的加热处理单元，进而进行用红外光照射的快速热退火(RTA)的单元，也可以有用这些单元进行连续处理的结构。以下对催化剂元素及用于添加催化剂元素的溶液进行说明。作为溶液可以使用水溶液、有机溶剂溶液。另外，含在溶液中的催化剂元素的状态可以举出含有化合物的状态和只是分散的状态。作为含有催化剂元素的溶剂可以使用从极性本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体制作装置，其特征是具有处理基片功能的多个处理单元，在上述多个处理单元之间具有为搬送基片的基片搬送手段，上述多个处理单元的至少一个，具有将含有促进非晶硅膜晶化的催化剂元素的溶液，涂敷在基片表面的功能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1993-12-3 339586/931.半导体制作装置，其特征是具有处理基片功能的多个处理单元，在上述多个处理单元之间具有为搬送基片的基片搬送手段，上述多个处理单元的至少一个，具有将含有促进非晶硅膜晶化的催化剂元素的溶液，涂敷在基片表面的功能。2.权利要求1的半导体制作装置，其特征是在基片表面形成非...

【专利技术属性】
技术研发人员：大谷久，安达广树，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]