制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法

制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法
【專利摘要】本發明提供一種制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法。本發明控制熱源單元，使得在兩個階段中用光照射其中形成含氫待處理層的待處理物體，且由此可以抑制和防止半導體裝置的電特征由于氫而劣化。也就是說，先照射的紫外光可以引發用于分離待處理層中的Si?H鍵的化學反應，并且再照射的紅外光可以引發用于使從Si?H鍵分離的氫氣化的熱反應。因此，執行用于分離待處理層中的氫和其它離子的鍵的化學反應和用于使氫氣化的熱反應兩個，由此與僅通過熱反應從待處理層中氣化氫的溫度相比可以更容易地清除氫。
【專利說明】
制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法，所述方法 能夠容易地控制薄膜中的氫濃度。
【背景技術】
[0002] 一般來說，薄膜晶體管(thin film transistor,TFT)包含形成于具有絕緣表面的 襯底上的半導體薄膜、廣泛用于例如集成電路（integrated circuit, 1C)或電光裝置等的 電子裝置，以及尤其用作圖像顯示設備的開關裝置。
[0003] 當薄膜晶體管將展現半導體特征的金屬氧化物用作溝道形成區域并且經形成以 便具有半導體層時，由于制造薄膜晶體管的材料和過程，氫離子必然存在于薄膜中。
[0004] 這些氫離子填充半導體層內部的空區，由此可以具有確保半導體裝置的操作穩定 性的優點。然而，當氫濃度高于填充半導體層內部的空區的含量時，引起劣化半導體層的界 面電荷特征的限制。因此，當制造薄膜晶體管時，用于控制薄膜中的氫濃度的脫氫已成為重 要問題。
[0005] 因此，在相關技術中，鍋爐設備用于加熱薄膜，由此控制和清除氫。然而，盡管用于 控制氫濃度的最重要工藝控制參數是熱處理量，但是鍋爐難以控制熱量輸入的所有部分 (升高、保持、冷卻），因為鍋爐可能僅管理熱量保持部分。因此，不太容易通過使用鍋爐設備 來控制氫濃度。
[0006] 此外，由于鍋爐設備的特征而存在需要長熱處理時間的限制，并且由此隨后出現 增加制造前置時間（manufacturing lead time)的限制。
[0007] 此外，盡管鍋爐設備在大致450°C或更高溫度下執行脫氫，但是用于柔性顯示器的 柔性襯底(例如，塑料)可能會由于高溫而變形，由此引起無法形成脫氫過程的限制。
[0008] [相關技術文獻]
[0009] [專利文獻]
[0010] (專利文獻 1)JP2009-159238A
[0011] (專利文獻 2)KR2009-0101831A

【發明內容】

[0012] 本發明提供用于制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法，所述 方法能夠容易地控制待處理物體中的氫濃度。
[0013] 本發明還提供用于制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法，所 述方法能夠抑制和防止出現由于高溫引起的待處理物體的變形。
[0014] 本發明還提供用于制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法，所 述方法能夠減少清除待處理物體中的氫所需的時間并且降低執行脫氫的溫度。
[0015] 本發明還提供用于制造半導體裝置的設備以及使用其制造半導體裝置的方法，所 述方法能夠提高半導體裝置的電特征。
[0016] 根據示例性實施例，用于制造半導體裝置的設備包含:腔室，其用于提供其中處理 待處理物體的空間；載臺，其安置在腔室內部并且其上安裝待處理物體;熱源單元，其經配 置以在兩個階段用光照射待處理物體；以及控制單元，其連接到熱源單元以控制熱源單元， 使得在兩個階段照射光。
[0017] 熱源單元可以包含：第一燈，其經配置以用紫外光照射待處理物體；以及第二燈， 其經配置以用紅外光照射待處理物體。
[0018] 第一燈可以安置成圍繞第二燈。
[0019] 相對于待處理物體的照射表面的全部區域，第一燈的照射區域可以大于第二燈的 照射區域。
[0020] 控制單元可以控制熱源單元，使得在操作第一燈之后操作第二燈。
[0021] 控制單元可以在第一燈的操作停止的同時操作第二燈。
[0022] 控制單元可以在第一燈的操作停止之后以某一時間差操作第二燈。
[0023] 控制單元可以控制第一燈的操作時間和第二燈的操作時間以彼此重疊。
[0024]待處理物體可以包含襯底和在襯底上形成為含有氫的待處理層，并且所述待處理 層可以通過使用包含氫(H)的源經由化學氣相沉積(chemical vapor deposit ion, CVD)法 形成于襯底上。
[0025] 根據另一示例性實施例，提供一種用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝 置的方法，所述方法包括:在襯底上形成含氫的待處理層；以及通過在兩個階段用光照射待 處理層來執行脫氫。
[0026] 脫氫的執行可以在通過使用待處理層在襯底上形成柵極電極以及在柵極電極上 形成柵極絕緣膜之后執行。
[0027] 脫氫的執行可以在通過待處理層在襯底上形成源極電極和漏極電極、在源極電極 和漏極電極上形成活性圖案以及在活性圖案上形成柵極絕緣膜之后執行。
[0028]脫氫的執行可以在非晶硅通過待處理層形成于襯底上之后執行。
[0029] 脫氫的執行可以在大致350°C至大致400°C的溫度下執行。
[0030]脫氫的執行可以包含:第一照射光以使待處理層中的Si-H化學鍵去鍵結；以及第 二照射光以在光的第一照射之后使分離的氫氣化。
[0031] 使待處理層中的Si-H化學鍵去鍵結的第一光可以是紫外光，并且使分離的氫(H) 氣化的第二光可以是紅外范圍的光。
[0032] 光的第一照射和光的第二照射可以在彼此相同的空間中執行。
[0033] 光的第一照射和光的第二照射可以在彼此不同的空間中執行。
[0034]待處理層可以是通過使用襯底上的含氫(H)源經由化學氣相沉積法形成的薄膜。
【附圖說明】
[0035]通過結合附圖進行的以下描述可以更詳細地理解示例性實施例，在附圖中：
[0036] 圖1是根據示例性實施例的說明用于制造半導體裝置的設備的截面圖。
[0037] 圖2A、圖2B、圖2(c_l)與圖2(c_2)是根據示例性實施例的用于描述熱源單元的視 圖。
[0038]圖3A至圖3C是根據示例性實施例的說明用于控制熱源單元的控制單元的方法的 視圖。
[0039] 圖4是根據示例性實施例的依序說明用于制造半導體裝置的方法的流程圖。
[0040] 圖5A、圖5B與圖5C是根據示例性實施例中的待處理物體的種類的依序說明用于制 造半導體裝置的方法的流程圖。
[0041 ]圖6是根據示例性實施例的說明脫氫過程的流程圖。
[0042]圖7是根據示例性實施例的說明在脫氫過程中根據第一燈的功率（％)的待處理物 體中的氫濃度變化的曲線圖。
[0043]圖8是根據示例性實施例和相關技術的說明根據脫氫過程的待處理物體中的氫濃 度變化的曲線圖。
[0044] 圖9是說明根據示例性實施例中的脫氫過程的工藝溫度變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0045] 下文將參考附圖更詳細地描述本發明的優選實施例。然而，本發明可以用不同形 式實施，并且不應被解釋為限于本文中所闡述的實施例。相反地，提供這些實施例以使得本 發明將為透徹且完整的，且將向所屬領域的技術人員充分傳達本發明的范圍。在附圖中，相 同參考標號始終指代相同元件。
[0046] 下文將參考圖1至圖4描述用于制造半導體裝置的設備以及用于使用所述設備制 造半導體裝置的方法。此處，圖1是根據示例性實施例的說明用于制造半導體裝置的設備的 截面圖。圖2A、圖2B、圖2(c-l)與圖2(c-2)是根據示例性實施例的用于描述熱源單元的視 圖。圖3A至圖3C是根據示例性實施例的說明用于控制熱源控制單元的控制單元的方法的視 圖。圖4是根據示例性實施例的依序說明用于制造半導體裝置的方法的流程圖。圖5A、圖5B 與圖5C是根據示例性實施例中的待處理物體的種類的依序說明用于制造半導體裝置的方 法的流程圖。圖6是根據示例性實施例的說明脫氫過程的流程圖。圖7至圖9是將半導體裝置 中的氫濃度與相關技術中的氫濃度比較的結果，所述半導體裝置通過用于制造半導體裝置 的設備以及用于使用所述設備制造半導體裝置的方法來制造。此處，圖7是根據示例性實施 例的說明在脫氫過程中根據第一燈的功率（％)的待處理物體中的氫濃度變化的曲線圖。圖 8是根據示例性實施例的脫氫過程和相關技術的說明待處理物體中的氫濃度變化的曲線 圖。圖9是說明根據示例性實施例中的脫氫過程的過程溫度變化的曲線圖。
[0047]根據示例性實施例的用于制造半導體裝置的設備1能夠通過從待處理物體S中的 待處理層容易地清除氫(H)來控制氫(H)濃度，在所述待處理物體上形成有含氫(H)待處理 層，所述設備包含:腔室100，其提供其中處理待處理物體S的空間R;載臺200，其安置在腔室 100內部并且其上安裝有待處理物體S;熱源單元300，其經配置以在兩個階段用光照射待處 理物體S，所述熱源單元安置在載臺200上以與載臺200間隔開；以及控制單元400，其連接到 熱源單元300以控制熱源單元300以便在兩個階段照射光。
[0048]也就是說，根據示例性實施例的用于制造半導體裝置的設備1是用于通過用彼此 不同的第一光源A和第二光源B依序照射待處理物體S來清除待處理物體S的薄膜中的氫離 子的脫氫設備。此處，待處理物體S是指在制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的過 程期間處于含有Si-H鍵合結構的狀態的中間結構。也就是說，待處理物體S包含形成于襯底 上以便含有氫的待處理層，并且所述待處理層根據種類和結構可以是彼此不同的層，所述 待處理層用作待制造的半導體裝置中的活性層。然而，在制造具有源極電極和漏極電極的 半導體裝置的過程期間，Si-H鍵在形成源極電極和漏極電極之前的過程中形成于所述層 上，所述層是相同的。
[0049]提供其中執行待處理物體S的脫氫過程的空間的腔室100將待處理物體S容納于其 中并且由此提供其中執行用光對待處理物體S進行兩階段照射的空間。此處，腔室100可以 被分成下部腔室130,其提供用于處理待處理物體S的空間；以及上部腔室110,其耦合到下 部腔室130的上部部分并且配備有熱源單元300,所述熱源單元300經配置以在兩個階段用 光照射待處理物體S。因此，下部腔室130和上部腔室110彼此分離，使得下部腔室130的上部 部分打開并且上部腔室110的下部部分打開，因此可以從外部打開或關閉其中處理待處理 物體S的空間。此外，上部腔室110和下部腔室130間隔開，使得當處理空間R打開時，待處理 物體S可以裝載入處理空間R中。然而，腔室100的結構以及用于將待處理物體S裝載入處理 空間R中的方法不限于此。
[0050] 此處，用于使處理空間R變成真空狀態或大氣狀態的栗P可以連接到腔室100。也就 是說，當通過抽吸處理空間R中的氣體將處理空間R保持在真空狀態時，可以防止雜質粘附 到待處理物體S。
[0051 ]提供載臺200以將待處理物體S穩定地支撐在處理空間R中，并且形成其上安裝待 處理物體S的安裝表面。載臺200可以提供為塊狀以便固定到下部腔室的內部底部表面，并 且盡管未示出，但是載臺200還可以提供為使待處理物體S旋轉，使得待處理物體S的全部區 域可以通過從熱源單元300發出的光來照射。
[0052]熱源單元300被安裝成其至少一部分穿過上部腔室110并且被安置成在載臺200的 上部部分上方間隔開。熱源單元300可以安裝在上部腔室110中，使得發出光的其末端部分 安置在處理空間R內部，因此光可以照向載臺200。熱源單元300包含第一燈310,所述第一燈 將紫外光UV照射到待處理物體S以在兩個階段用光照射載臺200上的物體S。因此，熱源單元 300在兩個階段照射待處理物體S并且由此可以控制待處理物體S中的氫濃度。此處，下文將 詳細描述用于通過使用熱源單元300控制氫濃度的方法。
[0053]用紫外光照射待處理物體S的第一燈310用于熱源單元300的兩階段光照射中的第 一光照射。第一燈310用于使包含于待處理物體S中的Si-H鍵合結構去鍵結。更確切地說，第 一燈310朝向待處理物體S照射紫外光并且由此可以使形成于待處理物體S中的Si-H鍵去鍵 結。這是因為照射具有與Si和Η的鍵合能量類似的波長帶的紫外光，使得用于使Si-H鍵去鍵 結的能量可以傳遞到待處理物體S。
[0054]此處，第一燈310可以安置成可以用光照射待處理物體S的全部區域。也就是說，提 供多個第一燈310,使得第一燈310的光照區域可以覆蓋待處理物體S的全部區域并且可以 安裝在上部腔室110中。
[0055]朝向待處理物體S照射紅外光范圍的光的第二燈330用于熱源單元300的兩階段光 照射中的第二光照射。第二燈330在第一燈310照射待處理物體S之后照射待處理物體S，并 且由此用于通過第一燈310使從Si-H鍵分離的氫(H)氣化。更確切地說，第二燈330朝向待處 理物體S照射紅外光范圍的光，由此增加處理空間R內部的溫度，并且因此可以加熱待處理 物體S。因此，通過加熱使包含于待處理物體S中的氫(H)能夠通過由于熱量引起的氣化而被 清除。此處，第二燈330與第一燈310-起安裝在上部腔室110中，因此需要在不與安裝第一 燈310的位置重疊的位置處安裝在上部腔室110中。也就是說，在第一燈310安裝在上部腔室 中以用光照射待處理物體S的全部區域之后，第二燈330可以在不安裝第一燈310的位置處 安裝在上部腔室110中。
[0056] 參考圖2A、圖2B、圖2(c-l)與圖2(c-2)，將詳細描述第一燈310和第二燈330的安裝 位置。第一燈310可以相對于第二燈330安置成圍繞第二燈330。此外，相對于待處理物體S的 照射表面的全部區域，第一燈310和第二燈330安置成所形成的第一燈310的照射區域大于 第二燈330的照射區域。
[0057]也就是說，如圖2A中所說明，第一燈310和第二燈330可以經安置，使得當在面對著 待處理物體S的照射表面的方向上觀察時，第二燈安置于中心并且第一燈310安置成圍繞第 二燈330。當在截面中觀察時，如圖2B中所說明，第一燈310安置于第二燈330的兩側上，其中 第二燈330在待處理物體S上方安置于第一燈之間。
[0058]因此，第一燈310安置成圍繞第二燈330,使得如圖2(c-l)中所說明，從第一燈310 發出的光可以經照射以相對于待處理物體S的整個寬度具有與待處理物體S的寬度相同的 寬度PA。因此，從第一燈310發出的紫外光UV照射具有Si-H鍵的待處理物體S的全部區域，并 且因此可以將氫與Si分離，所述氫呈現為待處理物體S內部的Si-H鍵的形式。
[0059] 此外，第二燈330安置于第一燈310之間并且因此如圖2(c_2)中的實線所示相對于 待處理物體S的整個寬度從兩端朝向待處理物體S的內部僅照射預定寬度PB。此處，由于從 第二燈330發出的紅外光范圍的光升高待處理物體S的溫度，因此盡管從第二燈330發出的 紅外光范圍的光不照射待處理物體S的全部區域，也會發生從用光照射的區域到不用光照 射的區域的熱傳遞。因此，甚至可以加熱不用第二燈330的光照射的區域并且由此可以使待 處理物體S的全部區域中的氫氣化。
[0060] 盡管第二燈330可以通過熱傳遞升高待處理物體S的全部區域的溫度，但是第二燈 330可以以與第一燈310的大小相比可以增加照射區域的此種大小安裝，使得第二燈330的 光可以照射到接近待處理物體S的全部照射表面的范圍。
[0061 ]相反，盡管未示出，但是當第一燈310不圍繞第二燈330并且第二燈330圍繞第一燈 310時，其中紅外光范圍的光照射到待處理物體S的照射區域增加，但是其中紫外線范圍的 光照射到待處理物體S的照射區域變得小于通過第二燈330的光產生的照射區域。因此，當 從第一燈310發出的光可能不照射待處理物體S的全部區域時，僅存在于由光照射的一些區 域中的氫與S i -H鍵分離。因此，僅在由第一燈310照射的區域中實現通過第二燈330的加熱 容易地使氫氣化，且因此降低了清除氫的效率。
[0062] 控制單元400提供為連接到熱源單元300并且用于控制熱源單元300,以操作第一 燈310且隨后操作第二燈330。也就是說，由于在兩個階段中依序執行脫氫過程，使得通過第 一燈310照射第一光源并且隨后通過第二燈照射第二光源，因此當執行脫氫過程以便允許 第一燈310和第二燈330被操作時控制單元400可以控制熱源單元300的操作。
[0063] 此時，如圖3A中所說明，控制單元400可以通過在停止第一燈310的操作的同時操 作第二燈330來控制熱源單元300。也就是說，控制單元400操作第一燈310以在預定時間內 用第一光源A照射待處理層，隨后停止第一燈310的操作并且同時操作第二燈330以使第二 光源B能夠在預定時間內照射待處理層。
[0064]此外，如圖3B中所說明，控制單元400可以通過在停止第一燈310的操作之后以某 一時間差操作第二燈330來控制熱源單元300。也就是說，控制單元400操作第一燈310以用 第一光源A照射待處理層，且隨后停止第一燈310的操作。接下來，第一燈310和第二燈330在 預定時間h內保持在非操作狀態。隨后，在過去預定時間h之后，操作第二燈330以使第二光 源B能夠照射待處理層。此時，停止第一燈310的操作的時間點與開始第二燈330的操作的時 間點之間的時間差h可以設定在大致1小時至大致2小時內。
[0065]此外，如圖3C中所說明，控制單元400可以控制熱源單元300,使得第一燈310的第 一光源A的照射時間和第二燈330的第二光源B的照射時間彼此重疊。此處，第一光源A的照 射時間和第二光源B的照射時間的重疊程度不受限制。也就是說，當第一光源A的照射時間 被分成初始階段、中間階段和最后階段并且第二光源B的照射時間被分成初始階段、中間階 段和最后階段時，第一光源A的最后階段時間和第二光源B的初始階段時間可以設定成彼此 重疊。此外，第一光源A的照射時間和第二光源B的照射時間可以設定成100 %重疊。然而，當 第一光源A的最后階段時間和第二光源B的初始階段時間可以設定成彼此重疊時，可以在待 處理層中的化學反應通過用第一光源A的照射充分發生的狀態下形成用第二光源的照射。
[0066] 根據示例性實施例的用于使用如上所述提供的用于制造半導體裝置的設備制造 半導體裝置的方法包含:在襯底上形成含氫的待處理層；以及通過在兩個階段用光照射待 處理層執行脫氫。
[0067] 下文將描述根據示例性實施例的脫氫過程，所述脫氫過程由半導體裝置的結構應 用。也就是說，將通過其中活性層由氧化物構成的氧化物半導體裝置的實例描述頂部柵極 類型，其中柵極電極、源極電極和漏極電極位于襯底上的彼此不同的區域上，且具有安置于 其間的活性層；以及底部柵極類型，其中柵極電極安置于源極電極和漏極電極下方。此外， 將通過用于LTPS半導體裝置的制造工藝的實例描述平面類型，其中所有柵極電極、源極電 極和漏極電極位于活性層一側的表面上。然而，每個結構的制造工藝不限于下文的描述，而 是用于描述在形成含氫待處理層之后在用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置 的過程期間通過兩階段光照射執行根據示例性實施例的脫氫過程。
[0068] 第一，通過在襯底上形成含氫待處理層來制備待處理物體S(步驟S100)。此處，待 處理物體S是指其中在制造半導體裝置之前完成預定處理的結構，且更確切地說，是指其中 含氫待處理層形成于襯底上的結構。也就是說，如上所述，待處理物體S可以指其中在制造 具有源極電極和漏極電極的半導體裝置期間通過使用含氫源經由化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)法在襯底上形成薄膜的結構。
[0069] 上述待處理物體S可以配備有以下項中的任一個:第一待處理物體S1，其中如圖5A 中所說明，源極電極16a和漏極電極17a形成于絕緣襯底11a上（步驟S10a)、活性圖案14a形 成于源極電極16a和漏極電極17a上(步驟S20a)以及柵極絕緣膜13a作為待處理層形成于活 性圖案14a上(步驟S40a);第二待處理物體S2,其中如圖5B中所說明，柵極電極12b形成于絕 緣襯底lib上（步驟S10b)以及柵極絕緣膜13b作為待處理層形成于柵極電極12b上（步驟 S20b);以及第三待處理物體S3,其中如圖5C中所說明，非晶硅23作為待處理層形成于絕緣 襯底21上。
[0070]相對于第一待處理物體S1，第一待處理物體S1是其中在制造氧化物薄膜晶體管期 間，源極電極16a和漏極電極17a形成于絕緣襯底11a上、包含氧化物半導體的活性圖案14a 作為待處理層形成于源極電極和漏極電極上以及柵極絕緣膜13a形成于活性圖案上的結 構。也就是說，第一待處理物體S1可以通過在執行脫氫過程(步驟S30)之后形成柵極電極 12a而制造為半導體。
[0071] 相對于第二待處理物體S2，第二待處理物體S2是其中在制造氧化物薄膜晶體管期 間，柵極電極12b形成于絕緣襯底lib上以及柵極絕緣膜13b形成于柵極電極上的結構。也就 是說，第二待處理物體S2可以通過在執行脫氫過程(步驟S30)之后形成包含氧化物半導體 的活性圖案14b(步驟S40b)而制造為半導體，并且形成源極電極16b和漏極電極17b(步驟 S50b)〇
[0072] 此處，歸因于在形成第一待處理物體S1和第二待處理物體S2的柵極絕緣膜12a和 12b時的過程特征，薄膜內部必然存在氫離子。也就是說，由于通過等離子體增強式化學氣 相沉積（plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)形成概極絕緣膜 12a和 12b，因此薄膜內部必然存在氫離子。因此，除非清除存在于柵極絕緣膜12a和12b中的一部 分氫以減小氫濃度，否則氫會突增至活性圖案14a和14b，由此降低薄膜的質量并且減小半 導體的電特征。因此，相對于第一待處理物體S1，形成活性圖案14a、形成柵極絕緣膜12a于 活性圖案上以及隨后執行脫氫過程(步驟S30)。相對于第二待處理物體S2,形成柵極絕緣膜 12b，以及在活性圖案14b形成于柵極絕緣膜上之前執行脫氫過程(步驟S30)。因此，氫對活 性圖案14a和14b上的層的影響減小，由此基本上防止氫穿過活性圖案14a和14b層的薄膜。 [0073]相對于又另一第三待處理物體S3,第三待處理物體S3是其中在使用多晶硅制造薄 膜晶體管（thin film transistor, TFT)的低溫多晶娃工藝（low temperature polysilicon process，LTPS TFT)中非晶娃(a-Si)作為待處理層形成于襯底21上（步驟 S10c)的中間結構。也就是說，相對于第三待處理物體S3,在執行脫氫過程(步驟S30)之后， 執行使非晶硅層23結晶以成為活性層23(步驟S20c)，且隨后執行在活性層上形成柵極絕緣 膜24和柵極電極25(步驟S40c)。隨后，絕緣膜26形成于全部區域上，形成連接到活性層23的 源極電極27和漏極電極28(步驟S50C)，由此可以制造半導體裝置。此處，相對于第三待處理 物體S3,歸因于當非晶硅(a-Si)層形成于絕緣襯底21上時的工藝特征，形成非晶硅薄膜23 同時薄膜中含有氫離子。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氫，否 則氫會在通過激光使非晶硅結晶期間爆炸，由此引起降低工藝穩定性的限制。因此，相對于 第三待處理物體S3,在使非晶硅膜結晶以形成為活性層之前執行脫氫過程(步驟S30)。 [0074] 如上所述，當制備具有Si-H鍵合結構的待處理物體S(步驟S100)時，通過對待處理 物體S進行兩階段光照射來執行脫氫(步驟S200)。脫氫過程包含：用第一燈310的第一光源 照射所制備的待處理物體S(步驟S210);以及用第二燈330的第二光源照射待處理物體S。 [0075] 可以通過操作發出紫外光(ultraviolet light，UV)的燈以用紫外光照射待處理 物體S來執行用第一燈310的第一光源對所制備待處理物體S的照射(步S210)。當用紫外光 照射待處理物體S時，照射全部其上形成薄膜的照射表面（即，腔室內部的待處理物體的上 表面）。這是因為僅當用作為第一光源的紫外光照射待處理物體S的全部區域時，去鍵結后 的Si-H鍵不僅是存在于待處理物體S的薄膜內部的Si-H鍵的一部分，而且是全部薄膜的Si-H鍵。因此，物體S用作為第一光源的紫外光照射，使得如上所說明，紫外光使薄膜中的Si-H 鍵去鍵結。
[0076]此處，在用第一燈310的第一光源照射待處理物體S時，第一光源的輸出強度（功 率，％)是重要因素，而不是照射第一光源的時間。也就是說，由于照射第一光源的目標不是 為了引發待處理物體S的熱反應，而是為了引發化學反應(用于分離Si-H鍵的反應），因此僅 在存在于待處理物體S中的幾乎所有Si-H鍵去鍵結的時間內照射第一光源是足夠的。相反， 由于在增加第一光源的輸出強度時，待處理物體S的化學反應也根據輸出強度(功率，％)的 增加而增加，因此在第二光源的相同照射過程條件下制造的半導體中的氫離子濃度減小。 這可以通過圖7闡述。圖7是說明在400°C下第一燈310的照射時間設定成10分鐘并且第二燈 330的照射設定成30分鐘的狀態下根據第一燈310的輸出強度變化的半導體中的氫離子濃 度的曲線圖。參考圖7中的結果，在從第一燈310發出的第一光源的輸出強度增加到40 %、 60 %和100 %時，待處理物體S中的薄膜中的氫離子濃度逐漸減小。
[0077] 在Si-H鍵通過第一光源去鍵結之后，執行用第二燈330照射待處理物體S(步驟 S220)，使得操作發出紅外光范圍的光的燈以增加待處理物體S的溫度。此處，可以繼續用第 二光源B照射，直到待處理層中的氫(H)離子濃度達到原子的大致2%至大致5%。因此，在于 待處理物體S的薄膜中與Si分離的狀態下出現的氫離子可以通過由于用第二光源照射形成 的熱量引起的氣化而從待處理層中清除。此處，與第一光源不同，第二光源不一定需要照射 到待處理物體S的全部區域。這是因為第二光源用于增加待處理物體S的溫度，并且即使第 二光源照射到僅預定區域，由于第二光源產生的熱量也可以通過熱傳遞而傳遞到待處理物 體S的全部區域。因此，存在于待處理物體S的薄膜中的氫離子可以通過熱傳遞氣化。
[0078]因此，歸因于用于在待處理物體S中將氫離子與Si分離的第一光源的照射，可以在 低于大致400°C的溫度下執行用于使待處理物體S中的氫氣化的第二光源的照射（步驟 S220)。這表示在低于大致400°C的溫度下執行脫氫過程(步驟S200)。也就是說，由于照射第 一光源并且存在于待處理物體S的薄膜中的氫離子由此存在于分離狀態下，因此在相關技 術中需要高于450°C的溫度來將氫離子從Si-H中分離并且通過僅執行加熱處理使氫離子氣 化。然而，根據示例性實施例，在脫氫過程中通過作為第一光源的紫外光的照射使Si-H鍵去 鍵結。因此，與通過加熱處理的Si-H的常規去鍵結相比，氫濃度可以容易地受到控制，并且 可以在低溫下執行脫氫過程。
[0079] 如上所述，當通過兩階段光照射完成脫氫過程時，尚未形成的其余層形成于脫氫 完成的待處理物體S上且由此完成具有源極電極和漏極電極的半導體的制造(步驟S300)。
[0080] 也就是說，參考圖5A，下文將相對于第一待處理物體S1描述用于制造半導體裝置 l〇a的全部過程。源極電極16a和漏極電極17a形成于絕緣襯底11a上（步驟S10a)，并且活性 圖案14a形成于源極電極16a和漏極電極17a上(步驟S20a)。隨后，柵極絕緣層13a形成于活 性圖案14a上（步驟S40a)。隨后，依序照射紫外光和紅外光范圍的光且隨后執行脫氫（步驟 S30)，使得包含于柵極絕緣薄膜13a中的Si-H化學鍵去鍵結并且隨后通過氣化清除氫。隨 后，當完成脫氫時，柵極電極12a形成于柵極絕緣膜13a上并且隨后形成鈍化層18a以完成制 造工藝。
[0081] 此外，參考圖5B，將相對于第二待處理物體S2描述用于制造半導體裝置10b的全部 過程。柵極電極12b形成于絕緣襯底lib上(步驟S10b)，并且柵極絕緣膜13b形成于柵極電極 12b上(步驟S20b)。隨后，依序照射紫外光和紅外光范圍的光并且隨后執行脫氫(步驟S30)。 隨后，當完成脫氫時，活性圖案14b形成于柵極絕緣膜13b上（步驟S40b)、源極電極16b和漏 極電極17b形成于活性圖案14b上(步驟S50b)以及隨后形成鈍化層18b以完成制造工藝。 [0082]此外，參考圖5C，將相對于第三待處理物體S3描述用于制造半導體裝置20的全部 過程。通過在絕緣襯底21上的沉積形成非晶硅(步驟SlOc)、依序照射紫外光和紅外光范圍 的光以及隨后執行脫氫（步驟S30)。隨后，當完成脫氫時，非晶硅在低溫下熔化以結晶且由 此形成為活性層23。隨后，柵極電極25和柵極絕緣膜24形成于活性層23上(步驟S40c)，并且 形成源極電極27和漏極電極28以便與活性層23連接。
[0083]下文將參考以下表1以及圖8和圖9描述在制造半導體裝置的過程中通過第一燈 310和第二燈330的工藝條件變化以及通過與相關技術的比較展現的根據示例性實施例的 脫氫工藝的效果。此處，在表1和表2中的數據以及圖8和圖9可以支持在通過執行待處理物 體S中的第二待處理物體S2的脫氫過程制造半導體裝置的方法中的脫氫效果的描述。因此， 待處理物體S表示第二待處理物體S2。然而，將描述的效果不是僅應用于第二待處理物體S2 的效果，當然還可以將所述效果應用于第三待處理物體S3。
[0084] [表1]
[0085]
[0086] 參考表1和圖8，在比較實例1至比較實例4中，當執行待處理物體S的脫氫時，不執 行其中照射第一燈(UV)的第一光源照射過程，而是執行其中僅照射第二燈(NIR)的過程。相 反，在實例1和實例2中，執行兩階段照射過程，其中在用于待處理物體S的脫氫的通過第一 燈(UV)的第一光源照射之后執行通過第二燈(NIR)的第二光源照射。
[0087] 此處，參考圖8的放大曲線圖，應理解，實例1和實例2中的氫濃度(原子百分比）低 于比較實例1至比較實例4中的氫濃度。
[0088]此外，實例1中的氫濃度(原子百分比）與比較實例3和比較實例4中的氫濃度幾乎 相同。可以理解，在實例1中，待處理物體S的薄膜中的Si-H鍵通過第一燈的照射過程去鍵 結，因此即使實例1中的第一燈310和第二燈330的照射時間增加，與比較實例3和比較實例4 中的第二燈的照射時間相比也花費較短的時間。也就是說，在實例1中，當所消耗的脫氫時 間（第一燈照射時間和第二燈照射時間之和)大致為20分鐘時，氫濃度與在比較實例3和比 較實例4中分別僅消耗大致30分鐘和大致60分鐘的第二燈照射時間之后的氫濃度幾乎相 同。因此，在實例1中，可以通過第一燈和第二燈的照射向待處理物體S中的薄膜中的氫離子 提供化學反應和熱反應，由此與相關技術相比可以提高脫氫的效率。
[0089]此外，通過實例2的結果可以理解，上述效果變得更清晰。實例2示出在與實例1相 比將第二燈照射時間增加至大致30分鐘之后的待處理物體的薄膜中的氫濃度（原子百分 比）。此處，與實例1相比，實例2中的氫濃度減小的原因是歸因于第二燈照射時間的增加而 引起用于使氫氣化的時間增加，由此使與實例1相比量增加的氫氣化。此外，為實例2中的第 一燈和第二燈之和的脫氫時間大致為40分鐘，其小于比較實例4中的脫氫時間。然而，由于 第一燈照射而向氫提供化學反應，由此可以理解，與比較實例4相比脫氫效率得到提高。
[0090] 上文通過表1和圖8可以通過比較實例1至比較實例4以及實例1和實例2的比較理 解以下效果：歸因于用第一燈310的紫外光對待處理物體S的照射，脫氫過程的所消耗時間 可以通過待處理物體S的薄膜中的化學反應而減小。
[0091] 此處，通過下文中的表2和圖9,根據是否照射紫外光(第一燈310的第一光源），將 描述在第二光源的相同處理溫度下的氫濃度變化。
[0092] [表 2]
[0095]也就是說，實例2至實例4示出在不用第一光源照射待處理物體S并且第二光源的 處理溫度大致為400°C的狀態下氫濃度的變化。此外，比較實例5示出在不用第一光源照射 待處理物體S并且第二光源的處理溫度大致為380°C的狀態下氫濃度的變化。
[0096] 此處，參考比較實例5和實例4,在與比較實例5相比的實例4中第一光源使用第一 燈310并且歸因于第一光源的照射，待處理物體S的薄膜中的Si-H可以通過化學反應去鍵 結。因此，實例4的氫濃度與在比較實例中的脫氫處理之前的氫濃度幾乎相同，但是可以在 與比較實例2至比較實例4相比低大致20°C的溫度下執行所述過程。通過此比較，可以理解 存在以下效果：用于使氫氣化的第二光源的處理溫度可以降低大致20°C。
[0097] 如上所述，根據按照示例性實施例的用于制造半導體裝置的設備以及用于使用所 述設備制造半導體裝置的方法，待處理物體的薄膜先用紫外光照射且由此執行用于分離薄 膜中的Si-H鍵的化學反應，并且所述待處理物體的薄膜再用紅外光范圍的光照射且由此執 行用于使分離的氫氣化的熱反應。
[0098] 因此，容易清除存在于待處理物體的薄膜中的氫，且由此存在于待處理物體的薄 膜中的氫會劣化半導體裝置的電特征的限制被移除。
[0099] 此外，由于Si-H鍵在第一紫外光照射過程中去鍵結，因此可以在第二紅外光照射 過程中容易地清除H，且由此可以在低于相關技術(僅通過用于通過使氫氣化而清除氫的熱 處理來清除氫）的溫度下清除氫。因此，可以防止由于與例如玻璃的襯底相比相對較弱的柔 性襯底(塑料襯底）中的高溫而引起的變形。
[0100]盡管已參考具體實施例描述用于制造半導體裝置的設備以及用于使用所述設備 制造半導體裝置的方法，但它們并不限于此。因此，所屬領域的技術人員將容易理解，在不 脫離通過所附權利要求書界定的本發明的精神和范圍的情況下，可以對其進行各種修改以 及改變。
【主權項】
1. 一種用于制造半導體裝置的設備，包括： 腔室，用于提供其中處理待處理物體的空間； 載臺，安置在所述腔室內部并且其上安裝有所述待處理物體； 熱源單元，經配置以在兩個階段中用光照射所述待處理物體；以及 控制單元，連接到所述熱源單元以控制所述熱源單元，使得在所述兩個階段中照射光。2. 根據權利要求1所述的用于制造半導體裝置的設備，其中所述熱源單元包括： 第一燈，經配置以用紫外光照射所述待處理物體；以及 第二燈，經配置以用紅外光照射所述待處理物體。3. 根據權利要求2所述的用于制造半導體裝置的設備，其中所述第一燈安置成圍繞所 述第二燈。4. 根據權利要求3所述的用于制造半導體裝置的設備，其中相對于所述待處理物體的 照射表面的全部區域，所述第一燈的照射區域大于所述第二燈的照射區域。5. 根據權利要求2所述的用于制造半導體裝置的設備，其中所述控制單元控制所述熱 源單元，使得在操作所述第一燈之后操作所述第二燈。6. 根據權利要求5所述的用于制造半導體裝置的設備，其中所述控制單元在所述第一 燈的操作停止的同時操作所述第二燈。7. 根據權利要求5所述的用于制造半導體裝置的設備，其中所述控制單元在所述第一 燈的操作停止之后以某一時間差操作所述第二燈。8. 根據權利要求5所述的用于制造半導體裝置的設備，其中所述控制單元控制所述第 一燈的操作時間和所述第二燈的操作時間以彼此重疊。9. 根據權利要求1所述的用于制造半導體裝置的設備，其中所述待處理物體包括： 襯底；以及 待處理層，在所述襯底上形成為含有氫，并且所述待處理層通過使用包含氫的源經由 化學氣相沉積法形成于所述襯底上。10. -種用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法，包括： 在襯底上形成含氫的待處理層；以及 通過在兩個階段中用光照射所述待處理層執行脫氫。11. 根據權利要求10所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中所述脫氫的執行包括： 先照射光以使所述待處理層中的Si-H化學鍵去鍵結；以及 再照射光以在先照射光之后使分離的氫氣化。12. 根據權利要求10所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在350°C至400°C的溫度下執行所述脫氫的執行。13. 根據權利要求11所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在所述襯底上形成柵極電極并且隨后在所述柵極電極上形成絕緣膜之后執行所述脫 氫的執行。14. 根據權利要求11所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在所述襯底上形成源極電極和漏極電極、在所述源極電極和所述漏極電極上形成活性 圖案以及在所述活性圖案上形成柵極絕緣膜之后執行所述脫氫的執行。15. 根據權利要求11所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在所述襯底上形成非晶硅之后執行所述脫氫的執行。16. 根據權利要求12所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在所述襯底上形成柵極電極以及在所述柵極電極上形成柵極絕緣膜之后執行所述脫 氫的執行。17. 根據權利要求12所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在所述襯底上形成源極電極和漏極電極、在所述源極電極和所述漏極電極上形成活性 圖案以及在所述活性圖案上形成柵極絕緣膜之后執行所述脫氫的執行。18. 根據權利要求12所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在所述襯底上形成非晶硅之后執行所述脫氫的執行。19. 根據權利要求11所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在彼此相同的空間中執行光的先照射和光的再照射。20. 根據權利要求11所述的用于制造具有源極電極和漏極電極的半導體裝置的方法， 其中在彼此不同的空間中執行光的先照射和光的再照射。
【文檔編號】H01L21/67GK106024606SQ201610179488
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月25日
【發明人】鄭弼盛, 池尙炫, 李成龍, 韓容愚
【申請人】Ap系統股份有限公司