專利名稱：半導體器件的制造方法和電子設備的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種晶體性半導體膜的形成方法，和利用這些晶體性半導體膜的薄膜晶體管、有源陣列型液晶裝置及太陽能電池的制造方法。
背景技術：
多晶硅等的半導體膜，正廣泛利用于薄膜晶體管(在本說明書中，以下稱為TFT)和太陽能電池。這些半導體裝置的性能，強烈地依賴于構成該半導體裝置有源區(qū)的半導體膜好壞。不言而喻，如能獲得高質量的半導體膜，隨之就可獲得高性能的半導體裝置。例如，可以獲得用于液晶顯示裝置等多晶硅薄膜晶體管(Poly-Si TFT)中的優(yōu)良多晶硅(poly-Si)膜質有較高開關工作速度的良好TFT。并且，若光吸收效率無顯著不同，可獲得用結晶率高的半導體膜的較高能量轉換效率的太陽能電池。在很多的工業(yè)領域范圍正強烈需要這種高質量晶體性半導體膜。
然而，形成這種高質量半導體膜一般相當困難，而且存在很多限制。在TFT領域，在工藝最高溫度約1000℃的高溫處理下制成晶體管并形成遷移率比較高的多晶硅膜。因而，對可制成半導體膜或半導體裝置的基板，受該基板能經(jīng)受高溫熱過程的耐熱性制約。而且最近的poly-Si TFT全部都在價格昂貴的小石英玻璃基板上制成。同樣理由，通常把非晶質硅(α-Si)用于太陽能電池。
以這樣的情況作為背景，正進行各種研究在盡可能的低溫下形成高質量半導體膜的方法。作為第一種方法就是固相生長法。該方法是在基板上形成α-Si膜后，在溫度約600C下對該硅膜進行約十個小時以上的熱處理，把以前的α-Si膜改質為poly-Si膜。作為第二種方法，可以認為是激光結晶法。就該方法來說，首先淀積α-Si膜，然后把激光照射到α-Si膜上而進行硅膜結晶化。
然而，現(xiàn)有技術的第一種方法(固相生長法)，必須進行十多小時的長時間熱處理，存在生產性極差的那樣的問題。并且，在該方法中，由于長時間加熱整個基板而引起，基板熱變形成為大問題，就發(fā)生實際上不能使用便宜的大型玻璃基板的問題。對現(xiàn)有技術的第二種方法(激光結晶法)來說，如激光照射能量低，就不能進行結晶，另一方面，如能量高，又損傷到半導體膜，就存在任何照射條件下也不能滿足進行膜高質量結晶化的問題。進而還知道，每次激光照射的結晶性有離散大的問題。其結果，即使使這種半導體膜適用于TFT，也不能得到良好的晶體管特性。
在這里，讓我們研究把現(xiàn)有技術的第二種方法(激光結晶法)和第一種方法的變形(爐熱處理)進行組合的第三種方法。這是進行半導體膜激光結晶化后，將熱處理溫度設定在比固相生長法低(從約450℃到約550℃)，而且對半導體膜施行熱處理，其處理時間也縮短了(從1小時到5小時)。然而這種方法，本質上仍帶有第一種方法同樣的問題。就是，即使將熱處理溫度降到約450C，也因為約需要連續(xù)進行幾小時以上的熱處理，所以生產性依然惡劣，而基板的熱變形仍不能忽視。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明旨在解決上述各問題，其目的在于提供一種對基板不會施加大的熱應力，且具有高生產性并形成高質量晶體性半導體膜的方法，以及利用該方法，制造高性能薄膜晶體管或太陽能電池的方法。
為解決上述問題，本發(fā)明，在基板上形成結晶性半導體膜的方法中，其特征在于，具有在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、反復進行使該半導體膜的一部分熔融結晶化處理而使該半導體膜結晶的第1退火工藝、以及對該已結晶半導體膜施行快速熱處理(rapidthermal anneal)的第2退火工藝。這時，把上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式
1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在基板上形成結晶性半導體膜的方法中，其特征在于，具有在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部激光照射的第1退火工藝、及對該激光照射過的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t(秒)時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在基板上形成結晶性半導體膜的方法中，其特征在于，具有在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部高能光照射的第1退火工藝、及對該高能光照射過的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的薄膜晶體管制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、反復進行使該半導體膜的一部分熔融結晶化處理而使該半導體膜結晶的第1退火工藝、及對該已結晶半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式
1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×l0-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的薄膜晶體管制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部激光照射的第1退火工藝、及對該激光照射過的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的薄膜晶體管制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部高能光照射的第1退火工藝、及對該高能光照射過的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的太陽能電池制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、反復進行使該半導體膜的一部分熔融結晶化處理而使該半導體膜結晶的第1退火工藝、及對該已結晶半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式
1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的太陽能電池制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部激光照射的第1退火工藝、及對該激光照射過的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的太陽能電池制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部高能光照射的第1退火工藝、及對該高能光照射過的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]又滿足以上2式時，基板為玻璃，其特征在于熱處理溫度T在該玻璃基板的應變點以下。進而，其特征在于熱處理時間t在300秒以下，其特征還在于熱處理時間t在180秒以下。
并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的太陽能電池制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上形成第1導電型雜質擴散源工藝、在第1導電型雜質擴散源上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、在該半導體膜表面形成第2導電型雜質擴散源的工藝、對該半導體膜反復進行局部激光照射的第1退火工藝、及對該激光照射過的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的太陽能電池制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部激光照射的第1退火工藝、及在該激光照射過的半導體膜表面形成第2導電型雜質擴散源的工藝和對形成第2導電型雜質擴散源的半導體膜，施行快速熱處理的第2退火工藝。在這里，其特征還在于，上述半導體膜淀積工藝中所淀積的半導體膜為第1導電型半導體膜，是大致本征半導體膜的疊層膜。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的太陽能電池制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上形成第1導電型雜質擴散源的工藝、在該第1導電型雜質擴散源上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部激光照射的第1退火工藝、及在該激光照射過的半導體膜表面形成第2導電型雜質擴散源的工藝和對形成第2導電型雜質擴散源的半導體膜，施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的太陽能電池制造方法中，其特征在于，至少包括淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部激光照射的第1退火工藝、及在該激光照射過的半導體膜表面淀積第2導電型半導體膜的工藝和對淀積第2導電型半導體膜的半導體膜，施行快速熱處理的第2退火工藝。在這里，其特征還在于，上述半導體膜淀積工藝中所淀積的半導體膜為第1導電型半導體膜，是大致本征半導體膜的疊層膜。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒〕時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式
1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]并且本發(fā)明，在利用基板上所形成半導體膜的太陽能電池制造方法中，其特征在于，至少包括在基板上形成第1導電型雜質擴散源的工藝、在該第1導電型雜質擴散源上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝、對該半導體膜反復進行局部激光照射的第1退火工藝、及在該激光照射過的半導體膜表面形成第2導電型半導體膜的工藝和對形成第2導電型半導體膜的半導體膜，施行快速熱處理的第2退火工藝。這時，將上述第2退火工藝的熱處理溫度表示為絕對溫度T[K]，設熱處理時間為t〔秒]時，則熱處理溫度T與熱處理時間t，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]或者，其特征在于滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]或者，其特征在于滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]并且本發(fā)明，在具有薄膜晶體管的有源陣列型液晶裝置中，其特征在于，具有用上述記載的薄膜晶體管制造方法所制造的基板。
下面參照附圖，詳細敘述本發(fā)明的基本原理和方案。
(1、本發(fā)明申請的基本原理)在本發(fā)明中，在玻璃等基板上淀積以硅膜為代表的半導體膜后，在遠比基板表面小的面積的半導體膜一部分上，反復照射激光或高能光(第1退火工藝)。由于這些光的照射或能束照射等供給的能量而進行半導體膜結晶。若所供給的能量足夠高，則其照射部分的半導體膜部分熔融后，經(jīng)冷卻固化過程而結晶。(本申請將這種現(xiàn)象稱為熔融結晶。)
因此，如果供給能量熔融結晶即使不足，或相當高的能量，在不到幾秒鐘的極短時間內就會以固相方式進行結晶。(極短時間固相生長法稱為VST-SPC法。)任何結晶方法結晶結束后的半導體膜也不可能成為完美的結晶狀態(tài)。即，晶粒與晶粒之間還殘留著很多非晶質成分(不完美結晶、結晶率低)，不僅僅存在于晶粒內的各半導體構成原子(例如Si原子)的晶體陣點(內部應力強的，在晶粒內存在不成對的耦合對(懸掛鍵))，或晶粒與晶粒之間晶界紊亂不規(guī)則(形成不規(guī)則晶界)。結晶率低的不完美晶體基本上是因能量不足造成，所以采用VST-SPC法等容易發(fā)生。由于這時的電氣的等效電路可看成是晶體成分與非晶質成分的的串聯(lián)，所以非晶質成分的電特性(載流子壽命或遷移率)成為決定全體電特性的特性。若非晶質成分多，則相當多的電特性接近非晶質特性，作為晶體性半導體膜就變?yōu)椴粷M意的膜?？焖倮鋮s固化的熔融結晶容易發(fā)生第二種的從原子陣點的偏移。用通常激光照射的熔融結晶，其冷卻固化過程的持續(xù)時間最大限度從約100ns到約1μs。這樣短時間的結晶，原子不能到達正確的點陣位置，其狀態(tài)就被固定完了。在這樣的半導體膜內，從正點陣位置大偏移的原子就成為不成對的耦合對，在能帶圖的禁帶中央附近成為俘獲能級(深能級)。一方面，僅僅自正點陣位置偏移的原子變?yōu)闈撛诘牟怀蓪Φ鸟詈蠈?，在禁帶中的導帶或價帶近處會形成俘獲能級(淺能級)。因而，在這種半導體膜中，本來應該自由的電子或空穴由于被這些能級俘獲，所以實際的載流子(導帶的電子或價帶的空穴)濃度減少了。進而載流子因偏移原子而發(fā)生散射，所以遷移率等下降也是無可奈何的。第三種的不規(guī)則晶界，或在熔融結晶法，或在VST-SPC法中，對哪一種也再三進行觀測。多晶膜的晶界，主要分成這里所述的不規(guī)則晶界和對應晶界兩種。就不規(guī)則晶界而言，照其名稱表示的樣子，完全看不到晶界的規(guī)律性，一面存在著三配位缺陷(懸掛鍵)或五配位缺陷(浮空鍵)，一面析出氧等雜質元素。從而，不規(guī)則晶界既容易形成許多深能級，又容易形成許多淺能級，并且晶界勢能變高。因此，對應晶界是具有二維周期性的比較干凈的晶界，懸掛鍵重配置，并且五元環(huán)或七元環(huán)的集合體形成晶界。(因而在晶界上懸掛鍵不多。)因為在禁帶內未形成深能級，而使晶界勢能變低。在多晶體不能避免的晶界中，就這樣地存在好晶界(對應晶界)和壞晶界(不規(guī)則晶界)。用激光或高能光照射的熔融結晶法或VST-SPC法所得的晶體膜，或多或少包含三類問題(結晶不完美、從正陣點偏移及不規(guī)則晶界)，所以不可能制成優(yōu)質的半導體膜。在這里，本發(fā)明在第1退火工藝結束后，施行快速熱處理(RTA)，解決了上述三類問題，并獲得高質量半導體膜(第2退火工藝)。
代表快速熱處理的第2退火工藝和激光照射等的第1退火工藝的共同點是，處理面積(在第1退火工藝中，照射著激光或高能光等的部分面積，都不到基板面積的約1％。在第2退火工藝中，照射RTA光部分的面積，也都不到基板面積的約5％。)兩者與基板面積相比足夠小，并且其處理時間(一次連續(xù)處理半導體膜中的一點的期間，在第1退火中從約10ns到約10ms，而在第2退火中從約100ms到約300s)即使長的也是短短約幾分鐘以內。制成這種構成，可使整個基板遭受的熱應力最小，其結果當然能實現(xiàn)使用便宜通用的玻璃基板。而且，這樣短時間工藝也容易提高生產性。如第1退火工藝和第2退火工藝的處理面積不到總面積的約5％，即使利用便宜的通用玻璃基板作為基板，也可把這兩次熱處理后的基板變形縮小到可忽略的程度。因此，第2退火工藝與第1退火工藝的不同點是第2退火工藝的處理面積比第1退火工藝的處理面積要大，而第2退火工藝的處理時間卻比第1退火工藝處理時間要長，并且第2退火工藝的最高處理溫度(約400℃到約1000℃)比第1退火工藝的最高處理溫度(約1000℃到約1500℃)要低。在第2退火工藝中，已經(jīng)結晶的半導體膜盡管不完美但已大致完好。實際原因是第2退火工藝前殘余的非晶質成分只不過是由晶粒所包圍的區(qū)域。因而，即使在不很強的熱環(huán)境下，也能改善結晶率。加上說到固相結晶生長要花長時間，是因結晶核產生慢。結晶生長速度自身卻比較快。在第2退火工藝時包圍非晶質成分的晶粒表面成為晶體生長面。該晶體生長面由于在第2退火處理工藝過程中能迅速推進，所以在第2退火工藝中，即使不要第1退火工藝那樣的高溫，也能解決不完全結晶化的問題。至于在冷卻過程中，發(fā)生從上述正陣點偏移問題，因而為解決這個問題，就要求第2退火工藝的溫度比第1退火工藝的溫度低。上述的象晶粒內缺陷或從正陣點偏移(強內應力)這種問題，快速冷卻固化過程正成為其一個原因。因此解決該問題，就施行比第1退火要低的溫度，足夠長時間熱處理。通過這樣的熱工藝過程，使從正陣點偏移的原子被熱激活，回到正陣點。而且，通過將比第1退火處理面積還要大的面積用于第2退火處理，在剛結晶后的半導體膜中各點不同的應力(大的正負值)為大面積所平均，而達到緩和應力(大的正負值幾乎變?yōu)榱?的效果。第2退火處理面積比第1退火處理面積要大，可以說是將結晶時的局部應力傳送到廣大范圍，并意味著均勻釋放。這樣的局部應力釋放，要以第1退火處理面積20倍以上的處理面積來進行第2退火工藝才有效果。要想不規(guī)則晶界重配置，就需要改變對應晶界或相當溫度，而本申請發(fā)明，解決此問題是采用比較長的第2退火時間。進而在第2退火處理中，使第1退火時所生成的微小晶粒再次結晶，長成更大的晶粒。因減少了微小晶粒，所以晶界總數(shù)也減少了，因此也就消除了晶界的壞影響。這樣，在本申請發(fā)明中，用適合RAT的第2退火，解決第1退火所得到晶體膜的各種問題，并獲得高質量半導體膜。
(2、從基板到淀積半導體膜為止)在本申請發(fā)明的構成部件之內，說明基板與基底保護膜到淀積半導體膜為止。作為能適應本發(fā)明的基板，可能有金屬等導電性物質，碳化硅(SiC)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)等的陶瓷材料，熔融石英、玻璃等透明以至不透明絕緣性物質，硅晶片等的半導體物質，及將其加工成的LSI基板等。半導體膜通過基底保護膜或下部電極等直接淀積在基板上。作為基底保護膜的一個例子，可舉出有氧化硅膜(SiOx0＜x≤2)和氮化硅膜(Si3Nx0＜x≤4)等絕緣性物質。將TFT等的薄膜半導體裝置制作在通常的玻璃基板上的情況下，控制這種半導體膜的雜質是重要時，為了不使玻璃基板中所含有的鈉(Na)等可動離子混入半導體膜中，最好在形成基底保護膜后再淀積半導體膜。用各種陶瓷材料作為基板時也同樣如此?；妆Ｗo膜是為防止陶瓷中所添加的燒固輔助原料等的雜質擴散及混入半導體部分。當使用金屬材料等導電性材料作為基板，而且半導體膜應與金屬基板電絕緣時，為保證絕緣，基底保護膜就必不可少了。進而，當在半導體基板或LSI器件上形成半導體膜時，則晶體管間或布線間的層間絕緣膜同時也是基底保護膜。
首先用純水或乙醇等有機溶劑洗凈基板后，在基板上，用常壓化學氣相淀積法(APCVD法)或低壓化學氣相淀積法(LPCVD法)、等離子化學氣相淀積法(PECVD法)等的CVD法，或者濺射法形成基底保護膜。當用氧化硅膜作為基底保護膜時，可采用常壓化學氣相淀積法，基板溫度約為250℃到約450℃，并以硅烷(SiH4)和氧作為原料進行淀積。采用等離子化學氣相淀積法或濺射法時，基板溫度則從室溫到約400℃進行淀積?；妆Ｗo膜的厚度必須有能夠防止從基板來的雜質元素擴散與混入半導體膜的足夠厚度，其厚度值最小約在1000埃以上。如考慮到批次間或基板間的離散，則最好是約2000埃以上，如果約3000埃，就足以起保護膜的作用。當基底保護膜兼作IC器件間和連接器件的布線等的層間絕緣膜時，通常約為4000埃到6000埃的膜厚。絕緣膜如過厚，則發(fā)生因絕緣膜應力引發(fā)的裂痕。因此，最大膜厚約2μm是令人滿意的?？紤]生產性需要加強時，絕緣膜厚以約1μm為上限。
接著，說明有關半導體膜。作為本發(fā)明所適用的半導體膜有除硅(Si)和鍺(Ge)等IV族單體半導體膜以外，鍺·硅(SixGe1-x0＜x＜1)、碳化硅(SixC1-x0＜x＜1)、碳化鍺(GexC1-x0＜x＜1)等的IV族元素復合物半導體膜、砷化鎵(GaAs)或銻化銦(InSb)等的III族元素與V族元素的化合物半導體膜及硒化鎘(CdSe)等的II族元素與VI族元素的化合物半導體膜等?；蛘咚^鍺·硅·砷化鎵(SixGeyGazAszx+y+z＝1)的進一步的復化物，或在這些半導體膜中添加磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等的施主元素的N型半導體膜，或者這些半導體膜中添加硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)及銦(In)等的受主元素的P型半導體膜，本發(fā)明也都可以適用。這些半導體膜可以用APCVD法和LPCVD法、PECVD法等CVD的法、或濺射法等和蒸發(fā)法等PVD法形成。當用硅膜作為半導體膜時，可采用LPCVD法，基板溫度為約400℃到約700℃，并以乙硅烷(Si2H6)等為原料進行淀積。采用PECVD法，則可以硅烷(SiH4)等為原料，基板溫度從約10℃到約500℃下進行淀積。當用濺射法時，基板溫度約從室溫到400℃。這樣，所淀積的半導體膜最初狀態(tài)(象剛淀積成的狀態(tài))為非晶質或混晶質、微晶質、或多晶質等那樣的狀態(tài)，但在本申請發(fā)明里，以后的工藝中，由于使半導體膜結晶，所以可以不管最初狀態(tài)是哪種狀態(tài)。還有在本申請說明書中，不僅非晶質結晶化，也包括多晶質或微晶質重結晶，總稱為結晶。半導體膜的膜厚把它用于TFT時，膜厚從約20nm到約500nm是適當?shù)?。在下面工藝的?退火中，采用通過激光照射的熔融結晶化，根據(jù)激光的類別(例如KrF248nm或XeCl308nm的短波長激光)，存在半導體膜表層僅約100nm不結晶的情況。另外使用象HeNe(632.8nm)這樣的波長比較長的激光，在整個厚度方向約400nm以上膜厚的半導體膜(特別是硅膜)難以變成結晶。但是，在本申請發(fā)明中，由于第2退火處理，可以進行未結晶部分的結晶，象利用約500nm，或太陽能電池時那樣，也可以利用幾μm(約1μm到約5μm)厚的半導體膜。這意味著可以說，本申請發(fā)明即使利用通用性高的短波長(Ar主線約514.5nm以下的波長)激光，也能使厚(約200nm以上)的半導體膜完整結晶化。
(3、第1退火工藝)接著，說明有關在上章所得的半導體膜上施行第1退火處理并結晶化的方法。在本申請發(fā)明中，格外有用的第1退火處理是照射激光或高能光進行半導體膜熔融結晶化或VST-SPC的方法。在這里，首先以氙·氯(XeCl)的激態(tài)復合物激光(波長308nm)為例，敘述激光照射方法。激光脈沖強度的半幅值(即，第1退火處理時間)為約10ns到約500ns的短時間。激光照射是使基板處于室溫(25℃)到約400℃之間，在空氣中以至背景真空度從約10-4Torr到約10-9Torr的真空中，或者含水或微量甲硅烷等的還原性氣氛、氦或氬等的惰性氣氛下進行。一次激光照射的照射面積為約5mm方到約20mm方(例如8mm方)的正方形，每次照射將照射區(qū)域錯開約1％到99％進行(例如50％前例為4mm)。首先在水平方向(Y方向)進行掃描后，接著在垂直方向(X方向)錯開適當量，再在水平方向按規(guī)定量逐步掃描，而后反復該掃描，在整個基板上進行第一次激光照射。該第一次激光照射能量密度，可以是從約50mJ/cm2到約600mJ/cm2范圍。第一次激光照射結束后，根據(jù)需要全面施行第二次激光照射。進行第二次激光照射時，其能量密度比第一次要高是令人滿意的，可以在約100mJ/cm2到約1000mJ/cm2范圍。掃描方法與第一次激光照射相同，沿Y方向和X方向錯開適當量，掃描正方形狀照射區(qū)域。而且，根據(jù)需要，也有可能進行能量密度更高的第三次和第四次激光照射。一旦用這樣的多階段激光照射法，就有可能完全消除由激光照射區(qū)域端部造成的偏差。不限制多階段激光照射的各次照射，通常即使一階段，也全部以不損傷半導體膜的能量密度來進行。此外使照射區(qū)域形狀為寬度約100μm以上，長度約為數(shù)10cm的條狀，掃描這種條狀激光并進行結晶化是令人滿意的。這時，每次照射束的寬度方向重疊，約為束寬的5％到約95％。設束寬為100μm，若每束的重疊量為90％，當每一次照射激光束進行10μm，則同一點變成受到10次激光照射。通常，使半導體膜在整個基板均勻結晶化，至少受激光照射約5次以上是令人滿意的，但是每次至少的重疊量約需要80％以上。為保證能得到高度晶體性的多晶膜，同一點進行約10到30次，并將重疊量調整到約90％至97％是令人滿意的。到此為止，雖然是以XeCl的激態(tài)復合物激光器為例，作為激光光源來說明，但在半導體膜的同一地點的激光照射時間約為10ms以內，且只照射基板的一部分，包括連續(xù)振蕩激光器，而不限于激光振蕩源。例如，用ArF的激態(tài)復合物激光器、或XeF的激態(tài)復合物激光器、KrF的激態(tài)復合物激光器、YAG激光器、二氧化碳激光器、Ar激光器及染料激光器等的各種激光也是令人滿意的。
接著，參照圖9，說明高能光照射方法。高能光不是象激光一樣的相位受調諧的光，但可用光學系統(tǒng)(透鏡)聚光，使光能量密度增高。高能光連續(xù)或非連續(xù)地反復掃描基板上所淀積的半導體膜，使半導體膜熔融結晶或VST-SPC結晶。高能光照射裝置50由弧光燈或鎢燈等的光源51及其四周所設的反射板52、聚光透鏡或光成型透鏡及光掃描系統(tǒng)等的光學系統(tǒng)53等構成。從光源51發(fā)出的光，由反射板52一次成形，成為提高了能量密度的一次會聚光55。該一次會聚光通過光學系統(tǒng)53，進一步把具有高能密度的光成形，而同時也具有掃描功能并轉化為掃描聚光束56，并照射基板60上所淀積的半導體膜61。半導體膜上同一點的處理時間，由掃描方向的照射區(qū)域長度與掃描速度決定。例如，照射區(qū)域由長度(Y方向長)為50mm，寬度(X方向長)為5mm的長方形構成，若掃描速度沿X方向是500mm/s，則處理時間為10ms。照射區(qū)域溫度由投入光源的電力、光成形狀態(tài)及處理時間而定。根據(jù)半導體膜材料或膜厚，適當調整其值而進行高能光照射。為了提高生產性，處理面積約100mm2以上是所希望的，然而為了將對基板的熱影響降到最小，所以又要求處理面積約為500mm2以下。而且從作為主要熱影響點看，處理時間不到10ms也是所希望的。其結果，在半導體膜61中，僅照射掃描會聚光56的區(qū)域部分結晶化，如果反復掃描半導體膜所要的區(qū)域，就完成了第1退火工藝。
(4、本申請發(fā)明所用的快速熱處理)經(jīng)過第1退火工藝(第3章)結晶的半導體膜，再經(jīng)過第2退火工藝，改質成優(yōu)良的晶體性半導體膜。為了通過改質有效實現(xiàn)，對第2退火工藝就需要設定適當處理條件。為清楚容易說明起見，本章首先對本申請發(fā)明使用的快速熱處理(RTArapid thermal anneal)裝置的概況進行說明。
圖2(a)是本申請發(fā)明所用的RTA裝置的示意斷面圖。在該裝置上，沿基板11的傳送方向(箭頭X的方向)從上游側向下游側，設置長度為35cm的第1預備加熱區(qū)2、長度為35cm的第2預備加熱區(qū)3、長度為25cm的第3預備加熱區(qū)4、退火區(qū)5及冷卻區(qū)6。就第1至第3預備加熱區(qū)2~4和冷卻區(qū)6而言，將加熱器配置在基板傳送面的下側，把基板加熱到所要求的溫度。退火區(qū)5上下分別配置用于將光能照射到傳送著的基板上的弧光燈5A、5B及使其弧光燈光會聚的反射板5C、5D。會聚的弧光燈光變成細長的帶狀(圖2(b))。與基板11相對的光能照射區(qū)域，相對基板傳送方向大約有10cm的寬度?；?1以一定速度傳送，因此RTA處理時間由其傳送速度決定。例如，基板11以15mm/秒傳送時，RTA處理時間為0.6667秒。本申請中，采用RTA處理時間或第2退火工藝的處理時間的說法，就是RTA光(光能)照射期間的時間的意思。RTA退火溫度由第1至第3預備加熱區(qū)的設定溫度和弧光燈5A、5B輸出功率及基板傳送速度(即，RTA處理時間)而定。在本申請中說到RTA處理溫度或第2退火工藝的溫度時，意思是在光能照射區(qū)域5E的縱向方向末端5F的溫度。本申請所用RTA的裝置中，用紅外線溫度計測定該溫度，并進行熱處理工藝的管理。該溫度還相當于RTA處理中的最高溫度。實際基板11上的或某一點的溫度分布曲線示出了象圖2(C)那樣的變化。被處理基板通過第1至第3預備加熱區(qū)2~4后，進入退火區(qū)5就迅速升高基板溫度，并在退火區(qū)5的出口附近達到溫度峰值P。該最高溫度就是本申請的RTA處理溫度。然后基板進入冷卻區(qū)6，基板溫度慢慢進行降低。
如用這樣的RTA裝置，則第2退火工藝處理面積與基板面積比較要足夠小。例如，設想300mm×300mm正方形作為基板，光能照射區(qū)域為10mm×300mm(＝3000mm2)，熱處理面積與基板面積之比為3.3％。又，用550mm×650mm基板而熱處理區(qū)域為10mm×550mm(＝5500mm2)，則其比約為1.5％。另一方面第2退火工藝處理面積比第1退火工藝處理面積也要足夠大。如上所述，激光的照射面積約為20mm2到400mm2，而高能光照射面積則約為100mm2到500mm2。并且可實現(xiàn)第1章所記載的本申請發(fā)明的構成。
本中請發(fā)明的RTA裝置使用半導體膜吸收光容易的弧光燈等為其光源。但是，當然這些光幾乎不被透明基板所吸收。因此在透明基板上淀積半導體膜，將半導體膜刻成圖案后如施行RTA熱處理，應根據(jù)島狀半導體膜密度，半導體膜RTA的處理溫度就不同了。在本申請發(fā)明中，淀積半導體膜后，而且在這些半導體膜刻制圖案前，進行第1退火處理和第2退火處理。就成為這樣的結構，得到在整個基板范圍具有均勻膜質的晶體性半導體膜。
(5、薄膜晶體管的制造方法)本申請發(fā)明的第一項是半導體膜的形成方法。然而，晶體性半導體膜質量好壞最簡便的方法是用該半導體膜制成一種薄膜半導體裝置TFT，通過其晶體管特性進行判斷。因此，在本章與

圖1一起概括按照本申請發(fā)明的薄膜晶體管制造方法。
有關本發(fā)明所用的基板和基底保護膜，以第2章說明為準，但其中，作為基板11的一例，使用300mm×300mm正方形狀通用無堿玻璃。首先在基板11上用常壓化學氣相淀積法(APCVD法)、PECVD法、或濺射法等，形成絕緣性物質的基底保護膜12。其中，基板溫度為150℃，用ECR-PECVD法，淀積膜厚約200nm的氧化硅膜。接著，淀積成為薄膜晶體管有源層的本征硅膜等的半導體膜。形成半導體膜也以第2章為準。半導體膜厚度約為60nm。在本例中，采用高真空型LPCVD裝置，流入作為原料氣體的乙硅烷(Si2H6)200SCCM，以425℃為淀積溫度淀積非晶質硅膜13。首先，使高真空型LPCVD裝置的反應室升到250℃的狀態(tài)下，在反應室內部表面向下配置多個(例如17個)基板。然后，開始運轉渦輪分子泵。渦輪分子泵達到穩(wěn)定運轉后，使反應室溫度在約1小時內，從250℃升至425℃的淀積溫度止。升溫開始后的最初10分鐘期間，反應室內完全不導入氣體而在真空中進行升溫，然后將純度99.9999％的氮氣300SCCM不斷流入。這時反應室內的平衡壓力是3.0×10-3Torr。到達淀積溫度后，與流入200SCCM作為原料氣體的乙硅烷(Si2H6)同時，流入100SCCM的純度99.9999％以上稀釋用的氦(He)。淀積剛開始后的反應室內壓力大約0.85Torr。與進行淀積的同時，反應室內壓力慢慢上升，淀積剛結束前的壓力大約為1.25Torr。這樣淀積的硅膜13，在除基板周邊部分約7mm外的286mm四方形區(qū)域內，其膜厚變動范圍在±5％以內。
并且，將所得到的半導體膜接看施行第1退火處理。第1退火處理的詳細說明以第3章為準。在本例中，照射氙·氯(XeCl)的激態(tài)復合物激光(波長308nm)。激光脈沖強度的半幅值(對時間的半幅值)是45ns。使基板11為室溫(25℃)，在惰性氣體氣氛中(99.999％Ar，1個氣壓)，進行激光照射。一次的激光照射面積是8mm正方形狀，每次照射，把照射區(qū)域錯開4mm，反復進行縱橫掃描。第1次激光照射能量密度是160mJ/cm2。用同樣的照射方法完成進行第2次激光照射的第1退火工藝。第2次能量密度是270mJ/cm2。
第1退火處理結束后，對半導體膜施行第2退火處理。第2退火工藝用第4章說明的RTA裝置進行，其最佳處理條件詳述于下章之后。而且，把多晶半導體膜(多晶硅膜)13形成在玻璃基板上(圖1(a))。
接著，把該半導體膜用光刻技術制成圖案，而后制成成為晶體管有源層的半導體膜13。半導體膜形成后，用CVD法或PVD法形成柵絕緣膜14(圖1(b))。雖然可以認為是與絕緣薄膜形成相當?shù)倪@種制造方法，而絕緣膜形成溫度在350℃以下是令人滿意的。重要的是，要防止MOS界面或柵絕緣膜的熱退化。對下面的所有工藝同樣也適用。柵絕緣膜形成后的所有工藝溫度都控制在350℃以下是令人滿意的。因此，能容易且穩(wěn)定制造出高性能的薄膜半導體裝置。在本例中，在ECR-PECVD法中，以100℃為基板溫度來淀積120nm的氧化硅膜。
接著，用PVD法或CVD方法等淀積成為柵電極15的薄膜。通常，柵電極與柵布線以同一材料同一工藝制成，所以希望該材料電阻低、對約3 50℃的熱工藝穩(wěn)定。在本例中，用濺射法形成膜厚600nm的鎢薄膜。形成鎢薄膜時的基板溫度是180℃，并用含6.7％氮氣的氬氣作為濺射氣體。這樣形成的鎢薄膜，結晶構造為α結構，其比電阻大約是40μΩcm。淀積作為柵電極的薄膜后，進行圖形刻制，接著在半導體膜中進行雜質離子注入形成源、漏區(qū)域16及溝道區(qū)域17(圖1(c))。這時柵電極成為了離子注入掩模，因此成為只在柵電極下形成溝道的自對準構造。用質量非分離型離子注入裝置注入雜質元素的氫化合物和注入氫的離子·摻雜法，和用質量分離型離子注入裝置只注入所需雜質元素的離子注入法，兩種都能夠適應雜質離子注入。使用在氫氣中稀釋的濃度從約0.1％到約10％的磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)等的雜質元素的氫化物，作為離子摻雜法的原料氣體。當以離子注入法，只注入所需的雜質元素后，接著注入氫離子(質子或氫分子離子)。為保持上述的比如MOS界面或柵絕緣膜穩(wěn)定，離子·摻雜法也好，離子注入法也好，離子注入時的基板溫度在350℃以下是理想的。另一方面，由于常常在350℃以下的低溫穩(wěn)定地進行注入雜質的激活(本申請稱之為低溫激活)，離子注入時的基板溫度在200℃以上是理想的。為了調整晶體管的閾值電壓而進行溝道摻雜或制作LDD構造，為了在低溫下確實激活所注入的低濃度雜質離子，離子注入時的基板溫度必須在250℃以上。如果在這樣的基板溫度高的狀態(tài)下進行離子注入，則隨著半導體膜離子注入的破壞結晶之際同時也發(fā)生再結晶，其結果，有可能防止離子注入部的非晶質化。即，離子注入?yún)^(qū)域，在離子注入后依然能保留結晶質，其后的激活溫度才可能以約350℃以下低溫激活注入離子。當制成CMOS、TFT時，用聚酰亞胺樹脂等的適當掩蔽材料交互掩蔽復蓋NMOS或PMOS的一方，再以上述的方法分別進行離子注入。在本例中，針對形成NMOS，采用離子·摻雜裝置，以加速電壓100KeV，注入在氫氣中稀釋的濃度5％的磷化氫(PH3)。含有PH3+和H2+離子的離子注入總量為1×1016cm-2。
接著，用CVD法或PVD法形成層間絕緣膜18。在本例中，把TEOS(Si-(O-CH2-CH3)4)和氧(O2)、水(H2O)作為原料氣體，用氬作為稀釋氣體，在基板表面溫度300℃下，成膜膜厚為500nm。離子注入與層間絕緣膜形成后，在約350℃以下的適當熱環(huán)境下施行從數(shù)十分鐘到幾小時的熱處理，并進行注入離子的激活和層間絕緣膜的燒固。為確實激活注入離子，該熱處理溫度約250℃以上是理想的。另外，為了有效地燒固層間絕緣膜，則300℃以上的溫度是理想的。通常，就柵絕緣膜和層間絕緣膜而言，其薄膜質量是不同的。因此，在層間絕緣膜形成后的兩種絕緣膜內開接觸孔時，絕緣膜的蝕刻速度不同是普通的。在這樣的條件下，接觸孔的形狀為下邊較大的倒錐形或發(fā)生屋檐，其后當形成電極時，就成為電導通不好的所謂接觸不良的原因。當有效地燒固層間絕緣膜時，把發(fā)生這樣的不良接觸降到最小限度。在本例中，在露點含有80℃水蒸氣的1個氣壓的氧氣氣氛下，施行300℃，1小時的熱處理。與單純熱處理比較，在露點從約35℃到約100℃含有水蒸汽的含氧氣體(氧濃度可以是從約25％到100％)的氣氛下，用約0.5氣壓到約1.5氣壓作為壓力，在約100℃到約400℃的溫度，如果進行約30分鐘到約6小時熱處理，則推進了氧化膜(基底保護膜、柵絕緣膜、層間絕緣膜等)的膜質改善，并獲得在高電壓高電流下也能穩(wěn)定工作的高可靠性晶體管。在層間絕緣膜形成后的源和漏上開出接觸孔19，用PVD法或CVD法等形成源、漏，引出電極10和布線而制成薄膜晶體管(圖1(d))。
(6、第2退火處理條件與遷移率的關系)在本章中，通過在第5章說明制造方法的TFT的評價(遷移率)，說明用于獲得優(yōu)良半導體膜的第2退火工藝的最佳處理條件。其中，如上述固定半導體膜淀積條件和第1退火工藝處理條件，而只把第2退火工藝RTA的處理條件作為參數(shù)，并表明與半導體膜的電特性(遷移率)的關系。還有，遷移率采用Levinson的方法(JV.Levinson et al.J、Appl Phys.53、1193’83)求出TFT電特性。
當進行第2退火工藝時，在RTA裝置(圖2、1)中，把第1預備加熱區(qū)域2的加熱器設定為從250℃到550℃之間的適當溫度，以下的第2預備加熱區(qū)域3的加熱器設定為從350℃到650℃之間的適當溫度、第3預備加熱區(qū)域4的加熱器設定為從450℃到750℃之間的適當溫度。把基板11的傳送速度調整到從2mm/秒到50mm/秒之間，與此相應，使RTA處理時間在0.2秒到5秒的范圍內變化。而且，各自在3W到21W之間獨立調整上側弧光燈5A和下側弧光燈5B的輸出。其結果RTA處理溫度(用紫外線溫度計所檢測的退火區(qū)域5的基板溫度(燈光照射區(qū)域5E的終端5F的溫度))在433℃到906℃之間變化，在這樣的處理條件下對半導體膜施行第2退火處理。此后，再按上章的方法標準制成TFT，并測定遷移率。將其結果表示于表1中。[表1]

在表1的預備加熱條件欄所記的數(shù)字依次是第1預備加熱區(qū)域的加熱器溫度、第2預備加熱區(qū)域的加熱器溫度及第3預備加熱區(qū)域的加熱器溫度。另外，在燈輸出欄，其依次記有下側弧光燈5B的功率和上側弧光燈5A的功率。
如第1章說明的那樣，可以認為第2退火工藝有種種作用，但這些作用就任何微觀來說，卻看不見半導體原子的重配置。由于在這些原子水平上的重配置速度是按照玻爾茲曼統(tǒng)計，所以作為其宏觀的結果所呈現(xiàn)的第2退火處理工藝的效果預期也受同樣統(tǒng)計規(guī)律支配?，F(xiàn)在假設隨第2退火處理的原子重配置的速度為S，則重配置速度S按玻爾茲曼統(tǒng)計，就表現(xiàn)為下列式(1)S＝S0exp(-ε/kT)……………(1)其中，S0是速度因子、ε是激活能、k是玻爾茲曼常數(shù)(K＝8.617×10-5eV·K-1)及T是以絕對溫度表示的熱處理溫度(K)。根據(jù)實驗，激活能ε的值為3.01eV。如把第2退火工藝效果方便地命名為結晶度C，則把結晶度C記為再配置速度S與熱處理時間t的積C＝S·t＝S0·t·exp(-ε/kT)………(2)該(2)式表示，根據(jù)第2退火工藝到達所需效果(適當?shù)腃值)時的熱處理時間t與熱處理溫度T的關系。在熱處理溫度T(K)時，為了得到規(guī)定的結晶度C，必要的熱處理時間t可通過(2)式，作如下計算t＝C/(S0·exp(-ε/kT)) ………(3)＝(C/S0)·exp(-ε/kT) ………(4)＝β·exp(-ε/kT) ………(5)其中，β(＝C/S0)是與第2退火處理的效果成比例的時間因子。即，如此值等同，而熱處理溫度T(K)和熱處理時間t(秒)即使不同，也能到達同樣的退火效果。因此可以相應規(guī)定第2退火工藝中的處理條件，以β的值代表而不是全部仔細羅列具體的熱處理溫度和熱處理時間。該β值可用(5)式通過實驗求得。這樣得到的各處理條件所對應的β值就表示在表1里。
當按照(5)式時，在縱軸取熱處理時間的對數(shù)，在橫軸取熱處理溫度的倒數(shù)，選做坐標系，若作出與各處理條件對應的第2退火效果曲線，則應能得到與β值相應的直線。因此，把遷移率作為第2退火工藝效果，根據(jù)上述的方法圖示表1所示的結果就是圖3。在圖3中，添加了表1的結果(圖中圈號)，并且還增加了用熱處理爐得到的數(shù)據(jù)(圖中方形號)。圖3中各數(shù)字是由對應的處理條件所得到的遷移率值。另外，當在圖3的上側橫軸上把熱處理時間設定為0.6667秒時，就可從(5)式求出熱處理溫度刻度數(shù)。照(5)式預言的樣子示出相同遷移率的各點相互間連接成直線(直線L1~L4)，已證實本理論的正確性。第2退火處理的效果唯一地由時間因子β值決定。
接著，為了研究使第2退火處理效果明顯的處理條件，把時間因子β值與遷移率的關系制成了曲線(參照圖4)。在圖4中，把從表1的試料1到試料7的RTA處理的半導體膜遷移率(圖中圓圈)，和以表2的試料13到17的爐熱處理作為第2退火工藝而代用的半導體膜遷移率(圖中方形號)都制成曲線。從此圖可清楚，第2退火處理發(fā)生作用效果(遷移率的下限值為50cm2/V·秒)，就是時間因子β值成為約1.72×10-21以上之時。換言之，設定滿足下式β＝t·exp(-ε/kT)＞1.72×10-21秒 ………(6)那樣的熱處理溫度T和熱處理時間t，就能形成電子的遷移率為50cm2/V·秒以上的半導體膜。在例如463℃下進行熱處理時，如施加約0.70秒熱處理，可獲得遷移率約50cm2/V·秒的半導體膜。滿足式(6)的區(qū)域，應該在比圖3的L4直線還要上方的區(qū)域。并且依據(jù)表1和圖4，如在β值約為8.58×10-17秒(例如在600℃下約20秒或在700℃下約0.33秒)以上的條件下，進行由RTA工藝構成的第2退火處理，則可獲得遷移率為100cm2/V·秒以上的半導體膜。滿足該條件的區(qū)域，應該在比圖3的L3直線還要上方的區(qū)域。
(7、第2退火處理條件與遷移率離散的關系)第2退火工藝的熱處理條件與遷移率的離散有很強的關系。在表2中，從表1的試料1到試料7和用爐的熱處理代替第2退火工藝制成從試料13到試料17時的因子β值，這樣得到的晶體性半導體膜的遷移率的平均值和標準偏差，及對平均值的標準偏差比，進而從各時間因子β值所算出的熱處理時間作為換算溫度，表示出是1小時或0.6667秒時的熱處理溫度。


另一方面，圖5是把表2的時間因子β值與遷移率的離散(對平均值的標準偏差的比)制成曲線的圖。可以清楚地看出，隨因子β值增大，遷移率的偏差變小。特別是，為了把離散確實抑制到10％以下，假如使β值為5.00×10-18秒以上，則很明顯是可以的。
β＝t·exp(-ε/kT)＞5.00×10-18[秒]………(7)換句話說，如滿足(7)式那樣地設定熱處理溫度T和熱處理時間t并進行第2退火處理，就可以獲得電特性(例如遷移率)的變化為10％以下的半導體膜。特別是，象本申請發(fā)明的那樣，如以RTA法進行第2退火處理，就能實現(xiàn)變動在7％以下的極優(yōu)良的半導體膜。當時間因子β為該值以上時，第1章所說明的第2退火處理的原理作用就特別有效。與時間因子β的該值相當?shù)臒崽幚項l件應該在圖3的直線L3的上方區(qū)域，具體說，例如在600℃下，RTA處理1.18秒，這樣條件下所獲得的半導體膜的遷移率平均值約為100cm2/V·秒。
(8、第2退火處理條件與對基板的影響的關系)在第6章和第7章討論的第2退火工藝中的熱處理，可以知道，時間因子β值大的條件下進行的退火工藝可獲得優(yōu)質的半導體膜。然而時間因子β值如過大，便宜的通用玻璃基板因熱應力或變形，或破裂而不能使用。在本章，用表3說明穩(wěn)定使用通用玻璃基板的RTA處理條件。


表3記載了現(xiàn)在廣泛普及的通用玻璃基板(從試料A到試料D)的熱膨脹系數(shù)、應變點，及在這些基板玻璃上淀積半導體膜施行了第1退火工藝后進行RTA處理時，可以不變形使用各基板的臨界條件。RTA條件包括各基板在內使第1預備加熱區(qū)域溫度為550℃、使第2預備加熱區(qū)域溫度為650℃、使第3預備加熱區(qū)域溫度為750℃，使熱處理時間為0.6667秒。在這樣的條件下，改變燈的輸出而進行RTA處理，把不發(fā)生基板形變的上限燈輸出功率(弧光燈5A的功率和弧光燈5B的功率之和)及此時的熱處理溫度，進而與此對應的時間因子β的值都記在表3里。而且，在表3從確實防止各玻璃基板形變的觀點看，還示出了在各基板的應變溫度下進行熱處理時，事先由時間因子β值決定的熱處理時間作為可能處理時間(tmax)。
利用該表，假設時間因子β值為4.63×10-14秒以下，即，若在滿足
β＝t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒]………(8)的條件下，設定熱處理溫度T和熱處理時間t而施行RTA熱處理，就可以理解至少可能使用玻璃基板B。這個條件相當于圖3的直線L1的下方區(qū)域。進而若時間因子β值為1.09×10-15秒以下，即，若在滿足β＝t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒]………(9)的條件下，設定熱處理溫度T和熱處理時間t而施行RTA處理，則也能使用大量生產的便宜玻璃基板A到D的任一種。不管今后使玻璃基板的質量改善進展也吧，由于比現(xiàn)在正在使用的基板的耐熱性準確地提高也吧，若滿足(9)式的條件，在未來永劫期間在本申請發(fā)明中預計都能使用通用玻璃基板。滿足(9)式的條件是在圖3的直線L2的下方區(qū)域。
再說，無論使用怎樣的玻璃基板的情況下，如果從確實防止玻璃基板形變的觀點，在該應變點以下的溫度進行熱處理是理想的。在應變點以下的溫度，而且如果是由事先的形變決定的時間因子β值以下的條件，就不會按照玻璃基板的熱完全發(fā)生變形。例如，使用玻璃C基板時，如在時間因子β值約為1.43×10-14秒以下的條件下處理，就不會發(fā)生變形。但是，為了絕對保證抑制玻璃基板的變形，則把熱處理溫度設定在應變點溫度650℃以下，而且在由該溫度和β值算出的可能處理時間(378秒)以下的處理時間，進行第2退火工藝才好。因而，如果考慮到對哪一種基板都能適應，再考慮到工藝上的變動，可以說最長熱處理時間，最好在300秒以下。如以300秒為熱處理時間，用于RTA的束寬約為10mm，基板速度為0.033mm/s，其結果，就連235mm×235mm的比較小的基板，一片處理時間也要7050秒(約2小時)。然而，實用的最長熱處理時間盡管可長約180秒，最好還是約60秒以內。
這樣，若以(6)式或(7)式確定的下限值以上，而且以(8)式或(9)式確定的上限值以下，作為時間因子β值而進行第2退火工藝，玻璃基板經(jīng)受熱應力，就能形成遷移率高且離散小的高質量晶體性半導體膜。這樣，根據(jù)本申請發(fā)明，使用通用玻璃基板既能降低成本，又能制造工作特性優(yōu)良的薄膜晶體管、用薄膜晶體管的液晶顯示裝置，或者轉換效率高的太陽能電池。
如上所述，根據(jù)本申請發(fā)明，盡管使用便宜的通用玻璃基板，在基板上也不會增加大的熱應力，并且保持高的生產性而容易形成高質量的晶體性半導體膜，由于適合該技術，所以能夠制造高性能的薄膜晶體管和太陽能電池的薄膜半導體裝置。
附圖的簡單說明圖1(a)～(d)是表示本發(fā)明涉及的TFT制造方法的工藝剖面圖。
圖2(a)表示在本發(fā)明的退火工藝中采用的RTA的裝置要部示意圖、(b)表示該工藝中的退火狀態(tài)說明圖、(c)是RTA裝置溫度分布圖。
圖3是表示在本發(fā)明的第2退火工藝中的退火溫度和退火時間，與其所到達的效果(TFT的遷移率)的關系圖。
圖4是表示在本發(fā)明的第2退火工藝中的時間因子β和第2退火處理的效果(TFT的遷移率)的關系圖。
圖5是表示在本發(fā)明的第2退火工藝中的時間因子β和其效果(TFT的遷移率的離散)的關系圖。
圖6(a)～(d)是表示本發(fā)明涉及的太陽能電池的制造方法的一部分示意工藝剖面圖。
圖7(a)～(d)是表示本發(fā)明涉及的太陽能電池的制造方法的一部分示意工藝剖面圖。
圖8(a)～(d)是表示本發(fā)明涉及的太陽能電池的制造方法的一部分示意工藝剖面圖。
圖9(a)～(c)是表示在本發(fā)明的第1退火工藝中所用的退火裝置要部示意圖。
圖10(a)～(d)是表示本發(fā)明涉及的太陽能電池的制造方法的一部分示意工藝剖面圖。
用于實施發(fā)明的最佳實施例下面參照附圖，更詳細地說明本發(fā)明。
(9、太陽能電池的制造方法)下面，在實施例1到實施例4中，說明本申請發(fā)明的太陽能電池的制造方法。從第1章到第8章說明的方法都能適用于任何一個實施例的制成太陽能電池有源層的半導體膜。
(實施例1)本實施例的說明參照圖6進行。首先，在通用玻璃基板20的表面上，形成基底保護膜后(圖6中為簡單，基底保護膜圖未示)，在該基底保護膜上形成基板側第1電極(在本例中為銦錫氧化物(ITO))21。此電極通常用濺射法等淀積導電膜后，用適當光刻方法而形成。在本例中，因為假設用于使光從基板側(在圖6中為下側)入射半導體層的構造的太陽能電池，所以基板用透明玻璃而且由透明導電膜形成基板側第1電極。然而與此相反，從器件側(圖6中為上側)使光射入半導體層構造時，器件側第2電極如果是透明導電膜，就不會受基板和基板側第1電極材料限制。接著，對基板側第1電極21的表面用乙硼烷(B2H6)或磷化氫(PH3)等施加等離子處理，然后，設置所形成的P型或者N型半導體層的第1導電型雜質擴散源22。在本例中，以P型作為與基板側第1電極連接的半導體層，在基板側第1電極21的表面上施加乙硼烷等離子處理并設置P型雜質擴散源22(圖6(a))。具體說，在含有乙硼烷氣體作為一種原料氣體的等離子中浸入基板而在基板側第1電極表面上進行薄硼元素膜成膜。
接著，淀積大致本征的半導體膜23。有關從基板到基底保護膜及半導體膜按第2章對待。其中，用PECVD法淀積非晶質本征硅膜。半導體膜的厚度，從約500nm到約5μm為宜，在本例中制作約800nm。在該半導體膜中，用于把光轉換成電，半導體膜為本征的則是所需的，但不妨含有不到約1×1018cm-3的施主型或受主型雜質。在本申請中的所謂大致本征，意思是含有這樣水平的雜質。使半導體膜淀積后的該表面與基板側第1電極連接的半導體層，由含有成為相反導電型的雜質的等離子進行處理，并設置第2導電型雜質擴散源24。在本例中，采取N型作為第2導電型，在半導體膜表面上施行磷化氫等離子處理而形成N型雜質擴散源24(圖6(b))。N型雜質擴散源成為很薄的磷膜。當然，與本例相反，第1導電型為N型而第2導電型為P型也無妨。
接著，進行第3章說明的第1退火工藝。在本例中，用He-Ne激光(632.8nm)施行多步驟照射。用在太陽能電池等的厚半導體膜(膜厚約從約500nm到約5μm)的結晶中，激光進入半導體膜中較深的激光是合適的。第1次激光照射能量密度為約100mJ·cm-2到約150mJ·cm-2。由于He-Ne激光在非晶質硅中的吸收系數(shù)為4.72×10-3nm-1所以激光進入約500nm。在該第1次的激光照射中，主要從半導體膜表面將氫除去。第2次激光照射能量密度約為150mJ·cm-2到約200mJ·cm-2。在該第2次的激光照射中的光進入深度大約與第1次相同，但是隨著能量密度提高而半導體表面的結晶化，因此來自更深處的氫發(fā)生脫離。第3次激光照射能量密度為約200mJ·cm-2到約250mJ·cm-2。由于在2次照射中半導體膜表面進行結晶化，He-Ne激光在非晶質硅中的吸收系數(shù)縮小為約1.21×10-3nm-1，使第3次的激光可進入到約800nm。通過3次激光照射，結晶自半導體膜表面起推進到約幾百nm的深度，由于半導體膜厚就不一定半導體膜全區(qū)域都結晶。進而根據(jù)需要，反復進行4次、5次的激光照射，慢慢進行把結晶推進到較深區(qū)域。這時重要的是，多晶質的吸收系數(shù)比非晶質的吸收系數(shù)要變小，所以要選擇激光。因此隨著結晶推進而使激光進入到更深的區(qū)域中。除He-Ne激光外，作為滿足該條件的激光，與波長約350nm以上的激光相應，例如有XeF激光(351nm)、He-Cd激光(441.6nm)、Ar主線激光(514.5nm)、Ar副線激光(488nm)等。在本例中，用125mJ·cm-2進行第1次照射、以下用175mJ·cm-2進行第2次照射、用225mJ·cm-2進行第3次和第4次照射，而完成第1退火工藝。接著，按第4章和第6章、第7章及第8章對待進行第2退火工藝。在本例中，在退火時間0.6667秒和RTA溫度681℃(時間因子射β＝8.41×10-17秒)的條件下進行第2退火工藝。因為半導體膜厚，在第1退火處理中膜全部結晶有困難，所以通過第2退火處理，使半導體膜完全結晶。其結果，半導體膜23就成為第1章所說明的高質量晶體膜，同時通過本征層使P型區(qū)域和N型區(qū)域成為疊層的構造(圖6(c))。第1退火工藝和第2退火工藝不限于單純的結晶，同時還促進從雜質擴散源到本征半導體膜的雜質擴散，因此也就形成N型半導體層和P型半導體層。此后，進行晶體性半導體膜23的圖形刻制，如進行鋁等的導電膜構成的器件側第2電極26并進行各器件間的布線，于是，完成多晶太陽能電池(圖6(d))。
(實施例2)在實施例1中，通過向本征半導體層的雜質擴散，進行第1導電型半導體層和第2導電型半導體層的形成，然而，在本例中用CVD法形成含有雜質的半導體膜并制造太陽能電池(參照圖7)。
與實施例1同樣，在通用玻璃基板30的表面上形成基底保護膜后(在圖7中為簡略，基底保護膜未示)，在該基底保護膜上形成基板側第1電極(在本例中為銦錫氧化物(ITO))31(圖7(a))。接著，在該基板側第1電極31表面上，通過CVD法等淀積第1導電型半導體層32、大致本征的半導體層33及第2導電型半導體層34(圖7(b))。在本例中，用PECVD法，使用乙硼烷和甲硅烷作為原料氣體，淀積厚度約10nm的P型硅膜32并制成第1導電型半導體層。并且連續(xù)進行厚度約800nm的本征硅膜33成膜。這時，停止供給乙硼烷而只把甲硅烷導入CVD反應室內。并且在不破壞真空度的條件下，連續(xù)淀積厚度約20nm的第2導電型半導體層34。在本例中為N型硅膜，此時，把磷化氫和甲硅烷導入CVD反應室。還有，在用LPCVD法淀積半導體膜的情況下，用乙硅烷等的高次硅烷來替代甲硅烷并在比較低的溫度淀積半導體膜。
此后，與實施例1同樣，施行第1退火工藝和第2退火工藝，制成高質量的多晶半導體膜35。這時半導體膜中所含的第1導電型和第2導電型雜質被激活，其結果，通過本征半導體層，半導體膜35成為第1導電型半導體層(在本例中為P型)和第2導電型半導體層(在本例中為N型)的疊層狀態(tài)(圖7(c))。
最后，在半導體膜35上進行了圖形刻制后，在由鋁等構成的導電膜上形成器件側第2電極36并進行各器件間的布線，就完成高性能晶體性太陽能電池。還有，在器件側第2電極形成前，根據(jù)需要，可在半導體膜35的端面上設置絕緣層37，因而確實可以防止在形成器件側第2電極36時容易在半導體膜35內發(fā)生的電短路。又，雖然在本例中，以第1導電型為P型而第2導電型為N型，但是與此相反，以第1導電型為N型而第2導電型為P型也是可以的。
(實施例3)雖然在實施例1中，是表示使光從基板側入射半導體層的太陽能電池的構造例，但本例與實施例1相反，是表示使光從器件側(在圖8上方側)入射的一個構造例(參照圖8)。
首先，在象玻璃等那樣的平滑度比較好的便宜的基板40表面上，根據(jù)需要形成基底保護膜后，形成由鋁或鉑構成的基板側第1電極41。作為基板側第1電極材料，光反射率高、電導率高的金屬等的導電性材料是令人滿意的。關于基板的限制，只要對太陽能電池制造上的熱工藝和化學藥品穩(wěn)定，就沒有特別要求了。基板側第1電極41是用PVD法淀積這些適當?shù)膶щ娔ず?，由光刻的方法而形成。接著，在基板側?電極表面上形成第1導電型雜質擴散源42。在本例中，第1導電型為P型，并進行用乙硼烷氣體的等離子處理。其結果，基板側第1電極表面上形成P型雜質擴散源42(圖8(a))。
下面，通過與實施例1完全同樣的工藝制成太陽能電池。即，用CVD法等形成厚度約800nm的大致本征半導體膜43(非晶質硅膜)后，用磷化氫氣體等進行等離子處理，在半導體膜表面上形成第2導電型雜質擴散源44(圖8(b))。接著，進行與實施例1相同的第1退火工藝和第2退火工藝，并推進半導體膜的結晶和雜質的激活(圖8(c))。最后，進行半導體膜的圖形刻制，此后，在ITO等的透明導電膜構成的器件側第2電極46上進行各器件間的布線，就制造出反射型多晶太陽能電池。(圖8(d))。
在本例所示構造的太陽能電池內，從器件側入射的光通過半導體層43后，由基板側第1電極反射，而且再一次通過半導體層43。因而，與透過型的器件相比，半導體層的厚度實質上加倍了。根據(jù)本申請發(fā)明，雖然示出了厚半導體膜的結晶化方法，但象超過約1μm厚度那樣的厚半導體膜的結晶化依然并不非常簡單。這樣，第1退火工藝和第2退火工藝所需的時間變長，或容易發(fā)生半導體膜的剝離，若考慮到這一點，本例所示的構造實質上能倍增半導體膜的厚度，因而不言而喻，特別適合于使用結晶半導體膜的太陽能電池。
(實施例4)在到此為止的實施例中，在第1導電型雜質擴散源或第1導電型半導體層上淀積大致本征的半導體膜，而且在形成第2導電型雜質擴散源或第2導電型半導體層后，施行第1退火工藝和第2退火工藝。對此，在本例中至少含有大致本征的半導體膜的半導體膜淀積工藝后，在這些半導體膜上施行反復進行局部的激光照射等的第1退火處理。接著，在完成了第1退火處理的半導體膜表面上形成第2導電型雜質擴散源，或淀積第2導電型半導體膜，最后，施行由快速熱處理組成的第2退火處理而制造太陽能電池。
具體說，在形成基板側第1電極后，當然轉移到先前的半導體膜淀積工藝，可是，這時所淀積的半導體膜就是第1導電型半導體膜和大致本征的半導體膜的疊層膜，或是在基板側第1電極上形成第1導電型雜質擴散源后淀積的大致本征半導體膜。這樣形成半導體膜后，推進通過第1退火處理的半導體膜結晶化。通過第1退火處理至少半導體膜的表面結晶化，根據(jù)處理條件，也用作激活第1導電型雜質。接著，在施行了第1退火處理的半導體膜上，形成第2導電型雜質擴散源，或淀積第2導電型半導體膜，此后，就施行由快速熱處理組成的第2退火處理。作為在本例的第2退火處理的意思不僅符合第1章所記載的那樣，而且看來也存在第2導電型雜質的固相激活，或在第1退火處理中第1導電型雜質的激活不充分時的這些元素的固相激活。本申請的第1退火處理是半導體膜的熔融結晶、激光或高能光照射，因此，如果在大致本征的半導體膜表面上存在第2導電型雜質，通過第1退火處理這些雜質元素就擴散到本征半導體層的內部深處。其結果，尤其在熔融結晶中因為第2導電型雜質元素擴散到整個熔融膜中，使光轉換成電的本征層變薄，以至于降低光能變成電能的轉換效率。然而，在本例中，第1退火工藝結束后，才把第2導電型雜質準備在本征半導體膜表面上，由此接著在第2退火工藝使雜質激活。第2退火工藝與第1退火工藝相比溫度低，然而由于改善了固相的膜質，并控制第2導電型雜質的擴散，就可形成淺結。換言之，在第2退火處理后本征半導體層厚度照舊保持，并能獲得轉換效率高的太陽能電池。
下面，參照圖10說明一個例子。首先，在象玻璃等那樣的平滑度比較好的便宜的基板70表面上，根據(jù)需要形成基底保護膜71后，形成由鋁或鉑構成的基板側第1電極72。作為基板側第1電極材料，光反射率高、電導率高的金屬等導電性材料是令人滿意的。用PVD法淀積這些適當?shù)膶щ娔ず?，再用光刻的方法形成基板側?電極72。接著，在基板側第1電極表面上，形成第1導電型雜質擴散源73。在這里，象實施例2的那樣，用CVD法淀積第1導電型半導體層，而不用形成第1導電型雜質擴散源，也是可以的。在本例中，P型為第1導電型，并進行用乙硼烷氣體的等離子處理。其結果，基板側第1電極表面上形成P型雜質擴散源73(圖10(a))。
接著，用CVD法等形成厚度約800nm的大致本征的半導體膜74(非晶質硅膜)。此后，用與實施例1同樣的條件進行第1退火工藝(圖10(b))。第1退火工藝結束后，對半導體膜施行用磷化氫氣體等的等離子處理，在半導體膜表面上形成第2導電型雜質擴散源75(圖10(c))。其中用CVD法等淀積第2導電型半導體膜，而不用形成第2導電型雜質擴散源，也是可以的。接著，與實施例1同樣進行第1退火工藝，推進半導體膜的進一步結晶和雜質的激活。最后，進行半導體膜的圖形刻制，此后，在ITO等的透明導電膜構成的器件側第2電極76上進行各器件間的布線，就制造出反射型多晶太陽能電池(圖10(d))。
(10、晶體性半導體膜的形成方法和薄膜晶體管的制造方法)在實施例5，參照圖1說明本申請發(fā)明的晶體性半導體膜的形成方法和利用該膜的薄膜晶體管的制造方法的一例。
(實施例5)說明按照本發(fā)明的半導體膜和利用此膜的薄膜晶體管的制造方法的一例。在利用工業(yè)用頻率(13.56MHz)的平行平板PECVD裝置中淀積基底保護膜和半導體膜。首先，在基板表面的至少一部分上，設置氧化硅膜等的作為絕緣性物質的基底保護膜后，在該保護膜上形成半導體膜。
在將下部平板電極的溫度保持在380℃的PECVD裝置內，設置室溫的360mm×475mm×1.1mm的玻璃基板(OA-2)。在PECVD裝置反應爐內設置基板后照下列條件(預備加熱1)時間t＝60s一氧化二氮流量N2O＝7000SCCM硅烷流量SiH4＝250SCCM高頻輸出功率RF＝0W(未產生等離子)壓力P＝3.0Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(預備加熱2)時間t＝30s一氧化二氮流量N2O＝7000SCCM硅烷流量SiH4＝250SCCM高頻輸出功率RF＝0W(未產生等離子)壓力P＝1.5Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(基底保護膜成膜)時間t＝60s(成膜速度4.0nm/s)一氧化二氮流量N2O＝7000SCCM硅烷流量SiH4＝250SCCM高頻輸出功率RF＝900W(0.342W/cm2)壓力P＝1.5Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(抽真空1)時間t＝20s(氣體未流入)高頻輸出功率RF＝0W(未產生等離子)壓力P＝1×10-4Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(氧等離子處理1)時間t＝20s氧流量O2＝3000SCCM高頻輸出功率RF＝900W(0.342W/cm2)壓力P＝1.0Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(抽真空2)時間t＝20s(氣體未流入)高頻輸出功率RF＝0W(未產生等離子)壓力P＝1×10-4Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(氫等離子處理1)時間t＝20s氫流量H2＝100SCCM氬流量Ar＝1500SCCM高頻輸出功率RF＝100W(0.038W/cm2)壓力P＝1.5Torr電極間距離S＝34.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(預備加熱3)時間t＝30s硅烷流量SiH4＝95SCCM氬流量Ar＝7000SCCM(原料濃度1.34％)高頻輸出功率RF＝0W(未產生等離子)壓力P＝1.75Torr極間距離S＝36.8mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃基板表面溫度Ssub＝349℃(半導體膜成膜)時間t＝300s(成膜速度0.192nm/s)硅烷流量SiH4＝95SCCM氬流量Ar＝7000SCCM(原料濃度1.34％)高頻輸出功率RF＝600W(0.228W/cm2)壓力P＝1.75Torr極間距離S＝36.8mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃基板表面溫度Ssub＝349℃(氫等離子處理2)時間t＝20s氫流量H2＝1000SCCM高頻輸出功率RF＝100W(0.038W/cm2)壓力P＝0.2Torr電極間距離S＝23.0mm
下部平板電極溫度Tsus＝380℃(氫等離子處理3)時間t＝20s氫流量H2＝1000SCCM高頻輸出功率RF＝100W(0.038W/cm2)壓力P＝0.2Torr電極間距離S＝48.0mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(抽真空3)時間t＝20s(氣體未流入)高頻輸出功率RF＝0W(未產生等離子)壓力P＝1×10-4Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(氧等離子處理2)時間t＝20s氧流量O2＝3000SCCM高頻輸出功率RF＝900W(0.342W/cm2)壓力P＝1.0Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(抽真空4)時間t＝20s(未通入氣體)高頻輸出功率RF＝0W(未產生等離子)壓力P＝1×10-4Torr電極間距離S＝23.3mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃在一個反應室內連續(xù)進行上面的工藝。在預備加熱1中，提高設定壓力為3.0Torr，所以從下部平板電極到基板的熱傳導變好，即使把室溫的玻璃基板直接安置在反應室內，也能把總加熱時間縮短到1分30秒?；妆Ｗo膜12的厚度大約為240nm。為改善基底保護膜的膜質量，帶抽真空，施行氧等離子處理和氫等離子處理。這樣，基底保護膜和半導體膜的附著性就增加了，之后在所進行的第1退火工藝中，即使把高能供給半導體膜也難以損傷半導體膜。換言之，可能用高能量密度進行第1退火處理，因此可以獲得高質量的晶體膜。在上述條件下的半導體膜的淀積速度為0.192nm/s，半導體膜的厚度為57.6nm。還有，用熱脫離氣體光譜(TDS)所測定的硅膜中的氫濃度一般為2.5％。半導體膜淀積后，用氫等離子和氧等離子處理半導體膜表面。因此，可使半導體膜表面不活性，因而將基板從成膜裝置取出后，也能夠防止大氣污染半導體膜。這時，事先施行氫等離子處理，接著，進行氧等離子處理是非常必要的。通過氫等離子使化學上極活性的不成對的耦合對成為終端后，再用氧等離子在半導體膜表面形成作為保護膜的薄氧化膜，可使氧進入半導體膜中的量降到最少。
接著，在氬·氫氣氛下(氬通常自96％到99％，氫自1％到4％，本例中為氬97％，氫3％)施行第1退火工藝前熱處理。通過該熱處理消除半導體膜中容易游離的氫，同時，還增加半導體膜的密度，在下一工藝的第1退火處理中能夠把高能量供給半導體膜。如果是通常的熱處理，從半導體膜除氫后就保留化學上活性的(容易發(fā)生雜質的吸附或進入)不成對的耦合對。然而，如用本例的含有氫的氣氛下進行熱處理，則化學上極活性的不成對的耦合對由于氫吸收或結合，熱處理后就不留下化學上極活性的不成對的耦合對。象本例這樣熱處理的半導體膜，就難以吸附大氣中的塵埃和水，還減少氧進入半導體膜中，因此意味著高度保持半導體的純度。
繼續(xù)熱處理，進行第1退火處理。在第1退火處理之前，用酸或堿對半導體表面進行清洗，進一步除去半導體膜表面所形成的氧化膜，使?jié)崈舻陌雽w膜表面露出。由于第1退火工藝或者包含熔融過程或者起極高溫作用，若施行該處理，第1退火工藝時雜質就會進入半導體膜中。如果這樣晶粒就變小，并在禁帶中形成不需要的能級，使晶體性半導體膜變成低質量膜。在本申請中，在潔凈的半導體膜表面露出之后立即進行第1退火處理。因此，半導體膜變?yōu)楦呒兌?，而晶粒也變大了，成為禁帶中能級少的高質量膜。本例中，用氨水(NH4OH)和過氧化氫(H2O2)混合液清洗半導體膜表面后，在氫氟酸水溶液(HF·H2O)里除去氧化膜，此后立即進行第1退火處理。
接著，對半導體膜施行第1退火處理并進行結晶。在本例中采用氟化氪(KrF)的激態(tài)復合物激光(波長248nm)進行多階段照射。激光脈沖強度的半值寬(即，第1退火處理時間)為33ns。在基板約為室溫(25℃)，并含有氫約3％的氬氣氛的大氣壓下，進行激光照射。氣氛中的氧或水蒸氣的分壓在10-5atm以下。激光照射區(qū)域形狀是寬度約為120μm，而長度約為40cm的條狀，掃描該條狀激光并推進結晶。每次照射的束寬方向重疊約為束寬的90％。照射激光的能量密度，第一次掃描時為180mJ·cm-2、第二次掃描時為200mJ·cm-2、第三次掃描時為220mJ·cm-2、第四次掃描時為240mJ·cm-2、第五次掃描時為260mJ·cm-2、第六次掃描時為280mJ·cm-2。束的重疊率為90％，由于進行六個階段照射，所以半導體的同一點合計受到60次激光照射。本申請中，嚴格進行半導體成膜時的氫和氧等離子處理或第1退火處理前的熱處理時的氣氛控制、第1退火工藝前的潔凈處理及在第1退火處理的氣氛控制，以便把雜質混入半導體膜抑制到最少，才可能進行這樣的多階段照射，其結果，獲得了高質量的結晶膜。
接著，施行按照RTA法的第2退火處理。在本例中按表1試料5的條件進行第2退火處理。RTA時的氣氛為氧約一個氣壓(大氣壓)。由此，在半導體膜表面上形成薄氧化膜，之后，當把半導體膜刻制成圖形時可防止光刻膠污染半導體膜?？讨茍D形時因該氧化膜受污染，在柵絕緣膜形成時就需要除去。進而如按照本例的方法，氧化膜形成與第1章的原理一起同時發(fā)生作用。當氧化膜形成時，通常由于強應力作用于半導體膜，所以在第1章說明的原理功能更有效。這意味著可以說，第2退火工藝在氧化氣氛下進行是令人滿意的。這樣就可以獲得本申請發(fā)明的半導體膜13(圖1(a)。
接著，把半導體膜刻制成圖形，并對半導體膜表面進行氨水和過氧化氫的潔凈處理及氫氟酸水溶液的氧化膜除去后，立即用PECVD法形成柵絕緣膜14(圖1(b))。氧化硅膜構成的柵絕緣膜是以TEOS(Si-(O-CH2-CH3)4)和氧(O2)及水(H2O)為原料，用氬作為稀釋氣體并在基板表面溫度350℃下進行成膜，膜厚100nm。柵絕緣膜淀積后，一般在露點60℃含水蒸氣的氧氣氛的大氣壓下并在大約300℃下進行約1小時的熱處理。通過該熱處理來推進絕緣膜的改質，而形成良好的柵絕緣膜。
接著，用濺射法淀積成為柵電極15的鉭(Ta)薄膜。濺射時的基板溫度為150℃，膜厚為500nm。淀積作為柵電極的鉭薄膜后進行圖形刻制，接著，在半導體膜上進行雜質離子注入并形成源·漏區(qū)域107及溝道區(qū)域108(圖1(c))。在本例中制成CMOS TFT，而且在一塊基板上制成了NMOS TFT和PMOS TFT兩者。NMOS TFT的源·漏形成時，以聚酰亞胺樹脂覆蓋PMOS TFT部，相反，PMOS TFT的源·漏形成時，以聚酰亞胺樹脂覆蓋NMOS TFT部而制成CMOSTFT。這時的柵電極作為離子注入的掩模，而溝道為只形成在柵電極下的自對準構造。采用質量非分離型的離子注入裝置進行雜質離子注入，并用稀釋于氫中的濃度約5％的磷化氫(PH3)或乙硼烷(B2H6)作為原料氣體。在NMOS中，含有PH3+和H+的全部離子注入量為1×1016cm-2，源·漏區(qū)域的磷原子濃度約為3×1020cm-3。同樣，在PMOS中，含有B2H6+和H2+的全部離子注入量也為1×1016cm-2，源·漏區(qū)域的硼原子濃度仍然約為3×1020cm-3。離子注入時的基板溫度為250℃。
接著，采用用TEOS的PECVD法形成由氧化硅膜構成的層間絕緣膜109。層間絕緣膜形成時的基板溫度為350℃，膜厚為500nm。此后，在350℃氧氣氛下施行1小時的熱處理而進行離子注入的激活和層間絕緣膜的燒固。接著，在源·漏上開接觸孔，用濺射法淀積鋁(Al)。淀積時的基板溫度為150℃，膜厚是500nm。只要進行作為源·漏引出電極110和布線的鋁薄膜的圖形刻制，就完成薄膜半導體裝置(圖1(d))。
在本例中，以研究晶體管性能和其基板內的離散為目標，在大型玻璃基板上，對萬無偏差地制成的溝道部的長度L＝5μm，寬W＝5μm的50個晶體管進行測定。結果如下。但是，導通電流定義為Vds＝4V，Vgs＝10V，而關斷電流定義為Vds＝4V，Vgs＝0V。
NMOS TFTION＝(80.5+9.7、-7.4)×10-6AIOFF＝(1.54+0.58，-0.41)×10-12Aμ＝134.4±13.6cm2·V-1·S-1Vth＝2.07±0.16V
PMOS TFTION＝(55.9+5.1、-4.4)×10-6AIOFF＝(4.21+1.08、-0.87)×10-12Aμ＝75.1±6.5cm2·V-1·S-1Vth＝1.02±0.10V這樣，根據(jù)本發(fā)明，可以在大型通用玻璃基板上制造出具有均勻高遷移率的非常優(yōu)良的CMOS薄膜半導體裝置。在現(xiàn)有技術的低溫工藝過程中激光結晶的均勻性，不管基板內還是批量間都是很重要的課題。然而如根據(jù)本發(fā)明，則既導通電流又關斷電流都能夠大大降低其離散。其均勻性的顯著改善正是如實反映本申請發(fā)明的基本原理(第1章)的正確性。根據(jù)這個原理，即使對于批量間的變動，本發(fā)明也能作出顯著改善。這樣，根據(jù)本發(fā)明利用激光等的高能量光照射，就能非常穩(wěn)定地施行硅等的半導體膜結晶。從而，使本發(fā)明的薄膜晶體管適合于LCD的情況下，能在整個LCD圖象范圍獲得均勻的高質量圖象。還有，能容易地形成，不但用本發(fā)明的薄膜晶體管形成電路時的單個移位·寄存器、模擬開關等的所謂簡單電路，而且可形成電平·移相器、數(shù)字·模擬轉換器電路，進而可形成時鐘生成電路、非線性校正電路、定時控制電路等所謂的更復雜的電路。
(實施例6)將由實施例5所得的NMOS薄膜半導體裝置，制成由200(行)×320(列)×3(色)＝192000(象素)構成的彩色LCD的象素用開關器件，并制造出內裝由實施例5得到的6位數(shù)字數(shù)據(jù)驅動器(列驅動器)和掃描驅動器(行驅動器)的CMOS TFT的有源陣列基板。本例的數(shù)字數(shù)據(jù)驅動器由時鐘信號線和時鐘生成電路、移位寄存器電路、NOR門、數(shù)字圖象信號線、閂鎖電路1、閂鎖總線、閂鎖電路2、復位線1、AND門、標準電位線、復位線2、按容量分配的6位D/A轉換器、CMOS模擬開關、公用電位線及源線復位·晶體管構成，并且從CMOS模擬開關的輸出與到象素部的源線連接。D/A轉換器部的容量，滿足C0＝C1/2＝C2/4＝C3/8＝C4/16＝C5/32的關系。從計算機的視頻隨機存儲器(VRAM)輸出的數(shù)字圖象信號可直接輸入到數(shù)字圖象信號線。在本例的有源陣列基板的象素部中，源電極與源布線及漏電極(象素電極)都是鋁制成的，并構成反射型LCD。這樣，就制成了把所得的有源陣列基板使用于一對基板的液晶板。采用使黑色顏料分散到挾持在一對基板間的液晶里的高分子分散液晶(PDLC)，作為普通黑色方式(液晶上不加電壓時顯示黑色)的反射型液晶板。制造出將所得的液晶板與外部布線連接的液晶顯示裝置。其結果，由于NMOS和PMOS的導通阻抗和晶體管容量分別等同，而且TFT具有高性能，進而晶體管的寄生電容非常小，再加上在整個基板上特性均勻，所以6位數(shù)字數(shù)據(jù)驅動器能在掃描驅動器廣大工作區(qū)域內正常工作，并且有關象素部因為數(shù)據(jù)孔徑大，即使用黑顏料分散PDLC也能獲得顯示質量高的液晶顯示裝置。還有，因為有源陣列基板的制造工藝穩(wěn)定，所以可能以穩(wěn)定且低成本制造液晶顯示裝置。
將用實施例4所得的太陽能電池用作輔助電源，并且把這樣得到的液晶顯示裝置安裝到全彩色便攜型專用計算機(筆記本PC)的殼體內。因為有源陣列基板內裝6位數(shù)字數(shù)據(jù)驅動器，把從計算機來的數(shù)字影象信號直接輸入液晶顯示裝置，所以電路結構變得簡單了，同時電力消耗也非常小。由于薄膜晶體管具有高性能，所以該筆記本PC是一種具有非常優(yōu)美顯示圖象的良好電子設備。加之，液晶顯示裝置反映作為有高數(shù)據(jù)孔徑的反射型的事實并變?yōu)椴恍枰趁嬲彰?，進而由于內裝有高轉換效率的太陽能電池作為輔助電源，所以也能實現(xiàn)小型重量輕和長時間使用的電池。因此，可制成能長時間使用，且具有漂亮顯示圖象的超小型電子設備。
如以上所述，根據(jù)本發(fā)明的晶體性半導體膜的形成方法及利用該方法的薄膜晶體管和太陽能電池等的薄膜半導體裝置的制造方法，就能夠制造可使用便宜的玻璃基板的低溫工藝過程的高性能的薄膜半導體裝置。因而，當把本發(fā)明應用于有源·陣列液晶顯示裝置的制造時就能容易穩(wěn)定地制造大型高質量的液晶顯示裝置，并且當應用于太陽能電池時，則可制成轉換效率高的太陽能電池。另外，當應用于其它電子電路制造時，也能容易且穩(wěn)定地制造高質量的電子電路。
本發(fā)明的薄膜晶體管裝置既便宜性能又好，因此最適合作為有源·陣列液晶顯示裝置的有源陣列基板。特別是，最適合作為需要高性能的內裝驅動器的有源陣列基板。
由于本發(fā)明的液晶顯示裝置既便宜性能又好，因此最適合用作各種顯示器，而以全彩色的筆記本PC為首要。由于本發(fā)明的電子設備既便宜性能又好，一般已廣泛被接受。
權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，具有在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝，反復進行使該半導體膜的一部分熔融結晶化處理，從而使該半導體膜的實質上整個領域進行結晶的第1退火工藝，對該已結晶的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝，對該已結晶的半導體膜施行電路圖案形成工藝，以及形成與最終得到的晶體性半導體連接的電極的電極形成工藝。
2.根據(jù)權利要求1記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，當以絕對溫度T[K]表示上述第2退火工藝的熱處理溫度，以t〔秒〕為熱處理時間時，熱處理溫度T與熱處理時間t，滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))。
3.根據(jù)權利要求1記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，當以絕對溫度T[K]表示上述第2退火工藝的熱處理溫度，以t〔秒〕為熱處理時間時，熱處理溫度T與熱處理時間t，滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)(ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))。
4.根據(jù)權利要求1記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，當以絕對溫度T[K]表示上述第2退火工藝的熱處理溫度，以t〔秒〕為熱處理時間時，熱處理溫度T與熱處理時間t，滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒](ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))。
5.根據(jù)權利要求1記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，當以絕對溫度T[K]表示上述第2退火工藝的熱處理溫度，以t〔秒〕為熱處理時間時，熱處理溫度T與熱處理時間t，滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜4.63×10-14[秒](ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))。
6.根據(jù)權利要求1記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，當以絕對溫度T[K]表示上述第2退火工藝的熱處理溫度，以t〔秒〕為熱處理時間時，熱處理溫度T與熱處理時間t，滿足關系式1.72×10-21[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒](ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))。
7.根據(jù)權利要求1記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，當以絕對溫度T[K]表示上述第2退火工藝的熱處理溫度，以t〔秒〕為熱處理時間時，熱處理溫度T與熱處理時間t，滿足關系式5×10-18[秒]＜t·exp(-ε/kT)＜1.09×10-15[秒](ε＝3.01[eV]、k＝8.617×10-5[eV/K]波爾茲曼常數(shù))。
8.根據(jù)權利要求6或7記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，上述基板是玻璃基板，上述熱處理溫度T是該玻璃基板的應變點以下。
9.根據(jù)權利要求2至7的任一項記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，上述熱處理時間t是300秒以下。
10.根據(jù)權利要求2至7的任一項記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，上述熱處理時間t是180秒以下。
11.根據(jù)權利要求1記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，上述熔融結晶化處理為對該半導體膜反復進行局部激光照射。
12.根據(jù)權利要求1記載的半導體器件的制造方法，其特征在于，上述熔融結晶化處理為對該半導體膜反復進行局部高能光照射。
13.一種電子設備制造方法，其特征在于，具有根據(jù)權利要求1記載的方法，在基板上形成分別具有電路圖案的晶體性半導體膜的多個開關元件部分的有源陣列基板的制造工藝，使用該有源陣列基板制造顯示裝置的顯示裝置制造工藝，和將該表示裝置裝進殼體的組裝工藝。
14.一種電子設備的制造方法，其特征在于，具有根據(jù)權利要求1記載的方法，在基板上形成分別具有電路圖案的晶體性半導體膜的多個元件部分的太陽能電池的制造工藝，和將該太陽能電池裝進殼體的組裝工藝。
全文摘要
一種半導體器件的制造方法，其特征在于，具有在基板上淀積半導體膜的半導體膜淀積工藝，反復進行使該半導體膜的一部分熔融結晶化處理，從而使該半導體膜的實質上整個領域進行結晶的第1退火工藝，對該已結晶的半導體膜施行快速熱處理的第2退火工藝，對該已結晶的半導體膜施行電路圖案形成工藝，以及形成與最終得到的晶體性半導體連接的電極的電極形成工藝。
文檔編號H01L31/18GK1395289SQ0113748
公開日2003年2月5日 申請日期2001年11月15日 優(yōu)先權日1995年6月26日
發(fā)明者宮坂光敏 申請人:精工愛普生株式會社