[发明专利]半导体元件的制造设备及制造方法

说明书

本发明涉及用于半导体工业的半导体元件制造和表面处理等制造设备及制造方法，特别涉及用于有源矩阵式液晶显示器等的薄膜晶体管和太阳电池等大面积半导体元件的制造中的高可靠性地进行杂质注入及元件制造的制造方法及设备。

在常规的大面积半导体元件制造中，作为向半导体薄膜注入杂质作用的技术例如有：

(1)放电分解含诸如以氢稀释的磷烷(PH₃)的控制价电子用的杂质的气体；

(2)将所生成的离子不作质量分离，作为大孔径的离子束，注入到半导体薄膜，形成掺杂层；

(3)然后取出置于大气中，在另一真空设备中形成金属膜；

(4)对金属膜刻图、经洗净、加热处理等完成半导体元件等方法。

在上述的常规方法中，作为掺杂方法大面积处理是容易的。

然而，为了在掺杂的同时注入氢离子，由于在掺杂层表面附近存在高浓度的氢，掺杂层表面附近变为极不稳定的活化态，如图4(a)所示容易与大气中的水分、氧气结合而形成氧化膜，存在半导体元件的特性、可靠性低的问题。

为了解决前述的已有问题，本发明之目的在于，同时注入氢离子及含成为半导体掺杂剂的元素的离子，不使所形成的掺杂层表面附近的极不稳定并活化的区域暴露于大气中，通过进行电极的形成、加热处理在掺杂层表面上不形成氧化层，因而提供特性优异，可靠性高的半导体元件。

为达到前述目的，本发明的半导体元件的制造设备之特征在于具有：

在减压气氛中对半导体薄膜或基片同时照射氢离子及含变为前述半导体掺杂剂的元素的离子的离子照射装置、与

从在前述半导体薄膜或基片上，连续进行离子照射不开放于大气形成薄膜的薄膜形成装置及进行加热处理的加热处理装置中选出的至少一种装置。

其次，本发明的半导体元件的制造方法具有

(1)在减压气氛中对半导体薄膜或基片同时照射氢离子及含将变成半导体掺杂剂的元素的离子的工艺步骤、与

(2)从连续进行前述离子照射工艺，不开放于大气在前述半导体薄膜或基片上，形成薄膜的工艺步骤，或加热处理的工艺步骤中选出的至少一种工艺步骤。

在前述的本发明的制造设备及制造方法中，最好通过隔阀或闸阀使离子照射工艺步骤与薄膜形成工艺步骤或与加热处理工艺步骤连接起来。这样可以使全部工艺步骤保持密封状态。

另外，在前述的本发明的制造设备和制造方法中，在半导体薄膜或基片上所形成的薄膜最好是金属。在金属薄膜形成之际，在金属/掺杂层界面上无氧化层存在，这样可实现特性优异、可靠性高的半导体元件。

再有在前述的本发明的制造设备及制造方法中，最好用灯进行加热处理。之所以用灯，是因为加热效率高。

还有在前述的本发明的制造设备及制造方法中，离子照射装置的减压气氛的压力最好在1～10^-3Pa的范围。这就可有效地进行离子照射。

另外在前述的本发明的制造设备及制造方法中，掺杂剂元素最好是从磷(P)、硼(B)、砷(As)、硅(Si)、氮(N)中选出的一种元素。这样可发挥作为掺杂剂的优良作用。

再有在前述的本发明的制造设备及制造方法中，半导体薄膜最好是掺氢的非晶硅(a-Si：H)。作为半导体薄膜可以使用任何材料，之所以特意使用a-Si：H是因为能在掺杂层表面附近维持极不稳定的状态。

还有在前述的本发明的制造设备及制造方法中，最好在含氢的气氛中进行加热处理。

另外在前述的本发明的制造设备及制造方法中，最好在100-1000℃的范围内进行加热处理。

若按前述的本发明的半导体元件的制造设备的结构，由于具有在减压气氛中对半导体薄膜或基片同时照射氢离子及含将变成半导体掺杂剂元素的离子的离子照射装置及从在前述半导体薄膜或基片上进行连续离子照射不开放于大气地形成薄膜的薄膜形成装置与进行加热处理的加热处理装置中选出的至少一种装置，因同时注入氢及含将变成半导体掺杂剂的元素的离子所形成的掺杂层表面附近极不稳定且活化区域不暴露于大气，进行电极形成、加热处理、在掺杂层表面未形成氧化层，可以实现特性优异、可靠性高的半导体元件。

其次若按本发明的半导体元件的制造方法，由于设有

(1)在减压气氛中对半导体薄膜或基板同时照射氢离子及含将变成前述半导体掺杂剂元素的离子的工艺步骤。