(57)【要約】【課題】  低温プロセスで大面積の半導体基板の熱処理を品質良く行うことが可能な半導体装置の製造方法等を提供する。を提供する。【解決手段】  半導体装置の製造において、水素及び酸素の混合ガスを燃料とする長尺のガスバーナーの線状の火炎を熱源として基板上に成膜された半導体層を熱処理する工程を含む。かかる構成により、加熱と共に燃焼によって生じる水蒸気ガスを半導体層に付与することができ、再結晶化と薄膜半導体層のダングリングボンドを水素又は酸素によって終端して電荷のトラップを減少する。また、大型基板の熱処理が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーの火炎を熱源として基板上に成膜された半導体層を熱処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理が前記水素及び酸素の混合ガスを水素過剰に設定して前記半導体層の再結晶化を行う、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理が前記水素及び酸素の混合ガスを酸素過剰に設定して表面に酸化膜が形成された半導体層の改質を行う、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体装置の製造方法であって、
基板上に半導体を成膜する工程と、
燃料となる水素及び酸素の混合ガスを水素過剰に設定したガスバーナーの火炎を熱源として前記半導体層の再結晶化を行う、第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程を経た前記半導体層に酸化膜を形成する工程と、
燃料となる水素及び酸素の混合ガスを酸素過剰に設定したガスバーナーの火炎を熱源として前記酸化膜が形成された半導体層の改質を行う、第２の熱処理工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理が前記ガスバーナーの火炎を直線状に形成し、該直線状火炎によって前記半導体層を相対的に走査することによって行われる、請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ガスバーナーと前記基板との距離を調整して該半導体層が曝される火炎の温度あるいは圧力を調整する、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ガスバーナーの前記基板に対する姿勢を調整して該半導体層が曝される火炎の圧力を調整する、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ガスバーナーを、混合ガスを導出する導気管と、前記導気管を覆って混合ガスを燃焼させる燃焼室と、燃焼ガスを排出するノズル部とを含む遮蔽器と、を含むように構成する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記導気管に一定のピッチで複数の開口部を形成して、該導気管を往復動あるいは回転動させる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
不活性ガスを前記水素及び酸素の混合ガスに加えて前記火炎の温度を調整する、請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記基板及びガスバーナーをチャンバで覆い、
前記チャンバ内に不活性ガスを導入してチャンバ内の圧力を調整する、請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理を行う前に前記基板を予熱する工程を含む、請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
水を蓄える水タンクと、
前記水を電気分解して水素及び酸素の混合ガスを得る電気分解槽と、
前記水素及び酸素の混合ガスを燃焼して直線状の火炎を形成するガスバーナーと、
前記混合ガスにガスを追加して前記混合ガスの混合比を調整するガスコントローラと、
半導体基板を前記ガスバーナーの火炎に対して直交する方向に相対的に移動する移動手段と、
を含むことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１４】
前記ガスバーナーが、
前記混合ガスを導出する導気管と、
前記導気管を覆って前記混合ガスを燃焼させる燃焼室と該燃焼ガスを排出する直線状に開口したノズル部とを含む遮蔽器と、
を含む請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１５】
前記導気管は一定のピッチで形成された複数の開口部を有し、該導気管が往復動あるいは回転動する、請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１６】
前記導気管は前記遮蔽器内を前記ノズル部に向かって進退する、請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１７】
前記ガスコントローラは、前記半導体基板に成膜した半導体膜を再結晶化するときに、前記混合ガスを相対的に水素過剰に設定する、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項１８】
前記ガスコントローラは、前記半導体基板に成膜したゲート絶縁膜に熱処理を施すときに、前記混合ガスを相対的に酸素過剰に設定する、請求項１３乃至１７のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項１９】
前記ガスコントローラは、前記混合ガスに不活性ガスを加えて前記火炎の温度を調整する、請求項１３乃至１８のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項２０】
更に、前記半導体基板を加熱するヒータを備える、請求項１３乃至１９のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項２１】
請求項１乃至１２に記載の半導体装置の製造方法を用いて製造される半導体装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造に関し、半導体装置の製造プロセスの低コスト化、トランジスタの素子性能の均質化及び高品質化を可能とする熱処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ法などによって基板上に成膜したシリコンの再結晶化を図る結晶化方法には、８００〜１０００℃の高温熱処理による熱処理による固相成長法、エキシマレーザ照射を行うレーザアニール法、熱プラズマを熱源とする熱プラズマジェット法（特許文献１、非特許文献１）等がある。
【特許文献１】特開平１１−１４５１４８号公報
【非特許文献１】Crystallization of Si Thin Film Using Thermal Plasma Jet and Its Application to Thin-Film Transistor Fabrication, S.Higashi, AM-LCD '04 Technical Digest Papers, p.179
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した熱処理による固相成長法では、半導体の基板が８００〜１０００℃の高温に耐えることが必要であるが、かかる基板は実質的には石英ガラスに限られる。また、石英ガラスは高価であり、大面積のものを製造することが難しい。レーザアニール法は、極短時間にシリコン膜の結晶化を行うことができるため、ガラス基板や樹脂基板等、耐熱性に乏しい基板に対しても広く用いることができる。しかしながら一方で、ランニングコストが高額であり、素子特性のバラツキが大きいという欠点を合わせ持つ。熱プラズマジェット法は短時間でシリコン膜の結晶化が可能であるが、熱源が要する高い消費電力と、多量の希ガスＡｒ（アルゴン）の消費によるコスト高が不具合である。
【０００４】
よって、本発明は、低温プロセスで大面積の半導体基板の熱処理を品質良く行うことが可能な半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造において、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーの火炎を熱源として基板上に成膜された半導体層を熱処理する工程を含むことを特徴とする。
【０００６】
かかる構成とすることによって、加熱と共に燃焼によって生じる水蒸気ガスを半導体層に付与することができ、再結晶化と同時に半導体層の原子間不対結合（ダングリングボンド）を水素又は酸素によって終端して電荷のトラップ密度を減少する。また、ガスバーナーを用いることによって熱源の大型化が可能となり、大型基板の熱処理が可能となる。また、燃料となる水素と酸素は水から得られ、燃料の入手が容易で安価である。
【０００７】
好ましくは、上記熱処理が上記水素及び酸素の混合ガスを水素過剰に設定して上記半導体層の再結晶化を行うものである。これにより、水素によって半導体層のダングリングボンドが終端される。
【０００８】
好ましくは、上記熱処理が上記水素及び酸素の混合ガスを酸素過剰に設定して表面に酸化膜が形成された半導体層の改質を行うものである。これにより、酸化膜（例えば、ゲート絶縁膜）の形成ができ、あるいはゲート絶縁膜と半導体膜間の界面準位密度が低減される。
【０００９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に半導体を成膜する工程と、燃料となる水素及び酸素の混合ガスを水素過剰に設定したガスバーナーの火炎を熱源として上記半導体層の再結晶化を行う、第１の熱処理工程と、上記第１の熱処理工程を経た上記半導体層に酸化膜を形成する工程と、燃料となる水素及び酸素の混合ガスを酸素過剰に設定したガスバーナーの火炎を熱源として上記酸化膜が形成された半導体層の改質を行う、第２の熱処理工程と、を含む。
【００１０】
かかる構成とすることによって、半導体層のダングリングボンドの終端化、ゲート絶縁膜と半導体層間の界面の改良を行うことが可能となる。
【００１１】
好ましくは、上記熱処理が上記ガスバーナーの火炎を直線状に形成し、該直線状火炎によって上記半導体層を相対的に走査することによって行われる。これによって、大面積の半導体基板を熱処理することが可能となる。
【００１２】
好ましくは、上記ガスバーナーと上記基板との距離を調整して該半導体層が曝される火炎の温度あるいは圧力を調整する。
【００１３】
好ましくは、上記ガスバーナーの上記基板に対する姿勢を調整して該半導体層が曝される火炎の圧力を調整する。
【００１４】
好ましくは、上記ガスバーナーが、混合ガスを導出する導気管と、上記導気管を覆って混合ガスを燃焼させる燃焼室と燃焼ガスを排出するノズル部とを含む遮蔽器と、を含む。
【００１５】
これにより、ノズルによって燃焼ガス（火炎）の排出状態をコントロールすることが可能となる。
【００１６】
好ましくは、上記導気管に一定のピッチで複数の開口部が形成され、該導気管が往復動あるいは回転動する。これによって、均一な燃焼ガスを半導体基板に照射することが可能となる。
【００１７】
好ましくは、アルゴン、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを上記水素及び酸素の混合ガスに加えて上記火炎の温度を調整する。
【００１８】
ガスコントローラが水素及び酸素の混合ガスに加えて不活性ガスを使用することによって燃焼温度やノズルから流出するガス圧力の調整範囲が拡大する。
【００１９】
好ましくは、上記基板及びガスバーナーをチャンバで覆い、上記チャンバ内に不活性ガスを導入してチャンバ内の圧力を調整可能とする。また、加熱された半導体基板の酸化を抑制することが可能となる。
【００２０】
好ましくは、上記熱処理を行う前に上記基板を予熱する工程を含む。これによって、急激な温度差による基板のヒートショックを防止する。基板の予熱は、例えば、載置台に組み込まれた電気ヒーターによって行うことができる。
【００２１】
本発明の半導体製造装置は、水を蓄える水タンクと、上記水を電気分解して水素及び酸素の混合ガスを得る電気分解槽と、上記水素及び酸素の混合ガスを燃焼して直線状の火炎を形成するガスバーナーと、上記混合ガスにガスを追加して上記混合ガスの混合比を調整するガスコントローラと、半導体基板を上記ガスバーナーの火炎に対して直交する方向に相対的に移動する移動手段と、を含む。
【００２２】
かかる構成とすることによって、半導体層の熱処理と同時に生成する水蒸気ガスにより半導体層のダングリングボンド終端処理を行うことができる。また、大型の半導体基板を処理することのできる熱処理装置を得ることが可能となる。
【００２３】
好ましくは、上記ガスバーナーが、上記混合ガスを導出する導気管と、上記導気管を覆って混合ガスを燃焼させる燃焼室と該燃焼ガスを排出する直線状に開口したノズル部とを含む遮蔽器と、を含む。これによって、ガスバーナーのノズルによって燃焼ガスの排出状態をコントロールすることが可能となる。
【００２４】
好ましくは、上記導気管に一定のピッチで複数の開口穴が形成され、該導気管が往復動あるいは回転動する。これによって、均一な燃焼ガスを生ぜしめ半導体基板を熱処理することが可能となる。
【００２５】
好ましくは、上記導気管は上記遮蔽器内を上記ノズル部に向かって進退する。これによって、ノズルから流出する燃焼ガスの温度を調節することが可能となる。
【００２６】
好ましくは、上記ガスコントローラは、上記半導体基板に成膜した半導体膜を再結晶化するときに、上記混合ガスを相対的に水素過剰に設定する。これによって、半導体膜のダングリングボンドを減少する。
【００２７】
好ましくは、上記ガスコントローラは、上記半導体基板に成膜したゲート絶縁膜（酸化膜）に熱処理を施すときに、上記混合ガスを相対的に酸素過剰に設定する。これにより、ゲート絶縁膜（酸化膜）と半導体膜の界面の界面準位密度を減少する。
【００２８】
好ましくは、上記ガスコントローラは、上記混合ガスに不活性ガスを加えて上記火炎の温度を調整する。これにより、温度調整範囲を拡大することが可能となる。
【００２９】
好ましくは、上記半導体製造装置は上記半導体基板を加熱あるいは予熱するヒータを備える。これにより、熱処理を開始する前に所定温度に半導体基板温度を上昇させておき、火炎による急激な温度差に起因するヒートショックを防止することが可能となる。
【００３０】
また、本発明の電子機器は上述した半導体の製造方法を使用して製造される半導体を備える。これにより、信頼性の高い電子機器を得ることが可能となる。
【００３１】
また、本発明の電子機器は、上述した半導体の製造方法を使用して製作した表示器を含むものであり、ここで、電子機器には、ビデオカメラ、テレビ、大型スクリーン、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯型情報機器（いわゆるＰＤＡ）、その他各種のものが含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の実施例では、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーを用いてシリコン層（半導体層）への加熱処理による再結晶化を行うと同時に水素と酸素とをシリコン膜の改質に利用する。水素と酸素との混合比や流量、圧力等を調節して、混合ガスを水素リッチ（水素過剰）状態や酸素リッチ（酸素過剰）状態に適宜に設定する。設定に応じて燃焼ガス中には、水蒸気ガス、水素、酸素が含まれる。
【００３３】
シリコン薄膜中に燃焼ガス中の水素及び酸素を導入することによってシリコン原子のダングリングボンド（不対結合）を終端し、電気的に不活性化することが可能となる（水蒸気アニール）。これにより、シリコン薄膜中のキャリアトラップ密度を低減し、キャリア移動度を向上させる。
【００３４】
また、シリコン層をプラズマ化された水素ガスに曝し、シリコン薄膜中に水素を導入することによってシリコン原子のダングリングボンドを終端し、電気的に不活性化することが可能となる（水素化処理）。これにより、シリコン薄膜中のキャリアトラップ密度を低減し、キャリア移動度を向上させる。
【００３５】
（半導体製造装置）
以下、本発明の半導体製造装置について図１を参照して説明する。
【００３６】
図１において、水タンク１１には純水が蓄えられおり、電気分解槽（電気分解装置）１２に水を供給する。水は電気分解槽１２によって電気分解されて水素ガス及び酸素ガスに分離される。分離された水素ガス及び酸素ガスはガスコントローラ１５に供給される。ガスコントローラ１５はコンピュータシステムと調圧弁、流量調整弁、各種センサ等によって構成されており、予め設定されたプログラムに従って下流のガスバーナー２２に供給する水素ガス及び酸素ガス（混合ガス）の供給量、供給圧力、両ガスの混合比等を調整する。
【００３７】
また、ガスコントローラ１５は図示しないガス貯蔵タンクから供給される、水素ガス、酸素ガスを更に混合ガスに導入することができる。これにより、混合ガスの水素・酸素ガス比率を化学量論組成からずらし、水素過剰あるいは酸素過剰な混合ガスを得る。
【００３８】
また、ガスコントローラ１５は、図示しないガス貯蔵タンクから供給される、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを更に上記混合ガスに導入することができる。これにより、ガスバーナー２２の火炎温度（燃焼温度）や火炎状態の制御を行っている。
【００３９】
上述した水タンク１１、電気分解槽１２、ガスコントローラ１５は燃料（原料）供給部を構成する。
【００４０】
ガスコントローラ１５の下流には閉空間を形成するチャンバ２１が配置されている。チャンバ２１には、熱処理の火炎を発生するガスバーナー２２、処理対象の半導体基板１００を載置してガスバーナー２２に対して相対的に移動可能とするステージ部５１等が配置されている。
【００４１】
チャンバ２１内の雰囲気は、これに限定されないが、例えば、内部圧力が大気圧〜０．５ＭＰａ程度、内部温度が室温〜１００℃程度に設定可能になされている。例えば、水蒸気アニールに好適な条件に設定することができる。チャンバ２１内の気圧を所望状態に保つために、既述アルゴンなどの不活性ガスをチャンバ２１内に導入することができる。
【００４２】
ステージ部５１はパーティクル防止のために基板を載置した台を一定速度で移動する機構が設けられている。また、急激な温度差等による半導体基板１００のヒートショックを防止するため、半導体基板１００の載置台に加熱（予熱）や冷却を行う機構が設けられており、外部の温度調節部５２によってこの温度制御がなされる。加熱には電気ヒーター機構、冷却には冷却ガスや冷却水を用いる冷却機構などが用いられる。
【００４３】
図２の平面図に示すように、ガスバーナー２２はステージ部５１の幅（図示の上下方向）よりも大きい長手部材によって形成されている。ガスバーナー２２の長手方向と直交する方向にステージ部５１を移動することにより、あるいはガスバーナー２２を移動することによって、ガスバーナー２２が半導体基板１００を走査するように構成されている。
【００４４】
図３に示すように、ガスバーナー２２は、混合ガスを燃焼室に導出するガスの出口穴が設けられた導気管２２ａ、導気管２２ａを囲む遮蔽器２２ｂ、遮蔽器２２ｂによって囲まれて混合ガスが燃焼する燃焼室２２ｃ、燃焼ガスが遮蔽器２２ｂから外方に出る出口となるノズル２２ｄ、導気管２２ａに設けられた混合ガスの流出口２２ｅなどによって構成されている。ノズル２２ｄと半導体基板１００とのギャップを広く設定すると、燃焼ガスがノズルから放出される際に圧力が低下する。ノズル２２ｄと半導体基板１００とのギャップをせまく設定する（しぼる）と、燃焼ガスの圧力低下が抑制され、圧力は高くなる。従って、キャップを調整することによってガス圧力を調整することができる。加圧によって水蒸気アニール、水素アニール、酸素アニールなどを促進することができる。各種アニールは混合ガスの設定によって選択可能である。
【００４５】
後述するように、混合ガスの流出口２２ｅを複数あるいは線状に形成することによって、ガスバーナー２２の燃焼室２２ｃの火炎（トーチ）形状を線状（長尺の火炎）、複数トーチ、等にすることができる。ガスバーナー２２近傍の温度プロファイルは流出口２２ｅや遮蔽器２２ｂのノズル部２２ｄ等の設計により、好ましくは、火炎の走査方向において矩形となるように設定される。
【００４６】
図４は、ガスバーナー２２の構成例を示している。同図（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、同図（Ｂ）はガスバーナー２２の長手方向における部分断面図を示している。両図において、図３と対応する部分には同一符号を付している。
【００４７】
この例では、導気管２２ａを囲むように遮蔽器２２ｂが形成されている。遮蔽器２２ｂの下方がノズル２２ｄとなっており、導気管２２ａの下方のノズル２２ｄ側にガス流出口２２ｅが線状（長穴）に設けられている。なお、直線状のガス流出口２２ｅの各部位の流出量を同じにするために穴の幅を場所に応じて変えるようにしてもよい。
【００４８】
図５は、ガスバーナー２２の他の構成例を示している。同図（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、同図（Ｂ）はガスバーナー２２の長手方向における部分断面図を示している。両図において、図３と対応する部分には同一符号を付している。
【００４９】
この例では、導気管２２ａを囲むように遮蔽器２２ｂが形成されている。遮蔽器２２ｂの下方がノズル２２ｄとなっており、導気管２２ａの下方のノズル２２ｄ側に複数のガス流出口２２ｅが等間隔で設けられている。この構成では燃焼室のガス密度を一様とし、ノズル２２ｄから外部に流れるガス流量を均一にするために、導気管２２ａを図示の左右方向等移動するようにしている。なお、導気管２２ａを固定とし、ガス流出口２２ｅの各部位の流出量を同じにするために、必要によりガス流出口２２ｅの間隔を場所に応じて変えるようにしてもよい。
【００５０】
図６は、ガスバーナー２２の他の構成例を示している。同図（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、同図（Ｂ）はガスバーナー２２の長手方向における部分断面図を示している。両図において、図３と対応する部分には同一符号を付している。
【００５１】
この例でも、導気管２２ａを囲むように遮蔽器２２ｂが形成されている。遮蔽器２２ｂの下方がノズル２２ｄとなっており、導気管２２ａの側面に複数のガス流出口２２ｅが螺旋状に等間隔で設けられている。この構成では燃焼室のガス密度を一様とし、ノズル２２ｄから外部に流れるガス流量を均一にするために、導気管２２ａを図示のように回転移動するようにしている。
【００５２】
図７はノズル２２の高さ位置による流出ガス圧力を調整する例を示している。図７（Ａ）に示すように、半導体基板１００の表面からノズル２２ｄを離間させることによって流出燃焼ガスの圧力を下げることができる。また、図７（Ｂ）に示すように、半導体基板１００の表面にノズル２２ｄを接近させることによって流出燃焼ガスの圧力を上げることができる。
【００５３】
図８はノズル２２の姿勢の調整（例えば、回転角度及び位置の調整）による流出ガス圧力を調整する例を示している。この例では、図８（Ａ）に示すように、ノズル部２２ｄの流出口形状を片側に開放した形状としている。このため、ガスバーナー２２が直立した状態では流出燃焼ガスの圧力を下げることができる。また、図７（Ｂ）に示すように、ガスバーナー２２を回動あるいは傾斜させると、半導体基板１００の表面にノズル２２ｄの流出口が接近して流出燃焼ガスの圧力を上げることができる。
【００５４】
図９は、導気管２２ａと遮蔽器２２ｂとの相対的な位置関係を可変としてノズル２２ｄから流出する燃焼ガスの温度を調整可能とした例を示している。例えば、導気管２２ａが遮蔽器２２ｂ内でノズル２２ｄに向かって進退可能である構造にして、燃焼室２２ｃを移動し、熱源とノズル２２ｄ間の距離を変えることが可能となる。また、熱源と半導体基板間の距離調整が可能となる。
【００５５】
従って、同図（Ａ）に示ように、導気管２２ａがノズル２２ｄに相対的に接近する場合にはノズル２２ｄから流出する燃焼ガスは相対的に高温になる。
【００５６】
また、同図（Ｂ）に示すように、導気管２２ａがノズル２２ｄから相対的に離間する場合にはノズル２２ｄから流出する燃焼ガスは相対的に低温になる。
【００５７】
このような構造は、ガスバーナー２２と半導体基板１００間のギャップを変えることなく、流出燃焼ガスの温度を調整することを可能とし、具合がよい。勿論、ガスバーナー２２と半導体基板間のギャップを変えてガス温度を調整し、更に、導気管２２ａと遮蔽器２２ｂとの相対的な位置関係を調整してガス温度を調整する構成とすることができる。
【００５８】
なお、図４乃至図９に示したガスバーナーの構造は、これらを適宜に組み合わせることが可能である。
【００５９】
例えば、図７に示す構成と図９に示す構成とを組み合わせることができる。図７に示すガスバーナー２２全体を半導体基板１００に対して接近あるいは離間する構成としてノズル部２２ｄと半導体基板１００間のギャップを調整可能とし、半導体基板１００の表面温度を調節する。更に、図９に示すようにガスバーナー２２内の導気管２２ａをノズル部２２ｄに向かって進退可能とすることによって半導体基板１００の表面温度を微調節する。これによって、半導体基板１００の表面を目標とする熱処理温度とすることがより容易となる。
【００６０】
また、図７と図８に示す構成を組み合わせることができる。ガスバーナー２２全体を半導体基板１００に対して接近あるいは離間する構成としてノズル部２２ｄと半導体基板１００間のギャップを調整可能とし、半導体基板１００の表面温度や火炎の圧力を調節する。更に、ガスバーナー２２全体の半導体基板１００に対する姿勢を調整することによって半導体基板１００の表面温度や火炎の圧力を調節する。
【００６１】
また、図７と図８と図９に示す構成を組み合わせることができる。ガスバーナー２２全体を半導体基板１００に対して接近あるいは離間する構成としてノズル部２２ｄと半導体基板１００間のギャップを調整可能とし、半導体基板１００の表面温度や火炎の圧力を粗調節する。更に、ガスバーナー２２全体の半導体基板１００に対する姿勢を調整することによって半導体基板１００表面の火炎の圧力を調節する。更に、ガスバーナー２２内の導気管２２ａをノズル部２２ｄに向かって進退可能とすることによって半導体基板１００の表面温度を微調節する。より正確な熱処理が可能となる。
【００６２】
また、図示していないが、ガスバーナー２２のノズル部２２ｄの遮蔽板を可動式として、ノズル開口（絞り）をガスバーナー２２の走査方向において広狭に変更可能とすることができる。それにより、ガスバーナー２２の走査方向における半導体基板１００の被処理部部分の暴露時間、半導体基板１００の熱処理の温度プロファイル、熱処理温度、火炎圧など調整することが可能となる。
【００６３】
以上説明した本発明の実施例の半導体製造装置は、半導体基板を横切るような長尺のガスバーナーを備えるので、窓ガラスのような大面積の基板の熱処理を行うことができる。また、燃料となる水素と酸素を水の電気分解によって得ることができるので、ガス材料の入手が容易でランニングコストが安価である。
【００６４】
また、熱処理工程において、水素と酸素の混合比及び供給量を適宜に設定することによって還元雰囲気あるいは酸化雰囲気を容易に設定出来る。火炎温度の調整も容易である。更に、必要により不活性ガスを導入して火炎状態（温度、ガス圧力など）を調整することができる。
【００６５】
また、ガスバーナーのノズル形状などを調整することによって所望の温度プロファイルを得ることが容易である。
【００６６】
（半導体装置の製造方法）
次に、上述した半導体製造装置を使用した半導体装置（薄膜トランジスタ：以下ＴＦＴと称する）の製造例について図１０を参照して説明する。
【００６７】
この実施例では、基板上に半導体層を形成した後水素リッチ雰囲気中で熱処理を行って再結晶化と膜の改質を行っている。また、ゲート絶縁層を形成した後に酸素リッチ雰囲気中で熱処理を行ってゲート絶縁膜と半導体層界面の改質を行っている。
【００６８】
まず、図１０（Ａ）に示すように、液晶表示器などに用いられる大面積のガラス基板１０１の上にＣＶＤ法などによってシリコン層１０２を成膜する。  次に、同図（Ｂ）に示すように、シリコン層１０２に上述した半導体製造装置のガスバーナー２２によって第１の熱処理を施し、再結晶化してポリシリコン層とする。例えば、６００〜１５００℃の高温、ノズル２２ｄから流出する火炎（高温ガス）の走査方向における幅１０ｍｍ、該火炎のガス圧０．１〜０．２ＭＰａの低圧力の火炎のガスバーナーに、シリコン層１０２を１ｍ秒〜１００ｍ秒程度の短時間曝しただけでシリコン層の再結晶化ができるので、耐熱性の低い液晶表示器用ガラスを上記基板として使用出来る。
【００６９】
この第１の熱処理に際しては、予めガスコントローラ１５にセットされたプログラムによって水素と酸素の反応比率（２：１）よりも水素の比率が大きくなる（水素リッチ）ように比率を調整する。この最適比率は理論値や実験によって求められている。ガスバーナー２２は半導体基板１００よりも幅が広く（図２参照）、一走査で基板１００全体を熱処理可能である。ガスバーナー２２の火炎は水素が余剰な還元性ガス炎であり、シリコン層１０２の加熱・再結晶化と共に、燃焼ガス中の余剰水素によってシリコン層中のダングリングボンドを減少させる。これによって結晶粒界等における電荷トラップ密度が減少して後述するＴＦＴの特性（キャリア移動度）が向上する。
【００７０】
なお、水素と酸素の比率が化学量論組成であっても、燃焼ガス中に生じた水蒸気の電離によって水素と酸素とが生じる。あるいは、完全に燃焼されない水素および酸素ガスが含まれている。これら水素と酸素によってもシリコン層１０２のダングリングボンドの終端化を行うことが可能である。
【００７１】
次に、図１０（Ｃ）に示すように、シリコン層１０２をパターニングして半導体素子領域（島状領域）を形成する。
【００７２】
図１０（Ｄ）に示すように、ＴＦＴのゲート絶縁層を形成する。例えば、ＴＥＯＳを材料としてＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を成膜し、ゲート絶縁層とする。更に、スパッタ法によってアルミニウムなどの金属材料を堆積し、これをパターニングしてゲート電極配線層１０４を形成する。なお、液体金属材料を液滴吐出法によってゲート電極配線パターンに沿って塗布し、乾燥させてゲート電極配線層１０４を得てもよい。
【００７３】
このゲート電極配線１０４をマスクとしてシリコン層１０２に高濃度の不純物イオン注入を行い、シリコン層１０２にソース領域及びドレイン領域を形成する。
【００７４】
次に、図１０（Ｅ）に示すように、上述したガスバーナー２２による第２の熱処理を施し、不純物を活性化させる。この熱処理では、好ましくはガスバーナー２２の火炎を酸化性とする。酸化性火炎は混合ガスを酸素リッチとすることによって得られる。雰囲気中の酸素がシリコン層１０２とシリコン酸化膜（ゲート絶縁層）１０３との界面等におけるシリコン原子のダングリングボンドに結合し、該シリコン原子を電気的に不活性にして、界面準位密度を減少させる。このため、この第２の熱処理においては、上述した半導体製造装置におけるプロセスパラメータは、例えば、ガスバーナー２２の火炎を３００〜６００℃の低温に、火炎の吹き出し圧力を、例えば、１．０〜２．０ＭＰａの高圧力に設定される。
【００７５】
この後、図１０（Ｆ）に示すように、通常のＴＦＴ製造プロセスによってＴＦＴを完成させる。すなわち、ＣＶＤ法などによってシリコン酸化膜を成膜して層間絶縁層１０５を形成する。シリコン層１０２のソース・ドレイン領域上の層間絶縁膜にコンタクトホールを開口する。このコンタクトホールを金属などの導電材料で埋設し、基板全体にアルミニウムなどの配線材料を堆積し、パターニングしてＴＦＴ（半導体装置）を形成する。
【００７６】
図では、ＴＦＴは、液晶表示器や電気泳動装置の画素電極の駆動素子、有機ＥＬ素子の駆動素子、論理回路の素子、記憶回路の素子、演算回路の素子等として使用される。
【００７７】
以上説明したように、本発明の実施例の半導体製造方法によれば、長尺のガスバーナーを使用することができるので大面積の基板を熱処理することが可能となる。この熱処理の際には熱処理部分を還元雰囲気／酸化雰囲気とすることができ、火炎中に水素、酸化、水蒸気を選択的に存在させて絶縁膜（例えば、ゲート絶縁膜）、半導体膜（例えば、シリコン）の各界面の改質を行うことができる。
【００７８】
（電子機器）
図１１は、本発明を用いて製造される電子機器の例を示している。典型的にはガラス基板や樹脂基板等の上にＴＦＴを用いて形成された表示回路、駆動回路、記憶回路、演算処理回路などを含む電子機器が該当する。より具体的には、本発明に係る製造プロセスや半導体製造装置を用いて製作された液晶表示装置、電気泳動表示装置、有機ＥＬ表示装置等の画像表示器を備えるものが該当する。
【００７９】
図１１に示す例では、本発明を用いて製造された半導体装置が画像の表示部５００に使用されている携帯電話の例である。携帯電話５３０は、アンテナ部５３１、音声出力部５３２、音声入力部５３３、操作部５３４、及び本発明の電気泳動表示装置１００を備えている。このように本発明の電気泳動表示装置１０を携帯電話２３０の表示部として利用可能である。
【００８０】
上記例に限らず本発明は、画像表示や文字表示を行う種々の電子機器の製造に適用可能である。例えば、電子ペーパー、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は本発明の実施例の半導体の製造装置の例を示す説明図である。
【図２】図２は実施例のガスバーナー２２を説明する説明図である。
【図３】図３はガスバーナーを説明する説明図である。
【図４】図４はガスバーナーの構成例を説明する説明図である。
【図５】図５はガスバーナーの構成例を説明する説明図である。
【図６】図６はガスバーナーの構成例を説明する説明図である。
【図７】図７はガスバーナーの吹き出し火炎（燃焼ガス）の圧力を調整する例を説明する説明図である。
【図８】図８はガスバーナーの吹き出し火炎（燃焼ガス）の圧力を調整する例を説明する説明図である。
【図９】図９はガスバーナーの吹き出し火炎（燃焼ガス）の温度を調整する例を説明する説明図である。
【図１０】図１０は半導体装置の製造プロセスにガスバーナーを用いた例を説明する製造工程図である。
【図１１】図１１は本発明の半導体装置を使用した電子機器の例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
１１  水タンク、１２  電気分解槽、１５  ガスコントローラ、２１  チャンバ、２２  ガスバーナー、５１  テーブル、５２  温度調節部、１００  半導体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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