(57)【要約】【課題】基板に対する熱負荷を低減できる半導体装置の製造方法を提供する。また、半導体素子の特性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法であって、基板（１００）上にシリコン膜を成膜した後、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナー（１２２）の火炎を熱源としてシリコン膜の再結晶化を行う。このような火炎の処理によれば、ガスバーナーの基板に対する走査速度を大きくすることにより基板に対する熱負荷を低減でき、また、シリコン膜に対し、再結晶の際の結晶粒径のばらつきが少ない固相結晶成長させることができ、半導体素子の特性を向上させることができる。【選択図】図１０
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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、
基板上に半導体膜を成膜する工程と、
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前記半導体膜の再結晶化を行う工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体膜は、シリコン膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記再結晶化は、固相結晶成長によりなされることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記再結晶化は、前記ガスバーナーの火炎を前記基板上に対し相対的に走査することによって行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記再結晶化は、前記ガスバーナーの走査速度もしくは前記基板と前記火炎との距離を調整することにより、前記基板温度を調整しつつ行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記基板は、ガラス基板であり、前記半導体膜はシリコン膜であり、
前記ガスバーナーの火炎の走査速度は０．０１ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下で、前記ガラス基板上に走査されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記基板は、ガラス基板であり、前記半導体膜はシリコン膜であり、
前記ガスバーナーの火炎の走査速度は０．０２ｍ／ｓ以上０．５ｍ／ｓ以下で、前記ガラス基板上に走査されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記基板は、ガラス基板であり、前記半導体膜はシリコン膜であり、
前記再結晶化を行なう工程における前記ガラス基板に対する熱拡散長は、０．８〜０．０４ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記基板は、ガラス基板であり、前記半導体膜はシリコン膜であり、
前記再結晶化を行なう工程における前記ガラス基板に対する熱拡散長は、０．５〜０．０８ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記基板は、ガラス基板であり、前記半導体膜はシリコン膜であり、
前記再結晶化を行なう工程における前記ガラス基板に対する熱拡散長は、前記ガラス基板の厚さの７５％以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記基板は、ガラス基板であり、前記半導体膜はシリコン膜であり、
前記再結晶化を行なう工程における前記ガラス基板に対する熱拡散長は、前記ガラス基板の厚さの４０％以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記基板は、ガラス基板であり、前記半導体膜はシリコン膜であり、
前記再結晶化を行なう工程における前記ガラス基板の表面温度は、６７０〜７５０℃であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
半導体装置を有する電子機器の製造方法であって、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法を有する電子機器の製造方法。
【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（chemical vapor deposition、化学気相成長）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固相結晶成長法、エキシマレーザー照射を行うレーザーニール法、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、追って詳細に説明するように、本発明者らが、検討したところ、上述した熱処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Anneal）による固相結晶成長法では、シリコン膜が形成される基板が８００〜１０００℃の高温に曝されることとなり、基板に対する熱負荷が大きくなる。一方、レーザーニール法は、極短時間に局所的にシリコン膜を高温とし結晶化を行うことができるため、基板全体に加わる熱負荷を低減できる。よって、レーザーニール法は、結晶化の低温プロセス（ＬＴＰＳ）とも言える。しかしながら、レーザーニール法では、溶融再結晶成長が主流となる。従って、後述するように、結晶粒径のばらつきが大きくなり、素子特性のばらつきが大きくなる。
【０００４】
このように、従来のＲＴＡ法やレーザーニール法においては、一長一短があり、基板に対する熱負荷を低減しつつ、素子特性のばらつき等を低減し、高性能の半導体装置を形成することは困難であった。
【０００５】
また、従来のＲＴＡ法やレーザーニール法では、製造装置自身が高価であり、さらに、そのランニングコストも大きかった。また、装置の大型化が困難であり、大面積の基板を一度に処理することが困難であった。
【０００６】
よって、本発明は、基板に対する熱負荷を低減できる半導体装置の製造方法等を提供することを目的とする。また、本発明は、半導体素子の特性を向上させることができる半導体装置の製造方法等を提供することを目的とする。また、本発明は、半導体装置の製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に半導体膜を成膜する工程と、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上記半導体膜の再結晶化を行う工程と、を有する。
【０００８】
かかる方法によれば、半導体膜の再結晶化の際の基板に対する熱負荷を低減することができる。よって、基板の歪みや割れを低減でき、半導体素子の特性を向上させることができる。また、大面積の基板の処理が可能であり、半導体装置の製造のスループットを向上でき、コストを低減できる。また、従来のＲＴＡやレーザー処理と比較し、製造装置の価格やそのランニングコストを低減できるため、半導体装置の製造コストを低減できる。
【０００９】
例えば、上記半導体膜は、シリコン膜である。かかる方法によれば、シリコンの再結晶化を行なうことができる。
【００１０】
例えば、上記再結晶化は、固相結晶成長によりなされる。かかる方法によれば、再結晶化によって、形成される結晶粒のばらつきを低減でき、半導体装置の特性を向上させることができる。
【００１１】
好ましくは、上記再結晶化は、上記ガスバーナーの火炎を上記基板上に対し相対的に走査することによって行われる。かかる方法によれば、走査速度の調整により熱処理温度（基板表面温度）を容易に調整することができる。また、大面積の基板の処理が可能であり、半導体装置の製造のスループットを向上でき、コストを低減できる。
【００１２】
好ましくは、上記再結晶化は、上記ガスバーナーの走査速度もしくは上記基板と上記火炎との距離を調整することにより、上記基板温度を調整しつつ行われる。かかる構成によれば、基板温度の調整を容易に行なうことができる。
【００１３】
好ましくは、上記基板は、ガラス基板であり、上記半導体膜はシリコン膜であり、上記ガスバーナーの火炎の走査速度は０．０１ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下で、上記ガラス基板上に走査される。より好ましくは、走査速度を０．０２ｍ／ｓ以上０．５ｍ／ｓ以下とする。かかる方法によれば、ガラス基板（全体）に対する熱負荷を低減しつつ、その表面においては、必要な熱処理温度を確保することができる。また、熱処理温度を固相結晶成長が起こる範囲に設定することが可能であり、再結晶化により形成される結晶粒のばらつきを低減することができる。
【００１４】
好ましくは、上記基板は、ガラス基板であり、上記半導体膜はシリコン膜であり、上記再結晶化を行なう工程における上記ガラス基板に対する熱拡散長は、０．８〜０．０４ｍｍである。より好ましくは、熱拡散長を０．５〜０．０８ｍｍとする。かかる方法によれば、ガラス基板（全体）に対する熱負荷を低減しつつ、その表面においては、必要な熱処理温度を確保することができる。また、熱処理温度を固相結晶成長が起こる範囲に設定することが可能であり、再結晶化により形成される結晶粒のばらつきを低減することができる。
【００１５】
好ましくは、上記基板は、ガラス基板であり、上記半導体膜はシリコン膜であり、上記再結晶化を行なう工程における上記ガラス基板に対する熱拡散長は、上記ガラス基板の厚さの７５％以下である。より好ましくは、熱拡散長を、上記ガラス基板の厚さの４０％以下とする。かかる方法によれば、ガラス基板（全体）に対する熱負荷を低減しつつ、その表面においては、必要な熱処理温度を確保することができる。また、熱処理温度を固相結晶成長が起こる範囲に設定することが可能であり、再結晶化により形成される結晶粒のばらつきを低減することができる。
【００１６】
好ましくは、上記基板は、ガラス基板であり、上記半導体膜はシリコン膜であり、上記再結晶化を行なう工程における上記ガラス基板の表面温度は、６７０〜７５０℃である。かかる方法によれば、ガラス基板（全体）に対する熱負荷を低減しつつ、その表面においては、必要な熱処理温度を確保することができる。また、熱処理温度を固相結晶成長が起こる範囲に設定することが可能であり、再結晶化により形成される結晶粒のばらつきを低減することができる。
【００１７】
（２）本発明の電子機器の製造方法は、半導体装置を有する電子機器の製造方法であって、上記半導体装置の製造方法を有する。電子機器とは、本発明にかかる半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定はないが、例えば、上記半導体装置を備えたコンピュータ装置一般、携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ、電子手帳、ＩＣカードなど、半導体装置を必要とするあらゆる装置が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
１）半導体製造装置
まず、本実施の形態の半導体装置の製造に用いられる半導体製造装置について図１〜図９を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態の半導体装置の製造に用いられる半導体製造装置の構成例を示す図である。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。
【００２０】
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（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）を更に前述の混合ガスに導入し、ガスバーナー２２に供給する。これにより、混合ガスの水素および酸素の混合比（混合比率）を水（Ｈ2Ｏ）の化学量論組成比（Ｈ2：Ｏ2＝２ｍｏｌ：１ｍｏｌ）からずらし、水素過剰（水素リッチ）あるいは酸素過剰（酸素リッチ）な混合ガスを得る。
【００２１】
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）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ2）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。
【００２２】
上述した水タンク１１、電気分解槽１２およびガスコントローラ１５は燃料（原料）供給部を構成する。
【００２３】
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（処理室）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、処理対象の基板（半導体基板やガラス基板等）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。
【００２４】
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℃程度に設定可能なよう構成されている。チャンバ２１内の気圧を所望状態に保つために、前述の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。
【００２５】
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基板１００のヒートショックを防止するため、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。
【００２６】
図２は、半導体製造装置のガスバーナー部の構成例を示す平面図である。図２に示すように、図１の半導体製造装置のガスバーナー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、ステージ部５１の幅より広い幅の火炎を放射できる。ガスバーナー２２の長手方向と直交する方向（図中の矢印方向）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が基板１００を走査するように構成されている。
【００２７】
図３は、半導体製造装置のガスバーナー部の構成例を示す断面図である。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。
【００２８】
ノズル２２ｄと基板１００とのギャップ（距離）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、ギ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、水素リッチアニール、酸素リッチ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。図中には、水蒸気（Ｈ2Ｏ蒸気）の噴出の様子を示す。
【００２９】
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）、複数のトーチ状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。
【００３０】
図４は、半導体製造装置のガスバーナー部の第１構成例を示す図である。図４（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、図４（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、図４（Ｃ）はガスバーナー部を模式的に示した斜視図である。これらの図において、図３と対応する部分には同一符号を付している。
【００３１】
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（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。
【００３２】
図５は、半導体製造装置のガスバーナー部の第２構成例を示す図である。ガスバーナー２２の他の構成例を示している。図５（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、図５（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。
【００３３】
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（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を例えば図示の左右方向に適宜移動可能なように構成されている。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。
【００３４】
図６は、半導体製造装置のガスバーナー部の第３構成例を示す図である。図６（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、図６（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。
【００３５】
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を図中の矢印のように回転可能に構成している。
【００３６】
図７は、ノズルの高さと流出ガスの圧力との関係を示す図である。図７（Ａ）に示すように、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、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。
【００３７】
図８は、ノズルの形状および角度と流出ガスの圧力との関係を示す図である。図８に示すように、ノズル２２ｄの形状や姿勢の調整（例えば、流出口の形状や基板に対する角度の調整）により流出ガス圧力を調整することができる。この例では、図８（Ａ）に示すように、ノズル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８（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、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。
【００３８】
図９は、ノズルと導気管との距離と流出ガスの圧力との関係を示す図である。図９に示すように、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することができる。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、熱源と基板間との距離の調整が可能となる。
【００３９】
従って、図９（Ａ）に示すように、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。また、図９（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。
【００４０】
このような構造は、ガスバーナー２２と基板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。もちろん、ガスバーナー２２と基板間のギャップを変えて基板温度を調整してもよい。もちろん、ガスバーナー２２と基板間のギャップを変えて、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。また、ガスバーナー２２の基板に対する走査速度を変えることにより基板温度を調整することができる。
【００４１】
なお、図４〜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。
【００４２】
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２２ｄと基板１００間のギャップを調整可能とし、基板１００の温度（例えば、表面温度）を調節する。更に、図９に示したようにガスバーナー２２内の導気管２２ａをノズル２２ｄに向かって進退可能とすることによって基板１００の温度を微調節する。これによって、基板１００の温度を目標とする熱処理温度とすることがより容易となる。
【００４３】
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２２ｄと基板１００間のギャップを調整可能とし（図７参照）、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全体の基板１００に対する姿勢を調整することによって基板１００の表面温度や火炎の圧力を調節する（図８参照）。
【００４４】
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２２ｄと基板１００間のギャップを調整可能とし、基板１００の表面温度や火炎の圧力を粗調節する（図７参照）。更に、ガスバーナー２２全体の基板１００に対する姿勢を調整することによって基板１００表面の火炎の圧力を調節する（図８参照）。更に、ガスバーナー２２内の導気管２２ａをノズル２２ｄに向かって進退可能とすることによって基板１００の表面温度を微調節する（図９参照）。かかる構成により、より正確な熱処理が可能となる。
【００４５】
また、図示していないが、ガスバーナー２２の遮蔽板２２ｂを可動式として、ノズル２２ｄの開口（流出口、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基板１００の被処理部部分の暴露時間、基板１００の熱処理の温度プロファイル、熱処理温度、火炎圧などを調整することが可能となる。
【００４６】
以上説明した半導体製造装置においては、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。
【００４７】
また、上記半導体製造装置においては、ガスバーナー２２は、遮蔽器２２ｂを設けたが、遮蔽器２２ｂを用いず、ガスバーナー２２を外気にさらした状態、即ち、導気管２２ａから直接火炎を放射することにより処理を行ってもよい。また、上記半導体製造装置においては、遮蔽器２２ｂから燃焼ガスが噴出している場合について説明したが、遮蔽器２２ｂから火炎が出るよう調整してもよい。
【００４８】
また、基板に対する処理は、燃焼ガスによる処理でも、火炎を直接接触させる処理でもよい。これらの処理の制御は、各処理の条件毎に適宜設定することができる。
【００４９】
特に、火炎は、還元性の強い内炎（還元炎）と酸化性の強い外炎（酸化炎）とを有し、いずれを基板に接触させるかによって、処理条件に応じた設定をすることができる。また、内炎は比較的低温（５００℃程度）であり、外炎は、高温（１４００〜１５００℃程度）である。内炎と外炎との間は、さらに高温で１８００℃程度となる。従って、処理条件に応じた設定をすることができる。
【００５０】
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（水素リッチ）あるいは酸化雰囲気（酸素リッチ）を容易に設定できる。
【００５１】
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ので、水（Ｈ2Ｏ）の化学量論組成比である２ｍｏｌ：１ｍｏｌの水素及び酸素の混合ガスを容易に得ることができ、この混合ガスに別途酸素もしくは水素を添加することで、還元雰囲気（水素リッチ）あるいは酸化雰囲気（酸素リッチ）を容易に設定できる。
【００５２】
また、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、もしくは原料ガスの流量を調整して火炎状態（温度、ガス圧力など）を調整することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
このようなガスバーナーを用いた処理は、生産性が高く、また、安価に処理を行うことができる。また、火炎の原料ガスが水素や酸素など、クリーンなエネルギーであり、主生成物が水であるため、環境負荷（環境破壊）を低減できる。
【００５５】
以下、上記水素と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た熱処理を「水素火炎処理」といい、その装置を「水素火炎処理装置」ということがある。
【００５６】
図１０は、本実施の形態の水素火炎処理装置（半導体製造装置）の構成例を示す斜視図である。なお、図１に示す装置と同じ箇所には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００５７】
図１０においては、ラインバーナー１２２を用いた水素火炎処理により、基板１００上のアモルファスシリコン１００ａを多結晶シリコン１００ｂに変換（再結晶化、結晶化）している。ラインバーナー１２２から基板１００にかけて火炎が放射されている。
【００５８】
このように本実施の形態によれば、ラインバーナー１２２を長くすることで比較的容易に処理基板の大面積化に対応することができる。
【００５９】
図１１は、本実施の形態の水素火炎処理装置（半導体製造装置）の構成例を示す装置断面図である。なお、図１および図１０に示す装置と同じ箇所には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００６０】
図１１においては、ガスバーナー２２を用いた水素火炎処理により、基板１００上のアモルファスシリコン１００ａを多結晶シリコンに変換する。即ち、ステージ部５１を矢印方向に移動させ、ガスバーナー２２の火炎を施す。図中の破線部は、ステージ部５１等の処理後の位置を示す。
【００６１】
当該装置においては、水素をチャンバ（ガスバーナー２２）２１へ供給する電気分解槽１２の他、酸素や水素の供給組成比を調整するための付加ガス供給部やチャンバ２１内のガス圧を調整する希ガスもしくは窒素供給部が設けられ、また、チャンバ２１内のガスの排気部および生成物である水の排出部（排水部）が設けられている。また、火炎の放射領域は、凹部となっており、その外周には、冷却手段として冷却水が導入させ、チャンバ内やチャンバ外壁の高温化を防止している。
【００６２】
ここで、水素は、例えば、空気中、２０℃、１気圧においてその爆発限界濃度が４〜７５％である非常に危険な気体である。従って、防爆のための構成や処理工程が重要となる。例えば、当該装置においては、水素および酸素を分離生成し、個々に装置へ導入する構成となっているため、逆火を防止することができる。逆火は、酸素の導入部を伝う恐れがある。よって、水素および酸素をガスバーナーの内部もしくはその直前で混合することにより、逆火を防止することができる。また、ガスバーナー内部においても、その先端部（火口）近傍でガスを混合させることが好ましい。また、ガスバーナーまでの配管途中にリリーフ弁を設けるなどの処置を施すことも好ましい。
【００６３】
このように、上記実施の形態（図１、図１０および図１１等に示す水素火炎処理装置および当該装置を用いた処理）によれば、走査速度を大きくすることで、基板表面を高温にし、シリコンの再結晶化を行いつつ、基板全体に加わる熱負荷を低減することができる。例えば、従来のＲＴＡと比較し、基板に加わる熱負荷を低減することができる。よって、基板の熱による歪みや割れを低減することができる。
【００６４】
また、基板の表面温度を従来のレーザーニール法より低く設定することができる。レーザーニール法によれば、照射部の温度は１０００℃以上となる。従って、前述したように、溶融再結晶成長が起こり、最大結晶粒径は大きくなるものの、そのばらつきが大きくなる。図１２は、シリコンの結晶状態と電子の移動度との関係を示す図表である。図示するように、アモルファスシリコン状態においては、電子の移動度は、０．５ｃｍ2／Ｖｓと非常に小さくなる。これに対し、ＲＴＡ法のような高温プロセス（ＨＴＰＳ）では、固相結晶成長により、結晶粒径（グレインサイズ）は、０．２μｍとなり、電子移動度も３０ｃｍ2／Ｖｓ程度まで大きくなる。また、レーザーニール法のような低温プロセス（ＬＴＰＳ）においては、前述した通り溶融再結晶成長が起こり、結晶粒径（グレインサイズ）は、０．３〜１．０μｍ程度と大きくなり、電子移動度も１００ｃｍ2／Ｖｓ程度と、大きくなる。しかしながら、図示するように、結晶粒径のばらつきにより、素子毎の電子の移動度等の特性を均一化することが困難となる。図中の黒丸は電子を示し、矢印は電子の移動方向を示す。また、移動経路中の波線は粒界散乱の様子を示す。
【００６５】
これに対し、本実施の形態によれば、火炎と基板との距離、ガス供給量、火炎の走査速度を調整することで、容易に基板表面温度を調整することができる。よって、固相結晶成長により結晶粒径のばらつきを抑えることができる。固相結晶成長は、基板表面温度が６５０〜９００℃において起こると考えられている。なお、溶融再結晶成長は、基板の照射部温度が１０００℃以上で起こると考えられている。
【００６６】
図１３は、各種処理方法におけるアニール時間〔ｓ〕と熱拡散長Ｌｔｈ〔ｍ〕との関係を示すグラフである。熱拡散長Ｌｔｈは、（ａ×τ）1/2で表される。ａは熱拡散率（ＯＡ−１０ガラス基板）で、τはアニール時間（パルス幅）である。ＲＴＡ法では、アニール時間は、１ｓ〜１０ｓで熱拡散長は、１〜数ｍｍ（正確には０．８ｍｍ〜３．２ｍｍ）となる（グラフｄ）参照）。レーザーニール法では、ＣＷレーザーを用いた場合には、アニール時間１μｓ〜１００μｓで熱拡散長は、０．２μｍ〜数μｍとなり、エキシマレーザー（ＥＬ）を用いた場合には、アニール時間１０ｎｓ〜数百ｎｓで熱拡散長は、数十ｎｍ〜数百ｎｍとなる（グラフａ）およびｂ）参照）。なお、グラフｅ）は、Ｆｕｒｎａｃｅの場合を示す。Ｆｕｒｎａｃｅとは、炉内での熱処理を示す。この場合、アニール時間は、数百ｓ以上で熱拡散長は、１０ｍｍ以上となる
ここで、本実施の形態の水素火炎処理においては、（１）基板表面温度６７０〜７５０℃、固相結晶成長をさせることが可能である。また、（２）基板走査速度を０．０１〜１．５ｍ／ｓ（アニール時間：１〜０．００６７ｓ）とすることで、（３）熱拡散長を０．８〜０．０４ｍｍに抑えることが可能である（グラフｃ）参照）。よって、かかる範囲での熱処理によれば、基板のバルク温度を６００℃以下としつつ、シリコン膜の固相結晶成長による再結晶化を行なうことができる。その結果、耐熱性は高いが高価である石英ガラスのみならず、耐熱性の低い安価なソーダガラスなどを基板材料として用いることができる。
【００６７】
もちろん、アニール時間を大きくする、即ち、基板走査速度を小さくする等の制御、もしくはガスバーナーの先端と基板との距離（Ｇａｐ）などを調整することによって、より高温の（例えば、ＲＴＡに近い）処理を行うこともできる。なお、レーザーニール法においても、その照射時間を短く（レーザーの走査速度を大きく）することで、基板の表面温度を低下させることも原理的には可能である。しかしながら、本発明者の検討によると、その場合、走査速度が３×１０4ｍｍ／ｓ〜３×１０7ｍｍ／ｓとなり、このような高速で基板もしくはレーザー光を走査させることは不可能である。これに対し、本実施の形態の水素火炎処理であれば、上記の通り、実現可能な速度範囲で基板もしくはバーナーを走査させることが可能である。
【００６８】
また、上記の水素火炎処理によれば、図１３のグラフｃ）に示す範囲のみならず、グラフｃ）〜ｅ）を含む範囲、アニール時間０．６ｓ〜数百秒以上、熱拡散長０．０８ｍｍ〜数十ｍｍの範囲において、実用的な熱処理を行なうことができる。この場合、基板表面温度は、６５０〜９００℃程度となり、シリコン膜の固相結晶成長が起こる。よって、前述した通り、結晶粒のばらつきを低減できＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などの半導体素子の特性を向上させることができる。また、ソーダガラスを基板材料として用いることはできないが、石英基板に加わる熱負荷を低減でき、基板の歪みや割れの発生を低減することができる。即ち、水素火炎処理においては、基板の表面近傍にのみ短時間で熱を加えることができるため、基板全体（バルク）に加わる熱負荷を低減できる。よって、基板材料に関わらず、熱負荷を低減でき、ＴＦＴ特性を向上させることができる。
【００６９】
以上の考察より好ましい条件を以下にまとめる。なお、「ａ〜ｂ」は、「ａ以上ｂ以下」を示すものとする。
【００７０】
基板の走査速度は、０．０１以上１．５ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。この場合のアニール時間（照射時間）は、１〜０．００６７ｓである。より好ましくは、０．０２以上０．５ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。この場合のアニール時間は、０．５〜０．０２ｓである。アニール時間とは、一スポットの長さ（火炎照射面積）当りの照射時間である。例えば、一スポットの長さは、１０ｍｍである。よって、「一スポットの長さ÷走査速度＝アニール時間」となる。また、基板に対する熱拡散長は、０．８〜０．０４ｍｍが好ましい。より好ましくは、０．５〜０．０８ｍｍとすることが好ましい。かかる条件であれば、基板のバルク温度を抑えることができ、基板に対する熱負荷を低減することができる。例えば、基板のバルク温度を６７０〜７５０℃程度に抑えることができる。この場合、耐熱性の低いガラス基板を使用することができる。
【００７１】
また、ガラス基板の厚さを１．１ｍｍとした場合、熱拡散長０．８ｍｍは、ガラス基板厚さの７３％程度となる。また、熱拡散長０．４ｍｍは、ガラス基板厚さの３７％程度となる。よって、熱拡散長は、ガラス基板の厚さの７５％以下が好ましい。また、より好ましくは、４０％以下が好ましい。
【００７２】
このように、本実施の形態によれば、走査速度を大きくすることで、基板に対する熱負荷を低減することができる。また、結晶粒径のばらつきの少ない固相結晶成長の温度範囲を選択することができる。それにより、素子ばらつきを低減することができる。
【００７３】
なお、図１３においては、基板に対する熱拡散について説明したが、図１４に、シリコン膜の温度〔℃〕と、アニール時間〔ｓ〕との関係を示す。図示するように、実現可能な１０-2〜１０0ｓのアニール時間で、固相結晶成長（ＳＰＣ）が可能となる。もちろん、アニール時間を１０0ｓ以上（ＲＴＡやＦｕｒを含む範囲）とし、固相結晶成長を行なってもよい。なお、図中ＬＰＣは、溶融再結晶成長領域を示す。また、ＦＬＡはフラッシュランプアニール（Flash Ramp Anneal）法を示し、αは、アモルファス状態のまま変わらない温度範囲を示す。
【００７４】
また、本実施の形態によれば、半導体製造装置自身を比較的安価に製造することができ、また、ランニングコストも低減することができる。また、装置の大型化も容易であり、大面積の基板を一度に処理することが可能となる。本発明者の検討によれば、既存のＲＴＡ装置と比較し、そのイニシャルコストは３０％削減され、また、ランニングコストも３０％削減されると試算されている。また、部材の交換等のメンテナンス時間が低減されるため、その稼働率も１０％向上すると試算されている。また、スループットも向上すると試算されている。また、既存のレーザーニール装置と比較しても、そのイニシャルコストは５０％削減され、また、ランニングコストも７０％削減されると試算されている。
【００７５】
２）半導体装置の製造方法
次に、前述した水素火炎処理装置（半導体製造装置）を使用した半導体装置（ＴＦＴ）の製造方法について図１５および図１６を参照しながら説明する。図１５および図１６は、本実施の形態の半導体装置（ＴＦＴ）の製造方法を示す工程断面図である。
【００７６】
まず、図１５（Ａ）に示すように、ガラス基板（石英基板、基板、透明基板、絶縁性基板）１００上に、下地保護膜（下地酸化膜、下地絶縁膜）１０１として例えば酸化シリコン膜を１００ｎｍ程度形成する。この酸化シリコン膜は、ＴＥＯＳ（tetra ethyl ortho silicate、テトラエトキシシラン）および酸素ガスなどを原料ガスとして、例えばプラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition、化学気相成長）法を用いて形成する。なお、用いる基板は、シリコン基板でもよい。
【００７７】
次いで、下地保護膜１０１上に半導体膜（半導体層）として例えばシリコン膜（シリコン層）１０２を形成する。このシリコン膜は、例えば、ＳｉＨ4（モノシラン）ガスを用いたＣＶＤ法で形成する。この際、シリコン膜は例えばアモルファス状態である。
【００７８】
次いで、図１５（Ｂ）に示すように、基板１００を図１等に示す半導体製造装置のステージ部５１に搭載し、ガスバーナー２２を基板１００（シリコン膜１０２）上に走査することによって熱処理（火炎アニール）を施し、シリコン膜を再結晶化する（水素火炎処理１）。即ち、多結晶化する。多結晶とは、単結晶からなる結晶粒が複数形成された状態をいう。ガスバーナー２２へ供給される水素ガス（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）の比率は、例えば、化学量論組成である２ｍｏｌ：１ｍｏｌとする。
【００７９】
ここで、本実施の形態においては、前述した条件で上記熱処理を行なうことにより、基板１００に対する熱負荷を低減でき、ガラス基板の歪みや割れを低減できる。また、固相結晶成長による再結晶化を施すことができ、結晶粒のばらつきを低減することができる。よって、ＴＦＴの特性を向上させることができる。また、上記工程によれば、大基板に対する処理であっても、短時間での処理が可能であり、ＴＦＴのスループットを向上させることができる。また、上記工程によれば、装置自身のコストやそのランニングコストが低減できる。
【００８０】
なお、この際、シリコン膜１０２の表面が酸化され、酸化シリコン膜が形成される。この酸化シリコン膜を後述のゲート酸化膜として用いてもよい。また、シリコン膜１０２に対する汚染防止のため、あらかじめシリコン膜１０２上にキャップ膜（保護膜、被覆膜）を形成し、かかるキャップ膜を介してシリコン膜１０２に水素火炎処理を施してもよい。キャップ膜としては、ＴＥＯＳ膜のようなシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜などを用いることができる。
【００８１】
また、上記再結晶化工程（水素火炎処理１）の後に、水素リッチな混合ガスを用いた水素火炎処理（水素火炎処理２）を行なってもよい。即ち、供給ガスである水素ガス（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）の比率を、水（Ｈ2Ｏ）の化学量論組成である２ｍｏｌ：１ｍｏｌより水素の組成比を大きくし、火炎中の水素や水素ラジカルを多くする。この余剰水素等がシリコンのダングリングボンドと結合することにより、電荷トラップとなるダングリングボンドが低減され、ＴＦＴのキャリア移動度が向上する。このように、シリコンの結晶欠陥を余剰水素等により修復することによりＴＦＴ特性を向上させることができる。なお、この水素火炎処理２は、再結晶化工程（水素火炎処理１）と別処理である必要はなく、一連の熱処理であってもよい。
【００８２】
次いで、図１５（Ｃ）に示すように、シリコン膜１０２表面の酸化膜を除去し、所望の形状にシリコン膜をパターニングした後、シリコン膜上にゲート酸化膜（ゲート絶縁膜）１０３として例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成する。ここで、当該酸化シリコン膜の結晶欠陥を酸素（もしくは酸素ラジカル）で修復するため、酸素リッチな混合ガスを用いた水素火炎処理を行なってもよい（水素火炎処理３）。即ち、供給ガスである水素ガス（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）の比率を、水（Ｈ2Ｏ）の化学量論組成である２ｍｏｌ：１ｍｏｌより酸素の組成比を大きくし、火炎中の酸素や酸素ラジカルを多くする。この余剰酸素等が酸化シリコン膜中の結晶欠陥や、酸化シリコン膜とシリコン膜１０２との界面に存在する結晶欠陥と結合する。その結果、酸化シリコン膜の膜質が向上し、さらに、酸化シリコン膜の界面準位が低下し、ＴＦＴ特性を向上させることができる。
【００８３】
次いで、図１６（Ａ）に示すように、ゲート酸化膜１０３上に、導電性膜として例えばＡｌ（アルミニウム）等の金属材料を例えばスパッタ法により形成する。次に、導電性膜を所望の形状にパターニングし、ゲート電極（ゲート電極配線）Ｇを形成する。導電性膜としては、Ａｌの他、Ｔａ（タンタル）等の高融点金属を用いてもよい。
【００８４】
次いで、ゲート電極Ｇをマスクとしてシリコン膜１０２中に、不純物イオンを打ち込む（ドープする、注入する）、さらに、熱拡散を行い、ソース、ドレイン領域１０４ａ、１０４ｂを形成する。なお、１０４ａ、１０４ｂのうち、いずれか一方がソース領域となり、他方がドレイン領域となる。また、不純物イオンは、ｎ型半導体膜を形成する場合には、例えば、ＰＨ3（リン化水素、Phosphine）を、ｐ型半導体膜を形成する場合には、例えば、Ｂ2Ｈ6（ジボラン）をイオン打ち込みする。
【００８５】
ここで、上記不純物を活性化させるための熱処理を水素火炎処理で行なってもよい（水素火炎処理４）。即ち、水素火炎をソース、ドレイン領域１０４ａ、１０４ｂに施し、不純物の活性化を行う。さらに、酸素リッチな混合ガスを用いた水素火炎処理を行なってもよい（水素火炎処理５）。かかる処理によって、不純物イオンの打ち込みや熱拡散などによって、ゲート酸化膜１０３中に生じた欠陥を修復することができる。また、当該処理を行う場合には、先の酸素欠陥の修復工程（水素火炎処理３）を省略してもよい。また、酸素リッチな水素火炎処理により、熱拡散と不純物イオン打ち込みによるゲート酸化膜の欠陥修復（水素火炎処理４および５）を同時に行なってもよい。なお、これらの水素火炎処理において、ゲート電極Ｇに熱負荷が加わらないよう、ゲート電極Ｇ上に酸化シリコン膜などの保護膜を形成し、この保護膜を介して水素火炎処理を行なってもよい。また、後述する層間絶縁膜１０５の形成後、当該膜を介して水素火炎処理を行なってもよい。
【００８６】
次いで、図１６（Ｂ）に示すように、ゲート電極Ｇ上に、層間絶縁膜１０５として例えばＴＥＯＳ膜を形成する。
【００８７】
次いで、図１６（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜１０５をパターニングすることにより、ソース、ドレイン領域１０４ａ、１０４ｂ上にコンタクトホールを形成する。
【００８８】
次いで、このコンタクトホールの内部を含む層間絶縁膜１０５上に、導電性膜１０６として例えばＩＴＯ（インジウム・スズ酸化膜）をスパッタリング法を用いて形成する。導電性膜１０６としては、ＩＴＯの他、例えばＡｌ、Ｍｏ（モリブデン）もしくはＣｕ（銅）等の金属材料を用いてもよい。次いで、導電性膜１０６を所望の形状にパターニングし、ソース、ドレイン電極（ソース、ドレイン引き出し電極、引き出し配線）１０６ａ、１０６ｂを形成する。なお、１０６ａ、１０６ｂのうち、いずれか一方がソース電極となり、他方がドレイン電極となる。
【００８９】
以上の工程によって、ＴＦＴがほぼ完成する。
【００９０】
なお、本実施の形態においては、シリコン膜１０２を再結晶化した後にパターニングしたが、シリコン膜１０２をパターニングした後、再結晶化してもよい。
【００９１】
また、本実施の形態においては、ＴＦＴを例に説明したが、かかる素子に限定されるものではなく、上記水素火炎処理（装置）は、シリコン膜などの半導体膜の再結晶化を要する半導体装置の製造方法に広く適用可能である。
【００９２】
また、本実施の形態においては、シリコン膜の固相結晶成長を例に説明したが、シリコン膜の溶融再結晶成長に上記の水素火炎処理や装置を用いてもよい。例えば、表示装置に用いられるＴＦＴなどは、ＴＦＴの特性を均一化するため、広範囲のシリコン膜（半導体膜）において結晶粒径のばらつきが少ない個相成長が好ましいが、溶融再結晶成長が好ましい素子もある。例えば、高速動作の要求が大きい素子においては、溶融再結晶成長が適している場合もある。この場合、基板温度が高くなるよう各種条件を設定することで、溶融再結晶成長が可能である。
【００９３】
３）実験結果
次いで、具体的な実験結果に基づいて結晶特性を向上させる方法について説明する。
【００９４】
まず、図１７に、ステージ速度〔ｍ／ｓｅｃ〕と基板表面の最高温度〔℃〕との関係を示す。（ａ）は、石英基板上にアモルファスシリコンを堆積し、水素火炎処理を施す際、ガスバーナーの先端と基板との距離（Ｇａｐ）を５０ｍｍとした場合、（ｂ）は、石英基板上のアモルファスシリコン上にさらに酸化シリコン膜を堆積し、水素火炎処理を施す際、Ｇａｐを５０ｍｍとした場合、（ｃ）は、石英基板上にアモルファスシリコンを堆積し、水素火炎処理を施す際、Ｇａｐを３０ｍｍとした場合、（ｄ）は、石英基板上のアモルファスシリコン上にさらに酸化シリコン膜を堆積し、水素火炎処理を施す際、Ｇａｐを３０ｍｍとした場合を示す。
【００９５】
図示するように、（ａ）〜（ｄ）の処理について、いずれもシリコンの結晶化（再結晶化）に必要な６７０℃以上の基板温度が確保できており、これらの処理によって、シリコンの結晶化が可能であることが確認できた。また、図１７より、走査速度０．０３以上０．１３ｍ／ｓ以下とすることで、基板の最高表面温度６７０℃〜９００℃を確保できることが分かる。
【００９６】
また、Ｇａｐが小さく、また、ステージ速度（火炎の走査速度）が小さい場合に、基板表面温度が高くなる傾向が見られた。
【００９７】
図１８は、ステージ速度〔ｍ／ｓｅｃ〕と基板の上昇温度ΔＴ〔℃〕との関係を示すグラフである。処理条件（ａ）〜（ｄ）は、図１７と同じであり、図１７の縦軸を基板の上昇温度ΔＴ〔℃〕としたものである。図１８においても、Ｇａｐが小さく、また、ステージ速度（火炎の走査速度）が小さい場合に、基板上昇温度が大きくなる傾向が見られた。
【００９８】
次いで、種々の条件で水素火炎処理を施したＡ〜Ｅの５つのサンプルについて、再結晶化後のシリコン膜厚、酸化シリコン膜厚および結晶化率等を測定した。その結果を、図１９に示す。結晶化率とは、シリコン膜中の結晶相の占める割合（体積比）である。
【００９９】
各種サンプルについては、以下に示す条件で水素火炎処理を行なった後、図２０（Ａ）に示すｘ方向において、３０ｍｍの間、０．３ｍｍ間隔で測定位置を設定し、当該ポイントにおける結晶化率等を測定した。なお、水素火炎処理（熱処理、再結晶化処理）は、図２０（Ｂ）に示す、孔状のガス流出口２２ｅが複数設けられた導気管２２ａから放射される火炎を、図２０（Ａ）のｙ方向に走査することにより行なった。図２０は、水素火炎処理および測定位置を示す図である。
【０１００】
サンプルＡは、Ｇａｐ５０ｍｍ、走査速度６２ｍｍ／ｓとした場合、サンプルＢは、Ｇａｐ５０ｍｍ、走査速度５０ｍｍ／ｓとした場合、サンプルＣは、Ｇａｐ３０ｍｍ、走査速度９８ｍｍ／ｓとした場合であり、また、サンプルＤは、Ｇａｐ３０ｍｍ、走査速度６５ｍｍ／ｓとした場合、サンプルＥは、Ｇａｐ３０ｍｍ、走査速度３８ｍｍ／ｓとした場合を示す。
【０１０１】
図１９に示すように、基板温度は、サンプルＥで最高となり、８８９℃であった。シリコン膜の膜厚については、サンプルＡ〜Ｄでほぼ０．０５１μｍ程度であり、また、その表面の酸化シリコン膜の膜厚はほぼ０．００４μｍ程度であった。この酸化シリコン膜は、空気中もしくは火炎中の酸素とシリコン膜が反応し形成されたものである。結晶化率は、サンプルＡ〜Ｄで０．８７〜０．８９程度であった。サンプルＥでは、結晶化率が、０．９４（９４％）程度と最高となり、良好な結晶が得られた。この際、シリコン膜は、０．０４μｍ、酸化シリコン膜は０．００９μｍ程度であった。このサンプルＥでは、シリコン膜の表面の酸化の程度が他のサンプルより大きかった。
【０１０２】
上記データから、Ｇａｐを小さく、また、比較的ゆっくりとした走査によって、基板表面の温度が高温となり、結晶化率が向上したことが伺える。
【０１０３】
Ｇａｐとしては、５０ｍｍ未満が良好である。Ｇａｐ５０ｍｍ未満であるサンプルＤ（Ｇａｐ３０ｍｍ）においても結晶化率０．８９の比較的良好な数値を得ている。また、例えば、この場合バーナー炎口から火炎の長さは１５ｃｍ程度であるため、ガスバーナーと前記基板との間隔を、炎口（バーナーの先端）から火炎の長さの３０％以下に設定することが好ましいと考えられる。
【０１０４】
また、火炎の走査速度としては、４０ｍｍ／ｓ以下が良好である。このような条件により、結晶化率を、９０％以上とすることが可能である。
【０１０５】
また、図１９には、サンプルＡ〜Ｅのシリコン膜のラマン散乱分光分析結果の半値幅（ＦＷＨＭ）〔ｃｍ-1〕も示す。
【０１０６】
ラマン散乱分光法は、結晶に入射した光の散乱光のスペクトルにより結晶性を評価するもので、散乱光のスペクトルがシャープである（半値幅が小さい）程、結晶性が良好であることを示す。図示するように、サンプルＡ〜Ｄにおいては、比較的半値幅が大きく、また、これらの結晶性に優劣をつけ難いことが分かる。これに対し、サンプルＥにおいては、半値幅が小さく、結晶性が良好であることが分かる。
【０１０７】
また、図１９には、サンプルＡ〜Ｅのシリコン膜のラマン散乱分光分析結果のピーク位置（Peak Center)〔ｃｍ-1〕も示す。ピーク位置は、入射光に対する反射光のピーク位置のずれを示すものである。単結晶シリコンであれば、５２０ｃｍ-1であり、当該数値に近い方がより結晶性が良好である。よって、かかる結果からも、サンプルＡ〜Ｄにおいては、５２０よりピーク位置が小さく、また、これらの結晶性に優劣をつけ難いことが分かる。これに対し、サンプルＥにおいては、ピーク位置がより５２０に近く、結晶性が良好であることが分かる。なお、ピーク位置が５２０より小さいということは、結晶格子間に引っ張り応力が加わっていることを示す。よって、サンプルＥにおいては、当該応力が小さく、他のサンプルより結晶性が良好である。
【０１０８】
このように、ラマン散乱分光分析によっても、上記条件による結晶性の向上を確認することができた。
＜電気光学装置および電子機器の説明＞
次に、前述の実施の形態で説明した方法で形成される半導体装置（例えばＴＦＴ）が使用される電気光学装置や電子機器について説明する。
【０１０９】
前述の半導体装置（例えばＴＦＴ）は、例えば、電気光学装置（表示装置）の駆動素子として用いられる。図２１に、本発明の電気光学装置を用いた電子機器の例を示す。図２１（Ａ）は携帯電話への適用例であり、図２１（Ｂ）は、ビデオカメラへの適用例である。また、図２１（Ｃ）は、テレビジョンへ（ＴＶ）の適用例であり、図２１（Ｄ）は、ロールアップ式テレビジョンへの適用例である。
【０１１０】
図２１（Ａ）に示すように、携帯電話５３０には、アンテナ部５３１、音声出力部５３２、音声入力部５３３、操作部５３４および電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電気光学装置に、本発明により形成された半導体装置を使用する（組み込む）ことができる。
【０１１１】
図２１（Ｂ）に示すように、ビデオカメラ５４０には、受像部５４１、操作部５４２、音声入力部５４３および電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電気光学装置に、本発明により形成された半導体装置を使用する（組み込む）ことができる。
【０１１２】
図２１（Ｃ）に示すように、テレビジョン５５０は、電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電気光学装置に、本発明により形成された半導体装置を使用する（組み込む）ことができる。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置（電気光学装置）にも本発明の電気光学装置を使用することができる。
【０１１３】
図２１（Ｄ）に示すように、ロールアップ式テレビジョン５６０は、電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電気光学装置に、本発明により形成された半導体装置を使用する（組み込む）ことができる。
【０１１４】
なお、電気光学装置を有する電子機器には、上記の他、大型スクリーン、パーソナルコンピュータ、携帯型情報機器（いわゆるＰＤＡ、電子手帳）等、さらには、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイなど、各種のものが含まれる。
【０１１５】
また、上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施の形態の記載に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本実施の形態の半導体装置の製造に用いられる半導体製造装置の構成例を示す図である。
【図２】半導体製造装置のガスバーナー部の構成例を示す平面図である。
【図３】半導体製造装置のガスバーナー部の構成例を示す断面図である。
【図４】半導体製造装置のガスバーナー部の第１構成例を示す図である。
【図５】半導体製造装置のガスバーナー部の第２構成例を示す図である。
【図６】半導体製造装置のガスバーナー部の第３構成例を示す図である。
【図７】ノズルの高さと流出ガスの圧力との関係を示す図である。
【図８】ノズルの形状および角度と流出ガスの圧力との関係を示す図である。
【図９】ノズルと導気管との距離と流出ガスの圧力との関係を示す図である。
【図１０】水素火炎処理装置（半導体製造装置）の構成例を示す斜視図である。
【図１１】水素火炎処理装置（半導体製造装置）の構成例を示す装置断面図である。
【図１２】シリコンの結晶状態と電子の移動度との関係を示す図表である。
【図１３】各種処理方法におけるアニール時間〔ｓ〕と熱拡散長Ｌｔｈ〔ｍ〕との関係を示すグラフである。
【図１４】シリコン膜の温度〔℃〕と、アニール時間〔ｓ〕との関係を示す図である。
【図１５】本実施の形態の半導体装置（ＴＦＴ）の製造方法を示す工程断面図である。
【図１６】本実施の形態の半導体装置（ＴＦＴ）の製造方法を示す工程断面図である。
【図１７】ステージ速度〔ｍ／ｓｅｃ〕と基板表面の最高温度〔℃〕との関係を示す図である。
【図１８】ステージ速度〔ｍ／ｓｅｃ〕と基板の上昇温度ΔＴ〔℃〕との関係を示す図である。
【図１９】Ａ〜Ｅのサンプルについて、再結晶化後のシリコン膜厚、酸化シリコン膜厚および結晶化率等を示す図である。
【図２０】水素火炎処理および測定位置を示す図である。
【図２１】電気光学装置を用いた電子機器の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
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（処理室）、２２…ガスバーナー、２２ａ…導気管、２２ｂ…遮蔽器、２２ｃ…燃焼室、２２ｄ…ノズル、２２ｅ…流出口、５１…ステージ部、１００…ガラス基板（基板）、１０１…下地保護膜、１０２…シリコン膜、１０３…ゲート絶縁膜、１０４ａ、１０４ｂ…ソース、ドレイン領域、１０５…層間絶縁膜、１０６ａ、１０６ｂ…ソース、ドレイン電極、５００…電気光学装置、５３０…携帯電話、５３１…アンテナ部、５３２…音声出力部、５３３…音声入力部、５３４…操作部、５４０…ビデオカメラ、５４１…受像部、５４２…操作部、５４３…音声入力部、５５０…テレビジョン、５６０…ロールアップ式テレビジョン、Ｇ…ゲート電極
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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