JP2007141885A - 半導体装置の製造方法及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、エッチングマスクの除去とゲート絶縁膜の形成工程を低コスト且つ迅速に行うことができ、高品質の半導体装置を製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、半導体層（１０３）上にエッチングマスク（１０４）を形成する第１工程と、エッチングマスク（１０４）を介したエッチングにより、半導体層（１０３）をパターニングする第２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（２２）の火炎を熱源とする熱処理によって、エッチングマスク（１０４）を除去し、半導体層（１０３）表面に酸化膜（１０５）を形成する第３工程と、を含む半導体装置の製造方法を提供するものである。
【選択図】図１０

Description

本発明は半導体装置の製造方法および電子機器に関する。

従来、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造過程においては、半導体膜上に所望のパターンでエッチングマスクを形成し、エッチング法によって当該半導体膜をパターニングする方法が広く用いられている。半導体膜をパターニングした後はエッチングマスクを薬液等によって除去し、半導体膜上にＣＶＤ法や熱酸化法等によってゲート絶縁膜を形成する。絶縁膜形成後は、膜質向上のために水素プラズマや高圧水蒸気アニール法で処理する方法が知られている（例えば、特許文献１〜３等を参照）。
特開平６−１３４０７号公報 特開平１１−１３５４９２号公報 特開平４−２８４６３０号公報

しかしながら、上述のような方法によれば、エッチングマスクを薬液により除去する際、廃液の処理が問題となる。

また、ゲート絶縁膜を熱酸化法で形成する場合、８００℃以上の高温にする必要があるため、安価なガラス基板を用いて製造ことができない。ＣＶＤ法によれば低温で行うことができるものの、ゲート絶縁膜と半導体層との界面に荷電粒子が巻き込まれる結果、膜中に欠陥が生じ、界面準位が高くなりやすい。高圧水蒸気アニール法を用いれば欠陥が軽減され、絶縁膜と半導体膜との界面も良質なものとされるが、この方法は高価な装置が必要とされ、処理に時間もかかるため生産性が低くなる傾向がある。

そこで、本発明は、エッチングマスクの除去とゲート絶縁膜の形成工程を低コスト且つ迅速に行うことができ、高品質の半導体装置を製造する方法を提供することを目的とする。

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、半導体層上にエッチングマスクを形成する第１工程と、前記エッチングマスクを介したエッチングにより、前記半導体層をパターニングする第２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する熱処理によって、前記エッチングマスクを除去し、前記半導体層表面に酸化膜を形成する第３工程を含むことを特徴とする。

かかる構成とすることにより、エッチングマスクの除去とゲート絶縁膜としての酸化膜を、ガスバーナーによる熱処理によって行うことができるので半導体装置の製造工程が高速化される。また、ガスバーナーによって酸化膜を形成すれば、半導体層とゲート絶縁膜の界面に荷電粒子により欠陥が生じるのを防ぐことができるので、界面の質を良好なものとすることができる。さらに、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、大掛かりな装置を必要とせずに、大型基板の熱処理が可能となる。燃料となる水素と酸素は水から得られるので、燃料の入手が容易で安価であるという効果も得ることができる。

好ましくは、上記第３工程において、エッチングマスクの除去と、酸化膜の形成とを、同一条件の熱処理で行う。エッチングマスクの除去と、酸化膜の形成のいずれにも適した条件を選択して、これらを連続的に行えば、操作も簡略となり、半導体装置の製造をより迅速に行うことが可能である。

また、好ましくは、上記第３工程において、エッチングマスクの除去と、酸化膜の形成とを、異なる条件の熱処理で行う。エッチングマスク及び酸化膜それぞれの熱処理に最適な条件を選択することによって、より高品質にすることができるとともに、エネルギーの浪費も抑えることができる。

好ましくは、エッチングマスクを除去する工程は、前記酸化膜を形成する工程よりも低温で行う。酸化膜の形成はある程度高温で行う必要があるところ、一般にエッチングマスクは有機物等で形成されるので、一定上の温度に達すると焦げ付き等を生じる可能性がある。従って、エッチングマスクの除去工程を酸化膜形成工程より低温で行うことにより、エッチングマスクを焦げ付かせることなく好適に除去することができ、エネルギーの浪費を抑えることができる。

好ましくは、混合ガスの流量を変更することによって、火炎による基板の温度上昇を調整する。流量を少なくすることにより、基板の温度上昇を緩和することができる。

好ましくは、混合ガス中に不活性ガスを加えることによって、火炎による基板の温度上昇を調整する。不活性ガスを加えることによって、基板の温度上昇を緩和することができる。

好ましくは、ガスバーナーと前記基板との距離を調整することによって、火炎による該基板の温度上昇を調整する。ガスバーナーと基板との距離を大きくすることによって、基板の温度上昇を緩和することができる。

好ましくは、火炎を走査させる速度を変更することによって、火炎による基板の温度上昇を調整する。火炎を走査させる速度をより速くすることによって、基板の温度上昇を緩和することができる。

好ましくは、上記第３工程に続けて、水素及び酸素の混合ガスを水素過剰に設定して上記火炎を熱源とする熱処理を行い、半導体層及び酸化膜の膜質を改善する工程をさらに行う。これにより、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）が水素原子によって終端され、電荷のトラップ密度を減少させることができる。

好ましくは、上記熱処理は、ガスバーナーの火炎を直線状に形成し、直線状火炎によって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効率よく熱処理することが可能となる。

好ましくは、ガスバーナーが、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。これにより、ノズルによって燃焼ガス（火炎）排出状態をコントロールすることが可能となる。

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、該導気管を往復動あるいは回転動させる。これにより、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。

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。

好ましくは、上記熱処理を行う前に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。

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低コストにかつ迅速に得ることが可能となる。

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。

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）上に形成されたエッチングマスクを除去し、続けてガスバーナーにより当該半導体膜表面に酸化シリコン膜を形成し、シリコン層及び酸化シリコン膜を改質する。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。

水素及び酸素を高濃度に含む混合ガスを燃焼させることにより、Ｈ・、ＯＨ・、Ｏ・、Ｏ₂・等のラジカル種が発生し、これらと反応することによってレジスト膜が除去される。レジスト膜が除去され、シリコン層が露出した後、混合ガスを酸素リッチな状態に設定することによって当該シリコン膜表面における酸化シリコン膜の形成が促進される。

エッチングマスクの除去工程においては、基板が比較的低温（例えば３００℃以下）に維持されるように温度を調整し、酸化シリコン膜を形成する工程においては、基板がより高温になるように調整する。

また、混合ガスを水素リッチな状態に設定することにより、シリコン薄膜中に水素が導入され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、キャリア移動度が向上される。混合ガスを水素リッチな状態に設定して火炎を照射することにより、酸化シリコン膜も同時に改質され、酸化シリコン膜とシリコン層の界面も良好となる。

（半導体製造装置）
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法に用いられる半導体製造装置について図１を参照して説明する。

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。

ここで、混合ガスの供給量が増大すれば、半導体基板１００の温度上昇の速度はより速くなり、供給量を減少させれば、温度上昇が抑制される。このようにガスコントローラ１５を制御することによって、半導体基板１００の温度を調整することも可能である。

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。

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。混合ガス中に、不活性ガスを混入させると、混入させない場合に比較して、半導体基板１００の温度上昇が抑制される。

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。

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。

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。

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。

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。ここで、走査速度を速くすれば、半導体基板１００の温度上昇は緩和され、遅くすれば温度上昇の速度は速くなる。このように、ガスバーナー２２の走査速度を制御することによっても、半導体基板１００の温度を調整することが可能である。

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。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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、本発明にかかる半導体装置の製造方法の異例として、薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）の製造工程を、図１０を参照して説明する。

この実施例では、基板上に形成された半導体層（シリコン層）をレジストマスクを用いてパターニングした後、水素及び酸素の混合ガス雰囲気中で熱処理を行って当該レジストマスクを除去し、続けて酸素リッチな条件下で熱処理を行って半導体層表面にゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜を形成し、さらに水素リッチな条件下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。

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法などによって酸化シリコン膜等の下地膜１０２を形成し、続いて酸化下地膜１０２上に、半導体層１０３としてアモルファスシリコン膜を形成する。脱水素処理等の後処理を行った後、半導体層１０３を、レーザアニール法等の熱処理によって結晶化し、多結晶シリコン膜とする。尚、半導体層１０３の結晶化を、ガスバーナー２２を用いた熱処理で行うこともできる。

次に、図１０（Ｂ）に示すように半導体層１０３上に、エッチングマスク１０４としてのフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィー法によって、このフォトレジスト膜を所望のパターンにパターニングする。続いて、図１０（Ｃ）に示すように、エッチング法により、エッチングマスク１０４のパターンに従って、半導体層１０３をパターニングする。

続いて、図１に示される半導体製造装置のチャンバ２１内のステージ部５１上に半導体基板１００を載置し、図１０（Ｄ）及び（Ｅ）に示されるように、ガスバーナー２２による熱処理に供し、まず、エッチングマスク１０４を除去する。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、半導体層１０３を１ｍ秒〜１００ｍ秒程度の短時間曝し、基板温度を約３００度以下に維持する。このような条件であれば、焦げ付き等が生じることなくエッチングマスク１０４を除去することができる。また、薬液を使用してエッチングマスクを除去する場合と異なり、廃液の処理等が問題になることもない。

エッチングマスク１０４を除去する場合、混合ガスにおける水素と酸素の混合比率は、エッチングマスク１０４に対する反応性を有するラジカル種が十分に生成される限り、特に限定されないが、一般に、エッチングマスク１０４は、酸素ラジカルに対する反応性が高いことが知られているため、酸素リッチな条件に設定することが好ましい。従って、例えば、水素と酸素の混合比を、モル比で１：１〜１：２とすることができる。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。

ここで、基板温度を約３００度以下に維持するために、基板温度をモニターし、温度が上昇したら、ガスバーナー２２の基板１００に対する走査速度を速くすることによって、基板１００の温度上昇を抑制することができる。また、ガスコントローラ１５を制御して混合ガスの流量を減少させたり、混合ガス中にＡｒやＨｅといった不活性ガスを加えたりすることによっても、基板１００の温度上昇を減速させることが可能である。また、ガスバーナー２２と基板１００との距離を大きくすることによっても、温度上昇を抑えることができる。

尚、エッチングマスク１０４が火炎中の酸素等のラジカル種と反応すると、副生成物としてＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ等のラジカル種が産生され、これらのラジカル種が発光することが知られている。従って、この光を分光器で検出することによって、エッチングマスクが除去されたか否かを確認することができる。

ここで、エッチングマスク１０４の除去のために、ガスバーナー２２による熱処理の後、水による洗浄工程を行ってもよい。水蒸気に暴露されたレジストは水溶性になることがあるので、水による洗浄工程によって、残留したエッチングマスク１０４をより良く除去することができる。

エッチングマスクが除去されたら、図１０（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、ガスコントローラ１５によって、混合ガス中の酸素濃度を上昇させ、水素と酸素との混合比率を、例えば１：１〜１：２として酸素リッチな雰囲気とし、半導体層１００の表面に酸化シリコン膜１０５を形成する。酸化シリコン膜１０５を形成する際は、エッチングマスクを除去する場合よりも基板温度を上昇させ、例えば６５０℃以上とする。基板温度を上昇させる方法としては、例えばガスバーナー２２の基板１００に対する走査速度を遅くする、ガスコントローラ１５により混合ガスの流量を増加させる、ガスバーナー２２と基板１００との距離を近づける、等の方法が挙げられる。また、エッチングマスク１０４を除去するときに、混合ガスに不活性ガスを添加することによって温度上昇を抑制していた場合は、不活性ガスの割合を減少させることによっても、基板１００の温度を上昇させることができる。半導体層１００は火炎の大きさに対して極めて薄いので、火炎を照射することによって、半導体層１００の側面にも酸化シリコン膜１０５が形成される。

続いて、ガスコントローラ１５によって、混合ガス中の水素濃度を上昇させ、水素と酸素の混合比率を、例えば２．５：１〜１．５：１程度に設定して水素リッチな雰囲気とし、さらに火炎により熱処理を行う。このとき、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、半導体層１０３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。また、酸化シリコン膜１０５も改質され、半導体層１０３と酸化シリコン膜１０５の界面が良好な状態となる。これら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、後述するＴＦＴの特性（キャリア移動度）が向上する。

尚、火炎の照射によって、酸化シリコン膜１０５より厚い酸化シリコン膜１０５が必要とされる場合は、火炎の照射によって形成された酸化シリコン膜１０５上に、ＣＶＤ法等によって、酸化シリコン膜を積層形成することもできる。このようにＣＶＤ法によって酸化シリコン膜を積層しても、酸化シリコン膜１０５と半導体層１０３との界面は、火炎によって形成された良好な状態が保たれるので、高品質な半導体装置を得ることができる。

次に、図１１（Ａ）に示すように、酸化シリコン膜１０５上に、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１０６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１０６を得てもよい。

このゲート電極配線１０６をマスクとして半導体層１０３に高濃度の不純物イオン注入を行い、半導体層１０３にソース領域及びドレイン領域を形成する。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、上述したガスバーナー２２による熱処理を再び行って、上記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。雰囲気中の酸素が半導体層１０３とシリコン酸化膜（ゲート絶縁層）１０５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。

この後、図１１（Ｃ）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１０７を形成する。半導体層１０３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てソース／ドレイン電極１０８を形成し、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。

図示された、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。

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、水素と酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーを用いた熱処理によって、安価かつ迅速な工程で、高品質な半導体装置を製造することができる。当該熱処理は、混合ガスの成分を変更したり、基板の温度上昇を制御したりすることにより、エッチングマスクの除去、ゲート絶縁膜の形成、半導体層及びゲート絶縁膜の改質のみならず、半導体層の結晶化や不純物の活性化にも用いることができる。

尚、上述の実施形態では、エッチングマスクの除去とゲート絶縁膜の形成では、異なる条件で火炎による熱処理を行ったが、同一の条件のまま一工程として行うことも可能である。

（電子機器）
図１２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。

図１２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。

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。

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。 実施例のガスバーナー２２を説明する説明図である。 ガスバーナーを説明する説明図である。 ガスバーナーの構成例を説明する説明図である。 ガスバーナーの構成例を説明する説明図である。 ガスバーナーの構成例を説明する説明図である。 ガスバーナーの火炎を調整する例を説明する説明図である。 ガスバーナーの火炎を調整する例を説明する説明図である。 ガスバーナーの火炎の温度を調整する例を説明する説明図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明する製造工程図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明する製造工程図である。 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

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…ステージ部、５２…温度調節部、１００…半導体基板、１０１…ガラス基板、１０２…下地膜、１０３…半導体層、１０４…エッチングマスク、１０５…酸化シリコン膜

Claims (15)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   半導体層上にエッチングマスクを形成する第１工程と、
   前記エッチングマスクを介したエッチングにより、前記半導体層をパターニングする第２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する熱処理によって、前記エッチングマスクを除去し、前記半導体層表面に酸化膜を形成する第３工程と、を含む半導体装置の製造方法。
2. 前記第３工程において、前記エッチングマスクの除去と、前記酸化膜の形成とを、同一条件の熱処理で行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第３工程において、前記エッチングマスクの除去と、前記酸化膜の形成とを、異なる条件の熱処理で行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記エッチングマスクを除去する工程は、前記酸化膜を形成する工程よりも低温で行うことを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記混合ガスの流量を変更することによって、前記火炎による前記基板の温度上昇を調整することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記混合ガス中に不活性ガスを加えることによって、前記火炎による前記基板の温度上昇を調整することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記ガスバーナーと前記基板との距離を調整することによって、前記火炎による該基板の温度上昇を調整することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記火炎を走査させる速度を変更することによって、前記火炎による前記基板の温度上昇を調整することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記第３工程に続けて、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火炎を熱源とする熱処理を行って、該半導体層及び該酸化膜の膜質を改善する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記熱処理は、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うことを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記ガスバーナーが、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ことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
12. 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ことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 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ことを特徴とする、請求項１から１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
14. 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から１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
15. 請求項１から１４のいずれか１項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。
    
    

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