專(zhuān)利名稱(chēng)：氧化硅膜的制造方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置、顯示裝置和紅外光照射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用氣相淀積法制造高質(zhì)量的氧化硅膜的方法。該氧化硅膜適合于作為半導(dǎo)體裝置的基底保護(hù)膜、柵絕緣膜、層間絕緣膜等。此外，本發(fā)明涉及通過(guò)例如在約800℃以下的較低的溫度下對(duì)半導(dǎo)體表面進(jìn)行氧化以形成高質(zhì)量的極薄的氧化硅膜(膜厚約低于10nm)來(lái)制造高質(zhì)量的微細(xì)半導(dǎo)體裝置(例如，金屬-氧化膜-半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET))的方法。此外，本發(fā)明涉及例如在約600℃以下的較低的溫度下制造高性能、高可靠性的半導(dǎo)體裝置(例如，薄膜晶體管)的方法。此外，本發(fā)明涉及以這種方式制造的高性能、高可靠性的半導(dǎo)體裝置和具備該半導(dǎo)體裝置的高性能、高可靠性的顯示裝置(例如，液晶顯示裝置)。再者，本發(fā)明涉及能制造高質(zhì)量的氧化硅膜的紅外光照射裝置。
背景技術(shù)：
氧化硅膜廣泛地用于多晶硅薄膜晶體管(p-Si TFT)的柵絕緣膜、具有極薄氧化膜的VLSI等微細(xì)半導(dǎo)體裝置的柵絕緣膜等。該氧化硅膜的質(zhì)量使這些半導(dǎo)體裝置的電特性受到很強(qiáng)的影響。
在將氧化硅膜用作低溫p-Si TFT的柵絕緣膜的情況下，必須在能使用普通的玻璃基板的例如約600℃以下的較低的溫度下形成氧化硅膜。因此，迄今為止使用了化學(xué)氣相淀積法(CVD法)或物理氣相淀積法(PVD法)。
此外，在具有極薄氧化膜的VLSI等的微細(xì)半導(dǎo)體裝置的制造中，以往，在含有氧及鹽酸的氣氛下，例如在約800℃以下的較低的溫度下，或是進(jìn)行硅的熱氧化，或是進(jìn)行對(duì)硅襯底照射氧等離子體等處理，得到了極薄的氧化硅膜。
但是，這些現(xiàn)有的氧化硅膜由于氧化膜俘獲電荷多的原因，存在膜的質(zhì)量極低的問(wèn)題。
因此，如果將現(xiàn)有的氧化硅膜作為p-Si TFT的柵絕緣膜來(lái)使用，則存在只能得到低質(zhì)量、低可靠性的p-Si TFT的問(wèn)題。這是由于下述的原因等引起的由于氧化硅膜具有很多氧化膜固定電荷，故使半導(dǎo)體裝置的平帶電壓(Vfb)變動(dòng)，或者由于表面俘獲能級(jí)高，故使閾值電壓(Vth)增大，再有，由于氧化膜俘獲能級(jí)高，故電荷向氧化膜中的注入是容易的。換言之，由于現(xiàn)有的p-Si TFT等半導(dǎo)體裝置的氧化硅膜的質(zhì)量低，故存在很多問(wèn)題。
在利用極薄氧化硅膜的VLSI等的微細(xì)半導(dǎo)體裝置中也能看到同樣的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，由于在約800℃以下的較低的溫度下形成極薄氧化硅膜，故存在所有的低溫氧化的問(wèn)題。即，存在界面能級(jí)及氧化膜俘獲能級(jí)極高、氧化膜電流也大的問(wèn)題。這些問(wèn)題限制了超大規(guī)模集成電路的性能，成為縮短其壽命的主要原因。
因此，本發(fā)明是為了解決上述的問(wèn)題而進(jìn)行的，其目的在于，提供利用氣相淀積法制造高質(zhì)量的氧化硅膜的方法，提供使用例如在約800℃以下的較低的溫度下形成的氧化硅膜來(lái)制造具有高質(zhì)量的極薄氧化膜的VLSI等的微細(xì)半導(dǎo)體裝置的方法，提供例如在約600℃以下的較低的溫度下制造高性能、高可靠性的半導(dǎo)體裝置(例如，薄膜晶體管)的方法，提供這樣的高性能、高可靠性的半導(dǎo)體裝置及顯示裝置，以及提供能制造高質(zhì)量的氧化硅膜的制造裝置。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明中，首先作為氧化硅膜形成工序，利用氣相淀積法(例如，化學(xué)氣相淀積法(CVD法)、物理氣相淀積法(PVD法)等)在絕緣性基板(例如，石英玻璃基板、普通無(wú)堿玻璃基板等)、半導(dǎo)體基板(例如，單晶硅基板、化合物半導(dǎo)體基板等)、金屬基板等各種基板上淀積氧化硅膜。此外，利用在氧化性氣氛下的半導(dǎo)體物質(zhì)表面的熱處理(熱氧化)或朝向半導(dǎo)體物質(zhì)表面的氧化性物質(zhì)(氧或氧化亞氮)的等離子體照射(等離子體氧化)、臭氧(O3)供給(臭氧氧化)、由加熱金屬催化劑產(chǎn)生的活性氧供給(活性氧氧化)等，對(duì)半導(dǎo)體物質(zhì)表面進(jìn)行氧化，形成氧化硅膜。
如果在這些氧化硅膜形成工序中，有直接在半導(dǎo)體基板或玻璃基板上形成氧化硅膜作為場(chǎng)氧化膜、柵絕緣膜、層間絕緣膜、基底保護(hù)膜等的情況，則也有在玻璃基板或單晶硅基板的表面上形成的氧化膜等絕緣物質(zhì)上作為半導(dǎo)體膜形成工序形成了硅單體或以硅為主體的半導(dǎo)體膜之后，在該半導(dǎo)體膜上形成氧化硅膜的情況。
所謂以硅為主體的半導(dǎo)體膜，指的是由硅與鍺等其它元素的混合物構(gòu)成、硅的構(gòu)成比為80％以上的半導(dǎo)體膜。此外，在硅單體的半導(dǎo)體膜中，也包含在硅中包含了P、B、Al、As等雜質(zhì)的半導(dǎo)體膜。因而，在本發(fā)明中說(shuō)的氧化硅膜的意思，不僅包含純粹的氧化硅膜(SiOx膜x大致為2)，也包含含有這些元素及其氧化物的氧化硅膜。硅物質(zhì)處于單晶狀態(tài)、多晶狀態(tài)、非晶質(zhì)狀態(tài)、多晶與非晶質(zhì)混在一起的混晶質(zhì)狀態(tài)等。
由氣相淀積法得到的氧化膜淀積工序在約600℃以下的較低的溫度下進(jìn)行。在PVD法中，可使用濺射法、蒸鍍法等。此外，在CVD法中，可使用常壓化學(xué)氣相淀積法(APCVD法)、低壓氣相淀積法(LPCVD法)、等離子化學(xué)氣相淀積法(PECVD法)等。
由熱氧化得到的氧化膜形成工序通過(guò)在在含有氧或水蒸氣、鹽酸等的氧化性氣氛下，在從約600℃至1000℃的溫度范圍內(nèi)處理半導(dǎo)體物質(zhì)來(lái)進(jìn)行。在形成膜厚為約10nm以下的極薄氧化膜時(shí)，熱氧化大多在約800℃以下的溫度下來(lái)處理。此外，在等離子體氧化、臭氧氧化、活性氧氧化等的氧化膜形成工序中，仍然在半導(dǎo)體物質(zhì)的溫度約600℃以下的狀態(tài)下來(lái)處理(以下，在本說(shuō)明書(shū)中將在約800℃以下的溫度下的熱氧化、等離子體氧化、臭氧氧化、活性氧氧化總稱(chēng)為低溫氧化法。)。以這種方式利用低溫氧化法得到的氧化硅膜與在約1100℃以上的溫度下得到的厚的熱氧化膜(膜厚約50nm以上)相比，其質(zhì)量一般較差。
因此，在本發(fā)明中，利用下述的紅外光照射工序進(jìn)行這些氧化硅膜的膜質(zhì)量的改善。在紅外光照射工序中，對(duì)利用上述的氣相淀積法得到的氧化硅膜或利用低溫氧化法得到的極薄氧化硅膜照射紅外光。照射紅外光被氧化硅膜吸收，使氧化膜的溫度上升。利用該溫度上升來(lái)進(jìn)行氧化硅膜本身及界面的質(zhì)量改善。在將入射光強(qiáng)度設(shè)為I0、將氧化硅膜的膜厚設(shè)為t(cm)、將紅外光的由氧化硅膜引起的吸收系數(shù)設(shè)為k(cm-1)時(shí)，紅外光的對(duì)于氧化硅膜的透射光強(qiáng)度I由下式來(lái)表示I＝I0exp(-k·t)在基板由具有與玻璃等氧化硅膜同等的光學(xué)特性的物質(zhì)構(gòu)成時(shí)，或由對(duì)于照射紅外光的吸收系數(shù)比氧化硅膜大的物質(zhì)構(gòu)成時(shí)，照射紅外光在被氧化硅膜吸收的同時(shí)，也被玻璃等的基板吸收。因而，如果在氧化硅膜中的吸收率太低，則不僅氧化硅膜的溫度不會(huì)有效地上升，而且紅外光主要被基板吸收，作為其結(jié)果，使基板受到損傷。具體地說(shuō)，基板出現(xiàn)裂紋，或發(fā)生變形。因此，希望由紅外光產(chǎn)生的溫度上升在氧化硅膜中較大，而在玻璃等基板中較小。即使以本發(fā)明為對(duì)象的氧化硅膜的膜厚較厚，也只有約1μm，另一方面，玻璃等基板通常具有約幾百μm以上的厚度。因而，如果在氧化硅膜中的紅外光的吸收對(duì)于入射光來(lái)說(shuō)超過(guò)約10％，則在基板中的吸收不到90％。此時(shí)，由于氧化硅膜與基板的厚度的差異為幾百倍以上，故基板的溫度上升比氧化硅膜的溫度上升低很多。由于紅外光從表面照射并通過(guò)了氧化膜之后進(jìn)入到基板中，故為了使來(lái)自氧化硅膜的透射光不到90％，從上式可知，滿(mǎn)足下式即可k·t＞0.1。
在基板如單晶硅那樣對(duì)于紅外光的吸收系數(shù)比氧化硅膜的吸收系數(shù)顯著地小時(shí)，由于即使紅外光的在氧化硅膜中的吸收相當(dāng)小，基板損傷的擔(dān)心也低，故可將k·t定為k·t＞0.01。
如迄今在此所述的那樣，為了對(duì)氧化硅膜照射紅外光來(lái)進(jìn)行膜質(zhì)量的改善，必須使氧化硅膜吸收紅外光。

圖1示出了用電子回旋共振等離子化學(xué)氣相淀積法(ECR-PECVD法)淀積的氧化硅膜的紅外光吸收特性。左縱軸表示氧化膜的吸光度a(Absorbance)，右縱軸表示吸收系數(shù)k(cm-1)。在吸光度a與吸收系數(shù)k之間，下式的關(guān)系成立k＝ln(10)·a/t。
其中，t(cm)是氧化硅膜的膜厚。圖1的橫軸是紅外光的波數(shù)(cm-1)和對(duì)應(yīng)的光的波長(zhǎng)(μm)。
一般來(lái)說(shuō)，在氧化硅膜中對(duì)于紅外光存在三種吸收峰。它們是非對(duì)稱(chēng)伸縮峰(ABS)、對(duì)稱(chēng)伸縮峰(SBS)和耦合彎曲峰(BB)。從圖1可知，非對(duì)稱(chēng)伸縮峰的波數(shù)位于1057cm-1(波長(zhǎng)9.46μm)附近，吸收系數(shù)是27260cm-1。對(duì)稱(chēng)伸縮峰的波數(shù)位于815cm-1(波長(zhǎng)12.27μm)附近，吸收系數(shù)是2290cm-1。耦合彎曲峰的波數(shù)位于457cm-1(波長(zhǎng)21.88μm)附近，吸收系數(shù)是8090cm-1。照射紅外光的波長(zhǎng)與這三種吸收峰相一致即可。因而，為了被非對(duì)稱(chēng)伸縮峰吸收，紅外光的波長(zhǎng)位于約8.929μm(波數(shù)1120cm-1)至約10μm(波數(shù)1000cm-1)之間即可，為了被對(duì)稱(chēng)伸縮峰吸收，紅外光的波長(zhǎng)位于約11.364μm(波數(shù)880cm-1)至約13.158μm(波數(shù)760cm-1)之間即可，為了被耦合彎曲峰吸收，紅外光的波長(zhǎng)位于約19.231μm(波數(shù)520cm-1)至約25μm(波數(shù)400cm-1)之間即可。
最有效地吸收紅外光的峰是吸收系數(shù)最大的非對(duì)稱(chēng)伸縮峰。即使在用氣相淀積法得到的質(zhì)量最低的氧化硅膜中，在非對(duì)稱(chēng)伸縮峰中的吸收系數(shù)也有約25000cm-1的值。因而，對(duì)于所有的用氣相淀積法得到的氧化硅膜，為了滿(mǎn)足前面的吸收系數(shù)與氧化膜厚的關(guān)系，氧化硅膜的厚度只要在約40nm以上即可。同樣，在約800℃以下對(duì)單晶硅基板進(jìn)行氧化時(shí)，由于氧化膜的吸收系數(shù)在約30000cm-1以上，故只要氧化膜厚最小在約3.3nm以上，就可進(jìn)行極薄氧化膜的膜質(zhì)量的改善而不對(duì)基板造成損傷。
即，在本發(fā)明中，對(duì)氧化硅膜進(jìn)行照射的紅外光必須包含被氧化硅膜吸收的波長(zhǎng)分量。再有，雖然也可包含不被氧化硅膜吸收的波長(zhǎng)分量，但如果從減少對(duì)基板、半導(dǎo)體膜的損傷的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，則最好盡可能減少其比例。換言之，在本發(fā)明中，可以說(shuō)，對(duì)氧化硅膜進(jìn)行照射的紅外光最好包含以被氧化硅膜吸收的波長(zhǎng)分量作為主要分量。
此外，在本發(fā)明中，更為理想的是，對(duì)氧化硅膜進(jìn)行照射的紅外光在被氧化硅膜吸收的波長(zhǎng)分量中特別包含與氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分量。這是因?yàn)椋捎谖障禂?shù)大，故對(duì)氧化硅膜的加熱特別有效。雖然也可包含不與氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分量，但如果從基板加熱的效率來(lái)說(shuō)，最好其比例盡可能小。換言之，在本發(fā)明中，可以說(shuō)，更為理想的是，對(duì)氧化硅膜進(jìn)行照射的紅外光包含與氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分量作為主要分量。
如果從以上所述的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，則在本發(fā)明中，對(duì)氧化硅膜進(jìn)行照射的紅外光最好包含約8.9μm以上至約10μm以下的波長(zhǎng)分量，更為理想的是，主要包含約8.9μm以上至約10μm以下的波長(zhǎng)分量。
為了響應(yīng)這樣的要求，將具有氧化膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮峰附近的波長(zhǎng)的激光作為紅外光來(lái)照射即可。這是因?yàn)椋捎诩す庠谡牟ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)振蕩，故可盡可能減少不對(duì)氧化硅膜加熱的波長(zhǎng)的光照射到基板及半導(dǎo)體膜上的情況。作為這樣的激光，最好的光是二氧化碳?xì)怏w(CO2)激光，其中，特別好的光是波長(zhǎng)為9.3μm附近的二氧化碳?xì)怏w激光。關(guān)于波長(zhǎng)為9.3μm附近的二氧化碳?xì)怏w激光，下面進(jìn)行敘述。
二氧化碳?xì)怏w激光以9.3055±0.0005μm的波長(zhǎng)(波數(shù)1074.63±0.05cm-1)為代表的那樣，在8.9μm(波數(shù)1124cm-1)至11μm(波數(shù)909cm-1)的波段中具有多條振蕩線(xiàn)，這些光的波數(shù)大致與由氣相淀積法及約800℃的較低的溫度下得到的氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮峰一致。圖14是示出能在本發(fā)明中使用的二氧化碳?xì)怏w激光的振蕩線(xiàn)的圖。各振蕩線(xiàn)的波長(zhǎng)的起伏約為0.0005μm，如果改為波數(shù)，則約為0.05cm-1。在這些振蕩線(xiàn)內(nèi)特別適合于照射紅外光的振蕩線(xiàn)是幾乎被所有的氧化硅膜強(qiáng)烈地吸收的從波長(zhǎng)約9.2605±0.0005μm波數(shù)1079.85±0.05cm-1)至9.4885±0.0005μm(波數(shù)1053.91±0.05cm-1)的振蕩線(xiàn)(將這些二氧化碳?xì)怏w激光稱(chēng)為波長(zhǎng)9.3μm(波數(shù)1075cm-1)附近的二氧化碳?xì)怏w激光)。
氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮峰的位置隨膜質(zhì)量的降低，向低波數(shù)一側(cè)移動(dòng)。實(shí)際上，由氣相淀積法得到的氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮峰的紅外光的波數(shù)位于從約1055cm-1至約1070cm-1間，該值大致與波長(zhǎng)9.3μm(波數(shù)1075cm-1)附近的二氧化碳?xì)怏w激光的波數(shù)一致。另外，在這樣的低質(zhì)量的膜中，存在非對(duì)稱(chēng)伸縮峰的半值寬也增大的趨勢(shì)，該值有時(shí)也達(dá)到100cm-1因此，即使非對(duì)稱(chēng)伸縮峰稍微偏離9.3μm附近的二氧化碳?xì)怏w激光的波數(shù)，氧化硅膜也能充分地吸收二氧化碳?xì)怏w激光。隨著用二氧化碳?xì)怏w激光來(lái)改善氧化膜質(zhì)量，半值寬減小，但由于非對(duì)稱(chēng)伸縮峰也向高波數(shù)一側(cè)移動(dòng)，故氧化膜仍然能有效地吸收波長(zhǎng)9.3μm附近的二氧化碳?xì)怏w激光。在對(duì)單晶硅基板進(jìn)行氧化來(lái)得到氧化硅膜的情況下，由于氧化溫度在約1100℃以上，氧化膜的質(zhì)量高，故非對(duì)稱(chēng)伸縮峰位于約1081cm-1附近。在氧化溫度不到1100℃的情況下，氧化溫度每降低100℃，非對(duì)稱(chēng)伸縮峰的位置以約2cm-1的比例向低波數(shù)一側(cè)移動(dòng)，在800℃的氧化中，成為1075cm-1。該值大致與波長(zhǎng)9.3μm的二氧化碳?xì)怏w激光的波數(shù)值一致，由此可知，波長(zhǎng)9.3μm附近的二氧化碳?xì)怏w激光作為照射紅外光是理想的。照射激光可使具有9.3μm附近的波長(zhǎng)的光如9.3055±0.0005μm的波長(zhǎng)那樣單一地振蕩，也可同時(shí)使多條具有9.3μm附近的波長(zhǎng)的光振蕩。
為了用紅外光照射來(lái)改善氧化膜的質(zhì)量，一般來(lái)說(shuō)最好在高溫下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。如果按照實(shí)驗(yàn)將一次紅外光照射時(shí)間定為不到約0.1秒，則在氧化膜的溫度超過(guò)約800℃之后氧化膜的質(zhì)量改善才變得顯著。因而，如果進(jìn)行紅外光照射使得氧化膜的溫度在約0.1秒的期間內(nèi)為800℃以上，則能可靠地進(jìn)行氧化膜的質(zhì)量改善。在氧化膜質(zhì)量改善中所需要的溫度與時(shí)間的關(guān)系中，氧化膜溫度每上升50℃，處理時(shí)間就縮短一個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣的關(guān)系大體成立。因而，使紅外光照射到氧化膜上，將氧化膜的溫度上升并變成約800℃以上時(shí)的任意的氧化膜溫度設(shè)為T(mén)OX(℃)、將達(dá)到該溫度(TOX)的時(shí)間的總計(jì)設(shè)為τ(s)時(shí)，如果在存在滿(mǎn)足下述的TOX和τ的關(guān)系的TOX的條件下照射紅外光τ＞exp(ln(10)·(b·TOX+15))b＝-0.02(℃-1)，即τ＞exp(-0.04605·TOX+34.539)…(1)則可改善氧化膜的質(zhì)量。由此，氧化膜電流減少，絕緣耐壓上升，氧化膜固定電荷減少，氧化膜俘獲能級(jí)降低。
在硅單體或以硅為主體的半導(dǎo)體物質(zhì)上形成了氧化硅膜的情況下，本發(fā)明的紅外光照射在改善氧化膜的膜質(zhì)量的同時(shí)，也可改善半導(dǎo)體與絕緣膜的界面特性。氣相淀積法也好，低溫氧化法也好，在剛形成氧化膜之后，在半導(dǎo)體膜與氧化膜的界面上必定殘留了大的氧化應(yīng)力。在半導(dǎo)體(例如，Si)的低溫氧化中，以下述的機(jī)構(gòu)來(lái)生長(zhǎng)氧化膜氧等氧化反應(yīng)物質(zhì)(例如，O2)擴(kuò)散到氧化膜中(例如，SiO2中)，在反應(yīng)物質(zhì)到達(dá)了氧化膜與半導(dǎo)體膜的界面之后反應(yīng)物質(zhì)將氧原子(O)供給半導(dǎo)體構(gòu)成原子間(例如，Si-Si間)，以形成新的氧化層(例如，Si-O-Si)的機(jī)構(gòu)生成氧化膜。因此，半導(dǎo)體中的相鄰的半導(dǎo)體原子間距離(例如，Si-Si間距離)與將氧原子夾在中間的氧化膜中的半導(dǎo)體原子間距離(例如，Si-O-Si中的Si-Si間距離)當(dāng)然是不同的。該原子間距離的差異在半導(dǎo)體膜中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，在氧化膜中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。如果氧化溫度足夠高(大體約1070℃以上)，則在氧化膜中產(chǎn)生粘性流動(dòng)，因氧化而產(chǎn)生的應(yīng)力得到緩和。但是，在氧化溫度不到約1070℃的情況下，由于應(yīng)力緩和時(shí)間顯著變長(zhǎng)，故因氧化而產(chǎn)生的應(yīng)力得不到緩和而殘留在夾住界面的兩薄膜中。
在用氣相淀積法形成了氧化膜的情況下，也發(fā)生同樣的狀況。這是因?yàn)?，在氧化膜淀積的最初期，在氣相淀積法中使用的氧化促進(jìn)物質(zhì)(O2或O3等)進(jìn)入半導(dǎo)體構(gòu)成原子間，形成約0.5nm至2.0nm的極薄氧化膜，其后在這些極薄氧化膜上淀積氣相淀積法的氧化膜。如上所述，因?yàn)闅庀嗟矸e法在約600℃以下的溫度下進(jìn)行處理，故不能緩和極薄氧化膜形成時(shí)的氧化應(yīng)力。不管是單晶膜還是多晶膜，由于氧化應(yīng)力使半導(dǎo)體構(gòu)成原子的晶格間隔變動(dòng)，故在半導(dǎo)體膜-氧化膜界面上形成對(duì)于電子或空穴的俘獲能級(jí)，同時(shí)，使在表面中的帶電載流子(導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶中的空穴)的遷移率減小。本發(fā)明通過(guò)利用紅外光照射使氧化膜的溫度局部地上升，釋放存在于半導(dǎo)體膜-氧化膜界面上的氧化應(yīng)力，以形成質(zhì)量良好的界面。
在利用紅外光照射進(jìn)行的界面質(zhì)量改善中，存在最佳的條件。圖2是以氧化硅膜的Irene的理論(E.A.Irene etal.J.Electrochem.Soc.129(1982)2594)為參考、計(jì)算了應(yīng)力緩和時(shí)間(縱軸)與熱處理溫度(橫軸)的關(guān)系的圖。例如，在熱處理溫度為1230℃時(shí)，在約0.1秒以上的熱處理時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生氧化膜粘性流動(dòng)，釋放了氧化應(yīng)力。因而，對(duì)于由紅外光照射產(chǎn)生的界面質(zhì)量改善，可這樣來(lái)設(shè)定照射條件，使之滿(mǎn)足處于圖2的曲線(xiàn)上側(cè)的條件(在圖2中，在記為紅外光照射有效區(qū)域的范圍內(nèi))。具體地說(shuō)，將對(duì)氧化膜照射紅外光使氧化硅膜的溫度上升并變成1000℃以上時(shí)的任意的氧化膜溫度設(shè)為T(mén)OX(℃)、將達(dá)到該溫度(TOX)的時(shí)間的總計(jì)設(shè)為τ(s)時(shí)，在存在滿(mǎn)足下述的TOX和τ的關(guān)系的TOX的條件下進(jìn)行上述紅外光照射即可τ＞2·(1+v)·η/Eη＝η0·exp(ε/(k·(TOX+273.15)))，即τ＞2.(1+v)·η0·exp(ε/(k·(TOX+273.15)))/E…(2)其中，v表示氧化膜的泊松(Poisson)比，E表示其楊氏模量(Young′smodulus)，η表示其粘度，η0表示粘度的預(yù)指數(shù)因子(pre-exponentialfactor)，ε表示粘度的激活能，k表示玻爾茲曼(Boltzman)常數(shù)，取以下那樣的數(shù)值。
v＝0.18E＝6.6×1011dyn·cm-2η0＝9.549×10-11dyn·s·cm-2ε＝6.12 eVk＝8.617×10-5eV·K-1為了在不對(duì)基板或半導(dǎo)體膜產(chǎn)生損傷的情況下使氧化膜的由紅外光產(chǎn)生的熱處理結(jié)束，加熱基板上的同一地點(diǎn)的時(shí)間最好不到0.1秒。這是因?yàn)?，遵循快速熱處?RTA)的經(jīng)驗(yàn)，在約800℃以上的溫度下，在約1秒的加熱時(shí)間內(nèi)，玻璃基板或是變形或是產(chǎn)生裂紋，另一方面，在不到0.1秒的短時(shí)間的處理中，不發(fā)生這樣的問(wèn)題。如果TOX約為1230℃以上，則也可將一次的照射設(shè)定為不到0.1秒，但在約1230℃以下的情況下，在一次的照射中不能滿(mǎn)足該條件。因而。為了在TOX約為1230℃以下的紅外光照射條件下改善界面特性，可這樣來(lái)照射紅外光將一次的照射定為不到0.1秒，且將該照射重復(fù)幾次，以τ為總計(jì)，使其滿(mǎn)足前面的不等式。在該意義上，可以說(shuō)，具有周期性的非連續(xù)振蕩的紅外光比連續(xù)振蕩的紅外光要好。
具有周期性的紅外光的非連續(xù)振蕩如圖3中示出的那種隨時(shí)間變化的圖中所示那樣來(lái)進(jìn)行。紅外光的一個(gè)周期由振蕩期間(tON)和非振蕩期間(tOFF)構(gòu)成。為了使朝向半導(dǎo)體等的氧化膜以外的物質(zhì)的熱變形成為最小，希望振蕩期間與非振蕩期間相等或比非振蕩期間短(tON≤tOFF)。這是因?yàn)?，通過(guò)使振蕩期間比非振蕩期間短，能可靠地進(jìn)行散熱。再者，如果考慮生產(chǎn)性，則可以說(shuō)振蕩期間與非振蕩期間大致相等是理想的。
關(guān)于紅外光照射還有一點(diǎn)必須注意的是氧化膜的到達(dá)最高溫度的控制。在半導(dǎo)體物質(zhì)上如柵絕緣膜及層間絕緣膜那樣形成氧化膜并對(duì)該氧化膜進(jìn)行紅外光照射時(shí)，希望氧化膜的到達(dá)最高溫度在半導(dǎo)體物質(zhì)的熔點(diǎn)以下。例如，由于在半導(dǎo)體物質(zhì)是本征硅或包含少量的雜質(zhì)(雜質(zhì)濃度不到1％)的情況下，硅的熔點(diǎn)約為1414℃，故由紅外光照射引起的氧化膜的到達(dá)最高溫度最好不到約1414℃。這是因?yàn)?，如果半?dǎo)體物質(zhì)熔融，則半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度發(fā)生變化，或氧化膜與半導(dǎo)體的界面發(fā)生無(wú)序重組而使界面能級(jí)增大，在嚴(yán)重的情況下，產(chǎn)生半導(dǎo)體物質(zhì)蒸發(fā)、飛濺，從而破壞半導(dǎo)體裝置等不良現(xiàn)象。為了回避這樣的現(xiàn)象以便穩(wěn)定地制造良好的半導(dǎo)體裝置，將氧化膜的到達(dá)最高溫度定為半導(dǎo)體物質(zhì)的熔點(diǎn)以下即可。
在半導(dǎo)體物質(zhì)處于多晶質(zhì)或非晶質(zhì)的狀態(tài)下，在半導(dǎo)體中存在懸掛鍵(dangling bond)，最好用氫(H)或氟(F)等的原子對(duì)這些懸掛鍵進(jìn)行端接(terminate)。懸掛鍵在禁帶中的深的位置(禁帶的中央附近)處形成對(duì)于電子和空穴的俘獲能級(jí)，使導(dǎo)帶中的電子數(shù)和價(jià)帶中的空穴數(shù)減少。同時(shí)對(duì)帶電載流子進(jìn)行散射，使遷移率下降。懸掛鍵通過(guò)該原理使半導(dǎo)體特性降低。由紅外光照射引起的氧化膜的溫度上升顯著地改善氧化硅膜本身與界面的質(zhì)量，另一方面，存在由于從氧化膜向半導(dǎo)體物質(zhì)的熱傳導(dǎo)而使對(duì)懸掛鍵進(jìn)行了端接的氫或氟脫離的擔(dān)心。因而，為了制成光變換效率高的太陽(yáng)電池、以低電壓高速工作的薄膜晶體管等良好的半導(dǎo)體裝置，希望在紅外光照射后設(shè)置氫等離子體照射等的懸掛鍵端接工序。這是因?yàn)?，利用該工序?lái)減少因紅外光照射產(chǎn)生的懸掛鍵數(shù)目，以此使帶電載流子的數(shù)目增多，同時(shí)使遷移率提高。
在本發(fā)明的紅外光照射中，希望氧化膜的在同一地點(diǎn)用一次照射加熱的時(shí)間是不到0.1秒的短時(shí)間。這是因?yàn)?，由于在這樣的短時(shí)間的照射中，不僅可防止基板的熱損傷，而且從氣相通過(guò)氧化膜的氧等的與半導(dǎo)體物質(zhì)的反應(yīng)性氣體的擴(kuò)散變得非常小，故可將照射氣氛定為空氣中。存在下述的擔(dān)心如果照射時(shí)間變長(zhǎng)，則空氣中的氧擴(kuò)散到界面處，在半導(dǎo)體物質(zhì)的冷卻過(guò)程中形成新的低溫氧化層。因此，就無(wú)法改善界面特性。在這樣的意義上，最好將照射氣氛定為氮、氦、氬等的惰性氣體中。由于利用紅外光照射將半導(dǎo)體物質(zhì)表面加熱到接近于熔點(diǎn)，故作為照射氣氛，與存在氮化的可能性的氮相比，使用氦、氬等稀有氣體就更為理想。這是因?yàn)?，如果這樣做，只要不對(duì)基板或半導(dǎo)體物質(zhì)造成損傷，關(guān)于紅外光照射期間沒(méi)有限制，可得到質(zhì)量良好的界面。總之，該照射氣氛的控制對(duì)于容易擴(kuò)散的極薄氧化膜是重要的。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在具有半導(dǎo)體膜被氧化硅膜夾住的膜厚不到約200nm的薄的結(jié)晶性膜的結(jié)構(gòu)時(shí)，可顯著地改善半導(dǎo)體裝置的電特性。具有該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體膜與上側(cè)氧化膜的界面以及半導(dǎo)體膜與下側(cè)氧化膜的界面這兩個(gè)界面。在半導(dǎo)體膜中添加成為施主或受主的雜質(zhì)、作為布線(xiàn)利用時(shí)，這兩個(gè)界面對(duì)電傳導(dǎo)都有貢獻(xiàn)。此外，在將半導(dǎo)體膜作為“絕緣體上的硅”(SOI)型半導(dǎo)體裝置的有源層來(lái)利用時(shí)，由于整個(gè)薄的半導(dǎo)體膜也被耗盡，故兩個(gè)界面仍然對(duì)電特性有影響。如果對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行紅外光照射，則夾住半導(dǎo)體膜的上下的氧化膜被紅外光照射而加熱，由此來(lái)改善兩個(gè)界面的質(zhì)量。再者，在結(jié)晶性半導(dǎo)體膜是多晶時(shí)，利用來(lái)自上下的氧化膜的熱傳導(dǎo)，也自然地加熱半導(dǎo)體膜，也產(chǎn)生多晶性半導(dǎo)體膜的再結(jié)晶。由于該再結(jié)晶，或是構(gòu)成多晶性半導(dǎo)體膜的結(jié)晶粒增大，或是半導(dǎo)體膜中的缺陷數(shù)減少，因此可進(jìn)一步改善半導(dǎo)體特性。
如以上詳細(xì)地?cái)⑹龅哪菢?，本發(fā)明通過(guò)增加對(duì)以往質(zhì)量低的氧化硅膜(用氣相淀積法形成的氧化硅膜、用低溫氧化法得到的極薄氧化膜)進(jìn)行紅外光照射的工序，可將其改善為高質(zhì)量的膜，同時(shí)也可使半導(dǎo)體-氧化膜的界面狀態(tài)變得良好。此外，在半導(dǎo)體膜被第一氧化膜和第二氧化膜夾住的情況下，可改善雙方界面的質(zhì)量。再者，如果半導(dǎo)體是結(jié)晶性膜，則也可提高其結(jié)晶性。由此，可得到下述的良好的效果可提高以薄膜晶體管為代表的半導(dǎo)體裝置的電特性，同時(shí)可增加半導(dǎo)體裝置的工作穩(wěn)定性及可靠性。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是示出氧化硅膜的紅外光吸收特性的圖。
圖2是示出本發(fā)明的有效區(qū)域的圖。
圖3是說(shuō)明紅外光振蕩的隨時(shí)間變化的圖。
圖4是示出因紅外光照射引起的氧化膜溫度變化的圖。
圖5是說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。
圖6是說(shuō)明本發(fā)明的顯示裝置的圖。
圖7是說(shuō)明本發(fā)明的紅外光照射裝置的圖。
圖8是說(shuō)明本發(fā)明的使用了復(fù)眼透鏡的紅外光照射裝置的圖。
圖9是示出使用了復(fù)眼透鏡的紅外光強(qiáng)度分布均勻化的原理的圖。
圖10是說(shuō)明本發(fā)明的使用了富里葉變換型相位全息圖的紅外光照射裝置的圖。
圖11是示出使用了富里葉變換型相位全息圖的紅外光強(qiáng)度分布均勻化的原理的圖。
圖12是說(shuō)明本發(fā)明的使用了電流掃描器的紅外光照射裝置的圖。
圖13是說(shuō)明本發(fā)明的使用了多面鏡的紅外光照射裝置的圖。
圖14是示出二氧化碳?xì)怏w(CO2)激光器的振蕩線(xiàn)的圖。
實(shí)施發(fā)明用的最佳形態(tài)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置至少包括在作為絕緣性物質(zhì)的第一氧化硅膜上形成的半導(dǎo)體膜和在該半導(dǎo)體膜上形成的第二氧化硅膜。如果是上柵型的半導(dǎo)體裝置，則第一氧化硅膜相當(dāng)于基底保護(hù)膜，第二氧化硅膜相當(dāng)于柵絕緣膜。相反，如果是下柵型的半導(dǎo)體裝置，則第一氧化硅膜相當(dāng)于柵絕緣膜，第二氧化硅膜相當(dāng)于層間絕緣膜。此外，本發(fā)明的顯示裝置具有這樣的半導(dǎo)體裝置。
為了制成這些半導(dǎo)體裝置和顯示裝置，一開(kāi)始準(zhǔn)備基板。作為基板，一般是玻璃、單晶硅等，但即使是除此以外的基板，如果能耐受半導(dǎo)體裝置制造工序中的最高溫度，而且進(jìn)入半導(dǎo)體膜的雜質(zhì)足夠少，則不問(wèn)其種類(lèi)及大小。
首先，用上述的氣相淀積法或低溫氧化法在基板上形成第一氧化硅膜。如果基板是高純度石英玻璃，則也可用石英玻璃基板兼作第一氧化硅膜。
其次，在絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，該絕緣性物質(zhì)至少與半導(dǎo)體膜相接的面為第一氧化硅膜。該半導(dǎo)體膜形成工序中，在用氣相淀積法等淀積了半導(dǎo)體膜之后，對(duì)該半導(dǎo)體膜供給以激光或熱為代表的高能體，進(jìn)行半導(dǎo)體膜的熔融結(jié)晶化乃至固相結(jié)晶化。如果最初淀積的薄膜是非晶質(zhì)或非晶質(zhì)與微結(jié)晶混在一起的混晶質(zhì)，則該工序通常稱(chēng)為結(jié)晶化。另一方面，如果最初淀積的薄膜是多晶質(zhì)，則該工序稱(chēng)為再結(jié)晶化。在本說(shuō)明書(shū)中，將兩者都稱(chēng)為結(jié)晶化，不特別地進(jìn)行這兩者的區(qū)別。作為高能體，最好的是氟化氪(KrF)受激準(zhǔn)分子激光、氯化氙(XeCl)受激準(zhǔn)分子激光。利用這些照射使半導(dǎo)體薄膜的至少表面熔融結(jié)晶化。在熔融結(jié)晶化中，熔融范圍內(nèi)的結(jié)晶粒具有在粒內(nèi)幾乎沒(méi)有缺陷的良好的特性。另一方面，在熔融結(jié)晶化時(shí)供給的能量值的控制是非常困難的，如果朝向半導(dǎo)體薄膜的受激準(zhǔn)分子激光等的照射能量密度比最佳值稍微大一點(diǎn)，則構(gòu)成多晶膜的的結(jié)晶粒的直徑突然減小為1/10至1/100，在嚴(yán)重的情況下，半導(dǎo)體膜就消失了。因此，在本發(fā)明中，使照射激光能量密度比最佳值低約5mJ·cm-2至約50mJ·cm-2，來(lái)進(jìn)行半導(dǎo)體膜的熔融結(jié)晶化。這樣，就可穩(wěn)定地進(jìn)行半導(dǎo)體膜的熔融結(jié)晶化。當(dāng)然，在該原有狀態(tài)下多晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性未變得良好，但在本發(fā)明中，在以后的工序中存在對(duì)于氧化膜的紅外光照射工序。
即，利用氣相淀積法或低溫氧化法在以這種方式得到的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜上形成第二氧化硅膜，在該氧化膜形成工序結(jié)束后設(shè)置對(duì)第二氧化硅膜照射紅外光的光照射工序。
如果用紅外光照射對(duì)氧化硅膜進(jìn)行加熱，則以接近于半導(dǎo)體熔融溫度的溫度對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行幾μs至幾ms的比較長(zhǎng)的時(shí)間的加熱。在上述的熔融結(jié)晶化中，以熔融溫度對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行幾十ns的期間的加熱。如果將其進(jìn)行比較，則在光照射工序中的半導(dǎo)體溫度稍微低一些。但是，其加熱處理時(shí)間長(zhǎng)了百倍至百萬(wàn)倍，因此，在光照射工序中顯著地改善在熔融結(jié)晶化中不充分的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。在熔融結(jié)晶化時(shí)只在半導(dǎo)體膜的表面附近形成了高質(zhì)量的結(jié)晶粒，在接近于第一氧化膜的半導(dǎo)體膜的下部，殘留了數(shù)量多的微細(xì)缺陷或非晶質(zhì)成分。這些殘留成分在光照射工序時(shí)以表面附近的高質(zhì)量的結(jié)晶粒為核進(jìn)行結(jié)晶化，于是在半導(dǎo)體膜的整個(gè)膜厚方向上形成了良好的結(jié)晶化膜。如從這樣的原理可理解的那樣，半導(dǎo)體膜被第一氧化膜和第二氧化膜夾住這一點(diǎn)意味著在光照射工序時(shí)從上下兩方對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行加熱，以這種方式在整個(gè)半導(dǎo)體膜中進(jìn)行均勻的結(jié)晶化。在以固相方式進(jìn)行半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化時(shí)，也產(chǎn)生與在熔融結(jié)晶化膜中看到的同樣的作用。固相結(jié)晶化膜雖然在結(jié)晶粒內(nèi)含有很多缺陷，但利用本發(fā)明的光照射工序進(jìn)行再結(jié)晶化，可降低這些粒內(nèi)缺陷。
在哪一種基板上對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行成膜時(shí)，半導(dǎo)體膜都必定具有上側(cè)界面和下側(cè)界面。在對(duì)半導(dǎo)體膜添加雜質(zhì)而作為電傳導(dǎo)體利用時(shí)，在上側(cè)界面和下側(cè)界面這兩個(gè)界面附近存在電流路徑。同樣，在將半導(dǎo)體膜作為場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體裝置的有源層(溝道形成區(qū)域)利用時(shí)，如果有源層的厚度不到約150nm，則由于整個(gè)半導(dǎo)體膜對(duì)電傳導(dǎo)有貢獻(xiàn)，故兩界面的是否良好對(duì)半導(dǎo)體裝置的電特性的優(yōu)劣也起到直接的影響。在本發(fā)明中，由于半導(dǎo)體膜被第一氧化膜和第二氧化膜夾住，這樣來(lái)選擇照射紅外光，使得半導(dǎo)體膜對(duì)于紅外光的吸收系數(shù)比氧化膜的吸收系數(shù)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)以上，故兩界面幾乎加熱到相同的溫度，可改善為質(zhì)量同樣良好的界面狀態(tài)。這樣可構(gòu)成電特性良好的半導(dǎo)體裝置。
(實(shí)施例1)圖4是示出因紅外光照射引起的氧化膜溫度變化的圖。作為紅外光，使用二氧化碳?xì)怏w激光。在使該紅外光照射到構(gòu)成柵絕緣膜的氧化硅膜上時(shí)，用電子計(jì)算機(jī)來(lái)估計(jì)氧化硅膜上的溫度變化?？v軸表示氧化硅膜表面的溫度，橫軸表示從開(kāi)始照射的瞬間算起的時(shí)間。作為基板，設(shè)定為通用無(wú)堿玻璃。用ECR-PECVD法在基板上以200nm的膜厚淀積作為基底保護(hù)膜的氧化硅膜，用ECR-PECVD法在其上以50nm的膜厚淀積多晶硅膜，再用ECR-PECVD法在其上以100nm的膜厚淀積作為柵絕緣膜的氧化硅膜。柵絕緣膜和基底保護(hù)膜的光學(xué)特性與圖1中示出的特性相同。在這樣的膜結(jié)構(gòu)的樣品上從基板的表面一側(cè)(即，柵絕緣膜一側(cè))起照射二氧化碳?xì)怏w激光。將二氧化碳?xì)怏w激光的波長(zhǎng)設(shè)定為9.3μm(波數(shù)1075cm-1)，對(duì)于該紅外光的利用ECR-PECVD法形成的氧化硅膜的吸收系數(shù)k是26200cm-1。因而，吸收系數(shù)與柵氧化膜的厚度的積k·t為0.262，柵絕緣膜的對(duì)于入射光的透射光的比例是77％。將二氧化碳?xì)怏w激光的在柵絕緣膜表面上的能量密度定為200mJ·cm-2，計(jì)算了在其振蕩期間(tON)為10μs的照射條件下的氧化膜溫度變化。但是，在此設(shè)定為單個(gè)的激光照射，因此，非振蕩期間(tOFF)為無(wú)限大。
按照?qǐng)D4中示出的計(jì)算結(jié)果，氧化膜的溫度升到1300℃以上的時(shí)間τ1300約為4.6μs，同樣，氧化膜的溫度升到900℃以上的時(shí)間τ900約為13.1μs。為了在900℃下進(jìn)行氧化膜質(zhì)量改善，按照(1)式，τ900必須為1ms以上，因此，一般認(rèn)為必須將該照射重復(fù)77次以上，使超過(guò)900℃的總的時(shí)間為13.1μs×77＝1.0087ms，比1ms長(zhǎng)。但是，實(shí)際上達(dá)到1300℃以上的時(shí)間τ1300約為4.6μs。按照(1)式，為了在1300℃下進(jìn)行氧化膜質(zhì)量改善，用約1×10-11s以上的時(shí)間即可，因此，實(shí)際上用該一次紅外光照射就可充分地完成氧化膜質(zhì)量改善。如該例所明顯地示出的那樣，為了進(jìn)行氧化膜及界面的膜質(zhì)量改善，在任一溫度下滿(mǎn)足條件式(1)和(2)即可。
為了在圖4的條件下也改善氧化膜-半導(dǎo)體膜的界面的質(zhì)量，由(2)式和圖2可知，必須將氧化膜的溫度達(dá)到1300℃以上的總的時(shí)間定為約13.8ms以上。另一方面，因?yàn)橛梢淮畏沁B續(xù)振蕩照射得到的τ1300約為4.6μs，故如果將相同的照射重復(fù)3000次以上，則成為4.6μs×3000＝13.8ms，可將達(dá)到1300℃以上的總的時(shí)間定為約13.8ms以上。如果將振蕩期間(tON)和非振蕩期間(tOFF)都定為10μs，則一個(gè)周期為20μs，振蕩頻率為50kHz。因而，為了完成界面質(zhì)量的改善，以20μs×3000＝60ms和50kHz的振蕩頻率對(duì)同一地點(diǎn)照射約60ms以上即可。
現(xiàn)在在市面上出售的二氧化碳?xì)怏w激光器中有輸出功率約為4kW的激光器。如果以50kHz使其振蕩，則每次照射的能量為80mJ，在前面的照射條件200mJ·cm-2的能量密度下可照射0.4cm2的區(qū)域。0.4cm2的面積相當(dāng)于寬度為0.1mm長(zhǎng)度為400mm的條狀區(qū)域?？紤]對(duì)400mm×500mm的大型玻璃基板照射紅外光的情況，在基板的縱向?qū)l狀的照射區(qū)域進(jìn)行掃描(基板的縱向與照射區(qū)域的寬度方向一致)。為了對(duì)基板上的同一地點(diǎn)照射3000次，對(duì)于條狀照射區(qū)域的寬度(0.1mm)方向，在每次照射中移動(dòng)3.33×10-5mm即可。由于振蕩頻率為50kHz，故照射區(qū)域具有1.67mm/s的掃描速度。即，500mm的縱向的照射時(shí)間為約300秒，可以說(shuō)在實(shí)用上是足夠的。
(實(shí)施例2)圖5(a)～(d)是用剖面示出形成MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的薄膜半導(dǎo)體裝置的制造工序的圖。在實(shí)施例2中，作為基板501，使用了變形點(diǎn)約為650℃的通用無(wú)堿玻璃。
首先，用ECR-PECVD法在基板501上以約200nm淀積第一氧化硅膜，作成基底保護(hù)膜502。第一氧化硅膜的用ECR-PECVD法的淀積條件如下。
單硅烷(SiH4)流量…60sccm氧(O2)流量…100sccm壓力…2.40mTorr微波(2.45GHz)輸出…2250W施加磁場(chǎng)…875高斯基板溫度…100℃成膜時(shí)間…40秒用LPCVD法在該基底保護(hù)膜上作為半導(dǎo)體膜以約50nm的膜厚淀積了本征非晶質(zhì)硅膜。LPCVD裝置是熱壁型的，容積為184.51，基板插入后的反應(yīng)總面積約為44000cm2。淀積溫度為425℃，作為原料氣體，使用純度為99.99％以上的乙硅烷(Si2H6)，以200sccm供給反應(yīng)爐。淀積壓力大致為1.1Torr，在該條件下硅膜的淀積速度為0.77nm/min。對(duì)以這種方式得到的非晶質(zhì)半導(dǎo)體膜中照射氟化氪(KrF)受激準(zhǔn)分子激光，進(jìn)行了半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化。照射激光能量密度為245mJ·cm-2，是比最佳值低15mJ·cm-2的能量密度。在以這種方式形成了結(jié)晶性半導(dǎo)體膜(多晶硅膜)之后，將該結(jié)晶性半導(dǎo)體膜加工成島狀，其后形成了成為半導(dǎo)體裝置的有源層的半導(dǎo)體膜的島503。(圖5-a)其次，用ECR-PECVD法形成了第二氧化硅膜504，使其覆蓋經(jīng)過(guò)圖形刻蝕加工的半導(dǎo)體膜的島503。該第二氧化硅膜起到半導(dǎo)體裝置的柵絕緣膜的功能。第二氧化硅膜的淀積條件除了淀積時(shí)間縮短為24秒這一點(diǎn)外，與第一氧化硅膜的淀積條件相同。但是，在第二氧化硅膜淀積之前，在ECR-PECVD裝置內(nèi)對(duì)基板照射氧等離子體，在半導(dǎo)體的表面上形成了低溫等離子氧化膜。等離子氧化條件如下。
氧(O2)流量…100sccm
壓力…1.85mTorr微波(2.45GHz)輸出…2000W施加磁場(chǎng)…875高斯基板溫度…100℃處理時(shí)間…24秒利用等離子氧化在半導(dǎo)體表面上形成了大體為3.5nm的氧化膜。在氧等離子體照射結(jié)束后，在維持真空的情況下連續(xù)地淀積氧化膜。因而，第二氧化硅膜由等離子氧化膜和氣相淀積膜兩者構(gòu)成。其膜厚為122.5nm。
在第二氧化硅膜形成后，作為紅外光照射工序，在空氣中對(duì)這些薄膜照射了二氧化碳?xì)怏w激光。二氧化碳?xì)怏w激光器照射區(qū)域?yàn)閳A形。在圓的中心，激光能量密度為最大，隨著朝向外側(cè)，能量密度以正態(tài)分布函數(shù)的方式衰減。對(duì)于中心的最大能量密度的值，能量密度為1/e(e是自然對(duì)數(shù)e＝2.71828)的圓的直徑為4.5mm。因?yàn)樵谥行牡淖畲竽芰棵芏葹?30mJ·cm-2，故在直徑為4.5mm的圓周上的能量密度為232mJ·cm-2。二氧化碳?xì)怏w激光器的振蕩期間(tON)和非振蕩期間(tOFF)分別為60μs，因此振蕩頻率為8.333kHz。圓對(duì)稱(chēng)的照射區(qū)域在每次照射中移動(dòng)0.1mm，氧化硅膜上的同一點(diǎn)接受45次能量密度為232mJ·cm-2以上的二氧化碳?xì)怏w激光器照射。
在二氧化碳?xì)怏w激光器照射后，對(duì)基板進(jìn)行氫等離子體照射，用氫對(duì)存在于多晶半導(dǎo)體膜中及界面上的懸掛鍵進(jìn)行端接。氫等離子體的條件如下。
氫(H2)流量...1000sccm壓力...500mTorr高頻波(13.56MHz)輸出...100W電極間距離...25mm基板溫度...300℃處理時(shí)間...90秒以這種方式結(jié)束柵絕緣膜淀積和氧化膜質(zhì)量改善。(圖5-b)接著，利用金屬薄膜形成柵電極505。在實(shí)施例2中，用膜厚為750nm的α結(jié)構(gòu)的鉭(Ta)制成了柵電極。此時(shí)的柵電極的方塊電阻為0.8Ω/□。
其次，將柵電極作為掩模，注入成為施主或受主的雜質(zhì)離子506，相對(duì)于柵電極以自對(duì)準(zhǔn)方式形成源·漏區(qū)507和溝道形成區(qū)域508。在實(shí)施例2中制造了CMOS半導(dǎo)體裝置。在制造NMOS晶體管時(shí)，在用鋁(Al)薄膜覆蓋了PMOS晶體管部之后，作為雜質(zhì)元素選擇在氫中以5％的濃度被稀釋的磷化氫(PH3)，以加速電壓為80kV并以7×1016cm-2的濃度在NMOS晶體管的源·漏區(qū)中注入了包含氫的總的離子。相反，在制造PMOS晶體管時(shí)，在用鋁(Al)薄膜覆蓋了NMOS晶體管部之后，作為雜質(zhì)元素選擇在氫中以5％的濃度被稀釋的乙硼烷(B2H6)，以加速電壓為80kV并以5×1015cm-2的濃度在PMOS晶體管的源·漏區(qū)中注入了包含氫的總的離子(圖5-c)。
其次，用PECVD法等淀積了層間絕緣膜509。層間絕緣膜由二氧化硅構(gòu)成，其膜厚約為500nm。在層間絕緣膜淀積后，在氮的氣氛下在300℃下進(jìn)行了2小時(shí)的熱處理，該熱處理兼作層間絕緣膜的燒固和添加到源·漏區(qū)中的雜質(zhì)元素的激活。
最后，開(kāi)接觸孔，用鋁等施加布線(xiàn)510，完成了薄膜半導(dǎo)體裝置(圖5-d)。
測(cè)定了以這種方式制成的薄膜半導(dǎo)體裝置的傳遞特性。所測(cè)定的半導(dǎo)體裝置的溝道形成區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度分別是10μm，測(cè)定在室溫下進(jìn)行。NMOS晶體管的由在Vds＝8V處的飽和區(qū)求出的遷移率為42.4±1.9cm2·V-1·s-1，閾值電壓為3.87±0.11V。此外，PMOS晶體管的由在Vds＝-8V處的飽和區(qū)求出的遷移率為21.8±1.2cm2·V-1·s-1，閾值電壓為-5.33±0.21V。由此，以小的離散度穩(wěn)定地制造了都具有高遷移率和低閾值的良好的N型和P型這兩種薄膜半導(dǎo)體裝置。如該例中示出的那樣，按照本發(fā)明，可利用能使用通用的玻璃基板的低溫工序、簡(jiǎn)便且容易地制成具有良好的特性、而且氧化膜的可靠性高的薄膜半導(dǎo)體裝置。
(比較例1)比較例1是顯示出本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的情況用的例。在比較例1中，除了不進(jìn)行光照射工序之外的所有的工序與實(shí)施例2相同，制造了半導(dǎo)體裝置。即，在用ECR-PECVD法淀積第二氧化硅膜之后，馬上進(jìn)行上述的氫等離子體照射，以下，用與實(shí)施例2相同的工序制造了CMOS半導(dǎo)體裝置。
以下，示出用比較例1得到的半導(dǎo)體裝置的遷移率和閾值電壓。
μ(N)＝34.4±3.3cm2·V-1·s-1Vtb(N)＝5.06±0.16Vμ(P)＝16.2±1.2cm2·V-1·s-1Vtb(P)＝-6.30±0.22V從該比較例1可明白本發(fā)明的實(shí)施例2的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施例3)制造了將用實(shí)施例2得到的NMOS薄膜半導(dǎo)體裝置作為由200(行)×320(列)×3(色)＝192000(像素)構(gòu)成的彩色LCD的像素用開(kāi)關(guān)元件，以用實(shí)施例2得到的CMOS薄膜半導(dǎo)體裝置內(nèi)置了6位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器(列側(cè)驅(qū)動(dòng)器)和掃描驅(qū)動(dòng)器(行側(cè)驅(qū)動(dòng)器)的有源矩陣基板。
圖6中示出6位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器的電路圖。實(shí)施例3的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器由時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)和時(shí)鐘生成電路、移位寄存器電路、“或非”門(mén)、數(shù)字圖像信號(hào)線(xiàn)、鎖存電路1、鎖存脈沖線(xiàn)、鎖存電路2、復(fù)位線(xiàn)1、“與”門(mén)、基準(zhǔn)電位線(xiàn)、復(fù)位線(xiàn)2、利用電容分割的6位D/A變換器、CMOS模擬開(kāi)關(guān)、共用電位線(xiàn)和源線(xiàn)復(fù)位·晶體管構(gòu)成，來(lái)自CMOS模擬開(kāi)關(guān)的輸出與像素部的源線(xiàn)連接。D/A變換器部的電容滿(mǎn)足C0＝C1/2＝C2/4＝C3/8＝C4/16＝C5/32的關(guān)系。可直接將從計(jì)算機(jī)的視頻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(VRAM)輸出的數(shù)字圖像信號(hào)輸入到數(shù)字圖像信號(hào)線(xiàn)上。在實(shí)施例3的有源矩陣基板的像素部中，源電極和源布線(xiàn)、漏電極(像素電極)由鋁構(gòu)成，成為反射型LCD。
制造了將以這種方式得到的有源矩陣基板用作一對(duì)基板中的一個(gè)的液晶屏。使用使黑色顏料分散于夾在一對(duì)基板間的液晶中的高分子分散液晶(PDLC)，作成常黑(normally black)模式(在不對(duì)液晶施加電壓時(shí)為黑顯示)的反射型的液晶屏。將所得到的液晶屏與外部布線(xiàn)連接，制造了液晶顯示裝置。
其結(jié)果，由于TFT是高性能的、且在基板的整個(gè)面上特性是均勻的，故不管是6位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器還是掃描驅(qū)動(dòng)器，都在很寬的工作區(qū)域中正常地工作，而且由于像素部的開(kāi)口率較高，故即使使用分散了黑色顏料的PDLC，也能形成顯示質(zhì)量高的液晶顯示裝置。此外，由于半導(dǎo)體膜與氧化膜的界面的狀態(tài)良好，且氧化膜本身的質(zhì)量也高，故晶體管的工作可靠性良好，于是顯示裝置的工作穩(wěn)定性也很好。
將該液晶顯示裝置組裝在全彩色的攜帶型個(gè)人計(jì)算機(jī)(筆記本PC)的框體中。有源矩陣基板內(nèi)置了6位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器，由于將來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖象信號(hào)直接輸入到液晶顯示裝置中，故電路結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，同時(shí)也可盡可能減小功耗。由于在液晶顯示裝置中使用的薄膜半導(dǎo)體裝置是高性能的，故該筆記本PC是具有非常美觀的顯示畫(huà)面的良好的電子裝置。另外，反映液晶顯示裝置是具有高開(kāi)口率的反射型的情況，不需要背照光源，因此也可實(shí)現(xiàn)電池的小型、輕量化和長(zhǎng)時(shí)間使用。由此，制成了可長(zhǎng)時(shí)間地使用、且具有美觀的顯示畫(huà)面的超小型輕量的電子裝置。
(實(shí)施例4)在實(shí)施例4中，使用圖7至圖11說(shuō)明對(duì)基板上形成的氧化硅膜照射紅外光、可實(shí)現(xiàn)其質(zhì)量改善的氧化硅膜質(zhì)量改善用的紅外光照射裝置。氧化硅膜質(zhì)量改善用的紅外光照射裝置至少具有由二氧化碳?xì)怏w激光振蕩器101等構(gòu)成的紅外光生成裝置；調(diào)整以這種方式生成的紅外光的絕對(duì)強(qiáng)度的紅外光強(qiáng)度調(diào)整裝置；使進(jìn)行了強(qiáng)度調(diào)整的紅外光的空間的強(qiáng)度分布變得均勻的紅外光均勻化裝置；以及使形成了氧化硅膜的基板與該被均勻化了的紅外光的相對(duì)的位置關(guān)系可變的掃描機(jī)構(gòu)(參照?qǐng)D7)。
由二氧化碳?xì)怏w激光振蕩器101生成的紅外激光被由衰減器等構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)104將其絕對(duì)強(qiáng)度調(diào)整到所希望的值。在實(shí)施例4中，該光學(xué)系統(tǒng)104相當(dāng)于紅外光調(diào)整裝置。具體地說(shuō)，通過(guò)使入射到光學(xué)系統(tǒng)104中的紅外激光的透射率可變，使該輸出強(qiáng)度可變。其次，將進(jìn)行了強(qiáng)度調(diào)整的紅外光引導(dǎo)到由均化器103等構(gòu)成的紅外光均勻化裝置中，對(duì)紅外光的空間的強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化，使其在基板上的紅外光照射區(qū)域內(nèi)不產(chǎn)生空間方面的大的變動(dòng)。將以這種方式被整形的紅外光引導(dǎo)到照射室105中，對(duì)設(shè)置在照射室內(nèi)的基板110進(jìn)行紅外光照射。
為了將紅外光的照射氣氛定為真空中、氮?dú)庵?、氬中等那樣的預(yù)定的氣氛，在照射室中具備由泵107等構(gòu)成的排氣裝置和由氣體系統(tǒng)106等構(gòu)成的氣體導(dǎo)入裝置。通過(guò)利用臺(tái)控制器108使設(shè)置了基板的臺(tái)移動(dòng)被導(dǎo)入到照射室中的紅外光與形成了氧化硅膜的基板110的相對(duì)的位置關(guān)系成為可變的。即，在實(shí)施例4中，將掃描機(jī)構(gòu)固定在紅外光行進(jìn)路徑上之后，使基板可動(dòng)。當(dāng)然，如以后的實(shí)施例中所示，也可以是固定基板而使紅外光行進(jìn)路徑可動(dòng)的掃描機(jī)構(gòu)或使兩種都可動(dòng)的掃描機(jī)構(gòu)。再有，計(jì)算機(jī)109是對(duì)臺(tái)控制器108及激光控制器102進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)。
為了對(duì)由氣相生長(zhǎng)法形成的氧化硅膜的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行一次加熱來(lái)改善其膜質(zhì)量，必須有輸出極大的紅外激光振蕩器。而現(xiàn)在還沒(méi)有這樣大的輸出的激光振蕩器。因此，在本發(fā)明中利用紅外光均勻化裝置將紅外光配置成條狀的照射區(qū)域或細(xì)線(xiàn)狀的照射區(qū)域，通過(guò)利用上述的掃描機(jī)構(gòu)使該照射區(qū)域成為可動(dòng)來(lái)對(duì)整個(gè)基板進(jìn)行均勻的光照射。照射區(qū)域內(nèi)的激光強(qiáng)度是均勻的這一點(diǎn)是較為理想的。因此，以下說(shuō)明按照本發(fā)明的紅外光均勻化裝置。
圖8示出了使用復(fù)眼透鏡201的紅外光均勻化裝置的一例。該紅外光均勻化裝置將復(fù)眼透鏡201和聚光透鏡202作為基本構(gòu)成要素，作為聚光透鏡202使用了柱面透鏡。203是入射紅外激光束。利用將多個(gè)、在圖8中是A至E這5個(gè)四角形或柱面透鏡被集束到與光軸正交的橫剖面上的所謂復(fù)眼透鏡來(lái)分割入射到該復(fù)眼透鏡上的激光束203的波前。在被分割的激光束在上述復(fù)眼透鏡的焦點(diǎn)位置上被集光后，入射到成為與上述復(fù)眼透鏡共焦點(diǎn)的聚光透鏡202上，通過(guò)該聚光透鏡在像側(cè)的焦點(diǎn)上、即在基板上將被分割的各激光束再次重疊，形成均勻的激光束。在圖9中示出被A至E分割的激光束的在基板110上的激光束的強(qiáng)度分布與將這些重疊后的激光束的強(qiáng)度分布。在本方式中，在被分割的激光束中，如圖9的A和E、B和D那樣，在相對(duì)于光軸為對(duì)稱(chēng)的激光束之間，具有對(duì)稱(chēng)的強(qiáng)度分布，因此通過(guò)使這些激光束重疊，確保了均勻性。
圖10示出了使用了富里葉變換相位全息圖301的紅外光均勻化裝置的一例。這里的紅外光均勻化裝置以透鏡300和富里葉變換相位全息圖301(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為全息圖)作為基本構(gòu)成要素。透鏡300和全息圖301在形成了作為加工對(duì)象物的氧化硅膜的基板110上形成了在縱向具有均勻的激光強(qiáng)度分布的細(xì)線(xiàn)狀激光束。從激光振蕩器101發(fā)出的激光通過(guò)由透鏡300和全息圖301構(gòu)成的束整形光學(xué)系統(tǒng)302。此時(shí)，激光被透鏡300照射到基板110上，但由在透鏡300與基板110之間設(shè)置的全息圖301進(jìn)行空間調(diào)制，以便在基板110上具有并排成一直線(xiàn)的幾個(gè)重疊的照射光點(diǎn)。全息圖301可在基板110上的任意的位置上以任意的強(qiáng)度配置各個(gè)照射光點(diǎn)。圖11是示出用圖10的激光束整形光學(xué)系統(tǒng)整形的、照射到形成了氧化硅膜的基板上的激光束的形狀的圖。如圖11中所示，通過(guò)使用照射光點(diǎn)在一直線(xiàn)上并排的那樣的全息圖301并將照射光點(diǎn)的重疊間距作成均等的間距，可得到在基板110上在縱向變成均勻的那樣的激光束。全息圖301將激光束分割為400個(gè)至800個(gè)照射光點(diǎn)，使激光束的強(qiáng)度分布實(shí)現(xiàn)均勻化。
(實(shí)施例5)在實(shí)施例5中，使用圖12和圖13說(shuō)明對(duì)基板上形成的氧化硅膜照射紅外光、可實(shí)現(xiàn)其質(zhì)量改善的氧化硅膜質(zhì)量改善用的紅外光照射裝置。該紅外光照射裝置至少具有由二氧化碳?xì)怏w激光振蕩器101等構(gòu)成的紅外光生成裝置；將以這種方式生成的紅外光整形為光點(diǎn)形狀的光整形裝置；以及使形成了氧化硅膜的基板與該被整形為光點(diǎn)形狀的紅外光的相對(duì)的位置關(guān)系可變的掃描機(jī)構(gòu)。
由二氧化碳?xì)怏w激光振蕩器101生成的紅外激光由反射鏡401引導(dǎo)到作為掃描機(jī)構(gòu)的一種的電流掃描器的反射鏡400上(圖12)。激光束被電流掃描器的反射鏡400反射后，入射到透鏡402上，整形為光點(diǎn)形狀的光束。在實(shí)施例5中，該透鏡402相當(dāng)于整形為光點(diǎn)形狀的光整形裝置。將以這種方式被整形了的紅外光導(dǎo)入到照射室105中，對(duì)設(shè)置在照射室內(nèi)的基板110進(jìn)行光照射。照射室的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)與實(shí)施例4相同。在實(shí)施例5中，通過(guò)用電流掃描器來(lái)改變電流掃描器的反射鏡400的角度，使照射到基板110上的激光束的位置變化。以線(xiàn)狀或面狀來(lái)掃描該照射光，在基板110的整個(gè)面上進(jìn)行紅外激光的照射。所照射的激光束被在基板上成膜的氧化硅膜吸收，對(duì)氧化硅膜進(jìn)行加熱。以這種方式改善氧化膜的質(zhì)量。
另一方面，圖13是將多面鏡601作為掃描機(jī)構(gòu)使用的光照射裝置的另一例。從激光振蕩器101射出的激光被多面鏡601反射，入射到透鏡402上。在紅外光被透鏡402整形為光點(diǎn)線(xiàn)狀的光束后，被引導(dǎo)到照射室中，照射基板110。在本例的掃描機(jī)構(gòu)中，改變多面鏡601的角度，使基板110上的激光照射位置變化。以下，與上述的實(shí)施例同樣，激光掃描基板的整個(gè)表面，進(jìn)行氧化硅膜的質(zhì)量改善。
再有，在這些實(shí)施例中，示出了使用二氧化碳?xì)怏w激光作為紅外光的情況，但也可使用IV-VI族半導(dǎo)體激光器或自由電子激光器等的激光作為紅外光。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如以上所詳細(xì)地?cái)⑹龅哪菢?，按照本發(fā)明，通過(guò)增加簡(jiǎn)單的紅外光照射工序，可將以往質(zhì)量低的在低溫下形成的氧化硅膜改善為質(zhì)量高的膜。因而，如果將本發(fā)明應(yīng)用于TFT等薄膜半導(dǎo)體裝置或LSI等的半導(dǎo)體裝置中，則可在低溫下穩(wěn)定地制造工作可靠性方面良好的且高性能的半導(dǎo)體裝置。此外，在將本發(fā)明應(yīng)用于有源矩陣型液晶顯示裝置中的情況下，可容易且穩(wěn)定地制造大型且美觀的顯示裝置。再者，在應(yīng)用于其它的電子裝置的制造中的情況下，也能容易且穩(wěn)定地制造高性能的電子裝置。
此外，本發(fā)明的紅外光照射裝置可高速且穩(wěn)定地處理大面積的基板，最適合于TFT基板及300mm直徑的大型硅基板等的處理。
權(quán)利要求
1.一種氧化硅膜的制造方法，其特征在于，包括利用氣相淀積法形成氧化硅膜的工序；以及對(duì)該氧化硅膜照射紅外光的工序。
2.如權(quán)利要求1中所述的氧化硅膜的制造方法，其特征在于上述氣相淀積法是化學(xué)氣相淀積法。
3.如權(quán)利要求1中所述的氧化硅膜的制造方法，其特征在于上述氣相淀積法是物理氣相淀積法。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)中所述的氧化硅膜的制造方法，其特征在于上述紅外光包含被上述氧化硅膜吸收的波長(zhǎng)分量。
5.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)中所述的氧化硅膜的制造方法，其特征在于上述紅外光包含與上述氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分量。
6.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)中所述的氧化硅膜的制造方法，其特征在于在將上述氧化硅膜的膜厚設(shè)為t(cm)、將上述紅外光的由上述氧化硅膜產(chǎn)生的吸收系數(shù)設(shè)為k(cm-1)時(shí)，該膜厚t和該吸收系數(shù)k滿(mǎn)足k·t＞0.1的關(guān)系。
7.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)中所述的氧化硅膜的制造方法，其特征在于上述紅外光包含約8.9μm以上至約10μm以下的波長(zhǎng)分量。
8.如權(quán)利要求1至7的任一項(xiàng)中所述的氧化硅膜的制造方法，其特征在于上述紅外光是激光。
9.如權(quán)利要求1至7的任一項(xiàng)中所述的氧化硅膜的制造方法，其特征在于上述紅外光是二氧化碳?xì)怏w(CO2)激光。
10.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括對(duì)半導(dǎo)體表面進(jìn)行氧化以形成氧化硅膜的工序；以及對(duì)該氧化硅膜照射紅外光的工序。
11.如權(quán)利要求10中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在約800℃以下的溫度下進(jìn)行上述氧化硅膜形成工序。
12.如權(quán)利要求10中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于通過(guò)對(duì)上述半導(dǎo)體表面供給活性氧來(lái)進(jìn)行上述氧化硅膜形成工序。
13.如權(quán)利要求10中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于通過(guò)對(duì)上述半導(dǎo)體表面進(jìn)行等離子氧化來(lái)進(jìn)行上述氧化硅膜形成工序。
14.如權(quán)利要求10至13的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光包含被上述氧化硅膜吸收的波長(zhǎng)分量。
15.如權(quán)利要求10至13的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光包含與上述氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分量。
16.如權(quán)利要求10至13的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在將上述氧化硅膜的膜厚設(shè)為t(cm)、將上述紅外光的由上述氧化硅膜產(chǎn)生的吸收系數(shù)設(shè)為k(cm-1)時(shí)，該膜厚t和該吸收系數(shù)k滿(mǎn)足k·t＞0.01的關(guān)系。
17.如權(quán)利要求10至13的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光包含約8.9μm以上至約10μm以下的波長(zhǎng)分量。
18.如權(quán)利要求10至17的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光是激光。
19.如權(quán)利要求10至17的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光是二氧化碳?xì)怏w(CO2)激光。
20.如權(quán)利要求10至19的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在惰性氣體的氣氛中進(jìn)行上述紅外光照射工序。
21.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜的工序；在該半導(dǎo)體膜上形成氧化硅膜的工序；以及對(duì)該氧化硅膜照射紅外光的工序。
22.如權(quán)利要求21中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于利用化學(xué)氣相淀積法來(lái)進(jìn)行上述氧化硅膜形成工序。
23.如權(quán)利要求21中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于利用物理氣相淀積法來(lái)進(jìn)行上述氧化硅膜形成工序。
24.如權(quán)利要求21中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在約600℃以下的溫度下進(jìn)行上述氧化硅膜形成工序。
25.如權(quán)利要求21中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于通過(guò)對(duì)上述半導(dǎo)體表面供給活性氧來(lái)進(jìn)行上述氧化硅膜形成工序。
26.如權(quán)利要求21中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于通過(guò)對(duì)上述半導(dǎo)體表面進(jìn)行等離子氧化來(lái)進(jìn)行上述氧化硅膜形成工序。
27.如權(quán)利要求21至26的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光包含被上述氧化硅膜吸收的波長(zhǎng)分量。
28.如權(quán)利要求21至26的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光包含與上述氧化硅膜的非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分量。
29.如權(quán)利要求21至26的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在將上述氧化硅膜的膜厚設(shè)為t(cm)、將上述紅外光的由上述氧化硅膜產(chǎn)生的吸收系數(shù)設(shè)為k(cm-1)時(shí)，該膜厚t和該吸收系數(shù)k滿(mǎn)足k·t＞0.1的關(guān)系。
30.如權(quán)利要求21至26的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光包含約8.9μm以上至約10μm以下的波長(zhǎng)分量。
31.如權(quán)利要求21至30的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光是激光。
32.如權(quán)利要求21至30的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述紅外光是二氧化碳?xì)怏w(CO2)激光。
33.如權(quán)利要求21至32的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在惰性氣體的氣氛中進(jìn)行上述紅外光照射工序。
34.如權(quán)利要求21至32的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于還包括在上述紅外光照射工序后對(duì)懸掛鍵(dangling bond)進(jìn)行端接(terminate)的工序。
35.如權(quán)利要求21至32的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于上述絕緣性物質(zhì)是在玻璃基板上被形成的氧化硅膜。
36.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于利用如權(quán)利要求21至35的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行了制造。
37.一種顯示裝置，其特征在于具備如權(quán)利要求36中所述的半導(dǎo)體裝置。
38.一種紅外光照射裝置，該裝置能對(duì)在基板上被形成的氧化硅膜照射紅外光來(lái)進(jìn)行該氧化硅膜的質(zhì)量改善，其特征在于，具備紅外光生成裝置；使該紅外線(xiàn)的空間的強(qiáng)度分布變得均勻的紅外光均勻化裝置；以及使上述基板與上述被均勻化了的紅外光的相對(duì)的位置關(guān)系可變的掃描機(jī)構(gòu)。
39.一種紅外光照射裝置，該裝置能對(duì)在基板上被形成的氧化硅膜照射紅外光來(lái)進(jìn)行該氧化硅膜的質(zhì)量改善，其特征在于，具備紅外光生成裝置；將該紅外線(xiàn)整形為光點(diǎn)形狀的光整形裝置；以及使上述基板與上述被整形為光點(diǎn)形狀的紅外光的相對(duì)的位置關(guān)系可變的掃描機(jī)構(gòu)。
40.如權(quán)利要求38或39中所述的紅外光照射裝置，其特征在于上述紅外光的波長(zhǎng)為約8.9μm以上至約10μm以下。
41.如權(quán)利要求38或39中所述的紅外光照射裝置，其特征在于上述紅外光是激光。
42.如權(quán)利要求38或39中所述的紅外光照射裝置，其特征在于上述紅外光是二氧化碳?xì)怏w(CO2)激光。
43.一種氧化硅膜的制造方法，其特征在于包括在基板上形成氧化硅膜的工序和對(duì)該氧化硅膜照射光的工序，將在該光照射工序中氧化硅膜的溫度上升并成為800℃以上時(shí)的任意的氧化硅膜溫度設(shè)為T(mén)OX(℃)、將達(dá)到該溫度(TOX)的時(shí)間的總計(jì)設(shè)為τ(s)時(shí)，在存在滿(mǎn)足下述的TOX和τ的關(guān)系的TOX的條件下進(jìn)行上述光照射工序τ＞exp(-0.04605·TOX+34.539)。
44.一種氧化硅膜的制造方法，其特征在于包括在半導(dǎo)體物質(zhì)上形成氧化硅膜的工序和對(duì)該氧化硅膜照射光的工序，將在該光照射工序中氧化膜的溫度上升并成為1000℃以上時(shí)的任意的氧化硅膜溫度設(shè)為T(mén)OX(℃)、將達(dá)到該溫度(TOX)的時(shí)間的總計(jì)設(shè)為τ(s)時(shí)，在存在滿(mǎn)足下述的TOX和τ的關(guān)系的TOX的條件下進(jìn)行上述光照射工序τ＞2·(1+v)·η0·exp(ε/(k·(TOX+273.15)))/E(其中，v表示氧化膜的泊松(Poisson)比，E表示其楊氏模量(Young′smodulus)，η表示其粘度，η0表示粘度的預(yù)指數(shù)因子(pre-exponentialfactor)，ε表示粘度的激活能，k表示玻爾茲曼(Boltzman)常數(shù))。
全文摘要
一種氧化硅膜的制造方法,其特征在于,包括利用氣相淀積法形成氧化硅膜的工序以及對(duì)該氧化硅膜照射紅外光的工序。因此,按照本發(fā)明,可將在較低的溫度下形成的質(zhì)量較低的氧化硅膜改善為質(zhì)量高的氧化硅膜。在將本發(fā)明應(yīng)用于薄膜半導(dǎo)體裝置的情況下,可制造工作可靠性高的高性能半導(dǎo)體裝置。
文檔編號(hào)C23C16/40GK1252893SQ98804239
公開(kāi)日2000年5月10日 申請(qǐng)日期1998年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月26日
發(fā)明者宮坂光敏, 坂本孝雄 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社, 三菱電機(jī)株式會(huì)社