氧化硅膜广泛地用于多晶硅薄膜晶体管(p-Si TFT)的栅绝缘膜、 具有极薄氧化膜的VLSI等微细半导体装置的栅绝缘膜等。该氧化硅膜 的质量使这些半导体装置的电特性受到很强的影响。
在将氧化硅膜用作低温p-Si TFT的栅绝缘膜的情况下，必须在能使 用普通的玻璃基板的例如约600℃以下的较低的温度下形成氧化硅膜。 因此，迄今为止使用了化学气相淀积法(CVD法)或物理气相淀积法(PVD 法)。
此外，在具有极薄氧化膜的VLSI等的微细半导体装置的制造中，以 往，在含有氧及盐酸的气氛下，例如在约800℃以下的较低的温度下， 或是进行硅的热氧化，或是进行对硅衬底照射氧等离子体等处理，得到 了极薄的氧化硅膜。
但是，这些现有的氧化硅膜由于氧化膜俘获电荷多的原因，存在膜 的质量极低的问题。
因此，如果将现有的氧化硅膜作为p-Si TFT的栅绝缘膜来使用，则 存在只能得到低质量、低可靠性的p-Si TFT的问题。这是由于下述的 原因等引起的：由于氧化硅膜具有很多氧化膜固定电荷，故使半导体装 置的平带电压(Vfb)变动，或者由于表面俘获能级高，故使阈值电压(Vth) 增大，再有，由于氧化膜俘获能级高，故电荷向氧化膜中的注入是容易 的。换言之，由于现有的p-Si TFT等半导体装置的氧化硅膜的质量低， 故存在很多问题。
在利用极薄氧化硅膜的VLSI等的微细半导体装置中也能看到同样的 问题。一般来说，由于在约800℃以下的较低的温度下形成极薄氧化硅 膜，故存在所有的低温氧化的问题。即，存在界面能级及氧化膜俘获能 级极高、氧化膜电流也大的问题。这些问题限制了超大规模集成电路的 性能，成为缩短其寿命的主要原因。
因此，本发明是为了解决上述的问题而进行的，其目的在于，提供 利用气相淀积法制造高质量的氧化硅膜的方法，提供使用例如在约800 ℃以下的较低的温度下形成的氧化硅膜来制造具有高质量的极薄氧化膜 的VLSI等的微细半导体装置的方法，提供例如在约600℃以下的较低的 温度下制造高性能、高可靠性的半导体装置(例如，薄膜晶体管)的方 法，提供这样的高性能、高可靠性的半导体装置及显示装置，以及提供 能制造高质量的氧化硅膜的制造装置。
发明的公开
本发明中，首先作为氧化硅膜形成工序，利用气相淀积法(例如，化 学气相淀积法(CVD法)、物理气相淀积法(PVD法)等)在绝缘性基 板(例如，石英玻璃基板、普通无碱玻璃基板等)、半导体基板(例如， 单晶硅基板、化合物半导体基板等)、金属基板等各种基板上淀积氧化 硅膜。此外，利用在氧化性气氛下的半导体物质表面的热处理(热氧化) 或朝向半导体物质表面的氧化性物质(氧或氧化亚氮)的等离子体照射 (等离子体氧化)、臭氧(O3)供给(臭氧氧化)、由加热金属催化剂 产生的活性氧供给(活性氧氧化)等，对半导体物质表面进行氧化，形 成氧化硅膜。
如果在这些氧化硅膜形成工序中，有直接在半导体基板或玻璃基板 上形成氧化硅膜作为场氧化膜、栅绝缘膜、层间绝缘膜、基底保护膜等 的情况，则也有在玻璃基板或单晶硅基板的表面上形成的氧化膜等绝缘 物质上作为半导体膜形成工序形成了硅单体或以硅为主体的半导体膜之 后，在该半导体膜上形成氧化硅膜的情况。
所谓以硅为主体的半导体膜，指的是由硅与锗等其它元素的混合物 构成、硅的构成比为80％以上的半导体膜。此外，在硅单体的半导体膜 中，也包含在硅中包含了P、B、Al、As等杂质的半导体膜。因而，在 本发明中说的氧化硅膜的意思，不仅包含纯粹的氧化硅膜(SiOx膜：x 大致为2)，也包含含有这些元素及其氧化物的氧化硅膜。硅物质处于 单晶状态、多晶状态、非晶质状态、多晶与非晶质混在一起的混晶质状 态等。
由气相淀积法得到的氧化膜淀积工序在约600℃以下的较低的温度下 进行。在PVD法中，可使用溅射法、蒸镀法等。此外，在CVD法中，可 使用常压化学气相淀积法(APCVD法)、低压气相淀积法(LPCVD法)、 等离子化学气相淀积法(PECVD法)等。
由热氧化得到的氧化膜形成工序通过在在含有氧或水蒸气、盐酸等 的氧化性气氛下，在从约600℃至1000℃的温度范围内处理半导体物质 来进行。在形成膜厚为约10nm以下的极薄氧化膜时，热氧化大多在约800 ℃以下的温度下来处理。此外，在等离子体氧化、臭氧氧化、活性氧氧 化等的氧化膜形成工序中，仍然在半导体物质的温度约600℃以下的状 态下来处理(以下，在本说明书中将在约800℃以下的温度下的热氧化、 等离子体氧化、臭氧氧化、活性氧氧化总称为低温氧化法。)。以这种 方式利用低温氧化法得到的氧化硅膜与在约1100℃以上的温度下得到的 厚的热氧化膜(膜厚约50nm以上)相比，其质量一般较差。
因此，在本发明中，利用下述的红外光照射工序进行这些氧化硅膜 的膜质量的改善。在红外光照射工序中，对利用上述的气相淀积法得到 的氧化硅膜或利用低温氧化法得到的极薄氧化硅膜照射红外光。照射红 外光被氧化硅膜吸收，使氧化膜的温度上升。利用该温度上升来进行氧 化硅膜本身及界面的质量改善。在将入射光强度设为I0、将氧化硅膜的 膜厚设为t(cm)、将红外光的由氧化硅膜引起的吸收系数设为k(cm-1 )时，红外光的对于氧化硅膜的透射光强度I由下式来表示：
I＝I0exp(-k·t)
在基板由具有与玻璃等氧化硅膜同等的光学特性的物质构成时，或 由对于照射红外光的吸收系数比氧化硅膜大的物质构成时，照射红外光 在被氧化硅膜吸收的同时，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，则不仅氧化硅膜的温度不会有效地上升，而且红 外光主要被基板吸收，作为其结果，使基板受到损伤。具体地说，基板 出现裂纹，或发生变形。因此，希望由红外光产生的温度上升在氧化硅 膜中较大，而在玻璃等基板中较小。即使以本发明为对象的氧化硅膜的 膜厚较厚，也只有约1μm，另一方面，玻璃等基板通常具有约几百μm以 上的厚度。因而，如果在氧化硅膜中的红外光的吸收对于入射光来说超 过约10％，则在基板中的吸收不到90％。此时，由于氧化硅膜与基板 的厚度的差异为几百倍以上，故基板的温度上升比氧化硅膜的温度上升 低很多。由于红外光从表面照射并通过了氧化膜之后进入到基板中，故 为了使来自氧化硅膜的透射光不到90％，从上式可知，满足下式即可：
k·t＞0.1。
在基板如单晶硅那样对于红外光的吸收系数比氧化硅膜的吸收系数 显著地小时，由于即使红外光的在氧化硅膜中的吸收相当小，基板损伤 的担心也低，故可将k·t定为：
k·t＞0.01。
如迄今在此所述的那样，为了对氧化硅膜照射红外光来进行膜质量 的改善，必须使氧化硅膜吸收红外光。图1示出了用电子回旋共振等离 子化学气相淀积法(ECR-PECVD法)淀积的氧化硅膜的红外光吸收特性。 左纵轴表示氧化膜的吸光度a(Absorbance)，右纵轴表示吸收系数k (cm-1)。在吸光度a与吸收系数k之间，下式的关系成立：
k＝ln(10)·a/t。
其中，t(cm)是氧化硅膜的膜厚。图1的横轴是红外光的波数(cm -1)和对应的光的波长(μm)。
一般来说，在氧化硅膜中对于红外光存在三种吸收峰。它们是非对 称伸缩峰(ABS)、对称伸缩峰(SBS)和耦合弯曲峰(BB)。从图1可 知，非对称伸缩峰的波数位于1057cm-1(波长9.46μm)附近，吸收系 数是27260cm-1。对称伸缩峰的波数位于815cm-1(波长12.27μm)附近， 吸收系数是2290cm-1。耦合弯曲峰的波数位于457cm-1(波长21.88μm) 附近，吸收系数是8090cm-1。照射红外光的波长与这三种吸收峰相一致 即可。因而，为了被非对称伸缩峰吸收，红外光的波长位于约8.929μm (波数1120cm-1)至约10μm(波数1000cm-1)之间即可，为了被对称 伸缩峰吸收，红外光的波长位于约11.364μm(波数880cm-1)至约 13.158μm(波数760cm-1)之间即可，为了被耦合弯曲峰吸收，红外光 的波长位于约19.231μm(波数520cm-1)至约25μm(波数400cm-1)之 间即可。
最有效地吸收红外光的峰是吸收系数最大的非对称伸缩峰。即使在 用气相淀积法得到的质量最低的氧化硅膜中，在非对称伸缩峰中的吸收 系数也有约25000cm-1的值。因而，对于所有的用气相淀积法得到的氧 化硅膜，为了满足前面的吸收系数与氧化膜厚的关系，氧化硅膜的厚度 只要在约40nm以上即可。同样，在约800℃以下对单晶硅基板进行氧化 时，由于氧化膜的吸收系数在约30000cm-1以上，故只要氧化膜厚最小 在约3.3nm以上，就可进行极薄氧化膜的膜质量的改善而不对基板造成 损伤。
即，在本发明中，对氧化硅膜进行照射的红外光必须包含被氧化硅 膜吸收的波长分量。再有，虽然也可包含不被氧化硅膜吸收的波长分量， 但如果从减少对基板、半导体膜的损伤的观点来说，则最好尽可能减少 其比例。换言之，在本发明中，可以说，对氧化硅膜进行照射的红外光 最好包含以被氧化硅膜吸收的波长分量作为主要分量。
此外，在本发明中，更为理想的是，对氧化硅膜进行照射的红外光 在被氧化硅膜吸收的波长分量中特别包含与氧化硅膜的非对称伸缩振动 对应的波长分量。这是因为，由于吸收系数大，故对氧化硅膜的加热特 别有效。虽然也可包含不与氧化硅膜的非对称伸缩振动对应的波长分 量，但如果从基板加热的效率来说，最好其比例尽可能小。换言之，在 本发明中，可以说，更为理想的是，对氧化硅膜进行照射的红外光包含 与氧化硅膜的非对称伸缩振动对应的波长分量作为主要分量。
如果从以上所述的观点来说，则在本发明中，对氧化硅膜进行照射 的红外光最好包含约8.9μm以上至约10μm以下的波长分量，更为理想 的是，主要包含约8.9μm以上至约10μm以下的波长分量。
为了响应这样的要求，将具有氧化膜的非对称伸缩峰附近的波长的 激光作为红外光来照射即可。这是因为，由于激光在窄的波长范围内振 荡，故可尽可能减少不对氧化硅膜加热的波长的光照射到基板及半导体 膜上的情况。作为这样的激光，最好的光是二氧化碳气体(CO2)激光， 其中，特别好的光是波长为9.3μm附近的二氧化碳气体激光。关于波长 为9.3μm附近的二氧化碳气体激光，下面进行叙述。
二氧化碳气体激光以9.3055±0.0005μm的波长(波数1074.63± 0.05cm-1)为代表的那样，在8.9μm(波数1124cm-1)至11μm(波数909cm -1)的波段中具有多条振荡线，这些光的波数大致与由气相淀积法及约 800℃的较低的温度下得到的氧化硅膜的非对称伸缩峰一致。图14是示 出能在本发明中使用的二氧化碳气体激光的振荡线的图。各振荡线的波 长的起伏约为0.0005μm，如果改为波数，则约为0.05cm-1。在这些振 荡线内特别适合于照射红外光的振荡线是几乎被所有的氧化硅膜强烈地 吸收的从波长约9.2605±0.0005μm波数1079.85±0.05cm-1)至9.4885 ±0.0005μm(波数1053.91±0.05cm-1)的振荡线(将这些二氧化碳气 体激光称为波长9.3μm(波数1075cm-1)附近的二氧化碳气体激光)。
氧化硅膜的非对称伸缩峰的位置随膜质量的降低，向低波数一侧移 动。实际上，由气相淀积法得到的氧化硅膜的非对称伸缩峰的红外光的 波数位于从约1055cm-1至约1070cm-1间，该值大致与波长9.3μm(波 数1075cm-1)附近的二氧化碳气体激光的波数一致。另外，在这样的低 质量的膜中，存在非对称伸缩峰的半值宽也增大的趋势，该值有时也达 到100cm-1因此，即使非对称伸缩峰稍微偏离9.3μm附近的二氧化碳 气体激光的波数，氧化硅膜也能充分地吸收二氧化碳气体激光。随着用 二氧化碳气体激光来改善氧化膜质量，半值宽减小，但由于非对称伸缩 峰也向高波数一侧移动，故氧化膜仍然能有效地吸收波长9.3μm附近的 二氧化碳气体激光。在对单晶硅基板进行氧化来得到氧化硅膜的情况 下，由于氧化温度在约1100℃以上，氧化膜的质量高，故非对称伸缩峰 位于约1081cm-1附近。在氧化温度不到1100℃的情况下，氧化温度每 降低100℃，非对称伸缩峰的位置以约2cm-1的比例向低波数一侧移动， 在800℃的氧化中，成为1075cm-1。该值大致与波长9.3μm的二氧化碳 气体激光的波数值一致，由此可知，波长9.3μm附近的二氧化碳气体激 光作为照射红外光是理想的。照射激光可使具有9.3μm附近的波长的光 如9.3055±0.0005μm的波长那样单一地振荡，也可同时使多条具有 9.3μm附近的波长的光振荡。
为了用红外光照射来改善氧化膜的质量，一般来说最好在高温下进 行长时间的热处理。如果按照实验将一次红外光照射时间定为不到约0.1 秒，则在氧化膜的温度超过约800℃之后氧化膜的质量改善才变得显著。 因而，如果进行红外光照射使得氧化膜的温度在约0.1秒的期间内为800 ℃以上，则能可靠地进行氧化膜的质量改善。在氧化膜质量改善中所需 要的温度与时间的关系中，氧化膜温度每上升50℃，处理时间就缩短一 个数量级，这样的关系大体成立。因而，使红外光照射到氧化膜上，将 氧化膜的温度上升并变成约800℃以上时的任意的氧化膜温度设为TOX (℃)、将达到该温度(TOX)的时间的总计设为τ(s)时，如果在存在 满足下述的TOX和τ的关系的TOX的条件下照射红外光：
τ＞exp(ln(10)·(b·TOX+15))
b＝-0.02(℃-1)，即：
τ＞exp(-0.04605·TOX+34.539)    …(1)
则可改善氧化膜的质量。由此，氧化膜电流减少，绝缘耐压上升， 氧化膜固定电荷减少，氧化膜俘获能级降低。
在硅单体或以硅为主体的半导体物质上形成了氧化硅膜的情况下， 本发明的红外光照射在改善氧化膜的膜质量的同时，也可改善半导体与 绝缘膜的界面特性。气相淀积法也好，低温氧化法也好，在刚形成氧化 膜之后，在半导体膜与氧化膜的界面上必定残留了大的氧化应力。在半 导体(例如，Si)的低温氧化中，以下述的机构来生长氧化膜：氧等氧 化反应物质(例如，O2)扩散到氧化膜中(例如，SiO2中)，在反应物 质到达了氧化膜与半导体膜的界面之后反应物质将氧原子(O)供给半 导体构成原子间(例如，Si-Si间)，以形成新的氧化层(例如，Si-O-Si)的机构生成氧化膜。因此，半导体中的相邻的半导体原子间距离(例 如，Si-Si间距离)与将氧原子夹在中间的氧化膜中的半导体原子间距 离(例如，Si-O-Si中的Si-Si间距离)当然是不同的。该原子间距离 的差异在半导体膜中产生拉伸应力，在氧化膜中产生压缩应力。如果氧 化温度足够高(大体约1070℃以上)，则在氧化膜中产生粘性流动，因 氧化而产生的应力得到缓和。但是，在氧化温度不到约1070℃的情况下， 由于应力缓和时间显著变长，故因氧化而产生的应力得不到缓和而残留 在夹住界面的两薄膜中。
在用气相淀积法形成了氧化膜的情况下，也发生同样的状况。这是 因为，在氧化膜淀积的最初期，在气相淀积法中使用的氧化促进物质(O2或O3等)进入半导体构成原子间，形成约0.5nm至2.0nm的极薄氧化膜， 其后在这些极薄氧化膜上淀积气相淀积法的氧化膜。如上所述，因为气 相淀积法在约600℃以下的温度下进行处理，故不能缓和极薄氧化膜形 成时的氧化应力。不管是单晶膜还是多晶膜，由于氧化应力使半导体构 成原子的晶格间隔变动，故在半导体膜-氧化膜界面上形成对于电子或 空穴的俘获能级，同时，使在表面中的带电载流子(导带中的电子或价 带中的空穴)的迁移率减小。本发明通过利用红外光照射使氧化膜的温 度局部地上升，释放存在于半导体膜-氧化膜界面上的氧化应力，以形 成质量良好的界面。
在利用红外光照射进行的界面质量改善中，存在最佳的条件。图2 是以氧化硅膜的Irene的理论(E.A.Irene et al.：J.Electrochem.Soc.129(1982)2594)为参考、计算了应力缓和 时间(纵轴)与热处理温度(横轴)的关系的图。例如，在热处理温度 为1230℃时，在约0.1秒以上的热处理时间内，产生氧化膜粘性流动， 释放了氧化应力。因而，对于由红外光照射产生的界面质量改善，可这 样来设定照射条件，使之满足处于图2的曲线上侧的条件(在图2中， 在记为红外光照射有效区域的范围内)。具体地说，将对氧化膜照射红 外光使氧化硅膜的温度上升并变成1000℃以上时的任意的氧化膜温度设 为TOX(℃)、将达到该温度(TOX)的时间的总计设为τ(s)时，在存 在满足下述的TOX和τ的关系的TOX的条件下进行上述红外光照射即可：
τ＞2·(1+v)·η/E
η＝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表示其杨氏模量(Young′s modulus)，η表示其粘度，η0表示粘度的预指数因子(pre-exponential factor)，ε表示粘度的激活能，k表示玻尔兹曼(Boltzman)常数， 取以下那样的数值。
v＝0.18
E＝6.6×1011dyn·cm-2
η0＝9.549×10-11dyn·s·cm-2
ε＝6.12 eV
k＝8.617×10-5eV·K-1
为了在不对基板或半导体膜产生损伤的情况下使氧化膜的由红外光 产生的热处理结束，加热基板上的同一地点的时间最好不到0.1秒。这 是因为，遵循快速热处理(RTA)的经验，在约800℃以上的温度下，在 约1秒的加热时间内，玻璃基板或是变形或是产生裂纹，另一方面，在 不到0.1秒的短时间的处理中，不发生这样的问题。如果TOX约为1230 ℃以上，则也可将一次的照射设定为不到0.1秒，但在约1230℃以下的 情况下，在一次的照射中不能满足该条件。因而。为了在TOX约为1230 ℃以下的红外光照射条件下改善界面特性，可这样来照射红外光：将一 次的照射定为不到0.1秒，且将该照射重复几次，以τ为总计，使其满 足前面的不等式。在该意义上，可以说，具有周期性的非连续振荡的红 外光比连续振荡的红外光要好。
具有周期性的红外光的非连续振荡如图3中示出的那种随时间变化 的图中所示那样来进行。红外光的一个周期由振荡期间(tON)和非振荡 期间(tOFF)构成。为了使朝向半导体等的氧化膜以外的物质的热变形 成为最小，希望振荡期间与非振荡期间相等或比非振荡期间短(tON≤ tOFF)。这是因为，通过使振荡期间比非振荡期间短，能可靠地进行散 热。再者，如果考虑生产性，则可以说振荡期间与非振荡期间大致相等 是理想的。
关于红外光照射还有一点必须注意的是氧化膜的到达最高温度的控 制。在半导体物质上如栅绝缘膜及层间绝缘膜那样形成氧化膜并对该氧 化膜进行红外光照射时，希望氧化膜的到达最高温度在半导体物质的熔 点以下。例如，由于在半导体物质是本征硅或包含少量的杂质(杂质浓 度不到1％)的情况下，硅的熔点约为1414℃，故由红外光照射引起的 氧化膜的到达最高温度最好不到约1414℃。这是因为，如果半导体物质 熔融，则半导体中的杂质浓度发生变化，或氧化膜与半导体的界面发生 无序重组而使界面能级增大，在严重的情况下，产生半导体物质蒸发、 飞溅，从而破坏半导体装置等不良现象。为了回避这样的现象以便稳定 地制造良好的半导体装置，将氧化膜的到达最高温度定为半导体物质的 熔点以下即可。
在半导体物质处于多晶质或非晶质的状态下，在半导体中存在悬挂 键(dangling bond)，最好用氢(H)或氟(F)等的原子对这些悬挂 键进行端接(terminate)。悬挂键在禁带中的深的位置(禁带的中央 附近)处形成对于电子和空穴的俘获能级，使导带中的电子数和价带中 的空穴数减少。同时对带电载流子进行散射，使迁移率下降。悬挂键通 过该原理使半导体特性降低。由红外光照射引起的氧化膜的温度上升显 著地改善氧化硅膜本身与界面的质量，另一方面，存在由于从氧化膜向 半导体物质的热传导而使对悬挂键进行了端接的氢或氟脱离的担心。因 而，为了制成光变换效率高的太阳电池、以低电压高速工作的薄膜晶体 管等良好的半导体装置，希望在红外光照射后设置氢等离子体照射等的 悬挂键端接工序。这是因为，利用该工序来减少因红外光照射产生的悬 挂键数目，以此使带电载流子的数目增多，同时使迁移率提高。
在本发明的红外光照射中，希望氧化膜的在同一地点用一次照射加 热的时间是不到0.1秒的短时间。这是因为，由于在这样的短时间的照 射中，不仅可防止基板的热损伤，而且从气相通过氧化膜的氧等的与半 导体物质的反应性气体的扩散变得非常小，故可将照射气氛定为空气 中。存在下述的担心：如果照射时间变长，则空气中的氧扩散到界面处， 在半导体物质的冷却过程中形成新的低温氧化层。因此，就无法改善界 面特性。在这样的意义上，最好将照射气氛定为氮、氦、氩等的惰性气 体中。由于利用红外光照射将半导体物质表面加热到接近于熔点，故作 为照射气氛，与存在氮化的可能性的氮相比，使用氦、氩等稀有气体就 更为理想。这是因为，如果这样做，只要不对基板或半导体物质造成损 伤，关于红外光照射期间没有限制，可得到质量良好的界面。总之，该 照射气氛的控制对于容易扩散的极薄氧化膜是重要的。
在本发明的半导体装置的制造方法中，在具有半导体膜被氧化硅膜 夹住的膜厚不到约200nm的薄的结晶性膜的结构时，可显著地改善半导 体装置的电特性。具有该结构的半导体装置具有半导体膜与上侧氧化膜 的界面以及半导体膜与下侧氧化膜的界面这两个界面。在半导体膜中添 加成为施主或受主的杂质、作为布线利用时，这两个界面对电传导都有 贡献。此外，在将半导体膜作为“绝缘体上的硅”(SOI)型半导体装 置的有源层来利用时，由于整个薄的半导体膜也被耗尽，故两个界面仍 然对电特性有影响。如果对该结构进行红外光照射，则夹住半导体膜的 上下的氧化膜被红外光照射而加热，由此来改善两个界面的质量。再者， 在结晶性半导体膜是多晶时，利用来自上下的氧化膜的热传导，也自然 地加热半导体膜，也产生多晶性半导体膜的再结晶。由于该再结晶，或 是构成多晶性半导体膜的结晶粒增大，或是半导体膜中的缺陷数减少， 因此可进一步改善半导体特性。
如以上详细地叙述的那样，本发明通过增加对以往质量低的氧化硅 膜(用气相淀积法形成的氧化硅膜、用低温氧化法得到的极薄氧化膜) 进行红外光照射的工序，可将其改善为高质量的膜，同时也可使半导体 -氧化膜的界面状态变得良好。此外，在半导体膜被第一氧化膜和第二 氧化膜夹住的情况下，可改善双方界面的质量。再者，如果半导体是结 晶性膜，则也可提高其结晶性。由此，可得到下述的良好的效果：可提 高以薄膜晶体管为代表的半导体装置的电特性，同时可增加半导体装置 的工作稳定性及可靠性。
附图的简单说明
图1是示出氧化硅膜的红外光吸收特性的图。
图2是示出本发明的有效区域的图。
图3是说明红外光振荡的随时间变化的图。
图4是示出因红外光照射引起的氧化膜温度变化的图。
图5是说明本发明的半导体装置的制造方法的图。
图6是说明本发明的显示装置的图。
图7是说明本发明的红外光照射装置的图。
图8是说明本发明的使用了复眼透镜的红外光照射装置的图。 
图9是示出使用了复眼透镜的红外光强度分布均匀化的原理的图。
图10是说明本发明的使用了富里叶变换型相位全息图的红外光照射 装置的图。
图11是示出使用了富里叶变换型相位全息图的红外光强度分布均匀 化的原理的图。
图12是说明本发明的使用了电流扫描器的红外光照射装置的图。
图13是说明本发明的使用了多面镜的红外光照射装置的图。
图14是示出二氧化碳气体(CO2)激光器的振荡线的图。
实施发明用的最佳形态
本发明的半导体装置至少包括在作为绝缘性物质的第一氧化硅膜上 形成的半导体膜和在该半导体膜上形成的第二氧化硅膜。如果是上栅型 的半导体装置，则第一氧化硅膜相当于基底保护膜，第二氧化硅膜相当 于栅绝缘膜。相反，如果是下栅型的半导体装置，则第一氧化硅膜相当 于栅绝缘膜，第二氧化硅膜相当于层间绝缘膜。此外，本发明的显示装 置具有这样的半导体装置。
为了制成这些半导体装置和显示装置，一开始准备基板。作为基板， 一般是玻璃、单晶硅等，但即使是除此以外的基板，如果能耐受半导体 装置制造工序中的最高温度，而且进入半导体膜的杂质足够少，则不问 其种类及大小。
首先，用上述的气相淀积法或低温氧化法在基板上形成第一氧化硅 膜。如果基板是高纯度石英玻璃，则也可用石英玻璃基板兼作第一氧化 硅膜。
其次，在绝缘性物质上形成半导体膜，该绝缘性物质至少与半导体 膜相接的面为第一氧化硅膜。该半导体膜形成工序中，在用气相淀积法 等淀积了半导体膜之后，对该半导体膜供给以激光或热为代表的高能 体，进行半导体膜的熔融结晶化乃至固相结晶化。如果最初淀积的薄膜 是非晶质或非晶质与微结晶混在一起的混晶质，则该工序通常称为结晶 化。另一方面，如果最初淀积的薄膜是多晶质，则该工序称为再结晶化。 在本说明书中，将两者都称为结晶化，不特别地进行这两者的区别。作 为高能体，最好的是氟化氪(KrF)受激准分子激光、氯化氙(XeCl) 受激准分子激光。利用这些照射使半导体薄膜的至少表面熔融结晶化。 在熔融结晶化中，熔融范围内的结晶粒具有在粒内几乎没有缺陷的良好 的特性。另一方面，在熔融结晶化时供给的能量值的控制是非常困难的， 如果朝向半导体薄膜的受激准分子激光等的照射能量密度比最佳值稍微 大一点，则构成多晶膜的的结晶粒的直径突然减小为1/10至1/100，在 严重的情况下，半导体膜就消失了。因此，在本发明中，使照射激光能 量密度比最佳值低约5mJ·cm-2至约50mJ·cm-2，来进行半导体膜的熔 融结晶化。这样，就可稳定地进行半导体膜的熔融结晶化。当然，在该 原有状态下多晶半导体膜的结晶性未变得良好，但在本发明中，在以后 的工序中存在对于氧化膜的红外光照射工序。
即，利用气相淀积法或低温氧化法在以这种方式得到的结晶性半导 体膜上形成第二氧化硅膜，在该氧化膜形成工序结束后设置对第二氧化 硅膜照射红外光的光照射工序。
如果用红外光照射对氧化硅膜进行加热，则以接近于半导体熔融温 度的温度对半导体膜进行几μs至几ms的比较长的时间的加热。在上述 的熔融结晶化中，以熔融温度对半导体膜进行几十ns的期间的加热。 如果将其进行比较，则在光照射工序中的半导体温度稍微低一些。但是， 其加热处理时间长了百倍至百万倍，因此，在光照射工序中显著地改善 在熔融结晶化中不充分的半导体膜的结晶性。在熔融结晶化时只在半导 体膜的表面附近形成了高质量的结晶粒，在接近于第一氧化膜的半导体 膜的下部，残留了数量多的微细缺陷或非晶质成分。这些残留成分在光 照射工序时以表面附近的高质量的结晶粒为核进行结晶化，于是在半导 体膜的整个膜厚方向上形成了良好的结晶化膜。如从这样的原理可理解 的那样，半导体膜被第一氧化膜和第二氧化膜夹住这一点意味着在光照 射工序时从上下两方对半导体膜进行加热，以这种方式在整个半导体膜 中进行均匀的结晶化。在以固相方式进行半导体膜的结晶化时，也产生 与在熔融结晶化膜中看到的同样的作用。固相结晶化膜虽然在结晶粒内 含有很多缺陷，但利用本发明的光照射工序进行再结晶化，可降低这些 粒内缺陷。
在哪一种基板上对半导体膜进行成膜时，半导体膜都必定具有上侧 界面和下侧界面。在对半导体膜添加杂质而作为电传导体利用时，在上 侧界面和下侧界面这两个界面附近存在电流路径。同样，在将半导体膜 作为场效应半导体装置的有源层(沟道形成区域)利用时，如果有源层 的厚度不到约150nm，则由于整个半导体膜对电传导有贡献，故两界面 的是否良好对半导体装置的电特性的优劣也起到直接的影响。在本发明 中，由于半导体膜被第一氧化膜和第二氧化膜夹住，这样来选择照射红 外光，使得半导体膜对于红外光的吸收系数比氧化膜的吸收系数小几个 数量级以上，故两界面几乎加热到相同的温度，可改善为质量同样良好 的界面状态。这样可构成电特性良好的半导体装置。
(实施例1)
图4是示出因红外光照射引起的氧化膜温度变化的图。作为红外光， 使用二氧化碳气体激光。在使该红外光照射到构成栅绝缘膜的氧化硅膜 上时，用电子计算机来估计氧化硅膜上的温度变化。纵轴表示氧化硅膜 表面的温度，横轴表示从开始照射的瞬间算起的时间。作为基板，设定 为通用无碱玻璃。用ECR-PECVD法在基板上以200nm的膜厚淀积作为 基底保护膜的氧化硅膜，用ECR-PECVD法在其上以50nm的膜厚淀积多 晶硅膜，再用ECR-PECVD法在其上以100nm的膜厚淀积作为栅绝缘膜 的氧化硅膜。栅绝缘膜和基底保护膜的光学特性与图1中示出的特性相 同。在这样的膜结构的样品上从基板的表面一侧(即，栅绝缘膜一侧) 起照射二氧化碳气体激光。将二氧化碳气体激光的波长设定为9.3μm(波 数1075cm-1)，对于该红外光的利用ECR-PECVD法形成的氧化硅膜的 吸收系数k是26200cm-1。因而，吸收系数与栅氧化膜的厚度的积k·t 为0.262，栅绝缘膜的对于入射光的透射光的比例是77％。将二氧化碳 气体激光的在栅绝缘膜表面上的能量密度定为200mJ·cm-2，计算了在 其振荡期间(tON)为10μs的照射条件下的氧化膜温度变化。但是，在 此设定为单个的激光照射，因此，非振荡期间(tOFF)为无限大。
按照图4中示出的计算结果，氧化膜的温度升到1300℃以上的时间 τ1300约为4.6μs，同样，氧化膜的温度升到900℃以上的时间τ900约为 13.1μs。为了在900℃下进行氧化膜质量改善，按照(1)式，τ900必须 为1ms以上，因此，一般认为必须将该照射重复77次以上，使超过900 ℃的总的时间为13.1μs×77＝1.0087ms，比1ms长。但是，实际上达 到1300℃以上的时间τ1300约为4.6μs。按照(1)式，为了在1300℃下 进行氧化膜质量改善，用约1×10-11s以上的时间即可，因此，实际上 用该一次红外光照射就可充分地完成氧化膜质量改善。如该例所明显地 示出的那样，为了进行氧化膜及界面的膜质量改善，在任一温度下满足 条件式(1)和(2)即可。
为了在图4的条件下也改善氧化膜-半导体膜的界面的质量，由(2) 式和图2可知，必须将氧化膜的温度达到1300℃以上的总的时间定为约 13.8ms以上。另一方面，因为由一次非连续振荡照射得到的τ1300约为 4.6μs，故如果将相同的照射重复3000次以上，则成为4.6μs×3000＝ 13.8ms，可将达到1300℃以上的总的时间定为约13.8ms以上。如果将 振荡期间(tON)和非振荡期间(tOFF)都定为10μs，则一个周期为20μs， 振荡频率为50kHz。因而，为了完成界面质量的改善，以20μs×3000＝ 60ms和50kHz的振荡频率对同一地点照射约60ms以上即可。
现在在市面上出售的二氧化碳气体激光器中有输出功率约为4kW的 激光器。如果以50kHz使其振荡，则每次照射的能量为80mJ，在前面的 照射条件200mJ·cm-2的能量密度下可照射0.4cm2的区域。0.4cm2的面 积相当于宽度为0.1mm长度为400mm的条状区域。考虑对400mm×500mm 的大型玻璃基板照射红外光的情况，在基板的纵向对条状的照射区域进 行扫描(基板的纵向与照射区域的宽度方向一致)。为了对基板上的同 一地点照射3000次，对于条状照射区域的宽度(0.1mm)方向，在每次 照射中移动3.33×10-5mm即可。由于振荡频率为50kHz，故照射区域具 有1.67mm/s的扫描速度。即，500mm的纵向的照射时间为约300秒， 可以说在实用上是足够的。
(实施例2)
图5(a)～(d)是用剖面示出形成MOS型场效应晶体管的薄膜半导 体装置的制造工序的图。在实施例2中，作为基板501，使用了变形点 约为650℃的通用无碱玻璃。
首先，用ECR-PECVD法在基板501上以约200nm淀积第一氧化硅膜， 作成基底保护膜502。第一氧化硅膜的用ECR-PECVD法的淀积条件如 下。
单硅烷(SiH4)流量…60sccm
氧(O2)流量…100sccm
压力…2.40mTorr
微波(2.45GHz)输出…2250W
施加磁场…875高斯
基板温度…100℃
成膜时间…40秒
用LPCVD法在该基底保护膜上作为半导体膜以约50nm的膜厚淀积了 本征非晶质硅膜。LPCVD装置是热壁型的，容积为184.51，基板插入后 的反应总面积约为44000cm2。淀积温度为425℃，作为原料气体，使用 纯度为99.99％以上的乙硅烷(Si2H6)，以200sccm供给反应炉。淀积 压力大致为1.1Torr，在该条件下硅膜的淀积速度为0.77nm/min。对以 这种方式得到的非晶质半导体膜中照射氟化氪(KrF)受激准分子激光， 进行了半导体膜的结晶化。照射激光能量密度为245mJ·cm-2，是比最 佳值低15mJ·cm-2的能量密度。在以这种方式形成了结晶性半导体膜(多 晶硅膜)之后，将该结晶性半导体膜加工成岛状，其后形成了成为半导 体装置的有源层的半导体膜的岛503。(图5-a)
其次，用ECR-PECVD法形成了第二氧化硅膜504，使其覆盖经过图 形刻蚀加工的半导体膜的岛503。该第二氧化硅膜起到半导体装置的栅 绝缘膜的功能。第二氧化硅膜的淀积条件除了淀积时间缩短为24秒这 一点外，与第一氧化硅膜的淀积条件相同。但是，在第二氧化硅膜淀积 之前，在ECR-PECVD装置内对基板照射氧等离子体，在半导体的表面 上形成了低温等离子氧化膜。等离子氧化条件如下。
氧(O2)流量…100sccm
压力…1.85mTorr
微波(2.45GHz)输出…2000W
施加磁场…875高斯
基板温度…100℃
处理时间…24秒
利用等离子氧化在半导体表面上形成了大体为3.5nm的氧化膜。在 氧等离子体照射结束后，在维持真空的情况下连续地淀积氧化膜。因而， 第二氧化硅膜由等离子氧化膜和气相淀积膜两者构成。其膜厚为 122.5nm。
在第二氧化硅膜形成后，作为红外光照射工序，在空气中对这些薄 膜照射了二氧化碳气体激光。二氧化碳气体激光器照射区域为圆形。在 圆的中心，激光能量密度为最大，随着朝向外侧，能量密度以正态分布 函数的方式衰减。对于中心的最大能量密度的值，能量密度为1/e(e 是自然对数：e＝2.71828)的圆的直径为4.5mm。因为在中心的最大能 量密度为630mJ·cm-2，故在直径为4.5mm的圆周上的能量密度为 232mJ·cm-2。二氧化碳气体激光器的振荡期间(tON)和非振荡期间(tOFF) 分别为60μs，因此振荡频率为8.333kHz。圆对称的照射区域在每次照 射中移动0.1mm，氧化硅膜上的同一点接受45次能量密度为232mJ·cm- 2以上的二氧化碳气体激光器照射。
在二氧化碳气体激光器照射后，对基板进行氢等离子体照射，用氢 对存在于多晶半导体膜中及界面上的悬挂键进行端接。氢等离子体的条 件如下。
氢(H2)流量...1000sccm
压力...500mTorr
高频波(13.56MHz)输出...100W
电极间距离...25mm
基板温度...300℃
处理时间...90秒
以这种方式结束栅绝缘膜淀积和氧化膜质量改善。(图5-b)
接着，利用金属薄膜形成栅电极505。在实施例2中，用膜厚为750nm 的α结构的钽(Ta)制成了栅电极。此时的栅电极的方块电阻为0.8Ω/□。
其次，将栅电极作为掩模，注入成为施主或受主的杂质离子506，相 对于栅电极以自对准方式形成源·漏区507和沟道形成区域508。在实施 例2中制造了CMOS半导体装置。在制造NMOS晶体管时，在用铝(Al) 薄膜覆盖了PMOS晶体管部之后，作为杂质元素选择在氢中以5％的浓度 被稀释的磷化氢(PH3)，以加速电压为80kV并以7×1016cm-2的浓度在 NMOS晶体管的源·漏区中注入了包含氢的总的离子。相反，在制造PMOS 晶体管时，在用铝(Al)薄膜覆盖了NMOS晶体管部之后，作为杂质元 素选择在氢中以5％的浓度被稀释的乙硼烷(B2H6)，以加速电压为80kV 并以5×1015cm-2的浓度在PMOS晶体管的源·漏区中注入了包含氢的总 的离子(图5-c)。
其次，用PECVD法等淀积了层间绝缘膜509。层间绝缘膜由二氧化硅 构成，其膜厚约为500nm。在层间绝缘膜淀积后，在氮的气氛下在300 ℃下进行了2小时的热处理，该热处理兼作层间绝缘膜的烧固和添加到 源·漏区中的杂质元素的激活。
最后，开接触孔，用铝等施加布线510，完成了薄膜半导体装置(图 5-d)。
测定了以这种方式制成的薄膜半导体装置的传递特性。所测定的半 导体装置的沟道形成区域的长度和宽度分别是10μm，测定在室温下进 行。NMOS晶体管的由在Vds＝8V处的饱和区求出的迁移率为42.4± 1.9cm2·V-1·s-1，阈值电压为3.87±0.11V。此外，PMOS晶体管的由在 Vds＝-8V处的饱和区求出的迁移率为21.8±1.2cm2·V-1·s-1，阈值电 压为-5.33±0.21V。由此，以小的离散度稳定地制造了都具有高迁移 率和低阈值的良好的N型和P型这两种薄膜半导体装置。如该例中示出 的那样，按照本发明，可利用能使用通用的玻璃基板的低温工序、简便 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导体装 置。
(比较例1)
比较例1是显示出本发明优于现有技术的情况用的例。在比较例1 中，除了不进行光照射工序之外的所有的工序与实施例2相同，制造了 半导体装置。即，在用ECR-PECVD法淀积第二氧化硅膜之后，马上进 行上述的氢等离子体照射，以下，用与实施例2相同的工序制造了CMOS 半导体装置。
以下，示出用比较例1得到的半导体装置的迁移率和阈值电压。
μ(N)＝34.4±3.3cm2·V-1·s-1
Vtb(N)＝5.06±0.16V
μ(P)＝16.2±1.2cm2·V-1·s-1
Vtb(P)＝-6.30±0.22V
从该比较例1可明白本发明的实施例2的优点。
(实施例3)
制造了将用实施例2得到的NMOS薄膜半导体装置作为由200(行) ×320(列)×3(色)＝192000(像素)构成的彩色LCD的像素用开关 元件，以用实施例2得到的CMOS薄膜半导体装置内置了6位数字数据 驱动器(列侧驱动器)和扫描驱动器(行侧驱动器)的有源矩阵基板。
图6中示出6位数字数据驱动器的电路图。实施例3的数字数据驱 动器由时钟信号线和时钟生成电路、移位寄存器电路、“或非”门、数 字图像信号线、锁存电路1、锁存脉冲线、锁存电路2、复位线1、“与” 门、基准电位线、复位线2、利用电容分割的6位D/A变换器、CMOS模 拟开关、共用电位线和源线复位·晶体管构成，来自CMOS模拟开关的 输出与像素部的源线连接。D/A变换器部的电容满足C0＝C1/2＝C2/4＝ C3/8＝C4/16＝C5/32的关系。可直接将从计算机的视频随机存取存储器 (VRAM)输出的数字图像信号输入到数字图像信号线上。在实施例3的 有源矩阵基板的像素部中，源电极和源布线、漏电极(像素电极)由铝 构成，成为反射型LCD。
制造了将以这种方式得到的有源矩阵基板用作一对基板中的一个的 液晶屏。使用使黑色颜料分散于夹在一对基板间的液晶中的高分子分散 液晶(PDLC)，作成常黑(normally black)模式(在不对液晶施加电 压时为黑显示)的反射型的液晶屏。将所得到的液晶屏与外部布线连接， 制造了液晶显示装置。
其结果，由于TFT是高性能的、且在基板的整个面上特性是均匀的， 故不管是6位数字数据驱动器还是扫描驱动器，都在很宽的工作区域中 正常地工作，而且由于像素部的开口率较高，故即使使用分散了黑色颜 料的PDLC，也能形成显示质量高的液晶显示装置。此外，由于半导体膜 与氧化膜的界面的状态良好，且氧化膜本身的质量也高，故晶体管的工 作可靠性良好，于是显示装置的工作稳定性也很好。
将该液晶显示装置组装在全彩色的携带型个人计算机(笔记本PC) 的框体中。有源矩阵基板内置了6位数字数据驱动器，由于将来自计算 机的数字图象信号直接输入到液晶显示装置中，故电路结构变得简单， 同时也可尽可能减小功耗。由于在液晶显示装置中使用的薄膜半导体装 置是高性能的，故该笔记本PC是具有非常美观的显示画面的良好的电 子装置。另外，反映液晶显示装置是具有高开口率的反射型的情况，不 需要背照光源，因此也可实现电池的小型、轻量化和长时间使用。由此， 制成了可长时间地使用、且具有美观的显示画面的超小型轻量的电子装 置。
(实施例4)
在实施例4中，使用图7至图11说明对基板上形成的氧化硅膜照射 红外光、可实现其质量改善的氧化硅膜质量改善用的红外光照射装置。 氧化硅膜质量改善用的红外光照射装置至少具有：由二氧化碳气体激光 振荡器101等构成的红外光生成装置；调整以这种方式生成的红外光的 绝对强度的红外光强度调整装置；使进行了强度调整的红外光的空间的 强度分布变得均匀的红外光均匀化装置；以及使形成了氧化硅膜的基板 与该被均匀化了的红外光的相对的位置关系可变的扫描机构(参照图 7)。
由二氧化碳气体激光振荡器101生成的红外激光被由衰减器等构成 的光学系统104将其绝对强度调整到所希望的值。在实施例4中，该光 学系统104相当于红外光调整装置。具体地说，通过使入射到光学系统 104中的红外激光的透射率可变，使该输出强度可变。其次，将进行了 强度调整的红外光引导到由均化器103等构成的红外光均匀化装置中， 对红外光的空间的强度分布进行均匀化，使其在基板上的红外光照射区 域内不产生空间方面的大的变动。将以这种方式被整形的红外光引导到 照射室105中，对设置在照射室内的基板110进行红外光照射。
为了将红外光的照射气氛定为真空中、氮气中、氩中等那样的预定 的气氛，在照射室中具备由泵107等构成的排气装置和由气体系统106 等构成的气体导入装置。通过利用台控制器108使设置了基板的台移动 被导入到照射室中的红外光与形成了氧化硅膜的基板110的相对的位置 关系成为可变的。即，在实施例4中，将扫描机构固定在红外光行进路 径上之后，使基板可动。当然，如以后的实施例中所示，也可以是固定 基板而使红外光行进路径可动的扫描机构或使两种都可动的扫描机构。 再有，计算机109是对台控制器108及激光控制器102进行控制的控制 系统。
为了对由气相生长法形成的氧化硅膜的整个区域进行一次加热来改 善其膜质量，必须有输出极大的红外激光振荡器。而现在还没有这样大 的输出的激光振荡器。因此，在本发明中利用红外光均匀化装置将红外 光配置成条状的照射区域或细线状的照射区域，通过利用上述的扫描机 构使该照射区域成为可动来对整个基板进行均匀的光照射。照射区域内 的激光强度是均匀的这一点是较为理想的。因此，以下说明按照本发明 的红外光均匀化装置。
图8示出了使用复眼透镜201的红外光均匀化装置的一例。该红外 光均匀化装置将复眼透镜201和聚光透镜202作为基本构成要素，作为 聚光透镜202使用了柱面透镜。203是入射红外激光束。利用将多个、 在图8中是A至E这5个四角形或柱面透镜被集束到与光轴正交的横剖 面上的所谓复眼透镜来分割入射到该复眼透镜上的激光束203的波前。 在被分割的激光束在上述复眼透镜的焦点位置上被集光后，入射到成为 与上述复眼透镜共焦点的聚光透镜202上，通过该聚光透镜在像侧的焦 点上、即在基板上将被分割的各激光束再次重叠，形成均匀的激光束。 在图9中示出被A至E分割的激光束的在基板110上的激光束的强度分 布与将这些重叠后的激光束的强度分布。在本方式中，在被分割的激光 束中，如图9的A和E、B和D那样，在相对于光轴为对称的激光束之 间，具有对称的强度分布，因此通过使这些激光束重叠，确保了均匀性。
图10示出了使用了富里叶变换相位全息图301的红外光均匀化装置 的一例。这里的红外光均匀化装置以透镜300和富里叶变换相位全息图 301(以下，简称为全息图)作为基本构成要素。透镜300和全息图301 在形成了作为加工对象物的氧化硅膜的基板110上形成了在纵向具有均 匀的激光强度分布的细线状激光束。从激光振荡器101发出的激光通过 由透镜300和全息图301构成的束整形光学系统302。此时，激光被透 镜300照射到基板110上，但由在透镜300与基板110之间设置的全息 图301进行空间调制，以便在基板110上具有并排成一直线的几个重叠 的照射光点。全息图301可在基板110上的任意的位置上以任意的强度 配置各个照射光点。图11是示出用图10的激光束整形光学系统整形的、 照射到形成了氧化硅膜的基板上的激光束的形状的图。如图11中所示， 通过使用照射光点在一直线上并排的那样的全息图301并将照射光点的 重叠间距作成均等的间距，可得到在基板110上在纵向变成均匀的那样 的激光束。全息图301将激光束分割为400个至800个照射光点，使激 光束的强度分布实现均匀化。
(实施例5)
在实施例5中，使用图12和图13说明对基板上形成的氧化硅膜照 射红外光、可实现其质量改善的氧化硅膜质量改善用的红外光照射装 置。该红外光照射装置至少具有：由二氧化碳气体激光振荡器101等构 成的红外光生成装置；将以这种方式生成的红外光整形为光点形状的光 整形装置；以及使形成了氧化硅膜的基板与该被整形为光点形状的红外 光的相对的位置关系可变的扫描机构。
由二氧化碳气体激光振荡器101生成的红外激光由反射镜401引导 到作为扫描机构的一种的电流扫描器的反射镜400上(图12)。激光束 被电流扫描器的反射镜400反射后，入射到透镜402上，整形为光点形 状的光束。在实施例5中，该透镜402相当于整形为光点形状的光整形 装置。将以这种方式被整形了的红外光导入到照射室105中，对设置在 照射室内的基板110进行光照射。照射室的结构和控制系统与实施例4 相同。在实施例5中，通过用电流扫描器来改变电流扫描器的反射镜400 的角度，使照射到基板110上的激光束的位置变化。以线状或面状来扫 描该照射光，在基板110的整个面上进行红外激光的照射。所照射的激 光束被在基板上成膜的氧化硅膜吸收，对氧化硅膜进行加热。以这种方 式改善氧化膜的质量。
另一方面，图13是将多面镜601作为扫描机构使用的光照射装置的 另一例。从激光振荡器101射出的激光被多面镜601反射，入射到透镜 402上。在红外光被透镜402整形为光点线状的光束后，被引导到照射 室中，照射基板110。在本例的扫描机构中，改变多面镜601的角度， 使基板110上的激光照射位置变化。以下，与上述的实施例同样，激光 扫描基板的整个表面，进行氧化硅膜的质量改善。
再有，在这些实施例中，示出了使用二氧化碳气体激光作为红外光 的情况，但也可使用IV-VI族半导体激光器或自由电子激光器等的激 光作为红外光。
产业上利用的可能性
如以上所详细地叙述的那样，按照本发明，通过增加简单的红外光 照射工序，可将以往质量低的在低温下形成的氧化硅膜改善为质量高的 膜。因而，如果将本发明应用于TFT等薄膜半导体装置或LSI等的半导 体装置中，则可在低温下稳定地制造工作可靠性方面良好的且高性能的 半导体装置。此外，在将本发明应用于有源矩阵型液晶显示装置中的情 况下，可容易且稳定地制造大型且美观的显示装置。再者，在应用于其 它的电子装置的制造中的情况下，也能容易且稳定地制造高性能的电子 装置。
此外，本发明的红外光照射装置可高速且稳定地处理大面积的基板， 最适合于TFT基板及300mm直径的大型硅基板等的处理。