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JP2008053562A - Method for forming gate insulating film, method for manufacturing semiconductor element, and apparatus thereof - Google Patents

Method for forming gate insulating film, method for manufacturing semiconductor element, and apparatus thereof Download PDF

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JP2008053562A JP2006229728A JP2006229728A JP2008053562A JP 2008053562 A JP2008053562 A JP 2008053562A JP 2006229728 A JP2006229728 A JP 2006229728A JP 2006229728 A JP2006229728 A JP 2006229728A JP 2008053562 A JP2008053562 A JP 2008053562A
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良樹 森川
Mitsuru Hanakura
満 花倉
Shingo Ichimura
信吾 一村
Hidehiko Nonaka
秀彦 野中
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

【課題】半導体素子の製造温度を低下させること。
【解決手段】紫外領域の光を照射のもと基板にオゾンガスを供して基板にバッファ用酸化膜を形成した後にこのバッファ用酸化膜にポリシリコンが形成される。次いで、酸化処理炉10内で光源14からの紫外領域の光を照射のもと前記基板のポリシリコンにオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する。前記基板には紫外領域の光を照射して前記基板のポリシリコンを結晶化及び粒界サイズを大型化するとよい。また、図示省略のCVD処理炉では前記ゲート絶縁膜が形成された基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜が追加形成される。前記ゲート絶縁膜が形成された基板は電極が蒸着された後に適宜に酸化処理炉10内で紫外領域の光が照射されることでアニール処理される。
【選択図】図1
An object of the present invention is to reduce the manufacturing temperature of a semiconductor device.
After a buffer oxide film is formed on the substrate by irradiating the substrate with ozone gas under irradiation of ultraviolet light, polysilicon is formed on the buffer oxide film. Next, an ozone gas is applied to the polysilicon of the substrate under irradiation of ultraviolet light from the light source 14 in the oxidation treatment furnace 10 to form a gate insulating film on the polysilicon. The substrate may be irradiated with ultraviolet light to crystallize the polysilicon of the substrate and increase the grain boundary size. In a CVD processing furnace (not shown), a gate insulating film is additionally formed on the substrate by applying ozone gas to the substrate on which the gate insulating film is formed while irradiating light in the ultraviolet region. The substrate on which the gate insulating film is formed is annealed by being irradiated with light in the ultraviolet region in the oxidation treatment furnace 10 as appropriate after the electrodes are deposited.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は半導体装置の液晶表示パネルに用いられている低温ポリシリコンTFTに例示される半導体素子の製造技術及び半導体素子のゲート絶縁膜の形成技術に関する。   The present invention relates to a technique for manufacturing a semiconductor element exemplified by a low-temperature polysilicon TFT used in a liquid crystal display panel of a semiconductor device, and a technique for forming a gate insulating film of the semiconductor element.

近年、TFT(薄膜トランジスタ)方式のLCD装置は広く表示装置として用いられている。LCD装置はガラス基板上にTFTがマトリックス状に形成され、このTFTによりTFTの上下に配置されている液晶を駆動するものである。   In recent years, TFT (thin film transistor) type LCD devices have been widely used as display devices. In the LCD device, TFTs are formed in a matrix on a glass substrate, and the TFTs drive liquid crystals arranged above and below the TFTs.

TFTはガラス基板上に絶縁膜やポリシリコン膜を積層して形成される。ガラス基板としては、近年、石英ガラスより安価なソーダガラス等が用いられている。ソーダガラスは石英と比較して軟化点が500℃程度と低く、またソーダガラス中に含まれるNaが高温環境で拡散するため、400℃以下の成膜技術が求められる。しかも作成された膜の膜質は高温で形成される膜に近い高品質なものが求められる。   The TFT is formed by laminating an insulating film or a polysilicon film on a glass substrate. In recent years, soda glass, which is cheaper than quartz glass, has been used as the glass substrate. Soda glass has a softening point as low as about 500 ° C. compared to quartz, and Na contained in the soda glass diffuses in a high temperature environment, so that a film forming technique of 400 ° C. or less is required. In addition, the quality of the produced film is required to be high quality close to that of a film formed at a high temperature.

また、近年、フレキシブル情報端末(フレキシブルPC、携帯)に代表されるように、プラスチック(ポリイミド)等の有機(フレキシブル)基板上のシリコンデバイス作成技術が重要となっている。この場合、プロセス温度は、ポリイミド等の耐熱温度から250℃以下となる。したがって、今後、より低温においてより高品質な酸化膜の作成が要求される。近年では400℃の条件下のオゾンガス雰囲気にガラス基板を置いて酸化させる方法(特許文献1に示された薄膜トランジスタ装置の製造方法)が最低温のプロセスとなっている。以上のように温度条件250℃以下のプロセスがいまだ実現していない。   In recent years, as represented by a flexible information terminal (flexible PC, mobile phone), silicon device fabrication technology on an organic (flexible) substrate such as plastic (polyimide) has become important. In this case, the process temperature is 250 ° C. or lower from the heat resistant temperature of polyimide or the like. Therefore, in the future, it will be required to produce a higher quality oxide film at a lower temperature. In recent years, a method of oxidizing by placing a glass substrate in an ozone gas atmosphere at 400 ° C. (a method of manufacturing a thin film transistor device disclosed in Patent Document 1) has become the lowest temperature process. As described above, a process under a temperature condition of 250 ° C. or less has not yet been realized.

TFTの作製プロセスの低温化において、ゲート絶縁膜のプロセスの他に低温下が困難なプロセスとしてポストアニール処理がある。これはゲート絶縁膜製膜後に金属電極を蒸着後にアニール処理するプロセスのことである。アニール温度は通常400℃〜450℃で窒素+水素ガス中で行われる。アニール処理温度の低温化も重要な課題である。   In the process of manufacturing a TFT at a low temperature, there is a post-annealing process as a process that is difficult to be performed at a low temperature in addition to the gate insulating film process. This is a process of annealing after depositing a metal electrode after forming a gate insulating film. The annealing temperature is usually 400 ° C. to 450 ° C. in nitrogen + hydrogen gas. Lowering the annealing temperature is also an important issue.

TFTは、完成までに多くの工程が必要である。工程ごとに別々のチャンバを用意すると設備が膨大になり、敷地面積・設備コストが負担になる。そこでなるべくプロセス間で同じチャンバを併用して、チャンバ数を減らすのが望ましい。また、現在低温膜作製で主流のプラズマを用いる方法では、プラズマを発生させるアンテナの体積が、処理する基板面積の増大に対して非常に大きくなる問題がある。
特開2003−289079
A TFT requires many steps to complete. If a separate chamber is prepared for each process, the equipment becomes enormous, and the site area and equipment costs are burdened. Therefore, it is desirable to reduce the number of chambers by using the same chambers between processes as much as possible. Further, in the method using the mainstream plasma at present in the production of the low temperature film, there is a problem that the volume of the antenna for generating the plasma becomes very large with respect to the increase in the substrate area to be processed.
JP2003-289079

図11は低温ポリシリコンTFTの製造過程の初期段階を経た後のTFTの断面図である。具体的には電極蒸着のプロセスまで終了した状態の低温ポリシリコンTFTの断面を示した図である。実際のTFTは前記蒸着のプロセスの後に微細形状加工が施されるが、発明に係る技術は、前記プロセスまでで発揮されるので、図11を参照しながら説明する。   FIG. 11 is a cross-sectional view of the TFT after the initial stage of the manufacturing process of the low-temperature polysilicon TFT. Specifically, it is a view showing a cross section of a low-temperature polysilicon TFT in a state where the process up to electrode deposition is completed. The actual TFT is subjected to fine shape processing after the vapor deposition process, but the technology according to the invention is demonstrated up to the process, and will be described with reference to FIG.

図示された低温ポリシリコンTFTは基板111とこれに形成されるバッファ用シリコン酸化膜112とポリシリコン113とゲート絶縁膜114と金属電極115とから成る。この低温ポリシリコンTFTを作製するにあたり、基板の材質及び製造コストの観点から作製のプロセス温度の低温化が必要となっている。   The illustrated low-temperature polysilicon TFT comprises a substrate 111, a buffer silicon oxide film 112 formed thereon, polysilicon 113, a gate insulating film 114, and a metal electrode 115. In manufacturing this low-temperature polysilicon TFT, it is necessary to lower the manufacturing process temperature from the viewpoint of the material of the substrate and the manufacturing cost.

すなわち、第一の課題としては、ゲート絶縁膜114を低温で作成する必要がある。   That is, as a first problem, it is necessary to form the gate insulating film 114 at a low temperature.

ゲート絶縁膜114の低温条件での形成にはプラズマやオゾンを用いた手法が最有力である。現在、オゾン(低濃度)を用いて作った例があるが、作製できた温度は450℃以上であり十分な膜厚を確保していない。プラズマ酸化ではほとんど製膜できていない。現在のところ400℃以下の作製温度ではポリシリコン113上に良質なゲート絶縁膜114を作製する技術はない。   For forming the gate insulating film 114 under a low temperature condition, a technique using plasma or ozone is the most powerful. At present, there is an example made using ozone (low concentration), but the temperature that can be produced is 450 ° C. or more, and a sufficient film thickness is not secured. The film is hardly formed by plasma oxidation. At present, there is no technique for producing a high-quality gate insulating film 114 on the polysilicon 113 at a production temperature of 400 ° C. or lower.

また、ゲート絶縁膜114が形成されるポリシリコン113の面方位に依存しない製膜速度を実現しなければならない。ポリシリコン113の表面に様々な面方位のSi結晶面が析出しているためである。Si結晶の面方位に対して違った膜成長を行える機構を用いて酸化膜を成長させると、ラフネスの大きな膜になり諸特性が悪くなる。このため、従来用いられてきた酸素による熱酸化法では、酸化速度が基板結晶方位に大きな依存を受けるので適しない。したがって、低温のもとで処理基板の面方位に依存しないゲート絶縁膜114の作成が要求される。   Further, it is necessary to realize a film forming speed that does not depend on the plane direction of the polysilicon 113 on which the gate insulating film 114 is formed. This is because Si crystal planes of various plane orientations are deposited on the surface of the polysilicon 113. When an oxide film is grown by using a mechanism capable of growing a film different from the plane orientation of the Si crystal, it becomes a film having a large roughness and various characteristics are deteriorated. For this reason, the conventional thermal oxidation method using oxygen is not suitable because the oxidation rate greatly depends on the crystal orientation of the substrate. Therefore, it is required to create the gate insulating film 114 that does not depend on the surface orientation of the processing substrate at a low temperature.

さらに、ゲート絶縁膜114を作製する際、下地のポリシリコン113を損傷させないようにする必要がある。低温での反応を促進させるために外部から刺激を与える場合に下地の層を傷つけるようなことがあってはならない。下地のポリシリコン113が損傷するとその半導体特性が劣化するからである。   Furthermore, when forming the gate insulating film 114, it is necessary to prevent damage to the underlying polysilicon 113. When stimulating from the outside in order to promote the reaction at low temperature, the underlying layer should not be damaged. This is because if the underlying polysilicon 113 is damaged, its semiconductor characteristics deteriorate.

第二の課題としては、ポストアニール温度を低温化する必要がある。   As a second problem, it is necessary to lower the post-annealing temperature.

TFTプロセスの低温化において、ゲート絶縁膜114の作製温度と並んで低温化を必要とするのがこのポストアニール温度の低温化である。例えば、現在の技術で一番低温可能なプロセスでは、ゲート絶縁膜114の作製温度が450℃、ポストアニール温度が450℃となっている。このポストアニール温度450℃という温度はシリコン基板上に作製した場合でもこの温度となっている。   In reducing the TFT process temperature, it is necessary to lower the temperature of the post-annealing temperature as well as the manufacturing temperature of the gate insulating film 114. For example, in the process that can be performed at the lowest temperature with the current technology, the manufacturing temperature of the gate insulating film 114 is 450 ° C., and the post-annealing temperature is 450 ° C. This post-annealing temperature of 450 ° C. is this temperature even when fabricated on a silicon substrate.

第三の課題としては、製造装置の簡素化及び小型化する必要がある。   As a third problem, it is necessary to simplify and downsize the manufacturing apparatus.

TFTの作成には複雑な何種類もの工程を経なければならない。また液晶用のTFTの製造を考えると基板サイズがメートル級のサイズになる。このため、プロセス毎にチャンバ(酸化処理炉)を設けると膨大な敷地面積と設備が必要になる。そこで、プロセス毎のチャンバをなるべく共有させる必要がある。例えば上述したポストアニールの際、本件の技術では、レーザーを照射しながらアニールを行うが、これに対し、酸化処理プロセスで光を用いたとして、この光をそのままポストアニールに適用できれば、チャンバの共有、設備の簡素が期待できる。現在の低温酸化処理技術で主流となっているプラズマ発生装置は処理面積に対して著しく膨大になる。ポリシリコン113を活性化させる光プロセスは、光をポリシリコン113に照射するものであるが、これに対し、酸化処理プロセスで光を用いた光をそのままポリシリコン113の結晶化及び粒界サイズの大型化に適用できれば、チャンバの共有、設備の簡素が期待できる。尚、現在の低温酸化処理技術で主流となっているプラズマ発生装置は処理面積に対して著しく膨大になる。   The production of TFT requires many complicated processes. Considering the production of TFTs for liquid crystals, the substrate size becomes a metric size. For this reason, if a chamber (oxidation treatment furnace) is provided for each process, a huge site area and facilities are required. Therefore, it is necessary to share the chamber for each process as much as possible. For example, in the case of the post-annealing described above, in the present technology, annealing is performed while irradiating a laser. On the other hand, if light is used in the oxidation process, if this light can be applied as it is to post-annealing, the chamber can be shared. The simplicity of the equipment can be expected. The plasma generators that are mainstream in the current low-temperature oxidation treatment technology are extremely large with respect to the processing area. The optical process for activating the polysilicon 113 is to irradiate the polysilicon 113 with light. On the other hand, the light using the light in the oxidation process is directly used for crystallization of the polysilicon 113 and the grain boundary size. If it can be applied to enlargement, it can be expected to share the chamber and simplify the equipment. Note that the plasma generators that are mainstream in the current low-temperature oxidation treatment technology are extremely large with respect to the processing area.

本発明は以上の事情に鑑みなされたものでその目的は低温ポリシリコン薄膜トランジスタの製造温度を低下させることができるゲート絶縁膜の形成方法、低温ポリシリコンTFTの製造方法及びこれらの装置の提供にある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method of forming a gate insulating film, a method of manufacturing a low-temperature polysilicon TFT, and an apparatus thereof that can lower the manufacturing temperature of a low-temperature polysilicon thin film transistor. .

そこで、請求項1のゲート絶縁膜の形成方法は、ポリシリコンが形成された基板に紫外領域の光を照射すると共にオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する。   Accordingly, in the method of forming a gate insulating film according to the first aspect, the substrate on which the polysilicon is formed is irradiated with ultraviolet light and ozone gas is used to form the gate insulating film on the polysilicon.

請求項2のゲート絶縁膜の形成方法は、請求項1のゲート絶縁膜の形成方法において、前記基板のポリシリコンに紫外領域の光を照射して前記ポリシリコンを結晶化及び粒界サイズを大型化する工程を有する。   The method for forming a gate insulating film according to claim 2 is the method for forming a gate insulating film according to claim 1, wherein the polysilicon of the substrate is irradiated with light in an ultraviolet region to crystallize the polysilicon and increase a grain boundary size. It has the process to change.

請求項3の酸化処理装置は、ポリシリコンが形成された基板を格納し、この基板に紫外領域の光が照射される共にオゾンガスが供されて前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する。   According to another aspect of the present invention, an oxidation processing apparatus stores a substrate on which polysilicon is formed. The substrate is irradiated with light in the ultraviolet region and ozone gas is provided to form a gate insulating film on the polysilicon.

請求項4の酸化処理装置は、請求項3の酸化処理装置において、前記紫外領域の光、または前記紫外領域及び可視領域の光を照射する光源を備える。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an oxidation processing apparatus according to the third aspect, further comprising a light source that irradiates the light in the ultraviolet region or the light in the ultraviolet region and the visible region.

請求項5の半導体素子の製造方法は、紫外領域の光を照射のもと基板にオゾンガスを供して前記基板にバッファ用酸化膜を形成した後にこのバッファ用酸化膜にポリシリコンを形成する工程と、紫外領域の光を照射のもと前記基板のポリシリコンにオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する工程とを有する。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 includes: forming a buffer oxide film on the substrate by irradiating the substrate with ozone gas under irradiation of ultraviolet light; and forming polysilicon on the buffer oxide film; And a step of forming a gate insulating film on the polysilicon by applying ozone gas to the polysilicon of the substrate under irradiation with light in the ultraviolet region.

請求項6の半導体素子の製造方法は、請求項5の半導体素子の製造方法において、前記基板を紫外領域の光を照射して前記基板のポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化する工程を有する。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the substrate is irradiated with light in an ultraviolet region to crystallize polysilicon of the substrate and increase a grain boundary size. Have

請求項7の半導体素子の製造方法は、請求項5の半導体素子の製造方法において、前記ゲート絶縁膜が形成された基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜を追加形成する工程を有する。   A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein ozone gas is applied to the substrate on which the gate insulating film is formed while irradiating ultraviolet light to the substrate. A step of additionally forming.

請求項8の半導体素子の製造方法は、請求項5から7のいずれかの半導体素子の製造方法において、前記ゲート絶縁膜が形成された基板に電極を蒸着した後にこの基板を紫外領域の光を照射のもとでアニール処理する工程を有する。   A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8 is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 5 to 7, wherein after the electrode is deposited on the substrate on which the gate insulating film is formed, the substrate is irradiated with light in the ultraviolet region. A step of annealing treatment under irradiation.

請求項9の半導体素子の製造方法は、請求項5から8のいずれかの半導体素子の製造方法において、前記紫外領域の光と共に可視領域の光を基板に照射する工程を有する。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the fifth to eighth aspects, further comprising the step of irradiating a substrate with visible region light together with the ultraviolet region light.

請求項10の半導体素子の製造装置は、紫外領域の光を照射のもとオゾンガスを導入して基板に酸化膜を形成した後にこの基板の酸化膜にポリシリコンを形成するCVD処理炉と、このCVD処理炉からポリシリコンが形成された基板が供されると共に紫外領域の光を照射のもとオゾンガスを導入して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する酸化処理炉とを備える。   A semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 10 includes a CVD processing furnace for forming an oxide film on a substrate by introducing ozone gas under irradiation of light in an ultraviolet region and then forming polysilicon on the oxide film of the substrate, A substrate on which polysilicon is formed is provided from a CVD processing furnace, and an oxidation processing furnace is provided that introduces ozone gas under irradiation of ultraviolet light to form a gate insulating film on the polysilicon.

請求項11の半導体素子の製造装置は、請求項10の半導体素子の製造装置において、前記酸化処理炉は紫外領域の光を前記基板に照射して前記基板上の結晶化及び粒界サイズの大型化する。   The semiconductor element manufacturing apparatus according to claim 11 is the semiconductor element manufacturing apparatus according to claim 10, wherein the oxidation furnace irradiates the substrate with light in an ultraviolet region to cause crystallization and a large grain boundary size on the substrate. Turn into.

請求項12の半導体素子の製造装置は、請求項10または11の半導体素子の製造装置において、前記CVD処理炉は前記酸化処理炉から基板を導入し、この基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜を追加形成する。   The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 12 is the semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 10 or 11, wherein the CVD processing furnace introduces a substrate from the oxidation processing furnace, and irradiates the substrate with light in an ultraviolet region. An ozone gas is provided to additionally form a gate insulating film on the substrate.

請求項13の半導体素子の製造装置は、請求項10から12のいずれかの半導体素子の製造装置において、前記ゲート絶縁膜が形成された基板に電極を蒸着する蒸着処理炉を備え、前記酸化処理炉は前記蒸着処理炉から基板を導入し、この基板を紫外領域の光を照射のもとでアニール処理する。   A semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 13, wherein the semiconductor device manufacturing apparatus according to any one of claims 10 to 12, further comprising: a deposition processing furnace configured to deposit an electrode on the substrate on which the gate insulating film is formed, and the oxidation process. A furnace introduce | transduces a board | substrate from the said vapor deposition processing furnace, and anneal-treats this board | substrate under irradiation of the light of an ultraviolet region.

請求項14の半導体素子の製造装置は、請求項10から13のいずれかの半導体素子の製造装置において、前記紫外領域の光を前記CVD処理炉に供給する第一のビームスプリッターと、前記紫外領域の光を第一のビームスプリッターと前記酸化処理炉とに供給する第二のビームスプリッターとを備える。   A semiconductor element manufacturing apparatus according to claim 14 is the semiconductor element manufacturing apparatus according to any one of claims 10 to 13, wherein a first beam splitter that supplies light in the ultraviolet region to the CVD processing furnace, and the ultraviolet region And a second beam splitter for supplying the light to the first beam splitter and the oxidation treatment furnace.

請求項15の半導体素子の製造装置は、請求項10から14のいずれかの半導体素子の製造装置において、前記紫外領域の光、または前記紫外領域及び可視領域の光を照射する光源を備える。   According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor element manufacturing apparatus according to any one of the tenth to fourteenth aspects, further comprising a light source that emits the light in the ultraviolet region or the light in the ultraviolet region and the visible region.

以上の請求項1〜15の発明によれば、紫外領域の光によって励起されたオゾンの強力な酸化力とポリシリコンの紫外光吸収による表面加熱を利用することにより200℃以下でポリシリコンTFTを作製できる。特に、前記励起されたオゾンの強力な酸化力とポリシリコンの紫外光の吸収による表面加熱を利用して室温でゲート絶縁膜を作製できる。また、ゲート絶縁膜の作製に利用される波長帯の光を用いることで、ゲート絶縁膜の作製と同一の系でゲート絶縁膜の形成の後段階でポストアニール処理を行えるので、製造装置の構成を簡略化できる。オゾン励起には210〜300nm帯の波長をもつ光が必要である。300nm以上領域の光はオゾンに影響を与えない。したがって、紫外領域の光を発する光源は210〜300nm領域の光を発することができるものであればよく、300nm以上の光を含んでいてもよい。処理基板の表面加熱の観点からは300〜600nm波長帯でもポリシリコンの吸収係数が大きいので含まれていた方が望ましい。   According to the inventions of the first to fifteenth aspects, the polysilicon TFT is formed at 200 ° C. or lower by utilizing the strong oxidizing power of ozone excited by light in the ultraviolet region and the surface heating by absorption of ultraviolet light of polysilicon. Can be made. In particular, a gate insulating film can be produced at room temperature by utilizing the strong oxidizing power of the excited ozone and surface heating by absorption of ultraviolet light of polysilicon. In addition, by using light in the wavelength band used for the production of the gate insulation film, post-annealing can be performed at a later stage of the formation of the gate insulation film in the same system as the production of the gate insulation film. Can be simplified. Ozone excitation requires light having a wavelength in the 210 to 300 nm band. Light in the region of 300 nm or more does not affect ozone. Therefore, the light source that emits light in the ultraviolet region may be any light source that can emit light in the 210 to 300 nm region, and may include light of 300 nm or more. From the viewpoint of heating the surface of the processed substrate, it is desirable that it be included because the absorption coefficient of polysilicon is large even in the 300 to 600 nm wavelength band.

ポリシリコンが広い周波数帯で吸収係数が高いことを利用し、局所表面加熱光源を紫外光とは別途用いるとき、200〜300nmの波長範囲を含む光源は基板表面に直接照射しなくてもよい。例えば紫外光は基板に対し水平方向からの照射でもよい。   Utilizing the fact that polysilicon has a high absorption coefficient in a wide frequency band, and using a local surface heating light source separately from ultraviolet light, a light source including a wavelength range of 200 to 300 nm may not directly irradiate the substrate surface. For example, the ultraviolet light may be irradiated from the horizontal direction with respect to the substrate.

また、請求項1〜15の発明に用いられるオゾンガスのオゾン濃度はオゾン濃度が高い程、酸化効率が良い。高濃度オゾンガスを用いる程、オゾン寿命が増大するためである。オゾン分子同士の衝突ではオゾン分解が起きないためである。高濃度オゾンガスを用いる程に減圧プロセス可能となるからである。減圧に伴いガス流速が増大するからでる。高濃度オゾンガスを用いる程に励起オゾンの寿命が長くなるからである。オゾンガス以外のガス例えば酸素ガスは励起オゾンを失活させるためである。   Further, the ozone concentration of the ozone gas used in the inventions of claims 1 to 15 is higher in oxidation efficiency as the ozone concentration is higher. This is because the ozone life is increased as the high-concentration ozone gas is used. This is because ozonolysis does not occur in the collision between ozone molecules. This is because the decompression process becomes possible as the higher concentration ozone gas is used. This is because the gas flow rate increases as the pressure is reduced. This is because the lifetime of the excited ozone becomes longer as the higher concentration ozone gas is used. This is because gases other than ozone gas, such as oxygen gas, deactivate the excited ozone.

さらに、本発明の製造過程では基板とポリシリコン層との間にSiO2の悪い熱伝導性を利用したSiO2から成るバッファ用の層が介在するので局所的な加熱効果が制御されるので、基板の熱破壊が防止される共に製膜速度が高まる。 Further, since the layer of buffer made of SiO 2 using the poor thermal conductivity of SiO 2 is local heating effect is controlled so interposed between the substrate and the polysilicon layer in the production process of the present invention, The thermal destruction of the substrate is prevented and the film forming speed is increased.

そして、請求項8及び13の発明のアニール処理の過程では紫外領域の光を利用することにより、アニール温度を300℃以上下げることができる。前記光の照射によって表面局所加熱が起きるためである。アニール中に光を照射しながら行う。また、窒素、水素等に例示されるアニールガスは、この周波数帯において吸収がないので気相中で強度減衰が起こりにくい。   In the annealing process according to the eighth and thirteenth inventions, the annealing temperature can be lowered by 300 ° C. or more by using light in the ultraviolet region. This is because local heating of the surface occurs due to the light irradiation. This is performed while irradiating light during annealing. In addition, the annealing gas exemplified by nitrogen, hydrogen, and the like does not absorb in this frequency band, so that intensity attenuation is unlikely to occur in the gas phase.

以上のように本発明のゲート絶縁膜の形成方法、半導体素子の製造方法及びこれらの装置によれば半導体素子の製造温度を低下させることができる。また、半導体素子の製造装置の簡素化及び小型化も実現できる。   As described above, according to the method for forming a gate insulating film, the method for manufacturing a semiconductor element, and these apparatuses according to the present invention, the manufacturing temperature of the semiconductor element can be lowered. In addition, the semiconductor device manufacturing apparatus can be simplified and downsized.

(実施形態1)
図11を参照しながら電極の蒸着プロセスまでの本実施形態に係るポリシリコンTFTの製造プロセスについて説明する。
(Embodiment 1)
The manufacturing process of the polysilicon TFT according to this embodiment up to the electrode deposition process will be described with reference to FIG.

プロセス1(バッファ用SiO2膜112の形成)
図11に示されたガラスもしくはプラスチックからなる基板11上にバッファ用SiO2膜112を堆積させる。基板111はSiを含んでいないのでCVDによる堆積プロセスを用いる必要がある。また、基板111は融点が低いので低温CVDを行う必要がある。
Process 1 (Formation of SiO 2 film 112 for buffer)
A buffer SiO2 film 112 is deposited on the glass or plastic substrate 11 shown in FIG. Since the substrate 111 does not contain Si, it is necessary to use a CVD deposition process. Further, since the substrate 111 has a low melting point, it is necessary to perform low temperature CVD.

このプロセスには光励起オゾンCVDプロセスが適用される。つまり、UV光を照射しながら、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)に例示される有機シリコンからなる原料ガスと100%オゾンガスとを導入して、CVD製膜する。この方法を用いれば、200℃以下でも製膜速度を落とすことなく製膜できる。また、光なしCVDに比べて緻密なCVD膜を作製することができる。尚、前記オゾンガスとしては明電舎製のオゾン発生装置(MPOG−31002)によって発生させたオゾンガスがある。   A photo-excited ozone CVD process is applied to this process. That is, while irradiating UV light, a source gas made of organic silicon exemplified by HMDS (hexamethyldisilazane) and 100% ozone gas are introduced to form a CVD film. If this method is used, the film can be formed even at 200 ° C. or lower without reducing the film forming speed. In addition, a dense CVD film can be formed as compared with lightless CVD. The ozone gas includes an ozone gas generated by an ozone generator (MPOG-31002) manufactured by Meidensha.

膜厚はCVD製膜時間によって制御される。従来、プラスチックからなる基板に形成されるバッファ用SiO2膜は、これに形成されるポリシリコンとの整合性の観点からある一定以上あれば良いとされた。本発明に係るプロセスにおいては、ゲート絶縁膜に酸化に光照射を行う関係で、バッファ用SiO2膜112の膜厚が、前記光照射による表面加熱の温度上昇を制御する役割も担う。 The film thickness is controlled by the CVD film forming time. Conventionally, the buffer SiO 2 film formed on a plastic substrate should have a certain level or more from the viewpoint of consistency with polysilicon formed thereon. In the process according to the present invention, the film thickness of the buffer SiO 2 film 112 also plays a role of controlling the temperature rise of the surface heating due to the light irradiation in relation to performing light irradiation for oxidation on the gate insulating film.

プロセス2(ポリシリコン113の堆積)
ポリシリコン3はSiを含んだ原料ガス(例えばモノシラン(SiH4))を用いたCVDによってバッファ用SiO2膜112に堆積される。ポリシリコン3の膜厚は製膜時間によって制御される。このCVDプロセスはプロセス1のCVDを用いるチャンバを使ってもかまわない。前記チャンバ内にはSiとH以外の生成物が存在しないからである。
Process 2 (deposition of polysilicon 113)
The polysilicon 3 is deposited on the buffer SiO 2 film 112 by CVD using a source gas containing Si (for example, monosilane (SiH 4 )). The film thickness of the polysilicon 3 is controlled by the film forming time. This CVD process may use a chamber using Process 1 CVD. This is because there are no products other than Si and H in the chamber.

プロセス3(ポリシリコン113の結晶化及び粒界サイズの大型化)
プロセス2で形成されたポリシリコン3は200℃以下の低温CVDによって作製されたために結晶度が低く粒界が小さいため、このままではよい特性を持つTFTを作製することが期待できない。プロセス2後のポリシリコン113の表面は非結晶(アモルファス)状態を多く含んでいるので、結晶化が必要である。ポリシリコン113の結晶化は、その表面が1200℃程度に0.6ms程度の時間暴露されることで起こるという実験結果が報告されている(S.Higashi et.al,JJAP 40 480(2001))。従来は特開2003−289079(特許文献1)に示されたTFTの製造過程のように532nmのCWレーザーの発信光をポリシリコン113の表面に照射して結晶化・粒界サイズの大型化が行われている。但し、照射面積は100um角以下に制限されている。強い光強度を得るために集光させている。
Process 3 (crystallization of polysilicon 113 and increase in grain boundary size)
Since the polysilicon 3 formed in the process 2 is manufactured by low-temperature CVD at 200 ° C. or lower, the crystallinity is low and the grain boundary is small. Therefore, it is not expected to manufacture a TFT having good characteristics as it is. Since the surface of the polysilicon 113 after the process 2 contains many amorphous (amorphous) states, crystallization is necessary. It has been reported that the crystallization of the polysilicon 113 occurs when the surface is exposed to about 1200 ° C. for about 0.6 ms (S. Higashi et.al, JJAP 40 480 (2001)). . Conventionally, the surface of the polysilicon 113 is irradiated with 532 nm CW laser light as in the TFT manufacturing process disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-289079 (Patent Document 1) to increase the size of crystallization and grain boundaries. Has been done. However, the irradiation area is limited to 100 um square or less. The light is condensed to obtain a strong light intensity.

プラズマ酸化法を適用している従来技術(例えば特許文献1)では、ポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化プロセス及びゲート絶縁膜形成プロセスのための照射窓付きのチャンバを個別に用意しなければならないので、TFT製造装置の構成を簡略化できない。   In the prior art (for example, Patent Document 1) to which the plasma oxidation method is applied, chambers with irradiation windows are separately prepared for polysilicon crystallization and grain boundary size enlargement processes and gate insulating film formation processes. Therefore, the configuration of the TFT manufacturing apparatus cannot be simplified.

一方、プロセス3ではポリシリコン113の結晶化及び粒界サイズの大型化に紫外領域の波長の光を利用する。次工程のプロセス4(オゾンの励起酸化プロセス)で210〜300nmの光を用いているからである。   On the other hand, in the process 3, light having a wavelength in the ultraviolet region is used for crystallization of the polysilicon 113 and enlargement of the grain boundary size. This is because light of 210 to 300 nm is used in the next process 4 (excited oxidation process of ozone).

図12はポリシリコン、アモルファスシリコン及び単結晶シリコンに関する光吸収特性を示した特性図である。「c−Si」は単結晶シリコンを意味する。「p−Si:As」はヘビードープされたポリシリコン(大きなグレインサイズを持つポリシリコン)を意味する。「p−Si:ud」はドープされてないポリシリコン(小さなグレインサイズを持つポリシリコン)を意味する。「a−Si」はアモルファスシリコンを意味する。この特性図から明らかなように、300nm以上の波長域ではアモルファスシリコンの光吸収係数α(cm-1)が単結晶シリコンの光吸収係数αよりも一桁から二桁高くなる一方で、210〜300nmの範囲ではアモルファスシリコンと単結晶シリコンの光吸収係数αが同等となっている。 FIG. 12 is a characteristic diagram showing light absorption characteristics regarding polysilicon, amorphous silicon, and single crystal silicon. “C-Si” means single crystal silicon. “P-Si: As” means heavy doped polysilicon (polysilicon with a large grain size). “P-Si: ud” means undoped polysilicon (polysilicon with a small grain size). “A-Si” means amorphous silicon. As is apparent from this characteristic diagram, in the wavelength region of 300 nm or more, the light absorption coefficient α (cm −1 ) of amorphous silicon is one to two orders of magnitude higher than the light absorption coefficient α of single crystal silicon. In the range of 300 nm, the light absorption coefficient α of amorphous silicon and single crystal silicon is equivalent.

したがって、210〜300nmの波長帯の光を用いることで、同一の光源及び処理系で異なる2つのプロセスすなわちプロセス3及びプロセス4を実行することが可能になる。これにより、TFT製造装置の構成が簡略化できる。   Therefore, by using light having a wavelength band of 210 to 300 nm, two different processes, that is, process 3 and process 4 can be executed with the same light source and processing system. Thereby, the configuration of the TFT manufacturing apparatus can be simplified.

次のプロセス4で述べるように本発明によるゲート絶縁膜成長のためには、光吸収による表面加熱の寄与が重要である。210〜300nmの光に対しては吸収係数が活性化前後で変化しないので、210〜300nmの光源を用いる場合、プロセス3とプロセス4のプロセス順番はどちらを先に行っても問題ない。一方、300nmより大きな波長の光が含まれている場合、プロセス4を先に行ってからプロセス3を行うほうがプロセス4よりも厚い酸化膜をつくることができる。   As described in the next process 4, the contribution of surface heating by light absorption is important for the growth of the gate insulating film according to the present invention. For 210-300 nm light, the absorption coefficient does not change before and after activation, so when using a 210-300 nm light source, it does not matter which process order of process 3 and process 4 is performed first. On the other hand, when light having a wavelength greater than 300 nm is included, a thicker oxide film can be formed by performing process 3 after performing process 4 first.

210〜300nm領域の光を発する光源はパルス型、連続発振型のいずれも仕様のものを適用してもよい。ポリシリコン113の結晶化及び粒界サイズの大型化性化は必要温度に達すればミリ秒の時間で完了するからである。ポリシリコン113におけるバンドギャップ6eVよりは小さな値であるので、210〜300nmの光を照射しても半導体特性を破壊することはないと考えられる。   A light source that emits light in the 210 to 300 nm region may be of either a pulse type or a continuous oscillation type. This is because the crystallization of the polysilicon 113 and the enlargement of the grain boundary size are completed in a time of milliseconds when the necessary temperature is reached. Since the band gap is smaller than 6 eV in the polysilicon 113, it is considered that the semiconductor characteristics are not destroyed even if light of 210 to 300 nm is irradiated.

プロセス4(ゲート絶縁膜114の製膜)
図1はUVによって励起されたオゾンを用いてポリシリコンを酸化する酸化処理装置の概略構成図である。酸化処理装置1はオゾン発生装置11とボンベ12,13と酸化処理炉10と光源14,15とを備える。
Process 4 (Formation of gate insulating film 114)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an oxidation processing apparatus that oxidizes polysilicon using ozone excited by UV. The oxidation treatment apparatus 1 includes an ozone generator 11, cylinders 12 and 13, an oxidation treatment furnace 10, and light sources 14 and 15.

酸化処理炉10は基板出し入れ口とオゾンガス供給口と真空排気口と、リーク用不活性ガス(例えば窒素)供給口とポストアニール用ガス供給口とを備える。さらに、酸化処理炉10にはオゾン励起光照射窓101(200〜300nmを透過する窓材例えば合成石英から成る)と基板加熱用赤外光照射窓102(赤外ランプ加熱の場合、赤外範囲透過材例えば合成石英から成る)が設けられている。オゾン励起光照射窓101と基板加熱用赤外光照射窓102の設置部分にはOリングを介在させるとよい。Oリングは200℃以上に暖められる場所に設置される場合、水冷による冷却導入が必要である。   The oxidation furnace 10 includes a substrate loading / unloading port, an ozone gas supply port, a vacuum exhaust port, a leakage inert gas (for example, nitrogen) supply port, and a post-annealing gas supply port. Further, the oxidation furnace 10 includes an ozone excitation light irradiation window 101 (a window material that transmits 200 to 300 nm, for example, synthetic quartz) and an infrared light irradiation window 102 for substrate heating (in the infrared range in the case of infrared lamp heating). A transparent material (eg made of synthetic quartz) is provided. An O-ring may be interposed between the ozone excitation light irradiation window 101 and the substrate heating infrared light irradiation window 102. When the O-ring is installed in a place where it is heated to 200 ° C. or higher, it is necessary to introduce cooling by water cooling.

酸化処理炉10は、本実施形態が加熱過程を有しているので、中真空(〜10-4Pa)対応できるものであると共に400℃までの高温に対応できる材質からなるものが望ましい。さらに、不純物拡散及び洗浄の観点から石英製のものが望ましい。しかし、工作的に困難なので、不純物が飛ばないような内面加工及びオゾンに酸化しないような材質の金属(例えばアルミ,SUS304)でもかまわない。但し、金属炉体にしたとき、照射窓のための石英窓との境にはOリングを使い真空にできる仕様にしなければならない。ここでOリングは熱に弱いことから、Oリングが温まらないように冷却(例えば炉体に水冷却用加工や空冷)を作らなければならない。本実施形態では、酸化処理炉10を構成する材料にアルミが採用され、照射窓をシールするOリング近くに冷却水路を設けOリングを冷却する機構が採用される。 Since the present embodiment has a heating process, the oxidation treatment furnace 10 is preferably made of a material that can cope with a medium vacuum ( -10 −4 Pa) and can cope with a high temperature up to 400 ° C. Further, quartz is desirable from the viewpoint of impurity diffusion and cleaning. However, since it is difficult in terms of work, it may be made of an inner surface processing that does not fly impurities and a metal that does not oxidize to ozone (for example, aluminum, SUS304). However, when a metal furnace body is used, it must be designed so that it can be evacuated using an O-ring at the boundary with the quartz window for the irradiation window. Here, since the O-ring is vulnerable to heat, cooling (for example, water cooling processing or air cooling in the furnace body) must be made so that the O-ring does not warm. In the present embodiment, aluminum is adopted as the material constituting the oxidation treatment furnace 10, and a mechanism for cooling the O-ring by providing a cooling water channel near the O-ring that seals the irradiation window is adopted.

オゾン発生装置11は100%オゾンガスを発生する。このオゾンガスはプロセス4のポリシリコンの酸化プロセスのみに使用される。オゾンガスの流量はオゾン発生装置11と炉体の圧力差によって制御される。オゾン発生装置11としては明電舎製のオゾン発生装置(MPOG−31002)が例示される。酸化処理炉10のオゾンガス供給口とオゾン発生装置11とを連絡する配管にはオゾンガスの供給及びその停止をするためのバルブV1が設置されている。   The ozone generator 11 generates 100% ozone gas. This ozone gas is used only for the polysilicon oxidation process of process 4. The flow rate of ozone gas is controlled by the pressure difference between the ozone generator 11 and the furnace body. As the ozone generator 11, an ozone generator (MPOG-31002) manufactured by Meidensha is exemplified. A valve V <b> 1 for supplying and stopping ozone gas is installed in a pipe connecting the ozone gas supply port of the oxidation treatment furnace 10 and the ozone generator 11.

ボンベ12はリークガスを充填している。リークガスとしては例えば窒素やアルゴンガスが挙げられる。酸化処理炉10のリーク用不活性ガス供給口とボンベ12とを連絡する配管にはリークガスの供給及びその停止をするためのバルブV2が設置されている。   The cylinder 12 is filled with leak gas. Examples of the leak gas include nitrogen and argon gas. A valve V2 for supplying and stopping leakage gas is installed in a pipe connecting the inert gas supply port for leakage of the oxidation treatment furnace 10 and the cylinder 12.

ボンベ13はプロセス7のポストアニールに用いられるガスを充填している。前記ガスとしては一般的にポストアニール用のガスとして用いられている3%水素含有の窒素ガスが例示される。酸化処理炉10のポストアニール用ガス供給口とボンベ13とを連絡する配管にはリークガスの供給及びその停止をするためのバルブV3が設置されている。   The cylinder 13 is filled with a gas used for post-annealing in the process 7. Examples of the gas include nitrogen gas containing 3% hydrogen which is generally used as a gas for post-annealing. A valve V3 for supplying and stopping leakage gas is installed in a pipe connecting the post-annealing gas supply port of the oxidation treatment furnace 10 and the cylinder 13.

前記オゾンガス、リークガス及びポストアニール用のガスは、プロセス毎にガスを使い分けられ、同時に供給されることはない。すなわち、酸化処理装置1ではバルブV1,V2,V3がプロセス毎に使用ガスを選択的に操作される。本プロセスのゲート絶縁膜の作製プロセスではバルブV1のみが開に設定される。バルブV2,V3は他のプロセスで酸化処理炉10を用いる時に適宜操作される。   The ozone gas, leak gas, and post-annealing gas are selectively used for each process and are not supplied simultaneously. That is, in the oxidation processing apparatus 1, the valves V1, V2, and V3 are selectively operated for each process. In the gate insulating film manufacturing process of this process, only the valve V1 is set to open. The valves V2 and V3 are appropriately operated when using the oxidation treatment furnace 10 in other processes.

光源14はオゾンを励起させるもの210〜300nmの波長帯の光を照射する光源である。300nmより長波長の光が交わってもよい。光源14は酸化処理炉10の外側に設置し合成石英に例示される光透過性の材料から成るオゾン励起光照射窓を介して基板(ポリシリコン113が形成された基板)に照射される。光源14は、オゾンを励起させる効果の他に、前記基板の極表面を光吸収によって加熱する効果もある。したがって、前記波長帯域の光を可能な限り前記基板の表面に届かせるために酸化処理炉10内の光炉長を短く設定することが望ましい。酸化処理炉10は図1に示されたように上部から光を導入するような形態にし、酸化処理炉10の高さ(ギャップ長)はなるべく小さくなるように設計される。例えば、酸化処理炉10の容積が6000cm3である場合にはギャップ長が5cmに設定される。また、酸化処理炉10内のオゾンガスの圧力及び流量によっても光吸収量が変化するので、最適化が必要である。オゾンガスが少ないと光を前記基板の表面まで大量に届けることができるが、励起オゾン数が足りなくなる。励起オゾンが最低限の量生成できる条件が最適条件となる。プロセス4では、ギャップ長5cmに対し、オゾンガス圧力330Pa、オゾンガス流量150ccmで実施される。これは最適に近い条件であることが確認されている。 The light source 14 is a light source that irradiates light having a wavelength band of 210 to 300 nm that excites ozone. Light having a wavelength longer than 300 nm may intersect. The light source 14 is installed outside the oxidation treatment furnace 10 and is irradiated to the substrate (the substrate on which the polysilicon 113 is formed) through an ozone excitation light irradiation window made of a light transmitting material exemplified by synthetic quartz. In addition to the effect of exciting ozone, the light source 14 also has the effect of heating the extreme surface of the substrate by light absorption. Accordingly, it is desirable to set the length of the photo furnace in the oxidation processing furnace 10 to be short so that the light in the wavelength band reaches the surface of the substrate as much as possible. As shown in FIG. 1, the oxidation furnace 10 is designed to introduce light from above, and the height (gap length) of the oxidation furnace 10 is designed to be as small as possible. For example, when the volume of the oxidation treatment furnace 10 is 6000 cm 3 , the gap length is set to 5 cm. Further, since the amount of light absorption varies depending on the pressure and flow rate of ozone gas in the oxidation treatment furnace 10, optimization is necessary. If the ozone gas is small, a large amount of light can be delivered to the surface of the substrate, but the number of excited ozone is insufficient. Conditions that can produce a minimum amount of excited ozone are optimum conditions. Process 4 is performed at an ozone gas pressure of 330 Pa and an ozone gas flow rate of 150 ccm for a gap length of 5 cm. This has been confirmed to be near optimal conditions.

光源15は酸化処理炉10内の基板を加熱するために赤外線を照射するための光源である。前記基板に直接照射するのではなく、前記基板を赤外光の吸収の良い材料から成るサセプタ16の上に置くことにより、前記基板を効率的に加熱できる。光源15は酸化処理炉10の下方に配置され、光源15から供された光は酸化処理炉10に設けられた合成石英に例示される光透過性の材料から成る基板加熱用赤外光照射窓を介して前記基板に照射される。前記サセプタは、酸化処理炉10内を汚染するような物質であってはならないと共に、赤外光の吸収率が高く、加熱されても不純物が散乱しない材質のものが望ましい。前記サセプタとしては不透明加工石英ガラス、SiC、SiCコーティングC等のいずれからなるものが挙げられる。尚、酸化処理炉10がホットプレート方式である場合には赤外線の吸収に劣るアルミからなるサセプタを採用してもよい。   The light source 15 is a light source for irradiating infrared rays to heat the substrate in the oxidation treatment furnace 10. Rather than directly irradiating the substrate, the substrate can be efficiently heated by placing the substrate on a susceptor 16 made of a material that absorbs infrared light. The light source 15 is disposed below the oxidation treatment furnace 10, and the light provided from the light source 15 is an infrared light irradiation window for heating a substrate made of a light transmissive material exemplified by synthetic quartz provided in the oxidation treatment furnace 10. The substrate is irradiated via The susceptor should not be a substance that contaminates the inside of the oxidation furnace 10, and is preferably made of a material that has a high infrared light absorption rate and does not scatter impurities even when heated. Examples of the susceptor include those made of opaque processed quartz glass, SiC, SiC coating C, and the like. When the oxidation treatment furnace 10 is a hot plate system, a susceptor made of aluminum that is inferior in infrared absorption may be employed.

排気ポンプ18は酸化処理炉10に具備された圧力計17から供給された圧力の測定信号に基づいて酸化処理炉19の圧力を制御する。排気ポンプはボンベ12,13から個々に供給されたリークガス及びアニールガスの排気にも使用される。但し、オゾンガスは大気に放出する前に酸素に分解させる必要がある。そこで、オゾンキラー19を設置するとよい。また、ガスの排気量を調節するために、バルブV4に加え可変バルブが適宜設置される。   The exhaust pump 18 controls the pressure of the oxidation treatment furnace 19 based on the pressure measurement signal supplied from the pressure gauge 17 provided in the oxidation treatment furnace 10. The exhaust pump is also used for exhausting leak gas and annealing gas individually supplied from the cylinders 12 and 13. However, ozone gas must be decomposed into oxygen before being released into the atmosphere. Therefore, an ozone killer 19 is preferably installed. Further, a variable valve is appropriately installed in addition to the valve V4 in order to adjust the gas exhaust amount.

圧力計17としては減圧状態で測定できる仕様のものが採用される。プロセス4では減圧状態で実行されるからである。圧力計17の測定圧力範囲は0.1Pa〜1000Paを含むようにする。現実に実現可能な酸化処理炉10のギャップ長(>3mm)に対し、100%オゾンガスの適したプロセス圧力がこの範囲に属するためである。但し、100%より少ないオゾン濃度のオゾンガスを用いた場合には、オゾン分圧がこの圧力範囲にすることを意味する。このオゾン分圧は爆発限界よりもはるかに低い圧力で安全な圧力範囲ある。さらに、光源14の光照射によって生じたオゾン励起により分解反応が起きて圧力が急上昇する場合に対しても安全な圧力範囲である。   The pressure gauge 17 is of a specification that can be measured in a reduced pressure state. This is because the process 4 is executed in a reduced pressure state. The measurement pressure range of the pressure gauge 17 is set to include 0.1 Pa to 1000 Pa. This is because the process pressure suitable for 100% ozone gas belongs to this range with respect to the gap length (> 3 mm) of the oxidation treatment furnace 10 that can be actually realized. However, when ozone gas having an ozone concentration lower than 100% is used, it means that the ozone partial pressure is within this pressure range. This ozone partial pressure is in a safe pressure range that is much lower than the explosion limit. Furthermore, it is a safe pressure range even when a decomposition reaction occurs due to ozone excitation generated by light irradiation of the light source 14 and the pressure rapidly increases.

また、前記基板を保持したサセプタ16を酸化処理炉10内で移動させるための移動手段を備えると、大型の基板に絶縁膜の製膜が可能となる。図2に示された酸化処理装置1は移動手段20よって大型の基板を酸化処理炉10内で移動させながら酸化処理する。移動手段20は酸化プロセス中に基板110を保持したサセプタ16を移動させながら酸化させる部分を随時変える。移動手段20は通常のCVD法に用いられている既知の移動手段を適用すればよい。励起オゾンは、短寿命であるので、光源14の光が基板110に当たる周辺のみにしか存在できない。したがって、基板110は光源14の光が照射された部分の付近のみが酸化される。光源14の光は基板100の表面での光吸収が起きるため、前記光が照射された基板110の極表面は局所的に加熱される。この効果は酸化をさらに促す。一方、光源16から赤外線によって基板110の加熱させる箇所、サセプタ16の強い光吸収及び加熱させる箇所は光源14の光が当たる部分の真下だけでよい。   Further, when a moving means for moving the susceptor 16 holding the substrate in the oxidation treatment furnace 10 is provided, an insulating film can be formed on a large substrate. The oxidation treatment apparatus 1 shown in FIG. 2 performs oxidation treatment while moving a large substrate in the oxidation treatment furnace 10 by the moving means 20. The moving means 20 changes the portion to be oxidized while moving the susceptor 16 holding the substrate 110 during the oxidation process. The moving means 20 may be a known moving means used in a normal CVD method. Excited ozone has a short lifetime, and therefore can exist only in the vicinity where the light from the light source 14 hits the substrate 110. Therefore, the substrate 110 is oxidized only in the vicinity of the portion irradiated with the light from the light source 14. Since the light from the light source 14 is absorbed by the surface of the substrate 100, the extreme surface of the substrate 110 irradiated with the light is locally heated. This effect further promotes oxidation. On the other hand, the location where the substrate 110 is heated by infrared rays from the light source 16 and the location where strong light absorption and heating of the susceptor 16 are required are just below the portion where the light from the light source 14 strikes.

光源14にレーザーが採用される場合、照射面積を拡大させることができないので移動手段20による移動方式が採用することが望ましい。また、ディープUVランプのように照射面積を広く確保できる光源であっても、基板110の局所加熱温度をなるべく上昇させるために照射面積を制限して基板110表面の一部だけに集中照射することが必要となるので、移動手段20によって基板110に集光させるとよい。   When a laser is used as the light source 14, it is desirable to adopt a moving method by the moving means 20 because the irradiation area cannot be enlarged. Further, even for a light source that can ensure a wide irradiation area such as a deep UV lamp, in order to increase the local heating temperature of the substrate 110 as much as possible, the irradiation area is limited and only a part of the surface of the substrate 110 is concentratedly irradiated. Therefore, it is preferable that light is condensed on the substrate 110 by the moving means 20.

プロセス5(ゲート絶縁膜114の追加的な形成)
オゾン励起による酸化による膜が希望した膜厚に達しない場合、CVD法によって追加的に形成する必要性が生じる。本実施形態では100%オゾンを用いた酸化を使っているので、この酸化方法と相性のよい100%オゾンを利用したCVD法を採用するとよい。
Process 5 (additional formation of gate insulating film 114)
When a film formed by oxidation by ozone excitation does not reach a desired film thickness, it is necessary to additionally form the film by a CVD method. In this embodiment, since oxidation using 100% ozone is used, a CVD method using 100% ozone that is compatible with this oxidation method may be employed.

210〜300nm領域の光の照射と100%オゾンを併用させたCVD法は後述の図8の特性図から明らかなように100%オゾンとHMDSによって200℃以下の低温でも作成可能となっていることが確認されている。さらに、後述の図5の特性図から明らかように、210〜300nm領域の光を照射することで、前記光を照射させないときよりも200℃以下で高い製膜速度、優れた絶縁特性を有する膜を形成できることが確認されている。   The CVD method in which light irradiation in the 210 to 300 nm region and 100% ozone are used in combination can be made even at a low temperature of 200 ° C. or less with 100% ozone and HMDS, as is apparent from the characteristic diagram of FIG. Has been confirmed. Furthermore, as will be apparent from the characteristic diagram of FIG. 5 described later, a film having a high film forming speed and excellent insulating characteristics at 200 ° C. or less by irradiating light in the 210 to 300 nm region compared to when not irradiating the light. It has been confirmed that can be formed.

オゾンを用いたCVD法はシリコンウエハへの酸化膜の形成技術に適用されてきた。ポリシリコンへの酸化膜の形成技術には適用した事例はないが、CVD法は基板の影響を受けない製膜技法なのでポリシリコン基板に適用しても問題はない。   The CVD method using ozone has been applied to a technique for forming an oxide film on a silicon wafer. Although there is no example applied to the technology for forming an oxide film on polysilicon, there is no problem even if it is applied to a polysilicon substrate because the CVD method is a film forming technique that is not affected by the substrate.

プロセス5ではプロセス4とは個別の酸化処理装置1が用いられる。CVD法は酸化処理炉10内を汚染させるので、プロセス5が実行される酸化処理炉をプロセス4で使用される酸化処理炉10と共有させないことが望ましい。すなわち、CVD炉と酸化処理炉の構成及び機能は実質的に同一であるので酸化処理装置1をプロセス5とプロセス4の共有装置としたいところだが、CVDはその反応炉内に不純物が発生するので他の酸化処理炉と共有させることは望ましくない。尚、CVDプロセス用の酸化処理炉が他のプロセス用の酸化処理炉と個別に設けなければならないことは当業者の技術常識である。   In the process 5, the oxidation treatment apparatus 1 separate from the process 4 is used. Since the CVD method contaminates the inside of the oxidation treatment furnace 10, it is desirable not to share the oxidation treatment furnace in which the process 5 is performed with the oxidation treatment furnace 10 used in the process 4. That is, since the structure and function of the CVD furnace and the oxidation treatment furnace are substantially the same, it is desired to use the oxidation treatment apparatus 1 as a shared apparatus for the process 5 and the process 4. However, CVD generates impurities in the reaction furnace. It is not desirable to share it with other oxidation furnaces. It is common knowledge of those skilled in the art that the oxidation furnace for the CVD process must be provided separately from the oxidation furnace for other processes.

プロセス6(電極115の蒸着)
電極115の蒸着を行うまでは、プロセス5から供された基板110が大気に曝されると不純物が基板110のゲート絶縁膜2の表面に付着するので性能が劣化する。したがって、プロセス6の蒸着用の酸化処理炉に真空搬送できるような構造が望ましい。蒸着後にはプロセス7のポストアニール処理のために酸化処理炉に搬送される。
Process 6 (deposition of electrode 115)
Until the deposition of the electrode 115, when the substrate 110 provided from the process 5 is exposed to the atmosphere, impurities are attached to the surface of the gate insulating film 2 of the substrate 110, so that the performance deteriorates. Therefore, a structure that can be vacuum-transferred to the oxidation treatment furnace for vapor deposition in process 6 is desirable. After vapor deposition, it is transported to an oxidation furnace for post-annealing in process 7.

プロセス7(ポストアニール処理)
ポストアニール処理は図1のプロセス4で用いられた酸化処理装置1によって実行される。酸化処理装置1で行う理由は以下の通りである。従来のポストアニールは基板20を400℃〜450℃にして30分程度行う(特許文献1)。このアニール温度は高いので下げる必要がある。そこで、基板110の温度を上げずにアニールを行うために、光源14による光吸収を用いるためである。具体的には、光源15によって基板を400℃より低温にしておき、400℃より足りない分を光源14による表面局所加熱によって補う。紫外光はボンベ13から供されるアニールガスである水素や窒素に対して吸収がないのでポストアニール処理に支障を生じない。ポリシリコン113はシリコン基板よりも光吸収がよいので、このアニール手法を適用しやすい。また、ポリシリコン113の膜厚及びバッファ用シリコン酸化膜112の膜厚は到達できる表面加熱温度の大きさを決める重要な因子である。ボンベ13に充填されたアニールガスは酸化処理炉10内に必要量供給される。アニールガスの排気は真空ポンプ18によって行われる。ポストアニール処理された基板110はTFTの完成に至るまで高温を必要としない既知のプロセスを経る。
Process 7 (post-annealing)
The post-annealing process is executed by the oxidation processing apparatus 1 used in the process 4 of FIG. The reason why the oxidation treatment apparatus 1 is used is as follows. Conventional post-annealing is performed for about 30 minutes with the substrate 20 at 400 ° C. to 450 ° C. (Patent Document 1). This annealing temperature is high and needs to be lowered. This is because light absorption by the light source 14 is used in order to perform annealing without increasing the temperature of the substrate 110. Specifically, the substrate is made to have a temperature lower than 400 ° C. by the light source 15, and the portion that is less than 400 ° C. is compensated by local surface heating by the light source 14. Since the ultraviolet light is not absorbed by the annealing gas supplied from the cylinder 13 such as hydrogen or nitrogen, the post annealing treatment is not hindered. Since the polysilicon 113 absorbs light better than the silicon substrate, this annealing method is easy to apply. Further, the film thickness of the polysilicon 113 and the film thickness of the buffer silicon oxide film 112 are important factors that determine the size of the surface heating temperature that can be reached. A necessary amount of the annealing gas filled in the cylinder 13 is supplied into the oxidation treatment furnace 10. The annealing gas is exhausted by the vacuum pump 18. The post-annealed substrate 110 is subjected to a known process that does not require a high temperature until the TFT is completed.

以上説明したプロセスを実行するTFT製造装置としては図3(a)に例示された形態のTFT製造装置31がある。図3(a)はTFT製造装置31の概略構成図である。一方、図3(b)は従来技術に係るTFT製造装置の概略構成図である。   As a TFT manufacturing apparatus that executes the process described above, there is a TFT manufacturing apparatus 31 of the form illustrated in FIG. FIG. 3A is a schematic configuration diagram of the TFT manufacturing apparatus 31. On the other hand, FIG.3 (b) is a schematic block diagram of the TFT manufacturing apparatus based on a prior art.

TFT製造装置31はTFTの作製プロセス(プロセス1〜プロセス7)に必要なチャンバと外部機器を備えた構成となっている。TFT製造装置31は図3(a)に示されたようにCVD処理炉A1と酸化処理炉B1と蒸着炉C1とオゾン発生装置A11とを備える。光源D1は紫外領域の光を発する光源である。光源E1は赤外光領域の光をCVD処理炉A1内の基板に供給する。光源E2は赤外光領域の光を酸化処理炉B1内の基板に供給する。ビームスプリッターF1は光源D1から照射された光をCVD処理炉A1内の基板に供給する。ビームスプリッターF2は光源D1から照射された光をビームスプリッターF1に供給すると共に酸化処理炉B1内の基板に供給する。   The TFT manufacturing apparatus 31 includes a chamber and an external device necessary for a TFT manufacturing process (process 1 to process 7). As shown in FIG. 3A, the TFT manufacturing apparatus 31 includes a CVD processing furnace A1, an oxidation processing furnace B1, a vapor deposition furnace C1, and an ozone generator A11. The light source D1 is a light source that emits light in the ultraviolet region. The light source E1 supplies light in the infrared region to the substrate in the CVD processing furnace A1. The light source E2 supplies light in the infrared region to the substrate in the oxidation processing furnace B1. The beam splitter F1 supplies the light emitted from the light source D1 to the substrate in the CVD processing furnace A1. The beam splitter F2 supplies the light emitted from the light source D1 to the beam splitter F1 and also supplies it to the substrate in the oxidation processing furnace B1.

プロセス1(バッファ用SiO2膜作製プロセス)及びプロセス2(ポリシリコン作製プロセス)はCVD処理炉A1で実行される。プロセス3(アモルファスシリコン活性プロセス)及びプロセス4(ゲート絶縁膜作製プロセス:酸化プロセス)は酸化処理炉B1で実行される。プロセス5(ゲート絶縁膜作製プロセス:CVD膜作製プロセス)はCVD処理炉A1で実行される。プロセス6(電気蒸着プロセス)は蒸着炉C1で実行される。プロセス7(ポストアニール処理)は酸化処理炉B1で実行される。 Process 1 (buffer SiO 2 film manufacturing process) and process 2 (polysilicon manufacturing process) are performed in the CVD processing furnace A1. Process 3 (amorphous silicon activation process) and process 4 (gate insulating film production process: oxidation process) are performed in the oxidation treatment furnace B1. Process 5 (gate insulating film manufacturing process: CVD film manufacturing process) is performed in the CVD processing furnace A1. Process 6 (electrodeposition process) is performed in the vapor deposition furnace C1. Process 7 (post-annealing treatment) is performed in the oxidation treatment furnace B1.

一方、TFT製造装置32は従来技術である特許文献1のTFT製造装置に例示されるゲート絶縁膜作製プロセスにプラズマ酸化とプラズマCVDとを適用した場合の構成である。TFT製造装置32は図3(b)に示されたようにプラズマCVD炉A2とポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化を行うための処理炉B21とプラズマ酸化炉B22と蒸着炉C2とプラズマ発生装置A21,22とを備える。   On the other hand, the TFT manufacturing apparatus 32 has a configuration in the case where plasma oxidation and plasma CVD are applied to the gate insulating film manufacturing process exemplified in the TFT manufacturing apparatus of Patent Document 1 as the prior art. As shown in FIG. 3B, the TFT manufacturing apparatus 32 includes a plasma CVD furnace A2, a processing furnace B21 for crystallization of polysilicon and an increase in grain boundary size, a plasma oxidation furnace B22, and a vapor deposition furnace C2. Plasma generators A21 and 22 are provided.

図3(a)及び図3(b)を参照しながら両者の構成を比較すると、従来技術に係るTFT製造装置32の必須チャンバ数は本発明に係るTFT製造装置31の必須チャンバ数よりも1つ多い。TFT製造装置32ではポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化プロセス(プロセス3)用の照射窓つきのチャンバ(処理炉)が別途必要であるからである。   Comparing both configurations with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b), the number of essential chambers of the TFT manufacturing apparatus 32 according to the prior art is one more than the number of essential chambers of the TFT manufacturing apparatus 31 according to the present invention. There are many. This is because the TFT manufacturing apparatus 32 requires an additional chamber (processing furnace) with an irradiation window for polysilicon crystallization and grain boundary size enlargement process (process 3).

また、TFT製造装置31は単一のオゾン発生装置A11から複数のチャンバ(CVD処理炉A1及び酸化処理炉B1)に供給可能となっている。さらに、TFT製造装置31はオゾン励起用の光はビームスプリッターF1を用いることで複数チャンバに適用可能となっている。   Further, the TFT manufacturing apparatus 31 can be supplied from a single ozone generator A11 to a plurality of chambers (CVD processing furnace A1 and oxidation processing furnace B1). Furthermore, the TFT manufacturing apparatus 31 can apply ozone excitation light to a plurality of chambers by using the beam splitter F1.

一方、TFT製造装置32のプラズマ発生装置は、プラズマCVD処理炉A2に対してはCVD処理炉A1が必要であると共にプラズマ酸化炉B22に対しては酸化処理炉B1が必要となっており、処理炉毎に必要であるので、共用が困難となっている。   On the other hand, the plasma generator of the TFT manufacturing apparatus 32 requires the CVD processing furnace A1 for the plasma CVD processing furnace A2 and the oxidation processing furnace B1 for the plasma oxidation furnace B22. Since it is necessary for each furnace, sharing is difficult.

前記対比説明から明らかなように本発明に係るTFT製造プロセスを基づくTFT製造装置31はプラズマ酸化及びプラズマCVDに基づく従来のTFT製造装置と比べて装置の簡素化及び小型化が可能となる。したがって、低温ポリシリコンTFTの量産のために設備投資するにあたり装置システムの設置スペース及びコストともに低減ができる。この効果の差が低温ポリシリコンTFTの生産ライン数を増やすほど拡大することは明らかである。   As is clear from the above description, the TFT manufacturing apparatus 31 based on the TFT manufacturing process according to the present invention can be simplified and miniaturized as compared with the conventional TFT manufacturing apparatus based on plasma oxidation and plasma CVD. Therefore, it is possible to reduce both the installation space and cost of the apparatus system when making capital investment for mass production of low-temperature polysilicon TFTs. It is clear that this difference in effect increases as the number of low-temperature polysilicon TFT production lines increases.

以上説明した実施形態の実施例を以下に示した。図1に示した構成に基づく酸化処理装置について以下の条件でポリシリコンに形成した酸化膜の特性の評価を行った。   Examples of the embodiment described above are shown below. With respect to the oxidation processing apparatus based on the configuration shown in FIG. 1, the characteristics of the oxide film formed on the polysilicon were evaluated under the following conditions.

励起オゾン光源:KrFエキシマレーザー(〜248nm)。   Excited ozone light source: KrF excimer laser (˜248 nm).

レーザー強度:240mJ
レーザー周波数:100Hz
レーザー照射面積:1cm×3cm〜1cm×6cm
酸化処理炉:容積6000cm3,ギャップ長5cm
オゾンガス:明電舎製のオゾン発生装置(MPOG−31002)によって発生させた100%オゾンガス
ガス圧:330Pa
ガス流量:150sccm
基板温度:室温〜400℃
プロセス時間:60分
(1)酸化速度のSi基板方位依存性の検証。
Laser intensity: 240mJ
Laser frequency: 100Hz
Laser irradiation area: 1 cm x 3 cm to 1 cm x 6 cm
Oxidation furnace: capacity 6000cm 3 , gap length 5cm
Ozone gas: 100% ozone gas generated by an ozone generator (MPOG-31002) manufactured by Meidensha Gas pressure: 330 Pa
Gas flow rate: 150sccm
Substrate temperature: room temperature to 400 ° C
Process time: 60 minutes (1) Verification of Si substrate orientation dependence of oxidation rate.

ポリシリコンの表面には様々なSi結晶方位が存在している。このため、ポリシリコン上に平坦な膜を作るためには、下地がSiの結晶方位によらないことが必要である。従来行われている酸素による高温熱酸化(〜1000℃)では、Si<100>とSi<111>の基板で酸化速度が1.5〜1.7倍程違うことが分かっている(マスードの論文)。つまり、仮にポリシリコンに対して熱酸化をすると、酸化膜厚に対して50%程度のラフネスが生じる。   Various Si crystal orientations exist on the surface of the polysilicon. For this reason, in order to form a flat film on polysilicon, it is necessary that the base does not depend on the crystal orientation of Si. In conventional high-temperature thermal oxidation with oxygen (up to 1000 ° C.), it has been found that the oxidation rate differs by 1.5 to 1.7 times between Si <100> and Si <111> substrates (Masud's). paper). That is, if thermal oxidation is performed on polysilicon, a roughness of about 50% with respect to the oxide film thickness is generated.

一方、励起オゾン酸化によって製膜させた酸化膜の膜厚分布を以下に示した。   On the other hand, the film thickness distribution of the oxide film formed by excited ozone oxidation is shown below.

図4(a)はSi<111>とSi<100>を並べて、同時に励起オゾン酸化を行ったときの酸化膜の膜厚分布図であり、図4(b)は光照射の模式図である。Si基板の温度は室温に設定された。Si<111>とSi<100>を半円形に整え並べる。KrFレーザーを両方の基板にまたがるように照射(図4(b)の模式図参照)。オゾンガスの流れ方向はSi<111>とSi<100>の境目と平行の方向にした。   FIG. 4A is a thickness distribution diagram of an oxide film when Si <111> and Si <100> are arranged side by side and excited ozone oxidation is performed simultaneously, and FIG. 4B is a schematic diagram of light irradiation. . The temperature of the Si substrate was set to room temperature. Si <111> and Si <100> are arranged in a semicircular shape and arranged. Irradiate with KrF laser across both substrates (see schematic diagram in FIG. 4B). The flow direction of the ozone gas was parallel to the boundary between Si <111> and Si <100>.

図4(a)に示された膜厚分布図において、左半分がSi<111>の膜厚分布図であり、右半分がSi<100>の膜厚分布図であり、長方形で囲まれた部分がレーザー照射された部分である。レーザー照射された部分が最も膜が厚く、照射部分から離れる程に膜厚が減少している。これは予想された結果である。図4(a)の膜厚分布図によるとSi<111>とSi<100>との間で酸化速度に有意な差がない。酸化速度の差は膜厚に対して5%以下である。したがって、本発明に係る励起オゾン酸化法がポリシリコンの酸化に適した方法であることがわかる。   In the film thickness distribution chart shown in FIG. 4A, the left half is a film thickness distribution chart of Si <111>, the right half is a film thickness distribution chart of Si <100>, and is surrounded by a rectangle. The part is the part irradiated with laser. The film is thickest at the laser irradiated portion, and the film thickness decreases as the distance from the irradiated portion increases. This is an expected result. According to the film thickness distribution chart of FIG. 4A, there is no significant difference in the oxidation rate between Si <111> and Si <100>. The difference in oxidation rate is 5% or less with respect to the film thickness. Therefore, it can be seen that the excited ozone oxidation method according to the present invention is a method suitable for the oxidation of polysilicon.

(2)ポリシリコン上に励起オゾンを用いて製膜した絶縁膜の絶縁特性
図5の特性図に示された模式図に記載された形態の試料50を用意した。試料50はSi基板51の上にポリシリコン52を堆積させたものである。この試料を用いて、これまでSi基板上で製膜させてきたシリコン酸化膜との膜質評価の比較を行うことができる。絶縁特性は、Si基板の場合、MISキャパシタの電極配置で測っていたが、試料50についても同様の測定を行った。すなわち、試料50のポリシリコン52上に励起オゾンによってシリコン酸化膜53を作成後にMISキャパシタを形成して絶縁特性を評価した。
(2) Insulation characteristics of insulating film formed on polysilicon using excited ozone A sample 50 having the form described in the schematic diagram shown in the characteristic diagram of FIG. 5 was prepared. Sample 50 is obtained by depositing polysilicon 52 on Si substrate 51. Using this sample, it is possible to compare the film quality evaluation with the silicon oxide film that has been formed on the Si substrate so far. In the case of the Si substrate, the insulation characteristic was measured by the electrode arrangement of the MIS capacitor, but the sample 50 was also subjected to the same measurement. That is, after forming the silicon oxide film 53 on the polysilicon 52 of the sample 50 by excited ozone, an MIS capacitor was formed and the insulation characteristics were evaluated.

図5はI−V特性図である。横軸は印加電圧である。縦軸は漏れ電流密度である。絶縁特性の評価にあたり、エリプソ法による光学膜厚で規格済みの8.5nmのシリコン酸化膜53に対して室温のもと60分間、電圧を印加した。この特性図から明らかように0〜7MV/cmまで電場増加に伴い漏れ電流は単調に増加したが10-7A/cm2以下だった。7MV/cmからは漏れ電流が一気に増加した。しかし、この挙動はトンネル電流に因るものであり、膜質が悪いためのものではない。13〜14MV/cmでブレークダウンが起きる。このブレークダウン電場の大きさはSi基板50上に製膜した場合と同等である。このようにポリシリコン51上に製膜しているのにも関わらず絶縁特性がSi基板50に製膜した場合に匹敵することが確認された。 FIG. 5 is an IV characteristic diagram. The horizontal axis is the applied voltage. The vertical axis represents the leakage current density. In the evaluation of the insulating characteristics, a voltage was applied to the 8.5 nm silicon oxide film 53 that had been standardized by the optical film thickness by the ellipso method for 60 minutes at room temperature. As is apparent from this characteristic diagram, the leakage current monotonously increased with an increase in electric field from 0 to 7 MV / cm, but it was 10 −7 A / cm 2 or less. From 7 MV / cm, the leakage current increased at a stretch. However, this behavior is due to the tunnel current, not because of poor film quality. Breakdown occurs at 13-14 MV / cm. The magnitude of this breakdown electric field is the same as when the film is formed on the Si substrate 50. In this way, it was confirmed that the insulating properties were comparable to those formed on the Si substrate 50 even though the film was formed on the polysilicon 51.

製膜速度に関してはポリシリコン51の方がSi基板50よりも上である。これはポリシリコン51表面がSi基板50表面よりも光吸収がたくさん起きるために局所加熱によって温度がより上がっていることによるものと思料される。   Regarding the film forming speed, the polysilicon 51 is higher than the Si substrate 50. This is presumably because the surface of the polysilicon 51 is more light-absorbed than the surface of the Si substrate 50 and the temperature is increased by local heating.

(3)熱酸化膜との比較
ポリシリコンに対して従来の熱酸化法による酸化を試みた。通常、ポリシリコンはガラスやプラスチックの上に積むので、熱酸化をおこなう温度域(〜900℃)にすることができない。しかし、この比較試験に供した試料はSi基板上にポリシリコンを積んだので熱酸化ができる。従来技術の熱酸化法(比較例)と本発明の励起オゾン酸化法(実施例)との違いを以下に開示した。
(3) Comparison with thermal oxide film We tried to oxidize polysilicon by a conventional thermal oxidation method. Usually, since polysilicon is stacked on glass or plastic, it cannot be in a temperature range (˜900 ° C.) in which thermal oxidation is performed. However, the sample subjected to this comparative test can be thermally oxidized because polysilicon is stacked on the Si substrate. Differences between the conventional thermal oxidation method (comparative example) and the excited ozone oxidation method (example) of the present invention are disclosed below.

図6は実施例1、実施例2及び比較例による酸化膜を製膜した場合の光学膜厚及び電気膜厚の比較表を開示している。   FIG. 6 discloses a comparison table of optical film thickness and electric film thickness when oxide films according to Example 1, Example 2 and Comparative Example are formed.

実施例1では励起オゾン酸化100%オゾン雰囲気でKrFエキシマレーザー(248nm)からの紫外光を照射のもと室温の製膜温度及び1時間の製膜時間でSi<100>、Si<111>、Poly−Si(ポリシリコン)の各々の被処理基板にシリコン酸化膜を形成した。   In Example 1, Si <100>, Si <111>, at a film formation temperature of room temperature and a film formation time of 1 hour under irradiation with ultraviolet light from a KrF excimer laser (248 nm) in an excited ozone oxidation 100% ozone atmosphere, A silicon oxide film was formed on each substrate to be processed of Poly-Si (polysilicon).

実施例2では励起オゾン酸化100%オゾン雰囲気でKrFエキシマレーザー(248nm)からの紫外光を照射のもと400℃の製膜温度及び1時間の製膜時間でSi<100>、Si<111>、Poly−Si(ポリシリコン)の各々の被処理基板にシリコン酸化膜を形成した。   In Example 2, Si <100> and Si <111> were formed at a film formation temperature of 400 ° C. and a film formation time of 1 hour under irradiation with ultraviolet light from a KrF excimer laser (248 nm) in an atmosphere of excited ozone oxidation 100% ozone. A silicon oxide film was formed on each substrate to be processed of Poly-Si (polysilicon).

比較例では酸素による820℃の製膜温度の熱酸化及び2時間の製膜時間でSi<100>、Si<111>、ポリシリコン(Poly−Si)の各々の被処理基板にシリコン酸化膜を形成した。   In the comparative example, a silicon oxide film is formed on each substrate to be processed of Si <100>, Si <111>, and polysilicon (Poly-Si) by thermal oxidation with oxygen at a film forming temperature of 820 ° C. and a film forming time of 2 hours. Formed.

図6に示された表中のカッコ外の数字は光学膜厚[nm]であり、カッコ内の数字は電気膜厚[nm]である。Si<100>とSi<111>間の膜厚の比較によると、実施例1及び実施例2の励起オゾン酸化法によるSi<100>に形成されたシリコン酸化膜の膜厚とSi<111>に形成されたシリコン酸化膜の膜厚の差異は少ない。一方、比較例の熱酸化法で形成されたSi<100>とSi<111>のシリコン酸化膜の膜厚の差異は大きい。比較例の熱酸化膜に対する結果は、既に述べたように文献「Eugene A. Irene et al. J. of Electrochem. Soc. 133,1253(1986)」と一致する。   The number outside the parentheses in the table shown in FIG. 6 is the optical film thickness [nm], and the number inside the parenthesis is the electric film thickness [nm]. According to the comparison of the film thickness between Si <100> and Si <111>, the film thickness of the silicon oxide film formed on Si <100> by the excited ozone oxidation method of Example 1 and Example 2 and Si <111>. There is little difference in the film thickness of the silicon oxide film formed in this. On the other hand, the difference in film thickness between the silicon oxide films of Si <100> and Si <111> formed by the thermal oxidation method of the comparative example is large. The result for the thermal oxide film of the comparative example is consistent with the document “Eugene A. Irene et al. J. of Electrochem. Soc. 133, 1253 (1986)”.

また、ポリシリコン(Poly−Si)試料に対する励起オゾン酸化法では、光学膜厚と電気膜厚の差異が少ない。一方、熱酸化膜ではポリシリコン(Poly−Si)試料で「光学膜厚>電気膜厚」となっている。   Further, in the excited ozone oxidation method for the polysilicon (Poly-Si) sample, the difference between the optical film thickness and the electric film thickness is small. On the other hand, in the thermal oxide film, “optical film thickness> electrical film thickness” is satisfied in the polysilicon (Poly-Si) sample.

この挙動は図7を用いて簡単に説明できる。図7はポリシリコン71上にシリコン酸化膜72を作成した場合の表面ラフネスの模式図であって、特に(a)は従来技術に係る熱酸化法によって形成されたシリコン酸化膜の模式図であり、(b)は本発明に係る励起オゾン酸化法によって形成されたシリコン酸化膜の模式図である。図7(a)に示されたポリシリコン71に堆積したシリコン酸化膜72はSi<100>とSi<111>の膜厚差が大きいために、ラフネスが大きい。一方、図7(b)に示されたポリシリコン71に堆積したシリコン酸化膜72はSi<100>とSi<111>の膜厚差がほとんどないため表面にほとんどラフネスが存在しない。このようなラフネスの大きな試料に対して、光学膜厚は平均膜厚を測っているのに対し、電気膜厚は最小の部分を測っていることに相当する。この理由で熱酸化膜では「光学膜厚>電気膜厚」となることが説明できる。尚、ポリシリコン試料(Poly−Si)の熱酸化膜の電気膜厚11.5nmは同じ条件で製膜したSi<100>の膜厚12.8nmと同程度である。ポリシリコン上において最も膜厚が小さい部分は表面にSi<100>方位が出ている場所であると考えられる(図7参照)。   This behavior can be easily explained with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of the surface roughness when the silicon oxide film 72 is formed on the polysilicon 71. In particular, FIG. 7A is a schematic diagram of the silicon oxide film formed by the thermal oxidation method according to the prior art. (B) is a schematic diagram of the silicon oxide film formed by the excitation ozone oxidation method based on this invention. The silicon oxide film 72 deposited on the polysilicon 71 shown in FIG. 7A has a large roughness because the film thickness difference between Si <100> and Si <111> is large. On the other hand, the silicon oxide film 72 deposited on the polysilicon 71 shown in FIG. 7B has almost no roughness on the surface because there is almost no difference in film thickness between Si <100> and Si <111>. For such a sample having a large roughness, the optical film thickness corresponds to the average film thickness, while the electric film thickness corresponds to the minimum portion. For this reason, it can be explained that “optical film thickness> electrical film thickness” in the thermal oxide film. The electrical film thickness of 11.5 nm of the thermal oxide film of the polysilicon sample (Poly-Si) is about the same as the film thickness of 12.8 nm of Si <100> formed under the same conditions. The portion with the smallest film thickness on the polysilicon is considered to be a place where the surface has a Si <100> orientation (see FIG. 7).

(4)製膜速度
これまでのポリシリコン試料に対する実験結果はチップサイズ(15mm角)のものである。これに対してレーザー照射面積も1cm×3cmで試料に光強度が十分に強い状況である。実際は12インチの基板や最近ではメートルサイズ級の基板を酸化させる必要があるので、大体の場合にこの実験状況よりも光照射強度を落とさないとならないと考えられる。このとき、熱酸化膜の厚み薄くなる。
(4) Film-forming speed The experimental results for the polysilicon samples so far are of the chip size (15 mm square). On the other hand, the laser irradiation area is also 1 cm × 3 cm, and the light intensity is sufficiently strong to the sample. Actually, since it is necessary to oxidize a 12-inch substrate or recently a metric size substrate, it is considered that the light irradiation intensity must be reduced more than in this experimental situation in most cases. At this time, the thickness of the thermal oxide film is reduced.

図8は基板温度が室温(20℃)及び400℃のときの製膜時間と膜厚の関係を示した特性図である。プロセス条件は基板温度以外同じである。つまり、試料への励起オゾン量は同じであり、温度が製膜速度を決めている。400℃の方が室温の条件よりも厚い膜になっていることから温度の重要性がわかる。   FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the film forming time and the film thickness when the substrate temperature is room temperature (20 ° C.) and 400 ° C. The process conditions are the same except for the substrate temperature. That is, the amount of excited ozone to the sample is the same, and the temperature determines the film forming speed. The importance of temperature is understood from the fact that the film is thicker at 400 ° C. than at room temperature.

室温製膜でも製膜時間を確保すれば厚くなるが、効率が悪い。図8に示された製膜時間と膜厚の関係から、最初の短時間で酸化膜が急成長しそのあとは非常にゆっくり製膜するためである。この挙動の原因は戸坂らの論文で説明されている(Aki Tosaka et al.Jpn.J.Appl.Phys.44(36B),L1144−L1146(2005))。   Even at room temperature film formation, if the film formation time is secured, the film becomes thick, but the efficiency is low. This is because, from the relationship between the film formation time and the film thickness shown in FIG. 8, the oxide film grows rapidly in the first short time, and then the film is formed very slowly. The cause of this behavior is explained in a paper by Tosaka et al. (Aki Tosaka et al. Jpn. J. Appl. Phys. 44 (36B), L1144-L1146 (2005)).

結局、足りない膜厚分はCVD膜によって補う。しかし、CVD膜は酸化膜よりも格段に特性が劣るのでなるべく酸化膜だけで補うのが望ましい。   Eventually, the insufficient film thickness is compensated by the CVD film. However, since the CVD film is much inferior to the oxide film, it is desirable to compensate with the oxide film as much as possible.

したがって、励起オゾン酸化法によって厚い酸化膜を作るには製膜時間を長くすることよりも、光吸収による処理基板の表面加熱効果をどれだけ大きくするかが重要である。処理基板の表面の加熱効果を高めるためには光源の強度を高めることが一つの方法であるが、他の方法としては表面で受け取った熱を下地に逃がさない構造を作ることで加熱効果が著しく高まる傾向が確認されている。   Therefore, to make a thick oxide film by the excited ozone oxidation method, it is more important to increase the surface heating effect of the processing substrate by light absorption than to increase the film forming time. Increasing the intensity of the light source is one way to increase the heating effect on the surface of the treated substrate, but the other is to increase the heating effect by creating a structure that does not allow the heat received on the surface to escape to the ground. An increasing trend has been confirmed.

(5)表面加熱効果の大きさについて
図6の表によると、励起オゾンによる酸化法では、Si基板に製膜したとき(室温で5.8nm)よりも、ポリシリコンに製膜した場合(室温で8.6nm)の方が厚い酸化膜が形成されている。これはポリシリコン表面がSi基板表面よりも光吸収が大きいことに起因する。
(5) About the magnitude of the surface heating effect According to the table of FIG. 6, in the oxidation method using excited ozone, the film is formed on polysilicon (room temperature at room temperature) than when it is formed on a Si substrate (at room temperature, 5.8 nm). (8.6 nm) is thicker. This is due to the fact that the polysilicon surface absorbs more light than the Si substrate surface.

図9は製膜温度と膜厚の関係を示した特性図である。直線L1はSiウェハ(試料1)に形成される酸化膜の製膜温度と膜厚の関係を示した特性直線である。直線L2はポリシリコンが堆積されたSiウエハ(試料2)に形成された酸化膜の製膜温度と膜厚の関係を示した特性直線である。直線L3はバッファ層としてSiO2層が介してポリシリコンが堆積されたSiウエハ(試料3)に形成された酸化膜の製膜温度と膜厚の関係を示した特性直線である。 FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the film forming temperature and the film thickness. The straight line L1 is a characteristic straight line showing the relationship between the film forming temperature and the film thickness of the oxide film formed on the Si wafer (sample 1). The straight line L2 is a characteristic straight line showing the relationship between the film forming temperature and the film thickness of the oxide film formed on the Si wafer (sample 2) on which polysilicon is deposited. The straight line L3 is a characteristic straight line showing the relationship between the film forming temperature and the film thickness of the oxide film formed on the Si wafer (sample 3) on which polysilicon is deposited through the SiO 2 layer as the buffer layer.

図9の特性図において直線L1は直線L2よりも下方に位置する。このことは試料2の方が試料1よりも表面加熱が盛んであることを意味する。また、試料3の方が明らかに試料2よりも表面加熱効果が大きい。これは表面で受け取った熱がバッファ層(SiO2層)によって下地に流れるのを抑えているためである。バッファ層(SiO2層)の存在の有無及びこの層の膜厚によって、表面加熱効果の大きさを調節できることを示している。 In the characteristic diagram of FIG. 9, the straight line L1 is located below the straight line L2. This means that the surface heating of Sample 2 is more active than Sample 1. Sample 3 clearly has a larger surface heating effect than sample 2. This is because the heat received on the surface is suppressed from flowing to the base by the buffer layer (SiO 2 layer). This indicates that the magnitude of the surface heating effect can be adjusted by the presence or absence of the buffer layer (SiO 2 layer) and the film thickness of this layer.

また、実際のポリシリコンTFTではガラスやプラスチック上に作成されるので、比較例として石英ガラス上にポリシリコンを堆積させて成る試料4にも製膜させた。図9に示されたプロットP1の位置から明らかようにこれまでの試料1〜試料3よりもはるかに厚い酸化膜が形成される。試料4は極端に熱伝導の悪いガラスからなる基板であるので、表面で得た熱を完全に閉じ込めたために試料4の温度が高温になったものと考えられる。   In addition, since an actual polysilicon TFT is formed on glass or plastic, a sample 4 formed by depositing polysilicon on quartz glass was also formed as a comparative example. As is clear from the position of the plot P1 shown in FIG. 9, a much thicker oxide film than the conventional samples 1 to 3 is formed. Since the sample 4 is a substrate made of glass having extremely poor heat conduction, it is considered that the temperature of the sample 4 became high because the heat obtained on the surface was completely confined.

(6)ポストアニール温度の低温化について
ポリシリコンTFTのプロセス温度の低温化について、これまで述べたゲート絶縁膜作製温度とポルトアニール温度の低温化が課題であった。これまでは400〜450℃であったが、本実施形態では紫外領域の光によるオゾンの励起によって処理基板の表面が加熱するのでポストアニール温度を低温化できる。一般に基板の表面温度を知るのは容易でない。しかし、図9の特性図によると製膜速度に基づき表面温度を見積もることができる。試料2は試料1よりも製膜速度が大きいことは既に述べた。試料2の表面温度を見積もると、例えば室温製膜での膜厚が8.5nmは、Siウエハの製膜では製膜温度380℃程度に相当するので、380℃程度に加熱されていることを意味する。このことから試料2の表面を400〜450℃にするには、基板温度を100℃程度にして光照射すればよいことがわかる。つまり、試料2では100℃でTFTの作製が可能である。この100℃は温度条件の一例に過ぎない。実際には上述のようにバッファSiO2の導入や基板を石英にすることにより表面加熱効果が変わるのでポストアニール温度の下限温度は変化する。
(6) Lowering the post-annealing temperature Regarding the lowering of the process temperature of the polysilicon TFT, lowering the gate insulating film preparation temperature and the port annealing temperature described so far has been an issue. Although it was 400-450 degreeC until now, in this embodiment, since the surface of a process substrate is heated by the excitation of ozone by the light of an ultraviolet region, post-annealing temperature can be made low. In general, it is not easy to know the surface temperature of the substrate. However, according to the characteristic diagram of FIG. 9, the surface temperature can be estimated based on the film forming speed. It has already been described that Sample 2 has a higher film forming speed than Sample 1. When the surface temperature of the sample 2 is estimated, for example, a film thickness of 8.5 nm at room temperature film formation corresponds to a film formation temperature of about 380 ° C. in the film formation of a Si wafer, so that it is heated to about 380 ° C. means. From this, it can be seen that in order to bring the surface of the sample 2 to 400 to 450 ° C., the substrate temperature should be about 100 ° C. and light irradiation should be performed. That is, TFT 2 can be manufactured at 100 ° C. for sample 2. This 100 ° C. is only an example of a temperature condition. Actually, the lower limit temperature of the post-annealing temperature changes because the surface heating effect is changed by introducing the buffer SiO 2 or making the substrate quartz as described above.

(実施形態2)
図10は実施形態2に係る酸化処理装置の概略構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an oxidation processing apparatus according to the second embodiment.

酸化処理装置1の励起オゾン用の光源14の光はオゾンを励起させるだけでなく基板110の表面の局所的な加熱を起し、この局所加熱量が製膜速度を決めることがわかった。別の観点からは、実施形態1の光源14の光強度はオゾンを励起させる容量を十分に補っており余剰分で基板110の表面を加熱していることになる。   It has been found that the light from the light source 14 for excitation ozone of the oxidation treatment apparatus 1 not only excites ozone but also causes local heating of the surface of the substrate 110, and this local heating amount determines the film forming speed. From another viewpoint, the light intensity of the light source 14 of the first embodiment sufficiently supplements the capacity for exciting ozone, and the surface of the substrate 110 is heated by a surplus.

紫外領域の光を発する光源14の他に基板110の表面加熱用として別の光源を用いると、紫外光はこれまでの強度よりも遥かに小さな出力で済む。210〜300nmの波長域の発振強度を高めるのにはコストと設備がかかるが、300〜500nmの波長域は経済的に容易に出力を高めることできる。   If another light source is used for heating the surface of the substrate 110 in addition to the light source 14 that emits light in the ultraviolet region, the output of the ultraviolet light is much smaller than the conventional intensity. Although cost and equipment are required to increase the oscillation intensity in the wavelength range of 210 to 300 nm, the output in the wavelength range of 300 to 500 nm can be easily increased economically.

そして、この利点を考慮したのが本実施形態の酸化処理装置2である。光源14の紫外領域の光に加えて光源21の可視領域の強い光を基板110に照射する。光源21から照射される光の波長域の上限は550nmに規定される。基板110に形成されたポリシリコンの活性には308〜532nmの光を用いている。この波長域の光であればポリシリコンのSi結合を破壊しない。光源21の光を導入するならば、光源14の光を基板110に当てる必要はない。光源14,15,21の光は基板110に対して水平に照射してもよい。尚、本実施形態では、紫外領域の光を照射する光源14と可視領域の光を照射する光源21が具備されているが、紫外領域と可視領域の光を照射できる既知の光源(例えば、SX−UID2000MUV2V/SUN,USHIO corp.)を1つ具備させてもよい。   The oxidation processing apparatus 2 of the present embodiment takes this advantage into consideration. In addition to the light in the ultraviolet region of the light source 14, the substrate 110 is irradiated with strong light in the visible region of the light source 21. The upper limit of the wavelength range of the light emitted from the light source 21 is defined as 550 nm. Light of 308 to 532 nm is used for the activity of the polysilicon formed on the substrate 110. If it is the light of this wavelength range, the Si bond of polysilicon is not destroyed. If the light from the light source 21 is introduced, the light from the light source 14 does not need to be applied to the substrate 110. The light from the light sources 14, 15, and 21 may be applied horizontally to the substrate 110. In this embodiment, the light source 14 for irradiating light in the ultraviolet region and the light source 21 for irradiating light in the visible region are provided. However, a known light source (for example, SX) -UID2000MUV2V / SUN, USHIO corp.).

以上のように実施形態1及び実施形態2の低温ポリシリコンTFTの製造方法によればポリシリコンに室温で優れた酸化絶縁膜を作製できる。また、基板結晶面方位に依存しない製膜速度の確保できると共に基板の膜表面のラフネスを低減できる。さらに、この製造方法においては基板に照射される光の周波数帯はポリシリコン表面ラフネスへ悪影響を与えないと共に基板ダメージを与えない。また、ポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化のプロセスと同一チャンバでプロセスが可能となる。さらに、基板の局所加熱効果によるポストアニール温度の低減が可能となる。また、ポリシリコンの活性アニールに対しても同じ波長の光源の使用が可能となる。さらに、レーザー光の照射方向と基板を処理炉内で移動可能(スキャン方式)とすることで、大型の基板の適用が可能となる。また、フレキシブルTFTの製造及びロール・トゥー・ロール方式の処理形態への拡張可能となる。さらに、光吸収加熱の大きさはポリシリコン層の厚みまたは光の照射強度によって調節可能となる。また、酸化膜成長機構による高速酸化と均一な製膜が容易となる。さらに、局所加熱量調整によって膜厚量の調整が容易に可能となる。   As described above, according to the manufacturing method of the low-temperature polysilicon TFT of the first and second embodiments, an excellent oxide insulating film can be formed on polysilicon at room temperature. Further, it is possible to secure a film forming speed independent of the crystal plane orientation of the substrate and reduce the roughness of the film surface of the substrate. Further, in this manufacturing method, the frequency band of light irradiated on the substrate does not adversely affect the polysilicon surface roughness and does not damage the substrate. Further, the process can be performed in the same chamber as the process of crystallization of polysilicon and the enlargement of the grain boundary size. Furthermore, the post-annealing temperature can be reduced by the local heating effect of the substrate. Also, the light source having the same wavelength can be used for the active annealing of polysilicon. Furthermore, by making the irradiation direction of the laser beam and the substrate movable in the processing furnace (scanning method), a large substrate can be applied. In addition, it is possible to expand to a flexible TFT manufacturing and roll-to-roll processing mode. Further, the magnitude of the light absorption heating can be adjusted by the thickness of the polysilicon layer or the light irradiation intensity. Further, high-speed oxidation and uniform film formation by the oxide film growth mechanism are facilitated. Further, the film thickness can be easily adjusted by adjusting the local heating amount.

特に、実施形態2の低温ポリシリコンTFTの製造方法によれば目的別に異なる光源を同時に照射可能となる。例えば、オゾン励起用の光源と加熱用の光源と備えることで、UV周波数帯よりも光強度が比較的安易に得やすい周波数帯(300〜500nm)を照射すれば大きな加熱効果が期待できる。   In particular, according to the manufacturing method of the low-temperature polysilicon TFT of the second embodiment, different light sources can be irradiated simultaneously for different purposes. For example, by providing a light source for ozone excitation and a light source for heating, a large heating effect can be expected by irradiating a frequency band (300 to 500 nm) where the light intensity can be obtained relatively easily than the UV frequency band.

尚、実施形態1及び実施形態2に係る製造方法は低温ポリシリコンTFTの製造方法に関するものであるが、ゲート酸化膜を有する低温ポリシリコンTFT以外の半導体素子の製造方法にも適用できることはこれまでの説明から明らかである。   The manufacturing method according to the first and second embodiments relates to a method for manufacturing a low-temperature polysilicon TFT, but it can be applied to a method for manufacturing a semiconductor element other than a low-temperature polysilicon TFT having a gate oxide film. It is clear from the explanation.

実施形態1に係る酸化処理装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an oxidation treatment apparatus according to Embodiment 1. FIG. 基板を酸化処理炉内で移動させながら酸化処理する酸化処理装置の概略構成図。The schematic block diagram of the oxidation processing apparatus which oxidizes while moving a board | substrate within an oxidation treatment furnace. (a)発明の実施形態に係るTFT製造装置の概略構成図,(b)従来のTFT製造装置の概略構成図。(A) The schematic block diagram of the TFT manufacturing apparatus which concerns on embodiment of invention, (b) The schematic block diagram of the conventional TFT manufacturing apparatus. Si<111>基板とSi<100>基板とを並べて同時に励起オゾン酸化を行ったときの酸化膜の膜厚分布図と光照射の模式図。The film thickness distribution diagram and schematic diagram of light irradiation when the excited ozone oxidation is performed simultaneously with the Si <111> substrate and the Si <100> substrate being arranged. Si基板に堆積したポリシリコンに励起オゾンを用いて形成させた絶縁膜の絶縁特性を示したI−V特性図。The IV characteristic view which showed the insulation characteristic of the insulating film formed using the excitation ozone in the polysilicon deposited on Si substrate. 発明の実施例に係る励起オゾン酸化(100%オゾン雰囲気及びKrFエキシマレーザー(248nm)からの紫外光を照射のもと室温及び400℃の製膜温度で酸化膜を製膜(製膜時間1時間)した場合、比較例(従来技術)に係る酸素による熱酸化(820℃)によって酸化膜を製膜(製膜時間2時間)した場合の光学膜厚及び電気膜厚の比較表。Excitation ozone oxidation (100% ozone atmosphere and KrF excimer laser (248 nm) irradiated with ultraviolet light at room temperature and 400 ° C. film formation temperature (film formation time 1 hour) ), A comparison table of optical film thickness and electrical film thickness when an oxide film is formed (film formation time 2 hours) by thermal oxidation (820 ° C.) with oxygen according to a comparative example (prior art). (a)ポリシリコン上に熱酸化膜を作成した場合の表面ラフネスの模式図,(b)ポリシリコン上に励起オゾン酸化膜を作成した場合の表面ラフネスの模式図。(A) Schematic diagram of surface roughness when a thermal oxide film is formed on polysilicon, (b) Schematic diagram of surface roughness when an excited ozone oxide film is formed on polysilicon. 基板温度が室温及び400℃のときの製膜時間と膜厚の関係を示した特性図。The characteristic view which showed the relationship between the film-forming time and film thickness when a substrate temperature is room temperature and 400 degreeC. 製膜温度と膜厚の関係を示した特性図。The characteristic view which showed the relationship between film forming temperature and film thickness. 実施形態2に係る酸化処理装置の概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an oxidation processing apparatus according to a second embodiment. 低温ポリシリコンTFTの製造過程の初期プロセス(電極蒸着)を経た後のTFTの断面図。The sectional view of TFT after going through the initial process (electrode deposition) of the manufacturing process of low-temperature polysilicon TFT. ポリシリコン及びアモルファスシリコンに関する光吸収特性を示した特性図。The characteristic view which showed the light absorption characteristic regarding polysilicon and amorphous silicon.

符号の説明Explanation of symbols

1…酸化処理装置
10…酸化処理炉、101…オゾン励起光照射窓、102…基板加熱用赤外光照射窓、11…オゾン発生装置、12,13…ボンベ、14,15,21…光源、16…サセプタ、17…圧力計、18…真空ポンプ、19…オゾンキラー
31…TFT製造装置、A1…CVD処理炉、B1…酸化処理炉、C1…蒸着炉、A11…オゾン発生装置、D1,E1…光源、F1…ビームスプリッター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oxidation processing apparatus 10 ... Oxidation processing furnace, 101 ... Ozone excitation light irradiation window, 102 ... Infrared light irradiation window for substrate heating, 11 ... Ozone generator, 12, 13 ... Cylinder, 14, 15, 21 ... Light source, DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Susceptor, 17 ... Pressure gauge, 18 ... Vacuum pump, 19 ... Ozone killer 31 ... TFT manufacturing apparatus, A1 ... CVD processing furnace, B1 ... Oxidation processing furnace, C1 ... Deposition furnace, A11 ... Ozone generator, D1, E1 ... light source, F1 ... beam splitter

Claims (15)

ポリシリコンが形成された基板に紫外領域の光を照射すると共にオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成することを特徴とするゲート絶縁膜の形成方法。   A method for forming a gate insulating film, comprising: irradiating a substrate on which polysilicon is formed with ultraviolet light; and applying ozone gas to form a gate insulating film on the polysilicon. 前記基板のポリシリコンに紫外領域の光を照射して前記ポリシリコンを結晶化及び粒界サイズを大型化する工程を有することを特徴とする請求項1に記載のゲート絶縁膜の形成方法。   2. The method of forming a gate insulating film according to claim 1, further comprising the step of irradiating the polysilicon of the substrate with light in an ultraviolet region to crystallize the polysilicon and enlarge a grain boundary size. ポリシリコンが形成された基板を格納し、この基板に紫外領域の光が照射される共にオゾンガスが供されて前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成することを特徴とする酸化処理装置。   An oxidation processing apparatus characterized in that a substrate on which polysilicon is formed is stored, and an ultraviolet gas is irradiated to the substrate and ozone gas is provided to form a gate insulating film on the polysilicon. 前記紫外領域の光、または前記紫外領域及び可視領域の光を照射する光源を備えたこと
を特徴とする請求項3に記載の酸化処理装置。
The oxidation processing apparatus according to claim 3, further comprising a light source that irradiates the light in the ultraviolet region or the light in the ultraviolet region and the visible region.
紫外領域の光を照射のもと基板にオゾンガスを供して前記基板にバッファ用酸化膜を形成した後にこのバッファ用酸化膜にポリシリコンを形成する工程と、
紫外領域の光を照射のもと前記基板のポリシリコンにオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
Forming a buffer oxide film on the substrate by applying ozone gas to the substrate under irradiation of light in the ultraviolet region, and then forming polysilicon on the buffer oxide film;
And a step of forming a gate insulating film on the polysilicon by applying ozone gas to the polysilicon of the substrate under irradiation with light in an ultraviolet region.
前記基板を紫外領域の光を照射して前記基板のポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化する工程を有すること
を特徴とする請求項5に記載の半導体素子の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of irradiating the substrate with light in an ultraviolet region to crystallize polysilicon of the substrate and increase a grain boundary size.
前記ゲート絶縁膜が形成された基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜を追加形成する工程を有すること
を特徴とする請求項5に記載の半導体素子の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising: forming an additional gate insulating film on the substrate by applying ozone gas to the substrate on which the gate insulating film is formed while irradiating light in an ultraviolet region. Method.
前記ゲート絶縁膜が形成された基板に電極を蒸着した後にこの基板を紫外領域の光を照射のもとでアニール処理する工程を有することを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。   8. The method according to claim 5, further comprising a step of annealing the substrate under irradiation with light in an ultraviolet region after depositing an electrode on the substrate on which the gate insulating film is formed. The manufacturing method of the semiconductor element of description. 請求項5から8のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法において、
前記紫外領域の光と共に可視領域の光を基板に照射する工程を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 5 to 8,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a substrate with a light in a visible region together with the light in the ultraviolet region.
紫外領域の光を照射のもとオゾンガスを導入して基板に酸化膜を形成した後にこの基板の酸化膜にポリシリコンを形成するCVD処理炉と、
このCVD処理炉からポリシリコンが形成された基板が供されると共に紫外領域の光を照射のもとオゾンガスを導入して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する酸化処理炉と
を備えたこと
を特徴とする半導体素子の製造装置。
A CVD furnace that forms an oxide film on the substrate after introducing ozone gas under irradiation of light in the ultraviolet region and then forming polysilicon on the oxide film on the substrate;
A substrate on which polysilicon is formed is provided from this CVD processing furnace, and an oxidation processing furnace is provided that introduces ozone gas under irradiation of ultraviolet light to form a gate insulating film on the polysilicon. A semiconductor device manufacturing apparatus.
前記酸化処理炉は紫外領域の光を前記基板に照射して前記基板上の結晶化及び粒界サイズの大型化すること
を特徴とする請求項10に記載の半導体素子の製造装置。
The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the oxidation processing furnace irradiates the substrate with light in an ultraviolet region to increase crystallization and grain boundary size on the substrate.
前記CVD処理炉は前記酸化処理炉から基板を導入し、この基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜を追加形成すること
を特徴とする請求項10または11に記載の半導体素子の製造装置。
12. The CVD processing furnace introduces a substrate from the oxidation processing furnace and supplies an ozone gas to the substrate while irradiating light in an ultraviolet region to additionally form a gate insulating film on the substrate. The manufacturing apparatus of the semiconductor element of description.
前記ゲート絶縁膜が形成された基板に電極を蒸着する蒸着処理炉を備え、
前記酸化処理炉は前記蒸着処理炉から基板を導入し、この基板を紫外領域の光を照射のもとでアニール処理すること
を特徴とする請求項10から12のいずれか1項に記載の半導体素子の製造装置。
A deposition furnace for depositing electrodes on the substrate on which the gate insulating film is formed;
13. The semiconductor according to claim 10, wherein the oxidation treatment furnace introduces a substrate from the vapor deposition treatment furnace, and anneals the substrate under irradiation with light in an ultraviolet region. Device manufacturing equipment.
前記紫外領域の光を前記CVD処理炉に供給する第一のビームスプリッターと、
前記紫外領域の光を第一のビームスプリッターと前記酸化処理炉とに供給する第二のビームスプリッターと
を備えたこと
を特徴とする請求項10から13のいずれか1項に記載の半導体素子の製造装置。
A first beam splitter for supplying light in the ultraviolet region to the CVD processing furnace;
14. The semiconductor device according to claim 10, further comprising a second beam splitter that supplies the light in the ultraviolet region to the first beam splitter and the oxidation treatment furnace. Manufacturing equipment.
前記紫外領域の光、または前記紫外領域及び可視領域の光を照射する光源を備えたこと
を特徴とする請求項10から14のいずれか1項に記載の半導体素子の製造装置。
The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 10, further comprising a light source that irradiates light in the ultraviolet region or light in the ultraviolet region and visible region.
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