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JPH08125197A - Method and system for fabricating semiconductor device - Google Patents

Method and system for fabricating semiconductor device

Info

Publication number
JPH08125197A
JPH08125197A JP7230742A JP23074295A JPH08125197A JP H08125197 A JPH08125197 A JP H08125197A JP 7230742 A JP7230742 A JP 7230742A JP 23074295 A JP23074295 A JP 23074295A JP H08125197 A JPH08125197 A JP H08125197A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
semiconductor device
insulating film
gate insulating
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP7230742A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3359794B2 (en
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Mitsunori Sakama
光範 坂間
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP23074295A priority Critical patent/JP3359794B2/en
Publication of JPH08125197A publication Critical patent/JPH08125197A/en
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Publication of JP3359794B2 publication Critical patent/JP3359794B2/en
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE: To increase the S value and the field effect mobility while enhancing the breakdown strength of a gate insulation film itself by carrying out the annealing at a specified temperature in an atmosphere containing a nitrogen oxide being excited or decomposed with ultraviolet ray thereby reducing the recombination center on the interface of the gate insulation film and an active layer. CONSTITUTION: A gate insulation film 15, principally comprising a thermal oxide film deposited over an insular crystalline silicon region or a silicon oxide deposited on the insular silicon region by CVD or PVD, is subjected to annealing at 400-700 deg.C in an atmosphere containing a nitrogen oxide being excited or decomposed with ultraviolet ray. Consequently, the interface characteristics between an active layer and the gate insulation film 15 can be improved and the recombination center can be reduced on the interface between the gate insulation film 15 and the active layer. As a result, the S value and the field effect mobility can be increased and the breakdown strength of the gate insulation film itself can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板、
あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設けら
れた珪素膜を用いた絶縁ゲイト構造を有する半導体装
置、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)や薄膜ダイオ
ード(TFD)、またはそれらを応用した薄膜集積回
路、特にアクティブ型液晶表示装置(液晶ディスプレ
ー)用薄膜集積回路、およびその作製方法に関するもの
であり、特に、最高プロセス温度が700℃以下の低温
プロセスによって上記半導体装置を形成するための半導
体装置の作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an insulating substrate such as glass,
Alternatively, a semiconductor device having an insulating gate structure using a silicon film provided on an insulating film formed on various substrates, for example, a thin film transistor (TFT) or a thin film diode (TFD), or a thin film integrated circuit to which they are applied In particular, the present invention relates to a thin film integrated circuit for an active type liquid crystal display device (liquid crystal display) and a method for manufacturing the same, and in particular, manufacture of a semiconductor device for forming the semiconductor device by a low temperature process having a maximum process temperature of 700 ° C. or lower. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にTFTを
有する半導体装置、例えば、TFTを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。これらの基板としては、量産性・価格の
面から歪点が750℃以下、典型的には550〜680
℃のガラス基板が一般に用いられている。したがって、
このようなガラス基板を用いる場合には、最高プロセス
温度が700℃以下、好ましくは650℃以下とするこ
とが要求された。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices having TFTs on an insulating substrate such as glass, for example, active type liquid crystal display devices using TFTs for driving pixels and image sensors have been developed. These substrates have a strain point of 750 ° C. or less, typically 550 to 680, from the viewpoint of mass productivity and price.
A glass substrate at ℃ is generally used. Therefore,
When using such a glass substrate, the maximum process temperature was required to be 700 ° C. or lower, preferably 650 ° C. or lower.

【0003】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−Si)か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
2つに大別される。非晶質珪素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、電界効果
移動度、導電率等の物性が結晶性を有する珪素半導体に
比べて劣るため、今後、より高速特性を得るためには、
結晶性を有する珪素半導体からなるTFTの作製方法の
確立が強く求められている。
Thin film silicon semiconductors are generally used for TFTs used in these devices. The thin-film silicon semiconductor is roughly classified into two, that is, an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are the most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be relatively easily manufactured by a vapor phase method, and have high mass productivity. Since the physical properties are inferior to those of crystalline silicon semiconductors, in order to obtain higher speed characteristics in the future,
There is a strong demand for establishment of a method for manufacturing a TFT made of a crystalline silicon semiconductor.

【0004】移動度の小さな非晶質珪素を用いたTFT
の場合には、ゲイト絶縁膜の特性はあまり問題とならな
かった。例えば、非晶質珪素を用いたTFTでは、ゲイ
ト絶縁膜として酸化珪素よりも電気的特性に劣る窒化珪
素膜が用いられる。しかし、移動度の高い結晶性の珪素
膜を用いたTFTでは、珪素膜自体の特性と同じくらい
にゲイト絶縁膜の特性も大きな問題であった。
TFT using amorphous silicon having low mobility
In this case, the characteristics of the gate insulating film did not pose a problem. For example, in a TFT using amorphous silicon, a silicon nitride film having electric characteristics inferior to that of silicon oxide is used as a gate insulating film. However, in a TFT using a crystalline silicon film having high mobility, the characteristics of the gate insulating film are as much a problem as the characteristics of the silicon film itself.

【0005】特に結晶性珪素膜を得る技術が向上するに
つれ、良質なゲイト絶縁膜に対する需要は非常に大きく
なった。なかでも、チャネル形成領域が実質的に1つの
単結晶もしくは複数の結晶からなっていても、全ての結
晶の方位が同じである結晶珪素被膜(このような結晶状
態をモノドメインという)よりなるTFTでは、通常の
多結晶珪素を用いたTFTと異なり、粒界の特性悪化に
対する寄与は非常に小さく、ほとんどゲイト絶縁膜の特
性によって、その電気特性が決定される。
In particular, as the technique for obtaining a crystalline silicon film has improved, the demand for a good-quality gate insulating film has greatly increased. In particular, even if the channel forming region is substantially made of one single crystal or a plurality of crystals, a TFT made of a crystalline silicon film in which all the crystals have the same orientation (such a crystalline state is called a monodomain) In contrast, unlike a normal TFT using polycrystalline silicon, the contribution to the deterioration of the characteristics of the grain boundaries is very small, and the electrical characteristics are almost determined by the characteristics of the gate insulating film.

【0006】すなわち、通常の多結晶構造においては粒
界を構成する2つの結晶の結晶方位は互いに異なるもの
であり、その結果、高い粒界障壁(バリヤー)が生じ
る。しかし、モノドメイン構造においては、たとえ複数
の結晶からなっていたとしても、通常の多結晶における
粒界に相当する境界をはさむ2つの結晶の結晶方位が同
じであるため、このような境界においてはバリヤーは非
常に低く、単結晶とほとんど差がない。そのため、モノ
ドメイン構造においては、TFTの特性に対する粒界の
寄与は小さく、ほぼゲイト絶縁膜によって決定される。
That is, in the ordinary polycrystalline structure, the two crystals constituting the grain boundary have different crystallographic orientations, and as a result, a high grain boundary barrier is generated. However, in the mono-domain structure, even if it is composed of a plurality of crystals, two crystals sandwiching a boundary corresponding to a grain boundary in a normal polycrystal have the same crystal orientation, and therefore, in such a boundary, The barrier is very low, almost no difference from single crystals. Therefore, in the monodomain structure, the contribution of the grain boundaries to the TFT characteristics is small and is almost determined by the gate insulating film.

【0007】このような目的に適した優れたゲイト絶縁
膜としては、熱酸化膜が知られている。例えば、石英基
板のように高温に耐える基板上であれば、熱酸化法を用
いてゲイト絶縁膜を得ることができた。(例えば、特公
平3−71793) しかし、熱酸化法によって、ゲイト絶縁膜として使用す
るに足る酸化珪素膜を得るには、950℃以上の高温が
必要であり、このような高温処理に耐えうる基板材料は
石英の他にはなかった。上述のような歪点の低いガラス
基板を使用するには、最高プロセス温度を700℃以
下、好ましくは650℃以下とする必要があったのだ
が、熱酸化による方法はこの要請を満足できなかった。
A thermal oxide film is known as an excellent gate insulating film suitable for such a purpose. For example, a gate insulating film could be obtained by using a thermal oxidation method on a substrate such as a quartz substrate that can withstand high temperatures. (For example, Japanese Examined Patent Publication No. 3-71793) However, in order to obtain a silicon oxide film that can be used as a gate insulating film by a thermal oxidation method, a high temperature of 950 ° C. or higher is necessary, and such a high temperature treatment can be endured. The only substrate material was quartz. In order to use a glass substrate having a low strain point as described above, it was necessary to set the maximum process temperature to 700 ° C. or lower, preferably 650 ° C. or lower, but the method by thermal oxidation could not satisfy this requirement. .

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】700℃以下でも高圧
水蒸気酸化等の特殊な条件の下では熱酸化膜を形成する
ことができた。例えば、500〜700℃の熱酸化によ
って熱酸化膜が100〜1000Å形成できた。しか
し、このようにして得られた熱酸化膜は、高温で得られ
た熱酸化膜に比較して、水素濃度が高く、これをゲイト
絶縁膜に用いたTFTの特性は極めて悪かった。このよ
うな問題から、ゲイト絶縁膜はスパッタ法等の物理的気
相成長(PVD)法、あるいはプラズマCVD法、熱C
VD法等の化学的気相成長(CVD)法を用いて作製せ
ざるを得なかった。これらの方法では最高プロセス温度
は650℃以下とすることができた。
A thermal oxide film could be formed even under 700 ° C. or below under special conditions such as high pressure steam oxidation. For example, a thermal oxide film could be formed at 100 to 1000 Å by thermal oxidation at 500 to 700 ° C. However, the thermal oxide film thus obtained has a higher hydrogen concentration than the thermal oxide film obtained at a high temperature, and the characteristics of the TFT using this as a gate insulating film were extremely poor. Due to these problems, the gate insulating film is formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, plasma CVD, thermal C
It had to be manufactured by using a chemical vapor deposition (CVD) method such as a VD method. With these methods, the maximum process temperature could be 650 ° C. or lower.

【0009】しかしながら、PVD法、CVD法によっ
て作製した絶縁膜は不対結合手や水素の濃度が高く、ま
た、界面特性も良くなかった。そのため、ホットエレク
トロン等の注入に対しても弱く、不対結合手や水素が原
因となって、電荷捕獲(再結合)中心が形成されやすか
った。また、耐圧も低かった。特に、結晶性の珪素との
界面においては、再結合中心が多く形成された。このた
め、TFTのゲイト絶縁膜として用いた場合に、電界移
動度やサブスレシュホールド特性値(S値)が、良くな
いという問題点、あるいはゲイト電極のリーク電流が多
く、オン電流の低下(劣化・経時変化)が大きいという
問題点があった。
However, the insulating film produced by the PVD method or the CVD method has a high concentration of dangling bonds and hydrogen, and has poor interface characteristics. Therefore, it is weak against injection of hot electrons and the like, and it is easy for charge trap (recombination) centers to be formed due to dangling bonds and hydrogen. Moreover, the breakdown voltage was low. In particular, many recombination centers were formed at the interface with crystalline silicon. Therefore, when it is used as a gate insulating film of a TFT, the electric field mobility and the subthreshold characteristic value (S value) are not good, or the leak current of the gate electrode is large and the on current decreases (deteriorates).・ There was a problem that the change over time was large.

【0010】例えば、PVD法であるスパッタ法を用い
る場合には、高純度の酸素と珪素からなる合成石英をタ
ーゲットとすれば、原理的には酸素と珪素の化合物の被
膜のみが形成される。しかし、得られる被膜の酸素と珪
素の比率が化学量論比に近くかつ、不対結合手の少ない
酸化珪素膜を得ることは極めて難しかった。例えば、ス
パッタガスとして酸素を用いれば、化学量論比に近い酸
化珪素膜を得ることができる。しかし、酸素は原子量が
小さく、スパッタ速度(堆積速度)が小さく、量産を考
慮した場合、スパッタガスとしては不適切であった。
For example, in the case of using the sputtering method which is the PVD method, if synthetic quartz composed of high-purity oxygen and silicon is used as a target, in principle only a film of a compound of oxygen and silicon is formed. However, it was extremely difficult to obtain a silicon oxide film in which the ratio of oxygen to silicon in the obtained coating is close to the stoichiometric ratio and the number of dangling bonds is small. For example, when oxygen is used as the sputtering gas, a silicon oxide film having a stoichiometric ratio can be obtained. However, oxygen has a small atomic weight and a low sputtering rate (deposition rate), and is unsuitable as a sputtering gas in consideration of mass production.

【0011】また、アルゴン等の雰囲気においては、十
分な成膜速度が得られたものの、酸素と珪素の比率が化
学量論比と異なり、ゲイト絶縁膜としては極めて不適当
なものであった。さらに、スパッタ雰囲気をどのように
しても珪素の不対結合手を低減することは難しく、成膜
後に水素アニールをおこなうことによって、珪素の不対
結合手Si・もしくはSiO・をSi−H、Si−OH
として、安定化させることが必要であった。しかしなが
ら、Si−H、Si−OH結合は不安定で、ホットエレ
クトロン等の加速した電子によって、容易に切断され、
もとの珪素の不対結合手に変化してしまった。このよう
な弱い結合Si−H、Si−OHの存在が上述のホット
エレクトロン注入による劣化の要因となったものであ
る。
Further, although a sufficient film formation rate was obtained in an atmosphere of argon or the like, the ratio of oxygen to silicon was different from the stoichiometric ratio, which was extremely unsuitable as a gate insulating film. Furthermore, it is difficult to reduce the dangling bonds of silicon whatever the sputter atmosphere, and hydrogen annealing is performed after the film formation to remove dangling bonds of silicon Si. -OH
As a result, it was necessary to stabilize. However, Si-H and Si-OH bonds are unstable, and are easily broken by accelerated electrons such as hot electrons,
It has changed to the original dangling bond of silicon. The existence of such weakly bonded Si-H and Si-OH is a factor that causes the deterioration due to the hot electron injection.

【0012】同様にプラズマCVD法を用いて作製され
た酸化珪素膜にもSi−H、Si−OHの形で多くの水
素が含有されており、上記の問題の源泉となっていた。
加えて、比較的扱いやすい珪素源として、テトラ・エト
キシ・シラン(TEOS)を用いた場合には、炭素が酸
化珪素膜中に含まれるという問題もあった。本発明は、
このようなPVD法やCVD法で堆積された酸化珪素膜
の特性を改善する手段を提供するものである。
Similarly, a silicon oxide film formed by the plasma CVD method also contains a large amount of hydrogen in the form of Si--H and Si--OH, which has been a source of the above problems.
In addition, when tetra-ethoxy-silane (TEOS) is used as a silicon source that is relatively easy to handle, there is a problem that carbon is contained in the silicon oxide film. The present invention
The present invention provides a means for improving the characteristics of the silicon oxide film deposited by the PVD method or the CVD method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明では、500〜7
00℃の温度で珪素膜を酸化することによって形成され
た熱酸化膜、あるいは、PVD法もしくはCVD法によ
って、島状の結晶性珪素を覆って堆積された酸化珪素を
主成分とする絶縁膜に対して、紫外光によって励起され
た、もしくは、光分解された窒素酸化物を有する反応性
の高い気体雰囲気で400〜700℃の熱アニールをお
こなうことによって、酸化珪素膜を改質し、これをゲイ
ト絶縁膜として用いることを特徴とする。本発明で使用
する窒素酸化物としては、一酸化二窒素(N2 O)、一
酸化窒素(NO)、二酸化窒素(N2 O)等の窒素酸化
物(一般式でNOx :0.5≦x≦2.5で表される)
が好ましい。
In the present invention, 500 to 7 are used.
A thermal oxide film formed by oxidizing a silicon film at a temperature of 00 ° C., or an insulating film containing silicon oxide as a main component deposited by PVD method or CVD method covering island-shaped crystalline silicon. On the other hand, the silicon oxide film is modified by performing thermal annealing at 400 to 700 ° C. in a highly reactive gas atmosphere containing nitrogen oxides excited by ultraviolet light or photolyzed. It is characterized by being used as a gate insulating film. The nitrogen oxide used in the present invention includes nitrogen oxides such as dinitrogen monoxide (N 2 O), nitric oxide (NO), and nitrogen dioxide (N 2 O) (NO x : 0.5 in the general formula). ≦ x ≦ 2.5)
Is preferred.

【0014】ただし、この雰囲気に水(H2 O)や炭酸
ガス(CO、CO2 等)が混入していることは好ましく
ない。水や炭酸ガスは1ppm以下、好ましくは10p
pb以下とすべきである。また、必要に応じては、上記
の窒素酸化物でのアニール工程の後に、同じく紫外光に
よって励起もしくは分解されたアンモニア(NH3 )、
ヒドラジン(N24 )等の窒化水素(一般式でN
x :1.5≦x≦3で表される)を導入し、400〜
700℃の熱アニールをおこなってもよい。この場合に
も雰囲気中の水(H2 O)や炭酸ガス(CO、CO2
等)の濃度は1ppm以下、好ましくは10ppb以下
とすべきである。
However, it is not preferable that water (H 2 O) or carbon dioxide (CO, CO 2 etc.) is mixed in this atmosphere. Water or carbon dioxide is less than 1ppm, preferably 10p
Should be below pb. In addition, if necessary, after the annealing step with the above nitrogen oxide, ammonia (NH 3 ) similarly excited or decomposed by ultraviolet light,
Hydrogen nitride such as hydrazine (N 2 H 4 ) (N in the general formula
H x : 1.5 ≦ x ≦ 3) is introduced, and 400 to
Thermal annealing at 700 ° C. may be performed. Also in this case, water (H 2 O) and carbon dioxide (CO, CO 2 ) in the atmosphere
Etc.) should be below 1 ppm, preferably below 10 ppb.

【0015】以下においては、本発明において、紫外光
によって励起もしくは分解された窒素酸化物(もしくは
窒化水素)を有する気体を反応性窒素酸化物(反応性窒
化水素)という。本発明においては、反応性窒素酸化物
(もしくは反応性窒化水素)は窒素酸化物(窒化水素)
のみからなっていてもよいし、アルゴンやその他の不活
性な気体が混入されていてもよい。このような反応性窒
素酸化物あるいは反応性窒化水素を用いた熱アニールに
よって、酸化珪素膜の特性、特に、珪素膜との界面にお
ける特性が改善される。
In the following, in the present invention, a gas containing nitrogen oxide (or hydrogen nitride) excited or decomposed by ultraviolet light is referred to as reactive nitrogen oxide (reactive hydrogen nitride). In the present invention, the reactive nitrogen oxide (or reactive hydrogen nitride) is nitrogen oxide (hydrogen nitride).
It may be composed of only one or may be mixed with argon or other inert gas. The thermal annealing using such reactive nitrogen oxide or reactive hydrogen nitride improves the characteristics of the silicon oxide film, especially the characteristics at the interface with the silicon film.

【0016】上記のような反応性窒素酸化物あるいは窒
化水素を用いた熱アニールの工程の前後に、通常の(励
起状態の分子や活性種の濃度の低い)窒化水素や窒素酸
化物、あるいは水素、酸素、オゾン等の雰囲気で熱アニ
ールをおこなってもよい。本発明を実施するための装置
の例を図1に示す。本発明を実施するには窒素酸化物も
しくは窒化水素を紫外光によって励起するための第1の
反応室1と、第1の反応室によって得られた反応性の窒
素酸化物や窒化水素を導入し、400〜700℃の温度
でゲイト絶縁膜を熱アニール処理するための第2の反応
室が必要である。図1(A)においては、1が第1の反
応室であり、2が第2の反応室である。そして、これら
の反応室やその間の配管は適切な温度に保たれることが
望ましい。図1(A)には、第2の反応室2を加熱する
ためのヒーター3のみを示したが、第1の反応室1や配
管にも加熱するためのヒーターを設けてもよい。
Before and after the step of thermal annealing using the reactive nitrogen oxide or hydrogen nitride as described above, normal hydrogen nitride, nitrogen oxide, or hydrogen (having a low concentration of excited molecules and active species) is used. Thermal annealing may be performed in an atmosphere of oxygen, ozone, or the like. An example of a device for carrying out the present invention is shown in FIG. In order to carry out the present invention, a first reaction chamber 1 for exciting nitrogen oxides or hydrogen nitride by ultraviolet light, and reactive nitrogen oxides or hydrogen nitride obtained by the first reaction chamber are introduced. A second reaction chamber is required to thermally anneal the gate insulating film at a temperature of 400 to 700 ° C. In FIG. 1A, 1 is a first reaction chamber and 2 is a second reaction chamber. It is desirable that these reaction chambers and the pipes between them be kept at an appropriate temperature. Although only the heater 3 for heating the second reaction chamber 2 is shown in FIG. 1A, a heater for heating the first reaction chamber 1 and the pipe may be provided.

【0017】第1の反応室においては、気体を反応性と
するために可能な限り紫外光が照射される構造とすると
よい。図1(B)には第1の反応室の概念図を示すが、
気体を導入するための紫外光を透過する配管6(これは
合成石英が好ましい)を折り曲げ、その間に紫外光源
(例えば、低圧水銀ランプ)を配置するような構造とす
るとよい。図1(C)は同図(B)の点線における断面
を示したもので、配管6の間に低圧水銀ランプ7が配置
されている。第1の反応室の温度は室温でもよいが、4
00〜700℃に保たれると、なお好ましい。また、第
2の反応室における温度分布や変動をさける目的から
は、第1の反応室の温度は第2の反応室の温度と同じ保
たれることが理想的である。
In the first reaction chamber, it is preferable to have a structure in which ultraviolet light is irradiated as much as possible in order to make the gas reactive. A conceptual diagram of the first reaction chamber is shown in FIG.
It is preferable to have a structure in which a pipe 6 (which is preferably synthetic quartz) for transmitting ultraviolet light for introducing gas is bent, and an ultraviolet light source (for example, a low pressure mercury lamp) is arranged between them. FIG. 1C shows a cross section taken along the dotted line in FIG. 1B, in which a low pressure mercury lamp 7 is arranged between pipes 6. The temperature of the first reaction chamber may be room temperature, but
It is more preferable that the temperature is kept at 00 to 700 ° C. Further, for the purpose of avoiding temperature distribution and fluctuation in the second reaction chamber, it is ideal that the temperature of the first reaction chamber is kept the same as the temperature of the second reaction chamber.

【0018】本発明においては、第2の反応室の温度の
下限は反応速度、上限は基板等の熱処理される物質によ
って決定され、これらを鑑みて、第2の反応室の温度と
しては、400〜700℃、好ましくは450〜650
℃が適切である。第2の反応室の温度は高いほど、反応
は進行しやすいが、例えば、ガラス基板を使用する場合
には、熱収縮等を引き起こすことがある。特に650〜
700℃では、多くのガラス基板が熱収縮を引き起こ
し、微細なパターンを形成する上で問題となる。ガラス
基板を使用する場合にはその歪点以下の温度とすること
が望まれる。
In the present invention, the lower limit of the temperature of the second reaction chamber is determined by the reaction rate, and the upper limit thereof is determined by the substance to be heat treated such as the substrate. In view of these, the temperature of the second reaction chamber is 400 ~ 700 ° C, preferably 450-650
℃ is appropriate. The higher the temperature of the second reaction chamber, the easier the reaction proceeds, but when a glass substrate is used, for example, heat shrinkage may occur. Especially 650
At 700 ° C., many glass substrates cause heat shrinkage, which becomes a problem in forming a fine pattern. When a glass substrate is used, it is desirable that the temperature is below the strain point.

【0019】第1の反応室と第2の反応室の間の配管の
温度が極めて低い場合には、第1の反応室で励起された
気体分子が基底状態に戻り、反応性が低下する。したが
って、反応性を維持するためには、配管においても適切
な温度に保たれることが望ましい。また、配管の内壁は
反応性の気体分子が反応しないように、石英を主成分と
する材料によって構成することが望ましい。好ましく
は、90mol%以上の酸化珪素よりなる高純度石英を
用いると良い。
When the temperature of the pipe between the first reaction chamber and the second reaction chamber is extremely low, the gas molecules excited in the first reaction chamber return to the ground state and the reactivity decreases. Therefore, in order to maintain the reactivity, it is desirable that the temperature be maintained at an appropriate temperature even in the piping. Further, it is desirable that the inner wall of the pipe is made of a material containing quartz as a main component so that reactive gas molecules do not react. It is preferable to use high-purity quartz composed of 90 mol% or more of silicon oxide.

【0020】内壁が金属材料からなっていると、原子状
あるいは励起した分子が基底状態に戻ったり、再結合し
たりして安定化し、反応性でなくなる。しかし、内壁が
石英の場合には、そのような効果は小さく、例えば、第
1の反応室から50〜100cm離れていても、多くの
原子・分子が活性化状態にあった。第2の反応室2には
サセプター4に多数の基板5を乗せ、一度に多数の基板
が処理できるようにするとよい。また、第2の反応室の
雰囲気の圧力を大気圧より低くすることも有効である。
When the inner wall is made of a metal material, atomic or excited molecules are returned to the ground state or recombined to be stabilized and become unreactive. However, when the inner wall is made of quartz, such an effect is small, and for example, many atoms and molecules were in an activated state even if the inner wall was 50 to 100 cm away from the first reaction chamber. A large number of substrates 5 may be placed on the susceptor 4 in the second reaction chamber 2 so that a large number of substrates can be processed at one time. It is also effective to make the pressure of the atmosphere in the second reaction chamber lower than atmospheric pressure.

【0021】本発明におけるゲイト絶縁膜の作製方法と
しては、例えば、PVD法としてはスパッタ法、CVD
法としては、プラズマCVD法、減圧CVD法、大気圧
CVD法を用いればよい。その他の成膜方法を用いるこ
とも可能である。プラズマCVD法、減圧CVD法とし
ては、TEOSを原料とする方法を用いてもよい。プラ
ズマCVD法によってTEOSと酸素を原料として酸化
珪素膜を堆積するには、基板温度は200〜500℃と
することが望ましい。また、減圧CVD法においてTE
OSとオゾンを用いた反応は比較的低温(例えば、37
5℃±20℃)で進行し、プラズマによるダメージが無
い酸化珪素膜を得ることができる。同様に減圧CVD法
によって、モノシラン(SiH4 )と酸素(O2 )、あ
るいはモノシランと一酸化二窒素等の窒素酸化物を原料
としてもプラズマによるダメージが無い酸化珪素膜が得
られる。
As a method of forming the gate insulating film in the present invention, for example, a PVD method is a sputtering method, and a CVD method.
As a method, a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or an atmospheric pressure CVD method may be used. Other film forming methods can also be used. As the plasma CVD method and the low pressure CVD method, a method using TEOS as a raw material may be used. In order to deposit a silicon oxide film using TEOS and oxygen as raw materials by the plasma CVD method, the substrate temperature is preferably 200 to 500 ° C. In the low pressure CVD method, TE
The reaction between OS and ozone is relatively low (for example, 37
5 ° C. ± 20 ° C.), and a silicon oxide film free from plasma damage can be obtained. Similarly, by the low pressure CVD method, a silicon oxide film which is not damaged by plasma can be obtained by using monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ) or monosilane and nitrogen oxide such as dinitrogen monoxide as raw materials.

【0022】モノシランと一酸化二窒素等の窒素酸化物
の組合せはプラズマCVD法に用いてもよい。また、プ
ラズマCVD法のうち、ECR(電子サイクロトロン共
鳴)条件の放電を用いるECR−CVD法は、プラズマ
によるダメージが小さいので、より良好なゲイト絶縁膜
を形成することができる。本発明者の知見では、ある程
度固い酸化珪素を主成分とする絶縁膜がTFTのゲイト
絶縁膜として適していた。具体的な指標としては、フッ
化水素酸1、フッ化アンモニウム50、酢酸50の比率
で混合された23℃の緩衝フッ酸によるエッチングレー
トが1000Å/分以下、典型的には300〜800Å
/分である酸化珪素膜が好ましいことが明らかになっ
た。平均して1×1017〜1×1021原子/cm3 の窒
素が含有されて酸化珪素膜では、このようなエッチング
レートの条件を満たすものが多かった。
A combination of monosilane and a nitrogen oxide such as dinitrogen monoxide may be used in the plasma CVD method. Further, among the plasma CVD methods, the ECR-CVD method using discharge under ECR (electron cyclotron resonance) conditions is less damaged by plasma, so that a better gate insulating film can be formed. According to the inventor's knowledge, an insulating film containing silicon oxide, which is somewhat hard, as a main component is suitable as a gate insulating film of a TFT. As a specific index, the etching rate by buffered hydrofluoric acid at 23 ° C. mixed at a ratio of hydrofluoric acid 1, ammonium fluoride 50, and acetic acid 50 is 1000 Å / min or less, typically 300 to 800 Å
It has been revealed that a silicon oxide film having a rate of 1 / min is preferable. Many silicon oxide films containing nitrogen of 1 × 10 17 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 on average satisfy such an etching rate condition.

【0023】本発明において活性層となる結晶性珪素を
形成するには、プラズマCVD法、減圧CVD法等のC
VD法によって得られる非晶質珪素膜を出発材料として
用いるが、結晶化方法として大きく分けて2通りの方法
がある。第1は、非晶質珪素膜を形成した後、500〜
650℃の温度で適切な時間の熱アニールを実施するこ
とにより、結晶化せしめる方法である。その結晶化の際
に、ニッケル、鉄、白金、パラジウム、コバルト等の非
晶質珪素の結晶化を促進する元素を添加してもよい。こ
れらの元素を添加すると、結晶化温度を低下させ、ま
た、結晶化時間を短縮することができる。
In order to form crystalline silicon to be an active layer in the present invention, C such as plasma CVD method or low pressure CVD method is used.
An amorphous silicon film obtained by the VD method is used as a starting material, and there are roughly two crystallization methods. First, after forming an amorphous silicon film,
This is a method of crystallizing by performing thermal annealing at a temperature of 650 ° C. for an appropriate time. An element that promotes crystallization of amorphous silicon such as nickel, iron, platinum, palladium, or cobalt may be added during the crystallization. When these elements are added, the crystallization temperature can be lowered and the crystallization time can be shortened.

【0024】これらの元素は高濃度に含有されていると
珪素の半導体特性を損なうので、結晶化に十分で、か
つ、半導体特性にほとんど影響のない低濃度であること
が望まれる。すなわち、2次イオン質量分析法(SIM
S)によって測定した珪素膜における最小値が1×10
15〜3×1019原子/cm3 の濃度であることが好まし
い。このような結晶化を促進する元素の濃度分布は珪素
膜の処理方法によって変わるので、最小値は界面におい
て得られる場合もあるし、膜の中央付近において得られ
る場合もある。第2の方法としては、非晶質珪素膜にレ
ーザー等の強光を照射することによって結晶化させる、
いわゆるレーザーアニール法がある。上記、第1、第2
の方法のうち、いずれの方法を選択するかは本発明を実
施するものが必要とするTFTの特性、利用できる装
置、設備投資額等を勘案して決定すればよい。
If these elements are contained in a high concentration, the semiconductor characteristics of silicon will be impaired. Therefore, it is desirable that these elements have a low concentration sufficient for crystallization and having little influence on the semiconductor characteristics. That is, secondary ion mass spectrometry (SIM
The minimum value in the silicon film measured by S) is 1 × 10
The concentration is preferably 15 to 3 × 10 19 atoms / cm 3 . Since the concentration distribution of such an element that promotes crystallization varies depending on the method of processing the silicon film, the minimum value may be obtained at the interface or in the vicinity of the center of the film. The second method is to crystallize the amorphous silicon film by irradiating it with intense light such as a laser.
There is a so-called laser annealing method. First, second
Which of the above methods should be selected may be determined in consideration of the characteristics of the TFT required for implementing the present invention, available equipment, the amount of capital investment, and the like.

【0025】また、第1の方法と第2の方法を組み合わ
せてもよい。例えば、熱アニールによって結晶化させた
後、レーザーアニール法によってさらに結晶性を高める
方法を用いてもよい。特に、ニッケル等の結晶化促進元
素を添加して熱アニールをおこなった場合には、結晶粒
界等に非晶質部分が残されることが観察されたが、この
ような非晶質部分を結晶化させるにはレーザーアニール
法が有効である。逆に、レーザーアニール法によって結
晶化させた珪素膜を、熱アニールすることにより、レー
ザーアニールによって生じた膜の応力歪みを緩和させる
ことができる。
Further, the first method and the second method may be combined. For example, after crystallizing by thermal annealing, a method of further enhancing crystallinity by laser annealing may be used. In particular, when thermal anneal was performed by adding a crystallization-promoting element such as nickel, it was observed that an amorphous portion was left in the crystal grain boundaries. The laser annealing method is effective for converting the material. On the contrary, by thermally annealing the silicon film crystallized by the laser annealing method, the stress strain of the film generated by the laser annealing can be relaxed.

【0026】また、ゲイト絶縁膜の成膜前に窒素酸化物
または酸素または窒素を有する雰囲気中でのUV光の照
射による処理を行うことは有効である。この処理を行う
ことで、活性層とゲイト絶縁膜との界面における電荷捕
獲中心や電荷の密度を下げることができる。このUV光
の照射も400℃〜700℃の加熱を同時に行うことが
有用となる。
Further, it is effective to perform treatment by irradiation with UV light in an atmosphere containing nitrogen oxide, oxygen or nitrogen before forming the gate insulating film. By performing this treatment, the charge trap centers and the charge density at the interface between the active layer and the gate insulating film can be reduced. It is useful to perform heating at 400 ° C. to 700 ° C. at the same time for this UV light irradiation.

【0027】このゲイト絶縁膜の形成前の処理は、活性
層(島状半導体領域)の表面の洗浄を行う工程であると
理解できる。また窒素酸化物または酸素を用いた場合に
は、洗浄と同時にその表面に薄い酸化膜を形成する工程
であるといえる。
It can be understood that the process before forming the gate insulating film is a process of cleaning the surface of the active layer (island semiconductor region). When nitrogen oxide or oxygen is used, it can be said that this is a step of forming a thin oxide film on the surface simultaneously with cleaning.

【0028】この窒素酸化物または酸素または窒素を有
する雰囲気中でのUV光の照射による処理を行うことに
よる活性層の表面の洗浄の効果を最大限生かすために、
次のゲイト電極の形成の工程まで間、洗浄な雰囲気に保
つことが重要となる。
In order to maximize the effect of cleaning the surface of the active layer by performing the treatment by irradiation with UV light in the atmosphere containing nitrogen oxide, oxygen or nitrogen,
It is important to maintain a clean atmosphere until the next step of forming the gate electrode.

【0029】この処理を行うことで、活性層の表面を洗
浄することができ、活性層の表面に存在する有機物に起
因する再結合中心や不要な電荷の発生を抑制することが
できる。また、活性な窒素または酸素(特に酸素)の作
用によって、活性層表面の不対結合手を中和することが
でき、不要な準位の存在を抑制することができる。
By carrying out this treatment, the surface of the active layer can be washed, and the generation of recombination centers and unnecessary charges due to organic substances existing on the surface of the active layer can be suppressed. In addition, the action of active nitrogen or oxygen (particularly oxygen) can neutralize dangling bonds on the surface of the active layer and suppress the existence of unnecessary levels.

【0030】上記構成において、窒素酸化物または酸素
または窒素にアンモニアさらにはヒドラジンを含有させ
てもよい。
In the above structure, nitrogen oxide or oxygen or nitrogen may contain ammonia or hydrazine.

【0031】また、窒素酸化物、酸素、窒素から選ばれ
た2種類以上のガスを雰囲気として用いてもよい。
Further, two or more kinds of gases selected from nitrogen oxide, oxygen and nitrogen may be used as the atmosphere.

【0032】またこのゲイト絶縁膜の形成前に行われる
処理に併用して、ゲイト絶縁膜の形成後にさらに本明細
書で開示する処理を行うことは非常に有効である。
Further, it is very effective to perform the processing disclosed in the present specification after the formation of the gate insulating film in combination with the processing performed before the formation of the gate insulating film.

【0033】[0033]

【作用】500〜700℃という低温で酸化して得られ
た熱酸化膜やCVD法もしくはPVD法によって成膜し
た酸化珪素膜には多くの珪素の不対結合手、あるいはS
i−H結合やSi−OH結合が含まれている。このよう
な酸化珪素膜を800℃以上の高温で一酸化二窒素雰囲
気で処理すると、酸化珪素中のSi−H結合は窒化ある
いは酸化され、Si≡N、あるいはSi2 =N−O結
合、Si−N=O結合等に変化する。Si−OH結合も
同様に変化する。特にこの反応は酸化珪素と珪素の界面
で進行しやすく、結果として窒素は酸化珪素−珪素界面
に集中する。このような手段で界面付近に集中して添加
される窒素の量は、酸化珪素膜の平均的な濃度の10倍
以上になる。また、酸化珪素中に0.1〜10原子%、
代表的には、1〜5原子%の窒素が含有せしめると、ゲ
イト絶縁膜として好ましい。
The thermal oxide film obtained by oxidation at a low temperature of 500 to 700 ° C. and the silicon oxide film formed by the CVD method or PVD method have many dangling bonds of silicon or S.
It contains i-H bond and Si-OH bond. When such a silicon oxide film is treated at a high temperature of 800 ° C. or higher in a dinitrogen monoxide atmosphere, Si—H bonds in silicon oxide are nitrided or oxidized, and Si≡N, or Si 2 ═N—O bond, Si -Change to N = O bond or the like. The Si-OH bond changes as well. In particular, this reaction easily proceeds at the interface between silicon oxide and silicon, and as a result, nitrogen is concentrated at the silicon oxide-silicon interface. The amount of nitrogen concentratedly added near the interface by such means is 10 times or more the average concentration of the silicon oxide film. Further, 0.1 to 10 atom% in silicon oxide,
Typically, it is preferable for the gate insulating film to contain 1 to 5 atomic% of nitrogen.

【0034】しかしながら、750℃以下の低温では、
このような反応は進行しなかった。これは、一酸化二窒
素がこのような低温では分解しないので、酸化珪素膜の
内部にまで進入するような活性な原子・分子が得られな
かったためである。すなわち、上記の反応においては、
一酸化二窒素の分解反応が律速となっていた。一酸化窒
素や二酸化窒素のような他の窒素酸化物でも最適な温度
は違っても同様であり、本発明の目的とするような40
0〜700℃、好ましくは、450〜650℃では酸化
珪素膜および酸化珪素膜と活性層との界面の改質は不可
能であった。
However, at a low temperature of 750 ° C. or lower,
Such a reaction did not proceed. This is because dinitrogen monoxide is not decomposed at such a low temperature, and thus active atoms / molecules that penetrate into the silicon oxide film could not be obtained. That is, in the above reaction,
The decomposition reaction of nitrous oxide was rate limiting. The same applies to other nitrogen oxides such as nitric oxide and nitrogen dioxide even if the optimum temperature is different.
It was impossible to modify the silicon oxide film and the interface between the silicon oxide film and the active layer at 0 to 700 ° C., preferably 450 to 650 ° C.

【0035】ところが、窒素酸化物を反応性のものとす
ると、その中に活性な原子・分子が含有されているた
め、700℃以下の温度においても、酸化珪素膜の内部
にまで進入して、上記の反応を起こす。本発明は反応性
となった窒素酸化物が適切な条件のもとでは、反応性を
長く保ち、空間的に移動させることが可能であることに
着目したものである。すなわち、紫外光を照射すること
により反応性とした窒素酸化物を、400〜700℃の
反応室に導き、ゲイト絶縁膜と反応させることができ
る。本発明においても熱アニールのために400〜70
0℃という温度は必要であるが、この温度は窒素酸化物
を分解するための温度ではなく、活性な原子・分子が酸
化珪素膜内部に進入するために必要な温度である。
However, when nitrogen oxide is made reactive, active atoms / molecules are contained therein, so that it penetrates into the inside of the silicon oxide film even at a temperature of 700 ° C. or lower, It causes the above reaction. The present invention focuses on the fact that reactive nitrogen oxides can be retained for a long time and moved spatially under appropriate conditions. That is, the nitrogen oxide which has been made reactive by irradiation with ultraviolet light can be introduced into the reaction chamber at 400 to 700 ° C. and reacted with the gate insulating film. In the present invention, 400 to 70 is used for thermal annealing.
Although a temperature of 0 ° C. is necessary, this temperature is not a temperature for decomposing nitrogen oxides, but a temperature necessary for active atoms / molecules to enter the silicon oxide film.

【0036】同様な現象はアンモニア、ヒドラジン等の
窒化水素の雰囲気においても起こる。例えば、アンモニ
ア雰囲気で850℃以上の高温でCVD法やPVD法に
よって堆積された酸化珪素膜のアニールをおこなうと、
珪素の不対結合手やSi−H結合やSi−OH結合が窒
化され、Si≡N等に変化する。この反応も650℃以
下では進行しないが、これは、アンモニアが分解して、
活性な窒素原子を得るには850℃以上の高温が必要だ
からである。
A similar phenomenon occurs in an atmosphere of hydrogen nitride such as ammonia or hydrazine. For example, when annealing a silicon oxide film deposited by a CVD method or a PVD method at a high temperature of 850 ° C. or higher in an ammonia atmosphere,
The dangling bonds of Si, the Si-H bond and the Si-OH bond are nitrided and changed to Si≡N or the like. This reaction also does not proceed below 650 ° C, but this is due to the decomposition of ammonia,
This is because a high temperature of 850 ° C. or higher is required to obtain active nitrogen atoms.

【0037】したがって、予めアンモニアを反応性とし
ておけば、400〜700℃の低温であっても窒化反応
が進行する。なお、窒化水素での処理では、Si−H結
合、Si=O結合が窒化され、Si−N=H2 となるこ
ともある。これは反応性でない場合でも同様である。こ
のような結合はその後に一酸化二窒素雰囲気でのアニー
ルによって、極めて安定なSi≡N結合やSi−N=O
結合に変換される。
Therefore, if ammonia is made reactive beforehand, the nitriding reaction proceeds even at a low temperature of 400 to 700 ° C. Note that in the treatment with hydrogen nitride, Si—H bonds and Si═O bonds may be nitrided, resulting in Si—N = H 2 . This is true even if it is not reactive. Such a bond is then annealed in an atmosphere of dinitrogen monoxide to form an extremely stable Si≡N bond or Si-N = O.
Converted to a join.

【0038】なお、窒化水素を用いた場合と、窒素酸化
物を用いた場合でゲイト絶縁膜に対する反応が異なる。
そのことを図7を用いて説明する。図7のaは結晶性珪
素の活性層にスパッタ法によって酸化珪素膜を堆積した
ものの窒素濃度を2次イオン質量分析法(SIMS)に
よって分析したものである。定量値は酸化珪素(ゲイト
絶縁膜)部分においてのみ有効であり、1×1018原子
/cm3 の窒素が含有されている。活性層とゲイト絶縁
膜の界面付近では窒素濃度にピークが観察されるが、こ
れは材料の不連続性による効果(マトリクス効果)によ
るもので、実際に窒素濃度が界面で増大しているわけで
はない。
The reaction with the gate insulating film is different when hydrogen nitride is used and when nitrogen oxide is used.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 7, a shows the nitrogen concentration of a silicon oxide film deposited on the active layer of crystalline silicon by the sputtering method, analyzed by the secondary ion mass spectrometry (SIMS). The quantitative value is effective only in the silicon oxide (gate insulating film) portion and contains 1 × 10 18 atoms / cm 3 of nitrogen. A peak in the nitrogen concentration is observed near the interface between the active layer and the gate insulating film. This is due to the effect of the discontinuity of the material (matrix effect), and the nitrogen concentration does not actually increase at the interface. Absent.

【0039】これを図1の装置を用いて、まず、一酸化
窒素雰囲気で1時間アニールする。この際、第1および
第2の反応室とも600℃とする。このような処理を施
した酸化珪素膜を同様にSIMSで分析すると、図7の
bのようになる。一酸化二窒素で処理した結果、aと同
様に界面で窒素濃度のピークが観察されるが、その最大
値はaより2桁も大きい。これは、マトリクス効果の寄
与ももちろん存在するが、それ以上に、実際に界面付近
に窒素が集積していることを意味するものである。
First, this is annealed in a nitrogen monoxide atmosphere for 1 hour using the apparatus shown in FIG. At this time, both the first and second reaction chambers are set to 600 ° C. When the silicon oxide film thus treated is similarly analyzed by SIMS, it becomes as shown in FIG. 7B. As a result of the treatment with nitrous oxide, a peak of nitrogen concentration is observed at the interface as in the case of a, but the maximum value is two orders of magnitude larger than that of a. This means that the matrix effect actually contributes, but more than that, nitrogen actually accumulates near the interface.

【0040】このように界面に窒素が集積し、酸化窒化
珪素膜となると、原子間の結合がより強固となるため、
ホットエレクトロン等の注入があっても、これによって
欠陥が生じる可能性は低下する。このようにして、ゲイ
ト絶縁膜の物性を改善できる。これだけでも十分な効果
が得られるが、さらに、アンモニア等の紫外光によって
励起もしくは分解させた窒化水素を用いてアニールをお
こなうと、より大きな効果を得ることができる。
When nitrogen is accumulated at the interface in this way to form a silicon oxynitride film, bonds between atoms become stronger,
Even if hot electrons are injected, this reduces the possibility of defects. In this way, the physical properties of the gate insulating film can be improved. Although sufficient effect can be obtained by this alone, a larger effect can be obtained by performing annealing using hydrogen nitride excited or decomposed by ultraviolet light such as ammonia.

【0041】上記の一酸化二窒素のアニールの後に、や
はり図1の装置を用いて、。アンモニア雰囲気で1時間
アニールする。第1および第2の反応室の温度は600
℃とする。このような処理を施した酸化珪素膜をSIM
Sで分析すると、図7のcのようになる。すなわち、ゲ
イト絶縁膜全般において窒素濃度が高まり、特に界面に
集中して、観察されるわけではない。このように、アン
モニア処理することにより、酸化珪素は酸化窒化珪素と
なる。この結果、膜全体の耐圧が向上する。
After the above nitrous oxide anneal, again using the apparatus of FIG. Anneal in an ammonia atmosphere for 1 hour. The temperature of the first and second reaction chambers is 600
℃. The silicon oxide film that has been subjected to such a treatment is used as a SIM.
When analyzed by S, the result is as shown in FIG. That is, the nitrogen concentration is increased in the entire gate insulating film, and it is not particularly observed that it is concentrated on the interface. As described above, by performing the ammonia treatment, silicon oxide becomes silicon oxynitride. As a result, the breakdown voltage of the entire film is improved.

【0042】本発明をスパッタ法によって成膜した酸化
珪素膜(特に、膜中の酸素濃度が化学量論比より少ない
酸化珪素膜)に適用した場合には特に効果が顕著であ
る。すなわち、このような膜を反応性の窒素酸化物雰囲
気でアニールすれば、不足した酸素を補うことができ、
酸化珪素膜の組成を化学量論比に近づけることが可能と
なるからである。同様に、反応性の窒化水素雰囲気での
アニールでは、酸素の入るべき位置に窒素が入ることに
より、電気的に安定な酸化窒化珪素膜となる。
The effect is particularly remarkable when the present invention is applied to a silicon oxide film formed by a sputtering method (in particular, a silicon oxide film in which the oxygen concentration in the film is lower than the stoichiometric ratio). That is, when such a film is annealed in a reactive nitrogen oxide atmosphere, it is possible to make up for the lack of oxygen,
This is because the composition of the silicon oxide film can be brought close to the stoichiometric ratio. Similarly, in annealing in a reactive hydrogen nitride atmosphere, nitrogen enters the position where oxygen should enter, so that an electrically stable silicon oxynitride film is formed.

【0043】上記のことはスパッタ法による酸化珪素膜
の成膜が不利でないことを示すものである。すなわち、
従来、スパッタ法によって酸化珪素膜を形成するには、
組成を化学量論比に近づけるため、限られた条件の雰囲
気でしかおこなえなかった。例えば、雰囲気として、酸
素とアルゴンの混合雰囲気の系を考えると、酸素/アル
ゴン>1という条件を満たすことが必要で、好ましく
は、純粋な酸素雰囲気でおこなうことが望まれた。その
ため、成膜速度が低く、量産に適さなかった。また、酸
素は反応性のガスであり、真空装置、チャンバー等が酸
化されることも問題であった。
The above shows that the formation of the silicon oxide film by the sputtering method is not disadvantageous. That is,
Conventionally, to form a silicon oxide film by a sputtering method,
In order to bring the composition close to the stoichiometric ratio, it was possible to perform it only in an atmosphere of limited conditions. For example, considering a system of a mixed atmosphere of oxygen and argon as the atmosphere, it is necessary to satisfy the condition of oxygen / argon> 1, and it is preferable to carry out in a pure oxygen atmosphere. Therefore, the film forming rate was low and it was not suitable for mass production. Further, oxygen is a reactive gas, and there is a problem that the vacuum device, the chamber and the like are oxidized.

【0044】しかしながら、本発明によって、化学量論
組成より離れた組成の酸化珪素膜であっても、本発明に
よってゲイト絶縁膜として用いるに適する酸化珪素膜に
変換できるので、同じ酸素とアルゴンの混合雰囲気の系
においても、酸素/アルゴン≦1というように、成膜速
度に関してより有利な条件で実施することができる。例
えば、純粋なアルゴン雰囲気のように極めて成膜速度が
高く、安定した条件で成膜することも可能となった。
However, according to the present invention, even a silicon oxide film having a composition deviating from the stoichiometric composition can be converted into a silicon oxide film suitable for use as a gate insulating film according to the present invention. Even in an atmosphere system, it can be carried out under more advantageous conditions regarding the film formation rate, such as oxygen / argon ≦ 1. For example, it is possible to form a film under stable conditions with a very high film forming rate as in a pure argon atmosphere.

【0045】本発明を、TEOS等の炭素を含む珪素源
を用いて、プラズマCVD法、減圧CVD法等のCVD
法によって形成された酸化珪素膜に対して適用すると格
別の効果が得られる。これらの酸化珪素膜には炭素が多
量に含有され、特に、珪素膜との界面付近に存在する炭
素はTFTの特性を低下させる原因であった。本発明の
反応性の窒素酸化物雰囲気でのアニールによって、酸化
を進行させると、その際に、炭素も酸化され、炭酸ガス
として外部に放出され、膜中の炭素濃度を低減させるこ
とができる。
The present invention is applied to a CVD method such as plasma CVD method or low pressure CVD method using a silicon source containing carbon such as TEOS.
When applied to a silicon oxide film formed by the method, a special effect can be obtained. A large amount of carbon is contained in these silicon oxide films, and in particular, carbon existing near the interface with the silicon film was a cause of deterioration of TFT characteristics. When the oxidation is advanced by the annealing in the reactive nitrogen oxide atmosphere of the present invention, carbon is also oxidized at that time and is released to the outside as carbon dioxide gas, whereby the carbon concentration in the film can be reduced.

【0046】このプロセスを図5を用いて説明する。こ
の例では窒素酸化物として一酸化二窒素を用いる。反応
性の一酸化二窒素には原子状の窒素や酸素が多く含まれ
ている。これらは容易に酸化珪素膜の内部に進入するこ
とができる。そして、酸化珪素内部に存在する炭素(多
くはSi−C結合という形で存在する)と原子状の酸素
が化合して化学的に極めて安定な炭酸ガスとなり、外部
に排出される。一方、炭素と結合していた珪素は不対結
合手が残るが、これは窒化されてSi−N結合等に変換
される。
This process will be described with reference to FIG. In this example, dinitrogen monoxide is used as the nitrogen oxide. Reactive dinitrogen monoxide contains a large amount of atomic nitrogen and oxygen. These can easily enter the inside of the silicon oxide film. Then, carbon existing in the inside of silicon oxide (mostly in the form of Si—C bond) and atomic oxygen are combined into chemically extremely stable carbon dioxide gas, which is discharged to the outside. On the other hand, silicon bonded to carbon has dangling bonds, which are nitrided and converted into Si—N bonds.

【0047】本発明を、ニッケル、コバルト、鉄、白
金、パラジウム等の非晶質珪素膜の結晶化を促進する元
素を添加して結晶化させた結晶性珪素膜からなる活性層
に適用した場合には格別の効果を有する。このような結
晶化促進元素を添加して結晶化させた珪素膜の結晶性は
ことのほか良好であり、電界効果移動度も非常に高いも
のが得られたが、それだけにゲイト絶縁膜としても特性
のよいものが望まれていた。本発明によるゲイト絶縁膜
はそれにふさわしいものである。また、本発明のアニー
ル工程により、結晶粒界等に残存する非晶質領域も結晶
化でき、さらに結晶性を改善できる。
When the present invention is applied to an active layer made of a crystalline silicon film crystallized by adding an element such as nickel, cobalt, iron, platinum or palladium which promotes crystallization of the amorphous silicon film. Has a special effect on. The crystallinity of the silicon film crystallized by adding such a crystallization-promoting element was extremely good, and the field effect mobility was very high. Good things were desired. The gate insulating film according to the present invention is suitable for this. In addition, the annealing step of the present invention can crystallize the amorphous regions remaining in the crystal grain boundaries and further improve the crystallinity.

【0048】本発明をレーザーアニールを施した珪素膜
を用いる活性層に対して適用した場合には、本発明のア
ニール工程の際に、ゲイト絶縁膜の特性が改善される効
果に加えて、レーザーアニールによって発生した珪素膜
に対する歪みを該アニール工程において同時に緩和でき
るという効果も有する。また、モノドメイン構造のよう
に極めて結晶性のよい珪素膜に用いた場合には、ゲイト
絶縁膜として熱酸化膜と同等の特性が要求されるが、本
発明によって処理された熱酸化膜、CVD酸化膜、PV
D酸化膜はその目的に適合するものである。
When the present invention is applied to an active layer using a laser-annealed silicon film, in addition to the effect of improving the characteristics of the gate insulating film during the annealing step of the present invention, the laser is used. It also has an effect that the strain on the silicon film generated by the annealing can be simultaneously relaxed in the annealing step. Further, when it is used for a silicon film having an extremely good crystallinity such as a mono-domain structure, the gate insulating film is required to have characteristics equivalent to those of the thermal oxide film, but the thermal oxide film processed by the present invention, CVD Oxide film, PV
The D oxide film is suitable for that purpose.

【0049】[0049]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例を図2に示す。本実施例は、ゲイ
ト絶縁膜としてスパッタ法によって形成された酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施してNチャネ
ル型TFTを形成した例である。まず、基板11(コー
ニング7059、100mm×100mm)上に下地の
酸化膜12として、スパッタ法で酸化珪素膜を1000
〜3000Å、例えば2000Å成膜した。この下地の
酸化珪素膜12は基板からの汚染を防ぐためのものであ
る。酸化珪素膜は酸素雰囲気もしくは一酸化二窒素雰囲
気において、640℃で4時間の熱アニールをおこな
い、その表面の状態を安定化させた。
[Embodiment 1] This embodiment is shown in FIG. This embodiment is an example in which a silicon oxide film formed by a sputtering method is used as a gate insulating film and the thermal annealing according to the present invention is performed to form an N-channel TFT. First, a silicon oxide film is formed on the substrate 11 (Corning 7059, 100 mm × 100 mm) as a base oxide film 12 by a sputtering method.
˜3000 Å, for example 2000 Å was deposited. The underlying silicon oxide film 12 is for preventing contamination from the substrate. The silicon oxide film was thermally annealed at 640 ° C. for 4 hours in an oxygen atmosphere or a dinitrogen monoxide atmosphere to stabilize the surface condition.

【0050】次に、プラズマCVD法によって非晶質珪
素膜を100〜1500Å、例えば500Å成膜した。
その後、ニッケル、鉄、白金、パラジウム、コバルト等
の結晶化を促進させる元素を非晶質珪素膜に微量添加し
てアニールし、結晶性珪素膜13を得た。本実施例にお
いては、酢酸ニッケル溶液を非晶質珪素膜上に滴下し
て、スピンドライをおこなって、非晶質珪素膜上に酢酸
ニッケルの極めて薄い膜を形成した。その後、窒素雰囲
気中において、550℃、4時間の熱アニールを施すこ
とによってニッケルを非晶質珪素膜に導入し、結晶化せ
しめた。以上の工程の後、さらに、得られた結晶性珪素
膜の結晶性を向上させるためにレーザーアニールを施し
てもかまわない。(図2(A))
Next, an amorphous silicon film having a thickness of 100 to 1500 Å, for example, 500 Å, was formed by the plasma CVD method.
Then, a small amount of an element that promotes crystallization, such as nickel, iron, platinum, palladium, or cobalt, was added to the amorphous silicon film and annealed to obtain a crystalline silicon film 13. In this example, a nickel acetate solution was dropped onto the amorphous silicon film and spin-dried to form an extremely thin film of nickel acetate on the amorphous silicon film. After that, nickel was introduced into the amorphous silicon film and crystallized by performing thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. After the above steps, laser annealing may be further performed to improve the crystallinity of the obtained crystalline silicon film. (Fig. 2 (A))

【0051】次に、結晶性珪素膜13のエッチングをお
こなって島状珪素膜14を形成した。この島状珪素膜1
4は、TFTの活性層である。そして、この島状珪素膜
14を覆うように、ゲイト絶縁膜15として厚さ200
〜1500Å、例えば1000Åの酸化珪素膜をスパッ
タ法によって形成した。本実施例においては、合成石英
のターゲットを用い、酸素雰囲気中においてスパッタす
ることによって酸化珪素膜を形成した。スパッタガスと
しては、アルゴンを用いてもよい。なお、本実施例にお
いては、スパッタガスの圧力を1Pa、投入電力を35
0W、基板温度を200℃とした。
Next, the crystalline silicon film 13 was etched to form an island-shaped silicon film 14. This island-shaped silicon film 1
Reference numeral 4 is an active layer of the TFT. Then, a gate insulating film 15 having a thickness of 200 is formed so as to cover the island-shaped silicon film 14.
A silicon oxide film having a thickness of ˜1500 Å, for example 1000 Å, was formed by the sputtering method. In this example, a silicon oxide film was formed by using a synthetic quartz target and performing sputtering in an oxygen atmosphere. Argon may be used as the sputtering gas. In this example, the pressure of the sputtering gas was 1 Pa and the input power was 35.
The temperature was 0 W and the substrate temperature was 200 ° C.

【0052】ゲイト絶縁膜15を形成したのち、本発明
のアニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイ
ト絶縁膜と活性層の界面の特性を向上させた。本実施例
においては、図1に示す装置を用いた。また、アニール
に用いる気体として、一酸化二窒素を用いた。本実施例
においては、第1の反応室1の温度は500〜650
℃、第2の反応室5の温度は500℃〜650℃が好ま
しかった。本実施例では、どちらも550℃とした。ま
た、その間の配管の温度も550℃とした。
After forming the gate insulating film 15, the annealing treatment of the present invention was performed to improve the characteristics of the gate insulating film, particularly the interface between the gate insulating film and the active layer. In this example, the device shown in FIG. 1 was used. Further, dinitrogen monoxide was used as the gas used for the annealing. In this embodiment, the temperature of the first reaction chamber 1 is 500 to 650.
The temperature of the second reaction chamber 5 is preferably 500 ° C to 650 ° C. In this example, both were set to 550 ° C. The temperature of the pipe between them was also set to 550 ° C.

【0053】各反応室の圧力は0.5〜1.1気圧が好
ましかったが、より減圧雰囲気としてもよかった。本実
施例では1気圧とした。また、一酸化二窒素の流量は本
実施例では5リットル/分とした。さらに、熱アニール
時間は、本実施例では0.5〜6時間、例えば、1時間
とした。第1の反応室1における紫外光源としては、低
圧水銀ランプの中心波長246nmのものを用いた。こ
の処理の結果、酸化珪素膜中および珪素膜との界面にお
ける水素が窒化あるいは酸化されて減少し、逆に界面に
おける窒素濃度が増加した。(図2(B))
The pressure in each reaction chamber is preferably 0.5 to 1.1 atm, but a reduced pressure atmosphere may be used. In this embodiment, the pressure is 1 atm. The flow rate of nitrous oxide was 5 liters / minute in this example. Further, the thermal annealing time is 0.5 to 6 hours, for example, 1 hour in this embodiment. As the ultraviolet light source in the first reaction chamber 1, a low pressure mercury lamp having a central wavelength of 246 nm was used. As a result of this treatment, hydrogen in the silicon oxide film and at the interface with the silicon film was nitrided or oxidized to decrease, and conversely, the nitrogen concentration at the interface increased. (FIG. 2 (B))

【0054】その後、厚さ3000Å〜2μm、例えば
5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もしくは
0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ法に
よって形成して、これをパターニングしてゲイト電極1
6を形成した。そして、アンモニアによってpH≒7に
調整した1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に
基板を浸し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電
極16を陽極として、陽極酸化をおこなった。陽極酸化
は、最初一定電流で140Vまで電圧を上げ、その状態
で1時間保持して終了させた。このようにして、厚さ約
2000Åの陽極酸化物を形成した。(図2(C))
Then, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc) film having a thickness of 3000 Å to 2 μm, for example 5000 Å, is formed by the sputtering method, and is patterned to form a gate. Electrode 1
6 was formed. Then, the substrate was immersed in a 1% to 3% ethylene glycol solution of tartaric acid adjusted to pH≈7 with ammonia, and anodization was performed using platinum as a cathode and this aluminum gate electrode 16 as an anode. The anodization was completed by first increasing the voltage to 140 V with a constant current and maintaining the state for 1 hour. Thus, an anodic oxide having a thickness of about 2000Å was formed. (Fig. 2 (C))

【0055】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜14にゲイト電極16をマスクとして自己整合
的に不純物として燐を注入した。このときドーズ量は1
×1014〜8×1015原子/cm2 、加速電圧は50〜
90kVが好ましかった。本実施例では、ドーズ量は1
×1015原子/cm2 、加速電圧は80kVとした。こ
の結果、N型の不純物領域(ソース/ドレイン領域)1
7が形成された。(図2(D)) さらに、レーザー光の照射によってドーピングされた不
純物領域の活性化をおこなった。レーザー光としては、
KrFエキシマレーザー(波長248nm、パルス幅2
0nsec)を使用し、エネルギー密度は200〜40
0mJ/cm2、例えば250mJ/cm2 とした。
After that, phosphorus was injected as an impurity into the island-shaped silicon film 14 in a self-aligning manner by ion doping using the gate electrode 16 as a mask. At this time, the dose amount is 1
× 10 14 to 8 × 10 15 atoms / cm 2 , accelerating voltage of 50 to
90kV was preferred. In this embodiment, the dose amount is 1
× 10 15 atoms / cm 2 , accelerating voltage was 80 kV. As a result, the N-type impurity region (source / drain region) 1
7 was formed. (FIG. 2D) Further, the doped impurity regions were activated by irradiation with laser light. As laser light,
KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 2
0 nsec) and energy density is 200-40
It was set to 0 mJ / cm 2 , for example, 250 mJ / cm 2 .

【0056】その後、全面に層間絶縁膜18として酸化
珪素膜をプラズマCVD法によって3000Å形成し、
この層間絶縁膜18とゲイト絶縁膜15をエッチングし
てソース/ドレイン領域17にコンタクトホールを形成
した。さらに、アルミニウム膜をスパッタ法によって5
000Å成膜して、これをエッチングし、ソース/ドレ
イン電極19、20を形成した。以上の工程によってN
チャネル型のTFTを作製した。(図2(E))
After that, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 18 on the entire surface by plasma CVD to form 3000 Å.
The interlayer insulating film 18 and the gate insulating film 15 were etched to form contact holes in the source / drain regions 17. Further, an aluminum film is formed by a sputtering method.
A 000Å film was formed and this was etched to form the source / drain electrodes 19 and 20. N by the above process
A channel type TFT was manufactured. (Fig. 2 (E))

【0057】このようにして形成されたTFTは、ゲイ
ト絶縁膜の耐性が優れているため、劣化が少なく、特性
の優れたTFTが得られた。例えば、ドレイン電圧を+
14Vに固定し、ゲイト電圧を−17〜+17Vまで、
変動させ、TFTの特性の劣化を評価した。最初に測定
して得られた電界効果移動度μ0 と、上記の電圧印加の
後に測定して得られた電界効果移動度μ10において、1
−(μ10/μ0 )を劣化率と定義すると、本実施例で得
られたTFTの劣化率は1.3%であった。比較のため
に、本発明のゲイト絶縁膜の熱アニール工程を一酸化二
窒素雰囲気ではなく、窒素雰囲気として、550℃/3
時間のアニール処理をおこなったものでは、他の作製条
件が全く同じでも、劣化率は52.3%もあった。
Since the TFT thus formed has excellent resistance of the gate insulating film, it is possible to obtain a TFT having little deterioration and excellent characteristics. For example, drain voltage +
Fixed to 14V, gate voltage from -17 to + 17V,
It was varied and the deterioration of the characteristics of the TFT was evaluated. The field-effect mobility μ 0 obtained by the first measurement and the field-effect mobility μ 10 obtained by the measurement after applying the above voltage are 1
Defining − (μ 10 / μ 0 ) as the deterioration rate, the deterioration rate of the TFT obtained in this example was 1.3%. For comparison, the thermal annealing process of the gate insulating film of the present invention is performed at 550 ° C./3 in a nitrogen atmosphere instead of a dinitrogen monoxide atmosphere.
In the case of performing the annealing treatment for a time, the deterioration rate was as high as 52.3% even under the same other manufacturing conditions.

【0058】〔実施例2〕本実施例を図3に示す。本実
施例は、ゲイト絶縁膜としてTEOSおよび酸素を原料
ガスとしたプラズマCVD法によって堆積した酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施してCMOS
型のTFTを形成した例である。まず、基板21(NH
テクノグラス製NA35、100mm×100mm)上
に下地の酸化膜22として、酸化珪素膜をスパッタ法で
2000Å成膜した。
[Embodiment 2] This embodiment is shown in FIG. In the present embodiment, a silicon oxide film deposited by a plasma CVD method using TEOS and oxygen as source gases is used as a gate insulating film, and thermal annealing according to the present invention is applied to the CMOS.
It is an example of forming a TFT of a mold. First, the substrate 21 (NH
A silicon oxide film was formed as a base oxide film 22 on a techno glass NA35, 100 mm × 100 mm) by a sputtering method to a thickness of 2000 Å.

【0059】次に、プラズマCVD法によって非晶質珪
素膜を500Å成膜した。その後、実施例1と同様に、
酢酸ニッケル溶液をスピンドライをおこなうことによっ
て、非晶質珪素膜上に酢酸ニッケルの膜を形成した。そ
の後、窒素雰囲気中において、550℃、4時間の熱ア
ニールを施すことによって非晶質珪素膜にニッケルを導
入し、結晶化せしめた。その後、さらに結晶性を向上さ
せるためにKrFエキシマーレーザー(波長248n
m)を用いて、レーザーアニールを施した。レーザーの
エネルギー密度は250〜350mJ/cm2 が適当で
あった。本実施例では300mJ/cm2 とした。以上
のようにして、結晶性珪素膜23を得ることができた。
このようにして得られた結晶性珪素膜は、比較的大きな
(〜10μm□)結晶粒であり、かつ、その数倍〜10
数倍の範囲において同一の結晶方位を示す、モノドメイ
ン構造を有していた。(図3(A))
Next, an amorphous silicon film having a thickness of 500 Å was formed by the plasma CVD method. Then, as in Example 1,
A nickel acetate film was formed on the amorphous silicon film by spin-drying the nickel acetate solution. Then, in a nitrogen atmosphere, thermal annealing is performed at 550 ° C. for 4 hours to introduce nickel into the amorphous silicon film and crystallize it. After that, in order to further improve the crystallinity, a KrF excimer laser (wavelength 248n
Laser annealing was performed using m). The appropriate energy density of the laser is 250 to 350 mJ / cm 2 . In this embodiment, it is set to 300 mJ / cm 2 . The crystalline silicon film 23 could be obtained as described above.
The crystalline silicon film thus obtained has relatively large (-10 μm □) crystal grains, and is several times to 10 times that size.
It had a monodomain structure showing the same crystal orientation in the range of several times. (Fig. 3 (A))

【0060】次に、結晶性珪素膜23をエッチングし
て、島状珪素膜24、25を形成した。この島状珪素膜
24、25はTFTの活性層となるものである。本実施
例では、ランダムに活性層を形成したが、その中にTF
Tのチャネル形成領域がモノドメイン構造であるものも
多く観察された。その後、この島状珪素膜24、25を
覆うように、ゲイト絶縁膜26として厚さ200〜15
00Å、例えば1000Åの酸化珪素膜を形成した。本
実施例においては、TEOSおよび酸素を原料ガスとし
て、プラズマCVD法によって酸化珪素膜を形成した。
このとき、成膜条件としては、ガス圧を4Pa、投入電
力を150W、基板温度を350℃とした。
Next, the crystalline silicon film 23 was etched to form island-shaped silicon films 24 and 25. The island-shaped silicon films 24 and 25 are to be active layers of the TFT. In this embodiment, the active layer was formed randomly, but TF was formed in the active layer.
In many cases, the channel formation region of T had a monodomain structure. Then, a gate insulating film 26 having a thickness of 200 to 15 is formed so as to cover the island-shaped silicon films 24 and 25.
A silicon oxide film of 00Å, for example, 1000Å, was formed. In this example, a silicon oxide film was formed by a plasma CVD method using TEOS and oxygen as source gases.
At this time, as film forming conditions, the gas pressure was 4 Pa, the input power was 150 W, and the substrate temperature was 350 ° C.

【0061】ゲイト絶縁膜を形成したのち、本発明のア
ニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイト絶
縁膜と活性層の界面の特性を向上させた。本実施例にお
いては、まず、基板を図1の熱アニール装置に置き、最
初は反応室2に水素を流し、350℃、2時間の熱アニ
ールを施した。この結果、酸化珪素膜中に存在する不対
結合を水素で埋めることができた。次に、一酸化二窒素
とアルゴンの混合気体(一酸化二窒素:アルゴン=1:
1)を流した。第2の反応室の温度は600℃とした。
反応室の圧力は1気圧、反応ガスの流量は8リットル/
分、熱アニール時間は1時間とした。
After forming the gate insulating film, the annealing treatment of the present invention was performed to improve the characteristics of the gate insulating film, particularly the interface between the gate insulating film and the active layer. In this example, first, the substrate was placed in the thermal annealing apparatus shown in FIG. 1, hydrogen was first flown into the reaction chamber 2, and thermal annealing was performed at 350 ° C. for 2 hours. As a result, the unpaired bond existing in the silicon oxide film could be filled with hydrogen. Next, a mixed gas of dinitrogen monoxide and argon (dinitrogen monoxide: argon = 1:
1) was poured. The temperature of the second reaction chamber was 600 ° C.
The pressure in the reaction chamber is 1 atm, and the flow rate of the reaction gas is 8 liters /
Minutes, and the thermal annealing time was 1 hour.

【0062】以上の工程によって、酸化珪素膜中および
珪素膜との界面における水素が窒化あるいは酸化されて
減少した。この際、TEOSを原料ガスとしたため、熱
アニール前の酸化珪素膜には炭素が含有されているが、
この炭素も酸化され、炭酸ガスとして放出されて減少し
た。こうしてゲイト絶縁膜として好ましい酸化珪素膜と
することができた。(図3(B)) その後、厚さ6000Åの多結晶シリコン膜を減圧CV
D法によって形成して、これをパターニングしてゲイト
電極27、28を形成した。多結晶シリコン膜には導電
性を向上せしめるために微量の燐を添加した。(図3
(C))
Through the above steps, hydrogen in the silicon oxide film and at the interface with the silicon film was nitrided or oxidized and reduced. At this time, since TEOS was used as the source gas, the silicon oxide film before thermal annealing contained carbon.
This carbon was also oxidized and released as carbon dioxide gas and decreased. Thus, a silicon oxide film which is preferable as a gate insulating film could be obtained. (FIG. 3 (B)) After that, a polycrystalline silicon film having a thickness of 6000Å is depressurized by CV.
The gate electrodes 27 and 28 were formed by patterning by D method. A small amount of phosphorus was added to the polycrystalline silicon film in order to improve the conductivity. (Fig. 3
(C))

【0063】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜24、25にゲイト電極27、28をマスクと
して自己整合的に不純物を注入した。まず、Pチャネル
型のTFTを形成する領域をフォトレジストのマスク2
9で覆って燐を注入し、N型不純物領域30(ソース/
ドレイン領域)を形成した。このときドーズ量は1×1
14〜8×1015原子/cm2 、加速電圧は50〜90
kVが好ましかった。本実施例では、ドーズ量を5×1
14原子/cm2 、加速電圧は80kVとした。(図3
(D))
After that, impurities were implanted into the island-shaped silicon films 24 and 25 in a self-aligning manner by using the gate electrodes 27 and 28 as masks by the ion doping method. First, a photoresist mask 2 is formed in a region where a P-channel TFT is formed.
Then, phosphorus is injected to cover the N-type impurity region 30 (source / source
The drain region) was formed. At this time, the dose amount is 1 x 1
0 14 to 8 × 10 15 atoms / cm 2 , acceleration voltage is 50 to 90
kV was preferred. In this embodiment, the dose amount is 5 × 1.
The acceleration voltage was set to 0 14 atoms / cm 2 , and the acceleration voltage was set to 80 kV. (Fig. 3
(D))

【0064】その後、Nチャネル型のTFTを形成する
領域をフォトレジストのマスク31で覆って硼素を注入
し、P型不純物領域32(ソース/ドレイン領域)を形
成した。このときドーズ量は1×1014〜8×1015
子/cm2 、加速電圧は40〜80kVが好ましかっ
た。本実施例では、ドーズ量を1×1015原子/c
2、加速電圧は65kVとした。(図3(E))
Then, a region for forming an N-channel type TFT is covered with a photoresist mask 31 and boron is implanted to form a P-type impurity region 32 (source / drain region). At this time, the dose amount was preferably 1 × 10 14 to 8 × 10 15 atoms / cm 2 , and the acceleration voltage was preferably 40 to 80 kV. In this embodiment, the dose amount is 1 × 10 15 atoms / c
m 2 , and the acceleration voltage was 65 kV. (Fig. 3 (E))

【0065】さらに、レーザー光の照射によってドーピ
ングされた不純物領域30、32の活性化をおこなっ
た。レーザー光としては、KrFエキシマレーザー(波
長248nm、パルス幅20nsec)を使用し、エネ
ルギー密度は200〜400mJ/cm2 、例えば25
0mJ/cm2 とした。その後、全面に層間絶縁膜33
として酸化珪素膜をプラズマCVD法によって5000
Å形成し、この層間絶縁膜33とゲイト絶縁膜26をエ
ッチングしてソース/ドレイン領域30、32にコンタ
クトホールを形成した。さらに、アルミニウム膜をスパ
ッタ法によって5000Å成膜して、エッチングをおこ
ない、ソース/ドレイン電極34、35、36を形成し
て、CMOS型のTFTを作製した。(図3(F))
Furthermore, the doped impurity regions 30 and 32 were activated by irradiation with laser light. A KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is used as the laser light, and the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 , for example, 25.
It was set to 0 mJ / cm 2 . After that, the interlayer insulating film 33 is formed on the entire surface.
As a silicon oxide film by plasma CVD
Then, the interlayer insulating film 33 and the gate insulating film 26 were etched to form contact holes in the source / drain regions 30 and 32. Further, an aluminum film was formed into a 5000 Å film by a sputtering method, and etching was performed to form the source / drain electrodes 34, 35 and 36, and a CMOS type TFT was manufactured. (Fig. 3 (F))

【0066】〔実施例3〕本実施例を図4に示す。本実
施例は、ECR−CVD法によって形成された酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施して、アクテ
ィブマトリクス回路のスイッチングトランジスタ(画素
TFT)として、Pチャネル型のTFTを形成した例で
ある。まず、基板41(100mm×100mm)上に
下地の酸化膜42として、減圧CVD法で酸化珪素膜を
3000Å成膜した。
[Embodiment 3] This embodiment is shown in FIG. In this example, a silicon oxide film formed by the ECR-CVD method is used, and thermal annealing according to the present invention is performed to form a P-channel type TFT as a switching transistor (pixel TFT) of an active matrix circuit. Is. First, on the substrate 41 (100 mm × 100 mm), a silicon oxide film of 3000 Å was formed as a base oxide film 42 by a low pressure CVD method.

【0067】次に、プラズマCVD法によって非晶質珪
素膜を500Å成膜した。その後、実施例1と同様に、
酢酸ニッケル溶液をスピンドライをおこなうことによっ
て、非晶質珪素膜上に酢酸ニッケルの膜を形成し、さら
に、窒素雰囲気中において、550℃、4時間の熱アニ
ールを施すことによって、結晶化せしめ、結晶性珪素膜
43を得た。その後、結晶性を向上させるためにレーザ
ーアニールを施してもかまわない。(図3(A))
Next, an amorphous silicon film having a thickness of 500 Å was formed by the plasma CVD method. Then, as in Example 1,
A nickel acetate film is formed on the amorphous silicon film by spin-drying a nickel acetate solution, and further subjected to thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere for crystallization, A crystalline silicon film 43 was obtained. After that, laser annealing may be performed to improve the crystallinity. (Fig. 3 (A))

【0068】次に、結晶性珪素膜43のパターニングを
おこなって島状珪素膜44を形成した。この島状珪素膜
44はTFTの活性層となるものである。そして、この
島状珪素膜を覆うように、ゲイト絶縁膜として厚さ12
00Åの酸化珪素膜45を形成した。本実施例において
は、モノシラン(SiH4 )を原料ガス、一酸化二窒素
を酸化剤として用いたECR−CVD法によって酸化珪
素膜を形成した。このとき、酸化剤として一酸化二窒素
以外に、酸素(O2 )、一酸化窒素(NO)、二酸化窒
素(NO2 )等を使用してもかまわない。また、このと
きの成膜条件としては、基板加熱をおこなわず、マイク
ロ波(周波数2.45MHz)の投入電力を400Wで
おこなった。
Next, the crystalline silicon film 43 was patterned to form an island-shaped silicon film 44. The island-shaped silicon film 44 becomes the active layer of the TFT. Then, as a gate insulating film, a thickness of 12 is formed so as to cover the island-shaped silicon film.
A 00Å silicon oxide film 45 was formed. In this example, a silicon oxide film was formed by the ECR-CVD method using monosilane (SiH 4 ) as a source gas and dinitrogen monoxide as an oxidizing agent. At this time, oxygen (O 2 ), nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ) or the like may be used as the oxidant other than nitrous oxide. In addition, as film forming conditions at this time, the substrate was not heated, and the input power of microwave (frequency: 2.45 MHz) was 400 W.

【0069】なお、同じ原料ガス、酸化剤を用いて減圧
CVD法によっても、同等な特性を有する酸化珪素膜が
得られる。その際には、圧力0.1〜10torr、温
度300〜500℃とすればよい。ゲイト絶縁膜を形成
したのち、本発明のアニール処理をおこなってゲイト絶
縁膜の特性を向上させた。本実施例においては、図1
(A)の構造の反応炉を用いたが、本実施例では、第1
の反応室1の構造は図6(A)(断面図)および同図
(B)(上面図)に示すものを用いた。本装置において
は、図1(B)に示されるような細かい配管を設けず、
反応気体のチャンバー8の中に紫外光源9を配置した構
造とした。
A silicon oxide film having the same characteristics can be obtained by the low pressure CVD method using the same source gas and oxidizing agent. At that time, the pressure may be 0.1 to 10 torr and the temperature may be 300 to 500 ° C. After forming the gate insulating film, the annealing treatment of the present invention was performed to improve the characteristics of the gate insulating film. In this embodiment, FIG.
Although the reactor having the structure of (A) was used, in the present embodiment,
The structure of the reaction chamber 1 was used as shown in FIG. 6 (A) (cross-sectional view) and FIG. 6 (B) (top view). In this device, fine piping as shown in FIG. 1 (B) is not provided,
An ultraviolet light source 9 is arranged in the reaction gas chamber 8.

【0070】本実施例においては熱アニール雰囲気とし
て、最初に一酸化二窒素を用い、その後、アンモニアに
雰囲気を変えた。いずれの雰囲気においても第2の反応
炉の温度は550℃とした。最初に第1の反応室を通過
させた一酸化二窒素を2リットル/分の流量で1時間流
した。その後、雰囲気をアンモニアに切替え、やはり2
リットル/分の流量で1時間流した。この結果、酸化珪
素膜を窒化することができた。(図4(B)) その後、厚さ6000Åのアルミニウム膜をスパッタ法
によって形成して、これをパターニングしてゲイト電極
46を形成した。アルミニウム膜にはヒロックを防止す
るために微量(0.1〜0.5重量%)のスカンジウム
を添加した。(図4(C))
In this example, as the thermal annealing atmosphere, dinitrogen monoxide was first used, and then the atmosphere was changed to ammonia. The temperature of the second reaction furnace was 550 ° C. in any atmosphere. First, nitrous oxide passed through the first reaction chamber was flowed at a flow rate of 2 l / min for 1 hour. After that, the atmosphere was switched to ammonia, again 2
The flow rate was 1 liter / minute for 1 hour. As a result, the silicon oxide film could be nitrided. (FIG. 4B) After that, an aluminum film having a thickness of 6000 Å was formed by a sputtering method, and this was patterned to form a gate electrode 46. A small amount (0.1 to 0.5% by weight) of scandium was added to the aluminum film in order to prevent hillocks. (Fig. 4 (C))

【0071】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜44にゲイト電極46をマスクとして自己整合
的に不純物として硼素を注入した。このときドーズ量は
1×1014〜8×1015原子/cm2 、加速電圧は40
〜80kV、例えばドーズ量を1×1015原子/cm
2 、加速電圧は65kVとした。この結果、P型不純物
領域47(ソース/ドレイン領域)が形成された。(図
4(D)) さらに、レーザー光の照射によってドーピングされた不
純物領域47の活性化をおこなった。レーザー光として
は、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パルス
幅20nsec)を使用し、エネルギー密度は200〜
400mJ/cm2 、例えば250mJ/cm2 とし
た。
After that, boron was implanted as an impurity into the island-shaped silicon film 44 in a self-aligning manner by ion doping using the gate electrode 46 as a mask. At this time, the dose amount is 1 × 10 14 to 8 × 10 15 atoms / cm 2 , and the acceleration voltage is 40.
-80 kV, for example, a dose of 1 × 10 15 atoms / cm
2. The acceleration voltage was 65 kV. As a result, P-type impurity regions 47 (source / drain regions) were formed. (FIG. 4D) Further, the doped impurity region 47 was activated by irradiation with laser light. A KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is used as the laser light, and the energy density is 200 to
400mJ / cm 2, for example, it was set to 250mJ / cm 2.

【0072】その後、全面に層間絶縁膜48として酸化
珪素膜をプラズマCVD法によって3000Å形成し、
この層間絶縁膜48とゲイト絶縁膜45をエッチングし
てソース領域にコンタクトホールを形成した。さらに、
アルミニウム膜をスパッタ法によって5000Å成膜し
て、エッチングをおこない、ソース電極49を形成し
た。(図4(E))
After that, a silicon oxide film as an interlayer insulating film 48 is formed on the entire surface by plasma CVD to a thickness of 3000 Å,
The interlayer insulating film 48 and the gate insulating film 45 were etched to form a contact hole in the source region. further,
An aluminum film was formed into a film with a thickness of 5000 by sputtering and etching was performed to form the source electrode 49. (Fig. 4 (E))

【0073】その後、パッシベーション膜50として窒
化珪素膜をプラズマCVD法によって2000Å形成し
た。そして、パッシベーション膜50、層間絶縁膜4
8、ゲイト絶縁膜45をエッチングして、ドレイン領域
にコンタクトホールを形成した。さらに、ITO膜をス
パッタ法によって形成し、これをエッチングして画素電
極51を形成した。以上の工程によって画素TFTを作
製した。(図4(F))
After that, a silicon nitride film was formed as the passivation film 50 by 2000 Å by the plasma CVD method. Then, the passivation film 50 and the interlayer insulating film 4
8. The gate insulating film 45 was etched to form a contact hole in the drain region. Further, an ITO film was formed by the sputtering method, and this was etched to form the pixel electrode 51. A pixel TFT was manufactured through the above steps. (Fig. 4 (F))

【0074】〔実施例4〕図8に本実施例の作製工程を
示す。図の符号において図2に示すものと同じものは、
〔実施例1〕において説明したものとその作製方法や作
製条件は同じである。
[Embodiment 4] FIG. 8 shows a manufacturing process of this embodiment. The same reference numerals in FIG. 2 as those shown in FIG.
The manufacturing method and the manufacturing conditions thereof are the same as those described in [Example 1].

【0075】本実施例が特徴とするのは、活性層14を
形成した後に一酸化二窒素(N2 0)雰囲気において、
低圧水銀ランプを活性層の表面に照射し、活性層の表面
に存在する有機物を除去することである。
This embodiment is characterized in that after the active layer 14 is formed, it is exposed to dinitrogen monoxide (N 2 0) atmosphere.
Irradiating the surface of the active layer with a low-pressure mercury lamp to remove organic substances existing on the surface of the active layer.

【0076】まずガラス基板11上に下地の酸化珪素膜
12を形成し、さらに結晶性珪素膜13を形成した。
(図8(A))
First, the underlying silicon oxide film 12 was formed on the glass substrate 11, and then the crystalline silicon film 13 was formed.
(Figure 8 (A))

【0077】そして結晶性珪素膜13をパターニングし
て、薄膜トランジスタの活性層14を形成した。そし
て、図1に示す装置を用いて一酸化二窒素雰囲気中にお
いて、低圧水銀ランプからの紫外光を活性層の表面に照
射した。またこの際の加熱温度は550℃とした。(図
8(B))
Then, the crystalline silicon film 13 was patterned to form the active layer 14 of the thin film transistor. Then, the surface of the active layer was irradiated with ultraviolet light from a low pressure mercury lamp in an atmosphere of dinitrogen monoxide using the apparatus shown in FIG. The heating temperature at this time was 550 ° C. (Fig. 8 (B))

【0078】次にゲイト絶縁膜15を形成しさらにゲイ
ト電極16とその周囲の陽極酸化物を形成した。
Next, the gate insulating film 15 was formed, and further the gate electrode 16 and the anodic oxide around it were formed.

【0079】なお、ゲイト絶縁膜の形成は、650℃以
下(できればガラス基板の歪点以下の温度)の温度にお
ける熱酸化法による酸化膜の形成をまず行い、その後に
CVD法やスパッタ法による酸化珪素膜の形成により行
うことがより好ましい。後の工程は〔実施例1〕の場合
と同様にして(E)に示す薄膜トランジスタを完成させ
た。
The gate insulating film is formed by first forming an oxide film by a thermal oxidation method at a temperature of 650 ° C. or lower (preferably a temperature not higher than the strain point of the glass substrate), and then oxidizing it by a CVD method or a sputtering method. It is more preferable to form the silicon film. The subsequent steps were the same as in the case of [Example 1] to complete the thin film transistor shown in (E).

【0080】〔実施例5〕図9に示すのは、図8(C)
に示す状態においてMOS特性を測定した結果を示すも
のである。このMOS特性によって、薄膜トランジスタ
の特性に対してゲイト絶縁膜15が与える影響を評価す
ることができる。
[Embodiment 5] FIG. 9 shows FIG. 8 (C).
The results of measuring the MOS characteristics in the state shown in FIG. With this MOS characteristic, it is possible to evaluate the influence of the gate insulating film 15 on the characteristic of the thin film transistor.

【0081】図9に示すグラフにおいて、Vfbは図10
に示すC−V特性において、規格化されたC(容量)の
値が0.8 となる電圧値として定義される。このVfbは一
般に称されるフラットバンド電圧に対応するものでる。
フラットバンド電圧は、活性層(チャネル形成領域)と
ゲイト絶縁膜との仕事関数差、および活性層(チャネル
形成領域)とゲイト絶縁膜中の固定電荷等の影響を打ち
消すために必要な電圧として定義される。
In the graph shown in FIG. 9, V fb is shown in FIG.
In the C-V characteristic shown in (1), it is defined as a voltage value at which the normalized C (capacitance) value becomes 0.8. This Vfb corresponds to a generally called flat band voltage.
The flat band voltage is defined as the voltage required to cancel the effects of the work function difference between the active layer (channel forming region) and the gate insulating film, and the fixed charges in the active layer (channel forming region) and the gate insulating film. To be done.

【0082】上記Vfbも活性層とゲイト絶縁膜との界面
における固定電荷、可動電荷、界面準位の影響を表すも
のといえる。
It can be said that V fb also represents the effects of fixed charges, movable charges and interface states at the interface between the active layer and the gate insulating film.

【0083】このVfbは、C−V特性の計測において、
ヒステリシスが生じないことが好ましい。即ち、図10
に示すΔVfbが極力0に近い値であることが望ましい。
またVfbが0Vに近い値であることが望ましい。
This V fb is obtained by measuring the C-V characteristic
It is preferable that no hysteresis occurs. That is, FIG.
It is desirable that ΔV fb shown in (1) is as close to 0 as possible.
Further, it is desirable that V fb be a value close to 0V.

【0084】図9のNo5に示すようになにも処理をし
ない場合、Vfbの絶対値は大きい。これは活性層とゲイ
ト絶縁膜との界面の状態が悪いことを示している。即
ち、活性層とゲイト絶縁膜との界面に不要な電荷が存在
していることを示している。
When no processing is performed as shown in No. 5 of FIG. 9, the absolute value of Vfb is large. This indicates that the state of the interface between the active layer and the gate insulating film is bad. That is, it is shown that unnecessary charges are present at the interface between the active layer and the gate insulating film.

【0085】また、No1で示されるように単に加熱さ
れた一酸化二窒素雰囲気中における処理を行っただけで
は、やはり界面の状態が悪いことがわかる。一方、No
2で示されるように加熱された一酸化二窒素雰囲気中に
おいて紫外光を同時に照射することは、界面の状態を劇
的に改善できることが分かる。またNo3やNo4の条
件の場合を見れば明らかなように、同様の効果は一酸化
二窒素を窒素や酸素に変更した場合でも得られることが
分かる。
Further, as shown in No. 1, it can be seen that the interface condition is still poor by simply performing the treatment in the heated dinitrogen monoxide atmosphere. On the other hand, No
It can be seen that simultaneous irradiation with ultraviolet light in a heated dinitrogen monoxide atmosphere as shown in 2 can dramatically improve the state of the interface. Further, as is clear from the case of the conditions of No. 3 and No. 4, it can be seen that the same effect can be obtained even when nitrous oxide is changed to nitrogen or oxygen.

【0086】以上のことから、一酸化二窒素、窒素、酸
素から選ばれた一種類の加熱された雰囲気中において、
紫外光を照射しながらの処理を活性層の表面に対して行
うことで活性層とゲイト絶縁膜との界面特性を著しく改
善できることが結論される。
From the above, in one kind of heated atmosphere selected from nitrous oxide, nitrogen and oxygen,
It is concluded that the interface characteristics between the active layer and the gate insulating film can be remarkably improved by performing the treatment while irradiating with ultraviolet light on the surface of the active layer.

【0087】さらにこの結論を拡張すれば以下のことが
いえる。即ち、一酸化二窒素、窒素、酸素から選ばれた
一種類以上の加熱された雰囲気中において、紫外光を照
射しながらの処理を活性層の表面に対して行うことで、
活性層の表面に存在する、または存在し得る固定電荷や
可動電荷、さらにはトラップ準位の存在を抑制すること
ができる。
The following can be said by further extending this conclusion. That is, in the heated atmosphere of one or more selected from dinitrogen monoxide, nitrogen, oxygen, by performing the treatment while irradiating with ultraviolet light to the surface of the active layer,
It is possible to suppress the presence of fixed charges or movable charges existing on the surface of the active layer, and the presence of trap levels.

【0088】この効果は活性層の表面にゲイト絶縁膜を
形成した場合の活性層の表面とゲイト絶縁膜との界面に
おける界面特性の改善効果として得ることができる。
This effect can be obtained as an effect of improving the interface characteristics at the interface between the surface of the active layer and the gate insulating film when the gate insulating film is formed on the surface of the active layer.

【0089】[0089]

【発明の効果】上述のように、本発明によって、TFT
の特性が大幅に改善された。すなわち、ゲイト絶縁膜と
活性層との界面においては再結合中心を低減することが
でき、この結果、S値および電界効果移動度が向上し
た。また、ゲイト絶縁膜自体の耐圧も向上させることが
でき、TDDB(Time Dependence Dieledtric breakdo
wn)も向上させることができた。以上のようにゲイト絶
縁膜と界面の特性を向上させた結果、特に、ホットエレ
クトロンの注入に対してゲイト絶縁膜に電子がトラップ
されるような欠陥が少ないため、ホットエレクトロンに
由来する劣化(HotCarrier Degradation)が低減し、信
頼性が向上した。
As described above, according to the present invention, the TFT
The characteristics of were greatly improved. That is, recombination centers can be reduced at the interface between the gate insulating film and the active layer, and as a result, the S value and field effect mobility are improved. Also, the breakdown voltage of the gate insulating film itself can be improved, and TDDB (Time Dependence Dieledtric breakdo
wn) was also improved. As a result of improving the characteristics of the interface with the gate insulating film as described above, in particular, there are few defects such as electrons trapped in the gate insulating film when hot electrons are injected. Degradation) was reduced and reliability was improved.

【0090】本発明では、素子に対する最高プロセス温
度を700℃以下、好ましくは650℃以下とすること
でき、そのことによる工業的利益は格別のものがある。
実施例では、ガラス基板上のTFTを中心に説明した
が、多層集積回路(立体集積回路、3次元集積回路とも
いう)等に本発明を適用しても優れた効果が得られるこ
とは明らかである。このように本発明は工業上有益な発
明である。
In the present invention, the maximum process temperature for the device can be set to 700 ° C. or lower, preferably 650 ° C. or lower, and the industrial benefit by that is particularly remarkable.
In the embodiments, the explanation has been centered on the TFT on the glass substrate, but it is clear that even if the present invention is applied to a multilayer integrated circuit (also called a three-dimensional integrated circuit or a three-dimensional integrated circuit), excellent effects can be obtained. is there. Thus, the present invention is an industrially useful invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明を実施するための装置の概念図を示
す。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of an apparatus for carrying out the present invention.

【図2】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。2A to 2C show a manufacturing process of a thin film transistor.

【図3】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。FIG. 3 shows a manufacturing process of a thin film transistor.

【図4】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of a thin film transistor.

【図5】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of a thin film transistor.

【図6】 本発明を実施するための装置の概念図を示
す。
FIG. 6 shows a conceptual diagram of an apparatus for carrying out the present invention.

【図7】 本発明による処理を施した酸化珪素膜中の窒
素濃度を示す。
FIG. 7 shows the nitrogen concentration in a silicon oxide film that has been treated according to the present invention.

【図8】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。FIG. 8 shows a manufacturing process of a thin film transistor.

【図9】 MOS特性を示す。FIG. 9 shows MOS characteristics.

【図10】C−V特性を示す。FIG. 10 shows CV characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・第1の反応室 2・・・・第2の反応室 3・・・・第2の反応室のヒーター 4・・・・サセプター 5・・・・基板 6・・・・配管 7・・・・紫外光源(低圧水銀ランプ) 1 ... 1st reaction chamber 2 ... 2nd reaction chamber 3 ... 2nd reaction chamber heater 4 ... Susceptor 5 ... Substrate 6 ... Piping 7 .... Ultraviolet light source (low-pressure mercury lamp)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/324 Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display H01L 21/324 Z

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶性の島状珪素領域を覆って形成され
た熱酸化膜、もしくはCVD法もしくはPVD法によっ
て島状珪素領域を覆って堆積された酸化珪素を主成分と
するゲイト絶縁膜に対して、紫外光によって励起もしく
は分解せしめた窒素酸化物を有する雰囲気において、4
00〜700℃のアニール処理をすることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
1. A thermal oxide film formed to cover a crystalline island-shaped silicon region or a gate insulating film containing silicon oxide as a main component and deposited to cover the island-shaped silicon region by a CVD method or a PVD method. On the other hand, in an atmosphere containing nitrogen oxides excited or decomposed by ultraviolet light, 4
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises performing an annealing treatment at 00 to 700 ° C.
【請求項2】 請求項1において、第1の工程における
島状珪素領域には非晶質珪素の結晶化を促進する元素が
含まれており、その濃度は2次イオン質量分析法による
測定で、珪素膜における濃度の最小値が1×1015〜3
×1019原子/cm3 であることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
2. The island-shaped silicon region according to claim 1, wherein the island-shaped silicon region contains an element that promotes crystallization of amorphous silicon, and the concentration thereof is measured by secondary ion mass spectrometry. , The minimum concentration of silicon film is 1 × 10 15 to 3
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that it is × 10 19 atoms / cm 3 .
【請求項3】 請求項1において、該ゲイト絶縁膜はス
パッタ法によって堆積されることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film is deposited by a sputtering method.
【請求項4】 請求項1において、該ゲイト絶縁膜はE
CR−CVD法によって堆積されることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
4. The gate insulating film according to claim 1, wherein the gate insulating film is E
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being deposited by a CR-CVD method.
【請求項5】 請求項1において、該ゲイト絶縁膜はテ
トラ・エトキシ・シラン(TEOS)を原料とするCV
D法によって堆積されることを特徴とする半導体装置の
作製方法。
5. The CV made of tetraethoxysilane (TEOS) as a raw material according to claim 1.
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the semiconductor device is deposited by the D method.
【請求項6】 請求項1において、該ゲイト絶縁膜はモ
ノシランと酸素、あるいはモノシランと窒素酸化物を主
たる原料とする減圧CVD法もしくはプラズマCVD法
によって堆積されることを特徴とする半導体装置の作製
方法。
6. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film is deposited by a low pressure CVD method or a plasma CVD method using monosilane and oxygen or monosilane and nitrogen oxide as main raw materials. Method.
【請求項7】 請求項1において、該ゲイト絶縁膜は5
00〜700℃の温度で熱酸化して得られた熱酸化膜で
あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. The gate insulating film according to claim 1, wherein the gate insulating film is 5
A method for manufacturing a semiconductor device, which is a thermal oxide film obtained by thermal oxidation at a temperature of 00 to 700 ° C.
【請求項8】 請求項1において、基板として歪点が5
50〜680℃の珪素、酸素、硼素を含有するガラス材
料を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. The substrate according to claim 1, wherein the strain point is 5
A method for manufacturing a semiconductor device, which uses a glass material containing silicon, oxygen, and boron at 50 to 680 ° C.
【請求項9】 請求項1において、島状珪素領域は、チ
ャネル形成領域が実質的に1つの結晶方位を示す珪素被
膜よりなる絶縁ゲイト型半導体装置の活性層として用い
られることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. The semiconductor according to claim 1, wherein the island-shaped silicon region is used as an active layer of an insulating gate type semiconductor device in which a channel forming region is made of a silicon film having substantially one crystal orientation. Method for manufacturing device.
【請求項10】 請求項1において、窒素酸化物雰囲気
でのアニール処理の後、紫外光によって励起もしくは分
解せしめた窒素酸化物を有する雰囲気において、400
〜700℃のアニール処理をすることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
10. The method according to claim 1, wherein after the annealing treatment in a nitrogen oxide atmosphere, an atmosphere containing nitrogen oxides excited or decomposed by ultraviolet light is set to 400.
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by performing an annealing treatment at ˜700 ° C.
【請求項11】 請求項1において、窒素酸化物を有す
る雰囲気における水および炭酸ガスの濃度は、それぞ
れ、1ppm以下であることを特徴とする半導体装置の
作製方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the concentrations of water and carbon dioxide in the atmosphere containing nitrogen oxide are each 1 ppm or less.
【請求項12】 請求項1において、該ゲイト絶縁膜は
酸化珪素を主成分とし、フッ化水素酸1、フッ化アンモ
ニウム50、酢酸50の比率で混合された23℃の緩衝
フッ酸によるエッチングレートが1000Å/分以下で
あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. The etching rate according to claim 1, wherein the gate insulating film contains silicon oxide as a main component, and is mixed with buffered hydrofluoric acid at 23 ° C. in a ratio of hydrofluoric acid 1, ammonium fluoride 50, and acetic acid 50. Is 1000 Å / min or less, a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項13】 請求項1において、該ゲイト絶縁膜は
酸化珪素を主成分とし、1×1017〜1×1021原子/
cm3 の窒素を含有することを特徴とする半導体装置の
作製方法。
13. The gate insulating film according to claim 1, wherein silicon oxide is a main component and 1 × 10 17 to 1 × 10 21 atoms /
A method for manufacturing a semiconductor device, which contains cm 3 of nitrogen.
【請求項14】 窒素酸化物もしくは窒化水素に紫外光
を照射することによって、これを励起もしくは分解せし
める第1の反応室と、島状の結晶性珪素膜上にCVD法
もしくはPVD法によって堆積されたゲイト絶縁膜を加
熱処理するための第2の反応室とを有し、かつ、 第1の反応室を通過した窒素酸化物もしくは窒化水素は
第2の反応室に導入される構造を有し、 前記第2の反応室の温度は400〜700℃であること
を特徴とする半導体装置の作製装置。
14. A first reaction chamber that excites or decomposes nitrogen oxide or hydrogen nitride by irradiating it with ultraviolet light, and is deposited on the island-shaped crystalline silicon film by a CVD method or a PVD method. And a second reaction chamber for heat-treating the gate insulating film, and nitrogen oxide or hydrogen nitride that has passed through the first reaction chamber is introduced into the second reaction chamber. The temperature of the second reaction chamber is 400 to 700 ° C., the semiconductor device manufacturing apparatus.
【請求項15】 請求項14において、該第1の反応室
にて使用される紫外光源の中心波長は150〜350n
mであることを特徴とする半導体装置の作製装置。
15. The center wavelength of the ultraviolet light source used in the first reaction chamber according to claim 14, which is 150 to 350 n.
m is a semiconductor device manufacturing apparatus.
【請求項16】 請求項14において、該第1の反応室
にて使用される紫外光源は低圧水銀ランプであることを
特徴とする半導体装置の作製装置。
16. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 14, wherein the ultraviolet light source used in the first reaction chamber is a low-pressure mercury lamp.
【請求項17】 請求項14において、該第1の反応室
と該第2の反応室を接続する配管の内壁は90mol%
以上の酸化珪素よりなる材料によって形成されているこ
とを特徴とする半導体装置の作製装置。
17. The inner wall of the pipe connecting the first reaction chamber and the second reaction chamber according to claim 14, wherein the inner wall is 90 mol%.
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, which is formed of the above-mentioned material made of silicon oxide.
【請求項18】結晶性の島状珪素領域の表面に対して、
紫外光によって励起または分解させた窒素酸化物を有す
る雰囲気において、400〜700℃のアニール処理を
行う工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方
法。
18. With respect to the surface of the crystalline island-shaped silicon region,
A method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of performing an annealing treatment at 400 to 700 ° C. in an atmosphere having a nitrogen oxide excited or decomposed by ultraviolet light.
【請求項19】結晶性の島状珪素領域の表面に対して、
紫外光によって励起または分解させた窒素酸化物を有す
る雰囲気において、400〜700℃のアニール処理を
行う工程と、 該工程の後に洗浄な雰囲気を保った状態において次工程
に移行し、該工程において前記島状珪素領域の表面にゲ
イ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装置の作製方法。
19. A surface of a crystalline island-shaped silicon region,
A step of performing an annealing treatment at 400 to 700 ° C. in an atmosphere having a nitrogen oxide excited or decomposed by ultraviolet light, and after the step, the process proceeds to the next step while maintaining a clean atmosphere, and in the step, And a step of forming a gate insulating film on the surface of the island-shaped silicon region.
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Cited By (8)

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