JP2000077401A - 半導体膜の形成方法 - Google Patents
半導体膜の形成方法Info
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Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶縁性基板上に形成される半導体膜の品質向
上を図る。 【解決手段】 絶縁性基板１に多結晶シリコン膜２を形
成する第１工程と、酸化能力のある気体を含む雰囲気
で、圧力が５〜５０ａｔｍ、温度が３００〜７００℃で
前記多結晶シリコン膜２を酸化して表面側に酸化シリコ
ン膜３を形成する第２工程と、前記酸化シリコン膜３を
除去する第３工程と、該第３工程で残った多結晶シリコ
ン膜４をオゾンを含む雰囲気で酸化して表面側に酸化シ
リコン膜５を形成する第４工程とを有する。
上を図る。 【解決手段】 絶縁性基板１に多結晶シリコン膜２を形
成する第１工程と、酸化能力のある気体を含む雰囲気
で、圧力が５〜５０ａｔｍ、温度が３００〜７００℃で
前記多結晶シリコン膜２を酸化して表面側に酸化シリコ
ン膜３を形成する第２工程と、前記酸化シリコン膜３を
除去する第３工程と、該第３工程で残った多結晶シリコ
ン膜４をオゾンを含む雰囲気で酸化して表面側に酸化シ
リコン膜５を形成する第４工程とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体膜の形成方法
に係り、特に絶縁性基板上に形成される半導体膜の形成
方法に関する。
に係り、特に絶縁性基板上に形成される半導体膜の形成
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイやイメージセンサ等の
画像入出力デバイスの駆動回路は、いわゆるＬＳＩとし
て形成され、画像入出力デバイスの基板上に貼り付けら
れて実装されていた。ところが、この貼付作業は複雑、
かつ、面倒であるため、近年では、駆動回路を画像入出
力デバイスと同一基板上に直接作製するための開発が進
められている。これらの画像入出力デバイスの基板に
は、通常、半導体素子への不純物の影響を考慮して、無
アルカリガラスが用いられている。無アルカリガラスに
は、バリウムホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、ア
ルミノホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等があ
る。これらの無アルカリガラスを使用したガラス基板の
歪点は５９３〜７００℃程度であるため、この基板上に
駆動回路を直接作製するときには、少なくとも７００℃
以下の温度で処理することが要求される。
画像入出力デバイスの駆動回路は、いわゆるＬＳＩとし
て形成され、画像入出力デバイスの基板上に貼り付けら
れて実装されていた。ところが、この貼付作業は複雑、
かつ、面倒であるため、近年では、駆動回路を画像入出
力デバイスと同一基板上に直接作製するための開発が進
められている。これらの画像入出力デバイスの基板に
は、通常、半導体素子への不純物の影響を考慮して、無
アルカリガラスが用いられている。無アルカリガラスに
は、バリウムホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、ア
ルミノホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等があ
る。これらの無アルカリガラスを使用したガラス基板の
歪点は５９３〜７００℃程度であるため、この基板上に
駆動回路を直接作製するときには、少なくとも７００℃
以下の温度で処理することが要求される。
【０００３】しかし、駆動回路を形成するのに必要な性
能を持ったトランジスタの半導体膜を、７００℃以下の
温度で作製するのは一般に困難である。７００℃以下の
温度で半導体膜を形成する方法として固相成長法がある
が、固相成長法は、非晶質膜を出発材料として、６００
℃程度の温度でアニール多結晶化することにより、多結
晶シリコン膜を作って半導体膜を成形する方法である
が、その多結晶化の段階でそれぞれの結晶方位が異なる
ため、その結晶粒界で多くの結晶欠陥が発生する。
能を持ったトランジスタの半導体膜を、７００℃以下の
温度で作製するのは一般に困難である。７００℃以下の
温度で半導体膜を形成する方法として固相成長法がある
が、固相成長法は、非晶質膜を出発材料として、６００
℃程度の温度でアニール多結晶化することにより、多結
晶シリコン膜を作って半導体膜を成形する方法である
が、その多結晶化の段階でそれぞれの結晶方位が異なる
ため、その結晶粒界で多くの結晶欠陥が発生する。
【０００４】短波長のエキシマレーザを非晶質シリコン
膜または多結晶シリコン膜に照射して溶融固化すること
により良質な半導体膜を得る方法もある。エキシマレー
ザは、パルスレーザであり、かつ、ビームサイズが限ら
れているので、大面積に照射する場合は、ビームを継ぎ
合わせて照射しなければならず、その継ぎ合わせ部分で
多結晶シリコン膜の膜質が変化し、その部分のトランジ
スタは、異なった特性になってしまう。また、シリコン
膜にレーザ照射するとシリコン膜の表面は局所的、か
つ、瞬間的に溶融し凝固するため、照射エネルギによっ
て多結晶シリコン膜の膜質は急峻に変化し、結果的に安
定して同一膜質の多結晶シリコン膜を得ることが困難で
ある。
膜または多結晶シリコン膜に照射して溶融固化すること
により良質な半導体膜を得る方法もある。エキシマレー
ザは、パルスレーザであり、かつ、ビームサイズが限ら
れているので、大面積に照射する場合は、ビームを継ぎ
合わせて照射しなければならず、その継ぎ合わせ部分で
多結晶シリコン膜の膜質が変化し、その部分のトランジ
スタは、異なった特性になってしまう。また、シリコン
膜にレーザ照射するとシリコン膜の表面は局所的、か
つ、瞬間的に溶融し凝固するため、照射エネルギによっ
て多結晶シリコン膜の膜質は急峻に変化し、結果的に安
定して同一膜質の多結晶シリコン膜を得ることが困難で
ある。
【０００５】以上述べた問題点を解決するものとして、
特開平７−１６２００２号公報では、多結晶シリコン膜
の表面層を水蒸気を主成分とする雰囲気下で酸化した
後、その酸化膜を除去することによって、良質の半導体
膜を得る方法が提案されている。このように多結晶シリ
コン膜を酸化処理すると、シリコン原子が酸化されて酸
素原子と結合する過程において、シリコン原子同士の結
合が切り離され、ある確率で完全に自由になるシリコン
原子が生成される。この完全に自由になったシリコン原
子が、多結晶シリコン膜中を拡散して多結晶シリコン膜
中の結晶欠陥を補償し、結晶欠陥が低減されると考えら
れている。
特開平７−１６２００２号公報では、多結晶シリコン膜
の表面層を水蒸気を主成分とする雰囲気下で酸化した
後、その酸化膜を除去することによって、良質の半導体
膜を得る方法が提案されている。このように多結晶シリ
コン膜を酸化処理すると、シリコン原子が酸化されて酸
素原子と結合する過程において、シリコン原子同士の結
合が切り離され、ある確率で完全に自由になるシリコン
原子が生成される。この完全に自由になったシリコン原
子が、多結晶シリコン膜中を拡散して多結晶シリコン膜
中の結晶欠陥を補償し、結晶欠陥が低減されると考えら
れている。
【０００６】
【０００７】ところで、多結晶シリコン膜上に酸化シリ
コン膜を形成する場合、上記の水蒸気（Ｈ2 Ｏ）の他、
ドライＯ2 による酸化、ＨＣｌ含有ガスによる酸化が一
般的に用いられるが、それぞれに次のような問題があ
る。例えばドライＯ2 による酸化では酸化シリコン膜中
の酸素が不十分であるため、酸化シリコン膜と多結晶シ
リコン膜の界面におけるホールトラップ欠陥が多く、Ｔ
ＤＤＢ（Time-DependentDielectric Breakdoun ）寿命
が短いという問題がある。また、Ｈ2 Ｏによる酸化では
水素原子によってシリコンのダングリングボンド（未結
合手）が終端（Terminate ）されＳｉ−ＯＨ結合を形成
するので、ホールトラップ欠陥は減少するが、ホットキ
ャリアはＳｉ−ＯＨ結合を容易に破壊してしまい多くの
電子トラップを形成する。したがって、ホットキャリア
に対する耐性が弱い。また、ＨＣｌによる酸化では酸化
シリコン膜中に多くのトラップができてしまうという問
題がある。
コン膜を形成する場合、上記の水蒸気（Ｈ2 Ｏ）の他、
ドライＯ2 による酸化、ＨＣｌ含有ガスによる酸化が一
般的に用いられるが、それぞれに次のような問題があ
る。例えばドライＯ2 による酸化では酸化シリコン膜中
の酸素が不十分であるため、酸化シリコン膜と多結晶シ
リコン膜の界面におけるホールトラップ欠陥が多く、Ｔ
ＤＤＢ（Time-DependentDielectric Breakdoun ）寿命
が短いという問題がある。また、Ｈ2 Ｏによる酸化では
水素原子によってシリコンのダングリングボンド（未結
合手）が終端（Terminate ）されＳｉ−ＯＨ結合を形成
するので、ホールトラップ欠陥は減少するが、ホットキ
ャリアはＳｉ−ＯＨ結合を容易に破壊してしまい多くの
電子トラップを形成する。したがって、ホットキャリア
に対する耐性が弱い。また、ＨＣｌによる酸化では酸化
シリコン膜中に多くのトラップができてしまうという問
題がある。
【０００８】本発明は以上述べた問題点に鑑み案出され
たもので、通常のＯ2 、Ｈ2 Ｏ、ＨＣｌなどの酸化能力
のある気体を含む雰囲気での多結晶シリコン膜による酸
化に加えてオゾンを含む雰囲気での酸化により、さらに
良好な特性を持つ半導体膜の形成方法を提供することを
目的とする。
たもので、通常のＯ2 、Ｈ2 Ｏ、ＨＣｌなどの酸化能力
のある気体を含む雰囲気での多結晶シリコン膜による酸
化に加えてオゾンを含む雰囲気での酸化により、さらに
良好な特性を持つ半導体膜の形成方法を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載発明の半導体膜の形成方法は、絶縁性基板
上に多結晶シリコン膜を形成する第１工程と、酸化能力
のある気体を含む雰囲気で、圧力が５〜５０ａｔｍ、温
度が３００〜７００℃で前記多結晶シリコン膜を酸化し
て、表面側に酸化シリコン膜を形成する第２工程と、前
記酸化シリコン膜を除去する第３工程と、該第３工程で
残った多結晶シリコン膜をオゾンを含む雰囲気で酸化し
て、表面側に酸化シリコン膜を形成する第４工程とを有
している。
請求項１記載発明の半導体膜の形成方法は、絶縁性基板
上に多結晶シリコン膜を形成する第１工程と、酸化能力
のある気体を含む雰囲気で、圧力が５〜５０ａｔｍ、温
度が３００〜７００℃で前記多結晶シリコン膜を酸化し
て、表面側に酸化シリコン膜を形成する第２工程と、前
記酸化シリコン膜を除去する第３工程と、該第３工程で
残った多結晶シリコン膜をオゾンを含む雰囲気で酸化し
て、表面側に酸化シリコン膜を形成する第４工程とを有
している。
【００１０】また、請求項２記載発明の半導体膜の形成
方法は、絶縁性基板上に多結晶シリコン膜を形成する第
１工程と、酸化能力のある気体を含む雰囲気で，圧力が
５〜５０ａｔｍ，温度が３００〜７００℃で前記多結晶
シリコン膜を酸化して表面側に酸化シリコン膜を形成す
る第２工程と、表面側に酸化シリコン膜を有する多結晶
シリコン膜をオゾンを含む雰囲気で酸化する第３工程と
を有している。
方法は、絶縁性基板上に多結晶シリコン膜を形成する第
１工程と、酸化能力のある気体を含む雰囲気で，圧力が
５〜５０ａｔｍ，温度が３００〜７００℃で前記多結晶
シリコン膜を酸化して表面側に酸化シリコン膜を形成す
る第２工程と、表面側に酸化シリコン膜を有する多結晶
シリコン膜をオゾンを含む雰囲気で酸化する第３工程と
を有している。
【００１１】上記酸化能力のある気体は、酸素（Ｏ2 )
、水蒸気（Ｈ2 Ｏ) または塩化水素（ＨＣｌ）である
のが好ましい。
、水蒸気（Ｈ2 Ｏ) または塩化水素（ＨＣｌ）である
のが好ましい。
【００１２】オゾンを含む雰囲気は窒素中に略５％のオ
ゾンを含むガスであのが好ましい。
ゾンを含むガスであのが好ましい。
【００１３】次に、本発明の作用を説明する。多結晶シ
リコン膜をＯ2 ，Ｈ2 ＯまたはＨＣｌなどの酸化能力の
ある気体を含む雰囲気で酸化することにより、もともと
多結晶シリコン膜の膜表面や結晶粒内や結晶粒界等に多
くもっている結晶欠陥を、シリコン原子が酸化されて酸
素原子と結合する過程において、シリコン原子同士の結
合が切り離されて、ある確率で完全に自由になったシリ
コン原子が多結晶シリコン膜中を拡散することにより補
償するので、結晶欠陥が減少する。したがって、酸化に
より良好な性質を持つ多結晶シリコン膜を得ることがで
きる。
リコン膜をＯ2 ，Ｈ2 ＯまたはＨＣｌなどの酸化能力の
ある気体を含む雰囲気で酸化することにより、もともと
多結晶シリコン膜の膜表面や結晶粒内や結晶粒界等に多
くもっている結晶欠陥を、シリコン原子が酸化されて酸
素原子と結合する過程において、シリコン原子同士の結
合が切り離されて、ある確率で完全に自由になったシリ
コン原子が多結晶シリコン膜中を拡散することにより補
償するので、結晶欠陥が減少する。したがって、酸化に
より良好な性質を持つ多結晶シリコン膜を得ることがで
きる。
【００１４】５気圧（ａｔｍ）以上の圧力で酸化を行う
ことにより、熱の伝達効率が高まるので熱処理の均一性
が高まるとともに、酸化速度を高めることができるの
で、７００℃以下の温度で良好な酸化が得られる。
ことにより、熱の伝達効率が高まるので熱処理の均一性
が高まるとともに、酸化速度を高めることができるの
で、７００℃以下の温度で良好な酸化が得られる。
【００１５】オゾンによる多結晶シリコン膜の酸化は、
オゾンがシリコン表面で酸素分子と原子状酸素に解離
し、酸素分子はシリコンのダングリングボンドを終端
（Terminate ）し、原子状酸素はシリコンのバックボン
ド側に挿入することにより行われる。このバックボンド
に挿入した酸素が完全性の高いＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネット
ワークを形成する。先に述べたように、Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏま
たはＨＣｌ等の酸化能力のある気体による酸化ではＴＤ
ＤＢ寿命が短い、ホットキャリアに対する耐性が弱い、
酸化シリコン膜中に多くのトラップがあるなどの問題が
あるが、請求項１記載発明のように酸化シリコン膜を除
去する場合にも、請求項２記載発明のようにこれを残す
場合にも、オゾンによる酸化により、このような欠陥が
補償され完全性の高いＳｉ−Ｏ−Ｓｉネットワークが得
られるので、良好な特性を持つ多結晶シリコン膜が得ら
れるとともに、酸化シリコン膜も良好な特性を持ってお
り半導体デバイス作製時にそのままゲート絶縁膜として
使用することができる。
オゾンがシリコン表面で酸素分子と原子状酸素に解離
し、酸素分子はシリコンのダングリングボンドを終端
（Terminate ）し、原子状酸素はシリコンのバックボン
ド側に挿入することにより行われる。このバックボンド
に挿入した酸素が完全性の高いＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネット
ワークを形成する。先に述べたように、Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏま
たはＨＣｌ等の酸化能力のある気体による酸化ではＴＤ
ＤＢ寿命が短い、ホットキャリアに対する耐性が弱い、
酸化シリコン膜中に多くのトラップがあるなどの問題が
あるが、請求項１記載発明のように酸化シリコン膜を除
去する場合にも、請求項２記載発明のようにこれを残す
場合にも、オゾンによる酸化により、このような欠陥が
補償され完全性の高いＳｉ−Ｏ−Ｓｉネットワークが得
られるので、良好な特性を持つ多結晶シリコン膜が得ら
れるとともに、酸化シリコン膜も良好な特性を持ってお
り半導体デバイス作製時にそのままゲート絶縁膜として
使用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）〜（ｄ）に請求
項１記載発明の半導体膜の形成方法の１実施例の概略断
面図を示す。１は絶縁性基板、２は多結晶シリコン膜、
３は酸化シリコン膜、４は高品質な多結晶シリコン膜、
５はオゾンによる酸化シリコン膜、６はさらに膜質向上
した高品質な多結晶シリコン膜である。絶縁性基板１は
ガラス基板、石英基板、サファイア基板等の基板を用い
る。ガラス基板は安価であるので作製するデバイスコス
トを低減できる。絶縁性基板１としてこれらの基板上ま
たはシリコンウエハ上に絶縁膜を形成したものを用いる
こともできる。この絶縁膜には酸化シリコン膜、窒化シ
リコン膜、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の単膜ま
たは２種類以上を積層したものを用いてもよい。
図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）〜（ｄ）に請求
項１記載発明の半導体膜の形成方法の１実施例の概略断
面図を示す。１は絶縁性基板、２は多結晶シリコン膜、
３は酸化シリコン膜、４は高品質な多結晶シリコン膜、
５はオゾンによる酸化シリコン膜、６はさらに膜質向上
した高品質な多結晶シリコン膜である。絶縁性基板１は
ガラス基板、石英基板、サファイア基板等の基板を用い
る。ガラス基板は安価であるので作製するデバイスコス
トを低減できる。絶縁性基板１としてこれらの基板上ま
たはシリコンウエハ上に絶縁膜を形成したものを用いる
こともできる。この絶縁膜には酸化シリコン膜、窒化シ
リコン膜、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の単膜ま
たは２種類以上を積層したものを用いてもよい。
【００１７】図１（ａ）に示すように、前記絶縁性基板
１上に多結晶シリコン膜２を形成する。絶縁性基板１上
に多結晶シリコン膜２を形成するには、非晶質シリコン
膜を出発材料としてアニールして多結晶シリコン膜にす
る方法と直接多結晶シリコン膜を成膜する方法がある。
前者のほうが良質な多結晶シリコン膜が得られる。非晶
質シリコン膜を成膜する方法は、プラズマＣＶＤ法、ス
パッタ法、減圧ＣＶＤ法等が使用できる。減圧ＣＶＤ法
で行うとアニール後に良質な多結晶シリコン膜が得られ
る。基板温度は４００〜６００℃が好ましく、使用する
原料ガスはＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 を用い、膜厚は５０〜
５００ｎｍとする。
１上に多結晶シリコン膜２を形成する。絶縁性基板１上
に多結晶シリコン膜２を形成するには、非晶質シリコン
膜を出発材料としてアニールして多結晶シリコン膜にす
る方法と直接多結晶シリコン膜を成膜する方法がある。
前者のほうが良質な多結晶シリコン膜が得られる。非晶
質シリコン膜を成膜する方法は、プラズマＣＶＤ法、ス
パッタ法、減圧ＣＶＤ法等が使用できる。減圧ＣＶＤ法
で行うとアニール後に良質な多結晶シリコン膜が得られ
る。基板温度は４００〜６００℃が好ましく、使用する
原料ガスはＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 を用い、膜厚は５０〜
５００ｎｍとする。
【００１８】次に、アニールして多結晶シリコン膜２を
形成する。アニール法は、炉アニール、レーザアニー
ル、ランプアニール、電子ビームアニールまたはこれら
の組み合わせを用いることができる。炉アニールは温度
の均一性が良質である。炉アニールは窒素雰囲気中でア
ニール温度５００〜６５０℃、アニール時間４〜２４時
間とする。
形成する。アニール法は、炉アニール、レーザアニー
ル、ランプアニール、電子ビームアニールまたはこれら
の組み合わせを用いることができる。炉アニールは温度
の均一性が良質である。炉アニールは窒素雰囲気中でア
ニール温度５００〜６５０℃、アニール時間４〜２４時
間とする。
【００１９】次に、図１（ｂ）に示すように、この多結
晶シリコン膜２を酸化能力のある気体を含む雰囲気中で
５気圧以上の圧力で酸化する。表面より酸化されて酸化
シリコン膜３が形成される。この処理によって、膜質向
上した高品質な多結晶シリコン膜４が形成できる。
晶シリコン膜２を酸化能力のある気体を含む雰囲気中で
５気圧以上の圧力で酸化する。表面より酸化されて酸化
シリコン膜３が形成される。この処理によって、膜質向
上した高品質な多結晶シリコン膜４が形成できる。
【００２０】このように多結晶シリコン膜を酸化するこ
とによって、酸化されずに残る多結晶シリコン膜４の膜
質を向上させることができる。もともと、多結晶シリコ
ン膜２には膜表面や結晶粒内や結晶粒界等に多くの結晶
欠陥が存在する。このような多結晶シリコン膜を酸化処
理すると、シリコン原子が酸化されて酸素原子と結合す
る過程においてシリコン原子同士の結合が切り離され
て、ある確率で完全に自由になるシリコン原子が生成さ
れる。この完全に自由になったシリコン原子は多結晶シ
リコン膜２中を拡散して多結晶シリコン膜２中の結晶欠
陥を補償し欠陥が低減される。薄膜トランジスタのチャ
ネルとなる多結晶シリコン膜表面の欠陥が低減されるの
で良好な特性の薄膜トランジスタを得ることができる。
とによって、酸化されずに残る多結晶シリコン膜４の膜
質を向上させることができる。もともと、多結晶シリコ
ン膜２には膜表面や結晶粒内や結晶粒界等に多くの結晶
欠陥が存在する。このような多結晶シリコン膜を酸化処
理すると、シリコン原子が酸化されて酸素原子と結合す
る過程においてシリコン原子同士の結合が切り離され
て、ある確率で完全に自由になるシリコン原子が生成さ
れる。この完全に自由になったシリコン原子は多結晶シ
リコン膜２中を拡散して多結晶シリコン膜２中の結晶欠
陥を補償し欠陥が低減される。薄膜トランジスタのチャ
ネルとなる多結晶シリコン膜表面の欠陥が低減されるの
で良好な特性の薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２１】また、上述のような酸化処理を５気圧以上
の雰囲気で行うと、７００℃以下の温度でも酸化を効率
良く行うことができる。一般には、同一温度であればほ
ぼ圧力に比例して酸化レートが上がるので、同じ酸化レ
ートで処理するすれば処理温度を低温化することができ
る。
の雰囲気で行うと、７００℃以下の温度でも酸化を効率
良く行うことができる。一般には、同一温度であればほ
ぼ圧力に比例して酸化レートが上がるので、同じ酸化レ
ートで処理するすれば処理温度を低温化することができ
る。
【００２２】この後、図１（Ｃ）に示すように、酸化さ
れて形成された酸化シリコン膜３をバッファードフツ酸
（ＢＨＦ）またはフッ酸溶液等を用いて除去する。
れて形成された酸化シリコン膜３をバッファードフツ酸
（ＢＨＦ）またはフッ酸溶液等を用いて除去する。
【００２３】次に、図１（ｄ）に示すようにオゾンを含
む雰囲気で、前記多結晶シリコン膜４を酸化し酸化シリ
コン膜５を形成する。オゾンを含む雰囲気は窒素（Ｎ
ｉ）中に約５％のオゾンをふくむガスが好ましい。オゾ
ンによる多結晶シリコン膜の酸化に、オゾンがシリコン
表面で酸素分子と原子状酸素に解離し、酸素分子はシリ
コンのダングリングボンドを終端（Terminate ）し、原
子状酸素はシリコンのバックボンド側に挿入することに
より行われる。このバックボンド側に挿入した酸素が完
全性の高いＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネットワークを形成する。
したがって，新たに形成された酸化シリコン膜５の特性
も良好であるとともに，酸化されずに残った多結晶シリ
コン膜６の特性もさらに改善され、さらに酸化シリコン
膜５と多結晶シリコン膜６の表面におけるホールトラッ
プの欠陥も少ないので良好な特性の半導体デバイスを作
成でき、酸化シリコン膜５はそのまま半導体デバイスの
絶縁膜またはその一部として使用することができる。
む雰囲気で、前記多結晶シリコン膜４を酸化し酸化シリ
コン膜５を形成する。オゾンを含む雰囲気は窒素（Ｎ
ｉ）中に約５％のオゾンをふくむガスが好ましい。オゾ
ンによる多結晶シリコン膜の酸化に、オゾンがシリコン
表面で酸素分子と原子状酸素に解離し、酸素分子はシリ
コンのダングリングボンドを終端（Terminate ）し、原
子状酸素はシリコンのバックボンド側に挿入することに
より行われる。このバックボンド側に挿入した酸素が完
全性の高いＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネットワークを形成する。
したがって，新たに形成された酸化シリコン膜５の特性
も良好であるとともに，酸化されずに残った多結晶シリ
コン膜６の特性もさらに改善され、さらに酸化シリコン
膜５と多結晶シリコン膜６の表面におけるホールトラッ
プの欠陥も少ないので良好な特性の半導体デバイスを作
成でき、酸化シリコン膜５はそのまま半導体デバイスの
絶縁膜またはその一部として使用することができる。
【００２４】図２（ａ）〜（ｃ）に請求項２記載発明の
半導体膜の形成方法の１実施例の概略断面図を示す。１
１は絶縁性基板、１２は多結晶シリコン膜、１３ａは酸
化シリコン膜、１４は高品質な多結晶シリコン膜、１３
bはオゾンによる酸化後の酸化シリコン膜、１６はさら
に膜質向上した高品質な多結晶シリコン膜である。な
お、本発明が請求項１記載発明と異なる点は、オゾンに
よる酸化の前に請求項１記載では、酸化シリコン膜３を
除去する（図１（ｃ））のに対し、本発明では酸化シリ
コン膜１５ａを残しておくことであり、他は、同じなの
で異なる点のみにつき説明し重複した説明は省略する。
半導体膜の形成方法の１実施例の概略断面図を示す。１
１は絶縁性基板、１２は多結晶シリコン膜、１３ａは酸
化シリコン膜、１４は高品質な多結晶シリコン膜、１３
bはオゾンによる酸化後の酸化シリコン膜、１６はさら
に膜質向上した高品質な多結晶シリコン膜である。な
お、本発明が請求項１記載発明と異なる点は、オゾンに
よる酸化の前に請求項１記載では、酸化シリコン膜３を
除去する（図１（ｃ））のに対し、本発明では酸化シリ
コン膜１５ａを残しておくことであり、他は、同じなの
で異なる点のみにつき説明し重複した説明は省略する。
【００２５】図２（ｃ）に示すように酸化能力のある気
体を含む雰囲気で酸化されて形成された酸化シリコン膜
１３ａの上からオゾンを含む雰囲気で常温常圧で多結晶
シリコン膜１４を酸化し，酸化シリコン膜１３ｂを形成
する。このオゾンによる酸化により、酸化シリコン膜１
３ａ、多結晶シリコン膜１４および酸化シリコン膜１３
ａと多結晶シリコン膜１４の界面に残っている種々の欠
陥が補償され、かつ、酸化シリコン膜１３ｂには完全性
の高いＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネットワークが形成されている
ので、このようにして形成された半導体膜により良好な
特性を持つ半導体デバイスを作製することができる。な
お、オゾンを含む雰囲気は窒素（Ｎ2 ）に約５％のオゾ
ン（Ｏ3 ）を含むガスであるのが好ましい。
体を含む雰囲気で酸化されて形成された酸化シリコン膜
１３ａの上からオゾンを含む雰囲気で常温常圧で多結晶
シリコン膜１４を酸化し，酸化シリコン膜１３ｂを形成
する。このオゾンによる酸化により、酸化シリコン膜１
３ａ、多結晶シリコン膜１４および酸化シリコン膜１３
ａと多結晶シリコン膜１４の界面に残っている種々の欠
陥が補償され、かつ、酸化シリコン膜１３ｂには完全性
の高いＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネットワークが形成されている
ので、このようにして形成された半導体膜により良好な
特性を持つ半導体デバイスを作製することができる。な
お、オゾンを含む雰囲気は窒素（Ｎ2 ）に約５％のオゾ
ン（Ｏ3 ）を含むガスであるのが好ましい。
【００２６】
【実施例】以下、本発明による効果を実証するために多
結晶シリコン膜を水蒸気による酸化により表面に酸化シ
リコン膜を形成したものを従来例による半導体膜とし、
その上からさらにオゾンを含む雰囲気で酸化したものを
本発明による半導体膜とし、それぞれの絶縁耐圧特性と
多結晶シリコン膜の欠陥密度およびトランジスタ特性を
求めて比較した。
結晶シリコン膜を水蒸気による酸化により表面に酸化シ
リコン膜を形成したものを従来例による半導体膜とし、
その上からさらにオゾンを含む雰囲気で酸化したものを
本発明による半導体膜とし、それぞれの絶縁耐圧特性と
多結晶シリコン膜の欠陥密度およびトランジスタ特性を
求めて比較した。
【００２７】従来例の半導体膜は、多結晶シリコン膜を
水蒸気を主成分とする雰囲気で、圧力が８ａｔｍ、温度
が６００℃で酸化し、１００ｎｍ膜厚の酸化シリコン膜
を形成したものである。一方本発明の半導体膜は、上記
と同様の条件で多結晶シリコン膜の表面側に酸化シリコ
ン膜を形成し、その上から５％のオゾンを含む窒素雰囲
気で、常温常圧で１時間処理することにより、１００ｎ
ｍ膜厚の酸化シリコン膜を形成したものである。これら
の半導体膜を比較評価するため、絶縁膜を誘電体として
電極でサンドイッチし、電極間に電界を加えたときに流
れる電流密度を測定し、絶縁膜の絶縁耐圧特性を評価し
た。図３はこの測定結果を図示したもので、横軸は絶縁
膜に印加する電圧強度（ＭＶ／ｃｍ）、縦軸は電流密度
（Ａ／ｃｍ2 ）を表している。黒三角印が従来例、黒丸
印が本発明である。
水蒸気を主成分とする雰囲気で、圧力が８ａｔｍ、温度
が６００℃で酸化し、１００ｎｍ膜厚の酸化シリコン膜
を形成したものである。一方本発明の半導体膜は、上記
と同様の条件で多結晶シリコン膜の表面側に酸化シリコ
ン膜を形成し、その上から５％のオゾンを含む窒素雰囲
気で、常温常圧で１時間処理することにより、１００ｎ
ｍ膜厚の酸化シリコン膜を形成したものである。これら
の半導体膜を比較評価するため、絶縁膜を誘電体として
電極でサンドイッチし、電極間に電界を加えたときに流
れる電流密度を測定し、絶縁膜の絶縁耐圧特性を評価し
た。図３はこの測定結果を図示したもので、横軸は絶縁
膜に印加する電圧強度（ＭＶ／ｃｍ）、縦軸は電流密度
（Ａ／ｃｍ2 ）を表している。黒三角印が従来例、黒丸
印が本発明である。
【００２８】図からわかるように従来例では３．５ＭＶ
／ｃｍ以上において電流密度が上昇し、５．５ＭＶ／ｃ
ｍ以上の領域で絶縁破壊を起こした。これに対し、本発
明では低電界領域においても流れる電流密度が減少し、
６．５ＭＶ／ｃｍ程度まで１μＡ／ｃｍ2 以下の低い電
流密度に保持され、かつ、絶縁破壊強度が７ＭＶ／ｃｍ
まで向上した。本発明により、絶縁膜としての絶縁特性
が改善していることがわかる。
／ｃｍ以上において電流密度が上昇し、５．５ＭＶ／ｃ
ｍ以上の領域で絶縁破壊を起こした。これに対し、本発
明では低電界領域においても流れる電流密度が減少し、
６．５ＭＶ／ｃｍ程度まで１μＡ／ｃｍ2 以下の低い電
流密度に保持され、かつ、絶縁破壊強度が７ＭＶ／ｃｍ
まで向上した。本発明により、絶縁膜としての絶縁特性
が改善していることがわかる。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１はこれらの多結晶シリコン膜を電子ス
ピン共鳴法（ＥＳＲ：Electron Spin Resonance ）によ
って測定した欠陥密度を示す。また、この多結晶シリコ
ン膜を用いて作製したＮ型の薄膜トランジスタを評価し
て求めた移動度、しきい値、Ｓ値をそれぞれ示す。全て
の項目において、従来例より本発明のほうが特性が優っ
ていることがわかる。なお、ここでは常温常圧でオゾン
を含む雰囲気での酸化を行ったが、常温常圧でなく例え
ば、６００℃、８ａｔｍで酸化してもよい。
ピン共鳴法（ＥＳＲ：Electron Spin Resonance ）によ
って測定した欠陥密度を示す。また、この多結晶シリコ
ン膜を用いて作製したＮ型の薄膜トランジスタを評価し
て求めた移動度、しきい値、Ｓ値をそれぞれ示す。全て
の項目において、従来例より本発明のほうが特性が優っ
ていることがわかる。なお、ここでは常温常圧でオゾン
を含む雰囲気での酸化を行ったが、常温常圧でなく例え
ば、６００℃、８ａｔｍで酸化してもよい。
【００３１】本発明は以上述べた実施形態や実施例に限
定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変実が可能である。
定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変実が可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体膜の
形成方法は基板上に形成された多結晶シリコン膜を水蒸
気等の酸化能力のある気体を含む雰囲気で高圧で酸化
し、多結晶シリコン膜の表面側に酸化シリコン膜を形成
することにより多結晶シリコン膜の改質を行い、さら
に、その酸化シリコン膜を除去した後または酸化シリコ
ン膜を残したままオゾンを含む雰囲気で酸化を行うよう
にしたので、オゾンによる酸化により、酸化シリコン
膜、多結晶シリコン膜および酸化シリコン膜と多結晶膜
の界面の改質が行われ良好な特性を持つ多結晶シリコン
膜および酸化シリコン膜が得られ、したがって、そのよ
うな半導体膜により良好な特性を持つ半導体デバイスを
作成することができるなど優た効果がある。
形成方法は基板上に形成された多結晶シリコン膜を水蒸
気等の酸化能力のある気体を含む雰囲気で高圧で酸化
し、多結晶シリコン膜の表面側に酸化シリコン膜を形成
することにより多結晶シリコン膜の改質を行い、さら
に、その酸化シリコン膜を除去した後または酸化シリコ
ン膜を残したままオゾンを含む雰囲気で酸化を行うよう
にしたので、オゾンによる酸化により、酸化シリコン
膜、多結晶シリコン膜および酸化シリコン膜と多結晶膜
の界面の改質が行われ良好な特性を持つ多結晶シリコン
膜および酸化シリコン膜が得られ、したがって、そのよ
うな半導体膜により良好な特性を持つ半導体デバイスを
作成することができるなど優た効果がある。
【図１】請求項１記載発明の半導体膜の形成方法を示す
概略断面図である。
概略断面図である。
【図２】請求項２記載発明の半導体膜の形成方法を示す
概略断面図である。
概略断面図である。
【図３】本発明と従来例の半導体膜の絶縁特性を比較し
たグラフである。
たグラフである。
１ 絶縁性基板 ２ 多結晶シリコン膜 ３ 酸化シリコン膜 ４ 多結晶シリコン膜 ５ 酸化シリコン膜 ６ 多結晶シリコン膜 １２ 多結晶シリコン膜 １３ａ 酸化シリコン膜 １３ｂ 酸化シリコン膜 １４ 多結晶シリコン膜 １６ 多結晶シリコン膜
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁性基板上に多結晶シリコン膜を形成
する第１工程と、酸化能力のある気体を含む雰囲気で、
圧力が５〜５０ａｔｍ、温度が３００〜７００℃で前記
多結晶シリコン膜を酸化して表面側に酸化シリコン膜を
形成する第２工程と、前記酸化シリコン膜を除去する第
３工程と、該第３工程で残った多結晶シリコン膜をオゾ
ンを含む雰囲気で酸化して表面側に酸化シリコン膜を形
成する第４工程とを有することを特徴とする半導体膜の
形成方法。 - 【請求項２】 絶縁性基板上に多結晶シリコン膜を形成
する第１工程と、酸化能力のある気体を含む雰囲気で、
圧力が５〜５０ａｔｍ、温度が３００〜７００℃で前記
多結晶シリコン膜を酸化して表面側に酸化シリコン膜を
形成する第２工程と、表面側に酸化シリコン膜を有する
多結晶シリコン膜をオゾンを含む雰囲気で酸化する第３
工程とを有することを特徴とする半導体膜の形成方法。 - 【請求項３】 上記第２工程で使用する酸化能力のある
気体は酸素、水蒸気または塩化水素である請求項１また
は請求項２記載の半導体膜の形成方法。 - 【請求項４】 オゾンを含む雰囲気は窒素（Ｎ2 ）中に
約５％のオゾンを含むガスである請求項１ないし請求項
３記載の半導体膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10246985A JP2000077401A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 半導体膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10246985A JP2000077401A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 半導体膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000077401A true JP2000077401A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17156664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10246985A Pending JP2000077401A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 半導体膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000077401A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7605095B2 (en) | 2007-02-14 | 2009-10-20 | Tokyo Electron Limited | Heat processing method and apparatus for semiconductor process |
| JP2013207005A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Meidensha Corp | 酸化膜の形成方法 |
| JP2013254788A (ja) * | 2012-06-05 | 2013-12-19 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-09-01 JP JP10246985A patent/JP2000077401A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7605095B2 (en) | 2007-02-14 | 2009-10-20 | Tokyo Electron Limited | Heat processing method and apparatus for semiconductor process |
| JP2013207005A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Meidensha Corp | 酸化膜の形成方法 |
| JP2013254788A (ja) * | 2012-06-05 | 2013-12-19 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
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|---|---|---|---|
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070202 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070330 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070522 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071002 |