JPH0645593A - Manufacture of transistor - Google Patents

Manufacture of transistor

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JPH0645593A
JPH0645593A JP19563992A JP19563992A JPH0645593A JP H0645593 A JPH0645593 A JP H0645593A JP 19563992 A JP19563992 A JP 19563992A JP 19563992 A JP19563992 A JP 19563992A JP H0645593 A JPH0645593 A JP H0645593A
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JP
Japan
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film forming
film
forming apparatus
substrate
gas
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Application number
JP19563992A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Nakatani
喜紀 中谷
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPH0645593A publication Critical patent/JPH0645593A/en
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 成膜装置内に、酸素ガスのプラズマ放電によ
り生成されるオゾン及び酸素イオンを導入することによ
り、前記成膜装置内及び基板表面に存在する炭素化合物
を除去する工程と、前記成膜装置内に、水素ガスの放電
により生成される水素イオンとフッ素ガスとを導入する
ことにより生成されるフッ素イオンとフッ化水素とを導
入することにより、前記基板表面に形成された自然酸化
膜を除去する工程とを含むトランジスタの製造方法。 【効果】 オゾン又は酸素イオンにより成膜装置内及び
基板表面に存在する炭素化合物は酸化され、一酸化炭素
や二酸化炭素等のガスに変化するので、ガスを真空排気
することにより、炭素化合物による成膜装置内の不純物
汚染を低減することができる。また、フッ素イオンによ
るシリコン酸化膜のエッチングを行って、基板表面に形
成された自然酸化膜を除去することができる。
(57) [Summary] [Structure] By introducing ozone and oxygen ions generated by plasma discharge of oxygen gas into the film forming apparatus, carbon compounds existing in the film forming apparatus and on the substrate surface are removed. Formed on the substrate surface by introducing hydrogen ions and hydrogen fluoride generated by introducing hydrogen ions and fluorine gas generated by discharging hydrogen gas into the film forming apparatus. And a step of removing the removed natural oxide film. [Effect] Carbon compounds existing in the film forming apparatus and on the surface of the substrate are oxidized by ozone or oxygen ions and are changed into gases such as carbon monoxide and carbon dioxide. Impurity contamination in the membrane device can be reduced. Further, the silicon oxide film can be etched with fluorine ions to remove the natural oxide film formed on the substrate surface.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はトランジスタの製造方
法に関し、より詳細には低温プロセスで製造することが
できるトランジスタの製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a transistor, and more particularly to a method for manufacturing a transistor which can be manufactured by a low temperature process.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス基板を用いることによっ
て、600℃程度の低温プロセスで、ディスプレイデバ
イスやイメージセンサ等の大面積な部分に薄膜トランジ
スタを形成することが必要なデバイスが作製されるよう
になっている。しかし、600℃程度の温度では、ゲー
ト酸化膜を形成する際、従来の半導体プロセスである熱
酸化法を行うことができないため、減圧CVD法、プラ
ズマCVD法、又はスパッタリング等の堆積法によるゲ
ート酸化膜形成が行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, by using a glass substrate, a device which requires a thin film transistor to be formed on a large area such as a display device or an image sensor has been manufactured by a low temperature process of about 600.degree. ing. However, at a temperature of about 600 ° C., when the gate oxide film is formed, the conventional semiconductor process, that is, the thermal oxidation method cannot be performed. Therefore, the gate oxidation by the low pressure CVD method, the plasma CVD method, or the deposition method such as sputtering is performed. A film is being formed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】通常の半導体装置の製
造方法では、半導体層形成直後より、半導体層表面に不
安定な自然酸化膜が形成され、これを避ける事は非常に
困難である。特に、減圧CVD法、プラズマCVD法、
又はスパッタリング等の堆積法を用いた場合には、半導
体層とゲート酸化膜との界面に自然酸化膜が形成される
こととなる。このため、界面準位密度や固定表面電荷密
度の増加原因となり、トランジスタのしきい値電圧の増
加や電界効果移動度の低下などを引き起こすことがある
という課題があった。
In a conventional method for manufacturing a semiconductor device, an unstable natural oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer immediately after the semiconductor layer is formed, and it is very difficult to avoid this. In particular, low pressure CVD method, plasma CVD method,
Alternatively, when a deposition method such as sputtering is used, a natural oxide film will be formed at the interface between the semiconductor layer and the gate oxide film. Therefore, there has been a problem that the interface state density and the fixed surface charge density increase, which may cause an increase in the threshold voltage of the transistor and a decrease in the field effect mobility.

【0004】また、一般に半導体製造装置内には、排気
ポンプなどに用いられる油脂類を主な原因とする炭素系
の不純物が、微量ながらも存在し、半導体層表面に付着
することよって、トランジスタの特性を不安定にするこ
とが考えられる。この発明はこのような課題に鑑みなさ
れたものであり、成膜装置内及び半導体層表面に存在す
る炭素系不純物の除去を行うとともに、半導体層表面に
形成された自然酸化膜の除去を行うことができるトラン
ジスタの製造方法を提供することを目的としている。
Further, generally, in a semiconductor manufacturing apparatus, a small amount of carbon-based impurities mainly caused by oils and fats used in exhaust pumps are present and adhere to the surface of the semiconductor layer, so that It is possible to make the characteristics unstable. The present invention has been made in view of the above problems, and removes carbon-based impurities existing in the film forming apparatus and on the surface of the semiconductor layer, and also removes the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor layer. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a transistor capable of achieving the above.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明によれば、成膜
装置内に、酸素ガスのプラズマ放電により生成されるオ
ゾン及び酸素イオンを導入することにより、前記成膜装
置内及び基板表面に存在する炭素化合物を除去する工程
と、前記成膜装置内に、水素ガスの放電により生成され
る水素イオンとフッ素ガスとを導入することにより生成
されるフッ素イオンとフッ化水素とを導入することによ
り、前記基板表面に形成された自然酸化膜を除去する工
程とを含むトランジスタの製造方法が提供される。
According to the present invention, ozone and oxygen ions generated by plasma discharge of oxygen gas are introduced into a film forming apparatus so as to exist in the film forming apparatus and on the surface of a substrate. And a step of removing the carbon compound, and by introducing into the film-forming apparatus the fluorine ions and hydrogen fluoride produced by introducing hydrogen ions and fluorine gas produced by the discharge of hydrogen gas. And a step of removing a natural oxide film formed on the surface of the substrate, a method of manufacturing a transistor is provided.

【0006】つまりこの発明は、トランジスタを形成す
るプロセスのうち、ゲート絶縁膜を形成する際の表面処
理工程におけるものである。この発明において用いられ
る成膜装置は、通常、膜を形成するために用いられる装
置ならば、特に限定されるものではないが、例えば、図
2に示したような成膜装置10を用いることができる。
この成膜装置10は、ステンレスで形成された略円筒形
状の成膜室11とその下部に接続され、石英管で形成さ
れたプラズマ室12から主として構成されている。成膜
室11内の上壁には、その内部にヒータ(図示せず)を
埋設した基板ホルダ13が配設されており、その基板ホ
ルダ13上に基板1が載置される。また、上壁端部の略
対角線上に2つの排気口14が形成されている。さら
に、成膜室11内のほぼ中央部であって、載置された基
板1に対向する位置に、第1のガスノズル15が配設さ
れており、第1のガスノズル15のガス導入口は成膜室
11外部にまで延設されている。この第1のガスノズル
15から導入されるガスはプラズマ分解する必要のない
原料ガスを直接成膜室11内に導入することができる。
さらに第1のガスノズル15の下方にはプラズマ室12
と接続され、プラズマ室12で励起された原料ガスを導
入するための第2のガスノズル16が形成されている。
さらに、プラズマ室12外周部にはプラズマ室12に導
入した原料ガスを励起させるため、プラズマ発振をおこ
なうコイル17が配設されており、このコイル17は高
周波電源18に接続されている。
That is, the present invention relates to the surface treatment step of forming the gate insulating film in the process of forming the transistor. The film forming apparatus used in the present invention is not particularly limited as long as it is an apparatus normally used for forming a film, but for example, the film forming apparatus 10 as shown in FIG. 2 is used. it can.
The film forming apparatus 10 is mainly composed of a substantially cylindrical film forming chamber 11 formed of stainless steel and a plasma chamber 12 connected to a lower portion thereof and formed of a quartz tube. A substrate holder 13 having a heater (not shown) embedded therein is disposed on the upper wall of the film forming chamber 11, and the substrate 1 is placed on the substrate holder 13. In addition, two exhaust ports 14 are formed on the upper wall end portion on a substantially diagonal line. Further, the first gas nozzle 15 is arranged at a position facing the mounted substrate 1 in a substantially central portion of the film forming chamber 11, and a gas introduction port of the first gas nozzle 15 is formed. It extends to the outside of the membrane chamber 11. As the gas introduced from the first gas nozzle 15, a raw material gas which does not need to be decomposed by plasma can be directly introduced into the film forming chamber 11.
Further, below the first gas nozzle 15, there is a plasma chamber 12
And a second gas nozzle 16 for introducing the source gas excited in the plasma chamber 12 is formed.
Further, in order to excite the raw material gas introduced into the plasma chamber 12, a coil 17 for oscillating plasma is arranged in the outer peripheral portion of the plasma chamber 12, and the coil 17 is connected to a high frequency power supply 18.

【0007】また、この発明で用いられる基板として
は、通常、トランジスタを形成する基板であれば特に限
定されるものではない。例えば、薄膜トランジスタを形
成する場合には、通常薄膜トランジスタを形成する基板
として用いられるガラス基板等の絶縁性基板を用いるこ
とができる。そして、その絶縁性基板上に、公知の方
法、例えば、CVD法等によりアモルファスシリコン又
はポリシリコン等の半導体薄膜を、50〜150nm程
度堆積してチャネル部分となる領域を形成しておくこと
が好ましい。MOS等のトランジスタを形成する場合に
は、シリコン基板等の半導体基板を用いることができ
る。なお、この発明において、基板とは、薄膜トランジ
スタの場合には、絶縁性基板上に形成された半導体薄膜
を含むものである。
The substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it is a substrate for forming a transistor. For example, when forming a thin film transistor, an insulating substrate such as a glass substrate that is usually used as a substrate for forming a thin film transistor can be used. Then, on the insulating substrate, it is preferable to deposit a semiconductor thin film of amorphous silicon, polysilicon, or the like by about 50 to 150 nm by a known method, for example, a CVD method or the like to form a region to be a channel portion. . When forming a transistor such as a MOS, a semiconductor substrate such as a silicon substrate can be used. In the present invention, the substrate, in the case of a thin film transistor, includes a semiconductor thin film formed on an insulating substrate.

【0008】この発明において、半導体薄膜を形成した
基板あるいは半導体基板を成膜装置内の基板ホルダに載
置し、5×10-7Torr以下に真空排気することが好
ましい。また、成膜装置内に、酸素ガスのプラズマ放電
により生成されるオゾン及び酸素イオンを導入する際、
酸素ガスはまずプラズマ室に導入される。この場合、酸
素ガスは10〜500sccm程度の流量で導入される
ことが好ましい。また、プラズマ室の圧力は0.1〜1
Torr程度が好ましい。そして、酸素ガスのプラズマ
放電により生成したオゾン及び酸素イオンで処理する時
間は5〜15分間程度が好ましい。さらに、プラズマ放
電の際に発振コイルに印加する高周波電力は50〜15
0Wが好ましい。
In the present invention, it is preferable that the substrate on which the semiconductor thin film is formed or the semiconductor substrate is placed on the substrate holder in the film forming apparatus and is evacuated to 5 × 10 −7 Torr or less. Further, when introducing ozone and oxygen ions generated by plasma discharge of oxygen gas into the film forming apparatus,
Oxygen gas is first introduced into the plasma chamber. In this case, the oxygen gas is preferably introduced at a flow rate of about 10 to 500 sccm. The pressure in the plasma chamber is 0.1 to 1
About Torr is preferable. The time for treatment with ozone and oxygen ions generated by plasma discharge of oxygen gas is preferably about 5 to 15 minutes. Further, the high frequency power applied to the oscillation coil during plasma discharge is 50 to 15
0 W is preferable.

【0009】また、成膜装置内に、水素ガスの放電によ
り生成される水素イオンとフッ素ガスとを導入すること
により生成されるフッ素イオンとフッ化水素とを導入す
る際、水素ガスはまずプラズマ室に導入される。この場
合、水素ガスは10〜500sccm程度の流量で導入
され、励起して成膜室に導入される。なお、この際のプ
ラズマ室の圧力は0.1〜1Torr程度が好ましい。
また、水素イオンの導入と同時に成膜室に直接導入され
るフッ素ガスは、2〜50sccm程度の流量で導入さ
れることが好ましい。そして、これら水素イオンとフッ
素ガスとが反応することにより、フッ素イオンとフッ化
水素が生成されることとなる。成膜装置内でフッ素イオ
ンとフッ化水素とにより処理される時間は1〜5分間程
度が好ましい。
When hydrogen ions and hydrogen fluoride generated by introducing hydrogen ions and fluorine gas generated by the discharge of hydrogen gas are introduced into the film forming apparatus, the hydrogen gas first forms plasma. Introduced into the room. In this case, hydrogen gas is introduced at a flow rate of about 10 to 500 sccm, excited and introduced into the film forming chamber. The pressure of the plasma chamber at this time is preferably about 0.1 to 1 Torr.
Further, the fluorine gas, which is directly introduced into the film forming chamber at the same time as the introduction of hydrogen ions, is preferably introduced at a flow rate of about 2 to 50 sccm. Then, by reacting these hydrogen ions with fluorine gas, fluorine ions and hydrogen fluoride are generated. The time for treatment with fluorine ions and hydrogen fluoride in the film forming apparatus is preferably about 1 to 5 minutes.

【0010】さらに、これら処理を行ったのち、引き続
いて基板表面にゲート絶縁膜となる酸化膜を形成する。
その際、上記と同様に酸素ガスを導入することによりオ
ゾン及び酸素イオンを生成すると同時に、成膜室に直
接、シランガスを1〜20sccm程度の流量で導入し
て、酸化膜を形成することができる。この場合の酸化膜
の膜厚は特に限定されるものではないが、薄膜トランジ
スタを形成する場合には80〜120nm程度が好まし
い。
Further, after performing these treatments, an oxide film to be a gate insulating film is subsequently formed on the surface of the substrate.
At that time, similarly to the above, by introducing oxygen gas, ozone and oxygen ions are generated, and at the same time, the silane gas can be directly introduced into the film formation chamber at a flow rate of about 1 to 20 sccm to form an oxide film. . Although the thickness of the oxide film in this case is not particularly limited, it is preferably about 80 to 120 nm when forming a thin film transistor.

【0011】そして、ゲート絶縁膜を形成したのち、公
知の方法により、ゲート電極、ソース/ドレイン領域及
び層間絶縁膜等を形成し、トランジスタを作製すること
ができる。
After forming the gate insulating film, the gate electrode, the source / drain regions, the interlayer insulating film, and the like are formed by a known method to manufacture a transistor.

【0012】[0012]

【作用】上記の方法によれば、成膜装置内に、酸素ガス
のプラズマ放電により生成されるオゾン及び酸素イオン
を導入するので、オゾン又は酸素イオンにより成膜装置
内及び基板表面に存在する炭素化合物は酸化され、一酸
化炭素や二酸化炭素等のガスに変化することとなる。そ
して、成膜装置内に生成された一酸化炭素や二酸化炭素
等のガスを真空排気することにより、成膜装置内のガス
が除去され、炭素化合物による成膜装置内の不純物汚染
が低減される。
According to the above method, since ozone and oxygen ions generated by plasma discharge of oxygen gas are introduced into the film forming apparatus, the carbon present in the film forming apparatus and on the surface of the substrate by ozone or oxygen ions is introduced. The compound is oxidized and converted into a gas such as carbon monoxide or carbon dioxide. Then, the gas in the film forming apparatus is removed by evacuating the gas such as carbon monoxide or carbon dioxide generated in the film forming apparatus, and the impurity contamination in the film forming apparatus by the carbon compound is reduced. .

【0013】また一般に、フッ素イオンがシリコン膜及
びシリコン酸化膜のエッチングを行うことは知られてい
ることから、四フッ化炭素(CF4)のプラズマ分解を利
用したエッチングが広く利用されている。しかし、この
方法を応用した場合、炭素がシリコン膜表面に残るた
め、清浄な界面を形成する事ができない。従って、成膜
装置内に、水素ガスの放電により生成される水素イオン
とフッ素ガスとを導入することにより生成されるフッ素
イオンとフッ化水素とを導入することにより、基板表面
に形成された自然酸化膜が除去される。これは、水素を
プラズマ分解することにより水素イオンを形成し、この
水素イオンとフッ素を反応させることによりフッ素イオ
ンを形成して、シリコン酸化膜のエッチングを行うため
である。
Further, since it is generally known that fluorine ions etch a silicon film and a silicon oxide film, etching utilizing plasma decomposition of carbon tetrafluoride (CF 4 ) is widely used. However, when this method is applied, carbon remains on the surface of the silicon film, so that a clean interface cannot be formed. Therefore, by introducing hydrogen ions and hydrogen fluoride, which are generated by introducing hydrogen ions and fluorine gas, which are generated by the discharge of hydrogen gas, into the film forming apparatus, the natural formed on the substrate surface is introduced. The oxide film is removed. This is because hydrogen ions are formed by plasma decomposition of hydrogen and fluorine ions are formed by reacting the hydrogen ions with fluorine to etch the silicon oxide film.

【0014】[0014]

【実施例】この発明に係わるトランジスタの製造方法を
図面に基づいて説明する。まず、ガラスからなる絶縁性
基板1上に、ポリシリコン2を、例えば、CVD法によ
り膜厚100nmで堆積し、トランジスタのチャネル部
分となるポリシリコン2を形成する(図1(a))。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method of manufacturing a transistor according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, polysilicon 2 is deposited on the insulating substrate 1 made of glass, for example, by a CVD method so as to have a film thickness of 100 nm to form the polysilicon 2 which will be a channel portion of a transistor (FIG. 1A).

【0015】これを図2に示した成膜装置10の基板ホ
ルダー13に装着し、一旦、成膜装置10内部を5×1
0-7Torrになるまで真空引きを行うとともに、基板
ホルダー13のヒーターにて基板1を300℃にする。
そして、まずプラズマ室12に100sccm程度の流
量で酸素ガスを導入し、例えば、発振コイル17に高周
波電力約100Wを印加することにより酸素プラズマを
形成する。そして、第2のガスノズル16を通じてオゾ
ン及び酸素ラジカルを成膜室11に導入し、基板1表面
及び成膜室11内に存在する炭素化合物からなる不純物
の除去を行う。このときのプラズマ室12内の圧力は1
Torr程度で、処理時間は約10分間である。次い
で、再び5×10-7Torrまで真空引きを行った後、
プラズマ室12に100sccm程度の流量で水素ガス
を導入し、発振コイル17に高周波電力約100Wを印
加することにより水素プラズマを形成する。そして、第
2のガスノズル16を通じ水素ラジカルを成膜室11に
導入すると同時に、第1のガスノズル15よりフッ素ガ
スを10sccm程度の流量で導入し、ポリシリコン2
表面に形成された自然酸化膜をエッチング除去する。こ
のときの処理時間は約5分である。その後、さらにプラ
ズマ室12に100sccm程度の流量で酸素ガスを導
入することにより、酸素プラズマを形成し、成膜室11
にオゾン及び酸素イオンを導入する。それと同時に、第
1のガスノズル15よりモノシランを2sccm程度の
流量で導入することにより、ポリシリコン2上に、トラ
ンジスタのゲート絶縁膜となる膜厚100nm程度のS
iO2 膜3を成膜する(図1(b))。
This is mounted on the substrate holder 13 of the film forming apparatus 10 shown in FIG. 2, and once the inside of the film forming apparatus 10 is 5 × 1.
The substrate 1 is heated to 300 ° C. with the heater of the substrate holder 13 while evacuation is performed to 0 −7 Torr.
Then, first, oxygen gas is introduced into the plasma chamber 12 at a flow rate of about 100 sccm, and for example, high frequency power of about 100 W is applied to the oscillation coil 17 to form oxygen plasma. Then, ozone and oxygen radicals are introduced into the film forming chamber 11 through the second gas nozzle 16 to remove impurities consisting of carbon compounds existing on the surface of the substrate 1 and in the film forming chamber 11. At this time, the pressure in the plasma chamber 12 is 1
The processing time is about 10 minutes at about Torr. Then, after evacuating to 5 × 10 −7 Torr again,
Hydrogen gas is introduced into the plasma chamber 12 at a flow rate of about 100 sccm, and high frequency power of about 100 W is applied to the oscillation coil 17 to form hydrogen plasma. Then, hydrogen radicals are introduced into the film forming chamber 11 through the second gas nozzle 16 and, at the same time, fluorine gas is introduced through the first gas nozzle 15 at a flow rate of about 10 sccm.
The natural oxide film formed on the surface is removed by etching. The processing time at this time is about 5 minutes. After that, oxygen gas is further introduced into the plasma chamber 12 at a flow rate of about 100 sccm to form oxygen plasma, and the film formation chamber 11
Ozone and oxygen ions are introduced into. At the same time, by introducing monosilane from the first gas nozzle 15 at a flow rate of about 2 sccm, an S film having a film thickness of about 100 nm to be a gate insulating film of a transistor is formed on the polysilicon 2.
An iO 2 film 3 is formed (FIG. 1B).

【0016】次いで、基板1を成膜装置10から取り出
した後、基板1上に膜厚250nm程度のポリシリコン
膜を成膜し、所望の形状にパターニングしてゲート電極
44を形成する。これをイオン注入により自己整合的に
不純物元素を1×1015ions/cm2 、40keV
程度で注入し、活性化を行うことによりトランジスタの
ソース及びドレインを形成する。そして、それと同時に
ゲート電極44の低抵抗化を行った後、膜厚500nm
程度のSiO2 膜からなる層間絶縁膜5を成膜する(図
1(c))。
Next, after taking out the substrate 1 from the film forming apparatus 10, a polysilicon film having a film thickness of about 250 nm is formed on the substrate 1 and patterned into a desired shape to form a gate electrode 44. This is ion-implanted into a self-aligned impurity element at 1 × 10 15 ions / cm 2 , 40 keV.
The source and the drain of the transistor are formed by implanting and activating the solution to some extent. At the same time, after the resistance of the gate electrode 44 is reduced, the film thickness is 500 nm.
An interlayer insulating film 5 made of a SiO 2 film is formed (FIG. 1C).

【0017】さらに、通常の工程により、層間絶縁膜5
にコンタクトホールを形成した後、例えばアルミニウム
の引き出し電極6を形成し、トランジスタを作製する
(図1(d))。このように作製されたトランジスタの
ドレイン電流−ゲート電圧特性を図3において実線で示
す。
Further, the interlayer insulating film 5 is formed by the usual process.
After forming a contact hole in, a lead electrode 6 made of, for example, aluminum is formed to fabricate a transistor (FIG. 1D). The drain current-gate voltage characteristic of the transistor thus manufactured is shown by a solid line in FIG.

【0018】実施例1 酸素プラズマによる成膜装置及び基板表面のクリーニン
グに関する実験の実施例を示す。基板1としてRTA洗
浄を行ったシリコンウェハを基板ホルダー13にセット
し、酸素ガスを100sccmの流量にてプラズマ室1
2に導入して酸素プラズマを形成し、第2のガスノズル
16を通じて成膜室11にオゾン及び酸素イオンを導入
した。プラズマを形成する高周波電力は100W、基板
1の温度は300℃、プラズマ室12及び成膜室11の
圧力は排気速度を制御することにより1Torrとし、
10分間処理を行った。
Example 1 An example of an experiment relating to cleaning of a film forming apparatus and a substrate surface by oxygen plasma will be shown. A silicon wafer that has been subjected to RTA cleaning as the substrate 1 is set in the substrate holder 13 and oxygen gas is supplied at a flow rate of 100 sccm in the plasma chamber 1.
2 was introduced to form oxygen plasma, and ozone and oxygen ions were introduced into the film forming chamber 11 through the second gas nozzle 16. The high frequency power for forming plasma is 100 W, the temperature of the substrate 1 is 300 ° C., the pressure of the plasma chamber 12 and the film forming chamber 11 is set to 1 Torr by controlling the exhaust speed,
The treatment was carried out for 10 minutes.

【0019】図4は、成膜室11に質量分析機を設置し
て、処理前(A)、処理直後(B)及び1分間排気後
(C)での成膜室11内の雰囲気を観測したものであ
る。測定時の圧力は処理前後とも5×10-7Torrで
あった。処理前(A)では質量数38〜44に、排気ポ
ンプなどに使用されている油脂類を起因とする炭素化合
物を示すシグナルが観測されている。
In FIG. 4, a mass spectrometer is installed in the film forming chamber 11 to observe the atmosphere inside the film forming chamber 11 before (A), immediately after (B) and after 1 minute of evacuation (C). It was done. The pressure during measurement was 5 × 10 −7 Torr before and after the treatment. Before the treatment (A), a signal indicating a carbon compound derived from oils and fats used in an exhaust pump or the like is observed at a mass number of 38 to 44.

【0020】処理直後(B)では、質量数44以外のシ
グナルは減少している。これは成膜室11内に存在する
炭素化合物からなる不純物が、オゾン及び酸素イオンに
より酸化され、一酸化炭素又は二酸化炭素等のガスに変
化しているためである。従って、処理直後で、質量数4
4の二酸化炭素が増加していることが観測により明らか
となっている。
Immediately after the treatment (B), signals other than the mass number 44 are decreased. This is because the impurities consisting of carbon compounds existing in the film forming chamber 11 are oxidized by ozone and oxygen ions and changed into gas such as carbon monoxide or carbon dioxide. Therefore, immediately after the treatment, the mass number is 4
Observations show that carbon dioxide in No. 4 is increasing.

【0021】また、1分間の排気を行った後(C)で
は、質量数44のシグナルも減少しており、炭素化合物
からなる不純物が除去されていることを示している。図
5は、同じく成膜室11内にオージェ電子分光分析機を
設置し、処理前(D)及び処理後(E)でシリコン基板
1表面の状態の変化を観測したものである。処理前
(D)では、シリコン基板1表面に炭素原子が付着して
いることを示すシグナルが観測されているが、処理後
(E)では、炭素原子が全く観測されなくなっている。
このことより、基板表面の炭素不純物の除去も行われて
いることが確認できる。ただし、酸素原子を示すシグナ
ルは大きくなっているが、これは、オゾン及び酸素イオ
ンによりシリコンの酸化が進行しているためである。
After evacuation for 1 minute (C), the signal of mass number 44 also decreased, indicating that the impurities consisting of carbon compounds were removed. In FIG. 5, the Auger electron spectroscopic analyzer is similarly installed in the film forming chamber 11, and changes in the state of the surface of the silicon substrate 1 are observed before (D) and after (E) treatment. A signal indicating that carbon atoms are attached to the surface of the silicon substrate 1 is observed before the treatment (D), but no carbon atoms are observed after the treatment (E).
From this, it can be confirmed that the carbon impurities on the substrate surface are also removed. However, the signal indicating an oxygen atom is increased because the oxidation of silicon is progressing due to ozone and oxygen ions.

【0022】実施例2 水素プラズマ及びフッ素導入による表面酸化膜除去に関
する実験の実施例を示す。実施例1の処理を行った後、
プラズマ室に水素ガスを100sccmの流量にて導入
して水素プラズマを形成し、第2のガスノズル16を通
じて水素イオンを成膜室11に導入した。また、第1の
ガスノズル15よりフッ素ガスを10sccmの流量に
て導入した。プラズマを形成する高周波電力は100
W、基板温度は300℃、プラズマ室12及び成膜室1
1の圧力は排気速度を制御することにより0.5Tor
rとし、1分間処理を行った。
Example 2 An example of an experiment relating to removal of a surface oxide film by introducing hydrogen plasma and fluorine will be shown. After performing the process of Example 1,
Hydrogen gas was introduced into the plasma chamber at a flow rate of 100 sccm to form hydrogen plasma, and hydrogen ions were introduced into the film formation chamber 11 through the second gas nozzle 16. Further, fluorine gas was introduced from the first gas nozzle 15 at a flow rate of 10 sccm. The high frequency power that forms plasma is 100
W, substrate temperature is 300 ° C., plasma chamber 12 and film forming chamber 1
The pressure of 1 is 0.5 Tor by controlling the exhaust speed
and treated for 1 minute.

【0023】図6は、成膜室11内にオージェ電子分光
分析機を設置し、処理前(F)及び処理後(G)でシリ
コン基板1表面の状態の変化を観測したものである。処
理前(F)では、基板1表面の酸化膜を示す酸素原子の
シグナルが観測されているが、処理後(G)では、酸素
原子のシグナルが全く観測されなくなっている。このこ
とより、基板1表面に存在する自然酸化膜や実施例1の
処理の際に形成された酸化膜がエッチング除去されてい
ることを示している。
FIG. 6 shows a change in the state of the surface of the silicon substrate 1 observed before (F) and after (G) processing by installing an Auger electron spectroscopic analyzer in the film forming chamber 11. Before the treatment (F), signals of oxygen atoms showing the oxide film on the surface of the substrate 1 are observed, but after treatment (G), the signals of oxygen atoms are not observed at all. From this, it is shown that the natural oxide film existing on the surface of the substrate 1 and the oxide film formed in the process of Example 1 are removed by etching.

【0024】実施例3 酸素プラズマによる成膜装置及び基板表面のクリーニン
グ、水素プラズマ及びフッ素導入による表面酸化膜除去
に関する実験の実施例、及びそれら処理を行った後のシ
リコンウェハ上にシリコン酸化膜の成膜に関する実験の
実施例を示す。酸素を100sccmの流量にてプラズ
マ室に導入して酸素プラズマを形成し、第2のガスノズ
ル16を通じて成膜室11にオゾン及び酸素イオンを導
入すると同時に、第1のガスノズル15よりモノシラン
を2sccmの流量にて導入した。プラズマを形成する
高周波電力は100W、基板温度は300℃、プラズマ
室12及び成膜室11の圧力は、排気速度を制御するこ
とにより0.1Torrとし、12分間成膜を行った。
この方法では、オゾン及び酸素イオンとモノシランとの
反応によりシリコン酸化膜の成長が行われ、通常の酸素
とモノシランを用いた減圧CVDに比べ、300℃の低
温においても約4倍である約8nm/minの成長速度
が得られた。また、成膜室内でプラズマ発振を行う通常
プラズマCVDに対し、基板表面に与えるダメージはほ
とんど無いものと考えられる。
Example 3 An example of an experiment concerning cleaning of a film-forming apparatus and a substrate surface by oxygen plasma, removal of a surface oxide film by hydrogen plasma and fluorine introduction, and a silicon oxide film on a silicon wafer after the treatment. The example of the experiment regarding film-forming is shown. Oxygen is introduced into the plasma chamber at a flow rate of 100 sccm to form oxygen plasma, and ozone and oxygen ions are introduced into the film forming chamber 11 through the second gas nozzle 16, and at the same time monosilane is flown from the first gas nozzle 15 at a flow rate of 2 sccm. Introduced in. The high-frequency power for forming plasma was 100 W, the substrate temperature was 300 ° C., the pressure in the plasma chamber 12 and the film forming chamber 11 was 0.1 Torr by controlling the exhaust speed, and the film formation was performed for 12 minutes.
In this method, a silicon oxide film is grown by the reaction of ozone and oxygen ions with monosilane, which is about 4 nm even at a low temperature of 300 ° C., which is about four times as high as the low pressure CVD using normal oxygen and monosilane. A growth rate of min was obtained. In addition, it is considered that there is almost no damage to the substrate surface as compared with normal plasma CVD in which plasma oscillation is performed in the film forming chamber.

【0025】以上により成膜を行った膜厚100nmの
シリコン酸化膜よりMOS構造を形成し、リーク電流特
性及び高周波C−V法によるC−V曲線の測定を行っ
た。図7はリーク電流特性を示した図であるが、低電界
でのリーク電流の密度は約3nA/cm2 程度で、絶縁
耐圧は約8MV/cmと、実用上問題のない絶縁膜が得
られた。
A MOS structure was formed from the 100 nm-thick silicon oxide film formed as described above, and the leak current characteristics and the CV curve by the high frequency CV method were measured. FIG. 7 is a diagram showing the leakage current characteristics. The density of the leakage current in a low electric field is about 3 nA / cm 2 and the withstand voltage is about 8 MV / cm. It was

【0026】図8はC−V曲線を示している。界面準位
密度をC−V曲線から計算した結果、シリコンのバンド
ギャップ中央付近で2×1010/cm・eVの値が得ら
れていた。これは、実施例1及び2で示した処理により
シリコン表面がクリーニングされ、そのうえにシリコン
酸化膜が成膜されていることをしめしている。
FIG. 8 shows the CV curve. As a result of calculating the interface state density from the CV curve, a value of 2 × 10 10 / cm · eV was obtained near the center of the band gap of silicon. This indicates that the silicon surface was cleaned by the treatment shown in Examples 1 and 2 and the silicon oxide film was formed thereon.

【0027】比較例1 実施例1及び2で示す処理を行わずに、シリコンウェハ
上に実施例3で示すシリコン酸化膜を成膜した比較例を
示す。RTA洗浄を行ったシリコンウェハを基板ホルダ
ー13にセットし、実施例1及び2で示す処理を行わず
に、実施例3でシリコン酸化膜を成膜した。実施例3と
同様に膜厚100nmのシリコン酸化膜のC−V曲線を
測定した結果を図8の点線に示す。図8から明らかなよ
うに、実施例3で作製したシリコン酸化膜の方が、比較
例1で作製したシリコン酸化膜よりも界面準位密度が小
さく、特性が良いことが判る。
Comparative Example 1 A comparative example in which the silicon oxide film shown in Example 3 is formed on a silicon wafer without performing the processing shown in Examples 1 and 2 will be shown. The silicon wafer that had been subjected to RTA cleaning was set on the substrate holder 13, and the silicon oxide film was formed in Example 3 without performing the processes shown in Examples 1 and 2. The result of measuring the CV curve of the silicon oxide film having a film thickness of 100 nm in the same manner as in Example 3 is shown by the dotted line in FIG. As is clear from FIG. 8, the silicon oxide film manufactured in Example 3 has a smaller interface state density and better characteristics than the silicon oxide film manufactured in Comparative Example 1.

【0028】比較例2 ゲート絶縁膜の部分を上記実施例1〜3の処理を行わず
通常のプラズマCVDでシリコン酸化膜を成膜したトラ
ンジスタについて示す。実施例1〜3の処理を行わず通
常のプラズマCVDでシリコン酸化膜を成膜した以外は
実施例と同様にしてトランジスタを作製した。
COMPARATIVE EXAMPLE 2 A transistor in which a silicon oxide film is formed by ordinary plasma CVD without performing the processing of Examples 1 to 3 on the gate insulating film will be described. Transistors were manufactured in the same manner as in the example except that the silicon oxide film was formed by the usual plasma CVD without performing the processes of the examples 1 to 3.

【0029】比較例2のトランジスタのゲート電圧−ド
レイン電流特性を実施例と同様にして測定した結果を図
3の点線に示す。比較例2のトランジスタに比べ実施例
のトランジスタの方がオン電流が大きく、しきい値電圧
も低い良好な特性のトランジスタであることが判った。
なお、この実施例においては、薄膜トランジスタを形成
する場合について説明したが、その他のトランジスタ、
例えばMOS等のトランジスタを形成する場合にも本質
的に同様であり、この発明もまた、それらに及ぶもので
ある。
The result of measuring the gate voltage-drain current characteristics of the transistor of Comparative Example 2 in the same manner as in Example is shown by the dotted line in FIG. It was found that the transistor of the example has a larger on-current and a lower threshold voltage than the transistor of the comparative example 2 and has good characteristics.
In this embodiment, the case of forming a thin film transistor has been described, but other transistors,
This is essentially the same when forming a transistor such as a MOS, and the present invention extends to them.

【0030】[0030]

【発明の効果】この発明の製造方法によれば、成膜装置
内に、酸素ガスのプラズマ放電により生成されるオゾン
及び酸素イオンを導入するので、オゾン又は酸素イオン
により成膜装置内及び基板表面に存在する炭素化合物は
酸化され、一酸化炭素や二酸化炭素等のガスに変化す
る。そして、成膜装置内に生成された一酸化炭素や二酸
化炭素等のガスを真空排気することにより、成膜装置内
のガスが除去され、炭素化合物による成膜装置内の不純
物汚染を低減することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, since ozone and oxygen ions generated by plasma discharge of oxygen gas are introduced into the film forming apparatus, ozone or oxygen ions are used to form the film forming apparatus and the substrate surface. The carbon compounds present in are oxidized and converted into gases such as carbon monoxide and carbon dioxide. Then, by evacuating the gas such as carbon monoxide and carbon dioxide generated in the film forming apparatus, the gas in the film forming apparatus is removed, and impurity contamination in the film forming apparatus by the carbon compound is reduced. You can

【0031】また成膜装置内に、水素ガスの放電により
生成される水素イオンとフッ素ガスとを導入することに
より生成されるフッ素イオンとフッ化水素とを導入する
ことにより、フッ素イオンによるシリコン酸化膜のエッ
チングを行って、基板表面に形成された自然酸化膜を除
去することができる。従って、界面準位密度や界面固定
電荷密度を低減することができ、トランジスタの特性を
向上することが可能となる。
Further, by introducing hydrogen ions and hydrogen fluoride produced by introducing hydrogen ions and fluorine gas produced by the discharge of hydrogen gas into the film forming apparatus, silicon oxide by fluorine ions is produced. The film can be etched to remove the native oxide film formed on the substrate surface. Therefore, the interface state density and the interface fixed charge density can be reduced, and the characteristics of the transistor can be improved.

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

【図1】この発明に係るトランジスタの製造方法の実施
例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a method of manufacturing a transistor according to the present invention.

【図2】この発明の実施例のシリコン酸化膜作製に用い
た成膜装置の概略図断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a film forming apparatus used for forming a silicon oxide film according to an embodiment of the present invention.

【図3】この発明の実施例及び比較例により作製したト
ランジスタのゲート電圧−ドレイン電流特性を示すグラ
フである。
FIG. 3 is a graph showing gate voltage-drain current characteristics of transistors manufactured according to Examples of the present invention and Comparative Examples.

【図4】この発明の実施例1に示す処理を行う前後で成
膜装置内の雰囲気を測定した質量スペクトルの変化を示
したグラフである。
FIG. 4 is a graph showing changes in the mass spectrum obtained by measuring the atmosphere in the film forming apparatus before and after performing the process shown in Example 1 of the present invention.

【図5】この発明の実施例1に示す処理を行う前後でシ
リコンウェハ表面を観測したオージェ電子スペクトルの
変化を示したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing changes in Auger electron spectrum observed on the surface of a silicon wafer before and after performing the treatment shown in Example 1 of the present invention.

【図6】この発明の実施例2に示す処理を行う前後でシ
リコンウェハ表面を観測したオージェ電子スペクトルの
変化を示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing changes in Auger electron spectrum observed on the surface of a silicon wafer before and after the treatment shown in Example 2 of the present invention.

【図7】この発明の実施例3により作製したシリコン酸
化膜のリーク電流特性を示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing leak current characteristics of a silicon oxide film manufactured according to Example 3 of the present invention.

【図8】この発明の実施例3により作製したシリコン酸
化膜のC−V特性を示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing CV characteristics of a silicon oxide film manufactured according to Example 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 10 成膜装置 1 substrate 10 film forming apparatus

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 成膜装置内に、酸素ガスのプラズマ放電
により生成されるオゾン及び酸素イオンを導入すること
により、前記成膜装置内及び基板表面に存在する炭素化
合物を除去する工程と、前記成膜装置内に、水素ガスの
放電により生成される水素イオンとフッ素ガスとを導入
することにより生成されるフッ素イオンとフッ化水素と
を導入することにより、前記基板表面に形成された自然
酸化膜を除去する工程とを含むことを特徴とするトラン
ジスタの製造方法。
1. A step of removing carbon compounds existing in the film forming apparatus and on the surface of a substrate by introducing ozone and oxygen ions generated by plasma discharge of oxygen gas into the film forming apparatus, By introducing hydrogen ions and hydrogen fluoride generated by introducing hydrogen ions and fluorine gas generated by discharging hydrogen gas into the film forming apparatus, the natural oxidation formed on the surface of the substrate. And a step of removing the film.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100509660B1 (en) * 1996-02-20 2005-11-08 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Film manufacturing method
KR100768707B1 (en) * 2005-12-19 2007-10-19 주식회사 대우일렉트로닉스 Manufacturing method of organic light emitting element
JP2015052561A (en) * 2013-09-09 2015-03-19 富士通株式会社 Secondary ion mass spectrometer

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