JPH0855848A

JPH0855848A - 酸化珪素膜の加熱処理方法

Info

Publication number: JPH0855848A
Application number: JP6212033A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Mitsunori Sakama; 光範坂間; Tomohiko Sato; 友彦佐藤; Satoshi Teramoto; 聡寺本; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村; Shigefumi Sakai; 重史酒井
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ＰＶＤ法やＣＶＤ法によって形成された酸化
珪素膜を薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜として用いる
ための、良好な加熱処理方法および加熱処理装置を提供
する。【構成】ＰＶＤ法やＣＶＤ法によって、珪素膜からな
る活性層上に形成した酸化珪素膜に対して、紫外光を照
射しながら、Ｎ₂Ｏ雰囲気（もしくは窒化水素雰囲気）
において３００〜７００℃の加熱処理をおこない、その
後、窒化水素雰囲気（Ｎ₂Ｏ雰囲気）において３００〜
７００℃の加熱処理をおこなうことによって、酸化珪素
膜中の水素や炭素を低減し、特に珪素膜との界面に窒素
を取り込むことによってゲイト絶縁膜として良好な酸化
珪素膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
れた半導体装置、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
または、それ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）用薄膜集積回路の
作製方法に関し、特に、良好な特性のゲイト絶縁膜を得
るためのゲイト絶縁膜の加熱処理方法および加熱処理装
置に関する。

【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、
もっとも一般的に用いられているが、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。

【０００３】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
ゲイト絶縁膜の特性が大きな問題であった。ゲイト絶縁
膜として好ましいものとしては、熱酸化膜がある。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）

【０００４】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
温が必要であった。しかしながら、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く、石英基板は高
価であり、かつ、融点が高いために大面積化が困難であ
るという問題があった。しかし、より安価なガラス基板
材料は、歪み点が７５０℃以下、一般的には５５０〜６
５０℃で、通常の方法で熱酸化膜を得るだけの高温に基
板が耐えないという問題があった。そのため、より低温
で形成できる物理的気相成長法（ＰＶＤ法、例えばスパ
ッタリング法）や化学的気相成長法（ＣＶＤ法、例えば
プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等）によってゲイト絶縁
膜が形成された。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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、ホットキャリヤ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、電荷捕獲中心が形成されや
すかった。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）が甚だしいという問題点があった。

【０００６】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が好ましかった。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、量産を考慮した際のスパッタガスとしては不適切で
あった。

【０００７】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
後に水素雰囲気での加熱処理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、
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Ｓ
ｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨの存在が上述のホットキャリヤ注入
による劣化の要因となったものである。

【０００８】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、高濃度の
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、上記の問題を解決する手段を提供するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１は、ＣＶＤ
法もしくはＰＶＤ法によって、活性層上に堆積された酸
化珪素膜に対して紫外光を照射しつつ、一酸化二窒素
（Ｎ₂Ｏ）雰囲気で、３００〜７００℃、好ましくは、
５００〜６００℃の加熱処理をおこない、その後、雰囲
気をアンモニア（ＮＨ₃）、ヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）等
の窒化水素雰囲気に替え、紫外光を照射しつつ、該雰囲
気において、３００〜７００℃、好ましくは、５００〜
６００℃の加熱処理をおこなう。この際、使用される紫
外光の波長としては１００〜３５０ｎｍ、好ましくは１
５０〜３００ｎｍとする。

【００１０】上記の工程を１つの反応室（チャンバー）
で実施する場合には、雰囲気をＮ₂Ｏから窒化水素に変
換する必要がある。この際には、Ｎ₂Ｏが十分に低濃度
になってから、窒化水素を導入することが望ましい。こ
れは、Ｎ₂Ｏと窒化水素を混合すると爆発する可能性が
高いためである。そのため、最初にＮ₂Ｏ雰囲気のチャ
ンバーを真空排気した後、窒化水素を導入するとよい。
より簡便には、Ｎ₂Ｏ雰囲気を窒素で置換して、窒素雰
囲気とし、Ｎ₂Ｏの濃度を十分に低くし、その後、窒化
水素を導入してもよい。

【００１１】上記の２つの加熱処理工程においては、加
熱処理工程ごとに温度を上昇・下降させてもよいし、実
質的に一定の温度に保ってもよい。同様に、２つの加熱
処理工程においては、加熱処理工程ごとに紫外光を照射
・中断してもよいし、ずっと照射しつづけてもよい。

【００１２】Ｎ₂Ｏおよび窒化水素各雰囲気における加
熱処理の時間は、酸化珪素膜の特性・加熱処理温度・紫
外光の強度等に依存するが、量産性を考慮すると３０分
〜６時間とすることが望ましい。また、加熱処理工程に
おける基板温度の上昇あるいは下降の速度は本発明を実
施するものが決定すればよいのであるが、量産性を考慮
した場合、５〜３０℃／ｍｉｎの速度で、昇温または冷
却することが望ましい。また、この昇温・冷却の際には
窒素雰囲気でおこなってもよい。

【００１３】本発明においては、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
の他の成膜方法も用いることが可能である。また、プラ
ズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法としては、ＴＥＯＳ
を原料とする方法を用いてもよい。前者の場合において
は、ＴＥＯＳと酸素ガスを主たる原料として、基板温度
２００〜５００℃で堆積すればよい。また、後者の場合
においては、ＴＥＯＳとオゾンを原料として、比較的低
温（例えば、３７５℃±２０℃）で、プラズマによるダ
メージの無い酸化珪素膜を得ることができる。同様に減
圧ＣＶＤ法を用いて、モノシラン（ＳｉＨ₄）と酸素ガ
ス（Ｏ₂）を主たる原料としても活性層にプラズマダメ
ージを与えること無く酸化珪素膜を得ることができる。
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。これらの成膜手
段は以下の第２の発明においても同様である。

【００１４】本発明の第２は、ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ
法によって、活性層上に堆積された酸化珪素膜に対して
紫外光を照射しつつ、窒化水素雰囲気で、３００〜７０
０℃、好ましくは、５００〜６００℃の加熱処理をおこ
ない、その後、雰囲気をＮ₂Ｏ雰囲気に替え、紫外光を
照射しつつ、該雰囲気において、３００〜７００℃、好
ましくは、５００〜６００℃の加熱処理をおこなう。こ
のときも、使用される紫外光の波長としては１００〜３
５０ｎｍ、好ましくは１５０〜３００ｎｍとする。上記
の工程において、雰囲気を窒化水素からＮ₂Ｏに変換す
る際には、先の第１の発明と同様の注意が必要である。
また、第１の発明と同様に、温度の上昇・下降、あるい
は紫外光の照射・中断を制御すればよい。加熱処理の時
間に関しても同様である。

【００１５】上記第１および第２の本発明を実施するに
は、雰囲気を制御できる装置および紫外光照射のための
装置を有する反応室（チャンバー）が必要である。具体
的には、加熱処理のためのチャンバーと、加熱処理をお
こなう前の基板と加熱処理をおこなった後の基板をセッ
トする予備室と、基板を移送するための搬送機が備えて
ある前室とを有し、前記チャンバーには、基板を加熱す
るヒーターを備えた基板ホルダーが備えてあり、前記基
板を加熱するためのチャンバーの外部もしくは内部に、
基板に紫外光を照射するための光源が取りつけられてい
ることを特徴とする加熱処理装置である。また、Ｎ₂Ｏ
雰囲気での加熱処理と、窒化水素雰囲気での加熱処理と
を異なるチャンバーでおこなえるように、複数個のチャ
ンバーを有してもよい。

【００１６】この装置においては、より生産性を向上さ
せるために、チャンバー内部の基板ホルダーを、耐熱性
のメタルで構成された概略コンベアー状の搬送装置にし
て、基板を移動させながら加熱処理がおこなえるように
なっていてもよい。また、基板を加熱するためのチャン
バー内部の基板ホルダーを、耐熱性のメタルで構成され
た概略コンベアー状の搬送装置にして、複数枚の基板を
取りつけて一度に加熱処理がおこなえるようにしてもよ
い。さらには、概略コンベアー状の搬送装置の下部にヒ
ーターを設けてもよい。

【００１７】本発明の他の装置は、円柱状のチャンバー
を有し、前記円柱状のチャンバーの周囲には、基板を加
熱するためのヒーターが設けられており、前記円柱状の
チャンバーの中心部には、基板に紫外光を照射するため
の光源が設けられており、前記円柱状のチャンバーの内
壁に沿うようにして基板を取りつける構造を有するもの
である。かくすることにより、紫外光を有効に利用する
ことができ、生産性を向上せしめることができる。

【００１８】

【作用】ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって成膜した酸
化珪素膜に対して、第１の発明に記述した処理をおこな
うと、最初のＮ₂Ｏ雰囲気での加熱処理によって、酸化
珪素膜中のＳｉ−Ｈ結合やＳｉ−ＯＨ結合が窒化あるい
は酸化され、Ｓｉ≡Ｎ、あるいはＳｉ₂＝Ｎ−Ｏ結合に
変化し、酸化珪素膜中の水素が減少する。さらに、その
後、窒化水素雰囲気での加熱処理によって、上記の反応
で埋めることのできなかった不対結合手（ダングリング
ボンド）が、窒化あるいは窒化水素化され、安定な状態
となる。

【００１９】本発明においては、紫外光（波長１００〜
３５０ｎｍ、好ましくは１５０〜３００ｎｍ）の照射の
効果が非常に大きい。すなわち、上記の反応は紫外光の
照射の無い場合には全く進行しなかった。このような反
応を純粋に加熱処理によって実現せしめるには、少なく
とも９００℃の温度が必要であった。すなわち、Ｎ₂Ｏ
や窒化水素が熱的に分解するのに必要な温度が９００℃
以上であったからである。しかしながら、紫外光を照射
することによって、上記の反応の低温化を実現できる。
これは、第１には紫外光によってＮ₂Ｏや窒化水素が分
解されるので、上記のような高温は必ずしも必要ではな
く、３００〜７００℃、好ましくは、５００〜６００℃
の加熱処理においても上記と同等な反応が可能となった
ためと推定される。

【００２０】また、紫外光の照射された酸化珪素膜にお
いては、特に不対結合手やＳｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−ＯＨ結
合が紫外光を吸収しやすく、この結果、このような部分
が化学的に励起された状態となり、化学反応が促進され
たためとも考えられる。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
素界面に集中する傾向がある。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。酸化珪素中に０．１〜１
０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。

【００２１】この結果、ゲイト絶縁膜と活性層の界面に
おける不対結合手や、結合が弱く、ホットキャリヤによ
って簡単に分断されるＳｉ−Ｈ結合やＳｉ−ＯＨ結合
が、結合の強固なＳｉ≡Ｎ結合、Ｓｉ₂＝Ｎ−Ｏ結合等
に置き換えられ、ホットキャリヤによる化学状態の変動
が極めて小さくなる。

【００２２】このように、酸化珪素膜中、特に、珪素膜
との界面付近の不対結合手やＳｉ−Ｈ結合やＳｉ−ＯＨ
結合が窒化、酸化されることにより、ホットキャリヤに
対する耐性が向上し、ＴＦＴのゲイト絶縁膜として用い
た場合の電界移動度やサブスレシュホールド特性値（Ｓ
値）が向上し、オン電流の低下（劣化・経時変化）を防
止する上で格段の効果が生じた。

【００２３】本発明をスパッタ法によって成膜した酸化
珪素膜（特に、スパッタ雰囲気をアルゴン等とすること
により、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Ｎ₂Ｏ雰囲気で加熱処理することによ
り、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。
Ｎ₂Ｏ雰囲気での加熱処理で埋められなかった不対結合
手等は、その後の窒化水素雰囲気の加熱処理によって窒
化される。

【００２４】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。

【００２５】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、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。

【００２６】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。本発明では、Ｎ₂Ｏ雰囲気での加熱処
理によって、酸化が進行するが、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。

【００２７】この結果、本発明を用いることにより、３
００〜７００℃という低温でありながら、ＴＥＯＳを原
料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によって形成された酸化
珪素膜中の水素や炭素濃度を低減し、かつ窒素の濃度を
高めることができる。そして、このような処理を施した
酸化珪素膜をゲイト絶縁膜とした用いたＴＦＴは、優れ
た特性と高い信頼性を示す。ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法
によって成膜した酸化珪素膜に対して、第２の発明に記
述した処理をおこなうと、最初の窒化水素雰囲気での加
熱処理によって、酸化珪素膜中の不対結合手、Ｓｉ−Ｈ
結合、Ｓｉ−ＯＨ結合が窒化され、Ｓｉ≡Ｎ、あるいは
Ｓｉ−Ｎ＝Ｈ₂結合に変化する。

【００２８】さらに、その後、Ｎ₂Ｏ雰囲気での加熱処
理によって、上記の反応で形成された窒化水素基（ＮＨ
₂等）が窒化もしくは酸化され、Ｓｉ≡Ｎ結合、Ｓｉ₂
＝Ｎ−Ｏ結合等となる。上記の反応において紫外光の照
射の効果が非常に大きいことは第１の発明と同様であ
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。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。

【００２９】この結果、ゲイト絶縁膜と活性層の界面に
おける不対結合手や、結合が弱く、ホットキャリヤによ
って簡単に分断されるＳｉ−Ｈ結合やＳｉ−ＯＨ結合
が、結合の強固なＳｉ≡Ｎ結合、Ｓｉ₂＝Ｎ−Ｏ結合等
に置き換えられ、ホットキャリヤによる化学状態の変動
が極めて小さくなる。

【００３０】このように、酸化珪素膜中、特に、珪素膜
との界面付近の不対結合手やＳｉ−Ｈ結合やＳｉ−ＯＨ
結合が窒化、酸化されることにより、ホットキャリヤに
対する耐性が向上し、ＴＦＴのゲイト絶縁膜として用い
た場合の電界移動度やサブスレシュホールド特性値（Ｓ
値）が向上し、オン電流の低下（劣化・経時変化）を防
止する上で格段の効果が生じた。

【００３１】本発明をスパッタ法によって成膜した酸化
珪素膜（特に、スパッタ雰囲気をアルゴン等とすること
により、酸素濃度が化学量論比より少ない酸化珪素膜）
に適用した場合の効果、あるいは、ＴＥＯＳ等の炭素を
含む珪素源を用いて、プラズマＣＶＤ法によって形成さ
れた酸化珪素膜に対して適用した場合の効果について
は、第１の発明と同様である。

【００３２】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例は、本発明の第１、および第２を
施した例である。すなわち、酸化珪素膜を紫外光照射を
おこないながら、Ｎ₂Ｏ雰囲気での加熱処理をおこな
い、その後さらに窒化水素雰囲気（本実施例においては
アンモニア雰囲気）での加熱処理をおこなうことによっ
て膜質を改善して、これをゲイト絶縁膜としてＮチャネ
ル型ＴＦＴを形成した例と、酸化珪素膜を紫外光照射を
おこないながら、窒化水素雰囲気（本実施例においては
アンモニア雰囲気）での加熱処理をおこない、その後さ
らにＮ₂Ｏ雰囲気での加熱処理をおこなうことによって
膜質を改善して、これをゲイト絶縁膜としてＮチャネル
型ＴＦＴを形成した例である。図７に本実施例のＴＦＴ
の作製工程を、また、図１に上記の酸化珪素膜の加熱／
紫外光照射処理に用いた装置の概略を示す。

【００３３】まず、基板７０１上に下地の酸化珪素膜７
０２をプラズマＣＶＤ法によって３０００Åに形成し
た。そして、非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって
５００Åに成膜した。その後、Ｎ₂雰囲気中において加
熱処理を施して、非晶質珪素膜を結晶化せしめた。この
とき、非晶質珪素膜の結晶化を促進させるために、ニッ
ケル等の非晶質珪素の結晶化を促進する元素を微量添加
してもかまわない。また、結晶化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７（Ａ））

【００３４】次に、結晶化した珪素膜７０３をエッチン
グして、島状領域７０４を形成した。この島状領域７０
４はＴＦＴの活性層である。そして、ゲイト絶縁膜とし
て、１０００Åの酸化珪素膜７０５を形成した。本実施
例では、以下に示す第１〜第３の異なる方法によって酸
化珪素膜を作製した。（図７（Ｂ））第１はＴＥＯＳを原料とするプラズマＣＶＤ法によるも
のである。これは、ベーパライザーによって気化させた
ＴＥＯＳと酸素を平行平板型の電極を有するチャンバー
に導入し、ＲＦ電力（例えば、周波数１３．５６ＭＨ
ｚ）を導入して、プラズマを発生させ、基板温度２００
〜５００℃、好ましくは２５０〜４００℃で酸化珪素膜
を堆積させる方法である。本実施例では、反応圧力は４
Ｐａ、投入電力を１５０Ｗ、基板温度を３５０℃とし
た。

【００３５】第２はスパッタ法によるものである。これ
は、ターゲットとして合成石英を用い、酸素１００％、
１Ｐａの雰囲気において、スパッタすることによって成
膜するものである。投入電力は３５０Ｗ、基板温度は２
００℃とした。第３はＥＣＲ−ＣＶＤ法によるもので、
原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄）と酸素を用い
た。酸素の代わりにＮ₂Ｏ、ＮＯ、ＮＯ₂等の酸化窒素
ガスを用いてもよい。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２．４
５ＭＨｚ）の投入電力を４００Ｗとした。

【００３６】その後、このように作成した酸化珪素膜そ
れぞれに対して、本発明の第１および第２の加熱処理を
おこなった。図１に示すように、本実施例に用いた加熱
処理装置は、加熱処理をおこなうためのチャンバー１０
１と、処理前の基板を保管してある予備室１０２と、処
理後の基板を保管する予備室１０３と、搬送機１１０を
備えた前室１０９から構成されており、基板１１１はこ
れらのチャンバー間を搬送機１１０によって移送され
る。なお、本実施例においては、チャンバー１０１にお
いては、一度に一枚の処理がおこなえる枚葉式となって
いる。

【００３７】また、チャンバー１０１は、基板１０５を
加熱するためのヒーターが下部に設けられた基板ホルダ
ー１０４を有している。さらに、チャンバー１０１の外
部には、紫外光源１０６が設けられてある。本実施例に
おいて紫外光源として、低圧水銀ランプ（中心波長２４
６ｎｍ、および１８５ｎｍ）を使用した。チャンバー１
０１の上部で紫外光源１０６が取りつけられている部分
は、紫外光を取り込むために石英等の紫外光を吸収しな
い素材によって窓が形成されてある。なお、本実施例に
おいては紫外光源はチャンバーの外部に設置されている
が、チャンバーの内部に設置しても構わない。

【００３８】また、チャンバー１０１と前室１０９に
は、排気をおこなうための排気系１０８とガスを導入す
るためのガス導入系１０７が設けられている。初めに本
発明第１の加熱処理について説明する。まず、未処理の
基板を複数枚カセットにセットして、予備室１０２にセ
ットした。そして、基板は搬送機１１０によって前室１
０９に移送され、そこで排気系により真空引きして前室
を減圧してから、既に減圧されている加熱処理用のチャ
ンバー１０１に移送されて基板ホルダー１０４に設置さ
れた。

【００３９】そして、チャンバー１０１内にガス導入系
１０７よりＮ₂Ｏを導入して、チャンバー内部の圧力を
大気圧とした実質的に１００％Ｎ₂Ｏ雰囲気において、
紫外光を照射しながら加熱処理をおこなった。この際、
加熱温度は３５０〜６００℃、例えば５００℃とした。
また、処理時間は３０分〜６時間、例えば３時間の加熱
処理をおこなった。その後、チャンバー内のＮ₂Ｏを排
気してＮＨ₃を導入した。この際、Ｎ₂Ｏの排気が十分
おこなわれて低濃度になってからＮＨ₃の導入をおこな
った。このようにＮＨ₃を導入して、チャンバー内部の
圧力を大気圧とした実質的に１００％ＮＨ₃雰囲気にお
いて、紫外光を照射しながら加熱処理をおこなった。こ
の際、加熱温度は５００℃、処理時間は３時間の加熱処
理をおこなった。

【００４０】このような二度の加熱処理をおこなった
後、処理された基板は搬送機１１０によって前室１０９
に移送され、その後、処理後の基板を設置する予備室１
０３内のカセットにセットして、１枚の基板の処理工程
が終了した。以後、同様の工程を繰り返しおこなった。
以上のようにして本発明の第１の加熱処理がなされた。

【００４１】この他に、同様に作成した３種類の酸化珪
素膜において本発明の第２の加熱処理を施した。この際
の工程は、先に示した第１の工程における加熱処理をお
こなう雰囲気を逆にしたものである。まず、チャンバー
１０１内にガス導入系１０７よりＮＨ₃を導入して、チ
ャンバー内部の圧力を大気圧とした実質的に１００％Ｎ
Ｈ₃雰囲気において、紫外光を照射しながら加熱処理を
おこなった。この際、加熱温度は５００℃とした。ま
た、処理時間は３時間の加熱処理をおこなった。

【００４２】その後、チャンバー内のＮＨ₃を排気して
Ｎ₂Ｏを導入した。この際、ＮＨ₃の排気が十分おこな
われて低濃度になってからＮ₂Ｏの導入をおこなった。
このようにＮ₂Ｏを導入して、チャンバー内部の圧力を
大気圧とした実質的に１００％Ｎ₂Ｏ雰囲気において、
紫外光を照射しながら加熱処理をおこなった。この際、
加熱温度は５００℃、処理時間は３時間の加熱処理をお
こなった。

【００４３】このような二度の加熱処理をおこなった
後、処理された基板は搬送機１１０によって前室１０９
に移送され、その後、処理後の基板を設置する予備室１
０３内のカセットにセットして、１枚の基板の処理工程
が終了した。以後、同様の工程を繰り返しおこなった。
以上のようにして本発明の第２の加熱処理がなされた。

【００４４】これらのように、３種類の成膜方法によっ
て作成した酸化珪素膜をそれぞれ２通りの加熱処理をお
こなったが、この６種類の紫外光併用の加熱処理をおこ
なった試料を２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によっ
て分析した結果、酸化珪素膜中、特に、上記の第１の方
法（ＴＥＯＳのプラズマＣＶＤ法）によって作製した酸
化珪素膜では珪素膜との界面において炭素（Ｃ）の量が
低減し、かつ、窒素（Ｎ）の量が増加したことが確認さ
れた。また、同時に水素（Ｈ）も減少することが確認さ
れた。第２の方法（スパッタ法）、第３の方法（ＥＣＲ
−ＣＶＤ法）で成膜した酸化珪素においても、珪素／酸
化珪素の界面での窒素濃度の増加は同様に確認された。
このような組成の酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としては好
ましいものであった。

【００４５】比較のため、上記第１〜第３の方法によっ
て形成された酸化珪素膜を図１の装置において、Ｎ₂Ｏ
およびＮＨ₃の代わりに窒素雰囲気で同じ温度条件で加
熱しても、窒素、水素、炭素の濃度において変化は観察
されなかった。その後、厚さ５０００Åのアルミニウム
（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳ
ｃを含む）膜をスパッタリング法によって形成して、こ
れをエッチングし、ゲイト電極７０６を形成した。次に
アンモニアで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１２０Ｖ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１５００Åの陽極酸化物を形成した。

【００４６】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜７０４にゲイト電極７０６をマスクとして自己
整合的に不純物（ここでは燐）を注入した。この場合の
ドーズ量は１×１０¹⁴〜５×１０¹⁵原子／ｃｍ²、加速
電圧は１０〜９０ｋＶ、例えば、ドーズ量を１×１０¹⁵
原子／ｃｍ²、加速電圧を８０ｋＶとした。この結果、
Ｎ型不純物領域７０７が形成された。（図７（Ｃ））さらに、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パ
ルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、ドーピングされた不
純物領域７０７の活性化をおこなった。レーザーのエネ
ルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは
２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ²が適当であった。この工程
は、加熱処理によっておこなってもかまわない。

【００４７】次に、層間絶縁膜７０８として、プラズマ
ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ４０００Åに成膜し
た。（図７（Ｄ））そして、層間絶縁膜７０８とゲイト絶縁膜７０５のエッ
チングをおこない、ソース／ドレインにコンタクトホー
ルを形成した。その後、アルミニウム膜をスパッタリン
グ法によって成膜し、パターニングをおこなってソース
／ドレイン電極７０９を形成し、Ｎチャネル型のＴＦＴ
を作製した。

【００４８】本実施例において作製したＴＦＴの劣化を
評価した。ＴＦＴの作製方法はゲイト絶縁膜の作製方法
（第１から第３のいずれか）およびゲイト絶縁膜の第１
の加熱処理方法（Ｎ₂Ｏ雰囲気＋ＮＨ₃雰囲気／紫外光
照射あり／５００℃／各３時間（以上の条件を「Ｎ₂Ｏ
／ＮＨ₃雰囲気」と記す）、もしくは、第２の加熱処理
方法（ＮＨ₃雰囲気＋Ｎ₂Ｏ雰囲気／紫外光照射あり／
５００℃／各３時間（以上の条件を「ＮＨ₃／Ｎ₂Ｏ雰
囲気」と記す）、もしくは、Ｎ₂雰囲気／紫外光照射な
し／５００℃／６時間（以上の条件を「Ｎ₂雰囲気」と
記す）のいずれか）を下表のように変更した以外は全て
同じとした。得られたＴＦＴはドレイン電圧を＋１４Ｖ
に固定し、ゲイト電圧を−１７Ｖ〜＋１７Ｖまで変動さ
せて、ドレイン電流を測定した。この測定を１０回測定
し、最初に測定して得られた電界効果移動度μ₀と１０
回目に測定して得られた電界効果移動度μ₁₀を比較し、
１−（μ₁₀／μ₀）を劣化率と定義した。その結果を、
下表に示す。（劣化率の負号は移動度の上昇したことを
意味する）

【００４９】試料名ゲイト絶縁膜成膜法加熱処理法劣化率Ａ−１第１（ＴＥＯＳのプラズマＣＶＤ）Ｎ₂Ｏ／ＮＨ₃雰囲気３．２％Ａ−２第１（ＴＥＯＳのプラズマＣＶＤ）ＮＨ₃／Ｎ₂Ｏ雰囲気３．７％Ａ−３第１（ＴＥＯＳのプラズマＣＶＤ）Ｎ₂雰囲気４８．５％Ｂ−１第２（スパッタ法）Ｎ₂Ｏ／ＮＨ₃雰囲気−２．７％Ｂ−２第２（スパッタ法）ＮＨ₃／Ｎ₂Ｏ雰囲気−２．３％Ｂ−３第２（スパッタ法）Ｎ₂雰囲気１１．９％Ｃ−１第３（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）Ｎ₂Ｏ／ＮＨ₃雰囲気０．７％Ｃ−２第３（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）ＮＨ₃／Ｎ₂Ｏ雰囲気１．２％Ｃ−３第３（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）Ｎ₂雰囲気２０．５％

【００５０】このように、いずれの試料においても本発
明のＮ₂Ｏ雰囲気において、加熱処理をおこなう際に紫
外光を照射をおこなった後、さらにＮＨ₃雰囲気におい
て、加熱処理をおこなう際に紫外光を照射したり、また
はこの逆に、ＮＨ₃雰囲気において、加熱処理をおこな
う際に紫外光を照射をおこなった後、さらにＮ₂Ｏ雰囲
気において、加熱処理をおこなう際に紫外光を照射する
ことによって劣化率が著しく低下したことが明らかとな
った。Ｎ₂雰囲気において加熱処理および紫外光照射処
理をおこなっても劣化率低減の効果は観察されなかっ
た。また、同様の実験より、Ｎ₂Ｏ雰囲気あるいはＮＨ
₃雰囲気において、加熱処理をおこなう際に紫外光を照
射しなければ、劣化率に対して改善が見られないことも
明らかになった。

【００５１】本実施例において作製したＴＦＴは、ゲイ
ト絶縁膜にＰＶＤ法やＣＶＤ法によって作製した酸化珪
素膜を用いているのにもかかわらず、耐久性がよく劣化
の少ないものが得られ、かつ、特性の優れたものが得ら
れた。これは、本発明によるＮ₂Ｏ雰囲気において紫外
光照射併用の加熱処理を施した後、さらにＮＨ₃雰囲気
において紫外光照射併用の加熱処理を施したり、また
は、ＮＨ₃雰囲気において紫外光照射併用の加熱処理を
施した後、さらにＮ₂Ｏ雰囲気において紫外光照射併用
の加熱処理を施すことによって、酸化珪素膜中の炭素お
よび水素が減少して、かつ、窒素が増加したことによる
ものである。

【００５２】〔実施例２〕本実施例は、ＴＥＯＳを原料
とするプラズマＣＶＤ法によって、珪素膜上に形成され
た酸化珪素膜に、図２に示す加熱処理装置を用いて、加
熱処理をおこなった例である。本実施例で用いた酸化珪
素膜は実施例の酸化珪素膜７０５（図７（Ｂ）参照）の
第１の方法によって形成した。図２に示すように、本実
施例に用いた加熱処理装置は、実施例１に示した枚葉式
のチャンバーとは異なり、加熱処理をおこなうためのチ
ャンバーのみから構成されていて、一度に複数枚の基板
を処理することができるバッチ式の構造になっている。

【００５３】本実施例のチャンバー２０１は、円柱状に
なっており、内壁にそって基板２０３を設置できるよう
になっている。なお、基板２０３はチャンバー２０１の
周囲に設けられたヒーター２０２によって加熱されるよ
うになっている。さらに、すべての基板に等しく紫外光
が照射されるように、チャンバー２０１内の中央部に紫
外光源２０４が設けられてある。本実施例において紫外
光源として、低圧水銀ランプ（中心波長２４６ｎｍ、お
よび１８５ｎｍ）を使用した。また、チャンバーには、
排気をおこなうための排気系２０６とガスを導入するた
めのガス導入系２０５が設けられている。

【００５４】本処理装置を用いた処理方法について説明
する。まず、基板２０３をチャンバー２０１の内壁にそ
って、紫外光源２０４を取り囲むようにしてセットし
た。そして、チャンバー２０１内にガス導入系よりＮ₂
を導入して、チャンバー内をＮ₂に置換した。このと
き、排気系２０６から排気して、チャンバー内が常に一
定の圧力を保つようにした。次に、チャンバー内がＮ₂
に置換されたら、ヒーターを加熱して、紫外照射をおこ
なった。この際、加熱温度は３００〜７００℃、例えば
５００℃とした。基板が所定の温度に加熱されたら、Ｎ
₂をＮ₂Ｈ₄で置換して、紫外光を照射した。このと
き、処理時間は３０分〜６時間、例えば２時間の加熱処
理をおこなった。

【００５５】その後、再びチャンバー内のＮ₂を導入し
てＮ₂Ｈ₄をＮ₂に置換した。そして、さらにＮ₂をＮ
₂Ｏに置換して紫外光を照射して二度目の加熱処理をお
こなった。このとき、加熱温度は５００℃、処理時間は
２時間の加熱処理をおこなった。以上の処理をおこなっ
た酸化珪素膜を２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によ
って、分析したところ、初期の酸化珪素膜に含まれてい
た窒素濃度よりも窒素が増加し、炭素、水素が減少し、
特に、珪素膜との界面において窒素の集積が観察され
た。

【００５６】〔実施例３〕本実施例は、ＴＥＯＳを原料
とするプラズマＣＶＤ法によって、珪素膜上に形成され
た酸化珪素膜を、図３に示す加熱処理装置を用いて、加
熱処理をおこなった例である。本実施例で用いた酸化珪
素膜は実施例の酸化珪素膜７０５（図７（Ｂ）参照）の
第１の方法によって形成した。

【００５７】図３に示すように、本実施例に用いた加熱
処理装置は、加熱処理をおこなうためのチャンバー３０
１と、処理前の基板を保管してある予備室３０２と、処
理後の基板を保管する予備室３０３と、搬送機３０６、
３０７を備えた前室３０４、３０５から構成されてお
り、基板３０８、３０９はこれらのチャンバー間を搬送
機３０６、３０７によって移送される。なお、本実施例
においては、加熱処理をおこなうためのチャンバーは、
コンベアーによって一度に複数枚の基板が移動して加熱
処理がおこなえるバッチ式になっている。

【００５８】図４（Ａ）、（Ｂ）にチャンバー３０１内
部の構造を示す。チャンバー３０１には、基板を移動し
ながら加熱処理がおこなえるように耐熱性のメタルで構
成されているコンベアー４０１が設けられている。ま
た、コンベアー４０１の下部には、基板４０２を加熱す
るためのヒーター４０６、４０７、４０８が設けられて
いる。なお、ヒーターは基板の温度を上昇させる部分４
０６と、一定温度で加熱する部分４０７と、冷却する部
分４０８との３つの異なるゾーンから構成されている。
さらに、一定温度で加熱する部分のコンベアーの上部に
は、紫外光源４０９が設けられてある。本実施例におい
て紫外光源として、低圧水銀ランプ（中心波長２４６ｎ
ｍ、および１８５ｎｍ）を使用した。

【００５９】また、チャンバー３０１には、排気をおこ
なうための排気系４１２、４１３とガスを導入するため
のガス導入系４０９、４１０、４１１が設けられてい
る。本実施例において、基板を昇温および冷却させる部
分４０３、４０５においてはＮ₂雰囲気中となってお
り、また、紫外光を照射しながら、一定温度で加熱する
部分４０４においてはＮ₂Ｏまたは窒化水素雰囲気中と
なっているため、各部分それぞれにガス導入系が設けら
れてある。なお、各ゾーンの境界付近には導入されたガ
スを排気するための排気系４１２、４１３が設けられて
いる。この境界部分に排気系４１２、４１３が設けられ
ていることによって、各ゾーンでのガスの混合を防いで
いる。

【００６０】次に作業工程を示す。まず、未処理の基板
を複数枚カセットにセットして、予備室３０２にセット
した。ここで本実施例においては、未処理の基板をセッ
トするための予備室、および、処理された基板をセット
するための予備室がそれぞれ２室づつあるが、これは流
れ作業をおこなう際に、装置を停止することなく基板を
交換できるようにして、作業の効率を高めるためであ
る。この後、基板は搬送機３０６によって前室３０４に
移送され、さらに、加熱処理用のチャンバー３０１に移
送されてコンベアー４０１に設置された。このとき、コ
ンベアー４０１上には基板４０２が２枚並んで設置され
るようになっている。

【００６１】そして、加熱工程に移るが、コンベアー４
０１上における温度勾配を図４（Ｃ）に示す。まず加熱
ゾーン４０３において、基板は５〜３０℃／ｍｉｎ、例
えば、１０℃／ｍｉｎの割合で加熱される。このとき、
ガス導入系４０９からはＮ₂が導入されていてＮ₂雰囲
気中において加熱がおこなわれた。

【００６２】その後、基板は一定温度で加熱されるゾー
ン４０４に移動した。ここでは、コンベアー上に設けら
れた紫外光源より紫外光が照射されながら加熱処理がお
こなわれた。加熱温度は５００〜６００℃、例えば、５
５０℃とした。この際、ガス導入系４１０からはＮ₂Ｏ
が導入されてＮ₂Ｏ雰囲気になっていた。なお、ゾーン
４０４においては一度に２０枚の基板が処理できるよう
になっている。また、１枚の基板がこのゾーンを通過す
るのに要する時間、つまり、１枚の基板が加熱処理され
るのに要する時間は、３０分〜６時間、例えば３時間と
した

【００６３】このような加熱処理をおこなった後、冷却
ゾーン４０５によって２５０℃まで冷却される。このと
きの冷却速度は、加熱時と同じく５〜３０℃／ｍｉｎ、
例えば、１０℃／ｍｉｎとした。なお、このときガス導
入系４１１よりＮ₂を導入してＮ₂雰囲気とした。その
後、処理された基板は搬送系３０７によって前室３０５
に移送され、その後、処理後の基板を設置する予備室３
０３内のカセットにセットされ、一度目の基板の処理工
程が終了した。

【００６４】その後、一度目の基板の処理工程が終了し
た基板を再び予備室３０２にセットして加熱処理をおこ
なった。そして、加熱工程については先の工程と同様に
おこなった。そして、基板が一定温度で加熱されるゾー
ン４０４に移動すると、コンベアー上に設けられた紫外
光源より紫外光が照射されながら加熱処理がおこなわれ
た。加熱温度は５５０℃とした。この際、ガス導入系４
１０からはＮＨ₃が導入されてＮＨ₃雰囲気になってい
た。

【００６５】このような加熱処理をおこなった後、冷却
ゾーン４０５によって２５０℃まで冷却される。このと
きの冷却速度は、加熱時と同じく５〜３０℃／ｍｉｎ、
例えば、１０℃／ｍｉｎとした。なお、このときガス導
入系４１１よりＮ₂を導入してＮ₂雰囲気とした。その
後、処理された基板は搬送系３０７によって前室３０５
に移送され、その後、処理後の基板を設置する予備室３
０３内のカセットにセットされ、基板の処理工程が終了
した。

【００６６】このようにして、紫外光照射を併用したＮ
₂Ｏ雰囲気中での加熱処理をおこなった後、さらに紫外
光照射を併用したＮＨ₃雰囲気中での加熱処理がおこな
われたが、実施例１に示した装置においては１枚の基板
を処理するのに、７時間程度要していたが、本実施例に
示す装置を用いることによって、２０数分となり生産性
が向上した。以上のようにして本発明の加熱処理がなさ
れた。２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）による分析の
結果、紫外光併用の加熱処理をおこなった結果、酸化珪
素膜中、特に、珪素膜との界面において窒素の量が増加
し、かつ、炭素、水素の濃度が現象したことが観察され
た。これは、同様の雰囲気中において９００℃の加熱処
理をおこなったときに得られた効果と同様であった。

【００６７】〔実施例４〕本実施例は、ＴＥＯＳを原料
とするプラズマＣＶＤ法によって、珪素膜上に形成され
た酸化珪素膜を、図５に示す加熱処理装置を用いて、加
熱処理をおこなった例である。本実施例で用いた酸化珪
素膜は実施例の酸化珪素膜７０５（図７（Ｂ）参照）の
第１の方法によって形成した。

【００６８】図５に示すように、本実施例に用いた加熱
処理装置は、加熱処理をおこなうためのチャンバー５０
１と、処理前の基板を保管してある予備室５０２と、処
理後の基板を保管する予備室５０３と、搬送機５０５を
備えた前室５０４から構成されており、基板５０６はこ
れらのチャンバー間を搬送機５０５によって移送され
る。なお、本実施例においては、チャンバー５０１は、
コンベアーによって一度に複数枚の基板が移動して加熱
処理がおこなえるバッチ式になっている。

【００６９】図６（Ａ）、（Ｂ）にチャンバー５０１内
部の構造を示す。チャンバー５０１には、基板６０２を
設置するための耐熱性のメタルで構成されているコンベ
アー６０１が設けられている。また、コンベアー６０１
の下部には、基板を加熱するためのヒーター６０３が設
けられている。さらに、コンベアー６０１の上部には、
紫外光源６０４が設けられてある。

【００７０】また、チャンバー５０１には、基板を昇温
および冷却させるときはＮ₂雰囲気中とし、また、一定
温度で加熱するときにおいてはＮ₂Ｏまたは窒化水素雰
囲気中とするため、ガス導入系６０５が設けられてあ
る。さらに、導入されたガスを排気するための排気系６
０６が設けられている。また、基板に紫外光を照射する
ための光源６０５が設けられている。本実施例において
紫外光源として、低圧水銀ランプ（中心波長２４６ｎ
ｍ、および１８５ｎｍ）を使用した。

【００７１】次に処理工程について説明する。未処理の
基板を複数枚カセットにセットして、予備室５０２にセ
ットした。そして、基板は搬送機５０５によって前室５
０４に移送され、さらに、加熱処理用のチャンバー５０
１に移送されてコンベアー６０１に設置された。このと
き、基板６０２はコンベアー６０１上を送られ、横に２
枚づつ並び、計２０枚設置された段階で停止するように
なっている。加熱処理中の時間による温度変化の様子を
図６（Ｃ）に示す。昇温時は、基板は５〜３０℃／ｍｉ
ｎ、例えば、１０℃／ｍｉｎの割合で加熱された。この
とき、ガス導入系６０５よりＮ₂が導入されて、Ｎ₂雰
囲気中において加熱がおこなわれた。

【００７２】その後、加熱処理をおこなう温度に達する
と、コンベアー６０１上に設けられた紫外光源６０４よ
り紫外光が照射された。加熱温度は５００〜６００℃、
例えば、５５０℃で加熱をおこなった。この際、温度が
加熱処理をおこなう温度に達する直前にガス導入系６０
５よりＮＨ₃を導入して、加熱処理をおこなう温度に達
したときには完全にＮＨ₃雰囲気において加熱処理がお
こなわれるようにしてもよい。加熱処理時間は、３０分
〜６時間、例えば３時間とした。その後、ＮＨ₃をＮ₂
で置換した後、再びＮ₂をＮ₂Ｏで置換して二度目の加
熱処理をおこなった。加熱処理時間は３時間とした。

【００７３】このような加熱処理をおこなった後、２５
０℃まで冷却された。このときの冷却速度は、加熱時と
同じく５〜３０℃／ｍｉｎ、例えば、１０℃／ｍｉｎと
した。なお、このときガス導入系６０５よりＮ₂を導入
して、Ｎ₂雰囲気においておこなった。その後、処理さ
れた基板は搬送機５０５によって前室５０４に移送さ
れ、その後、処理後の基板を設置する予備室５０３内の
カセットにセットされ、基板の処理工程が終了した。

【００７４】以上のようにして本発明の加熱処理がなさ
れた。上記の処理によりＮ₂Ｏ雰囲気中、９００℃の加
熱処理をおこなったときに得られた効果と同程度の量の
窒素が酸化珪素膜に含有されていることが２次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ）によって確認された。

【００７５】〔実施例５〕本実施例は、ＴＥＯＳを原料
とするプラズマＣＶＤ法によって、珪素膜上に形成され
た酸化珪素膜を、図８に示す加熱処理装置を用いて、加
熱処理をおこなった例である。本実施例で用いた酸化珪
素膜は実施例の酸化珪素膜７０５（図７（Ｂ）参照）の
第１の方法によって形成した。

【００７６】図８に示すように、本実施例に用いた加熱
処理装置は、加熱処理をおこなうためのチャンバーが２
つあり、Ｎ₂Ｏ雰囲気専用８０１と、窒化水素（本実施
例ではＮＨ₃）雰囲気専用８０２とに分かれている。ま
た、処理前の基板を保管してある予備室８０３と、処理
後の基板を保管する予備室８０４と、搬送機８０５を備
えた前室８０６から構成されており、基板はこれらのチ
ャンバー間を搬送機８０５によって移送される。なお、
本実施例においては、チャンバーにおいては、一度に一
枚の処理がおこなえる枚葉式となっている。

【００７７】また、チャンバー８０１、８０２は、基板
８０７、８０８を加熱するためのヒーターが下部に設け
られた基板ホルダー８０９、８１０を有している。さら
に、チャンバーの外部には、紫外光源８１１、８１２が
設けられてある。本実施例において紫外光源として、低
圧水銀ランプ（中心波長２４６ｎｍ、および１８５ｎ
ｍ）を使用した。チャンバーの上部で紫外光源が取りつ
けられている部分は、紫外光を取り込むために石英等の
紫外光を吸収しない素材によって窓が形成されてある。
なお、本実施例においては紫外光源はチャンバーの外部
に設置されているが、チャンバーの内部に設置しても構
わない。

【００７８】また、チャンバーと前室には、排気をおこ
なうための排気系８１３とガスを導入するためのガス導
入系８１４が設けられている。この装置を用いて、本発
明第１の加熱処理をおこなった。まず、未処理の基板を
複数枚カセットにセットして、予備室８０３にセットし
た。そして、基板は搬送機８０５によって前室に移送さ
れ、その後、加熱処理用のチャンバー８０１に移送され
て基板ホルダー８０９に設置された。

【００７９】そして、チャンバー内にガス導入系８１４
よりＮ₂Ｏを導入して、チャンバー内部の圧力を大気圧
とした実質的に１００％Ｎ₂Ｏ雰囲気において、紫外光
を照射しながら加熱処理をおこなった。この際、加熱温
度は３００〜７００℃、例えば５００℃とした。また、
処理時間は３０分〜６時間、例えば３時間の加熱処理を
おこなった。その後、基板は搬送機８０５によって再び
前室８０６に移動して二度目の加熱がおこなわれる第二
のチャンバー８０２に移送されて、基板ホルダー８１０
に設置された。そして、チャンバー内にガス導入系より
ＮＨ₃を導入して、チャンバー内部の圧力を大気圧とし
た実質的に１００％ＮＨ₃雰囲気において、紫外光を照
射しながら加熱処理をおこなった。この際、加熱温度は
５００℃とした。また、処理時間は３時間の加熱処理を
おこなった。

【００８０】このような二度の加熱処理をおこなった
後、処理された基板は搬送機８０５によって前室８０６
に移送され、その後、処理後の基板を設置する予備室８
０４内のカセットにセットして、１枚の基板の処理工程
が終了した。以後、同様の工程を繰り返しおこなった。
以上のようにして本発明の加熱処理がなされた。上記の
処理によりＮ₂Ｏ雰囲気中、９００℃の加熱処理をおこ
なったときに得られた効果と同程度の量の窒素が酸化珪
素膜に含有されていることが２次イオン質量分析法（Ｓ
ＩＭＳ）によって確認された。

【００８１】〔実施例６〕本実施例は、モノシラン（Ｓ
ｉＨ₄）と酸素ガス（Ｏ₂）を原料とする減圧ＣＶＤ法
によって、珪素膜上に形成された酸化珪素膜を、図５に
示す加熱処理装置を用いて、加熱処理をおこなった例で
ある。本実施例で用いた酸化珪素膜の成膜条件として
は、基板温度を３００〜５００℃、チャンバー内の圧力
を０．１〜１０ｔｏｒｒ、例えば４００℃、１．５ｔｏ
ｒｒとした。

【００８２】まず、未処理の基板を複数枚カセットにセ
ットして、予備室５０２にセットした。そして、基板は
搬送機５０５によって前室５０４に移送され、さらに、
加熱処理用のチャンバー５０１に移送されてコンベアー
６０１に設置された。加熱処理中の時間による温度変化
の様子を図６（Ｃ）に示す。昇温時は、基板は５〜３０
℃／ｍｉｎ、例えば、１０℃／ｍｉｎの割合で加熱され
た。このとき、ガス導入系６０５よりＮ₂が導入され
て、Ｎ₂雰囲気中において加熱がおこなわれた。

【００８３】その後、加熱処理をおこなう温度に達する
と、コンベアー６０１上に設けられた紫外光源６０４よ
り紫外光（中心波長２４６ｎｍ、および１８５ｎｍ）が
照射された。加熱温度は５００〜６００℃、例えば、５
５０℃で加熱をおこなった。この際、温度が加熱処理を
おこなう温度に達する直前にガス導入系６０５よりＮ₂
Ｈ₄を導入して、加熱処理をおこなう温度に達したとき
には完全にＮ₂Ｈ₄雰囲気において加熱処理がおこなわ
れた。加熱処理時間は、３０分〜６時間、例えば２時間
とした。その後、Ｎ₂Ｈ₄をＮ₂で置換した後、再びＮ
₂をＮ₂Ｏで置換して二度目の加熱処理をおこなった。
加熱処理時間は２時間とした。

【００８４】このような加熱処理をおこなった後、２５
０℃まで冷却された。このときの冷却速度は、加熱時と
同じく５〜３０℃／ｍｉｎ、例えば、１０℃／ｍｉｎと
した。なお、このときガス導入系６０５よりＮ₂を導入
して、Ｎ₂雰囲気においておこなった。その後、処理さ
れた基板は搬送機５０５によって前室５０４に移送さ
れ、その後、処理後の基板を設置する予備室５０３内の
カセットにセットされ、基板の処理工程が終了した。

【００８５】以上のようにして本発明の加熱処理がなさ
れた。上記の処理によりＮ₂Ｏ雰囲気中、９００℃の加
熱処理をおこなったときに得られた効果と同程度の量の
窒素が酸化珪素膜に含有されていることが２次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ）によって確認された。

【００８６】

【発明の効果】本発明のように、ＰＶＤ法もしくはＣＶ
Ｄ法によって形成された酸化珪素膜を、Ｎ₂Ｏ雰囲気中
において、紫外光照射しながら、３００〜７００℃、好
ましくは５００〜６００℃程度の低温での加熱処理を施
すことによって、酸化珪素膜中の炭素および水素濃度を
低減し、また、酸化珪素と珪素の界面における窒素濃度
を増大せしめることができた。

【００８７】実施例では、ＴＥＯＳを原料とするプラズ
マＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜を中心に説明
したが、これは、このようにして形成された酸化珪素膜
には多量の炭素が含有されており、本発明の効果が顕著
であるからである。他のＰＶＤ法やＣＶＤ法、例えば、
スパッタ法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、大気圧
ＣＶＤ法等を用いて形成された酸化珪素膜においても不
対結合手や多量の水素が含有されており、本発明を実施
することにより、不対結合手や水素の濃度を低減させる
ことによって、ゲイト絶縁膜として好ましい酸化珪素膜
に改質できる効果が得られることは明らかであろう。こ
のように、本発明によって処理した酸化珪素膜をゲイト
絶縁膜として用いることによって、劣化しにくく、特性
の優れたＴＦＴを作製することができ、本発明は工業上
有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１による加熱処理装置を示す。

【図２】実施例２による加熱処理装置を示す。

【図３】実施例３による加熱処理装置を示す。

【図４】実施例３による加熱処理装置のチャンバー内
部および加熱時の温度勾配を示す。

【図５】実施例４、６による加熱処理装置を示す。

【図６】実施例４、６による加熱処理装置のチャンバ
ー内部および加熱時の温度勾配を示す。

【図７】実施例１のＴＦＴの作製工程を示す。

【図８】実施例５による加熱処理装置のチャンバー内
部を示す。

【符号の説明】

１０１・・・・・・加熱処理用チャンバー１０２、１０３・・予備室１０４・・・・・・基板ホルダー１０５・・・・・・基板１０６・・・・・・紫外光源１０７・・・・・・ガス導入系１０８・・・・・・排気系１０９・・・・・・前室１１０・・・・・・搬送機

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/26 21/31 Ｃ 29/786 21/336 9056−4ＭＨ０１Ｌ 29/78 ６１７Ｖ (72)発明者寺本聡神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者竹村保彦神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者酒井重史神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって結晶
性珪素よりなる活性層上に酸化珪素膜を形成する第１の
工程と、前記酸化珪素膜を一酸化二窒素雰囲気において３００℃
以上７００℃以下の温度に保ち、紫外光を照射する第２
の工程と、前記酸化珪素膜を窒化水素雰囲気において３００℃以上
７００℃以下の温度に保ち、紫外光を照射する第３の工
程と、を有することを特徴とする酸化珪素膜の加熱処理方法。
【請求項２】ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって結晶
性珪素よりなる活性層上に酸化珪素膜を形成する第１の
工程と、前記酸化珪素膜を窒化水素雰囲気において３００℃以上
７００℃以下の温度に保ち、紫外光を照射する第２の工
程と、前記酸化珪素膜を一酸化二窒素雰囲気において３００℃
以上７００℃以下の温度に保ち、紫外光を照射する第３
の工程と、を有することを特徴とする酸化珪素膜の加熱処理方法。
【請求項３】請求項１または請求項２において、酸化珪素膜はテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ、Ｓ
ｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）を原料ガスとしたプラズマＣＶＤ
法によって形成されることを特徴とする加熱処理方法。
【請求項４】請求項１または請求項２において、酸化珪素膜はモノシラン（ＳｉＨ₄）と酸素ガス
（Ｏ₂）を主たる原料とする減圧ＣＶＤ法によって形成
されることを特徴とする加熱処理方法。
【請求項５】請求項１において、第２の工程と第３の
工程の間に、一酸化二窒素雰囲気を窒素で置換して、窒素雰囲気とす
る工程と、前記窒素雰囲気を窒化水素で置換して、窒化水素雰囲気
とする工程と、を有することを特徴とする加熱処理方
法。
【請求項６】請求項２において、第２の工程と第３の
工程の間に、窒化水素雰囲気を窒素で置換して、窒素雰囲気とする工
程と、前記窒素雰囲気を一酸化二窒素で置換して、一酸化二窒
素雰囲気とする工程と、を有することを特徴とする加熱
処理方法。