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JP4476984B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP4476984B2
JP4476984B2 JP2006235031A JP2006235031A JP4476984B2 JP 4476984 B2 JP4476984 B2 JP 4476984B2 JP 2006235031 A JP2006235031 A JP 2006235031A JP 2006235031 A JP2006235031 A JP 2006235031A JP 4476984 B2 JP4476984 B2 JP 4476984B2
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Description

本発明は、ヘッパーフィルターを用いたクリーンルーム内でのプロセス等の炭素汚染を避けることのできない半導体装置製造工程において、その汚染を除去して、清浄な半導体界面を提供する半導体装置の製造方法に関するものである。
特に、液晶ディスプレイ分野などの薄膜半導体を利用した薄膜トランジスタ(TFT)の作製方法において、活性層とゲート絶縁膜の界面の炭素による汚染物の除去、ならび有機シラン系ソースを用いて成膜するゲート絶縁膜中の炭素不純物の除去に関しており、清浄な半導体界面と、低炭素濃度のゲート絶縁膜を提供する薄膜半導体装置の作製方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that provides a clean semiconductor interface by removing the contamination in a semiconductor device manufacturing process that cannot avoid carbon contamination such as a process in a clean room using a hepper filter. Is.
In particular, in thin film transistor (TFT) manufacturing methods using thin film semiconductors such as in the liquid crystal display field, removal of contaminants by carbon at the interface between the active layer and the gate insulating film, and gate insulation formed using an organosilane source The present invention relates to removal of carbon impurities in a film, and relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device that provides a clean semiconductor interface and a low carbon concentration gate insulating film.

半導体装置の製造方法において、表面の汚染物の除去ならびに汚染の防止は、昔からの課題としてその除去方法には色々な手法が確立してきている。重金属の除去に対しては、過酸化水素水に塩酸を加えたものによって除去する方法などはかなり広く知られている。また、物理吸着物の除去に関しては、超音波のキャビテーションを利用した洗浄やブラシによる洗浄などがよく利用されている。   In the manufacturing method of a semiconductor device, removal of contaminants on the surface and prevention of contamination have been established as various methods as an old problem. For removing heavy metals, a method of removing the heavy metal by adding hydrogen peroxide to hydrochloric acid is quite widely known. For removal of physical adsorbates, cleaning using ultrasonic cavitation or cleaning with a brush is often used.

また、絶縁基板上に多数の薄膜トランジスタを形成する、液晶ディスプレイ分野においても、正珪酸四エチル 化学式Si(OC2 5 4 (いわゆるTEOS)をソースガスとして用いて、その段差被覆性の良さを利用して、薄膜トランジスタ配線のいわゆる段切れなどを低減させている。 Also, in the field of liquid crystal displays in which a large number of thin film transistors are formed on an insulating substrate, the use of orthotetraethyl silicate chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 (so-called TEOS) as a source gas can improve the step coverage. By utilizing this, so-called disconnection of the thin film transistor wiring is reduced.

また、シリコンウェハなどの高温ではなく、600℃以下のプロセスを用いる液晶ディスプレイ分野では、層間絶縁膜以外にもゲート酸化膜や下地膜としても用いられている。 液晶ディスプレイなどにも応用されている薄膜トランジスタ(TFTとも呼ぶ)では、ガラス基板などの絶縁基板の上に成膜する下地膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜などにも、正珪酸四エチルをソースガスとして熱CVD法、プラズマCVD法などによって成膜されている。しかしながら、炭素の残存が多く、酸化膜としての特性に問題を残している。   Further, in the field of liquid crystal display using a process of 600 ° C. or lower rather than a high temperature such as a silicon wafer, it is used as a gate oxide film and a base film in addition to the interlayer insulating film. In thin film transistors (also called TFTs) that are applied to liquid crystal displays, etc., tetraethyl orthosilicate is used as the source gas for the base film, gate insulating film, and interlayer insulating film formed on an insulating substrate such as a glass substrate. The film is formed by a thermal CVD method, a plasma CVD method, or the like. However, there is a large amount of carbon remaining, and there remains a problem in the characteristics as an oxide film.

表面に付着している炭素等の有機物に関しては、過酸化水素水に硫酸を加えた溶液での洗浄やオゾンあるいは酸素プラズマによるドライアッシングなどがよく知られている。しかしながら、本発明者らの研究によって炭素の除去に関しては、さらに複雑な状況があることが判明した。炭素の汚染混入がどこからあるのかといえば、フォトリソプロセス中に、任意のパターンを形成するために用いるフォトレジストは感光性有機物であり、炭素汚染の原因にもなる。   For organic substances such as carbon adhering to the surface, cleaning with a solution obtained by adding sulfuric acid to hydrogen peroxide water, dry ashing using ozone or oxygen plasma, and the like are well known. However, the inventors' research has shown that there are more complex situations regarding carbon removal. Speaking of where the contamination of carbon comes from, the photoresist used to form an arbitrary pattern during the photolithography process is a photosensitive organic substance, which also causes carbon contamination.

また、半導体装置の作製において、薄膜プロセスはもはや必須用件であり、そのための真空装置も必須装置となっているが、真空装置の真空にするための真空ポンプには、いまだ油を用いているものもあり、炭素汚染の原因にもなる。それ以外にも、基板キャリアとして用いるテフロン(登録商標)(PFA)、ポリプロピレン(PP)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、3フッ化エチレン共有合樹脂(ECTFE)、4フッ化エチレン共有合樹脂(ETFE)、ポリエチレン(PE)などからの蒸気圧や、クリーンルーム内の床材、壁材フィルターなどからの汚染もある。   In addition, in the manufacture of semiconductor devices, the thin film process is no longer an essential requirement, and a vacuum device for that is also an essential device, but oil is still used for the vacuum pump for evacuating the vacuum device. Some of them also cause carbon pollution. In addition, Teflon (registered trademark) (PFA), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVDF), trifluoroethylene covalent resin (ECTFE), and tetrafluoroethylene covalent resin (ETFE) used as a substrate carrier. ), Vapor pressure from polyethylene (PE), etc., and contamination from floor materials and wall material filters in clean rooms.

フォトリソ工程後にドライアッシングを行い、各工程の直前に、過酸化水素水に塩酸を1対1で加えた溶液を80℃に加熱して用いていることで有機物の除去を行い(以後、ウェットアッシングと呼ぶ)。すぐに次の処理を行なうようにすることが従来の方法である。ドライアッシングとウェットアッシングによって、ほとんどの有機物を取り除くことができるように思われていたが、公知のXPS測定によって、基板表面の炭素汚染を評価すると、C−Cの結合(炭素の一重結合)のみほとんど除去されていないことが判明した。   Dry ashing is performed after the photolithographic process, and immediately before each process, organic substances are removed by using a solution obtained by adding hydrochloric acid to hydrogen peroxide in a 1: 1 ratio by heating to 80 ° C. (hereinafter referred to as wet ashing). Called). The conventional method is to immediately perform the next processing. It seemed that most organic substances could be removed by dry ashing and wet ashing. However, when carbon contamination on the substrate surface was evaluated by known XPS measurement, only the C—C bond (carbon single bond) was obtained. It was found that it was hardly removed.

図2に、フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク、レジスト剥離後の基板表面21(図2の中の破線グラフ)と、その基板をドライアッシングとウェットアッシングを行なった後の基板の表面22(図2の中の実線グラフ)を、XPSを用いて測定したものである。測定条件としては、出来るだけ表面の情報を得るためにディテクターの角度を15°にし、基板表面での1mmΦのエリアを測定した。横軸は、結合エネルギーを示しており単位はeVであり、縦軸はディテクターの強度であり単位は任意単位である。   FIG. 2 shows a substrate surface 21 (dotted line graph in FIG. 2) after photoresist coating, pre-baking, exposure, development, post-baking and resist peeling, and the substrate after dry ashing and wet ashing of the substrate. The surface 22 (solid line graph in FIG. 2) was measured using XPS. As measurement conditions, in order to obtain surface information as much as possible, the angle of the detector was set to 15 °, and an area of 1 mmφ on the substrate surface was measured. The horizontal axis represents the binding energy, the unit is eV, the vertical axis is the intensity of the detector, and the unit is an arbitrary unit.

図2のグラフを見るとドライアッシングとウェットアッシングを行なう前(破線)と後(実線)で284.8eV付近のピークが大きくなり、それ以外のピークは全て減少していることがわかる。284.8eVのピークは、C−Cの一重結合の存在を示している。   From the graph of FIG. 2, it can be seen that the peak near 284.8 eV increases before and after (solid line) dry ashing and wet ashing, and all other peaks decrease. The peak at 284.8 eV indicates the presence of a C—C single bond.

これは、炭素の一重結合を取り除くことが、従来のドライアッシングとウェットアッシングでは非常に難しく、ほとんど不可能であることを示している。この炭素は不純物として、その基板表面に残存するために、その上に例えば酸化膜などを形成すると、酸化膜との界面に炭素が残り、界面での再結合中心となりまた電荷捕獲などを起こし、薄膜トランジスタの移動度等の半導体の電気特性を低下させ、また結合状態が安定していないために、電界がかかりつづけることで時間的に界面状態が変化し信頼性をも落としていた。   This shows that removing carbon single bonds is very difficult and almost impossible with conventional dry ashing and wet ashing. Since this carbon remains as an impurity on the substrate surface, for example, when an oxide film or the like is formed thereon, carbon remains at the interface with the oxide film, becomes a recombination center at the interface, and causes charge trapping, The electrical characteristics of the semiconductor, such as the mobility of the thin film transistor, are deteriorated, and the bonding state is not stable, so that the interface state is temporally changed and the reliability is lowered by the continuous application of an electric field.

また、本出願人による発明特開平4─177735号には、スパッタ装置によって成膜する前に、100%水素を用いて基板にバイアスを印可して半導体表面のプラズマ水素クリーニングを行うことに関して記載されている。しかしながら、この発明を出願する時点では、炭素の一重結合に対して水素ラジカルが効果をもたらすことが判明していなかったために、基板にバイアスを印可して水素イオンによるスパッタ効果を用いて半導体表面のクリーニングを行っていた。   In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-177735 by the present applicant describes that plasma hydrogen cleaning of a semiconductor surface is performed by applying a bias to a substrate using 100% hydrogen before forming a film by a sputtering apparatus. ing. However, at the time of filing this invention, it was not known that hydrogen radicals had an effect on the carbon single bond, so that a bias was applied to the substrate and the sputtering effect of the hydrogen ions was used to apply the effect on the surface of the semiconductor. I was cleaning.

そのために、界面特性を良好にするためには不純物の除去の効果と、スパッタによる損傷とのバランスをとる必要があるためにプロセスマージンを余り大きくできない。そのために、このプラズマ水素クリーニングを利用できるプロセスが限定されていた。   Therefore, in order to improve the interface characteristics, it is necessary to balance the effect of removing impurities and damage caused by sputtering, so that the process margin cannot be increased. Therefore, processes that can use this plasma hydrogen cleaning have been limited.

また、表面の炭素汚染のみらず有機シラン系ソースを用いた、成膜中の炭素汚染も大きな問題となっている。正珪酸四エチルを用いた成膜方法として、従来からよく用いられているものとして、プラズマCVD法として、平行平板電極を有する真空引き可能なチャンバーの中に、成膜を行いたい基板を、配置する。   Further, not only carbon contamination on the surface but also carbon contamination during film formation using an organic silane source is a serious problem. As a film-forming method using tetraethyl orthosilicate, which has been widely used in the past, as a plasma CVD method, a substrate to be formed is placed in a evacuable chamber having parallel plate electrodes. To do.

この時、平行平板電極の片側を高周波電源に接続しいわゆるカソードに接続する。他方の電極をアースに接続してあり、基板はアース側の電極いわゆるアノード側に配置される。正珪酸四エチルは、常温で液体のために加熱して蒸気圧を高めてチャンバーへ導入するか、タンクにキャリアガスをバブリングさせてキャリアガスとともにチャンバーへ導入させる。プラズマ中で分解された正珪酸四エチルは、前駆体を形成し、基板上にて、流動的に動くことが特徴的で、それによって段差被覆性のよい膜を形成できる特徴をもっている。   At this time, one side of the parallel plate electrode is connected to a high frequency power source and connected to a so-called cathode. The other electrode is connected to the ground, and the substrate is disposed on the ground side electrode, the so-called anode side. The tetraethyl silicate is heated for liquid at room temperature to increase the vapor pressure and introduced into the chamber, or the carrier gas is bubbled into the tank and introduced into the chamber together with the carrier gas. The tetraethyl orthosilicate decomposed in the plasma is characterized by forming a precursor and fluidly moving on the substrate, thereby forming a film with good step coverage.

基板を動く前駆体同士がぶつかり合い、またそれにプラズマ中で形成された酸素イオンや酸素ラジカル、オゾンが衝突して、表面にて引抜き反応を起こし、そこでSiOX を形成する。酸素の量を多く導入すると、表面での正珪酸四エチルから形成された前駆体からの引抜き反応が促進して、炭素の量は減少するが、逆に段差被覆性が悪い膜となる。 Precursors moving on the substrate collide with each other, and oxygen ions, oxygen radicals, and ozone formed in the plasma collide with each other to cause a drawing reaction on the surface, thereby forming SiO x . When a large amount of oxygen is introduced, the drawing reaction from the precursor formed from tetraethyl orthosilicate on the surface is promoted, and the amount of carbon is reduced, but conversely, a film having poor step coverage is obtained.

酸素の導入量を少なめにすると、段差被覆性は向上するが、炭素や酸素と水素の結合が多く残存し、吸湿性の高い膜になる。赤外吸収による測定を行うと、3660cm-2付近の吸収が、時間の経過とともに増えてくるような膜となる。3660cm-2付近の吸収は、主にSi−OHの結合による吸収であり、成膜された膜が吸湿性であることをしめしている。 If the amount of oxygen introduced is small, the step coverage is improved, but many bonds of carbon, oxygen, and hydrogen remain, resulting in a highly hygroscopic film. When measurement is performed by infrared absorption, a film in which absorption near 3660 cm −2 increases with time. Absorption in the vicinity of 3660 cm −2 is mainly due to Si—OH bonds, which indicates that the formed film is hygroscopic.

正珪酸四エチルを用いた、他の成膜方法としては、オゾンと熱による常圧CVD法がある。これは、300〜400℃に加熱させた基板上に、N2 によって正珪酸四エチルのタンクをバブリングして反応室に導入させ、また酸素はオゾナイザーを通してオゾンを発生させてチャンバンーに導入させるものである。この方法では、段差被覆性が高くかつ成膜速度も大きいことから、LSIやDRAM等のメモリなどの多層配線が必要とされる層間絶縁膜等にも用いられる。その後、エッチバックやSOG(SPIN ON GLASS)やCMP(CHEMICAL MECHANICAL POLISHING)などを併用して、いわゆる平坦化を行っている。 As another film forming method using normal tetraethyl silicate, there is an atmospheric pressure CVD method using ozone and heat. In this method, a tetraethyl silicate tank is bubbled with N 2 on a substrate heated to 300 to 400 ° C. and introduced into the reaction chamber. Oxygen is generated through an ozonizer and introduced into the chamber. is there. In this method, since the step coverage is high and the film forming speed is high, it is also used for an interlayer insulating film or the like that requires multilayer wiring such as a memory such as an LSI or DRAM. Thereafter, so-called flattening is performed by using etch back, SOG (SPIN ON GLASS), CMP (CHEMICAL MECHANICAL POLISHING), or the like.

薄膜半導体装置製造工程における、基板表面の炭素の汚染物の中でも特に、従来のウェットアッシング、ドライアッシングではほとんど除去できない炭素の一重結合(C−C)による不純物を低減させることによって各種半導体形成界面での炭素による不純物による電気特性の劣化、信頼性の低下等を低減させる。特に、活性層半導体とゲート絶縁膜の界面の炭素汚染物を減少させる。   Among the contaminants of carbon on the substrate surface in the thin film semiconductor device manufacturing process, especially at various semiconductor formation interfaces by reducing impurities due to carbon single bonds (C-C) that can hardly be removed by conventional wet ashing and dry ashing. Deterioration of electrical characteristics due to impurities caused by carbon, reduction of reliability, etc. are reduced. In particular, carbon contamination at the interface between the active layer semiconductor and the gate insulating film is reduced.

また、正珪酸四エチルのごとき有機系ガスをソースとして成膜を行う場合に、段差被覆性を向上させると吸湿性および炭素含有量が増え、その結果信頼性の欠如、半導体特性の不良好性をまねいていた。また、含有炭素量を減少させるために、正珪酸四エチルのごとき有機シラン系ガスに酸素を多量に加えると、段差被覆性を悪化させ、配線切れなどをおこし、その結果信頼性の欠如、半導体特性の不良好性をまねいていた。   In addition, when forming a film using an organic gas such as tetraethyl silicate as the source, improving the step coverage increases the hygroscopicity and carbon content, resulting in lack of reliability and poor semiconductor properties. Was imitating. Also, in order to reduce the carbon content, adding a large amount of oxygen to an organosilane gas such as regular tetraethyl silicate deteriorates the step coverage and causes wiring breakage, resulting in lack of reliability, semiconductors The imperfection of the characteristic was imitated.

本発明を用いることで上記のような問題を解消して、段差被覆性がよく、炭素の含有量を従来より減少させ、吸湿性を少なくし、成膜速度も大きくすることが可能である。本発明を用いることで、半導体界面の炭素不純物を減少させかつ、有機シラン系ソースを用いて成膜するゲート絶縁膜中の炭素を、その段差被覆性を失わせずして、減少させることができる。   By using the present invention, it is possible to eliminate the above-described problems, to provide good step coverage, to reduce the carbon content, to reduce moisture absorption, and to increase the deposition rate. By using the present invention, carbon impurities in a semiconductor interface can be reduced and carbon in a gate insulating film formed using an organosilane source can be reduced without losing its step coverage. it can.

基板表面に付着したC−Cの一重結合による不純物を取り除くことに関して本発明者は、水素ラジカルあるいは水素イオンなどの活性水素が有効に作用することを発見した。これは、前述の水素のスパッタ効果も利用したクリーニングのプロセスマージンを広げるための研究の中で発見されたものである。スパッタによる界面の損傷がほとんどなく、しかも炭素の不純物を取り除くことに、活性水素が有効に作用するために、良好な界面を作製できる。   The present inventor has found that active hydrogen such as hydrogen radicals or hydrogen ions acts effectively on removing impurities due to C—C single bonds attached to the substrate surface. This was discovered in research for expanding the cleaning process margin using the above-described sputtering effect of hydrogen. The interface is hardly damaged by sputtering, and active hydrogen works effectively to remove carbon impurities, so that a good interface can be produced.

また、スパッタによるクリーニングでは、スパッタ損傷を含むために不純物の除去の効果と、損傷のバランスを取る必要があるためにプロセスマージンを大きくできなかったが、活性水素を用いるために、スパッタ損傷が無く不純物除去を行えるためにプロセスマージンを大きくすることができる。水素ラジカルだけでも十分な効果があるが、それに酸素ラジカルあるいはオゾンまたは酸素イオンなどの活性酸素を加えるとその除去効果は増大することもわかった。これは、炭素結合に対して水素ならびに酸素のラジカル等が反応しCHX 、COX 、COH等の気体を形成し、それによって結果的に炭素がガス化する。 In addition, since cleaning by sputtering involves spatter damage, the process margin cannot be increased because it is necessary to balance the effect of removing impurities and damage. However, since active hydrogen is used, there is no sputter damage. Since impurities can be removed, the process margin can be increased. It was also found that hydrogen radicals alone have a sufficient effect, but the removal effect increases when oxygen radicals or active oxygen such as ozone or oxygen ions are added thereto. This is because hydrogen and oxygen radicals react with carbon bonds to form gases such as CH X , CO X , and COH, and as a result, carbon is gasified.

水素のラジカルあるいは水素イオンを発生させるためには、例えば平行平板電極型のプラズマ装置の中に、基板を配置する。この時の基板は、プラズマイオン等の損傷を受けないようにするために、陽極(アノード)側に配置した方がよく、基板を加熱できるようにすると、熱による離脱も作用し効果は増進される。   In order to generate hydrogen radicals or hydrogen ions, for example, a substrate is placed in a parallel plate electrode type plasma apparatus. At this time, it is better to place the substrate on the anode (anode) side so as not to be damaged by plasma ions, etc. If the substrate can be heated, the effect of the separation will be enhanced by heat. The

熱を加える場合は、基板が石英やSiウェハのような比較的耐熱性の高いものであれば基板温度を900℃やそれ以上にすることも可能であるので、プラズマ装置のチャンバーは、石英製のものを用いることは有効である。また、Siウェハや石英基板上にAlなど融点の低い金属等がすでに存在している場合や硝子基板を用いる場合などは基板温度をそう高くすることができないので、プラズマ装置のチャンバーは、ステンレス等の金属を使う方が便利である。   When heat is applied, the substrate temperature can be set to 900 ° C. or higher if the substrate has a relatively high heat resistance such as quartz or Si wafer. It is effective to use one of these. In addition, when a metal having a low melting point such as Al already exists on a Si wafer or a quartz substrate or when a glass substrate is used, the substrate temperature cannot be so high. It is more convenient to use metal.

水素ガスを、導入して平行平板電極の間に、高周波電力を印可すると、プラズマが発生する。プラズマ中では、水素イオン、電子とともに活性の高い中性の水素ラジカルが発生する。このラジカルあるいはイオンなどの活性なものの量を増やすには、高周波電力を増加することも有用ではあるが、電子サイクロトロン共鳴を利用したマイクロ波を用いるとさらに水素ラジカルとイオンの量を増加することが可能である。発生した水素ラジカルとイオンは、基板表面に達し、そこで炭素の一重結合C−Cと反応して、其を除去する。反応して、ガス化した炭素は、ポンプによって排気される。   When hydrogen gas is introduced and high frequency power is applied between the parallel plate electrodes, plasma is generated. In the plasma, highly active neutral hydrogen radicals are generated together with hydrogen ions and electrons. In order to increase the amount of active substances such as radicals or ions, it is useful to increase the high-frequency power, but using microwaves utilizing electron cyclotron resonance can further increase the amount of hydrogen radicals and ions. Is possible. The generated hydrogen radicals and ions reach the substrate surface, where they react with the carbon single bond CC to remove it. The reacted and gasified carbon is exhausted by a pump.

また、加熱された水素をPd/Al2 3 やPd/CやRu/Cなどの触媒に触れさせると、触媒作用によって水素ラジカルが発生するために、プラズマ損傷を起こさずに、水素ラジカルを基板表面まで運び、そこで炭素の一重結合を除去することができる。 Further, when heated hydrogen is brought into contact with a catalyst such as Pd / Al 2 O 3 , Pd / C, or Ru / C, hydrogen radicals are generated due to the catalytic action, so that the hydrogen radicals are generated without causing plasma damage. It can be carried to the substrate surface where carbon single bonds can be removed.

炭素の一重結合以外の、C=C、C−O、C=O、などを効果的に取り除くためには、酸素ラジカルあるいはオゾンや酸素イオンを用いることは非常に有効である。酸素ラジカル等が炭素の結合に触れると、COX の形でガス化しいわゆるアッシング処理をすることが可能である。 In order to effectively remove C═C, C—O, C═O, etc. other than the carbon single bond, it is very effective to use oxygen radicals, ozone, or oxygen ions. When oxygen radicals or the like come into contact with carbon bonds, it is possible to gasify in the form of CO x and perform so-called ashing treatment.

酸素のラジカルあるいはオゾンまたは酸素イオンなどの活性酸素を発生させるためには、例えば平行平板電極型のプラズマ装置の中に、基板を配置する。この時の基板は、プラズマ中のイオン等の損傷を受けないようにするために、陽極(アノード)側に配置した方がよく、基板を加熱できるようにすると、熱による離脱も作用し効果は増進される。   In order to generate oxygen radicals or active oxygen such as ozone or oxygen ions, a substrate is placed, for example, in a parallel plate electrode type plasma apparatus. At this time, it is better to place the substrate on the anode (anode) side so as not to be damaged by the ions in the plasma. If the substrate can be heated, the heat will be released and the effect will be Be improved.

酸素ガスを、導入して平行平板電極の間に、高周波電力を印可すると、プラズマが発生する。プラズマ中では、酸素イオン、電子とともに活性の高い中性の酸素ラジカルやオゾンが発生する。このラジカル等の量を増やすには、高周波電力を増加することも有用ではあるが、電子サイクロトロン共鳴を利用したマイクロ波を用いるとさらに酸素ラジカル等の量を増加することが可能である。発生した酸素ラジカル等は、基板表面に達し、そこで炭素結合と反応して、其を除去する。反応して、ガス化した炭素は、ポンプによって排気される。   When oxygen gas is introduced and high frequency power is applied between the parallel plate electrodes, plasma is generated. In the plasma, highly active neutral oxygen radicals and ozone are generated together with oxygen ions and electrons. In order to increase the amount of radicals and the like, it is useful to increase the high-frequency power, but it is possible to further increase the amount of oxygen radicals and the like by using a microwave utilizing electron cyclotron resonance. The generated oxygen radicals reach the substrate surface, where they react with carbon bonds and remove them. The reacted and gasified carbon is exhausted by a pump.

また、酸素ガスに紫外線を照射すると大量のオゾンを発生するために、プラズマ損傷を起こさずに、水素ラジカルを基板表面まで運び、そこで炭素重結合を除去することができる。   Further, when oxygen gas is irradiated with ultraviolet rays, a large amount of ozone is generated, so that hydrogen radicals can be carried to the substrate surface without causing plasma damage, and carbon heavy bonds can be removed there.

活性水素ならびに活性酸素によって、基板表面の炭素を除去するに際して、双方を用いることは非常に有効である。まず、活性酸素を用いて主に炭素の一重結合以外の炭素結合からなる炭素不純物を除去し、その後に、活性水素によって主に炭素の一重結合からなる炭素不純物を除去することも可能である。また、活性水素と活性酸素を混在させて同時に除去することも可能である。   It is very effective to use both when removing carbon on the substrate surface with active hydrogen and active oxygen. First, it is possible to remove carbon impurities mainly composed of carbon bonds other than carbon single bonds using active oxygen, and then remove carbon impurities mainly composed of carbon single bonds with active hydrogen. It is also possible to remove active hydrogen and active oxygen at the same time.

活性水素と活性酸素を混在させるためには、プラズマの発生が可能な、平行平板型プラズマ装置や電子サイクロトロンを利用したマイクロ波プラズマ装置などに水素ガスと酸素ガスを同時に導入して、そこでプラズマを発生することで水素イオン、水素ラジカル、酸素イオン、酸素ラジカル、オゾンを同時に発生させ、基板表面の炭素を除去し、除去された炭素は真空ポンプによって排気される。   In order to mix active hydrogen and active oxygen, hydrogen gas and oxygen gas are simultaneously introduced into a parallel plate type plasma apparatus capable of generating plasma or a microwave plasma apparatus using an electron cyclotron, and the plasma is generated there. When generated, hydrogen ions, hydrogen radicals, oxygen ions, oxygen radicals, and ozone are simultaneously generated to remove carbon on the substrate surface, and the removed carbon is exhausted by a vacuum pump.

特に、加熱されたPd/Al2 3 やPd/CやRu/Cなどの触媒があり、さらに紫外線が照射されている処理室に水素と酸素を導入すると、水素は触媒反応によって水素ラジカルを発生し、酸素は紫外線によってオゾンを発生し、基板にプラズマ損傷を与えずに基板表面の炭素不純物を除去することができる。 In particular, when there is a catalyst such as heated Pd / Al 2 O 3 , Pd / C, or Ru / C, and hydrogen and oxygen are introduced into a treatment chamber that is irradiated with ultraviolet rays, the hydrogen reacts with hydrogen radicals by a catalytic reaction. Oxygen is generated and ozone is generated by ultraviolet rays, and carbon impurities on the substrate surface can be removed without causing plasma damage to the substrate.

水素と酸素を用いて、活性水素、活性酸素を発生させる以外に、H2 Oを用いることもできる。プラズマの発生が可能な平行平板型プラズマ装置や電子サイクロトロンを利用したマイクロ波プラズマ装置などにH2 Oを導入する。 In addition to generating active hydrogen and active oxygen using hydrogen and oxygen, H 2 O can also be used. H 2 O is introduced into a parallel plate type plasma apparatus capable of generating plasma or a microwave plasma apparatus using an electron cyclotron.

2 Oを導入するには、幾つかの方法がある。He、Ne、Arなどの不活性ガスをキャリアガスとしてH2 Oの入ったタンクをバブリングし、それによってH2 Oを気体として処理室へ運ぶ。また、H2 Oの入ったタンクから処理室までの全てを加熱して、H2 Oの蒸気圧を大きくし気体のまま処理室にはこぶ方法もある。 There are several ways to introduce H 2 O. A tank containing H 2 O is bubbled using an inert gas such as He, Ne, or Ar as a carrier gas, thereby carrying H 2 O as a gas to the processing chamber. There is also a method in which the entire tank from the tank containing H 2 O to the processing chamber is heated, the vapor pressure of H 2 O is increased, and the processing chamber is bulged as it is.

導入されたH2 Oはプラズマによって分解され水素イオン、水素ラジカル、酸素イオン、酸素ラジカル、オゾンを同時に発生する。これによって基板表面の炭素不純物を除去することができる。除去された炭素は真空ポンプによって排気される。 The introduced H 2 O is decomposed by the plasma and simultaneously generates hydrogen ions, hydrogen radicals, oxygen ions, oxygen radicals, and ozone. Thereby, carbon impurities on the substrate surface can be removed. The removed carbon is exhausted by a vacuum pump.

図1に、本発明によって得られた基板表面のXPSによる炭素不純物の除去程度を示すグラフを示す。
フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク、レジスト剥離、その後1日クリーンルーム内にて放置した後の基板表面11(図1の中の破線グラフ)と、その基板をドライアッシングとウェットアッシングを行なった後の基板の表面12(図1の中の一点破線グラフ)を、フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク、レジスト剥離、その後1日クリーンルーム内にて放置した後に本発明を用いて炭素不純物を除去した後の基板表面13(図1の中の実線グラフ)を、XPSを用いて測定したものである。測定条件としては、出来るだけ表面の情報を得るためにディテクターの角度を15°にし、基板表面での1mmΦのエリアを測定した。横軸は、結合エネルギーを示しており単位はeVであり、縦軸はディテクターの強度であり単位は任意単位である。
FIG. 1 is a graph showing the degree of carbon impurity removal by XPS on the substrate surface obtained according to the present invention.
Photoresist coating, pre-baking, exposure, development, post-baking, resist stripping, and then substrate surface 11 after standing in a clean room for one day (broken line graph in FIG. 1), and dry ashing and wet ashing of the substrate After the substrate surface 12 (one-dotted line graph in FIG. 1) has been performed, the present invention is used after photoresist coating, pre-baking, exposure, development, post-baking, resist stripping, and leaving in a clean room for one day. The substrate surface 13 (solid line graph in FIG. 1) after removing carbon impurities was measured using XPS. As measurement conditions, in order to obtain surface information as much as possible, the angle of the detector was set to 15 °, and an area of 1 mmφ on the substrate surface was measured. The horizontal axis represents the binding energy, the unit is eV, the vertical axis is the intensity of the detector, and the unit is an arbitrary unit.

図1のグラフを見ると、ドライアッシングとウェットアッシングを行なう前11と後12で284.8eV付近のピークが大きくなり、それ以外のピークは全て減少していることがわかる。また本発明を用いたグラフ13では284.8eV付近のピークも大幅に減少していることが判る。   From the graph of FIG. 1, it can be seen that the peaks near 284.8 eV increase before and after dry ashing and wet ashing 12, and all other peaks decrease. Moreover, it can be seen that the peak near 284.8 eV is greatly reduced in the graph 13 using the present invention.

本発明を用いてもピークが完全にゼロにならない理由としては、測定がその場測定になっておらず本発明を用いて炭素不純物を除去した後に、間が空いたために、付着した炭素不純物もあると思われる。しかしながら、本発明を用いない場合と比較して、大幅な効果が見られる。本発明を用いることで、炭素の一重結合をもつ炭素汚染物を減少させることができる。   The reason why the peak does not become completely zero even when the present invention is used is that the measurement is not in-situ measurement, and after removing the carbon impurity using the present invention, there is a gap between the adhering carbon impurities. It appears to be. However, a significant effect is seen compared to the case where the present invention is not used. By using the present invention, carbon contaminants having a carbon single bond can be reduced.

また、正珪酸四エチルを用いて、プラズマCVD法によって酸化膜を形成する場合に、成膜中に炭素を減少させる方法として、酸素と正珪酸四エチルを混合して成膜していたが、水素ラジカルと水素イオンなどの活性水素を成膜中に用いることにその効果のあることを発見した。水素ラジカルと水素イオンなどの活性水素は、炭素と反応してCHX を形成し炭素をガス化してしまう。特に炭素の一重結合であるC−Cの結合を切りCH4 やC−OHなどとして、ガス化することで成膜中の炭素を除去することが可能である。 In addition, when an oxide film is formed by plasma CVD using regular tetraethyl silicate, as a method of reducing carbon during film formation, oxygen and tetraethyl silicate were mixed to form a film. It has been found that the use of active hydrogen such as hydrogen radicals and hydrogen ions during film formation is effective. Active hydrogens such as hydrogen radicals and hydrogen ions react with carbon to form CH X and gasify the carbon. In particular, carbon in the film formation can be removed by cutting the C—C bond, which is a single bond of carbon, and gasifying it as CH 4 or C—OH.

水素は、酸素と比較して、炭素に対するいわゆる脱炭素の効果があり、かつ原子が小さいために膜および基板に対する水素イオンによるスパッタ効果は、酸素と比較した場合にほとんど無視してよい程度しかない。そのため、正珪酸四エチル、酸素、水素を混合させてプラズマCVDにより成膜をする場合に、正珪酸四エチルと酸素の混合比は、段差被覆性がよく生産性のよい成膜速度となるように決定し、脱炭素のために水素を混合させる系をとる。特に正珪酸四エチルの0.01〜0.5倍の量を導入した時に効果が大きい。   Compared with oxygen, hydrogen has a so-called decarbonizing effect on carbon, and since the atoms are small, the sputtering effect of hydrogen ions on the film and the substrate is almost negligible when compared with oxygen. . Therefore, when film formation is performed by plasma CVD with a mixture of normal tetraethyl silicate, oxygen, and hydrogen, the mixing ratio of normal tetraethyl silicate and oxygen is such that the step coverage is good and the productivity is good. And a system in which hydrogen is mixed for decarbonization. The effect is particularly great when an amount of 0.01 to 0.5 times the amount of regular tetraethyl silicate is introduced.

それによって、プラズマによって発生した正珪酸四エチルからの前駆体と酸素イオンやオゾンや酸素ラジカルは、基板表面での成膜に関する表面反応を繰り返しながら、前駆体はいろいろ種類の前駆体に変化しながら基板表面を流動して段差被覆性の良い酸化膜を形成していく。そこで酸化膜を前駆体と酸素イオンやオゾンや酸素ラジカルの反応によって形成させていく中で、水素イオンや水素ラジカルが基板表面の炭素原子と反応して炭素をガス化する。ガス化された炭素は、真空ポンプによって排気される。   As a result, precursors from tetraethyl orthosilicate generated by plasma and oxygen ions, ozone, and oxygen radicals repeat surface reactions related to film formation on the substrate surface, while the precursors change into various types of precursors. An oxide film with good step coverage is formed by flowing on the substrate surface. Thus, as the oxide film is formed by the reaction of the precursor and oxygen ions, ozone, or oxygen radicals, hydrogen ions or hydrogen radicals react with carbon atoms on the substrate surface to gasify the carbon. The gasified carbon is exhausted by a vacuum pump.

常圧CVDを用いた成膜に対して本発明を利用する場合は、水素の一部をを水素ラジカルにするために触媒法を用いる。触媒としては、白金、パラジューム、還元ニッケル、コバルト、チタン、パナジウム、タンタル等の3d−遷移金属またはアルミニウム、ニッケル、白金・珪素、白金・塩素、白金・レニウム、ニッケル・モリブデン、コバルト・モリブデン、等の金属化合物、又は上記遷移金属とアルミナ、シリカゲル等の混合または化合物あるいは、ラネーコバルト、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、等あるいはそれらと炭素の混合または化合物が適当であるが、これを粒状、網状または粉末状態で使用する。   When the present invention is used for film formation using atmospheric pressure CVD, a catalytic method is used to convert part of hydrogen into hydrogen radicals. Catalysts include 3d-transition metals such as platinum, palladium, reduced nickel, cobalt, titanium, panadium, and tantalum, or aluminum, nickel, platinum / silicon, platinum / chlorine, platinum / rhenium, nickel / molybdenum, cobalt / molybdenum, etc. Or a mixture or compound of the above transition metals and alumina, silica gel, or the like, or Raney cobalt, ruthenium, palladium, nickel, or the like or a mixture or compound of these with carbon is suitable. Use in state.

ただし、低融点で反応性物質の初期吸着速度を著しく高める物質、および物質内に容易に気化し易いナトリウムなどのアルカリ金属を含む物質、例えば銅、タングステン、等は好ましくない。実験によると反応性物質の分解温度以上では触媒に著しい劣化がみられた。触媒の量、密度に関しては反応性気体との有効接触面積に関係するものであり、必要に応じて調整すればよい。水素を加熱した触媒中を通すことで、活性な水素ラジカルを発生させる。酸素はオゾナイザーを通すことで、活性なオゾンを発生させる。   However, substances that have a low melting point and significantly increase the initial adsorption rate of the reactive substance, and substances containing an alkali metal such as sodium that are easily vaporized in the substance, such as copper and tungsten, are not preferable. According to the experiment, the catalyst was significantly deteriorated above the decomposition temperature of the reactive substance. The amount and density of the catalyst are related to the effective contact area with the reactive gas, and may be adjusted as necessary. Active hydrogen radicals are generated by passing hydrogen through a heated catalyst. Oxygen generates active ozone by passing through an ozonizer.

水素ラジカルを発生させることに関しては、プラズマCVD法では、プラズマによって水素ラジカルを発生させ、常圧CVD法では、触媒法によって発生させたがこれは逆にすることも可能である。あらかじめ触媒法にて活性な水素ラジカルを発生させておいて、それをプラズマCVD装置に導入することもできるし、予め放電によって活性な水素ラジカルを形成してその後に、常圧CVD装置のガスノズルで混合することも可能である。   Regarding the generation of hydrogen radicals, in the plasma CVD method, hydrogen radicals are generated by plasma, and in the atmospheric pressure CVD method, they are generated by the catalytic method, but this can be reversed. An active hydrogen radical can be generated in advance by a catalytic method and introduced into a plasma CVD apparatus. An active hydrogen radical can be formed in advance by discharge, and then the gas nozzle of an atmospheric pressure CVD apparatus can be used. It is also possible to mix.

また、正珪酸四エチルをもちいて酸化膜を形成する場合は、酸素ラジカルや酸素イオンやオゾンなどの活性酸素を用いるためにソースとして酸素を使う。しかしながら本発明では、それに活性な水素ラジカルあるいは水素イオンを用いるためにH2 Oを用いることも可能である。ただしH2 Oと正珪酸四エチルは、反応性が高いので、基板上で反応させる前に、配管内で混合をする場合は、配管が詰まるようなことを起こしかねない。プラズマCVDでは、正珪酸四エチルの導入配管とH2 Oの導入配管を分離することがよい。 In addition, when an oxide film is formed using regular tetraethyl silicate, oxygen is used as a source because active oxygen such as oxygen radicals, oxygen ions, and ozone is used. However, in the present invention, it is also possible to use H 2 O in order to use an active hydrogen radical or hydrogen ion. However, since H 2 O and tetraethyl orthosilicate are highly reactive, if they are mixed in the piping before reacting on the substrate, the piping may be clogged. In plasma CVD, it is preferable to separate the tetraethyl silicate introduction pipe and the H 2 O introduction pipe.

正珪酸四エチルの代わりに、FSi(OC2 5 4 などのFを含む有機シランを用いることで、炭素の含有量が少なく、しかもSiOX よりも誘電率の低いFドープのSiOX を作製することができるために、層間絶縁膜による配線間の横方向の容量を低減することが可能である。また、炭素を含む有機シラン系をソースとして用いる場合の、脱炭素および段差被覆性の向上ならびに、成膜速度の確保を行うためにも本発明は非常に有効である。 Instead of orthosilicate ethyl, by using an organosilane containing F such FSi (OC 2 H 5) 4 , low content of carbon, yet the SiO X of low F-doped dielectric constant than SiO X Since it can be manufactured, it is possible to reduce the lateral capacitance between wirings due to the interlayer insulating film. Further, the present invention is very effective for improving the decarbonization and step coverage and securing the film forming speed when using an organic silane system containing carbon as a source.

本発明は、特にトップゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)においては、活性層である半導体層を成膜した後に、その活性層をパターニングして、その後にゲート絶縁膜を形成する。そのために、活性層の表面の炭素の汚染が激しく、それを除去せずにゲート絶縁膜を成膜することは、トランジスタ特性の不良好性とともに信頼性を落とす原因にもなっている。また、ゲート絶縁膜に有機シラン系ソースをもちいた酸化膜を成膜する、薄膜トランジスタの作製に関しては、段差被覆性もよく炭素を減少させ、吸湿性の少ない酸化膜を得ることは、非常に重要である。   In the present invention, particularly in a top gate type thin film transistor (TFT), after forming a semiconductor layer as an active layer, the active layer is patterned, and then a gate insulating film is formed. For this reason, the contamination of carbon on the surface of the active layer is severe, and forming a gate insulating film without removing it causes poor reliability as well as poor transistor characteristics. In addition, when fabricating an oxide film using an organosilane source on the gate insulating film, it is very important to obtain an oxide film with good step coverage and reduced carbon and a low moisture absorption. It is.

以上説明してきたように、本発明は、半導体装置製造方法における、炭素汚染物除去に関し、スパッタ損傷の影響を殆ど受けずに炭素の一重結合をも含む全ての炭素汚染による基板表面の汚染を除去することで、半導体界面が特に重要になる、MOS型、MIS型構造の半導体装置の特性ならびに信頼性の向上に大きな効果がある。   As described above, the present invention relates to the removal of carbon contaminants in a semiconductor device manufacturing method, and removes contamination of the substrate surface due to all carbon contamination including carbon single bonds without being affected by sputter damage. By doing so, there is a great effect in improving the characteristics and reliability of a semiconductor device having a MOS type or MIS type structure in which the semiconductor interface is particularly important.

特に、有機シラン系ソースを用いた酸化膜中の炭素不純物も除去し、薄膜半導体装置のゲート絶縁膜等を良好にすることができるため、特性の向上と信頼性の向上に大きな効果がある。   In particular, carbon impurities in an oxide film using an organosilane source can also be removed, and a gate insulating film of a thin film semiconductor device can be improved, which has a great effect on improvement in characteristics and reliability.

(作用)
本発明を用いることによって、半導体装置製造において、従来のドライアッシングやウェットアッシングでは除去しきれなかった炭素不純物を大幅に減少させることができ、成膜中の有機シラン系ソースを用いた酸化膜中の炭素不純物を大幅に減少させることができる。特に、C−Cで表せられる炭素の一重結合を含む不純物や汚染物の除去に効果的であり、そのために半導体の積層形成時の界面が清浄になり、また、有機シラン系ソースを用いた酸化膜の炭素不純物を減少させ薄膜半導体装置の電気的特性の向上、信頼性の向上など、その効果は計り知れない。
(Function)
By using the present invention, carbon impurities that could not be removed by conventional dry ashing or wet ashing can be significantly reduced in the manufacture of semiconductor devices, and in an oxide film using an organosilane source during film formation. Carbon impurities can be greatly reduced. In particular, it is effective in removing impurities and contaminants containing a carbon single bond represented by C—C, so that the interface at the time of stacking of semiconductors is cleaned, and oxidation using an organosilane source is performed. The effects of improving the electrical characteristics and reliability of thin film semiconductor devices by reducing carbon impurities in the film are immeasurable.

図3に実施例におけるトランジスタの形成過程の断面を示す。
この実施例では、ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する場合に本発明を用いている。
FIG. 3 shows a cross section of a process for forming a transistor in the embodiment.
In this embodiment, the present invention is used when a thin film transistor is formed on a glass substrate.

ガラス基板31上に、下地膜32としてSiO2 を常圧CVD法を用いて、2000Å成膜した。その後、活性層としてアモルファスSiをプラズマCVD法によって500Å成膜して、公知のファオトリソグラフィー法を用いて、レジストをパターニングしてマスクを形成し、アモルファスSiをCF4 +O2 を用いたドライエッチングを用いてエッチングし、その後レジストをアルカリ系の剥離液を用いて剥離してアイランド33を形成した。その後600℃で24時間固相成長させてアイランド33は、アモルファスSiからポリシリコンになった。これが図3(A)である。 On the glass substrate 31, 2000 nm of SiO 2 was formed as a base film 32 by using an atmospheric pressure CVD method. Thereafter, 500 nm of amorphous Si is formed as an active layer by plasma CVD, and a mask is formed by patterning a resist using a known photolithography method, and dry etching of amorphous Si using CF 4 + O 2 is performed. After that, the resist was stripped using an alkaline stripping solution to form islands 33. Thereafter, the island 33 was changed from amorphous Si to polysilicon by solid phase growth at 600 ° C. for 24 hours. This is FIG.

レジストを剥離液にて剥離した後に、アイランド33の 表面には、少なくともその一部において炭素の一重結合を含む炭素による汚染物が残存している。それを除去するために本発明を用いる。アイランド33の上には、ゲート絶縁膜34を成膜するために、アイランド33の表面はTFT特性で最も重要なチャネルを形成する領域になる。そのため、アイランド33表面の炭素汚染物を除去することは重要である。除去の方法として以下の様な方法を試みた。   After the resist is stripped with a stripping solution, at least part of the surface of the island 33 is contaminated with carbon containing carbon single bonds. The present invention is used to remove it. Since the gate insulating film 34 is formed on the island 33, the surface of the island 33 becomes a region for forming the most important channel in TFT characteristics. Therefore, it is important to remove carbon contaminants on the surface of the island 33. The following method was tried as a removal method.

方法1として、プラズマ処理を行う方法として、平行平板型のプラズマ処理装置のアノード側に、アイランド33が形成されている基板31を配置した。平行平板の電極であるアノードとカソードの電極間隔は、30〜150mmの間で調整した。典型的には70mmで行ったが、それより大きくても小さくても条件を選べば問題は少ない。   As method 1, as a method of performing plasma processing, a substrate 31 on which an island 33 is formed is disposed on the anode side of a parallel plate type plasma processing apparatus. The electrode interval between the anode and the cathode, which are parallel plate electrodes, was adjusted between 30 and 150 mm. Typically, it was performed at 70 mm, but there are few problems if conditions are selected whether it is larger or smaller.

ガスは、カソード電極が、シャワーヘッドになっておりそこからガスが反応空間に導入され、基板31の表面で均一に流れるように、シャワーヘッド内に拡散板等の工夫が施されている。水素ガスと酸素ガスを同量導入させた。量的には、処理室の大きさにもよるが、プラズマ処理を行う圧力が50mTorr〜10Torrの間であり、ガスのレジデンスタイムが5秒以下となるようにした。レジデンスタイムが10秒を越えると、ガス化した炭素の再付着が発生することが時折みられたためにできるだけ、除去した炭素は速やかに排気するためにレジデンスタイムを5秒以下にしたが、大体10秒以下であれば問題ない。例えば40リットルのチャンバーで、圧力1Torrで316SCCMのガスを流せばレジデンスタイムは、約10秒になる。   As for the gas, a cathode electrode serves as a shower head, from which gas is introduced into the reaction space, and a device such as a diffusion plate is provided in the shower head so that the gas flows uniformly on the surface of the substrate 31. The same amount of hydrogen gas and oxygen gas was introduced. Quantitatively, although depending on the size of the processing chamber, the pressure for performing the plasma processing was between 50 mTorr and 10 Torr, and the residence time of the gas was 5 seconds or less. If the residence time exceeds 10 seconds, re-deposition of gasified carbon may occasionally occur, so as much as possible, the removed carbon was reduced to 5 seconds or less in order to quickly exhaust the carbon. If it is less than a second, there is no problem. For example, if a gas of 316 SCCM is flowed at a pressure of 1 Torr in a 40 liter chamber, the residence time will be about 10 seconds.

レジデンスタイムは、チャンバー容積とチャンバー内圧力の積をガスの流量で割ったものになるために、レジデンスタイムを小さくするためには、チャンバー容積や圧力を小さくするか、ガス流量を増加することが必要になってくる。本実施例では、チャンバー容積40リットル、処理圧力1Torr、酸素400SCCM、水素400SCCMでレジデンスタイムを約4秒とした。   The residence time is the product of the chamber volume and the pressure in the chamber divided by the gas flow rate. To reduce the residence time, the chamber volume and pressure can be reduced or the gas flow rate can be increased. It becomes necessary. In this example, the residence time was about 4 seconds with a chamber volume of 40 liters, a processing pressure of 1 Torr, oxygen of 400 SCCM, and hydrogen of 400 SCCM.

プラズマ発生手段としては、高周波放電にて行った。高周波の周波数としては、10〜100MHzを用いたが、実施例では20MHzを用いた。印加電力としては、0.1〜2W/cm2 を投入した。電力が0.1W/cm2 を下回ると、除去は可能だが、処理時間がかかりすぎる。また、2W/cm2 を越えると、電極が加熱されるために其を冷却すること等が必要となり装置の大型化、高価格化をまねいてしまう。本実施例では0.8W/cm2 を投入した。 The plasma generating means was high frequency discharge. As a high frequency, 10 to 100 MHz was used, but in the example, 20 MHz was used. As the applied power, 0.1 to 2 W / cm 2 was input. If the power is less than 0.1 W / cm 2 , removal is possible but it takes too much processing time. On the other hand, if it exceeds 2 W / cm 2 , the electrode is heated, so that it is necessary to cool the electrode, which leads to an increase in size and cost of the apparatus. In this example, 0.8 W / cm 2 was charged.

基板は、加熱すると除去能力は増加する。典型的には基板温度200〜500℃程度にすると除去能力が増加する。しかし、室温〜200℃でも充分な効果があるために、本実施例では、室温にて行っている。プラズマ処理時間としては、1〜10分間程度である。これは、各種の条件(ガスのレジデンスタイム、高周波数、投入電力、基板温度)によって大きく変わってくるが、あまり時間をかけることは製造プロセスとしては好ましくない。本実施例では2分間行った。   When the substrate is heated, the removal capability increases. Typically, when the substrate temperature is about 200 to 500 ° C., the removal capability increases. However, since there is a sufficient effect even at room temperature to 200 ° C., this embodiment is performed at room temperature. The plasma processing time is about 1 to 10 minutes. This varies greatly depending on various conditions (gas residence time, high frequency, input power, substrate temperature), but taking too much time is not preferable as a manufacturing process. In this example, it was performed for 2 minutes.

また、水素と酸素を用いて、水素ラジカル等、酸素ラジカル等を発生させる以外に、H2 Oを用いることもできる。H2 Oを導入するには、幾つかの方法がある。He、Ne、Arなどの不活性ガスをキャリアガスとしてH2 Oの入ったタンクをバブリングし、それによってH2 Oを気体として処理室へ運ぶ。また、H2 Oの入ったタンクから処理室までの全てを加熱して、H2 Oの蒸気圧を大きくし気体のまま処理室にはこぶ方法もある。 In addition to generating hydrogen radicals and oxygen radicals using hydrogen and oxygen, H 2 O can also be used. There are several ways to introduce H 2 O. A tank containing H 2 O is bubbled using an inert gas such as He, Ne, or Ar as a carrier gas, thereby carrying H 2 O as a gas to the processing chamber. There is also a method in which the entire tank from the tank containing H 2 O to the processing chamber is heated, the vapor pressure of H 2 O is increased, and the processing chamber is bulged as it is.

導入されたH2 Oはプラズマによって分解され水素イオン、水素ラジカル、酸素イオン、酸素ラジカル、オゾンを同時に発生する。発明者らの実験では、キャリアガスとしてHeを500〜1000SCCMでH2 Oの入ったタンクをバブリングしても同様の効果がみられた。 The introduced H 2 O is decomposed by the plasma and simultaneously generates hydrogen ions, hydrogen radicals, oxygen ions, oxygen radicals, and ozone. In the experiments by the inventors, the same effect was observed even when bubbling a tank containing H 2 O at 500 to 1000 SCCM of He as a carrier gas.

方法2として、プラズマ処理を行う方法として、電子サイクロトロン共鳴を利用したマイクロ波のプラズマ処理装置に、アイランド33が形成されている基板31を配置する。マイクロ波2.45GHzと磁場875ガウスによる共鳴点で高密度なプラズマが発生する。共鳴点から拡散磁場によってイオン、電子、ラジカルが基板31へ運ばれてくるように基板31は、配置される。ガスは、電子サイクロトロン共鳴点の基板31から遠ざかる位置から水素と酸素を導入した。   As a method 2, the substrate 31 on which the island 33 is formed is arranged in a microwave plasma processing apparatus using electron cyclotron resonance as a method for performing plasma processing. High-density plasma is generated at the resonance point by microwave 2.45 GHz and magnetic field 875 Gauss. The substrate 31 is arranged so that ions, electrons, and radicals are carried from the resonance point to the substrate 31 by a diffusion magnetic field. As the gas, hydrogen and oxygen were introduced from a position away from the substrate 31 at the electron cyclotron resonance point.

水素ガスと酸素ガスを同量導入させた。量的には、処理室の大きさにもよるが、プラズマ処理を行う圧力が1×10-5〜1×10-3Torrの間であり、ほとんど分子流領域での圧力であるためガス流をあまり考慮する必要はない。圧力が分子流領域で低いために除去された炭素は速やかに排気される。 The same amount of hydrogen gas and oxygen gas was introduced. Quantitatively, although depending on the size of the processing chamber, the pressure for performing the plasma processing is between 1 × 10 −5 and 1 × 10 −3 Torr, which is almost the pressure in the molecular flow region. It is not necessary to consider so much. The removed carbon is quickly exhausted because the pressure is low in the molecular flow region.

低圧力でプラズマ処理を行うためにターボ分子ポンプや複合ターボ分子ポンプ、拡散ポンプなどを用いてガスおよび除去物を排気させるとよい。ガスの流量としては、流量自体よりも電子サイクロトロン共鳴によってプラズマが発生する程度の圧力1×10-5〜1×10-3Torrになるようにガス流量を決定する必要がある。本実施例では、酸素50SCCM、水素150SCCMとした。印加電力としては1.0〜3KWを投入した。本実施例では1.5KWを投入した。 In order to perform the plasma treatment at a low pressure, the gas and the removed product may be exhausted using a turbo molecular pump, a composite turbo molecular pump, a diffusion pump, or the like. As the gas flow rate, it is necessary to determine the gas flow rate so that the pressure is 1 × 10 −5 to 1 × 10 −3 Torr at which plasma is generated by electron cyclotron resonance rather than the flow rate itself. In this embodiment, oxygen is 50 SCCM and hydrogen is 150 SCCM. The applied power was 1.0 to 3 KW. In this example, 1.5 kW was used.

基板は、加熱すると除去能力は増加する。典型的には基板温度200〜500℃程度にすると除去能力が増加する。しかし、室温〜200℃でも充分な効果がある。本実施例では、基板温度250℃にて行っている。   When the substrate is heated, the removal capability increases. Typically, when the substrate temperature is about 200 to 500 ° C., the removal capability increases. However, there are sufficient effects even at room temperature to 200 ° C. In this embodiment, the substrate temperature is 250 ° C.

プラズマ処理時間としては、1〜10分間程度である。これは各種の条件(ガス流量、投入電力、基板温度)によって大きく変わってくるが、あまり時間をかけることは製造プロセスとしては好ましくない。本実施例では1分間行った。
また、水素と酸素を用いて、水素ラジカル等、酸素ラジカル等を発生させる以外に、H2 Oを用いることもできる。H2 Oを導入するには、幾つかの方法がある。He、Ne、Arなどの不活性ガスをキャリアガスとしてH2 Oの入ったタンクをバブリングし、それによってH2 Oを気体として処理室へ運ぶ。また、H2 Oの入ったタンクから処理室までの全てを加熱して、H2 Oの蒸気圧を大きくし気体のまま処理室にはこぶ方法もある。導入されたH2 Oはプラズマによって分解され水素イオン、水素ラジカル、酸素イオン、酸素ラジカル、オゾンを同時に発生する。発明者らの実験では、H2 Oの入ったタンクを80℃に加熱し、タンクから処理室までの全てを120℃で加熱してH2 Oを20〜100SCCMを導入しても同様の効果がみられた。
The plasma processing time is about 1 to 10 minutes. This greatly varies depending on various conditions (gas flow rate, input power, substrate temperature), but taking too much time is not preferable as a manufacturing process. In this example, it was performed for 1 minute.
In addition to generating hydrogen radicals and oxygen radicals using hydrogen and oxygen, H 2 O can also be used. There are several ways to introduce H 2 O. A tank containing H 2 O is bubbled using an inert gas such as He, Ne, or Ar as a carrier gas, thereby carrying H 2 O as a gas to the processing chamber. There is also a method in which the entire tank from the tank containing H 2 O to the processing chamber is heated, the vapor pressure of H 2 O is increased, and the processing chamber is bulged as it is. The introduced H 2 O is decomposed by the plasma and simultaneously generates hydrogen ions, hydrogen radicals, oxygen ions, oxygen radicals, and ozone. In the experiments by the inventors, the same effect can be obtained by heating the tank containing H 2 O to 80 ° C. and heating all of the tank to the processing chamber at 120 ° C. and introducing 20 to 100 SCCM of H 2 O. Was seen.

方法3として、触媒法での処理を行う方法として、横型加熱炉の熱処理装置の加熱ゾーン側に、アイランド33が形成されている基板31を配置した。触媒が配置されている所も加熱ゾーンの中にある。   As a method 3, as a method of performing the treatment by the catalytic method, the substrate 31 on which the island 33 is formed is disposed on the heating zone side of the heat treatment apparatus of the horizontal heating furnace. The catalyst is also located in the heating zone.

触媒としては、白金、パラジューム、還元ニッケル、コバルト、チタン、パナジウム、タンタル等の3dー遷移金属またはアルミニウム、ニッケル、白金・珪素、白金・塩素、白金・レニウム、ニッケル・モリブデン、コバルト・モリブデン、等の金属化合物、又は上記遷移金属とアルミナ、シリカゲル等の混合または化合物あるいは、ラネーコバルト、ルテニウム、パラジウム,ニッケル、等あるいはそれらと炭素の混合または化合物が適当であるが、これを粒状、網状、綿状または粉末状態で使用する。   Catalysts include platinum, palladium, reduced nickel, cobalt, titanium, panadium, tantalum and other 3d transition metals or aluminum, nickel, platinum / silicon, platinum / chlorine, platinum / rhenium, nickel / molybdenum, cobalt / molybdenum, etc. Or a mixture or compound of the above transition metals and alumina, silica gel or the like, or Raney cobalt, ruthenium, palladium, nickel, or the like or a mixture or compound of these with carbon is suitable. Use in the form of powder or powder.

ただし、低融点で反応性物質の初期吸着速度を著しく高める物質、および物質内に容易に気化し易いナトリウムなどのアルカリ金属を含む物質、例えば銅、タングステン、等は好ましくない。実験によると反応性物質の分解温度以上では触媒に著しい劣化がみられた。   However, substances that have a low melting point and significantly increase the initial adsorption rate of the reactive substance, and substances containing an alkali metal such as sodium that are easily vaporized in the substance, such as copper and tungsten, are not preferable. According to the experiment, the catalyst was significantly deteriorated above the decomposition temperature of the reactive substance.

触媒の量、密度に関しては反応性気体との有効接触面積に関係するものであり、必要に応じて調整すればよい。本実施例では、パラジウムを10重量%としてアルミナに混合したものを粒状にして表面積の大きなものを触媒として用いた。また、加熱ゾーンの手前にオゾン発生用の紫外線照射装置を備えてある。ガスは常圧〜500Torr程度の減圧で流せる用になっている。   The amount and density of the catalyst are related to the effective contact area with the reactive gas, and may be adjusted as necessary. In this example, 10% by weight of palladium mixed with alumina was used as a catalyst with a large surface area. In addition, an ultraviolet irradiation device for generating ozone is provided in front of the heating zone. The gas can be used at a reduced pressure of about normal pressure to about 500 Torr.

水素と酸素は導入されるとまず、紫外線照射によって、酸素からオゾンが発生し、触媒に触れた水素は活性な水素ラジカルとなり、オゾンと水素ラジカルが基板31へ到達する。紫外線照射ならびに触媒と、基板31との距離は50mm〜1m程度が適当であった。この程度の距離が基板31の表面で均一に流れるようにでき、かつ水素ラジカルとオゾンの寿命が充分にある距離でもある。   When hydrogen and oxygen are introduced, first, ozone is generated from the oxygen by ultraviolet irradiation, and hydrogen that touches the catalyst becomes active hydrogen radicals, and the ozone and hydrogen radicals reach the substrate 31. The appropriate distance between the ultraviolet irradiation and the catalyst and the substrate 31 is about 50 mm to 1 m. This distance can be made to flow uniformly on the surface of the substrate 31, and the life of hydrogen radicals and ozone is sufficiently long.

加熱ゾーンは、300〜700℃に加熱することで、触媒反応によって水素ラジカルを形成できる。温度を700℃以上にすると触媒の劣化が顕著になった。しかし、用いる触媒によって温度も変化するので、その用いる触媒によって、調整する必要がある。本実施例では、水素150SCCM 酸素250SCCMで、加熱ゾーンの温度を500℃にして、行った。時間は1〜30分間程度でよく、本実施例では、10分間行った。   By heating the heating zone to 300 to 700 ° C., hydrogen radicals can be formed by catalytic reaction. When the temperature was set to 700 ° C. or higher, the catalyst was significantly deteriorated. However, since the temperature varies depending on the catalyst used, it is necessary to adjust the temperature depending on the catalyst used. In this embodiment, hydrogen 150SCCM and oxygen 250SCCM were used, and the temperature of the heating zone was set to 500 ° C. The time may be about 1 to 30 minutes. In this example, the time was 10 minutes.

また、水素と酸素を用いて、水素ラジカル等、酸素ラジカル等を発生させる以外に、H2 Oを用いることもできる。H2 Oを導入するには、幾つかの方法がある。He、Ne、Arなどの不活性ガスをキャリアガスとしてH2 Oの入ったタンクをバブリングし、それによってH2 Oを気体として処理室へ運ぶ。また、H2 Oの入ったタンクから処理室までの全てを加熱して、H2 Oの蒸気圧を大きくし気体のまま処理室にはこぶ方法もある。導入されたH2 Oはプラズマによって分解され水素イオン、水素ラジカル、酸素イオン、酸素ラジカル、オゾンを同時に発生する。発明者らの実験では、キャリアガスとしてN2 50SCCMでH2 Oの入ったタンクをバブリングしても同様の効果がみられた。 In addition to generating hydrogen radicals and oxygen radicals using hydrogen and oxygen, H 2 O can also be used. There are several ways to introduce H 2 O. A tank containing H 2 O is bubbled using an inert gas such as He, Ne, or Ar as a carrier gas, thereby carrying H 2 O as a gas to the processing chamber. There is also a method in which the entire tank from the tank containing H 2 O to the processing chamber is heated, the vapor pressure of H 2 O is increased, and the processing chamber is bulged as it is. The introduced H 2 O is decomposed by the plasma and simultaneously generates hydrogen ions, hydrogen radicals, oxygen ions, oxygen radicals, and ozone. In the experiments conducted by the inventors, the same effect was observed even when bubbling a tank containing H 2 O with N 2 50 SCCM as the carrier gas.

方法4として比較のために、剥離液による剥離後のアイランド33をもつ基板31を、公知の硫酸:過酸化水素水=1:1を80℃に加熱したもので10分間洗浄した後に公知のプラズマドライアッシングをおこなったものも作製した。   For comparison as Method 4, a substrate 31 having islands 33 after peeling with a peeling solution is washed with a known sulfuric acid: hydrogen peroxide solution 1: 1 heated to 80 ° C. for 10 minutes, and then a known plasma. A product subjected to dry ashing was also produced.

次に、アイランド33の上に公知のプラズマCVD法を用いて、ゲート絶縁膜34である酸化珪素膜を形成した。この酸化珪素膜を形成する装置と本発明の装置を真空を破らずに連続して形成できるインライン型マルチチャンバー、クラスター型マルチチャンバーあるいは成膜室と炭素除去を同室で行うシングルチャンバーまたはロードロックチャンバーを用いることで、炭素除去後に直ちに、ゲート絶縁膜を形成することができるために、さらに清浄な界面を得ることができる。本実施例では、有機シランであるTEOSと酸素を混合してプラズマCVD法を利用して酸化珪素膜を500Åを形成した。これで図3(B)になる。   Next, a silicon oxide film as the gate insulating film 34 was formed on the island 33 by using a known plasma CVD method. An in-line type multi-chamber, a cluster type multi-chamber, or a single chamber or a load-lock chamber in which carbon removal is performed in the same room as the apparatus for forming the silicon oxide film and the apparatus of the present invention can be continuously formed without breaking the vacuum. Since a gate insulating film can be formed immediately after removing carbon, a cleaner interface can be obtained. In this embodiment, TEOS which is an organic silane and oxygen are mixed and a silicon oxide film having a thickness of 500 mm is formed by using a plasma CVD method. This becomes FIG. 3 (B).

ゲート絶縁膜34形成後に、導電性膜としてAl、ドープドポリシリコン、Cr、Ta、等を積層したのちに、フォトリソグラフィー工程によってレジストをパターニングして、そのご導電性膜を所望の形にエッチングしてゲート電極37を作製する。本実施例ではAlをスパッタによって成膜した。その後、Pをイオン注入によって5×1015 cm-2のドーズ量になるようにスルードープして、ソース・ドレイン35を形成した。注入は、イオン注入に限らず、プラズマドープによってPHX を注入してもよい。注入したのちに、活性化させるために600℃で5時間加熱した。これが図3の(C)になる。 After forming the gate insulating film 34, after laminating Al, doped polysilicon, Cr, Ta, etc. as a conductive film, the resist is patterned by a photolithography process, and the conductive film is etched into a desired shape. Thus, the gate electrode 37 is manufactured. In this embodiment, Al is formed by sputtering. Thereafter, P was through-doped by ion implantation so as to have a dose of 5 × 10 15 cm −2 to form a source / drain 35. The implantation is not limited to ion implantation, and PH X may be implanted by plasma doping. After the injection, it was heated at 600 ° C. for 5 hours for activation. This becomes (C) of FIG.

そのご層間絶縁膜38を形成し、ゲート電極37の取り出し配線電極39とソース・ドレイン35の取り出し配線電極40を形成して。トップゲート型ポリシリコン薄膜トランジスタが完成した。これが図3(D)になる。   Then, an interlayer insulating film 38 is formed, and an extraction wiring electrode 39 for the gate electrode 37 and an extraction wiring electrode 40 for the source / drain 35 are formed. A top gate type polysilicon thin film transistor was completed. This is shown in FIG.

完成したTFTは、チャネル長8μm、チャネル幅100μmのNチャネル型である。作製方法の違いによらずしきい値電圧は、ほぼ1.0Vであった。信頼性試験を行うために、ソースとドレイン間電圧11V、ゲートとソース間電圧14Vを印可して、150℃のN2 雰囲気中に10時間放置して、その前後を測定した。 The completed TFT is an N-channel type having a channel length of 8 μm and a channel width of 100 μm. Regardless of the manufacturing method, the threshold voltage was approximately 1.0V. In order to perform a reliability test, a source-drain voltage of 11 V and a gate-source voltage of 14 V were applied and left in an N 2 atmosphere at 150 ° C. for 10 hours, and before and after the measurement.

図4にTFTの信頼性試験前後のVG ─ID 測定結果を示す。横軸は、ゲート電圧のリニアの値を示し、縦軸はドレイン電流の絶対値の対数をとったものを示している。単位はそれぞれ任意単位である。方法1と方法2の本発明を用いた本実施例は、ほんとんど同じ特性41を示していた。オン電流は7.8mAで移動度は114cm2 /Vsecであった。信頼性試験後もその劣化は確認できないぐらいの変化であり良好なTFT特性であった。 It shows the V G ─I D measurement results before and after the reliability test of the TFT in FIG. The horizontal axis shows the linear value of the gate voltage, and the vertical axis shows the logarithm of the absolute value of the drain current. Each unit is an arbitrary unit. This example of the method 1 and method 2 using the present invention showed almost the same characteristic 41. The on-current was 7.8 mA, and the mobility was 114 cm 2 / Vsec. Even after the reliability test, the deterioration was a change that could not be confirmed, and the TFT characteristics were good.

方法3での本発明を用いた本実施例は特性42を示した。オン電流は8.5mAで移動度は120cm2 /Vsecであった。信頼性試験後もその劣化は確認できないぐらいの変化であり良好であった。 This example using the present invention in Method 3 showed characteristic 42. The on-current was 8.5 mA, and the mobility was 120 cm 2 / Vsec. Even after the reliability test, the deterioration was so good that it could not be confirmed.

本発明を用いていない方法4の場合は特性43を示した。オン電流は7.0mAで移動度は100cm2 /Vsecであった。信頼性試験後は、特性44を示しオン電流は5.0mAで移動度は70cm2 /Vsecに低下した。本発明をTFTのゲート絶縁膜形成前に用いることで、活性層とゲート絶縁膜の界面を清浄にすることで、初期特性が高く、信頼性の良いTFTを形成することができた。 In the case of the method 4 not using the present invention, the characteristic 43 is shown. The on-current was 7.0 mA, and the mobility was 100 cm 2 / Vsec. After the reliability test, the characteristic 44 was exhibited, the on-current was 5.0 mA, and the mobility was reduced to 70 cm 2 / Vsec. By using the present invention before forming the TFT gate insulating film, the TFT having high initial characteristics and high reliability can be formed by cleaning the interface between the active layer and the gate insulating film.

不揮発性半導体記憶装置のメモリは、それぞれ基本的な1つのメモリトランジスタが多数集まって構成されている。そのメモリトランジスタの製造に本発明を利用した。図5にメモリトランジスタの基本的な断面構造を示す。P型シリコン基板51上に、公知のシリコンの熱酸化技術とCVD法とファオトリソグラフィー技術によるレジストのパターニングとエッチング技術によって、トンネル酸化膜52、ポリシリコンからなるフローティングゲート53、層間絶縁膜54、ポリシリコンからなるコントロールゲート55、とから構成されるポリシリコン2層ゲート。燐または砒素のイオン注入によって形成されるソース拡散層57とドレイン拡散層56を含めて、メモリトランジスタは形成されている。   A memory of a nonvolatile semiconductor memory device is configured by a large number of basic one memory transistors. The present invention was used to manufacture the memory transistor. FIG. 5 shows a basic cross-sectional structure of the memory transistor. On a P-type silicon substrate 51, a tunnel oxide film 52, a floating gate 53 made of polysilicon, an interlayer insulating film 54, a resist patterning and etching technique using a known silicon thermal oxidation technique, a CVD method and a photolithography technique, A polysilicon two-layer gate comprising a control gate 55 made of polysilicon. A memory transistor is formed including a source diffusion layer 57 and a drain diffusion layer 56 formed by ion implantation of phosphorus or arsenic.

フローティングゲート53は、コントロールゲート55からみたメモリトランジスタのしきい値を変化させるためのゲートとなっている。
フローティングゲート53にホットエレクトロンが蓄積されている場合は、コントロール55に与えられる正電位は、フローティングゲート53に蓄積されたホットエレクトロンに打ち消されるので、ホットエレクトロンが蓄積されていない状態に比べてコントロールゲート55からみたメモリトランジスタのしきい値は、高くなる。フローティングゲート53へのホットエレクトロンの注入は、コントロールゲート55、ドレイン56およびソース57にそれぞれ10、5、0Vを印可することによって実施される。
The floating gate 53 is a gate for changing the threshold value of the memory transistor as viewed from the control gate 55.
When hot electrons are accumulated in the floating gate 53, the positive potential applied to the control 55 is canceled out by the hot electrons accumulated in the floating gate 53, so that the control gate is compared with a state in which no hot electrons are accumulated. The threshold value of the memory transistor viewed from 55 becomes higher. Hot electrons are injected into the floating gate 53 by applying 10, 5, and 0 V to the control gate 55, the drain 56, and the source 57, respectively.

メモリトランジスタのチャネルを移動する電子のいくつかがトンネル酸化膜52を通過してフローティングゲート53に達して蓄積される。フローティングゲート53にホットエレクトロンが蓄積されている状態を書込み状態、その反対にフローティングゲート53からホットエレクトロンの排出は、ドレイン56を電気的に開状態にして、ソース57とコントロールゲートにそれぞれ5、−16Vを印可することにより行われる。   Some of the electrons moving through the channel of the memory transistor pass through the tunnel oxide film 52 and reach the floating gate 53 to be accumulated. The state in which hot electrons are accumulated in the floating gate 53 is in the write state, and conversely, the hot electrons are discharged from the floating gate 53 with the drain 56 electrically opened, and the source 57 and the control gate having 5 − This is done by applying 16V.

これにより、ソース57とフローティングゲート53のオーバーラップ領域58でのトンネル酸化膜52のトンネル電流であるFowler Nordheim電流を生じさせ、トンネル酸化膜52を経由して電子をフローティングゲート53から排除する。このフローティングゲート53にホットエレクトロンが蓄積されない状態をデータの消去状態という。   As a result, a Fowler Nordheim current that is a tunnel current of the tunnel oxide film 52 in the overlap region 58 of the source 57 and the floating gate 53 is generated, and electrons are excluded from the floating gate 53 via the tunnel oxide film 52. A state in which hot electrons are not accumulated in the floating gate 53 is called a data erasure state.

このメモリトランジスタでは、電荷の蓄積に関与するものがフローティングゲート53とコントロールゲート55に接触している層間絶縁膜54ならびにトンネル酸化膜52になり、さらにその界面の構成が重要になるのは当然である。この界面の清浄に関して本発明を利用した。コントロールゲート55の膜形成前後と層間絶縁膜54形成前後に、触媒法による炭素除去をおこなった。   In this memory transistor, those involved in charge accumulation are the interlayer insulating film 54 and the tunnel oxide film 52 that are in contact with the floating gate 53 and the control gate 55, and it is natural that the configuration of the interface becomes important. is there. The present invention was used for cleaning the interface. Carbon removal by a catalytic method was performed before and after the formation of the control gate 55 and before and after the formation of the interlayer insulating film 54.

触媒法での処理を行う方法として、横型加熱炉の熱処理装置の加熱ゾーン側に、基板51を配置した。   As a method for performing the treatment by the catalytic method, the substrate 51 was disposed on the heating zone side of the heat treatment apparatus of the horizontal heating furnace.

触媒が配置されている所も加熱ゾーンの中にある。触媒としては、白金、、パラジューム、還元ニッケル、コバルト、チタン、パナジウム、タンタル等の3dー遷移金属またはアルミニウム、ニッケル、白金・珪素、白金・塩素、白金・レニウム、ニッケル・モリブデン、コバルト・モリブデン、等の金属化合物、又は上記遷移金属とアルミナ、シリカゲル等の混合または化合物あるいは、ラネーコバルト、ルテニウム、パラジウム,ニッケル、等あるいはそれらと炭素の混合または化合物が適当であるが、これを粒状、網状、綿状または粉末状態で使用する。   The catalyst is also located in the heating zone. Catalysts include platinum, palladium, reduced nickel, cobalt, titanium, panadium, tantalum and other 3d transition metals or aluminum, nickel, platinum / silicon, platinum / chlorine, platinum / rhenium, nickel / molybdenum, cobalt / molybdenum, Or a mixture or compound of the above transition metal and alumina, silica gel or the like, or Raney cobalt, ruthenium, palladium, nickel, etc. or a mixture or compound of these and carbon is suitable. Use in cotton or powder form.

ただし、低融点で反応性物質の初期吸着速度を著しく高める物質、および物質内に容易に気化し易いナトリウムなどのアルカリ金属を含む物質、例えば銅、タングステン、等は好ましくない。実験によると反応性物質の分解温度以上では触媒に著しい劣化がみられた。触媒の量、密度に関しては反応性気体との有効接触面積に関係するものであり、必要に応じて調整すればよい。本実施例では、パラジウムを10重量%としてアルミナに混合したものを粒状にして表面積の大きなものを触媒として用いた。   However, substances that have a low melting point and significantly increase the initial adsorption rate of the reactive substance, and substances containing an alkali metal such as sodium that are easily vaporized in the substance, such as copper and tungsten, are not preferable. According to the experiment, the catalyst was significantly deteriorated above the decomposition temperature of the reactive substance. The amount and density of the catalyst are related to the effective contact area with the reactive gas, and may be adjusted as necessary. In this example, 10% by weight of palladium mixed with alumina was used as a catalyst with a large surface area.

また、加熱ゾーンの手前にオゾン発生用の紫外線照射装置を備えてある。ガスは常圧〜500Torr程度の減圧で流せる用になっている。水素と酸素は導入されるとまず、紫外線照射によって、酸素からオゾンが発生し、触媒に触れた水素は活性な水素ラジカルとなり、オゾンと水素ラジカルが基板51へ到達する。紫外線照射ならびに触媒と、基板31との距離は50mm〜1m程度が適当であった。この程度の距離が基板31の表面で均一に流れるようにでき、かつ水素ラジカルとオゾンの寿命が充分にある距離でもある。   In addition, an ultraviolet irradiation device for generating ozone is provided in front of the heating zone. The gas can be used at a reduced pressure of about normal pressure to about 500 Torr. When hydrogen and oxygen are introduced, ozone is first generated from the oxygen by ultraviolet irradiation, and hydrogen that touches the catalyst becomes active hydrogen radicals, and the ozone and hydrogen radicals reach the substrate 51. The appropriate distance between the ultraviolet irradiation and the catalyst and the substrate 31 is about 50 mm to 1 m. This distance can be made to flow uniformly on the surface of the substrate 31, and the life of hydrogen radicals and ozone is sufficiently long.

加熱ゾーンは、300〜700℃に加熱することで、触媒反応によって水素ラジカルを形成できる。温度を700℃以上にすると触媒の劣化が顕著になった。しかし、用いる触媒によって温度も変化するので、その用いる触媒によって、調整する必要がある。本実施例では、水素100SCCM 酸素100SCCMで、加熱ゾーンの温度を500℃にして、行った。時間は1〜30分間程度でよく、本実施例では、10分間行った。   By heating the heating zone to 300 to 700 ° C., hydrogen radicals can be formed by catalytic reaction. When the temperature was set to 700 ° C. or higher, the catalyst was significantly deteriorated. However, since the temperature varies depending on the catalyst used, it is necessary to adjust the temperature depending on the catalyst used. In this embodiment, hydrogen 100 SCCM, oxygen 100 SCCM, and a heating zone temperature of 500 ° C. were used. The time may be about 1 to 30 minutes. In this example, the time was 10 minutes.

また、水素と酸素を用いて、水素ラジカル等、酸素ラジカル等を発生させる以外に、H2 Oを用いることもできる。H2 Oを導入するには、幾つかの方法がある。He、Ne、Arなどの不活性ガスをキャリアガスとしてH2 Oの入ったタンクをバブリングし、それによってH2 Oを気体として処理室へ運ぶ。また、H2 Oの入ったタンクから処理室までの全てを加熱して、H2 Oの蒸気圧を大きくし気体のまま処理室にはこぶ方法もある。導入されたH2 Oはプラズマによって分解され水素イオン、水素ラジカル、酸素イオン、酸素ラジカル、オゾンを同時に発生する。 In addition to generating hydrogen radicals and oxygen radicals using hydrogen and oxygen, H 2 O can also be used. There are several ways to introduce H 2 O. A tank containing H 2 O is bubbled using an inert gas such as He, Ne, or Ar as a carrier gas, thereby carrying H 2 O as a gas to the processing chamber. There is also a method in which the entire tank from the tank containing H 2 O to the processing chamber is heated, the vapor pressure of H 2 O is increased, and the processing chamber is bulged as it is. The introduced H 2 O is decomposed by the plasma and simultaneously generates hydrogen ions, hydrogen radicals, oxygen ions, oxygen radicals, and ozone.

本出願人の実験では、キャリアガスとしてN2 50SCCMでH2 Oの入ったタンクをバブリングしても同様の効果がみられた。 In the applicant's experiment, the same effect was observed even when bubbling a tank containing H 2 O with N 2 50SCCM as the carrier gas.

メモリトランジスタをフラッシュメモリとして形成しての特性を評価したところ、本発明を利用した場合と利用しなかった場合を比較したとき、150回の書換えを行った後のメモリのエラー率が、利用しない場合は、0.1%もあったものが、本発明を利用することで0.01%と1桁も小さくなった。本発明によって炭素除去を行うことは、結晶半導体の積層構造にも大きな効果がある。   When the characteristics of the memory transistor formed as a flash memory were evaluated, the error rate of the memory after 150 rewrites was not used when the case where the present invention was used and the case where the memory transistor was not used were compared. In the case of 0.1%, it was reduced by 0.01% to 0.01% by using the present invention. Performing carbon removal according to the present invention has a great effect on the laminated structure of the crystalline semiconductor.

ポリシリコンを用いた薄膜トランジスタ(TFTとも呼ぶ)に本発明を用いた例を図6に示す。ガラス基板301の上に下地膜302を成膜する工程を図6(A)に示してあるが、ガラス基板301は、ホウケイ酸ガラス、石英などの可視光に対して透光性の大きいものを用いる。本実施例では、コーニング社のコーニング7059ガラスを用いた。   An example in which the present invention is applied to a thin film transistor (also referred to as TFT) using polysilicon is shown in FIG. A process of forming the base film 302 over the glass substrate 301 is shown in FIG. 6A. The glass substrate 301 is made of a material having high translucency with respect to visible light such as borosilicate glass or quartz. Use. In this example, Corning 7059 glass from Corning was used.

下地膜302を成膜する際に、本発明を用いた、TFTが完成した後に、ゲート電圧をオン方向に大きくしたときに、チャネルの下にチャネルを流れるキャリア、例えばチャネルがNチャネル型であればチャネルを流れるキャリアは電子であり、チャネルがPチャネル型であればチャネルを流れるキャリアはホールであるが、ゲート電圧をオン方向に大きくしていくと、チャネルの下の基板301側に、逆型のチャネルのようなものが発生することがある。   When the base film 302 is formed, when the gate voltage is increased in the ON direction after the TFT is completed using the present invention, carriers that flow under the channel, for example, the channel is an N-channel type. For example, carriers flowing through the channel are electrons, and if the channel is a P-channel type, the carrier flowing through the channel is a hole. However, when the gate voltage is increased in the ON direction, Something like a mold channel may occur.

ゲート電圧を大きくした時のドレイン電流が、本来はチャネルがオン状態になれば、ゲート電圧を大きくしても飽和するが、チャネルの下の基板301側に逆型のチャネルが発生するとそのときにドレイン電流が急激に上がり、ゲート電圧に対するドレイン電流が段をもったようになる。いわゆるキンク効果が発生する。本発明を、下地膜302を成膜するときに用いることで、キンク効果の発生を防止あるいは減少させる。下地膜302の膜が、不純物を含まない、SiOX であればキンク効果の発生は少なくなる。 When the channel is turned on, the drain current when the gate voltage is increased is saturated even if the gate voltage is increased. However, when a reverse channel is generated on the substrate 301 side below the channel, The drain current rises rapidly, and the drain current with respect to the gate voltage has a stage. A so-called kink effect occurs. By using the present invention when forming the base film 302, the occurrence of the kink effect is prevented or reduced. If the base film 302 is made of SiO x containing no impurities, the occurrence of the kink effect is reduced.

下地膜302の成膜で、平行平板プラズマCVD装置を用いて正珪酸四エチル(TEOSとも呼ぶ)と酸素と水素を用いて、成膜を行った。正珪酸四エチルの代わりにOMCTS(Octamethylcyclotetrasiloxane)やHMDS(Hexamethyldisiloxane)などの有機シランを用いることも有効である。   The base film 302 was formed by using tetraethyl silicate (also referred to as TEOS), oxygen, and hydrogen using a parallel plate plasma CVD apparatus. It is also effective to use organic silanes such as OMCTS (Octamethylcyclotetrasiloxane) and HMDS (Hexamethyldisiloxane) instead of regular tetraethyl silicate.

基板温度200〜500℃で、典型的には400℃に加熱して、成膜圧力0.1〜2Torrで典型的には1Torrに設定した。プラズマ電源としては5〜50MHzの高周波を用いるが、典型的には20MHzを用いた。プラズマ電源の供給電力は、0.1〜2W/cm2 を用いたが、典型的には0.3W/cm2 で行った。正珪酸四エチルと酸素の比率は、正珪酸四エチル:酸素=1:5〜20で典型的には、正珪酸四エチル:酸素=1:5で行った。水素の量は、正珪酸四エチル:水素=1:0.01〜1の範囲で行ったが、典型的には、正珪酸四エチル:水素=1:0.5で行った。下地膜302は500〜3000Å成膜したが、典型的には2000Åを成膜した。 The substrate temperature was 200 to 500 ° C., typically 400 ° C., and the film forming pressure was set to 0.1 to 2 Torr and typically 1 Torr. A high frequency of 5 to 50 MHz is used as the plasma power source, but typically 20 MHz is used. The power supply of the plasma power source was 0.1 to 2 W / cm 2 , but typically 0.3 W / cm 2 . The ratio of normal tetraethyl silicate to oxygen was normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5 to 20, and the ratio was typically tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5. The amount of hydrogen was in the range of normal tetraethyl silicate: hydrogen = 1: 0.01 to 1, but typically, normal tetraethyl silicate: hydrogen = 1: 0.5. Although the base film 302 was formed in a thickness of 500 to 3000 mm, typically 2000 mm was formed.

下地膜302の成膜は、平行平板プラズマCVD以外にも、他のプラズマCVD法においても、有機シランを用いて酸化膜を形成する場合は、水素ラジカルと水素イオンによって成膜中の炭素を除去することは非常に効果が大きく、どの様なプラズマCVD法においても有効である。   In addition to the parallel plate plasma CVD, the base film 302 is formed by another plasma CVD method. When an oxide film is formed using organosilane, carbon in the film is removed by hydrogen radicals and hydrogen ions. This is very effective and is effective in any plasma CVD method.

また、常圧CVDによって、下地膜302を成膜する場合も、触媒法によって水素ラジカルを発生させてそれを成膜中にも用いることで、やはり成膜中の炭素を除去することが可能であり、有機シランを用いた常圧CVD法においても本発明は有効である。常圧CVDを用いた成膜に対して本発明を利用する場合は、水素を水素ラジカルにするために触媒法を用いる。   Also, when the base film 302 is formed by atmospheric pressure CVD, it is possible to remove carbon during film formation by generating hydrogen radicals by the catalytic method and using them during film formation. The present invention is also effective in the atmospheric pressure CVD method using organosilane. When the present invention is used for film formation using atmospheric pressure CVD, a catalytic method is used to convert hydrogen into hydrogen radicals.

触媒としては、白金、パラジューム、還元ニッケル、コバルト、チタン、パナジウム、タンタル等の3d−遷移金属またはアルミニウム、ニッケル、白金・珪素、白金・塩素、白金・レニウム、ニッケル・モリブデン、コバルト・モリブデン、等の金属化合物、又は上記遷移金属とアルミナ、シリカゲル等の混合または化合物あるいは、ラネーコバルト、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、等あるいはそれらと炭素の混合または化合物が適当であるが、これを粒状、網状または粉末状態で使用する。   Catalysts include 3d-transition metals such as platinum, palladium, reduced nickel, cobalt, titanium, panadium, and tantalum, or aluminum, nickel, platinum / silicon, platinum / chlorine, platinum / rhenium, nickel / molybdenum, cobalt / molybdenum, etc. Or a mixture or compound of the above transition metals and alumina, silica gel, or the like, or Raney cobalt, ruthenium, palladium, nickel, or the like or a mixture or compound of these with carbon is suitable. Use in state.

ただし、低融点で反応性物質の初期吸着速度を著しく高める物質、および物質内に容易に気化し易いナトリウムなどのアルカリ金属を含む物質、例えば銅、タングステン、等は好ましくない。実験によると反応性物質の分解温度以上では触媒に著しい劣化がみられた。触媒の量、密度に関しては反応性気体との有効接触面積に関係するものであり、必要に応じて調整すればよい。   However, substances that have a low melting point and significantly increase the initial adsorption rate of the reactive substance, and substances containing an alkali metal such as sodium that are easily vaporized in the substance, such as copper and tungsten, are not preferable. According to the experiment, the catalyst was significantly deteriorated above the decomposition temperature of the reactive substance. The amount and density of the catalyst are related to the effective contact area with the reactive gas, and may be adjusted as necessary.

水素を加熱した触媒中を通すことで、活性な水素ラジカルを発生させる。酸素はオゾナイザーを通すことで、活性なオゾンを発生させる。基板を加熱した常圧CVD装置において、正珪酸四エチルの入ったタンクを窒素等のキャリアガスでバブリングして、オゾナイザーを通して酸素を導入し、触媒を通して水素を導入する。   Active hydrogen radicals are generated by passing hydrogen through a heated catalyst. Oxygen generates active ozone by passing through an ozonizer. In an atmospheric pressure CVD apparatus in which the substrate is heated, a tank containing normal tetraethyl silicate is bubbled with a carrier gas such as nitrogen, oxygen is introduced through an ozonizer, and hydrogen is introduced through a catalyst.

ガスは拡散機構を有するガスノズルから、全て混合して基板上に供給される。常圧CVDにおいて正珪酸四エチルとオゾンのみで成膜を行う場合に、表面の親水性である場合と疎水性である場合とで、形成される酸化膜に大きな違いがある。疎水性の表面をもつ基板上では、清浄な成膜が可能であるが、親水性をもつ表面では成膜異常や成膜速度の低下などが発生しやすい。   All gases are mixed and supplied onto the substrate from a gas nozzle having a diffusion mechanism. When film formation is performed only with normal tetraethyl silicate and ozone in atmospheric pressure CVD, there is a great difference in the oxide film formed between the case where the surface is hydrophilic and the case where it is hydrophobic. A clean film can be formed on a substrate having a hydrophobic surface, but an abnormal film formation or a decrease in film formation speed tends to occur on a hydrophilic surface.

水素ラジカルを伴っう本発明では、脱炭素効果とともに、基板表面を活性な水素がターミネートすることで疎水性の表面を形成し、成膜異常や成膜速度の低下を防ぐことが可能である。特にN2 キャリアガスの0.01〜0.2倍程度の水素を導入すると効果が大きく、正珪酸四エチルを加熱して直接ガス化した場合は、その0.1〜0.5倍程度が効果が大きい。 In the present invention involving hydrogen radicals, it is possible to form a hydrophobic surface by terminating active hydrogen on the substrate surface, together with the decarbonizing effect, and to prevent abnormal film formation and decrease in film formation rate. In particular, when hydrogen is introduced in an amount of about 0.01 to 0.2 times that of the N 2 carrier gas, the effect is great. Great effect.

基板301の上に下地膜302が成膜されたものに、活性層303としてアモルファスシリコンを成膜したものが、図6(B)である。アモルファスシリコンは、厚み50〜3000Å程度であり、典型的には400〜1000Åを成膜した。成膜方法としては、プラズマCVD法、減圧熱CVD法、スパッタ法等を用いた。   FIG. 6B shows a structure in which an amorphous silicon film is formed as an active layer 303 on a substrate 301 on which a base film 302 is formed. The amorphous silicon has a thickness of about 50 to 3000 mm, and typically has a thickness of 400 to 1000 mm. As a film formation method, a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, a sputtering method, or the like was used.

本実施例では、プラズマCVD法にて、シランを分解させて、基板温度200〜400℃で、典型的には250〜350℃で成膜した。その後、アモルファスシリコンをいわゆる固相成長させて、多結晶化(ポリシリコン化)するが、その方法には、本出願人による特開平6−232059、特開平6−244103、特開平6−244104に記載された発明を用いることで、600℃以下で、固相成長させることができる。   In this example, silane was decomposed by a plasma CVD method, and a film was formed at a substrate temperature of 200 to 400 ° C., typically 250 to 350 ° C. Thereafter, amorphous silicon is so-called solid phase grown to be polycrystallized (polysilicon). The method is disclosed in JP-A-6-232059, JP-A-6-244103 and JP-A-6-244104 by the present applicant. By using the described invention, solid phase growth can be performed at 600 ° C. or lower.

固相成長させる前に、アモルファスシリコン中の、水素をある程度取り除いておかなけば、固相成長させるときの加熱によって、水素が急激にアモルファスの中から外にでるためひどい場合は、穴があくことがある。そのために、固相成長前に、400〜500℃で0.5〜5時間窒素中での水素出し工程を入れることは有効である。典型的には400℃で1〜2時間、窒素中にて行った。   If the hydrogen in the amorphous silicon is not removed to some extent before solid-phase growth, hydrogen will suddenly go out of the amorphous state due to heating during solid-phase growth, so if it is severe, there will be a hole. Sometimes. Therefore, it is effective to put a hydrogen desorption step in nitrogen at 400 to 500 ° C. for 0.5 to 5 hours before solid phase growth. Typically performed at 400 ° C. for 1-2 hours in nitrogen.

固相成長を行うと、基板301が石英のように歪み点が高温のもの以外は、熱のサイクルによって、基板が縮むいわゆるシュリンケージの問題が発生する。このシュリンケージは、事前に一度高温にして、その後のプロセスをその温度以下で行うことによって、ある程度回避することが可能である。   When solid-phase growth is performed, a problem of so-called shrinkage occurs in which the substrate shrinks due to a heat cycle, except that the substrate 301 has a high strain point such as quartz. This shrinkage can be avoided to some extent by raising the temperature once in advance and performing the subsequent processes below that temperature.

つまり、固相成長のを行うときにこのシュリンケージの対策も同時に行うことになる。本出願人による特開平6−232059、特開平6−244103、特開平6−244104に記載された発明を用いることで、600℃以下で、固相成長させることができ、例えば500℃による固相成長も可能である。   In other words, this shrinkage countermeasure is taken at the same time when solid phase growth is performed. By using the invention described in JP-A-6-232059, JP-A-6-244103, and JP-A-6-244104 by the present applicant, solid phase growth can be performed at 600 ° C. or lower. Growth is also possible.

また、この方法を利用しないで固相成長させるためには、600℃で4〜24時間の固相成長時間を必要とする。固相成長が終了して、活性層303がアモルファスシリコンからポリシリコンに変化するが、活性層303が、ポリシリコンの中に微量のアモルファス成分をもつよな場合は、活性層303に、レーザを照射してレーザ結晶化させることも有効である。   In order to perform solid phase growth without using this method, a solid phase growth time of 4 to 24 hours at 600 ° C. is required. After the solid phase growth is completed, the active layer 303 changes from amorphous silicon to polysilicon. If the active layer 303 has a small amount of amorphous component in the polysilicon, a laser is applied to the active layer 303. It is also effective to cause laser crystallization by irradiation.

また、熱による固相成長をせずに、水素出し工程の後に、レーザを照射して活性層303をアモルファスシリコンから、ポリシリコンにかえることも有効である。レーザの条件は、レーザ源としてArF、ArCl、KrF、KrCl、XeF、XeClなどのいわゆるエキシマレーザを用いる。照射エネルギーとしては、レーザ本体からの出口エネルギーで400〜1000mJで、レーザを光学系にて加工して、基板301表面にて、150〜500mJ/cm2 程度にして照射する。エネルギーはレーザの1回当たりのエネルギーである。基板温度は、室温〜300℃に加熱する。照射の繰り返し周波数は、20〜100Hz程度であり、レーザの基板301上での移動速度は1〜5mm/秒で、ビームをスキャンさせるか、基板301を移動するステージに配置してステージを移動させる。 It is also effective to change the active layer 303 from amorphous silicon to polysilicon by irradiating a laser after the hydrogen extraction step without performing solid phase growth by heat. As a laser condition, a so-called excimer laser such as ArF, ArCl, KrF, KrCl, XeF, or XeCl is used as a laser source. As the irradiation energy, the exit energy from the laser main body is 400 to 1000 mJ, the laser is processed by an optical system, and the surface of the substrate 301 is irradiated at about 150 to 500 mJ / cm 2 . The energy is the energy per one time of the laser. The substrate temperature is heated to room temperature to 300 ° C. The repetition frequency of irradiation is about 20 to 100 Hz, the moving speed of the laser on the substrate 301 is 1 to 5 mm / second, and the stage is moved by scanning the beam or placing the substrate 301 on the moving stage. .

本実施例では、KrFエキシマレーザを用いて、本体出口出力550〜650mJで、基板301上で、180〜230mJ/cm2 で、照射の繰り返し周波数35〜45HZで、基板301を乗せているステージを2.0〜3.0mm/秒の速度で移動しさせた。 In this embodiment, a stage on which the substrate 301 is mounted using a KrF excimer laser with a main body outlet output of 550 to 650 mJ, 180 to 230 mJ / cm 2 on the substrate 301, and an irradiation repetition frequency of 35 to 45 HZ. It was moved at a speed of 2.0 to 3.0 mm / sec.

基板301上の、下地膜302の上の活性層303がアモルファスシリコンから、ポリシリコンにした後に、活性層303をパターニングしてアイランド304を形成するしたものが図6(C)である。活性層303のパターニングは、公知のフォトリソグラフィーをもちてレジストをパターニングして、その後レジストをマスクとして、活性層303をエッチングしてアイランド304を形成する。エッチングとしては、ウェットエチング、ドライエッチングなどがあるが、本実施例では、CF4 とO2 を用いた平行平板高周波プラズマ処理装置を用いた。 FIG. 6C shows an island 304 formed by patterning the active layer 303 after the active layer 303 on the substrate 301 on the base film 302 is changed from amorphous silicon to polysilicon. The patterning of the active layer 303 is performed by patterning a resist using known photolithography, and then etching the active layer 303 using the resist as a mask to form an island 304. Etching includes wet etching and dry etching. In this embodiment, a parallel plate high-frequency plasma processing apparatus using CF 4 and O 2 is used.

アイランド304の上を覆う様に、ゲート絶縁膜305を成膜したものが図6(D)になる。このアイランド304とゲート絶縁膜305の界面が、最終的なTFTの特性に大きな影響を及ぼすために、このゲート絶縁膜305自体の成膜に本発明を用いるが、その成膜まえのアイランド304上のクリーニングが非常に重要になってくる。   FIG. 6D shows a gate insulating film 305 formed so as to cover the island 304. Since the interface between the island 304 and the gate insulating film 305 greatly affects the characteristics of the final TFT, the present invention is used to form the gate insulating film 305 itself. Cleaning becomes very important.

アイランド304の表面を清浄にするため、硫酸:過酸化水素水=1:1を80℃に加熱して、その中に5〜10分間浸して、炭素汚染物をある程度除去し、その後塩酸:過酸化水素水=1:1を80℃に加熱して、その中に5〜10分間浸して、重金属を除去する。このような洗浄は、基板301等に、影響を与える場合には、その洗浄を行わない。その後、アイランド304の表面から、炭素の一重結合をすくなくとその一部において含んでいる、炭素汚染物を除去するために、プラズマ処理装置に基板301を配置する。   In order to clean the surface of the island 304, sulfuric acid: hydrogen peroxide solution = 1: 1 is heated to 80 ° C. and immersed in it for 5 to 10 minutes to remove carbon contaminants to some extent, and then hydrochloric acid: peroxide Hydrogen oxide water = 1: 1 is heated to 80 ° C. and immersed therein for 5 to 10 minutes to remove heavy metals. If such cleaning affects the substrate 301 or the like, the cleaning is not performed. After that, the substrate 301 is placed in the plasma processing apparatus in order to remove carbon contaminants including at least a part of carbon single bonds from the surface of the island 304.

アイランド304の表面を清浄にした後に、ゲート絶縁膜305を成膜するので、このプラズマ処理装置において、ゲート絶縁膜305を成膜するプラズマ処理と、炭素の一重結合をすくなくともその一部において含んでいる炭素汚染物を除去するためのプラズマ処理とが、同一の反応室で行えることが望ましい。そうすることによって、清浄表面をもつアイランド304を大気に触れさせることなくゲート絶縁膜305を成膜できる。   Since the gate insulating film 305 is formed after the surface of the island 304 is cleaned, in this plasma processing apparatus, the plasma processing for forming the gate insulating film 305 includes at least a part of carbon single bond. It is desirable that the plasma treatment for removing the carbon contaminants can be performed in the same reaction chamber. By doing so, the gate insulating film 305 can be formed without exposing the island 304 having a clean surface to the atmosphere.

ゲート絶縁膜305の成膜と炭素の一重結合をすくなくともその一部において含んでいる、炭素汚染物を除去するためのプラズマ処理装置を兼ねるものとしては、平行平板型のプラズマCVD装置、あるいは、電子サイクロトロン共鳴を利用したマイクロ波プラズマCVD装置、石英チャンバの周りに電極を配置した無電極放電のプラズマCVD装置などがある。 本実施例では、平行平板型のプラズマCVD装置を用いて、実施例1の〔方法1〕に従って、炭素の一重結合をすくなくともその一部において含んでいる、炭素汚染物を除去するためのプラズマ処理を行う。   As a plasma processing apparatus for removing carbon contaminants, which includes at least a part of the gate insulating film 305 and carbon single bond, a parallel plate type plasma CVD apparatus or an electron There are a microwave plasma CVD apparatus using cyclotron resonance, an electrodeless discharge plasma CVD apparatus in which electrodes are arranged around a quartz chamber, and the like. In the present embodiment, a plasma treatment for removing carbon contaminants contained in at least a part of carbon single bonds in accordance with [Method 1] of Embodiment 1 using a parallel plate type plasma CVD apparatus. I do.

平行平板型のプラズマ処理装置のアノード側に、アイランド304が形成されている基板301を配置した。平行平板の電極であるアノードとカソードの電極間隔は、30〜150mmの間で調整した。典型的には70mmで行った。   A substrate 301 on which an island 304 is formed is disposed on the anode side of a parallel plate type plasma processing apparatus. The electrode interval between the anode and the cathode, which are parallel plate electrodes, was adjusted between 30 and 150 mm. Typically performed at 70 mm.

水素ガスと酸素ガスを同量導入させた。本実施例では、チャンバー容積40リットル、処理圧力1Torr、酸素400SCCM、水素400SCCMでレジデンスタイムを約4秒とした。高周波放電にてプラズマを発生するために、高周波の周波数としては、10〜100MHzを用いたが、実施例では20MHzを用いた。印加電力としては、0.1〜2W/cm2 を投入した。本実施例では0.8W/cm2 を投入した。 The same amount of hydrogen gas and oxygen gas was introduced. In this example, the residence time was about 4 seconds with a chamber volume of 40 liters, a processing pressure of 1 Torr, oxygen of 400 SCCM, and hydrogen of 400 SCCM. In order to generate plasma by high frequency discharge, 10 to 100 MHz was used as the frequency of the high frequency, but 20 MHz was used in the examples. As the applied power, 0.1 to 2 W / cm 2 was input. In this example, 0.8 W / cm 2 was charged.

基板温度200〜500℃程度にすると除去能力が増加する。本実施例では、その後にゲート絶縁膜305を形成する際の基板温度を同様にするために、300〜400℃にて行っている。   When the substrate temperature is about 200 to 500 ° C., the removal capability increases. In this embodiment, the process is performed at 300 to 400 ° C. in order to make the substrate temperature similar when the gate insulating film 305 is subsequently formed.

プラズマ処理時間としては、1〜10分間程度である。これは、各種の条件(ガスのレジデンスタイム、高周波数、投入電力、基板温度)によって大きく変わってくるが、あまり時間をかけることは製造プロセスとしては好ましくない。本実施例では2分間行った。   The plasma processing time is about 1 to 10 minutes. This varies greatly depending on various conditions (gas residence time, high frequency, input power, substrate temperature), but taking too much time is not preferable as a manufacturing process. In this example, it was performed for 2 minutes.

炭素の一重結合をすくなくとその一部において含んでいる、炭素汚染物を除去するための工程の後に、ゲート絶縁膜305を形成する。ゲート絶縁膜305は、正珪酸四エチル(TEOSとも呼ぶ)と酸素と水素を用いて、成膜を行った。   A gate insulating film 305 is formed after the step for removing carbon contaminants including at least a part of carbon single bonds. The gate insulating film 305 was formed using normal tetraethyl silicate (also referred to as TEOS), oxygen, and hydrogen.

正珪酸四エチルの代わりにOMCTS(Octamethylcyclotetrasiloxane)やHMDS(Hexamethyldisiloxane)などの有機シランを用いることも有効である。   It is also effective to use organic silanes such as OMCTS (Octamethylcyclotetrasiloxane) and HMDS (Hexamethyldisiloxane) instead of regular tetraethyl silicate.

基板温度は、200〜500℃で、典型的には300〜400℃で成膜する。成膜圧力0.1〜2Torrで典型的には0.5〜1Torrに設定した。プラズマ電源としては5〜50MHzの高周波を用いるが、典型的には20MHzを用いた。プラズマ電源の供給電力は、0.1〜2W/cm2 を用いたが、典型的には0.3〜0.5W/cm2 で行った。 The substrate temperature is 200 to 500 ° C., typically 300 to 400 ° C. The film formation pressure was set to 0.1 to 2 Torr, and typically 0.5 to 1 Torr. A high frequency of 5 to 50 MHz is used as the plasma power source, but typically 20 MHz is used. The supply power of the plasma power source was 0.1 to 2 W / cm 2 , but typically 0.3 to 0.5 W / cm 2 .

正珪酸四エチルと酸素の比率は、正珪酸四エチル:酸素=1:5〜20で典型的には、正珪酸四エチル:酸素=1:10で行った。水素の量は、正珪酸四エチル:水素=1:0.01〜1の範囲で行ったが、典型的には、正珪酸四エチル:水素=1:0.5で行った。ゲート絶縁膜305は250〜2000Å成膜したが、典型的には500〜1200Åを成膜した。水素ラジカルと水素イオンによって、成膜中の炭素は、CHX あるいはCOHのような形でガス化して、チャンバーの外へ排気される。 The ratio of normal tetraethyl silicate to oxygen was normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5 to 20, typically, normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 10. The amount of hydrogen was in the range of normal tetraethyl silicate: hydrogen = 1: 0.01 to 1, but typically, normal tetraethyl silicate: hydrogen = 1: 0.5. The gate insulating film 305 is formed in a thickness of 250 to 2000 mm, but typically 500 to 1200 mm. The carbon during film formation is gasified in the form of CH X or COH by the hydrogen radicals and hydrogen ions and exhausted out of the chamber.

工程終了後に、ゲート絶縁膜305中の炭素の量をSIMSで測定したところ、水素を添加しないで成膜をしたゲート絶縁膜305としての酸化膜中の、炭素の深さ方向のプロファイルの中で、最も低い値が1×1019cm-3であったのに対して、水素を添加して成膜したゲート絶縁膜305としての酸化膜中の、炭素の深さ方向のプロファイルの中で、最も低い値が2×1018〜7×1018cm-3であった。 After completion of the process, the amount of carbon in the gate insulating film 305 was measured by SIMS. As a result, in the profile in the depth direction of carbon in the oxide film as the gate insulating film 305 formed without adding hydrogen. In the profile in the depth direction of carbon in the oxide film as the gate insulating film 305 formed by adding hydrogen, whereas the lowest value was 1 × 10 19 cm −3 , The lowest value was 2 × 10 18 to 7 × 10 18 cm −3 .

ゲート絶縁膜305の上に、ゲート電極膜を成膜して、それをパターニングしてゲート電極306を形成し、その後に、ソース・ドレイン307を形成するための不純物領域を形成して図6(E)になる。   A gate electrode film is formed on the gate insulating film 305 and patterned to form a gate electrode 306, and then an impurity region for forming a source / drain 307 is formed to form FIG. E).

導電性膜としてAl、ドープドポリシリコン、Cr、Ta、等を積層したのちに、フォトリソグラフィー工程によってレジストをパターニングして、そのご導電性膜を所望の形にエッチングしてゲート電極306を作製する。本実施例ではポリシリコンを減圧CVD法によって成膜した。   After laminating Al, doped polysilicon, Cr, Ta, etc. as a conductive film, the resist is patterned by a photolithography process, and the conductive film is etched into a desired shape to produce a gate electrode 306. To do. In this embodiment, polysilicon is formed by a low pressure CVD method.

その後、Pをイオン注入によって5×1015 cm-2のドーズ量になるようにスルードープして、ソース・ドレイン307を形成した。注入は、イオン注入に限らず、プラズマドープによってPHX を注入してもよい。注入したのちに、活性化させるために600℃で5時間加熱した。ゲート電極306を、ポリシリコンで形成するためには、ドープドポリシリコンを成膜してもよいが、ノンドープのポリシリコンを形成したのちに、ソース・ドレイン307を形成するときのイオン注入あるいはプラズマドープによって、ドープドポリシリコンとすることも可能である。 Thereafter, P was through-doped by ion implantation so as to have a dose of 5 × 10 15 cm −2 to form a source / drain 307. The implantation is not limited to ion implantation, and PH X may be implanted by plasma doping. After the injection, it was heated at 600 ° C. for 5 hours for activation. In order to form the gate electrode 306 with polysilicon, doped polysilicon may be formed. However, after forming the non-doped polysilicon, ion implantation or plasma for forming the source / drain 307 is performed. Doped polysilicon can be obtained by doping.

その後、層間絶縁膜308を形成し、ゲート電極306の取り出し配線電極309とソース・ドレイン307の取り出し配線電極310を形成して。トップゲート型ポリシリコン薄膜トランジスタが完成した。これが図6(F)になる。層間絶縁膜308を成膜する際に、本発明を利用した。常圧CVDによって、層間絶縁膜308を成膜する場合も、触媒法によって水素ラジカルを発生させてそれを成膜中にも用いることで、やはり成膜中の炭素を除去することが可能であり、有機シランを用いた常圧CVD法においても本発明は有効である。   Thereafter, an interlayer insulating film 308 is formed, and a lead-out wiring electrode 309 for the gate electrode 306 and a lead-out wiring electrode 310 for the source / drain 307 are formed. A top gate type polysilicon thin film transistor was completed. This is shown in FIG. The present invention was used when the interlayer insulating film 308 was formed. Even when the interlayer insulating film 308 is formed by atmospheric pressure CVD, it is possible to remove carbon during film formation by generating hydrogen radicals using the catalytic method and using them also during film formation. The present invention is also effective in the atmospheric pressure CVD method using organosilane.

常圧CVDを用いた成膜に対して本発明を利用する場合は、水素を水素ラジカルにするために触媒法を用いる。触媒としては、白金、パラジューム、還元ニッケル、コバルト、チタン、パナジウム、タンタル等の3d−遷移金属またはアルミニウム、ニッケル、白金・珪素、白金・塩素、白金・レニウム、ニッケル・モリブデン、コバルト・モリブデン、等の金属化合物、又は上記遷移金属とアルミナ、シリカゲル等の混合または化合物あるいは、ラネーコバルト、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、等あるいはそれらと炭素の混合または化合物が適当であるが、これを粒状、網状または粉末状態で使用する。   When the present invention is used for film formation using atmospheric pressure CVD, a catalytic method is used to convert hydrogen into hydrogen radicals. Catalysts include 3d-transition metals such as platinum, palladium, reduced nickel, cobalt, titanium, panadium, and tantalum, or aluminum, nickel, platinum / silicon, platinum / chlorine, platinum / rhenium, nickel / molybdenum, cobalt / molybdenum, etc. Or a mixture or compound of the above transition metals and alumina, silica gel, or the like, or Raney cobalt, ruthenium, palladium, nickel, or the like or a mixture or compound of these with carbon is suitable. Use in state.

ただし、低融点で反応性物質の初期吸着速度を著しく高める物質、および物質内に容易に気化し易いナトリウムなどのアルカリ金属を含む物質、例えば銅、タングステン、等は好ましくない。実験によると反応性物質の分解温度以上では触媒に著しい劣化がみられた。   However, substances that have a low melting point and significantly increase the initial adsorption rate of the reactive substance, and substances containing an alkali metal such as sodium that are easily vaporized in the substance, such as copper and tungsten, are not preferable. According to the experiment, the catalyst was significantly deteriorated above the decomposition temperature of the reactive substance.

触媒の量、密度に関しては反応性気体との有効接触面積に関係するものであり、必要に応じて調整すればよい。水素を加熱した触媒中を通すことで、活性な水素ラジカルを発生させる。酸素はオゾナイザーを通すことで、活性なオゾンを発生させる。基板を加熱した常圧CVD装置において、正珪酸四エチルの入ったタンクを窒素等のキャリアガスでバブリングして、オゾナイザーを通して酸素を導入し、触媒を通して水素を導入する。ガスは拡散機構を有するガスノズルから、全て混合して基板上に供給される。N2 キャリアガスの0.1〜2倍程度の水素を導入すると効果が大きく、正珪酸四エチルを加熱して直接ガス化した場合は、その1〜5倍程度が効果が大きい。 The amount and density of the catalyst are related to the effective contact area with the reactive gas, and may be adjusted as necessary. Active hydrogen radicals are generated by passing hydrogen through a heated catalyst. Oxygen generates active ozone by passing through an ozonizer. In a normal pressure CVD apparatus in which the substrate is heated, a tank containing normal tetraethyl silicate is bubbled with a carrier gas such as nitrogen, oxygen is introduced through an ozonizer, and hydrogen is introduced through a catalyst. All gases are mixed and supplied onto the substrate from a gas nozzle having a diffusion mechanism. When hydrogen is introduced in an amount of about 0.1 to 2 times that of the N 2 carrier gas, the effect is large, and when normal tetraethyl silicate is heated and directly gasified, the effect is about 1 to 5 times greater.

本実施例では、Niを用いて、触媒温度500℃にて水素から水素ラジカルを発生させた。水素の量は、N2 キャリアガスの0.3〜0.8倍とした。基板温度350℃で7000〜15000Åを成膜した。典型的には9000〜12000Åで成膜した。層間絶縁膜308を成膜後、水素化処理を行った。 In this example, Ni was used to generate hydrogen radicals from hydrogen at a catalyst temperature of 500 ° C. The amount of hydrogen was 0.3 to 0.8 times that of the N 2 carrier gas. A film of 7000 to 15000 mm was formed at a substrate temperature of 350 ° C. Typically, the film was formed at 9000 to 12000 mm. After the interlayer insulating film 308 was formed, hydrogenation treatment was performed.

水素化は、熱水素化あるいはプラズマ水素化を行った。本実施例では、熱水素化を行った。条件は基板温度250〜400℃、水素100%の常圧にて、1〜5時間行った。   Hydrogenation was performed by thermal hydrogenation or plasma hydrogenation. In this example, thermal hydrogenation was performed. The conditions were a substrate temperature of 250 to 400 ° C. and a normal pressure of 100% hydrogen for 1 to 5 hours.

本実施例では、下地膜302、ゲート絶縁膜305、層間絶縁膜308をすべて有機シランを用いた酸化膜を形成して、その全ての成膜に対して本発明を用いたが、下地膜302のみに本発明を適用しても、ゲート絶縁膜305のみに適用しても、また層間絶縁膜308のみ適用してもよい。それは、本発明は、有機シラン系に対して成膜中の炭素を除去するものであるので、有機シランを用いない成膜に本発明を利用しなくてもよい。それ以外にも、炭素の量を減少させる以外に他の膜特性を重視するために、本発明を利用しなくともよい。   In this embodiment, the base film 302, the gate insulating film 305, and the interlayer insulating film 308 are all formed of an oxide film using organosilane, and the present invention is used for all the film formation. The present invention may be applied only to the gate insulating film 305, or only the interlayer insulating film 308. This is because the present invention removes carbon during film formation from the organosilane system, and therefore the present invention does not have to be used for film formation without using organosilane. In addition to this, the present invention need not be used in order to emphasize other film characteristics in addition to reducing the amount of carbon.

従って、下地膜302と層間絶縁膜308に対しては、本発明を利用した酸化膜を成膜し、ゲート絶縁膜305は、熱酸化膜やシランと酸素を用いたものを利用してもよい。それ以外にも組み合わせは色々と考えられる。また、ゲート絶縁膜305の成膜前に、本発明を用いたが、これは、どの様なゲート絶縁膜であっても有効な方法であり、色々な組み合わせの中でも、できるだけ、用いる方がよい。   Therefore, an oxide film using the present invention may be formed for the base film 302 and the interlayer insulating film 308, and a thermal oxide film or a film using silane and oxygen may be used for the gate insulating film 305. . There are many other combinations possible. Further, the present invention is used before the gate insulating film 305 is formed, but this is an effective method for any gate insulating film, and it is better to use it as much as possible among various combinations. .

本発明を利用して、完成したTFTは、チャネル長8μmチャネル幅100μmでありその特性は、移動度がNチャネル型で153cm2 /Vsec、Pチャネル型で119cm2 /Vsecと大きく、また、キンク効果は全く観測されなかった。耐湿性に関しても、150℃ 60%RH に12時間放置した後に、特性の変化は見られなかった。本来このTFTの上にSiNX の保護膜があればさらに耐湿性は向上する。炭素が下地膜302、ゲート絶縁膜305、層間絶縁膜308のすべてで、本発明を利用しない場合に比較して大幅に少ないために、TFT特性の向上ならびに、信頼性の向上が可能となった。 Using the present invention, the completed TFT, the characteristics are the channel length 8μm channel width 100μm is 153cm 2 / Vsec mobility is N-channel type, large and 119cm 2 / Vsec in P-channel type, also kink No effect was observed. As for moisture resistance, no change in characteristics was observed after standing at 150 ° C. and 60% RH for 12 hours. Originally, if a protective film of SiN x is provided on this TFT, the moisture resistance is further improved. Since all of the base film 302, the gate insulating film 305, and the interlayer insulating film 308 are significantly less in carbon than the case where the present invention is not used, it is possible to improve TFT characteristics and reliability. .

図6で示した活性層303を結晶化することに対して、本出願人による特開平7─74366(特願平6─131416)に記載されている、横方向への結晶成長を用いた活性層303を利用した。珪化ニッケル膜(NiSiX 、0.4≦X≦2.5)を下地膜301上に、選択的に成膜し、そこから結晶化が横に成長していくことを利用したものである。 In contrast to crystallization of the active layer 303 shown in FIG. 6, the activity using lateral crystal growth described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-74366 (Japanese Patent Application No. 6-131416) by the present applicant. Layer 303 was utilized. This utilizes the fact that a nickel silicide film (NiSi x , 0.4 ≦ X ≦ 2.5) is selectively formed on the base film 301 and crystallization grows laterally therefrom.

この方法をもちいることで結晶粒は大きく横に成長し、また、本発明を利用することで、ゲート絶縁膜305とアイランド304の間の界面から、炭素の一重結合のような、不純物が除去されている。結果的に、TFT特性として、チャネル長8μmチャネル幅100μmでありその特性は、移動度がNチャネル型で170cm2 /Vsec、Pチャネル型で130cm2 /Vsecと大きく、また、キンク効果は全く観測されなかった。耐湿性に関しても、150℃ 60%RH に12時間放置した後に、特性の変化は見られなかった。 By using this method, the crystal grains grow largely horizontally, and by using the present invention, impurities such as single bonds of carbon are removed from the interface between the gate insulating film 305 and the island 304. Has been. Consequently, as the TFT characteristic, a and its characteristics are the channel length 8μm channel width 100 [mu] m, 170cm 2 / Vsec mobility is N-channel type, as large as 130 cm 2 / Vsec in P-channel type, also kink effect is observed at all Was not. As for moisture resistance, no change in characteristics was observed after standing at 150 ° C. and 60% RH for 12 hours.

図7に本発明を用いた、別の実施例を示す。ガラス基板401の上に下地膜402を成膜する工程を図7(A)に示してあるが、ガラス基板401は、ホウケイ酸ガラス、石英などの可視光に対して透光性の大きいものを用いる。本実施例では、コーニング社のコーニング7059ガラスを用いた。   FIG. 7 shows another embodiment using the present invention. A process of forming the base film 402 over the glass substrate 401 is shown in FIG. 7A. The glass substrate 401 is made of a material having high translucency with respect to visible light such as borosilicate glass or quartz. Use. In this example, Corning 7059 glass from Corning was used.

下地膜402の成膜で、平行平板プラズマCVD装置を用いて正珪酸四エチル(TEOSとも呼ぶ)と酸素と水素を用いて、成膜を行った。基板温度200〜500℃で、典型的には400℃に加熱して、成膜圧力0.1〜2Torrで典型的には1Torrに設定した。プラズマ電源としては5〜50MHzの高周波を用いるが、典型的には20MHzを用いた。プラズマ電源の供給電力は、0.1〜2W/cm2 を用いたが、典型的には0.3W/cm2 で行った。正珪酸四エチルと酸素の比率は、正珪酸四エチル:酸素=1:5〜20で典型的には、正珪酸四エチル:酸素=1:5で行った。下地膜402は500〜3000Å成膜したが、典型的には2000Åを成膜した。 The base film 402 was formed by using tetraethyl silicate (also referred to as TEOS), oxygen, and hydrogen using a parallel plate plasma CVD apparatus. The substrate temperature was 200 to 500 ° C., typically 400 ° C., and the film forming pressure was set to 0.1 to 2 Torr and typically 1 Torr. A high frequency of 5 to 50 MHz is used as the plasma power source, but typically 20 MHz is used. The power supply of the plasma power source was 0.1 to 2 W / cm 2 , but typically 0.3 W / cm 2 . The ratio of normal tetraethyl silicate to oxygen was normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5 to 20, and the ratio was typically tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5. Although the base film 402 was formed in a thickness of 500 to 3000 mm, typically 2000 mm was formed.

基板401の上に下地膜402が成膜されたものに、活性層403としてアモルファスシリコンを成膜したものが、図7(B)である。アモルファスシリコンは、厚み50〜3000Å程度であり、典型的には400〜1000Åを成膜した。成膜方法としては、プラズマCVD法、減圧熱CVD法、スパッタ法等を用いた。   FIG. 7B shows a structure in which an amorphous silicon film is formed as an active layer 403 on a substrate 401 over which a base film 402 is formed. The amorphous silicon has a thickness of about 50 to 3000 mm, and typically has a thickness of 400 to 1000 mm. As a film formation method, a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, a sputtering method, or the like was used.

本実施例では、プラズマCVD法にて、シランを分解させて、基板温度200〜400℃で、典型的には250〜350℃で成膜した。その後、アモルファスシリコンをいわゆる固相成長させて、多結晶化(ポリシリコン化)する。固相成長させる前に、アモルファスシリコン中の、水素をある程度取り除いておかなけば、固相成長させるときの加熱によって、水素が急激にアモルファスの中から外にでるためひどい場合は、穴があくことがある。そのために、固相成長前に、400〜500℃で0.5〜5時間窒素中での水素出し工程を入れることは有効である。典型的には400℃で1〜2時間、窒素中にて行った。   In this example, silane was decomposed by a plasma CVD method, and a film was formed at a substrate temperature of 200 to 400 ° C., typically 250 to 350 ° C. Thereafter, amorphous silicon is so-called solid phase grown to be polycrystallized (polysilicon). If the hydrogen in the amorphous silicon is not removed to some extent before solid-phase growth, hydrogen will suddenly go out of the amorphous state due to heating during solid-phase growth, so if it is terrible, there will be holes. Sometimes. Therefore, it is effective to put a hydrogen desorption step in nitrogen at 400 to 500 ° C. for 0.5 to 5 hours before solid phase growth. Typically performed at 400 ° C. for 1-2 hours in nitrogen.

固相成長を行うと、基板401が石英のように歪み点が高温のもの以外は、熱のサイクルによって、基板が縮むいわゆるシュリンケージの問題が発生する。このシュリンケージは、事前に一度高温にして、その後のプロセスをその温度以下で行うことによって、ある程度回避することが可能である。つまり、固相成長のを行うときにこのシュリンケージの対策も同時に行うことになる。   When solid phase growth is performed, a problem of so-called shrinkage occurs in which the substrate shrinks due to a heat cycle, except that the substrate 401 has a high strain point such as quartz. This shrinkage can be avoided to some extent by raising the temperature once in advance and performing the subsequent processes below that temperature. In other words, this shrinkage countermeasure is taken at the same time when solid phase growth is performed.

固相成長が終了して、活性層403がアモルファスシリコンからポリシリコンに変化するが、活性層403が、ポリシリコンの中に微量のアモルファス成分をもつよな場合は、活性層403に、レーザを照射してレーザ結晶化させることも有効である。   After the solid phase growth is completed, the active layer 403 changes from amorphous silicon to polysilicon, but when the active layer 403 has a small amount of amorphous component in the polysilicon, a laser is applied to the active layer 403. It is also effective to cause laser crystallization by irradiation.

また、熱による固相成長をせずに、水素出し工程の後に、レーザを照射して活性層403をアモルファスシリコンから、ポリシリコンにかえることも有効である。 例えば、KrFエキシマレーザを用いて、本体出口出力550〜650mJで、基板401上で、180〜230mJ/cm2 で、照射の繰り返し周波数35〜45HZで、基板401を乗せているステージを2.0〜3.0mm/秒の速度で移動さればよい。 It is also effective to change the active layer 403 from amorphous silicon to polysilicon by irradiating a laser after the hydrogen extraction step without performing solid phase growth by heat. For example, using a KrF excimer laser, a stage on which the substrate 401 is placed at a main body outlet output of 550 to 650 mJ, 180 to 230 mJ / cm 2 on the substrate 401, and an irradiation repetition frequency of 35 to 45 HZ is 2.0. It may be moved at a speed of ˜3.0 mm / second.

基板401上の、下地膜402の上の活性層403がアモルファスシリコンから、ポリシリコンにした後に、活性層403をパターニングしてアイランド404を形成するしたものが図7(C)である。活性層403のパターニングは、公知のフォトリソグラフィーをもちてレジストをパターニングして、その後レジストをマスクとして、活性層403をエッチングしてアイランド404を形成する。エッチングとしては、ウェットエチング、ドライエッチングなどがあるが、本実施例では、CF4 とO2 を用いた平行平板高周波プラズマ処理装置を用いた。 FIG. 7C illustrates an island 404 formed by patterning the active layer 403 after the active layer 403 over the base film 402 on the substrate 401 is changed from amorphous silicon to polysilicon. The patterning of the active layer 403 is performed by patterning a resist using known photolithography, and then etching the active layer 403 using the resist as a mask to form an island 404. Etching includes wet etching and dry etching. In this embodiment, a parallel plate high-frequency plasma processing apparatus using CF 4 and O 2 is used.

アイランド404の上を覆う用に、ゲート絶縁膜405を成膜したものが図7(D)になる。このアイランド404とゲート絶縁膜405の界面が、最終的なTFTの特性に大きな影響を及ぼすために、このゲート絶縁膜405自体の成膜に本発明を用いるが、その成膜まえのアイランド404上のクリーニングが非常に重要になってくる。   FIG. 7D shows a structure in which a gate insulating film 405 is formed to cover the island 404. Since the interface between the island 404 and the gate insulating film 405 greatly affects the characteristics of the final TFT, the present invention is used to form the gate insulating film 405 itself. Cleaning becomes very important.

アイランド404の表面を清浄にするため、硫酸:過酸化水素水=1:1を80℃に加熱して、その中に5〜10分間浸して、炭素汚染物をある程度除去し、その後塩酸:過酸化水素水=1:1を80℃に加熱して、その中に5〜10分間浸して、重金属を除去する。このような洗浄は、基板401等に、影響を与える場合には、その洗浄を行わない。その後、アイランド404の表面から、炭素の一重結合をすくなくとその一部において含んでいる、炭素汚染物を除去するために、プラズマ処理装置に基板401を配置する。   In order to clean the surface of the island 404, sulfuric acid: hydrogen peroxide solution = 1: 1 is heated to 80 ° C. and immersed in it for 5 to 10 minutes to remove carbon contaminants to some extent, and then hydrochloric acid: excess Hydrogen oxide water = 1: 1 is heated to 80 ° C. and immersed therein for 5 to 10 minutes to remove heavy metals. If such cleaning affects the substrate 401 or the like, the cleaning is not performed. After that, the substrate 401 is placed in the plasma processing apparatus in order to remove carbon contaminants that include at least a part of carbon single bonds from the surface of the island 404.

本実施例では、平行平板型のプラズマCVD装置を用い、実施例3と同様に、実施例1の〔方法1〕の条件に従って、アイランド404表面の炭素の一重結合をすくなくとその一部において含んでいる炭素汚染物を除去する。   In this embodiment, a parallel plate type plasma CVD apparatus is used, and at least part of carbon single bonds on the surface of the island 404 are included in accordance with the conditions of [Method 1] in Embodiment 1 as in Embodiment 3. Remove carbon contamination

炭素汚染物を除去するための工程の後に、ゲート絶縁膜405を形成する。ゲート絶縁膜405は、正珪酸四エチル(TEOSとも呼ぶ)と酸素と水素を用いて、成膜を行った。基板温度は、200〜500℃で、典型的には300〜400℃で成膜する。成膜圧力0.1〜2Torrで典型的には0.5〜1Torrに設定した。プラズマ電源としては5〜50MHzの高周波を用いるが、典型的には20MHzを用いた。プラズマ電源の供給電力は、0.1〜2W/cm2 を用いたが、典型的には0.3〜0.5W/cm2 で行った。正珪酸四エチルと酸素の比率は、正珪酸四エチル:酸素=1:5〜20で典型的には、正珪酸四エチル:酸素=1:10で行った。水素の量は、正珪酸四エチル:水素=1:0.1〜10の範囲で行ったが、典型的には、正珪酸四エチル:水素=1:5で行った。ゲート絶縁膜405は250〜2000Å成膜したが、典型的には500〜1200Åを成膜した。水素ラジカルと水素イオンによって、成膜中の炭素は、CHX あるいはCOHのような形でガス化して、チャンバーの外へ排気される。工程終了後に、ゲート絶縁膜405中の炭素の量をSIMSで測定したところ、水素を添加しないで成膜をしたゲート絶縁膜405としての酸化膜中の、炭素の深さ方向のプロファイルの中で、最も低い値が1×1019cm-3であったのに対して、水素を添加して成膜したゲート絶縁膜405としての酸化膜中の、炭素の深さ方向のプロファイルの中で、最も低い値が2×1018〜7×1018cm-3であった。 A gate insulating film 405 is formed after the step for removing carbon contaminants. The gate insulating film 405 was formed using normal tetraethyl silicate (also referred to as TEOS), oxygen, and hydrogen. The substrate temperature is 200 to 500 ° C., typically 300 to 400 ° C. The film formation pressure was set to 0.1 to 2 Torr, and typically 0.5 to 1 Torr. A high frequency of 5 to 50 MHz is used as the plasma power source, but typically 20 MHz is used. The supply power of the plasma power source was 0.1 to 2 W / cm 2 , but typically 0.3 to 0.5 W / cm 2 . The ratio of normal tetraethyl silicate to oxygen was normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5 to 20, typically, normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 10. The amount of hydrogen was in the range of normal tetraethyl silicate: hydrogen = 1: 0.1 to 10, but typically, normal tetraethyl silicate: hydrogen = 1: 5. The gate insulating film 405 is formed in a thickness of 250 to 2000 mm, but typically 500 to 1200 mm. The carbon during film formation is gasified in the form of CH X or COH by the hydrogen radicals and hydrogen ions and exhausted out of the chamber. After completion of the process, the amount of carbon in the gate insulating film 405 was measured by SIMS. As a result, in the profile in the depth direction of carbon in the oxide film as the gate insulating film 405 formed without adding hydrogen. In the profile in the depth direction of carbon in the oxide film as the gate insulating film 405 formed by adding hydrogen, whereas the lowest value was 1 × 10 19 cm −3 . The lowest value was 2 × 10 18 to 7 × 10 18 cm −3 .

ゲート絶縁膜405を成膜する際に、水素あるいはH2 Oを添加して、成膜しているために、ポリシリコンを用いたTFTでは必須工程とされている水素化をこの工程にて同時に行うこともできる。ゲート絶縁膜405を、正珪酸四エチルと酸素に水素を添加して成膜した酸化膜は、段差被覆性がよく、炭素含有量が少なく、かつプラズマ水素化をも成している。この水素化されたポリシリコンから、水素が抜けないようにするために、その上に、SiNX あるいはSiOX Y などの窒素を含んだ膜を形成して、水素抜けを防ぐことによってあとの工程での水素化をなくすことが可能である。 Since the gate insulating film 405 is formed by adding hydrogen or H 2 O, hydrogenation, which is an essential process in a TFT using polysilicon, is simultaneously performed in this process. It can also be done. An oxide film in which the gate insulating film 405 is formed by adding hydrogen to normal tetraethyl silicate and oxygen has a good step coverage, a low carbon content, and plasma hydrogenation. In order to prevent hydrogen from escaping from this hydrogenated polysilicon, a film containing nitrogen such as SiN x or SiO x N y is formed thereon to prevent hydrogen escaping. It is possible to eliminate hydrogenation in the process.

ゲート絶縁膜405の上に、ゲート電極膜を成膜して、それをパターニングしてゲート電極406を形成し、その後に、ソース・ドレイン407を形成するための不純物領域を形成して図7(E)になる。 導電性膜としてAl、ドープドポリシリコン、Cr、Ta、等を積層したのちに、フォトリソグラフィー工程によってレジストをパターニングして、そのご導電性膜を所望の形にエッチングしてゲート電極406を作製する。本実施例ではAlをスパッタ法によって成膜した。その後、Pをイオン注入によって5×1015 cm-2のドーズ量になるようにスルードープして、ソース・ドレイン407を形成した。注入は、イオン注入に限らず、プラズマドープによってPHX を注入してもよい。注入したのちに、活性化させるために600℃で5時間加熱した。ゲート電極406を、ポリシリコンで形成するためには、ドープドポリシリコンを成膜してもよいが、ノンドープのポリシリコンを形成したのちに、ソース・ドレイン407を形成するときのイオン注入あるいはプラズマドープによって、ドープドポリシリコンとすることも可能である。 A gate electrode film is formed on the gate insulating film 405 and patterned to form a gate electrode 406, and then an impurity region for forming a source / drain 407 is formed to form FIG. E). After laminating Al, doped polysilicon, Cr, Ta, etc. as a conductive film, the resist is patterned by a photolithography process, and the conductive film is etched into a desired shape to produce a gate electrode 406. To do. In this embodiment, Al is formed by sputtering. Thereafter, P was through-doped by ion implantation so as to have a dose of 5 × 10 15 cm −2 to form a source / drain 407. The implantation is not limited to ion implantation, and PH X may be implanted by plasma doping. After the injection, it was heated at 600 ° C. for 5 hours for activation. In order to form the gate electrode 406 with polysilicon, doped polysilicon may be formed. However, after forming the non-doped polysilicon, ion implantation or plasma for forming the source / drain 407 is performed. Doped polysilicon can be obtained by doping.

その後に、第1の保護膜として窒化膜408を基板全面に、プラズマCVD法、あるいはスパッタ法によって500〜3000Å成膜した。そのご層間絶縁膜409を形成し、ゲート電極406の取り出し配線電極410とソース・ドレイン407の取り出し配線電極411を形成して。トップゲート型ポリシリコン薄膜トランジスタが完成した。これが図7(F)になる。ゲート絶縁膜405を本発明を用いた酸化膜とSiNX あるいはSiOX Y などの窒素を含んだ膜の2層で構成した場合は、この段階での水素化は必要なく、其以外では、ここで水素化が必要になる。 Thereafter, a nitride film 408 was formed as a first protective film on the entire surface of the substrate by a plasma CVD method or a sputtering method by 500 to 3000 mm. The interlayer insulating film 409 is formed, and the extraction wiring electrode 410 for the gate electrode 406 and the extraction wiring electrode 411 for the source / drain 407 are formed. A top gate type polysilicon thin film transistor was completed. This is shown in FIG. When the gate insulating film 405 is composed of two layers of an oxide film using the present invention and a film containing nitrogen such as SiN x or SiO x N y , hydrogenation at this stage is not necessary, otherwise Here, hydrogenation is required.

本発明を利用して、完成したTFTは、チャネル長8μmチャネル幅100μmでありその特性は、移動度がNチャネル型で140cm2 /Vsec、Pチャネル型で123cm2 /Vsecと大きく、また、キンク効果は全く観測されなかった。耐湿性に関しても、150℃ 60%RH に12時間放置した後に、特性の変化は見られなかった。本来このTFTの上にSiNX の保護膜があればさらに耐湿性は向上する。炭素が下地膜302、ゲート絶縁膜305、層間絶縁膜308のすべてで、本発明を利用しない場合に比較して大幅に少ないために、TFT特性の向上ならびに、信頼性の向上が可能となった。 Using the present invention, the completed TFT, the characteristics are the channel length 8μm channel width 100μm is 140cm 2 / Vsec mobility is N-channel type, as large as 123 cm 2 / Vsec in P-channel type, also kink No effect was observed. As for moisture resistance, no change in characteristics was observed after standing at 150 ° C. and 60% RH for 12 hours. Originally, if a protective film of SiN x is provided on this TFT, the moisture resistance is further improved. Since all of the base film 302, the gate insulating film 305, and the interlayer insulating film 308 are significantly less in carbon than the case where the present invention is not used, it is possible to improve TFT characteristics and reliability. .

図8に本発明を用いた、別の実施例を示す。ガラス基板501のに下地膜502を成膜する工程を図8(A)に示してあるが、ガラス基板501は、ホウケイ酸ガラス、石英などの可視光に対して透光性の大きいものを用いる。本実施例では、コーニング社のコーニング7059ガラスを用いた。   FIG. 8 shows another embodiment using the present invention. A step of forming the base film 502 over the glass substrate 501 is shown in FIG. 8A. The glass substrate 501 is made of a material having high translucency with respect to visible light such as borosilicate glass or quartz. . In this example, Corning 7059 glass from Corning was used.

下地膜502の成膜で、平行平板プラズマCVD装置を用いて正珪酸四エチル(TEOSとも呼ぶ)と酸素を用いて、成膜を行った。基板温度200〜500℃で、典型的には400℃に加熱して、成膜圧力0.1〜2Torrで典型的には1Torrに設定した。プラズマ電源としては5〜50MHzの高周波を用いるが、典型的には20MHzを用いた。プラズマ電源の供給電力は、0.1〜2W/cm2 を用いたが、典型的には0.3W/cm2 で行った。正珪酸四エチルと酸素の比率は、正珪酸四エチル:酸素=1:5〜20で典型的には、正珪酸四エチル:酸素=1:5で行った。下地膜502は500〜3000Å成膜したが、典型的には2000Åを成膜した。 The base film 502 was formed using normal tetraethyl silicate (also referred to as TEOS) and oxygen using a parallel plate plasma CVD apparatus. The substrate temperature was 200 to 500 ° C., typically 400 ° C., and the film forming pressure was set to 0.1 to 2 Torr and typically 1 Torr. A high frequency of 5 to 50 MHz is used as the plasma power source, but typically 20 MHz is used. The power supply of the plasma power source was 0.1 to 2 W / cm 2 , but typically 0.3 W / cm 2 . The ratio of normal tetraethyl silicate to oxygen was normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5 to 20, and the ratio was typically tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5. The base film 502 was formed in a thickness of 500 to 3000 mm, but typically 2000 mm.

基板501の上に下地膜502が成膜されたものに、活性層503としてアモルファスシリコンを成膜したものが、図8(B)である。アモルファスシリコンは、厚み50〜3000Å程度であり、典型的には400〜1000Åを成膜した。成膜方法としては、プラズマCVD法、減圧熱CVD法、スパッタ法等を用いた。本実施例では、プラズマCVD法にて、シランを分解させて、基板温度200〜400℃で、典型的には250〜350℃で成膜した。その後、アモルファスシリコンをいわゆる固相成長させて、多結晶化(ポリシリコン化)する。固相成長させる前に、アモルファスシリコン中の、水素をある程度取り除いておかなけば、固相成長させるときの加熱によって、水素が急激にアモルファスの中から外にでるためひどい場合は、穴があくことがある。そのために、固相成長前に、400〜500℃で0.5〜5時間窒素中での水素出し工程を入れることは有効である。典型的には400℃で1〜2時間、窒素中にて行った。   FIG. 8B illustrates a structure in which an amorphous silicon film is formed as the active layer 503 on the substrate 501 over which the base film 502 is formed. The amorphous silicon has a thickness of about 50 to 3000 mm, and typically has a thickness of 400 to 1000 mm. As a film formation method, a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, a sputtering method, or the like was used. In this example, silane was decomposed by a plasma CVD method, and a film was formed at a substrate temperature of 200 to 400 ° C., typically 250 to 350 ° C. Thereafter, amorphous silicon is so-called solid phase grown to be polycrystallized (polysilicon). If the hydrogen in the amorphous silicon is not removed to some extent before solid-phase growth, hydrogen will suddenly go out of the amorphous state due to heating during solid-phase growth, so if it is terrible, there will be holes. Sometimes. Therefore, it is effective to put a hydrogen desorption step in nitrogen at 400 to 500 ° C. for 0.5 to 5 hours before solid phase growth. Typically performed at 400 ° C. for 1-2 hours in nitrogen.

固相成長を行うと、基板501が石英のように歪み点が高温のもの以外は、熱のサイクルによって、基板が縮むいわゆるシュリンケージの問題が発生する。このシュリンケージは、事前に一度高温にして、その後のプロセスをその温度以下で行うことによって、ある程度回避することが可能である。つまり、固相成長のを行うときにこのシュリンケージの対策も同時に行うことになる。   When solid phase growth is performed, a problem of so-called shrinkage occurs in which the substrate shrinks due to a heat cycle, except for the substrate 501 having a high strain point such as quartz. This shrinkage can be avoided to some extent by raising the temperature once in advance and performing the subsequent processes below that temperature. In other words, this shrinkage countermeasure is taken at the same time when solid phase growth is performed.

固相成長が終了して、活性層503がアモルファスシリコンからポリシリコンに変化するが、活性層503が、ポリシリコンの中に微量のアモルファス成分をもつような場合は、活性層503に、レーザを照射してレーザ結晶化させることも有効である。   After the solid phase growth is completed, the active layer 503 changes from amorphous silicon to polysilicon. When the active layer 503 has a small amount of amorphous component in the polysilicon, a laser is applied to the active layer 503. It is also effective to cause laser crystallization by irradiation.

また、熱による固相成長をせずに、水素出し工程の後に、レーザを照射して活性層503をアモルファスシリコンから、ポリシリコンにかえることも有効である。   It is also effective to change the active layer 503 from amorphous silicon to polysilicon by irradiating a laser after the hydrogen extraction step without performing solid phase growth by heat.

レーザの条件は、レーザ源としてArF、ArCl、KrF、KrCl、XeF、XeClなどのいわゆるエキシマレーザを用いる。照射エネルギーとしては、レーザ本体からの出口エネルギーで400〜1000mJで、レーザを光学系にて加工して、基板501表面にて、150〜500mJ/cm2 程度にして照射する。エネルギーはレーザの1回当たりのエネルギーである。基板温度は、室温〜300℃に加熱する。照射の繰り返し周波数は、20〜100Hz程度であり、レーザの基板501上での移動速度は1〜5mm/秒で、ビームをスキャンさせるか、基板501を移動するステージに配置してステージを移動させる。 As a laser condition, a so-called excimer laser such as ArF, ArCl, KrF, KrCl, XeF, or XeCl is used as a laser source. As the irradiation energy, the exit energy from the laser main body is 400 to 1000 mJ, the laser is processed by an optical system, and the surface of the substrate 501 is irradiated at about 150 to 500 mJ / cm 2 . The energy is the energy per one time of the laser. The substrate temperature is heated to room temperature to 300 ° C. The repetition frequency of irradiation is about 20 to 100 Hz, the moving speed of the laser on the substrate 501 is 1 to 5 mm / second, and the stage is moved by scanning the beam or placing the substrate 501 on the moving stage. .

本実施例では、KrFエキシマレーザを用いて、本体出口出力550〜650mJで、基板501上で、180〜230mJ/cm2 で、照射の繰り返し周波数35〜45HZで、基板501を乗せているステージを2.0〜3.0mm/秒の速度で移動しさせた。 In this embodiment, a stage on which the substrate 501 is placed at a main body outlet output of 550 to 650 mJ, 180 to 230 mJ / cm 2 on the substrate 501, and an irradiation repetition frequency of 35 to 45 Hz using a KrF excimer laser. It was moved at a speed of 2.0 to 3.0 mm / sec.

基板501上の、下地膜502の上の活性層503がアモルファスシリコンから、ポリシリコンにした後に、活性層503をパターニングしてアイランド504を形成するしたものが図7(C)である。活性層503のパターニングは、公知のフォトリソグラフィーを用いて、レジストをパターニングして、その後レジストをマスクとして、活性層503をエッチングしてアイランド504を形成する。エッチングとしては、ウェットエチング、ドライエッチングなどがあるが、本実施例では、CF4 とO2 を用いた平行平板高周波プラズマ処理装置を用いた。 FIG. 7C shows an island 504 formed by patterning the active layer 503 after the active layer 503 on the substrate 501 on the base film 502 is changed from amorphous silicon to polysilicon. The patterning of the active layer 503 is performed by patterning a resist using known photolithography, and then etching the active layer 503 using the resist as a mask to form an island 504. Etching includes wet etching and dry etching. In this embodiment, a parallel plate high-frequency plasma processing apparatus using CF 4 and O 2 is used.

アイランド504の上を覆う用に、ゲート絶縁膜505を成膜したものが図8(D)になる。このアイランド504とゲート絶縁膜505の界面が、最終的なTFTの特性に大きな影響を及ぼすために、このゲート絶縁膜505自体の成膜に本発明を用いるが、その成膜まえのアイランド504上のクリーニングが非常に重要になってくる。   A structure in which a gate insulating film 505 is formed to cover the island 504 is shown in FIG. Since the interface between the island 504 and the gate insulating film 505 greatly affects the characteristics of the final TFT, the present invention is used to form the gate insulating film 505 itself. Cleaning becomes very important.

アイランド504の表面を清浄にするため、硫酸:過酸化水素水=1:1を80℃に加熱して、その中に5〜10分間浸して、炭素汚染物をある程度除去し、その後塩酸:過酸化水素水=1:1を80℃に加熱して、その中に5〜10分間浸して、重金属を除去する。このような洗浄は、基板501等に、影響を与える場合には、その洗浄を行わない。その後、アイランド504の表面から、炭素の一重結合をすくなくとその一部において含んでいる、炭素汚染物を除去するために、プラズマ処理装置に基板501を配置する。   In order to clean the surface of the island 504, sulfuric acid: hydrogen peroxide solution = 1: 1 is heated to 80 ° C. and immersed in it for 5 to 10 minutes to remove carbon contaminants to some extent, and then hydrochloric acid: excess Hydrogen oxide water = 1: 1 is heated to 80 ° C. and immersed therein for 5 to 10 minutes to remove heavy metals. Such cleaning is not performed when the substrate 501 or the like is affected. After that, the substrate 501 is placed in the plasma processing apparatus in order to remove carbon contaminants contained in at least a part of the carbon single bond from the surface of the island 504.

本実施例では、平行平板型のプラズマCVD装置を用いて、実施例3と同様に実施例1の〔方法1〕の条件に従って、炭素の一重結合をすくなくとその一部において含んでいる、炭素汚染物を除去するためのプラズマ処理を行う。   In this example, a parallel plate type plasma CVD apparatus was used, and at least a part of the carbon single bond was included according to the conditions of [Method 1] of Example 1 as in Example 3. Plasma treatment for removing contaminants is performed.

炭素の一重結合をすくなくとその一部において含んでいる、炭素汚染物を除去するための工程の後に、ゲート絶縁膜505を形成する。ゲート絶縁膜505は、正珪酸四エチル(TEOSとも呼ぶ)と酸素と水素を用いて、成膜を行った。基板温度は、200〜500℃で、典型的には300〜400℃で成膜する。成膜圧力0.1〜2Torrで典型的には0.5〜1Torrに設定した。プラズマ電源としては5〜50MHzの高周波を用いるが、典型的には20MHzを用いた。プラズマ電源の供給電力は、0.1〜2W/cm2 を用いたが、典型的には0.3〜0.5W/cm2 で行った。正珪酸四エチルと酸素の比率は、正珪酸四エチル:酸素=1:5〜20で典型的には、正珪酸四エチル:酸素=1:10で行った。水素の量は、正珪酸四エチル:水素=1:0.1〜10の範囲で行ったが、典型的には、正珪酸四エチル:水素=1:5で行った。ゲート絶縁膜405は250〜2000Å成膜したが、典型的には500〜1200Åを成膜した。 A gate insulating film 505 is formed after the step for removing carbon contaminants including at least a part of carbon single bonds. The gate insulating film 505 was formed using normal tetraethyl silicate (also referred to as TEOS), oxygen, and hydrogen. The substrate temperature is 200 to 500 ° C., typically 300 to 400 ° C. The film formation pressure was set to 0.1 to 2 Torr, and typically 0.5 to 1 Torr. A high frequency of 5 to 50 MHz is used as the plasma power source, but typically 20 MHz is used. The supply power of the plasma power source was 0.1 to 2 W / cm 2 , but typically 0.3 to 0.5 W / cm 2 . The ratio of normal tetraethyl silicate to oxygen was normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 5 to 20, typically, normal tetraethyl silicate: oxygen = 1: 10. The amount of hydrogen was in the range of normal tetraethyl silicate: hydrogen = 1: 0.1 to 10, but typically, normal tetraethyl silicate: hydrogen = 1: 5. The gate insulating film 405 is formed in a thickness of 250 to 2000 mm, but typically 500 to 1200 mm.

水素ラジカルと水素イオンによって、成膜中の炭素は、CHX あるいはCOHのような形でガス化して、チャンバーの外へ排気される。工程終了後に、ゲート絶縁膜505中の炭素の量をSIMSで測定したところ、水素を添加しないで成膜をしたゲート絶縁膜505としての酸化膜中の、炭素の深さ方向のプロファイルの中で、最も低い値が1×1019cm-3であったのに対して、水素を添加して成膜したゲート絶縁膜505としての酸化膜中の、炭素の深さ方向のプロファイルの中で、最も低い値が2×1018〜7×1018cm-3であった。 The carbon during film formation is gasified in the form of CH X or COH by the hydrogen radicals and hydrogen ions and exhausted out of the chamber. After completion of the process, the amount of carbon in the gate insulating film 505 was measured by SIMS. As a result, in the profile in the depth direction of carbon in the oxide film as the gate insulating film 505 formed without adding hydrogen. In the profile in the depth direction of carbon in the oxide film as the gate insulating film 505 formed by adding hydrogen, whereas the lowest value was 1 × 10 19 cm −3 . The lowest value was 2 × 10 18 to 7 × 10 18 cm −3 .

ゲート絶縁膜505の上に、ゲート電極膜としてAlを成膜して、それをパターニングして、その後オフセット領域509を形成するための陽極酸化膜507をゲート電極506に作製し、その後に、ソース・ドレイン508オフセット領域509を形成するための不純物領域を形成して図7(E)になる。   On the gate insulating film 505, Al is formed as a gate electrode film and patterned, and then an anodic oxide film 507 for forming the offset region 509 is formed on the gate electrode 506, and then the source An impurity region for forming the drain 508 offset region 509 is formed, resulting in FIG.

導電性膜としては、Alは、不純物を混合したものでもよく、また陽極酸化できるTaなどでもよい。陽極酸化は、シュセキ酸溶液やシュウ酸水溶液をエチレングリコールや、アンモニアにて混合したものに、基板501上のゲート電極506のAlを電極としてとその対向電極として白金を用いて電流を流すことで基板501上のAlに陽極酸化膜507が形成される。   As the conductive film, Al may be a mixture of impurities or Ta that can be anodized. Anodization is a method in which a succinic acid solution or an oxalic acid aqueous solution is mixed with ethylene glycol or ammonia, and an electric current is applied using Al of the gate electrode 506 on the substrate 501 as an electrode and platinum as its counter electrode. An anodic oxide film 507 is formed on Al on the substrate 501.

その後、Pをイオン注入によって5×1015 cm-2のドーズ量になるようにスルードープして、ソース・ドレイン508オフセット領域509を形成した。注入は、イオン注入に限らず、プラズマドープによってPHX を注入してもよい。注入したのちに、活性化させるために600℃で5時間加熱した。 Thereafter, P was through-doped by ion implantation so as to have a dose of 5 × 10 15 cm −2 to form a source / drain 508 offset region 509. The implantation is not limited to ion implantation, and PH X may be implanted by plasma doping. After the injection, it was heated at 600 ° C. for 5 hours for activation.

その後に、層間絶縁膜510を形成し、ゲート電極506の取り出し配線電極511とソース・ドレイン508の取り出し配線電極512を形成して。水素化を熱あるいは、プラズマによって行いトップゲート型ポリシリコン薄膜トランジスタが完成した。これが図8(F)になる。   Thereafter, an interlayer insulating film 510 is formed, and a lead-out wiring electrode 511 for the gate electrode 506 and a lead-out wiring electrode 512 for the source / drain 508 are formed. Hydrogenation is performed by heat or plasma to complete a top gate type polysilicon thin film transistor. This is shown in FIG.

本発明を利用して、完成したTFTは、チャネル長8μmチャネル幅100μmでありその特性は、移動度がNチャネル型で140cm2 /Vsec、Pチャネル型で123cm2 /Vsecと大きく、また、キンク効果は全く観測されなかった。耐湿性に関しても、150℃ 60%RH に12時間放置した後に、特性の変化は見られなかった。本来このTFTの上にSiNX の保護膜があればさらに耐湿性は向上する。 Using the present invention, the completed TFT, the characteristics are the channel length 8μm channel width 100μm is 140cm 2 / Vsec mobility is N-channel type, as large as 123 cm 2 / Vsec in P-channel type, also kink No effect was observed. As for moisture resistance, no change in characteristics was observed after standing at 150 ° C. and 60% RH for 12 hours. Originally, if a protective film of SiN x is provided on this TFT, the moisture resistance is further improved.

本発明による、基板表面のXPSによる炭素不純物の除去程度をしめすグラフ。The graph which shows the removal degree of the carbon impurity by XPS of the substrate surface by this invention. 従来の技術による、基板表面のXPSによる炭素不純物の除去程度をしめすグラフ。The graph which shows the removal degree of the carbon impurity by XPS by the conventional technique. 実施例におけるトランジスタの形成過程の断面を示す図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a process for forming a transistor in an example. TFTの信頼性試験前後のVG ─ID 測定結果を示す図。It shows the V G ─I D measurement results before and after the reliability test of the TFT. メモリトランジスタの基本的な断面構造を示す図。FIG. 3 shows a basic cross-sectional structure of a memory transistor. 実施例における薄膜半導体装置の形成過程の断面を示す図。The figure which shows the cross section of the formation process of the thin film semiconductor device in an Example. 実施例における薄膜半導体装置の形成過程の断面を示す図。The figure which shows the cross section of the formation process of the thin film semiconductor device in an Example. 実施例における薄膜半導体装置の形成過程の断面を示す図。The figure which shows the cross section of the formation process of the thin film semiconductor device in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

31 ガラス基板
32 下地膜
33 アイランド
34 ゲート絶縁膜
35 ソース・ドレイン
36 チャネル
37 ゲート電極
38 層間絶縁膜
39 ゲート電極の取り出し配線電極
40 ソース・ドレインの取り出し電極
31 Glass substrate 32 Base film 33 Island 34 Gate insulating film 35 Source / drain 36 Channel 37 Gate electrode 38 Interlayer insulating film 39 Gate electrode lead-out wiring electrode 40 Source / drain lead-out electrode

Claims (19)

絶縁基板上に、半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を有する半導体装置の作製方法であって、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において、少なくとも有機シラン系ソースと活性化した酸素と活性化した水素とを用い、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される水素の量は前記有機シラン系ソースの量の0.01〜0.5倍であり、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される酸素の量は前記有機シラン系ソースの量の5〜20倍であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode over an insulating substrate,
In the film formation step of the gate insulating film, at least using an organosilane source, activated oxygen, and activated hydrogen,
The amount of hydrogen introduced in the film forming step of the gate insulating film is Ri 0.01-0.5 Baidea amount of the organosilane source,
The method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the amount of oxygen introduced in the step of forming the gate insulating film is 5 to 20 times the amount of the organosilane source.
絶縁基板上に、半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を有する半導体装置の作製方法であって、
前記ゲート絶縁膜を成膜する前に、第1の活性化した水素を被膜形成面に触れさせ、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において、少なくとも有機シラン系ソースと活性化した酸素と第2の活性化した水素とを用い、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される水素の量は前記有機シラン系ソースの量の0.01〜0.5倍であり、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される酸素の量は前記有機シラン系ソースの量の5〜20倍であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode over an insulating substrate,
Before forming the gate insulating film, the first activated hydrogen is brought into contact with the film forming surface,
In the film formation step of the gate insulating film, at least using an organosilane source, activated oxygen, and second activated hydrogen,
The amount of hydrogen introduced in the film forming step of the gate insulating film is Ri 0.01-0.5 Baidea amount of the organosilane source,
The method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the amount of oxygen introduced in the step of forming the gate insulating film is 5 to 20 times the amount of the organosilane source.
絶縁基板上に、半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を有する半導体装置の作製方法であって、
前記ゲート絶縁膜を成膜する前に、第1の活性化した酸素を被膜形成面に触れさせた後、第1の活性化した水素を前記被膜形成面に触れさせ、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において、少なくとも有機シラン系ソースと第2の活性化した酸素と第2の活性化した水素とを用い、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される水素の量は前記有機シラン系ソースの量の0.01〜0.5倍であり、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される酸素の量は前記有機シラン系ソースの量の5〜20倍であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode over an insulating substrate,
Before forming the gate insulating film, the first activated oxygen is brought into contact with the film formation surface, and then the first activated hydrogen is brought into contact with the film formation surface,
In the gate insulating film formation step, at least an organosilane source, a second activated oxygen, and a second activated hydrogen are used,
The amount of hydrogen introduced in the film forming step of the gate insulating film is Ri 0.01-0.5 Baidea amount of the organosilane source,
The method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the amount of oxygen introduced in the step of forming the gate insulating film is 5 to 20 times the amount of the organosilane source.
絶縁基板上に、半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を有する半導体装置の作製方法であって、
前記ゲート絶縁膜を成膜する前に、第1の活性化した水素を被膜形成面に触れさせた後、第1の活性化した酸素を前記被膜形成面に触れさせ、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において、少なくとも有機シラン系ソースと第2の活性化した酸素と第2の活性化した水素とを用い、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される水素の量は前記有機シラン系ソースの量の0.01〜0.5倍であり、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される酸素の量は前記有機シラン系ソースの量の5〜20倍であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode over an insulating substrate,
Before the gate insulating film is formed, after the first activated hydrogen is brought into contact with the film forming surface, the first activated oxygen is brought into contact with the film forming surface,
In the gate insulating film formation step, at least an organosilane source, a second activated oxygen, and a second activated hydrogen are used,
The amount of hydrogen introduced in the film forming step of the gate insulating film is Ri 0.01-0.5 Baidea amount of the organosilane source,
The method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the amount of oxygen introduced in the step of forming the gate insulating film is 5 to 20 times the amount of the organosilane source.
絶縁基板上に、半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を有する半導体装置の作製方法であって、
前記ゲート絶縁膜を成膜する前に、第1の活性化した水素と第1の活性化した酸素の混合ガスを被膜形成面に触れさせ、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において、少なくとも有機シラン系ソースと第2の活性化した酸素と第2の活性化した水素とを用い、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される水素の量は前記有機シラン系ソースの量の0.01〜0.5倍であり、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において導入される酸素の量は前記有機シラン系ソースの量の5〜20倍であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode over an insulating substrate,
Before forming the gate insulating film, a mixed gas of first activated hydrogen and first activated oxygen is brought into contact with the film forming surface,
In the gate insulating film formation step, at least an organosilane source, a second activated oxygen, and a second activated hydrogen are used,
The amount of hydrogen introduced in the film forming step of the gate insulating film is Ri 0.01-0.5 Baidea amount of the organosilane source,
The method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the amount of oxygen introduced in the step of forming the gate insulating film is 5 to 20 times the amount of the organosilane source.
請求項1において、
前記活性化した水素の発生を、プラズマ法あるいは触媒法によって行い、
前記活性化した酸素の発生を、プラズマ法あるいは紫外線照射法によって行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1,
Generation of the activated hydrogen is performed by a plasma method or a catalytic method,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the generation of the activated oxygen is performed by a plasma method or an ultraviolet irradiation method.
請求項2において、
前記第1の活性化した水素及び前記第2の活性化した水素の発生を、プラズマ法あるいは触媒法によって行い、
前記活性化した酸素の発生を、プラズマ法あるいは紫外線照射法によって行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 2,
Generating the first activated hydrogen and the second activated hydrogen by a plasma method or a catalyst method;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the generation of the activated oxygen is performed by a plasma method or an ultraviolet irradiation method.
請求項3乃至請求項5のいずれか一において、
前記第1の活性化した水素及び前記第2の活性化した水素の発生を、プラズマ法あるいは触媒法によって行い、
前記第1の活性化した酸素及び前記第2の活性化した酸素の発生を、プラズマ法あるいは紫外線照射法によって行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 3 thru | or 5,
Generating the first activated hydrogen and the second activated hydrogen by a plasma method or a catalyst method;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein generation of the first activated oxygen and the second activated oxygen is performed by a plasma method or an ultraviolet irradiation method.
請求項1または請求項6において、
前記活性化した水素は、水素ラジカルまたは水素ラジカルと水素イオンの混合ガスであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1 or claim 6,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the activated hydrogen is hydrogen radical or a mixed gas of hydrogen radical and hydrogen ion.
請求項2乃至請求項5、請求項7及び請求項8のいずれか一において、
前記第1の活性化した水素及び前記第2の活性化した水素は、水素ラジカルまたは水素ラジカルと水素イオンの混合ガスであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claim 2 thru | or Claim 5, Claim 7, and Claim 8,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first activated hydrogen and the second activated hydrogen are hydrogen radicals or a mixed gas of hydrogen radicals and hydrogen ions.
請求項1、請求項2、請求項6及び請求項7のいずれか一において、
前記活性化した酸素は、酸素ラジカル、オゾン、酸素ラジカルと酸素イオンの混合ガス、酸素ラジカルとオゾンと酸素イオンの混合ガスのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claim 1, Claim 2, Claim 6, and Claim 7,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the activated oxygen is any one of oxygen radicals, ozone, a mixed gas of oxygen radicals and oxygen ions, and a mixed gas of oxygen radicals, ozone, and oxygen ions.
請求項3乃至請求項5及び請求項8のいずれか一において、
前記第1の活性化した酸素及び前記第2の活性化した酸素は、酸素ラジカル、オゾン、酸素ラジカルと酸素イオンの混合ガス、酸素ラジカルとオゾンと酸素イオンの混合ガスのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claim 3 thru | or Claim 5 and Claim 8,
The first activated oxygen and the second activated oxygen are any of oxygen radicals, ozone, a mixed gas of oxygen radicals and oxygen ions, and a mixed gas of oxygen radicals, ozone and oxygen ions. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項5において、
前記混合ガスは、HOを分解して発生させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 5,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the mixed gas is generated by decomposing H 2 O.
請求項1乃至請求項13のいずれか一において、
前記有機シラン系ソースは正珪酸四エチルであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 13 ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the organosilane source is regular tetraethyl silicate.
請求項1乃至請求項14のいずれか一において、
前記ゲート絶縁膜の成膜工程において、前記絶縁基板の温度は200〜500℃であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 14 ,
In the film formation step of the gate insulating film, the temperature of the insulating substrate is 200 to 500 ° C.
請求項1乃至請求項15のいずれか一において、
前記ゲート絶縁膜はプラズマCVD法、又は常圧CVD法により成膜することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 15 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film is formed by a plasma CVD method or an atmospheric pressure CVD method.
請求項1乃至請求項16のいずれか一において、
前記半導体層を横方向に結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 16 ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor layer is crystallized in a lateral direction.
請求項1乃至請求項17のいずれか一において、
前記ゲート電極がポリシリコンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 17 ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate electrode is polysilicon.
請求項1乃至請求項18のいずれか一において、
前記ゲート絶縁膜の上に窒化膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 18 ,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a nitride film over the gate insulating film.
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