JP2001176806A - Method for forming semiconductor film, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for forming semiconductor film, and method for manufacturing semiconductor device

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JP2001176806A
JP2001176806A JP35818499A JP35818499A JP2001176806A JP 2001176806 A JP2001176806 A JP 2001176806A JP 35818499 A JP35818499 A JP 35818499A JP 35818499 A JP35818499 A JP 35818499A JP 2001176806 A JP2001176806 A JP 2001176806A
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film
semiconductor film
substrate
forming
vacuum vessel
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Hideo Yamanaka
英雄 山中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor film forming method for forming a semiconductor film of high quality on a substrate. SOLUTION: This is a semiconductor forming method for forming a semiconductor film on substrate by using bias catalyst CVD, high-density bias catalyst CVD, bias pressure-reduction CVD, bias atmospheric CVD. This method has a stage where a semiconductor film containing one of tin, germanium, and lead and an insulating film are formed on the substrate, by supplying raw material gas to a vacuum chamber 1 and applying an electric field below a glow discharge start voltage between the substrate 10 and an electrode 3a arranged in the evacuated vessel 1, a stage where the semiconductor film and insulating film are irradiated with laser light and annealed, and a stage where annealing is carried out with stream after the annealing stage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体膜形成方法及
び薄膜半導体装置の製造方法に係り、特に高品質の薄膜
半導体装置を製造することが可能であるとともに、大型
の表示装置や固体撮像装置に適用可能な薄膜半導体装置
を製造することが可能な半導体膜形成方法および薄膜半
導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a semiconductor film and a method of manufacturing a thin film semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a high quality thin film semiconductor device and to a large display device or solid-state imaging device. The present invention relates to a semiconductor film forming method capable of manufacturing an applicable thin film semiconductor device and a method of manufacturing a thin film semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の液晶表示装置等に使用されてきた
絶縁ゲート型ポリシリコンTFTは、低耐熱性基板上
に、プラズマCVD法等でアモルファスシリコン膜を形
成し、エキシマレーザーアニール処理でポリシリコン膜
を形成したものが一般的である。そして、ポリシリコン
膜形成後に、プラズマCVD法等でゲート絶縁膜(酸化
シリコン膜等)を形成しているが、この中の欠陥(プラ
ズマダメージ)や不純物に起因する正電荷が、ゲート絶
縁膜と半導体との界面近傍に存在すると、フラットバン
ド電圧のシフト(移動)を来たす。これがn−ch M
ISトランジスタのディプリーション化、p−ch M
ISトランジスタのオン電圧の増大化を引き起こして、
しきい値電圧の増大化現象につながり、これらのトラン
ジスタを用いた回路は、集積回路化に問題があるという
不都合がある。
2. Description of the Related Art An insulated gate polysilicon TFT used in a conventional liquid crystal display device or the like is formed by forming an amorphous silicon film on a low heat-resistant substrate by a plasma CVD method or the like, and excimer laser annealing. Generally, a film is formed. After the formation of the polysilicon film, a gate insulating film (such as a silicon oxide film) is formed by a plasma CVD method or the like. Positive charges due to defects (plasma damage) and impurities in the gate insulating film are generated by the gate insulating film. If it exists near the interface with the semiconductor, a shift (movement) of the flat band voltage occurs. This is n-ch M
Depletion of IS transistor, p-ch M
Causing the on-voltage of the IS transistor to increase,
This leads to a phenomenon of an increase in threshold voltage, and a circuit using these transistors has a problem that there is a problem in integration into a circuit.

【0003】上記正電荷は、ゲート絶縁膜中,例えば酸
化シリコン膜中のシリコンのダングリングボンド(未結
合手)によって生じるものと考えられている。この正電
荷が生じるのを防ぐ為に、ゲート絶縁膜の成膜後に、大
気等の酸素雰囲気中、又は水素ガスを含む還元性ガス中
で熱処理を行い、欠陥の補償を行うポストアニール法が
開発されている。しかし、このポストアニール法は、一
般に400℃以上の高温加熱が必要であるという問題点
がある。また、ポストアニール法によると、絶縁膜質に
よっては、かえってフラットバンド電圧のシフトを増大
させる場合があるという不都合がある。
It is considered that the positive charges are generated by dangling bonds of silicon in a gate insulating film, for example, a silicon oxide film. To prevent the generation of this positive charge, a post-annealing method has been developed to compensate for defects by performing a heat treatment in an oxygen atmosphere such as air or a reducing gas containing hydrogen gas after forming the gate insulating film. Have been. However, this post-annealing method has a problem that high-temperature heating of 400 ° C. or higher is generally required. Further, the post-annealing method has a disadvantage that the shift of the flat band voltage may be increased depending on the quality of the insulating film.

【0004】そこで、プラズマCVD法等でアモルファ
スシリコン膜を形成した後、エキシマレーザーアニール
処理を行ってポリシリコン膜を形成し、その後水蒸気中
でポリシリコン膜のアニール処理を行う方法が開発され
ている。この方法を用いた場合の効果として、絶縁膜及
び半導体の改質が図られると共に、TFTを形成した場
合の移動度が向上し、オーミックコンタクトが改善さ
れ、ホットエレクトロン劣化が抑制され、集積回路の高
速動作化が実現される等の効果が報告されている。
Therefore, a method has been developed in which an amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method or the like, followed by excimer laser annealing to form a polysilicon film, and then annealing the polysilicon film in water vapor. . The effect of using this method is to modify the insulating film and the semiconductor, improve the mobility in the case of forming a TFT, improve the ohmic contact, suppress the hot electron deterioration, and improve the integrated circuit. Effects such as realization of high-speed operation have been reported.

【0005】この方法では、アルミ電極形成後に水蒸気
アニール処理を行っている。この理由の一つは、アルミ
電極形成前に水蒸気アニール処理を行うと、オーミック
コンタクトが取れにくいためである。しかし、アルミ電
極形成後に水蒸気アニール処理を行うと、アルミ電極表
面に酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウム膜が形成
されて、外部への電極取りだしが困難となる。つまり、
金線ボンディングや無電解Ni/Auメッキと半田バン
プとのオーミックコンタクトが不十分になりやすく、形
成されたTFTの品質及び信頼性に問題が生じる。
[0005] In this method, steam annealing is performed after the aluminum electrode is formed. One of the reasons is that it is difficult to obtain an ohmic contact if a water vapor annealing treatment is performed before forming an aluminum electrode. However, if steam annealing is performed after the aluminum electrode is formed, an aluminum oxide and aluminum hydroxide film is formed on the surface of the aluminum electrode, making it difficult to remove the electrode to the outside. That is,
Ohmic contact between the gold wire bonding and the electroless Ni / Au plating and the solder bumps tends to be insufficient, which causes problems in the quality and reliability of the formed TFT.

【0006】一方、ポリシリコン膜の移動度の改善とい
う観点からは、プラズマCVD,減圧CVD法等により
形成したアモルファス/ポリシリコン膜を、単に高温あ
るいはエキシマレーザーアニール(ELA)処理するこ
と(以下「ELAによるポリシリコンTFT製法」とす
る)により、ポリシリコン膜の移動度の改善が図られて
きた。その結果、この方法で作成したポリシリコンTF
Tの電子移動度は、80〜120cm/Vsec前後
となり、高精細化にも対応できるので、最近は駆動回路
一体型ポリシリコンTFTLCDが注目されている。
On the other hand, from the viewpoint of improving the mobility of the polysilicon film, the amorphous / polysilicon film formed by plasma CVD, low pressure CVD or the like is simply subjected to high temperature or excimer laser annealing (ELA) treatment (hereinafter referred to as "ELA"). In this case, the mobility of the polysilicon film has been improved. As a result, the polysilicon TF formed by this method
The electron mobility of T is about 80 to 120 cm 2 / Vsec, which can cope with high definition. Recently, a polysilicon TFT LCD integrated with a driving circuit has attracted attention.

【0007】しかし、このELAによるポリシリコンT
FT製法では、80〜120cm/Vsec程度の電
子移動度を得るのが限界であった。また、エキシマレー
ザー出力が不安定であることや、生産性の低さ、装置が
大型化することにより装置が高価になること、歩留が低
く、品質の向上が望まれること等の問題がある。特に、
1m四方の大型ガラス基板になると、これらの問題が拡
大し、ますます半導体の性能,品質の低下およびコスト
の上昇が顕著となる。
However, the polysilicon T
In the FT manufacturing method, the limit is to obtain an electron mobility of about 80 to 120 cm 2 / Vsec. In addition, there are problems that the excimer laser output is unstable, the productivity is low, the apparatus becomes expensive due to the increase in the size of the apparatus, the yield is low, and improvement in quality is desired. . In particular,
In the case of a large glass substrate measuring 1 m square, these problems are magnified, and the performance, quality, and cost of the semiconductor are more remarkably reduced.

【0008】一方、上記各方法では、プラズマCVD法
を用いていることから、プラズマ電界の不均一性、ゆら
ぎ、プラズマ誘起電荷等による基板上の電界不均一性が
生じ、これらの影響が基板に及び、トランジスタへのダ
メージ、ショート等(ゲート酸化膜などのチャージアッ
プ又は放電破壊、配線間の放電など)が発生することが
あるという問題点がある。この現象は、特に、プラズマ
のオン/オフ時に発生し易い傾向にある。また、プラズ
マからの発光による紫外線損傷の可能性がある点、大面
積でのプラズマ放電が難しく、定在波の発生もあり、均
一性が得にくい点、装置が複雑でかつ高価であり、メン
テナンスが繁雑である点なども問題となっている。
On the other hand, in each of the above-mentioned methods, since the plasma CVD method is used, non-uniformity of the electric field of the plasma, non-uniformity of the electric field on the substrate due to fluctuation, plasma-induced electric charge, etc. occur, and these influences affect the substrate. In addition, there is a problem that a transistor may be damaged, a short circuit or the like (charge-up or discharge breakdown of a gate oxide film or the like, discharge between wirings or the like) may occur. This phenomenon tends to occur particularly when plasma is turned on / off. In addition, there is a possibility that ultraviolet rays may be damaged by light emission from the plasma, plasma discharge in a large area is difficult, standing waves are generated, uniformity is difficult to obtain, the equipment is complicated and expensive, and maintenance is required. Is also a problem.

【0009】そこで、近年、熱CVDの一種の触媒CV
D法という優れた方法が開発され、実用化の検討が推進
されている。この触媒CVD法は、ガラス基板の様な絶
縁性基板上に、ポリシリコン膜、窒化シリコン膜を低温
で作製し得る方法である。触媒CVD法では、アニール
なしで、20〜50cm/Vsec程度のホール素子
の電子移動度を得ている。
Therefore, in recent years, a kind of catalyst CV of thermal CVD has been developed.
An excellent method called the D method has been developed, and studies on its practical use have been promoted. This catalytic CVD method is a method capable of forming a polysilicon film and a silicon nitride film on an insulating substrate such as a glass substrate at a low temperature. In the catalytic CVD method, the electron mobility of the Hall element of about 20 to 50 cm 2 / Vsec is obtained without annealing.

【0010】しかし、上記触媒CVD法によると、次の
ような問題点がある。すなわち、上記触媒CVDで得て
いる20〜50cm/Vsec程度のホール素子の電
子移動度では、良質なTFTデバイスを得ることができ
ない。良質なTFTデバイスを作製するには、移動度の
向上が必要である。また、ガラス基板上にポリシリコン
膜の形成をすると、この成膜条件次第では初期のアモル
ファスシリコンの遷移層(5〜10nm)が形成されや
すいので、ボトムゲート型TFTとした場合は所望の移
動度を得にくいという問題がある。なお、一般に駆動回
路一体型ポリシリコンTFTLCDとしては、ボトムゲ
ート型TFTが歩留及び生産性の面で製造しやすいた
め、この所望の電子/正孔移動度を得にくいという問題
が、さらにネックとなる。また、この触媒CVD法は、
形成された膜の特性、品質及び信頼性等に課題が多いの
が現状である。
However, the above-mentioned catalytic CVD method has the following problems. That is, a high quality TFT device cannot be obtained with the electron mobility of the Hall element of about 20 to 50 cm 2 / Vsec obtained by the above-described catalytic CVD. In order to manufacture a high quality TFT device, it is necessary to improve the mobility. When a polysilicon film is formed on a glass substrate, an initial amorphous silicon transition layer (5 to 10 nm) is easily formed depending on the film forming conditions. There is a problem that it is difficult to obtain. In general, as a drive circuit integrated type polysilicon TFT LCD, since the bottom gate type TFT is easy to manufacture in terms of yield and productivity, it is difficult to obtain the desired electron / hole mobility. Become. In addition, this catalytic CVD method
At present, there are many problems in the characteristics, quality, reliability, and the like of the formed film.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
各方法における課題を解決するためになされたもので、
基板上に高品質な半導体膜を形成するための半導体膜形
成方法を提供することにある。本発明の他の目的は、高
品質で且つ大型の表示装置,固体撮像装置等にも適用可
能な薄膜半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、高品質な半導体膜の形成及
び薄膜半導体装置の製造を可能とするとともに、充分な
電子/正孔移動度を得ることが可能な半導体膜形成方法
及び薄膜半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、熱触媒体の劣化を防ぐこと
が可能な半導体膜形成方法及び薄膜半導体装置の製造方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems in each of the above methods.
An object of the present invention is to provide a semiconductor film forming method for forming a high quality semiconductor film on a substrate. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film semiconductor device which can be applied to a high-quality and large-sized display device, a solid-state imaging device, and the like.
Still another object of the present invention is to provide a method of forming a semiconductor film and a thin film semiconductor device capable of forming a high-quality semiconductor film and manufacturing a thin film semiconductor device and obtaining sufficient electron / hole mobility. It is to provide a manufacturing method of.
Still another object of the present invention is to provide a method for forming a semiconductor film and a method for manufacturing a thin film semiconductor device, which can prevent deterioration of a thermal catalyst.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題は、請求項1に
係る発明によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バ
イアス触媒CVDを利用して、基板に半導体膜を形成す
る半導体膜形成方法であって、真空容器に少なくとも原
料ガスを供給し、前記真空容器中に配置された前記基板
と電極との間にグロー放電開始電圧以下の電界を印加し
て、前記基板上に少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のい
ずれか一つ以上を含有する半導体膜を形成することを含
む半導体膜形成工程と、前記形成された半導体膜にレー
ザーを照射し、前記形成された半導体膜をレーザーでア
ニールするレーザーアニール工程と、を備えることによ
り解決される。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a method of forming a semiconductor film on a substrate by using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD. Supplying at least a source gas to a vacuum container, applying an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum container, and applying at least tin, germanium, and lead on the substrate. A semiconductor film forming step including forming a semiconductor film containing any one or more of the above, a laser annealing step of irradiating the formed semiconductor film with a laser and annealing the formed semiconductor film with a laser; , Is solved.

【0013】上記のように、基板と電極との間にグロー
放電開始電圧以下の電界を印加しているので、反応種に
対し、触媒体の触媒作用とその熱エネルギーに加えて上
記電圧による加速電界を与えることとなり、指向性の運
動エネルギーが大きくなって反応種を基板上に効率良く
導くことができると共に、基板上での泳動及び生成過程
の膜中での拡散が十分となる。従って、従来の触媒CV
D法に比べて、触媒体で生成された反応種の運動エネル
ギーおよび指向性を電界で独立してコントロールできる
ため、生成膜の基板との密着性向上、生成膜密度の向
上、生成膜均一性又は平滑性の向上、ビアホールなどへ
の埋め込み性とステップカバレージの向上、生成膜のス
トレスコントロール等が可能となり、成膜速度向上、原
料ガスの利用効率向上等による生産性向上、高品質膜が
実現する。また、基板温度を低温化できることから、低
歪点ガラスおよび耐熱性樹脂基板の採用が可能となり、
コストダウンを図ることができる。
As described above, since an electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode, the reaction species is accelerated by the above-described voltage in addition to the catalytic action of the catalyst and its thermal energy. Since an electric field is applied, the kinetic energy of the directivity increases, and the reactive species can be efficiently guided onto the substrate, and the electrophoresis on the substrate and the diffusion in the film during the generation process become sufficient. Therefore, the conventional catalyst CV
Compared with Method D, the kinetic energy and directivity of the reaction species generated by the catalyst can be controlled independently by the electric field, so that the adhesion of the generated film to the substrate, the density of the generated film, and the uniformity of the generated film are improved. Or, it is possible to improve the smoothness, improve the embedding property in via holes and the like, improve the step coverage, control the stress of the generated film, etc., improve the film formation speed, improve the productivity by using the raw material gas, etc., and realize a high quality film. I do. In addition, since the substrate temperature can be lowered, it becomes possible to adopt a low strain point glass and a heat resistant resin substrate,
Cost can be reduced.

【0014】本発明では、錫、ゲルマニウム、鉛のいず
れか一つ以上を用いていることから、例えば、得られた
シリコン層中に、四族元素である錫やゲルマニウム、鉛
が混入しても、これらは周期律表第四族の元素であって
シリコン層中でキャリアにならず、そのためシリコン層
は高抵抗なものとなる。よって、イオンドーピング(注
入)等によるTFTのVth調整や抵抗値調整が容易に
なり、高性能な回路構成が可能になる。また、シリコン
層中に残留する錫やゲルマニウム、鉛は結晶欠落を電気
的に不活性にするため、得られたシリコン層は接合リー
クが低減され、移動度が高められたものとなる。また、
結晶粒界に存在する結晶不整を低減し、膜のストレスを
低減するので、電子/正孔移動度が高くなり、薄膜トラ
ンジスタの特性が向上する。
In the present invention, since at least one of tin, germanium and lead is used, for example, even if tin, germanium or lead, which is a Group IV element, is mixed into the obtained silicon layer. These are elements of the fourth group of the periodic table and do not become carriers in the silicon layer, so that the silicon layer has a high resistance. Therefore, Vth adjustment and resistance value adjustment of the TFT by ion doping (implantation) or the like become easy, and a high-performance circuit configuration can be realized. In addition, tin, germanium, and lead remaining in the silicon layer electrically inactivate crystal vacancies, so that the resulting silicon layer has reduced junction leakage and increased mobility. Also,
Since the crystal irregularities existing at the crystal grain boundaries are reduced and the stress of the film is reduced, the electron / hole mobility is increased, and the characteristics of the thin film transistor are improved.

【0015】また、これにより、低温プロセスが可能と
なるので、基板には、安価な低歪点ガラス基板や耐熱性
樹脂基板等を用いることが可能になる。また、基板に
は、低歪点ガラスで形成されている長尺のロールガラス
や耐熱性樹脂フィルム基板等を用いることも可能にな
る。
Further, since a low-temperature process is made possible, an inexpensive low-strain-point glass substrate or a heat-resistant resin substrate can be used as the substrate. In addition, a long roll glass or a heat-resistant resin film substrate formed of low strain point glass can be used as the substrate.

【0016】また、半導体膜をレーザーでアニール処理
するように構成しているので、半導体膜のみが瞬時に熱
せられ、基板への熱の影響が及びにくくなり、基板の変
形を起こすことなく、アモルファスシリコンまたは微結
晶シリコン半導体膜を結晶化でき、又含有しているキャ
リア不純物の活性化もでき、例えば移動度の大きい半導
体膜に変えることができる。しかも、この結晶化、活性
化は基板全体を高温にすることなく、低温で行うことが
できる。
Further, since the semiconductor film is configured to be annealed by a laser, only the semiconductor film is instantaneously heated, the influence of the heat on the substrate is hardly affected, and the substrate is not deformed, and The silicon or microcrystalline silicon semiconductor film can be crystallized, and the contained carrier impurities can be activated. For example, the semiconductor film can be changed to a semiconductor film having high mobility. In addition, the crystallization and activation can be performed at a low temperature without increasing the temperature of the entire substrate.

【0017】このとき、前記半導体膜形成工程の前か
ら、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを常時供給
し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素イ
オンH で前記基板上をクリーニングするクリーニング
工程を備え、前記クリーニング工程と、前記半導体膜形
成工程とを行うと好適である。
At this time, before the semiconductor film forming step,
Supply a carrier gas containing hydrogen to the vacuum vessel
And activated hydrogen gas generated by the supplied carrier gas.
On H *Cleaning on the substrate with
A cleaning step; and
It is preferable to perform the forming step.

【0018】このように、半導体膜層を基板上へ形成す
るときに、水素を含むキャリアガスを常時供給している
ので、キャリアガスで発生した活性化水素イオンH
が、基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の半
導体膜を形成することができる。活性化水素イオンH
によるクリーニングは、電界印加によってさらに効果的
になる。また、キャリアガスとしての水素ガスを供給
し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にし
ておき、複数の膜を連続成膜して、特定の膜、例えばシ
リコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜した場合などは、少
なくともゲートチャンネル部を低ストレス,低コンタミ
とすることができる。さらに、水素を含むキャリアガス
が基板の成膜中に常時導入されているので、熱触媒体を
他のガスの影響から保護することになり熱触媒体の劣化
を防ぐことが可能となる。
As described above, since the carrier gas containing hydrogen is constantly supplied when the semiconductor film layer is formed on the substrate, the activated hydrogen ions H generated by the carrier gas are generated.
* Can clean the substrate surface and form a high-quality semiconductor film on the substrate. Activated hydrogen ion H *
Cleaning becomes more effective by applying an electric field. In addition, a hydrogen gas as a carrier gas is supplied, and the thermal catalyst is heated to be in a catalysable state. When a film is continuously formed, at least the gate channel portion can be made low in stress and low in contamination. Furthermore, since the carrier gas containing hydrogen is constantly introduced during the film formation on the substrate, the thermal catalyst is protected from the influence of other gases, and the degradation of the thermal catalyst can be prevented.

【0019】また、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛の
いずれか一つ以上を含有する半導体膜中の酸素,炭素,
窒素のそれぞれの含有量は、少ないほどキャリア(電子
/正孔)の流れが良好になり、好ましい。例えば、少な
くとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有
するポリシリコン膜等の半導体膜中の酸素,炭素,窒素
のそれぞれの含有量は、1×1019atoms/cm
以下、好ましくは5×1018atoms/cm
下であり、かつ水素含有量は、0.01原子%/cm
以上であると好適であるが、本発明では、電界印加によ
り、効率よく成膜中に活性化水素イオンHにさらされ
て、半導体膜の酸化やコンタミが低減されるため、上記
数値を達成することが可能となる。
The semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead contains oxygen, carbon,
The smaller the content of nitrogen, the better the flow of carriers (electrons / holes), which is preferable. For example, each content of oxygen, carbon, and nitrogen in a semiconductor film such as a polysilicon film containing at least one of tin, germanium, and lead is 1 × 10 19 atoms / cm.
3 or less, preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, and the hydrogen content is 0.01 atomic% / cm 3.
Although the above is preferable, the present invention achieves the above numerical values because the semiconductor film is efficiently exposed to activated hydrogen ions H * during film formation by application of an electric field, thereby reducing oxidation and contamination of the semiconductor film. It is possible to do.

【0020】また、前記半導体膜形成工程の前から、前
記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給し、該供給
されたキャリアガスで発生した活性化水素イオンH
前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前
記キャリアガスの供給を、前記半導体膜形成工程の前,
途中,後の少なくとも一つで増減する工程と、前記半導
体膜形成工程と、を行うと好適である。
Further, before the semiconductor film forming step, a carrier gas containing hydrogen is supplied to the vacuum vessel, and the substrate is cleaned with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas. And supplying the carrier gas before the semiconductor film forming step.
It is preferable to perform the step of increasing or decreasing at least one in the middle or later and the step of forming the semiconductor film.

【0021】これにより、各種の成膜を行うとき、成膜
開始後所定時間経過した後に、キャリアガスの導入を低
減させることができるので、真空容器において原料ガス
の割合が高くなり、基板への半導体膜形成が高速で行わ
れ作業性を向上させることが可能となる。また、基板へ
半導体膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを
供給しているので、熱触媒体で発生した活性化水素イオ
ンHが基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の
半導体膜を形成することができる。さらに、キャリアガ
スとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して
触媒作用が可能な状態にしておき、複数の膜を連続成膜
して、特定の膜、例えばシリコン膜とゲート絶縁膜を連
続成膜した場合などは、少なくともゲートチャンネル部
を低ストレス,低コンタミとすることができる。
With this, when performing various types of film formation, the introduction of the carrier gas can be reduced after a lapse of a predetermined time from the start of the film formation. Semiconductor film formation is performed at high speed, and workability can be improved. In addition, since a carrier gas containing hydrogen is supplied when a semiconductor film is formed on a substrate, activated hydrogen ions H * generated by the thermal catalyst clean the surface of the substrate and form a high-quality semiconductor on the substrate. A film can be formed. Further, a hydrogen gas is supplied as a carrier gas, and the thermal catalyst is heated so as to be capable of catalysis. When a film is continuously formed, at least the gate channel portion can be made low in stress and low in contamination.

【0022】また、各種の成膜を行うとき、半導体膜形
成工程の前,後でキャリアガスの導入を増加させること
ができるので、成膜前後に、熱触媒体により、活性化水
素イオンH*を大量に発生させ、クリーニングによるコ
ンタミ低減、膜ストレス低減等を促進させることができ
る。このとき、電解を印加しているため、これらの効果
を効率よく得ることが可能となる。また、ポリシリコン
膜等の半導体膜の絶縁膜との界面における酸素,炭素,
窒素それぞれの含有量は、少ないほどキャリア(電子/
正孔)の流れが良好になり、好ましい。例えば、少なく
ともキャリアチャンネル領域のポリシリコン膜等の半導
体膜中の酸素,炭素,窒素それぞれの含有量は、1×1
19atoms/cm以下、好ましくは5×10
18atoms/cm以下で、水素の含有量は、0.
01原子%/cm以上であると好適であるが、本発明
では、半導体膜形成工程の前から、水素ガスを導入する
と共に、電界印加により活性化水素イオンHを効率よ
く作用させているため、この数値を達成することが可能
となる。
In addition, when various types of film formation are performed, the introduction of the carrier gas can be increased before and after the semiconductor film formation step. Therefore, before and after the film formation, the activated hydrogen ions H * are activated by the thermal catalyst. Can be generated in a large amount to promote contamination reduction, film stress reduction, and the like by cleaning. At this time, since the electrolysis is applied, these effects can be obtained efficiently. In addition, oxygen, carbon, and the like at the interface of the semiconductor film such as the polysilicon film with the insulating film.
The smaller the content of each nitrogen, the lower the carrier (electron /
The flow of holes) becomes favorable, which is preferable. For example, at least the content of each of oxygen, carbon, and nitrogen in a semiconductor film such as a polysilicon film in a carrier channel region is 1 × 1.
0 19 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10
At 18 atoms / cm 3 or less, the hydrogen content is less than 0.1 atom / cm 3 .
Although it is preferable that the concentration is not less than 01 atomic% / cm 3 , in the present invention, a hydrogen gas is introduced before the semiconductor film forming step, and activated hydrogen ions H * are caused to act efficiently by applying an electric field. Therefore, this numerical value can be achieved.

【0023】さらに、前記真空容器内の成膜室で前記半
導体膜形成工程を行い、前記真空容器内のレーザーアニ
ール室で前記レーザーアニール工程を行い、前記半導体
膜形成工程と前記レーザーアニール工程とを前記真空容
器内で連続して行ってもよい。このように構成すること
により、真空装置内から取り出すことなく半導体膜形成
工程およびレーザーアニール工程を連続して行うことが
でき、より簡易な工程で薄膜半導体装置等を製造するこ
とが可能となる。
Further, the semiconductor film forming step is performed in a film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser annealing step is performed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel, and the semiconductor film forming step and the laser annealing step are performed. It may be performed continuously in the vacuum vessel. With such a configuration, the semiconductor film forming step and the laser annealing step can be continuously performed without taking out from the vacuum apparatus, and a thin film semiconductor device or the like can be manufactured by simpler steps.

【0024】また、前記成膜室で、前記レーザーでアニ
ールされた半導体膜上に絶縁膜を成膜し、前記半導体膜
形成工程と前記レーザーアニール工程と前記絶縁膜の成
膜とを前記真空容器内で連続して行うように構成しても
好適である。このように構成することにより、真空装置
内から取り出すことなく半導体膜形成工程およびレーザ
ーアニール工程および絶縁膜の成膜を連続して行うこと
ができ、より簡易な工程で薄膜半導体装置等を製造する
ことが可能となる。
In the film forming chamber, an insulating film is formed on the semiconductor film annealed with the laser, and the semiconductor film forming step, the laser annealing step, and the forming of the insulating film are performed in the vacuum chamber. It is also preferable that the configuration is such that the processing is performed continuously within the processing. With this configuration, the semiconductor film forming step, the laser annealing step, and the formation of the insulating film can be continuously performed without taking out from the vacuum apparatus, and the thin film semiconductor device and the like can be manufactured by simpler steps. It becomes possible.

【0025】また、上記課題は、請求項6に係る発明に
よれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触媒
CVDを利用して、基板に半導体膜を形成する半導体膜
形成方法であって、前記真空容器に少なくとも原料ガス
を供給し、前記真空容器中に配置された前記基板と電極
との間にグロー放電開始電圧以下の電界を印加して、前
記基板上に、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれ
か一つ以上を含有する半導体膜と、絶縁膜と、を形成す
ることを含む半導体膜および絶縁膜形成工程と、前記形
成された半導体膜および絶縁膜にレーザーを照射し、前
記形成された半導体膜および絶縁膜をレーザーでアニー
ルするレーザーアニール工程と、を備えたことにより解
決される。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor film forming method for forming a semiconductor film on a substrate by using a bias catalytic CVD or a high density bias catalytic CVD. At least a raw material gas is supplied to the container, and an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode arranged in the vacuum container, so that at least tin, germanium, or lead A semiconductor film containing at least one of the above, an insulating film, and a semiconductor film and insulating film forming step including forming the semiconductor film and the insulating film, and irradiating the formed semiconductor film and the insulating film with a laser; A laser annealing step of annealing the film and the insulating film with a laser.

【0026】上記のように、基板と電極との間にグロー
放電開始電圧以下の電界を印加しているので、反応種に
対し、触媒体の触媒作用とその熱エネルギーに加えて上
記電圧による加速電界を与えるため、指向性の運動エネ
ルギーが大きくなって反応種を基板上に効率良く導くこ
とができると共に、基板上での泳動及び生成過程の膜中
での拡散が十分となる。従って、従来の触媒CVD法に
比べて、触媒体で生成された反応種の運動エネルギーお
よび指向性を電界で独立してコントロールできるため、
生成膜の基板との密着性向上、生成膜密度の向上、生成
膜均一性又は平滑性の向上、ビアホールなどへの埋め込
み性とステップカバレージの向上、生成膜のストレスコ
ントロール等が可能となり、成膜速度向上、原料ガスの
利用効率向上等による生産性向上、高品質膜が実現す
る。また、基板温度を低温化できることから、低歪点ガ
ラスおよび耐熱性樹脂基板の採用が可能となり、コスト
ダウンを図ることができる。
As described above, since an electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode, the reaction species is accelerated by the above-described voltage in addition to the catalytic action of the catalyst and its thermal energy. Since the electric field is applied, the kinetic energy of the directivity increases, and the reactive species can be efficiently guided onto the substrate, and the migration on the substrate and the diffusion in the film during the generation process become sufficient. Therefore, as compared with the conventional catalytic CVD method, the kinetic energy and directivity of the reaction species generated by the catalyst body can be independently controlled by the electric field,
It is possible to improve the adhesion of the generated film to the substrate, increase the density of the generated film, improve the uniformity or smoothness of the generated film, improve the embedding into via holes and the like, improve the step coverage, and control the stress of the generated film. Higher productivity and higher quality film can be realized by improving the speed and the utilization efficiency of raw material gas. Further, since the substrate temperature can be lowered, low strain point glass and a heat resistant resin substrate can be employed, and cost reduction can be achieved.

【0027】また、本発明では、錫、ゲルマニウム、鉛
のいずれか一つ以上を用いていることから、例えば、得
られたシリコン層中に、四族元素である錫やゲルマニウ
ム、鉛が混入しても、これらは周期律表第四族の元素で
あってシリコン層中でキャリアにならず、そのためシリ
コン層は高抵抗なものとなる。よって、イオンドーピン
グ(注入)等によるTFTのVth調整や抵抗値調整が
容易になり、高性能な回路構成が可能になる。また、シ
リコン層中に残留する錫やゲルマニウム、鉛は結晶欠落
を電気的に不活性にするため、得られたシリコン層は接
合リークが低減され、移動度が高められたものとなる。
また、結晶粒界に存在する結晶不整を低減し、膜のスト
レスを低減するので、電子/正孔移動度が高くなり、薄
膜トランジスタの特性が向上する。
Further, in the present invention, since at least one of tin, germanium and lead is used, for example, tin, germanium and lead which are Group 4 elements are mixed in the obtained silicon layer. However, these are elements of Group 4 of the periodic table and do not become carriers in the silicon layer, so that the silicon layer has a high resistance. Therefore, Vth adjustment and resistance value adjustment of the TFT by ion doping (implantation) or the like become easy, and a high-performance circuit configuration can be realized. In addition, tin, germanium, and lead remaining in the silicon layer electrically inactivate crystal vacancies, so that the resulting silicon layer has reduced junction leakage and increased mobility.
In addition, since the crystal irregularities existing at the crystal grain boundaries are reduced and the stress of the film is reduced, the electron / hole mobility is increased, and the characteristics of the thin film transistor are improved.

【0028】これにより、低温プロセスが可能となるの
で、基板には、安価な低歪点ガラス基板や耐熱性樹脂基
板等を用いることが可能になる。また、基板には、低歪
点ガラスで形成されている長尺のロールガラスや耐熱性
樹脂フィルム基板等を用いることも可能になる。
As a result, a low-temperature process can be performed, so that an inexpensive low-strain-point glass substrate or a heat-resistant resin substrate can be used as the substrate. In addition, a long roll glass or a heat-resistant resin film substrate formed of low strain point glass can be used as the substrate.

【0029】また、半導体膜をレーザーでアニール処理
するように構成しているので、半導体膜のみが瞬時に熱
せられ、基板への熱の影響が及びにくくなり、基板の変
形を起こすことなく、アモルファスシリコンまたは微結
晶シリコン半導体膜を結晶化でき、又含有しているキャ
リア不純物の活性化もでき、例えば移動度の大きい半導
体膜に変えることができる。しかも、この結晶化、活性
化は基板全体を高温にすることなく、低温で行うことが
できる。
Further, since the semiconductor film is configured to be annealed with a laser, only the semiconductor film is instantaneously heated, the influence of the heat on the substrate is hardly affected, and the substrate is not deformed. A silicon or microcrystalline silicon semiconductor film can be crystallized, and a contained carrier impurity can be activated. For example, a semiconductor film having high mobility can be changed. In addition, the crystallization and activation can be performed at a low temperature without increasing the temperature of the entire substrate.

【0030】このとき、前記真空容器とは異なるレーザ
ーアニール装置内で前記レーザーアニール工程を行うと
好適である。また、前記真空容器内の成膜室で半導体膜
および絶縁膜形成工程を行い、前記真空容器内のレーザ
ーアニール室で前記レーザーアニール工程を行い、前記
半導体膜および絶縁膜形成工程と前記レーザーアニール
工程とを前記真空容器内で連続して行うように構成して
もよい。
At this time, it is preferable that the laser annealing step is performed in a laser annealing apparatus different from the vacuum vessel. Further, a semiconductor film and an insulating film forming step is performed in a film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser annealing step is performed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel, and the semiconductor film and insulating film forming step and the laser annealing step are performed. May be continuously performed in the vacuum vessel.

【0031】また、前記真空容器内の半導体膜成膜室で
半導体膜を形成し、前記真空容器内の絶縁膜成膜室で絶
縁膜を形成し、前記真空容器内のレーザーアニール室で
前記レーザーアニール工程を行い、前記半導体膜の形成
と前記絶縁膜の形成と前記レーザーアニール工程とを前
記真空容器内で連続して行うように構成すると好適であ
る。
Further, a semiconductor film is formed in a semiconductor film forming chamber in the vacuum vessel, an insulating film is formed in an insulating film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser film is formed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel. Preferably, an annealing step is performed, and the formation of the semiconductor film, the formation of the insulating film, and the laser annealing step are sequentially performed in the vacuum vessel.

【0032】前記半導体膜形成工程または前記半導体膜
および絶縁膜形成工程では、前記半導体膜として、該半
導体膜内の少なくともキャリアチャンネル領域における
酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×1019at
oms/cm以下、水素濃度が0.01原子%/cm
以上である半導体膜を形成し、前記レーザーアニール
工程では、前記半導体膜をレーザーアニールして、該半
導体膜の少なくともキャリアチャンネル領域における酸
素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×10 ato
ms/cm以下、水素濃度が0.01原子%/cm
以上の半導体膜とすると好適である。
In the step of forming the semiconductor film or the step of forming the semiconductor film and the insulating film, the concentration of each of oxygen, carbon and nitrogen in at least the carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10 19 at.
oms / cm 3 or less, hydrogen concentration of 0.01 atomic% / cm
3 or more at which the semiconductor film is formed, the laser annealing step, the semiconductor film by laser annealing, oxygen in at least the carrier channel region of the semiconductor film, carbon, each concentration of 1 × 10 1 9 ato nitrogen
ms / cm 3 or less, hydrogen concentration is 0.01 atomic% / cm 3
It is preferable to use the above semiconductor film.

【0033】前記バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを、バイアス減圧CVDまたはバイアス
常圧CVDとした場合における前記半導体膜形成工程ま
たは前記半導体膜および絶縁膜形成工程での前記半導体
膜として、該半導体膜内の少なくともキャリアチャンネ
ル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1
×1019atoms/cm以下、水素濃度が0.0
1原子%/cm以上である半導体膜を形成し、前記レ
ーザーアニール工程で、前記半導体膜をレーザーアニー
ルして、該半導体膜内の少なくともキャリアチャンネル
領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×
1019atoms/cm以下、水素濃度が0.01
原子%/cm以上の半導体膜とすると好適である。
In the case where the bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD is a bias reduced pressure CVD or a bias normal pressure CVD, the semiconductor film is used as the semiconductor film in the semiconductor film forming step or the semiconductor film and the insulating film forming step. Each concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in at least the carrier channel region in the film is 1
× 10 19 atoms / cm 3 or less, hydrogen concentration of 0.0
Forming a semiconductor film having a concentration of 1 atomic% / cm 3 or more, and performing the laser annealing on the semiconductor film in the laser annealing step so that the respective concentrations of oxygen, carbon, and nitrogen in at least a carrier channel region in the semiconductor film are reduced; 1 ×
10 19 atoms / cm 3 or less, hydrogen concentration 0.01
It is preferable that the thickness of the semiconductor film be at least atomic% / cm 3 .

【0034】このように、半導体膜内の少なくともキャ
リアチャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞ
れの濃度が1×1019atoms/cm以下として
いるので、キャリア(電子,正孔)の流れが良好にな
り、ゲート電圧/ドレイン電流特性にヒステリシスがな
く、高い周波数において良好なスイッチング特性を得る
ことができる。また、半導体膜内の少なくともキャリア
チャンネル領域における水素濃度を0.01原子%/c
以上としているので、キャリアチャンネル領域の導
電度を高めることができる。
As described above, since the respective concentrations of oxygen, carbon, and nitrogen at least in the carrier channel region in the semiconductor film are 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, the flow of carriers (electrons and holes) is good. Thus, there is no hysteresis in the gate voltage / drain current characteristics, and good switching characteristics can be obtained at high frequencies. Further, the hydrogen concentration in at least the carrier channel region in the semiconductor film is set to 0.01 atomic% / c.
Since the m 3 or more, it is possible to increase the conductivity of the carrier channel region.

【0035】また、上記課題は、請求項12に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用して、基板に半導体膜を形成する半導体
膜形成方法であって、前記真空容器に少なくとも原料ガ
スを供給し、前記真空容器中に配置された前記基板と電
極との間にグロー放電開始電圧以下の電界を印加して、
前記基板上に、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいず
れか一つ以上を含有する半導体膜と、絶縁膜と、を形成
することを含む半導体膜および絶縁膜形成工程と、前記
形成された半導体膜および絶縁膜を水蒸気でアニールす
る水蒸気アニール工程と、を備えたことにより解決され
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor film forming method for forming a semiconductor film on a substrate by utilizing a bias catalytic CVD or a high density bias catalytic CVD. Supplying at least a source gas to the container, applying an electric field equal to or less than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum container,
On the substrate, at least tin, germanium, a semiconductor film containing at least one of lead, an insulating film, and a semiconductor film and insulating film forming step including forming an insulating film, the formed semiconductor film and And a steam annealing step of annealing the insulating film with steam.

【0036】上記のように、基板と電極との間にグロー
放電開始電圧以下の電界を印加しているので、反応種に
対し、触媒体の触媒作用とその熱エネルギーに加えて上
記電圧による加速電界を与えることとなり、指向性の運
動エネルギーが大きくなって反応種を基板上に効率良く
導くことができると共に、基板上での泳動及び生成過程
の膜中での拡散が十分となる。従って、従来の触媒CV
D法に比べて、触媒体で生成された反応種の運動エネル
ギーおよび指向性を電界で独立してコントロールできる
ため、生成膜の基板との密着性向上、生成膜密度の向
上、生成膜均一性又は平滑性の向上、ビアホールなどへ
の埋め込み性とステップカバレージの向上、生成膜のス
トレスコントロール等が可能となり、成膜速度向上、原
料ガスの利用効率向上等による生産性向上、高品質膜が
実現する。また、基板温度を低温化できることから、低
歪点ガラスおよび耐熱性樹脂基板の採用が可能となり、
コストダウンを図ることができる。
As described above, since an electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode, the reaction species is accelerated by the above-described voltage in addition to the catalytic action of the catalyst and its thermal energy. Since an electric field is applied, the kinetic energy of the directivity increases, and the reactive species can be efficiently guided onto the substrate, and the electrophoresis on the substrate and the diffusion in the film during the generation process become sufficient. Therefore, the conventional catalyst CV
Compared with Method D, the kinetic energy and directivity of the reaction species generated by the catalyst can be controlled independently by the electric field, so that the adhesion of the generated film to the substrate, the density of the generated film, and the uniformity of the generated film are improved. Or, it is possible to improve the smoothness, improve the embedding property in via holes and the like, improve the step coverage, control the stress of the generated film, etc., improve the film formation speed, improve the productivity by using the raw material gas, etc., and realize a high quality film. I do. In addition, since the substrate temperature can be lowered, it becomes possible to adopt a low strain point glass and a heat resistant resin substrate,
Cost can be reduced.

【0037】また、水蒸気アニール工程を行うため、4
00℃以下の低温の加熱処理で効果的に半導体および絶
縁膜の改質をはかることができる。また、絶縁膜の改
質,すなわち絶縁膜中の水およびOH基を低減すること
によって、ゲート絶縁膜または半導体膜の、ホットエレ
クトロン劣化を抑制する効果を得ることができる。
In order to perform the steam annealing step,
The semiconductor and the insulating film can be effectively modified by the heat treatment at a low temperature of 00 ° C. or less. In addition, by modifying the insulating film, that is, reducing water and OH groups in the insulating film, an effect of suppressing hot electron deterioration of the gate insulating film or the semiconductor film can be obtained.

【0038】そして、絶縁膜中の水及びOH基の低減に
より、例えばゲート絶縁膜において、ホットエレクトロ
ン劣化を抑制する。さらに、ゲート絶縁膜中の欠陥や不
純物に起因する正電荷を中性化し、負に寄ったフラット
バンド電圧を0V側に近づけることができるので、n−
ch MISトランジスタにおけるディプリーション型
への移行を回避してエンハンスメント型とし、p−ch
MISトランジスタではしきい値電圧Vthの増大化
を回避して確実な動作を行わしめるので、CMOS等の
集積回路化を容易に行える。そして、同一半導体基板に
おける素子特性のばらつきを小さくできるので、回路の
集積化が容易である。さらに、半導体と絶縁膜の界面特
性の向上、すなわちしきい値電圧Vthを下げてオン電
流を増大させ、オフ電流を低下させる効果をもたらし、
集積回路の高速動作化が実現できる。また、キャリア移
動度の増大が期待できる。
By reducing water and OH groups in the insulating film, hot electron degradation is suppressed in, for example, a gate insulating film. Further, since a positive charge caused by a defect or an impurity in the gate insulating film is neutralized and a negative flat band voltage can be brought closer to the 0 V side, n-
The shift to the depletion type in the channel MIS transistor is avoided to be the enhancement type, and the p-ch
In the MIS transistor, a reliable operation can be performed while avoiding an increase in the threshold voltage Vth , so that an integrated circuit such as a CMOS can be easily formed. Since variations in element characteristics in the same semiconductor substrate can be reduced, circuit integration is easy. Further, the effect of improving the interface characteristics between the semiconductor and the insulating film, that is, lowering the threshold voltage Vth to increase the on-current and reducing the off-current, is obtained.
High-speed operation of the integrated circuit can be realized. In addition, an increase in carrier mobility can be expected.

【0039】このとき、前記真空容器とは異なる水蒸気
アニール装置内で前記水蒸気アニール工程を行うと好適
である。このように構成することにより、真空容器内が
水蒸気により劣化することを防止することができる。ま
た、酸素の存在により酸化劣化し易い熱触媒体を用いた
場合には、水蒸気により熱触媒体が酸化劣化することを
防止することができる。
At this time, it is preferable to perform the steam annealing step in a steam annealing apparatus different from the vacuum vessel. With this configuration, it is possible to prevent the inside of the vacuum vessel from being deteriorated by water vapor. Further, when a thermal catalyst that is easily oxidized and deteriorated by the presence of oxygen is used, it is possible to prevent the thermal catalyst from being oxidized and deteriorated by steam.

【0040】また、前記真空容器内の成膜室で半導体膜
および絶縁膜形成工程を行い、前記真空容器内の水蒸気
アニール室で前記水蒸気アニール工程を行い、前記半導
体膜および絶縁膜形成工程と前記水蒸気アニール工程と
を前記真空容器内で連続して行うように構成してもよ
い。このように構成することにより、真空装置内から取
り出すことなく半導体膜および絶縁膜形成工程および水
蒸気アニール工程を連続して行うことができ、より簡易
な工程で、生産性よく薄膜半導体装置等を製造すること
が可能となる。
Further, a semiconductor film and an insulating film forming step is performed in a film forming chamber in the vacuum vessel, and the steam annealing step is performed in a steam annealing chamber in the vacuum vessel. The steam annealing step may be performed continuously in the vacuum vessel. With this configuration, the semiconductor film and insulating film forming step and the steam annealing step can be performed continuously without taking out from the vacuum apparatus, and the thin film semiconductor device and the like can be manufactured with a simpler process and with high productivity. It is possible to do.

【0041】さらに、前記真空容器内の半導体膜成膜室
で半導体膜を形成し、前記真空容器内の絶縁膜成膜室で
絶縁膜を形成し、前記真空容器内の水蒸気アニール室で
前記水蒸気アニール工程を行い、前記半導体膜の形成と
前記絶縁膜の形成と前記水蒸気アニール工程とを前記真
空容器内で連続して行うように構成すると好適である。
Further, a semiconductor film is formed in a semiconductor film forming chamber in the vacuum vessel, an insulating film is formed in an insulating film forming chamber in the vacuum vessel, and the steam is formed in a steam annealing chamber in the vacuum vessel. Preferably, an annealing step is performed, and the formation of the semiconductor film, the formation of the insulating film, and the water vapor annealing step are sequentially performed in the vacuum vessel.

【0042】前記半導体膜および絶縁膜形成工程では、
前記半導体膜として、該半導体膜内の少なくともキャリ
アチャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれ
の濃度が1×1019atoms/cm以下、水素濃
度が0.01原子%/cm以上である半導体膜を形成
し、前記水蒸気アニール工程では、前記半導体膜を水蒸
気アニールして、該半導体膜内の少なくともキャリアチ
ャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃
度が1×1019atoms/cm以下、水素濃度が
0.01原子%/cm以上の半導体膜とすると好適で
ある。
In the step of forming the semiconductor film and the insulating film,
As the semiconductor film, a semiconductor in which the concentration of each of oxygen, carbon, and nitrogen in at least a carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less and the hydrogen concentration is 0.01 atom% / cm 3 or more. A film is formed, and in the steam annealing step, the semiconductor film is steam-annealed so that at least the concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in at least the carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. It is preferable that the semiconductor film has a hydrogen concentration of 0.01 atomic% / cm 3 or more.

【0043】前記バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを、バイアス減圧CVDまたはバイアス
常圧CVDとした場合における前記半導体膜形成工程ま
たは前記半導体膜および絶縁膜形成工程での前記半導体
膜として、該半導体膜内の少なくともキャリアチャンネ
ル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1
×1019atoms/cm以下、水素濃度が0.0
1原子%/cm以上である半導体膜を形成し、前記水
蒸気アニール工程で、前記半導体膜を水蒸気アニールし
て、該半導体膜内の少なくともキャリアチャンネル領域
における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×10
19atoms/cm以下、水素濃度が0.01原子
%/cm以上の半導体膜とすると好適である。
In the case where the bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD is a bias reduced pressure CVD or a bias normal pressure CVD, the semiconductor film is used as the semiconductor film in the semiconductor film forming step or the semiconductor film and the insulating film forming step. Each concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in at least the carrier channel region in the film is 1
× 10 19 atoms / cm 3 or less, hydrogen concentration of 0.0
Forming a semiconductor film having a concentration of 1 atomic% / cm 3 or more, and performing the water vapor annealing on the semiconductor film in the water vapor annealing step, so that each concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in at least a carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10
It is preferable that the semiconductor film has a thickness of 19 atoms / cm 3 or less and a hydrogen concentration of 0.01 atom% / cm 3 or more.

【0044】このように、半導体膜内の少なくともキャ
リアチャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞ
れの濃度を1×1019atoms/cm以下として
いるので、キャリア(電子,正孔)の流れが良好にな
り、ゲート電圧/ドレイン電流特性にヒステリシスがな
く、高い周波数において良好なスイッチング特性を得る
ことができる。また、半導体膜内の少なくともキャリア
チャンネル領域における水素濃度を0.01原子%/c
以上としているので、キャリアチャンネル領域の導
電度を高めることができる。
As described above, since the respective concentrations of oxygen, carbon, and nitrogen at least in the carrier channel region in the semiconductor film are set to 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, the flow of carriers (electrons and holes) is good. Thus, there is no hysteresis in the gate voltage / drain current characteristics, and good switching characteristics can be obtained at high frequencies. Further, the hydrogen concentration in at least the carrier channel region in the semiconductor film is set to 0.01 atomic% / c.
Since the m 3 or more, it is possible to increase the conductivity of the carrier channel region.

【0045】また、前記半導体膜が単結晶シリコンであ
る場合、少なくともシリコン膜形成領域に段差を形成
し、前記段差を含むシリコン膜形成領域に単結晶シリコ
ン膜をグラフォエピタキシャル成長させると好適であ
る。即ち、基板に段差を設け、段差を含む基板上に単結
晶シリコン膜をグラフォエピタキシャル成長させている
ので、高い電子/正孔移動度を有し、動作性に優れる単
結晶半導体膜を得ることができる。
When the semiconductor film is single crystal silicon, it is preferable that a step is formed at least in the silicon film formation region, and a single crystal silicon film is grown by grapho-epitaxial growth in the silicon film formation region including the step. That is, since a step is provided on the substrate and a single crystal silicon film is grapho-epitaxially grown on the substrate including the step, a single crystal semiconductor film having high electron / hole mobility and excellent operability can be obtained. it can.

【0046】前記半導体膜が単結晶シリコンである場
合、少なくともシリコン膜形成領域に単結晶半導体と格
子整合の良い物質層を形成し、該物質層を含むシリコン
膜形成領域に単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル
成長させるように構成すると好適である。これにより、
高い電子/正孔移動度を有し、動作性に優れる単結晶シ
リコン膜を得ることができる。
When the semiconductor film is single crystal silicon, a material layer having good lattice matching with the single crystal semiconductor is formed at least in the silicon film formation region, and the single crystal silicon film is heterogeneously formed in the silicon film formation region including the material layer. It is preferable that the epitaxial growth is performed. This allows
A single crystal silicon film having high electron / hole mobility and excellent operability can be obtained.

【0047】このとき、前記単結晶シリコンと格子整合
の良い物質層は、サファイアまたはスピネル構造体また
はフッ化カルシウムを含む群より選ばれた、少なくとも
一種以上の物質よりなるように構成するとよい。
At this time, the material layer having good lattice matching with the single crystal silicon may be formed of at least one material selected from the group including sapphire or spinel structure or calcium fluoride.

【0048】また、上記課題は、請求項21に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用して、基板に半導体膜を形成する半導体
膜形成方法であって、前記真空容器に少なくとも原料ガ
スを供給し、前記真空容器中に配置された前記基板と電
極との間にグロー放電開始電圧以下の電界を印加して、
前記基板上に、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいず
れか一つ以上を含有する半導体膜と、絶縁膜と、を形成
することを含む半導体膜および絶縁膜形成工程と、前記
形成された半導体膜および絶縁膜にレーザーを照射し、
前記形成された半導体膜および絶縁膜をレーザーでアニ
ールするレーザーアニール工程と、該レーザーアニール
工程の後工程であって、水蒸気でアニールを行う水蒸気
アニール工程と、を備えることにより解決される。
According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor film forming method for forming a semiconductor film on a substrate by using bias catalytic CVD or high-density bias catalytic CVD. Supplying at least a source gas to the container, applying an electric field equal to or less than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum container,
On the substrate, at least tin, germanium, a semiconductor film containing at least one of lead, an insulating film, and a semiconductor film and insulating film forming step including forming an insulating film, the formed semiconductor film and Irradiate the insulating film with a laser,
This problem is solved by providing a laser annealing step of annealing the formed semiconductor film and insulating film with a laser, and a steam annealing step of annealing after the laser annealing step with steam.

【0049】上記のように、基板と電極との間にグロー
放電開始電圧以下の電界を印加しているので、反応種に
対し、触媒体の触媒作用とその熱エネルギーに加えて上
記電圧による加速電界を与えることとなり、指向性の運
動エネルギーが大きくなって反応種を基板上に効率良く
導くことができると共に、基板上での泳動及び生成過程
の膜中での拡散が十分となる。従って、従来の触媒CV
D法に比べて、触媒体で生成された反応種の運動エネル
ギーおよび指向性を電界で独立してコントロールできる
ため、生成膜の基板との密着性向上、生成膜密度の向
上、生成膜均一性又は平滑性の向上、ビアホールなどへ
の埋め込み性とステップカバレージの向上、生成膜のス
トレスコントロール等が可能となり、成膜速度向上、原
料ガスの利用効率向上等による生産性向上、高品質膜が
実現する。また、基板温度を低温化できることから、低
歪点ガラスおよび耐熱性樹脂基板の採用が可能となり、
コストダウンを図ることができる。また、バイアス触媒
CVDを用いることにより、真空容器中に導入された原
料ガスを効率よく薄膜として形成することができる。
As described above, since an electric field equal to or less than the glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode, the reaction species is accelerated by the above-mentioned voltage in addition to the catalytic action of the catalyst and its thermal energy. Since an electric field is applied, the kinetic energy of the directivity increases, and the reactive species can be efficiently guided onto the substrate, and the electrophoresis on the substrate and the diffusion in the film during the generation process become sufficient. Therefore, the conventional catalyst CV
Compared with Method D, the kinetic energy and directivity of the reaction species generated by the catalyst can be controlled independently by the electric field, so that the adhesion of the generated film to the substrate, the density of the generated film, and the uniformity of the generated film are improved. Or, it is possible to improve the smoothness, improve the embedding property in via holes and the like, improve the step coverage, control the stress of the generated film, etc., improve the film formation speed, improve the productivity by using the raw material gas, etc., and realize a high quality film. I do. In addition, since the substrate temperature can be lowered, it becomes possible to adopt a low strain point glass and a heat resistant resin substrate,
Cost can be reduced. Further, by using the bias catalyst CVD, the source gas introduced into the vacuum vessel can be efficiently formed as a thin film.

【0050】また、半導体膜形成後に前記レーザーアニ
ール工程及び前記水蒸気アニール工程を行なうと、例え
ば半導体膜として、アモルファスシリコン膜または微結
晶シリコン膜の場合などは、レーザーアニール工程で大
きな粒径のポリシリコン膜を形成し、大きい移動度のポ
リシリコン膜の形成が可能となる。このように、半導体
膜形成工程の後で前記レーザーアニール工程及び前記水
蒸気アニール工程を行なうため、低温の加熱処理で効果
的に半導体膜の改質をはかることができる。
If the laser annealing step and the water vapor annealing step are performed after the semiconductor film is formed, for example, when the amorphous silicon film or the microcrystalline silicon film is used as the semiconductor film, polysilicon having a large grain size is used in the laser annealing step. By forming a film, a polysilicon film having high mobility can be formed. As described above, since the laser annealing step and the steam annealing step are performed after the semiconductor film forming step, the semiconductor film can be effectively modified by a low-temperature heat treatment.

【0051】このとき、前記半導体膜および絶縁膜形成
工程の前から、前記真空容器に水素を含むキャリアガス
を常時供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活
性化水素イオンHで前記基板上をクリーニングするク
リーニング工程を備え、前記クリーニング工程と、前記
半導体膜および絶縁膜形成工程とを行うと好適である。
At this time, before the step of forming the semiconductor film and the insulating film, a carrier gas containing hydrogen is always supplied to the vacuum container, and the activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas are used to supply the substrate with the activated hydrogen ions H *. It is preferable to provide a cleaning step of cleaning the upper part, and to perform the cleaning step and the semiconductor film and insulating film forming step.

【0052】このように、半導体膜層を基板上へ形成す
るときに、水素を含むキャリアガスを常時供給している
ので、水素系キャリアガスから熱触媒体の熱分解および
触媒反応により発生した活性化水素イオンHが、グロ
ー放電開始電圧以下の電界印加により効率よく基板に集
められ、基板表面を効率よくクリーニングし、基板上に
高品質の半導体膜を形成することができる。また、キャ
リアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加
熱して触媒作用が可能な状態にしておき、複数の膜を連
続成膜して、特定の膜、例えばシリコン膜とゲート絶縁
膜を連続成膜した場合などは、ゲートチャンネル部を低
ストレス,低コンタミとすることができる。さらに、水
素を含むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されて
いるので、熱触媒体を他のガスの影響から保護すること
になり熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。また、
酸素の存在により酸化劣化し易い熱触媒体、例えば、表
面に高融点金属(タングステン、トリア含有タングステ
ン、タンタル、モリブデン、シリコン等)が裸出した熱
触媒体を用いた場合には、残留酸素により熱触媒体が酸
化劣化することを低減することができる。
As described above, since the carrier gas containing hydrogen is constantly supplied when the semiconductor film layer is formed on the substrate, the activity generated by the thermal decomposition and catalytic reaction of the thermal catalyst from the hydrogen-based carrier gas. Hydrogen hydride ions H * are efficiently collected on the substrate by applying an electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage, the substrate surface can be efficiently cleaned, and a high quality semiconductor film can be formed on the substrate. In addition, a hydrogen gas as a carrier gas is supplied, and the thermal catalyst is heated so as to be capable of catalysis, and a plurality of films are continuously formed to form a specific film such as a silicon film and a gate insulating film. For example, when a film is continuously formed, the gate channel portion can have low stress and low contamination. Furthermore, since the carrier gas containing hydrogen is constantly introduced during the film formation on the substrate, the thermal catalyst is protected from the influence of other gases, and the degradation of the thermal catalyst can be prevented. Also,
In the case of using a thermal catalyst which is easily oxidized and degraded due to the presence of oxygen, for example, a thermal catalyst having a high melting point metal (tungsten, tungsten containing thoria, tantalum, molybdenum, silicon, etc.) exposed on the surface, the residual oxygen Oxidation degradation of the thermal catalyst can be reduced.

【0053】また、前記半導体膜および絶縁膜形成工程
の前から、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供
給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素
イオンHで前記基板上をクリーニングするクリーニン
グ工程と、前記キャリアガスの供給を、前記半導体膜お
よび絶縁膜形成工程の前,途中,後の少なくとも一つで
増減する工程と、前記半導体膜および絶縁膜形成工程
と、を行うように構成してもよい。
Further, before the step of forming the semiconductor film and the insulating film, a carrier gas containing hydrogen is supplied to the vacuum vessel, and activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas are applied on the substrate. A cleaning step of cleaning, a step of increasing or decreasing the supply of the carrier gas at least one before, during, or after the step of forming the semiconductor film and the insulating film; and a step of forming the semiconductor film and the insulating film. May be configured.

【0054】これにより、各種の成膜を行うとき、成膜
開始後所定時間経過した後に、キャリアガスの導入を低
減、または触媒体5の種類によっては停止させることが
できるので、真空容器において原料ガスの割合が高くな
り、基板への半導体膜形成が高速で行われ作業性を向上
させることが可能となる。また、基板へ半導体膜を形成
するときに、水素を含むキャリアガスを供給しているの
で、熱触媒体で発生した活性化水素イオンHが基板表
面をクリーニングし、基板上に高品質の半導体膜を形成
することができる。さらに、キャリアガスとしての水素
ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能
な状態にしておき、複数の膜を連続成膜して、特定の
膜、例えばシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜した場
合などは、ゲートチャンネル部を低ストレス,低コンタ
ミとすることができる。
Thus, when performing various film formations, the introduction of the carrier gas can be reduced or stopped depending on the type of the catalyst 5 after a predetermined time has elapsed after the start of the film formation. Since the ratio of the gas is increased, the semiconductor film is formed on the substrate at a high speed, and the workability can be improved. In addition, since a carrier gas containing hydrogen is supplied when a semiconductor film is formed on a substrate, activated hydrogen ions H * generated by the thermal catalyst clean the surface of the substrate and form a high-quality semiconductor on the substrate. A film can be formed. Further, a hydrogen gas as a carrier gas is supplied, and the thermal catalyst is heated so as to be capable of catalysis, and a plurality of films are continuously formed to form a specific film, for example, a silicon film and a gate insulating film. For example, when a film is continuously formed, the gate channel portion can have low stress and low contamination.

【0055】また、各種の成膜を行うとき、半導体膜形
成工程の前,後でキャリアガスの導入を増加させること
ができるので、キャリアガスで発生した活性化水素イオ
ンH が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の
半導体膜を形成することができる。また、キャリアガス
としての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触
媒作用が可能な状態にしておき、複数の膜を連続成膜し
て、特定の膜、例えばシリコン膜とゲート絶縁膜を連続
成膜した場合などは、ゲートチャンネル部を低ストレ
ス,低コンタミとすることができる。さらに、水素を含
むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されているの
で、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり
熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
When various types of film are formed, a semiconductor film type
Increase carrier gas introduction before and after the forming process
Activated hydrogen ions generated by the carrier gas
H *Cleans the substrate surface and provides high quality
A semiconductor film can be formed. Also carrier gas
Hydrogen gas, and heat the thermal catalyst to
In a state where medium action is possible, multiple films are continuously formed.
A specific film, for example, a silicon film and a gate insulating film
If a film is formed, lower the gate channel area
And low contamination. In addition, hydrogen
Carrier gas is constantly introduced during the deposition of the substrate
This protects the thermal catalyst from the effects of other gases.
Deterioration of the thermal catalyst can be prevented.

【0056】また、バイアス触媒CVDで、少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有するポ
リシリコン膜を成膜する場合には、このポリシリコン膜
中の酸素,炭素,窒素それぞれの含有量は、少ないほど
キャリア(電子/正孔)の流れが良好になり、好まし
い。例えば、少なくともキャリアチャンネル領域のポリ
シリコン膜等の半導体膜中の酸素,炭素,窒素それぞれ
の含有量は、1×10 atoms/cm以下、好
ましくは5×1018atoms/cm以下であると
好適であり、さらに水素含有量は0.01原子%/cm
以上であると好適であるが、本発明では、水素ガス導
入により、常に成膜中に、電界印加により効率よく活性
化水素イオンHにさらされて、半導体膜の酸化やコン
タミが低減されるため、上記数値を達成することが可能
となる。さらに、レーザーアニール処理を行った後に
も、この数値が維持されると好適であるが、本発明で
は、水素ガスを導入すると共に電界印加しているため、
レーザーアニール処理後にもこの数値を達成することが
可能となる。
When a polysilicon film containing at least one of tin, germanium and lead is formed by bias catalytic CVD, the content of oxygen, carbon and nitrogen in the polysilicon film is reduced. The smaller the amount, the better the flow of carriers (electrons / holes), which is preferable. For example, the oxygen in the semiconductor film of the polysilicon film or the like at least a carrier channel region, the carbon content of each nitrogen, 1 × 10 1 9 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less Is preferable, and the hydrogen content is 0.01 atomic% / cm.
Although it is preferable that the number is 3 or more, in the present invention, by introducing a hydrogen gas, the semiconductor film is constantly exposed to activated hydrogen ions H * efficiently by applying an electric field during film formation, so that oxidation and contamination of the semiconductor film are reduced. Therefore, the above numerical values can be achieved. Further, it is preferable that the numerical value is maintained even after performing the laser annealing treatment. However, in the present invention, since the hydrogen gas is introduced and the electric field is applied,
This value can be achieved even after laser annealing.

【0057】また、本発明では、水素ガス導入および電
界印加により、成膜中常に効率よく活性化水素イオンH
にさらされているため、エピタキシャル成長等により
少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を
含有する単結晶シリコン膜を成膜する場合にも、上記数
値を達成することが可能となる。さらに、本発明では、
水素ガス導入および電界印加により、成膜中常に効率よ
く活性化水素イオンHにさらされているため、少なく
とも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有す
るアモルファスシリコン膜または微結晶シリコン膜を成
膜し、これらの膜をレーザーアニール処理して大粒径ポ
リシリコン膜を得る場合にも、レーザーアニール処理後
にもこの数値を達成することが可能となる。上記数値
は、特に、MISTFTの場合、チャンネル領域となる
ポリシリコン膜のゲート絶縁膜との界面において達成さ
れることが望まれるが、本発明によれば、特にポリシリ
コン膜のゲート絶縁膜との界面の酸素含有量を上記数値
とすることが可能となる。
According to the present invention, the activation hydrogen ions H are always efficiently supplied during the film formation by introducing hydrogen gas and applying an electric field.
Because it is exposed to *, at least tin, germanium, even when forming a single crystal silicon film containing one or more of lead, it is possible to achieve the above values by epitaxial growth or the like. Further, in the present invention,
Due to the introduction of hydrogen gas and the application of an electric field, the amorphous silicon film or the microcrystalline silicon film containing at least one of tin, germanium, and lead is always efficiently exposed to activated hydrogen ions H * during film formation. This numerical value can be achieved even when a large-grain polysilicon film is obtained by forming these films and performing laser annealing on these films, or after laser annealing. In particular, in the case of the MISFT, it is desired that the above numerical value is achieved at the interface between the polysilicon film serving as the channel region and the gate insulating film. The oxygen content at the interface can be set to the above value.

【0058】さらに、前記真空容器とは異なるレーザー
アニール装置内で前記レーザーアニール工程を行い、前
記真空容器とは異なる水蒸気アニール装置内で前記水蒸
気アニール工程を行うように構成しても好適である。
Further, it is preferable that the laser annealing step is performed in a laser annealing apparatus different from the vacuum vessel, and the steam annealing step is performed in a steam annealing apparatus different from the vacuum vessel.

【0059】前記真空容器内の成膜室で半導体膜および
絶縁膜形成工程を行い、前記真空容器内のレーザーアニ
ール室で前記レーザーアニール工程を行い、前記真空容
器内の水蒸気アニール室で前記水蒸気アニール工程を行
い、前記半導体膜および絶縁膜形成工程と前記レーザー
アニール工程と前記水蒸気アニール工程とを前記真空容
器内で連続して行うように構成してもよい。
A semiconductor film and insulating film forming step is performed in a film forming chamber in the vacuum vessel, the laser annealing step is performed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel, and the steam annealing is performed in a steam annealing chamber in the vacuum vessel. And a step of forming the semiconductor film and the insulating film, the laser annealing step, and the water vapor annealing step may be sequentially performed in the vacuum vessel.

【0060】また、前記真空容器内の半導体膜成膜室で
半導体膜を形成し、前記真空容器内の絶縁膜成膜室で絶
縁膜を形成し、前記真空容器内のレーザーアニール室で
前記レーザーアニール工程を行い、前記真空容器内の水
蒸気アニール室で前記水蒸気アニール工程を行い、前記
半導体膜の形成と前記絶縁膜の形成と前記レーザーアニ
ール工程と前記水蒸気アニール工程とを前記真空容器内
で連続して行うように構成すると好適である。
Further, a semiconductor film is formed in a semiconductor film forming chamber in the vacuum vessel, an insulating film is formed in an insulating film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser film is formed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel. Performing an annealing step, performing the steam annealing step in a steam annealing chamber in the vacuum vessel, and continuously forming the semiconductor film, the insulating film, the laser annealing step, and the steam annealing step in the vacuum vessel. It is preferable that the configuration is such that the operation is performed.

【0061】これらのように構成することにより、真空
装置内から取り出すことなく半導体膜の形成および絶縁
膜の形成およびレーザーアニール工程および水蒸気アニ
ール工程を連続して行うことができ、より簡易な工程で
薄膜半導体装置等を製造することが可能となる。
With such a configuration, the formation of the semiconductor film, the formation of the insulating film, the laser annealing step and the steam annealing step can be continuously performed without taking out from the vacuum apparatus, and the simpler steps can be performed. It becomes possible to manufacture a thin film semiconductor device and the like.

【0062】前記前記半導体膜および絶縁膜形成工程で
は、前記半導体膜として、該半導体膜内の少なくともキ
ャリアチャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれ
ぞれの濃度が1×1019atoms/cm以下、水
素濃度が0.01原子%/cm以上である半導体膜を
形成し、前記水蒸気アニール工程では、前記半導体膜を
水蒸気アニールして、該半導体膜内の少なくともキャリ
アチャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれ
の濃度が1×1019atoms/cm以下、水素濃
度が0.01原子%/cm以上の半導体膜とし、前記
レーザーアニール工程では、前記半導体膜をレーザーア
ニールして、該半導体膜内の少なくともキャリアチャン
ネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が
1×10 19atoms/cm以下、水素濃度が0.
01原子%/cm以上の半導体膜とすると好適であ
る。
In the step of forming the semiconductor film and the insulating film,
Represents at least a key in the semiconductor film as the semiconductor film.
Of oxygen, carbon and nitrogen in the carrier channel region
Each concentration is 1 × 1019atoms / cm3Below, water
Elemental concentration is 0.01 atomic% / cm3The above semiconductor film
And forming the semiconductor film in the steam annealing step.
By steam annealing, at least the carrier in the semiconductor film is
Oxygen, carbon and nitrogen in the channel region
Concentration of 1 × 1019atoms / cm3Below, hydrogen concentration
The degree is 0.01 atomic% / cm3With the above semiconductor film,
In the laser annealing step, the semiconductor film is
Neal, at least a carrier channel in the semiconductor film.
The concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in the tunnel region
1 × 10 19atoms / cm3Hereinafter, when the hydrogen concentration is 0.
01 atomic% / cm3It is preferable to use the above semiconductor film.
You.

【0063】前記バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを、バイアス減圧CVDまたはバイアス
常圧CVDとした場合における前記半導体膜形成工程ま
たは前記半導体膜および絶縁膜形成工程での前記半導体
膜として、該半導体膜内の少なくともキャリアチャンネ
ル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1
×1019atoms/cm以下、水素濃度が0.0
1原子%/cm以上である半導体膜を形成し、前記水
蒸気アニール工程で、前記半導体膜を水蒸気アニールし
て、該半導体膜の少なくともキャリアチャンネル領域に
おける酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×10
19atoms/cm以下、水素濃度が0.01原子
%/cm以上の半導体膜とし、前記レーザーアニール
工程で、前記半導体膜をレーザーアニールして、該半導
体膜内の少なくともキャリアチャンネル領域における酸
素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×1019ato
ms/cm以下、水素濃度が0.01原子%/cm
以上の半導体膜とすると好適である。
In the case where the bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD is a bias reduced pressure CVD or a bias normal pressure CVD, the semiconductor film is used as the semiconductor film in the semiconductor film forming step or the semiconductor film and the insulating film forming step. Each concentration of oxygen, carbon and nitrogen in at least the carrier channel region in the film is 1
× 10 19 atoms / cm 3 or less, hydrogen concentration of 0.0
A semiconductor film having a concentration of 1 atomic% / cm 3 or more is formed, and in the steam annealing step, the semiconductor film is steam-annealed so that the concentration of each of oxygen, carbon, and nitrogen in at least the carrier channel region of the semiconductor film is 1; × 10
A semiconductor film having a density of 19 atoms / cm 3 or less and a hydrogen concentration of 0.01 atomic% / cm 3 or more, and performing the laser annealing on the semiconductor film in the laser annealing step so that oxygen in at least a carrier channel region in the semiconductor film is formed; , Carbon, and nitrogen each have a concentration of 1 × 10 19 at
ms / cm 3 or less, hydrogen concentration is 0.01 atomic% / cm 3
It is preferable to use the above semiconductor film.

【0064】このように、半導体膜内の少なくともキャ
リアチャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞ
れの濃度を1×1019atoms/cm以下として
いるので、キャリア(電子,正孔)の流れが良好にな
り、ゲート電圧/ドレイン電流特性にヒステリシスがな
く、高い周波数において良好なスイッチング特性を得る
ことができる。また、半導体膜内の少なくともキャリア
チャンネル領域における水素濃度を0.01原子%/c
以上としているので、キャリアチャンネル領域の導
電度を高めることができる。
As described above, since the respective concentrations of oxygen, carbon, and nitrogen in at least the carrier channel region in the semiconductor film are set to 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, the flow of carriers (electrons and holes) is good. Thus, there is no hysteresis in the gate voltage / drain current characteristics, and good switching characteristics can be obtained at high frequencies. Further, the hydrogen concentration in at least the carrier channel region in the semiconductor film is set to 0.01 atomic% / c.
Since the m 3 or more, it is possible to increase the conductivity of the carrier channel region.

【0065】上記のとき、前記バイアス触媒CVDまた
は高密度バイアス触媒CVDをバイアス減圧CVDまた
はバイアス常圧CVDとすると好適である。
In the above case, it is preferable that the bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD is bias reduced pressure CVD or bias normal pressure CVD.

【0066】また、上記課題は、請求項30に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用してトップゲート型TFTを製造する製
造方法であって、真空容器に少なくとも原料ガスを供給
し、前記真空容器中に配置された前記基板と電極との間
にグロー放電開始電圧以下の電界を印加して、前記真空
容器中で、基板上に、保護膜と、少なくとも錫,ゲルマ
ニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有する半導体膜と、
ゲート絶縁膜と、を連続成膜して多結晶半導体膜とし、
その後、前記半導体膜をレーザーアニール処理し、次い
で、ソース/トップゲート/ドレイン電極を形成してな
ることにより解決される。このように構成することによ
り、薄膜半導体装置の性能を向上し、かつ製造を容易に
することができる。
According to a thirty-first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a top gate type TFT by using a bias catalyst CVD or a high-density bias catalyst CVD, wherein at least a raw material is contained in a vacuum vessel. A gas is supplied, and an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode arranged in the vacuum vessel, so that a protective film, at least tin, A semiconductor film containing at least one of germanium and lead;
A gate insulating film and a polycrystalline semiconductor film formed continuously,
After that, the problem is solved by subjecting the semiconductor film to a laser annealing treatment and then forming a source / top gate / drain electrode. With such a configuration, the performance of the thin-film semiconductor device can be improved and the manufacturing thereof can be facilitated.

【0067】さらに、上記課題は、請求項31に係る発
明によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス
触媒CVDを利用してボトムゲート型TFTを製造する
製造方法であって、基板上にボトムゲート電極を形成
し、真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空
容器中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電
開始電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボ
トムゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、
少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を
含有する半導体膜と、保護膜とを連続成膜し、その後
で、前記半導体膜をレーザーアニール処理して多結晶半
導体膜とし、次いで、ソース/ドレイン電極を形成して
なることにより解決される。
Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a bottom gate type TFT by using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein a bottom gate type TFT is formed on a substrate. Forming an electrode, supplying at least a raw material gas to a vacuum vessel, applying an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and forming a bottom in the vacuum vessel. A protective film on the gate electrode, a bottom gate insulating film,
A semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead and a protective film are continuously formed, and thereafter, the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film. The problem is solved by forming a drain electrode.

【0068】また、上記課題は、請求項32に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用してデュアルゲート型TFTを製造する
製造方法であって、基板上にボトムゲート電極を形成
し、真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空
容器中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電
開始電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボ
トムゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、
少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を
含有する半導体膜と、トップゲート絶縁膜とを連続成膜
し、その後、前記半導体膜をレーザーアニール処理して
多結晶半導体膜とし、次いで、ソース/トップゲート/
ドレイン電極を形成してなることにより解決される。
According to a thirty-second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a dual gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein a bottom gate TFT is formed on a substrate. Forming an electrode, supplying at least a raw material gas to a vacuum vessel, applying an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and forming a bottom in the vacuum vessel. A protective film on the gate electrode, a bottom gate insulating film,
A semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead and a top gate insulating film are continuously formed, and then the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film. / Top gate /
The problem is solved by forming a drain electrode.

【0069】上記のとき、前記真空容器とは異なるレー
ザーアニール装置内で前記レーザーアニール処理を行う
と好適である。また、前記真空容器内の成膜室で前記半
導体膜および前記絶縁膜を成膜し、前記真空容器内のレ
ーザーアニール室で前記レーザーアニール処理を行い、
前記半導体膜および絶縁膜の成膜と前記レーザーアニー
ル処理とを前記真空容器内で連続して行うように構成し
てもよい。
At the time of the above, it is preferable that the laser annealing is performed in a laser annealing apparatus different from the vacuum vessel. Further, the semiconductor film and the insulating film are formed in a film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser annealing is performed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel,
The semiconductor film and the insulating film may be formed and the laser annealing process may be continuously performed in the vacuum vessel.

【0070】さらに、前記真空容器内の半導体膜成膜室
で前記半導体膜を成膜し、前記真空容器内の絶縁膜成膜
室で前記絶縁膜を形成し、前記真空容器内のレーザーア
ニール室で前記レーザーアニール処理を行い、前記半導
体膜の形成と前記絶縁膜の形成と前記レーザーアニール
処理とを前記真空容器内で連続して行うように構成する
と好適である。
Further, the semiconductor film is formed in the semiconductor film forming chamber in the vacuum vessel, the insulating film is formed in the insulating film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser annealing chamber in the vacuum vessel is formed. It is preferable that the laser annealing process is performed in such a manner that the formation of the semiconductor film, the formation of the insulating film, and the laser annealing process are continuously performed in the vacuum vessel.

【0071】また、上記課題は、請求項36に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用してトップゲート型TFTを製造する製
造方法であって、真空容器に少なくとも原料ガスを供給
し、前記真空容器中に配置された前記基板と電極との間
にグロー放電開始電圧以下の電界を印加して、前記真空
容器中で、前記基板上に、保護膜と、少なくとも錫,ゲ
ルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有する半導体膜
と、ゲート絶縁膜と、を連続成膜し、その後、ソース/
トップゲート/ドレイン電極を形成し、次いで、低圧高
温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理を行い、その
後、前記ソース/トップゲート/ドレイン電極のプラズ
マクリーニング又はスパッタクリーニングを行うことに
より解決される。
According to a thirty-sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a top gate type TFT by using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein at least a raw material is contained in a vacuum vessel. Supplying a gas, applying an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and forming a protective film on the substrate in the vacuum vessel; A semiconductor film containing at least one of, germanium, and lead, and a gate insulating film are continuously formed.
The problem is solved by forming a top gate / drain electrode, then performing a steam annealing process at a low pressure or a high temperature or a high pressure and a high temperature, and then performing plasma cleaning or sputter cleaning of the source / top gate / drain electrode.

【0072】また、上記課題は、請求項37に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用してボトムゲート型TFTを製造する製
造方法であって、基板上にボトムゲート電極を形成し、
真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボトム
ゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、少な
くとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有
する半導体膜と、保護膜とを連続成膜し、その後、ソー
ス/ドレイン電極を形成し、次いで、低圧高温又は高圧
高温で、水蒸気アニール処理を行い、その後、前記ボト
ムゲート電極および前記ソース/ドレイン電極のプラズ
マクリーニング又はスパッタクリーニングを行うことに
より解決される。
Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a bottom gate type TFT by using a bias catalytic CVD or a high density bias catalytic CVD, wherein a bottom gate type TFT is formed on a substrate. Forming electrodes,
At least a source gas is supplied to a vacuum vessel, and an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, so that the electric field is protected on the bottom gate electrode in the vacuum vessel. A film, a bottom gate insulating film, a semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead, and a protective film are successively formed, and then a source / drain electrode is formed. The problem can be solved by performing a steam annealing process at a high temperature or a high pressure and a high temperature, and then performing a plasma cleaning or a sputter cleaning of the bottom gate electrode and the source / drain electrodes.

【0073】また、上記課題は、請求項38に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用してデュアルゲート型TFTを製造する
製造方法であって、基板上にボトムゲート電極を形成
し、真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空
容器中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電
開始電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボ
トムゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、
少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を
含有する半導体膜と、トップゲート絶縁膜とを連続成膜
し、その後、ソース/トップゲート/ドレイン電極を形
成し、次いで、低圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニー
ル処理を行い、その後、前記ボトムゲート電極および前
記ソース/トップゲート/ドレイン電極のプラズマクリ
ーニング又はスパッタクリーニングを行うことにより解
決される。
According to a thirty-eighth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a dual gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein a bottom gate TFT is formed on a substrate. Forming an electrode, supplying at least a raw material gas to a vacuum vessel, applying an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and forming a bottom in the vacuum vessel. A protective film on the gate electrode, a bottom gate insulating film,
A semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead and a top gate insulating film are successively formed, and then a source / top gate / drain electrode is formed. The above problem can be solved by performing a steam annealing process and then performing plasma cleaning or sputter cleaning of the bottom gate electrode and the source / top gate / drain electrodes.

【0074】また、上記課題は、請求項39に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用してトップゲート型TFTを製造する製
造方法であって、真空容器に少なくとも原料ガスを供給
し、前記真空容器中に配置された前記基板と電極との間
にグロー放電開始電圧以下の電界を印加して、前記真空
容器中で、基板上に、保護膜と、少なくとも錫,ゲルマ
ニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有する半導体膜と、
ゲート絶縁膜と、を連続成膜し、その後、前記半導体膜
をレーザーアニール処理して多結晶半導体膜とし、次い
でソース/トップゲート/ドレイン電極を形成し、次い
で低圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理を行
い、その後、前記ソース/トップゲート/ドレイン電極
のプラズマクリーニング又はスパッタクリーニングを行
うことにより解決される。
According to a thirty-ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a top-gate type TFT by using a bias catalyst CVD or a high-density bias catalyst CVD, wherein at least a raw material is contained in a vacuum container. Supplying a gas, applying an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and forming a protective film, at least tin, A semiconductor film containing at least one of germanium and lead;
And a gate insulating film are continuously formed, and thereafter, the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film, and then a source / top gate / drain electrode is formed. The problem is solved by performing a process, and then performing plasma cleaning or sputter cleaning of the source / top gate / drain electrodes.

【0075】また、上記課題は、請求項40に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用してボトムゲート型TFTを製造する製
造方法であって、基板上にボトムゲート電極を形成し、
真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボトム
ゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、少な
くとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有
する半導体膜と、保護膜とを連続成膜し、その後で、前
記半導体膜をレーザーアニール処理して多結晶半導体膜
とし、次いでソース/ドレイン電極を形成し、次いで低
圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理を行い、そ
の後、前記ボトムゲート電極および前記ソース/ドレイ
ン電極のプラズマクリーニング又はスパッタクリーニン
グを行うことにより解決される。
Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a bottom gate type TFT by using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein a bottom gate type TFT is formed on a substrate. Forming electrodes,
At least a source gas is supplied to a vacuum vessel, and an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode arranged in the vacuum vessel, so that the electric field is protected on the bottom gate electrode in the vacuum vessel. A film, a bottom gate insulating film, a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead, and a protective film are successively formed. By forming a crystalline semiconductor film, then forming source / drain electrodes, and then performing low-temperature high-temperature or high-pressure high-temperature steam annealing treatment, and then performing plasma cleaning or sputter cleaning of the bottom gate electrode and the source / drain electrodes. Will be resolved.

【0076】また、上記課題は、請求項41に係る発明
によれば、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触
媒CVDを利用してデュアルゲート型TFTを製造する
製造方法であって、基板上にボトムゲート電極を形成
し、真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空
容器中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電
開始電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボ
トムゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、
少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を
含有する半導体膜と、トップゲート絶縁膜とを連続成膜
し、その後、前記半導体膜をレーザーアニール処理して
多結晶半導体膜とし、次いで、ソース/トップゲート/
ドレイン電極を形成し、次いで、低圧高温又は高圧高温
で、水蒸気アニール処理を行い、その後、前記ボトムゲ
ート電極と、前記ソース/トップゲート/ドレイン電極
のプラズマクリーニング又はスパッタクリーニングを行
うことにより解決される。
Further, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a dual gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein a bottom gate TFT is formed on a substrate. Forming an electrode, supplying at least a raw material gas to a vacuum vessel, applying an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and forming a bottom in the vacuum vessel. A protective film on the gate electrode, a bottom gate insulating film,
A semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead and a top gate insulating film are continuously formed, and then the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film. / Top gate /
The problem is solved by forming a drain electrode and then performing a steam annealing process at a low pressure and a high temperature or a high pressure and a high temperature, and then performing plasma cleaning or sputter cleaning of the bottom gate electrode and the source / top gate / drain electrode. .

【0077】上記のとき、前記バイアス触媒CVDまた
は高密度バイアス触媒CVDを、バイアス減圧CVDま
たはバイアス常圧CVDとすると好適である。
In the above case, it is preferable that the bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD is a bias reduced pressure CVD or a bias normal pressure CVD.

【0078】また、前記真空容器に水素を含むキャリア
ガスを常時供給し、該供給されたキャリアガスで発生し
た活性化水素イオンHで前記基板上をクリーニングす
るクリーニング工程を備え、前記膜の成膜と前記クリー
ニング工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程
の後で前記膜の成膜を繰り返すように構成すると好適で
ある。
A cleaning step of constantly supplying a carrier gas containing hydrogen to the vacuum vessel and cleaning the substrate with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas is provided. It is preferable that the film and the cleaning step are repeated, or the film formation of the film is repeated after the cleaning step.

【0079】また、前記真空容器に水素を含むキャリア
ガスを供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活
性化水素イオンHで前記基板上をクリーニングするク
リーニング工程と、前記キャリアガスの供給を、前記膜
を形成する前,途中,後の少なくとも一つで増減する工
程と、前記膜の形成と、を行うように構成すると好適で
ある。
A cleaning step of supplying a carrier gas containing hydrogen to the vacuum vessel and cleaning the substrate with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas; It is preferable that the step of increasing or decreasing at least one of before, during and after the formation of the film and the formation of the film be performed.

【0080】[0080]

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る半導体膜形成
方法及び薄膜半導体装置の製造方法について、好適な実
施の形態を図に基づいて説明する。なお、図10乃至図
16、図21において、アルゴンをAr、シリコンをS
i、水素ガスをH、酸素ガスをO、窒素ガスを
、アンモニアガスをNH、シランガスをSi
、ヘリウムガスをHe、ネオンガスをNe、窒化シ
リコンをSiN、酸化シリコンをSiOと表す。本発
明は、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触媒C
VDを利用して、基板10に半導体膜を形成する半導体
膜形成方法である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a preferred embodiment of a method for forming a semiconductor film and a method for manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In FIGS. 10 to 16 and 21, argon is Ar and silicon is S
i, H 2 for hydrogen gas, O 2 for oxygen gas, N 2 for nitrogen gas, NH 3 for ammonia gas, and Si for silane gas
H 4 , helium gas is He, neon gas is Ne, silicon nitride is SiN, and silicon oxide is SiO 2 . The present invention relates to a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst C.
This is a semiconductor film forming method for forming a semiconductor film on the substrate 10 using VD.

【0081】バイアス触媒CVDとは、電界を印加して
触媒CVDを行う方法である。バイアス触媒CVDで
は、触媒CVD法に基づいて、水素系キャリアガスとシ
ランガス等の原料ガスとからなる反応ガスを加熱された
タングステン等の触媒体に接触させ、これによって生成
したラジカルな堆積種又はその前駆体及び活性化水素イ
オンHにグロー放電開始電圧以下の電界を作用させて
指向性の運動エネルギーを与え、基板上に多結晶シリコ
ン等の所定の膜を気相成長させる。前記ラジカルな堆積
種又はその前駆体及び活性化水素イオンHは、基板と
対向電極との間にグロー放電開始電圧以下の直流電圧,
または直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧等を印加す
ることにより、基板の側へ指向される。
The bias catalytic CVD is a method for performing catalytic CVD by applying an electric field. In the bias catalytic CVD, a reactive gas composed of a hydrogen-based carrier gas and a source gas such as a silane gas is brought into contact with a heated catalyst such as tungsten based on the catalytic CVD method, and a radical deposition species or a radical deposition species generated thereby is produced. An electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied to the precursor and the activated hydrogen ions H * to give directional kinetic energy, and a predetermined film such as polycrystalline silicon is vapor-phase grown on the substrate. The radical deposition species or the precursor thereof and the activated hydrogen ions H * are applied between the substrate and the counter electrode by a DC voltage equal to or lower than a glow discharge starting voltage,
Alternatively, the light is directed toward the substrate by applying a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage.

【0082】触媒CVD(Catalytic CV
D,CAT−CVD)とは、例えば、特開昭63−40
314号公報などに開示されている方法である。触媒C
VD法は、熱触媒体による触媒反応または熱分解反応に
よって、高エネルギーをもつシリコン原子又は原子の集
団を形成し、絶縁基板上に堆積させるので、通常の熱C
VD法における堆積可能温度より著しく低い低温の領域
でシリコン膜を堆積させることができる。
Catalytic CVD (Catalytic CV)
D, CAT-CVD) is described, for example, in JP-A-63-40.
No. 314, for example. Catalyst C
In the VD method, silicon atoms or a group of atoms having high energy are formed by a catalytic reaction or a thermal decomposition reaction by a thermal catalyst and deposited on an insulating substrate.
The silicon film can be deposited in a low temperature region that is significantly lower than the deposition possible temperature in the VD method.

【0083】また、高密度触媒CVDは、高密度プラズ
マCVDと触媒CVDを適宜組み合わせたものである。
この高密度プラズマCVDは、プラズマCVDのうち、
10−3Paレベルの低圧下で、マイクロ波により高密
度としたプラズマ中で原料ガスの活性化を行わせて行う
ものである。高密度プラズマCVD装置としては、基本
的に本明細書に記載の装置を用いることができるが、マ
イクロ波(2.45GHz程度)を用いるECR(El
ectron Cyclotron Resonac
e)、RF(13.56MHz)を用いるICP(In
ductively Coupled Plasm
a)、ヘリコン波プラズマ等を使用し、高密度のプラズ
マをチャンバ内で発生させる。このため、高真空が要求
されるので真空ポンプにターボ分子ポンプを使用し、基
板側から高いバイアス電圧を印加し、この冷却のために
静電チャックと冷却手段(例えばHe)を用いる。
The high-density catalytic CVD is a combination of high-density plasma CVD and catalytic CVD as appropriate.
This high-density plasma CVD is based on plasma CVD.
This is performed by activating the source gas in a plasma having a high density by microwaves under a low pressure of 10 −3 Pa level. As a high-density plasma CVD apparatus, basically the apparatus described in this specification can be used, but ECR (El) using microwaves (about 2.45 GHz) can be used.
electron Cyclotron Resonac
e), ICP (In) using RF (13.56 MHz)
ductile Coupled Plasm
a) Generate high-density plasma in the chamber using helicon wave plasma or the like. Therefore, since a high vacuum is required, a turbo molecular pump is used as a vacuum pump, a high bias voltage is applied from the substrate side, and an electrostatic chuck and a cooling means (for example, He) are used for cooling.

【0084】本発明で用いる高密度バイアス触媒CVD
は、マイクロ波によりプラズマを高密度とするものであ
る。高密度バイアス触媒CVDを行う装置について簡単
に説明する。高密度バイアス触媒CVD装置は、真空容
器内に電極と基板が平行に配置され、この真空容器の側
壁,すなわち電極および基板に対し垂直である壁に、導
波管が設置される。この導波管は、上記側壁に対し垂直
に伸びており、この導波管には、マグネトロンが設けら
れる。高密度バイアス触媒CVDでは、この導波管でマ
イクロ波プラズマが発生するように構成されている。こ
のように構成しているため、サセプタと電極との間に電
界を印加してプラズマを発生させるために基板にプラズ
マの影響が及ぶRFプラズマCVD等とは異なり、高密
度バイアス触媒CVDでは、導波管で発生したプラズマ
が真空容器の壁に当たって弱まり、基板は、マイクロ波
プラズマによるダメージを受けにくくなる。また、導波
管を、真空容器の側壁の電極と基板の間の位置に設けた
場合には、電極と基板との間の熱触媒体によって、プラ
ズマが基板に到達することが低減され、基板は、マイク
ロ波プラズマによるダメージを受けにくくなる。真空容
器の側壁の電極の外側で、基板から遠い位置に設けた場
合には、熱触媒体と、電極とによって、プラズマが基板
に到達することが低減され、基板は、マイクロ波プラズ
マによるダメージを受けにくくなる。
High-density bias catalytic CVD used in the present invention
Is for increasing the density of plasma by microwaves. An apparatus for performing high-density bias catalytic CVD will be briefly described. In a high-density bias catalytic CVD apparatus, an electrode and a substrate are arranged in a vacuum container in parallel, and a waveguide is provided on a side wall of the vacuum container, that is, a wall perpendicular to the electrode and the substrate. The waveguide extends perpendicular to the side wall, and the waveguide is provided with a magnetron. In high-density bias catalytic CVD, the waveguide is configured to generate microwave plasma. With such a configuration, unlike RF plasma CVD or the like, in which the substrate is affected by plasma because an electric field is applied between the susceptor and the electrode to generate plasma, the high-density bias catalytic CVD does not The plasma generated in the wave tube hits the wall of the vacuum vessel and weakens, and the substrate is less likely to be damaged by the microwave plasma. In addition, when the waveguide is provided at a position between the electrode and the substrate on the side wall of the vacuum vessel, the thermal catalyst between the electrode and the substrate reduces the plasma from reaching the substrate, Are less susceptible to damage by microwave plasma. In the case where the electrode is provided far from the substrate outside the electrode on the side wall of the vacuum vessel, the plasma reaches the substrate by the thermal catalyst and the electrode, and the substrate is damaged by the microwave plasma. It is hard to receive.

【0085】本発明では、真空容器1に少なくとも原料
ガスを供給し、真空容器中1に配置された基板10と電
極3aとの間にグロー放電開始電圧以下の電界を印加し
て、前記基板上に少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のい
ずれか一つ以上を含有する半導体膜を形成することを含
む半導体膜形成工程と、この形成された半導体膜にレー
ザーを照射し、形成された半導体膜をレーザーでアニー
ルするレーザーアニール工程と、を備える。半導体膜
は、例えばアモルファス半導体膜,微結晶半導体膜,多
結晶半導体膜である。このように、基板10と電極3a
との間にグロー放電開始電圧以下の電界を印加している
ので、反応種に対し、触媒体5の触媒作用とその熱エネ
ルギーに加えて上記電圧による加速電界を与えることと
なり、指向性の運動エネルギーが大きくなって基板上に
効率良く導けると共に、基板上での泳動及び生成過程の
膜中での拡散が十分となる。従って、従来の触媒体CV
D法に比べて、触媒体5で生成された反応種の運動エネ
ルギーおよび指向性を電界で独立してコントロールでき
るため、生成膜の基板10との密着性が向上し、生成膜
密度が向上し、生成膜の均一性,平滑性が向上する。ま
た、ビアホールなどへの埋め込み性およびステップカバ
レージが向上し、生成膜のストレスコントロール等が可
能となり、高品質膜が実現する。また、基板温度を低温
化できることから、低歪点ガラスおよび耐熱性樹脂基板
の採用が可能となり、コストダウンを図ることができ
る。
In the present invention, at least the raw material gas is supplied to the vacuum vessel 1, and an electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the substrate 10 and the electrode 3a arranged in the vacuum vessel 1 to apply the electric field to the substrate. A semiconductor film forming step including forming a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead, and irradiating the formed semiconductor film with a laser, and forming the formed semiconductor film with a laser. Laser annealing for annealing. The semiconductor film is, for example, an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, or a polycrystalline semiconductor film. Thus, the substrate 10 and the electrode 3a
Since an electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied to the reaction species, an accelerating electric field is applied to the reactive species by the above-described voltage in addition to the catalytic action of the catalyst body 5 and its thermal energy. The energy is increased and the energy can be efficiently guided on the substrate, and the migration in the substrate and the diffusion in the film during the generation process are sufficient. Therefore, the conventional catalyst CV
Compared with Method D, the kinetic energy and directivity of the reaction species generated by the catalyst body 5 can be independently controlled by an electric field, so that the adhesion of the generated film to the substrate 10 is improved, and the density of the generated film is improved. In addition, the uniformity and smoothness of the formed film are improved. In addition, the embedding property into a via hole and the like and the step coverage are improved, the stress control of the generated film becomes possible, and a high quality film is realized. Further, since the substrate temperature can be lowered, low strain point glass and a heat resistant resin substrate can be employed, and cost reduction can be achieved.

【0086】基板10と電極3aとの間には、グロー放
電開始電圧以下の直流電圧,または直流電圧に交流電圧
を重畳させた電圧を印加する。この交流電圧は、1MH
zより大きく1000MHz以下である周波数の高周波
電圧及び1MHz以下の低周波電圧のうち少なくとも一
方である。また、絶対値がグロー放電開始電圧以下であ
る高周波交流電圧のみ、又は絶対値がグロー放電開始電
圧以下である低周波交流電圧のみ、又は該低周波交流電
圧に前記高周波交流電圧を重畳させた電圧または直流電
圧に低周波交流電圧と高周波交流電圧を重畳させた電圧
を印加するように構成してもよい。なお、電圧は、成膜
中に全体の電圧または構成要素それぞれの電圧を可変し
てもよい。但し、それぞれの電圧の絶対値が、いずれも
グロー放電開始電圧以下の範囲内になるようにする。
A DC voltage lower than the glow discharge starting voltage or a voltage obtained by superimposing an AC voltage on the DC voltage is applied between the substrate 10 and the electrode 3a. This AC voltage is 1 MH
At least one of a high-frequency voltage having a frequency greater than z and equal to or less than 1000 MHz and a low-frequency voltage having a frequency equal to or less than 1 MHz. Further, only the high-frequency AC voltage whose absolute value is equal to or less than the glow discharge starting voltage, or only the low-frequency AC voltage whose absolute value is equal to or less than the glow discharge starting voltage, or a voltage obtained by superimposing the high-frequency AC voltage on the low-frequency AC voltage Alternatively, a configuration in which a low-frequency AC voltage and a high-frequency AC voltage are superimposed on a DC voltage may be applied. As the voltage, the entire voltage or the voltage of each component may be varied during film formation. However, the absolute value of each voltage is set to be within the range of the glow discharge starting voltage or less.

【0087】また、成膜時又は成膜中に前記触媒体の触
媒作用で反応ガスからイオン等の反応種が発生し、これ
により基板がチャージアップして膜又はデバイスの性能
を劣化させることがある。これを防止するために、前記
反応種に帯電防止用の荷電粒子(電子ビーム又はプロト
ンなど、特に電子ビーム)を照射してイオンを中和する
ことが望ましい。即ち、前記サセプタの近傍に荷電粒子
照射手段が設置されているのがよい。
Also, during the film formation or during the film formation, reactive species such as ions are generated from the reaction gas by the catalytic action of the catalyst body, which may charge up the substrate and degrade the performance of the film or device. is there. In order to prevent this, it is desirable to neutralize ions by irradiating the reactive species with charged particles (such as an electron beam or proton, particularly an electron beam) for preventing charge. That is, it is preferable that a charged particle irradiation unit is provided near the susceptor.

【0088】なお、本発明において、成膜直後のシリコ
ン系膜を下記のように定義する。アモルファスシリコン
膜は、水素含有のアモルファス構造のシリコン(a−S
i:H)の膜とする。微結晶シリコン膜とは、アモルフ
ァスシリコンを含有する微結晶シリコン{nc−Si
(nanocrystalline Siliconの
略)}が集合する膜とする。ポリシリコン膜とは、アモ
ルファスシリコンと微結晶シリコン(nc−Si)を含
有する比較的小さい粒径のポリシリコン{μc−Si
(microcrystalline Silicon
の略)}が集合する膜とする。単結晶シリコン膜とは、
亜粒界や転位を含有する単結晶も含む単結晶シリコン膜
とする。レーザー光の吸収が大きく溶融しやすいアモル
ファス構造シリコンと結晶成長のシード(種)のnc−
Siおよびμc−Siがうまく組み合わさって、エキシ
マレーザーアニール等のレーザーアニール処理により再
結晶化が促進され、大きな粒径のポリシリコン膜が形成
される点に、本発明の特徴がある。
In the present invention, a silicon-based film immediately after film formation is defined as follows. The amorphous silicon film is made of silicon (a-S) having an amorphous structure containing hydrogen.
i: H). The microcrystalline silicon film is microcrystalline silicon containing amorphous silicon {nc-Si
(Abbreviation of nanocrystalline silicon) A film in which} gathers. The polysilicon film is a polysilicon having a relatively small particle diameter containing amorphous silicon and microcrystalline silicon (nc-Si), which is formed by using a polysilicon film having a relatively small grain size.
(Microcrystalline Silicon
(Abbreviation of と す る) What is a single crystal silicon film?
A single crystal silicon film including a single crystal containing subgrain boundaries and dislocations is used. Amorphous silicon with high absorption of laser light and easy to melt, and nc- of crystal growth seed
The present invention is characterized in that Si and μc-Si are well combined to promote recrystallization by laser annealing such as excimer laser annealing, thereby forming a polysilicon film having a large grain size.

【0089】レーザーアニール工程は、半導体膜形成工
程の後でなく、半導体膜と絶縁膜とを形成した後に行っ
てもよい。絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリ
コン膜、酸窒化シリコン膜のいずれか1種以上、又はそ
の複合膜である。
The laser annealing step may be performed after forming the semiconductor film and the insulating film instead of after the semiconductor film forming step. The insulating film is, for example, at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, or a composite film thereof.

【0090】本発明では、少なくとも錫、ゲルマニウ
ム、鉛のいずれか一つ以上を用いていることから、得ら
れた半導体層(アモルファスシリコン層,微結晶シリコ
ン層,多結晶シリコン層)中に、四族元素である錫、ゲ
ルマニウム、鉛が混入しても、これらは周期律表第四族
の元素であってシリコン層中でキャリアにならず、その
ためシリコン層は高抵抗なものとなる。よって、イオン
ドーピング(注入)等によるTFTのVth調整や抵抗
値調整が容易になる。また、その結晶粒界に存在する結
晶不整が低減され、内部応力が低減されるので、高い電
子/正孔移動度が可能となり、高性能な回路構成が可能
になる。
In the present invention, at least one of tin, germanium, and lead is used, so that the obtained semiconductor layer (amorphous silicon layer, microcrystalline silicon layer, polycrystalline silicon layer) Even if the group elements tin, germanium, and lead are mixed, they are elements of group 4 of the periodic table and do not become carriers in the silicon layer, so that the silicon layer has a high resistance. Therefore, Vth adjustment and resistance value adjustment of the TFT by ion doping (implantation) or the like become easy. Further, since the crystal irregularities existing at the crystal grain boundaries are reduced and the internal stress is reduced, high electron / hole mobility becomes possible, and a high-performance circuit configuration becomes possible.

【0091】このように、薄膜をレーザーでアニール処
理するように構成しているので、膜のみが瞬時に熱せら
れ、基板10への熱の影響が及びにくくなり、基板10
の変形を起こすことなく、アモルファスシリコンまたは
微結晶シリコン薄膜を結晶化でき、又キャリア不純物の
活性化もでき、例えば移動度の大きい薄膜に変えること
ができる。しかも、この結晶化、活性化は基板10全体
を高温にすることなく、低温で行うことができる。ま
た、薄膜半導体装置の性能を向上し、かつ製造を容易に
するものである。
As described above, since the thin film is configured to be subjected to the annealing treatment by the laser, only the film is instantaneously heated, and the influence of the heat on the substrate 10 is hardly affected.
The amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film can be crystallized and the carrier impurities can be activated without causing the deformation of the amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film. Moreover, the crystallization and activation can be performed at a low temperature without increasing the temperature of the entire substrate 10. Further, the present invention improves the performance of the thin film semiconductor device and facilitates manufacturing.

【0092】このとき、レーザーアニール効果を高める
ために、基板10を200℃以上〜500℃未満に加熱
して、形成された膜を、ビーム形状が、ラインビームま
たはエリアビームであるエキシマレーザーまたはアルゴ
ンレーザー等のレーザーでアニールしてもよい。
At this time, in order to enhance the laser annealing effect, the substrate 10 is heated to 200 ° C. or more and less than 500 ° C., and the formed film is excimer laser or argon having a beam shape of a line beam or an area beam. Annealing may be performed with a laser such as a laser.

【0093】また、アモルファスシリコンは、レーザー
光の光エネルギー吸収が高いため、ポリシリコン膜は、
シリコンイオン等を注入して結晶成長のシード(種)を
注入すると同時に、アモルファスシリコン化することに
より、大粒径ポリシリコン膜とすることがより容易とな
る。このシリコンイオン等の注入は、たとえば次のよう
に行うことができる。 (1)必要に応じて、20〜30keVで1〜2E15
atoms/cmのシリコンイオン(SiF)を注
入した後に、レーザーアニール処理を行う。 (2)必要に応じて、20〜30keVの1.0E13
〜1.0E14atoms/cmで錫イオンを注入し
た後に、レーザーアニール処理を行う。 (3)必要に応じて、上記(1)と同様のシリコンイオ
ン注入後に、20〜30keVの1.0E13〜1.0
E14atoms/cmで錫イオンを注入した後に、
レーザーアニール処理を行う。 (4)必要に応じて、他の四族元素(ゲルマニウム、
鉛)イオンを注入した後に、レーザーアニール処理を行
う。 (5)必要に応じて、上記(1)と同様のシリコンイオ
ン注入後に、他の四族元素(ゲルマニウム、鉛)イオン
を注入した後に、レーザーアニール処理を行う。
Since amorphous silicon has a high light energy absorption of laser light, the polysilicon film is
By implanting silicon ions or the like and implanting a seed (seed) for crystal growth and simultaneously forming amorphous silicon, it becomes easier to form a large grain polysilicon film. This implantation of silicon ions or the like can be performed, for example, as follows. (1) As needed, 1-2E15 at 20-30 keV
After implanting atoms / cm 2 of silicon ions (SiF 4 ), laser annealing is performed. (2) If necessary, 20E to 30K eV of 1.0E13
After implanting tin ions at 1.0E14 atoms / cm 2 , laser annealing is performed. (3) If necessary, after the same silicon ion implantation as in the above (1), 1.0E13-1.0 of 20-30 keV.
After implanting tin ions at E14 atoms / cm 2 ,
Perform laser annealing. (4) If necessary, other group 4 elements (germanium,
After implanting lead (ion) ions, laser annealing is performed. (5) If necessary, after the same silicon ion implantation as in the above (1), another group IV element (germanium, lead) ions are implanted, and then laser annealing is performed.

【0094】ポリシリコンはレーザーアニールで溶解し
にくいので、錫イオン或いはゲルマニウムイオン,鉛イ
オンを注入してアモルファス化した後にレーザアニール
処理すると、大きな粒径のポリシリコンが形成され、且
つその粒界に存在する結晶不整を減少させて内部応力を
減少させるので移動度向上が可能となる。
Polysilicon is difficult to be dissolved by laser annealing. Therefore, when laser annealing is performed after injecting tin ions, germanium ions, or lead ions to form amorphous, polysilicon having a large grain size is formed and the grain boundary is formed. Since the internal stress is reduced by reducing the existing crystal irregularity, the mobility can be improved.

【0095】前記半導体膜に占める錫、ゲルマニウム、
鉛のいずれか一つ以上の含有量は、全体で1×1015
atoms/cm以上,好ましくは1×1018at
oms/cm以上で、1×1020atoms/cm
以下であると好適である。
The tin, germanium,
The content of any one or more of the lead is 1 × 10 15 in total.
atoms / cm 3 or more, preferably 1 × 10 18 at
oms / cm 3 or more and 1 × 10 20 atoms / cm
It is preferable that it is 3 or less.

【0096】熱触媒体5は、熱触媒体5の融点未満の温
度であって、800℃以上2000℃以下の温度に加熱
するとよい。このとき、基板10の温度を200℃以上
500℃以下の温度にするとよい。
The thermal catalyst 5 is preferably heated to a temperature lower than the melting point of the thermal catalyst 5 and 800 ° C. or more and 2000 ° C. or less. At this time, it is preferable that the temperature of the substrate 10 be 200 ° C. or more and 500 ° C. or less.

【0097】このように、熱触媒体5を加熱することに
より、真空容器1内に導入された水素ガスから活性化水
素イオンHが発生するため、基板表面をクリーニング
することができる。例えば、酸化シリコン膜とポリシリ
コン膜が形成される際には、これらの薄膜の界面にアモ
ルファスシリコンの遷移層が形成されず、高品質な薄膜
層を形成することが可能となる。また、加熱した熱触媒
体5を用いることにより、原料ガスの大部分を薄膜とし
て形成することができ、効率よく原料ガスを利用して薄
膜を形成することができ、コストダウンが可能となる。
熱触媒体5は、タングステン、トリア含有タングステ
ン、白金、モリブデン、パラジュウム、金属蒸着セラミ
ックス、シリコン、アルミナ、炭化ケイ素よりなる群か
ら選ばれた少なくとも一種の材料よりなる。
As described above, when the thermal catalyst 5 is heated, activated hydrogen ions H * are generated from the hydrogen gas introduced into the vacuum vessel 1, so that the substrate surface can be cleaned. For example, when a silicon oxide film and a polysilicon film are formed, a transition layer of amorphous silicon is not formed at the interface between these thin films, and a high-quality thin film layer can be formed. In addition, by using the heated thermal catalyst 5, most of the raw material gas can be formed as a thin film, a thin film can be efficiently formed using the raw material gas, and the cost can be reduced.
The thermal catalyst 5 is made of at least one material selected from the group consisting of tungsten, thoria-containing tungsten, platinum, molybdenum, palladium, metal-deposited ceramics, silicon, alumina, and silicon carbide.

【0098】また、前記基板10は、シリコン、ゲルマ
ニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、
ガリウムひ素、ガリウムアルミニウムひ素、ガリウム
燐、インジュウム燐、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、
石英ガラス、ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラ
ス、耐熱性樹脂を含む半導体または絶縁性の材料から選
ばれたものとするとよい。
The substrate 10 is made of silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide,
Gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, gallium phosphorus, indium phosphorus, zinc selenide, cadmium sulfide,
The material may be selected from quartz glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, a semiconductor including a heat-resistant resin, or an insulating material.

【0099】本発明では、半導体膜形成工程の前から、
真空容器1に水素を含むキャリアガスを常時供給し、こ
の供給されたキャリアガスで発生した活性化水素イオン
で基板10上をクリーニングするクリーニング工程
を行う。そして、このクリーニング工程と、この半導体
膜形成工程とを行う。
In the present invention, before the semiconductor film forming step,
A cleaning step of constantly supplying a carrier gas containing hydrogen to the vacuum container 1 and cleaning the surface of the substrate 10 with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas is performed. Then, the cleaning step and the semiconductor film forming step are performed.

【0100】このように、基板10へ薄膜を形成すると
きに、水素を含むキャリアガスを供給するので、供給さ
れたキャリアガスの一部は活性化水素イオンHとなっ
て、この活性化水素イオンHが基板表面をクリーニン
グし、基板10上に高品質の薄膜を形成することができ
る。そして、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、
熱触媒体5を加熱して触媒作用が可能な状態にし、少な
くともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜すること
で、ゲートチャンネル部を低ストレス,低コンタミ,低
界面準位とし、特性を向上することが可能となる。ま
た、本発明に係る半導体膜形成方法を用いて薄膜半導体
装置を製造する場合には、薄膜半導体装置の性能を向上
し、かつ製造を容易にするものである。
As described above, when a thin film is formed on the substrate 10, a carrier gas containing hydrogen is supplied, so that a part of the supplied carrier gas becomes activated hydrogen ions H * , The ions H * clean the substrate surface and form a high-quality thin film on the substrate 10. And supply hydrogen gas as carrier gas,
By heating the thermal catalyst 5 to make it possible to perform a catalytic action and continuously forming at least a silicon film and a gate insulating film, the gate channel portion has low stress, low contamination, and low interface state, thereby improving characteristics. It is possible to do. Further, when a thin film semiconductor device is manufactured by using the semiconductor film forming method according to the present invention, the performance of the thin film semiconductor device is improved and the manufacturing is facilitated.

【0101】ここで、「連続成膜」することについて述
べたが、本明細書中において、「連続成膜」には、次の
3通りがある。まず、成膜装置1内で、ゲート絶縁膜と
半導体膜とを、連続して成膜する場合であり、ここで述
べた意味である。次に、絶縁膜を、SiN−SiON−
SiO等の傾斜複合膜として成膜する場合である。さ
らに、異なる絶縁膜を連続して成膜する場合である。
Here, “continuous film formation” has been described. In this specification, “continuous film formation” includes the following three types. First, the case where the gate insulating film and the semiconductor film are continuously formed in the film forming apparatus 1 has the meaning described herein. Next, the insulating film is made of SiN-SiON-
This is a case where the film is formed as a gradient composite film of SiO 2 or the like. Further, there is a case where different insulating films are successively formed.

【0102】また、半導体膜形成工程の前から、真空容
器1に水素を含むキャリアガスを供給し、この供給され
たキャリアガスで発生した活性化水素イオンHで基板
10上をクリーニングするクリーニング工程と、キャリ
アガスの供給を、前記半導体膜形成工程の前,途中,後
の少なくとも一つで増減する工程と、前記半導体膜形成
工程と、を行うこともできる。クリーニングされた基板
10には、真空容器1中に少なくとも原料ガスを導入す
ることにより薄膜が形成されるが、このとき、例えば、
図3の一点鎖線で示すように、前記キャリアガスの供給
を途中で低減することにより、真空容器1中での原料ガ
スの割合が高くなり、高速で薄膜形成を行うことが可能
となる。また、熱触媒体5として酸化劣化しない熱触媒
体5を使用した場合には、図13乃至図15の実線で示
すように、半導体膜形成工程の途中で真空容器1内への
キャリアガスの供給を停止することもできる。すなわ
ち、熱触媒体5が、酸素の存在下でも酸化劣化しない熱
触媒体である場合には、水素ガスの供給を止めても、残
留酸素により熱触媒体5が酸化劣化,断線等しない。酸
化劣化しない熱触媒体とは、例えば、高融点金属(タン
グステン、トリア含有タングステン、タンタル、モリブ
デン、シリコン等)をセラミックスコーティングまたは
炭化ケイ素コーティングしたもの又は表面を酸化又は窒
化させたシリコン等である。
Before the semiconductor film forming step, a carrier gas containing hydrogen is supplied to the vacuum vessel 1 and a cleaning step of cleaning the substrate 10 with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas. And a step of increasing or decreasing the supply of the carrier gas at least one before, during, or after the semiconductor film forming step, and the semiconductor film forming step. A thin film is formed on the cleaned substrate 10 by introducing at least a source gas into the vacuum vessel 1. At this time, for example,
As shown by the dashed line in FIG. 3, by reducing the supply of the carrier gas in the middle, the ratio of the source gas in the vacuum vessel 1 increases, and a thin film can be formed at a high speed. When the thermal catalyst 5 that does not deteriorate by oxidation is used as the thermal catalyst 5, the supply of the carrier gas into the vacuum chamber 1 during the semiconductor film forming process is performed as shown by the solid line in FIGS. Can also be stopped. That is, when the thermal catalyst 5 is a thermal catalyst that does not undergo oxidative degradation even in the presence of oxygen, the thermal catalyst 5 does not undergo oxidative degradation or disconnection due to residual oxygen even when the supply of hydrogen gas is stopped. The thermal catalyst that does not deteriorate by oxidation is, for example, a material obtained by coating a high-melting point metal (tungsten, tungsten containing tria, tantalum, molybdenum, silicon, or the like) with ceramics or silicon carbide, or silicon whose surface is oxidized or nitrided.

【0103】さらに、各種の成膜を行うとき、例えば、
図3の点線で示すように、半導体膜形成工程の前,後で
キャリアガスの導入を増加させることにより、成膜前後
に、熱触媒体5により、活性化水素イオンHを大量に
発生させ、クリーニング、膜ストレス低減等を促進させ
ることができる。
Further, when performing various film formations, for example,
As shown by the dotted line in FIG. 3, by increasing the introduction of the carrier gas before and after the semiconductor film forming step, a large amount of activated hydrogen ions H * are generated by the thermal catalyst 5 before and after the film formation. , Cleaning, film stress reduction and the like can be promoted.

【0104】本発明では、真空容器1内で半導体膜およ
び絶縁膜を形成し、真空容器1外のレーザーアニール装
置内でレーザーアニール工程を行う。このとき、半導体
膜および絶縁膜は、シングルチャンバ或いはマルチチャ
ンバからなる真空容器1のいずれによっても形成するこ
とができる。ただし、真空容器1内に、成膜室46と、
レーザーアニール室44とを設けるように構成しても良
い。真空容器1内の成膜室46で半導体膜形成工程を行
い、レーザーアニール室44でレーザーアニール工程を
行い、半導体膜形成工程とレーザーアニール工程とを前
記真空容器内で連続して行う。このとき、成膜室46と
は別に真空装置1内に絶縁膜成膜室47を設け、この絶
縁膜成膜室47内で絶縁膜を成膜してもよい。
In the present invention, a semiconductor film and an insulating film are formed in the vacuum vessel 1, and a laser annealing step is performed in a laser annealing apparatus outside the vacuum vessel 1. At this time, the semiconductor film and the insulating film can be formed by either the single-chamber or multi-chamber vacuum vessel 1. However, in the vacuum chamber 1, a film forming chamber 46,
The laser annealing chamber 44 may be provided. The semiconductor film forming step is performed in the film forming chamber 46 in the vacuum vessel 1, the laser annealing step is performed in the laser annealing chamber 44, and the semiconductor film forming step and the laser annealing step are continuously performed in the vacuum vessel. At this time, an insulating film forming chamber 47 may be provided in the vacuum apparatus 1 separately from the film forming chamber 46, and the insulating film may be formed in the insulating film forming chamber 47.

【0105】また、半導体膜と絶縁膜を同じ成膜室43
内で形成することもできる。半導体膜を成膜する成膜室
43で、レーザーでアニールされた半導体膜上に絶縁膜
を成膜し、半導体膜形成工程とレーザーアニール工程と
絶縁膜の成膜とを真空容器1内で連続して行う。
The semiconductor film and the insulating film are formed in the same deposition chamber 43.
It can also be formed within. In a film forming chamber 43 for forming a semiconductor film, an insulating film is formed on the semiconductor film annealed by the laser, and the semiconductor film forming step, the laser annealing step, and the forming of the insulating film are continuously performed in the vacuum chamber 1. Do it.

【0106】本発明では、真空容器1に少なくとも原料
ガスを供給して基板10上に、少なくとも錫、ゲルマニ
ウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半導体膜と、絶
縁膜と、を形成することを含む半導体膜および絶縁膜形
成工程と、形成された半導体膜および絶縁膜を水蒸気で
アニールする水蒸気アニール工程と、を備えるようにす
ることもできる。
In the present invention, a semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead and an insulating film are formed on the substrate 10 by supplying at least a source gas to the vacuum vessel 1. And a water vapor annealing step of annealing the formed semiconductor film and insulating film with water vapor.

【0107】水蒸気アニール工程では、分圧が1×10
Pa以上飽和蒸気圧以下である水蒸気を含む雰囲気中
で、10秒以上20時間以下の時間、常温以上400℃
以下の温度に加熱することにより形成された膜を水蒸気
でアニールする。このとき、酸素、窒素、水素、又は一
酸化窒素又は二酸化炭素のいずれか1種類以上の気体を
含み、前記いずれか1種類以上の気体の分圧が、1×1
Pa以上1×10 Pa以下である雰囲気で水蒸気
アニールを行う。このように、水蒸気を含む低圧〜高圧
の雰囲気内におけるアニールを行うため、低温の加熱処
理で効果的に半導体膜と絶縁膜との界面特性および絶縁
膜の改質をはかることができる。
In the steam annealing step, the partial pressure is 1 × 10
2In an atmosphere containing water vapor that is not less than Pa and not more than the saturated vapor pressure
At a time of 10 seconds or more and 20 hours or less, at normal temperature or more and 400 ° C.
The film formed by heating to the temperature below
Anneal. At this time, oxygen, nitrogen, hydrogen,
Nitrogen oxide or carbon dioxide gas
The partial pressure of any one or more of the gases is 1 × 1
02Pa or more 1 × 10 6Steam in an atmosphere of Pa or less
Annealing is performed. Thus, low pressure to high pressure containing steam
Low-temperature heat treatment to perform annealing in the atmosphere of
And interfacial properties between semiconductor film and insulating film and insulation
The film can be modified.

【0108】本発明では、真空容器1内で半導体膜を形
成し、真空容器1外の水蒸気アニール装置内で水蒸気ア
ニール工程を行う。ただし、真空容器1内に、成膜室4
3と、水蒸気アニール室45とを設けるように構成して
も良い。真空容器1内の成膜室43で半導体膜および絶
縁膜形成工程を行い、水蒸気アニール室45で水蒸気ア
ニール工程を行い、半導体膜および絶縁膜形成工程と水
蒸気アニール工程とを真空容器1内で連続して行う。
In the present invention, a semiconductor film is formed in the vacuum vessel 1, and a steam annealing step is performed in a steam annealing apparatus outside the vacuum vessel 1. However, the film forming chamber 4 is provided in the vacuum vessel 1.
3 and a steam annealing chamber 45 may be provided. A semiconductor film and insulating film forming step is performed in the film forming chamber 43 in the vacuum vessel 1, a steam annealing step is performed in the steam annealing chamber 45, and the semiconductor film and insulating film forming step and the steam annealing step are continuously performed in the vacuum vessel 1. Do it.

【0109】また、成膜室46とは別に真空装置1内に
絶縁膜成膜室47を設け、この絶縁膜成膜室47内で絶
縁膜を成膜してもよい。このとき、真空容器1内の半導
体膜成膜室46で半導体膜を形成し、真空容器1内の絶
縁膜成膜室47で絶縁膜を形成し、真空容器1内の水蒸
気アニール室45で水蒸気アニール工程を行い、半導体
膜の形成と絶縁膜の形成と水蒸気アニール工程とを真空
容器内で連続して行う。
Further, an insulating film forming chamber 47 may be provided in the vacuum apparatus 1 separately from the film forming chamber 46, and the insulating film may be formed in the insulating film forming chamber 47. At this time, a semiconductor film is formed in the semiconductor film forming chamber 46 in the vacuum vessel 1, an insulating film is formed in the insulating film forming chamber 47 in the vacuum vessel 1, and steam is formed in the steam annealing chamber 45 in the vacuum vessel 1. An annealing step is performed, and the formation of the semiconductor film, the formation of the insulating film, and the steam annealing step are continuously performed in a vacuum vessel.

【0110】本発明では、上記半導体膜として単結晶シ
リコンを形成することもできる。半導体膜が単結晶シリ
コンである場合、少なくともシリコン膜形成領域に段差
を形成し、この段差を含むシリコン膜形成領域に単結晶
シリコン膜をグラフォエピタキシャル成長させる。即
ち、基板に段差を設け、段差を含む基板上に単結晶シリ
コン膜をグラフォエピタキシャル成長させているので、
高い電子/正孔移動度を有し、動作性に優れる単結晶シ
リコン膜を得ることができる。本発明において単結晶に
は、亜粒界や転位を含有する単結晶も含む。また、単結
晶シリコンのみでなく、単結晶ガリウム・砒素,単結晶
シリコン・ゲルマニウム等の化合物半導体もエピタキシ
ャル成長させることができることは当然である。
In the present invention, single crystal silicon can be formed as the semiconductor film. When the semiconductor film is single crystal silicon, a step is formed at least in a silicon film formation region, and a single crystal silicon film is grapho-epitaxially grown in the silicon film formation region including the step. That is, since a step is provided on the substrate, and a single crystal silicon film is grapho-epitaxially grown on the substrate including the step,
A single crystal silicon film having high electron / hole mobility and excellent operability can be obtained. In the present invention, the single crystal includes a single crystal containing sub-grain boundaries and dislocations. In addition, it goes without saying that not only single crystal silicon but also compound semiconductors such as single crystal gallium / arsenic and single crystal silicon / germanium can be epitaxially grown.

【0111】また、半導体膜が単結晶シリコンである場
合、少なくともシリコン膜形成領域に単結晶シリコンと
格子整合の良い物質層を形成し、物質層を含むシリコン
膜形成領域に単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル
成長させることもできる。即ち基板に単結晶シリコンと
格子整合の良い物質層を形成し、この物質層を含む基板
上に単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル成長させ
ているので、高い電子/正孔移動度を有し、動作性に優
れる単結晶シリコン膜を得ることができる。この単結晶
シリコンと格子整合の良い物質層は、サファイアまたは
スピネル構造体またはフッ化カルシウムを含む群より選
ばれた少なくとも一種以上の物質とする。
In the case where the semiconductor film is single crystal silicon, a material layer having good lattice matching with single crystal silicon is formed at least in the silicon film formation region, and the single crystal silicon film is heterogeneously formed in the silicon film formation region including the material layer. Epitaxial growth can also be performed. That is, since a material layer having good lattice matching with single crystal silicon is formed on the substrate, and the single crystal silicon film is heteroepitaxially grown on the substrate including the material layer, high electron / hole mobility and high operability are obtained. A single-crystal silicon film having excellent characteristics can be obtained. The material layer having good lattice matching with the single crystal silicon is made of at least one material selected from a group including sapphire or spinel structure, or calcium fluoride.

【0112】また、本発明では、半導体膜および絶縁膜
形成工程と、レーザーアニール工程と、レーザーアニー
ル工程の後工程としての水蒸気アニール工程と、プラズ
マまたはスパッタリングによりクリーニングするクリー
ニング工程と、を備えるようにすることもできる。
Further, in the present invention, a semiconductor film and an insulating film forming step, a laser annealing step, a steam annealing step as a step subsequent to the laser annealing step, and a cleaning step for cleaning by plasma or sputtering are provided. You can also.

【0113】本発明では、真空容器1内で半導体膜およ
び絶縁膜を形成し、真空容器1外のレーザーアニール装
置内でレーザーアニール工程を、真空容器1外の水蒸気
アニール装置内で水蒸気アニール工程を行う。ただし、
真空容器1内に、成膜室43と、レーザーアニール室4
4と、水蒸気アニール室45と、を設けるように構成し
ても良い。真空容器1内の成膜室43で半導体膜および
絶縁膜形成工程を行い、真空容器1内のレーザーアニー
ル室44でレーザーアニール工程を行い、真空容器1内
の水蒸気アニール室45で水蒸気アニール工程を行い、
半導体膜形成工程とレーザーアニール工程と水蒸気アニ
ール工程とを真空容器1内で連続して行う。
In the present invention, a semiconductor film and an insulating film are formed in the vacuum vessel 1, and a laser annealing step is performed in a laser annealing apparatus outside the vacuum vessel 1, and a steam annealing step is performed in a steam annealing apparatus outside the vacuum vessel 1. Do. However,
A film forming chamber 43 and a laser annealing chamber 4
4 and a steam annealing chamber 45 may be provided. A semiconductor film and an insulating film forming step are performed in a film forming chamber 43 in the vacuum vessel 1, a laser annealing step is performed in a laser annealing chamber 44 in the vacuum vessel 1, and a steam annealing step is performed in a steam annealing chamber 45 in the vacuum vessel 1. Do
The semiconductor film forming step, the laser annealing step, and the steam annealing step are continuously performed in the vacuum vessel 1.

【0114】また、成膜室46とは別に真空装置1内に
絶縁膜成膜室47を設け、この絶縁膜成膜室47内で絶
縁膜を成膜することもできる。真空容器1内の半導体膜
成膜室46で半導体膜を形成し、真空容器1内のレーザ
ーアニール室44でレーザーアニール工程を行い、真空
容器1内の絶縁膜成膜室47で絶縁膜を形成し、真空容
器1内の水蒸気アニール室45で水蒸気アニール工程を
行い、半導体膜の形成とレーザーアニール工程と絶縁膜
の形成と水蒸気アニール工程とを真空容器1内で連続し
て行う。
Further, an insulating film forming chamber 47 may be provided in the vacuum apparatus 1 separately from the film forming chamber 46, and an insulating film may be formed in the insulating film forming chamber 47. A semiconductor film is formed in a semiconductor film forming chamber 46 in the vacuum vessel 1, a laser annealing process is performed in a laser annealing chamber 44 in the vacuum vessel 1, and an insulating film is formed in an insulating film forming chamber 47 in the vacuum vessel 1. Then, a steam annealing step is performed in the steam annealing chamber 45 in the vacuum vessel 1, and the formation of the semiconductor film, the laser annealing step, the formation of the insulating film, and the steam annealing step are continuously performed in the vacuum vessel 1.

【0115】本発明に係る半導体膜形成方法は、バイア
ス触媒CVDまたは高密度バイアス触媒CVDだけでな
く、バイアス減圧CVDまたはバイアス常圧CVDで行
うこともできる。バイアス減圧CVD、バイアス常圧C
VDとは、電界を印加して減圧CVD、常圧CVDを行
う方法である。常圧CVDとは、NPCVD(Norm
al Pressure CVD)とも呼ばれ、真空装
置を用いずに常圧で行うCVDである。高周波または赤
外線により基板を直接加熱する点に特徴があり、Col
d Wall形の容器を用いる。また、減圧CVDと
は、LPCVD(Low Pressure CVD)
とも呼ばれ、10〜10Pa程度に減圧して行うCV
D法である。基板を抵抗加熱により加熱する点に特徴が
あり、Hot Wall形の容器を用いる。常圧CV
D、減圧CVDは、基板を数百℃以上の高温に加熱して
薄膜を形成する点で、プラズマCVD、触媒CVD等と
異なる。
The method of forming a semiconductor film according to the present invention can be performed not only by bias catalyst CVD or high-density bias catalyst CVD, but also by bias low pressure CVD or bias normal pressure CVD. Bias reduced pressure CVD, bias normal pressure C
VD is a method of performing low pressure CVD and normal pressure CVD by applying an electric field. Atmospheric pressure CVD means NPCVD (Norm
al Pressure CVD), which is CVD performed at normal pressure without using a vacuum device. It is characterized in that the substrate is directly heated by high frequency or infrared rays.
d Use a wall-shaped container. Low pressure CVD means LPCVD (Low Pressure CVD).
CV performed by reducing the pressure to about 10 to 10 3 Pa
Method D. It is characterized in that the substrate is heated by resistance heating, and a Hot Wall type container is used. Normal pressure CV
D. Low-pressure CVD differs from plasma CVD, catalytic CVD, and the like in that a thin film is formed by heating a substrate to a high temperature of several hundred degrees Celsius or more.

【0116】本発明では、半導体膜形成工程または半導
体膜および絶縁膜形成工程で形成された直後の半導体膜
が、該半導体膜内の少なくともキャリアチャンネル領域
における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×10
19atoms/cm以下、水素濃度が0.01原子
%/cm以上である半導体膜となるようにする。ま
た、レーザーアニール工程,水蒸気アニール工程でアニ
ールされた後の半導体膜も、少なくともキャリアチャン
ネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が
1×1019atoms/cm以下、水素濃度が0.
01原子%/cm 以上となるようにする。
In the present invention, the semiconductor film forming step or the semiconductor
Semiconductor film immediately after formed in body film and insulating film forming process
Is at least a carrier channel region in the semiconductor film.
Concentration of oxygen, carbon and nitrogen at 1 × 10
19atoms / cm3Below, the hydrogen concentration is 0.01 atom
% / Cm3The semiconductor film is as described above. Ma
In the laser annealing process and the steam annealing process,
After the semiconductor film is cooled, at least the carrier channel
The concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in the tunnel region
1 × 1019atoms / cm3Hereinafter, when the hydrogen concentration is 0.
01 atomic% / cm 3So that

【0117】また、本発明に係る薄膜半導体装置の製造
方法は、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触媒
CVDを利用してトップゲート型TFTを製造する方法
である。真空容器1に少なくとも原料ガスを供給して、
真空容器1中で、基板10上に、保護膜と、少なくとも
錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有する半
導体膜と、ゲート絶縁膜と、を連続成膜する。その後、
この半導体膜をレーザーアニール処理し、次いで、ソー
ス/トップゲート/ドレイン電極を形成する。
Further, the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a top gate type TFT using bias catalytic CVD or high density bias catalytic CVD. At least the raw material gas is supplied to the vacuum vessel 1,
In a vacuum vessel 1, a protective film, a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead, and a gate insulating film are continuously formed on a substrate 10. afterwards,
This semiconductor film is subjected to laser annealing, and then source / top gate / drain electrodes are formed.

【0118】また、本発明に係る薄膜半導体装置の製造
方法は、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触媒
CVDを利用してボトムゲート型TFTを製造する方法
である。基板10上にボトムゲート電極を形成し、真空
容器1に少なくとも原料ガスを供給して、真空容器1中
で、ボトムゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁
膜と、少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ
以上を含有する半導体膜と、保護膜とを連続成膜し、そ
の後で、前記半導体膜をレーザーアニール処理して多結
晶半導体膜とし、次いで、ソース/ドレイン電極を形成
する。
Further, the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a bottom gate type TFT by utilizing bias catalytic CVD or high density bias catalytic CVD. A bottom gate electrode is formed on a substrate 10, and at least a source gas is supplied to the vacuum vessel 1. In the vacuum vessel 1, a protective film, a bottom gate insulating film, and at least tin, germanium, and lead are formed on the bottom gate electrode. A semiconductor film containing at least one of the above and a protective film are successively formed, and thereafter, the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film, and then a source / drain electrode is formed.

【0119】また、本発明に係る薄膜半導体装置の製造
方法は、バイアス触媒CVDまたは高密度バイアス触媒
CVDを利用してデュアルゲート型TFTを製造する方
法である。基板10上にボトムゲート電極を形成し、真
空容器1に少なくとも原料ガスを供給して、真空容器1
中で、ボトムゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶
縁膜と、少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一
つ以上を含有する半導体膜と、トップゲート絶縁膜とを
連続成膜し、その後、前記半導体膜をレーザーアニール
処理して多結晶半導体膜とし、次いで、ソース/トップ
ゲート/ドレイン電極を形成する。
The method for manufacturing a thin-film semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a dual-gate TFT using bias catalytic CVD or high-density bias catalytic CVD. A bottom gate electrode is formed on a substrate 10, and at least a source gas is supplied to the vacuum vessel 1.
In the above, a protective film, a bottom gate insulating film, a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead, and a top gate insulating film are successively formed on the bottom gate electrode, The semiconductor film is laser-annealed into a polycrystalline semiconductor film, and then source / top gate / drain electrodes are formed.

【0120】このとき、水素ガスとモノシランガスとア
ンモニアガスとからなる原料ガスを前記真空容器内に供
給して窒化シリコン膜を形成することができる。また、
水素ガスとモノシランガスとヘリウム希釈の酸素ガスと
からなる原料ガスを前記真空容器内に供給して酸化シリ
コン膜を形成することができる。さらに、水素ガスと、
シランガスと、錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以
上と、からなる原料ガスを前記真空容器内に供給して、
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有するア
モルファスシリコン膜または微結晶シリコン膜またはポ
リシリコン膜を形成することができる。このとき、前記
モノシランガスに、リンまたは砒素またはアンチモンを
混入してN型不純物キャリア濃度のアモルファスシリコ
ン膜または微結晶シリコン膜またはポリシリコン膜を形
成するとよい。また、前記モノシランガスまたは前記シ
ランガスに、ボロンを混入してP型不純物キャリア濃度
のアモルファスシリコン膜または微結晶シリコン膜また
はポリシリコン膜を形成するとよい。このとき、例え
ば、前記錫の原料ガスは、SnCl,SnH,(C
Snを含む有機錫化合物とすると好適である。
さらに、錫は、1×1015atoms/cm以上、
好ましくは、1×1018atoms/cm〜1×1
20atoms/cm添加或いはドープしたものと
するとよい。
At this time, hydrogen gas, monosilane gas and
Raw material gas consisting of ammonia gas and
To form a silicon nitride film. Also,
Hydrogen gas, monosilane gas and helium diluted oxygen gas
Is supplied into the vacuum vessel to produce silicon oxide.
A cone film can be formed. In addition, hydrogen gas,
Silane gas and at least one of tin, germanium, and lead
And supplying a source gas consisting of:
An alloy containing at least one of tin, germanium, and lead
Morphous silicon film or microcrystalline silicon film or
A silicon film can be formed. At this time,
Phosphorus, arsenic, or antimony in monosilane gas
Amorphous silicon mixed with N-type impurity carrier concentration
Silicon film or microcrystalline silicon film or polysilicon film.
It is good to do. Further, the monosilane gas or the silicon
P type impurity carrier concentration by mixing boron into run gas
Amorphous silicon film or microcrystalline silicon film
It is preferable to form a polysilicon film. At this time,
If the source gas for tin is SnCl4, SnH4, (C
H3) 4It is preferable to use an organotin compound containing Sn.
Furthermore, tin is 1 × 10Fifteenatoms / cm3that's all,
Preferably, 1 × 1018atoms / cm3~ 1 × 1
020atoms / cm3Added or doped
Good to do.

【0121】上記薄膜半導体装置の製造方法では、半導
体膜及び絶縁膜を形成した後にレーザーアニール処理し
ているが、その後で電極形成し、その後に水蒸気アニー
ル処理および電極のプラズマクリーニング及びスパッタ
クリーニングを行うようにすることもできる。また、レ
ーザーアニール処理を行わずに、電極形成後に水蒸気ア
ニール処理および電極のプラズマクリーニング及びスパ
ッタクリーニングを行うようにすることもできる。
In the above-described method of manufacturing a thin film semiconductor device, laser annealing is performed after forming a semiconductor film and an insulating film. Thereafter, electrodes are formed, and then steam annealing and plasma cleaning and sputter cleaning of the electrodes are performed. You can also do so. Further, it is also possible to perform the steam annealing process and the plasma cleaning and sputter cleaning of the electrode after the electrode formation without performing the laser annealing process.

【0122】本発明に係る薄膜形成方法及び薄膜半導体
装置の製造方法によれば、シリコン半導体装置、シリコ
ン半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体
装置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化
合物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ
素半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、液晶表
示装置、有機/無機エレクトロルミネセンス表示装置、
フィールドエミッションディスプレイ装置、プラズマデ
ィスプレイパネル(PDP)装置、発光ポリマー表示装
置、発光ダイオード表示装置、CCDエリア/リニアセ
ンサ装置、MOSセンサ装置、高誘電率膜および強誘電
体メモリー装置、太陽電池等を製造することができる。
According to the method of forming a thin film and the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention, a silicon semiconductor device, a silicon semiconductor integrated circuit device, a silicon-germanium semiconductor device, a silicon-germanium semiconductor integrated circuit device, a compound semiconductor device, and a compound Semiconductor integrated circuit device, silicon carbide semiconductor device, silicon carbide semiconductor integrated circuit device, liquid crystal display device, organic / inorganic electroluminescence display device,
Manufactures field emission display devices, plasma display panel (PDP) devices, light emitting polymer displays, light emitting diode displays, CCD area / linear sensor devices, MOS sensor devices, high dielectric constant films and ferroelectric memory devices, solar cells, etc. can do.

【0123】トップゲート型のみならず、ボトムゲート
及びデュアルゲート型TFTでも高い電子/正孔移動度
の錫あるいは鉛、ゲルマニウム含有ポリシリコン膜また
は単結晶シリコン膜が得られる為に、この高性能のポリ
シリコン膜半導体または単結晶シリコン膜半導体を使用
した高速・高電流密度の半導体装置、電気光学装置、更
に高効率の太陽電池装置等の製造が可能となる。本発明
における他の詳細な事項、作用・効果等は、次述する実
施例においてより明確になるであろう。
Since not only the top gate type but also the bottom gate and dual gate type TFTs can obtain a high electron / hole mobility tin or lead, germanium-containing polysilicon film or single crystal silicon film, this high performance It is possible to manufacture a high-speed and high-current-density semiconductor device, an electro-optical device, a solar cell device, and the like using a polysilicon film semiconductor or a single crystal silicon film semiconductor. Other details, functions, effects, and the like of the present invention will be more apparent in the following embodiments.

【0124】[0124]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、以下に説明する部材,配置等は本発明を
限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変
することができるものである。図1は、本発明で用いる
薄膜形成装置Sの一実施例を示す概略図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The members, arrangements, and the like described below do not limit the present invention, and can be variously modified within the scope of the present invention. FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a thin film forming apparatus S used in the present invention.

【0125】(DCバイアス触媒CVD法とその装置)
本例では、触媒CVD法に基づいて、水素系キャリアガ
スとシランガス等の原料ガスとからなる反応ガスを加熱
されたタングステン等の触媒体に接触させ、これによっ
て生成したラジカルな堆積種又はその前駆体及びラジカ
ル水素イオンにグロー放電開始電圧以下の電界を作用さ
せて運動エネルギーを与え、基板上に多結晶シリコン等
の所定の膜を気相成長させるに際し、基板と対向電極と
の間にグロー放電開始電圧以下の直流電圧(パッシェン
の法則で決まる直流電圧、例えば、1kV以下の電圧)
を印加し、前記ラジカルな堆積種又はその前駆体及びラ
ジカル水素イオンを基板の側へ指向させる。以下、本例
のCVD法をDCバイアス触媒CVD法と称する。本例
のDCバイアス触媒CVD法は、図1〜図3に示す如き
成膜装置を用いて実施される。
(DC bias catalytic CVD method and its apparatus)
In this example, based on the catalytic CVD method, a reactive gas composed of a hydrogen-based carrier gas and a raw material gas such as a silane gas is brought into contact with a heated catalyst such as tungsten, and the radical deposition species generated thereby or a precursor thereof is generated. A kinetic energy is applied to the body and radical hydrogen ions by applying an electric field equal to or lower than the glow discharge initiation voltage, and when a predetermined film such as polycrystalline silicon is vapor-phase grown on the substrate, a glow discharge is generated between the substrate and the counter electrode. DC voltage equal to or less than the starting voltage (DC voltage determined by Paschen's law, for example, voltage of 1 kV or less)
To direct the radical deposition species or its precursor and radical hydrogen ions toward the substrate. Hereinafter, the CVD method of this example is referred to as a DC bias catalytic CVD method. The DC bias catalytic CVD method of the present embodiment is performed using a film forming apparatus as shown in FIGS.

【0126】この成膜装置(DCバイアス触媒CVD装
置)によれば、水素系キャリアガスと水素化ケイ素(例
えばモノシラン)等の原料ガス40(及び必要に応じて
やPHなどのドーピングガスも含む。)で構
成される反応ガスは、供給導管61からガスシャワーヘ
ッド3aの供給口43を通して成膜装置1へ導入され
る。成膜装置1の内部には、ガラス等の基板10を支持
するためのサセプタ2と、耐熱性の良い(望ましくは熱
触媒体5と同じか或いはそれ以上の融点を有する材質
の)ガスシャワーヘッド3aと、コイル状のタングステ
ン等の熱触媒体5と、更には開閉可能なシャッター67
とがそれぞれ配されている。なお、サセプタ2と成膜装
置1との間には磁気シール72が施されている。また、
成膜装置1は前工程を行なう前室73に後続され、ター
ボ分子ポンプ74等でバルブ75を介して排気される。
According to this film forming apparatus (DC bias catalytic CVD apparatus), a hydrogen-based carrier gas and a source gas 40 such as silicon hydride (for example, monosilane) (and B 2 H 6 or PH 3 if necessary) are used. A reaction gas composed of a doping gas is introduced from the supply conduit 61 into the film forming apparatus 1 through the supply port 43 of the gas shower head 3a. Inside the film forming apparatus 1, a susceptor 2 for supporting a substrate 10 such as glass, and a gas shower head having good heat resistance (preferably a material having a melting point equal to or higher than that of the thermal catalyst 5) are provided. 3a, a coil-shaped thermal catalyst 5 such as tungsten, and a shutter 67 that can be opened and closed.
And are arranged respectively. In addition, a magnetic seal 72 is provided between the susceptor 2 and the film forming apparatus 1. Also,
The film forming apparatus 1 is followed by a pre-chamber 73 for performing a pre-process, and is evacuated via a valve 75 by a turbo molecular pump 74 or the like.

【0127】そして、基板10はサセプタ2内のヒータ
2b等の加熱手段で加熱され、また熱触媒体5は例えば
抵抗線として融点以下(特に800〜2000℃、タン
グステンの場合は約1600〜1700℃)に加熱され
て活性化される。熱触媒体5の両端子は直流又は交流の
触媒体電源68に接続され、この電源からの通電により
所定温度に加熱される。また、ガスシャワーヘッド3a
は加速電極として、導管61を介して可変の直流電源
(1kV以下、例えば500V)69の正極側に接続さ
れ、負極側のサセプタ2(従って、基板10)との間に
1kV以下の直流バイアス電圧が印加されるようになっ
ている。
The substrate 10 is heated by a heating means such as a heater 2b in the susceptor 2. The thermal catalyst 5 is, for example, a resistance wire having a melting point or less (especially 800 to 2000 ° C., and about 1600 to 1700 ° C. in the case of tungsten). ) Is activated by heating. Both terminals of the thermal catalyst 5 are connected to a DC or AC catalyst power supply 68, and are heated to a predetermined temperature by power supply from the power supply. Gas shower head 3a
Is connected to the positive electrode side of a variable DC power supply (1 kV or less, for example, 500 V) 69 via a conduit 61 as an accelerating electrode, and has a DC bias voltage of 1 kV or less between itself and the susceptor 2 (therefore, the substrate 10) on the negative electrode side. Is applied.

【0128】このDCバイアス触媒CVD法を実施する
には、成膜装置1内の真空度を10 −4〜10−6Pa
とし、例えば水素系キャリアガス100〜200SCC
M(Standard cc per minute:
以下、同様)を供給して、触媒体5を所定温度に加熱し
て活性化した後に、水素化ケイ素(例えばモノシラン)
ガス1〜20SCCM(及び必要に応じてBや、
PH等のドーピングガスも適量含む。)からなる反応
ガス40を供給導管61からガスシャワーヘッド3aの
供給口43を通して導入して、ガス圧を10〜10−1
Pa、例えば1Paとする。ここで、水素系キャリアガ
スは、水素、水素+アルゴン、水素+ヘリウム、水素+
ネオン、水素+キセノン、水素+クリプトン等の、水素
に不活性ガスを適量混合させたガスであれば、いずれで
もよい(以下、同様)。尚、原料ガスの種類によって
は、必ずしも水素系キャリアガスは必要ではない。即
ち、水素系キャリアガスなしでシランのみの触媒反応で
ポリSiを成膜する方法(Hot Wire法と称され
ている。)が知られており、この方法にも本発明が適用
可能なためである。
The DC bias catalytic CVD method is performed.
The vacuum degree in the film forming apparatus 1 is 10 -4-10-6Pa
For example, a hydrogen-based carrier gas of 100 to 200 SCC
M (Standard cc per minute:
The same applies hereinafter) to heat the catalyst 5 to a predetermined temperature.
After activation, silicon hydride (eg, monosilane)
Gas 1-20 SCCM (and B if necessary2H6And
PH3Doping gas. Reaction consisting of
The gas 40 is supplied from the supply conduit 61 to the gas shower head 3a.
The gas is introduced through the supply port 43 and the gas pressure is 10 to 10-1
Pa, for example, 1 Pa. Here, hydrogen carrier gas
Are hydrogen, hydrogen + argon, hydrogen + helium, hydrogen +
Hydrogen such as neon, hydrogen + xenon, hydrogen + krypton
Any gas that is a mixture of an appropriate amount of inert gas
(The same applies hereinafter). Depending on the type of source gas
Does not necessarily require a hydrogen-based carrier gas. Immediately
In other words, the catalytic reaction of only silane without hydrogen-based carrier gas
A method of forming a poly-Si film (called a Hot Wire method)
ing. ) Is known, and the present invention is also applied to this method.
Because it is possible.

【0129】反応ガス40の少なくとも一部は熱触媒体
5と接触して触媒的に分解し、触媒分解反応または熱分
解反応によって、高エネルギーをもつシリコン等のイオ
ン、ラジカル等の反応種の集団(即ち、堆積種又はその
前駆体及びラジカル水素イオン)を形成する。こうして
生成したイオン、ラジカル等の反応種70にグロー放電
開始電圧(約1kV)以下、例えば500Vの直流電源
69による直流電界を作用させて運動エネルギーを与
え、基板10の側へ指向させて、室温〜550℃(例え
ば200〜300℃)に保持された基板10上に多結晶
シリコン等の所定の膜を気相成長させる。
At least a part of the reaction gas 40 is catalytically decomposed by contacting the thermal catalyst 5 and a group of reactive species such as ions and radicals such as silicon having high energy by a catalytic decomposition reaction or a thermal decomposition reaction. (Ie, deposited species or precursors thereof and radical hydrogen ions). A kinetic energy is applied to the reaction species 70 such as ions and radicals thus generated by applying a DC electric field from a DC power supply 69 of a glow discharge starting voltage (about 1 kV) or less, for example, 500 V, and the kinetic energy is directed to the substrate 10 side. A predetermined film such as polycrystalline silicon is vapor-phase grown on the substrate 10 maintained at a temperature of 550 ° C. (for example, 200-300 ° C.).

【0130】こうして、プラズマを発生することなく、
反応種に対し、熱触媒体5の触媒作用とその熱エネルギ
ーに直流電界による加速エネルギーを加えた指向性の運
動エネルギーを与えるので、反応ガスを効率良く反応種
に変えて、直流電界により基板10上に均一に熱CVD
法で堆積することができる。この堆積種56は基板10
上で泳動し、薄膜中で拡散するので、緻密でステップカ
バレージの良い平坦かつ均一な薄膜を形成できる。
Thus, without generating plasma,
The catalytic action of the thermal catalyst 5 and the directional kinetic energy obtained by adding the acceleration energy by the DC electric field to the thermal energy are given to the reactive species, so that the reactive gas is efficiently converted into the reactive species, and the substrate 10 is converted by the DC electric field. Thermal CVD uniformly on top
Method. The deposited species 56 is
Since it migrates on the top and diffuses in the thin film, it is possible to form a flat and uniform thin film with high density and good step coverage.

【0131】従って、本実施の形態によるDCバイアス
触媒CVDは、従来の触媒CVDのコントロールファク
タである基板温度、触媒体温度、ガス圧(反応ガス流
量)、原料ガス種類等に比べ、独立した任意の直流電界
で薄膜生成をコントロールすることを追加するのが特長
である。このため、生成膜の基板との密着性をはじめ、
生成膜密度、生成膜均一性又は平滑性、ビアホールなど
への埋め込み性とステップカバレージを向上させ、基板
温度を一層低温化し、生成膜のストレスコントロール等
が可能となり、高品質膜(例えばバルクに近い物性のシ
リコン膜や金属膜)が得られる。しかも、熱触媒体5で
生成された反応種を直流電界で独立してコントロール
し、効率良く基板上に堆積できるので、反応ガスの利用
効率が高く、生成速度を早め、生産性向上と反応ガス削
減によるコストダウンを図れる。
Therefore, the DC bias catalytic CVD according to the present embodiment is independent of the control factors of the conventional catalytic CVD, such as the substrate temperature, the catalyst temperature, the gas pressure (reaction gas flow rate), and the type of the source gas. The feature is that the control of thin film formation by a DC electric field is added. For this reason, including the adhesion of the generated film to the substrate,
The density of the formed film, the uniformity or smoothness of the formed film, the embedding property in the via hole and the like, and the step coverage are improved, the substrate temperature is further lowered, and the stress control of the formed film becomes possible. Physical properties of a silicon film or a metal film). Moreover, since the reactive species generated by the thermal catalyst 5 can be independently controlled by a DC electric field and can be efficiently deposited on the substrate, the utilization efficiency of the reaction gas is high, the generation speed is increased, the productivity is improved, and the reaction gas is improved. Cost can be reduced by reduction.

【0132】また、基板温度を低温化しても堆積種の運
動エネルギーが大きいために、目的とする良質の膜が得
られることから、基板温度を上記のように更に低温化で
き、大型で安価な絶縁基板(ほうけい酸ガラス、アルミ
ノけい酸ガラス等のガラス基板、ポリイミド等の耐熱性
樹脂基板等)を使用でき、この点でもコストダウンが可
能となる。しかも、上記した反応種の加速のための電極
として、反応ガス供給用のガスシャワーヘッド3aを兼
用できるので、構造が簡略となる。
Further, even if the substrate temperature is lowered, the kinetic energy of the deposited species is large, so that a desired high-quality film can be obtained. Therefore, the substrate temperature can be further lowered as described above. An insulating substrate (a glass substrate such as borosilicate glass or aluminosilicate glass, a heat-resistant resin substrate such as polyimide, or the like) can be used, and the cost can be reduced in this regard. In addition, since the gas shower head 3a for supplying the reaction gas can be used as an electrode for accelerating the reaction species, the structure is simplified.

【0133】また、勿論のことであるが、プラズマの発
生がないので、プラズマによるダメージがなく、低スト
レスの生成膜が得られると共に、プラズマCVD法に比
べ、はるかにシンプルで安価な装置が実現する。
Also, needless to say, since no plasma is generated, a plasma-damage-free, low-stress generating film can be obtained, and a much simpler and less expensive apparatus can be realized as compared with the plasma CVD method. I do.

【0134】この場合、減圧下(例えば10−1〜1P
a)又は常圧下で操作を行なえるが、減圧タイプよりも
常圧タイプの方がよりシンプルで安価な装置が実現す
る。そして、常圧タイプでも上記の電界を加えるので、
密度、均一性、密着性のよい高品質膜が得られる。この
場合も、減圧タイプよりも常圧タイプの方がスループッ
トが大であり、生産性が高く、コストダウンが可能であ
る。
In this case, under reduced pressure (for example, 10 -1 to 1P)
a) Or operation can be performed under normal pressure, but the normal pressure type realizes a simpler and less expensive device than the reduced pressure type. And even the normal pressure type applies the above electric field,
A high quality film with good density, uniformity and adhesion can be obtained. Also in this case, the normal pressure type has higher throughput, higher productivity, and cost reduction than the reduced pressure type.

【0135】減圧タイプの場合は、直流電圧はガス圧
(反応ガス流量)や原料ガス種類等によって左右される
が、いずれにしても、グロー放電開始電圧以下の任意の
電圧に調整する必要がある。常圧タイプの場合は、放電
はしないが、原料ガス及び反応種の流れが膜厚及び膜質
に悪影響を及ぼさないように、基板上に排ガス流が接し
ないように排気を調整することが望ましい。なお、本例
では、図1に示すように、基板1をシャワーヘッド42
の上方に配したが、図4に示すように、基板10をシャ
ワーヘッド3aの下方に配してもよい。
In the case of the decompression type, the DC voltage depends on the gas pressure (reaction gas flow rate), the kind of the source gas and the like, but in any case, it is necessary to adjust the voltage to an arbitrary voltage equal to or lower than the glow discharge starting voltage. . In the case of the normal pressure type, no discharge is performed, but it is desirable to adjust the exhaust gas so that the exhaust gas flow does not come into contact with the substrate so that the flow of the raw material gas and the reactive species does not adversely affect the film thickness and the film quality. In this example, as shown in FIG.
However, as shown in FIG. 4, the substrate 10 may be arranged below the shower head 3a.

【0136】本発明の特徴の一つは、CVDにより半導
体膜を形成する場合に、原料ガスに少なくとも錫、ゲル
マニウム、鉛のいずれか一つ以上を混入あるいは同時に
導入して、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか
一つ以上を含有する半導体膜を形成する点に存在する。
つまり、原料ガスとしてのモノシランまたはジシランま
たはトリシランと錫またはゲルマニウムまたは鉛元素含
有ガスの例として、水素化錫(SnH)または錫の有
機化合物である(CHSn等の含有ガスを導入
し、炭素を除く他の四族元素を含有ポリシリコン膜等を
形成する。
One of the features of the present invention is that, when a semiconductor film is formed by CVD, at least one of tin, germanium and lead is mixed or introduced simultaneously with a raw material gas to form at least tin, germanium, This is at the point of forming a semiconductor film containing at least one of lead.
That is, as an example of a gas containing monosilane, disilane, or trisilane and tin, germanium, or a lead element as a raw material gas, a gas containing tin hydride (SnH 4 ) or an organic compound of tin (CH 3 ) 4 Sn is introduced. Then, a polysilicon film or the like containing another group 4 element other than carbon is formed.

【0137】また、本発明の特徴は、触媒CVD法によ
り薄膜を形成する際に、電界を印加する点にもある。本
発明では、触媒CVD法により薄膜を形成する際に、グ
ロー放電開始電圧以下の直流電圧(即ち、パッシェンの
法則により決まるプラズマ発生電圧以下、例えば1kV
以下、数10V以上)を印加し、前記反応種を前記基板
10の側へ指向させて、効率よく堆積させる。
A feature of the present invention lies in that an electric field is applied when a thin film is formed by the catalytic CVD method. In the present invention, when a thin film is formed by the catalytic CVD method, a DC voltage equal to or lower than a glow discharge starting voltage (that is, equal to or lower than a plasma generation voltage determined by Paschen's law, for example, 1 kV).
Hereinafter, several tens of volts or more are applied, and the reactive species are directed toward the substrate 10 to efficiently deposit the reactive species.

【0138】前記電界として、グロー放電開始電圧以下
であって直流電圧(DC)に交流電圧を重畳させた電圧
(即ち、パッシェンの法則により決まるプラズマ発生電
圧以下、例えば1kV以下、数10V以上)を印加して
もよい。このようにすると、直流電圧に重畳させた交流
電圧により微妙な電界変化での指向性の運動エネルギー
を反応種に与えることができるため、上記した作用効果
に加えて、複雑な形状を有する基板10表面(凹凸段差
や高アスペクト比のビアホール等)にステップカバレー
ジが良く、均一で密着性及び密度の高い膜を形成でき
る。これと同様の作用効果は、前記電界を形成する電圧
(但し、その絶対値はグロー放電開始電圧以下であ
る。)として、高周波交流電圧のみ、又は低周波交流電
圧のみ、又は低周波交流電圧に高周波交流電圧を重畳さ
せた電圧を印加するときにも得られる。
As the electric field, a voltage lower than the glow discharge starting voltage and a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a direct current voltage (DC) (that is, a voltage lower than a plasma generation voltage determined by Paschen's law, for example, 1 kV or less, several tens V or more) is used. It may be applied. In this case, the kinetic energy of the directivity due to the subtle electric field change can be given to the reactive species by the AC voltage superimposed on the DC voltage. A step (uniform step, via hole with a high aspect ratio, or the like) has good step coverage on the surface, and a uniform film having high adhesion and density can be formed. The same operation and effect as described above can be obtained by converting the electric field to a voltage (however, the absolute value thereof is equal to or lower than the glow discharge starting voltage) to a high frequency AC voltage only, a low frequency AC voltage only, or a low frequency AC voltage. It is also obtained when applying a voltage on which a high-frequency AC voltage is superimposed.

【0139】上記の場合、前記交流電圧を高周波電圧
(RF)及び/又は低周波電圧(AC)としてよいが、
高周波電圧の周波数を1MHzより大きく1000MH
z以下である周波数、低周波電圧の周波数を1MHz以
下とするのがよい。
In the above case, the AC voltage may be a high frequency voltage (RF) and / or a low frequency voltage (AC).
The frequency of the high frequency voltage is greater than 1 MHz and 1000 MH
It is preferable that the frequency of z or less and the frequency of the low frequency voltage be 1 MHz or less.

【0140】前記交流電圧を高周波電圧(RF)とする
RF/DCバイアス触媒CVD法について、説明する。 (RF/DCバイアス触媒CVD法とその装置)本例で
は、触媒CVD法に基づいて、水素系キャリアガスとシ
ランガス等の原料ガスから成る反応ガスを加熱されたタ
ングステン等の触媒体に接触させ、これによって生成し
たラジカルな堆積種又はその前駆体及びラジカル水素イ
オンにグロー放電開始電圧以下の電界を作用させて運動
エネルギーを与え、絶縁基板上に多結晶シリコン等の所
定の膜を気相成長させるに際し、基板と対向電極との間
にグロー放電開始電圧以下であって直流電圧に高周波電
圧を重畳させた電圧(パッシェンの法則で決まる電圧
で、例えば1kV以下の電圧)を印加し、前記ラジカル
な堆積種又はその前駆体及びラジカル水素イオンを基板
の側へ指向させると共に、微妙な電界変化での運動エネ
ルギーを与えるようにしてもよい。以下、このCVD法
を、RF/DCバイアス触媒CVD法と称する。
An RF / DC bias catalytic CVD method using the AC voltage as a high frequency voltage (RF) will be described. (RF / DC Bias Catalytic CVD Method and Apparatus) In this example, based on the catalytic CVD method, a reaction gas comprising a hydrogen-based carrier gas and a raw material gas such as silane gas is brought into contact with a heated catalyst such as tungsten. A kinetic energy is applied by applying an electric field equal to or less than the glow discharge starting voltage to the radical deposition species or precursor thereof and radical hydrogen ions generated by the above, to give kinetic energy, and to vapor-grow a predetermined film such as polycrystalline silicon on the insulating substrate. At this time, a voltage (a voltage determined by Paschen's law, for example, a voltage of 1 kV or less) obtained by superimposing a high-frequency voltage on a DC voltage and being equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the counter electrode is applied to the radical. It directs the deposited species or its precursor and radical hydrogen ions to the side of the substrate, and gives kinetic energy in subtle electric field changes. It may be. Hereinafter, this CVD method is referred to as an RF / DC bias catalytic CVD method.

【0141】このRF/DCバイアス触媒CVD法は、
図5に示す如き成膜装置を用いて実施される。ガスシャ
ワーヘッド3aは加速電極として、導管61からロウパ
ス(高周波)フィルタ113を介して可変の直流電源
(1kV以下、例えば500V)69の正極側に接続さ
れ、また整合回路114を介して高周波電源115(1
00〜200Vp−p及び1〜100MHz、例えば1
50Vp−p、13.56MHz)に接続され、サセプ
タ2(従って、基板10)との間に1kV以下の高周波
電圧重畳の直流バイアス電圧が印加されるようになって
いる。その他のRF/DCバイアス触媒CVD法とその
装置の構成は、既に説明したDCバイアス触媒CVD法
とその装置の構成と同様である。
The RF / DC bias catalytic CVD method
This is performed using a film forming apparatus as shown in FIG. The gas shower head 3 a is connected as an acceleration electrode to the positive electrode side of a variable DC power supply (1 kV or less, for example, 500 V) 69 from a conduit 61 via a low-pass (high-frequency) filter 113, and a high-frequency power supply 115 via a matching circuit 114. (1
00-200V pp and 1-100MHz, for example 1
50 Vp -p , 13.56 MHz), and a DC bias voltage of 1 kV or less of a high-frequency voltage superimposed is applied between the susceptor 2 (therefore, the substrate 10). The other configurations of the RF / DC bias catalytic CVD method and its apparatus are the same as those of the DC bias catalytic CVD method and the apparatus described above.

【0142】前記交流電圧を高周波電圧(RF)とする
AC/DCバイアス触媒CVD法について、説明する。 (AC/DCバイアス触媒CVD法とその装置)本例で
は、触媒CVD法に基づいて、水素系キャリアガスとシ
ランガス等の原料ガスから成る反応ガスを加熱されたタ
ングステン等の触媒体に接触させ、これによって生成し
たラジカルな堆積種又はその前駆体及びラジカル水素イ
オンにグロー放電開始電圧以下の電界を作用させて運動
エネルギーを与え、絶縁基板上に多結晶シリコン等の所
定の膜を気相成長させるに際し、基板と対向電極との間
にグロー放電開始電圧以下であって直流電圧に低周波電
圧を重畳させた電圧(パッシェンの法則で決まる電圧
で、例えば1kV以下の電圧)を印加し、前記ラジカル
な堆積種又はその前駆体及びラジカル水素イオンを基板
の側へ指向させると共に、電界変化での運動エネルギー
を与えるようにしてもよい。以下、このCVD法をAC
/DCバイアス触媒CVD法と称する。
An AC / DC bias catalytic CVD method using the AC voltage as a high frequency voltage (RF) will be described. (AC / DC Bias Catalytic CVD Method and Apparatus) In this example, based on the catalytic CVD method, a reaction gas comprising a hydrogen-based carrier gas and a raw material gas such as silane gas is brought into contact with a heated catalyst such as tungsten. A kinetic energy is applied by applying an electric field equal to or less than the glow discharge starting voltage to the radical deposition species or precursor thereof and radical hydrogen ions generated by the above, to give kinetic energy, and to vapor-grow a predetermined film such as polycrystalline silicon on the insulating substrate. At this time, a voltage (a voltage determined by Paschen's law, for example, a voltage of 1 kV or less) which is lower than a glow discharge starting voltage and is superimposed on a DC voltage and which is lower than a glow discharge start voltage is applied between the substrate and the counter electrode, To direct the deposition species or its precursor and radical hydrogen ions to the substrate side, and to give kinetic energy by electric field change. Good. Hereinafter, this CVD method is referred to as AC
/ DC bias catalytic CVD method.

【0143】このAC/DCバイアス触媒CVD法は、
図6に示す如き成膜装置を用いて実施される。シャワー
ヘッド3aは加速電極として、導管61を介して(上述
のロウパスフィルタ113は省略可)可変の直流電源
(1kV以下、例えば500V)69の正極側に接続さ
れ、また整合回路114を介して低周波電源125(1
00〜200VP−P及び1MHz以下、例えば150
P−P、26kHz)に接続され、サセプタ2(従っ
て、基板10)との間に1kV以下の低周波電圧重畳の
直流バイアス電圧が印加されるようになっている。
This AC / DC bias catalytic CVD method
This is performed using a film forming apparatus as shown in FIG. The shower head 3 a is connected as an acceleration electrode to the positive electrode side of a variable DC power supply (1 kV or less, for example, 500 V) 69 via a conduit 61 (the above-mentioned low-pass filter 113 can be omitted), and via a matching circuit 114. Low frequency power supply 125 (1
00~200V P-P and 1MHz or less, for example 150
VP -P , 26 kHz), and a DC bias voltage of 1 kV or less superimposed with a low-frequency voltage is applied between the susceptor 2 and the substrate 10.

【0144】また、電界印加は、図7に示すように、加
速電極3aに電源の正極側を、サセプタ2(基板10)
に負極側(又はアース電位)を印加する方法(A)、又
は加速電極3aをアース電位とし、サセプタ2(基板1
0)に負極側を印加する方法(B)のいずれでもよい。
これは、装置構造、電源の種類、バイアス効果等に応じ
て決めればよい。
As shown in FIG. 7, the electric field was applied to the accelerating electrode 3a by connecting the positive electrode of the power source to the susceptor 2 (substrate 10).
(A) applying the negative electrode side (or ground potential) to the susceptor 2 (substrate 1)
Any method (B) of applying the negative electrode side to 0) may be used.
This may be determined according to the device structure, the type of power supply, the bias effect, and the like.

【0145】また、前記基板10又は前記サセプタ2と
前記反応ガス供給手段との間に前記熱触媒体と前記電界
印加用の電極とを設置してもよい。この電極は高耐熱性
材料、例えば熱触媒体と同じか、またはそれ以上の融点
をもつ材料で形成されるのが望ましい。
The thermal catalyst and the electrode for applying an electric field may be provided between the substrate 10 or the susceptor 2 and the reaction gas supply means. This electrode is desirably formed of a highly heat-resistant material, for example, a material having a melting point equal to or higher than that of the thermal catalyst.

【0146】前記熱触媒体又は前記電界印加用の電極3
aはコイル状、ワイヤー状、メッシュ状又は多孔板状に
形成してよく、またガス流に沿って複数個又は復数枚配
設してよい。例えば、電極3aの形状を、図8(A)の
多孔板状、図8(B)のメッシュ状とすることができ
る。これによってガス流を効果的に形成しつつ、触媒体
とガスとの接触面積を増大させ、触媒反応を十分に生ぜ
しめることができる。ガス流に沿って複数個又は復数枚
配設する場合は、互いに同じ材質又は互いに異なる材質
の触媒体又は電極3aとしてもよい。又、複数個又は複
数枚配設した触媒体のそれぞれに互いに異なる電界、例
えばDCとAC/DC、DCとRF/DC、AC/DC
とRF/DCを印加して、独立してコントロールしても
よい。
The thermal catalyst or the electrode 3 for applying an electric field
a may be formed in a coil shape, a wire shape, a mesh shape or a perforated plate shape, and a plurality or a plurality may be arranged along the gas flow. For example, the shape of the electrode 3a can be a perforated plate shape in FIG. 8A and a mesh shape in FIG. 8B. Thereby, while effectively forming the gas flow, the contact area between the catalyst body and the gas can be increased, and the catalytic reaction can be sufficiently generated. When a plurality or a plurality of sheets are arranged along the gas flow, the catalyst or the electrode 3a may be made of the same material or different materials. Also, different electric fields are applied to each of a plurality of or a plurality of catalyst bodies, for example, DC and AC / DC, DC and RF / DC, and AC / DC.
And RF / DC may be applied for independent control.

【0147】また、成膜時又は成膜中に前記触媒体の触
媒作用で反応ガスからイオン等の反応種が発生し、これ
により基板がチャージアップして膜又はデバイスの性能
を劣化させることがある。これを防止するために、前記
反応種に帯電防止用の荷電粒子(電子ビーム又はプロト
ンなど、特に電子ビーム)を照射してイオンを中和する
ことが望ましい。即ち、サセプタ2の近傍に、荷電粒子
照射手段が設置されているのがよい。
Further, during the film formation or during the film formation, reactive species such as ions are generated from the reaction gas by the catalytic action of the catalyst body, thereby charging up the substrate and deteriorating the performance of the film or device. is there. In order to prevent this, it is desirable to neutralize ions by irradiating the reactive species with charged particles (such as an electron beam or proton, particularly an electron beam) for preventing charge. That is, the charged particle irradiation means is preferably provided near the susceptor 2.

【0148】例えば、RF/DCバイアス触媒CVD法
及びその装置において、図9に示すように、基板10又
はサセプタ2の近傍に荷電粒子又はイオン(例えばエレ
クトロン)シャワー100を配設するとよい。
For example, in the RF / DC bias catalytic CVD method and its apparatus, a charged particle or ion (for example, electron) shower 100 may be provided near the substrate 10 or the susceptor 2 as shown in FIG.

【0149】本発明の特徴の一つは、バイアス触媒CV
D用の熱触媒体5を利用して成膜を行う他、チャンバ内
に水素系キャリアガスを導入して、界面欠陥低減のため
の表面処理を行う点にも存する。この点を、以下に詳説
する。上述したバイアス触媒CVD法において、導入す
るガスの種類を変えてやると、基板の表面を改質したり
クリーニングしたりする表面処理を行うことができる。
このように、基板表面を処理した後に成膜を行うと、界
面欠陥の極めて少ない良質な成膜を行うことが可能とな
る。
One of the features of the present invention is that the bias catalyst CV
In addition to forming a film using the thermal catalyst 5 for D, there is also a point that a hydrogen-based carrier gas is introduced into the chamber to perform a surface treatment for reducing interface defects. This will be described in detail below. In the above-described bias catalytic CVD method, by changing the type of gas to be introduced, a surface treatment for modifying or cleaning the surface of the substrate can be performed.
As described above, when the film is formed after the substrate surface is processed, a high-quality film with extremely few interface defects can be formed.

【0150】本例では、基板10の表面に改質及びクリ
ーニングを施すために、ガスシャワーヘッド3aからキ
ャリアガスとしての水素系ガスを導入する。水素系ガス
としては、水素ガス或いは水素ガスに不活性ガスである
アルゴン,ヘリウム,ネオンを含めたもの等があるが、
本実施態様では水素ガスのみを用いた例で説明する。水
素ガスは熱触媒体5との接触分解反応により活性化さ
れ、この活性化水素イオンHによって基板表面の自然
酸化膜や水分,汚れを除去するクリーニングが行える。
また、活性化水素イオンHにより、熱触媒体5の酸化
を防ぎ、熱触媒体5の劣化を防止することができる。こ
のとき、電界を印加することによって、活性化水素イオ
ンHによるクリーニング作用が効率的なものになる。
In this example, a hydrogen-based gas as a carrier gas is introduced from the gas shower head 3a in order to perform reforming and cleaning on the surface of the substrate 10. Examples of the hydrogen-based gas include hydrogen gas and hydrogen gas containing an inert gas such as argon, helium, and neon.
In this embodiment, an example using only hydrogen gas will be described. The hydrogen gas is activated by a catalytic decomposition reaction with the thermal catalyst 5, and the activated hydrogen ions H * can perform cleaning for removing a natural oxide film, moisture, and dirt on the substrate surface.
Further, the activated hydrogen ions H * can prevent the thermal catalyst 5 from being oxidized and prevent the thermal catalyst 5 from deteriorating. At this time, by applying an electric field, the cleaning action by the activated hydrogen ions H * becomes efficient.

【0151】本発明の特徴の一つは、バイアス触媒CV
Dにより半導体膜,絶縁膜を形成する場合において、上
記キャリアガス及び原料ガスの導入時間及びタイミング
により、所望の品質及び速度で成膜を行うことができる
点にある。以下、図10乃至図15を参照して、図1の
装置におけるキャリアガス及び原料ガスの導入方法につ
いて説明する。なお、図10乃至図15では、一例とし
て、基板上に保護膜用の窒化シリコン膜及び酸化シリコ
ン膜、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ
以上を含有するポリシリコン膜、ゲート絶縁膜用の酸化
シリコン膜を形成する場合について説明する。
One of the features of the present invention is that the bias catalyst CV
When a semiconductor film and an insulating film are formed by D, the film can be formed at a desired quality and at a desired speed depending on the introduction time and timing of the carrier gas and the source gas. Hereinafter, a method of introducing the carrier gas and the source gas in the apparatus of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 10 to 15, as an example, a silicon nitride film and a silicon oxide film for a protective film, a polysilicon film containing at least one of tin, germanium, and lead on a substrate, and a gate insulating film The case where the silicon oxide film is formed will be described.

【0152】図10乃至図12に示すガス導入形態は、
前提として、キャリアガスとしての水素ガスを、成膜装
置1内に一定量連続して導入するものである。先ず、図
10に示すガス導入形態について説明する。図10で
は、各種の成膜を行う前に、その都度、基板10の表面
をクリーニングする場合が示されており、この場合のキ
ャリアガスとしての水素ガス及び原料ガスの導入形態が
示されている。
The gas introduction modes shown in FIGS. 10 to 12 are as follows.
It is assumed that a predetermined amount of hydrogen gas as a carrier gas is continuously introduced into the film forming apparatus 1. First, the gas introduction mode shown in FIG. 10 will be described. FIG. 10 shows a case where the surface of the substrate 10 is cleaned each time before performing various kinds of film formation. In this case, an introduction form of a hydrogen gas and a source gas as a carrier gas is shown. .

【0153】まず、不図示のゲートバルブを通して成膜
装置1内に基板10を搬入し、サセプタ2に載置する。
次いで、排気系1aを動作させて成膜装置1内を所定圧
力まで排気するとともに、サセプタ2に内蔵されたヒー
タ2aを動作させて基板10を所定温度まで加熱する。
First, the substrate 10 is carried into the film forming apparatus 1 through a gate valve (not shown), and is placed on the susceptor 2.
Next, the evacuation system 1a is operated to exhaust the inside of the film forming apparatus 1 to a predetermined pressure, and the heater 2a built in the susceptor 2 is operated to heat the substrate 10 to a predetermined temperature.

【0154】そして、ガス導入系3を動作させて、まず
水素ガス150SCCMを成膜装置1内に導入する。導
入された水素ガスの一部は、熱触媒体5による接触分解
反応および触媒反応により活性化水素イオンHとな
り、電界印加により効率よく基板表面に到達して、基板
10の表面クリーニングを行う。
Then, the gas introduction system 3 is operated, and first, 150 SCCM of hydrogen gas is introduced into the film forming apparatus 1. Part of the introduced hydrogen gas becomes activated hydrogen ions H * by the catalytic decomposition reaction and the catalytic reaction by the thermal catalyst 5, and reaches the substrate surface efficiently by applying an electric field, thereby cleaning the surface of the substrate 10.

【0155】上記のように、成膜装置1内に水素ガスが
供給されている状態で、ガス導入系3を動作させ、第1
の原料ガス(アンモニア50SCCM及びモノシラン1
5SCCM)を成膜装置1内に導入する。グロー放電開
始電圧以下の直流電圧(即ち、パッシェンの法則により
決まるプラズマ発生電圧以下、例えば1kV以下、数1
0V以上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3aとの
間に印加する。これによって、熱触媒体5の熱分解反応
および触媒反応により第1の原料ガスから形成された高
エネルギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ指向
される。前記反応種の集団が、基板10に到達し、第1
の薄膜として窒化シリコン膜の形成が基板表面に作成さ
れる。
As described above, while the hydrogen gas is being supplied into the film forming apparatus 1, the gas introduction system 3 is operated to
Raw material gas (50 SCCM ammonia and monosilane 1
5 SCCM) is introduced into the film forming apparatus 1. DC voltage equal to or lower than the glow discharge starting voltage (that is, equal to or lower than the plasma generation voltage determined by Paschen's law, for example, equal to or lower than 1 kV,
(0 V or more) is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. Thereby, a group of high energy reactive species formed from the first source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of reactive species reaches the substrate 10 and
A silicon nitride film is formed as a thin film on the substrate surface.

【0156】その後、第1の原料ガスの導入を停止し
て、成膜装置1内から第1の原料ガスを排出する。本例
では、第1の原料ガスの排出後、所定時間経過した後
に、第2の原料ガスが導入される。このとき、水素ガス
は引き続き成膜装置1内に導入されている。したがっ
て、活性化水素イオンHにより、第1の膜が形成され
た基板表面の水や酸素等の分子付着が除去され、界面準
位を低減させることができる。
Thereafter, the introduction of the first source gas is stopped, and the first source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1. In the present example, the second source gas is introduced after a lapse of a predetermined time after the discharge of the first source gas. At this time, the hydrogen gas is continuously introduced into the film forming apparatus 1. Accordingly, by the activated hydrogen ions H * , adhesion of molecules such as water and oxygen on the surface of the substrate on which the first film is formed is removed, and the interface state can be reduced.

【0157】上記のように、活性化水素イオンHによ
り第1の膜が形成された基板表面がクリーニングされた
後で、第2の原料ガス(モノシラン15SCCM及びヘ
リウム希釈酸素1〜2SCCM)を導入する。グロー放
電開始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、数10
V以上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3aとの間
に印加する。これによって、熱触媒体5の熱分解反応お
よび触媒反応により第2の原料ガスから形成された高エ
ネルギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ指向さ
れる。前記反応種の集団が、基板10に到達し、酸化シ
リコン膜が基板10表面に作成される。
As described above, after the surface of the substrate on which the first film is formed is cleaned by the activated hydrogen ions H * , the second source gas (monosilane 15 SCCM and helium diluted oxygen 1-2 SCCM) is introduced. I do. DC voltage equal to or lower than the glow discharge starting voltage (for example, 1 kV or lower,
V or more) is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. Thus, a group of high energy reactive species formed from the second source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of reactive species reaches the substrate 10 and a silicon oxide film is formed on the surface of the substrate 10.

【0158】その後、第2の原料ガスの導入を停止し
て、処理容器1内から第2の原料ガスを排気する。第2
の原料ガスの排気後、常時導入されている水素ガスによ
る活性化水素イオンHにより酸化シリコン膜が形成さ
れた基板表面がクリーニングされた後で、第3の原料ガ
ス(モノシラン15SCCM,水素化錫(SnH)ま
たは錫の有機化合物である(CHSn等の含有ガ
ス15SCCM)を導入する。グロー放電開始電圧以下
の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以上)をサセ
プタ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印加する。こ
れによって、熱触媒体5の熱分解反応および触媒反応に
より第3の原料ガスから形成された高エネルギーの反応
種の集団が、前記基板10の側へ指向される。前記反応
種の集団が、基板10に到達し、錫含有ポリシリコン膜
が基板10表面に作成される。
Thereafter, the introduction of the second source gas is stopped, and the second source gas is exhausted from the processing chamber 1. Second
After the exhaust of the raw material gas, the surface of the substrate on which the silicon oxide film is formed is cleaned by the activated hydrogen ions H * by the hydrogen gas which is constantly introduced, and then the third raw material gas (monosilane 15 SCCM, tin hydride A gas containing (SnH 4 ) or a tin organic compound (CH 3 ) 4 Sn or the like containing 15 SCCM is introduced. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. Thus, a group of high energy reactive species formed from the third source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of the reactive species reaches the substrate 10 and a tin-containing polysilicon film is formed on the surface of the substrate 10.

【0159】前記工程と同様に、その後第3の原料ガス
の導入を停止して、成膜装置1内から第3の原料ガスを
排出する。第3の原料ガスの排気後、引き続き導入され
ている水素ガスによる活性化水素イオンHにより半導
体膜が形成された基板表面がクリーニングされた後で、
第4の原料ガス(モノシラン15SCCM及びヘリウム
希釈酸素1〜2SCCM)を導入する。グロー放電開始
電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以
上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印
加する。これによって、熱触媒体5の熱分解反応および
触媒反応により第4の原料ガスから形成された高エネル
ギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ指向され
る。前記反応種の集団が、基板10に到達し、酸化シリ
コン膜が基板表面に作成される。
In the same manner as in the above step, the introduction of the third source gas is stopped, and the third source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1. After evacuation of the third source gas, after the surface of the substrate on which the semiconductor film is formed is cleaned by activated hydrogen ions H * by the continuously introduced hydrogen gas,
A fourth source gas (monosilane 15 SCCM and helium diluted oxygen 1-2 SCCM) is introduced. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. As a result, a group of high energy reactive species formed from the fourth source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of the reactive species reaches the substrate 10, and a silicon oxide film is formed on the substrate surface.

【0160】このように、図10に示すガスの導入方法
によれば、各種の成膜後、所定時間において活性化水素
イオンHにより基板10の表面をクリーニングするの
で、基板上に高品質の半導体膜を形成することが可能と
なる。また、常に成膜装置1内に水素ガスを導入してい
るので、熱触媒体5の酸化劣化を防止することができ
る。
As described above, according to the gas introduction method shown in FIG. 10, the surface of the substrate 10 is cleaned by the activated hydrogen ions H * for a predetermined time after various kinds of film formation, so that a high quality A semiconductor film can be formed. Further, since hydrogen gas is always introduced into the film forming apparatus 1, it is possible to prevent the thermal catalyst 5 from being oxidized and deteriorated.

【0161】次に、図11に示すように、最初に基板表
面を所定時間クリーニングし、その後は各種の原料ガス
を連続して導入し、成膜を行う場合について説明する。
まず、不図示のゲートバルブを通して成膜装置1内に基
板10を搬入し、サセプタ2に載置する。次いで、排気
系1aを動作させて成膜装置1内を所定圧力まで排気す
るとともに、サセプタ2に内蔵されたヒータ2aを動作
させて基板10を所定温度まで加熱する。
Next, as shown in FIG. 11, the case where the substrate surface is first cleaned for a predetermined time, and thereafter various source gases are continuously introduced to form a film will be described.
First, the substrate 10 is carried into the film forming apparatus 1 through a gate valve (not shown), and is placed on the susceptor 2. Next, the evacuation system 1a is operated to exhaust the inside of the film forming apparatus 1 to a predetermined pressure, and the heater 2a built in the susceptor 2 is operated to heat the substrate 10 to a predetermined temperature.

【0162】そして、ガス導入系3を動作させて、まず
水素ガス150SCCMを成膜装置1内に導入する。導
入された水素ガスのうち一部は、熱触媒体5による接触
分解反応により活性化水素イオンHとなり、基板表面
に到達して、基板10の表面クリーニングを行う。
Then, the gas introducing system 3 is operated to first introduce 150 SCCM of hydrogen gas into the film forming apparatus 1. Part of the introduced hydrogen gas becomes activated hydrogen ions H * by catalytic decomposition reaction by the thermal catalyst 5 and reaches the substrate surface to clean the surface of the substrate 10.

【0163】上記のように、成膜装置1内に水素ガスが
供給されている状態で、ガス導入系3を動作させ、第1
の原料ガス(アンモニア50SCCM及びモノシラン1
5SCCM)を成膜装置1内に導入する。グロー放電開
始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以
上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印
加する。これによって、熱触媒体5の熱分解反応および
触媒反応により第1の原料ガスから形成された高エネル
ギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ指向され
る。前記反応種の集団が、基板10に到達し、第1の窒
化シリコン膜が基板10の表面に作成される。
As described above, while the hydrogen gas is being supplied into the film forming apparatus 1, the gas introduction system 3 is operated to
Raw material gas (50 SCCM ammonia and monosilane 1
5 SCCM) is introduced into the film forming apparatus 1. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. Thereby, a group of high energy reactive species formed from the first source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of the reactive species reaches the substrate 10, and a first silicon nitride film is formed on the surface of the substrate 10.

【0164】その後、第1の原料ガスの導入を停止し
て、成膜装置1内から第1の原料ガスを排出する。本例
では、第1の原料ガスの排出後、間を置かずに、第2の
原料ガス(モノシラン15SCCM及びヘリウム希釈酸
素1〜2SCCM)が導入される。酸化シリコン膜の形
成と、第2の原料ガスの排気後は、同様に、間を置かず
に第3の原料ガスが導入され、次いで第4の原料ガスが
導入される。このように連続で成膜するため、より速く
各成膜工程に移行し、成膜を行うことができる。なお、
このときも水素ガスは引き続き成膜装置1内に導入され
ている。このため熱触媒体の酸化による劣化を防止する
ことができる。
Thereafter, the introduction of the first source gas is stopped, and the first source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1. In this example, after discharging the first source gas, the second source gas (monosilane 15 SCCM and helium diluted oxygen 1 to 2 SCCM) is introduced without a pause. After the formation of the silicon oxide film and the evacuation of the second source gas, a third source gas is introduced without a pause, and then a fourth source gas is introduced. Since the film is formed continuously as described above, it is possible to shift to each film forming step more quickly and form a film. In addition,
At this time, the hydrogen gas is still introduced into the film forming apparatus 1. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the thermal catalyst due to oxidation.

【0165】なお、上記ガス導入方法において、少なく
とも錫含有ポリシリコン膜の成膜前に、活性化水素イオ
ンHによる表面のクリーニングを行うことにより、確
実に高品質な錫含有ポリシリコン膜を得ることが可能と
なり、好適である。
In the above gas introducing method, at least before the formation of the tin-containing polysilicon film, the surface is cleaned with activated hydrogen ions H *, thereby reliably obtaining a high-quality tin-containing polysilicon film. It is possible and preferable.

【0166】さらに、図12に示すように、傾斜接合膜
を形成する場合の水素ガス及び原料ガスの導入形態につ
いて説明する。まず、不図示のゲートバルブを通して成
膜装置1内に基板10を搬入し、サセプタ2に載置す
る。次いで、排気系1aを動作させて成膜装置1内を所
定圧力まで排気するとともに、サセプタ2に内蔵された
ヒータ2aを動作させて基板10を所定温度まで加熱す
る。
Further, as shown in FIG. 12, a description will be given of a mode of introducing a hydrogen gas and a source gas when forming a gradient bonding film. First, the substrate 10 is carried into the film forming apparatus 1 through a gate valve (not shown), and is placed on the susceptor 2. Next, the evacuation system 1a is operated to exhaust the inside of the film forming apparatus 1 to a predetermined pressure, and the heater 2a built in the susceptor 2 is operated to heat the substrate 10 to a predetermined temperature.

【0167】そして、ガス導入系3を動作させて、ま
ず、水素ガスを成膜装置1内に導入する。導入された水
素ガスは、熱触媒体5による接触分解反応により活性化
水素イオンHとなり、基板表面に到達して、基板10
の表面クリーニングを行う。
Then, the gas introduction system 3 is operated, and first, hydrogen gas is introduced into the film forming apparatus 1. The introduced hydrogen gas becomes activated hydrogen ions H * by a catalytic decomposition reaction by the thermal catalyst 5, reaches the substrate surface, and
Perform surface cleaning.

【0168】上記のように、成膜装置1内に水素ガスが
供給されている状態で、ガス導入系3を動作させ、第1
の原料ガス(アンモニア50SCCM及びモノシラン1
5SCCM)を成膜装置1内に導入する。グロー放電開
始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以
上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印
加する。これによって、熱触媒体5の熱分解反応および
触媒反応により第1の原料ガスから形成された高エネル
ギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ指向され
る。前記反応種の集団が、基板10に到達し、第1の窒
化シリコン膜が基板表面に作成される。
As described above, while the hydrogen gas is being supplied into the film forming apparatus 1, the gas introduction system 3 is operated to
Raw material gas (50 SCCM ammonia and monosilane 1
5 SCCM) is introduced into the film forming apparatus 1. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. Thereby, a group of high energy reactive species formed from the first source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of reactive species reaches the substrate 10, and a first silicon nitride film is formed on the substrate surface.

【0169】その後、第1の原料ガスの導入を停止し
て、成膜装置1内から第1の原料ガスを排出する。本例
では、第1の原料ガスが完全に排出される前に、第2の
原料ガス(モノシラン15SCCM及びヘリウム希釈酸
素1〜2SCCM)が導入される。このように、第1の
原料ガスの導入量を徐々に減少させるとともに、第2の
原料ガスの導入量を徐々に増加させることにより、成膜
装置1内には、所定時間、第1の原料ガスと第2の原料
ガスが占有率を変えながら混在することになる。このよ
うにして、第1の薄膜と、第2の薄膜との境界が明確に
分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜,例えば、窒
化シリコン−酸窒化シリコン−酸化シリコンの膜にする
ことができる。但し、MOSTFT特性が悪くなるの
で、ゲート絶縁膜の酸化シリコン膜と錫含有シリコン膜
(ポリシリコン,単結晶シリコン,アモルファスシリコ
ン,微結晶シリコン等)は傾斜接合としない。なお、こ
のときも水素ガスは、引き続き成膜装置1内に導入され
ている。このため熱触媒体の酸化による劣化を防止する
ことができる。
Thereafter, the introduction of the first source gas is stopped, and the first source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1. In this example, the second source gas (monosilane 15 SCCM and helium diluted oxygen 1-2 SCCM) is introduced before the first source gas is completely exhausted. As described above, by gradually decreasing the introduction amount of the first source gas and gradually increasing the introduction amount of the second source gas, the first source gas is kept in the film forming apparatus 1 for a predetermined time. The gas and the second source gas are mixed while changing the occupancy. In this manner, a so-called inclined junction film in which the boundary between the first thin film and the second thin film is not clearly divided, for example, a silicon nitride-silicon oxynitride-silicon oxide film can be obtained. . However, since the MOSTFT characteristics deteriorate, the silicon oxide film as the gate insulating film and the tin-containing silicon film (polysilicon, single-crystal silicon, amorphous silicon, microcrystalline silicon, etc.) are not formed as the inclined junction. At this time, the hydrogen gas is still introduced into the film forming apparatus 1. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the thermal catalyst due to oxidation.

【0170】上記のように、活性化水素イオンHを常
時発生させ、基板10の表面が常にクリーニングされる
ように構成されているので、酸化シリコン膜と少なくと
も錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する
ポリシリコン膜の界面にアモルファスシリコンの遷移層
が形成されず、高品質な半導体膜層を形成することが可
能となる。
As described above, activated hydrogen ions H * are always generated, and the surface of the substrate 10 is always cleaned. Therefore, the silicon oxide film and at least one of tin, germanium and lead are used. A transition layer of amorphous silicon is not formed at the interface of the polysilicon film containing one or more, and a high-quality semiconductor film layer can be formed.

【0171】また、必要に応じて、成膜する前に活性化
水素イオンHで基板10の表面を常時クリーニングし
て、表面改質処理するので、基板10の表面の水や酸素
等の分子付着が除去されて界面準位が低減し、それぞれ
の膜間のストレスが低く、高品質の薄膜(窒化シリコン
膜、酸化シリコン膜、錫含有ポリシリコン膜等)とする
ことが可能となる。特に、ゲート絶縁膜と錫含有ポリシ
リコン膜を連続的に成膜する際に、活性化水素イオンH
にさらす処理を行なうと、水素アニール効果により、
界面準位密度の低い半導体−絶縁体接合構造の高品質半
導体装置を製造することが可能となる。
Further, if necessary, the surface of the substrate 10 is constantly cleaned with activated hydrogen ions H * before the film is formed, and the surface is modified, so that molecules such as water and oxygen on the surface of the substrate 10 are formed. The adhesion is removed, the interface state is reduced, the stress between the films is low, and a high-quality thin film (silicon nitride film, silicon oxide film, tin-containing polysilicon film, or the like) can be formed. In particular, when the gate insulating film and the tin-containing polysilicon film are continuously formed, the activated hydrogen ions H
* , The hydrogen annealing effect
A high-quality semiconductor device having a semiconductor-insulator junction structure with a low interface state density can be manufactured.

【0172】次に、図13乃至図15に示すガス導入形
態について説明する。図13乃至図15に示すガス導入
形態は、キャリアガスとしての水素ガスを、途中で停止
し、または低減させることにより、高速に被膜を形成す
るものである。先ず、図13に示すガス導入形態につい
て説明する。図13では、各種の成膜を行う前に、その
都度、基板10の表面をクリーニングする場合を示し、
この場合のキャリアガスとしての水素ガス及び原料ガス
の導入形態を示している。
Next, the gas introduction modes shown in FIGS. 13 to 15 will be described. The gas introduction modes shown in FIGS. 13 to 15 form a film at high speed by stopping or reducing the amount of hydrogen gas as a carrier gas. First, the gas introduction mode shown in FIG. 13 will be described. FIG. 13 shows a case where the surface of the substrate 10 is cleaned each time before performing various kinds of film formation.
In this case, an introduction form of a hydrogen gas and a source gas as a carrier gas is shown.

【0173】まず、不図示のゲートバルブを通して成膜
装置1内に基板10を搬入し、サセプタ2に載置する。
次いで、排気系1aを動作させて成膜装置1内を所定圧
力まで下げるとともに、サセプタ2に内蔵されたヒータ
2aを動作させて、基板10を所定温度まで加熱する。
First, the substrate 10 is carried into the film forming apparatus 1 through a gate valve (not shown), and is placed on the susceptor 2.
Next, the inside of the film forming apparatus 1 is lowered to a predetermined pressure by operating the exhaust system 1a, and the heater 2a built in the susceptor 2 is operated to heat the substrate 10 to a predetermined temperature.

【0174】そして、ガス導入系3を動作させて、まず
水素ガス150SCCMを成膜装置1内に導入する。導
入された水素ガスは、一部が熱触媒体5による接触分解
反応により活性化水素イオンHとなり、基板表面に到
達して、基板10の表面クリーニングを行う。
Then, the gas introducing system 3 is operated to first introduce 150 SCCM of hydrogen gas into the film forming apparatus 1. A part of the introduced hydrogen gas becomes activated hydrogen ions H * by catalytic decomposition reaction by the thermal catalyst 5, reaches the substrate surface, and cleans the surface of the substrate 10.

【0175】上記のように、成膜装置1内に水素ガスが
供給されている状態で、ガス導入系3を動作させ、第1
の原料ガス(アンモニア50SCCM及びモノシラン1
5SCCM)を成膜装置1内に導入する。グロー放電開
始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以
上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印
加する。これによって、熱触媒体5の熱分解反応および
触媒反応により第1の原料ガスから形成された高エネル
ギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ指向され
る。前記反応種の集団が、基板10に到達し、第1の薄
膜として窒化シリコン膜の形成が基板表面において開始
される。
As described above, while the hydrogen gas is being supplied into the film forming apparatus 1, the gas introduction system 3 is operated to
Raw material gas (50 SCCM ammonia and monosilane 1
5 SCCM) is introduced into the film forming apparatus 1. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. Thereby, a group of high energy reactive species formed from the first source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of the reactive species reaches the substrate 10, and the formation of the silicon nitride film as the first thin film is started on the substrate surface.

【0176】その後、マスフローコントローラーMを制
御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これ
により、成膜装置1内では第1の原料ガスの割合が高く
なるため、基板10上で窒化シリコン膜の形成速度が高
速となる。第1の薄膜の形成が終わったら、第1の原料
ガスの導入を停止して、成膜装置1内から第1の原料ガ
スを排出する。
After that, the mass flow controller M is controlled to reduce or stop the supply of the hydrogen gas. Thus, the rate of the first source gas in the film forming apparatus 1 increases, so that the formation speed of the silicon nitride film on the substrate 10 increases. After the formation of the first thin film, the introduction of the first source gas is stopped, and the first source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1.

【0177】成膜装置1から第1の原料ガスが排出され
たら、再びキャリアガスとしての水素ガス150SCC
Mを導入し、活性化水素イオンHにより、第1の薄膜
が形成された基板10の表面の水や酸素等の分子付着を
除去し、界面準位を低減させる。水素ガスのみを所定時
間導入した後に、第2の原料ガス(モノシラン15SC
CM及びヘリウム希釈酸素1〜2SCCM)を導入す
る。グロー放電開始電圧以下の直流電圧(例えば1kV
以下、数10V以上)をサセプタ2とガスシャワーヘッ
ド3aとの間に印加する。これによって、熱触媒体5の
熱分解反応および触媒反応により第2の原料ガスから形
成された高エネルギーの反応種の集団が、前記基板10
の側へ指向される。前記反応種の集団が、基板10に到
達し、酸化シリコン膜の形成が基板表面において開始さ
れる。
When the first source gas is discharged from the film forming apparatus 1, the hydrogen gas 150SCC is again used as a carrier gas.
M is introduced, and activated hydrogen ions H * are used to remove adhesion of molecules such as water and oxygen on the surface of the substrate 10 on which the first thin film is formed, thereby reducing the interface state. After introducing only hydrogen gas for a predetermined time, the second raw material gas (monosilane 15SC
CM and helium diluted oxygen 1-2 SCCM) are introduced. DC voltage equal to or lower than the glow discharge starting voltage (for example, 1 kV
Hereinafter, several tens of volts or more) is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. As a result, a group of high-energy reactive species formed from the second raw material gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is transferred to the substrate 10.
To the side of The group of the reactive species reaches the substrate 10, and the formation of the silicon oxide film is started on the substrate surface.

【0178】その後、マスフローコントローラーMを制
御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これ
により成膜装置1内では第2の原料ガスの割合が高くな
るため、基板10上で酸化シリコン膜の形成速度が高速
となる。酸化シリコン膜の形成が終わったら、第2の原
料ガスの導入を停止して、成膜装置1内から第2の原料
ガスを排出する。
After that, the mass flow controller M is controlled to reduce or stop the supply of the hydrogen gas. Thus, the rate of the second source gas in the film forming apparatus 1 increases, so that the formation speed of the silicon oxide film on the substrate 10 increases. After the formation of the silicon oxide film is completed, the introduction of the second source gas is stopped, and the second source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1.

【0179】成膜装置1から第2の原料ガスが排出され
たら、再びキャリアガスとしての水素ガス150SCC
Mを導入し、活性化水素イオンHにより、絶縁膜が形
成された基板10の表面の水や酸素等の分子付着を除去
し、界面準位を低減させる。水素ガスのみを所定時間導
入した後に、第3の原料ガス(モノシラン15SCC
M、水素化錫(SnH)または錫の有機化合物である
(CHSn等の含有ガス15SCCM)を導入す
る。グロー放電開始電圧以下の直流電圧(例えば1kV
以下、数10V以上)をサセプタ2とガスシャワーヘッ
ド3aとの間に印加する。これによって、熱触媒体5の
熱分解反応および触媒反応により第3の原料ガスから形
成された高エネルギーの反応種の集団が、前記基板10
の側へ指向される。前記反応種の集団が、基板10に到
達し、第3の少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれ
か一つ以上を含有する半導体膜としての錫含有ポリシリ
コン膜の形成が基板表面において開始される。
When the second source gas is discharged from the film forming apparatus 1, the hydrogen gas 150SCC is again used as a carrier gas.
By introducing M and activating hydrogen ions H * , adhesion of molecules such as water and oxygen on the surface of the substrate 10 on which the insulating film is formed is removed, and the interface state is reduced. After introducing only hydrogen gas for a predetermined time, the third raw material gas (monosilane 15SCC) is used.
M, a gas containing tin hydride (SnH 4 ) or a gas containing tin (CH 3 ) 4 Sn which is an organic compound (15 SCCM) is introduced. DC voltage equal to or lower than the glow discharge starting voltage (for example, 1 kV
Hereinafter, several tens of volts or more) is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. As a result, a group of high-energy reactive species formed from the third raw material gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is transferred to the substrate 10.
To the side of The group of the reactive species reaches the substrate 10, and the formation of the third tin-containing polysilicon film as a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead is started on the substrate surface.

【0180】その後、マスフローコントローラーMを制
御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これ
により成膜装置1内では第3の原料ガスの割合が高くな
るため、基板10上で半導体膜の形成速度が高速とな
る。半導体膜の形成が終わったら、第3の原料ガスの導
入を停止して、成膜装置1内から第3の原料ガスを排出
する。
After that, the mass flow controller M is controlled to reduce or stop the supply of the hydrogen gas. As a result, the rate of the third source gas in the film forming apparatus 1 increases, so that the formation speed of the semiconductor film on the substrate 10 increases. When the formation of the semiconductor film is completed, the introduction of the third source gas is stopped, and the third source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1.

【0181】成膜装置1から第3の原料ガスが排出され
たら、再びキャリアガスとしての水素ガス150SCC
Mを導入し、活性化水素イオンHにより、第3の薄膜
が形成された基板表面の水や酸素等の分子付着を除去
し、界面準位を低減させる。水素ガスのみを所定時間導
入した後に、第4の原料ガス(モノシラン15SCCM
及びヘリウム希釈酸素1〜2SCCM)を導入する。グ
ロー放電開始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、
数10V以上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3a
との間に印加する。これによって、熱触媒体5の熱分解
反応および触媒反応により第4の原料ガスから形成され
た高エネルギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ
指向される。前記反応種の集団が、基板10に到達し、
酸化シリコン膜の形成が基板10の表面において開始さ
れる。
When the third source gas is discharged from the film forming apparatus 1, the hydrogen gas 150SCC is again used as a carrier gas.
M is introduced, and the activated hydrogen ions H * remove molecules such as water and oxygen from the surface of the substrate on which the third thin film is formed, thereby reducing the interface state. After introducing only hydrogen gas for a predetermined time, the fourth raw material gas (monosilane 15 SCCM
And helium diluted oxygen 1-2 SCCM). DC voltage equal to or lower than the glow discharge starting voltage (for example, 1 kV or lower,
Susceptor 2 and gas shower head 3a
And between them. As a result, a group of high energy reactive species formed from the fourth source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The population of the reactive species reaches the substrate 10,
The formation of the silicon oxide film is started on the surface of the substrate 10.

【0182】その後、マスフローコントローラーMを制
御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これ
により成膜装置1内では第4の原料ガスの割合が高くな
るため、基板10上で酸化シリコン膜の形成速度が高速
となる。第4の薄膜の形成が終わったら、第4の原料ガ
スの導入を停止して、成膜装置1内から第4の原料ガス
を排出する。
Thereafter, the mass flow controller M is controlled to reduce or stop the supply of the hydrogen gas. Thus, the ratio of the fourth source gas in the film forming apparatus 1 increases, so that the formation speed of the silicon oxide film on the substrate 10 increases. After the formation of the fourth thin film, the introduction of the fourth source gas is stopped, and the fourth source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1.

【0183】このように、図13に示すガスの導入方法
によれば、各種の成膜後、所定時間において活性化水素
イオンHにより基板10の表面をクリーニングするの
で、基板10上に高品質の半導体膜および絶縁膜を形成
することが可能となる。また、各薄膜形成工程それぞれ
において、水素ガスの導入を低減または停止し原料ガス
濃度を高くしているので、基板10への薄膜形成を高速
で行うことができ、作業性を向上させることが可能とな
る。
As described above, according to the gas introduction method shown in FIG. 13, the surface of the substrate 10 is cleaned by the activated hydrogen ions H * for a predetermined period of time after the various kinds of film are formed. It is possible to form a semiconductor film and an insulating film. Further, in each of the thin film forming steps, since the introduction of the hydrogen gas is reduced or stopped to increase the concentration of the source gas, the thin film can be formed on the substrate 10 at a high speed, and the workability can be improved. Becomes

【0184】次に、図14に示すように、最初に基板1
0の表面を所定時間クリーニングし、その後は各種の原
料ガスを連続して導入し、成膜を行う場合について説明
する。まず、不図示のゲートバルブを通して成膜装置1
内に基板10を搬入し、サセプタ2に載置する。次い
で、排気系1aを動作させて成膜装置1内を所定圧力ま
で下げるとともに、サセプタ2に内蔵されたヒータ2a
を動作させて基板10を所定温度まで加熱する。
Next, as shown in FIG.
The case where the surface of No. 0 is cleaned for a predetermined time, and thereafter, various source gases are continuously introduced to form a film will be described. First, the film forming apparatus 1 is passed through a gate valve (not shown).
The substrate 10 is carried into the susceptor 2 and placed on the susceptor 2. Next, the inside of the film forming apparatus 1 is lowered to a predetermined pressure by operating the exhaust system 1a, and the heater 2a built in the susceptor 2 is operated.
Is operated to heat the substrate 10 to a predetermined temperature.

【0185】そして、ガス導入系3を動作させて、まず
水素ガス150SCCMを成膜装置1内に導入する。導
入された水素ガスは、熱触媒体5による接触分解反応に
より活性化水素イオンHとなり、基板10の表面に到
達して、基板10の表面クリーニングを行う。
Then, the gas introducing system 3 is operated to first introduce 150 SCCM of hydrogen gas into the film forming apparatus 1. The introduced hydrogen gas becomes activated hydrogen ions H * by a catalytic decomposition reaction by the thermal catalyst 5, reaches the surface of the substrate 10, and cleans the surface of the substrate 10.

【0186】上記のように、成膜装置1内に水素ガスが
供給されている状態で、ガス導入系3を動作させ、第1
の原料ガス(アンモニア50SCCM及びモノシラン1
5SCCM)を成膜装置1内に導入する。グロー放電開
始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以
上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印
加する。これによって、熱触媒体5の熱分解反応および
触媒反応により第1の原料ガスから形成された高エネル
ギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ指向され
る。前記反応種の集団が、基板10に到達し、窒化シリ
コン膜の形成が基板表面において開始される。
As described above, while the hydrogen gas is being supplied into the film forming apparatus 1, the gas introduction system 3 is operated to
Raw material gas (50 SCCM ammonia and monosilane 1
5 SCCM) is introduced into the film forming apparatus 1. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. Thereby, a group of high energy reactive species formed from the first source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of the reactive species reaches the substrate 10 and the formation of the silicon nitride film is started on the substrate surface.

【0187】その後、マスフローコントローラーMを制
御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これ
により成膜装置1内では第1の原料ガスの割合が高くな
るため、基板10上で窒化シリコン膜の形成速度が高速
となる。窒化シリコン膜の形成が終わったら、第1の原
料ガスの導入を停止して、成膜装置1内から第1の原料
ガスを排出する。
After that, the mass flow controller M is controlled to reduce or stop the supply of the hydrogen gas. As a result, the rate of the first source gas in the film forming apparatus 1 increases, so that the formation speed of the silicon nitride film on the substrate 10 increases. After the formation of the silicon nitride film, the introduction of the first source gas is stopped, and the first source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1.

【0188】本例では、第1の原料ガスの排出後、間を
置かずに、水素ガス及び第2の原料ガス(モノシラン1
5SCCM及びヘリウム希釈酸素1〜2SCCM)が導
入される。同様に第2の原料ガスの排気後は、間を置か
ずに第3の原料ガス(四族元素の例として、水素化錫
(SnH)または錫の有機化合物である(CH
Sn等を含有するモノシランガス15SCCM)が導入
され、次いで第4の原料ガス(モノシラン15SCCM
及びヘリウム希釈酸素1〜2SCCM)が導入される。
このように連続で成膜するため、より速く各成膜工程に
移行し、成膜を行うことができる。
In this example, after discharging the first raw material gas, the hydrogen gas and the second raw material gas (monosilane 1
5 SCCM and 1-2 SCCM of helium diluted oxygen) are introduced. Similarly, after evacuation of the second source gas, a third source gas (tin hydride (SnH 4 ) or an organic compound of tin (CH 3 ) 4 as an example of a Group 4 element) is immediately used.
A monosilane gas (15 SCCM containing Sn or the like) is introduced, and then a fourth raw material gas (monosilane 15 SCCM)
And helium diluted oxygen 1-2 SCCM) are introduced.
Since the film is formed continuously as described above, it is possible to shift to each film forming step more quickly and form a film.

【0189】なお、上記ガス導入方法において、少なく
ともポリシリコン膜の成膜前に、活性化水素イオンH
による表面クリーニングを行うことにより、確実に高品
質なポリシリコン膜を得ることが可能となり、好適であ
る。
In the above gas introducing method, at least before the formation of the polysilicon film, the activated hydrogen ions H *
By performing the surface cleaning by the method described above, it is possible to reliably obtain a high-quality polysilicon film, which is preferable.

【0190】さらに、図15に示すように、傾斜接合膜
を形成する場合の水素ガス及び原料ガスの導入形態につ
いて説明する。まず、不図示のゲートバルブを通して成
膜装置1内に基板10を搬入し、サセプタ2に載置す
る。次いで、排気系1aを動作させて成膜装置1内を所
定圧力まで下げるとともに、サセプタ2に内蔵されたヒ
ータ2aを動作させて基板10を所定温度まで加熱す
る。
Further, as shown in FIG. 15, a description will be given of an introduction mode of a hydrogen gas and a source gas when forming a gradient bonding film. First, the substrate 10 is carried into the film forming apparatus 1 through a gate valve (not shown), and is placed on the susceptor 2. Next, the inside of the film forming apparatus 1 is lowered to a predetermined pressure by operating the exhaust system 1a, and the heater 2a built in the susceptor 2 is operated to heat the substrate 10 to a predetermined temperature.

【0191】そして、ガス導入系3を動作させて、まず
水素ガス150SCCMを成膜装置1内に導入する。導
入された水素ガスは、熱触媒体5による接触分解反応に
より活性化水素イオンHとなり、基板10の表面に到
達して、基板10の表面クリーニングを行う。
Then, the gas introducing system 3 is operated to first introduce 150 SCCM of hydrogen gas into the film forming apparatus 1. The introduced hydrogen gas becomes activated hydrogen ions H * by a catalytic decomposition reaction by the thermal catalyst 5, reaches the surface of the substrate 10, and cleans the surface of the substrate 10.

【0192】上記のように、成膜装置1内に水素ガスが
供給されている状態で、ガス導入系3を動作させ、第1
の原料ガス(アンモニア50SCCM及びモノシラン1
5SCCM)を成膜装置1内に導入する。グロー放電開
始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以
上)をサセプタ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印
加する。これによって、熱触媒体5の熱分解反応および
触媒反応により第1の原料ガスから形成された高エネル
ギーの反応種の集団が、前記基板10の側へ指向され
る。前記反応種の集団が、基板10に到達し、第1の薄
膜として窒化シリコン膜の形成が基板10の表面におい
て開始される。
As described above, while the hydrogen gas is being supplied into the film forming apparatus 1, the gas introduction system 3 is operated to
Raw material gas (50 SCCM ammonia and monosilane 1
5 SCCM) is introduced into the film forming apparatus 1. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. Thereby, a group of high energy reactive species formed from the first source gas by the thermal decomposition reaction and the catalytic reaction of the thermal catalyst 5 is directed to the substrate 10 side. The group of the reactive species reaches the substrate 10 and the formation of the silicon nitride film as the first thin film is started on the surface of the substrate 10.

【0193】その後、マスフローコントローラーMを制
御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これ
により成膜装置1内では第1の原料ガスの割合が高くな
るため、基板10上で薄膜の形成速度が高速となる。窒
化シリコン膜の形成が終わったら、第1の原料ガスの導
入を停止して、成膜装置1内から第1の原料ガスを排出
する。
After that, the mass flow controller M is controlled to reduce or stop the supply of the hydrogen gas. As a result, the ratio of the first source gas in the film forming apparatus 1 increases, so that the rate of forming a thin film on the substrate 10 increases. After the formation of the silicon nitride film, the introduction of the first source gas is stopped, and the first source gas is discharged from the inside of the film forming apparatus 1.

【0194】本例では、第1の原料ガスが完全に排出さ
れる前に、第2の原料ガス(モノシラン15SCCM及
びヘリウム希釈酸素1〜2SCCM)が導入され、電界
が印加される。このように、第1の原料ガスの導入量を
徐々に減少させるとともに、第2の原料ガスの導入量を
徐々に増加させることにより、成膜装置1内には、所定
時間、第1の原料ガスと第2の原料ガスが占有率を変え
ながら混在することになる。このようにして、窒化シリ
コン膜と、酸化シリコン膜との境界が明確に分割されて
いない、いわゆる傾斜接合の絶縁膜,例えば、窒化シリ
コン−酸窒化シリコン−酸化シリコンの膜にすることが
できる。次に、第3の原料ガス(錫、ゲルマニウム、鉛
のいずれか一つ以上の例として、水素化錫(SnH
または錫の有機化合物である(CHSn等を含有
するモノシランガス15SCCM)、第2の原料ガスと
同じ第4の原料ガス(モノシラン15SCCM及びヘリ
ウム希釈酸素1〜2SCCM)を導入し、電界を印加し
て連続膜を成膜する。絶縁膜を傾斜接合により積層する
ことにより、膜間のストレスを低減させることができ、
さらに、半導体膜を連続成膜することにより、より高品
質な半導体−絶縁体接合構造の半導体装置を製造するこ
とが可能となる。
In this example, before the first source gas is completely exhausted, a second source gas (15 SCCM of monosilane and 1-2 SCCM of helium diluted oxygen) is introduced and an electric field is applied. As described above, by gradually decreasing the introduction amount of the first source gas and gradually increasing the introduction amount of the second source gas, the first source gas is kept in the film forming apparatus 1 for a predetermined time. The gas and the second source gas are mixed while changing the occupancy. Thus, a so-called inclined junction insulating film in which the boundary between the silicon nitride film and the silicon oxide film is not clearly divided, for example, a silicon nitride-silicon oxynitride-silicon oxide film can be obtained. Next, a third source gas (tin hydride (SnH 4 ) as an example of one or more of tin, germanium, and lead)
Alternatively, a monosilane gas (15 SCCM) containing (CH 3 ) 4 Sn, which is an organic compound of tin, and a fourth raw material gas (monosilane 15 SCCM and helium diluted oxygen 1 to 2 SCCM) same as the second raw material gas are introduced, and an electric field is generated. A continuous film is formed by applying the voltage. By stacking the insulating films by inclined bonding, the stress between the films can be reduced,
Further, by continuously forming a semiconductor film, a semiconductor device having a higher quality semiconductor-insulator junction structure can be manufactured.

【0195】なお、上記ガス導入方法において、少なく
とも錫含有ポリシリコン膜の成膜前に、活性化水素イオ
ンHによる表面のクリーニングを行うことにより、確
実に高品質な錫含有ポリシリコン膜を得ることが可能と
なり、好適である。
In the above gas introducing method, at least before the formation of the tin-containing polysilicon film, the surface is cleaned with activated hydrogen ions H *, whereby a high-quality tin-containing polysilicon film is reliably obtained. It is possible and preferable.

【0196】上記のように、基板10に絶縁膜または半
導体膜を形成するときに、少なくとも成膜前に活性化水
素イオンHでクリーニングさせ、原料ガスを供給して
成膜を開始し、所定膜厚後に水素キャリアガスを低減、
またはカットして、絶縁膜または半導体膜を高速で成膜
するので、生産性が高く、コストダウンを実現すること
が可能となる。
As described above, when an insulating film or a semiconductor film is formed on the substrate 10, the film is cleaned with activated hydrogen ions H * at least before film formation, and a film is started by supplying a source gas. Reduce hydrogen carrier gas after film thickness,
Alternatively, since the insulating film or the semiconductor film is formed at high speed by cutting, the productivity is high and the cost can be reduced.

【0197】また、成膜する前に活性化水素イオンH
で基板10の表面を常時クリーニングして、表面改質処
理するので、基板表面の水や酸素等の分子付着が除去さ
れて界面準位が低減し、それぞれの膜間のストレスが低
く、高品質の成膜(窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、
酸窒化シリコン膜、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛の
いずれか一つ以上を含有するポリシリコン膜等)とする
ことが可能となる。特に、ゲート絶縁膜と少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有するポ
リシリコン膜を連続的に成膜する際に、活性化水素イオ
ンHにさらす処理を行なうと、水素アニール効果によ
り、界面準位密度の低い半導体−絶縁体接合構造の高品
質半導体装置を製造することが可能となる。なお、水素
キャリアガスをカットした場合でもモノシランの触媒分
解反応により高いエネルギーのシリコン原子と同時に活
性化水素イオンHが発生しているので、熱触媒体5が
酸化劣化することは少ない。
Before forming a film, activated hydrogen ions H *
The surface of the substrate 10 is constantly cleaned and the surface modification treatment is performed, so that the adhesion of molecules such as water and oxygen on the substrate surface is removed, the interface state is reduced, the stress between the films is low, and the quality is high. Film formation (silicon nitride film, silicon oxide film,
A silicon oxynitride film, a polysilicon film containing at least one of tin, germanium, and lead). In particular, when a gate insulating film and a polysilicon film containing at least one of tin, germanium, and lead are continuously formed, a hydrogen annealing effect is obtained by performing a process of exposing the film to activated hydrogen ions H *. Accordingly, a high-quality semiconductor device having a semiconductor-insulator junction structure with a low interface state density can be manufactured. Note that even when the hydrogen carrier gas is cut, the activated hydrogen ions H * are generated simultaneously with the high energy silicon atoms due to the catalytic decomposition reaction of monosilane, so that the thermal catalyst 5 is less likely to be oxidized and deteriorated.

【0198】図16に、上記ガス導入を可能にするため
の、ガス供給系3の構成を詳細に示す。ガス供給系3で
は、キャリアガスとしての水素ガス、及び各種の原料ガ
スの供給源から、手動バルブ3c及び自動バルブ3dを
開閉させることにより、状況に応じて、所定のガスを成
膜装置1内に導くように構成されている。
FIG. 16 shows the configuration of the gas supply system 3 for enabling the above gas introduction in detail. In the gas supply system 3, a manual gas 3c and an automatic valve 3d are opened and closed from a supply source of hydrogen gas as a carrier gas and various source gases, so that a predetermined gas is supplied to the inside of the film forming apparatus 1 according to the situation. It is configured to lead to.

【0199】図16に示すガス供給系3では、複数種の
キャリアガス供給源を有しており、キャリアガスとし
て、各種の水素系ガスから所望のガスを選択できるよう
に構成されている。すなわち、選択されたキャリアガス
の手動バルブ3c或いは自動バルブ3dを開放し、マス
フローコントローラー(MFC)Mを介して成膜装置1
内へ導くものである。なお、本例では三方弁3eが配設
されており、選択されたガスを成膜装置1内へ導入する
か、真空排気されるか、が最終的に決定されるように構
成されている。不活性ガス,例えばヘリウム希釈酸素の
ガスは、別系の排気手段から排気されるものとする。
The gas supply system 3 shown in FIG. 16 has a plurality of types of carrier gas supply sources, and is configured so that a desired gas can be selected from various hydrogen-based gases as the carrier gas. That is, the manual valve 3c or the automatic valve 3d of the selected carrier gas is opened, and the film forming apparatus 1 is opened via the mass flow controller (MFC) M.
It leads to the inside. In this example, a three-way valve 3e is provided, and it is configured such that whether the selected gas is introduced into the film forming apparatus 1 or evacuated is finally determined. An inert gas, for example, a helium-diluted oxygen gas is exhausted from a separate exhaust means.

【0200】なお、上記成膜の速度を高める技術とし
て、成膜途中で原料ガスの濃度を高める等の技術を利用
した例を示したが、全体のガス圧を高める技術によっ
て、高速成膜することも可能である。
As an example of the technique for increasing the film formation speed, a technique of increasing the concentration of the source gas during the film formation has been described. However, the technique for increasing the overall gas pressure is used to perform high-speed film formation. It is also possible.

【0201】つまり、上記実施例では、1〜20Paの
範囲で、特に概略10Paのガス圧が選定されている。
そこで、成膜初期は緻密な成膜(特に少なくとも錫、ゲ
ルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有するポリシリ
コン成膜時にはアモルファスシリコンの遷移層形成防
止)のために低いガス圧(例えば1Pa前後)としてお
き、途中から高いガス圧(10〜20Pa)に変更する
ことによって高速成膜することが可能となる。
That is, in the above embodiment, a gas pressure of about 1 Pa to 20 Pa, particularly about 10 Pa is selected.
Therefore, a low gas pressure (for example, around 1 Pa) is required in the initial stage of the film formation for dense film formation (particularly, when forming a polysilicon film containing at least one of tin, germanium, and lead, prevention of formation of a transition layer of amorphous silicon). ), And by changing the gas pressure to a high value (10 to 20 Pa) in the middle, high-speed film formation can be performed.

【0202】このとき、各原料ガスの混合比率は一定に
してもよいし、又は任意に変更することができる。例え
ば、ポリシリコンの場合を例にすると、初期にはガス圧
を1Pa前後とし、モノシラン(1〜2SCCM)、水
素ガス(15〜20SCCM)としておき、途中からガ
ス圧10Pa以上とし、モノシラン(15〜20SCC
M)、水素ガス(50〜100SCCM)とする、とい
うような構成にすることで、高速成膜することが可能と
なる。
At this time, the mixing ratio of each source gas may be constant or may be arbitrarily changed. For example, taking the case of polysilicon as an example, initially, the gas pressure is set to about 1 Pa, monosilane (1-2 SCCM) and hydrogen gas (15-20 SCCM) are set, and the gas pressure is set to 10 Pa or more halfway, and the monosilane (15- 20 SCC
M) and hydrogen gas (50 to 100 SCCM) can be formed at a high speed.

【0203】そして、本発明の最大の特徴の一つは、連
続成膜または高速成膜した半導体膜、例えばゲート絶縁
膜および半導体膜をレーザーアニール処理する点にあ
る。本例のレーザーアニール処理では、結晶化しようと
する錫含有アモルファスシリコン薄膜または錫含有微結
晶シリコン薄膜、錫含有ポリシリコン薄膜に短波長パル
スレーザーを照射したとき、そのレーザー光が錫含有ア
モルファスシリコン薄膜または錫含有微結晶シリコン薄
膜、錫含有ポリシリコン薄膜の極表面のみで吸収され、
その後熱伝導によって半導体膜の内部が溶けて再結晶化
し、或はアニールされて結晶粒が大きくなることを利用
するものである。
[0203] One of the greatest features of the present invention is that a semiconductor film formed continuously or at high speed, for example, a gate insulating film and a semiconductor film is subjected to laser annealing. In the laser annealing treatment of this example, when a tin-containing amorphous silicon thin film, a tin-containing microcrystalline silicon thin film, and a tin-containing polysilicon thin film that are to be crystallized are irradiated with a short-wavelength pulse laser, the laser light is applied to the tin-containing amorphous silicon thin film. Or tin-containing microcrystalline silicon thin film, absorbed only on the very surface of the tin-containing polysilicon thin film,
Thereafter, the inside of the semiconductor film is melted and recrystallized by heat conduction, or annealing is performed to make crystal grains larger.

【0204】例えばアモルファスシリコン薄膜としてa
−Si:H膜を用いこれに波長308nmのXeClエ
キシマレーザー光を照射した場合、この波長に対する吸
収係数は10cm−1に達するので、極表面(100
Å程度)で吸収され熱に変換される。この熱は直ちに熱
伝導によって半導体膜内部に伝わる。この様に膜の表面
又は内部が瞬間的に高温になるためにa−Si:H膜は
結晶化され、大粒径ポリシリコン膜が形成され、その特
性は著しく変化する。例えば膜の移動度が著しく増大
し、また光伝導度が低減する。またイオン注入された膜
はその不純物が活性化される。
For example, as an amorphous silicon thin film, a
When an XeCl excimer laser beam having a wavelength of 308 nm is irradiated to a -Si: H film using this film, the absorption coefficient for this wavelength reaches 10 6 cm -1, and
Å) and is converted to heat. This heat is immediately transmitted to the inside of the semiconductor film by heat conduction. Since the surface or inside of the film is instantaneously heated to a high temperature as described above, the a-Si: H film is crystallized, and a large-grain polysilicon film is formed. For example, the mobility of the film increases significantly and the photoconductivity decreases. In addition, the impurity in the ion-implanted film is activated.

【0205】本例で用いる短波長パルスレーザー光とし
ては、そのレーザー波長が100〜400nm、実用範
囲は150〜350nm、パルス幅が100nsec以
下のもの、具体的には10〜50nsec就中20ns
ecのものを用いる。また、パルスのピーク強度は、1
W/cm以上〜10W/cm以下とし、フル
ーエンス(1回のパルスのエネルギー)は1J/cm
以下、好ましくは50〜500mJ/cm以下、具体
的には、200〜300mJ/cmとする。なお、本
例ではエキシマレーザーアニール処理(ELA)する
が、これに限定されるものではなく、アルゴンレーザー
アニール処理(ALA)してもよい。
The short-wavelength pulsed laser light used in this example has a laser wavelength of 100 to 400 nm, a practical range of 150 to 350 nm, and a pulse width of 100 ns or less, specifically 10 to 50 ns, especially 20 ns.
ec. The peak intensity of the pulse is 1
0 6 W / cm 2 or more and ~10 8 W / cm 2 or less, fluence (one pulse energy) of 1 J / cm 2
Or less, preferably 50 to 500 mJ / cm 2 or less, specifically, a 200~300mJ / cm 2. In this example, excimer laser annealing (ELA) is performed, but the present invention is not limited to this, and argon laser annealing (ALA) may be performed.

【0206】また、本例では、レーザービーム形状とし
て、ラインビーム(例えば、275×0.3〜0.4m
)のものを用いる。なお、エリアビーム(例えば、
100×100mm)のレーザービーム形状のものを
使用してもよい。このように、バイアス触媒CVD法等
により、連続成膜または高速成膜したゲート絶縁膜およ
び半導体膜をレーザーアニール処理することにより、基
板10全体を高温にすることなく低温(室温)にてアモ
ルファスシリコン薄膜または微結晶シリコンまたはポリ
シリコン膜の大粒径ポリシリコン結晶化、キャリア不純
物の活性化等が行え性能の向上が図れる。また半導体装
置の製造が容易となる。
In this example, the shape of the laser beam is a line beam (for example, 275 × 0.3 to 0.4 m).
m 2 ) is used. In addition, the area beam (for example,
A laser beam of 100 × 100 mm 2 ) may be used. As described above, the gate insulating film and the semiconductor film formed continuously or at a high speed by the bias catalyst CVD method or the like are subjected to the laser annealing treatment, so that the amorphous silicon can be formed at a low temperature (room temperature) without increasing the temperature of the entire substrate 10. Large-grain polysilicon crystallization of a thin film, microcrystalline silicon, or polysilicon film, activation of carrier impurities, and the like can be performed to improve performance. Further, the manufacture of the semiconductor device becomes easy.

【0207】なお、レーザーアニール処理は、基板10
上にゲート絶縁膜および半導体膜をバイアス触媒CVD
等の成膜装置内で成膜した後、レーザーアニール装置に
基板10を導入して行う。レーザーアニール処理は、真
空、または窒素ガスまたはいわゆるフォーミングガス,
すなわち窒素ガスと水素ガスの混合ガスを導入したレー
ザーアニール装置中で行う。
[0207] The laser annealing is performed on the substrate 10
Bias catalytic CVD on gate insulating film and semiconductor film
After forming a film in a film forming apparatus such as the above, the substrate 10 is introduced into a laser annealing apparatus. Laser annealing is performed under vacuum or nitrogen gas or so-called forming gas,
That is, the annealing is performed in a laser annealing apparatus into which a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas is introduced.

【0208】バイアス触媒CVDにより成膜すると、ア
モルファスシリコン膜には、通常1〜3%の水素が含ま
れる。この程度の量の水素を含む膜は、脱水素化処理を
せずに、そのままレーザーアニール処理を行う。このよ
うに、バイアス触媒CVDにより成膜されたアモルファ
スシリコン膜には、水素を1〜3%程度しか含有されな
いため、このアモルファスシリコン膜とゲート絶縁膜用
の酸化シリコン膜が積層している膜に直接レーザーアニ
ール処理しても、水素の突沸が発生しない。したがっ
て、レーザーアニールによるポリシリコン結晶化をスム
ーズに行うことができ、しかも、ポリシリコン膜とゲー
ト絶縁膜の界面準位の改善を容易に行うことができるの
で、移動度向上などの特性向上を容易に図ることができ
る。なお、バイアス触媒CVDは、膜の結晶構造を、ア
モルファスシリコン〜アモルファス/微結晶シリコン〜
微結晶シリコン〜アモルファス/微結晶シリコン混在の
ポリシリコン等のいずれかにもコントロールすることが
可能であるという特長がある。従って、バイアス触媒C
VDにより成膜した場合、結晶成長のシード(種)を形
成しやすいので、エキシマレーザー処理によって、堆積
されたシリコンが大粒径化しやすいという特徴がある。
When formed by bias catalytic CVD, the amorphous silicon film usually contains 1 to 3% of hydrogen. The film containing this amount of hydrogen is directly subjected to laser annealing without dehydrogenation. As described above, since the amorphous silicon film formed by the bias catalyst CVD contains only about 1 to 3% of hydrogen, the amorphous silicon film and the silicon oxide film for the gate insulating film are stacked. Even when laser annealing is performed directly, bumping of hydrogen does not occur. Therefore, polysilicon crystallization can be smoothly performed by laser annealing, and the interface state between the polysilicon film and the gate insulating film can be easily improved, so that characteristics such as mobility can be easily improved. It can be aimed at. In the bias catalyst CVD, the crystal structure of the film is changed from amorphous silicon to amorphous / microcrystalline silicon to
There is a feature that it is possible to control any of microcrystalline silicon to polysilicon mixed with amorphous / microcrystalline silicon. Therefore, the bias catalyst C
When a film is formed by VD, a seed (seed) for crystal growth is easily formed, and thus, there is a characteristic that silicon deposited by excimer laser treatment is easily increased in particle size.

【0209】さらに、本発明の最大の特徴の一つは、基
板10上に絶縁膜,半導体膜および電極を形成した後
に、絶縁膜と半導体膜との界面または絶縁膜を水蒸気ア
ニール処理する点にもある。この水蒸気アニール処理
は、上記レーザーアニール処理を行った場合,行ってい
ない場合のどちらの場合でも、行うことができる。逆
に、上記レーザーアニールを行い、この水蒸気アニール
処理を行わないように構成しても良い。本発明では、バ
イアス触媒CVD装置等で基板10上に絶縁膜,半導体
膜を形成した後、ソース/トップゲート/ドレイン電極
を形成し、水蒸気アニールチャンバ31内に配置する。
この水蒸気アニールチャンバ31内を、常温〜400
℃、分圧1×10Pa以上1×10Pa以下の飽和
蒸気圧以下の水蒸気を含む雰囲気とし、10秒以上20
時間以下の加熱を行う。
[0209] Further, one of the greatest features of the present invention is that after an insulating film, a semiconductor film, and an electrode are formed on the substrate 10, the interface between the insulating film and the semiconductor film or the insulating film is subjected to steam annealing. There is also. This water vapor annealing treatment can be performed either when the laser annealing treatment is performed or not. Conversely, the laser annealing may be performed and the steam annealing may not be performed. In the present invention, after an insulating film and a semiconductor film are formed on the substrate 10 by a bias catalytic CVD device or the like, source / top gate / drain electrodes are formed and placed in the steam annealing chamber 31.
The inside of the steam annealing chamber 31 is set at a normal temperature to 400
Temperature, a partial pressure of 1 × 10 2 Pa or more and 1 × 10 6 Pa or less, and an atmosphere containing water vapor having a saturated vapor pressure of not more than 10 seconds to 20 seconds.
Heat for less than an hour.

【0210】以下、この水蒸気アニール処理を行う装置
および処理方法について、説明する。図17は、上述の
水蒸気アニール処理を行う装置の一例の構成図を示すも
ので、この場合、水蒸気アニールチャンバ31内に、基
板10が配置されるサセプタ32が配置される。このサ
セプタ32には、ヒーター32bが設けられ、サセプタ
32に保持した基板10を所定の温度に加熱することが
できるようになされている。
Hereinafter, an apparatus and a processing method for performing the steam annealing will be described. FIG. 17 shows a configuration diagram of an example of an apparatus for performing the above-described steam annealing treatment. In this case, a susceptor 32 on which the substrate 10 is arranged is arranged in a steam annealing chamber 31. The susceptor 32 is provided with a heater 32b so that the substrate 10 held on the susceptor 32 can be heated to a predetermined temperature.

【0211】この水蒸気アニールチャンバ31には、排
気系31aが設けられ、これが排気手段(図示せず)に
バルブV1を介して連結される。また、この水蒸気アニ
ールチャンバ31にはその内部の圧力を観察する圧力計
34が設けられる。
[0211] The steam annealing chamber 31 is provided with an exhaust system 31a, which is connected to exhaust means (not shown) via a valve V1. The steam annealing chamber 31 is provided with a pressure gauge 34 for observing the internal pressure.

【0212】一方、水蒸気アニールチャンバ31の外に
は、水の収容部35を有する恒温槽36が設けられ、収
容部35が、バルブV2およびV3が設けられた連結管
37によって連結される。また、キャリアガスが供給さ
れるキャリアガス供給管37が、バルブV4を介して上
述の連結管37のバルブV2およびV3との間に連結さ
れると共にバルブV5を介して恒温槽36内の水の収容
部に連結された構成とされる。なお、本例では、連結管
37からバルブV3を介して水蒸気アニールチャンバ3
1内に水蒸気を導入するように構成しているが、当然な
がら、マスフローコントローラーを設置し、このコント
ローラーを介してガス供給系33から水蒸気アニールチ
ャンバ31内へ導入するように構成することができる。
On the other hand, outside the steam annealing chamber 31, a constant temperature bath 36 having a water storage section 35 is provided, and the storage section 35 is connected by a connection pipe 37 provided with valves V2 and V3. In addition, a carrier gas supply pipe 37 to which a carrier gas is supplied is connected between the valves V2 and V3 of the connection pipe 37 via a valve V4, and the water in the thermostat 36 is connected via a valve V5. It is configured to be connected to the storage unit. Note that, in this example, the steam annealing chamber 3 is connected from the connecting pipe 37 via the valve V3.
Although the configuration is such that steam is introduced into 1, it is needless to say that a mass flow controller may be provided and introduced from the gas supply system 33 into the steam annealing chamber 31 via this controller.

【0213】このようにして、予め高真空度に排気した
水蒸気アニールチャンバ31に、例えばバルブV4およ
びV5を閉じた状態で、バルブV2およびV3を開け、
恒温槽36によって設定された加熱温度下での飽和蒸気
圧によって設定される蒸気量を、バルブV3およびV5
の開閉調節によって圧力計34でモニターしながら、水
蒸気アニールチャンバ31に真空吸引によって所定量送
り込む。そして、この場合水蒸気アニールチャンバ31
には、図示しないが、この水蒸気アニールチャンバ31
全体を加熱する加熱手段を設けておくことによって、こ
の水蒸気アニールチャンバ31内に送り込まれた水蒸気
が結露することがないように、導入した水蒸気量に対す
る露点以上に水蒸気アニールチャンバ31全体を加熱し
ておくことが望まれる。
In this manner, in the steam annealing chamber 31 evacuated to a high vacuum in advance, for example, while the valves V4 and V5 are closed, the valves V2 and V3 are opened.
The amount of steam set by the saturated steam pressure at the heating temperature set by the thermostat 36 is supplied to the valves V3 and V5.
A predetermined amount is sent into the steam annealing chamber 31 by vacuum suction while monitoring with the pressure gauge 34 by the opening and closing adjustment of. And in this case, the steam annealing chamber 31
Although not shown, this steam annealing chamber 31
By providing a heating means for heating the entirety, the entire steam annealing chamber 31 is heated to a dew point or more with respect to the introduced steam amount so that the steam fed into the steam annealing chamber 31 does not dew. It is desired to keep.

【0214】上記水蒸気アニール処理装置を用いて水蒸
気アニール処理を行う方法について説明する。基板10
上に少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以
上を含有する半導体膜,ゲート絶縁膜,電極を形成す
る。その後、基板10を、図17で示す水蒸気アニール
チャンバ31内のサセプタ32上に配置する。水蒸気ア
ニールチャンバ31内を高真空度に排気した後、バルブ
V2およびV3,V5を開け、6.5×10Paの水
蒸気を導入して基板温度200〜300℃で、30〜6
0分の加熱処理すなわち水蒸気アニールを行い、ゲート
絶縁膜の改質,および少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛
のいずれか一つ以上を含有する半導体膜とゲート絶縁膜
との界面の改質を行う。
A method for performing a steam annealing process using the steam annealing device will be described. Substrate 10
A semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead, a gate insulating film, and an electrode are formed thereon. Thereafter, the substrate 10 is placed on the susceptor 32 in the steam annealing chamber 31 shown in FIG. After the inside of the steam annealing chamber 31 is evacuated to a high degree of vacuum, the valves V2, V3 and V5 are opened, 6.5 × 10 3 Pa of steam is introduced, and the substrate temperature is 200 to 300 ° C. and 30 to 6
Heat treatment for 0 minutes, that is, steam annealing is performed to modify the gate insulating film and modify the interface between the gate insulating film and the semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead.

【0215】このように、水蒸気アニール処理を行うこ
とにより、低温条件下で効果的に、少なくとも錫、ゲル
マニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半導体膜と
ゲート絶縁膜との界面の特性が向上し、絶縁膜中の欠陥
が改善され、移動度が向上し、高速動作化が実現され
る。なお、この水蒸気アニールの効果は、少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半
導体膜自体に作用するものではない。
As described above, by performing the steam annealing, the characteristics of the interface between the gate insulating film and the semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead can be effectively reduced at a low temperature. Thus, defects in the insulating film are improved, mobility is improved, and high-speed operation is realized. The effect of the steam annealing does not affect the semiconductor film itself containing at least one of tin, germanium, and lead.

【0216】また、水蒸気アニールを行うための水蒸気
導入法は、上述した真空吸引に限られるものではなく、
各種ガスを予め充填した水蒸気アニールチャンバ31
に、水蒸気を導入することもできる。このように、水蒸
気以外のガスを混入させる場合、水蒸気アニールチャン
バ31内の熱伝導が向上し、温度分布のばらつきが小さ
くなるので、折角導入した水蒸気が局所的に温度が低い
部分に結露してアニール効果を低下させる不都合を回避
できる効果がある。
The method of introducing steam for performing steam annealing is not limited to the vacuum suction described above.
Steam annealing chamber 31 pre-filled with various gases
Alternatively, steam can be introduced. As described above, when a gas other than water vapor is mixed, the heat conduction in the water vapor annealing chamber 31 is improved, and the variation in the temperature distribution is reduced. This has the effect of avoiding the disadvantage of lowering the annealing effect.

【0217】また、水蒸気の供給方法は、図17で示さ
れるように、収容部35の水中に各種キャリアガスをく
ぐらせて水分を含んだキャリアガスを水蒸気アニールチ
ャンバ31内に供給するバブリング方法を採ることもで
きる。水蒸気アニールは、水蒸気アニールチャンバ31
を封じた状態で行うこともできるし、キャリアガスの気
流中で行うこともできる。
As shown in FIG. 17, the water vapor supply method includes a bubbling method in which various carrier gases are passed through the water in the storage section 35 to supply a carrier gas containing moisture into the water vapor annealing chamber 31. Can also be taken. The steam annealing is performed in the steam annealing chamber 31.
Can be performed in a sealed state, or can be performed in a carrier gas stream.

【0218】さらに、この水蒸気中加熱処理のための水
蒸気アニールチャンバ31内への水蒸気の導入は、噴霧
器による導入方法とか、超音波振動を与え、これによっ
て発生させるパルスジェット水による噴霧態様を採るこ
とができる。この方法によるときは、水滴粒子が極めて
小さく容易に水蒸気アニールチャンバ31中でガス化で
きるという利点がある。
Further, the introduction of steam into the steam annealing chamber 31 for the heat treatment in steam may be performed by a spraying method using a sprayer or by applying ultrasonic vibration to generate a pulse jet water. Can be. This method has an advantage that the water droplet particles are extremely small and can be easily gasified in the steam annealing chamber 31.

【0219】また、水蒸気と混合させるガスとして、酸
素、窒素、水素、一酸化窒素、一酸化二窒素等各種のガ
スを用いてもよい。特に、酸素を用いるときは、これ単
独のガス中の加熱処理でも誘電分散の大きい絶縁膜の改
質効果があるのでこれを混合のガスとして用いることに
より、より効果的に改質効果をあげることができる。
Further, various gases such as oxygen, nitrogen, hydrogen, nitric oxide and nitrous oxide may be used as the gas to be mixed with water vapor. In particular, when oxygen is used, heat treatment in a single gas has an effect of modifying an insulating film having a large dielectric dispersion. Therefore, by using this as a mixed gas, the effect of reforming can be more effectively improved. Can be.

【0220】この場合、その分圧を1.3×10Pa
以上1.0×10Pa以下とするものである。1.3
×10Pa以上とするのは、酸素による絶縁膜の誘電
分散改善には、1.3×10Pa以上が必要であり、
また、これら窒素等を水蒸気と混合させるのは熱処理容
器内の低い温度分布をもっている部分に結露が生じるこ
とを防ぐ効果も生じるものであるが、1.0×10
a以下(水蒸気圧と同圧程度以下)ではその効果が小さ
くなることによる。1.0×10Pa以下とするの
は、これを超えると熱処理容器の耐圧を確保する上で装
置の複雑化を来し、大掛かりな装置を必要とし実用的で
はないことによる。また、水蒸気の分圧が1.3×10
Pa以下の領域では圧力を高くすることによりアニー
ルの短時間化を可能とするが、これを越えると、次第に
圧力を高めることの効果は小さくなる。
In this case, the partial pressure is set to 1.3 × 10 2 Pa
The value is set to 1.0 × 10 5 Pa or less. 1.3
The reason why the pressure is set to × 10 2 Pa or more is that 1.3 × 10 2 Pa or more is necessary for improving the dielectric dispersion of the insulating film by oxygen.
Although the these nitrogen or the like is mixed with water vapor is caused an effect of preventing the resulting condensation in a portion has a lower temperature distribution within the heat treatment container, 1.0 × 10 5 P
Below a (less than or equal to the water vapor pressure), the effect is reduced. The reason why the pressure is set to 1.0 × 10 5 Pa or less is that if the pressure exceeds 1.0 × 10 5 Pa, the apparatus becomes complicated in securing the pressure resistance of the heat treatment vessel, and a large-scale apparatus is required, which is not practical. Also, the partial pressure of steam is 1.3 × 10
In the region of 2 Pa or less, increasing the pressure can shorten the annealing time. However, if the pressure is exceeded, the effect of increasing the pressure gradually decreases.

【0221】本発明の水蒸気アニール処理によって改質
される半導体は、シリコンに限られるものではなくゲル
マニウム,SiGe固溶体、あるいはSiGe系超格子
等の積層薄膜である場合、更に単結晶,非晶質(アモル
ファス),多結晶等を得る場合に適用して同様の効果を
得ることができる。また絶縁膜は上述のゲート絶縁膜に
限られるものではなく、層間絶縁膜、表面保護絶縁膜、
平坦化絶縁膜等を有する半導体層装置を得る場合に適用
することができる。そして、この絶縁膜は、酸化シリコ
ン膜に限られるものではなく、例えばその成膜時の基板
温度が600℃以下で形成される酸窒化シリコン膜,窒
化シリコン膜、あるいはこれらや上述の酸化シリコン膜
等の2種以上の積層構造による半導体装置を得る場合に
本発明を適用して同様の効果が得られる。更に、層間絶
縁膜等においてSOG(Silicon on gla
ss)等による絶縁膜を有する半導体装置を得る場合に
おいても適用することができる。すなわち、これら各絶
縁膜においても、膜中の欠陥、水分によっても素子の特
性の安定化が損なわれることがあるが、これら構造によ
る半導体装置を得る場合において、本発明製法を適用し
て特性の安定化がはかられた半導体装置を得ることがで
きる。
The semiconductor to be modified by the steam annealing treatment of the present invention is not limited to silicon. When the semiconductor is a laminated thin film such as germanium, a SiGe solid solution, or a SiGe superlattice, it may be a single crystal, an amorphous ( The same effect can be obtained by applying the present invention to obtain amorphous, polycrystalline and the like. The insulating film is not limited to the gate insulating film described above, but may be an interlayer insulating film, a surface protective insulating film,
The present invention can be applied to a case where a semiconductor layer device having a planarization insulating film or the like is obtained. The insulating film is not limited to the silicon oxide film. For example, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film formed at a substrate temperature of 600 ° C. or less at the time of film formation, or a silicon oxide film described above. When the present invention is applied to the case of obtaining a semiconductor device having two or more kinds of laminated structures, similar effects can be obtained. Further, in an interlayer insulating film or the like, SOG (silicon on gray) is used.
The present invention can be applied to a case where a semiconductor device having an insulating film by ss) or the like is obtained. That is, in each of these insulating films, the stabilization of the characteristics of the element may be impaired by the defects and moisture in the film. However, in the case of obtaining a semiconductor device having these structures, the characteristics of the characteristics can be reduced by applying the manufacturing method of the present invention. A stabilized semiconductor device can be obtained.

【0222】ソース,トップゲート,ドレインの各電極
を形成した後に上記水蒸気アニールを行い、基板10を
プラズマ装置内に搬入する。プラズマ装置内を10Pa
〜数百Paの圧力とし、基板10と対向電極との間に高
周波電圧(又は直流電圧)を印加してプラズマ放電を生
じさせ、これによって基板10表面,特に電極表面をク
リーニングすることができる。この場合のプラズマ発生
電圧は1kV以上、特に数kV〜数10kV、例えば1
0kVとする。また、導入するガスとしては、アルゴン
ガス,アルゴンと水素の混合ガス,アルゴンと窒素の混
合ガス,アルゴンと水素と窒素との混合ガスを用いる。
このとき、アルゴンに混合する水素,窒素,または水素
および窒素の量は、アルゴンの5〜10モル比%程度と
する。以下、プラズマによりソース,トップゲート,ド
レインの各電極表面の酸化膜及び水酸化膜を除去するク
リーニングを、「プラズマクリーニング」と称する。
After forming the source, top gate, and drain electrodes, the above-described steam annealing is performed, and the substrate 10 is carried into the plasma apparatus. 10Pa inside the plasma device
A high-frequency voltage (or a DC voltage) is applied between the substrate 10 and the counter electrode at a pressure of about several hundred Pa to generate a plasma discharge, thereby cleaning the surface of the substrate 10, particularly the electrode surface. In this case, the plasma generation voltage is 1 kV or more, especially several kV to several tens kV, for example, 1 kV.
0 kV. As a gas to be introduced, an argon gas, a mixed gas of argon and hydrogen, a mixed gas of argon and nitrogen, and a mixed gas of argon, hydrogen, and nitrogen are used.
At this time, the amount of hydrogen, nitrogen, or hydrogen and nitrogen mixed with argon is about 5 to 10 mol% of argon. Hereinafter, the cleaning for removing the oxide film and the hydroxide film on the surfaces of the source, top gate, and drain electrodes by using plasma is referred to as “plasma cleaning”.

【0223】なお、本例では、基板10をプラズマクリ
ーニングするように構成しているが、スパッタリングに
よりクリーニングするように構成しても良い。本発明に
おいて、スパッタクリーニングとは、電極形成後の基板
10について上記水蒸気アニールを行った後、スパッタ
リング装置内を所定のガス圧力とし、ガスを導入し、基
板10表面,特に電極表面をスパッタリングでクリーニ
ングすることをいう。本例では、上記所定の圧力を、
0.5〜1.0Paとする。導入するガスとしては、ア
ルゴンガス,アルゴンと水素の混合ガス,アルゴンと窒
素の混合ガス,アルゴンと水素と窒素との混合ガスを用
いる。このとき、アルゴンに混合する水素,窒素,また
は水素および窒素の量は、アルゴンの5〜10モル比%
程度とする。
In this example, the substrate 10 is configured to be subjected to plasma cleaning, but may be configured to be cleaned by sputtering. In the present invention, the term “sputter cleaning” means that after the above-described steam annealing is performed on the substrate 10 after the electrode is formed, the inside of the sputtering apparatus is set to a predetermined gas pressure, a gas is introduced, and the surface of the substrate 10, particularly, the electrode surface is cleaned by sputtering. To do. In this example, the predetermined pressure is
0.5 to 1.0 Pa. As a gas to be introduced, an argon gas, a mixed gas of argon and hydrogen, a mixed gas of argon and nitrogen, and a mixed gas of argon, hydrogen, and nitrogen are used. At this time, the amount of hydrogen, nitrogen, or hydrogen and nitrogen mixed with argon is 5 to 10 mol% of argon.
Degree.

【0224】これらのプラズマクリーニングまたはスパ
ッタクリーニングにより、電極形成後の水蒸気を含む雰
囲気内のアニール処理によって薄膜上に形成された酸化
膜又は水酸化膜を除去することができるので、形成され
た電極の外部取り出し(金線ボンディング、無電解Ni
/Auメッキ+半田バンプ等)の電気/機械的コンタク
トが改善され、特性、品質及び信頼性等が向上する。
By the plasma cleaning or the sputter cleaning, the oxide film or the hydroxide film formed on the thin film by the annealing treatment in the atmosphere containing water vapor after the formation of the electrode can be removed. External extraction (gold wire bonding, electroless Ni
/ Au plating + solder bump) is improved, and the characteristics, quality, reliability, etc. are improved.

【0225】なお、本例では、基板10上への半導体膜
成膜と、レーザーアニールと、水蒸気アニールと、電極
のプラズマクリーニングまたはスパッタクリーニングと
を、それぞれ異なる容器内で行うように構成している。
ただし、電極形成前に水蒸気アニールを行う場合には、
真空容器を図18乃至図20に示すような複数のチャン
バを有する容器として構成し、この容器内の異なる室
で、半導体膜成膜と、レーザーアニールと、水蒸気アニ
ールとを行うようにしてもよい。このように、電極形成
前に水蒸気アニールを行う場合には、電極は水蒸気によ
って腐食されないため、電極のプラズマクリーニングま
たはスパッタクリーニングを行う必要はない。
In this embodiment, the semiconductor film formation on the substrate 10, laser annealing, water vapor annealing, and plasma cleaning or sputter cleaning of the electrodes are performed in different containers. .
However, if steam annealing is performed before electrode formation,
The vacuum container may be configured as a container having a plurality of chambers as shown in FIGS. 18 to 20, and semiconductor film deposition, laser annealing, and steam annealing may be performed in different chambers in the container. . As described above, when the steam annealing is performed before the electrode is formed, the electrode is not corroded by the steam, and therefore, it is not necessary to perform the plasma cleaning or the sputter cleaning of the electrode.

【0226】図18に示す真空容器1は、基板10を真
空容器1内に導入する出入り口としてのロード・ロック
室41と、セパレーション室42と、成膜室43と、レ
ーザーアニール室44と、水蒸気アニール室45と、を
備える。セパレーション室42は、真空容器1の中央に
位置し、ロード・ロック室41,レーザーアニール室4
4,水蒸気アニール室45のそれぞれと隣接して設けら
れ、基板10が各室に導入される際には、一旦このセパ
レーション室42を経由するように構成される。
The vacuum chamber 1 shown in FIG. 18 has a load lock chamber 41 as an entrance for introducing the substrate 10 into the vacuum chamber 1, a separation chamber 42, a film forming chamber 43, a laser annealing chamber 44, And an annealing chamber 45. The separation chamber 42 is located at the center of the vacuum vessel 1, and has a load lock chamber 41 and a laser annealing chamber 4.
4, provided so as to be adjacent to each of the steam annealing chambers 45, and configured such that when the substrate 10 is introduced into each chamber, it temporarily passes through the separation chamber 42.

【0227】図18に示す真空容器を用いて少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半
導体膜を成膜し、レーザーアニールを行った後絶縁膜を
成膜する場合の手順について説明する。まずセパレーシ
ョン室42,成膜室43,レーザーアニール室44,水
蒸気アニール室45内を所定圧力になるまで排気し、各
室の間の扉を閉めておく。
A procedure for forming a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead using a vacuum vessel shown in FIG. 18 and then performing laser annealing to form an insulating film. explain. First, the interiors of the separation chamber 42, the film forming chamber 43, the laser annealing chamber 44, and the steam annealing chamber 45 are evacuated until a predetermined pressure is reached, and the doors between the chambers are closed.

【0228】ロード・ロック室41の図面下側の扉を開
き、基板10をロード・ロック室41内に導入する。そ
の後、この扉を閉め、ロード・ロック室41を所定圧力
になるまで排気する。ロード・ロック室41内が所定圧
力となったら、ロード・ロック室41とセパレーション
室42との間の扉を開け、基板10をセパレーション室
42に移送する。
The door on the lower side of the load lock chamber 41 is opened, and the substrate 10 is introduced into the load lock chamber 41. Thereafter, the door is closed, and the load / lock chamber 41 is evacuated until a predetermined pressure is reached. When the pressure inside the load lock chamber 41 reaches a predetermined pressure, the door between the load lock chamber 41 and the separation chamber 42 is opened, and the substrate 10 is transferred to the separation chamber 42.

【0229】その後、ロード・ロック室41とセパレー
ション室42との間の扉を閉め、セパレーション室42
と成膜室43との間の扉を開け、基板10を成膜室に移
送してセパレーション室42と成膜室43との間の扉を
閉める。成膜室43で、本発明のバイアス触媒CVD等
により、基板10上に少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛
のいずれか一つ以上を含有する半導体膜および絶縁膜,
本例では錫を含有するポリシリコン膜,窒化シリコン
膜,酸化シリコン膜を成膜する。その後、セパレーショ
ン室42と成膜室43との間の扉と、セパレーション室
42とレーザーアニール室44との間の扉を開け、基板
10をレーザーアニール室44に移送する。
Thereafter, the door between the load / lock room 41 and the separation room 42 is closed, and the separation room 42 is closed.
The door between the separation chamber 42 and the film formation chamber 43 is opened, the substrate 10 is transferred to the film formation chamber, and the door between the separation chamber 42 and the film formation chamber 43 is closed. In the film forming chamber 43, the semiconductor film and the insulating film containing at least one of tin, germanium, and lead are formed on the substrate 10 by the bias catalyst CVD or the like of the present invention.
In this embodiment, a polysilicon film containing silicon, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are formed. Thereafter, the door between the separation chamber 42 and the film forming chamber 43 and the door between the separation chamber 42 and the laser annealing chamber 44 are opened, and the substrate 10 is transferred to the laser annealing chamber 44.

【0230】セパレーション室42とレーザーアニール
室44との間の扉を閉め、形成された膜をレーザーアニ
ール処理する。レーザーアニール処理が終了したら、再
びセパレーション室42と成膜室43との間の扉と、セ
パレーション室42とレーザーアニール室44との間の
扉を開け、基板10を成膜室43に移送する。
The door between the separation chamber 42 and the laser annealing chamber 44 is closed, and the formed film is subjected to laser annealing. When the laser annealing process is completed, the door between the separation chamber 42 and the film forming chamber 43 and the door between the separation chamber 42 and the laser annealing chamber 44 are opened again, and the substrate 10 is transferred to the film forming chamber 43.

【0231】セパレーション室42と成膜室43との間
の扉を閉める。成膜室43で、バイアス触媒CVD等に
より、基板10上に絶縁膜,本例では酸化シリコン膜を
成膜する。成膜が終了したら、セパレーション室42と
成膜室43との間の扉と、セパレーション室42と水蒸
気アニール室45との間の扉を開け、基板10を水蒸気
アニール室45に移送する。
The door between the separation chamber 42 and the film forming chamber 43 is closed. In the film forming chamber 43, an insulating film, in this example, a silicon oxide film is formed on the substrate 10 by bias catalyst CVD or the like. When the film formation is completed, the door between the separation chamber 42 and the film formation chamber 43 and the door between the separation chamber 42 and the steam annealing chamber 45 are opened, and the substrate 10 is transferred to the steam annealing chamber 45.

【0232】セパレーション室42と水蒸気アニール室
45との間の扉を閉め、形成された膜を水蒸気アニール
処理する。水蒸気アニール処理が終わったら、セパレー
ション室42と水蒸気アニール室45との間の扉と,セ
パレーション室42とロード・ロック室41との間の扉
とを開け、基板10をロード・ロック室41に移送す
る。セパレーション室42とロード・ロック室41との
間の扉を閉め、ロード・ロック室41内を大気圧に戻
す。
The door between the separation chamber 42 and the steam annealing chamber 45 is closed, and the formed film is subjected to steam annealing. After the steam annealing process is completed, the door between the separation chamber 42 and the steam annealing chamber 45 and the door between the separation chamber 42 and the load lock chamber 41 are opened, and the substrate 10 is transferred to the load lock chamber 41. I do. The door between the separation chamber 42 and the load lock chamber 41 is closed, and the inside of the load lock chamber 41 is returned to the atmospheric pressure.

【0233】ロード・ロック室41内が大気圧に戻った
ら、ロード・ロック室41の図面下側の扉を開け、基板
10を真空容器外に取り出す。図18に示すマルチチャ
ンバからなる真空容器内で成膜,レーザーアニール処
理,水蒸気アニール処理をする場合は、成膜とレーザー
アニール処理,水蒸気アニール処理とを連続して行うこ
とができる点が特徴である。
When the inside of the load lock chamber 41 returns to the atmospheric pressure, the lower door of the load lock chamber 41 is opened, and the substrate 10 is taken out of the vacuum vessel. In the case where film formation, laser annealing, and steam annealing are performed in a multi-chamber vacuum vessel shown in FIG. 18, the feature is that film formation, laser annealing, and steam annealing can be performed continuously. is there.

【0234】図18に示す真空容器は、バイアス触媒C
VD,高密度バイアス触媒CVD,バイアス減圧CV
D,バイアス常圧CVDのいずれの方法により半導体膜
を成膜する場合でも用いることができる。これらの各C
VDにより、半導体膜および絶縁膜(窒化シリコン膜,
酸化シリコン膜,酸窒化シリコン膜,少なくとも錫、ゲ
ルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有するシリコン
系膜)を成膜する場合には、形成する薄膜の種類によ
り、異なる原料ガスを成膜室43内に供給する。
The vacuum vessel shown in FIG.
VD, high density bias catalytic CVD, bias decompression CV
The method can be used in forming a semiconductor film by any of D and bias normal pressure CVD. Each of these C
The semiconductor film and the insulating film (silicon nitride film,
When a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon-based film containing at least one of tin, germanium, and lead) is formed, different source gases are used depending on the type of thin film to be formed. 43.

【0235】なお、水蒸気アニール工程を行わない場合
には、図19に示す真空容器を用いて、上記図18に示
す真空容器を用いた場合の半導体膜成膜,レーザーアニ
ール処理,絶縁膜成膜と同様に、各CVDによる工程を
行うことができる。図19に示す真空容器は、ロード・
ロック室41と、セパレーション室42と、成膜室43
と、レーザーアニール室44とを備え、水蒸気アニール
室45を備えない点を除き、図18に示す真空容器と同
様である。なお、図19に示す真空容器は、レーザーア
ニール室44の代わりに水蒸気アニール室45を設ける
ようにしてもよい。このように構成した真空容器は、レ
ーザーアニール処理を行わない場合に用いることができ
る。
When the steam annealing step is not performed, a semiconductor film formation, a laser annealing process, and an insulation film formation using the vacuum container shown in FIG. 18 are performed using the vacuum container shown in FIG. Similarly to the above, steps by each CVD can be performed. The vacuum vessel shown in FIG.
Lock chamber 41, separation chamber 42, film forming chamber 43
And a vacuum annealing chamber shown in FIG. 18 except that a laser annealing chamber 44 and a steam annealing chamber 45 are not provided. The vacuum vessel shown in FIG. 19 may be provided with a steam annealing chamber 45 instead of the laser annealing chamber 44. The vacuum container thus configured can be used when laser annealing is not performed.

【0236】また、図20に示す真空容器は、ロード・
ロック室41と、セパレーション室42と、半導体膜成
膜室46と、絶縁膜成膜室47と、レーザーアニール室
44とを備える。図20に示す真空容器を用いた場合に
は、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以
上を含有する半導体膜成膜を半導体膜成膜室46で行
い、絶縁膜成膜を絶縁膜成膜室47で行う。これらの点
を除いては、上記図18に示す真空容器を用いた場合の
少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を
含有する半導体膜成膜,レーザーアニール処理,絶縁膜
成膜と同様の各CVDによる工程により、半導体膜の成
膜を行うことができる。なお、図20に示す真空容器
は、レーザーアニール室44の代わりに水蒸気アニール
室45を設けるようにしてもよい。また、レーザーアニ
ール室44と水蒸気アニール室45との両方を設けるよ
うにしてもよい。
The vacuum vessel shown in FIG.
A lock chamber 41, a separation chamber 42, a semiconductor film deposition chamber 46, an insulating film deposition chamber 47, and a laser annealing chamber 44 are provided. When the vacuum container shown in FIG. 20 is used, a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead is formed in the semiconductor film formation chamber 46, and the insulating film is formed. This is performed in the membrane chamber 47. Except for these points, it is the same as semiconductor film formation, laser annealing, and insulation film formation containing at least one of tin, germanium, and lead when the vacuum vessel shown in FIG. 18 is used. The semiconductor film can be formed by the respective steps of CVD. The vacuum vessel shown in FIG. 20 may be provided with a steam annealing chamber 45 instead of the laser annealing chamber 44. Further, both the laser annealing chamber 44 and the steam annealing chamber 45 may be provided.

【0237】このようにして、基板10上に各種の薄膜
が形成される。なお、薄膜の形成は、図1に示す薄膜形
成装置Sに限らず、次述する各構成の装置により行われ
るものである。図21において、薄膜形成装置Sの他の
実施例について説明する。本例において、前記実施例と
同様部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
In this way, various thin films are formed on the substrate 10. The formation of the thin film is not limited to the thin film forming apparatus S shown in FIG. In FIG. 21, another embodiment of the thin film forming apparatus S will be described. In this embodiment, the same members as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0238】図21は、マルチチャンバを備えたCVD
薄膜形成装置Sの概略図である。本例のマルチチャンバ
からなる薄膜形成装置Sは、例えば、3つのチャンバ
(A,B,C)とカセットステーションCSと、ロボッ
トRとからなり、各薄膜の形成を、それぞれ別のチャン
バA,B,C内で行うように構成されている。そして、
各チャンバ(A,B,C)内で、サセプタ2と、ガス供
給側との間に、熱触媒体5が配設され、サセプタ2とガ
ス供給側との間に、電界を印加可能に構成されている。
FIG. 21 shows a multi-chambered CVD.
1 is a schematic view of a thin film forming apparatus S. The thin-film forming apparatus S including a multi-chamber according to the present embodiment includes, for example, three chambers (A, B, and C), a cassette station CS, and a robot R. , C. And
In each of the chambers (A, B, C), a thermal catalyst 5 is disposed between the susceptor 2 and the gas supply side so that an electric field can be applied between the susceptor 2 and the gas supply side. Have been.

【0239】図21に示されるマルチチャンバでは、バ
イアス触媒CVDにより、薄膜は次のようにして形成さ
れる。ここでは一例として、保護膜用の窒化シリコン膜
及び酸化シリコン膜、錫含有のポリシリコン膜、ゲート
絶縁膜用の酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を形成す
る例について説明する。先ず、各チャンバ(A,B,
C)内において、キャリアガスとしての水素を供給し熱
触媒体を所定の温度(例えば1700〜1800℃)に
加熱してスタンバイしておき、例えば、チャンバAで
は、原料ガスとしてモノシランにアンモニアを混合した
ものを導入し、グロー放電開始電圧以下の直流電圧(例
えば1kV以下、数10V以上)を印加して、基板10
上に所定膜厚の窒化シリコン膜を形成する。次に基板1
0をBチャンバに移し、原料ガスとしてモノシランにヘ
リウム希釈酸素を混合したものを導入し、グロー放電開
始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以
上)を印加して、基板10上に所定膜厚の酸化シリコン
膜を形成する。次に基板10をCチャンバに移し、原料
ガスとしてモノシランおよび水素化錫(SnH)また
は錫の有機化合物である(CHSn等を導入し、
グロー放電開始電圧以下の直流電圧(例えば1kV以
下、数10V以上)を印加して、基板10上に所定膜厚
の錫含有ポリシリコン膜を形成する。さらにまた基板1
0をBチャンバに移して、基板10上に所定膜厚の酸化
シリコン膜を形成し、必要に応じて基板10をAチャン
バに移し所定膜厚の窒化シリコン膜を形成する。
In the multi-chamber shown in FIG. 21, a thin film is formed by bias catalytic CVD as follows. Here, an example in which a silicon nitride film and a silicon oxide film for a protective film, a polysilicon film containing tin, and a silicon oxide film and a silicon nitride film for a gate insulating film are formed is described as an example. First, each chamber (A, B,
In C), hydrogen as a carrier gas is supplied to heat the thermal catalyst to a predetermined temperature (for example, 1700 to 1800 ° C.) and stand by. For example, in chamber A, ammonia is mixed with monosilane as a raw material gas. The substrate 10 is applied with a DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens of V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage.
A silicon nitride film having a predetermined thickness is formed thereon. Next, substrate 1
0 is transferred to a B chamber, a mixture of monosilane and helium-diluted oxygen is introduced as a raw material gas, and a DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens of V or more) equal to or less than a glow discharge starting voltage is applied, and a predetermined A silicon oxide film having a thickness is formed. Next, the substrate 10 is transferred to a C chamber, and monosilane and tin hydride (SnH 4 ) or an organic compound of tin (CH 3 ) 4 Sn are introduced as source gases,
A tin-containing polysilicon film having a predetermined thickness is formed on the substrate 10 by applying a DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or less than the glow discharge starting voltage. Furthermore, substrate 1
0 is transferred to the B chamber to form a silicon oxide film of a predetermined thickness on the substrate 10, and if necessary, the substrate 10 is transferred to the A chamber to form a silicon nitride film of a predetermined thickness.

【0240】なお、図10乃至図12に示すガス導入形
態を採用し、キャリアガスとしての水素ガスを成膜装置
1内に一定量連続して導入する場合で、マルチチャンバ
を使用するときは、基板10を常に活性化水素イオンH
にさらしておくために、一方のチャンバから他方のチ
ャンバへ移動させる間に、基板10を仮に配設しておく
ための部屋を、別途設けた構成としても良い。
When the gas introduction mode shown in FIGS. 10 to 12 is adopted and a fixed amount of hydrogen gas as a carrier gas is continuously introduced into the film forming apparatus 1 and a multi-chamber is used, Activated hydrogen ions H
In order to expose to * , a room for temporarily disposing the substrate 10 while moving from one chamber to the other chamber may be separately provided.

【0241】本例では、図1乃至図3または図21に示
すバイアス触媒CVD装置以外にも、下記に説明するよ
うなバイアス触媒CVD装置を用いることができる。な
お、各CVD装置は、ホットウォールLPCVD方式を
除けば、基本的に、基板はサセプタ或いはホットプレー
ト上に平置きにされ、反応ガスはそれらの表面に均等に
接触するように構成されている。
In this embodiment, a bias catalytic CVD apparatus as described below can be used in addition to the bias catalytic CVD apparatus shown in FIGS. 1 to 3 or 21. Except for the hot wall LPCVD method, each CVD apparatus is basically configured such that the substrate is placed flat on a susceptor or a hot plate, and the reaction gas uniformly contacts the surfaces thereof.

【0242】バイアス触媒CVD装置として、例えば、
装置内にサセプタ2を略水平に配置し、基板をサセプタ
の表面に搭載し、ガスを横方向から供給する横型のバイ
アス触媒CVD装置を用いることができる。ガス流に対
する各基板の接触機会を増やすために、ガスを供給する
側が低くなるようにサセプタに傾斜をつけることもでき
る。熱触媒体5は、基板の上面を覆うようにサセプタ上
に配設され、サセプタとガス供給側との間に電界印加可
能に構成される。
As a bias catalytic CVD device, for example,
It is possible to use a horizontal bias catalytic CVD apparatus in which the susceptor 2 is disposed substantially horizontally in the apparatus, the substrate is mounted on the surface of the susceptor, and gas is supplied from the lateral direction. In order to increase the chance of each substrate contacting the gas flow, the susceptor may be inclined so that the side supplying the gas is lower. The thermal catalyst 5 is disposed on the susceptor so as to cover the upper surface of the substrate, and is configured to be able to apply an electric field between the susceptor and the gas supply side.

【0243】また、水平に配置した円板状のサセプタ
を、このサセプタの中心を軸として回転させ、ガスをサ
セプタの上方向からサセプタに垂直に供給する縦型(パ
ンケーキ型)のCVD装置を用いることもできる。熱触
媒体は、基板の上面に配設され、サセプタとガス供給側
との間に電界印加可能に構成される。
A vertical (pancake-type) CVD apparatus in which a horizontally arranged disk-shaped susceptor is rotated around the center of the susceptor and gas is supplied vertically from above the susceptor to the susceptor. It can also be used. The thermal catalyst is disposed on the upper surface of the substrate, and is configured to be able to apply an electric field between the susceptor and the gas supply side.

【0244】また、サセプタとしてのシリンダの外側ま
たは内側に基板(本例ではウエハ)をローディングした
シリンダ型(バレル型、ドラム型)のCVD装置を用い
ることもできる。シリンダは、基板を搭載する面が鉛直
であり、鉛直方向を軸として回転可能に構成されてい
る。基板は、鉛直になるように、このシリンダに搭載さ
れ、反応ガスは、シリンダの上方から供給される。バイ
アス触媒CVDを行う場合には、シリンダの上方位置、
すなわち反応ガスが導入される側の所定位置に、熱触媒
体が配設され、シリンダとガス供給側との間に電界印加
可能に構成される。
A cylinder type (barrel type, drum type) CVD apparatus in which a substrate (a wafer in this example) is loaded on the outside or inside of a cylinder as a susceptor can be used. The cylinder has a vertical surface on which the substrate is mounted, and is configured to be rotatable around the vertical direction as an axis. The substrate is mounted on the cylinder so as to be vertical, and the reaction gas is supplied from above the cylinder. When performing the bias catalytic CVD, the position above the cylinder,
That is, a thermal catalyst is provided at a predetermined position on the side where the reaction gas is introduced, and is configured so that an electric field can be applied between the cylinder and the gas supply side.

【0245】また、断面放射状のサセプタを用いた放射
型方式のバイアス触媒CVD装置を用いることもでき
る。このサセプタは、鉛直の板状体が、断面放射形状に
なるよう接合されたような形状からなり、放射形状の中
心を軸として回転可能に構成されている。基板は、この
鉛直の板状体に、鉛直になるように搭載され、反応ガス
は、サセプタの上方から供給される。サセプタの上方位
置、すなわち反応ガスが導入される側の所定位置に、熱
触媒体が配設され、サセプタとガス供給側との間に電界
印加可能に構成される。
A radial type bias catalytic CVD apparatus using a susceptor having a radial cross section can also be used. The susceptor has a shape in which a vertical plate-like body is joined so as to have a radial cross section, and is configured to be rotatable around the center of the radial shape. The substrate is mounted vertically on the vertical plate, and the reaction gas is supplied from above the susceptor. A thermal catalyst is arranged at a position above the susceptor, that is, at a predetermined position on the side where the reaction gas is introduced, so that an electric field can be applied between the susceptor and the gas supply side.

【0246】また、炉の中に所定空間を於いてCVD装
置が配設されるホットウォール型バイアス触媒CVD装
置を用いることもできる。基板の保持は、治具によって
吊持したり、基板を並べて保持する多段カセット等のサ
セプタを用いたりするなど、各種の公知の手段によって
行う。反応ガスが導入される側の所定位置に、熱触媒体
が配設され、サセプタとガス供給側との間に電界印加可
能に構成される。
Further, a hot wall type bias catalytic CVD apparatus in which a CVD apparatus is disposed in a predetermined space in a furnace can be used. The holding of the substrate is performed by various known means such as hanging by a jig or using a susceptor such as a multi-stage cassette for holding the substrates side by side. A thermal catalyst is disposed at a predetermined position on the side where the reaction gas is introduced, and is configured to be able to apply an electric field between the susceptor and the gas supply side.

【0247】上述したバイアス触媒CVDの薄膜形成装
置によれば、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモル
ファスシリコン、微結晶シリコン等の少なくとも錫、ゲ
ルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有するシリコン
薄膜、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、化合物半導
体(ガリウムヒ素、ガリウムリン、ガリウムナイトライ
ド等)の半導体薄膜、酸化シリコン、不純物(リンシリ
ケートガラス(PSG)、ボロンシリケートガラス(B
SG)、ボロンリンシリケートガラス(BPSG)等)
含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、
酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アル
ミニウム、酸化インジウム等の絶縁体薄膜、高融点金属
(タングステン、チタン、タンタル、モリブデン等)、
導電性窒化膜(窒化タングステン、窒化チタン、窒化タ
ンタル、窒化モリブデン等)、金属薄膜(金属シリサイ
ド、銅、アルミニウム等)、合金薄膜(アルミニウム−
シリコン又はアルミニウム−シリコン−銅等)を成膜す
ることができる。
According to the above-described bias catalyst CVD thin film forming apparatus, a silicon thin film containing at least one of tin, germanium, and lead, such as polycrystalline silicon, single crystal silicon, amorphous silicon, and microcrystalline silicon, Silicon germanium, silicon carbide, semiconductor thin films of compound semiconductors (gallium arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, etc.), silicon oxide, impurities (phosphorus silicate glass (PSG), boron silicate glass (B
SG), boron phosphorus silicate glass (BPSG), etc.)
Containing silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride,
Insulator thin films such as molybdenum oxide, titanium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, and indium oxide; refractory metals (tungsten, titanium, tantalum, molybdenum, etc.);
Conductive nitride film (tungsten nitride, titanium nitride, tantalum nitride, molybdenum nitride, etc.), metal thin film (metal silicide, copper, aluminum, etc.), alloy thin film (aluminum
Silicon or aluminum-silicon-copper).

【0248】そして、上記各種CVDの薄膜形成装置で
成膜される薄膜と原料ガス(反応ガス)との関係は次の
とおりである。なお、キャリアガスとしては、ヘリウム
ガス、水素ガス、アルゴンガス、水素ガスとヘリウムガ
スとの混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス
等が好適に用いられる。
The relationship between the thin films formed by the various CVD thin film forming apparatuses and the source gases (reactive gases) is as follows. As the carrier gas, a helium gas, a hydrogen gas, an argon gas, a mixed gas of a hydrogen gas and a helium gas, a mixed gas of a hydrogen gas and an argon gas, or the like is suitably used.

【0249】1.Siの成膜には、SiH、SiHC
、SiHCl、SiCl、SiHを用い
る。
[0249] 1. For the film formation of Si, SiH 4 , SiHC
l 3, SiH 2 Cl 2, SiCl 4, the SiH 6 is used.

【0250】2.SiOの成膜には、SiH、Si
HCl、SiHCl、SiCl 、SiBr
SiI、SiF、Si(OC、Si(O
、(C)Si(OC、C
11Si(OC、CSi(OC
、(CHSi(OC及び
、NO、NO、NO、CO+H、HOを
用いる。
[0250] 2. SiO2The film of SiH4, Si
HCl2, SiH2Cl2, SiCl 4, SiBr4,
SiI4, SiF4, Si (OC2H4)4, Si (O
C2H 5)4, (C2H5) Si (OC2H5)3, C
5H11Si (OC2H5)3, C6H5Si (OC2
H5)3, (CH3)2Si (OC2H3)2as well as
O2, NO, N2O, NO2, CO2+ H2, H2O
Used.

【0251】3.BPSG、BSG,PSG、AsSG
の成膜には、上記2の原料ガス(SiH、SiHCl
、SiHCl、SiCl、SiBr、SiI
、SiF、Si(OC、Si(OC
、(C)Si(OC、C
11Si(OC、CSi(OC
、(CHSi(OC及びO
、NO、NO、NO、CO +H、HO)
に、PH、B、AsH、PO(OC
、B(OCH、B(OC等の
ガスを混合する。
[0251] 3. BPSG, BSG, PSG, AsSG
The film of the above-mentioned 2 source gas (SiH4, SiHCl
2, SiH2Cl2, SiCl4, SiBr4, SiI
4, SiF4, Si (OC2H4)4, Si (OC2H
5)4, (C2H5) Si (OC2H5)3, C5H
11Si (OC2H5)3, C6H5Si (OC
2H5) 3, (CH3)2Si (OC2H3)2And O
2, NO, N2O, NO2, CO 2+ H2, H2O)
, PH3, B2H6, AsH3, PO (OC
H3)3, B (OCH3)3, B (OC3H7)3Etc.
Mix gas.

【0252】4.SiNの成膜には、SiH、Si
、SiHCl、SiHCl、SiHCl、S
iCl、SiBr等にNH、N、Nを混
合した原料ガスを用いる。なおキャリアガスとしてはA
r、He等が好適である。
[0252] 4. For film formation of SiN X , SiH 4 , Si
H 6 , SiHCl 3 , SiHCl 2 , SiH 3 Cl, S
A source gas in which NH 3 , N 2 H 4 , and N 2 are mixed with iCl 4 , SiBr 4, or the like is used. The carrier gas is A
r, He, etc. are preferred.

【0253】5.SiOの成膜には、上記2、4
と同じ原料ガスを用いる。すなわち、SiH、SiH
Cl、SiHCl、SiCl、SiBr、S
iI、SiF、Si(OC、Si(OC
、(C)Si(OC、C
11Si(OC、CSi(OC
、(CHSi(OC及びO
NO、NO、NO、CO+H、HOの各原料
ガス、SiH、SiH、SiHCl、SiHCl
、SiHCl、SiCl、SiBr等にN
、N、Nを混合した原料ガスを用いること
ができる。
[0253] 5. SiOXNYThe above 2, 4
The same source gas as that used in Example 1 is used. That is, SiH4, SiH
Cl2, SiH2Cl2, SiCl4, SiBr4, S
iI4, SiF4, Si (OC2H4)4, Si (OC
2H5)4, (C2H5) Si (OC2H5)3, C5
H11Si (OC2H5)3, C6H5Si (OC2H
5)3, (CH3)2Si (OC2H3)2And O2,
NO, N2O, NO2, CO2+ H2, H2Each raw material of O
Gas, SiH4, SiH6, SiHCl3, SiHCl
2, SiH3Cl, SiCl4, SiBr4Etc. N
H3, N2H4, N2Using raw material gas mixed with
Can be.

【0254】6.Alの成膜には、AlCl、Al
(CH(TMA)、Al(C (TE
A)、Al(OCを用いることができる。な
お、還元ガスとしてHが好適である。
[0254] 6. For Al film formation, use AlCl3, Al
(CH3)3(TMA), Al (C2H 5)3(TE
A), Al (OC3H7)3Can be used. What
Contact, H as reducing gas2Is preferred.

【0255】7.Al3−Xの成膜には、上記6の
原料ガス(AlCl、Al(CH(TMA)、
Al(C(TEA)、Al(OC
)に、CO+H、O、HOを加えた
原料ガスを用いることができる。
[0255] 7. For the film formation of Al 2 O 3-X , the above 6 source gases (AlCl 3 , Al (CH 3 ) 3 (TMA),
Al (C 2 H 5 ) 3 (TEA), Al (OC
3 H 7 ) A raw material gas obtained by adding CO 2 + H 2 , O 2 , and H 2 O to 3 ) can be used.

【0256】8.Inの成膜には、In(C
(TMI)、In(C(TEI)及
びO、HO、COを加えた原料ガスを用いること
ができる。
[0256] 8. For the film formation of In 2 O 3 , In (C
A source gas to which H 3 ) 3 (TMI), In (C 2 H 5 ) 3 (TEI), O 2 , H 2 O, and CO 2 are added can be used.

【0257】9.高融点金属の成膜には、例えばフッ化
物、塩化物、有機化合物で分類すると、フッ化物の成膜
にはMoF、WHの原料ガス、塩化物の成膜にはM
oCl 、WCl、TaCl、TiCl、ZrC
の原料ガス、有機化合物の成膜にはTa(OC
、(PtCl(CO)、W(CO)
Mo(CO)の原料ガスを用いることができる。
[0257] 9. For film formation of high melting point metal, for example, fluoride
Classification by fluoride, chloride and organic compound, fluoride film formation
MoF6, WH6M for raw material gas and chloride film formation
oCl 5, WCl6, TaCl5, TiCl4, ZrC
l4Ta (OC)2H
5)5, (PtCl2)2(CO)3, W (CO)6,
Mo (CO)6Raw material gas can be used.

【0258】10.シリサイドの成膜には、上記9の原
料ガス{フッ化物の成膜にはMoF、WHの原料ガ
ス、塩化物の成膜にはMoCl、WCl、TaCl
、TiCl、ZrClの原料ガス、有機化合物の
成膜にはTa(OC、(PtCl(C
O)、W(CO)、Mo(CO)の原料ガス}に
SiH、SiH等のシラン系ガスを混入したものを
原料ガスとして用いる。
[0258] 10. For the silicide film formation, the source gas of the above 9 9 MoF 6 , WH 6 source gas for the fluoride film formation, and MoCl 5 , WCl 6 , TaCl for the chloride film formation.
5 , TiCl 4 , ZrCl 4 source gas, and Ta (OC 2 H 5 ) 5 , (PtCl 2 ) 2 (C
O) 3 , W (CO) 6 , and Mo (CO) 6 are mixed with a silane-based gas such as SiH 4 or SiH 6 as a raw material gas.

【0259】11.TiNの成膜には、TiCl+N
(+NH)の原料ガス、TiONの成膜には、Ti
Cl+N(+NH)にO、NOを加えた原料
ガスを用いることができる。
(11) For TiN film formation, TiCl 4 + N
2 (+ NH 3 ) source gas and TiON
A source gas obtained by adding O 2 and N 2 O to Cl 4 + N 2 (+ NH 3 ) can be used.

【0260】12.Cuの成膜には、ヘキサフルオロア
セチルアセトネイト銅Cu(HFA) 及びC(HF
A)+HO、キレート化合物の材料(Cu(DP
M)、Cu(AcAc)、Cu(FOD)、Cu
(PPM)、Cu(HFA)TMVS)等の原料ガス
を用いることができる。
[0260] 12. Hexafluoroa
Cetyl acetonate copper Cu (HFA) 2And C (HF
A)2+ H2O, chelate compound material (Cu (DP
M)2, Cu (AcAc)2, Cu (FOD)2, Cu
(PPM)2, Cu (HFA) TMVS) and other source gases
Can be used.

【0261】13.Al−Si、Al−Si−Cuの成
膜には、上記6の原料ガス(AlCl 、Al(C
(TMA)、Al(C(TEA)、
Al(OC )に1の原料ガス(SiH、S
iHCl、SiHCl、SiCl、SiH
及び12の原料ガス(ヘキサフルオロアセチルアセトネ
ート銅Cu(HFA)及びC(HFA)+HO、
キレート化合物の材料(Cu(DPM)、Cu(Ac
Ac)、Cu(FOD)、Cu(PPM)、Cu
(HFA)TMVS)等)を加えたものを原料ガスとし
て用いることができる。以上のような原料ガスによっ
て、前記した各薄膜を成膜することが可能となる。
13. Formation of Al-Si, Al-Si-Cu
In the film, the above 6 source gases (AlCl 3, Al (C
H3)3(TMA), Al (C2H5)3(TEA),
Al (OC 3H7)3) To one source gas (SiH4, S
iHCl3, SiH2Cl2, SiCl4, SiH6)
And 12 source gases (hexafluoroacetylacetone)
Copper copper (HFA)2And C (HFA)2+ H2O,
Chelate compound material (Cu (DPM)2, Cu (Ac
Ac)2, Cu (FOD)2, Cu (PPM)2, Cu
(HFA) TMVS), etc.) as raw material gas
Can be used. Due to the above source gases,
Thus, it becomes possible to form each of the thin films described above.

【0262】そして、上記の薄膜形成装置において、上
記した各原料ガスを適宜用いることによって、シリコン
半導体装置、シリコン半導体集積回路装置、シリコン−
ゲルマニウム半導体装置、シリコン−ゲルマニウム半導
体集積回路装置、化合物半導体装置、化合物半導体集積
回路装置、炭化ケイ素半導体装置、炭化ケイ素半導体集
積回路装置、液晶表示装置、有機/無機エレクトロルミ
ネセンス表示装置、プラズマディスプレイパネル(PD
P)装置、フィールドエミッションディスプレイ(FE
D)装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示
装置、CCDセンサ装置、MOSセンサ装置、高誘電率
および強誘電体メモリー装置、太陽電池等を製造するこ
とが可能である。
In the above-described thin film forming apparatus, by appropriately using each of the above-mentioned source gases, a silicon semiconductor device, a silicon semiconductor integrated circuit device,
Germanium semiconductor device, silicon-germanium semiconductor integrated circuit device, compound semiconductor device, compound semiconductor integrated circuit device, silicon carbide semiconductor device, silicon carbide semiconductor integrated circuit device, liquid crystal display device, organic / inorganic electroluminescence display device, plasma display panel (PD
P) device, field emission display (FE)
D) It is possible to manufacture devices, light emitting polymer displays, light emitting diode displays, CCD sensor devices, MOS sensor devices, high dielectric constant and ferroelectric memory devices, solar cells and the like.

【0263】次に、本発明により薄膜を形成し、さら
に、形成された薄膜層を使用して半導体膜層薄膜半導体
を形成する方法について、具体的な実施例に基づいて説
明する。それぞれの具体的実施例では、前述のようにキ
ャリアガス及び原料ガスの導入時間及びタイミングを変
化させることにより、所望の品質及び速度で成膜を行う
ものとする。
Next, a method of forming a thin film according to the present invention and further forming a semiconductor thin film semiconductor using the formed thin film layer will be described based on specific examples. In each specific embodiment, the film formation is performed at a desired quality and speed by changing the introduction time and timing of the carrier gas and the source gas as described above.

【0264】(具体的実施例1)具体的な実施例1とし
て、シングルチャンバからなる真空容器を用いたトップ
ゲート型ポリシリコンCMOSTFT製法の実施例を示
す。本例は、バイアス触媒CVD法により形成されたポ
リシリコン膜を、エキシマレーザーアニール処理および
/または水蒸気アニール処理するものである。
(Embodiment 1) As Embodiment 1, an embodiment of a method of manufacturing a top gate type polysilicon CMOS TFT using a vacuum chamber having a single chamber will be described. In this example, a polysilicon film formed by a bias catalytic CVD method is subjected to an excimer laser annealing treatment and / or a steam annealing treatment.

【0265】本例では、バイアス触媒CVDにより薄膜
を形成するように構成しているが、これに限定されるも
のでなく、高密度バイアス触媒CVD、バイアス減圧C
VD,バイアス常圧CVDも本例に適用可能である。
In this embodiment, the thin film is formed by the bias catalyst CVD. However, the present invention is not limited to this.
VD and bias normal pressure CVD are also applicable to this embodiment.

【0266】基板10の材質は、TFT形成過程での基
板温度により選択される。バイアス触媒CVD法を採用
した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基
板温度は、200〜400℃程度の比較的低温に維持さ
れる。このため、TFT形成装置において基板温度がほ
うけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板
を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板や
アルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、
コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例
えば、500×600mmの大きさで、0.5〜1.1
mm厚さとされる。尚、低温の場合は、耐熱性有機樹脂
基板を用いてもよい。また、セラミックス等の絶縁性基
板を用いることもできる。
The material of the substrate 10 is selected according to the substrate temperature during the TFT forming process. When the bias catalytic CVD method is adopted, the substrate temperature in the process of forming the polysilicon film and the insulating film is maintained at a relatively low temperature of about 200 to 400C. Therefore, in the case where a glass substrate such as borosilicate glass or aluminosilicate glass can be used in the TFT forming apparatus, a borosilicate glass substrate or an aluminosilicate glass substrate can be used. At this time,
It is possible to increase the size of the substrate in terms of cost, for example, a size of 500 × 600 mm, 0.5 to 1.1
mm thickness. In the case of a low temperature, a heat-resistant organic resin substrate may be used. Further, an insulating substrate such as ceramics can be used.

【0267】なお、TFT形成過程において、基板温度
が600〜1000℃程度の比較的高温となる場合は、
石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用い
る。耐熱性ガラス基板は、例えば、直径15〜30cm
の大きさで、700〜800μm厚さとされる。また、
一般的なシリコンウェハと同様のオリエンテーション・
フラット(オリフラ)が形成される。
In the case where the substrate temperature becomes relatively high at about 600 to 1000 ° C. in the TFT forming process,
A heat-resistant glass substrate such as quartz glass or crystallized glass is used. The heat-resistant glass substrate has, for example, a diameter of 15 to 30 cm.
And a thickness of 700 to 800 μm. Also,
Orientation similar to general silicon wafer
A flat (ori flat) is formed.

【0268】次に、第1工程〜第13工程からなるトッ
プゲート型ポリシリコンCMOSTFTの作製工程につ
いて説明する。まず、第1工程で、シングルチャンバか
らなるバイアス触媒CVD装置である成膜装置1内に基
板10を設置し、排気系1aを動作させて成膜装置1内
を所定圧力になるまで排気するとともに、サセプタ2に
内蔵されたヒータ2aを動作させて基板10を所定温度
(200℃程度)まで加熱する。次いで、成膜装置1内
にキャリアガスとしての水素ガス50〜100SCCM
を供給する。なお、この水素ガスの代わりに、アルゴン
と水素,またはヘリウムと水素,またはネオンと水素と
の混合ガスであって水素を80〜90モル比%含むもの
を供給するように構成しても良い。水素ガスは、熱触媒
体5との接触により活性化されて、一部が活性化水素イ
オンHとなり、基板10の表面のクリーニングがなさ
れる。なお水素系キャリアガスと原料ガスの供給による
ガス圧力は0.1〜1.0Pa程度,本例では0.5P
aとする。従って、水素系キャリアガスと原料ガスの混
合比率を一定又は変更して、ガス圧力を低めにして緻密
な成膜、逆に高めにしてより高速な成膜としてもよい。
但し、このガス圧力範囲は成膜された膜質と装置性能に
より制約されることは言うまでもない。
Next, a description will be given of a process of manufacturing a top gate type polysilicon CMOSTFT comprising the first to thirteenth steps. First, in the first step, the substrate 10 is set in the film forming apparatus 1 which is a bias catalytic CVD apparatus having a single chamber, and the exhaust system 1a is operated to exhaust the inside of the film forming apparatus 1 to a predetermined pressure. Then, the substrate 10 is heated to a predetermined temperature (about 200 ° C.) by operating the heater 2 a built in the susceptor 2. Next, 50-100 SCCM of hydrogen gas as a carrier gas is formed in the film forming apparatus 1.
Supply. Instead of the hydrogen gas, a mixed gas of argon and hydrogen, helium and hydrogen, or neon and hydrogen and containing 80 to 90 mol% of hydrogen may be supplied. The hydrogen gas is activated by contact with the thermal catalyst 5 and a part thereof becomes activated hydrogen ions H * , thereby cleaning the surface of the substrate 10. The gas pressure due to the supply of the hydrogen-based carrier gas and the source gas is about 0.1 to 1.0 Pa, in this example 0.5 P
a. Therefore, the mixture ratio of the hydrogen-based carrier gas and the source gas may be fixed or changed so that the gas pressure is lowered to form a dense film and vice versa for higher-speed film formation.
However, it goes without saying that this gas pressure range is restricted by the quality of the formed film and the performance of the apparatus.

【0269】次に、第2工程で保護膜用の窒化シリコン
膜11を形成する。水素ガス50〜100SCCMが供
給されている成膜装置1内に、モノシラン1〜20SC
CMにアンモニア5〜50SCCMを混合した原料ガス
を導入する。グロー放電開始電圧以下の直流電圧(例え
ば1kV以下、数10V以上)をサセプタ2とガスシャ
ワーヘッド3aとの間に印加する。成膜装置1内では、
導入されたガスが熱触媒体5を介して、基板10の一主
面に、保護膜用の窒化シリコン膜11を形成する。本例
では、窒化シリコン膜11が50〜200(nm)厚形
成される。このとき、成膜装置1内での原料ガスの割合
を高めるために、マスフローコントローラーMを制御し
て、水素ガスの供給を成膜の途中で低減させ、窒化シリ
コン膜11を高速で成膜しても良い。その後、成膜装置
1内へのアンモニアおよびシランの供給を停止する。
Next, in a second step, a silicon nitride film 11 for a protective film is formed. In the film forming apparatus 1 to which hydrogen gas 50 to 100 SCCM is supplied, monosilane 1 to 20 SC
A source gas obtained by mixing 5 to 50 SCCM of ammonia with CM is introduced. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. In the film forming apparatus 1,
The introduced gas forms a silicon nitride film 11 for a protective film on one main surface of the substrate 10 via the thermal catalyst 5. In this example, the silicon nitride film 11 is formed to have a thickness of 50 to 200 (nm). At this time, in order to increase the ratio of the source gas in the film forming apparatus 1, the mass flow controller M is controlled to reduce the supply of the hydrogen gas during the film formation, and the silicon nitride film 11 is formed at a high speed. May be. After that, the supply of ammonia and silane into the film forming apparatus 1 is stopped.

【0270】上記保護膜用の窒化シリコン膜11は、基
板10としてほうけい酸ガラス,アルミノけい酸ガラス
等を用いた場合、基板10からのNaイオンをストップ
するために形成されるものであり、基板10として合成
石英ガラスを使用した場合は不要である。
The silicon nitride film 11 for the protective film is formed to stop Na ions from the substrate 10 when borosilicate glass, aluminosilicate glass or the like is used as the substrate 10. This is unnecessary when synthetic quartz glass is used as the substrate 10.

【0271】次に、第3工程では、保護膜用の酸化シリ
コン膜12を形成する。第2工程で、水素ガスを低減さ
せた場合は、成膜装置1内に、キャリアガスとしての水
素ガス50〜100SCCMを導入する。また、成膜装
置1内に連続して供給されているモノシランガス1〜2
0SCCMに、ヘリウム希釈酸素ガス1〜2SCCM
を、適当比率混合して導入する。グロー放電開始電圧以
下の直流電圧(例えば1kV以下、数10V以上)をサ
セプタ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印加する。
成膜装置1内では、導入されたガスが熱触媒体5を介し
て、基板10上に保護膜用の酸化シリコン膜12を成膜
する。本例では、酸化シリコン膜12は、50〜100
(nm)厚形成される。このとき、成膜装置1内での原
料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラ
ーMを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減さ
せ、酸化シリコン膜12を高速で成膜しても良い。成膜
装置1内へのシランとヘリウム希釈酸素の供給を停止す
る。
Next, in a third step, a silicon oxide film 12 for a protective film is formed. When the amount of hydrogen gas is reduced in the second step, 50 to 100 SCCM of hydrogen gas as a carrier gas is introduced into the film forming apparatus 1. Further, monosilane gases 1 to 2 continuously supplied into the film forming apparatus 1.
0 SCCM, helium diluted oxygen gas 1-2 SCCM
Are introduced in an appropriate mixing ratio. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a.
In the film forming apparatus 1, the introduced gas forms a silicon oxide film 12 for a protective film on the substrate 10 via the thermal catalyst 5. In this example, the silicon oxide film 12 has a thickness of 50 to 100.
(Nm) thick. At this time, in order to increase the ratio of the source gas in the film forming apparatus 1, the mass flow controller M is controlled to reduce the supply of hydrogen gas during the film formation, and the silicon oxide film 12 is formed at a high speed. May be. The supply of silane and helium diluted oxygen into the film forming apparatus 1 is stopped.

【0272】さらに、第4工程では、少なくとも錫、ゲ
ルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有するポリシリ
コン膜13を形成する。なお、少なくとも錫、ゲルマニ
ウム、鉛のいずれか一つ以上を含有するポリシリコン膜
13の形成前に、成膜装置1内にキャリアガスとしての
水素ガスが供給されており、成膜前に必ず活性化水素イ
オンHによる表面クリーニングが行われるように構成
されていれば、高品質なポリシリコン膜を確実に得るこ
とが可能となり、好適である。
In the fourth step, a polysilicon film 13 containing at least one of tin, germanium and lead is formed. Before the formation of the polysilicon film 13 containing at least one of tin, germanium, and lead, a hydrogen gas is supplied as a carrier gas into the film forming apparatus 1. If the surface cleaning is performed by hydride ions H * , a high-quality polysilicon film can be reliably obtained, which is preferable.

【0273】ポリシリコン膜13を形成するときには、
第3工程で、水素ガスを低減させた場合は、成膜装置1
内に、キャリアガスとしての水素ガス50〜100SC
CMを導入する。また、このとき成膜装置1内には、モ
ノシランガス1〜20SCCMが供給されている。少な
くとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有
するガス、例えば、錫の場合には、SnH1〜20S
CCMを導入する。グロー放電開始電圧以下の直流電圧
(例えば1kV以下、数10V以上)をサセプタ2とガ
スシャワーヘッド3aとの間に印加する。導入されたガ
スは、熱触媒体5を介して、基板10上に錫含有ポリシ
リコン膜13を形成する。本例の錫含有ポリシリコン膜
13は、40〜60(nm)厚に形成される。
When the polysilicon film 13 is formed,
When the hydrogen gas is reduced in the third step, the film forming apparatus 1
Inside, 50-100 SC of hydrogen gas as carrier gas
Introduce CM. At this time, monosilane gas 1 to 20 SCCM is supplied into the film forming apparatus 1. A gas containing at least one of tin, germanium and lead, for example, SnH 4 1 to 20S in the case of tin
Introduce CCM. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. The introduced gas forms a tin-containing polysilicon film 13 on the substrate 10 via the thermal catalyst 5. The tin-containing polysilicon film 13 of this example is formed to a thickness of 40 to 60 (nm).

【0274】このとき、必要に応じて、原料ガスのシラ
ン系ガス(モノシラン(SiH)又はジシラン(Si
)又はトリシラン(Si)等)に、N型の
リン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又は
P型のボロンを適量混入することで、任意のN型又はP
型不純物キャリア濃度の錫含有ポリシリコン膜を形成す
ることができる。N型化の場合は、例えば、フォスフィ
ン(PH)、アルシン(AsH)、スチビン(Sb
)が採用され、P型化の場合は、例えば、ジボラン
(B )が採用される。このとき、成膜装置1内で
の原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントロ
ーラーMを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低
減または停止させ、錫含有ポリシリコン膜13を高速で
成膜しても良い。
At this time, if necessary, the raw material gas
Gas (monosilane (SiH4) Or disilane (Si
2H6) Or trisilane (Si3H8) Etc.)
Phosphorus or arsenic or antimony, etc.
By mixing an appropriate amount of P-type boron, any N-type or P-type
Forming a Tin-Containing Polysilicon Film with a Type Impurity Carrier Concentration
Can be In the case of N-type, for example,
(PH3), Arsine (AsH3), Stibine (Sb
H3) Is adopted, and in the case of P-type, for example, diborane
(B2H 6) Is adopted. At this time, in the film forming apparatus 1,
Mass flow control to increase the proportion of raw material gas
Controller M to reduce the supply of hydrogen gas during film formation.
To reduce or stop the tin-containing polysilicon film 13 at high speed.
A film may be formed.

【0275】また、錫含有ポリシリコン膜13を形成し
た後、シリコンイオンをドーピングまたはシリコンイオ
ン注入してポリシリコンをアモルファス化してもよい。
このようにすることにより、結晶成長のシード(種)が
得られ、グレインサイズの大きいポリシリコン膜を得る
ことができる。このように、一旦結晶化したポリシリコ
ン膜をアモルファス化することにより、レーザー光の熱
エネルギー吸収が大きくなって、レーザーアニール処理
時にアモルファスシリコン膜が融け易くなり、レーザー
アニール処理による結晶化が容易になる。
After forming the tin-containing polysilicon film 13, the polysilicon may be made amorphous by doping or implanting silicon ions.
By doing so, a seed for crystal growth can be obtained, and a polysilicon film having a large grain size can be obtained. As described above, by amorphizing the once crystallized polysilicon film, the thermal energy absorption of laser light increases, the amorphous silicon film is easily melted during laser annealing, and crystallization by laser annealing is facilitated. Become.

【0276】錫含有ポリシリコン膜13が形成された
ら、原料ガスをカットし、熱触媒体5および基板を問題
ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止す
る。この後、充分に排気した後に、窒素ガスを導入して
大気圧に戻し、基板10をバイアス触媒CVD成膜装置
から取り出し、形成した錫含有ポリシリコン膜13をエ
キシマレーザーアニール処理する。エキシマレーザーア
ニール処理は、バイアス触媒CVD成膜装置とは異なる
不図示のレーザーアニール装置中で行う。このレーザー
アニール装置内を真空とし、または窒素ガスまたはいわ
ゆるフォーミングガス,すなわち窒素ガスと水素ガスと
を混合したガスを導入し、基板10の膜形成面側から短
波長パルスレーザー光を照射することによって行う。
When the tin-containing polysilicon film 13 is formed, the source gas is cut, the thermal catalyst 5 and the substrate are cooled to a temperature at which there is no problem, and the introduction of the carrier gas is stopped. Thereafter, after sufficiently exhausting, the pressure is returned to the atmospheric pressure by introducing nitrogen gas, the substrate 10 is taken out of the bias catalytic CVD film forming apparatus, and the formed tin-containing polysilicon film 13 is subjected to an excimer laser annealing treatment. The excimer laser annealing is performed in a laser annealing apparatus (not shown) different from the bias catalytic CVD film forming apparatus. The inside of the laser annealing apparatus is evacuated, or nitrogen gas or a so-called forming gas, that is, a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas is introduced, and short-wavelength pulsed laser light is irradiated from the film forming surface side of the substrate 10. Do.

【0277】本例で用いる短波長パルスレーザ光として
は、そのレーザー波長が100〜400nm、実用範囲
は150〜350nm、パルス幅が10〜50nsec
就中20nsecのものを用いる。また、パルスのピー
ク強度は、10W/cm以上〜10W/cm
下とし、フルーエンス(1回のパルスのエネルギー)は
200〜300mJ/cm とする。
As a short-wavelength pulse laser beam used in this example,
Means that the laser wavelength is 100-400nm, practical range
Is 150 to 350 nm, and the pulse width is 10 to 50 nsec.
Among them, the one with 20 nsec is used. Also, the pulse peak
Strength is 106W / cm2Above-108W / cm2Less than
And the fluence (energy of one pulse)
200-300mJ / cm 2And

【0278】このような短波長パルスレーザ光としてX
eCl(308nm波長)を用いる。95%以上のオー
バーラップスキャニングで照射し、ポリシリコン膜を加
熱溶融するのが好ましい。また、レーザービーム形状が
ラインビーム(例えば、275×0.3〜0.4m
)であるものを用いる。なお、エキシマレーザーア
ニール処理時には、300〜400℃に基板10を加熱
してもよい。
As such a short-wavelength pulse laser beam, X
eCl (308 nm wavelength) is used. Irradiation is performed with 95% or more overlap scanning, and the polysilicon film is preferably heated and melted. The laser beam shape is a line beam (for example, 275 × 0.3 to 0.4 m).
m 2 ). During the excimer laser annealing, the substrate 10 may be heated to 300 to 400 ° C.

【0279】なお、本例では、エキシマレーザー処理し
た後に、トップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜及び窒
化シリコン膜または酸窒化シリコン膜を連続成膜する
が、この順序を逆、すなわち、トップゲート絶縁膜用の
酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜または酸窒化シリコ
ン膜を形成した後に、エキシマレーザー処理することも
可能である。この場合にも、エキシマレーザーアニール
処理は、表面側から短波長パルスレーザ光を照射するこ
とによって行う。
In this example, after the excimer laser treatment, a silicon oxide film and a silicon nitride film or a silicon oxynitride film for a top gate insulating film are successively formed. After forming a silicon oxide film and a silicon nitride film or a silicon oxynitride film, excimer laser treatment can be performed. Also in this case, the excimer laser annealing is performed by irradiating a short-wavelength pulsed laser beam from the surface side.

【0280】このように、トップゲート絶縁膜用の酸化
シリコン膜及び窒化シリコン膜を介してエキシマレーザ
ー処理でシリコン膜を溶融させる。酸化シリコン膜及び
窒化シリコン膜が厚い場合には、高エネルギー照射が必
要となってしまうため、これらの膜を、より薄い膜とし
て形成することが望まれる。バイアス触媒CVD法によ
って形成された酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜は、
絶縁耐圧が大きく、薄い膜として形成しても充分な絶縁
性能を得ることができるという特徴がある。従って、本
例のように、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を介し
てエキシマレーザー処理でシリコン膜を溶融させる場合
には、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成には、
薄い膜の形成が可能なバイアス触媒CVD法が適してい
るということができる。
As described above, the silicon film is melted by excimer laser processing via the silicon oxide film and the silicon nitride film for the top gate insulating film. When the silicon oxide film and the silicon nitride film are thick, high energy irradiation is required. Therefore, it is desired to form these films as thinner films. The silicon oxide film and the silicon nitride film formed by the bias catalytic CVD method are:
It has a feature that the withstand voltage is large and sufficient insulation performance can be obtained even when formed as a thin film. Therefore, as in this example, when the silicon film is melted by excimer laser processing via the silicon oxide film and the silicon nitride film, the formation of the silicon oxide film and the silicon nitride film includes:
It can be said that a bias catalytic CVD method capable of forming a thin film is suitable.

【0281】その後、レーザーアニール装置から基板1
0を取り出し、再び基板10をバイアス触媒CVD装置
内に設置する。第5工程として、ゲート絶縁膜用の酸化
シリコン膜14を成膜する。成膜装置1内に、キャリア
ガスとしての水素ガス50〜100SCCMを導入す
る。また、成膜装置1内に、モノシランガス1〜20S
CCMと、ヘリウム希釈酸素0.1〜2SCCMとを、
適当比率混合して導入する。グロー放電開始電圧以下の
直流電圧(例えば1kV以下、数10V以上)をサセプ
タ2とガスシャワーヘッド3aとの間に印加する。成膜
装置1内では、導入されたガスが熱触媒体5の熱分解お
よび触媒作用により、基板10上にゲート絶縁膜用の酸
化シリコン膜14を、所定膜厚に形成する。また、必要
に応じてヘリウム希釈酸素をカットしてアンモニアを適
当比率混合して、所定膜厚の窒化シリコン膜15を連続
形成しても良い。このとき、成膜装置1内での原料ガス
の割合を高めるために、マスフローコントローラーMを
制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減させ、酸
化シリコン膜14及び窒化シリコン膜15を高速で成膜
しても良い。
After that, the substrate 1 was removed from the laser annealing apparatus.
0 is taken out, and the substrate 10 is placed again in the bias catalytic CVD apparatus. As a fifth step, a silicon oxide film 14 for a gate insulating film is formed. Hydrogen gas 50 to 100 SCCM as a carrier gas is introduced into the film forming apparatus 1. Also, monosilane gas 1 to 20S
CCM and helium diluted oxygen 0.1 to 2 SCCM,
Mix and introduce at an appropriate ratio. A DC voltage (for example, 1 kV or less, several tens V or more) equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the susceptor 2 and the gas shower head 3a. In the film forming apparatus 1, the introduced gas forms a silicon oxide film 14 for a gate insulating film on the substrate 10 to a predetermined thickness by thermal decomposition and catalytic action of the thermal catalyst 5. If necessary, helium-diluted oxygen may be cut and ammonia may be mixed at an appropriate ratio to form a silicon nitride film 15 having a predetermined thickness continuously. At this time, in order to increase the ratio of the source gas in the film forming apparatus 1, the mass flow controller M is controlled to reduce the supply of the hydrogen gas during the film formation, and the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 15 are formed. The film may be formed at a high speed.

【0282】なお、成膜後は、原料ガスをカットし、熱
触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導
入を停止する。成膜後に、原料ガスをカットして水素系
キャリアガスのみを導入することにより、形成されたポ
リシリコン膜と酸化シリコン膜の界面および酸化シリコ
ン膜を、活性化水素イオンHでアニール処理して、界
面準位を低減し、絶縁膜を改質することができる。絶縁
性薄膜形成時には、それぞれの原料ガスを傾斜減少又は
傾斜増加させて、傾斜接合の膜を成膜してもよい。
After the film formation, the raw material gas is cut, the thermal catalyst is cooled to a temperature at which there is no problem, and the introduction of the carrier gas is stopped. After the film formation, the interface between the formed polysilicon film and the silicon oxide film and the silicon oxide film are annealed by activating hydrogen ions H * by cutting the source gas and introducing only the hydrogen-based carrier gas. In addition, the interface state can be reduced and the insulating film can be modified. At the time of forming the insulating thin film, the gradient gas may be formed by decreasing or increasing the inclination of each source gas.

【0283】なお本例では、シングルチャンバのバイア
ス触媒CVD装置を用いて薄膜を形成するように構成し
ているが、マルチチャンバのバイアス触媒CVD装置を
用いて薄膜を形成しても良い。その場合には、次のA〜
Cチャンバを備えたマルチチャンバ真空容器を用い、上
記第1〜第5工程を次の手順で行う。第1工程では、各
チャンバ内に水素系キャリアガスを供給して熱触媒体5
を所定温度に加熱しておく。その後、基板10をAチャ
ンバに移し、モノシランガスとアンモニアガスを適量比
率混合して導入し、電界を印加して窒化シリコン膜50
〜200(nm)厚を形成する。
In this embodiment, the thin film is formed using a single-chamber bias catalytic CVD apparatus. However, a thin film may be formed using a multi-chamber bias catalytic CVD apparatus. In that case, the following A ~
Using a multi-chamber vacuum vessel provided with a C chamber, the above first to fifth steps are performed in the following procedure. In the first step, a hydrogen-based carrier gas is supplied into each chamber so that the thermal catalyst 5
Is heated to a predetermined temperature. After that, the substrate 10 is transferred to the A chamber, and a monosilane gas and an ammonia gas are mixed and introduced in an appropriate ratio, and an electric field is applied to the silicon nitride film 50 to apply the electric field.
A thickness of ~ 200 (nm) is formed.

【0284】窒化シリコン膜が形成されると、基板10
をBチャンバに移し、モノシランガスにヘリウム希釈の
酸素ガスを適量比率混合して導入し、電界を印加して酸
化シリコン膜50〜100(nm)厚を形成する。その
後基板10をCチャンバに移し、モノシランガスおよび
SnHを適量比率混合して導入し、電界を印加して錫
含有ポリシリコン膜40〜60(nm)厚を形成する。
When the silicon nitride film is formed, the substrate 10
Is transferred to the B chamber, a silane-diluted oxygen gas is mixed into a monosilane gas at an appropriate ratio and introduced, and an electric field is applied to form a silicon oxide film having a thickness of 50 to 100 (nm). Thereafter, the substrate 10 is transferred to a C chamber, and a monosilane gas and SnH 4 are mixed and introduced in an appropriate ratio, and an electric field is applied to form a tin-containing polysilicon film 40 to 60 (nm) thick.

【0285】ポリシリコン膜13が形成されたら、原料
ガスをカットし、熱触媒体5を問題ない温度まで冷却し
て、キャリアガスの導入を停止する。この後、基板10
を成膜装置1から取り出し、形成したポリシリコン膜を
エキシマレーザーアニール処理する。
When the polysilicon film 13 is formed, the source gas is cut, the thermal catalyst 5 is cooled to a temperature at which there is no problem, and the introduction of the carrier gas is stopped. After this, the substrate 10
Is taken out of the film forming apparatus 1 and the formed polysilicon film is subjected to excimer laser annealing.

【0286】その後、基板10を再びBチャンバに設置
し、モノシランガスにヘリウム希釈の酸素ガスを適量比
率混合して導入し、電界を印加して酸化シリコン膜50
〜100(nm)厚を形成する。必要に応じて基板10
をAチャンバに移し、モノシランガスにアンモニアガス
を適量比率混合して導入し、電解を印加して窒化シリコ
ン膜50〜100(nm)厚を形成する。成膜後は原料
ガスをカットし、熱触媒体5を問題ない温度まで冷却し
て水素系キャリアガスをカットする。
Thereafter, the substrate 10 is placed in the chamber B again, mixed with a monosilane gas and an oxygen gas diluted with helium at an appropriate ratio, and introduced.
A thickness of about 100 (nm) is formed. Substrate 10 if necessary
Is transferred to the A chamber, a monosilane gas and an ammonia gas are mixed in an appropriate ratio and introduced, and electrolysis is applied to form a silicon nitride film 50 to 100 (nm) thick. After the film formation, the raw material gas is cut, and the thermal catalyst 5 is cooled to a temperature at which there is no problem, and the hydrogen-based carrier gas is cut.

【0287】なお、本例のトップゲート型ポリシリコン
CMOSTFT製法では、上記の通り、水素ガスの供給
を成膜の途中で低減または停止させ、各薄膜を高速で成
膜することができるが、成膜途中に、水素系キャリアガ
スをストップしても、シラン系ガスの熱分解および触媒
反応により、多量の活性化水素イオンHが発生するの
で、熱触媒体5が劣化することはなく、高速成膜を行っ
た場合であっても、熱触媒体5は、充分な触媒機能が保
たれるものである。こうして、絶縁基板10上に40〜
60(nm)厚の大粒径錫含有ポリシリコン層を成膜す
る。
In the top gate type polysilicon CMOS TFT manufacturing method of this example, as described above, the supply of hydrogen gas is reduced or stopped during the film formation, and each thin film can be formed at a high speed. Even if the hydrogen-based carrier gas is stopped in the middle of the film, a large amount of activated hydrogen ions H * are generated due to the thermal decomposition and catalytic reaction of the silane-based gas. Even when a film is formed, the thermal catalyst 5 maintains a sufficient catalytic function. Thus, 40-
A large grain size tin-containing polysilicon layer having a thickness of 60 (nm) is formed.

【0288】次いで、上記錫含有ポリシリコン層を少な
くともチャンネル,ソース,ドレイン領域とするMOS
TFTの作製を行う。第6工程として、図23に示すよ
うに、NチャンネルMOSTFT用のチャンネル領域の
不純物濃度を制御するために、PチャンネルMOSTF
Tを、フォトレジストr1でマスクし、P型不純物イオ
ン(例えば、二フッ化ホウ素イオンBF )を、例え
ば、20〜30keVで2〜3×1012atoms/
cmのドーズ量でイオン注入し、ポリシリコン層の導
電型をP型化したシリコン層l1とする。
Next, a MOS having the above-mentioned tin-containing polysilicon layer as at least a channel, source and drain region
A TFT is manufactured. As a sixth step, as shown in FIG. 23, in order to control the impurity concentration in the channel region for the N-channel MOS TFT,
T is masked with a photoresist r1, and P-type impurity ions (for example, boron difluoride ion BF 2 + ) are, for example, 20 to 30 keV and 2 to 3 × 10 12 atoms / s.
Ions are implanted at a dose of cm 2 to form a silicon layer 11 in which the conductivity type of the polysilicon layer is made P-type.

【0289】次いで、第7工程として、図24に示すよ
うに、PチャンネルMOSTFT用のチャンネル領域の
不純物濃度を制御するために、今度は、NチャンネルM
OSTFTをフォトレジストr2でマスクし、N型不純
物イオン(例えば、リンイオンP)を、例えば、40
〜50keVで2〜3×1012atoms/cm
ドーズ量でイオン注入し、ポリシリコン層のN型化した
シリコン層l2とする。
Next, as a seventh step, as shown in FIG. 24, in order to control the impurity concentration of the channel region for the P-channel MOSTFT, an N-channel M
The OSTFT is masked with a photoresist r2, and N-type impurity ions (for example, phosphorus ions P + ) are
Ion implantation is performed at 5050 keV at a dose of 2 to 3 × 10 12 atoms / cm 2 to form a polysilicon layer 12 having an N-type polysilicon layer.

【0290】次いで、第8工程では、図25に示すよう
に、ゲート電極材料としての耐熱性の高いモリブデン/
タンタル合金膜16を、スパッタ法で、例えば、400
(nm)厚に堆積させる。
Next, in an eighth step, as shown in FIG. 25, molybdenum / metal having high heat resistance as a gate electrode material is used.
The tantalum alloy film 16 is formed by, for example,
(Nm) deposited thick.

【0291】次いで、第9工程では、図26に示すよう
に、フォトレジストr3を所定パターンに形成し、これ
をマスクにして、モリブデン/タンタル合金膜16をゲ
ート電極17の形状にパターニングし、更に、フォトレ
ジストr3を除去する。
Next, in a ninth step, as shown in FIG. 26, a photoresist r3 is formed in a predetermined pattern, and using this as a mask, the molybdenum / tantalum alloy film 16 is patterned into the shape of the gate electrode 17, and Then, the photoresist r3 is removed.

【0292】次いで、第10工程では、図27に示すよ
うに、PチャンネルMOSTFT及びゲート電極17を
フォトレジストr4でマスクし、N型不純物である、例
えば、Asイオンを、例えば、60〜70keVで1
×1015atoms/cm のドーズ量でイオン注入
し、フォトレジスト剥離後、N中約1000℃で20
秒〜30秒間のRTA(Rapid Thermal
Anneal)で活性化し、NチャンネルMOSTFT
のN型ソース領域S1及びドレイン領域D1をそれぞ
れ形成する。なお、このRTA処理は、PチャンネルM
OSTFTの活性化と一緒にしても良い。
Next, in a tenth step, as shown in FIG.
Thus, the P-channel MOS TFT and the gate electrode 17 are
Example masked with photoresist r4 and is an N-type impurity
For example, As+The ions are, for example, 1 at 60-70 keV.
× 10Fifteenatoms / cm 2Ion implantation at a dose of
After removing the photoresist, N2Medium at about 1000 ° C for 20
RTA (Rapid Thermal) for 30 seconds to 30 seconds
Anneal) and N-channel MOSTFT
N+Source region S1 and drain region D1
Formed. Note that this RTA processing is performed for the P channel M
The activation may be performed together with the activation of the OSTFT.

【0293】次いで、第11工程では、図28に示すよ
うに、NチャンネルMOSTFT及びゲート電極17を
フォトレジストr5でマスクし、P型不純物である、例
えば、Bイオンを、例えば、20〜30keVで1×
1015atoms/cmのドーズ量でイオン注入
し、フォトレジスト剥離後、N中約1000℃で20
秒〜30秒間のRTA(Rapid Thermal
Anneal)で活性化し、PチャンネルMOSTFT
のP型ソース領域S2及びドレイン領域D2を、それ
ぞれ形成する。
Next, in an eleventh step, as shown in FIG. 28, the N-channel MOSTFT and the gate electrode 17 are masked with a photoresist r5, and a P-type impurity, for example, B + ion, for example, at 20 to 30 keV At 1 ×
Ion implantation is performed at a dose of 10 15 atoms / cm 2 , and after stripping the photoresist, 20 seconds at about 1000 ° C. in N 2.
RTA (Rapid Thermal) for 30 seconds to 30 seconds
Anneal) and P-channel MOSTFT
Are formed, respectively, of the P + type source region S2 and the drain region D2.

【0294】次いで、第12工程では、図29に示すよ
うに、全面にバイアス触媒CVD法等によって、酸化シ
リコン膜19を、例えば50〜100(nm)厚、リン
シリケートガラス(PSG)膜20を、例えば200〜
300(nm)厚、窒化シリコン膜21を100〜20
0(nm)厚に成膜する。
Next, in a twelfth step, as shown in FIG. 29, a silicon oxide film 19, for example, a phosphor silicate glass (PSG) film 20 having a thickness of 50 to 100 (nm) is formed on the entire surface by a bias catalytic CVD method or the like. For example, 200-
A silicon nitride film 21 having a thickness of 300 (nm)
A film is formed to a thickness of 0 (nm).

【0295】次いで、第13工程では、図30に示すよ
うに、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各
ホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料を、ス
パッタ法等により、150℃で1μmの厚みに堆積す
る。その後、これをパターニングして、PチャンネルM
OSTFT及びNチャンネルMOSTFTの、それぞれ
のソース又はドレイン電極S又はDとゲートコンタクト
又は配線Gを形成する。その後、フォーミングガス(N
+H)中400℃で1時間シンター処理し、オーミ
ックコンタクトと表面準位を改善し、各MOSTFTを
完成する。
Next, in a thirteenth step, as shown in FIG. 30, a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is applied to the entire surface including each hole at 150 ° C. by a sputtering method or the like. Deposit to a thickness of 1 μm. Then, this is patterned to form a P-channel M
A source or drain electrode S or D of each of the OSTFT and the N-channel MOSTFT and a gate contact or a wiring G are formed. Then, forming gas (N
2 + H 2 ), sintering is performed at 400 ° C. for 1 hour to improve ohmic contact and surface state, thereby completing each MOSTFT.

【0296】なお、上記第13工程で、ソース電極S又
はドレイン電極Dとゲート取り出し電極又は配線Gを形
成した後、次の第14工程の水蒸気アニール工程及び第
15工程のプラズマクリーニング工程(またはスパッタ
クリーニング工程)を行ってもよい。
After forming the source electrode S or the drain electrode D and the gate extraction electrode or the wiring G in the thirteenth step, the following fourteenth step water vapor annealing step and the fifteenth step plasma cleaning step (or sputtering step) Cleaning step).

【0297】本例では、第5工程の後のレーザーアニー
ル工程と、この水蒸気アニール工程およびプラズマクリ
ーニング工程(またはスパッタクリーニング工程)との
双方を備えるように構成しているが、レーザーアニール
工程を備えるが水蒸気アニール工程及びプラズマクリー
ニング工程(またはスパッタクリーニング工程)を備え
ないように構成しても良い。また、レーザーアニール工
程を備えずに、水蒸気アニール工程及びプラズマクリー
ニング工程(またはスパッタクリーニング工程)を備え
るように構成しても良い。また、レーザーアニール工程
と水蒸気アニール工程とを電極形成前に行う場合には、
電極が水蒸気によって腐食されないため、電極のプラズ
マクリーニングまたはスパッタクリーニング工程とを行
う必要はない。なお、レーザーアニール工程を、第4工
程(ポリシリコン膜形成工程)と第5工程(ゲート絶縁
膜(酸化シリコン膜)形成工程)との間に行わない場合
には、ポリシリコン膜13とゲート絶縁膜の酸化シリコ
ン膜14は、連続成膜する方が良い。
In this example, the laser annealing step after the fifth step, and the steam annealing step and the plasma cleaning step (or the sputter cleaning step) are provided, but the laser annealing step is provided. May not include a steam annealing step and a plasma cleaning step (or a sputter cleaning step). Further, the laser annealing process may not be provided, and a steam annealing process and a plasma cleaning process (or a sputter cleaning process) may be provided. Also, when performing the laser annealing step and the steam annealing step before forming the electrodes,
Since the electrodes are not corroded by water vapor, there is no need to perform a plasma cleaning or sputter cleaning step on the electrodes. If the laser annealing step is not performed between the fourth step (polysilicon film forming step) and the fifth step (gate insulating film (silicon oxide film) forming step), the polysilicon film 13 and the gate insulating film It is better to form the silicon oxide film 14 continuously.

【0298】第14工程は、上述の通り水蒸気アニール
工程であり、薄膜層および電極の形成された基板10
を、上述した真空吸引による方法により、水蒸気アニー
ル処理する。水蒸気アニールチャンバ31内のサセプタ
32上に基板10を載置する。この水蒸気アニールチャ
ンバ31内で、2×10Pa〜3×10Paの高圧
水蒸気中,180℃〜200℃、30分〜60分間基板
10を加熱し、絶縁膜と半導体膜との界面または絶縁膜
の改質を行う。
The fourteenth step is a steam annealing step as described above, and is performed on the substrate 10 on which the thin film layer and the electrodes are formed.
Is subjected to steam annealing by the above-described method using vacuum suction. The substrate 10 is placed on the susceptor 32 in the steam annealing chamber 31. In the steam annealing chamber 31, the substrate 10 is heated in high-pressure steam of 2 × 10 5 Pa to 3 × 10 5 Pa at 180 ° C. to 200 ° C. for 30 minutes to 60 minutes to form an interface between the insulating film and the semiconductor film or The insulating film is modified.

【0299】次いで、第15工程で、上記実施例1で説
明した手順により、上記形成された膜の少なくとも電極
パッド部表面を、スパッタクリーニング又はプラズマク
リーニングする。その後、水蒸気アニール工程を行わな
い場合と同様に、フォーミングガス(N+H)中4
00℃で1時間シンター処理し、オーミックコンタクト
と表面準位を改善し、各MOSTFTを完成する。
Next, in a fifteenth step, at least the surface of the electrode pad portion of the formed film is subjected to sputter cleaning or plasma cleaning according to the procedure described in the first embodiment. After that, as in the case where the steam annealing step is not performed, 4% of the forming gas (N 2 + H 2 )
Sintering is performed at 00 ° C. for 1 hour to improve the ohmic contact and the surface state, thereby completing each MOSTFT.

【0300】(具体的実施例2)さらに、具体的な実施
例2として、ボトムゲート型ポリシリコンCMOSTF
T製法の実施例について説明する。本例は、ポリシリコ
ン膜をエキシマレーザーアニール処理および/または水
蒸気アニール処理するものである。本例では、バイアス
触媒CVDにより薄膜を形成するように構成している
が、これに限定されるものでなく、高密度バイアス触媒
CVD,バイアス減圧CVD,バイアス常圧CVDも本
例に適用可能である。基板10の材質,大きさは、上記
具体的実施例1と同様の基準により選択される。
(Embodiment 2) Further, as Embodiment 2, a bottom gate type polysilicon CMOSTF
An example of the T manufacturing method will be described. In this example, a polysilicon film is subjected to excimer laser annealing and / or steam annealing. In this embodiment, the thin film is formed by the bias catalyst CVD. However, the present invention is not limited to this, and a high-density bias catalyst CVD, a bias reduced pressure CVD, and a bias normal pressure CVD can also be applied to the embodiment. is there. The material and size of the substrate 10 are selected based on the same criteria as in the specific example 1.

【0301】上記ボトムゲート型ポリシリコンCMOS
TFTの作製工程について説明する。まず、基板10の
少なくともTFT領域に、モリブデン/タンタル合金の
スパッタ膜300〜400(nm)厚を形成する。そし
て汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、
20〜45度のテーパーエッチングを施し、ボトムゲー
ト電極を形成する。
The above bottom gate type polysilicon CMOS
A manufacturing process of a TFT will be described. First, a sputtered film of a molybdenum / tantalum alloy having a thickness of 300 to 400 (nm) is formed at least in the TFT region of the substrate 10. And by general-purpose photolithography and etching technology,
20-45 degree taper etching is performed to form a bottom gate electrode.

【0302】次に、上記具体的実施例1の第1工程乃至
第4工程と同様の手順により、基板10上に、保護膜
用,ボトムゲート絶縁膜用の窒化シリコン膜,酸化シリ
コン膜と,少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか
一つ以上としての錫を含有するポリシリコン膜と,保護
膜用、レーザー反射低減用の酸化シリコン膜とを成膜す
る。このときに、少なくともゲート絶縁膜の酸化シリコ
ン膜と錫含有ポリシリコン膜とは連続成膜した方がよ
い。成膜後は、原料ガスをカットし、熱触媒体5を問題
ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止す
る。その後、基板10を成膜装置1から取り出してレー
ザーアニール装置に導入し、錫含有のポリシリコン膜
を、上記具体的実施例1と同様の手順により、レーザー
アニール処理する。但し、本例では、エキシマレーザー
アニール処理を、形成された薄膜の表面側から短波長パ
ルスレーザ光を照射することによって行う。
Next, a silicon nitride film and a silicon oxide film for a protective film and a bottom gate insulating film are formed on the substrate 10 by a procedure similar to the first to fourth steps of the specific embodiment 1. A polysilicon film containing tin as at least one of tin, germanium and lead, and a silicon oxide film for a protective film and for reducing laser reflection are formed. At this time, at least the silicon oxide film and the tin-containing polysilicon film of the gate insulating film are preferably formed continuously. After the film formation, the raw material gas is cut, the thermal catalyst 5 is cooled to a temperature at which there is no problem, and the introduction of the carrier gas is stopped. Thereafter, the substrate 10 is taken out of the film forming apparatus 1 and introduced into a laser annealing apparatus, and the tin-containing polysilicon film is subjected to laser annealing according to the same procedure as that of the specific example 1. However, in this example, excimer laser annealing is performed by irradiating a short-wavelength pulsed laser beam from the surface side of the formed thin film.

【0303】こうして、絶縁基板10上に40〜60
(nm)厚の大粒径錫含有のポリシリコン層を成膜す
る。次いで、錫含有ポリシリコン層を少なくともチャン
ネル領域とするMOSTFTの作製を行う。本例では、
ボトムゲート電極を最初に形成しているので、錫含有ポ
リシリコンおよび保護膜の酸化シリコン膜形成後には、
電極として、ソース,ドレイン電極が形成される。
[0303] Thus, 40 to 60
A (nm) thick large grain size tin-containing polysilicon layer is formed. Next, a MOSTFT having a tin-containing polysilicon layer as at least a channel region is manufactured. In this example,
Since the bottom gate electrode is formed first, after forming the tin-containing polysilicon and the silicon oxide film of the protective film,
Source and drain electrodes are formed as electrodes.

【0304】次に、上記具体的実施例の第6工程と同様
の手順により、PチャンネルMOSTFTをフォトレジ
ストでマスクし、P型不純物イオン(例えば、二フッ化
ホウ素イオンBF )をイオン注入し、ポリシリコン
層の導電型をP型化したシリコン層とする。次いで、上
記具体的実施例の第7工程と同様の手順により、Nチャ
ンネルMOSTFTをフォトレジストでマスクし、N型
不純物イオン(例えば、リンイオンP)を打ち込み、
ポリシリコン層の導電型をN型化したシリコン層とす
る。
Next, the P-channel MOSTFT is masked with a photoresist and a P-type impurity ion (for example, boron difluoride ion BF 2 + ) is ion-implanted in the same procedure as in the sixth step of the specific embodiment. Then, the conductivity type of the polysilicon layer is changed to a P-type silicon layer. Next, the N-channel MOSTFT is masked with a photoresist, and N-type impurity ions (for example, phosphorus ions P + ) are implanted by the same procedure as in the seventh step of the above specific example.
The polysilicon layer is an N-type silicon layer.

【0305】その後、上記具体的実施例1の第10工程
および第11工程と同様の手順により、イオン注入、R
TAによる活性化を行い、NチャンネルMOSTFTの
型ソース領域及びドレイン領域、PチャンネルMO
STFTのP型ソース領域及びドレイン領域を、それ
ぞれ形成する。次いで、全面に、バイアス触媒CVD等
によって、保護用の酸化シリコン膜、リンシリケートガ
ラス(PSG)膜、窒化シリコン膜を成膜する。
Thereafter, ion implantation and R ion implantation are performed in the same procedure as in the tenth and eleventh steps of the specific embodiment 1.
Activation by TA is performed, and the N + -type source region and the drain region of the N-channel MOS TFT and the P-channel MO TFT are activated.
A P + type source region and a drain region of the STFT are formed, respectively. Next, a silicon oxide film for protection, a phosphosilicate glass (PSG) film, and a silicon nitride film are formed on the entire surface by bias catalyst CVD or the like.

【0306】次いで、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓
開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの
電極材料を、スパッタ法等により、150℃で1μmの
厚みに堆積する。その後、これをパターニングして、P
チャンネルMOSTFT及びNチャンネルMOSTFT
の、それぞれのソース又はドレイン電極を形成する。そ
の後、フォーミングガス(N+H)中400℃で1
時間シンター処理し、オーミックコンタクトと表面準位
を改善し、各MOSTFTを完成する。
Next, a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each hole at a temperature of 150 ° C. to a thickness of 1 μm by a sputtering method or the like. Then, this is patterned and P
Channel MOSTFT and N-channel MOSTFT
To form respective source or drain electrodes. Then, at 400 ° C. for 1 hour in a forming gas (N 2 + H 2 ).
Time sintering is performed to improve the ohmic contact and the surface state, thereby completing each MOSTFT.

【0307】その後、前記具体的実施例1と同様な方法
で、水蒸気アニール処理およびプラズマクリーニング
(またはスパッタクリーニング)を行う。本例では、レ
ーザーアニール工程と、水蒸気アニール工程およびプラ
ズマクリーニング工程(またはスパッタクリーニング工
程)との双方を備えるように構成しているが、これら双
方のいずれかを備えるように構成しても良い。
Thereafter, in the same manner as in the specific example 1, the steam annealing treatment and the plasma cleaning (or sputter cleaning) are performed. In this example, the laser annealing step, the water vapor annealing step, and the plasma cleaning step (or the sputter cleaning step) are provided. However, the apparatus may be provided with either of these steps.

【0308】また、本例では、水蒸気アニール工程をソ
ース電極およびドレイン電極形成後に行っているため、
水蒸気アニール工程を行った後にプラズマクリーニング
(またはスパッタクリーニング)を行うように構成して
いる。しかし、水蒸気アニール工程は、保護膜用、レー
ザー反射低減用の酸化シリコン膜を成膜した後すぐに行
ってもよい。特に、図18(b)に示すように、成膜室
43等の他に水蒸気アニール室45を備えるマルチチャ
ンバからなる真空容器を用いて成膜および水蒸気アニー
ルをする場合には、成膜と水蒸気アニール工程とを同じ
装置内で連続して行うことができる。このように、水蒸
気アニール工程をソース電極およびドレイン電極形成前
に行う場合には、これらの電極が水蒸気によって腐食さ
れないため、これらの電極のプラズマクリーニングまた
はスパッタクリーニング工程とを行う必要はない。
In this example, since the steam annealing step is performed after the formation of the source electrode and the drain electrode,
It is configured to perform plasma cleaning (or sputter cleaning) after performing the steam annealing step. However, the steam annealing step may be performed immediately after forming the silicon oxide film for the protective film and for reducing the laser reflection. In particular, as shown in FIG. 18B, when performing film formation and water vapor annealing using a multi-chamber vacuum container having a water vapor annealing chamber 45 in addition to the film formation chamber 43 and the like, The annealing step can be performed continuously in the same apparatus. As described above, when the steam annealing step is performed before the formation of the source electrode and the drain electrode, these electrodes are not corroded by the steam, and therefore, it is not necessary to perform the plasma cleaning or the sputter cleaning step on these electrodes.

【0309】(具体的実施例3)具体的な実施例3とし
て、デュアルゲート型ポリシリコンCMOSTFT製法
の実施例について説明する。本例は、ポリシリコン膜を
エキシマレーザーアニール処理および/または水蒸気ア
ニール処理するものである。なお、本例では、バイアス
触媒CVDにより薄膜を形成するように構成している
が、これに限定されるものでなく、高密度バイアス触媒
CVD,バイアス減圧CVD,バイアス常圧CVDも本
例に適用可能である。基板10の材質,大きさは、上記
具体的実施例1と同様の基準により選択される。
(Third Embodiment) As a third embodiment, an embodiment of a method of manufacturing a dual gate type polysilicon CMOSTFT will be described. In this example, a polysilicon film is subjected to excimer laser annealing and / or steam annealing. In this embodiment, the thin film is formed by bias catalyst CVD. However, the present invention is not limited to this, and high-density bias catalyst CVD, bias decompression CVD, and bias normal pressure CVD are also applicable to this embodiment. It is possible. The material and size of the substrate 10 are selected based on the same criteria as in the specific example 1.

【0310】次に、デュアルゲート型ポリシリコンCM
OSTFTの作製工程について説明する。まず、基板1
0の少なくともTFT領域に、モリブデン/タンタル合
金のスパッタ膜300〜400(nm)厚を形成する。
そして汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術によ
り、20〜45度のテーパーエッチングを施し、ボトム
ゲート電極を形成する。
Next, a dual gate type polysilicon CM
A manufacturing process of the OSTFT will be described. First, substrate 1
At least, a sputtered film of a molybdenum / tantalum alloy having a thickness of 300 to 400 (nm) is formed in at least the TFT region.
Then, taper etching of 20 to 45 degrees is performed by general-purpose photolithography and etching technology to form a bottom gate electrode.

【0311】次いで、上記具体的実施例1の第1工程乃
至第4工程と同様の手順により、基板10上に、保護膜
用,ボトムゲート絶縁膜用の窒化シリコン膜,酸化シリ
コン膜,少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一
つ以上としての錫を含有するポリシリコン膜,トップゲ
ート絶縁膜用の酸化シリコン膜,必要に応じて窒化シリ
コン膜を成膜する。少なくとも、錫含有ポリシリコン膜
とトップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とは、連続成
膜するものとする。その後、基板10を成膜装置1から
取り出してレーザーアニール装置に導入し、錫含有ポリ
シリコン膜を、上記具体的実施例1と同様の手順によ
り、レーザーアニール処理する。このようにして、例え
ば、40〜60(nm)厚の大粒径の錫含有ポリシリコ
ン膜が成膜される。次いで、錫含有ポリシリコン層を少
なくともチャンネル領域とするMOSTFTの作製を行
う。
Next, a silicon nitride film for a protective film, a bottom gate insulating film, a silicon oxide film, and at least a tin oxide film are formed on the substrate 10 by the same procedure as the first to fourth steps in the first embodiment. A polysilicon film containing tin as one or more of germanium and lead, a silicon oxide film for a top gate insulating film, and a silicon nitride film as needed. At least, the tin-containing polysilicon film and the silicon oxide film for the top gate insulating film are formed continuously. Thereafter, the substrate 10 is taken out of the film forming apparatus 1 and introduced into the laser annealing apparatus, and the tin-containing polysilicon film is subjected to laser annealing according to the same procedure as that of the specific example 1. In this manner, for example, a tin-containing polysilicon film having a large grain diameter of 40 to 60 (nm) is formed. Next, a MOSTFT having a tin-containing polysilicon layer as at least a channel region is manufactured.

【0312】上記具体的実施例の第6工程と同様の手順
により、PチャンネルMOSTFTをフォトレジストで
マスクし、P型不純物イオン(例えば、二フッ化ホウ素
イオンBF )を打ち込み、ポリシリコン層の導電型
をP型化したシリコン層とする。次いで、上記具体的実
施例の第7工程と同様の手順により、NチャンネルMO
STFTをフォトレジストでマスクし、N型不純物イオ
ン(例えば、リンイオンP)を打ち込み、ポリシリコ
ン層の導電型をN型化したシリコン層とする。
According to the same procedure as that of the sixth step of the above specific example, the P-channel MOSTFT is masked with a photoresist, and P-type impurity ions (for example, boron difluoride ion BF 2 + ) are implanted. Is a P-type silicon layer. Then, by the same procedure as the seventh step of the above specific example, the N-channel MO
The STFT is masked with a photoresist, and N-type impurity ions (for example, phosphorus ions P + ) are implanted, so that the conductivity type of the polysilicon layer is changed to an N-type silicon layer.

【0313】次いで、上記具体的実施例1の第8工程お
よび第9工程と同様の手順により、スパッタ法で堆積さ
せたモリブデン/タンタル合金膜を、ゲート電極の形状
にパターニングし、トップゲート電極を形成する。
Next, the molybdenum / tantalum alloy film deposited by the sputtering method is patterned into the shape of the gate electrode by the same procedure as the eighth step and the ninth step of the specific example 1, and the top gate electrode is formed. Form.

【0314】その後、上記具体的実施例1の第10工程
および第11工程と同様の手順により、イオン注入、R
TAによる活性化を行い、NチャンネルMOSTFTの
型ソース領域及びドレイン領域、PチャンネルMO
STFTのP型ソース領域及びドレイン領域を、それ
ぞれ形成する。次いで、全面に、バイアス触媒CVD等
によって、保護用の酸化シリコン膜,窒化シリコン膜を
成膜する。
Thereafter, ion implantation and R were performed by the same procedure as in the tenth and eleventh steps of the above specific example 1.
Activation by TA is performed, and the N + -type source region and the drain region of the N-channel MOS TFT and the P-channel MO TFT are activated.
A P + type source region and a drain region of the STFT are formed, respectively. Next, a protective silicon oxide film and a silicon nitride film are formed on the entire surface by bias catalyst CVD or the like.

【0315】次いで、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓
開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの
電極材料を、スパッタ法等により、150℃で1μmの
厚みに堆積する。その後、これをパターニングして、P
チャンネルMOSTFT及びNチャンネルMOSTFT
の、それぞれのソース又はドレイン電極およびゲートコ
ンタクトまたは配線を形成する。その後、フォーミング
ガス(N+H)中400℃で1時間シンター処理
し、オーミックコンタクトと表面準位を改善し、各MO
STFTを完成する。
Next, a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each hole at a temperature of 150 ° C. to a thickness of 1 μm by a sputtering method or the like. Then, this is patterned and P
Channel MOSTFT and N-channel MOSTFT
, A source or drain electrode and a gate contact or wiring are formed. Thereafter, sintering was performed at 400 ° C. for 1 hour in a forming gas (N 2 + H 2 ) to improve ohmic contacts and surface states.
The STFT is completed.

【0316】その後、前記具体的実施例1と同様な方法
で、水蒸気アニール処理およびプラズマクリーニング
(またはスパッタクリーニング)を行う。本例では、レ
ーザーアニール工程と、水蒸気アニール工程およびプラ
ズマクリーニング工程(またはスパッタクリーニング工
程)との双方を備えるように構成しているが、これら双
方のいずれかを備えるように構成しても良い。
Thereafter, in the same manner as in the specific example 1, steam annealing and plasma cleaning (or sputter cleaning) are performed. In this example, the laser annealing step, the water vapor annealing step, and the plasma cleaning step (or the sputter cleaning step) are provided. However, the apparatus may be provided with either of these steps.

【0317】また、本例では、水蒸気アニール工程をソ
ース電極およびドレイン電極、トップゲート電極形成後
に行っているため、水蒸気アニール工程を行った後にプ
ラズマクリーニング(またはスパッタクリーニング)を
行うように構成している。しかし、水蒸気アニール工程
は、トップゲート絶縁膜の酸化シリコン膜等を成膜した
後すぐに行ってもよい。特に、図18に示すように、成
膜室43等の他に水蒸気アニール室45を備えるマルチ
チャンバからなる真空容器を用いて成膜および水蒸気ア
ニールをする場合には、成膜と水蒸気アニール工程とを
同じ装置内で連続して行うことができる。このように、
水蒸気アニール工程を電極形成前に行う場合には、これ
らの電極が水蒸気によって腐食されないため、これらの
電極のプラズマクリーニングまたはスパッタクリーニン
グ工程を行う必要はない。
In this example, since the steam annealing step is performed after the formation of the source electrode, the drain electrode, and the top gate electrode, plasma cleaning (or sputter cleaning) is performed after the steam annealing step. I have. However, the steam annealing step may be performed immediately after forming the silicon oxide film or the like as the top gate insulating film. In particular, as shown in FIG. 18, when performing film formation and steam annealing using a multi-chamber vacuum vessel including a steam annealing chamber 45 in addition to the film formation chamber 43 and the like, the film formation and the steam annealing step are performed. Can be performed continuously in the same apparatus. in this way,
If the steam annealing step is performed before the electrodes are formed, it is not necessary to perform the plasma cleaning or sputter cleaning step on these electrodes because these electrodes are not corroded by water vapor.

【0318】なお、本例では、上記シリコン薄膜のほ
か、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム等の多結晶半
導体または微結晶半導体或いはアモルファス半導体薄膜
等であって、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれ
か一つ以上を含有するものを、形成することができる。
In this example, in addition to the silicon thin film, a polycrystalline semiconductor such as germanium or silicon germanium, a microcrystalline semiconductor, or an amorphous semiconductor thin film is used, and at least one of tin, germanium, and lead is used. What it contains can be formed.

【0319】(具体的実施例4)具体的な実施例4とし
て、トップゲート型単結晶シリコンCMOSTFT製法
の実施例を示す。まず、基板10の少なくともTFT形
成領域に適当な形状,寸法の段差を形成し、バイアス触
媒CVD法により少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のい
ずれか一つ以上としての錫を含有する半導体膜とゲート
絶縁膜を連続成膜させて、段差をシードにグラフォエピ
タキシャル成長させる。このように、少なくとも、錫含
有のポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜
とを成膜するときには、キャリアガスとしての水素ガス
を供給し、また、熱触媒体5を加熱して熱分解および触
媒作用が可能な状態にしておき、連続成膜するものとす
る。基板10の材質および大きさは、上記具体的実施例
1と同様の基準により選択される。
(Embodiment 4) As Embodiment 4, an embodiment of a method of manufacturing a top gate type single crystal silicon CMOS TFT will be described. First, a step having an appropriate shape and dimensions is formed in at least a TFT forming region of the substrate 10, and a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and / or tin and a gate insulating film are formed by a bias catalytic CVD method. Is continuously formed, and the step is used as a seed for grapho-epitaxial growth. As described above, when forming at least the tin-containing polysilicon film and the silicon oxide film for the gate insulating film, a hydrogen gas is supplied as a carrier gas, and the thermal catalyst 5 is heated to be thermally decomposed. In addition, it is assumed that a catalytic action is possible, and a continuous film is formed. The material and size of the substrate 10 are selected based on the same criteria as in the first embodiment.

【0320】次に、第1工程〜第12工程からなるトッ
プゲート型単結晶シリコンCMOSTFTの作製工程に
ついて説明する。まず、第1工程で、図31に示すよう
に、基板10の一主面に、フォトレジストr1を所定パ
ターンに形成し、これをマスクとして、例えば、四フッ
化炭素(CF)プラズマのFイオンを照射し、リア
クティブイオンエッチング(RIE)によって、基板1
0に段差10aを複数個形成する。
Next, a description will be given of a manufacturing process of a top-gate single-crystal silicon CMOSTFT including the first to twelfth processes. First, in a first step, as shown in FIG. 31, a photoresist r1 is formed in a predetermined pattern on one main surface of the substrate 10, and using this as a mask, for example, F 4 plasma of carbon tetrafluoride (CF 4 ) is used. The substrate 1 is irradiated with + ions and reactive ion etching (RIE) is performed.
A plurality of steps 10a are formed at zero.

【0321】この場合、段差10aは、後述する単結晶
シリコンのグラフォエピタキシャル成長時のシードとな
るものであって、例えば、深さD0.05〜0.2μ
m、長さL5.0〜10.0μm、幅W2.0〜10.
0μmに形成される。
In this case, the step 10a serves as a seed during the later-described single-crystal silicon grapho-epitaxial growth, and has a depth D of 0.05 to 0.2 μm, for example.
m, length L 5.0 to 10.0 μm, width W 2.0 to 10.
It is formed to a thickness of 0 μm.

【0322】次いで、第2工程で、フォトレジストr1
の除去後に、上記具体的実施例1と同様の手順により、
保護膜用の窒化シリコン膜50〜100(nm)厚と保
護膜用の酸化シリコン膜50〜100(nm)厚を成膜
する。なお、基板10上に保護膜用の窒化シリコン膜、
酸化シリコン膜を積層し、この膜に、段差10aを複数
個形成するようにしてもよい。但し、基板からのNa
イオン等のコンタミネーションが防止できるように、段
差の底には窒化シリコン膜が存在することが望ましい。
Next, in a second step, a photoresist r1
After removal of, by the same procedure as in the specific example 1 above,
Silicon nitride film for protective film 50 to 100 (nm) thickness and protection
Deposit a silicon oxide film 50 to 100 (nm) thick for protective film
I do. Note that a silicon nitride film for a protective film is formed on the substrate 10,
A silicon oxide film is laminated, and a plurality of steps 10a are formed on this film.
It may be formed individually. However, Na from the substrate +
Steps should be made so that contamination such as ions can be prevented.
It is desirable that a silicon nitride film exists at the bottom of the difference.

【0323】次いで、第3工程で、図32に示すよう
に、バイアス触媒CVDにより、基板10上に錫含有の
単結晶シリコン膜を形成する。このとき、成膜装置1内
に、キャリアガスとしての水素ガス50〜100SCC
Mを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン1〜
20SCCMおよびSnH1〜20SCCMとを導入
し、バイアス触媒CVD法によって、基板10上に錫含
有の単結晶シリコン膜を形成する。このときに、段差1
0aをシードにグラフォエピタキシャル成長させて、単
結晶シリコン膜22を数μm〜0.005μm(例えば
50〜100(nm))厚に、エピタキシャル成長させ
る。
Next, in a third step, as shown in FIG. 32, a single crystal silicon film containing tin is formed on the substrate 10 by bias catalytic CVD. At this time, hydrogen gas 50 to 100 SCC as a carrier gas is set in the film forming apparatus 1.
M is introduced. In addition, monosilane 1 to 1 as raw material gas
20 SCCM and SnH 4 1-20 SCCM are introduced, and a tin-containing single crystal silicon film is formed on the substrate 10 by a bias catalytic CVD method. At this time, step 1
The single crystal silicon film 22 is epitaxially grown to a thickness of several μm to 0.005 μm (for example, 50 to 100 (nm)) by performing grapho-epitaxial growth using 0a as a seed.

【0324】なお、必要に応じて、原料ガスのシラン系
ガス(モノシラン又はジシラン又はトリシラン等)に、
N型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入した
り、又はP型のボロンを適量混入することで、任意のN
又はP型不純物キャリア濃度の錫含有単結晶シリコン膜
を形成することができる。N型化の場合は、例えば、フ
ォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、P型化の
場合は、例えば、ジボランが採用される。
[0324] If necessary, a silane-based gas (monosilane, disilane, trisilane, or the like) as a raw material gas may be used.
By mixing an appropriate amount of N-type phosphorus, arsenic, or antimony, or by mixing an appropriate amount of P-type boron,
Alternatively, a tin-containing single crystal silicon film having a P-type impurity carrier concentration can be formed. In the case of N-type, for example, phosphine, arsine, and stibine are employed, and in the case of P-type, for example, diborane is employed.

【0325】基板10上に堆積した錫含有単結晶シリコ
ン膜22は、エピタキシャル成長したものであるが、こ
れは、グラフォエピタキシーと称される公知の現象によ
るものである。この単結晶シリコン膜の膜質および成膜
速度は、熱触媒体温度,基板温度,さらに熱触媒体の触
媒作用による活性化水素イオンHの段差表面のクリー
ニング等により決定される。そして、上記段差10aの
形状を種々に変えることによって、成長層の結晶方位を
制御することができる。このとき、成膜装置1内での原
料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラ
ーMを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減さ
せ、錫含有単結晶シリコン膜を高速で成膜するように構
成してもよい。
The tin-containing single-crystal silicon film 22 deposited on the substrate 10 has been epitaxially grown. This is due to a known phenomenon called graphoepitaxy. The film quality and deposition rate of the single crystal silicon film are determined by the temperature of the thermal catalyst, the temperature of the substrate, and the cleaning of the step surface of the activated hydrogen ions H * by the catalytic action of the thermal catalyst. The crystal orientation of the growth layer can be controlled by variously changing the shape of the step 10a. At this time, in order to increase the ratio of the source gas in the film forming apparatus 1, the mass flow controller M is controlled to reduce the supply of the hydrogen gas during the film formation, thereby forming the tin-containing single crystal silicon film at a high speed. It may be configured to be a film.

【0326】錫含有単結晶シリコン膜22が形成された
ら、図33に示すように、第5工程として、上記具体的
実施例1の第5工程と同様の手順によりゲート絶縁膜用
の酸化シリコン膜23,または必要に応じて酸化シリコ
ン膜23及び窒化シリコン膜を成膜する。
After the tin-containing single-crystal silicon film 22 is formed, as shown in FIG. 33, as a fifth step, a silicon oxide film for a gate insulating film is formed by the same procedure as in the fifth step of the above-described specific embodiment 1. 23, or, if necessary, a silicon oxide film 23 and a silicon nitride film.

【0327】こうして、バイアス触媒CVD法とグラフ
ォエピタキシーによって、基板10上に錫含有単結晶シ
リコン膜22を堆積させる。次いで、錫含有単結晶シリ
コン膜を少なくともチャンネル領域とするMOSTFT
の作製を行う。
Thus, the tin-containing single crystal silicon film 22 is deposited on the substrate 10 by the bias catalytic CVD method and graphoepitaxy. Next, a MOSTFT having a tin-containing single crystal silicon film as at least a channel region
Is made.

【0328】第6工程として、図34に示すように、N
チャンネルMOSTFT用のチャンネル領域の不純物濃
度を制御するために、PチャンネルMOSTFTをフォ
トレジストr2でマスクし、P型不純物イオン(例え
ば、二フッ化ホウ素イオンBF )を、例えば、20
〜30keVで5×1012atoms/cmのドー
ズ量でイオン注入し、錫含有単結晶シリコン膜の導電型
をP型化したシリコン層l1とする。
In the sixth step, as shown in FIG.
Impurity concentration in channel region for channel MOSTFT
In order to control the degree of
Mask with photoresist r2, and use P-type impurity ions (eg,
For example, boron difluoride ion BF 2 +), For example, 20
5 × 10 at ~ 30 keV12atoms / cm2Do
Ion-implanted in the appropriate amount, and the conductivity type of the tin-containing single crystal silicon film
Is a P-type silicon layer 11.

【0329】次いで、第7工程として、図35に示すよ
うに、PチャンネルMOSTFT用のチャンネル領域の
不純物濃度を制御するために、今度は、NチャンネルM
OSTFTをフォトレジストr3でマスクし、N型不純
物イオン(例えば、リンイオンP)を、例えば、40
〜50keVで5×1012atoms/cmのドー
ズ量でイオン注入し、錫含有単結晶シリコン膜のN型化
したシリコン層l2とする。
Next, as a seventh step, as shown in FIG. 35, in order to control the impurity concentration of the channel region for the P-channel MOSTFT, an N-channel M
The OSTFT is masked with a photoresist r3, and N-type impurity ions (for example, phosphorus ions P + ) are
Ion implantation is performed at 5050 keV at a dose of 5 × 10 12 atoms / cm 2 to form an N-type silicon layer 12 of a tin-containing single crystal silicon film.

【0330】次いで、第8工程では、図36に示すよう
に、ゲート電極材料としてのモリブデン/タンタル合金
膜24を、例えば、スパッタ法によって400(nm)
厚に堆積させる。
Next, in an eighth step, as shown in FIG. 36, a molybdenum / tantalum alloy film 24 as a gate electrode material is formed by, for example, sputtering (400 nm).
Deposit thick.

【0331】次いで、第9工程では、図37に示すよう
に、フォトレジストr4を所定パターンに形成し、これ
をマスクにして、モリブデン/タンタル合金膜24をゲ
ート電極25の形状にパターニングし、フォトレジスト
r4を除去する。
Next, in a ninth step, as shown in FIG. 37, a photoresist r4 is formed in a predetermined pattern, and using this as a mask, the molybdenum / tantalum alloy film 24 is patterned into the shape of the gate electrode 25, and The resist r4 is removed.

【0332】次いで、第10工程では、図38に示すよ
うに、PチャンネルMOSTFT及びゲート電極25を
フォトレジストr5でマスクし、N型不純物である、例
えば、Asイオンを、例えば、60〜70keVで1
×1015atoms/cm のドーズ量でイオン注入
しフォトレジスト除去後に、N中約1000℃で20
秒〜30秒間のRTA(Rapid Thermal
Anneal)で活性化し、NチャンネルMOSTFT
のN型ソース領域S1及びドレイン領域D1をそれぞ
れ形成する。
Next, in a tenth step, as shown in FIG.
Thus, the P-channel MOS TFT and the gate electrode 25
Example masked with photoresist r5 and is an N-type impurity
For example, As+The ions are, for example, 1 at 60-70 keV.
× 10Fifteenatoms / cm 2Ion implantation at a dose of
After removing the photoresist,2Medium at about 1000 ° C for 20
RTA (Rapid Thermal) for 30 seconds to 30 seconds
Anneal) and N-channel MOSTFT
N+Source region S1 and drain region D1
Formed.

【0333】次いで、第11工程では、図39に示すよ
うに、NチャンネルMOSTFT及びゲート電極25を
フォトレジストr6でマスクし、P型不純物である、例
えば、Bイオンを、例えば、30keVで1×10
15atoms/cmのドーズ量でイオン注入しフォ
トレジスト除去後に、N中約1000℃で20秒〜3
0秒間のRTA(Rapid Thermal Ann
eal)で活性化し、PチャンネルMOSTFTのP
型ソース領域S2及びドレイン領域D2をそれぞれ形成
する。なお、このRTA処理はNチャンネルMOSTF
Tの活性化を一緒にしてもよい。
Next, in an eleventh step, as shown in FIG. 39, the N-channel MOSTFT and the gate electrode 25 are masked with a photoresist r6, and a P-type impurity, for example, B + ion is applied at 30 keV, for example, at 1 keV. × 10
After ion implantation at a dose of 15 atoms / cm 2 and removal of the photoresist, the film is exposed to N 2 at about 1000 ° C. for 20 seconds to 3 seconds.
RTA (Rapid Thermal Ann) for 0 seconds
eal), and the P + of the P-channel MOSTFT is activated.
Form source region S2 and drain region D2 are formed. Note that this RTA process is an N-channel MOSTF
Activation of T may be combined.

【0334】次いで、第12工程では、図40に示すよ
うに、全面にバイアス触媒CVD等によって、酸化シリ
コン膜27を、例えば50〜100(nm)厚、リンシ
リケートガラス(PSG)膜28を、例えば200〜3
00(nm)厚、窒化シリコン膜29を、例えば、15
0〜200(nm)厚に成膜する。
Next, in a twelfth step, as shown in FIG. 40, a silicon oxide film 27, for example, a 50 to 100 (nm) -thick phosphor silicate glass (PSG) film 28 is formed on the entire surface by bias catalytic CVD or the like. For example, 200-3
The silicon nitride film 29 having a thickness of 00 (nm) is
A film is formed to a thickness of 0 to 200 (nm).

【0335】次いで、第13工程では、図41に示すよ
うに、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各
ホールを含む全面に、アルミニウムなどの電極材料をス
パッタ法等によって150℃で1μmの厚みに堆積し、
これをパターニングして、PチャンネルMOSTFT及
びNチャンネルMOSTFTの、それぞれのソース又は
ドレイン電極S又はDとゲート取出し電極又は配線Gを
形成する。
Next, in a thirteenth step, as shown in FIG. 41, a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is sputtered at 150 ° C. for 1 μm on the entire surface including each hole. Deposited to the thickness of
This is patterned to form a source or drain electrode S or D and a gate extraction electrode or wiring G of the P-channel MOSTFT and the N-channel MOSTFT, respectively.

【0336】次いで、上記具体的実施例1の第14工程
及び第15工程と同様の手順により、水蒸気アニール工
程及びプラズマクリーニング工程(またはスパッタクリ
ーニング工程)を行う。その後、フォーミングガス(N
+H)中400℃で1時間シンター処理してオーミ
ックコンタクトと表面準位を改善し、各MOSTFTを
完成する。
Next, a steam annealing step and a plasma cleaning step (or a sputter cleaning step) are performed in the same manner as in the fourteenth step and the fifteenth step of the specific example 1. Then, forming gas (N
2 + H 2 ) to improve ohmic contact and surface state by sintering at 400 ° C. for 1 hour to complete each MOSTFT.

【0337】本例では、基板の少なくとも半導体装置形
成領域に段差を形成し、この段差をシードに錫含有単結
晶シリコン膜をグラフォエピタキシャル成長させている
ので、高い電子/正孔移動度を有し、動作性に優れる錫
含有単結晶シリコン膜を得ることができる。さらに、水
蒸気アニール処理により、絶縁膜が改質され、ゲート絶
縁膜と錫含有単結晶シリコン膜との界面準位が改善され
るので、更に動作特性に優れる半導体装置を得ることが
できる。なお、当然であるが、錫含有単結晶シリコン膜
を成膜する場合には、レーザーアニール処理は行わな
い。レーザーアニール処理を行うと、単結晶シリコンが
ポリシリコン膜化し、特性悪化するからである。
In this example, a step is formed at least in the semiconductor device formation region of the substrate, and the tin-containing single crystal silicon film is grown by grapho-epitaxial growth using the step as a seed, so that it has high electron / hole mobility. Thus, a tin-containing single crystal silicon film having excellent operability can be obtained. Further, the insulating film is modified by the steam annealing treatment, and the interface state between the gate insulating film and the tin-containing single-crystal silicon film is improved, so that a semiconductor device with more excellent operation characteristics can be obtained. Needless to say, when a tin-containing single crystal silicon film is formed, laser annealing is not performed. This is because, when the laser annealing is performed, the single crystal silicon is turned into a polysilicon film, and the characteristics are deteriorated.

【0338】(具体的実施例5)具体的な実施例5とし
て、ボトムゲート型単結晶シリコンCMOSTFT製法
の実施例を示す。基板10の材質,大きさは、上記具体
的実施例1と同様の基準により選択される。
(Embodiment 5) As Embodiment 5, an embodiment of a method of manufacturing a bottom gate type single crystal silicon CMOS TFT will be described. The material and size of the substrate 10 are selected based on the same criteria as in the specific example 1.

【0339】上記ボトムゲート型単結晶シリコンCMO
STFTの作製工程について説明する。まず、基板10
の少なくともTFT領域に、モリブデン/タンタル合金
のスパッタ膜300〜400(nm)厚を形成する。そ
して、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術によ
り、20〜45度のテーパーエッチングを施し、ボトム
ゲート電極を形成する。
The above bottom gate type single crystal silicon CMO
The manufacturing process of the STFT will be described. First, the substrate 10
A sputtered film of molybdenum / tantalum alloy having a thickness of 300 to 400 (nm) is formed at least in the TFT region. Then, taper etching of 20 to 45 degrees is performed by general-purpose photolithography and an etching technique to form a bottom gate electrode.

【0340】次いで、上記具体的実施例1の第1工程乃
至第3工程と同様の手順により、保護膜用,ボトムゲー
ト絶縁膜用の窒化シリコン膜50〜100(nm)厚お
よび酸化シリコン膜50〜100(nm)厚を形成す
る。なお、このとき、窒化シリコン膜および酸化シリコ
ン膜の代わりに、酸窒化シリコン膜を形成してもよい。
Then, the thickness of the silicon nitride film 50 to 100 (nm) and the thickness of the silicon oxide film 50 for the protective film and the bottom gate insulating film are determined by the same procedure as the first to third steps of the specific embodiment 1. A thickness of about 100 (nm) is formed. At this time, a silicon oxynitride film may be formed instead of the silicon nitride film and the silicon oxide film.

【0341】次いで、基板10の一主面に、フォトレジ
ストを所定パターンに形成し、これをマスクとして、例
えば、CFプラズマのFイオンを照射し、リアクテ
ィブイオンエッチング(RIE)によって、基板10の
TFT形成領域内に、段差を複数個形成する。この場
合、段差は、後述する単結晶シリコンのグラフォエピタ
キシャル成長時のシードとなるものであって、深さD
0.05〜0.2μm、長さL2〜10μm、幅W2〜
10μmであってよい。
Next, a photoresist is formed on one main surface of the substrate 10 in a predetermined pattern, and using this as a mask, for example, F + ions of CF 4 plasma are irradiated, and the substrate is subjected to reactive ion etching (RIE). A plurality of steps are formed in the ten TFT formation regions. In this case, the step serves as a seed during the later-described monocrystalline silicon grapho-epitaxial growth, and has a depth D.
0.05 to 0.2 μm, length L2 to 10 μm, width W2
It may be 10 μm.

【0342】フォトレジストの除去後に、上記具体的実
施例4と同様の手順により、基板10上の段差をシード
として少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ
以上としての錫を含有する単結晶シリコン膜数μm〜
0.005μm(例えば50〜100(nm))厚を成
膜する。
After the removal of the photoresist, single-crystal silicon containing tin as at least one of tin, germanium, and lead using the step on the substrate 10 as a seed by the same procedure as in the specific example 4 described above. Several μm film
A film having a thickness of 0.005 μm (for example, 50 to 100 (nm)) is formed.

【0343】錫含有単結晶シリコン膜が形成されたら、
上記具体的実施例1の第5工程と同様の手順により保護
膜用の酸化シリコン膜を成膜する。こうして、バイアス
触媒CVD法とグラフォエピタキシーによって、基板1
0上の段差をシードとして錫含有単結晶シリコン膜を堆
積させる。次いで、前記具体的実施例2と同様の方法
で、錫含有単結晶シリコン膜を少なくともチャンネル領
域とするMOSTFTの作製を行う。
When a tin-containing single crystal silicon film is formed,
A silicon oxide film for a protective film is formed by the same procedure as the fifth step of the specific example 1. In this manner, the substrate 1 is formed by the bias catalytic CVD method and the graphoepitaxy.
A tin-containing single crystal silicon film is deposited using the step above zero as a seed. Then, in the same manner as in the specific example 2, a MOSTFT having a tin-containing single crystal silicon film as at least a channel region is manufactured.

【0344】上記具体的実施例1の第14工程及び第1
5工程と同様の手順により、水蒸気アニール工程及びプ
ラズマクリーニング工程(またはスパッタクリーニング
工程)を行う。その後、フォーミングガス(N
)中400℃で1時間シンター処理してオーミック
コンタクトと表面準位を改善し、各MOSTFTを完成
する。
The fourteenth step and the first step
A steam annealing step and a plasma cleaning step (or a sputter cleaning step) are performed in the same procedure as the five steps. Then, forming gas (N 2 +
Sintering is performed at 400 ° C. for 1 hour in H 2 ) to improve ohmic contacts and surface states, thereby completing each MOSTFT.

【0345】(具体的実施例6)具体的な実施例6とし
て、デュアルゲート型単結晶シリコンCMOSTFT製
法の実施例について説明する。基板10の材質,大きさ
は、上記具体的実施例1と同様の基準により選択され
る。
(Embodiment 6) As Embodiment 6, an embodiment of a method of manufacturing a dual gate type single crystal silicon CMOS TFT will be described. The material and size of the substrate 10 are selected based on the same criteria as in the specific example 1.

【0346】上記デュアルゲート型単結晶シリコンCM
OSTFTの作製工程について説明する。基板10の少
なくともTFT領域に、モリブデン/タンタル合金のス
パッタ膜を300〜400(nm)厚形成する。そし
て、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術によ
り、20〜45度のテーパーエッチングを施し、ボトム
ゲート電極を形成する。
The above-mentioned dual gate type single crystal silicon CM
A manufacturing process of the OSTFT will be described. A sputtered film of a molybdenum / tantalum alloy is formed in a thickness of 300 to 400 (nm) at least in the TFT region of the substrate 10. Then, taper etching of 20 to 45 degrees is performed by general-purpose photolithography and an etching technique to form a bottom gate electrode.

【0347】次いで、上記具体的実施例1の第1工程乃
至第3工程と同様の手順により、保護膜用,ボトムゲー
ト絶縁膜用の窒化シリコン膜50〜100(nm)厚お
よび酸化シリコン膜50〜100(nm)厚を形成す
る。なお、このとき、窒化シリコン膜および酸化シリコ
ン膜の代わりに、酸窒化シリコン膜を形成してもよい。
Then, the thickness of the silicon nitride film 50 to 100 (nm) and the thickness of the silicon oxide film 50 for the protective film and the bottom gate insulating film are determined by the same procedure as the first to third steps of the specific embodiment 1. A thickness of about 100 (nm) is formed. At this time, a silicon oxynitride film may be formed instead of the silicon nitride film and the silicon oxide film.

【0348】次いで、基板10の一主面に、フォトレジ
ストを所定パターンに形成し、これをマスクとして、例
えば、CFプラズマのFイオンを照射し、リアクテ
ィブイオンエッチング(RIE)によって、基板10の
TFT形成領域内に、段差を複数個形成する。この場
合、段差は、後述する単結晶シリコンのグラフォエピタ
キシャル成長時のシードとなるものであって、深さD
0.05〜0.2μm、長さL2〜10μm、幅W2〜
10μmであってよい。
Next, a photoresist is formed on one principal surface of the substrate 10 in a predetermined pattern, and using this as a mask, for example, F + ions of CF 4 plasma are irradiated, and the substrate is subjected to reactive ion etching (RIE). A plurality of steps are formed in the ten TFT formation regions. In this case, the step serves as a seed during the later-described monocrystalline silicon grapho-epitaxial growth, and has a depth D.
0.05 to 0.2 μm, length L2 to 10 μm, width W2
It may be 10 μm.

【0349】次いで、上記具体的実施例4と同様の手順
により、基板10上の段差をシードとして少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上としての錫を
含有する単結晶シリコン膜を数μm〜0.005μm
(例えば50〜100(nm))厚に、グラフォエピタ
キシャル成長させる。こうして、バイアス触媒CVD法
とグラフォエピタキシーによって、基板10上の段差を
シードとして単結晶シリコン膜を堆積させる。
Next, a single crystal silicon film containing at least tin, germanium, and / or tin as one or more of tin is used as a seed by using a step on the substrate 10 as a seed by a procedure similar to that of the specific example 4 described above. ~ 0.005μm
(E.g., 50 to 100 (nm)) is grown by grapho-epitaxial growth. In this manner, a single-crystal silicon film is deposited using the steps on the substrate 10 as seeds by the bias catalytic CVD method and graphoepitaxy.

【0350】次いで、上記具体的実施例3と同様な方法
で、錫含有単結晶シリコン膜を少なくともチャンネル領
域とするMOSTFTの作製を行う。錫含有単結晶シリ
コン膜が形成されたら、上記具体的実施例1の第5工程
と同様の手順により、トップゲート絶縁膜用の酸化シリ
コン膜、または必要に応じて酸化シリコン膜と窒化シリ
コン膜を成膜する。なお、このとき、窒化シリコン膜お
よび酸化シリコン膜の代わりに、酸窒化シリコン膜を形
成してもよい。
Next, a MOSTFT having a tin-containing single crystal silicon film as at least a channel region is manufactured in the same manner as in the specific example 3. After the tin-containing single crystal silicon film is formed, the silicon oxide film for the top gate insulating film, or the silicon oxide film and the silicon nitride film as necessary, are formed by the same procedure as the fifth step of the specific example 1. Form a film. At this time, a silicon oxynitride film may be formed instead of the silicon nitride film and the silicon oxide film.

【0351】次に、上記トップゲート絶縁膜用の酸化シ
リコン膜或いは窒化シリコン膜のソース、ドレイン領域
を窓あけして、モリブデン/タンタル合金のスパッタ膜
を全面に形成し、汎用フォトリソグラフィ及びエッチン
グ技術によりソース、ドレインおよびトップゲート電極
を形成する。
Next, the source and drain regions of the silicon oxide film or silicon nitride film for the top gate insulating film are opened, and a molybdenum / tantalum alloy sputter film is formed on the entire surface. To form source, drain and top gate electrodes.

【0352】なお、本例では、トップゲート、ソース電
極およびドレイン電極形成後に、前記具体的実施例1と
同様な方法で、水蒸気アニール工程及びプラズマクリー
ニング工程(またはスパッタクリーニング工程)を行
う。その後、フォーミングガス(N+H)中400
℃で1時間シンター処理してオーミックコンタクトと表
面準位を改善し、各MOSTFTを完成する。
In this embodiment, after the formation of the top gate, the source electrode, and the drain electrode, a steam annealing step and a plasma cleaning step (or a sputter cleaning step) are performed in the same manner as in the specific example 1. Thereafter, 400 in forming gas (N 2 + H 2 )
Sintering is performed at 1 ° C. for 1 hour to improve the ohmic contact and the surface state, thereby completing each MOSTFT.

【0353】(具体的実施例7)具体的な実施例7とし
て、単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル成長によ
り形成して得た、トップゲート型単結晶シリコンCMO
STFT製法の実施例を示す。まず、基板10の少なく
ともTFT形成領域に、バイアス触媒CVD法等により
キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体
を加熱して熱分解および触媒作用が可能な状態にしてお
き、単結晶半導体(単結晶シリコン)と格子整合の良い
物質層(結晶性サファイア膜等)を形成し、前記格子整
合の良い物質をシードにヘテロエピタキシャル成長させ
る。基板10の材質および大きさは、上記具体的実施例
1と同様の基準により選択される。
(Specific Example 7) As a specific example 7, a top gate type single crystal silicon CMO obtained by forming a single crystal silicon film by heteroepitaxial growth.
An example of the STFT manufacturing method will be described. First, a hydrogen gas as a carrier gas is supplied to at least the TFT formation region of the substrate 10 by a bias catalytic CVD method or the like, and the thermal catalyst is heated so that thermal decomposition and catalytic action are possible. A material layer (crystalline sapphire film or the like) having good lattice matching with the semiconductor (single crystal silicon) is formed, and the material having good lattice matching is heteroepitaxially grown as a seed. The material and size of the substrate 10 are selected based on the same criteria as in the first embodiment.

【0354】上記、第1工程〜第13工程からなるトッ
プゲート型単結晶シリコンCMOSTFTの作製工程に
ついて、さらに詳細に説明する。まず、第1工程,第2
工程で、上記具体的実施例の第1工程,第2工程と同様
の手順により、保護膜用の窒化シリコン膜50〜200
(nm)厚を形成する。
The above-described steps of manufacturing the top gate type single crystal silicon CMOSTFT including the first to thirteenth steps will be described in more detail. First, the first step, the second
In the process, the silicon nitride films 50 to 200 for the protective film are formed in the same procedure as the first and second processes of the above specific embodiment.
(Nm) Thickness is formed.

【0355】次いで、第3工程で、単結晶半導体(単結
晶シリコン)と格子整合の良い物質層(結晶性サファイ
ア膜等)を形成する。すなわち、図42に示すように、
基板10の一主面に、バイアス触媒CVD法等により、
結晶性サファイア薄膜50を5〜200(nm)厚形成
する。結晶性サファイア薄膜50は、トリメチルアルミ
ニウムガスを酸化性ガス(酸素・水分)で酸化し、結晶
化させて作製する。
Next, in a third step, a material layer (such as a crystalline sapphire film) having a good lattice match with the single crystal semiconductor (single crystal silicon) is formed. That is, as shown in FIG.
On one main surface of the substrate 10, a bias catalytic CVD method or the like is used.
A crystalline sapphire thin film 50 is formed to a thickness of 5 to 200 (nm). The crystalline sapphire thin film 50 is produced by oxidizing a trimethylaluminum gas with an oxidizing gas (oxygen / water) and crystallizing the same.

【0356】次いで、第4工程で、少なくとも錫、ゲル
マニウム、鉛のいずれか一つ以上としての錫を含有する
単結晶シリコン膜22を形成する。第2工程で、水素ガ
スを低減または停止させた場合は、成膜装置1内に、キ
ャリアガスとしての水素ガス50〜100SCCMを導
入する。また、原料ガスとしてのモノシラン1〜20S
CCMと水素化錫(SnH)1〜20SCCMを導入
し、バイアス触媒CVD法によって、基板10上に錫含
有単結晶シリコン膜を成膜する。このときに、図43に
示すように、結晶性サファイア薄膜50上に、全面に単
結晶シリコン膜22を、0.005μm〜数μm(例え
ば、50〜100(nm))厚に、エピタキシャル成長
させる。
Next, in a fourth step, a single crystal silicon film 22 containing at least tin as one or more of tin, germanium, and lead is formed. When the amount of hydrogen gas is reduced or stopped in the second step, 50 to 100 SCCM of hydrogen gas as a carrier gas is introduced into the film forming apparatus 1. In addition, monosilane 1 to 20S as source gas
CCM and tin hydride (SnH 4 ) 1 to 20 SCCM are introduced, and a tin-containing single crystal silicon film is formed on the substrate 10 by a bias catalytic CVD method. At this time, as shown in FIG. 43, a single-crystal silicon film 22 is epitaxially grown to a thickness of 0.005 μm to several μm (for example, 50 to 100 (nm)) on the entire surface of the crystalline sapphire thin film 50.

【0357】このようにして、シリコンは、結晶性サフ
ァイア薄膜50をシード(種)としてヘテロエピタキシ
ャル成長し、例えば、50〜100(nm)厚程度の錫
含有単結晶シリコン膜22として析出する。この場合、
サファイアは、単結晶シリコンと格子定数が殆ど同じで
あるので、シリコンは、結晶性サファイア薄膜50上に
ヘテロエピタキシャル成長する。
As described above, silicon is heteroepitaxially grown using the crystalline sapphire thin film 50 as a seed, and is deposited as, for example, a tin-containing single crystal silicon film 22 having a thickness of about 50 to 100 (nm). in this case,
Since sapphire has almost the same lattice constant as single crystal silicon, silicon grows heteroepitaxially on the crystalline sapphire thin film 50.

【0358】なお、必要に応じて、原料ガスのシラン系
ガス(モノシラン又はジシラン又はトリシラン等)に、
N型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入した
り、又はP型のボロンを適量混入することで、任意のN
又はP型不純物キャリア濃度の単結晶シリコン膜を形成
することができる。N型化の場合は、例えば、フォスフ
ィン、アルシン、スチビンが採用され、P型化の場合
は、例えば、ジボランが採用される。
If necessary, a silane-based gas (monosilane, disilane, trisilane, etc.) as a source gas may be used.
By mixing an appropriate amount of N-type phosphorus, arsenic, or antimony, or by mixing an appropriate amount of P-type boron,
Alternatively, a single crystal silicon film having a P-type impurity carrier concentration can be formed. In the case of N-type, for example, phosphine, arsine, and stibine are employed, and in the case of P-type, for example, diborane is employed.

【0359】このとき、成膜装置1内での原料ガスの割
合を高めるために、マスフローコントローラーMを制御
して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減させ、錫含有
単結晶シリコン膜を高速で成膜するように構成してもよ
い。
At this time, in order to increase the ratio of the source gas in the film forming apparatus 1, the mass flow controller M is controlled to reduce the supply of the hydrogen gas during the film formation, and the tin-containing single crystal silicon film is formed. You may comprise so that a film may be formed at high speed.

【0360】その後、図44に示すように、第5工程と
して、上記具体的実施例1の第5工程と同様の手順によ
り、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜23を成膜する。
このとき、錫含有単結晶シリコン膜とゲート絶縁膜用酸
化シリコン膜は連続成膜とする。また、これらの膜を形
成した後、必要に応じて窒化シリコン膜を形成してもよ
い。また、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を形成する
代わりに、酸窒化シリコン膜を形成してもよい。薄膜形
成後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度
まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
Thereafter, as shown in FIG. 44, as a fifth step, a silicon oxide film 23 for a gate insulating film is formed by the same procedure as in the fifth step of the specific example 1.
At this time, the tin-containing single crystal silicon film and the silicon oxide film for the gate insulating film are formed continuously. After these films are formed, a silicon nitride film may be formed as necessary. Further, instead of forming the silicon oxide film and the silicon nitride film, a silicon oxynitride film may be formed. After the formation of the thin film, the raw material gas is cut, the thermal catalyst is cooled to a temperature at which no problem occurs, and the introduction of the carrier gas is stopped.

【0361】こうして、バイアス触媒CVD法とヘテロ
エピタキシーによって、基板10上に単結晶シリコン膜
22を堆積させる。次いで、単結晶シリコン膜をチャン
ネル領域とするMOSTFTの作製を行う。
Thus, the single-crystal silicon film 22 is deposited on the substrate 10 by the bias catalytic CVD method and heteroepitaxy. Next, a MOSTFT using a single crystal silicon film as a channel region is manufactured.

【0362】第6工程として、図45に示すように、N
チャンネルMOSTFT用のチャンネル領域の不純物濃
度を制御するために、PチャンネルMOSTFTをフォ
トレジストr1でマスクし、P型不純物イオン(例え
ば、二フッ化ホウ素イオンBF )を、例えば、20
〜30keVで5×1012atoms/cmのドー
ズ量でイオン注入し、錫含有単結晶シリコン膜の導電型
をP型化したシリコン層l1とする。
As a sixth step, as shown in FIG.
Impurity concentration in channel region for channel MOSTFT
In order to control the degree of
Mask with a resist r1 and use P-type impurity ions (eg,
For example, boron difluoride ion BF 2 +), For example, 20
5 × 10 at ~ 30 keV12atoms / cm2Do
Ion-implanted in the appropriate amount, and the conductivity type of the tin-containing single crystal silicon film
Is a P-type silicon layer 11.

【0363】次いで、第7工程として、図46に示すよ
うに、PチャンネルMOSTFT用のチャンネル領域の
不純物濃度を制御するために、今度は、NチャンネルM
OSTFTをフォトレジストr2でマスクし、N型不純
物イオン(例えば、リンイオンP)を、例えば、40
〜50keVで5×1012atoms/cmのドー
ズ量でイオン注入し、錫含有単結晶シリコン膜のN型化
したシリコン層l2とする。
Next, as a seventh step, as shown in FIG. 46, in order to control the impurity concentration of the channel region for the P-channel MOSTFT, an N-channel M
The OSTFT is masked with a photoresist r2, and N-type impurity ions (for example, phosphorus ions P + ) are
Ion implantation is performed at 5050 keV at a dose of 5 × 10 12 atoms / cm 2 to form an N-type silicon layer 12 of a tin-containing single crystal silicon film.

【0364】次いで、第8工程では、図47に示すよう
に、ゲート電極材料としてのモリブデン/タンタル合金
膜24を、例えば、スパッタ法によって厚さ400(n
m)厚に堆積させる。
Next, in an eighth step, as shown in FIG. 47, a molybdenum / tantalum alloy film 24 as a gate electrode material is formed to a thickness of 400 (n) by sputtering, for example.
m) Deposit thick.

【0365】次いで、第9工程では、図48に示すよう
に、フォトレジストr3を所定パターンに形成し、これ
をマスクにして、モリブデン/タンタル合金膜24をゲ
ート電極25の形状にパターニングし、フォトレジスト
r3の除去する。
Next, in a ninth step, as shown in FIG. 48, a photoresist r3 is formed in a predetermined pattern, and using this as a mask, the molybdenum / tantalum alloy film 24 is patterned into the shape of the gate electrode 25. The resist r3 is removed.

【0366】次いで、第10工程では、図49に示すよ
うに、PチャンネルMOSTFT及びゲート電極25を
フォトレジストr4でマスクし、N型不純物である、例
えば、Asイオンを、例えば、60〜70keVで1
×1015atoms/cm のドーズ量でイオン注入
しフォトレジスト除去後に、N中約1000℃で20
秒〜30秒間のRTA(Rapid Thermal
Anneal)で活性化し、NチャンネルMOSTFT
のN型ソース領域S1及びドレイン領域D1をそれぞ
れ形成する。
Next, in a tenth step, as shown in FIG.
Thus, the P-channel MOS TFT and the gate electrode 25
Example masked with photoresist r4 and is an N-type impurity
For example, As+The ions are, for example, 1 at 60-70 keV.
× 10Fifteenatoms / cm 2Ion implantation at a dose of
After removing the photoresist,2Medium at about 1000 ° C for 20
RTA (Rapid Thermal) for 30 seconds to 30 seconds
Anneal) and N-channel MOSTFT
N+Source region S1 and drain region D1
Formed.

【0367】次いで、第11工程では、図50に示すよ
うに、NチャンネルMOSTFT及びゲート電極25を
フォトレジストr5でマスクし、P型不純物である、例
えば、Bイオンを、例えば、20〜30keVで1×
1015atoms/cmのドーズ量でイオン注入し
フォトレジスト除去後に、N中約1000℃で20秒
〜30秒間のRTA(Rapid Thermal A
nneal)で活性化し、PチャンネルMOSTFTの
型ソース領域S2及びドレイン領域D2をそれぞれ
形成する。なお、このRTA処理はNチャンネルMOS
TFTの活性化を一緒にしてもよい。
Next, in an eleventh step, as shown in FIG. 50, the N-channel MOSTFT and the gate electrode 25 are masked with a photoresist r5, and a P-type impurity, for example, B + ions, for example, 20 to 30 keV At 1 ×
After ion implantation at a dose of 10 15 atoms / cm 2 and removal of the photoresist, RTA (Rapid Thermal A) at about 1000 ° C. for 20 to 30 seconds in N 2.
nneal) to form a P + -type source region S2 and a drain region D2 of the P-channel MOSTFT. Note that this RTA process is an N-channel MOS
The activation of the TFTs may be performed together.

【0368】次いで、第12工程では、図51に示すよ
うに、全面にバイアス触媒CVD等によって、酸化シリ
コン膜27を、例えば50〜100(nm)厚、リンシ
リケートガラス(PSG)膜28を、例えば200〜3
00(nm)厚、窒化シリコン膜29を、例えば、15
0〜200(nm)厚に成膜する。
Next, in a twelfth step, as shown in FIG. 51, a silicon oxide film 27, for example, a 50 to 100 (nm) -thick phosphor silicate glass (PSG) film 28 is formed on the entire surface by bias catalytic CVD or the like. For example, 200-3
The silicon nitride film 29 having a thickness of 00 (nm) is
A film is formed to a thickness of 0 to 200 (nm).

【0369】次いで、第13工程では、図51に示すよ
うに、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各
ホールを含む全面に、アルミニウムなどの電極材料をス
パッタ法等によって150℃で1μmの厚みに堆積し、
これをパターニングして、図52に示すように、Pチャ
ンネルMOSTFT及びNチャンネルMOSTFTの、
それぞれのソース又はドレイン電極S又はDとゲート取
出し電極又は配線Gを形成する。
Next, in a thirteenth step, as shown in FIG. 51, a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is sputtered at 150 ° C. for 1 μm over the entire surface including each hole. Deposited to the thickness of
By patterning this, as shown in FIG. 52, the P-channel MOSTFT and the N-channel MOSTFT are
A source or drain electrode S or D and a gate extraction electrode or wiring G are formed.

【0370】次いで、第14工程では、上記具体的実施
例1の第14工程及び第15工程と同様の手順により、
水蒸気アニール工程及びプラズマクリーニング工程(ま
たはスパッタクリーニング工程)を行う。その後、フォ
ーミングガス(N+H)中400℃1hでシンター
処理してオーミックコンタクトと表面準位を改善し、各
MOSTFTを完成する。
Next, in a fourteenth step, a procedure similar to the fourteenth step and the fifteenth step of the specific example 1 is used.
A steam annealing step and a plasma cleaning step (or a sputter cleaning step) are performed. Thereafter, sintering is performed at 400 ° C. for 1 hour in a forming gas (N 2 + H 2 ) to improve ohmic contacts and surface states, thereby completing each MOSTFT.

【0371】本例では、基板の少なくとも半導体装置形
成領域には単結晶半導体、例えば単結晶シリコンと格子
整合の良い物質層を形成し、この格子整合の良い物質を
シードに単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル成長
させているので、高い電子/正孔移動度を有し、動作性
に優れる錫含有単結晶シリコン膜を得ることができる。
In this example, a material layer having good lattice matching with a single crystal semiconductor, for example, single crystal silicon, is formed at least in the semiconductor device formation region of the substrate, and a single crystal silicon film is heterogeneously formed using the material having good lattice matching as a seed. Since the epitaxial growth is performed, a tin-containing single crystal silicon film having high electron / hole mobility and excellent operability can be obtained.

【0372】(具体的実施例8)具体的な実施例8とし
て、単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長により
形成して得た、ボトムゲート型単結晶シリコンCMOS
TFT製法の実施例を示す。基板10の材質および大き
さは、上記具体的実施例1と同様の基準により選択され
る。まず、基板10の少なくともTFT形成領域に、モ
リブデン/タンタル合金のスパッタ膜300〜400
(nm)厚を形成し、ボトムゲート電極を形成する。ボ
トムゲート電極には、汎用フォトリソグラフィ及びエッ
チング技術により、20〜45度のテーパーエッチング
を施す。次に、上記具体的実施例1の第1工程〜第3工
程と同様の手順により、保護膜用,ボトムゲート絶縁膜
用の窒化シリコン膜50〜100(nm)厚,酸化シリ
コン膜50〜100(nm)厚を形成する。この窒化シ
リコン膜,酸化シリコン膜の代わりに、酸窒化シリコン
膜50〜200(nm)厚としてもよい。
(Embodiment 8) As Embodiment 8, a bottom-gate type single-crystal silicon CMOS obtained by forming a single-crystal semiconductor film by heteroepitaxial growth.
An example of a TFT manufacturing method will be described. The material and size of the substrate 10 are selected based on the same criteria as in the first embodiment. First, a molybdenum / tantalum alloy sputtered film 300 to 400
(Nm) Thickness is formed, and a bottom gate electrode is formed. The bottom gate electrode is tapered by 20 to 45 degrees by general-purpose photolithography and etching technology. Next, a silicon nitride film 50 to 100 (nm) thick for a protective film and a bottom gate insulating film, and a silicon oxide film 50 to 100 are formed in the same procedure as the first to third steps of the above specific example 1. (Nm) Thickness is formed. Instead of the silicon nitride film and the silicon oxide film, the silicon oxynitride film may be 50 to 200 (nm) thick.

【0373】次いで、上記具体的実施例7と同様の手順
により、結晶性サファイア薄膜5〜200(nm)厚を
形成する。次いで、上記具体的実施例7と同様の手順に
より、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ
以上としての錫を含有する単結晶シリコン膜0.005
μm〜数μm(例えば、50〜100(nm))厚をヘ
テロエピタキシャル成長させる。
Next, a crystalline sapphire thin film having a thickness of 5 to 200 (nm) is formed in the same procedure as in the specific example 7. Next, a single-crystal silicon film containing at least one of tin, germanium, and lead containing at least one of 0.005
Heteroepitaxial growth is performed to a thickness of μm to several μm (for example, 50 to 100 (nm)).

【0374】このようにして、シリコンは、結晶性サフ
ァイア薄膜をシード(種)としてヘテロエピタキシャル
成長し、厚さ、例えば、50〜100(nm)厚程度の
錫含有単結晶シリコン膜として析出する。なお、この結
晶性サファイア膜は、シリコンのヘテロエピタキシャル
成長のシードであり、かつボトムゲート絶縁膜としての
役割も果たす。
As described above, silicon is heteroepitaxially grown using the crystalline sapphire thin film as a seed, and is deposited as a tin-containing single crystal silicon film having a thickness of, for example, about 50 to 100 (nm). Note that this crystalline sapphire film is a seed for heteroepitaxial growth of silicon and also plays a role as a bottom gate insulating film.

【0375】その後、上記具体的実施例1の第5工程と
同様の手順により、保護膜用の酸化シリコン膜を成膜す
る。成膜後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題な
い温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
Thereafter, a silicon oxide film for a protective film is formed by the same procedure as in the fifth step of the specific example 1. After the film formation, the raw material gas is cut, the thermal catalyst is cooled to a temperature that does not cause a problem, and the introduction of the carrier gas is stopped.

【0376】こうして、バイアス触媒CVD法とヘテロ
エピタキシーによって、基板10上に錫含有単結晶シリ
コン膜を堆積させる。次いで、前記具体的実施例7と同
様の方法で、錫含有単結晶シリコン膜を少なくともチャ
ンネル領域とするMOSTFTの作製を行う。なお、本
例では、ソース電極およびドレイン電極形成後に、前記
具体的実施例1と同様の方法で、水蒸気アニール処理を
行う。
Thus, a tin-containing single crystal silicon film is deposited on the substrate 10 by the bias catalytic CVD method and heteroepitaxy. Next, in the same manner as in the specific example 7, a MOSTFT having a tin-containing single crystal silicon film as at least a channel region is manufactured. In this embodiment, after the formation of the source electrode and the drain electrode, the steam annealing is performed in the same manner as in the first embodiment.

【0377】(具体的実施例9)具体的な実施例9とし
て、単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル成長によ
り形成して得た、デュアルゲート型単結晶シリコンCM
OSTFT製法の実施例について説明する。基板10の
材質および大きさは、上記具体的実施例1と同様の基準
により選択される。デュアルゲート型単結晶シリコンC
MOSTFTは、以下の工程で作製される。まず、基板
10の少なくともTFT領域に、モリブデン/タンタル
合金のスパッタ膜を300〜400(nm)厚形成す
る。そして、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技
術により、20〜45度のテーパーエッチングを施し、
ボトムゲート電極を形成する。
(Embodiment 9) As a specific embodiment 9, a dual-gate single-crystal silicon CM obtained by forming a single-crystal silicon film by heteroepitaxial growth.
An example of the OSTFT manufacturing method will be described. The material and size of the substrate 10 are selected based on the same criteria as in the first embodiment. Dual gate type single crystal silicon C
The MOSTFT is manufactured by the following steps. First, a sputtered film of molybdenum / tantalum alloy is formed in a thickness of 300 to 400 (nm) at least in the TFT region of the substrate 10. Then, the taper etching of 20 to 45 degrees is performed by general-purpose photolithography and etching technology,
A bottom gate electrode is formed.

【0378】次いで、上記具体的実施例1の第1工程〜
第3工程と同様の手順により、保護膜用,ボトムゲート
絶縁膜用の窒化シリコン膜50〜100(nm)厚,酸
化シリコン膜50〜100(nm)厚を形成する。な
お、これらの窒化シリコン膜,酸化シリコン膜を形成す
る代わりに、酸窒化シリコン膜50〜200(nm)厚
を形成してもよい。
Next, the first step of the specific example 1 to
By the same procedure as the third step, a silicon nitride film 50 to 100 (nm) thick and a silicon oxide film 50 to 100 (nm) thick for the protective film and the bottom gate insulating film are formed. Note that a silicon oxynitride film having a thickness of 50 to 200 (nm) may be formed instead of forming the silicon nitride film and the silicon oxide film.

【0379】次いで、上記具体的実施例7と同様の手順
により、結晶性サファイア薄膜5〜200(nm)厚を
形成する。次いで、上記具体的実施例7と同様の手順に
より、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ
以上としての錫を含有する単結晶シリコン膜0.005
μm〜数μm(例えば、50〜100(nm))厚をヘ
テロエピタキシャル成長させる。
Next, a crystalline sapphire thin film having a thickness of 5 to 200 (nm) is formed in the same procedure as in the specific example 7 described above. Next, a single-crystal silicon film containing at least one of tin, germanium, and lead containing at least one of 0.005
Heteroepitaxial growth is performed to a thickness of μm to several μm (for example, 50 to 100 (nm)).

【0380】このようにして、シリコンは、結晶性サフ
ァイア薄膜をシード(種)としてヘテロエピタキシャル
成長し、厚さ、例えば、50〜100(nm)厚程度の
錫含有単結晶シリコン膜として析出する。こうして、バ
イアス触媒CVD法とヘテロエピタキシーによって、基
板10上に錫含有単結晶シリコン膜を堆積させる。その
後、錫含有単結晶シリコン膜を少なくともチャンネル領
域とするMOSTFTの作製を行う。
As described above, silicon is heteroepitaxially grown using the crystalline sapphire thin film as a seed, and is deposited as a tin-containing single crystal silicon film having a thickness of, for example, about 50 to 100 (nm). Thus, a tin-containing single-crystal silicon film is deposited on the substrate 10 by the bias catalytic CVD method and heteroepitaxy. After that, a MOSTFT having a tin-containing single crystal silicon film as at least a channel region is manufactured.

【0381】その後、上記具体的実施例1の第5工程と
同様の手順により、トップゲート絶縁膜用の酸化シリコ
ン膜50〜100(nm)厚を成膜する。また、必要に
応じて窒化シリコン膜50〜100(nm)厚を成膜す
る。なお、これらの酸化シリコン膜,窒化シリコン膜の
代わりに、酸窒化シリコン膜50〜200(nm)厚を
形成してもよい。また、成膜後は、原料ガスをカット
し、熱触媒体5を問題ない温度まで冷却して、キャリア
ガスの導入を停止する。なお、この結晶性サファイア薄
膜は、シリコンのヘテロエピタキシャル成長のシードで
あり、かつボトムゲート絶縁膜としての役割も果たす。
Then, a silicon oxide film for a top gate insulating film having a thickness of 50 to 100 (nm) is formed by the same procedure as in the fifth step of the specific example 1. Further, if necessary, a silicon nitride film having a thickness of 50 to 100 (nm) is formed. Note that a silicon oxynitride film having a thickness of 50 to 200 (nm) may be formed instead of the silicon oxide film and the silicon nitride film. After the film formation, the raw material gas is cut, the thermal catalyst 5 is cooled to a temperature at which there is no problem, and the introduction of the carrier gas is stopped. Note that this crystalline sapphire thin film is a seed for heteroepitaxial growth of silicon and also plays a role as a bottom gate insulating film.

【0382】次に、上記トップゲート絶縁膜用の酸化シ
リコン膜のソース、ドレイン領域を窓明けして、モリブ
デン/タンタル合金のスパッタ膜を全面に形成して、汎
用フォトリソグラフィ及びエッチング技術によりソー
ス、ドレインおよびトップゲート電極を形成する。
Next, the source and drain regions of the silicon oxide film for the top gate insulating film are opened, and a sputtered film of molybdenum / tantalum alloy is formed on the entire surface. Form drain and top gate electrodes.

【0383】なお、本例では、トップゲート電極,ソー
ス電極およびドレイン電極形成後に、前記具体的実施例
1と同様な方法で、水蒸気アニール処理,電極のプラズ
マクリーニングまたはスパッタクリーニングを行う。
In this embodiment, after the formation of the top gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, a steam annealing process and plasma cleaning or sputter cleaning of the electrodes are performed in the same manner as in the first embodiment.

【0384】[0384]

【発明の効果】本発明は、バイアス触媒CVDまたは高
密度バイアス触媒CVDを利用して、基板と電極との間
にグロー放電開始電圧以下の電界を印加して、前記基板
上に少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以
上を含有する半導体膜を形成することを含む半導体膜形
成工程を行うことにより、下記に示す効果を奏する。す
なわち、本発明では、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛
のいずれか一つ以上を含有する半導体膜を形成すること
から、得られた単結晶シリコン層またはポリシリコン層
中に錫、ゲルマニウム、鉛が混入した場合であっても、
これらは周期律表第四族の元素であるためシリコン層中
でキャリアにならず、そのためシリコン層は高抵抗なも
のとなる。よって、イオンドーピング(注入)等による
TFTのVth調整や抵抗値調整が容易になり、高性能
な回路構成が可能になる。また、シリコン層中に適量含
有される錫、ゲルマニウム、鉛は結晶欠落を電気的に不
活性にするため、得られたシリコン層は接合リークが低
減され、電子/正孔移動度が高められたものとなる。ま
た、結晶粒界に存在する結晶不整を低減し、膜のストレ
スを低減するので、電子/正孔移動度が高くなり、トラ
ンジスタ特性が向上する。
According to the present invention, at least tin, germanium is applied on the substrate by applying an electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode by utilizing bias catalytic CVD or high-density bias catalytic CVD. By performing a semiconductor film forming step including forming a semiconductor film containing at least one of lead and lead, the following effects can be obtained. That is, in the present invention, since a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead is formed, tin, germanium, and lead are mixed in the obtained single crystal silicon layer or polysilicon layer. Even if
Since these are elements of the fourth group of the periodic table, they do not become carriers in the silicon layer, so that the silicon layer has a high resistance. Therefore, Vth adjustment and resistance value adjustment of the TFT by ion doping (implantation) or the like become easy, and a high-performance circuit configuration can be realized. In addition, tin, germanium, and lead contained in the silicon layer in an appropriate amount render crystal defects electrically inactive, so that the resulting silicon layer has reduced junction leakage and increased electron / hole mobility. It will be. In addition, since the crystal irregularity existing at the crystal grain boundary is reduced and the stress of the film is reduced, the electron / hole mobility is increased and the transistor characteristics are improved.

【0385】また、バイアス触媒CVDまたは高密度バ
イアス触媒CVDを利用して、基板と電極との間にグロ
ー放電開始電圧以下の電界を印加して、前記基板上に半
導体膜を形成することにより、反応ガスを加熱された触
媒体に接触させ、これによって生成した反応種(高いエ
ネルギーを持つラジカルな堆積種又はその前駆体及びラ
ジカルイオン)にグロー放電開始電圧以下のDC、又は
AC/DC、又はRF/DC等の電界を作用させて指向
性の運動エネルギーを与え、基板上に所定の膜を気相成
長させているので、次に示すような顕著な作用効果が得
られる。
Also, by applying an electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode by using the bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD, a semiconductor film is formed on the substrate. The reaction gas is brought into contact with the heated catalyst body, and the generated reaction species (radical deposition species having high energy or their precursors and radical ions) are DC or AC / DC below the glow discharge starting voltage, or Since a directional kinetic energy is given by applying an electric field such as RF / DC to vapor-deposit a predetermined film on the substrate, the following remarkable effects can be obtained.

【0386】(1)熱触媒体によって生成した反応種
(高いエネルギーを持つラジカルな堆積種又はその前駆
体及びラジカルイオン)が、電界の作用により指向性の
運動エネルギーを受け、基板上に効率良く導かれると共
に、基板上での泳動及び生成過程の膜中での拡散が十分
となる。従って、従来の触媒体CVD法に比べて、上記
反応種の運動エネルギーを電界により独立してコントロ
ールできるため、生成膜の基板との密着性向上、生成膜
密度の向上、生成膜均一性又は平滑正の向上、ビアホー
ルなどへの埋め込み性とステップカバレージの向上を図
ることができる。さらに、基板温度の低温化、生成膜の
ストレスコントロール等が可能となり、高品質膜が実現
する。 (2)触媒体で生成された反応種(イオン、ラジカル
等)を電界で独立してコントロールし、効率良く基体上
に堆積できるので、反応ガスの利用効率が高く、生成速
度を早め、生産性向上と反応ガス削減によるコストダウ
ンを図ることができる。 (3)プラズマCVD法に比べ、はるかにシンプルで安
価な装置が実現する。 (4)常圧タイプでも上記の電界を加えるので、密度、
均一性、密着性のよい高品質膜が得られる。 (5)反応種の運動エネルギーが大きく、低温の基板に
よっても目的とする良質の膜が得られることから、基板
温度を低温化できるため、大型で安価な絶縁基板(ほう
けい酸ガラス、アルミノけい酸ガラス等のガラス基板、
ポリイミド等の耐熱性樹脂基板等)を使用でき、この点
でもコストダウンが可能となる。
(1) The reactive species (radical deposited species having high energy or its precursor and radical ions) generated by the thermal catalyst receives directional kinetic energy by the action of an electric field, and is efficiently deposited on the substrate. As well as being guided, diffusion in the film during migration and generation on the substrate is sufficient. Therefore, as compared with the conventional catalytic CVD method, the kinetic energy of the reactive species can be independently controlled by the electric field, so that the adhesion of the generated film to the substrate, the density of the generated film, the uniformity of the generated film or the smoothness of the generated film can be improved. It is possible to improve the positiveness, the embedding property in a via hole and the like, and the step coverage. Further, it is possible to lower the substrate temperature, control the stress of the formed film, and so on, and realize a high quality film. (2) Since the reactive species (ions, radicals, etc.) generated by the catalyst can be independently controlled by an electric field and can be efficiently deposited on the substrate, the utilization efficiency of the reaction gas is high, the generation rate is increased, and the productivity is increased. The cost can be reduced by improving and reducing the reaction gas. (3) A much simpler and less expensive device is realized as compared with the plasma CVD method. (4) Since the above-mentioned electric field is applied even in the normal pressure type, the density,
A high quality film with good uniformity and adhesion can be obtained. (5) Since the kinetic energy of the reactive species is large and a desired high-quality film can be obtained even with a low-temperature substrate, the substrate temperature can be lowered, so that a large and inexpensive insulating substrate (borosilicate glass, aluminosilicate) Glass substrates such as acid glass,
A heat-resistant resin substrate such as polyimide) can be used, and the cost can be reduced in this respect as well.

【0387】また、本発明をバイアス触媒CVDにより
行う場合には、プラズマの発生がないので、プラズマに
よるダメージがなく、低ストレスの生成膜が得られる。
本発明を高密度バイアス触媒CVDにより行う場合に
は、プラズマの影響が基板におよびにくく、プラズマに
よるダメージが低減され、低ストレスの生成膜が得られ
る。
In the case where the present invention is carried out by bias catalytic CVD, no plasma is generated, and therefore, a film with low stress and no damage by plasma is obtained.
When the present invention is performed by the high-density bias catalytic CVD, the influence of the plasma hardly reaches the substrate, the damage by the plasma is reduced, and a film with low stress can be obtained.

【0388】また、本発明では、少なくとも錫、ゲルマ
ニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半導体膜をレ
ーザーでアニール処理するように構成しているので、半
導体膜の極表面のみが瞬時に熱せられ、基板への熱の影
響が及びにくくなり、基板の変形を起こすことなく、ア
モルファスシリコンまたは微結晶シリコン薄膜を結晶化
でき、又不純物の活性化もでき、例えば移動度の大きい
薄膜に変えることができる。しかも、この結晶化、活性
化は基板全体を高温にすることなく、低温で行うことが
できる。また、薄膜半導体装置の性能を向上し、かつ製
造を容易にするものである。また、ポリシリコン膜が少
なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含
有するため、その結晶粒界に存在する結晶不整を低減
し、膜のストレスを低減するので、高い移動度のポリシ
リコン膜を得ることができる。
In the present invention, since the semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead is annealed by laser, only the extreme surface of the semiconductor film is instantaneously heated. In addition, the influence of heat on the substrate is reduced, and the amorphous silicon or microcrystalline silicon thin film can be crystallized and the impurities can be activated without causing the deformation of the substrate. Can be. In addition, the crystallization and activation can be performed at a low temperature without increasing the temperature of the entire substrate. Further, the present invention improves the performance of the thin film semiconductor device and facilitates manufacturing. In addition, since the polysilicon film contains at least one of tin, germanium, and lead, crystal irregularities existing at the crystal grain boundaries are reduced, and the stress of the film is reduced. A membrane can be obtained.

【0389】また、本発明によれば、水蒸気を含む低圧
高温または高圧高温雰囲気内におけるアニールを行うた
め、400℃以下の低温の加熱処理であっても効果的
に、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以
上を含有する半導体と絶縁膜との界面準位の改善と、絶
縁膜の改質をはかることができる。
Further, according to the present invention, since annealing is performed in a low-pressure high-temperature or high-pressure high-temperature atmosphere containing water vapor, even at a low-temperature heat treatment of 400 ° C. or less, at least tin, germanium, and lead can be effectively treated. The interface state between a semiconductor containing any one or more of them and the insulating film can be improved and the insulating film can be modified.

【0390】また、絶縁膜の改質,すなわち絶縁膜中の
水およびOH基を低減することによって、ゲート絶縁膜
または少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ
以上を含有する半導体膜の、ホットエレクトロン劣化を
抑制する効果を得ることができる。
[0390] In addition, by modifying the insulating film, that is, reducing water and OH groups in the insulating film, hot insulating of the gate insulating film or the semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead can be achieved. The effect of suppressing electron degradation can be obtained.

【0391】更に、ゲート絶縁膜中の欠陥や不純物に起
因する静電荷を中性化し、負に寄ったフラットバンド電
圧を0V側に近づけることができることから、nチャネ
ルMISトランジスタにおけるディプリーション型への
移行を回避してエンハンスメント型とし、pチャネルM
ISトランジスタにおいてはしきい値電圧Vthの増大化
を回避して確実な動作を行わしめることができるので、
両導電型チャネルのMISトランジスタによるCMOS
等の集積回路化を容易に行うことができる。
Further, since the electrostatic charge caused by defects and impurities in the gate insulating film can be neutralized and the negative flat band voltage can be made closer to 0 V, the n-channel MIS transistor can be depleted. , Avoiding the transition and making it an enhancement type, p-channel M
In the IS transistor, the threshold voltage Vth can be prevented from increasing and a reliable operation can be performed.
CMOS using MIS transistors of both conductivity type channels
And the like can be easily integrated.

【0392】また、同一半導体基板における素子特性の
ばらつきを小さくすることができ、回路の集積化が容易
となる。また、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいず
れか一つ以上を含有する半導体膜と絶縁膜の界面特性の
向上、すなわちスレッショホールド値を下げ、オン電流
を増大させ、オフ電流を低下させ、しきい値電圧Vth
を低下させる効果を奏することができるものであり、集
積回路の高速動作化が実現できるものである。
Further, variation in element characteristics in the same semiconductor substrate can be reduced, and circuit integration can be facilitated. In addition, at least tin, germanium, improvement in interface characteristics between the semiconductor film and the insulating film containing at least one of lead, that is, a threshold value is reduced, an on-current is increased, an off-current is reduced, and a threshold is reduced. Value voltage V th
Therefore, the integrated circuit can be operated at high speed.

【0393】また、電極形成後の水蒸気アニール処理後
に、少なくとも電極表面をスパッタクリーニング又はプ
ラズマクリーニングしてその酸化膜及び水酸化膜を除去
するので、外部取り出し(金線ボンディング、無電解N
i/Auメッキ+半田バンプ)の電気/機械的コンタク
トが改善され、特性、品質及び信頼性が向上する。
Also, after the steam annealing treatment after the electrode formation, at least the electrode surface is sputter-cleaned or plasma-cleaned to remove its oxide film and hydroxide film, so that it is taken out (gold wire bonding, electroless N
The electrical / mechanical contact of (i / Au plating + solder bump) is improved, and the characteristics, quality and reliability are improved.

【0394】また、本発明によれば、コントロールファ
クターとしての電界の種類及び強さ、触媒体の種類及び
温度、基板加熱温度、気相成膜条件、原料ガスの種類、
添加するN又はP型不純物濃度等を変更することによ
り、広範囲のN又はP型不純物濃度の少なくとも錫、ゲ
ルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半導体膜
が効率よく容易に得られるので、高移動度でVth調整
が容易で、低抵抗での高速動作が可能である。また、基
板温度の更なる低温化が実現し、安価で大型化が容易な
低歪点ガラスや耐熱性樹脂基板等を採用でき、コストダ
ウンが出来る。
Further, according to the present invention, the type and strength of the electric field as the control factor, the type and temperature of the catalyst, the substrate heating temperature, the vapor deposition conditions, the type of source gas,
By changing the N or P type impurity concentration to be added, a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead having a wide range of N or P type impurity concentration can be efficiently and easily obtained. Vth adjustment is easy with high mobility, and high-speed operation with low resistance is possible. Further, since the substrate temperature can be further reduced, low-strain-point glass or a heat-resistant resin substrate, which is inexpensive and easy to increase in size, can be adopted, and the cost can be reduced.

【0395】また、本発明では、バイアス触媒CVDま
たは高密度バイアス触媒CVDを用いて基板に薄膜を形
成するときに、活性化水素イオンHを常時発生させる
と共に電解を印加して、基板表面が常に効率よくクリー
ニングされるように構成されているので、ゲート絶縁膜
の酸化シリコン膜と少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛の
いずれか一つ以上を含有するポリシリコン膜の界面にア
モルファスシリコンの遷移層が形成されず、高品質な薄
膜層を形成することが可能となる。また、成膜後、レー
ザーアニール処理後、水蒸気アニール処理後における少
なくともキャリアチャンネル領域,例えばゲート絶縁膜
との界面付近のポリシリコン膜中の酸素,炭素,窒素の
それぞれの濃度を、例えば1×1019atoms/c
以下、好ましくは5×1018atoms/cm
以下に低減でき、水素の濃度を0.01原子%/cm
以上とできるので、高移動度,高品質のポリシリコン膜
を形成することが可能となる。
In the present invention, when a thin film is formed on a substrate by using bias catalytic CVD or high-density bias catalytic CVD, activated hydrogen ions H * are constantly generated and electrolysis is applied, so that the surface of the substrate is reduced. Since it is configured to be always efficiently cleaned, an amorphous silicon transition layer is formed at the interface between the silicon oxide film of the gate insulating film and the polysilicon film containing at least one of tin, germanium, and lead. Instead, a high-quality thin film layer can be formed. Further, after film formation, after laser annealing, and after steam annealing, at least the respective concentrations of oxygen, carbon, and nitrogen in the polysilicon film near the interface with the gate insulating film, for example, 1 × 10 4 19 atoms / c
m 3 or less, preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3
And the concentration of hydrogen can be reduced to 0.01 atomic% / cm 3
As described above, it is possible to form a high mobility, high quality polysilicon film.

【0396】また、成膜する前に活性化水素イオンH
で基板表面を常時クリーニングして、表面改質処理する
ので、基板表面の水や酸素等の分子付着が除去されて界
面準位が低減し、それぞれの膜間のストレスが低く、高
品質の成膜(窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、少なく
とも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有す
るポリシリコン膜等)とすることが可能となる。特にゲ
ート絶縁膜とシリコン膜を連続的に成膜する際に、活性
化水素イオンHにさらす処理を有すると、水素アニー
ル効果により、界面準位密度の低い半導体−絶縁体接合
構造の高品質半導体装置を製造することが可能となる。
Before forming a film, activated hydrogen ions H *
The surface of the substrate is constantly cleaned and the surface modification treatment is performed, so that the adhesion of molecules such as water and oxygen on the substrate surface is removed, the interface state is reduced, the stress between the respective films is low, and high quality components are formed. A film (a silicon nitride film, a silicon oxide film, a polysilicon film containing at least one of tin, germanium, and lead, or the like) can be formed. In particular, in the case where a gate insulating film and a silicon film are successively formed, a treatment for exposing to activated hydrogen ions H * has a high quality of a semiconductor-insulator junction structure having a low interface state density due to a hydrogen annealing effect. A semiconductor device can be manufactured.

【0397】このために、トップゲート型のみならず、
ボトムゲート型、デュアルゲート型TFTでも、高い電
子/正孔移動度の少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のい
ずれか一つ以上を含有するポリシリコン膜及び単結晶シ
リコン膜が得られる。したがって、この高性能のポリシ
リコン膜又は単結晶シリコン膜を使用した半導体装置、
電気光学装置等の製造が可能となる。
For this reason, not only the top gate type but also
Even with a bottom gate type and a dual gate type TFT, a polysilicon film and a single crystal silicon film containing at least one of tin, germanium, and lead having high electron / hole mobility can be obtained. Therefore, a semiconductor device using this high-performance polysilicon film or single-crystal silicon film,
It becomes possible to manufacture electro-optical devices and the like.

【0398】バイアス触媒CVD法等により連続成膜す
るときに、同一チャンバ内でそれぞれの成膜用原料ガス
を徐々に減少させたり、増加させたりすることにより傾
斜接合の膜にすることが可能であるので、それぞれの膜
間のストレスが低減し、高品質の絶縁体−半導体接合の
半導体装置等の製造が可能となる。
When a continuous film is formed by the bias catalyst CVD method or the like, the film can be formed into an inclined junction by gradually decreasing or increasing each film forming material gas in the same chamber. Therefore, stress between the respective films is reduced, and a high-quality insulator-semiconductor junction semiconductor device can be manufactured.

【0399】また、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛の
いずれか一つ以上を含有する半導体膜と絶縁膜を真空容
器中の異なるチャンバ内で成膜する場合は、コンタミ防
止とそれぞれの膜間のストレス低減を図ることができ、
高品質の半導体装置等の製造が可能となる。
In the case where a semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead and an insulating film are formed in different chambers in a vacuum chamber, contamination is prevented and stress between the films is reduced. Can be planned,
High-quality semiconductor devices can be manufactured.

【0400】さらに、本発明では、真空容器内の異なる
室内で、少なくとも錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一
つ以上を含有する半導体膜および絶縁膜形成とレーザー
アニール処理と水蒸気アニール処理とを行うことによ
り、連続的に半導体膜および絶縁膜形成とレーザーアニ
ール処理と水蒸気アニール処理とを行うことが可能とな
る。さらに、これにより、コンタミネーション防止と作
業性向上を図ることができ、高性能、高品質で安価な半
導体装置等の製造が可能となる。
Furthermore, in the present invention, the formation of a semiconductor film and an insulating film containing at least one of tin, germanium, and lead, and the laser annealing and the steam annealing are performed in different chambers of a vacuum vessel. Thereby, it is possible to continuously perform the formation of the semiconductor film and the insulating film, the laser annealing, and the steam annealing. Furthermore, this can prevent contamination and improve workability, thereby enabling high-performance, high-quality, inexpensive semiconductor devices to be manufactured.

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

【図1】本発明の薄膜形成方法に使用する装置の一例を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an apparatus used for a thin film forming method of the present invention.

【図2】図1の装置を用いてバイアス触媒CVDを行う
場合の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram in a case where bias catalytic CVD is performed using the apparatus of FIG. 1;

【図3】図1の装置を用いてバイアス触媒CVDを行う
場合の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram in a case where bias catalytic CVD is performed using the apparatus of FIG. 1;

【図4】本発明で使用するDCバイアス触媒CVD装置
の要部の概略説明図である。
FIG. 4 is a schematic explanatory view of a main part of a DC bias catalytic CVD apparatus used in the present invention.

【図5】本発明で使用するRF/DCバイアス触媒CV
D装置の要部の概略説明図である。
FIG. 5 is an RF / DC bias catalyst CV used in the present invention.
It is a schematic explanatory view of the principal part of D device.

【図6】本発明で使用するAC/DCバイアス触媒CV
D装置の要部の概略説明図である。
FIG. 6 shows the AC / DC bias catalyst CV used in the present invention.
It is a schematic explanatory view of the principal part of D device.

【図7】本発明のバイアス触媒CVDの電圧の印加方法
を種々示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing various methods for applying a bias catalyst CVD voltage of the present invention.

【図8】本発明のバイアス触媒CVDで用いる加速電極
の概略図である。
FIG. 8 is a schematic view of an acceleration electrode used in bias catalytic CVD according to the present invention.

【図9】本発明のバイアス触媒CVDで反応種に荷電粒
子を照射する場合に用いる装置の概略図である。
FIG. 9 is a schematic view of an apparatus used for irradiating a reactive species with charged particles by bias catalytic CVD according to the present invention.

【図10】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図で
ある。
FIG. 10 is a graph showing a gas introduction mode to a chamber.

【図11】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図で
ある。
FIG. 11 is a graph showing a gas introduction mode to a chamber.

【図12】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図で
ある。
FIG. 12 is a graph showing a mode of gas introduction into a chamber.

【図13】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図で
ある。
FIG. 13 is a graph showing a mode of gas introduction into a chamber.

【図14】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図で
ある。
FIG. 14 is a graph showing a mode of gas introduction into a chamber.

【図15】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図で
ある。
FIG. 15 is a graph showing a gas introduction mode into a chamber.

【図16】ガスの供給方法の一例を示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of a gas supply method.

【図17】チャンバ内への水蒸気の供給方法の一例を示
す説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of a method for supplying water vapor into the chamber.

【図18】本発明の薄膜形成方法に使用する装置の他の
例を示す説明図である。
FIG. 18 is an explanatory view showing another example of an apparatus used for the thin film forming method of the present invention.

【図19】本発明の薄膜形成方法に使用する装置の他の
例を示す説明図である。
FIG. 19 is an explanatory view showing another example of an apparatus used for the thin film forming method of the present invention.

【図20】本発明の薄膜形成方法に使用する装置の他の
例を示す説明図である。
FIG. 20 is an explanatory view showing another example of an apparatus used for the thin film forming method of the present invention.

【図21】本発明の薄膜形成方法に使用する装置の他の
例を示す説明図である。
FIG. 21 is an explanatory view showing another example of an apparatus used for the thin film forming method of the present invention.

【図22】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 22 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図23】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 23 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図24】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図25】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図26】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 26 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図27】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 27 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図28】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 28 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図29】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 29 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図30】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 30 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図31】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 31 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図32】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 32 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図33】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 33 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図34】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 34 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図35】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 35 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図36】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 36 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図37】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 37 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図38】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 38 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図39】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 39 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図40】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 40 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図41】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 41 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図42】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 42 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図43】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 43 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図44】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 44 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図45】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 45 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図46】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 46 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図47】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 47 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図48】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 48 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図49】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 49 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図50】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 50 is an explanatory view showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【図51】本発明の薄膜形成方法に使用するスパッタリ
ング装置の一例を示す説明図である。
FIG. 51 is an explanatory view showing one example of a sputtering apparatus used for the thin film forming method of the present invention.

【図52】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄
膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
FIG. 52 is an explanatory diagram showing a process of a method of forming a thin film and a method of manufacturing a thin film semiconductor in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成膜装置 A,B,C チャンバ 1a 排気系 2 サセプタ 2a 上面 2b ヒータ 2c ヒータ電源 3 ガス導入系 3a ガスシャワーヘッド 3b シャワーヘッドホルダー 3c 手動バルブ 3d 自動バルブ 3e 三方弁 5 熱触媒体 5a 加熱手段 5b 熱触媒体ホルダー 6 レール 8a 反応ガス供給ボックス 8b ベルト 10 基板 10a 段差 11,15,21,29 窒化シリコン膜 12,14,19,23,27 酸化シリコン膜 13,13n,13p ポリシリコン膜 16,24 モリブデン/タンタル合金膜 17,25 ゲート電極 20,28 リンシリケートガラス(PSG)膜 22 単結晶シリコン膜 30 直流電源 31 水蒸気アニールチャンバ 32 サセプタ 33 ガス供給系 34 圧力計 35 水の収容部 36 恒温槽 37 連結管 38 キャリアガス供給口 41 ロード・ロック室 42 セパレーション室 43 成膜室 44 レーザーアニール室 45 水蒸気アニール室 46 半導体膜成膜室 47 絶縁膜成膜室 50 サファイア薄膜 60 反応ガス 61 供給導管 67 シャッター 68 触媒体電源 69 DC電源 70 反応種 71 ヒーター線 72 磁気シール 73 前室 74 ターボ分子ポンプ室 75 バルブ 76 堆積種,生成膜 101 メッシュ電極 113 ロウパスフィルタ 114 整合回路 116 スイッチ 125 低周波電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming apparatus A, B, C chamber 1a Exhaust system 2 Susceptor 2a Upper surface 2b Heater 2c Heater power supply 3 Gas introduction system 3a Gas shower head 3b Shower head holder 3c Manual valve 3d Automatic valve 3e Three-way valve 5 Thermal catalyst 5a Heating means 5b Thermal catalyst holder 6 Rail 8a Reaction gas supply box 8b Belt 10 Substrate 10a Step 11, 15, 21, 29 Silicon nitride film 12, 14, 19, 23, 27 Silicon oxide film 13, 13n, 13p Polysilicon film 16, Reference Signs List 24 Molybdenum / tantalum alloy film 17, 25 Gate electrode 20, 28 Phosphosilicate glass (PSG) film 22 Single crystal silicon film 30 DC power supply 31 Steam annealing chamber 32 Susceptor 33 Gas supply system 34 Pressure gauge 35 Water container 36 Constant temperature bath 37 Connecting pipe Reference Signs List 8 Carrier gas supply port 41 Load / lock chamber 42 Separation chamber 43 Film formation chamber 44 Laser annealing chamber 45 Steam annealing chamber 46 Semiconductor film deposition chamber 47 Insulating film deposition chamber 50 Sapphire thin film 60 Reaction gas 61 Supply conduit 67 Shutter 68 Touch Medium power supply 69 DC power supply 70 Reactive species 71 Heater wire 72 Magnetic seal 73 Front chamber 74 Turbo molecular pump chamber 75 Valve 76 Deposited species, generated film 101 Mesh electrode 113 Low pass filter 114 Matching circuit 116 Switch 125 Low frequency power supply

フロントページの続き Fターム(参考) 5F045 AA06 AA09 AA16 AB02 AB03 AB04 AB32 AB33 AB34 AB35 AB36 AC01 AC03 AC04 AC05 AC12 AC16 AC17 AC18 AE15 AE17 AE29 AF02 AF03 AF04 AF06 AF07 AF09 AF12 BB07 BB08 BB09 BB17 BB19 CA10 CA13 CA15 DA53 DA59 EB13 EE13 EF05 EH19 HA15 HA16 HA18 HA23 5F052 AA02 BA07 BB07 CA04 CA09 DA01 DB01 FA05 FA13 JA04 5F110 AA01 AA16 AA17 AA19 AA26 AA28 BB02 BB04 CC02 CC08 DD01 DD02 DD03 DD04 DD05 DD13 DD14 DD17 DD21 DD25 EE06 EE23 EE27 EE30 EE44 FF02 FF03 FF09 FF29 FF36 GG01 GG02 GG04 GG12 GG13 GG22 GG25 GG32 GG33 GG34 GG44 GG47 GG52 GG55 GG57 HJ01 HJ04 HJ13 HJ23 HL03 HL23 HL27 NN02 NN03 NN04 NN23 NN24 NN25 NN35 PP03 PP04 PP05 PP06 PP13 PP33 QQ04 QQ09 QQ11 QQ24 Continued on the front page F-term (reference) EE13 EF05 EH19 HA15 HA16 HA18 HA23 5F052 AA02 BA07 BB07 CA04 CA09 DA01 DB01 FA05 FA13 JA04 5F110 AA01 AA16 AA17 AA19 AA26 AA28 BB02 BB04 CC02 CC08 DD01 DD02 DD03 DD04 DD05 DD13 DD14 FF27 FF02 FF23 FF03 FF23 FF02 GG02 GG04 GG12 GG13 GG22 GG25 GG32 GG33 GG34 GG44 GG47 GG52 GG55 GG57 HJ01 HJ04 HJ13 HJ23 HL03 HL23 HL27 NN02 NN03 NN04 NN23 NN24 NN25 NN35 PP03 PP04 PP05 PP04 Q13 Q33 Q33 Q

Claims (44)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイア
ス触媒CVDを利用して、基板に半導体膜を形成する半
導体膜形成方法であって、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記基板上に少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半
導体膜を形成することを含む半導体膜形成工程と、 前記形成された半導体膜にレーザーを照射し、前記形成
された半導体膜をレーザーでアニールするレーザーアニ
ール工程と、 を備えたことを特徴とする半導体膜形成方法。
1. A semiconductor film forming method for forming a semiconductor film on a substrate by utilizing a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein at least a raw material gas is supplied to a vacuum vessel and disposed in the vacuum vessel. A semiconductor including at least one of tin, germanium, and lead on the substrate by applying an electric field equal to or lower than a glow discharge initiation voltage between the substrate and the electrode. A method for forming a semiconductor film, comprising: a film forming step; and a laser annealing step of irradiating the formed semiconductor film with a laser and annealing the formed semiconductor film with a laser.
【請求項2】 前記半導体膜形成工程の前から、前記真
空容器に水素を含むキャリアガスを常時供給し、該供給
されたキャリアガスで発生した活性化水素イオンH
前記基板上をクリーニングするクリーニング工程を備
え、 前記クリーニング工程と、前記半導体膜形成工程とを行
うことを特徴とする請求項1記載の半導体膜形成方法。
2. Before the semiconductor film forming step, a carrier gas containing hydrogen is constantly supplied to the vacuum vessel, and the substrate is cleaned with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas. 2. The method according to claim 1, further comprising a cleaning step, wherein the cleaning step and the semiconductor film forming step are performed.
【請求項3】 前記半導体膜形成工程の前から、前記真
空容器に水素を含むキャリアガスを供給し、該供給され
たキャリアガスで発生した活性化水素イオンHで前記
基板上をクリーニングするクリーニング工程と、 前記キャリアガスの供給を、前記半導体膜形成工程の
前,途中,後の少なくとも一つで増減する工程と、 前記半導体膜形成工程と、を行うことを特徴とする請求
項1記載の半導体膜形成方法。
3. A cleaning method in which a carrier gas containing hydrogen is supplied to the vacuum vessel before the semiconductor film forming step, and the substrate is cleaned with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas. The method according to claim 1, wherein: a step of increasing or decreasing the supply of the carrier gas at least one before, during, or after the semiconductor film forming step; and the semiconductor film forming step. A method for forming a semiconductor film.
【請求項4】 前記真空容器内の成膜室で前記半導体膜
形成工程を行い、 前記真空容器内のレーザーアニール室で前記レーザーア
ニール工程を行い、前記半導体膜形成工程と前記レーザ
ーアニール工程とを前記真空容器内で連続して行うこと
を特徴とする請求項1記載の半導体膜形成方法。
4. The semiconductor film forming step is performed in a film forming chamber in the vacuum vessel. The laser annealing step is performed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel, and the semiconductor film forming step and the laser annealing step are performed. 2. The method according to claim 1, wherein the method is performed continuously in the vacuum vessel.
【請求項5】 前記成膜室で、前記レーザーでアニール
された半導体膜上に絶縁膜を成膜し、 前記半導体膜形成工程と前記レーザーアニール工程と前
記絶縁膜の成膜とを前記真空容器内で連続して行うこと
を特徴とする請求項1記載の半導体膜形成方法。
5. An insulating film is formed on the semiconductor film annealed by the laser in the film forming chamber, and the step of forming the semiconductor film, the step of laser annealing, and the step of forming the insulating film are performed in the vacuum vessel. 2. The method according to claim 1, wherein the step is performed continuously.
【請求項6】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイア
ス触媒CVDを利用して、基板に半導体膜を形成する半
導体膜形成方法であって、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記基板上に、少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半
導体膜と、絶縁膜と、を形成することを含む半導体膜お
よび絶縁膜形成工程と、 前記形成された半導体膜および絶縁膜にレーザーを照射
し、前記形成された半導体膜および絶縁膜をレーザーで
アニールするレーザーアニール工程と、を備えたことを
特徴とする半導体膜形成方法。
6. A semiconductor film forming method for forming a semiconductor film on a substrate by using bias catalytic CVD or high-density bias catalytic CVD, wherein at least a raw material gas is supplied to a vacuum vessel and disposed in the vacuum vessel. Applying an electric field of a glow discharge starting voltage or less between the substrate and the electrode, on the substrate, at least tin, germanium, a semiconductor film containing one or more of lead, an insulating film, Forming a semiconductor film and an insulating film, and irradiating a laser to the formed semiconductor film and the insulating film, and annealing the formed semiconductor film and the insulating film with a laser. A method for forming a semiconductor film, comprising:
【請求項7】 前記真空容器とは異なるレーザーアニー
ル装置内で前記レーザーアニール工程を行うことを特徴
とする請求項1または6記載の半導体膜形成方法。
7. The semiconductor film forming method according to claim 1, wherein the laser annealing step is performed in a laser annealing apparatus different from the vacuum vessel.
【請求項8】 前記真空容器内の成膜室で半導体膜およ
び絶縁膜形成工程を行い、 前記真空容器内のレーザーアニール室で前記レーザーア
ニール工程を行い、 前記半導体膜および絶縁膜形成工程と前記レーザーアニ
ール工程とを前記真空容器内で連続して行うことを特徴
とする請求項6記載の半導体膜形成方法。
8. A process for forming a semiconductor film and an insulating film in a film forming chamber in the vacuum container, the laser annealing process in a laser annealing chamber in the vacuum container, 7. The method according to claim 6, wherein the laser annealing step is performed continuously in the vacuum vessel.
【請求項9】 前記真空容器内の半導体膜成膜室で半導
体膜を形成し、 前記真空容器内の絶縁膜成膜室で絶縁膜を形成し、 前記真空容器内のレーザーアニール室で前記レーザーア
ニール工程を行い、 前記半導体膜の形成と前記絶縁膜の形成と前記レーザー
アニール工程とを前記真空容器内で連続して行うことを
特徴とする請求項6記載の半導体膜形成方法。
9. A semiconductor film is formed in a semiconductor film forming chamber in the vacuum vessel, an insulating film is formed in an insulating film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser is formed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel. The method according to claim 6, wherein an annealing step is performed, and the formation of the semiconductor film, the formation of the insulating film, and the laser annealing step are performed continuously in the vacuum vessel.
【請求項10】 前記半導体膜形成工程または前記半導
体膜および絶縁膜形成工程では、前記半導体膜として、
該半導体膜内の少なくともキャリアチャンネル領域にお
ける酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×1019
atoms/cm以下、水素濃度が0.01原子%/
cm以上である半導体膜を形成し、 前記レーザーアニール工程では、前記半導体膜をレーザ
ーアニールして、該半導体膜の少なくともキャリアチャ
ンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度
が1×1019atoms/cm以下、水素濃度が
0.01原子%/cm以上の半導体膜とすることを特
徴とする請求項1または6記載の半導体膜形成方法。
10. In the semiconductor film forming step or the semiconductor film and insulating film forming step,
Each concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in at least the carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10 19
atoms / cm 3 or less, hydrogen concentration of 0.01 atomic% /
forming a semiconductor film is cm 3 or more, in the laser annealing process, the semiconductor film by laser annealing, oxygen in at least the carrier channel region of the semiconductor film, carbon, each concentration of 1 × 10 19 atoms of nitrogen / cm 3 or less, the semiconductor film forming method according to claim 1 or 6, wherein the hydrogen concentration is characterized in that 0.01 atomic% / cm 3 or more semiconductor film.
【請求項11】 前記バイアス触媒CVDまたは高密度
バイアス触媒CVDを、バイアス減圧CVDまたはバイ
アス常圧CVDとした場合における前記半導体膜形成工
程または前記半導体膜および絶縁膜形成工程での前記半
導体膜として、該半導体膜内の少なくともキャリアチャ
ンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度
が1×1019atoms/cm以下、水素濃度が
0.01原子%/cm以上である半導体膜を形成し、 前記レーザーアニール工程で、前記半導体膜をレーザー
アニールして、該半導体膜内の少なくともキャリアチャ
ンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度
が1×1019atoms/cm以下、水素濃度が
0.01原子%/cm以上の半導体膜とすることを特
徴とする請求項1または6記載の半導体膜形成方法。
11. The semiconductor film in the step of forming a semiconductor film or the step of forming a semiconductor film and an insulating film when the bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD is a bias reduced-pressure CVD or a bias-normal-pressure CVD. Forming a semiconductor film in which at least the concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in at least the carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less and the hydrogen concentration is 0.01 atom% / cm 3 or more; In the laser annealing step, the semiconductor film is laser-annealed so that at least the concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in the carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less and the hydrogen concentration is 0.1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. claim 1, characterized in that a 01 atomic% / cm 3 or more semiconductor film The semiconductor film forming method other 6 wherein.
【請求項12】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用して、基板に半導体膜を形成する
半導体膜形成方法であって、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記基板上に、少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半
導体膜と、絶縁膜と、を形成することを含む半導体膜お
よび絶縁膜形成工程と、 前記形成された半導体膜および絶縁膜を水蒸気でアニー
ルする水蒸気アニール工程と、を備えたことを特徴とす
る半導体膜形成方法。
12. A semiconductor film forming method for forming a semiconductor film on a substrate by using bias catalytic CVD or high-density bias catalytic CVD, wherein at least a raw material gas is supplied to a vacuum vessel and disposed in the vacuum vessel. Applying an electric field of a glow discharge starting voltage or less between the substrate and the electrode, on the substrate, at least tin, germanium, a semiconductor film containing one or more of lead, an insulating film, Forming a semiconductor film and an insulating film, and a water vapor annealing step of annealing the formed semiconductor film and the insulating film with water vapor.
【請求項13】 前記真空容器とは異なる水蒸気アニー
ル装置内で前記水蒸気アニール工程を行うことを特徴と
する請求項12記載の半導体膜形成方法。
13. The method according to claim 12, wherein the steam annealing step is performed in a steam annealing apparatus different from the vacuum vessel.
【請求項14】 前記真空容器内の成膜室で半導体膜お
よび絶縁膜形成工程を行い、 前記真空容器内の水蒸気アニール室で前記水蒸気アニー
ル工程を行い、 前記半導体膜および絶縁膜形成工程と前記水蒸気アニー
ル工程とを前記真空容器内で連続して行うことを特徴と
する請求項12記載の半導体膜形成方法。
14. Performing a semiconductor film and an insulating film forming step in a film forming chamber in the vacuum vessel, performing the steam annealing step in a steam annealing chamber in the vacuum vessel, 13. The method according to claim 12, wherein the steam annealing step is continuously performed in the vacuum vessel.
【請求項15】 前記真空容器内の半導体膜成膜室で半
導体膜を形成し、 前記真空容器内の絶縁膜成膜室で絶縁膜を形成し、 前記真空容器内の水蒸気アニール室で前記水蒸気アニー
ル工程を行い、 前記半導体膜の形成と前記絶縁膜の形成と前記水蒸気ア
ニール工程とを前記真空容器内で連続して行うことを特
徴とする請求項12記載の半導体膜形成方法。
15. A semiconductor film is formed in a semiconductor film forming chamber in the vacuum vessel, an insulating film is formed in an insulating film forming chamber in the vacuum vessel, and the steam is formed in a steam annealing chamber in the vacuum vessel. 13. The method according to claim 12, wherein an annealing step is performed, and the formation of the semiconductor film, the formation of the insulating film, and the steam annealing step are sequentially performed in the vacuum vessel.
【請求項16】 前記半導体膜および絶縁膜形成工程で
は、前記半導体膜として、該半導体膜内の少なくともキ
ャリアチャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれ
ぞれの濃度が1×1019atoms/cm以下、水
素濃度が0.01原子%/cm以上である半導体膜を
形成し、 前記水蒸気アニール工程では、前記半導体膜を水蒸気ア
ニールして、該半導体膜内の少なくともキャリアチャン
ネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が
1×1019atoms/cm以下、水素濃度が0.
01原子%/cm以上の半導体膜とすることを特徴と
する請求項12記載の半導体膜形成方法。
16. In the step of forming a semiconductor film and an insulating film, each concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in at least a carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. Forming a semiconductor film having a hydrogen concentration of 0.01 atomic% / cm 3 or more; in the steam annealing step, the semiconductor film is steam-annealed to form oxygen, carbon, and nitrogen in at least a carrier channel region in the semiconductor film; Has a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less and a hydrogen concentration of 0.1 × 10 19 atoms / cm 3 or less.
13. The semiconductor film forming method according to claim 12, wherein the semiconductor film is at least 01 atomic% / cm < 3 >.
【請求項17】 前記バイアス触媒CVDまたは高密度
バイアス触媒CVDを、バイアス減圧CVDまたはバイ
アス常圧CVDとした場合における前記半導体膜および
絶縁膜形成工程での前記半導体膜として、該半導体膜内
の少なくともキャリアチャンネル領域における酸素,炭
素,窒素のそれぞれの濃度が1×10 19atoms/
cm以下、水素濃度が0.01原子%/cm以上で
ある半導体膜を形成し、 前記水蒸気アニール工程で、前記半導体膜を水蒸気アニ
ールして、該半導体膜内の少なくともキャリアチャンネ
ル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1
×1019atoms/cm以下、水素濃度が0.0
1原子%/cm 以上の半導体膜とすることを特徴とす
る請求項12記載の半導体膜形成方法。
17. The bias catalytic CVD or high density
Bias catalytic CVD, bias reduced pressure CVD or
The semiconductor film in the case of as normal pressure CVD and
As the semiconductor film in the insulating film forming step,
Oxygen, charcoal at least in the carrier channel region of
Each concentration of element and nitrogen is 1 × 10 19atoms /
cm3Hereinafter, the hydrogen concentration is 0.01 atomic% / cm.3Above
A semiconductor film is formed, and in the steam annealing step, the semiconductor film is steam annealed.
At least a carrier channel in the semiconductor film.
Each concentration of oxygen, carbon and nitrogen in the
× 1019atoms / cm3Hereinafter, when the hydrogen concentration is 0.0
1 atomic% / cm 3Characterized by the above semiconductor film
13. The method for forming a semiconductor film according to claim 12, wherein
【請求項18】 前記半導体膜が単結晶シリコンである
場合、少なくともシリコン膜形成領域に段差を形成し、
前記段差を含むシリコン膜形成領域に単結晶シリコン膜
をグラフォエピタキシャル成長させることを特徴とする
請求項12記載の半導体膜形成方法。
18. When the semiconductor film is single crystal silicon, a step is formed at least in a silicon film formation region,
13. The method according to claim 12, wherein a single-crystal silicon film is formed by grapho-epitaxial growth in the silicon film formation region including the step.
【請求項19】 前記半導体膜が単結晶シリコンである
場合、少なくともシリコン膜形成領域に単結晶シリコン
と格子整合の良い物質層を形成し、該物質層を含むシリ
コン膜形成領域に単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシ
ャル成長させることを特徴とする請求項12記載の半導
体膜形成方法。
19. When the semiconductor film is single crystal silicon, a material layer having good lattice matching with single crystal silicon is formed at least in a silicon film formation region, and the single crystal silicon film is formed in the silicon film formation region including the material layer. 13. The method according to claim 12, wherein is heteroepitaxially grown.
【請求項20】 前記単結晶シリコンと格子整合の良い
物質層は、サファイアまたはスピネル構造体またはフッ
化カルシウムを含む群より選ばれた、少なくとも一種以
上の物質よりなることを特徴とする請求項19記載の半
導体膜形成方法。
20. The material layer having good lattice matching with the single crystal silicon is made of at least one kind of material selected from a group containing sapphire or spinel structure or calcium fluoride. The method for forming a semiconductor film according to the above.
【請求項21】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用して、基板に半導体膜を形成する
半導体膜形成方法であって、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記基板上に、少なくとも
錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を含有する半
導体膜と、絶縁膜と、を形成することを含む半導体膜お
よび絶縁膜形成工程と、 前記形成された半導体膜および絶縁膜にレーザーを照射
し、前記形成された半導体膜および絶縁膜をレーザーで
アニールするレーザーアニール工程と、 該レーザーアニール工程の後工程であって、水蒸気でア
ニールを行う水蒸気アニール工程と、を備えたことを特
徴とする半導体膜形成方法。
21. A semiconductor film forming method for forming a semiconductor film on a substrate by using bias catalytic CVD or high-density bias catalytic CVD, comprising supplying at least a raw material gas to a vacuum vessel and disposing the raw material gas in the vacuum vessel. Applying an electric field of a glow discharge starting voltage or less between the substrate and the electrode, on the substrate, at least tin, germanium, a semiconductor film containing one or more of lead, an insulating film, Forming a semiconductor film and an insulating film, comprising: irradiating a laser to the formed semiconductor film and the insulating film, and annealing the formed semiconductor film and the insulating film with a laser; A method for forming a semiconductor film, comprising: a steam annealing step of performing annealing with steam after the laser annealing step.
【請求項22】 前記半導体膜および絶縁膜形成工程の
前から、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを常時
供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水
素イオンHで前記基板上をクリーニングするクリーニ
ング工程を備え、 前記クリーニング工程と、前記半導体膜および絶縁膜形
成工程とを行うことを特徴とする請求項6,12,21
いずれか記載の半導体膜形成方法。
22. A carrier gas containing hydrogen is constantly supplied to the vacuum vessel before the semiconductor film and insulating film forming step, and activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas are applied to the substrate. 22. A cleaning process for cleaning the semiconductor device, wherein the cleaning process and the semiconductor film and insulating film forming process are performed.
The method for forming a semiconductor film according to any one of the above.
【請求項23】 前記半導体膜および絶縁膜形成工程の
前から、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給
し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素イ
オンHで前記基板上をクリーニングするクリーニング
工程と、 前記キャリアガスの供給を、前記半導体膜および絶縁膜
形成工程の前,途中,後の少なくとも一つで増減する工
程と、 前記半導体膜および絶縁膜形成工程と、を行うことを特
徴とする請求項6,12,21いずれか記載の半導体膜
形成方法。
23. Before the step of forming the semiconductor film and the insulating film, a carrier gas containing hydrogen is supplied to the vacuum vessel, and activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas cause the activated hydrogen ions H * to flow on the substrate. Performing a cleaning step of cleaning, a step of increasing or decreasing the supply of the carrier gas at least one of before, during, and after the step of forming the semiconductor film and the insulating film; and a step of forming the semiconductor film and the insulating film. 22. The method of forming a semiconductor film according to claim 6, wherein:
【請求項24】 前記真空容器とは異なるレーザーアニ
ール装置内で前記レーザーアニール工程を行い、 前記真空容器とは異なる水蒸気アニール装置内で前記水
蒸気アニール工程を行うことを特徴とする請求項21記
載の半導体膜形成方法。
24. The method according to claim 21, wherein the laser annealing step is performed in a laser annealing apparatus different from the vacuum vessel, and the steam annealing step is performed in a steam annealing apparatus different from the vacuum vessel. A method for forming a semiconductor film.
【請求項25】 前記真空容器内の成膜室で半導体膜お
よび絶縁膜形成工程を行い、 前記真空容器内のレーザーアニール室で前記レーザーア
ニール工程を行い、 前記真空容器内の水蒸気アニール室で前記水蒸気アニー
ル工程を行い、 前記半導体膜および絶縁膜形成工程と前記レーザーアニ
ール工程と前記水蒸気アニール工程とを前記真空容器内
で連続して行うことを特徴とする請求項21記載の半導
体膜形成方法。
25. A semiconductor film and insulating film forming step in a film forming chamber in the vacuum vessel, the laser annealing step in a laser annealing chamber in the vacuum vessel, and a laser annealing step in a steam annealing chamber in the vacuum vessel. 22. The method for forming a semiconductor film according to claim 21, wherein a steam annealing step is performed, and the semiconductor film and insulating film forming step, the laser annealing step, and the steam annealing step are sequentially performed in the vacuum vessel.
【請求項26】 前記真空容器内の半導体膜成膜室で半
導体膜を形成し、 前記真空容器内の絶縁膜成膜室で絶縁膜を形成し、 前記真空容器内のレーザーアニール室で前記レーザーア
ニール工程を行い、 前記真空容器内の水蒸気アニール室で前記水蒸気アニー
ル工程を行い、 前記半導体膜の形成と前記絶縁膜の形成と前記レーザー
アニール工程と前記水蒸気アニール工程とを前記真空容
器内で連続して行うことを特徴とする請求項21記載の
半導体膜形成方法。
26. A semiconductor film is formed in a semiconductor film forming chamber in the vacuum vessel, an insulating film is formed in an insulating film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser is formed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel. Performing an annealing step, performing the steam annealing step in a steam annealing chamber in the vacuum vessel, forming the semiconductor film, forming the insulating film, laser annealing step, and the steam annealing step in the vacuum vessel. 22. The method according to claim 21, wherein the method is performed.
【請求項27】 前記半導体膜および絶縁膜形成工程で
は、前記半導体膜として、該半導体膜内の少なくともキ
ャリアチャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれ
ぞれの濃度が1×1019atoms/cm以下、水
素濃度が0.01原子%/cm以上である半導体膜を
形成し、 前記水蒸気アニール工程では、前記半導体膜を水蒸気ア
ニールして、該半導体膜内の少なくともキャリアチャン
ネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が
1×1019atoms/cm以下、水素濃度が0.
01原子%/cm以上の半導体膜とし、 前記レーザーアニール工程では、前記半導体膜をレーザ
ーアニールして、該半導体膜内の少なくともキャリアチ
ャンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃
度が1×1019atoms/cm以下、水素濃度が
0.01原子%/cm以上の半導体膜とすることを特
徴とする請求項21記載の半導体膜形成方法。
27. In the semiconductor film and insulating film forming step, the concentration of oxygen, carbon, and nitrogen in at least a carrier channel region in the semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. Forming a semiconductor film having a hydrogen concentration of 0.01 atomic% / cm 3 or more; in the steam annealing step, the semiconductor film is steam-annealed to form oxygen, carbon, and nitrogen in at least a carrier channel region in the semiconductor film; Has a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less and a hydrogen concentration of 0.1 × 10 19 atoms / cm 3 or less.
And 01 atomic% / cm 3 or more semiconductor film, in the laser annealing process, the semiconductor film by laser annealing, oxygen in at least the carrier channel region in the semiconductor film, carbon, the respective concentration of 1 × 10 nitrogen 22. The semiconductor film forming method according to claim 21, wherein the semiconductor film has a thickness of 19 atoms / cm 3 or less and a hydrogen concentration of 0.01 atomic% / cm 3 or more.
【請求項28】 前記バイアス触媒CVDまたは高密度
バイアス触媒CVDを、バイアス減圧CVDまたはバイ
アス常圧CVDとした場合における前記半導体膜および
絶縁膜形成工程での前記半導体膜として、該半導体膜内
の少なくともキャリアチャンネル領域における酸素,炭
素,窒素のそれぞれの濃度が1×10 19atoms/
cm以下、水素濃度が0.01原子%/cm以上で
ある半導体膜を形成し、 前記水蒸気アニール工程で、前記半導体膜を水蒸気アニ
ールして、該半導体膜の少なくともキャリアチャンネル
領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度が1×
1019atoms/cm以下、水素濃度が0.01
原子%/cm以上の半導体膜とし、 前記レーザーアニール工程で、前記半導体膜をレーザー
アニールして、該半導体膜内の少なくともキャリアチャ
ンネル領域における酸素,炭素,窒素のそれぞれの濃度
が1×1019atoms/cm以下、水素濃度が
0.01原子%/cm以上の半導体膜とすることを特
徴とする請求項21記載の半導体膜形成方法。
28. The bias catalytic CVD or high density
Bias catalytic CVD, bias reduced pressure CVD or
The semiconductor film in the case of as normal pressure CVD and
As the semiconductor film in the insulating film forming step,
Oxygen, charcoal at least in the carrier channel region of
Each concentration of element and nitrogen is 1 × 10 19atoms /
cm3Hereinafter, the hydrogen concentration is 0.01 atomic% / cm.3Above
A semiconductor film is formed, and in the steam annealing step, the semiconductor film is steam annealed.
At least a carrier channel of the semiconductor film.
Each concentration of oxygen, carbon and nitrogen in the region is 1 ×
1019atoms / cm3Hereinafter, the hydrogen concentration is 0.01
Atomic% / cm3The above semiconductor film, and in the laser annealing step, the semiconductor film is
Anneal to at least carrier carriers in the semiconductor film.
Oxygen, carbon and nitrogen concentrations in the tunnel region
Is 1 × 1019atoms / cm3Below, the hydrogen concentration
0.01 atomic% / cm3Specially, the above semiconductor film is used.
22. The method of forming a semiconductor film according to claim 21, wherein:
【請求項29】 前記バイアス触媒CVDまたは高密度
バイアス触媒CVDを、バイアス減圧CVDまたはバイ
アス常圧CVDとしたことを特徴とする請求項1,6,
12,21いずれか記載の半導体膜形成方法。
29. The method according to claim 1, wherein the bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD is a bias reduced pressure CVD or a bias normal pressure CVD.
22. The method of forming a semiconductor film according to any one of items 12 and 21.
【請求項30】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してトップゲート型TFTを製造
する製造方法であって、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、基板上
に、保護膜と、少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛のいず
れか一つ以上を含有する半導体膜と、ゲート絶縁膜と、
を連続成膜して多結晶半導体膜とし、 その後、前記半導体膜をレーザーアニール処理し、 次いで、ソース/トップゲート/ドレイン電極を形成し
てなることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
30. A manufacturing method for manufacturing a top gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high-density bias catalyst CVD, wherein at least a raw material gas is supplied to a vacuum container, and the device is disposed in the vacuum container. An electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode, and a protective film and a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead are formed on the substrate in the vacuum container. And a gate insulating film;
Is continuously formed into a polycrystalline semiconductor film, and thereafter, the semiconductor film is subjected to laser annealing, and then a source / top gate / drain electrode is formed.
【請求項31】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してボトムゲート型TFTを製造
する製造方法であって、 基板上にボトムゲート電極を形成し、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボトム
ゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、少な
くとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有
する半導体膜と、保護膜とを連続成膜し、 その後で、前記半導体膜をレーザーアニール処理して多
結晶半導体膜とし、 次いで、ソース/ドレイン電極を形成してなることを特
徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
31. A method for manufacturing a bottom gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, comprising forming a bottom gate electrode on a substrate and supplying at least a source gas to a vacuum vessel. Applying an electric field equal to or less than a glow discharge start voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and in the vacuum vessel, a protective film on a bottom gate electrode, a bottom gate insulating film, A semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead and a protective film are continuously formed, and thereafter, the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film. A method for manufacturing a thin-film semiconductor device, comprising forming a drain electrode.
【請求項32】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してデュアルゲート型TFTを製
造する製造方法であって、 基板上にボトムゲート電極を形成し、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボトム
ゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、少な
くとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有
する半導体膜と、トップゲート絶縁膜とを連続成膜し、 その後、前記半導体膜をレーザーアニール処理して多結
晶半導体膜とし、 次いで、ソース/トップゲート/ドレイン電極を形成し
てなることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
32. A manufacturing method for manufacturing a dual gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein a bottom gate electrode is formed on a substrate, and at least a source gas is supplied to a vacuum container. Applying an electric field equal to or less than a glow discharge start voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and in the vacuum vessel, a protective film on a bottom gate electrode, a bottom gate insulating film, A semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead and a top gate insulating film are successively formed, and then the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film. A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising forming a / top gate / drain electrode.
【請求項33】 前記真空容器とは異なるレーザーアニ
ール装置内で前記レーザーアニール処理を行うことを特
徴とする請求項30,31,32いずれか記載の薄膜半
導体装置の製造方法。
33. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 30, wherein the laser annealing is performed in a laser annealing apparatus different from the vacuum vessel.
【請求項34】 前記真空容器内の成膜室で前記半導体
膜および前記絶縁膜を成膜し、 前記真空容器内のレーザーアニール室で前記レーザーア
ニール処理を行い、 前記半導体膜および絶縁膜の成膜と前記レーザーアニー
ル処理とを前記真空容器内で連続して行うことを特徴と
する請求項30,31,32いずれか記載の薄膜半導体
装置の製造方法。
34. The semiconductor film and the insulating film are formed in a film forming chamber in the vacuum vessel, and the laser annealing is performed in a laser annealing chamber in the vacuum vessel. 33. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 30, wherein the film and the laser annealing are continuously performed in the vacuum vessel.
【請求項35】 前記真空容器内の半導体膜成膜室で前
記半導体膜を成膜し、 前記真空容器内の絶縁膜成膜室で前記絶縁膜を形成し、 前記真空容器内のレーザーアニール室で前記レーザーア
ニール処理を行い、 前記半導体膜の形成と前記絶縁膜の形成と前記レーザー
アニール処理とを前記真空容器内で連続して行うことを
特徴とする請求項30,31,32いずれか記載の薄膜
半導体装置の製造方法。
35. A laser annealing chamber in the vacuum vessel, wherein the semiconductor film is formed in a semiconductor film forming chamber in the vacuum vessel, the insulating film is formed in an insulating film forming chamber in the vacuum vessel. 33. The method according to claim 30, wherein the laser annealing is performed in the vacuum vessel, and the formation of the semiconductor film, the formation of the insulating film, and the laser annealing are continuously performed in the vacuum vessel. Of manufacturing a thin film semiconductor device.
【請求項36】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してトップゲート型TFTを製造
する製造方法であって、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、前記基
板上に、保護膜と、少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛の
いずれか一つ以上を含有する半導体膜と、ゲート絶縁膜
と、を連続成膜し、 その後、ソース/トップゲート/ドレイン電極を形成
し、 次いで、低圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理
を行い、 その後、前記ソース/トップゲート/ドレイン電極のプ
ラズマクリーニング又はスパッタクリーニングを行うこ
とを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
36. A manufacturing method for manufacturing a top gate type TFT using a bias catalytic CVD or a high density bias catalytic CVD, wherein at least a raw material gas is supplied to a vacuum container, and the raw material is disposed in the vacuum container. A semiconductor containing at least one of tin, germanium and lead on the substrate in the vacuum vessel by applying an electric field equal to or lower than a glow discharge starting voltage between the substrate and the electrode. A film and a gate insulating film are continuously formed, then a source / top gate / drain electrode is formed, and then a steam annealing process is performed at a low pressure and a high temperature or a high pressure and a high temperature. A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising performing plasma cleaning or sputter cleaning of a drain electrode.
【請求項37】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してボトムゲート型TFTを製造
する製造方法であって、 基板上にボトムゲート電極を形成し、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボトム
ゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、少な
くとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有
する半導体膜と、保護膜とを連続成膜し、 その後、ソース/ドレイン電極を形成し、 次いで、低圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理
を行い、 その後、前記ボトムゲート電極および前記ソース/ドレ
イン電極のプラズマクリーニング又はスパッタクリーニ
ングを行うことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方
法。
37. A method of manufacturing a bottom gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, comprising forming a bottom gate electrode on a substrate and supplying at least a source gas to a vacuum container. Applying an electric field equal to or less than a glow discharge start voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and in the vacuum vessel, a protective film on a bottom gate electrode, a bottom gate insulating film, A semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead and a protective film are continuously formed, and then a source / drain electrode is formed. After that, plasma cleaning or sputter cleaning of the bottom gate electrode and the source / drain electrode is performed. Method of manufacturing a thin film semiconductor device.
【請求項38】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してデュアルゲート型TFTを製
造する製造方法であって、 基板上にボトムゲート電極を形成し、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボトム
ゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、少な
くとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有
する半導体膜と、トップゲート絶縁膜とを連続成膜し、 その後、ソース/トップゲート/ドレイン電極を形成
し、 次いで、低圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理
を行い、 その後、前記ボトムゲート電極および前記ソース/トッ
プゲート/ドレイン電極のプラズマクリーニング又はス
パッタクリーニングを行うことを特徴とする薄膜半導体
装置の製造方法。
38. A method for manufacturing a dual gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, wherein a bottom gate electrode is formed on a substrate, and at least a source gas is supplied to a vacuum container. Applying an electric field equal to or less than a glow discharge start voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and in the vacuum vessel, a protective film on a bottom gate electrode, a bottom gate insulating film, A semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead, and a top gate insulating film are continuously formed, and then a source / top gate / drain electrode is formed. Then, a water vapor annealing treatment is performed, and thereafter, the bottom gate electrode and the source / top gate / drain electrode are subjected to plasma cleaning or Method of manufacturing a thin film semiconductor device which is characterized in that the sputter cleaning.
【請求項39】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してトップゲート型TFTを製造
する製造方法であって、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、基板上
に、保護膜と、少なくとも錫,ゲルマニウム,鉛のいず
れか一つ以上を含有する半導体膜と、ゲート絶縁膜と、
を連続成膜し、 その後、前記半導体膜をレーザーアニール処理して多結
晶半導体膜とし、 次いでソース/トップゲート/ドレイン電極を形成し、 次いで低圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理を
行い、 その後、前記ソース/トップゲート/ドレイン電極のプ
ラズマクリーニング又はスパッタクリーニングを行うこ
とを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
39. A manufacturing method for manufacturing a top gate type TFT using bias catalyst CVD or high-density bias catalyst CVD, wherein at least a raw material gas is supplied to a vacuum container, and the material is disposed in the vacuum container. An electric field equal to or lower than the glow discharge starting voltage is applied between the substrate and the electrode, and a protective film and a semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead are formed on the substrate in the vacuum container. And a gate insulating film;
Then, the semiconductor film is laser-annealed into a polycrystalline semiconductor film, then a source / top gate / drain electrode is formed, and then a steam annealing process is performed at a low pressure and a high temperature or a high pressure and a high temperature. Performing a plasma cleaning or a sputter cleaning of the source / top gate / drain electrodes.
【請求項40】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してボトムゲート型TFTを製造
する製造方法であって、 基板上にボトムゲート電極を形成し、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボトム
ゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、少な
くとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有
する半導体膜と、保護膜とを連続成膜し、 その後で、前記半導体膜をレーザーアニール処理して多
結晶半導体膜とし、 次いでソース/ドレイン電極を形成し、 次いで低圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理を
行い、 その後、前記ボトムゲート電極および前記ソース/ドレ
イン電極のプラズマクリーニング又はスパッタクリーニ
ングを行うことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方
法。
40. A method of manufacturing a bottom gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, comprising forming a bottom gate electrode on a substrate and supplying at least a source gas to a vacuum container. Applying an electric field equal to or less than a glow discharge start voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and in the vacuum vessel, a protective film on a bottom gate electrode, a bottom gate insulating film, A semiconductor film containing at least one of tin, germanium, and lead and a protective film are continuously formed, and thereafter, the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film. Forming an electrode, and then performing a steam annealing process at a low pressure and a high temperature or a high pressure and a high temperature. Thereafter, the bottom gate electrode and the source / drain electrode A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising performing plasma cleaning or sputter cleaning.
【請求項41】 バイアス触媒CVDまたは高密度バイ
アス触媒CVDを利用してデュアルゲート型TFTを製
造する製造方法であって、 基板上にボトムゲート電極を形成し、 真空容器に少なくとも原料ガスを供給し、前記真空容器
中に配置された前記基板と電極との間にグロー放電開始
電圧以下の電界を印加して、前記真空容器中で、ボトム
ゲート電極上に保護膜と、ボトムゲート絶縁膜と、少な
くとも錫,ゲルマニウム,鉛のいずれか一つ以上を含有
する半導体膜と、トップゲート絶縁膜とを連続成膜し、 その後、前記半導体膜をレーザーアニール処理して多結
晶半導体膜とし、 次いで、ソース/トップゲート/ドレイン電極を形成
し、 次いで、低圧高温又は高圧高温で、水蒸気アニール処理
を行い、 その後、前記ボトムゲート電極および前記ソース/トッ
プゲート/ドレイン電極のプラズマクリーニング又はス
パッタクリーニングを行うことを特徴とする薄膜半導体
装置の製造方法。
41. A method for manufacturing a dual gate type TFT using a bias catalyst CVD or a high density bias catalyst CVD, comprising forming a bottom gate electrode on a substrate and supplying at least a source gas to a vacuum container. Applying an electric field equal to or less than a glow discharge start voltage between the substrate and the electrode disposed in the vacuum vessel, and in the vacuum vessel, a protective film on a bottom gate electrode, a bottom gate insulating film, A semiconductor film containing at least one of tin, germanium and lead and a top gate insulating film are successively formed, and then the semiconductor film is subjected to laser annealing to form a polycrystalline semiconductor film. / Top gate / drain electrodes are formed, and then steam annealing is performed at a low pressure and a high temperature or a high pressure and a high temperature. And performing a plasma cleaning or a sputter cleaning of the source / top gate / drain electrodes.
【請求項42】 前記バイアス触媒CVDまたは高密度
バイアス触媒CVDを、バイアス減圧CVDまたはバイ
アス常圧CVDとしたことを特徴とする請求項30,3
1,32,36,37,38,39,40,41いずれ
か記載の薄膜半導体装置の製造方法。
42. The bias catalyst CVD or the high-density bias catalyst CVD is a bias reduced pressure CVD or a bias normal pressure CVD.
41. The method for manufacturing a thin-film semiconductor device according to any one of 1, 32, 36, 37, 38, 39, 40, and 41.
【請求項43】 前記真空容器に水素を含むキャリアガ
スを常時供給し、該供給されたキャリアガスで発生した
活性化水素イオンHで前記基板上をクリーニングする
クリーニング工程を備え、 前記膜の成膜と前記クリーニング工程とを繰り返し、或
いは前記クリーニング工程の後で前記膜の成膜を繰り返
すことを特徴とする請求項30,31,32,36,3
7,38,39,40,41いずれか記載の薄膜半導体
装置の製造方法。
43. A cleaning step of constantly supplying a carrier gas containing hydrogen to the vacuum vessel, and cleaning the substrate with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas. The film and the cleaning step are repeated, or the film formation of the film is repeated after the cleaning step.
42. The method for manufacturing a thin-film semiconductor device according to any one of 7, 38, 39, 40, and 41.
【請求項44】 前記真空容器に水素を含むキャリアガ
スを供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性
化水素イオンHで前記基板上をクリーニングするクリ
ーニング工程と、 前記キャリアガスの供給を、前記膜を形成する前,途
中,後の少なくとも一つで増減する工程と、 前記膜の形成と、を行うことを特徴とする請求項30,
31,32,36,37,38,39,40,41いず
れか記載の薄膜半導体装置の製造方法。
44. A cleaning step of supplying a carrier gas containing hydrogen to the vacuum vessel, and cleaning the substrate with activated hydrogen ions H * generated by the supplied carrier gas; and supplying the carrier gas. 31. The method according to claim 30, further comprising: performing a step of increasing / decreasing at least one of before, during, and after forming the film; and forming the film.
31. The method for manufacturing a thin-film semiconductor device according to any one of 31, 32, 36, 37, 38, 39, 40, and 41.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013526062A (en) * 2010-04-30 2013-06-20 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Twin chamber processing system with common vacuum pump
JP2013530516A (en) * 2010-04-30 2013-07-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Twin chamber processing system
JP2014035862A (en) * 2012-08-08 2014-02-24 Tokyo Electron Ltd Microwave processing method and microwave processor of workpiece

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