JPH0855847A - Method and apparatus for heat treatment of silicon oxide film - Google Patents

Method and apparatus for heat treatment of silicon oxide film

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JPH0855847A
JPH0855847A JP6212032A JP21203294A JPH0855847A JP H0855847 A JPH0855847 A JP H0855847A JP 6212032 A JP6212032 A JP 6212032A JP 21203294 A JP21203294 A JP 21203294A JP H0855847 A JPH0855847 A JP H0855847A
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heat treatment
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silicon oxide
oxide film
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舜平 山崎
Mitsunori Sakama
光範 坂間
Tomohiko Sato
友彦 佐藤
Satoshi Teramoto
聡 寺本
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
Shigefumi Sakai
重史 酒井
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Abstract

PURPOSE:To denature a silicon oxide film which is sufficient for use as a gate insulating film by a method wherein the silicon oxide film heated to a temperature in a specific temperature range is irradiated with ultraviolet rays in a hydrogen nitride atmosphere. CONSTITUTION:A silicon oxide film as a substratum is formed on a substrate 105, and an amorphous silicon film is formed. After that, a heating treatment is executed in an N2 atmosphere, and the amorphous silicon film is crystallized. The crystallized silicon film is etched, an island-shaped region is formed, and a silicon oxide film as a gate insulating film is formed. The substrate 105 is placed on a substrate holder 104 in which a heater has been installed at the lower part. Then, NH3 is introduced into a chamber 101 from a gas introduction system 107, and a heating treatment is executed at a temperature of 300 to 700 deg.C while ultraviolet rays are being emitted from an ultraviolet light source 106 in a substantially 100-% NH, atmosphere in which the pressure at the inside of the chamber is set at atmospheric pressure. Thereby, it is possible to obtain the silicon oxide film whose durability is good, which is not degraded and which is excellent in a characteristic.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板、
あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設けら
れ、PVD法やCVD法によって形成された酸化珪素膜
をゲイト絶縁膜として用いる半導体装置、例えば、薄膜
トランジスタ(TFT)または、それを応用した薄膜集
積回路、特にアクティブ型液晶表示装置(液晶ディスプ
レー)用薄膜集積回路の作製方法に関し、特に、良好な
特性のゲイト絶縁膜を得るためのゲイト絶縁膜の加熱処
理方法および加熱処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an insulating substrate such as glass,
Alternatively, a semiconductor device using a silicon oxide film formed by a PVD method or a CVD method as a gate insulating film provided on an insulating coating formed on various substrates, for example, a thin film transistor (TFT) or a thin film to which the thin film is applied The present invention relates to a method for manufacturing an integrated circuit, in particular, a thin film integrated circuit for an active liquid crystal display device (liquid crystal display), and more particularly to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for a gate insulating film to obtain a gate insulating film having good characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にTFTを
有する半導体装置、例えば、TFTを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。これらの装置に用いられるTFTには、
薄膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状
の珪素半導体としては、非晶質珪素半導体からなるもの
と結晶性を有する珪素半導体からなるものの2つに大別
される。非晶質珪素半導体は作製温度が低く、気相法で
比較的容易に作製することが可能で量産性に富むため、
もっとも一般的に用いられているが、導電率等の物性が
結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、今後、よ
り高速性を得るためには結晶性を有する珪素半導体から
なるTFTの作製方法の確立が強く求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices having TFTs on an insulating substrate such as glass, for example, active type liquid crystal display devices using TFTs for driving pixels and image sensors have been developed. TFTs used in these devices include
Generally, a thin film silicon semiconductor is used. The thin film silicon semiconductor is roughly classified into two types, that is, an amorphous silicon semiconductor and a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors have a low production temperature, can be produced relatively easily by the vapor phase method, and have high mass productivity.
Although most commonly used, the physical properties such as conductivity are inferior to those of crystalline silicon semiconductors. Therefore, in order to obtain higher speed in the future, a method of manufacturing a TFT made of crystalline silicon semiconductors. There is a strong demand for establishment.

【0003】移動度の小さな非晶質珪素を用いたTFT
の場合には、ゲイト絶縁膜の特性はあまり問題とならな
かった。例えば、非晶質珪素を用いたTFTでは、ゲイ
ト絶縁膜として酸化珪素よりも電気的特性に劣る窒化珪
素膜が用いられる。しかし、移動度の高い結晶性の珪素
膜を用いたTFTでは、珪素膜自体の特性を同じくらい
ゲイト絶縁膜の特性が大きな問題であった。ゲイト絶縁
膜として好ましいものとしては熱酸化膜がある。例え
ば、石英基板のように高温に耐える基板上であれば、熱
酸化法を用いてゲイト絶縁膜を得ることができた。(例
えば、特公平3−71793)
TFT using amorphous silicon having low mobility
In this case, the characteristics of the gate insulating film did not pose a problem. For example, in a TFT using amorphous silicon, a silicon nitride film having electric characteristics inferior to that of silicon oxide is used as a gate insulating film. However, in a TFT using a crystalline silicon film having a high mobility, the characteristics of the gate insulating film are a big problem as much as the characteristics of the silicon film itself. A thermal oxide film is preferable as the gate insulating film. For example, a gate insulating film could be obtained by using a thermal oxidation method on a substrate such as a quartz substrate that can withstand high temperatures. (For example, Japanese Patent Publication No. 3-71793)

【0004】熱酸化法によって、ゲイト絶縁膜として使
用するに足る酸化珪素膜を得るには、950℃以上の高
温が必要であった。しかしながら、このような高温処理
に耐えうる基板材料は石英の他にはなく、石英基板は高
価であり、かつ、融点が高いために大面積化が困難であ
るという問題があった。しかし、より安価なガラス基板
材料は、歪み点が750℃以下、一般的には550〜6
50℃で、通常の方法で熱酸化膜を得るだけの高温に基
板が耐えないという問題があった。そのため、より低温
で形成できる物理的気相成長法(PVD法、例えばスパ
ッタ法)や化学的気相成長法(CVD法、例えばプラズ
マCVD法、光CVD法等)によってゲイト絶縁膜が形
成された。
A high temperature of 950 ° C. or higher is required to obtain a silicon oxide film that can be used as a gate insulating film by the thermal oxidation method. However, there is a substrate material other than quartz that can withstand such a high-temperature treatment, and the quartz substrate is expensive and has a problem that it is difficult to increase the area because it has a high melting point. However, the cheaper glass substrate materials have a strain point of 750 ° C. or lower, generally 550 to 6
There has been a problem that the substrate cannot withstand the high temperature at 50 ° C. for obtaining a thermal oxide film by a usual method. Therefore, the gate insulating film is formed by a physical vapor deposition method (PVD method, for example, sputtering method) or a chemical vapor deposition method (CVD method, for example, plasma CVD method, optical CVD method) that can be formed at a lower temperature. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、PVD
法、CVD法によって作製した絶縁膜は不対結合手や水
素の濃度が高く、また、界面特性も良くなかった。その
ため、ホットキャリヤ等の注入に対しても弱く、不対結
合手や水素が原因となり、電荷捕獲中心が形成されやす
かった。このため、TFTのゲイト絶縁膜として用いた
場合に電界移動度やサブスレシュホールド特性値(S
値)が、良くないという問題点、あるいはゲイト電極の
リーク電流が多く、オン電流の低下(劣化・経時変化)
が甚だしいという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, PVD
The insulating film formed by the CVD method or the CVD method had a high concentration of dangling bonds or hydrogen, and had poor interface characteristics. Therefore, it is weak against injection of hot carriers and the like, and is likely to form charge trap centers due to dangling bonds and hydrogen. Therefore, when it is used as a gate insulating film of a TFT, the electric field mobility and the subthreshold characteristic value (S
Value) is not good, or the leak current of the gate electrode is large, and the ON current decreases (deterioration / aging)
However, there was a problem that it was huge.

【0006】例えば、PVD法であるスパッタ法を用い
る場合には、高純度の酸素と珪素からなる合成石英をタ
ーゲットとすれば、原理的には酸素と珪素の化合物の被
膜のみが形成される。しかし、得られる被膜の酸素と珪
素の比率が化学量論比に近く、かつ、不対結合手の少な
い酸化珪素膜を得ることは極めて難しかった。例えば、
スパッタガスとして酸素が好ましかった。しかし、酸素
は原子量が小さく、スパッタ速度(堆積速度)が小さ
く、量産を考慮すると、スパッタガスとしては不適切で
あった。また、アルゴン等の雰囲気においては、十分な
成膜速度が得られたものの、酸素と珪素の比率が化学量
論比と異なり、ゲイト絶縁膜としては極めて不適当なも
のであった。
For example, in the case of using the sputtering method which is the PVD method, if synthetic quartz composed of high-purity oxygen and silicon is used as a target, in principle only a film of a compound of oxygen and silicon is formed. However, it was extremely difficult to obtain a silicon oxide film in which the ratio of oxygen to silicon in the obtained coating is close to the stoichiometric ratio and the number of dangling bonds is small. For example,
Oxygen was the preferred sputter gas. However, oxygen has a small atomic weight and a low sputtering rate (deposition rate), and is unsuitable as a sputtering gas in consideration of mass production. Further, in an atmosphere of argon or the like, although a sufficient film formation rate was obtained, the ratio of oxygen and silicon was different from the stoichiometric ratio, and it was extremely inappropriate as a gate insulating film.

【0007】さらに、スパッタ雰囲気をどのようにして
も珪素の不対結合手を低減することは難しく、成膜後に
水素雰囲気での加熱処理をおこなうことによって、珪素
の不対結合手Si・もしくはSiO・をSi−H、Si
−OHとして、安定化させることが必要であった。しか
しながら、Si−H、Si−OH結合は不安定で、加速
した電子によって、容易に切断され、もとの珪素の不対
結合手に変化してしまった。このような弱い結合Si−
H、Si−OHの存在が上述のホットキャリヤ注入によ
る劣化の要因となったものである。同様にプラズマCV
D法を用いて作製された酸化珪素膜にもSi−H、Si
−OHの形で多くの水素が含有されており、不対結合手
も多く、上記の問題の源泉となっていた。本発明は、上
記の問題を解決する手段を提供するものである。
Further, it is difficult to reduce the dangling bonds of silicon whatever the sputtering atmosphere is, and by performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere after the film formation, the dangling bonds of silicon Si.・ Si-H, Si
It was necessary to stabilize it as -OH. However, the Si-H and Si-OH bonds are unstable, and are easily broken by the accelerated electrons and converted into the original dangling bonds of silicon. Such weak bond Si-
The presence of H and Si—OH is a factor that causes the deterioration due to the hot carrier injection. Similarly, plasma CV
The silicon oxide film formed by the D method also has Si-H and Si.
Since a large amount of hydrogen was contained in the form of -OH and there were many unpaired bonds, it was a source of the above problems. The present invention provides means for solving the above problems.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】酸化珪素膜、例えば、熱
酸化法によって形成された酸化珪素膜をアンモニア(N
3 )、ヒドラジン(N2 4 )等の窒化水素の雰囲気
中において、900℃以上の加熱処理を施すことによっ
て、窒化されて不対結合が低減することにより、酸化珪
素膜中の窒素濃度が高くなり、ゲイト絶縁膜として理想
的な酸化珪素膜を得られることが知られている。
A silicon oxide film, for example, a silicon oxide film formed by a thermal oxidation method is replaced with ammonia (N
H 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ) and the like are subjected to heat treatment at a temperature of 900 ° C. or higher in an atmosphere of hydrogen nitride to reduce nitridation and reduce unpaired bonds. It is known that the silicon oxide film becomes higher and an ideal silicon oxide film can be obtained as a gate insulating film.

【0009】しかし、この際におこなわれる加熱処理
は、温度が900℃以上と高いため、石英基板のように
歪み点が高い基板においてのみ可能なプロセスであっ
た。そのため、歪み点が750℃以下、代表的には55
0〜650℃の各種ガラス基板を用いてTFTを形成す
る低温プロセスにおいては、この加熱処理を導入するこ
とはできなかった。
However, the heat treatment performed at this time is a process that can be performed only on a substrate having a high strain point such as a quartz substrate because the temperature is as high as 900 ° C. or higher. Therefore, the strain point is 750 ° C or lower, typically 55
This heat treatment could not be introduced in the low temperature process of forming a TFT using various glass substrates at 0 to 650 ° C.

【0010】本発明者らは、この反応の低温化について
研究を進め、NH3 またはN2 4雰囲気中における加
熱処理の際に、紫外光を照射することによって、300
〜700℃、好ましくは500〜600℃の加熱処理
で、900℃以上の加熱処理をおこなったのと同様の効
果が得られることを見出した。この際、使用される紫外
光の波長としては100〜350nm、好ましくは15
0〜300nmとする。
The inventors of the present invention proceeded with research on lowering the temperature of this reaction, and by irradiating with ultraviolet light during the heat treatment in an NH 3 or N 2 H 4 atmosphere, 300
It was found that the same effect as the heat treatment at 900 ° C. or higher can be obtained by the heat treatment at −700 ° C., preferably 500 to 600 ° C. At this time, the wavelength of the ultraviolet light used is 100 to 350 nm, preferably 15
It is set to 0 to 300 nm.

【0011】本発明の第1は、PVD法あるいはCVD
法によって形成された酸化珪素膜に対して、NH3 、ま
たはN2 4 等の窒化水素雰囲気において、300〜7
00℃、好ましくは500〜600℃で加熱処理を施す
と同時に紫外光照射をおこなうことによって、ゲイト絶
縁膜として用いるに十分な酸化珪素膜に改質することを
特徴とする。
The first aspect of the present invention is the PVD method or CVD.
The silicon oxide film formed by the method is subjected to 300 to 7 in a hydrogen nitride atmosphere such as NH 3 or N 2 H 4.
A heat treatment is performed at 00 ° C., preferably 500 to 600 ° C., and at the same time, irradiation with ultraviolet light is performed to modify the silicon oxide film to be sufficient as a gate insulating film.

【0012】窒化水素雰囲気における加熱処理の時間
は、酸化珪素膜の特性・加熱処理温度・紫外光の強度等
に依存するが、量産性を考慮すると30分〜6時間とす
ることが望ましい。また、加熱処理工程における基板温
度の上昇あるいは下降の速度は本発明を実施するものが
決定すればよいのであるが、量産性を考慮した場合、5
〜30℃/minの速度で、昇温または冷却することが
望ましい。また、この昇温・冷却の際には窒素雰囲気で
おこなってもよい。
The time of the heat treatment in the hydrogen nitride atmosphere depends on the characteristics of the silicon oxide film, the heat treatment temperature, the intensity of the ultraviolet light, etc., but it is preferably 30 minutes to 6 hours in consideration of mass productivity. In addition, the rate of rise or fall of the substrate temperature in the heat treatment step may be determined depending on the embodiment of the present invention.
It is desirable to raise or cool the temperature at a rate of -30 ° C / min. Further, the temperature raising / cooling may be performed in a nitrogen atmosphere.

【0013】本発明においては、例えば、PVD法とし
てはスパッタ法、CVD法としては、プラズマCVD
法、減圧CVD法、大気圧CVD法を用いればよい。そ
の他の成膜方法も用いることが可能である。また、プラ
ズマCVD法もしくは減圧CVD法としては、TEOS
を原料とする方法を用いてもよい。前者の場合において
は、TEOSと酸素を原料として基板温度200〜50
0℃で堆積させればよい。後者の場合においては、TE
OSとオゾンを原料として、比較的低温(例えば、37
5℃±20℃)で、プラズマによるダメージの無い酸化
珪素膜を得ることができる。同様に減圧CVD法を用い
て、モノシラン(SiH4 )と酸素ガス(O2 )を主た
る原料としても、活性層へのプラズマダメージを与える
こと無く酸化珪素膜を得ることができる。また、プラズ
マCVD法のうち、ECR(電子サイクロトロン共鳴)
条件の放電を用いる、ECR−CVD法は、プラズマに
よるダメージが小さいので、より良好なゲイト絶縁膜を
形成することができる。
In the present invention, for example, the PVD method is a sputtering method, and the CVD method is a plasma CVD method.
Method, low pressure CVD method, or atmospheric pressure CVD method may be used. Other film forming methods can also be used. Further, as the plasma CVD method or the low pressure CVD method, TEOS is used.
You may use the method made from. In the former case, the substrate temperature is 200 to 50 using TEOS and oxygen as raw materials.
It may be deposited at 0 ° C. In the latter case, TE
Using OS and ozone as raw materials, the temperature is relatively low (for example, 37
At 5 ° C. ± 20 ° C.), a silicon oxide film free from plasma damage can be obtained. Similarly, by using the low pressure CVD method, even when monosilane (SiH 4 ) and oxygen gas (O 2 ) are the main raw materials, a silicon oxide film can be obtained without causing plasma damage to the active layer. Among plasma CVD methods, ECR (electron cyclotron resonance)
Since the ECR-CVD method using discharge under the condition causes less damage due to plasma, a better gate insulating film can be formed.

【0014】本発明の第2は、上記工程をおこなうに適
切な加熱処理装置に関するもので、加熱処理のためのチ
ャンバーと、加熱処理をおこなう前の基板および加熱処
理後の基板をセットする予備室と、基板を移送するため
の搬送機が備えてある前室とを有し、前記チャンバーに
は、基板を加熱するヒーターを備えた基板ホルダーが備
えてあり、前記基板を加熱するためのチャンバーの外部
もしくは内部に、基板に紫外光を照射するための光源が
取りつけられていることを特徴とする加熱処理装置であ
る。
A second aspect of the present invention relates to a heat treatment apparatus suitable for performing the above-mentioned steps, which is a chamber for heat treatment, and a preparatory chamber for setting a substrate before heat treatment and a substrate after heat treatment. And a front chamber provided with a carrier for transferring the substrate, the chamber is provided with a substrate holder provided with a heater for heating the substrate, and a chamber for heating the substrate is provided. The heat treatment apparatus is characterized in that a light source for irradiating the substrate with ultraviolet light is attached to the outside or inside.

【0015】この装置においては、より生産性を向上さ
せるために、チャンバー内部の基板ホルダーを、耐熱性
のメタルで構成された概略コンベアー状の搬送装置にし
て、基板を移動させながら加熱処理がおこなえるように
してもよい。また、基板を加熱するためのチャンバー内
部の基板ホルダーを、耐熱性のメタルで構成された概略
コンベアー状の搬送装置にして、複数枚の基板を取りつ
けて一度に加熱処理がおこなえるようにしてもよい。さ
らには、概略コンベアー状の搬送装置の下部にヒーター
を設けてもよい。
In this apparatus, in order to further improve the productivity, the substrate holder inside the chamber is made into a roughly conveyor-shaped carrier made of heat-resistant metal, and the heat treatment can be performed while moving the substrate. You may do it. Further, the substrate holder inside the chamber for heating the substrates may be a conveyor-like transfer device made of heat-resistant metal so that a plurality of substrates can be attached and heat treatment can be performed at once. . Further, a heater may be provided below the roughly conveyor-shaped transport device.

【0016】本発明の他の装置は、円柱状のチャンバー
を有し、前記円柱状のチャンバーの周囲には、基板を加
熱するためのヒーターが設けられており、前記円柱状の
チャンバーの中心部には、基板に紫外光を照射するため
の光源が設けられており、前記円柱状のチャンバーの内
壁に沿うようにして基板を取りつける構造を有するもの
である。かくすることにより、紫外光を有効に利用する
ことができ、生産性を向上せしめることができる。
Another apparatus of the present invention has a cylindrical chamber, and a heater for heating a substrate is provided around the cylindrical chamber, and the central portion of the cylindrical chamber is provided. Is provided with a light source for irradiating the substrate with ultraviolet light, and has a structure for mounting the substrate along the inner wall of the cylindrical chamber. By doing so, the ultraviolet light can be effectively used and the productivity can be improved.

【0017】[0017]

【作用】CVD法もしくはPVD法によって成膜した酸
化珪素膜をNH3 もしくはN24 雰囲気中で900℃
以上の加熱処理をおこなうと、窒素によって不対結合手
が埋められたり、酸化珪素膜中のSi−H結合やSi−
OH結合が窒化され、Si≡N、あるいはSi2 =N−
H結合に変化し、酸化珪素膜中の窒素が増加する。特に
この反応は酸化珪素と珪素の界面で進行しやすく、結果
として窒素は酸化珪素−珪素界面に集中する。このよう
な手段で界面付近に集中して添加される窒素の量は、酸
化珪素膜の平均的な濃度の10倍以上になる。酸化珪素
中に0.1〜10原子%、代表的には、1〜5原子%の
窒素を含有せしめるとゲイト絶縁膜として好ましい。
[Function] A silicon oxide film formed by a CVD method or a PVD method is heated to 900 ° C. in an NH 3 or N 2 H 4 atmosphere.
When the above heat treatment is carried out, the unpaired bonds are filled with nitrogen, Si--H bonds in the silicon oxide film and Si--
When the OH bond is nitrided, Si≡N or Si 2 ═N−
The H-bond is changed to increase nitrogen in the silicon oxide film. In particular, this reaction easily proceeds at the interface between silicon oxide and silicon, and as a result, nitrogen is concentrated at the silicon oxide-silicon interface. The amount of nitrogen concentratedly added near the interface by such means is 10 times or more the average concentration of the silicon oxide film. It is preferable for the gate insulating film to contain 0.1 to 10 atomic%, typically 1 to 5 atomic% of nitrogen in silicon oxide.

【0018】この結果、ゲイト絶縁膜と活性層の界面に
おける不対結合手や、結合が弱く、ホットキャリヤによ
って簡単に分断されるSi−H結合やSi−OH結合
が、結合の強固なSi≡N結合、Si2 =N−O結合等
に置き換えられ、ホットキャリヤによる化学状態の変動
が極めて小さくなる。
As a result, an unpaired bond at the interface between the gate insulating film and the active layer, or a Si—H bond or a Si—OH bond that is weakly bonded and easily broken by hot carriers, has a strong bond. It is replaced with N bond, Si 2 ═N—O bond, etc., and the change in chemical state due to hot carriers becomes extremely small.

【0019】このように、酸化珪素膜中、特に、珪素膜
との界面付近の不対結合手やSi−H結合やSi−OH
結合が窒化されることにより、ホットキャリヤに対する
耐性が向上し、TFTのゲイト絶縁膜として用いた場合
の電界移動度やサブスレシュホールド特性値(S値)が
向上し、オン電流の低下(劣化・経時変化)を防止する
上で格段の効果が生じた。
As described above, in the silicon oxide film, especially in the vicinity of the interface with the silicon film, dangling bonds, Si--H bonds and Si--OH.
By nitriding the bond, the resistance to hot carriers is improved, the electric field mobility and the subthreshold characteristic value (S value) when used as a gate insulating film of a TFT are improved, and the on-current decreases (deterioration / deterioration). A significant effect was brought about in preventing (change with time).

【0020】以上のような反応は900℃以上の加熱処
理においてのみ進行した。これは、主としてNH3 、お
よびN2 4 を分解するのに要する温度が900℃以上
であるためと推定される。しかし、紫外光の照射を併用
するとその温度を低下させることができた。この際、使
用される紫外光の波長としては100〜350nm、好
ましくは150〜300nmとする。これは、紫外光に
よってNH3 、およびN2 4 が分解されるのことによ
り、300〜700℃、好ましくは、500〜600℃
の加熱処理においても上記と同等な反応が可能となった
ものと推定される。また、紫外光の照射された酸化珪素
膜においては、特に不対結合手やSi−H結合、Si−
OH結合が紫外光を吸収しやすく、この結果、このよう
な部分が化学的に励起された状態となり、化学反応が促
進されたためとも考えられる。
The above reaction proceeded only in the heat treatment at 900 ° C. or higher. It is estimated that this is because the temperature required for decomposing NH 3 and N 2 H 4 is 900 ° C. or higher. However, it was possible to lower the temperature by using UV irradiation together. At this time, the wavelength of the ultraviolet light used is 100 to 350 nm, preferably 150 to 300 nm. This is because NH 3 and N 2 H 4 are decomposed by ultraviolet light, and thus 300 to 700 ° C., preferably 500 to 600 ° C.
It is presumed that even in the heat treatment of 1, the reaction equivalent to the above became possible. Further, in the silicon oxide film irradiated with ultraviolet light, particularly, dangling bonds, Si-H bonds, Si-
It is also considered that the OH bond easily absorbs the ultraviolet light, and as a result, such a portion is chemically excited and the chemical reaction is promoted.

【0021】本発明をスパッタ法によって成膜した酸化
珪素膜(特に、スパッタ雰囲気をアルゴン等とすること
により、酸素濃度が化学量論比より少ない酸化珪素膜)
に適用した場合には特に効果が顕著である。すなわち、
このような膜は不対結合手が多いのであるが、NH3
2 4 等の窒化水素の雰囲気において、紫外光を照射
しつつ、300〜700℃、好ましくは、500〜60
0℃で加熱処理することにより、不対結合手を窒化し、
化学量論比に対して不足している酸素の代わりに窒素を
結合させて、不対結合手の少ない酸化窒化膜とすること
ができる。
A silicon oxide film formed according to the present invention by a sputtering method (particularly, a silicon oxide film having an oxygen concentration lower than a stoichiometric ratio by using argon or the like as a sputtering atmosphere).
The effect is particularly remarkable when applied to. That is,
Although such a film has many unpaired bonds, NH 3 ,
In an atmosphere of hydrogen nitride such as N 2 H 4 , 300 to 700 ° C., preferably 500 to 60, while irradiating with ultraviolet light.
By heat treatment at 0 ° C, nitriding dangling bonds,
Nitrogen can be bonded instead of oxygen, which is insufficient with respect to the stoichiometric ratio, to form an oxynitride film with few unpaired bonds.

【0022】上記のことはスパッタ法による酸化珪素膜
の成膜が不利でないことを示すものである。すなわち、
従来、スパッタ法によって酸化珪素膜を形成するには、
組成を化学量論比に近づけるため、限られた条件の雰囲
気でしかおこななかった。例えば、雰囲気として、酸素
とアルゴンの混合雰囲気の系を考えると、酸素/アルゴ
ン>1という条件を満たすことが必要で、好ましくは、
純粋な酸素雰囲気でおこなうことが望まれた。そのた
め、成膜速度が低く、量産に適さなかった。また、酸素
は反応性のガスであり、真空装置、チャンバー等が酸化
されることも問題であった。
The above shows that the formation of the silicon oxide film by the sputtering method is not disadvantageous. That is,
Conventionally, to form a silicon oxide film by a sputtering method,
In order to bring the composition close to the stoichiometric ratio, it was performed only in an atmosphere of limited conditions. For example, considering a system of a mixed atmosphere of oxygen and argon as the atmosphere, it is necessary to satisfy the condition of oxygen / argon> 1, and preferably,
It was desired to do it in a pure oxygen atmosphere. Therefore, the film forming rate was low and it was not suitable for mass production. Further, oxygen is a reactive gas, and there is a problem that the vacuum device, the chamber and the like are oxidized.

【0023】しかしながら、本発明によって、化学量論
組成より離れた組成の酸化珪素膜であっても、ゲイト絶
縁膜として用いるに適する酸化珪素膜に変換できるの
で、同じ酸素とアルゴンの混合雰囲気の系においても、
酸素/アルゴン≦1というように、成膜速度に関してよ
り有利な条件で実施することができる。例えば、純粋な
アルゴン雰囲気のように極めて成膜速度が高く、安定し
た条件で成膜することも可能となった。
However, according to the present invention, even a silicon oxide film having a composition deviating from the stoichiometric composition can be converted into a silicon oxide film suitable for use as a gate insulating film, so that the same mixed atmosphere system of oxygen and argon is used. Even in
It can be carried out under more favorable conditions with respect to the film formation rate, such as oxygen / argon ≦ 1. For example, it is possible to form a film under stable conditions with a very high film forming rate as in a pure argon atmosphere.

【0024】このような効果はスパッタ法以外のPVD
法、あるいは各種CVD法によって形成された酸化珪素
膜に対しても得られる。このように、本発明を用いるこ
とにより、300〜700℃という低温でありながら、
PVD法やCVD法によって形成された酸化珪素膜中の
不対結合手を減少させ、窒素の濃度を高めることができ
る。そして、この酸化珪素膜をゲイト絶縁膜とした用い
たTFTは、優れた特性と高い信頼性を示す。
Such an effect is obtained by PVD other than the sputtering method.
Method or a silicon oxide film formed by various CVD methods. As described above, by using the present invention, although the temperature is as low as 300 to 700 ° C.,
The dangling bonds in the silicon oxide film formed by the PVD method or the CVD method can be reduced and the concentration of nitrogen can be increased. The TFT using this silicon oxide film as a gate insulating film exhibits excellent characteristics and high reliability.

【0025】[0025]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例はプラズマCVD法によって形成
した酸化珪素膜に対して、NH3 加熱処理と同時に紫外
光照射をおこなって改質し、これをゲイト絶縁膜として
Nチャネル型TFTを形成した例である。図7に本実施
例のTFTの作製工程を、また、図1に上記の酸化珪素
膜の加熱/紫外光照射処理に用いた装置の概略を示す。
[Embodiment 1] In this embodiment, a silicon oxide film formed by a plasma CVD method is irradiated with ultraviolet light simultaneously with NH 3 heat treatment for modification, and an N channel type TFT is formed using this as a gate insulating film. It is an example. FIG. 7 shows the manufacturing process of the TFT of this embodiment, and FIG. 1 shows an outline of the apparatus used for the heating / ultraviolet light irradiation treatment of the silicon oxide film.

【0026】まず、基板701上に下地の酸化珪素膜7
02をプラズマCVD法によって3000Åに形成し
た。そして、非晶質珪素膜をプラズマCVD法によって
500Åに成膜した。その後、N2 雰囲気中において加
熱処理を施して、非晶質珪素膜を結晶化せしめた。この
とき、非晶質珪素膜の結晶化を促進させるために、ニッ
ケル等の非晶質珪素の結晶化を促進する元素を微量添加
してもかまわない。また、結晶化を向上させるためにレ
ーザーアニールを施してもかまわない。(図7(A))
First, the underlying silicon oxide film 7 is formed on the substrate 701.
02 was formed to 3000 Å by the plasma CVD method. Then, an amorphous silicon film was formed to a thickness of 500 Å by the plasma CVD method. Then, heat treatment was performed in an N 2 atmosphere to crystallize the amorphous silicon film. At this time, in order to promote the crystallization of the amorphous silicon film, a trace amount of an element such as nickel that promotes the crystallization of the amorphous silicon may be added. Further, laser annealing may be performed to improve crystallization. (Figure 7 (A))

【0027】次に、結晶化した珪素膜703をエッチン
グして、島状領域704を形成した。この島状領域70
4はTFTの活性層である。そして、ゲイト絶縁膜とし
て、1000Åの酸化珪素膜705を形成した。本実施
例では、以下に示す第1〜第3の異なる方法によって酸
化珪素膜を作製した。(図7(B))第1はTEOSを
原料とするプラズマCVD法によるものである。これ
は、ベーパライザーによって気化させたTEOSと酸素
を平行平板型の電極を有するチャンバーに導入し、RF
電力(例えば、13.56MHz)を導入して、プラズ
マを発生させ、基板温度200〜500℃、好ましくは
250〜400℃で堆積させた。本実施例では、反応圧
力は4Pa、投入電力を150W、基板温度を350℃
とした。
Next, the crystallized silicon film 703 was etched to form island regions 704. This island region 70
Reference numeral 4 is an active layer of the TFT. Then, a 1000 Å silicon oxide film 705 was formed as a gate insulating film. In this example, a silicon oxide film was produced by the following first to third different methods. (FIG. 7 (B)) The first is a plasma CVD method using TEOS as a raw material. In this method, TEOS and oxygen vaporized by a vaporizer are introduced into a chamber having parallel plate type electrodes, and RF
Electric power (for example, 13.56 MHz) was introduced to generate plasma, and the plasma was deposited at a substrate temperature of 200 to 500 ° C, preferably 250 to 400 ° C. In this embodiment, the reaction pressure is 4 Pa, the input power is 150 W, and the substrate temperature is 350 ° C.
And

【0028】第2はスパッタ法によるものである。これ
は、ターゲットとして合成石英を用い、酸素100%、
1Paの雰囲気において、スパッタすることによって成
膜した。投入電力は350W、基板温度は200℃とし
た。第3はECR−CVD法によるもので、原料ガスと
してモノシラン(SiH4)と酸素を用いた。酸素の代
わりにN2 O、NO、NO2 等の酸化窒素ガスを用いて
もよい。また、このときの成膜条件としては、基板加熱
をおこなわず、マイクロ波(周波数2.45MHz)の
投入電力を400Wとした。
The second method is the sputtering method. This uses synthetic quartz as a target, oxygen 100%,
A film was formed by sputtering in an atmosphere of 1 Pa. Input power was 350 W and substrate temperature was 200 ° C. The third is by the ECR-CVD method, which uses monosilane (SiH 4 ) and oxygen as source gases. Nitrogen oxide gas such as N 2 O, NO, NO 2 may be used instead of oxygen. In addition, as film forming conditions at this time, the substrate was not heated, and the input power of microwave (frequency: 2.45 MHz) was 400 W.

【0029】その後、図1に示す加熱処理装置によっ
て、NH3 雰囲気での加熱処理を施した。図1に示すよ
うに、本実施例に用いた加熱処理装置は、加熱処理をお
こなうためのチャンバー101と、処理前の基板を保管
してある予備室102と、処理後の基板を保管する予備
室103と、搬送機110を備えた前室109から構成
されており、基板111はこれらのチャンバー間を搬送
機110によって移送される。なお、本実施例において
は、チャンバー101においては、一度に一枚の加熱処
理がおこなえる枚葉式となっている。
After that, the heat treatment apparatus shown in FIG. 1 was used to perform heat treatment in an NH 3 atmosphere. As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus used in this embodiment includes a chamber 101 for performing heat treatment, a preparatory chamber 102 for storing unprocessed substrates, and a reserve chamber for storing processed substrates. It is composed of a chamber 103 and a front chamber 109 having a carrier 110, and the substrate 111 is transferred by the carrier 110 between these chambers. In this embodiment, the chamber 101 is of a single-wafer type that can perform one heat treatment at a time.

【0030】また、チャンバー101は、基板105を
加熱するためのヒーターが下部に設けられた基板ホルダ
ー104を有している。さらに、チャンバー101の外
部には、紫外光源106が設けられてある。本実施例に
おいて紫外光源として、低圧水銀ランプ(中心波長24
6nm、および185nm)を使用した。チャンバー1
01の上部で紫外光源106が取りつけられている部分
は、紫外光を取り込むために石英等の紫外光を吸収しな
い素材によって窓が形成されてある。なお、本実施例に
おいては紫外光源はチャンバーの外部に設置されている
が、チャンバーの内部に設置しても構わない。
The chamber 101 also has a substrate holder 104 having a heater for heating the substrate 105 at the bottom. Further, an ultraviolet light source 106 is provided outside the chamber 101. In this embodiment, a low pressure mercury lamp (center wavelength 24
6 nm, and 185 nm) were used. Chamber 1
In the upper part of 01 where the ultraviolet light source 106 is attached, a window is formed by a material such as quartz that does not absorb the ultraviolet light in order to take in the ultraviolet light. Although the ultraviolet light source is installed outside the chamber in this embodiment, it may be installed inside the chamber.

【0031】また、チャンバー101と前室109に
は、排気をおこなうための排気系108とガスを導入す
るためのガス導入系107が設けられている。まず、未
処理の基板を複数枚カセットにセットして、予備室10
2にセットした。そして、基板は搬送機110によって
前室109に移送され、そこで排気系により真空引きし
て前室を減圧してから、既に減圧されている加熱処理用
のチャンバー101に移送されて基板ホルダー104に
設置された。
Further, the chamber 101 and the antechamber 109 are provided with an exhaust system 108 for exhausting gas and a gas introducing system 107 for introducing gas. First, a plurality of unprocessed substrates are set in a cassette, and the preliminary chamber 10
I set it to 2. Then, the substrate is transferred to the front chamber 109 by the carrier 110, and the exhaust system evacuates the front chamber to reduce the pressure in the front chamber 109. Then, the substrate is transferred to the already-decompressed heat treatment chamber 101 and is transferred to the substrate holder 104. It was installed.

【0032】そして、チャンバー101内にガス導入系
107よりNH3 を導入して、チャンバー内部の圧力を
大気圧とした実質的に100%NH3 雰囲気において、
紫外光を照射しながら加熱処理をおこなった。この際、
加熱温度は350〜600℃、例えば500℃とした。
また、処理時間は30分〜6時間、例えば3時間とし
た。
Then, NH 3 is introduced into the chamber 101 from the gas introduction system 107, and in a substantially 100% NH 3 atmosphere in which the pressure inside the chamber is atmospheric pressure,
The heat treatment was performed while irradiating with ultraviolet light. On this occasion,
The heating temperature was 350 to 600 ° C., for example 500 ° C.
The processing time was 30 minutes to 6 hours, for example, 3 hours.

【0033】このような加熱処理をおこなった後、処理
された基板は搬送機110によって前室109に移送さ
れ、その後、処理後の基板を設置する予備室103内の
カセットにセットして、1枚の基板の処理工程が終了し
た。以後、同様の工程を繰り返しおこなった。以上のよ
うにして本発明の加熱処理がなされたが、この結果、N
3 雰囲気中、900℃の加熱処理をおこなったときに
得られた効果と同様の効果が、500℃の加熱処理にお
いて得られた。
After the heat treatment as described above, the processed substrate is transferred to the front chamber 109 by the carrier 110, and then set in the cassette in the preliminary chamber 103 in which the processed substrate is set, The process of processing one substrate is completed. After that, the same process was repeated. The heat treatment of the present invention was performed as described above.
The same effect as that obtained when the heat treatment at 900 ° C. was performed in the H 3 atmosphere was obtained at the heat treatment at 500 ° C.

【0034】つまり、紫外光併用の加熱処理をおこなっ
た試料を2次イオン質量分析法(SIMS)によって分
析した結果、酸化珪素膜中、特に、上記の第1の方法
(TEOSのプラズマCVD法)によって作製した酸化
珪素膜では珪素膜との界面において窒素(N)の量が増
加したことが確認された。同様なことは、第2の方法
(スパッタ法)、第3の方法(ECR−CVD法)によ
って形成された酸化珪素膜についても同様であった。こ
のような組成の酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としては好ま
しいものであった。比較のため、上記第1〜第3の方法
によって形成された酸化珪素膜を図1の装置において、
NH3 の代わりに窒素雰囲気で同じ温度条件で加熱して
も、窒素の濃度において変化は観察されなかった。
That is, as a result of analyzing the sample which was subjected to the heat treatment combined with the ultraviolet light by the secondary ion mass spectrometry (SIMS), it was found in the silicon oxide film that the above first method (TEOS plasma CVD method) was used. It was confirmed that the amount of nitrogen (N) increased at the interface with the silicon film in the silicon oxide film manufactured by. The same applies to the silicon oxide film formed by the second method (sputtering method) and the third method (ECR-CVD method). The silicon oxide film having such a composition was preferable as the gate insulating film. For comparison, the silicon oxide film formed by the above first to third methods is used in the device of FIG.
No change in the concentration of nitrogen was observed when heating under the same temperature conditions in a nitrogen atmosphere instead of NH 3 .

【0035】その後、厚さ5000Åのアルミニウム
(1wt%のSi、もしくは0.1〜0.3wt%のS
cを含む)膜をスパッタリング法によって形成して、こ
れをエッチングし、ゲイト電極706を形成した。次に
アンモニアでpH≒7に調整した1〜3%の酒石酸のエ
チレングリコール溶液に基板を浸し、白金を陰極、この
アルミニウムのゲイト電極を陽極として、陽極酸化をお
こなった。陽極酸化は、最初一定電流で120Vまで電
圧を上げ、その状態で1時間保持して終了させた。この
ようにして、厚さ1500Åの陽極酸化物を形成した。
Then, aluminum with a thickness of 5000 Å (1 wt% Si, or 0.1-0.3 wt% S
A film (including c) was formed by a sputtering method, and this was etched to form a gate electrode 706. Next, the substrate was immersed in a 1% to 3% ethylene glycol solution of tartaric acid adjusted to pH≈7 with ammonia, and anodization was performed using platinum as a cathode and this aluminum gate electrode as an anode. The anodization was completed by first increasing the voltage to 120 V with a constant current and maintaining the state for 1 hour. Thus, an anodic oxide having a thickness of 1500 Å was formed.

【0036】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜704にゲイト電極706をマスクとして自己
整合的に不純物(ここでは燐)を注入した。この場合の
ドーズ量は1×1014〜5×1015原子/cm2 、加速
電圧は10〜90kV、例えば、ドーズ量を1×1015
原子/cm2 、加速電圧を80kVとした。この結果、
N型不純物領域707が形成された。(図7(C)) さらに、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パ
ルス幅20nsec)を照射して、ドーピングされた不
純物領域707の活性化をおこなった。レーザーのエネ
ルギー密度は200〜400mJ/cm2 、好ましくは
250〜300mJ/cm2 が適当であった。この工程
は、加熱処理によっておこなってもかまわない。
After that, impurities (phosphorus in this case) are implanted in the island-shaped silicon film 704 in a self-aligned manner by the ion doping method using the gate electrode 706 as a mask. In this case, the dose amount is 1 × 10 14 to 5 × 10 15 atoms / cm 2 , the accelerating voltage is 10 to 90 kV, for example, the dose amount is 1 × 10 15.
The atom / cm 2 and the acceleration voltage were 80 kV. As a result,
N-type impurity region 707 was formed. (FIG. 7C) Further, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was irradiated to activate the doped impurity region 707. The energy density of the laser was 200 to 400 mJ / cm 2 , preferably 250 to 300 mJ / cm 2 . This step may be performed by heat treatment.

【0037】次に、層間絶縁膜708として、プラズマ
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ4000Åに成膜し
た。(図7(D)) そして、層間絶縁膜708とゲイト絶縁膜705のエッ
チングをおこない、ソース/ドレインにコンタクトホー
ルを形成した。その後、アルミニウム膜をスパッタリン
グ法によって成膜し、パターニングをおこなってソース
/ドレイン電極709を形成し、Nチャネル型のTFT
を作製した。
Next, as the interlayer insulating film 708, a silicon oxide film was formed to a thickness of 4000 Å by the plasma CVD method. (FIG. 7D) Then, the interlayer insulating film 708 and the gate insulating film 705 were etched to form contact holes in the source / drain. After that, an aluminum film is formed by a sputtering method and patterned to form a source / drain electrode 709, and an N-channel TFT.
Was produced.

【0038】本実施例において作製したTFTの劣化を
評価した。TFTの作製方法はゲイト絶縁膜の作製方法
(第1〜第3のいずれか)およびゲイト絶縁膜の加熱処
理方法(NH3 雰囲気/紫外光照射あり/500℃/3
時間(以上の条件を「NH3雰囲気」と記す)、もしく
は、N2 雰囲気/紫外光照射なし/500℃/3時間
(以上の条件を「N2 雰囲気」と記す)のいずれか)を
下表のように変更した以外は全て同じとした。また、得
られたTFTはドレイン電圧を+14Vに固定し、ゲイ
ト電圧を−17V〜+17Vまで変動させて、ドレイン
電流を測定した。この測定を10回測定し、最初に測定
して得られた電界効果移動度μ0 と10回目に測定して
得られた電界効果移動度μ10を比較し、1−(μ10/μ
0 )を劣化率と定義した。その結果を、下表に示す。
(劣化率の負号は移動度の上昇したことを意味する)
The deterioration of the TFT manufactured in this example was evaluated. The TFT manufacturing method includes a gate insulating film manufacturing method (any one of the first to third methods) and a gate insulating film heat treatment method (NH 3 atmosphere / ultraviolet light irradiation / 500 ° C./3).
Time (either of the above conditions is referred to as "NH 3 atmosphere") or N 2 atmosphere / no ultraviolet light irradiation / 500 ° C / 3 hours (the above conditions are referred to as "N 2 atmosphere") All were the same except that they were changed as shown in the table. The drain voltage of the obtained TFT was fixed at +14 V, and the gate voltage was changed from -17 V to +17 V, and the drain current was measured. This measurement was measured 10 times, and the field-effect mobility μ 0 obtained by the first measurement was compared with the field-effect mobility μ 10 obtained by the 10th measurement, and 1- (μ 10 / μ
0 ) was defined as the deterioration rate. The results are shown in the table below.
(The negative sign of the deterioration rate means that the mobility has increased)

【0039】 試料名 ゲイト絶縁膜成膜法 加熱処理法 劣化率 A−1 第1(TEOSのプラズマCVD) NH3 雰囲気 4.3% A−2 第1(TEOSのプラズマCVD) N2 雰囲気 50.6% B−1 第2(スパッタ法) NH3 雰囲気 −0.8% B−2 第2(スパッタ法) N2 雰囲気 12.5% C−1 第3(ECR−CVD法) NH3 雰囲気 1.2% C−2 第3(ECR−CVD法) N2 雰囲気 21.6%Sample name Gate insulating film forming method Heat treatment method Deterioration rate A-1 1st (TEOS plasma CVD) NH 3 atmosphere 4.3% A-2 1st (TEOS plasma CVD) N 2 atmosphere 50. 6% B-1 2nd (sputtering method) NH 3 atmosphere -0.8% B-2 2nd (sputtering method) N 2 atmosphere 12.5% C-1 3rd (ECR-CVD method) NH 3 atmosphere 1 .2% C-2 a 3 (ECR-CVD method) N 2 atmosphere 21.6 percent

【0040】このように、いずれの試料においても本発
明のNH3 雰囲気において、加熱処理をおこなう際に紫
外光を照射することによって劣化率が著しく低下したこ
とが明らかとなった。また、同様の実験より、NH3
囲気において、加熱処理をおこなう際に紫外光を照射し
なければ、劣化率に対して改善が見られないことも明ら
かになった。
As described above, it was clarified that the deterioration rate was remarkably reduced by irradiating the sample with ultraviolet light during the heat treatment in the NH 3 atmosphere of the present invention in all the samples. Further, from the same experiment, it was also clarified that no improvement was observed in the deterioration rate unless UV light was irradiated during the heat treatment in an NH 3 atmosphere.

【0041】本実施例において作製したTFTは、ゲイ
ト絶縁膜にPVD法やCVD法によって作製した酸化珪
素膜を用いているのにもかかわらず、耐久性がよく劣化
の少ないものが得られ、かつ、特性の優れたものが得ら
れた。これは、本発明によるNH3 雰囲気において紫外
光照射併用の加熱処理を施したことによって、不対結合
手やSi−H、Si−OH結合が窒化されて、酸化珪素
膜中の窒素が増加したことによるものである。
Although the TFT manufactured in this example uses a silicon oxide film manufactured by the PVD method or the CVD method for the gate insulating film, it has good durability and little deterioration, and , The one with excellent characteristics was obtained. This is because the dangling bonds, Si-H, and Si-OH bonds were nitrided by the heat treatment of the present invention combined with ultraviolet light irradiation in the NH 3 atmosphere, and the nitrogen in the silicon oxide film increased. This is due to the fact.

【0042】〔実施例2〕本実施例は、TEOSを原料
としてプラズマCVD法によって、珪素膜上に形成され
た酸化珪素膜を、図2に示す加熱処理装置を用いて、加
熱処理をおこなった例である。本実施例で用いた酸化珪
素膜は実施例の酸化珪素膜705(図7(B)参照)の
第1の方法によって形成した。図2に示すように、本実
施例に用いた加熱処理装置は、実施例1に示した枚葉式
のチャンバーとは異なり、加熱処理をおこなうためのチ
ャンバーのみから構成されていて、一度に複数枚の基板
を処理することができるバッチ式の構造になっている。
[Embodiment 2] In this embodiment, a silicon oxide film formed on a silicon film is subjected to a heat treatment by a plasma CVD method using TEOS as a raw material by using the heat treatment apparatus shown in FIG. Here is an example. The silicon oxide film used in this embodiment was formed by the first method of the silicon oxide film 705 (see FIG. 7B) of the embodiment. As shown in FIG. 2, the heat treatment apparatus used in this example is different from the single-wafer type chamber shown in the first example, and is composed of only a chamber for performing heat treatment, and a plurality of chambers are provided at one time. It has a batch type structure that can process one substrate.

【0043】本実施例のチャンバー201は、円柱状に
なっており、内壁にそって基板203を設置できるよう
になっている。なお、基板203はチャンバー201の
周囲に設けられたヒーター202によって加熱されるよ
うになっている。さらに、すべての基板に等しく紫外光
が照射されるように、チャンバー201内の中央部に紫
外光源204が設けられてある。本実施例において紫外
光源として、低圧水銀ランプ(中心波長246nm、お
よび185nm)を使用した。
The chamber 201 of this embodiment has a columnar shape so that the substrate 203 can be placed along the inner wall thereof. The substrate 203 is heated by a heater 202 provided around the chamber 201. Further, an ultraviolet light source 204 is provided in the center of the chamber 201 so that all the substrates are uniformly irradiated with the ultraviolet light. In this example, a low-pressure mercury lamp (center wavelength: 246 nm and 185 nm) was used as an ultraviolet light source.

【0044】また、チャンバーには、排気をおこなうた
めの排気系206とガスを導入するためのガス導入系2
05が設けられている。本処理装置を用いた処理例につ
いて説明する。基板203をチャンバー201の内壁に
そって、紫外光源204を取り囲むようにしてセットし
た。そして、チャンバー201内にガス導入系よりN2
を導入して、チャンバー内をN2 に置換した。このと
き、排気系206から排気して、チャンバー内が常に一
定の圧力を保つようにした。
In addition, an exhaust system 206 for exhausting gas and a gas introducing system 2 for introducing gas are provided in the chamber.
05 is provided. An example of processing using this processing apparatus will be described. The substrate 203 was set along the inner wall of the chamber 201 so as to surround the ultraviolet light source 204. Then, N 2 is introduced into the chamber 201 from the gas introduction system.
Was introduced to replace the inside of the chamber with N 2 . At this time, air was exhausted from the exhaust system 206 so that the inside of the chamber always maintained a constant pressure.

【0045】次に、チャンバー内がN2 に置換された
ら、ヒーターを加熱して、紫外照射をおこなった。この
際、加熱温度は300〜700℃、例えば500℃とし
た。所定の温度に基板が加熱されたら、N2 をN2 4
で置換して、紫外光を照射した。このとき、処理時間は
30分〜6時間、例えば4時間とした。以上の処理をお
こなった酸化珪素膜を2次イオン質量分析法(SIM
S)によって、分析したところ、初期の酸化珪素膜に含
まれていた窒素濃度よりも窒素が増加し、特に、珪素膜
との界面において窒素の集積が観察された。
Next, when the inside of the chamber was replaced with N 2 , the heater was heated and ultraviolet irradiation was performed. At this time, the heating temperature was 300 to 700 ° C., for example, 500 ° C. When the substrate is heated to a predetermined temperature, N 2 is added to N 2 H 4
It was replaced with and irradiated with ultraviolet light. At this time, the processing time was 30 minutes to 6 hours, for example, 4 hours. The silicon oxide film that has been subjected to the above-mentioned treatment is subjected to secondary ion mass spectrometry (SIM
When analyzed by S), the nitrogen concentration was higher than the nitrogen concentration contained in the initial silicon oxide film, and in particular, the accumulation of nitrogen was observed at the interface with the silicon film.

【0046】〔実施例3〕本実施例は、ターゲットとし
て合成石英を用い、酸素100%雰囲気における、スパ
ッタ法によって珪素膜上に形成された酸化珪素膜を、図
3に示す加熱処理装置を用いて、加熱処理をおこなった
例である。本実施例で用いた酸化珪素膜は実施例の酸化
珪素膜705(図7(B)参照)の第2の方法によって
形成した。
[Embodiment 3] In this embodiment, a synthetic quartz is used as a target, a silicon oxide film formed on a silicon film by a sputtering method in an atmosphere of 100% oxygen is used, and the heat treatment apparatus shown in FIG. 3 is used. In this example, heat treatment is performed. The silicon oxide film used in this example was formed by the second method of the silicon oxide film 705 (see FIG. 7B) of the example.

【0047】図3に示すように、本実施例に用いた加熱
処理装置は、加熱処理をおこなうためのチャンバー30
1と、処理前の基板を保管してある予備室302と、処
理後の基板を保管する予備室303と、搬送機306、
307を備えた前室304、305から構成されてお
り、基板308、309はこれらのチャンバー間を搬送
機306、307によって移送される。なお、本実施例
においては、加熱処理をおこなうためのチャンバーは、
コンベアーによって一度に複数枚の基板が移動して加熱
処理がおこなえるバッチ式になっている。
As shown in FIG. 3, the heat treatment apparatus used in this embodiment has a chamber 30 for performing heat treatment.
1, a preliminary chamber 302 for storing unprocessed substrates, a preliminary chamber 303 for storing processed substrates, and a carrier 306.
It comprises front chambers 304 and 305 provided with 307, and substrates 308 and 309 are transferred between these chambers by transfer machines 306 and 307. In this example, the chamber for performing the heat treatment was
It is a batch type in which multiple substrates can be moved at one time by a conveyor and heat treatment can be performed.

【0048】図4(A)、(B)にチャンバー301内
部の構造を示す。チャンバー301には、基板を移動し
ながら加熱処理がおこなえるように耐熱性のメタルで構
成されているコンベアー401が設けられている。ま
た、コンベアー401の下部には、基板402を加熱す
るためのヒーター406、407、408が設けられて
いる。なお、ヒーターは基板の温度を上昇させる部分4
06と、一定温度で加熱する部分407と、冷却する部
分408との3つの異なるゾーンから構成されている。
さらに、一定温度で加熱する部分のコンベアーの上部に
は、紫外光源409が設けられてある。本実施例におい
て紫外光源として、低圧水銀ランプ(中心波長246n
m、および185nm)を使用した。
FIGS. 4A and 4B show the internal structure of the chamber 301. The chamber 301 is provided with a conveyer 401 made of heat-resistant metal so that heat treatment can be performed while moving the substrate. Further, heaters 406, 407, and 408 for heating the substrate 402 are provided below the conveyor 401. In addition, the heater is the part 4 that raises the temperature of the substrate.
06, a part 407 for heating at a constant temperature, and a part 408 for cooling, which are composed of three different zones.
Further, an ultraviolet light source 409 is provided on the upper portion of the conveyor which is heated at a constant temperature. In this embodiment, a low-pressure mercury lamp (center wavelength: 246n) is used as an ultraviolet light source.
m, and 185 nm) were used.

【0049】また、チャンバー301には、排気をおこ
なうための排気系412、413とガスを導入するため
のガス導入系409、410、411が設けられてい
る。本実施例において、基板を昇温および冷却させる部
分403、405においてはN2 雰囲気中となってお
り、また、紫外光を照射しながら、一定温度で加熱する
部分404においてはNH3 雰囲気中となっているた
め、各部分それぞれにガス導入系が設けられてある。な
お、各ゾーンの境界付近には導入されたガスを排気する
ための排気系412、413が設けられている。この境
界部分に排気系412、413が設けられていることに
よって、各ゾーンでのガスの混合を防いでいる。
Further, the chamber 301 is provided with exhaust systems 412, 413 for exhausting gas and gas introducing systems 409, 410, 411 for introducing gas. In the present embodiment, the portions 403 and 405 for heating and cooling the substrate are in the N 2 atmosphere, and the portion 404 for heating at a constant temperature while irradiating ultraviolet light is in the NH 3 atmosphere. Therefore, each part is equipped with a gas introduction system. In addition, exhaust systems 412 and 413 for exhausting the introduced gas are provided near the boundary of each zone. By providing the exhaust systems 412 and 413 at this boundary portion, gas mixture in each zone is prevented.

【0050】次に作業工程を示す。まず、未処理の基板
を複数枚カセットにセットして、予備室302にセット
した。ここで本実施例においては、未処理の基板をセッ
トするための予備室、および、処理された基板をセット
するための予備室がそれぞれ2室づつあるが、これは流
れ作業をおこなう際に、装置を停止することなく基板を
交換できるようにして、作業の効率を高めるためであ
る。この後、基板は搬送機306によって前室304に
移送され、さらに、加熱処理用のチャンバー301に移
送されてコンベアー401に設置された。このとき、コ
ンベアー401上には基板402が2枚並んで設置され
るようになっている。
Next, working steps will be described. First, a plurality of unprocessed substrates were set in a cassette and set in the preliminary chamber 302. Here, in this embodiment, there are two preparatory chambers for setting the unprocessed substrate and two preparatory chambers for setting the treated substrate, respectively. This is because the substrate can be exchanged without stopping the apparatus and the work efficiency is improved. After that, the substrate was transferred to the front chamber 304 by the carrier 306, further transferred to the chamber 301 for heat treatment, and set on the conveyor 401. At this time, two substrates 402 are arranged side by side on the conveyor 401.

【0051】そして、加熱工程に移るが、コンベアー4
01上における温度勾配を図4(C)に示す。まず加熱
ゾーン403において、基板は5〜30℃/min、例
えば、10℃/minの割合で加熱される。このとき、
ガス導入系409からはN2が導入されていてN2 雰囲
気中において加熱がおこなわれた。
Then, in the heating step, the conveyor 4
The temperature gradient on 01 is shown in FIG. First, in the heating zone 403, the substrate is heated at a rate of 5 to 30 ° C./min, for example, 10 ° C./min. At this time,
N 2 was introduced from the gas introduction system 409, and heating was performed in an N 2 atmosphere.

【0052】その後、基板は一定温度で加熱されるゾー
ン404に移動した。ここでは、コンベアー上に設けら
れた紫外光源より紫外光が照射されながら加熱処理がお
こなわれた。加熱温度は500〜600℃、例えば、5
50℃とした。この際、ガス導入系410からはNH3
が導入されてNH3 雰囲気になっていた。なお、ゾーン
404においては一度に20枚の基板が処理できるよう
になっている。また、1枚の基板がこのゾーンを通過す
るのに要する時間、つまり、1枚の基板が加熱処理され
るのに要する時間は、30分〜6時間、例えば3時間と
した。
The substrate was then moved to zone 404 where it was heated at a constant temperature. Here, the heat treatment was performed while irradiating ultraviolet light from an ultraviolet light source provided on the conveyor. The heating temperature is 500 to 600 ° C., for example, 5
It was set to 50 ° C. At this time, NH 3 is supplied from the gas introduction system 410.
Was introduced to create an NH 3 atmosphere. In the zone 404, 20 substrates can be processed at one time. The time required for one substrate to pass through this zone, that is, the time required for one substrate to be heat-treated was 30 minutes to 6 hours, for example, 3 hours.

【0053】このような加熱処理をおこなった後、冷却
ゾーン405によって250℃まで冷却される。このと
きの冷却速度は、加熱時と同じく5〜30℃/min、
例えば、10℃/minとした。なお、このときガス導
入系411よりN2 を導入してN2 雰囲気とした。その
後、処理された基板は搬送系307によって前室305
に移送され、その後、処理後の基板を設置する予備室3
03内のカセットにセットされ、基板の処理工程が終了
した。
After such heat treatment, the material is cooled to 250 ° C. by the cooling zone 405. The cooling rate at this time is 5 to 30 ° C./min as in the case of heating,
For example, it was set to 10 ° C./min. At this time, N 2 was introduced from the gas introduction system 411 to create an N 2 atmosphere. Then, the processed substrate is transferred to the front chamber 305 by the transfer system 307.
Preliminary chamber 3 where the processed substrate is transferred to
It was set in the cassette in No. 03, and the substrate processing step was completed.

【0054】このようにして、紫外光照射を併用したN
3 雰囲気中での加熱処理がおこなわれたが、実施例1
に示した装置においては1枚の基板を処理するのに、4
時間程度要していたが、本実施例に示す装置を用いるこ
とによって、10数分となり生産性が向上した。以上の
ようにして本発明の加熱処理がなされた。2次イオン質
量分析法(SIMS)による分析の結果、紫外光併用の
加熱処理をおこなった結果、酸化珪素膜中、特に、珪素
膜との界面において窒素の量が増加したことが観察され
た。これは、NH3 雰囲気中で900℃の加熱処理をお
こなったときと同様であった。
In this way, N which is used in combination with ultraviolet light irradiation
Although the heat treatment was performed in an H 3 atmosphere, Example 1
In the equipment shown in Fig. 4, it takes 4 substrates to process one substrate.
Although it took about a time, the use of the apparatus shown in this example improved the productivity to 10 minutes or more. The heat treatment of the present invention was performed as described above. As a result of analysis by secondary ion mass spectrometry (SIMS), it was observed that the amount of nitrogen was increased in the silicon oxide film, particularly at the interface with the silicon film, as a result of heat treatment using ultraviolet light in combination. This was the same as when the heat treatment was performed at 900 ° C. in the NH 3 atmosphere.

【0055】〔実施例4〕本実施例は、原料ガスとして
モノシラン(SiH4 )と酸素を用いたECR−CVD
法によって珪素膜上に形成された酸化珪素膜を、図5に
示す加熱処理装置を用いて、加熱処理をおこなった例で
ある。本実施例で用いた酸化珪素膜は実施例の酸化珪素
膜705(図7(B)参照)の第3の方法によって形成
した。
Example 4 In this example, ECR-CVD using monosilane (SiH 4 ) and oxygen as source gases.
In this example, the silicon oxide film formed on the silicon film by the method is subjected to heat treatment using the heat treatment apparatus shown in FIG. The silicon oxide film used in this embodiment was formed by the third method of the silicon oxide film 705 (see FIG. 7B) of the embodiment.

【0056】図5に示すように、本実施例に用いた加熱
処理装置は、加熱処理をおこなうためのチャンバー50
1と、処理前の基板を保管してある予備室502と、処
理後の基板を保管する予備室503と、搬送機505を
備えた前室504から構成されており、基板506はこ
れらのチャンバー間を搬送機505によって移送され
る。なお、本実施例においては、チャンバー501は、
コンベアーによって一度に複数枚の基板が移動して加熱
処理がおこなえるバッチ式になっている。
As shown in FIG. 5, the heat treatment apparatus used in this embodiment has a chamber 50 for performing heat treatment.
1, a preparatory chamber 502 in which pre-processed substrates are stored, a preparatory chamber 503 in which post-processed substrates are stored, and a pre-chamber 504 provided with a carrier 505. The substrate 506 is these chambers. It is transferred by a carrier 505. In the present embodiment, the chamber 501 is
It is a batch type in which multiple substrates can be moved at one time by a conveyor and heat treatment can be performed.

【0057】図6(A)、(B)にチャンバー501内
部の構造を示す。チャンバー501には、基板602を
設置するための耐熱性のメタルで構成されているコンベ
アー601が設けられている。また、コンベアー601
の下部には、基板を加熱するためのヒーター603が設
けられている。さらに、コンベアー601の上部には、
紫外光源604が設けられてある。本実施例において紫
外光源として、低圧水銀ランプ(中心波長246nm、
および185nm)を使用した。
FIGS. 6A and 6B show the internal structure of the chamber 501. The chamber 501 is provided with a conveyor 601 made of heat-resistant metal for installing the substrate 602. Also, the conveyor 601
A heater 603 for heating the substrate is provided in the lower part of the. Furthermore, on the upper part of the conveyor 601,
An ultraviolet light source 604 is provided. In this embodiment, a low-pressure mercury lamp (center wavelength 246 nm,
And 185 nm) were used.

【0058】また、チャンバー501には、基板を昇温
および冷却させるときはN2 雰囲気、一定温度で加熱す
るときにおいてはN2 4 雰囲気とするため、ガス導入
系605が設けられてある。さらに、導入されたガスを
排気するための排気系606が設けられている。また、
基板に紫外光を照射するための光源605が設けられて
いる。
Further, the chamber 501 is provided with a gas introduction system 605 in order to create an N 2 atmosphere when heating and cooling the substrate and an N 2 H 4 atmosphere when heating the substrate at a constant temperature. Further, an exhaust system 606 for exhausting the introduced gas is provided. Also,
A light source 605 for irradiating the substrate with ultraviolet light is provided.

【0059】次に処理工程について説明する。未処理の
基板を複数枚カセットにセットして、予備室502にセ
ットした。そして、基板は搬送機505によって前室5
04に移送され、さらに、加熱処理用のチャンバー50
1に移送されてコンベアー601に設置された。このと
き、基板602はコンベアー601上を送られ、横に2
枚づつ並び、計20枚設置された段階で停止するように
なっている。加熱処理中の時間による温度変化の様子を
図6(C)に示す。昇温時は、基板は5〜30℃/mi
n、例えば、10℃/minの割合で加熱された。この
とき、ガス導入系605よりN2 が導入されて、N2
囲気中において加熱がおこなわれた。
Next, the processing steps will be described. A plurality of unprocessed substrates were set in the cassette and set in the preliminary chamber 502. Then, the substrate is transferred to the front chamber 5 by the carrier 505.
04, and a chamber 50 for heat treatment.
1 and was installed on the conveyor 601. At this time, the substrate 602 is sent on the conveyor 601 and is moved to the side by 2
They are arranged one by one and stopped when a total of 20 sheets are installed. FIG. 6C shows how the temperature changes with time during the heat treatment. When the temperature is raised, the temperature of the substrate is 5 to 30 ° C./mi
n, for example, heated at a rate of 10 ° C./min. At this time, N 2 was introduced from the gas introduction system 605, and heating was performed in the N 2 atmosphere.

【0060】その後、加熱処理をおこなう温度に達する
と、コンベアー601上に設けられた紫外光源604よ
り紫外光が照射された。加熱温度は500〜600℃、
例えば、550℃で加熱をおこなった。この際、温度が
加熱処理をおこなう温度に達する直前にガス導入系60
5よりN2 4 を導入して、加熱処理をおこなう温度に
達したときには完全にN2 4 雰囲気において加熱処理
がおこなわれるようになっていてもよい。このとき、加
熱処理時間は、30分〜6時間、例えば4時間とした。
After that, when the temperature for heat treatment was reached, ultraviolet light was emitted from an ultraviolet light source 604 provided on the conveyor 601. The heating temperature is 500-600 ° C,
For example, heating was performed at 550 ° C. At this time, immediately before the temperature reaches the temperature at which the heat treatment is performed, the gas introduction system 60
It is also possible to introduce N 2 H 4 from No. 5 and completely perform the heat treatment in the N 2 H 4 atmosphere when the temperature reaches the heat treatment temperature. At this time, the heat treatment time was 30 minutes to 6 hours, for example, 4 hours.

【0061】このような加熱処理をおこなった後、25
0℃まで冷却された。このときの冷却速度は、加熱時と
同じく5〜30℃/min、例えば、10℃/minと
した。なお、このときガス導入系605よりN2 を導入
して、N2 雰囲気においておこなった。その後、処理さ
れた基板は搬送機505によって前室504に移送さ
れ、その後、処理後の基板を設置する予備室503内の
カセットにセットされ、基板の処理工程が終了した。
After performing such heat treatment, 25
Cooled to 0 ° C. The cooling rate at this time was 5 to 30 ° C./min, for example, 10 ° C./min, as in the heating. At this time, N 2 was introduced from the gas introduction system 605 and the treatment was performed in an N 2 atmosphere. After that, the processed substrate is transferred to the front chamber 504 by the carrier 505, and then set in the cassette in the preliminary chamber 503 in which the processed substrate is set, and the substrate processing step is completed.

【0062】以上のようにして本発明の加熱処理がなさ
れた。上記の処理により、N2 4雰囲気中、900℃
の加熱処理をおこなったときに得られたものと同程度の
量の窒素が酸化珪素膜に含有されていることが2次イオ
ン質量分析法(SIMS)によって確認された。
The heat treatment of the present invention was performed as described above. By the above treatment, 900 ° C in N 2 H 4 atmosphere
It was confirmed by secondary ion mass spectrometry (SIMS) that the silicon oxide film contained the same amount of nitrogen as that obtained when the heat treatment was performed.

【0063】〔実施例5〕本実施例は、モノシラン(S
iH4 )と酸素ガス(O2 )を原料とする減圧CVD法
によって、珪素膜上に形成された酸化珪素膜を、図5に
示す加熱処理装置を用いて、加熱処理をおこなった例で
ある。本実施例で用いた酸化珪素膜の成膜条件として
は、基板温度を300〜500℃、チャンバー内の圧力
を0.1〜10torr、例えば400℃、1.5to
rrとした。
Example 5 In this example, monosilane (S
This is an example in which a silicon oxide film formed on a silicon film is subjected to heat treatment using a heat treatment apparatus shown in FIG. 5 by a low pressure CVD method using iH 4 ) and oxygen gas (O 2 ) as raw materials. . The conditions for forming the silicon oxide film used in this example are: substrate temperature of 300 to 500 ° C., chamber pressure of 0.1 to 10 torr, eg, 400 ° C., 1.5 to.
rr.

【0064】まず、未処理の基板を複数枚カセットにセ
ットして、予備室502にセットした。そして、基板は
搬送機505によって前室504に移送され、さらに、
加熱処理用のチャンバー501に移送されてコンベアー
601に設置された。加熱処理中の時間による温度変化
の様子を図6(C)に示す。昇温時は、基板は5〜30
℃/min、例えば、10℃/minの割合で加熱され
た。このとき、ガス導入系605よりN2 が導入され
て、N2 雰囲気中において加熱がおこなわれた。
First, a plurality of unprocessed substrates were set in a cassette and set in a preliminary chamber 502. Then, the substrate is transferred to the front chamber 504 by the carrier 505, and further,
It was transferred to the chamber 501 for heat treatment and installed on the conveyor 601. FIG. 6C shows how the temperature changes with time during the heat treatment. When the temperature is raised, the substrate is 5 to 30
C./min, for example, heated at a rate of 10.degree. C./min. At this time, N 2 was introduced from the gas introduction system 605, and heating was performed in the N 2 atmosphere.

【0065】その後、加熱処理をおこなう温度に達する
と、コンベアー601上に設けられた紫外光源604よ
り紫外光(中心波長246nm、185nm)が照射さ
れた。加熱温度は500〜600℃、例えば、550℃
で加熱をおこなった。この際、温度が加熱処理をおこな
う温度に達する直前にガス導入系605よりN2 4
導入して、加熱処理をおこなう温度に達したときには完
全にN2 4 雰囲気において加熱処理がおこなわれるよ
うになっていてもよい。このとき、加熱処理時間は、3
0分〜6時間、例えば3時間とした。
After that, when the temperature for heat treatment was reached, ultraviolet light (center wavelength 246 nm, 185 nm) was emitted from an ultraviolet light source 604 provided on the conveyor 601. The heating temperature is 500 to 600 ° C., for example, 550 ° C.
It was heated at. At this time, N 2 H 4 is introduced from the gas introduction system 605 immediately before the temperature reaches the temperature at which the heat treatment is performed, and when the temperature reaches the temperature at which the heat treatment is performed, the heat treatment is completely performed in the N 2 H 4 atmosphere. It may be like this. At this time, the heat treatment time is 3
It was set to 0 minutes to 6 hours, for example, 3 hours.

【0066】このような加熱処理をおこなった後、25
0℃まで冷却された。このときの冷却速度は、加熱時と
同じく5〜30℃/min、例えば、10℃/minと
した。なお、このときガス導入系605よりN2 を導入
して、N2 雰囲気においておこなった。その後、処理さ
れた基板は搬送機505によって前室504に移送さ
れ、その後、処理後の基板を設置する予備室503内の
カセットにセットされ、基板の処理工程が終了した。
After performing such heat treatment, 25
Cooled to 0 ° C. The cooling rate at this time was 5 to 30 ° C./min, for example, 10 ° C./min, as in the heating. At this time, N 2 was introduced from the gas introduction system 605 and the treatment was performed in an N 2 atmosphere. After that, the processed substrate is transferred to the front chamber 504 by the carrier 505, and then set in the cassette in the preliminary chamber 503 in which the processed substrate is set, and the substrate processing step is completed.

【0067】以上のようにして本発明の加熱処理がなさ
れた。上記の処理により、N2 4雰囲気中、900℃
の加熱処理をおこなったときに得られたものと同程度の
量の窒素が酸化珪素膜に含有されていることが2次イオ
ン質量分析法(SIMS)によって確認された。
The heat treatment of the present invention was performed as described above. By the above treatment, 900 ° C in N 2 H 4 atmosphere
It was confirmed by secondary ion mass spectrometry (SIMS) that the silicon oxide film contained the same amount of nitrogen as that obtained when the heat treatment was performed.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明のように、PVD法もしくはCV
D法によって形成された酸化珪素膜を、NH3 またはN
2 4 雰囲気中において、紫外光照射しながら、300
〜700℃、好ましくは500〜600℃程度の低温で
の加熱処理を施すことによって、酸化珪素膜中、特に、
酸化珪素と珪素の界面における窒素濃度を増大せしめる
ことができた。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As in the present invention, the PVD method or the CV method is used.
The silicon oxide film formed by the D method is replaced with NH 3 or N
In a 2 H 4 atmosphere, while irradiating with ultraviolet light, 300
To 700 ° C., preferably about 500 to 600 ° C., by heat treatment at a low temperature, in the silicon oxide film,
It was possible to increase the nitrogen concentration at the interface between silicon oxide and silicon.

【0069】実施例では、TEOSを原料とするプラズ
マCVD法、ターゲットとして合成石英を用い、酸素1
00%雰囲気におけるスパッタ法、原料ガスとしてモノ
シラン(SiH4 )と酸素を用いたECR−CVD法お
よび減圧CVD法による酸化珪素膜について述べたが、
他のPVD法やCVD法を用いて形成された酸化珪素膜
においても不対結合手や多量の水素が含有されており、
本発明を実施することにより、不対結合手を低減させ、
窒素の濃度を増大させることによって、ゲイト絶縁膜と
して好ましい酸化珪素膜に改質できる効果が得られるこ
とは明らかであろう。このように、本発明によって処理
した酸化珪素膜をゲイト絶縁膜として用いることによっ
て、劣化しにくく、特性の優れたTFTを作製すること
ができ、本発明は工業上有益な発明である。
In the embodiment, a plasma CVD method using TEOS as a raw material, synthetic quartz as a target, and oxygen 1
The silicon oxide film by the sputtering method in the 00% atmosphere, the ECR-CVD method using monosilane (SiH 4 ) and oxygen as the source gas and the low pressure CVD method has been described.
A silicon oxide film formed by another PVD method or a CVD method also contains dangling bonds and a large amount of hydrogen,
By carrying out the present invention, the number of dangling bonds is reduced,
It will be apparent that the effect of being able to modify the silicon oxide film, which is preferable as the gate insulating film, can be obtained by increasing the concentration of nitrogen. As described above, by using the silicon oxide film processed according to the present invention as the gate insulating film, it is possible to manufacture a TFT which is not easily deteriorated and has excellent characteristics, and the present invention is an industrially useful invention.

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

【図1】 実施例1による加熱処理装置を示す。FIG. 1 shows a heat treatment apparatus according to a first embodiment.

【図2】 実施例2による加熱処理装置を示す。FIG. 2 shows a heat treatment apparatus according to a second embodiment.

【図3】 実施例3による加熱処理装置を示す。FIG. 3 shows a heat treatment apparatus according to a third embodiment.

【図4】 実施例3による加熱処理装置のチャンバー内
部および加熱時の温度勾配を示す。
FIG. 4 shows the temperature gradient inside the chamber of the heat treatment apparatus according to Example 3 and during heating.

【図5】 実施例4、5による加熱処理装置を示す。FIG. 5 shows a heat treatment apparatus according to Examples 4 and 5.

【図6】 実施例4、5による加熱処理装置のチャンバ
ー内部および加熱時の温度勾配を示す。
FIG. 6 shows the temperature gradient inside the chamber of the heat treatment apparatus according to Examples 4 and 5 and during heating.

【図7】 実施例1のTFTの作製工程を示す。FIG. 7 shows a process of manufacturing the TFT of Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・・・・加熱処理用チャンバー 102、103・・予備室 104・・・・・・基板ホルダー 105・・・・・・基板 106・・・・・・UV光源 107・・・・・・ガス導入系 108・・・・・・排気系 109・・・・・・前室 110・・・・・・搬送機 101 ... Heat treatment chambers 102 and 103 ... Preliminary chamber 104 ... Substrate holder 105 ... Substrate 106 ... UV light source 107 ...・ Gas introduction system 108 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Exhaust system 109 ・ ・ ・ ・ ・ Anterior chamber 110 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Conveyor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/31 E 29/786 21/336 9056−4M H01L 29/78 617 V (72)発明者 寺本 聡 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 酒井 重史 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/31 E 29/786 21/336 9056-4M H01L 29/78 617 V (72) Inventor Satoshi Teramoto 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture, Semiconducting Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiko Takemura, 398, Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture, Semiconducting Energy Laboratory Ltd. (72) Inventor, Shigefumi Sakai, Hase, Atsugi City, Kanagawa No. 398 Inside Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加熱処理をおこなうチャンバー内を真空
にする工程と、 前記工程後に、チャンバー内に窒化水素ガスを導入する
工程とを有し、 前記工程によって得られた窒化水素雰囲気において、3
00℃以上700℃以下の温度に加熱された酸化珪素膜
に紫外光を照射することを特徴とする酸化珪素膜の加熱
処理方法。
1. A step of evacuating a chamber in which heat treatment is performed, and a step of introducing hydrogen nitride gas into the chamber after the step, wherein the hydrogen nitride atmosphere obtained in the step is 3
A heat treatment method for a silicon oxide film, which comprises irradiating a silicon oxide film heated to a temperature of 00 ° C to 700 ° C with ultraviolet light.
【請求項2】 加熱処理をおこなうチャンバー内に窒素
を導入する工程と、 窒素雰囲気において、紫外光を照射しながら酸化珪素膜
を300℃以上700℃以下の温度に加熱する工程と、 基板が十分に加熱されたのち、チャンバー内に窒化水素
ガスを導入し、窒素を窒化水素ガスで置換する工程とを
有し、 前記工程によって得られた窒化水素雰囲気において、酸
化珪素膜に紫外光を照射することを特徴とする酸化珪素
膜の加熱処理方法。
2. A step of introducing nitrogen into a chamber for heat treatment; a step of heating a silicon oxide film to a temperature of 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower while irradiating ultraviolet light in a nitrogen atmosphere; After heating to, the step of introducing hydrogen nitride gas into the chamber and substituting nitrogen with hydrogen nitride gas is performed, and the silicon oxide film is irradiated with ultraviolet light in the hydrogen nitride atmosphere obtained by the above step. A heat treatment method for a silicon oxide film, comprising:
【請求項3】 請求項1または請求項2において、 酸化珪素膜がモノシラン(SiH4 )と酸素ガス
(O2 )を原料ガスとした減圧CVD法によって形成さ
れたことを特徴とする加熱処理方法。
3. The heat treatment method according to claim 1, wherein the silicon oxide film is formed by a low pressure CVD method using monosilane (SiH 4 ) and oxygen gas (O 2 ) as source gases. .
【請求項4】 請求項1または請求項2において、 酸化珪素膜の加熱温度が500℃以上600℃以下であ
ることを特徴とする加熱処理方法。
4. The heat treatment method according to claim 1, wherein the heating temperature of the silicon oxide film is 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
【請求項5】 請求項1または請求項2において、 酸化珪素膜の加熱時間が30分以上6時間以下であるこ
とを特徴とする加熱処理方法。
5. The heat treatment method according to claim 1, wherein the heating time of the silicon oxide film is 30 minutes or more and 6 hours or less.
【請求項6】 請求項1または請求項2において、 加熱をおこなう際に、基板温度が5〜30℃/minの
速度で、昇温および冷却することを特徴とする加熱処理
方法。
6. The heat treatment method according to claim 1, wherein the substrate temperature is raised and cooled at a rate of 5 to 30 ° C./min during heating.
【請求項7】 請求項2において、 加熱をおこなうときの基板の昇温および冷却の際に、窒
素雰囲気でおこなうことを特徴とする加熱処理方法。
7. The heat treatment method according to claim 2, wherein the heating and the cooling of the substrate during heating are performed in a nitrogen atmosphere.
【請求項8】 基板を加熱するためのチャンバーと、加
熱処理前の基板および加熱処理後の基板をセットする予
備室と、基板を移送するための搬送機が備えてある前室
とを有し、 前記基板を加熱するためのチャンバーには、基板を加熱
するヒーターを備えた基板ホルダーが備えてあり、 前記基板を加熱するためのチャンバーの外部もしくは内
部に、基板に紫外光を照射するための光源が取りつけら
れていることを特徴とする加熱処理装置。
8. A chamber for heating a substrate, a preliminary chamber for setting the substrate before the heat treatment and the substrate after the heat treatment, and a front chamber provided with a carrier for transferring the substrate. The chamber for heating the substrate is provided with a substrate holder equipped with a heater for heating the substrate, and for irradiating the substrate with ultraviolet light outside or inside the chamber for heating the substrate. A heat treatment device, which is equipped with a light source.
【請求項9】 円柱状のチャンバーを有し、 前記円柱状のチャンバーの周囲には、基板を加熱するた
めのヒーターが設けられており、 前記円柱状のチャンバーの中心部には、基板に紫外光を
照射するための光源が設けられており、 前記円柱状のチャンバーの内壁の周囲に基板を取りつけ
ることを特徴とする加熱処理装置。
9. A cylindrical chamber is provided, and a heater for heating the substrate is provided around the cylindrical chamber, and an ultraviolet light is applied to the substrate at the center of the cylindrical chamber. A heat treatment apparatus comprising a light source for irradiating light, wherein a substrate is attached around the inner wall of the cylindrical chamber.
【請求項10】 請求項8において、 基板を加熱するためのチャンバー内部の基板ホルダー
が、耐熱性のメタルで構成された概略コンベアー状の搬
送装置になっており、基板を移動させながら加熱処理が
おこなえることを特徴とする加熱処理装置。
10. The substrate holder in a chamber for heating a substrate according to claim 8, wherein the substrate holder is a substantially conveyor-shaped transfer device made of heat-resistant metal, and the heat treatment is performed while moving the substrate. A heat treatment device characterized by being able to perform.
【請求項11】 請求項8において、 基板を加熱するためのチャンバー内部の基板ホルダー
が、耐熱性のメタルで構成された概略コンベアー状の搬
送装置になっており、複数枚の基板を取りつけて一度に
加熱処理がおこなえることを特徴とする加熱処理装置。
11. The substrate holder inside the chamber for heating the substrate according to claim 8, wherein the substrate holder is a substantially conveyor-shaped transfer device made of heat-resistant metal, and a plurality of substrates are mounted once to be mounted. A heat treatment device, which is capable of performing heat treatment on.
【請求項12】 請求項10または請求項11におい
て、 概略コンベアー状の搬送装置の下部にヒーターが設けら
れていることを特徴とする加熱処理装置。
12. The heat treatment apparatus according to claim 10 or 11, wherein a heater is provided at a lower portion of the substantially conveyor-shaped transfer device.
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