JPH0878695A - ゲイト絶縁膜の処理方法およびゲイト絶縁膜の処理装 置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 劣化・経時変化の少ない薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を得るためのゲイト絶縁膜を４００〜７００
℃、好ましくは、４５０〜６５０℃の低温で得る方法を
提供する。 【構成】 低温での熱酸化法あるいはＣＶＤ法もしくは
ＰＶＤ法によって結晶性珪素の活性層上に堆積した酸化
珪素膜を触媒によって励起もしくは分解させた窒素酸化
物（Ｎ₂ Ｏ等）もしくは窒化水素（ＮＨ₃ 等）雰囲気に
おいて４００〜７００℃の温度でアニールすることによ
って酸化膜中、特に珪素と酸化珪素の界面に多量に存在
する珪素−水素結合（Si-H) を、珪素−窒素結合 (Si≡
N)等に置き換えることによって、該酸化珪素膜をホット
エレクトロン等に耐えられるだけの丈夫なものとし、こ
れをゲイト絶縁膜として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板、
あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設けら
れた珪素膜を用いた絶縁ゲイト構造を有する半導体装
置、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオ
ード（ＴＦＤ）、またはそれら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、およびその作製方法に関するもの
であり、特に、最高プロセス温度が７００℃以下の低温
プロセスによって上記半導体装置を形成するためのゲイ
ト絶縁膜の処理方法およびゲイト絶縁膜の処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にＴＦＴを
有する半導体装置、例えば、ＴＦＴを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。これらの基板としては、量産性・価格の
面から歪点が７５０℃以下、典型的には５５０〜６８０
℃のガラス基板が一般に用いられている。したがって、
このようなガラス基板を用いる場合には、最高プロセス
温度が７００℃以下、好ましくは６５０℃以下とするこ
とが要求された。

【０００３】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（ａ−Ｓｉ）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、最も一般的に用いられているが、電界効果
移動度、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、より高速特性を得るためには、
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。

【０００４】移動度の小さな非晶質珪素を用いたＴＦＴ
の場合には、ゲイト絶縁膜の特性はあまり問題とならな
かった。例えば、非晶質珪素を用いたＴＦＴでは、ゲイ
ト絶縁膜として酸化珪素よりも電気的特性に劣る窒化珪
素膜が用いられる。しかし、移動度の高い結晶性の珪素
膜を用いたＴＦＴでは、珪素膜自体の特性と同じくらい
にゲイト絶縁膜の特性も大きな問題であった。

【０００５】特に結晶性珪素膜を得る技術が向上するに
つれ、良質なゲイト絶縁膜に対する需要は非常に大きく
なった。なかでも、チャネル形成領域が実質的に１つの
単結晶もしくは複数の結晶からなっていても、全ての結
晶の方位が同じである結晶珪素被膜（このような結晶状
態をモノドメインという）よりなるＴＦＴでは、通常の
多結晶珪素を用いたＴＦＴと異なり、粒界の特性悪化に
対する寄与は非常に小さく、ほとんどゲイト絶縁膜の特
性によって、その電気特性が決定される。

【０００６】すなわち、通常の多結晶構造においては粒
界を構成する２つの結晶の結晶方位は互いに異なるもの
であり、その結果、高い粒界障壁（バリヤー）が生じ
る。しかし、モノドメイン構造においては、たとえ複数
の結晶からなっていたとしても、通常の多結晶における
粒界に相当する境界をはさむ２つの結晶の結晶方位が同
じであるため、このような境界においてはバリヤーは非
常に低く、単結晶とほとんど差がない。そのため、モノ
ドメイン構造においては、ＴＦＴの特性に対する粒界の
寄与は小さく、ほぼゲイト絶縁膜によって決定される。

【０００７】このような目的に適した優れたゲイト絶縁
膜としては、熱酸化膜が知られている。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） しかし、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
必要であり、このような高温処理に耐えうる基板材料は
石英の他にはなかった。上述のような歪点の低いガラス
基板を使用するには、最高プロセス温度を７００℃以
下、好ましくは６５０℃以下とする必要があったのだ
が、熱酸化による方法はこの要請を満足できなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】７００℃以下でも高圧
水蒸気酸化等の特殊な条件の下では熱酸化膜を形成する
ことができた。例えば、５００〜７００℃の熱酸化によ
って熱酸化膜が１００〜１０００Å形成できた。しか
し、このようにして得られた熱酸化膜は、高温で得られ
た熱酸化膜に比較して、水素濃度が高く、これをゲイト
絶縁膜に用いたＴＦＴの特性は極めて悪かった。このよ
うな問題から、ゲイト絶縁膜はスパッタ法等の物理的気
相成長（ＰＶＤ）法、あるいはプラズマＣＶＤ法、熱Ｃ
ＶＤ法等の化学的気相成長（ＣＶＤ）法を用いて作製せ
ざるを得なかった。これらの方法では最高プロセス温度
は６５０℃以下とすることができた。

【０００９】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、ホットエレク
トロン等の注入に対しても弱く、不対結合手や水素が原
因となって、電荷捕獲（再結合）中心が形成されやすか
った。また、耐圧も低かった。特に、結晶性の珪素との
界面においては、再結合中心が多く形成された。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）が大きいという
問題点があった。

【００１０】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を用いれば、化学量論比に近い酸
化珪素膜を得ることができる。しかし、酸素は原子量が
小さく、スパッタ速度（堆積速度）が小さく、量産を考
慮した場合、スパッタガスとしては不適切であった。

【００１１】また、アルゴン等の雰囲気においては、十
分な成膜速度が得られたものの、酸素と珪素の比率が化
学量論比と異なり、ゲイト絶縁膜としては極めて不適当
なものであった。さらに、スパッタ雰囲気をどのように
しても珪素の不対結合手を低減することは難しく、成膜
後に水素アニール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、ホットエレ
クトロン等の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
エレクトロン注入による劣化の要因となったものであ
る。

【００１２】同様にプラズマＣＶＤ法を用いて作製され
た酸化珪素膜にもＳｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨの形で多くの水
素が含有されており、上記の問題の源泉となっていた。
加えて、比較的扱いやすい珪素源として、テトラ・エト
キシ・シラン（ＴＥＯＳ）を用いた場合には、炭素が酸
化珪素膜中に含まれるという問題もあった。本発明は、
このようなＰＶＤ法やＣＶＤ法で堆積された酸化珪素膜
の特性を改善する手段を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、５００〜７
００℃の温度で珪素膜を酸化することによって形成され
た熱酸化膜、ＰＶＤ法もしくはＣＶＤ法によって、島状
の結晶性珪素を覆って堆積された酸化珪素を主成分とす
るゲイト絶縁膜に対して、適切な温度に加熱された触媒
を用いて励起、もしくは、分解した窒素を有する反応性
の高い気体雰囲気で４００〜７００℃の熱アニールをお
こなうことによって、酸化珪素膜を改質する。本発明で
使用する気体としては、一酸化二窒素（Ｎ₂ Ｏ）、一酸
化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ）等の窒素酸化物
（一般式でＮＯ_x ：０．５≦ｘ≦２．５で表される）も
しくはアンモニア（ＮＨ₃ ）、ヒドラジン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）
等の窒化水素（一般式でＮＨ_x ：１．５≦ｘ≦３で表さ
れる）が好ましい。

【００１４】以下においては、触媒によって励起もしく
は分解された窒素酸化物（もしくは窒化水素）を有する
気体を反応性窒素酸化物（反応性窒化水素）という。本
発明においては、反応性窒素酸化物（もしくは反応性窒
化水素）は窒素酸化物（窒化水素）のみからなっていて
もよいが、アルゴンやその他の不活性な気体が混入され
ていると特に好ましい。このような反応性窒素酸化物あ
るいは反応性窒化水素を用いた熱アニールによって、酸
化珪素膜の特性、特に、珪素膜との界面における特性が
改善される。ただし、この雰囲気に水（Ｈ₂ Ｏ）や炭酸
ガス（ＣＯ、ＣＯ₂ 等）が混入していることは好ましく
ない。水や炭酸ガスは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐ
ｐｂ以下とすべきである。

【００１５】上記のような反応性窒素酸化物あるいは窒
化水素を用いた熱アニールの工程の前後に、通常の（励
起状態の分子や活性種の濃度の低い）窒化水素や窒素酸
化物、あるいは水素、酸素、オゾン等の雰囲気で熱アニ
ールをおこなってもよい。また、例えば、反応性の窒素
酸化物での熱アニール処理の後に反応性の窒化水素での
熱アニール処理をおこなってもよいし、逆に、反応性の
窒化水素での熱アニール処理の後に反応性の窒素酸化物
での熱アニール処理をおこなってもよい。もちろん、反
応性の窒素酸化物のみ、あるいは反応性の窒化水素のみ
の熱アニール処理でもよい。

【００１６】本発明を実施するための装置の例を図１に
示す。本発明を実施するには最初に窒化水素もしくは窒
素酸化物を励起もしくは分解するための触媒が必要であ
る。図１（Ａ）の例では、熱アニール炉１の内部に網状
の触媒５を設けた。触媒としては、白金、パラジウム、
還元ニッケル、コバルト、チタン、バナジウム、タンタ
ル等の３ｄ遷移金属やこれらとアルミナ、シリカゲルを
混合したものが好ましい。熱アニール炉１の内部にはサ
セプター３を設け、サセプターには多数の基板４を載
せ、一度に多数の基板が処理できるようにするとよい。
熱アニール炉１はヒーター２によって加熱される。本発
明の熱アニール炉において温度分布があると、多数の基
板を同時に均一に処理することはできないので、熱アニ
ール炉内の温度分布には特に注意が必要である。また、
雰囲気の圧力を大気圧より低くすることも有効である。

【００１７】本発明においては、熱アニール炉１の温度
の下限は反応速度、上限は基板等の熱処理される物質に
よって決定され、これらを鑑みて、熱アニール炉の温度
としては４００〜７００℃、好ましくは４５０〜６５０
℃が適切である。熱アニール炉の温度は高いほど、反応
は進行しやすいが、例えば、ガラス基板を使用する場合
には、熱収縮等を引き起こすことがある。特に６５０〜
７００℃では、多くのガラス基板が熱収縮を引き起こ
し、微細なパターンを形成する上で問題となる。ガラス
基板を使用する場合にはその歪点以下の温度とすること
が望まれる。

【００１８】上記の場合には、触媒は熱アニール炉の温
度に加熱されて使用されることとなる。すなわち、熱ア
ニール炉１の温度が７００℃であれば、触媒の温度も７
００℃となる。上記のような３ｄ遷移金属の触媒におい
ては２００〜６００℃の温度が好ましく、このような温
度は触媒の劣化をもたらすこともある。そのため、より
低温で触媒を作用させることによって、触媒の劣化を抑
制するには図１（Ｂ）のように、触媒によって窒化水素
もしくは窒素酸化物気体を励起・分解する反応室１６を
熱アニール炉１１と離れて設け、その間を配管１８で接
続する構造を採用するとよい。この場合、熱アニール炉
１１はヒーター１２で加熱され、触媒の反応室１６はヒ
ーター１７によって加熱される。このため、触媒反応室
の温度を２００〜４００℃というような低温とすること
が可能である。この例でも触媒１５は網状とした。

【００１９】このような構造においては、窒化水素や窒
素酸化物をアルゴン等の不活性気体で希釈したものを使
用すると特に反応性を長時間、長距離にわたって維持で
きるため好ましかった。すなわち、適切な条件のもとで
は０．１〜１０秒の間、反応性を維持できる。このた
め、触媒反応室１８と熱アニール炉１１との距離を０．
１〜１ｍとすることができる。なお、熱アニール炉と触
媒反応室の間の配管１８の温度が極めて低い場合には、
触媒反応室で励起された気体分子が基底状態に戻り、反
応性が低下する。したがって、反応性を維持するために
は、配管１８においてもヒーター１９を設け、適切な温
度に保たれることが望ましい。配管１８の温度は熱アニ
ール炉と触媒反応室の中間の温度であることが好まし
い。

【００２０】また、配管１８の内壁は反応性の気体分子
が反応しないように、石英を主成分とする材料によって
構成することが望ましい。好ましくは、９０ｍｏｌ％以
上の酸化珪素よりなる高純度石英を用いると良い。内壁
が金属材料からなっていると、原子状あるいは励起した
分子が基底状態に戻ったり、再結合したりして安定化
し、反応性でなくなる。しかし、内壁が石英の場合に
は、そのような効果は小さく、例えば、第１の反応室か
ら５０〜１００ｃｍ離れていても、多くの原子・分子が
活性化状態にあった。熱アニール炉１１には、図１
（Ａ）と同様にサセプター１３に多数の基板１４を載
せ、一度に多数の基板が処理できるようにするとよい。

【００２１】上記の例では、触媒はいずれも網状とした
が、適切な容器に保持されるのであれば、粉状もしくは
粒状であってもよい。本発明におけるゲイト絶縁膜の作
製方法としては、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
を用いることも可能である。プラズマＣＶＤ法、減圧Ｃ
ＶＤ法としては、ＴＥＯＳを原料とする方法を用いても
よい。プラズマＣＶＤ法によってＴＥＯＳと酸素を原料
として酸化珪素膜を堆積するには、基板温度は２００〜
５００℃とすることが望ましい。また、減圧ＣＶＤ法に
おいてＴＥＯＳとオゾンを用いた反応は比較的低温（例
えば、３７５℃±２０℃）で進行し、酸化珪素膜を得る
ことができる。同様に減圧ＣＶＤ法によって、モノシラ
ン（ＳｉＨ₄ ）と酸素（Ｏ₂ ）、あるいはモノシランと
一酸化二窒素等の窒素酸化物を原料としてもプラズマに
よるダメージが無い酸化珪素膜が得られる。

【００２２】モノシランと窒素酸化物の組合せはプラズ
マＣＶＤ法に用いてもよい。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。本発明者の知見では、ある程度固い酸化珪素を
主成分とする絶縁膜がＴＦＴのゲイト絶縁膜として適し
ていた。具体的な指標としては、フッ化水素酸１、フッ
化アンモニウム５０、酢酸５０の比率で混合された２３
℃の緩衝フッ酸によるエッチングレートが１０００Å／
分以下、典型的には３００〜８００Å／分である酸化珪
素膜が好ましいことが明らかになった。平均して１×１
０¹⁷〜１×１０²¹原子／ｃｍ³ の窒素が含有されて酸化
珪素膜では、このようなエッチングレートの条件を満た
すものが多かった。

【００２３】本発明において活性層となる結晶性珪素を
形成するには、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法等のＣ
ＶＤ法によって得られる非晶質珪素膜を出発材料として
用いるが、結晶化方法として大きく分けて２通りの方法
がある。第１は、非晶質珪素膜を形成した後、５００〜
６５０℃の温度で適切な時間の熱アニールを実施するこ
とにより、結晶化せしめる方法である。その結晶化の際
に、ニッケル、鉄、白金、パラジウム、コバルト等の非
晶質珪素の結晶化を促進する元素を添加してもよい。こ
れらの元素を添加すると、結晶化温度を低下させ、ま
た、結晶化時間を短縮することができる。

【００２４】これらの元素は高濃度に含有されていると
珪素の半導体特性を損なうので、結晶化に十分で、か
つ、半導体特性にほとんど影響のない低濃度であること
が望まれる。すなわち、２次イオン質量分析法（ＳＩＭ
Ｓ）によって測定した珪素膜における最小値が１×１０
¹⁵〜３×１０¹⁹原子／ｃｍ³ の濃度であることが好まし
い。このような結晶化を促進する元素の濃度分布は珪素
膜の処理方法によって変わるので、最小値は界面におい
て得られる場合もあるし、膜の中央付近において得られ
る場合もある。第２の方法としては、非晶質珪素膜にレ
ーザー等の強光を照射することによって結晶化させる、
いわゆるレーザーアニール法がある。上記、第１、第２
の方法のうち、いずれの方法を選択するかは本発明を実
施するものが必要とするＴＦＴの特性、利用できる装
置、設備投資額等を勘案して決定すればよい。

【００２５】また、第１の方法と第２の方法を組み合わ
せてもよい。例えば、熱アニールによって結晶化させた
後、レーザーアニール法によってさらに結晶性を高める
方法を用いてもよい。特に、ニッケル等の結晶化促進元
素を添加して熱アニールをおこなった場合には、結晶粒
界等に非晶質部分が残されることが観察されたが、この
ような非晶質部分を結晶化させるにはレーザーアニール
法が有効である。逆に、レーザーアニール法によって結
晶化させた珪素膜を、熱アニールすることにより、レー
ザーアニールによって生じた膜の応力歪みを緩和させる
ことができる。

【００２６】

【作用】５００〜７００℃という低温で酸化して得られ
た熱酸化膜やＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって成膜し
た酸化珪素膜には多くの珪素の不対結合手、あるいはＳ
ｉ−Ｈ結合やＳｉ−ＯＨ結合が含まれている。このよう
な酸化珪素膜を８００℃以上の高温で一酸化二窒素雰囲
気で処理すると、酸化珪素中のＳｉ−Ｈ結合は窒化ある
いは酸化され、Ｓｉ≡Ｎ、あるいはＳｉ₂ ＝Ｎ−Ｏ結
合、Ｓｉ−Ｎ＝Ｏ結合等に変化する。Ｓｉ−ＯＨ結合も
同様に変化する。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。また、酸化珪素中に０．１〜１０原子％、
代表的には、１〜５原子％の窒素が含有せしめると、ゲ
イト絶縁膜として好ましい。

【００２７】しかしながら、７５０℃以下の低温では、
このような反応は進行しなかった。これは、一酸化二窒
素がこのような低温では分解しないので、酸化珪素膜の
内部にまで進入するような活性な原子・分子が得られな
かったためである。すなわち、上記の反応においては、
一酸化二窒素の分解反応が律速となっていた。一酸化窒
素や二酸化窒素のような他の窒素酸化物でも最適な温度
は違っても同様であり、本発明の目的とするような４０
０〜７００℃、好ましくは、４５０〜６５０℃では酸化
珪素膜および酸化珪素膜と活性層との界面の改質は不可
能であった。

【００２８】ところが、本発明のように、適切な温度に
加熱された触媒によってこのような窒素酸化物を反応性
のものとすると、その中に活性な原子・分子が含有され
ているため、７００℃以下の温度においても、酸化珪素
膜の内部にまで進入して、上記の反応を起こす。このよ
うな手段によって反応性となってもその寿命が極めて短
いものでは、例え、図１（Ａ）のように同じ炉内に触媒
を設けたとしても実用に供することはできないが、適切
な条件においては十分な寿命を有するので、触媒から離
れた位置に存在する基板にも有効に作用する。

【００２９】特に、このことに着目することにより、触
媒による反応を起こさせる反応室とゲイト絶縁膜の処理
をおこなう反応室を分離することが可能となる。特にア
ルゴンその他の不活性な気体で希釈された雰囲気では、
反応性は極めて長時間にわたって保持された。本発明に
おいても熱アニールのために４００〜７００℃という温
度は必要であるが、この温度は窒素酸化物を分解するた
めの温度ではなく、活性な原子・分子が酸化珪素膜内部
に進入するために必要な温度である。

【００３０】同様な現象はアンモニア、ヒドラジン等の
窒化水素の雰囲気においても起こる。例えば、アンモニ
ア雰囲気で８５０℃以上の高温でＣＶＤ法やＰＶＤ法に
よって堆積された酸化珪素膜のアニールをおこなうと、
珪素の不対結合手やＳｉ−Ｈ結合やＳｉ−ＯＨ結合が窒
化され、Ｓｉ≡Ｎ等に変化する。この反応も６５０℃以
下では進行しないが、これは、アンモニアが分解して、
活性な窒素原子を得るには８５０℃以上の高温が必要だ
からである。

【００３１】したがって、予めアンモニアを反応性とし
ておけば、４００〜７００℃の低温であっても窒化反応
が進行する。なお、窒化水素での処理では、Ｓｉ−Ｈ結
合、Ｓｉ＝Ｏ結合が窒化され、Ｓｉ−Ｎ＝Ｈ₂ となるこ
ともある。これは反応性でない場合でも同様である。こ
のような結合はその後に一酸化二窒素雰囲気でのアニー
ルによって、極めて安定なＳｉ≡Ｎ結合やＳｉ−Ｎ＝Ｏ
結合に変換される。

【００３２】なお、本発明においては窒化水素を用いた
場合と、窒素酸化物を用いた場合でゲイト絶縁膜に対す
る反応が異なる。そのことを図７を用いて説明する。図
６のａは結晶性珪素の活性層にスパッタ法によって酸化
珪素膜を堆積したものの窒素濃度を２次イオン質量分析
法（ＳＩＭＳ）によって分析したものである。定量値は
酸化珪素（ゲイト絶縁膜）部分においてのみ有効であ
り、１×１０¹⁸原子／ｃｍ³ の窒素が含有されている。
活性層とゲイト絶縁膜の界面付近では窒素濃度にピーク
が観察されるが、これは材料の不連続性による効果（マ
トリクス効果）によるもので、実際に窒素濃度が界面で
増大しているわけではない。

【００３３】これを図１の装置を用いて一酸化窒素およ
びアンモニア雰囲気でそれぞれ１時間アニールする。こ
の際、基板温度は６００℃とする。このような処理を施
した酸化珪素膜を同様にＳＩＭＳで分析すると、図６の
ｂおよびｃのようになる。一酸化二窒素で処理したｂに
おいては、ａと同様に界面で窒素濃度のピークが観察さ
れるが、その最大値はａより２桁も大きい。これは、マ
トリクス効果の寄与ももちろん存在するが、それ以上
に、実際に界面付近に窒素が集積していることを意味す
るものである。

【００３４】一方、アンモニアで処理したｃにおいては
ゲイト絶縁膜全般において窒素濃度が高まり、特に界面
に集中して、観察されるわけではない。このように、ア
ンモニア処理することにより、酸化珪素は酸化窒化珪素
となる。本発明をスパッタ法によって成膜した酸化珪素
膜（特に、膜中の酸素濃度が化学量論比より少ない酸化
珪素膜）に適用した場合には特に効果が顕著である。す
なわち、このような膜を反応性の窒素酸化物雰囲気でア
ニールすれば、不足した酸素を補うことができ、酸化珪
素膜の組成を化学量論比に近づけることが可能となるか
らである。同様に、反応性の窒化水素雰囲気でのアニー
ルでは、酸素の入るべき位置に窒素が入ることにより、
電気的に安定な酸化窒化珪素膜となる。

【００３５】上記のことはスパッタ法による酸化珪素膜
の成膜が不利でないことを示すものである。すなわち、
従来、スパッタ法によって酸化珪素膜を形成するには、
組成を化学量論比に近づけるため、限られた条件の雰囲
気でしかおこなえなかった。例えば、雰囲気として、酸
素とアルゴンの混合雰囲気の系を考えると、酸素／アル
ゴン＞１という条件を満たすことが必要で、好ましく
は、純粋な酸素雰囲気でおこなうことが望まれた。その
ため、成膜速度が低く、量産に適さなかった。また、酸
素は反応性のガスであり、真空装置、チャンバー等が酸
化されることも問題であった。

【００３６】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、本発明に
よって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。

【００３７】本発明を、ＴＥＯＳ等の炭素を含む珪素源
を用いて、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法等のＣＶＤ
法によって形成された酸化珪素膜に対して適用すると格
別の効果が得られる。これらの酸化珪素膜には炭素が多
量に含有され、特に、珪素膜との界面付近に存在する炭
素はＴＦＴの特性を低下させる原因であった。本発明に
おいて、特に反応性の窒素酸化物雰囲気でのアニールに
よって、酸化を進行させると、その際に、炭素も酸化さ
れ、炭酸ガスとして外部に放出され、膜中の炭素濃度を
低減させることができる。

【００３８】このプロセスを図５を用いて説明する。こ
の例では窒素酸化物として一酸化二窒素を用いる。反応
性の一酸化二窒素には原子状の窒素や酸素が多く含まれ
ている。これらは容易に酸化珪素膜の内部に進入するこ
とができる。そして、酸化珪素内部に存在する炭素（多
くはＳｉ−Ｃ結合という形で存在する）と原子状の酸素
が化合して化学的に極めて安定な炭酸ガスとなり、外部
に排出される。一方、炭素と結合していた珪素は不対結
合手が残るが、これは窒化されてＳｉ−Ｎ結合等に変換
される。

【００３９】本発明を、ニッケル、コバルト、鉄、白
金、パラジウム等の非晶質珪素膜の結晶化を促進する元
素を添加して結晶化させた結晶性珪素膜からなる活性層
に適用した場合には格別の効果を有する。このような結
晶化促進元素を添加して結晶化させた珪素膜の結晶性は
ことのほか良好であり、電界効果移動度も非常に高いも
のが得られたが、それだけにゲイト絶縁膜としても特性
のよいものが望まれていた。本発明によるゲイト絶縁膜
はそれにふさわしいものである。また、本発明のアニー
ル工程により、結晶粒界等に残存する非晶質領域も結晶
化でき、さらに結晶性を改善できる。

【００４０】本発明をレーザーアニールを施した珪素膜
を用いる活性層に対して適用した場合には、本発明のア
ニール工程の際に、ゲイト絶縁膜の特性が改善される効
果に加えて、レーザーアニールによって発生した珪素膜
に対する歪みを該アニール工程において同時に緩和でき
るという効果も有する。また、モノドメイン構造のよう
に極めて結晶性のよい珪素膜に用いた場合には、ゲイト
絶縁膜として熱酸化膜と同等の特性が要求されるが、本
発明によって処理された熱酸化膜やＣＶＤ酸化膜、ＰＶ
Ｄ酸化膜はその目的に適合するものである。

【００４１】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例を図２に示す。本実施例は、ゲイ
ト絶縁膜としてスパッタ法によって形成された酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施してＮチャネ
ル型ＴＦＴを形成した例である。まず、基板２１（コー
ニング７０５９、１００ｍｍ×１００ｍｍ）上に下地の
酸化膜２２として、スパッタ法で酸化珪素膜を１０００
〜３０００Å、例えば２０００Å成膜した。この下地の
酸化珪素膜２２は基板からの汚染を防ぐためのものであ
る。酸化珪素膜は酸素雰囲気もしくは一酸化二窒素雰囲
気において、６４０℃で４時間の熱アニールをおこな
い、その表面の状態を安定化させた。

【００４２】次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪
素膜を１００〜１５００Å、例えば５００Å成膜した。
その後、ニッケル、鉄、白金、パラジウム、コバルト等
の結晶化を促進させる元素を非晶質珪素膜に微量添加し
てアニールし、結晶性珪素膜２３を得た。本実施例にお
いては、酢酸ニッケル溶液を非晶質珪素膜上に滴下し
て、スピンドライをおこなって、非晶質珪素膜上に酢酸
ニッケルの極めて薄い膜を形成した。その後、窒素雰囲
気中において、５５０℃、４時間の熱アニールを施すこ
とによってニッケルを非晶質珪素膜に導入し、結晶化せ
しめた。以上の工程の後、さらに、得られた結晶性珪素
膜の結晶性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２（Ａ））

【００４３】次に、結晶性珪素膜２３のエッチングをお
こなって島状珪素膜２４を形成した。この島状珪素膜２
４は、ＴＦＴの活性層である。そして、この島状珪素膜
２４を覆うように、ゲイト絶縁膜２５として厚さ２００
〜１５００Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜をスパッ
タ法によって形成した。本実施例においては、合成石英
のターゲットを用い、酸素雰囲気中においてスパッタす
ることによって酸化珪素膜を形成した。スパッタガスと
しては、アルゴンを用いてもよい。なお、本実施例にお
いては、スパッタガスの圧力を１Ｐａ、投入電力を３５
０Ｗ、基板温度を２００℃とした。

【００４４】ゲイト絶縁膜２５を形成したのち、本発明
のアニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイ
ト絶縁膜と活性層の界面の特性を向上させた。本実施例
においては、図１（Ａ）に示す装置を用いた。網状の触
媒５としては８０〜２５０メッシュの白金網を用いた。
本実施例においては、触媒５と基板４の間の距離は２０
〜８０ｃｍであった。また、アニールに用いる気体とし
て、１００％の一酸化二窒素を用いた。本実施例におい
ては、熱アニール炉１の温度５００〜６５０℃が好まし
かった。本実施例では５５０℃とした。熱アニール炉１
の圧力は０．５〜１．１気圧が好ましかったが、より減
圧雰囲気としてもよかった。本実施例では１気圧とし
た。また、一酸化二窒素の流量は本実施例では５リット
ル／分とした。さらに、熱アニール時間は、本実施例で
は０．５〜６時間、例えば、１時間とした。この結果、
酸化珪素膜中および珪素膜との界面における水素が窒化
あるいは酸化されて減少し、逆に界面における窒素濃度
が増加した。（図２（Ｂ））

【００４５】その後、厚さ３０００Å〜２μｍ、例えば
５０００Åのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは
０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを含む）膜をスパッタ法に
よって形成して、これをパターニングしてゲイト電極２
６を形成した。そして、アンモニアによって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２６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１４０Ｖ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、厚さ約
２０００Åの陽極酸化物を形成した。（図２（Ｃ））

【００４６】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜２４にゲイト電極２６をマスクとして自己整合
的に不純物として燐を注入した。このときドーズ量は１
×１０¹⁴〜８×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は５０〜
９０ｋＶが好ましかった。本実施例では、ドーズ量は１
×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は８０ｋＶとした。こ
の結果、Ｎ型の不純物領域（ソース／ドレイン領域）２
７が形成された。（図２（Ｄ）） さらに、レーザー光の照射によってドーピングされた不
純物領域の活性化をおこなった。レーザー光としては、
ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２
０ｎｓｅｃ）を使用し、エネルギー密度は２００〜４０
０ｍＪ／ｃｍ²、例えば２５０ｍＪ／ｃｍ² とした。

【００４７】その後、全面に層間絶縁膜２８として酸化
珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって３０００Å形成し、
この層間絶縁膜２８とゲイト絶縁膜２５をエッチングし
てソース／ドレイン領域２７にコンタクトホールを形成
した。さらに、アルミニウム膜をスパッタ法によって５
０００Å成膜して、これをエッチングし、ソース／ドレ
イン電極２９、３０を形成した。以上の工程によってＮ
チャネル型のＴＦＴを作製した。（図２（Ｅ））

【００４８】このようにして形成されたＴＦＴは、ゲイ
ト絶縁膜の耐性が優れているため、劣化が少なく、特性
の優れたＴＦＴが得られた。例えば、ドレイン電圧を＋
１４Ｖに固定し、ゲイト電圧を−１７〜＋１７Ｖまで、
変動させ、ＴＦＴの特性の劣化を評価した。最初に測定
して得られた電界効果移動度μ₀ と、上記の電圧印加の
後に測定して得られた電界効果移動度μ₁₀において、１
−（μ₁₀／μ₀ ）を劣化率と定義すると、本実施例で得
られたＴＦＴの劣化率は１．３％であった。比較のため
に、本発明のゲイト絶縁膜の熱アニール工程を一酸化二
窒素雰囲気ではなく、窒素雰囲気として、５５０℃／３
時間のアニール処理をおこなったものでは、他の作製条
件が全く同じでも、劣化率は５２．３％もあった。この
ことは窒素ガスは触媒によってほとんど反応性とならな
いためであると推定される。

【００４９】〔実施例２〕本実施例を図３に示す。本実
施例は、ゲイト絶縁膜としてＴＥＯＳおよび酸素を原料
ガスとしたプラズマＣＶＤ法によって堆積した酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施してＣＭＯＳ
型のＴＦＴを形成した例である。まず、基板３１（ＮＨ
テクノグラス製ＮＡ３５、１００ｍｍ×１００ｍｍ）上
に下地の酸化膜３２として、酸化珪素膜をスパッタ法で
２０００Å成膜した。

【００５０】次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪
素膜を５００Å成膜した。その後、実施例１と同様に、
酢酸ニッケル溶液をスピンドライをおこなうことによっ
て、非晶質珪素膜上に酢酸ニッケルの膜を形成した。そ
の後、窒素雰囲気中において、５５０℃、４時間の熱ア
ニールを施すことによって非晶質珪素膜にニッケルを導
入し、結晶化せしめた。その後、さらに結晶性を向上さ
せるためにＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎ
ｍ）を用いて、レーザーアニールを施した。レーザーの
エネルギー密度は２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ² が適当で
あった。本実施例では３００ｍＪ／ｃｍ² とした。以上
のようにして、結晶性珪素膜３３を得ることができた。
このようにして得られた結晶性珪素膜は、比較的大きな
（〜１０μｍ□）結晶粒であり、かつ、その数倍〜１０
数倍の範囲において同一の結晶方位を示す、モノドメイ
ン構造を有していた。（図３（Ａ））

【００５１】次に、結晶性珪素膜３３をエッチングし
て、島状珪素膜３４、３５を形成した。この島状珪素膜
３４、３５はＴＦＴの活性層となるものである。本実施
例では、ランダムに活性層を形成したが、その中にＴＦ
Ｔのチャネル形成領域がモノドメイン構造であるものも
多く観察された。その後、この島状珪素膜３４、３５を
覆うように、ゲイト絶縁膜３６として厚さ２００〜１５
００Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜を形成した。本
実施例においては、ＴＥＯＳおよび酸素を原料ガスとし
て、プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜を形成した。
このとき、成膜条件としては、ガス圧を４Ｐａ、投入電
力を１５０Ｗ、基板温度を３５０℃とした。

【００５２】ゲイト絶縁膜を形成したのち、本発明のア
ニール処理をおこなってゲイト絶縁膜、特に、ゲイト絶
縁膜と活性層の界面の特性を向上させた。本実施例にお
いては、まず、基板を図１（Ｂ）の熱アニール装置に置
き、最初は熱アニール炉１１に水素を流し、３５０℃、
２時間の熱アニールを施した。この結果、酸化珪素膜中
に存在する不対結合を水素で埋めることができた。次
に、一酸化二窒素とアルゴンの混合気体（一酸化二窒
素：アルゴン＝１：１０〜１：３０）を流した。触媒反
応室１６の温度は２００〜６００℃、配管１８の温度２
００〜６００℃、熱アニール炉１１の温度は４００〜７
００℃が好ましかった。本実施例では、それぞれ、４０
０℃、４００℃、６００℃とした。反応室の圧力は１気
圧、反応ガスの流量は３リットル／分、熱アニール時間
は１時間とした。なお、本実施例では、触媒反応室１６
には、網状の還元ニッケルを触媒１５として設けた。本
実施例では触媒の温度を実施例１に比較して低く保つこ
とができたので、触媒を劣化させることなく、長時間に
わたり一酸化二窒素の分解を促進することができた。

【００５３】以上の工程によって、酸化珪素膜中および
珪素膜との界面における水素が窒化あるいは酸化されて
減少した。この際、ＴＥＯＳを原料ガスとしたため、熱
アニール前の酸化珪素膜には炭素が含有されているが、
この炭素も酸化され、炭酸ガスとして放出されて減少し
た。こうしてゲイト絶縁膜として好ましい酸化珪素膜と
することができた。（図３（Ｂ）） その後、厚さ６０００Åの多結晶シリコン膜を減圧ＣＶ
Ｄ法によって形成して、これをパターニングしてゲイト
電極３７、３８を形成した。多結晶シリコン膜には導電
性を向上せしめるために微量の燐を添加した。（図３
（Ｃ））

【００５４】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜３４、３５にゲイト電極３７、３８をマスクと
して自己整合的に不純物を注入した。まず、Ｐチャネル
型のＴＦＴを形成する領域をフォトレジストのマスク３
９で覆って燐を注入し、Ｎ型不純物領域４０（ソース／
ドレイン領域）を形成した。このときドーズ量は１×１
０¹⁴〜８×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は５０〜９０
ｋＶが好ましかった。本実施例では、ドーズ量を５×１
０¹⁴原子／ｃｍ² 、加速電圧は８０ｋＶとした。（図３
（Ｄ））

【００５５】その後、Ｎチャネル型のＴＦＴを形成する
領域をフォトレジストのマスク４１で覆って硼素を注入
し、Ｐ型不純物領域４２（ソース／ドレイン領域）を形
成した。このときドーズ量は１×１０¹⁴〜８×１０¹⁵原
子／ｃｍ² 、加速電圧は４０〜８０ｋＶが好ましかっ
た。本実施例では、ドーズ量を１×１０¹⁵原子／ｃ
ｍ²、加速電圧は６５ｋＶとした。（図３（Ｅ））

【００５６】さらに、レーザー光の照射によってドーピ
ングされた不純物領域４０、４２の活性化をおこなっ
た。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波
長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を使用し、エネ
ルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、例えば２５
０ｍＪ／ｃｍ² とした。その後、全面に層間絶縁膜４３
として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって５０００
Å形成し、この層間絶縁膜４３とゲイト絶縁膜３６をエ
ッチングしてソース／ドレイン領域４０、４２にコンタ
クトホールを形成した。さらに、アルミニウム膜をスパ
ッタ法によって５０００Å成膜して、エッチングをおこ
ない、ソース／ドレイン電極４４、４５、４６を形成し
て、ＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製した。（図３（Ｆ））

【００５７】〔実施例３〕本実施例を図４に示す。本実
施例は、ＥＣＲ−ＣＶＤ法によって形成された酸化珪素
膜を使用し、本発明による熱アニールを施して、アクテ
ィブマトリクス回路のスイッチングトランジスタ（画素
ＴＦＴ）として、Ｐチャネル型のＴＦＴを形成した例で
ある。まず、基板５１（１００ｍｍ×１００ｍｍ）上に
下地の酸化膜５２として、減圧ＣＶＤ法で酸化珪素膜を
３０００Å成膜した。

【００５８】次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪
素膜を５００Å成膜した。その後、実施例１と同様に、
酢酸ニッケル溶液をスピンドライをおこなうことによっ
て、非晶質珪素膜上に酢酸ニッケルの膜を形成し、さら
に、窒素雰囲気中において、５５０℃、４時間の熱アニ
ールを施すことによって、結晶化せしめ、結晶性珪素膜
５３を得た。その後、結晶性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３（Ａ））

【００５９】次に、結晶性珪素膜５３のパターニングを
おこなって島状珪素膜５４を形成した。この島状珪素膜
５４はＴＦＴの活性層となるものである。そして、この
島状珪素膜を覆うように、ゲイト絶縁膜として厚さ１２
００Åの酸化珪素膜５５を形成した。本実施例において
は、モノシラン（ＳｉＨ₄ ）を原料ガス、一酸化二窒素
を酸化剤として用いたＥＣＲ−ＣＶＤ法によって酸化珪
素膜を形成した。このとき、酸化剤として一酸化二窒素
以外に、酸素（Ｏ₂ ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒
素（ＮＯ₂ ）等を使用してもかまわない。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で
おこなった。

【００６０】なお、同じ原料ガス、酸化剤を用いて減圧
ＣＶＤ法によっても、同等な特性を有する酸化珪素膜が
得られる。その際には、圧力０．１〜１０ｔｏｒｒ、温
度３００〜５００℃とすればよい。ゲイト絶縁膜を形成
したのち、本発明のアニール処理をおこなってゲイト絶
縁膜の特性を向上させた。本実施例においては、図７に
示す装置を用いた。本装置においては、触媒反応室７６
には、図７（Ｂ）のように折り曲げた配管にチタンを吸
着させた粒状もしくは粉状のシリカゲル７５を詰めた。
触媒反応室７６はヒーター７７により２００〜４００
℃、例えば、３００℃に加熱された。熱アニール炉７１
には、複数のサセプター７３を設け、それぞれに基板７
４を設置した。反応室７１はヒーター７２により、一定
の温度に保たれる。本実施例においては熱アニール炉の
温度は５５０℃とした。

【００６１】本実施例においては熱アニール雰囲気とし
て、アンモニアをアルゴンによって１〜５％に希釈した
ものを用いた。熱アニール炉７１には５リットル／分の
流量で上記の希釈されたアンモニアを流した。上記の条
件で、１時間の熱アニールを施した。この結果、酸化珪
素膜を窒化することができた。その後、反応気体を一酸
化二窒素雰囲気中に切り換えて、実施例１、２と同様の
条件でさらに熱アニールをおこなってもよかった。（図
４（Ｂ））

【００６２】その後、厚さ６０００Åのアルミニウム膜
をスパッタ法によって形成して、これをパターニングし
てゲイト電極５６を形成した。アルミニウム膜にはヒロ
ックを防止するために微量（０．１〜０．５重量％）の
スカンジウムを添加した。（図４（Ｃ）） その後、イオンドーピング法によって、島状珪素膜５４
にゲイト電極５６をマスクとして自己整合的に不純物と
して硼素を注入した。このときドーズ量は１×１０¹⁴〜
８×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は４０〜８０ｋＶ、
例えばドーズ量を１×１０¹⁵原子／ｃｍ² 、加速電圧は
６５ｋＶとした。この結果、Ｐ型不純物領域５７（ソー
ス／ドレイン領域）が形成された。（図４（Ｄ））

【００６３】さらに、レーザー光の照射によってドーピ
ングされた不純物領域５７の活性化をおこなった。レー
ザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８
ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を使用し、エネルギー密
度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、例えば２５０ｍＪ／
ｃｍ² とした。その後、全面に層間絶縁膜５８として酸
化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって３０００Å形成
し、この層間絶縁膜５８とゲイト絶縁膜５５をエッチン
グしてソース領域にコンタクトホールを形成した。さら
に、アルミニウム膜をスパッタ法によって５０００Å成
膜して、エッチングをおこない、ソース電極５９を形成
した。（図４（Ｅ））

【００６４】その後、パッシベーション膜６０として窒
化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって２０００Å形成し
た。そして、パッシベーション膜６０、層間絶縁膜５
８、ゲイト絶縁膜５５をエッチングして、ドレイン領域
にコンタクトホールを形成した。さらに、ＩＴＯ膜をス
パッタ法によって形成し、これをエッチングして画素電
極６１を形成した。以上の工程によって画素ＴＦＴを作
製した。（図４（Ｆ））

【００６５】

【発明の効果】上述のように、本発明によって、ＴＦＴ
の特性が大幅に改善された。すなわち、ゲイト絶縁膜と
活性層との界面においては再結合中心を低減することが
でき、この結果、Ｓ値および電界効果移動度が向上し
た。また、ゲイト絶縁膜自体の耐圧も向上させることが
でき、ＴＤＤＢ（ｔｉｍｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｄ
ｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）も向上させ
ることができた。以上のようにゲイト絶縁膜と界面の特
性を向上させた結果、特に、ホットエレクトロンの注入
に対してゲイト絶縁膜に電子がトラップされるような欠
陥が少ないため、ホットエレクトロンに由来する劣化
（Ｈｏｔ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）
が低減し、信頼性が向上した。

【００６６】本発明では、素子に対する最高プロセス温
度を７００℃以下、好ましくは６５０℃以下とすること
でき、そのことによる工業的利益は格別のものがある。
実施例では、ガラス基板上のＴＦＴを中心に説明した
が、多層集積回路（立体集積回路、３次元集積回路とも
いう）等に本発明を適用しても優れた効果が得られるこ
とは明らかである。このように本発明は工業上有益な発
明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実施するための装置の概念図を示
す。

【図２】 実施例１の工程を示す。

【図３】 実施例２の工程を示す。

【図４】 実施例３の工程を示す。

【図５】 本発明の効果を説明する。

【図６】 本発明による処理を施した酸化珪素膜中の窒
素濃度を示す。

【図７】 本発明を実施するための装置の概念図を示
す。

【符号の説明】

１・・・・熱アニール炉 ２・・・・熱アニール炉のヒーター ３・・・・サセプター ４・・・・基板 ５・・・・網状の触媒 １１・・・・熱アニール炉 １２・・・・熱アニール炉のヒーター １３・・・・サセプター １４・・・・基板 １５・・・・網状の触媒 １６・・・・触媒反応室 １７・・・・触媒反応室のヒーター １８・・・・配管（石英） １９・・・・配管のヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶性の島状珪素領域を覆って、熱酸化
   法あるいはＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって形成され
   た酸化珪素を主成分とするゲイト絶縁膜に対して、触媒
   によって励起もしくは分解せしめた窒素酸化物もしくは
   窒化水素を有する雰囲気において、４００〜７００℃の
   アニール処理をすることを特徴とするゲイト絶縁膜の処
   理方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、第１の工程における
   島状珪素領域には非晶質珪素の結晶化を促進する元素が
   含まれており、その濃度は２次イオン質量分析法による
   測定で、珪素膜における濃度の最小値が１×１０¹⁵〜３
   ×１０¹⁹原子／ｃｍ³ であることを特徴とするゲイト絶
   縁膜の処理方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、該ゲイト絶縁膜はス
   パッタ法によって堆積されることを特徴とするゲイト絶
   縁膜の処理方法。
4. 【請求項４】 請求項１において、該ゲイト絶縁膜はＥ
   ＣＲ−ＣＶＤ法によって堆積されることを特徴とするゲ
   イト絶縁膜の処理方法。
5. 【請求項５】 請求項１において、該ゲイト絶縁膜はテ
   トラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ）を原料とするＣＶ
   Ｄ法によって堆積されることを特徴とするゲイト絶縁膜
   の処理方法。
6. 【請求項６】 請求項１において、該ゲイト絶縁膜はモ
   ノシランと酸素もしくはモノシランと窒素酸化物を主た
   る原料とする減圧ＣＶＤ法もしくはプラズマＣＶＤ法に
   よって堆積されることを特徴とするゲイト絶縁膜の処理
   方法。
7. 【請求項７】 請求項１において、基板として歪点が５
   ５０〜６８０℃の珪素、酸素、硼素を含有するガラス材
   料を用いることを特徴とするゲイト絶縁膜の処理方法。
8. 【請求項８】 請求項１において、島状珪素領域は、チ
   ャネル形成領域が実質的に１つの結晶方位を示す珪素被
   膜よりなる絶縁ゲイト型半導体装置の活性層として用い
   られることを特徴とするゲイト絶縁膜の処理方法。
9. 【請求項９】 請求項１において、窒素酸化物もしくは
   窒化水素を有する雰囲気における水および炭酸ガスの濃
   度は、それぞれ、１ｐｐｍ以下であることを特徴とする
   ゲイト絶縁膜の処理方法。
10. 【請求項１０】 請求項１において、該ゲイト絶縁膜は
    酸化珪素を主成分とし、フッ化水素酸１、フッ化アンモ
    ニウム５０、酢酸５０の比率で混合された２３℃の緩衝
    フッ酸によるエッチングレートが１０００Å／分以下で
    あることを特徴とするゲイト絶縁膜の処理方法。
11. 【請求項１１】 請求項１において、該ゲイト絶縁膜は
    酸化珪素を主成分とし、１×１０¹⁷〜１×１０²¹原子／
    ｃｍ³ の窒素を含有することを特徴とするゲイト絶縁膜
    の処理方法。
12. 【請求項１２】 窒素酸化物もしくは窒化水素を触媒に
    よって励起もしくは分解せしめる第１の反応室と、島状
    の結晶性珪素膜上に熱酸化法あるいはＣＶＤ法もしくは
    ＰＶＤ法によって堆積されたゲイト絶縁膜を加熱処理す
    るための第２の反応室とを有し、かつ、 第１の反応室を通過した窒素酸化物もしくは窒化水素は
    第２の反応室に導入される構造を有することを特徴とす
    るゲイト絶縁膜の処理装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２において、該第１の反応室
    と該第２の反応室を接続する通路の内壁は９０ｍｏｌ％
    以上の酸化珪素よりなる材料によって形成されているこ
    とを特徴とするゲイト絶縁膜の処理装置。
14. 【請求項１４】 請求項１２において、該第１の反応室
    の触媒は、白金、パラジウム、還元ニッケル、コバル
    ト、チタン、バナジウム、タンタル有することを特徴と
    するゲイト絶縁膜の処理装置。