JPH1167758A - Formation of semiconductor film and manufacture of semiconductor substrate - Google Patents
Formation of semiconductor film and manufacture of semiconductor substrateInfo
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- JPH1167758A JPH1167758A JP22209897A JP22209897A JPH1167758A JP H1167758 A JPH1167758 A JP H1167758A JP 22209897 A JP22209897 A JP 22209897A JP 22209897 A JP22209897 A JP 22209897A JP H1167758 A JPH1167758 A JP H1167758A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体膜の成形方
法及び半導体基板の製造方法に関する。The present invention relates to a method for forming a semiconductor film and a method for manufacturing a semiconductor substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液晶ディスプレイやイメージセンサ等の
画像入出力デバイスの駆動回路は、いわゆるＬＳＩとし
て形成され、画像入出力デバイスの基板上に貼り付けら
れて実装されていた。ところが、この貼付作業は複雑か
つ面倒であるため、近年では、駆動回路を画像入出力デ
バイスと同一基板上に直接作製するための開発が進めら
れている。これらの画像入出力デバイスの基板には、通
常、半導体素子への不純物への影響を考慮して無アルカ
リガラスが用いられている。無アルカリガラスには、バ
リウムホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノ
ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等がある。こ
れらの無アルカリガラスを使用したガラス基板の歪点は
５９３〜７００℃程度であるため、この基板上に駆動回
路を直接作製するときには、少なくとも７００℃以下の
温度で処理することが要求される。2. Description of the Related Art A drive circuit for an image input / output device such as a liquid crystal display or an image sensor is formed as a so-called LSI, and is mounted by being attached to a substrate of the image input / output device. However, since this sticking operation is complicated and troublesome, in recent years, development for directly manufacturing a drive circuit on the same substrate as an image input / output device has been promoted. Usually, non-alkali glass is used for the substrate of these image input / output devices in consideration of the influence on impurities in the semiconductor element. Examples of the alkali-free glass include barium borosilicate glass, borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and aluminosilicate glass. Since the glass substrate using these alkali-free glasses has a strain point of about 593 to 700 ° C., when a drive circuit is directly formed on this substrate, it is required to process at a temperature of at least 700 ° C. or lower.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、駆動回路を形
成するのに必要な性能を持ったトランジスタの半導体膜
を７００℃以下の温度で作製するのは一般に困難であ
る。７００℃以下の温度で半導体膜を成形する方法とし
て固相成長法があるが、この方法では多結晶シリコン膜
中に多くの結晶欠陥が残ってしまうため、良質の半導体
膜を成形することができない。固相成長法は、非晶質シ
リコン膜を出発材料として６００℃程度の温度でアニー
ルして多結晶化することにより多結晶シリコン膜を作っ
て半導体膜を成形する方法であるが、その多結晶化の段
階でそれぞれの結晶方位が異なるため、その結晶粒界で
多くの結晶欠陥が発生するのである。However, it is generally difficult to manufacture a semiconductor film of a transistor having a performance required for forming a driving circuit at a temperature of 700 ° C. or less. As a method of forming a semiconductor film at a temperature of 700 ° C. or less, there is a solid phase growth method. However, in this method, many crystal defects remain in the polycrystalline silicon film, so that a high-quality semiconductor film cannot be formed. . The solid phase growth method is a method of forming a semiconductor film by forming a polycrystalline silicon film by annealing the amorphous silicon film as a starting material at a temperature of about 600 ° C. to form a polycrystalline silicon film. Since the crystal orientations are different at the stage of formation, many crystal defects occur at the crystal grain boundaries.
【０００４】また、短波長のエキシマレーザを非晶質シ
リコン膜又は多結晶シリコン膜に照射して溶融固化する
ことにより良質な半導体膜を得る方法もあるが、照射後
の多結晶シリコン膜の膜質均一性が良くないため問題と
なっている。エキシマレーザはパルスレーザであり、か
つビームサイズが限られているので、大面積照射する場
合はビームを継ぎ合わせて照射しなければならず、その
継ぎ合わせ部分で多結晶シリコン膜の膜質が変化し、そ
の部分のトランジスタは異なった特性になってしまう。
また、シリコン膜にレーザ照射するとシリコン膜の表面
は局所的かつ瞬間的に溶融し凝固するため、照射エネル
ギーによって多結晶シリコン膜の膜質は急峻に変化し、
結果的に安定して同一膜質の多結晶シリコン膜を得るこ
とが困難である。There is also a method of obtaining a high quality semiconductor film by irradiating an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film with a short wavelength excimer laser to melt and solidify the amorphous silicon film or the polycrystalline silicon film. This is problematic because of poor uniformity. Excimer lasers are pulsed lasers and have a limited beam size, so when irradiating a large area, the beams must be spliced together, and the quality of the polycrystalline silicon film changes at the joints. However, the transistor in that portion has different characteristics.
In addition, when the silicon film is irradiated with a laser, the surface of the silicon film locally and instantaneously melts and solidifies, so that the irradiation energy changes the film quality of the polycrystalline silicon film sharply.
As a result, it is difficult to stably obtain a polycrystalline silicon film having the same film quality.
【０００５】また、特開平７−１６２００２号公報で
は、多結晶シリコン膜の表面層を酸化した後、その酸化
膜を除去することによって良質の半導体膜を得る方法が
提案されている。このように多結晶シリコン膜を酸化処
理すると、シリコン原子が酸化されて酸素原子と結合す
る過程においてシリコン原子同士の結合が切り離され、
ある確率で完全に自由になるシリコン原子が生成され
る。この完全に自由になったシリコン原子が、多結晶シ
リコン膜中を拡散して多結晶シリコン膜中の結晶欠陥を
補償し結晶欠陥が低減されると考えられている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-162002 proposes a method of obtaining a good quality semiconductor film by oxidizing a surface layer of a polycrystalline silicon film and removing the oxide film. When the polycrystalline silicon film is oxidized in this way, the bonds between the silicon atoms are cut off in the process of oxidizing the silicon atoms and bonding with the oxygen atoms,
With a certain probability, completely free silicon atoms are generated. It is considered that the completely free silicon atoms diffuse in the polycrystalline silicon film to compensate for crystal defects in the polycrystalline silicon film and reduce the crystal defects.
【０００６】ところが、この方法により成形された半導
体膜は、図５（Ｃ）に示すように、表面荒れ（凹凸）が
大きく、膜質の向上もそれほど大きくなかった。ここで
図５は、特開平７−１６２００２号公報に記載されてい
る半導体膜の製造方法を示す図であり、（Ａ）は酸化前
の多結晶シリコン膜の断面図、（Ｂ）は酸化後の多結晶
シリコン膜の断面図、（Ｃ）は酸化膜を除去した後の多
結晶シリコン膜（すなわち半導体膜）の断面図である。However, as shown in FIG. 5C, the semiconductor film formed by this method has a large surface roughness (unevenness), and the film quality is not so much improved. Here, FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor film described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-162002, wherein FIG. 5A is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon film before oxidation, and FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view of the polycrystalline silicon film (that is, the semiconductor film) after the oxide film is removed.
【０００７】この原因は次のように考えられる。図５
（Ａ）に示すように、絶縁性基板１上に成形された多結
晶シリコン膜２は、いろいろな結晶方位を持った結晶粒
３の集まりであり、かつ結晶粒３と結晶粒３の間は結晶
粒界４となっていて多くの結晶欠陥５（×印）が存在す
る。一般に、結晶方位の違いによって酸化の進行する速
度（以下「酸化レート」という。）が異なり、また結晶
粒界４は酸化レートが大きい。このような多結晶シリコ
ン膜２を酸化する場合、酸化レートの大きい水蒸気を用
いていきなり酸化すると、図５（Ｂ）に示すように、水
蒸気は酸化レートの大きい部分（例えば結晶粒界４）へ
と流れ込み、酸化レートの小さい部分と大きい部分とで
形成される酸化膜６の膜厚に格差ができる。また、急激
に酸化が進むため形成された酸化膜５は密度が小さく粗
なものになる。その結果、酸化膜６を除去した多結晶シ
リコン膜（すなわち半導体膜）は、図５（Ｃ）に示すよ
うに、表面荒れ（凹凸）が大きく、多数の結晶欠陥５が
残存したものとなる。The cause is considered as follows. FIG.
As shown in FIG. 1A, a polycrystalline silicon film 2 formed on an insulating substrate 1 is a collection of crystal grains 3 having various crystal orientations. It is a crystal grain boundary 4 and has many crystal defects 5 (x marks). In general, the rate at which oxidation proceeds (hereinafter referred to as “oxidation rate”) differs depending on the crystal orientation, and the crystal grain boundary 4 has a large oxidation rate. In the case of oxidizing such a polycrystalline silicon film 2, if steam is used suddenly with a high oxidation rate, as shown in FIG. 5B, the water vapor is transferred to a portion having a high oxidation rate (for example, a crystal grain boundary 4). And the thickness of the oxide film 6 formed between the portion where the oxidation rate is small and the portion where the oxidation rate is large is different. Further, since the oxidation proceeds rapidly, the formed oxide film 5 has a small density and is rough. As a result, as shown in FIG. 5C, the polycrystalline silicon film (ie, the semiconductor film) from which the oxide film 6 has been removed has large surface roughness (irregularities) and many crystal defects 5 remain.
【０００８】本発明は、上述した課題を解決するために
創案されたものである。すなわち、結晶欠陥が少なく、
膜質が均一で、表面荒れの小さい半導体膜を成形するこ
とができる半導体膜の成形方法、及びそのような半導体
膜を有する半導体基板の製造方法を提供することを目的
とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. That is, there are few crystal defects,
It is an object of the present invention to provide a method of forming a semiconductor film capable of forming a semiconductor film having uniform film quality and small surface roughness, and a method of manufacturing a semiconductor substrate having such a semiconductor film.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
によれば、表面に多結晶シリコン膜を形成した絶縁性基
板に半導体膜を成形する方法であって、酸素を主成分と
する雰囲気下で前記多結晶シリコン膜の表面層に緻密な
酸化膜を生成する工程（以下「緻密酸化膜生成工程」と
いう。）を有することを特徴とする半導体膜の成形方法
が提供される。According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a semiconductor film on an insulating substrate having a polycrystalline silicon film formed on a surface thereof. There is provided a method for forming a semiconductor film, comprising a step of forming a dense oxide film below a surface layer of the polycrystalline silicon film (hereinafter, referred to as a “dense oxide film forming step”).
【００１０】上述した本発明は、水蒸気よりも酸化レー
トの小さい酸素を酸化剤として使用する工程を有するこ
とを一つの特徴としている。すなわち、酸化レートの小
さい酸素を主成分とする雰囲気下で多結晶シリコン膜を
酸化すると、その表面層での酸化はゆっくりと進行し、
表面層の酸化レートに大きく偏ることなく密度の大きい
緻密酸化膜が順次生成される。その結果、緻密酸化膜の
生成により自由になったシリコン原子が結晶欠陥を順に
埋め尽くし、結晶欠陥の少ない良質な半導体膜を得るこ
とができる。また、緻密酸化膜ではシリコン原子と酸素
原子とが一定の法則で結合しているため、この緻密酸化
膜はいわゆる欠陥のない良質の膜質と言うことができ
る。なお、酸素を主成分とする雰囲気とは、その雰囲気
を占める酸素の割合が最大であることを意味し、完全な
酸素雰囲気でもよいし、その他の成分（例えば窒素や水
蒸気）が含まれていてもよい。One feature of the present invention is that it has a step of using oxygen having an oxidation rate smaller than that of steam as an oxidizing agent. That is, when the polycrystalline silicon film is oxidized in an atmosphere containing oxygen having a low oxidation rate as a main component, the oxidation on the surface layer proceeds slowly,
A dense oxide film having a large density is sequentially formed without greatly biasing the oxidation rate of the surface layer. As a result, the silicon atoms freed by the formation of the dense oxide film fill the crystal defects in order, and a high-quality semiconductor film with few crystal defects can be obtained. Further, in the dense oxide film, silicon atoms and oxygen atoms are bonded according to a certain rule, so that the dense oxide film can be said to be a so-called defect-free high-quality film. Note that an atmosphere containing oxygen as its main component means that the proportion of oxygen occupying the atmosphere is the maximum, and may be a complete oxygen atmosphere or may contain other components (eg, nitrogen or water vapor). Is also good.
【００１１】請求項２に記載した発明によれば、水蒸気
を主成分とする雰囲気下で前記多結晶シリコン膜の酸化
を促進する工程（以下「酸化促進工程」という。）を有
することが好ましい。このように酸化レートの大きい水
蒸気を主成分とする雰囲気下で酸化する工程を併用する
ことにより、多結晶シリコン膜内での酸化の進行速度を
早めることができ、結晶欠陥の少ない良質な半導体膜の
成形を迅速に処理することができる。なお、水蒸気を主
成分とする雰囲気とは、その雰囲気を占める水蒸気の割
合が最大であることを意味し、完全な水蒸気雰囲気でも
よいし、その他の成分（例えば窒素や酸素）が含まれて
いてもよい。According to the second aspect of the present invention, it is preferable to include a step of promoting the oxidation of the polycrystalline silicon film in an atmosphere containing water vapor as a main component (hereinafter referred to as an “oxidation promoting step”). By using the step of oxidizing in an atmosphere containing water vapor having a high oxidation rate as a main component in this manner, the rate of progress of oxidation in the polycrystalline silicon film can be increased, and a high-quality semiconductor film with few crystal defects can be obtained. Can be processed quickly. The atmosphere containing water vapor as a main component means that the ratio of water vapor occupying the atmosphere is the maximum, and may be a complete water vapor atmosphere or may contain other components (for example, nitrogen or oxygen). Is also good.
【００１２】請求項３に記載した発明によれば、前記緻
密酸化膜生成工程や酸化促進工程は、１〜５０気圧かつ
３００〜７００℃で処理されることが好ましい。後述す
るように、酸化膜の成長する速度（以下「成長レート」
という。）は温度と圧力に密接に関係しており、酸化膜
を生成する工程を１気圧以上の雰囲気で行うと７００℃
以下の温度でも酸化を効率良く行うことができる。一般
に、同一温度であれば処理圧力にほぼ比例して酸化レー
トがあがるので、同じ酸化レートで処理するとすれば処
理圧力の高圧化により処理温度を低温化することができ
る。すなわち、絶縁性基板の歪点等を考慮した酸化膜の
生成工程を行うことができる。According to the third aspect of the present invention, it is preferable that the dense oxide film forming step and the oxidation accelerating step are performed at 1 to 50 atm and 300 to 700 ° C. As described later, the growth rate of the oxide film (hereinafter referred to as “growth rate”)
That. ) Is closely related to the temperature and the pressure. When the step of forming an oxide film is performed in an atmosphere of 1 atm or more, 700 ° C.
Oxidation can be performed efficiently even at the following temperatures. In general, if the temperature is the same, the oxidation rate increases almost in proportion to the processing pressure. Therefore, if the processing is performed at the same oxidation rate, the processing temperature can be lowered by increasing the processing pressure. That is, a step of forming an oxide film in consideration of a strain point or the like of the insulating substrate can be performed.
【００１３】請求項４に記載した発明によれば、前記緻
密酸化膜生成工程や酸化促進工程により生成された酸化
膜を除去する工程を付加してもよい。上述したように、
本発明では緻密酸化膜生成工程により、多結晶シリコン
膜の表面に緻密酸化膜が形成され、それ以降に進行する
酸化を緩和することができる。その結果、酸化されずに
残る多結晶シリコン膜表面の凹凸が緩和され、この酸化
膜を除去して得られる半導体膜の表面荒れも緩和された
ものとなる。According to the fourth aspect of the present invention, a step of removing the oxide film generated in the dense oxide film forming step or the oxidation promoting step may be added. As mentioned above,
In the present invention, a dense oxide film is formed on the surface of the polycrystalline silicon film by the dense oxide film forming step, so that oxidation that proceeds thereafter can be reduced. As a result, unevenness of the surface of the polycrystalline silicon film remaining without being oxidized is reduced, and the surface roughness of the semiconductor film obtained by removing the oxide film is also reduced.
【００１４】請求項５に記載した発明によれば、絶縁性
基板の表面に多結晶シリコン膜を形成する工程と、所定
のガス雰囲気を生成できる室内に前記絶縁性基板を配置
する工程と、前記室内を酸素を主成分とする雰囲気にす
る工程と、前記室内を水蒸気を主成分とする雰囲気にす
る工程と、を有することを特徴とする半導体基板の製造
方法が提供される。According to the invention described in claim 5, a step of forming a polycrystalline silicon film on a surface of the insulating substrate, a step of arranging the insulating substrate in a room where a predetermined gas atmosphere can be generated, There is provided a method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: a step of setting an atmosphere mainly containing oxygen in a room; and a step of setting an atmosphere mainly containing water vapor in the room.
【００１５】上述した本発明は、上述した半導体膜の成
形方法を利用して半導体基板を製造する方法である。こ
の方法により製造された半導体基板は、液晶パネルや薄
膜トランジスタ等の製造に使用される。薄膜トランジス
タ等はその表面がチャネルとなるため、その特性は半導
体基板の表面層の欠陥の有無に大きく左右される。上述
した半導体膜の成形方法によれば、結晶欠陥が少ないだ
けでなく表面層に欠陥がない半導体膜を成形することが
できる。したがって、この方法を半導体基板の製造に使
用することにより、表面層に欠陥がない半導体基板を製
造することができ、良好な特性を有する半導体基板を得
ることができ、薄膜トランジスタ等の製造に寄与する。According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor substrate using the above-described method of forming a semiconductor film. The semiconductor substrate manufactured by this method is used for manufacturing a liquid crystal panel, a thin film transistor, and the like. Since the surface of a thin film transistor or the like serves as a channel, its characteristics largely depend on the presence or absence of defects in the surface layer of the semiconductor substrate. According to the method for forming a semiconductor film described above, a semiconductor film having not only few crystal defects but also no defects in the surface layer can be formed. Therefore, by using this method for manufacturing a semiconductor substrate, a semiconductor substrate having no defect in the surface layer can be manufactured, and a semiconductor substrate having good characteristics can be obtained, which contributes to manufacturing of a thin film transistor and the like. .
【００１６】請求項６に記載した発明によれば、前記室
内から半導体基板を取出して酸化膜を除去する工程を付
加してもよい。上述した半導体膜の成形方法によれば、
酸化されずに残る多結晶シリコン膜表面の凹凸が緩和さ
れる。したがって、上述した半導体基板の製造方法にお
いても、生成される酸化膜を除去して得られる半導体膜
の表面荒れは緩和されたものとなり、結晶欠陥の少ない
良好な特性を有する半導体基板が得られる。According to the invention described in claim 6, a step of removing the semiconductor substrate from the chamber and removing the oxide film may be added. According to the method for forming a semiconductor film described above,
Irregularities on the surface of the polycrystalline silicon film remaining without being oxidized are reduced. Therefore, even in the above-described method for manufacturing a semiconductor substrate, the surface roughness of the semiconductor film obtained by removing the generated oxide film is reduced, and a semiconductor substrate with few crystal defects and good characteristics can be obtained.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１〜図４を参照しつつ、実施例に則して説明す
る。図１は、本発明の半導体膜の成形方法を一定のパラ
メータで実施したときの各工程を示す図であり、（Ａ）
は緻密酸化膜生成工程前の断面図、（Ｂ）は緻密酸化膜
生成工程後の断面図、（Ｃ）は酸化促進工程後の断面
図、（Ｄ）は酸化膜除去工程後の断面図を示している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing each step when the method of forming a semiconductor film of the present invention is performed with certain parameters.
Is a sectional view before the dense oxide film forming step, (B) is a sectional view after the dense oxide film forming step, (C) is a sectional view after the oxidation promoting step, and (D) is a sectional view after the oxide film removing step. Is shown.
【００１８】図１に示すように、本発明の半導体膜の成
形方法は、表面に多結晶シリコン膜を形成し（図１
（Ａ））、酸素を主成分とする雰囲気下で多結晶シリコ
ン膜２の表面層に緻密な酸化膜（以下「緻密酸化膜７」
という。）を生成する緻密酸化膜生成工程（図１
（Ｂ））と、水蒸気を主成分とする雰囲気下で多結晶シ
リコン膜２の酸化を促進する酸化促進工程（図１
（Ｃ））と、を有するものである。As shown in FIG. 1, in the method of forming a semiconductor film according to the present invention, a polycrystalline silicon film is formed on the surface (see FIG. 1).
(A)), a dense oxide film (hereinafter referred to as a “dense oxide film 7”) is formed on the surface layer of the polycrystalline silicon film 2 in an atmosphere containing oxygen as a main component.
That. (FIG. 1)
(B)) and an oxidation promoting step of promoting oxidation of the polycrystalline silicon film 2 in an atmosphere containing water vapor as a main component (FIG. 1).
(C)).
【００１９】図１（Ａ）に示すように、絶縁性基板１上
に形成された多結晶シリコン膜２は、いろいろな結晶方
位を持った結晶粒３の集まりであり、かつ結晶粒３と結
晶粒３の間は結晶粒界４となっていて多くの結晶欠陥５
（×印）が存在している。絶縁性基板１には、ガラス基
板、石英基板、サファイア基板等が用いられるが、安価
でデバイスコストを低減できるガラス基板を用いること
が多い。また、これらの絶縁性基板１上又はシリコンウ
エハ上に絶縁膜を形成したものを用いてもよい。この絶
縁膜には酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミ
ニウム、酸化タンタル等の単膜または２種以上を積層し
たものを用いることができる。As shown in FIG. 1A, a polycrystalline silicon film 2 formed on an insulating substrate 1 is a collection of crystal grains 3 having various crystal orientations. A grain boundary 4 is formed between the grains 3 and many crystal defects 5
(X mark) exists. As the insulating substrate 1, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like is used, but a glass substrate that is inexpensive and can reduce the device cost is often used. Further, an insulating film formed on the insulating substrate 1 or a silicon wafer may be used. As the insulating film, a single film of silicon oxide film, silicon nitride film, aluminum oxide, tantalum oxide, or the like, or a stacked film of two or more kinds can be used.
【００２０】この絶縁性基板１上に多結晶シリコン膜２
を形成するには、非晶質シリコン膜を出発材料としてア
ニールして多結晶シリコン膜２にする固相成長法と、絶
縁性基板１上に直接多結晶シリコン膜２を成膜する方法
がある。一般に固相成長法のほうが良質な多結晶シリコ
ン膜２が得られるので、ここでは固相成長法を用いた。
非晶質シリコン膜を成膜する方法は、特に限定されない
が、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法等が
ある。減圧ＣＶＤ法で行うとアニール後に良質な多結晶
シリコン膜２が得られるので、本実施例では減圧ＣＶＤ
法を用いた。この減圧ＣＶＤ法による成膜では、基板温
度を４００〜６００℃、使用する原料ガスをＳｉＨ4又
はＳｉ2Ｈ6、膜厚を５０〜５００ｎｍとするのが好まし
い。次に、アニールして多結晶シリコン膜２を形成す
る。アニール法は特に限定されないが、炉アニール、レ
ーザアニール、ランプアニール、電子ビームアニール又
はこれらの組み合わせを用いることができる。ここでは
均一性の良好な炉アニールを用いた。この炉アニールに
よるアニールでは、窒素雰囲気中で、アニール温度を５
００〜６５０℃、アニール時間を４〜２４時間とするの
が好ましい。On the insulating substrate 1, a polycrystalline silicon film 2
Can be formed by a solid phase growth method in which an amorphous silicon film is used as a starting material to anneal to a polycrystalline silicon film 2 or a method in which the polycrystalline silicon film 2 is formed directly on an insulating substrate 1. . In general, the solid-phase growth method yields a higher-quality polycrystalline silicon film 2, so the solid-phase growth method was used here.
The method for forming the amorphous silicon film is not particularly limited, but includes a plasma CVD method, a sputtering method, a low pressure CVD method, and the like. Since high-quality polycrystalline silicon film 2 can be obtained after annealing by performing the low pressure CVD method,
Method was used. In the film formation by the low pressure CVD method, it is preferable that the substrate temperature is 400 to 600 ° C., the source gas used is SiH 4 or Si 2 H 6 , and the film thickness is 50 to 500 nm. Next, annealing is performed to form the polycrystalline silicon film 2. The annealing method is not particularly limited, but furnace annealing, laser annealing, lamp annealing, electron beam annealing, or a combination thereof can be used. Here, furnace annealing with good uniformity was used. In this furnace annealing, the annealing temperature is set to 5 in a nitrogen atmosphere.
It is preferable to set the annealing time to 00 to 650 ° C and the annealing time to 4 to 24 hours.
【００２１】図１（Ｂ）に示すように、緻密酸化膜生成
工程後の多結晶シリコン膜２の表面層には、緻密酸化膜
７が生成され、結晶欠陥５（×印）も図１（Ａ）と比較
して減少している。酸化レートの小さい酸素を主成分
（例えば２０％〜１００％）とする雰囲気下で多結晶シ
リコン膜２を酸化すると、その表面層での酸化はゆっく
りと進行し、表面層の酸化レートに大きく偏ることなく
密度の大きい緻密酸化膜７が順次生成される。その結
果、緻密酸化膜７の生成により自由になったシリコン原
子が結晶欠陥５を順に埋め尽くし、表面層に結晶欠陥５
の少ない良質な多結晶シリコン膜２を得ることができ
る。なお、ここでは、６００℃・２５気圧雰囲気におい
て、本工程を３０分間行った。As shown in FIG. 1B, on the surface layer of the polycrystalline silicon film 2 after the step of forming a dense oxide film, a dense oxide film 7 is formed, and crystal defects 5 (marked by x) are also shown in FIG. It is reduced as compared with A). When the polycrystalline silicon film 2 is oxidized in an atmosphere containing oxygen having a low oxidation rate as a main component (for example, 20% to 100%), the oxidation in the surface layer progresses slowly and is largely biased to the oxidation rate of the surface layer. A dense oxide film 7 having a large density is generated successively without any problem. As a result, the silicon atoms released by the formation of the dense oxide film 7 fill the crystal defects 5 in order, and the crystal defects 5
And a high-quality polycrystalline silicon film 2 with a small number of defects can be obtained. Here, this process was performed in an atmosphere of 600 ° C. and 25 atm for 30 minutes.
【００２２】図１（Ｃ）に示すように、酸化促進工程後
の多結晶シリコン膜２では、緻密酸化膜７よりも酸化膜
６の生成が進行し、結晶欠陥５（×印）が図１（Ａ）と
比較して激減している。水蒸気は酸化レートが大きいた
め、結晶欠陥５を補償する酸化処理を迅速に行うことが
できる。この工程が終了した段階で半導体膜の成形を終
了し、図１（Ｃ）に示す多結晶シリコン膜２を半導体膜
としてもよい。緻密酸化膜７ではシリコン原子と酸素原
子とが一定の法則で密に結合しているため、この緻密酸
化膜７は欠陥が非常に少ない良質の膜質となる。さら
に、酸化膜６及び緻密酸化膜７を除去してないので、酸
化レートの違いによる凹凸が表面に現れることがなく、
半導体膜の表面荒れを抑制することができる。このよう
な半導体膜を薄膜トランジスタに使用した場合、トラン
ジスタのチャネルとなる表面の結晶欠陥５が特に低減さ
れているので非常に好ましく、これにより良好な特性の
薄膜トランジスタを得ることができる。なお、ここで
は、６００℃・２５気圧雰囲気において、本工程を４時
間行った。As shown in FIG. 1C, in the polycrystalline silicon film 2 after the oxidation accelerating step, the formation of the oxide film 6 progresses more than the dense oxide film 7, and crystal defects 5 (marked by x) appear in FIG. Compared with (A), it has decreased sharply. Since steam has a high oxidation rate, an oxidation treatment for compensating for crystal defects 5 can be rapidly performed. After the completion of this step, the formation of the semiconductor film is completed, and the polycrystalline silicon film 2 shown in FIG. 1C may be used as the semiconductor film. In the dense oxide film 7, silicon atoms and oxygen atoms are tightly bonded according to a certain rule, so that the dense oxide film 7 has good quality with few defects. Furthermore, since the oxide film 6 and the dense oxide film 7 are not removed, no irregularities due to the difference in the oxidation rate appear on the surface.
The surface roughness of the semiconductor film can be suppressed. When such a semiconductor film is used for a thin film transistor, crystal defects 5 on the surface serving as a channel of the transistor are particularly reduced, which is very preferable. Thus, a thin film transistor having favorable characteristics can be obtained. Here, this step was performed for 4 hours in an atmosphere of 600 ° C. and 25 atm.
【００２３】また、図１（Ｄ）に示すように、酸化膜６
及び緻密酸化膜７を除去してもよい。上述した緻密酸化
膜生成工程により緻密酸化膜７が形成されると、それ以
降に進行する酸化が緩和されるため、酸化促進工程を行
った後でも酸化されずに残る多結晶シリコン膜表面の凹
凸も緩和される。図１（Ｄ）と図５（Ｃ）を比較すれ
ば、その差は歴然である。この酸化膜６及び緻密酸化膜
７を除去するには、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）やフ
ッ酸溶液等を使用する。この酸化膜除去工程を行う前
に、酸化促進工程の後、さらに緻密酸化膜生成工程を行
ってもよい。この工程により半導体膜の表面の結晶欠陥
５をより低減することができ、表面荒れもより小さくす
ることができる。図１（Ｄ）に示す半導体膜は、６００
℃・２５気圧雰囲気において緻密酸化膜生成工程を３０
分間行った後に本工程を行ったものである。そして、最
終的に酸化されずに残った多結晶シリコン膜２（すなわ
ち半導体膜）の膜厚は８０ｎｍであった。この半導体膜
の膜厚の調整は、最初の工程で形成される多結晶シリコ
ン膜２の膜厚、酸化レートの強度又は酸化時間等により
行う。As shown in FIG. 1D, the oxide film 6
Alternatively, the dense oxide film 7 may be removed. When the dense oxide film 7 is formed by the above-described dense oxide film forming step, the oxidation that proceeds thereafter is reduced, so that the unevenness of the surface of the polycrystalline silicon film which remains without being oxidized even after the oxidation promoting step is performed. Is also alleviated. The difference between FIG. 1D and FIG. 5C is obvious. To remove the oxide film 6 and the dense oxide film 7, buffered hydrofluoric acid (BHF), a hydrofluoric acid solution, or the like is used. Before performing the oxide film removing step, a dense oxide film forming step may be performed after the oxidation promoting step. By this step, crystal defects 5 on the surface of the semiconductor film can be further reduced, and surface roughness can be further reduced. The semiconductor film illustrated in FIG.
In a 25 ° C. and 25 atm atmosphere, a dense oxide film
This step is performed after performing this step for a few minutes. Then, the thickness of the polycrystalline silicon film 2 (that is, the semiconductor film) remaining without being finally oxidized was 80 nm. The adjustment of the thickness of the semiconductor film is performed based on the thickness of the polycrystalline silicon film 2 formed in the first step, the intensity of the oxidation rate, the oxidation time, and the like.
【００２４】上述した緻密酸化膜生成工程及び酸化促進
工程は、１〜５０気圧かつ３００〜７００℃で処理され
ることが好ましい。ここで図２は、雰囲気圧力を１気圧
から５０気圧まで変化させたときの酸化膜の成長レート
（Oxide Growth Rate）と処理温度（Temperature）との
関係を示している。この図に示すように、酸化膜の成長
レートは温度と圧力に密接に関係しており、温度が下が
ると成長レートは極端に下がるが、雰囲気圧力を上げる
ことにより成長レートを上げることができる。例えば１
気圧で９００〜１０００℃で得られていた成長レート
（２〜４ｎｍ／ｍｉｎ）は、５０気圧では６００〜７０
０℃の低温で得られることがわかる。つまり、同一温度
であれば圧力にほぼ比例して酸化レートがあがるので、
同じ酸化レートで処理するとすれば圧力の高圧化により
処理温度を低温化することができる。したがって、緻密
酸化膜生成工程及び酸化促進工程を１気圧以上の雰囲気
で行うと、７００℃以下の温度でも酸化を効率良く行う
ことができる。半導体膜の絶縁性基板として無アルカリ
ガラスのガラス基板を使用した場合、その歪点及び酸化
炉の耐圧性等を考慮すれば、１〜５０気圧で酸化するこ
とが実用的であり、そのときの処理温度は酸化レートに
よって異なるが３００〜７００℃程度となる。なお、下
限を３００℃としたのは、一般に処理温度が３００℃を
下回ると酸化レートが極端に小さくなり、実用的でない
からである。The above-described dense oxide film forming step and oxidation promoting step are preferably performed at 1 to 50 atm and 300 to 700 ° C. Here, FIG. 2 shows the relationship between the oxide film growth rate (Oxide Growth Rate) and the processing temperature (Temperature) when the atmospheric pressure is changed from 1 atm to 50 atm. As shown in this figure, the growth rate of the oxide film is closely related to the temperature and the pressure. When the temperature decreases, the growth rate decreases extremely. However, the growth rate can be increased by increasing the atmospheric pressure. For example, 1
The growth rate (2-4 nm / min) obtained at 900-1000 ° C. at atmospheric pressure is 600-70 at 50 atm.
It can be seen that it can be obtained at a low temperature of 0 ° C. In other words, if the temperature is the same, the oxidation rate rises almost in proportion to the pressure,
If the treatment is performed at the same oxidation rate, the treatment temperature can be lowered by increasing the pressure. Therefore, when the dense oxide film forming step and the oxidation accelerating step are performed in an atmosphere of 1 atm or more, oxidation can be performed efficiently even at a temperature of 700 ° C. or less. When a non-alkali glass substrate is used as the insulating substrate of the semiconductor film, it is practical to oxidize at 1 to 50 atm in consideration of its strain point and the pressure resistance of the oxidation furnace. The processing temperature varies depending on the oxidation rate, but is about 300 to 700 ° C. The reason why the lower limit is set to 300 ° C. is that generally when the processing temperature is lower than 300 ° C., the oxidation rate becomes extremely small, which is not practical.
【００２５】上述の説明では、緻密酸化膜生成工程後に
酸化促進工程を施しているが、順序を逆にしてもよい
し、緻密酸化膜生成工程を２工程に分けて中間に酸化促
進工程を挿入してもよいし、酸化促進工程を２工程に分
けて中間に緻密酸化膜生成工程を挿入するようにしても
よい。一般に、酸化促進工程前に緻密酸化膜生成工程を
行った方が、上述したように結晶欠陥が少なく、かつ表
面荒れの小さい良質の半導体膜を得ることができるが、
酸化促進工程後に緻密酸化膜生成工程を行った場合であ
っても、酸化されずに残る多結晶シリコン膜の表面は酸
素による緻密な酸化によって形成され、また粗な酸化膜
も緻密化されるので、成形される半導体膜は結晶欠陥が
少なく、表面荒れが小さくなる。In the above description, the oxidation promoting step is performed after the dense oxide film forming step. However, the order may be reversed, or the dense oxide film forming step is divided into two steps, and the oxidation promoting step is inserted in the middle. Alternatively, the oxidation promoting step may be divided into two steps, and a dense oxide film forming step may be inserted in the middle. In general, performing the dense oxide film forming step before the oxidation promoting step can provide a high-quality semiconductor film with less crystal defects and small surface roughness as described above,
Even when the dense oxide film forming step is performed after the oxidation promoting step, the surface of the polycrystalline silicon film that remains without being oxidized is formed by dense oxidation with oxygen, and the coarse oxide film is also densified. In addition, the formed semiconductor film has few crystal defects and small surface roughness.
【００２６】上述した本発明の半導体膜の成形方法は、
例えば半導体基板の製造方法に使用される。この半導体
基板の製造方法は、絶縁性基板の表面に多結晶シリコン
膜を形成する工程と、所定のガス雰囲気を生成できる室
内に前記絶縁性基板を配置する工程と、前記室内を酸素
を主成分とする雰囲気にする工程と、前記室内を水蒸気
を主成分とする雰囲気にする工程と、を有するものであ
る。この半導体基板の製造方法には、例えば図３に示し
たような処理装置が使用される。図３に示す処理装置
は、気密にシールされた圧力容器８と、圧力容器８内で
気密にシールされた処理室９と、処理室９を加熱するヒ
ータ１０と、圧力容器８に接続された昇圧ライン１１及
び減圧ライン１２と、処理室９に接続された処理ガス供
給ライン１３及び処理ガス排気ライン１４と、から構成
されている。なお、処理ガスとは、酸素又は水蒸気を主
成分とする雰囲気を生成するガスをいう。The method for forming a semiconductor film according to the present invention described above includes:
For example, it is used for a method of manufacturing a semiconductor substrate. The method of manufacturing a semiconductor substrate includes a step of forming a polycrystalline silicon film on a surface of an insulating substrate, a step of arranging the insulating substrate in a room where a predetermined gas atmosphere can be generated, And a step of setting the room to an atmosphere containing water vapor as a main component. In this method of manufacturing a semiconductor substrate, for example, a processing apparatus as shown in FIG. 3 is used. The processing apparatus shown in FIG. 3 is connected to a pressure vessel 8 which is hermetically sealed, a processing chamber 9 which is hermetically sealed in the pressure vessel 8, a heater 10 for heating the processing chamber 9, and a pressure vessel 8. It comprises a pressure raising line 11 and a pressure reducing line 12, and a processing gas supply line 13 and a processing gas exhaust line 14 connected to the processing chamber 9. Note that the processing gas is a gas that generates an atmosphere containing oxygen or water vapor as a main component.
【００２７】処理室９は、内壁が石英で構成された石英
管であり、半導体に金属が混入しないようになってい
る。ヒータ１０は処理室９の外周を囲むように設けら
れ、処理室９内を３００〜７００℃に維持できるように
なっている。昇圧ライン１１は、空気源・減圧弁ＲＶ・
フローメータ・バルブＶを有し、バルブＶの開閉により
圧力容器８内に空気を供給し、圧力容器８内を１〜５０
気圧に昇圧できるようになっている。減圧ライン１２
は、バルブＶに開閉により圧力容器８内の空気を排気
し、圧力容器８内を減圧できるようになっている。処理
ガス供給ライン１３は、処理室９内に処理ガスを放出す
る下流部に処理ガスを処理室９内と同等の温度に加熱す
るヒータ１５を有し、上流部では酸素供給ライン１３ａ
・水供給ライン１３ｂ・窒素供給ライン１３ｃに分岐し
ている。酸素供給ライン１３ａ及び窒素供給ライン１３
ｃは、各供給源・減圧弁ＲＶ・フローメータ・バルブＶ
を有し、バルブＶの開閉により処理室９内に処理ガスを
供給し、処理室９内を所定の処理ガス雰囲気にするとと
もに処理室９内を１〜５０気圧に昇圧できるようになっ
ている。水供給ライン１３ｂは、ポンプＰ・バルブＶを
有し、水源から水を汲み上げてバルブＶの開閉によりヒ
ータ１５に水を供給し、そのヒータ１５で水を水蒸気に
置換して処理室９内に供給している。なお、上述した昇
圧ライン１１は、圧力容器８内を酸素雰囲気にして、積
極的にヒータ１０に酸化保護膜を生成し、その寿命を延
ばすためのものであり、供給されるガスは空気に限定さ
れるものではない。The processing chamber 9 is a quartz tube having an inner wall made of quartz so that no metal is mixed into the semiconductor. The heater 10 is provided so as to surround the outer periphery of the processing chamber 9 so that the inside of the processing chamber 9 can be maintained at 300 to 700 ° C. The boost line 11 is provided with an air source, a pressure reducing valve RV,
A flow meter / valve V is provided, and air is supplied into the pressure vessel 8 by opening and closing the valve V.
It can be raised to atmospheric pressure. Decompression line 12
By opening and closing the valve V, the air in the pressure vessel 8 is exhausted, and the pressure inside the pressure vessel 8 can be reduced. The processing gas supply line 13 has a heater 15 for heating the processing gas to the same temperature as the inside of the processing chamber 9 at a downstream portion for discharging the processing gas into the processing chamber 9, and an oxygen supply line 13 a for the upstream portion.
It branches into a water supply line 13b and a nitrogen supply line 13c. Oxygen supply line 13a and nitrogen supply line 13
c is each supply source, pressure reducing valve RV, flow meter, valve V
The processing gas is supplied into the processing chamber 9 by opening and closing the valve V so that the processing chamber 9 has a predetermined processing gas atmosphere and the pressure in the processing chamber 9 can be increased to 1 to 50 atm. . The water supply line 13b has a pump P and a valve V, pumps water from a water source, supplies water to the heater 15 by opening and closing the valve V, and replaces the water with steam by the heater 15 to enter the processing chamber 9. Supplying. The above-mentioned pressure raising line 11 is used to prolong the life of the heater 10 by positively generating an oxidation protective film on the heater 10 by setting the inside of the pressure vessel 8 to an oxygen atmosphere, and the supplied gas is limited to air. It is not something to be done.
【００２８】本発明の半導体基板の製造方法によれば、
以下のようにして良好な特性を有する半導体基板を製造
することができる。 （１）無アルカリガラス等の絶縁性基板の表面に、固相
成長法等により多結晶シリコン膜を形成する（以下「多
結晶シリコン基板１６」という。）。この工程は半導体
膜の成形方法の場合と同じようにして形成することがで
きるので、詳細な説明を省略する。 （２）処理室９内の略中央部に多結晶シリコン基板１６
を配置する。この多結晶シリコン基板１６は、図示しな
い基板ホルダーにより支持されており、複数枚の多結晶
シリコン基板１６を整列して配置することもできる。 （３）処理室９に酸素供給ライン１３ａ経由で処理ガス
供給ライン１３から酸素を供給するとともに、圧力容器
８に昇圧ライン１１から空気を供給する。これは処理室
９の内外で１気圧以上の圧力差が生じないようにして、
処理室９が破損しないようにするためである。処理室９
及び圧力容器８内が１〜５０気圧の所定の圧力になった
ら各ライン１３，１１からの供給を停止する。また、同
時にヒータ１０，１５により処理室９内が３００〜７０
０℃の所定の温度になるように加熱する。処理室９内の
酸素濃度を調節したい場合には、窒素供給ライン１３ｃ
を開放して処理室９内に酸素と窒素の混合ガスを供給す
る。このように酸素を主成分とする雰囲気で多結晶シリ
コン基板１６を酸化させると、その表面に緻密な酸化膜
を生成することができ、結晶欠陥を低減することがで
き、酸化されずに残る表面の凹凸も小さくすることがで
きる。 （４）処理室９内の処理ガスを排気しつつ、水供給ライ
ン１３ｂ経由で処理ガス供給ライン１３から水蒸気を処
理室９内に供給して処理ガスを置換する。このとき処理
室９の内外に１気圧以上の圧力差が生じないように昇圧
ライン１１及び減圧ライン１２を制御する。このように
水蒸気を主成分とする雰囲気で緻密酸化膜を有する多結
晶シリコン基板１６を酸化させると、その酸化の進行を
促進することができ、迅速に結晶欠陥を低減することが
できる。また、表面に緻密酸化膜を有することにより、
その後の酸化の進行を緩和することができ、酸化されず
に残る表面の凹凸も小さくすることができる。 （５）さらに表面に生成された酸化膜を除去してもよ
い。このとき、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）やフッ酸
溶液等を使用して酸化膜を除去する。 （６）上述した（１）〜（４）の工程を終了したものを
半導体基板として使用した場合、結晶欠陥が少ないだけ
でなく、その表面には緻密酸化膜が生成されているため
表面層に欠陥がなく、さらに酸化膜を除去していないた
め表面に凹凸がない。また、上述した（５）の工程を施
したものを半導体基板として使用した場合であっても、
その表面層には結晶欠陥が少なく、また表面の凹凸も小
さい。According to the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention,
A semiconductor substrate having good characteristics can be manufactured as follows. (1) A polycrystalline silicon film is formed on a surface of an insulating substrate such as non-alkali glass by a solid phase growth method or the like (hereinafter, referred to as “polycrystalline silicon substrate 16”). Since this step can be formed in the same manner as in the case of the method of forming a semiconductor film, a detailed description is omitted. (2) A polycrystalline silicon substrate 16 is provided substantially at the center of the processing chamber 9.
Place. The polycrystalline silicon substrate 16 is supported by a substrate holder (not shown), and a plurality of polycrystalline silicon substrates 16 can be aligned. (3) Oxygen is supplied to the processing chamber 9 from the processing gas supply line 13 via the oxygen supply line 13a, and air is supplied to the pressure vessel 8 from the pressure raising line 11. This is to prevent a pressure difference of 1 atm or more from occurring inside and outside the processing chamber 9,
This is to prevent the processing chamber 9 from being damaged. Processing room 9
When the pressure inside the pressure vessel 8 reaches a predetermined pressure of 1 to 50 atm, the supply from the lines 13 and 11 is stopped. At the same time, the interior of the processing chamber 9 is heated to 300 to 70 by the heaters 10 and 15.
Heat to a predetermined temperature of 0 ° C. When it is desired to adjust the oxygen concentration in the processing chamber 9, the nitrogen supply line 13c
To supply a mixed gas of oxygen and nitrogen into the processing chamber 9. When the polycrystalline silicon substrate 16 is oxidized in an atmosphere containing oxygen as a main component, a dense oxide film can be formed on the surface, crystal defects can be reduced, and the surface which is not oxidized remains. Can also be reduced. (4) While exhausting the processing gas in the processing chamber 9, water vapor is supplied from the processing gas supply line 13 into the processing chamber 9 via the water supply line 13b to replace the processing gas. At this time, the pressure raising line 11 and the pressure reducing line 12 are controlled so that a pressure difference of 1 atm or more does not occur inside and outside the processing chamber 9. When the polycrystalline silicon substrate 16 having a dense oxide film is oxidized in an atmosphere containing water vapor as a main component, the progress of the oxidation can be promoted, and crystal defects can be reduced quickly. Also, by having a dense oxide film on the surface,
The progress of the subsequent oxidation can be moderated, and the unevenness of the surface that is not oxidized can be reduced. (5) Further, the oxide film formed on the surface may be removed. At this time, the oxide film is removed using buffered hydrofluoric acid (BHF), a hydrofluoric acid solution, or the like. (6) When the semiconductor substrate after the above-described steps (1) to (4) is used as a semiconductor substrate, not only a small number of crystal defects but also a dense oxide film is formed on the surface, so that the surface layer There are no defects, and there is no unevenness on the surface because the oxide film is not removed. Further, even when the semiconductor substrate subjected to the above-described step (5) is used as a semiconductor substrate,
The surface layer has few crystal defects and small surface irregularities.
【００２９】上述した本発明の半導体基板の製造方法に
より製造された半導体基板は、例えば薄膜トランジスタ
の製造に使用される。ここで図４は、本発明の方法を利
用した薄膜トランジスタの製造方法について説明する図
であり、（Ａ）〜（Ｇ）は各手順を示している。以下、
順を追って説明する。 （１）図４（Ａ）に示すように、上述した本発明の半導
体基板の製造方法により製造された半導体基板を用意す
る。なお、絶縁性基板１としては安価なガラス基板を用
いている。 （２）図４（Ｂ）に示すように、半導体膜１７をエッチ
ングして島状半導体膜１８を形成する。ここでは通常用
いられるフォトリソグラフィ技術によりパターニングさ
れたレジストを形成して、プラズマを用いたドライエッ
チング法により半導体膜をエッチングした。 （３）図４（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１９を形
成する。ゲート絶縁膜１９はプラズマＣＶＤ法により３
５０℃でＴＥＯＳ（テトラ・エチル・オルト・シリケー
ト：Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）ガスとＯ2ガスとを用いて成膜
した膜厚１００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を用
いた。その他に、ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法や、４５０℃でＳｉＨ4ガスとＯ2ガスを用い
た減圧ＣＶＤ法や、４３０℃でＳｉＨ4ガスとＯ2ガスを
用いた常圧ＣＶＤ法や、スパッタ法等を用いて成膜した
酸化シリコン膜でもよいことは勿論である。膜厚は５０
〜１５０ｎｍ程度が好ましい。また、ここでは酸化シリ
コン膜を用いたが、窒化シリコン膜や、酸化シリコン膜
と窒化シリコン膜との積層膜でもよい。 （４）図４（Ｄ）に示すように、ゲート電極２０を形成
する。ゲート電極２０は、多結晶シリコン膜、Ａｌ、Ａ
ｌＳｉ、ＡｌＴｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃ
ｒ、Ｗ又はこれらの積層膜を成膜した後、エッチングを
行って形成する。 （５）図４（Ｅ）に示すように、ゲート電極２０をマス
クとして自己整合的に不純物イオンを半導体膜に注入し
た後、不純物イオンを活性化してトランジスタのソース
部２１、ドレイン部２２を形成する。このとき不純物が
注入されなかったセンター部２３はトランジスタのチャ
ネル部となる。Ｎ型トランジスタを形成するときにはリ
ンや砒素等の第５族元素を、Ｐ型トランジスタを形成す
るときにはボロン等の第３族元素を不純物イオンとして
注入する。活性化には炉アニール、レーザアニール、ラ
ンプアニール等を用いる。ここでは、ＸｅＣｌエキシマ
レーザ照射を行って活性化した。 （６）図４（Ｆ）に示すように、層間絶縁膜２４を成膜
する。ここでは、層間絶縁膜２４として、プラズマＣＶ
Ｄ法により３００℃で成膜した膜厚５００ｎｍの窒化シ
リコン膜を用いた。また、段差被覆性の良好なＴＥＯＳ
ガスを用いたプラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法により形
成される酸化シリコン膜を用いてもよい。また、膜厚は
３００〜５００ｎｍ程度が好ましい。 （７）図４（Ｇ）に示すように、ソース部２１及びドレ
イン部２２にコンタクトホール２５，２５を開口した
後、ソース配線２６及びドレイン配線２７を形成する。
これで薄膜トランジスタが製造された。The semiconductor substrate manufactured by the above-described method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is used, for example, for manufacturing a thin film transistor. Here, FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing a thin film transistor using the method of the present invention, and (A) to (G) show each procedure. Less than,
It will be described step by step. (1) As shown in FIG. 4A, a semiconductor substrate manufactured by the above-described semiconductor substrate manufacturing method of the present invention is prepared. Note that an inexpensive glass substrate is used as the insulating substrate 1. (2) As shown in FIG. 4B, the semiconductor film 17 is etched to form the island-shaped semiconductor film 18. Here, a patterned resist is formed by a commonly used photolithography technique, and the semiconductor film is etched by a dry etching method using plasma. (3) As shown in FIG. 4C, a gate insulating film 19 is formed. The gate insulating film 19 is formed by plasma CVD.
A 100-nm-thick silicon oxide (SiO 2 ) film formed by using TEOS (tetra-ethyl-ortho-silicate: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) gas and O 2 gas at 50 ° C. was used. Other, SiH 4 or a plasma CVD method using gas and O 2 gas, reduced pressure CVD or using SiH 4 gas and O 2 gas at 450 ° C., atmospheric using SiH 4 gas and O 2 gas at 430 ° C. Needless to say, a silicon oxide film formed by a pressure CVD method, a sputtering method, or the like may be used. The film thickness is 50
About 150 nm is preferable. Although a silicon oxide film is used here, a silicon nitride film or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film may be used. (4) As shown in FIG. 4D, the gate electrode 20 is formed. The gate electrode 20 is made of a polycrystalline silicon film, Al, A
lSi, AlTi, TiN, Ti, Ta, TaN, C
After forming r, W, or a laminated film of these, it is formed by etching. (5) As shown in FIG. 4E, after impurity ions are implanted into the semiconductor film in a self-aligned manner using the gate electrode 20 as a mask, the impurity ions are activated to form the source portion 21 and the drain portion 22 of the transistor. I do. At this time, the center portion 23 into which the impurity has not been implanted becomes a channel portion of the transistor. When forming an N-type transistor, a Group 5 element such as phosphorus or arsenic is implanted as impurity ions, and when forming a P-type transistor, a Group 3 element such as boron is implanted as impurity ions. Furnace annealing, laser annealing, lamp annealing, and the like are used for activation. Here, XeCl excimer laser irradiation was performed to activate. (6) As shown in FIG. 4F, an interlayer insulating film 24 is formed. Here, the plasma CV is used as the interlayer insulating film 24.
A 500-nm-thick silicon nitride film formed at 300 ° C. by Method D was used. TEOS with good step coverage
A silicon oxide film formed by a plasma CVD method using a gas or a normal pressure CVD method may be used. The thickness is preferably about 300 to 500 nm. (7) As shown in FIG. 4G, after opening contact holes 25 in the source part 21 and the drain part 22, a source wiring 26 and a drain wiring 27 are formed.
Thus, a thin film transistor was manufactured.
【００３０】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更でき
ることは勿論である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
【００３１】[0031]
【発明の効果】上述した本発明の半導体膜の成形方法に
よれば、酸化レートの小さい酸素を主成分とする雰囲気
下で多結晶シリコン膜を酸化する緻密酸化膜生成工程を
有しているため、多結晶シリコン膜の表面層での酸化は
ゆっくりと進行し、その表面層の酸化レートに大きく偏
ることなく密度の大きい緻密酸化膜が順次生成され、そ
の緻密酸化膜の生成により自由になったシリコン原子が
結晶欠陥を順に補償し、結晶欠陥を低減することがで
き、膜質を均一にすることができ、酸化されずに残る多
結晶シリコン膜の表面の凹凸を抑制することができる。
したがって、酸化膜を除去しない場合は勿論、除去する
場合であっても、良質の半導体膜を成形することができ
る。また、酸化レートの大きい水蒸気を主成分とする雰
囲気下で酸化する酸化促進工程を併用することにより、
多結晶シリコン膜内での酸化の進行速度を早めることが
でき、結晶欠陥の少ない良質な半導体膜の成形を迅速に
処理することができる。また、緻密酸化膜生成工程及び
酸化促進工程を１〜５０気圧の雰囲気で行うと、３００
〜７００℃の温度で緻密酸化膜の生成等を効率良く行う
ことができ、絶縁性基板を損傷することもない。According to the method of forming a semiconductor film of the present invention described above, the method includes the step of forming a dense oxide film for oxidizing the polycrystalline silicon film in an atmosphere containing oxygen having a low oxidation rate as a main component. Oxidation on the surface layer of the polycrystalline silicon film progressed slowly, and a dense oxide film having a high density was sequentially generated without greatly biasing the oxidation rate of the surface layer, and was freed by the formation of the dense oxide film. Silicon atoms can compensate for crystal defects in order, reduce crystal defects, make the film quality uniform, and suppress unevenness of the surface of the polycrystalline silicon film that remains without being oxidized.
Therefore, a high quality semiconductor film can be formed not only when the oxide film is not removed but also when it is removed. In addition, by using an oxidation promoting step of oxidizing in an atmosphere containing steam having a large oxidation rate as a main component,
The progress of oxidation in the polycrystalline silicon film can be accelerated, and a high-quality semiconductor film with few crystal defects can be quickly formed. When the dense oxide film forming step and the oxidation promoting step are performed in an atmosphere of 1 to 50 atm, 300
The formation of a dense oxide film and the like can be efficiently performed at a temperature of about 700 ° C., and the insulating substrate is not damaged.
【００３２】上述した本発明の半導体基板の製造方法に
よれば、酸素又は水蒸気を主成分とする雰囲気下で多結
晶シリコン基板を酸化しているため、結晶欠陥が少な
く、表面層の欠陥がなく、表面荒れがない、良好な特性
を有する半導体基板を製造することができる。また、酸
化膜を除去しても、結晶欠陥が少なく、表面荒れの少な
い、良好な特性を有する半導体基板を製造することがで
きる。According to the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention described above, since the polycrystalline silicon substrate is oxidized in an atmosphere containing oxygen or water vapor as a main component, there are few crystal defects and no surface layer defects. A semiconductor substrate having good characteristics without surface roughness can be manufactured. In addition, even if the oxide film is removed, a semiconductor substrate having few crystal defects, little surface roughness, and good characteristics can be manufactured.
【図１】本発明の半導体膜の成形方法を一定のパラメー
タで実施したときの各工程を示す図であり、（Ａ）は緻
密酸化膜生成工程前の断面図、（Ｂ）は緻密酸化膜生成
工程後の断面図、（Ｃ）は酸化促進工程後の断面図、
（Ｄ）は酸化膜除去工程後の断面図を示している。FIGS. 1A and 1B are diagrams showing respective steps when a method for forming a semiconductor film of the present invention is carried out with constant parameters, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view before a dense oxide film forming step, and FIG. Sectional view after the generation step, (C) is a sectional view after the oxidation promoting step,
(D) shows a sectional view after the oxide film removing step.
【図２】雰囲気圧力を１気圧から５０気圧まで変化させ
たときの酸化膜の成長レート（Oxide Growth Rate）と
処理温度（Temperature）との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an oxide film growth rate (Oxide Growth Rate) and a processing temperature (Temperature) when the atmospheric pressure is changed from 1 atm to 50 atm.
【図３】本発明の半導体基板の製造方法で使用する処理
装置を示す図である。FIG. 3 is a view showing a processing apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention.
【図４】本発明の方法を利用した薄膜トランジスタの製
造方法について説明する図であり、（Ａ）〜（Ｇ）は各
手順を示している。FIGS. 4A to 4G are diagrams illustrating a method for manufacturing a thin film transistor using the method of the present invention, wherein FIGS.
【図５】特開平７−１６２００２号公報に記載されてい
る半導体膜の製造方法を示す図であり、（Ａ）は酸化前
の多結晶シリコン膜の断面図、（Ｂ）は酸化後の多結晶
シリコン膜の断面図、（Ｃ）は酸化膜を除去した後の多
結晶シリコン膜（半導体膜）の断面図である。FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor film described in JP-A-7-162002, wherein FIG. 5A is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon film before oxidation, and FIG. FIG. 4C is a cross-sectional view of the polycrystalline silicon film (semiconductor film) after removing the oxide film.
１ 絶縁性基板 ２ 多結晶シリコン膜 ３ 結晶粒 ４ 結晶粒界 ５ 結晶欠陥 ６ 酸化膜 ７ 緻密酸化膜 ８ 圧力容器 ９ 処理室 １０ ヒータ １１ 昇圧ライン １２ 減圧ライン １３ 処理ガス供給ライン １３ａ 酸素供給ライン １３ｂ 水供給ライン １３ｃ 窒素供給ライン １４ 処理ガス排気ライン １５ ヒータ １６ 多結晶シリコン基板 １７ 半導体膜 １８ 島状半導体膜 １９ ゲート絶縁膜 ２０ ゲート電極 ２１ ソース部 ２２ ドレイン部 ２３ センター部 ２４ 層間絶縁膜 ２５ コンタクトホール ２６ ソース配線 ２７ ドレイン配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Polycrystalline silicon film 3 Crystal grain 4 Crystal grain boundary 5 Crystal defect 6 Oxide film 7 Dense oxide film 8 Pressure vessel 9 Processing chamber 10 Heater 11 Boost line 12 Decompression line 13 Processing gas supply line 13a Oxygen supply line 13b Water supply line 13c Nitrogen supply line 14 Processing gas exhaust line 15 Heater 16 Polycrystalline silicon substrate 17 Semiconductor film 18 Island-like semiconductor film 19 Gate insulating film 20 Gate electrode 21 Source part 22 Drain part 23 Center part 24 Interlayer insulating film 25 Contact hole 26 Source wiring 27 Drain wiring
Claims (6)
性基板に半導体膜を成形する方法であって、酸素を主成
分とする雰囲気下で前記多結晶シリコン膜の表面層に緻
密な酸化膜を生成する工程を有することを特徴とする半
導体膜の成形方法。1. A method of forming a semiconductor film on an insulating substrate having a polycrystalline silicon film formed on a surface thereof, wherein a dense oxide film is formed on a surface layer of the polycrystalline silicon film in an atmosphere containing oxygen as a main component. Forming a semiconductor film.
結晶シリコン膜の酸化を促進する工程を有する請求項１
に記載の半導体膜の成形方法。2. The method according to claim 1, further comprising the step of promoting the oxidation of the polycrystalline silicon film in an atmosphere containing water vapor as a main component.
3. The method for forming a semiconductor film according to item 1.
７００℃で処理される請求項１又は請求項２に記載の半
導体膜の成形方法。3. The method according to claim 1, wherein each of the steps is performed at 1 to 50 atm and 300 to 50 atm.
The method for forming a semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor film is processed at 700 ° C. 4.
求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体膜の成形
方法。4. The method for forming a semiconductor film according to claim 1, further comprising a step of removing the oxide film.
形成する工程と、所定のガス雰囲気を生成できる室内に
前記絶縁性基板を配置する工程と、前記室内を酸素を主
成分とする雰囲気にする工程と、前記室内を水蒸気を主
成分とする雰囲気にする工程と、を有することを特徴と
する半導体基板の製造方法。5. A step of forming a polycrystalline silicon film on a surface of an insulating substrate; a step of arranging the insulating substrate in a room capable of generating a predetermined gas atmosphere; And a step of setting the chamber to an atmosphere containing water vapor as a main component.
膜を除去する工程を有する請求項５に記載の半導体基板
の製造方法。6. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 5, further comprising a step of removing the semiconductor substrate from said chamber and removing an oxide film.
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-
1997
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