JP3221129B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device manufacturing methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製法に係
わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device .
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ）を構成するシリコンダイオキサイド
（ＳｉＯ2 ）によるゲート絶縁膜は、一般にシリコンの
熱酸化膜が用いられている。2. Description of the Related Art A silicon oxide (SiO 2 ) gate insulating film constituting a MOS transistor (insulated gate field effect transistor) is generally a silicon thermal oxide film.
【０００３】この熱酸化ＳｉＯ2 は、きわめて良好な界
面特性すなわち低い界面準位密度を有し、現在の各種半
導体装置の製造プロセスの基礎技術となっている。[0003] This thermally oxidized SiO 2 has extremely good interface characteristics, that is, low interface state density, and has become a basic technology of the current manufacturing process of various semiconductor devices.
【０００４】そのほかＳｉＯ2 の形成方法としては、高
温のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）もフィール
ド酸化膜等の形成に用いられている。In addition, as a method for forming SiO 2 , high-temperature CVD (Chemical Vapor Deposition) is also used for forming a field oxide film or the like.
【０００５】このような熱酸化や高温の熱ＣＶＤ法を用
いて形成するＳｉＯ2 膜は、優れた電気的特性を持つ反
面、例えば熱酸化の場合１１００℃以上という高い成膜
温度を必要とする問題があった。The SiO 2 film formed by such thermal oxidation or high-temperature thermal CVD has excellent electrical characteristics, but requires a high film formation temperature of, for example, 1100 ° C. or more in the case of thermal oxidation. There was a problem.
【０００６】このためガラス基板上に作製される薄膜ト
ランジスタ等の低温プロセスで作製する半導体装置の製
造においては、これらの方法を用いることができなかっ
た。Therefore, these methods cannot be used in manufacturing a semiconductor device manufactured by a low-temperature process such as a thin film transistor manufactured on a glass substrate.
【０００７】一方、低温でＳｉＯ2 絶縁膜を形成する技
術としてプラズマＣＶＤ法がある。この方法はＳｉＨ4
及びＮ2 ＯあるいはＯ2 混合ガスをＲＦ（高周波）放電
で分解してＳｉＯ2 を堆積させるものであり、この場合
３００℃以下の低温でＳｉＯ 2 膜を堆積させることがで
きるという利点がある。On the other hand, at low temperatures,Two Technique for forming insulating film
As a technique, there is a plasma CVD method. This method uses SiHFour
And NTwo O or OTwo RF (high frequency) discharge of mixed gas
Decomposed with SiOTwo In this case,
SiO at low temperature below 300 ° C Two Film can be deposited
There is an advantage that can be.
【０００８】しかしながら、このプラズマＣＶＤでは成
膜中に高エネルギーのプラズマが発生するため、この方
法をＭＯＳトランジスタ等の半導体装置の製造プロセス
における半導体へのゲート絶縁膜等の形成に用いると
き、半導体例えばシリコンが高エネルギーのプラズマに
よってダメージを受け、良好なトランジスタ特性が得ら
れないとう問題があった。However, since high-energy plasma is generated during film formation in the plasma CVD, when this method is used for forming a gate insulating film or the like on a semiconductor in a process of manufacturing a semiconductor device such as a MOS transistor, for example, There is a problem that silicon is damaged by high-energy plasma and good transistor characteristics cannot be obtained.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した諸
問題の解決をはかる。すなわち、本発明の目的は、膜質
に優れたシリコンダイオキサイドＳｉＯ2 を低温で形成
することができるようにするとともに、このＳｉＯ2 と
半導体例えばシリコンＳｉとの界面特性に優れた半導体
装置の製法を提供するものである。The present invention seeks to solve the above-mentioned problems. That is, an object of the present invention is to make it possible to form silicon dioxide SiO 2 having excellent film quality at a low temperature, and to provide a method of manufacturing a semiconductor device having excellent interface characteristics between this SiO 2 and a semiconductor such as silicon Si. To provide.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン（Ｓ
ｉ）またはシリコンモノオキサイド（ＳｉＯ）を加熱蒸
発させ、この蒸発したＳｉまたはＳｉＯを気相で酸素Ｏ
と反応させてシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ2 ）を生
成して半導体からなる基体上に付着させ、ＳｉＯ2 薄膜
をこの半導体からなる基体上に成膜させ、界面準位密度
が１×１０ 12 ｃｍ -2 ・ｅＶ -1 以下のシリコンダイオキサ
イド（ＳｉＯ 2 ）を形成して半導体装置を構成する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a silicon (S)
i) or silicon monooxide (SiO) is heated and evaporated, and the evaporated Si or SiO is converted to oxygen O in the gas phase.
To produce silicon dioxide (SiO 2 ) and attach it to a substrate made of a semiconductor, form a SiO 2 thin film on the substrate made of a semiconductor , and obtain an interface state density.
Is less than 1 × 10 12 cm -2 · eV -1
A semiconductor device is formed by forming an oxide (SiO 2 ) .
【００１１】また本発明は、前記シリコン（Ｓｉ）また
はシリコンモノオキサイド（ＳｉＯ）におけるシリコン
（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の濃度（原子比）を０〜
１．８とする。Further, the present invention provides a method for controlling the concentration (atomic ratio) of oxygen (O) to silicon (Si) in silicon (Si) or silicon monooxide (SiO) from 0 to 0.
1.8.
【００１２】また本発明は、前記酸素ガスの圧力を１０
-2Torr〜１０-5Torrとする。[0012] The present invention also relates to the present invention, wherein the pressure of the oxygen gas is set to 10
-2 Torr to 10 -5 Torr.
【００１３】更に本発明は、前記ＳｉＯ2 におけるその
Ｓｉに対する酸素濃度（原子比）を１．９〜２．０とす
る。Further, in the present invention, the oxygen concentration (atomic ratio) of the SiO 2 to Si is set to 1.9 to 2.0.
【００１４】また本発明は、前記絶縁膜の成膜時の基体
温度を０℃〜１０００℃とする。Further, in the present invention, the substrate temperature at the time of forming the insulating film is set to 0 ° C. to 1000 ° C.
【００１５】[0015]
【００１６】[0016]
【作用】上述のＳｉまたはＳｉＯを加熱して蒸発させ、
蒸発したＳｉまたはＳｉＯを気相で酸素と反応させてＳ
ｉＯ2 に変えてこのＳｉＯ2 を基体上に付着させてＳｉ
Ｏ2 薄膜を形成する本発明方法によって形成したＳｉＯ
2 薄膜は、緻密で均質な良質のＳｉＯ2 薄膜を形成する
ことができた。The above-mentioned Si or SiO is heated to evaporate,
Reacting the evaporated Si or SiO with oxygen in the gas phase to form S
Instead of the iO 2 by attaching the SiO 2 onto a substrate Si
SiO formed by the method of the present invention for forming an O 2 thin film
As the two thin films, a dense and uniform SiO 2 thin film of good quality could be formed.
【００１７】また、蒸発したＳｉ，ＳｉＯを気相で酸素
と反応させる態様をとるので、基体温度は低温の０℃〜
１０００℃とすることができ、この０℃〜１０００℃に
おいて、用いる基体の種類によって、すなわち基体の耐
熱性等の特性に応じて加熱温度を充分低く選定できるこ
とから、例えば比較的低融点のガラス基板等を有する基
体に対してもＳｉＯ2 薄膜の形成を基体を損なうことな
く形成できる。In addition, since the evaporated Si and SiO are reacted with oxygen in the gas phase, the substrate temperature can be as low as 0.degree.
The heating temperature can be set at 1000 ° C., and at 0 ° C. to 1000 ° C., the heating temperature can be selected to be sufficiently low depending on the type of the base to be used, that is, according to the properties such as the heat resistance of the base. A SiO 2 thin film can be formed on a substrate having the same without damaging the substrate.
【００１８】またプラズマ等の高エネルギーを用いるこ
となくＳｉＯ2 薄膜の形成を行うことができるので、例
えば半導体に対してこれにダメージを与えることなくＳ
ｉＯ 2 薄膜の形成を行うことができる。In addition, use of high energy such as plasma
SiOTwo Since thin films can be formed,
For example, S without damaging the semiconductor
iO TwoA thin film can be formed.
【００１９】そして、半導体に対し界面準位密度が１×
１０12ｃｍ-2・ｅＶ-1以下でＳｉＯ 2 薄膜を形成するの
で、この界面における電荷のトラップ等の半導体装置の
各種特性の低下を回避でき、特性の良いすなわちキャリ
ア移動度が大で、しきい電圧の低い例えばＭＯＳトラン
ジスタを形成できる。The interface state density of the semiconductor is 1 ×
1012cm-2・ EV-1In the following SiO TwoTo form a thin film
Therefore, semiconductor devices such as charge traps at the interface
It is possible to avoid deterioration of various characteristics,
MOS transistors with high mobility and low threshold voltage
A resistor can be formed.
【００２０】また、特にその蒸発源として融点が低いＳ
ｉＯを用いるときは、その蒸発を抵抗加熱や誘導加熱で
低電力容易に蒸発させることができる。In particular, as an evaporation source, S having a low melting point is used.
When iO is used, it can be easily evaporated with low power by resistance heating or induction heating.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の半導体装置
の製法の実施例を説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
An example of the manufacturing method will be described.
【００２２】先ず図１を参照して本発明製法に用いる絶
縁膜の形成方法の一実施例をそのＳｉＯ2 薄膜の成膜装
置とともに説明する。[0022] First referring to absolute used in the present invention process 1
An embodiment of the method of forming the edge film will be described together with the SiO 2 thin film forming apparatus.
【００２３】この例では、真空チャンバー１内に、Ｓｉ
Ｏ2 薄膜の成膜原料（蒸発源）２のＳｉＯ粉末を収容す
る容器３この例ではＴａからなるボートを配置した。In this example, the vacuum chamber 1 contains Si
Container 3 for accommodating SiO powder as O 2 thin film forming raw material (evaporation source) 2 In this example, a boat made of Ta was arranged.
【００２４】この容器３には、原料２を蒸発させて気相
化する加熱手段が設けられる。図１に示す例では、Ｔａ
ボートからなる容器３自体に通電してこれを加熱する構
成とした。そしてこの容器３すなわちＴａボート内にＳ
ｉまたはＳｉＯを入れこれを加熱するものであるが、こ
のとき原料２のＳｉＯ粉末が突沸して飛び出すことがな
いように、図示しないが例えば直径０．５ｍｍの透孔を
穿設した同様の例えばＴａよりなる蓋を容器３上にかぶ
せる。The container 3 is provided with a heating means for evaporating the raw material 2 and converting it into a gas phase. In the example shown in FIG.
The configuration was such that the vessel 3 itself consisting of a boat was energized and heated. Then, in this container 3, ie, in the Ta boat, S
i or SiO is charged and heated. At this time, in order to prevent the SiO powder of the raw material 2 from bumping out and jumping out, a similar through-hole having a diameter of 0.5 mm, for example, is formed. A lid made of Ta is put on the container 3.
【００２５】また、チャンバー１内の容器３と対向する
上方に、この実施例ではこれと３０ｃｍ離間してＳｉＯ
2 薄膜を形成すべき基体４を配置する。Further, in this embodiment, the SiO.sub.3 is spaced apart from the container 3 in the chamber 1 by 30 cm.
2 A substrate 4 on which a thin film is to be formed is arranged.
【００２６】チャンバー１には、チャンバー内の排気を
行う真空ポンプ５が連結される。また、チャンバー１に
は、例えば水晶振動子６よりなる蒸着速度をモニターす
る蒸着速度測定装置を設ける。A vacuum pump 5 for evacuating the chamber is connected to the chamber 1. Further, the chamber 1 is provided with a vapor deposition rate measuring device for monitoring the vapor deposition rate composed of, for example, a quartz oscillator 6.
【００２７】次にこの成膜装置によって本発明方法を実
施する手順を説明する。先ず、チャンバー１内を真空ポ
ンプ５によって排気する。Next, a procedure for carrying out the method of the present invention by this film forming apparatus will be described. First, the inside of the chamber 1 is evacuated by the vacuum pump 5.
【００２８】チャンバー１内の真空度が２×１０-4Torr
になった状態（酸素分圧はその３０％の６×１０-5Tor
r）で容器３すなわちＴａボートに電流を流して原料２
のＳｉＯを加熱した。水晶振動子６で蒸着速度をモニタ
ーしながら０．３ｎｍ／ｓｅｃの速度でＳｉＯを蒸発さ
せた。蒸発したＳｉＯ分子は基体４に向かって飛ぶが、
その途中でチャンバー内の残留大気中の酸素と反応して
ＳｉＯ2 に変わり、基体４にはＳｉＯ2 薄膜７が形成さ
れた。The degree of vacuum in the chamber 1 is 2 × 10 -4 Torr
(Oxygen partial pressure is 30 × 6 × 10 -5 Tor
In r), a current is applied to the container 3, that is, the Ta boat, and
Was heated. The SiO was evaporated at a rate of 0.3 nm / sec while monitoring the deposition rate with the quartz oscillator 6. The evaporated SiO molecules fly toward the substrate 4,
On the way, it reacts with oxygen in the remaining air in the chamber to change to SiO 2 , and a SiO 2 thin film 7 is formed on the substrate 4.
【００２９】このようにして形成されたＳｉＯ2 薄膜７
の屈折率は１．４６〜１．４７であった。これは熱酸化
法で作製したＳｉＯ2 薄膜と同じ値であった。The SiO 2 thin film 7 thus formed
Had a refractive index of 1.46 to 1.47. This was the same value as the SiO 2 thin film produced by the thermal oxidation method.
【００３０】本発明製法では、上述の成膜装置に限ら
ず、各部を適宜変更した成膜装置によって絶縁膜を形成
することができる。In the manufacturing method of the present invention , an insulating film is formed not only by the above-described film forming apparatus but also by a film forming apparatus in which each part is appropriately changed.
It can be.
【００３１】例えば図２に示すように、原料２のＳｉＯ
の加熱蒸発をレーザビーム８の照射によって行うことも
できる。このように、レーザビームによる加熱態様を採
るときは、ＳｉＯのみを局所的に加熱できることから例
えば容器３からの不純物の飛び出しを回避でき、この不
純物が基体４に成膜させたＳｉＯ2 薄膜７に混入してそ
の特性を低下させるような不都合を回避できる。For example, as shown in FIG.
Can be performed by irradiation with a laser beam 8. As described above, when the heating mode using the laser beam is employed, only the SiO can be locally heated, so that, for example, the protrusion of the impurity from the container 3 can be avoided, and the impurity is applied to the SiO 2 thin film 7 formed on the base 4. It is possible to avoid such a disadvantage that the characteristics are deteriorated by being mixed.
【００３２】更に、他の例としては、例えば図３に示す
ように、原料２のＳｉＯを蒸発させる方法として容器３
をセラミックボートによって構成し、高周波誘導加熱手
段９によってその加熱を行うこともできる。この場合、
セラミックボートによって容器３を構成したことによっ
てＳｉＯの加熱蒸発に伴う金属不純物の発生を回避で
き、ＳｉＯ2 薄膜７への金属不純物の混入を回避できる
ものである。Further, as another example, as shown in FIG. 3, for example, as shown in FIG.
Can be constituted by a ceramic boat, and the heating can be performed by the high frequency induction heating means 9. in this case,
By forming the container 3 with a ceramic boat, it is possible to avoid generation of metal impurities due to heating and evaporation of SiO, and to avoid mixing of metal impurities into the SiO 2 thin film 7.
【００３３】また上述した例では、蒸発させたＳｉＯ分
子と反応させる酸素として、チャンバー１内に残留する
酸素を用いた場合であるが、他の例としては、例えば図
４に示すように、このＳｉＯと反応させる酸素の供給
を、マスフローコントローラ１０を用いて酸素導入量を
制御してチャンバー１内の酸素圧を選定する方法を採る
こともできる。この場合あらかじめチャンバー１内は、
真空ポンプ５によって高真空度の１０-6Torrとして水分
等の不純物ガスを除いた後、酸素の導入を行うことによ
ってＳｉＯと反応させる。このようにすることによって
不純物の混入を効果的に回避したＳｉＯ2 薄膜７の成膜
を行うことができる。In the above-described example, oxygen remaining in the chamber 1 is used as oxygen to react with the evaporated SiO molecules. As another example, as shown in FIG. The supply of oxygen to be reacted with SiO may be controlled by controlling the amount of oxygen introduced using the mass flow controller 10 to select the oxygen pressure in the chamber 1. In this case, the inside of the chamber 1 is
After removing impurity gases such as moisture by using a vacuum pump 5 at a high degree of vacuum of 10 −6 Torr, oxygen is introduced to react with SiO. This makes it possible to form the SiO 2 thin film 7 in which contamination of impurities is effectively avoided.
【００３４】本発明製法による場合、そのＳｉＯ2 薄膜
７の成膜にあたって、基体４は特段の加熱を必要としな
いものであるが、図５に示すように基体４の配置部に、
基体４を１０００℃以下好ましくは８００℃以下で加熱
する通電加熱ヒーター等の加熱手段１１を設けて基体４
に吸着している水分等のガスをＳｉＯ2 薄膜７の被着形
成前にチャンバー１内の排気と共に取り除くことができ
る。 According to the manufacturing method of the present invention , the substrate 4 does not require any special heating for forming the SiO 2 thin film 7, but as shown in FIG.
A heating means 11 such as an electric heating heater for heating the substrate 4 at a temperature of 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower is provided.
Gases such as moisture adsorbed on the chamber 1 can be removed together with the exhaust in the chamber 1 before the deposition of the SiO 2 thin film 7.
【００３５】また基体温度を上げてＳｉＯ2 薄膜７を形
成することによって、より強固なＳｉＯ2 薄膜を形成で
きる。By forming the SiO 2 thin film 7 by raising the substrate temperature, a stronger SiO 2 thin film can be formed.
【００３６】尚、上述の各装置は、各部の構造を適宜組
み合わせることによって、本発明製法を実施する成膜装
置とすることができる。Each of the above-described apparatuses can be used as a film forming apparatus for performing the manufacturing method of the present invention by appropriately combining the structures of the respective sections.
【００３７】また上述した各例では、蒸発源すなわち原
料２としてＳｉＯを用いた場合であるが、これに代え、
あるいはこれと共にＳｉを用いることができるものであ
り、この原料２としては、そのシリコンＳｉに対する酸
素Ｏの濃度（Ｏ／Ｓｉ（原子比））は０〜１．８とし、
この範囲でこれが気相化された状態で酸素と良好に結合
して特性の良いＳｉＯ2 薄膜の生成ができた。In each of the above-described examples, the case where SiO is used as the evaporation source, ie, the raw material 2, is used.
Alternatively, Si can be used together therewith, and as the raw material 2, the concentration of oxygen O (O / Si (atomic ratio)) with respect to the silicon Si is 0 to 1.8,
In this range, it can be satisfactorily combined with oxygen in a gaseous state to form a SiO 2 thin film with good characteristics.
【００３８】また、チャンバー１内の気相のＳｉないし
はＳｉＯと結合させる酸素ガスの圧力は１０-2Torr〜１
０-5Torrとする。これは１０-2Torrより酸素ガス圧が高
くなると目的とする特性の良い膜質に優れたＳｉＯ2 薄
膜の形成ができにくくなり、１０-5Torrより低くなると
Ｓｉに対する酸素濃度（原子比）を１．９〜２．０のＳ
ｉＯ2 薄膜を生成できなくなるおそれが生じ、更に反応
促進が阻害されることに因る。The pressure of the oxygen gas to be combined with the gaseous phase Si or SiO in the chamber 1 is 10 −2 Torr to 1
And 0 -5 Torr. This is because when the oxygen gas pressure is higher than 10 -2 Torr, it is difficult to form a SiO 2 thin film having the desired characteristics and excellent film quality, and when the oxygen gas pressure is lower than 10 -5 Torr, the oxygen concentration (atomic ratio) with respect to Si becomes 1. 0.9 to 2.0 S
There is a possibility that an iO 2 thin film cannot be formed, and furthermore, the promotion of the reaction is hindered.
【００３９】また本発明は、前記絶縁膜の成膜時の基体
温度は０℃〜１０００℃の範囲で基体材料等の諸条件に
よって選定するが、一般には８００℃以下が好ましい。In the present invention, the temperature of the substrate at the time of forming the insulating film is selected in the range of 0 ° C. to 1000 ° C. according to various conditions such as the material of the substrate.
【００４０】次に、上述した絶縁膜の形成方法を用いた
本発明による半導体装置の製法について説明する。Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention using the above-described method of forming an insulating film will be described.
【００４１】図６の製造工程図を参照して、薄膜トラン
ジスタを製造する場合の一実施例を説明する。An embodiment in the case of manufacturing a thin film transistor will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG.
【００４２】この場合、例えばガラス基板よりなる基体
２１が用意される。そして、図６Ａに示すように、基体
２１上にプラズマＣＶＤ法によって厚さ２０ｎｍのリン
ドープあるいはボロンドープの水素化アモルファスシリ
コン膜２２を形成した。そしてこの水素化アモルファス
シリコン膜２２の、最終的にチャネル領域を形成する部
分をフォトリソグラフィによる選択的エッチングによっ
て除去した。In this case, a base 21 made of, for example, a glass substrate is prepared. Then, as shown in FIG. 6A, a phosphorus-doped or boron-doped hydrogenated amorphous silicon film 22 having a thickness of 20 nm was formed on the substrate 21 by a plasma CVD method. Then, a portion of the hydrogenated amorphous silicon film 22 where a channel region was finally formed was removed by selective etching by photolithography.
【００４３】図６Ｂに示すように、このエッチング除去
部を含んで全面的にさらに厚さ２０ｎｍのノンドープ水
素化アモルファスシリコン膜２３をプラズマＣＶＤ法で
形成した。そしてＸｅＣｌエキシマレーザを真空中で照
射する。As shown in FIG. 6B, a non-doped hydrogenated amorphous silicon film 23 having a further thickness of 20 nm was formed on the entire surface including the etched portions by the plasma CVD method. Then, XeCl excimer laser is irradiated in a vacuum.
【００４４】このようにして、図６Ｃに示すように、ア
モルファスシリコン膜２２及び２３を結晶化してノンド
ープ多結晶シリコンによるチャネル領域２４と、多結晶
ドープトシリコン膜によるソースないしはドレイン領域
２５を形成した。In this way, as shown in FIG. 6C, the amorphous silicon films 22 and 23 were crystallized to form a channel region 24 made of non-doped polycrystalline silicon and a source or drain region 25 made of polycrystalline doped silicon film. .
【００４５】その後水素プラズマ処理を行って多結晶シ
リコンのダングリングボンドを水素吸着によって終端さ
せ多結晶膜の高品質化を行った。次にＡｌを５０ｎｍの
厚さに全面蒸着及びフォトリソグラフィによる選択的エ
ッチングによるパターン化を行なってソースないしはド
レイン領域２５上にソースないしはドレイン電極２６を
オーミックコンタクトした。After that, a dangling bond of polycrystalline silicon was terminated by hydrogen adsorption by hydrogen plasma treatment to improve the quality of the polycrystalline film. Next, Al was deposited to a thickness of 50 nm and patterned by selective etching by photolithography to make ohmic contact with the source or drain electrode 26 on the source or drain region 25.
【００４６】その後、多結晶シリコン膜のトランジスタ
形成部以外の周囲を除去するいわゆるアイランドパター
ニングを行った。Thereafter, so-called island patterning for removing the periphery of the polycrystalline silicon film other than the transistor forming portion was performed.
【００４７】その後、図６Ｄに示すように、ゲート絶縁
膜として前述した絶縁膜の形成方法による厚さ２０ｎｍ
のＳｉＯ2 薄膜７を形成した。Thereafter, as shown in FIG. 6D, a gate insulating film having a thickness of 20 nm by the above-described method of forming an insulating film.
To form a SiO 2 film 7.
【００４８】次にＡｌを１００ｎｍの厚さに全面蒸着及
びフォトリソグラフィによる選択的エッチングによって
パターン化してゲート電極２７を形成した。このように
して目的とする多結晶薄膜トランジスタ（以下poly-Si
TFT という）を作製した。Next, a gate electrode 27 was formed by patterning Al to a thickness of 100 nm by vapor deposition over the entire surface and selective etching by photolithography. Thus, the target polycrystalline thin film transistor (hereinafter referred to as poly-Si
To prepare a) of TFT.
【００４９】この場合、ゲート部の幅Ｗとチャネル長Ｌ
との比Ｗ／Ｌ＝１０とした。In this case, the width W of the gate portion and the channel length L
And the ratio W / L = 10.
【００５０】図７にｎチャネルpoly-Si TFT のドレイン
電流−ゲート電圧特性を示す。同図中曲線５０は、図６
で説明した本発明製法によって得たｎチャネルpoly-Si
TFTの場合であり、曲線５１は比較のために図６で説明
した方法においてそのＳｉＯ 2 薄膜によるゲート絶縁膜
をプラズマＣＶＤで作製したpoly-Si TFT の特性であ
る。FIG. 7 shows the drain of an n-channel poly-Si TFT.
4 shows a current-gate voltage characteristic. The curve 50 in FIG.
N-channel poly-Si obtained by the method of the present invention described in
The curve 51 is the case of TFT, and the curve 51 is described in FIG. 6 for comparison.
The SiO 2 Two Gate insulating film by thin film
Shows the characteristics of poly-Si TFTs fabricated by plasma CVD.
You.
【００５１】本発明製法によって作製したpoly-Si TFT
の特性は、プラスのゲート電圧を印加することによって
ドレイン電流が大きく流れた。しきい値電圧は２Ｖ、キ
ャリヤ移動度は２００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓが得られた。これ
に対し、プラズマＣＶＤを用いたＳｉＯ2 膜によるＴＦ
Ｔはしきい値電圧が６Ｖと大きく、キャリヤ移動度が２
０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓと小さかった。The poly-Si TFT manufactured by the method of the present invention
In the characteristics of (1), a large drain current flowed when a positive gate voltage was applied. The threshold voltage was 2 V, and the carrier mobility was 200 cm 2 / V · s. On the other hand, TF by SiO 2 film using plasma CVD
T has a large threshold voltage of 6 V and a carrier mobility of 2
It was as small as 0 cm 2 / V · s.
【００５２】これらの結果は本発明によるＳｉＯ2 成膜
がプラズマ等の高エネルギー粒子を伴わない方法である
ため、シリコン膜にダメージを与えることなく良好なＳ
ｉＯ 2 ／Ｓｉ界面を形成できることを示している。These results indicate that the SiO 2Two Film formation
Is a method that does not involve high-energy particles such as plasma
Therefore, it is possible to obtain a good S without damaging the silicon film.
iO Two / Si interface can be formed.
【００５３】図８には上述した本発明製法によって得た
ｎチャネルpoly-Si TFT 及びｐチャネルpoly-Si TFT の
ドレイン電圧−ゲート電圧特性をそれぞれ曲線５３及び
５４で示す。ｐ−チャネルpoly-Si TFT のしきい値電圧
は２Ｖ，キャリヤ移動度は１００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであっ
た。この結果は本発明によるＳｉＯ2 ゲート絶縁膜によ
るＭＯＳトランジスタによって特性の良いＣＭＯＳ回路
を構成することができることを示す。FIG. 8 shows the drain voltage-gate voltage characteristics of the n-channel poly-Si TFT and the p-channel poly-Si TFT obtained by the above-described method of the present invention by curves 53 and 54, respectively. The threshold voltage of the p-channel poly-Si TFT was 2 V, and the carrier mobility was 100 cm 2 / V · s. This result indicates that a CMOS circuit having good characteristics can be formed by the MOS transistor using the SiO 2 gate insulating film according to the present invention.
【００５４】尚、本発明製法は上述した薄膜トランジス
タＴＦＴを得る場合に限らず他の各種半導体装置の製造
に適用できることはいうまでもない。It is needless to say that the manufacturing method of the present invention can be applied not only to the case of obtaining the above-mentioned thin film transistor TFT but also to the manufacture of various other semiconductor devices.
【００５５】．図９は本発明製法によって得た他の半導
体装置で、この例では単結晶シリコン半導体基体に絶縁
ゲート部が構成されたＭＯＳトランジスタに適用した場
合である。[0055] FIG. 9 shows another semiconductor device obtained by the manufacturing method of the present invention. In this example, the semiconductor device is applied to a MOS transistor having an insulated gate portion formed on a single crystal silicon semiconductor substrate.
【００５６】すなわちこの場合、単結晶シリコン基体６
１の一主面に臨んでソースないしはドレイン領域６２が
選択的に不純物のイオン注入あるいは拡散によって形成
され、両者間にこれら領域６２の形成前または形成後
に、本発明による絶縁膜の形成方法によってＳｉＯ2 薄
膜によるゲート絶縁膜６３を形成したものである。That is, in this case, the single crystal silicon substrate 6
1, a source or drain region 62 is selectively formed by ion implantation or diffusion of impurities. Before or after formation of these regions 62 between the two, a source or drain region 62 is formed by the method of forming an insulating film according to the present invention. The gate insulating film 63 is formed of two thin films.
【００５７】そして、ゲート絶縁膜６３上にゲート電極
６４が形成されると共に、例えばこれと同時にソースな
いしはドレイン領域６２上にオーミックコンタクトをも
ってソースないしはドレイン電極６５が形成される。図
中６６は基体６１の表面に予め形成した素子分離用の厚
い絶縁層いわゆる LOCOSである。Then, a gate electrode 64 is formed on the gate insulating film 63, and at the same time, for example, a source or drain electrode 65 is formed on the source or drain region 62 with an ohmic contact. In the figure, reference numeral 66 denotes a so-called LOCOS, a thick insulating layer for element isolation formed in advance on the surface of the base 61.
【００５８】通常、この種のＭＯＳトランジスタの製造
において、そのゲート絶縁膜の形成は１１００℃以上の
高温の熱酸化が用いられているが、本発明製法では、基
体温度を特段に加熱することのない温度、あるいは低温
で形成できることから、基体６１にソース及びドレイン
領域等の半導体領域を形成して後に、このゲート絶縁膜
６３の形成を行うことができる。Usually, in the manufacture of this type of MOS transistor, the gate insulating film is formed by thermal oxidation at a high temperature of 1100 ° C. or higher. However, in the manufacturing method of the present invention , the temperature of the substrate is particularly heated. Since the gate insulating film 63 can be formed at a low or low temperature, the gate insulating film 63 can be formed after the semiconductor regions such as the source and drain regions are formed on the base 61.
【００５９】また、このゲート絶縁膜６３とシリコン半
導体基体６１との界面における界面準位密度を１×１０
12ｃｍ-2・ｅＶ-1以下の例えば１×１０9 ｃｍ-2・ｅＶ
-1程度ないしはそれ以下にも充分小さくできることか
ら、キャリアの移動度が大で、しきい値電圧の小さい特
性の良いＭＯＳトランジスタを製造できる。The interface state density at the interface between the gate insulating film 63 and the silicon semiconductor substrate 61 is 1 × 10
For example, 1 × 10 9 cm -2 eV less than 12 cm -2 eV -1
Since it can be sufficiently reduced to about -1 or less, it is possible to manufacture a MOS transistor with high carrier mobility and low threshold voltage and excellent characteristics.
【００６０】尚、以上、好ましい実施例に基づき本発明
を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されな
い。例えば本発明によるＳｉＯ2 薄膜絶縁膜の形成は、
単結晶あるいは多結晶シリコンに対してのみならず、Ｇ
ｅ， III−Ｖ族 あるいはII−VI族化合物半導体等に対
する形成に適用することができる。Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the formation of the SiO 2 thin film insulating film according to the present invention
Not only for single crystal or polycrystalline silicon,
e, III-V or II-VI compound semiconductors.
【００６１】また、実施例で説明した絶縁膜の形成にお
ける各種の条件は例示であり、適宜変更することができ
るものであり、また、半導体装置の構造も実施例に限定
されるものではなく、適宜変更することができる。Further , in forming the insulating film described in the embodiment,
The various conditions in the above are exemplifications and can be changed as appropriate, and the structure of the semiconductor device is not limited to the embodiment but can be changed as appropriate.
【００６２】[0062]
【発明の効果】上述したように、本発明では、Ｓｉまた
はＳｉＯを加熱蒸発して気相化し、この気相状態で酸素
と反応させてＳｉＯ2 に変えてこれを基体上に付着させ
てＳｉＯ2 薄膜を形成するので、このＳｉＯ2 薄膜絶縁
膜が被着形成される基体側の温度は低温とすることがで
きる。As described above, according to the present invention, the present invention, vapor-phased by heating evaporates Si or SiO, SiO 2 and which is deposited on a substrate in place of the SiO2 is reacted with oxygen in the gas phase Since the thin film is formed, the temperature of the substrate on which the SiO 2 thin film is formed can be kept low.
【００６３】したがって、プロセスコストの低減化がは
かられると共に、用いる基体の種類によって、すなわち
基体の耐熱性等の特性に応じて基体温度を充分低く選定
できることから、例えば比較的低融点のガラス基板、あ
るいはこの種の基板を具備するものに対してもＳｉＯ2
薄膜の形成をこの基体を損なうことなく形成できる。Therefore, the process cost can be reduced, and the substrate temperature can be selected to be sufficiently low depending on the type of the substrate used, that is, the characteristics such as the heat resistance of the substrate. Or SiO 2 for those with this type of substrate
A thin film can be formed without damaging the substrate.
【００６４】したがって、例えば液晶パネルにおける薄
膜トランジスタ等の製造において、その基板としてガラ
ス基板等を用いる場合にも適用できる。Therefore, for example, in the manufacture of a thin film transistor or the like in a liquid crystal panel, the present invention can be applied to a case where a glass substrate or the like is used as the substrate.
【００６５】また、本発明製法によって形成したＳｉＯ
2 薄膜は、緻密で均質な良質のＳｉＯ2 薄膜を形成する
ことができた。Further, the SiO 2 formed by the method of the present invention can be used.
As the two thin films, a dense and uniform SiO 2 thin film of good quality could be formed.
【００６６】更に、プラズマ等の高エネルギーを用いる
ことなくＳｉＯ2 薄膜の形成を行うことができるので、
被着面の例えば半導体に対しても、これにダメージを与
えることなくＳｉＯ2 薄膜の形成を行うことができる。Furthermore, since the SiO 2 thin film can be formed without using high energy such as plasma,
A SiO 2 thin film can be formed on a surface to be adhered, such as a semiconductor, without damaging the semiconductor.
【００６７】そして、このようにして、半導体に対し界
面準位密度が１×１０12ｃｍ-2・ｅＶ-1以下でＳｉＯ2
薄膜を形成するので、例えばこの界面による電荷のトラ
ップ等を回避できることから特性の良いすなわちキャリ
ア移動度が大で、しきい電圧の低い薄膜トランジスタ、
あるいは単結晶半導体基体による各種ＭＯＳトランジス
タ等を形成できる。Then, in this way, the interface state density of the semiconductor is 1 × 10 12 cm −2 .eV −1 or less, and SiO 2
Since a thin film is formed, for example, a thin film transistor having good characteristics, that is, having a large carrier mobility and a low threshold voltage, because charge trapping and the like due to this interface can be avoided,
Alternatively, various MOS transistors and the like using a single crystal semiconductor substrate can be formed.
【００６８】また、特にその蒸発源として融点が低いＳ
ｉＯを用いるときは、その蒸発を抵抗加熱や誘導加熱で
容易に蒸発させることができ、低電力化をはかることが
できる。In particular, as the evaporation source, S having a low melting point
When iO is used, it can be easily evaporated by resistance heating or induction heating, and power consumption can be reduced.
【図１】本発明による絶縁膜の形成方法を実施する実施
装置の略線的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an apparatus for performing an insulating film forming method according to the present invention.
【図２】本発明による絶縁膜の形成方法を実施する実施
装置の略線的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for performing an insulating film forming method according to the present invention.
【図３】本発明による絶縁膜の形成方法を実施する実施
装置の略線的断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of an apparatus for performing an insulating film forming method according to the present invention.
【図４】本発明による絶縁膜の形成方法を実施する実施
装置の略線的断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of an apparatus for performing an insulating film forming method according to the present invention.
【図５】本発明による絶縁膜の形成方法を実施する実施
装置の略線的断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of an apparatus for performing the method of forming an insulating film according to the present invention.
【図６】本発明による半導体装置の製法の一実施例の工
程図である。FIG. 6 is a process chart of one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図７】本発明製法によって得た薄膜トランジスタと比
較例のドレイン電流−ゲート電圧の測定曲線図である。FIG. 7 is a measurement curve diagram of drain current-gate voltage of a thin film transistor obtained by the method of the present invention and a comparative example.
【図８】本発明製法によって得た薄膜トランジスタのド
レイン電流−ゲート電圧の測定曲線図である。FIG. 8 is a measurement curve diagram of drain current-gate voltage of a thin film transistor obtained by the method of the present invention.
【図９】本発明製法によって得た他の半導体装置の略線
的断面図である。FIG. 9 is a schematic sectional view of another semiconductor device obtained by the method of the present invention.
１ チャンバー ２ 原料 ３ 容器 ４ 基体 ７ ＳｉＯ2 薄膜絶縁膜1 chamber 2 Feed 3 container 4 base 7 SiO 2 thin insulating film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 昌輝 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 佐野 直樹 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 関谷 光信 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 金谷 康弘 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 矢野 三千久 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−172226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−217332（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−122697（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−118445（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masateru Hara 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Naoki Sano 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Mitsunobu Sekiya 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation Inside (72) Inventor Yasuhiro Kanaya 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sonny Inside (72) Inventor Michihisa Yano 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (56) References JP-A-2-172226 (JP, A) JP-A-59- 217332 (JP, A) JP-A-54-122697 (JP, A) JP-A-62-118445 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/316
Claims (5)
を加熱蒸発させ、この蒸発したシリコンまたはシリコン
モノオキサイドを気相で酸素と反応させてシリコンダイ
オキサイドを生成させるとともに半導体からなる基体上
に付着させてシリコンダイオキサイド薄膜による絶縁膜
を上記基体上に成膜して界面準位密度が１×１０ 12 ｃｍ
-2 ・ｅＶ -1 以下の絶縁膜を形成することを特徴とする半
導体装置の製法。 1. A method for producing silicon dioxide by heating and evaporating silicon or silicon monooxide and reacting the evaporated silicon or silicon monooxide with oxygen in a gaseous phase and attaching the silicon or silicon monooxide to a semiconductor substrate. An insulating film made of an oxide thin film is formed on the above substrate, and the interface state density is 1 × 10 12 cm.
Half, characterized in that to form a -2 · eV -1 following insulating film
Manufacturing method of conductor device.
イドにおけるシリコンに対する酸素濃度（原子比）が０
〜１．８であることを特徴とする請求項１に記載の半導
体装置の製法。2. An oxygen concentration (atomic ratio) with respect to silicon in the silicon or silicon monooxide is 0.
2. The semiconductor according to claim 1, wherein
How to make body devices .
-5Torrであることを特徴とする請求項１または２に記載
の半導体装置の製法。3. The gas pressure of the oxygen is 10 −2 Torr-10.
3. The method according to claim 1, wherein the pressure is -5 Torr.
のシリコンに対する酸素濃度（原子比）が１．９〜２．
０であることを特徴とする請求項１、２、または３に記
載の半導体装置の製法。4. The silicon dioxide has an oxygen concentration (atomic ratio) with respect to silicon of 1.9 to 2.
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the value is 0.
１０００℃であることを特徴とする請求項１、２、３ま
たは４に記載の半導体装置の製法。5. The method according to claim 1, wherein the substrate temperature at the time of forming the insulating film is 0 ° C.
The method according to claim 1, wherein the temperature is 1000 ° C. 5.
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