(57)【要約】【課題】半導体素子の製造温度を低下させること。【解決手段】紫外領域の光を照射のもと基板にオゾンガスを供して基板にバッファ用酸化膜を形成した後にこのバッファ用酸化膜にポリシリコンが形成される。次いで、酸化処理炉１０内で光源１４からの紫外領域の光を照射のもと前記基板のポリシリコンにオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する。前記基板には紫外領域の光を照射して前記基板のポリシリコンを結晶化及び粒界サイズを大型化するとよい。また、図示省略のＣＶＤ処理炉では前記ゲート絶縁膜が形成された基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜が追加形成される。前記ゲート絶縁膜が形成された基板は電極が蒸着された後に適宜に酸化処理炉１０内で紫外領域の光が照射されることでアニール処理される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコンが形成された基板に紫外領域の光を照射すると共にオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成することを特徴とするゲート絶縁膜の形成方法。
【請求項２】
前記基板のポリシリコンに紫外領域の光を照射して前記ポリシリコンを結晶化及び粒界サイズを大型化する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のゲート絶縁膜の形成方法。
【請求項３】
ポリシリコンが形成された基板を格納し、この基板に紫外領域の光が照射される共にオゾンガスが供されて前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成することを特徴とする酸化処理装置。
【請求項４】
前記紫外領域の光、または前記紫外領域及び可視領域の光を照射する光源を備えたこと
を特徴とする請求項３に記載の酸化処理装置。
【請求項５】
紫外領域の光を照射のもと基板にオゾンガスを供して前記基板にバッファ用酸化膜を形成した後にこのバッファ用酸化膜にポリシリコンを形成する工程と、
紫外領域の光を照射のもと前記基板のポリシリコンにオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記基板を紫外領域の光を照射して前記基板のポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化する工程を有すること
を特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜が形成された基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜を追加形成する工程を有すること
を特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記ゲート絶縁膜が形成された基板に電極を蒸着した後にこの基板を紫外領域の光を照射のもとでアニール処理する工程を有することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法において、
前記紫外領域の光と共に可視領域の光を基板に照射する工程を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
紫外領域の光を照射のもとオゾンガスを導入して基板に酸化膜を形成した後にこの基板の酸化膜にポリシリコンを形成するＣＶＤ処理炉と、
このＣＶＤ処理炉からポリシリコンが形成された基板が供されると共に紫外領域の光を照射のもとオゾンガスを導入して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する酸化処理炉と
を備えたこと
を特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項１１】
前記酸化処理炉は紫外領域の光を前記基板に照射して前記基板上の結晶化及び粒界サイズの大型化すること
を特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１２】
前記ＣＶＤ処理炉は前記酸化処理炉から基板を導入し、この基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜を追加形成すること
を特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１３】
前記ゲート絶縁膜が形成された基板に電極を蒸着する蒸着処理炉を備え、
前記酸化処理炉は前記蒸着処理炉から基板を導入し、この基板を紫外領域の光を照射のもとでアニール処理すること
を特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１４】
前記紫外領域の光を前記ＣＶＤ処理炉に供給する第一のビームスプリッターと、
前記紫外領域の光を第一のビームスプリッターと前記酸化処理炉とに供給する第二のビームスプリッターと
を備えたこと
を特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１５】
前記紫外領域の光、または前記紫外領域及び可視領域の光を照射する光源を備えたこと
を特徴とする請求項１０から１４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の液晶表示パネルに用いられている低温ポリシリコンＴＦＴに例示される半導体素子の製造技術及び半導体素子のゲート絶縁膜の形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）方式のＬＣＤ装置は広く表示装置として用いられている。ＬＣＤ装置はガラス基板上にＴＦＴがマトリックス状に形成され、このＴＦＴによりＴＦＴの上下に配置されている液晶を駆動するものである。
【０００３】
ＴＦＴはガラス基板上に絶縁膜やポリシリコン膜を積層して形成される。ガラス基板としては、近年、石英ガラスより安価なソーダガラス等が用いられている。ソーダガラスは石英と比較して軟化点が５００℃程度と低く、またソーダガラス中に含まれるＮａが高温環境で拡散するため、４００℃以下の成膜技術が求められる。しかも作成された膜の膜質は高温で形成される膜に近い高品質なものが求められる。
【０００４】
また、近年、フレキシブル情報端末（フレキシブルＰＣ、携帯）に代表されるように、プラスチック（ポリイミド）等の有機（フレキシブル）基板上のシリコンデバイス作成技術が重要となっている。この場合、プロセス温度は、ポリイミド等の耐熱温度から２５０℃以下となる。したがって、今後、より低温においてより高品質な酸化膜の作成が要求される。近年では４００℃の条件下のオゾンガス雰囲気にガラス基板を置いて酸化させる方法（特許文献１に示された薄膜トランジスタ装置の製造方法）が最低温のプロセスとなっている。以上のように温度条件２５０℃以下のプロセスがいまだ実現していない。
【０００５】
ＴＦＴの作製プロセスの低温化において、ゲート絶縁膜のプロセスの他に低温下が困難なプロセスとしてポストアニール処理がある。これはゲート絶縁膜製膜後に金属電極を蒸着後にアニール処理するプロセスのことである。アニール温度は通常４００℃〜４５０℃で窒素＋水素ガス中で行われる。アニール処理温度の低温化も重要な課題である。
【０００６】
ＴＦＴは、完成までに多くの工程が必要である。工程ごとに別々のチャンバを用意すると設備が膨大になり、敷地面積・設備コストが負担になる。そこでなるべくプロセス間で同じチャンバを併用して、チャンバ数を減らすのが望ましい。また、現在低温膜作製で主流のプラズマを用いる方法では、プラズマを発生させるアンテナの体積が、処理する基板面積の増大に対して非常に大きくなる問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２８９０７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１１は低温ポリシリコンＴＦＴの製造過程の初期段階を経た後のＴＦＴの断面図である。具体的には電極蒸着のプロセスまで終了した状態の低温ポリシリコンＴＦＴの断面を示した図である。実際のＴＦＴは前記蒸着のプロセスの後に微細形状加工が施されるが、発明に係る技術は、前記プロセスまでで発揮されるので、図１１を参照しながら説明する。
【０００８】
図示された低温ポリシリコンＴＦＴは基板１１１とこれに形成されるバッファ用シリコン酸化膜１１２とポリシリコン１１３とゲート絶縁膜１１４と金属電極１１５とから成る。この低温ポリシリコンＴＦＴを作製するにあたり、基板の材質及び製造コストの観点から作製のプロセス温度の低温化が必要となっている。
【０００９】
すなわち、第一の課題としては、ゲート絶縁膜１１４を低温で作成する必要がある。
【００１０】
ゲート絶縁膜１１４の低温条件での形成にはプラズマやオゾンを用いた手法が最有力である。現在、オゾン（低濃度）を用いて作った例があるが、作製できた温度は４５０℃以上であり十分な膜厚を確保していない。プラズマ酸化ではほとんど製膜できていない。現在のところ４００℃以下の作製温度ではポリシリコン１１３上に良質なゲート絶縁膜１１４を作製する技術はない。
【００１１】
また、ゲート絶縁膜１１４が形成されるポリシリコン１１３の面方位に依存しない製膜速度を実現しなければならない。ポリシリコン１１３の表面に様々な面方位のＳｉ結晶面が析出しているためである。Ｓｉ結晶の面方位に対して違った膜成長を行える機構を用いて酸化膜を成長させると、ラフネスの大きな膜になり諸特性が悪くなる。このため、従来用いられてきた酸素による熱酸化法では、酸化速度が基板結晶方位に大きな依存を受けるので適しない。したがって、低温のもとで処理基板の面方位に依存しないゲート絶縁膜１１４の作成が要求される。
【００１２】
さらに、ゲート絶縁膜１１４を作製する際、下地のポリシリコン１１３を損傷させないようにする必要がある。低温での反応を促進させるために外部から刺激を与える場合に下地の層を傷つけるようなことがあってはならない。下地のポリシリコン１１３が損傷するとその半導体特性が劣化するからである。
【００１３】
第二の課題としては、ポストアニール温度を低温化する必要がある。
【００１４】
ＴＦＴプロセスの低温化において、ゲート絶縁膜１１４の作製温度と並んで低温化を必要とするのがこのポストアニール温度の低温化である。例えば、現在の技術で一番低温可能なプロセスでは、ゲート絶縁膜１１４の作製温度が４５０℃、ポストアニール温度が４５０℃となっている。このポストアニール温度４５０℃という温度はシリコン基板上に作製した場合でもこの温度となっている。
【００１５】
第三の課題としては、製造装置の簡素化及び小型化する必要がある。
【００１６】
ＴＦＴの作成には複雑な何種類もの工程を経なければならない。また液晶用のＴＦＴの製造を考えると基板サイズがメートル級のサイズになる。このため、プロセス毎にチャンバ（酸化処理炉）を設けると膨大な敷地面積と設備が必要になる。そこで、プロセス毎のチャンバをなるべく共有させる必要がある。例えば上述したポストアニールの際、本件の技術では、レーザーを照射しながらアニールを行うが、これに対し、酸化処理プロセスで光を用いたとして、この光をそのままポストアニールに適用できれば、チャンバの共有、設備の簡素が期待できる。現在の低温酸化処理技術で主流となっているプラズマ発生装置は処理面積に対して著しく膨大になる。ポリシリコン１１３を活性化させる光プロセスは、光をポリシリコン１１３に照射するものであるが、これに対し、酸化処理プロセスで光を用いた光をそのままポリシリコン１１３の結晶化及び粒界サイズの大型化に適用できれば、チャンバの共有、設備の簡素が期待できる。尚、現在の低温酸化処理技術で主流となっているプラズマ発生装置は処理面積に対して著しく膨大になる。
【００１７】
本発明は以上の事情に鑑みなされたものでその目的は低温ポリシリコン薄膜トランジスタの製造温度を低下させることができるゲート絶縁膜の形成方法、低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法及びこれらの装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
そこで、請求項１のゲート絶縁膜の形成方法は、ポリシリコンが形成された基板に紫外領域の光を照射すると共にオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する。
【００１９】
請求項２のゲート絶縁膜の形成方法は、請求項１のゲート絶縁膜の形成方法において、前記基板のポリシリコンに紫外領域の光を照射して前記ポリシリコンを結晶化及び粒界サイズを大型化する工程を有する。
【００２０】
請求項３の酸化処理装置は、ポリシリコンが形成された基板を格納し、この基板に紫外領域の光が照射される共にオゾンガスが供されて前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する。
【００２１】
請求項４の酸化処理装置は、請求項３の酸化処理装置において、前記紫外領域の光、または前記紫外領域及び可視領域の光を照射する光源を備える。
【００２２】
請求項５の半導体素子の製造方法は、紫外領域の光を照射のもと基板にオゾンガスを供して前記基板にバッファ用酸化膜を形成した後にこのバッファ用酸化膜にポリシリコンを形成する工程と、紫外領域の光を照射のもと前記基板のポリシリコンにオゾンガスを供して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する工程とを有する。
【００２３】
請求項６の半導体素子の製造方法は、請求項５の半導体素子の製造方法において、前記基板を紫外領域の光を照射して前記基板のポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化する工程を有する。
【００２４】
請求項７の半導体素子の製造方法は、請求項５の半導体素子の製造方法において、前記ゲート絶縁膜が形成された基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜を追加形成する工程を有する。
【００２５】
請求項８の半導体素子の製造方法は、請求項５から７のいずれかの半導体素子の製造方法において、前記ゲート絶縁膜が形成された基板に電極を蒸着した後にこの基板を紫外領域の光を照射のもとでアニール処理する工程を有する。
【００２６】
請求項９の半導体素子の製造方法は、請求項５から８のいずれかの半導体素子の製造方法において、前記紫外領域の光と共に可視領域の光を基板に照射する工程を有する。
【００２７】
請求項１０の半導体素子の製造装置は、紫外領域の光を照射のもとオゾンガスを導入して基板に酸化膜を形成した後にこの基板の酸化膜にポリシリコンを形成するＣＶＤ処理炉と、このＣＶＤ処理炉からポリシリコンが形成された基板が供されると共に紫外領域の光を照射のもとオゾンガスを導入して前記ポリシリコン上にゲート絶縁膜を形成する酸化処理炉とを備える。
【００２８】
請求項１１の半導体素子の製造装置は、請求項１０の半導体素子の製造装置において、前記酸化処理炉は紫外領域の光を前記基板に照射して前記基板上の結晶化及び粒界サイズの大型化する。
【００２９】
請求項１２の半導体素子の製造装置は、請求項１０または１１の半導体素子の製造装置において、前記ＣＶＤ処理炉は前記酸化処理炉から基板を導入し、この基板に紫外領域の光を照射しながらオゾンガスを供して前記基板にゲート絶縁膜を追加形成する。
【００３０】
請求項１３の半導体素子の製造装置は、請求項１０から１２のいずれかの半導体素子の製造装置において、前記ゲート絶縁膜が形成された基板に電極を蒸着する蒸着処理炉を備え、前記酸化処理炉は前記蒸着処理炉から基板を導入し、この基板を紫外領域の光を照射のもとでアニール処理する。
【００３１】
請求項１４の半導体素子の製造装置は、請求項１０から１３のいずれかの半導体素子の製造装置において、前記紫外領域の光を前記ＣＶＤ処理炉に供給する第一のビームスプリッターと、前記紫外領域の光を第一のビームスプリッターと前記酸化処理炉とに供給する第二のビームスプリッターとを備える。
【００３２】
請求項１５の半導体素子の製造装置は、請求項１０から１４のいずれかの半導体素子の製造装置において、前記紫外領域の光、または前記紫外領域及び可視領域の光を照射する光源を備える。
【００３３】
以上の請求項１〜１５の発明によれば、紫外領域の光によって励起されたオゾンの強力な酸化力とポリシリコンの紫外光吸収による表面加熱を利用することにより２００℃以下でポリシリコンＴＦＴを作製できる。特に、前記励起されたオゾンの強力な酸化力とポリシリコンの紫外光の吸収による表面加熱を利用して室温でゲート絶縁膜を作製できる。また、ゲート絶縁膜の作製に利用される波長帯の光を用いることで、ゲート絶縁膜の作製と同一の系でゲート絶縁膜の形成の後段階でポストアニール処理を行えるので、製造装置の構成を簡略化できる。オゾン励起には２１０〜３００ｎｍ帯の波長をもつ光が必要である。３００ｎｍ以上領域の光はオゾンに影響を与えない。したがって、紫外領域の光を発する光源は２１０〜３００ｎｍ領域の光を発することができるものであればよく、３００ｎｍ以上の光を含んでいてもよい。処理基板の表面加熱の観点からは３００〜６００ｎｍ波長帯でもポリシリコンの吸収係数が大きいので含まれていた方が望ましい。
【００３４】
ポリシリコンが広い周波数帯で吸収係数が高いことを利用し、局所表面加熱光源を紫外光とは別途用いるとき、２００〜３００ｎｍの波長範囲を含む光源は基板表面に直接照射しなくてもよい。例えば紫外光は基板に対し水平方向からの照射でもよい。
【００３５】
また、請求項１〜１５の発明に用いられるオゾンガスのオゾン濃度はオゾン濃度が高い程、酸化効率が良い。高濃度オゾンガスを用いる程、オゾン寿命が増大するためである。オゾン分子同士の衝突ではオゾン分解が起きないためである。高濃度オゾンガスを用いる程に減圧プロセス可能となるからである。減圧に伴いガス流速が増大するからでる。高濃度オゾンガスを用いる程に励起オゾンの寿命が長くなるからである。オゾンガス以外のガス例えば酸素ガスは励起オゾンを失活させるためである。
【００３６】
さらに、本発明の製造過程では基板とポリシリコン層との間にＳｉＯ2の悪い熱伝導性を利用したＳｉＯ2から成るバッファ用の層が介在するので局所的な加熱効果が制御されるので、基板の熱破壊が防止される共に製膜速度が高まる。
【００３７】
そして、請求項８及び１３の発明のアニール処理の過程では紫外領域の光を利用することにより、アニール温度を３００℃以上下げることができる。前記光の照射によって表面局所加熱が起きるためである。アニール中に光を照射しながら行う。また、窒素、水素等に例示されるアニールガスは、この周波数帯において吸収がないので気相中で強度減衰が起こりにくい。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように本発明のゲート絶縁膜の形成方法、半導体素子の製造方法及びこれらの装置によれば半導体素子の製造温度を低下させることができる。また、半導体素子の製造装置の簡素化及び小型化も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（実施形態１）
図１１を参照しながら電極の蒸着プロセスまでの本実施形態に係るポリシリコンＴＦＴの製造プロセスについて説明する。
【００４０】
プロセス１（バッファ用ＳｉＯ2膜１１２の形成）
図１１に示されたガラスもしくはプラスチックからなる基板１１上にバッファ用ＳｉＯ２膜１１２を堆積させる。基板１１１はＳｉを含んでいないのでＣＶＤによる堆積プロセスを用いる必要がある。また、基板１１１は融点が低いので低温ＣＶＤを行う必要がある。
【００４１】
このプロセスには光励起オゾンＣＶＤプロセスが適用される。つまり、ＵＶ光を照射しながら、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）に例示される有機シリコンからなる原料ガスと１００％オゾンガスとを導入して、ＣＶＤ製膜する。この方法を用いれば、２００℃以下でも製膜速度を落とすことなく製膜できる。また、光なしＣＶＤに比べて緻密なＣＶＤ膜を作製することができる。尚、前記オゾンガスとしては明電舎製のオゾン発生装置（ＭＰＯＧ−３１００２）によって発生させたオゾンガスがある。
【００４２】
膜厚はＣＶＤ製膜時間によって制御される。従来、プラスチックからなる基板に形成されるバッファ用ＳｉＯ2膜は、これに形成されるポリシリコンとの整合性の観点からある一定以上あれば良いとされた。本発明に係るプロセスにおいては、ゲート絶縁膜に酸化に光照射を行う関係で、バッファ用ＳｉＯ2膜１１２の膜厚が、前記光照射による表面加熱の温度上昇を制御する役割も担う。
【００４３】
プロセス２（ポリシリコン１１３の堆積）
ポリシリコン３はＳｉを含んだ原料ガス（例えばモノシラン（ＳｉＨ4））を用いたＣＶＤによってバッファ用ＳｉＯ2膜１１２に堆積される。ポリシリコン３の膜厚は製膜時間によって制御される。このＣＶＤプロセスはプロセス１のＣＶＤを用いるチャンバを使ってもかまわない。前記チャンバ内にはＳｉとＨ以外の生成物が存在しないからである。
【００４４】
プロセス３（ポリシリコン１１３の結晶化及び粒界サイズの大型化）
プロセス２で形成されたポリシリコン３は２００℃以下の低温ＣＶＤによって作製されたために結晶度が低く粒界が小さいため、このままではよい特性を持つＴＦＴを作製することが期待できない。プロセス２後のポリシリコン１１３の表面は非結晶（アモルファス）状態を多く含んでいるので、結晶化が必要である。ポリシリコン１１３の結晶化は、その表面が１２００℃程度に０．６ｍｓ程度の時間暴露されることで起こるという実験結果が報告されている（Ｓ．Ｈｉｇａｓｈｉ ｅｔ．ａｌ，ＪＪＡＰ ４０ ４８０（２００１））。従来は特開２００３−２８９０７９（特許文献１）に示されたＴＦＴの製造過程のように５３２ｎｍのＣＷレーザーの発信光をポリシリコン１１３の表面に照射して結晶化・粒界サイズの大型化が行われている。但し、照射面積は１００ｕｍ角以下に制限されている。強い光強度を得るために集光させている。
【００４５】
プラズマ酸化法を適用している従来技術（例えば特許文献１）では、ポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化プロセス及びゲート絶縁膜形成プロセスのための照射窓付きのチャンバを個別に用意しなければならないので、ＴＦＴ製造装置の構成を簡略化できない。
【００４６】
一方、プロセス３ではポリシリコン１１３の結晶化及び粒界サイズの大型化に紫外領域の波長の光を利用する。次工程のプロセス４（オゾンの励起酸化プロセス）で２１０〜３００ｎｍの光を用いているからである。
【００４７】
図１２はポリシリコン、アモルファスシリコン及び単結晶シリコンに関する光吸収特性を示した特性図である。「ｃ−Ｓｉ」は単結晶シリコンを意味する。「ｐ−Ｓｉ：Ａｓ」はヘビードープされたポリシリコン（大きなグレインサイズを持つポリシリコン）を意味する。「ｐ−Ｓｉ：ｕｄ」はドープされてないポリシリコン（小さなグレインサイズを持つポリシリコン）を意味する。「ａ−Ｓｉ」はアモルファスシリコンを意味する。この特性図から明らかなように、３００ｎｍ以上の波長域ではアモルファスシリコンの光吸収係数α（ｃｍ-1）が単結晶シリコンの光吸収係数αよりも一桁から二桁高くなる一方で、２１０〜３００ｎｍの範囲ではアモルファスシリコンと単結晶シリコンの光吸収係数αが同等となっている。
【００４８】
したがって、２１０〜３００ｎｍの波長帯の光を用いることで、同一の光源及び処理系で異なる２つのプロセスすなわちプロセス３及びプロセス４を実行することが可能になる。これにより、ＴＦＴ製造装置の構成が簡略化できる。
【００４９】
次のプロセス４で述べるように本発明によるゲート絶縁膜成長のためには、光吸収による表面加熱の寄与が重要である。２１０〜３００ｎｍの光に対しては吸収係数が活性化前後で変化しないので、２１０〜３００ｎｍの光源を用いる場合、プロセス３とプロセス４のプロセス順番はどちらを先に行っても問題ない。一方、３００ｎｍより大きな波長の光が含まれている場合、プロセス４を先に行ってからプロセス３を行うほうがプロセス４よりも厚い酸化膜をつくることができる。
【００５０】
２１０〜３００ｎｍ領域の光を発する光源はパルス型、連続発振型のいずれも仕様のものを適用してもよい。ポリシリコン１１３の結晶化及び粒界サイズの大型化性化は必要温度に達すればミリ秒の時間で完了するからである。ポリシリコン１１３におけるバンドギャップ６ｅＶよりは小さな値であるので、２１０〜３００ｎｍの光を照射しても半導体特性を破壊することはないと考えられる。
【００５１】
プロセス４（ゲート絶縁膜１１４の製膜）
図１はＵＶによって励起されたオゾンを用いてポリシリコンを酸化する酸化処理装置の概略構成図である。酸化処理装置１はオゾン発生装置１１とボンベ１２，１３と酸化処理炉１０と光源１４，１５とを備える。
【００５２】
酸化処理炉１０は基板出し入れ口とオゾンガス供給口と真空排気口と、リーク用不活性ガス（例えば窒素）供給口とポストアニール用ガス供給口とを備える。さらに、酸化処理炉１０にはオゾン励起光照射窓１０１（２００〜３００ｎｍを透過する窓材例えば合成石英から成る）と基板加熱用赤外光照射窓１０２（赤外ランプ加熱の場合、赤外範囲透過材例えば合成石英から成る）が設けられている。オゾン励起光照射窓１０１と基板加熱用赤外光照射窓１０２の設置部分にはＯリングを介在させるとよい。Oリングは２００℃以上に暖められる場所に設置される場合、水冷による冷却導入が必要である。
【００５３】
酸化処理炉１０は、本実施形態が加熱過程を有しているので、中真空（〜１０-4Ｐａ）対応できるものであると共に４００℃までの高温に対応できる材質からなるものが望ましい。さらに、不純物拡散及び洗浄の観点から石英製のものが望ましい。しかし、工作的に困難なので、不純物が飛ばないような内面加工及びオゾンに酸化しないような材質の金属（例えばアルミ，ＳＵＳ３０４）でもかまわない。但し、金属炉体にしたとき、照射窓のための石英窓との境にはＯリングを使い真空にできる仕様にしなければならない。ここでOリングは熱に弱いことから、Oリングが温まらないように冷却（例えば炉体に水冷却用加工や空冷）を作らなければならない。本実施形態では、酸化処理炉１０を構成する材料にアルミが採用され、照射窓をシールするＯリング近くに冷却水路を設けＯリングを冷却する機構が採用される。
【００５４】
オゾン発生装置１１は１００％オゾンガスを発生する。このオゾンガスはプロセス４のポリシリコンの酸化プロセスのみに使用される。オゾンガスの流量はオゾン発生装置１１と炉体の圧力差によって制御される。オゾン発生装置１１としては明電舎製のオゾン発生装置（ＭＰＯＧ−３１００２）が例示される。酸化処理炉１０のオゾンガス供給口とオゾン発生装置１１とを連絡する配管にはオゾンガスの供給及びその停止をするためのバルブＶ１が設置されている。
【００５５】
ボンベ１２はリークガスを充填している。リークガスとしては例えば窒素やアルゴンガスが挙げられる。酸化処理炉１０のリーク用不活性ガス供給口とボンベ１２とを連絡する配管にはリークガスの供給及びその停止をするためのバルブＶ２が設置されている。
【００５６】
ボンベ１３はプロセス７のポストアニールに用いられるガスを充填している。前記ガスとしては一般的にポストアニール用のガスとして用いられている３％水素含有の窒素ガスが例示される。酸化処理炉１０のポストアニール用ガス供給口とボンベ１３とを連絡する配管にはリークガスの供給及びその停止をするためのバルブＶ３が設置されている。
【００５７】
前記オゾンガス、リークガス及びポストアニール用のガスは、プロセス毎にガスを使い分けられ、同時に供給されることはない。すなわち、酸化処理装置１ではバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３がプロセス毎に使用ガスを選択的に操作される。本プロセスのゲート絶縁膜の作製プロセスではバルブＶ１のみが開に設定される。バルブＶ２，Ｖ３は他のプロセスで酸化処理炉１０を用いる時に適宜操作される。
【００５８】
光源１４はオゾンを励起させるもの２１０〜３００ｎｍの波長帯の光を照射する光源である。３００ｎｍより長波長の光が交わってもよい。光源１４は酸化処理炉１０の外側に設置し合成石英に例示される光透過性の材料から成るオゾン励起光照射窓を介して基板（ポリシリコン１１３が形成された基板）に照射される。光源１４は、オゾンを励起させる効果の他に、前記基板の極表面を光吸収によって加熱する効果もある。したがって、前記波長帯域の光を可能な限り前記基板の表面に届かせるために酸化処理炉１０内の光炉長を短く設定することが望ましい。酸化処理炉１０は図１に示されたように上部から光を導入するような形態にし、酸化処理炉１０の高さ（ギャップ長）はなるべく小さくなるように設計される。例えば、酸化処理炉１０の容積が６０００ｃｍ3である場合にはギャップ長が５ｃｍに設定される。また、酸化処理炉１０内のオゾンガスの圧力及び流量によっても光吸収量が変化するので、最適化が必要である。オゾンガスが少ないと光を前記基板の表面まで大量に届けることができるが、励起オゾン数が足りなくなる。励起オゾンが最低限の量生成できる条件が最適条件となる。プロセス４では、ギャップ長５ｃｍに対し、オゾンガス圧力３３０Ｐａ、オゾンガス流量１５０ｃｃｍで実施される。これは最適に近い条件であることが確認されている。
【００５９】
光源１５は酸化処理炉１０内の基板を加熱するために赤外線を照射するための光源である。前記基板に直接照射するのではなく、前記基板を赤外光の吸収の良い材料から成るサセプタ１６の上に置くことにより、前記基板を効率的に加熱できる。光源１５は酸化処理炉１０の下方に配置され、光源１５から供された光は酸化処理炉１０に設けられた合成石英に例示される光透過性の材料から成る基板加熱用赤外光照射窓を介して前記基板に照射される。前記サセプタは、酸化処理炉１０内を汚染するような物質であってはならないと共に、赤外光の吸収率が高く、加熱されても不純物が散乱しない材質のものが望ましい。前記サセプタとしては不透明加工石英ガラス、ＳｉＣ、ＳｉＣコーティングC等のいずれからなるものが挙げられる。尚、酸化処理炉１０がホットプレート方式である場合には赤外線の吸収に劣るアルミからなるサセプタを採用してもよい。
【００６０】
排気ポンプ１８は酸化処理炉１０に具備された圧力計１７から供給された圧力の測定信号に基づいて酸化処理炉１９の圧力を制御する。排気ポンプはボンベ１２，１３から個々に供給されたリークガス及びアニールガスの排気にも使用される。但し、オゾンガスは大気に放出する前に酸素に分解させる必要がある。そこで、オゾンキラー１９を設置するとよい。また、ガスの排気量を調節するために、バルブＶ４に加え可変バルブが適宜設置される。
【００６１】
圧力計１７としては減圧状態で測定できる仕様のものが採用される。プロセス４では減圧状態で実行されるからである。圧力計１７の測定圧力範囲は０．１Ｐａ〜１０００Ｐａを含むようにする。現実に実現可能な酸化処理炉１０のギャップ長（＞３ｍｍ）に対し、１００％オゾンガスの適したプロセス圧力がこの範囲に属するためである。但し、１００％より少ないオゾン濃度のオゾンガスを用いた場合には、オゾン分圧がこの圧力範囲にすることを意味する。このオゾン分圧は爆発限界よりもはるかに低い圧力で安全な圧力範囲ある。さらに、光源１４の光照射によって生じたオゾン励起により分解反応が起きて圧力が急上昇する場合に対しても安全な圧力範囲である。
【００６２】
また、前記基板を保持したサセプタ１６を酸化処理炉１０内で移動させるための移動手段を備えると、大型の基板に絶縁膜の製膜が可能となる。図２に示された酸化処理装置１は移動手段２０よって大型の基板を酸化処理炉１０内で移動させながら酸化処理する。移動手段２０は酸化プロセス中に基板１１０を保持したサセプタ１６を移動させながら酸化させる部分を随時変える。移動手段２０は通常のＣＶＤ法に用いられている既知の移動手段を適用すればよい。励起オゾンは、短寿命であるので、光源１４の光が基板１１０に当たる周辺のみにしか存在できない。したがって、基板１１０は光源１４の光が照射された部分の付近のみが酸化される。光源１４の光は基板１００の表面での光吸収が起きるため、前記光が照射された基板１１０の極表面は局所的に加熱される。この効果は酸化をさらに促す。一方、光源１６から赤外線によって基板１１０の加熱させる箇所、サセプタ１６の強い光吸収及び加熱させる箇所は光源１４の光が当たる部分の真下だけでよい。
【００６３】
光源１４にレーザーが採用される場合、照射面積を拡大させることができないので移動手段２０による移動方式が採用することが望ましい。また、ディープＵＶランプのように照射面積を広く確保できる光源であっても、基板１１０の局所加熱温度をなるべく上昇させるために照射面積を制限して基板１１０表面の一部だけに集中照射することが必要となるので、移動手段２０によって基板１１０に集光させるとよい。
【００６４】
プロセス５（ゲート絶縁膜１１４の追加的な形成）
オゾン励起による酸化による膜が希望した膜厚に達しない場合、ＣＶＤ法によって追加的に形成する必要性が生じる。本実施形態では１００％オゾンを用いた酸化を使っているので、この酸化方法と相性のよい１００％オゾンを利用したＣＶＤ法を採用するとよい。
【００６５】
２１０〜３００ｎｍ領域の光の照射と１００％オゾンを併用させたＣＶＤ法は後述の図８の特性図から明らかなように１００％オゾンとＨＭＤＳによって２００℃以下の低温でも作成可能となっていることが確認されている。さらに、後述の図５の特性図から明らかように、２１０〜３００ｎｍ領域の光を照射することで、前記光を照射させないときよりも２００℃以下で高い製膜速度、優れた絶縁特性を有する膜を形成できることが確認されている。
【００６６】
オゾンを用いたＣＶＤ法はシリコンウエハへの酸化膜の形成技術に適用されてきた。ポリシリコンへの酸化膜の形成技術には適用した事例はないが、ＣＶＤ法は基板の影響を受けない製膜技法なのでポリシリコン基板に適用しても問題はない。
【００６７】
プロセス５ではプロセス４とは個別の酸化処理装置１が用いられる。ＣＶＤ法は酸化処理炉１０内を汚染させるので、プロセス５が実行される酸化処理炉をプロセス４で使用される酸化処理炉１０と共有させないことが望ましい。すなわち、ＣＶＤ炉と酸化処理炉の構成及び機能は実質的に同一であるので酸化処理装置１をプロセス５とプロセス４の共有装置としたいところだが、ＣＶＤはその反応炉内に不純物が発生するので他の酸化処理炉と共有させることは望ましくない。尚、ＣＶＤプロセス用の酸化処理炉が他のプロセス用の酸化処理炉と個別に設けなければならないことは当業者の技術常識である。
【００６８】
プロセス６（電極１１５の蒸着）
電極１１５の蒸着を行うまでは、プロセス５から供された基板１１０が大気に曝されると不純物が基板１１０のゲート絶縁膜２の表面に付着するので性能が劣化する。したがって、プロセス６の蒸着用の酸化処理炉に真空搬送できるような構造が望ましい。蒸着後にはプロセス７のポストアニール処理のために酸化処理炉に搬送される。
【００６９】
プロセス７（ポストアニール処理）
ポストアニール処理は図１のプロセス４で用いられた酸化処理装置１によって実行される。酸化処理装置１で行う理由は以下の通りである。従来のポストアニールは基板２０を４００℃〜４５０℃にして３０分程度行う（特許文献１）。このアニール温度は高いので下げる必要がある。そこで、基板１１０の温度を上げずにアニールを行うために、光源１４による光吸収を用いるためである。具体的には、光源１５によって基板を４００℃より低温にしておき、４００℃より足りない分を光源１４による表面局所加熱によって補う。紫外光はボンベ１３から供されるアニールガスである水素や窒素に対して吸収がないのでポストアニール処理に支障を生じない。ポリシリコン１１３はシリコン基板よりも光吸収がよいので、このアニール手法を適用しやすい。また、ポリシリコン１１３の膜厚及びバッファ用シリコン酸化膜１１２の膜厚は到達できる表面加熱温度の大きさを決める重要な因子である。ボンベ１３に充填されたアニールガスは酸化処理炉１０内に必要量供給される。アニールガスの排気は真空ポンプ１８によって行われる。ポストアニール処理された基板１１０はＴＦＴの完成に至るまで高温を必要としない既知のプロセスを経る。
【００７０】
以上説明したプロセスを実行するＴＦＴ製造装置としては図３（ａ）に例示された形態のＴＦＴ製造装置３１がある。図３（ａ）はＴＦＴ製造装置３１の概略構成図である。一方、図３（ｂ）は従来技術に係るＴＦＴ製造装置の概略構成図である。
【００７１】
ＴＦＴ製造装置３１はＴＦＴの作製プロセス（プロセス１〜プロセス７）に必要なチャンバと外部機器を備えた構成となっている。ＴＦＴ製造装置３１は図３（ａ）に示されたようにＣＶＤ処理炉Ａ１と酸化処理炉Ｂ１と蒸着炉Ｃ１とオゾン発生装置Ａ１１とを備える。光源Ｄ１は紫外領域の光を発する光源である。光源Ｅ１は赤外光領域の光をＣＶＤ処理炉Ａ１内の基板に供給する。光源Ｅ２は赤外光領域の光を酸化処理炉Ｂ１内の基板に供給する。ビームスプリッターＦ１は光源Ｄ１から照射された光をＣＶＤ処理炉Ａ１内の基板に供給する。ビームスプリッターＦ２は光源Ｄ１から照射された光をビームスプリッターＦ１に供給すると共に酸化処理炉Ｂ１内の基板に供給する。
【００７２】
プロセス１（バッファ用ＳｉＯ2膜作製プロセス）及びプロセス２（ポリシリコン作製プロセス）はＣＶＤ処理炉Ａ１で実行される。プロセス３（アモルファスシリコン活性プロセス）及びプロセス４（ゲート絶縁膜作製プロセス：酸化プロセス）は酸化処理炉Ｂ１で実行される。プロセス５（ゲート絶縁膜作製プロセス：ＣＶＤ膜作製プロセス）はＣＶＤ処理炉Ａ１で実行される。プロセス６（電気蒸着プロセス）は蒸着炉Ｃ１で実行される。プロセス７（ポストアニール処理）は酸化処理炉Ｂ１で実行される。
【００７３】
一方、ＴＦＴ製造装置３２は従来技術である特許文献１のＴＦＴ製造装置に例示されるゲート絶縁膜作製プロセスにプラズマ酸化とプラズマＣＶＤとを適用した場合の構成である。ＴＦＴ製造装置３２は図３（ｂ）に示されたようにプラズマＣＶＤ炉Ａ２とポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化を行うための処理炉Ｂ２１とプラズマ酸化炉Ｂ２２と蒸着炉Ｃ２とプラズマ発生装置Ａ２１，２２とを備える。
【００７４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しながら両者の構成を比較すると、従来技術に係るＴＦＴ製造装置３２の必須チャンバ数は本発明に係るＴＦＴ製造装置３１の必須チャンバ数よりも１つ多い。ＴＦＴ製造装置３２ではポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化プロセス（プロセス３）用の照射窓つきのチャンバ（処理炉）が別途必要であるからである。
【００７５】
また、ＴＦＴ製造装置３１は単一のオゾン発生装置Ａ１１から複数のチャンバ（ＣＶＤ処理炉Ａ１及び酸化処理炉Ｂ１）に供給可能となっている。さらに、ＴＦＴ製造装置３１はオゾン励起用の光はビームスプリッターＦ１を用いることで複数チャンバに適用可能となっている。
【００７６】
一方、ＴＦＴ製造装置３２のプラズマ発生装置は、プラズマＣＶＤ処理炉Ａ２に対してはＣＶＤ処理炉Ａ１が必要であると共にプラズマ酸化炉Ｂ２２に対しては酸化処理炉Ｂ１が必要となっており、処理炉毎に必要であるので、共用が困難となっている。
【００７７】
前記対比説明から明らかなように本発明に係るＴＦＴ製造プロセスを基づくＴＦＴ製造装置３１はプラズマ酸化及びプラズマＣＶＤに基づく従来のＴＦＴ製造装置と比べて装置の簡素化及び小型化が可能となる。したがって、低温ポリシリコンＴＦＴの量産のために設備投資するにあたり装置システムの設置スペース及びコストともに低減ができる。この効果の差が低温ポリシリコンＴＦＴの生産ライン数を増やすほど拡大することは明らかである。
【００７８】
以上説明した実施形態の実施例を以下に示した。図１に示した構成に基づく酸化処理装置について以下の条件でポリシリコンに形成した酸化膜の特性の評価を行った。
【００７９】
励起オゾン光源：ＫｒＦエキシマレーザー（〜２４８ｎｍ）。
【００８０】
レーザー強度：２４０ｍＪ
レーザー周波数：１００Ｈｚ
レーザー照射面積：１ｃｍ×３ｃｍ〜１ｃｍ×６ｃｍ
酸化処理炉：容積６０００ｃｍ3，ギャップ長５ｃｍ
オゾンガス：明電舎製のオゾン発生装置（ＭＰＯＧ−３１００２）によって発生させた１００％オゾンガス
ガス圧：３３０Ｐａ
ガス流量：１５０ｓｃｃｍ
基板温度：室温〜４００℃
プロセス時間：６０分
（１）酸化速度のＳｉ基板方位依存性の検証。
【００８１】
ポリシリコンの表面には様々なＳｉ結晶方位が存在している。このため、ポリシリコン上に平坦な膜を作るためには、下地がＳｉの結晶方位によらないことが必要である。従来行われている酸素による高温熱酸化（〜１０００℃）では、Ｓｉ＜１００＞とＳｉ＜１１１＞の基板で酸化速度が１．５〜１．７倍程違うことが分かっている（マスードの論文）。つまり、仮にポリシリコンに対して熱酸化をすると、酸化膜厚に対して５０％程度のラフネスが生じる。
【００８２】
一方、励起オゾン酸化によって製膜させた酸化膜の膜厚分布を以下に示した。
【００８３】
図４（ａ）はＳｉ＜１１１＞とＳｉ＜１００＞を並べて、同時に励起オゾン酸化を行ったときの酸化膜の膜厚分布図であり、図４（ｂ）は光照射の模式図である。Ｓｉ基板の温度は室温に設定された。Ｓｉ＜１１１＞とＳｉ＜１００＞を半円形に整え並べる。ＫｒＦレーザーを両方の基板にまたがるように照射（図４（ｂ）の模式図参照）。オゾンガスの流れ方向はＳｉ＜１１１＞とＳｉ＜１００＞の境目と平行の方向にした。
【００８４】
図４（ａ）に示された膜厚分布図において、左半分がＳｉ＜１１１＞の膜厚分布図であり、右半分がＳｉ＜１００＞の膜厚分布図であり、長方形で囲まれた部分がレーザー照射された部分である。レーザー照射された部分が最も膜が厚く、照射部分から離れる程に膜厚が減少している。これは予想された結果である。図４（ａ）の膜厚分布図によるとＳｉ＜１１１＞とＳｉ＜１００＞との間で酸化速度に有意な差がない。酸化速度の差は膜厚に対して５％以下である。したがって、本発明に係る励起オゾン酸化法がポリシリコンの酸化に適した方法であることがわかる。
【００８５】
（２）ポリシリコン上に励起オゾンを用いて製膜した絶縁膜の絶縁特性
図５の特性図に示された模式図に記載された形態の試料５０を用意した。試料５０はＳｉ基板５１の上にポリシリコン５２を堆積させたものである。この試料を用いて、これまでＳｉ基板上で製膜させてきたシリコン酸化膜との膜質評価の比較を行うことができる。絶縁特性は、Ｓｉ基板の場合、ＭＩＳキャパシタの電極配置で測っていたが、試料５０についても同様の測定を行った。すなわち、試料５０のポリシリコン５２上に励起オゾンによってシリコン酸化膜５３を作成後にＭＩＳキャパシタを形成して絶縁特性を評価した。
【００８６】
図５はＩ−Ｖ特性図である。横軸は印加電圧である。縦軸は漏れ電流密度である。絶縁特性の評価にあたり、エリプソ法による光学膜厚で規格済みの８．５ｎｍのシリコン酸化膜５３に対して室温のもと６０分間、電圧を印加した。この特性図から明らかように０〜７ＭＶ／ｃｍまで電場増加に伴い漏れ電流は単調に増加したが１０-7Ａ／ｃｍ2以下だった。７ＭＶ／ｃｍからは漏れ電流が一気に増加した。しかし、この挙動はトンネル電流に因るものであり、膜質が悪いためのものではない。１３〜１４ＭＶ／ｃｍでブレークダウンが起きる。このブレークダウン電場の大きさはＳｉ基板５０上に製膜した場合と同等である。このようにポリシリコン５１上に製膜しているのにも関わらず絶縁特性がＳｉ基板５０に製膜した場合に匹敵することが確認された。
【００８７】
製膜速度に関してはポリシリコン５１の方がＳｉ基板５０よりも上である。これはポリシリコン５１表面がＳｉ基板５０表面よりも光吸収がたくさん起きるために局所加熱によって温度がより上がっていることによるものと思料される。
【００８８】
（３）熱酸化膜との比較
ポリシリコンに対して従来の熱酸化法による酸化を試みた。通常、ポリシリコンはガラスやプラスチックの上に積むので、熱酸化をおこなう温度域（〜９００℃）にすることができない。しかし、この比較試験に供した試料はＳｉ基板上にポリシリコンを積んだので熱酸化ができる。従来技術の熱酸化法（比較例）と本発明の励起オゾン酸化法（実施例）との違いを以下に開示した。
【００８９】
図６は実施例１、実施例２及び比較例による酸化膜を製膜した場合の光学膜厚及び電気膜厚の比較表を開示している。
【００９０】
実施例１では励起オゾン酸化１００％オゾン雰囲気でＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）からの紫外光を照射のもと室温の製膜温度及び１時間の製膜時間でＳｉ＜１００＞、Ｓｉ＜１１１＞、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）の各々の被処理基板にシリコン酸化膜を形成した。
【００９１】
実施例２では励起オゾン酸化１００％オゾン雰囲気でＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）からの紫外光を照射のもと４００℃の製膜温度及び１時間の製膜時間でＳｉ＜１００＞、Ｓｉ＜１１１＞、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）の各々の被処理基板にシリコン酸化膜を形成した。
【００９２】
比較例では酸素による８２０℃の製膜温度の熱酸化及び２時間の製膜時間でＳｉ＜１００＞、Ｓｉ＜１１１＞、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の各々の被処理基板にシリコン酸化膜を形成した。
【００９３】
図６に示された表中のカッコ外の数字は光学膜厚［ｎｍ］であり、カッコ内の数字は電気膜厚［ｎｍ］である。Ｓｉ＜１００＞とＳｉ＜１１１＞間の膜厚の比較によると、実施例１及び実施例２の励起オゾン酸化法によるＳｉ＜１００＞に形成されたシリコン酸化膜の膜厚とＳｉ＜１１１＞に形成されたシリコン酸化膜の膜厚の差異は少ない。一方、比較例の熱酸化法で形成されたＳｉ＜１００＞とＳｉ＜１１１＞のシリコン酸化膜の膜厚の差異は大きい。比較例の熱酸化膜に対する結果は、既に述べたように文献「Ｅｕｇｅｎｅ Ａ. Ｉｒｅｎｅ ｅｔ ａｌ. Ｊ. ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ. Ｓｏｃ. １３３，１２５３（１９８６）」と一致する。
【００９４】
また、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）試料に対する励起オゾン酸化法では、光学膜厚と電気膜厚の差異が少ない。一方、熱酸化膜ではポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）試料で「光学膜厚＞電気膜厚」となっている。
【００９５】
この挙動は図７を用いて簡単に説明できる。図７はポリシリコン７１上にシリコン酸化膜７２を作成した場合の表面ラフネスの模式図であって、特に（ａ）は従来技術に係る熱酸化法によって形成されたシリコン酸化膜の模式図であり、（ｂ）は本発明に係る励起オゾン酸化法によって形成されたシリコン酸化膜の模式図である。図７（ａ）に示されたポリシリコン７１に堆積したシリコン酸化膜７２はＳｉ＜１００＞とＳｉ＜１１１＞の膜厚差が大きいために、ラフネスが大きい。一方、図７（ｂ）に示されたポリシリコン７１に堆積したシリコン酸化膜７２はＳｉ＜１００＞とＳｉ＜１１１＞の膜厚差がほとんどないため表面にほとんどラフネスが存在しない。このようなラフネスの大きな試料に対して、光学膜厚は平均膜厚を測っているのに対し、電気膜厚は最小の部分を測っていることに相当する。この理由で熱酸化膜では「光学膜厚＞電気膜厚」となることが説明できる。尚、ポリシリコン試料（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の熱酸化膜の電気膜厚１１．５ｎｍは同じ条件で製膜したＳｉ＜１００＞の膜厚１２．８ｎｍと同程度である。ポリシリコン上において最も膜厚が小さい部分は表面にＳｉ＜１００＞方位が出ている場所であると考えられる（図７参照）。
【００９６】
（４）製膜速度
これまでのポリシリコン試料に対する実験結果はチップサイズ（１５ｍｍ角）のものである。これに対してレーザー照射面積も１ｃｍ×３ｃｍで試料に光強度が十分に強い状況である。実際は１２インチの基板や最近ではメートルサイズ級の基板を酸化させる必要があるので、大体の場合にこの実験状況よりも光照射強度を落とさないとならないと考えられる。このとき、熱酸化膜の厚み薄くなる。
【００９７】
図８は基板温度が室温（２０℃）及び４００℃のときの製膜時間と膜厚の関係を示した特性図である。プロセス条件は基板温度以外同じである。つまり、試料への励起オゾン量は同じであり、温度が製膜速度を決めている。４００℃の方が室温の条件よりも厚い膜になっていることから温度の重要性がわかる。
【００９８】
室温製膜でも製膜時間を確保すれば厚くなるが、効率が悪い。図８に示された製膜時間と膜厚の関係から、最初の短時間で酸化膜が急成長しそのあとは非常にゆっくり製膜するためである。この挙動の原因は戸坂らの論文で説明されている（Ａｋｉ Ｔｏｓａｋａ ｅｔ ａｌ.Ｊｐｎ.Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.４４（３６Ｂ）,Ｌ１１４４−Ｌ１１４６（２００５））。
【００９９】
結局、足りない膜厚分はＣＶＤ膜によって補う。しかし、ＣＶＤ膜は酸化膜よりも格段に特性が劣るのでなるべく酸化膜だけで補うのが望ましい。
【０１００】
したがって、励起オゾン酸化法によって厚い酸化膜を作るには製膜時間を長くすることよりも、光吸収による処理基板の表面加熱効果をどれだけ大きくするかが重要である。処理基板の表面の加熱効果を高めるためには光源の強度を高めることが一つの方法であるが、他の方法としては表面で受け取った熱を下地に逃がさない構造を作ることで加熱効果が著しく高まる傾向が確認されている。
【０１０１】
（５）表面加熱効果の大きさについて
図６の表によると、励起オゾンによる酸化法では、Ｓｉ基板に製膜したとき（室温で５．８ｎｍ）よりも、ポリシリコンに製膜した場合（室温で８．６ｎｍ）の方が厚い酸化膜が形成されている。これはポリシリコン表面がＳｉ基板表面よりも光吸収が大きいことに起因する。
【０１０２】
図９は製膜温度と膜厚の関係を示した特性図である。直線Ｌ１はＳｉウェハ（試料１）に形成される酸化膜の製膜温度と膜厚の関係を示した特性直線である。直線Ｌ２はポリシリコンが堆積されたＳｉウエハ（試料２）に形成された酸化膜の製膜温度と膜厚の関係を示した特性直線である。直線Ｌ３はバッファ層としてＳｉＯ2層が介してポリシリコンが堆積されたＳｉウエハ（試料３）に形成された酸化膜の製膜温度と膜厚の関係を示した特性直線である。
【０１０３】
図９の特性図において直線Ｌ１は直線Ｌ２よりも下方に位置する。このことは試料２の方が試料１よりも表面加熱が盛んであることを意味する。また、試料３の方が明らかに試料２よりも表面加熱効果が大きい。これは表面で受け取った熱がバッファ層（ＳｉＯ2層）によって下地に流れるのを抑えているためである。バッファ層（ＳｉＯ2層）の存在の有無及びこの層の膜厚によって、表面加熱効果の大きさを調節できることを示している。
【０１０４】
また、実際のポリシリコンＴＦＴではガラスやプラスチック上に作成されるので、比較例として石英ガラス上にポリシリコンを堆積させて成る試料４にも製膜させた。図９に示されたプロットＰ１の位置から明らかようにこれまでの試料１〜試料３よりもはるかに厚い酸化膜が形成される。試料４は極端に熱伝導の悪いガラスからなる基板であるので、表面で得た熱を完全に閉じ込めたために試料４の温度が高温になったものと考えられる。
【０１０５】
（６）ポストアニール温度の低温化について
ポリシリコンＴＦＴのプロセス温度の低温化について、これまで述べたゲート絶縁膜作製温度とポルトアニール温度の低温化が課題であった。これまでは４００〜４５０℃であったが、本実施形態では紫外領域の光によるオゾンの励起によって処理基板の表面が加熱するのでポストアニール温度を低温化できる。一般に基板の表面温度を知るのは容易でない。しかし、図９の特性図によると製膜速度に基づき表面温度を見積もることができる。試料２は試料１よりも製膜速度が大きいことは既に述べた。試料２の表面温度を見積もると、例えば室温製膜での膜厚が８．５ｎｍは、Ｓｉウエハの製膜では製膜温度３８０℃程度に相当するので、３８０℃程度に加熱されていることを意味する。このことから試料２の表面を４００〜４５０℃にするには、基板温度を１００℃程度にして光照射すればよいことがわかる。つまり、試料２では１００℃でＴＦＴの作製が可能である。この１００℃は温度条件の一例に過ぎない。実際には上述のようにバッファＳｉＯ2の導入や基板を石英にすることにより表面加熱効果が変わるのでポストアニール温度の下限温度は変化する。
【０１０６】
（実施形態２）
図１０は実施形態２に係る酸化処理装置の概略構成図である。
【０１０７】
酸化処理装置１の励起オゾン用の光源１４の光はオゾンを励起させるだけでなく基板１１０の表面の局所的な加熱を起し、この局所加熱量が製膜速度を決めることがわかった。別の観点からは、実施形態１の光源１４の光強度はオゾンを励起させる容量を十分に補っており余剰分で基板１１０の表面を加熱していることになる。
【０１０８】
紫外領域の光を発する光源１４の他に基板１１０の表面加熱用として別の光源を用いると、紫外光はこれまでの強度よりも遥かに小さな出力で済む。２１０〜３００ｎｍの波長域の発振強度を高めるのにはコストと設備がかかるが、３００〜５００ｎｍの波長域は経済的に容易に出力を高めることできる。
【０１０９】
そして、この利点を考慮したのが本実施形態の酸化処理装置２である。光源１４の紫外領域の光に加えて光源２１の可視領域の強い光を基板１１０に照射する。光源２１から照射される光の波長域の上限は５５０ｎｍに規定される。基板１１０に形成されたポリシリコンの活性には３０８〜５３２ｎｍの光を用いている。この波長域の光であればポリシリコンのＳｉ結合を破壊しない。光源２１の光を導入するならば、光源１４の光を基板１１０に当てる必要はない。光源１４，１５，２１の光は基板１１０に対して水平に照射してもよい。尚、本実施形態では、紫外領域の光を照射する光源１４と可視領域の光を照射する光源２１が具備されているが、紫外領域と可視領域の光を照射できる既知の光源(例えば、ＳＸ−ＵＩＤ２０００ＭＵＶ２Ｖ／ＳＵＮ，ＵＳＨＩＯ ｃｏｒｐ．)を１つ具備させてもよい。
【０１１０】
以上のように実施形態１及び実施形態２の低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法によればポリシリコンに室温で優れた酸化絶縁膜を作製できる。また、基板結晶面方位に依存しない製膜速度の確保できると共に基板の膜表面のラフネスを低減できる。さらに、この製造方法においては基板に照射される光の周波数帯はポリシリコン表面ラフネスへ悪影響を与えないと共に基板ダメージを与えない。また、ポリシリコンの結晶化及び粒界サイズの大型化のプロセスと同一チャンバでプロセスが可能となる。さらに、基板の局所加熱効果によるポストアニール温度の低減が可能となる。また、ポリシリコンの活性アニールに対しても同じ波長の光源の使用が可能となる。さらに、レーザー光の照射方向と基板を処理炉内で移動可能（スキャン方式）とすることで、大型の基板の適用が可能となる。また、フレキシブルＴＦＴの製造及びロール・トゥー・ロール方式の処理形態への拡張可能となる。さらに、光吸収加熱の大きさはポリシリコン層の厚みまたは光の照射強度によって調節可能となる。また、酸化膜成長機構による高速酸化と均一な製膜が容易となる。さらに、局所加熱量調整によって膜厚量の調整が容易に可能となる。
【０１１１】
特に、実施形態２の低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法によれば目的別に異なる光源を同時に照射可能となる。例えば、オゾン励起用の光源と加熱用の光源と備えることで、ＵＶ周波数帯よりも光強度が比較的安易に得やすい周波数帯（３００〜５００ｎｍ）を照射すれば大きな加熱効果が期待できる。
【０１１２】
尚、実施形態１及び実施形態２に係る製造方法は低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法に関するものであるが、ゲート酸化膜を有する低温ポリシリコンＴＦＴ以外の半導体素子の製造方法にも適用できることはこれまでの説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】実施形態１に係る酸化処理装置の概略構成図。
【図２】基板を酸化処理炉内で移動させながら酸化処理する酸化処理装置の概略構成図。
【図３】（ａ）発明の実施形態に係るＴＦＴ製造装置の概略構成図，（ｂ）従来のＴＦＴ製造装置の概略構成図。
【図４】Ｓｉ＜１１１＞基板とＳｉ＜１００＞基板とを並べて同時に励起オゾン酸化を行ったときの酸化膜の膜厚分布図と光照射の模式図。
【図５】Ｓｉ基板に堆積したポリシリコンに励起オゾンを用いて形成させた絶縁膜の絶縁特性を示したＩ−Ｖ特性図。
【図６】発明の実施例に係る励起オゾン酸化（１００％オゾン雰囲気及びＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）からの紫外光を照射のもと室温及び４００℃の製膜温度で酸化膜を製膜（製膜時間１時間）した場合、比較例（従来技術）に係る酸素による熱酸化（８２０℃）によって酸化膜を製膜（製膜時間２時間）した場合の光学膜厚及び電気膜厚の比較表。
【図７】（ａ）ポリシリコン上に熱酸化膜を作成した場合の表面ラフネスの模式図，（ｂ）ポリシリコン上に励起オゾン酸化膜を作成した場合の表面ラフネスの模式図。
【図８】基板温度が室温及び４００℃のときの製膜時間と膜厚の関係を示した特性図。
【図９】製膜温度と膜厚の関係を示した特性図。
【図１０】実施形態２に係る酸化処理装置の概略構成図。
【図１１】低温ポリシリコンＴＦＴの製造過程の初期プロセス（電極蒸着）を経た後のＴＦＴの断面図。
【図１２】ポリシリコン及びアモルファスシリコンに関する光吸収特性を示した特性図。
【符号の説明】
【０１１４】
１…酸化処理装置
１０…酸化処理炉、１０１…オゾン励起光照射窓、１０２…基板加熱用赤外光照射窓、１１…オゾン発生装置、１２，１３…ボンベ、１４，１５，２１…光源、１６…サセプタ、１７…圧力計、１８…真空ポンプ、１９…オゾンキラー
３１…ＴＦＴ製造装置、Ａ１…ＣＶＤ処理炉、Ｂ１…酸化処理炉、Ｃ１…蒸着炉、Ａ１１…オゾン発生装置、Ｄ１，Ｅ１…光源、Ｆ１…ビームスプリッター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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