(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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緻密酸化膜生成工程と、
前記緻密酸化膜生成工程の後で、前記酸素を主成分とする雰囲気を排気しつつ水蒸気を供給して水蒸気を主成分とする雰囲気に置換して、前記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酸化促進工程と、
を有することを特徴とする半導体膜の成形方法。
【請求項２】
前記緻密酸化膜生成工程が、雰囲気に酸素を供給し、酸素濃度を調整したい場合には、雰囲気に窒素を供給し、酸素と窒素の混合ガスの雰囲気とする、
請求項１に記載の半導体膜の成形方法。
【請求項３】
前記緻密酸化膜生成工程が、雰囲気に酸素を供給し１〜５０気圧の所定の圧力になったら供給を停止する、同時に雰囲気が３００〜７００℃の所定の温度になるように加熱する、
請求項１に記載の半導体膜の成形方法。
【請求項４】
前記緻密酸化膜生成工程が、雰囲気に酸素を供給し１〜５０気圧の所定の圧力になったら供給を停止する、同時に雰囲気が３００〜７００℃の所定の温度になるように加熱し、酸素濃度を調整したい場合には、雰囲気に窒素を供給し、酸素と窒素の混合ガスの雰囲気とする、
請求項１に記載の半導体膜の成形方法。
【請求項５】
絶縁性基板の表面に多結晶シリコン膜を固相成長法を用いて形成する工程と、
その後で、所定のガス雰囲気を生成できる室内に表面に多結晶シリコン膜を形成した前記絶縁性基板を配置する工程と、
その後で、前記室内を酸素を主成分とする雰囲気とし所定の温度になるように加熱する工程と、
その後で、前記酸素を主成分とする雰囲気を排気しつつ水蒸気を供給して水蒸気を主成分とする雰囲気に置換して前記室内を前記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。
【請求項６】
前記室内を前記水蒸気を主成分とする雰囲気にする工程の後で、前記室内から半導体基板を取出してバッファードフッ酸やフッ酸溶液等を使用して前記多結晶シリコン膜の酸化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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、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。
【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。
【００１１】
さらに、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。例えば、前記酸素を主成分とする雰囲気を排気しつつ水蒸気を供給して水蒸気を主成分とする雰囲気に置換して、前記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。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。
実施形態にかかる半導体膜の成形方法は、前記緻密酸化膜生成工程が、雰囲気に酸素を供給し、酸素濃度を調整したい場合には、雰囲気に窒素を供給し、酸素と窒素の混合ガスの雰囲気とする。
【００１２】
実施形態にかかる半導体膜の成形方法は、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。例えば、前記緻密酸化膜生成工程において、雰囲気に酸素を供給し１〜５０気圧の所定の圧力になったら供給を停止する。同時に雰囲気が３００〜７００℃の所定の温度になるように加熱する。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。
【００１３】
実施形態にかかる半導体膜の成形方法は、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。例えば、前記酸化促進工程の後、バッファードフッ酸やフッ酸溶液等を使用して前記酸化膜を除去する。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。
【００１４】
本発明によれば、絶縁性基板の表面に多結晶シリコン膜を固相成長法を用いて形成する工程と、その後で、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、その後で、前記室内を酸素を主成分とする雰囲気にし所定の温度になるように加熱する工程と、その後で、前記酸素を主成分とする雰囲気を排気しつつ水蒸気を供給して水蒸気を主成分とする雰囲気に置換して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。
【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。
【００１６】
実施形態にかかる半導体基板の製造方法は、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。例えば、前記室内から半導体基板を取出してバッファードフッ酸やフッ酸溶液等を使用して前記多結晶シリコン膜の酸化膜を除去する。
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。
【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。
【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。
【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。
【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５００〜６５０℃、アニール時間を４〜２４時間とするのが好ましい。
【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。
【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。
【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。
【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６００〜７００℃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。
【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。
【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。
【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１３ｃ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。
【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３００〜７００℃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。
【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３５０℃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、ＡｌＳｉ、ＡｌＴｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒ、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ＣＶＤ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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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
【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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