JP2002170820A

JP2002170820A - 薄膜トランジスタの製造方法およびそれに用いられるプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2002170820A
Application number: JP2000364709A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamauchi; 哲也山内; Hideo Saito; 秀男齋藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的低温条件のもとで薄膜トランジスタの
ゲート絶縁膜を形成するための薄膜トランジスタの製造
方法と、それに用いられるプラズマ処理装置を提供す
る。【解決手段】プロセスチャンバ１内に基板５を載置し
て加熱するためのヒータステージ４が設けられ、その背
面に排気口２が設けられている。プロセスチャンバ１内
の上部には、プラズマ生成用の高周波電力を供給するた
めの電極３と、ガス導入口１４が設けられている。電極
３とヒータステージ４との間には、電極３によって生成
されるプラズマの密度分布に応じてその開口率が変えら
れている複数の開口部１９が設けられたプレート６が配
設されている。開口部１９およびその周辺部分のプレー
ト６の表面には、石英ガラス等の誘電体部材７がはめ込
まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
の製造方法およびそれに用いられるプラズマ処理装置に
関し、特に、液晶表示装置等に用いられる薄膜トランジ
スタの製造方法と、その薄膜トランジスタを形成するた
めのプラズマ処理装置とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置等においては、ガラス基板
上に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor 以下、
「ＴＦＴ」と記す。）が形成される。このＴＦＴを形成
する際には、ゲート電極となるポリシリコン膜上にゲー
ト絶縁膜が形成される。ゲート絶縁膜は、材料としてＴ
ＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）やシラン系ガス
を用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n）法により形成される。

【０００３】また、ガラス基板の代わりに石英基板を用
いる場合ではより高温処理が可能になり、この場合に
は、熱酸化法によりポリシリコン膜の表面を酸化してゲ
ート絶縁膜が形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、基板と
して石英基板を用いることでより高温処理を行うことが
できるが、同様の処理を比較的安価なガラス基板に施そ
うとすると、熱によりガラス基板には歪が生じてしま
う。ガラス基板に歪を生じさせないためには温度として
６００℃以下の比較的低い温度による処理が必要にな
り、ゲート絶縁膜を低温条件のもとで形成するためのさ
まざまな手法が検討されている。

【０００５】ところが、６００℃以下の比較的低温条件
のもとで形成されたシリコン酸化膜には、高温条件のも
とで形成されたシリコン酸化膜に比べて、絶縁耐性が低
い、低電界印加時のリーク電流が大きい、界面準位密度
や固定電荷が多い、酸化レートがおそいなどの問題があ
る。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、１つの目的は６００℃以下の比較的低
温条件のもとで、絶縁耐性等の特性に優れた薄膜トラン
ジスタのゲート絶縁膜を形成するための薄膜トランジス
タの製造方法を提供することであり、他の目的はそれに
用いられるプラズマ処理装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの局面にお
ける薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にシリコン
膜を形成する工程と酸化工程とを備えている。酸化工程
では、シリコン膜が形成された基板を処理室に導入して
処理室に酸素プラズマを生成し、酸素プラズマの生成領
域にシリコン膜を晒すことなくシリコン膜の表面を酸化
する。

【０００８】この薄膜トランジスタの製造方法によれ
ば、プラズマの生成領域にシリコン膜が晒されないの
で、シリコン膜とシリコン酸化膜（直接酸化）との界面
やシリコン膜のバルクへのダメージが抑えられて、清浄
度が高く欠陥の少ないシリコン酸化膜とシリコン酸化膜
との界面が得られる。その結果、６００℃以下の比較的
低温条件のもとで比較的短時間で、絶縁耐性等の特性に
優れた薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁膜となる膜
を形成することができる。

【０００９】より具体的には、酸化工程では、酸素プラ
ズマ中に存在する酸素ラジカルによってシリコン膜が直
接酸化される。

【００１０】そして、酸化工程では、処理室において酸
素プラズマが生成される空間と基板が配置される空間と
を仕切るプレート部を設け、プレート部に設けられた開
口部を介して酸素ラジカルがシリコン膜に到達するよう
にするのが好ましい。

【００１１】この場合には、シリコン基板が酸素プラズ
マに晒されるのを確実に阻止することができるととも
に、基板側へ酸素ラジカルが均一に送り込まれてシリコ
ン膜を均一に酸化することができる。

【００１２】好ましくは、酸化工程では、酸素プラズマ
は、酸素（Ｏ₂）またはオゾン（Ｏ₃）に加えて、ヘリウ
ム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリ
プトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）からなる群から
選ばれる少なくとも１種類の希ガスを含むガスによって
生成される。

【００１３】この場合には、酸素のみからなるガスでプ
ラズマを生成させた場合と比べて、酸素ラジカルの生成
密度が高くなり、シリコン膜の酸化レートを上昇させる
ことができる。

【００１４】また好ましくは、酸化工程では、酸素プラ
ズマは、水（Ｈ₂Ｏ）または過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）を
さらに含むガスによって生成される。

【００１５】この場合には、この場合には、シリコン膜
にダメージを与えることなく、シリコン膜の酸化レート
をさらに上昇させることができる。

【００１６】また、比較的膜厚の厚いシリコン酸化膜を
形成するには、酸化工程の後に、基板を大気に晒すこと
なく処理室内に基板を保持した状態で処理室内に材料ガ
スを導入し、基板上にシリコン酸化膜を形成する成膜工
程を備えていることが好ましい。

【００１７】この場合には、処理室内に配置された基板
を大気に晒すことなく成膜工程が連続して行われること
で、界面の清浄度を維持した状態でシリコン酸化膜がよ
り早いレートにて形成される。

【００１８】本発明の他の局面におけるプラズマ処理装
置は、処理室とプラズマ発生源とガス導入口とを備えて
いる。プラズマ発生源は処理室においてプラズマを生成
する。ガス導入口は、プラズマ発生源により処理室内に
生成されたプラズマと、処理室内に導入される基板との
間に配設され、その基板に所定の膜を形成するための材
料ガスを供給する。そして、プラズマは、処理室に導入
される基板がプラズマの生成領域に直接晒されない位置
に形成される。

【００１９】このプラズマ処理装置によれば、基板上に
形成される膜等にプラズマによるダメージを与えること
なくプラズマ処理を施すことができる。

【００２０】好ましくは、処理室をプラズマが生成され
る空間と、基板が導入される空間とに仕切るプレート部
を備え、プレート部には酸素プラズマ中に存在する酸素
ラジカルを基板が導入される空間へ導くための開口部が
形成されている。

【００２１】この場合には、プレート部の存在により、
プラズマが基板へダメージを及ぼすのを確実に阻止する
ことができるとともに、プラズマ中に存在する酸素ラジ
カルがより均一に基板側へ送られて、基板に施される処
理（酸化処理）をその面内において均一に行うことがで
きる。

【００２２】また好ましくは、プレート部の開口部の表
面は誘電体材料で被覆されている。この場合には、誘電
体材料が被覆されていない部分と比べて、酸素ラジカル
の消失を抑制でき、基板に施される処理の速度低下を抑
えることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置について
説明する。

【００２４】まず、プラズマ処理装置について説明す
る。図１に示すように、アルミニウムからなるプロセス
チャンバ１内に基板５を載置して加熱するためのヒータ
ステージ４が設けられている。ヒータステージ４の背面
のプロセスチャンバ１には排気口２が設けられている。
その排気口２にはプロセスチャンバ１内を真空にするた
めのポンプ（図示せず）が接続されている。

【００２５】プロセスチャンバ１内の上部には、プラズ
マ生成用の高周波電力を供給するための電極３と、ガス
導入口１４が設けられている。また、電極３とヒータス
テージ４との間には、プレート６が配設されている。

【００２６】プレート６はアルミニウム製であり、その
表面はアルマイト処理が施されている。プレート６には
開口部１９が形成され、その開口部１９およびその周辺
部分のプレート６の表面には、石英ガラス等の誘電体部
材７がはめ込まれている。

【００２７】このプラズマ処理装置では、ガス導入口１
４よりガスを導入し、電極３に高周波電源からマッチン
グ回路を介して電力を供給することで、電極３とプレー
ト６との間の空間にプラズマ１５が生成される。このよ
うに、プレート６が設けられていることで、プラズマ処
理の際に基板５がプラズマの生成領域に直接晒されるこ
とがなくなる。

【００２８】プラズマを生成する手段としては上記構成
のほかに、たとえば図２に示すように、プロセスチャン
バ１内を区切るように誘電体窓１３を設け、この誘電体
窓１３を挟んで基板５が配置される空間とは反対側の空
間にプラズマ生成用の高周波電力を供給するためのコイ
ル１１を配設し、基板５が配置される空間にプラズマ１
５（誘導結合プラズマ）を生成させるようにしてもよ
い。

【００２９】また、図３に示すように、誘電体窓１３を
挟んで基板５が配置される空間とは反対側の空間にプラ
ズマ生成のための高周波電力を供給するためのアンテナ
１２を配設し、基板５が配置される空間にプラズマ１５
（マイクロ波プラズマ）を生成させるようにしてもよ
い。なお、いずれの場合でも、プラズマ生成領域は基板
５が直接晒されない位置に形成される。

【００３０】これらの場合には、放電室（基板が配置さ
れる空間）内において電極を設けることなくプラズマを
生成させることができ、汚染の少ない均一で高密度のプ
ラズマを生成することができる。

【００３１】なお、高周波の電力の周波数については特
に限定されない。また、高密度のプラズマを生成しやす
いマイクロ波を用いる場合では、図３に示すように、ア
ンテナ１２を用いるほか、図４に示すように、導波管１
６から誘電体窓１３を介して直接高周波電力を供給する
ようにしてもよい。さらに、マイクロ波を用いる場合で
は、２つ以上の電力供給源を設けたり、導波管を分岐す
る等の方法によりマクロ波を２箇所以上のところから供
給することでより広範囲にプラズマを生成することがで
きる。

【００３２】図１に示すプラズマ処理装置では、上記の
ようにプレート６が設けられている。このプレート６に
は、図５および図６に示すように、酸素プラズマ１５中
の酸素ラジカルを基板５が配置された空間へ導くための
複数の開口部１９が形成されている。また、このプレー
ト６内には、プロセス用の材料ガスを供給するための通
路４１が設けられている。

【００３３】この通路４１は、図６に示すようにプレー
ト６の側面から直径約６ｍｍの穴１８を縦方向と横方向
とに貫通させることで形成されている。外部からガスを
供給する配管を接続する部分４箇所（図５の配管１７を
参照）以外のプレート６の側面に開口した穴１８は塞が
れることになる。そして、開口部１９は、縦横に走る配
管４１によって囲まれているプレート６の領域に形成さ
れている。

【００３４】さらに、このプレート６の基板が配置され
る側の面には、図７に示すように、隣り合う開口部１９
の間にプロセス材料ガスを噴出するための噴出口８が４
ヶ所設けられている。

【００３５】開口部１９は、電極３によって生成される
プラズマの密度分布に応じてその開口率が変えられてい
る。開口率は、プレートを配設しない状態で直接酸化を
行った場合の酸化膜の膜厚分布に対して膜厚に反比例す
るように変化している。

【００３６】ここで、開口率とは、この場合、次のよう
に定義される。たとえば、図７に示された１つの開口部
１９ａに注目すると、この開口部１９ａとこれに隣接す
る８つの開口部１９ｂ〜１９ｉを含む矩形状の領域（領
域Ａ）に対する開口部１９ａ〜１９ｉの領域（領域Ｂ）
の比（面積比）をいう。

【００３７】たとえば、開口部の形状を正方形とした場
合、プレート６の中央付近では、開口部１９ａ〜１９ｉ
の一辺の長さは５ｍｍであり、隣り合う開口部１９ａ〜
１９ｉ間の間隔は９ｍｍである。したがって、領域Ａの
面積は１０８９ｍｍ²、領域Ｂの面積は２２５ｍｍ²とな
って、開口率は２０．７％となる。

【００３８】一方、プレート６の周辺では、開口部１９
ａ〜１９ｉの一辺の長さは７ｍｍであり、隣り合う開口
部１９ａ〜１９ｉ間の間隔は９ｍｍである。したがっ
て、領域Ａの面積は１５２１ｍｍ²、領域Ｂの面積は４
４１ｍｍ²となって、開口率は２９．０％となる。つま
り、このプラズマ処理装置のプレート６では、周辺の方
が中央部よりも開口率が高くなるように開口部１９が形
成されている。

【００３９】なお、必ずしも周辺の方が中央部よりも開
口率が高くなるように開口部が形成されているわけでは
なく、プラズマを生成する手段（プラズマ源の構造）に
よっては、中央部の方が周辺よりも開口率が高くなるよ
うに開口部が形成される場合もある。

【００４０】このプラズマ処理装置に用いられているプ
レート６は、プラズマ処理が施される基板５から上方に
７０ｍｍのところに位置している。プレート６の寸法
は、短辺４５０ｍｍ、長辺５５０ｍｍ、厚み１０ｍｍで
ある。隣り合う開口部１９の間隔は９ｍｍである。開口
部の寸法はプレート６の短辺側と長辺側とでは異なって
いる。

【００４１】たとえば、プレート６の短辺側には開口部
１９は３０列設けられている。中央付近に位置する１４
個の開口部の短辺側の長さは５ｍｍ、その外側にそれぞ
れ位置する５個の開口部の短辺側の長さは６ｍｍ、さら
にその外側にそれぞれ位置する３個の開口部の短辺側の
長さは７ｍｍである。

【００４２】一方、プレート６の長辺側には開口部１９
は４４列設けられている。中央付近に位置する１４個の
開口部の長辺側の長さは５ｍｍ、その外側にそれぞれ位
置する５個の開口部の短辺側の長さは６ｍｍ、さらにそ
の外側にそれぞれ位置する１０個の開口部の短辺側の長
さは７ｍｍである。

【００４３】また、上述したように、開口部１９および
その周辺部分のプレート６の表面には、石英ガラス等の
誘電体部材７が形成されている。この誘電体部材７とし
ては、たとえば、図８に示すように、開口部１９にはめ
込むことのできる石英ガラス７などが好ましい。

【００４４】このように、図１に示すプラズマ処理装置
ではプレートを設けたが、図２〜図４に示すプラズマ処
理装置では、対向電極を設けることなくプラズマを生成
することができること、そして、プラズマ１５の領域と
基板５との距離をある程度確保することで基板５におけ
るプラズマ処理の均一性が向上するため、図１に示すよ
うなプレート６を設けずに、材料ガス噴出口８を設けた
供給配管３１だけを配設させてもよい。

【００４５】この場合の材料ガス供給配管としては、表
面にアルマイト処理が施された外径１/４インチのアル
ミニウム製配管を３０ｍｍ間隔で格子状に接続するとと
もに、各配管に１０ｍｍピッチにて２個の直径０.５ｍ
ｍのガス噴出口を設けたものが好ましい。

【００４６】また、処理が施される基板表面において材
料ガスの分布を均一にするため、ガスが噴出す方向を基
板に垂直な方向に対して適切な角度となるようにガス噴
出口を設けることが好ましい。この角度は、処理が施さ
れる基板とガス噴出口が設けられた配管との距離によっ
て決定され、たとえば、この距離を６０ｍｍと設定した
場合には、約９.５°とすればよい。

【００４７】実施の形態２次に、上述したプラズマ処理装置を用いた酸化処理の一
例について説明する。

【００４８】まず、シリコン膜が形成された基板をプラ
ズマ処理装置のロードロックチャンバにセットする。そ
のロードロックチャンバ内を排気して、基板５をプロセ
スチャンバ内に移動させる。次に、基板をヒータステー
ジ４（図１参照）上に載置し、基板を６００℃以下の所
定の温度に加熱する。基板が所定の温度に達した段階で
プラズマ生成用のガス導入口より希ガスで希釈（１〜１
０％）した酸素ガスと気化した水を総流量の５０％以下
にて供給する。

【００４９】その後、高周波電力を供給してプラズマを
生成する。なお、基板の温度としては、良質な膜を形成
するためには低くても２００℃程度に設定することが望
ましく、また、プロセスチャンバ１内の圧力を０.１〜
３Ｔｏｒｒ程度とすることが望ましいが、こられの条件
に限定されるものではない。

【００５０】また、希ガスとしては膜の特性および酸化
レートの観点からクリプトン（ガス）を用いることが望
ましいが、クリプトンガスは高価であるため、コストの
点からアルゴンガスを用いてもよい。

【００５１】図９に示すように、プロセスチャンバ１内
で生成したプラズマ１５中の酸素ラジカル９はイオンに
比べてその寿命が長いため、プレート６に形成された開
口部１９を通り抜けて基板５に到達する。酸素ラジカル
がプレート６を通り抜ける際に、プレート６の表面が石
英からなる誘電体部材７で覆われていることで酸素ラジ
カルの消滅が抑えられて、酸素ラジカルが基板５に効率
よく到達する。基板５上に到達した酸素ラジカル９によ
り基板５上に形成されたシリコン膜２１の表面が直接酸
化されて絶縁膜２２が形成される。

【００５２】所望の厚さの絶縁膜２２が形成された後、
引き続き同じプロセスチャンバ１において、図１０に示
すように、ＣＶＤ用材料ガス１０としてモノシランをプ
ロセスガス導入口８からプロセスチャンバ１内に供給す
る。そして、モノシランと酸素ラジカル９と接触させる
ことにより、絶縁膜２２を覆うように基板５上にシリコ
ン酸化膜２３を形成する。このようにして、酸化処理が
行われる。

【００５３】次に、上述した酸化処理を薄膜トランジス
タの形成に適用する場合について説明する。図１１に、
本プラズマ処理装置を用いて形成された薄膜トランジス
タの断面構造を示す。薄膜トランジスタはｐ型またはｎ
型のいずれでもよく、液晶表示装置における薄膜トラン
ジスタアレイやドライバ回路に適用される。

【００５４】図１１に示すように、ガラスの基板５上に
下地膜として膜厚１００〜３００ｎｍ（１０００〜３０
００Å）のシリコン酸化膜３４を形成する。そのシリコ
ン酸化膜３４上に膜厚３０〜５０ｎｍ（３００〜５００
Å）のアモルファスシリコン膜（図示せず）を形成す
る。その後、そのアモルファスシリコン膜にレーザ光を
照射してアモルファスシリコン膜を多結晶化して多結晶
シリコン膜を形成する。

【００５５】その多結晶シリコン膜にエッチングを施す
ことにより、島状の多結晶シリコン膜３１、３２、３３
をそれぞれ形成する。多結晶シリコン膜３１は最終的に
チャネル部となり、多結晶シリコン膜３２はオフセット
部となり、多結晶シリコン膜３３はソース・ドレイン部
となる。

【００５６】次に、島状の多結晶シリコン膜３１〜３３
が形成された基板５をプロセスチャンバ１内に導入し
て、上述したように、酸素ラジカルにより多結晶シリコ
ン膜３１〜３３を酸化する。このとき、酸素プラズマを
生成するためのガスとして、たとえば、クリプトン３Ｌ
／ｍｉｎ（３０００ｓｃｃｍ）、酸素０.１Ｌ／ｍｉｎ
（１００ｓｃｃｍ）、気化した水０.５Ｌ／ｍｉｎ（５
００ｓｃｃｍ）とする。

【００５７】酸素ラジカルにより多結晶シリコン膜３
１、３２、３３の表面に膜厚５ｎｍ（５０Å）のシリコ
ン酸化膜２２を形成後、連続して基板５の表面近傍にモ
ノシランガスを供給して、ＣＶＤ（Chemical Vapor Dep
osition）法により膜厚１００ｎｍ（１０００Å）のシ
リコン酸化膜２３を形成する。これらシリコン膜２２、
２３は、薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁膜とな
る。

【００５８】その後、膜厚３５０ｎｍ（３５００Å）の
アルミニウム膜（図示せず）を形成する。そのアルミニ
ウム膜にエッチングを施すことによりゲート電極３５を
形成する。このとき、ゲート電極３５を形成するための
レジストを残した状態でゲート電極３５を陽極酸化する
ことにより、ゲート電極３５の側壁に酸化層（図示せ
ず）を形成する。

【００５９】次に、高濃度不純物のイオンドーピングを
行う。不純物してはＰ型の場合にはボロン等、Ｎ型の場
合にはリン等が好ましい。その後、ゲート電極３５の側
壁に形成された酸化層を除去し、低濃度不純物のイオン
ドーピングを行う。

【００６０】次に、層間絶縁膜として膜厚３００〜９０
０ｎｍ（３０００〜９０００Å）のシリコン酸化膜３８
を形成する。その後、シリコン酸化膜３８にコンタクト
ホールを形成し、そのコンタクトホールを埋めるように
アルミニウム膜（図示せず）を形成する。

【００６１】そのアルミニウム膜にエッチングを施すこ
とによりソース・ドレイン電極３６を形成する。その
後、パッシベーション膜３７を形成し、熱拡散による水
素化処理を施す。以上により、薄膜トランジスタが形成
される。

【００６２】上述した薄膜トランジスタの形成方法で
は、ゲート絶縁膜を形成するための酸化方法に特徴があ
り、各膜厚値や薄膜トランジスタの構造については一例
に過ぎない。

【００６３】次に、上述した酸化方法によって形成され
るシリコン酸化膜の評価について説明する。まず、ガラ
ス基板上に載置したシリコンウェハ（Ｐ型（１，０，
０））を基板とした。そのシリコンウェハ上にシリコン
酸化膜を形成し、そのシリコン酸化膜上にアルミニウム
電極を形成したＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）
キャパシタを試料として作成した。

【００６４】そして、このＭＯＳキャパシタのＣ−Ｖ特
性から表面固定電荷密度を求めた。得られた表面固定電
荷密度（界面密度）の値は１０¹⁰／ｃｍ²代の比較的低
い値であった。また、絶縁耐圧は、８〜１０ＭｅＶ（リ
ーク電流１×１０^-6Ａ／ｃｍ ²のとき）であり、リーク
電流は１×１０^-11Ａ代（電圧２ＭｅＶのとき）であっ
た。これらの値は高温処理により形成したシリコン酸化
膜と同レベルであった。

【００６５】これは、実施の形態１において説明したプ
ラズマ処理装置を用いることで、酸素ラジカルによるシ
リコン膜の直接酸化により良好なシリコン膜とシリコン
酸化膜との界面が得られ、また、プラズマ中のイオンに
よるダメージを基板に与えることなくシリコン酸化膜を
形成することで、界面の電気的特性が良好になっている
ものと考えられる。そして、このプラズマ処理装置を用
いることで、比較的低温度（６００℃以下）であって
も、大面積の基板に均一に膜を形成することができるこ
とがわかった。

【００６６】なお、上述したプラズマ処理装置を用いた
製造方法では、基板５の加熱、シリコン膜２１の直接酸
化およびプラズマＣＶＤによるシリコン酸化膜の形成工
程を同一のプロセスチャンバ内で処理させたが、それぞ
れ専用のプロセスチャンバを設け、基板を搬送する搬送
装置を設置した真空チャンバで各プロセスチャンバ間を
結ぶようにしてもよい。これにより、各プロセスの最適
化を用に行うことができる、また、各プロセスチャンバ
のメンテナンスも容易に行うことができようになる。

【００６７】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって、制限的なものではないと考えられるべき
である。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲
によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範
囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【００６８】

【発明の効果】本発明の１つの局面における薄膜トラン
ジスタの製造方法によれば、プラズマの生成領域にシリ
コン膜が晒されないので、シリコン膜とシリコン酸化膜
（直接酸化）との界面やシリコン膜のバルクへのダメー
ジが抑えられて、清浄度が高く欠陥の少ないシリコン酸
化膜とシリコン酸化膜との界面が得られる。その結果、
６００℃以下の比較的低温条件のもとで比較的短時間
で、絶縁耐性等の特性に優れた薄膜トランジスタにおけ
るゲート絶縁膜となる膜を形成することができる。

【００６９】より具体的には、酸化工程では、酸素プラ
ズマ中に存在する酸素ラジカルによってシリコン膜が直
接酸化される。

【００７０】そして、酸化工程では、処理室において酸
素プラズマが生成される空間と基板が配置される空間と
を仕切るプレート部を設け、プレート部に設けられた開
口部を介して酸素ラジカルがシリコン膜に到達するよう
にすることで、シリコン基板が酸素プラズマに晒される
のを確実に阻止することができるとともに、基板側へ酸
素ラジカルが均一に送り込まれてシリコン膜を均一に酸
化することができる。

【００７１】好ましくは、酸化工程では、酸素プラズマ
は、酸素（Ｏ₂）またはオゾン（Ｏ₃）に加えて、ヘリウ
ム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリ
プトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）からなる群から
選ばれる少なくとも１種類の希ガスを含むガスによって
生成されることで、酸素のみからなるガスでプラズマを
生成させた場合と比べて、酸素ラジカルの生成密度が高
くなり、シリコン膜の酸化レートを上昇させることがで
きる。

【００７２】また好ましくは、酸化工程では、酸素プラ
ズマは、水（Ｈ₂Ｏ）または過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）を
さらに含むガスによって生成されることで、シリコン膜
にダメージを与えることなく、シリコン膜の酸化レート
をさらに上昇させることができる。

【００７３】また、比較的膜厚の厚いシリコン酸化膜を
形成するには、酸化工程の後に、基板を大気に晒すこと
なく処理室内に基板を保持した状態で処理室内に材料ガ
スを導入し、基板上にシリコン酸化膜を形成する成膜工
程を備えていることが好ましく、この場合には、処理室
内に配置された基板を大気に晒すことなく成膜工程が連
続して行われることで、界面の清浄度を維持した状態で
シリコン酸化膜がより早いレートにて形成される。

【００７４】本発明の他の局面におけるプラズマ処理装
置によれば、基板上に形成される膜等にダメージを与え
ることなくプラズマ処理を施すことができる。

【００７５】好ましくは、処理室をプラズマが生成され
る空間と、基板が導入される空間とに仕切るプレート部
を備え、プレート部には酸素プラズマ中に存在する酸素
ラジカルを基板が導入される空間へ導くための開口部が
形成されていることで、プレート部の存在により、プラ
ズマが基板へダメージを及ぼすのを確実に阻止すること
ができるとともに、プラズマ中に存在する酸素ラジカル
がより均一に基板側へ送られて、基板に施される処理を
その面内おいて均一に行うことができる。

【００７６】また好ましくは、プレート部の開口部の表
面は誘電体材料で被覆されていることで、誘電体材料が
被覆されていない部分と比べて、酸素ラジカルの消失を
抑制でき、基板に施される処理（酸化処理）の速度低下
を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装
置の一断面図である。

【図２】同実施の形態において、第１の変形例に係る
プラズマ処理装置の一断面図である。

【図３】同実施の形態において、第２の変形例に係る
プラズマ処理装置の一断面図である。

【図４】同実施の形態において、第３の変形例に係る
プラズマ処理装置の一断面図である。

【図５】同実施の形態において、図１に示すプラズマ
処理装置に用いられているプレートの斜視図である。

【図６】同実施の形態において、図５に示すプレート
の部分拡大斜視図である。

【図７】同実施の形態において、図５に示すプレート
の基板側の表面を示す平面図である。

【図８】同実施の形態において、プレートに装着され
る誘電体部材の斜視図である。

【図９】本発明の実施の形態２に係る酸化処理の一工
程を示す断面図である。

【図１０】同実施の形態において、図９に示す工程の
後に行われる工程を示す断面図である。

【図１１】同実施の形態において、薄膜トランジスタ
の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１プロセスチャンバ、２排気口、３電極、４加
熱ステージ、５基板、６プレート、７誘電体部
材、８材料ガス導入口、９酸素ラジカル、１０材
料ガス、１１コイル、１２アンテナ、１３誘電体
窓、１４ガス導入口、１５酸素プラズマ、１６導
波管、１７配管、１８穴、１９開口部、２１シ
リコン膜、２２絶縁膜、２３シリコン酸化膜、３
１、３２、３３多結晶シリコン膜、３４シリコン酸
化膜、３５ゲート電極、３６ソース・ドレイン電
極、３７パッシベーション膜、３８シリコン酸化
膜、４１通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F045 AA08 AA20 AB04 AB32 AD05 AD06 AE17 AE19 AE21 AF03 BB07 CA15 DP03 EF17 EH11 EH13 5F058 BA20 BB04 BB07 BD04 BF07 BF23 BF29 BF73 5F110 BB02 CC02 DD02 DD13 EE03 EE34 FF02 FF09 FF22 FF29 GG02 GG13 GG25 HJ01 HJ12 HL03 HM15 NN03 NN04 NN23 PP03 QQ09 QQ21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜が形成された前記基板を処理室に導入し
て前記処理室に酸素プラズマを生成し、前記酸素プラズ
マの生成領域に前記シリコン膜を晒すことなく前記シリ
コン膜の表面を酸化する酸化工程とを備えた、薄膜トラ
ンジスタの製造方法。
【請求項２】前記酸化工程では、前記酸素プラズマ中
に存在する酸素ラジカルによって前記シリコン膜が酸化
される、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】前記酸化工程では、前記処理室において
前記酸素プラズマが生成される空間と前記基板が配置さ
れる空間とを仕切るプレート部を設け、前記プレート部
に設けられた開口部を介して前記酸素ラジカルが前記シ
リコン膜に到達する、請求項２記載の薄膜トランジスタ
の製造方法。
【請求項４】前記酸化工程では、前記酸素プラズマ
は、酸素（Ｏ₂）またはオゾン（Ｏ₃）に加えて、ヘリウ
ム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリ
プトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）からなる群から
選ばれる少なくとも１種類の希ガスを含むガスによって
生成される、請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トラ
ンジスタの製造方法。
【請求項５】前記酸化工程では、前記酸素プラズマ
は、水（Ｈ₂Ｏ）または過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）をさら
に含むガスによって生成される、請求項４記載の薄膜ト
ランジスタの製造方法。
【請求項６】前記酸化工程の後に、前記基板を大気に
晒すことなく前記処理室内に前記基板を保持した状態で
前記処理室内に材料ガスを導入し、前記基板上にシリコ
ン酸化膜を形成する成膜工程を備えた、請求項１〜５の
いずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】処理室と、前記処理室においてプラズマを生成するためのプラズマ
発生源と、前記プラズマ発生源により前記処理室内に生成されたプ
ラズマと、前記処理室内に導入される基板との間に配設
され、その基板に所定の膜を形成するための材料ガスを
供給するガス導入口とを備え、前記プラズマは、前記処理室に導入される基板が前記プ
ラズマの生成領域に直接晒されない位置に生成される、
プラズマ処理装置。
【請求項８】前記処理室を前記プラズマが生成される
空間と前記基板が導入される空間とに仕切るプレート部
を備え、前記プレート部には、前記酸素プラズマ中に存在する酸
素ラジカルを前記基板が導入される空間へ導くための開
口部が形成された、請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】前記プレート部の少なくとも前記開口部
およびその近傍の表面は誘電体材料で被覆されている、
請求項８記載のプラズマ処理装置。