JP2007287890A - Forming method of insulating film, manufacturing method of semiconductor device and plasma cvd apparatus - Google Patents

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Mamoru Furuta
Takashi Hirao
守 古田
寛 古田
孝 平尾
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Kochi Univ Of Technology
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve an insulating film by sufficiently performing deviation of an organic material gas while suppressing an increase in temperature in forming the insulating film using the organic material gas as a gas to be a material by a plasma CVD method.
SOLUTION: A forming method of an insulating film is executed using a plasm CVD method on a substrate. In the plasma CVD method, the organic material gas is used as a gas to be a material of an insulating film, and a high-frequency power applied for generating plasma is applied with a constant time interval.
COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は絶縁膜の成膜方法、半導体装置の製法、プラズマCVD装置に係り、より詳しくは、良好な絶縁膜を得るための絶縁膜の成膜方法、半導体装置の製法、プラズマCVD装置に関する。 Film-forming method of the present invention is an insulating film, process for preparing a semiconductor device, relates to a plasma CVD apparatus, and more particularly, film-forming method of the insulating film in order to obtain a good insulating film, process for preparing a semiconductor device, a plasma CVD apparatus.

絶縁膜は様々な分野で利用されており、例えば半導体装置においても多く用いられている。 Insulating film is often used also in being utilized in various fields, for example, a semiconductor device. 具体的には、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜、MOSトランジスタのゲート酸化膜、フィールド酸化膜などの素子分離、メモリセルのキャパシタ絶縁膜、多層配線の層間を分離するための層間絶縁膜等が挙げられる。 Specifically, the gate insulating film of the thin film transistor, a gate oxide film of the MOS transistor, the isolation of such a field oxide film, a capacitor insulating film of the memory cell, the interlayer insulating film or the like for separating the layers of the multilayer wiring and the like.

また、絶縁膜の成膜方法としては、プラズマCVD(プラズマ化学気相成長)法が挙げられる(例えば、下記特許文献1参照)。 Further, as a method for forming the insulating film, plasma CVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) method may be used (e.g., see Patent Document 1). プラズマCVD法とは減圧下に保持された薄膜の原料からなるガスに高電界を印加することにより発生したプラズマを利用して、気相中から化学反応によって薄膜を成膜する方法である。 Plasma and CVD method using plasma generated by applying a high electric field to a gas comprising a raw material of the thin film is maintained under reduced pressure, a method of forming a thin film by chemical reaction from the gas phase. また、高電界をつくるため基板を接地電位からなる基板ステージ上に設置し、基板に対向する面に高周波電力を印加する。 We have also established on the substrate stage formed of a substrate from the ground potential to make a high electric field, high-frequency power is applied to the surface facing the substrate.

プラズマCVD法において、例えばシリコン系絶縁膜の代表である酸化シリコンの形成に一般的に用いられるシリコン材料の原料ガスとしてはシラン等が挙げられる。 In the plasma CVD method, silanes, and the like as for example, a raw material gas generally silicon material used for forming the silicon oxide is representative of the silicon-based insulating film. シランで高品質な酸化シリコン絶縁膜を得ようとした場合、基板温度を250℃以上、好ましくは300℃以上にする必要があるが、半導体装置等において、より低温で行うことが要求されることが往々にしてある。 When obtaining a high-quality silicon oxide insulating film with a silane, a substrate temperature of 250 ° C. or higher, preferably it is necessary to be at least 300 ° C., the semiconductor device or the like, and is more required to be performed at low temperature There are to often.
例えば、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層を有した薄膜トランジスタ(酸化亜鉛TFT)を形成する場合等が挙げられる。 For example, like the case of forming a thin film transistor having an oxide semiconductor thin film layer mainly composed of zinc oxide (zinc oxide TFT) and the like.
酸化亜鉛TFTの場合、酸化亜鉛の耐熱性が弱いため、酸化物半導体薄膜層上の絶縁膜は低温(200℃程度)で成膜されることが好ましい。 When zinc oxide TFT, is weak heat resistance of the zinc oxide, the insulating film over the oxide semiconductor thin film layer is preferably be formed at a low temperature (about 200 ° C.). 仮に酸化物半導体薄膜層が高温になると、酸化亜鉛の成分である酸素や亜鉛が脱離し欠陥を形成する。 If the oxide semiconductor thin film layer becomes a high temperature, oxygen and zinc is a component of the zinc oxide to form a desorbed defects. 該欠陥は、電気的には浅い不純物順位を形成し、酸化物半導体薄膜層の低抵抗化を引き起こす。 The defect is electrically and form a shallow impurity ranking causes the resistance of the oxide semiconductor thin film layer. そのため、ゲート電圧を印加しなくてもドレイン電流が流れるノーマリーオン型すなわちデプレッション型の動作となり、欠陥順位の増大とともに、しきい電圧が小さくなり、リーク電流が増大する。 Therefore, without applying a gate voltage becomes the operation of the normally-on type i.e. depletion type drain current flows, with increasing defect rank, the threshold voltage decreases, the leakage current increases.
また、欠陥は活性層となる酸化亜鉛中のキャリアのトラップとなり、薄膜トランジスタの電子移動度の低下を引き起こす。 Further, the defect becomes a carrier trap in the zinc oxide serving as an active layer, causing a reduction in electron mobility of the thin film transistor.
さらに、プラスチック基板上に前記絶縁膜を成膜した場合、基板の熱収縮や歪みが生じる。 Further, when depositing the insulating film on the plastic substrate, the thermal shrinkage and distortion of the substrate.

そこで、200℃程度の低温で高品質のシリコン系絶縁膜を得ることができるガスとして有機シリコン系ガスが挙げられる。 Therefore, the organic silicon-based gas can be cited as a gas it is possible to obtain a high quality silicon-based insulating film at a low temperature of about 200 ° C.. しかしながら、低温でプラズマCVD法を用いて成膜する場合、ガスが十分に乖離されず、絶縁膜中に炭素等の不純物を含むという問題が生じる。 However, when formed by a plasma CVD method at a low temperature, the gas is not deviate sufficiently, the problem of containing an impurity such as carbon generated in the insulating film. そのために、絶縁膜の膜質が悪化し、電気特性が悪くなる。 Therefore, the film quality of the insulating film is deteriorated, the electrical characteristics are deteriorated.

この問題を解決する方法としては、プラズマCVD法において基板と対向する面に印加する高周波電力を強め、ガスに印加される電界を高くする、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大するといった方法がある。 As a method for solving this problem, strengthen the high frequency power applied to the substrate surface opposed to the plasma CVD method, to increase the electric field applied to the gas, the density of the plasma, increasing the high-frequency power applied there is a method such as. それにより、ガスを十分に乖離でき、不純物の少ない絶縁膜を得ることができる。 Thereby, the gas can be sufficiently divergence, it is possible to obtain a less insulating film impurities. しかし、これらの方法では、プラズマの輻射熱が増大し、基板の温度が上昇するので、結局、酸化物半導体薄膜層の温度が上がるといった問題が生じる。 However, in these methods, the plasma radiation heat is increased, the temperature of the substrate increases, eventually problem temperature of the oxide semiconductor thin film layer is increased occurs.

上記ではシリコン系絶縁膜を有する酸化亜鉛TFTを例示して説明したが、他の多くの半導体装置等でも酸化亜鉛TFTと同様に、低温処理が求められ、また、シリコン系絶縁膜以外の絶縁膜でも良好な膜質を得ることが求められる場合が多々ある。 In the above been described with reference to the zinc oxide TFT having a silicon-based insulating film, but as with zinc oxide TFT in many other semiconductor devices such as low-temperature process is required, Further, the insulating film other than silicon-based insulating film But if there are many that are required to obtain a good film quality.

特開2003−142579号公報 JP 2003-142579 JP

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、プラズマCVD法により、原料となるガスとして有機材料ガスを用いて絶縁膜を形成する際、温度の上昇を抑制しつつ、有機材料ガスの乖離を十分に行い、絶縁膜を良好なものとすることを解決課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, by a plasma CVD method, when forming the insulating film using an organic material gas as a gas as a raw material, while suppressing an increase in temperature, the divergence of the organic material gas the carefully, and solve problems that shall insulating film good.

請求項1に係る発明は、基板にプラズマCVD法を用いて絶縁膜を成膜する方法であって、前記プラズマCVD法において、絶縁膜の原料となるガスとして有機材料ガスを用い、且つプラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴とする絶縁膜の成膜方法に関する。 The invention according to claim 1, a method of forming an insulating film by plasma CVD on a substrate, in the plasma CVD method, an organic material gas used as the gas which is a raw material of the insulating film, and a plasma the high-frequency power applied to generate, relates to a method for forming a film of an insulating film and applying provides certain time intervals.

請求項2に係る発明は、前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項1記載の絶縁膜の成膜方法に関する。 The invention according to claim 2 relates to the method for forming the insulating film of claim 1, wherein the organic material gas is an organic silicon-based gas or an organic aluminum-based gas.

請求項3に係る発明は、前記プラズマCVD法において、前記有機材料ガスとともに亜酸化窒素を含むガスを用いることを特徴とする請求項1又は2記載の絶縁膜の成膜方法に関する。 The invention according to claim 3, in the plasma CVD method, related film-forming method according to claim 1 or 2, wherein the insulating film is characterized by using a gas containing nitrous oxide together with the organic material gas.

請求項4に係る発明は、前記絶縁膜を成膜する工程において、前記基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。 Invention, in the step of forming an insulating film, the film forming method according to claim 1 to 3 insulating film according to any one and applying a bias power of direct current or alternating current to the substrate according to claim 4 on.

請求項5に係る発明によれば、前記有機材料ガスとともに、酸素を構成元素に含むガスを用い、該酸素を構成元素に含むガスを供給しながら、前記材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給し、少なくとも該高周波電力の印加と該有機材料ガスの供給が両方行われる時間と、該高周波電力の印加を行いながら該有機材料ガスの供給を行わない時間を有するよう行うことを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。 According to the invention of claim 5, wherein with the organic material gas, using a gas containing oxygen constituent elements, while supplying a gas containing a constituent element of oxygen, the material gas provides certain time intervals supplied, and performs so as to have at least the time and the supply of the RF power applied and the organic material gas is carried out both the time of not performing the supply of the organic material gas while the application of the high frequency power It relates to a method for forming a film of claims 1 to 4 insulating film according to any one.

請求項6に係る発明は、前記基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。 The invention according to claim 6 relates to the film forming method according to claim 1 to 5 insulating film according to any one wherein the substrate is a plastic substrate.

請求項7に係る発明は、絶縁膜を有する半導体装置の製法であって、請求項1乃至6いずれか記載の方法を用いて絶縁膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製法に関する。 The invention according to claim 7 is the method of a semiconductor device having an insulating film, a process for the preparation of a semiconductor device characterized by forming an insulating film by using a method according to any one of claims 1 to 6.

請求項8に係る発明は、前記絶縁膜を酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層上に形成することを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製法に関する。 The invention according to claim 8 relates to the method according to claim 7 semiconductor device, wherein forming the oxide semiconductor thin film layer composed mainly of zinc oxide the insulating film.

請求項9に係る発明は、半導体装置が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項7又は8記載の半導体装置の製法に関する。 The invention according to claim 9 relates to the production method of the semiconductor device according to claim 7 or 8, wherein the semiconductor device is a thin film transistor.

請求項10に係る発明は、処理室内に絶縁膜を成膜のための原料ガスとなる有機材料ガスを導入するガス導入部と、プラズマを生成するために該有機材料ガスに高周波電力を印加する第一電源とを有し、支持体に支持された被成膜物に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、前記第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することを特徴とするプラズマCVD装置に関する。 The invention according to claim 10 applies a gas introducing portion for introducing the organic material gas as a source gas for forming an insulating film in a processing chamber, a high frequency power to the organic material gas to generate the plasma and a first power source, a plasma CVD apparatus for forming a thin film on a deposition target object supported by the support member, having a changeover switch for connecting or cutting the application of power to the first power supply device a plasma CVD apparatus characterized by.

請求項11に係る発明は、前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項10記載のプラズマCVD装置に関する。 The invention according to claim 11 relates to a plasma CVD apparatus according to claim 10, wherein the organic material gas is an organic silicon-based gas or an organic aluminum-based gas.

請求項12に係る発明は、前記有機材料ガスとともに酸素を構成元素に含むガスを用い、前記ガス導入部に、該酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、該有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することを特徴とする請求項10又は11記載のプラズマCVD装置に関する。 Invention, the use of a gas containing oxygen as a constituent element along with organic material gas, the gas inlet portion, while supplying a gas containing oxygen as a constituent element, the intermittent supply of the organic material gas according to claim 12 to a plasma CVD apparatus according to claim 10 or 11, wherein further comprising a control valve for performing.

請求項13に係る発明は、前記支持体に直流或いは交流のバイアス電力を印加するための第二電源を有することを特徴とする請求項10乃至12いずれか記載のプラズマCVD装置に関する。 The invention according to claim 13 relates to a plasma CVD device according to any one of claims 10 to 12, wherein a second power source for applying a bias power of direct current or alternating current to the support.

請求項1に係る発明によれば、有機材料ガスを用いることにより、200℃以下の低温で高品質の絶縁膜を得ることができる。 According to the invention of claim 1, by using an organic material gas, it is possible to obtain a high quality insulating film at a low temperature of 200 ° C. or less.
また、プラズマCVD法において、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高め、高密度のプラズマが得ることができる。 Further, in the plasma CVD method, a high-frequency power applied to generate the plasma by applying provides certain time intervals, while maintaining an average input power to the same, increasing the peak power, high density can be plasma is obtained. そのため、絶縁膜の原料となるガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。 Therefore, it is possible to deviate sufficiently gas as a raw material for the insulating film, the content of impurities is small, it is possible electric properties such as resistance to dielectric edge properties to form a high dielectric film.
さらに、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマが得られることで、成膜速度が向上する。 Furthermore, increased peak power, by high density plasma can be obtained, the deposition rate is improved. そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。 Therefore, when the application of the RF power, it is possible to suppress a decrease in the deposition rate due to the provision of certain time intervals.
加えて、一定間隔を設けて高周波電力を印加するので、プラズマの発生時の輻射熱に基板が連続的に曝されることがなく、基板の温度を低温に保つことができる。 In addition, since high-frequency power is applied to provides certain intervals, without substrate radiant heat upon the occurrence of the plasma are continuously exposed, it is possible to keep the temperature of the substrate at a low temperature.

請求項2に係る発明は、有機材料ガスが有機シリコン系ガスであることにより、200℃以下の低温で良好なシリコン系絶縁膜を得ることができる。 According to a second aspect of the present invention, by organic material gas is organosilicon-based gas, it is possible to obtain a good silicon dielectric film at a low temperature of 200 ° C. or less. また、有機材料ガスが有機アルミニウム系ガスであることにより、200℃以下の低温で良好なアルミニウム系絶縁膜を得ることができる。 Further, by the organic material gas is organic aluminum-based gas, it is possible to obtain good aluminum-based insulating film at a low temperature of 200 ° C. or less. 加えて、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。 In addition, the high-frequency power applied to generate the plasma by applying provides certain time intervals, it is possible to deviate sufficiently organosilicon-based gas and an organoaluminum-based gas, the content of impurities small, it is possible to electrical properties such as resistance to dielectric edge properties to form a high dielectric film.

請求項3に係る発明によれば、プラズマCVD法において、有機材料ガスと亜酸化窒素を用いることにより、亜酸化窒素が有機材料ガスを効果的に酸化させるので、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。 According to the invention of claim 3, in the plasma CVD method, by using an organic material gas and nitrous oxide, the nitrous oxide is to effectively oxidize organic material gas, high-quality low content of carbon it can be obtained in the insulating film.

請求項4に係る発明によれば、基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することで、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることができ、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができる。 According to the invention of claim 4, by applying a bias power of direct current or alternating current to the substrate, it is possible to increase the energy of ions irradiated to the sample, facilitating the divergence of the organic material gas on the substrate it can be. それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。 Thereby, it is possible to obtain a less high quality insulating film content of carbon.

請求項5に係る発明によれば、酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することにより、酸素を構成元素に含むガスのみが供給される時間を設けることができる。 According to the invention of claim 5, while supplying a gas containing oxygen constituent elements, by supplying an organic material gas provides certain time interval, only gas containing the oxygen constituent element is supplied it is possible to provide a time. 該時間は、プラズマCVD法において発生するプラズマが、酸素を構成元素とするプラズマ(酸化性プラズマ)となり、当該酸化性プラズマに曝された絶縁膜が酸化される。 The time is a plasma generated in the plasma CVD method, a plasma using oxygen as a constituent element (oxidative plasma), and an insulating film exposed to the oxidizing plasma is oxidized. 当該酸化により、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。 By the oxidation, carbon that was mixed into an insulating film bonded to oxygen can be released carbon from the insulating film.
また、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。 Further, since the insulating film is oxidized, defects in the insulating film by oxygen is compensated, it is possible to further improve the film quality.
また、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。 Further, by performing the supply of the organic material gas intermittently, since the film forming an oxidation process is performed alternately, it can be readily good film all of the insulating film.

請求項6に係る発明によれば、プラスチック基板を用いることにより、軽量、薄型化が可能、大面積化が容易、変形に強い、加工性に優れているといったプラスッチク基板の特性を活かすことができる。 According to the invention of claim 6, by using a plastic substrate, light weight, can be made thinner, facilitating large area, strong deformation, it is possible to take advantage of the characteristics of Purasutchiku substrate such is excellent in workability .
また、プラスチック基板は耐熱性が弱いが、本発明に係る成膜方法を用いることで、低温処理を行えるためプラスチック基板への熱による影響を抑えることができる。 Further, the plastic substrate is weak heat resistance, by using a film forming method according to the present invention, it is possible to suppress the influence of heat to the plastic substrate for enabling low-temperature process.

請求項7に係る発明によれば、請求項1乃至6いずれか記載の方法で絶縁膜を成膜することで、良好な膜質の絶縁膜を有する半導体装置となる。 According to the invention of claim 7, by forming the insulating film by the method according to any one of claims 1 to 6, a semiconductor device having a good quality of the insulating film.

請求項8に係る発明によれば、絶縁膜を酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層上に形成する場合、酸化物半導体薄膜層の温度の上昇を抑制することができので、酸化物半導体薄膜層中に欠陥が生じず、良好な絶縁膜を得ることができる。 According to the invention of claim 8, when forming the oxide semiconductor thin film layer composed mainly of zinc oxide insulating film, since it is possible to suppress an increase in temperature of the oxide semiconductor thin film layer, the oxide defect is not generated in the semiconductor thin film layer, it is possible to obtain an excellent insulating film.

請求項9に係る発明によれば、半導体装置が薄膜トランジスタの場合、絶縁膜の直下に位置する半導体薄膜層の温度が上昇することを抑制することができる。 According to the invention according to claim 9, when the semiconductor device is a thin film transistor, it is possible to prevent the temperature of the semiconductor thin film layer located immediately below the insulating film is increased. そのため、半導体薄膜層に欠陥が生じず、半導体薄膜層の低抵抗化が防止される。 Therefore, the defect does not occur in the semiconductor thin film layer, the resistance of the semiconductor thin film layer is prevented. それにより、リーク電流の増大、電子移動度の低下を防ぐことができる。 Thereby, it is possible to prevent increase in leakage current, a reduction in the electron mobility.
また、良好な膜質の絶縁膜が得られ、半導体薄膜層との界面特性が良好なものとなるので、さらにリーク電流を抑制された信頼性に優れた薄膜トランジスタが得られる。 Also, good film quality of the insulating film can be obtained, since the interface characteristics between the semiconductor thin film layer becomes excellent, the thin film transistor is obtained further excellent reliability the leakage current is suppressed.

請求項10に係る発明によれば、第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することにより、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することができ、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高め、高密度のプラズマが得ることができる。 According to the invention according to claim 10, by having a selector switch for connecting or cutting the application of power to the first power supply device, a high-frequency power applied to generate the plasma, a constant time interval it can be applied by providing a, while maintaining the average input power to the same, increasing the peak power can be high-density plasma is obtained. そのため、絶縁膜の原料となるガスを十分に乖離させることができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。 Therefore, the gas which is a raw material of the insulating film can be divergence sufficiently, the content of impurities is small, it is possible electric properties such as resistance to dielectric edge properties to form a high dielectric film.

請求項11に係る発明によれば、有機材料ガスが有機シリコン系ガスであることにより、200℃以下の低温で良好なシリコン系絶縁膜を得ることができる。 According to the invention according to claim 11, by the organic material gas is organosilicon-based gas, it is possible to obtain a good silicon dielectric film at a low temperature of 200 ° C. or less. また、有機材料ガスが有機アルミニウム系ガスであることにより、200℃以下の低温で良好なアルミニウム系絶縁膜を得ることができる。 Further, by the organic material gas is organic aluminum-based gas, it is possible to obtain good aluminum-based insulating film at a low temperature of 200 ° C. or less.
加えて、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、前記原料ガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。 In addition, the high-frequency power applied to generate the plasma by applying provides certain time intervals, the material gas can deviate thoroughly and content of impurities is small, resistance to dielectric edge, etc. it can be electrical characteristics of forming a high dielectric film.

請求項12に係る発明によれば、ガス導入部に、酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することにより、酸素を構成元素に含むガスのみが供給される時間を設けることができる。 According to the invention of claim 12, the gas inlet portion, while supplying a gas containing oxygen with a constituent element, by having a control valve for supplying the organic material gas intermittently, the oxygen constituent elements only gases containing the can be provided with a time to be supplied. 該時間は発生するプラズマが、酸素を構成元素とするプラズマ(酸化性プラズマ)となり、当該酸化性プラズマに曝された絶縁膜が酸化される。 The time the plasma generated is a plasma using oxygen as a constituent element (oxidative plasma), and an insulating film exposed to the oxidizing plasma is oxidized. 当該酸化により、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。 By the oxidation, carbon that was mixed into an insulating film bonded to oxygen can be released carbon from the insulating film.
また、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。 Further, since the insulating film is oxidized, defects in the insulating film by oxygen is compensated, it is possible to further improve the film quality.

請求項13に係る発明は、支持体に直流或いは交流のバイアス電力を印加する第二電源を有することにより、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることで有機材料ガスの乖離を促進させることができる。 Invention, by having a second power source for applying a bias power of direct current or alternating current to the support, thereby promoting the dissociation of organic material gas by increasing the energy of ions irradiated to the sample according to claim 13 can. それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。 Thereby, it is possible to obtain a less high quality insulating film content of carbon.

本発明に係る絶縁膜の成膜方法について以下説明する。 Method for forming an insulating film according to the present invention will be described below.
本発明に係る絶縁膜は、プラズマCVD(プラズマ化学気相成長)法により、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガス等の有機材料ガスを用いて基板上に成膜される絶縁膜である。 Insulating film according to the present invention, by plasma CVD (plasma chemical vapor deposition) method, an insulating film formed on the substrate using an organic material gas such as an organic silicon gas and an organoaluminum-based gas. 本発明の絶縁膜の成膜時には、例えば高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加する。 During the formation of the insulating film of the present invention, for example, high-frequency power is applied to provide a predetermined time interval. つまり、変調高周波電力を印加することとなる。 In other words, the applying modulated high-frequency power.

従来のプラズマCVD法では、ゲート絶縁膜の原料として、例えば有機シリコン系ガスを使用して、200℃以下の低温で成膜した場合、当該ガスが十分に乖離されず、ゲート絶縁膜中に炭素原子等の不純物を含み、ゲート絶縁膜の電気特性が悪化するという問題を有していた。 In the conventional plasma CVD method, carbon as a raw material of the gate insulating film, for example using an organic silicon gas, when deposited at a low temperature of 200 ° C. or less, the gas is not deviate sufficiently, in the gate insulating film wherein impurities such as atoms, the electrical characteristics of the gate insulating film had the problem of deterioration. そこで、印加する高周波電力を強める、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大する等の措置をとることで、有機シリコン系ガスを乖離させるといった方法がとられた。 Therefore, strengthening the high-frequency power applied, the density of plasma, the high-frequency power applied by taking measures such as increasing, methods such as to deviate the organic silicon gas was taken. しかし、これらの方法では、プラズマの輻射熱が上昇し、基板の温度が上がるといった問題が生じる。 However, in these methods, to increase the radiant heat of the plasma, problems such as temperature of the substrate rises. 絶縁膜を有する半導体装置等では低温処理が望まれることが往々にしてあるが、従来の成膜方法では低温で、良好な絶縁膜を得ることが困難であった。 In the semiconductor device or the like having an insulating film are then often be low temperature treatment is desired, but in conventional film-forming method at a low temperature, it is difficult to obtain a good insulating film.

本発明では、プラズマCVD法において、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴としている。 In the present invention, in the plasma CVD method, a high-frequency power applied to generate the plasma, is characterized by applying provides certain time intervals. そのため、平均投入電力を同一の保った状態でピーク電力を高く設定することができ、高密度のプラズマが得られる。 Therefore, it is possible to set higher the peak power while maintaining average input power of the same, high-density plasma can be obtained. 当該事実を、図1を用いて以下説明する。 The fact the will be described below with reference to FIG.
図1は、プラズマを発生するために印加する高周波電力の電力量を示した図である。 Figure 1 is a diagram showing the electric energy of the high frequency power applied to generate the plasma. 電力量31は高周波電力を連続的に印加したときの電力量の推移を、電力量32は高周波電力をデューティ比50%で一定の時間間隔を設けて印加したときの電力量の推移を示している。 Power amount 31 to electric energy transition upon continuously applying a high-frequency power, electric energy 32 shows the amount of power transition when applying provides certain time interval a high-frequency power with a duty ratio of 50% there.
図1に示すように、高周波電力を連続的に印加したときの電力量の推移を示す電力量31は一定である。 As shown in FIG. 1, the amount of power 31 that indicates the amount of power transition when the continuously apply high-frequency power is constant. 一方、高周波電力をデューティ比50%で印加したときの電力量の推移を示す電力量32は、ピーク電力が電力量31の略2倍となる。 On the other hand, the amount of power 32 that indicates the amount of power changes upon application of a high frequency power at 50% duty ratio, the peak power is substantially twice the amount of power 31. つまり、ピーク電力においては、電力量32が電力量31の2倍となるにもかかわらず、平均投入電力は同一であることが分かる。 That is, in the peak power, despite the amount of power 32 is twice the amount of power 31, it can be seen that the average input power is identical. 換言すれば、一定の時間間隔を設けて高周波電力を印加することで、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高めることができ、高密度のプラズマを得ることができる。 In other words, by applying the high frequency power provides certain time intervals, while maintaining an average input power to the same, it is possible to increase the peak power, it is possible to obtain a high-density plasma. プラズマが高密度のため絶縁膜の材料となる有機材料ガスを十分に乖離させることができる。 Plasma can be deviate sufficiently organic material gas as a material of the insulating film for high density. それにより、電気特性の優れた絶縁膜を成膜することができる。 Thereby, it is possible to form a good insulating film of the electrical characteristics.
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。 In addition, it increased peak power, by a high density plasma, the deposition rate is improved. そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。 Therefore, when the application of the RF power, it is possible to suppress a decrease in the deposition rate due to the provision of certain time intervals.

また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、プラズマの発生も一定の時間間隔を設けることができ、プラズマの熱輻射による基板の温度の上昇を抑制することができる。 Further, since the high-frequency power is applied to providing a fixed time interval, the occurrence of the plasma can be provided with a certain time interval, it is possible to suppress an increase in temperature of the substrate by thermal radiation of the plasma.

また、絶縁膜の成膜時に基板に直流或いは交流のバイアス電力(以下、単にバイアス電力と称す)を印加することも好ましい。 The bias power of direct current or alternating current to the substrate during formation of the insulating film (hereinafter, simply referred to as bias power) it is also preferable to apply a. バイアス電力を印加することによって、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることができ、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができるからである。 By applying a bias power, it is possible to increase the energy of ions irradiated to the sample, because the divergence of the organic material gas on the substrate can be promoted. それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。 Thereby, it is possible to obtain a less high quality insulating film content of carbon.

なお、プラズマCVD法に用いる有機材料ガスとしては、有機シリコン系ガスでは、テトラエチルシラン(TES)、テトラメチルシラン(TMS)、ジメチルジメトキシシラン(DMDMOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、オクトメチルサイクロテトラシロキサン(OMCTS)、テトラプロポキシシラン(TPOS)、テトラメチルサイクロテトラシロキサン(TMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)等が挙げられ、有機アルミニウム系ガスとしては、テトラメチルアルミニウム(TMA)、テトラエチルアルミ二ウム(TEA)等が挙げられる。 As the organic material gas used in the plasma CVD method, the organic silicon gas, tetraethyl silane (TES), tetramethylsilane (TMS), dimethyldimethoxysilane (DMDMOS), tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane ( TEOS), oct-methyl cyclo tetra siloxane (OMCTS), tetrapropoxysilane (TPOS), tetramethyl cyclo tetra siloxane (TMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS). Examples of the organoaluminum-based gas, tetramethyl aluminum (TMA), tetraethylammonium aluminum (TEA), and the like. 但し、本発明における有機材料は、例示したガスに限られるものではなく、他の有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガスも含まれるし、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガス以外の有機材料ガスも当然含まれる。 However, organic material in the present invention is not limited to the illustrated gas, to also include other organic silicon-based gas and an organoaluminum-based gas, also the organic material gas other than the organic silicon-based gas and an organoaluminum-based gas of course it is included.

また、プラズマCVD法において、有機材料ガスとともに酸素やオゾンを混合させて行うことが一般的であるが、本発明では、亜酸化窒素を用いることが好ましい。 Further, in the plasma CVD method, be done by mixing the oxygen and ozone with organic material gas is generally in the present invention, it is preferable to use nitrous oxide. 亜酸化窒素は酸素やオゾンに比して酸化力が強く、有機材料ガスを効率的に酸化・乖離することができる。 Nitrous oxide may be oxidizing power than to oxygen and ozone is strong, to oxidation and dissociation of organic material gas efficiently. そのため、絶縁膜中への炭素等の不純物をより少なくすることができる。 Therefore, it is possible to reduce the impurities such as carbon in the insulating film.

また、酸素、オゾン、亜酸化窒素といった酸素を構成元素に含むガスは連続的に供給したまま、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することも好ましい。 The oxygen, ozone, nitrous remains gas containing a nitrogen oxide such as oxygen constituent elements were continuously fed, it is also preferable that the organic material gas supply provides certain time intervals. それにより、有機材料ガスを供給していない時間が生じるが、その間も有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸素を構成元素に含むガスは供給されている。 Thereby, the time it does not feed the organic material gas occurs, nitrous oxide is also combined with an organic material gas therebetween, oxygen, gas containing oxygen constituent elements such as ozone is supplied. そのため、亜酸化窒素等のガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ(酸化性プラズマ)が発生する。 Therefore, the gas is ionized, such as nitrous oxide, plasma (oxidative plasma) is generated that contains the oxygen element. 成膜中の絶縁膜は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。 Insulating film during the film formation is exposed by oxidizing plasma, it is oxidized. それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。 Thereby, the carbon which has been mixed into an insulating film bonded to oxygen can be released carbon from the insulating film.
加えて、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。 In addition, by insulating film is oxidized, defects in the insulating film by oxygen is compensated, it is possible to further improve the film quality. 特に、酸素を構成元素に含むガスとして、亜酸化窒素を含むガスを用いた場合、亜酸化窒素の酸化力が強いため、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて間欠的に供給することによる酸化を促進することができる。 In particular, as the gas containing oxygen constituting elements, in the case of using a gas containing nitrous oxide, a strong oxidizing power of nitrous oxide, due to intermittently feed the organic material gas provides certain time intervals it is possible to promote the oxidation.
さらに、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。 Further, by performing the supply of the organic material gas intermittently, since the film forming an oxidation process is performed alternately, it can be readily good film all of the insulating film.
なお、高周波電力を印加しながら有機材料ガスを供給する時間がないとゲート絶縁膜は成膜されない。 Note that the gate insulating film and there is no time for supplying the organic material gas while applying a high-frequency power is not deposited. また、有機材料ガスを供給せずに、高周波電力を印加する時間がないと、酸化性プラズマによる絶縁膜の酸化が行なわれない。 Further, without supplying an organic material gas, without the time for applying the high frequency power, the oxide insulating film by oxidizing plasma not performed. しかしながら、本発明において、高周波電力を印加しない間隔は、有機材料ガスを供給しない間隔よりずっと短いため、必然的にそのような時間が生まれる。 However, in the present invention, the interval of not applying the high frequency power for much shorter than the interval without supplying the organic material gas, inevitably such time is born.

次に、本発明に係る成膜方法により成膜した絶縁膜を有する半導体装置の製法について、薄膜トランジスタを例として以下説明する。 Next, production method of a semiconductor device having an insulating film formed by the film forming method according to the present invention will be described hereinafter a thin film transistor as an example. 但し、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。 However, the present invention is not in any way limited to the following examples.

図2は本発明に係る成膜方法により成膜した絶縁膜を有する薄膜トランジスタの一実施例を示す断面図である。 Figure 2 is a sectional view showing an embodiment of a thin film transistor having an insulating film formed by the film forming method according to the present invention. 図2に示す薄膜トランジスタ100は、基板1、一対のソース・ドレイン電極2、半導体薄膜層3、ゲート絶縁膜4、コンタクト部5a、一対のソース・ドレイン外部電極2a、ゲート電極7、表示電極8を有しており、図のように、これら各構成を積層して形成されている。 TFT 100 shown in FIG. 2, the substrate 1, a pair of source and drain electrodes 2, the semiconductor thin film layer 3, the gate insulating film 4, a contact portion 5a, a pair of source and drain external electrode 2a, the gate electrode 7, the display electrode 8 It has, as shown, is formed by laminating each of these configurations.
以下、薄膜トランジスタ100の製造工程を図3を用いて説明する。 Hereinafter will be described with reference to FIG. 3 a manufacturing process of a thin film transistor 100.

まず、図3(1)に示される如く、基板1上全面にマグネトロンスパッタリング法等により、Ti、Cr等の金属薄膜を例えば100nmの厚みで形成した後、この薄膜に、フォトリソグラフィー法を用いて一対のソース・ドレイン電極2を形成する。 First, as shown in FIG. 3 (1), by magnetron sputtering or the like on the entire surface of the substrate 1, Ti, after forming a thickness of the metal thin film, for example, 100nm such as Cr, in the thin film, by photolithography forming a pair of source and drain electrodes 2.
この時、基板1の材料は、プラスチックであることが好ましい。 In this case, the material substrate 1 is preferably a plastic. プラスチックは基板として一般的に用いられているガラス基板より、軽量、薄型化が可能、大面積化が容易、変形に強い、加工性に優れているといった特性を有するからである。 Plastic is because with the glass substrate is generally used as a substrate, light weight, can be made thinner, facilitating large area, strong deformation, a characteristic such as an excellent workability.
また、プラスチック基板は耐熱性が弱いといった問題があるが、本発明に係る製法を用いることで、低温で薄膜トランジスタを形成できるので、プラスチック基板への熱による影響を抑えることができる。 Although plastic substrates there is a problem is weak heat resistance, by using the method according to the present invention, it is possible to form a thin film transistor at a low temperature, it is possible to suppress the influence of heat to the plastic substrate. 詳しくは後述する。 It will be described in detail later.

次いで、基板1および一対のソース・ドレイン電極2上の全面に半導体薄膜層3を50〜100nm程度の膜厚で成膜する。 Then, forming a film on the entire surface of the substrate 1 and a pair of source and drain electrodes 2 of the semiconductor thin film layer 3 at a film thickness of about 50 to 100 nm. 半導体薄膜層としては、シリコン、ゲルマニウム、酸化亜鉛等が挙げられるが、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体から形成されていることが好ましい。 As the semiconductor thin film layer, silicon, germanium, and zinc oxide and the like, it is preferably formed of an oxide semiconductor whose main component is zinc oxide. 酸化亜鉛は優れた電子移動度を有するからである。 Zinc oxide is because having an excellent electron mobility. ここで、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体とは、真性の酸化亜鉛の他、Li、Na、N、C等のp型ドーパント及びB、Al、Ga、In等のn型ドーパントがドーピングされた酸化亜鉛およびMg、Be、Sn、In等がドーピングされた酸化亜鉛を含む。 Here, the oxide semiconductor whose main component is zinc oxide, other zinc oxide intrinsic, Li, Na, N, p-type dopant and B of C such, Al, Ga, an n-type dopant such as In doping zinc oxide and Mg, including be, Sn, zinc oxide or In-doped.

そして、半導体薄膜層3上にフォトレジストをコーティングし、パターニングされたフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとして、0.2%HNO 3溶液にて半導体薄膜層3に対しウェットエッチングを行う。 Then, coating of the photoresist on the semiconductor thin film layer 3 to form a patterned photoresist, the photoresist as a mask, wet etching is performed to the semiconductor thin film layer 3 at 0.2% HNO 3 solution. 図3(2)はウェットエッチング後の断面図である。 3 (2) is a cross-sectional view after wet etching.
なお、図2及び図3において、半導体薄膜層3は、各ソース・ドレイン電極2上に形成されている部分の厚さが、一対のソース・ドレイン電極2間に形成された部分よりも薄く図示されているが、これは単なる図示の都合であって、実際には、両者の厚さはほぼ同一である。 In FIG. 2 and FIG. 3, the semiconductor thin film layer 3, the thickness of a portion which is formed on the source and drain electrodes 2, thinner illustrated than the portion formed between the pair of source and drain electrodes 2 have been, this is a convenience just shown, in practice, the thickness of the both are nearly identical.

図3(3)に示される如く、基板1、ソース・ドレイン電極2、半導体薄膜層3上全面にゲート絶縁膜4を形成する。 As shown in FIG. 3 (3), the substrate 1, source and drain electrodes 2, a gate insulating film 4 to the semiconductor thin film layer 3 on the entire surface.
本発明では、ゲート絶縁膜4の形成をプラズマCVD法で有機材料ガスを用いて行う。 In the present invention, it carried out using an organic material gas for forming the gate insulating film 4 by a plasma CVD method. この時、例えば13.56MHzの高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加する。 In this case, for example, it applies a 13.56MHz high-frequency power is provided a certain time interval. つまり、変調高周波電力を印加することとなる。 In other words, the applying modulated high-frequency power.

従来のプラズマCVD法で、有機材料のガスを原料ガスとしてゲート絶縁膜を成膜した場合、低温で炭素等の不純物の少ない絶縁膜を成膜することは困難であった。 In the conventional plasma CVD method, when the gas of an organic material forming a gate insulating film as a raw material gas, it was difficult to deposit the impurity less insulating film such as carbon at low temperature. そこで、基板側に印加する高周波電力を強める、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大するといった方法がとられたが、これらの方法では、プラズマの輻射熱が上昇し、基板の温度が上がり、半導体薄膜層も高温になるといった問題が生じる。 Therefore, strengthening the high-frequency power applied to the substrate side, the density of a plasma, a method such as increasing the high-frequency power applied was taken, in these methods, the plasma radiation heat is increased, the temperature of the substrate up, the semiconductor thin film layer problem also becomes a high temperature occurs. 当該問題により、例えば、半導体薄膜層に酸化亜鉛を用いた場合、酸化亜鉛は耐熱性が弱いため、半導体薄膜層が高温になることで、酸化亜鉛の成分である酸素や亜鉛が脱離し、欠陥を形成する。 By the problem, for example, the case of using zinc oxide for the semiconductor thin film layer, zinc oxide is weak heat resistance, by the semiconductor thin film layer becomes hot, oxygen and zinc is a component of the zinc oxide is desorbed, defects to form. そのため、半導体薄膜層が低抵抗化してしまい、リーク電流が増大する。 Therefore, the semiconductor thin film layer will be a low resistance, the leakage current increases. 加えて、欠陥が活性層となる酸化亜鉛中のキャリアの誘起を妨げ、薄膜トランジスタの電子移動度を低下させる。 In addition, interfere with the induction of carrier in the zinc oxide defects is an active layer, to lower the electron mobility of the thin film transistor.
また、耐熱性に弱いプラスチック基板を使うことも困難であった。 Moreover, it was also difficult to use a weak plastic substrate in heat resistance.

本発明では、プラズマCVD法において、基板側に印加する高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加するので、平均投入電力を同一に保った状態でピーク電力が高く設定することができ、高密度のプラズマが得られる(図1参照)。 In the present invention, in the plasma CVD method, the application of a high-frequency power applied to the substrate side provided with a fixed time interval, it can peak power is set higher while maintaining the average input power to the same, high density is plasma obtained (see Figure 1). そのため、有機材料ガスを十分に乖離することができ、炭素等の不純物の少ない良好な絶縁膜を得ることができる。 Therefore, it is possible to deviate thoroughly organic material gas, it is possible to obtain a less satisfactory insulation film impurities such as carbon.
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。 In addition, it increased peak power, by a high density plasma, the deposition rate is improved. そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。 Therefore, when the application of the RF power, it is possible to suppress a decrease in the deposition rate due to the provision of certain time intervals.

また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、基板が連続的にプラズマ発生時の輻射熱に曝されることがなく、温度の上昇を抑制することができる。 Further, since the high-frequency power is applied to providing a fixed time interval, the substrate continuously without being exposed to radiation heat at the time of plasma generation, it is possible to suppress an increase in temperature. 従って、半導体薄膜層が高温になることがなく、酸化亜鉛等の耐熱性の弱い物質を使用したとしても、欠陥の発生を抑制でき、低抵抗化によるリーク電流の増大、導電率の低下、電子移動度の減少を抑えることができる。 Therefore, without the semiconductor thin film layer it becomes high, even if using a weak material heat resistance, such as zinc oxide, it is possible to suppress the generation of defects, increase in leakage current due to low resistance, reduction in conductivity, electronic it is possible to suppress the reduction of mobility.
また、耐熱性の弱いプラスチック基板でも使用可能である。 It is also available in a weak plastic substrate having heat resistance.

また、ゲート絶縁膜4の成膜時に基板にバイアス電力を印加することも好ましい。 It is also preferable to apply a bias power to the substrate during the deposition of the gate insulating film 4. バイアス電力を印加することによって、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができるからである。 By applying a bias power, because the divergence of the organic material gas on the substrate can be promoted. それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。 Thereby, it is possible to obtain a less high quality insulating film content of carbon.

また、ゲート絶縁膜4の成膜において、有機材料ガスとともに酸素やオゾンを混合させて行うことが一般的であるが、本発明では、亜酸化窒素を用いることが好ましい。 Further, in forming the gate insulating film 4, but be carried out by mixing oxygen and ozone with organic material gas is generally in the present invention, it is preferable to use nitrous oxide. 亜酸化窒素は酸素やオゾンに比して酸化力が強く、有機材料ガスを効率的に酸化・乖離することができる。 Nitrous oxide may be oxidizing power than to oxygen and ozone is strong, to oxidation and dissociation of organic material gas efficiently. そのため、絶縁膜中への炭素等の不純物をより少なくすることができる。 Therefore, it is possible to reduce the impurities such as carbon in the insulating film.
具体的には、TMSと亜酸化窒素(N 2 O)の混合ガスをN 2 OがTMSの20倍の流量となるように調整して、基板温度100℃で行う条件が例示できる。 Specifically, by adjusting the mixed gas of TMS and nitrous oxide (N 2 O) as N 2 O is 20 times the flow rate of the TMS, conditions for at substrate temperature 100 ° C. can be exemplified.

また、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することも好ましい。 It is also preferable that the organic material gas supply provides certain time intervals. 有機材料ガスを供給していない時間も有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸素を構成元素に含むガス(酸化性ガス)は供給されているので、それらのガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ(酸化性プラズマ)が発生する。 Nitrous oxide the time it does not feed the organic material gas is combined with an organic material gas, oxygen, the gas containing oxygen constituent elements such as ozone (oxidizing gas) is supplied, those gases are ionized and plasma (oxidative plasma) is generated that contains the oxygen element. ゲート絶縁膜4は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。 The gate insulating film 4 is exposed by oxidizing plasma, it is oxidized. それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。 Thereby, the carbon which has been mixed into an insulating film bonded to oxygen can be released carbon from the insulating film.
加えて、ゲート絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。 In addition, by the gate insulating film is oxidized, defects in the insulating film by oxygen is compensated, it is possible to further improve the film quality.
また、有機材料ガスの供給を複数回中断する、すなわち間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。 Furthermore, it interrupted several times the supply of the organic material gas, i.e. the intermittently performed that, since film forming an oxidation process is performed alternately, can be readily good film all of the insulating film.
さらに、ゲート絶縁膜の成膜初期の段階では、まだ膜厚が薄いため、ゲート絶縁膜直下の半導体薄膜層も酸化することができる。 Furthermore, in the early stage of the growth of the gate insulating film, yet the film thickness is thin, it is possible to semiconductor thin film layer immediately below the gate insulating film is also oxidized. そのため、半導体薄膜層中に生じた欠陥も酸素により補償され、半導体薄膜層3の膜質も向上させることができる。 Therefore, defects generated in the semiconductor thin film layer is also compensated by oxygen, it is possible to improve film quality of the semiconductor thin film layer 3. ゲート絶縁膜の成膜に際して、初期に有機材料ガスを供給せずに、酸化性ガスのみを供給した状態で、酸化性プラズマによる半導体薄膜3の酸化工程を設けることで、本発明の効果をより大きくすることができる。 Upon formation of the gate insulating film, without supplying the initial organic material gas, while supplying only an oxidizing gas, by providing the oxidation process of the semiconductor thin film 3 by oxidizing plasma, more effects of the present invention it can be increased. これは、ゲート絶縁膜の形成前に、半導体薄膜3の欠陥補償がより進行するためである。 This is before the formation of the gate insulating film, because the defect compensation of the semiconductor thin film 3 proceeds more.
上記したように、ゲート絶縁膜4及び半導体薄膜層3の膜質が向上するため、さらにリーク電流の抑制された信頼性の高い薄膜トランジスタとなる。 As described above, since the quality of the gate insulating film 4 and the semiconductor thin film layer 3 is improved, a further highly reliable thin film transistors with suppressed leakage current.
また、半導体薄膜層上部には、チャネルが形成されるが、半導体薄膜層上部の欠陥が減少するため、チャネルの特性もよくなり、電子移動度も向上する。 Further, the semiconductor thin film layer top, but the channel is formed, the defect of the semiconductor thin film layer upper is reduced, the characteristics of the channel is also improved, thereby improving the electron mobility.
加えて、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することにより起こる酸化は、酸素を構成元素に含むガスとして、亜酸化窒素を含むガスを用いることで促進される。 In addition, oxidation occurs by supplying the organic material gas provides certain time interval, as a gas containing oxygen constituting elements, is facilitated by using a gas containing nitrous oxide. 亜酸化窒素自体が強い酸化力を有するからである。 Nitrous oxide itself is because having a strong oxidizing power.

有機材料ガスを用いて成膜されるゲート絶縁膜4としては、酸化シリコン(SiOx)膜、酸窒化シリコン(SiON)膜、窒化シリコン(SiNx)膜であることが好ましい。 As the gate insulating film 4 which is formed using an organic material gas, silicon (SiOx) film oxide, silicon oxynitride (SiON) film is preferably a silicon nitride (SiNx) film. これらは耐絶縁性等の電気特性の優れた膜であり、リーク電流を抑制することができるからである。 These are excellent film electrical properties such as resistance to dielectric edge resistance, because it is possible to suppress the leakage current.

上記説明した如くゲート絶縁膜4を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いて一対のソース・ドレイン電極2上にコンタクトホール5を開口する。 After forming the gate insulating film 4 as explained above, a contact hole 5 on the pair of source and drain electrodes 2 by photolithography. そして、ゲート絶縁膜4上にCr、Tiといった金属膜からなるゲート電極7を形成し、ゲート電極7と同一材料にて一対のソース・ドレイン外部電極2aをコンタクト部5aを介してそれぞれに対応したソース・ドレイン電極2と接続するよう形成する。 Then, Cr, a gate electrode 7 made of a metal film such as Ti is formed on the gate insulating film 4, respectively corresponding to the pair of source and drain external electrode 2a at the gate electrode 7 and the same material through the contact portion 5a It formed so as to connect the source and drain electrodes 2. 最後に、インジウムスズ酸化物(ITO)等からなる表示電極8を形成することで図3(4)に示される如くTFTアレイが完成する。 Finally, TFT array as shown in FIG. 3 (4) by forming a display electrode 8 made of indium tin oxide (ITO) or the like is completed. なお、図2及び図3(4)では省略されているが、表示電極8はゲート絶縁膜4上をゲート電極7と逆方向に延出されている。 Although not shown in FIGS. 2 and 3 (4), display electrode 8 is extended to the gate insulating film 4 on the opposite direction to the gate electrode 7.

次いで、本発明に係るプラズマCVD装置について、図4を用いて以下説明する。 Then, a plasma CVD apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIG.
図4は本発明のプラズマCVD装置の一例を示した図である。 Figure 4 is a diagram showing an example of a plasma CVD apparatus of the present invention.
プラズマCVD装置200は、真空処理室11、シャワープレート12、支持体13、第一電源14、切替スイッチ15、マッチングボックス16、第二電源17、有機材料ガス導入部18、有機材料ガス制御バルブ19、酸化性ガス導入部20、酸化性ガス制御バルブ21を少なくとも備えている。 Plasma CVD apparatus 200, the vacuum processing chamber 11, the shower plate 12, support 13, the first power supply 14, switch 15, the matching box 16, the second power supply 17, an organic material gas inlet 18, an organic material gas control valve 19 oxidizing gas introduction section 20, and includes at least an oxidizing gas control valve 21.

真空処理室1は、図示していないが圧力調整バルブを有し、該バルブを介して高真空排気ポンプに接続されており、高真空状態が実現される。 Vacuum processing chamber 1 is not shown has a pressure regulating valve, through the valve is connected to a high vacuum pump, a high vacuum state is realized. 高真空排気ポンプは、例えばターボ分子ポンプを例示することができる。 High vacuum pump can be exemplified, for example, a turbo molecular pump. 真空処理室1は、原料ガスを真空処理室1の内部に導入する前に内部を排気して高真空状態にする。 Vacuum processing chamber 1 in a high vacuum state by evacuating the inside before the introduction of the raw material gas into the vacuum processing chamber 1. この場合、当該真空度、すなわち背景真空度を、例えば10 -6 Torr以下にすることが好ましい。 In this case, the degree of vacuum, i.e. the background vacuum degree, for example, be in the 10 -6 Torr or less preferred. そして、真空処理室1を高真空に排気した後、有機材料ガス導入部18から絶縁膜の原料となる原料ガスとして有機材料ガスが導入され、酸化性ガス導入部20から酸素を構成元素に含むガス(酸化性ガス)が導入さる。 Then, after evacuating the vacuum processing chamber 1 in a high vacuum, the organic material gas is introduced as a material gas composed of an organic material gas inlet 18 and the raw material of the insulating film, including the oxygen constituent element from the oxidizing gas inlet 20 gas (oxidizing gas) is introduced monkey. そして、圧力調整バルブにより処理室1を所定の圧力に維持する。 Then, maintaining the processing chamber 1 to a predetermined pressure by the pressure regulating valve.

また、真空処理室11内にはシャワープレート12及び被成膜物10を支持する支持体13が備えられている。 The support 13 for supporting the shower plate 12 and the deposition material 10 is provided in the vacuum processing chamber 11.
真空処理室11内のシャワープレート12に、第一電源14よりマッチングボックス(高周波整合器)15を介して高周波電力が印加される。 The shower plate 12 of the vacuum processing chamber 11, the high-frequency power is applied through a matching box (high-frequency matching box) 15 than the first power supply 14. 真空処理室11には原料ガスが導入されているので、真空処理室11中にプラズマが発生する。 Since the vacuum processing chamber 11 the material gas is introduced to generate plasma in the vacuum processing chamber 11.
プラズマが発生することにより、気相中から化学反応によって真空処理室11内の支持体13上に支持された被成膜物10上に薄膜を成膜する。 By plasma is generated, forming a thin film on the deposition target object 10 supported on the support 13 of the vacuum processing chamber 11 by a chemical reaction from the gas phase.

また、プラズマCVD装置200は、第一電源14とマッチングボックス16の間に切替スイッチ15を設けている。 The plasma CVD apparatus 200 is a changeover switch 15 provided between the first power source 14 and matching box 16. 切替スイッチ15は、第一電源14とマッチングボックス16との間を接続或いは切断するための切替スイッチである。 Changeover switch 15 is a changeover switch for connecting or disconnect between the first power source 14 and matching box 16.
切替スイッチ15を有することにより、高周波電力が一定の時間間隔を設けて印加され、第一電源14の平均投入電力を同一に保ったままピーク電力が高くすることができ、高密度のプラズマが得られる。 By having a change-over switch 15 is applied a high frequency power is provided a fixed time interval, it can peak power while maintaining the same average input power of the first power supply 14 is high, high-density plasma is obtained It is. プラズマが高密度のため、原料ガスである有機材料ガスを十分に乖離させることができる。 Because plasma is a high density, an organic material gas as a source gas can be divergence sufficiently. それにより、電気特性の優れた絶縁膜を成膜することができる。 Thereby, it is possible to form a good insulating film of the electrical characteristics.
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。 In addition, it increased peak power, by a high density plasma, the deposition rate is improved. そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。 Therefore, when the application of the RF power, it is possible to suppress a decrease in the deposition rate due to the provision of certain time intervals.

また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、被成膜物に連続的に高周波電力が印加されず、温度の上昇を抑制することができ、低温処理を実現できる。 Further, since the high-frequency power is applied to providing a fixed time interval, continuously high-frequency power is not applied to the deposition material, it is possible to suppress an increase in temperature, it can be realized a low temperature process.
なお、図4では第一電源14と第一切替スイッチ15が別々に示されているが、第一電源14中に第一切替スイッチ15を内蔵しているものも当然含まれる。 Although the first power source 14 and the first changeover switch 15 in FIG. 4 is shown separately also includes naturally those with a built-in first changeover switch 15 in the first power supply 14.

また、有機材料ガス導入部18は、有機材料ガス制御バルブ19を有しており、酸化性ガス導入部20は、酸化性ガス制御バルブ21を有している。 Further, the organic material gas introduction portion 18 has an organic material gas control valve 19, the oxidizing gas introduction portion 20 has an oxidizing gas control valve 21. そして、有機材料ガス制御バルブ19により、有機材料ガスの供給が間欠的に制御される。 Then, an organic material gas control valve 19, the supply of the organic material gas is intermittently controlled.
有機材料ガス制御バルブ19を有することにより、有機材料ガスを供給していない時間が生じるが、その間も酸化性ガス制御バルブ21は開いているので、有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸化性ガスは供給されている。 By having an organic material gas control valve 19, the time it does not feed the organic material gas occurs, since even open the oxidizing gas control valve 21 therebetween, nitrous oxide, which is combined with an organic material gas, oxygen, oxidizing gas such as ozone is supplied. そのため、それらのガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ(酸化性プラズマ)が発生する。 Therefore, their gas is ionized, plasma (oxidative plasma) is generated that contains the oxygen element. そして、成膜中の絶縁膜は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。 Then, an insulating film during film formation is exposed by oxidizing plasma, it is oxidized. それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。 Thereby, the carbon which has been mixed into an insulating film bonded to oxygen can be released carbon from the insulating film.
加えて、ゲート絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。 In addition, by the gate insulating film is oxidized, defects in the insulating film by oxygen is compensated, it is possible to further improve the film quality.
なお、図4では有機材料ガス導入部18、有機材料ガス制御バルブ19、酸化性ガス導入部20、酸化性ガス制御バルブ21が別々に示されているが、このような構成に限定されるものではない。 Incidentally, those 4 in the organic material gas inlet 18, an organic material gas control valve 19, the oxidizing gas inlet 20, while the oxidizing gas control valve 21 are shown separately, to be limited to such a configuration is not. つまり、酸化性ガスの供給を連続的に行いつつ、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことができればよく、例えば、有機材料ガス制御バルブと酸化性ガス制御バルブが一つの装置であってもよい。 That is, while performing supply of the oxidizing gas continuously as long as it can perform the supply of the organic material gas intermittently, for example, be an oxidizing gas control valve and an organic material gas control valve is a device good.

また、支持体13は、第二電源17と接続されている。 The support 13 is connected to the second power supply 17. 第二電源17は、支持体13にバイアス電力を印加するためのものである。 Second power supply 17 is for applying a bias power to the support 13. 第二電源17によって、バイアス電力を印加することによって、基板に照射されるイオンエネルギーを増大させ、有機材料ガスの乖離を促進させることができる。 The second power supply 17, by applying a bias power increases the ion energy to be irradiated on the substrate, it is possible to promote the dissociation of organic material gas. それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。 Thereby, it is possible to obtain a less high quality insulating film content of carbon.

なお、上記プラズマCVD装置200は、本発明の一例であり、本発明を何ら限定するものではない。 Incidentally, the plasma CVD apparatus 200 is an example of the present invention, not intended to limit the present invention. 例えば、プラズマCVD装置200は、平行平板方式の装置であるが、本発明に係るプラズマCVD装置には、ICP(誘導結合プラズマ発光)方式の装置も含まれるし、他の方式の装置も含まれる。 For example, the plasma CVD apparatus 200 is a device of parallel plate type, a plasma CVD apparatus according to the present invention, to also include apparatus ICP (inductively coupled plasma emission) method, also includes apparatus of another type . また、ICP方式の場合、平行平板方式に比して高密度なプラズマを発生させることができる。 Further, when the ICP method, it is possible to generate a high-density plasma as compared with the parallel plate method. 従来の装置では、高密度プラズマを用いた場合、被成膜物の温度が上昇しやすくなるという問題を抱えるが、本発明の場合、プラズマを発生させるための高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加するので、被成膜物に連続的に高周波電力が印加されず、温度の上昇を抑制することができ、好適に利用可能である。 In the conventional apparatus, when using high-density plasma, but has problems that the temperature of the deposition target object is likely to rise, in the present invention, a certain time interval a high-frequency power for generating plasma is provided since applying Te, continuous high-frequency power is not applied to the deposition material, it is possible to suppress an increase in temperature, it is suitably used.

本発明は優れた絶縁膜を得ることができるものであり、優れた性能を有する半導体装置等を作成でき、液晶表示装置等の駆動素子として好適に使用可能なものである。 The present invention can be obtained an excellent insulating film, excellent performance can create a semiconductor device or the like having a, it is suitable to be used as a drive element such as a liquid crystal display device.

従来のプラズマCVD法と本発明におけるプラズマCVD法において、印加する高周波電力の電力量を比較した図である。 In the conventional plasma CVD method and the plasma CVD method in the present invention, it is a graph comparing the amount of power applied to the high-frequency power. 本発明に係る製法により得られる薄膜トランジスタ(TFT)の一実施例の形態を示す断面図である。 It is a sectional view showing a form of an embodiment of a thin film transistor (TFT) which is obtained by the method according to the present invention. 本発明に係る薄膜トランジスタ(TFT)の製法の一実施例の一形態を経時的に示す断面図であり、(1)基板上にソース・ドレイン電極を形成した構造の断面図(2)半導体薄膜層を形成した構造の断面図(3)ゲート絶縁膜を被覆した構造の断面図(4)ゲート電極、コンタクト部、ソース・ドレイン外部電極、表示電極を形成した構造の断面図よりなる。 Is a cross-sectional view showing over time an embodiment of an embodiment of a method of a thin film transistor (TFT) according to the present invention, (1) a cross-sectional view of the structure forming the source and drain electrodes on a substrate (2) semiconductor thin film layer sectional view of the formed structure (3) cross-sectional view of the gate insulating film was coated structure (4) the gate electrode, the contact portions, the source and drain external electrode consists of a cross-sectional view of the structure forming the display electrodes. 本発明に係るプラズマCVD装置の一実施例を示した図である。 Is a diagram illustrating an example of a plasma CVD apparatus according to the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 基板 3 半導体薄膜層 4 ゲート絶縁膜 100 薄膜トランジスタ 13 支持体 14 第一電源 15 切替スイッチ 17 第二電源 18 有機材料ガス導入部 19 有機材料ガス制御バルブ 20 酸化性ガス導入部 21 酸化性ガス制御バルブ 200 プラズマCVD装置 1 substrate 3 semiconductor thin film layer 4 gate insulating film 100 thin-film transistor 13 support 14 first power supply 15 switch 17 second power supply 18 organic gas feed unit 19 an organic material gas control valve 20 oxidizing gas inlet portion 21 oxidizing gas control valve 200 plasma CVD apparatus

Claims (13)

  1. 基板にプラズマCVD法を用いて絶縁膜を成膜する方法であって、 A method of forming an insulating film by a plasma CVD method on the substrate,
    前記プラズマCVD法において、絶縁膜の原料となるガスとして有機材料ガスを用い、 In the plasma CVD method, an organic material gas used as the gas which is a raw material of the insulating film,
    且つプラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴とする絶縁膜の成膜方法。 And a high-frequency power applied to generate the plasma, the film formation method of the insulating film and applying provides certain time intervals.
  2. 前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項1記載の絶縁膜の成膜方法。 Method for forming the insulating film of claim 1, wherein the organic material gas is an organic silicon-based gas or an organic aluminum-based gas.
  3. 前記プラズマCVD法において、 In the plasma CVD method,
    前記有機材料ガスとともに亜酸化窒素を含むガスを用いることを特徴とする請求項1又は2記載の絶縁膜の成膜方法。 Film forming method according to claim 1 or 2, wherein the insulating film is characterized by using a gas containing nitrous oxide together with the organic material gas.
  4. 前記絶縁膜を成膜する工程において、 In the step of forming the insulating film,
    前記基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の絶縁膜の成膜方法。 Claims 1 to 3 film formation method of the insulating film according to any one and applying a bias power of direct current or alternating current to the substrate.
  5. 前記有機材料ガスとともに、酸素を構成元素に含むガスを用い、 Together with the organic material gas, using a gas containing oxygen constituent elements,
    該酸素を構成元素に含むガスを供給しながら、前記材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給し、 While supplying a gas containing a constituent element of oxygen, the material gas is supplied provides certain time intervals,
    少なくとも該高周波電力の印加と該有機材料ガスの供給が両方行われる時間と、該高周波電力の印加を行いながら該有機材料ガスの供給を行わない時間を有するよう行うことを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載の絶縁膜の成膜方法。 At least the time the supply of the RF power applied and the organic material gas is carried out both, claim 1, characterized in that to have a time of not performing the supply of the organic material gas while the application of the high frequency power to 4 film formation method of the insulating film according to any one.
  6. 前記基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の絶縁膜の成膜方法。 Method for forming the insulating film according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate is a plastic substrate.
  7. 絶縁膜を有する半導体装置の製法であって、 A process for preparing a semiconductor device having an insulating film,
    請求項1乃至6いずれか記載の方法を用いて絶縁膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製法。 Preparation of a semiconductor device characterized by forming an insulating film by using a method according to any one of claims 1 to 6.
  8. 前記絶縁膜を酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層上に形成することを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製法。 A method according to claim 7 semiconductor device, wherein forming the oxide semiconductor thin film layer composed mainly of zinc oxide the insulating film.
  9. 半導体装置が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項7又は8記載の半導体装置の製法。 Preparation of a semiconductor device according to claim 7 or 8, wherein the semiconductor device is a thin film transistor.
  10. 処理室内に絶縁膜を成膜のための原料ガスとなる有機材料ガスを導入するガス導入部と、 A gas introducing portion for introducing a raw material gas to become organic material gas for forming the treatment chamber in the insulating film,
    プラズマを生成するために該有機材料ガスに高周波電力を印加する第一電源とを有し、 And a first power source for applying a high-frequency power to the organic material gas to generate a plasma,
    支持体に支持された被成膜物に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、 In the plasma CVD apparatus for forming a thin film on a deposition target object supported by the supporting member,
    前記第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することを特徴とするプラズマCVD装置。 Plasma CVD apparatus characterized by comprising a changeover switch for connecting or cutting the application of power to the first power supply device.
  11. 前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項10記載のプラズマCVD装置。 The plasma CVD apparatus according to claim 10, wherein the organic material gas is an organic silicon-based gas or an organic aluminum-based gas.
  12. 前記有機材料ガスとともに酸素を構成元素に含むガスを用い、 Using a gas containing a constituent element of oxygen together with the organic material gas,
    前記ガス導入部に、該酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、該有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することを特徴とする請求項10又は11記載のプラズマCVD装置。 Wherein the gas inlet portion, while supplying a gas containing a constituent element of oxygen, plasma CVD according to claim 10 or 11, wherein further comprising a control valve for performing intermittently the supply of the organic material gas apparatus.
  13. 前記支持体に直流或いは交流のバイアス電力を印加するための第二電源を有することを特徴とする請求項10乃至12いずれか記載のプラズマCVD装置。 It said support to a DC or AC plasma CVD device according to any one of claims 10 to 12, wherein a second power source for applying a bias power.


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