JP2017011058A - プラズマを用いた成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子デバイス構造のテーパ部の膜によるカバレッジを向上することができるプラズマを用いた成膜方法を提供する。【解決手段】ＴＦＴ３０において、四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを含む処理ガスから生成された誘導結合プラズマによって窒化珪素膜からなるパッシベーション層３７が成膜される。【選択図】図５

Description

本発明は、珪素原子を含む膜、特に、ＩＧＺＯからなるチャネルを保護する保護膜のプラズマを用いた成膜方法に関する。
近年、薄型のＦＰＤ（Flat Panel Display）には発光素子として有機ＥＬ素子が用いられるが、薄型のＦＰＤを実現するために有機ＥＬ素子には薄型トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が適用される。有機ＥＬ素子では特に高速のスイッチング動作が求められるため、ＴＦＴでは高い電子移動度が得られる酸化物半導体をチャネルに用いる。このような酸化物半導体としては、例えば、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）及びＺｎ（亜鉛）の酸化物からなるＩＧＺＯ（酸化インジウムガリウム亜鉛）が知られており、ＩＧＺＯはアモルファス状態であっても比較的高い電子移動度（例えば、１０ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）以上）を有する。
また、ＴＦＴではチャネルをＳｉＮ（窒化珪素）、ＳｉＯ（酸化珪素）からなる保護膜で被覆し、チャネルを外界のイオンや水分から確実に保護するが、窒化珪素膜や酸化珪素膜からなる保護膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって成膜する際、保護膜に水素原子が含まれることがある。保護膜に含まれた水素原子は時間の経過とともにＩＧＺＯから酸素原子を脱離させてＩＧＺＯの特性を変化させるため、保護膜を成膜する際のＣＶＤにおいて水素原子を含まない処理ガスを用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１５−１２１３１号
しかしながら、本発明者が、水素原子を含まない処理ガスとしてＳｉＦ４（四弗化珪素）ガス及びＮ２（窒素）ガスからなる処理ガスを用い、図１５に示すように、ＣＶＤによって窒化珪素膜からなる保護膜１５０を成膜した際、チャネル１５１上に形成されたソース電極１５２やドレイン電極１５３のテーパ部１５２ａ，１５３ａが水平となす角度が大きいと、当該テーパ部１５２ａ，１５３ａの保護膜１５０による被覆度（カバレッジ）が低下し、テーパ部１５２ａ，１５３ａを保護膜１５０によって十分に保護できないことを確認した。
特に、近年のＴＦＴに対する微細化要求に対応してソース電極１５２やドレイン電極１５３のテーパ部１５２ａ，１５３ａが水平となす角度は増加する傾向にあるため、当該テーパ部の保護膜１５０による被覆度の低下がより顕在化するおそれがある。さらに、ＴＦＴのソース電極やドレイン電極に限らず、ＴＦＴ以外の電子デバイス構造においても保護膜で被覆する必要のあるテーパ部については同様の問題が発生するおそれがある。
本発明の目的は、電子デバイス構造のテーパ部の膜によるカバレッジを向上することができるプラズマを用いた成膜方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のプラズマを用いた成膜方法は、処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマによって珪素原子を含む膜を電子デバイス構造のテーパ部に成膜するプラズマを用いた成膜方法であって、前記処理ガスはいずれも水素原子を含まない第１のガス及び第２のガスを含み、前記第１のガスは珪素原子及び弗素原子以外のハロゲン原子を含み、前記珪素原子及び前記ハロゲン原子の原子間結合力は前記珪素原子及び前記弗素原子の原子間結合力よりも小さく、前記第２のガスは窒素原子及び酸素原子の少なくともいずれかを含むことを特徴とする。
本発明によれば、珪素原子及び弗素原子以外のハロゲン原子を含む第１のガス、並びに、窒素原子及び酸素原子の少なくともいずれかを含む第２のガスを含む処理ガスから生成されたプラズマによって珪素原子を含む膜が成膜される。このとき、最初に、電極等のテーパ部へハロゲン原子によって終端されている珪素原子を含む薄膜が成膜されるが、珪素原子との原子間結合力が珪素原子及び弗素原子の原子間結合力よりも小さくなるハロゲン原子が用いられるため、プラズマ中の陽イオンによるスパッタリングのテーパ部に対する垂直成分によっても、ハロゲン原子によって終端されている珪素原子を含む膜からハロゲン原子を容易に解離させることができ、もって、珪素原子を含む膜に他の珪素原子及び窒素原子、若しくは他の珪素原子及び酸素原子をさらに結合させることができる。その結果、テーパ部において珪素原子を含む膜を継続的に成長させることができ、もって、テーパ部の膜によるカバレッジを向上することができる。
本発明の第１の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法を実行するプラズマＣＶＤ成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法が適用されるバックチャネルエッチ型のＴＦＴの構成を示す断面図である。 ソース電極のテーパ部のテーパ角が変化したときのテーパ部のパッシベーション層によるカバレッジの態様を示す図であり、図３（Ａ）はテーパ角度が５０°のときの窒化珪素膜からなるパッシベーション層を示し、図３（Ｂ）はテーパ角度が６０°のときの窒化珪素膜からなるパッシベーション層を示し、図３（Ｃ）はテーパ角度が７０°のときの酸化珪素膜からなるパッシベーション層を示し、図３（Ｄ）はテーパ角度が８０°のときの酸化珪素膜からなるパッシベーション層を示す。 パッシベーション層のカバレッジが低下する理由を説明するための工程図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法を説明するための工程図である。 四弗化珪素ガス及び四塩化珪素ガスの合計流量に対する四塩化珪素ガスの流量の比率を変化させたときのパッシベーション層の屈折率、デポレート及びカバレッジの変化を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法としてのパッシベーション層の成膜処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法の第１の変形例を説明するための工程図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法の第２の変形例を説明するための工程図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法の第３の変形例を説明するための工程図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法を説明するための工程図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法としてのパッシベーション層の成膜処理を示すフローチャートである。 図５や図１１の本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法が適用されるエッチストップ型のＴＦＴの構成を示す断面図である。 図５や図１１の本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法が適用されるトップゲート型のＴＦＴの構成を示す断面図である。 テーパ部においてカバレッジが低下する従来の保護膜を説明するための部分断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法について説明する。
図１は、本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法を実行するプラズマＣＶＤ成膜装置の構成を概略的に示す断面図である。
図１において、プラズマＣＶＤ成膜装置１０は、例えば、ＦＰＤやシートディスプレイ用の基板（以下、単に「基板」という。）Ｓを収容する略筐体形状のチャンバ１１と、該チャンバ１１の底部に配置されて基板Ｓを上面に載置する載置台１２と、チャンバ１１の外部においてチャンバ１１の内部の載置台１２と対向するように配置されるＩＣＰアンテナ１３と、チャンバ１１の天井部を構成し、載置台１２及びＩＣＰアンテナ１３の間に介在する窓部材１４とを備える。
チャンバ１１は排気装置（図示しない）を有し、該排気装置はチャンバ１１を真空引きしてチャンバ１１の内部を減圧する。チャンバ１１の窓部材１４は誘電体、若しくは金属からなり、チャンバ１１の内部と外部とを仕切る。
窓部材１４は絶縁部材（図示しない）を介してチャンバ１１の側壁に支持され、窓部材１４とチャンバ１１は直接的に接触せず、電気的に導通しない。また、窓部材１４は少なくとも載置台１２に載置された基板Ｓの全面を覆うことが可能な大きさを有する。なお、窓部材１４は複数の分割片から構成されてもよい。
チャンバ１１の側壁にはガス導入口１５が設けられ、ガス導入口１５はガス導入管１９を介してチャンバ１１の外部に配置された四弗化珪素ガス供給部２０、ガス導入管２１を介してチャンバ１１の外部に配置された四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給部２２、ガス導入管２３を介してチャンバ１１の外部に配置された窒素ガス供給部２４、ガス導入管２５を介してチャンバ１１の外部に配置された希ガス供給部２６に接続される。四弗化珪素ガス供給部２０はチャンバ１１の内部へ四弗化珪素ガスを処理ガスとして供給し、四塩化珪素ガス供給部２２はチャンバ１１の内部へ四塩化珪素ガスを処理ガスとして供給し、窒素ガス供給部２４はチャンバ１１の内部へ窒素ガスを処理ガスとして供給し、希ガス供給部２６はチャンバ１１の内部へ希ガス、例えば、Ａｒ（アルゴン）ガスを供給する。各ガス導入管１９，２１，２３，２５はマスフローコントローラやバルブ（いずれも図示しない）を有し、各ガスの流量を調整し、各ガスをガス導入口１５で混合させてチャンバ１１に供給する。
ＩＣＰアンテナ１３は窓部材１４の上面に沿って配置される環状、若しくは螺旋状の導線からなり、整合器２７を介して高周波電源２８に接続される。高周波電源２８からの高周波電流はＩＣＰアンテナ１３を流れ、該高周波電流はＩＣＰアンテナ１３に窓部材１４を介してチャンバ１１の内部に磁界を発生させる。該磁界は高周波電流に起因して発生しているために時間的に変化するが、時間的に変化する磁界は誘導電界を生成し、該誘導電界によって加速された電子がチャンバ１１の内部に供給されたガスの分子や原子と衝突して高密度のプラズマである誘導結合プラズマが生成される。
プラズマＣＶＤ成膜装置１０では、四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガスや窒素ガスから誘導結合プラズマを生成し、ＣＶＤによって基板Ｓ上において後述するパッシベーション層３７としての窒化珪素膜を成膜する。なお、アルゴンガスは、窒化珪素膜を直接構成する材料ガスではないが、四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガスや窒素ガスを適度な濃度に調整し、さらに、誘導結合プラズマを生成するための放電を容易に行えるようにする等、成膜処理において補助的な役割を果たす。また、プラズマＣＶＤ成膜装置１０は、さらにコントローラ２９を備え、該コントローラ２９はプラズマＣＶＤ成膜装置１０の各構成要素の動作を制御する。
図２は、本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法が適用されるバックチャネルエッチ型のＴＦＴの構成を示す断面図である。
図２において、ＴＦＴ３０は、基板Ｓ上に成膜されたアンダーコート層３１と、アンダーコート層３１上に部分的に形成されたゲート電極３２と、アンダーコート層３１及びゲート電極３２を覆うように形成されたゲート絶縁膜３３と、ゲート絶縁膜３３の上においてゲート電極３２の直上に配置されるように形成されたチャネル３４と、ゲート絶縁膜３３上においてチャネル３４の両脇にそれぞれ形成されたソース電極３５及びドレイン電極３６と、チャネル３４、ソース電極３５及びドレイン電極３６を覆うように形成されたパッシベーション層３７とを備える。ＴＦＴ３０では、チャネル３４がＩＧＺＯからなり、ゲート絶縁膜３３が図中下方から積層された窒化珪素膜３３ａ及び酸化珪素膜３３ｂを有し、パッシベーション層３７は窒化珪素膜からなる。なお、後述するように、パッシベーション層３７は、酸化珪素膜からなるパッシベーション層４０に置き換えられてもよい。
ところで、ソース電極３５やドレイン電極３６は金属、例えば、銅によって構成され、ドライエッチング、若しくはウエットエッチングで形状が形成されるため、それぞれ側部にテーパ部を有する。本発明に先立ち、本発明者がプラズマＣＶＤ成膜装置１０において四弗化珪素ガス及び窒素ガスから誘導結合プラズマを生成し、ＴＦＴ３０においてパッシベーション層３７を成膜したところ、ソース電極３５のテーパ部３５ａが水平となす角度θ（以下、「テーパ角度θ」という。）が５０°であれば、テーパ部３５ａにもパッシベーション層３７が成膜されてテーパ部３５ａのパッシベーション層３７によるカバレッジが良好である（図３（Ａ））一方、テーパ角度θが６０°になると、テーパ部３５ａにパッシベーション層３７が成膜されず、テーパ部３５ａのパッシベーション層３７によるカバレッジが低下するのを確認した（図３（Ｂ））。
また、本発明者が、プラズマＣＶＤ成膜装置１０において窒素ガス供給部２４の代わりに酸素（Ｏ２）ガス供給部を設け、四弗化珪素ガス及び酸素ガスから誘導結合プラズマを生成し、ＴＦＴ３０において酸化珪素膜からなるパッシベーション層４０を成膜したところ、テーパ角度θが７０°であっても、テーパ部３５ａにもパッシベーション層４０が成膜されてテーパ部３５ａのパッシベーション層４０によるカバレッジが良好である（図３（Ｃ））一方、テーパ角度θが８０°になると、やはりテーパ部３５ａにパッシベーション層４０が成膜されず、テーパ部３５ａのパッシベーション層４０によるカバレッジが低下するのを確認した（図３（Ｄ））。
テーパ角度θが大きくなるとパッシベーション層３７，４０のカバレッジが低下する理由について、発明者はプラズマ中の陽イオンによるスパッタリングに注目し、以下のメカニズムを推察した。
例えば、四弗化珪素ガス及び窒素ガスから生成した誘導結合プラズマによるＣＶＤの初期において、プラズマ中の珪素ラジカルや窒素ラジカルがチャネル３４やソース電極３５（テーパ部３５ａを含む）の表面で結合して窒化珪素薄膜３８が成膜される。このとき、プラズマ中の弗素ラジカルが窒化珪素薄膜３８における最表層に到達し、当該最表層に露出した珪素原子（以下、「最表層の珪素原子」という。）の結合手が弗素原子によって終端される（図４（Ａ））。
窒化珪素薄膜３８が成長するには、最表層の珪素原子の結合手から弗素原子を脱離させ、当該結合手に他の珪素原子及び窒素原子を結合させる必要がある。最表層の珪素原子の結合手から弗素原子を脱離させるには、プラズマ中のイオンや電子で窒化珪素薄膜３８をスパッタし、運動エネルギーを最表層を構成する窒化珪素に付与して弗素原子を脱離させる必要がある。
ところで、プラズマ中の陽イオンはＴＦＴ３０の表層に発生するシース６０によって加速されて窒化珪素薄膜３８をスパッタするが、シースはＴＦＴ３０の表層面へ平行に発生し、陽イオンはシース６０内において表層面に対して垂直に加速される。ここで、ＴＦＴ３０の表層は、各成膜工程や各加工工程に応じて形成される構造によって微視的には凹凸を有するものの、巨視的には全体として一つの面として認識される。以下、この一つの面を表層面とする。また、ソース電極３５もＴＦＴ３０の表層面へ平行に形成されるため、陽イオンはソース電極３５に対して垂直に入射される。すなわち、陽イオンはソース電極３５のテーパ部３５ａ以外の部分（以下、「平行部３５ｂ」という。）には垂直に入射される一方、テーパ部３５ａには垂直に入射されない。
したがって、平行部３５ｂの窒化珪素薄膜３８には陽イオンの運動エネルギーがそのまま伝わり（図４（Ａ）中の白抜き矢印参照）、弗素原子を脱離させるために十分な運動エネルギーが最表層を構成する窒化珪素に付与される。その結果、平行部３５ｂでは、最表層の珪素原子の結合手から弗素原子が脱離して当該結合手に他の珪素原子及び窒素原子が結合し（図４（Ｂ））、窒化珪素薄膜３８が成長してパッシベーション層３７が成膜される（図４（Ｃ））。
しかしながら、テーパ部３５ａの窒化珪素薄膜３８には陽イオンの運動エネルギーのうち、テーパ部３５ａに垂直な成分のみしか伝わらず（図４（Ａ）中の白抜き矢印参照）、弗素原子を脱離させるために十分な運動エネルギーが最表層を構成する窒化珪素に付与されない。その結果、テーパ部３５ａでは、最表層の珪素原子の結合手から弗素原子が殆ど脱離せず（図４（Ｂ））、他の珪素原子及び窒素原子が結合しにくいため、窒化珪素薄膜３８が成長し辛くパッシベーション層３７が成膜されない（図４（Ｃ））。
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、陽イオンの運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分によっても容易に最表層の珪素原子の結合手から脱離可能なハロゲン原子を用いることに想到した。具体的には、珪素原子及び塩素原子の原子間結合力は珪素原子及び弗素原子の原子間結合力よりも小さいことから（下記表１参照）、四弗化珪素ガスだけでなく四塩化珪素ガスからも誘導結合プラズマを生成し、最表層の珪素原子の結合手を弗素原子だけでなく塩素原子で終端させることに想到した。
図５は、本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法を説明するための工程図である。
まず、四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガス及び窒素ガスから誘導結合プラズマを生成すると、チャネル３４やソース電極３５の表面において窒素ラジカル及び珪素ラジカルが結合し、窒化珪素が堆積して窒化珪素薄膜３８が成膜される。このとき、プラズマ中の弗素ラジカルだけでなく塩素ラジカルが窒化珪素薄膜３８における最表層に到達し、当該最表層の珪素原子の結合手が弗素原子だけでなく塩素原子によっても終端される（図５（Ａ））。なお、図中において最表層の珪素原子の結合手を終端する弗素原子は省略する。
その後、誘導結合プラズマの生成を継続すると、ＴＦＴ３０の表層に発生するシースによってプラズマ中の陽イオンがソース電極３５に向けて加速されて窒化珪素薄膜３８をスパッタする。このとき、平行部３５ｂの窒化珪素薄膜３８には陽イオンの運動エネルギーがそのまま伝わる一方、テーパ部３５ａの窒化珪素薄膜３８にはイオンや電子の運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分しか伝わらない。
しかしながら、珪素原子及び塩素原子の原子間結合力は珪素原子及び弗素原子の原子間結合力よりも小さいため、陽イオンの運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分のみであっても、最表層の珪素原子の結合手から塩素原子を脱離させることができる。その結果、平行部３５ｂだけでなくテーパ部３５ａにおいても、最表層の珪素原子の結合手から塩素原子が脱離して他の珪素原子及び窒素原子が結合し（図５（Ｂ））、窒化珪素薄膜３８が成長してパッシベーション層３７が成膜される（図５（Ｃ））。最表層の珪素原子の結合手から塩素原子の脱離を助長するために、ＴＦＴ３０を加熱する等して熱エネルギーが最表層を構成する窒化珪素に付与されてもよい。
その後も、誘導結合プラズマの生成を継続すると、プラズマ中の塩素ラジカルが窒化珪素薄膜３８における最表層に到達し、当該最表層の珪素原子の結合手が塩素原子によって終端されるが（図５（Ｃ））、珪素原子及び塩素原子の原子間結合力は珪素原子及び弗素原子の原子間結合力よりも小さいため、最表層の珪素原子の結合手を終端する塩素原子が弗素原子に置換され、最終的には最表層の珪素原子の結合手の殆どが弗素原子によって終端される（図５（Ｄ））。上記表１に示すように、珪素原子及び弗素原子の原子間結合力の絶対値は大きいため、最表層の珪素原子の結合手が弗素原子によって終端されたパッシベーション層３７は安定的な膜となる。
また、本発明者は、四塩化珪素ガスの添加量の好適な範囲を見出すべく、プラズマＣＶＤ成膜装置１０において、四弗化珪素ガス及び四塩化珪素ガスの合計流量に対する四塩化珪素ガスの流量の比率（以下、単に「四塩化珪素ガスの流量の比率」という。）を変化させてＴＦＴ３０のパッシベーション層３７を成膜し、該成膜されたパッシベーション層３７の屈折率、成膜速度（デポレート）及びカバレッジを計測した。
図６は、四塩化珪素ガスの流量の比率を変化させたときのパッシベーション層の屈折率、デポレート及びカバレッジの変化を示すグラフである。なお、図６のグラフにおいて、屈折率は白抜きの三角形で示され、デポレートは白抜きの四角形で示され、カバレッジは白抜きの菱形で示される。また、デポレートの単位はｎｍ／ｍｉｎであり、カバレッジは平行部３５ｂにおけるパッシベーション層３７の膜厚に対するテーパ部３５ａにおけるパッシベーション層３７の膜厚の比率で示される。
図６のグラフにおいて、パッシベーション層３７の屈折率は膜の安定性を示す指標であり、当該屈折率は高いほど好ましいが、四塩化珪素ガスの流量の比率が５０％を超えるとパッシベーション層３７の屈折率は低下し始め、四塩化珪素ガスの流量の比率が７５％を超えるとパッシベーション層３７の屈折率は膜が不安定領域（図中においてクロスハッチングで示す。）に移行し、吸湿して白濁を起こす目安である１．３を下回る。四塩化珪素ガスの流量の比率が大きくなるとパッシベーション層３７の屈折率が低下するのは、パッシベーション層３７の最表層の珪素原子の結合手が塩素原子で終端される割合が増加し、結果として安定性の低い原子間結合が多く残るためだと推察された。したがって、膜の安定性の観点からは、四塩化珪素ガスの流量の比率は７５％以下が好ましく、５０％以下がより好ましいことが分かった。
カバレッジも高いほど好ましく、ソース電極３５の保護の観点からカバレッジは０．３以上が好ましく、０．５以上がより好ましいが、四塩化珪素ガスの流量の比率が１２．５％におけるカバレッジは０．３４であり、四塩化珪素ガスの流量の比率が２５％におけるカバレッジは０．５８であることから、ソース電極３５の保護の観点からは、四塩化珪素ガスの流量の比率は１２．５％以上が好ましく、２５％以上がより好ましいことが分かった。
なお、四塩化珪素ガスの流量の比率を変化させたときの全てのパッシベーション層３７の構成成分をＸ線光電子分光（ＸＰＳ）分析によって分析したところ、いずれのパッシベーション層３７においても殆ど塩素原子が残留していないことが確認された。これにより、四弗化珪素ガス及び四塩化珪素ガスから誘導結合プラズマを生成すると、最終的には、最表層の珪素原子の結合手を終端する塩素原子が弗素原子によって置換され、パッシベーション層３７における最表層の珪素原子の結合手の殆どが弗素原子によって終端されることも分かった。
図７は、本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法としてのパッシベーション層の成膜処理を示すフローチャートである。
まず、プラズマＣＶＤ成膜装置１０において、チャンバ１１の内部に四弗化珪素ガス供給部２０、四塩化珪素ガス供給部２２、窒素ガス供給部２４及び希ガス供給部２６からそれぞれ四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを供給する（ステップＳ７０１）。このとき、四塩化珪素ガスの流量の比率は、１２．５％乃至７５％に設定され、好ましくは、２５％乃至５０％に設定される。
次いで、ＩＣＰアンテナ１３に高周波電源２８から高周波電流を流してチャンバ１１の内部に磁界を発生させ、磁界によって生成される誘導電界がチャンバ１１の内部に供給された四弗化珪素ガス等から誘導結合プラズマを生成する（ステップＳ７０２）。
次いで、プラズマ中の珪素ラジカルや窒素ラジカルがチャネル３４やソース電極３５の表面において結合して窒化珪素が堆積し（ステップＳ７０３）、窒化珪素薄膜３８が成膜され、最表層の珪素原子の結合手がプラズマ中の塩素ラジカルに起因する塩素原子によって終端される（ステップＳ７０４）。
次いで、誘導結合プラズマの生成を継続すると、プラズマ中の陽イオンによるスパッタリングによって運動エネルギーを付与されたテーパ部３５ａや平行部３５ｂにおける最表層の窒化珪素における珪素原子の結合手から塩素原子が脱離し（ステップＳ７０５）、当該結合手に他の珪素原子及び窒素原子が結合する（ステップＳ７０６）。これにより、テーパ部３５ａや平行部３５ｂにおいて窒化珪素薄膜３８が成長する。さらに誘導結合プラズマの生成を継続すると、成長した窒化珪素薄膜３８における最表層の珪素原子の結合手がプラズマ中の塩素ラジカルに起因する塩素原子によって終端されるが（ステップＳ７０７）、当該塩素原子はプラズマ中の弗素ラジカルに起因する弗素原子に置換され、最表層の珪素原子の結合手が弗素原子によって終端されていく（ステップＳ７０８）。
その後、所定時間、例えば、その後、殆どの最表層の珪素原子の結合手が弗素原子によって終端されるのに要する時間が経過するまで（ステップＳ７０９でＮＯ）、誘導結合プラズマの生成が継続されてステップＳ７０５乃至ステップＳ７０８が繰り返して実行され、所定時間が経過すると（ステップＳ７０９でＹＥＳ）、本処理を終了する。
図７の処理によれば、四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを含む処理ガスから生成された誘導結合プラズマによって窒化珪素膜からなるパッシベーション層３７が成膜される。このとき、最初に、ソース電極３５のテーパ部３５ａや平行部３５ｂへ窒化珪素薄膜３８が成膜され、窒化珪素薄膜３８における最表層の珪素原子の結合手が弗素原子だけでなく塩素原子によっても終端されるが、珪素原子及び塩素原子の原子間結合力は珪素原子及び弗素原子の原子間結合力よりも小さいため、プラズマ中の陽イオンの運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分のみであっても、テーパ部３５ａの最表層の珪素原子の結合手から塩素原子を脱離させることができ、もって、テーパ部３５ａの最表層の珪素原子の結合手に他の珪素原子及び窒素原子をさらに結合させることができる。その結果、テーパ部３５ａにおいても窒化珪素薄膜３８を継続的に成長させてパッシベーション層３７を成膜することができ、もって、テーパ部３５ａのパッシベーション層３７によるカバレッジを向上することができる。なお、ドレイン電極３６のテーパ部にも同様にパッシベーション層３７を成膜することができ、ドレイン電極３６のテーパ部のパッシベーション層３７によるカバレッジを向上することができる。
また、図７の処理において、処理ガスは四弗化珪素ガスを含むので、処理ガスから生成された誘導結合プラズマにおける弗素ラジカルに起因する弗素原子によって最表層の珪素原子の結合手を最終的に終端することができる。その結果、パッシベーション層３７を安定的な膜にすることができる。
さらに、図７の処理において、処理ガスにおいて、四塩化珪素ガスの流量の比率は、１２．５％乃至７５％に設定され、好ましくは、２５％乃至５０％に設定される。すなわち、四塩化珪素ガスの流量の比率が７５％以下、好ましくは５０％以下なので、パッシベーション層３７へ過剰に塩素原子が含まれてパッシベーション層３７が不安定になるのを防止することができる。また、四塩化珪素ガスの流量の比率が１２．５％以上、好ましくは２５％以上なので、窒化珪素薄膜３８の成長時に塩素原子によって終端される最表層の珪素原子の結合手、すなわち、他の珪素原子及び窒素原子が結合する結合手の割合を増加させることできる。その結果、窒化珪素薄膜３８の成長を促進することができ、もって、テーパ部３５ａのパッシベーション層３７によるカバレッジを確実に向上することができる。
上述した図７の処理では、処理ガスが２種類の珪素系ガスである四弗化珪素ガス及び四塩化珪素ガスを含んだが、珪素系ガスが弗素原子及び塩素原子のいずれも含む場合、処理ガスは１種類の珪素系ガスのみを含んでもよい。例えば、処理ガスが窒素ガスやアルゴンガスの他に珪素系ガスとしてＳｉＣｌ３Ｆ（三塩化弗化珪素）ガスのみを含む場合、処理ガスから誘導結合プラズマを生成すると、窒素ラジカル及び珪素ラジカルがソース電極３５の表面において結合し、窒化珪素が堆積して窒化珪素薄膜３８が成膜される。このとき、プラズマ中には三塩化弗化珪素ガスから生成された弗素ラジカルや塩素ラジカルが存在し、窒化珪素薄膜３８における最表層の珪素原子の結合手が弗素原子だけでなく塩素原子によっても終端される（図８（Ａ））。
その後、誘導結合プラズマの生成を継続すると、ＴＦＴ３０の表層に発生するシースによって加速される陽イオンが窒化珪素薄膜３８をスパッタする。このとき、テーパ部３５ａの窒化珪素薄膜３８には陽イオンの運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分しか伝わらないが、珪素原子及び塩素原子の原子間結合力は珪素原子及び弗素原子の原子間結合力よりも小さいため、最表層の珪素原子の結合手から塩素原子が脱離する。その結果、平行部３５ｂだけでなくテーパ部３５ａにおいても、塩素原子が脱離した最表層の珪素原子の結合手に他の珪素原子及び窒素原子が結合し（図８（Ｂ））、窒化珪素薄膜３８が成長してパッシベーション層３７が成膜される（図８（Ｃ））。
次いで、誘導結合プラズマの生成を継続すると、窒化珪素薄膜３８における最表層の珪素原子の結合手が塩素原子によって終端されるが（図８（Ｃ））、当該塩素原子は弗素原子に置換され、最終的には最表層の珪素原子の結合手の殆どが弗素原子によって終端される（図８（Ｄ））。
したがって、処理ガスが窒素ガス、アルゴンガス及び三塩化弗化珪素ガスのみを含む場合であっても、テーパ部３５ａにおいて窒化珪素薄膜３８を継続的に成長させてパッシベーション層３７を成膜することができるとともに、パッシベーション層３７を安定的な膜にすることができる。
また、例えば、処理ガスが窒素ガスやアルゴンガスの他に珪素系ガスとしてＳｉＣｌ２Ｆ２（二塩化二弗化珪素）ガスのみを含む場合、処理ガスから誘導結合プラズマを生成すると、窒素ラジカル及び珪素ラジカルがソース電極３５の表面において結合し、窒化珪素が堆積して窒化珪素薄膜３８が成膜される。このときも、プラズマ中には二塩化二弗化珪素ガスから生成された弗素ラジカルや塩素ラジカルが存在し、窒化珪素薄膜３８における最表層の珪素原子の結合手が弗素原子だけでなく塩素原子によっても終端される（図９（Ａ））。
その後、誘導結合プラズマの生成を継続すると、テーパ部３５ａの窒化珪素薄膜３８には陽イオンの運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分しか伝わらないが、最表層の珪素原子の結合手から塩素原子が脱離する。その結果、平行部３５ｂだけでなくテーパ部３５ａにおいても、塩素原子が脱離した最表層の珪素原子の結合手に他の珪素原子及び窒素原子が結合し（図９（Ｂ））、窒化珪素薄膜３８が成長してパッシベーション層３７が成膜される（図９（Ｃ））。
次いで、誘導結合プラズマの生成を継続すると、窒化珪素薄膜３８における最表層の珪素原子の結合手が塩素原子によって終端され（図９（Ｃ））、さらに、当該塩素原子は弗素原子に置換され、最終的には最表層の珪素原子の結合手の殆どが弗素原子によって終端される（図９（Ｄ））。
したがって、処理ガスが窒素ガス、アルゴンガス及び二塩化二弗化珪素ガスのみを含む場合であっても、テーパ部３５ａにおいて窒化珪素薄膜３８を継続的に成長させてパッシベーション層３７を成膜することができるとともに、パッシベーション層３７を安定的な膜にすることができる。
さらに、例えば、処理ガスが窒素ガスやアルゴンガスの他に珪素系ガスとしてＳｉＣｌＦ３（塩化三弗化珪素）ガスのみを含む場合、処理ガスから誘導結合プラズマを生成すると、窒素ラジカル及び珪素ラジカルがソース電極３５の表面において結合し、窒化珪素が堆積して窒化珪素薄膜３８が成膜される。このときも、プラズマ中には塩化三弗化珪素ガスから生成された弗素ラジカルや塩素ラジカルが存在し、窒化珪素薄膜３８における最表層の珪素原子の結合手が弗素原子だけでなく塩素原子によっても終端される（図１０（Ａ））。
その後、誘導結合プラズマの生成を継続すると、テーパ部３５ａの窒化珪素薄膜３８には陽イオンの運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分しか伝わらないが、最表層の珪素原子の結合手から塩素原子が脱離する。その結果、平行部３５ｂだけでなくテーパ部３５ａにおいても、塩素原子が脱離した最表層の珪素原子の結合手に他の珪素原子及び窒素原子が結合し（図１０（Ｂ））、窒化珪素薄膜３８が成長してパッシベーション層３７が成膜される（図１０（Ｃ））。
次いで、誘導結合プラズマの生成を継続すると、窒化珪素薄膜３８における最表層の珪素原子の結合手が塩素原子によって終端され（図１０（Ｃ））、さらに、当該塩素原子は弗素原子に置換され、最終的には最表層の珪素原子の結合手の殆どが弗素原子によって終端される（図１０（Ｄ））。
したがって、処理ガスが窒素ガス、アルゴンガス及び塩化三弗化珪素ガスのみを含む場合であっても、テーパ部３５ａにおいて窒化珪素薄膜３８を継続的に成長させてパッシベーション層３７を成膜することができるとともに、パッシベーション層３７を安定的な膜にすることができる。
図８乃至図１０では、それぞれ、珪素系ガスとして三塩化弗化珪素ガス、二塩化二弗化珪素ガス又は塩化三弗化珪素ガスのみを用いる場合について説明したが、これらの珪素系ガスは混同して用いてもよく、例えば、三塩化弗化珪素ガス及び二塩化二弗化珪素ガスを混同してもよく、さらに、三塩化弗化珪素ガス、二塩化二弗化珪素ガス及び塩化三弗化珪素ガスを混同してもよく、三塩化弗化珪素ガス、二塩化二弗化珪素ガスや塩化三弗化珪素ガスは四弗化珪素ガスや四塩化珪素ガスと混同してもよい。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法について説明する。
本実施の形態は、パッシベーション層が窒化珪素ではなく酸化珪素で構成される点で第１の実施の形態と異なるのみであり、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図１１は、本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法を説明するための工程図である。
まず、四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガス及び酸素ガスから誘導結合プラズマを生成すると、チャネル３４やソース電極３５の表面に酸素ラジカル及び珪素ラジカルが結合し、酸化珪素が堆積して酸化珪素薄膜３９が成膜される。このとき、プラズマ中の弗素ラジカルだけでなく塩素ラジカルが酸化珪素薄膜３９における最表層に到達し、当該最表層の珪素原子の結合手が弗素原子だけでなく塩素原子によっても終端される（図１１（Ａ））。
その後、誘導結合プラズマの生成を継続すると、ＴＦＴ３０の表層に発生するシースによって加速される陽イオンが酸化珪素薄膜３９をスパッタする。このとき、テーパ部３５ａの酸化珪素薄膜３９には陽イオンの運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分しか伝わらないが、珪素原子及び塩素原子の原子間結合力は珪素原子及び弗素原子の原子間結合力よりも小さいため、最表層の珪素原子の結合手から塩素原子が脱離する。その結果、平行部３５ｂだけでなくテーパ部３５ａにおいても、塩素原子が脱離した最表層の珪素原子の結合手に他の珪素原子及び酸素原子が結合し（図１１（Ｂ））、酸化珪素薄膜３９が成長して酸化珪素からなるパッシベーション層４０が成膜される（図１１（Ｃ））。
次いで、誘導結合プラズマの生成を継続すると、酸化珪素薄膜３９における最表層の珪素原子の結合手が塩素原子によって終端されるが（図１１（Ｃ））、当該塩素原子は弗素原子に置換され、最終的には最表層の珪素原子の結合手の殆どが弗素原子によって終端される（図１１（Ｄ））。
図１２は、本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法としてのパッシベーション層の成膜処理を示すフローチャートである。
まず、プラズマＣＶＤ成膜装置１０において、窒素ガス供給部２４の代わりに酸素ガス供給部を設け、チャンバ１１の内部に四弗化珪素ガス供給部２０、四塩化珪素ガス供給部２２、酸素ガス供給部及び希ガス供給部２６からそれぞれ四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを供給する（ステップＳ１２０１）。このときも、第１の実施の形態と同様に、四弗化珪素ガス及び四塩化珪素ガスの合計流量に対する四塩化珪素ガスの流量の比率は、１２．５％乃至７５％に設定され、好ましくは、２５％乃至５０％に設定される。
次いで、ＩＣＰアンテナ１３に高周波電源２８から高周波電流を流してチャンバ１１の内部に磁界を発生させ、磁界によって生成される誘導電界がチャンバ１１の内部に供給された四弗化珪素ガス等から誘導結合プラズマを生成する（ステップＳ１２０２）。
次いで、プラズマ中の珪素ラジカルや酸素ラジカルがチャネル３４やソース電極３５の表面において結合して酸化珪素が堆積し（ステップＳ１２０３）、酸化珪素薄膜３９が成膜され、最表層の珪素原子の結合手がプラズマ中の塩素ラジカルに起因する塩素原子によって終端される（ステップＳ１２０４）。
次いで、誘導結合プラズマの生成を継続すると、プラズマ中の陽イオンによるスパッタリングによってテーパ部３５ａや平行部３５ｂにおける最表層を構成する酸化珪素における珪素原子の結合手から塩素原子が脱離し（ステップＳ１２０５）、当該結合手に他の珪素原子及び酸素原子が結合する（ステップＳ１２０６）。これにより、テーパ部３５ａや平行部３５ｂにおいて酸化珪素薄膜３９が成長する。さらに誘導結合プラズマの生成を継続すると、成長した酸化珪素薄膜３９における最表層の珪素原子の結合手がプラズマ中の塩素ラジカルに起因する塩素原子によって終端されるが（ステップＳ１２０７）、当該塩素原子はプラズマ中の弗素ラジカルに起因する弗素原子に置換され、最表層の珪素原子の結合手が弗素原子によって終端されていく（ステップＳ１２０８）。
その後、第１の実施の形態と同様の所定時間が経過するまで（ステップＳ１２０９でＮＯ）、誘導結合プラズマの生成が継続されてステップＳ１２０５乃至ステップＳ１２０８が繰り返して実行され、所定時間が経過すると（ステップＳ１２０９でＹＥＳ）、本処理を終了する。
図１２の処理によれば、四弗化珪素ガス、四塩化珪素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを含む処理ガスから生成された誘導結合プラズマによって酸化珪素膜からなるパッシベーション層４０が成膜される。このとき、最初に、ソース電極３５のテーパ部３５ａや平行部３５ｂへ酸化珪素薄膜３９が成膜され、酸化珪素薄膜３９における最表層の珪素原子の結合手が弗素原子だけでなく塩素原子によっても終端されるが、珪素原子及び塩素原子の原子間結合力は珪素原子及び弗素原子の原子間結合力よりも小さいため、プラズマ中の陽イオンの運動エネルギーのうちテーパ部３５ａに垂直な成分のみであっても、テーパ部３５ａにおける酸化珪素薄膜３９の最表層の珪素原子の結合手から塩素原子を脱離させることができ、もって、テーパ部３５ａの最表層の珪素原子の結合手に他の珪素原子及び酸素原子をさらに結合させることができる。その結果、テーパ部３５ａにおいても酸化珪素薄膜３９を継続的に成長させてパッシベーション層４０を成膜することができ、もって、テーパ部３５ａのパッシベーション層４０によるカバレッジを向上することができる。
以上、本発明について、各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。
上述した各実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法は、図２のバックチャネルエッチ型のＴＦＴ３０の製造方法に適用されたが、ＩＧＺＯからなるチャネルを有する他のＴＦＴの製造方法に適用されてもよい。
例えば、上述した各実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法が適用されるＴＦＴとしては、図１３に示すエッチストップ型のＴＦＴや図１４に示すトップゲート型のＴＦＴであってもよい。
図１３は、図５や図１１の本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法が適用されるエッチストップ型のＴＦＴの構成を示す断面図である。
図１３において、ＴＦＴ４１は、基板Ｓ上に成膜されたアンダーコート層３１と、アンダーコート層３１上に部分的に形成されたゲート電極３２と、アンダーコート層３１及びゲート電極３２を覆うように形成されたゲート絶縁膜３３と、ゲート絶縁膜３３の上においてゲート電極３２の直上に配置されるように形成されたＩＧＺＯからなるチャネル３４と、ゲート絶縁膜３３の上に形成されてチャネル３４を覆う層間絶縁膜４２と、層間絶縁膜４２上に形成されて層間絶縁膜４２を貫通してそれぞれチャネル３４に接続されるソース電極３５及びドレイン電極３６と、層間絶縁膜４２、ソース電極３５及びドレイン電極３６を覆うように形成されたパッシベーション層４３とを備える。ＴＦＴ４１でも、ゲート絶縁膜３３が図中下方から積層された窒化珪素膜３３ａ及び酸化珪素膜３３ｂを有し、パッシベーション層４３は窒化珪素膜又は酸化珪素膜からなり、図５や図１１の本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法はパッシベーション層４３の成膜に適用される。
図１４は、図５や図１１の本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法が適用されるトップゲート型のＴＦＴの構成を示す断面図である。
図１４において、ＴＦＴ４４は、基板Ｓ上に成膜されたアンダーコート層４５と、アンダーコート層４５を覆う酸化珪素からなる下地層４６と、下地層４６上に部分的に形成されたＩＧＺＯからなるチャネル４７と、下地層４６及びチャネル４７を覆うように形成されたゲート絶縁膜４８と、ゲート絶縁膜４８の上においてチャネル４７の直上に配置されるように部分的に形成されたゲート電極４９と、ゲート絶縁膜４８の上に形成されてゲート電極４９を覆う層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されて層間絶縁膜５０及びゲート絶縁膜４８を貫通してそれぞれチャネル４７に接続されるソース電極５１及びドレイン電極５２と、層間絶縁膜５０、ソース電極５１及びドレイン電極５２を覆うように形成されたパッシベーション層５３とを備える。ＴＦＴ４４では、ゲート絶縁膜４８が窒化珪素膜又は酸化珪素膜からなり、図５や図１１の本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法はゲート絶縁膜４８の成膜に適用される。
上述した図５や図１１の本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法は、パッシベーション層３７，４０，４３やゲート絶縁膜４８だけでなく、他の絶縁膜、例えば、ゲート保護膜３３、層間絶縁膜４２，５０、下地層４６やパッシベーション層５３の成膜に適用されてもよい。
また、図５や図１１の本実施の形態に係るプラズマを用いた成膜方法では、窒化珪素のみ、又は酸化珪素のみからなるパッシベーション層３７，４０が成膜されたが、処理ガスに酸素ガス及び窒素ガスの両方を含ませることにより、酸化珪素及び窒化珪素が混合したパッシベーション層、或いは酸窒化珪素からなるパッシベーション層を成膜してもよい。
また、上述した本実施の形態では、ソース電極やドレイン電極においてパッシベーション層を形成する際に本発明を適用する場合について述べたが、電子デバイス構造においてテーパ部を膜によって被覆する場合にも本発明が適用可能であることは言うまでも無い。
Ｓ 基板
１０ プラズマＣＶＤ成膜装置
３４ チャネル
３５ ソース電極
３６ ドレイン電極
３７，４０，４３ パッシベーション層
４８ ゲート絶縁膜

Claims (9)

  1. 処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマによって珪素原子を含む膜を電子デバイス構造のテーパ部に成膜するプラズマを用いた成膜方法であって、
    前記処理ガスはいずれも水素原子を含まない第１のガス及び第２のガスを含み、
    前記第１のガスは珪素原子及び弗素原子以外のハロゲン原子を含み、前記珪素原子及び前記ハロゲン原子の原子間結合力は前記珪素原子及び前記弗素原子の原子間結合力よりも小さく、
    前記第２のガスは窒素原子及び酸素原子の少なくともいずれかを含むことを特徴とするプラズマを用いた成膜方法。
  2. 前記処理ガスは四弗化珪素ガスをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のプラズマを用いた成膜方法。
  3. 前記第１のガスは四塩化珪素ガスであることを特徴とする請求項２記載のプラズマを用いた成膜方法。
  4. 前記第２のガスは窒素ガスであり、前記珪素原子を含む膜は窒化珪素膜であることを特徴とする請求項３記載のプラズマを用いた成膜方法。
  5. 前記処理ガスにおいて、前記四弗化珪素ガス及び前記四塩化珪素ガスの合計流量に対する前記四塩化珪素ガスの流量の比率は、１２．５％乃至７５％であることを特徴とする請求項４記載のプラズマを用いた成膜方法。
  6. 前記処理ガスにおいて、前記四弗化珪素ガス及び前記四塩化珪素ガスの合計流量に対する前記四塩化珪素ガスの流量の比率は、２５％乃至５０％であることを特徴とする請求項５記載のプラズマを用いた成膜方法。
  7. 前記第１のガスは三塩化弗化珪素ガス、二塩化二弗化珪素ガス及び塩化三弗化珪素ガスの少なくともいずれからなることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマを用いた成膜方法。
  8. 前記珪素原子を含む膜は酸化物半導体を保護する保護膜であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマを用いた成膜方法。
  9. 前記珪素原子を含む膜はゲート絶縁膜であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマを用いた成膜方法。
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