JP6062015B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
する。
成される薄膜トランジスタ(TFT)は、薄膜集積回路や液晶表示装置などに応用されて
いる。特に液晶表示装置の画素に設けられるスイッチング素子として、薄膜トランジスタ
の用途が拡大している。
導体特性を示す金属酸化物を用いて薄膜トランジスタを製造する技術が注目を集めている
。これまで金属酸化物といえば酸化インジウムが良く知られた材料であり、導電性が高い
ことから液晶表示装置で必要とされる透明電極材料として用いられている。
タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などが代表的な材料として例示されて
いる。そして、このような半導体特性を示す金属酸化物(酸化物半導体)をチャネル形成
領域とする薄膜トランジスタが既に知られている(特許文献1乃至4、非特許文献1)。
モロガス相を有するInGaO3(ZnO)m(m:自然数)は、In、Ga及びZnを
有する多元系酸化物半導体として知られている(非特許文献2乃至4)。そして、このよ
うなIn−Ga−Zn系酸化物で構成される酸化物半導体を薄膜トランジスタのチャネル
層として適用可能であることが確認されている(特許文献5、非特許文献5及び6)。
過程において化学量論的組成からのずれが生じてしまう。例えば、酸素の過不足によって
酸化物半導体の電気伝導度が変化してしまう。酸化物半導体膜の製造過程で混入する水素
や水分は、酸素(O)−水素(H)結合を形成して酸化物半導体中で電子供与体となり、
電気伝導度を変化させる要因となることが問題となっている。また、OH基は極性分子で
あるため、OH基を多量に含む酸化物半導体膜で薄膜トランジスタを形成すると、特性変
動を招く要因となる。
及びそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。
保持された処理室内に基板を保持し、該基板を400℃未満の温度となるように制御し、
処理室内の残留水分を除去しつつ、該処理室に水素及び水分が除去されたスパッタガスを
導入し、金属酸化物をターゲットとして用い、基板に酸化物半導体膜を形成することを要
旨とする。
ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用い
ることが好ましい。ターボ分子ポンプのように、タービン翼を高速回転させて気体を排気
する真空ポンプは、水素などの軽い気体に対する排気速度が低下するといった特性を有す
る。そのため、スパッタリング装置の処理室内に残留する水素や水分を十分に排気して、
高純度の酸化物半導体膜を作製するために、ターボ分子ポンプを用いることは適切ではな
い。一方、吸着型の真空ポンプは、水素などの軽い気体に対しても十分な排気能力がある
ため、スパッタリング装置の処理室内に残留する水素や水分を除去して、酸化物半導体膜
中に含まれる水素濃度を5×1019/cm3以下にまで低減することが可能となる。
いることができる。また、ターゲットとして、インジウム、ガリウム、亜鉛を含む金属酸
化物を用いることができる。
化を図る保護膜を作製する過程を含む半導体装置の作製方法である。この作製方法の一態
様は、ゲート電極及び該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜が形成された基板を第1の処理室
に導入し、該基板を400℃未満の温度となるように制御し、第1の処理室内の残留水分
を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、第1処理室内に装着され
少なくとも酸化亜鉛を含む金属酸化物をターゲットとして基板上に酸化物半導体膜を形成
する。
処理室に導入し、該基板を100℃未満の温度になるように制御し、第2の処理室内の残
留水分を除去しつつ水素及び水分が除去された酸素を含むスパッタガスを導入し、第2処
理室内に装着されたシリコン半導体のターゲットを用い基板上に欠陥を含む酸化シリコン
膜を形成する。
から400℃に加熱して、酸化物半導体膜中に含まれる水素若しくは水分を欠陥を含む酸
化シリコン膜側に拡散させ、該酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を形成する。
する際に、第1の処理室及び/又は第2の処理室の排気は吸着型の真空ポンプを用いるこ
とが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプ
を用いることが好ましい。
上記吸着型の真空ポンプは、酸化物半導体膜及び/又は酸化シリコン膜に含まれる水素
、水酸基又は水素化物の量を低減するように作用する。
酸化亜鉛を主成分として含むものを用いることができる。また、ターゲットとして、イン
ジウム、ガリウム、亜鉛を含む金属酸化物を用いることができる。
シリコン半導体のターゲット又は合成石英のターゲットを用いることができる。
付く用語は、要素を区別するために便宜的に付与しているものであり、数的に限定するも
のではなく、特に限定されない限り配置及び段階の順序を限定するものでもない。
本発明を開示又は特定するために、ある構成要素が他の構成要素の「上」にある、或い
は「下」にあると言及されたときには、その他の構成要素に直接的に形成されている場合
もあるが、中間に他の構成要素が存在する場合もあると理解されなければならない。
本発明を開示又は特定するために用いられる用語において、単数の表現は、文脈上で明
白に相違して意味していない限り、複数の表現を含む。「含む」または「有する」などの
用語は、明細書中に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品、または
これらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、1つまたはそ
れ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品、またはこれらを組み合わ
せたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものであると理解されな
ければならない。
本発明を開示又は特定するために用いられる用語において、特別に定義されない限り、
技術的あるいは科学的な用語を含んで用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野
において通常の知識を有する者にとって一般的に理解され得るものと同じ意味を有してい
る。一般的に用いられる辞書に定義されているものと同じ用語は、関連技術の文脈上で有
する意味と一致する意味を有するものと解釈されなければならず、本出願で明白に定義し
ない限り、理想的あるいは過度に形式的な意味として解釈されない。
半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより酸化物半導体
膜の安定化を図ることができる。
中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減す
ることができる。また、酸化物半導体膜に接して欠陥を含む酸化シリコン膜を設けること
で酸化物半導体膜中の水素、水分を酸化シリコン膜へ拡散させ酸化物半導体膜の水素及び
水素化合物の濃度を低減することができる。
とで、酸化物半導体膜から該酸化シリコン膜に水素、水分を拡散させつつ、同時に外気か
ら水分の侵入を防ぐバリア膜を設けることができる。
限定されず、その発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細をさま
ざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、開示される発明
は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
いる場合がある。なお、図面において示す構成要素、すなわち層や領域等の厚さ幅、相対
的な位置関係等は、実施の形態において説明する上で明確性のために誇張して示される場
合がある。
板100上にゲート電極101a、及びゲート電極と同じ層で形成される第1配線101
bを有している。ゲート電極101a及び第1配線101b上にはゲート絶縁層102が
形成されている。ゲート絶縁層102は酸化物絶縁材料で形成されていることが好ましい
。
102bで形成されている場合を示している。この場合、酸化物半導体層123に接する
第2のゲート絶縁層102bが酸化物絶縁材料で形成されていることが好ましい。ゲート
絶縁層102を介してゲート電極101a上に酸化物半導体層123が形成されている。
形成されている。酸化物絶縁膜105が、ソース電極104a及びドレイン電極104b
の上層に設けられている。酸化物絶縁膜105は、ソース電極104a及びドレイン電極
104b間において、酸化物半導体層123と接するように設けられている。酸化物絶縁
膜105上には保護絶縁膜106が設けられている。
、コンタクトホール108を介して第1配線101bと第2配線104cが接続されてい
る。
(D)を参照して説明する。
02、酸化物半導体膜103を形成する段階を示す。
とが可能である。例えば、ガラス基板としてアルミノシリケートガラス、アルミノホウケ
イ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いることができる。酸化ホ
ウ素と比較して酸化バリウム(BaO)を多く含ませることでより実用的な耐熱ガラスが
得られる。このためB2O3よりBaOを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
によりゲート電極101a、及び第1配線101bを含む第1配線層を形成する。ゲート
電極101aの端部はテーパ形状であることが好ましい。レジストマスクはインクジェッ
ト法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを
使用しないため、製造コストを低減できる。
a、Ti、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述し
た元素を組み合わせた合金を用いることができる。また、上述した金属に加え、シリコン
または銅、ネオジム、またはスカンジウムなどの金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することもできる。例えば、Al膜の上層側
及び下層側をTi膜で挟んだ積層構造でゲート電極101a、及び第1配線101bを形
成することができる。
を形成することもできる。透光性を有する導電膜としては、透明導電性酸化物等をその例
に挙げることができる。
2はプラズマCVD法又はスパッタリング法で形成することができる。ゲート絶縁層10
2は酸化シリコン、酸化アルミニウムなどの酸化物絶縁膜で形成する。酸化シリコン膜、
酸化アルミニウム膜はスパッタリング法で作製することができる。例えば、スパッタリン
グ法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又
は石英ターゲットを用い、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを
用いて行う。スパッタリング法で作製される酸化シリコン膜や酸化アルミニウム膜は、膜
中に含まれる水素が少ないので、酸化物半導体膜103と接するゲート絶縁層102とし
て好ましい態様となる。ゲート絶縁層102に水素が多量に含まれると、該水素が酸化物
半導体膜103に拡散して、トランジスタの特性を変動させる要因となるからである。
ン層を積層した構造とすることもできる。例えば、図2(A)で示すように、第1のゲー
ト絶縁層102aとしてスパッタリング法により窒化シリコン層(SiNy(y>0))
を形成し、第1のゲート絶縁層102a上に第2のゲート絶縁層102bとして酸化シリ
コン層(SiOx(x>0))を積層して、膜厚100nmのゲート絶縁層102とする
。
成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極101a、及び第1
配線101bが形成された基板100を200℃以上の温度で加熱し、基板100に吸着
した不純物を除去することが好ましい。
パッタリング法により成膜する。酸化物半導体膜の例としては、In−Ga−Zn−O系
非単結晶膜、In−Sn−Zn−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O
系、Al−Ga−Zn−O系、Sn−Al−Zn−O系、In−Zn−O系、Sn−Zn
−O系、Al−Zn−O系、In−O系、Sn−O系、Zn−O系の酸化物半導体膜を用
いる。また、酸化物半導体膜103は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰
囲気下、又は希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気下においてスパッタリング法
により形成することができる。スパッタリング法を用いる場合、酸化シリコンを2重量%
以上10重量%以下含むターゲットを用いて成膜を行い、膜中に酸化シリコンを含ませる
ようにしても良い。酸化シリコンを含む酸化物半導体膜は、該酸化シリコンが酸化物半導
体膜の結晶化を阻害するので、後の工程で行う脱水化または脱水素化のための加熱処理の
際に酸化物半導体膜が結晶化してしまうのを抑制することができる。
鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。金属酸化物のターゲッ
トの他の例としては、In、Ga、及びZnを含む酸化物半導体ターゲット(組成比とし
て、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol%]、In:Ga:Zn=1
:1:0.5[at.%])を用いることができる。酸化物半導体ターゲットの充填率は
90%以上100%以下、好ましくは95%以上99.9%以下である。充填率の高い酸
化物半導体ターゲットを用いることにより、作製される酸化物半導体膜は緻密な膜となる
。
処理室内に基板を保持し、基板を400℃未満の温度に加熱する。そして、処理室内の残
留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をター
ゲットとして基板上に酸化物半導体膜を成膜する。処理室内の残留水分を除去するために
は、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポン
プ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、
ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて
排気した成膜室は、例えば、水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子
を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純
物の濃度を低減できる。
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を100mm、圧力0.6Pa
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流(DC)電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一とな
るために好ましい。酸化物半導体膜103の厚さは5nm以上50nm以下とすることが
好ましい。勿論、酸化物半導体膜の厚さは前記範囲に限定されるものではなく、トランジ
スタの特性を考慮して適宜設定されるものである。
量分析(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry
)による水素濃度の定量結果が2×1019cm−3以下好ましくは5×1018cm−
3以下に抑制された酸化物半導体膜を得ることができる。
、スパッタ法で成膜されたままの状態の酸化物半導体膜中の水素濃度を、二次イオン質量
分析法で測定した結果を示す。
物半導体膜である。この酸化物半導体膜は、ターゲットとしてIn:Ga:Znの比が1
:1:0.5である金属酸化物ターゲット(高純度化学研究所製、相対密度80%品)を
用い、スパッタガスとしてArと酸素を用い(Ar/O2=30/15sccm)、T/
S距離=60mm、DC電力0.5kW、成膜圧力0.4Paの条件で作製した試料であ
る。
ターボ分子ポンプで排気しながら作製した酸化物半導体膜である。この酸化物半導体膜は
、スパッタガスとしてArと酸素を用い(Ar/O2=10/5sccm)、T/S距離
=170mm、DC電力0.5kW、成膜圧力0.4Paの条件で作製した試料である。
た酸化物半導体膜)は膜中において水素濃度が5×1019/cm3以下に低減している
のに対し、比較例の試料は水素濃度が1×1020/cm3以上となっている。図5の結
果は、明らかにクライオポンプのような吸着型の真空ポンプで水分を除去しながらスパッ
タ成膜した方が、酸化物半導体膜中の水素濃度を低減できることを示している。
し、酸化物半導体層113を形成し、第3のフォトリソグラフィ工程によりコンタクトホ
ール108を形成する段階を示す。酸化物半導体層113を形成するためのレジストマス
クは、インクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成す
るとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
させるものである。
する段階を示す。導電膜としては、Ti、Mo、W、Al、Cr、Cu、Ta、から選ば
れた金属、当該金属を成分とする合金、または当該金属を組み合わせた合金等を用いる。
導電膜は、上述した金属を含む単層に限定されず、二層以上の積層構造としても良い。例
えば、チタン膜(膜厚100nm)とアルミニウム膜(膜厚200nm)とチタン膜(膜
厚100nm)の3層構造の導電膜を形成する。また、チタン膜に変えて窒化チタン膜を
用いてもよい。
導電膜を選択的にエッチング除去してソース電極104a、ドレイン電極104b、第2
配線104cを形成する。図2(C)は、第2配線104cが第1のゲート絶縁層102
a、第2のゲート絶縁層102bに形成されたコンタクトホール108によって、第1配
線101bと接触するように形成される構成を示している。
膜のみを選択的に除去する。酸化物半導体層113に接する部分の導電膜のみを選択的に
除去するため、アルカリ性のエッチング液としてアンモニア過水(組成の重量比として、
過酸化水素:アンモニア:水=5:2:2)などを用いると、金属導電膜を選択的に除去
し、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体からなる酸化物半導体層123を残存させるこ
とができる。ソース電極104a、ドレイン電極104b及び第2配線104cを形成す
るためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインク
ジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
成された酸化物半導体層123上に、酸化物絶縁膜105、保護絶縁膜106を形成する
段階を示す。
域において、酸化物半導体層123と酸化物絶縁膜105が接するように形成する。ソー
ス電極104a、ドレイン電極104bとに挟まれる領域であって、ゲート電極に重畳し
、酸化物絶縁膜105とゲート絶縁層102に接して挟まれる酸化物半導体層の領域がチ
ャネル形成領域となる。
層と同様に膜中に水素が多量に含まれないようにするためである。そのため、酸化物絶縁
膜105をスパッタリング法で成膜する際にも、酸化物半導体層と同様に、処理室内の残
留水素、水酸基又は水分を除去しつつ成膜を行うことが好ましい。酸化物絶縁膜105を
形成する材料としては、酸化シリコンや酸化アルミニウムが選択される。
えば、純度が6Nであり、ボロンがドープされたシリコンターゲット(抵抗値0.01Ω
cm)を用い、基板とターゲットの間との距離(T−S間距離)を89mm、圧力0.4
Pa、直流(DC)電源6kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下でパルスDCス
パッタ法により酸化シリコン膜を成膜する。スパッタリング法で酸化シリコン膜を作製す
ることで、膜中に欠陥(構造欠陥によるもので、所謂未結合手によるもの)を含ませるこ
とができる。スパッタリング法は、ターゲットからスパッタされた原子又は粒子を基板に
付着させる物理的堆積法であり、基板に付着した原子又は粒子は急激に冷却されるため、
構造欠陥を含んだ薄膜が形成されやすいためである。なお、シリコンターゲットに代えて
石英(好ましくは合成石英)を酸化シリコン膜を成膜するためのターゲットとして用いる
ことができる。
ては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、または窒化アルミニウムなどを用いる。保
護絶縁膜106として、窒化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜はスパッタリング法
で成膜することができる。
化物半導体膜中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁膜(欠陥を含む酸化シリコン膜
)に拡散させることができる。酸化物絶縁膜105は欠陥(ダングリングボンド)を多く
含むため、酸化物半導体層123に含まれる水素、水酸基又水分等の不純物は、酸化物半
導体層123と酸化物絶縁膜105が接する界面を介して、酸化物絶縁膜105に拡散す
る。具体的には、酸化物半導体層123に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原子を含
む化合物や、炭素原子を含む化合物等が酸化物絶縁膜105に拡散移動し易くなる。
で、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより
トランジスタの特性安定化を図ることができる。
中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減す
ることができる。酸化物半導体膜に接して欠陥を含む酸化シリコン膜を設けることで酸化
物半導体膜中の水素、水分を酸化シリコン膜へ拡散させ酸化物半導体膜の水素及び水素化
合物の濃度を低減することができる。
とで、酸化物半導体膜から該酸化シリコン膜に水素、水分を拡散させつつ、同時に外気か
ら水分の侵入を防ぐバリア膜を設けることができる。
いた表示装置などのバックプレーン(薄膜トランジスタが形成された基板)の製造に用い
ることができる。上記の工程は、400℃以下の温度で行われるため、厚さが1mm以下
で、一辺が1mを超えるガラス基板を用いる製造工程にも適用することができる。また、
400℃以下の処理温度で全ての工程を行うことができるので、表示パネルを製造するた
めに多大なエネルギーを消費しないで済む。
きる成膜装置の一例を示す。
基板又は処理済みの基板を収納するカセット210が設置されている。ローダー室207
と、アンローダー室208の間には第1の搬送室201があり、基板を搬送する搬送手段
209が設置されている。
が設置され、ゲートバルブを介して周囲に4つの処理室(第1の処理室203、第2の処
理室204、第3の処理室205、及び第4の処理室206)が接続されている。なお、
第1の処理室203はゲートバルブを介して、一方が第1の搬送室201と接続され、他
方が第2の搬送室202と接続されている。
、及び第4の処理室206には、それぞれ排気手段212が設けられている。これらの排
気手段は各処理室の使用用途に応じて適宜排気装置を選定すればよいが、特にクライオポ
ンプなどの吸着型の排気手段を備えた構成が好ましい。また、排気手段はターボポンプに
コールドトラップを備えた構成であってもよい。これらの排気手段の構成は、処理室内に
残留する水分を冷却された金属表面に吸着させる作用があるため、酸化物半導体膜の高純
度化を図る目的において有効である。
酸化物半導体膜に接する膜、及び酸化物半導体膜の成膜前後の工程において、処理室内に
残留する水分が不純物として混入しないよう、クライオポンプなどの排気手段を用いるこ
とが好ましい。
203は、大気圧状態の第1の搬送室201から減圧状態の第2の搬送室202に、基板
を搬送する受け渡し室の役割を有している。受け渡し室を設けることにより、第2の搬送
室202を大気による汚染から守ることができる。
パッタリング法により窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化物半導体膜を成膜するため
の構成が備えられている。すなわち、各処理室にはターゲット、基板加熱手段が備えられ
、スパッタガスを導入するガス供給手段、グロー放電生成手段が付加されている。
電極101a及び第1配線101bが形成された基板にゲート絶縁膜と酸化物半導体膜を
連続成膜する方法について説明する。
び第1配線101bが形成された基板100を搬送する。次いで、ゲートバルブを閉じ第
1の処理室203で基板100を予備加熱し、基板に吸着した不純物を脱離させ排気する
。不純物は、例えば、水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む
化合物などである。
0を第3の処理室205に搬送して酸化シリコン膜を成膜してゲート絶縁層102を形成
する。第2の処理室204、及び第3の処理室205はクライオポンプ等により排気され
、成膜室内の不純物濃度が低減されていると好ましい。不純物が低減された処理室内で積
層された窒化シリコン膜と酸化シリコン膜は、含有する水素、水酸基又は水分等が低減さ
れたゲート絶縁層102として用いる。
のターゲットを備えており、排気手段としてクライオポンプを有している。第3の処理室
205では、酸化物半導体層を成膜する。第3の処理室205では室内に残留する水分が
クライオポンプにより除去され、酸化物半導体膜103の水素濃度を低減することができ
る。また、酸化物半導体膜103は基板を加熱しながら成膜する。クライオポンプにより
処理室内に残留する水分を除去しながらスパッタ成膜を行うことで、酸化物半導体膜10
3を成膜する際の基板温度は400℃以下とすることができる。
連続して形成することができる。図3では、3つ以上の処理室が搬送室を介して接続する
構成を有しているがこれに限られない。例えば、基板の搬入口と搬出口を有し、各処理室
が互いに接続する構成、所謂インライン型の構成としてもよい。
保護絶縁膜106を形成するための成膜装置の一例を示す。
及び処理後の基板を収納するカセット310が設置されている。
れ、ゲートバルブを介して周囲に5つの処理室(第1の処理室302、第2の処理室30
3、第3の処理室304、第4の処理室305、及び第5の処理室306)と接続されて
いる。
の処理室303、第3の処理室304、第4の処理室305、及び第5の処理室306に
は、それぞれ排気手段313が設けられており、減圧状態を実現できる。また、これらの
排気手段は各処理室の使用用途に応じて適宜排気装置を選定すればよいが、特にクライオ
ポンプを備えた排気手段が好ましい。また、ターボポンプにコールドトラップを備えた手
段であってもよい。
渡し室の役割を有している。受け渡し室を設けることにより、搬送室301を大気による
汚染から守ることができる。
基板加熱手段311が設けられている。第2の処理室303、第3の処理室304には、
それぞれスパッタリング法により酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を成膜するための構成
が備えられている。すなわち、各処理室にはターゲット、基板加熱手段が備えられ、スパ
ッタガスを導入するガス供給手段、グロー放電生成手段が付加されている。また、第5の
処理室306には冷却手段312が設けられている。
23上に、酸化物絶縁膜105及び保護絶縁膜106を形成する方法について説明する。
と概略等しくなったら、ゲートバルブを開き搬送室301を介してローダー室307から
第1の処理室302へ基板100を搬送する。
不純物を脱離し排気することが好ましい。不純物としては、例えば、水素原子や、H2O
など水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合物などである。なお、予備加熱の温度
としては、100℃以上400℃以下好ましくは150℃以上300℃以下である。なお
、第1の処理室302に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。基板100に吸着
していた不純物が予備加熱により脱離し、第1の処理室302内に拡散するため、クライ
オポンプを用いて不純物を第1の処理室302から排出する必要がある。なお、この予備
加熱の処理は省略することもできる。
酸化物絶縁膜105として酸化シリコン膜を成膜する。第2の処理室303はクライオポ
ンプ等により排気され、成膜室内の不純物濃度が低減されている。不純物が低減された処
理室内で成膜された酸化物絶縁膜は、不純物濃度が抑制される。具体的には、酸化物絶縁
膜に含まれる水素濃度を低減することができる。また、酸化物絶縁膜105は基板100
を加熱しながら成膜しても良いが、酸化物絶縁膜105に欠陥を含ませるため室温から2
00℃程度の温度で成膜することが好ましい。
ーゲットとして石英ターゲットまたはシリコンターゲットを用いることができる。石英タ
ーゲットまたはシリコンターゲットを用いて、酸素、及び希ガス雰囲気下でスパッタリン
グ法により成膜した酸化シリコン膜は、シリコン原子または酸素原子の未結合手(ダング
リングボンド)を含ませることができる。
より、酸化物半導体層123に含まれる水素、水酸基又は水分などの不純物は、酸化物半
導体層123と酸化物絶縁膜105が接する界面を介して、酸化物絶縁膜105に拡散し
易くなる。具体的には、酸化物半導体層123に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原
子を含む化合物が酸化物絶縁膜105に拡散移動し易くなる。その結果、酸化物半導体層
123の不純物濃度が低減される。
膜106を成膜する。保護絶縁膜106としては、不純物元素の拡散を防止する機能があ
ればよく、例えば窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などにより形成することができる
。また、第3の処理室304はクライオポンプ等により排気され、処理室内の不純物濃度
が低減されている状態が好ましい。
を防止する。不純物は、水素、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合
物などである。
ば、シリコンターゲットを用い、第3の処理室304に窒素とアルゴンの混合ガスを導入
して、反応性スパッタリングにより成膜を行う。基板温度を、200℃以上400℃以下
例えば200℃以上350℃以下として成膜する。加熱しながら成膜することにより、水
素、水酸基又は水分など水素原子を含む不純物を酸化物絶縁膜105に拡散させ、酸化物
半導体層123における当該不純物濃度を低減させることができる。特に、水素原子の拡
散が促進される200℃以上350℃以下の温度範囲が好適である。
せ、酸化物半導体層123における当該不純物濃度を低減させるために、保護絶縁膜10
6を成膜した後に加熱処理を行っても良い。
理を行う。成膜後の加熱処理において基板温度を200℃以上400℃以下とする。加熱
処理により、酸化物半導体層に含まれる不純物を酸化物半導体層123と酸化物絶縁膜1
05が接する界面を介して、酸化物絶縁膜105に拡散し易くなる。具体的には、不純物
を酸化物半導体層123に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物が酸化
物絶縁膜に拡散移動し易くなる。その結果、酸化物半導体層の不純物濃度が低減される。
板温度Tから、再び水等の不純物が入らないよう、十分低い温度まで冷却する。具体的に
は基板温度Tよりも100℃以上下がるまで徐冷する。冷却は、ヘリウム、ネオン、アル
ゴン等を第5の処理室306に導入して行ってもよい。なお、冷却に用いる窒素、または
ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。
または、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9
999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1p
pm以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
物を低減できる。処理室の内壁に吸着していた不純物が脱離し、成膜中の基板や、膜の中
に不純物が混入する不具合を低減できる。また、予備加熱中の雰囲気から脱離する不純物
を排気して、基板に再吸着される現象を防ぐことができる。
123に接して酸化物絶縁膜105を設けることにより、酸化物半導体層123に含まれ
る不純物、具体的には水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物が酸化物半導体層1
23から酸化物絶縁膜105へ拡散若しくは移動し、その結果、酸化物半導体層123に
含まれる不純物濃度を低減できる。
られた酸化物半導体層をチャネル形成領域に適用した薄膜トランジスタは、ゲート電極に
電圧を印加しない状態、所謂オフ状態において、チャネル形成領域のキャリア濃度が低減
されているため、オフ電流が少なく、良好な特性を得ることができる。
体膜に含まれる水素、水分を低減するための装置の構成はこれに限られない。例えば、基
板の搬入口と搬出口を有し、各処理室が互いに接続する構成、所謂インライン型の構成と
してもよい。
、電子インクを用いた表示装置などのバックプレーン(薄膜トランジスタが形成された基
板)の製造に用いることができる。上記の成膜装置を用いた工程は、400℃以下の温度
で行われるため、厚さが1mm以下で、一辺が1mを超えるガラス基板を用いる製造工程
にも適用することができる。また、400℃以下の処理温度で全ての工程を行うことがで
きるので、表示パネルを製造するために多大なエネルギーを消費しないで済む。
101a ゲート電極
101b 第1配線
102 ゲート絶縁層
102a 第1のゲート絶縁層
102b 第2のゲート絶縁層
103 酸化物半導体膜
104a ソース電極
104b ドレイン電極
104c 第2配線
105 酸化物絶縁膜
106 保護絶縁膜
108 コンタクトホール
110 薄膜トランジスタ
113 酸化物半導体層
123 酸化物半導体層
201 第1の搬送室
202 第2の搬送室
203 第1の処理室
204 第2の処理室
205 第3の処理室
206 第4の処理室
207 ローダー室
208 アンローダー室
209 搬送手段
210 カセット
211 基板加熱手段
212 排気手段
301 搬送室
302 第1の処理室
303 第2の処理室
304 第3の処理室
305 第4の処理室
306 第5の処理室
307 ローダー室
308 アンローダー室
309 搬送手段
310 カセット
311 基板加熱手段
312 冷却手段
313 排気手段
Claims (2)
- 基板上の、酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜のチャネル形成領域と接する領域を有する、酸化シリコン膜と、を有する半導体装置の作製方法であって、
前記酸化シリコンを形成後、前記基板の温度を200℃以上400℃以下として、第1の処理室で前記酸化物半導体膜を加熱する第1の工程と、
第2の処理室で前記基板の温度が100℃以上下がるまで冷却する、第2の工程と、を有し、
前記第2の工程において、前記冷却に用いるガスには、水及び水素が含まれないことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1において、
前記冷却に用いるガスは、窒素、ヘリウム、ネオン、又はアルゴンを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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