JP6531422B2 - プラズマ処理装置、基板処理システム、薄膜トランジスターの製造方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
酸化物半導体の上層側に形成された金属膜がエッチング処理され、前記酸化物半導体が露出した状態の基板が載置される載置台を備え、前記基板に対するプラズマ処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内の真空排気を行う真空排気部と、
前記処理容器内にプラズマ発生用のガスである水蒸気、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内に供給されたプラズマ発生用のガスをプラズマ化するためのプラズマ発生部と、を備え、
前記プラズマ処理は、前記露出した酸化物半導体を前記水蒸気由来のプラズマ、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガス由来のプラズマ中に曝す処理であることと、
前記プラズマ処理の前に、前記処理容器内で前記金属膜のエッチング処理を行うために、当該処理容器内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給部を備え、当該エッチングガス供給部から供給されたエッチングガスを前記プラズマ発生部によりプラズマ化して前記金属膜のエッチング処理を行うことと、を特徴とする。
(a)前記載置台は、プラズマ処理の実行中に、前記基板の温度を25℃以上、250℃以下の温度範囲に調節する温度調節部を備えること。
(b)前記金属膜の上層側にはパターニングされたレジスト膜が形成され、前記レジスト膜の除去を促進するため、前記プラズマ発生用のガスに加えて酸素ガスを供給するための酸素ガス供給部を備えること。
(c)前記金属膜はアルミニウムを含み、塩素を含むエッチングガスによってエッチング処理されたものであること。
(d)前記プラズマ発生部は、誘導結合型プラズマを発生させるためのアンテナ部を備えること。
(e)前記ガス供給部は、プラズマ発生用のガスとして水蒸気を供給する水蒸気供給部であり、当該水蒸気供給部は、液体の状態で供給された水を気化させ、水蒸気の状態で前記処理容器へと供給する水蒸気発生部を備えること。
図1は、チャネルエッチ型のボトムゲート型構造のTFT8である。TFT8は、ガラス基板81上にゲート電極82が形成され、その上にSiN膜などからなるゲート絶縁膜83が設けられ、さらにその上層に酸化物半導体からなる酸化物半導体層84が積層されている。次いで、酸化物半導体層84の上層側に金属膜を成膜し、この金属膜をエッチングしてソース電極85a、ドレイン電極85bが形成される。
このため、例えばレジスト膜86の除去後、パッシベーション膜の成膜を行う前に、酸素の存在する雰囲気下で基板Fを加熱するアニール処理を行い、水分の除去や酸素の補填を行ってTFT8の特性を回復させるといった処理工の程追加が必要となってしまう。
また、このトリートメント処理後、他の装置にてレジスト膜86の除去やパッシベーション膜の成膜を行うために、基板Fの大気搬送を行っても水分の吸着を抑えることができるように、基板Fの表面に仮保護膜を形成する手法についても説明する。
図1を用いて説明したTFT8において、電極85よりも下層側の積層体が形成された基板Fの表面に、例えばスパッタリングにより、チタン膜-アルミニウム膜-チタン膜を順次積層して金属膜を成膜する(P1)。次いで、金属膜の表面にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、その後、電極85の形状に対応するパターニングを行う(P2)。
仮後補膜が形成された基板Fは、他の装置へ大気搬送され、仮保護膜をエッチングして除去した後(P6)、アッシング処理によりレジスト膜86を除去し(P7)、パッシベーション膜の成膜を行う(P8)。
図3の平面図に示すように、基板処理システム1は、基板Fに対して既述のエッチング処理、トリートメント処理及び仮保護膜の成膜処理を実行するマルチチャンバ型の真空処理システムとして構成されている。
このプラズマ処理モジュール3は、導電性材料、例えば、角筒形状に形成され、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウム製であって、気密且つ、電気的に接地された本体容器31を備えている。本体容器31は、例えば一辺が2200mm、他辺が2500mm程度の大きさの角型の基板Fを処理可能なように、例えば横断平面の一辺が2.9m、他辺が3.1m程度の大きさに構成されている。
また、図3、図4に示すように、ガス供給管36には、プラズマ処理モジュール3内のトリートメント処理にてレジスト膜86の一部の除去を進行させるために、水蒸気に加えて酸素ガスを供給する酸素ガス供給部367を接続してもよい。
さらに載置台331に載置された基板Fは、不図示の静電チャックにより吸着保持される。
仮保護膜を構成する材料はシリカ膜に限定されるものではなく、例えば原料ガスである四フッ化ケイ素ガスと、窒化ガスである窒素(N2)ガスなどとを反応させて、窒化ケイ素膜を成膜しても良い。
はじめに、処理対象の基板FをキャリアC1、C2から取り出して、ロードロック室12や真空搬送室13を搬送する(スタート)。しかる後、先行する基板Fの処理を終えた状態のエッチング処理モジュール2に基板Fを搬入し、載置台上に載置する(ステップS101)。しかる後、第2の搬送機構14をエッチング処理モジュール2から退避させてゲートバルブG3を閉じ、エッチング処理が行われる処理室内を真空排気する。このとき処理室内の圧力は0.667〜13.3Pa(5〜100mTorr)の範囲、好適には0.667〜4.00Pa(5〜30mTorr)の範囲の値に調節される。また、圧力調節と並行して基板Fの温度調節を行い、25〜120℃の範囲、好適には25〜80℃の範囲の値に調節する。
次いで、真空搬送室13に基板Fを搬出できるように処理室33内の圧力調節を行った後、ゲートバルブ312を開き、第2の搬送機構14の搬送アームを進入させて基板Fを取り出す。そして、先行する基板Fの処理を終えた状態の成膜処理モジュール4のゲートバルブG5を開いて処理室内に基板Fを搬入する(ステップS105)。しかる後、成膜処理モジュール4から第2の搬送機構14を退避させてゲートバルブG5を閉じ、処理室内を真空排気する。また、排気と並行して基板Fの温度調節を行い、25〜250℃の範囲の値に調節する。
また、仮保護膜87の成膜時と同様に、水素を含まない成膜ガス(例えばシリカ膜を成膜するための四フッ化ケイ素ガスと酸素ガス、窒化ケイ素膜を成膜するための四フッ化ケイ素ガスと窒素ガス)を用いてパッシベーション膜の成膜を行うことにより、酸化物半導体層84への水素の取り込みを抑えることもできる。
一方で、酸化物半導体層84へ酸素を取り込むトリートメント処理と同時に、レジスト膜86の除去を行えば、図2に示した仮保護膜87の成膜(P5)、及びそのエッチング(P6)の工程を省略することができる。
またパッシベーション膜の成膜を行う成膜処理モジュール4aについても四フッ化ケイ素ガスと酸素ガス、窒化ケイ素膜を成膜するための四フッ化ケイ素ガスと窒素ガス)を用いて水素を含まない成膜ガスによるパッシベーション膜の成膜が行われる点は既述の例と同様である。
また本例においても、図10に示した工程を実行する基板処理システム1aを用いてプラズマ化したフッ素含有混合ガスを用いたトリートメント処理を行うにあたり、エッチング処理モジュール2とトリートメント処理モジュール3aとを共通化してもよい。
1 基板処理システム
2 エッチング処理モジュール
3、3a プラズマ処理モジュール
31 本体容器
314 真空排気機構
33 処理室
331 載置台
333 ヒーター
336 直流電源
34 アンテナ部
35 シャワーヘッド
36 ガス供給管
360 水蒸気供給部
362 水蒸気発生部
4、4a 成膜処理モジュール
5 制御部
8 TFT
81 ガラス基板
82 ゲート電極
83 ゲート絶縁膜
84 酸化物半導体層
85 電極
85a ソース電極
85b ドレイン電極
86 レジスト膜
87 仮保護膜
Claims (18)
- 薄膜トランジスターが形成される基板に対してプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置において、
酸化物半導体の上層側に形成された金属膜がエッチング処理され、前記酸化物半導体が露出した状態の基板が載置される載置台を備え、前記基板に対するプラズマ処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内の真空排気を行う真空排気部と、
前記処理容器内にプラズマ発生用のガスである水蒸気、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内に供給されたプラズマ発生用のガスをプラズマ化するためのプラズマ発生部と、を備え、
前記プラズマ処理は、前記露出した酸化物半導体を前記水蒸気由来のプラズマ、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガス由来のプラズマ中に曝す処理であることと、
前記プラズマ処理の前に、前記処理容器内で前記金属膜のエッチング処理を行うために、当該処理容器内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給部を備え、当該エッチングガス供給部から供給されたエッチングガスを前記プラズマ発生部によりプラズマ化して前記金属膜のエッチング処理を行うことと、を特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記載置台は、プラズマ処理の実行中に、前記基板の温度を25℃以上、250℃以下の温度範囲に調節する温度調節部を備えることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記金属膜の上層側にはパターニングされたレジスト膜が形成され、前記レジスト膜の除去を促進するため、前記プラズマ発生用のガスに加えて酸素ガスを供給するための酸素ガス供給部を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記金属膜はアルミニウムを含み、塩素を含むエッチングガスによってエッチング処理されたものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 前記プラズマ発生部は、誘導結合型プラズマを発生させるためのアンテナ部を備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 前記ガス供給部は、プラズマ発生用のガスとして水蒸気を供給する水蒸気供給部であり、当該水蒸気供給部は、液体の状態で供給された水を気化させ、水蒸気の状態で前記処理容器へと供給する水蒸気発生部を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 真空雰囲気下で基板を搬送する真空搬送室と、
前記真空搬送室に接続され、金属膜の上層側にパターニングされたレジスト膜が形成された基板にエッチングガスを供給して、前記金属膜をエッチングするエッチング処理を行った後、当該基板に対して前記プラズマ処理を行うための請求項1ないし6のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置と、
前記プラズマ処理が行われた基板の上面に、保護膜を形成するための成膜処理モジュールと、を備えたことを特徴とする基板処理システム。 - 前記保護膜は、前記基板に前記レジスト膜を残した状態で形成され、当該レジスト膜を除去するために基板処理システムから搬出された基板の前記酸化物半導体を保護するための仮保護膜であることを特徴とする請求項7に記載の基板処理システム。
- 真空雰囲気下で基板を搬送する真空搬送室と、
前記真空搬送室に接続され、金属膜の上層側にパターニングされたレジスト膜が形成された基板にエッチングガスを供給して、前記金属膜をエッチングするためのエッチング処理モジュールと、
前記真空搬送室に接続され、前記金属膜がエッチングされた基板に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置と、
前記プラズマ処理が行われた基板の上面に、保護膜を形成するための成膜処理モジュールと、を備え、
前記プラズマ処理装置は、薄膜トランジスターが形成される基板に対してプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置において、酸化物半導体の上層側に形成された金属膜がエッチング処理され、前記酸化物半導体が露出した状態の基板が載置される載置台を備え、前記基板に対するプラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内の真空排気を行う真空排気部と、前記処理容器内にプラズマ発生用のガスである水蒸気、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスを供給するガス供給部と、前記処理容器内に供給されたプラズマ発生用のガスをプラズマ化するためのプラズマ発生部と、を備え、
前記プラズマ処理は、前記露出した酸化物半導体を前記水蒸気由来のプラズマ、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガス由来のプラズマ中に曝す処理であることと、
前記保護膜は、前記基板に前記レジスト膜を残した状態で形成され、当該レジスト膜を除去するために基板処理システムから搬出された基板の前記酸化物半導体を保護するための仮保護膜であることと、を特徴とする基板処理システム。 - 前記プラズマ処理装置は、前記レジスト膜を除去するため、前記プラズマ発生用のガスに加えて酸素ガスを供給するための酸素ガス供給部を備え、
前記保護膜は、前記レジスト膜を除去した後に形成されることを特徴とする請求項7に記載の基板処理システム。 - 金属膜の上層側に、パターニングされたレジスト膜が形成された基板を処理容器内に配置する工程と、
前記基板が搬入された処理容器内を真空排気すると共に、当該処理容器内に塩素を含むエッチングガスを供給するエッチングガスを供給する工程と、
前記処理容器内に供給されたエッチングガスをプラズマ化して前記金属膜のエッチング処理を行う工程と、
前記エッチング処理が行われた処理容器内にて、前記金属膜がエッチングされ、当該金属膜の下層側に形成された酸化物半導体が露出した状態の基板にプラズマ発生用のガスである水蒸気、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスを供給する工程と、
前記処理容器内に供給されたプラズマ発生用のガスをプラズマ化して、前記露出した酸化物半導体を前記水蒸気由来のプラズマ、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガス由来のプラズマ中に曝すプラズマ処理を行う工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスターの製造方法。 - パターニングされたレジスト膜が上層側に形成された金属膜がエッチング処理され、当該金属膜の下層側に形成された酸化物半導体が露出した状態の基板を処理容器内に配置する工程と、
前記処理容器内を真空排気すると共に、当該処理容器内にプラズマ発生用のガスである水蒸気、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスを供給する工程と、
前記処理容器内に供給されたプラズマ発生用のガスをプラズマ化して、前記露出した酸化物半導体を前記水蒸気由来のプラズマ、またはフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガス由来のプラズマ中に曝すプラズマ処理を行う工程と、
前記プラズマ処理が行われた後の基板を成膜処理モジュールに搬送し、基板の上面に保護膜を形成する工程と、を含み、
前記保護膜は、前記基板に前記レジスト膜を残した状態で形成され、当該レジスト膜を除去するために基板処理システムから搬出された基板の前記酸化物半導体を保護するための仮保護膜であることを特徴とする薄膜トランジスターの製造方法。 - 前記プラズマ処理を行う工程は、当該基板の温度を25℃以上、250℃以下の温度範囲に調節して行われることを特徴とする請求項11または12に記載の薄膜トランジスターの製造方法。
- 前記金属膜の上層側にはパターニングされたレジスト膜が形成され、前記レジスト膜の除去を促進するため、前記プラズマ発生用のガスに加えて、酸素ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項11ないし13のいずれか一つに記載の薄膜トランジスターの製造方法。
- 前記金属膜はアルミニウムを含み、塩素を含むエッチングガスによってエッチング処理されたものであることを特徴とする請求項11ないし14のいずれか一つに記載の薄膜トランジスターの製造方法。
- 前記エッチング処理された基板を処理容器内に配置する工程の前に、
前記金属膜の上層側に、パターニングされたレジスト膜が形成された基板をエッチング処理用の処理容器内に配置する工程と、
前記基板が搬入されたエッチング処理用の処理容器内を真空排気すると共に、当該処理容器内に塩素を含むエッチングガスを供給するエッチングガスを供給する工程と、
前記エッチング処理用の処理容器内に供給されたエッチングガスをプラズマ化して前記金属膜のエッチング処理を行う工程と、を含むことを特徴とする請求項12に記載の薄膜トランジスターの製造方法。 - 前記エッチング処理用の処理容器と、前記プラズマ処理が行われる処理容器とが各々真空搬送室に接続され、前記エッチング処理された後の基板を、エッチング処理用の処理容器から、前記真空搬送室を介して、前記プラズマ処理が行われる処理容器へ搬送する工程を含むことを特徴とする請求項16に記載の薄膜トランジスターの製造方法。
- 薄膜トランジスター製造する基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、前記プログラムは請求項11ないし17のいずれか一つに記載された薄膜トランジスターの製造方法を実行するためのステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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