JP6760439B2 - 薄膜トランジスターの製造方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に形成される薄膜トランジスターに設けられている酸化物半導体をプラズマ処理する技術に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）などのＦＰＤ（Flat Panel Display）に使用される薄膜トランジスター（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）は、ガラス基板などの基板上に、ゲート電極やゲート絶縁膜、半導体層などをパターニングしながら順次積層していくことにより形成される。

近年、ＴＦＴに用いられる半導体層の材料として、キャリア移動度が高く、比較的成膜が容易なＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系）など、透明非晶質酸化物半導体（ＴＡＯＳ（Transparent Amorphous Oxide Semiconductor））をはじめとする酸化物半導体が着目されている。

発明者らは、これら酸化物半導体を半導体層（以下、「酸化物半導体層」という）に用いて実際のＴＦＴを製造したとき、しきい値電圧などの特性が低下する場合があることを把握した。

ここで引用文献１には、半導体層として微結晶シリコンを用いたＴＦＴの製造工程において、水を含む雰囲気下で生成するプラズマ（水プラズマ）を用いた処理により、半導体層の表面に酸化膜の絶縁層を形成する技術が記載されている。

また引用文献２には、チャネルエッチ型のＴＦＴの製造工程において、ソース／ドレインの電極をウェットエッチングにより形成し、次いで不純物半導体層のドライエッチングを行った後、露出したアモルファスシリコン（ａ-Ｓｉ）の表面を水プラズマで処理することにより、安定した絶縁層を形成すると共に、レジストを除去する技術が記載されている。

しかしながら引用文献１、２に記載されている技術はいずれもシリコンなど、従来の半導体材料の表面を酸化して絶縁層を形成する技術であり、半導体層材料として酸化物半導体を用いたときの特性低下の問題には何ら着目していない。

特開２００９−２７８０７５号公報：請求項１１、段落００４０、００７０ 特開２００９−２８３９１９号公報：請求項４、段落００６２〜００６４、００７５

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化物半導体の特性の低下を抑えつつ薄膜トランジスターを製造することが可能なプラズマ処理装置、基板処理システム、薄膜トランジスターの製造方法、及びこの方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明に係る薄膜トランジスターの製造方法は、基板上の酸化物半導体の上層側に形成されたアルミニウムを含む金属膜を、該金属膜の上層側に形成されパターニングされたレジスト膜を通して、塩素を含むエッチングガスをプラズマ化したエッチング処理用プラズマによりプラズマエッチング処理し、前記酸化物半導体を露出させる工程と、
トリートメント処理用プラズマ発生用のガスであるフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスを供給し、該混合ガスをプラズマ化したトリートメント処理用プラズマに、前記露出した酸化物半導体を曝すと共に、前記トリートメント処理用プラズマにより前記レジスト膜を除去するプラズマトリートメント処理を行う工程と、を含むことを特徴とする。

前記薄膜トランジスターの製造方法は以下の特徴を備えていても良い。
（ａ）前記フッ素を含むガスは、四フッ化炭素（ＣＦ_４）または六フッ化硫黄（ＳＦ_６）の少なくとも一方であること。
（ｂ）前記プラズマトリートメント処理を行う工程は、前記基板の温度を２５℃以上、２５０℃以下の温度範囲に調節して行われること。
（ｃ）前記プラズマエッチング処理と、前記プラズマトリートメント処理とは、共通の処理容器にて行われること。または、前記プラズマエッチング処理と、前記プラズマトリートメント処理とは、各々真空搬送室に接続された異なる処理容器にて行われ、前記プラズマエッチング処理された後の基板を、プラズマ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、前記プラズマトリートメント処理が行われる処理容器へ搬送する工程を含むこと。
（ｄ）前記プラズマトリートメント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を含むこと。前記プラズマトリートメント処理は処理容器にて行われ、該プラズマトリートメント処理用の処理容器と前記成膜処理モジュールとが各々真空搬送室に接続され、前記プラズマトリートメント処理された後の基板を、前記プラズマトリートメント処理が行われた処理容器から、前記真空搬送室を介して、前記成膜処理モジュールへ搬送する工程を含み、前記保護膜は、前記金属膜と前記露出した酸化物半導体の表面を覆うパッシベーション膜であること。

本発明は、酸化物半導体層の上層側のアルミニウムを含む金属膜を、塩素を含むエッチングガスによりエッチングして当該酸化物半導体が露出した基板に対し、プラズマ発生用のガスとしてフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスを用いてプラズマ処理を行い、前記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ことにより酸化物半導体の特性の低下を抑えつつ薄膜トランジスターを製造することができる。

発明の実施の形態に係るトリートメント処理（プラズマ処理）が適用されるＴＦＴの一例を示す縦断側面図である。 ソース／ドレイン電極を配線する工程の一例を示す工程図である。 前記電極のエッチング処理及びトリートメント処理を行う基板処理システムの平面図である。 前記基板処理システムに設けられているプラズマ処理モジュールの縦断側面図である。 前記基板処理システムにて実行される処理の流れを示すフロー図である。 エッチング処理後の酸化物半導体層の状態を示す模式図である。 トリートメント処理後の酸化物半導体層の状態を示す模式図である。 仮保護膜が形成されたＴＦＴの縦断側面図である。 他の実施形態に係る基板処理システムの平面図である。 ソース／ドレイン電極を配線する他の工程の例を示す工程図である。 フッ素ガスと酸素ガスとの混合ガスによるトリートメント処理後の酸化物半導体層の状態を示す模式図である。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理が適用される基板Ｆの構成例について図１を参照しながら説明する。図１は、基板Ｆであるガラス基板８１の表面に形成されるＴＦＴ８の拡大縦断面を示している。
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。

酸化物半導体層８４を構成する酸化物半導体材料の例としては、既述のＩＧＺＯを始めとしたＴＡＯＳの他、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化バナジウム（ＶＯ_２）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）などを例示することができる。

この酸化物半導体層８４の上にソース電極８５ａ、ドレイン電極８５ｂが形成されることにより、酸化物半導体層８４の表面が露出した領域がＴＦＴ８のチャネル部となる。次いで、表面を保護するため、例えばＳｉＮ膜からなる保護膜であるパッシベーション膜が形成される（不図示）。そしてパッシベーション膜の表面に形成されたコンタクトホールを介してソース電極８５ａやドレイン電極８５ｂがＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの不図示の透明電極に接続され、この透明電極が駆動回路や駆動電極に接続されてＦＰＤが製造される。

以上に概略構成を説明したＴＦＴ８において、ソース電極８５ａ、ドレイン電極８５ｂを形成するための金属膜は、例えば下層側から順に、チタン膜、アルミニウム膜、チタン膜を積層してなるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ構造の金属膜が用いられる。図１に示すように、当該金属膜の表面にはレジスト膜８６がパターニングされ、塩素ガス（Ｃｌ_２）や酸塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）などの塩素系のエッチングガスを用いてエッチング処理を行うことによりソース電極８５ａ、ドレイン電極８５ｂ、チャネル部の形成が行われる。

上述したＴＦＴ８を製造する工程においては、金属膜を形成するための金属材料のスパッタリング、レジスト膜の加熱や電極８５（ソース電極８５ａ、ドレイン電極８５ｂ）をパターニングする際のエッチングガスとの接触などにより、酸化物半導体層８４は、物理的、熱的、化学的な刺激に曝される。この結果、図６に模式的に示すように、酸化物半導体層８４に含まれる酸素の一部が脱離し、これがＴＦＴ８の特性低下を引き起こす要因となっているのではないかと考えられる（図６中には、酸素欠損部を破線で示してある）。

また、エッチング処理により電極８５やチャネル部を形成してから、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基板Ｆを大気搬送すると、酸素欠損部に大気中の水分などが吸着し、さらなる特性低下を引き起こす要因ともなる。
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、既述のようにアルミニウムを含む金属膜に対し、塩素系のエッチングガスを用いて電極８５をパターニングすると、レジスト膜８６に塩素が付着し、またエッチングされた電極８５自体にも塩素や、塩素とアルミニウムの化合物である塩化アルミニウムが付着する。これら塩素を含む物質が付着した状態のＴＦＴ８を大気搬送すると、塩素と大気中の水分とが反応して塩酸が生成され、電極８５のコロージョンを引き起こす要因ともなる。

以上に説明した酸素欠損や塩素を含む物質の付着の影響を低減するため、本発明の実施形態においては、エッチング処理により電極８５を形成した後の基板Ｆに対し、プラズマ化した水蒸気を用いたプラズマ処理（以下、「トリートメント処理」という）を行う。
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。

以下、電極８５を形成するエッチング処理、その後のトリートメント処理及び基板Ｆの表面に仮保護膜を形成する成膜処理を実行する基板処理システム１（基板処理装置）、この基板処理システム１に設けられているプラズマ処理モジュール３（プラズマ処理装置、基板処理装置）の構成について図３、図４を参照しながら説明する。

基板処理システム１の具体的構成を説明する前に、図２を参照しながら電極８５を形成する工程の概要について説明しておく。
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）。

しかる後、塩素系のエッチングガスを用いて金属膜のエッチング処理を行い、電極８５を形成する（Ｐ３）。この後、露出した酸化物半導体層８４を水蒸気由来のプラズマに曝すトリートメント処理を行って酸素欠損への酸素の補填、及びさらなる酸素の取り込みや、電極８５及びレジスト膜８６の表面に付着した塩素を含む物質の除去を行い（Ｐ４）、トリートメント処理の後、基板の表面に仮保護膜（保護膜）を形成する（Ｐ５）。
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）。

以上に説明した電極８５の形成工程において、以下に説明する基板処理システム１においては、図２中に破線で囲んで示した金属膜のエッチング処理（Ｐ３）、水蒸気のプラズマによるトリートメント処理（Ｐ４）及び仮保護膜の成膜処理（Ｐ５）が実行される。
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。

基板処理システム１は第１の搬送機構１１を備える。第１の搬送機構１１は、不図示のキャリア載置部上に載置され、多数の基板Ｆを収容したキャリアＣ１、Ｃ２と、常圧雰囲気及び真空雰囲気の間で内部の圧力雰囲気を切り替えることが可能なロードロック室１２と、の間で基板Ｆの受け渡しを行う。ロードロック室１２は例えば２段に積層され、各ロードロック室１２内には、基板Ｆを保持するラック１２２や基板Ｆの位置調節を行うポジショナー１２１が設けられている。

ロードロック室１２の後段には、例えば平面形状が四角形の真空搬送室１３が接続され、この真空搬送室１３内には第２の搬送機構１４が設けられている。当該真空搬送室１３において、ロードロック室１２が接続されている側壁面を除く、他の３つの側壁面には、上面側から見て反時計回りにエッチング処理モジュール２、プラズマ処理モジュール３、成膜処理モジュール４が接続されている。

また、第１の搬送機構１１側のロードロック室１２の開口部、ロードロック室１２と真空搬送室１３との間、真空搬送室１３と各処理モジュール２〜４との間には、ロードロック室１２や真空搬送室１３、各処理モジュール２〜４を気密にシールし、かつ開閉可能に構成されたゲートバルブＧ１〜Ｇ５が介設されている。

エッチング処理モジュール２は、例えばプラズマエッチング装置として構成され、エッチングガス供給部２１から供給された塩素系のエッチングガスをプラズマ（エッチング処理用プラズマ）化して発生した活性種により金属膜のエッチング処理を行う（プラズマエッチング処理）。エッチング処理モジュール２の具体的な構成について、特段の限定はないが、本例の基板処理システム１では、次に説明するプラズマ処理モジュール３（図４）とほぼ同様に構成されるため、ここでの説明を省略する。

プラズマ処理モジュール３は、エッチング処理により電極８５やチャネル部が形成され、酸化物半導体層８４が露出した基板Ｆに対して水蒸気のプラズマによるトリートメント処理を実行する。
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。

本体容器３１の内部空間は、誘電体壁３２により上下に区画され、その上方側は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ（Induced Coupled Plasma））を発生させるためのアンテナ部３４が配置されるアンテナ室３４１、下方側は基板Ｆの処理が行われる処理室３３となっている。誘電体壁３２は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミクスや石英などで構成される。本例では本体容器３１の下部側部分が処理容器に相当している。

誘電体壁３２の下面側には、トリートメント処理に用いるプラズマ発生用の水蒸気を処理室３３に供給するためのシャワーヘッド３５が嵌め込まれている。シャワーヘッド３５は導電性材料である金属、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成され、不図示の接地線を介して電気的に接地されている。

シャワーヘッド３５の下面には、処理室３３へ向けて下方側へと水蒸気を吐出するための多数のガス吐出孔３５１が設けられている。一方、当該シャワーヘッド３５が嵌め込まれている誘電体壁３２の中央部には、シャワーヘッド３５内の空間に連通するようにガス供給管３６が接続されている。ガス供給管３６は、本体容器３１の天井部を貫通して外側へ延伸され、開閉弁３６１を介して水蒸気発生部３６２に接続されている。

水蒸気発生部３６２は、例えば純水を液体の状態で貯留した純水タンク３６３に接続されている。また水蒸気発生部３６２の内部には、純水タンク３６３から供給された純水を蒸発させるための空間や純水を加熱するための加熱部、シャワーヘッド３５へ供給される水蒸気の流量調節を行うマスフローコントローラ（いずれも不図示）などが設けられている。

純水タンク３６３は、例えば交換式のものが用いられ、水蒸気発生部３６２へ純水を供給するための純水供給管３６４及び、純水タンク３６３内の純水を水蒸気発生部３６２へ向けて圧送するための窒素ガスなどの圧送ガスを外部の圧送ガス供給源３６６から受け入れる圧送ガス供給管３６５に接続される。

交換式の純水タンク３６３に接続される純水供給管３６４や圧送ガス供給管３６５、及び純水を蒸発させてシャワーヘッド３５へ供給する水蒸気発生部３６２は、プラズマ処理モジュール３における水蒸気供給部３６０を構成している。なお、純水タンク３６３を固定式として外部から純水を注入する方式を採用しても良いことは勿論である。この場合には、固定式の純水タンク３６３についても水蒸気供給部３６０を構成する。水蒸気供給部３６０は、処理室３３内にプラズマ発生用のガスとして水蒸気を供給するガス供給部に相当している。
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。

水蒸気発生部３６２や酸素ガス供給部３６７から供給された水蒸気や酸素ガスは、ガス供給管３６を介してシャワーヘッド３５に供給された後、シャワーヘッド３５の空間内に広がり、各ガス吐出孔３５１を通って処理室３３内へ供給される。

誘電体壁３２の上方側のアンテナ室３４１内には、アンテナ部３４が配置されている。アンテナ部３４は、例えば銅などからなるアンテナ線により構成され、処理室３３内に均一な誘導電界を形成するため、当該処理室３３に水平に配置される基板Ｆと対向する領域に複数配置されている（アンテナ部３４の配置手法の一例としては特開２０１３−１６２０３５を参照）。

アンテナ部３４は、給電部３７１や整合器３７２を介して高周波電源３７３に接続され、高周波電源３７３からは例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。これにより、処理室３３内に誘導電界が生成され、この誘導電界によりシャワーヘッド３５から供給された水蒸気がプラズマ化される。アンテナ部３４、給電部３７１や高周波電源３７３などは、本実施の形態のプラズマ発生部に相当する。

処理室３３内には、誘電体壁３２を挟んでアンテナ部３４と対向するように、基板Ｆの載置台３３１が設けられている。載置台３３１は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台３３１には、例えば抵抗発熱体により構成され、直流電源３３６に接続されたヒーター３３３が設けられており、不図示の温度検出部による温度検出結果に基づいて載置台３３１上の基板Ｆを加熱することができる。さらに、載置台３３１には、冷媒を通流させるための不図示の冷媒流路が形成され、基板Ｆの過大な温度上昇を抑えることもできる。

また、真空雰囲気となる処理室３３内にて、上述のヒーター３３３や冷媒流路を利用した基板Ｆの温度調節を行うため、載置台３３１の基板Ｆの裏面には、不図示のガス流路を介して、熱伝達用のガスであるヘリウムガスが供給される。
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。

載置台３３１は絶縁体製のカバー３３２内に収納され、さらに、中空の支柱３３５に支持されている。支柱３３５は本体容器３１の底面を貫通し、その下端部は不図示の昇降機構に接続されていて、載置台３３１を上下方向に移動させることができる。載置台３３１を収納するカバー３３２と本体容器３１の底部との間には、支柱３３５を包囲し、本体容器３１の気密状態を維持するためのベローズ３３４が配設されている。また処理室３３の側壁には、基板Ｆを搬入出するための搬入出口３１１およびそれを開閉するゲートバルブ３１２（図３のゲートバルブＧ４）が設けられている。

処理室３３の底部には、排気管３１３を介して真空ポンプなどの真空排気機構３１４が接続される。この真空排気機構３１４により、処理室３３内が排気され、トリートメント処理の実施期間中、処理室３３内を所定の真空雰囲気に調節することができる。真空排気機構３１４に接続された排気管３１３は、本実施の形態の真空排気部に相当している。

次に、図３に示した成膜処理モジュール４について説明すると、その構成について特段の限定はないが、本例においては、成膜ガス供給部４１から供給された成膜ガスに対して、図４に示したプラズマ処理モジュール３と同様の構成を備える成膜処理モジュール４によって成膜ガスを活性化させ、基板Ｆ上に仮保護膜を成膜する。

ここで成膜処理モジュール４に設けられている成膜ガス供給部４１については以下に説明する特徴がある。例えば、仮保護膜としてシリカ膜を成膜する場合を例に挙げると、図３に示すように成膜ガス供給部４１にはケイ素の原料となる原料ガスの供給を行う原料ガス供給部４１１と、原料ガスを酸化する酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部４１２とが設けられている。成膜ガス（原料ガス、酸化ガス）の具体例としては、原料ガスとして四フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）ガスや四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）を供給し、酸化ガスとして酸素（Ｏ_２）ガスを供給する場合が挙げられる。

例えば、ＣＶＤ法によってシリカ膜を成膜することが可能な原料ガスとしてはＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）などの有機シリコン化合物が知られているが、原料ガス中に水素が含まれていると、成膜された仮保護膜中に水素が取り込まれる要因となる。仮保護膜は、エッチング処理によりチャネル部が露出した酸化物半導体層８４の上面に直接成膜されるところ、この仮保護膜中に水素が含まれていると、大気搬送時における水分の吸着の問題と同様に、酸化物半導体層８４を劣化させ、ＴＦＴ８の特性を低下させる要因となることを発明者らは把握している。

そこで本例のプラズマ処理モジュール３においては、水素を含まない四フッ化ケイ素を原料ガスとして用いることにより、仮保護膜中に含まれる水素の量を低減し、ＴＦＴ８の特性低下の要因となる酸化物半導体層８４への水素取り込みを抑えている。
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（Ｎ_２）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。

以上に説明した構成を備える基板処理システム１各処理モジュール２〜４は、図３、図４に示すようにその全体の動作を統括制御する制御部５と接続されている。制御部５は不図示のＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には基板処理システム１や各処理モジュール３〜５の作用、即ちキャリアＣ１、Ｃ２から取り出した基板Ｆを、ロードロック室１２や真空搬送室１３を介して処理モジュール２〜４に順次、搬入し、金属膜のエッチング処理やその後のトリートメント処理、仮保護膜の成膜処理を実行してから、基板Ｆを元のキャリアＣ１、Ｃ２へ戻す動作などについてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

以上の構成を備えた基板処理システム１、及び各処理モジュール２〜４の作用について図５のフロー図を参照しながら説明する。
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。

処理室３３内の基板Ｆの温度の調節を完了したら、エッチングガス供給部２１から例えば２０００〜６０００ｍｌ／分（０℃、１気圧基準、以下同じ）の範囲、好適には３０００〜５０００ｍｌ／分の範囲の流量で塩素系のエッチングガスを供給する。このとき真空排気機構３１４により、処理室３３内が排気され、処理室３３内が所定の圧力の真空雰囲気に調節される。そして、プラズマ発生部を構成するアンテナ部に高周波電力を供給し、ＩＣＰを発生させて金属膜のエッチング処理を行う（ステップＳ１０２）。

こうして予め設定した時間だけエッチング処理を行ったら、エッチングガスの供給、及びアンテナ部への電力の供給を停止し、エッチング処理を終える。このエッチング処理により図１に示した電極８５が形成され、また金属膜の一部が除去されて酸化物半導体層８４が露出することによりチャネル部が形成される。

また、電極膜の一部が除去されて露出した酸化物半導体層８４においては、図６を用いて説明したように、これまでの処理の結果、酸化物半導体層８４に含まれる酸素の一部が脱離し、酸素欠損が生じた状態となっている。さらに既述のように、アルミニウムを含む金属膜を塩素系のエッチングガスでエッチング処理したことにより、電極８５及びその上層側のレジスト膜８６には、エッチングガスに含まれている塩素や、塩素とアルミニウムの反応で生成した塩化アルミニウムなどの塩素を含む物質が付着している。

そこで、酸素欠損が発生した箇所に酸素を供給すると共に、酸化物半導体層８４への酸素の取り込みをさらに促進し、加えて、塩素を含む物質を除去するために、プラズマ化した水蒸気により、基板Ｆに対してトリートメント処理（露出した酸化物半導体層８４を水蒸気由来のプラズマに曝す処理）を行う。

エッチング処理モジュール２にてエッチング処理が終了すると、処理室内の圧力を調整し、ゲートバルブＧ３を開いて第２の搬送機構１４を進入させ、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プラズマ処理モジュール３のゲートバルブ３１２（Ｇ４）を開いて処理室３３内に基板Ｆを搬入し（ステップＳ１０３）、載置台３３１上に基板Ｆを載置して吸着固定すると共に、載置台３３１の高さ位置を調節する。

処理室３３から第２の搬送機構１４の搬送アームを退避させ、ゲートバルブ３１２を閉じたら、処理室３３内の圧力を０．６６７〜６６．７Ｐａ（５〜５００ｍＴｏｒｒ）の範囲、好適には６．６７〜４０．０Ｐａ（５０〜３００ｍＴｏｒｒ）の範囲の値に調節する。また、圧力調節と並行して基板Ｆの温度調節を行い、２５〜２５０℃の範囲、好適には８０〜２５０℃の範囲の値に調節する。

処理室３３内の基板Ｆの温度の調節を完了したら、水蒸気供給部３６０から、例えば２０００〜１００００ｍｌ／分の範囲、好適には４０００〜１００００ｍｌ／分の範囲の流量でプラズマ用のガスとして水蒸気を供給する。また、レジスト膜８６の一部の除去を進行させるため、水蒸気に加えて酸素ガスを供給する場合には、酸素ガス供給部３６７から、例えば２０００〜１００００ｍｌ／分の範囲、好適には４０００〜１００００ｍｌ／分の範囲の流量で酸素ガスを供給する。このとき真空排気機構３１４により、処理室３３内が排気され、処理室３３内が所定の圧力の真空雰囲気に調節される。そして高周波電源３７３から各アンテナ部３４へ高周波電力を供給し、ＩＣＰを発生させて基板Ｆのトリートメント処理を実行する（ステップＳ１０４）。

プラズマによって水分子を活性化することにより、活性種中に含まれる酸素が酸化物半導体層８４の酸素欠損に取り込まれて酸素が補填される（図７）。さらに、活性化した酸素を酸素欠損よりも過剰に供給することにより、酸化物半導体層８４の表面に、酸素濃度の高い膜、いわば「酸化皮膜」を形成することができる。酸素欠損に酸素を補填することにより、劣化した酸化物半導体層８４を回復させると共に、酸素濃度の高い領域を形成することにより、後段で実施される基板Ｆの処理における酸素の離脱の影響を抑え、また酸化物半導体層８４への水分の吸着を抑制することができる。

上述のトリートメント処理において、プラズマ発生用のガスとして水蒸気を用いることにより、比較的酸化力が強いＯＨラジカルなどの活性種を利用することが可能となり、酸化物半導体層８４への酸素の取り込みを効果的に促進することができると考えられる。なお、水蒸気はプラズマ化しているので、大気中を搬送する場合とは異なり、水分子がそのままの状態で酸化物半導体層８４へ吸着することはほとんどない。また、酸化物半導体層８４へ酸素が取り込まれる量に比べて、水素の取り込み量は少なく、酸素の取り込みにより酸化物半導体層８４を回復させる効果と、水素の取り込みによる劣化とを比較すると、回復効果の方が大きい。

さらに、プラズマによって活性化した水蒸気に含まれる水素は、レジスト膜８６や電極８５に付着している塩素や塩化アルミニウムと反応し、塩化水素が生成されてレジスト膜８６や電極８５から除去される。また、プラズマ発生用のガスである水蒸気に加えて酸素ガスを供給することにより、レジスト膜８６の表面を一部、酸化（燃焼）させて除去することで、レジスト膜８６の表面よりも内側に入り込んでいた塩素を露出させ、水素と反応させて除去することができる。

ここで本トリートメント処理においては、エッチング処理時の圧力雰囲気（０．６６７〜１３．３Ｐａ（５〜１００ｍＴｏｒｒ））に比べて処理室３３内の圧力雰囲気（０．６６７〜６６．７Ｐａ（５〜５００ｍＴｏｒｒ））を高めに設定し、またＩＣＰを利用した処理を行うことで、より良好な塩素除去効果が得られることを実験的に確認している。なお、各処理時の圧力の違いが塩素の除去効果に与える影響の具体的なメカニズムは明らかでない。

こうして予め設定した時間だけトリートメント処理を行ったら、水蒸気、酸素ガスの供給、及びアンテナ部３４への電力の供給を停止する。
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。

処理室３３内の基板Ｆの温度の調節を完了したら、成膜ガス供給部４１から例えば四フッ化ケイ素ガス、及び酸素ガスを供給する。このとき真空排気機構３１４により、処理室３３内が排気され、処理室３３内が所定の圧力の真空雰囲気に調節される。そして、プラズマ発生部を構成するアンテナ部に高周波電力を供給し、ＩＣＰを発生させて基板Ｆの表面にシリカ膜からなる仮保護膜を成膜する（図５のステップＳ１０６）。

予め設定した時間だけ成膜処理を行ったら、成膜ガスの供給、及びアンテナ部への電力の供給を停止し、成膜処理を終える。この成膜処理により、図８に示すように、基板Ｆの表面は仮保護膜８７によって覆われた状態となるので、基板Ｆを大気搬送する際における酸化物半導体層８４への水分の吸着を抑えることができる。

そして処理室内の圧力を調整し、ゲートバルブＧ５を開いて第２の搬送機構１４を進入させ、基板Ｆを取り出し、真空搬送室１３からロードロック室１２へと、搬入時とは反対の経路で基板Ｆを搬送し、元のキャリアＣ１、Ｃ２へ基板Ｆを格納する。キャリアＣ１、Ｃ２内の基板Ｆの処理が完了したら、レジスト膜８６の除去、及びパッシベーション膜の成膜が行われる装置へ向けてキャリアＣ１、Ｃ２を搬送する（ステップＳ１０７、エンド）。

これらレジスト膜８６の除去や、パッシベーション膜の成膜が行われる装置についても例えば図３に示した例と同様のマルチチャンバ型の真空処理システム（基板処理システム）が用いられる。そしてこの基板処理システムにおいては、図２中に一点鎖線で囲んで示す仮保護膜８７のエッチング処理（Ｐ６）、アッシング処理によるレジスト膜８６の除去（Ｐ７）、パッシベーション膜の成膜処理（Ｐ８）が真空搬送室に接続された各処理モジュール内で実行される。

このため、仮保護膜８７を除去した後、パッシベーション膜を成膜するまでの期間中に、露出した酸化物半導体層８４が大気雰囲気に曝されないので、酸化物半導体層８４への水分の吸着を抑えることができる。
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。

本実施の形態に係るプラズマ処理モジュール３によれば以下の効果がある。酸化物半導体層８４の上層側の金属膜をエッチングして当該酸化物半導体層８４が露出した基板に対し、プラズマ発生用のガスとして水蒸気を用いてプラズマ処理を行うことにより、酸化物半導体層８４に酸素を取り込むので、酸化物半導体層８４の特性の低下を抑えつつＴＦＴ８を製造することができる。

ここで、図３に示した基板処理システム１においては、エッチング処理の際に用いたレジスト膜８６の除去を行わず、他の装置に基板Ｆを搬送してレジスト膜８６の除去を行っている。このため、大気搬送時における酸化物半導体層８４への水分の吸着を抑える目的で基板Ｆの表面に仮保護膜８７を形成している。
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。

図９に示した基板処理システム１ａは、プラズマ処理モジュール３ａにおいてエッチング処理後の基板Ｆに対するトリートメント処理及びアッシングによるレジスト膜８６の除去を行う構成となっている（図１０のＰ４’）。また、成膜処理モジュール４ａにおいては、レジスト膜８６が除去された基板Ｆに対して保護膜であるパッシベーション膜を形成する（Ｐ８）。

プラズマ処理モジュール３ａは、例えば図４を用いて説明した例と同様の構成を備えるものを使用することができるが、レジスト膜８６の除去を行うため、既述のトリートメント処理の後に酸素ガス供給部３６７から単独で供給された酸素ガスをプラズマ化してアッシング処理を実行するようにレシピが設定されている点が図４に示した例と異なる。
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。

さらにまた、エッチング処理とトリートメント処理（レジスト膜の除去を行う場合を含む）とは、別々のモジュール２、３（３ａ）にて実行する場合に限定されるものではない。例えば、ＩＣＰ発生用のアンテナ部３４などを備えた共通の処理モジュールにエッチングガス供給部２１と水蒸気供給部３６０や酸素ガス供給部３６７とを接続し、共通の処理室３３内でこれらの処理を連続して行ってもよい。

次に、第２の実施形態として、既述の水蒸気に替えて、フッ素を含むガス（以下「フッ素含有ガス」という）と酸素ガスとの混合ガス（以下、「フッ素含有混合ガス」という）をプラズマ（トリートメント処理用プラズマ）化させ、このプラズマ化したフッ素含有混合ガスによりトリートメント処理（プラズマトリートメント処理）を行う例について説明する。フッ素含有ガスの例としては、四フッ化炭素（ＣＦ_４）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）を例示することができる。

プラズマ化したフッ素含有混合ガスにより行われるトリートメント処理は、図２に示したＰ４のトリートメント処理、または図１０に示したＰ４’のトリートメント処理及びアッシングによるレジスト膜８６の除去のいずれにも適用することがきる。
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。

フッ素含有混合ガスのガス供給部の構成例としては、図４に示すプラズマ処理モジュール３の水蒸気供給部３６０に替えて、フッ素含有ガスを貯留したフッ素含有ガス貯溜部と、酸素ガスを貯溜した酸素ガス貯留部とをガス混合器に並列に接続した構成を挙げることができる。当該ガス混合器にて混合されたフッ素含有混合ガスが、シャワーヘッド３５へと供給される。フッ素含有ガス貯溜部や酸素ガス貯留部には、各々マスフローメータなどの流量調節部が設けられ、フッ素含有ガスは、５００〜２０００ｍｌ／分（０°、１気圧基準、以下同じ）、好適には５００〜１０００ｍｌ／分の流量範囲で供給される。また、酸素ガスは、５０００〜１０００００ｍｌ／分、好適には５０００〜２００００ｍｌ／分の流量範囲で供給される。

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時の圧力条件は、０．６６７〜６６．７Ｐａ（５〜５００ｍＴｏｒｒ）、より好適には６．６７〜４０Ｐａ（５０〜３００ｍＴｏｒｒ）の範囲である。また、このトリートメント処理時における基板Ｆの温度は、２５〜２５０℃、好適には８０〜２５０℃の温度範囲に調節される。

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の作用について述べると、プラズマによってフッ素含有混合ガスを活性化することにより、酸素欠損が発生した酸化物半導体層８４（図６）が、活性種中に含まれるフッ素によってフッ素終端され、また酸素欠損に酸素が補填されることにより、酸化物半導体層８４の表面に、フッ素濃度及び酸素濃度が高い膜、いわば「フッ素含有酸化被膜」を形成することができる（図１１）。「フッ素含有酸化被膜」を形成することにより、劣化した酸化物半導体層８４を回復させると共に、フッ素濃度及び酸素濃度の高い領域を形成するので、後段で実施される基板Ｆの処理における酸素の離脱の影響を抑え、また酸化物半導体層８４への水分の吸着を抑制することができる。

さらに、フッ素含有ガスである四フッ化炭素や六フッ化硫黄は、レジスト膜８６や電極８５に付着している塩素や塩化アルミニウム中の塩素を、フッ素含有ガスに含有されるフッ素と置換することで除去する。また、上述のフッ素含有ガスはレジスト膜８６をエッチングする作用もあるので、レジスト膜８６の表面を一部、除去することで、レジスト膜８６の表面よりも内側に入り込んでいた塩素を露出させ、除去することもできる。

ここでプラズマ処理モジュール３などに設けられるプラズマ発生部の構成についても、ＩＣＰを発生させるアンテナ部３４を用いる例に限られるものではない。例えば平行平板電極間に高周波電力を印加して容量結合型のプラズマを発生させてトリートメント処理やエッチング処理、成膜処理を行っても良い。

さらには、成膜処理モジュール４、４ａは、例えば載置台上に載置された基板Ｆをヒーターにより加熱して成膜ガスを反応させ、成膜処理を行う熱ＣＶＤ装置として構成してもよいしプラズマ化や加熱以外の方法で成膜ガスを活性化して良い。また、成膜手法もＣＶＤに限らず、複数種類の反応ガスをウエハに対して順番に供給して反応生成物を堆積させるいわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）法を採用しても良い。

これらに加え、電極８５を形成するための金属膜は、アルミニウムを含む金属にて構成する場合に限定されない。例えばモリブデン（Ｍｏ）や銅（Ｃｕ）などを用いてもよい。酸化物半導体層８４の上層側に、Ｍｏ及びＣｕの金属膜をこの順に積層する場合を例に挙げると、最上層のＣｕ金属膜のウェットエッチングを他の装置で行った後、Ｍｏ金属膜のドライエッチング、その後の酸化物半導体層８４のトリートメント処理などが図１、９に示した基板処理システム１、１ａにて実行される。この場合は、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）や四フッ化炭素（ＣＦ_４）など、塩素を含まないエッチングガスを利用することができるので、塩素を含む物質がコロージョンを引き起こすといった問題は小さい。しかしながら、酸化物半導体層８４における酸素欠損や、酸化物半導体層８４を大気搬送する際の水分の吸着と行った課題は依然として残るので、本実施の形態のトリートメント処理を採用することによるＴＦＴ８の性能向上の効果は得られる。

Ｆ 基板
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 (8)

1. 基板上の酸化物半導体の上層側に形成されたアルミニウムを含む金属膜を、該金属膜の上層側に形成されパターニングされたレジスト膜を通して、塩素を含むエッチングガスをプラズマ化したエッチング処理用プラズマによりプラズマエッチング処理し、前記酸化物半導体を露出させる工程と、
   トリートメント処理用プラズマ発生用のガスであるフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスを供給し、該混合ガスをプラズマ化したトリートメント処理用プラズマに、前記露出した酸化物半導体を曝すと共に、前記トリートメント処理用プラズマにより前記レジスト膜を除去するプラズマトリートメント処理を行う工程と、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。
2. 前記フッ素を含むガスは、四フッ化炭素（ＣＦ_４）または六フッ化硫黄（ＳＦ_６）の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスターの製造方法。
3. 前記プラズマトリートメント処理を行う工程は、前記基板の温度を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１または２に記載の薄膜トランジスターの製造方法。
4. 前記プラズマエッチング処理と、前記プラズマトリートメント処理とは、共通の処理容器にて行われ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薄膜トランジスターの製造方法。
5. 前記プラズマエッチング処理と、前記プラズマトリートメント処理とは、各々真空搬送室に接続された異なる処理容器にて行われ、前記プラズマエッチング処理された後の基板を、プラズマ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、前記プラズマトリートメント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１ないし３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。
6. 前記プラズマトリートメント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を含む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薄膜トランジスターの製造方法。
7. 前記プラズマトリートメント処理は処理容器にて行われ、該プラズマトリートメント処理用の処理容器と前記成膜処理モジュールとが各々真空搬送室に接続され、前記プラズマトリートメント処理された後の基板を、前記プラズマトリートメント処理が行われた処理容器から、前記真空搬送室を介して、前記成膜処理モジュールへ搬送する工程を含み、
   前記保護膜は、前記金属膜と前記露出した酸化物半導体の表面を覆うパッシベーション膜であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスターの製造方法。
8. 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１ないし７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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