JP7130548B2 - Film forming method and film forming apparatus - Google Patents
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本開示は、成膜方法及び成膜装置に関するものである。 The present disclosure relates to a film forming method and a film forming apparatus.
近年、薄型のディスプレイを実現する技術として、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)の利用が進んでいる。TFTのチャネルには、電子移動度の高さや、消費電力の低さ等の観点から、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、および亜鉛(Zn)からなる酸化物半導体、いわゆるIGZOが用いられる。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を有する。そのため、IGZO等の酸化物半導体をTFTのチャネルに用いることで、高速のスイッチング動作を実現することが可能となる。 In recent years, thin film transistors (TFTs) have been increasingly used as a technique for realizing thin displays. An oxide semiconductor composed of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn), so-called IGZO, is used for the channel of the TFT from the viewpoints of high electron mobility, low power consumption, and the like. IGZO has relatively high electron mobility even in the amorphous state. Therefore, by using an oxide semiconductor such as IGZO for the channel of the TFT, high-speed switching operation can be realized.
また、TFTでは、酸化物半導体を外界のイオンや水分から保護するために、保護膜により酸化物半導体が覆われることが一般的である。例えば、酸素含有ガスと弗化シリコン(SiF4)ガスと塩化シリコン(SiCl4)ガスとを含む処理ガスのプラズマにより、酸化物半導体上に、保護膜として酸化シリコン(SiO)膜を成膜する技術が知られている。 In TFTs, the oxide semiconductor is generally covered with a protective film in order to protect the oxide semiconductor from external ions and moisture. For example, there is a technique of forming a silicon oxide (SiO) film as a protective film on an oxide semiconductor by plasma of a processing gas containing an oxygen-containing gas, a silicon fluoride (SiF4) gas, and a silicon chloride (SiCl4) gas. Are known.
本開示は、酸化物半導体の保護膜の成膜時にプラズマから酸化物半導体へ付与されるダメージを低減することができる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique capable of reducing damage given to an oxide semiconductor from plasma when forming a protective film of the oxide semiconductor.
本開示の一態様による成膜方法は、酸素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含み且つSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が第1の流量比となる混合ガスのプラズマを第1の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、酸化物半導体上に第1の酸化シリコン膜を成膜する第1の成膜工程と、酸素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含み且つSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が第2の流量比となる混合ガスのプラズマを第2の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、前記第1の酸化シリコン膜上に第2の酸化シリコン膜を成膜する第2の成膜工程と、を含み、前記第1の高周波電力は、前記第2の高周波電力よりも低く、前記第1の流量比は、前記第2の流量比よりも小さい。 A film formation method according to an aspect of the present disclosure includes generating plasma of a mixed gas containing an oxygen-containing gas, a SiF4 gas, and a SiCl4 gas, and having a first flow rate ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas, with a first high-frequency power. and a first film forming step of forming a first silicon oxide film on the oxide semiconductor by the generated plasma; A plasma of a mixed gas having a second flow rate ratio of SiCl4 gas to SiCl4 gas is generated using a second high-frequency power, and the generated plasma causes the second silicon oxide film to form on the first silicon oxide film. and a second deposition step of depositing a film, wherein the first high-frequency power is lower than the second high-frequency power, and the first flow rate ratio is higher than the second flow rate ratio. small.
本開示によれば、酸化物半導体の保護膜の成膜時にプラズマから酸化物半導体へ付与されるダメージを低減することができるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to reduce damage given to an oxide semiconductor from plasma when forming a protective film of the oxide semiconductor.
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 Various embodiments are described in detail below with reference to the drawings. In addition, suppose that the same code|symbol is attached|subjected to the part which is the same or equivalent in each drawing.
近年、薄型のディスプレイを実現する技術として、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)の利用が進んでいる。TFTのチャネルには、電子移動度の高さや、消費電力の低さ等の観点から、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、および亜鉛(Zn)からなる酸化物半導体、いわゆるIGZOが用いられる。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を有する。そのため、IGZO等の酸化物半導体をTFTのチャネルに用いることで、高速のスイッチング動作を実現することが可能となる。 In recent years, thin film transistors (TFTs) have been increasingly used as a technique for realizing thin displays. An oxide semiconductor composed of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn), so-called IGZO, is used for the channel of the TFT from the viewpoints of high electron mobility, low power consumption, and the like. IGZO has relatively high electron mobility even in the amorphous state. Therefore, by using an oxide semiconductor such as IGZO for the channel of the TFT, high-speed switching operation can be realized.
また、TFTでは、酸化物半導体を外界のイオンや水分から保護するために、酸化物半導体が保護膜により覆われることが一般的である。例えば、酸素含有ガスと弗化シリコン(SiF4)ガスと塩化シリコン(SiCl4)ガスとを含む処理ガスのプラズマにより、酸化物半導体上に、保護膜として酸化シリコン(SiO)膜を成膜する技術が知られている。 In TFTs, the oxide semiconductor is generally covered with a protective film in order to protect the oxide semiconductor from external ions and moisture. For example, there is a technique of forming a silicon oxide (SiO) film as a protective film on an oxide semiconductor by plasma of a processing gas containing an oxygen-containing gas, a silicon fluoride (SiF4) gas, and a silicon chloride (SiCl4) gas. Are known.
ところで、酸素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスと含む処理ガスのプラズマにより、保護膜を成膜する場合、酸化物半導体がプラズマに曝されるので、プラズマから酸化物半導体へダメージが付与される。例えば、プラズマ中のイオンやラジカルにより、酸化物半導体からの酸素(O)原子の脱離が引き起こされる。また、SiCl4ガスに含まれる塩素(Cl)原子が酸化物半導体中のIn、Ga及びZnと反応することにより、酸化物半導体からIn、Ga及びZnの脱離が引き起こされる。酸化物半導体からのO原子の脱離や、In、Ga及びZnの脱離が引き起こされると、酸化物半導体の特性が劣化し、酸化物半導体を用いたTFTの特性が劣化してしまう。このため、酸化物半導体の保護膜の成膜時に酸化物半導体へ付与されるダメージを低減することが期待されている。 By the way, when a protective film is formed by plasma of a processing gas containing oxygen-containing gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas, the oxide semiconductor is exposed to the plasma, and the oxide semiconductor is damaged by the plasma. For example, ions or radicals in plasma cause detachment of oxygen (O) atoms from an oxide semiconductor. In addition, chlorine (Cl) atoms contained in the SiCl4 gas react with In, Ga, and Zn in the oxide semiconductor, causing desorption of In, Ga, and Zn from the oxide semiconductor. Detachment of O atoms or detachment of In, Ga, and Zn from the oxide semiconductor degrades the characteristics of the oxide semiconductor, thereby degrading the characteristics of a TFT using the oxide semiconductor. Therefore, it is expected to reduce the damage given to the oxide semiconductor when the protective film of the oxide semiconductor is formed.
[成膜装置10の構成]
まず、一実施形態に係る成膜装置10について説明する。図1は、一実施形態に係る成膜装置10の構成の一例を示す概略断面図である。本実施形態における成膜装置10は、誘導結合型のプラズマ化学気相堆積(ICP-CVD)装置である。成膜装置10は、略直方体形状のチャンバ11を有する。チャンバ11内には、基板Sを上面に載置する載置台12が配置されている。載置台12内には、図示しない温度制御機構が設けられており、該温度制御機構により、載置台12上に載置された基板Sの温度が所定の温度に制御される。
[Configuration of film forming apparatus 10]
First, a
基板Sは、例えばFPD(Flat Panel Display)やシートディスプレイ等に用いられるガラス基板またはプラスチック基板である。チャンバ11の上部には、チャンバ11の天井を構成する窓部材14が設けられており、窓部材14の上には、チャンバ11内部の載置台12と対向するようにアンテナ13が配置されている。窓部材14は、例えば誘電体等で構成されており、チャンバ11の内部と外部とを仕切る。なお、窓部材14は複数の分割片から構成されてもよい。
The substrate S is, for example, a glass substrate or a plastic substrate used for FPDs (Flat Panel Displays), sheet displays, and the like. A
チャンバ11の側壁には、基板Sを搬入および搬出するための開口が形成されており、該開口はゲートバルブ16によって閉じられている。チャンバ11の底部には、排気口18が設けられており、排気口18には、排気装置17が接続されている。排気装置17は、排気口18を介してチャンバ11内を真空引きし、チャンバ11の内部を所定の圧力まで減圧する。
A side wall of the
窓部材14は、図示しない絶縁性の部材を介してチャンバ11の側壁に支持されており、窓部材14とチャンバ11とは直接的には接触せず、電気的に導通しない。また、窓部材14は、載置台12に載置された基板Sと略平行な面において、少なくとも基板Sの全面を覆うことが可能な大きさを有する。
The
チャンバ11の側壁にはガス導入口15が設けられており、ガス導入口15には、ガス供給管23を介して、バルブ22a~22dが接続されている。バルブ22aは、流量制御器21aを介してガス供給源20aに接続されている。バルブ22bは、流量制御器21bを介してガス供給源20bに接続されている。バルブ22cは、流量制御器21cを介してガス供給源20cに接続されている。バルブ22dは、流量制御器21dを介してガス供給源20dに接続されている。
A
ガス供給源20aは、水素(H)原子を含まない酸素(O)含有ガスの供給源である。本実施形態において、ガス供給源20aは、O2ガスを供給する。ガス供給源20bは、SiF4ガスの供給源である。ガス供給源20cは、SiCl4ガスの供給源である。ガス供給源20dは、水素(H)原子を含まない窒素(N)含有ガスの供給源である。本実施形態において、ガス供給源20dは、N2ガスを供給する。
The
ガス供給源20aから供給されたO2ガスは、流量制御器21aによって流量が調整され、バルブ22aおよびガス供給管23を介して、ガス導入口15からチャンバ11内に供給される。また、ガス供給源20bから供給されたSiF4ガスは、流量制御器21bによって流量が調整され、バルブ22bおよびガス供給管23を介して、ガス導入口15からチャンバ11内に供給される。また、ガス供給源20cから供給されたSiCl4ガスは、流量制御器21cによって流量が調整され、バルブ22cおよびガス供給管23を介して、ガス導入口15からチャンバ11内に供給される。また、ガス供給源20dから供給されたN2ガスは、流量制御器21dによって流量が調整され、バルブ22dおよびガス供給管23を介して、ガス導入口15からチャンバ11内に供給される。
The O2 gas supplied from the
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25を介して高周波電源26に接続されている。高周波電源26は、所定周波数の高周波電力をアンテナ13に供給し、アンテナ13内を流れる高周波電流によって、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。チャンバ11内に発生した磁界によって、チャンバ11内には誘導電界が発生し、該誘導電界によってチャンバ11内の電子が加速される。そして、誘導電界によって加速された電子が、チャンバ11内に導入されたガスの分子や原子と衝突することにより、チャンバ11内に誘導結合プラズマが発生する。
The
本実施形態における成膜装置10では、後述するパッシベーション層を成膜する場合、まず、チャンバ11内に、O2ガス、SiF4ガス及びSiCl4ガスが供給され、供給されたガスの混合ガスから誘導結合プラズマが生成される。そして、生成された誘導結合プラズマにより、載置台12に載置された基板S上に第1の酸化シリコン(SiO)膜が成膜される。続いて、チャンバ11内にO2ガスが供給され、供給されたO2ガスから、誘導結合プラズマが生成される。そして、生成された誘導結合プラズマ(つまり、O2ガスのプラズマ)に第1のSiO膜が曝露される。続いて、チャンバ11内に、O2ガス、SiF4ガス及びSiCl4ガスが供給され、供給されたガスの混合ガスから、誘導結合プラズマが生成される。そして、生成された誘導結合プラズマにより、第1のSiO膜上に第2のSiO膜が成膜される。続いて、チャンバ11内に、N2ガス、SiF4ガス及びSiCl4ガスが供給され、供給されたガスの混合ガスから、誘導結合プラズマが生成される。そして、生成された誘導結合プラズマにより、第2のSiO膜上に窒化シリコン(SiN)膜が成膜される。これにより、第1のSiO膜、第2のSiO膜及びSiN膜を含む多層膜であるパッシベーション層が成膜される。パッシベーション層は、基板S上に形成される酸化物半導体を水分等から保護する機能を有する。パッシベーション層は、酸化物半導体を保護する保護膜の一例である。
In the
成膜装置10は、プロセッサ及びメモリ等を含む制御部27を備える。制御部27は、メモリ内に格納されたレシピ等のデータやプログラムに従って、成膜装置10の各部を制御する。例えば、制御部27は、排気装置17、流量制御器21a~21d、バルブ22a~22d、および高周波電源26を、それぞれ制御する。制御部27は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やCPU(Central Processing Unit)等の各種の集積回路や電子回路等を有するコンピュータにより実現される。
The
[TFT30の構成]
図2は、TFT30の構成の一例を示す断面図である。本実施例におけるTFT30は、バックチャネルエッチ型である。
[Configuration of TFT 30]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the
TFT30は、例えば図2に示すように、基板S上に形成されたアンダーコート層31と、アンダーコート層31の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およびゲート電極32を覆うように形成されたゲート絶縁層33とを備える。本実施形態において、アンダーコート層31およびゲート絶縁層33としては、例えばSiO膜やSiN膜が用いられる。
The
また、TFT30は、ゲート絶縁層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、ゲート絶縁層33の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およびドレイン電極36とを備える。本実施形態において、チャネル34は、酸化物半導体である。本実施形態において、チャネル34には、例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、および亜鉛(Zn)からなる酸化物半導体である、いわゆるIGZOが用いられる。なお、チャネル34の材料は、酸化物半導体であれば、IGZOに限られない。
The
また、TFT30は、ゲート絶縁層33の上においてチャネル34、ソース電極35、およびドレイン電極36を覆うように形成されたパッシベーション層37を備える。
The
本実施形態において、パッシベーション層37は、第1のSiO膜371、第2のSiO膜372及びSiN膜373を含む多層膜である。第1のSiO膜371は、O2ガス等の酸素含有ガスと、SiF4ガスと、SiCl4ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、チャネル34上に成膜される。第2のSiO膜372は、O2ガス等の酸素含有ガスと、SiF4ガスと、SiCl4ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、第1のSiO膜371上に成膜される。SiN膜373は、N2ガス等の窒素含有ガスと、SiF4ガスと、SiCl4ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、第2のSiO膜372上に成膜される。
In this embodiment, the
ところで、O2ガス等の酸素含有ガスと、SiF4ガスと、SiCl4ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、第1のSiO膜371を成膜する場合、チャネル34がプラズマに曝されるので、プラズマからチャネル34へダメージが付与される。例えば、プラズマ中のイオンやラジカルにより、チャネル34からO原子の脱離が引き起こされる。また、SiCl4ガスに含まれるCl原子がチャネル34中のIn、Ga及びZnと反応することにより、チャネル34からのO原子の脱離が引き起こされる。チャネル34からのO原子の離脱や、In、Ga及びZnの脱離が引き起こされると、チャネル34の特性が劣化し、チャネル34を用いたTFT30の特性が劣化してしまう。
By the way, when the
そこで、本実施形態では、第1のSiO膜371の成膜処理において混合ガスのプラズマの生成に用いられる高周波電力を低下させ、且つSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比を小さくする。これにより、チャネル34上に第1のSiO膜371が成膜される期間中に、プラズマの密度の増加が抑制され、プラズマからチャネル34へ付与されるダメージを低減することができる。結果として、チャネル34の特性の劣化を抑制することができ、チャネル34を用いたTFT30の特性の劣化を抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the high-frequency power used to generate the plasma of the mixed gas in the deposition process of the
具体的には、第1のSiO膜371の成膜処理において混合ガスのプラズマの生成に用いられる高周波電力は、第2のSiO膜372の成膜処理において混合ガスのプラズマの生成に用いられる高周波電力よりも低い。これにより、チャネル34上に第1のSiO膜371が成膜される期間中に、プラズマの密度の増加が抑制され、プラズマからチャネル34へ付与されるダメージを低減することができる。例えば、チャネル34から脱離するO原子の数が抑制される。
Specifically, the high-frequency power used to generate the plasma of the mixed gas in the deposition process of the
また、第1のSiO膜371の成膜処理におけるSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比は、第2のSiO膜372の成膜処理におけるSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比よりも小さい。これにより、チャネル34上に第1のSiO膜371が成膜される期間中に、SiCl4ガスに含まれるCl原子と、チャネル34中のIn、Ga及びZnとの反応が抑制され、チャネル34から脱離するIn、Ga及びZnの数が抑制される。
Also, the flow rate ratio of SiCl4 gas to SiF4 gas in the deposition process of the
[成膜手順]
図3は、パッシベーション層37の成膜処理の一例を示すフローチャートである。図4は、パッシベーション層37の成膜処理の一例を説明するための図である。図3に示すフローチャートは、所定のプログラムに従って制御部27が成膜装置10の各部の動作を制御することによって実行される。
[Deposition procedure]
FIG. 3 is a flow chart showing an example of the film forming process of the
まず、ゲートバルブ16が開放され、例えば図4(A)に示すように、ゲート電極32、チャネル34、ソース電極35、およびドレイン電極36が形成された基板Sがチャンバ11内に搬入される(S101)。チャンバ11内に搬入される基板Sでは、チャネル34、ソース電極35、およびドレイン電極36が露出している。チャンバ11内に基板Sが搬入された後、ゲートバルブ16が閉じられる。なお、工程によっては、ゲート電極32、チャネル34、ソース電極35、およびドレイン電極36の一部が形成された基板であってもよい。
First, the
次に、制御部27は、チャネル34上に第1のSiO膜371を成膜する第1の成膜工程を実行する(S102)。第1の成膜工程では、制御部27は、排気装置17を制御して、チャンバ11内を所定の真空度まで排気する。そして、制御部27は、バルブ22a~22cを開状態に制御する。なお、バルブ22dは、閉状態に制御されている。
Next, the
そして、制御部27は、ガス供給源20aから供給されるO2ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21aを制御する。そして、制御部27は、ガス供給源20bから供給されるSiF4ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21bを制御する。そして、制御部27は、ガス供給源20cから供給されるSiCl4ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21cを制御する。第1の成膜工程では、制御部27は、SiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が「第1の流量比」となるように、流量制御器21b及び21cをそれぞれ制御する。これにより、O2ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含む混合ガスがチャンバ11内に供給される。
Then, the
また、第1の成膜工程では、制御部27は、高周波電源26を制御して、「第1の高周波電力」をアンテナ13に印加する。これにより、チャンバ11内に誘導電界が発生し、O2ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含む混合ガスのプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマにより、第1のSiO膜371が、チャネル34、ソース電極35及びドレイン電極36上に積層される。これにより、例えば図4(B)に示すように、チャネル34、ソース電極35及びドレイン電極36上に、所定の厚さの第1のSiO膜371が成膜される。第1のSiO膜371の厚さは、後述する第2の成膜工程において第1のSiO膜371上に成膜される第2のSiO膜372の厚さよりも薄い。第1の成膜工程における第1の高周波電力、並びに、第1の流量比については、後述する。
Also, in the first film forming process, the
次に、制御部27は、第1のSiO膜371をO2ガスのプラズマに曝露する曝露工程を実行する(S103)。曝露工程では、制御部27は、バルブ22aを開状態に維持しながら、バルブ22b及び22cを閉状態に制御する。そして、制御部27は、ガス供給源20aから供給されるO2ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21aを制御する。これにより、O2ガスがチャンバ11内に供給される。
Next, the
また、曝露工程では、制御部27は、高周波電源26を制御して、所定の大きさの高周波電力をアンテナ13に印加する。これにより、チャンバ11内に誘導電界が発生し、O2ガスのプラズマが生成される。そして、第1のSiO膜371がO2ガスのプラズマに曝露されることにより、第1のSiO膜371を介してO2ガスのプラズマからチャネル34にO原子が供給される。これにより、チャネル34が直接的にO2ガスのプラズマに曝露されることなく、チャネル34の酸素欠陥が補修される。チャネル34がO2ガスのプラズマに曝露された場合、チャネル34にダメージが引き起こされることになる。ここで、第1のSiO膜371の厚さは、第1のSiO膜371上に成膜される第2のSiO膜372の厚さよりも薄いので、第1のSiO膜371を介するO原子の供給が円滑に行われる。
Also, in the exposure step, the
次に、制御部27は、第1のSiO膜371上に第2のSiO膜372を成膜する第2の成膜工程を実行する(S104)。第2の成膜工程では、制御部27は、バルブ22aを開状態に維持しながら、バルブ22b及び22cを開状態に制御する。
Next, the
そして、制御部27は、ガス供給源20aから供給されるO2ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21aを制御する。そして、制御部27は、ガス供給源20bから供給されるSiF4ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21bを制御する。そして、制御部27は、ガス供給源20cから供給されるSiCl4ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21cを制御する。第2の成膜工程では、制御部27は、SiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が「第2の流量比」となるように、流量制御器21b及び21cをそれぞれ制御する。これにより、O2ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含む混合ガスがチャンバ11内に供給される。
Then, the
また、第2の成膜工程では、制御部27は、高周波電源26を制御して、「第2の高周波電力」をアンテナ13に印加する。これにより、チャンバ11内に誘導電界が発生し、O2ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含む混合ガスのプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマにより、第2のSiO膜372が、第1のSiO膜371上に積層される。これにより、例えば図4(C)に示すように、第1のSiO膜371上に、所定の厚さの第2のSiO膜372が成膜される。第2の成膜工程における第2の高周波電力、並びに、第2の流量比については、後述する。
Also, in the second film forming process, the
次に、制御部27は、第2のSiO膜372上にSiN膜373を成膜する第3の成膜工程を実行する(S105)。第3の成膜工程では、制御部27は、バルブ22a~22cを閉状態に制御する。そして、制御部27は、排気装置17を制御して、チャンバ11内のガスを排気する。そして、制御部27は、バルブ22b~22dを開状態に制御する。
Next, the
そして、制御部27は、ガス供給源20bから供給されるSiF4ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21bを制御する。そして、制御部27は、ガス供給源20cから供給されるSiCl4ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21cを制御する。そして、制御部27は、ガス供給源20dから供給されるN2ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器21dを制御する。これにより、N2ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含む混合ガスがチャンバ11内に供給される。
Then, the
また、第3の成膜工程では、制御部27は、高周波電源26を制御して、所定の大きさの高周波電力をアンテナ13に印加する。これにより、チャンバ11内に誘導電界が発生し、N2ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含む混合ガスのプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマにより、SiN膜373が、第2のSiO膜372上に積層される。これにより、例えば図4(D)に示すように、第2のSiO膜372上に、所定の厚さのSiN膜373が成膜される。これにより、第1のSiO膜371、第2のSiO膜372及びSiN膜373を含むパッシベーション層37が成膜される。このようにして、本実施形態のTFT30が製造される。SiN膜373を成膜する意義については、後述する。
Also, in the third film forming process, the
その後、制御部27は、高周波電源26を停止させ、バルブ22b~22dを閉状態に制御し、排気装置17を制御して、チャンバ11内のガスを排気する。そして、ゲートバルブ16が開放され、基板Sがチャンバ11内から搬出される(S106)。
After that, the
[第1の成膜工程における第1の高周波電力、並びに、第1の流量比]
ここで、第1の成膜工程における第1の高周波電力、並びに、第1の流量比について更に説明する。図5は、第1の成膜工程における第1の高周波電力と、TFT30のS(サブスレッショルド・スイング)値との関係の一例を示す図である。S値は、TFT30の電流値を1桁増やすために適用されるゲート電圧である。S値は、その値が小さいほど、TFT30の特性が良好であることを示し、その値が大きいほど、TFT30のチャネル34が導体化することを示す。
[First high-frequency power and first flow rate ratio in first film formation step]
Here, the first high-frequency power and the first flow rate ratio in the first film formation step will be further described. FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the first high-frequency power in the first film formation process and the S (sub-threshold swing) value of the
図5に示すように、第1の高周波電力が低いほど、S値が小さくなった。すなわち、第1の高周波電力が低いほど、TFT30の特性が良好となることが確認された。これは、第1の高周波電力が低いほど、すなわち、第1の高周波電力を用いて生成されるプラズマの密度が低いほど、第1の成膜工程の実行中に、プラズマからTFT30のチャネル34へ付与されるダメージが低減するためであると考えられる。
As shown in FIG. 5, the lower the first high frequency power, the smaller the S value. That is, it was confirmed that the lower the first high-frequency power, the better the characteristics of the
図6は、第1の成膜工程における第1の流量比と、TFT30のS値との関係の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the first flow rate ratio and the S value of the
図6に示すように、第1の流量比が小さいほど、S値が小さくなった。すなわち、第1の流量比が小さいほど、TFT30の特性が良好となることが確認された。これは、第1の流量比が小さいほど、すなわち、SiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が小さいほど、第1の成膜工程の実行中に、プラズマからTFT30のチャネル34へ付与されるダメージが低減するためであると考えられる。
As shown in FIG. 6, the smaller the first flow rate ratio, the smaller the S value. That is, it was confirmed that the smaller the first flow rate ratio, the better the characteristics of the
図5及び図6の結果から、良好なTFT30の特性を得るためには、第1の成膜工程における第1の高周波電力が低く、且つ、第1の流量比が小さいことが好ましい。
From the results of FIGS. 5 and 6, in order to obtain favorable characteristics of the
そこで、本実施形態では、第1の成膜工程における第1の高周波電力は、第2の成膜工程における第2の高周波電力よりも低くなるように設定される。さらに、第1の成膜工程における第1の流量比は、第2の成膜工程における第2の流量比よりも小さくなるように設定される。これにより、チャネル34の保護膜の成膜時に、プラズマからチャネル34へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル34を用いたTFT30の特性の劣化を抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the first high frequency power in the first film forming process is set to be lower than the second high frequency power in the second film forming process. Furthermore, the first flow rate ratio in the first film forming process is set to be smaller than the second flow rate ratio in the second film forming process. As a result, it is possible to reduce the damage given to the
[SiN膜373の成膜意義]
ここで、SiN膜373を第2のSiO膜372上に成膜する意義について説明する。SiN膜は、水素(H)原子を捕捉する機能(以下「水素補足機能」と呼ぶ)を有する。図7は、SiN膜の水素補足機能を検証するための実験結果の一例を示す図である。図7の実験では、水素(H)原子を含むSiN膜(以下「SiN:H膜」と表記する)のみを有する第1のサンプルが用意された。また、図7の実験では、SiN:H膜と、SiN:H膜上に形成されたSiO膜とを有する第2のサンプルが用意された。また、図7の実験では、SiN:H膜と、SiN:H膜上に形成されたSiN膜とを有する第3のサンプルが用意された。図7は、各サンプル(第1のサンプル、第2のサンプル及び第3のサンプルの各々)を加熱して、各サンプルから脱離する水素(H)原子の数を計測器によりイオン数として測定した結果である。図7において、グラフ511は、第1のサンプルに対応し、グラフ512は、第2のサンプルに対応し、グラフ513は、第3のサンプルに対応する。
[Significance of forming the SiN film 373]
Here, the significance of forming the
図7に示すように、SiN膜を有する第3のサンプルは、SiN膜を有さない第1のサンプル及び第2のサンプルと比較して、Hイオンの計測数、即ち、脱離するH原子の数が少ない。また、SiN膜を有する第3のサンプルが約400℃付近まで加熱された場合でも、第3のサンプルからのH原子の脱離が抑制された。 As shown in FIG. 7, the third sample with the SiN film has a higher count of H ions, i.e., desorbed H atoms, than the first and second samples without the SiN film. small number of Further, even when the third sample having the SiN film was heated to around 400° C., desorption of H atoms from the third sample was suppressed.
図7の結果から、SiN膜は、SiO膜と比較して、H原子を効率的に捕捉することが確認された。H原子は、チャネル34の特性劣化に影響を与えるため、チャネル34を保護する保護膜(例えば、パッシベーション層37)には、H原子を効率的に捕捉することが可能なSiN膜が含まれることが好ましい。
From the results of FIG. 7, it was confirmed that the SiN film traps H atoms more efficiently than the SiO film. Since H atoms affect the deterioration of the characteristics of the
そこで、本実施形態では、第2のSiO膜372上にSiN膜373を成膜する。これにより、SiN膜373が、SiN膜373を通過してチャネル34へ向かうH原子を効率的に捕捉することができ、結果として、チャネル34を用いたTFT30の特性の劣化を抑制することができる。
Therefore, in this embodiment, a
以上のように、一実施形態に係る成膜方法は、第1の成膜工程と、第2の成膜工程とを含む。第1の成膜工程は、酸素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含み且つSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が第1の流量比となる混合ガスのプラズマを第1の高周波電力を用いて生成する。第1の成膜工程は、生成されたプラズマにより、チャネル34上に第1のSiO膜371を成膜する。第2の成膜工程は、酸素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含み且つSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が第2の流量比となる混合ガスのプラズマを第2の高周波電力を用いて生成する。第2の成膜工程は、生成されたプラズマにより、第1のSiO膜371上に第2のSiO膜372を成膜する。ここで、第1の高周波電力は、第2の高周波電力よりも低く、第1の流量比は、第2の流量比よりも小さい。これにより、チャネル34の保護膜の成膜時に、プラズマからチャネル34へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル34を用いたTFT30の特性の劣化を抑制することができる。
As described above, the film forming method according to one embodiment includes the first film forming process and the second film forming process. In the first film forming step, plasma of a mixed gas containing an oxygen-containing gas, a SiF4 gas, and a SiCl4 gas and having a first flow rate ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas is generated using a first high-frequency power. Generate. In the first film forming process, the generated plasma forms a
また、一実施形態に係る成膜方法は、第1の成膜工程と、第2の成膜工程との間に、第1のSiO膜371をO2ガスのプラズマに曝露する曝露工程を更に含む。これにより、第1のSiO膜371を介してO2ガスのプラズマからチャネル34にO原子が供給される。これにより、チャネル34が直接的にO2ガスのプラズマに曝露されることなく、チャネル34の酸素欠陥が補修される。結果として、チャネル34を用いたTFT30の特性の劣化を更に抑制することができる。
In addition, the film forming method according to one embodiment further includes an exposing step of exposing the
また、一実施形態に係る成膜方法は、窒素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、第2のSiO膜372上にSiN膜373を成膜する第3の成膜工程を更に含む。これにより、SiN膜373が、SiN膜373を通過してチャネル34へ向かうH原子を効率的に捕捉することができ、結果として、チャネル34を用いたTFT30の特性の劣化を抑制することができる。
In addition, in the film forming method according to one embodiment, a third film forming method for forming a
[他の実施形態]
以上、一実施形態に係る成膜方法及び成膜装置について説明したが、開示技術はこれに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。
[Other embodiments]
Although the film forming method and film forming apparatus according to one embodiment have been described above, the disclosed technology is not limited to this. Other embodiments are described below.
例えば、上記した実施形態では、バックチャネルエッチ型のTFTを例に説明したが、トップゲート型のTFTにおいても、開示技術を適用することができる。図8は、トップゲート型のTFT40の構成の一例を示す断面図である。
For example, in the above-described embodiments, a back channel etch type TFT was described as an example, but the disclosed technique can also be applied to a top gate type TFT. FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a
TFT40は、例えば図8に示すように、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を覆う下地層46と、下地層46上に部分的に形成されたチャネル47とを備える。下地層46は、例えばSiO膜である。チャネル47は、IGZO等の酸化物半導体である。
For example, as shown in FIG. 8, the
また、TFT40は、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層48を備える。
The
また、TFT40は、ゲート絶縁層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、ゲート絶縁層48の上に形成されてゲート電極49を覆う層間絶縁膜50とを備える。また、TFT40は、層間絶縁膜50上に形成されて層間絶縁膜50及びゲート絶縁層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を備える。また、TFT40は、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を備える。
In addition, the
TFT40において、ゲート絶縁層48は、第1のSiO膜481、第2のSiO膜482及びSiN膜483を含む多層膜である。ゲート絶縁層48は、ソース電極51とドレイン電極52との間の導通と遮断を切り替えるためにゲート電極49からの電界をチャネル47に及ぼす際に、直接ゲート電極49とチャネル47が導通しないようにする絶縁層の役割を持つと同時に、チャネル47を水分等から保護する機能も有する。ゲート絶縁層48は、酸化物半導体を保護する保護膜の一例でもある。上記した実施形態に係るパッシベーション層37の成膜処理は、ゲート絶縁層48の成膜に適用される。これにより、チャネル47の保護膜(ゲート絶縁層48)の成膜時に、プラズマからチャネル47へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル47を用いたTFT30の特性の劣化を抑制することができる。
In the
また、TFT40は、図8の構造に限定されず、他の構造を有してもよい。図9は、トップゲート型のTFT40の構成の他の一例(その1)を示す断面図である。図9に示すTFT40は、図8の構造からゲート電極49に重なる部分以外のゲート絶縁層48を取り除いた構造を有する。この構造において、層間絶縁膜50は、第1のSiO膜501、第2のSiO膜502及びSiN膜503を含む多層膜である。層間絶縁膜50は、ゲート絶縁層48と同様にチャネル47の保護膜としての機能を有し、ゲート絶縁層48と同様に多層膜として成膜する事でプラズマからのチャネル47へのダメージを低減する。上記した実施形態に係るパッシベーション層37の成膜処理は、図9に示した層間絶縁膜50の成膜にも適用される。これにより、チャネル47の保護膜(層間絶縁膜50)の成膜時に、プラズマからチャネル47へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル47を用いたTFT40の特性の劣化を抑制することができる。
Also, the
図10は、トップゲート型のTFT40の構成の他の一例(その2)を示す断面図である。図10に示すTFT40は、図8の構造と比較して、ゲート電極49に重なる部分以外のゲート絶縁層48を薄くした構造を有する。この構造において、ゲート絶縁層48の第1のSiO膜481は、チャネル47を覆っている。ただし、第1のSiO膜481の膜厚が薄いので、チャネル47は、第1のSiO膜481を介してプラズマの影響を受ける可能性がある。そこで、図10の構造では、層間絶縁膜50を多層膜としている。すなわち、層間絶縁膜50は、第1のSiO膜501、第2のSiO膜502及びSiN膜503を含む多層膜である。層間絶縁膜50は、ゲート絶縁層48と同様にチャネル47の保護膜としての機能を有し、ゲート絶縁層48と同様に多層膜として成膜する事でプラズマからのチャネル47へのダメージを低減する。上記した実施形態に係るパッシベーション層37の成膜処理は、図10に示した層間絶縁膜50の成膜にも適用される。これにより、チャネル47の保護膜(層間絶縁膜50)の成膜時に、プラズマからチャネル47へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル47を用いたTFT40の特性の劣化を抑制することができる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example (part 2) of the configuration of the
また、上記した実施形態では、SiN膜373上に有機膜を成膜する第4の成膜工程を更に実行してもよい。この場合、SiN膜373上に成膜された有機膜は、TFT30の平坦化層を構成する。
Moreover, in the above-described embodiment, a fourth film forming step of forming an organic film on the
また、上記した実施形態では、プラズマ源として誘導結合プラズマを利用したCVD法により成膜を行う成膜装置10を例に説明したが、開示技術はこれに限られない。プラズマを用いたCVD法により成膜を行う成膜装置10であれば、プラズマ源は誘導結合プラズマに限られず、例えば、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマなど、任意のプラズマ源を用いることができる。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上記した実施形態における成膜方法は、例えば、該成膜方法を実現するためのプログラムを、制御部27が実行することによって実現される。成膜方法を実現するためのプログラムは、例えば、光学記録媒体、光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等の記憶媒体を介して提供される。光学記録媒体としては、例えば、DVD(Digital Versatile Disc)、PD(Phase change rewritable Disk)等が用いられる。光磁気記録媒体としては、MO(Magneto-Optical disk)等が用いられる。制御部27は、該記憶媒体からプログラムを読出し、読み出したプログラムを実行することにより、成膜装置10の各部を制御して、上記した実施形態における成膜方法を実現する。なお、制御部27は、成膜方法を実現するためのプログラムを、該プログラムを記憶するサーバ等の他の装置から、通信媒体を介して該プログラムを取得して実行してもよい。
Further, the film forming method in the above-described embodiments is realized by the
S 基板
10 成膜装置
11 チャンバ
12 載置台
13 アンテナ
14 窓部材
15 ガス導入口
16 ゲートバルブ
17 排気装置
18 排気口
20a~20d ガス供給源
21a~21d 流量制御器
22a~22d バルブ
23 ガス供給管
25 整合器
26 高周波電源
27 制御部
30 TFT
34 チャネル
37 パッシベーション層
371 第1のSiO膜
372 第2のSiO膜
373 SiN膜
40 TFT
47 チャネル
48 ゲート絶縁層
50 層間絶縁膜
481 第1のSiO膜
482 第2のSiO膜
483 SiN膜
501 第1のSiO膜
502 第2のSiO膜
503 SiN膜
34
47
Claims (7)
酸素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含み且つSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が第2の流量比となる混合ガスのプラズマを第2の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、前記第1の酸化シリコン膜上に第2の酸化シリコン膜を成膜する第2の成膜工程と、
を含み、
前記第1の高周波電力は、前記第2の高周波電力よりも低く、
前記第1の流量比は、前記第2の流量比よりも小さい、成膜方法。 A plasma of a mixed gas containing an oxygen-containing gas, a SiF4 gas, and a SiCl4 gas and having a first flow rate ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas is generated using a first high-frequency power, and the generated plasma , a first film forming step of forming a first silicon oxide film on the oxide semiconductor;
A plasma of a mixed gas containing an oxygen-containing gas, a SiF4 gas, and a SiCl4 gas and having a second flow rate ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas is generated using a second high-frequency power, and the generated plasma a second film forming step of forming a second silicon oxide film on the first silicon oxide film;
including
the first high frequency power is lower than the second high frequency power,
The film forming method, wherein the first flow rate ratio is smaller than the second flow rate ratio.
前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内において前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
酸素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含み且つSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が第1の流量比となる混合ガスのプラズマを第1の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、前記酸化物半導体上に第1の酸化シリコン膜を成膜する第1の成膜工程と、
酸素含有ガスとSiF4ガスとSiCl4ガスとを含み且つSiF4ガスに対するSiCl4ガスの流量比が第2の流量比となる混合ガスのプラズマを第2の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、前記第1の酸化シリコン膜上に第2の酸化シリコン膜を成膜する第2の成膜工程と、
を実行し、
前記第1の高周波電力は、前記第2の高周波電力よりも低く、
前記第1の流量比は、前記第2の流量比よりも小さい、成膜装置。 a chamber for forming a protective film that protects the oxide semiconductor;
a gas supply unit that supplies a processing gas into the chamber;
a plasma generator that generates plasma of the processing gas in the chamber;
a control unit;
with
The control unit
A plasma of a mixed gas containing an oxygen-containing gas, a SiF4 gas, and a SiCl4 gas and having a first flow rate ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas is generated using a first high-frequency power, and the generated plasma , a first film forming step of forming a first silicon oxide film on the oxide semiconductor;
A plasma of a mixed gas containing an oxygen-containing gas, a SiF4 gas, and a SiCl4 gas and having a second flow rate ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas is generated using a second high-frequency power, and the generated plasma a second film forming step of forming a second silicon oxide film on the first silicon oxide film;
and run
the first high frequency power is lower than the second high frequency power,
The film forming apparatus, wherein the first flow rate ratio is smaller than the second flow rate ratio.
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