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.

特開2017-11058号公報JP 2017-11058 A

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.

図1は、一実施形態に係る成膜装置の構成の一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a film forming apparatus according to one embodiment. 図2は、TFTの構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a TFT. 図3は、パッシベーション層の成膜処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flow chart showing an example of the film forming process of the passivation layer. 図4は、パッシベーション層の成膜処理の一例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the film forming process of the passivation layer. 図5は、第1の成膜工程における第1の高周波電力と、TFT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。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 (subthreshold swing) value of the TFT. 図6は、第1の成膜工程における第1の流量比と、TFT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 in the first film formation process and the S value of the TFT. 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。FIG. 7 is a diagram showing an example of experimental results for verifying the hydrogen capture function of the SiN film. 図8は、トップゲート型のTFTの構成の一例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a top-gate TFT. 図9は、トップゲート型のTFTの構成の他の一例(その1)を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example (No. 1) of the configuration of a top-gate TFT. 図10は、トップゲート型のTFTの構成の他の一例(その2)を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example (No. 2) of the configuration of a top-gate TFT.

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 film forming apparatus 10 according to one embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a film forming apparatus 10 according to one embodiment. The film forming apparatus 10 in this embodiment is an inductively coupled plasma-enhanced chemical vapor deposition (ICP-CVD) apparatus. The film forming apparatus 10 has a substantially rectangular parallelepiped chamber 11 . A mounting table 12 for mounting the substrate S thereon is arranged in the chamber 11 . A temperature control mechanism (not shown) is provided in the mounting table 12, and the temperature of the substrate S mounted on the mounting table 12 is controlled to a predetermined temperature by the temperature control mechanism.

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 window member 14 constituting the ceiling of the chamber 11 is provided in the upper part of the chamber 11, and an antenna 13 is arranged on the window member 14 so as to face the mounting table 12 inside the chamber 11. . The window member 14 is made of, for example, a dielectric, and partitions the interior and exterior of the chamber 11 . Note that the window member 14 may be composed of a plurality of split pieces.

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 chamber 11 is formed with an opening for loading and unloading the substrate S, and the opening is closed by a gate valve 16 . An exhaust port 18 is provided at the bottom of the chamber 11 , and an exhaust device 17 is connected to the exhaust port 18 . The exhaust device 17 evacuates the inside of the chamber 11 through an exhaust port 18 to reduce the pressure inside the chamber 11 to a predetermined pressure.

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 window member 14 is supported by the side wall of the chamber 11 via an insulating member (not shown), and the window member 14 and the chamber 11 are not in direct contact and are not electrically connected. Moreover, the window member 14 has a size capable of covering at least the entire surface of the substrate S on the surface substantially parallel to the substrate S placed on the mounting table 12 .

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 gas introduction port 15 is provided in the side wall of the chamber 11 , and valves 22 a to 22 d are connected to the gas introduction port 15 via a gas supply pipe 23 . Valve 22a is connected to gas supply source 20a via flow controller 21a. Valve 22b is connected to gas supply source 20b via flow controller 21b. Valve 22c is connected to gas supply source 20c via flow controller 21c. Valve 22d is connected to gas supply source 20d via flow controller 21d.

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 gas supply source 20a is a supply source of oxygen (O)-containing gas that does not contain hydrogen (H) atoms. In this embodiment, the gas supply source 20a supplies O2 gas. The gas supply source 20b is a supply source of SiF4 gas. The gas supply source 20c is a supply source of SiCl4 gas. The gas supply source 20d is a supply source of nitrogen (N)-containing gas that does not contain hydrogen (H) atoms. In this embodiment, the gas supply source 20d supplies N2 gas.

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 gas supply source 20a is supplied into the chamber 11 from the gas introduction port 15 via the valve 22a and the gas supply pipe 23 after the flow rate is adjusted by the flow controller 21a. Further, the SiF4 gas supplied from the gas supply source 20b is supplied into the chamber 11 from the gas introduction port 15 via the valve 22b and the gas supply pipe 23 after the flow rate is adjusted by the flow controller 21b. The SiCl4 gas supplied from the gas supply source 20c is supplied into the chamber 11 from the gas introduction port 15 via the valve 22c and the gas supply pipe 23 after the flow rate is adjusted by the flow controller 21c. The N2 gas supplied from the gas supply source 20d has its flow rate adjusted by the flow controller 21d, and is supplied into the chamber 11 from the gas introduction port 15 via the valve 22d and the gas supply pipe 23.

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 antenna 13 consists of a ring-shaped or helical conducting wire arranged along the upper surface of the window member 14 and is connected to a high-frequency power source 26 via a matching device 25 . The high-frequency power supply 26 supplies high-frequency power of a predetermined frequency to the antenna 13 and generates a magnetic field inside the chamber 11 through the window member 14 by the high-frequency current flowing through the antenna 13 . An induced electric field is generated in the chamber 11 by the magnetic field generated in the chamber 11, and electrons in the chamber 11 are accelerated by the induced electric field. Electrons accelerated by the induced electric field collide with gas molecules and atoms introduced into the chamber 11 , thereby generating inductively coupled plasma within the chamber 11 .

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 film forming apparatus 10 according to the present embodiment, when forming a passivation layer, which will be described later, first, O2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas are supplied into the chamber 11, and an inductively coupled plasma is generated from a mixed gas of the supplied gases. is generated. Then, a first silicon oxide (SiO) film is formed on the substrate S mounted on the mounting table 12 by the generated inductively coupled plasma. Subsequently, O2 gas is supplied into the chamber 11, and inductively coupled plasma is generated from the supplied O2 gas. Then, the first SiO film is exposed to the generated inductively coupled plasma (that is, O2 gas plasma). Subsequently, O2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas are supplied into the chamber 11, and inductively coupled plasma is generated from a mixed gas of the supplied gases. A second SiO film is formed on the first SiO film by the generated inductively coupled plasma. Subsequently, N2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas are supplied into the chamber 11, and inductively coupled plasma is generated from a mixed gas of the supplied gases. A silicon nitride (SiN) film is formed on the second SiO film by the generated inductively coupled plasma. As a result, a passivation layer, which is a multilayer film including the first SiO film, the second SiO film and the SiN film, is formed. The passivation layer has a function of protecting the oxide semiconductor formed on the substrate S from moisture and the like. A passivation layer is an example of a protective film that protects an oxide semiconductor.

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 film forming apparatus 10 includes a controller 27 including a processor, memory, and the like. The control unit 27 controls each unit of the film forming apparatus 10 according to data such as recipes and programs stored in the memory. For example, the control unit 27 controls the exhaust device 17, the flow controllers 21a-21d, the valves 22a-22d, and the high-frequency power supply 26, respectively. The control unit 27 is realized by a computer having various integrated circuits such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and a CPU (Central Processing Unit), electronic circuits, and the like.

[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 TFT 30. As shown in FIG. The TFT 30 in this embodiment is of the back channel etch type.

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 TFT 30 includes, for example, an undercoat layer 31 formed on a substrate S, a gate electrode 32 partially formed on the undercoat layer 31, an undercoat layer 31 and a gate electrode 32, as shown in FIG. and a gate insulating layer 33 formed to cover the . In this embodiment, as the undercoat layer 31 and the gate insulating layer 33, for example, a SiO film or a SiN film is used.

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 TFT 30 has a channel 34 formed on the gate insulating layer 33 so as to be directly above the gate electrode 32 , and source electrodes 35 formed on both sides of the channel 34 on the gate insulating layer 33 . and a drain electrode 36 . In this embodiment, the channel 34 is an oxide semiconductor. In the present embodiment, the channel 34 uses, for example, so-called IGZO, which is an oxide semiconductor made of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn). Note that the material of the channel 34 is not limited to IGZO as long as it is an oxide semiconductor.

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 TFT 30 also includes a passivation layer 37 formed on the gate insulating layer 33 to cover the channel 34 , the source electrode 35 and the drain electrode 36 .

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 passivation layer 37 is a multilayer film including a first SiO film 371 , a second SiO film 372 and a SiN film 373 . The first SiO film 371 is formed on the channel 34 by plasma of a mixed gas containing oxygen-containing gas such as O2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas. The second SiO film 372 is formed on the first SiO film 371 by plasma of a mixed gas containing oxygen-containing gas such as O2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas. The SiN film 373 is formed on the second SiO film 372 by plasma of a mixed gas containing nitrogen-containing gas such as N2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas.

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 first SiO film 371 is formed by plasma of a mixed gas containing oxygen-containing gas such as O2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas, the channel 34 is exposed to the plasma. Damage is applied to channel 34 . For example, ions and radicals in the plasma cause detachment of O atoms from the channel 34 . In addition, Cl atoms contained in the SiCl4 gas react with In, Ga, and Zn in the channel 34, causing detachment of O atoms from the channel 34. FIG. Detachment of O atoms and detachment of In, Ga, and Zn from the channel 34 degrades the characteristics of the channel 34 and the characteristics of the TFT 30 using the channel 34 .

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 first SiO film 371 is lowered, and the flow ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas is decreased. This suppresses an increase in the plasma density during the period in which the first SiO film 371 is formed on the channel 34, and can reduce the damage given to the channel 34 by the plasma. As a result, deterioration of the characteristics of the channel 34 can be suppressed, and deterioration of the characteristics of the TFT 30 using the channel 34 can be suppressed.

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 first SiO film 371 is the same as the high-frequency power used to generate the plasma of the mixed gas in the deposition process of the second SiO film 372 . lower than electricity. This suppresses an increase in the plasma density during the period in which the first SiO film 371 is formed on the channel 34, and can reduce the damage given to the channel 34 by the plasma. For example, the number of O atoms leaving the channel 34 is suppressed.

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 first SiO film 371 is smaller than the flow rate ratio of SiCl4 gas to SiF4 gas in the deposition process of the second SiO film 372 . As a result, the reaction between Cl atoms contained in the SiCl4 gas and In, Ga, and Zn in the channel 34 is suppressed during the period in which the first SiO film 371 is formed on the channel 34. The numbers of desorbed In, Ga and Zn are suppressed.

[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 passivation layer 37. As shown in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the film forming process of the passivation layer 37. As shown in FIG. The flow chart shown in FIG. 3 is executed by the controller 27 controlling the operation of each part of the film forming apparatus 10 according to a predetermined program.

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 gate valve 16 is opened, and, for example, as shown in FIG. S101). The channel 34, the source electrode 35, and the drain electrode 36 are exposed in the substrate S carried into the chamber 11. As shown in FIG. After the substrate S is loaded into the chamber 11, the gate valve 16 is closed. Depending on the process, the substrate may be a substrate on which part of the gate electrode 32, the channel 34, the source electrode 35, and the drain electrode 36 are formed.

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 control unit 27 executes a first film forming step of forming a first SiO film 371 on the channel 34 (S102). In the first film forming process, the controller 27 controls the exhaust device 17 to exhaust the inside of the chamber 11 to a predetermined degree of vacuum. Then, the control unit 27 controls the valves 22a to 22c to open. The valve 22d is controlled to be closed.

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 controller 27 controls the flow rate controller 21a so that the flow rate of the O2 gas supplied from the gas supply source 20a becomes a predetermined flow rate. Then, the controller 27 controls the flow rate controller 21b so that the flow rate of the SiF4 gas supplied from the gas supply source 20b becomes a predetermined flow rate. Then, the controller 27 controls the flow rate controller 21c so that the flow rate of the SiCl4 gas supplied from the gas supply source 20c becomes a predetermined flow rate. In the first film forming process, the controller 27 controls the flow rate controllers 21b and 21c so that the flow rate ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas becomes the "first flow rate ratio". Thereby, a mixed gas containing O2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas is supplied into the chamber 11 .

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 control unit 27 controls the high frequency power supply 26 to apply the “first high frequency power” to the antenna 13 . As a result, an induced electric field is generated in the chamber 11, and plasma of a mixed gas containing O2 gas, SiF4 gas and SiCl4 gas is generated. A first SiO film 371 is laminated on the channel 34, the source electrode 35 and the drain electrode 36 by the generated plasma. As a result, a first SiO film 371 having a predetermined thickness is formed on the channel 34, the source electrode 35 and the drain electrode 36, for example, as shown in FIG. 4B. The thickness of the first SiO film 371 is thinner than the thickness of the second SiO film 372 which is formed on the first SiO film 371 in the second film forming process which will be described later. The first high frequency power and the first flow rate ratio in the first film forming process will be described later.

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 control unit 27 executes an exposure step of exposing the first SiO film 371 to O2 gas plasma (S103). In the exposure step, the controller 27 controls the valves 22b and 22c to close while maintaining the valve 22a open. Then, the controller 27 controls the flow rate controller 21a so that the flow rate of the O2 gas supplied from the gas supply source 20a becomes a predetermined flow rate. O 2 gas is thereby supplied into the chamber 11 .

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 control unit 27 controls the high-frequency power source 26 to apply high-frequency power of a predetermined magnitude to the antenna 13 . As a result, an induced electric field is generated in the chamber 11, and plasma of O2 gas is generated. By exposing the first SiO film 371 to the O 2 gas plasma, O atoms are supplied to the channel 34 from the O 2 gas plasma through the first SiO film 371 . As a result, oxygen defects in the channel 34 are repaired without exposing the channel 34 directly to O2 gas plasma. If the channel 34 is exposed to plasma of O2 gas, damage will be caused to the channel 34 . Here, since the thickness of the first SiO film 371 is thinner than the thickness of the second SiO film 372 formed on the first SiO film 371, the O atoms passing through the first SiO film 371 are reduced. Supply is smooth.

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 control unit 27 executes a second film forming step of forming a second SiO film 372 on the first SiO film 371 (S104). In the second film forming step, the control unit 27 controls the valves 22b and 22c to be opened while maintaining the valve 22a open.

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 controller 27 controls the flow rate controller 21a so that the flow rate of the O2 gas supplied from the gas supply source 20a becomes a predetermined flow rate. Then, the controller 27 controls the flow rate controller 21b so that the flow rate of the SiF4 gas supplied from the gas supply source 20b becomes a predetermined flow rate. Then, the controller 27 controls the flow rate controller 21c so that the flow rate of the SiCl4 gas supplied from the gas supply source 20c becomes a predetermined flow rate. In the second film forming process, the controller 27 controls the flow rate controllers 21b and 21c so that the flow rate ratio of the SiCl4 gas to the SiF4 gas becomes the "second flow rate ratio". Thereby, a mixed gas containing O2 gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas is supplied into the chamber 11 .

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 control unit 27 controls the high frequency power supply 26 to apply the “second high frequency power” to the antenna 13 . As a result, an induced electric field is generated in the chamber 11, and plasma of a mixed gas containing O2 gas, SiF4 gas and SiCl4 gas is generated. Then, the second SiO film 372 is laminated on the first SiO film 371 by the generated plasma. As a result, a second SiO film 372 having a predetermined thickness is formed on the first SiO film 371, as shown in FIG. 4C, for example. The second high-frequency power and the second flow rate ratio in the second film forming process will be described later.

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 control unit 27 executes a third film forming step of forming a SiN film 373 on the second SiO film 372 (S105). In the third film forming process, the control unit 27 controls the valves 22a to 22c to be closed. The controller 27 then controls the exhaust device 17 to exhaust the gas in the chamber 11 . Then, the control unit 27 controls the valves 22b to 22d to open.

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 controller 27 controls the flow rate controller 21b so that the flow rate of the SiF4 gas supplied from the gas supply source 20b becomes a predetermined flow rate. Then, the controller 27 controls the flow rate controller 21c so that the flow rate of the SiCl4 gas supplied from the gas supply source 20c becomes a predetermined flow rate. Then, the controller 27 controls the flow rate controller 21d so that the flow rate of the N2 gas supplied from the gas supply source 20d becomes a predetermined flow rate. Thereby, a mixed gas containing N2 gas, SiF4 gas and SiCl4 gas is supplied into the chamber 11 .

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 control unit 27 controls the high frequency power supply 26 to apply high frequency power of a predetermined magnitude to the antenna 13 . As a result, an induced electric field is generated in the chamber 11, and plasma of a mixed gas containing N2 gas, SiF4 gas and SiCl4 gas is generated. Then, the SiN film 373 is laminated on the second SiO film 372 by the generated plasma. As a result, a SiN film 373 having a predetermined thickness is formed on the second SiO film 372, for example, as shown in FIG. 4(D). Thereby, the passivation layer 37 including the first SiO film 371, the second SiO film 372 and the SiN film 373 is formed. Thus, the TFT 30 of this embodiment is manufactured. The significance of forming the SiN film 373 will be described later.

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 control unit 27 stops the high-frequency power supply 26, controls the valves 22b to 22d to be closed, and controls the exhaust device 17 to exhaust the gas in the chamber 11. FIG. Then, the gate valve 16 is opened and the substrate S is unloaded from the chamber 11 (S106).

[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 TFT 30. As shown in FIG. The S value is the gate voltage applied to increase the current value of the TFT 30 by one order of magnitude. A smaller S value indicates better characteristics of the TFT 30, and a larger S value indicates that the channel 34 of the TFT 30 becomes conductive.

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 TFT 30 . This is because the lower the first RF power, i.e., the lower the density of the plasma generated using the first RF power, the more the flow from the plasma to the channel 34 of the TFT 30 during the first deposition step. It is thought that this is because the damage applied is reduced.

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 TFT 30 in the first film formation process.

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 TFT 30 . This is because the smaller the first flow rate ratio, that is, the smaller the flow rate ratio of SiCl4 gas to SiF4 gas, the less damage given to the channel 34 of the TFT 30 from the plasma during the execution of the first film formation process. This is thought to be for the purpose of

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 TFT 30, it is preferable that the first high-frequency power in the first film formation step is low and the first flow ratio is small.

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 channel 34 from the plasma when the protective film of the channel 34 is formed, and as a result, it is possible to suppress deterioration of the characteristics of the TFT 30 using the channel 34 .

[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 SiN film 373 on the second SiO film 372 will be described. The SiN film has a function of trapping hydrogen (H) atoms (hereinafter referred to as "hydrogen trapping function"). FIG. 7 is a diagram showing an example of experimental results for verifying the hydrogen capture function of the SiN film. In the experiment of FIG. 7, a first sample having only a SiN film containing hydrogen (H) atoms (hereinafter referred to as "SiN:H film") was prepared. Also, in the experiment of FIG. 7, a second sample having a SiN:H film and an SiO film formed on the SiN:H film was prepared. Also, in the experiment of FIG. 7, a third sample having a SiN:H film and a SiN film formed on the SiN:H film was prepared. FIG. 7 shows that each sample (each of the first sample, the second sample, and the third sample) is heated, and the number of hydrogen (H) atoms desorbed from each sample is measured as the number of ions by a measuring instrument. This is the result of In FIG. 7, graph 511 corresponds to the first sample, graph 512 corresponds to the second sample, and graph 513 corresponds to the third sample.

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 channel 34, the protective film (for example, the passivation layer 37) that protects the channel 34 should contain a SiN film capable of efficiently trapping H atoms. is preferred.

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 SiN film 373 is formed on the second SiO film 372 . As a result, the SiN film 373 can efficiently capture the H atoms passing through the SiN film 373 and heading toward the channel 34, and as a result, the deterioration of the characteristics of the TFT 30 using the channel 34 can be suppressed. .

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 first SiO film 371 on the channel 34 . In the second film forming step, 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. Generate. In the second film formation process, a second SiO film 372 is formed on the first SiO film 371 by the generated plasma. Here, the first high frequency power is lower than the second high frequency power and the first flow ratio is lower than the second flow ratio. As a result, it is possible to reduce the damage given to the channel 34 from the plasma when the protective film of the channel 34 is formed, and as a result, it is possible to suppress deterioration of the characteristics of the TFT 30 using the channel 34 .

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 first SiO film 371 to O2 gas plasma between the first film forming step and the second film forming step. . As a result, O atoms are supplied to the channel 34 from the O 2 gas plasma through the first SiO film 371 . As a result, oxygen defects in the channel 34 are repaired without exposing the channel 34 directly to O2 gas plasma. As a result, deterioration of the characteristics of the TFT 30 using the channel 34 can be further suppressed.

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 SiN film 373 on the second SiO film 372 by plasma of a mixed gas containing nitrogen-containing gas, SiF4 gas, and SiCl4 gas is performed. Further comprising steps. As a result, the SiN film 373 can efficiently capture the H atoms passing through the SiN film 373 and heading toward the channel 34, and as a result, the deterioration of the characteristics of the TFT 30 using the channel 34 can be suppressed. .

[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 top-gate type TFT 40. As shown in FIG.

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 TFT 40 includes an undercoat layer 45 formed on a substrate S, a base layer 46 covering the undercoat layer 45, and a channel 47 partially formed on the base layer 46. Prepare. The underlying layer 46 is, for example, a SiO film. The channel 47 is an oxide semiconductor such as IGZO.

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 TFT 40 also includes a gate insulating layer 48 formed to cover the underlying layer 46 and the channel 47 .

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 TFT 40 includes a gate electrode 49 partially formed on the gate insulating layer 48 so as to be directly above the channel 47 , and an interlayer insulating layer formed on the gate insulating layer 48 to cover the gate electrode 49 . and a membrane 50 . The TFT 40 also includes a source electrode 51 and a drain electrode 52 formed on the interlayer insulating film 50 and connected to the channel 47 through the interlayer insulating film 50 and the gate insulating layer 48 . The TFT 40 also includes a passivation layer 53 formed to cover the interlayer insulating film 50 , the source electrode 51 and the drain electrode 52 .

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 TFT 40 , the gate insulating layer 48 is a multilayer film including a first SiO film 481 , a second SiO film 482 and a SiN film 483 . The gate insulating layer 48 prevents direct conduction between the gate electrode 49 and the channel 47 when an electric field is applied from the gate electrode 49 to the channel 47 to switch between conduction and interruption between the source electrode 51 and the drain electrode 52 . It also has a function of protecting the channel 47 from moisture and the like while having a role of an insulating layer. The gate insulating layer 48 is also an example of a protective film that protects the oxide semiconductor. The film forming process of the passivation layer 37 according to the embodiment described above is applied to the film forming of the gate insulating layer 48 . As a result, it is possible to reduce the damage given to the channel 47 from the plasma when the protective film (gate insulating layer 48) of the channel 47 is formed, and as a result, the deterioration of the characteristics of the TFT 30 using the channel 47 is suppressed. can do.

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 TFT 40 is not limited to the structure of FIG. 8, and may have another structure. FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example (No. 1) of the configuration of the top-gate type TFT 40. As shown in FIG. The TFT 40 shown in FIG. 9 has a structure obtained by removing the gate insulating layer 48 from the structure shown in FIG. 8 except the portion overlapping the gate electrode 49 . In this structure, the interlayer insulating film 50 is a multilayer film including a first SiO film 501 , a second SiO film 502 and a SiN film 503 . The interlayer insulating film 50 has a function as a protective film for the channel 47 like the gate insulating layer 48, and is formed as a multilayer film like the gate insulating layer 48, thereby reducing damage to the channel 47 from the plasma. do. The film forming process of the passivation layer 37 according to the embodiment described above is also applied to the film forming of the interlayer insulating film 50 shown in FIG. As a result, it is possible to reduce the damage given to the channel 47 from the plasma when the protective film (interlayer insulating film 50) of the channel 47 is formed, and as a result, the deterioration of the characteristics of the TFT 40 using the channel 47 is suppressed. can do.

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 top-gate type TFT 40. As shown in FIG. The TFT 40 shown in FIG. 10 has a structure in which the gate insulating layer 48 other than the portion overlapping the gate electrode 49 is thinner than the structure shown in FIG. In this structure, the first SiO film 481 of the gate insulating layer 48 covers the channel 47 . However, since the first SiO film 481 is thin, the channel 47 may be affected by plasma through the first SiO film 481 . Therefore, in the structure of FIG. 10, the interlayer insulating film 50 is a multilayer film. That is, the interlayer insulating film 50 is a multilayer film including a first SiO film 501 , a second SiO film 502 and a SiN film 503 . The interlayer insulating film 50 has a function as a protective film for the channel 47 like the gate insulating layer 48, and is formed as a multilayer film like the gate insulating layer 48, thereby reducing damage to the channel 47 from the plasma. do. The film forming process of the passivation layer 37 according to the embodiment described above is also applied to the film forming of the interlayer insulating film 50 shown in FIG. As a result, it is possible to reduce the damage given to the channel 47 from the plasma when the protective film (interlayer insulating film 50) of the channel 47 is formed, and as a result, the deterioration of the characteristics of the TFT 40 using the channel 47 is suppressed. can do.

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 SiN film 373 may be further performed. In this case, the organic film formed on the SiN film 373 constitutes the flattening layer of the TFT 30 .

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 film forming apparatus 10 that forms a film by a CVD method using inductively coupled plasma as a plasma source has been described as an example, but the disclosed technique is not limited to this. In the film forming apparatus 10 that forms a film by a CVD method using plasma, the plasma source is not limited to inductively coupled plasma, and any plasma source such as capacitively coupled plasma, microwave plasma, and magnetron plasma may be used. can be done.

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 controller 27 executing a program for realizing the film forming method, for example. A program for realizing the film forming method is provided via a storage medium such as an optical recording medium, a magneto-optical recording medium, a tape medium, a magnetic recording medium, or a semiconductor memory. As an optical recording medium, for example, DVD (Digital Versatile Disc), PD (Phase change rewritable Disc), etc. are used. MO (Magneto-Optical disk) or the like is used as the magneto-optical recording medium. The control unit 27 reads a program from the storage medium and executes the read program to control each unit of the film forming apparatus 10 and realize the film forming method in the above-described embodiment. Note that the control unit 27 may acquire a program for realizing the film forming method from another device such as a server that stores the program via a communication medium and execute the program.

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
S Substrate 10 Film forming apparatus 11 Chamber 12 Mounting table 13 Antenna 14 Window member 15 Gas introduction port 16 Gate valve 17 Exhaust device 18 Exhaust ports 20a to 20d Gas supply sources 21a to 21d Flow controllers 22a to 22d Valve 23 Gas supply pipe 25 Matching box 26 High frequency power supply 27 Control section 30 TFT
34 channel 37 passivation layer 371 first SiO film 372 second SiO film 373 SiN film 40 TFT
47 channel 48 gate insulating layer 50 interlayer insulating film 481 first SiO film 482 second SiO film 483 SiN film 501 first SiO film 502 second SiO film 503 SiN film

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、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.
前記第1の成膜工程と前記第2の成膜工程との間に、前記第1の酸化シリコン膜を酸素ガスのプラズマに曝露する曝露工程を更に含む、請求項1に記載の成膜方法。 2. The film forming method according to claim 1, further comprising an exposing step of exposing said first silicon oxide film to oxygen gas plasma between said first film forming step and said second film forming step. . 前記第1の酸化シリコン膜の厚さは、前記第2の酸化シリコン膜の厚さよりも薄い、請求項1又は2に記載の成膜方法。 3. The film forming method according to claim 1, wherein the thickness of said first silicon oxide film is thinner than the thickness of said second silicon oxide film. 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、前記第2の酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を成膜する第3の成膜工程を更に含む、請求項1~3のいずれか一つに記載の成膜方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a third film forming step of forming a silicon nitride film on said second silicon oxide film by plasma of a mixed gas containing nitrogen-containing gas, SiF4 gas and SiCl4 gas. The film forming method according to any one of the above. 前記第1の酸化シリコン膜、前記第2の酸化シリコン膜及び前記窒化シリコン膜は、TFT(Thin Film Transistor)のパッシベーション層、ゲート絶縁層及び層間絶縁膜の少なくともいずれか一つを構成する、請求項4に記載の成膜方法。 Said first silicon oxide film, said second silicon oxide film and said silicon nitride film constitute at least one of a passivation layer, a gate insulating layer and an interlayer insulating film of a TFT (Thin Film Transistor). Item 5. The film forming method according to item 4. 前記窒化シリコン膜上に有機膜を成膜する第4の成膜工程を更に含む、請求項4又は5に記載の成膜方法。 6. The film forming method according to claim 4, further comprising a fourth film forming step of forming an organic film on said silicon nitride film. 酸化物半導体を保護する保護膜を成膜するためのチャンバと、
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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