JPH05331619A - 薄膜作製方法および薄膜作製装置 - Google Patents
薄膜作製方法および薄膜作製装置Info
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- JPH05331619A JPH05331619A JP13835092A JP13835092A JPH05331619A JP H05331619 A JPH05331619 A JP H05331619A JP 13835092 A JP13835092 A JP 13835092A JP 13835092 A JP13835092 A JP 13835092A JP H05331619 A JPH05331619 A JP H05331619A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 表面が酸化物で構成された基板表面に吸着し
た水分、さらには酸化物中に含まれる水分を脱離させ、
その後続けて真空中で所望の薄膜を製膜することによっ
て、下地からの水分の脱離による上部薄膜の局部的な剥
離を防止する。 【構成】 表面が酸化物で構成された基板３に対して、
真空中において当該基板３に真空中で加熱処理を施して
表面から水分を脱離して酸化物表面に吸着した水分、さ
らには酸化物中に取り込まれている水分を脱離し、その
後連続的に当該基板３に真空中において所望の薄膜を製
膜する構成による。
た水分、さらには酸化物中に含まれる水分を脱離させ、
その後続けて真空中で所望の薄膜を製膜することによっ
て、下地からの水分の脱離による上部薄膜の局部的な剥
離を防止する。 【構成】 表面が酸化物で構成された基板３に対して、
真空中において当該基板３に真空中で加熱処理を施して
表面から水分を脱離して酸化物表面に吸着した水分、さ
らには酸化物中に取り込まれている水分を脱離し、その
後連続的に当該基板３に真空中において所望の薄膜を製
膜する構成による。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング法や真
空蒸着法などの真空中で薄膜を製造する方法のうち、例
えば薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと略す）のゲート絶
縁膜やエレクトロルミネッセンス（以下ＥＬと略す）素
子の発光層を挟持する絶縁膜にも用いられているような
酸化物を主成分とする薄膜上に各種薄膜を良質に製造す
るための薄膜作製方法および薄膜作製装置に関する。
空蒸着法などの真空中で薄膜を製造する方法のうち、例
えば薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと略す）のゲート絶
縁膜やエレクトロルミネッセンス（以下ＥＬと略す）素
子の発光層を挟持する絶縁膜にも用いられているような
酸化物を主成分とする薄膜上に各種薄膜を良質に製造す
るための薄膜作製方法および薄膜作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に一例として、一般的なＴＦＴ液晶
表示装置のＴＦＴ要部構成断面図を示す。このような構
造を持つＴＦＴの製造工程は、まずガラス基板３１上の
全面にスパッタリング法を用いてＴａＯxアンダーコー
ト絶縁膜３２を製膜し、その上にＣｒゲート電極３３を
選択的に形成する。ついで全面にスパッタリング法によ
り室温でＴａＯx第１ゲート絶縁膜３４ａを製膜し、そ
の後化学気相堆積法によりＳｉＮx第２ゲート絶縁膜３
４ｂ、アモルファストＳｉ半導体層３５、パッシベーシ
ョンＳｉＮx膜３６を順次製膜する。ゲート電極３３上
以外のパッシベーションＳｉＮx膜３６を除去した後、
オーミックコンタクト層３７、ソース、ドレイン電極用
金属膜３８を順次製膜する。オーミックコンタクト層３
７、ソース、ドレイン電極用金属膜３８を一括してエッ
チングしてソース電極３８ａ、ドレイン電極３８ｂを形
成して図２に示すＴＦＴが完成する。
表示装置のＴＦＴ要部構成断面図を示す。このような構
造を持つＴＦＴの製造工程は、まずガラス基板３１上の
全面にスパッタリング法を用いてＴａＯxアンダーコー
ト絶縁膜３２を製膜し、その上にＣｒゲート電極３３を
選択的に形成する。ついで全面にスパッタリング法によ
り室温でＴａＯx第１ゲート絶縁膜３４ａを製膜し、そ
の後化学気相堆積法によりＳｉＮx第２ゲート絶縁膜３
４ｂ、アモルファストＳｉ半導体層３５、パッシベーシ
ョンＳｉＮx膜３６を順次製膜する。ゲート電極３３上
以外のパッシベーションＳｉＮx膜３６を除去した後、
オーミックコンタクト層３７、ソース、ドレイン電極用
金属膜３８を順次製膜する。オーミックコンタクト層３
７、ソース、ドレイン電極用金属膜３８を一括してエッ
チングしてソース電極３８ａ、ドレイン電極３８ｂを形
成して図２に示すＴＦＴが完成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の構成
では、上述した製造工程の中で、特にアンダーコート絶
縁膜上に基板加熱をしないで製膜した膜が、後工程の加
熱処理される工程でアンダーコート絶縁膜との界面に剥
離を生じるという現象が生じた。具体的には、Ｃｒゲー
ト電極またはＴａＯx第１ゲート絶縁膜を基板加熱をし
ないで製膜すると、後工程の２００℃以上の基板温度で
製膜するＳｉＮx第２ゲート絶縁膜を製膜後に、前記各
膜とアンダーコート絶縁膜との界面において気泡状の剥
離が基板全面に生じてしまう。
では、上述した製造工程の中で、特にアンダーコート絶
縁膜上に基板加熱をしないで製膜した膜が、後工程の加
熱処理される工程でアンダーコート絶縁膜との界面に剥
離を生じるという現象が生じた。具体的には、Ｃｒゲー
ト電極またはＴａＯx第１ゲート絶縁膜を基板加熱をし
ないで製膜すると、後工程の２００℃以上の基板温度で
製膜するＳｉＮx第２ゲート絶縁膜を製膜後に、前記各
膜とアンダーコート絶縁膜との界面において気泡状の剥
離が基板全面に生じてしまう。
【０００４】上記のような剥離が生じる原因は、酸化物
薄膜の表面に吸着された水分または酸化物薄膜内に取り
込まれた水分が加熱によって脱離するためであると考え
られる。例えばＴａＯx膜は、文献（大塩ら、信学技報
ＥＩＤ９１−８６，ｐ１７−２２（１９９２））にも示
されているように薄膜内に水分を取り込みやすく、また
加熱によって容易に脱離する。
薄膜の表面に吸着された水分または酸化物薄膜内に取り
込まれた水分が加熱によって脱離するためであると考え
られる。例えばＴａＯx膜は、文献（大塩ら、信学技報
ＥＩＤ９１−８６，ｐ１７−２２（１９９２））にも示
されているように薄膜内に水分を取り込みやすく、また
加熱によって容易に脱離する。
【０００５】本発明は以上のような課題を解決するもの
で、良好なデバイス特性が得られる基板温度で製膜し、
かつ下地の膜からの水分の脱離が生じないような薄膜作
製方法および薄膜作製装置を提供することを目的とす
る。
で、良好なデバイス特性が得られる基板温度で製膜し、
かつ下地の膜からの水分の脱離が生じないような薄膜作
製方法および薄膜作製装置を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、絶縁性基板または表面の少なくとも一部に
酸化物を主成分とする薄膜が形成された基板を真空中で
一定時間加熱し、一定の温度まで冷却後、そのまま大気
に触れずに続けて真空中で所望の薄膜を製膜する構成よ
りなる。
に本発明は、絶縁性基板または表面の少なくとも一部に
酸化物を主成分とする薄膜が形成された基板を真空中で
一定時間加熱し、一定の温度まで冷却後、そのまま大気
に触れずに続けて真空中で所望の薄膜を製膜する構成よ
りなる。
【０００７】
【作用】上記構成により、酸化物表面に吸着した水分や
酸化物中に取り込まれた水分を脱離することができ、所
望の膜を薄膜物性に最適な条件で製膜できるため、高品
質の薄膜を下地酸化物界面との剥離を生じることなく作
製することができる。
酸化物中に取り込まれた水分を脱離することができ、所
望の膜を薄膜物性に最適な条件で製膜できるため、高品
質の薄膜を下地酸化物界面との剥離を生じることなく作
製することができる。
【０００８】
（実施例１）図１に本発明の薄膜作製装置の第１の実施
例であるインライン型スパッタリング装置を示す。図１
において、１はロードロック室、２は基板ホルダー、３
は基板、４はガス導入口、５はゲートバルブ、６は熱処
理室、７ａ，７ｂは基板加熱機構、８はガス導入口、９
は流量計、１０はゲートバルブ、１１は冷却室、１２は
ガス導入口、１３は流量計、１４はゲートバルブ、１５
は製膜室、１６は基板加熱機構、１７はガス導入口、１
８は流量計、１９はゲートバルブ、２０はアンロードロ
ック室、２１ａ，２１ｂはガス導入口、２２は流量計、
２３ａ〜２３ｅは真空排気系、２４はターゲット、２５
はカソード電源である。本装置は、ロードロック室１、
熱処理室６、冷却室１１、製膜室１５およびアンロード
ロック室２０の５つに分かれている。ロードロック室１
およびアンロードロック室２０は、熱処理室６、冷却室
１１、製膜室１５を大気に戻さずに基板を出し入れする
ための予備排気室である。各室間は各々ゲートバルブ
５，１０，１４，１９で仕切られており、ゲートバルブ
５，１０，１４，１９の開閉により基板３を各室間移動
することができる。また各室は各々独立に排気すること
ができ、熱処理室６、冷却室１１および製膜室１５は常
に真空排気されているので、各室内で基板面に水分やガ
スが吸着して膜の品質を悪化させることはない。
例であるインライン型スパッタリング装置を示す。図１
において、１はロードロック室、２は基板ホルダー、３
は基板、４はガス導入口、５はゲートバルブ、６は熱処
理室、７ａ，７ｂは基板加熱機構、８はガス導入口、９
は流量計、１０はゲートバルブ、１１は冷却室、１２は
ガス導入口、１３は流量計、１４はゲートバルブ、１５
は製膜室、１６は基板加熱機構、１７はガス導入口、１
８は流量計、１９はゲートバルブ、２０はアンロードロ
ック室、２１ａ，２１ｂはガス導入口、２２は流量計、
２３ａ〜２３ｅは真空排気系、２４はターゲット、２５
はカソード電源である。本装置は、ロードロック室１、
熱処理室６、冷却室１１、製膜室１５およびアンロード
ロック室２０の５つに分かれている。ロードロック室１
およびアンロードロック室２０は、熱処理室６、冷却室
１１、製膜室１５を大気に戻さずに基板を出し入れする
ための予備排気室である。各室間は各々ゲートバルブ
５，１０，１４，１９で仕切られており、ゲートバルブ
５，１０，１４，１９の開閉により基板３を各室間移動
することができる。また各室は各々独立に排気すること
ができ、熱処理室６、冷却室１１および製膜室１５は常
に真空排気されているので、各室内で基板面に水分やガ
スが吸着して膜の品質を悪化させることはない。
【０００９】熱処理室６内にはランプヒーターからなる
基板加熱機構７ａ，７ｂが備えられており、最高３５０
℃まで基板３を加熱することができる。熱処理室６内で
は、不活性ガス等の水分を含まず、基板面に吸着しにく
いガスをガス導入口８から流しながら熱処理を行なうこ
ともできる。冷却室１１は、基板３を製膜室１５に送る
前に一定時間真空中で放置して基板３を冷却するために
ある。冷却室１１を配置することで、冷却中に次の基板
を熱処理室６に導入することができる。したがって、熱
処理、冷却、製膜と連続的に基板３を処理することがで
き、効率的な生産が可能となる。本実施例では、基板加
熱機構は熱処理室６内に配置しているが、必ずしも熱処
理室６内に配置する必要はない。例えば、加熱部のみ石
英ガラスで作製してそこに基板３を配置し、石英ガラス
の外部からシーズヒーター等を用いて基板加熱を行なう
ことも可能である。
基板加熱機構７ａ，７ｂが備えられており、最高３５０
℃まで基板３を加熱することができる。熱処理室６内で
は、不活性ガス等の水分を含まず、基板面に吸着しにく
いガスをガス導入口８から流しながら熱処理を行なうこ
ともできる。冷却室１１は、基板３を製膜室１５に送る
前に一定時間真空中で放置して基板３を冷却するために
ある。冷却室１１を配置することで、冷却中に次の基板
を熱処理室６に導入することができる。したがって、熱
処理、冷却、製膜と連続的に基板３を処理することがで
き、効率的な生産が可能となる。本実施例では、基板加
熱機構は熱処理室６内に配置しているが、必ずしも熱処
理室６内に配置する必要はない。例えば、加熱部のみ石
英ガラスで作製してそこに基板３を配置し、石英ガラス
の外部からシーズヒーター等を用いて基板加熱を行なう
ことも可能である。
【００１０】一定時間冷却後、冷却室１１より基板ホル
ダー２を製膜室１５に導入する際には、製膜室１５内の
圧力が変化しないように、予め冷却室１１に製膜室１５
内で用いるスパッタリングガスと同成分のガスを流量計
１３を介してガス導入口１２より導入する。導入するガ
スの流量は、ゲートバルブ１４を開けた際に、製膜室１
５内の圧力が急激に変動しないような値に予め決める。
ダー２を製膜室１５に導入する際には、製膜室１５内の
圧力が変化しないように、予め冷却室１１に製膜室１５
内で用いるスパッタリングガスと同成分のガスを流量計
１３を介してガス導入口１２より導入する。導入するガ
スの流量は、ゲートバルブ１４を開けた際に、製膜室１
５内の圧力が急激に変動しないような値に予め決める。
【００１１】製膜室１５は、スパッタリング法により薄
膜を作製できる構造となっている。スパッタリング法と
しては、ＤＣ法、ＲＦ法等どのような方法も用いること
ができる。製膜中は基板が一定速度でターゲット２４上
を通過する構造となっており、複数の基板に連続的に薄
膜を作製することができる。また製膜室１５内にもラン
プヒーターからなる基板加熱機構１６が備えられてお
り、製膜中にも基板加熱を行なうことのできる構造とな
っている。製膜が終了した基板ホルダー２は、ゲートバ
ルブ１９を開けてアンロードロック室２０に導入する。
ゲートバルブ１９を開ける前には、ゲートバルブ１４を
開けるときと同様に製膜室１５内の圧力が急激に変化し
ないように、予めスパッタリングガスと同成分のガスを
流量計２２を介してガス導入口２１ｂより所定量だけ導
入しておく。
膜を作製できる構造となっている。スパッタリング法と
しては、ＤＣ法、ＲＦ法等どのような方法も用いること
ができる。製膜中は基板が一定速度でターゲット２４上
を通過する構造となっており、複数の基板に連続的に薄
膜を作製することができる。また製膜室１５内にもラン
プヒーターからなる基板加熱機構１６が備えられてお
り、製膜中にも基板加熱を行なうことのできる構造とな
っている。製膜が終了した基板ホルダー２は、ゲートバ
ルブ１９を開けてアンロードロック室２０に導入する。
ゲートバルブ１９を開ける前には、ゲートバルブ１４を
開けるときと同様に製膜室１５内の圧力が急激に変化し
ないように、予めスパッタリングガスと同成分のガスを
流量計２２を介してガス導入口２１ｂより所定量だけ導
入しておく。
【００１２】本発明の薄膜作製装置の最も重要な点は、
表面が酸化物で形成された基板上に薄膜を製膜する前
に、基板３を真空中で熱処理する構造を備え、基板表面
に吸着している水分や基板表面に形成されている薄膜中
に含まれる水分を脱離し、その後基板３に対して大気に
触れることなく続けて所望の薄膜を製膜することのでき
る機構を備えている点である。したがって、装置構成は
本実施例に限定されるものではなく、例えばロードロッ
ク室１内で熱処理をすることのできる構成、すなわち熱
処理室６とロードロック室１が一体となった構成や、熱
処理室６と冷却室１１が一体となった構成、さらにはロ
ードロック室１と熱処理室６および冷却室１１が一体と
なった構成等が考えられるが、いずれの場合も本発明の
基本的要件から逸脱するものではない。
表面が酸化物で形成された基板上に薄膜を製膜する前
に、基板３を真空中で熱処理する構造を備え、基板表面
に吸着している水分や基板表面に形成されている薄膜中
に含まれる水分を脱離し、その後基板３に対して大気に
触れることなく続けて所望の薄膜を製膜することのでき
る機構を備えている点である。したがって、装置構成は
本実施例に限定されるものではなく、例えばロードロッ
ク室１内で熱処理をすることのできる構成、すなわち熱
処理室６とロードロック室１が一体となった構成や、熱
処理室６と冷却室１１が一体となった構成、さらにはロ
ードロック室１と熱処理室６および冷却室１１が一体と
なった構成等が考えられるが、いずれの場合も本発明の
基本的要件から逸脱するものではない。
【００１３】また基板３の真空熱処理後大気中を搬送し
ない理由は、大気中に含まれる水分が基板表面に吸着し
て上述したような酸化物上に製膜した薄膜の剥離現象が
生じるためである。これに対して湿度の非常に低い大気
中を搬送させる方法も考えられるが、湿度が３０％以下
になると基板表面が非常に帯電しやすくなり、後工程で
膜の静電破壊が生じる原因となるため適当ではない。
ない理由は、大気中に含まれる水分が基板表面に吸着し
て上述したような酸化物上に製膜した薄膜の剥離現象が
生じるためである。これに対して湿度の非常に低い大気
中を搬送させる方法も考えられるが、湿度が３０％以下
になると基板表面が非常に帯電しやすくなり、後工程で
膜の静電破壊が生じる原因となるため適当ではない。
【００１４】（実施例２）次に第１の実施例に示した薄
膜作製装置を用い、本発明の薄膜作製方法によりＴＦＴ
液晶表示装置を作製する第２の実施例を示す。図２は、
本発明の薄膜作製方法を用いた一例であるＴＦＴ液晶表
示装置のＴＦＴ部概略断面図を示したものである。図２
を用いて上述の構造を持つＴＦＴの製造工程について簡
単に説明する。まず、ガラス基板３１上の全面にＴａＯ
xアンダーコート絶縁膜３２を反応性ＲＦスパッタリン
グ法により５０〜２００ｎｍの厚さで製膜し、その上に
全面にＤＣスパッタリング法により室温でＣｒ膜を１０
０〜２００ｎｍの厚さで製膜後、Ｃｒゲート電極３３を
選択的に形成する。ついで全面に反応性ＲＦスパッタリ
ング法によりＴａＯx第１ゲート絶縁膜３４ａを５０〜
２００ｎｍの厚さで、その後化学気相堆積法により基板
温度３５０℃で、厚さ２００〜３００ｎｍのＳｉＮx第
２ゲート絶縁膜３４ｂ、アモルファスＳｉ半導体層３
５、パッシベーションＳｉＮx膜３６を順次製膜する。
ゲート電極３３上以外のパッシベーションＳｉＮx膜３
６を除去した後、オーミックコンタクト層３７、ソー
ス、ドレイン電極用金属膜３８を順次製膜する。オーミ
ックコンタクト層３７、ソース、ドレイン電極用金属膜
３８を一括してエッチングしてソース電極３８ａ、ドレ
イン電極３８ｂを形成して図２に示すＴＦＴが完成す
る。なお本実施例の製造工程においては、基板上に付着
したダストによる欠陥の発生をなくすため、各製膜工程
の前には必ず基板を洗浄する工程を入れている。
膜作製装置を用い、本発明の薄膜作製方法によりＴＦＴ
液晶表示装置を作製する第２の実施例を示す。図２は、
本発明の薄膜作製方法を用いた一例であるＴＦＴ液晶表
示装置のＴＦＴ部概略断面図を示したものである。図２
を用いて上述の構造を持つＴＦＴの製造工程について簡
単に説明する。まず、ガラス基板３１上の全面にＴａＯ
xアンダーコート絶縁膜３２を反応性ＲＦスパッタリン
グ法により５０〜２００ｎｍの厚さで製膜し、その上に
全面にＤＣスパッタリング法により室温でＣｒ膜を１０
０〜２００ｎｍの厚さで製膜後、Ｃｒゲート電極３３を
選択的に形成する。ついで全面に反応性ＲＦスパッタリ
ング法によりＴａＯx第１ゲート絶縁膜３４ａを５０〜
２００ｎｍの厚さで、その後化学気相堆積法により基板
温度３５０℃で、厚さ２００〜３００ｎｍのＳｉＮx第
２ゲート絶縁膜３４ｂ、アモルファスＳｉ半導体層３
５、パッシベーションＳｉＮx膜３６を順次製膜する。
ゲート電極３３上以外のパッシベーションＳｉＮx膜３
６を除去した後、オーミックコンタクト層３７、ソー
ス、ドレイン電極用金属膜３８を順次製膜する。オーミ
ックコンタクト層３７、ソース、ドレイン電極用金属膜
３８を一括してエッチングしてソース電極３８ａ、ドレ
イン電極３８ｂを形成して図２に示すＴＦＴが完成す
る。なお本実施例の製造工程においては、基板上に付着
したダストによる欠陥の発生をなくすため、各製膜工程
の前には必ず基板を洗浄する工程を入れている。
【００１５】上記ＴＦＴ液晶表示装置の製造過程におい
て、本発明の１要件である薄膜作製方法を用いた結果良
好な結果が得られた点について、図１および図２を用い
てさらに詳しく説明する。
て、本発明の１要件である薄膜作製方法を用いた結果良
好な結果が得られた点について、図１および図２を用い
てさらに詳しく説明する。
【００１６】まず第１の点としてＣｒゲート電極３３を
形成するためのＣｒ膜の製膜過程について説明する。金
属Ｃｒターゲット２４が取り付けられた、図１に示す構
造のスパッタリング装置のロードロック室１内の基板ホ
ルダー２に、アンダーコート膜３２が製膜されたガラス
基板３１をセットする。ロードロック室１内を真空排気
し、所定の圧力になったところでゲートバルブ５を開け
基板ホルダー２を熱処理室６に導入する。熱処理室６内
は、基板表面の温度が所定の温度になるように、予め基
板加熱機構７ａ，７ｂを決められた条件で作動させてお
く。熱処理室６、冷却室１１および製膜室１５はクライ
オポンプよりなる真空排気系２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに
よって常に真空排気されている。ゲートバルブ５を閉
じ、熱処理室６内で基板３１を一定時間加熱する。所定
の加熱時間が経過したらゲートバルブ１０を開け、基板
ホルダー２を冷却室１１に導入する。
形成するためのＣｒ膜の製膜過程について説明する。金
属Ｃｒターゲット２４が取り付けられた、図１に示す構
造のスパッタリング装置のロードロック室１内の基板ホ
ルダー２に、アンダーコート膜３２が製膜されたガラス
基板３１をセットする。ロードロック室１内を真空排気
し、所定の圧力になったところでゲートバルブ５を開け
基板ホルダー２を熱処理室６に導入する。熱処理室６内
は、基板表面の温度が所定の温度になるように、予め基
板加熱機構７ａ，７ｂを決められた条件で作動させてお
く。熱処理室６、冷却室１１および製膜室１５はクライ
オポンプよりなる真空排気系２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに
よって常に真空排気されている。ゲートバルブ５を閉
じ、熱処理室６内で基板３１を一定時間加熱する。所定
の加熱時間が経過したらゲートバルブ１０を開け、基板
ホルダー２を冷却室１１に導入する。
【００１７】一定時間経過後、冷却室１１内にガス導入
口１２より所定量のＡｒガスを導入し、所定の圧力にな
ったらゲートバルブ１４を開けて基板ホルダー２を製膜
室１５内に導入し、ゲートバルブ１４を閉じる。この時
製膜室１５内には予めガス導入口１７よりＡｒガスが導
入され、ターゲット２４に対して０．５〜１０Ｗ／cm 2
のＤＣスパッタ電力でスパッタリングが行われている。
基板ホルダー２は製膜室１５内を予め設定した一定の速
度で移動し、ターゲット２４上を通過後にはガラス基板
３１上に所望の厚さのＣｒ膜が製膜されている。製膜室
１５内での基板加熱は行なわなかった。ターゲット２４
上を通過後ゲートバルブ１９を開け、アンロードロック
室２０に基板ホルダー２を移動する。ゲートバルブ１９
を閉じた後、アンロードロック室２０内に大気圧になる
までガス導入口２１ａよりＡｒガスを導入し、基板ホル
ダー２からガラス基板３１を取り出してＣｒ製膜の工程
を終了する。
口１２より所定量のＡｒガスを導入し、所定の圧力にな
ったらゲートバルブ１４を開けて基板ホルダー２を製膜
室１５内に導入し、ゲートバルブ１４を閉じる。この時
製膜室１５内には予めガス導入口１７よりＡｒガスが導
入され、ターゲット２４に対して０．５〜１０Ｗ／cm 2
のＤＣスパッタ電力でスパッタリングが行われている。
基板ホルダー２は製膜室１５内を予め設定した一定の速
度で移動し、ターゲット２４上を通過後にはガラス基板
３１上に所望の厚さのＣｒ膜が製膜されている。製膜室
１５内での基板加熱は行なわなかった。ターゲット２４
上を通過後ゲートバルブ１９を開け、アンロードロック
室２０に基板ホルダー２を移動する。ゲートバルブ１９
を閉じた後、アンロードロック室２０内に大気圧になる
までガス導入口２１ａよりＡｒガスを導入し、基板ホル
ダー２からガラス基板３１を取り出してＣｒ製膜の工程
を終了する。
【００１８】次に第２の点としてＴａＯx第１ゲート絶
縁膜３４ａの製膜過程について説明する。ＴａＯx膜の
製膜装置も上述のＣｒ膜の製膜に用いた図１に示した装
置と同様の構成となっている。アンダーコート膜３２上
に所定のパターンのゲート電極３３が形成された基板３
１を基板ホルダー２にセットした後、熱処理室６で所定
の温度で基板加熱を行ない、冷却室１１で一定時間冷却
後、製膜室１５に導入して薄膜を製膜後アンロードロッ
ク室２０からガラス基板３１を取り出すまでの過程は、
製膜室１５においてＡｒガスの代わりに所定の割合で混
合されたＡｒとＯ2の混合ガスを用いる点、およびター
ゲット２４に印加する電力がＲＦ電力である点を除いて
は、上述のＣｒ製膜の場合と全く同様であるので説明は
省略する。製膜室１５には金属ＴａもしくはＴａＯxよ
りなるターゲット２４が備えられ、反応性ＲＦスパッタ
リング法によりＴａＯx膜が製膜できるようになってい
る。製膜時のＲＦ電力は５〜３０Ｗ／cm2、スパッタリ
ング圧力は５×１０-4〜１×１０-2Ｔｏｒｒの範囲内と
し、基板ホルダー２の移動速度は予め設定した一定の速
度で移動し、ターゲット２４上を通過した基板３には所
望の厚さのＴａＯx膜が製膜されている。基板温度は、
ＴａＯx膜のリーク電流が小さくなる条件である１５０
℃以下とした。
縁膜３４ａの製膜過程について説明する。ＴａＯx膜の
製膜装置も上述のＣｒ膜の製膜に用いた図１に示した装
置と同様の構成となっている。アンダーコート膜３２上
に所定のパターンのゲート電極３３が形成された基板３
１を基板ホルダー２にセットした後、熱処理室６で所定
の温度で基板加熱を行ない、冷却室１１で一定時間冷却
後、製膜室１５に導入して薄膜を製膜後アンロードロッ
ク室２０からガラス基板３１を取り出すまでの過程は、
製膜室１５においてＡｒガスの代わりに所定の割合で混
合されたＡｒとＯ2の混合ガスを用いる点、およびター
ゲット２４に印加する電力がＲＦ電力である点を除いて
は、上述のＣｒ製膜の場合と全く同様であるので説明は
省略する。製膜室１５には金属ＴａもしくはＴａＯxよ
りなるターゲット２４が備えられ、反応性ＲＦスパッタ
リング法によりＴａＯx膜が製膜できるようになってい
る。製膜時のＲＦ電力は５〜３０Ｗ／cm2、スパッタリ
ング圧力は５×１０-4〜１×１０-2Ｔｏｒｒの範囲内と
し、基板ホルダー２の移動速度は予め設定した一定の速
度で移動し、ターゲット２４上を通過した基板３には所
望の厚さのＴａＯx膜が製膜されている。基板温度は、
ＴａＯx膜のリーク電流が小さくなる条件である１５０
℃以下とした。
【００１９】以上のＣｒ膜およびＴａＯx膜の製膜につ
いての説明は、基板ホルダー２を１台だけ用いた場合に
ついて述べたが、実際には、ロードロック室１の基板ホ
ルダー２が熱処理室６に導入されたら、すぐにロードロ
ック室１を大気解放して次のガラス基板３１をセット
し、順次熱処理室６、冷却室１１、製膜室１５、アンロ
ードロック室２０へと搬送することにより、多くの基板
に連続的に製膜を行なうことができる。
いての説明は、基板ホルダー２を１台だけ用いた場合に
ついて述べたが、実際には、ロードロック室１の基板ホ
ルダー２が熱処理室６に導入されたら、すぐにロードロ
ック室１を大気解放して次のガラス基板３１をセット
し、順次熱処理室６、冷却室１１、製膜室１５、アンロ
ードロック室２０へと搬送することにより、多くの基板
に連続的に製膜を行なうことができる。
【００２０】ＴａＯx第１ゲート絶縁膜３４ａまで製膜
した基板は、次にＳｉＮx第２ゲート絶縁膜３４ｂを製
膜する。ＳｉＮx第２ゲート絶縁膜３４ｂは、基板温度
３５０℃で化学気相堆積法により製膜した。ここで、熱
処理室６においてガラス基板３１の熱処理を行なわない
で製膜した従来の方法では、ＳｉＮx第２ゲート絶縁膜
３４ｂ製膜後Ｃｒゲート電極３３とＴａＯxアンダーコ
ート膜３２との界面およびＴａＯx第１ゲート絶縁膜３
４ａとＴａＯxアンダーコート膜３２との界面におい
て、基板全面にわたって気泡状の剥離が生じていたが、
本実施例の薄膜作製方法および薄膜作製装置を用いた結
果、このような不良は皆無となった。
した基板は、次にＳｉＮx第２ゲート絶縁膜３４ｂを製
膜する。ＳｉＮx第２ゲート絶縁膜３４ｂは、基板温度
３５０℃で化学気相堆積法により製膜した。ここで、熱
処理室６においてガラス基板３１の熱処理を行なわない
で製膜した従来の方法では、ＳｉＮx第２ゲート絶縁膜
３４ｂ製膜後Ｃｒゲート電極３３とＴａＯxアンダーコ
ート膜３２との界面およびＴａＯx第１ゲート絶縁膜３
４ａとＴａＯxアンダーコート膜３２との界面におい
て、基板全面にわたって気泡状の剥離が生じていたが、
本実施例の薄膜作製方法および薄膜作製装置を用いた結
果、このような不良は皆無となった。
【００２１】図３に本実施例の方法と従来の方法を用い
て、ＳｉＮx第２ゲート絶縁膜３４ｂまで作製したデバ
イスの断面構造を比較して示す。従来のマイクロ波加熱
を行なわなかった基板では、図３（ｂ）に示したように
気泡状の剥離が生じているが、本実施例の方法では図３
（ａ）に示したように界面での剥離はまったく生じてい
ない。図３（ｂ）に示したような剥離があった場合、図
２に示したゲート電極３３の断線、またはゲート電極３
３とソース電極３８ａ、ドレイン電極３８ｂの短絡等が
発生し著しく歩留まりが低下するという問題が生じてい
た。しかしながら本実施例の方法を用いることにより、
生産性を全く低下させることなく飛躍的な歩留まりの向
上を果たすことができた。なお、図３（ｂ）において４
１が剥離部である。
て、ＳｉＮx第２ゲート絶縁膜３４ｂまで作製したデバ
イスの断面構造を比較して示す。従来のマイクロ波加熱
を行なわなかった基板では、図３（ｂ）に示したように
気泡状の剥離が生じているが、本実施例の方法では図３
（ａ）に示したように界面での剥離はまったく生じてい
ない。図３（ｂ）に示したような剥離があった場合、図
２に示したゲート電極３３の断線、またはゲート電極３
３とソース電極３８ａ、ドレイン電極３８ｂの短絡等が
発生し著しく歩留まりが低下するという問題が生じてい
た。しかしながら本実施例の方法を用いることにより、
生産性を全く低下させることなく飛躍的な歩留まりの向
上を果たすことができた。なお、図３（ｂ）において４
１が剥離部である。
【００２２】さらに本発明の方法の優れた点は、基板温
度に制約がなくなることである。これまでの剥離防止の
対策として、製膜中の基板温度を上げることにより下地
酸化物薄膜からの水分の脱離を促し、積層構造が形成さ
れてからの界面での水分脱離を防ぐ方法を用いた。しか
しながら製膜中の基板加熱は必ずしも全ての薄膜にとっ
て最適条件とはならない。例えば、本実施例中に述べた
Ｃｒ薄膜は、製膜中に基板加熱を行なうとＣｒ膜が僅か
に酸化されて抵抗値が高くなってしまう。また同じく本
実施例中に述べたＴａＯx膜の場合、基板加熱を行なっ
た状態で製膜した膜は、１５０℃以下で製膜した膜に比
べて１〜２桁リーク電流が大きくなってしまい、ＴＦＴ
特性を悪化させる要因となる。このように製膜時の基板
温度は、製膜後の薄膜の特性に非常に大きな影響を及ぼ
す。したがって、本実施例に示した方法を用いることに
より、後工程での水分脱離の問題を考えることなく、製
膜する物質の特性が最も良くなる条件で製膜することが
できるため、高品質の薄膜を再現性良く、高い生産性で
作製することが可能となった。
度に制約がなくなることである。これまでの剥離防止の
対策として、製膜中の基板温度を上げることにより下地
酸化物薄膜からの水分の脱離を促し、積層構造が形成さ
れてからの界面での水分脱離を防ぐ方法を用いた。しか
しながら製膜中の基板加熱は必ずしも全ての薄膜にとっ
て最適条件とはならない。例えば、本実施例中に述べた
Ｃｒ薄膜は、製膜中に基板加熱を行なうとＣｒ膜が僅か
に酸化されて抵抗値が高くなってしまう。また同じく本
実施例中に述べたＴａＯx膜の場合、基板加熱を行なっ
た状態で製膜した膜は、１５０℃以下で製膜した膜に比
べて１〜２桁リーク電流が大きくなってしまい、ＴＦＴ
特性を悪化させる要因となる。このように製膜時の基板
温度は、製膜後の薄膜の特性に非常に大きな影響を及ぼ
す。したがって、本実施例に示した方法を用いることに
より、後工程での水分脱離の問題を考えることなく、製
膜する物質の特性が最も良くなる条件で製膜することが
できるため、高品質の薄膜を再現性良く、高い生産性で
作製することが可能となった。
【００２３】また上述の第２の実施例では、製膜前に基
板の熱処理を施した基板上に製膜された薄膜は金属Ｔａ
の酸化物であるＴａＯx膜であったが、水分を吸着した
り、薄膜中に水分を取り込み易い薄膜はＴａＯx膜に限
るものではなく、Ａｌ，Ｓｉ等の金属の酸化物が表面に
形成されている基板に対しても同様の効果がある。した
がって本発明の薄膜作製方法および薄膜作製装置は、基
本的には表面に水分を吸着しやすい状態の基板、さらに
は薄膜中に取り込む水分量の多い酸化物薄膜が製膜され
た基板上に所望の薄膜を製膜する場合全てに有効であ
る。
板の熱処理を施した基板上に製膜された薄膜は金属Ｔａ
の酸化物であるＴａＯx膜であったが、水分を吸着した
り、薄膜中に水分を取り込み易い薄膜はＴａＯx膜に限
るものではなく、Ａｌ，Ｓｉ等の金属の酸化物が表面に
形成されている基板に対しても同様の効果がある。した
がって本発明の薄膜作製方法および薄膜作製装置は、基
本的には表面に水分を吸着しやすい状態の基板、さらに
は薄膜中に取り込む水分量の多い酸化物薄膜が製膜され
た基板上に所望の薄膜を製膜する場合全てに有効であ
る。
【００２４】上述の第２の実施例において、熱処理室６
で基板加熱を施す際の加熱温度および加熱時間は、表面
に形成されている酸化物の種類によって異なるが、おお
むね図４に斜線で示した条件であれば同様の効果が望め
る。また上述の第２の実施例では、基板ホルダー２を１
台だけ用いた場合について述べたが、実際には、ロード
ロック室１の基板ホルダー２が熱処理室６に導入された
ら、すぐにロードロック室１を大気解放して次の基板を
セットし、順次熱処理室６、冷却室１１、製膜室１５、
アンロードロック室２０へと搬送することにより、複数
の基板に連続的に製膜を行なうことができる。
で基板加熱を施す際の加熱温度および加熱時間は、表面
に形成されている酸化物の種類によって異なるが、おお
むね図４に斜線で示した条件であれば同様の効果が望め
る。また上述の第２の実施例では、基板ホルダー２を１
台だけ用いた場合について述べたが、実際には、ロード
ロック室１の基板ホルダー２が熱処理室６に導入された
ら、すぐにロードロック室１を大気解放して次の基板を
セットし、順次熱処理室６、冷却室１１、製膜室１５、
アンロードロック室２０へと搬送することにより、複数
の基板に連続的に製膜を行なうことができる。
【００２５】さらに上述の２実施例では、どちらも製膜
室はスパッタリング法により薄膜を製膜する構成となっ
ていたが、製膜方法はスパッタリング法に限定されるも
のではなく、真空蒸着法、化学気相成長法、分子線エピ
タキシー法等の方法を用いた場合でも、本発明の基本的
要件から逸脱するものではない。
室はスパッタリング法により薄膜を製膜する構成となっ
ていたが、製膜方法はスパッタリング法に限定されるも
のではなく、真空蒸着法、化学気相成長法、分子線エピ
タキシー法等の方法を用いた場合でも、本発明の基本的
要件から逸脱するものではない。
【００２６】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
は、所望の薄膜を製膜する前に、基板に真空中で加熱処
理を施して表面から水分を脱離した後、続けて真空中に
おいて所望の膜を製膜することにより、界面での膜の局
部的な剥離の発生を防止し、信頼性が高く特性の優れた
薄膜を再現性良く形成できる薄膜作製方法および薄膜作
製装置を提供できる。
は、所望の薄膜を製膜する前に、基板に真空中で加熱処
理を施して表面から水分を脱離した後、続けて真空中に
おいて所望の膜を製膜することにより、界面での膜の局
部的な剥離の発生を防止し、信頼性が高く特性の優れた
薄膜を再現性良く形成できる薄膜作製方法および薄膜作
製装置を提供できる。
【図１】本発明の第１の実施例における薄膜作製装置の
概略構成図
概略構成図
【図２】本発明の薄膜作製方法により作製したＴＦＴ液
晶表示装置の断面図
晶表示装置の断面図
【図３】（ａ）は本発明の薄膜作製方法によるＴＦＴ液
晶表示装置の部分断面図 （ｂ）は従来の薄膜作製方法によるＴＦＴ液晶表示装置
の部分断面図
晶表示装置の部分断面図 （ｂ）は従来の薄膜作製方法によるＴＦＴ液晶表示装置
の部分断面図
【図４】図１の薄膜作製装置の熱処理室での基板表面温
度と加熱時間の関係を示す図
度と加熱時間の関係を示す図
１ ロードロック室 ２ 基板ホルダー ３ 基板（絶縁性基板、酸化物を主成分とする薄膜が形
成された基板） ４ ガス導入口 ５ ゲートバルブ ６ 熱処理室 ７ａ，７ｂ 基板加熱機構 ８ ガス導入口 ９ 流量計 １０ ゲートバルブ １１ 冷却室 １２ ガス導入口 １３ 流量計 １４ ゲートバルブ １５ 製膜室 １６ 基板加熱機構 １７ ガス導入口 １８ 流量計 １９ ゲートバルブ ２０ アンロードロック室 ２１ａ，２１ｂ ガス導入口 ２２ 流量計 ２３ａ〜２３ｅ 真空排気系 ２４ ターゲット ２５ カソード電源
成された基板） ４ ガス導入口 ５ ゲートバルブ ６ 熱処理室 ７ａ，７ｂ 基板加熱機構 ８ ガス導入口 ９ 流量計 １０ ゲートバルブ １１ 冷却室 １２ ガス導入口 １３ 流量計 １４ ゲートバルブ １５ 製膜室 １６ 基板加熱機構 １７ ガス導入口 １８ 流量計 １９ ゲートバルブ ２０ アンロードロック室 ２１ａ，２１ｂ ガス導入口 ２２ 流量計 ２３ａ〜２３ｅ 真空排気系 ２４ ターゲット ２５ カソード電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 29/784
Claims (6)
- 【請求項１】絶縁性基板または表面の少なくとも一部に
酸化物を主成分とする薄膜が形成された基板を真空中に
て一定時間加熱した後所定の温度まで冷却し、そのまま
大気に触れずに続けて真空中で所望の薄膜を製膜するこ
とを特徴とする薄膜作製方法。 - 【請求項２】真空中での基板の一定時間の加熱が、真空
中で基板の温度が２５０℃以上になるような加熱である
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜作製方法。 - 【請求項３】酸化物を主成分とする薄膜が金属の酸化物
薄膜であることを特徴とする請求項１記載の薄膜作製方
法。 - 【請求項４】金属の酸化物薄膜がタンタル（Ｔａ）、ア
ルミニウム（Ａｌ）またはシリコン（Ｓｉ）の酸化物薄
膜であることを特徴とする請求項３記載の薄膜作製方
法。 - 【請求項５】基板を真空中で一定時間加熱する手段と、
前記加熱された基板を大気に触れさせずに所定の温度ま
で冷却する手段と、その冷却された基板上に真空を保っ
たままでの所望の薄膜を形成する手段とを少なくとも有
することを特徴とする薄膜作製装置。 - 【請求項６】基板を真空中で一定時間加熱する手段が、
基板を真空中で２５０℃以上に加熱する手段であること
を特徴とする請求項５記載の薄膜作製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13835092A JPH05331619A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 薄膜作製方法および薄膜作製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13835092A JPH05331619A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 薄膜作製方法および薄膜作製装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05331619A true JPH05331619A (ja) | 1993-12-14 |
Family
ID=15219879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13835092A Pending JPH05331619A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 薄膜作製方法および薄膜作製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05331619A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011037008A1 (en) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing oxide semiconductor film and method for manufacturing semiconductor device |
| JP2011144450A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-07-28 | Canon Anelva Corp | スパッタリング装置及びスパッタリング方法 |
| US9627198B2 (en) | 2009-10-05 | 2017-04-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing thin film semiconductor device |
| US10566459B2 (en) | 2009-10-30 | 2020-02-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having a first region comprising silicon, oxygen and at least one metal element formed between an oxide semiconductor layer and an insulating layer |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP13835092A patent/JPH05331619A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011037008A1 (en) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing oxide semiconductor film and method for manufacturing semiconductor device |
| JP2011091388A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-05-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化物半導体膜及び半導体装置の作製方法 |
| JP2015233165A (ja) * | 2009-09-24 | 2015-12-24 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| US9224838B2 (en) | 2009-09-24 | 2015-12-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing oxide semiconductor film and method for manufacturing semiconductor device |
| US9627198B2 (en) | 2009-10-05 | 2017-04-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing thin film semiconductor device |
| US9754784B2 (en) | 2009-10-05 | 2017-09-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing oxide semiconductor device |
| US10566459B2 (en) | 2009-10-30 | 2020-02-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having a first region comprising silicon, oxygen and at least one metal element formed between an oxide semiconductor layer and an insulating layer |
| JP2011144450A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-07-28 | Canon Anelva Corp | スパッタリング装置及びスパッタリング方法 |
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