JPWO2010044237A1 - スパッタリング装置、薄膜形成方法及び電界効果型トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下地層のダメージを低減することができるスパッタリング装置、薄膜形成方法及び電界効果型トランジスタの製造方法を提供すること。【解決手段】スパッタリング装置１００は、搬送機構と、第１のターゲットＴｃ１と、第２のターゲット（Ｔｃ２〜Ｔｃ５）と、スパッタ手段とを具備する。搬送機構は、真空槽の内部に配置され、基板を支持する支持部を、基板の被処理面と平行な搬送面に沿って直線的に搬送する。第１のターゲットＴｃ１は、搬送面と第１の間隔を空けて対向する。第２のターゲット（Ｔｃ２〜Ｔｃ５）は、第１のターゲットＴｃ１よりも基板の搬送方向下流側に配置され、搬送面と、第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する。スパッタ手段は、各ターゲットをスパッタする。このスパッタリング装置１００によれば、下地層に与えるダメージが小さく、成膜特性の良好な薄膜を形成することが可能である。【選択図】図３

Description

本発明は、基板の上に薄膜を形成するためのスパッタリング装置及びこの装置を用いた薄膜形成方法、並びに電界効果型トランジスタの製造方法に関する。

従来、基板の上に薄膜を形成する工程にはスパッタリング装置が用いられている。スパッタリング装置は、真空槽の内部に配置されたスパッタリングターゲット（以下「ターゲット」という。）と、ターゲットの表面近傍にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段とを有している。スパッタリング装置は、プラズマ中のイオンでターゲットの表面をスパッタし、当該ターゲットから叩き出された粒子（スパッタ粒子）を基板上に堆積させることで、薄膜を形成する（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−３９７１２号公報

スパッタリング法によって形成された薄膜（以下「スパッタ薄膜」ともいう。）は、ターゲットから飛来するスパッタ粒子が基板の表面に高エネルギーで入射するため、真空蒸着法などで形成された薄膜に比べて、基板との密着性が高い。したがって、スパッタ薄膜が形成される下地層（下地膜あるいは下地基板）は、入射するスパッタ粒子との衝突により大きなダメージを受け易い。例えば、薄膜トランジスタの活性層をスパッタリング法で成膜する場合、下地層のダメージによって所期の膜特性が得られない場合がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、下地層のダメージを低減することができるスパッタリング装置、薄膜形成方法及び電界効果型トランジスタの製造方法を提供することにある。

本発明の一形態に係るスパッタリング装置は、基板の被処理面に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、真空槽と、支持部と、搬送機構と、第１のターゲットと、第２のターゲットと、スパッタ手段とを具備する。
上記真空槽は、真空状態を維持する。
上記支持部は、上記真空槽の内部に配置され、上記基板を支持する。
上記搬送機構は、上記真空槽の内部に配置され、上記支持部を、上記被処理面と平行な搬送面に沿って直線的に搬送する。
上記第１のターゲットは、上記搬送面と第１の間隔を空けて対向する。
上記第２のターゲットは、上記第１のターゲットよりも上記基板の搬送方向下流側に配置され、上記搬送面と、上記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する。
上記スパッタ手段は、上記第１のターゲット及び上記第２のターゲットをスパッタする。

本発明の一形態に係る薄膜形成方法は、被処理面を有する基板を、基板の搬送面に対して第１の間隔を空けて対向する第１のターゲットと、基板の搬送面に対して上記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する第２のターゲットとが設けられた真空槽内に配置することを含む。
上記基板は第１の位置から第２の位置に搬送される。
上記被処理面は、上記第１の位置で、第１のターゲットをスパッタすることで斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみにより、成膜される。
上記被処理面は、上記第２の位置で、第２のターゲットをスパッタすることで垂直方向に出射されたスパッタ粒子により、成膜される。

本発明の一形態に係る電界効果型トランジスタは、基板の上にゲート絶縁膜を形成することを含む。
上記基板は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成を有し基板の搬送面に対して第１の間隔を空けて対向する第１のターゲットと、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成を有し基板の搬送面に対して上記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する第２のターゲットとが設けられた真空槽内に配置される。
上記基板は、第１の位置から第２の位置に搬送される。
上記被処理面は、上記第１の位置で、第１のターゲットをスパッタすることで斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみにより成膜され、上記第２の位置で、第２のターゲットをスパッタすることで垂直方向に出射されたスパッタ粒子により成膜され、活性層を形成する。

第１の実施形態に係る真空処理装置を示す平面図である。 保持機構を示す平面図である。 第１のスパッタ室を示す平面図である。 スパッタの様子を示す模式図である。 基板処理プロセスを示すフローチャートである。 実験に用いられたスパッタリング装置を示す図である。 実験により得られた薄膜の膜厚分布を示す図である。 スパッタ粒子の入射各を説明する図である。 実験により得られた薄膜の成膜レートを示す図である 実験により製造された薄膜トランジスタの各サンプルを２００℃でアニールしたときのオン電流特性及びオフ電流特性を示す図である。 実験により製造された薄膜トランジスタの各サンプルを４００℃でアニールしたときのオン電流特性及びオフ電流特性を示す図である。 第２の実施形態に係る第１のスパッタ室を示す平面図である。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置は、基板の被処理面に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、真空槽と、支持部と、搬送機構と、第１のターゲットと、第２のターゲットと、スパッタ手段とを具備する。
上記真空槽は、真空状態を維持する。
上記支持部は、上記真空槽の内部に配置され、上記基板を支持する。
上記搬送機構は、上記真空槽の内部に配置され、上記支持部を、上記被処理面と平行な搬送面に沿って直線的に搬送する。
上記第１のターゲットは、上記搬送面と第１の間隔を空けて対向する。
上記第２のターゲットは、上記第１のターゲットよりも上記基板の搬送方向下流側に配置され、上記搬送面と、上記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する。
上記スパッタ手段は、上記第１のターゲット及び上記第２のターゲットをスパッタする。

上記スパッタリング装置は、基板の被処理面とターゲットとの間隔によりスパッタ粒子の入射エネルギー（単位面積あたりの入射エネルギー）を調節し、成膜する。これにより、下地層に与えるダメージが小さく、成膜特性の良好な薄膜を形成することが可能である。

上記搬送機構は、第１の位置と第２の位置を順に通って上記基板を搬送し、上記第１の位置は、上記被処理面に、上記第１のターゲットから斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみが到達する位置であり、上記第２の位置は、上記被処理面に、上記第２のターゲットから垂直方向に出射されたスパッタ粒子が到達する位置であってもよい。

上記スパッタリング装置は、スパッタしながら、第１の位置から第２の位置に基板を搬送することによって、入射エネルギーを段階的に強くしていくことが可能である。

上記第１のターゲットの被スパッタ面は、上記搬送面に平行に配置されていてもよい。

上記スパッタリング装置は、第１のターゲットから出射されるスパッタ粒子の照射面積を、第２のターゲットから出射されるスパッタ粒子の照射面積より大きくすることが可能である。

上記第１のターゲットの被スパッタ面は、前記第２の位置側に配向されていてもよい。
上記スパッタリング装置は、第１のターゲットから斜め方向に出射されたスパッタ粒子を、基板の被処理面に垂直に入射させることが可能である。

本発明の一実施形態に係る薄膜形成方法は、被処理面を有する基板を、基板の搬送面に対して第１の間隔を空けて対向する第１のターゲットと、基板の搬送面に対して上記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する第２のターゲットとが設けられた真空槽内に配置することを含む。
上記基板は第１の位置から第２の位置に搬送される。
上記被処理面は、上記第１の位置で、第１のターゲットをスパッタすることで斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみにより、成膜される。
上記被処理面は、上記第２の位置で、第２のターゲットをスパッタすることで垂直方向に出射されたスパッタ粒子により、成膜される。

本発明の一実施形態に係る電界効果型トランジスタは、基板の上にゲート絶縁膜を形成することを含む。
上記基板は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成を有し基板の搬送面に対して第１の間隔を空けて対向する第１のターゲットと、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成を有し基板の搬送面に対して上記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する第２のターゲットとが設けられた真空槽内に配置される。
上記基板は、第１の位置から第２の位置に搬送される
上記被処理面は、上記第１の位置で、第１のターゲットをスパッタすることで斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみにより成膜され、上記第２の位置で、第２のターゲットをスパッタすることで垂直方向に出射されたスパッタ粒子により成膜され、活性層を形成する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

本発明の実施形態に係る真空処理装置１００について説明する。
図１は、真空処理装置１００を示す模式的な平面図である。

真空処理装置１００は、基材として例えばディスプレイに用いられるガラス基板（以下、単に基板という。）１０を処理する装置であり、典型的には、いわゆるボトムゲート型のトランジスタ構造を有する電界効果型トランジスタの製造の一部を担う装置である。

真空処理装置１００は、クラスタ型処理ユニット５０と、インライン型処理ユニット６０と、姿勢変換室７０とを備える。これらの各室は、単一の真空槽あるいは複数組み合わされた真空槽の内部に形成されている。

クラスタ型処理ユニット５０は、基板１０を実質的に水平にした状態で基板１０を処理する、複数の横型の処理室を備えている。典型的には、クラスタ型処理ユニット５０は、ロードロック室５１、搬送室５３、複数のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）室５２を含む。

ロードロック室５１は、大気圧及び真空状態を切り替え、真空処理装置１００の外部から基板１０をロードし、また、当該外部へ基板１０をアンロードする。搬送室５３は、図示しない搬送ロボットを備えている。各ＣＶＤ室５２は、搬送室５３にそれぞれ接続されており、基板１０にＣＶＤ処理を行う。搬送室５３の搬送ロボットは、ロードロック室５１、各ＣＶＤ室５２及び後述の姿勢変換室７０へ基板１０を搬入し、また、それらの各室から基板１０を搬出する。

ＣＶＤ室５２では、典型的には、電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜が形成される。

これら搬送室５３及びＣＶＤ室５２内は、所定の真空度に維持することが可能となっている。

姿勢変換室７０は、基板１０の姿勢を水平から垂直状態、また、垂直から水平状態へ変換する。例えば、図２に示すように姿勢変換室７０内には、基板１０を保持する保持機構７１が設けられており、保持機構７１は、回転軸７２を中心に回転可能に構成されている。保持機構７１は、メカチャックまたは真空チャック等により基板１０を保持する。姿勢変換室７０は、搬送室５３と実質的に同じ真空度に維持されることが可能となっている。

保持機構７１の両端部に接続された図示しない駆動機構の駆動により保持機構７１が回転してもよい。

クラスタ型処理ユニット５０は、搬送室５３に接続された、ＣＶＤ室５２、姿勢変換室７０の他、加熱室やその他の処理を行うための室が設けられてもよい。

インライン型処理ユニット６０は、第１のスパッタ室６１（真空槽）、第２のスパッタ室６２及びバッファ室６３を含み、基板１０を実質的に垂直に立てた状態で基板１０を処理する。

第１のスパッタ室６１では、典型的には、後述するように基板１０上にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成を有する薄膜（以下、単にＩＧＺＯ膜という。）が形成される。第２のスパッタ室６２では、そのＩＧＺＯ膜上にストッパ層膜が形成される。ＩＧＺＯ膜は、電界効果型トランジスタの活性層を構成する。ストッパ層膜は、ソース電極及びドレイン電極を構成する金属膜のパターニング工程、及び、ＩＧＺＯ膜の不要領域をエッチング除去する工程において、ＩＧＺＯ膜のチャネル領域をエッチャントから保護するエッチング保護層として機能する。

第１のスパッタ室６１は、そのＩＧＺＯ膜を形成するためのターゲット材料を含む複数のスパッタカソードＴｃを有している。第２のスパッタ室６２は、ストッパ層膜を形成するためのターゲット材料を含む単一のスパッタカソードＴｓを有している。

第１のスパッタ室６１は、後述するように、通過成膜方式のスパッタリング装置として構成されている。一方、第２のスパッタ室６２は、固定成膜方式のスパッタリング装置として構成されてもよいし、通過成膜方式のスパッタリング装置として構成されてもよい。

第１のスパッタ室６１、第２のスパッタ室６２及びバッファ室６３内には、例えば往路６４及び復路６５で構成される２経路の基板１０の搬送経路が用意され、基板１０を垂直にした状態、あるいは垂直から多少傾けた状態で支持する図示しない支持機構が設けられている。上記支持機構により支持された基板１０は、図示しない搬送ローラ、ラックアンドピニオン等の機構により搬送されるようになっている。

各室の間には、ゲートバルブ５４が設けられており、これらのゲートバルブ５４が個々に独立して開閉制御される。

バッファ室６３は、姿勢変換室７０と第２のスパッタ室６２との間に接続され、姿勢変換室７０及び第２のスパッタ室６２のそれぞれの圧力雰囲気の緩衝領域となるように機能する。例えば、姿勢変換室７０とバッファ室６３との間に設けられたゲートバルブ５４が開放されるときは、姿勢変換室７０内の圧力と実質的に同じ圧力になるように、バッファ室６３の真空度が制御される。また、バッファ室６３と第２のスパッタ室６２との間に設けられたゲートバルブ５４が開放されるときは、第２のスパッタ室６２内の圧力と実質的に同じ圧力になるように、バッファ室６３の真空度が制御される。

ＣＶＤ室５２では、クリーニングガス等の特殊ガスが用いられて室内がクリーニングされる場合がある。例えば、ＣＶＤ室５２が縦型の装置で構成される場合、上述した第２のスパッタ室６２に設けられているような、縦型の処理装置に特有の支持機構や搬送機構が、特殊ガスにより腐食する等の問題が懸念される。しかし、本実施の形態では、ＣＶＤ室５２は横型の装置で構成されるため、そのような問題を解決することができる。

一方、スパッタ装置が横型の装置として構成される場合において、例えばターゲットが基板の直上に配置される場合、ターゲットの周囲に付着したターゲット材料が基板上に落ちて基板１０が汚染されるおそれがある。逆に、ターゲットが基板の下に配置される場合、基板の周囲に配置された防着板に付着したターゲット材料が電極に落ちて電極が汚染されるおそれがある。これらの汚染によりスパッタ処理中に起こる異常放電が懸念される。しかしながら、第２のスパッタ室６２が縦型の処理室として構成されることにより、これらの問題を解決することができる。

次に、第１のスパッタ室６１の詳細について説明する。図３は、第１のスパッタ室６１を示す概略平面図である。第１のスパッタ室６１は、図示しないガス導入ラインに接続されており、上記ガス導入ラインを介して第１のスパッタ室６１内にアルゴン等のスパッタ用ガス及び酸素等の反応性ガスが導入される。

第１のスパッタ室６１は、スパッタカソードＴｃを有する。スパッタカソードＴｃは、それぞれ同一の構成を有するターゲット部Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５からなり、ターゲット部Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５はこの順に、後述する搬送機構による基板１０の搬送方向に直列に配列し、各被スパッタ面が搬送面に平行となるように配置されている。なお、ターゲット部の数は５つに限られない。

搬送方向の最も上流側に位置するターゲット部Ｔｃ１は、他のターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５と比較して搬送機構の搬送面（あるいは基板１０の被処理面）からの間隔が大きくなるように配置されている。
それぞれのターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５は、ターゲット板８１と、バッキングプレート８２と、マグネット８３とを有する。

ターゲット板８１は、成膜材料のインゴットあるいは焼結体で構成されている。本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ組成を有する合金インゴットあるいは焼結体材料で形成されている。ターゲット板８１はその被スパッタ面が、基板１０の被処理面と平行となるように取り付けられる。

バッキングプレート８２は、図示しない交流電源（高周波電源を含む。）あるいは直流電源と接続される電極として構成される。バッキングプレート８２は、内部に冷却水等の冷却媒体が循環する冷却機構を備えていてもよい。バッキングプレート８２は、ターゲット板８１の背面（被スパッタ面と反対側の面）に取り付けられている。

マグネット８３は、永久磁石とヨークの組合せ体で構成されており、ターゲット板８１の表面（被スパッタ面）の近傍に所定の磁場８４を形成する。マグネット８３は、バッキングプレート８２の背面側（ターゲット板８１と反対側）に取り付けられている。

以上のように構成されるスパッタカソードＴｃは、上記電源、バッキングプレート８２、マグネット８３、上記ガス導入ラインなどを含むプラズマ発生手段によって、第１のスパッタ室６１内にプラズマを発生させる。すなわち、バッキングプレート８２に所定の交流電源または直流電源が印加されると、ターゲット板８１の被スパッタ面の近傍に、スパッタ用ガスのプラズマが形成される。そして、プラズマ中のイオンによりターゲット板８１の被スパッタ面がスパッタされる。また、マグネット８３によりターゲット表面に形成された磁場によって高密度プラズマ（マグネトロン放電）が生成され、磁場分布に対応するプラズマの密度分布を得ることが可能となる。

ターゲット板８１から生成されるスパッタ粒子は、被スパッタ面から一定範囲にわたって拡散して出射される。当該範囲は、プラズマの形成条件などによって制御される。スパッタ粒子は、被スパッタ面から垂直方向に飛び出す粒子と、ターゲット板８１の表面から斜め方向に飛び出す粒子を含む。各ターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５のターゲット板８１から飛び出したスパッタ粒子は、基板１０の被処理面に堆積する。

第１のスパッタ室６１には、基板１０が配置される。基板１０は、支持板９１とクランプ機構９２とを備えた支持部９３によって支持される。クランプ機構９２は、支持板９１の支持領域に支持された基板１０の周縁部を保持する。支持部９３は、図示しない搬送機構により基板１０の被処理面と平行な搬送面に沿って、図３及び図４に矢印Ａで示す一方向に搬送される。

ターゲット部Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５と基板１０の配置関係について説明する。
搬送機構は、基板１０が第１の位置と第２の位置を通過するように支持部９３を搬送する。第１の位置は、ターゲット部Ｔｃ１と基板１０が対向（正対）する位置よりも上流側である。この位置は、ターゲット部Ｔｃ１から斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみが基板１０の被処理面に到達する位置である。第２の位置は、最下流側のターゲット部（本実施の形態ではターゲット部Ｔｃ５）と基板１０が対向する位置である。この位置は、ターゲット部Ｔｃ５から垂直方向に出射されたスパッタ粒子が基板１０の被処理面に到達する位置である。なお、第２の位置では、隣接するターゲット部Ｔｃ４から斜め方向に出射されたスパッタ粒子が到達していてもよい。搬送機構は、少なくとも第１の位置の上流側から第２の位置の下流側まで支持部９３（基板１０）を搬送する。

以上のように構成された真空処理装置１００における基板１０の処理順序について説明する。図５は、その順序を示すフローチャートである。

搬送室５３、ＣＶＤ室５２、姿勢変換室７０、バッファ室６３、第１のスパッタ室６１及び第２のスパッタ室６２は、それぞれ所定の真空状態に維持されている。まず、ロードロック室５１に基板１０がロードされる（ステップ１０１）。その後、基板１０は、搬送室５３を介してＣＶＤ室５２に搬入され、ＣＶＤ処理により所定の膜、例えばゲート絶縁膜が基板１０上に形成される（ステップ１０２）。ＣＶＤ処理の後、搬送室５３を介して姿勢変換室７０に搬入され、基板１０の姿勢が水平姿勢から垂直姿勢に変換される（ステップ１０３）。

垂直姿勢となった基板１０は、バッファ室６３を介してスパッタ室に搬入され、往路６４を通って第１のスパッタ室６１の端部まで搬送される。その後、基板１０は復路６５を通り、第１のスパッタ室６１で停止され、以下のようにしてスパッタリング処理される。これにより、基板１０の表面に、例えばＩＧＺＯ膜が形成される（ステップ１０４）。

図３を参照して、基板１０は、支持機構によって第１のスパッタ室６１内に搬送され、
第１の位置、あるいは第１の位置より上流側の位置で停止される。第１のスパッタ室６１には、所定流量のスパッタガス（アルゴンガスと酸素ガス等）がそれぞれ導入される。上述したように、スパッタガスに電場と磁場が印加され、プラズマが形成されることで、各ターゲット部Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５のスパッタが開始される。なお、各ターゲット部Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５は、基板１０の搬送開始前にその全てのスパッタが開始されずともよく、搬送の進行にともなって、基板の搬送方向Ａに沿って順にスパッタが開始されてもよい。

図４はスパッタの様子を示す図である。
図４（Ａ）は基板１０が第１の位置にある状態、図４（Ｃ）は基板１０が第２の位置にある状態、図４（Ｂ）は基板１０が第１の位置及び第２の位置の中間の位置にある状態を示し、スパッタは図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に進行する。
これらの図に示すように、基板１０（支持部９３）は搬送機構によって搬送されながら、成膜されていく。なお、搬送は、連続的であってもよく、段階的（搬送と停止を繰り返す）であってもよい。

図４（Ａ）に示すスパッタの開始段階では、基板１０は第１の位置に搬送されている。この位置では、ターゲット部Ｔｃ１の被スパッタ面から斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみが基板１０の被処理面に到達する。基板１０は、ターゲット部Ｔｃ１と対向していないため、被スパッタ面に対して垂直方向に出射されたスパッタ粒子は被処理面に到達しない。上述したように、ターゲット部Ｔｃ１は、他のターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５と比較して基板１０との間隔が大きいため、斜め方向に出射されたスパッタ粒子は、より拡散して被処理面に到達する。これにより、他のターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５がスパッタされた場合に比べ、成膜される面積は大きくなり、その結果、被処理面の単位面積あたりのスパッタ粒子の入射エネルギーが低下する。

被処理面は、ターゲット部Ｔｃ１から斜め方向に出射されたスパッタ粒子により成膜された後、搬送に伴ってターゲット部Ｔｃ１と対向し、ターゲット部Ｔｃ１から垂直方向に出射されたスパッタ粒子やターゲット部Ｔｃ２から斜め方向に出射されたスパッタ粒子により成膜される。
図４（Ｂ）に示すように、基板１０はさらに搬送され、他のターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５のそれぞれから出射されたスパッタ粒子により成膜されていく。基板１０は事前に被処理面との間隔が大きく、成膜面積が大きいターゲット部Ｔｃ１によって成膜されている。これにより、間隔が小さく、より大きい入射エネルギーを有するターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５から出射されたスパッタ粒子が、成膜されていない（新規な）被処理面に直接到達することはない。

図４（Ｃ）に示すように、基板１０はターゲット部Ｔｃ５と対向する位置である第２の位置まで搬送され、成膜が終了する。なお、搬送は、基板１０が第２の位置の下流側に移動するまでされてもよいが、第２の位置の下流側では、ターゲット部Ｔｃ５から斜め方向に出されたスパッタ粒子のみが被処理面に到達し、既成の薄膜の最上層に堆積する。被処理面へのスパッタ粒子の入射角度が、形成された薄膜の膜特性に影響を与える場合、基板が第２の位置まで搬送された段階でスパッタを終了させてもよい。

以上のようにして、基板１０の被処理面は、最初に、ターゲット部Ｔｃ１から出射されたスパッタ粒子により成膜され、次に、ターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５から出射されたスパッタ粒子により成膜される。被処理面との間隔が大きいターゲット部Ｔｃ１から出射されたスパッタ粒子は、被処理面との間隔が小さい他のターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５から出射されたスパッタ粒子よりも拡散する。これにより被処理面が受ける単位面積あたりの入射エネルギーも小さくなり、被処理面が受けるダメージも小さい。一方、ターゲット部Ｔｃ１から出射されたスパッタ粒子は粒子数が少ないため成膜速度が遅いが、後続するターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５から出射されたスパッタ粒子により、全体の成膜速度をそれほど低下させずに成膜することが可能である。ターゲット部Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５から出射されたスパッタ粒子は、被処理面の、既に成膜されている領域にのみ到達するため、既成の膜が緩衝材となり、被処理面にダメージを及ぼさない。

第１のスパッタ室６１においてＩＧＺＯ膜が成膜された基板１０は、支持板９１とともに第２のスパッタ室６２へ搬送される。第２のスパッタ室６２において、基板１０の表面に、例えばシリコン酸化膜からなるストッパ層が形成される（ステップ１０４）。

第２のスパッタ室６２における成膜処理は、第１のスパッタ室６１における成膜処理と同様に、基板１０を第２のスパッタ室６２で静止させて成膜する固定成膜方式が採用される。これに限られず、基板１０が第２のスパッタ室６２を通過する過程で成膜する通過成膜方式が採用されてもよい。

スパッタリング処理後、基板１０はバッファ室６３を介して姿勢変換室７０に搬入され、基板１０の姿勢が垂直姿勢から水平姿勢に変換される（ステップ１０５）。その後、基板１０は搬送室５３及びロードロック室５１を介して真空処理装置１００の外部へアンロードされる（ステップ１０６）。

以上のように、本実施の形態によれば、ひとつの真空処理装置１００の内部において、基板１０を大気に曝すことなくＣＶＤ成膜とスパッタ成膜を一貫して処理することができる。これにより、生産性の向上を図ることができる。また、大気中の水分やダストが基板１０に付着することを防止できるので、膜質の向上をも図ることが可能となる。

また、上述のように、入射エネルギーが低い状態で初期のＩＧＺＯ膜を成膜することによって、下地層であるゲート絶縁膜のダメージを低減できるので、高特性の電界効果型薄膜トランジスタを製造することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る真空処理装置について説明する。
以下の説明では、上述の実施形態の構成と同様な構成を有する部分に関しては説明を簡略化する。
図１２は、第２の実施形態に係る第１のスパッタ室２６１を示す模式的な平面図である。

第１の実施形態に係る真空処理装置１００とは異なり、本実施形態に係る真空処理装置は、搬送面に対して斜めに配向されたターゲット部Ｔｄ１を有する

真空処理装置の第１のスパッタ室２６１は、スパッタカソードＴｄを有する。スパッタカソードＴｄは、基板２１０の搬送方向Ｂに沿って直列に配列した、それぞれ同一の構成を有するターゲット部Ｔｄ１、Ｔｄ２、Ｔｄ３、Ｔｄ４及びＴｄ５を有する。搬送方向Ｂの最も上流側に位置するターゲット部Ｔｄ１は、他のターゲット部Ｔｄ２、Ｔｄ３、Ｔｄ４及びＴｄ５と比較して搬送機構の搬送面からの間隔が大きくなるように配置されている。また、ターゲット部Ｔｄ１は、その被スパッタ面が、図１２に矢印Ｂで示す搬送方向の下流側を向くように、搬送面に対して傾いて配置されている。ターゲット部Ｔｄ１は、傾いた状態で第１のスパッタ室２６１に固定されていてもよく、傾動可能に取り付けられていてもよい。
各スパッタカソードＴｄは、ターゲット板２８１と、バッキングプレート２８２と、マグネット２８３とを含む。

搬送機構は、基板２１０が第１の位置と第２の位置を通過するように支持部２９３を搬送する。第１の位置は、ターゲット部Ｔｄ１の被スパッタ面から斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみが基板２１０の被処理面に到達する位置である。この位置は、ターゲット部Ｔｄ１は搬送面に対して傾いているため、第１の実施形態に係る第１の位置に比べターゲット部Ｔｄ１に接近し得る。第２の位置は、最下流側のターゲット部（本実施形態ではターゲット部Ｔｄ５）の被スパッタ面から垂直方向に出射されたスパッタ粒子が基板２１０の被処理面に到達する位置である。なお、第２の位置では、隣接するターゲット部Ｔｄ４から斜め方向に出射されたスパッタ粒子が到達していてもよい。搬送機構は、少なくとも第１の位置の上流側から第２の位置の下流側まで支持部２９３（基板２１０）を搬送する。

以上のように構成された真空処理装置によるスパッタについて説明する。
第１の実施形態に係るスパッタと同様に、印加された電場及び磁場によりスパッタガスがプラズマ化される。

基板２１０の搬送が開始され、第１の位置において、ターゲット部Ｔｄ１から斜め方向に出射されたスパッタ粒子により成膜される。ここで、ターゲット部Ｔｄ１は、搬送方向Ｂの下流側に被スパッタ面が向くように傾いて配置されているため、ターゲット部Ｔｄ１の被スパッタ面から斜め方向に出射されたスパッタ粒子は、被処理面に垂直に入射する。このスパッタ粒子は、ターゲット部Ｔｄ１の被スパッタ面から斜め方向に出射されたものであるため、入射エネルギーは小さい。

以降、第１の実施形態に係るスパッタと同様に、基板２１０が搬送され、ターゲット部Ｔｄ２、Ｔｄ３、Ｔｄ４及びＴｄ５のそれぞれから出射されたスパッタ粒子により成膜される。

上述のように、被処理面へのスパッタ粒子の入射角度が、形成された薄膜の膜特性に影響を与える場合がある。特に、ターゲット部Ｔｄ１から出射されたスパッタ粒子は、膜が形成されていない被処理面に最初に堆積する。
本実施形態に係るスパッタにおいては、ターゲット部Ｔｄ１が傾いているため、入射エネルギーが低い、斜め方向に出射されたスパッタ粒子を基板２１０に垂直に入射させると共に、ターゲット部から垂直に出射されたスパッタ粒子を基板２１０に距離を置いて入射させることが可能である。

以下では、ターゲットの被スパッタ面に対して斜め方向に出射されたスパッタ粒子と、垂直方向に出射されたスパッタ粒子による成膜の、成膜速度及び下地層に与えるダメージの差について言及する。

図６は、本発明者らが行った実験を説明するスパッタリング装置の概略構成図である。このスパッタリング装置は、２つのスパッタカソードＴ１及びＴ２を備え、それぞれがターゲット１１と、バッキングプレート１２と、マグネット１３とを有する。各スパッタカソードＴ１及びＴ２のバッキングプレート１２は交流電源１４の各電極にそれぞれ接続されている。ターゲット１１には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ組成のターゲット材を用いた。

これらスパッタカソードＴ１及びＴ２に対向して、表面にゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜が形成された基板を配置した。スパッタカソードと基板との間の距離（ＴＳ距離）は２６０ｍｍとした。基板の中心は、スパッタカソードＴ１及びＴ２の中間地点（Ａ点）に合わせた。このＡ点から各ターゲット１１の中心（Ｂ点）までの距離は１００ｍｍである。減圧アルゴン雰囲気（流量２３０ｓｃｃｍ、分圧０．７４Ｐａ）に維持された真空槽内部に酸素ガスを所定流量導入し、各スパッタカソードＴ１及びＴ２間に交流電力（０．６ｋＷ）を印加することで形成されたプラズマ１５で各ターゲット１１をスパッタした。

図７は、Ａ点を原点とした基板上の各位置における膜厚の測定結果を示す。各点の膜厚は、Ａ点の膜厚を１として換算した相対比とした。基板温度は室温とした。Ｃ点は、Ａ点から２５０ｍｍ離れた位置であり、スパッタカソードＴ２のマグネット１３の外周側からの距離は８２．５ｍｍであった。図中「◇」は酸素導入量が１ｓｃｃｍ（分圧０．００４Ｐａ）のときの膜厚、「■」は酸素導入量が５ｓｃｃｍ（分圧０．０２Ｐａ）のときの膜厚、「△」は酸素導入量が２５ｓｃｃｍ（分圧０．０８Ｐａ）のときの膜厚、「●」は酸素導入量が５０ｓｃｃｍ（分圧０．１４Ｐａ）のときの膜厚をそれぞれ示す。

図７に示すように、２つのスパッタカソードＴ１及びＴ２から出射するスパッタ粒子が到達するＡ点の膜厚が最も大きく、Ａ点から離れるにしたがって膜厚は減少する。Ｃ点においては、スパッタカソードＴ２から斜め方向に出射するスパッタ粒子の堆積領域であるため、スパッタカソードＴ２から垂直方向に入射するスパッタ粒子の堆積領域（Ｂ点）に比べて膜厚が小さい。このＣ点におけるスパッタ粒子の入射角θは、図８に示すように７２．３９°であった。

図９は、Ａ点、Ｂ点及びＣ点において測定した、導入分圧と成膜レートとの関係を示す図である。成膜位置に関係なく、酸素分圧（酸素導入量）が上昇するほど成膜レートが低下することが確認された。

上記Ａ及びＣの各点において、酸素分圧を異ならせて成膜したＩＧＺＯ膜を活性層とする薄膜トランジスタをそれぞれ作製した。各トランジスタのサンプルを大気中、２００℃で１５分間加熱することで、活性層をアニールした。そして、各サンプルについてオン電流特性及びオフ電流特性を測定した。その結果を図１０に示す。図中縦軸はオン電流またはオフ電流を示し、横軸はＩＧＺＯ膜の成膜時の酸素分圧を示す。参照用として、ＩＧＺＯ膜をＲＦスパッタリング法により通過成膜方式で形成したサンプルのトランジスタ特性を併せて示す。図中「△」はＣ点におけるオフ電流、「▲」はＣ点におけるオン電流、「◇」はＡ点におけるオフ電流、「◆」はＡ点におけるオン電流、「○」は参照用サンプルのオフ電流、「●」は参照用サンプルのオン電流である。

図１０の結果から明らかなように、各サンプルともに酸素分圧が増加するにしたがってオン電流が低下する。これは、膜中の酸素濃度が高くなることで活性層の導電特性が低下するからであると考えられる。また、Ａ点及びＣ点の各サンプルを比較すると、Ａ点のサンプルはＣ点よりもオン電流が低い。これは、活性層（ＩＧＺＯ膜）の成膜時において、スパッタ粒子との衝突によって下地膜（ゲート絶縁膜）が受けるダメージが大きく、下地膜の所期の膜質を維持できなかったためであると考えられる。また、Ｃ点のサンプルは、参照用サンプルと同程度のオン電流特性が得られた。

一方、図１１は、活性層のアニール条件を大気中、４００℃、１５分間としたときの上記薄膜トランジスタのオン電流特性及びオフ電流特性を測定した実験結果である。このアニール条件では、各サンプルについてオン電流特性に大きさ違いは現れなかった。しかし、オフ電流特性に関しては、Ａ点のサンプルがＣ点及び参照用の各サンプルに比べて高いことが確認された。これは、活性層の成膜時において、スパッタ粒子との衝突によって下地膜が大きなダメージを受け、所期の絶縁特性が失われたためであると考えられる。

また、アニール温度を高温化することによって、酸素分圧の影響を受けずに高いオン電流特性が得られることが確認された。

以上の結果から明らかなように、薄膜トランジスタの活性層をスパッタ成膜するに際して、斜め方向から基板に入射するスパッタ粒子によって薄膜の初期層を形成することで、オン電流が高く、オフ電流が低いという優れたトランジスタ特性を得ることができる。また、所期のトランジスタ特性を有する、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成の活性層を安定して製造することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論本発明はこれに限られず、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

上述した実施形態では、第１のターゲットは、一つのターゲット部であるとしたがこれに限られず、複数のターゲット部からなるものとしてもよい。また、第１のターゲットは、基板の搬送方向に沿って、搬送面との間隔が次第に小さくなるように配置された複数のターゲット部からなるものとしてもよい。

上述した実施形態では、ＩＧＺＯ膜を活性層とする薄膜トランジスタの製造方法を例に挙げて説明したが、金属材料などの他の成膜材料をスパッタ成膜する場合にも、本発明は適用可能である。

１０ 基板
１１ ターゲット
１３ マグネット
６１ 第１のスパッタ室
７１ 保持機構
８１ ターゲット板
８３ マグネット
９３ 支持部
１００ 真空処理装置
２１０ 基板
２６１ 第１のスパッタ室
２８１ ターゲット板
２８３ マグネット
２９３ 支持部
Ｔｃ スパッタリングカソード
Ｔｄ スパッタリングカソード

Claims (6)

1. 基板の被処理面に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
   真空状態を維持可能な真空槽と、
   前記真空槽の内部に配置され、前記基板を支持する支持部と、
   前記真空槽の内部に配置され、前記支持部を、前記被処理面と平行な搬送面に沿って直線的に搬送する搬送機構と、
   前記搬送面と第１の間隔を空けて対向する第１のターゲットと、
   前記第１のターゲットよりも前記基板の搬送方向下流側に配置され、前記搬送面と、前記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する第２のターゲットと
   前記第１のターゲット及び前記第２のターゲットをスパッタするスパッタ手段と、
   を具備するスパッタリング装置。
2. 請求項１に記載のスパッタリング装置であって、
   前記搬送機構は、第１の位置と第２の位置を順に通って前記基板を搬送し、
   前記第１の位置は、前記被処理面に、前記第１のターゲットから斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみが到達する位置であり、
   前記第２の位置は、前記被処理面に、前記第２のターゲットから垂直方向に出射されたスパッタ粒子が到達する位置である
   スパッタリング装置。
3. 請求項２に記載のスパッタリング装置であって、
   前記第１のターゲットの被スパッタ面は、前記搬送面に平行に配置されている
   スパッタリング装置。
4. 請求項２に記載のスパッタリング装置であって、
   前記第１のターゲットの被スパッタ面は、前記第２の位置側に配向されている
   スパッタリング装置。
5. 被処理面を有する基板を、基板の搬送面に対して第１の間隔を空けて対向する第１のターゲットと、基板の搬送面に対して前記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する第２のターゲットとが設けられた真空槽内に配置し、
   第１の位置から第２の位置に前記基板を搬送し、
   前記第１の位置で、第１のターゲットをスパッタすることで斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみにより、前記被処理面を成膜し、
   前記第２の位置で、第２のターゲットをスパッタすることで垂直方向に出射されたスパッタ粒子により、前記被処理面を成膜する
   薄膜形成方法。
6. 基板の上にゲート絶縁膜を形成し、
   前記基板を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成を有し基板の搬送面に対して第１の間隔を空けて対向する第１のターゲットと、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成を有し基板の搬送面に対して前記第１の間隔よりも小さい第２の間隔を空けて対向する第２のターゲットとが設けられた真空槽内に配置し、
   第１の位置から第２の位置に基板を搬送し、
   前記第１の位置で、第１のターゲットをスパッタすることで斜め方向に出射されたスパッタ粒子のみにより前記被処理面を成膜し、前記第２の位置で、第２のターゲットをスパッタすることで垂直方向に出射されたスパッタ粒子により前記被処理面上を成膜して、活性層を形成する
   電界効果型トランジスタの製造方法。

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