KR101609429B1 - 어닐링 처리 장치 및 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법 - Google Patents

어닐링 처리 장치 및 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

산화 어닐링 처리 장치(1)의 밀폐 용기 형상의 장치 본체(3)의 내부에 원적외선 면 형상 히터(6)를 배치하고, 장치 본체(3) 내에 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 공급하는 산소 보충 가스 급기관(8)과 장치 본체(3) 내의 가스를 배출하는 가스 배기관(11)을 접속하고, 산소 보충 가스 급기관(8)에 기판(50)의 산소 결손 부위에 대하여 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하는 노즐 분사구(16)를 연통시킨다. 이것에 의해, 대형 기판이어도, 누설 전류의 발생을 방지하면서 높은 스루풋 및 저비용으로 산화 어닐링 처리를 행할 수 있도록 한다.

Description

어닐링 처리 장치 및 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법{OXIDATION/ANNEALING TREATMENT APPARATUS AND PROCESS FOR PRODUCTION OF THIN FILM TRANSISTOR EMPLOYING OXIDATION/ANNEALING TREATMENT}
본 발명은 산화 어닐링 처리 장치 및 산화 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.
액티브 매트릭스 기판에서는, 화상의 최소 단위인 각 화소마다, 스위칭 소자로서, 예를 들어 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하, 「TFT」라고도 칭함)가 설치되어 있다.
일반적인 보텀 게이트(bottom gate)형 TFT는, 예를 들어 절연 기판 상에 설치된 게이트 전극과, 게이트 전극을 덮도록 설치된 게이트 절연막과, 게이트 절연막 상에 게이트 전극에 중첩되도록 섬 형상으로 형성된 반도체층과, 반도체층 상에 서로 대치하도록 설치된 소스 전극 및 드레인 전극을 구비하고 있다.
또한, 최근 들어, 액티브 매트릭스 기판에서는, 화상의 최소 단위인 각 화소의 스위칭 소자로서, 아몰퍼스 실리콘의 반도체층을 사용한 종래의 박막 트랜지스터를 대신하여, 높은 이동도를 갖는 IGZO(In-Ga-Zn-O)계의 산화물 반도체막에 의해 형성된 산화물 반도체의 반도체층(이하, 「산화물 반도체층」이라고도 칭함)을 사용한 TFT가 제안되고 있다.
산화물 반도체를 사용한 박막 트랜지스터에 있어서, 안정되게 뛰어난 박막 트랜지스터 특성을 얻는 것은 곤란하며, 산화 어닐링 처리에 의한 산소 결손량의 제어 및 결함 준위의 저감을 행할 필요가 있다.
따라서, 종래부터, 예를 들어 특허문헌 1과 같이, 확산로 내에서, 기판 투입으로부터 열처리 공정(승온, 안정, 강온)을 분위기 가스(질소, 산소, 수증기)중에서 열산화 어닐링 처리를 행하는 것이 알려져 있다.
또한, 특허문헌 2와 같이, 단열재로 이루어진 노(furnace)체의 내주에 공극을 남기고 면 형상 히터를 끼운 적외선 방사판을 세워 설치하여 적외선 방사판의 한쪽에 가스 공급 구멍을, 다른 한쪽에 배기 구멍을 형성하고, 또한 좌우 양 적외선 방사판 사이에 동일하게 면 형상 히터를 끼운 몇 장의 적외선 방사판을 소요 간격을 두고 수평으로 단차식으로 설치하며, 각 수평 적외선 방사판 사이의 공간에 지지 바에 의해 유리 기판을 받쳐 지지한 다단형 유리 기판 소성로가 알려져 있다.
일본 특허 공개 제2009-128837호 공보 실용 신안 등록 제3066387호 공보
그러나, 특허문헌 1과 같은 배치(batch)식 횡형 확산로에서는, 기판의 대형화에 따라 장치 본체 용량이 커져, 승온 및 강온에 시간이 걸린다. 또한, 오버슈트(overshoot)하므로, 안정화에 시간이 걸린다. 또한, 노 내가 고온이 되기 때문에 금속 부재로 대응할 수 없으며, 석영 부재로 노를 구성하지 않으면 안된다. 대형 석영 부재의 가공은 매우 곤란하기 때문에, 대형 기판에 대해서는 대응할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 기판 매수에 대해서도, 배치 처리이기 때문에, 단위 시간당 처리 능력인 스루풋(throughput)이 올라가지 않는다.
또한, 특허문헌 2의 다단형 유리 기판 소성로에서는, 기밀성을 확보할 수 없고, 면내 분포가 발생하여 노 내에 수증기를 분산시키는 것이 곤란하다. 또한, 적외선 히터의 구성 부재인 운모(mica) 히터가 대량의 수분과 접촉하면, 누설 전류가 발생한다는 문제가 있다.
또한, IGZO에서는, AC 스퍼터 성막에 있어서의 타깃 이음매에서 TFT 특성 변동이 발생하기 때문에, 기판 전체가 아니라, 국소적으로 특성을 개선할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 대형 기판이어도, 누설 전류의 발생을 방지하면서 높은 스루풋 및 저비용으로 산화 어닐링 처리를 행할 수 있도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 산소 결핍 부위에만 공급하도록 하였다.
또한, 반대로 산소 결핍 부위 이외의 장소, 바꾸어 말하면 산소 과잉 부위에 산화를 억제하는 질소 가스를 분사하도록 하였다.
구체적으로는, 제1 발명에서는,
밀폐 용기 형상의 장치 본체와,
상기 장치 본체의 내부에 배치된 원적외선 면 형상 히터와,
상기 장치 본체 내에 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 공급하는 산소 보충 가스 급기관과,
상기 장치 본체 내의 가스를 배출하는 가스 배기관과,
상기 산소 보충 가스 급기관에 연통되어 기판의 산소 결손 부위에 대하여 상기 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하는 노즐 분사구를 구비하고 있다.
상기 구성에 의하면, 장치 본체 내에서 원적외선 면 형상 히터에 의해 대형 기판이 효율적으로 가열된다. 또한, 노즐 분사구로부터 기판의 산소 결손 부위에만 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하므로, 수증기가 필요 이상으로 충만되지 않아, 원적외선 면 형상 히터의 누설 전류(절연 파괴)의 발생이 억제된다. 또한, 수증기를 포함하는 산소 가스를 분사하여 가열하므로 산화 효율이 향상되어, 장치 본체 내를 450 ℃ 정도의 고온으로 유지할 필요가 없어지고, 장치 본체를 금속으로 구성할 수 있다. 또한, 산소 결손 부위에만 산소 보충 가스를 접촉시키면 되며 전체에 균일하게 충만시킬 필요가 없어 높은 기밀성을 필요로 하지 않으므로, 대형 기판에서도 증기 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
또한, 제2 발명에서는, 제1 발명에 있어서,
상기 장치 본체의 내부 공간에 질소 가스를 충만시키는 질소 가스 급기관을 더 구비하고,
상기 질소 가스를 상기 장치 본체에 충만시킨 상태에서 상기 노즐 분사구로부터 상기 산소 보충 가스를 분사하도록 구성되어 있다.
상기 구성에 의하면, 노즐 분사구로부터 기판의 산소 결손 부위에만 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하여 산화를 촉진시키기는 하지만, 장치 본체 내에 질소가 충만되어 있으므로, 산소가 불필요한 부위에는 산화가 억제됨과 함께, 수증기가 필요 이상으로 충만되지 않아, 원적외선 면 형상 히터의 누설 전류(절연 파괴)의 발생이 억제된다.
제3 발명에서는, 제1 또는 제2 발명에 있어서,
상기 기판은, 박막 트랜지스터이고,
상기 산소 결손 부위는, AC 스퍼터 처리에서 발생하는 타깃의 이음매이다.
상기 구성에 의하면, AC 스퍼터 성막에 있어서의 타깃 이음매에서 TFT 특성 변동이 발생해도, 그 부분에 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하므로, 국소적으로 특성이 개선된다.
제4 발명에서는, 제3 발명에 있어서,
상기 노즐 분사구는, 상기 타깃의 이음매의 수에 대응하여 배치되어 있다.
상기 구성에 의하면, 산화가 필요한 타깃 이음매에 맞춰 노즐 분사구를 배치하면 되므로, 장치가 간략화된다.
또한, 제5 발명에서는,
밀폐 용기 형상의 장치 본체와,
상기 장치 본체의 내부에 배치된 원적외선 면 형상 히터와,
상기 장치 본체 내에 질소 가스를 공급하는 질소 가스 급기관과,
상기 장치 본체 내의 가스를 배출하는 가스 배기관과,
상기 질소 가스 급기관에 연통되어 기판의 산소 과잉 부위에 대하여 질소 가스를 분사하는 노즐 분사구를 구비하고 있다.
상기 구성에 의하면, 장치 본체 내에서 원적외선 면 형상 히터에 의해 대형 기판이 효율적으로 가열된다. 본 발명에서는, 반대로 노즐 분사구로부터 기판의 산소 과잉 부위에만 산화를 억제시키는 질소 가스를 분사하여 기판 전체적으로 산화의 균일화를 도모할 수 있다. 이 방법에서는, 수증기가 장치 본체 내에 충만되지 않으므로, 원적외선 면 형상 히터의 누설 전류(절연 파괴)의 발생이 억제된다. 또한, 산소 과잉 부위에만 질소 가스를 접촉시키면 되며 전체에 균일하게 충만시킬 필요가 없어 높은 기밀성을 필요로 하지 않으므로, 대형 기판에서도 증기 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
제6 발명에서는, 제5 발명에 있어서,
상기 기판은, 박막 트랜지스터이고,
상기 산소 과잉 부위는, AC 스퍼터 처리에서 발생하는 타깃의 이음매 이외의 부위이다.
상기 구성에 의하면, AC 스퍼터 성막에 있어서의 타깃 이음매에서 TFT 특성 변동이 발생해도, 그 이외의 부분에 질소 가스를 분사하여 산화를 억제하기 때문에, 전체적으로 특성의 변동이 개선된다.
제7 발명에서는, 제1 내지 제6 중 어느 한 항의 발명에 있어서,
상기 원적외선 면 형상 히터는, 운모 히터와, 적외선 방사 평판을 포함하는 구성으로 한다.
상기 구성에 의하면, 운모라면, 대형 기판에 대응할 수 있는 크기라도 용이하게 성형할 수 있고, 반응(response)이 빠르다.
제8 발명에서는,
장치 본체 내의 기판을 원적외선 면 형상 히터로 가열하면서,
상기 기판의 산소 결손 부위에 대하여 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 국소적으로 분사하는 구성으로 한다.
상기 구성에 의하면, 장치 본체 내에서 원적외선 면 형상 히터에 의해 대형 기판이 효율적으로 가열된다. 또한, 노즐 분사구로부터 기판의 산소 결손 부위에만 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하므로, 수증기가 필요 이상으로 충만되지 않아, 원적외선 면 형상 히터의 누설 전류(절연 파괴)의 발생이 억제된다. 또한, 수증기를 포함하는 산소 가스를 분사하여 가열하므로 산화 효율이 향상되어, 장치 본체 내를 450 ℃ 정도의 고온으로 유지할 필요가 없어지고, 장치 본체를 금속으로 구성할 수 있다. 또한, 산소 결손 부위에만 산소 보충 가스를 접촉시키면 되며 전체에 균일하게 충만시킬 필요가 없어 높은 기밀성을 필요로 하지 않으므로, 대형 기판에서도 증기 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
제9 발명에서는,
장치 본체 내를 질소 가스로 채운 상태에서, 기판을 원적외선 면 형상 히터로 가열하면서,
상기 기판의 산소 결손 부위에 대하여 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 국소적으로 분사하는 구성으로 한다.
상기 구성에 의하면, 장치 본체 내에서 원적외선 면 형상 히터에 의해 대형 기판이 효율적으로 가열된다. 또한, 노즐 분사구로부터 기판의 산소 결손 부위에만 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하여 산화를 촉진시키기는 하지만, 장치 본체 내에 질소가 충만되어 있으므로, 산소가 불필요한 부위에는 산화가 억제됨과 함께, 수증기가 필요 이상으로 충만되지 않아, 원적외선 면 형상 히터의 누설 전류(절연 파괴)의 발생이 억제된다. 또한, 수증기를 포함하는 산소 가스를 분사하여 가열하므로 산화 효율이 향상되어, 장치 본체 내를 450 ℃ 정도의 고온으로 유지할 필요가 없어지고, 장치 본체를 금속으로 구성할 수 있다. 또한, 산소 결손 부위에만 산소 보충 가스를 접촉시키면 되며 전체에 균일하게 충만시킬 필요가 없어 높은 기밀성을 필요로 하지 않으므로, 대형 기판에서도 증기 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
제10 발명에서는, 제8 또는 제9 발명에 있어서,
상기 어닐링 처리 전에, 병렬로 설치된 복수 쌍의 타깃 중, 쌍을 이루는 타깃마다 극성을 바꾸어 교류 전압을 인가하는 AC 스퍼터 처리를 포함하고,
상기 산소 결손 부위는, 상기 AC 스퍼터 처리에서 발생하는 타깃의 이음매이다.
상기 구성에 의하면, 어닐링 처리의 전(前) 공정에 있어서, AC 스퍼터 성막에 있어서의 타깃 이음매에서 TFT 특성 변동이 발생해도, 그 부분에 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하므로, 국소적으로 특성이 개선된다.
또한, 제11 발명에서는,
장치 본체 내에서 기판을 원적외선 면 형상 히터로 가열하면서,
상기 기판에 있어서의 산소 과잉 부위에 대하여 질소 가스를 국소적으로 분사한다.
상기 구성에 의하면, 장치 본체 내에서 원적외선 면 형상 히터에 의해 대형 기판이 효율적으로 가열된다. 본 발명에서는, 반대로 노즐 분사구로부터 기판의 산소 과잉 부위에만 산화를 억제하는 질소 가스를 분사하여 기판 전체적으로 산화의 균일화를 도모할 수 있다. 이 방법에서는, 수증기가 장치 본체 내에 충만되지 않아, 원적외선 면 형상 히터의 누설 전류(절연 파괴)의 발생이 억제된다. 또한, 산소 과잉 부위에만 질소 가스를 접촉시키면 되며 전체에 균일하게 충만시킬 필요가 없어 높은 기밀성을 필요로 하지 않으므로, 대형 기판에서도 증기 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
제12 발명에서는, 제11 발명에 있어서,
상기 어닐링 처리 전에, 병렬로 설치된 복수 쌍의 타깃 중, 쌍을 이루는 타깃마다 극성을 바꾸어 교류 전압을 인가하는 AC 스퍼터 처리를 포함하고,
상기 산소 과잉 부위는, 상기 AC 스퍼터 처리에서 발생하는 타깃의 이음매 이외의 부분이다.
상기 구성에 의하면, AC 스퍼터 성막에 있어서의 타깃 이음매에서 TFT 특성 변동이 발생해도, 그 이외의 부분에 질소 가스를 분사하여 산화를 억제시키므로 전체적으로 특성이 개선된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기판을 원적외선 면 형상 히터로 가열하면서 기판의 산소 결손 부위에 대해서만 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 국소적으로 분사하도록 함으로써, 대형 기판이어도, 누설 전류의 발생을 방지하면서 높은 스루풋 및 저비용으로 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
마찬가지로, 본 발명에 따르면, 기판을 원적외선 면 형상 히터로 가열하면서 기판의 산소 과잉 부위에 대해서만 질소 가스를 국소적으로 분사하도록 함으로써, 대형 기판이어도, 누설 전류의 발생을 방지하면서 높은 스루풋 및 저비용으로 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 산화 어닐링 처리 장치를 정면에서 본 단면도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 산화 어닐링 처리 장치를 상방에서 본 단면도이다.
도 3은 버블러(bubbler) 시스템의 개요를 도시하는 정면도이다.
도 4는 산화 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 AC 스퍼터 장치의 개략을 도시하며, (a)가 평면도이고, (b)가 Vb-Vb선 단면도이다.
도 6은 AC 스퍼터 처리 후의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 7은 기판 상의 각 영역의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 8은 각 영역에서의 임계값 전압의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 9는 각 영역에서의 타깃 이음매와 이음매 이외의 임계값 전압의 평균값 및 각 영역의 평균값을 비교하는 표이다.
도 10은 실시 형태의 변형예 1에 따른 도 2에 상당하는 도면이다.
도 11은 실시 형태의 변형예 2에 따른 도 2에 상당하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 형태의 산화 어닐링 처리 장치(1)를 도시하며, 이 산화 어닐링 처리 장치(1)는 밀폐 용기 형상의 단열재(2)로 덮인 장치 본체(3)를 구비하고 있다. 이 장치 본체(3)는 예를 들어 직육면체 형상의 것이며, 예를 들어 상하로 4개의 챔버(5)로 구획되어 있다. 원적외선 면 형상 히터(6)는 장치 본체(3)의 상면, 하면 및 구획 위치 3군데의 상하로 합계 5단 배치되고, 장치 본체(3)의 전후 좌우의 측벽에도 배치되어 있다. 즉, 각 챔버(5)는 각각 원적외선 면 형상 히터(6)로 둘러싸여 있다. 또한, 장치 본체(3) 내에 챔버(5)를 몇 개 설치할지는 특별히 한정되지 않으며 1 내지 3개이어도, 5개 이상이어도 된다.
장치 본체(3)에는, 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 공급하는 산소 보충 가스 급기관(8)이 접속되고, 이 산소 보충 가스 급기관(8)의 선단은 분기하여 각 챔버(5)까지 연장되어 있다. 각 챔버(5) 내에는, 기판 지지 핀(10)이 배치되어, 원적외선 면 형상 히터(6)로부터 간격을 두고 어닐링 처리되는 기판(50)을 지지 가능하게 구성되어 있다. 상세하게는 도시하지 않지만, 원적외선 면 형상 히터(6)는 운모 히터와, 이를 양측으로부터 끼우는 적외선 방사 평판을 포함한다. 운모라면, 대형 기판에 대응할 수 있는 크기라도 용이하게 성형할 수 있으며, 반응이 빠르다는 장점이 있다.
또한, 장치 본체(3)에는, 장치 본체(3) 내의 가스를 배출하는 가스 배기관(11)도 접속되며, 각 가스 배기관(11)은 각 챔버(5)에 연통되어, 각 챔버(5) 내의 가스를 배출하도록 구성되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 각 챔버(5)로 연장되는 산소 보충 가스 급기관(8)은 버블러(bubbler) 시스템(12)에 접속되어 있다. 이 버블러 시스템(12)은 90 ℃ 정도로 가열되는 히터(13)를 내장하는 온수 탱크(14)를 갖고, 이 온수 탱크(14) 내부로 연장되는 산소 가스 공급 파이프(15)에는, 도시하지 않은 산소 봄베 등으로부터 산소 가스가 공급되도록 되어 있다. 그리고, 가열된 온수(14a) 내에 공급된 산소가 수증기와 함께 온수 탱크(14) 상방에 충만하고, 수증기를 포함하는 습윤 산소 가스가 산소 보충 가스 급기관(8)에 공급되도록 되어 있다.
한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 각 챔버(5)까지 연장된 산소 보충 가스 급기관(8)에는 노즐 분사구(16)가 설치되어 있다. 이 노즐 분사구(16)는 도 2에 도시한 바와 같이, 기판 지지 핀(10)에 지지된 기판(50)의 산소 결손 부위, 즉 타깃 이음매(51)(도 5 참조)에 대하여 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 범위를 좁혀 국소적으로 분사하도록 구성되어 있다.
- 기판의 제조 공정-
이어서, 도 4를 사용하여 본 실시 형태에 따른 산화 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법을 포함하는 액정 패널의 제조 공정에 대하여 설명한다.
우선, 스텝 S01에 있어서, 액티브 매트릭스 기판(50) 상에 주사 배선을 형성한다. 예를 들어, 1층째에 티타늄층을, 2층째에 알루미늄층을, 3층면에 티타늄층을 각각 퇴적한 후, 이를 포토리소그래피, 습식 에칭 및 레지스트 박리 세정에 의해 패터닝함으로써, 3층의 막으로 이루어지는 주사 배선을 형성한다.
계속해서, 스텝 S02에 있어서, 절연막을 형성한다. 예를 들어, CVD법에 의해, 절연막으로서 SiO2층, 채널층으로서 In-Ga-Zn-O(IGZO)층을 형성한다.
계속해서, 스텝 S03에 있어서, 산화물 반도체층을 형성한다. 예를 들어, 포토리소그래피, 습식 에칭 및 레지스트 박리 세정에 의해 산화물 반도체층을 패터닝한다.
계속해서, 스텝 S04에 있어서, 신호 배선 및 드레인 전극을 형성한다. 예를 들어, AC 스퍼터링법에 의해 하층 티타늄막 및 상층 알루미늄막을 퇴적한 후, 이를 포토리소그래피, 건식 에칭 및 레지스트 박리 세정에 의해 패터닝함으로써 알루미늄/티타늄막으로 이루어지는 신호 배선 및 드레인 전극을 형성한다. 여기서, AC 스퍼터 장치(60)에 대하여 간단하게 설명한다. 도 5에 도시한 바와 같이, AC 스퍼터 처리에 있어서는, 병렬로 배치된 타깃(61) 중, 쌍을 이루는 타깃(61)마다 극성을 바꾸어 교류 전압(62)을 인가하고, 튀어나온 타깃(61)의 원자를 대향시켜 둔 기판(50) 상에 내려 쌓이게 하여 금속의 성막을 형성한다. 기판(50)의 대형화에 따라 타깃(61)을 분할하지 않을 수 없으며, 도 5의 (a)에서 해칭으로 도시한 바와 같이, 기판(50) 상에 타깃 이음매(51)가 형성된다. 타깃 이음매(51) 위와, 그 외의 타깃(61)의 바로 위의 성막에서는 막질이 상이하여, 도 6에서 도시한 드레인 전류 Id와 게이트 전압 Vg의 함수에서 큰 차가 발생하는 바와 같이, 특성 차가 품질의 악화를 초래한다.
계속해서, 스텝 S05에 있어서, 보호막을 형성한다. 예를 들어, CVD법에 의해, 기판(50) 상에 SiO2막을 퇴적한다.
계속해서, 스텝 S06에 있어서, 본 발명에 따른 어닐링 처리를 행한다. 구체적으로는, 장치 본체(3) 내를 350 ℃로 유지하고, 버블러 시스템(12)으로부터 습윤 산소 가스를 예를 들어 매분 250 ℓ의 일정량만큼 산소 보충 가스 급기관(8)을 통하여 각 챔버(5) 내에 공급한다. 각 챔버(5) 내에 공급된 습윤 산소 가스는, 노즐 분사구(16)로부터 기판(50)의 타깃 이음매(51)을 향하여 분사된다. 가열 시간은 예를 들어 1시간으로 한다. AC 스퍼터 성막에서 형성된 타깃 이음매(51)에서는 특성에 변동이 발생하여 산소가 결핍되어 있지만, 습윤 산소 가스가 분사된 상태에서 가열되므로, 산화가 촉진되어, 특성의 변동이 없어져 균일화된다. 각 챔버(5) 내의 가스는, 가스 배기관(11)으로부터 배기되므로, 챔버(5) 내의 압력은 대기압에 비하여 그다지 높아지지 않는다. 또한, 350 ℃ 정도에서 산화를 행할 수 있으므로, 내열성이 높기는 하지만 대형 부재의 가공이 곤란한 석영을 사용할 필요가 없으며, 장치 본체(3)를 금속으로 구성할 수 있다. 또한, 필요 이상으로 챔버(5) 내에 습윤 산소 가스를 채우지 않으므로, 원적외선 면 형상 히터(6)에 있어서 누설 전류가 발생하지 않는다.
계속해서, 스텝 S07에 있어서, 층간 절연막을 형성한다. 예를 들어, 감광성 층간 절연막 재료를 포토리소그래피에 의해 패터닝한 후, 건식 에칭에 의해 보호막과 절연막을 패터닝한다.
계속해서, 스텝 S08에 있어서, 화소 전극을 형성한다. 예를 들어, 스퍼터링법에 의해 ITO막을 퇴적한 후, 이를 포토리소그래피, 습식 에칭, 레지스트 박리 세정에 의해 패터닝함으로써 ITO 막으로 이루어지는 화소 전극을 형성한다.
마지막으로, 스텝 S09에 있어서, 별도의 공정에서 제조한 컬러 필터 기판과 접합하여 패널화한다. 예를 들어, 각 공정에 의해 제작한 액티브 매트릭스 기판(50) 및 대향 기판에, 배향막으로서 폴리이미드를 인쇄법에 의해 형성한다. 계속해서, 이들 기판을 밀봉제 인쇄 및 액정 적하한 후, 접합한다. 마지막으로 접합한 기판을 다이싱에 의해 분단한다.
-습윤 산소 가스에 의한 어닐링 처리와 대기 가스에 의한 어닐링 처리의 비교-
계속해서, 습윤 산소 가스에 의한 어닐링 처리와 대기 가스에 의한 어닐링 처리의 비교 결과에 대하여 간단하게 설명한다.
우선, 스텝 S04에서 AC 스퍼터 처리한 기판(50)을 2장 준비하여, 이하의 조건에서 어닐링 처리를 행한다.
(실시예) 산화 어닐링 처리 장치(1)에 있어서, 350 ℃에서 습윤 산소 가스를 매분 250 ℓ 공급하면서 노즐 분사구(16)로부터 분출시켜, 1시간 가열한다.
(비교예) 산화 어닐링 처리 장치(1)와 마찬가지의 장치에서 350 ℃의 건조한 대기를 챔버(5) 내에 공급하여 1시간 가열한다.
상기 어닐링 처리 후의 2매의 기판(50)에서 임계값 전압 Vth가 타깃 이음매(51)와 이음매 이외에서, 어느 정도 차가 있는지를, 도 7에 도시하는 A 내지 C의 각 영역에서 비교한 결과를 도 8 및 도 9에 도시하였다.
구체적으로는, 도 8에는, 실시예 및 비교예의 각 영역에서의 임계값 전압의 분포를 도시한다. 도 9에는, 각 영역에서의 타깃 이음매(51)의 임계값 전압의 평균값과, 이음매 이외의 임계값 전압의 평균값을 도시하고, 각 영역의 평균값도 도시한다.
이 실험 데이터를 보아도 알 수 있는 바와 같이, 실시예에서는, 비교예와 비교하여, 임계값 전압의 변동이 작아지고, 게다가, 타깃 이음매(51)와 이음매 이외에서의 임계값 전압의 차가 작아져, 특성 차가 경감됨을 알 수 있었다.
따라서, 본 실시 형태에 있어서, 대형 기판(50)이라도, 누설 전류의 발생을 방지하면서 높은 스루풋 및 저비용으로 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
- 실시 형태의 변형예 1-
도 10은 본 발명의 실시 형태의 변형예 1의 산화 어닐링 처리 장치(101)를 도시하며, 장치 본체(3) 안쪽이 질소 가스로 채워져 있는 점에서 상기 실시 형태와 상이하다. 또한, 이하의 각 변형예에서는, 도 1 내지 도 9와 같은 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 상세한 설명은 생략한다.
구체적으로는, 본 변형예에서는, 장치 본체(3)의 내부 공간에 질소 가스를 충만시키는 질소 가스 급기관(108)이 실시 형태(1)에 대하여 추가되어 있다. 이 질소 가스 급기관(108)에는, 질소 가스 봄베 등의 질소 가스 공급원이 접속되어 있다. 질소 가스 이외에 산화를 억제시키는 기체라면, 사용할 수도 있다.
본 변형예에서는, 챔버(5) 내를 질소 가스로 채운 상태에서, 상기 실시 형태와 마찬가지로 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 국소적으로 분사한다.
이렇게 함으로써, 노즐 분사구(16)로부터 기판(50)의 산소 결손 부위(타깃 이음매(51))에만 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하여 산화를 촉진시키기는 하지만, 장치 본체(3) 내에 질소가 충만되어 있으므로, 산소가 불필요한 부위에는 산화가 억제됨과 함께, 수증기가 필요 이상으로 충만되지 않아, 원적외선 면 형상 히터(6)의 누설 전류(절연 파괴)의 발생이 억제된다.
따라서, 본 변형예에 있어서도, 대형 기판(50)이라도, 누설 전류의 발생을 방지하면서 높은 스루풋 및 저비용으로 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
- 실시 형태의 변형예 2-
도 11은 본 발명의 실시 형태의 변형예 2의 산화 어닐링 처리 장치(201)를 도시하며, 타깃 이음매(51)에 질소를 분사하는 점에서 상기 실시 형태와 상이하다.
구체적으로는, 본 변형예에서는, 상기 실시 형태의 산소 보충 가스 급기관(8)이 장치 본체(3) 내에 질소 가스를 공급하는 질소 가스 급기관(208)으로 치환되어 있다. 이 질소 가스 급기관(208)에는, 버블러 시스템(12)이 아니라, 질소 가스 봄베 등의 질소 가스 공급원이 접속되어 있다. 질소 가스 이외에 산화를 억제시키는 기체라면, 수소 가스나 일산화탄소 가스와 같이 환원성 가스를 대신하여 사용할 수도 있다. 장치 본체(3) 내를 진공으로 하여 가열함으로써 산화를 억제시키는 방법은, 장치가 복잡해지므로 이용할 수 없다.
질소 가스 급기관에는, 기판(50)의 산소 과잉 부위(즉, 타깃 이음매(51) 이외의 부분)에 대하여 질소 가스를 분사하는 노즐 분사구(16)가 접속되어 있다. 단, 상기 실시 형태와는 노즐 분사구(16)의 배치 위치 또는 분사 방향이 상이하다. 예를 들어, 도 11에 도시하는 바와 같이, 타깃 이음매(51) 이외의 부분으로 노즐 분사구(16)가 향해져 있다.
이 어닐링 장치를 사용하여, 상기 실시 형태와 마찬가지로 어닐링 처리에 있어서, 장치 본체(3) 내에서 기판(50)을 원적외선 면 형상 히터(6)로 가열하면서, 기판(50)에 있어서의 타깃 이음매(51) 이외의 부분에 질소 가스를 국소적으로 분사한다.
상기 실시 형태와는 반대로 노즐 분사구(16)로부터 기판(50)의 산소 과잉 부위에만 산화를 억제시키는 질소 가스를 분사하여 기판(50) 전체적으로 산화의 균일화를 도모할 수 있다. 이 방법에서는, 수증기가 장치 본체(3) 내에 충만되지 않아, 원적외선 면 형상 히터(6)의 누설 전류(절연 파괴)의 발생이 억제된다. 또한, 산소 과잉 부위에만 질소 가스를 접촉시키면 되며 전체에 균일하게 충만시킬 필요가 없어 높은 기밀성을 필요로 하지 않으므로, 대형 기판(50)이라도 증기 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
따라서, 본 변형예에 있어서도, 대형 기판(50)이라도, 누설 전류의 발생을 방지하면서 높은 스루풋 및 저비용으로 산화 어닐링 처리를 행할 수 있다.
(그 외의 실시 형태)
본 발명은 상기 실시 형태에 대해서, 이하와 같은 구성으로 해도 된다.
즉, 상기 실시 형태에서는, 어닐링 처리를 스텝 S05의 보호막 형성 후에 행하였지만, 스텝 S03의 산화물 반도체층 형성 후에 행해도 된다.
또한, 이상의 실시 형태는, 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물이나 용도의 범위를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 기판을 가열하여 산화시키는 산화 어닐링 처리 장치 및 산화 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대하여 유용하다.
1: 산화 어닐링 처리 장치
3: 장치 본체
6: 원적외선 면 형상 히터(운모 히터, 적외선 방사 평판)
8: 산소 보충 가스 급기관
11: 가스 배기관
16: 노즐 분사구
50: 기판
51: 타깃 이음매
60: AC 스퍼터 장치
61: 타깃
101: 산화 어닐링 처리 장치
108: 질소 가스 급기관
201: 산화 어닐링 처리 장치
208: 질소 가스 급기관

Claims (12)

  1. 밀폐 용기 형상의 장치 본체와,
    상기 장치 본체의 내부에 배치된 원적외선 면 형상 히터와,
    상기 장치 본체 내에 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 공급하는 산소 보충 가스 급기관과,
    상기 장치 본체 내의 가스를 배출하는 가스 배기관과,
    상기 산소 보충 가스 급기관에 연통되어 기판의 산화물 반도체층에 있어서의, AC 스퍼터 처리에서 발생하는 타깃의 이음매에 대향하고, 주위보다도 산소가 결손되어 있는 산소 결손 부위에 대하여, 상기 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 분사하는 노즐 분사구를 구비하고 있는
    것을 특징으로 하는 어닐링 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장치 본체의 내부 공간에 질소 가스를 충만시키는 질소 가스 급기관을 더 구비하고,
    상기 질소 가스를 상기 장치 본체에 충만시킨 상태에서 상기 노즐 분사구로부터 상기 산소 보충 가스를 분사하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 어닐링 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 분사구는, 상기 타깃의 이음매에 대향하는 부위의 수에 대응하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 어닐링 처리 장치.
  4. 밀폐 용기 형상의 장치 본체와,
    상기 장치 본체의 내부에 배치된 원적외선 면 형상 히터와,
    상기 장치 본체 내에 질소 가스를 공급하는 질소 가스 급기관과,
    상기 장치 본체 내의 가스를 배출하는 가스 배기관과,
    상기 질소 가스 급기관에 연통되어 기판의 산화물 반도체층에 있어서의, AC 스퍼터 처리에서 발생하는 타깃의 이음매에 대향하는 부위 이외의, 주위보다도 산소가 과잉인 산소 과잉 부위에 대하여 질소 가스를 분사하는 노즐 분사구를 구비하고 있는
    것을 특징으로 하는 어닐링 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원적외선 면 형상 히터는 운모 히터와, 적외선 방사 평판을 포함하는
    것을 특징으로 하는 어닐링 처리 장치.
  6. 산화물 반도체층을 형성하는 공정과,
    병렬로 설치된 복수 쌍의 타깃 중, 쌍을 이루는 타깃마다 극성을 바꾸어 교류 전압을 인가하는 AC 스퍼터 처리와,
    장치 본체 내의 기판을 원적외선 면 형상 히터로 가열하면서, 상기 기판의 산화물 반도체층에 있어서의, AC 스퍼터 처리에서 발생하는 타깃의 이음매에 대향하고, 주위보다도 산소가 결손되어 있는 부위인 산소 결손 부위에 대하여, 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 국소적으로 분사하는 어닐링 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 어닐링 처리에 있어서, 상기 장치 본체 내를 질소 가스로 채운 상태에서, 상기 기판을 상기 원적외선 면 형상 히터로 가열하면서, 상기 기판의 산화물 반도체층에 있어서의 산소 결손 부위에 대하여, 수증기 및 산소를 포함한 산소 보충 가스를 국소적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법.
  8. 산화물 반도체층을 형성하는 공정과,
    병렬로 설치된 복수 쌍의 타깃 중, 쌍을 이루는 타깃마다 극성을 바꾸어 교류 전압을 인가하는 AC 스퍼터 처리와,
    장치 본체 내에서 기판을 원적외선 면 형상 히터로 가열하면서, 상기 기판의 산화물 반도체층에 있어서의, 상기 AC 스퍼터 처리에서 발생하는 타깃의 이음매에 대향하는 부위 이외의, 주위보다도 산소가 과잉인 산소 과잉 부위에 대하여, 질소 가스를 국소적으로 분사하는 어닐링 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체층이, In-Ga-Zn-O계의 산화물 반도체막을 포함하는 것을 특징으로 하는 어닐링 처리를 사용한 박막 트랜지스터의 제조 방법.
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  11. 삭제
  12. 삭제
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