(57)【要約】  水素および遊離フッ素を含んでおらず、膜特性の良い絶縁性膜を提供する。  この発明に係るシリコン酸窒化膜は、シリコン、窒素、酸素およびフッ素を含んで成り、シリコンＳi に対する、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆの合計（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）の元素比率（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi が１．９３〜１．４８の範囲にあり、かつ当該膜中のシリコンの元素比率が０．３４〜０．４１、窒素の元素比率が０．１０〜０．２２、酸素の元素比率が０．１４〜０．３８およびフッ素の元素比率が０．１７〜０．２４の範囲にある。この膜は、例えば、原料ガス２８として、四フッ化シリコンガス、窒素ガスおよび酸素ガスを使用し、誘導結合によってプラズマ４０を生成する誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によって基板２０上に形成することができる。
2012077163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン、窒素、酸素およびフッ素を含んで成るシリコン酸窒化膜であって、
シリコンＳi に対する、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆの合計（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）の元素比率（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi が１．９３〜１．４８の範囲にあり、
かつ当該膜中のシリコンの元素比率が０．３４〜０．４１、窒素の元素比率が０．１０〜０．２２、酸素の元素比率が０．１４〜０．３８およびフッ素の元素比率が０．１７〜０．２４の範囲にある、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコン酸窒化膜を有している半導体デバイス。
【請求項３】
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタであって、請求項１に記載のシリコン酸窒化膜を、ゲート絶縁膜、エッチングストッパおよび保護膜の少なくとも一つに用いている、ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項４】
原料ガスとして、四フッ化シリコンガス（ＳiＦ4 ）、窒素ガスおよび酸素含有ガスを使用し、誘導結合によってプラズマを生成する誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によって、請求項１に記載のシリコン酸窒化膜を基板上に形成する、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項５】
膜形成時の前記基板の温度を１００℃〜３００℃の範囲にする請求項４記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、薄膜トランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等の半導体デバイス等に用いられるシリコン酸窒化膜およびその形成方法に関する。更には、当該シリコン酸窒化膜を有している半導体デバイスおよび酸化物半導体薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、Ｉn −Ｇa −Ｚn −Ｏ（略称ＩＧＺＯ）酸化物半導体でチャネル層を形成した酸化物半導体薄膜トランジスタ（略称ＯＴＦＴ）において、ＳiＨ4 ／Ｎ2Ｏ混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、保護膜（パッシベーション層）としてシリコン酸化膜（ＳiＯx 膜）を堆積させたことが記載されている（例えば、第２２８頁左欄、表１参照）。【０００３】
この非特許文献１には、酸化物半導体薄膜トランジスタの信頼性の指標の一つである、しきい値Ｖthがシフトした原因として、保護膜として用いたシリコン酸化膜中の水素が想定されることが記載されている（例えば、第２２９頁左欄参照）。【０００４】
一方、特許文献１には、従来のガス源であるＳiＨ4 ガスに代えて、ＳiＦ4 ガスを用い、酸化ガスとしてＯ2 ガスを用い、キャリーガスとしてＮ2 ガスを用いることにより、プラズマＣＶＤ法によって、水素含有の無いシリコン酸化膜（ＳiＯ2 膜）を形成することができることが記載されている（例えば、段落０００９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２９３０１号公報（段落０００９）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Hiroki Ohara, et al., AM-FPD '09 Digest, p227-230, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、非特許文献１には、保護膜中の水素が、酸化物半導体薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼすことが記載されており、特許文献１には、従来のガス源であるＳiＨ4 ガスに代えてＳiＦ4 ガスを用いることによって、水素含有の無いシリコン酸化膜を形成することができる技術が記載されているけれども、特許文献１に記載の技術にもなお課題がある。【０００８】
それは、特許文献１に記載の技術では、シリコン酸化膜中に、水素は含まれないとしても、フッ化物から遊離したフッ素Ｆ2 が含まれることになることである。このことは、特許文献１の段落０００９に（２）式として記載されている次式からも明らかである。【０００９】
［数１］
ＳiＦ4 ＋Ｏ2 →ＳiＯ2 ＋２Ｆ2 【００１０】
膜中に遊離したフッ素が含まれていると、当該フッ素が膜中で動いたり、アウトガスとして膜から抜け出たりするので、膜構造の安定性が悪くなり、その結果、膜質の安定性が悪くなり、膜特性も悪くなる。【００１１】
そこでこの発明は、水素および遊離フッ素を含んでおらず、膜特性の良い絶縁性膜を提供することを一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るシリコン酸窒化膜は、シリコン、窒素、酸素およびフッ素を含んで成る膜であって、シリコンＳi に対する、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆの合計（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）の元素比率（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi が１．９３〜１．４８の範囲にあり、かつ当該膜中のシリコンの元素比率が０．３４〜０．４１、窒素の元素比率が０．１０〜０．２２、酸素の元素比率が０．１４〜０．３８およびフッ素の元素比率が０．１７〜０．２４の範囲にある、ことを特徴としている。【００１３】
このシリコン酸窒化膜は、水素を含んでいない。従って、膜中の水素が半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼすという課題を解決することができる。【００１４】
更にこのシリコン酸窒化膜は、遊離フッ素も含んでいない。従って、遊離フッ素が膜質の安定性を悪化させ、膜特性も悪化させるという課題を解決することができる。【００１５】
しかも、各元素比率が上記範囲にあるので、このシリコン酸窒化膜は、破壊電界強度が高く、かつリーク電流密度が低く、絶縁性膜として優れている。【００１６】
このシリコン酸窒化膜は、半導体デバイスに用いても良い。より具体例を挙げると、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタのゲート絶縁膜、エッチングストッパ、保護膜等に用いても良い。【００１７】
上記シリコン酸窒化膜は、例えば、原料ガスとして、四フッ化シリコンガス（ＳiＦ4 ）、窒素ガスおよび酸素含有ガスを使用し、誘導結合によってプラズマを生成する誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によって基板上に形成しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載のシリコン酸窒化膜は、水素を含んでいない。従って、膜中の水素が半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼすという課題を解決することができる。【００１９】
更にこのシリコン酸窒化膜は、遊離フッ素も含んでいない。従って、遊離フッ素が膜質の安定性を悪化させ、膜特性も悪化させるという課題を解決することができる。【００２０】
しかも、各元素比率が請求項１に記載の範囲にあるので、このシリコン酸窒化膜は、破壊電界強度が高く、かつリーク電流密度が低く、絶縁性膜として優れている。【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のシリコン酸窒化膜を有しているので、特性が良く、かつ特性安定性の良い半導体デバイスを実現することができる。【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載のシリコン酸窒化膜を、ゲート絶縁膜、エッチングストッパおよび保護膜の少なくとも一つに用いているので、特性が良く、かつ特性安定性の良い酸化物半導体薄膜トランジスタを実現することができる。【００２３】
請求項４に記載の発明によれば次の効果を奏する。即ち、原料ガスとして水素を含まないガスを用いるので、水素を含んでいないシリコン酸窒化膜を形成することができる。しかも、四フッ化シリコンガス（ＳiＦ4 ）および窒素ガス（Ｎ2 ）は、従来から良く用いられているシラン（ＳiＨ4 ）およびアンモニア（ＮＨ3 ）に比べて放電分解をさせにくいけれども、誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によれば、大きな誘導電界をプラズマ中に発生させることができるので、当該四フッ化シリコンガスおよび窒素ガスを効率良く放電分解させることができる。その結果、高密度プラズマを生成して、シリコン酸窒化膜を効率良く形成することができる。【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、基板および膜に与える熱による悪影響を抑えつつ、特性の良いシリコン酸窒化膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す断面図である。
【図２】この発明に係る膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜の、電界強度と電流密度との関係の一例を示す図である。
【図３】この発明に係る膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜の、破壊電界強度とリーク電流密度との関係の一例を示す図である。
【図４】この発明に係る膜形成方法によって得られるシリコン酸窒化膜の構成元素比率を変えたときの、破壊電界強度と構成元素比率との関係の一例を示す図である。
【図５】この発明に係る膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜の、破壊電界強度と元素比率（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi との関係の一例を示す図である。
【図６】この発明に係る膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜のＸＰＳスペクトルの一例を示す図である。
【図７】酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの構成の一例を示す断面図である。
【図８】この発明に係る膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜の赤外吸収スペクトルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１に、誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によって基板上に膜を形成する、誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す。
【００２７】
このプラズマＣＶＤ装置は、平面導体３４に高周波電源４２から高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってプラズマ４０を生成し、当該プラズマ４０を用いて基板２０上に、プラズマＣＶＤ法によって膜形成を行う誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置である。
【００２８】
基板２０は、例えば、後述する基板２（図７参照）、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等であるが、これに限られるものではない。
【００２９】
このプラズマＣＶＤ装置は、例えば金属製の真空容器２２を備えており、その内部は真空排気装置２４によって真空排気される。
【００３０】
真空容器２２内には、基板２０に施す処理内容に応じた原料ガス２８が、ガス導入管２６を通して導入される。例えば、後述するように、原料ガス２８として、四フッ化シリコンガスＳiＦ4 、窒素ガスＮ2 および酸素含有ガスの混合ガスが導入される。酸素含有ガスは、例えば、酸素ガスＯ2 であるが、二酸化窒素ガスＮ2Ｏ等でも良い。
【００３１】
真空容器２２内には、基板２０を保持するホルダ３０が設けられている。このホルダ３０内には、基板２０を加熱するヒータ３２が設けられている。
【００３２】
真空容器２２内に、より具体的には真空容器２２の天井面２３の内側に、ホルダ３０の基板保持面に対向するように、平面形状が長方形の平面導体３４が設けられている。この平面導体３４の平面形状は、長方形でも良いし、正方形等でも良い。その平面形状を具体的にどのようなものにするかは、例えば、基板２０の平面形状に応じて決めれば良い。
【００３３】
高周波電源４２から整合回路４４を経由して、かつ給電電極３６および終端電極３８を経由して、平面導体３４の長手方向の一端側の給電端と他端側の終端との間に高周波電力が供給され、それによって平面導体３４に高周波電流が流される。高周波電源４２から出力する高周波電力の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。
【００３４】
給電電極３６および終端電極３８は、絶縁フランジ３９をそれぞれ介して、真空容器２２の天井面２３に取り付けられている。これらの要素の間には、真空シール用のパッキンがそれぞれ設けられている。天井面２３の上部は、この例のように、高周波の漏洩を防止するシールドボックス４６で覆っておくのが好ましい。
【００３５】
上記のようにして平面導体３４に高周波電流を流すことによって、平面導体３４の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器２２内において、電子が加速されて平面導体３４の近傍のガス２８を電離させて平面導体３４の近傍にプラズマ４０が発生する。このプラズマ４０は基板２０の近傍まで拡散し、このプラズマ４０によって基板２０上に、プラズマＣＶＤ法による膜形成を行うことができる。
【００３６】
上記のようなプラズマＣＶＤ装置を用いた誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によって、原料ガス２８として四フッ化シリコンガスＳiＦ4 、窒素ガスＮ2 および酸素ガスＯ2 を使用して、基板２０上に、シリコンＳi 、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆを含んで成るシリコン酸窒化膜を形成した。このときの基板２０の温度は１００℃〜３００℃の範囲にするのが好ましい。なお、酸素含有ガスとして、酸素ガスＯ2 の代わりに、二酸化窒素ガスＮ2Ｏを使用しても良い。
【００３７】
この膜形成方法によれば、原料ガス２８として水素を含まないガスを用いるので、水素を含んでいないシリコン酸窒化膜を基板２０上に形成することができる。しかも、四フッ化シリコンガスＳiＦ4 および窒素ガスＮ2 は、従来から良く用いられているシランＳiＨ4 およびアンモニアＮＨ3 に比べて放電分解をさせにくいけれども、誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によれば、大きな誘導電界をプラズマ４０中に発生させることができるので、当該四フッ化シリコンガスおよび窒素ガスを効率良く放電分解させることができる。その結果、高密度プラズマ４０を生成して、基板２０上にシリコン酸窒化膜を効率良く形成することができる。
【００３８】
また、基板２０の温度を上記範囲にすることにより、基板２０および膜に与える熱による悪影響を抑えつつ、特性の良いシリコン酸窒化膜を形成することができる。より具体的には、後述する優れた性質を有するシリコン酸窒化膜を基板２０上に形成することができる。
【００３９】
上記膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜の、電界強度と電流密度との関係の一例を図２に示す。この場合の成膜条件は、基板２０をシリコン基板とし、基板２０の温度を２００℃とし、原料ガス２８を構成する各ガスの流量を、ＳiＦ4 が５０ｃｃｍ、Ｎ2 が２００ｃｃｍ、Ｏ2 が１０ｃｃｍとし、真空容器２２内の圧力を０．６７Ｐａとした。
【００４０】
そして、得られたシリコン酸窒化膜の上にアルミニウム電極を重ねて、ＭＩＳ（金属−シリコン酸窒化膜−半導体）構造にして、図２に示す特性を測定した。
【００４１】
この明細書中で採用している定義を説明すると、図２中にも示すように、破壊電界強度は、電流密度が１×１０-5Ａ／ｃｍ2 のときの電界強度とし、リーク電流密度は、電界強度が３ＭＶ／ｃｍのときの電流密度とした。
【００４２】
図２から分るように、上記膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜の破壊電界強度は約１０ＭＶ／ｃｍ、リーク電流密度は約１×１０-8Ａ／ｃｍ2 であった。従来の絶縁性膜（ＳiＮx またはＳiＯ2 ）の破壊電界強度はせいぜい６〜８ＭＶ／ｃｍ止まりであり、これよりも高い破壊電界強度が得られた。一方、リーク電流密度は、従来の絶縁性膜のものと同程度であった。
【００４３】
上記原料ガス２８を構成する各ガスＳiＦ4 、Ｎ2 、Ｏ2 の流量条件、プラズマ生成の放電電力および真空容器２２内のガス圧条件を変化させて形成したシリコン酸窒化膜の破壊電界強度とリーク電流密度との関係の一例を図３に示す。当該シリコン酸窒化膜は、破壊電界強度の改善（上昇）に伴い、リーク電流密度も改善する（減少する）傾向のあることが確認された。これは、当該シリコン酸窒化膜中の欠陥が少ないことによるものと考えられる。この観点からも、このシリコン酸窒化膜は、特性の良い絶縁性膜であると言うことができる。
【００４４】
上記膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜の組成を、Ｘ線光電子分光（略称ＸＰＳ）を用いて評価した。その結果、得られた膜は、シリコンＳi 、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆで構成されていることが確認された。更に当該シリコン酸窒化膜中の水素の有無をフーリエ変換型赤外分光法（略称ＦＴ−ＩＲ）によって確認した。その結果を図８に示す。この赤外吸収スペクトルに示すように、Ｓi −Ｈ（波数２０００／ｃｍ）およびＳi −Ｈ2 （波数２１００／ｃｍ）による赤外吸収ピークは観られないので、上記シリコン酸窒化膜中に水素は含まれていないことが確認できた。
【００４５】
上記膜形成方法によって得られるシリコン酸窒化膜の構成元素比率を変えたときの、破壊電界強度と構成元素比率との関係の一例を図４に示す。構成元素比率は、ＸＰＳで得られた各元素に対応する信号のピーク波形の面積から決定した。図中の各元素記号の後ろに付したｈｉｇｈは破壊電界強度が７ＭＶ／ｃｍ以上である場合を示し、ｌｏｗは７ＭＶ／ｃｍ未満である場合を示す。
【００４６】
この図４から分るように、上記シリコン酸窒化膜中のシリコンＳi の元素比率が０．３４〜０．４１、窒素Ｎの元素比率が０．１０〜０．２２、酸素Ｏの元素比率が０．１４〜０．３８およびフッ素Ｆの元素比率が０．１７〜０．２４の範囲にある場合に、７ＭＶ／ｃｍ以上（より具体的には約８ＭＶ／ｃｍ以上）という高い破壊電界強度が得られることが確認できた。即ち、この組成にすることによって、絶縁性能の高いシリコン酸窒化膜を実現することができることが確認できた。
【００４７】
一方、上記シリコン酸窒化膜がシリコン酸化膜と類似の構造を有するものと考えると、当該シリコン酸窒化膜はＳi(Ｏx Ｎy Ｆz ) R と表すことができる。添字のｘ、ｙ、ｚは各構成元素の比率である。Ｒは、Ｓi に対する（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）の元素比率であり、Ｒ＝（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi で表すこともできる。
【００４８】
上記膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜の、破壊電界強度と元素比率Ｒ＝（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi との関係の一例を図５に示す。
【００４９】
この図５から分るように、元素比率Ｒ＝（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi が約２付近から小さくなるのに従って、破壊電界強度が上昇することが確認できた。特に、Ｒ＝（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi が１．９３〜１．４８の範囲で、７ＭＶ／ｃｍ以上（より具体的には約８ＭＶ／ｃｍ以上）という高い破壊電界強度を得ることができた。但し、Ｒが１．９３付近では破壊電界強度が低い場合もあるが、このＲの条件と、図４に示した各元素の元素比率の条件とを組み合わせることによって、破壊電界強度が高くて、絶縁性能の高いシリコン酸窒化膜を実現することができる。
【００５０】
即ち、シリコンＳi に対する、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆの合計（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）の元素比率Ｒ＝（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi が１．９３〜１．４８の範囲にあり、かつ当該膜中のシリコンＳi の元素比率が０．３４〜０．４１、窒素Ｎの元素比率が０．１０〜０．２２、酸素Ｏの元素比率が０．１４〜０．３８およびフッ素Ｆの元素比率が０．１７〜０．２４の範囲にある場合に、７ＭＶ／ｃｍ以上（より具体的には約８ＭＶ／ｃｍ以上）という高い破壊電界強度が得られることが確認できた。即ち、この組成にすることによって、絶縁性能の高いシリコン酸窒化膜を実現することができることが確認できた。
【００５１】
上記膜形成方法によって得られたシリコン酸窒化膜のＸＰＳスペクトルの一例を図６に示す。
【００５２】
図６中のＳi −Ｆは、フッ素原子がシリコン原子と結合した場合に、フッ素原子の電子の結合エネルギーが６８５．５ｅＶまたは６８７．６ｅＶの結合エネルギーを有することを示している。Ｓi −Ｆ2 は、シリコンとフッ素の結合でもシリコンにフッ素が２個結合した場合の、フッ素原子の電子の結合エネルギーは６８６．８ｅＶであることを示している。Ｏ−Ｓi −Ｆは、シリコン、酸素およびフッ素が結合した場合の、フッ素原子の電子の結合エネルギーは６８６．８ｅＶまたは６９０．５ｅＶの結合エネルギーを有することを示している。逆に、６８６．８ｅＶのエネルギーに相当する結合状態は、Ｓi −Ｆ2 の場合とＯ−Ｓi −Ｆの場合があることを示している。６８９ｅＶの結合エネルギーの値は、ＳiＮ（Ｆ）−ＯまたはＣ−Ｆ2 の結合の場合に現れることを示している。ＳiＮ（Ｆ）−Ｏの表記ではシリコン酸窒化膜中にフッ素が入っており、シリコンと窒素の結合に対してどちらかの原子とフッ素が結合した状態にあることを示している。また、Ｃ−Ｆ2 は、炭素原子とフッ素原子２個が結合した場合を示している。Ｆ−Ｆは、フッ素原子同士が結合した構造を示しており、その場合６９６．７ｅＶの結合エネルギーであることを示している。
【００５３】
このＸＰＳスペクトルから分るように、Ｆ−Ｆの結合エネルギー６９６．７ｅＶに山は観られないので、上記シリコン酸窒化膜中に遊離フッ素は含まれていないと判断することができる。
【００５４】
以上をまとめると、上記シリコン酸窒化膜は、図４、図５およびその説明等からも分るように、水素を含んでいない。従って、膜中の水素が半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼすという課題を解決することができる。
【００５５】
更に上記シリコン酸窒化膜は、図６およびその説明からも分るように、遊離フッ素も含んでいない。従って、遊離フッ素が膜質の安定性を悪化させ、膜特性も悪化させるという課題を解決することができる。
【００５６】
しかも、上記シリコン酸窒化膜において、シリコンＳi に対する、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆの合計（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）の元素比率（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi を１．９３〜１．４８の範囲にし、かつ当該膜中のシリコンＳi の元素比率を０．３４〜０．４１、窒素Ｎの元素比率を０．１０〜０．２２、酸素Ｏの元素比率を０．１４〜０．３８およびフッ素Ｆの元素比率を０．１７〜０．２４の範囲にすることによって、破壊電界強度が高く、かつリーク電流密度が低く、絶縁性膜として優れているシリコン酸窒化膜を実現することができる。
【００５７】
上記シリコン酸窒化膜は、例えば薄膜トランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等の半導体デバイスに、絶縁性膜等として用いることができる。そのような半導体デバイスは、それを構成するシリコン酸窒化膜が上記のような特長を有しているので、特性が良く、かつ特性安定性の良い半導体デバイスになる。
【００５８】
より具体例を挙げると、上記シリコン酸窒化膜は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタに用いることができる。酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの構成の一例を図７に示す。
【００５９】
この薄膜トランジスタは、Ｉn −Ｇa −Ｚn −Ｏ（略称ＩＧＺＯ）酸化物半導体でチャネル層を構成した酸化物半導体薄膜トランジスタ（略称ＯＴＦＴ）であり、基板（例えばガラス基板）２の上にゲート電極４およびゲート絶縁膜６が形成されており、ゲート絶縁膜６上に、Ｉn −Ｇa −Ｚn −Ｏから成る半導体層８が形成されている。この半導体層８の上に、チャネル領域を挟んでソース電極１０およびドレイン電極１２が形成されている。チャネル領域上には、エッチングを止めるエッチングストッパ１４が形成されている。更に、ソース電極１０、ドレイン電極１２およびエッチングストッパ１４の上に、これらを保護する保護膜１６が形成されている。
【００６０】
このような酸化物半導体薄膜トランジスタにおいて、そのゲート絶縁膜６、エッチングストッパ１４または保護膜１６が水素を含有していると、前述したように、当該水素が当該薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼす。
【００６１】
そこで、このゲート絶縁膜６、エッチングストッパ１４および保護膜１６の少なくとも一つに、上記シリコン酸窒化膜を用いると、当該シリコン酸窒化膜は水素を含有していないので、特性が良く、かつ特性安定性の良い酸化物半導体薄膜トランジスタを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
この発明に係るシリコン酸窒化膜は、例えば、薄膜トランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等の半導体デバイス等に用いることができる。より具体例を挙げると、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタのゲート絶縁膜、エッチングストッパ、保護膜等に用いることができる。更にこのような半導体デバイスは、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のディスプレイ等に用いることができる。
【符号の説明】
【００６３】
２０  基板
２２  真空容器
２８  原料ガス
３０  ホルダ
３４  平面導体
４０  プラズマ
４２  高周波電源
【図１】
2012077163.tif 000003
【図２】
2012077163.tif 000004
【図３】
2012077163.tif 000005
【図４】
2012077163.tif 000006
【図５】
2012077163.tif 000007
【図６】
2012077163.tif 000008
【図７】
2012077163.tif 000009
【図８】
2012077163.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月18日(2013.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスとして、四フッ化シリコンガス（ＳiＦ4 ）、窒素ガスおよび酸素含有ガスを使用し、誘導結合によってプラズマを生成する誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によって、
シリコン、窒素、酸素およびフッ素を含んで成るシリコン酸窒化膜であって、シリコンＳi に対する、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆの合計（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）の元素比率（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi が１．９３〜１．４８の範囲にあり、かつ当該膜中のシリコンの元素比率が０．３４〜０．４１、窒素の元素比率が０．１０〜０．２２、酸素の元素比率が０．１４〜０．３８およびフッ素の元素比率が０．１７〜０．２４の範囲にあるシリコン酸窒化膜を基板上に形成する、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項２】
膜形成時の前記基板の温度を１００℃〜３００℃の範囲にする請求項１記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の形成方法によって形成されたシリコン酸窒化膜を有している半導体デバイス。
【請求項４】
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタであって、請求項１または２に記載の形成方法によって形成されたシリコン酸窒化膜を、ゲート絶縁膜、エッチングストッパおよび保護膜の少なくとも一つに用いている、ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この発明に係るシリコン酸窒化膜の形成方法は、原料ガスとして、四フッ化シリコンガス（ＳiＦ4 ）、窒素ガスおよび酸素含有ガスを使用し、誘導結合によってプラズマを生成する誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によって、シリコン、窒素、酸素およびフッ素を含んで成る膜であって、シリコンＳi に対する、窒素Ｎ、酸素Ｏおよびフッ素Ｆの合計（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）の元素比率（Ｎ＋Ｏ＋Ｆ）／Ｓi が１．９３〜１．４８の範囲にあり、かつ当該膜中のシリコンの元素比率が０．３４〜０．４１、窒素の元素比率が０．１０〜０．２２、酸素の元素比率が０．１４〜０．３８およびフッ素の元素比率が０．１７〜０．２４の範囲にあるシリコン酸窒化膜を基板上に形成する、ことを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば次の効果を奏する。即ち、原料ガスとして水素を含まないガスを用いるので、水素を含んでいないシリコン酸窒化膜を形成することができる。しかも、四フッ化シリコンガス（ＳiＦ4 ）および窒素ガス（Ｎ2 ）は、従来から良く用いられているシラン（ＳiＨ4 ）およびアンモニア（ＮＨ3 ）に比べて放電分解をさせにくいけれども、誘導結合型のプラズマＣＶＤ法によれば、大きな誘導電界をプラズマ中に発生させることができるので、当該四フッ化シリコンガスおよび窒素ガスを効率良く放電分解させることができる。その結果、高密度プラズマを生成して、シリコン酸窒化膜を効率良く形成することができる。
またこのシリコン酸窒化膜は、水素を含んでいない。従って、膜中の水素が半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼすという課題を解決することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
しかも、各元素比率が請求項１に記載の範囲にあるので、このシリコン酸窒化膜は、破壊電界強度が高く、かつリーク電流密度が低く、絶縁性膜として優れている。
請求項２に記載の発明によれば、基板および膜に与える熱による悪影響を抑えつつ、特性の良いシリコン酸窒化膜を形成することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の形成方法によって形成されたシリコン酸窒化膜を有しているので、特性が良く、かつ特性安定性の良い半導体デバイスを実現することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の形成方法によって形成されたシリコン酸窒化膜を、ゲート絶縁膜、エッチングストッパおよび保護膜の少なくとも一つに用いているので、特性が良く、かつ特性安定性の良い酸化物半導体薄膜トランジスタを実現することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2012077163.tif 000011
2012077163.tif 000012
2012077163.tif 000013
2012077163.tif 000014