(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、このチャンバに付属して備えられるとともに、前記チャンバに対して不活性ガスの分圧が正圧に保たれている、開閉自在の隔壁によって隔てられたトランスファ室とを有する装置を用いて、前記チャンバ内に搬送されてきた被積層物の上にプラズマＣＶＤにより酸化膜を成膜する酸化膜形成方法であって、
排気をしながら、フッ素化合物を含むガスを用いて前記チャンバをセルフクリーニングするセルフクリーニング工程と、
前記セルフクリーニング工程の後、チャンバシーズニングにおける酸化膜の成膜試行時間を時間加算から除外して、所定の成膜不実施時間をとった後に、前記酸化膜の成膜を行う酸化膜製膜工程とを備え、
前記所定の成膜不実施時間内に、前記被積層物に対して、前記チャンバと、前記トランスファ室との間を、前記隔壁の開閉を伴いながら往きかつ戻らせる往復動作を数回繰り返す、酸化膜形成方法。
【請求項２】
前記チャンバに前記チャンバ内の成分の検出頻度の出力が可能な質量分析器が備えられ、そのチャンバ内のガス成分の検出頻度をモニタしながら、前記成膜不実施時間の終了時を定める、請求項１に記載の酸化膜形成方法。
【請求項３】
前記成膜不実施時間内に、不活性ガスによるガスパージを行う、請求項１または２に記載の酸化膜形成方法。
【請求項４】
前記成膜不実施時間内に、不活性ガスパージのオンオフを繰り返す、請求項１または２に記載の酸化膜形成方法。
【請求項５】
前記成膜不実施時間内に、ガスパージを行いながら、プラズマ放電のオンオフを繰り返す、請求項１または２に記載の酸化膜形成方法。
【請求項６】
質量分析器が取り付けられたチャンバ内に搬送されてきた被積層物の上にプラズマＣＶＤにより酸化膜を成膜する酸化膜形成方法であって、
排気をしながら、フッ素化合物を含むガスを用いて前記チャンバをセルフクリーニングした後、前記質量分析器による検出頻度測定において、質量数１９の成分の検出頻度が、質量数３６の成分の検出頻度の所定の倍数以下にまで低下した後に、前記酸化膜の成膜を行う、酸化膜形成方法。
【請求項７】
搬送されてきた被積層物の上に酸化膜を形成する方法に用いられる酸化膜形成装置であって、
酸化膜を前記被積層物の上に成膜するチャンバと、
前記チャンバ内に搬送されてきた前記被積層物に酸化膜を成膜する成膜手段と、
前記チャンバから排気する排気手段と、
前記チャンバ内の成分の質量数を特定して、その成分の検出頻度を出力する前記チャンバに取り付けられた質量分析器と、
前記質量分析器によって出力された質量数１９の成分の検出頻度が、質量数３６の成分の検出頻度の所定の倍数を超える間は前記酸化膜を成膜せず、前記所定の倍数以下になってから前記酸化膜を成膜する制御手段とを備える酸化膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置のゲート酸化膜などの酸化膜形成方法および酸化膜形成装置に関し、特に液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲート酸化膜の形成方法およびそのゲート酸化膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブ方式の液晶表示装置のＴＦＴ等に形成されるシリコン酸化膜、例えばゲート酸化膜は、一般にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜される。このゲート酸化膜の成膜に用いられるチャンバの内壁には、上記の成膜中に、酸化物等が蓄積し、被積層物である薄膜トランジスタを汚染する。このため、例えば、累積酸化膜厚を６００ｎｍとして、その累積膜厚に達したら、チャンバ内をフッ素化合物等のガスを用いて洗浄するセルフクリーニングを行う方法が用いられている。このセルフクリーニングの後には、通常、洗浄直後の慣らし運転ともいえるチャンバシーズニングにより酸化膜を試行成膜する工程が設けられる。このセルフクリーニングにより、汚染のない清浄なＴＦＴが形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セルフクリーニングを行った後にプラズマＣＶＤ法により酸化膜の成膜を行うと、セルフシーズニングを実施した後であっても、酸化膜の厚さが異常に薄くなる現象がある。例えば、上記のＴＦＴのゲート酸化膜の厚さは７５ｎｍとするので、通常、２０枚を１ロットとして８枚目、１５枚目（または１６枚目）の成膜が終了した後に、セルフクリーニングを実施する。図１５は、８枚目および１５枚目の成膜が終了した後にセルフクリーニングを実施した場合の、ゲート酸化膜の膜厚の推移を示す図である（このロットの平均値を１００％に規格化して表示してある）。図１５において、９枚目および１６枚目の膜厚が異常に薄くなっている。このような、膜厚の大きな変動を防止するために１枚ごとにセルフクリーニングを実施すると、膜厚は常に図１５における薄い膜厚に保たれるので、膜厚変動は抑制される。しかし、チャンバシーズニング工程とセルフクリーニングとの処理時間の合計は、長時間にわたるので、酸化膜の成膜時間がきわめて長くなり、実際の製造方法には適用することができない。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、セルフクリーニング後の酸化膜の膜厚の減少を抑制することにより膜厚変動を防止して、歩留りの低下を防止する酸化膜形成方法および酸化膜形成装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の酸化膜形成方法は、チャンバと、このチャンバに付属して備えられるとともに、前記チャンバに対して不活性ガスの分圧が正圧に保たれている、開閉自在の隔壁によって隔てられたトランスファ室とを有する装置を用いて、前記チャンバ内に搬送されてきた被積層物の上にプラズマＣＶＤにより酸化膜を成膜する酸化膜形成方法であって、排気をしながら、フッ素化合物を含むガスを用いて前記チャンバをセルフクリーニングするセルフクリーニング工程と、セルフクリーニング工程の後、チャンバシーズニングにおける酸化膜の成膜試行時間を時間加算から除外して、所定の成膜不実施時間をとった後に酸化膜の成膜を行う酸化膜製膜工程とを備え、上記所定の成膜不実施時間内に、前記被積層物に対して、前記チャンバと、前記トランスファ室との間を、前記隔壁の開閉を伴いながら往きかつ戻らせる往復動作を数回繰り返すことを特徴とする。
【０００６】
この方法によれば、排気によりセルフクリーニングに用いたガス中の各成分の濃度は減少するので、セルフクリーニングの残存ガス、とくにフッ素が、プラズマＣＶＤ法によって成膜される酸化膜の膜厚に及ぼす影響は小さくなる。この結果、セルフクリーニング直後に成膜する酸化膜の膜厚の減少を抑制し、酸化膜の厚さ変動を限定的なものにすることが可能となる。
また、トランスファ室に送られる不活性ガスは、本来、チャンバから有毒ガスが流入しないように、チャンバに対して正圧を保つために用いられる。隔壁を開閉しながら被積層物を往復させると、不活性ガスによるパージと同じ効果を得ることができ、セルフクリーニングに用いられたガスを低減することができる。したがって、セルフクリーニング直後の数枚に成膜される酸化膜の厚さの減少を防止することが可能となる。
【０００７】
本発明の酸化膜形成方法が適用されるのは、例えば、酸化膜の厚さ精度が重視される半導体装置のゲート酸化膜である場合が望ましい。とくに、大面積の酸化膜である、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置のＴＦＴに形成されるゲート酸化膜である場合が望ましい。これらの酸化膜は、通常、非常に薄い厚さ、例えば、７５ｎｍの厚さに高精度で形成される。したがって、厚さの変動幅の絶対値が大きいと、相対的な変動は非常に大きくなり、実用上使用できないゲート酸化膜となってしまい、歩留りを低下させる。本発明は、上記のように、セルフクリーニング直後に成膜不実施時間を設け、排気をしながらセルフクリーニングのガスを低減させる各種の方法を実施することにより、歩留り低下を防止することが可能となる。
【０００８】
請求項２の酸化膜形成方法では、請求項１の酸化膜形成方法において、チャンバ内の成分の検出頻度の出力が可能な質量分析器が備えられ、そのチャンバ内のガス成分の検出頻度をモニタしながら、成膜不実施時間の終了時を定める。
【０００９】
上記の方法により、オンラインでチャンバ内のガス成分の組成を知ることができるので、セルフクリーニングに用いたガスを確実に低減した後に、プラズマＣＶＤによる酸化膜の成膜を実施することが可能となる。
【００１０】
請求項３の酸化膜形成方法では、請求項１または２の酸化膜形成方法において、成膜不実施時間内に、不活性ガスによるガスパージを行う。
【００１１】
この結果、セルフクリーニングに用いたガスおよびそのガスの化合物は、不活性ガスにより追い出されて減少するので、セルフクリーニングに用いたガス中のフッ素等の酸化膜の膜厚に及ぼす影響は小さくなる。なお、不活性ガスとしては、窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン等のガスを用いることができる。
【００１２】
請求項４の酸化膜形成方法では、請求項１または２の酸化膜形成方法において、成膜不実施時間内に、不活性ガスのオンオフを繰り返す断続パージを行う。
【００１３】
不活性ガスパージのオンオフを繰り返すことにより、チャンバの内壁に吸着したガスを有効に追い出すことができ、酸化膜成膜時のこれらガスの悪影響を限定的なものにすることが可能となる。
【００１４】
請求項５の酸化膜形成方法では、請求項１または２の酸化膜形成方法において、成膜不実施時間内に、ガスパージを行いながら、プラズマ放電のオンオフを繰り返す。
【００１５】
上記の方法により、チャンバの側壁に吸着したガスを脱離させて排気することができる。この結果、セルフクリーニングに用いたガスを問題を生じないレベルにまで減少させることができ、セルフクリーニング直後に成膜される数枚の酸化膜の膜厚の減少を防止することが可能となる。
【００１８】
請求項６の酸化膜形成方法は、質量分析器が取り付けられたチャンバ内に搬送されてきた被積層物の上にプラズマＣＶＤにより酸化膜を成膜する方法であり、排気をしながら、フッ素化合物を含むガスを用いて前記チャンバをセルフクリーニングした後、質量分析器による検出頻度測定において、質量数１９の成分の検出頻度が、質量数３６の成分の検出頻度の所定の倍数以下にまで低下した後に、酸化膜の成膜を行う。
【００１９】
上記において、質量数１９の成分は、フッ素である。質量数３６の成分は不明であるが、時間変動が小さいので、基準濃度として使うことができる。所定の倍数は、例えば、５０倍、さらにセルフクリーニング後の膜厚減少を抑制するためには４０倍、また、より一層、膜厚変動を抑制するためには３０倍とすることが望ましい。また、排気を継続していれば、不活性ガスパージ、不活性ガスパージを行いながらの断続的なプラズマ放電などを実施することができる。上記の方法により、酸化膜の成膜工程において酸化膜をエッチングしてフッ化シリコンを形成するフッ素を問題を生じないレベルまで下げることができ、セルフクリーニング直後に成膜される酸化膜の厚さの減少を抑制することが可能となる。
【００２０】
請求項７の酸化膜形成装置は、搬送されてきた被積層物の上に酸化膜を形成する方法に用いられる装置であって、酸化膜を被積層物の上に成膜するチャンバと、チャンバ内に搬送されてきた被積層物に酸化膜を成膜する成膜手段と、チャンバから排気する排気手段と、チャンバ内の成分の質量数を特定して、その成分の検出頻度を出力するチャンバに取り付けられた質量分析器と、質量分析器によって出力された質量数１９の成分の検出頻度が、質量数３６の成分の検出頻度の所定の倍数を超える間は酸化膜を成膜せず、所定の倍数以下になってから酸化膜を成膜する制御手段とを備える。
【００２１】
この構成により、フッ素濃度が高い間は成膜が実施されないので、酸化膜が異常に薄くなる現象を避けることができ、歩留りを向上させることが可能となる。所定の倍数としては、５０倍、さらにセルフクリーニング後の膜厚減少を抑制するためには４０倍、また、より一層、膜厚変動を抑制するためには３０倍とすることが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態は、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置のＴＦＴのゲート酸化膜を形成する方法において、排気しつつ成膜不実施時間を長くとる酸化膜形成方法である。まず、図１に示すように、ガラス基板１の表面に、下地膜２として、例えば、ＳｉＮ膜、シリコン酸化膜、またはシリコン酸化膜とＳｉＮ膜とからなる２層膜をプラズマＣＶＤにより約２００ｎｍの厚さに形成する。その後、同じく図１に示すように、アモルファスシリコン膜３を減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により５０ｎｍの厚さに成膜した後、アモルファスシリコン膜を結晶化する。結晶化の方法として、例えば、エキシマレーザによるレーザ照射を用いることができる。次いで、図２に示すように、結晶化されたポリシリコン膜３をチャネル形状にパターニングする。次に、図３に示すように、ポリシリコン膜上にゲート酸化膜４をプラズマＣＶＤにより７５ｎｍの厚さに形成する。
【００２４】
このゲート酸化膜４の成膜においては、ＮＦ３ガスを用いたセルフクリーニングを８枚ごとに行った。セルフクリーニング後のチャンバシーズニングにおいて酸化膜を形成した後、ポンプ排気の状態を１２分間とった。この後、図２に示す状態の被積層物を成膜室に導入して、図３に示すように、ゲート酸化膜４を成膜した。
【００２５】
図４は、ロット（１９枚）内の各ゲート酸化膜の厚さを成膜順位にしたがって示す図である。図４には、成膜不実施期間をとらない従来技術のゲート酸化膜の厚さを比較のために併記するが、ロット内のゲート酸化膜の厚さのばらつきは、−６％〜＋４％に抑制されている。なお、４分間の排気を行うことにより、従来−１１％にまで減少したセルフクリーニング直後の酸化膜の膜厚は、−７％程度の減少にまで抑制される。
【００２６】
ゲート酸化膜の成膜後、ゲート電極をＡｌ合金、Ｃｒ、Ｔａのような金属膜をスパッタリングにより成膜し、パターニングおよびエッチング加工を行い、図５に示すように、ゲート電極８を形成する。その後、イオン注入によってソース、ドレイン領域５、６およびチャネル領域７を形成し、図６に示すように、層間絶縁膜９をプラズマＣＶＤによって成膜した。次に、層間絶縁膜９にコンタクトホールを開口してパッドコンタクト１１、１２を形成した後、ソースおよびドレイン配線の膜を成膜して、配線形状１３、１４にパターニングした。さらに、図７に示すように、プラズマＣＶＤによりパッシベーション膜１５であるＳｉＮ膜を成膜した。
【００２７】
本実施の形態において認められるように、排気をしながら成膜不実施時間を１２分間とることにより、セルフクリーニング直後の数枚の酸化膜形成における酸化膜の厚さの減少は非常に抑制される。この結果、ＴＦＴ製造工程における歩留りを向上させることが可能となる。
【００２８】
（実施の形態２）
実施の形態１と同じように、ＴＦＴのゲート酸化膜の成膜工程において、８枚成膜する毎にチャンバのＮＦ３ガスを用いたセルフクリーニングを実施した。その後、本実施の形態においては、チャンバシーズニングを間に挟んで、３６０秒間の窒素ガスパージおよび７２０秒間の酸素ガスパージを行った。図８は本実施の形態に用いた酸化膜形成装置の構成概要図である。本実施の形態においては、チャンバ２３に質量分析器２４を取り付け、チャンバ２３内のガス成分の検出頻度をモニタしながら成膜した。また、質量数１９のフッ素の検出頻度が質量数３６の成分の検出頻度の４０倍を超えない場合に限り成膜を可能とする制御手段２５を質量分析器２４とプラズマＣＶＤ成膜手段２２との間に設けた。酸化膜は基板の上に所定の積層物を積層した被積層物２１の上に成膜され、チャンバからは排気ポンプ２６により排気がなされる。
【００２９】
図９は比較のための従来の成膜方法における成分の検出頻度（単位時間当りのカウント数）の推移を示す図である。図９から分かるように、従来の成膜不実施時間は、チャンバシーズニングの後の６０秒間である。また、図１０は本実施の形態における成分の検出頻度の推移を示す図である。図９および図１０において、質量数１９はフッ素ガスであり、質量数８５はフッ化珪素（ＳｉＦ３）である。質量数３３と３６の成分は何か不明である。質量数３６の成分はチャンバシーズニングの間以外はほぼ一定の値を保つので、相対比較の基準値に用いることができる。図１１は、成膜順位Ｎｏである各基板Ｎｏにおける酸化膜の膜厚を示す図である。ロットの膜厚平均値を１００％として規格化して表示してある。上記の窒素ガスおよび酸素ガスのパージにより、ゲート酸化膜の変動はきわめて良好に抑制され、基板間ばらつきは±３％の範囲内に入れることができた。図１１における基板Ｎｏ７〜１２の各ゲート酸化膜の厚さと、図９および図１０の各成分の検出頻度とを対応づけると、フッ素の検出頻度が酸化膜の膜厚に大きな影響を持つことが分かる。セルフクリーニングを行った後、チャンバシーズニング時間を除いて、フッ素の検出頻度を質量数３６の成分の検出頻度の５０倍以下にした後に、酸化膜を成膜すれば、膜厚の減少を抑制することができる。より望ましくは、フッ素の検出頻度を質量数３６の成分の検出頻度の４０倍以下、さらに望ましくは３０倍以下にした後に、酸化膜を成膜する。この結果、全体として膜厚変動の小さいゲート酸化膜を作製することが可能となる。なお、上記の質量数１９の成分と質量数３６の成分の検出頻度の比は、モル濃度比と考えることができる。
【００３０】
（実施の形態３）
本実施の形態においても、液晶表示装置に用いられるＴＦＴパネルのＴＦＴのゲート酸化膜を作製した。酸素ガスパージの時間を変える以外は、実施の形態１と同じ工程による。本実施の形態では、セルフクリーニング後にチャンバシーズニングを実施し、その後に行う酸素ガスパージの時間を３６０秒間から１０８０秒間の間に変化させて、ゲート酸化膜を成膜した。各ロット内の各基板Ｎｏのゲート酸化膜の厚さを図１２に示す。また、各ロット内のゲート酸化膜の最大値と最小値との差を図１３に示すが、パージ時間の増大につれ、最大値と最小値との差が減少することが分かる。とくに、ガスパージ時間を６００秒間から１０８０秒間に延ばした場合、最大値と最小値との差が大きく減少することが分かる。とくに、ガスパージ時間を９００秒間以上とすることにより、上記の差を１０ｎｍ以下にできることが分かる。なお、このガスパージ時間は、チャンバシーズニングを間に挟んで２回のガスパージを行う場合には、その２回のガスパージ時間の合計をいう。
【００３１】
（実施の形態４）
本実施の形態においても、液晶表示装置に用いられるＴＦＴパネルのＴＦＴのゲート酸化膜を作製した。セルフクリーニング直後の最初のゲート酸化膜の成膜の際、成膜室とトランスファ室（搬送室）との間を３回往復させた。この往復に要した時間は、約１０分間である。その他の工程は実施の形態１と同じ工程による。ロットの平均膜厚を１００％として、各基板Ｎｏのゲート酸化膜の膜厚を図１４に従来例と比較して示す。本実施の形態における各ゲート酸化膜の厚さは±３％以内に入っている。この結果から、成膜室とトランスファ室とを往復させることが、セルフクリーニング後の酸化膜の膜厚減少を抑制して、ロット内のゲート酸化膜の膜厚変動抑制に非常に有効であることが首肯できる。
【００３２】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含む。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の製造方法を用いることにより、ゲート酸化膜等の高精度の膜厚制御が要求される酸化膜をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜することができる。この製造方法は、既存の設備を用いて簡便に実施することができ、しかも、成膜時間はセルフクリーニング直後の成膜においてのみ４分間〜十数分間延長されるのみで、それ以外は成膜時間が延長することはない。この結果、簡便にゲート酸化膜等の膜厚変動を抑制することができ、歩留り向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１において、ガラス基板に下地膜およびアモルファスシリコン膜を成膜した段階の断面図である。
【図２】図１の状態に対して、アモルファスシリコン膜を結晶化して、トランジスタにパターニングした段階の断面図である。
【図３】図２の状態にゲート酸化膜を成膜した段階の断面図である。
【図４】実施の形態１におけるＴＦＴのゲート酸化膜の膜厚をロット平均値を１００％として、従来例と比較して示す図である。
【図５】図３の状態にゲート電極を形成し、ソース領域およびドレイン領にドーピングした段階の断面図である。
【図６】図５の状態に層間絶縁膜を形成した段階の断面図である。
【図７】図６の状態に、ソース配線およびドレイン配線を形成し、パッシベーション膜を成膜した段階の断面図である。
【図８】実施の形態２に用いた酸化膜形成装置の構成概要図である。
【図９】従来例におけるチャンバ内のガス成分の濃度推移を示す図である。
【図１０】実施の形態２におけるチャンバ内のガス成分の濃度推移を示す図である。
【図１１】実施の形態２におけるＴＦＴのゲート酸化膜の膜厚をロット平均値を１００％として、従来例と比較して示す図である。
【図１２】実施の形態３におけるＴＦＴのゲート酸化膜の膜厚を各ロット平均値を１００％として、パージ時間ごとに示す図である。
【図１３】図１２に示す各ロットのゲード酸化膜の最大値と最小値との差に及ぼすガスパージ時間の影響を示す図である。
【図１４】実施の形態４におけるＴＦＴのゲート酸化膜の膜厚をロット平均値を１００％として、従来例と比較して示す図である。
【図１５】従来例のＴＦＴのゲート酸化膜の膜厚をロット平均値を１００％として示す図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板、２  下地膜、３  シリコン膜、４  ゲート酸化膜、５，６  ソース、ドレイン領域、７  チャネル領域、８  ゲート電極、９  層間絶縁膜、１１，１２  パッドコンタクト、１３，１４  ソース配線，ゲート配線、１５  パッシベーション膜、２１  被積層物、２２  プラズマＣＶＤ装置、２３  チャンバ、２４  質量分析器、２５  制御手段、２６  排気ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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