(57)【要約】【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。【解決手段】本発明に係るスパッタリング装置は、真空槽の内部に配列された複数のターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５をその配列方向に沿って順にスパッタすることで、基板１０の表面に薄膜を形成する。これにより、スパッタ粒子が基板の表面に対して斜め方向から入射する割合が高められて、下地層のダメージの低減を図ることが可能となる。【選択図】図４
2010044235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に薄膜を形成するための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直線的に配列された、被スパッタ面を有する複数のターゲットと、
前記基板を支持する支持領域を有し、前記真空槽の内部に固定された支持部と、
前記各ターゲットの被スパッタ面をスパッタするためのプラズマを、前記ターゲットの配列方向に沿って順に発生させるプラズマ発生手段と
を具備するスパッタリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスパッタリング装置であって、
前記複数のターゲットのうち、前記配列方向の最上流側に位置するターゲット部は、前記支持領域の外側に位置し、
前記ターゲット部は、当該ターゲット部をスパッタすることで生成されるスパッタ粒子を前記支持部に対して斜め方向から入射させる
スパッタリング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ発生手段は、前記被スパッタ面に磁場を形成するマグネットを有し、
前記マグネットは、前記配列方向に沿って移動自在に前記各ターゲットにそれぞれ配置されている
スパッタリング装置。
【請求項４】
請求項１に記載のスパッタリング装置であって、
前記複数のターゲットは、それぞれ同一の材料からなる
スパッタリング装置。
【請求項５】
複数のターゲットが直線的に配列された真空槽の内部に基板を静止させ、
前記各ターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、前記基板の表面に薄膜を形成する
薄膜形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の薄膜形成方法であって、
前記複数のターゲットのうち前記配列方向の最上流側に位置するターゲット部を前記基板の周縁部外方に位置させ、前記ターゲット部をスパッタすることで生成されるスパッタ粒子を、前記基板に対して斜め方向から入射させる
薄膜形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の薄膜形成方法であって、
前記被スパッタ面に磁場を形成するマグネットを前記各ターゲットにそれぞれ配置し、
前記各ターゲットをスパッタリングしている間、スパッタされている前記ターゲットに配置された前記マグネットを前記配列方向に沿って移動させる
薄膜形成方法。
【請求項８】
基板の上にゲート絶縁膜を形成し、
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系組成を有する複数のターゲットが直線的に配列された真空槽の内部に前記基材を静止させ、
前記各ターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、前記ゲート絶縁膜の上に活性層を形成する
電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３９７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係るスパッタリング装置は、真空状態を維持可能な真空槽と、複数のターゲットと、支持部と、プラズマ発生手段とを具備する。
上記複数のターゲットは、被スパッタ面を有しており、上記真空槽の内部に直線的に配列されている。
上記支持部は、基板を支持する支持領域を有しており、上記真空槽の内部に固定されている。
上記プラズマ発生手段は、上記各ターゲットの被スパッタ面をスパッタするためのプラズマを、上記ターゲットの配列方向に沿って順に発生させる。【０００７】
本発明の一形態に係る薄膜形成方法は、複数のターゲットが直線的に配列された真空槽の内部に基板を静止させることを含む。上記各ターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、上記基板の表面に薄膜が形成される。【０００８】
本発明の一形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、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系組成を有する複数のターゲットが直線的に配列された真空槽の内部に静止される。上記各ターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、上記ゲート絶縁膜の上に活性層が形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空処理装置を示す模式的な平面図である。
【図２】姿勢変換室における基板の姿勢変換をするための機構を模式的に示した図である。
【図３】上記真空処理装置における第１のスパッタ室を構成するスパッタリング装置の概略構成を示す平面図である。
【図４】上記スパッタリング装置の典型的な動作例を説明する模式図である。
【図５】真空処理装置における基板の処理順序を示すフローチャートである。
【図６】上記スパッタリング装置の他の実施形態を説明する要部の模式図である。
【図７】図６のスパッタリング装置を用いて形成された薄膜の膜厚分布を示す図である。
【図８】図７のＣ点に対応する基板領域に入射するスパッタ粒子の入射角を説明する図である。
【図９】図６のスパッタリング装置を用いて形成された薄膜の成膜レートを示す一実験結果である。
【図１０】図６のスパッタリング装置を用いて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。
【図１１】図６のスパッタリング装置を用いて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。
【図１２】本発明の実施の形態に係るスパッタリング装置の変形例を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施の形態に係るスパッタリング装置は、真空状態を維持可能な真空槽と、複数のターゲットと、支持部と、プラズマ発生手段とを具備する。
上記複数のターゲットは、被スパッタ面を有しており、上記真空槽の内部に直線的に配列されている。上記支持部は、基板を支持する支持領域を有しており、上記真空槽の内部に固定されている。上記プラズマ発生手段は、上記各ターゲットの被スパッタ面をスパッタするためのプラズマを、上記ターゲットの配列方向に沿って順に発生させる。
【００１１】
上記スパッタリング装置は、真空槽の内部に配列された複数のターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、支持部上の基板の表面に薄膜を形成する。基板を横切るようにしてスパッタ粒子が基板の表面に堆積されるため、通過成膜方式と類似する成膜形態が得られる。これにより、スパッタ粒子が基板の表面に対して斜め方向から入射する割合が高められて、下地層のダメージの低減を図ることが可能となる。
【００１２】
ここで、「直線的に配列された」とは、支持部を横切るようにターゲットが配列されていることを意味するもので、厳密に直線状に整列されることに限られない。また、「配列方向」とは、ターゲットの配列方向に沿った一方向を意味する。
【００１３】
上記複数のターゲットのうち、上記配列方向の最上流側に位置するターゲット部は、上記支持領域の外側に位置させてもよい。
これにより、当該ターゲット部をスパッタすることで生成されるスパッタ粒子を基板に対して斜め方向から入射させることが可能となる。
【００１４】
上記プラズマ発生手段は、上記被スパッタ面に磁場を形成するマグネットを有していてもよい。上記マグネットは、上記配列方向に沿って移動自在に上記各ターゲットにそれぞれ配置される。
マグネットを移動自在とすることにより、基板に対するスパッタ粒子の入射角を容易に制御することが可能となる。
【００１５】
上記複数のターゲットは、それぞれ同一の材料で構成することができる。
これにより、下地層のダメージを低減しながら所定材料の薄膜を所望の膜厚で形成することが可能となる。
【００１６】
本発明の一実施の形態に係る薄膜形成方法は、複数のターゲットが直線的に配列された真空槽の内部に基板を静止させることを含む。上記各ターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、上記基板の表面に薄膜が形成される。
【００１７】
上記薄膜形成方法は、真空槽の内部に配列された複数のターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、基板の表面に薄膜を形成する。基板を横切るようにしてスパッタ粒子が基板の表面に堆積されるため、通過成膜方式と類似する成膜形態が得られる。これにより、スパッタ粒子が基板の表面に対して斜め方向から入射する割合が高められて、下地層のダメージの低減を図ることが可能となる。
【００１８】
上記複数のターゲットのうち上記配列方向の最上流側に位置するターゲット部を上記基板の周縁部外方に位置させてもよい。
これにより、上記ターゲット部をスパッタすることで生成されるスパッタ粒子を基板に対して斜め方向から入射させることが可能となる。
【００１９】
上記被スパッタ面に磁場を形成するマグネットを上記各ターゲットにそれぞれ配置し、上記各ターゲットをスパッタリングしている間、スパッタされている上記ターゲットに配置された上記マグネットを上記配列方向に沿って移動させるようにしてもよい。
これにより、基板に対するスパッタ粒子の入射角を容易に制御することが可能となる。
【００２０】
本発明の一実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、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系組成を有する複数のターゲットが直線的に配列された真空槽の内部に静止される。上記各ターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、上記ゲート絶縁膜の上に活性層が形成される。
【００２１】
上記電界効果型トランジスタの製造方法は、真空槽の内部に配列された複数のターゲットをその配列方向に沿って順にスパッタすることで、基板の表面に活性層を形成する。基板を横切るようにしてスパッタ粒子が基板の表面に堆積されるため、通過成膜方式と類似する成膜形態が得られる。これにより、スパッタ粒子が基板の表面に対して斜め方向から入射する割合が高められて、下地層のダメージの低減を図ることが可能となる。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。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る真空処理装置を示す模式的な平面図である。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
インライン型処理ユニット６０は、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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リングカソード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リングカソードＴｓを有している。
【００３６】
第１のスパッタ室６１は、後述するように、固定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。
【００３７】
第１、第２のスパッタ室６１、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。本実施の形態では、復路６５を基板１０が通るときにスパッタリング処理が行われる。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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が開放するときは、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が開放するときは、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６１の真空度が制御される。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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。
【００４２】
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を構成するスパッタリング装置の構成を示す概略平面図である。
【００４３】
第１のスパッタ室６１は、上述したように、複数のターゲット部を含むスパッタリングカソードＴｃを有している。ターゲット部Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５はそれぞれ同一の構成を有しており、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とを含む。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。
【００４４】
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。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。マグネット８３は、典型的には、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。
【００４５】
以上のように構成されるスパッタリングカソードＴｃは、上記電源、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、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８１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。
【００４６】
図３に示すように、ターゲット板８１をスパッタすることで生成されるスパッタ粒子は、ターゲット板８１の表面から角度範囲Ｓにわたって出射する。角度範囲Ｓ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、ターゲット板８１の表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の表面に堆積し、薄膜を形成する。
【００４７】
本実施の形態では、図４に示すように、ターゲット部Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５の順に、各々のターゲット板８１をスパッタするためのプラズマが発生される。そして、各ターゲット板８１から飛び出すスパッタ粒子の出射角範囲（Ｓ１〜Ｓ５）で定まる基板１０の成膜領域が、順に成膜される。このような成膜方法を実現するために、当該スパッタリング装置は、各ターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５への電力供給を制御するコントローラ（図示略）を備えている。
【００４８】
各ターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５は、スパッタ室６１において、基板１０の表面を横切るように直線的に配列されている。基板１０は、支持板９１とクランプ機構９２とを備えた支持機構（支持部）によって支持されており、成膜時は、復路６５上の所定位置に静止（固定）される。クランプ機構９２は、スパッタリングカソードＴｃと対向する支持板９１の支持領域に支持された基板１０の周縁部を保持する。スパッタリングカソードＴｃと支持板９１との間の対向距離は、それぞれ同一に設定されている。
【００４９】
ターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５の配列長は、基板１０の直径よりも大きい。このとき、最上流側及び最下流側に位置するターゲット部Ｔｃ１及びＴｃ５は、支持板９１の支持領域の外側に対向するように配置されている。すなわち、例えばターゲット部Ｔｃ１は、そのターゲット板８１をスパッタすることで生成されたスパッタ粒子Ｓｐ１が、基板１０の表面に対して斜め方向から入射する位置に配置されている。
【００５０】
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。
【００５１】
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）。
【００５２】
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６４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）。
【００５３】
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内を搬送され、第１のターゲット部Ｔｃ１が基板１０の周縁部外方に対向する位置で停止される。第１のスパッタ室６１には、所定流量のアルゴンガスと酸素ガスがそれぞれ導入される。そして、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、ターゲット部Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４及びＴｃ５の順にそれぞれプラズマが形成されることで、各ターゲットがスパッタされる。これにより、各ターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５から飛び出すスパッタ粒子の出射角範囲Ｓ１〜Ｓ５内に属する基板１０の成膜領域が順に成膜される。
【００５４】
この成膜初期の段階において、基板１０の表面に到達するスパッタ粒子のほとんどは、ターゲットから斜め方向に出射したスパッタ粒子である。通常、ターゲット表面から斜め方向に出射するスパッタ粒子の数は、ターゲット表面から垂直方向に出射するスパッタ粒子の数に比べて少ない。したがって、単位面積あたりに照射されるスパッタ粒子のエネルギー密度は、ターゲット表面から垂直に出射されるスパッタ粒子よりも斜め方向に出射されるスパッタ粒子の方が小さく、その分、基板表面に与えるダメージを低くすることができる。
【００５５】
よって、本実施の形態の薄膜形成方法によれば、基板１０の表面に対して斜め方向から入射したスパッタ粒子で薄膜の初期層が形成されるため、基板表面にダメージを与えることなくスパッタ薄膜を形成することが可能となる。特に本実施の形態によれば、基板１０上のゲート絶縁膜に対して低ダメージでＩＧＺＯ膜を形成することが可能となる。
【００５６】
ターゲットから斜め方向に出射するスパッタ粒子で基板１０の表面全域に薄膜初期層を形成するためには、互いに隣接する２つのターゲットが以下の条件を備えるように、各ターゲット部を配置することができる。すなわち、一方のターゲットから斜め方向に出射したスパッタ粒子が、他方のターゲットから垂直方向に出射したスパッタ粒子が到達する成膜領域をカバーできるように、ターゲット間距離およびターゲット−基板間距離を設定する。図４に示した例で説明すると、例えば、上流側に位置するターゲット部Ｔｃ１から斜め方向に出射されるスパッタ粒子による基板１０の成膜領域が、隣接する下流側のターゲット部Ｔｃ２から垂直方向に出射されるスパッタ粒子による基板１０の成膜領域をカバーする。これにより、基板１０の表面全域にわたって下地膜に対して低ダメージで薄膜を形成することが可能となる。
【００５７】
また、本実施の形態の薄膜形成方法においては、斜め蒸着膜で形成された薄膜初期層の上に、下流側のターゲット部から垂直方向に出射されたスパッタ粒子が堆積する。これにより、薄膜の成膜レートの低下は抑制されるため、生産性の低下を回避することが可能となる。
【００５８】
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）。
【００５９】
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の成膜室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の成膜室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。
【００６０】
スパッタリング処理後、基板１０はバッファ室６１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）。
【００６１】
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。
【００６２】
さらに、本実施の形態によれば、第１のスパッタ室６１におけるＩＧＺＯ膜の形成を直線的に配列された複数のターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５をその配列方向に沿って順にスパッタすることで成膜するようにしている。基板１０を横切るようにしてスパッタ粒子が基板１０の表面に堆積されるため、通過成膜方式と類似する成膜形態が得られる。これにより、スパッタ粒子が基板１０の表面に対して斜め方向から入射する割合が高められて、下地層のダメージの低減を図ることが可能となる。特に本実施の形態によれば、ＩＧＺＯ膜の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。
【００６３】
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つのターゲット部Ｔ１及びＴ２を備え、それぞれがターゲット板１１と、バッキングプレート１２と、マグネット１３とを有する。各ターゲット部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。ターゲット板１１には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ組成のターゲット材を用いた。
【００６４】
これらターゲット部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。ターゲット部と基板との間の距離（ＴＳ距離）は２６０ｍｍとした。基板の中心は、ターゲット部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板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、各ターゲット部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で各ターゲット板１１をスパッタした。
【００６５】
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、ターゲット部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。
【００６６】
図７に示すように、２つのターゲット部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、ターゲット部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、ターゲット部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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
例えば以上の実施の形態では、第１のスパッタ室６１を構成するスパッタリング装置において、各ターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５のマグネット８３をターゲット８１（バッキングプレート８２）に対して固定とした。これに代えて、各マグネット８３は、ターゲット部Ｔｃ１〜Ｔｃ５の配列方向に沿って移動自在に配置されてもよい。
【００７５】
この場合、図１２（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、基板１０から見て最上流側のターゲット部Ｔｃ１から最下流側のターゲット部Ｔｃ５に向かう各ターゲット部の配列方向に沿って、スパッタされているターゲット部のマグネット８３を上記配列方向に移動させる。これにより、基板１０に対して斜め方向から入射するスパッタ粒子の入射角及び成膜領域を容易に制御することが可能となる。マグネット８３の移動速度は、ターゲット板８１及びマグネット８３の大きさ、プラズマの形成範囲などに応じて任意に設定することが可能である。
【００７６】
また、以上の実施の形態では、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。
【符号の説明】
【００７７】
１０…基板
５０…クラスタ型処理ユニット
５２…ＣＶＤ室
５３…搬送室
６１…第１のスパッタ室
６２…第２のスパッタ室
６３…バッファ室
７０…姿勢変換室
８１…ターゲット板
８２…バッキングプレート
８３…マグネット
１００…真空処理装置
Ｔｃ、Ｔｓ…スパッタリングカソード
Ｔｃ１〜Ｔｃ５…ターゲット部
【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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【国際調査報告】
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