(57)【要約】【課題】酸素欠損の少ない膜を安価かつ容易に形成できる成膜方法を提供することを目的とする。【解決手段】混合ガスは、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含む。混合ガス中の希ガスの分圧の割合Ｐｒを８５％≦Ｐｒ＜１００％とする。混合ガスをプラズマ処理容器内に導入する。プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて有機金属ガス及び酸化性ガスをプラズマにて分解させ、被処理基板１に金属酸化物膜を形成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、被処理基板上に酸化シリコンからなる膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
シリコン原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、被処理基板上に酸化シリコンからなる膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
前記シリコン化合物ガスが、テトラエトキシシランガス、テトラメチルシクロテトラシロキサンガス、ジアセトキシジターシャリーブトキシシランガス、ヘキサメチルジシロキサンガスのいずれかであり、かつ、前記酸化性ガスが、酸素ガス、オゾンガス、一酸化炭素ガス、及び二酸化炭素ガスのうちの少なくとも１つを含むガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記シリコン化合物ガスがシランガスであり、かつ、前記酸化性ガスが酸素ガス及びオゾンガスのうちの少なくとも一方を含むガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
【請求項５】
有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、被処理基板上に金属酸化物からなる膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、被処理基板上に金属酸化物からなる膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項７】
前記有機金属化合物ガスが、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、トリプロポキシハフニウムのうちのいずれか１つの化合物のガスであることを特徴とする請求項５又は６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記プラズマ処理容器内で発生させるプラズマが表面波プラズマであることを特徴とする請求項１ないし７のうちのいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項９】
請求項１，２，５，６のいずれか１に記載の成膜方法により形成された酸化シリコン膜および金属酸化物のうち少なくとも一方の膜によりゲート絶縁膜を形成したトランジスタからなることを特徴とする半導体素子。
【請求項１０】
少なくとも一部に半導体層を形成した被処理基板上に、
有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、前記酸化シリコン層上に金属酸化物膜を積層させることを特徴とする半導体素子の形成方法。
【請求項１１】
少なくとも一部に形成された半導体層を形成した被処理基板が設けられたプラズマ処理容器内に、
有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスを供給し、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、前記酸化シリコン層上に金属酸化物膜を積層させことを特徴とする半導体素子の形成方法。
【請求項１２】
前記酸化シリコン層を２ｎｍ以上の層厚で形成することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１３】
請求項１，２，５，６のいずれか１に記載の成膜方法により形成された酸化シリコン膜および金属酸化物のうち少なくとも一方の膜によりゲート絶縁膜を形成したトランジスタを画素選択素子としてマトリックス状に設けてなることを特徴とする表示装置。
【請求項１４】
半導体層を有する被処理基板上にマトリックス状に設けられた複数の薄膜トランジスタを備える表示装置の形成方法であって、
前記半導体層上に前記複数の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成するに際し、
有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、金属酸化物膜を形成させることを特徴とする表示装置の形成方法。
【請求項１５】
被処理基板上にマトリックス状に設けられた複数の薄膜トランジスタを備える表示装置の形成方法であって、
前記半導体層上に前記複数の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成するに際し、
有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、金属酸化物膜を形成させることを特徴とする表示装置の形成方法。
【請求項１６】
前記酸化シリコン層を２ｎｍ以上の層厚で形成することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の表示装置の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体集積回路装置のような半導体装置や液晶表示装置のような表示装置を形成するため等に用いられる成膜方法、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や金属酸化物半導体素子（ＭＯＳ素子）等の半導体素子を形成する半導体素子の形成方法、半導体素子、例えば液晶表示装置や有機及び無機ＥＬ表示装置のような表示装置を形成する表示装置の形成方法、及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような半導体素子では、ゲート絶縁膜として酸化シリコン膜が用いられることが多い。酸化シリコン膜を６００℃以下の温度で形成する方法としては、従来、プラズマＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法が知られている。
【０００３】
従来知られているプラズマＣＶＤ法では、以下のようにして酸化シリコン膜を形成する。まず、モノシランガスと酸素ガスとを混合させる。基板が設けられたチャンバ内に混合ガスを供給する。チャンバ内にプラズマを発生させて、モノシランガス及び酸素ガスをプラズマ放電させる。これにより、基板上に酸化シリコンを堆積させる。
【０００４】
しかしながら、従来知られているプラズマＣＶＤ法では、酸素原子の供給が十分ではないという問題がある。したがって、酸素欠損の多い酸化シリコン膜が形成されるため、その改善が求められている。
【０００５】
また、酸化シリコン膜を形成する他の方法としては、気体分子とこの気体分子に対して適度な励起準位をもつ希ガスとの２種のガスを混合した混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
ところで、表示装置に用いられているトップゲート型のＴＦＴでは、従来、島状に加工された５０ｎｍ程度の半導体層上に、酸化シリコンをプラズマＣＶＤ法により堆積させて８０〜１００ｎｍのゲート絶縁膜を形成している。
【０００７】
これに対し、近年、表示装置の大型化、多機能化、或いは有機ＥＬ表示装置といった新しい表示装置への適用等により、ＴＦＴはデバイスの特性を向上させつつ小型化することが求められるようになってきている。そして、このようなＴＦＴの小型化に伴い、ゲート絶縁膜は薄膜化することが必要となってきている。具体的には、チャネル長が１ｎｍのＴＦＴでは、ゲート絶縁膜は３０ｎｍにまで薄くすることが求められている。
【０００８】
しかしながら、島状に形成された半導体層上にゲート絶縁膜が形成されるトップゲート型のＴＦＴの場合、ゲート絶縁膜は半導体層の全域及びこの半導体層により形成される段差を被覆するように設けなければならない。そのため、前記段差部分ではゲート絶縁膜のリーク電流が増大し易い。しかも、ゲート絶縁膜は３０ｎｍといった薄い酸化シリコン膜にするとリーク電流がさらに増大する。
【０００９】
このように、ゲート絶縁膜を３０ｎｍ程度にまで薄膜化すると十分なデバイス特性を得ることが困難となるので、酸化シリコン膜の薄膜化には限界がある。そのため、近年、酸化シリコンよりも誘電率の高い酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムといった金属酸化物がゲート絶縁膜の材料として注目されてきている。すなわち、このような誘電率の高い金属酸化物をゲート絶縁膜材料として用いることで、酸化シリコン膜と同じゲート絶縁膜容量を確保しながら、ゲート絶縁膜をさらに薄膜化することが可能であると期待される。
【００１０】
酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムといった金属酸化物からなる膜を形成する方法としては、従来、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、スパッタリング法、或いは極薄膜の堆積法としての原子層堆積法（ＡＬＤ法）等が知られている。
【００１１】
しかしながら、有機金属気相成長法では、原料となる有機金属化合物ガスを５００℃〜７００℃に加熱した基板で分解して膜を成長させるため、ガラス基板やプラスチック基板上に金属酸化物膜を形成するのは困難である。
【００１２】
スパッタリング法では、比較的低温での成膜が可能である反面、高速粒子が基板に衝突するため下地膜にダメージを与え易い。そのため、スパッタリング法により形成された金属酸化物膜は、界面準位密度が高く、しかも、酸素欠損が多い。なお、金属酸化物膜の酸素欠損を補うためには、成膜後にプラズマ処理や高温でのアニール処理等が必要であるので、工程数が多く面倒である。
【００１３】
原子層堆積法では、原子層を１層ずつ堆積させていくため、成膜速度が非常に遅い。したがって、この原子層堆積法は、ゲート絶縁膜の膜厚が数十ｎｍ程度必要とされるＴＦＴの形成には適さない。
【００１４】
金属酸化物膜の他の成膜方法としては、有機金属材料を前駆体としたプラズマＣＶＤ法による成膜方法が提案されている。
【００１５】
この成膜方法では、まず、テトラプロポキシジルコニウム（Ｚｒ（ＯＣ３Ｈ７）４）と酸素ガスとアルゴンガスとを混合させる。混合ガス中の酸素ガスとアルゴンガスとの比は１：５としている。つまり、混合ガスの全圧に対するアルゴンガスの分圧の割合は８０％以下である。基板が設けられたチャンバ内に混合ガスを導入する。チャンバ内にプラズマを発生させて、テトラプロポキシジルコニウム及び酸素ガスをプラズマ放電させる。これにより、基板上に酸化ジルコニウムを堆積させる。
【特許文献１】特開平１１−２７９７７３号公報（段落００１８〜段落００４７、図１及び図４）
【非特許文献１】森岡  怜司、他２名、“金属有機材料を前駆体としたプラズマＣＶＤによる高誘電率ジルコニウム酸化膜の形成”、平成１５年１月２９日、第２０回「プラズマプロセッシング研究会」（社団法人  応用物理学会  プラズマエレクトロニクス分科会  主催）予稿集、ｐ３１７〜ｐ３１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、気体分子とこの気体分子に対して適度な励起準位をもつ希ガスとの２種のガスを混合させ、希ガスにより気体分子を原子状化させている。つまり、酸化シリコン膜を形成する場合には、モノシランガスとアルゴンガスとを混合させて原子状のシリコンを発生させるとともに、酸素ガスとキセノンガスとを混合させて原子状の酸素を発生させることとなる。したがって、特許文献１に記載の技術では、酸化シリコン膜や金属酸化膜を形成するためにプラズマ発生装置が少なくとも２つ以上必要となってしまうので、製造装置が複雑であり、製造コストが嵩む。さらに、特許文献１に記載の技術では、シリコン原子を発生させる気体分子として、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）等の有機シリコン化合物からなるガスを用いることができないという問題がある。
【００１７】
また、非特許文献１の技術では、有機金属気相成長法よりも低温で、下地膜へのダメージが少なく、しかも、原子層堆積法よりも成膜速度を速くできる反面、非特許文献１の技術で形成される酸化ジルコニウム膜には酸素欠損が多いという問題がある。
【００１８】
この発明は、このような事情にもとづいてなされたものであり、酸素欠損の少ない膜を安価かつ容易に形成できる成膜方法、半導体素子の形成方法、及び表示装置の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第１の観点に基づく本発明の成膜方法は、シリコン原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、被処理基板上に酸化シリコンからなる膜を形成することを特徴とする。
【００２０】
第２の観点に基づく発明の成膜方法は、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、被処理基板上に金属酸化物からなる膜を形成することを特徴とする。
【００２１】
これらの発明及び以下の発明で「被処理基板」としては、例えば、シリコン、ガラス、又はプラスチック等からなる基体自体を用いることができる。また、シリコン、ガラス、又はプラスチック等からなる基体上に絶縁膜、金属膜、或いは半導体膜等を成膜したもの、或いは、前記基体上に絶縁膜、金属膜、或いは半導体膜を１層以上積層させてなるもの等として用いてもよい。
【００２２】
これらの発明によれば、プラズマ処理容器内の電子密度が従来と比べて急激に高くなるので、高密度なプラズマを生成することができる。これにより、第１の観点に基づく発明では、シリコン化合物ガス及び酸化性ガスの分解が促進される。また、第２の観点に基づく発明では、有機金属化合物ガス及び酸化性ガスの分解が促進される。
【００２３】
第３の観点に基づく発明の成膜方法は、シリコン原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、被処理基板上に酸化シリコンからなる膜を形成することを特徴とする。
【００２４】
第４の観点に基づく発明の成膜方法は、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、被処理基板上に金属酸化物からなる膜を形成することを特徴とする。
【００２５】
これらの発明によれば、水素ガスと酸化性ガスとが反応するので、効率良く酸素原子が生成される。
【００２６】
第５の観点に基づく発明の半導体素子は、前記したいずれか一つの成膜方法により形成された酸化シリコン膜および金属酸化物のうち少なくとも一方の膜によりゲート絶縁膜を形成したトランジスタからなることを特徴とする。
【００２７】
第６の観点に基づく発明の半導体素子の形成方法は、少なくとも一部に半導体層を形成した被処理基板上に、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、前記酸化シリコン層上に金属酸化物膜を積層させることを特徴とする。
【００２８】
第７の観点に基づく発明の半導体素子の形成方法は、少なくとも一部に形成された半導体層を形成した被処理基板が設けられたプラズマ処理容器内に、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスを供給し、前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、前記酸化シリコン層上に金属酸化物膜を積層させることを特徴とする。
【００２９】
第６及び第７の観点に基づく発明は、例えば、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や金属酸化物半導体素子（ＭＯＳ素子）等の半導体素子の形成方法として適用することができる。
【００３０】
第６の観点に基づく発明によれば、プラズマ処理容器内の電子密度を従来と比べて急激に高くすることができるため、有機金属化合物ガス及び酸化性ガスの分解が促進される。
【００３１】
第７の観点に基づく発明によれば、水素ガスと酸化性ガスとが反応するので、効率良く酸素原子が生成される。
【００３２】
第８の観点に基づく発明の表示装置は、前記したいずれか一つの成膜方法により形成された酸化シリコン膜および金属酸化物のうち少なくとも一方の膜によりゲート絶縁膜を形成したトランジスタを画素選択素子としてマトリックス状に設けてなることを特徴とする。
【００３３】
第９の観点に基づく発明の表示装置の形成方法は、半導体層を有する被処理基板上にマトリックス状に設けられた複数の薄膜トランジスタを備える表示装置の形成方法であって、前記半導体層上に前記複数の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成するに際し、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、金属酸化物膜を形成させることを特徴とする。
【００３４】
第１０の観点に基づく発明の表示装置の形成方法は、被処理基板上にマトリックス状に設けられた複数の薄膜トランジスタを備える表示装置の形成方法であって、前記半導体層上に前記複数の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成するに際し、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器内に供給し、前記プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて、金属酸化物膜を形成させることを特徴とする。
【００３５】
第９及び第１０の観点に基づく発明は、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、或いは無機ＥＬ表示装置のような表示装置の形成方法として適用することができる。
【００３６】
第９の観点に基づく発明によれば、プラズマ処理容器内の電子密度を従来と比べて急激に高くすることができるため、有機金属化合物ガス及び酸化性ガスの分解が促進される。
【００３７】
第１０の観点に基づく発明によれば、水素ガスと酸化性ガスとが反応するので、効率良く酸素原子が生成される。
【発明の効果】
【００３８】
この発明によれば、酸素欠損の少ない膜を安価かつ容易に形成できる成膜方法、半導体素子の形成方法、半導体素子、表示装置の形成方法及び表示装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の第１の実施形態を説明する。  
始めに、成膜工程を実施するための化学気相成膜装置のひとつであるプラズマＣＶＤ装置（plasma enhanced chemical vapor deposition system）１０について説明する。図１に示すプラズマＣＶＤ装置１０は、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置１０である。このプラズマＣＶＤ装置１０は、プラズマ処理容器としてのチャンバ１１、対向する一対の平行平板電極１２，１３、例えば５００Ｗ，４０ＭＨｚを前記電極１２，１３間に供給するための高周波電源装置１４、整合器１５等を備えている。
【００４０】
被処理基板１が収容されるチャンバ１１は、真空容器であって、内部が気密となるように例えば金属容器により形成されている。また、チャンバ１１には、ガス導入部１１ａとガス排出部１１ｂとが設けられている。ガス導入部１１ａからは、後述する成膜用処理ガスとして混合ガスが図１に矢印Ａで示すようにシャワー電極構造の電極１２を介してチャンバ１１内に供給される。ガス排出部１１ｂには、ターボ分子ポンプ等を用いた真空排気システム（図示省略）が設けられている。この真空排気システムを稼動させることにより、チャンバ１１内は所定の真空度に達するまで排気される。
【００４１】
プラズマが発生されるための高周波電力を出力する高周波電源装置１４の出力端は、負荷を調整する整合器１５を介して、互いに対向する一対の電極１２，１３間に接続される。この実施例では、電極１２，１３のうちの一方の電極例えば上電極１２と電気的に接続されている。また、他方の下電極１３はアースされている。
【００４２】
チャンバ１１内には、被処理基板１を支持するためのステージが設けられている。この実施形態では、他方の下電極１３がステージを兼ねている。このステージ（電極１３）には、図示しないが、被処理基板１を加熱するための加熱手段、例えばヒータやランプアニール等が設けられている。
【００４３】
このプラズマＣＶＤ装置１０は、チャンバ１１内を排気後高周波電源装置１４を稼動させ、整合器１５を介して電極１２，１３間に高周波電力を印加し、処理ガスを供給することにより、チャンバ１１内にプラズマを発生させるように構成されている。
【００４４】
以下、上記プラズマＣＶＤ装置１０による本実施形態の成膜方法について説明する。図１と同一部分には、同一符号を用いて説明し、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
まず、被処理基板１を用意する。被処理基板１としては、例えば、半導体素子を形成するためのシリコン、液晶表示装置の表示回路を形成するためのガラス、及びプラスチックからなる基板等を用いることができる。本実施形態では、例えば、シリコン基板を用いている。
【００４６】
次に、シリコン（Ｓｉ）原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含むように３種以上のガスを混合した混合ガスを用意する。なお、チャンバ１１内に導入する過程でシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを混合させて混合ガスを形成するようにしてもよい。
【００４７】
本実施形態では、シリコン化合物ガスであって有機金属化合物ガスでもあるテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）４：tetra ethyl ortho silicate）ガス（以下、ＴＥＯＳガスという）、酸化性ガスとしての酸素（Ｏ２）ガス、及び希ガスとしてのキセノン（Ｘｅ）ガスとを混合させて混合ガスとしている。混合ガス中のＴＥＯＳガスとＯ２ガスとの混合比率は１：５であり、混合ガスの全圧を１００％とした場合のＸｅガスの分圧の割合Ｐｒ（希釈率）は８５％≦Ｐｒ＜１００％、例えば、９０％である。
【００４８】
被処理基板１を図１に示すプラズマＣＶＤ装置１０のチャンバ１１内に収容する。真空排気システムを稼動させ、チャンバ１１内を所定の真空度に達するまで実質的に真空状態とする。チャンバ１１内を真空排気処理した後、チャンバ１１内の気体圧力が６０Ｐａとなるまで、このチャンバ１１内に前記混合ガスをガス供給部１１ａから供給する。例えば下電極１３に設けられている加熱手段により、チャンバ１１内の被処理基板１を３００℃で加熱する。高周波電源装置１４を稼動させ、整合器１５を介して電極１２，１３間に、５００Ｗ、４０ＭＨｚの高周波電力を供給する。これにより、チャンバ１１内にプラズマが発生される。チャンバ１１内は、Ｘｅガスが豊富であるため、電子密度が高い状態となっている。したがって、高密度なプラズマが生成されるので、酸化性ガスのＯ２ガス及びシリコン化合物のＴＥＯＳガスは効率良くプラズマにて分解する。これにより、被処理基板１の一方の面上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）分子が堆積し、酸化シリコン膜（以下、ＳｉＯ２膜という）が形成される。
【００４９】
本実施形態の成膜方法により形成したＳｉＯ２膜の特性を以下のようにして評価した。
【００５０】
混合ガスの全圧に対するＸｅガスの分圧の割合が異なる混合ガスを複数種類用意し、夫々について、上述のようにしてＳｉＯ２膜を形成した。形成されたＳｉＯ２膜上にアルミニウム電極を蒸着させて金属酸化物半導体素子（metal-oxide semiconductor、以下、ＭＯＳ素子という）を形成した。各ＭＯＳ素子のＳｉＯ２膜の容量−電圧特性を測定することにより、各ＭＯＳ素子のフラットバンド電圧を求めた。
【００５１】
図２は、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合（Ｐｒ）とＭＯＳ素子のフラットバンド電圧との関係を示す図である。なお、一般的に、ＳｉＯ２膜は、膜中の固定電荷が多いので、フラットバンド電圧が負方向にシフトする。
【００５２】
図２に示すように、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合Ｐｒを０％≦Ｐｒ＜８５％としてＳｉＯ２膜を形成した従来のＭＯＳ素子では、フラットバンド電圧は約−２．３Ｖとほぼ横ばいであった。これに対し、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合Ｐｒを８５％≦Ｐｒ＜１００％としてＳｉＯ２膜を形成した本実施形態のＭＯＳ素子では、フラットバンド電圧が約−２．０Ｖ〜約−１．０Ｖと、従来のＭＯＳ素子と比べて絶対値が小さくなった。
【００５３】
ところで、ＳｉＯ２膜は、従来より、膜中の固定電荷密度を低くすることが求められている。そして、フラットバンド電圧の絶対値が小さくなるということは、膜中の固定電荷密度が低くなっていることを意味している。つまり、本実施形態のように、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合Ｐｒを８５％≦Ｐｒ＜１００％としてＳｉＯ２膜を形成することで、固定電荷密度の低いＳｉＯ２膜が得られることがわかった。
【００５４】
図３は、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合（Ｐｒ）と混合気体の電子密度との関係を示す図である。
【００５５】
図３に示すように、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合Ｐｒが０％≦Ｐｒ＜８５％では、混合ガス中の電子密度が１０９程度であるが、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合Ｐｒを８５％≦Ｐｒ＜１００％とすると、混合ガス中の電子密度が１０１０〜１０１２程度と数十倍から数百倍多くなる。
【００５６】
この測定結果より、本実施形態の成膜方法では、プラズマ中で電子密度を急激に上昇させることができることがわかった。これは、Ｘｅガスが単原子分子であり、多原子分子のように解離反応によるプラズマ中の電子のエネルギー損失がないためであると考えられる。つまり、解離反応による電子のエネルギー損失がないと、供給する高周波電力が一定である場合には、プラズマ中の電子密度が高くなると考えられる。
【００５７】
したがって、本実施形態によれば、プラズマ中の電子密度を高くすることができるので、ＴＥＯＳガス及びＯ２ガスのプラズマにて分解を促進させることができる。よって、Ｓｉ原子及びＯ原子を効率よく生成させることができる。また、Ｏ原子が効率よく生成されると、ＳｉＯ２膜中の酸素欠損が抑制されるので、形成されたＳｉＯ２膜のリーク電流を小さくすることができる。
【００５８】
本発明の第２の実施形態を説明する。  
第１の実施形態では、チャンバ１１内の気体圧力を６０Ｐａとしているため、混合ガスの全圧に対する希ガス（Ｘｅガス）の分圧の割合が大きくなるほど（希ガスで希釈するほど）、混合ガスの全圧に対するＴＥＯＳガスの分圧の割合は小さくなる。そのため、混合ガスの全圧に対する希ガスの分圧の割合Ｐｒによっては成膜速度が遅くなることがある。製造時間は製品の製造コストを左右する要因のひとつであるため、成膜時間は短い方が好ましい。そこで、本実施形態では、成膜速度の向上を実現できる成膜方法について説明する。
【００５９】
Ｓｉ原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含むように３種以上のガスを混合した混合ガスを形成する。本実施形態では、シリコン化合物ガスとして有機金属化合物ガスでもあるＴＥＯＳガス、酸化性ガスとしてＯ２ガス、希ガスとしてＸｅガスを用意する。
【００６０】
チャンバ１１内に、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとを、混合比率が１：５、かつ、合計の分圧が１０Ｐａとなるように供給する。その後、チャンバ１１内に全圧に対するＸｅガスの分圧の割合Ｐｒ（希釈率）が８５％≦Ｐｒ＜１００％となるようにＸｅガスを供給する。これにより、チャンバ１１内で混合ガスとする。他の工程は、上述した第１の実施形態と同じであるから重複する説明は省略する。
【００６１】
図４は、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合（Ｐｒ）とＳｉＯ２膜の成膜速度との関係を示す図である。
【００６２】
図４に示すように、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合Ｐｒを０％≦Ｐｒ＜９０％としてＳｉＯ２膜を形成すると、成膜速度が約２０ｎｍ／分とほぼ横ばいであった。これに対し、混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合Ｐｒを９０％≦Ｐｒ≦９８％としてＳｉＯ２膜を形成すると、成膜速度が約２０ｎｍ／分から約５５ｎｍ／分に上昇した。
【００６３】
また、混合ガス中のＸｅの分圧の割合Ｐｒを９５％とするとともに混合ガスの全圧を２００ＰａとしてＳｉＯ２膜を形成し、このＳｉＯ２膜上にアルミニウム電極を蒸着させてＭＯＳ素子を形成した。このＭＯＳ素子についてフラットバンド電圧を評価したところ、従来のＭＯＳ素子と比べてその絶対値が低下することがわかった。したがって、混合ガスの全圧に対するＸｅの分圧の割合が９５％、混合ガスの全圧が２００Ｐａの条件下でＳｉＯ２膜を形成すると、成膜速度が速く、しかも、膜質改善効果も得られる。
【００６４】
ＴＥＯＳガス及びＯ２ガスが微量であっても混合ガス中にこれらのガスの双方が存在している間は、固定電荷密度が低く、しかも、リーク電流が小さいＳｉＯ２膜を形成することができる。しかしながら、Ｘｅガスの分圧の割合Ｐｒが混合ガスの全圧に対して９８％を越える程度にまで混合ガスがＸｅガスのより希釈されると成膜速度は遅くなる。したがって、成膜速度が速く、しかも、良好な膜質改善効果が得られるようにするためには、混合ガスの全圧に対するＸｅガスの分圧の割合Ｐｒは９０％≦Ｐｒ≦９８％とするのが好ましい。
【００６５】
以上のように、第１及び第２の本実施形態の成膜方法によれば、Ｓｉ原子を有する化合物であるシリコン化合物ガス（第１及び第２の実施形態では、ＴＥＯＳガスであるため有機金属化合物ガスでもある）、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるようにとなるように３種以上のガスをプラズマ処理容器（チャンバ１１）内に供給する工程と、プラズマ処理容器にプラズマを発生させてシリコン化合物ガス及び酸化性ガスをプラズマにて分解させ、被処理基板１上にＳｉＯ２膜を形成する工程とを具備しているので、酸素欠損の少ないＳｉＯ２膜を安価かつ容易に形成できる。
【００６６】
また、第１及び第２の本実施形態の成膜方法によれば、固定電荷密度を低く、しかも、リーク電流の小さいＳｉＯ２膜が得られる。すなわち、ＳｉＯ２膜の特性を改善することができる。しかも、有機金属気相成長法よりも低温（３００℃程度）でＳｉＯ２膜を形成することができる。
【００６７】
さらに、全圧に対する希ガスの分圧の割合Ｐｒを９０％≦Ｐｒ≦９８％とすることにより、成膜速度を従来よりも速くすることができる。
【００６８】
なお、第１及び第２の実施形態では、希ガスとしてＸｅガスを用いたが、希ガスとしては、クリプトン（Ｋｒ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、或いは、ヘリウム（Ｈｅ）を用いてもよい。ただし、電子密度が高い方がシリコン化合物ガス（有機金属化合物ガス）及び酸化性ガスを効率良くプラズマにて分解させることができるので、希ガスとしては電子密度が高い方が好ましい。したがって、プラズマ処理容器（チャンバ１１）内の電子密度をより高めるためには、希ガスは、Ｘｅガス＞Ｋｒガス＞Ａｒガス＞Ｎｅガス＞Ｈｅガスの順で好ましい。
【００６９】
本発明の第３の実施形態を説明する。  
まず、被処理基板１を用意する。被処理基板１としては、第１の実施形態と同様に、例えば、半導体素子を形成するためのシリコン、液晶表示装置の表示回路を形成するためのガラス、及びプラスチックからなる基板等を用いることができる。本実施形態では、例えば、シリコン基板を用いている。
【００７０】
次に、Ｓｉ原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガス（以下、Ｈ２ガスという）を有するように３種以上のガスを混合した混合ガスを用意する。なお、チャンバ１１内に導入する過程でシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを混合させて混合ガスを形成するようにしてもよい。
【００７１】
本実施形態では、シリコン化合物ガスであって有機金属化合物ガスでもあるＴＥＯＳガス、酸化性ガスとしてのＯ２ガス、及びＨ２とを混合させて混合ガスとしている。混合ガス中のＴＥＯＳガスとＯ２ガスとの混合比率は１：１５であり、混合ガスの全圧を１００％とした場合のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈ（希釈率）は０％＜Ｐｈ≦３％としている。
【００７２】
本実施形態では、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとの混合比率が１：１５で混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈが０．５％の混合ガスと、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとの混合比率が１：１５で混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈが３％の混合ガスとの２種類の混合ガスを用意した。
【００７３】
被処理基板１を図１に示すプラズマＣＶＤ装置１０のチャンバ１１内に収容する。プラズマＣＶＤ装置１０については、第１の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略する。
【００７４】
真空排気システムを稼動させ、チャンバ１１内を実質的に所定の真空度に真空状態とする。チャンバ１１内を真空排気処理した後、チャンバ１１内の気体圧力が８０Ｐａとなるまで、このチャンバ１１内に混合ガスを供給する。下電極１３内に設けられている加熱手段により、チャンバ１１内の被処理基板１を加熱例えば３００℃に加熱する。高周波電源装置１４を稼動させ、整合器１５を介して電極１２,１３間に高周波電力を供給する。これにより、チャンバ１１内にプラズマが発生される。プラズマ中では、ＴＥＯＳガスが分解されてＳｉ原子が生成される。また、プラズマ中では、Ｈ２ガスとＯ２ガスとが反応するので、効率良くＯ原子が生成される。これにより、被処理基板１上にＳｉＯ２分子が堆積し、ＳｉＯ２膜が形成される。
【００７５】
本実施形態の成膜方法により形成したＳｉＯ２膜の特性を以下のようにして評価した。
【００７６】
従来のように、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとを１：１５の混合比率で混合した混合ガス条件、本実施形態のように、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとの混合比率が１：１５かつ混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈが０．５％の混合ガス条件、及び、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとの混合比率が１：１５かつ混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈが３％の混合ガス条件、夫々について、上述のようにしてＳｉＯ２膜を形成した。形成されたＳｉＯ２膜上にアルミニウム電極を蒸着させてＭＯＳ素子を形成した。各ＭＯＳ素子のＳｉＯ２膜の容量−電圧特性を測定することにより、各ＭＯＳ素子のフラットバンド電圧を求めた。
【００７７】
図５は、混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合（Ｐｈ）とＭＯＳ素子のフラットバンド電圧との関係を示す図である。
【００７８】
図５に示すように、Ｈ２ガスを含まない混合ガスでＳｉＯ２膜を形成した従来のＭＯＳ素子では、フラットバンド電圧が約−２．０Ｖであった。これに対し、混合ガスの全圧に対する分圧の割合Ｐｈが０．５％となるようにＨ２ガスを混在させた混合ガスでＳｉＯ２膜を形成したＭＯＳ素子では、フラットバンド電圧が約−１．８Ｖ、混合ガスの全圧に対する分圧の割合Ｐｈが３％となるようにＨ２ガスを混在させた混合ガスでＳｉＯ２膜を形成したＭＯＳ素子では、フラットバンド電圧が約−１．４Ｖと、夫々従来のＭＯＳ素子と比べて絶対値が小さくなった。したがって、混合ガス中にＨ２ガスを混在させることにより、固定電荷密度の低いＳｉＯ２膜を形成することができることがわかった。
【００７９】
これは、プラズマ中では、Ｈ２ガスとＯ２ガスとが反応するので、効率良くＯ原子が生成されるためであると考えられる。このように、本実施形態の成膜方法では、Ｏ原子が効率的に生成されるので、ＳｉＯ２膜中の酸素欠損が抑制されて、ＳｉＯ２膜のリーク電流を小さくすることができる。
【００８０】
なお、混合ガス中にはＯ２ガスとＨ２ガスとが混在している。そのため、混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈが４％以上となるとＯ２ガスと爆発的に反応してしまうおそれがある。したがって、Ｈ２ガスの分圧の割合Ｐｈを４％以上とすることは、成膜工程及び成膜装置において多くの注意が必要であり、あまり好ましくない。混合ガス中には、Ｈ２ガスが存在していれば、上述のような効果が得られるので、安全性及び製造コストを考慮すると、混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈ（希釈率）は０％＜Ｐｈ≦３％とするのが好ましい。
【００８１】
以上のように、第３の本実施形態の成膜方法によれば、Ｓｉ原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガス（第３の実施形態では、ＴＥＯＳガスであるため有機金属化合物ガスでもある）、酸化性ガス、及びＨ２ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器（チャンバ１１）内に供給し、プラズマ処理容器内にプラズマを発生させてシリコン化合物ガス、酸化性ガス、及びＨ２ガスをプラズマにて分解させ、被処理基板１上にＳｉＯ２膜を形成しているので、酸素欠損の少ないＳｉＯ２膜を安価かつ容易に形成できる。
【００８２】
また、第１及び第２の本実施形態の成膜方法によれば、固定電荷密度を低く、しかも、リーク電流の小さいＳｉＯ２膜が得られる。すなわち、ＳｉＯ２膜の特性を改善することができる。しかも、有機金属気相成長法よりも低温（３００℃程度）でＳｉＯ２膜を形成することができる。
【００８３】
なお、第１〜第３の実施形態では、Ｓｉ原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガスとして有機金属化合物でもあるＴＥＯＳガスを用いたが、Ｓｉ原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガスとしては、この他にも、例えば、テトラメチルシクロテトラシロキサンガス、ジアセトキシジターシャリーブトキシシランガス、ヘキサメチルジシロキサンガスを用いてもよい。また、ＳｉＨ４ガス、Ｓｉ２Ｈ６ガス、ＳｉＦ４ガス、ＳｉＣｌ４ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、或いはこれらのうちの少なくとも２種を含むガス等を用いてもよい。
【００８４】
また、第１〜第３の実施形態では、酸化性ガスとしてＯ２ガスを用いたが、酸化性ガスとしては、この他にも、例えば、Ｏ３（オゾン）ガス、Ｎ２Ｏ（酸化二窒素）ガス、ＮＯ（一酸化窒素）ガス、ＣＯ（一酸化炭素）ガス、ＣＯ２（二酸化炭素）ガス等を用いてもよい。このうち、Ｏ３ガスは、他の酸化性ガスと比べて分解し易く、反応性が高いため、好ましい。
【００８５】
ただし、酸化性ガスとして窒素（Ｎ）原子を有する化合物からなるガス（Ｎ２ＯガスやＮＯガス）を用いると、界面にＮ原子が局在する。そのため、シリコン基板上にＳｉＯ２分子を堆積させた場合には、界面準位密度が高くなるので、半導体素子としてはあまり好ましくない。そして、この傾向は、プラズマ中の電子密度が高くなるほど顕著になる。つまり、第１〜第３の実施形態で説明した成膜方法では、この傾向が顕著になる。
【００８６】
これに対し、酸化性ガスとして炭素（Ｃ）原子を有する化合物からなるガスＣＯガスやＣＯ２ガスを用いるのは好ましい。これは、ＴＥＯＳガス自体がＣ原子を有しているので、酸化性ガスとしてＣを含むガスＣＯガスやＣＯ２ガスを用いても、形成されるＳｉＯ２膜の純度には影響がないと考えられるためである。
【００８７】
また、Ｓｉを含むシリコン化合物ガスとしてＴＥＯＳガスを用いると、カバー性の良いＳｉＯ２膜を形成することができる。そのため、液晶表示装置２０が備える薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴという）のように、表面に段差（凹凸）がある選択領域にＳｉＯ２膜を形成することが必要な場合に好適である。つまり、Ｓｉ原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガスとしてＴＥＯＳガスを用いてＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜を形成することで、絶縁性の良好なゲート絶縁膜を備えたＴＦＴが得られることとなる。
【００８８】
したがって、カバー性の良いＳｉＯ２膜を形成するためには、Ｓｉ原子を有する化合物からなるシリコン化合物ガスとしてＴＥＯＳガスを用いるのが好ましい。また、Ｓｉ有する化合物からなるシリコン化合物ガスとしてＴＥＯＳガスを用いる場合には、酸化性ガスとして、Ｏ２ガス、Ｏ３ガス、ＣＯガス、及びＣＯ２ガスのうちの少なくとも１つを含むガスを用いるのが好ましい。
【００８９】
一方、Ｓｉ原子を有するシリコン化合物ガスとして、ＳｉＨ４ガスやＳｉ２Ｈ６ガス等のシランガスのような無機化合物からなるガスを用いる場合には、酸化性ガスとして用いられるＣＯガスやＣＯ２ガス中のＣ原子はＳｉＯ２の成膜工程においては不純物となりうる。そのため、シリコン化合物ガスとしてシランガスを用いる場合には、酸化性ガスとしてＯ２ガス及びＯ３ガスのうちの少なくとも一方を含むガスを用いるのが好ましい。このようにすることにより、純度の高いＳｉＯ２膜を形成することができる。
【００９０】
また、第１〜第３の実施形態の効果は、プラズマの励起周波数やプラズマ源によっては影響されない。
【００９１】
より高密度なプラズマを得るためには、高い励起周波数、例えは、２．４５ＧＨｚやそれ以上の周波数のマイクロ波を用いるのが好ましい。マイクロ波を用いたプラズマ源としては、例えば、無磁場マイクロ波プラズマ源の１つである表面波プラズマとするとよい。
【００９２】
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。無磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ装置５０による成膜方法の実施形態を、図６を参照して説明する。無磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ装置５０は、プラズマ処理容器としての真空容器５１と、マイクロ波源５２と、導波管５３と、複数のスロット５４と、誘電体部材５５と、ガス導入口５６と、ガス排気口５７と、基板支持台５８と、を備えている。
【００９３】
基板支持台５８は、真空容器５１内に設けられており、真空容器５１には、成膜処理される被処理基板１、例えば液晶表示装置の表示回路が形成されるガラス基板が搬入・搬出される図示しないゲートが設けられている。真空容器５１の有効処理面積は、例えば７０ｃｍ×６０ｃｍである。マイクロ波源５２は、周波数例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力する。導波管５３は、例えば矩形導波管からなり幅が例えば９ｃｍ、高さが例えば３ｃｍである。
【００９４】
複数のスロット５４は、真空容器５１の上面と対向する導波管５３の側壁面５３ａに設けられている。誘電体部材５５は、真空耐圧を保持できる厚さと、マイクロ波を透過させる材料例えば石英、ガラス、セラミック等の材料からなる窓である。ガス導入口５６は、図示しない原料ガス収納容器に配管により接続され、予め定められた流量、流速で供給されるように構成されている。ガス排気口５７は、処理済みのガスを排気するための配管である。
【００９５】
真空容器５１内は、予め定められた真空度に排気されたのち、ガス導入口５６から予め定められた流量、流速で原料となるガスを含む混合ガスが真空容器５１内に供給される。真空容器５１内に、マイクロ波源５２の発振器にて発振されたマイクロ波は、導波管５３を伝播し、導波管アンテナを構成するスロット５４、誘電体部材５５を介して真空容器５１内に放射される。スロット５４から真空容器５１内に放射されたマイクロ波によってプラズマを生成し、成膜処理を行う。
【００９６】
まず、被処理基板１を用意する。被処理基板１としては、例えば、トランジスタなど半導体素子を形成するためのシリコン、液晶表示装置の表示回路を形成するためのガラス、及びプラスチックからなる基板等を用いることができる。本実施形態では、例えば、シリコン基板を用いている。
【００９７】
次に、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含むように３種以上のガスを混合した混合ガスを用意する。なお、チャンバ１１内に導入する過程で有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを混合させて混合ガスを形成するようにしてもよい。
【００９８】
本実施形態では、有機金属化合物ガスとしてのテトラプロポキシハフニウム（Ｈｆ（ＯＣ３Ｈ７）４）ガス、酸化性ガスとしてのＯ２ガス、及び希ガスとしてのＡｒガスとを混合させて混合ガスとしている。混合ガス中のＡｒガスの分圧の割合Ｐｒ（希釈率）は８５％≦Ｐｒ＜１００％、例えば、９０％である。具体的には、本実施形態では、テトラプロポキシハフニウムガスとＯ２ガスとＡｒガスとの混合比率は２％：８％：９０％である。
【００９９】
被処理基板１をプラズマＣＶＤ装置５０の真空容器５１内に収容する。真空排気システムを稼動させ、真空容器５１内を実質的に真空状態とする。真空容器５１内を真空排気処理した後、真空容器５１内の気体圧力が８０Ｐａとなるまで真空容器５１内に混合ガスを供給する。高周波電源装置（図示せず）を稼動させ、１０００Ｗ、２．４５Ｇのマイクロ波を用いて、真空容器５１内に無磁場マイクロ波プラズマ源の１つである表面波プラズマが発生される。真空容器５１内は、Ａｒガスが豊富であるため、電子密度が高い状態となっている。したがって、高密度な表面波プラズマが生成されるので、Ｏ２ガス及びテトラプロポキシハフニウムガスは効率良くプラズマにて分解する。これにより、被処理基板１の一方の面上に酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）分子が堆積し、誘電率の高い酸化ハフニウム膜（以下、ＨｆＯ２膜という）が形成される。
【０１００】
図７は、混合ガス中のＡｒガスの分圧の割合（Ｐｒ）と混合気体の電子密度との関係を示す図である。
【０１０１】
図７に示すように、混合ガス中のＡｒガスの分圧の割合Ｐｒが０％≦Ｐｒ＜８５％では、混合ガス中の電子密度が１０９程度であるが、混合ガス中のＡｒガスの分圧の割合Ｐｒを８５％≦Ｐｒ＜１００％とすると、混合ガス中の電子密度が１０１０〜１０１２程度と数十倍から数百倍多くなることがわかった。
【０１０２】
この測定結果より、本実施形態の成膜方法では、プラズマ中で電子密度を急激に上昇させることができることがわかった。これは、Ｘｅガスと同様に、Ａｒガスが単原子分子であり、多原子分子のように解離反応によるプラズマ中の電子のエネルギー損失がないためであると考えられる。つまり、解離反応による電子のエネルギー損失がないと、供給する高周波電力が一定である場合には、プラズマ中の電子密度が高くなると考えられる。
【０１０３】
本発明の第５の実施形態を説明する。  
まず、被処理基板１を用意する。被処理基板１としては、例えば、シリコン、ガラス、又はプラスチック等からなる基板を用いることができる。本実施形態では、例えば、シリコン基板を用いている。
【０１０４】
次に、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及びＨ２ガスを含むように３種以上のガスを混合した混合ガスを用意する。本実施形態では、有機金属化合物ガスとしてのテトラプロポキシハフニウムガス、酸化性ガスとしてのＯ２ガス、及びＨ２ガスとを混合させて混合ガスとしている。混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈ（希釈率）を０％＜Ｐｈ≦３％とするのがこのましい。これは第３の実施形態で記載したように、混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合Ｐｈが４％以上となるとＯ２ガスと爆発的に反応してしまうおそれがあるためである。具体的には、本実施形態では、テトラプロポキシハフニウムガスとＯ２ガスとＨ２ガスとの混合比率は２０％：７８％：２％である。
【０１０５】
被処理基板１をプラズマＣＶＤ装置１０のチャンバ１１内に収容する。真空排気システムを稼動させ、チャンバ１１内を実質的に真空状態とする。チャンバ１１内を真空排気処理した後、チャンバ１１内の気体圧力が８０Ｐａとなるまでチャンバ１１内に混合ガスを供給する。高周波電源装置１４を稼動させ、１０００Ｗ、２．４５Ｇのマイクロ波を用いて、チャンバ１１内に無磁場マイクロ波プラズマ源の１つである表面波プラズマが発生される。表面波プラズマ中では、テトラプロポキシハフニウムガスが分解されてＨｆ原子が生成される。また、表面波プラズマ中では、Ｈ２ガスとＯ２ガスとが反応するので、効率良くＯ原子が生成される。これにより、被処理基板１上にＨｆＯ２分子が堆積し、誘電率の高いＨｆＯ２膜が形成される。
【０１０６】
第４及び第５の実施形態の成膜方法で形成したＨｆＯ２膜の特性を以下のようにして評価した。
【０１０７】
シリコン基板上に、従来の成膜方法（テトラプロポキシハフニウムガスとＯ２ガスとを２０％：８０％の割合で混合させた混合ガスを用いた成膜方法）、第４の実施形態の成膜方法、及び第５の実施形態の成膜方法で夫々ＨｆＯ２膜を形成した。夫々のＨｆＯ２膜について、電流−電圧特性を測定した。
【０１０８】
図８は、従来の成膜方法により形成したＨｆＯ２膜、第４の実施形態の成膜方法で形成したＨｆＯ２膜、及び第５の実施形態の成膜方法で形成したＨｆＯ２膜に、２ＭＶ／ｃｍの電界を印加した時のリーク電流を示す図である。
【０１０９】
図８に示すように、従来の成膜方法により形成したＨｆＯ２膜では、リーク電流が１０−１１（Ａ）程度である。これに対し、第４の実施形態や第５の実施形態のようにして形成したＨｆＯ２膜では、リーク電流は夫々１０−１２（Ａ）程度となった。したがって、第４の実施形態や第５の実施形態の成膜方法では、従来の成膜方法と比べて金属酸化膜のリーク電流を低下させることができる。
【０１１０】
これは、第４の実施形態の成膜方法では、プラズマが高密度化し、テトラプロポキシハフニウムガス及びＯ２ガスが効率良くプラズマにて分解されることで、形成されるＨｆＯ２膜が緻密化するととともに、酸素欠損量が減少したためであると考えられる。
【０１１１】
また、第５の実施形態の成膜方法では、プラズマ中でＯ２ガスとＨ２ガスとが反応し、Ｏ原子及びＨ原子が発生する。そのため、形成されるＨｆＯ２膜の酸素欠損量が減少するとともに、酸素欠陥が水素終端されるためであると考えられる。
【０１１２】
また、第４の実施形態の成膜方法では、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種のガスを混合してなる混合ガスを用いて成膜しているため、後述する第６の実施形態と同様に、膜中のＣ原子濃度を抑制することができる。
【０１１３】
さらに、第５の実施形態の成膜方法では、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種のガスを混合してなる混合ガスを用いて成膜しているため、後述する第７の実施形態と同様に、膜中のＣ原子濃度を抑制することができる。
【０１１４】
第４及び第５の実施形態によれば、酸素欠損の少ない金属酸化膜を安価かつ容易に形成できる。また、金属酸化膜のリーク電流を小さくするとともに膜中のＣ原子濃度を抑制して、膜の特性を改善することができる。
【０１１５】
本発明の第６の実施形態を説明する。
【０１１６】
本実施形態では、有機金属化合物ガスとしてのトリメチルアルミニウムガス（以下、ＴＭＡガスという）、酸化性ガスとしてのＯ２ガス、及び希ガスとしてのＫｒガスとを混合させて混合ガスとしている。また、混合ガス中のＫｒガスの分圧Ｐｒ（希釈率）は８５％≦Ｐｒ＜１００％、例えば、９８％としている。具体的には、本実施形態では、ＴＭＡガスとＯ２ガスとＫｒガスとの混合比率は、０．５％：１．５％：９８％である。なお、他の工程は、上述した第４の実施形態と同じであるから重複する説明は省略する。このようにすることにより、Ａｌ２Ｏ３膜が形成される。
【０１１７】
本発明の第７の実施形態を説明する。  
本実施形態では、有機金属化合物ガスとしてのＴＭＡガス、酸化性ガスとしてのＯ２ガス、及びＨ２ガスとを混合させて混合ガスとしている。具体的には、ＴＭＡガスとＯ２ガスとＨ２ガスとの混合比率は１０％：８９％：１％である。なお、他の工程は、上述した第５の実施形態と同じであるから重複する説明は省略する。このようにすることにより、Ａｌ２Ｏ３膜が形成される。
【０１１８】
第６及び第７の実施形態の成膜方法で形成したＡｌ２Ｏ３膜の特性を以下のようにして評価した。
【０１１９】
シリコン基板上に、従来の成膜方法（ＴＭＡガスとＯ２ガスとを１０％：９０％の割合で混合させた混合ガスを用いた成膜方法）、第６の実施形態の成膜方法、及び第７の実施形態の成膜方法で夫々膜厚２００ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜を形成した。夫々のＡｌ２Ｏ３膜について、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）によって膜中のＣ原子濃度を測定した。なお、プラズマの圧力は８０Ｐａ、電力は１０００Ｗである。
【０１２０】
図９は、従来の成膜方法により形成したＡｌ２Ｏ３膜、第６の実施形態の成膜方法で形成したＡｌ２Ｏ３膜、及び第７の実施形態の成膜方法で形成したＡｌ２Ｏ３膜のＣ原子濃度を示している。
【０１２１】
図９に示すように、従来の成膜方法により形成したＡｌ２Ｏ３膜では、Ｃ原子濃度が１０２１（個／ｃｍ３）程度である。これに対し、第６の実施形態や第７の実施形態のようにして形成したＡｌ２Ｏ３膜では、Ｃ原子濃度が１０１９（個／ｃｍ３程度）となった。したがって、第６の実施形態や第７の実施形態の成膜方法では、従来の成膜方法と比べてＣ原子濃度が低下させることができる。
【０１２２】
これは、第６の実施形態の成膜方法では、希ガス（Ｋｒガス）によりプラズマが高密度化され、Ｏ原子の生成効率が向上したことに起因する。つまり、Ｏ原子が増加すると、炭素との燃焼反応によりＣＯやＣＯ２の生成量が増加する。これらＣＯやＣＯ２は揮発性が高いため、膜中に取り込まれることなく排気され易い。そのため、膜中のＣ原子濃度が低下したものと考えられる。
【０１２３】
また、第７の実施形態に成膜方法では、プラズマ中のＯ２とＨ２の反応により、多量のＯ原子が生成されるためであると考えられる。Ｏ原子が多量に生成されると、第６の実施形態と同様に、炭素との燃焼反応によりＣＯやＣＯ２の生成量が増加する。これらＣＯやＣＯ２は揮発性が高いため、膜中に取り込まれることなく排気され易い。そのため、膜中のＣ原子濃度が低下したものと考えられる。
【０１２４】
また、第６の実施形態の成膜方法では、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種のガスを混合してなる混合ガスを用いて成膜しているため、後述する第４の実施形態と同様に、金属酸化膜のリーク電流を小さくすることができる。
【０１２５】
さらに、第７の実施形態の成膜方法では、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種のガスを混合してなる混合ガスを用いて成膜しているため、後述する第５の実施形態と同様に、金属酸化膜のリーク電流を小さくすることができる。
【０１２６】
第６及び第７の実施形態によれば、酸素欠損の少ない金属酸化膜を安価かつ容易に形成できる。また、金属酸化膜のリーク電流を小さくするとともに膜中のＣ原子濃度を抑制して、膜の特性を改善することができる。
【０１２７】
以上のように、第４及び第６の実施形態の成膜方法によれば、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器（チャンバ１１）内に供給する工程と、プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて有機金属化合物ガス及び酸化性ガスをプラズマにて分解させ、被処理基板１上に金属酸化膜を形成する工程とを具備しているので、誘電率の高く、しかも、酸素欠損の少ない金属酸化膜を安価かつ容易に形成できる。
【０１２８】
また、第４及び第６の本実施形態の成膜方法によれば、金属酸化膜のリーク電流を小さくすることができるとともに、膜中のＣ原子濃度を抑制することができる。したがって、金属酸化膜の特性が改善される。しかも、有機金属気相成長法よりも低温で金属酸化膜を形成することができる。
【０１２９】
第５及び第７の実施形態の成膜方法によれば、有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及びＨ２ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器（チャンバ１１）内に供給する工程と、プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて有機金属化合物ガス、酸化性ガス、及びＨ２ガスをプラズマにて分解させ、被処理基板１上に金属酸化膜を形成する工程とを具備しているので、誘電率の高く、しかも、酸素欠損の少ない金属酸化膜を安価かつ容易に形成できる。
【０１３０】
また、第５及び第７の実施形態の成膜方法によれば、金属酸化膜のリーク電流を小さくすることができるとともに、膜中のＣ原子濃度を抑制することができる。したがって、金属酸化膜の特性が改善される。しかも、有機金属気相成長法よりも低温で金属酸化膜を形成することができる。
【０１３１】
なお、第４及び第５の実施形態では、有機金属化合物ガスをトリプロポキシハフニウムガスとし、第６及び第７の実施形態では、有機金属化合物ガスをＴＭＡガスとしたが、有機金属化合物ガスはこれに限定されない。有機金属化合物ガスは、目的となる金属酸化膜の原料となる金属を含む有機金属化合物ガスを選択すればよい。有機金属化合物ガスとして、テトラプロポキシハフニウムガスを用いることで、ＨｆＯ２膜を形成することができるのはもちろんのこと、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）ガス又はトリエチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３）ガスを用いることにより、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜を形成することができる。トリプロポキシジルコニウム（Ｚｒ（ＯＣ３Ｈ７）３）ガスを用いることにより、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜を形成することができる。ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５）ガスを用いることにより、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜を形成することができる。
【０１３２】
さらに、第４〜第７の実施形態では、プラズマ処理容器（チャンバ１１）内で発生させるプラズマを表面波プラズマとしている。これにより、有機金属化合物ガス等を高密度かつ低損傷のプラズマ中でプラズマにて分解させることができる。
【０１３３】
なお、第１〜第７の実施形態では、被処理基板１としてシリコン基板を用いたが、被処理基板１としては、シリコン、ガラス、又はプラスチック等からなる基体上に絶縁膜、金属膜、或いは半導体膜等を成膜した基板、或いは、前記基体上に絶縁膜、金属膜、或いは半導体膜を１層以上積層させてなる基板等を用いてもよい。
【０１３４】
以下、ＴＦＴを備えた表示装置の形成方法について説明する。図１０及び図１１は、表示装置２０、例えばアクティブマトリックス型の液晶表示装置を示している。以下、表示装置２０を液晶表示装置という。なお、図中符号３０はＴＦＴを示している。
【０１３５】
まず、表示装置としての液晶表示装置２０について説明する。液晶表示装置２０は、図１０及び図１１に示すように、一対の透明基体２１，２２と、これらの透明基体２１，２２間のシール材により囲まれた領域に設けられた液晶層２３と、透明基体２２の内面に行方向および列方向にマトリックス状に設けられた複数の画素電極２４と、これらの画素電極２４と対向する一枚膜状の透明な対向電極２７と、マトリックス状に設けられ、かつ後述する成膜方法により形成されるゲート絶縁膜３６を有した複数のＴＦＴ３０と、これらのＴＦＴ３０と電気的に接続された走査配線２５，信号配線２６とを具備した構成となっている。即ち、液晶表示表示装置２０は、画素選択素子としてトランジスタ例えばＴＦＴ３０がマトリックス状に設けられて構成されている。
【０１３６】
一対の透明基体２１，２２としては、例えば一対のガラス板を用いることができる。これら透明基体２１，２２は、図示しない枠状のシール材を介して接合されている。液晶層２３は、一対の透明基体２１，２２の間のシール材により囲まれた領域に設けられている。
【０１３７】
一対の透明基体２１，２２のうちの一方の透明基体、例えば後側の透明基体２２の内面には、行方向および列方向にマトリックス状に設けられた複数の画素電極２４と、複数の画素電極２４と夫々電気的に接続された複数のＴＦＴ３０と、複数のＴＦＴ３０と電気的に接続された走査配線２５及び信号配線２６とが設けられている。
【０１３８】
走査配線２５は、画素電極２４の行方向に夫々沿わせて設けられている。これら走査配線２５の一端は、後側の透明基体２２の一側縁部に設けられた複数の走査配線端子（図示せず）に夫々接続されている。複数の走査配線端子は夫々走査線駆動回路４１に接続されている。
【０１３９】
一方、信号配線２６は、画素電極２４の列方向に夫々沿わせて設けられている。これら信号配線２６の一端は、後側の透明基体２２の一端縁部に設けられた複数の信号配線端子（図示せず）に夫々接続されている。複数の信号配線端子は夫々信号線駆動回路４２に接続されている。
【０１４０】
走査線駆動回路４１および信号線駆動回路４２は夫々液晶コントローラ４３に接続されている。液晶コントローラ４３は、例えば外部から供給される画像信号及び同期信号を受け取り、画素映像信号Ｖpix、垂直走査制御信号ＹＣＴ、及び水平走査制御信号ＸＣＴを発生する。
【０１４１】
他方の透明基体である前側の透明基体２１の内面には、複数の画素電極２４に対向する一枚膜状の透明な対向電極２７が設けられている。また、前側の透明基体２１の内面には、複数の画素電極２４と対向電極２７とが互いに対向する複数の画素部に対応させてカラーフィルタを設けるとともに、前記画素部の間の領域に対応させて遮光膜を設けてもよい。
【０１４２】
一対の透明基体２１，２２の外側には、図示しない偏光板が設けられている。また、透過型の液晶表示装置２０では、後側の透明基体２２の後側に図示しない面光源が設けられている。なお、液晶表示装置２０は、反射型或いは半透過反射型であってもよい。
【０１４３】
次に、半導体素子としてのＴＦＴ３０について説明する。図中符号３１はＳｉＯ２からなるバッファ層、符号３２は半導体層、符号３３はソース領域、符号３４はドレイン領域、符号３５はチャネル領域、符号３６はゲート絶縁膜、３７はＡｌからなるゲート電極、３８はＳｉＯ２からなる層間絶縁膜である。
【０１４４】
前記ＴＦＴ３０は、図１１に示すように、透明基体２２と、この透明基体２２上に形成されたバッファ層３１と、このバッファ層３１上に形成され，ソース領域３３とドレイン領域３４とチャネル領域３５からなる半導体層３２と、この半導体層３２上に後述する成膜方法により形成され，酸化シリコン層３６ａ及び酸化アルミニウム層３６ｂからなるゲート絶縁膜３６と、このゲート絶縁膜３６上に形成されたゲート電極３７とを備えた構成となっている。
【０１４５】
以下、ＴＦＴ３０の形成方法を説明する。なお、以下の方法では、後側の透明基体２２に同時に複数のＴＦＴ３０を形成することができる。  
後側の透明基体２２の内面となる一方の面上の略全面に、バッファ層３１としてのＳｉＯ２膜を形成する。このバッファ層３１上に、例えば減圧ＣＶＤ法等により、膜厚１００ｎｍのアモルファスシリコン（α-Ｓｉ）膜を形成する。窒素ガス雰囲気中で１時間、４５０℃にて脱水素処理を行い、その後、α-Ｓｉ膜に対してエキシマレーザを用いたレーザーアニール(laser annealing)による結晶化を行う。これにより、多結晶シリコン層が形成される。
【０１４６】
多結晶シリコン層に対してスピンコート法等により感光性樹脂であるレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー工程によってレジスト膜(resist-film)の露光・現像を行うことで、所定の島状の半導体層３２が複数形成される。各半導体層３２は夫々１つのＴＦＴ３０に対応するように形成されて、対応するＴＦＴ３０の構成要素となる。この島状の半導体層３２を覆うようにゲート絶縁膜３６を形成する。ゲート絶縁膜３６の成膜方法は後述する。
【０１４７】
ゲート絶縁膜３６上に複数のゲート電極３７となる金属膜（例えば、Ａl膜）を例えばスパッタ法により成膜する。フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いて金属膜を配線状に加工し、複数のゲート電極３７を形成する。各ゲート電極３７は夫々１つの半導体層３２に対応するように半導体層３２の上方に形成される。すなわち、各ゲート電極３７は半導体層３２と同様に夫々１つのＴＦＴ３０に対応するように形成されて、対応するＴＦＴ３０の構成要素となる。なお、このゲート電極３７とともに走査配線２５を一体に形成してもよい。
【０１４８】
半導体層３２に対して、例えばリン（Ｐ）のような不純物をイオン注入等によりドーピングする。これにより、ソース領域３３及びドレイン領域３４となる低抵抗半導体層および不純物が導入されていないチャネル領域３５が形成される。
【０１４９】
ＳｉＯ２膜をプラズマＣＶＤ法により堆積させ、６００℃で熱処理を行うことで、層間絶縁膜３８を形成する。フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いて、ソース領域３３、ドレイン領域３４、及びゲート電極３７に対してコンタクトホールを形成する。ソース領域３３と接続するようにソース電極となる金属膜を形成するとともに、ドレイン領域３４にドレイン電極となる金属膜を形成する。これにより、複数のＴＦＴ３０が形成される。なお、ＴＦＴ３０形成後、夫々のソース電極と接続するように画素電極２４を形成するとともに、夫々ドレイン電極と電気的に接続するように信号電極を形成する。
【０１５０】
ゲート絶縁膜３６の成膜方法について説明する。ゲート絶縁膜３６は、上述した実施形態の成膜方法を用いて形成する。したがって、ここでは、透明基体２２上にバッファ層３１および島状の半導体層３２を形成したものが被処理基板２となる。
【０１５１】
ゲート絶縁膜３６の成膜方法について説明する。従来の成膜方法（ＴＥＯＳガスとＯ２ガスとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法）もしくは低温酸化法（プラズマ酸化、光酸化）により、被処理基板２上の略全面にＳｉＯ２膜を膜厚２ｎｍ以上、例えば、膜厚２ｎｍに形成する。なお、第１及び第３の実施形態の成膜方法のいずれかを用いてＳｉＯ２膜を形成してもよい。その後、第６の実施形態の成膜方法を用いて、ＳｉＯ２膜上の略全面にＡｌ２Ｏ３膜を形成する。なお、第７の実施形態の成膜方法を用いてＡｌ２Ｏ３膜を形成してもよい。つまり、ゲート絶縁膜３６は、ＳｉＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜となる。このゲート絶縁膜３６（ＳｉＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜）は、従来のゲート絶縁膜３６（ＳｉＯ２膜）よりも誘電率が高い。
【０１５２】
ＳｉＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜との積層膜からなるゲート絶縁膜３６の特性を以下のようにして評価した。
【０１５３】
基板上にプラズマ酸化法によってＳｉＯ２膜するとともにこのＳｉＯ２膜上にアルミニウム電極を蒸着させたＭＯＳ素子、基板上に第６の実施形態の成膜方法によってＡｌ２Ｏ３膜を形成するとともにこのＡｌ２Ｏ３膜上にアルミニウム電極を蒸着させたＭＯＳ素子、及び、基板上に従来の成膜方法によって形成されたＳｉＯ２膜と第６の実施形態の成膜方法によって形成されたＡｌ２Ｏ３膜とを積層させるとともにＡｌ２Ｏ３膜上にアルミニウム電極を蒸着させたＭＯＳ素子を用意した。用意されたこれらのＭＯＳ素子の容量−電圧特性を測定することにより、各サンプルにおける界面準位密度の評価を行った。
【０１５４】
図１２は、各ＭＯＳ素子の界面準位密度を示す図である。
【０１５５】
図１２に示すように、Ａｌ２Ｏ３膜だけでは、ＳｉＯ２膜よりも界面準位密度が上昇して界面特性が低下するが、ＳｉＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜とを積層させることで、より界面準位密度が低下して界面特性が改善されることがわかった。これは、Ａｌ２Ｏ３膜の界面にＳｉＯ２膜が形成されているためであると考えられる。
【０１５６】
したがって、上述のようにゲート絶縁膜３６を形成することにより、ゲート絶縁膜３６の誘電率を高くすることができるので、実効的なゲート絶縁膜３６の膜厚を従来よりも薄くすることができる。また、上述のようにゲート絶縁膜３６を形成することにより、ゲート絶縁容量が増大されるので、ＴＦＴ３０のＯＮ電流を増加させることができる。また、界面準位密度が低いため、ＴＦＴ３０の立ち上がり特性を上昇させることができる。しかも、本実施形態では、有機金属気相成長法よりも低温で、下地膜へのダメージが少なく、しかも、原子層堆積法よりも速い成膜速度でゲート絶縁膜３６を形成することができる。
【０１５７】
このように、被処理基板２上の少なくとも一部に半導体層としての半導体層３２を形成する工程と、半導体層３２上に酸化シリコン層３６ａを積層させる工程と、有機金属化合物ガス（ＴＭＡガス）、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器（チャンバ１１）内に供給し、プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて有機金属化合物ガス及び酸化性ガスをプラズマにて分解させ、酸化シリコン層３６ａ上に金属酸化物膜としての酸化アルミニウム層３６ｂを積層させる半導体素子の形成方法では、誘電率が高く、しかも、酸素欠損の少ない絶縁膜を安価かつ容易に形成できる。また、絶縁膜の薄膜化を実現できる。
【０１５８】
また、被処理基板２上にマトリックス状に設けられた複数のＴＦＴ３０を備える表示装置の形成方法であって、被処理基板２上に、複数のＴＦＴ３０を構成する複数の半導体層としての複数の半導体層３２を形成する工程と、半導体層３２上に酸化シリコン層３６ａを積層させる工程と、有機金属化合物ガス（ＴＭＡガス）、酸化性ガス、及び希ガスを含み、かつ、全圧に対する前記希ガスの分圧の割合Ｐｒが８５％≦Ｐｒ＜１００％となるように３種以上のガスをプラズマ処理容器（チャンバ１１）内に供給し、プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて有機金属化合物ガス及び酸化性ガスをプラズマにて分解させ、酸化シリコン層３６ａ上に金属酸化物膜としての酸化アルミニウム層３６ｂを積層させる表示装置の形成方法では、誘電率が高く、しかも、酸素欠損の少ない絶縁膜を安価かつ容易に形成できる。また、絶縁膜の薄膜化を実現できる。
【０１５９】
被処理基板２上の少なくとも一部に半導体層としての半導体層３２を形成する工程と、半導体層３２上に酸化シリコン層３６ａを積層させる工程と、有機金属化合物ガス（ＴＭＡガス）、酸化性ガス、及び水素ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器（チャンバ１１）内に供給する工程と、プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて有機金属化合物ガス及び酸化性ガスをプラズマにて分解させ、酸化シリコン層３６ａ上に金属酸化物膜としての酸化アルミニウム層３６ｂを積層させる工程と、を具備してなる半導体素子の形成方法では、誘電率が高く、しかも、酸素欠損の少ない絶縁膜を安価かつ容易に形成できる。また、絶縁膜の薄膜化を実現できる。
【０１６０】
また、被処理基板２上にマトリックス状に設けられた複数のＴＦＴ３０を備える表示装置の形成方法であって、被処理基板２上に、複数のＴＦＴ３０を構成する複数の半導体層としての複数の半導体層３２を形成する工程と、半導体層３２上に酸化シリコン層３６ａを積層させる工程と、有機金属化合物ガス（ＴＭＡガス）、酸化性ガス、及び希ガスを含むように３種以上のガスをプラズマ処理容器（チャンバ１１）内に供給する工程と、プラズマ処理容器内にプラズマを発生させて有機金属化合物ガス、酸化性ガス、水素ガスをプラズマにて分解させ、酸化シリコン層３６ａ上に金属酸化物膜としての酸化アルミニウム層３６ｂを積層させる工程と、を具備してなる表示装置の形成方法では、誘電率が高く、しかも、酸素欠損の少ない絶縁膜を安価かつ容易に形成できる。また、絶縁膜の薄膜化を実現できる。
【０１６１】
これらの半導体素子の形成方法及び表示装置の形成方法では、酸化シリコン層を２ｎｍ以上の層厚で積層させるのが好ましく、このようにすることにより、膜の誘電率を良好に高めることができる。
【０１６２】
なお、ゲート絶縁膜３６を形成する金属酸化物膜は、酸化アルミニウム膜に限定されない。また、金属酸化物膜は、酸化シリコン層３６ａと完全に重なるように設けなくともよく、その形成領域は任意に選択することができる。
【０１６３】
本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明の第１〜第３の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を説明する概略図。
【図２】混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合とＭＯＳ素子のフラットバンド電圧との関係を示す図。
【図３】混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合と混合気体の電子密度との関係を示す図。
【図４】混合ガス中のＸｅガスの分圧の割合とＳｉＯ２膜の成膜速度との関係を示す図。
【図５】混合ガス中のＨ２ガスの分圧の割合とＭＯＳ素子のフラットバンド電圧との関係を示す図。
【図６】本発明の第４〜第７の実施形態に係る無磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を説明する概略図。
【図７】混合ガス中のＡｒガスの分圧の割合と混合気体の電子密度との関係を示す図。
【図８】従来の成膜方法により形成したＨｆＯ２膜、第４の実施形態の成膜方法で形成したＨｆＯ２膜、及び第５の実施形態の成膜方法で形成したＨｆＯ２膜のリーク電流を示す図。
【図９】従来の成膜方法により形成したＡｌ２Ｏ３膜、第６の実施形態の成膜方法で形成したＡｌ２Ｏ３膜、及び第７の実施形態の成膜方法で形成したＡｌ２Ｏ３膜のＣ原子濃度を示す図。
【図１０】ＴＦＴを備えた液晶表示装置を示す平面図。
【図１１】ＴＦＴを備えた液晶表示装置を示す断面図。
【図１２】従来の成膜方法により形成したＳｉＯ２膜、第６の実施形態の成膜方法により形成したＡｌ２Ｏ３膜、従来の成膜方法により形成したＳｉＯ２膜とこのＳｉＯ２膜上に第６の実施形態の成膜方法により形成したＡｌ２Ｏ３膜とを積層させた積層膜の界面準位密度を示す図。
【符号の説明】
【０１６５】
１，２…被処理基板、１０，５０…プラズマＣＶＤ装置、１１ａ…ガス導入部、１１ｂ…ガス排出部、１２，１３…平行平板電極、１４…高周波電源装置、１５…整合器、２０…液晶表示装置、２１，２２…透明基体、２３…液晶層、２４…画素電極、２５…走査配線、２６…信号配線、２７…対向電極、３０…ＴＦＴ、３１…バッファ層、３２…半導体層（多結晶シリコン層）、３３…ソース領域、３４…ドレイン領域、３６ａ…ＳｉＯ２膜、３６ｂ…金属酸化物膜（Ａｌ２Ｏ３膜）、３７…ゲート電極、３８…層間絶縁膜、５２…マイクロ波源、５３…導波管、５４…スロット、５５…誘電体部材。
【図１】
2004336019.tif 000003
【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】
2004336019.tif 000010
【図９】
2004336019.tif 000011
【図１０】
2004336019.tif 000012
【図１１】
2004336019.tif 000013
【図１２】
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