(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素系ガスをクリーニングガスとして用いるプラズマ化学気相堆積装置において、ガスクリーニング直後に、前記プラズマ化学気相堆積装置内に基板を設置しない状態で、１００％の水素ガス雰囲気でのグロー放電と水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気でのグロー放電とをグロー放電を止めることなくガスの切り替えのみで連続的に処理し、
前記水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気における水素ガス／ＳｉＨ４ガス比は、４以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
フッ素系ガスをクリーニングガスとして用いるプラズマ化学気相堆積装置において、ガスクリーニング直後に、前記プラズマ化学気相堆積装置内に基板を設置しない状態で、１００％の水素ガス雰囲気でのグロー放電と水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気でのグロー放電とをグロー放電を止めることなくガスの切り替えのみで連続的に処理し、
前記１００％の水素ガス雰囲気でのグロー放電と、前記水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気でのグロー放電との連続処理は、少なくとも複数回繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記フッ素系ガスがＮＦ３、又はＳＦ６、又はＣＦ４のいづれかであることを特徴とする請求項１または請求項２のいづれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気における水素ガス／ＳｉＨ４ガス比は、４以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、液晶表示装置などと組み合わせて画像表示応用機器を構成するための薄膜トランジスタ（以後ＴＦＴと呼ぶ）の半導体層,絶縁膜層となる薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に従来の薄膜の製造方法について説明する。
【０００３】
図９にＴＦＴの要部構成断面図を示す。ガラス基板１上にゲート電極２が形成され、非晶質シリコン半導体層４がゲート絶縁膜３を介して形成され、ソース、ドレイン電極６ａ、６ｂがｎ＋非晶質シリコン半導体層５ａ、５ｂを介して形成されている。
【０００４】
従来は上述のゲート絶縁膜３（３０００Å）、非晶質シリコン半導体層４（５００Å）、チャンネルストッパ絶縁膜７（２０００Å）ｎ＋非晶質シリコン半導体層５ａ、５ｂは図１０に示すような材料ガスＳｉＨ４、ＮＨ３、ＰＨ３のグロー放電を用いたプラズマ化学気相堆積装置より作製されている。図１０に示すプラズマ化学気相堆積装置は、放電電極１４と対向放電電極１２が平行に設置される容量結合型であり、基板は対向放電電極１２に設置される。
【０００５】
このプラズマ化学気相堆積装置では、薄膜の堆積を行った後には、基盤以外の対向電極１４や堆積室１１などに付着した膜の剥がれによるダストの発生を防止するために、ＮＦ3、ＳＦ6、ＣＦ4等のガスを導入し、グロー放電により膜を除去するというガスクリーニングを定期的に行う。さらに、作製する膜質を安定させるために、定期的なクリーニング直後に基板を設置せずに膜の堆積作業を行い、その後にＴＦＴを作製するための基板に薄膜の堆積を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の方法では、図５に示すようにクリーニング直後からの堆積回数に沿った膜質の変化によると思われるＴＦＴの特性の経時的な変化に沿った膜質の変化が見られた。これは、ガスクリーニング時に用いるガス成分であるフッ素が、堆積室内に残留し、ＴＦＴ形成膜中に不純物として混入することによる影響である。また、これらの課題を対策するために３枚相当の膜厚（１２０００Å）まで、クリーニング直後の基板を設置しない状態で堆積膜厚を増加させると図５に示すＴＦＴ特性の経時変化は良化するも図６のようにダストの発生が増加してしまうという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、フッ素系ガスをクリーニングガスとして用いるプラズマ化学気相堆積装置において、ガスクリーニング直後に、前記プラズマ化学気相堆積装置内に基板を設置しない状態で、１００％の水素ガス雰囲気でのグロー放電と水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気でのグロー放電とをグロー放電を止めることなくガスの切り替えのみで連続的に処理し、前記水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気における水素ガス／ＳｉＨ４ガス比は、４以上であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、フッ素系ガスをクリーニングガスとして用いるプラズマ化学気相堆積装置において、ガスクリーニング直後に、前記プラズマ化学気相堆積装置内に基板を設置しない状態で、１００％の水素ガス雰囲気でのグロー放電と水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気でのグロー放電とをグロー放電を止めることなくガスの切り替えのみで連続的に処理し、前記１００％の水素ガス雰囲気でのグロー放電と、前記水素ガスで希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気でのグロー放電との連続処理は、少なくとも複数回繰り返すことを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、定期的な堆積室内のクリーニング後に露出した装置を構成する材料に付着したクリーニングガスの残留成分を１００％の水素ガス雰囲気でのグロー放電により膜を堆積させることなく気化及び励起し、水素ガスで８０％以上に希釈したＳｉＨ４ガス雰囲気でのグロー放電により堆積膜中に取りこむ。すなわち、低速度の非晶質シリコンの少ない堆積膜厚で効果的に膜中にクリーニングガスの残留成分を固着させるものである。
【００１３】
つまり、堆積室内のクリーニングを行った後、水素ガス１００％雰囲気でのグロー放電と、Ｈ2／ＳｉＨ4ガス比を４以上とした水素ガスで希釈したＳｉＨ4雰囲気でのグロー放電とを連続的に行うことで効率良く、クリーニングガスの残留物の影響を押さえることができる。したがって、作製するゲート絶縁膜、非晶質シリコン半導体層などの薄膜に不必要な不純物の混入を防止でき、その結果膜質を安定化してＴＦＴ特性の向上ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１７】
図１０に示す様な１３．５６ＭＨｚのグロー放電を用いた化学気相堆積装置を使用してＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｈ2ガスを導入することでゲート絶縁膜、非晶質シリコン半導体層を製膜し図９のＴＦＴを作製した。ＮＦ3ガスクリーニングからＨ2グロー放電とＨ２で希釈したＳｉＨ4グロー放電の連続放電までの装置状態を図１に示す。
【００１８】
クリーニング直後、堆積装置内に基板を設置しない状態で１００％Ｈ2ガス雰囲気のグロー放電に続き、放電を止めることなくＳｉＨ4ガスを添加したＨ２希釈によるＳｉＨ4ガス雰囲気のグロー放電に移行する連続処理を行う。このＨ２希釈によるＳｉＨ4ガスのグロー放電において、Ｈ2／ＳｉＨ4ガス比を変化させ、この連続処理を複数回繰り返すという図１に示すような処理を行う。
【００１９】
グロー放電中のＨ2／ＳｉＨ4ガス比の変化に対する、クリーニング直後の堆積膜中への不純物の含有量を比較したところ図２に示す結果が得られる。
Ｈ2／ＳｉＨ4ガス比を４以上においてＴＦＴ形成膜中に取りこまれる不純物の含有量が線形的増加する。
【００２０】
ＴＦＴ形成膜中への不純物含有量の基板処理数依存を図３に示すが、前述したＨ2ガス１００％雰囲気のグロー放電とＨ2ガスで希釈したＳｉＨ4ガス雰囲気でのグロー放電とによる連続処理を複数回繰り返すことでＴＦＴ形成膜中への不純物の含有量は減少する。さらにＴＦＴ形成膜の内、非晶質シリコン形成中にクリーニングのガス成分が多く取り込まれることを図４に示す。
【００２１】
さらに図５にそのＨ2グロー放電とＨ2希釈のＳｉＨ4グロー放電との連続処理回数をかえて処理した時のＴＦＴの移動度を示す。図７は、Ｈ2グロー放電とＨ２希釈によるＳｉＨ4グロー放電との組み合わせを連続的に行うことで、ＴＦＴ特性をクリーニング後において薄い堆積膜厚で改善できることを示す。さらに、図５、６にＨ2グロー放電・Ｈ2希釈ＳｉＨ4グロー放電の連続処理を、放電を止めることなく３回行ったあとのＴＦＴの移動度とダストの発生を示す。さらに、Ｈ2／ＳｉＨ4グロー放電の繰り返し回数を変化させクリーニング後のＴＦＴ基板1枚目における移動度の変化を図8に示す。Ｈ2／ＳｉＨ4ガス比４とし、２回以上のくり返しにおいて安定した膜質が得られる。
【００２２】
以上の様に、クリーニング後にＨ2ガス１００％雰囲気でのグロー放電とＨ2ガスで希釈したＳｉＨ4ガス雰囲気でのグロー放電とによる連続放電を行うことにより不純物のＴＦＴ形成膜中への混入を減らし、ＴＦＴ特性において依存性のない安定な製膜が実現できる。さらに、クリーニング直後の堆積膜厚を減少できるため、堆積膜のクリーニング除去時間の短縮、膜剥がれによるダストの発生を抑制できる。
【００２３】
なお、実施例において、クリーニングガスはＮＦ3を用いたが、
ＣＦ4、ＳＦ6等のフッ素系ガスとしても良い。また、Ｈ2ガスと他の活性ガスとの混合ガス、例えばＨ2＋ＳｉＨ2Ｃｌ2等でも同様の効果が期待できる。
【００２４】
なお、上記の説明はＴＦＴに用いるゲート絶縁膜、非晶質シリコン半導体薄膜の例を中心に述べてきたが、非晶質シリコンを用いるその他の半導体装置はいうまでもなく、プラズマ化学気相堆積法を用いて非晶質シリコン以外の薄膜を堆積する工程を有する半導体装置の製造方法および半導体製造装置にも本発明は有効である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、半導体薄膜を作製する化学気相堆積装置のクリーニング後に堆積装置内で引き続き基板を設置せずＨ2ガス１００％雰囲気でのグロー放電とＨ2ガスで希釈したＳｉＨ4ガス雰囲気でのグロー放電とによる連続放電を少なくとも複数回行うことでＴＦＴ形成膜中への不純物を減少させ、クリーニング直後から十分な特性を示すＴＦＴが得られ、産業的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるクリーニング時の堆積室内のタイムチャート
【図２】本発明の実施例におけるクリーニング後に基板を装置内に設置して作成した基板１枚目膜中への不純物含有量をＨ2ガス／ＳｉＨ4ガス比に対して示した図
【図３】本発明の実施例におけるクリーニング後に基板を装置内に設置して作成したＴＦＴ膜中への不純物含有量をクリーニング後ＴＦＴ基板堆積回数に対して示した図
【図４】本発明の実施例におけるクリーニング後に基板を装置内に設置して作成した際のＴＦＴ形成膜への不純物含有量を各膜に対して示した図
【図５】本発明の実施例におけるクリーニング後に基板を装置内に設置して作成したＴＦＴ特性の経時変化を示した図
【図６】本発明の実施例におけるクリーニング後に基板を装置内に設置して作成したＴＦＴ基板に対してダスト付着数を示した図
【図７】本発明の実施例におけるＨ2/ＳｉＨ4ガス比に対するクリーニング直後の堆積膜厚を示した図
【図８】本発明の実施例におけるクリーニング後に基板を装置内に設置して作成したＴＦＴ基板の１枚目における移動度をＨ2/ＳｉＨ4グロー放電の繰り返し回数に対して示した図
【図９】ＴＦＴの要部構成断面図
【図１０】化学気相堆積装置の概略図
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  ゲート電極
３  ゲート絶縁膜
４  非晶質シリコン半導体膜
５a、５b  ｎ+非晶質シリコン半導体膜
６a、６b  ソース・ドレイン電極
７  チャンネルストッパ絶縁膜
１１  堆積室
１２  対向放電電極
１３  基板
１４  放電電極
１５  ガス
１６  放電電源
【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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