(57)【要約】【課題】  プラズマＣＶＤ法により、原料となるガスとして有機材料ガスを用いて絶縁膜を形成する際、温度の上昇を抑制しつつ、有機材料ガスの乖離を十分に行い、絶縁膜を良好なものとする。【解決手段】  基板にプラズマＣＶＤ法を用いて絶縁膜を成膜する方法であって、前記プラズマＣＶＤ法において、絶縁膜の原料となるガスとして有機材料ガスを用い、且つプラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴とする絶縁膜の成膜方法である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にプラズマＣＶＤ法を用いて絶縁膜を成膜する方法であって、
前記プラズマＣＶＤ法において、絶縁膜の原料となるガスとして有機材料ガスを用い、
且つプラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴とする絶縁膜の成膜方法。
【請求項２】
前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜の成膜方法。
【請求項３】
前記プラズマＣＶＤ法において、
前記有機材料ガスとともに亜酸化窒素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁膜の成膜方法。
【請求項４】
前記絶縁膜を成膜する工程において、
前記基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の絶縁膜の成膜方法。
【請求項５】
前記有機材料ガスとともに、酸素を構成元素に含むガスを用い、
該酸素を構成元素に含むガスを供給しながら、前記材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給し、
少なくとも該高周波電力の印加と該有機材料ガスの供給が両方行われる時間と、該高周波電力の印加を行いながら該有機材料ガスの供給を行わない時間を有するよう行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の絶縁膜の成膜方法。
【請求項６】
前記基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の絶縁膜の成膜方法。
【請求項７】
絶縁膜を有する半導体装置の製法であって、
請求項１乃至６いずれか記載の方法を用いて絶縁膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製法。
【請求項８】
前記絶縁膜を酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層上に形成することを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製法。
【請求項９】
半導体装置が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項７又は８記載の半導体装置の製法。
【請求項１０】
処理室内に絶縁膜を成膜のための原料ガスとなる有機材料ガスを導入するガス導入部と、
プラズマを生成するために該有機材料ガスに高周波電力を印加する第一電源とを有し、
支持体に支持された被成膜物に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、
前記第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１１】
前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項１０記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１２】
前記有機材料ガスとともに酸素を構成元素に含むガスを用い、
前記ガス導入部に、該酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、該有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することを特徴とする請求項１０又は１１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１３】
前記支持体に直流或いは交流のバイアス電力を印加するための第二電源を有することを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか記載のプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は絶縁膜の成膜方法、半導体装置の製法、プラズマＣＶＤ装置に係り、より詳しくは、良好な絶縁膜を得るための絶縁膜の成膜方法、半導体装置の製法、プラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁膜は様々な分野で利用されており、例えば半導体装置においても多く用いられている。具体的には、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜、フィールド酸化膜などの素子分離、メモリセルのキャパシタ絶縁膜、多層配線の層間を分離するための層間絶縁膜等が挙げられる。
【０００３】
また、絶縁膜の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）法が挙げられる（例えば、下記特許文献１参照）。プラズマＣＶＤ法とは減圧下に保持された薄膜の原料からなるガスに高電界を印加することにより発生したプラズマを利用して、気相中から化学反応によって薄膜を成膜する方法である。また、高電界をつくるため基板を接地電位からなる基板ステージ上に設置し、基板に対向する面に高周波電力を印加する。
【０００４】
プラズマＣＶＤ法において、例えばシリコン系絶縁膜の代表である酸化シリコンの形成に一般的に用いられるシリコン材料の原料ガスとしてはシラン等が挙げられる。シランで高品質な酸化シリコン絶縁膜を得ようとした場合、基板温度を２５０℃以上、好ましくは３００℃以上にする必要があるが、半導体装置等において、より低温で行うことが要求されることが往々にしてある。
例えば、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層を有した薄膜トランジスタ（酸化亜鉛TFT）を形成する場合等が挙げられる。
酸化亜鉛TFTの場合、酸化亜鉛の耐熱性が弱いため、酸化物半導体薄膜層上の絶縁膜は低温（２００℃程度）で成膜されることが好ましい。仮に酸化物半導体薄膜層が高温になると、酸化亜鉛の成分である酸素や亜鉛が脱離し欠陥を形成する。該欠陥は、電気的には浅い不純物順位を形成し、酸化物半導体薄膜層の低抵抗化を引き起こす。そのため、ゲート電圧を印加しなくてもドレイン電流が流れるノーマリーオン型すなわちデプレッション型の動作となり、欠陥順位の増大とともに、しきい電圧が小さくなり、リーク電流が増大する。
また、欠陥は活性層となる酸化亜鉛中のキャリアのトラップとなり、薄膜トランジスタの電子移動度の低下を引き起こす。
さらに、プラスチック基板上に前記絶縁膜を成膜した場合、基板の熱収縮や歪みが生じる。
【０００５】
そこで、２００℃程度の低温で高品質のシリコン系絶縁膜を得ることができるガスとして有機シリコン系ガスが挙げられる。しかしながら、低温でプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する場合、ガスが十分に乖離されず、絶縁膜中に炭素等の不純物を含むという問題が生じる。そのために、絶縁膜の膜質が悪化し、電気特性が悪くなる。
【０００６】
この問題を解決する方法としては、プラズマＣＶＤ法において基板と対向する面に印加する高周波電力を強め、ガスに印加される電界を高くする、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大するといった方法がある。それにより、ガスを十分に乖離でき、不純物の少ない絶縁膜を得ることができる。しかし、これらの方法では、プラズマの輻射熱が増大し、基板の温度が上昇するので、結局、酸化物半導体薄膜層の温度が上がるといった問題が生じる。
【０００７】
上記ではシリコン系絶縁膜を有する酸化亜鉛TFTを例示して説明したが、他の多くの半導体装置等でも酸化亜鉛TFTと同様に、低温処理が求められ、また、シリコン系絶縁膜以外の絶縁膜でも良好な膜質を得ることが求められる場合が多々ある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４２５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、プラズマＣＶＤ法により、原料となるガスとして有機材料ガスを用いて絶縁膜を形成する際、温度の上昇を抑制しつつ、有機材料ガスの乖離を十分に行い、絶縁膜を良好なものとすることを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、基板にプラズマＣＶＤ法を用いて絶縁膜を成膜する方法であって、前記プラズマＣＶＤ法において、絶縁膜の原料となるガスとして有機材料ガスを用い、且つプラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴とする絶縁膜の成膜方法に関する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記プラズマＣＶＤ法において、前記有機材料ガスとともに亜酸化窒素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記絶縁膜を成膜する工程において、前記基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、前記有機材料ガスとともに、酸素を構成元素に含むガスを用い、該酸素を構成元素に含むガスを供給しながら、前記材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給し、少なくとも該高周波電力の印加と該有機材料ガスの供給が両方行われる時間と、該高周波電力の印加を行いながら該有機材料ガスの供給を行わない時間を有するよう行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
【００１５】
請求項６に係る発明は、前記基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
【００１６】
請求項７に係る発明は、絶縁膜を有する半導体装置の製法であって、請求項１乃至６いずれか記載の方法を用いて絶縁膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製法に関する。
【００１７】
請求項８に係る発明は、前記絶縁膜を酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層上に形成することを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製法に関する。
【００１８】
請求項９に係る発明は、半導体装置が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項７又は８記載の半導体装置の製法に関する。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、処理室内に絶縁膜を成膜のための原料ガスとなる有機材料ガスを導入するガス導入部と、プラズマを生成するために該有機材料ガスに高周波電力を印加する第一電源とを有し、支持体に支持された被成膜物に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置に関する。
【００２０】
請求項１１に係る発明は、前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項１０記載のプラズマＣＶＤ装置に関する。
【００２１】
請求項１２に係る発明は、前記有機材料ガスとともに酸素を構成元素に含むガスを用い、前記ガス導入部に、該酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、該有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することを特徴とする請求項１０又は１１記載のプラズマＣＶＤ装置に関する。
【００２２】
請求項１３に係る発明は、前記支持体に直流或いは交流のバイアス電力を印加するための第二電源を有することを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか記載のプラズマＣＶＤ装置に関する。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に係る発明によれば、有機材料ガスを用いることにより、２００℃以下の低温で高品質の絶縁膜を得ることができる。
また、プラズマＣＶＤ法において、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高め、高密度のプラズマが得ることができる。そのため、絶縁膜の原料となるガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。
さらに、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマが得られることで、成膜速度が向上する。そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。
加えて、一定間隔を設けて高周波電力を印加するので、プラズマの発生時の輻射熱に基板が連続的に曝されることがなく、基板の温度を低温に保つことができる。
【００２４】
請求項２に係る発明は、有機材料ガスが有機シリコン系ガスであることにより、２００℃以下の低温で良好なシリコン系絶縁膜を得ることができる。また、有機材料ガスが有機アルミニウム系ガスであることにより、２００℃以下の低温で良好なアルミニウム系絶縁膜を得ることができる。加えて、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。
【００２５】
請求項３に係る発明によれば、プラズマＣＶＤ法において、有機材料ガスと亜酸化窒素を用いることにより、亜酸化窒素が有機材料ガスを効果的に酸化させるので、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
【００２６】
請求項４に係る発明によれば、基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することで、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることができ、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができる。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
【００２７】
請求項５に係る発明によれば、酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することにより、酸素を構成元素に含むガスのみが供給される時間を設けることができる。該時間は、プラズマＣＶＤ法において発生するプラズマが、酸素を構成元素とするプラズマ（酸化性プラズマ）となり、当該酸化性プラズマに曝された絶縁膜が酸化される。当該酸化により、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
また、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。
また、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。
【００２８】
請求項６に係る発明によれば、プラスチック基板を用いることにより、軽量、薄型化が可能、大面積化が容易、変形に強い、加工性に優れているといったプラスッチク基板の特性を活かすことができる。
また、プラスチック基板は耐熱性が弱いが、本発明に係る成膜方法を用いることで、低温処理を行えるためプラスチック基板への熱による影響を抑えることができる。
【００２９】
請求項７に係る発明によれば、請求項１乃至６いずれか記載の方法で絶縁膜を成膜することで、良好な膜質の絶縁膜を有する半導体装置となる。
【００３０】
請求項８に係る発明によれば、絶縁膜を酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層上に形成する場合、酸化物半導体薄膜層の温度の上昇を抑制することができので、酸化物半導体薄膜層中に欠陥が生じず、良好な絶縁膜を得ることができる。
【００３１】
請求項９に係る発明によれば、半導体装置が薄膜トランジスタの場合、絶縁膜の直下に位置する半導体薄膜層の温度が上昇することを抑制することができる。そのため、半導体薄膜層に欠陥が生じず、半導体薄膜層の低抵抗化が防止される。それにより、リーク電流の増大、電子移動度の低下を防ぐことができる。
また、良好な膜質の絶縁膜が得られ、半導体薄膜層との界面特性が良好なものとなるので、さらにリーク電流を抑制された信頼性に優れた薄膜トランジスタが得られる。
【００３２】
請求項１０に係る発明によれば、第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することにより、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することができ、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高め、高密度のプラズマが得ることができる。そのため、絶縁膜の原料となるガスを十分に乖離させることができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。
【００３３】
請求項１１に係る発明によれば、有機材料ガスが有機シリコン系ガスであることにより、２００℃以下の低温で良好なシリコン系絶縁膜を得ることができる。また、有機材料ガスが有機アルミニウム系ガスであることにより、２００℃以下の低温で良好なアルミニウム系絶縁膜を得ることができる。
加えて、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、前記原料ガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。
【００３４】
請求項１２に係る発明によれば、ガス導入部に、酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することにより、酸素を構成元素に含むガスのみが供給される時間を設けることができる。該時間は発生するプラズマが、酸素を構成元素とするプラズマ（酸化性プラズマ）となり、当該酸化性プラズマに曝された絶縁膜が酸化される。当該酸化により、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
また、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。
【００３５】
請求項１３に係る発明は、支持体に直流或いは交流のバイアス電力を印加する第二電源を有することにより、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることで有機材料ガスの乖離を促進させることができる。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明に係る絶縁膜の成膜方法について以下説明する。
本発明に係る絶縁膜は、プラズマＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）法により、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガス等の有機材料ガスを用いて基板上に成膜される絶縁膜である。本発明の絶縁膜の成膜時には、例えば高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加する。つまり、変調高周波電力を印加することとなる。
【００３７】
従来のプラズマＣＶＤ法では、ゲート絶縁膜の原料として、例えば有機シリコン系ガスを使用して、２００℃以下の低温で成膜した場合、当該ガスが十分に乖離されず、ゲート絶縁膜中に炭素原子等の不純物を含み、ゲート絶縁膜の電気特性が悪化するという問題を有していた。そこで、印加する高周波電力を強める、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大する等の措置をとることで、有機シリコン系ガスを乖離させるといった方法がとられた。しかし、これらの方法では、プラズマの輻射熱が上昇し、基板の温度が上がるといった問題が生じる。絶縁膜を有する半導体装置等では低温処理が望まれることが往々にしてあるが、従来の成膜方法では低温で、良好な絶縁膜を得ることが困難であった。
【００３８】
本発明では、プラズマＣＶＤ法において、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴としている。そのため、平均投入電力を同一の保った状態でピーク電力を高く設定することができ、高密度のプラズマが得られる。当該事実を、図１を用いて以下説明する。
図１は、プラズマを発生するために印加する高周波電力の電力量を示した図である。電力量３１は高周波電力を連続的に印加したときの電力量の推移を、電力量３２は高周波電力をデューティ比５０％で一定の時間間隔を設けて印加したときの電力量の推移を示している。
図１に示すように、高周波電力を連続的に印加したときの電力量の推移を示す電力量３１は一定である。一方、高周波電力をデューティ比５０％で印加したときの電力量の推移を示す電力量３２は、ピーク電力が電力量３１の略２倍となる。つまり、ピーク電力においては、電力量３２が電力量３１の２倍となるにもかかわらず、平均投入電力は同一であることが分かる。換言すれば、一定の時間間隔を設けて高周波電力を印加することで、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高めることができ、高密度のプラズマを得ることができる。プラズマが高密度のため絶縁膜の材料となる有機材料ガスを十分に乖離させることができる。それにより、電気特性の優れた絶縁膜を成膜することができる。
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。
【００３９】
また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、プラズマの発生も一定の時間間隔を設けることができ、プラズマの熱輻射による基板の温度の上昇を抑制することができる。
【００４０】
また、絶縁膜の成膜時に基板に直流或いは交流のバイアス電力（以下、単にバイアス電力と称す）を印加することも好ましい。バイアス電力を印加することによって、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることができ、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができるからである。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
【００４１】
なお、プラズマＣＶＤ法に用いる有機材料ガスとしては、有機シリコン系ガスでは、テトラエチルシラン(TES)、テトラメチルシラン(TMS)、ジメチルジメトキシシラン(DMDMOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、オクトメチルサイクロテトラシロキサン(OMCTS)、テトラプロポキシシラン(TPOS)、テトラメチルサイクロテトラシロキサン(TMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)等が挙げられ、有機アルミニウム系ガスとしては、テトラメチルアルミニウム(TMA)、テトラエチルアルミ二ウム(TEA)等が挙げられる。但し、本発明における有機材料は、例示したガスに限られるものではなく、他の有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガスも含まれるし、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガス以外の有機材料ガスも当然含まれる。
【００４２】
また、プラズマＣＶＤ法において、有機材料ガスとともに酸素やオゾンを混合させて行うことが一般的であるが、本発明では、亜酸化窒素を用いることが好ましい。亜酸化窒素は酸素やオゾンに比して酸化力が強く、有機材料ガスを効率的に酸化・乖離することができる。そのため、絶縁膜中への炭素等の不純物をより少なくすることができる。
【００４３】
また、酸素、オゾン、亜酸化窒素といった酸素を構成元素に含むガスは連続的に供給したまま、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することも好ましい。それにより、有機材料ガスを供給していない時間が生じるが、その間も有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸素を構成元素に含むガスは供給されている。そのため、亜酸化窒素等のガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ（酸化性プラズマ）が発生する。成膜中の絶縁膜は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
加えて、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。特に、酸素を構成元素に含むガスとして、亜酸化窒素を含むガスを用いた場合、亜酸化窒素の酸化力が強いため、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて間欠的に供給することによる酸化を促進することができる。
さらに、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。
なお、高周波電力を印加しながら有機材料ガスを供給する時間がないとゲート絶縁膜は成膜されない。また、有機材料ガスを供給せずに、高周波電力を印加する時間がないと、酸化性プラズマによる絶縁膜の酸化が行なわれない。しかしながら、本発明において、高周波電力を印加しない間隔は、有機材料ガスを供給しない間隔よりずっと短いため、必然的にそのような時間が生まれる。
【００４４】
次に、本発明に係る成膜方法により成膜した絶縁膜を有する半導体装置の製法について、薄膜トランジスタを例として以下説明する。但し、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４５】
図２は本発明に係る成膜方法により成膜した絶縁膜を有する薄膜トランジスタの一実施例を示す断面図である。図２に示す薄膜トランジスタ１００は、基板１、一対のソース・ドレイン電極２、半導体薄膜層３、ゲート絶縁膜４、コンタクト部５ａ、一対のソース・ドレイン外部電極２ａ、ゲート電極７、表示電極８を有しており、図のように、これら各構成を積層して形成されている。
以下、薄膜トランジスタ１００の製造工程を図３を用いて説明する。
【００４６】
まず、図３（１）に示される如く、基板１上全面にマグネトロンスパッタリング法等により、Ti、Cr等の金属薄膜を例えば100nmの厚みで形成した後、この薄膜に、フォトリソグラフィー法を用いて一対のソース・ドレイン電極２を形成する。
この時、基板１の材料は、プラスチックであることが好ましい。プラスチックは基板として一般的に用いられているガラス基板より、軽量、薄型化が可能、大面積化が容易、変形に強い、加工性に優れているといった特性を有するからである。
また、プラスチック基板は耐熱性が弱いといった問題があるが、本発明に係る製法を用いることで、低温で薄膜トランジスタを形成できるので、プラスチック基板への熱による影響を抑えることができる。詳しくは後述する。
【００４７】
次いで、基板１および一対のソース・ドレイン電極２上の全面に半導体薄膜層３を50〜100nm程度の膜厚で成膜する。半導体薄膜層としては、シリコン、ゲルマニウム、酸化亜鉛等が挙げられるが、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体から形成されていることが好ましい。酸化亜鉛は優れた電子移動度を有するからである。ここで、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体とは、真性の酸化亜鉛の他、Li、Na、N、C等のp型ドーパント及びB、Al、Ga、In等のn型ドーパントがドーピングされた酸化亜鉛およびMg、Be、Sn、In等がドーピングされた酸化亜鉛を含む。
【００４８】
そして、半導体薄膜層３上にフォトレジストをコーティングし、パターニングされたフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとして、0．2％HNO3溶液にて半導体薄膜層３に対しウェットエッチングを行う。図３（２）はウェットエッチング後の断面図である。
なお、図２及び図３において、半導体薄膜層３は、各ソース・ドレイン電極２上に形成されている部分の厚さが、一対のソース・ドレイン電極２間に形成された部分よりも薄く図示されているが、これは単なる図示の都合であって、実際には、両者の厚さはほぼ同一である。
【００４９】
図３（３）に示される如く、基板１、ソース・ドレイン電極２、半導体薄膜層３上全面にゲート絶縁膜４を形成する。
本発明では、ゲート絶縁膜４の形成をプラズマＣＶＤ法で有機材料ガスを用いて行う。この時、例えば13.56MHzの高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加する。つまり、変調高周波電力を印加することとなる。
【００５０】
従来のプラズマＣＶＤ法で、有機材料のガスを原料ガスとしてゲート絶縁膜を成膜した場合、低温で炭素等の不純物の少ない絶縁膜を成膜することは困難であった。そこで、基板側に印加する高周波電力を強める、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大するといった方法がとられたが、これらの方法では、プラズマの輻射熱が上昇し、基板の温度が上がり、半導体薄膜層も高温になるといった問題が生じる。当該問題により、例えば、半導体薄膜層に酸化亜鉛を用いた場合、酸化亜鉛は耐熱性が弱いため、半導体薄膜層が高温になることで、酸化亜鉛の成分である酸素や亜鉛が脱離し、欠陥を形成する。そのため、半導体薄膜層が低抵抗化してしまい、リーク電流が増大する。加えて、欠陥が活性層となる酸化亜鉛中のキャリアの誘起を妨げ、薄膜トランジスタの電子移動度を低下させる。
また、耐熱性に弱いプラスチック基板を使うことも困難であった。
【００５１】
本発明では、プラズマＣＶＤ法において、基板側に印加する高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加するので、平均投入電力を同一に保った状態でピーク電力が高く設定することができ、高密度のプラズマが得られる（図１参照）。そのため、有機材料ガスを十分に乖離することができ、炭素等の不純物の少ない良好な絶縁膜を得ることができる。
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。
【００５２】
また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、基板が連続的にプラズマ発生時の輻射熱に曝されることがなく、温度の上昇を抑制することができる。従って、半導体薄膜層が高温になることがなく、酸化亜鉛等の耐熱性の弱い物質を使用したとしても、欠陥の発生を抑制でき、低抵抗化によるリーク電流の増大、導電率の低下、電子移動度の減少を抑えることができる。
また、耐熱性の弱いプラスチック基板でも使用可能である。
【００５３】
また、ゲート絶縁膜４の成膜時に基板にバイアス電力を印加することも好ましい。バイアス電力を印加することによって、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができるからである。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
【００５４】
また、ゲート絶縁膜４の成膜において、有機材料ガスとともに酸素やオゾンを混合させて行うことが一般的であるが、本発明では、亜酸化窒素を用いることが好ましい。亜酸化窒素は酸素やオゾンに比して酸化力が強く、有機材料ガスを効率的に酸化・乖離することができる。そのため、絶縁膜中への炭素等の不純物をより少なくすることができる。
具体的には、TMSと亜酸化窒素(N2O)の混合ガスをN2OがTMSの２０倍の流量となるように調整して、基板温度１００℃で行う条件が例示できる。
【００５５】
また、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することも好ましい。有機材料ガスを供給していない時間も有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸素を構成元素に含むガス（酸化性ガス）は供給されているので、それらのガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ（酸化性プラズマ）が発生する。ゲート絶縁膜４は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
加えて、ゲート絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。
また、有機材料ガスの供給を複数回中断する、すなわち間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。
さらに、ゲート絶縁膜の成膜初期の段階では、まだ膜厚が薄いため、ゲート絶縁膜直下の半導体薄膜層も酸化することができる。そのため、半導体薄膜層中に生じた欠陥も酸素により補償され、半導体薄膜層３の膜質も向上させることができる。ゲート絶縁膜の成膜に際して、初期に有機材料ガスを供給せずに、酸化性ガスのみを供給した状態で、酸化性プラズマによる半導体薄膜３の酸化工程を設けることで、本発明の効果をより大きくすることができる。これは、ゲート絶縁膜の形成前に、半導体薄膜３の欠陥補償がより進行するためである。
上記したように、ゲート絶縁膜４及び半導体薄膜層３の膜質が向上するため、さらにリーク電流の抑制された信頼性の高い薄膜トランジスタとなる。
また、半導体薄膜層上部には、チャネルが形成されるが、半導体薄膜層上部の欠陥が減少するため、チャネルの特性もよくなり、電子移動度も向上する。
加えて、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することにより起こる酸化は、酸素を構成元素に含むガスとして、亜酸化窒素を含むガスを用いることで促進される。亜酸化窒素自体が強い酸化力を有するからである。
【００５６】
有機材料ガスを用いて成膜されるゲート絶縁膜４としては、酸化シリコン（SiOx）膜、酸窒化シリコン（SiON）膜、窒化シリコン（SiNx）膜であることが好ましい。これらは耐絶縁性等の電気特性の優れた膜であり、リーク電流を抑制することができるからである。
【００５７】
上記説明した如くゲート絶縁膜４を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いて一対のソース・ドレイン電極２上にコンタクトホール５を開口する。そして、ゲート絶縁膜４上にCr、Tiといった金属膜からなるゲート電極７を形成し、ゲート電極７と同一材料にて一対のソース・ドレイン外部電極２ａをコンタクト部５aを介してそれぞれに対応したソース・ドレイン電極２と接続するよう形成する。最後に、インジウムスズ酸化物(ITO)等からなる表示電極８を形成することで図３（４）に示される如くTFTアレイが完成する。なお、図２及び図３（４）では省略されているが、表示電極８はゲート絶縁膜４上をゲート電極７と逆方向に延出されている。
【００５８】
次いで、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置について、図４を用いて以下説明する。
図４は本発明のプラズマＣＶＤ装置の一例を示した図である。
プラズマＣＶＤ装置２００は、真空処理室１１、シャワープレート１２、支持体１３、第一電源１４、切替スイッチ１５、マッチングボックス１６、第二電源１７、有機材料ガス導入部１８、有機材料ガス制御バルブ１９、酸化性ガス導入部２０、酸化性ガス制御バルブ２１を少なくとも備えている。
【００５９】
真空処理室１は、図示していないが圧力調整バルブを有し、該バルブを介して高真空排気ポンプに接続されており、高真空状態が実現される。高真空排気ポンプは、例えばターボ分子ポンプを例示することができる。真空処理室１は、原料ガスを真空処理室１の内部に導入する前に内部を排気して高真空状態にする。この場合、当該真空度、すなわち背景真空度を、例えば１０-６Ｔｏｒｒ以下にすることが好ましい。そして、真空処理室１を高真空に排気した後、有機材料ガス導入部１８から絶縁膜の原料となる原料ガスとして有機材料ガスが導入され、酸化性ガス導入部２０から酸素を構成元素に含むガス（酸化性ガス）が導入さる。そして、圧力調整バルブにより処理室１を所定の圧力に維持する。
【００６０】
また、真空処理室１１内にはシャワープレート１２及び被成膜物１０を支持する支持体１３が備えられている。
真空処理室１１内のシャワープレート１２に、第一電源１４よりマッチングボックス（高周波整合器）１５を介して高周波電力が印加される。真空処理室１１には原料ガスが導入されているので、真空処理室１１中にプラズマが発生する。
プラズマが発生することにより、気相中から化学反応によって真空処理室１１内の支持体１３上に支持された被成膜物１０上に薄膜を成膜する。
【００６１】
また、プラズマＣＶＤ装置２００は、第一電源１４とマッチングボックス１６の間に切替スイッチ１５を設けている。切替スイッチ１５は、第一電源１４とマッチングボックス１６との間を接続或いは切断するための切替スイッチである。
切替スイッチ１５を有することにより、高周波電力が一定の時間間隔を設けて印加され、第一電源１４の平均投入電力を同一に保ったままピーク電力が高くすることができ、高密度のプラズマが得られる。プラズマが高密度のため、原料ガスである有機材料ガスを十分に乖離させることができる。それにより、電気特性の優れた絶縁膜を成膜することができる。
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。
【００６２】
また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、被成膜物に連続的に高周波電力が印加されず、温度の上昇を抑制することができ、低温処理を実現できる。
なお、図４では第一電源１４と第一切替スイッチ１５が別々に示されているが、第一電源１４中に第一切替スイッチ１５を内蔵しているものも当然含まれる。
【００６３】
また、有機材料ガス導入部１８は、有機材料ガス制御バルブ１９を有しており、酸化性ガス導入部２０は、酸化性ガス制御バルブ２１を有している。そして、有機材料ガス制御バルブ１９により、有機材料ガスの供給が間欠的に制御される。
有機材料ガス制御バルブ１９を有することにより、有機材料ガスを供給していない時間が生じるが、その間も酸化性ガス制御バルブ２１は開いているので、有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸化性ガスは供給されている。そのため、それらのガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ（酸化性プラズマ）が発生する。そして、成膜中の絶縁膜は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
加えて、ゲート絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。
なお、図４では有機材料ガス導入部１８、有機材料ガス制御バルブ１９、酸化性ガス導入部２０、酸化性ガス制御バルブ２１が別々に示されているが、このような構成に限定されるものではない。つまり、酸化性ガスの供給を連続的に行いつつ、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことができればよく、例えば、有機材料ガス制御バルブと酸化性ガス制御バルブが一つの装置であってもよい。
【００６４】
また、支持体１３は、第二電源１７と接続されている。第二電源１７は、支持体１３にバイアス電力を印加するためのものである。第二電源１７によって、バイアス電力を印加することによって、基板に照射されるイオンエネルギーを増大させ、有機材料ガスの乖離を促進させることができる。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
【００６５】
なお、上記プラズマＣＶＤ装置２００は、本発明の一例であり、本発明を何ら限定するものではない。例えば、プラズマＣＶＤ装置２００は、平行平板方式の装置であるが、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置には、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光）方式の装置も含まれるし、他の方式の装置も含まれる。また、ＩＣＰ方式の場合、平行平板方式に比して高密度なプラズマを発生させることができる。従来の装置では、高密度プラズマを用いた場合、被成膜物の温度が上昇しやすくなるという問題を抱えるが、本発明の場合、プラズマを発生させるための高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加するので、被成膜物に連続的に高周波電力が印加されず、温度の上昇を抑制することができ、好適に利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は優れた絶縁膜を得ることができるものであり、優れた性能を有する半導体装置等を作成でき、液晶表示装置等の駆動素子として好適に使用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来のプラズマＣＶＤ法と本発明におけるプラズマＣＶＤ法において、印加する高周波電力の電力量を比較した図である。
【図２】本発明に係る製法により得られる薄膜トランジスタ（TFT）の一実施例の形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る薄膜トランジスタ（TFT）の製法の一実施例の一形態を経時的に示す断面図であり、（１）基板上にソース・ドレイン電極を形成した構造の断面図（２）半導体薄膜層を形成した構造の断面図（３）ゲート絶縁膜を被覆した構造の断面図（４）ゲート電極、コンタクト部、ソース・ドレイン外部電極、表示電極を形成した構造の断面図よりなる。
【図４】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の一実施例を示した図である。
【符号の説明】
【００６８】
１              基板
３              半導体薄膜層
４              ゲート絶縁膜
１００          薄膜トランジスタ
１３            支持体
１４            第一電源
１５            切替スイッチ
１７            第二電源
１８            有機材料ガス導入部
１９            有機材料ガス制御バルブ
２０            酸化性ガス導入部
２１            酸化性ガス制御バルブ
２００          プラズマＣＶＤ装置
【図１】
2007287890.tif 000003
【図２】
2007287890.tif 000004
【図３】
2007287890.tif 000005
【図４】
2007287890.tif 000006