(57)【要約】【課題】微結晶シリコン膜の移動度を高める。【解決手段】高密度プラズマを用いて少なくとも（２２０）の結晶方位配列に成長させるように微結晶シリコン膜を形成する第１の工程を有し、第１の工程時、微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなるように、被処理体近傍の温度を３００〜３５０℃の範囲内に設定し、総流量に対する水素ガスの流量比を高めた成膜ガスを供給する。これにより、ダングリングボンドの少ない微結晶シリコン膜２０を形成して、移動度を高めることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度プラズマを用いて少なくとも（２２０）の結晶方位配列に成長させるように微結晶シリコン膜を形成する第１の工程を有し、
前記第１の工程時、前記微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなるように、被処理体近傍の温度を３００〜３５０℃の範囲内に設定し、総流量に対する水素ガスの流量比を高めた成膜ガスを供給する微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項２】
高密度プラズマを用いて少なくとも（２２０）の結晶方位配列に成長させるように微結晶シリコン膜を形成する第１の工程を有し、
前記第１の工程前、前記微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなるように、水素ガスを含む所定のガスを生ガスとして処理室内に導入する微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項３】
前記高密度プラズマは、ラジアルラインスロットアンテナが配置されたプラズマ処理装置の前記ラジアルラインスロットアンテナから内部に供給されたマイクロ波のパワーを用いて所望のガスを励起させることにより生成される請求項１又は請求項２に記載された微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項４】
前記高密度プラズマは、タイル状の複数の誘電体板がアレイ状に配置されたプラズマ処理装置の複数の誘電体板から内部に供給されたマイクロ波のパワーを用いて所望のガスを励起させることにより生成される請求項１〜３のいずれかに記載された微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項５】
前記高密度プラズマは、タイル状に形成された複数の誘電体板を透過して処理室内に供給されたマイクロ波のパワーを用いて所望のガスを励起させることにより生成される請求項１〜４のいずれかに記載された微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項６】
水素含有プラズマにより前記微結晶シリコン膜を水素にて終端させる第２の工程を有する請求項１〜５のいずれかに記載された微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項７】
前記第２の工程は、前記第１の工程後に実行される請求項６に記載された微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項８】
基板に印加するバイアス電圧のパワーを１５〜３５Ｗの範囲内に設定する請求項６〜７に記載された微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項９】
プロセス中、被処理体近傍の温度を６００℃以下に制御する請求項１〜９のいずれかに記載された微結晶シリコン膜形成方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載された微結晶シリコン膜形成方法を用いて微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜成膜装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された微結晶シリコン膜成膜装置により形成された微結晶シリコン膜を用いて製造された半導体を組み込んだ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜形成方法、その方法を用いて微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜成膜装置、およびその装置により成膜された微結晶シリコン膜を用いて製造された半導体を組み込んだ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタの活性層として機能するシリコン酸化膜は、非結晶膜（ａ−Ｓｉ：アモルファスシリコン膜）、多結晶膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ：ポリシリコン膜)および微結晶膜（μｃ−Ｓｉ：マイクロクリスタルシリコン膜）のいずれかを成膜することにより形成される。非結晶膜は、結晶構造を有さないので成膜後にアニール処理やレーザアニールを施すことにより膜を結晶化する。
【０００３】
図３（ｂ）に示したように、結晶構造を有する膜中のグレインの粒界（グレインバウンダリ）にはシリコン原子の未結合手（ダングリングボンド）が存在する。粒界のダングリングボンドは、キャリアをトラップしてその輸送を妨げるため、移動度を低減させる原因となる。また、粒界のダングリングボンドは、デバイスの閾値電圧にも影響を与える。  
【０００４】
そこで、従来から、Ｈ２ガスを含むガスを励起させてプラズマを生成し、プラズマ中の水素（Ｈ）とシリコン酸化膜中のシリコン（Ｓｉ）とを反応させることにより、粒界のダングリングボンドを水素にて終端（ターミネート）させる水素プラズマ処理が行われている（たとえば、特許文献１、２を参照）。これによれば、ダングリングボンドが水素にて終端されているため、電子やホールからなるキャリアがグレインの粒界でトラップされることを回避することができる。この結果、シリコン酸化膜中の移動度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２２８０４２号公報
【特許文献２】特開平２−２３２９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非結晶膜の結晶化のための高温のアニール処理工程や熱酸化処理工程では、プロセスの最高温度を６００℃以下に制限することができないため、基板の熱変形等を抑えるために石英基板を用いる必要があり、歪点の低いガラスを用いることはできない。
【０００７】
これに対して、非結晶膜の結晶化にレーザアニールを用いる方法もある。たとえば、エキシマレーザなどから発振されるパルスを用いたレーザアニールでは、照射時間が数十ｎｓｅｃであるため、非結晶膜は融解するがガラス基板までは熱は伝わらない。また、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザの場合、アルゴン（波長４８８ｎｍ）レーザのように可視領域を用いれば、非結晶膜のみ可視光を吸収して融解し、ガラス基板は透過し熱は伝わらない。このため、基板に安価なガラスを用いることができる。しかし、この方法ではレーザアニールの工程が増えてしまい、生産性を低下させる。
【０００８】
上記課題を解消するために、本発明では、大面積、高密度プラズマを用いて少なくとも（２２０）の結晶方位配列を有する微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜形成方法、その方法を用いて微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜成膜装置、およびその装置により形成された微結晶シリコン膜を用いて製造された半導体を組み込んだ表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、高密度プラズマを用いて少なくとも（２２０）の結晶方位配列に成長させるように微結晶シリコン膜を形成する第１の工程を有し、前記第１の工程時、前記微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなるように、被処理体近傍の温度を３００〜３５０℃の範囲内に設定し、総流量に対する水素ガスの流量比を高めた成膜ガスを供給する微結晶シリコン膜形成方法が提供される。
【００１０】
前述したように、微結晶シリコン膜中のグレイン（粒）の粒界（グレインバウンダリー）には、ダングリングボンド（結晶欠陥）が存在する。粒界のダングリングボンドは、キャリアをトラップしてその輸送を妨げるため移動度を低減させる原因となる。また、結晶欠陥は、デバイスの閾値電圧に影響を与える。
【００１１】
これに対して、かかる構成によれば、高密度プラズマを用いて少なくとも（２２０）の結晶方位配列に成長させるように微結晶シリコン膜が形成される。図６に示したように、発明者らは、ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｎｃｅ：電子磁気共鳴）強度から、微結晶シリコン膜の（２２０）配向面では（１１１）配向面よりダングリングボンドが１桁少ないことを見出した。
【００１２】
この現象は、（１１１）配向では柱状結晶が見られるのに対し、（２２０）配向では結晶が横方向に広がり、グレインのバウンダリがあまりはっきりしていないため、（２２０）配向に結晶が成長する過程では、ダングリングボンド（結晶欠陥）が少ないのではないかとの推定から導き出される。これによれば、微結晶シリコン膜の（２２０）配向面を移動するキャリアは、（１１１）配向面を移動するキャリアよりトラップされる確率が低い。このため、微結晶シリコン膜の（２２０）配向面では（１１１）配向面より移動度が高くなることがわかる。
【００１３】
また、微結晶シリコン膜はアニール処理する必要はないので、プロセス中の最高温度をガラスの歪点より低くすることができる。これにより、高価な石英に代えて比較的安価なガラス基板を使用することができる。なお、非結晶膜をレーザアニールすることによっても安価なガラス基板を使用することはできるが、前述したようにアニール処理工程が増えるので生産性が低下する。
【００１４】
発明者らは、図９に基づき、微結晶シリコン膜の結晶方位とプロセス中の基板近傍の温度および水素流量との間には相関関係があることをつきとめた。具体的には、発明者らは、基板近傍の温度が２５０℃のときには、供給する水素ガスの流量を増加させても結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率はそれほどよくならなかったが、基板近傍の温度が３００、３５０℃のときには、温度が上がるにつれ微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が上がることを見いだした。
【００１５】
この結果から、発明者らは、前記第１の工程時、微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなるように基板近傍の温度を３００〜３５０℃の範囲内に設定することが好ましく、これにより、微結晶シリコン膜を（２２０）配向へより効果的に成長させ、移動度をさらに高めることができると結論付けた。
【００１６】
また、発明者らは、図１０に基づき、微結晶シリコン膜を成膜するための成膜ガスの総流量（または成膜時のアルゴンガスの流量）に対する水素の流量が多いほど、微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が大きくなることを解明した。
【００１７】
この結果から、発明者らは、前記第１の工程時、前記微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなるように成膜ガスに水素ガスを混合させることを見いだした。これにより、微結晶シリコン膜を欠陥が少ない（２２０）の配向へより効果的に成長させることができる。この結果、移動度をさらに高めることができる。
【００１８】
また、本発明のある態様によれば、高密度プラズマを用いて少なくとも（２２０）の結晶方位配列に成長させるように微結晶シリコン膜を形成する第１の工程を有し、前記第１の工程前、前記微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなるように、水素ガスを含む所定のガスを生ガスとして処理室内に導入する微結晶シリコン膜の形成方法も提供される。
【００１９】
発明者らは、図１０にプリトリートメントとして示したように、前記微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなるように、前記第１の工程前に水素ガスを含む所定のガス（生ガス）を処理室内に導入することが効果的であることを見いだした。これによって、微結晶シリコン膜を（２２０）配向へより効果的に成長させ、移動度をさらに高めることができる。
【００２０】
また、水素含有プラズマにより前記微結晶シリコン膜を水素にて終端させる第２の工程を有していてもよい。これによれば、図３に示したように、ダングリングボンドが水素で終端されるため、キャリアがトラップされず、移動度をさらに高めることができる。この結果、低消費電力で高速処理が可能な半導体を製造することができる。
【００２１】
前記第２の工程は、前記第１の工程後に実行してもよい。また、基板に印加するバイアス電圧のパワーを１５〜３５Ｗの範囲内に設定してもよい。
【００２２】
なお、高密度プラズマとは１０１１ｃｍ−３以上の電子密度のプラズマをいい、マイクロ波、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）などを用いて生成することができる。
【００２３】
前記高密度プラズマは、図５に示したラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）３４５が配置されたプラズマ処理装置（以下、ＲＬＳＡプラズマ処理装置とも称呼する。）の前記ラジアルラインスロットアンテナから内部に供給されたマイクロ波のパワーを用いて所望のガスを励起させることにより生成することができる。
【００２４】
また、前記高密度プラズマは、図１３に示したプラズマ処理装置（以下、ＣＭＥＰ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置とも称呼する。）の前記複数の誘電体板３１から内部に供給されたマイクロ波のパワーを用いて所望のガスを励起させることにより生成することもできる。
【００２５】
特に、ＣＭＥＰプラズマ処理装置では、タイル状の誘電体板３１がアレイ状に設けられる。各誘電体３１は、格子状に形成された梁２６で支持され、処理容器の天井面に固定されている。梁２６は、非磁性体の導電性部材によって形成されている。２．４５ＧＨｚのマイクロ波の自由空間における波長は約１２０ｍｍである。各誘電体板３１を透過したマイクロ波は、誘電体３１の下面とプラズマとの間を表面波（進行波）となって伝搬し、梁２６に到達すると反射して反射波となる。通常、進行波と反射波との干渉により定在波が生じる。しかしながら、ＣＭＥＰプラズマ処理装置では、誘電体板３１が１２０ｍｍ×１２０ｍｍ程度の大きさであり、これは、縦横共にせいぜい定在波の１波長程度の長さしかないので、ＣＭＥＰプラズマ処理装置では定在波はほぼ生じないと考えてよい。定在波は均一なプラズマを安定的に生成することの妨げになるから、ＣＭＥＰプラズマ処理装置によれば、誘電体板３１を所定の間隔毎にアレイ状に多数設けることにより、プラズマを均一かつ安定的に生成することができ、この結果、均一なプラズマを用いて大面積の被処理体に対して精密なプラズマ処理を精度良く行うことができる。
【００２６】
マイクロ波プラズマ処理装置では、プラズマの電子密度ｎｅが、カットオフ密度ｎｃよりも低い場合にはマイクロ波（電磁波）がプラズマ中を伝搬するため、高電子温度のプラズマが生成され、プラズマの状態も不安定になる。一方、プラズマの電子密度ｎｅが、カットオフ密度ｎｃよりも高い場合、マイクロ波は、表面波となって誘電体板とプラズマとの間を伝搬する。伝搬中、マイクロ波の一部は、エバネッセント波としてプラズマに吸収されプラズマの維持に使われ、これにより、低電子温度のプラズマが安定的に生成される。
【００２７】
上記プラズマ生成の原理から、マイクロ波プラズマは、プラズマの電子密度ｎｅが、カットオフ密度ｎｃよりも高い場合、容量結合型や誘導結合型のプラズマ処理装置にて生成されるプラズマと比べるとプラズマの電子密度ｎｅが高く、電子温度Ｔeが低いため、高速なプラズマ処理で(２２０)配向の高い高品質な微結晶シリコン膜を製造することができる。
【００２８】
プロセス中、基板近傍の温度を６００℃以下に制御するようにしてもよい。これによれば、高価な石英に比べ比較的安価なガラス基板上に微結晶シリコン膜を形成することができる。
【００２９】
以上に説明した微結晶シリコン膜形成方法を用いて微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜成膜装置によれば、少なくとも（２２０）の結晶方位配列に成長させるように微結晶シリコン膜が形成される。これにより、移動度を高く保ち、低消費電力で高速処理が可能な半導体を製造することができる。
【００３０】
特に、前述したＣＭＥＰプラズマ処理装置では、将来、大面積化が予想される半導体の製造に対応できるように、広範囲に渡って均一に高密度プラズマを生成することができる。この大面積高密度プラズマを用いて微結晶シリコン膜を成膜することにより、良好な特性を有し、かつ大面積な半導体を製造することができる。
【００３１】
また、上記微結晶シリコン膜成膜装置により形成された微結晶シリコン膜を用いて製造された半導体を表示装置に組み込むことにより、高速処理が可能で消費電力の低い表示装置を製品化することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように本発明の一態様によれば、微結晶シリコン膜中の移動度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明が用いられる一実施形態にかかる半導体製造方法のプロセスを示したデバイスの断面図である。
【図２】同実施形態にかかる半導体製造方法の図１に続くプロセスを示したデバイスの断面図である。
【図３】微結晶構造と水素プラズマ処理と移動度との関係を説明するための図である。
【図４】同実施形態にかかる基板処理システムの一例を示した図である。
【図５】ＲＬＳＡプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図６】各プロセス条件における微結晶シリコン膜のＥＳＲの結果を示した図である。
【図７】各プロセス条件における膜厚依存性を示した図である。
【図８】微結晶シリコン膜のＸＲＤ強度を示した図である。
【図９】微結晶シリコン膜の温度依存性および水素流量依存性を示した図である。
【図１０】微結晶シリコン膜の水素流量依存性を示した他の図である。
【図１１】微結晶シリコン膜のバイアス電圧のパワー依存性を示した図である。
【図１２】図１２（ａ）は水素プラズマ処理を施さない場合、図１２（ｂ）は水素プラズマ処理を施した場合の移動度およびｏｎ／ｏｆｆ比（ドレイン電流）を示した図である。
【図１３】ＣＭＥＰプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１４】多結晶膜構造と微結晶膜構造と移動度との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明が用いられる一実施形態にかかるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）プロセス（半導体製造方法）ついて詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については同一符号を付することにより重複説明を省略する。また、本明細書中、０℃、１ａｔｍのとき、１ｓｃｃｍは、１０−６／６０（ｍ３／ｓｅｃ）、１ｍＴｏｒｒは、１０−３×１０１３２５／７６０（Ｐａ）とする。
【００３５】
本実施形態のＴＦＴプロセスでは、活性層として形成された微結晶シリコン膜からみてゲート電極がガラス基板と同方向に配置されたボトムゲート構造の薄膜トランジスタが製造される。図１、２には、ボトムゲート型ＴＦＴプロセスが示されている。図では、ｎチャネルＴＦＴプロセスの各工程を示しているが、ドープする不純物を変えればｐチャネルＴＦＴプロセスの各工程となる。
【００３６】
１．ゲート酸化膜形成
ボトムゲート構造ＴＦＴプロセスでは、まず、図１（ａ）に示したように、リン（Ｐ）をドープしたドープドシリコン膜（低抵抗層（ｐ＋））のガラス基板Ｓ上にゲート酸化（ＳｉＯ２）膜１０を形成する。ゲート酸化膜１０は、常圧、基板温度４００℃の状態においてシラン（ＳｉＨ４）および酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の混合ガスを励起させてプラズマを生成し、そのプラズマにより１００ｎｍの厚さに成膜される（常圧ＣＶＤ）。なお、ガラス基板Ｓはゲート電極として機能し、ゲート酸化膜１０はゲート絶縁膜として機能する。
【００３７】
成膜されたゲート酸化膜１０は、たとえば、ガラス基板の歪点を考慮してレーザアニールすることにより、多結晶化（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）させることもできる。また、基板に石英等の歪点の高い材質を用いる場合には、高温にてアニール処理することもできる。一例としては、瞬時ランプ加熱（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）により酸素雰囲気にてゲート酸化膜１０を８００℃にて３０秒アニールしてもよい。
【００３８】
２．微結晶シリコン膜形成
つぎに、図１（ｂ）に示したように、ゲート酸化膜１０上に微結晶シリコン（μｃ（ｍｉｃｒｏ  ｃｒｙｓｔａｌ）−Ｓｉ）膜２０をマイクロ波プラズマＣＶＤ（低圧ＣＶＤ（Ｌｏｗ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。このとき、マイクロ波のパワー密度を６．６Ｗ／ｃｍ２、処理容器内の圧力を４〜１３．３Ｐａの範囲内、基板温度を２５０〜３５０℃の範囲内に設定し、シランおよび水素の混合ガスをシランガス０．４８ｓｃｃｍ、水素ガス１０ｓｃｃｍの流量にて供給する。さらに、不活性ガスの一例としてアルゴンガスを混合させてもよい。前記プロセス条件にてマイクロ波のパワーにより混合ガスを励起させることにより生成されたプラズマを用いて微結晶シリコン膜２０を１００ｎｍの厚さまで成膜する。
【００３９】
このとき、電子密度Ｎｅは３×１０１２（ｃｍ−３）であり、１０１１ｃｍ−３以上の高密度プラズマとなっており、電子温度Ｔｅは１．５〜２．０ｅＶである。このように、マイクロ波プラズマでは、容量結合型や誘導結合型のプラズマと比べると、プラズマの電子密度ｎｅが高く、電子温度Ｔeが低いため、高速なプラズマ処理で高品質な製品を製造することができる。
【００４０】
高密度プラズマを用いて形成された微結晶シリコン膜２０は、グレインが小さく、グレインバウンダリの障壁も低く、結晶性に優れているのでアニール工程やレーザ再結晶工程を必要としない。よって、微結晶シリコン膜２０をＴＦＴのチャネル領域に使用すると、アモルファスシリコン膜を使用した場合に比して高いキャリア移動度、およびそれに伴うより優れた動作特性が実現でき、併せてアニール工程を省くことができるためにスループットの向上とコストダウンを図ることができる。なお、高密度プラズマにより形成された微結晶シリコン膜２０の特性についての考察は詳述する。
【００４１】
３．低抵抗層（ｎ＋）形成
つぎに、図１（ｃ）に示したように、たとえば、基板温度を３００℃に設定し、シランおよび水素の混合ガスを励起させてプラズマを生成し、さらにボロン（Ｂ）をドープしたドープドシリコン膜（低抵抗層（ｎ＋））３０を１００ｎｍの厚さまで成膜する。低抵抗層（ｎ＋）３０は、ソース領域およびドレイン領域として機能する。
【００４２】
４．微結晶シリコン膜および低抵抗層（ｎチャネル）のパターニング
低抵抗層３０の形成後、図１（ｄ）に示したように、微結晶シリコン膜２０および低抵抗層３０をアイランド状にパターニングする。
【００４３】
５．アルミ配線用膜形成
つぎに、図１（ｅ）に示したように、アルミ配線用膜（Ａｌ層）４０をスパッタリングにより形成する。アルミ配線用膜４０は、真空蒸着により形成してもよい。
【００４４】
６．チャネルエッチング
ついで、図２（ａ）に示したように、電極パターンを形成するためにアルミ配線用膜４０および低抵抗層３０エッチングする（チャネルエッチング）。これにより、ゲート酸化膜１０を隔てて微結晶シリコン膜２０に対向する位置にゲート電極（ガラス基板Ｓ）が形成され、微結晶シリコン膜２０に隣接して対向する位置にソース／ドレイン電極３０ｓ、３０ｄが形成される。
【００４５】
７．裏面エッチング／裏面アルミ蒸着
つぎに、図２（ｂ）に示したように、基板Ｓの裏面をエッチング後、蒸着により基板Ｓの裏面にＡｌ層５０を成膜する。
【００４６】
８．水素プラズマ処理
つぎに、図２（ｃ）に示したように、マイクロ波プラズマＣＶＤにより微結晶シリコン膜２０およびソース／ドレイン電極３０ｓ、３０ｄに水素プラズマ処理を施す。このとき、圧力を１３．３Ｐａ、基板温度を３００℃に設定し、４００ｋＨｚの高周波電力（ＲＦ）により基板に６００−７００Ｖのバイアス電圧Ｖｐｐを印加する。この状態でパワーが１．８Ｗ／ｃｍ２のマイクロ波により流量が４０００ｓｃｃｍの水素ガスを励起させて水素プラズマを生成する。
【００４７】
水素プラズマ処理について説明する前に、水素プラズマ処理前の微結晶膜（μｃ−Ｓｉ）の状態について、多結晶膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）との差異を明確にしながら説明する。水素プラズマ処理前の多結晶膜および微結晶膜の状態を図１４に示す。
【００４８】
図１４（ａ）に示した多結晶は、結晶構造を有する膜中のシリコン粒すなわちグレイン（粒）の粒径が大きい。多結晶のグレイン内は単結晶とほぼ同様の状態になっているので、グレイン中を移動するときのキャリアの移動度μ（ｃｍ２／Ｖｓｅｃ）は高い。一方、グレインとグレインとの間の粒界（グレインバウンダリ）では障壁ｈが高くなる。よって、キャリアの移動度μはグレインバウンダリで急激に低くなる。これにより、多結晶の場合、グレイン中を移動するときのキャリアの移動度μとグレインバウンダリを移動するときのキャリアの移動度μとの差が大きく、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の動作は不安定になる。
【００４９】
一方、図１４（ｂ）に示した微結晶では、グレイン（粒）の粒径が小さい。よって、グレイン中を移動するときのキャリアの移動度μは多結晶の場合より低い。一方、グレインバウンダリの障壁ｈはさほど高くない。よって、微結晶の場合、グレイン中を移動するときのキャリアの移動度μとグレインバウンダリを移動するときのキャリアの移動度μとの差が小さく、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の動作は安定する。
【００５０】
図３（ａ）は水素プラズマ処理前の微結晶膜の移動度と障壁との関係（図１３（ｂ）と同じ）、図３（ｂ）は水素プラズマ処理中の微結晶の状態、図３（ｃ）は水素プラズマ処理後の微結晶膜の移動度と障壁との関係を示している。
【００５１】
前述したように、微結晶シリコン膜２０は、多結晶膜よりも粒径が小さいグレインから形成され、グレインバウンダリにはダングリングボンドが存在する。グレイン内は、一般的には共有結合であり、ダングリングボンドは少ない。グレインバウンダリにはシリコン原子が共有結合の相手を失って、結合に関与しない電子(不対電子)で占められた結合手（ダングリングボンド）が存在する。
【００５２】
グレインバウンダリのダングリングボンドは、電子やホールからなるキャリアをトラップしてその輸送を妨げるため、移動度を低減させる原因となる。そこで、本実施形態では、図３（ｂ）に示したように、水素プラズマ処理を施すことにより、微結晶シリコン膜２０のグレインバウンダリに存在するダングリングボンドを水素にて終端させる。詳細には、水素プラズマ中の水素イオン（Ｈ＋）は、基板に印加されたバイアス電圧により基板に向かって加速中にグレインバウンダリに存在するダングリングボンドと結合する。これにより、粒界面の欠陥が修復され微結晶シリコン膜２０の特性が改善する。
【００５３】
水素プラズマ処理を施した後、図３（ｃ）に示したグレインバウンダリの障壁ｈは、ダングリングボンドが水素により終端されているため、図３（ａ）の水素プラズマ処理前のグレインバウンダリの障壁ｈより低くなっている。このように、水素プラズマ処理によれば、キャリアがグレインバウンダリの障壁ｈを越えて移動する際、その障壁ｈの高さを低くし、グレイン中を移動するときのキャリアの移動度μとグレインバウンダリを移動するときのキャリアの移動度μとの差を小さくすることができる。この結果、微結晶シリコン膜２０全体の平均移動度を高めることができるとともに、グレイン内とグレインバウンダリのキャリアの移動度μの差を小さくすることにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の動作を非常に安定させることができる。なお、水素プラズマ処理は、マイクロ波プラズマを用いてもよく、平行平板リモートプラズマを用いてもよい。
【００５４】
発明者らは、マイクロ波のパワーを２０００Ｗ、処理室内の圧力を１３．３Ｐａ、基板温度を３００℃、ＴＦＴの幅／長さを２０／５μｍに設定し、この条件において５分間、水素プラズマ処理を施した場合の移動度μ（ｃｍ２／Ｖｓｅｃ）の変化を検証した。この実験によれば、図１１に示したように、バイアス電圧のパワーが１５〜３５Ｗのとき移動度が向上し、特に、バイアス電圧のパワーが２０〜３０Ｗのとき、移動度が飛躍的に向上することがわかった。
【００５５】
９．パッシベーション形成／アニール
最後に、以上のようにしてガラス基板Ｓ上に積層されたＴＦＴを保護するために、図２（ｄ）に示したように、プラズマＣＶＤによりＳｉＮ膜等の絶縁膜がパッシベーション層６０として形成される。形成されたパッシベーション層６０は、圧力４０Ｐａ、基板温度４５０℃の条件下にアルゴンガスを流しながら２時間、熱処理される。
【００５６】
なお、パッシベーション層６０を熱処理しながら水素プラズマ処理を実行してもよい。この場合、水素がパッシベーション層６０内部を拡散して、チャネル領域（３０ｓ、３０ｄ等）まで到達し、チャネル領域のダングリングボンドを水素にて終端させる。
【００５７】
（基板処理システム）
次に、図１、２に示した一連のプロセスを実施する基板処理システムについて、図４を参照しながら説明する。本実施形態にかかる基板処理システム１００は、複数の処理装置を有するクラスタ型の装置である。
【００５８】
（基板処理システム１００）
基板処理システム１００は、ロードロック室ＬＬＭ、搬送室ＴＭ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）、クリーニング室ＣＭ（Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ｍｏｄｕｌｅ）および４つのプロセスモジュールＰＭ（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍｏｄｕｌｅ）１〜４から構成されている。
【００５９】
ロードロック室ＬＬＭは、大気系から搬送されたガラス基板Ｓを、減圧状態にある搬送室ＴＭを経由して所定の真空度に保たれたプロセスモジュールＰＭに搬送するために、内部を所定の減圧状態に保持した真空搬送室である。搬送室ＴＭには屈伸および旋回可能な多関節状の搬送アームＡｒｍが配設されている。基板処理システム１００は、最初に、搬送アームＡｒｍを用いてガラス基板Ｓをロードロック室ＬＬＭからクリーニング室ＣＭに搬送し、基板表面をクリーニングした後、プロセスモジュールＰＭ２に搬送し、ＡＰＣＶＤによりゲート酸化膜１０を形成後、ＰＭ３に搬送し、マイクロ波プラズマＣＶＤにより微結晶シリコン膜２０を形成する。
【００６０】
図５にマイクロ波プラズマ処理を実行するＲＬＳＡプラズマＣＶＤ装置（ＰＭ３）の縦断面を模式的に示す。ＲＬＳＡプラズマＣＶＤ装置は、天井面が開口された円筒状の処理容器３００を有している。天井面の開口には、シャワープレート３０５が嵌め込まれている。処理容器３００とシャワープレート３０５とは、処理容器３００の内壁の段差部とシャワープレート３０５の下面外周部との間に配設されたＯリング３１０により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Ｕが形成されている。たとえば、処理容器３００はアルミニウム等の金属からなり、シャワープレート３０５はアルミニウム等の金属または誘電体からなり、電気的に接地されている。
【００６１】
処理容器３００の底部には、ウエハＷを載置するサセプタ（載置台）３１５が絶縁体３２０を介して設置されている。サセプタ３１５には、整合器３２５ａを介して高周波電源３２５ｂが接続されていて、高周波電源３２５ｂから出力された高周波電力により処理容器３００の内部に所定のバイアス電圧Ｖｐｐを印加するようになっている。また、サセプタ３１５には、コイル３３０ａを介して高圧直流電源３３０ｂが接続されていて、高圧直流電源３３０ｂから出力された直流電圧により基板Ｓを静電吸着するようになっている。また、サセプタ３１５の内部には、ウエハＷを冷却するために冷却水を供給する冷却ジャケット３３５が設けられている。
【００６２】
シャワープレート３０５は、その上部にてカバープレート３４０により覆われている。カバープレート３４０の上面には、ラジアルラインスロットアンテナ３４５が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ３４５は、多数の図示しないスロットが形成されたディスク上のスロット板３４５ａとスロット板３４５を保持するディスク上のアンテナ本体３４５ｂとスロット板３４５ａとアンテナ本体３４５ｂとの間に設けられ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電体から形成される遅相板３４５ｃとから構成されている。ラジアルラインスロットアンテナ３４５には、同軸導波管３５０を介して外部にマイクロ波発生器３５５が設置されている。
【００６３】
処理容器３００には、真空ポンプ（図示せず）が取り付けられていて、ガス排出管３６０を介して処理容器３００内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧するようになっている。
【００６４】
ガス供給源３６５は、複数のバルブＶ、複数のマスフローコントローラＭＦＣ、水素（Ｈ２）ガス供給源３６５ａ、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源３６５ｂおよびシラン（ＳｉＨ４）ガス供給源３６５ｃから構成されている。ガス供給源３６５は、各バルブＶの開閉および各マスフローコントローラＭＦＣの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のガスを処理容器３００の内部に供給するようになっている。
【００６５】
水素ガスおよびアルゴンガスは、第１の流路３７０ａを通ってシャワープレート３０５を貫通するガス導入管３７５から処理室Ｕの上方に供給され、シランガスは、第２の流路３７０ｂを通って一体型ガスパイプ３８０から第１のガスより下方に供給される。かかる構成によれば、マイクロ波発生器３５５からスロットおよびシャワープレート３０５を介して処理室Ｕ内に入射されたマイクロ波のパワーにより各種ガスを励起させてプラズマを生成する。生成されたプラズマにより微結晶シリコン膜２０が形成される。
【００６６】
微結晶シリコン膜２０を形成後、同プロセスモジュールＰＭ３にてボロン（Ｂ）をドーピングしながら水素ガスおよびシランガスを更に供給することにより、低抵抗層３０が形成される。
【００６７】
このようにして微結晶シリコン膜２０を形成後、基板処理システム１００は、基板Ｓを図４に示したプロセスモジュールＰＭ１に搬送し、所望のパターンを用いて微結晶シリコン膜２０および低抵抗層３０をアイランド形状にエッチングする。
【００６８】
つぎに、基板処理システム１００は、基板ＳをプロセスモジュールＰＭ４に搬送し、スパッタリングによりＡｌ層４０を形成し、再び、プロセスモジュールＰＭ１に搬送して、Ａｌ層４０および低抵抗層３０をエッチングすることにより、チャネル部分を露出させる。さらに、同モジュールＰＭ１にて基板の裏面をエッチングし、（図示しない）蒸着装置またはプロセスモジュールＰＭ４のスパッタリングにより基板の裏面にＡｌ膜５０を成膜する。
【００６９】
再び、基板処理システム１００は、基板ＳをプロセスモジュールＰＭ３に搬送し、水素ガス供給源３６５ａから供給された水素ガスをマイクロ波のパワーにより励起させて水素プラズマを生成し、プラズマ中の水素イオンをバイアス電圧により基板方向へ加速させて、グレインバウンダリのダングリングボンドを水素イオンで終端（ターミネート）させることにより、微結晶シリコン膜２０の界面の特性を向上させる。最後に、同モジュールＰＭ３にてパッシベーション層６０を形成し、（図示しない）熱処理室にてパッシベーション層６０をアニール処理する。
【００７０】
（微結晶シリコン膜の配向）
以上に説明した各工程のうち、微結晶シリコン膜２０の界面近傍はキャリア（電子またはホール）が移動するため、膜の特性が非常に重要になる。そこで、前述したように、本実施形態にかかる半導体製造方法では、水素プラズマ処理によりグレインバウンダリのダングリングボンドに水素をターミネートして膜の特性を向上させている。
【００７１】
これに加え、本実施形態にかかる半導体製造方法では、微結晶シリコン膜を形成する際、前記微結晶シリコン膜の結晶方位配列が、（２２０）の配向へ成長しやすいようにプロセスを制御する。
【００７２】
前述したように、ダングリングボンドではシリコンの原子は共有結合の相手を失っている状態である。言い換えれば、ダングリングボンドには不対電子で占められた結合手が存在する。よって、ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｎｃｅ）により、微結晶シリコン膜２０の界面の不対電子の状態を計測することにより、グレインの粒界におけるダングリングボンドの状態が解明できる。
【００７３】
ＥＳＲの結果を図６に示す。この結果より、ダングリングの密度は、（１１１）配向で約６×１０１７ｃｍ−３、（２２０）配向で約７×１０１６ｃｍ−３であり、（２２０）配向の方が（１１１）配向よりも約一桁小さい。これは、（２２０）配向の方が（１１１）配向よりダングリングボンドが少ないことを表している。理由としては、（１１１）配向では柱状結晶が見られるのに対し、（２２０）配向では結晶が横方向に広がり、グレインのバウンダリがあまりはっきりしていないため、（２２０）配向に結晶が成長する過程では、ダングリングボンド（結晶欠陥）が少ないのではないかと推定される。
【００７４】
なお、（１１１）配向に成長した微結晶シリコン膜２０は、高フローレート条件として、シランガス３ｓｃｃｍ、水素ガス３５ｓｃｃｍ、圧力１３．３Ｐａ、基板温度３５０℃の条件下でマイクロ波プラズマにより成膜された。一方、（２２０）配向に成長した微結晶シリコン膜２０は、低フローレート条件として、シランガス０．４８ｓｃｃｍ、水素ガス３ｓｃｃｍ、圧力４Ｐａ、基板温度３５０℃の条件下でマイクロ波プラズマにより成膜された。
【００７５】
発明者らは、この成膜条件を用いてＴＦＴを作成し、水素プラズマ処理を行った。その結果に基づき、まず、発明者らは、微結晶シリコン膜２０の結晶構造の膜厚依存性について検討した。図７は、横軸に微結晶シリコン膜２０の膜厚（ｎｍ）を示し、左縦軸にＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のピークの強度比Ｉ（２２０）／Ｉ（１１１）を示し、右縦軸にＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）を示す。ＲＭＳは膜表面の凹凸を意味する。
【００７６】
グラフの実線は、ＸＲＤ回折結果によるピーク強度比Ｉ（２２０）／Ｉ（１１１）の膜厚依存性を示す。たとえば、図８に示したＸＲＤ強度の測定結果の一例によれば、ピーク強度比Ｉ（２２０）／Ｉ（１１１）≒１．１４となった。一方、グラフの破線はＲＭＳである。これらの結果によれば、約３００ｎｍの膜厚以上から（２２０）配向への成長比率が高くなる方向に膜を安定して成長させることができる。
【００７７】
（微結晶膜の温度依存性および水素流量依存性）
つぎに、発明者らは、微結晶シリコン膜２０の温度依存性および水素流量依存性について実験を行った。この実験では、シランガスの流量を３ｓｃｃｍ、水素ガスとアルゴンガスの合計流量を３５ｓｃｃｍに設定し（ガスの総流量３８ｓｃｃｍ）、基板温度を２５０℃、３００℃、３５０℃の３種類に設定し、成膜ガスの総流量に対する水素ガスの流量を変化させた。その結果を図９に示す。
【００７８】
これによれば、微結晶シリコン膜が成長する配向と基板近傍の温度および水素の流量との間には相関関係があることがわかる。具体的には、基板温度が２５０℃の場合、（１１１）配向に対する（２２０）配向への成長比率はそれほど向上しなかった。一方、基板温度が３００℃の場合、結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率は、基板温度が２５０℃の場合に比べて高くなり、さらに、基板温度が３５０℃の場合には、基板温度が３００℃の場合に比べてさらに高くなった。この結果、発明者らは、基板温度を３００〜３５０℃の範囲に設定すれば結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率を高くすることができることを見いだした。
【００７９】
また、同温度では、ガスの総流量に対する水素ガスの流量比が高くなればなるほど、結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなることがわかった。これにより、発明者らは、基板近傍の温度を３００〜３５０℃の範囲内に設定し、さらにガスの総流量に対する水素ガスの流量比を高めることにより、（２２０）配向へより成長した微結晶シリコン膜２０を成膜することができることをつきとめた。
【００８０】
（微結晶膜の水素流量依存性）
つぎに、発明者らは、微結晶シリコン膜２０の水素流量依存性についての他の実験を行った。この実験では、図１０に示したように、シランガスの流量を０．４８ｓｃｃｍに設定し、水素ガスとアルゴンガスの合計流量を１０ｓｃｃｍ（曲線Ｇ）、３５ｓｃｃｍ（曲線Ｈ）の２パターンに変化させた。
【００８１】
この結果、発明者らは、微結晶シリコン膜２０の形成時、ガスの総流量に対する水素ガスの含有量を増やせば増やすほど、成膜された微結晶シリコン膜の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率が高くなることを見いだした。
【００８２】
また、プラズマ照射前にアルゴンガスおよび水素ガスからなる生ガスを処理室内に導入し（Ａｒ／Ｈ２  ｐｒｅ−ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）、その後、水素ガスとアルゴンガスの合計流量を１０ｓｃｃｍに制御した状態で上記各種ガスを導入しながらプラズマにより微結晶シリコン膜を形成すると、（２２０）配向への成長比率が非常に高い微結晶シリコン膜を形成することができた。
【００８３】
よって、発明者は、微結晶シリコン膜２０の形成時、成膜ガスに水素ガスを混合させることにより、微結晶シリコン膜２０の結晶方位配列（１１１）に対する結晶方位配列（２２０）への成長比率を高くすることができ、さらに、微結晶膜形成前に処理室に水素を含む生ガスを流す（プリトリートメント）ことにより、ダングリングボンドの非常に少ない微結晶シリコン膜を形成することができることを解明した。
【００８４】
（微結晶シリコン膜への水素プラズマ処理、微結晶シリコン膜のＲＦバイアス依存性）
前述したように、発明者らは、図１１に示したように、マイクロ波のパワーを２０００Ｗ、処理室内の圧力を１３．３Ｐａ、基板温度を３００℃、ＴＦＴの幅／長さ（Ｗ／Ｌ）を２０／５μｍに設定し、この条件において５分間、水素プラズマ処理を施した場合の移動度μ（ｃｍ２／Ｖｓｅｃ）を検証した。この結果、発明者らは、微結晶シリコン膜２０の形成時、ＲＦバイアスのパワーを１５〜３５Ｗの範囲に設定することにより、バイアス電圧Ｖｐｐが約５００〜８００Ｖで、移動度μが高められ、ＲＦバイアスのパワーを２０〜３０Ｗの範囲に設定することにより、さらに移動度μを向上させることができることがわかった。
【００８５】
水素プラズマ処理後の薄膜トランジスタの動作特性を図１２に示す。図１２（ａ）に水素プラズマ処理を行わなかった薄膜トランジスタのゲート電圧Ｖｇに対する移動度μおよびドレイン電流を示し、図１２（ｂ）に水素プラズマ処理を行った場合の移動度μおよびドレイン電流を示す。なお、ＴＦＴの幅／長さを２０／４μｍ、ドレイン電圧を０．１Ｖとする。
【００８６】
これによれば、微結晶シリコン膜２０の移動度に大きな差が見られた。具体的には、水素プラズマ処理を行わなかった場合、微結晶シリコン膜２０の移動度μの最大値が０．００１ｃｍ２／Ｖｓｅｃに満たなかったのに対し、水素プラズマ処理を行った場合には１．４ｃｍ２／Ｖｓｅｃを達成することができた。
【００８７】
また、ゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄの変化についても顕著な差が生じた。すなわち、水素プラズマ処理を行わなかった場合のｏｎ／ｏｆｆ比は２桁程度であったのに対し、水素プラズマ処理を行った場合のｏｎ／ｏｆｆ比は５桁以上を達成することができた。
【００８８】
以上に説明したように、発明者は、高密度プラズマを用いて少なくとも（２２０）の結晶方位配列に成長させるようにプロセス条件を最適化させて微結晶シリコン膜２０を成膜し、成膜された微結晶シリコン膜２０をさらに水素にてターミネートすることにより、非常に欠陥が少なく、高い移動度、高いｏｎ／ｏｆｆの特性をもつ微結晶シリコン膜を形成することに成功した。
【００８９】
ダイヤモンドの結晶構造をもつ微結晶シリコン膜では、（２２０）の配向面より（１１１）の配向面により多くの原子が存在する。よって、微結晶シリコン膜の場合、原子の密度が高い（１１１）の配向面の方が（２２０）の配向面に比べて、シリコン原子が共有結合の相手を失い、ダングリングボンドが生じやすいと考えられる。このことから、（２２０）の配向に膜が成長するように微結晶シリコン膜の形成過程を制御することにより、ダングリングボンドが少なく、移動度およびｏｎ／ｏｆｆ比の高いチャネル層を形成することができる。
【００９０】
さらに、形成された微結晶シリコン膜２０に対して水素プラズマ処理を施すことにより、微結晶シリコン膜２０を構成するグレインの粒界のダングリングボンドを水素にてターミネートする。この結果、移動度およびｏｎ／ｏｆｆ比をさらに高めて、低消費電力で高速処理が可能で薄型トランジスタを製造することができる。
【００９１】
（マイクロ波プラズマ処理装置の他の構成）
なお、本実施形態にかかる半導体製造方法を用いて薄膜トランジスタを製造する半導体製造装置は、図５のＲＬＳＡプラズマ装置に限らず、たとえば、図１３に示したように、所望の真空度に保たれた処理容器５００の内部にてサセプタ５０５に載置された基板Ｓをプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、タイル状に形成された複数枚の誘電体板５１０を処理容器５００の天井面に均等に配置したＣＭＥＰ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置であってもよい。
【００９２】
マイクロ波プラズマ処理装置は、処理容器５００と蓋体５１０とを備えている。処理容器５００は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器５００と蓋体５１０とは、蓋本体２１の下面外周部と処理容器５００の上面外周部との間に配設されたＯリング３２により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Ｕが形成されている。処理容器５００および蓋体５１０は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００９３】
処理容器５００には、その内部にて基板Ｇを載置するためのサセプタ１１（載置台）が設けられている。サセプタ１１は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。
【００９４】
給電部１１ａには、整合器１２ａ（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２ｂが接続されている。また、給電部１１ａには、コイル１３ａを介して高圧直流電源１３ｂが接続されている。整合器１２ａ、高周波電源１２ｂ、コイル１３ａおよび高圧直流電源１３ｂは、処理容器５００の外部に設けられている。また、高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは、接地されている。
【００９５】
給電部１１ａは、高周波電源１２ｂから出力された高周波電力により処理容器５００の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１ａは、高圧直流電源１３ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００９６】
ヒータ１１ｂには、処理容器５００の外部に設けられた交流電源１４が接続されていて、交流電源１４から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。
【００９７】
処理容器５００の底面は筒状に開口され、その外部周縁にはベローズ１５の一端が装着されている。また、ベローズ１５の他端は昇降プレート１６に固着されている。このようにして、処理容器５００底面の開口部分は、ベローズ１５および昇降プレート１６により密閉されている。
【００９８】
サセプタ１１は、昇降プレート１６上に配設された筒体１７に支持されていて、昇降プレート１６および筒体１７と一体となって昇降し、これにより、サセプタ１１を処理プロセスに応じた高さに調整するようになっている。また、サセプタ１１の周囲には、処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１８が設けられている。
【００９９】
処理容器５００の底部には、処理容器５００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）が備えられている。真空ポンプは、ガス排出管１９を介して処理容器５００内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧する。
【０１００】
蓋体５１０には、蓋本体２１、６本の方形導波管３３、スロットアンテナ３８、および、誘電体（複数枚の誘電体板３１から構成）が設けられている。６本の方形導波管３３は、その断面形状が矩形状であり、蓋本体２１の内部にて平行に並べて設けられている。各方形導波管３３の内部は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材３４で充填されていて、その誘電部材３４により、λｇ１＝λｃ／（ε１）１／２の式に従って各方形導波管３３の管内波長λｇ１が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε１は誘電部材３４の誘電率である。
【０１０１】
各方形導波管３３は、上部にて開口し、その開口には、可動部３５が昇降自在に挿入されている。可動部３５は、アルミニウムなどの非磁性体である導電性材料から形成されている。
【０１０２】
蓋本体２１の外部であって、各可動部３５の上面には、昇降機構３６がそれぞれ設けられていて、可動部３５を昇降移動させる。かかる構成により、誘電部材３４の上面までを限度として、可動部３５を昇降移動させるにより、方形導波管３３は、その高さを任意に変えることができるようになっている。
【０１０３】
スロットアンテナ３８は、蓋本体２１の下方にて蓋本体２１と一体となって形成されている。スロットアンテナ３８は、アルミニウムなどの非磁性体である金属から形成されている。スロットアンテナ３８には、各方形導波管３３の下面にて、図２に示した１３個のスロット３７（開口）が、それぞれ直列に並べて設けられている。各スロット３７の内部には、フッ素樹脂、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材が充填されていて、その誘電部材により、λｇ２＝λｃ／（ε２）１／２の式に従って各スロット３７の管内波長λｇ２が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε２はスロット３７内部の誘電部材の誘電率である。
【０１０４】
各誘電体板３１は、互いに隣接する２本の方形導波管３３の下面に設けられた２６個（＝１３個×２列）のスロット３７のうち、２つのスロットを跨ぐようにそれぞれ取り付けられている。以上の構成により、スロットアンテナ３８の下面には、タイル状に形成された複数の誘電体板３１が等間隔にアレイ状に取り付けられる。
【０１０５】
各誘電体板３１は、石英ガラス、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、サファイア、ＳｉＮ、セラミックスなどの誘電材料を用いて形成されている。各誘電体板３１には、図１３に示したように基板Ｇと対向する面にて凹凸が形成されている。このように、各誘電体板３１に凹部または凸部の少なくともいずれかを設けることによって、表面波が、各誘電体板３１の表面を伝播する際の電界エネルギーの損失が増加し、これにより、表面波の伝播を抑止することができる。この結果、定在波の発生を抑制して、均一なプラズマを生成することができる。なお、各方形導波管３３の下面に形成されるスロット３７の個数は任意である。
【０１０６】
スロットアンテナ３８の下面には、複数の誘電体板３１を支持するために格子状に形成された梁２６が設けられている。各誘電体板３１は、その誘電体板３１と梁２６（梁２６ａ〜２６ｄ）とに段差が設けられるように、その周縁にて梁２６にそれぞれ支持されている。すなわち、梁２６は、各誘電体板３１の周縁にて梁２６が基板Ｇ側に突出するように設けられている。梁２６は、アルミニウムなどの非磁性体である導電性材料にて形成されている。
【０１０７】
梁２６の下面には、その一部にて複数の支持体２７（支持体２７ａ〜２７ｄ）が設けられている。各ガスパイプ２８（たとえば、下段のガスシャワーヘッドを構成する一単位となるパーツ）の両端は、支持体２７により支持されている。ガスパイプ２８は、アルミナなどの誘電体から形成されている。
【０１０８】
冷却水配管４４には、マイクロ波プラズマ処理装置１００の外部に配置された冷却水供給源４５が接続されていて、冷却水供給源４５から供給された冷却水が冷却水配管４４内を循環して冷却水供給源４５に戻ることにより、蓋本体２１は、所望の温度に保たれるようになっている。
【０１０９】
以上に説明した構成により、マイクロ波発生器４０から出力された、たとえば、２．４５ＧＨｚ×３のマイクロ波は、各方形導波管３３を伝播し、各スロット３７を通り、各誘電体板３１を透過して処理室Ｕ内に入射されるようになっている。
【０１１０】
ガス供給源４３は、複数のバルブ（バルブ４３ａ１、４３ａ３、４３ｂ１、４３ｂ３、４３ｂ５、４３ｂ７）、複数のマスフローコントローラ（マスフローコントローラ４３ａ２、４３ｂ２、４３ｂ６）、酸素ガス供給源４３ａ４、シランガス供給源４３ｂ４およびアルゴンガス供給源４３ｂ８から構成されている。
【０１１１】
ガス供給源４３は、各バルブＶの開閉および各マスフローコントローラＭＦＣの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度の水素ガス、シランガスおよびアルゴンガスを処理容器５００内にそれぞれ供給するようになっている。
【０１１２】
ガス導入管２９（ガス導入管２９ａ〜２９ｄ）は、梁２６の内部を貫通している。ガス導入管２９ａ、２９ｃには、第１の流路４２ａを介して水素ガス供給源４３ａ４が接続されている。また、ガス導入管２９ｂ、２９ｄには、第２の流路４２ｂを介してシランガス供給源４３ｂ４およびアルゴンガス供給源４３ｂ８が接続されている。
【０１１３】
水素ガスは、たとえば、ガス導入管２９ａ、２９ｃを通って各誘電体板３１と各ガスパイプ２８との間の空間に導入され、マイクロ波の電界エネルギーによりプラズマ化される。一方、シランガスおよびアルゴンガスの混合ガスは、ガス導入管２９ｂ、２９ｄを通って、各ガスパイプ２８に設けられたガス供給孔からサセプタ１１上の基板Ｇ側に導入される。このようにして生成されたプラズマにより微結晶シリコン膜２０が形成される。
【０１１４】
特に、上記ＣＭＥＰプラズマ処理装置では、タイル状の誘電体板３１がアレイ状に設けられる。各誘電体３１は、格子状に形成された梁２６で支持され、処理容器の天井面に固定されている。梁２６は、非磁性体の導電性部材によって形成されている。２．４５ＧＨｚのマイクロ波の自由空間における波長は約１２０ｍｍである。各誘電体板３１を透過したマイクロ波は、誘電体３１の下面とプラズマとの間を表面波（進行波）となって伝搬し、梁２６に到達すると反射して反射波となる。通常、進行波と反射波との干渉により定在波が生じる。しかしながら、上記ＣＭＥＰプラズマ処理装置では、誘電体板３１が１２０ｍｍ×１２０ｍｍ程度の大きさであり、これは、縦横共にせいぜい定在波の１波長程度の長さしかないので、ＣＭＥＰプラズマ処理装置では定在波はほぼ生じないと考えてよい。定在波は均一なプラズマを安定的に生成する時の妨げになるから、ＣＭＥＰプラズマ処理装置によれば、誘電体板３１を所定の間隔毎にアレイ状に多数設けることにより、均一かつ安定的に生成されたプラズマを用いて大面積のガラス基板に対して精密な微結晶シリコン膜２０を形成することができる。
【０１１５】
以上に説明した微結晶シリコン膜形成方法により形成された微結晶シリコン膜を用いて半導体を製造する半導体製造装置によれば、微結晶シリコン膜中の移動度を高く保ち、高速処理が可能で消費電力の低い半導体を製造することができる。なお、本実施形態にかかる半導体製造方法は、シリコンウエハに形成する半導体の製造方法とフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ  Ｐａｎｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）上に形成する半導体の製造方法を含む。
【０１１６】
また、微結晶シリコン膜を用いるため、アニール処理が不要となり、これにより、プロセス中の温度を６００℃以下に保持することによって安価なガラス基板上に微結晶シリコン膜を形成することができる。
【０１１７】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜形成方法の発明の実施形態を、微結晶シリコン膜形成方法を用いて微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜成膜装置の実施形態とすることができる。
【０１１８】
なお、上記実施形態では、ＲＬＳＡプラズマ処理装置やＣＭＥＰプラズマ処理装置を用いてプラズマＣＶＤにより微結晶シリコン膜が成膜された。しかしながら、微結晶シリコン膜の形成は、容量結合型（平行平板型）プラズマ処理装置や誘導結合型プラズマ処理装置を用いて生成された高密度プラズマによりＣＶＤ処理やスパッタリング処理によって形成することもできる。
【０１１９】
また、上記微結晶シリコン膜成膜装置により形成された微結晶シリコン膜を用いて製造された半導体を表示装置に組み込むことにより、高速処理が可能で消費電力の低い表示装置を製品化することができる。表示装置としては、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイやプラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などが挙げられる。
【０１２０】
上記微結晶シリコン膜成膜装置により処理されるガラス基板のサイズは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ以上である。たとえば、上記微結晶シリコン膜成膜装置は、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ（チャンバ内の寸法、１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ）のＧ４．５基板サイズや１１００ｍｍ×１３００ｍｍ（チャンバ内の寸法、１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）のＧ５基板サイズ以上の基板を連続成膜処理することができる。
【０１２１】
また、上記微結晶シリコン膜成膜装置により上記処理が施される被処理体は、ガラス基板に限られず、直径が２００ｍｍや３００ｍｍ等のシリコンウエハなどであってもよい。
【０１２２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２３】
たとえば、上記実施形態では、ボトムゲート構造の薄型トランジスタの製造プロセスを例に挙げたが、本発明は、微結晶シリコン膜からみてガラス基板と反対にゲート電極が配置されるトップゲート構造の薄膜トランジスタを製造する方法にも用いることができる。
【０１２４】
また、本発明に用いられる基板は、たとえば、有機ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイ、液晶ディスプレイなどに用いられる基板であればよく、本発明にかかる微結晶シリコン膜成膜装置は、このような基板に上記微結晶シリコン膜形成方法にて微結晶シリコン膜を形成することができる装置であればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、微結晶シリコン膜を形成する微結晶シリコン膜形成方法に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０        ゲート酸化膜
２０        微結晶シリコン膜
３０        低抵抗層
４０        アルミ配線用膜
５０        裏面Ａｌ層
６０        パッシベーション層
１００      基板処理システム
ＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３、ＰＭ４  プロセスモジュール
Ｓ          基板
【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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