(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が配置される成膜室に対して分離されたプラズマ生成室を有するプラズマ生成部を備え、材料ガスは前記成膜室に直接的に供給され、さらに前記成膜室に、前記プラズマ生成部からその導入孔を通してプラズマ中のラジカルが導入され、これにより前記成膜室で前記基板上に薄膜が形成されるＣＶＤ装置において、
前記プラズマ生成部に、成膜用ガスを導入するための成膜ガス供給部と、洗浄用ガスを導入するための洗浄ガス供給部を付設し、前記成膜ガス供給部と前記洗浄ガス供給部の各動作は択一的に実行されるように制御され、成膜を行う際の前記成膜ガス供給部の動作時には前記成膜ガス供給部から導入される前記成膜用ガスに基づき成膜に使用されるラジカルを作るためのプラズマを生成し、洗浄を行う際の前記洗浄ガス供給部の動作時には前記洗浄用ガス供給部から導入される前記洗浄用ガスに基づき洗浄に使用されるラジカルを作るためのプラズマを生成し、
前記プラズマ生成部の前記導入孔の径は、成膜に使用される前記ラジカルおよび洗浄に使用される前記ラジカルのみが通過し得るように設定され、
洗浄を行う際には洗浄に使用されるラジカルのみが前記基板に照射されて当該ラジカルのみで前記基板を洗浄する、
ことを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記洗浄用ガスは酸素ガス（Ｏ２）、水素ガス（Ｈ２）、弗素ガス（Ｆ２）、窒素ガス（Ｎ２）、希ガス、ハロゲン化ガスのうちのいずれか一つのガス、または前記複数のガスを適宜に混合して成るガスであり、これら一つのガス、または混合したガスで生成された前記プラズマ中の前記ラジカルを前記成膜室に導入し前記基板に照射したことを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
洗浄に使用される前記ラジカルは酸素ガス、水素ガス、弗素ガス、窒素ガス、希ガス、ハロゲン化ガスの構成元素を少なくとも一つを含むラジカルであることを特徴とする請求項１または２記載のＣＶＤ装置。
【請求項４】
基板上にシリコン系膜を成膜し、その後、レーザアニールで前記シリコン系膜をポリシリコン膜に変換し、さらにその後、成膜室とプラズマ生成室が分離して成るＣＶＤ装置で前記ポリシリコン膜上にゲート絶縁膜を成膜する方法において、
前記プラズマ生成室に対して成膜用ガスを導入するための成膜ガス供給部と、洗浄用ガスを導入するための洗浄ガス供給部を設け、前記成膜ガス供給部と前記洗浄ガス供給部の各動作は択一的に実行されるように制御され、成膜を行う際の前記成膜ガス供給部の動作時には前記成膜ガス供給部から導入される前記成膜用ガスに基づき成膜に使用されるラジカル作るためのプラズマを生成し、洗浄を行う際の前記洗浄ガス供給部の動作時には前記洗浄用ガス供給部から導入される前記洗浄用ガスに基づき洗浄に使用されるラジカルを作るためのプラズマを生成し、
前記プラズマ生成室と前記成膜室の間に形成された導入孔の径は、成膜に使用される前記ラジカルおよび洗浄に使用される前記ラジカルのみが通過し得るように設定され、
前記ゲート絶縁膜を成膜する前の段階に、前記ＣＶＤ装置で前記洗浄用ガスを利用してプラズマを生成し、このプラズマ中の洗浄に使用される前記ラジカルのみを前記ポリシリコン膜に照射してその表面を洗浄するようにしたことを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄用ガスは酸素ガス（Ｏ２）、水素ガス（Ｈ２）、弗素ガス（Ｆ２）、窒素ガス（Ｎ２）、希ガス、ハロゲン化ガスのうちのいずれか一つのガス、または前記複数のガスを適宜に混合して成るガスであり、これら一つのガス、または混合したガスで生成された前記プラズマ中の前記ラジカルを前記成膜室に導入し前記基板に照射したことを特徴とする請求項４記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
洗浄に使用される前記ラジカルは酸素ガス、水素ガス、弗素ガス、窒素ガス、希ガス、ハロゲン化ガスの構成元素を少なくとも一つを含むラジカルであることを特徴とする請求項４または５記載の基板洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜室から分離されたプラズマ生成室を内蔵しこのプラズマ生成室で生成されたプラズマ中からラジカルのみを取り出すように構成されたプラズマ生成部を備えたプラズマ分離型のＣＶＤ装置であって本来的に基板に成膜を行う装置において、基板上に成膜された膜の表面洗浄を行うラジカルを作る構成を付加して適宜なタイミングで容易に基板洗浄を行えるようにしたＣＶＤ装置およびその基板洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的大きな面積を有する基板に成膜処理を施して液晶ディスプレイ等の薄膜トランジスタを作る方法において、基板上にシリコン系膜（アモルファスシリコン等）を成膜し、その後にレーザアニールを行って上記シリコン系膜をポリシリコン膜に変換し、その後にプラズマＣＶＤ法等でポリシリコン膜上にゲート絶縁膜を成膜する方法が知られている。なおプラズマＣＶＤ法が実施される成膜装置として、成膜室とプラズマ生成室が分離されて構成されたプラズマ分離型の装置がある。この装置では、成膜室とプラズマ生成室が空間的に分離され、かつ例えばラジカル導入用貫通孔を介してのみ両空間が通じており、プラズマが拡散し成膜室に配置された基板にプラズマが触れるのを防止するようにしている。プラズマ生成室ではプラズマによってラジカルが作られるが、このラジカルのみが貫通孔を通して成膜室へ導入され、基板に照射される。
【０００３】
上記のごとくシリコン系膜をレーザアニールで加熱処理し、その後に成膜装置でゲート絶縁膜を形成する場合、当該絶縁膜が形成される膜表面の不純物の付着量を低減すると、良好な界面を得ることが知られている。そのため絶縁膜の形成方法として、従来、絶縁膜形成の前処理としてＨ2 プラズマ処理が行われる方法があった（例えば特開平９−１１６１６６号公報）。またこの方法によれば、絶縁膜形成の前処理室は、絶縁膜を形成する成膜室から独立した別の真空室として設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｈ2 プラズマ処理を利用することにより、絶縁膜が形成される表面に付着する不純物の付着量を低減する従来の方法は、界面に荷電粒子が衝突し、活性層であるシリコンに損傷を与え、製品の性能にも悪影響を及ぼすという問題が提起される。さらにＨ2 プラズマ処理を行う構成は成膜室用の真空容器とは別の真空容器を使用する構成であるので、装置の大型化を招き、装置の製作コストの上昇や、基板処理時間の増大等の問題が提起される。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、特別に成膜前処理室を設けることをなくし、これにより装置の小型化を図り、基板処理時間を短縮し、製作コストを低減すると共に、活性層の損傷を低減し、絶縁膜を形成する前に良好な界面を得ることのできるＣＶＤ装置およびその基板洗浄方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るＣＶＤ装置およびその基板洗浄方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【０００７】
本発明のＣＶＤ装置は、成膜の空間に対して分離されたプラズマ生成空間を有する装置であることを前提としており、基板が配置される成膜室に対して分離されたプラズマ生成室を有するプラズマ生成部を備えている。材料ガスは成膜室に直接的に供給され、さらに成膜室に対して、上記プラズマ生成部からその導入孔を通してラジカルが導入される。この構成によって成膜室で基板上に薄膜が形成される。さらに特徴的構成として、プラズマ生成部に、成膜用ガスを導入するための成膜ガス供給部と、洗浄用ガスを導入するための洗浄ガス供給部を付設し、成膜ガス供給部と洗浄ガス供給部の各動作は択一的に実行されるように制御され、成膜を行う際の成膜ガス供給部の動作時には成膜ガス供給部から導入される成膜用ガスに基づき成膜に使用されるラジカルを作るためのプラズマを生成し、洗浄を行う際の洗浄ガス供給部の動作時には洗浄用ガス供給部から導入される洗浄用ガスに基づき洗浄に使用されるラジカルを作るためのプラズマを生成し、プラズマ生成部の導入孔の径は成膜に使用されるラジカルおよび洗浄に使用されるラジカルのみが通過し得るように設定され、洗浄を行う際には洗浄に使用されるラジカルのみが基板に照射されて当該ラジカルのみで基板を洗浄する。基板の表面には、実際にはその前の工程で例えばシリコン系膜が形成されているので、ラジカルによって基板上に堆積された膜の表面に対し所要の処理が行われる。
【０００８】
上記の構成で、本発明のＣＶＤ装置は本来的にプラズマ分離型として構成された成膜装置であり、プラズマ生成部に洗浄用ガス供給部を付設することにより所要のガスを供給してプラズマを生成し、このプラズマ中のラジカルのみをプラズマ生成部に設けられた導入孔を通して基板が配置された成膜室へ取り出すようにする。このラジカルによって基板上に形成された膜の表面を洗浄処理する。プラズマ分離型のＣＶＤ成膜室を利用して、プラズマ生成部で基板洗浄用のプラズマを生成し、成膜室へラジカルのみを取り出し、基板上の膜の表面洗浄を行うことができる。
さらにプラズマ生成部には、成膜用ガスを導入するための成膜ガス供給部と、洗浄用ガスを導入するための洗浄ガス供給部を付設している。成膜ガス供給部と洗浄ガス供給部の各動作は択一的に実行されるように制御される。成膜を行う際の成膜ガス供給部の動作時には成膜ガス供給部から導入される成膜用ガスに基づき成膜に使用されるラジカルを作るためのプラズマを生成し、洗浄を行う際の洗浄ガス供給部の動作時には洗浄用ガス供給部から導入される洗浄用ガスに基づき洗浄に使用されるラジカルを作るためのプラズマを生成している。プラズマ生成部の導入孔の径は成膜に使用されるラジカルおよび洗浄に使用されるラジカルのみが通過し得るように設定される。洗浄を行う際には洗浄に使用されるラジカルのみが基板に照射されて当該ラジカルのみで基板を洗浄する。
【０００９】
また基板洗浄方法は、基板上にシリコン系膜を成膜し、その後、レーザアニールでシリコン系膜をポリシリコン膜に変換し、さらにその後、プラズマ分離型のＣＶＤ成膜装置でポリシリコン膜上にゲート絶縁膜を成膜する方法において適用されるものである。プラズマ生成室に対して成膜用ガスを導入するための成膜ガス供給部と、洗浄用ガスを導入するための洗浄ガス供給部を設け、
成膜ガス供給部と洗浄ガス供給部の各動作は択一的に実行されるように制御され、成膜を行う際の成膜ガス供給部の動作時には成膜ガス供給部から導入される成膜用ガスに基づき成膜に使用されるラジカル作るためのプラズマを生成し、洗浄を行う際の洗浄ガス供給部の動作時には洗浄用ガス供給部から導入される洗浄用ガスに基づき洗浄に使用されるラジカルを作るためのプラズマを生成し、プラズマ生成室と成膜室の間に形成された導入孔の径は成膜に使用されるラジカルおよび洗浄に使用されるラジカルのみが通過し得るように設定される。ゲート絶縁膜を成膜する前の段階に、プラズマ分離型のＣＶＤ成膜装置で洗浄用ガスを利用してプラズマを生成し、このプラズマ中の洗浄に使用されるラジカルのみをポリシリコン膜に照射してその表面を洗浄する方法である。この基板洗浄方法は、プラズマ分離型のＣＶＤ成膜装置を利用して行うことができ、さらにラジカルだけで基板上に形成された膜の表面を洗浄することができる。
【００１０】
上記のＣＶＤ装置あるいは基板洗浄方法において、前述の洗浄用ガスは酸素ガス（Ｏ2）、水素ガス（Ｈ2）、弗素ガス（Ｆ2）、窒素ガス（Ｎ2）、希ガス、ハロゲン化ガスのうちのいずれか一つのガス、またはこれらの複数のガスを適宜に混合して成るガスであり、これら一つのガス、または混合したガスで生成されたプラズマ中のラジカルを成膜室に導入し基板に照射する。これらのラジカルは酸素ガス、水素ガス、弗素ガス、窒素ガス、希ガス、ハロゲン化ガスの構成元素を少なくとも一つを含むラジカルである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１と図２を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１において、２０はレーザアニールチャンバ、３０は搬送チャンバ、４０は絶縁膜成膜チャンバである。レーザアニールチャンバ２０、絶縁膜成膜チャンバ４０はそれぞれゲートバルブ１１ａ，１１ｂを介設して搬送チャンバ３０に接続されている。またこれらのチャンバにはそれぞれ排気バルブ１２が付設され、さらにこれに、図示しない排気機構が接続されている。成膜等の処理が各チャンバで行われるときには、各チャンバ２０，３０，４０の内部は、排気機構によって排気バルブ１２を介して排気され、所要の真空状態（または減圧状態）に保持されている。なお、搬送チャンバ３０の内部には破線で示されるごとく基板を搬送するためのロボットアーム３０ａが内蔵されている。図１に示された装置は、マルチチャンバ式の装置として構成されている。さらにこの装置は例えばシリコン系膜成膜チャンバを含むものとする。このチャンバでは基板の表面にシリコン系の薄膜が成膜される。この例でシリコン系の薄膜は例えばアモルファスシリコン膜である。
【００１３】
成膜チャンバで成膜された基板はレーザアニールチャンバ２０に搬送される。搬送機構として搬送チャンバ３０内のロボットアーム３０ａが使用される。レーザアニールチャンバ２０では、基板の成膜が施された面にレーザ光が照射される。このレーザ光による加熱処理に基づいて基板上のアモルファスシリコン膜はポリシリコン膜に変換される。その後、基板は、再び、搬送チャンバ３０内に設けられた基板搬送用ロボットアーム３０ａによって搬送され、ゲートバルブ１１ａ，１１ｂを経由して絶縁膜成膜チャンバ４０に搬入される。絶縁膜成膜チャンバ４０内に搬入された基板は、下部に配置された基板ホルダの上に搭載される。図１に示されたチャンバ２０〜４０では、その特徴的な構成として、絶縁膜成膜チャンバ４０の構造が実線で示されている。
【００１４】
絶縁膜成膜チャンバ４０は、基板上のポリシリコン膜の上にゲート絶縁膜（例えば酸化膜）を成膜する装置である。この絶縁膜成膜チャンバ４０は、その内部上方に、成膜室１３に対して空間的に分離されたプラズマ生成室を内蔵するプラズマ生成部１４を備えており、プラズマ分離型のＣＶＤ成膜装置として構成されている。
【００１５】
絶縁膜成膜チャンバ４０のより詳細な構造を図２に示す。チャンバ容器４０ａの底壁には基板ホルダ１５が設けられており、チャンバ容器４０ａと基板ホルダ１５はアースに接続されている。基板ホルダ１５の上には基板１６が搭載されている。基板ホルダ１５の上方にプラズマ生成部１４が設けられている。プラズマ生成部１４は、導電性の上部プレート１７および下部プレート１８と、絶縁性部材で作られた周囲側壁部１９とから構成され、その内部にプラズマ生成室２１が形成されている。プラズマ生成室２１は、プラズマ生成部１４の外側の成膜室１３とは、下部プレート１８に形成された複数の貫通孔１８ａを介してつながっている。上部プレート１７には高周波電源２２が接続されており、上部プレート１７に高周波電力が供給されるようになっている。給電線２３とチャンバ容器４０ａの間には絶縁体２４が設けられている。またプラズマ生成部１４には、プラズマ生成室２１に対してバルブ２５を介して成膜用ガスを供給する第１ガス供給部２６と、同じくプラズマ生成室２１に対してバルブ２７を介して洗浄用ガスを供給する第２ガス供給部２８とが設けられている。成膜用ガスとしては、分子式で示すと、例えばＮＨ3（アンモニアガス），Ｎ2（窒素ガス），Ｏ2（酸素ガス），Ｈ2（水素ガス），Ａｒ（アルゴンガス）等が使用される。さらに、洗浄用ガスとしては、分子式で示すと、例えばＮＦ3，ＣｌＦ3，ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｈ2（水素ガス），Ｏ2（酸素ガス），Ｎ2（窒素ガス），Ｆ2（弗素ガス），Ａｒ（アルゴンガス），ＳＦ6等（希ガス、ハロゲン化ガス等）が使用される。他方、下部プレート１８はアースに接続されている。
【００１６】
第１ガス供給部２６によってプラズマ生成室２１内に成膜用ガスを導入し、かつ高周波電源２２から上部プレート１７に高周波電力を供給すると、プラズマ生成室２１内には、基板１６の膜表面上のゲート絶縁膜の成膜に使用されるラジカルを作るためのプラズマが生成される。また第２ガス供給部２８によってプラズマ生成室２１内に洗浄用ガスを導入し、かつ高周波電源２２から上部プレート１７に高周波電力を供給すると、プラズマ生成室２１内には、基板１６上の膜表面の洗浄に使用されるラジカルを作るためのプラズマが生成される。
【００１７】
下部プレート１８には、前述の通り、プレート全面に所要の直径を有する複数の貫通孔１８ａが形成されている。これらの貫通孔１８ａは、プラズマ生成室２１内で生成されたプラズマから作り出されたラジカルを通過させ、成膜室１３へ拡散させるための通路である。これらの貫通孔１８ａはラジカルのみが通過するようにその径が設定されている。さらに下部プレート１８には、基板１６上の膜の表面上にゲート絶縁膜を堆積させるための材料ガスを供給する構造が内蔵される。バルブ３１を備えた材料ガス供給部３２から下部プレート１８に対してシリコン系の材料ガス（例えばＳｉＨ4 ）が供給される。材料ガスは、下部プレート１８内に形成されたリザーブ空間に導入され、その後、さらに複数の拡散孔３３を通して成膜室１３内に導入される。
【００１８】
第１ガス供給部２６と第２ガス供給部２８の各動作は択一的に実行されるように制御される。この実施形態では、最初に洗浄用ガスが導入されて基板１６上の膜の表面洗浄が行われ、その後に成膜用ガスが導入されて基板１６上の膜の表面上にゲート絶縁膜が形成される。
【００１９】
すなわちレーザアニール処理が行われた膜（ポリシリコン膜）を表面に形成した基板１６が基板ホルダ１５上に搭載された後に、プラズマ生成部１４のプラズマ生成室２１内へ第２ガス供給部２８によって洗浄用ガスを導入しかつ高周波電源２２から上部プレート１７へ高周波電力を供給する。これによりプラズマ生成室２１で放電が開始され、プラズマが生成される。その結果、プラズマ中ではラジカルが生じ、当該ラジカルが下部プレート１８の貫通孔１８ａを通して成膜室１３へ移動し、基板１６上に形成された膜の表面をラジカルによって洗浄する。それによって、レーザアニール後に基板の膜表面上に発生した不純物を除去することが可能となる。
【００２０】
上記の基板洗浄の工程を終了し、所定条件を満たした後、プラズマ生成部１４のプラズマ生成室２１内へ第１ガス供給部２６によって成膜用ガスを導入しかつ高周波電源２２から上部プレート１７へ高周波電力を供給する。これによりプラズマ生成室２１で放電が開始され、プラズマが生成される。その結果、プラズマ中ではラジカルが生じ、当該ラジカルが下部プレート１８の貫通孔１８ａを通して成膜室１３へ移動する。他方、ラジカルの導入に併せて、材料ガス供給部３２から下部プレート１８を通して材料ガスを成膜室１３へ導入する。成膜室１３ではラジカルと材料ガスが反応し、その結果、基板１６上に形成された膜の表面上にゲート絶縁膜が形成される。
【００２１】
本発明に係るプラズマ分離型のＣＶＤ成膜装置は、第１実施形態で図示された通り、真空一貫で構成されることが好ましい。
【００２２】
以上の実施形態によれば、シリコン系膜成膜チャンバ（図示せず）でアモルファスシリコン膜を形成し、レーザアニールチャンバ２０でレーザアニール処理によってアモルファスシリコン膜がポリシリコン膜に変換される。さらにその後、基板が大気に暴露されることなく絶縁膜成膜チャンバ４０に搬送され、絶縁膜成膜チャンバ４０で、ゲート絶縁膜を成膜する直前に、洗浄用ガスを利用してプラズマ生成部１４でプラズマを生成し、そこから供給されるラジカルで基板１６上に膜の表面を洗浄する。これにより基板１６上の膜表面に付着したレーザアニールによる不純物を除去することができる。プラズマ分離型のＣＶＤ成膜装置として構成された絶縁膜成膜チャンバにおいて、そのプラズマ生成部に洗浄用プラズマを生成する構成を付加するだけで、基板をラジカル洗浄でき、装置の小型化と低コスト化を達成でき、さらに基板表面への荷電粒子の衝突を低減して製品不良率を低減できる。
【００２３】
前述の第１実施形態では、レーザアニールチャンバ２０、搬送チャンバ３０、絶縁膜成膜チャンバ４０が一体化された構成を示しているが、例えば図３に示すごとく搬送チャンバ３０と絶縁膜成膜チャンバ４０をユニットとして一体化した構成を採用することもできる。絶縁膜成膜チャンバ４０における構成は第１実施形態で説明したものと同じである。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、プラズマ分離型のＣＶＤ法を利用した成膜装置において、プラズマを生成しラジカルを取り出して基板の膜表面を洗浄できる構成を付加し、成膜前にラジカルを利用して基板を洗浄するようにしたため、特別に成膜前処理室を設けることが不要となり、これにより装置の小型化を達成し、基板処理時間を短縮し、製作コストを低減すると共に、ラジカルで基板上の膜表面の洗浄を行うようにしたため、活性層の損傷を低減し、絶縁膜を形成する前に良好な界面を得ることのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＣＶＤ装置を含む装置の全体を示す構成図である。
【図２】絶縁膜成膜装置の内部構造と周辺システムを示す構成図である。
【図３】本発明の変形例を示す構成図である。
【符号の説明】
１３                  成膜室
１４                  プラズマ生成部
１５                  基板ホルダ
１６                  基板
２０                  レーザアニールチャンバ
２１                  プラズマ生成室
２２                  高周波電源
３０                  搬送チャンバ
４０                  絶縁膜成膜チャンバ
【図１】
0004378806.tif 000002
【図２】
0004378806.tif 000003
【図３】
0004378806.tif 000004