JP2001028343A

JP2001028343A - 薄膜処理方法及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001028343A
Application number: JP11201300A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Chiyabara; 健一茶原; Kenichi Kizawa; 賢一鬼沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】試料を処理するためのガスの圧力に対する制約
をなくし、ガスの分解による低分子活性種を発生により
化学反応を促進させて試料の純度を向上させる。【解決手段】ガス導入口１８からガスを導入してアノー
ド２４とカソード２２間にアーク放電を発生させてプラ
ズマを生成し、このプラズマから電子ビーム３４を引き
出し、この電子ビーム３４を減圧室１２を介して反応室
１４内に導き、反応室１４内のガスに電子ビーム３４を
照射してプラズマ５０を生成し、このプラズマ５０によ
り基板４８に処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜処理工程に係
り、特に、電子ビームをガスに照射し、ガスの一部を分
解して低分子活性種を発生させることにより化学反応を
促進させて試料の純度を向上するに好適な薄膜処理工程
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマ処理装置として、プラズ
マ化学気相成長装置，プラズマドライエッチング装置が
知られている。これらの装置は、反応ガスを収納する容
器内に一対の電極を相対向させて平行に配置するととも
に、一方の電極上に試料として基板を配置し、平行平板
の電極間に高周波あるいは直流の電圧を印加してガスを
電離し、このガスの電離により電極間にプラズマを発生
させて、基板に成膜処理やエッチング処理などを施すよ
うに構成されている。例えば、プラズマ化学気相成長法
及びこれを用いた処理装置についてはエレクトロケミカ
ルソサイアティ（１９７４年，１９頁）に、プラズマド
ライエッチング法及びこれを用いた処理装置については
エレクトロケミカルソサイアティ（１９７４年，１９
頁）に、プラズマエッチング技術，電子材料(１９７８
年，５４〜５９頁が知られている)。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、単一の
容器内に電極やプラズマを収納するようになっているの
で、平行平板の電極間で均一な放電をさせるために、容
器内のガス圧が数Ｐａ（パスカル）から数１０Ｐａに制
限されている。すなわち、容器内のガス圧を設定値より
高くすると、平行平板の電極間で均一な放電ができなく
なり、局部に集中した放電が生じ、基板に均一な成膜処
理を施すことができない。逆に、容器内のガス圧を設定
値より低くすると、放電が不安定になるかあるいは全く
放電しない状態となり、基板に成膜処理を施すことが困
難になる。

【０００４】本発明の目的は、試料を処理するためのガ
スの圧力に対する制約をなくし、これによりガスの分解
による低分子活性種を発生させることにより化学反応を
促進させて試料の純度を向上するに好適な薄膜処理工程
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、電子ビームを発生する電子ビーム源と、
試料とともにガスを収納しガスが満たされた雰囲気中に
前記電子ビームを導入してガスを電離しこのガスの電離
によりプラズマを生成して試料に処理を施す反応室と、
前記電子ビーム源と前記反応室との間に配置されて両者
を分離するとともに前記電子ビーム源からの電子ビーム
を前記反応室に導く電子ビーム伝送路を形成する分離手
段とを備えてなる薄膜処理工程を構成したものである。
前記薄膜処理工程を構成するに際しては、分離手段の代
わりに、前記反応室のガス圧よりも圧力が低い空間部と
して前記電子ビーム源と前記反応室との間に配置されて
前記電子ビーム源からの電子ビームを前記反応室に導く
減圧室を設けることができる。さらに、反応室として、
電子ビーム源からの電子ビームを前記試料に照射して前
記試料を加熱する機能を有するもので構成することがで
きる。

【０００６】前記各プラズマ処理装置を構成するに際し
ては、以下の要素を付加することができる。

【０００７】（１）前記電子ビーム源は、電子ビームの
ビーム径を絞る電界レンズを有し、前記電界レンズは単
一の電子ビームを発生してなり、前記減圧室内には前記
電界レンズを通過した電子ビームのビーム径を絞る磁界
レンズが配置されてなる。

【０００８】（２）前記電子ビーム源は、電子ビームの
ビーム径を絞る電界レンズを有し、前記電界レンズは単
一の電子ビームを発生してなり、前記減圧室を複数室備
え、前記各減圧室は互いに隣接して配置され、前記各減
圧室内には前記電界レンズを通過した電子ビームまたは
他の減圧室内を通過した電子ビームのビーム径を絞る磁
界レンズが配置されてなる。

【０００９】（３）前記電子ビームの照射に伴う前記試
料の帯電量を調整する帯電量調整手段と、前記処理室内
のプラズマに含まれる正イオンの前記試料への流入によ
る中和量を調整する中和量調整手段とを備えてなる。

【００１０】（４）前記電子ビーム源は、ガスを導入し
て貯留する容器と、パルス信号に応答して前記容器内に
アーク放電を発生させるとともに熱電子を放出して前記
容器内にプラズマを生成する一対の電極と、前記一対の
電極間に印加するパルス信号のパルス幅とパルス間隔を
調整するパルス信号調整手段と、電圧の印加により前記
容器内から電子ビームを引き出す複数の引出電極と、前
記複数の引出電極間に印加する電圧を調整する電圧調整
手段とを備えてなり、前記反応室には、前記反応室のガ
ス圧を調整するガス圧調整手段が接続されてなる。

【００１１】（５）前記反応室には、前記試料の周囲に
磁場を形成して前記反応室内のプラズマを前記試料の被
処理面側に閉じ込める磁性体が配置されてなる。

【００１２】（６）前記ガスに少なくとも、ＳｉＦ₄，
ＳｉＣｌ₄，ＳｉＨ₄，ＭｇＣｌ₃,ＳｉＢｒ₄，ＭｇＢ
ｒ₃，ＡｌＣｌ₃，ＰＣｌ₃，ＰＢｒ₃，ＰＨ₃，Ｔｉ
Ｃｌ₄，ＣｒＣｌ₃，ＣｕＣｌ₂，ＣＣｌ₄，Ｃｕ₂Ｃｌ
₂，ＧｅＣｌ₄，ＡｓＣｌ₃，ＡｓＨ₃，ＺｒＦ₃，Ａ
ｇＣｌ，ＡｇＢｒ，ＩｎＣｌ₃，ＩｎＢｒ₃，ＳｎＣ
ｌ₄，ＮｄＣｌ₃，ＬａＣｌ₃，ＣｅＣｌ₃，ＰｒＣｌ
₃，ＳｍＣｌ₃，ＳｍＣｌ₂,ＥｕＣｌ₃，ＥｕＣｌ₂，
ＧｄＣｌ₃，ＴｂＣｌ₃，ＤｙＣｌ₃，ＨｏＣｌ₃，Ｅ
ｒＣｌ₃，ＴｍＣｌ₃，ＹｂＣｌ₃，ＬｕＣｌ₃，ＣＯ
₂，Ｂ₂Ｈ₆、ＧｅＨ₄,ＳｉＩ₄，ＡｓＯ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄，
ＣＨ₄，Ｏ₂，Ｎ₂，Ｎ₂Ｏ，Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₃,Ｓｉ₂Ｈ
₆，Ｓｉ(ＯＣ₂Ｈ₅)₄，Ｓｉ(ＯＣ₃Ｈ₇)₄，Ｓｉ(ＯＣ₄
Ｈ₉)₄，Ｓｉ₃Ｈ₈,ＳｉＦ(ＯＣ₂Ｈ₅)₃，ＳｉＨ₂Ｆ₂，Ｓ
ｉＨ₂Ｃｌ₂，ＳｉＨＣｌ₃，ＳｉＩ₄の何れかを用い
る。

【００１３】（７）基板上の試料への処理工程を、チャ
ンバー内壁がＳｉコートされたチャンバー内で行う。

【００１４】前記した手段によれば、電子ビーム源と反
応室とが分離手段あるいは減圧室によって分離されてい
るので、処理用のガスの存在する反応室のガス圧を、例
えば、成膜，エッチング，酸化，窒化などのプラズマ処
理に最適な任意のガス圧に設定することができる。試料
を処理するためのガスの圧力に対する制約をなくすこと
により、ガスの分解による低分子活性種の密度を発生さ
せることにより化学反応を促進させて試料の純度を向上
するに好適な薄膜処理工向上させ膜の純度を向上するこ
とができる。例えば、ＳｉＦ₄ガスによるＳｉ膜の形成
において、活性種はＳｉ⁺，ＳｉＦ⁺，ＳｉＦ₂ ⁺，Ｓｉ
Ｆ₃ ⁺等が生成するが、Ｓｉ⁺，ＳｉＦ⁺生成比が高くな
り活性度が向上するため、形成するＳｉ膜への不純物取
り込み量が減少する。また、この方法により、膜表面の
平坦性、或いは連続成膜時の多層膜界面の平坦性が向上
する。処理ガスを変更することで、液晶素子，半導体素
子，太陽電池素子等に用いられる、半導体膜，ｎ型又は
ｐ型にドーピングされた半導体膜，絶縁膜，電極膜等を
連続成膜可能である。また、チャンバー内壁がＳｉコー
トされたチャンバー内で基板上の試料の処理を行うこと
で、不純物に影響されやすいＳｉ半導体素子への不純物
混入量が安定し、安定した電気特性のＳｉ半導体素子の
形成が可能となる。また、電子ビームの照射に伴う試料
の帯電量を調整するとともに反応室内のプラズマに含ま
れる正イオンの試料への流入による中和量を調整するこ
とで、試料の電位を制御することができ、試料の表面に
電子ビームに起因する帯電が生じて放電破壊が生じるの
を未然に防止することが可能になる。さらに、反応室に
配置された磁性体の磁場により、反応室内のプラズマを
試料の被処理面側に閉じ込めることで、試料表面のプラ
ズマ密度を高めて電子ビームによる帯電を減らすことが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】（実施例１）図１は本発明の薄膜処理工程
の一実施形態を行うプラズマ処理装置の縦断面図であ
る。図１において、プラズマ処理装置は、プラズマ化学
気相成長装置として、電子ビーム源１０，減圧室１２，
反応室１４を備えて構成されており、反応室１４上に減
圧室１２を介して電子ビーム源１０が配置されている。
電子ビーム源１０は、プラズマ生成室を構成する容器１
６を備えており、容器１６は、軸方向の一端が閉塞さ
れ、他端が開口された箱型形状に形成されている。この
容器１６の上部側にはガス導入口１８が形成されてお
り、このガス導入口１８から容器１６内にヘリウムガス
あるいは水素ガスが導入されるようになっている。ガス
導入口１８の両側の壁には複数の絶縁材２０が壁を貫通
した状態で固定されており、各絶縁材２０には、タング
ステンからなるカソード（マイナスの電極）２２が挿入
されている。各カソード２２は熱フィラメントとしてマ
イナスの直流電源に接続されており、各カソード２２か
らは熱電子が放出されるようになっている。また容器１
６の内壁面にはアノード（プラスの電極）２４が設けら
れており、このアノード２４はプラスの直流電源に接続
されている。そしてアノード２４とカソード２２との間
に直流電源から直流電圧が印加されると、各電極間にア
ーク放電が発生し、容器１６内に単一のプラズマが形成
されるようになっている。また容器１６の外周側には磁
性体として複数の永久磁石２６が配置されている。各永
久磁石２６はＮ極とＳ極が交互になるように、すなわ
ち、相隣接する他の永久磁石２６の磁極が互いに異なる
ように並べられ、各永久磁石２６によって多極磁界が形
成されるようになっている。そしてこの多極磁界によっ
て、容器１６内に形成された単一のプラズマが容器１６
内に閉じ込められるようになっている。一方、容器１６
の開口端側には複数の引出電極２８，３０が互いに離れ
て、例えば、１〜５mm程度の絶縁距離を保って配置され
ている。引出電極２８はマイナスの直流電源に接続さ
れ、引出電極３０は接地されており、各引出電極２８，
３０には複数の引出電極孔３２が形成されている。引出
電極孔３２は、例えば、直径が３mmのものが３００個形
成されている。そして容器１６内にプラズマが生成され
た状態で、引出電極２８，３０間に直流電圧が印加され
ると、プラズマから電子ビーム３４が引き出されるよう
になっている。この場合、各引出電極孔３２から電子ビ
ーム３４が引き出されることにより、容器１６内のプラ
ズマから３００本の電子ビーム３４が引き出されること
になる。引き出される電子ビーム３４のエネルギーは、
例えば、約１ｋｅＶであり、３００本の電子ビーム３４
によって1000ｍＡの出力電子ビーム量を有する電子ビー
ム３４が減圧室１２内に引き出される。減圧室１２は、
電子ビーム源１０と反応室１４との間に配置されて両者
を分離するとともに電子ビーム源１０からの電子ビーム
３４を反応室１４に導く電子ビーム伝送路を形成する分
離手段として、直方体形状に形成されており、排気口３
６が真空ポンプに接続されている。すなわち減圧室１２
は、反応室１４のガス圧よりも圧力が低い空間部とし
て、真空ポンプにより、反応室１４のガス圧の１／１０
程度に圧力が保たれている。また減圧室１２と反応室１
４との境界となる隔壁３８には直径３mmの電子ビーム通
過孔４０が３００個形成されており、300本の電子ビー
ム３４が各電子ビーム通過孔４０を介して反応室１４に
導入されるようになっている。また、隔壁３８に各電子
ビーム通過孔４０を形成するに際しては、機械加工によ
って形成することも可能であるが、反応室１４と減圧室
１２との差圧を大きくすることで、真空ポンプの負担を
小さくするためには、隔壁３８に直径１mm以下の孔を３
００個開けることが望ましい。しかし、３００本の電子
ビーム３４を全て偏芯させずに確実に各電子ビーム通過
孔４０を通過させることは機械加工によるアライメント
では困難である。そこで、本実施形態においては、反応
室１４，減圧室１２，電子ビーム源１０を組み立てた
後、平板上の隔壁３８に向けて、電子ビーム源１０から
の電子ビーム３４を照射し、電子ビーム３４によって電
子ビーム通過孔４０を穿孔することとしている。この方
法を採用することで、電子ビーム通過孔４０の直径を電
子ビーム３４のビーム径とほぼ同じにすることができる
とともに、電子ビーム３４の偏芯をゼロにすることがで
きる。

【００１７】一方、反応室１４は、高さ５０cm，横８０
cm，奥行き８０cmの直方体の部屋として構成されてお
り、反応室１４の底部側にはガス導入口４２と排気口４
４が形成されている。そして反応室１４内には、ガス導
入口４２から、処理ガスとして、例えば四フッ化シリコ
ンガスを用いたときには、基板４８に成膜処理が施され
る。すなわち基板４８を成膜に最適な温度に加熱するこ
とで、プラズマで分解された材料、例えば、Ｓｉの薄膜
を基板４８上に成長させることができる。反応室１４内
のガスの一部は排気口４４から排出されるようになって
いる。この排気口４４は真空ポンプに接続されており、
真空ポンプの作動により、反応室１４内のガス圧は、例
えば、１〜１０Ｐａ程度に維持されるようになってい
る。また反応室１４のほぼ中央部には基板ホルダ４６が
固定されており、基板４８とともにガスが収納された反
応室１４内にガスが満たされ、この雰囲気中に３００本
の電子ビーム３４が導入されると、ガスが電離しプラズ
マ５０が生成され、このプラズマ５０によって基板４８
にＳｉの薄膜が形成される。プラズマに含まれる活性種
Ｓｉ⁺，ＳｉＦ⁺，ＳｉＦ₂ ⁺，ＳｉＦ₃ ⁺の比は６：１
５：２：１であり、Ｓｉ⁺,ＳｉＦ⁺生成比が高い結果と
なった。表１に、基板温度を２０，２００，４００℃と
した場合のＳｉ膜の構造，結晶性，電界効果移動度を調
べた結果を示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】これらのＳｉ膜の組成分析を２次イオン質
量分析（ＳＩＭＳ）により行った。その結果、膜の形成
条件に依らず以下のような結果が得られた。Ｓｉ⁺，Ｓ
ｉＯ⁺が検出され、ＳｉＯ⁺は厚さ約１ｎの表面酸化層
によるものであり、膜内部の酸素含有量は６×１０¹⁷cm
^-3であった。検出された他の微量元素は炭素，窒素，フ
ッ素，水素で、その含有量はそれぞれ、５×１０¹⁷c
m^-3，３×１０¹⁷cm^-3，７×１０¹⁷cm^-3，７×１０¹⁷cm
^-3であり、各不純物含有量が７×１０¹⁷cm^-3以下という
高純度なＳｉ膜が形成された。ナトリウム，塩素は検出
限界である。膜表面の断面ＴＥＭ像の観察から、表面酸
化膜と内部のＳｉ膜との界面は、数原子層でＳｉ膜から
表面酸化層に変化しており、良好なＳｉ酸化膜／Ｓｉの
界面が形成された。成膜後にガス導入孔４２から酸素ガ
スを導入し、積極的にＳｉ膜の表面を酸化した試料につ
いての、断面ＴＥＭ像を観察から、表面酸化膜と内部の
Ｓｉ膜との界面は、同様に数原子層でＳｉ膜から表面酸
化層に変化しており、表面酸化層の膜厚が増加している
ことがわかった。これは、酸素ガス処理をした膜のSIMS
測定で、表面でのＳｉＯ⁺検出結果の増加と一致する。
Ｓｉ酸化膜／Ｓｉの界面は半導体素子の電機特性の安定
性に、特にメタル／酸化物／半導体（ＭＯＳ）構造，相
補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）構造素子において重要である。
これらの理想的Ｓｉ酸化膜／Ｓｉ界面を持つＳｉ酸化
膜、或いは理想的Ｓｉ酸化膜／Ｓｉ膜は、この上層への
プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ₂膜形成の下地膜として
も有効である。また、表１の基板温度の低い場合のアモ
ルファス膜にエキシマレーザー、例えばＸｅＣｌエキシ
マレーザー（波長３０８ｎｍ）を照射すれば、低いプロ
セス温度で高純度な多結晶Ｓｉ膜を作製することも可能
である。

【００２０】また、窒素ガスが導入されればプラズマ５
０によって基板４８上の薄膜に窒化処理が施される。さ
らに電子ビーム３４を基板４８に照射することで、アニ
ール効果を高めることができる。すなわち、電子ビーム
３４が基板４８に照射されると、電子ビーム３４によっ
て基板４８が加熱されるので、基板４８の結晶性を高め
ることができる。また基板４８に電子が帯電することを
利用して、プラズマ５０に含まれる正のイオンを基板４
８に向けて加速させることができるとともに、基板４８
上に帯電した電子を正のイオンで中和することもでき
る。また、基板ホルダ４６に高周波電圧を印加し、ガス
として反応室１４内にフッ素系や塩素系の化合物ガスを
導入すると、基板４８に対して方向性のあるエッチング
処理を施すことができる。本実施形態によれば、電子ビ
ーム源１０と反応室１４との間に減圧室１２を設け、電
子ビーム源１０と反応室１４とを減圧室１２によって分
離するようにしたため、ガスの存在する反応室１４内の
ガス圧をプラズマ処理に最適な任意のガス圧に設定する
ことができる。これによりガスの分解による低分子活性
種を発生させることにより化学反応を促進させて試料の
純度を向上させることができる。

【００２１】（実施例２）次に本発明の第２実施形態を
図２にしたがって説明する。本実施形態は、図１に示す
熱フィラメント方式の代わりに、マイクロ波方式による
電子ビーム源５２を用いたものであり、他の構成は図１
と同様であるので、電子ビーム源５２の構成についての
み説明する。電子ビーム源５２は、カソード２２の代わ
りに、容器１６の上部側に、マイクロ波導波管５４が接
続されて構成されている。このマイクロ波導波管５４に
は、マイクロ波電源（図示省略）からマイクロ波が導入
されるようになっており、容器１６内に導入された水素
ガスあるいはヘリウムガスにマイクロ波が照射されると
容器１６内にプラズマが生成されるようになっている。
そしてこのプラズマは引出電極２８，３０によって電子
ビームとして減圧室１２に引き出されるようになってい
る。本実施形態においても、マイクロ波を用いてプラズ
マを生成し、このプラズマから電子ビーム３４を引き出
すことができるため、前記実施形態と同様に、電子ビー
ム源５２と反応室１４との間に減圧室１２を設けること
で、反応室１４内のガス圧を任意に設定することができ
る。

【００２２】（実施例３）次に、本発明の第３実施形態
を図３にしたがって説明する。本実施形態におけるプラ
ズマ処理装置は、電子ビーム源５６，減圧室５８，６０
を備えて構成されており、処理室を構成する大気の中に
基板４８，基板ホルダ４６が配置されている。電子ビー
ム源５６は、水素ガスあるいはヘリウムガスを収納する
容器６２を備え、容器６２の一端にはタングステンフィ
ラメント６２が設けられ、容器６２の他端には電界レン
ズ６６が配置されている。この電子ビーム源５６は、容
器６２の内壁に設けられたアノード（図示省略）とフィ
ラメント６４との間に直流電圧が印加されるとともに容
器６２内に水素ガスあるいはヘリウムガスが導入される
ことにより、容器６２内に単一のプラズマを生成し、引
出電極２８，３０と同一の機能を有する電界レンズ６６
によってプラズマから単一の電子ビーム６８を引き出す
とともに、電子ビーム６８のビーム径を絞るように構成
されている。減圧室５８，６０は電子ビーム６８を伝送
するための電子ビーム伝送路を形成する部屋として構成
されており、各減圧室５８，６０にはそれぞれ磁界レン
ズ７０，７２が電界レンズ６６と同心条に配置されてい
る。各磁界レンズ７０，７２は、例えば、ソレノイドコ
イルで構成されており、ソレノイドコイルから発生する
磁場を電子ビーム６８に与えて、電子ビーム６８のビー
ム径を絞るように構成されている。そして電子ビーム６
８は、磁界レンズ７０，７２でビーム径が絞られた状態
で、ビーム通過孔７４，７６を通過して基板４８上に照
射されるようになっている。なお電子ビーム孔７４，７
６は減圧室５８，６０の隔壁７８，８０にそれぞれ電子
ビーム６８を照射することで形成するようになってい
る。また各減圧室５８，６０はそれぞれ排気口８２，８
４を介して真空ポンプに接続されており、各真空ポンプ
の作動により、減圧室５８，６０は指定のガス圧に維持
されている。

【００２３】本実施形態において、減圧室５８，６０内
のガス圧を順次大気圧よりも低くすることで、基板４８
を大気圧の雰囲気中で処理することができる。この場
合、単一の電子ビーム６８を基板４８上に照射している
ため、基板４８を電子ビーム６８と交差する方向に移動
させることで基板４８の全面に渡って処理を施すことが
できる。なお、基板４８が配置された領域のうちガスや
プラズマが満たされた領域は反応室と同一の機能を構成
することになる。本実施形態においては、電子ビーム６
８が基板４８に照射されているため、アニール効果を高
めることができる。またプラズマに含まれるプラスイオ
ンが基板４８に流入することで基板４８に帯電した電荷
を中和することができ、基板４８の帯電を防止すること
ができる。本実施形態においては、タングステンフィラ
メント６４あるいはＬａＢ₆（ランタン）を加熱して熱
電子を発生させ、この熱電子を直接引き出して電子ビー
ム６８を生成することもできる。また、本実施形態にお
いては、減圧室として二つの減圧室５８，６０を設けて
いるため、多段の差動排気で真空ポンプの負担を軽減す
ることができる。

【００２４】（実施例４）次に、本発明の第４実施形態
を図４にしたがって説明する。本実施形態は、電子ビー
ム源として、パルス電子ビーム源８６を用い、パルス電
子ビーム源８６から単一または３００本のパルス電子ビ
ーム８８を発生させるとともに、基板４８の背面側に、
複数の永久磁石９０を相対向させて配置し、各永久磁石
９０によってマグネトロン磁場９２を形成し、反応室１
４内のプラズマを基板４８の被処理面側（表面側）に閉
じ込めるようにしたものである。パルス電子ビーム源８
６は、単一のパルス電子ビーム８８を発生するときには
電子ビーム源５６を用い、複数のパルス電子ビーム８８
を発生させるときには電子ビーム源１０を用いて構成す
ることができる。この場合、電界レンズまたはアノード
２４とカソード２２間に１００〜２００Ｖ程度のパルス
信号を周期的に印加し、周期的にパルスアーク放電を発
生させる。そしてパルス信号を発生するパルス信号発生
器のパルス幅とパルス間隔をパルス信号発生器のパルス
信号調整手段によって調整する。すなわち、電界レンズ
６６やアノード２４，カソード２２に印加されるパルス
信号の印加時間はパルス電子ビーム８８のパルス幅にな
り、あるパルス信号の印加時間と次のパルス信号の印加
時間の間隔はパルス電子ビーム８８のパルス間隔になる
ため、パルス信号発生器から発生するパルス信号のパル
ス幅とパルス信号の発生間隔を、例えば、電源の入り切
りのタイミングや電源オン時間等で調整する。また、電
界レンズ６６またはアノード２４とカソード２２に印加
するパルス信号の電圧を調整することで、パルス電子ビ
ーム８８のエネルギーを調整する。例えば、２枚の電極
間に約１ｋＶの電圧を印加することにより、約１ｋｅＶ
のエネルギーで、３００本のパルス電子ビーム８８によ
って１０００ｍＡの出力パルス電子ビーム量を有するパ
ルス電子ビームとして引き出すことができる。さらに、
反応室１４内にガスを流入するときのガス流量をニード
ル弁（図示省略）により調整するとともに、反応室１４
内のガスを排出する排気系に設けられたゲートバルブ
（図示省略）の開閉の程度を調整することで、反応室１
４内のガス圧を調整する。本実施形態において、反応室
１４内の圧力を大気圧よりも減圧することができるとと
もに、マグネトロン磁場９２により基板４８表面のプラ
ズマ密度を高めてパルス電子ビーム８８による帯電を減
らすことができる。また、本実施形態においては、パル
ス電子ビーム８８のエネルギーとパルス幅およびパルス
間隔を調整するとともに、反応室１４内のガス圧を調整
して基板４８の帯電量と反応室１４内のプラズマに含ま
れる正イオンの基板４８への流入による中和量を調整し
て基板４８の電位を制御することができるため、基板４
８の表面にパルス電子ビーム８８が照射されることに起
因して帯電が生じ、この帯電に伴って放電破壊が発生す
るのを防止することができる。また、前記各実施形態に
おいては、反応室と減圧室を有するものについて述べた
が、ガス圧の低い条件下では、反応室１４と減圧室１２
を同一の部屋にすることも可能である。

【００２５】（実施例５）図５は、実施例１から６の方
法で作製したＳｉ膜を用いて周辺駆動回路とTFTアクテ
ィブマトリックスを同一基板上に集積した、表示装置全
体の等価回路である。画素部１５０およびＴＦＴ１５１
と、これを駆動する垂直走査回路１５３，一走査線分の
ビデオ信号を複数のブロックに分割して時分割的に供給
するための水平走査回路１５４，ビデオ信号Ｄataを供
給するデータ信号線Ｖdr1，Ｖdg1,Ｖdb1，…、ビデオ信
号を分割ブロック毎に画素部へ供給するスイッチマトリ
ックス回路１５５および、ゲート配線１５６，ドレーン
配線１５７からなる。図６および図７に本実施例のＴＦ
Ｔアクティブマトリックス部の単位画素の平面図および
断面図を示す。図１３中Ａ−Ａ′で示した点線部での断
面構造が図７に対応する。アクティブマトリックスはガ
ラス基板上に形成したゲート配線１５６と、これに交差
するように形成されたドレーン電極１５７と、これらの
電極の交差部付近に形成されたＴＦＴ１５１と、前記Ｔ
ＦＴのソース電極１５８に保護絶縁膜１５９に設けたコ
ンタクトホール１６０と介して接続された画素電極１６
１とから構成される。画素電極１６１の他端は保護絶縁
膜に設けたコンタクトホール１６０と介して容量電極１
６２に接続され、容量電極１６２は隣接するゲート電極
８６との間で付加容量を形成している。Ａ−Ａ′断面は
下から、ガラス基板１６８，バッファ層１６９，真性半
導体層１００，低抵抗ｎ型半導体層１０２，高抵抗ｎ型
半導体層１０３，ゲート絶縁膜１０４，スルーホール部
１０５，ソース電極１５８，ドレーン配線１５７，層間
絶縁膜１０６，コンタクトホール160,第一のゲート電極
１０７，第二のゲート電極１０８からなる。図８は、液
晶表示装置の駆動回路に使用される、本発明の工程で形
成したＳｉ膜を適用したCMOS型薄膜トランジスタ(ＴＦ
Ｔ)の断面図である。図中左側はＣＭＯＳ周辺駆動回路
のｎ型ＴＦＴを、右側はＣＭＯＳ駆動回路に用いられる
ｐ型ＴＦＴを示す。ＴＦＴはガラス基板１１０上に形成
されたバッファ絶縁膜１１１の上に形成されている。バ
ッファ層１１１はＳｉＯ₂膜であり、ガラス基板１１０
からの不純物の拡散を防止する役割を持つ。バッファ絶
縁膜１１１上に真性多結晶Ｓｉ(poly−Ｓｉ)膜１２０が
形成され、その真性poly−Ｓｉ膜１２０に一対の高抵抗
のｎ型poly−Ｓｉ層１２１および一対の高抵抗ｐ型poly
−Ｓｉ層１２２が接している。さらにこれら一対の高抵
抗poly−Ｓｉ層１２１，１２２のそれぞれに低抵抗のｎ
型poly−Ｓｉ層１２３およびｐ型poly−Ｓｉ層１２４が
接している。これら一連のpoly−Ｓｉ層の上にはＳｉＯ
₂からなるゲート絶縁膜１２５を介して、Ａｌからなる
第１のゲート配線１２６が形成されており、この第１の
ゲート配線を被覆するようにＮｂからなる第２のゲート
電極１２７が形成されている。上記部材全部を被覆する
ようにＳｉＯ₂からなる層間絶縁膜１２８が形成され、
層間絶縁膜に設けたコンタクトホールを介してドレイン
電極およびソース電極１３０が前記低抵抗ｎ型poly−Ｓ
ｉ層１２３、に接続されている。素子全体はＳｉ₃Ｎ₄か
らなる保護絶縁膜１３１によって被覆されている。前記
一対の高抵抗poly−Ｓｉ層１２１あるいは１２２は第１
のゲート配線１２６のパターンに対して自己整合的に形
成されている。即ち、真性poly−Ｓｉ層１２０と高抵抗
poly−Ｓｉ層１２１あるいは１２２の境界と第１のゲー
ト電極１２６のパターン端の位置が一致している。ま
た、前記第２のゲート電極１２７の一部と前記高抵抗po
ly−Ｓｉ層１２１，122の一部はゲート絶縁膜を介して
重畳されている。このように、ゲート電極の一部と高抵
抗poly−Ｓｉ層１２１、１２１の一部を重畳し高抵抗po
ly−Ｓｉ層１２１，１２２の抵抗をゲート電極により低
下させることにより高抵抗ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２１，１
２２の横方向電界を緩和し素子の信頼性が向上する。ま
た、本実施例では第１のゲート電極１２６に抵抗の低い
Ａｌを用いたので、配線抵抗に起因する信号遅延を小さ
くでき表示装置の大面積化，高精細化を達成できる。さ
らに、Ａｌを高融点金属であるＮｂで被覆することによ
り、熱処理工程によるＡｌのヒロック成長を抑制できる
ので上層配線との短絡不良を防止できる効果がある。本
実施例では、実施例１から４に示した方法で形成した高
純度なＳｉ膜，酸化Ｓｉ膜を用いた。ＴＦＴの基本的特
性である電界効果移動度，フラットバンド電圧，しきい
値電圧を求めた。電界効果移動度は真性シリコンの結晶
性を反映し大きい程よく、フラットバンド電圧は絶縁膜
中の不純物による固定電荷量と関係し小さい程よく、し
きい値電圧はトランジスタの動作電圧を示し低い程よ
い。電界効果移動度，フラットバンド電圧，しきい値電
圧は、それぞれ２７２cm²／Ｖｓ,１.２Ｖ，０.８Ｖであ
り、高純度な膜により非常に良好なデバイス特性が得ら
れていることがわかる。図９は、液晶表示装置の駆動回
路に使用される、本発明の工程で形成したＳｉ膜を適用
したＣＭＯＳ型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の別の例の
断面図である。本実施例は前記第１の実施例とほぼ同様
な構成を有するが、第２のゲート電極１２７が第１のゲ
ート電極１２６の側面にのみ形成され、側面でコンタク
トしている点が第１の実施例とは異なる。また、本実施
例では第１のゲート電極にＮｂを第２のゲート電極にＮ
ｂＮを用いた。このような、側面にのみ電極を形成する
ことは、基板全面にＮｂＮを形成後、これを異方性の強
いリアクティブイオンエッチング法によりエッチングす
ることにより達成される。機能的には第２のゲート電極
１２７は第１のゲート電極１２６に接続されている点
は、第１の実施例と同様であるので同様に高抵抗poly−
Ｓｉ層１２１，１２２内の横方向電界を緩和し素子の信
頼性が向上する効果がある。また、本実施例の構造では
第２のゲート電極１２７を加工するためのホトレジスト
形成工程が不要である。アルカリ金属等の不純物はＴＦ
Ｔ特性に悪影響を及ぼすが、特に液晶表示装置の製造に
おいてはガラス基板が大きいため、基板の洗浄不足等で
基板表面に付着した不純物が素子部に拡散混入し易い。
酸化シリコン膜の密度が約２.３であるのに対し、窒化
シリコン膜の密度は約３.０であり、この緻密な窒化シ
リコン膜を下地層に用いれば、ガラス基板からの不純物
の拡散が防止できる。下地層の構成は、窒化シリコン膜
単層，酸化シリコン膜上層／窒化シリコン膜下層，窒化
シリコン膜上層／酸化シリコン膜下層，窒化シリコン膜
上層／酸化シリコン膜中間層／窒化シリコン膜下層とで
きる。図１０，図１１はそれぞれ窒化シリコン膜上層２
００／酸化シリコン膜下層２０１，窒化シリコン膜上層
２０２／酸化シリコン膜中間層２０３／窒化シリコン膜
下層２０４の場合の素子断面である。上述のように、こ
れらの膜は高純度な膜で構成され、界面も良好な多層構
造を有する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜処理
工程によれば、電子ビーム源と処理室とが分離手段ある
いは減圧室によって分離されているので、処理用のガス
の存在する反応室のガス圧をプラズマ処理に最適な任意
のガス圧に設定することができ、ガスの分解による低分
子活性種を発生により化学反応を促進させて試料の純度
を向上させることができる。また、電子ビームの照射に
伴う試料の帯電量を調整するとともに処理室内のプラズ
マに含まれる正イオンの試料への流入による中和量を調
整することで、試料の電位を制御することができ、試料
の表面に電子ビームに起因する帯電が生じて放電破壊が
生じるのを未然に防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す薄膜処理装置の縦
断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態を示す電子ビーム源の要
部断面図である。

【図３】本発明の第３実施形態を示すプラズマ処理装置
の縦断面図である。

【図４】本発明の第４実施形態を示す要部模式図であ
る。

【図５】液晶表示装置の全体構成図。

【図６】液晶表示装置の画素の平面図。

【図７】液晶表示装置の画素の断面図。

【図８】液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの
断面模式図。

【図９】液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの
断面模式図。

【図１０】液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ
の断面模式図。

【図１１】液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ
の断面模式図。

【符号の説明】

１０…ビーム源、１２，５８，６０…減圧室、１４…反
応室、１６…容器、１８…ガス導入口、２２…カソー
ド、２４…アノード、２６，９０…永久磁石、２８，３
０…引出電極、３４…電子ビーム、４０…通過孔、４６
…基板ホルダ、４８…基板、５０…プラズマ、５２，５
６…電子ビーム源、５４…マイクロ波導波管、６６…電
界レンズ、７０，７２…磁界レンズ、８６…パルス電子
ビーム源、８８…パルス電子ビーム、８９…パルス電子
ビーム容器、９１…マグネトロン磁界、９２…２次電子
ビーム、９３…Ｓｉイオン、９４…ガス供給、９５…ガ
ス供給容器、１００…真性半導体層、１０２…低抵抗ｎ
型半導体層、１０３…高抵抗ｎ型半導体層、１０４，１
２５…ゲート絶縁膜、１０５…スルーホール部、１０６
…層間絶縁膜、１０７…第一のゲート電極、１０８…第
二のゲート電極、１１０…ガラス基板、１１１…バッフ
ァ絶縁膜、１２０…真性多結晶Ｓｉ（poly−Ｓｉ）膜、
１２１…高抵抗ｎ型poly−Ｓｉ層、１２２…高抵抗ｐ型
poly−Ｓｉ層、１２３…低抵抗ｎ型poly−Ｓｉ層、１２
４…低抵抗ｐ型poly−Ｓｉ層、126…第１のゲート配
線、１２７…第２のゲート電極、１２８…層間絶縁膜、
１３０…ドレイン電極およびソース電極、１３１…保護
絶縁膜、１５０…画素部、151…ＴＦＴ、１５３…垂直
走査回路、１５４…水平走査回路、１５５…スイッチマ
トリックス回路、１５６…ゲート配線、１５７…ドレー
ン配線、１５８…ソース電極、１５９…保護絶縁膜、１
６０…コンタクトホール、１６１…画素電極、１６２…
容量電極、１６８…ガラス基板、１６９…バッファ層、
２００，２０２…窒化シリコン膜上層、２０１…酸化シ
リコン膜下層、２０３…酸化シリコン膜中間層、２０４
…窒化シリコン膜下層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H092 JA24 JA37 MA08 MA15 MA19 PA01 5F045 AA08 AB02 AB32 AC01 AC02 AC03 AC04 AC05 AC08 AC09 AC17 BB16 DP04 EH04 EH06 EH16 EH19 5F110 AA01 AA03 AA08 AA26 BB02 BB04 CC02 DD02 DD13 DD14 DD17 EE03 EE04 EE14 FF02 GG02 GG13 GG35 HM17 HM18 NN03 NN23 NN24 PP03 PP04 QQ11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビーム源を有する電子ビームを発生す
る工程と、試料とともにガスを収納し、前記電子ビーム
の導入によるガスの電離により生成したプラズマを基板
上の試料に照射する反応室を有した処理工程と、前記電
子ビーム源と前記反応室との間に配置されて両者を分離
するとともに前記電子ビーム源からの電子ビームを前記
反応室に導く電子ビームの伝送路によって、電子ビーム
を伝送する工程とを有する薄膜処理工程。
【請求項２】前記ガスが少なくとも、ＳｉＦ₄，ＳｉＣ
ｌ₄，ＳｉＨ₄，ＭｇＣｌ₃，ＭｇＢｒ₃，ＡｌＣ
ｌ₃，ＰＣｌ₃，ＰＢｒ₃，ＰＨ₃，ＴｉＣｌ₄，Ｃｒ
Ｃｌ₃，ＣｕＣｌ₂，ＣＣｌ₄，Ｃｕ₂Ｃｌ₂，ＧｅＣｌ
₄，ＡｓＣｌ₃，ＡｓＨ₃，ＺｒＦ₃，ＡｇＣｌ，Ａｇ
Ｂｒ，ＩｎＣｌ₃，ＩｎＢｒ₃，ＳｎＣｌ₄，ＮｄＣｌ₃，
ＬａＣｌ₃，ＣｅＣｌ₃，ＰｒＣｌ₃，ＳｍＣｌ₃，Ｓ
ｍＣｌ₂，ＥｕＣｌ₃,ＥｕＣｌ₂，ＧｄＣｌ₃，ＴｂＣ
ｌ₃，ＤｙＣｌ₃，ＨｏＣｌ₃，ＥｒＣｌ₃，ＴｍＣｌ
₃，ＹｂＣｌ₃，ＬｕＣｌ₃，ＣＯ₂，Ｂ₂Ｈ₆，ＧｅＨ
₄，ＳｉＩ₄,ＡｓＯ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＣＨ₄，Ｏ₂，Ｎ
₂，Ｎ₂Ｏ，Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₃，Ｓｉ₂Ｈ₆,Ｓｉ(ＯＣ₂Ｈ₅)
₄，Ｓｉ(ＯＣ₃Ｈ₇)₄，Ｓｉ(ＯＣ₄Ｈ₉)₄，Ｓｉ₃Ｈ₈，Ｓ
ｉＢｒ₄,ＳｉＦ(ＯＣ₂Ｈ₅)₃，ＳｉＨ₂Ｆ₂，ＳｉＨ₂Ｃ
ｌ₂，ＳｉＨＣｌ₃，ＳｉＩ₄の何れかを含む薄膜処理
方法。
【請求項３】電子ビーム源を有する電子ビームを発生す
る工程と、試料とともにガスを収納し、前記電子ビーム
の導入によるガスの電離により生成したプラズマを基板
上の試料に照射する反応室を有した処理工程と、前記電
子ビーム源と前記反応室との間に配置されて反応室のガ
ス圧力よりも低圧力の空間部である減圧室を有する電子
ビームを前記反応室に導く工程とを有する薄膜処理方
法。
【請求項４】電子ビーム源を有する電子ビームを発生す
る工程と、試料とともにガスを収納し、前記電子ビーム
の導入によるガスの電離により生成したプラズマを基板
上の試料に照射する反応室を有した処理工程と、前記電
子ビームを前記試料に照射して前記試料を加熱する工程
と、前記電子ビーム源と前記反応室との間に配置されて
反応室のガス圧力よりも低圧力の空間部である減圧室を
有する電子ビームを前記反応室に導く工程とを有する薄
膜処理方法。
【請求項５】前記電子ビームを発生する工程は、電子ビ
ームのビーム径を絞る電界レンズを有し、前記電界レン
ズは単一の電子ビームを発生してなり、前記減圧室内に
は前記電界レンズを通過した電子ビームのビーム径を絞
る磁界レンズが配置されてなることを特徴とする請求項
１〜４のいずれかに記載の薄膜処理方法。
【請求項６】前記電子ビームを発生する工程は、電子ビ
ームのビーム径を絞る電界レンズを有し、前記電界レン
ズは単一の電子ビームを発生してなり、前記減圧室を複
数室備え、前記各減圧室は互いに隣接して配置され、前
記各減圧室内には前記電界レンズを通過した電子ビーム
または他の減圧室内を通過した電子ビームのビーム径を
絞る磁界レンズが配置されてなることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の薄膜処理方法。
【請求項７】前記電子ビームの照射に伴う前記基板上の
試料の帯電量を調整する帯電量調整の工程と、前記処理
室内のプラズマに含まれる正イオンの前記基板上の試料
への流入による中和量を調整する中和量調整する工程と
からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記
載の薄膜処理方法。
【請求項８】前記電子ビームを発生する工程は、ガスを
導入して貯留する工程と、パルス信号に応答して前記容
器内にアーク放電を発生させるとともに熱電子を放出し
て前記容器内にプラズマを生成する一対の電極間に印加
するパルス信号のパルス幅とパルス間隔を調整するパル
ス信号調整の工程と、電圧の印加により前記容器内から
電子ビームを引き出す複数の引出電極に印加する電圧を
調整する電圧調整の工程からなり、反応室のガス圧を調
整するガス圧を調整する工程とを特徴とする請求項１〜
６のいずれかに記載の薄膜処理方法。
【請求項９】前記反応室での反応工程において、前記試
料の周囲に磁場を形成して前記反応室内のプラズマを前
記試料の被処理面側に閉じ込める工程があることを特徴
とする請求項１〜８のいずれかに記載の薄膜処理方法。
【請求項１０】前記基板上の試料への処理工程が、チャ
ンバー内壁がＳｉコートされたチャンバー内で行われる
請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜処理方法。
【請求項１１】少なくとも一方が透明な一対の基板と、
この基板に挟持された液晶層と、前記一対の基板の一方
の基板にはマトリクス状に配置されたシリコン膜，酸化
シリコン膜を用いた複数の半導体素子を有する液晶表示
装置であって、前記シリコン膜，前記酸化シリコン膜の
少なくとも一方が請求項１から１０の工程で作製された
シリコン膜又は酸化シリコン膜であることを特徴とする
液晶表示装置。
【請求項１２】請求項１１の液晶表示装置であって、前
記シリコン膜又は酸化シリコン膜であることを特徴とす
る液晶表示装置。