JP2001345278A - 半導体装置の製造方法、および半導体製造装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法、および半導体製造装置

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晋次 徳永
Hiroyoshi Takezawa
浩義 竹澤
Masataka Terada
正孝 寺田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はプラズマ化学気相堆積装置の定期的
なクリーニング直後に、基板を設置しない薄い堆積でも
って、膜の剥離防止とともに、その後に作製するゲート
絶縁膜、非晶質シリコン半導体層の膜質を安定化。 【解決手段】 定期的なクリーニング直後に堆積装置内
で引き続き基板を設置しないでH2とSiH4との励起
・同定放電を繰り返し行うことで、その後の膜質を安定
させ、十分な特性を示すTFTがクリーニング初期から
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は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および半導体製造装置に関する。
【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(3000
Å)、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S
iH4、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
続的に処理することを特徴とする。
【0008】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
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。
【0009】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
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、
水素ガスの100%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。
【0011】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
薄膜がシリコンを主成分とする半導体薄膜であることを
特徴とする。
【0012】また、本発明の半導体製造装置は、上記の
半導体装置の製造方法を有する。このようにして、本発
明の半導体装置の製造方法や半導体製造装置は、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水素ガス
100%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Si
4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。
【0014】また、本発明の液晶表示装置は、上記の半
導体製造装置で製造する薄膜トランジスタを有する。膜
質を安定化してTFT特性の向上ができ、液晶表示装置
の品質向上が図れる。
【0015】また、本発明の画像表示応用機器は、上記
の液晶表示装置を有する。液晶表示装置の品質が向上す
るので、画像表示応用機器の信頼性向上が図れる。
【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。N
3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H
2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T
FTの移動度とダストの発生を示す。さらに、H2/S
iH4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1
00%雰囲気でのグロー放電とH2ガスで希釈したSi
4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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/336 (72)発明者 寺田 正孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H092 JA24 KA05 MA08 MA35 NA18 4K030 AA06 AA13 AA17 BA30 BA40 CA06 DA06 FA03 LA18 5F004 AA15 AA16 BA04 BB13 BB18 BB28 CA01 DA00 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DA17 DA18 DA19 DA20 DA24 5F045 AA08 BB15 DP03 EB06 EF05 EH05 EH12 EH13 5F110 AA14 AA16 FF30 GG02 GG15 GG45 GG60

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
    で連続的に処理することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 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記載
    の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 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。
  4. 【請求項4】 水素ガスの100%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
    を特徴とする請求項1から請求項3のいづれか一つに記
    載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 薄膜がシリコンを主成分とする半導体薄
    膜であることを特徴とする請求項1から請求項4のいづ
    れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1から請求項5のいづれか一つに
    記載の半導体装置の製造方法を有する半導体製造装置。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の半導体製造装置で製造
    する薄膜トランジスタを有する液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の液晶表示装置を有する
    画像表示応用機器。
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