JP3309652B2 - スピン乾燥装置およびそれを組み込んだ洗浄装置およびそれを組み込んだエッチング装置およびスピン乾燥方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

スピン乾燥装置およびそれを組み込んだ洗浄装置およびそれを組み込んだエッチング装置およびスピン乾燥方法および半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板を回転させて乾燥
させるスピン乾燥装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、TFT液晶表示装置の大型化・大
表示容量化・高輝度化の要望が高まっており、例えば大
きさでは17インチ程度、表示容量では1000×90
0ライン程度のディスプレイが現在作成されている。こ
の時、1)大型化に伴いガラス基板が大きくなるので、
洗浄工程における乾燥能力が不足している、2)表示容
量を大きくすると画素間のピッチが小さくなるので、洗
浄に用いる液体の切れが悪化する、3)高輝度化を図る
ためゲートラインの幅を狭くすることで開口率を大きく
すると、基板内の段差が大きくなり、洗浄に用いる液体
の乾燥がしにくい、という問題が発生し、いずれも乾燥
不良に起因してパターン不良を引き起こす。そのため従
来は、洗浄工程やエッチング工程の最後にイソプロピル
アルコールを水と置換した後乾燥させる、いわゆるIP
A乾燥法が用いられているが、このIPA乾燥法は基板
の大きさが大きくなると大量のアルコールが必要とな
り、防爆構造をとる設備が必須となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】次に上記パターン不良
について図4(a),(b)を用いて説明する。
【0004】アモルファスシリコンを用いた薄膜トラン
ジスタを製造する場合、オーミック接続層(通常は燐を
添加したアモルファスシリコン膜)を半導体層17表面
に形成する際に、前処理としてアモルファスシリコンか
ら成る半導体層17の表面の自然酸化物を除去する工程
がある。通常は、稀フッ酸を使用する。その際、図4
(a)のように稀フッ酸水溶液により半導体層17の自
然酸化膜が除去され、撥水性のアモルファスシリコン表
面が現われるが、これと同時にトランジスタ動作をする
チャンネル部上に保護膜のために設けたチャンネル保護
膜18、ここでは親水性の窒化シリコン表面も現われ
る。この両者の表面が共存すると、洗浄に用いる水の乾
燥が不安定になり、図4(b)のようにチャンネル保護
膜18の表面近傍に、ウォーターマーク状のシリコンを
含む酸化物21が形成されることとなる。これは、所望
のトランジスタ部以外に不安定な電気特性を有する半導
体素子が形成されることを意味し、これによりデバイス
動作が正常に働かないという不良が発生する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、液体が乗った基板を
回転させるとともに、3本以上のノズルより気体を噴射
することにより前記液体を除去するスピン乾燥装置また
はスピン乾燥方法において、前記基板の法線方向から見
てそれぞれの前記ノズルの先端が非直線状に配置された
構成、および前記基板の法線方向から見てそれぞれの前
記ノズルからの気体の噴射方向が互いに平行でない構
、および、前記基板の外側に前記基板上の液体が移動
する力成分が生じるように前記3本以上のノズルが配置
された構成を有する。
【0006】
【作用】本発明は前記した手段により、基板上の液体を
遠心力により飛ばすとともに、ノズルから噴射する気体
によっても液体を飛ばし、あるいは乾燥させるものであ
る。そしてノズルを前記手段のように配置することで、
各ノズルから噴射される気体が干渉、相殺し合うことな
く、気体の力が弱まることがなく、効率よく乾燥させる
ことができるものである。
【0007】
【実施例】本願発明の説明にあたり、まず被乾燥体であ
る半導体装置、本実施例ではTFT液晶パネル基板につ
いて、その製造工程を説明する。
【0008】図1において、ガラス基板11上に、DC
スパッタリング法によりインジウム錫酸化物(通常IT
Oという)薄膜を100nmの膜厚で成膜し、所定のパ
ターンをウェットエッチング法により形成し画素電極1
2とした。次に透明な画素電極12と次に形成するゲー
ト電極13との界面にシリコン酸化膜14を100nm
程度形成してゲート電極パターニング工程での不良発生
を防いだ。さらに純A1薄膜をDCスパッタリング法に
より133〜500nm、所定のパターンをウェットエ
ッチング法により形成しゲート電極13を形成した。こ
の時、エッチング液にはリン酸:硝酸:酢酸:水系のも
のを用いて行った。次に、後工程でコンタクトホールを
形成し電極取り出しを行う部分にレジストパターンを形
成し、レジストパターンが形成されていない部分の陽極
酸化を行い、そしてアルミニウム酸化膜15を100〜
250nmの膜厚を形成する。なお、陽極酸化に用いた
電解液は、1重量%程度のクエン酸水溶液あるいは酒石
酸水溶液とエチレングリコールの容量比が3:7のもの
を用いた。この時点での基板表面の凹凸段差は200〜
583nmとなる。そして、層間絶縁膜16としてプラ
ズマCVD法により窒化シリコン膜を200〜300n
m、半導体層17としてのアモルファスシリコン(a−
si)膜50〜200nmを形成し、さらにトランジス
タのチャンネル保護膜18として窒化シリコン膜を10
0〜200nmの厚みで連続的に成膜した。チャンネル
保護膜18を所定のパターンにフッ酸系エッチング液で
選択除去して形成し、レジストを除去した。次に、本発
明である基板の乾燥工程に移るが、これについては後述
する。
【0009】そして、ウォーターマーク状のシリコンを
含む酸化膜21の形成を防いだ基板にオーミックコンタ
クト層19としてリンを添加したシリコン薄膜であるn
+型a−Si膜を50nmの厚みで製膜した。画素電極
12と後に形成するソース・ドレイン電極20とを電気
的に接続するために接続用穴開け(コンタクトホール)
をエッチング法により所定のパターンに形成した。そし
て、チタン薄膜と、A1薄膜をDCスパッタリング法に
より連続製膜し、所定のパターンをウェットエッチング
法あるいはドライエッチング法によりA1薄膜、チタン
薄膜、オーミックコンタクト層19をエッチングし、ソ
ース・ドレイン電極20を形成した。本実施例では、ゲ
ート電極材料としてアルミニウム薄膜を用いているが、
アルミニウム合金でもよい。そして本発明のスピン乾燥
装置を用いて基板を乾燥させるのは、前述の工程のみに
限られるものではなく、ウェットエッチングを行なう工
程においてすべて適用できるものである。
【0010】次に、本実施例のスピン乾燥装置およびこ
れを用いた乾燥方法について説明する。上記TFT液晶
パネル基板の製造工程において、チャンネル保護膜18
をフッ酸系エッチング液で選択除去した後、半導体層1
7の表面の自然酸化膜を除去する工程に移る。基板内の
段差が200nm以下の場合は、図2に示したノズル2
のみで若干ウォーターマーク状のシリコンを含む酸化膜
21が残ったが、トランジスタ動作が異常になるものは
発生しなかった。ところが、この段差が250、30
0、400nmと増えるに従ってこのウォーターマーク
状のシリコンを含む酸化膜21の数が増え、大きさも大
きくなり、図4(b)に示したように、トランジスタ部
の設計パターン以外にウォーターマーク状のシリコンを
含む酸化膜21が発生した。これは、アモルファスシリ
コン膜表面にシリコンイオンを含む水溶液が乾燥時に残
ったもので、端的にいえば乾燥不良によって発生したも
のである。基板の大きさが大きいためにスピン乾燥部の
回転数を上げることにも限度があり、回転数は約200
0rpm程度である。さらに段差が大きくなると一概に
回転数を増やしても水滴は除去できない。このことか
ら、本発明にかかる乾燥装置では、乾燥した気体を基板
に噴射するノズルに着目することでウォーターマーク状
のシリコンを含む酸化膜21の発生を防ぐことができ
た。
【0011】以下具体的なスピン乾燥装置、およびこれ
を用いた乾燥方法について説明する。
【0012】(実施例1)図2において、1は乾燥する
前の液体が乗った基板、2、3、4は気体を噴射するノ
ズル、5は基板1を回転させる回転軸である。乾燥は基
板1を回転させながらノズル2、3、4から気体を噴射
することにより行なった。
【0013】この時、図2(b)に示したように基板1
の法線方向から見て、それぞれのノズルの先端が非直線
状となるように配置している。ノズル2、3、4を直線
状に配置すると、基板に対して水平方向の水滴を外側に
移動させる力がそれぞれのノズルから噴出するガスの圧
力と相殺されてしまい、基板1の垂直成分だけになり、
逆に水滴を基板1に吸着させてしまった。また、図2に
示した様に複数のノズルを回転面上に配置し、各ノズル
2、3、4の向きを変えて、ノズル2、3、4からの気
体の噴射方向が互いに平行とならないようにすれば、互
いの流速方向の干渉を極力避け基板1上の水滴を外側に
移動する力成分を作ることができ乾燥した気体が効率的
に基板1に噴射される。基板1に対する気体の圧力はノ
ズル2が一番強く、次にノズル3、ノズル4と回転軸5
から遠くなるに従って弱くした。基板1の主面に対する
噴射角度はノズル2、3、4と回転軸5から遠くなるに
つれて小さくした。基板1の主面からノズル2、3、4
の先端までの高さは、ノズル2、3、4と回転軸5から
遠くなるにつれて高くした。各ノズルから噴射される気
体の流速は回転軸5から遠くなるにつれて小さくするの
が望ましいが、本実施例では同じである。
【0014】これらの調整により、基板1の液体を乾燥
させるのに都合のよい気体の流れを生み出すことができ
る。
【0015】また本実施例ではノズルの本数は3本であ
るが2本にしてもよい。この場合は非直線状とはならな
いので各ノズルからの気体の噴射方向が互いに平行にな
らないようにすることで足りる。
【0016】(実施例2)図3は、本発明の乾燥装置の
一実施例のノズル形状を示したもので、ゲート電極の配
線パターンに引っかかる水滴が除去できるようになって
いる。このノズルの特徴は、基板を回転した時の遠心力
をさらにノズル22、23で補うものである。この場合
もノズル22、23からの気体の噴射方向は、互いに平
行でない。
【0017】以上のようにして、薄膜トランジスタをマ
トリクス状に整列させたTFTアレイをガラス基板に製
作し、さらに液晶表示装置を作成したところ、TFTア
レイ基板上に形成されたトランジスタ部に不良のない良
好な結果を得た。特に300mm×400mm以上のガ
ラス基板を用いてTFT液晶表示装置を製造する際に効
果を発揮する。このことにより、高歩留り、高性能、高
信頼性のTFT液晶表示装置を提供する事ができる。ま
た、ゲート電極の配線幅を狭くしても段差部でのウォー
ターマーク状のシリコン酸化膜による動作不良が起きな
い製品にすることができる。また、この方法は、薄膜ト
ランジスタを用いた他の電子デバイスその他トランジス
タ、IC、ダイオード等の素子を組み込んだ半導体装置
にも応用できることはいうまでもない。
【0018】また、本発明の効果は実施例に記述したト
ランジスタ構造に限定されることはない。さらに、実施
例では透明電極は、ゲート電極形成前に形成したがこれ
に限定されることはなく、半導体層形成後に透明電極を
形成する構造でも同様の効果が得られた。
【0019】(実施例3)洗浄装置は、基板などを洗浄
するための装置であるが洗浄に用いる洗浄液を乾燥させ
る機能も有している。
【0020】本発明のスピン乾燥装置を洗浄装置に組み
込めば洗浄、乾燥の作業を一連して行なうことができ
る。
【0021】(実施例4)エッチング装置は、通常薬液
を用いて基板のパターンを作成する装置であるが、エッ
チングには洗浄乾燥が不可欠である。本発明のスピン乾
燥装置(あるいは洗浄装置)をエッチング装置に組み込
めば、一連のエッチングを確実に行なうことができる。
【0022】
【発明の効果】本発明のスピン乾燥装置およびスピン乾
燥方法によれば、乾燥能力が向上するので、それを用い
て半導体装置を製造することにより、生産性向上が図
れ、欠陥数の少ない薄膜トランジスタとそれを用いたT
FT液晶表示装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例により製造された半導体装置
の断面図
【図2】本発明の一実施例のスピン乾燥装置の構成図
【図3】本発明の一実施例のスピン乾燥装置の構成図
【図4】従来の方法で製造された半導体装置の断面図
【符号の説明】
1 基板 2、3、4 ノズル 5 回転軸 11 ガラス基板 12 画素電極 13 ゲート電極 14 シリコン酸化膜 15 アルミニウム酸化膜 16 層間絶縁膜 17 半導体層 18 チャンネル保護膜 19 オーミックコンタクト層 20 ソース・ドレイン電極 21 ウォーターマーク状のシリコンを含む酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箱田 修三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小西 秀明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−42238(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 651 B08B 3/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液体が乗った、300mm×400mm以
    上の大きさを有する基板を回転させるとともに、3本以
    のノズルを備え、 それぞれの前記ノズルからの気体の噴射方向が前記基板
    の法線方向から見て互いに平行でなく、 前記ノズルの先端が前記基板の法線方向から見て非直線
    となり、かつ、 前記基板上の液体を前記基板の外側に移動させる力成分
    が生じるように、前記3本以上のノズルを配置した スピ
    ン乾燥装置。
  2. 【請求項2】基板の主面に対する気体の噴射角度が、前
    記基板の回転軸から遠くなるにつれて小さくなるようノ
    ズルを配置した請求項1記載のスピン乾燥装置。
  3. 【請求項3】基板の主面からノズルの先端までの高さが
    前記基板の回転軸から遠くなるにつれて高くなるようノ
    ズルを配置した請求項1記載のスピン乾燥装置。
  4. 【請求項4】それぞれのノズルから噴射される気体の流
    基板の回転軸から遠い程、小さくした請求項1記載
    のスピン乾燥装置。
  5. 【請求項5】請求項1記載のスピン乾燥装置を組み込ん
    だことを特徴とする洗浄装置。
  6. 【請求項6】請求項1記載のスピン乾燥装置を組み込ん
    だことを特徴とするエッチング装置。
  7. 【請求項7】液体が乗った、300mm×400mm以
    上の大きさを有する基板を回転させるとともに、3本以
    のノズルより気体を前記基板に噴射することにより前
    記液体を除去し、前記基板を乾燥させるスピン乾燥方法
    であって、 前記ノズルの先端を前記基板の法線方向から見て非直線
    状に配置し、 それぞれの前記ノズルからの気体の噴射方向を前記基板
    の法線方向から見て互いに非平行とし、かつ、 前記基板上の液体を前記基板の外側に移動させる力成分
    が生じるように、前記3本以上のノズルを配置して前記
    基板の乾燥を行う スピン乾燥方法。
  8. 【請求項8】基板上にゲート電極を形成する第1の工程
    と、 前記ゲート電極上に層間絶縁膜、半導体層をこの順に形
    成する第2の工程と、 前記ゲート電極の直上で前記半導体層の上にチャンネル
    保護膜を形成する第3の工程と、 前記半導体層の表面の酸化膜を除去した後、3本以上
    ノズルを備え、それぞれの前記ノズルからの気体の噴射
    方向が互いに平行でなく、前記ノズルの先端が基板の法
    線方向から見て非直線状となり、かつ、前記基板上の液
    体を前記基板の外側に移動させる力成分が生じるよう
    に、前記3本以上のノズルを配置したスピン乾燥装置を
    用いて前記基板を乾燥る第4の工程と、 前記ゲート電極をはさんでソース・ドレイン電極を形成
    する第5の工程とを有する半導体装置の製造方法。
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