JP4170120B2

JP4170120B2 - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP4170120B2
Application number: JP2003076646A
Authority: JP
Inventors: 充弘一條; 勇臣浅見; 邦彦福地; 聡志鳥海
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: US20040185673A1; JP2004288753A; US7465966B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、薄膜の成膜方法に関する。また、該成膜方法を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的手段を用いたＰＶＤ（physical vapor deposition）法、熱、プラズマ、光等のエネルギーを用い化学反応を用いたＣＶＤ(chemical vapor deposition)法、塗布又はコーティングにより形成する表面重合法又はゾルゲル法、電気メッキ法等が代表例として挙げられる。
【０００３】
半導体装置を構成する膜は、膜厚が１μｍ程度、若しくはそれ以下で数ｎｍ以上の薄膜であり、これらの成膜方法には、ＣＶＤ法及びスパッタリング法が多用されている。
【０００４】
半導体装置に用いられる薄膜の代表例の一つとして、導電膜、又は配線間を絶縁分離する為に種々の絶縁膜が用いられている。このような絶縁膜の代表例として窒化珪素膜がある。窒化珪素膜は、アルカリイオンや水分の侵入を妨げる効果がある。このため、基板のコーティング膜や半導体素子の保護膜として用いられている。
【０００５】
一方、絶縁膜の成膜方法として、プラズマＣＶＤ法が用いられている。プラズマＣＶＤ法には、段差被覆性が高い、耐湿性に優れている、低い温度で成膜可能である、等の利点があり、多用されている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２７４０８９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマＣＶＤ法によって形成される膜、代表的に窒化珪素膜は、含有水素濃度が比較的高い。これは、反応性気体にシラン、窒素のほかにアンモニアを用いているためである。
【０００８】
このように、含有水素濃度の高い膜は、加熱、電圧の印加等によって膜中の水素が膜中から脱離してしまう。この結果、半導体素子及び半導体素子を用いた半導体装置において、閾値の変動、劣化の加速等それらの特性が変動するという問題が生じる。
【０００９】
このため、プラズマＣＶＤ法で形成した膜を、高温で加熱する「水素だし」の工程が必須である。また、水素だしをしなくとも水素含有量の少ない膜を形成するため、特許文献１に示されるように、原料ガスの分解量を制御した状態で成膜する方法等が提案されている。
【００１０】
また、アンモニアの分解量を制御することにより、窒化珪素膜の水素を制御できる発明が特許文献１に記載されている。
【００１１】
通常のＣＶＤ法で膜を形成する場合、高温加熱が必要である。一方、プラズマＣＶＤ法では、比較的低温（４００℃程度）で成膜することが可能だが、膜中の水素濃度を低減するためには、４８０℃以上の加熱が必要である。この場合、下地膜として耐熱性の低い材料で形成される膜、代表的にはアクリルなどの有機樹脂、アルミニウム配線等を用いた場合、これらの上にプラズマＣＶＤ法を用いて膜を形成することはできない。
【００１２】
スパッタリング法で膜を形成する場合、膜の特性に応じて原料ガス及びターゲットを選別することができる。例えば、水素の含有量の少ない窒化珪素膜を形成するためには、ターゲットにシリコン又は窒化珪素を用い、スパッタリングガスに窒素、アルゴン、又は窒素とアルゴンを用いればよい。このため、原料ガス由来の混入物（代表的には、プラズマＣＶＤ法で用いるアンモニア（ＮＨ₃）の水素）を低減することができる。
【００１３】
また、スパッタリング法を用いると低温での成膜が可能であるため、耐熱温度の低い有機樹脂基板または有機樹脂部材上に、直接成膜することができる。
【００１４】
しかし、スパッタリング法には、▲１▼大面積基板対応のターゲットの作製が困難であり且つ高価、▲２▼チャンバー内のセルフクリーニングができず、チャンバー内を開放してメンテナンスを行わなければならないため、生産効率が低下する、▲３▼成膜時、雰囲気中の不純物が膜内に混入しやすい、▲４▼ターゲット中の不純物が生成物中に混入する、等の問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、原料由来の混入物濃度が少ない膜を形成することが可能であって、かつ耐熱性の低い部材にも成膜が可能な、成膜方法を提案する。また、半導体特性を保つことが可能な膜を成膜する方法を提案する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、珪化物気体等の反応性気体を電磁エネルギーまたは熱エネルギーにより分解して、少なくとも直流、交流または高周波電力を印加可能な電極上に膜を堆積させ、その後基板をチャンバー内に導入し、希ガス等を導入して該電極上の膜をスパッタリングして、基板上に被膜を形成するものである。本発明によれば、水素化物気体、代表的には窒化水素を用いずとも膜を形成することが可能であるため、水素含有率の低い膜を基板上に形成できる。
【００１７】
さらに、スパッタリングによって基板の被処理面に被膜を形成するため高温の加熱を必要としない。よって、これらの膜を半導体素子の膜（基板からの不純物をブロッキングする下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜間、保護膜）として形成する場合、耐熱温度の低い有機樹脂膜、有機樹脂基板の被処理面に接して形成することができる。
【００１８】
このような本発明の要旨に基づく本発明の成膜方法及び半導体装置の作製方法は、以下に示す構成を包含することができる。
【００１９】
チャンバーに第１の気体を用いて第１の膜を成膜した後、チャンバー内に基板を搬入し、該第１の膜及び第２の気体を用いて、第２の膜を前記基板の被処理面に形成する成膜方法である。
【００２０】
第２の膜として、窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜等を形成することができる。
【００２１】
第１の膜と第２の膜とは、同一の材料で形成されていてもよい。この場合、第２のガスには、希ガスから選ばれる一種又は複数種を用いることができる。
【００２２】
また、第１の膜と第２のガスとを反応させて第２の膜を形成させてもよい。この場合、第２のガスには、希ガスから選ばれる一種又は複数種と共に反応ガスを用いる。
【００２３】
第２の膜が窒化珪素膜である場合、第１の気体に珪化物気体及び窒素を用い、第２の気体に、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、及びキセノン（Ｘｅ）から選ばれる一種又は複数種を用いる。
【００２４】
また、同様に、第１の気体に珪化物気体を用い、第２の気体に、窒素とヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、及びキセノン（Ｘｅ）から選ばれる一種又は複数種とを用いることもできる。
【００２５】
第２の膜は酸化珪素膜である場合、第１の気体に珪化物気体及び酸素を用い、第２の気体に、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、及びキセノン（Ｘｅ）から選ばれる一種又は複数種を用いる。
【００２６】
また、同様に、第１の気体に珪化物気体を用い、第２の気体に、酸素と、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、及びキセノン（Ｘｅ）から選ばれる一種又は複数種を用いることもできる。
【００２７】
また、第２の膜が酸化窒化珪素膜である場合、第１の気体にシラン酸素及び窒素、若しくは珪化物気体及び窒素酸化物を用い、前記第２の気体に、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、及びキセノン（Ｘｅ）から選ばれる一種又は複数種を用いる。
【００２８】
また、同様に、第１の気体に珪化物気体を用い、第２の気体に、酸素と、窒素と、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、及びキセノン（Ｘｅ）から選ばれる一種又は複数種とを用いることもできる。
【００２９】
珪化物気体としては、モノシラン、ジシラン、トリシラン等を用いることができる。
【００３０】
第２の膜を形成するときのチャンバーの圧力は、２０Ｐａ以下である。また、第２の膜は、ガラス基板、プラスチック基板、有機樹脂膜上に形成される。
【００３１】
第１の膜の形成方法はプラズマＣＶＤ法を用いることができ、第２の膜の析出方法はスパッタリング法を用いることができる。
【００３２】
又、本発明は上記の成膜方法により形成された第２の膜を、半導体素子の基板からの不純物をブロッキングする下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜間、保護膜として用いて半導体装置を作製する半導体装置の作製方法である。なお、半導体素子は、薄膜トランジスタ、有機薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、光電変換素子、又は抵抗である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本実施の形態では、基板被処理面に形成する膜の代表例として、窒化珪素膜を採用し、これを成膜する工程を述べる。なお、窒化珪素膜の代わりに、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜を採用することもできる。
【００３４】
図１を用いて本発明で用いるプラズマＣＶＤ装置のチャンバーの断面図を説明する。図１（Ａ）において、接地されたチャンバー１０８ａ内には、高周波電源１０５ａに接続された第１の電極（上部電極、シャワー電極、高周波電極）１２１及び接地されている第２の電極（下部電極、接地電極）１２５が設けられている。第１の電極１２１は、中空構造であって、供給系１０６ａから供給される原料ガスが電極内を通過し、電離されチャンバー内に供給される。また、チャンバーには、排気系１０７ａが設けられ、反応後の排気ガスを排出する。なお、本実施の形態では、電極構造が中空構造（複数のシャワー板が重なりガスを分散する構造、いわゆるシャワーヘッド構造。）となっているがこの構造に限られない。供給系が第１の電極と別に設けられていてもよい。また、供給系１０６ａ及び排気系１０７ａには、バルブ（１０６ｃ、１０７ｃ）が設けられており、供給するガス圧及びチャンバー内の圧力を制御する。
【００３５】
チャンバーの外壁には、ヒータ１２６が設けられている。このため、チャンバー内はホットウオール構造となっている。
【００３６】
また、チャンバーの側面には窓（図示しない。）が設けられ、この窓を開閉して基板が収納されているカセット室からロボットアーム等の搬送機構を経由して基板をチャンバー内に移送することができる。
【００３７】
次に、図１を用いて、成膜方法を述べる。本実施の形態においては、窒化珪素膜の形成方法を述べる。
【００３８】
まず始めに、プラズマＣＶＤ法によって、窒化珪素膜を形成する。ここでは、原料ガスにシランガス及び窒素を用いる。また、成膜条件は、チャンバー内の圧力を１．３３×１０¹〜１．３３×１０³Ｐａ（１×１０^-1〜１×１０¹ｔｏｒｒ）、成膜温度を８０〜６００℃とし、高周波電源の電源周波数を１０〜５００ＭＨｚとする。なお、窒化珪素膜の成膜分布は、ヒータの温度に依存する。
【００３９】
図１（Ａ）に示すように、チャンバー内にシランガス及び窒素を供給系１０６ａより導入し、電源のスイッチ１２２を接続し、電極に高周波電圧を印加し、プラズマ１２３を発生させる。このプラズマ中で生成されるシランガス又は窒素のイオン、ラジカルなどの化学的に活性な励起種が反応して生成物である窒化珪素膜１２４を形成する。窒化珪素膜は、チャンバー内、特に第１の電極１２１及び第２の電極１２５に形成される。窒化珪素膜１２４の膜厚は、ピーリングが生じない１μｍ以下が好ましい。
【００４０】
次に、スパッタリング法によって、ターゲットとなる窒化珪素物を基板に析出させる。ここではヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の不活性ガスの一種又は複数種をスパッタガスとして用いる。また、窒素を用いる方が好ましい。本実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用いる。スパッタリング条件は、チャンバー内の圧力を２０Ｐａ以下、好ましくは１．３３×１０^-1〜１．３３×１０¹Ｐａ（１×１０-³〜１×１０^-1ｔｏｒｒ）とし、高周波電源の電源周波数を１０〜５００ＭＨｚとする。チャンバー内の温度は、析出させる基板又は下地材料の耐熱温度によって任意に設定することが可能であり、室温でも基板表面に生成物を析出することが可能である。
【００４１】
図１（Ｂ）に示すように、チャンバー内に基板１２７を設置し、供給系１０６ａからチャンバー内に窒素及びアルゴンを導入する。次に、窒化珪素膜をターゲット、アルゴンをスパッタガスとしてスパッタリングして、窒化珪素膜１２４を基板の被処理面に析出させる。図１（Ｂ）において、１２４ｂは、基板表面にスパッタリングされた窒化珪素膜である。
【００４２】
図７において、本実施の形態における反応について説明する。なお、図７は、第１の電極表面及び基板表面の拡大図である。
【００４３】
第１の電極１２１表面にプラズマＣＶＤ法によって形成された窒化珪素膜（ターゲット）１２４ａに、スパッタガス（図７においては、アルゴンイオン）が衝突し、ターゲットから窒化珪素化合物がスパッタリングされて基板１２７上に析出（７０３）する。なお、スパッタガスとして、不活性ガスのほかに窒素を用いることにより、スパッタガスの衝突により窒素の一部が排除された窒化珪素化合物（７０４）に、窒素を補い、基板上に析出（７０５）させることができる。
【００４４】
なお、スパッタ率の向上を目的として、第１の電極１２１に磁石を配置してもよい。そうすると、電場と磁場の直交するマグネトロン放電を利用することができる。
【００４５】
また、本実施の形態のスパッタリング工程では、中空構造の電極内からガスを導入しているが、窒素及びアルゴンの供給系は任意の場所から供給することができる。
【００４６】
また、ターゲットとなる窒化珪素膜を作製する前に、ＮＦ₃、フロロカーボン、ＳＦ₆、ＣＯ_xなどのガスなどのガスをチャンバー内に供給して、チャンバー内部のクリーニングを行うことが好適である。このように、プラズマＣＶＤ装置は、チャンバーの内部のクリーニングが簡単に行えるため、スパッタ装置に比べてメンテナンスが少なくて済む。
【００４７】
また、プラズマＣＶＤ法で形成した生成物をスパッタリングし基板上に析出させるため、従来のスパッタリング法と比較しターゲット又はチャンバー雰囲気に含まれる不純物の混入を避けて生成物を形成することができる。また、従来のプラズマＣＶＤ法と異なり、原料由来の不純物、特に水素の混入が少ない窒化珪素膜を基板の被処理面に形成することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、実施の形態１で示した図１に示される成膜装置を用いて窒化珪素膜を形成する工程を説明する。実施の形態１と同様のものを指す符号は共通して用いる。なお、本実施の形態を用いて窒化珪素膜の代わりに、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜を形成することもできる。
【００４９】
まず始めに、プラズマＣＶＤ法によって、シリコン膜を形成する。ここでは、原料ガスにシランガスを用いる。また、成膜条件は、チャンバー内の圧力を１．３３×１０¹〜１．３３×１０³Ｐａ（１×１０^-1〜１×１０¹ｔｏｒｒ）、成膜温度を３００〜６００℃とし、高周波電源の電源周波数を１０〜５００ＭＨｚとする。
【００５０】
図１（Ａ）に示すように、チャンバー内にシランガスを供給系１０６ａより導入し、電源のスイッチ１２２を接続し、電極に高周波電圧を印加し、プラズマ１２３を発生させ、生成物であるシリコン膜１２４を形成する。シリコンは、チャンバー内、特に第１の電極１２１及び第２の電極１２５に形成される。シリコン１２４の膜厚は、ピーリングが生じない１μｍ以下が好ましい。
【００５１】
次に、スパッタリング法によって、ターゲットとなるシリコンを基板に析出させる。スパッタリングガスとして、窒素並びにヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の不活性ガスの一種又は複数種を用い、反応性スパッタリングによって窒化珪素膜を形成する。本実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用いる。スパッタリング条件は、チャンバー内の圧力を２０Ｐａ以下、好ましくは１．３３×１０^-1〜１．３３×１０¹Ｐａ（１×１０-³〜１×１０^-1ｔｏｒｒ）とし、高周波電源の電源周波数を１０〜５００ＭＨｚとする。チャンバー内の温度は、析出させる基板又は下地材料の耐熱温度によって任意に設定することが可能であり、室温でも基板表面に生成物を析出することが可能である。
【００５２】
図１（Ｂ）に示すように、同一のチャンバー内に基板１２７を設置し、供給系１０６ａからチャンバー内にアルゴン及び窒素を導入する。次に、シリコン膜をターゲット、アルゴンをスパッタガスとしてスパッタリングして、窒化珪素膜を基板の被処理面に析出させる。図１において、１２４ｂは、基板表面にスパッタリングされた窒化珪素膜である。
【００５３】
図８において、本実施の形態における反応について説明する。第１の電極１２１表面にプラズマＣＶＤ法によって形成されたシリコン膜（ターゲット）８０１に、スパッタガスであるアルゴンイオン及び反応ガスである窒素イオンが衝突する。ここでは、アルゴンイオンによるスパッタリングと窒素イオンによる反応とが同時に進行する。アルゴンイオンによりスパッタされたシリコンは基板上で窒素イオンと反応して窒化珪素化合物８０３ａとなり基板上に析出する。又、ターゲット（シリコン膜）上で窒素イオンと反応し形成された窒化珪素化合物は、そのまま基板上に析出（８０３ｂ）する。
【００５４】
また、プラズマＣＶＤ方法で形成した生成物をスパッタリングし基板上に析出させるため、従来のスパッタリング法と比較しターゲット又はチャンバー雰囲気に含まれる不純物の混入を避けて生成物を形成することができる。また、従来のプラズマＣＶＤ法と異なり、原料由来の不純物、特に水素の混入が少ない窒化珪素膜を基板の被処理面に形成することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、ひとつのチャンバーにおいて、異なる種類の膜を成膜する工程について説明する。ここでは、第１の膜として、窒化珪素膜、第２の膜として酸化珪素膜を形成する工程を述べる。
【００５６】
実施の形態１または実施の形態２の工程によって、基板上に窒化珪素膜を形成する。
【００５７】
この後、チャンバー内から基板を搬送室へ移動し、ＮＦ₃、フロロカーボン、ＳＦ₆、ＣＯ_xなどのクリーニングガス用いてチャンバー内をクリーニングする。
【００５８】
次に、プラズマＣＶＤ法の原料ガスとしてシラン及び酸素を用いて実施の形態１の方法によりターゲットの酸化珪素膜を形成する。次に、窒化珪素膜が成膜された基板をチャンバー内に搬入し、スパッタリングガスをアルゴンガスとして、実施の形態１の方法により、窒化珪素膜が成膜された基板表面に酸化珪素膜を形成する。
【００５９】
なお、酸化珪素膜の成膜方法として、実施の形態２の工程を用いることもできる。
【００６０】
このような工程を得ることにより、少ない装置で複数種の成膜が可能である。この工程を半導体素子及び半導体素子を有する半導体装置の作製に用いることにより、従来より少ない装置でこれらを作製することが可能であり、コスト削減を図ることができる。
【００６１】
【実施例】
[実施例１]
本実施例において、アクティブマトリクス基板及びそれを用いた表示装置の作製方法を述べる。なお、実施の形態１で示した成膜方法によって、半導体素子の一つであるＴＦＴの保護膜である窒化珪素膜を形成している。
【００６２】
本実施例では、本発明を用いて形成された半導体素子及び該半導体素子を有するアクティブマトリクス基板の作製工程を、図４〜図６を用いて説明する。なお、本実施例において、半導体素子の代表例として、薄膜トランジスタを用いるが、この他、有機薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、光電変換素子、抵抗等も半導体素子として用いることができる。
【００６３】
図４（Ａ）に示すように、ガラス基板（第１の基板６０１）上に下地絶縁膜６０２を形成する。本実施例では、下地絶縁膜を２層構造とし、SiH₄、NH₃、及びN₂Oを反応ガスとして成膜される第一の酸化窒化シリコン膜を５０〜１００nm、SiH₄、及びN₂Oを反応ガスとして成膜される第二の酸化窒化シリコン膜を１００〜１５０nmの厚さに積層形成する。
【００６４】
次に、下地絶縁膜上に、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等の公知の手法により非晶質シリコン膜６０３（膜厚５４ｎｍ）を積層形成する。
【００６５】
次に特開平８−７８３２９号公報に記載の公知技術によって非晶質シリコン膜６０３を結晶化する。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶構造を有する半導体膜を形成するものである。
【００６６】
次いで、加熱処理を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は半導体の結晶化を助長する金属元素が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それを核として結晶化が進行する。ここでは、脱水素化のための熱処理（４５０℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（５５０℃〜６５０℃で４〜２４時間）を行う。
【００６７】
この後、結晶性シリコン膜中から金属元素のゲッタリングを行い、結晶性シリコン膜中の金属元素を除去又は濃度を低減する。ゲッタリングの手法としては、結晶シリコン膜の一部にリン又は希ガス（代表的にはアルゴン）などを添加してゲッタリングサイトを形成した後、熱処理を行って金属元素を移動させる方法、若しくはリン又は希ガスなどを含有した非晶質シリコン膜又は結晶質シリコン膜を酸化膜を介して積層し、ゲッタリングサイトとして熱処理を行って金属元素をゲッタリングサイトに移動させる方法を用いれば良い。ゲッタリング後の結晶性シリコン膜の不純物金属元素濃度を１×１０¹⁷／ｃｍ³以下（ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）の測定限界以下）とすることが好ましく、より好ましくはＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合高周波プラズマ分光質量分析法）により５×１０¹⁶／ｃｍ³以下とすることである。
【００６８】
次いで、結晶化率（膜の全体積における結晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶性シリコン膜６０５に対してレーザ光を照射することが好ましい。（図４（Ｂ））。
【００６９】
次に、結晶性シリコン膜を用い、公知の手法によりＴＦＴを形成する。図４（Ｃ）にその図を示す。結晶質シリコン膜を所望の形状にエッチングし、活性領域６１１〜６１４を形成する。次に、シリコン膜の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜６１５となるシリコンを主成分とする絶縁膜を形成する。
【００７０】
次いで、ゲート絶縁膜表面を洗浄した後、ゲート電極６１６〜６１９を形成する。本実施例では、ゲート電極は積層構造をしており、ゲート絶縁膜に接する第１導電膜６１６ａ及び該第１導電膜に接する第２導電膜６１６ｂからなる。第１導電膜は窒化タンタル膜からなり、第２の導電膜は、タングステン膜からなる。ただし、ゲート電極の材料は、これに限られるものではなく、いずれもタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、銀―銅―パラジウム合金（ＡｇＰｄＣｕ合金）を用いてもよい。さらに、本実施例では、ゲート電極を積層構造としたが、これに限られるものではなく単層構造でも多層構造でもよい。
【００７１】
次に、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）及びＰ型を付与する不純物元素（Ｂ等）、ここではリン及びボロンを適宜添加して、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域６２０〜６２７、及びＬＤＤ領域（Light doped drain 領域）６２８〜６３１を形成する。ＬＤＤ領域６２８〜６３０の一部は、各ゲート電極に覆われているが、ＬＤＤ領域６３１では、各ゲート電極に覆われていない。なお、ゲート電極及びＬＤＤ領域の形成工程に関しては、特開２００１−３４５４５３号公報に開示された工程を適応すればよい。
【００７２】
次に、図５に示すようにゲート電極及びゲート絶縁膜上に第２絶縁膜６３４を形成した後、添加した不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザ光の照射を行う。この工程は、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体膜との界面へのプラズマダメージを回復することができる。
【００７３】
次に、第２絶縁膜６３４上に第１の層間絶縁膜６３５を形成する。第１の層間絶縁膜には、無機絶縁膜又は有機材料樹脂を用いることができる。なお、有機樹脂を用いる場合は、感光性樹脂及び非感光性樹脂を用いることができる。感光性有機樹脂を用いた場合、フォトリソフラフィ工程による露光処理を行い、感光性有機樹脂をエッチングすると曲率を有する第１の開口部を形成することができる。このように曲率を有する開口部を形成することは、後に形成する電極の被覆率（カバレッジ）が高くなるという効果がある。本実施例では、第１の層間絶縁膜に、厚さ１．０５μｍの非感光性アクリル樹脂膜を形成する。
【００７４】
次に、第１の層間絶縁膜のパターニング及びエッチングを行い、第１の開口部を形成する。この後、第１の開口部及び第１の層間絶縁膜６３５を覆うように窒化絶縁膜（代表的には、窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜）からなる第３の絶縁膜６３６を形成する。本実施例では、第３の層間絶縁膜に窒化珪素膜を用いる。
【００７５】
次に、フォトリソグラフィ工程による露光処理を行った後、第３の絶縁膜６３６、第２絶縁膜６３４、及びゲート絶縁膜６１５を順次エッチングし、第２の開口部を形成する。このときの、エッチング処理は、ドライエッチング処理でもウエットエッチング処理でもよい。本実施例では、ドライエッチングにより第２の開口部を形成する。
【００７６】
次に、第２の開口部を形成した後、第３絶縁膜上及び第２の開口部に金属膜を形成し、フォトリソグラフィ工程による露光の後、金属膜をエッチングしてソース電極及びドレイン電極６３７〜６４３を形成する。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いる。本実施例では、チタン膜／チタンーアルミニウム合金膜／チタン膜（Ｔｉ/Ａｌ−Ｓｉ/Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングしてソース電極ドレイン電極６３７〜６４３を形成する。その後、第１の画素電極６４４を形成する。
【００７７】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０、６４３及びｐチャネル型６４１、６４２を作製することができる。
【００７８】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０とｐチャネル型ＴＦＴ６４１をＣＭＯＳ回路として駆動回路６５０に用い、ｐチャネル型ＴＦＴ６４２、ｎチャネル型６４３を画素領域６５１に用いることにより、駆動回路と画素領域を同一基板上に形成したアクティブマトリクス基板６７０を得ることができる。
【００７９】
次に、アクティブマトリクス基板上にＥＬ（Electro Luminescence）素子を形成して表示装置を作製する工程を示す。
【００８０】
図６（Ａ）は、表示装置を示す上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された６８１はソース信号線駆動回路、６８２は画素領域、６８３はゲート信号線駆動回路である。また、６８４は対向基板、６８５は一対の基板間隔を保持するためのギャップ材が含有されているシール材であり、シール材６８５で囲まれた内側は、封止材で充填されている。
【００８１】
図６（Ｂ）は、表示装置の断面図である。アクティブマトリクス基板６７０の画素部６５１において、ＥＬ素子が形成されている。また、図５の駆動回路としては、ソース線駆動回路６５２が示されており、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０とｐチャネル型ＴＦＴ６４１とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。さらに、アクティブマトリクス基板６７０と対向基板６４８とが、シール材６８５及び封止材６９１を用いて封止されている。
【００８２】
以下に、表示装置の作製方法を述べる。
【００８３】
図６（Ｂ）に示すように、アクティブマトリクス基板６７０表面に第２の層間絶縁膜間６６１を形成し、第３の開口部を形成する。なお、図５の画素部のｐチャネル型ＴＦＴ６４２を画素の電流制御用ＴＦＴとして用い、ｎチャネル型ＴＦＴ６４３を画素のスイッチングＴＦＴとして用いる。また、第２の層間絶縁膜６６１には、無機絶縁膜又は有機材料樹脂を用いることができる。本実施例では、第２の層間絶縁膜に、感光性アクリル樹脂膜を用い、パターニング及びウエットエッチングを行い、なだらかな内壁を有する第３の開口部を形成する。
【００８４】
その後、第２の層間絶縁膜上に第４の絶縁膜６６２を形成したのち、第４の開口部を形成し、第１の画素電極６３７を露出させる。本実施例では、第４の絶縁膜に窒化珪素膜を用い、実施の形態１の手法により形成する。まず始めに、図１（Ａ）に示すようなチャンバー内の圧力を、１０Ｐａとし、原料ガスであるシランガス及び窒素を流量比1：２００の割合で導入し、電極に高周波電圧１３．５６ＭＨｚを印加して、プラズマ１２３を発生させる共に生成物である窒化珪素膜を形成する。
【００８５】
次に、図１（Ｂ）に示すように、チャンバー内に第３の開口部まで形成した基板を設置する。窒化珪素膜をターゲットとし、供給系１０６ａを介してチャンバー内に導入されたアルゴンガスをスパッタリングガスとして、窒化珪素膜を基板表面に析出させる。このとき、窒化珪素膜は、アクリル樹脂上に形成するため、チャンバー内の温度を２００℃以下とする。
【００８６】
第２の層間絶縁膜６６１に有機材料樹脂を用いた場合、第４の絶縁膜の窒化珪素膜は、該有機材料樹脂から発生するガスや基板全体から発生する水分をブロッキングする効果がある。このため、第４の絶縁膜を形成することにより、ＥＬ素子の劣化を抑制することができる。また、後に第４の絶縁膜表面に形成する電極材料の金属イオン（代表的には、リチウムイオン（Ｌｉ⁺）、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）、カリウムイオン（Ｋ⁺）等のアルカリ金属イオン）をブロッキングする効果もある。本工程で形成した窒化珪素膜は、水素の含有量が少ないため、電圧の印加、加熱等により窒化珪素膜から水素が脱離することがない。よって、従来のプラズマＣＶＤ法とで形成されたものと比較して、水分又は金属イオンのブロッキング効果が更に高まる。
【００８７】
次に、画素電極６３７及び第４の絶縁膜６６２の上にはＥＬ層６６３、陰極として機能する第２の画素電極６６４及びパッシベーション膜６６５を設ける。第１の画素電極６３７、ＥＬ層６６３、第２の画素電極６６４が重畳する部位が実質的に発光する素子（ＥＬ素子）となる。
【００８８】
このＥＬ層６６３の構成は公知の構成を用いることができる。第１の画素電極６３７と第２の画素電極６６４との間に配設するＥＬ層６６３には、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれ、これらの層が積層された形態又はこれらの層を形成する材料の一部又は全部が混合された形態をとることができる。基本的にＥＬ素子は、陽極／発光層／陰極が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極／正孔注入層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極等の順に積層した構造を有していても良い。
【００８９】
発光層は有機化合物を用いて形成されている。代表的には、その分子数から区分された低分子系有機化合物、中分子系有機化合物、高分子系有機化合物から選ばれた一種又は複数種の層を有する。また、電子注入輸送性又は正孔注入輸送性を有する無機化合物から形成される電子注入輸送層又は正孔注入輸送層を組み合わせて形成しても良い。なお、中分子とは、昇華性や溶解性を有しない有機化合物の凝集体（好ましくは、重合度１０以下）又は連鎖する分子の長さが５μm以下（好ましくは５０ｎｍ以下）の有機化合物のことをいう。
【００９０】
発光層の主体となる発光材料を以下にまとめる。低分子系有機化合物としては、トリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体やビス（ベンゾキノリラト）ベリリウム錯体等の金属錯体をはじめとし、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールジアミン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体等が適用可能である。また、これらの材料をホストとし、クマリン誘導体、ＤＣＭ、キナクリドン、ルブレン等をドーパントとして添加することで、量子効率を上げ、高輝度化、高効率化を図ることができる。
高分子系有機化合物としては、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリチオフェン系、ポリフルオレン系等があり、ポリ（パラフェニレンビニレン）(poly(p-phenylene vinylene))：（ＰＰＶ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン）(poly(2,5-dialkoxy-1,4-phenylene vinylene))：（ＲＯ−ＰＰＶ）、ポリ（２−（２'−エチル−ヘキソキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン）(poly[2-(2'-ethylhexoxy)-5-methoxy-1,4-phenylene vinylene])：（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（２−（ジアルコキシフェニル）−１,４−フェニレンビニレン）(poly[2-(dialkoxyphenyl)-1,4-phenylene vinylene])：（ＲＯＰｈ−ＰＰＶ）、ポリパラフェニレン（poly[p-phenylene]）：（ＰＰＰ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレン）(poly(2,5-dialkoxy-1,4-phenylene))：（ＲＯ−ＰＰＰ）、ポリ（２，５−ジヘキソキシ−１，４−フェニレン）(poly(2,5-dihexoxy-1,4-phenylene))、ポリチオフェン（polythiophene）：（ＰＴ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）(poly(3-alkylthiophene))：（ＰＡＴ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）(poly(3-hexylthiophene))：（ＰＨＴ）、ポリ（３−シクロヘキシルチオフェン）(poly(3-cyclohexylthiophene))：（ＰＣＨＴ）、ポリ（３−シクロヘキシル−４−メチルチオフェン）(poly(3-cyclohexyl-4-methylthiophene))：（ＰＣＨＭＴ）、ポリ（３，４−ジシクロヘキシルチオフェン）(poly(3,4-dicyclohexylthiophene))：（ＰＤＣＨＴ）、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−チオフェン］(poly[3-(4octylphenyl)-thiophene])：（ＰＯＰＴ）、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−２，２ビチオフェン］(poly[3-(4-octylphenyl)-2,2-bithiophene])：（ＰＴＯＰＴ）、ポリフルオレン（polyfluorene）：（ＰＦ）、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）(poly(9,9-dialkylfluorene)：（ＰＤＡＦ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）(poly(9,9-dioctylfluorene)：（ＰＤＯＦ）等が挙げられる。
【００９１】
電子注入輸送層又は正孔注入輸送層として用いることができる無機化合物には、ダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣＮ、及びこれらの酸化物又は窒化物の他、これらにＰ、Ｂ、Ｎ等が適宜ドーピングされたものがある。また、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、酸化物、窒化物又はフッ化物をも、用いることができる。さらには、当該金属とＺｎ、Ｓｎ、Ｖ、Ｒｕ、Ｓｍ、またはＩｎとの化合物もしくは合金であっても良い。
【００９２】
また、これらの各層を混合した混合接合構造を形成しても良い。
【００９３】
なお、ＥＬ素子の発光は、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）とがある。本発明に係るＥＬ素子は、いずれか一方の発光を用いていても良く、又は両方の発光を用いていても良い。
【００９４】
第２の画素電極６６４としては、金属成分とアルカリ金属又はアルカリ土類金属、若しくはその両者を含む成分とからなる多成分の合金若しくは化合物を用いる。金属成分としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｖ、Ｐｄ等が挙げられる。一方、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の具体例としては、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｃｓ（セシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）等が挙げられる。その他、これら以外にもＹｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｔｍ（ツリウム）等を適用しても良い。第２電極は、上記金属成分にアルカリ金属又はアルカリ土類金属のうち仕事関数が３ｅＶ以下のものを０．０１〜１０重量％含ませた合金若しくは化合物とする。陰極として機能させる目的において、第２電極の厚さは適宜設定すれば良いが、概ね０．０１〜１μmの範囲内として、電子ビーム蒸着法で形成すれば良い。
【００９５】
また、パッシベーション膜６６５としては、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜（ＤＬＣ膜、ＣＮ膜など）その他の水分や酸素に高いブロッキング性を示す絶縁膜を用いることができる。
【００９６】
次に、ＥＬ素子１を封止するために不活性気体雰囲気でシール材６８５及び封止材６９１で対向基板６８４を貼り合わせる。なお、シール材６８５としてはフィラーを含む粘性の高いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、封止材６９１としては透光性が高く、且つ、粘性の低いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材６８５及び封止材６９１はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
【００９７】
なお、本実施例では、表示装置としてＥＬ表示装置の作製工程を述べたがこれに限られるものではなく、液晶表示装置、電界放出表示装置等を適応することもできる。
【００９８】
また、本実施例では、第４の成膜方法として実施の形態１を用いたが、これに代えて実施の形態２を用いることもできる。
【００９９】
また、本実施例では、本発明の成膜方法を保護膜である第４の絶縁膜に用いたが、これに限らず下地絶縁膜、非晶質シリコン膜、ゲート絶縁膜、第２の絶縁膜、パッシベーション膜の作製に用いることもできる。
【０１００】
さらには、前記実施例に示した表示装置を、様々な電子機器のディスプレイとして利用することができる。なお、電子機器とは、表示装置を搭載した製品と定義する。その様な電子機器としては、ビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクター、プロジェクションＴＶ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ（ノート型を含む）、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが挙げられる。
【０１０１】
本実施例を用いることにより、アルカリ金属イオン又は水分による半導体素子またはＥＬ素子の劣化を抑制することができ、表示装置を歩留まり高く作製することができる。
【０１０２】
［実施例２］
本実施例では、実施例１に用いる成膜装置について図２及び図３を用いて説明する。両図において、同じものを指す符号は共通して用いる。本発明の成膜装置は、成膜室及び搬送室を有し、成膜室１０４ａ、１０４ｂの間に搬送室１０２ｂが配置され、搬送室１０２ａ、１０２ｂが隣接して配置された構造を有する。各成膜室には、縦方向に重ねて配置された１０個のチャンバー１０８ａ、１０８ｂを具備し、各チャンバー１０８ａ、１０８ｂには、成膜ガスを供給する供給系１０６ａ、１０６ｂ、排気ガスを排気する排気系１０７ａ、１０７ｂ及び電源１０５ａ、１０５ｂを具備する。
【０１０３】
本装置は、各成膜室１０４ａ、１０４ｂにおいて、複数のチャンバー１０８ａ、１０８ｂの全ての供給系は、一つの供給源に接続されていることを特徴とする。同様に、複数のチャンバー１０８ａ、１０８ｂの全ての排気系は、一つの排気口に接続されていることを特徴とする。本特徴により、本装置では複数のチャンバー１０８ａ、１０８ｂを縦方向に重ねて配置しているにもかかわらず、供給系１０６ａ、１０６ｂと排気系１０７ａ、１０７ｂとを簡単に配置することができる。また、成膜室１０４ａ、１０４ｂには、各成膜室の圧力を減圧するための排気系（図示しない。）が設けられている。チャンバー内の圧力と成膜室内の圧力とを制御することにより、成膜、及びチャンバー内のクリーニングを交互に行うことができ、効率良く成膜を行うことができる。
【０１０４】
図３において、カセット室１０１ａ、１０１ｂには所望のサイズのガラス基板、プラスチック基板に代表される樹脂基板等の絶縁表面を有する基板がセットされる。基板の搬送方式として、図示する装置では水平搬送を採用するが、第五世代以降のメータ角の基板を用いる場合、搬送機の占有面積の低減を目的として、基板を縦置きにした縦形搬送を行ってもよい。
【０１０５】
搬送室１０２ａ、１０２ｂの各々には、搬送機構（ロボットアーム）１０３ａ、１０３ｂが具備されている。搬送機構により、カセット室１０１ａ、１０１ｂにセットされた基板が各成膜室１０４ａ、１０４ｂに搬送される。そして、成膜室１０４ａ、１０４ｂのチャンバー１０８ａ、１０８ｂにおいて、搬送された基板の被処理面に対して所定の処理が行われる。なお、チャンバー１０８ａ、１０８ｂに間する説明は、実施の形態１で述べているので、ここでは省略する。また、本実施例において、搬送室が複数設けられているが、これは一つでもよい。
【０１０６】
本実施例では、数十枚の基板を一度に処理するバッチ式装置を例示したが、基板を一枚ずつ処理する枚葉式装置に本発明を適用することもできる。
【０１０７】
本実施例のように、複数のチャンバーを有する成膜装置で成膜することにより、同時に多数の基板に同条件で形成される膜を形成することができる。このため、基板間のバラツキを低減することが可能となり、歩留まりの向上させることができる。また、スループットも向上することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明は、同一チャンバー内において、プラズマＣＶＤ方法で形成した生成物をスパッタリングし基板の被処理面上に析出させる成膜方法及びそれを用いた半導体装置の作製方法である。本発明により、従来のスパッタリング法と比較し、ターゲット又は雰囲気に含まれる不純物の混入を避けて生成物を形成することができる。
【０１０９】
また、従来のプラズマＣＶＤ法と異なり、原料由来の不純物、特に水素の混入が少ない生成物を基板の被処理面に成膜することができる。このため、電圧印加又は加熱等の影響を受けにくい膜を形成することができる。
【０１１０】
また、基板の被処理面に成膜する際は、スパッタリングによって成膜するため高温の加熱を必要とせず、樹脂等の耐熱性の低い基板、部材、膜上に成膜することが可能である。
【０１１１】
また、本発明の作製方法によって作製した膜を半導体装置、代表的には半導体装置を構成する半導体素子の保護膜に用いることにより、半導体装置の劣化を抑制することが可能となる。
【０１１２】
また、複数のチャンバーを有する成膜装置で本発明の成膜方法を行うと、同時に多数の基板に同条件で膜を形成することができる。このため、基板間のバラツキを低減することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いるチャンバーの断面図。
【図２】本発明で用いる成膜装置の斜視図。
【図３】本発明で用いる成膜装置の上面図。
【図４】本発明を用いたアクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図５】本発明を用いたアクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図６】本発明を用いた表示装置の作製工程を示す図。
【図７】本発明の反応工程を示す模式図。
【図８】本発明の反応工程を示す模式図。

Claims

上部電極及び下部電極を有するチャンバー内において、プラズマＣＶＤ法を用いて少なくとも前記上部電極の表面に第１の窒化珪素膜を形成し、
前記上部電極と前記下部電極との間に基板を配置し、
前記上部電極の表面に形成された前記第１の窒化珪素膜を、窒素ガスを含有する不活性ガスを用いてスパッタリングすることによって、前記基板上の被処理面に第２の窒化珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１において、
前記第１の窒化珪素膜は、前記下部電極にも形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１又は請求項２において、
前記上部電極はシャワーヘッド構造を有し、前記プラズマＣＶＤ法用のガス及び前記スパッタリング用のガスは前記上部電極から供給されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記上部電極には磁石が配置されており、
前記スパッタリングはマグネトロン放電により行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第１の窒化珪素膜の形成前に、前記チャンバー内をクリーニングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
１μｍ以下の膜厚で前記第１の窒化珪素膜を形成すること特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記基板には半導体素子が形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、又はキセノン（Ｘｅ）ガスから選ばれる一種又は複数種からなることを特徴とする半導体装置の作製方法。