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技術 薄膜製造装置と薄膜の製造方法並びに薄膜トランジスタの製造方法

出願人 株式会社ジャパンディスプレイセントラル
発明者 大石毅一郎筒博司
出願日 2000年10月12日 (19年2ヶ月経過) 出願番号 2000-311578
公開日 2002年4月19日 (17年8ヶ月経過) 公開番号 2002-118103
状態 未査定
技術分野 放射線を利用した材料分析 物理蒸着 CVD 気相成長(金属層を除く) 薄膜トランジスタ
主要キーワード 被測定薄膜 反射率パターン 被測定サンプル 反射率カーブ 結晶分光器 薄膜評価 膜質評価 散乱防止
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図面 (11)

課題

従来の評価方法では、製造工程で流れる基板について薄膜膜質評価を行うことができなかった。また、組成などの膜質に関して破壊検査を行うと評価に用いた基板をそのまま製造工程に戻すことができない。さらに、GIXR法による薄膜の解析においては、厚い2つの薄膜が積層されている場合フィッティングの解析が困難である。

解決手段

薄膜製造装置に、薄膜が成膜された被測定基板の表面に対しX線照射する手段、被測定基板の角度走査を行なう手段、X線の反射X線干渉反射率パターンを検出する手段、を有する薄膜評価部と、薄膜の密度膜厚表面ラフネス情報を解析するとともに薄膜の成膜条件フィードバックするコンピュータ部とを具備させる。

概要

背景

液晶表示パネルを構成するアクティブマトリクス基板においては、複数のソース線と複数のゲート線マトリクス状に配設され、隣接する2本のソース線と隣接する2本のゲート線とに囲まれた領域が各画素を構成している。そして、各画素にはそれぞれ画素電極が設けられており、画素電極に対する信号の書き込みを制御するためのスイッチング素子が設けられている。このスイッチング素子としてはTFTが多用されている。トップゲート構造のTFTの一例を以下に説明する。

トップゲート型TFTは、例えば「1996年産業図書出版本正一編著、液晶ディスプレイ技術(p113〜p118)」に説明されている。その構造を図8に示す。図8に記載したTFTは、ゲート電極59に電圧印加した際の電界の作用によりチャネル部61に誘起される電荷を制御することでソース58−ドレイン57間に流れる電流オンオフし、スイッチング素子として機能するようになっている。

図8に記載のTFTにおいては、半導体膜およびゲート絶縁膜54の膜質トランジスタの性能を左右する重要な因子の1つである。薄膜分析評価方法としては、例えば「1995年株式会社エヌ・ティーエス発行、権田俊一監修、薄膜作製応用ハンドブック(p592〜p680)」に記載されている方法がある。膜厚に関しては、段差を測定するものとして多重反射干渉法触針法共焦点型レーザー顕微鏡などがあり、断面を観察するものとして、走査電子顕微鏡透過電子顕微鏡を用いたものなどがあるが、プロセス中で成膜した薄膜の膜厚を非破壊で表面から測定はできない。他に膜厚測定方法としてエリプソメトリ法があるが、組成など膜質に関する知見を得ることはできない。組成に関しては、電子マイクロアナライザ(EPMA)、走査オージェ顕微鏡AES)、ラザフォード後方散乱(RBS)、化学分析のICP—MS等があるが、被測定基板に対して非破壊で測定を行うことはできない。

薄膜の膜厚、密度ラフネスを評価する方法の1つである、X線反射率測定法(Grazing Incidence X−ray Reflectivity 以下GIXRと略す)について説明する。図9はX線反射率測定装置の概略である。X線発生部63から発生したX線を、X線発生部から発生したX線の平行性を良くするための第一のスリット64と、スリットを通過したX線の単色性および平行性を良くするための結晶分光器65と、結晶分光器65を通過したX線の平行性を良くするための第二のスリット66を通過させ、角度走査を行うゴニオメーター67に固定した被測定物68に照射する。その反射X線を、平行性を良くする検出スリット69と、S/Nを向上させるためのソーラスリット70および散乱防止スリット71を通過させ、検出器72により検出する。ゴニオメーター67を回転させ、それにつれて検出器26も回転させながらX線の照射を行うことにより、反射率カーブを得る。

図10はGIXR法の原理である。X線に対する物質屈折率は1よりわずかに小さいため、表面が平坦な物質に極浅い角度でX線を入射させると、X線は全反射する。入射角度臨界角以上θにしたとき、入射X線75は物質表面で反射されるもの76と透過するもの77に分かれ、透過した波は物質中において電子密度の異なる界面で再び反射波78と透過波79に分かれる。反射した波76、80は互いに干渉し、X線の波長入射角、物質の密度の分布によって、膜固有の干渉、反射率カーブが観測される。

反射率データ解析は、「日本応用磁気学会誌、Vol.18、No.1、1994、p38〜p45」に示されているように、薄膜の層構造モデル仮定し、各層について膜厚、屈折率、表面ラフネスパラメータとして理論的に計算された反射率と実測反射率とを非線形最小二乗法によりフィッティングさせることによって、膜厚、屈折率、表面ラフネスのパラメータを精密化する。層の組成が既知であれば、精密化された屈折率より層の密度を計算することができる。

概要

従来の評価方法では、製造工程で流れる基板について薄膜の膜質評価を行うことができなかった。また、組成などの膜質に関して破壊検査を行うと評価に用いた基板をそのまま製造工程に戻すことができない。さらに、GIXR法による薄膜の解析においては、厚い2つの薄膜が積層されている場合フィッティングの解析が困難である。

薄膜製造装置に、薄膜が成膜された被測定基板の表面に対しX線を照射する手段、被測定基板の角度走査を行なう手段、X線の反射X線の干渉と反射率パターンを検出する手段、を有する薄膜評価部と、薄膜の密度と膜厚と表面ラフネス情報を解析するとともに薄膜の成膜条件フィードバックするコンピュータ部とを具備させる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

薄膜堆積する成膜部と前記薄膜の密度膜厚表面ラフネスを評価する手段を有する薄膜評価部と前記薄膜の密度と膜厚と表面ラフネス情報を解析するとともに前記薄膜の成膜条件フィードバックするコンピュータ部とから少なくともなる薄膜製造装置であって、前記薄膜評価部は薄膜の成膜された被測定基板の表面に対しX線照射する手段と前記被測定基板の角度走査を行なう手段と、前記X線の反射X線干渉反射率パターンを検出する手段を少なくとも有することを特徴とする薄膜製造装置。

請求項2

薄膜評価部が成膜部と一体的に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜製造装置。

請求項3

基板上に薄膜を堆積する薄膜の製造方法であって、前記基板上に薄膜を堆積する工程と、前記薄膜表面にX線を照射し、前記X線の反射X線の干渉と反射率パターンを検出し、前記薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する工程を含むことを特徴とする薄膜の製造方法。

請求項4

基板上に薄膜を堆積する薄膜の製造方法であって、前記基板上に薄膜を堆積する工程と、前記薄膜表面にX線を照射し、前記X線の反射X線の干渉と反射率パターンを検出し、前記薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する工程を大気曝露することなく複数回繰り返すことを特徴とする薄膜の製造方法。

請求項5

基板上にチャネル領域ソースドレイン領域を含む半導体膜ゲート絶縁膜を介して配置されるゲート電極とソース・ドレイン電極とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極の少なくとも一方は請求項3記載の薄膜の製造方法で製造することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

請求項6

基板上にチャネル領域とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とゲート絶縁膜を介して配置されるゲート電極とソース・ドレイン電極とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極は請求項4記載の薄膜の製造方法で製造することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

請求項7

基板上にゲート電極とゲート絶縁膜を介して配置されるチャネル領域とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とソース・ドレイン電極とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜と前記半導体膜の少なくとも一方は請求項3記載の薄膜の製造方法で製造することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

請求項8

基板上にゲート電極とゲート絶縁膜を介して配置されるチャネル領域とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とソース・ドレイン電極とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜と前記半導体膜は請求項4記載の薄膜の製造方法で製造することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、X線による薄膜密度膜厚表面ラフネスの評価が可能である薄膜評価部を有する薄膜製造装置と、薄膜の製造方法、並びに薄膜トランジスタの製造方法に関する。

背景技術

0002

液晶表示パネルを構成するアクティブマトリクス基板においては、複数のソース線と複数のゲート線マトリクス状に配設され、隣接する2本のソース線と隣接する2本のゲート線とに囲まれた領域が各画素を構成している。そして、各画素にはそれぞれ画素電極が設けられており、画素電極に対する信号の書き込みを制御するためのスイッチング素子が設けられている。このスイッチング素子としてはTFTが多用されている。トップゲート構造のTFTの一例を以下に説明する。

0003

トップゲート型TFTは、例えば「1996年産業図書出版本正一編著、液晶ディスプレイ技術(p113〜p118)」に説明されている。その構造を図8に示す。図8に記載したTFTは、ゲート電極59に電圧印加した際の電界の作用によりチャネル部61に誘起される電荷を制御することでソース58−ドレイン57間に流れる電流オンオフし、スイッチング素子として機能するようになっている。

0004

図8に記載のTFTにおいては、半導体膜およびゲート絶縁膜54の膜質トランジスタの性能を左右する重要な因子の1つである。薄膜の分析評価方法としては、例えば「1995年株式会社エヌ・ティーエス発行、権田俊一監修、薄膜作製応用ハンドブック(p592〜p680)」に記載されている方法がある。膜厚に関しては、段差を測定するものとして多重反射干渉法触針法共焦点型レーザー顕微鏡などがあり、断面を観察するものとして、走査電子顕微鏡透過電子顕微鏡を用いたものなどがあるが、プロセス中で成膜した薄膜の膜厚を非破壊で表面から測定はできない。他に膜厚測定方法としてエリプソメトリ法があるが、組成など膜質に関する知見を得ることはできない。組成に関しては、電子マイクロアナライザ(EPMA)、走査オージェ顕微鏡AES)、ラザフォード後方散乱(RBS)、化学分析のICP—MS等があるが、被測定基板に対して非破壊で測定を行うことはできない。

0005

薄膜の膜厚、密度、ラフネスを評価する方法の1つである、X線反射率測定法(Grazing Incidence X−ray Reflectivity 以下GIXRと略す)について説明する。図9X線反射率測定装置の概略である。X線発生部63から発生したX線を、X線発生部から発生したX線の平行性を良くするための第一のスリット64と、スリットを通過したX線の単色性および平行性を良くするための結晶分光器65と、結晶分光器65を通過したX線の平行性を良くするための第二のスリット66を通過させ、角度走査を行うゴニオメーター67に固定した被測定物68に照射する。その反射X線を、平行性を良くする検出スリット69と、S/Nを向上させるためのソーラスリット70および散乱防止スリット71を通過させ、検出器72により検出する。ゴニオメーター67を回転させ、それにつれて検出器26も回転させながらX線の照射を行うことにより、反射率カーブを得る。

0006

図10はGIXR法の原理である。X線に対する物質屈折率は1よりわずかに小さいため、表面が平坦な物質に極浅い角度でX線を入射させると、X線は全反射する。入射角度臨界角以上θにしたとき、入射X線75は物質表面で反射されるもの76と透過するもの77に分かれ、透過した波は物質中において電子密度の異なる界面で再び反射波78と透過波79に分かれる。反射した波76、80は互いに干渉し、X線の波長入射角、物質の密度の分布によって、膜固有の干渉、反射率カーブが観測される。

0007

反射率データ解析は、「日本応用磁気学会誌、Vol.18、No.1、1994、p38〜p45」に示されているように、薄膜の層構造モデル仮定し、各層について膜厚、屈折率、表面ラフネスをパラメータとして理論的に計算された反射率と実測反射率とを非線形最小二乗法によりフィッティングさせることによって、膜厚、屈折率、表面ラフネスのパラメータを精密化する。層の組成が既知であれば、精密化された屈折率より層の密度を計算することができる。

発明が解決しようとする課題

0008

上記従来技術では薄膜の膜厚を評価する場合、製造工程に流れる基板とは別に、基板上に成膜した評価用の薄膜の膜質評価しか行うことができず、製造工程で流れる実基板の評価ができない、また評価結果を見てから改めて成膜条件を設定しなければならないという課題がある。また、組成などの膜質に関しては、GIXR法以外の方法を用いた場合、破壊検査を行わなければいけないため評価に用いた基板はそのまま製造工程に戻すことはできないという課題がある。さらに、GIXR法による薄膜の解析においては、液晶表示パネルに用いられるTFTの半導体膜およびゲート酸化膜が成膜された状態では、膜厚の厚い2つの薄膜が積層されているため、2層積層された後ではGIXR法によるフィッティングの解析が実際には困難であるという課題がある。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、上記従来技術の有する問題点を解決することを目的とする。すなわち、X線の反射率測定が可能な薄膜評価部を薄膜製造装置に備えることにより、薄膜の膜質を破壊検査による評価ではなく、非破壊で密度と膜厚と表面ラフネスが評価できるGIXR法を用いて薄膜の膜質、すなわち、密度、膜厚、表面ラフネスを製造工程中で測定することにより評価し、薄膜評価部につながったコンピューター部から、成膜部につながった成膜条件を制御するコンピューター部にフィードバックし、成膜条件を設定することにより、自動的に膜質管理を行うことができる。

0010

さらに、上記薄膜評価部を薄膜製造装置に搭載することにより、被測定基板を大気曝露することなくX線反射率を測定できる。したがって、薄膜を連続成膜する場合に、第1層を成膜し薄膜評価部において第1層の密度と膜厚と表面ラフネスを評価した後、第2層を成膜しその密度と膜厚と表面ラフネスを評価することにより、それぞれの薄膜について膜質の評価が可能であるとともに、第1層と第2層の界面に不純物等が付着することを防ぎ、そのまま製造工程に戻すことができる。

発明を実施するための最良の形態

0011

本発明の請求項1に係る薄膜製造装置は、薄膜を堆積する成膜部と前記薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する手段を有する薄膜評価部と前記薄膜の密度と膜厚と表面ラフネス情報を解析するとともに前記薄膜の成膜条件にフィードバックするコンピュータ部とから少なくともなる薄膜製造装置であって、前記薄膜評価部は薄膜の成膜された被測定基板の表面に対しX線を照射する手段と前記被測定基板の角度走査を行なう手段と、前記X線の反射X線の干渉と反射率パターンを検出する手段を少なくとも有することを特徴としたものである。

0012

本発明によれば、評価用基板ではなく製造工程中で実際の基板に成膜した薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価でき、使用した基板を製造工程に戻すことができるという作用を有する。さらに、薄膜評価部において得られた膜質の情報を成膜室にフィードバックすることにより、自動的に膜質の管理ができるという作用を有する。

0013

本発明の請求項2に係る薄膜製造装置は、薄膜評価部が成膜部と一体的に形成されていることを特徴としたものである。

0014

本発明によれば、薄膜の成膜終了後ただちに測定を行い、密度と膜厚と表面ラフネスを知ることが可能となるという作用を有する。

0015

本発明の請求項3に係る薄膜の製造方法は、基板上に薄膜を堆積する薄膜の製造方法であって、前記基板上に薄膜を堆積する工程と、前記薄膜表面にX線を照射し、前記X線の反射X線の干渉と反射率パターンを検出し、前記薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する工程を含むことを特徴としたものである。

0016

本発明によれば、評価用基板ではなく製造工程中で実際の基板に成膜した薄膜の膜質を評価でき、使用した基板を製造工程に戻すことができるという作用を有する。

0017

本発明の請求項4に係る薄膜の製造方法は、基板上に薄膜を堆積する薄膜の製造方法であって、前記基板上に薄膜を堆積する工程と、前記薄膜表面にX線を照射し、前記X線の反射X線の干渉と反射率パターンを検出し、前記薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する工程を大気に曝露することなく複数回繰り返すことを特徴としたものである。

0018

本発明によれば、薄膜を連続成膜する場合に、第1層を成膜し薄膜評価部において第1層の密度と膜厚と表面ラフネスを評価した後、第2層を成膜しその密度と膜厚と表面ラフネスを評価することにより、それぞれの薄膜について膜質の評価が可能であるとともに、第1層と第2層の界面に不純物等が付着することを防ぐことができる。またこれを複数回繰返すことができ、そのまま製造工程に戻すことができるという作用を有する。

0019

本発明の請求項5に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にチャネル領域とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とゲート絶縁膜を介して配置されるゲート電極とソース・ドレイン電極とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極の少なくとも一方は請求項3記載の薄膜の製造方法で製造することを特徴としたものである。

0020

本発明によれば、ゲート絶縁膜とゲート電極の少なくとも一方の密度と膜厚と表面ラフネスを評価し、膜質を管理して製造するため、薄膜の膜質に関して安定した薄膜を成膜することができ、トランジスタ性能および歩留りの安定したトランジスタを再現性良く製造できるという作用を有する。

0021

本発明の請求項6に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にチャネル領域とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とゲート絶縁膜を介して配置されるゲート電極とソース・ドレイン電極とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極は請求項4記載の薄膜の製造方法で製造することを特徴としたものである。

0022

本発明によれば、半導体膜とゲート絶縁膜を成膜する場合に、成膜部において半導体膜を成膜し大気に曝露することなく薄膜評価部に移送し、膜質を評価した後、再び大気に曝露することなく成膜部に移送し、ゲート絶縁膜を成膜し同様にその膜質を評価することにより、それぞれの薄膜について膜質の評価が可能であり、界面の清浄性を保ったまま連続的に薄膜を成膜可能であるという作用を有する。

0023

本発明の請求項7に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極とゲート絶縁膜を介して配置されるチャネル領域とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とソース・ドレイン電極とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜と前記半導体膜の少なくとも一方は請求項3記載の薄膜の製造方法で製造することを特徴としたものである。

0024

本発明によれば、ゲート絶縁膜と半導体膜の少なくとも一方の密度と膜厚と表面ラフネスを評価し、膜質を管理して製造するため、薄膜の膜質に関して安定した薄膜を成膜することができ、トランジスタ性能および歩留りの安定したトランジスタを再現性良く製造できるという作用を有する。

0025

本発明の請求項8に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極とゲート絶縁膜を介して配置されるチャネル領域とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とソース・ドレイン電極とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜と前記半導体膜は請求項4記載の薄膜の製造方法で製造することを特徴としたものである。

0026

本発明によれば、ゲート絶縁膜と半導体膜を成膜する場合に、成膜部においてゲート絶縁膜を成膜し大気に曝露することなく薄膜評価部に移送し、膜質を評価した後、再び大気に曝露することなく成膜部に移送し、半導体膜を成膜し同様にその膜質を評価することにより、それぞれの薄膜について膜質の評価が可能であり、界面の清浄性を保ったまま連続的に薄膜を成膜可能であるという作用を有する。

0027

(実施の形態1)以下、本発明の一実施例である薄膜評価部を備えた薄膜製造装置について図1および図2を用いながら説明する。図1において、8は移送用アームで、その周囲には、7つの室が配されている。1、3、7は各々被処理材に膜を形成する成膜部(第一の成膜部1、第二の成膜部3、第三の成膜部7)であり、4は薄膜評価部である。また、5、6は各々被処理材を室に搬入し、あるいは室から搬出するローダアンローダ部(第一のローダ・アンローダ部5、第二のローダ・アンローダ部6)であり、2は予備加熱部である。

0028

図1に記載の薄膜製造装置は、第一〜第三の成膜部1、3、7と薄膜評価部4を備えているので、いずれかの成膜部1、3、7で薄膜(一層目)の成膜が終了した後、いずれかのローダ・アンローダ部5、6により、被処理材である被測定基板を薄膜評価部4に移送することができ、薄膜評価部4において被測定基板をGIXR法により測定することにより、膜の密度と膜厚と表面ラフネスの評価を行うことができる。そして、引き続き、薄膜評価部4からロードロック室を経由し、いずれかの成膜部1、3、7に被測定基板を戻すことにより、薄膜(二層目)の連続成膜が可能となる。さらに、前記成膜部1、3、7から再びロードロック室を経由し薄膜評価部4に基板を移送した後、GIXR法による測定を行うことにより、二層目についても薄膜の膜質を知ることが可能になる。

0029

さらに、図2に示すように薄膜評価部11につながったコンピューター部12から、成膜部9につながった成膜条件を制御するコンピューター部10にフィードバックし、成膜条件を設定することにより、自動的に膜質管理を行うことができる。

0030

なお、本実施形態1では、薄膜評価部11につながったコンピューター12と成膜部9につながったコンピューター10は別々の2台としたが、両機能を備えた1台でも良い。

0031

(実施の形態2)以下、本発明の別の実施例である薄膜評価部を備えた薄膜製造装置について図3を用いながら説明する。薄膜製造装置の成膜部17のチャンバー外部にX線発生部13と、X線発生部13から発生したX線の平行性を良くするための第一のスリット14と、スリットを通過したX線の単色性および平行性を良くするための結晶分光器15と、結晶分光器15を通過したX線の平行性を良くするための第二のスリット16を通過させ、チャンバー壁に作成した第一のガラス窓18を通過させ、薄膜が成膜された被測定基板19に照射する。その反射X線を、チャンバー壁に作成した第二のガラス窓22を通過させ、平行性を良くする検出スリット23と、S/Nを向上させるためのソーラスリット24および散乱防止スリット25を通過させ、検出器26により検出する。X線発生装置13、第一のスリット14、結晶分光器15、第二のスリット16を備えるX線入射装置部および、検出スリット23、ソーラスリット24、散乱防止スリット25、検出器26を備えるX線検出部を角度走査させることにより、反射率カーブを得る。これにより、薄膜成膜終了後ただちにGIXR測定を行い、膜質を知ることができる。

0032

なお、X線の単色性、平行性を上げるために、14〜16、23〜25のスリットおよび分光器をX線が通過するように位置させたが、必ずしもすべてが必要なわけではなく、その一部または全部を省略してもかまわない。また、さらに単色性、平行性を上げるために、スリットまたは分光器の数を増やしてもかまわない。

0033

(実施の形態3)以下、本発明の一実施例である、薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する工程を含む薄膜の製造方法について、図4を用いながら説明する。PECVD法により、SiO2膜をTEOS(tetra ethoxy silane)およびO2を混合しプラズマにより分解してSi単結晶基板上に堆積する。この堆積した薄膜をGIXR法により測定し、密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。図4は、GIXR法を用いて得られた反射率カーブである。この薄膜は、段差計による膜厚が27nmであるのに対し、図4の反射率カーブを上記非線形最小二乗法によりフィッティングさせた結果、SiO2膜の膜厚が25.5nm、密度が2.17g/cm3、表面ラフネスが0.63nmという結果が得られた。

0034

なお、本実施形態2では、薄膜を成膜する基板はSi単結晶基板としたが、Si−Ge化合物多結晶体ガラスでも良い。また、薄膜に関してもSiO2に限らず、SiNx、TaOx、Al2O3、HfO各種窒化物および酸化物などの絶縁膜でも良い。さらに、絶縁膜に限定されることなく、a−Siやpoly−Si等の半導体膜でもよい。さらにゲート電極やソース、ドレイン電極に用いられるようなAl合金、Ta、Cr、Ti、Mo、Mo−Ta合金、Mo−W合金、Cu、各種のシリサイドなどの金属薄膜でも良い。

0035

さらに、被測定薄膜の膜厚は、X線としてCuのKα線を用いた場合、振動周期が観察される1nmから200nmの薄膜での解析が可能である。ただし、この膜厚に制限されるわけではなく、より波長が短いX線を用い、平行性を良くすれば、さらに薄い膜厚での解析が可能である。また、検出器の感度を良くすることによりさらに厚い膜厚での解析が可能である。

0036

また、薄膜製造方法に関しては、CVD、真空蒸着法分子線エピタキシー法スパッタリング法イオン化蒸着法レーザーアブレーション法液相エピタキシー法、など薄膜製造方法を問わず原理的に問題無く実現可能である。

0037

(実施の形態4)以下、本発明の一実施例である、薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する工程を大気に曝露することなく複数回繰返すことを特徴とする薄膜の製造方法について、図5を用いながら説明する。いずれかの第一〜第三の成膜部27、29、33においてPECVD法によりSiH4をプラズマ分解してa−Si薄膜を堆積する。その後被測定基板が大気に曝露されないような状況、例えばロードロック室を経由し、薄膜評価部30に移送し、前記薄膜表面にX線を照射しGIXR法を用いて前記薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。膜質評価後、再び成膜部27または29または33に移送し、成膜部において、実施形態3と同様の方法で、SiO2薄膜を成膜し、薄膜評価部に移送した後再び密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。

0038

それぞれの薄膜のGIXR法を用いた測定で得られた反射率カーブを実施形態3と同様の非線形最小二乗法によりフィッティングさせた結果、第一層のa−Si層の膜厚は48.2nm、密度は2.32g/cm3、表面ラフネスは0.42nmであり、SiO2膜の膜厚が92.3nm、密度が2.10g/cm3、表面ラフネスが0.71nmという結果が得られた。

0039

なお、本実施形態4においては薄膜を2層構成としたが、上記の成膜・測定を繰返すことにより3層以上の多層を積層した場合においても同様に評価できる。

0040

(実施の形態5)以下、図6を用いて、本発明の実施例である、基板上にチャネル領域44とソース・ドレイン領域40,39を含む半導体膜とゲート絶縁膜36を介して配置されるゲート電極41とソース・ドレイン電極42,38とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法について説明する。ガラス基板35上に実施形態4と同様の方法でa−Si膜39,40,44を堆積する。パターニング後、実施形態3と同様の方法で成膜部においてゲート絶縁膜36を成膜する。その後、薄膜評価部に基板を移送し、GIXR法を用いてゲート絶縁膜36の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。反射率カーブを上記非線形最小二乗法によりフィッティングさせた結果、SiO2膜の膜厚が88.9nm、密度が2.05g/cm3、表面ラフネスが0.72nmという結果が得られた。

0041

GIXR法は非破壊の評価方法であるため、評価した基板を洗浄後成膜部に移送し、ゲート電極41の成膜を行う。ゲート電極をパターニングした後イオンドーピング法により不純物を注入し、層間絶縁膜を堆積しソース・ドレイン電極42,38を形成する。最後にパシベーション膜43を設けて薄膜トランジスタ基板は完成する。

0042

なお、本実施形態5では、ゲート絶縁膜を評価したが、ゲート絶縁膜またはゲート電極の少なくともどちらか一方の評価を行う製造方法でも良い。また、ゲート絶縁膜とゲート電極に限らず、すべての薄膜製造工程において達成可能である。

0043

(実施の形態6)以下、図6を用いて、本発明の他の実施例である、基板上にチャネル領域44とソース・ドレイン領域40,39を含む半導体膜とゲート絶縁膜36を介して配置されるゲート電極41とソース・ドレイン電極42,38とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法について、説明する。

0044

ガラス基板35上に実施形態5と同様の方法を用いてa−Si膜39,40,44およびゲート絶縁膜36を成膜する。その後、大気中に曝露することなく薄膜評価部に基板を移送し、GIXR法を用いてゲート絶縁膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。反射率カーブを上記非線形最小二乗法によりフィッティングさせた結果、SiO2膜の膜厚が83.9nm、密度が2.16g/cm3、表面ラフネスが0.70nmという結果が得られた。GIXR法は非破壊の評価方法であるため、評価した基板を薄膜評価部から成膜部に大気中に曝露することなく移送し、そのまま連続的にゲート電極MoWの成膜を行う。大気中に曝露されることなく基板の移送が行われるため、薄膜界面の清浄性が保たれたまま成膜工程を進めることができる。その後、再び成膜部から薄膜評価部に基板を移送し、GIXR法を用いてゲート電極薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。反射率カーブを上記非線形最小二乗法によりフィッティングさせた結果、MoW膜の膜厚が153.4nm、密度が19.1g/cm3、表面ラフネスが1.13nmという結果が得られた。ゲート電極41をパターニングした後イオンドーピング法により不純物を注入し、層間絶縁膜37を堆積しソース・ドレイン電極42,38を形成する。最後にパシベーション膜43を設けて薄膜トランジスタ基板は完成する。

0045

なお、本実施形態6では、ゲート絶縁膜とゲート電極が連続的に成膜される製造工程であったが、それに限ったものではなく、連続的に成膜が行われる工程が含まれる薄膜トランジスタ製造工程において、3層以上の薄膜の評価も可能である。

0046

(実施の形態7)以下、図7を用いて、本発明の実施例である、基板上にゲート電極46とゲート絶縁膜47を介して配置されるチャネル領域48とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とソース・ドレイン電極51,52とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法について説明する。

0047

ガラス基板45上にゲート電極MoW46をスパッタ法により堆積する。ゲート電極46をパターニングした後、実施形態3と同様の方法で成膜部においてSiO2薄膜47を成膜する。その後、薄膜評価部に基板を移送し、GIXR法を用いてSiO2薄膜47の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。反射率カーブを上記非線形最小二乗法によりフィッティングさせた結果、SiO2膜の膜厚が87.7nm、密度が2.16g/cm3、表面ラフネスが0.56nmという結果が得られた。GIXR法は非破壊の評価方法であるため、評価した基板を洗浄後成膜部に移送し、a−Si薄膜48,49の成膜を行う。a−Si薄膜をパターニングした後イオンドーピング法により不純物を注入し、ソース・ドレイン電極51,50を形成し、パシベーション膜52を設けて、薄膜トランジスタ基板は完成する。

0048

なお、本実施形態7では、ゲート絶縁膜を評価したが、ゲート絶縁膜または半導体薄膜の少なくともどちらか一方の評価を行う製造方法でも良い。また、ゲート絶縁膜と半導体薄膜に限らず、すべての薄膜製造工程において達成可能である。

0049

(実施の形態8)以下、図7を用いて、本発明の更に別の実施例である、基板上にゲート電極46とゲート絶縁膜47を介して配置されるチャネル領域48とソース・ドレイン領域を含む半導体膜とソース・ドレイン電極51,52とから少なくともなる薄膜トランジスタの製造方法について説明する。

0050

ガラス基板45上にゲート電極MoW46を堆積する。ゲート電極46をパターニングした後、実施形態3と同様の方法で成膜部においてSiO2薄膜47を成膜する。その後、大気中に曝露することなく薄膜評価部に基板を移送し、GIXR法を用いてゲート絶縁膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。反射率カーブを上記非線形最小二乗法によりフィッティングさせた結果、SiO2膜の膜厚が90.2nm、密度が2.11g/cm3、表面ラフネスが0.68nmという結果が得られた。GIXR法は非破壊の評価方法であるため、評価した基板を薄膜評価部から成膜部に大気中に曝露することなく移送し、そのまま連続的に半導体薄膜の成膜を行う。大気中に曝露されることなく基板の移送が行われるため、薄膜界面の清浄性が保たれたまま成膜工程を進めることができる。その後、再び成膜部から薄膜評価部に基板を移送し、GIXR法を用いて半導体薄膜の密度と膜厚と表面ラフネスを評価する。a−Si薄膜48,49をパターニングした後イオンドーピング法により不純物を注入し、ソース・ドレイン電極51,50を形成し、パシベーション膜52を設けて、薄膜トランジスタ基板は完成する。

0051

なお、本実施形態8では、ゲート絶縁膜と半導体膜が連続的に成膜される製造工程であったが、それに限ったものではなく、連続的に成膜が行われる工程が含まれる薄膜トランジスタ製造工程において、3層以上の薄膜の評価も可能である。

発明の効果

0052

本発明では、薄膜製造装置に薄膜評価部を備え、GIXR法を用いて薄膜の密度を測定することにより、評価用基板の抜き取りによる破壊検査での評価とは異なり、非破壊で薄膜の密度、膜厚、ラフネスという膜質を製造工程中で評価し、膜質に関する情報をコンピューターを通じて薄膜製造装置にフィードバックすることにより、自動的に膜質の制御を行うことができる。さらに、薄膜評価部を薄膜製造装置に備えることにより、第1層を成膜しGIXR法により第1層の密度と膜厚と表面ラフネスを評価した後、第2層を成膜しその密度と膜厚と表面ラフネスを評価することにより、それぞれの薄膜について膜質評価が可能であるとともに、第1層と第2層の界面に不純物等が付着することを防ぎ、そのまま製造工程に戻すことができる。

図面の簡単な説明

0053

図1本発明の一実施の形態である薄膜製造装置の概略構成を示す平面図
図2薄膜評価部で得られた情報を成膜部にフィードバックするための装置の構成概略図
図3X線反射率測定装置を備えた成膜部を示す図
図4本発明における実施の形態1の反射率カーブの一例を示す図
図5本発明の一実施の形態である薄膜製造装置の概略構成を示す平面図
図6トップゲート型TFTの概略図
図7ボトムゲート型TFTの概略図
図8トップゲート型TFTの概略図
図9X線反射率測定装置の概略図
図10GIXR法の測定原理を示す概略図

--

0054

1 第一の成膜部
2予備加熱部
3 第二の成膜部
4薄膜評価部
5 第一のローダ・アンローダ部
6 第二のローダ・アンローダ部
7 第三の成膜部
8移送用アーム
13X線発生部
14 第一のスリット
15結晶分光器
16 第二のスリット
17 成膜部
18ガラス窓1
19被測定基板
20ヒーター
21電極
22 ガラス窓2
23 第三のスリット(検出スリット)
24ソーラスリット
25散乱防止スリット
26検出器
27 第一の成膜部
28 予備加熱部
29 第二の成膜部
30 薄膜評価部
31 第一のローダ・アンローダ部
32 第二のローダ・アンローダ部
33 第三の成膜部
34 移送用アーム
35ガラス基板
36ゲート絶縁膜
37層間絶縁膜
38ドレイン電極
39ドレイン
40ソース
41ゲート電極
42ソース電極
43パシベーション膜
44チャネル
45 ガラス基板
46 ゲート電極
47 ゲート絶縁膜
48 チャネル
49 ソース
50 ドレイン電極
51 ソース電極
52 パシベーション膜
53 ガラス基板
54 ゲート絶縁膜
55 層間絶縁膜
56画素電極
57 ドレイン
58 ソース
59 ゲート電極
60データ線
61 チャネル
62 パシベーション膜
63 X線発生部
64 第一のスリット
65 結晶分光器
66 第二のスリット
67ゴニオメーター
68被測定サンプル
69 第三のスリット(検出スリット)
70 ソーラスリット
71 散乱防止スリット
72 検出器
73 被測定基板
74被測定薄膜
75入射X線
76薄膜表面で反射したX線
77 薄膜内に透過したX線
78 界面で反射したX線
79 界面で透過したX線
80 界面で反射し、薄膜を通過した後表面からでてきたX線

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