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技術 半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法

出願人 株式会社半導体エネルギー研究所
発明者 一條充弘栗城和貴横井智和
出願日 2009年2月27日 (11年10ヶ月経過) 出願番号 2009-045633
公開日 2010年9月9日 (10年3ヶ月経過) 公開番号 2010-199497
状態 拒絶査定
技術分野 気相成長(金属層を除く)
主要キーワード 汚染物質除去性 メカニカルポンプ 分解清掃 ラジカル発生器 抵抗加熱体 汚染元素 パーティクル発生源 汚染物除去
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

成膜雰囲気中の不純物を十分に除去することが可能な半導体装置製造装置を提供することを目的の一とする。または、引き回された排気管起因のパーティクルを十分に低減することができる半導体装置の製造装置を提供することを目的の一とする。または、このような製造装置を用いて、不純物が十分に低減され、欠陥の発生が抑制された薄膜を有する半導体装置を製造することを目的の一とする。

解決手段

排気管にラジカル発生器を接続し、ラジカル発生器により発生したラジカルを用いて排気管内汚染物質を除去する。

概要

背景

プラズマCVD法は、原料ガスが供給されるチャンバー内に基板を保持し、高周波エネルギーによって原料ガスを励起して原料ガスのプラズマを発生させ、基板表面をそのプラズマに晒すことで、基板表面に薄膜を形成する技術である。

上記プラズマCVD法による半導体薄膜作製時の問題点としては、パーティクルの付着に起因する膜欠陥の発生や、成膜雰囲気に起因する不純物の増加などが知られている。

パーティクルの発生を防止するためには、定期的なチャンバークリーニングが必須である。しかし、チャンバークリーニングのみではパーティクルの発生を完全に防ぐことは難しい。これは、チャンバー以外からもパーティクルが発生しうることに起因している。チャンバー以外のパーティクル発生源としては、例えば、排気系における排気ポンプなどがある。

このような排気系に起因するパーティクルの問題に対してはいくつかのアプローチがある。例えば、外部で発生させたラジカルを排気ポンプに導入し、ターボポンプ周辺から発生するパーティクルの発生を抑制する方法が提案されている(特許文献1参照)。

概要

成膜雰囲気中の不純物を十分に除去することが可能な半導体装置製造装置を提供することを目的の一とする。または、引き回された排気管起因のパーティクルを十分に低減することができる半導体装置の製造装置を提供することを目的の一とする。または、このような製造装置を用いて、不純物が十分に低減され、欠陥の発生が抑制された薄膜を有する半導体装置を製造することを目的の一とする。排気管にラジカル発生器を接続し、ラジカル発生器により発生したラジカルを用いて排気管内汚染物質を除去する。

目的

しかしながら、このような方法の目的とするところは、あくまでもパーティクル発生の抑制であって、成膜雰囲気中における酸素などの不純物(汚染元素)除去を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

チャンバーと、前記チャンバーに接続された第1の排気ポンプと、前記第1の排気ポンプに接続された排気管と、前記排気管に接続された第2の排気ポンプと、前記排気管に接続されたラジカル発生器と、を有することを特徴とする半導体装置製造装置

請求項2

請求項1において、前記ラジカル発生器は、前記排気管内の水を除去するためのラジカルを発生させる機能を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。

請求項3

請求項1または請求項2において、前記ラジカル発生器は、フッ素ラジカルを発生させる機能を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。

請求項4

請求項1乃至請求項3のいずれか一において、前記排気管を加熱するための熱源を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。

請求項5

請求項1乃至請求項4のいずれか一において、前記第1の排気ポンプはターボポンプであることを特徴とする半導体装置の製造装置。

請求項6

チャンバーと、前記チャンバーに接続された第1の排気ポンプと、前記第1の排気ポンプに接続された排気管と、前記排気管に接続された第2の排気ポンプと、前記排気管に接続されたラジカル発生器と、を有する半導体装置の製造装置の前記排気管内に、前記ラジカル発生器によって発生したラジカルを導入して、前記排気管内の水を除去した後、前記チャンバー内に基板を導入し、前記基板上に半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項7

請求項6において、前記ラジカル発生器によって発生したラジカルは、フッ素ラジカルを含むものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項8

請求項6または請求項7において、前記ラジカルを導入する前、前記ラジカルを導入する際、または前記ラジカルを導入した後のいずれかにおいて、前記排気管を加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。

技術分野

0001

技術分野は、半導体装置製造装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

プラズマCVD法は、原料ガスが供給されるチャンバー内に基板を保持し、高周波エネルギーによって原料ガスを励起して原料ガスのプラズマを発生させ、基板表面をそのプラズマに晒すことで、基板表面に薄膜を形成する技術である。

0003

上記プラズマCVD法による半導体薄膜作製時の問題点としては、パーティクルの付着に起因する膜欠陥の発生や、成膜雰囲気に起因する不純物の増加などが知られている。

0004

パーティクルの発生を防止するためには、定期的なチャンバークリーニングが必須である。しかし、チャンバークリーニングのみではパーティクルの発生を完全に防ぐことは難しい。これは、チャンバー以外からもパーティクルが発生しうることに起因している。チャンバー以外のパーティクル発生源としては、例えば、排気系における排気ポンプなどがある。

0005

このような排気系に起因するパーティクルの問題に対してはいくつかのアプローチがある。例えば、外部で発生させたラジカルを排気ポンプに導入し、ターボポンプ周辺から発生するパーティクルの発生を抑制する方法が提案されている(特許文献1参照)。

先行技術

0006

特開2001−131751号公報

発明が解決しようとする課題

0007

上述のように、排気系に起因するパーティクルの発生防止という観点からは、一定の技術が提案されている。しかしながら、このような方法の目的とするところは、あくまでもパーティクル発生の抑制であって、成膜雰囲気中における酸素などの不純物(汚染元素)除去を目的とするものではない。

0008

また、プラズマCVD装置はいわゆるクリーンルームに設置されるが、クリーンルーム内に可動部を有する排気ポンプを配置することは温度管理などの問題から好ましくない。このため、排気ポンプを温度管理の条件が緩い領域に設けるべく、排気管を引き回すことがある。このような場合、上記提案の方法では、排気管起因のパーティクル発生を抑制することが困難であり、また、成膜雰囲気中の不純物を除去することが難しい。

0009

上述の問題点に鑑み、本明細書等(少なくとも明細書、特許請求の範囲、および図面を含む)において開示する発明の一態様では、成膜雰囲気中の不純物を十分に除去することが可能な半導体装置の製造装置を提供することを目的の一とする。または、引き回された排気管起因のパーティクルを十分に低減することができる半導体装置の製造装置を提供することを目的の一とする。または、このような製造装置を用いて、不純物が十分に低減され、欠陥の発生が抑制された薄膜を有する半導体装置を製造することを目的の一とする。

課題を解決するための手段

0010

開示する発明の一態様は、排気管にラジカル発生器を接続し、ラジカル発生器により発生したラジカルを用いて排気管内汚染物質を除去することを特徴としている。ここで上記の汚染物質には、排気管内の堆積物や成膜雰囲気中の不純物をはじめとする各種汚染物質が含まれる。

0011

開示する発明の一態様である半導体装置の製造装置は、チャンバーと、前記チャンバーに接続された第1の排気ポンプと、前記第1の排気ポンプに接続された排気管と、前記排気管に接続された第2の排気ポンプと、前記排気管に接続されたラジカル発生器と、を有することを特徴としている。

0012

上記において、前記ラジカル発生器は、前記排気管内の水を除去するためのラジカルを発生させる機能を有することが好ましい。また、前記ラジカル発生器は、フッ素ラジカルを発生させる機能を有することが好ましい。

0013

また、上記において、前記排気管を加熱するための熱源を備えていても良い。また、前記第1の排気ポンプはターボポンプとするのが好ましい。なお、上記の一態様は、排気管の長さが1メートル以上の場合や、排気系が屈曲部を有する場合などには、特に有効である。

0014

開示する発明の一態様である半導体装置の製造方法は、チャンバーと、前記チャンバーに接続された第1の排気ポンプと、前記第1の排気ポンプに接続された排気管と、前記排気管に接続された第2の排気ポンプと、前記排気管に接続されたラジカル発生器と、を有する半導体装置の製造装置の前記排気管内に、前記ラジカル発生器によって発生したラジカルを導入して、前記排気管内の水を除去した後、前記チャンバー内に基板を導入し、前記基板上に半導体層を形成することを特徴としている。

0015

上記において、前記ラジカル発生器によって発生したラジカルは、フッ素ラジカルを含むものであることが好ましい。また、前記ラジカルを導入する前、前記ラジカルを導入する際、または前記ラジカルを導入した後のいずれかにおいて、前記排気管を加熱することが好ましい。

0016

なお、上記において、半導体装置の製造装置は、プラズマCVD装置に限定して解釈する必要はない。上記一態様の特徴は、排気管にラジカル発生器を接続する点にあるから、排気系を有する装置であれば、いかなるものに対しても適用が可能である。例えば、スパッタリング装置真空蒸着装置などに対して適用しても良い。

発明の効果

0017

排気管にラジカル発生器を接続することで、排気管に起因する汚染物質(水などの不純物を含む)を低減することができる。また、引き回された排気管を使用する場合であっても、これに起因する汚染物質の発生を抑制することができる。また、このような装置を用いて半導体装置を製造することで、不純物が十分に低減され、欠陥の発生が抑制された薄膜を有する半導体装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0018

半導体装置の製造装置について説明する図である。
半導体装置の製造装置について説明する図である。
半導体装置の製造装置について説明する図である。
半導体装置の製造方法について説明する図である。

実施例

0019

以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。また、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指すものとする。

0020

(実施の形態1)
本実施の形態では、開示する発明の一態様である半導体装置の製造装置について、図1を参照して説明する。図1には、半導体装置の製造装置の一例としてのプラズマCVD装置を示す。なお、プラズマCVD装置はあくまで一例に過ぎず、他の装置に発明の一態様を適用しても良い。

0021

図1に示すプラズマCVD装置は、少なくとも、チャンバー100、第1の排気ポンプ102、第2の排気ポンプ104、第1の排気ポンプと第2の排気ポンプに接続された排気管106、排気管106に接続されたラジカル発生器108を含む。

0022

チャンバー100は、アルミニウムステンレス(SUS)などの材質で形成される。これは、その表面を電解研磨することにより、酸素や水などの半導体に対する汚染物質の吸着性を小さくすることができるためである。また、気孔が極めて少なくなるように処理されたセラミックス等の材料を内部の部材として用いても良い。この場合、中心線平均粗さが3nm以下程度の表面平滑性を有するものとすることが好ましい。もちろん、この事情許す場合には、他の材質を用いてチャンバー100を形成しても良い。

0023

チャンバー100は、その内部に電極110および電極112を有している。図1に示す例では、電極110が高周波電源114と接続されており、電極112が接地されているが、開示する発明の一態様をこれに限定して解釈する必要はない。必要とする機能に応じて、電極と電源との接続関係を適宜変更することができる。電極110および電極112の材質については、プラズマダメージに耐えうる材質であれば特に限定はない。例えば、アルミニウムの合金(アルミニウムとマグネシウムの合金)などを用いることができる。なお、プラズマCVD装置以外の装置の場合、電極および電源を上記の構成に限定する必要はない。

0024

また、チャンバー100には、反応ガスを導入するためのガス供給機構116が接続されている。ガス供給機構116によって供給するガスの種類には、特に限定はないが、例えばシリコン系の薄膜を形成する場合には、シランなどのシリコンを構成元素として含むガスを供給することができる機構とすることが好ましい。

0025

第1の排気ポンプ102は、チャンバー100内を減圧する機能を有する。半導体装置の生産性の向上や、成膜雰囲気中の汚染物質低減などの観点からは、第1の排気ポンプ102の排気能力はある程度高いことが好ましい。例えば、第1の排気ポンプ102は、10l/sec以上の排気能力を持つ排気ポンプとすると良い。このような排気ポンプの例としては、ターボポンプ(またはターボ分子ポンプ:TMP)などがある。もちろん、第1の排気ポンプ102はこれに限定されず、各種排気ポンプを用いることができる。また、第1の排気ポンプ102の排気能力は上述のものに限定されず、チャンバー100の容積に応じて適宜変更することができる。

0026

第2の排気ポンプ104については、その構成に特に限定はないが、第1の排気ポンプ102と第2の排気ポンプ104とを接続する排気管106内の雰囲気を減圧下に保つ機能を有することが好ましい。また、第1の排気ポンプ102の排気側の圧力(負圧)を一定以下にする機能を持つとより好ましい。例えば、メカニカルポンプメカニカルブースターポンプ:MBP)とドライポンプDP)とを組み合わせて、第2の排気ポンプ104として用いることができる。もちろん、第2の排気ポンプ104はこれに限定されず、各種排気ポンプを用いることができる。

0027

第1の排気ポンプ102と第2の排気ポンプ104とを接続する排気管106にはラジカル発生器108が接続されている。ここで、排気管106にラジカル発生器を接続するのは、特に、排気管106に起因する汚染物質の発生を抑制するためである。

0028

排気管106から発生しうる汚染物質としては、ある程度の大きさを持った汚染物質(マクロな汚染物質と呼ぶ)と、原子レベルの大きさの汚染物質(ミクロな汚染物質と呼ぶ)が考えられる。マクロな汚染物質としては例えば、成膜工程によって堆積した堆積物の剥離などに起因するパーティクルなどがある。ミクロな汚染物質としては例えば、排気管内に付着した水の蒸発に起因する酸素などがある。

0029

通常、成膜時におけるミクロな汚染物質の除去は、半導体に対して汚染物質となりにくい気体(例えば窒素など)をチャンバーに流し続けることで実現される。しかし、このような手段では、雰囲気中の汚染物質除去には限界がある。これは、チャンバー内の気圧と排気管内の気圧との差にによって排気管からチャンバーへと大気成分が逆流し、汚染物質がチャンバー内に侵入することに起因するものと考察される。

0030

本件発明者らはこの点に着目し、排気管内の大気成分などを積極的に除去することで、成膜雰囲気中のミクロな汚染物質の除去を実現した。すなわち、ラジカル発生器108により発生したラジカルを排気管106に導入して排気管106内の雰囲気の清浄化を行った。ここで、ラジカルの種類に特に限定はないが、フッ素ラジカルを用いる場合には上記のミクロな汚染物質を十分に除去することができるため、好適である。

0031

なお、上記ラジカルによって、排気管106内に堆積した物質エッチング除去することが可能である。つまり、排気管106に起因するマクロな汚染物質をも除去することができる。この点について、開示する発明の一態様は、排気管106が比較的長く引き回される場合に特に効果的である。具体的には、排気管の長さが1m以上である場合に特に効果的である。排気管106が長くなるにつれてラジカルによるエッチング性能は低下するから、排気管106全体をクリーニングするためには、排気管106にラジカル発生器を直接接続することが重要になるのである。同様に、排気系(特に、排気管106よりチャンバー100側の排気系)に屈曲部(曲がった部分、流れが滞る部分など)が存在する場合にも、開示する発明の一態様は効果的である。屈曲部においては、ラジカルが分子へと変化する確率が高まり、それ以降の汚染物質除去性能が低下するためである。なお、所定の長さを超える排気管106や、それ自体に多数の屈曲部を有する排気管106を用いる場合には、排気管106にラジカル発生器を直接接続する場合であっても汚染物質除去の効果が低下する場合がある。このような場合には、複数のラジカル発生器を排気管106に接続する構成としても良い。

0032

なお、排気管106は、ステンレス(SUS)などの材質で形成される。これは、加工性や強度を確保する必要があるためである。もちろん、この事情が許す限りにおいて、他の材質を用いて排気管106形成しても良い。

0033

ラジカル発生器108の使用方法などについては特に限定されない。例えば、クリーニング工程のみにおいて稼働させて排気管106内の汚染物質を除去することも可能であるし、成膜工程において常に稼働させておいて、排気管106内の汚染物質を除去すると共に、排気管106への汚染物質の付着を防止することも可能である。

0034

なお、ラジカル発生器108には、ラジカルの原料となるガスを導入するためのガス供給機構118が接続されている。ガス供給機構118によって供給するガスは、目的とするラジカルを発生させることが可能なガスであれば特に限定されない。フッ素ラジカルを発生させたい場合には、例えば、NF3、COF2、C2F6、CF4、SF6などのガスを用いればよい。また、水蒸気などを用いて、水素のラジカルを発生させて用いても良い。このように、ガス以外の原料を用いてラジカルを発生させる場合には、ガス供給機構118は、ラジカルの原料を供給するものであればよい。この意味において、ガス供給機構118はその称呼に限定されない。

0035

本実施の形態において示したように、排気管にラジカル発生器を接続することで、排気管に起因する汚染物質(水などの不純物を含む)を低減することができる。また、引き回された排気管を使用する場合であっても、これに起因する汚染物質の発生を抑制することができる。これによって、半導体装置の製造雰囲気を十分に清浄なものとすることができるため、不純物が十分に低減され、欠陥の発生が抑制された半導体装置を提供することが可能である。

0036

なお、本実施の形態においては、半導体装置の製造装置の一例として、プラズマCVD装置について説明しているが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。上記一態様の特徴は、排気管(特に、排気ポンプと排気ポンプとの間に存在する排気管)にラジカル発生器を接続する点にあるから、排気系を有する装置であれば、いかなるものに対しても適用が可能である。例えば、スパッタリング装置や真空蒸着装置などに対して適用しても良い。

0037

(実施の形態2)
本実施の形態では、開示する発明の一態様である半導体装置の製造装置について、図2を参照して説明する。図2には、先の実施の形態において示したプラズマCVD装置の変形例を示す。

0038

図2に示すプラズマCVD装置は、チャンバー100、第1の排気ポンプ102、第2の排気ポンプ104、第1の排気ポンプと第2の排気ポンプに接続された排気管106、排気管106に接続されたラジカル発生器108を含む。また、排気管106には加熱機構200が設けられている。つまり、先の実施の形態において示したプラズマCVD装置と、本実施の形態に示すプラズマCVD装置との相違点の一は、加熱機構200の有無にある。チャンバー100、第1の排気ポンプ102、第2の排気ポンプ104、排気管106、ラジカル発生器108などの詳細については、先の実施の形態を参照することができるため、ここでは説明を省略する。

0039

加熱機構200は、排気管106を加熱することができればよく、その構成は特に限定されない。例えば、電流によって熱を発生させる電気ヒーターを用いることができる。より具体的には、例えば、電熱線などの抵抗加熱体ゴムシリコーンなどの絶縁材料に埋め込んで、排気管106の外周に配置する構成とすることができる。または、排気管106の内部に電気ヒーターを配置しても良い。

0040

このような加熱機構200を有することで、開示する発明の一態様による効果をより顕著なものとすることができる。つまり、加熱機構200を有することにより、熱による汚染物質除去の効果と、ラジカルによる汚染物質除去の効果を併せて得ることができるのである。さらに、熱によって排気管106を加熱して汚染物質を除去されやい状態とした上でラジカルを導入することにより、ラジカルによる汚染物質除去の効果をより高めることができる。これらの効果は、ラジカル発生器のみを有する場合では得ることができない効果といえる。

0041

また、上述のように加熱機構200を有することで、ラジカルによる汚染物除去の効果を高めることができるため、排気管106をより長くすることが可能である。つまり、装置の配置に係る自由度をより一層高めることができる。

0042

なお、加熱機構200の使用方法などについては、特に限定されない。例えば、クリーニング工程において稼働させて排気管106内の汚染物質を除去することが可能であるし、成膜工程において常に稼働させておいて、排気管106内の汚染物質を除去すると共に、排気管106への汚染物質の付着を防止することも可能である。いずれにしても、ラジカル発生器との組み合わせによって生じる効果は、ラジカル発生器による汚染物質除去の効果をさらに向上させるものであって、有用なものであるといえよう。

0043

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。

0044

(実施の形態3)
本実施の形態では、開示する発明の一態様である半導体装置の製造装置について、図3を参照して説明する。図3には、先の実施の形態において示したプラズマCVD装置の変形例を示す。

0045

図3に示すプラズマCVD装置は、チャンバー100、第1の排気ポンプ102、第2の排気ポンプ104、第1の排気ポンプと第2の排気ポンプに接続された排気管106、排気管106に接続されたラジカル発生器108を含む。また、チャンバー100とラジカル発生器108を接続する排気管300が設けられている。つまり、先の実施の形態において示したプラズマCVD装置と、本実施の形態に示すプラズマCVD装置との相違点の一は、排気管300の有無にある。チャンバー100、第1の排気ポンプ102、第2の排気ポンプ104、排気管106、ラジカル発生器108などの詳細については、先の実施の形態を参照することができるため、ここでは説明を省略する。

0046

なお、本実施の形態においては、先の実施の形態で示した加熱機構200を設けていない。しかし、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されず。加熱機構200を併せて設けた構成としても良い。

0047

排気管300の材質は、排気管106に準ずるものとすることができる。例えば、ステンレス(SUS)などの材質を用いることができる。これは、排気管106の場合と同様に、加工性や強度に対する要求があるためである。この事情が許す限りにおいて、他の材質を用いて形成しても良いことは言うまでもない。

0048

このような排気管300を有することで、外部で発生させたラジカルを用いて排気管106内の汚染物質の除去が可能であり、併せて、チャンバー100内のクリーニングが可能になる。これにより、チャンバー100のクリーニングと、排気管106内の汚染物質の除去をより効率的に行うことが可能になる。

0049

なお、チャンバー100のクリーニングのタイミングは、特に限定されない。例えば、成膜工程毎にクリーニングを行っても良いし、成膜工程を所定の回数だけ行った後にクリーニングを行っても良い。また、チャンバー100のクリーニング工程と、排気管106内の汚染物質の除去工程は別に行うことが好ましいが、同時に行っても良い。

0050

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。

0051

(実施の形態4)
本実施の形態では、開示する発明の一態様である半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法の一例として、薄膜トランジスタ作製方法について図4を参照して説明する。

0052

はじめに、基板400を用意する(図4(A)参照)。使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、基板400としてガラス基板を用いる場合には、歪み点が500℃以上のものを用いると良い。ガラス基板には、通常、アルミノシリケートガラスアルミノホウケイ酸ガラスバリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。

0053

なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板石英基板サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。また、シリコン基板をはじめとする半導体基板の表面を絶縁材料で被覆したものや、金属材料からなる金属基板などの表面を絶縁材料で被覆したものを用いても良い。作製工程の加熱処理に耐えられるのであれば、プラスチック基板などを用いることもできる。

0054

なお、図4には示していないが、基板400上に下地となる絶縁層を形成しても良い。このような絶縁層を設けることにより、基板400に不純物(アルカリ金属アルカリ土類金属など)が含まれる場合であっても、当該不純物が半導体層へ拡散することを防止できる。絶縁層は単層構造としても良いし積層構造としても良い。絶縁層を構成する材料としては、酸化シリコン窒化シリコン酸化窒化シリコン窒化酸化シリコンなどを挙げることができる。又は、上記絶縁材料(酸化シリコンなど)にフッ素塩素などのハロゲン元素を添加した材料を用いても良い。この場合、ハロゲン元素によって不純物が固定されるため、不純物が半導体層へ拡散することを防止できる。

0055

なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量原子数)が多いものを示し、例えば、酸化窒化シリコンとは、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上15原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量(原子数)が多いものを示し、例えば、窒化酸化シリコンとは、酸素が5原子%以上30原子%以下、窒素が20原子%以上55原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が10原子%以上25原子%以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)や、水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率の合計は100原子%を超えない。

0056

次に、基板400上にゲート電極層402を形成し、該ゲート電極層402を覆うようにゲート絶縁層404を形成する(図4(B)参照)。

0057

ゲート電極層402は、導電層を基板400全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いて、該導電層をエッチングすることにより形成することができる。ここで、ゲート電極層402にはゲート配線等、上記導電層によって形成される他の電極や配線を含めても良い。

0058

ゲート電極層402を形成する際には、後に形成されるゲート絶縁層404の被覆性を向上し、段切れを防止するために、ゲート電極層402の端部がテーパー形状となるようエッチングするとよい。例えば、テーパー角が20°以上90°未満となるような形状とすることが好ましい。ここで、「テーパー角」とは、テーパー形状を有する層(ここでは、ゲート電極層402)を、断面方向(基板400の表面と直交する面)から観察した際に、当該層の側面と底面がなす傾斜角をいう。つまり、ここでは、断面方向から観察した際のゲート電極層402の下端部の角度をいう。

0059

ゲート電極層402は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)等の導電性材料で形成することが望ましい。なお、配線または電極としてアルミニウムを用いる場合、アルミニウム単体では耐熱性が低く、腐蝕しやすい等の問題点があるため、耐熱性導電性材料と組み合わせて形成することが好ましい。

0060

上記の耐熱性導電性材料には、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、Nd(ネオジム)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素を含む金属、上述した元素を成分とする合金、上述した元素を組み合わせた合金、または上述した元素を成分とする窒化物などがある。これらの耐熱性導電性材料とアルミニウム(または銅)を積層させて、配線や電極を形成すればよい。

0061

なお、ゲート電極層402を、液滴吐出法スクリーン印刷法等を用いて基板400上に選択的に形成することも可能である。

0062

ゲート絶縁層404は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウムまたは酸化タンタル等の材料を用いて形成することができる。また、これらの材料からなる膜を積層させて形成しても良い。これらの膜は、スパッタ法等を用いて厚さが50nm以上250nm以下となるように形成すると好ましい。例えば、ゲート絶縁層404として、スパッタ法により酸化シリコン膜を100nmの厚さで形成することができる。スパッタ装置としては、先の実施の形態で示したように、排気管にラジカル発生器を備えた装置を用いると好適であるが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。

0063

次に、ゲート絶縁層404上に半導体層406および一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層408を順に形成する(図4(C)参照)。

0064

半導体層406は、シリコンやゲルマニウム酸化物半導体有機半導体などの各種半導体材料を用いて形成することができる。ここでは、半導体層406として微結晶シリコンを用いる場合を例に挙げて説明する。

0065

微結晶シリコンは、非晶質シリコン結晶シリコン(単結晶多結晶を含む)の中間的な構造の半導体であって、その結晶粒径が、おおよそ2nm以上100nm以下のものをいう。微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルピーク単結晶シリコンを示す521cm−1よりも低波数側にシフトしている。すなわち、単結晶シリコンを示す521cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−1との間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、ダングリングボンド終端するために、水素またはハロゲンが1原子%以上含まれていても良い。

0066

上記の微結晶シリコンを用いた半導体層406は、例えば、周波数が数十MHz〜数百MHzの高周波プラズマCVD、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVDなどを用いて形成することができる。原料ガスとしては、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4などに代表される珪素化合物を水素で希釈したものを用いることができる。前述の珪素化合物や水素に、ヘリウムアルゴンクリプトンネオンから選ばれた一種または複数種希ガス元素を添加しても良い。なお、半導体層406の厚さは、2nm以上50nm以下、好ましくは、10nm以上30nm以下とする。

0067

ここで、上記のプラズマCVD装置として、先の実施の形態で示したプラズマCVD装置を用いると好適である。これにより、成膜雰囲気中の酸素などの汚染物質を十分に除去することができるため、良質な半導体層406を得ることができる。また、パーティクルの発生による膜欠陥の発生を十分に抑制することができる。また、排気管クリーニングのための分解清掃が不要になるため、半導体装置の生産性を向上させることができる。

0068

半導体層408は、半導体層406と同様に形成することができる。ここで、nチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、添加する不純物元素として、例えば、リンを用いることができる。また、pチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、添加する不純物元素として、例えば、ボロンを用いることができる。半導体層408は、2nm以上50nm以下(好ましくは10nm以上30nm以下)程度の膜厚となるように形成すればよい。作製方法としては、原料ガスに上記の不純物元素を含有するガス(例えば、PH3やB2H6)を添加したプラズマCVD法等を用いることができる。

0069

ここでも、先の実施の形態で示したプラズマCVD装置を用いると好適であるが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。

0070

次に、半導体層408上に選択的にマスクを形成し、該マスクを用いて半導体層406および半導体層408をエッチングして、島状の半導体層410および島状の半導体層412を形成する(図4(D)参照)。

0071

そして、島状の半導体層410および島状の半導体層412と電気的に接続されたソース電極層414およびドレイン電極層416を形成する(図4(B)参照)。なお、ソース電極またはドレイン電極ソース配線またはドレイン配線)の機能は、薄膜トランジスタの使用態様によっては入れ替わることがある。このため、電極(または配線)の機能は上記の称呼に限定して解釈されるものではない。また、ソース電極層414およびドレイン電極層416、にはソース配線や電源線等、上記導電層によって形成される他の電極や配線を含めても良い。

0072

ソース電極層414およびドレイン電極層416は、導電層を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いて該導電層をエッチングすることにより形成することができる。なお、当該エッチングは、少なくとも島状の半導体層412の一部が併せてエッチングされるものであることが好ましい。これにより、島状の半導体層418および島状の半導体層420を形成することができる。なお、本実施の形態においては、上述のエッチングの際に、島状の半導体層410の一部が除去される場合について示しているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。所定の絶縁層を島状の半導体層410と島状の半導体層412の間に設けて、島状の半導体層410がエッチングされないようにすることも可能である。

0073

ソース電極層414およびドレイン電極層416は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)等の導電性材料で形成することが望ましい。なお、配線または電極としてアルミニウムを用いる場合、アルミニウム単体では耐熱性が低く、腐蝕しやすい等の問題点があるため、耐熱性導電性材料と組み合わせて形成することが好ましい。

0074

上記の耐熱性導電性材料には、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、Nd(ネオジム)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素を含む金属、上述した元素を成分とする合金、上述した元素を組み合わせた合金、または上述した元素を成分とする窒化物などがある。これらの耐熱性導電性材料とアルミニウム(または銅)を積層させて、配線や電極を形成すればよい。

0075

なお、ソース電極層414およびドレイン電極層416を、液滴吐出法やスクリーン印刷法等を用いて選択的に形成することも可能である。この場合には、別途、島状の半導体層412をエッチングする工程が必要になる。

0076

以上により、薄膜トランジスタを作製することができる。

0077

本実施の形態では、半導体層406を形成する際に、先の実施の形態で示した半導体装置の製造装置を用いている。これにより、成膜雰囲気中の酸素などの汚染物質を十分に除去することができるため、良質な半導体層を備えた半導体装置を得ることができる。また、パーティクルの発生による膜欠陥の発生を十分に抑制することができるため、半導体装置の歩留まりが向上する。また、排気管クリーニングのための分解清掃が不要になるため、半導体装置の生産性を向上させることができる。

0078

なお、本実施の形態においては、特に、半導体層406の形成の際に、上記の半導体装置の製造装置を用いているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。排気系を有する半導体装置の製造装置を用いる工程においては、適宜、上記の半導体装置の製造装置を用いることができる。

0079

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。

0080

100チャンバー
102 第1の排気ポンプ
104 第2の排気ポンプ
106排気管
108ラジカル発生器
110電極
112 電極
114高周波電源
116ガス供給機構
118 ガス供給機構
200加熱機構
300 排気管
400基板
402ゲート電極層
404ゲート絶縁層
406半導体層
408 半導体層
410 島状の半導体層
412 島状の半導体層
414ソース電極層
416ドレイン電極層
418 島状の半導体層
420 島状の半導体層

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