JP2004207708A

JP2004207708A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法、並びに薄膜トランジスタの作製方法

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Publication number: JP2004207708A
Application number: JP2003411169A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Yasuyuki Arai; 康行荒井; Yasuko Watanabe; 康子渡辺
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: JP4789412B2

Abstract

【課題】本発明は、プラズマと被処理物との距離の精密な制御を可能とし、厚さが薄く大型化した基板の搬送を容易にしたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】本発明は、大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間（一対の電極間）にプロセス用ガスを導入するガス供給手段と、前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送する搬送手段とを有するプラズマ処理装置を提供する。そして、前記第１及び前記第２の電極と、前記被処理物との相対位置を移動して、前記被処理物又は前記被処理物の表面にエッチング処理、アッシング処理、プラズマＣＶＤ法による薄膜の成膜（形成）を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜の成膜、エッチング、アッシング等のプラズマ処理を効率よく行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

また本発明は、薄膜トランジスタの作製方法に関する。

絶縁体上に多結晶半導体により形成された半導体素子を用いて、画素や駆動回路を形成する技術は、小型化及び低消費電力化に大きく貢献するため、活発に開発が進められている。半導体素子の形成には、プラズマ装置が多くの場合に用いられるが、このプラズマ装置には、略々大気圧で動作し、ガス流によるプロセス空間等の隔離を行うことでロードロックが不必要のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１-９３８７１号公報

生成されるプラズマと被処理物との距離の精密な制御は難しかった。また近年では軽量化及び作製工程の効率化に伴い、主な被処理物である基板の厚さは１〜１０ミリと薄くなり、また幅や長さが１ｍ以上と大型化している。そのため基板の搬送が難しく、搬送の途中で基板にそりが生じたり、破損したりしていた。

そこで本発明は、プラズマと被処理物との距離の精密な制御を可能とし、厚さが薄く大型化した基板の搬送を容易にしたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。

上述した課題を解決するために、本発明においては以下の手段を講じる。

本発明のプラズマ処理装置は、大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間（一対の電極間）にプロセス用ガスを導入するガス供給手段と、前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送する搬送手段とを有する。そして、前記第１及び前記第２の電極間に発生する前記プラズマ、つまり、前記第１及び前記第２の電極と、前記被処理物との相対位置を移動して、前記被処理物又は前記被処理物の表面にエッチング処理、アッシング処理、プラズマＣＶＤ法による薄膜の成膜（形成）を行う。又は前記第１及び前記第２の電極間に発生する前記プラズマ、つまり、前記第１及び前記第２の電極を用いて部品のクリーニング処理を行う。また、プラズマ供給手段において、前記第１の電極は、前記第２の電極の周囲を取り囲み、かつ、その先端にノズル状の前記ガスの供給口を有する円筒状であることを特徴とする。

なお、プラズマＣＶＤ法による薄膜の成膜とは、被処理物の表面におけるガスを用いた化学反応を用いたものである。

上記プラズマ処理装置においては、用いるガスを適宜変更することで、プラズマＣＶＤ法による被膜の成膜、エッチング処理、アッシング処理、又は部品のクリーニング処理のいずれかを行うことができる。

本発明は、大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間（一対の電極間）にプロセス用ガスを導入し、前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送する。また前記プラズマ及び前記被処理物の相対位置を移動して、前記被処理物又は前記被処理物の表面にエッチング処理、アッシング処理、プラズマＣＶＤ法による薄膜の成膜（形成）、又は前記プラズマを用いて部品のクリーニング処理を行うことを特徴とする。

本発明は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極を形成するステップ、前記基板上にゲート絶縁膜を形成するステップ、前記ゲート絶縁膜上に非晶質半導体を形成するステップ、前記非晶質半導体を結晶化して結晶質半導体を形成するステップ、前記結晶質半導体上に絶縁膜を形成するステップを有する薄膜トランジスタの作製方法において、大気圧又は大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入した状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加し、なお且つ前記第１及び前記第２の電極と前記基板の相対位置を移動して、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記非晶質半導体及び前記絶縁膜の形成を行うことを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法を提供する。

本発明は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極を形成するステップ、前記基板上にゲート絶縁膜を形成するステップ、前記ゲート絶縁膜上に非晶質半導体を形成するステップ、前記非晶質半導体上に絶縁膜を形成するステップを有する薄膜トランジスタの作製方法において、大気圧又は大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入した状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加し、なお且つ前記第１及び前記第２の電極と前記基板の相対位置を移動して、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記非晶質半導体及び前記絶縁膜の形成を行うことを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法を提供する。

本発明は、加熱したガスを吹き付けることで被処理物を均一に加熱し、また前記ガスにより被処理物を水平かつ非接触状態で浮上させるとともに移動させて、効率よくプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。また、垂直方向と斜め方向に気体を噴射する気流制御手段により被処理物の全面を移動させ、かつ気流制御手段において被処理物に対し吹き付けと吸引を同時に行って被処理物の浮上高さを調整し、また被処理物の水平精度をガス流量で調整して被処理物の高さを精密に調整する。上記構成を有する本発明は、プラズマと被処理物の間の制御を容易に行うことができる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

本実施の形態では、本発明のプラズマ処理装置について、図１〜３、図６を用いて説明する。図１（Ａ）は本発明に係るプラズマ処理装置の上面図であり、図１（Ｂ）は断面図である。図１（Ａ）（Ｂ）において、カセット室２１には、表面処理が行われるガラス基板、樹脂基板、半導体基板等の被処理物１２がセットされる。被処理物１２としては、大型基板（例えば３００ｍｍ×３６０ｍｍ）、通常基板（例えば１２７ｍｍ×１２７ｍｍ）問わず、所望のサイズの基板が用いられる。なおカセット室２１にセットされる基板には、洗浄などの前処理をあらかじめ行っておくことが好ましい。

２２は搬送室であり、搬送機構２０（例えばロボットアーム）により、カセット室２１に配置された被処理物１２を、プラズマ処理室２３に搬送する。搬送室２２に隣接するプラズマ処理室２３には、防塵のために外気を遮断するように空気の流れをつくり、且つ被処理物１２の搬送も行う気流制御手段１８、加熱手段１９及びプラズマ発生手段２５が設けられる。加熱手段１９は、ハロゲンランプ等の公知の加熱手段を用いればよく、被処理物１２の下面から加熱する。気流制御手段１８と、ガスの吹き出し口２６は、ガス供給手段２９から供給される不活性ガスなどの搬送用ガスを用いて気流の制御を行う。本発明のプラズマ処理装置は、大気圧又は大気圧近傍下で動作させるため、気流制御手段１８により、プラズマ発生手段２５付近の気流を制御することのみで、外部からの汚染や反応生成物の逆流を防止することができる。つまり、外界との分離はこの気流制御手段１８のみで行うことも可能であり、プラズマ処理室２３を完全に密閉する必要がない。また本発明は、減圧装置に必要である真空引きや大気開放の時間が必要なく、複雑な真空系を配置する必要がない。

また、ガス供給手段２９から供給されるガスは、加熱手段２８により所望の温度（例えば５０度〜８００度）に加熱され、この加熱されたガスを被処理物１２に吹き付けることで、被処理物１２を加熱する。加熱手段２８は、気体を加熱できるものであれば、特に限定されず、公知のものを用いればよい。本発明では、加熱されたガスを被処理物１２の上面に吹き付けて加熱し、さらに、加熱手段１９により被処理物１２の下面を加熱する。このように、被処理物１２の両面を加熱することで、当該被処理物１２を均一に加熱する。また、ガス供給手段２９から供給される搬送用ガスには、不活性ガスを用いればよい。

プラズマ発生手段２５は、第１の電極１３及び第２の電極１４により構成され、高周波電源１７、排気系、ガス供給手段などに接続される（図２）。プラズマ処理室２３において、所定の表面処理が終了した被処理物１２は、搬送室２４に搬送され、この搬送室２４から別の処理室に搬送される。

なお、第１の電極１３及び第２の電極１４の一方又は両方は、固体誘電体で覆うとよい。固体誘電体としては、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム及び二酸化チタン等の金属酸化物、ポリエチレンテレフタラ−ト及びポリテトラフルオロエチレン等の有機物、酸化珪素、ガラス及びチタン酸バリウム等の酸化物等が挙げられる。固体誘電体の形状は、シ−ト状でもフィルム状でもよいが、厚みが０．０５〜４ｍｍであることが好ましい。これは、放電プラズマを発生するのに高電圧を要するため、固体誘電体が薄すぎると、電圧印可時に絶縁破壊が起こって、ア−ク放電が発生してしまうからである。

次いで、プラズマ発生手段２５の詳細な構成について、図２の断面図を用いて説明する。図２における点線は、ガスの経路を示す。１３、１４はアルミニウム、銅、ステンレスなどの導電性を有する金属からなる電極であり、第１の電極１３は電源（高周波電源）１７に接続されている。なお第１の電極１３には、冷却水を循環させるための冷却系（図示せず）が接続されていてもよい。冷却系を設けることによって、冷却水の循環により連続的に表面処理を行う場合の加熱を防止して、連続処理による効率の向上が可能となる。第２の電極１４は、第１の電極１３の周囲を取り囲む形状を有し、電気的に接地されている。そして、第１の電極１３と第２の電極１４は、その先端にノズル状のガスの供給口を有する円筒状を有する。この第１の電極１３と第２の電極１４の両電極間の空間には、加熱手段２８により加熱されたガスが供給される。そうすると、この空間の雰囲気は置換され、この状態で高周波電源１７により第１の電極１３に高周波電圧（例えば１０〜５００ＭＨｚ）が印加されて、前記空間内にプラズマ１１が発生する。このプラズマ１１により生成されるイオン、ラジカルなどの化学的に活性な励起種を含む反応性ガス流を被処理物１２の表面に向けて照射することによって、該被処理物１２の表面における薄膜の形成や洗浄などの表面処理を行う。

また図２中、２７はバルブ、２８は加熱手段、２９〜３１はガス供給手段、３２は排気ガス、３３はフィルタである。加熱手段２８は、ガス供給手段２９〜３１より供給されるガスを所望の温度（例えば５０〜８００度）になるまで加熱する。なお、２９は搬送用ガスのガス供給手段、３０は精製ガスのガス供給手段、３１はプロセス用ガスのガス供給手段である。搬送用ガスは、不活性ガスなどの処理室内で行う表面処理に影響を及ぼすことがないガスを用いる。また、プロセス用ガスは、処理室内で行う表面処理の種類に合わせて適宜設定する。排気ガス３２は、バルブ２７を介して、フィルタ２８に導入される。フィルタ２８では、排気ガスに混入したゴミを除去する。そして、フィルタ３３により精製されたガスは再び精製ガスのガス供給手段３０に導入されて、再度プロセス用ガスとして用いられる。

また上述したように、気流制御手段１８から斜め方向と垂直方向に吹き付けられるガスと両電極間の空間からのガスにより、被処理物１２は、水平に浮上して、非接触状態で進行方向に搬送される。電極付近では、ガスは上向きに吹き出し、このガスにより被処理物１２は浮上する。また気流制御手段１８付近では、ガスの吹き付けとガスの吸引を同時に行って、被処理物１２が浮上する高さを制御する。さらに、バルブ２７を用いて、被処理物１２の水平精度をガスの流量により調整し、被処理物１２と第１及び第２の電極１３、１４との距離を精密に調整する。本構成により、搬送が困難である大型で薄い被処理物１２に対しても、歪んだり、そりが生じたり、最悪の場合割れたりする事態を防止する。

また、上記の図１、２とは異なり、複数のプラズマ発生手段を進行方向に順に配置することで、被処理物１２に複数の表面処理を連続的に行ってもよい。例えば、図３に示すように、複数のプラズマ発生手段２５Ａ〜２５Ｃを順に配置し、被処理物１２を進行方向に搬送することで、複数の表面処理を連続的に行う。これは、本発明のプラズマ処理装置が、大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で動作するものであるため、各表面処理を行う処理室を別々に設ける必要はなく、気流制御手段１８を設けることだけで、外部からの汚染を防止することができることによる。また、本発明では、プラズマ発生手段２５を固定しておいて、気体を制御する気流制御手段１８を被処理物１２の搬送手段として用いる。その為、複数の表面処理を連続的に行う場合には、同じ処理室内にプラズマ発生手段を進行方向に順に配置し、気流制御手段１８を用いて被処理物１２を搬送すればよい。

なお上記の図１〜３では、気流制御手段１８を用いて、被処理物１２を搬送していた。しかし、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、気流制御手段１８と機械式の搬送機構（ロボットアーム）５１を用いて、被処理物１２を搬送してもよい。そうすると、被処理物１２を進行方向に水平に搬送することができる。また、ロボットアーム５１ではなく、図６（Ｃ）に示すように、被処理物１２の進行方向にレール５３を設置して、そのレール５３を走行する台車５２に設けられた被処理物１２の固定装置を用いて、被処理物１２を水平に搬送してもよい。

本発明は、加熱したガスを吹き付けることで被処理物を均一に加熱し、また前記ガスにより被処理物を水平かつ非接触状態で浮上させるとともに移動させて、効率よくプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。また、垂直方向と斜め方向に気体を噴射する気流制御手段により被処理物（特に大型な基板に好適）全面を移動させ、かつ気流制御手段において被処理物に対し吹き付けとガスの吸引を同時に行って被処理物の浮上高さを調整し、また被処理物の水平精度をガス流量で調整して被処理物の高さを精密に調整する。上記構成を有する本発明は、プラズマと被処理物の間の制御を容易に行うことができる。さらに本発明は、被処理物の大きさに制約されず、また被処理物の表面の形状に沿わせて搬送することで、容易にプラズマ処理することができる。

また上記構成を有する本発明は、被膜の成膜速度、エッチング処理の速度、アッシング処理の速度が向上する。さらに、同じ処理室内に、プラズマ発生手段を順に配置することで、複数回の表面処理を連続的に行うことができるため、製造装置が簡略化する。

本実施例では、本発明のプラズマ処理方法について説明する。以下には、被処理物の表面に化学気相成長法を用いて薄膜を成膜する場合、エッチング処理、アッシング処理、クリーニング処理を行う場合について説明する。

本発明のプラズマ処理方法を用いて、被処理物１２、又は被処理物１２の表面に化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて薄膜を形成する場合には、図１乃至図３、図６におけるプロセス用ガスのガス供給手段３１からＳｉ_xＨ_y、ＳｉＨ_xＣｌ_yなどの原料ガスと、水素、酸素、窒素のうちの一つと希ガスとの混合ガスをプラズマ発生手段２５に供給して、プラズマを発生させることにより行う。例えば、ＳｉＣｌ₄（四塩化シリコンガス）と、水素ガスと希ガスとの混合ガスを用いて、シリコンの成膜を行う。

被処理物１２、又は被処理物１２の表面にエッチング処理を行う場合には、ガス供給手段３１からＮＦ₃、フロロカーボン（ＣＦ₄）、ＳＦ₆、ＣＯ_xなどの原料ガスと、水素、酸素のうちの一つと希ガスとの混合ガスをプラズマ発生手段２５に供給して、プラズマを発生させることにより行う。例えば、ＮＦ₃やＳＦ₆などの原料ガスを用いてフッ素原子を発生させ、これが固体のシリコンと反応して揮発性のＳｉＦ₄ガスとして気化させ、外部に排気することにより、エッチング処理を行う。

被処理物１２、又は被処理物１２の表面にアッシング処理を行う場合には、ガス供給手段３１から酸素の原料ガスと、水素、フロロカーボン（ＣＦ₄）、ＮＦ₃、Ｈ₂Ｏ、ＣＨＦ₃のうちの一つをプラズマ発生手段２５に供給して、プラズマを発生させることにより行う。例えば、感光性有機レジストのアッシング処理は、酸素とフロロカーボンを導入して、ＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏにして、レジストを剥離させることによってアッシング処理を行う。

また、本発明のプラズマ処理装置を構成する部品のクリーニング処理を行ってもよく、特に電極１３、１４のクリーニング処理を行うとよい。その際、ＮＦ₃、フロロカーボン、ＳＦ₆、ＣＯ_xなどのガス、特に有機物の場合はＯ₂を用いたプラズマによりクリーニングを行う。

本実施例は、実施の形態と自由に組み合わせることができる。

本実施例では、本発明のプラズマ処理装置を用いて、被処理物（主に基板）の表面処理を連続的に行って、薄膜トランジスタ（所謂ボトムゲート型）を作製する場合について説明する。ここでは、Ｎチャネル型ＴＦＴ及びＰチャネル型ＴＦＴを同一基板上に作製する作製工程について図４、５を用いて説明する。

基板２００には、ガラス基板等の絶縁表面を有する基板を用いる（図４（Ａ））。そして基板２００上には、Ｗ−Ｓｉ（タングステンシリコン）、Ａｇ（銀）、ＴａＮ（窒化タンタル）などの金属に所定のパターン加工を行って、ゲート電極２０９、２１０を５０〜５００ｎｍの厚さに形成する。本実施例では、ゲート電極２０９、２１０として、Ｗ−Ｓｉ（タングステンシリコン）をＷ（タングステン）のターゲットを用いたスパッタリング法で２００ｎｍの厚さに形成した。このときの上面図を図４（Ｆ）に示す。

続いて、ゲート電極２０９、２１０上にゲート絶縁膜２１１を形成する（図４（Ｂ））。ゲート絶縁膜２１１は本発明のプラズマ処理装置を用いて、プラズマＣＶＤ法により、膜厚を３０〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。またゲート絶縁膜２１１は２層構造とし、１層目として、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ₂の混合ガスを用いて成膜される酸化珪素膜２１１ａを１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）の厚さに形成し、２層目として、ＳｉＨ₄及びＮ₂を反応ガスとして成膜される窒化珪素膜２１１ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の厚さに形成する。本実施例では、酸化珪素膜２１１ａを成膜するプラズマ発生手段と、窒化珪素膜２１１ｂを成膜するプラズマ発生手段とを進行方向に順に配置し、各プラズマ発生手段において、ガス供給手段から供給されるガスを適宜変えて、１層目の酸化珪素膜２１１ａを５０ｎｍ、２層目の窒化珪素膜を１００ｎｍの厚さに連続的に形成した。なお、各プラズマ発生手段は気流制御手段により分離され、また当該気流制御手段により被処理物１２は非接触状態で浮上させて搬送した。

なおゲート絶縁膜２１１は２層構造に限らず、３層以上の構造にしてもよいし、また酸化珪素膜、窒化珪素膜以外の材料を用いて構成してもよいが、各々の層に用いる薄膜の誘電率を考慮して、ＴＦＴとして所望の容量が得られるように設定する。

次いで、ゲート絶縁膜２１１上に非晶質半導体膜２１３を形成する（図４（Ｃ））。非晶質半導体膜２１３は、本発明のプラズマ処理装置を用いて、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄ガスを用いて２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで成膜する。本実施例では、上記のゲート絶縁膜２１１を成膜したプラズマ発生手段の次に、非晶質半導体膜２１３を成膜するプラズマ発生手段を進行方向に順に配置することで、上記のゲート絶縁膜２１１に引き続き、膜厚５０ｎｍの非晶質半導体膜も連続的に成膜した。

続いて、レーザ結晶化法により、非晶質半導体膜２１３を結晶化させて、結晶質半導体膜２１４を形成する（図４（Ｄ））。なお、レーザ結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合のレーザは、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いれば良い。前者の気体レーザとしては、エキシマレーザ等が挙げられ、後者の固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ等がドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ₄等の結晶を使ったレーザ等が挙げられる。なお非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２〜第４高調波を適用するのが好ましい。上記レーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状に集光して、半導体膜に照射すると良い。結晶化の条件は適宜設定されるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜７００ｍＪ／ｃｍ²（好ましくは２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²）とすると良い。

本実施例では、ＹＡＧレーザを用い、その第２高調波を用いてパルス発振周波数１〜３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を３００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²（好ましくは３５０〜５００ｍＪ／ｃｍ²）して結晶質半導体膜２１４を形成した。このとき、幅１００〜１０００μｍ（好ましくは幅４００μｍ）で線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、このときの線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９８％として行っても良い。また本実施例では、上記のゲート絶縁膜２１１と非晶質半導体膜２１３とを成膜した同じ処理室内に、基板２００の進行方向に従って、レーザ照射装置を配置した。そして、同じ処理室内で、非晶質半導体膜２１３の成膜に引き続き、当該非晶質半導体膜２１３のレーザ結晶化までを連続的に行った。

続いて、結晶質半導体膜２１４上に絶縁膜２１５を形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＴＥＯＳとＯ₂の混合ガスを用いて成膜される酸化珪素膜２１１ａを５０ｎｍの厚さに形成した。また、同じ処理室内に、上記のレーザ結晶化を行ったレーザ照射装置の次に、酸化珪素膜を成膜するプラズマ発生手段を配置した。その結果、同じ処理室内で、ゲート絶縁膜（２層）２１１の成膜、非晶質半導体膜２１３の成膜、レーザ結晶化、絶縁膜２１５の成膜の計５回の表面処理を連続的に行うことができた。このように、本発明では、プラズマ発生手段を固定して、被処理物の搬送方向に順に配置することで、同じ処理室内で複数の表面処理を連続的に行うことができる。その結果、外部からの汚染防止や所要時間の低減につながり、生産性が向上する。

次いで、結晶質半導体膜２１４及び絶縁膜２１５を所望の形状にパターン加工して、半導体層２１６、２１７を形成した（図４（Ｅ）（Ｇ））。続いて、フォトリソグラフィ法を用いて、裏面露光を行って、レジストからなるマスク２１８を形成した。そして、第１のドーピング処理を行い、半導体層２１６、２１７にＮ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。第１のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹³〜５×１０¹⁴／ｃｍ²とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。またＮ型を付与する不純物元素としては、１５族に属する元素を用いれば良く、代表的にはリン（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）を用いる。本実施の形態では、イオンドープ法でドーズ量を５．０×１０¹⁴／ｃｍ²、加速電圧を５０ｋｅＶ、Ｎ型を付与する不純物元素としてＰ（リン）を用いて、自己整合的に不純物領域を形成した。このとき、前記不純物領域には１×１０¹⁸〜１×１０²⁰／ｃｍ²の濃度範囲でＮ型を付与する不純物元素が添加された。

続いてレジストからなるマスク２１８を除去した後、新たにレジストからなるマスク２１９を形成して、第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う（図５（Ａ））。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹³〜３×１０¹⁵／ｃｍ²とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。本実施の形態では、ドーズ量を３．０×１０¹⁵／ｃｍ²とし、加速電圧を６５ｋｅＶの条件下でドーピング処理を行った結果、不純物領域２２０には１×１０¹⁹〜５×１０²¹／ｃｍ²の濃度範囲でＮ型を付与する不純物元素が添加された。また、不純物元素が全く添加されない領域又は微量の不純物元素が添加された領域（総称してチャネル形成領域とよぶ）２４０が形成された。

次いで、レジストからなるマスク２１９を除去した後、新たにレジストからなるマスク２２１を形成する（図５（Ｂ））。その後、第３のドーピング処理を行い、Ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に、前記第１の導電型とは反対の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域を形成する。本実施例では、レジストからなるマスク２２１を不純物元素に対するマスクとして用いて、Ｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域２２２を形成した。また、不純物領域２２２は、ドーズ量が１×１０¹⁶／ｃｍ²、加速電圧が８０ｋｅＶの条件下で、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で形成した。本ドーピング処理によって、Ｐ型を付与する不純物元素の濃度が１×１０¹⁹〜５×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²となるようにドーピング処理された。またチャネル形成領域２４１が形成された。

なお、ドーピング処理を行う条件を適宜変えて、２回以上の複数回のドーピング処理で所望の不純物領域を形成しても良い。

そして、絶縁膜からなる第１の層間絶縁膜２２３を形成する（図５（Ｃ））。この第１の層間絶縁膜２２３としては、プラズマＣＶＤ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜２２３を形成した。次に、第１の層間絶縁膜２２３上に、第２の層間絶縁膜２２４を形成する。第２の層間絶縁膜２２４としては、ＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜、もしくは、ＳＯＧ（Spin On Glass）法又はスピンコート法によって塗布された酸化珪素膜及びアクリル等の有機絶縁膜並びに非感光性の有機絶縁膜から選択された薄膜を０．７〜５μｍ（好ましくは２〜４μｍ）の厚さで形成する。本実施例では、ＣＶＤ法で膜厚１.６μｍのアクリル膜５０を形成した。なお第２の層間絶縁膜２２４は、基板２００上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。

次に、第２の層間絶縁膜２２４上に、第３の層間絶縁膜２２５を形成する。第３の層間絶縁膜２２５は、ＣＶＤ法で、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を０．１〜０．２μｍの厚さで形成する。本実施例では、ＣＶＤ法で窒化珪素膜２２５を０．１μｍの厚さで形成した。第１乃至第３層間絶縁膜２２３〜２２５を設けることにより、酸素や空気中の水分をはじめ各種イオン性の不純物の侵入を阻止するブロッキング作用を得ることができる。本発明では、第１乃至第３の層間絶縁膜２２３〜２２５の成膜は、図３に示すようにプラズマ供給手段を進行方向に順に配置することで、連続的に行った。

そして、ドライエッチング又はウエットエッチングを用い、１つ又は複数のコンタクトホールを形成する（図５（Ｄ））。本実施の形態では、第１乃至第３の層間絶縁膜２２３〜２２５をエッチングし、不純物領域２２０、２２２に達するコンタクトホールを形成した。次いで、各不純物領域と電気的に接続される配線２２６〜２２９を形成する。本実施の形態では、配線２２６〜２２９は、膜厚１００ｎｍのＴｉ膜、膜厚３５０ｎｍのＡｌ膜、膜厚１００ｎｍのＴｉ膜をスパッタリング法で連続形成して積層し、所望の形状にパターニング及びエッチングを行って形成した。なお、三層構造に限らず、二層以下の構造、四層以上の積層構造にしてもよい。また配線の材料としては、Ａｌ、Ｔｉに限らず、他の導電膜を用いても良い。

以上の工程により、Ｎチャネル型ＴＦＴ２４２とＰチャネル型ＴＦＴ２４３とを有する画素部を同一基板上に形成することができる。このときの上面図を図５（Ｅ）に示す。

Ｎチャネル型ＴＦＴ２４２は、ゲート電極２０９と重なるチャネル形成領域２４０、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域２２０を有する。また、Ｐチャネル型ＴＦＴ２４３は、ゲート電極２１０と重なるチャネル形成領域２４１、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域２２２を有する。

本実施例では、被処理物の複数回の表面処理を同一の処理室で連続的に行うことができる。そのため、作製工程における所要時間が減少し、生産性が向上する。また、異なる処理室で各々の表面処理を行う場合に比べて、作製工程が簡略化するため、製造歩留まりが改善され、製造コストが低減する。

なお、本実施例では、結晶質半導体膜をＴＦＴの作製に用いたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、非晶質半導体や微結晶半導体を用いたＴＦＴの作製に適用してもよい。

本発明のプラズマ処理装置を示す図。本発明のプラズマ処理装置を示す図。本発明のプラズマ処理装置を示す図。薄膜トランジスタの作製工程を示す図。薄膜トランジスタの作製工程を示す図。本発明のプラズマ処理装置を示す図。

符号の説明

１１プラズマ、１２被処理物、１３第１の電極、１４第２の電極、１７高周波電源、１８気流制御手段、１９加熱手段、２０搬送機構、２１カセット室、２２搬送室、２３プラズマ処理室、２４搬送室、２５プラズマ発生手段、２６ガスの吹き出し口、２７バルブ、２８加熱手段、２９搬送ガス用のガス供給手段、３０精製ガスのガス供給手段、３１プロセス用ガスのガス供給手段、３２排気ガス、３３フィルタ、５１搬送機構、５２台車、５３レール

Claims

大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入するガス供給手段と、
前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送する搬送手段とを有し、
前記第１及び前記第２の電極と、前記被処理物との相対位置を移動して、前記被処理物にエッチング処理、アッシング処理、又は薄膜の形成を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入するガス供給手段と、
前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送する搬送手段とを有し、
前記第１及び前記第２の電極を用いて、部品のクリーニング処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入するガス供給手段と、
前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送する搬送手段とを有し、
前記第１及び前記第２の電極と、前記被処理物との相対位置を移動して、前記被処理物にエッチング処理、アッシング処理、又は薄膜の形成を行い、
前記第１の電極は、前記第２の電極の周囲を取り囲み、かつ、その先端にノズル状の前記ガスの供給口を有する円筒状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入するガス供給手段と、
前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送する搬送手段とを有し、
前記第１及び前記第２の電極を用いて、部品のクリーニング処理を行い、
前記第１の電極は、前記第２の電極の周囲を取り囲み、かつ、その先端にノズル状の前記ガスの供給口を有する円筒状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記搬送用ガスの吹き付けと吸引を同時に行うことにより、前記被処理物と前記第１及び前記第２の電極との距離を調整することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記プロセス用ガス及び前記搬送用ガスを加熱する加熱手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
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及び前記第２の電極は前記搬送手段により外部と分離されることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記被処理物は、ガラス基板、樹脂基板及び半導体基板から選択された一つであることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記プロセス用ガスは、Ｓｉ_xＨ_y、ＳｉＨ_xＣｌ_yの原料ガスと、水素、酸素、窒素のうちの一つと希ガスとの混合ガスであることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記プロセス用ガスは、ＮＦ₃、フロロカーボン、ＳＦ₆、ＣＯ_xの原料ガスと、水素、酸素のうちの一つと希ガスとの混合ガスであることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記プロセス用ガスは、酸素と、水素、フロロカーボン、ＮＦ₃、Ｈ₂Ｏ、ＣＨＦ₃のうちの一つであることを特徴とするプラズマ処理装置。
大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入し、
前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、
前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送し、
前記第１及び前記第２の電極と、前記被処理物との相対位置を移動して、前記被処理物にエッチング処理、アッシング処理、又は薄膜の形成を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
大気圧もしくは大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入し、
前記プロセス用ガスが導入された状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、
前記プロセス用ガス又は搬送用ガスを被処理物に吹き付けることで、前記被処理物を浮上させて搬送し、
前記第１及び前記第２の電極を用いて、部品のクリーニング処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
絶縁表面を有する基板上にゲート電極を形成し、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に非晶質半導体を形成し、
前記非晶質半導体を結晶化して結晶質半導体を形成し、
前記結晶質半導体上に絶縁膜を形成する薄膜トランジスタの作製方法において、
大気圧又は大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入した状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加し、なお且つ前記第１及び前記第２の電極と前記基板の相対位置を移動して、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記非晶質半導体及び前記絶縁膜の形成を行うことを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
絶縁表面を有する基板上にゲート電極を形成し、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に非晶質半導体を形成し、
前記非晶質半導体上に絶縁膜を形成する薄膜トランジスタの作製方法において、
大気圧又は大気圧近傍圧力下で第１及び第２の電極間にプロセス用ガスを導入した状態で、前記第１又は前記第２の電極に高周波電圧を印加し、なお且つ前記第１及び前記第２の電極と前記基板の相対位置を移動して、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記非晶質半導体及び前記絶縁膜の形成を行うことを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。