JPH09139381A - プラズマcvd法 - Google Patents

プラズマcvd法

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JPH09139381A
JPH09139381A JP7317524A JP31752495A JPH09139381A JP H09139381 A JPH09139381 A JP H09139381A JP 7317524 A JP7317524 A JP 7317524A JP 31752495 A JP31752495 A JP 31752495A JP H09139381 A JPH09139381 A JP H09139381A
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光範 坂間
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Abstract

(57)【要約】 【目的】プラズマCVD法による成膜工程で生ずる半導
体デバイスの劣化を抑制する。 【構成】 プラズマCVD法により、TEOSを原料に
して、層間絶縁膜となるシリコン酸化膜116を成膜工
程において、RF出力を50Wで発振させて、放電後
(O2 プラズマ発生後)にRF出力を50Wから250
W(成膜時の出力値)まで段階的に上昇させる。RF出
力が250Wに成るのと同時に、或いはタイミングをず
らして、TEOSガスを供給して、成膜を開始する。こ
の結果、放電開始時は低出力でRF電源を発振させるよ
うにしたため、RF電極間の電圧が過渡的に大きな変化
するのを抑制することがてきる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ等の
半導体集積回路を作製するために利用されるプラズマC
VD法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、半導体集積回路の高集積化、高密
度化に伴い、半導体素子の構造は微細化が進んでいる。
そのため、層間絶縁膜は絶縁特性のみでなく、複雑で、
高アスペクトを有する配線間を隙間無く充填できること
が要求されている。従来、TEOSを原料にしたCVD
法により形成されたシリコン酸化膜は被覆形状が優れて
いるので、層間絶縁膜として広く使用されている。特
に、ガラス基板上に作製されるTFTの作製工程では、
400℃以下の低温で成膜できること、大面積を処理で
きることから、プラズマCVD法が採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
回路の高集積化、高密度化に伴い、プラズマ工程に生ず
る荷電子の蓄積(チャージアップ)による影響が顕著に
なっている。例えば、アクティブマトリックスパネルの
U−shape表示不良や点欠陥の原因は、画素マトリ
クス内の特性不良なTFTの分布から、工程での電気的
なダメージであると考えられる。アクティブマトリック
ス型液晶表示装置では、1つのTFTの不良はパネル全
体の不良と同じであり、歩留りの低下を招く。
【0004】本発明の目的は、上述の問題点を解消し
て、荷電粒子によるデバイスの劣化を抑制し得るプラズ
マCVD法を提供することにある。
【0005】〔発明に至る過程〕 プラズマCVD装置
において、プラズマが発生する前の状態では、RF電極
により印加される電圧は基板に対して電界として作用す
る。この状態では、電極・配線間隔、基板の厚さ等を考
慮すると、電界強度は基板上に形成されたデバイスを破
壊するような値ではないと考えられる。
【0006】他方、プラズマの発生過程においては、先
ず荷電粒子(電子及び正イオン)が発生して、RF電極
間が導電領域となる。電子と正イオンの移動度の違いに
より、基板表面はプラズマに対して負に帯電し始める
(イオンシースの発生)。やがて、荷電粒子の生成量と
消滅量とが飽和して、即ち、チャージアップ量が飽和し
て、定常のプラズマ状態となる。
【0007】従って、プラズマが定常的に発生している
状態では、基板表面に発生するイオンシースはあまり大
きな値に成らないとみなせるため、電界強度やイオン照
射エネルギーはデバイスを破壊するような大きさではな
いと考えられる。
【0008】しかしながら、プラズマが発生する瞬間
は、チャージアップ量が飽和するまでの間に、定常状態
では電流があまり流れない部分に電流が流れる可能性が
あり、過渡的にでも大きな電流が流れると、デバイスが
瞬時に破壊されてしまう。
【0009】従来、プラズマCVDでTEOSを原料と
するシリコン酸化膜を成膜するには、O2 プラズマを発
生する前処理と、TEOSを供給して、成膜するとい
う、2つのプロセスを連続的に(O2 プラズマを発生し
たまま)行っている。
【0010】本発明人等は、プラズマCVDにおける過
渡的な現象を解明するために、RF電源にオシロスコー
プを接続して、RF電極間の電圧波形を観察した。図5
は従来の成膜工程でのRF電極の電圧波形であり、縦軸
の単位は200V/divであり、横軸の単位は500
msec/divである。O2 プラズマ発生過程と、成
膜過程ともRF出力は250Wである。図6はRF出力
が250WでのO2 プラズマ発生過程でのRF電極の電
圧波形であり、図6(a)は発振開始時点の波形を示
し、図6(b)、図6(c)はそれぞれ放電開始時点の
波形を示す。放電開始の瞬間は波形のずれとして確認で
きる。なお、図6(a)〜(c)の縦軸の単位はそれぞ
れ200V/divであり、横軸の単位は、図6(a)
は100msec/divであり、図6(b)は20m
sec/divであり、図6(c)は2msec/di
vである。
【0011】図6(a)に示すように、RF電源は発振
を開始してから直ちに所定の電圧で発振しているが、発
振開始から放電開始まで数10msecの時間を要す
る。しかしながら、図5、図6(a)、図6(b)では
確認できないが、図6(c)に示すように、放電開始の
瞬間に、過渡的に大きな電圧波形(以下、ヒゲパルスと
いう)が観察された。
【0012】例えば、アクティブマトリックス型表示装
置の画素パネルに配置されるTFTのプラズマCVD工
程について考える。画像データを確実に保持するため
に、画素パネルのTFTはオフ電流特性に優れているこ
とが要求される。そのため、例えば図1(E)に示すよ
うに、TFTをLDD構造としている。LDD領域は高
抵抗領域として機能するため、オフ電流を低減すること
ができる。なお、図1については、実施例1で詳細に説
明する。
【0013】LDD構造を有するTFTの作製工程にお
いて、第1層間絶縁膜116(図1(F)参照)を形成
以前には、図1(E)に示すようにシリコンから成る活
性層103のソース/ドレイン領域112、113は露
出した状態であり、またゲイト電極105はデバイス毎
に分断されてしないため、基板の幅と略等しい長さのま
まであり、このようなゲイト電極105が数100本程
度、並行に配置されている。
【0014】この状態で第1層間絶縁膜116をプラズ
マCVDで成膜すると、定常プラズマ状態でもプラズマ
密度やプラズマ電位が均一でなければ、ゲイト電位に分
布が生じて、ゲイト電極105に電流が流れて、デバイ
スを劣化させてしまうおそれがある。しかしなから、プ
ラズマが発生する瞬間には、図6(c)に示すような過
渡的なヒゲパルスが発生し、さらに、プラズマの発生が
不均一であれば、ゲイト電極には定常状態よりもはるか
に大きな電流が流れてしまう。
【0015】また、第1層間絶縁膜116の成膜初期
は、シリコン(ソース/ドレイン領域112、113)
に電子が直接に照射されるため、シリコンは負に帯電す
る。この結果、ゲイト絶縁膜110に電界が発生するた
め、ゲイト絶縁膜110を劣化させてしまう。しかし、
第1層間絶縁膜116によりシリコン(ソース/ドレイ
ン領域112、113)が覆われるようになると、シリ
コンが直接にチャージアップすることがなくなる。
【0016】従って、第1層間絶縁膜をプラズマCVD
で成膜するには、シリコンがチャージアップされなくな
るまでの間に、RF電極間において、ヒゲパルスのよう
な過渡的な電圧変化を無くす、または抑制することが課
題になる。
【0017】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、第1の発明に係るプラズマCVD法の構成は、R
F電源の出力を成膜時の値まで段階的又は連続的に上昇
させることを特徴とする。
【0018】また、第2の発明に係るプラズマCVD法
の構成は、原料ガス以外の気体をプラズマ化する工程
と、前記原料ガスを供給して、成膜する工程とを連続的
に実施するプラズマCVD法において、前記プラズマ化
工程において、RF電源の出力を前記成膜工程の値まで
段階的にまたは連続的に上昇させることを特徴とする。
【0019】
【作用】従来例では、TEOSを原料にしてシリコン酸
化膜を成膜するには、O2 プラズマ発生時にも成膜時と
同じ出力で、RF電源を発振させている。図6(a)に
示すように、RF電極間は発振開始から直ちに所定の電
圧が印加されている。即ち、RF電極間の電圧は急激に
変化したことになる。このため、上記の構成を有する第
1の発明に係るプラズマCVD法では、RF電源の出力
を成膜時の値まで段階的にまたは連続的に上昇させるこ
とにより、RF電極間において急激な、過渡的な電圧変
化を抑制する。
【0020】例えば、プラズマDVDでTEOSを原料
とするシリコン酸化膜を成膜するには、O2 をプラズマ
化する工程と、TEOSを供給し、TEOS/O2 プラ
ズマを発生して、成膜する工程とを連続的に行ってい
る。このため、第2の発明に係るプラズマCVD法で
は、このように、原料ガス以外の気体(O2 )をプラズ
マ化する工程と、原料ガス(TEOS)を供給して、成
膜する工程とを連続的に実施するプラズマCVD法にお
いて、発振開始時のプラズマ化工程において、RF電源
の出力を成膜工程の値まで段階的にまたは連続的に上昇
させて、RF電極間において急激な、過渡的な電圧変化
を抑制する。
【0021】なお、プラズマ化工程において、RF電源
の出力が成膜時の値と同じになるのと同時に、原料ガス
を供給するればよい。或いは、タイミングをずらして、
原料ガスを供給するようにしてもよい。また、発振開始
時のRF出力の下限は、放電可能な値で定義することが
できる。
【0022】他方、発振開始時のRF出力の上限は、装
置や反応室毎に適宜に設定すればよい。これは、本発明
者の研究によると、RF電極間の過渡的な電圧変化は観
察されない場合もあり、また、装置や反応室毎に過渡的
現象の発生し易さが異なるためである。
【0023】図3は本発明者がオシロスコープで観察し
た、RF電源の出力は50Wでの、O2 プラズマ発生過
程でのRF電極の電圧波形であり、図3(a)は発振開
始時点から放電開始以降の電圧波形であり、図3
(b)、(c)は放電開始時点での電圧波形である。放
電開始の瞬間は波形のずれとして確認できる。なお、図
3(a)〜(c)の縦軸の単位はそれぞれ200V/d
ivであり、横軸の単位は、図3(a)は100mse
c/divであり、図3(b)では、20msec/d
ivであり、図3(c)は2msec/divである。
【0024】図3と図6を比較すると明かなように、O
2 ガスをプラズマ化する工程において、放電開始時にR
F出力を250W(成膜時の電圧)よりも低い50Wと
することにより、放電開始時(O2 プラズマ発生時)に
ヒゲパルスのような急激で、過渡的な電圧の変化を抑制
することがてきる。
【0025】また、図4はオシロスコープで観察した、
2 プラズマ発生過程でのRF電極の電圧波形であり、
RF出力を発振開始時には50Wとし、放電後に250
Wに上昇している。図4(a)は発振開始から放電開始
までの電圧波形であり、図4(b)はRF出力を上昇さ
せた時点での電圧波形である。放電開始の瞬間は波形の
ずれとして確認できる。なお、図4(a)、図4(b)
の縦軸の単位はそれぞれ200V/divであり、横軸
の単位は、図4(a)は1sec/divであり、図4
(b)では、2msec/divである。図4(b)に
示すように、放電後(O2 プラズマ発生後)に、RF出
力を50Wから250Wに段階的に上昇することによ
り、RF電極間の電圧は円滑に上昇して、過渡的な電圧
変化を抑制することが可能となる。
【0026】
【実施例】
〔実施例1〕 本実施例は、本発明をTFTの作製工程
に応用したものであり、図1は本実施例のTFTの作製
工程毎のTFTの断面図である。図1(A)に示すよう
に、ガラス基板(コーニング1737)101上に、プ
ラズマCVD法又はスパッタ法により、下地膜として酸
化シリコン膜102を3000Åの厚さに堆積する。次
にプラズマCVD法又は減圧CVD法により、アモルフ
ァスシリコン膜を200〜1500Åの厚さ、例えば5
00Åの厚さに堆積する。
【0027】その後、アモルファスシリコン膜を熱アニ
ールして、結晶化させる。結晶化されたアモルファスシ
リコン膜をエッチングして、TFTの活性層103を形
成する。アモルファスシリコン膜を結晶化させる方法と
して、レーザーアニール法や、熱アニールとレーザーア
ニールとを併用する方法を採用することができる。更
に、NiやPt等のシリコンの結晶化を助長する金属元
素を利用すると、結晶化工程を、より低温で、より短時
間で行うことができる。
【0028】そして、スパッタ法により、ゲイト電極1
05を構成するアルミニウム膜を6000Åの厚さに堆
積する。このアルミニウム膜には0.1〜0.3重量%
のスカンジウムを含有させる。次に、陽極酸化法によ
り、アルミニウム膜の表面に陽極酸化物(酸化アルミニ
ウム)膜106を形成する。この際には、酒石酸を3%
含有するエチレングリコール溶液中でアルミニウム膜に
10〜30Vの電圧を印加する。形成された陽極酸化物
層106は緻密な(バリア型)構造を有する。そして、
陽極酸化物層106の表面にレジストのマスク106を
形成し、アルミニウム膜をパタニングして、ゲイト電極
107を形成する。(図1(A))
【0029】図1(B)に示すように、レジストのマス
ク106を付けたまま、電解溶液中でゲイト電極105
に10〜30Vの定電圧を印加して、陽極酸化する。電
解溶液にはクエン酸、シュウ酸又は硫酸を3〜20%に
希釈した酸性水溶液を使用することがてきる。本実施例
では、シュウ酸水溶液(30℃)中で10Vの電圧をゲ
イト電極107に20〜40分印加する。この結果、ゲ
イト電極105の側面のみにポーラス型の陽極酸化物1
08を5000Åの厚さに形成される。なお、陽極酸化
物108の厚さは酸化時間で制御すればよい。(図1
(B))
【0030】図1(C)に示すように、レジストのマス
ク107を除去して、再びゲイト電極105を電解溶液
中で陽極酸化する。この際には、酒石酸、ホウ酸、又は
硫酸を3〜10%含有するエチレングリコール溶液を使
用する。この結果、ゲイト電極105の周囲にバリヤ型
の陽極酸化物109が形成される。バリア型の陽極酸化
物109の厚さは1500〜2000Åとする。陽極酸
化物109の厚さはオフセット、オーバーラップの長さ
によって適宜に決定すればよい。バリア型の陽極酸化物
109の厚さは印加電圧に略比例し、印加電圧が200
Vの場合に、陽極酸化物109の厚さは2500Åとな
る。
【0031】そして、陽極酸化物108、109をマス
クにして、酸化シリコン膜104をエッチングして、ゲ
イト絶縁膜110を形成する。例えば、エッチングガス
として、CF4 を使用すれば、ポーラス型の陽極酸化物
109はエッチングされず、酸化シリコン膜104のみ
をエッチングできる。(図1(D))
【0032】図1(E)に示すように、イオンドーピン
グ法によって、活性層103に導電型を付与する不純物
イオンを注入する。P型のTFTを形成する場合には、
P(燐)イオンを注入し、N型のTFTを形成する場合
には、B(ホウ素)イオンを注入する。また、ゲイト絶
縁膜110が半透過なマスクとして機能させるために、
ドーズ量、加速電圧等の条件を適宜に設定する。
【0033】この結果、活性層103において、ゲイト
電極105は完全なマスクとして機能して、これらの直
下の領域は不純物イオンが注入されず、チャネル形成領
域111となる。また、露出している領域は高濃度に不
純物イオンが注入されるため、ソース領域112、ドレ
イン領域113となる。また、ゲイト絶縁膜110のみ
に覆われている領域は、ゲイト絶縁膜110が半透過な
マスクとして機能するため、ソース領域112、ドレイ
ン領域113よりも不純物イオンの濃度が低い低濃度不
純物領域114、115となる。とくに、チャネル形成
領域111とドレイン領域115の間の低濃度不純物領
域115はLDD領域という。低濃度不純物領域11
4、115の不純物濃度はソース/ドレイン領域11
2、113よりも2桁程度低くなるようにすればよい。
(図1(E))
【0034】続いて、層間絶縁物としてプラズマCVD
法により、TEOSを原料にして、酸化シリコン膜11
6を5000Åの厚さに堆積する。本実施例では、成膜
初期にRF電極間において、図6(c)に示すようなヒ
ゲパルスを無くす、または抑制するようにするために、
プラズマCVD装置のRF電源の出力を段階的に増加す
るようにしている。そのため、先ず、RF出力を50W
にして、O2 プラズマを発生させ、その後、RF出力を
250Wに上昇すると同時に、TEOSガスを供給し
て、TEOS/O2 プラズマを発生させて、酸化シリコ
ン膜110を成膜する。
【0035】図2はオシロスコープで観察した酸化シリ
コン膜116成膜時のRF電極の電圧波形図であり、図
3はO2 プラズマ発生過程でのRF電極の電圧波形であ
り、図3(a)は発振開始時点から放電開始以降の電圧
波形であり、図3(b)、(c)は発振開始時点での電
圧波形である。放電開始の瞬間は波形のずれとして確認
できる。なお、図3(a)〜(c)の縦軸の単位はそれ
ぞれ200V/divであり、横軸の単位は、図3
(a)は100msec/divであり、図3(b)で
は、20msec/divであり、図3(c)は2ms
ec/divである。
【0036】従来では、O2 プラズマ発生時にも成膜時
と同じに高出力でRF電源を発振させていため、図6
(c)に示すようにヒゲパルスが観察されたが、本実施
例では50Wのように低出力でRF電源を発振させるよ
うにしたため、図3(c)に示すように、放電開始時に
ヒゲパルスを発生することを抑制することができる。従
って、過渡的に大きな電圧がRF電極にかかることがな
いため、基板101上の、デバイス、特にゲイト絶縁膜
110を劣化させることを抑制できる。
【0037】なお、本発明では、TEOS供給開始時に
RF出力を50Wから250Wに段階的に上昇させるよ
うにしたが、放電後(O2 プラズマ発生後)にRF出力
を50Wから250Wに連続的に上昇させるようにして
もよい。この場合には、RF出力を段階的に上昇するよ
りも、RF電極間の電圧変化をより緩和することがてき
る。また、プラズマCVD装置のRF電源をランプアッ
プ(スロースタート)にすると、RF電極間における、
過渡的な電圧変動を更に抑制することが可能になる。
【0038】図1(F)に示すように、酸化シリコン膜
116の成膜後に、コンタクトホールを形成して、チタ
ン膜、アルミニウム膜を連続的に成膜して、パターニン
グし、ソース/ドレイン電極・配線117、118を形
成する。以上の工程を経て、LDD構造を有するTFT
が作製される。
【0039】本実施例では、層間絶縁膜となるシリコン
酸化膜116の成膜工程について説明したが、他のプラ
ズマCVD工程、例えばゲイト絶縁膜110となるシリ
コン酸化膜102等の成膜工程でも、上述したようにR
F出力を制御して、成膜をするとよい。
【0040】〔実施例2〕 実施例1では、酸化シリコ
ン膜116形成時に、O2 プラズマ発生過程ではRF出
力を小さくし、TEOS供給と同時にRF出力を所定の
大きさに上昇させるようにしたが、本実施例では、O2
プラズマ発生過程において、RF出力を成膜時と同じ大
きさに上昇するようにしている。即ち、本実施例では、
RF電源を50Wの出力で発振させて、O2 プラズマを
発生させる。所定の時間が経過したら、RF出力を25
0Wまで上昇させて、TEOSを供給して、成膜を開始
する。
【0041】図4はオシロスコープで観察した、本実施
例の酸化シリコン膜成膜時のRF電極の電圧波形であ
り、O2 プラズマ発生過程での電圧波形であり、図4
(a)は発振開始から放電開始までの電圧波形を示し、
図4(b)はRF出力を50Wから250Wまで上昇さ
せた時点での電圧波形を示す。放電開始の瞬間は波形の
ずれとして確認できる。本実施例は実施例1と同様に、
RF出力を50WでO2 プラズマを発生させるようにし
ているため、図4(a)では確認できないが、放電開始
前後にヒゲパルスは観察されない。また、放電後に、R
F出力を50Wから250Wに上昇しているが、図4
(b)に示すように、RF電極間の電圧は円滑に上昇し
ており、過渡的な電圧変化は生じていなない。
【0042】従って、本実施例のプラズマCVDでの成
膜工程を採用することにより、基板上のデバイスに電気
的なストレスを与えることを防止することが可能にな
る。
【0043】なお、本発明では、O2 プラズマ発生過程
において、放電後(O2 プラズマ発生後)にRF出力を
50Wから250Wに段階的に上昇させるようにした
が、放電後(O2 プラズマ発生後)にRF出力を50W
から250Wに連続的に上昇させるようにしてもよい。
この場合、RF出力を段階的に上昇するよりも、RF電
極間の電圧変化をより緩和することができる。また、プ
ラズマCVD装置のRF電源をランプアップ(スロース
タート)にすると、RF電極間における、過渡的な電圧
変動をより抑制することがてきる。
【0044】また、本明細書では、ガラス基板上にTF
Tを作製する工程について説明したが、シリコンウェハ
ー上に作製される半導体装置・回路の作製工程に応用す
ることも可能である。
【0045】
【効果】本発明に係るプラズマCVD法は、成膜時より
も低出力でRF電源を発振し始めるようにしたため、放
電開始時のRF電極間の電圧が過渡的に大きく変化する
ことを抑制することが可能となる。従って、プラズマC
VD工程により不良となるデバイスが減少するため、歩
留りを向上させることができる。
【0046】また、本発明は、プラズマCVD装置のR
F電源の制御方法を変更するのみで容易に実現すること
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1のTFTの作製工程断面図である。
【図2】 酸化シリコン膜の成膜時のRF電極の電圧波
形図である。
【図3】 O2 プラズマ発生時のRF電極の電圧波形図
である。
【図4】 実施例2のO2 プラズマ発生時のRF電極の
電圧波形図である。
【図5】 従来例のシリコン酸化膜の成膜時のRF電極
間の電圧波形図である。
【図6】 O2 プラズマ発生過程でのRF電極間の電圧
波形図である。
【符号の説明】
101・・・ガラス基板 102・・・下地絶縁膜(酸化シリコン) 103・・・活性層 105・・・ゲイト電極 108・・・ポーラス型陽極酸化物 109・・・バリア型陽極酸化物 110・・・ゲイト絶縁膜 116・・・酸化シリコン膜(層間絶縁物)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 RF電源の出力を成膜時の値まで段階的
    又は連続的に上昇させることを特徴とするプラズマCV
    D法。
  2. 【請求項2】 原料ガス以外の気体をプラズマ化する工
    程と、前記原料ガスを供給して、成膜する工程とを連続
    的に実施するプラズマCVD法において、 前記プラズマ発生工程において、RF電源の出力を前記
    成膜工程の値まで段階的に又は連続的に上昇させること
    を特徴とするプラズマCVD法。
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