JP2007287890A - Insulating film forming method, semiconductor device manufacturing method, plasma CVD apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】 プラズマＣＶＤ法により、原料となるガスとして有機材料ガスを用いて絶縁膜を形成する際、温度の上昇を抑制しつつ、有機材料ガスの乖離を十分に行い、絶縁膜を良好なものとする。
【解決手段】 基板にプラズマＣＶＤ法を用いて絶縁膜を成膜する方法であって、前記プラズマＣＶＤ法において、絶縁膜の原料となるガスとして有機材料ガスを用い、且つプラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴とする絶縁膜の成膜方法である。
【選択図】 図４PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently separate an organic material gas while suppressing an increase in temperature when an insulating film is formed by plasma CVD using an organic material gas as a raw material gas, and the insulating film is excellent And
A method of forming an insulating film on a substrate by using a plasma CVD method, in which an organic material gas is used as a source gas of the insulating film and plasma is generated in the plasma CVD method. A method for forming an insulating film, wherein high-frequency power to be applied is applied at a constant time interval.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は絶縁膜の成膜方法、半導体装置の製法、プラズマＣＶＤ装置に係り、より詳しくは、良好な絶縁膜を得るための絶縁膜の成膜方法、半導体装置の製法、プラズマＣＶＤ装置に関する。 The present invention relates to a method for forming an insulating film, a method for manufacturing a semiconductor device, and a plasma CVD apparatus. More specifically, the present invention relates to a method for forming an insulating film for obtaining a good insulating film, a method for manufacturing a semiconductor device, and a plasma CVD apparatus.
絶縁膜は様々な分野で利用されており、例えば半導体装置においても多く用いられている。具体的には、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜、フィールド酸化膜などの素子分離、メモリセルのキャパシタ絶縁膜、多層配線の層間を分離するための層間絶縁膜等が挙げられる。 Insulating films are used in various fields, for example, in semiconductor devices. Specific examples include element isolation such as a gate insulating film of a thin film transistor, a gate oxide film and a field oxide film of a MOS transistor, a capacitor insulating film of a memory cell, and an interlayer insulating film for separating layers of multilayer wiring.
また、絶縁膜の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）法が挙げられる（例えば、下記特許文献１参照）。プラズマＣＶＤ法とは減圧下に保持された薄膜の原料からなるガスに高電界を印加することにより発生したプラズマを利用して、気相中から化学反応によって薄膜を成膜する方法である。また、高電界をつくるため基板を接地電位からなる基板ステージ上に設置し、基板に対向する面に高周波電力を印加する。
As a method for forming the insulating film, a plasma CVD (plasma chemical vapor deposition) method can be given (for example, see
プラズマＣＶＤ法において、例えばシリコン系絶縁膜の代表である酸化シリコンの形成に一般的に用いられるシリコン材料の原料ガスとしてはシラン等が挙げられる。シランで高品質な酸化シリコン絶縁膜を得ようとした場合、基板温度を２５０℃以上、好ましくは３００℃以上にする必要があるが、半導体装置等において、より低温で行うことが要求されることが往々にしてある。
例えば、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層を有した薄膜トランジスタ（酸化亜鉛TFT）を形成する場合等が挙げられる。
酸化亜鉛TFTの場合、酸化亜鉛の耐熱性が弱いため、酸化物半導体薄膜層上の絶縁膜は低温（２００℃程度）で成膜されることが好ましい。仮に酸化物半導体薄膜層が高温になると、酸化亜鉛の成分である酸素や亜鉛が脱離し欠陥を形成する。該欠陥は、電気的には浅い不純物順位を形成し、酸化物半導体薄膜層の低抵抗化を引き起こす。そのため、ゲート電圧を印加しなくてもドレイン電流が流れるノーマリーオン型すなわちデプレッション型の動作となり、欠陥順位の増大とともに、しきい電圧が小さくなり、リーク電流が増大する。
また、欠陥は活性層となる酸化亜鉛中のキャリアのトラップとなり、薄膜トランジスタの電子移動度の低下を引き起こす。
さらに、プラスチック基板上に前記絶縁膜を成膜した場合、基板の熱収縮や歪みが生じる。
In the plasma CVD method, for example, silane or the like is used as a raw material gas for a silicon material generally used for forming silicon oxide, which is a typical silicon-based insulating film. When trying to obtain a high-quality silicon oxide insulating film with silane, the substrate temperature must be 250 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher. Often there is.
For example, a thin film transistor (zinc oxide TFT) having an oxide semiconductor thin film layer containing zinc oxide as a main component is formed.
In the case of a zinc oxide TFT, since the heat resistance of zinc oxide is weak, the insulating film on the oxide semiconductor thin film layer is preferably formed at a low temperature (about 200 ° C.). If the oxide semiconductor thin film layer reaches a high temperature, oxygen and zinc, which are components of zinc oxide, are desorbed to form defects. The defect forms an electrically shallow impurity order and causes a reduction in resistance of the oxide semiconductor thin film layer. Therefore, a normally-on type, that is, a depletion type operation in which the drain current flows without applying the gate voltage, the threshold voltage decreases and the leakage current increases as the defect rank increases.
Further, the defect becomes a trap of carriers in zinc oxide serving as an active layer, and causes a decrease in electron mobility of the thin film transistor.
Further, when the insulating film is formed on a plastic substrate, the substrate is thermally contracted or distorted.
そこで、２００℃程度の低温で高品質のシリコン系絶縁膜を得ることができるガスとして有機シリコン系ガスが挙げられる。しかしながら、低温でプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する場合、ガスが十分に乖離されず、絶縁膜中に炭素等の不純物を含むという問題が生じる。そのために、絶縁膜の膜質が悪化し、電気特性が悪くなる。 Therefore, an organic silicon-based gas is an example of a gas capable of obtaining a high-quality silicon-based insulating film at a low temperature of about 200 ° C. However, when a film is formed using a plasma CVD method at a low temperature, there is a problem that the gas is not sufficiently separated and an impurity such as carbon is included in the insulating film. Therefore, the film quality of the insulating film is deteriorated and the electric characteristics are deteriorated.
この問題を解決する方法としては、プラズマＣＶＤ法において基板と対向する面に印加する高周波電力を強め、ガスに印加される電界を高くする、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大するといった方法がある。それにより、ガスを十分に乖離でき、不純物の少ない絶縁膜を得ることができる。しかし、これらの方法では、プラズマの輻射熱が増大し、基板の温度が上昇するので、結局、酸化物半導体薄膜層の温度が上がるといった問題が生じる。 As a method for solving this problem, the high frequency power applied to the surface facing the substrate in the plasma CVD method is strengthened, the electric field applied to the gas is increased, the plasma is densified, and the applied high frequency power is increased. There is a method. Thereby, gas can be sufficiently separated and an insulating film with few impurities can be obtained. However, in these methods, the radiant heat of plasma increases and the temperature of the substrate rises, so that there arises a problem that the temperature of the oxide semiconductor thin film layer eventually rises.
上記ではシリコン系絶縁膜を有する酸化亜鉛TFTを例示して説明したが、他の多くの半導体装置等でも酸化亜鉛TFTと同様に、低温処理が求められ、また、シリコン系絶縁膜以外の絶縁膜でも良好な膜質を得ることが求められる場合が多々ある。 In the above description, the zinc oxide TFT having a silicon-based insulating film has been described as an example. However, in many other semiconductor devices and the like, as with the zinc oxide TFT, low-temperature processing is required, and an insulating film other than the silicon-based insulating film is used. However, it is often required to obtain a good film quality.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、プラズマＣＶＤ法により、原料となるガスとして有機材料ガスを用いて絶縁膜を形成する際、温度の上昇を抑制しつつ、有機材料ガスの乖離を十分に行い、絶縁膜を良好なものとすることを解決課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when forming an insulating film using an organic material gas as a raw material gas by a plasma CVD method, the increase in temperature is suppressed, and the divergence of the organic material gas is achieved. The problem to be solved is to sufficiently perform the above process and to improve the quality of the insulating film.
請求項１に係る発明は、基板にプラズマＣＶＤ法を用いて絶縁膜を成膜する方法であって、前記プラズマＣＶＤ法において、絶縁膜の原料となるガスとして有機材料ガスを用い、且つプラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴とする絶縁膜の成膜方法に関する。
The invention according to
請求項２に係る発明は、前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
The invention according to
請求項３に係る発明は、前記プラズマＣＶＤ法において、前記有機材料ガスとともに亜酸化窒素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
The invention according to
請求項４に係る発明は、前記絶縁膜を成膜する工程において、前記基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
The invention according to
請求項５に係る発明によれば、前記有機材料ガスとともに、酸素を構成元素に含むガスを用い、該酸素を構成元素に含むガスを供給しながら、前記材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給し、少なくとも該高周波電力の印加と該有機材料ガスの供給が両方行われる時間と、該高周波電力の印加を行いながら該有機材料ガスの供給を行わない時間を有するよう行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
According to the invention of
請求項６に係る発明は、前記基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の絶縁膜の成膜方法に関する。
The invention according to
請求項７に係る発明は、絶縁膜を有する半導体装置の製法であって、請求項１乃至６いずれか記載の方法を用いて絶縁膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製法に関する。
The invention according to claim 7 relates to a method of manufacturing a semiconductor device having an insulating film, wherein the insulating film is formed using the method according to any one of
請求項８に係る発明は、前記絶縁膜を酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層上に形成することを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製法に関する。
The invention according to
請求項９に係る発明は、半導体装置が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項７又は８記載の半導体装置の製法に関する。
The invention according to claim 9 relates to a method of manufacturing a semiconductor device according to
請求項１０に係る発明は、処理室内に絶縁膜を成膜のための原料ガスとなる有機材料ガスを導入するガス導入部と、プラズマを生成するために該有機材料ガスに高周波電力を印加する第一電源とを有し、支持体に支持された被成膜物に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置に関する。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a gas introduction part for introducing an organic material gas which is a raw material gas for forming an insulating film in a processing chamber, and high-frequency power is applied to the organic material gas to generate plasma. A plasma CVD apparatus having a first power supply and forming a thin film on a film-supported object supported by a support, and having a changeover switch for connecting or disconnecting application of power to the first power supply apparatus The present invention relates to a plasma CVD apparatus.
請求項１１に係る発明は、前記有機材料ガスが有機シリコン系ガス或いは有機アルミニウム系ガスであることを特徴とする請求項１０記載のプラズマＣＶＤ装置に関する。
The invention according to claim 11 relates to the plasma CVD apparatus according to
請求項１２に係る発明は、前記有機材料ガスとともに酸素を構成元素に含むガスを用い、前記ガス導入部に、該酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、該有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することを特徴とする請求項１０又は１１記載のプラズマＣＶＤ装置に関する。
The invention according to
請求項１３に係る発明は、前記支持体に直流或いは交流のバイアス電力を印加するための第二電源を有することを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか記載のプラズマＣＶＤ装置に関する。 A thirteenth aspect of the present invention relates to the plasma CVD apparatus according to any one of the tenth to twelfth aspects, further comprising a second power source for applying a DC or AC bias power to the support.
請求項１に係る発明によれば、有機材料ガスを用いることにより、２００℃以下の低温で高品質の絶縁膜を得ることができる。
また、プラズマＣＶＤ法において、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高め、高密度のプラズマが得ることができる。そのため、絶縁膜の原料となるガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。
さらに、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマが得られることで、成膜速度が向上する。そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。
加えて、一定間隔を設けて高周波電力を印加するので、プラズマの発生時の輻射熱に基板が連続的に曝されることがなく、基板の温度を低温に保つことができる。
According to the invention which concerns on
Further, in the plasma CVD method, the high frequency power applied to generate plasma is applied with a fixed time interval, so that the peak power is increased and the high density power is maintained while maintaining the same average input power. Plasma can be obtained. Therefore, the gas used as the raw material for the insulating film can be sufficiently separated, and an insulating film with low impurity content and high electrical characteristics such as insulation resistance can be formed.
Furthermore, the peak power is increased, and high-density plasma is obtained, so that the film formation rate is improved. Therefore, it is possible to suppress a decrease in film formation rate due to providing a certain time interval when applying high-frequency power.
In addition, since the high frequency power is applied at a constant interval, the substrate is not continuously exposed to the radiant heat when plasma is generated, and the temperature of the substrate can be kept low.
請求項２に係る発明は、有機材料ガスが有機シリコン系ガスであることにより、２００℃以下の低温で良好なシリコン系絶縁膜を得ることができる。また、有機材料ガスが有機アルミニウム系ガスであることにより、２００℃以下の低温で良好なアルミニウム系絶縁膜を得ることができる。加えて、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。
In the invention according to
請求項３に係る発明によれば、プラズマＣＶＤ法において、有機材料ガスと亜酸化窒素を用いることにより、亜酸化窒素が有機材料ガスを効果的に酸化させるので、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
According to the invention of
請求項４に係る発明によれば、基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することで、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることができ、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができる。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
According to the invention of
請求項５に係る発明によれば、酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することにより、酸素を構成元素に含むガスのみが供給される時間を設けることができる。該時間は、プラズマＣＶＤ法において発生するプラズマが、酸素を構成元素とするプラズマ（酸化性プラズマ）となり、当該酸化性プラズマに曝された絶縁膜が酸化される。当該酸化により、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
また、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。
また、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, only the gas containing oxygen as the constituent element is supplied by supplying the organic material gas at a constant time interval while supplying the gas containing oxygen as the constituent element. Time can be provided. During this time, the plasma generated in the plasma CVD method becomes a plasma having oxygen as a constituent element (oxidizing plasma), and the insulating film exposed to the oxidizing plasma is oxidized. By the oxidation, carbon mixed in the insulating film is bonded to oxygen and can be desorbed from the insulating film.
Further, since the insulating film is oxidized, defects in the insulating film are compensated for by oxygen, and the film quality can be further improved.
Further, by intermittently supplying the organic material gas, film formation and oxidation treatment are alternately performed, so that the entire insulating film can be easily formed into a good thin film.
請求項６に係る発明によれば、プラスチック基板を用いることにより、軽量、薄型化が可能、大面積化が容易、変形に強い、加工性に優れているといったプラスッチク基板の特性を活かすことができる。
また、プラスチック基板は耐熱性が弱いが、本発明に係る成膜方法を用いることで、低温処理を行えるためプラスチック基板への熱による影響を抑えることができる。
According to the invention of
In addition, although the plastic substrate has low heat resistance, by using the film forming method according to the present invention, low temperature treatment can be performed, so that the influence of heat on the plastic substrate can be suppressed.
請求項７に係る発明によれば、請求項１乃至６いずれか記載の方法で絶縁膜を成膜することで、良好な膜質の絶縁膜を有する半導体装置となる。
According to the invention of claim 7, by forming the insulating film by the method of any one of
請求項８に係る発明によれば、絶縁膜を酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜層上に形成する場合、酸化物半導体薄膜層の温度の上昇を抑制することができので、酸化物半導体薄膜層中に欠陥が生じず、良好な絶縁膜を得ることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, when the insulating film is formed on the oxide semiconductor thin film layer containing zinc oxide as a main component, an increase in temperature of the oxide semiconductor thin film layer can be suppressed. Defects do not occur in the semiconductor thin film layer, and a good insulating film can be obtained.
請求項９に係る発明によれば、半導体装置が薄膜トランジスタの場合、絶縁膜の直下に位置する半導体薄膜層の温度が上昇することを抑制することができる。そのため、半導体薄膜層に欠陥が生じず、半導体薄膜層の低抵抗化が防止される。それにより、リーク電流の増大、電子移動度の低下を防ぐことができる。
また、良好な膜質の絶縁膜が得られ、半導体薄膜層との界面特性が良好なものとなるので、さらにリーク電流を抑制された信頼性に優れた薄膜トランジスタが得られる。
According to the ninth aspect of the present invention, when the semiconductor device is a thin film transistor, it is possible to suppress an increase in the temperature of the semiconductor thin film layer located immediately below the insulating film. Therefore, no defect occurs in the semiconductor thin film layer, and the resistance of the semiconductor thin film layer is prevented from being lowered. Thereby, an increase in leakage current and a decrease in electron mobility can be prevented.
In addition, since an insulating film having a good film quality is obtained and the interface characteristics with the semiconductor thin film layer are good, a thin film transistor having excellent reliability with reduced leakage current can be obtained.
請求項１０に係る発明によれば、第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することにより、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することができ、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高め、高密度のプラズマが得ることができる。そのため、絶縁膜の原料となるガスを十分に乖離させることができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。
According to the invention which concerns on
請求項１１に係る発明によれば、有機材料ガスが有機シリコン系ガスであることにより、２００℃以下の低温で良好なシリコン系絶縁膜を得ることができる。また、有機材料ガスが有機アルミニウム系ガスであることにより、２００℃以下の低温で良好なアルミニウム系絶縁膜を得ることができる。
加えて、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することにより、前記原料ガスを十分に乖離することができ、不純物の含有量が少ない、耐絶縁性等の電気特性が高い絶縁膜を形成することができる。
According to the eleventh aspect of the invention, since the organic material gas is an organic silicon-based gas, a good silicon-based insulating film can be obtained at a low temperature of 200 ° C. or lower. Moreover, when the organic material gas is an organoaluminum-based gas, a favorable aluminum-based insulating film can be obtained at a low temperature of 200 ° C. or lower.
In addition, the source gas can be sufficiently separated by applying a high-frequency power applied to generate plasma at a constant time interval, the content of impurities is small, insulation resistance, etc. An insulating film having high electrical characteristics can be formed.
請求項１２に係る発明によれば、ガス導入部に、酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することにより、酸素を構成元素に含むガスのみが供給される時間を設けることができる。該時間は発生するプラズマが、酸素を構成元素とするプラズマ（酸化性プラズマ）となり、当該酸化性プラズマに曝された絶縁膜が酸化される。当該酸化により、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
また、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, oxygen is supplied to the gas introduction part by having the control valve for intermittently supplying the organic material gas while supplying the gas containing oxygen as the constituent element. It is possible to provide a time for supplying only the gas contained in. During this time, the generated plasma becomes plasma having oxygen as a constituent element (oxidizing plasma), and the insulating film exposed to the oxidizing plasma is oxidized. By the oxidation, carbon mixed in the insulating film is bonded to oxygen and can be desorbed from the insulating film.
Further, since the insulating film is oxidized, defects in the insulating film are compensated for by oxygen, and the film quality can be further improved.
請求項１３に係る発明は、支持体に直流或いは交流のバイアス電力を印加する第二電源を有することにより、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることで有機材料ガスの乖離を促進させることができる。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
The invention according to
本発明に係る絶縁膜の成膜方法について以下説明する。
本発明に係る絶縁膜は、プラズマＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）法により、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガス等の有機材料ガスを用いて基板上に成膜される絶縁膜である。本発明の絶縁膜の成膜時には、例えば高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加する。つまり、変調高周波電力を印加することとなる。
A method for forming an insulating film according to the present invention will be described below.
The insulating film according to the present invention is an insulating film formed on a substrate by an organic material gas such as an organic silicon-based gas or an organic aluminum-based gas by a plasma CVD (plasma chemical vapor deposition) method. When the insulating film of the present invention is formed, for example, high frequency power is applied at a constant time interval. That is, modulated high frequency power is applied.
従来のプラズマＣＶＤ法では、ゲート絶縁膜の原料として、例えば有機シリコン系ガスを使用して、２００℃以下の低温で成膜した場合、当該ガスが十分に乖離されず、ゲート絶縁膜中に炭素原子等の不純物を含み、ゲート絶縁膜の電気特性が悪化するという問題を有していた。そこで、印加する高周波電力を強める、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大する等の措置をとることで、有機シリコン系ガスを乖離させるといった方法がとられた。しかし、これらの方法では、プラズマの輻射熱が上昇し、基板の温度が上がるといった問題が生じる。絶縁膜を有する半導体装置等では低温処理が望まれることが往々にしてあるが、従来の成膜方法では低温で、良好な絶縁膜を得ることが困難であった。 In the conventional plasma CVD method, for example, when an organic silicon-based gas is used as a material for a gate insulating film, and the film is formed at a low temperature of 200 ° C. or less, the gas is not sufficiently separated, and carbon is contained in the gate insulating film. There has been a problem that the electrical characteristics of the gate insulating film deteriorate due to impurities such as atoms. Therefore, a method has been adopted in which the organosilicon gas is separated by taking measures such as increasing the applied high frequency power, increasing the density of the plasma, and increasing the applied high frequency power. However, in these methods, there is a problem that the radiant heat of plasma rises and the temperature of the substrate rises. Low temperature treatment is often desired for semiconductor devices and the like having an insulating film, but it has been difficult to obtain a good insulating film at a low temperature by conventional film forming methods.
本発明では、プラズマＣＶＤ法において、プラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴としている。そのため、平均投入電力を同一の保った状態でピーク電力を高く設定することができ、高密度のプラズマが得られる。当該事実を、図１を用いて以下説明する。
図１は、プラズマを発生するために印加する高周波電力の電力量を示した図である。電力量３１は高周波電力を連続的に印加したときの電力量の推移を、電力量３２は高周波電力をデューティ比５０％で一定の時間間隔を設けて印加したときの電力量の推移を示している。
図１に示すように、高周波電力を連続的に印加したときの電力量の推移を示す電力量３１は一定である。一方、高周波電力をデューティ比５０％で印加したときの電力量の推移を示す電力量３２は、ピーク電力が電力量３１の略２倍となる。つまり、ピーク電力においては、電力量３２が電力量３１の２倍となるにもかかわらず、平均投入電力は同一であることが分かる。換言すれば、一定の時間間隔を設けて高周波電力を印加することで、平均投入電力を同一に保った状態で、ピーク電力を高めることができ、高密度のプラズマを得ることができる。プラズマが高密度のため絶縁膜の材料となる有機材料ガスを十分に乖離させることができる。それにより、電気特性の優れた絶縁膜を成膜することができる。
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。
The present invention is characterized in that, in the plasma CVD method, high-frequency power applied to generate plasma is applied at regular time intervals. Therefore, the peak power can be set high with the average input power kept the same, and a high-density plasma can be obtained. This fact will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram showing the amount of high-frequency power applied to generate plasma. The amount of
As shown in FIG. 1, the amount of
In addition, the peak power is increased, resulting in a high-density plasma, thereby improving the deposition rate. Therefore, it is possible to suppress a decrease in film formation rate due to providing a certain time interval when applying high-frequency power.
また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、プラズマの発生も一定の時間間隔を設けることができ、プラズマの熱輻射による基板の温度の上昇を抑制することができる。 In addition, since the high frequency power is applied with a certain time interval, plasma can be generated with a certain time interval, and an increase in the temperature of the substrate due to the thermal radiation of the plasma can be suppressed.
また、絶縁膜の成膜時に基板に直流或いは交流のバイアス電力（以下、単にバイアス電力と称す）を印加することも好ましい。バイアス電力を印加することによって、試料へ照射されるイオンのエネルギーを増大させることができ、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができるからである。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。 It is also preferable to apply a DC or AC bias power (hereinafter simply referred to as bias power) to the substrate during the formation of the insulating film. This is because by applying bias power, the energy of ions irradiated to the sample can be increased, and the separation of the organic material gas on the substrate can be promoted. Thereby, a high-quality insulating film with a low carbon content can be obtained.
なお、プラズマＣＶＤ法に用いる有機材料ガスとしては、有機シリコン系ガスでは、テトラエチルシラン(TES)、テトラメチルシラン(TMS)、ジメチルジメトキシシラン(DMDMOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、オクトメチルサイクロテトラシロキサン(OMCTS)、テトラプロポキシシラン(TPOS)、テトラメチルサイクロテトラシロキサン(TMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)等が挙げられ、有機アルミニウム系ガスとしては、テトラメチルアルミニウム(TMA)、テトラエチルアルミ二ウム(TEA)等が挙げられる。但し、本発明における有機材料は、例示したガスに限られるものではなく、他の有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガスも含まれるし、有機シリコン系ガスや有機アルミニウム系ガス以外の有機材料ガスも当然含まれる。 In addition, as an organic material gas used for the plasma CVD method, in an organic silicon-based gas, tetraethylsilane (TES), tetramethylsilane (TMS), dimethyldimethoxysilane (DMDMOS), tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane ( TEOS), octmethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), tetrapropoxysilane (TPOS), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), etc. (TMA), tetraethylaluminum (TEA) and the like. However, the organic material in the present invention is not limited to the exemplified gas, and includes other organic silicon-based gas and organic aluminum-based gas, and organic material gas other than organic silicon-based gas and organic aluminum-based gas is also included. Of course included.
また、プラズマＣＶＤ法において、有機材料ガスとともに酸素やオゾンを混合させて行うことが一般的であるが、本発明では、亜酸化窒素を用いることが好ましい。亜酸化窒素は酸素やオゾンに比して酸化力が強く、有機材料ガスを効率的に酸化・乖離することができる。そのため、絶縁膜中への炭素等の不純物をより少なくすることができる。 In the plasma CVD method, oxygen and ozone are generally mixed with an organic material gas. In the present invention, nitrous oxide is preferably used. Nitrous oxide has a stronger oxidizing power than oxygen and ozone, and can efficiently oxidize and dissociate organic material gases. Therefore, impurities such as carbon in the insulating film can be reduced.
また、酸素、オゾン、亜酸化窒素といった酸素を構成元素に含むガスは連続的に供給したまま、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することも好ましい。それにより、有機材料ガスを供給していない時間が生じるが、その間も有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸素を構成元素に含むガスは供給されている。そのため、亜酸化窒素等のガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ（酸化性プラズマ）が発生する。成膜中の絶縁膜は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
加えて、絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。特に、酸素を構成元素に含むガスとして、亜酸化窒素を含むガスを用いた場合、亜酸化窒素の酸化力が強いため、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて間欠的に供給することによる酸化を促進することができる。
さらに、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。
なお、高周波電力を印加しながら有機材料ガスを供給する時間がないとゲート絶縁膜は成膜されない。また、有機材料ガスを供給せずに、高周波電力を印加する時間がないと、酸化性プラズマによる絶縁膜の酸化が行なわれない。しかしながら、本発明において、高周波電力を印加しない間隔は、有機材料ガスを供給しない間隔よりずっと短いため、必然的にそのような時間が生まれる。
In addition, it is also preferable to supply the organic material gas at a constant time interval while continuously supplying a gas containing oxygen, such as oxygen, ozone, or nitrous oxide, continuously. As a result, a time during which the organic material gas is not supplied occurs, but during that time, a gas containing oxygen as a constituent element such as nitrous oxide, oxygen, and ozone, which is used in combination with the organic material gas, is supplied. Therefore, a gas such as nitrous oxide is ionized to generate plasma containing oxygen as a constituent element (oxidative plasma). The insulating film being formed is exposed and oxidized by oxidizing plasma. Thereby, carbon mixed in the insulating film is bonded to oxygen, and carbon can be desorbed from the insulating film.
In addition, since the insulating film is oxidized, defects in the insulating film are compensated by oxygen, and the film quality can be further improved. In particular, when a gas containing nitrous oxide is used as a gas containing oxygen as a constituent element, since the oxidizing power of nitrous oxide is strong, the organic material gas is supplied intermittently with a certain time interval. It can promote oxidation.
Further, by intermittently supplying the organic material gas, film formation and oxidation treatment are alternately performed, so that the entire insulating film can be easily formed into a good thin film.
Note that the gate insulating film is not formed unless there is time to supply the organic material gas while applying high-frequency power. In addition, if the high-frequency power is not applied without supplying the organic material gas, the insulating film is not oxidized by the oxidizing plasma. However, in the present invention, the interval at which the high frequency power is not applied is much shorter than the interval at which the organic material gas is not supplied.
次に、本発明に係る成膜方法により成膜した絶縁膜を有する半導体装置の製法について、薄膜トランジスタを例として以下説明する。但し、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device having an insulating film formed by the film forming method according to the present invention will be described below using a thin film transistor as an example. However, the present invention is not limited to the following examples.
図２は本発明に係る成膜方法により成膜した絶縁膜を有する薄膜トランジスタの一実施例を示す断面図である。図２に示す薄膜トランジスタ１００は、基板１、一対のソース・ドレイン電極２、半導体薄膜層３、ゲート絶縁膜４、コンタクト部５ａ、一対のソース・ドレイン外部電極２ａ、ゲート電極７、表示電極８を有しており、図のように、これら各構成を積層して形成されている。
以下、薄膜トランジスタ１００の製造工程を図３を用いて説明する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a thin film transistor having an insulating film formed by the film forming method according to the present invention. A
Hereinafter, a manufacturing process of the
まず、図３（１）に示される如く、基板１上全面にマグネトロンスパッタリング法等により、Ti、Cr等の金属薄膜を例えば100nmの厚みで形成した後、この薄膜に、フォトリソグラフィー法を用いて一対のソース・ドレイン電極２を形成する。
この時、基板１の材料は、プラスチックであることが好ましい。プラスチックは基板として一般的に用いられているガラス基板より、軽量、薄型化が可能、大面積化が容易、変形に強い、加工性に優れているといった特性を有するからである。
また、プラスチック基板は耐熱性が弱いといった問題があるが、本発明に係る製法を用いることで、低温で薄膜トランジスタを形成できるので、プラスチック基板への熱による影響を抑えることができる。詳しくは後述する。
First, as shown in FIG. 3A, after a metal thin film such as Ti or Cr is formed with a thickness of, for example, 100 nm on the entire surface of the
At this time, the material of the
In addition, although the plastic substrate has a problem that heat resistance is weak, the thin film transistor can be formed at a low temperature by using the manufacturing method according to the present invention, so that the influence of heat on the plastic substrate can be suppressed. Details will be described later.
次いで、基板１および一対のソース・ドレイン電極２上の全面に半導体薄膜層３を50〜100nm程度の膜厚で成膜する。半導体薄膜層としては、シリコン、ゲルマニウム、酸化亜鉛等が挙げられるが、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体から形成されていることが好ましい。酸化亜鉛は優れた電子移動度を有するからである。ここで、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体とは、真性の酸化亜鉛の他、Li、Na、N、C等のp型ドーパント及びB、Al、Ga、In等のn型ドーパントがドーピングされた酸化亜鉛およびMg、Be、Sn、In等がドーピングされた酸化亜鉛を含む。
Next, the semiconductor
そして、半導体薄膜層３上にフォトレジストをコーティングし、パターニングされたフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとして、0．2％HNO3溶液にて半導体薄膜層３に対しウェットエッチングを行う。図３（２）はウェットエッチング後の断面図である。
なお、図２及び図３において、半導体薄膜層３は、各ソース・ドレイン電極２上に形成されている部分の厚さが、一対のソース・ドレイン電極２間に形成された部分よりも薄く図示されているが、これは単なる図示の都合であって、実際には、両者の厚さはほぼ同一である。
Then, a photoresist is coated on the semiconductor
2 and 3, the semiconductor
図３（３）に示される如く、基板１、ソース・ドレイン電極２、半導体薄膜層３上全面にゲート絶縁膜４を形成する。
本発明では、ゲート絶縁膜４の形成をプラズマＣＶＤ法で有機材料ガスを用いて行う。この時、例えば13.56MHzの高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加する。つまり、変調高周波電力を印加することとなる。
As shown in FIG. 3 (3), a
In the present invention, the
従来のプラズマＣＶＤ法で、有機材料のガスを原料ガスとしてゲート絶縁膜を成膜した場合、低温で炭素等の不純物の少ない絶縁膜を成膜することは困難であった。そこで、基板側に印加する高周波電力を強める、プラズマを高密度化する、印加する高周波電力を増大するといった方法がとられたが、これらの方法では、プラズマの輻射熱が上昇し、基板の温度が上がり、半導体薄膜層も高温になるといった問題が生じる。当該問題により、例えば、半導体薄膜層に酸化亜鉛を用いた場合、酸化亜鉛は耐熱性が弱いため、半導体薄膜層が高温になることで、酸化亜鉛の成分である酸素や亜鉛が脱離し、欠陥を形成する。そのため、半導体薄膜層が低抵抗化してしまい、リーク電流が増大する。加えて、欠陥が活性層となる酸化亜鉛中のキャリアの誘起を妨げ、薄膜トランジスタの電子移動度を低下させる。
また、耐熱性に弱いプラスチック基板を使うことも困難であった。
When a gate insulating film is formed using an organic material gas as a raw material gas by a conventional plasma CVD method, it is difficult to form an insulating film with few impurities such as carbon at a low temperature. Therefore, methods such as increasing the high-frequency power applied to the substrate side, increasing the density of the plasma, and increasing the applied high-frequency power have been adopted, but in these methods, the radiant heat of the plasma is increased and the temperature of the substrate is increased. As a result, the semiconductor thin film layer also becomes hot. Due to this problem, for example, when zinc oxide is used for the semiconductor thin film layer, the heat resistance of zinc oxide is weak. Form. For this reason, the resistance of the semiconductor thin film layer is reduced, and the leakage current increases. In addition, the defects prevent the induction of carriers in zinc oxide, which becomes the active layer, and reduce the electron mobility of the thin film transistor.
It was also difficult to use a plastic substrate that is weak in heat resistance.
本発明では、プラズマＣＶＤ法において、基板側に印加する高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加するので、平均投入電力を同一に保った状態でピーク電力が高く設定することができ、高密度のプラズマが得られる（図１参照）。そのため、有機材料ガスを十分に乖離することができ、炭素等の不純物の少ない良好な絶縁膜を得ることができる。
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。
In the present invention, in the plasma CVD method, since the high frequency power applied to the substrate side is applied with a certain time interval, the peak power can be set high with the average input power kept the same, and high density Is obtained (see FIG. 1). Therefore, the organic material gas can be sufficiently separated, and a good insulating film with few impurities such as carbon can be obtained.
In addition, the peak power is increased, resulting in a high-density plasma, thereby improving the deposition rate. Therefore, it is possible to suppress a decrease in film formation rate due to providing a certain time interval when applying high-frequency power.
また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、基板が連続的にプラズマ発生時の輻射熱に曝されることがなく、温度の上昇を抑制することができる。従って、半導体薄膜層が高温になることがなく、酸化亜鉛等の耐熱性の弱い物質を使用したとしても、欠陥の発生を抑制でき、低抵抗化によるリーク電流の増大、導電率の低下、電子移動度の減少を抑えることができる。
また、耐熱性の弱いプラスチック基板でも使用可能である。
In addition, since the high frequency power is applied with a certain time interval, the substrate is not continuously exposed to the radiant heat when plasma is generated, and the temperature rise can be suppressed. Therefore, even if a semiconductor thin film layer does not reach a high temperature and a low heat resistance material such as zinc oxide is used, generation of defects can be suppressed, leakage current is increased due to low resistance, conductivity is reduced, electrons The decrease in mobility can be suppressed.
It is also possible to use a plastic substrate with low heat resistance.
また、ゲート絶縁膜４の成膜時に基板にバイアス電力を印加することも好ましい。バイアス電力を印加することによって、基板上での有機材料ガスの乖離を促進させることができるからである。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
It is also preferable to apply a bias power to the substrate when forming the
また、ゲート絶縁膜４の成膜において、有機材料ガスとともに酸素やオゾンを混合させて行うことが一般的であるが、本発明では、亜酸化窒素を用いることが好ましい。亜酸化窒素は酸素やオゾンに比して酸化力が強く、有機材料ガスを効率的に酸化・乖離することができる。そのため、絶縁膜中への炭素等の不純物をより少なくすることができる。
具体的には、TMSと亜酸化窒素(N2O)の混合ガスをN2OがTMSの２０倍の流量となるように調整して、基板温度１００℃で行う条件が例示できる。
The
Specifically, a condition of performing a substrate gas at 100 ° C. by adjusting a mixed gas of TMS and nitrous oxide (N 2 O) so that N 2 O has a
また、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することも好ましい。有機材料ガスを供給していない時間も有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸素を構成元素に含むガス（酸化性ガス）は供給されているので、それらのガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ（酸化性プラズマ）が発生する。ゲート絶縁膜４は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
加えて、ゲート絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。
また、有機材料ガスの供給を複数回中断する、すなわち間欠的に行うことで、成膜と酸化処理が交互に行われるので、絶縁膜全体を容易に良好な薄膜とすることができる。
さらに、ゲート絶縁膜の成膜初期の段階では、まだ膜厚が薄いため、ゲート絶縁膜直下の半導体薄膜層も酸化することができる。そのため、半導体薄膜層中に生じた欠陥も酸素により補償され、半導体薄膜層３の膜質も向上させることができる。ゲート絶縁膜の成膜に際して、初期に有機材料ガスを供給せずに、酸化性ガスのみを供給した状態で、酸化性プラズマによる半導体薄膜３の酸化工程を設けることで、本発明の効果をより大きくすることができる。これは、ゲート絶縁膜の形成前に、半導体薄膜３の欠陥補償がより進行するためである。
上記したように、ゲート絶縁膜４及び半導体薄膜層３の膜質が向上するため、さらにリーク電流の抑制された信頼性の高い薄膜トランジスタとなる。
また、半導体薄膜層上部には、チャネルが形成されるが、半導体薄膜層上部の欠陥が減少するため、チャネルの特性もよくなり、電子移動度も向上する。
加えて、有機材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給することにより起こる酸化は、酸素を構成元素に含むガスとして、亜酸化窒素を含むガスを用いることで促進される。亜酸化窒素自体が強い酸化力を有するからである。
It is also preferable to supply the organic material gas at regular intervals. Even when the organic material gas is not supplied, oxygen-containing gases (oxidizing gases) such as nitrous oxide, oxygen, and ozone that are used in combination with the organic material gas are supplied, so these gases are ionized. Then, plasma containing oxygen as a constituent element (oxidizing plasma) is generated. The
In addition, since the gate insulating film is oxidized, defects in the insulating film are compensated for by oxygen, and the film quality can be further improved.
Further, by interrupting the supply of the organic material gas a plurality of times, that is, intermittently, the film formation and the oxidation treatment are performed alternately, so that the entire insulating film can be easily made a good thin film.
Furthermore, since the film thickness is still thin at the initial stage of the gate insulating film formation, the semiconductor thin film layer directly under the gate insulating film can be oxidized. Therefore, defects generated in the semiconductor thin film layer are also compensated by oxygen, and the film quality of the semiconductor
As described above, since the film quality of the
In addition, although a channel is formed on the upper part of the semiconductor thin film layer, since defects on the upper part of the semiconductor thin film layer are reduced, channel characteristics are improved and electron mobility is improved.
In addition, the oxidation that occurs when the organic material gas is supplied at a predetermined time interval is promoted by using a gas containing nitrous oxide as a gas containing oxygen as a constituent element. This is because nitrous oxide itself has a strong oxidizing power.
有機材料ガスを用いて成膜されるゲート絶縁膜４としては、酸化シリコン（SiOx）膜、酸窒化シリコン（SiON）膜、窒化シリコン（SiNx）膜であることが好ましい。これらは耐絶縁性等の電気特性の優れた膜であり、リーク電流を抑制することができるからである。
The
上記説明した如くゲート絶縁膜４を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いて一対のソース・ドレイン電極２上にコンタクトホール５を開口する。そして、ゲート絶縁膜４上にCr、Tiといった金属膜からなるゲート電極７を形成し、ゲート電極７と同一材料にて一対のソース・ドレイン外部電極２ａをコンタクト部５aを介してそれぞれに対応したソース・ドレイン電極２と接続するよう形成する。最後に、インジウムスズ酸化物(ITO)等からなる表示電極８を形成することで図３（４）に示される如くTFTアレイが完成する。なお、図２及び図３（４）では省略されているが、表示電極８はゲート絶縁膜４上をゲート電極７と逆方向に延出されている。
After the
次いで、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置について、図４を用いて以下説明する。
図４は本発明のプラズマＣＶＤ装置の一例を示した図である。
プラズマＣＶＤ装置２００は、真空処理室１１、シャワープレート１２、支持体１３、第一電源１４、切替スイッチ１５、マッチングボックス１６、第二電源１７、有機材料ガス導入部１８、有機材料ガス制御バルブ１９、酸化性ガス導入部２０、酸化性ガス制御バルブ２１を少なくとも備えている。
Next, a plasma CVD apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 4 is a view showing an example of the plasma CVD apparatus of the present invention.
The
真空処理室１は、図示していないが圧力調整バルブを有し、該バルブを介して高真空排気ポンプに接続されており、高真空状態が実現される。高真空排気ポンプは、例えばターボ分子ポンプを例示することができる。真空処理室１は、原料ガスを真空処理室１の内部に導入する前に内部を排気して高真空状態にする。この場合、当該真空度、すなわち背景真空度を、例えば１０-６Ｔｏｒｒ以下にすることが好ましい。そして、真空処理室１を高真空に排気した後、有機材料ガス導入部１８から絶縁膜の原料となる原料ガスとして有機材料ガスが導入され、酸化性ガス導入部２０から酸素を構成元素に含むガス（酸化性ガス）が導入さる。そして、圧力調整バルブにより処理室１を所定の圧力に維持する。
Although not shown, the
また、真空処理室１１内にはシャワープレート１２及び被成膜物１０を支持する支持体１３が備えられている。
真空処理室１１内のシャワープレート１２に、第一電源１４よりマッチングボックス（高周波整合器）１５を介して高周波電力が印加される。真空処理室１１には原料ガスが導入されているので、真空処理室１１中にプラズマが発生する。
プラズマが発生することにより、気相中から化学反応によって真空処理室１１内の支持体１３上に支持された被成膜物１０上に薄膜を成膜する。
The vacuum processing chamber 11 is provided with a
High frequency power is applied to the
When the plasma is generated, a thin film is formed on the
また、プラズマＣＶＤ装置２００は、第一電源１４とマッチングボックス１６の間に切替スイッチ１５を設けている。切替スイッチ１５は、第一電源１４とマッチングボックス１６との間を接続或いは切断するための切替スイッチである。
切替スイッチ１５を有することにより、高周波電力が一定の時間間隔を設けて印加され、第一電源１４の平均投入電力を同一に保ったままピーク電力が高くすることができ、高密度のプラズマが得られる。プラズマが高密度のため、原料ガスである有機材料ガスを十分に乖離させることができる。それにより、電気特性の優れた絶縁膜を成膜することができる。
加えて、ピーク電力が高まり、高密度のプラズマとなることで、成膜速度が向上する。そのため、高周波電力の印加の際に、一定の時間間隔を設けることによる成膜速度の低下を抑制することができる。
In addition, the
By having the
In addition, the peak power is increased, resulting in a high-density plasma, thereby improving the deposition rate. Therefore, it is possible to suppress a decrease in film formation rate due to providing a certain time interval when applying high-frequency power.
また、一定時間間隔を設けて高周波電力を印加するので、被成膜物に連続的に高周波電力が印加されず、温度の上昇を抑制することができ、低温処理を実現できる。
なお、図４では第一電源１４と第一切替スイッチ１５が別々に示されているが、第一電源１４中に第一切替スイッチ１５を内蔵しているものも当然含まれる。
In addition, since the high frequency power is applied with a certain time interval, the high frequency power is not continuously applied to the deposition target, the temperature rise can be suppressed, and the low temperature treatment can be realized.
In FIG. 4, the first power supply 14 and the
また、有機材料ガス導入部１８は、有機材料ガス制御バルブ１９を有しており、酸化性ガス導入部２０は、酸化性ガス制御バルブ２１を有している。そして、有機材料ガス制御バルブ１９により、有機材料ガスの供給が間欠的に制御される。
有機材料ガス制御バルブ１９を有することにより、有機材料ガスを供給していない時間が生じるが、その間も酸化性ガス制御バルブ２１は開いているので、有機材料ガスと併用されている亜酸化窒素、酸素、オゾンといった酸化性ガスは供給されている。そのため、それらのガスがイオン化し、酸素を構成元素に含むプラズマ（酸化性プラズマ）が発生する。そして、成膜中の絶縁膜は、酸化性プラズマによって曝され、酸化される。それにより、絶縁膜中に混入していた炭素が酸素と結合し、絶縁膜中から炭素を脱離させることができる。
加えて、ゲート絶縁膜が酸化されることで、酸素により絶縁膜中の欠陥が補償され、膜質をより向上させることができる。
なお、図４では有機材料ガス導入部１８、有機材料ガス制御バルブ１９、酸化性ガス導入部２０、酸化性ガス制御バルブ２１が別々に示されているが、このような構成に限定されるものではない。つまり、酸化性ガスの供給を連続的に行いつつ、有機材料ガスの供給を間欠的に行うことができればよく、例えば、有機材料ガス制御バルブと酸化性ガス制御バルブが一つの装置であってもよい。
The organic material gas introduction unit 18 has an organic material
By having the organic material
In addition, since the gate insulating film is oxidized, defects in the insulating film are compensated for by oxygen, and the film quality can be further improved.
In FIG. 4, the organic material gas introduction unit 18, the organic material
また、支持体１３は、第二電源１７と接続されている。第二電源１７は、支持体１３にバイアス電力を印加するためのものである。第二電源１７によって、バイアス電力を印加することによって、基板に照射されるイオンエネルギーを増大させ、有機材料ガスの乖離を促進させることができる。それにより、炭素の含有量の少ない高品質の絶縁膜を得ることができる。
The
なお、上記プラズマＣＶＤ装置２００は、本発明の一例であり、本発明を何ら限定するものではない。例えば、プラズマＣＶＤ装置２００は、平行平板方式の装置であるが、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置には、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光）方式の装置も含まれるし、他の方式の装置も含まれる。また、ＩＣＰ方式の場合、平行平板方式に比して高密度なプラズマを発生させることができる。従来の装置では、高密度プラズマを用いた場合、被成膜物の温度が上昇しやすくなるという問題を抱えるが、本発明の場合、プラズマを発生させるための高周波電力を一定の時間間隔を設けて印加するので、被成膜物に連続的に高周波電力が印加されず、温度の上昇を抑制することができ、好適に利用可能である。
In addition, the said
本発明は優れた絶縁膜を得ることができるものであり、優れた性能を有する半導体装置等を作成でき、液晶表示装置等の駆動素子として好適に使用可能なものである。 The present invention can provide an excellent insulating film, can produce a semiconductor device having excellent performance, and can be suitably used as a driving element for a liquid crystal display device or the like.
１ 基板
３ 半導体薄膜層
４ ゲート絶縁膜
１００ 薄膜トランジスタ
１３ 支持体
１４ 第一電源
１５ 切替スイッチ
１７ 第二電源
１８ 有機材料ガス導入部
１９ 有機材料ガス制御バルブ
２０ 酸化性ガス導入部
２１ 酸化性ガス制御バルブ
２００ プラズマＣＶＤ装置
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記プラズマＣＶＤ法において、絶縁膜の原料となるガスとして有機材料ガスを用い、
且つプラズマを発生させるために印加する高周波電力を、一定の時間間隔を設けて印加することを特徴とする絶縁膜の成膜方法。 A method of forming an insulating film on a substrate using a plasma CVD method,
In the plasma CVD method, an organic material gas is used as a raw material for the insulating film,
A method for forming an insulating film, wherein high-frequency power applied to generate plasma is applied at regular time intervals.
前記有機材料ガスとともに亜酸化窒素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁膜の成膜方法。 In the plasma CVD method,
3. The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein a gas containing nitrous oxide is used together with the organic material gas.
前記基板に直流或いは交流のバイアス電力を印加することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の絶縁膜の成膜方法。 In the step of forming the insulating film,
4. The insulating film forming method according to claim 1, wherein a DC or AC bias power is applied to the substrate.
該酸素を構成元素に含むガスを供給しながら、前記材料ガスを一定の時間間隔を設けて供給し、
少なくとも該高周波電力の印加と該有機材料ガスの供給が両方行われる時間と、該高周波電力の印加を行いながら該有機材料ガスの供給を行わない時間を有するよう行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の絶縁膜の成膜方法。 A gas containing oxygen as a constituent element is used together with the organic material gas,
While supplying the gas containing oxygen as a constituent element, supplying the material gas with a certain time interval,
2. The method according to claim 1, wherein at least a time during which the application of the high-frequency power and the supply of the organic material gas are performed and a time during which the application of the high-frequency power is not performed while the organic material gas is not supplied are performed. 5. A method for forming an insulating film according to any one of 4 to 4.
請求項１乃至６いずれか記載の方法を用いて絶縁膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製法。 A method of manufacturing a semiconductor device having an insulating film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an insulating film is formed by using the method according to claim 1.
プラズマを生成するために該有機材料ガスに高周波電力を印加する第一電源とを有し、
支持体に支持された被成膜物に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、
前記第一電源の装置への電力の印加を接続或いは切断するための切替スイッチを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 A gas introduction part for introducing an organic material gas which is a source gas for forming an insulating film into the processing chamber;
A first power source for applying high-frequency power to the organic material gas to generate plasma,
In a plasma CVD apparatus for forming a thin film on an object to be deposited supported by a support,
A plasma CVD apparatus comprising a changeover switch for connecting or disconnecting application of electric power to the first power supply apparatus.
前記ガス導入部に、該酸素を構成元素に含むガスを供給しつつ、該有機材料ガスの供給を間欠的に行うための制御バルブを有することを特徴とする請求項１０又は１１記載のプラズマＣＶＤ装置。 Using a gas containing oxygen as a constituent element together with the organic material gas,
The plasma CVD according to claim 10 or 11, further comprising a control valve for intermittently supplying the organic material gas while supplying a gas containing the oxygen as a constituent element to the gas introduction unit. apparatus.
The plasma CVD apparatus according to any one of claims 10 to 12, further comprising a second power source for applying a DC or AC bias power to the support.
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