JP7130548B2

JP7130548B2 - 成膜方法及び成膜装置

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Publication number: JP7130548B2
Application number: JP2018243106A
Authority: JP
Inventors: 哲也高藤; 元毅藤永; 幸夫渡邉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2022-09-05
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP2020025065A; TWI807070B; TW202016343A

Description

本開示は、成膜方法及び成膜装置に関するものである。

近年、薄型のディスプレイを実現する技術として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）の利用が進んでいる。ＴＦＴのチャネルには、電子移動度の高さや、消費電力の低さ等の観点から、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）からなる酸化物半導体、いわゆるＩＧＺＯが用いられる。ＩＧＺＯは、アモルファス状態であっても比較的高い電子移動度を有する。そのため、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体をＴＦＴのチャネルに用いることで、高速のスイッチング動作を実現することが可能となる。

また、ＴＦＴでは、酸化物半導体を外界のイオンや水分から保護するために、保護膜により酸化物半導体が覆われることが一般的である。例えば、酸素含有ガスと弗化シリコン（ＳｉＦ４）ガスと塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）ガスとを含む処理ガスのプラズマにより、酸化物半導体上に、保護膜として酸化シリコン（ＳｉＯ）膜を成膜する技術が知られている。

特開２０１７－１１０５８号公報

本開示は、酸化物半導体の保護膜の成膜時にプラズマから酸化物半導体へ付与されるダメージを低減することができる技術を提供する。

本開示の一態様による成膜方法は、酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含み且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が第１の流量比となる混合ガスのプラズマを第１の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、酸化物半導体上に第１の酸化シリコン膜を成膜する第１の成膜工程と、酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含み且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が第２の流量比となる混合ガスのプラズマを第２の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、前記第１の酸化シリコン膜上に第２の酸化シリコン膜を成膜する第２の成膜工程と、を含み、前記第１の高周波電力は、前記第２の高周波電力よりも低く、前記第１の流量比は、前記第２の流量比よりも小さい。

本開示によれば、酸化物半導体の保護膜の成膜時にプラズマから酸化物半導体へ付与されるダメージを低減することができるという効果を奏する。

図１は、一実施形態に係る成膜装置の構成の一例を示す概略断面図である。図２は、ＴＦＴの構成の一例を示す断面図である。図３は、パッシベーション層の成膜処理の一例を示すフローチャートである。図４は、パッシベーション層の成膜処理の一例を説明するための図である。図５は、第１の成膜工程における第１の高周波電力と、ＴＦＴのＳ（サブスレッショルド・スイング）値との関係の一例を示す図である。図６は、第１の成膜工程における第１の流量比と、ＴＦＴのＳ値との関係の一例を示す図である。図７は、ＳｉＮ膜の水素補足機能を検証するための実験結果の一例を示す図である。図８は、トップゲート型のＴＦＴの構成の一例を示す断面図である。図９は、トップゲート型のＴＦＴの構成の他の一例（その１）を示す断面図である。図１０は、トップゲート型のＴＦＴの構成の他の一例（その２）を示す断面図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

また、ＴＦＴでは、酸化物半導体を外界のイオンや水分から保護するために、酸化物半導体が保護膜により覆われることが一般的である。例えば、酸素含有ガスと弗化シリコン（ＳｉＦ４）ガスと塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）ガスとを含む処理ガスのプラズマにより、酸化物半導体上に、保護膜として酸化シリコン（ＳｉＯ）膜を成膜する技術が知られている。

ところで、酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスと含む処理ガスのプラズマにより、保護膜を成膜する場合、酸化物半導体がプラズマに曝されるので、プラズマから酸化物半導体へダメージが付与される。例えば、プラズマ中のイオンやラジカルにより、酸化物半導体からの酸素（Ｏ）原子の脱離が引き起こされる。また、ＳｉＣｌ４ガスに含まれる塩素（Ｃｌ）原子が酸化物半導体中のＩｎ、Ｇａ及びＺｎと反応することにより、酸化物半導体からＩｎ、Ｇａ及びＺｎの脱離が引き起こされる。酸化物半導体からのＯ原子の脱離や、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎの脱離が引き起こされると、酸化物半導体の特性が劣化し、酸化物半導体を用いたＴＦＴの特性が劣化してしまう。このため、酸化物半導体の保護膜の成膜時に酸化物半導体へ付与されるダメージを低減することが期待されている。

［成膜装置１０の構成］
まず、一実施形態に係る成膜装置１０について説明する。図１は、一実施形態に係る成膜装置１０の構成の一例を示す概略断面図である。本実施形態における成膜装置１０は、誘導結合型のプラズマ化学気相堆積（ＩＣＰ－ＣＶＤ）装置である。成膜装置１０は、略直方体形状のチャンバ１１を有する。チャンバ１１内には、基板Ｓを上面に載置する載置台１２が配置されている。載置台１２内には、図示しない温度制御機構が設けられており、該温度制御機構により、載置台１２上に載置された基板Ｓの温度が所定の温度に制御される。

基板Ｓは、例えばＦＰＤ（Flat Panel Display）やシートディスプレイ等に用いられるガラス基板またはプラスチック基板である。チャンバ１１の上部には、チャンバ１１の天井を構成する窓部材１４が設けられており、窓部材１４の上には、チャンバ１１内部の載置台１２と対向するようにアンテナ１３が配置されている。窓部材１４は、例えば誘電体等で構成されており、チャンバ１１の内部と外部とを仕切る。なお、窓部材１４は複数の分割片から構成されてもよい。

チャンバ１１の側壁には、基板Ｓを搬入および搬出するための開口が形成されており、該開口はゲートバルブ１６によって閉じられている。チャンバ１１の底部には、排気口１８が設けられており、排気口１８には、排気装置１７が接続されている。排気装置１７は、排気口１８を介してチャンバ１１内を真空引きし、チャンバ１１の内部を所定の圧力まで減圧する。

窓部材１４は、図示しない絶縁性の部材を介してチャンバ１１の側壁に支持されており、窓部材１４とチャンバ１１とは直接的には接触せず、電気的に導通しない。また、窓部材１４は、載置台１２に載置された基板Ｓと略平行な面において、少なくとも基板Ｓの全面を覆うことが可能な大きさを有する。

チャンバ１１の側壁にはガス導入口１５が設けられており、ガス導入口１５には、ガス供給管２３を介して、バルブ２２ａ～２２ｄが接続されている。バルブ２２ａは、流量制御器２１ａを介してガス供給源２０ａに接続されている。バルブ２２ｂは、流量制御器２１ｂを介してガス供給源２０ｂに接続されている。バルブ２２ｃは、流量制御器２１ｃを介してガス供給源２０ｃに接続されている。バルブ２２ｄは、流量制御器２１ｄを介してガス供給源２０ｄに接続されている。

ガス供給源２０ａは、水素（Ｈ）原子を含まない酸素（Ｏ）含有ガスの供給源である。本実施形態において、ガス供給源２０ａは、Ｏ２ガスを供給する。ガス供給源２０ｂは、ＳｉＦ４ガスの供給源である。ガス供給源２０ｃは、ＳｉＣｌ４ガスの供給源である。ガス供給源２０ｄは、水素（Ｈ）原子を含まない窒素（Ｎ）含有ガスの供給源である。本実施形態において、ガス供給源２０ｄは、Ｎ２ガスを供給する。

ガス供給源２０ａから供給されたＯ２ガスは、流量制御器２１ａによって流量が調整され、バルブ２２ａおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５からチャンバ１１内に供給される。また、ガス供給源２０ｂから供給されたＳｉＦ４ガスは、流量制御器２１ｂによって流量が調整され、バルブ２２ｂおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５からチャンバ１１内に供給される。また、ガス供給源２０ｃから供給されたＳｉＣｌ４ガスは、流量制御器２１ｃによって流量が調整され、バルブ２２ｃおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５からチャンバ１１内に供給される。また、ガス供給源２０ｄから供給されたＮ２ガスは、流量制御器２１ｄによって流量が調整され、バルブ２２ｄおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５からチャンバ１１内に供給される。

アンテナ１３は、窓部材１４の上面に沿って配置される環状若しくは螺旋状の導線からなり、整合器２５を介して高周波電源２６に接続されている。高周波電源２６は、所定周波数の高周波電力をアンテナ１３に供給し、アンテナ１３内を流れる高周波電流によって、窓部材１４を介してチャンバ１１の内部に磁界を発生させる。チャンバ１１内に発生した磁界によって、チャンバ１１内には誘導電界が発生し、該誘導電界によってチャンバ１１内の電子が加速される。そして、誘導電界によって加速された電子が、チャンバ１１内に導入されたガスの分子や原子と衝突することにより、チャンバ１１内に誘導結合プラズマが発生する。

本実施形態における成膜装置１０では、後述するパッシベーション層を成膜する場合、まず、チャンバ１１内に、Ｏ２ガス、ＳｉＦ４ガス及びＳｉＣｌ４ガスが供給され、供給されたガスの混合ガスから誘導結合プラズマが生成される。そして、生成された誘導結合プラズマにより、載置台１２に載置された基板Ｓ上に第１の酸化シリコン（ＳｉＯ）膜が成膜される。続いて、チャンバ１１内にＯ２ガスが供給され、供給されたＯ２ガスから、誘導結合プラズマが生成される。そして、生成された誘導結合プラズマ（つまり、Ｏ２ガスのプラズマ）に第１のＳｉＯ膜が曝露される。続いて、チャンバ１１内に、Ｏ２ガス、ＳｉＦ４ガス及びＳｉＣｌ４ガスが供給され、供給されたガスの混合ガスから、誘導結合プラズマが生成される。そして、生成された誘導結合プラズマにより、第１のＳｉＯ膜上に第２のＳｉＯ膜が成膜される。続いて、チャンバ１１内に、Ｎ２ガス、ＳｉＦ４ガス及びＳｉＣｌ４ガスが供給され、供給されたガスの混合ガスから、誘導結合プラズマが生成される。そして、生成された誘導結合プラズマにより、第２のＳｉＯ膜上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜が成膜される。これにより、第１のＳｉＯ膜、第２のＳｉＯ膜及びＳｉＮ膜を含む多層膜であるパッシベーション層が成膜される。パッシベーション層は、基板Ｓ上に形成される酸化物半導体を水分等から保護する機能を有する。パッシベーション層は、酸化物半導体を保護する保護膜の一例である。

成膜装置１０は、プロセッサ及びメモリ等を含む制御部２７を備える。制御部２７は、メモリ内に格納されたレシピ等のデータやプログラムに従って、成膜装置１０の各部を制御する。例えば、制御部２７は、排気装置１７、流量制御器２１ａ～２１ｄ、バルブ２２ａ～２２ｄ、および高周波電源２６を、それぞれ制御する。制御部２７は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等の各種の集積回路や電子回路等を有するコンピュータにより実現される。

［ＴＦＴ３０の構成］
図２は、ＴＦＴ３０の構成の一例を示す断面図である。本実施例におけるＴＦＴ３０は、バックチャネルエッチ型である。

ＴＦＴ３０は、例えば図２に示すように、基板Ｓ上に形成されたアンダーコート層３１と、アンダーコート層３１の上に部分的に形成されたゲート電極３２と、アンダーコート層３１およびゲート電極３２を覆うように形成されたゲート絶縁層３３とを備える。本実施形態において、アンダーコート層３１およびゲート絶縁層３３としては、例えばＳｉＯ膜やＳｉＮ膜が用いられる。

また、ＴＦＴ３０は、ゲート絶縁層３３の上においてゲート電極３２の直上に配置されるように形成されたチャネル３４と、ゲート絶縁層３３の上においてチャネル３４の両脇にそれぞれ形成されたソース電極３５およびドレイン電極３６とを備える。本実施形態において、チャネル３４は、酸化物半導体である。本実施形態において、チャネル３４には、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）からなる酸化物半導体である、いわゆるＩＧＺＯが用いられる。なお、チャネル３４の材料は、酸化物半導体であれば、ＩＧＺＯに限られない。

また、ＴＦＴ３０は、ゲート絶縁層３３の上においてチャネル３４、ソース電極３５、およびドレイン電極３６を覆うように形成されたパッシベーション層３７を備える。

本実施形態において、パッシベーション層３７は、第１のＳｉＯ膜３７１、第２のＳｉＯ膜３７２及びＳｉＮ膜３７３を含む多層膜である。第１のＳｉＯ膜３７１は、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスと、ＳｉＦ４ガスと、ＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、チャネル３４上に成膜される。第２のＳｉＯ膜３７２は、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスと、ＳｉＦ４ガスと、ＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、第１のＳｉＯ膜３７１上に成膜される。ＳｉＮ膜３７３は、Ｎ２ガス等の窒素含有ガスと、ＳｉＦ４ガスと、ＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、第２のＳｉＯ膜３７２上に成膜される。

ところで、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスと、ＳｉＦ４ガスと、ＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、第１のＳｉＯ膜３７１を成膜する場合、チャネル３４がプラズマに曝されるので、プラズマからチャネル３４へダメージが付与される。例えば、プラズマ中のイオンやラジカルにより、チャネル３４からＯ原子の脱離が引き起こされる。また、ＳｉＣｌ４ガスに含まれるＣｌ原子がチャネル３４中のＩｎ、Ｇａ及びＺｎと反応することにより、チャネル３４からのＯ原子の脱離が引き起こされる。チャネル３４からのＯ原子の離脱や、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎの脱離が引き起こされると、チャネル３４の特性が劣化し、チャネル３４を用いたＴＦＴ３０の特性が劣化してしまう。

そこで、本実施形態では、第１のＳｉＯ膜３７１の成膜処理において混合ガスのプラズマの生成に用いられる高周波電力を低下させ、且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比を小さくする。これにより、チャネル３４上に第１のＳｉＯ膜３７１が成膜される期間中に、プラズマの密度の増加が抑制され、プラズマからチャネル３４へ付与されるダメージを低減することができる。結果として、チャネル３４の特性の劣化を抑制することができ、チャネル３４を用いたＴＦＴ３０の特性の劣化を抑制することができる。

具体的には、第１のＳｉＯ膜３７１の成膜処理において混合ガスのプラズマの生成に用いられる高周波電力は、第２のＳｉＯ膜３７２の成膜処理において混合ガスのプラズマの生成に用いられる高周波電力よりも低い。これにより、チャネル３４上に第１のＳｉＯ膜３７１が成膜される期間中に、プラズマの密度の増加が抑制され、プラズマからチャネル３４へ付与されるダメージを低減することができる。例えば、チャネル３４から脱離するＯ原子の数が抑制される。

また、第１のＳｉＯ膜３７１の成膜処理におけるＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比は、第２のＳｉＯ膜３７２の成膜処理におけるＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比よりも小さい。これにより、チャネル３４上に第１のＳｉＯ膜３７１が成膜される期間中に、ＳｉＣｌ４ガスに含まれるＣｌ原子と、チャネル３４中のＩｎ、Ｇａ及びＺｎとの反応が抑制され、チャネル３４から脱離するＩｎ、Ｇａ及びＺｎの数が抑制される。

［成膜手順］
図３は、パッシベーション層３７の成膜処理の一例を示すフローチャートである。図４は、パッシベーション層３７の成膜処理の一例を説明するための図である。図３に示すフローチャートは、所定のプログラムに従って制御部２７が成膜装置１０の各部の動作を制御することによって実行される。

まず、ゲートバルブ１６が開放され、例えば図４（Ａ）に示すように、ゲート電極３２、チャネル３４、ソース電極３５、およびドレイン電極３６が形成された基板Ｓがチャンバ１１内に搬入される（Ｓ１０１）。チャンバ１１内に搬入される基板Ｓでは、チャネル３４、ソース電極３５、およびドレイン電極３６が露出している。チャンバ１１内に基板Ｓが搬入された後、ゲートバルブ１６が閉じられる。なお、工程によっては、ゲート電極３２、チャネル３４、ソース電極３５、およびドレイン電極３６の一部が形成された基板であってもよい。

次に、制御部２７は、チャネル３４上に第１のＳｉＯ膜３７１を成膜する第１の成膜工程を実行する（Ｓ１０２）。第１の成膜工程では、制御部２７は、排気装置１７を制御して、チャンバ１１内を所定の真空度まで排気する。そして、制御部２７は、バルブ２２ａ～２２ｃを開状態に制御する。なお、バルブ２２ｄは、閉状態に制御されている。

そして、制御部２７は、ガス供給源２０ａから供給されるＯ２ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ａを制御する。そして、制御部２７は、ガス供給源２０ｂから供給されるＳｉＦ４ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ｂを制御する。そして、制御部２７は、ガス供給源２０ｃから供給されるＳｉＣｌ４ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ｃを制御する。第１の成膜工程では、制御部２７は、ＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が「第１の流量比」となるように、流量制御器２１ｂ及び２１ｃをそれぞれ制御する。これにより、Ｏ２ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスがチャンバ１１内に供給される。

また、第１の成膜工程では、制御部２７は、高周波電源２６を制御して、「第１の高周波電力」をアンテナ１３に印加する。これにより、チャンバ１１内に誘導電界が発生し、Ｏ２ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマにより、第１のＳｉＯ膜３７１が、チャネル３４、ソース電極３５及びドレイン電極３６上に積層される。これにより、例えば図４（Ｂ）に示すように、チャネル３４、ソース電極３５及びドレイン電極３６上に、所定の厚さの第１のＳｉＯ膜３７１が成膜される。第１のＳｉＯ膜３７１の厚さは、後述する第２の成膜工程において第１のＳｉＯ膜３７１上に成膜される第２のＳｉＯ膜３７２の厚さよりも薄い。第１の成膜工程における第１の高周波電力、並びに、第１の流量比については、後述する。

次に、制御部２７は、第１のＳｉＯ膜３７１をＯ２ガスのプラズマに曝露する曝露工程を実行する（Ｓ１０３）。曝露工程では、制御部２７は、バルブ２２ａを開状態に維持しながら、バルブ２２ｂ及び２２ｃを閉状態に制御する。そして、制御部２７は、ガス供給源２０ａから供給されるＯ２ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ａを制御する。これにより、Ｏ２ガスがチャンバ１１内に供給される。

また、曝露工程では、制御部２７は、高周波電源２６を制御して、所定の大きさの高周波電力をアンテナ１３に印加する。これにより、チャンバ１１内に誘導電界が発生し、Ｏ２ガスのプラズマが生成される。そして、第１のＳｉＯ膜３７１がＯ２ガスのプラズマに曝露されることにより、第１のＳｉＯ膜３７１を介してＯ２ガスのプラズマからチャネル３４にＯ原子が供給される。これにより、チャネル３４が直接的にＯ２ガスのプラズマに曝露されることなく、チャネル３４の酸素欠陥が補修される。チャネル３４がＯ２ガスのプラズマに曝露された場合、チャネル３４にダメージが引き起こされることになる。ここで、第１のＳｉＯ膜３７１の厚さは、第１のＳｉＯ膜３７１上に成膜される第２のＳｉＯ膜３７２の厚さよりも薄いので、第１のＳｉＯ膜３７１を介するＯ原子の供給が円滑に行われる。

次に、制御部２７は、第１のＳｉＯ膜３７１上に第２のＳｉＯ膜３７２を成膜する第２の成膜工程を実行する（Ｓ１０４）。第２の成膜工程では、制御部２７は、バルブ２２ａを開状態に維持しながら、バルブ２２ｂ及び２２ｃを開状態に制御する。

そして、制御部２７は、ガス供給源２０ａから供給されるＯ２ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ａを制御する。そして、制御部２７は、ガス供給源２０ｂから供給されるＳｉＦ４ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ｂを制御する。そして、制御部２７は、ガス供給源２０ｃから供給されるＳｉＣｌ４ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ｃを制御する。第２の成膜工程では、制御部２７は、ＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が「第２の流量比」となるように、流量制御器２１ｂ及び２１ｃをそれぞれ制御する。これにより、Ｏ２ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスがチャンバ１１内に供給される。

また、第２の成膜工程では、制御部２７は、高周波電源２６を制御して、「第２の高周波電力」をアンテナ１３に印加する。これにより、チャンバ１１内に誘導電界が発生し、Ｏ２ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマにより、第２のＳｉＯ膜３７２が、第１のＳｉＯ膜３７１上に積層される。これにより、例えば図４（Ｃ）に示すように、第１のＳｉＯ膜３７１上に、所定の厚さの第２のＳｉＯ膜３７２が成膜される。第２の成膜工程における第２の高周波電力、並びに、第２の流量比については、後述する。

次に、制御部２７は、第２のＳｉＯ膜３７２上にＳｉＮ膜３７３を成膜する第３の成膜工程を実行する（Ｓ１０５）。第３の成膜工程では、制御部２７は、バルブ２２ａ～２２ｃを閉状態に制御する。そして、制御部２７は、排気装置１７を制御して、チャンバ１１内のガスを排気する。そして、制御部２７は、バルブ２２ｂ～２２ｄを開状態に制御する。

そして、制御部２７は、ガス供給源２０ｂから供給されるＳｉＦ４ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ｂを制御する。そして、制御部２７は、ガス供給源２０ｃから供給されるＳｉＣｌ４ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ｃを制御する。そして、制御部２７は、ガス供給源２０ｄから供給されるＮ２ガスの流量が所定の流量となるように流量制御器２１ｄを制御する。これにより、Ｎ２ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスがチャンバ１１内に供給される。

また、第３の成膜工程では、制御部２７は、高周波電源２６を制御して、所定の大きさの高周波電力をアンテナ１３に印加する。これにより、チャンバ１１内に誘導電界が発生し、Ｎ２ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマにより、ＳｉＮ膜３７３が、第２のＳｉＯ膜３７２上に積層される。これにより、例えば図４（Ｄ）に示すように、第２のＳｉＯ膜３７２上に、所定の厚さのＳｉＮ膜３７３が成膜される。これにより、第１のＳｉＯ膜３７１、第２のＳｉＯ膜３７２及びＳｉＮ膜３７３を含むパッシベーション層３７が成膜される。このようにして、本実施形態のＴＦＴ３０が製造される。ＳｉＮ膜３７３を成膜する意義については、後述する。

その後、制御部２７は、高周波電源２６を停止させ、バルブ２２ｂ～２２ｄを閉状態に制御し、排気装置１７を制御して、チャンバ１１内のガスを排気する。そして、ゲートバルブ１６が開放され、基板Ｓがチャンバ１１内から搬出される（Ｓ１０６）。

［第１の成膜工程における第１の高周波電力、並びに、第１の流量比］
ここで、第１の成膜工程における第１の高周波電力、並びに、第１の流量比について更に説明する。図５は、第１の成膜工程における第１の高周波電力と、ＴＦＴ３０のＳ（サブスレッショルド・スイング）値との関係の一例を示す図である。Ｓ値は、ＴＦＴ３０の電流値を１桁増やすために適用されるゲート電圧である。Ｓ値は、その値が小さいほど、ＴＦＴ３０の特性が良好であることを示し、その値が大きいほど、ＴＦＴ３０のチャネル３４が導体化することを示す。

図５に示すように、第１の高周波電力が低いほど、Ｓ値が小さくなった。すなわち、第１の高周波電力が低いほど、ＴＦＴ３０の特性が良好となることが確認された。これは、第１の高周波電力が低いほど、すなわち、第１の高周波電力を用いて生成されるプラズマの密度が低いほど、第１の成膜工程の実行中に、プラズマからＴＦＴ３０のチャネル３４へ付与されるダメージが低減するためであると考えられる。

図６は、第１の成膜工程における第１の流量比と、ＴＦＴ３０のＳ値との関係の一例を示す図である。

図６に示すように、第１の流量比が小さいほど、Ｓ値が小さくなった。すなわち、第１の流量比が小さいほど、ＴＦＴ３０の特性が良好となることが確認された。これは、第１の流量比が小さいほど、すなわち、ＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が小さいほど、第１の成膜工程の実行中に、プラズマからＴＦＴ３０のチャネル３４へ付与されるダメージが低減するためであると考えられる。

図５及び図６の結果から、良好なＴＦＴ３０の特性を得るためには、第１の成膜工程における第１の高周波電力が低く、且つ、第１の流量比が小さいことが好ましい。

そこで、本実施形態では、第１の成膜工程における第１の高周波電力は、第２の成膜工程における第２の高周波電力よりも低くなるように設定される。さらに、第１の成膜工程における第１の流量比は、第２の成膜工程における第２の流量比よりも小さくなるように設定される。これにより、チャネル３４の保護膜の成膜時に、プラズマからチャネル３４へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル３４を用いたＴＦＴ３０の特性の劣化を抑制することができる。

［ＳｉＮ膜３７３の成膜意義］
ここで、ＳｉＮ膜３７３を第２のＳｉＯ膜３７２上に成膜する意義について説明する。ＳｉＮ膜は、水素（Ｈ）原子を捕捉する機能（以下「水素補足機能」と呼ぶ）を有する。図７は、ＳｉＮ膜の水素補足機能を検証するための実験結果の一例を示す図である。図７の実験では、水素（Ｈ）原子を含むＳｉＮ膜（以下「ＳｉＮ：Ｈ膜」と表記する）のみを有する第１のサンプルが用意された。また、図７の実験では、ＳｉＮ：Ｈ膜と、ＳｉＮ：Ｈ膜上に形成されたＳｉＯ膜とを有する第２のサンプルが用意された。また、図７の実験では、ＳｉＮ：Ｈ膜と、ＳｉＮ：Ｈ膜上に形成されたＳｉＮ膜とを有する第３のサンプルが用意された。図７は、各サンプル（第１のサンプル、第２のサンプル及び第３のサンプルの各々）を加熱して、各サンプルから脱離する水素（Ｈ）原子の数を計測器によりイオン数として測定した結果である。図７において、グラフ５１１は、第１のサンプルに対応し、グラフ５１２は、第２のサンプルに対応し、グラフ５１３は、第３のサンプルに対応する。

図７に示すように、ＳｉＮ膜を有する第３のサンプルは、ＳｉＮ膜を有さない第１のサンプル及び第２のサンプルと比較して、Ｈイオンの計測数、即ち、脱離するＨ原子の数が少ない。また、ＳｉＮ膜を有する第３のサンプルが約４００℃付近まで加熱された場合でも、第３のサンプルからのＨ原子の脱離が抑制された。

図７の結果から、ＳｉＮ膜は、ＳｉＯ膜と比較して、Ｈ原子を効率的に捕捉することが確認された。Ｈ原子は、チャネル３４の特性劣化に影響を与えるため、チャネル３４を保護する保護膜（例えば、パッシベーション層３７）には、Ｈ原子を効率的に捕捉することが可能なＳｉＮ膜が含まれることが好ましい。

そこで、本実施形態では、第２のＳｉＯ膜３７２上にＳｉＮ膜３７３を成膜する。これにより、ＳｉＮ膜３７３が、ＳｉＮ膜３７３を通過してチャネル３４へ向かうＨ原子を効率的に捕捉することができ、結果として、チャネル３４を用いたＴＦＴ３０の特性の劣化を抑制することができる。

以上のように、一実施形態に係る成膜方法は、第１の成膜工程と、第２の成膜工程とを含む。第１の成膜工程は、酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含み且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が第１の流量比となる混合ガスのプラズマを第１の高周波電力を用いて生成する。第１の成膜工程は、生成されたプラズマにより、チャネル３４上に第１のＳｉＯ膜３７１を成膜する。第２の成膜工程は、酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含み且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が第２の流量比となる混合ガスのプラズマを第２の高周波電力を用いて生成する。第２の成膜工程は、生成されたプラズマにより、第１のＳｉＯ膜３７１上に第２のＳｉＯ膜３７２を成膜する。ここで、第１の高周波電力は、第２の高周波電力よりも低く、第１の流量比は、第２の流量比よりも小さい。これにより、チャネル３４の保護膜の成膜時に、プラズマからチャネル３４へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル３４を用いたＴＦＴ３０の特性の劣化を抑制することができる。

また、一実施形態に係る成膜方法は、第１の成膜工程と、第２の成膜工程との間に、第１のＳｉＯ膜３７１をＯ２ガスのプラズマに曝露する曝露工程を更に含む。これにより、第１のＳｉＯ膜３７１を介してＯ２ガスのプラズマからチャネル３４にＯ原子が供給される。これにより、チャネル３４が直接的にＯ２ガスのプラズマに曝露されることなく、チャネル３４の酸素欠陥が補修される。結果として、チャネル３４を用いたＴＦＴ３０の特性の劣化を更に抑制することができる。

また、一実施形態に係る成膜方法は、窒素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、第２のＳｉＯ膜３７２上にＳｉＮ膜３７３を成膜する第３の成膜工程を更に含む。これにより、ＳｉＮ膜３７３が、ＳｉＮ膜３７３を通過してチャネル３４へ向かうＨ原子を効率的に捕捉することができ、結果として、チャネル３４を用いたＴＦＴ３０の特性の劣化を抑制することができる。

［他の実施形態］
以上、一実施形態に係る成膜方法及び成膜装置について説明したが、開示技術はこれに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。

例えば、上記した実施形態では、バックチャネルエッチ型のＴＦＴを例に説明したが、トップゲート型のＴＦＴにおいても、開示技術を適用することができる。図８は、トップゲート型のＴＦＴ４０の構成の一例を示す断面図である。

ＴＦＴ４０は、例えば図８に示すように、基板Ｓ上に成膜されたアンダーコート層４５と、アンダーコート層４５を覆う下地層４６と、下地層４６上に部分的に形成されたチャネル４７とを備える。下地層４６は、例えばＳｉＯ膜である。チャネル４７は、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体である。

また、ＴＦＴ４０は、下地層４６及びチャネル４７を覆うように形成されたゲート絶縁層４８を備える。

また、ＴＦＴ４０は、ゲート絶縁層４８の上においてチャネル４７の直上に配置されるように部分的に形成されたゲート電極４９と、ゲート絶縁層４８の上に形成されてゲート電極４９を覆う層間絶縁膜５０とを備える。また、ＴＦＴ４０は、層間絶縁膜５０上に形成されて層間絶縁膜５０及びゲート絶縁層４８を貫通してそれぞれチャネル４７に接続されるソース電極５１及びドレイン電極５２を備える。また、ＴＦＴ４０は、層間絶縁膜５０、ソース電極５１及びドレイン電極５２を覆うように形成されたパッシベーション層５３を備える。

ＴＦＴ４０において、ゲート絶縁層４８は、第１のＳｉＯ膜４８１、第２のＳｉＯ膜４８２及びＳｉＮ膜４８３を含む多層膜である。ゲート絶縁層４８は、ソース電極５１とドレイン電極５２との間の導通と遮断を切り替えるためにゲート電極４９からの電界をチャネル４７に及ぼす際に、直接ゲート電極４９とチャネル４７が導通しないようにする絶縁層の役割を持つと同時に、チャネル４７を水分等から保護する機能も有する。ゲート絶縁層４８は、酸化物半導体を保護する保護膜の一例でもある。上記した実施形態に係るパッシベーション層３７の成膜処理は、ゲート絶縁層４８の成膜に適用される。これにより、チャネル４７の保護膜（ゲート絶縁層４８）の成膜時に、プラズマからチャネル４７へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル４７を用いたＴＦＴ３０の特性の劣化を抑制することができる。

また、ＴＦＴ４０は、図８の構造に限定されず、他の構造を有してもよい。図９は、トップゲート型のＴＦＴ４０の構成の他の一例（その１）を示す断面図である。図９に示すＴＦＴ４０は、図８の構造からゲート電極４９に重なる部分以外のゲート絶縁層４８を取り除いた構造を有する。この構造において、層間絶縁膜５０は、第１のＳｉＯ膜５０１、第２のＳｉＯ膜５０２及びＳｉＮ膜５０３を含む多層膜である。層間絶縁膜５０は、ゲート絶縁層４８と同様にチャネル４７の保護膜としての機能を有し、ゲート絶縁層４８と同様に多層膜として成膜する事でプラズマからのチャネル４７へのダメージを低減する。上記した実施形態に係るパッシベーション層３７の成膜処理は、図９に示した層間絶縁膜５０の成膜にも適用される。これにより、チャネル４７の保護膜（層間絶縁膜５０）の成膜時に、プラズマからチャネル４７へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル４７を用いたＴＦＴ４０の特性の劣化を抑制することができる。

図１０は、トップゲート型のＴＦＴ４０の構成の他の一例（その２）を示す断面図である。図１０に示すＴＦＴ４０は、図８の構造と比較して、ゲート電極４９に重なる部分以外のゲート絶縁層４８を薄くした構造を有する。この構造において、ゲート絶縁層４８の第１のＳｉＯ膜４８１は、チャネル４７を覆っている。ただし、第１のＳｉＯ膜４８１の膜厚が薄いので、チャネル４７は、第１のＳｉＯ膜４８１を介してプラズマの影響を受ける可能性がある。そこで、図１０の構造では、層間絶縁膜５０を多層膜としている。すなわち、層間絶縁膜５０は、第１のＳｉＯ膜５０１、第２のＳｉＯ膜５０２及びＳｉＮ膜５０３を含む多層膜である。層間絶縁膜５０は、ゲート絶縁層４８と同様にチャネル４７の保護膜としての機能を有し、ゲート絶縁層４８と同様に多層膜として成膜する事でプラズマからのチャネル４７へのダメージを低減する。上記した実施形態に係るパッシベーション層３７の成膜処理は、図１０に示した層間絶縁膜５０の成膜にも適用される。これにより、チャネル４７の保護膜（層間絶縁膜５０）の成膜時に、プラズマからチャネル４７へ付与されるダメージを低減することができ、結果として、チャネル４７を用いたＴＦＴ４０の特性の劣化を抑制することができる。

また、上記した実施形態では、ＳｉＮ膜３７３上に有機膜を成膜する第４の成膜工程を更に実行してもよい。この場合、ＳｉＮ膜３７３上に成膜された有機膜は、ＴＦＴ３０の平坦化層を構成する。

また、上記した実施形態では、プラズマ源として誘導結合プラズマを利用したＣＶＤ法により成膜を行う成膜装置１０を例に説明したが、開示技術はこれに限られない。プラズマを用いたＣＶＤ法により成膜を行う成膜装置１０であれば、プラズマ源は誘導結合プラズマに限られず、例えば、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマなど、任意のプラズマ源を用いることができる。

また、上記した実施形態における成膜方法は、例えば、該成膜方法を実現するためのプログラムを、制御部２７が実行することによって実現される。成膜方法を実現するためのプログラムは、例えば、光学記録媒体、光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等の記憶媒体を介して提供される。光学記録媒体としては、例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等が用いられる。光磁気記録媒体としては、ＭＯ（Magneto－Optical disk）等が用いられる。制御部２７は、該記憶媒体からプログラムを読出し、読み出したプログラムを実行することにより、成膜装置１０の各部を制御して、上記した実施形態における成膜方法を実現する。なお、制御部２７は、成膜方法を実現するためのプログラムを、該プログラムを記憶するサーバ等の他の装置から、通信媒体を介して該プログラムを取得して実行してもよい。

Ｓ基板
１０成膜装置
１１チャンバ
１２載置台
１３アンテナ
１４窓部材
１５ガス導入口
１６ゲートバルブ
１７排気装置
１８排気口
２０ａ～２０ｄガス供給源
２１ａ～２１ｄ流量制御器
２２ａ～２２ｄバルブ
２３ガス供給管
２５整合器
２６高周波電源
２７制御部
３０ＴＦＴ
３４チャネル
３７パッシベーション層
３７１第１のＳｉＯ膜
３７２第２のＳｉＯ膜
３７３ＳｉＮ膜
４０ＴＦＴ
４７チャネル
４８ゲート絶縁層
５０層間絶縁膜
４８１第１のＳｉＯ膜
４８２第２のＳｉＯ膜
４８３ＳｉＮ膜
５０１第１のＳｉＯ膜
５０２第２のＳｉＯ膜
５０３ＳｉＮ膜

Claims

酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含み且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が第１の流量比となる混合ガスのプラズマを第１の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、酸化物半導体上に第１の酸化シリコン膜を成膜する第１の成膜工程と、
酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含み且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が第２の流量比となる混合ガスのプラズマを第２の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、前記第１の酸化シリコン膜上に第２の酸化シリコン膜を成膜する第２の成膜工程と、
を含み、
前記第１の高周波電力は、前記第２の高周波電力よりも低く、
前記第１の流量比は、前記第２の流量比よりも小さい、成膜方法。
前記第１の成膜工程と前記第２の成膜工程との間に、前記第１の酸化シリコン膜を酸素ガスのプラズマに曝露する曝露工程を更に含む、請求項１に記載の成膜方法。
前記第１の酸化シリコン膜の厚さは、前記第２の酸化シリコン膜の厚さよりも薄い、請求項１又は２に記載の成膜方法。
窒素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、前記第２の酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を成膜する第３の成膜工程を更に含む、請求項１～３のいずれか一つに記載の成膜方法。
前記第１の酸化シリコン膜、前記第２の酸化シリコン膜及び前記窒化シリコン膜は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）のパッシベーション層、ゲート絶縁層及び層間絶縁膜の少なくともいずれか一つを構成する、請求項４に記載の成膜方法。
前記窒化シリコン膜上に有機膜を成膜する第４の成膜工程を更に含む、請求項４又は５に記載の成膜方法。
酸化物半導体を保護する保護膜を成膜するためのチャンバと、
前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内において前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含み且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が第１の流量比となる混合ガスのプラズマを第１の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、前記酸化物半導体上に第１の酸化シリコン膜を成膜する第１の成膜工程と、
酸素含有ガスとＳｉＦ４ガスとＳｉＣｌ４ガスとを含み且つＳｉＦ４ガスに対するＳｉＣｌ４ガスの流量比が第２の流量比となる混合ガスのプラズマを第２の高周波電力を用いて生成し、生成されたプラズマにより、前記第１の酸化シリコン膜上に第２の酸化シリコン膜を成膜する第２の成膜工程と、
を実行し、
前記第１の高周波電力は、前記第２の高周波電力よりも低く、
前記第１の流量比は、前記第２の流量比よりも小さい、成膜装置。