等离子体处理装置以及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

通过使用第一涡轮分子泵与第二涡轮分子泵串联连接的排气单元将反应室内的到达的最低压力降低到超高真空区域。并且，进一步通过刀口型金属密封法兰降低反应室的泄漏量。由此在降低到超高真空区域的同一反应室内层叠微晶半导体膜和非晶半导体膜。通过形成覆盖微晶半导体膜表面的非晶半导体膜可以防止微晶半导体膜的氧化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有由使用半导体膜形成的薄膜晶体管(以下，称为TFT)构成的电路的半导体装置的制造方法。另外，还涉及一种在制造半导体装置时，采用在形成薄膜的步骤中使用的等离子体CVD法的等离子体处理装置。此外，还涉及一种使用该等离子体处理装置的成膜方法。例如，涉及作为部件安装有以太阳电池、传感器为典型的光电变换装置、以液晶显示面板为典型的电光装置、具有发光元件的发光装置，或具有天线的无线芯片的电子设备。注意，在本说明书中半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、发光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
近年来，使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜(厚度为几十nm至几百nm左右)来构成薄膜晶体管的技术引人注目。薄膜晶体管被广泛应用于诸如IC和电光学装置的电子装置中，特别地，正在加快开发作为图像显示装置的开关元件的薄膜晶体管。作为通过典型的成膜方法的CVD法被堆积的膜，可以举出非晶半导体膜、多晶半导体膜以及微晶半导体膜等。作为图像显示装置的开关元件，已知有使用非晶半导体膜的薄膜晶体管、使用多晶半导体膜的薄膜晶体管。作为形成在玻璃衬底上的多晶半导体膜的形成方法，已知有如下技术，即利用光学系统将脉冲振荡的受激准分子激光束加工成线形，并在将该线形激光束对形成在玻璃衬底上的非晶硅膜进行扫描的同时进行照射而使该非晶硅膜结晶化。另外，作为图像显示装置的开关元件有使用微晶半导体膜的薄膜晶体管(专利文献1以及2)。此外，至今为止，采用了从一个母体玻璃衬底切割出多个面板的高效率地进行批量生产的生产技术。母体玻璃衬底的尺寸从1990年初期的第一代的300mmX400mm至U 2000年的第四代680mmX880mm或730mmX920mm逐渐大型化，生产技术不断进步到可以从一个衬底取出多个显示面板。另外，在以上所述的衬底尺寸的大面积化的同时，对生产性的提高以及低成本化的要求也越来越高。作为满足这些要求的TFT结构，反交错型(底栅型)的TFT结构成为主流。另外，随着半导体元件的微细化，每个工序都需要高精度。在半导体制造工序中，通过各种各样的方法(等离子体、热、光等)使材料气体发生反应而得到的反应生成膜堆积在配置在成膜装置的反应室内的被处理衬底上。特别是对在进行成膜的处理装置内产生的微粒的抑制是重大课题。此外，鉴于工序的稳定化，保持反应室内的清洁也很重要。在专利文献3中公开了当多次进行在衬底上形成薄膜的处理等时，在保持气密性的状态下连续地进行处理的衬底处理装置。日本专利申请公开Hei4-242724号公报日本专利申请公开2005-49832号公报日本专利申请公开Hei7-122621号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高量产性地制造具有与使用非晶半导体膜的薄膜晶体管相比其电特性的可靠性高的薄膜晶体管的半导体装置的方法。另外，本专利技术的另一个目的在于提供一种等离子体处理装置，其中在成膜阶段形成具有结晶性的半导体膜，典型的为微晶半导体膜，并可以实现良好膜品质。为了实现良好的膜品质，重要的是减少膜中所含有的氧、氮。氧、氮是使半导体层的一部分n型化的元素，因这些元素非晶半导体层中的缺陷 密度增大而成为导致场效应迁移率降低的主要原因。再者，膜中所含有的氧、氮还有可能是导致TFT的电特性发生不均匀的主要原因之一。注意， 长期以来，有氮也被称为惰性气体的情况，并可以认为其是即使微量地进 入在反应室内或膜中也没有影响的元素。氮是大气成分之一的气体且占据 大气的大约80%。另外，还有所获得的微晶半导体膜的晶粒的表面容易被氧化的问题。为此，还有当沟道形成区域的晶粒被氧化时，发生如下问题在晶粒的表面上形成氧化膜，该氧化膜阻碍载流子的迁移，并导致薄膜晶体管的电特 性降低。为了减少使用等离子体处理装置得到的膜中所含有的氧、氮，抑制向 等离子体处理装置的反应室(反应容器)内的泄漏以达成高真空度。作为等离子体装置，除了气体引入系统和排气系统之外密封部还设置 在各种各样的地方，至少对一个以上使用刀口型金属密封法兰进行气密。为了减少泄漏量，重要的是减少一个反应室所使用的o型密封圈的总数，通过使用刀口型金属密封法兰可以大幅度地降低泄漏量。使用刀口型金属 密封法兰的密封结构是法兰的圆锥形密封边缘压破垫片唤起材料内的冷流(cold flow)。通过该冷流，垫片的外径面被按压到法兰壁中而产生反作用力。由此可以得到高压力。根据该高压力去除密封面以及垫片表面的缺陷可以 得到可靠性高的密封结构。另外，将两个涡轮分子泵串联以实现使反应室内的压力在10-5Pa以下。 为了在成膜前预先尽量减少真空反应室内的氧、氮、H20等的大气成分气 体的残留，将到达的最低压力降低到lX10-7Torr至1 X 10—，orr(约IX 10—5Pa至lXl(T8pa)的超高真空(UHV)区域，流过具有高纯度的材料气体， 并将成膜时的衬底温度设定为10(TC以上且低于300'C的范围内。通过使用抑制向反应室内的泄漏并达到高真空度的等离子体处理装置 可以获得具有良好膜品质的微晶半导体膜。更优选的是，作为使用与产生 辉光放电等离子体的电极连接的电源的频率采用具有VHF频带的频率且 波长大致为低于10m，即30MHz至300MHz的高频电力。通过使用具有VHF频带的频率的电源，可以实现的等离子体温度的降低以及等离子体密 度的提高。另外，还可以通过对产生辉光放电等离子体的电极供给频率不同的两 种以上的高频电力来获得具有良好膜品质的微晶半导体膜。第一高频电力为不呈现表面驻波作用的频率带的电力，并大体应用波长为10m以上的高 频，向该高频电力中施加波长比其短的第二高频电力。优选的是，使用的 两个电源的频率的差较大，以便降低表面驻波的影响。在此，表面驻波作用是指如下驻波影响与产生辉光放电等离子体的 电极连接的电源的频率增加及产生辉光放电等离子体的电极的表面最大尺 寸的增大导致电场强度分布的增大。若母玻璃，即玻璃衬底大面积化，则 等离子体处理装置的电极面积也大型化，以便在该玻璃衬底上进形成膜。 在此情况下，在玻璃衬底的尺寸超过第六代之后，等离子体处理装置的电极的尺寸相近于高频率电源的频率的波长。例如，当采用27MHz的电源频 率时波长为1100mm，当采用60MHz的电源频率时波长为500mm，当采用 120MHz的电源频率时波长为250mm。在此情况下，表面驻波的影响变得 明显，因此等离子体处理装置的反应室内的等离子体密度分布变得不均匀， 而导致形成在玻璃衬底上的薄膜的膜质以及厚度的面内均匀性降低的问 题。通过对等离子体处理装置的电极重叠施加频率不同的(波长不同的)高 频电力，可以实现等离子体的高密度化，并减少驻波的影响。其结果，可 以在其长边超过2000mm的大面积衬底上形成具有均匀性且膜质量优越的薄膜。由于在生成辉光放电等离子体的电极上连接有频率不同的两种以上的 高频电源，所以为防止各个电源的互相干扰分别对其设置高频滤波器。高 频滤波器是至少具有可变电容器的电路，并被设置在匹配器与电极之间。 例如当使用两种高频电源时，第一高频电源与第一匹配器连接，第一匹配 器与第一高频滤波器连接，且第一高频滤波器与电极连接。并且，第二高频电源与第二匹配器连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理装置，该等离子体处理装置在反应室内生成辉光放电等离子体并在装载在该反应室内的衬底上堆积反应生成物，包括：　在所述反应室内生成所述辉光放电等离子体的电极；　与所述电极电连接的第一高频滤波器以及第二高频滤波器；　 　与所述第一高频滤波器电连接的第一匹配器；　与所述第一匹配器电连接的第一高频电源；　与所述第二高频滤波器电连接的第二匹配器；以及　与所述第二匹配器电连接的第二高频电源，　其中，从所述第一高频电源输出的高频的电波具有１ ０ｍ以上的波长，　并且，从所述第二高频电源输出的高频的电波具有低于１０ｍ的波长，　并且，所述第一高频滤波器遮断来自所述第二高频电源的所述高频电力，　并且，所述第二高频滤波器遮断来自所述第一高频电源的所述高频电力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：古野诚，杉山徹朗，野泽太一，一条充弘，田岛亮太，山崎舜平，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]