溅射装置、薄膜形成方法以及场效应晶体管的制造方法

专利名称：溅射装置、薄膜形成方法以及场效应晶体管的制造方法
技术领域：
本发明涉及在基板上形成薄膜的溅射装置、使用该溅射装置的薄膜形成方法以及场效应晶体管的制造方法。
背景技术：
现有技术中，在基板上形成薄膜的工序中一般使用溅射装置。溅射装置具有溅射靶(下面也会称为“靶”)与等离子体产生装置，其中，溅射靶配置在真空槽的内部，等离子体产生装置用于使溅射靶的表面附近产生等离子体。在溅射装置中，用等离子体中的离子对溅射靶的表面进行轰击使其产生溅射，并使从该溅射靶上被激起的粒子(溅射粒子)淀积在基板上从而形成薄膜(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献 专利文献 专利文献1 日本发明专利公开公报特开2007-39712号

发明内容
通过溅射法形成的薄膜(下面称为溅镀膜)，由于从溅射靶飞来的粒子以较高的能量入射到基板的表面，因而，与通过真空蒸镀法等形成的薄膜相比，薄膜与基板之间的紧密性(贴合性)较好。然而，用于形成溅镀膜的衬底层(衬底膜或者衬底基板)和入射的溅射粒子之间的碰撞会使衬底层容易受到损伤。例如，在用溅射法形成薄膜晶体管的活性层时，由于衬底层受到损伤而有时不能获得所期望的特性。
有鉴于此，本发明的目的在于提供能够降低衬底层受到的损伤的溅射装置、薄膜形成方法以及场效应晶体管的制造方法。
解决技术问题的技术方案 本发明一个实施方式的溅射装置用于在基板的被处理面上形成薄膜，该溅射装置具有真空槽、支承机构、传送机构、第ι溅射靶、第2溅射靶、溅射机构。
上述真空槽维持真空状态。
上述支承机构配置在上述真空槽的内部，对上述基板进行支承。
上述传送机构配置在上述真空槽的内部，将上述支承机构沿着平行于上述被处理面的传送面直线运动地进行传送。
上述第1溅射靶对着上述传送面且与之相隔第1间隔。
上述第2溅射靶配置在上述第1溅射靶的上述基板的传送方向的下游侧，对着上述传送面且与之相隔比上述第1间隔小的第2间隔。
上述溅射机构使上述第1溅射靶与第2溅射靶产生溅射。
本发明一个实施方式的薄膜形成方法为将具有被处理面的基板配置在设有第1 溅射靶与第2溅射靶的真空槽内，其中，第1溅射靶对着基板的传送面且与之相隔第1间隔，第2溅射靶对着上述传送面且与之相隔比上述第1间隔小的第2间隔。
将上述基板从第1位置传送至第2位置。
在上述第1位置，仅由使第1溅射靶产生溅射所产生的斜向射出的溅射粒子对上述被处理面进行成膜处理。
在上述第2位置，由使第2溅射靶产生溅射所产生的垂直射出的溅射粒子对上述被处理面进行成膜处理。
本发明一个实施方式的场效应晶体管的制造方法为
在基板上形成栅极绝缘膜。
将具有被处理面的基板配置在设有第1溅射靶与第2溅射靶的真空槽内，其中，第 1溅射靶具有h-Ga-ai-Ο系组分且对着基板的传送面但与之相隔第1间隔，第2溅射靶具有h-Ga-Si-O系组分且对着上述传送面但与之相隔比上述第1间隔小的第2间隔。
将上述基板从第1位置传送至第2位置。
在上述第1位置，仅由使第1溅射靶产生溅射所产生的斜向射出的溅射粒子对上述被处理面进行成膜处理，在上述第2位置，由使第2溅射靶产生溅射所产生的垂直射出的溅射粒子对上述被处理面进行成膜处理，从而形成活性层。


图1为表示本发明第1实施方式的真空处理装置的俯视图； 图2为表示保持机构的俯视图； 图3为表示第1溅射室的俯视图； 图4为表示溅射处理的形态的示意图； 图5为表示基板处理过程的流程图； 图6为表示实验中所用到的溅射装置的附图； 图7所示为由实验而得到的薄膜的膜厚分布； 图8为用于说明溅射粒子的入射角的附图； 图9所示为由实验而得到的薄膜的成膜速度； 图10所示为对实验中所制造的薄膜晶体管的各试样在200°C的条件下进行退火时的开路电流特性与闭路电流特性； 图11所示为对实验中所制造的薄膜晶体管的各试样在400°C的条件下进行退火时的开路电流特性与闭路电流特性； 图12为表示第2实施方式的第1溅射室的俯视图。
具体实施例方式本发明一个实施方式的溅射装置用于在基板的被处理面上形成薄膜，该溅射装置具有真空槽、支承机构、传送机构、第1溅射靶、第2溅射靶、溅射机构。
上述真空槽维持真空状态。
上述支承机构配置在上述真空槽的内部，对上述基板进行支承。
上述传送机构配置在上述真空槽的内部，将上述支承机构沿着平行于上述被处理面的传送面直线运动地进行传送。
上述第1溅射靶对着上述传送面且与之相隔第1间隔。
上述第2溅射靶配置在上述第1溅射靶的上述基板的传送方向的下游侧，对着上述传送面且与之相隔比上述第1间隔小的第2间隔。
上述溅射机构使上述第1溅射靶与第2溅射靶产生溅射。
上述溅射装置中，利用基板的被处理面与溅射靶的间隔来调节粒子的入射能量 (单位面积上的入射能量)并进行成膜处理，从而使对衬底层的损伤较小，能够制造出成膜特性优良的薄膜。
上述传送机构对上述基板进行传送使其通过第1位置与第2位置，上述第1位置可以为只有从上述第1溅射靶斜向射出的溅射粒子到达上述被处理面的位置，上述第2位置可以为从上述第1溅射靶垂直射出的溅射粒子到达上述处理面的位置。
在上述溅射装置中，一边进行溅射处理一边将基板从第1位置传送至第2位置，从而能够使入射能量级差性地增大。
所述第1溅射靶的溅射面可以平行于所述传送面配置。
上述溅射装置能够使从第1溅射靶射出的溅射粒子的照射面积比从第2溅射靶射出的溅射粒子的照射面积大。
上述第1溅射靶的溅射面可以面向上述第2位置一侧配置。
上述溅射装置能够使从第1溅射靶斜向射出的溅射粒子垂直地入射到基板的被处理面。
本发明一个实施方式的薄膜形成方法为将具有被处理面的基板配置在设有第1 溅射靶与第2溅射靶的真空槽内，其中，第1溅射靶对着基板的传送面且与之相隔第1间隔，第2溅射靶对着上述传送面且与之相隔比上述第1间隔小的第2间隔。
将上述基板从第1位置传送至第2位置。
在上述第1位置，仅由使第1溅射靶产生溅射所产生的斜向射出的溅射粒子对上述被处理面进行成膜处理。
在上述第2位置，由使第2溅射靶产生溅射所产生的垂直射出的溅射粒子对上述被处理面进行成膜处理。
本发明一个实施方式的场效应晶体管的制造方法为 在基板上形成栅极绝缘膜。
将具有被处理面的基板配置在设有第1溅射靶与第2溅射靶的真空槽内，其中，第 1溅射靶具有h-Ga-ai-Ο系组分且对着基板的传送面但与之相隔第1间隔，第2溅射靶具有h-Ga-Si-O系组分且对着上述传送面但与之相隔比上述第1间隔小的第2间隔。
将上述基板从第1位置传送至第2位置。
在上述第1位置，仅由使第1溅射靶产生溅射所产生的斜向射出的溅射粒子对上述被处理面进行成膜处理，在上述第2位置，由使第2溅射靶产生溅射所产生的垂直射出的溅射粒子对上述被处理面进行成膜处理，从而形成活性层。
下面参照附图对本发明的具体实施方式
进行说明。
下面说明本发明具体实施方式
的真空处理装置100。
图1为真空处理装置100的俯视示意图。
真空处理装置100为对例如显示器中使用的玻璃基板(下面仅称为基板)10进行处理的装置。作为这样的真空处理装置100，较典型的例如有，用于制造具有底栅型晶体管结构的场效应晶体管的一部分(承担一部分工序)的装置。
真空处理装置100具有组合式处理单元50、直列式(串联)处理单元60以及状态 (姿势)变换室70。这些腔室形成在真空槽或者由多个部件组合而成的真空槽的内部。
组合式处理单元50具有多个使基板10大致上处于水平状态而对该基板10进行处理的卧式处理室。作为一种典型的例子，组合式处理室50包括装料(load lock)室51、 传送室 53、多个 CVD (Chemical Vapor Deposition)室 52。
装料室51用于切换大气压状态与真空状态，将基板10从真空处理装置100的外部装入，并且，也用于将基板10取出到外部。传送室53具有传送机器人(未图示)。各CVD 室52分别与传送室53连接，用于对基板10进行CVD处理。传送室53的传送机器人将基板10装入装料室51、各CVD室52以及后述的状态变换室70，或者从这些腔室中取出基板 10。
作为一个典型的例子，在CVD室52中形成场效应晶体管的栅极绝缘膜。
这些传送室53与CVD室52内能够维持在规定的真空度。
状态变换室70用于将基板10的状态(姿势)从水平状态变换为竖直状态或者从竖直状态变换为水平状态。例如，如图2所示，在状态变换室70内设有用于保持基板10的保持机构71，保持机构71能够以转轴72为中心旋转。保持机构71利用机械卡盘或者真空卡盘(Vacuum Chuck)等保持住基板10。状态变换室70能够维持在与传送室53大致相同的真空度。
在保持机构71的两端部连接着驱动机构(未图示)，由该驱动机构驱动保持机构 71而使其旋转。
除了 CVD室52、状态变换室70之外，组合式处理单元50还可以设置与传送室53 连接的加热室或者进行其他处理的腔室。
直列式处理单元60包括第1溅射室61 (真空槽)、第2溅射室62以及缓冲室63， 使基板10大致上处于竖直立起的状态而对该基板10进行处理。
作为一个典型的例子，在第1溅射室61中如下所述地在基板10上形成具有 In-Ga-Zn-O系组分的薄膜(下面仅称为IGZO膜)。在第2溅射室62中在该IGZO膜上形成阻挡层形成膜。IGZO膜构成场效应晶体管的活性层。阻挡层形成膜具有蚀刻保护层的功能，在构成源极与漏极的金属膜的图案形成(图形绘制)工序中以及将IGZO膜的不需要区域蚀刻除去的工序中，保护IGZO膜的沟道区域不受蚀刻剂的侵蚀。
第1溅射室61具有多个溅射靶Tc，该溅射靶Tc含有用于形成IGZO膜的靶材。第 2溅射室62具有一个溅射靶Ts，该溅射靶Ts含有用于形成阻挡层形成膜的靶材。
如下所述，第1溅射室61构成为传送式溅射成膜装置，而第2溅射室62可以构成为固定式溅射成膜装置，也可以构成为传送式溅射成膜装置。
在第1溅射室61、第2溅射室62以及缓冲室63内具有，例如由去路64与回路65 构成的两条用于传送基板10的传送通路，在传送通路中设有将基板10支承在竖直状态或者稍稍偏离竖直状态的支承机构(未图示)。由传送辊、齿条与小齿轮等的机构对由上述支承机构支承的基板10进行传送。
在各腔室之间设有闸阀M，这些闸阀M分别独立地被进行开闭控制。
缓冲室63连接在状态变换室70与第2溅射室62之间，起到状态变换室70与第2溅射室62各自的真空压力环境的缓冲区域的作用。例如，在将设置于状态变换室70与缓冲室63之间的间阀M打开时，缓冲室63的真空度被控制到与状态变换室70具有大致相同的压力的真空度。另外，在将设置于缓冲室63与第2溅射室62之间的闸阀M打开时， 缓冲室61的真空度被控制到与第2溅射室62具有大致相同的压力的真空度。
在CVD室52中，有时会使用清洗气体等的特殊气体对腔室内进行清洗。例如，在 CVD室由立式的装置构成的情况下，如上述的第2溅射室62中那样，在立式的处理装置中设有特有的支承机构与传送机构，而这些机构有可能会被特殊气体腐蚀。但是，在本实施方式中，CVD室52由卧式的装置构成，因而能够解决(避免)这样的问题。
在溅射装置构成为卧式的装置时，若溅射靶配置在基板上方，则附着在溅射靶周围的靶材会落到基板上而对基板10造成污染。相反地，若溅射靶被配置在基板的下方，在基板的周围配置有遮护板，遮护板上附着的靶材会落到电极上从而对电极造成污染。这些污染有可能会使处理过程中产生异常放电的现象。然而，在本实施方式中，将第2溅射室62 构成为立式的处理室，因而能够解决(避免)这些问题。
接下来对第1溅射室61的具体结构进行说明。图3为第1溅射室61的俯视示意图。该第1溅射室61连接着未图示的处理气体导入管，通过该处理气体导入管，氩气等的溅射处理用气体以及氧气等的反应气体被导入到第1溅射室61中。
第1溅射室61具有溅射靶Tc。溅射靶Tc由具有相同的结构的靶材部Tel、Tc2、 Tc3,Tc4以及Tc5构成，靶材部TC1、TC2、TC3、TC4、TC5沿着由下述的传送机构对基板10进行传送的传送方向顺序且呈直线状地配置，并且，各靶材部的靶面平行于传送面。当然，靶材部的数量也并不限于5个。
与其他的靶材部TC2、TC3、TC4、TC5相比，位于传送方向最上游侧(沿着传送方向看为第一个)的靶材部Tcl与传送机构的传送面(或者也可以说是与基板10的被处理面) 的间隔较大。
各靶材部1^1、 \32、Tc3, Tc4, Tc5分别具有靶材板81、衬板82、磁体83。
靶材板81由作为成膜原材料的铸锭或者烧结体构成。在本实施方式中，由含有 h-Ga-ai-Ο组分的合金铸锭或者烧结体材料构成。靶材板81的产生溅射的溅射面平行于基板10的被处理面。
衬板82构成为连接着未图示的交流电源(包括高频电源)或者直流电源的电极。 衬板82可以具有内部供冷却水等的冷媒循环的冷却机构。衬板82安装在靶材板81的背面(与溅射面相反的面)。
磁体83由永磁体与支架的组合体构成，用于在靶材板81的表面(溅射面)的附近产生规定的磁场84。磁体83安装在靶材板81的背面(与溅射面相反的面)。
在按照如上所述而构成的溅射靶Tc中，由包含上述电源、衬板82、磁体83、上述处理气体导入管等的等离子体产生机构使第1溅射室61内产生等离子体。具体而言，对衬板 82施加规定的交流电或直流电，则在靶材板81的溅射面的附近产生溅射处理用气体的等离子体。并且，由等离子体中的离子对靶材板81进行轰击使靶材板81的溅射面产生溅射。 另外，由磁体83使靶材板表面处形成磁场，由该磁场生成高密度等离子体(磁控管放电)， 使等离子体的密度分布对应于磁场分布。
由靶材板81产生的溅射粒子从溅射面向一定范围内扩散。该范围由等离子体的形成条件等控制。溅射粒子包括从溅射面垂直逸出(射出)的粒子以及从靶材板81的表面斜向逸出的粒子。从各靶材部Tcl Tc5逸出的溅射粒子淀积在基板10的被处理面上。
将基板10配置在第1溅射室61中，该基板10由具有支承板91与固定机构(夹紧机构)92的支承机构93支承。固定机构92对支承在支承板91的支承区域上的基板10 的周缘部进行保持(固定)。支撑装置93由未图示的传送机构沿着平行于基板10的被处理面的传送面向图3及图4中箭头A所示的方向传送。
下面对靶材部TC1、TC2、TC3、TC4、TC5与基板10的配置关系进行说明。
传送机构对支承机构93进行传送使基板10通过第1位置与第2位置。第1位置位于基板10与靶材部Tcl相正对的位置的上游侧，该位置为只有从靶材部Tcl斜向逸出的粒子能够到达基板10的被处理面的位置。第2位置为基板10与处于最下游侧的靶材部 (本实施方式中为靶材部T^)相正对的位置，该位置为从靶材部Tc5垂直逸出的溅射粒子能够到达基板10的被处理面的位置。另外，在第2位置，从相邻的靶材部Tc4斜向逸出的粒子也可以到达基板10的被处理面。传送机构将支承机构93(基板10)至少从第1位置的上游侧传送到第2位置的下游侧。
下面对在按照如上所述而构成的真空处理装置100中对基板100进行处理的处理过程进行说明。图5为表示该过程的流程图。
传送室53、CVD室52、状态变换室70、缓冲室63、第1溅射室61以及第2溅射室 62分别维持在规定的真空状态。首先，将基板10装入装料室51 (步骤101)。之后，该基板 10通过传送室53而被送入CVD室52，通过CVD处理从而在基板10上形成规定的膜(例如栅极绝缘膜)(步骤10 。进行CVD处理后，基板10通过传送室53被送入状态变换室70， 在状态变换室70中从水平状态被变换为竖直状态(步骤103)。
变为竖直状态的基板10通过缓冲室63被送入溅射室，并经由去路64送至第1溅射室61的端部。之后，基板10经由回路64、在第1溅射室61中被停止，而按照如下所述地被进行溅射处理，从而，在基板10的表面形成IGZO膜(例如)(步骤104)。
参照图3，基板10由支承机构被传送至第1溅射室61内，在第1位置或者第1位置的上游侧位置停止。在第1溅射室61内被分别导入规定流量的溅射用气体(氩气与氧气等)。如上所述地，对该溅射用气体施加电场与磁场，形成等离子体，从而各靶材部Tel、 Tc2、Tc3、Tc4、Tc5的溅射开始。另外，各靶材部TcU Tc2、Tc3、Tc4、Tc5也可以在基板10 的传送开始前不是使全部的溅射都开始，而是随着传送的进行，沿着基板的传送方向A顺序地使溅射开始。
图4为表示溅射的具体形态的附图。
图4中的(A)表示的是基板10处于第1位置时的状态，(C)为基板10处于第2位置时的状态，(B)为基板10处于第1位置与第2位置之间的位置时的状态。溅射按照图4 中㈧、⑶、(C)这样的顺序进行。
如图4中的(A)、(B)、(C)所示，基板10 (支承机构93)在被传送机构传送的同时被进行成膜处理。另外，传送可以连续地进行，也可以阶段性地(传送与停止相反复)进行。
在图4中(A)所示的溅射的开始阶段，基板10被传送至第1位置。在该位置，只有从靶材部Tci的溅射面斜向射出(逸出)的粒子到达基板10的被处理面。基板10不与靶材部Tcl正对，所以从溅射面的垂直方向射出的溅射粒子不会到达被处理面。如上所述，与其他的靶材部TC2、TC3、TC4、TC5相比，靶材部Tcl与基板10之间的间隔较大，因而斜向射出的溅射粒子经过较大的扩散程度到达被处理面。从而，与在靶材部Tc2、Tc3、Tc4、Tc5 处进行的溅射相比，在靶材部Tcl处进行成膜的面积较大，因而被处理面的单位面积上的溅射粒子的入射能量较小。
被处理面由从靶材部Tcl斜向射出的溅射粒子成膜后，被传送至与靶材部Tcl正对的位置，由从靶材部Tcl垂直方向射出的溅射粒子以及从靶材部Tc2斜向射出的溅射粒子进行成膜处理。
如图4中的(B)所示，基板10进一步被传送，由靶材部Tc2.Tc3.Tc4.Tc5分别射出的溅射粒子进行成膜处理。基板10预先由距被处理面的间隔较大、成膜面积较大的靶材部Tcl进行成膜处理，从而，由靶材部TC2、TC3、TC4、TC5分别射出的、入射能量较靶材部 Tcl的溅射粒子大的溅射粒子不会直接到达未经成膜的(新的)被处理面上。
如图4中的(C)所示，基板10被传送至与靶材部Tc5相正对的位置，成膜处理结束。关于传送，可以进行到使基板10移动至第2位置的下游侧，然而，在第2位置的下游侧， 只有从靶材部Tc5斜向逸出的溅射粒子到达被处理面，从而堆积在原有的薄膜之上。在溅射粒子向被处理面入射的入射角对形成的薄膜的膜质特性产生影响的情况下，也可以在基板被传送至第2位置时结束溅射处理。
按照上述，基板10的被处理面首先由从靶材部Tcl射出的溅射粒子进行成膜，之后由从靶材部Tc2、Tc3、Tc4、Tc5射出溅射粒子进行成膜。从与被处理面之间的间隔大的靶材部Tcl射出的溅射粒子的扩散程度比与被处理面之间的间隔小的其他的靶材部Tc2、 Tc3.Tc4.Tc5射出溅射粒子的扩散程度大，因而，被处理面单位面积上所受到的入射能量较小，被处理面所受到的损伤也较小。另一方面，由于从靶材部Tcl射出的溅射粒子的粒子数较少，所以成膜速度也较慢，但是，通过后续的靶材部Tc2、Tc3、TC4、TC5所射出的粒子使得整体的成膜速度并不会很低。从靶材部Tc2、Tc3、Tc4、Tc5射出溅射粒子仅到达被处理面的已经经历过成膜处理的区域，因而，已经形成的膜构成缓冲部，从而使损伤不会延及被处理面。
在第1溅射室61中形成IGZO膜的基板10与支承板91 一起被传送至第2溅射室 62。在第2溅射室62中形成例如由氧化硅模构成的阻挡层(步骤104)。
在第2溅射室62中进行的成膜处理与第1溅射室61中进行的成膜处理相同，采用使基板10在第2溅射室62中停止而进行成膜处理的固定式成膜方式。然而，并不仅限于此，也可以采用在基板10通过第2溅射室62的过程中进行成膜的通过式成膜方式。
在溅射处理后，基板10通过缓冲室63被传送至状态变换室70，该基板10的状态被从竖直状态变换为水平状态(步骤10 。之后，通过传送室53以及装料室51，基板10 被取出到真空处理装置100的外部(步骤106)。
如上，根据本实施方式所述，在一个真空处理装置100的内部，使基板10不会暴露在大气环境中而连续地进行CVD成膜以及溅射成膜处理，从而能够提高生产效率。此外，能够防止大气中的水分与灰尘附着在基板10上，从而能够提高膜的质量。
另外，如上所述，通过以入射能量较低的状态形成初期的IGZO膜，从而能够减低对衬底层即栅极绝缘膜的损伤，因而能够制造出性能较高的场效应晶体管。
(第2实施方式) 下面对第2实施方式的真空处理装置进行说明。
在以下的说明中，对与上述实施方式具有相同的结构的部分简略地进行说明。
图12为表示第2实施方式的第1溅射室261的示意性的俯视图。
与第1实施方式的真空处理装置100不同，本实施方式的真空处理装置的靶材部 Tdl相对于传送面倾斜地配置。
真空处理装置的第1溅射室261具有溅射靶Td。溅射靶Td具有靶材部Tdl、Td2、 Td3、Td4以及Td5，这些靶材部Tdl、Td2、Td3、Td4、Td5具有相同的结构且沿着基板210的传送方向B呈直线性地配置。与其他的靶材部Td2、Td3、Td4以及Td5相比，位于传送方向的最上游侧的靶材部Tdl与传送机构的传送面之间的间隔较大。并且，靶材部Tdl相对于传送面倾斜配置，使其溅射面朝向图12中箭头B所示的传送方向的下游侧。靶材部Tdl以倾斜的状态固定在第1溅射室261中也可以，以能够转动、倾斜的方式安装在第1溅射室261 中也可以。
各溅射阴极Td包括靶材板281、衬板282、磁体283。
传送机构对支承机构293进行传送使基板201通过第1位置与第2位置。第1位置为只有从靶材部Tdl的溅射面斜向射出的溅射粒子到达基板210的被处理面的位置。在该位置，靶材部Tdl倾斜于传送面，因而与第1实施方式的第1位置相比，该位置较靠近靶材部Tdl。第2位置为从处于最下游侧的靶材部(本实施方式中位靶材部Tc^)相正对的位置垂直射出的溅射粒子到达基板210的被处理面的位置。另外，在第2位置，从相邻的靶材部Td4斜向射出的粒子也可到达基板210的被处理面。传送机构将支承机构四3 (基板 210)至少从第1位置的上游侧传送到第2位置的下游侧。
下面对按照如上所述而构成的真空处理装置中的溅射处理进行说明。
与第1实施方式相同，由外加的电场以及磁场使溅射用气体等离子化。
对基板201的传送开始，在第1位置，由从靶材部Tdl斜向射出的溅射粒子进行成膜。由于靶材部Tdl倾斜配置而使其溅射面朝向传送方向B的下游侧，所以，从靶材部Tdl 的溅射面斜向射出的溅射粒子垂直地入射到被处理面上。由于该溅射粒子是从靶材部Tdl 的溅射面斜向射出的，所以其入射能量较小。
之后，与第1实施方式相同，基板201被传送，由从靶材部Td2、Td3、Td4以及Td5 分别射出的溅射粒子进行成膜。
如上所述，有时溅射粒子向被处理面入射的入射角会对所形成的薄膜的膜特性产生影响。从靶材部Tdl射出的溅射粒子首先淀积在未被进行成膜的被处理面上。
在本实施方式的溅射处理中，由于靶材部Tdl倾斜配置，因而使入射能量较低且斜向射出的溅射粒子垂直入射到基板210上，并且能够使从靶材部垂直射出的溅射粒子隔着一定的距离入射到基板201上。
下面所要说明的是，从靶材的溅射面斜向射出的溅射粒子与垂直射出的溅射粒子所进行的成膜处理的成膜速度以及给衬底层所带来的损伤的差别。
图6为说明本发明的发明人所进行的实验的溅射装置的结构图。该溅射装置具有两个溅射阴极Tl与T2，该两个溅射阴极Tl与T2分别具有靶材11、衬板12、磁体13.各溅射阴极Tl与T2的衬板12分别与交流电源14的电极连接。靶材11使用的是具有h-Ga-Si-O 组分的靶材。
将基板对着这两个溅射阴极Tl与T2地配置，在该基板的表面上形成有作为栅极绝缘膜的氧化硅膜。溅射阴极与基板之间的距离(距离TS)为沈0!11111。基板的中心与溅射阴极Tl与T2中间的中间点(A点)对齐。从A点到各靶材11的中心(B点)的距离为 100mm。真空槽内部维持在减压的氩环境下(流量230sCCm、分压0. 74 )，对该真空槽内部导入规定流量的氧气，在各溅射阴极Tl与T2间施加交流电(0. 6kff)从而形成等离子体15， 并由该等离子体15使各靶材11产生溅射。
图7所示为以A点为原点对基板上的各位置的膜厚进行测量所得到的测量结果。 关于膜厚的表示，以A点的膜厚为1而对其他各点的膜厚进行换算。基板温度为室温。C点位距A点250mm处位置的点，从溅射阴极T2的磁体13的外周缘到该C点的距离为82. 5mm。 图中“ ”表示氧气的导入量为Isccm(分压0.004Pa)时的膜厚，“ ■”表示氧气的导入量为kccm(分压0. 02Pa)时的膜厚，“Δ”表示氧气的导入量为2kccm(分压0. 08Pa)时的膜厚，“ ”表示氧气的导入量为50sCCm(分压0. 14Pa)时的膜厚。
如图7所示，从两个溅射阴极Tl与T2射出的溅射粒子所到达的A点的膜厚最大， 远离A点则膜厚逐渐减小。在C点，由于是从溅射阴极T2斜向射出的溅射粒子所淀积的区域，因而比从溅射阴极T2垂直方向射出的溅射粒子的淀积区域(B点)的膜厚小。如图8 所示，该C点处的溅射粒子的入射角θ为72. 39°。
图9为表示在A点、B点以及C点测量的导入分压与成膜速度的关系的附图。可知，成膜速度与成膜位置无关，而氧气分压(氧气导入量)越高则成膜速度越低。
在上述A与C各点处，氧气分压不同，分别制造出以形成的IGZO膜为活性层的薄膜晶体管。将各晶体管的试样在大气环境下以200°C加热15分钟，从而对活性层进行退火处理。并且，针对各试样测量开路电流特性与闭路电流特性。其结果如图10所示。图中纵轴表示开路电流或者闭路电流，横轴表示IGZO膜形成时的氧气分压。作为参照，图中还示出了由RF溅射法以通过式成膜方式形成IGZO膜的晶体管的试样的晶体管特性。在图10 中，“Δ”表示C点的闭路电流，“▲”表示C点的开路电流，“ ”表示A点的闭路电流，“ ” 表示A点的开路电流，“〇”表示参照用试样的闭路电流，“ ”表示参照用试样的闭路电流。
根据图10的结果可知，对于各试样而言，氧气分压增加则开路电流降低。这应该是因为形成的膜中的氧浓度增加使得活性层的导电性降低。另外，比较A点与C点的试样可知，A点的试样比C点的开路电流低。这应该是因为，在形成活性层(IGZ0膜)时，由于溅射粒子的轰击(碰撞)而使衬底膜(栅极绝缘膜)受到的损伤较大，从而不能保证所期望的膜质。另外，C点的试样与参照用试样的开路电流特性大致相同。
另外，图11所示为活性层的退火条件为大气环境、400°C、15分钟时的对上述薄膜晶体管的开路电流特性以及闭路电流特性进行测量所得到的实验结果。在这样的退火条件下，各试样的开路电流特性并未显示出较大的不同。而关于闭路电流特性，A点的试样比C 点以及参照用的试样高。这应该是因为，在形成活性层时，由于受到溅射粒子的轰击而使衬底膜受到较大的损伤从而丧失了所预期的绝缘特性。
此外，通过提高退火处理的温度(高温)，可使开路电流特性较高但不受氧气分压的影响。
根据以上结果可知，在通过溅射成膜而形成薄膜晶体管的活性层时，通过由斜向入射到基板上的粒子而形成最初的薄膜，从而能够得到开路电流高、闭路电流低这样优异的晶体管特性。此外，能够稳定地制造出具有所期望的晶体管特性且具有M-Ga-S1-O系组分的活性层。
以上对本发明的具体实施方式
做了详细的说明，不言而喻，本发明并不限于上述实施方式，可以根据本发明的技术思想做种种的变更。
在上述实施方式中，第1溅射靶具有一个靶材部，然而，并不仅限于此，也可以由多个靶材部构成。此外，也可以由沿着基板的传输方向而与传送面的间隔逐渐减小的多个靶材部构成第1溅射靶。
在上述实施方式中，以具有IGZO膜的活性层的薄膜晶体管的制造方法为例进行说明，然而，本发明也适用于以金属材料等的其他成膜材料进行溅射成膜的情况。
附图标记说明 10基板 11靶材 13磁体 61第1溅射室 71保持机构 81靶材板 83磁体 93支承机构 100真空处理装置 210基板 261第1溅射室 281靶材板 283磁体 293支承机构 Tc溅射阴极 Td溅射阴极
权利要求
1.一种溅射装置，用于在基板的被处理面上形成薄膜，其特征在于，包括 真空槽，其能够维持真空状态；支承机构，其配置在所述真空槽的内部，对所述基板进行支承； 传送机构，其配置在所述真空槽的内部，将所述支承机构沿着平行于所述被处理面的传送面直线运动地进行传送；第1溅射靶，其对着所述传送面且与之相隔第1间隔；第2溅射靶，其配置在所述第1溅射靶的所述基板的传送方向的下游侧，对着所述传送面且与之相隔比所述第1间隔小的第2间隔；溅射机构，其使所述第1溅射靶与第2溅射靶产生溅射。
2.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，所述传送机构对所述基板进行传送使其通过第1位置与第2位置，所述第1位置为只有从所述第1溅射靶斜向射出的溅射粒子到达所述被处理面的位置，所述第2位置为从所述第1溅射靶垂直射出的溅射粒子到达所述处理面的位置。
3.根据权利要求2所述的溅射装置，其特征在于， 所述第1溅射靶的溅射面平行于所述传送面配置。
4.根据权利要求2所述的溅射装置，其特征在于， 所述第1溅射靶的溅射面面向所述第2位置一侧配置。
5.一种薄膜形成方法，其特征在于，将具有被处理面的基板配置在设有第1溅射靶与第2溅射靶的真空槽内，其中，第1溅射靶对着基板的传送面且与之相隔第1间隔，第2溅射靶对着所述传送面且与之相隔比所述第1间隔小的第2间隔，将所述基板从第1位置传送至第2位置，在所述第1位置，仅由使第1溅射靶产生溅射所产生的斜向射出的溅射粒子对所述被处理面进行成膜处理，在所述第2位置，由使第2溅射靶产生溅射所产生的垂直射出的溅射粒子对所述被处理面进行成膜处理。
6.一种场效应晶体管的制造方法，其特征在于， 在基板上形成栅极绝缘膜，将具有被处理面的基板配置在设有第1溅射靶与第2溅射靶的真空槽内，其中，第1溅射靶具有h-Ga-ai-Ο系组分且对着基板的传送面但与之相隔第1间隔，第2溅射靶具有 h-Ga-Si-O系组分且对着所述传送面但与之相隔比所述第1间隔小的第2间隔， 将所述基板从第1位置传送至第2位置，在所述第1位置，仅由使第1溅射靶产生溅射所产生的斜向射出的溅射粒子对所述被处理面进行成膜处理，在所述第2位置，由使第2溅射靶产生溅射所产生的垂直射出的溅射粒子对所述被处理面进行成膜处理，从而形成活性层。
全文摘要
本发明的目的在于提供能够降低衬底层受到的损伤的溅射装置、薄膜形成方法以及场效应晶体管的制造方法。溅射装置(100)具有传送机构、第1溅射靶(Tc1)、第2溅射靶(Tc2～Tc5)、溅射机构。传送机构配置在真空槽的内部，将支承基板的支承机构沿着平行于所述被处理面的传送面直线运动地进行传送。第1溅射靶(Tc1)对着传送面且与之相隔第1间隔。第2溅射靶配置在第1溅射靶的基板的传送方向的下游侧，对着传送面且与之相隔比第1间隔小的第2间隔。溅射机构使所述第1溅射靶(Tc1)与第2溅射靶(Tc2～Tc5)产生溅射。采用这样的溅射装置(110)，对衬底层的损伤小，能够制造出成膜特性良好的薄膜。
文档编号C23C14/34GK102187008SQ20098014071
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月9日 优先权日2008年10月16日
发明者仓田敬臣, 清田淳也, 新井真, 赤松泰彦, 石桥晓, 斋藤一也 申请人:株式会社爱发科