本发明涉及成膜方法及真空处理装置，更详细而言，涉及适合于将包含铟、镓和锌的烧结体设为靶体，对该靶体进行溅镀从而通过反应性溅射使处理对象物的表面形成IGZO膜的装置。
背景技术：
近年来，作为在平板显示器中驱动显示元件的薄膜晶体管(以下，称为”TFT”)的沟道层，使用铟镓锌氧化物(IGZO)等的氧化物半导体。例如，作为氧化物半导体的IGZO膜通常使用溅镀装置来成膜。在这种情况下，将包含铟、镓和锌的烧结体设为靶体，在设置该靶体的溅镀装置的真空处理室内配置处理对象物，真空处理室被真空排气到规定的压力时，导入放电用气体和氧气，向靶体施加预定电力而对靶体进行溅镀，由此通过反应性溅射在处理对象物表面形成IGZO膜(例如，参照专利文献1)。
在通过上述溅镀装置形成IGZO膜时，通过载体保持已形成有栅极等的玻璃基板，在该状态下被输送到真空处理室内而成膜，但根据本发明发明人的研究，发现在真空处理室内残留的水分子、附着于基板以及载体而被带入到真空处理室内的水分子对TFT的(初期)特性、可靠性产生影响。具体而言，真空处理室内水分压低于规定压力时，产生启动电压(VON)向正向侧偏移的问题。另一方面，真空处理室内水分压高于预定压力时，形成薄膜密度低且存在较多因OH-、O-弱键引起的缺损的IGZO膜，产生电子移动度降低、或者启动电压(VON)向正向侧偏移的问题。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】专利公开2013-64185号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
本发明是基于以上的发现而发明的，其课题在于提供一种在适用于将IGZO膜等的氧化物半导体设为沟道层的TFT的情况下，TFT的特性、可靠性优异的IGZO膜的成膜方法，以及适合于这样的IGZO膜成膜的真空处理装置。
解决技术问题的手段
为了解决上述课题，本发明是一种成膜方法，将包含铟、镓和锌的烧结体设为靶体，在设置有该靶体的真空处理室内配置处理对象物，真空处理室真空排气到规定的压力时，导入放电用气体和氧气，向靶体施加规定电力而对靶体进行溅镀，由此通过反应性溅射，在处理对象物表面形成IGZO膜，该成膜方法的特征在于：在靶体溅镀开始之前，包括将真空处理室内的水分压设为1×10-5Pa～1×10-3Pa范围的工序。
根据本发明的成膜方法，确认了通过将溅镀靶体进行成膜时的真空处理室内的水分压控制在规定范围内，能够得到TFT的特性和可靠性优异的IGZO膜。在这种情况下，水分压低于1×10-5Pa时，产生启动电压(VON)向正向侧偏移这样的问题。另一方面，水分压力高于1×10-3Pa时，形成薄膜密度低且存在较多因OH-或O-弱键引起的缺损的IGZO膜，从而产生电子移动度降低，或者启动电压(VON)向正向侧偏移这样的问题。
然而，在实施成膜、蚀刻等规定处理的真空处理装置中，考虑将真空处理室内的水分压控制在预定的范围内时，在处理之前，通过在对真空处理室内进行加热的同时进行真空排气，排除在真空处理室内残留的水分子和带入到真空处理室内的水分子，其中，根据要控制的真空处理室内的水分压，真空排气需要的时间长，无法尽可能快速地开始处理，存在生产性差的问题。在这种情况下，一直以来进行将真空加热室与真空处理室连续设置，在真空加热室内，对处理对象物加热，使附着于该处理对象物的水分子预先脱离。即使通过这样的方法，在真空加热室也不能使水分子从处理对象物充分脱离时，水分子被带入到真空处理室内，结果，根据要控制的真空处理室内的水分压，真空排气需要的时间长。
因此，本发明的真空处理装置，其特征在于，包括：真空加热室，具有第一真空泵和加热机构，在由第一真空泵真空排气后的状态下通过加热机构加热处理对象物，使附着于该处理对象物的水分子脱离；储备室，其具有第二真空泵，加热完的处理对象物在真空环境中从真空加热室被输送到所述储备室中，在通过第二真空泵真空排气后的状态下储备处理对象物；以及真空处理室，其具有第三真空泵，处理对象物在真空环境中从储备室被输送到所述真空处理室中，在通过第三真空泵真空排气的状态下对处理对象物实施规定的处理。
根据本发明的真空处理装置，由于采用了在真空加热室与真空处理室之间的输送处理对象物的路径上设置储备室，将在真空加热室使水分子预先脱离的处理对象物储备在真空环境中而进一步对水分子进行真空排气的结构，因此无需等到在真空加热室中水分子从处理对象物充分脱离，就能够输送该处理对象物，并且能够将在储备室中使水分子进一步脱离状态的处理对象物输送到真空处理室。并且，在真空加热室、储备室以及真空处理室能够并行进行处理，其结果是，到要控制的真空处理室内的水分压为止的真空排气的时间变短，尽可能迅速地开始规定的处理，能够提高生产率。
此外，在本发明中，提及“处理对象物”时，不仅是被实施成膜、蚀刻等规定处理的玻璃基板、硅晶圆等，例如在玻璃基板安装于载体而输送的情况下，其也包括载体的概念。另外，作为真空处理装置，不仅是真空加热室、储备室以及真空处理室沿着一方向经由闸门阀连续设置的装置(所谓直列式真空处理装置)，也可以是所谓组合设备工具式(クラスターツール式)的装置。另外，真空加热室也可以兼用作使处理对象物进出的所谓负荷固定室。
另外，本发明中，优选具有：第一测定机构，测定所述真空加热室内的水分压；以及第二测定机构，测定所述储备室内的水分压；还具有判定机构，该判定机构在由第一测定机构测定的第一测定值达到规定值时，以及由第二测定机构测定的第二测定值达到低于第一测定值的规定值时，允许处理对象物的输送。由此，能够处于水分子有效脱离状态的处理对象物输送到真空处理室，其结果是，能够进一步提高生产率。而且，在本发明中，为了能够更进一步提高生产率，优选在所述储备室内设置吸附水分子的吸附机构。
此外，在将所述真空处理装置适用于IGZO膜成膜的情况下，在所述真空处理室设置：包含铟、镓和锌的烧结体的靶体；向靶体施加电力的电源；分别导入放电用气体和氧气的气体导入机构；以及测定真空处理室内水分压的第三测定机构，所述真空处理装置具有控制机构，该控制机构在真空处理室内的水分压达到1×10-5Pa～1×10-3Pa范围内的规定值时，进行放电用气体和氧气的导入以及向靶体的电力施加。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的真空处理装置的示意图。
图2是示出具有通过本发明的实施方式的成膜方法成膜的IGZO膜的TFT的构造的示意图。
图3是说明确认本发明效果的实验中的评价方法的图。
图4示出确认本发明效果的实验结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图，以将处理对象物设为玻璃基板W且在玻璃基板W的一个面形成IGZO膜的情况为例子，说明本发明的IGZO膜的成膜方法以及适合于IGZO膜成膜的真空处理装置的实施方式。以下，设玻璃基板W以在垂直方向上立起的姿势进行输送，表示上、下、右、左方向的术语以图1为基准。
参照图1，VM是本实施方式的真空处理装置。真空处理装置VM具有沿着一方向经由闸门阀Gv相互连续设置的第一～第四真空腔室Vc1、Vc2、Vc3、Vc4，能够通过基板输送机构TP将玻璃基板W输送到第一～第四真空腔室Vc1、Vc2、Vc3、Vc4内的规定位置。基板输送机构TP具有：使玻璃基板W以在垂直方向上立起的姿势保持的载体Tc；在真空处理装置VM内将载体Tc向水平方向输送的载体输送机构Tt。此外，作为基板输送机构TP，能够利用具备多根辊的公知机构，因此省略更详细的说明。
上游侧(图1中，最左侧)的第一真空腔室Vc1起到作为所谓负荷固定腔室的作用，具备对其内部进行真空排气的真空泵11和将其内部大气开放的换气阀12。在这种情况下，真空泵11从可在从大气压到规定压力(40Pa)的范围内迅速地对第一真空腔室Vc1内进行真空排气的泵中选择，例如使用旋转泵等。另外，在第一真空腔室Vc1的侧壁设置有图示省略的开闭门，在大气压状态的第一真空腔室Vc1中，能够进行处理前的玻璃基板W向载体Tc的安装、处理完的玻璃基板W从载体Tc的拆卸。此外，为了取出处理完的玻璃基板W，也可以在第四真空腔室Vc4的下游侧连续设置有其他负荷固定腔室。
与第一真空腔室Vc1相邻的第二真空腔室Vc2起到作为本实施方式的真空加热室的作用，具备能够将其内部真空排气到规定压力(1×10-3Pa)的真空泵21和对由载体Tc保持的玻璃基板W加热的加热机构22。在这种情况下，真空泵21从能够将包括从载体Tc或玻璃基板W脱离的水分子的气体有效排出的泵中选择，例如使用具备后泵(バックポンプ)的涡轮分子泵等。作为加热机构22，只要能够将载体Tc或玻璃基板W加热到预定温度(例如，100～120℃的范围的温度)而使水分子有效地脱离的机构，则没有特别限定，例如使用护套加热器。另外，在第二真空腔室Vc2设置有作为第一测定机构的质量分析管23，能够测定其内部的水分压。在这种情况下，由质量分析管23测定的水分压(第一测定值)低于规定值(例如1×10-2Pa)时，能够允许玻璃基板W向第三真空腔室Vc3的输送。
与第二真空腔室Vc2相邻的第三真空腔室Vc3起到作为本实施方式的储备室的作用，具备能够将其内部真空排气到规定压力(1×10-4Pa)的真空泵31。在这种情况下，真空泵31从特别能够有效地排出水分子的泵中选择，例如使用低温泵等。另外，在第三真空腔室Vc3内，与由载体Tc支撑的玻璃基板W相对而设置有作为吸附机构的低温板32，以低温板32的板面主动地吸附水分子。另外，在第三真空腔室Vc3还设置有作为第二测定机构的质量分析管33，能够测定其内部的水分压力。在这种情况下，由质量分析管33测定的水分压力(第二测定值)低于比上述第一测定值低的预定值(例如5×10-3Pa)时，能够允许玻璃基板W向第四真空腔室Vc4的输送。
第三真空腔室Vc3相邻的第四真空腔室Vc4起到作为本实施方式的真空处理室的作用，能够实施本实施方式的成膜方法而在玻璃基板W的一个面形成IGZO膜。第四真空腔室Vc具备将其内部真空排气到规定压力(1×10-5Pa)的涡轮分子泵、干泵等的真空泵41。在第四真空腔室Vc4的侧壁面，与由载体Tc保持的玻璃基板W相对设置有溅镀阴极42。溅镀阴极42虽然没有特别图示说明，但由包含铟、镓和锌的烧结体的靶体42a和磁铁磁铁单元42b构成。靶体42a是具有比玻璃基板W大的轮廓的大致长方体形状，在基于溅镀的成膜中，设置为与冷却该靶体42a的铜制的背板(未图示)接合的状态。此外，根据玻璃基板W成膜面的面积，多片靶体42a能够在同一平面内排列设置。另外，在靶体42a连接有来自溅射电源E的输出，能够施加规定电力。另一方面，磁铁单元42b由在支撑板421(磁轭)的一个面设置的中央磁铁422，和以包围该中央磁铁422周围的方式沿着支撑板421的外周环状配置的周边磁铁423构成，在靶体42a与玻璃基板W之间的空间形成有隧道状的漏磁场(未图示)。在这种情况下，为了提高例如靶体42a的利用效率，在磁铁单元42b上连结驱动机构(未图示)，在基于溅镀的成膜中，在上下方向或左右方向中的至少一个方向上以规定的冲程往复移动。
另外，在第四真空腔室Vc4的侧壁开设有气体供给口，在气体供给口连接有气体管43a、43b。气体管43a、43b经由质量流量控制器44a、44b，分别与由图示省略的氩气等稀有气体构成的放电用气体的气源以及氧气、臭氧等含氧反应气体的气源连通，在第四真空腔室Vc4内导入被流量控制的稀有气体和反应气体。这些气体管43a、43b以及质量流量控制器44a、44b构成技术方案的气体导入机构。而且，另外，在第四真空腔室Vc4还设置有作为第三测定机构的质量分析管45，能够测定其内部的水分压。在这种情况下，由质量分析管45测定的水分压成为规定的范围(1×10-5Pa～1×10-3Pa)时，开始对玻璃基板W的成膜。此外，例如，在第四真空腔室Vc4内真空排气到1×10-5Pa左右压力的情况下，第四真空腔室Vc4内的压力能够视为与水分压相同。在以这样的压力范围进行成膜的情况下，也可以省略质量分析管45，使用电离压力计等的真空计作为第三测定机构。
另外，真空处理装置VM具有具备存储器、微型计算机、定序器等的公知的控制单元Cr，例如接收质量分析管23、33、45的测定值的输出，或者统一控制载体输送机构Tt、质量流量控制器44a、44b、电源E以及各真空泵11、21、31、41的运转。在本实施方式中，上述控制单元Cr在由质量分析管23测定的第一测定值达到规定值时，以及在由质量分析管33测定的第二测定值达到低于第一测定值的规定值时，兼具允许玻璃基板W输送的判定机构的作用，另外，在第四真空处理室Vc4内的水分压被真空排气到1×10-5Pa～1×10-3Pa范围内的规定压力时，还兼具作为进行稀有气体以及反应气体的导入和向靶体42a的电力施加的控制机构的作用。以下，以通过上述真空处理装置VM在玻璃基板W的单面由反应性溅镀形成IGZO膜的情况为例子，说明本发明的实施方式的成膜方法。
首先，在大气状态的第一真空腔室Vc1，将处理前的玻璃基板W设置于载体Tc。在载体Tc设置有玻璃基板W时，真空泵11运转而对第一真空腔室Vc1内进行真空排气。此外，第一真空腔室Vc1所面对的洁净室，通常其温度控制为室温(例如24℃)，湿度控制为40％RH，且在暴露于该洁净室的载体Tc或玻璃基板W上吸附有水分子。另外，在第二～第四真空腔室Vc2～Vc4内，真空泵21、31、41运转而进行真空排气。
然后，第一真空腔室Vc1内的压力达到规定值(例如40Pa)时，打开闸门阀Gv将载体Tc输送到真空排气后状态的第二真空腔室Vc2。在作为第二真空腔室Vc2的真空加热室，通过加热机构22将载体Tc和玻璃基板W加热到规定温度(例如，100～120℃的范围的温度)而使水分子脱离，脱离的水分子通过真空泵21排出。此时，第二真空腔室Vc2内的水分压通过质量分析管23测定，测定的水分压(第一测定值)低于规定值(例如1×10-2Pa)时，打开闸门阀Gv将载体Tc输送到真空排气后的状态的第三真空腔室Vc3。
接着，在作为第三真空腔室Vc3的储备室，将在真空加热室Vc2使水分子预先脱离的载体Tc以及玻璃基板W储备在真空环境中，由此进一步对水分子进行真空排气。此时，优选以作为吸附机构的低温板32的板面主动地吸附水分子。并且，通过质量分析管33测定第三真空腔室Vc3内的水分压，测定的水分压(第二测定值)低于规定值(例如5×10-3Pa)时，打开闸门阀Gv将载体Tc输送到真空排气后状态的第四真空腔室Vc4，与靶体42a相对而配置玻璃基板W。
接着，在作为第四真空腔室Vc4的真空处理室，通过质量分析管45测定其内部的水分压，测定的水分压成为1×10-5Pa～1×10-3Pa的范围时，开始对玻璃基板W的成膜。即，控制质量流量控制器44a、44b将稀有气体以及反应气体以规定的流量分别导入(此时，真空处理室Vc4内的压力成为0.1～1.0Pa的范围，氧分压成为0～0.05Pa的范围)，与此配合，从溅射电源E向靶体42a施加规定电力(例如，功率密度为2～5W/cm2)从而在真空处理室Vc4内形成等离子体。由此，靶体42a的溅射面被溅射，飞散的铟、镓以及锌的原子和氧的反应生成物附着并堆积于玻璃基板W表面，从而形成IGZO膜。
根据本实施方式，IGZO膜的成膜时的真空处理室Vc4内的水分压控制在1×10-5Pa～1×10-3Pa的范围内，由此能够得到TFT的特性和可靠性优异的IGZO膜。水分压低于1×10-5Pa时，产生启动电压(VON)向正向侧偏移这样的不良情况。另一方面，水分压高于1×10-3Pa时，成为薄膜密度低且存在较多因OH-、O-的弱键引起的缺损的IGZO膜，产生电子移动度降低、或者启动电压(VON)向正向侧偏移这样的不良情况。
而且，根据本实施方式，在真空加热室Vc2与真空处理室Vc4之间的玻璃基板W以及载体Tc输送的路径设置储备室Vc3，在该储备室Vc3，由真空加热室Vc2使水分子预先脱离的玻璃基板W以及载体Tc在真空环境中储备而进一步对水分子进行真空排气，通过采用这样的结构，不需要等到在真空加热室Vc2水分子从玻璃基板W以及载体Tc充分脱离为止，就能够输送该玻璃基板W以及载体Tc，并且能够将在储备室Vc3使水分子进一步脱离的状态的玻璃基板W以及载体Tc输送到真空处理室Vc4。而且，能够在真空加热室Vc2、储备室Vc3以及真空处理室Vc4进行并行处理，其结果是，到要控制的真空处理室Vc4内水分压的真空排气的时间能够变短，能够尽可能地迅速开始成膜处理，能够提高生产率。
接着，为了确认上述效果，进行如下的实验。在本实验中，首先，如图2所示的ES型TFT所示，制造具有作为沟道层(活性层)53的IGZO膜的TFT，该IGZO膜使用上述真空处理装置VM形成。即，通过公知的方法，在玻璃基板50的一个面形成作为栅极51的铬膜后，将在该栅极51上形成作为栅极绝缘膜52的氧化铝膜的产品作为处理对象物W，在第一真空腔室Vc1将该处理对象物W设置于载体Tc。此时，第一真空腔室Vc1所面对的洁净室的温度控制为24℃，湿度控制为40％RH，在暴露于该洁净室的处理对象物W以及载体Tc上吸附有水分子。并且，对第一真空腔室Vc1内真空排气而达到40Pa时，将载体Tc输送到真空加热室Vc2，通过加热机构22将载体Tc和处理对象物W加热到100℃而使水分子预先脱离。并且，基于质量分析管23d的第一测定值低于1×10-2Pa时，将载体Tc输送到与储备室Vc3内的低温板32相对的位置。基于质量分析管33的第二测定值低于5×10-3Pa时，将载体Tc输送到与真空处理室Vc4内的靶体42a相对的位置。通过质量分析管45测定的水分压成为1×10-3Pa的范围时，开始IGZO膜的成膜。成膜条件设置为：真空处理室内压力为0.67Pa，向靶体的施加电力(功率密度)为5W/cm2。形成IGZO膜的处理对象物W从载体Tc拆卸，对IGZO膜图案化而作为沟道层53。接着，形成Es层(蚀刻终止层)54，进一步形成源极55s以及漏极55d后，形成钝化膜(保护膜)56，由此制造图2所示的TFT。另外，在真空处理室Vc4的水分压为8×10-6Pa、2×10-5Pa、1×10-4Pa、5×10-3Pa、1×10-2Pa时开始IGZO膜的成膜，分别制造具有该IGZO膜的TFT。
基于启动电压Von进行了如上得到的TFT的特性评价。参照图3，将漏极电压Vd设为5V，测定使栅极电压Vg在-15V～20V的范围变化时的漏极电流Id(A)，启动电压Von是漏极电流Id成为1×10-9A时的栅极电压Vg。在启动电压Von为0V～1V的范围的情况下，评价为特性和可靠性优异的TFT。图4示出真空处理室Vc4的水分压与TFT的启动电压Von的关系。由此，判断为通过将IGZO膜成膜时的水分压设为1×10-5Pa～1×10-3Pa的范围，能够将TFT的启动电压Von设为0V～1V的范围，得到特性和可靠性优异的TFT。
以上，说明本发明的实施方式，但本发明不限于上述限定。在上述实施方式中，以基于质量分析管23、33的测定值允许输送、基于质量分析管45的测定值开始处理的情况为例子进行了说明，但不一定需要设置质量分析管23、33、45。在此，由于第一真空腔室Vc1所面对的洁净室的环境(温度、湿度)控制为大致一定，因此如果在处理对象物(玻璃基板W和载体Tc)被施加到第一真空腔室Vc1前，暴露于洁净室的时间控制为大致一定(例如1小时)，则能够将吸附于各处理对象物的水分量视为相同。因此，例如，在处理对象物被输送到真空处理室Vc4起经过了规定时间的时刻，真空处理室Vc4内的水分压能够视为1×10-5Pa～1×10-3Pa的范围而开始预定处理。其中，处理对象物暴露于洁净室的时间过短时，附着于处理对象物的水分量变得过少，其结果是，存在真空处理室Vc4内的水分压低于1×10-5Pa，TFT的启动电压Von大于1V的情况。因此，优选将处理对象物暴露于洁净室的时间设定为在处理对象物上至少附着有规定量的水分。另外，在暴露于洁净室的时间短的情况下，作为使用加热机构22的加热的前工序，也可以在与洁净室相同的环境中进行将处理对象物暴露规定时间的工序，由此，能够管理吸附于处理对象物而带入到真空加热室Vc2的水分量，是有利的。
在上述实施方式中，以通过反应性溅射来形成IGZO膜的溅镀装置为例子进行了说明，但对于通过反应性溅射以外的方法成膜的成膜装置和蚀刻装置也能够适用本发明。
在上述实施方式中，以使玻璃基板W以在垂直方向上立起的状态输送的情况为例子进行了说明，但使玻璃基板W在以保持水平的状态下进行反应的情况也能够适用本发明。
在上述实施方式中，以控制单元Cr兼任判定机构和控制机构的情况为例子进行了说明，但另一判定机构和控制机构也可以由另外的控制单元构成。
另外，在上述实验中，作为具有作为沟道层的IGZO膜的TFT，以ES型的TFT为例子进行了说明，但如果通过控制在形成IGZO膜时的水分压，使TFT的启动电压Von为0V～1V的范围，则无论TFT的构造和制法如何，都能够得到特性和可靠性优异的TFT。
附图标记说明
Cr…控制单元(判定机构、控制机构)，E…溅射电源(电源)，Vc2…第二真空腔室(真空加热室)，Vc3…第三真空腔室(储备室)，Vc4…第四真空腔室(真空处理室)，VM…真空处理装置，W…玻璃基板(处理对象物)，21…第一真空泵，22…加热机构，23…质量分析管(第一测定机构)，31…第二真空泵，32…低温板(吸附机构)，33…质量分析管(第二测定机构)，41…第三真空泵，42a…靶体，43a、43b…气体管(气体导入机构)，44a、44b…质量流量控制器(气体导入机构)，45…质量分析管(第三测定机构)。