特許 7540867 窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-19

(45)【発行日】2024-08-27

(54)【発明の名称】窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/318 20060101AFI20240820BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240820BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20240820BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

H01L21/318 B

H01L21/31 C

C23C16/42

C23C16/455

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020191483

(22)【出願日】2020-11-18

(65)【公開番号】P2022080422

(43)【公開日】2022-05-30

【審査請求日】2023-07-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 幸夫

(72)【発明者】

【氏名】高藤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】内田 博章

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 吉宏

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１９５６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３４０６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４２

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理チャンバ内に収容された基板に窒化シリコン膜を成膜する方法であって、
前記処理チャンバは、
前記基板を載置する載置台と、
該載置台の上方に配置され、誘導結合プラズマを形成する高周波アンテナと、
前記載置台と前記高周波アンテナの間に配置されるシャワーヘッドと、を有し、
（ａ）前記高周波アンテナに高周波電力を供給しない状態で前記シャワーヘッドから前記処理チャンバ内にハロゲン化シリコンガスを含むガスを供給する工程と、
（ｂ）前記（ａ）の工程の後、前記ハロゲン化シリコンガスを含むガスの供給を停止し、前記処理チャンバ内を排気する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の工程の後、前記シャワーヘッドから前記処理チャンバ内に窒素含有ガスを供給する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）の工程の後、前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給し、前記処理チャンバ内に前記誘導結合プラズマを発生させる工程と、
（ｅ）前記（ｄ）の工程の後、前記窒素含有ガスの供給および前記高周波電力の供給を停止し、前記処理チャンバ内を排気する工程と、
前記（ａ）から前記（ｅ）までの工程を、予め定めた膜厚の前記窒化シリコン膜が形成されるまでに対応するＸ回（Ｘ≧１）繰り返し実行する工程と、を有し、
前記ハロゲン化シリコンガスを含むガスは、四フッ化ケイ素ガス（ＳｉＦ _４ ）及び六フッ化二ケイ素ガス（Ｓｉ _２ Ｆ _６ ）の少なくともいずれかを含み、
前記（ａ）から前記（ｅ）までの工程において前記基板の温度を２００℃以下に制御する、窒化シリコン膜の成膜方法。

【請求項2】

前記窒素含有ガスは、窒素ガス（Ｎ_２）、及びアンモニア（ＮＨ_３）の少なくともいずれかを含む、
請求項１に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。

【請求項3】

前記基板の表面には、複数の凹部と凸部とが形成されており、少なくとも一部の前記凹部又は前記凸部の側面は傾斜面により構成され、少なくとも前記傾斜面に前記窒化シリコン膜を形成する、
請求項１又は２に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。

【請求項4】

前記基板の表面には、酸化物半導体を含む層が形成されている、
請求項１～３のいずれか一項に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。

【請求項5】

前記窒化シリコン膜は、前記基板の表面に形成された発光素子及び該発光素子を駆動する前記酸化物半導体を含む駆動素子を封止する封止膜である、
請求項４に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。

【請求項6】

前記（ａ）から前記（ｅ）までの工程において前記基板の温度を１００℃以下に制御する、
請求項１～５のいずれか一項に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。

【請求項7】

前記窒素含有ガスに予め定めた濃度のＨ_２ガス及び／又は希ガスを添加する、
請求項１～６のいずれか一項に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。

【請求項8】

処理チャンバと、制御部とを有し、前記処理チャンバ内に収容された基板に窒化シリコン膜を成膜する成膜装置であって、
前記処理チャンバは、
前記基板を載置する載置台と、
該載置台の上方に配置され、誘導結合プラズマを形成する高周波アンテナと、
前記載置台と前記高周波アンテナの間に配置されるシャワーヘッドと、を有し、
前記制御部は、
（ａ）前記高周波アンテナに高周波電力を供給しない状態で前記シャワーヘッドから前記処理チャンバ内にハロゲン化シリコンガスを含むガスを供給する工程と、
（ｂ）前記（ａ）の工程の後、前記ハロゲン化シリコンガスを含むガスの供給を停止し、前記処理チャンバ内を排気する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の工程の後、前記シャワーヘッドから前記処理チャンバ内に窒素含有ガスを供給する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）の工程の後、前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給し、前記処理チャンバ内に前記誘導結合プラズマを発生させる工程と、
（ｅ）前記（ｄ）の工程の後、前記窒素含有ガスの供給および前記高周波電力の供給を停止し、前記処理チャンバ内を排気する工程と、
前記（ａ）から前記（ｅ）までの工程を、予め定めた膜厚の前記窒化シリコン膜が形成されるまでに対応するＸ回（Ｘ≧１）繰り返し実行する工程と、を制御し、
前記ハロゲン化シリコンガスを含むガスは、四フッ化ケイ素ガス（ＳｉＦ _４ ）及び六フッ化二ケイ素ガス（Ｓｉ _２ Ｆ _６ ）の少なくともいずれかを含み、
更に、前記（ａ）から前記（ｅ）までの工程において前記基板の温度を２００℃以下に制御する、成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１、２は、シリコン含有原料ガスと窒素含有ガスとを、チャンバ内の残留ガスのパージを挟んで交互に供給する工程を繰り返し、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により窒化シリコン膜を成膜する方法を提案している。係る成膜方法では、工程中に基板の温度を３００℃～６５０℃程度に制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－６４９２４号公報

【文献】特開２０００－１１４２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、基板の温度が２００℃以下の環境下でカバレッジの良い窒化シリコン膜を成膜することができる成膜方法及び成膜装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、処理チャンバ内に収容された基板に窒化シリコン膜を成膜する方法であって、前記処理チャンバは、前記基板を載置する載置台と、該載置台の上方に配置され、誘導結合プラズマを形成する高周波アンテナと、前記載置台と前記高周波アンテナの間に配置されるシャワーヘッドと、を有し、（ａ）前記高周波アンテナに高周波電力を供給しない状態で前記シャワーヘッドから前記処理チャンバ内にハロゲン化シリコンガスを含むガスを供給する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程の後、前記ハロゲン化シリコンガスを含むガスの供給を停止し、前記処理チャンバ内を排気する工程と、（ｃ）前記（ｂ）の工程の後、前記シャワーヘッドから前記処理チャンバ内に窒素含有ガスを供給する工程と、（ｄ）前記（ｃ）の工程の後、前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給し、前記処理チャンバ内に前記誘導結合プラズマを発生させる工程と、（ｅ）前記（ｄ）の工程の後、前記窒素含有ガスの供給および前記高周波電力の供給を停止し、前記処理チャンバ内を排気する工程と、前記（ａ）から前記（ｅ）までの工程を、予め定めた膜厚の前記窒化シリコン膜が形成されるまでに対応するＸ回（Ｘ≧１）繰り返し実行する工程と、を有し、前記ハロゲン化シリコンガスを含むガスは、四フッ化ケイ素ガス（ＳｉＦ _４ ）及び六フッ化二ケイ素ガス（Ｓｉ _２ Ｆ _６ ）の少なくともいずれかを含み、前記（ａ）から前記（ｅ）までの工程において前記基板の温度を２００℃以下に制御する、窒化シリコン膜の成膜方法が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、基板の温度が２００℃以下の環境下でカバレッジの良い窒化シリコン膜を成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る有機ＥＬデバイスの一例を示す断面模式図である。

【図2】実施形態に係る成膜装置の一例を示す断面模式図である。

【図3】実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。

【図4】実施形態に係る成膜方法の一例を示すタイムチャートである。

【図5】実施形態及び比較例の成膜方法による窒化シリコン膜の特性評価の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

［有機ＥＬデバイス］
有機ＥＬデバイスは水分に弱い特徴を持つ。このため、有機ＥＬデバイスの製造工程において、有機ＥＬデバイスを外部の水分から保護するための封止膜として窒化シリコン膜を成膜する工程がある。しかし、特に酸化物半導体を含む有機ＥＬデバイスでは、更に、酸化物半導体が水素により劣化するため、封止膜としての窒化シリコン膜に含まれる水素を低減することが望まれている。まず、図１を参照して、窒化シリコン膜の封止膜を含む有機ＥＬデバイス２００の構成について簡単に説明する。

【0010】

図１は、実施形態に係る有機ＥＬデバイス２００の一例を示す断面模式図である。有機ＥＬデバイス２００は発光素子駆動回路層１１０と、陽極１２０と、正孔注入層１３０と、正孔輸送層１１４と、有機発光層１１５と、バンク１６０と、電子輸送層１１６と、電子注入層１８０と、陰極１９０と、封止膜２２０とを有する。陰極１９０と封止膜２２０は透明な膜である。

【0011】

発光素子駆動回路層１１０は、プレート１４０と、プレート１４０の上に配置されたトランジスタ素子１５０（１５０Ａ、１５０Ｂ）と、トランジスタ素子１５０を覆うようにプレート１４０上に配置された平坦化膜１５７とを有する。

【0012】

プレート１４０は、例えば、ガラス板、又は樹脂からなるフレキシブルプレートであってもよい。プレート１４０の上に配置されたトランジスタ素子１５０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。トランジスタ素子１５０は、ソース・ドレイン電極１５１と、ソース・ドレイン電極１５１に接触して形成される半導体層１５２と、半導体層１５２の上に形成されたゲート絶縁膜１５３と、ゲート絶縁膜１５３の上に配置されたゲート電極１５４とを含む。２つのトランジスタ素子１５０（１５０Ａと１５０Ｂ）は、配線１５５によって互いに電気的に接続されている。この構造により、有機ＥＬデバイス２００は、アクティブマトリクス型の構造を有する。半導体層１５２は、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ（ＩｎＧａＺｎＯ））、酸化インジウムスズ亜鉛（ＩＴＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化インジウムガリウム（ＩＧＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は酸化インジウム（ＩｎＯ）等の酸化物半導体により構成される。

【0013】

平坦化膜１５７は、トランジスタ素子１５０を覆うようにプレート１４０上に配置される。平坦化膜１５７によって、発光素子駆動回路層１１０の表面が平坦になる。

【0014】

有機ＥＬデバイス２００は、トップエミッション構造を有し、陽極１２０と陰極１９０との間に電圧を印加すると、有機発光層１１５で発光が生じ、陰極１９０および封止膜２２０を通じて光１７０は外に（上方に）出射する。また、有機発光層１１５で生じた発光のうち、発光素子駆動回路層１１０側に向かった光は、陽極１２０で反射され、陰極１９０および封止膜２２０を通じて光１７０として外に（上方に）出射する。

【0015】

陽極１２０は、発光素子駆動回路層１１０の表面上に積層され、陰極１９０に対して正の電圧を有機ＥＬデバイス２００に印加する画素電極である。正孔注入層１３０は、陽極１２０上に配置される。正孔輸送層１１４は、正孔注入層１３０上に配置される。有機発光層１１５は、正孔輸送層１１４上に配置される。更に、電子輸送層１１６は、有機発光層１１５の上に配置される。電子注入層１８０は、電子輸送層１１６の上に配置される。陰極１９０は電子注入層１８０の上に配置される。ただし、正孔輸送層１１４及び電子輸送層１１６は、その隣接層である正孔注入層１３０や電子注入層１８０、有機発光層１１５の性能により、省略される場合がある。

【0016】

陽極１２０、正孔注入層１３０、正孔輸送層１１４、有機発光層１１５、電子輸送層１１６、電子注入層１８０、及び陰極１９０は、発光素子の一例であり、トランジスタ素子１５０は、酸化物半導体を含む駆動素子の一例である。

【0017】

封止膜２２０は、外部から有機ＥＬデバイス２００の内部に水分が入り込むことをバリアする保護膜として機能する。封止膜２２０は、基板の表面に形成された発光素子及び該発光素子を駆動する酸化物半導体を含む駆動素子を封止する封止膜の一例である。

【0018】

有機ＥＬデバイス２００は水分に弱く、有機ＥＬデバイス２００の内部に外部から水分が入り込むと、有機ＥＬデバイス２００が劣化する。また、トランジスタ素子１５０に含まれる酸化物半導体は水素が入り込むことで劣化する。よって、封止膜２２０を成膜する工程において、水素（Ｈ_２）や水分（Ｈ_２Ｏ）を低減するために、水素原子を含有しないＳｉＦ_４ガス及びＮ_２ガスを用いて窒化シリコン膜を成膜することが考えられる。これにより、有機ＥＬデバイス２００の製造工程において封止膜２２０中の水素濃度を低減することで、封止膜２２０の特性劣化、及び有機ＥＬデバイス２００の信頼性悪化を抑制することができる。

【0019】

封止膜２２０を成膜する工程では、基板の温度を２００℃よりも高い温度に制御すると、膜の安定性等の特性が良くなるが、耐熱性の低い有機ＥＬデバイス２００に悪影響を及ぼす。そこで、基板の温度を２００℃以下、好ましくは１００℃以下に制御した状態で窒化シリコン膜を成膜する必要がある。

【0020】

ところが、基板の温度を２００℃以下、好ましくは１００℃以下に制御し、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、ＳｉＦ_４ガス及びＮ_２ガスを用いて窒化シリコン膜を成膜すると、膜質が悪く不安定な膜となってしまう。不安定な膜とは、例えば、成膜した窒化シリコン膜の中にフッ素が多く残ると、膜中のフッ素が大気中の水分と反応することによって、窒化シリコン膜の膜質を変化させてしまう。基板の温度を２００℃以下に制御して窒化シリコン膜を成膜する場合、フッ素が窒化シリコン膜の中に残り易いため、不安定な膜になり易い。一方、前述のとおり窒化シリコン膜の成膜中に基板の温度を、例えば、３００℃以上に制御した場合、膜の安定性は良くなるが、製造工程時に加わる熱により有機ＥＬデバイス２００が劣化する。

【0021】

加えて、基板の温度を２００℃以下に制御し、ＣＶＤ方式によりＳｉＦ_４ガス及びＮ_２ガスを用いて窒化シリコン膜を成膜すると、カバレッジが悪く、窒化シリコン膜が傾斜面（テーパー部）につきにくいという課題が生じる。

【0022】

例えば、図１に一例を示すように、窒化シリコン膜を成膜する基板の表面には、複数の凹部と凸部とが形成されており、少なくとも一部の凹部又は凸部の側面は傾斜面Ａのようにテーパー状に構成される。

【0023】

ところが、窒化シリコン膜中にフッ素が多いと、凹部又は凸部の側面で膜のカバレッジが悪くなり、傾斜面Ａで窒化シリコン膜が成膜されなかったり、傾斜面Ａで窒化シリコン膜に亀裂等が入ったりする。この結果、外部から有機ＥＬデバイス２００の内部に水分が入り込んで有機ＥＬデバイス２００が劣化する。

【0024】

以上から、封止膜２２０として機能する窒化シリコン膜の成膜を、基板の温度が２００℃以下の環境下で行い、カバレッジ及び膜の安定性の良い膜を形成し、有機ＥＬデバイス２００を劣化させない製造方法（成膜方法）が望まれていた。そこで、本実施形態に係る成膜方法では、基板の温度が２００℃以下の環境下でカバレッジ及び膜の安定性の良い膜を成膜する。

【0025】

本実施形態に係る成膜方法では、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）方式で成膜を行う。すなわち、最初にＳｉＦ_４ガスを供給して基板表面にＳｉＦ_４ガスを付着させ、次に、ＳｉＦ_４ガスを停止してＳｉＦ_４ガスの残留ガスを排気する。次に、Ｎ_２ガス及び高周波電力を供給し、Ｎ_２ガスのプラズマを生成して、Ｎ_２ガスのプラズマにより基板表面に付着したＳｉＦ_４ガスを窒化させ、これにより、窒化シリコン膜を成膜する。成膜中の基板の温度は２００℃以下、好ましくは１００℃以下に制御する。本実施形態に係る成膜方法により、図１の傾斜面Ａ等のテーパー部においてもカバレッジ良く窒化シリコン膜を成膜することができる。また、成膜中の基板の温度を２００℃以下に制御した環境においても膜質の良い安定した窒化シリコン膜を成膜できる。

【0026】

以下、本実施形態に係る成膜方法を実行する成膜装置の一例について、図２を参照しながら説明した後、本実施形態に係る成膜方法及びその効果について、図３～図５を参照しながら詳細に説明する。

【0027】

［成膜装置］
図２は、実施形態に係る成膜方法を実行する成膜装置１００の一例を示す断面模式図である。成膜装置１００は、ＦＰＤ用の平面視矩形の基板（以下、単に「基板」という）Ｇに対して、各種の基板処理方法を実行する誘導結合型プラズマ（Inductive Coupled Plasma: ＩＣＰ）処理装置である。成膜装置１００は、実施形態に係る成膜方法を実行する成膜装置の一例であって、これに限らない。

【0028】

基板の材料としては、主にガラスが用いられ、用途によっては透明の合成樹脂などが用いられることもある。ここで、基板処理には、成膜処理、エッチング処理が含まれる。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display: ＬＣＤ）が例示される。エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence: ＥＬ）、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel;ＰＤＰ）等であってもよい。基板Ｇは、その表面に有機ＥＬデバイス２００の発光素子及び駆動素子の回路パターンが形成されている。また、ＦＰＤ用基板の平面寸法は世代の推移と共に大規模化している。成膜装置１００によって処理される基板Ｇの平面寸法は、例えば、第６世代の約１５００ｍｍ×１８００ｍｍ程度の寸法から、第１０．５世代の３０００ｍｍ×３４００ｍｍ程度の寸法までを少なくとも含む。また、基板Ｇの厚みは０．２ｍｍ乃至数ｍｍ程度である。

【0029】

成膜装置１００は、直方体状の箱型の処理チャンバ１０と、処理チャンバ１０内に配設されて基板Ｇが載置される平面視矩形の外形の基板載置台６０と、制御部９０とを有する。

【0030】

処理チャンバ１０は誘電体板１１により上下２つの空間に区画されており、上方空間であるアンテナ室は上チャンバ１２により形成され、下方空間である処理室Ｓは下チャンバ１３により形成される。処理チャンバ１０はアルミニウム等の金属により形成されており、誘電体板１１はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスや石英により形成されている。誘電体板１１は誘導結合プラズマ装置の窓部材の一例であり、窓部材は誘電体板に代えて複数の金属板で構成してもよい。

【0031】

処理チャンバ１０において、下チャンバ１３と上チャンバ１２の境界となる位置には矩形環状の支持枠１４が処理チャンバ１０の内側に突設するようにして配設されており、支持枠１４に誘電体板１１が載置されている。処理チャンバ１０は、接地線により接地されている。

【0032】

下チャンバ１３の側壁１３ａには、下チャンバ１３に対して基板Ｇを搬出入するための搬出入口１３ｂが開設されており、搬出入口１３ｂはゲートバルブ２０により開閉自在となっている。下チャンバ１３には搬送機構を内包する搬送室（いずれも図示せず）が隣接しており、ゲートバルブ２０を開閉制御し、搬送機構にて搬出入口１３ｂを介して基板Ｇの搬出入が行われる。

【0033】

また、下チャンバ１３の有する底板１３ｄには複数の排気口１３ｆが開設されている。排気口１３ｆにはガス排気管５１が接続され、ガス排気管５１は圧力制御バルブ５２を介して排気装置５３に接続されている。ガス排気管５１、圧力制御バルブ５２及び排気装置５３により、ガス排気部５０が形成される。排気装置５３はターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有し、プロセス中に下チャンバ１３内を所定の真空度まで真空引き自在となっている。

【0034】

誘電体板１１の下面において、誘電体板１１を支持するための支持梁が設けられており、支持梁はシャワーヘッド３０を兼ねている。シャワーヘッド３０は、アルミニウム等の金属により形成されており、陽極酸化による表面処理が施されていてよい。シャワーヘッド３０内には、水平方向に延設するガス流路３１が形成されている。ガス流路３１には、下方に延設してシャワーヘッド３０の下方にある処理室Ｓに臨むガス吐出孔３２が連通している。

【0035】

誘電体板１１の上面にはガス流路３１に連通するガス導入管４５が接続されている。ガス導入管４５は上チャンバ１２の天井１２ａに開設されている供給口１２ｂを気密に貫通し、ガス導入管４５と気密に結合されたガス供給管４１を介して処理ガス供給部４０に接続されている。処理ガス供給部４０は、ガス導入管４５、ガス供給管４１、バルブ４２ａ、４２ｂ、流量制御器４３ａ、４３ｂ、ＳｉＦ_４ガス供給源４４ａ、及びＮ_２ガス供給源４４ｂにより形成される。処理ガス供給部４０から供給されるＳｉＦ_４ガスとＮ_２ガスは、ガス供給管４１及びガス導入管４５を介してシャワーヘッド３０に供給され、ガス流路３１及びガス吐出孔３２を介して処理室Ｓに吐出される。なお、誘電体板１１に代えて金属板を用いた場合、金属板にガス吐出孔を設けてシャワーヘッドを兼ねさせるようにしてもよい。

【0036】

アンテナ室を形成する上チャンバ１２内には、高周波アンテナ１５が配設されている。高周波アンテナ１５は、銅等の導電性の金属から形成されるアンテナ線１５ａを、環状もしくは渦巻き状に巻装することにより形成される。例えば、環状のアンテナ線１５ａを多重に配設してもよい。

【0037】

アンテナ線１５ａの端子には上チャンバ１２の上方に延設する給電部材１６が接続されており、給電部材１６の上端には給電線１７が接続され、給電線１７はインピーダンス整合を行う整合器１８を介して高周波電源１９に接続されている。高周波アンテナ１５に対して高周波電源１９から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、下チャンバ１３内に誘導電界が形成される。この誘導電界により、シャワーヘッド３０から処理室Ｓに供給された処理ガスがプラズマ化されて誘導結合型プラズマが生成され、プラズマ中のイオンや中性ラジカル等が基板Ｇに提供される。高周波電源１９はプラズマ発生用のソース源であり、基板載置台６０に接続されている高周波電源７３は、発生したイオンを引き付けて運動エネルギを付与するバイアス源となる。このように、イオンソース源には誘導結合を利用してプラズマを生成し、別電源であるバイアス源を基板載置台６０に接続してイオンエネルギの制御を行う。これにより、プラズマの生成とイオンエネルギの制御が独立して行われ、プロセスの自由度を高めることができる。処理ガス供給部４０及び高周波電源１９は、ガスをプラズマ化し、チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部の一例である。

【0038】

基板載置台６０は、基材６３と、基材６３の上面６３ａに形成されている静電チャック６６とを有する。基材６３の平面視形状は矩形であり、基板載置台６０に載置される基板Ｇと同程度の平面寸法を有し、長辺の長さは１８００ｍｍ乃至３４００ｍｍ程度であり、短辺の長さは約１５００ｍｍ乃至３０００ｍｍ程度の寸法に設定できる。この平面寸法に対して、基材６３の厚みは、例えば５０ｍｍ乃至１００ｍｍ程度となり得る。基材６３は、ステンレス鋼やアルミニウム、アルミニウム合金等により形成される。基材６３には、矩形平面の全領域をカバーするように蛇行した温調媒体流路６２ａが設けられている。なお、温調媒体流路６２aは、例えば静電チャック６６に設けられてもよい。

【0039】

温調媒体流路６２ａの両端には、温調媒体流路６２ａに対して温調媒体が供給される送り配管６２ｂと、温調媒体流路６２ａを流通して昇温された温調媒体が排出される戻り配管６２ｃとが連通している。送り配管６２ｂと戻り配管６２ｃにはそれぞれ、送り流路８２と戻り流路８３が連通しており、送り流路８２と戻り流路８３は外部空間Ｅに設けられたチラーユニット８１に連通している。チラーユニット８１は、温調媒体の温度や吐出流量を制御する本体部と、温調媒体を圧送するポンプとを有する（いずれも図示せず）。なお、温調媒体としては冷媒が適用される。温調形態は、基材６３に温調媒体を流通させる形態であるが、基材６３がヒータ等を内蔵し、ヒータにより温調する形態であってもよいし、温調媒体とヒータの双方により温調する形態であってもよい。また、ヒータの代わりに、高温の温調媒体を流通させることにより加熱を伴う温調を行ってもよい。

【0040】

下チャンバ１３の底板１３ｄの上には、絶縁材料により形成されて内側に段部を有する箱型の台座６８が固定されており、台座６８の段部の上に基板載置台６０が載置される。基材６３の上面には、基板Ｇが直接載置される静電チャック６６が形成されている。静電チャック６６は、アルミナ等のセラミックスを溶射して形成される誘電体被膜であるセラミックス層６４と、セラミックス層６４の内部に埋設されていて静電吸着機能を有する導電層の吸着電極６５とを有する。吸着電極６５は、給電線７４及びスイッチ７６を介して直流電源７５に接続されている。制御部９０により、スイッチ７６がオンされると、直流電源７５から吸着電極６５に直流電圧が印加されることによりクーロン力が発生する。このクーロン力により、基板Ｇが静電チャック６６に静電吸着され、基材６３の上面に載置された状態で保持される。また、スイッチ７６がオフされ、給電線７４から分岐したグランドラインに介在するスイッチ７７がオンされると、吸着電極６５に溜まった電荷がグランドに流れる。このように、基板載置台６０は、基板Ｇを載置する下部電極を形成する。

【0041】

基材６３には熱電対等の温度センサが配設されており、温度センサによるモニター情報は、制御部９０に随時送信される。制御部９０は、送信された温度のモニター情報に基づいて、基材６３及び基板Ｇの温調制御を実行する。より具体的には、制御部９０により、チラーユニット８１から送り流路８２に供給される温調媒体の温度や流量が調整される。そして、温度調整や流量調整が行われた温調媒体が温調媒体流路６２ａに循環されることにより、基板載置台６０の温調制御が実行される。なお、熱電対等の温度センサは、例えば静電チャック６６に配設されてもよい。

【0042】

静電チャック６６の外周であって台座６８の上面には、矩形枠状のフォーカスリング６９が載置され、フォーカスリング６９の上面の方が静電チャック６６の上面よりも低くなるよう設定されている。フォーカスリング６９は、アルミナ等のセラミックスもしくは石英等から形成される。

【0043】

基材６３の下面には、給電部材７０が接続されている。給電部材７０の下端には給電線７１が接続されており、給電線７１はインピーダンス整合を行う整合器７２を介してバイアス源である高周波電源７３に接続されている。基板載置台６０に対して高周波電源７３から例えば３．２ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、基板載置台６０が下部電極として機能し、プラズマ発生用のソース源である高周波電源１９にて生成されたイオンを基板Ｇに引き付けることができる。

【0044】

基板載置台６０の内部には、処理チャンバ１０の外部の図示しない搬送アームとの間で基板Ｇの受け渡しを行うために基板Ｇを昇降させるリフトピン７８が複数、例えば１２本設けられている。図１では簡略化し、２本のリフトピン７８が図示されている。複数のリフトピン７８は、基板載置台６０を貫通し、連結部材を介して伝えられるモータの動力によって上下動する。処理容器の外部へ向けて貫通するリフトピン７８の貫通孔には、底部ベローズが設けられ（図示せず）、処理容器内の真空側と大気方との間の気密を保持する。

【0045】

制御部９０は、成膜装置１００の各構成部、例えば、チラーユニット８１、高周波電源１９，７３、直流電源７５、処理ガス供給部４０、ガス排気部５０等の動作を制御する。制御部９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する。ＣＰＵは、メモリの記憶領域に格納されたレシピ（プロセスレシピ）に従い、所定の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する成膜装置１００の制御情報が設定されている。制御情報には、例えば、ガス流量や処理チャンバ１０内の圧力、処理チャンバ１０内の温度や基材６３の温度、プロセス時間等が含まれる。

【0046】

制御部９０が適用するレシピ及びプログラムは、例えば、ハードディスクやコンパクトディスク、光磁気ディスク等に記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード等の可搬性のコンピュータによる読み取りが可能な記憶媒体に収容された状態で制御部９０にセットされ、読み出される形態であってもよい。制御部９０はその他、コマンドの入力操作等を行うキーボードやマウス等の入力装置、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等の表示装置、及びプリンタ等の出力装置といったユーザーインターフェイスを有している。

【0047】

［成膜方法］
次に、図３及び図４を用いて、図２の成膜装置１００にて実行する、本実施形態に係る成膜方法について説明する。図３は、実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図４は、実施形態に係る成膜方法の一例を示すタイムチャートである。初期状態では、図２のバルブ４２ａ、４２ｂは閉じている。

【0048】

まず、図３のステップＳ１において、基板Ｗを基板載置台６０に載置して準備する。基板Ｗは、例えば、ゲートバルブ２０の開閉により搬出入口１３ｂから処理チャンバ１０内に搬送され、基板載置台６０に載置される。次に、図３のステップＳ２において、基板載置台６０の温調媒体流路６２ａにチラーユニット８１から所望の温度の温調媒体を循環させ、基板の温度を１００℃以下の所定温度に制御する。また、処理チャンバ１０内を所定の真空度まで減圧する。

【0049】

次に、処理ガス供給部４０は、図３のステップＳ３において、図２のバルブ４２ａを開き、ハロゲン化シリコンガスの一例としてＳｉＦ_４ガスをＳｉＦ_４ガス供給源４４ａからガス導入管４５を介して処理チャンバ１０内に供給する。これにより、図４の１サイクル目のＳｉＦ_４ガスの供給が開始され、基板の表面にＳｉＦ_４ガス分子が付着する。

【0050】

バルブ４２ａを開いてから所定時間（例えば、１０秒）が経過すると、図３のステップＳ４において、別の所定時間（例えば、１０秒）ＳｉＦ_４ガスの残留ガスを除去する。このとき、図２のバルブ４２ａを閉じ、ＳｉＦ_４ガス供給源４４ａからのＳｉＦ_４ガスの供給を停止する。これにより、ＳｉＦ_４ガスが処理チャンバ１０から排気され、ＳｉＦ_４ガスの残留ガスが除去される。以上が、窒化シリコン膜を成膜するための原料ガスの供給ステップ（以下、「ステップＡ」とする。）である。ステップＳ４を実行する間、ＡｒガスやＨｅガスの不活性ガスを処理チャンバ１０内に供給してもよい。これにより、不活性ガスによってＳｉＦ_４ガスが処理チャンバ１０から排気され、ＳｉＦ_４ガスの残留ガスが除去される。なお、バルブ４２ａを開く所定の時間と、ＳｉＦ_４ガスの残留ガスを除去する所定の時間は、同じ時間に設定してもよいし、異なる時間に設定してもよい。

【0051】

次に、図３のステップＳ５において、処理ガス供給部４０は、窒素含有ガスの一例としてＮ_２ガスを供給する。次に、図３のステップＳ６において、高周波電源１９から高周波電力（ＲＦ（Radio Frequency）電力）を印加する。高周波電力の印加タイミングは、Ｎ_２ガスの供給タイミングの後であってもよいし、Ｎ_２ガスの供給タイミングと同時であってもよい。これにより、図４の１サイクル目のＮ_２ガスの供給が開始され、かつＲＦ電力の供給が開始され、Ｎ_２ガスが高周波電力により電離し、Ｎ_２ガスのプラズマが生成される。Ｎ_２ガスのプラズマにより、基板の表面に付着したＳｉＦ４ガス分子が高周波電力によってＳｉとＦを含む原子に電離し、同じく電離したＮ原子と反応して窒化シリコン膜が形成される。

【0052】

バルブ４２ｂを開いてから所定時間（例えば、１０秒）が経過すると、図３のステップＳ７において、別の所定時間（例えば、１０秒）Ｎ_２ガスの残留ガスを除去する。このとき、図２のバルブ４２ｂを閉じ、Ｎ_２ガス供給源４４ｂからのＮ_２ガスの供給を停止する。また、高周波電力の印加を停止する。以上が、窒化シリコン膜を成膜するための反応ガスの供給ステップ（以下、「ステップＢ」とする。）である。ステップＳ７を実行する間、不活性ガスを処理チャンバ１０内に供給してもよい。これにより、不活性ガスによってＮ_２ガスが処理チャンバ１０から排気され、Ｎ_２ガスの残留ガスが除去される。なお、バルブ４２ｂを開く所定の時間と、Ｎ_２ガスの残留ガスを除去する所定の時間は、同じ時間に設定してもよいし、異なる時間に設定してもよい。

【0053】

次に、図３のステップＳ８において、窒化シリコン膜が予め定めた膜厚に達したかについて、ステップＡ、Ｂが予め設定されたＸ回繰り返し実行されたかを判定する。窒化シリコン膜の膜厚と、ステップＡ、Ｂの実行回数とは対応付けられており、ステップＡ、ＢがＸ回繰り返し実行されたとき、窒化シリコン膜は予め定めた膜厚に達する。言い換えると、窒化シリコン膜が到達する予め定めた膜厚に対応するステップＡ、Ｂの繰り返し実行回数はＸ回である。 Ｘは１以上の整数である。ステップＳ８において、Ｘ回実行したと判定されるまでステップＡ、Ｂが繰り返される。これにより、図４に示すように、２サイクル目のステップ（Ａ，Ｂ）、３サイクル目のステップ（Ａ，Ｂ）、・・・、Ｘサイクル目のステップ（Ａ，Ｂ）が順番に実行される。図３のステップＳ８において、ステップ（Ａ，Ｂ）をＸ回実行したと判定されるとステップＳ９に進み、基板を搬出し、本処理を終了する。

【0054】

なお、繰り返し回数Ｘは、予め設定されていてもよいし、窒化シリコン膜の厚みを、例えば光学的にリアルタイムに測定し、測定結果に応じてリアルタイムに設定してもよい。

【0055】

以上に説明した本実施形態に係る成膜方法による窒化シリコン膜の特性評価の一例について、図５を参照して比較例と比較しながら説明する。図５は、実施形態及び比較例の成膜方法による窒化シリコン膜の特性評価の一例を示す図である。

【0056】

図５に示すように、本実施形態に係る成膜方法はＡＬＤ方式で成膜したのに対して、比較例ではＣＶＤ方式で成膜した。また、本実施形態に係る成膜方法では、成膜中の基板の温度を１００℃及び２００℃に制御したのに対して、比較例では、成膜中の基板の温度を１００℃に制御した。また、いずれもＳｉＦ_４ガス及びＮ_２ガスを使用した。

【0057】

その結果、テーパー部（図１の傾斜面Ａ）のカバレッジを示すｂ／ａ（図５に示す窒化シリコン膜の上部の膜厚ａに対するテーパー部の膜厚ｂの比）が比較例では、ほぼ０（つまり、テーパー部に窒化シリコン膜がついていない状態）であった。これに対して、本実施形態に係る成膜方法では、基板の温度が１００℃のとき、ｂ／ａが「０．３７」であり、テーパー部にも窒化シリコン膜を成膜できていることがわかった。また、基板の温度が２００℃のとき、ｂ／ａが「０．４７」であった。つまり、本実施形態に係る成膜方法では、ＡＬＤ方式を用いて上記に示すプロセス条件に基づき成膜することで、テーパー部にも窒化シリコン膜を成膜でき、カバレッジの良い窒化シリコン膜を成膜できることが証明された。なお、テーパー角θは、比較例の場合は７３°、本実施形態の場合は、基板の温度が１００℃のとき７２°、基板の温度が２００℃のとき７７°であり、テーパー角は同等となっている。

【0058】

さらに、膜質の指標となる窒化シリコン膜の屈折率（ＲＩ：refractive index）は、比較例の場合、「１．７９」であり、本実施形態の場合、基板の温度が１００℃のとき「１．９１」であった。膜の屈折率ＲＩが、１．９～２．０のとき、膜質が良いと評価できる。よって、本実施形態に係る成膜方法は、比較例のＣＶＤ方式による成膜よりも、より良い膜質の窒化シリコン膜が形成できることがわかった。

【0059】

以上から、本実施形態に係る成膜方法によれば、成膜中の基板の温度は２００℃以下、好ましくは１００℃以下に制御する。そして、ハロゲン化シリコンガスを含むガスの供給→排気→窒素含有ガスの供給→排気をＸ回繰り返すＡＬＤ方式により窒化シリコン膜の封止膜を、有機ＥＬデバイス２００の発光素子上に成膜する。

【0060】

本成膜方法により、発光素子上の傾斜面Ａ等のテーパー部においてもカバレッジが良く、かつ膜質の良い窒化シリコン膜を成膜することができる。また、成膜中の基板の温度を２００℃以下の低温に制御した環境においてもカバレッジが良く、膜質特性の良い窒化シリコン膜を成膜できる。耐熱性の低い発光素子上に窒化シリコン膜の封止膜を成膜する工程において、本実施形態に係る成膜方法によれば、さらに、１００℃又はそれ以下に基板の温度を制御した場合にもカバレッジが良く、かつ膜質の良い窒化シリコン膜を成膜することができる。

【0061】

なお、本実施形態に係る成膜方法において使用するガスについては、さまざまなバリエーションが考えられる。例えば、ハロゲン化シリコンガスを含むガスに含まれるハロゲン化シリコンガスは、四フッ化ケイ素ガス（ＳｉＦ_４）に限られない。ハロゲン化シリコンガスを含むガスは、四フッ化ケイ素ガス（ＳｉＦ_４）、四塩化ケイ素ガス（ＳｉＣｌ_４）、六フッ化二ケイ素ガス（Ｓｉ_２Ｆ_６）、及び六塩化二ケイ素ガス（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）の少なくともいずれかを含んでいればよい。

【0062】

また、窒素含有ガスは、窒素ガス（Ｎ_２）限られない。窒素含有ガスは、窒素ガス（Ｎ_２）、及びアンモニア（ＮＨ_３）の少なくともいずれかを含んでいればよい。

【0063】

更に、窒素含有ガスにＨ_２ガスを添加してもよいし、Ｈｅガス、Ａｒガス等の希ガスを添加してもよい。Ｈ_２ガスを添加することによって、窒化シリコン膜のカバレッジを更に良くすることができる。

【0064】

ただし、添加するＨ_２ガスの濃度は、窒化シリコン膜中の水素濃度が１５％以下となるよう調整することが好ましい。Ｈ_２ガスに起因する水素は、窒化シリコン膜中に過剰に残留したフッ素に結合してフッ素を除去し、フッ素による窒化シリコン膜の膜質の劣化を抑制することができる。しかしながら、Ｈ_２ガスの量が増えすぎると、フッ素を除去してもなお、フッ素と結合しなかった水素が残留し、基板の表面に形成された発光素子及び該発光素子を駆動する酸化物半導体を含む駆動素子が水素により劣化する懸念があるためである。

【0065】

以上に説明したように、本実施形態の窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置によれば、基板の温度が２００℃以下の環境下でカバレッジの良い窒化シリコン膜を成膜することができる。

【0066】

今回開示された実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0067】

本開示の成膜装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

【符号の説明】

【0068】

１０ 処理チャンバ
６０ 基板載置台
１００ 成膜装置
１１０ 発光素子駆動回路層
１２０ 陽極
１３０ 正孔注入層
１１４ 正孔輸送層
１１５ 有機発光層
１１６ 電子輸送層
１５０ トランジスタ素子
１６０ バンク
１８０ 電子注入層
１９０ 陰極
２００ 有機ＥＬデバイス
２２０ 封止膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】