JP2003273134A - 成膜方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
成膜方法及び半導体装置の製造方法Info
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Abstract
成膜方法、及び該成膜方法を用いた半導体装置の製造方
法を提供する。 【解決手段】 ノンドープの酸化亜鉛ターゲットを用
い、また、放電ガスとしてArガスと酸素ガスとを用
い、スパッタ法によって酸化亜鉛膜を形成する。酸化亜
鉛膜の導電率を連続的に増大(減少)させる場合は、成
膜時の酸素ガスの分圧を連続的に減少(増加)させる。
また、導電率が高い酸化亜鉛膜と低い酸化亜鉛膜とを交
互に積層する場合は、酸素ガスの分圧を低くして酸化亜
鉛膜を成膜し、次に、前記分圧を高くして前記酸化亜鉛
膜上に新たな酸化亜鉛膜を成膜する。
Description
酸化亜鉛膜の成膜方法、及び基板上に酸化亜鉛膜をスパ
ッタ法によって積層してなる半導体装置の製造方法に関
する。
体等の電子デバイスは、絶縁膜、半導体膜、又は導電膜
等の導電率が異なる薄膜を積層して構成される。酸化亜
鉛は、絶縁膜、透明電極膜、又は半導体膜等を形成する
ために用いられる。酸化亜鉛を用いて電子デバイスを構
成する場合、該電子デバイスは、酸化亜鉛膜と、酸化亜
鉛とは導電率が異なる物質を用いてなる膜とを積層した
り、夫々導電率が異なる複数の酸化亜鉛膜を積層したり
して構成される。導電率が異なる複数の酸化亜鉛膜をス
パッタ法によって形成するときは、各酸化亜鉛膜に対し
て膜中のキャリア密度を調整すべく、ドーピングされて
いる不純物(Al又はGa等)の量が異なる酸化亜鉛タ
ーゲットを用いて各酸化亜鉛膜を成膜する。
成膜方法で導電率が異なる薄膜を形成する場合、複数の
物質(酸化亜鉛と、酸化亜鉛とは導電率が異なる物質
と)を準備したり、不純物含有量が異なる複数の酸化亜
鉛ターゲットを準備したりする必要があるため、材料コ
ストの増大、又は製造工程数の増大等が生じ、電子デバ
イスが高コスト化するという問題があった。
ガラス基板に酸化亜鉛膜を200nm形成する場合、ノ
ンドープの酸化亜鉛(99.99%)をターゲットとし
て用い、また、放電ガスとしてArガスと酸素ガスとを
用いたときの放電ガス中の酸素流量比と酸化亜鉛膜の導
電率との関係を示すグラフである。成膜条件は、基板温
度300℃、圧力0.5Pa、RFパワー密度10W/
cm2 であり、酸素流量比を0%〜100%の間で変化
させた。図中横軸は、放電ガス中の酸素ガスの流量比
(%)であり、縦軸は酸化亜鉛膜の導電率(S/cm)
である。
放電ガスとして用いる場合)、酸化亜鉛膜の導電率は最
も高く(1×10-2S/cm超)、酸素流量比を0%か
ら10%まで増大させた場合、前記導電率は1×10-2
S/cm超から約1×10-8S/cmへ急激に低下す
る。また、25%まで増大させた場合は約1×10-9S
/cmに低下し、50%まで増大させた場合は約1×1
0-10S/cmに低下する。50%から100%まで増
大させた場合、前記導電率は緩やかに低下し、100%
(酸素ガスのみを放電ガスとして用いる場合)で最も低
くなる。グラフから、放電ガス中の酸素ガスの流量比の
増大(0%〜100%)に伴い、導電率が低下(1×1
0-2S/cm超〜1×10-10S/cm未満)すること
がわかる。これは、酸化亜鉛膜中に酸素が多く含まれた
場合、酸素欠陥に起因するドナーが減少して導電率が低
下するためと考えられる。
をターゲットとして用いる場合は、酸素ガスの流量比を
変更しても導電率がほとんど変化しない。以上のような
結果から、発明者らは、ノンドープの酸化亜鉛ターゲッ
トを用い、放電ガス中の酸素ガスの分圧(ここでは流量
比)を変更することによって、酸化亜鉛膜の導電率を容
易に、また広範囲かつ高精度に変更できるという知見を
得た。
ものであり、ノンドープの酸化亜鉛ターゲットを用い、
スパッタ法によって酸化亜鉛膜を形成する場合に、放電
ガス中の酸素ガスの分圧を変更することにより、材料コ
ストを低減して、導電率が異なる酸化亜鉛膜を容易に成
膜できる成膜方法を提供することを目的とする。本発明
の他の目的は、放電ガス中の酸素ガスの分圧を連続的に
増減させることにより、導電率が膜厚方向に連続して変
化する酸化亜鉛膜を容易に形成できる成膜方法を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、放電ガス中の酸素
ガスの分圧の増加と減少とを反復させることにより、容
易に、導電率が低い酸化亜鉛膜と高い酸化亜鉛膜とを交
互に積層できる成膜方法を提供することにある。本発明
の更に他の目的は、放電ガス中の酸素ガスの分圧を連続
的に減少させて酸化亜鉛膜を成膜することにより、材料
コストを低減して、導電率が、基板側から膜圧方向へ連
続して増加する酸化亜鉛膜を備える半導体装置を容易に
形成できる半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
は、スパッタ法によって酸化亜鉛膜を形成する成膜方法
において、ターゲットとしてノンドープの酸化亜鉛を用
い、放電ガスとして不活性ガス、酸素ガス、又は不活性
ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、成膜中に酸素ガス
の分圧を増減させることを特徴とする。
ている時の放電ガス中の酸素ガスの分圧に応じて、成膜
された酸化亜鉛膜の導電率が変化するため、ノンドープ
の酸化亜鉛のみをターゲットの材料として用い、放電ガ
ス中の酸素ガスの分圧を変更することによって酸化亜鉛
膜内の導電率を調整することができる。即ち、酸化亜鉛
のみを用いるため材料コストを低減することができ、タ
ーゲットを交換する必要がないため製造工程数を減少さ
せることができ、酸素ガスの分圧を変更することによっ
て導電率を調整できるため導電率が異なる酸化亜鉛膜を
容易に形成することができる。以上のようにして、酸化
亜鉛膜を用いてなる電子デバイスが高コスト化を防止す
ることができ、また、前記電子デバイスを設計する場合
の自由度を向上させることができる。なお、放電ガス中
の酸素ガスの分圧を100%にした場合、放電ガスは酸
素ガスのみで構成され、酸素ガスの分圧を0%にした場
合、放電ガスは不活性ガスのみで構成される。
続的に増減させることを特徴とする。第2発明にあって
は、酸化亜鉛膜を成膜している時の放電ガス中の酸素ガ
スの分圧を連続的に増加させた場合、成膜された酸化亜
鉛膜の導電率が連続的に減少し、前記分圧を連続的に減
少させた場合、前記導電率が連続的に増大するため、導
電率が膜厚方向に連続して変化する酸化亜鉛膜を容易に
形成することができる。このため、例えばLDD(Li
ghtly Doped Drain)/半導体膜(活
性層)構造の積層膜を、低コストで容易に形成すること
ができる。
互に増加/減少させることを特徴とする。第3発明にあ
っては、例えば、放電ガス中の酸素ガスの分圧を高くし
て第1酸化亜鉛膜を成膜し、次いで、前記分圧を低くし
て、第1酸化亜鉛膜上に第2酸化亜鉛膜を成膜する。こ
の場合、第1酸化亜鉛膜は第2酸化亜鉛膜より導電率が
低い。このようにして、導電率が高い酸化亜鉛膜と低い
酸化亜鉛膜とを交互に、容易に積層することができるた
め、導電率が異なる酸化亜鉛膜の積層構造を、低コスト
で容易に形成することができる。
基板上に酸化亜鉛膜をスパッタ法によって積層し、ソー
ス電極、ドレイン電極、及びゲート電極を設ける半導体
装置の製造方法において、ターゲットとしてノンドープ
の酸化亜鉛を用い、放電ガスとして不活性ガス、酸素ガ
ス、又は不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、ま
ず、酸素ガス又は前記混合ガスを放電ガスとして用いて
スパッタ法によって第1酸化亜鉛膜の成膜を開始し、次
いで、前記放電ガス中の酸素分圧を連続的に減少させな
がらスパッタ法によって第2酸化亜鉛膜の成膜を行な
い、次に、該第2酸化亜鉛膜を分割する溝部を形成し、
次いで、該溝部の上に絶縁層を介してゲート電極を設
け、前記溝部を挟むようにして前記第2酸化亜鉛膜上に
ソース電極及びドレイン電極を設けることを特徴とす
る。
成後、第2発明の成膜方法を用いて放電ガス中の酸素分
圧を連続的に減少させながら第2酸化亜鉛膜を成膜する
ため、半導体装置を形成する場合に、第2発明の効果を
得ることができる。即ち、材料コストを低減して、導電
率が、基板側から膜圧方向へ連続して増加する酸化亜鉛
膜を備える半導体装置を容易に形成することができる。
また、放電ガス中の酸素分圧を連続的に減少させること
によって、第2酸化亜鉛膜の導電率は、基板側から膜圧
方向へ連続的に増大する。このため、導電率が高い第2
酸化亜鉛膜のソース電極側及びドレイン電極側の領域
を、ソース領域及びドレイン領域として作用させること
ができ、前記領域よりも導電率が低い第2酸化亜鉛膜の
第1酸化亜鉛膜側の領域を、LDD領域として作用させ
ることができる。なお、放電ガス中の酸素ガスの分圧を
100%にした場合、放電ガスは酸素ガスのみで構成さ
れ、酸素ガスの分圧を0%にした場合、放電ガスは不活
性ガスのみで構成される。
示す図面に基づいて詳述する。本実施の形態にあって
は、公知のRFスパッタリング装置を用いてガラス基板
に酸化亜鉛膜を成膜する。ターゲットとしてはノンドー
プの酸化亜鉛(99.99%)を用い、放電ガスとして
は酸素ガスとArガスとを用いる。成膜条件は、基板温
度300℃、圧力0.5Pa、RFパワー密度10W/
cm2 である。また、酸素ガスの分圧は、Arガスと酸
素ガスとの流量比を変更することによって調整する。
の実施の形態1に係る成膜方法を用いてLDD/半導体
膜構造の積層膜を有するFETを形成する場合の説明図
である。放電ガス中の酸素ガスの流量比を3%にし、ガ
ラス基板10の一面に、膜厚200nmの酸化亜鉛半導
体膜11を形成する(図1(a))。続いて、放電をオ
フにすることなく酸素ガスの流量比を3%から0%(即
ち、放電ガスはArガスのみ)まで連続的に減少させ
て、酸化亜鉛半導体膜11上に膜厚10nmのLDD/
ソース・ドレイン膜12を形成する(図1(b))。次
いで、希塩酸を用いてエッチングを行ない、LDD/ソ
ース・ドレイン膜12の一部を除去することにより、溝
部12aを形成する(図1(c))。
部12a内に、プラズマCVD法によってSiNを堆積
し、膜厚500nmの絶縁膜130を形成し(図2
(a))、LDD/ソース・ドレイン膜12上の絶縁膜
130のみをエッチングによって除去して溝部12aを
底部とする絶縁層13を形成する(図2(b))。最後
に、LDD/ソース・ドレイン膜12上及び絶縁層13
上にAl膜を形成することによって、LDD/ソース・
ドレイン膜12上にソース電極141及びドレイン電極
143を形成し、絶縁層13上にゲート電極142を形
成する(図2(c))。
酸化亜鉛半導体膜11上に、酸素ガスの流量比を3%か
ら0%まで連続的に減少させて酸化亜鉛半導体膜を成膜
することによって、n- 型からn+ 型へ連続的に変化す
るLDD/ソース・ドレイン膜12を容易に積層するこ
とができる。また、酸素ガスの流量比を連続的に減少さ
せて成膜するため、LDD/ソース・ドレイン膜12
は、導電率が、基板側から膜圧方向へ連続的に増大す
る。このため、LDD/ソース・ドレイン膜12のソー
ス電極141側及びドレイン電極143側の領域は導電
率が高く、ソース領域及びドレイン領域として作用し、
LDD/ソース・ドレイン膜12の酸化亜鉛半導体膜1
1側の領域は、ソース領域及びドレイン領域よりも導電
率が低く、LDD領域として作用する。即ち、LDD/
半導体膜構造の積層膜を有するFETを低コストで、ま
た容易に形成することができる。
DD/半導体膜構造によってドレイン電極近傍の電界を
緩和することができ、ホットエレクトロンによるFET
の性能劣化(高速に加速されたキャリアが絶縁層13中
に注入され、固定電荷となること)を防止できる。
形態2に係る成膜方法を用いて導電率が異なる酸化亜鉛
膜の多層膜を形成する場合の説明図である。酸素ガスの
流量比を100%にして(即ち、酸素ガスのみを放電ガ
スとして用いて)、ガラス基板20の一面に、膜厚10
0Åの第1酸化亜鉛膜21を形成する(図3(a))。
続いて、放電をオフにし、酸素ガスの流量比を0%に減
少させて(即ち、Arガスのみを放電ガスとして用い
て)、放電を再開し、第1酸化亜鉛膜21上に膜厚10
0Åの第2酸化亜鉛膜22を積層する(図3(b))。
同様にして、第1酸化亜鉛膜21と第2酸化亜鉛膜22
とを交互に積層する(図3(c))。
多層膜は、高抵抗の第1酸化亜鉛膜21と低抵抗の第2
酸化亜鉛膜22とが積層してなる。このため、第2酸化
亜鉛膜22,22,…は、第1酸化亜鉛膜21,21,
…によって夫々絶縁されている。
の模式図である。図中2は、電気伝導に寄与する電子で
ある。該電子2は、該電子2が位置する第2酸化亜鉛膜
22の内部を移動し、第1酸化亜鉛膜21を通過して他
の第2酸化亜鉛膜22へ移動することがない。即ち、電
子2,2,…を各第2酸化亜鉛膜22内に閉じこめるこ
とができ、不純物散乱による移動度の低下を防止でき
る。このため、前記多層膜は高電子移動度を有する。即
ち、本実施の形態の成膜方法は、導電率が異なる多層膜
を備えるため高電子移動度を有する電子デバイス(例え
ばTFT)を、低コストで、また容易に形成することが
できる。
ッタリング装置を用い、放電ガスとして酸素ガスとAr
ガスとを用いたが、DCスパッタリング装置、ECRス
パッタリング装置、又はヘリコンプラズマ波スパッタリ
ング装置等を用い、放電ガスとして、酸素ガスとHeガ
ス、Neガス、又はKrガス等の希ガスとを用いても良
い。また、本発明の成膜方法を、透光性を有する薄膜ト
ランジスタ、光センサ、又は圧電体等の電子デバイスを
形成する場合に用いても良い。
を低減して、導電率が異なる酸化亜鉛膜を容易に成膜す
ることができる。また、導電率が膜厚方向に連続して変
化する酸化亜鉛膜を形成することができる。更に、導電
率が低い酸化亜鉛膜と高い酸化亜鉛膜とを交互に積層す
ることができる。また、本発明の半導体装置の製造方法
によれば、材料コストを低減して、導電率が膜厚方向に
連続して変化する酸化亜鉛膜を備える半導体装置を容易
に形成できる等、本発明は優れた効果を奏する。
である。
である。
である。
れた多層膜の模式図である。
との関係を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 スパッタ法によって酸化亜鉛膜を形成す
る成膜方法において、 ターゲットとしてノンドープの酸化亜鉛を用い、放電ガ
スとして不活性ガス、酸素ガス、又は不活性ガスと酸素
ガスとの混合ガスを用い、成膜中に酸素ガスの分圧を増
減させることを特徴とする成膜方法。 - 【請求項2】 前記分圧を連続的に増減させることを特
徴とする請求項1に記載の成膜方法。 - 【請求項3】 前記分圧を交互に増加/減少させること
を特徴とする請求項1に記載の成膜方法。 - 【請求項4】 基板上に酸化亜鉛膜をスパッタ法によっ
て積層し、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極
を設ける半導体装置の製造方法において、 ターゲットとしてノンドープの酸化亜鉛を用い、放電ガ
スとして不活性ガス、酸素ガス、又は不活性ガスと酸素
ガスとの混合ガスを用い、まず、酸素ガス又は前記混合
ガスを放電ガスとして用いてスパッタ法によって第1酸
化亜鉛膜の成膜を開始し、次いで、前記放電ガス中の酸
素分圧を連続的に減少させながらスパッタ法によって第
2酸化亜鉛膜の成膜を行ない、次に、該第2酸化亜鉛膜
を分割する溝部を形成し、次いで、該溝部の上に絶縁層
を介してゲート電極を設け、前記溝部を挟むようにして
前記第2酸化亜鉛膜上にソース電極及びドレイン電極を
設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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US10/390,563 US7049190B2 (en) | 2002-03-15 | 2003-03-17 | Method for forming ZnO film, method for forming ZnO semiconductor layer, method for fabricating semiconductor device, and semiconductor device |
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