JP2010123872A

JP2010123872A - 酸化物半導体層の非破壊検査方法、及び酸化物半導体層の作製方法

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Publication number: JP2010123872A
Application number: JP2008298292A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Yamaguchi; 典彦山口; Osamu Taniguchi; 理谷口; Masao Ikeda; 昌夫池田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03
Also published as: CN101740434B; CN101740434A; US8080434B2; US20100129942A1

Abstract

【課題】薄膜トランジスタの活性層などとして有用な非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を、非破壊で迅速に調べることのできる検査方法、及び、その検査方法を活用した非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の作製方法を提供すること。
【解決手段】検査しようとする非晶質又は多結晶性の被検査酸化物半導体層に対して励起光２を照射し、被検査酸化物半導体層から放出される光のうち、バンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長領域のフォトルミネッセンス光４の強度を測定する。そして、被検査酸化物半導体層と同じ工程で作製され、被検査酸化物半導体層と同じ元素組成と膜厚とを有する、非晶質又は多結晶性の参照用酸化物半導体層に対し、同じフォトルミネッセンス光強度の測定と、膜質の測定とを行い、フォトルミネッセンス光強度と膜質との関係を得て、この関係に基づいて酸化物半導体層の膜質を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタの活性層などとして有用な、非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を非破壊非接触で調べる検査方法、及び、その検査方法を活用した非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の作製方法に関するものである。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）として構成された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、電子回路、特に画像表示装置のアクティブマトリックス回路における画素トランジスタなどとして広く用いられている。現在実用化されているＴＦＴでは、通常、活性層を構成する半導体材料として非晶質シリコンまたは多結晶シリコンが用いられ、基板としてガラス基板が用いられている。

しかし、ガラス基板は重く、衝撃によって割れやすく、可撓性がない。そこで、ガラス基板の代わりに、軽量で、破損しにくく、可撓性のあるプラスチック基板を用いる研究開発が行われている。この際、シリコン薄膜は、成膜に高温の加熱処理工程を要するので、耐熱性の低いプラスチック基板上に形成することは難しい。そこで、シリコンに代わる半導体材料として、低温での成膜が可能な、非晶質又は多結晶性の金属酸化物半導体材料が注目されている。

例えば、後述の特許文献１には、主要な構成元素としてインジウム、ガリウム、および亜鉛を含むＩn−Ｇa−Ｚn−Ｏ系などの非晶質酸化物であって、非晶質酸化物が微結晶を含むか、層厚方向で組成が変化しているか、または１種以上の所定の元素が添加されている非晶質酸化物であり、かつ、電子キャリア濃度が１０¹⁸／ｃｍ³未満であるか、または電子キャリア濃度が増加するとともに電子移動度が増加する傾向を示すかであることを特徴とする非晶質酸化物が提案されている。特許文献１には、下記のように説明されている。

組成式Ｚn_xＧa_yＩn_zＯ_x+3y/2+3z/2などで示される非晶質酸化物では、通常のスパッタリング法などで成膜すると、酸素欠陥が形成されやすく、キャリア電子が多数発生し、電子キャリア濃度は１０¹⁸／ｃｍ³以上、電気伝導度にして１０Ｓ／ｃｍ以上になる。この酸化物は導電体としては好ましいが、ＴＦＴの活性層として用いた場合、ゲート電圧を印加していないときにソース電極とドレイン電極との間に大きな電流が流れ、ノーマリーオフ動作のＴＦＴを構成することができない。また、オン・オフ比を大きくすることも難しい。

しかしながら、組成式ＩnＧaＯ₃(ＺnＯ)_m（ｍは６未満の自然数。）で表される多結晶焼結体をターゲットとし、パルスレーザー蒸着法またはスパッタリング法などの気相成膜法によってＩn−Ｇa−Ｚn−Ｏ系非晶質酸化物を成膜する場合、成膜雰囲気中の酸素分圧をある程度以上に大きく保つことによって、酸素欠陥を減らし、その結果として電子キャリア濃度を１０¹⁸／ｃｍ³未満に抑えることができる。このとき、電子移動度は１ｃｍ²／（Ｖ・秒）超とすることができ、電子移動度が伝導電子数の増加とともに大きくなるという特異な特性が見出された。この非晶質酸化物を活性層としてＴＦＴを作製すれば、所望の特性を有し、可視光に透明で、フレキシブルなＴＦＴを作製することができる。

また、非晶質酸化物中の酸素欠損量は、成膜後、酸化物膜を酸素を含む雰囲気中で後処理することによって制御することもできる。この際、酸素欠損量を効果的に制御するには、酸素を含む雰囲気の温度を０〜３００℃、好ましくは２５〜２５０℃、さらに好ましくは１００〜２００℃とするのがよい。

図６は、特許文献１に示されている、スパッタリング法によってＩn−Ｇa−Ｚn−Ｏ非晶質酸化物半導体層を成膜するときの、雰囲気中の酸素分圧と酸化物半導体層の電気伝導度との関係を示すグラフである。図６から、適当な電気伝導度が１０^-6〜１０Ｓ／ｃｍであるとすると、酸素分圧を３×１０^-2〜５×１０^-2Ｐａの狭い範囲で制御しなければならないことがわかる。

酸化物半導体層を電界効果トランジスタの活性層として用いる場合、酸化物半導体層中のキャリア濃度は素子特性を決定する重要なパラメータである。しかしながら、図６に示されているように、酸化物半導体層におけるキャリア濃度は成膜条件に非常に敏感である。また、酸化物半導体層中のキャリア濃度は、その不安定性から、成膜後の工程における雰囲気や温度や薬液処理によって数桁の大きさで変化する。このため、雰囲気を制御したアニール工程によりキャリア濃度を調整する。

以上のことから、成膜中、アニール中、または作製後の酸化物半導体層に対して、非破壊検査によって迅速にキャリア濃度を調べることができれば、製造歩留まりよく酸化物半導体層、ひいては電界効果トランジスタなどの半導体素子を作製できると考えられる。

通常、半導体層のキャリア濃度は、ホール効果を用いた測定によって測定される。しかし、ホール効果を用いた測定法では、ホール効果測定用のホール素子を作製するため、非破壊検査によって迅速にキャリア濃度を調べることができない。

一方、特許文献２には、フォトルミネッセンス法によってキャリア濃度を測定した例が報告されている。図７は、特許文献２に示されている、ＩnＧaＡsエピタキシャル膜からのフォトルミネッセンス光のスペクトルである。図７から、単結晶から放出されるフォトルミネッセンス光のスペクトルは、バンドギャップエネルギーに相当する波長にピークをもつことがわかる。そして、このピーク形状の解析から、キャリア濃度を推定することができる。しかしながら、非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層では、バンドギャップエネルギーに相当する波長にはフォトルミネッセンス光がほとんど観測されない。このため、特許文献２に示されている方法を適用することはできない。

特開２００６−１６５５２９号公報（第６−９、１６、２１、及び２２２頁、図３）特開２０００−２８５１８号公報（第２−４頁、図１）

本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、薄膜トランジスタの活性層などとして有用な非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を、非破壊で迅速に調べることのできる検査方法、及び、その検査方法を活用した非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の作製方法を提供することにある。

即ち、本発明は、
検査しようとする非晶質又は多結晶性の被検査酸化物半導体層に対して励起光を照射し、前記被検査酸化物半導体層から放出される光のうち、バンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長領域のフォトルミネッセンス光の強度を測定する工程と、
前記の測定の結果から、前記被検査酸化物半導体層の膜質を推定する工程と
を有する、酸化物半導体層の非破壊検査方法に係わる。

また、
基体に非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層を成膜する工程と、
前記酸化物半導体層の非破壊検査方法によって、前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を検査する工程と
を有する、酸化物半導体層の作製方法に係わる。

本発明の酸化物半導体層の非破壊検査方法は、検査しようとする非晶質又は多結晶性の被検査酸化物半導体層に対して励起光を照射し、前記被検査酸化物半導体層から放出されるフォトルミネッセンス光の強度を測定するので、簡易に、迅速に行うことができる。しかも、後述の実施の形態１で説明するように、本発明の非破壊検査方法で測定する、バンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長領域のフォトルミネッセンス光の強度は、前記被検査酸化物半導体層の膜質と密接な関係があるので、前記被検査酸化物半導体層の膜質を非破壊非接触で確実に推定することができる。

本発明の酸化物半導体層の作製方法では、前記酸化物半導体層の非破壊検査方法によって、前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を検査する工程を有するので、制御精度よく、生産性よく、製造歩留まりよく、前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層を作製することができる。

本発明の酸化物半導体層の非破壊検査方法において、前記被検査酸化物半導体層と同じ工程によって同じ成膜温度で作製され、前記被検査酸化物半導体層と同じ元素組成を有する、非晶質又は多結晶性の参照用酸化物半導体層に対し、前記測定と同じフォトルミネッセンス光強度の測定と、膜質の測定とを行い、フォトルミネッセンス光強度と膜質との関係を得る工程を有し、前記被検査酸化物半導体層の膜質を推定する前記工程をこの関係に基づいて行うのがよい。

この際、前記参照用酸化物半導体層の膜質としてキャリア濃度を測定し、前記参照用酸化物半導体層におけるフォトルミネッセンス光強度とキャリア濃度との関係に基づき、前記被検査酸化物半導体層中のキャリア濃度を推定するのがよい。前記参照用酸化物半導体層のキャリア濃度は、ホール効果を用いた測定によって測定することができる。

また、本発明の酸化物半導体層の非破壊検査方法は、半導体素子に活性層として組み込まれた酸化物半導体層を、非接触で検査することができる。

本発明の酸化物半導体層の作製方法において、成膜中の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を前記非破壊検査方法によってその場観察し、その結果に基づき、所定の膜質が得られるように成膜条件を制御するのがよい。この際、前記成膜条件として、成膜雰囲気中の酸素分圧、基体温度、及び成膜速度のうちの少なくとも１つを制御するのがよい。

また、成膜後の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を前記非破壊検査方法によって検査する工程と、その後に前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層をアニールする工程とを有し、この非破壊検査の結果に基づき、所定の膜質が得られるようにアニール条件を設定するのがよい。或いは、成膜後の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層をアニールする工程を有し、アニール中の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を前記非破壊検査方法によってその場観察し、その結果に基づき、所定の膜質が得られるようにアニール条件を制御するのがよい。この際、前記アニール条件として、アニール雰囲気中の酸素分圧、アニール温度、及びアニール時間のうちの少なくとも１つを制御するのがよい。

また、前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層を活性層として有する半導体素子を製造する製造方法の一部をなし、作製後の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を前記非破壊検査方法で検査する工程を有し、この非破壊検査の結果に基づき、その後の工程を選択するのがよい。前記半導体素子として電界効果トランジスタを製造するのがよい。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。

実施の形態１
実施の形態１では、主として、請求項１〜５に記載した酸化物半導体層の非破壊検査方法の例について説明する。

図１（ａ）は、実施の形態１に基づく、酸化物半導体層の非破壊検査方法を示す概略図である。図１（ａ）に示す装置では、励起光源１から励起光２を基板１０上の酸化物半導体層に照射して、フォトルミネッセンス光４を光検知器５によって検知する。励起光源１としてはレーザー光源がよく、励起光２の波長は、酸化物半導体層のバンドギャップエネルギーに相当する波長よりも短波長であることが必要である。

図１（ｂ）は、スパッタリング法で形成したＩn−Ｇa−Ｚn−Ｏ系酸化物半導体層に、波長３２５ｎｍのＨe−Ｃdレーザー光（出力１Ｗ／ｃｍ²）を７７Ｋで照射して得られたフォトルミネッセンス光のスペクトルである。単結晶であれば、フォトルミネッセンス光はバンドギャップエネルギーに相当する波長４１０ｎｍ付近に最も強く現れる。しかし、非晶質または多結晶性の酸化物半導体層では、バンドギャップエネルギーに相当する波長のフォトルミネッセンス光は弱い。このため、特許文献２のように、バンドギャップエネルギーに相当する波長のフォトルミネッセンス光のスペクトルからキャリア濃度を推定することは難しい。

一方、本発明者は、非晶質または多結晶性の酸化物半導体層では、バンドギャップエネルギーに相当する波長よりも長い波長領域にフォトルミネッセンス光が強く現れること、しかも、この波長領域のフォトルミネッセンス光の強度と、非晶質または多結晶性の酸化物半導体層の膜質との間に、密接な関係があることを発見した。

図２は、非晶質または多結晶性の酸化物半導体層における前記フォトルミネッセンス光のピーク強度とキャリア濃度との関係を示すグラフである。なお、この酸化物半導体層の作製方法については、後述の実施の形態２で説明する。また、フォトルミネッセンス光の強度は、検査ごとに同じ光学系で測定する窒化ガリウム基板からのフォトルミネッセンス光の強度を標準として用いて、校正した。また、酸化物半導体層のキャリア濃度は、ホール効果の測定によって測定した。

図２から、キャリア濃度の対数と前記フォトルミネッセンス光のピーク強度との間に、ほぼ直線的な関係があることがわかる。前記のバンドギャップエネルギーに相当する波長よりも長い波長領域に現れるフォトルミネッセンス光は、エネルギー的な関係から、酸素欠陥などの欠陥準位からの発光であると考えられる。従って、この波長領域のフォトルミネッセンス光の強度は、欠陥密度を反映し、結果的にキャリア濃度と密接な関係があるものと考えられる。

従って、検査しようとする非晶質又は多結晶性の被検査酸化物半導体層に対して励起光を照射し、被検査酸化物半導体層から放出される光のうち、バンドギャップエネルギーに相当する波長よりも長い波長領域のフォトルミネッセンス光の強度を測定することによって、被検査酸化物半導体層の膜質を非破壊非接触で推定することができる。

ただし、本発明者が詳細に検討したところ、このフォトルミネッセンス光のスペクトルは、酸化物半導体層の元素組成、作製方法、および成膜温度によって形状が変化することが判明した。このため、キャリア濃度などの膜質を正確に推定するためには、被検査酸化物半導体層と同じ工程によって同じ成膜温度で作製され、前記被検査酸化物半導体層と同じ元素組成を有する、非晶質又は多結晶性の参照用酸化物半導体層に対し、被検査酸化物半導体層に対すると同じフォトルミネッセンス光強度の測定と、膜質の測定とを行い、フォトルミネッセンス光強度と膜質との関係（例えば、図２に示した関係）を予め得ておき、この関係に基づいて被検査酸化物半導体層の膜質を推定するのがよい。なお、このとき測定するフォトルミネッセンス光の強度としては、ピーク強度であってもよいし、適当な幅の波長領域における強度であってもよい。

本発明に基づく酸化物半導体層の非破壊検査方法では、光をプローブとして非破壊非接触でキャリア濃度を測定できるので、前記被検査酸化物半導体層として、半導体素子に活性層として組み込まれた酸化物半導体層や、動作中の半導体素子におけるキャリア濃度を検査することができる。

実施の形態２
実施の形態２では、主として、請求項６〜１３に記載した酸化物半導体層の作製方法の例として、非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層を活性層として有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を作製する例について説明する。この際、酸化物半導体層としてＩn−Ｇa−Ｚn−Ｏ酸化物層を形成する。

図３は、実施の形態２に基づく、薄膜トランジスタとして構成されたＦＥＴ２０の作製工程のフローを示す部分断面図である。以下、図面を参照しながら、ＦＥＴ２０の作製工程について概説する。

まず、図３（ａ）に示すように、絶縁性基板１１の上にゲート電極１２を形成する。絶縁性基板１１は、特に限定されるものではないが、例えばガラス基板またはプラスチック基板である。ゲート電極１２の材料や形成方法も、特に限定されるものではないが、例えば、ゲート電極材料としてモリブデンＭoを用い、絶縁性基板１１の全面にスパッタリング法で成膜し、フォトリソグラフィとドライエッチング法によってパターニングする。続いて、絶縁性基板１１の全面にゲート絶縁膜１３を形成する。この際、ゲート絶縁膜１３の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１３が形成された絶縁性基板１１の全面に、ＦＥＴ２０の活性層として酸化物半導体層１４ａを形成する。この際、ＩnＧaＺnＯ₄多結晶焼結体をターゲットとするスパッタリング法によって、Ｉn−Ｇa−Ｚn−Ｏ系酸化物を形成する。次に、図３（ｃ）に示すように、酸化物半導体層１４ａをエッチングによってパターニングして、パターニングされた酸化物半導体層１４を形成する。

酸化物半導体層１４ａの成膜条件、組成、および膜厚は下記の通りである。
酸素分圧：１×１０^-2Ｐａ、
ＤＣパワー：４００Ｗ、
成膜温度（基板温度）：室温、
組成：ＩnＧaＺnＯ₄、
膜厚：５０ｎｍ
なお、図２に示した関係は、上記と同じ条件で作製された参照用酸化物半導体層について得られたものである。

次に、図３（ｄ）に示すように、ソース電極１５およびドレイン電極１６を形成する。ソース電極１５およびドレイン電極１６の材料や形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、材料としてモリブデンを用い、フォトリソグラフィとドライエッチング法とによってパターニングして形成する。続いて、全面に保護膜１７を形成する。

このようにして作製されたＦＥＴ２０の動作時には、ゲート電極１２に印加されるゲート電圧によって、ソース電極１５とドレイン電極１６との間の、ゲート絶縁膜１３近傍の半導体層１４中にチャネル領域が形成され、チャネル領域を流れる電流がゲート電圧によって制御される。

上述したＦＥＴ２０の作製工程の種々の段階で、本発明に基づく酸化物半導体層の非破壊検査方法を適用することができる。以下、工程順に説明する。

図４は、図３（ｂ）に示した酸化物半導体層の成膜工程において、酸化物半導体層の非破壊検査方法を適用する例を説明する概略図である。この例では、成膜中の酸化物半導体層１４ａに励起光２を照射して、フォトルミネッセンス光２１を検知する。このようにすると、成膜中の酸化物半導体層１４ａの膜質を非破壊検査方法によってその場観察しながら、その結果に基づき、所定の膜質が得られるように成膜条件を制御することができる。この結果、煩雑な条件出しやチェックを省略して工程を短縮することができ、また、製造歩留まりを向上させることができる。

この際、励起光源１として直進性に優れたレーザー光源を用いることにより、励起光源１を成膜室外に配置することができる。また、フォトルミネッセンス光２１を検知する光検出器５は、酸化物半導体材料の粒子が堆積する基板面とは反対の面側に配置する。このような配置をとることで、酸化物半導体層１４ａの成膜工程を邪魔することなく、酸化物半導体層１４ａの非破壊検査方法を適用することができる。ただし、この場合、絶縁性基板３０は、フォトルミネッセンス光２１を透過させるものであることが必要である。

成膜条件として、成膜雰囲気中の酸素分圧、絶縁性基板温度、及び成膜速度のうちの少なくとも１つを制御するのがよい。特に酸素分圧の制御が重要である。

別の例は、図３（ｂ）に示した酸化物半導体層１４ａの成膜工程、または図３（ｃ）に示した酸化物半導体層１４のパターニング工程の後に、酸化物半導体層１４ａまたは１４をアニールする工程を有する場合に、アニール工程に先だって、成膜後の酸化物半導体層１４ａまたは１４に、実施の形態１で説明した酸化物半導体層の非破壊検査方法を適用する例である。このようにすると、非破壊検査の結果に基づき、所定の膜質、例えば所定のキャリア濃度が得られるようにアニール条件を設定することができ、製造歩留まりを向上させることができる。

アニール条件として、アニール雰囲気中の酸素分圧、アニール温度、およびアニール時間のうちの少なくとも１つを制御するのがよい。特に酸素分圧の制御が重要である。他のアニール処理の条件は、特に限定されるものではないが、例えば、３００℃の下で１時間行うのがよい。酸化物半導体層の非破壊検査は、パターニング前の酸化物半導体層１４ａに対して行ってもよく、パターニング後の酸化物半導体層１４に対して行ってもよい。ただし、パターニング後の酸化物半導体層１４では、測定時に励起光２のビーム照射領域内に入る酸化物半導体層の面積が減少し、検査は、パターニング前の酸化物半導体層１４ａに対して行う方が容易である

また、さらに別の例として、上記と同様、酸化物半導体層１４ａまたは１４をアニールする工程を有する場合に、アニール工程において、酸化物半導体層の非破壊検査方法を適用することもできる。図５は、アニール工程において、酸化物半導体層の非破壊検査方法を適用する例を説明する概略図である。この例では、アニール中の酸化物半導体層１４ａまたは１４に励起光２を照射して、フォトルミネッセンス光４を検知する。このようにすると、アニール中の酸化物半導体層の膜質を非破壊検査方法によってその場観察しながら、その結果に基づき、所定の膜質、例えば所定のキャリア濃度が得られるように、アニール条件を制御することができる。この結果、煩雑な条件出しやチェックを省略して工程を短縮することができ、また、製造歩留まりを向上させることができる。

上述した例と同様に、アニール条件として、アニール雰囲気中の酸素分圧、アニール温度、およびアニール時間のうちの少なくとも１つを制御するのがよい。特に酸素分圧の制御が重要である。他のアニール処理の条件は、特に限定されるものではないが、例えば、３００℃の下で１時間行うのがよい。図５中、加熱装置５０は、アニール温度を所望の温度に設定するための装置である。また、既述したように、酸化物半導体層の非破壊検査は、パターニング前の酸化物半導体層１４ａに対して行う方が容易であるので、その場観察しながらのアニール処理も、パターニング前の酸化物半導体層１４ａに対して行う方が容易である。

また、成膜工程やパターニング工程やアニール工程などの酸化物半導体層１４の作製工程がすべて終了した時点で、酸化物半導体層の非破壊検査方法を適用することもできる。通常、酸化物半導体層１４はこれを活性層とする半導体素子に組み込まれるので、酸化物半導体層１４の作製工程の後には、上述したソース電極１５およびドレイン電極１６の形成や、保護膜１７の形成など、半導体素子を製造するための工程が行われる。従って、作製工程が終了した時点で酸化物半導体層１４に非破壊検査方法を適用し、良否判定を行うのが望ましい。これにより、例えば、不良と判定された酸化物半導体層１４に対しては後続の工程を行うのを中止して、むだを防止することができる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。

本発明の光透過性導電体は、薄膜トランジスタの活性層などとして有用な非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を非破壊非接触で調べる検査方法、および、その検査方法を活用した酸化物半導体層の作製方法を提供し、薄膜トランジスタや画像表示装置の低コスト化や新たな用途の開発に寄与することができる。

本発明の実施の形態１に基づく、酸化物半導体層の膜質の非破壊検査方法を示す概略図（ａ）、および、この検査方法で得られたフォトルミネッセンス光のスペクトル（ｂ）である。同、参照用酸化物半導体層におけるフォトルミネッセンス光の強度とキャリア濃度との関係を示すグラフである。実施の形態２に基づく、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の作製工程のフローを示す部分断面図である。同、酸化物半導体層の成膜工程において、酸化物半導体層の非破壊検査方法を適用する例を説明する概略図である。同、酸化物半導体層のアニール工程において、酸化物半導体層の非破壊検査方法を適用する例を説明する概略図である。特許文献１に示されている、成膜時の酸素分圧と酸化物半導体層の電気伝導度との関係を示すグラフである。特許文献１に示されている、ＩnＧaＡsエピタキシャル膜からのフォトルミネッセンス光のスペクトルである。

符号の説明

１…励起光源、２…励起光、３…反射光、５…光検知器、４…フォトルミネッセンス光、
１０…表面に非晶質または多結晶性の酸化物半導体層が形成された基板、
１１…絶縁性基板、１２…ゲート電極、１３…ゲート絶縁膜、
１４…パターニングされた酸化物半導体層、１４ａ…酸化物半導体層、
１５…ソース電極、１６…ドレイン電極、１７…保護膜、２０…ＦＥＴ、
２１…フォトルミネッセンス光、
３０…成膜中の酸化物半導体層を表面に有する絶縁性基板、
４０…アニール中の酸化物半導体層を表面に有する絶縁性基板、５０…加熱装置

Claims

検査しようとする非晶質又は多結晶性の被検査酸化物半導体層に対して励起光を照射し、前記被検査酸化物半導体層から放出される光のうち、バンドギャップエネルギーに相当する波長よりも長い波長領域のフォトルミネッセンス光の強度を測定する工程と、
前記の測定の結果から、前記被検査酸化物半導体層の膜質を推定する工程と
を有する、酸化物半導体層の非破壊検査方法。
前記被検査酸化物半導体層と同じ工程によって同じ成膜温度で作製され、前記被検査酸化物半導体層と同じ元素組成を有する、非晶質又は多結晶性の参照用酸化物半導体層に対し、前記測定と同じフォトルミネッセンス光強度の測定と、膜質の測定とを行い、フォトルミネッセンス光強度と膜質との関係を得る工程を有し、前記被検査酸化物半導体層の膜質を推定する前記工程をこの関係に基づいて行う、請求項１に記載した酸化物半導体層の非破壊検査方法。
前記参照用酸化物半導体層の膜質としてキャリア濃度を測定し、前記参照用酸化物半導体層におけるフォトルミネッセンス光強度とキャリア濃度との関係に基づき、前記被検査酸化物半導体層中のキャリア濃度を推定する、請求項２に記載した酸化物半導体層の非破壊検査方法。
前記参照用酸化物半導体層のキャリア濃度を、ホール効果を用いた測定によって測定する、請求項３に記載した酸化物半導体層の非破壊検査方法。
前記被検査酸化物半導体層として、半導体素子に活性層として組み込まれた酸化物半導体層を非接触で検査することができる、請求項１に記載した酸化物半導体層の非破壊検査方法。
基体に非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層を成膜する工程と、
請求項１〜５のいずれか１項に記載した酸化物半導体層の非破壊検査方法によって、前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を検査する工程と
を有する、酸化物半導体層の作製方法。
成膜中の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を前記非破壊検査方法によってその場観察し、その結果に基づき、所定の膜質が得られるように成膜条件を制御する、請求項６に記載した酸化物半導体層の作製方法。
前記成膜条件として、成膜雰囲気中の酸素分圧、基体温度、及び成膜速度のうちの少なくとも１つを制御する、請求項７に記載した酸化物半導体層の作製方法。
成膜後の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を前記非破壊検査方法によって検査する工程と、その後に前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層をアニールする工程とを有し、この非破壊検査の結果に基づき、所定の膜質が得られるようにアニール条件を設定する、請求項６に記載した酸化物半導体層の作製方法。
成膜後の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層をアニールする工程を有し、アニール中の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を前記非破壊検査方法によってその場観察し、その結果に基づき、所定の膜質が得られるようにアニール条件を制御する、請求項６に記載した酸化物半導体層の作製方法。
前記アニール条件として、アニール雰囲気中の酸素分圧、アニール温度、及びアニール時間のうちの少なくとも１つを制御する、請求項９又は１０に記載した酸化物半導体層の作製方法。
前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層を活性層として有する半導体素子を製造する製造方法の一部をなし、作製後の前記非晶質又は多結晶性の酸化物半導体層の膜質を前記非破壊検査方法で検査する工程を有し、この非破壊検査の結果に基づき、その後の工程を選択する、請求項６に記載した酸化物半導体層の作製方法。
前記半導体素子として電界効果トランジスタを製造する、請求項１２に記載した酸化物半導体層の作製方法。