JP2012033857A - 酸化物半導体薄膜の評価方法、及び酸化物半導体薄膜の品質管理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化物半導体薄膜が形成された試料に励起光及びマイクロ波を照射し、前記励起光の照射により変化する前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の最大値を測定した後、前記励起光の照射を停止し、前記励起光の照射停止後の前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の反射率の変化を測定し、前記測定した値からライフタイム値を算出することによって、前記酸化物半導体薄膜の移動度を判定する。
【選択図】なし
Description
含む試料基板20に対して前記第1マイクロ波Op11、Op12が照射される側と反対側(試料基板20の下側)に配置される。
。
実施例1では酸化物半導体薄膜のキャリア移動度とライフタイム値、またはピーク値との間の相関関係について以下の実験を行って調べた。
スパッタリングターゲット組成:InGaZnO4(In:Ga:Zn=1:1:1)
基板温度:室温
酸化物半導体層の膜厚:100nm
酸素添加量:O2/(Ar+O2)=2%
試料No.1:プレアニールなし
試料No.2:プレアニール条件1:大気圧、酸素100%、温度:350℃、1時間
試料No.3:プレアニール条件2:水蒸気分圧50%/酸素50%、温度:350℃、1時間
レーザ波長:349nm(紫外光)
パルス幅:15ns
パルスエネルギー:1μJ/pulse
ビーム径:1.5mmφ
1測定におけるパルス数=64ショット
装置:LTA−1820SP(株式会社コベルコ科研製)
また上記試料No.1〜3のキャリア移動度について調べるため、図3に示す試料を作製して測定した。具体的には上記試料の作製に用いたガラス基板31上にMoゲート電極(厚さ100nm)32、ゲート絶縁膜(SiO2:厚さ200nm)33を形成し、その上に上記試料と同じ条件で酸化物半導体薄膜(50nm)34を形成した。その後、酸化物半導薄膜34をウェットエッチング(エッチャントは関東化学製ITO-07N)にてパターニングした。この直後に酸化物半導体薄膜34の膜質改善のために熱処理を行った(プレアニール処理条件は上記試料No.1〜3と同じ)。その後、酸化物半導体薄膜34の上にソース・ドレイン電極(純Ti:厚さ200nm)35をリフトオフ法(成膜温度:室温)で形成し(ソース・ドレイン間のチャンネル長L:10μm、電極幅:200μm)、その上にパッシベーション絶縁膜(SiN/SiO2:下層SiO2膜厚さ150nm、上層SiN膜厚さ100nm)36を形成した。パッシベーション膜をDVD法によって成膜したが、成膜時にプラズマダメージによって酸化物半導体層表面が導通化することを回避するためにパッシベーション成膜前にN2Oプラズマ照射を行った。N2Oプラズマの照射条件は公知文献(J.Parkら:Appl.Phys.Lett.,93,053505(2008))を参照した(N2Oガス流量:100sccm、プラズマ照射時圧力:133Pa、プラズマ発生電力:100mW/cm2、プラズマ照射時間:300sec、プラズマ照射温度:250℃、成膜温度:250℃)。パッシベーション絶縁膜形成後、電気的特性を測定するためにフォトリソグラフィーとドライエッチを行い、コンタクトホール37を開口した。そしてゲート電極32のコンタクトホールには測定用プローブ38を、ソース電極35には測定用プローブ39を、ドレイン電極35には測定用プローブ40を接触させて、上記試料No.1〜3に対応する薄膜トランジスタ試料No.1〜3を作製し、各薄膜トランジスタの電気的な評価(Id−Vg特性)を行った。
Id=(W/L)×μ×Cox×(Vg−Vth)×Vd
式中、Wは酸化物半導体薄膜のチャネル幅、Lは同チャネル長、μは線形移動度、Coxはゲート絶縁膜容量、Vgはゲート電圧、Vthはしきい値電圧、Vdはドレイン電圧である。本実施例では、Wは200μm、Lは10μm、Coxは絶縁膜材料と膜厚から1.68×10−4F/m2、Vgは20〜30Vの領域、Vdは10Vとした(Vgを20〜30Vの領域数点にてIdを測定することで、Vthなしにμの算出ができる)。
取ることができる。
実施例2ではマイクロ波光導電減衰法(実施例1と同じ装置を使用)で試料のライフタイムの面内分布を測定・評価するために、以下の酸化物半導体薄膜のサンプルを作製した。
スパッタリングターゲット組成:ZnO、ZnSnO(Zn:Snの組成比は3:2)
基板温度:室温
酸化物半導体層の基板中心膜厚:100nm
酸素添加量:O2/(Ar/O2)×100=2%
移動度をマッピングした結果を図9に示す(図中、X−Y軸に記載の1〜20の連番は薄膜トランジスタのアドレス番号である)。図中、白抜き数字は移動度(cm2/Vs:なお、sは秒の意味)を表し、数字が大きいほど、移動度も高いことを示すが、移動度が0.1cm2/Vs以下の領域は、スイッチング特性が得られない領域である。
実施例3ではマイクロ波光導電減衰法(実施例1と同じ装置を使用)で試料のライフタイムの面内分布を測定・評価するために、以下の酸化物半導体薄膜のサンプルを作製した。
スパッタリングターゲット組成:ZnO、ZnSnO(Zn:Snの組成比は3:2)、Al2O3
基板温度:室温
酸化物半導体層の基板中心膜厚:100nm
酸素添加量:O2/(Ar+O2)×100=2%
実施例4ではマイクロ波光導電減衰法(実施例1と同じ装置を使用)で試料のライフタイムの面内分布を測定・評価するために、以下の酸化物半導体薄膜のサンプルを作製した。
スパッタリングターゲット組成:In2O3、Ga2O3、ZnO
基板温度:室温
酸化物半導体層の基板中心膜厚:100nm
酸素添加量:O2/(Ar+O2)×100=2%
Id=(W/2L)×μ×Cox×(Vg−Vth)2
式中、Wは酸化物半導体薄膜のチャネル幅、Lは同チャネル長、μは飽和移動度、Coxはゲート絶縁膜容量、Vgはゲート電圧、Vthはしきい値電圧である。本実施例では、Wは200μm、Lは10μm、Coxは絶縁膜材料と膜厚から1.68×10−4F/m2、Vgは20〜30Vの領域とした(Vgを20〜30Vの領域数点にてIdを測定することで、Vthなしにμの算出ができる)。
2 :マイクロ波発振器
3 :方向性結合器
4 :マジックT
5a:第1導波管(信号用導波管)
5b:第2導波管(参照用導波管)
6 :ミキサ
7 :信号処理装置
8 :コンピュータ
9 :ステージコントローラ
10:試料台
11:X−Yステージ
12:基板保持部
13:ミラー
14:集光レンズ
20:試料基板
20a:薄膜試料
20b:基板
31:ガラス基板
32:ゲート電極
33:ゲート絶縁膜
34:酸化物半導体薄膜
35:ソース・ドレイン電極
36:パッシベーション絶縁膜
37:コンタクトホール
38:測定用プローブ
39:測定用プローブ
40:測定用プローブ
Claims (4)
- 酸化物半導体薄膜が形成された試料に励起光及びマイクロ波を照射し、前記励起光の照射により変化する前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の最大値を測定した後、前記励起光の照射を停止し、前記励起光の照射停止後の前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の反射率の変化を測定し、前記測定した値からライフタイム値を算出することによって、前記酸化物半導体薄膜の移動度を判定することを特徴とする酸化物半導体薄膜の評価方法。
- 酸化物半導体薄膜が形成された試料に励起光及びマイクロ波を照射し、前記励起光の照射により変化する前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の最大値を測定することによって、前記酸化物半導体薄膜の移動度を判定することを特徴とする酸化物半導体薄膜の評価方法。
- 前記酸化物半導体薄膜が、In、Ga、Zn、およびSnよりなる群から選択される少なくとも1種以上組み合わせを含むものである請求項1または2に記載の評価方法。
- 酸化物半導体薄膜を基板上に形成した後の半導体製造工程のいずれかの工程に、請求項1〜3のいずれかに記載の評価方法を適用することを特徴とする酸化物半導体薄膜の品質管理方法。
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