JP2014082424A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Shigekazu Tomai
重和 笘井
Mutsumi Kimura
睦 木村
Tokiyoshi Matsuda
時宜 松田
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Idemitsu Kosan Co Ltd
Ryukoku University
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Ryukoku University
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which has high field effect mobility, high reliability and stable semiconductor characteristics, and provide a semiconductor device manufacturing method.SOLUTION: In a semiconductor device manufacturing method including on a substrate, at least a gate electrode, a gate insulation film, a semiconductor film, a source and drain electrode and a protective film, the semiconductor film contains In (indium), Zn (zinc), Sn (tin) and O (oxygen), and a pressure in a deposition device before deposition when depositing the protective film after deposition of the semiconductor film, is set at not less than 5×10Pa and not more than 5×10Pa.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、半導体装置及びそれを用いた電子機器に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device, and an electronic apparatus using the same.

薄膜トランジスタ(TFT)等の電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路の単位電子素子、高周波信号増幅素子、液晶駆動用素子等として広く用いられており、現在、最も多く実用されている電子デバイスである。なかでも、近年における表示装置のめざましい発展に伴い、液晶表示装置(LCD)、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)等の各種の表示装置において、表示素子に駆動電圧を印加して表示装置を駆動させるスイッチング素子として、TFTが多用されている。   Field effect transistors such as thin film transistors (TFTs) are widely used as unit electronic elements, high frequency signal amplifying elements, liquid crystal driving elements, etc. for semiconductor memory integrated circuits, and are currently the most widely used electronic devices. . In particular, with the remarkable development of display devices in recent years, in various display devices such as liquid crystal display devices (LCD), electroluminescence display devices (EL), and field emission displays (FED), a driving voltage is applied to the display elements. TFTs are often used as switching elements for driving display devices.

電界効果型トランジスタの主要部材である半導体層(チャンネル層)の材料としては、シリコン半導体化合物が最も広く用いられている。一般に、高速動作が必要な高周波増幅素子や集積回路用素子等には、シリコン単結晶が用いられている。   As a material for a semiconductor layer (channel layer) which is a main member of a field effect transistor, a silicon semiconductor compound is most widely used. In general, a silicon single crystal is used for a high-frequency amplifying element or an integrated circuit element that requires high-speed operation.

一方、液晶駆動用素子等には、大面積化の要求から非晶性シリコン半導体(アモルファスシリコン)が用いられている。アモルファスシリコンの薄膜は、比較的低温で形成できるものの、結晶性のものに比べてスイッチング速度が遅いため、表示装置を駆動するスイッチング素子として使用したときに、高速な動画の表示に追従できない場合がある。   On the other hand, an amorphous silicon semiconductor (amorphous silicon) is used for a liquid crystal driving element or the like because of a demand for a large area. Although an amorphous silicon thin film can be formed at a relatively low temperature, its switching speed is slower than that of a crystalline one, so when used as a switching element to drive a display device, it may not be able to follow the display of high-speed movies. is there.

具体的には、解像度がフルハイビジョンである液晶テレビでは、移動度が0.5〜1cm/Vsのアモルファスシリコンが使用可能であったが、解像度が4k2kさらには8k4kになると、2cm/Vs以上の移動度が要求される。また、画質を向上させるため駆動周波数を上げるとさらに高い移動度が必要となる。 Specifically, the LCD TV resolution of full high-definition, but mobility amorphous silicon 0.5 to 1 cm 2 / Vs were available, the resolution is further becomes 8k4k 4k2k, 2cm 2 / Vs The above mobility is required. Further, when the driving frequency is increased in order to improve the image quality, higher mobility is required.

結晶性のシリコン系薄膜は、移動度は高いものの、結晶化を図る際に例えば800℃以上の高温や高価な設備を使用するレーザーアニールが必要となり、製造に際して多大なエネルギーと工程数を要する問題や、大面積化が困難という問題があった。また、結晶性のシリコン系薄膜は、通常TFTの素子構成がトップゲート構成に限定されるため、マスク枚数の削減等コストダウンが困難であった。   Although crystalline silicon-based thin films have high mobility, laser annealing using a high temperature of, for example, 800 ° C. or higher and expensive equipment is required for crystallization, and a large amount of energy and number of processes are required for manufacturing. In addition, there is a problem that it is difficult to increase the area. In addition, since the crystalline silicon-based thin film is normally limited to the top gate configuration of the TFT, the cost reduction such as reduction of the number of masks is difficult.

このような問題を解決するために、シリコン系半導体に代わる新たな半導体材料が必要とされており、酸化インジウム及び酸化亜鉛を含むn型半導体材料や、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる、電子キャリア濃度が1018/cm未満である非晶質の酸化物半導体膜を作製し、電界効果型トランジスタを駆動させる方法が検討されている(特許文献1〜4)。 In order to solve such a problem, a new semiconductor material that replaces a silicon-based semiconductor is required, which is composed of an n-type semiconductor material containing indium oxide and zinc oxide, indium oxide, zinc oxide, and gallium oxide. Methods for manufacturing an amorphous oxide semiconductor film having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 and driving a field effect transistor have been studied (Patent Documents 1 to 4).

しかしながら、上記の電界効果型トランジスタは、アモルファスシリコンよりも移動度等の特性が優れるものの、結晶シリコンには及ばず、SOG(システムオングラス)等周辺回路や有機ELディスプレイの電流駆動を行うスイッチング素子に適用するためには移動度、ΔVth等の特性のさらなる改善が求められていた。尚、Vthは閾値電圧を意味し、ΔVthはバイアスストレスを加えた際のVthの変化量(シフト量)を意味する。   However, although the field effect transistor described above is superior to amorphous silicon in characteristics such as mobility, it does not reach that of crystalline silicon, and is a switching element that drives current in peripheral circuits such as SOG (system on glass) and organic EL displays. Therefore, further improvements in characteristics such as mobility and ΔVth have been demanded. Note that Vth means a threshold voltage, and ΔVth means a change amount (shift amount) of Vth when bias stress is applied.

そのため、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムの組成比を変えた検討がなされているが、十分な結果は得られていなかった(特許文献3、4及び非特許文献1)。例えば、酸化インジウムの含有量を増加させると移動度は向上するが、閾値電圧が大きく負となりノーマリーオンとなる(特許文献3)。一方、酸化ガリウムの含有量を削減すると移動度は向上するが、信頼性が低下する(特許文献3及び4)。   For this reason, studies have been made by changing the composition ratio of indium oxide, zinc oxide, and gallium oxide, but sufficient results have not been obtained (Patent Documents 3 and 4 and Non-Patent Document 1). For example, when the content of indium oxide is increased, the mobility is improved, but the threshold voltage is greatly negative and becomes normally on (Patent Document 3). On the other hand, when the content of gallium oxide is reduced, the mobility is improved, but the reliability is lowered (Patent Documents 3 and 4).

本発明者らは、新しい組成の酸化物半導体として酸化インジウム、酸化錫及び酸化亜鉛を主成分とする材料を設計し、高移動度、ノーマリーオフを両立するトランジスタを提案した(特許文献5)。しかしながら、酸化インジウム、酸化錫及び酸化亜鉛を組合せた材料では、信頼性の高いTFTを得ることが困難であった。   The inventors of the present invention designed a material mainly composed of indium oxide, tin oxide and zinc oxide as an oxide semiconductor having a new composition, and proposed a transistor having both high mobility and normally-off (Patent Document 5). . However, it has been difficult to obtain a highly reliable TFT using a combination of indium oxide, tin oxide, and zinc oxide.

特開2006−114928号公報JP 2006-114928 A 国際公開第2005/088726号パンフレットInternational Publication No. 2005/088726 Pamphlet 特開2007−281409号公報JP 2007-281409 A 国際公開第2007/120010号パンフレットInternational Publication No. 2007/120010 Pamphlet 特開2008−243928号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-243928

Tatsuya Iwasaki et al.,Appl.Phys.Lett.90,242114(2007)Tatsuya Iwasaki et al. , Appl. Phys. Lett. 90,242114 (2007)

本発明の目的は、電界効果移動度及び信頼性が高く、半導体特性の安定した半導体装置及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device having high field effect mobility and reliability and stable semiconductor characteristics, and a method for manufacturing the same.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を行った結果、TFTの信頼性は半導体層の界面トラップ密度に依存すること、即ち、界面に関するプロセスが重要であることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の製造方法等が提供される。
1.基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース及びドレイン電極並びに保護膜を備える半導体装置の製造方法であって、前記半導体膜が、In(インジウム)、Zn(亜鉛)、Sn(錫)及びO(酸素)を含み、前記半導体膜の成膜後、前記保護膜を成膜する際の成膜前の成膜装置内の圧力を、5×10−6Pa以上5×10−3Pa以下とする半導体装置の製造方法。
2.前記ゲート絶縁膜を成膜する際の成膜前の成膜装置内の圧力を、5×10−6Pa以上5×10−3Pa以下とする1に記載の半導体装置の製造方法。
3.前記半導体膜がIn、Zn及びSnを下記の原子比で含む1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
0.2≦In/(In+Sn+Zn)≦0.8
0.1<Zn/(In+Sn+Zn)≦0.6
0.001≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.5
4.基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース及びドレイン電極並びに保護膜を備える半導体装置であって、前記半導体膜が、In(インジウム)、Zn(亜鉛)、Sn(錫)及びO(酸素)を含み、前記ゲート絶縁膜又は前記保護膜と、前記半導体膜との界面に存在する界面準位密度が、前記半導体膜の伝導帯から0.5eV下で、1×1010cm−2eV−1以上1×1012cm−2eV−1未満である半導体装置。
5.前記半導体膜がIn、Zn及びSnを下記原子比で含む4に記載の半導体装置。
0.2≦In/(In+Sn+Zn)≦0.8
0.1<Zn/(In+Sn+Zn)≦0.6
0.001≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.5
6.4又は5に記載の半導体装置を用いた電子機器。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the reliability of TFT depends on the interface trap density of the semiconductor layer, that is, the process related to the interface is important. Was completed.
According to the present invention, the following manufacturing method and the like are provided.
1. A manufacturing method of a semiconductor device including at least a gate electrode, a gate insulating film, a semiconductor film, a source and drain electrode, and a protective film on a substrate, wherein the semiconductor film is made of In (indium), Zn (zinc), Sn ( It includes tin) and O (oxygen), the rear formation of the semiconductor film, the pressure in the film forming apparatus before the formation during the formation of the protective film, 5 × 10 -6 Pa or more 5 × 10 - The manufacturing method of the semiconductor device made into 3 Pa or less.
2. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to 1, wherein a pressure in the film formation apparatus before film formation when forming the gate insulating film is 5 × 10 −6 Pa or more and 5 × 10 −3 Pa or less.
3. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to 1 or 2, wherein the semiconductor film contains In, Zn, and Sn in the following atomic ratio.
0.2 ≦ In / (In + Sn + Zn) ≦ 0.8
0.1 <Zn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.6
0.001 ≦ Sn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.5
4). A semiconductor device including at least a gate electrode, a gate insulating film, a semiconductor film, a source and drain electrode, and a protective film on a substrate, wherein the semiconductor film includes In (indium), Zn (zinc), Sn (tin), and The interface state density at the interface between the gate insulating film or the protective film and the semiconductor film containing O (oxygen) is 1 × 10 10 cm under 0.5 eV from the conduction band of the semiconductor film. −2 eV −1 or more and less than 1 × 10 12 cm −2 eV −1 .
5. 5. The semiconductor device according to 4, wherein the semiconductor film contains In, Zn, and Sn in the following atomic ratio.
0.2 ≦ In / (In + Sn + Zn) ≦ 0.8
0.1 <Zn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.6
0.001 ≦ Sn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.5
An electronic apparatus using the semiconductor device according to 6.4 or 5.

本発明によれば、電界効果移動度及び信頼性が高く、半導体特性の安定した半導体装置及びその製造方法が提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having high field-effect mobility and reliability and stable semiconductor characteristics, and a method for manufacturing the same.

実施例1において製造したTFTの断面模式図である。2 is a schematic cross-sectional view of a TFT manufactured in Example 1. FIG. 実施例1において界面トラップ密度を求めるために用いた図である。FIG. 3 is a diagram used for obtaining an interface trap density in Example 1.

本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース及びドレイン電極並びに保護膜を備える半導体装置の製造方法であって、半導体膜の成膜後、誘電体である保護膜を成膜する際の成膜前の成膜装置内の圧力を5×10−6Pa以上5×10−3Pa以下とする。
また、半導体膜は、In(インジウム)、Zn(亜鉛)、Sn(錫)及びO(酸素)を含む。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device including at least a gate electrode, a gate insulating film, a semiconductor film, a source and drain electrode, and a protective film on a substrate. The pressure in the film formation apparatus before film formation when forming the protective film as a body is set to 5 × 10 −6 Pa or more and 5 × 10 −3 Pa or less.
The semiconductor film contains In (indium), Zn (zinc), Sn (tin), and O (oxygen).

半導体膜表面の一部又は全部に接する誘電体である保護膜(半導体膜保護膜)の成膜前圧力(成膜前到達真空度)を上記のように設定することで、半導体膜との界面トラップ密度を小さくすることができ、信頼性に優れた(ΔVthが小さい)TFTを製造することができる。   By setting the pre-deposition pressure (degree of vacuum before film formation) of the protective film (semiconductor film protective film), which is a dielectric in contact with part or all of the semiconductor film surface, as described above, the interface with the semiconductor film A trap density can be reduced, and a TFT having excellent reliability (small ΔVth) can be manufactured.

保護膜の成膜前圧力は、保護膜の半導体界面のトラップ準位に大きく影響する。保護膜の成膜前雰囲気は、可能な限り高真空とすることが好ましい。
保護膜の成膜前圧力は、5×10−6Pa以上5×10−3Pa以下であり、好ましくは1×10−5Pa以上1×10−3Pa以下であり、より好ましくは7×10−5Pa以上7×10−4Pa以下であり、さらに好ましくは1×10−4Pa以上5×10−4Pa以下である。
The pre-deposition pressure of the protective film greatly affects the trap level at the semiconductor interface of the protective film. The atmosphere before forming the protective film is preferably as high as possible.
The pressure before forming the protective film is 5 × 10 −6 Pa or more and 5 × 10 −3 Pa or less, preferably 1 × 10 −5 Pa or more and 1 × 10 −3 Pa or less, more preferably 7 ×. 10 −5 Pa to 7 × 10 −4 Pa, more preferably 1 × 10 −4 Pa to 5 × 10 −4 Pa.

真空度が5×10−6Pa以上であると、真空引きに長時間を要さないため、生産上現実的である。
真空度が5×10−3Pa以下であると、例えばプラズマCVDで成膜ガスを分解する際に、水分や炭素成分等が同時に分解され、誘電体中に取り込まれることを防ぎやすい。また、得られたトランジスタがチャネル層との界面に大量の準位を形成して、移動度が低下したりS値が悪化することを防ぎやすい。
When the degree of vacuum is 5 × 10 −6 Pa or more, a long time is not required for evacuation, which is practical in production.
When the degree of vacuum is 5 × 10 −3 Pa or less, for example, when the film forming gas is decomposed by plasma CVD, it is easy to prevent moisture and carbon components from being simultaneously decomposed and taken into the dielectric. In addition, it is easy to prevent the obtained transistor from forming a large amount of levels at the interface with the channel layer, thereby reducing mobility and S value.

尚、本発明において、保護膜(半導体膜保護膜)とは、酸化物薄膜の表面に直接接触している膜のことであり、後述するエッチストップ層、層間絶縁膜及びパッシベーション膜のいずれかである。
また、本発明において、層間絶縁膜は設けても設けなくてもよい。従って、層間絶縁膜を設ける場合は層間絶縁膜が保護膜であり、層間絶縁膜を設けない場合はパッシベーション膜が保護膜である。
In the present invention, the protective film (semiconductor film protective film) is a film that is in direct contact with the surface of the oxide thin film, and is any one of an etch stop layer, an interlayer insulating film, and a passivation film described later. is there.
In the present invention, an interlayer insulating film may or may not be provided. Therefore, when the interlayer insulating film is provided, the interlayer insulating film is a protective film, and when the interlayer insulating film is not provided, the passivation film is the protective film.

また、ゲート絶縁膜の成膜前の成膜装置内の圧力を、5×10−6Pa以上5×10−3Pa以下とすることが好ましい。
半導体の他方の界面に接する誘電体であるゲート絶縁膜の成膜前圧力を上記のように設定することで、上記保護膜と同様に、信頼性に優れた(ΔVthが小さい)TFTを製造することができる。
ゲート絶縁膜の成膜前圧力は、好ましくは1×10−5Pa以上1×10−3Pa以下であり、より好ましくは7×10−5Pa以上7×10−4Pa以下であり、さらに好ましくは1×10−4Pa以上5×10−4Pa以下である。
Moreover, it is preferable that the pressure in the film formation apparatus before forming the gate insulating film is 5 × 10 −6 Pa or more and 5 × 10 −3 Pa or less.
By setting the pre-deposition pressure of the gate insulating film, which is a dielectric that is in contact with the other interface of the semiconductor, as described above, a TFT having excellent reliability (small ΔVth) is manufactured, similar to the protective film. be able to.
The pre-deposition pressure of the gate insulating film is preferably 1 × 10 −5 Pa or more and 1 × 10 −3 Pa or less, more preferably 7 × 10 −5 Pa or more and 7 × 10 −4 Pa or less, Preferably, it is 1 × 10 −4 Pa or more and 5 × 10 −4 Pa or less.

誘電体膜を構成する材料は特に制限はなく、本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、SiO,SiNx,Al,Ta,TiO,MgO,ZrO,CeO,KO,LiO,NaO,RbO,Sc,Y,Hf,CaHfO,PbTi,BaTa,SrTiO又はAlN等の酸化物や窒化物を用いることができる。
尚、ゲート絶縁膜に要求される項目として、膜厚ムラが小さいこと、リークの原因となるピンホールが存在しないことが重要である。一般的なゲート絶縁膜としては、SiO,SiNx,Al等が用いられる。
The material constituting the dielectric film is not particularly limited, and any material generally used can be selected as long as the effects of the present invention are not lost. For example, SiO 2, SiNx, Al 2 O 3, Ta 2 O 5, TiO 2, MgO, ZrO 2, CeO 2, K 2 O, Li 2 O, Na 2 O, Rb 2 O, Sc 2 O 3, Y An oxide or nitride such as 2 O 3 , Hf 2 O 3 , CaHfO 3 , PbTi 3 , BaTa 2 O 6 , SrTiO 3, or AlN can be used.
It should be noted that, as items required for the gate insulating film, it is important that the film thickness non-uniformity is small and that there is no pinhole that causes leakage. As a general gate insulating film, SiO 2 , SiNx, Al 2 O 3 or the like is used.

誘電体膜にシリコン酸化膜を用いる場合、シリコン酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい(例えば、SiOでもSiOxでもよい)。また、誘電体膜は、異なる2層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。 When a silicon oxide film is used as the dielectric film, the oxygen number of the silicon oxide does not necessarily match the stoichiometric ratio (for example, it may be SiO 2 or SiOx). The dielectric film may have a structure in which two or more different insulating films are stacked.

誘電体膜(保護膜、ゲート絶縁膜)の成膜方法としては、プラズマCVD、ホットワイヤーCVD,アトミックレイヤーCVD,光CVD,TEOS−CVD等のCVD(化学気相蒸着法)や、スパッタリング等種々の方法が挙げられる。   Dielectric film (protective film, gate insulating film) can be formed by various methods such as plasma CVD, hot wire CVD, atomic layer CVD, photo CVD, TEOS-CVD, etc., CVD (chemical vapor deposition), sputtering, etc. The method is mentioned.

成膜方法としては、大面積,生産性等を考慮してプラスマCVDが好ましい。プラズマCVDは、例えば以下のように行うことができる。即ち、チャンバーに基板をセットし、誘電体膜がSiOの場合はSiH、NO、Nを導入し、SiNxの場合はSiH,NH,Nを導入し、プラズマでガスを分解するとともに150℃〜400℃程度の温度で反応させて、基板上に所望の誘電体膜を堆積する。
このときの圧力は、プラズマ放電が安定する領域であれば原理的には可能だが、清浄度を考慮すると、10Pa〜500Paの減圧雰囲気で行うことが好ましい。
As a film forming method, plasma CVD is preferable in consideration of a large area, productivity, and the like. Plasma CVD can be performed as follows, for example. That is, a substrate is set in a chamber, SiH 4 , N 2 O, N 2 is introduced when the dielectric film is SiO 2 , SiH 4 , NH 3 , N 2 is introduced when SiNx is used, and gas is generated by plasma. And a desired dielectric film is deposited on the substrate by reacting at a temperature of about 150 ° C. to 400 ° C.
The pressure at this time is theoretically possible as long as the plasma discharge is stable, but considering the cleanliness, it is preferably performed in a reduced pressure atmosphere of 10 Pa to 500 Pa.

保護膜の膜厚は、通常50〜300nmである。
ゲート絶縁膜の膜厚は、通常50〜300nmである。
膜厚は、触針式表面形状測定器(例えば、Dektak 150(アルバック株式会社製))で測定することができる。
The thickness of the protective film is usually 50 to 300 nm.
The thickness of the gate insulating film is usually 50 to 300 nm.
The film thickness can be measured with a stylus type surface shape measuring instrument (for example, Dektak 150 (manufactured by ULVAC, Inc.)).

半導体膜(酸化物薄膜、チャンネル層)は、In、Zn、Sn及びO(酸素)を含む。Inを含むと高い移動度が期待できる。また、Znを含むと、安定した非晶質膜が得られ、大面積で均一な電界効果型トランジスタとなることが期待できる。   The semiconductor film (oxide thin film, channel layer) contains In, Zn, Sn, and O (oxygen). When In is included, high mobility can be expected. In addition, when Zn is contained, a stable amorphous film can be obtained, and it can be expected that a large-area and uniform field-effect transistor is obtained.

また、半導体膜は、In、Zn及びSnを下記の原子比で含むとより好ましい。
0.2≦In/(In+Sn+Zn)≦0.8
0.1<Zn/(In+Sn+Zn)≦0.6
0.001≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.5
The semiconductor film more preferably contains In, Zn, and Sn in the following atomic ratio.
0.2 ≦ In / (In + Sn + Zn) ≦ 0.8
0.1 <Zn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.6
0.001 ≦ Sn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.5

In/(In+Sn+Zn)が0.2以上であると、TFTの高い移動度が期待でき、また、0.8以下であると、絶対値の小さな閾値(Vth)が期待できる。
Zn/(In+Sn+Zn)が0.1超であると、ITZO膜(In、Zn、Sn及びOを含む酸化物薄膜)を安定した非晶質構造に保持することが可能となり、0.6以下であると、ソース・ドレイン電極のエッチングや、保護膜の成膜条件に対する耐性を付与することができる。
Sn/(In+Sn+Zn)が0.001以上であると、ソース・ドレイン電極のエッチングや、保護膜の成膜条件に対する耐性を付与することができ、0.5以下であると、蓚酸によるエッチングが可能となる。
When In / (In + Sn + Zn) is 0.2 or more, high TFT mobility can be expected, and when it is 0.8 or less, a threshold value (Vth) having a small absolute value can be expected.
When Zn / (In + Sn + Zn) is more than 0.1, the ITZO film (oxide thin film containing In, Zn, Sn and O) can be held in a stable amorphous structure. In this case, resistance to etching of the source / drain electrodes and film formation conditions of the protective film can be imparted.
When Sn / (In + Sn + Zn) is 0.001 or more, it is possible to impart resistance to etching conditions of the source / drain electrodes and the protective film, and when it is 0.5 or less, etching with oxalic acid is possible. It becomes.

Inの割合(原子比)は、好ましくは0.30≦In/(In+Sn+Zn)≦0.65であり、さらに好ましくは、0.35≦In/(In+Sn+Zn)≦0.50である。   The In ratio (atomic ratio) is preferably 0.30 ≦ In / (In + Sn + Zn) ≦ 0.65, and more preferably 0.35 ≦ In / (In + Sn + Zn) ≦ 0.50.

Znの割合(原子比)は、好ましくは、0.30≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.55であり、さらに好ましくは、0.35≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.50である。   The proportion (atomic ratio) of Zn is preferably 0.30 ≦ Zn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.55, and more preferably 0.35 ≦ Zn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.50.

Snの割合(原子比)は、好ましくは、0.20≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.50であり、さらに好ましくは、0.30≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.49である。   The ratio (atomic ratio) of Sn is preferably 0.20 ≦ Sn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.50, and more preferably 0.30 ≦ Sn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.49.

薄膜における各原子比は、誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP−AES)により含有元素を定量分析して求めることができる。   Each atomic ratio in the thin film can be determined by quantitatively analyzing the contained elements with an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES).

半導体膜は、アモルファス(非晶質)酸化物であることが好ましい。アモルファス酸化物であると、大面積での均一性に優れ、システムオングラス(SOG)等の周辺回路や有機ELディスプレイの電流駆動を行うスイッチング素子に適している。また、保護膜やゲート絶縁膜との密着性が改善できる。
アモルファス酸化物とは、X線回折で明確なピークが確認できないものをいう。
The semiconductor film is preferably an amorphous (amorphous) oxide. The amorphous oxide is excellent in uniformity over a large area and is suitable for a peripheral circuit such as a system on glass (SOG) or a switching element for driving a current of an organic EL display. In addition, adhesion with the protective film and the gate insulating film can be improved.
Amorphous oxide refers to an oxide whose clear peak cannot be confirmed by X-ray diffraction.

また、半導体膜は、金属元素In、Zn及びSn以外の他の金属元素を含有していてもよく、実質的にIn、Zn及びSnのみ、又はIn、Zn及びSnのみを含んでいてもよい。
尚、In、Zn及びSn以外に含有されていてもよい金属元素としては、Ga、Al,Hf,Zr,Ge、Si、Ti等が挙げられる。これらを含有することで半導体膜の信頼性を高めることができる。好ましい金属元素はAlである。
Further, the semiconductor film may contain a metal element other than the metal elements In, Zn, and Sn, and may contain substantially only In, Zn, and Sn, or only In, Zn, and Sn. .
Examples of metal elements that may be contained in addition to In, Zn, and Sn include Ga, Al, Hf, Zr, Ge, Si, and Ti. By containing these, the reliability of the semiconductor film can be increased. A preferred metal element is Al.

本発明において「実質的」とは、半導体膜の金属元素の95重量%以上100重量%以下(好ましくは98重量%以上100重量%以下)がIn、Zn及びSnであることを意味する。
また、半導体膜に含有される金属元素は、In、Zn及びSnのみからなり、本発明の効果を損なわない範囲で他に不可避不純物を含んでいてもよい。
In the present invention, “substantially” means that 95% by weight to 100% by weight (preferably 98% by weight to 100% by weight) of the metal element of the semiconductor film is In, Zn, and Sn.
Further, the metal element contained in the semiconductor film is composed only of In, Zn, and Sn, and may contain other inevitable impurities as long as the effects of the present invention are not impaired.

含有される金属元素が上記3種であることにより、チャネル中のトラップ密度をより小さく抑制することができる。具体的には、チャネルの伝導帯から0.5eV下の状態密度を1012cm−2eV−1以下に抑制することができる。 When the metal elements contained are the above three types, the trap density in the channel can be further reduced. Specifically, the density of states below 0.5 eV from the conduction band of the channel can be suppressed to 10 12 cm −2 eV −1 or less.

In,Sn、Znから構成される酸化物半導体のトラップ密度が小さい理由は、Inのバンドギャップ中にSnの準位が形成されることに起因する。In,Sn,Znから構成される酸化物半導体は、In中のInの5s軌道が導電パスを形成しており、適当な酸素欠損が存在することで導電性が決定される。半導体としてこの導電性を電気的に変化させる場合、酸素欠損量を適切に管理することが重要である。この酸素欠損が形成するエネルギー準位はIn5s軌道が形成する伝導帯から下の15meVから150meVの間で分布する(非特許文献 J.Electrochem.Soc.,123,299C-310C(1976))。ところが、ここにSnOが加わると、Sn5sが形成する準位は酸素欠損が形成する準位とほぼ同一のため、酸素欠損量の多少のバラツキによる電気特性の変化を吸収することができると考えられる。
これに対して、IGZO等、Gaが添加された場合は、バンドギャップ中に準位が形成されないため、酸素欠損量がそのままチャネルのキャリア濃度、即ちトランジスタ特性に影響する。
The reason why the trap density of the oxide semiconductor composed of In, Sn, and Zn is low is that Sn levels are formed in the band gap of In 2 O 3 . In an oxide semiconductor composed of In, Sn, and Zn, a 5s orbital of In in In 2 O 3 forms a conductive path, and conductivity is determined by the presence of appropriate oxygen vacancies. When this conductivity is electrically changed as a semiconductor, it is important to appropriately manage the amount of oxygen vacancies. The energy level formed by the oxygen vacancies is distributed between 15 meV and 150 meV below the conduction band formed by the In5s orbital (Non-Patent Document J. Electrochem. Soc., 123, 299C-310C (1976)). However, when SnO 2 is added here, the level formed by Sn5s is almost the same as the level formed by oxygen vacancies, so that it is possible to absorb changes in electrical characteristics due to some variation in the amount of oxygen vacancies. It is done.
On the other hand, when Ga, such as IGZO, is added, no level is formed in the band gap, so the amount of oxygen deficiency directly affects the carrier concentration of the channel, that is, the transistor characteristics.

このように、In,Sn,Znから構成される酸化物半導体は、原理上、酸素欠損の多少の変化に影響されにくい、動作信頼性に優れたトランジスタを得るのに優れた材料であるが、酸素欠損以外で準位を形成する恐れのある不純物の混入はできるだけ避けなければならない。そして、この不純物は半導体のバルクに加え、半導体の界面に存在することによっても、Vthシフト等、信頼性を悪化させる原因となる。   As described above, an oxide semiconductor composed of In, Sn, and Zn is a material excellent in principle to obtain a transistor with excellent operation reliability that is hardly affected by some change in oxygen deficiency. Impurities that may form levels other than oxygen vacancies should be avoided as much as possible. Further, the presence of impurities in the semiconductor interface in addition to the semiconductor bulk causes deterioration of reliability such as Vth shift.

このため、In,Sn,Znから構成される酸化物半導体からなるトランジスタは、半導体界面に接する絶縁膜や保護膜の品質が、IGZO等の他の半導体材料以上に重要である。   For this reason, in the transistor formed of an oxide semiconductor composed of In, Sn, and Zn, the quality of the insulating film and the protective film in contact with the semiconductor interface is more important than other semiconductor materials such as IGZO.

半導体膜のチャンネル長(L)は、1〜50μmが好ましく、3〜40μmがさらに好ましく、5〜25μmが特に好ましい。50μm以下であると、トランジスタのサイズが大きくなりすぎず、集積度が下がりにくい。1μm以上であると、フォトリソグラフィに高い精度が必要とならず、大面積ディスプレイ等でも問題なく採用できる。   The channel length (L) of the semiconductor film is preferably 1 to 50 μm, more preferably 3 to 40 μm, and particularly preferably 5 to 25 μm. If it is 50 μm or less, the size of the transistor does not become too large, and the degree of integration is difficult to decrease. When it is 1 μm or more, high accuracy is not required for photolithography, and it can be adopted without any problem even in a large-area display or the like.

チャンネル幅(W)は、1〜500μmが好ましく、3〜100μmがさらに好ましく、5〜50μmが特に好ましい。500μm以下であると、トランジスタが大きくなりすぎず、集積度が下がりにくい。また、放熱不足による動作異常が生じにくい。1μm以上であるとフォトリソグラフィに高い精度が必要となり、大面積ディスプレイ等での採用が難しくなるおそれがある。   The channel width (W) is preferably 1 to 500 μm, more preferably 3 to 100 μm, and particularly preferably 5 to 50 μm. If it is 500 μm or less, the transistor does not become too large, and the degree of integration is difficult to decrease. Also, it is difficult for abnormal operation due to insufficient heat dissipation. When the thickness is 1 μm or more, high accuracy is required for photolithography, which may make it difficult to employ in a large area display or the like.

半導体膜の膜厚は15〜100nmが好ましい。   The film thickness of the semiconductor film is preferably 15 to 100 nm.

半導体膜は、所定の材料から構成されたターゲットを用い、DC、AC、又はRFスパッタリングにより成膜することができる。
また、基板上にチャンネル層とその保護膜を形成した後に、酸素雰囲気及び/又は不活性ガス雰囲気において70〜450℃で熱処理することが好ましい。
The semiconductor film can be formed by DC, AC, or RF sputtering using a target made of a predetermined material.
Further, it is preferable to heat-treat at 70 to 450 ° C. in an oxygen atmosphere and / or an inert gas atmosphere after forming a channel layer and its protective film on the substrate.

70℃以上であると、得られるトランジスタの熱安定性や耐熱性が低下しにくい。また、移動度が低くなったり、S値が大きくなったり、閾値電圧が高くなることが生じにくい。一方、450℃より以下であると、耐熱性のない基板でも用いることができる。また、熱処理用の設備費用が大きすぎない。   When it is 70 ° C. or higher, the thermal stability and heat resistance of the obtained transistor are unlikely to decrease. Also, it is difficult for mobility to decrease, S value to increase, and threshold voltage to increase. On the other hand, when the temperature is lower than 450 ° C., a substrate having no heat resistance can be used. Also, the equipment cost for heat treatment is not too large.

さらに、保護膜成膜の前後で、半導体膜にOプラズマやNOプラズマを照射することにより、閾値やハンプを改善できる場合があるため、必要に応じて行うことができる。 Furthermore, since the threshold value and the hump may be improved by irradiating the semiconductor film with O 2 plasma or N 2 O plasma before and after the formation of the protective film, it can be performed as necessary.

基板の材料については特に制限はなく、本技術分野で公知のものを使用できる。例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板、シリコン基板、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の樹脂基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等の高分子フィルム基材等が使用できる。   There is no restriction | limiting in particular about the material of a board | substrate, A well-known thing can be used in this technical field. For example, glass substrates such as alkali silicate glass, non-alkali glass and quartz glass, silicon substrates, resin substrates such as acrylic, polycarbonate and polyethylene naphthalate (PEN), polymer film bases such as polyethylene terephthalate (PET) and polyamide Materials can be used.

ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の各電極を形成する材料にも特に制限はなく、本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択することができる。例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物、ZnO、SnO等の透明電極や、Al,Ag,Cr,Ni,Mo,Au,Ti,Ta、Cu等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。 There are no particular limitations on the material for forming each of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, and any material generally used can be selected as long as the effects of the present invention are not lost. For example, transparent electrodes such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, ZnO, SnO 2 , metal electrodes such as Al, Ag, Cr, Ni, Mo, Au, Ti, Ta, Cu, or these An alloy metal electrode can be used.

半導体装置の各構成部材(層)は、本技術分野で公知の手法で形成できる。
具体的に、成膜方法としては、スプレー法、ディップ法、CVD法等の化学的成膜方法、又はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザーディポジション法等の物理的成膜方法を用いることができる。キャリア密度が制御し易く、膜質向上が容易であることから、物理的成膜方法を用いることが好ましく、中でも、生産性が高いことからスパッタ法を用いることがより好ましい。
形成した膜は、各種エッチング法によりパターニングできる。
Each component (layer) of the semiconductor device can be formed by a technique known in this technical field.
Specifically, as a film formation method, a chemical film formation method such as a spray method, a dip method, or a CVD method, or a physical film formation method such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method, or a pulse laser deposition method. The method can be used. It is preferable to use a physical film forming method because the carrier density is easily controlled and the film quality can be easily improved, and among these, it is more preferable to use a sputtering method because of high productivity.
The formed film can be patterned by various etching methods.

本発明の半導体装置は、基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース及びドレイン電極並びに保護膜を含む。半導体膜は、In(インジウム)、Zn(亜鉛)、Sn(錫)及びO(酸素)を含む。
また、誘電体であるゲート絶縁膜又は保護膜と、半導体膜との界面に存在する界面準位密度(界面トラップ密度)が、半導体膜の伝導帯から0.5eV下で、1×1010cm−2eV−1以上1×1012cm−2eV−1未満である。
The semiconductor device of the present invention includes at least a gate electrode, a gate insulating film, a semiconductor film, a source and drain electrode, and a protective film on a substrate. The semiconductor film contains In (indium), Zn (zinc), Sn (tin), and O (oxygen).
In addition, the interface state density (interface trap density) existing at the interface between the gate insulating film or protective film, which is a dielectric, and the semiconductor film is 1 × 10 10 cm below 0.5 eV from the conduction band of the semiconductor film. −2 eV −1 or more and less than 1 × 10 12 cm −2 eV −1 .

上記の界面準位密度は、好ましくは1×1010cm−2eV−1以上5×1011cm−2eV−1未満である。界面準位密度は、IEEE transactions on electron devices, vol.58, No.9, 2011に記載の方法により測定でき、具体的には実施例に記載の方法により測定できる。 The interface state density is preferably 1 × 10 10 cm −2 eV −1 or more and less than 5 × 10 11 cm −2 eV −1 . The interface state density can be measured by the method described in IEEE transactions on electron devices, vol. 58, No. 9, 2011, specifically by the method described in the examples.

ゲート絶縁膜又は保護膜と、半導体膜との界面に存在する界面準位密度を上記のようにすることにより、移動度が高く、信頼性の高い(ΔVthが小さい)TFTとすることができる。   By setting the interface state density at the interface between the gate insulating film or the protective film and the semiconductor film as described above, a TFT with high mobility and high reliability (ΔVth is small) can be obtained.

本発明の半導体装置は、上記の製造方法により製造することができる。
また、本発明の半導体装置における構成部材等は、上記の製造方法に記載のものと同様である。
The semiconductor device of the present invention can be manufactured by the above manufacturing method.
In addition, constituent members and the like in the semiconductor device of the present invention are the same as those described in the above manufacturing method.

本発明の半導体装置は、電界効果型トランジスタ、論理回路、メモリ回路、差動増幅回路等各種の集積回路に使用できる。   The semiconductor device of the present invention can be used for various integrated circuits such as a field effect transistor, a logic circuit, a memory circuit, and a differential amplifier circuit.

実施例1
図1に示すボトムゲート構造を有する電界効果型トランジスタ1を作製した。
直径4インチの無アルカリガラス基板10を用意し、スパッタリング法で厚さ50nmのCrを成膜した後、フォトリソ法によりゲート配線状にパターニングし、ゲート電極20とした。次に、この基板をPE−CVD装置にセットし、最初に系内の真空度が1×10−5Paとなるように排気した。次に、SiH、NO、Nを導入して、350℃で厚さ150nmのゲート絶縁膜30(SiO膜)を得た。
Example 1
A field effect transistor 1 having a bottom gate structure shown in FIG. 1 was produced.
A non-alkali glass substrate 10 having a diameter of 4 inches was prepared, a Cr film having a thickness of 50 nm was formed by a sputtering method, and then patterned into a gate wiring shape by a photolithography method to form a gate electrode 20. Next, this substrate was set in a PE-CVD apparatus, and was first evacuated so that the degree of vacuum in the system was 1 × 10 −5 Pa. Next, SiH 4 , N 2 O, and N 2 were introduced to obtain a gate insulating film 30 (SiO 2 film) having a thickness of 150 nm at 350 ° C.

次に、このゲート絶縁膜付ガラス基板をスパッタ装置に装着し、ITZOを下記の条件で成膜し、45nmのチャンネル層(半導体膜)を成膜した。次に、フォトリソグラフィ法により半導体領域の形に加工し、チャンネル層40(半導体膜)とした。
到達真空度:5×10−4Pa
スパッタ圧力:0.5Pa
スパッタガス:O/Ar=15/15sccm
スパッタパワー:DC100W
Next, this glass substrate with a gate insulating film was mounted on a sputtering apparatus, and ITZO was deposited under the following conditions to form a 45 nm channel layer (semiconductor film). Next, it was processed into the shape of a semiconductor region by photolithography to form a channel layer 40 (semiconductor film).
Ultimate vacuum: 5 × 10 −4 Pa
Sputtering pressure: 0.5Pa
Sputtering gas: O 2 / Ar = 15/15 sccm
Sputtering power: DC100W

再びこの基板をPE−CVD装置にセットし、最初に系内の真空度が1×10−5Paとなるように排気した。次に、SiH、NO、Nを導入して、170℃で厚さ200nmの層間絶縁膜50(半導体層保護膜、エッチストップ層:SiO)を積層した。次に、この基板をドライエッチング装置にセットし、ゲート電極とソース・ドレイン電極用のコンタクトホールを形成した。そして、この積層体をスパッタ装置にセットし、ITOを成膜後、再びフォトリソ法でパターニングしてソース電極60、ドレイン電極62とした。 The substrate was set again in the PE-CVD apparatus, and first, the system was evacuated so that the degree of vacuum in the system was 1 × 10 −5 Pa. Next, SiH 4 , N 2 O, and N 2 were introduced, and an interlayer insulating film 50 (semiconductor layer protective film, etch stop layer: SiO 2 ) having a thickness of 200 nm was stacked at 170 ° C. Next, this substrate was set in a dry etching apparatus, and contact holes for gate electrodes and source / drain electrodes were formed. Then, this laminated body was set in a sputtering apparatus, and after ITO was formed into a film, patterning was again performed by a photolithography method to form a source electrode 60 and a drain electrode 62.

引き続き、この基板をPECVD装置にセットし、SiH、NO、Nを導入して、170℃で厚さ200nmのパッシベーション膜70(SiO)を成膜した。そして再度フォトリソグラフィー法により、ソース・ドレイン・ゲート電極用のコンタクトホールを形成した。最後にこの基板を窒素中、350℃、1時間の条件でアニールして、電界効果型トランジスタ1を得た。 Subsequently, this substrate was set in a PECVD apparatus, SiH 4 , N 2 O, and N 2 were introduced, and a passivation film 70 (SiO 2 ) having a thickness of 200 nm was formed at 170 ° C. Then, contact holes for source / drain / gate electrodes were formed again by photolithography. Finally, this substrate was annealed in nitrogen at 350 ° C. for 1 hour to obtain a field effect transistor 1.

得られた電界効果型トランジスタ1について、下記の評価を行った。結果を表1に示す。
(1)電界効果移動度(μ)、オフ電流
半導体パラメーターアナライザー(ケースレー4200)を用い、大気圧の乾燥窒素雰囲気下、室温、遮光環境下で4インチガラスの中央部のTFTを測定した。尚、オフ電流は、ゲート−ソース電圧(Vgs)を−5Vとして測定した。
The obtained field effect transistor 1 was evaluated as follows. The results are shown in Table 1.
(1) Field-effect mobility (μ), off-current Using a semiconductor parameter analyzer (Caseley 4200), the TFT at the center of a 4-inch glass was measured in a dry nitrogen atmosphere at atmospheric pressure at room temperature and in a light-shielding environment. The off-current was measured with a gate-source voltage (Vgs) of −5V.

(2)閾値電圧のシフト量(ΔVth:ストレス試験、信頼性、性能評価)
ストレス条件は、空気中、50℃でゲート電極に+20Vの電圧を10000秒加えた。ストレスをかける前後のVthを比較し、閾値電圧のシフト量(ΔVth)を測定した。その結果、ΔVth=0.1Vと良好であった。
また、測定したΔVthを下記のように評価した。即ち、0.2以下を「○」、0.2超0.7以下を「△」、0.7超を「×」とした。
(2) Threshold voltage shift amount (ΔVth: stress test, reliability, performance evaluation)
The stress condition was that a voltage of +20 V was applied to the gate electrode for 10,000 seconds at 50 ° C. in air. The threshold voltage shift amount (ΔVth) was measured by comparing Vth before and after applying stress. As a result, ΔVth = 0.1V was favorable.
Further, the measured ΔVth was evaluated as follows. That is, 0.2 or less was “◯”, 0.2 to 0.7 or less was “Δ”, and 0.7 or more was “x”.

(3)界面トラップ密度
また、酸化物半導体の界面トラップ密度を次のようにして算出した。ソース・ドレイン電極をショートさせ、ゲート・ソース間にV=Vg+V0sinωtで表される電圧をVg=−5V〜10V、周波数1Hzで印加し、得られた電流値に対してプロットした(図2)。このようにして得られた静電容量―ゲート電圧特性は、界面トラップの分布を反映したものとなる。これを非特許文献(IEEE transactions on electron devices,vol.58,No.9,2011)の方法に従ってシミュレーションすることで、半導体界面のトラップ密度を伝導帯からのエネルギーの関数として得ることができる。その結果、伝導帯から0.5eV下のトラップ密度は9×1010cm−2eV−1であった。
(3) Interface trap density The interface trap density of the oxide semiconductor was calculated as follows. The source / drain electrodes were short-circuited, and a voltage represented by V = Vg + V0sin ωt was applied between the gate and the source at Vg = −5 V to 10 V and a frequency of 1 Hz, and plotted against the obtained current value (FIG. 2). The capacitance-gate voltage characteristics obtained in this manner reflect the distribution of interface traps. By simulating this according to the method of non-patent literature (IEEE transactions on electron devices, vol. 58, No. 9, 2011), the trap density at the semiconductor interface can be obtained as a function of energy from the conduction band. As a result, the trap density at 0.5 eV below the conduction band was 9 × 10 10 cm −2 eV −1 .

実施例2〜6
ゲート絶縁膜及びエッチストッパー膜をCVDで成膜する際の到達真空度、ターゲットの材料組成、TFT作製後のアニール温度を表1のように変更した他は、実施例1と同様にしてTFTを作製し、評価した。結果を表1に示す。
Examples 2-6
The TFT was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the ultimate vacuum when the gate insulating film and the etch stopper film were formed by CVD, the material composition of the target, and the annealing temperature after TFT fabrication were changed as shown in Table 1. Prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.

比較例1
ゲート絶縁膜、エッチストッパー膜をCVDで成膜する際の到達真空度を表1のように変更した他は、実施例1と同様にしてTFTを作製し、評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
A TFT was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the ultimate vacuum when the gate insulating film and the etch stopper film were formed by CVD was changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

比較例2
ターゲットの組成をIGZO(In:Ga:Zn=1:1:1)とした他は実施例3と同様にしてTFTを作製し、評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 2
A TFT was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the composition of the target was IGZO (In: Ga: Zn = 1: 1: 1). The results are shown in Table 1.

実施例1〜6において、ゲート絶縁膜及びエッチストッパー膜成膜時のCVD装置の到達真空度を1×10−5Pa〜1×10−3PaとしてTFTを作製したが、いずれも良好な信頼性を示した。これは、界面トラップ密度が15×1010cm−2eV−1以下であることからも示されている。 In Examples 1 to 6, TFTs were fabricated with the ultimate vacuum of the CVD apparatus during film formation of the gate insulating film and the etch stopper film being set to 1 × 10 −5 Pa to 1 × 10 −3 Pa. Showed sex. This is also indicated by the fact that the interface trap density is 15 × 10 10 cm −2 eV −1 or less.

比較例1では到達真空度を1×10−2Paとしたため、界面トラップ密度が非常に高くなり、ΔVthも0.8Vと大きくなった。 In Comparative Example 1, since the ultimate vacuum was 1 × 10 −2 Pa, the interface trap density was extremely high, and ΔVth was also increased to 0.8V.

比較例2ではターゲットとしてIGZOを使用した。CVDの到達真空度が適切に設定されたものの、比較例2の酸化物半導体材料は錫を含まないため、界面トラップ密度は高めとなった。また、信頼性も悪くはないが、ΔVthは0.5Vであった。   In Comparative Example 2, IGZO was used as a target. Although the ultimate vacuum of CVD was appropriately set, the oxide semiconductor material of Comparative Example 2 did not contain tin, so that the interface trap density was increased. Further, although the reliability is not bad, ΔVth was 0.5V.

Figure 2014082424
Figure 2014082424

本発明の半導体装置は、電界効果型トランジスタ、論理回路、メモリ回路、差動増幅回路等各種の集積回路に使用できる。   The semiconductor device of the present invention can be used for various integrated circuits such as a field effect transistor, a logic circuit, a memory circuit, and a differential amplifier circuit.

1 電界効果型トランジスタ
10 基板
20 ゲート電極
30 ゲート絶縁膜
40 半導体膜
50 保護膜
60 ソース電極
62 ドレイン電極
70 パッシベーション膜
1 Field Effect Transistor 10 Substrate 20 Gate Electrode 30 Gate Insulating Film 40 Semiconductor Film 50 Protective Film 60 Source Electrode 62 Drain Electrode 70 Passivation Film

Claims (6)

基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース及びドレイン電極並びに保護膜を備える半導体装置の製造方法であって、前記半導体膜が、In(インジウム)、Zn(亜鉛)、Sn(錫)及びO(酸素)を含み、前記半導体膜の成膜後、前記保護膜を成膜する際の成膜前の成膜装置内の圧力を、5×10−6Pa以上5×10−3Pa以下とする半導体装置の製造方法。 A manufacturing method of a semiconductor device including at least a gate electrode, a gate insulating film, a semiconductor film, a source and drain electrode, and a protective film on a substrate, wherein the semiconductor film is made of In (indium), Zn (zinc), Sn ( It includes tin) and O (oxygen), the rear formation of the semiconductor film, the pressure in the film forming apparatus before the formation during the formation of the protective film, 5 × 10 -6 Pa or more 5 × 10 - The manufacturing method of the semiconductor device made into 3 Pa or less. 前記ゲート絶縁膜を成膜する際の成膜前の成膜装置内の圧力を、5×10−6Pa以上5×10−3Pa以下とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the pressure in the film formation apparatus before film formation when forming the gate insulating film is set to 5 × 10 −6 Pa or more and 5 × 10 −3 Pa or less. 前記半導体膜がIn、Zn及びSnを下記の原子比で含む請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
0.2≦In/(In+Sn+Zn)≦0.8
0.1<Zn/(In+Sn+Zn)≦0.6
0.001≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.5
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor film contains In, Zn, and Sn in the following atomic ratio.
0.2 ≦ In / (In + Sn + Zn) ≦ 0.8
0.1 <Zn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.6
0.001 ≦ Sn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.5
基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース及びドレイン電極並びに保護膜を備える半導体装置であって、前記半導体膜が、In(インジウム)、Zn(亜鉛)、Sn(錫)及びO(酸素)を含み、前記ゲート絶縁膜又は前記保護膜と、前記半導体膜との界面に存在する界面準位密度が、前記半導体膜の伝導帯から0.5eV下で、1×1010cm−2eV−1以上1×1012cm−2eV−1未満である半導体装置。 A semiconductor device including at least a gate electrode, a gate insulating film, a semiconductor film, a source and drain electrode, and a protective film on a substrate, wherein the semiconductor film includes In (indium), Zn (zinc), Sn (tin), and The interface state density at the interface between the gate insulating film or the protective film and the semiconductor film containing O (oxygen) is 1 × 10 10 cm under 0.5 eV from the conduction band of the semiconductor film. −2 eV −1 or more and less than 1 × 10 12 cm −2 eV −1 . 前記半導体膜がIn、Zn及びSnを下記原子比で含む請求項4に記載の半導体装置。
0.2≦In/(In+Sn+Zn)≦0.8
0.1<Zn/(In+Sn+Zn)≦0.6
0.001≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.5
The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor film contains In, Zn, and Sn in the following atomic ratio.
0.2 ≦ In / (In + Sn + Zn) ≦ 0.8
0.1 <Zn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.6
0.001 ≦ Sn / (In + Sn + Zn) ≦ 0.5
請求項4又は5に記載の半導体装置を用いた電子機器。   An electronic apparatus using the semiconductor device according to claim 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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