JP2014129590A - スパッタリング用ターゲットの使用方法、及び酸化物膜の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】c軸が互いに不規則に配向した複数の結晶粒を有する多結晶酸化物を含むスパッタリング用ターゲットの表面と被成膜面とに接して、イオン化した不活性ガスを含むプラズマ空間を形成する。上記スパッタリング用ターゲットの表面に、イオン化した不活性ガスを衝突させて、複数の結晶粒のa−b面でなる劈開面から平板状のスパッタリング粒子を剥離する。上記平板状のスパッタリング粒子を、平板状の形状を概略維持しながら、プラズマ空間を介して被成膜面に輸送する。被成膜面において、同一の極性に帯電した複数の平板状のスパッタリング粒子が互いに反発し、平板状のスパッタリング粒子が平面において隣り合い、かつ、c軸が被成膜面と概略垂直となるように配列して堆積する。
【選択図】図1
Description
本実施形態では、本発明の一態様に係るスパッタリングによる成膜についての方法、及びそのメカニズムについて説明する。
図1は、スパッタリング用ターゲット101を用いて、被成膜面102上に酸化物膜を成膜する様子を示す模式図である。
図1に示すように、上記のようにしてイオン化した不活性ガス中のイオン110を、スパッタリング用ターゲット101に衝突させて、結晶粒のa−b面でなる劈開面から平板状のスパッタリング粒子111aを剥離する。スパッタリング粒子111aは、結晶粒120の六角柱状の結晶構造における劈開面から剥離するため、その形状は平板状(ペレット状ともいう。)となる。ここで劈開面とは、結晶の結合が弱い箇所(劈開する面又は劈開しやすい面のこと)をいう。従って、複数の結晶粒において、当該結晶粒中のa−b面でなる劈開面から平板状のスパッタリング粒子111aが同時に又は異なるタイミングでそれぞれ剥離される。なお、図1では、説明の便宜のため、イオン110とスパッタリング粒子111aとの大きさを模式的に図示しており、実際の大きさや縮尺とは異なる。
さらに、図1に示すように、剥離したスパッタリング粒子111aを、平板状の形状を概略維持しながら、プラズマ空間103を介して被成膜面102に輸送する。このとき、スパッタリング粒子111aは、帯電が維持されていることが好ましい。スパッタリング粒子111aが電荷を帯びている場合、そのスパッタリング粒子111aの表面における電荷分布によってスパッタリング粒子111aの飛翔中の形状が維持される。このため、スパッタリング粒子111aは、あたかも凧のようにスパッタリング用ターゲット101の表面と被成膜面102との間を平板状の形状を概略維持したまま移動し、平板形状を概略維持したまま被成膜面102に到達することができる。
平板状のスパッタリング粒子111aは、劈開面と被成膜面102とが平行になるように被成膜面に付着する割合が高い。ここで、図1に示すように、剥離したスパッタリング粒子111aが帯電している場合、被成膜面102において、剥離したスパッタリング粒子111aが被成膜面102上にすでに堆積したスパッタリング粒子111bと互いに反発することで、スパッタリング粒子111bが堆積していない領域に移動して堆積する。さらに、複数のスパッタリング粒子111aが堆積した領域に別のスパッタリング粒子が積層して堆積してもよい。このとき、堆積したスパッタリング粒子111aに帯電していた電荷が消失していてもよい。
本実施形態では、本発明の一態様に係るスパッタリング用ターゲットについて、図3及び図4を用いて説明する。
本発明の一態様に係るスパッタリング用ターゲットは、c軸が互いに不規則に配向した複数の結晶粒を有する多結晶酸化物を含む。
図5を用いて、上述したスパッタリング用ターゲットの作製方法を示す。
本実施形態では、本発明の一態様に係る成膜装置について、図6乃至図9を用いて説明する。
本実施形態では、本発明の一態様に係るスパッタリング法により作製した酸化物膜について、図10を用いて説明する。
図10(A)に示す酸化物膜311は、単層膜である。
酸化物膜311は、複数の結晶部を有し、当該結晶部のc軸が被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていることが好ましい。なお、異なる結晶部間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。そのような酸化物膜の一例としては、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystaline Oxide Semiconductor)膜がある。
CAAC−OSを形成するために、以下の条件を適用することが好ましい。
また、図10(B)及び図10(C)に示すように、複数の酸化物膜の積層膜(多層膜ともいう)を形成してもよい。
本実施形態では、酸化物膜を用いたトランジスタについて、その構造及び作製方法を図11乃至図17を用いて説明する。
まず、酸化物膜の単層を用いたトランジスタについて、図11及び図12を用いて説明する。ここで、単層の酸化物膜には、先の実施形態で説明した酸化物膜を用いることができる。
図11に、ボトムゲート型トランジスタの一種であるボトムゲートトップコンタクト構造のトランジスタ421の構成例を示す。図11(A)は、トランジスタ421の平面図であり、図11(B)は、図11(A)中の一点鎖線A1−A2における断面図であり、図11(C)は、図11(A)中の一点鎖線B1−B2における断面図である。
図12(A)に、トップゲート構造のトランジスタ422を示す。
図12(B)に、チャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された2つのゲート電極を有する、デュアルゲート構造のトランジスタ423を示す。
次に、酸化物膜の積層膜(以下、酸化物積層膜という。)を用いたトランジスタについて、図13及び図16を用いて説明する。
図13に、ボトムゲート構造のトランジスタ424の構成例を示す。図13(A)は、トランジスタ424の平面図であり、図13(B)は、図13(A)中の一点鎖線A1−A2における断面図であり、図13(C)は、図13(A)中の一点鎖線B1−B2における断面図である。
ここで、酸化物積層膜414のエネルギーバンド構造について、図14及び図15を用いて説明する。
次に、酸化物膜の積層膜を用いたトランジスタの他の構成例について、図16及び図17に示す。
図16(C)に、チャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された2つのゲート電極を有する、デュアルゲート構造のトランジスタ427を示す。
次に、酸化物積層膜を2層で構成したトランジスタについて図17に示す。
次に、図13に示すトランジスタ424の作製方法について、図18を参照して説明する。
本実施形態では、先の実施形態で示したトランジスタを用いた半導体装置について説明する。なお、本発明の一態様に係る半導体装置は、マイクロプロセッサ、画像処理回路、表示モジュール用のコントローラ、DSP(Digital Signal Processor)、マイクロコントローラなどの、半導体素子を用いた各種半導体集積回路をその範疇に含む。また、本発明の一態様に係る半導体装置は、表示モジュールや、上記半導体集積回路を用いたRFタグなどの各種装置も、その範疇に含む。
ここでは、先の実施形態で示したトランジスタを適用した表示モジュールについて説明する。
図19は、EL素子を用いた表示モジュールの画素の回路図の一例である。
次に、液晶素子を用いた表示モジュール(以下、液晶表示モジュールという)について説明する。
また、表示モジュールとして、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能である。電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)ともよばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示モジュールに比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
[6.2.2.タッチパネル]
本発明の一態様に係る酸化物膜を用いたトランジスタの応用として、表示モジュールとセンサを示したが、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)等の演算処理装置やメモリなどの、LSIにも応用が可能である。以下に、LSIの代表例として、メモリ、CPU、マイコンについての一例を説明する。
ここでは、インバータの回路を応用したフリップフロップで構成するメモリである、SRAM(Static Random Access Memory)について説明する。
SRAMはフリップフロップを用いてデータを保持するため、DRAM(Dynamic Random Access Memory)とは異なり、リフレッシュ動作が不要である。そのため、データの保持時の消費電力を抑えることができる。また、容量素子を用いないため、高速動作の求められる用途に好適である。
本発明の一態様に係る酸化物膜を用いたトランジスタは、オフ電流を極めて小さくすることができる。すなわち、当該トランジスタを介した電荷のリークが起こりにくい電気特性を有する。以下では、このような電気特性を有するトランジスタを適用した、既知の記憶素子を有すると比べ、機能的に優れた記憶素子を有するメモリについて説明する。
先の実施形態に示した酸化物膜を用いたトランジスタ又は記憶素子を少なくとも一部に用いてCPU(Central Processing Unit)を構成することができる。
本実施形態では、マイクロコンピュータの一例として、センサにより検出した信号を演算し、演算結果を出力するマイクロコンピュータの構成及び動作について、図32乃至図35を用いて説明する。
電気機器とは、電気の力によって作用する部分を含む工業製品をいう。電気機器は、家電等の民生用に限られず、業務用、産業用、軍事用等、種々の用途のものを広くその範疇とする。
これらの電気機器の具体例を、図36(A)乃至(D)に示す。
スパッタリング用ターゲットは、In2O3酸化物粉末、Ga2O3酸化物粉末およびZnO酸化物粉末を混合、粉砕し、スラリー化したものを成形し、乾燥、脱脂後に酸素雰囲気にて1400℃の温度で焼成したものである。ここで、In2O3酸化物粉末、Ga2O3酸化物粉末およびZnO酸化物粉末の混合割合が1:1:1[mol数比]とした。
次に、上記組成及び作製方法により作製したスパッタリング用ターゲットを用いて、酸化物膜を成膜した。
11 ピーク
12 ピーク
51 成膜室
52 副成膜室
53 搬送室
54 スパッタリング用ターゲット
55 防着板
56 基板ステージ
57 基板
58 マスフローコントローラ
59 精製機
60 真空ポンプ
61 アダプティブプレッシャーコントロール
62 ターボ分子ポンプ
63 真空ポンプ
64 基板搬送ロボット
65 真空ポンプ
66 アダプティブプレッシャーコントロール
67 クライオポンプ
71 大気側基板供給室
73 搬送室
74 カセットポート
75 基板加熱室
76 基板搬送ロボット
81 大気側基板供給室
82 ロード/アンロードロック室
83 搬送室
84 カセットポート
85 基板加熱室
86 基板搬送ロボット
87 スパッタリング用ターゲット
88 防着板
89 基板
90 基板ステージ
92 基板ステージ
93 加熱機構
94 精製機
96 真空ポンプ
97 マスフローコントローラ
98 ガス加熱機構
99 クライオトラップ
101 スパッタリング用ターゲット
102 被成膜面
103 プラズマ空間
110 イオン
120 結晶粒
150 拡大部
151 拡大部
160 領域
311 酸化物膜
321 酸化物膜
322 酸化物膜
331 酸化物膜
332 酸化物膜
333 酸化物膜
400 基板
401 ゲート電極
402 ゲート絶縁膜
403 酸化物積層膜
404 酸化物膜
406 絶縁膜
407 電極層
408 絶縁膜
409 ゲート絶縁膜
410 ゲート電極
414 酸化物積層膜
421 トランジスタ
422 トランジスタ
423 トランジスタ
424 トランジスタ
425 トランジスタ
426 トランジスタ
427 トランジスタ
428 トランジスタ
434 酸化物積層膜
700 基板
701 基板
702 ゲート電極
703 保護絶縁膜
705 ゲート絶縁膜
706 酸化物膜
719 発光素子
720 絶縁膜
721 絶縁膜
731 端子
732 FPC
734 シール材
735 駆動回路
736 駆動回路
737 画素領域
741 トランジスタ
742 キャパシタ
743 スイッチ素子
744 信号線
750 画素
751 トランジスタ
752 キャパシタ
753 液晶素子
754 走査線
755 信号線
781 電極
782 発光層
783 電極
784 隔壁
791 電極
792 絶縁膜
793 液晶層
794 絶縁膜
795 スペーサ
796 電極
797 基板
901 基板
902 フォトダイオード
908 接着層
913 基板
932 絶縁膜
933 平坦化膜
934 平坦化膜
940 トランジスタ
942 電極
943 導電膜
945 導電膜
956 トランジスタ
958 フォトダイオードリセット信号線
959 ゲート信号線
971 フォトセンサ出力信号線
972 フォトセンサ基準信号線
1000 画素
1001 画素
1002 フォトセンサ
1003 発光素子
1004 走査線
1005 発光素子
1006 走査線
1007 信号線
1008 電源供給線
1009 センサ素子
1010 トランジスタ
1011 トランジスタ
1012 トランジスタ
1013 トランジスタ
1014 電源線
1015 多層膜
1016 トランジスタ
1017 アモルファスシリコン層
1018 電極
1019 電極
1020 配線
1022 層間絶縁膜
1023 信号線
1024 リセット線
1025 グランド線
1026 選択線
1027 フォトセンサ出力信号線
1028 基板
1029 ゲート電極
1030 ゲート絶縁膜
1031 絶縁膜
1032 絶縁膜
1033 発光素子
1034 封止基板
1035 青色カラーフィルタ
1036 下地層
1037 ブラックマトリクス
1038 隔壁
1039 隔壁
1040 発光層
1041 陰極
1049 電極
1050 メモリセル
1051 ビット線
1052 ワード線
1053 容量線
1054 センスアンプ
1055 トランジスタ
1056 キャパシタ
1058 絶縁膜
1059 層間絶縁膜
1060 電極
1061 電極
1062 絶縁膜
1063 ゲート電極
1064 ゲート絶縁膜
1065 酸化物膜
1066 下地絶縁膜
1067 基板
1071 トランジスタ
1072 トランジスタ
1073 キャパシタ
1074 ソース線
1075 ソース線
1076 ワード線
1077 ドレイン線
1078 容量線
1079 ノード
1080 基板
1081 ウェル
1082 不純物領域
1083 絶縁膜
1084 電極
1085 STI
1087 電極
1088 層間絶縁膜
1089 層間絶縁膜
1090 層間絶縁膜
1091 層間絶縁膜
1092 層間絶縁膜
1093 バリア膜
1094 配線
1095 バリア膜
1096 層間絶縁膜
1097 バリア膜
1098 配線
1099 バリア膜
1100 層間絶縁膜
1101 下地絶縁膜
1102 絶縁膜
1104 層間絶縁膜
1105 層間絶縁膜
1106 バリア膜
1108 層間絶縁膜
1109 層間絶縁膜
1110 バリア膜
1111 不純物領域
1112 不純物領域
1113 ゲート絶縁膜
1114 ゲート絶縁膜
1115 サイドウォール絶縁膜
1116 ゲート電極
1117 絶縁膜
1118 ゲート電極
1119 サイドウォール絶縁膜
1141 スイッチング素子
1142 記憶素子
1143 記憶素子群
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
2000 マイクロコンピュータ
2001 パワーゲートコントローラ
2002 パワーゲート
2003 CPU
2004 検出部
2005 揮発性記憶部
2006 不揮発性記憶部
2007 インターフェース
2008 バスライン
2009 直流電源
2010 センサ
2011 アンプ
2012 ADコンバータ
3106 揮発性記憶部
3107 不揮発性記憶部
3140 トランジスタ
3141 容量素子
3142 トランジスタ
3143 トランジスタ
3144 トランジスタ
3145 セレクタ
3146 インバータ
3147 容量素子
3148 フリップフロップ
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 トランジスタ
4011 トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電層
4031 電極
4033 絶縁膜
4034 電極
4035 スペーサ
4038 絶縁膜
4040 平坦化絶縁膜
4042 絶縁膜
4050 配線
4052 配線
9000 筐体
9001 ボタン
9002 マイクロフォン
9003 表示部
9004 スピーカ
9005 カメラ
9010 筐体
9011 表示部
9020 筐体
9021 ボタン
9022 マイクロフォン
9023 表示部
9030 筐体
9032 留め具
9033 操作スイッチ
9040 筐体
9041 表示部
9042 操作ボタン
9043 スピーカ
9044 マイクロフォン
9045 表示部
1015a 酸化物
1015b 酸化物
1015c 酸化物
1021b ドレイン電極
1057a 配線
1057b 配線
1086a コンタクトプラグ
1086b コンタクトプラグ
1103a コンタクトプラグ
1103b コンタクトプラグ
1103c コンタクトプラグ
1107a 配線
1107b 配線
111a スパッタリング粒子
111b スパッタリング粒子
120a 結晶粒
120b 結晶粒
120c 結晶粒
4020a ゲート絶縁膜
4020b ゲート絶縁膜
4032a 絶縁膜
4032b 絶縁膜
403a 酸化物膜
403b 酸化物膜
403c 酸化物膜
404a 酸化物膜
404b 酸化物膜
404b1 酸化物膜
404b2 酸化物膜
404c 酸化物膜
405a ソース電極
405b ドレイン電極
704a ソース電極
704b ドレイン電極
70a 成膜室
70b 成膜室
72a ロードロック室
72b アンロードロック室
733a 配線
733b 配線
733c 配線
73a 搬送室
73b 搬送室
785a 中間層
785b 中間層
785c 中間層
785d 中間層
786a 発光層
786b 発光層
786c 発光層
80a 成膜室
80b 成膜室
80c 成膜室
80d 成膜室
9031a 表示部
9031b 表示部
906a 半導体膜
906b 半導体膜
906c 半導体膜
941a 電極
941b 電極
95a クライオポンプ
95b クライオポンプ
95c ターボ分子ポンプ
95d クライオポンプ
95e クライオポンプ
95f クライオポンプ
96a 真空ポンプ
96b 真空ポンプ
96c 真空ポンプ
BL ビット線
BLB ビット線
FD ノード
M1 ノード
M2 ノード
Tr1e トランジスタ
Tr2e トランジスタ
Tr3e トランジスタ
Tr4e トランジスタ
Tr5e トランジスタ
Tr6e トランジスタ
WL ワード線
Claims (9)
- c軸が互いに不規則に配向した複数の結晶粒を有する多結晶酸化物を含むスパッタリング用ターゲットを用い、
前記スパッタリング用ターゲットの表面と被成膜面とに接して、イオン化した不活性ガスを含むプラズマ空間を形成し、
前記スパッタリング用ターゲットの表面に、前記イオン化した不活性ガスを衝突させて、前記複数の結晶粒のa−b面でなる劈開面から平板状のスパッタリング粒子を剥離し、
前記平板状のスパッタリング粒子を、前記平板状の形状を概略維持しながら、前記プラズマ空間を介して前記被成膜面に輸送し、
前記平板状のスパッタリング粒子の複数は、同一の極性に帯電し、
前記被成膜面において、同一の極性に帯電した複数の平板状のスパッタリング粒子が互いに反発し、前記平板状のスパッタリング粒子が平面において隣り合い、かつ、c軸が被成膜面と概略垂直となるように配列して堆積することを特徴とする酸化物膜の作製方法。 - 請求項1において、前記被成膜面を有する基板は、100℃以上600℃以下の温度で加熱していることを特徴とする酸化物膜の作製方法。
- 請求項2において、前記被成膜面を有する基板は、150℃以上450℃以下の温度で加熱していることを特徴とする酸化物膜の作製方法。
- 請求項1乃至3のいずれか一項において、前記複数の平板状のスパッタリング粒子の帯電する極性は、正であることを特徴とする酸化物膜の作製方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一項において、前記スパッタリング用ターゲットは、インジウム、ガリウム、亜鉛及び酸素を含むことを特徴とする酸化物膜の作製方法。
- 請求項1乃至5のいずれか一項において、前記剥離前に、被成膜面の吸着水を除去することを特徴とする酸化物膜の作製方法。
- 請求項1乃至6のいずれか一項において、前記結晶粒は、六角柱状の結晶構造を有することを特徴とする酸化物膜の作製方法。
- 請求項1乃至7のいずれか一項において、前記被成膜面は、非晶質構造を有する材料の表面であることを特徴とする酸化物膜の作製方法。
- スパッタリング用ターゲットの使用方法であって、
前記スパッタリング用ターゲットは、c軸が互いに不規則に配向した複数の結晶粒を有する多結晶酸化物を含み、
前記スパッタリング用ターゲットから剥離した平板状の帯電した複数のスパッタリング粒子が、互いに反発しながら被成膜面に堆積することを特徴とするスパッタリング用ターゲットの使用方法。
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