JP6028961B2 - トランジスタ用酸化物半導体膜の製造方法 - Google Patents
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1)基板上に形成された、酸化物半導体の前駆体薄膜に紫外線を照射する、紫外線照射工程、及び、
2)紫外線照射された前記前駆体薄膜を、高周波印加装置内において、前記高周波印加装置の備える電極間に発生する電界の電気力線に対して平行に配置し、高周波電界が前記前駆体薄膜に集中する条件で、前記前駆体薄膜表面の温度を300℃以下に維持しながら、プラズマを発生させて、前記前駆体薄膜から酸化物半導体膜を形成させる、半導体膜形成工程、
を含む、酸化物半導体膜の製造方法である。
紫外線照射工程では、基板上に形成された、酸化物半導体の前駆体薄膜に紫外線を照射する。
基板上に酸化物半導体の前駆体薄膜を形成する方法は特に限定されず、例えば、CVD法や、酸化物半導体の前駆体の溶液を塗布液とし、塗布液を基板上に塗布する方法が挙げられる。膜厚の均一な前駆体薄膜を形成できる点で、酸化物半導体の前駆体の溶液を基板上に塗布する方法が好ましい。
酸化物半導体の前駆体は、紫外線照射工程、及び半導体膜形成工程によって、所望の酸化物半導体化合物を形成可能な物質であれば特に限定されない。前駆体の好適な例としては、所望の酸化物半導体に含まれる金属を含む、金属錯体、金属塩、又は含金属有機化合物が挙げられる。前駆体としては、塗布液とした場合の安定性の点等から、金属錯体、又は金属塩が好ましい。これらの前駆体は、1種を用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
塗布液として、酸化物半導体の前駆体の溶液を調製する際に用いる溶媒は特に限定されない。好適な溶媒としては、グリコール系溶媒が挙げられる。グリコール系溶媒の具体例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールジアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類等が挙げられる。これらの中でも、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートがより好ましい。
塗布液が酸化物半導体の前駆体として、酢酸塩等の金属塩を含む場合、塗布液は、さらに、塩基性物質を含むことが好ましい。塗布液が塩基性物質を含むことにより、前駆体である金属塩が塗布液に溶解しやすくなる。
塗布液の調製方法は、塗布液に含まれる成分を、溶媒に均一に溶解させることができれば特に限定されず、上記の各成分を均一に混合することにより調製される。混合の手段は特に限定されない。上記の各成分を均一に混合した後、必要に応じて塗布液をフィルターによりろ過し、不溶性の不純物を除去してもよい。
酸化物半導体の前駆体を含む塗布液を基板上に塗布する方法は、所定の膜厚で前駆体薄膜を形成できる限り特に限定されない。塗布液を基板上に塗布する方法としては、はけ塗り法、浸漬法、スプレー法、スピンコート法、インクジェットプリント法等が例示される。なお、パターン化された複合酸化物膜を基板の表面に形成させる必要がある場合には、基板の表面のうち複合酸化物を形成させない箇所に、フォトリソグラフィ法等の手段により予めマスクを形成させればよい。これにより、基板の表面のうちマスクの存在しない箇所のみに塗布膜が形成されるので、パターン化された複合酸化物膜を基板の表面に形成させることができる。また、インクジェットプリント法により、所望のパターン通りに塗布膜を基板の表面に形成させ、パターン化された複合酸化物膜を基板の表面に形成させてもよい。
上記方法により、基板上に形成された酸化物半導体の前駆体の薄膜に対して紫外線を照射する方法は、所望の効果が得られる限り特に限定されない。
半導体形成工程では、紫外線照射された、酸化物半導体の前駆体薄膜を備える基板を、高周波印加装置により処理することにより、基板表面の前駆体薄膜から、酸化物半導体膜を形成させる。高周波印加装置による処理は、前駆体薄膜が高周波印加装置の備える電極間に発生する電界の電気力線に対して平行になるように、前駆体薄膜を備える基板を高周波印加装置内に配置し、高周波電界が前駆体薄膜に集中する条件で、前駆体薄膜表面の温度を300℃以下に維持しながら、プラズマを発生させることにより行われる。
(塗布液の調製)
前駆体として、インジウムアセト酢酸メチル錯体と、ガリウムアセチルアセトン錯体と、亜鉛アセト酢酸メチル錯体とを用いた。また、溶媒として、エチレングリコールジメチルエーテルを用いた。前駆体化合物の濃度が0.08mol/Kgとなり、塗布液中の、金属のモル比率が、In/Ga/Znとして1/0.7/0.7となるように、前駆体化合物と、溶媒とを混合して、前駆体化合物を溶媒に溶解させて塗布液を調製した。
熱酸化膜付きの低抵抗シリコン基板上に、製造例1で得た塗布液を塗布した後、50℃で2分間乾燥を行い、前駆体薄膜を形成した。乾燥後の前駆体薄膜の膜厚は150nmであった。
実施例1と同様に、紫外線照射された前駆体薄膜を備えるシリコン基板を得た。プラズマ発生部の気体を酸素から、二酸化炭素に変えることの他は、実施例1と同様に、前駆体薄膜から酸化物半導体膜を形成した。酸化物半導体膜を用いて形成したトランジスタの特性を、実施例1と同様にして評価した。なお、特性の評価回数を4回とし、4回目の測定値を安定動作時の測定値として採用した。また、実施例2で得られた酸化物半導体膜を用いて形成したトランジスタでは、Ioff1の値がIoff2の値よりも大きかった。このため、Ioff1−Ioff2比は、Ioff1の値をIoff2の値で除して求めた。
実施例1と同様に、紫外線照射された前駆体薄膜を備えるシリコン基板を得た。高周波印加装置による処理に変えて、電気炉を用い500℃で30分間熱処理を行って、前駆体薄膜から酸化物半導体膜を形成した。酸化物半導体膜を用いて形成したトランジスタの特性を、実施例1と同様にして評価した。なお、特性の評価回数を6回とし、6回目の測定値を安定動作時の測定値として採用した。また、比較例1で得られた酸化物半導体膜を用いて形成したトランジスタでは、Ioff1の値がIoff2の値よりも大きかった。このため、Ioff1−Ioff2比は、Ioff1の値をIoff2の値で除して求めた。
紫外線照射を行わないことの他は、実施例1と同様にして、酸化物半導体膜を形成した。酸化物半導体膜を用いて形成したトランジスタの特性を、実施例1と同様にして評価した。その結果、比較例2で得られた酸化物半導体膜を用いて形成したトランジスタは、トランジスタとして有効に動作しないことが分かった。
紫外線照射を行わないことの他は、比較例1と同様にして、酸化物半導体膜を形成した。酸化物半導体膜を用いて形成したトランジスタの特性を、実施例1と同様にして評価した。その結果、比較例3で得られた酸化物半導体膜を用いて形成したトランジスタは、トランジスタとして有効に動作しないことが分かった。
12 熱酸化膜
13 シリコン層
14 ソース電極
15 ドレイン電極
Claims (2)
- 以下の工程1)及び2):
1)基板上に形成された、酸化物半導体の前駆体薄膜であって、In、Sn、Zn、Ga及びMgからなる群より選択される1種以上の金属の金属錯体を含む前記前駆体薄膜に、環境温度75〜150℃で紫外線を照射する、紫外線照射工程、及び、
2)紫外線照射された前記前駆体薄膜を、高周波印加装置内において、前記高周波印加装置の備える電極間に発生する電界の電気力線に対して平行に配置し、高周波電界が前記前駆体薄膜に集中する条件で、前記前駆体薄膜表面の温度を300℃以下で酸化物半導体膜を形成できる温度以上に維持しながら、プラズマを発生させて、前記前駆体薄膜から酸化物半導体膜を形成させる、半導体膜形成工程、
を含む、トランジスタ用酸化物半導体膜の製造方法。 - 高周波印加装置内のガスが酸素、及び二酸化炭素より選択される1種以上の気体を含む、請求項1記載のトランジスタ用酸化物半導体膜の製造方法。
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