JP6103633B2 - Ozone-supported high-quality homogeneous metal oxide thin film fabrication technology, and oxide thin-film transistor manufacturing method using the thin-film fabrication technology - Google Patents
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
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Description
本発明は、原料溶液を用いた薄膜作製手法により作製した薄膜の電子特性や組成分布などをオゾン支援により改善させる高品質均質金属酸化物薄膜作製技術、且つ、該薄膜作製技術による酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a high-quality homogeneous metal oxide thin film production technique for improving the electronic properties and composition distribution of a thin film produced by a thin film production method using a raw material solution with the assistance of ozone, and an oxide thin film transistor using the thin film production technique. it relates to the manufacture how.
薄膜トランジスタ(Thin film Transistor:TFT)は、ディスプレイの表示を制御するのに欠かせないデバイスであるが、今後更に展開される高精細化や大型化に対してこれまでの材料や構造では表示速度において既に限界が見えてきている。例えば、アモルファスシリコンTFTの移動度は、0.5cm2/(V・s)程度であり、4K×2Kディスプレイでは、60Hz表示の場合80型、120Hz表示の場合50型が限界と報告されている(非特許文献1)。
そこで、最近になって金属酸化物を活性層に用いたTFTの開発が進められてきた。特に酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)(非特許文献2,3)、酸化インジウム亜鉛(IZO)(非特許文献4)、酸化錫亜鉛(ZTO)(非特許文献5)等を用いた、非晶質の金属酸化物によるTFTの開発は非常に目覚ましく、移動度が10cm2/(V・s)を超える報告がされている。
A thin film transistor (TFT) is an indispensable device for controlling the display of a display. However, in view of higher resolution and larger size that will be developed in the future, the materials and structures used so far have a higher display speed. The limits are already visible. For example, the mobility of amorphous silicon TFTs is about 0.5 cm 2 / (V · s), and it is reported that 4K × 2K displays are limited to 80 type for 60 Hz display and 50 type for 120 Hz display. (Non-Patent Document 1).
Therefore, recently, TFTs using metal oxides as active layers have been developed. In particular, amorphous using indium gallium zinc oxide (IGZO) (Non-patent Documents 2 and 3), indium zinc oxide (IZO) (Non-patent Document 4), zinc tin oxide (ZTO) (Non-patent Document 5), etc. The development of TFTs using metal oxides is extremely remarkable, and it has been reported that the mobility exceeds 10 cm 2 / (V · s).
一方で、半導体工場の電力割合を調べてみると、10%以上もの電力を真空ポンプに費やしていることが報告されている。環境負荷低減のためには、TFT作製プロセス全てを非真空プロセスに置き換える試みは非常に重要である。これまでにゾル・ゲル法やスピンコート法等によって、IGZOやIZOを活性層に持つTFTを作製した論文も報告されてきている(非特許文献6‐9)。
しかしながら、これらの論文でもゲート絶縁膜はプラズマCVD等の真空プロセスが用いられている。TFT作製プロセスの非真空プロセス化には、ゲート絶縁膜と半導体層(チャネル層)両方の非真空プロセス化が不可欠である。この要望に対して、既にスピンコート法でゲート絶縁膜(AlOX)及び活性層(ZTO)薄膜を形成した酸化物TFTに関する報告が上がっている(非特許文献10)。そこで、本発明者らはミスト化学気相成長(CVD)法を用いて酸化物TFTの作製を試みた。
On the other hand, when examining the power ratio of the semiconductor factory, it is reported that more than 10% of power is consumed in the vacuum pump. In order to reduce the environmental load, an attempt to replace the entire TFT manufacturing process with a non-vacuum process is very important. So far, papers have been reported in which TFTs having IGZO or IZO as an active layer by a sol-gel method or a spin coating method are used (Non-patent Documents 6-9).
However, these papers also use a vacuum process such as plasma CVD for the gate insulating film. Non-vacuum processes for both the gate insulating film and the semiconductor layer (channel layer) are indispensable for making the TFT fabrication process non-vacuum processes. In response to this demand, there have already been reports on oxide TFTs in which a gate insulating film (AlO x ) and an active layer (ZTO) thin film are formed by spin coating (Non-patent Document 10). Therefore, the present inventors tried to manufacture an oxide TFT by using a mist chemical vapor deposition (CVD) method.
ミストCVD法は、ゾル・ゲル法やスピンコート法とは異なり化学気相成長法であるため、連続して薄膜を積層させることが可能であるというメリットがある。また、スピンコート法のように適切な膜厚にするために数回に亘る処理を必要としない。
本発明者らは、これまでに報告されている大気圧手法で作製されたIGZO TFTと同程度の性能の酸化物TFTをミストCVD法により作製することに成功している(非特許文献11)。しかしながら、さらなる特性の向上が求められている。
Since the mist CVD method is a chemical vapor deposition method, unlike the sol-gel method or the spin coating method, there is an advantage that thin films can be continuously stacked. Moreover, several times of treatments are not required to obtain an appropriate film thickness as in the spin coating method.
The present inventors have succeeded in producing an oxide TFT having the same performance as that of an IGZO TFT produced by the atmospheric pressure method reported so far (Non-Patent Document 11). . However, further improvement in characteristics is required.
本発明は、オゾンを用いることで特性を改善した、薄膜成長法による酸化物薄膜トランジスタの製造方法を提供するものである。 The present invention has improved characteristics by using ozone, there is provided a manufacturing how the oxide thin film transistor according to thin film deposition.
請求項1に係る発明は、基板上にゲート電極を形成する工程と、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記ゲート電極を被覆するように前記基板上に金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記ゲート絶縁膜上に金属酸化物半導体からなるチャネル層を形成する工程と、を少なくとも備える酸化物薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることにより、ゲート絶縁膜を形成する工程であり、
前記チャネル層を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることにより、チャネル層を形成する工程であることを特徴とする酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。
According to the first aspect of the present invention, ozone is introduced into a film formation chamber using a step of forming a gate electrode on a substrate and a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide insulator is dissolved. While forming a gate insulating film made of a metal oxide insulator on the substrate so as to cover the gate electrode, and using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved a manufacturing method of an oxide thin film transistor Ru comprising forming a channel layer made of a metal oxide semiconductor on the gate insulating film while introducing ozone into the deposition chamber, at least,
In the step of forming the gate insulating film, an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide insulator is dissolved is introduced in the vicinity of the substrate while introducing ozone into the film formation chamber. It is a step of forming a gate insulating film by reacting,
In the step of forming the channel layer, an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved is chemically reacted in the vicinity of the substrate while introducing ozone into the film formation chamber. The present invention relates to a method for manufacturing an oxide thin film transistor, which is a step of forming a channel layer .
請求項2に係る発明は、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら基板上に金属酸化物半導体からなるチャネル層を形成する工程と、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記チャネル層を被覆するように金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート電極を前記ゲート絶縁膜上に作製する工程と、を少なくとも備える酸化物薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることにより、ゲート絶縁膜を形成する工程であり、
前記チャネル層を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることにより、チャネル層を形成する工程であることを特徴とする酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。
The invention according to claim 2 is a channel layer made of a metal oxide semiconductor on a substrate while introducing ozone into a film formation chamber using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved. And using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming the metal oxide insulator is dissolved, the metal oxide insulation is formed so as to cover the channel layer while introducing ozone into the film formation chamber. forming a gate insulating film made of the body, a method of manufacturing an oxide thin film transistor comprising the steps, the Ru comprises at least producing a gate electrode on the gate insulating film,
In the step of forming the gate insulating film, an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide insulator is dissolved is introduced in the vicinity of the substrate while introducing ozone into the film formation chamber. It is a step of forming a gate insulating film by reacting,
In the step of forming the channel layer, an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved is chemically reacted in the vicinity of the substrate while introducing ozone into the film formation chamber. The present invention relates to a method for manufacturing an oxide thin film transistor, which is a step of forming a channel layer .
請求項3に係る発明は、前記金属酸化物半導体が、少なくとも亜鉛(Zn)を構成元素として含む金属酸化物半導体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The invention according to claim 3 is the method for producing an oxide thin film transistor according to claim 1 or 2 , wherein the metal oxide semiconductor is a metal oxide semiconductor containing at least zinc (Zn) as a constituent element. About.
請求項4に係る発明は、前記金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物が、アセチルアセトナート化合物、酢酸化合物、塩化物、硫化物、硝酸化合物、アンモニウム化合物、炭酸化合物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。 According to a fourth aspect of the present invention, the metal compound necessary to form the metal oxide insulator is an acetylacetonate compound, an acetic acid compound, a chloride, a sulfide, a nitric acid compound, an ammonium compound, or a carbonic acid compound. It is either, It is related with the manufacturing method of the oxide thin-film transistor in any one of Claim 1 thru | or 3 .
請求項5に係る発明は、前記金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物が、アセチルアセトナート化合物、酢酸化合物、塩化物、硫化物、硝酸化合物、アンモニウム化合物、炭酸化合物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。 In the invention according to claim 5 , the metal compound necessary to form the metal oxide semiconductor is any one of an acetylacetonate compound, an acetic acid compound, a chloride, a sulfide, a nitric acid compound, an ammonium compound, and a carbonic acid compound. the method for producing an oxide thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the or.
請求項6に係る発明は、原料ガス流入口とガス排出口を有して前記原料ガス流入口とガス排出口との間に基板が配置される成膜室と、膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、薄膜形成用のエネルギーを供給するエネルギー供給手段とを備え、前記基板表面に沿う方向に前記原料ガスを流動させることにより基板の表面に膜を生成し、前記基板表面と前記成膜室の内壁との距離が0.1mm以上10.0mm以下の範囲の所定の距離であり、前記成膜室内の前記基板表面を流れる原料ガスの速度が、0.4m/sec以上4.0m/sec以下の範囲の所定の速度を達成できるファインチャネル(FC)構造を用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a film forming chamber having a source gas inlet and a gas outlet, wherein a substrate is disposed between the source gas inlet and the gas outlet, and a source for forming a film A source gas supply means for supplying gas; and an energy supply means for supplying energy for forming a thin film, and generating a film on the surface of the substrate by flowing the source gas in a direction along the substrate surface, The distance between the substrate surface and the inner wall of the film formation chamber is a predetermined distance in the range of 0.1 mm to 10.0 mm, and the velocity of the source gas flowing on the substrate surface in the film formation chamber is 0.4 m / It relates to a method for producing an oxide thin film transistor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a fine channel (FC) structure a predetermined speed can be achieved for sec to 4.0 m / sec or less.
請求項7に係る発明は、前記ゲート絶縁膜を形成する工程及び/又は前記チャネル層を形成する工程が、大気圧下で行われることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The invention according to claim 7, the step of forming a step and / or the channel layer to form the gate insulating film, according to any one of claims 1 to 6, characterized in that is carried out under atmospheric pressure The present invention relates to a method for manufacturing an oxide thin film transistor.
請求項8に係る発明は、前記ゲート電極を形成する工程及びソース・ドレイン電極を形成する工程が、霧化された原料溶液を塗布させる、もしくは前記基板近傍で化学反応させることにより成膜する方法とフォトリソグラフィー法により行われることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The invention according to claim 8 is a method in which the step of forming the gate electrode and the step of forming the source / drain electrodes are performed by applying an atomized raw material solution or by causing a chemical reaction in the vicinity of the substrate. a process for producing an oxide thin film transistor according to any one of claims 1 to 7, characterized in that is carried out by photolithography.
請求項9に係る発明は、前記ゲート電極を形成する工程及びソース・ドレイン電極を形成する工程が、印刷法により行われることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法に関する。 Invention, the oxide thin film transistor according to any one of claims 1 to 7 forming a step and a source and drain electrode forming the gate electrode, characterized in that performed by the printing method according to claim 9 It relates to the manufacturing method.
請求項10に係る発明は、金属酸化物薄膜を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら基板上に金属酸化物薄膜を形成する酸化物薄膜の製造方法であって、原料ガス流入口とガス排出口を有して前記原料ガス流入口とガス排出口との間に基板が配置される成膜室と、膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、薄膜形成用のエネルギーを供給するエネルギー供給手段とを備え、前記基板表面に沿う方向に前記原料ガスを流動させることにより基板の表面に膜を生成し、前記基板表面と前記成膜室の内壁との距離が0.1mm以上10.0mm以下の範囲の所定の距離であり、前記成膜室内の前記基板表面を流れる原料ガスの速度が、0.4m/sec以上4.0m/sec以下の範囲の所定の速度を達成できるファインチャネル(FC)構造を用いて、オゾン存在下で酸化物薄膜を形成することにより、酸化物薄膜の面内の組成分布を均一にすることを特徴とする酸化物薄膜の製造方法に関する。 The invention according to claim 10 uses a metal oxide thin film on a substrate while introducing ozone into a film forming chamber using an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide thin film is dissolved. A film forming chamber having a source gas inlet and a gas outlet, and a substrate is disposed between the source gas inlet and the gas outlet, and a film A source gas supply means for supplying a source gas for forming; and an energy supply means for supplying energy for forming a thin film, and a film is formed on the surface of the substrate by flowing the source gas in a direction along the substrate surface. The distance between the substrate surface and the inner wall of the film formation chamber is a predetermined distance in the range of 0.1 mm to 10.0 mm, and the velocity of the source gas flowing through the substrate surface in the film formation chamber is 0.4 m / sec or more and 4.0 By using a fine channel (FC) structure that can achieve a predetermined speed in the range of / sec or less, the oxide thin film is formed in the presence of ozone to make the composition distribution in the surface of the oxide thin film uniform. The present invention relates to a method for producing a featured oxide thin film.
請求項11に係る発明は、前記金属酸化物が多元系金属酸化物であることを特徴とする請求項10に記載の酸化物薄膜の製造方法に関する。 The invention according to claim 11 relates to the method for producing an oxide thin film according to claim 10 , wherein the metal oxide is a multi-component metal oxide.
請求項1に係る発明によれば、金属化合物を溶解した原料溶液を用いた薄膜作製手法に於いて、金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜を形成する工程が、成膜室にオゾンを導入しながら行われることにより、ゲート絶縁膜の誘電率の向上、密度の向上、表面ラフネスの改善という効果を奏することができる。また、高い破壊電界強度(EBD)を維持したまま低温でゲート絶縁膜を形成することができるので、処理が容易な製造方法とすることができる。
金属化合物を溶解した原料溶液を用いた薄膜作製手法に於いて、金属酸化物半導体からなるチャネル層を形成する工程が、成膜室にオゾンを導入しながら行われることにより、不純物量の軽減、密度の向上、欠陥量の軽減等に効果を奏することができる。
According to the first aspect of the present invention, in the thin film manufacturing method using the raw material solution in which the metal compound is dissolved, the step of forming the gate insulating film made of the metal oxide insulator introduces ozone into the film forming chamber. By doing so, the effects of improving the dielectric constant, density, and surface roughness of the gate insulating film can be obtained. In addition, since the gate insulating film can be formed at a low temperature while maintaining a high breakdown field strength (E BD ), the manufacturing method can be easily processed.
In a thin film manufacturing method using a raw material solution in which a metal compound is dissolved, a step of forming a channel layer made of a metal oxide semiconductor is performed while introducing ozone into a film formation chamber, thereby reducing the amount of impurities. It is effective in improving density and reducing the amount of defects.
さらに、金属化合物を溶解した原料溶液を用いた薄膜作製手法に於いて、前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることによって行われることにより、連続して薄膜を積層させることが可能であり、また適切な膜厚にするために数回に亘る処理を必要としないという効果を有する。Further, in the thin film manufacturing method using a raw material solution in which a metal compound is dissolved, the step of forming the gate insulating film is used to form a metal oxide insulator while introducing ozone into the film formation chamber. In order to obtain an appropriate film thickness, it is possible to continuously deposit thin films by carrying out a chemical reaction in the vicinity of the substrate of an atomized raw material solution in which a necessary metal compound is dissolved. This has the effect of not requiring processing several times.
さらに、金属化合物を溶解した原料溶液を用いた薄膜作製手法に於いて、前記チャネル層を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることによって行われることにより、連続して薄膜を積層させることが可能であり、また適切な膜厚にするために数回に亘る処理を必要としないという効果を有する。Further, in the thin film manufacturing method using the raw material solution in which the metal compound is dissolved, the step of forming the channel layer is necessary for forming the metal oxide semiconductor while introducing ozone into the film formation chamber. By carrying out a chemical reaction in the vicinity of the substrate of the atomized raw material solution in which the metal compound is dissolved, it is possible to continuously stack thin films, and several times to obtain an appropriate film thickness. Therefore, there is an effect that it is not necessary to perform a process over a wide range.
以上より、優れた特性を有するボトムゲート型の酸化物薄膜トランジスタを得ることができる。 As described above, a bottom-gate oxide thin film transistor having excellent characteristics can be obtained.
請求項2に係る発明によれば、金属化合物を溶解した原料溶液を用いた薄膜作製手法に於いて、金属酸化物半導体からなるチャネル層を形成する工程が、成膜室にオゾンを導入しながら行われることにより、不純物量の軽減、密度の向上、欠陥量の軽減等に効果を奏することができる。
金属化合物を溶解した原料溶液を用いた薄膜作製手法に於いて、金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜を形成する工程が、成膜室にオゾンを導入しながら行われることにより、ゲート絶縁膜の誘電率の向上、密度の向上、表面ラフネスの改善という効果を奏することができる。また、高い破壊電界強度(EBD)を維持したまま低温でゲート絶縁膜を形成することができるので、処理が容易な製造方法とすることができる。
According to the invention of claim 2, in the thin film manufacturing method using the raw material solution in which the metal compound is dissolved, the step of forming the channel layer made of the metal oxide semiconductor is performed while introducing ozone into the film formation chamber. By being performed, it is possible to reduce the amount of impurities, improve the density, reduce the amount of defects, and the like.
In a thin film manufacturing method using a raw material solution in which a metal compound is dissolved, a step of forming a gate insulating film made of a metal oxide insulator is performed while introducing ozone into a film forming chamber, whereby a gate insulating film is formed. The effect of improving the dielectric constant, improving the density, and improving the surface roughness can be obtained. Further, since it is possible to form the gate insulating film at a low temperature while maintaining high breakdown field strength (E BD), Ru can be processed to facilitate manufacturing method.
さらに、金属化合物を溶解した原料溶液を用いた薄膜作製手法に於いて、前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることによって行われることにより、連続して薄膜を積層させることが可能であり、また適切な膜厚にするために数回に亘る処理を必要としないという効果を有する。 Further, in the thin film manufacturing method using a raw material solution in which a metal compound is dissolved, the step of forming the gate insulating film is used to form a metal oxide insulator while introducing ozone into the film formation chamber. In order to obtain an appropriate film thickness, it is possible to continuously deposit thin films by carrying out a chemical reaction in the vicinity of the substrate of an atomized raw material solution in which a necessary metal compound is dissolved. This has the effect of not requiring processing several times.
さらに、金属化合物を溶解した原料溶液を用いた薄膜作製手法に於いて、前記チャネル層を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることによって行われることにより、連続して薄膜を積層させることが可能であり、また適切な膜厚にするために数回に亘る処理を必要としないという効果を有する。Further, in the thin film manufacturing method using the raw material solution in which the metal compound is dissolved, the step of forming the channel layer is necessary for forming the metal oxide semiconductor while introducing ozone into the film formation chamber. By carrying out a chemical reaction in the vicinity of the substrate of the atomized raw material solution in which the metal compound is dissolved, it is possible to continuously stack thin films, and several times to obtain an appropriate film thickness. Therefore, there is an effect that it is not necessary to perform a process over a wide range.
以上より、優れた特性を有するトップゲート型の酸化物薄膜トランジスタを得ることができる。As described above, a top-gate oxide thin film transistor having excellent characteristics can be obtained.
請求項3に係る発明によれば、前記金属酸化物半導体が、少なくとも亜鉛(Zn)を構成元素として含む金属酸化物半導体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法であることにより、優れた特性を有する酸化物薄膜トランジスタを製造することができる。 According to the invention of claim 3 , the metal oxide semiconductor is a metal oxide semiconductor containing at least zinc (Zn) as a constituent element. The oxide thin film transistor of claim 1 or 2 , By being a manufacturing method, an oxide thin film transistor having excellent characteristics can be manufactured.
請求項4及び5に係る発明によれば、前記金属酸化物絶縁体あるいは金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物が、アセチルアセトナート化合物、酢酸化合物、塩化物、硫化物、硝酸化合物、アンモニウム化合物、炭酸化合物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至3あるいは1乃至4のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法であることにより、金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜あるいは金属酸化物半導体からなるチャネル層を形成することができる。 According to the inventions according to claims 4 and 5 , the metal compound necessary for forming the metal oxide insulator or metal oxide semiconductor is an acetylacetonate compound, an acetic acid compound, a chloride, a sulfide, or a nitric acid compound. , ammonium compounds, by a method of manufacturing an oxide thin film transistor according to any one of claims 1 to 3 or 1 to 4, characterized in that any of a carbonate compound, a metal oxide insulator A gate insulating film or a channel layer made of a metal oxide semiconductor can be formed.
請求項6に係る発明によれば、当該ファインチャネル(FC)構造を用いてオゾン存在下でゲート絶縁膜とチャネル層を形成することにより、場所により組成ムラが発生することがなく、酸化物薄膜トランジスタの面内組成を均一化することができる。 According to the invention of claim 6 , by forming the gate insulating film and the channel layer in the presence of ozone using the fine channel (FC) structure, composition unevenness does not occur depending on the location, and the oxide thin film transistor The in-plane composition can be made uniform.
請求項7に係る発明によれば、ゲート絶縁膜を形成する工程及び/又はチャネル層を形成する工程が、大気圧下で行われることにより、環境への負荷を低減することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the step of forming the gate insulating film and / or the step of forming the channel layer is performed under atmospheric pressure, so that the burden on the environment can be reduced.
請求項8に係る発明によれば、前記ゲート電極を形成する工程及びソース・ドレイン電極を形成する工程が、霧化された原料溶液を塗布させる、もしくは前記基板近傍で化学反応させることにより成膜する方法とフォトリソグラフィー法により行われることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法であることにより、全行程において大気圧下で処理が行われるので、環境に優しい製造法とすることができる。 According to an eighth aspect of the present invention, the step of forming the gate electrode and the step of forming the source / drain electrodes are performed by applying an atomized raw material solution or by causing a chemical reaction in the vicinity of the substrate. The oxide thin film transistor manufacturing method according to any one of claims 1 to 7 , characterized in that the processing is performed under atmospheric pressure throughout the entire process. It can be a gentle manufacturing method.
請求項9に係る発明によれば、前記ゲート電極を形成する工程及びソース・ドレイン電極を形成する工程が、印刷法により行われることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタの製造方法であることにより、全行程において大気圧下で処理が行われるので、環境に優しい製造法とすることができる。 According to the invention of claim 9, oxidation according to the step of forming a step and a source and drain electrode forming the gate electrode, any one of claims 1 to 7, characterized in that performed by printing By using the method for manufacturing the thin film transistor, the processing is performed under the atmospheric pressure throughout the entire process, so that the manufacturing method can be made environmentally friendly.
請求項1乃至9のいずれかに記載の製造方法にて酸化物薄膜トランジスタを製造することにより、優れた特性を有する酸化物薄膜トランジスタとすることができる。 By manufacturing an oxide thin film transistor in the manufacturing method according to any one of claims 1 to 9, it may be an oxide thin film transistor having excellent characteristics.
請求項10及び11に係る発明によれば、当該ファインチャネル(FC)式ミストCVDシステムを用いてオゾン存在下で酸化物薄膜を形成することにより、場所により組成ムラが発生することがなく、面内組成が均一化された酸化物薄膜を作製することができる。 According to the inventions according to claims 10 and 11 , by forming the oxide thin film in the presence of ozone using the fine channel (FC) type mist CVD system, composition unevenness does not occur depending on the location. An oxide thin film having a uniform internal composition can be manufactured.
以下、本発明に係る酸化物薄膜トランジスタの製造方法及びその製造方法で製造される酸化物薄膜トランジスタについて説明する。 Hereinafter, a manufacturing method of an oxide thin film transistor according to the present invention and an oxide thin film transistor manufactured by the manufacturing method will be described.
(実施形態1:ボトムゲート型の酸化物薄膜トランジスタの製造方法)
まず、ボトムゲート型の酸化物薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
本発明のボトムゲート型の酸化物薄膜トランジスタ(以下、酸化物TFTということもある)の製造方法は、少なくとも以下の工程を備える。
(1)基板上にゲート電極を形成する工程
(2)金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記ゲート電極を被覆するように前記基板上に金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜を形成する工程
(3)金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記ゲート絶縁膜上に金属酸化物半導体からなるチャネル層を形成する工程
Embodiment Mode 1 Manufacturing Method of Bottom-Gate Type Oxide Thin Film Transistor
First, a method for manufacturing a bottom-gate oxide thin film transistor will be described.
The method for producing a bottom-gate oxide thin film transistor (hereinafter sometimes referred to as an oxide TFT) of the present invention includes at least the following steps.
(1) Step of forming a gate electrode on the substrate (2) The gate electrode while introducing ozone into the film formation chamber using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide insulator is dissolved A step of forming a gate insulating film made of a metal oxide insulator on the substrate so as to cover (3) film formation using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved Forming a channel layer made of a metal oxide semiconductor on the gate insulating film while introducing ozone into the chamber
<工程1:ゲート電極形成工程>
図1は、本発明の製造方法によって製造されるボトムゲート型の酸化物薄膜トランジスタ(10)の断面図である。
まず、基板(1)上に、ゲート金属薄膜を形成し、次いでゲート金属薄膜にパターニングを施し、ゲート電極(2)を形成する。
基板(1)の材質としては、薄膜トランジスタに用いられる一般的な材質のものを使用することができ、ガラス、単結晶、セラミックス、樹脂等からなるものを使用することができる。具体的には例えば、青板硝子、パイレックス(登録商標)、無アルカリガラス、シリコン(Si)、サファイア単結晶(α−Al2O3)、アルミナ(Al2O3)、石英、酸化ガリウム単結晶(β−Ga2O3)、ポリカーボネート(PC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、環状ポリオレフィン樹脂等が用いられるがこれらに限定されない。
この中でも、本発明ではガラス(無アルカリガラス)が好適に用いられる。ガラスを基板とすることで、汎用性に優れた薄膜トランジスタとすることができる。
<Step 1: Gate electrode formation step>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a bottom-gate oxide thin film transistor (10) manufactured by the manufacturing method of the present invention.
First, a gate metal thin film is formed on a substrate (1), and then the gate metal thin film is patterned to form a gate electrode (2).
As a material of the substrate (1), a general material used for a thin film transistor can be used, and a material made of glass, single crystal, ceramics, resin, or the like can be used. Specifically, for example, blue plate glass, Pyrex (registered trademark), alkali-free glass, silicon (Si), sapphire single crystal (α-Al 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), quartz, gallium oxide single crystal (Β-Ga 2 O 3 ), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), cyclic polyolefin resin and the like are used. However, it is not limited to these.
Among these, glass (non-alkali glass) is preferably used in the present invention. By using glass as a substrate, a thin film transistor having excellent versatility can be obtained.
ゲート電極(2)の材料としては、薄膜トランジスタ分野において公知のものを広く採用することができ、特に限定されないが、Cu,Al,Cr,Ti,Mo,MoW,Ag,Au等の通常金属、及びITO,AZO,GZO等の透明導電酸化物(TCO)等を利用することができる。ITO,AZO,GZOを用いる場合は、霧化された原料溶液を熱などを加えて前記基板近傍で化学反応させることにより成膜する方法(ミスト化学気相成長CVD法)により作製することができる。
ゲート金属薄膜を形成する方法は、薄膜トランジスタ分野において公知の方法を採用することができ、特に限定されない。具体的には、スパッタリング法である。また、ミスト化学気相成長(CVD)法により膜を形成した後パターニングする方法、印刷法等を用いることができる。これらの方法は大気圧プロセスであるので、環境面で好ましい。
As a material of the gate electrode (2), those known in the field of thin film transistors can be widely adopted, and are not particularly limited. However, ordinary materials such as Cu, Al, Cr, Ti, Mo, MoW, Ag, and Au, and Transparent conductive oxides (TCO) such as ITO, AZO, and GZO can be used. When ITO, AZO, or GZO is used, it can be produced by a method (mist chemical vapor deposition CVD method) in which an atomized raw material solution is subjected to a chemical reaction in the vicinity of the substrate by applying heat or the like. .
The method for forming the gate metal thin film can be a known method in the field of thin film transistors, and is not particularly limited. Specifically, a sputtering method is used. Further, a patterning method after forming a film by mist chemical vapor deposition (CVD), a printing method, or the like can be used. Since these methods are atmospheric pressure processes, they are preferable in terms of environment.
ゲート電極(2)のパターニング方法としては、公知の方法を用いることができる。具体的には例えば、フォトリソグラフィーである。
また、パターンを形成する際のエッチング方法としては、公知の方法を用いることができる。つまり、ウェットエッチングやドライエッチングによりパターンを形成することができる。
また、ウェットエッチング、ドライエッチングに限らず、その他のエッチング方法によりエッチングを施すことができる。例えば、エッチング液をミスト化し、このミストを用いてエッチングする方法が挙げられる(特開2011−181784号参照)。
パターニング方法(パターン作製条件)、パターンを形成する際のエッチング方法(エッチング条件)等は、パターン形状、成膜方法、薄膜を構成する化合物の種類に応じて適宜設定される。
A known method can be used as a patterning method for the gate electrode (2). Specifically, for example, photolithography.
Moreover, a well-known method can be used as an etching method at the time of forming a pattern. That is, the pattern can be formed by wet etching or dry etching.
Further, the etching can be performed not only by wet etching and dry etching but also by other etching methods. For example, there is a method of misting an etching solution and etching using the mist (see JP 2011-181784).
The patterning method (pattern preparation conditions), the etching method (etching conditions) for forming the pattern, and the like are appropriately set according to the pattern shape, the film forming method, and the type of compound constituting the thin film.
<工程2:ゲート絶縁膜形成工程>
次いで、ゲート電極(2)を被覆するように基板(1)上にゲート絶縁膜(3)を形成する。
本発明において、ゲート絶縁膜(3)は金属酸化物からなる。金属酸化物としては、AlOX(アルミナ)、SiOX、HfOX、ZrOX、LaOX、YOX、GaOX、MgO等のあらゆる金属酸化物絶縁体、金属酸化物誘電体を用いることができる。
ゲート絶縁膜(3)を形成する工程は、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて行う。なかでもミスト化学気相成長(CVD)法を用いるのが好ましい。尚、この工程は大気圧下で行うことが環境への負荷を考えると好ましいが、勿論雰囲気圧は必要に応じて変化させる事もできる。
ミストCVD法とは、具体的には、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を超音波振動子や電界噴霧法などの手段を用いて霧化し、その霧化された原料溶液を搬送し、基板近傍で熱などを加えて化学反応を起こすことにより、ゲート絶縁膜を形成する。この時、整流器を用いて、霧化した原料溶液(ミスト)を含むガスを整流してもよい。
金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物は、特に限定されないが、アセチルアセトナート化合物、酢酸化合物、塩化物、硫化物、硝酸化合物、アンモニウム化合物、炭酸化合物を用いることができる。
溶媒についても、特に限定しないが、水、炭化水素化合物(アルコール、ケトン、エーテル、カルボン酸、芳香族)、酸性溶媒(塩酸、酢酸)、アルカリ性溶媒(アンモニア)、過酸化水素水や、それらの混合物などを用いる事ができる。特に、本実施例では、水とメタノールの混合物を用いた。
このミストCVD法としては、ファインチャネル(FC)式ミストCVDシステム、又は連続プロセスに対応したリニアソース(LS)式ミストCVDシステムを用いることができる。ファインチャネル(FC)式ミストCVDシステムとは、具体的には、原料ガス流入口とガス排出口を有して前記原料ガス流入口とガス排出口との間に基板が配置される成膜室と、膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、薄膜形成用のエネルギーを供給するエネルギー供給手段とを備え、前記基板表面に沿う方向に前記原料ガスを流動させることにより基板の表面に膜を生成し、前記基板表面と前記成膜室の内壁との距離が約0.1mm以上約10.0mm以下の範囲の所定の距離であり、前記成膜室内の前記基板表面を流れる原料ガスの速度が、約0.4m/sec以上約4.0m/sec以下の範囲の所定の速度である成膜装置のことをいい、このファインチャネル(FC)式ミストCVDシステムの詳細については、特開2005−307238号公報、特開2007−138230号公報に開示されている。リニアソース(LS)式ミストCVDシステムの詳細については、特開2007−254869号公報に開示されている。
ミストCVD法は大気圧(非真空)プロセスであるので、スパッタリング法等の真空プロセスのように真空ポンプが必要なく、故に環境に優しいという利点がある。
<Process 2: Gate insulating film formation process>
Next, a gate insulating film (3) is formed on the substrate (1) so as to cover the gate electrode (2).
In the present invention, the gate insulating film (3) is made of a metal oxide. As the metal oxide, all metal oxide insulators and metal oxide dielectrics such as AlO X (alumina), SiO X , HfO X , ZrO X , LaO X , YO X , GaO X , and MgO can be used. .
The step of forming the gate insulating film (3) is performed using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming the metal oxide insulator is dissolved. In particular, it is preferable to use a mist chemical vapor deposition (CVD) method. In addition, it is preferable to perform this process under atmospheric pressure in consideration of an environmental load, but of course, the atmospheric pressure can be changed as necessary.
Specifically, the mist CVD method atomizes a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide insulator is dissolved using means such as an ultrasonic vibrator or an electric field spray method, and the mist A gate insulating film is formed by transporting the converted raw material solution and causing a chemical reaction by applying heat or the like in the vicinity of the substrate. At this time, the gas containing the atomized raw material solution (mist) may be rectified using a rectifier.
A metal compound necessary for forming the metal oxide insulator is not particularly limited, and an acetylacetonate compound, an acetic acid compound, a chloride, a sulfide, a nitric acid compound, an ammonium compound, and a carbonic acid compound can be used.
The solvent is not particularly limited, but water, hydrocarbon compounds (alcohol, ketone, ether, carboxylic acid, aromatic), acidic solvent (hydrochloric acid, acetic acid), alkaline solvent (ammonia), hydrogen peroxide water, and their A mixture or the like can be used. In particular, in this example, a mixture of water and methanol was used.
As this mist CVD method, a fine channel (FC) type mist CVD system or a linear source (LS) type mist CVD system corresponding to a continuous process can be used. Specifically, the fine channel (FC) type mist CVD system is a film forming chamber having a source gas inlet and a gas outlet and in which a substrate is disposed between the source gas inlet and the gas outlet. A source gas supply means for supplying a source gas for forming a film, and an energy supply means for supplying energy for forming a thin film, and the substrate gas by flowing the source gas in a direction along the substrate surface. A film is formed on the surface of the substrate, and a distance between the substrate surface and the inner wall of the film formation chamber is a predetermined distance in a range of about 0.1 mm to about 10.0 mm, and the substrate surface in the film formation chamber is Refers to a film forming apparatus in which the flow rate of the flowing source gas is a predetermined speed in the range of about 0.4 m / sec or more and about 4.0 m / sec or less. Details of this fine channel (FC) type mist CVD system , JP 2005-307238 and JP disclosed in JP 2007-138230. Details of the linear source (LS) mist CVD system are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-254869.
Since the mist CVD method is an atmospheric pressure (non-vacuum) process, there is an advantage that it does not need a vacuum pump unlike a vacuum process such as a sputtering method and is therefore environmentally friendly.
また、ゲート絶縁膜を形成する前に、オゾン(O3)により基板を表面処理することが好ましい。これにより基板上の有機物を除去することができる。 Further, it is preferable to surface-treat the substrate with ozone (O 3 ) before forming the gate insulating film. Thereby, organic substances on the substrate can be removed.
このゲート絶縁膜形成工程は、成膜室にオゾンを導入しながらオゾン存在下で行われる。
オゾン(O3)を成膜雰囲気に導入する(オゾン支援する)方法は特に限定されない。成膜雰囲気のオゾン濃度は特に限定されないが、10〜20000ppmが好ましい。図2に示すように、キャリアガス及び希釈ガスの通路にオゾン(O3)の導入口を設けてそこからオゾン(O3)を成膜雰囲気に導入することができる。
This gate insulating film forming step is performed in the presence of ozone while introducing ozone into the film formation chamber.
The method for introducing ozone (O 3 ) into the film formation atmosphere (supporting ozone) is not particularly limited. The ozone concentration in the film formation atmosphere is not particularly limited, but is preferably 10 to 20000 ppm. As shown in FIG. 2, it can be introduced from there into the passage of the carrier gas and the dilution gas is provided to inlet ozone (O 3) ozone (O 3) to the deposition atmosphere.
ゲート絶縁膜(3)の破壊電界強度(EBD)は、ゲート絶縁膜(3)(金属酸化物絶縁体薄膜)を形成する際の温度に依存する。通常、基板温度が400℃より低くなるとゲート絶縁膜(3)の破壊電界強度(EBD)は急激に低下する。しかし、オゾン(O3)存在下にてゲート絶縁膜(3)を成膜すること(オゾン支援)により、基板温度が340℃程度であっても十分な破壊電界強度を得ることができる。しかも、その破壊電界強度は、O3存在下にて作製した方が向上している。即ち、O3支援により、ゲート絶縁膜形成工程の低温化および破壊電界強度の向上を達成することができる。
尚、破壊電界強度(EBD)は、1μA/cm2流れる電界(V/cm)で定義される値である。
The breakdown electric field strength (E BD ) of the gate insulating film (3) depends on the temperature at which the gate insulating film (3) (metal oxide insulator thin film) is formed. Usually, when the substrate temperature is lower than 400 ° C., the breakdown electric field strength (E BD ) of the gate insulating film (3) is rapidly decreased. However, by forming the gate insulating film ( 3 ) in the presence of ozone (O 3 ) (ozone support), a sufficient breakdown electric field strength can be obtained even when the substrate temperature is about 340 ° C. Moreover, the breakdown electric field strength is improved when it is produced in the presence of O 3 . That is, with the support of O 3 , it is possible to achieve a low temperature in the gate insulating film forming process and an improvement in breakdown electric field strength.
The breakdown electric field strength (E BD ) is a value defined by an electric field (V / cm) flowing through 1 μA / cm 2 .
また、このオゾン支援により、ゲート絶縁膜(3)の誘電率を向上させることができる。これにより、絶縁性の高いゲート絶縁膜とすることができる。 In addition, with the assistance of ozone, the dielectric constant of the gate insulating film (3) can be improved. Thereby, a highly insulating gate insulating film can be obtained.
さらに、このオゾン支援により、ゲート絶縁膜(3)の密度を向上させることができる。ゲート絶縁膜(3)の密度は、成膜温度が高い領域では密度が高く、成膜温度が低い領域では密度が低く、破壊電界強度(EBD)との相関が見られるが、オゾン支援により、一層の密度向上を達成することができる。 Furthermore, the density of the gate insulating film (3) can be improved by this ozone support. The density of the gate insulating film (3) is high in the region where the film formation temperature is high, and is low in the region where the film formation temperature is low, and a correlation with the breakdown electric field strength (E BD ) is observed. , Further improvement in density can be achieved.
本発明のゲート絶縁膜形成工程においては、どの成膜温度域でも比較的平坦なゲート絶縁膜を得ることができるが、低温であるほど表面ラフネスが良くなる傾向がある。さらに、オゾン支援をすることで、ゲート絶縁膜(3)の表面ラフネスを改善することができ、平坦性がより優れたゲート絶縁膜(3)とすることができる。 In the gate insulating film forming step of the present invention, a relatively flat gate insulating film can be obtained in any film forming temperature range, but the surface roughness tends to be improved as the temperature is lower. Furthermore, by providing ozone support, the surface roughness of the gate insulating film (3) can be improved, and the gate insulating film (3) with better flatness can be obtained.
ゲート絶縁膜生成後、工程の都合上、大気圧下で放置しておかなければならないような状況が生じたとき、ゲート絶縁膜(3)の表面をオゾン(O3)で表面処理(界面処理)することが好ましい。
ゲート絶縁膜(3)は、AlOX薄膜の場合、理想的には親水性である。
本発明者らは、上記方法にて形成したゲート絶縁膜(3)を、(a)室温で通常洗浄した場合、(b)室温、O3雰囲気で5分間処理した場合、(c)300℃、Ar雰囲気で5分間処理した場合、(d)300℃、O3雰囲気で5分間処理した場合の各々にて、ゲート絶縁膜(3)の表面の表面張力を調べた。その結果、上記条件(a)の場合はゲート絶縁膜(3)と蒸留水の接触角は50°であり、上記条件(b)の場合はこの接触角は29°であり、上記条件(c)の場合はこの接触角は8°であり、上記条件(d)の場合はこの接触角はほぼ0°であった。即ち、O3によりゲート絶縁膜(3)を表面処理することにより、ゲート絶縁膜(3)の親水性が向上することがわかった。
よって、本発明において、ゲート絶縁膜(3)の表面をオゾン(O3)で表面処理を行うことが好ましい。これにより、ゲート絶縁膜(3)の親水性が向上し、超親水化する。
これは、大気圧下での放置により、ゲート絶縁膜表面に付着した有機物等の不純物がO3処理により除去されるからである。
また、有機物の除去は、チャネル層(活性層)の初期成長状態を良くするため、チャネル層(活性層)の状態を向上させることが出来る。また、界面に存在する有機物等の不純物や凹凸、それらの存在によって発生する空隙は、電子をトラップする要因となる。これらの総合的な理由から、酸化物TFTの信頼性を向上させることができる。
After the formation of the gate insulating film, when a situation arises where it must be left under atmospheric pressure for the convenience of the process, the surface of the gate insulating film (3) is treated with ozone (O 3 ) (interface treatment) ) Is preferable.
In the case of an AlO X thin film, the gate insulating film (3) is ideally hydrophilic.
When the gate insulating film (3) formed by the above method is (a) normally washed at room temperature, (b) treated at room temperature in an O 3 atmosphere for 5 minutes, (c) 300 ° C. When the treatment was performed in an Ar atmosphere for 5 minutes, (d) the surface tension of the surface of the gate insulating film (3) was examined in each case of treatment at 300 ° C. for 5 minutes in an O 3 atmosphere. As a result, in the case of the above condition (a), the contact angle of the gate insulating film (3) and distilled water is 50 °, and in the case of the above condition (b), this contact angle is 29 °. ), The contact angle was 8 °. In the case of the above condition (d), the contact angle was almost 0 °. That is, it was found that the hydrophilicity of the gate insulating film (3) is improved by surface-treating the gate insulating film (3) with O 3 .
Therefore, in the present invention, it is preferable to perform surface treatment of the surface of the gate insulating film (3) with ozone (O 3 ). As a result, the hydrophilicity of the gate insulating film (3) is improved and becomes superhydrophilic.
This is because impurities such as organic substances adhering to the surface of the gate insulating film are removed by O 3 treatment by being left under atmospheric pressure.
Further, the removal of the organic substance improves the initial growth state of the channel layer (active layer), and thus the state of the channel layer (active layer) can be improved. In addition, impurities such as organic substances present on the interface, irregularities, and voids generated by the presence of them become factors that trap electrons. For these comprehensive reasons, the reliability of the oxide TFT can be improved.
<工程3:チャネル層形成工程>
次いで、ゲート絶縁膜(3)上に金属酸化物半導体薄膜を形成し、次いでその金属酸化物半導体薄膜にパターニングを施し、チャネル層(活性層)(4)を形成する。
チャネル層(4)を形成する金属酸化物半導体としては、IGZO(酸化インジウムガリウム亜鉛)、ZnO(酸化亜鉛)、ZTO(酸化亜鉛錫)、IZO(酸化インジウム亜鉛)、ITZO(酸化インジウム錫亜鉛)、SnOX(酸化錫)、TiOX(酸化チタン)、GaOX(酸化ガリウム)等のあらゆる金属酸化物半導体を用いることができる。
チャネル層(4)を形成する工程は、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて行う。なかでも、下層への影響の少ないミスト化学気相成長(CVD)法を用いるのが好ましい。尚、この工程は大気圧下で行うことが環境への負荷を考えると好ましいが、勿論雰囲気圧は必要に応じて変化させる事もできる。
具体的には、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を超音波振動子や電界噴霧法などの手段を用いて霧化し、その霧化された原料溶液を搬送し、基板近傍で熱などを加えて化学反応を起こすことにより、ゲート絶縁膜(3)上にチャネル層(4)を形成する。
金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物は、特に限定されないが、アセチルアセトナート化合物、酢酸化合物、塩化物、硫化物、硝酸化合物、アンモニウム化合物、炭酸化合物を用いることができる。
このミストCVD法としては、ファインチャネル(FC)式ミストCVDシステム、又はリニアソース(LS)式ミストCVDシステム等を用いることができる。このファインチャネル(FC)式ミストCVDシステム及びリニアソース(LS)式ミストCVDシステムの詳細については、上記ゲート絶縁膜形成工程の項で説明したとおりである。
<Step 3: Channel layer forming step>
Next, a metal oxide semiconductor thin film is formed on the gate insulating film (3), and then the metal oxide semiconductor thin film is patterned to form a channel layer (active layer) (4).
Examples of the metal oxide semiconductor forming the channel layer (4) include IGZO (indium gallium zinc oxide), ZnO (zinc oxide), ZTO (zinc tin oxide), IZO (indium zinc oxide), ITZO (indium tin zinc oxide). Any metal oxide semiconductor such as SnO X (tin oxide), TiO X (titanium oxide), and GaO X (gallium oxide) can be used.
The step of forming the channel layer (4) is performed using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved. Among them, it is preferable to use a mist chemical vapor deposition (CVD) method that has little influence on the lower layer. In addition, it is preferable to perform this process under atmospheric pressure in consideration of an environmental load, but of course, the atmospheric pressure can be changed as necessary.
Specifically, a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved is atomized using means such as an ultrasonic vibrator or an electric field spray method, and the atomized raw material solution is conveyed. Then, a channel layer (4) is formed on the gate insulating film (3) by causing a chemical reaction by applying heat or the like in the vicinity of the substrate.
A metal compound necessary for forming the metal oxide semiconductor is not particularly limited, and an acetylacetonate compound, an acetic acid compound, a chloride, a sulfide, a nitric acid compound, an ammonium compound, and a carbonic acid compound can be used.
As this mist CVD method, a fine channel (FC) type mist CVD system, a linear source (LS) type mist CVD system, or the like can be used. The details of the fine channel (FC) type mist CVD system and the linear source (LS) type mist CVD system are as described in the section of the gate insulating film forming step.
チャネル層(4)のパターニング方法としては、公知の方法を用いることができる。具体的には例えば、フォトリソグラフィーである。
また、パターンを形成する際のエッチング方法としては、公知の方法を用いることができる。つまり、ウェットエッチングやドライエッチングによりパターンを形成することができる。
また、ウェットエッチング、ドライエッチングに限られず、この他のエッチング方法によりエッチングを施すことができる。例えば、エッチング液をミスト化し、このミストを用いてエッチングするミストエッチング法(上述)が挙げられる。
パターニング方法(パターン作製条件)、パターンを形成する際のエッチング方法(エッチング条件)等は、パターン形状、成膜方法、薄膜を構成する化合物の種類に応じて適宜設定される。
As a patterning method of the channel layer (4), a known method can be used. Specifically, for example, photolithography.
Moreover, a well-known method can be used as an etching method at the time of forming a pattern. That is, the pattern can be formed by wet etching or dry etching.
Further, the etching is not limited to wet etching and dry etching, and etching can be performed by other etching methods. For example, there is a mist etching method (described above) in which an etching solution is made mist and etching is performed using this mist.
The patterning method (pattern preparation conditions), the etching method (etching conditions) for forming the pattern, and the like are appropriately set according to the pattern shape, the film forming method, and the type of compound constituting the thin film.
このチャネル層形成工程もまた、ゲート絶縁膜と同様にオゾン存在下で行われる。
オゾン(O3)を成膜雰囲気に導入する(オゾン支援する)方法及びオゾン濃度は、ゲート絶縁膜形成工程と同様である。
This channel layer forming step is also performed in the presence of ozone in the same manner as the gate insulating film.
The method of introducing ozone (O 3 ) into the film formation atmosphere (supporting ozone) and the ozone concentration are the same as in the gate insulating film formation step.
このオゾン支援は、不純物量の軽減、密度の向上、欠陥量の軽減等に寄与する。 This ozone support contributes to reducing the amount of impurities, improving density, reducing the amount of defects, and the like.
ゲート絶縁膜形成工程とチャネル層形成工程において、ファインチャネル(FC)式ミストCVDシステムを用いた場合、両工程においてO3支援無しで作製した酸化物TFTは、上流から下流にかけてその特性が異なる。これは、ファインチャネル(FC)を用いると上流から下流に向けて組成ムラが発生する為であると考えられる。ファインチャネル(FC)は、単元材料を用いた場合均質な薄膜を作製する事が出来るが、今回のような多元材料の場合、反応の観点から組成の場所依存を避けることは出来無い。
一方で、両工程においてO3支援を行うことにより、O3支援無しの場合に見られた場所依存が見られなくなる。これは、O3が表面に吸着することにより、反応空間内に過剰に存在する原料の薄膜成長反応を抑制することが出来る為、もしくは、原料の表面への吸着確率を均一にする事が出来る為等の理由により、各成分の表面反応速度を一定に保つ効果があると考えられる。
When a fine channel (FC) type mist CVD system is used in the gate insulating film forming step and the channel layer forming step, the characteristics of the oxide TFTs manufactured without O 3 support in both steps differ from upstream to downstream. This is considered to be because compositional nonuniformity occurs from upstream to downstream when a fine channel (FC) is used. The fine channel (FC) can produce a homogeneous thin film when a single material is used. However, in the case of a multi-material such as this time, the location dependence of the composition cannot be avoided from the viewpoint of reaction.
On the other hand, by providing O 3 support in both steps, the location dependence seen without O 3 support is not seen. This is because O 3 adsorbs on the surface, so that the thin film growth reaction of the raw material existing excessively in the reaction space can be suppressed, or the adsorption probability of the raw material on the surface can be made uniform. For this reason, it is considered that the surface reaction rate of each component is kept constant.
<工程4:ソース・ドレイン電極形成工程>
次いで、チャネル層(4)上にソース・ドレイン電極金属薄膜を形成し、次いでソース・ドレイン電極金属薄膜にパターニングを施し、ソース電極(5)とドレイン電極(6)を形成する。
ソース・ドレイン電極金属薄膜を形成する方法は、薄膜トランジスタ分野において公知の方法を採用することができ、特に限定されないが、ミストCVD法により膜形成後パターニングする方法や印刷法を用いることができる。これらの方法は大気圧プロセスであるので、環境面で好ましい。
ソース電極(5)及びドレイン電極(6)の材料としては、薄膜トランジスタ分野において公知のものを広く採用することができ、特に限定されない。
<Step 4: Source / drain electrode formation step>
Next, a source / drain electrode metal thin film is formed on the channel layer (4), and then the source / drain electrode metal thin film is patterned to form a source electrode (5) and a drain electrode (6).
The method for forming the source / drain electrode metal thin film can employ a known method in the field of thin film transistors, and is not particularly limited, but a method of patterning after film formation by a mist CVD method or a printing method can be used. Since these methods are atmospheric pressure processes, they are preferable in terms of environment.
As materials for the source electrode (5) and the drain electrode (6), those known in the field of thin film transistors can be widely used, and are not particularly limited.
ソース電極(5)及びドレイン電極(6)のパターニング方法としては、公知の方法を用いることができる。具体的には例えば、フォトリソグラフィーである。
また、パターンを形成する際のエッチング方法としては、公知の方法を用いることができる。つまり、ウェットエッチングやドライエッチングによりパターンを形成することができる。
また、ウェットエッチング、ドライエッチングに限らず、その他のエッチング方法によりエッチングを施すことができる。例えば、エッチング液をミスト化し、このミストを用いてエッチングする方法が挙げられる。
パターニング方法(パターン作製条件)、パターンを形成する際のエッチング方法(エッチング条件)等は、パターン形状、成膜方法、薄膜を構成する化合物の種類に応じて適宜設定される。
As a patterning method for the source electrode (5) and the drain electrode (6), a known method can be used. Specifically, for example, photolithography.
Moreover, a well-known method can be used as an etching method at the time of forming a pattern. That is, the pattern can be formed by wet etching or dry etching.
Further, the etching can be performed not only by wet etching and dry etching but also by other etching methods. For example, there is a method in which an etching solution is misted and etching is performed using the mist.
The patterning method (pattern preparation conditions), the etching method (etching conditions) for forming the pattern, and the like are appropriately set according to the pattern shape, the film forming method, and the type of compound constituting the thin film.
ソース・ドレイン電極形成前後に、保護(パッシベーション)膜を作製してもよい。パッシベーション膜の材料としては、薄膜トランジスタ分野において公知のものを広く採用することができ、特に限定されない。 A protective (passivation) film may be formed before and after forming the source / drain electrodes. As the material for the passivation film, those known in the field of thin film transistors can be widely used, and are not particularly limited.
また、チャネル層(4)を熱処理することが好ましい。熱処理は、200〜400℃、2分間以上、安定させるためには1時間程度行うのが好ましい。
チャネル層(4)を熱処理することにより、チャネル層(4)の特性を向上させることができる。
Moreover, it is preferable to heat-process a channel layer (4). The heat treatment is preferably performed at 200 to 400 ° C. for 2 minutes or more for about 1 hour in order to stabilize.
By heat-treating the channel layer (4), the characteristics of the channel layer (4) can be improved.
本実施例では、還元処理により酸化物TFTの駆動を確認した。還元処理では、H2等の還元ガスを用いることができるが、安全のため、N2とH2の混合気体を用いるのが好ましい。この場合、H2の混合率は1−5%程度とするとよい。 In this example, driving of the oxide TFT was confirmed by reduction treatment. In the reduction treatment, a reducing gas such as H 2 can be used, but it is preferable to use a mixed gas of N 2 and H 2 for safety. In this case, the mixing ratio of H 2 is preferably about 1-5%.
上記工程1〜4を経ることにより、電界効果移動度(μlin)が7.0以上、サブスレッショルド係数(S)が0.3程度、ヒステリシス(ΔVH)が0.6以下である酸化物薄膜トランジスタを得ることができる。 Through the above steps 1 to 4, the field effect mobility (μ lin ) is 7.0 or more, the subthreshold coefficient (S) is about 0.3, and the hysteresis (ΔV H ) is 0.6 or less. A thin film transistor can be obtained.
(実施形態2:トップゲート型の酸化物薄膜トランジスタの製造方法)
次に、トップゲート型の酸化物薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
本発明のトップゲート型の酸化物薄膜トランジスタの製造方法は、少なくとも以下の工程を備える。
(1)金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら基板上に金属酸化物半導体からなるチャネル層を形成する工程
(2)金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記チャネル層を被覆するように金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜を形成する工程
(3)ゲート電極を前記ゲート絶縁膜上に形成する工程
これにより、トップゲート型の酸化物薄膜トランジスタを作製することができる。
これら各工程における成膜方法は、実施形態1のボトムゲート型の酸化物薄膜トランジスタと同様である。
(Embodiment 2: Method for manufacturing top-gate oxide thin film transistor)
Next, a method for manufacturing a top-gate oxide thin film transistor will be described.
The manufacturing method of the top gate type oxide thin film transistor of the present invention includes at least the following steps.
(1) A step of forming a channel layer made of a metal oxide semiconductor on a substrate while introducing ozone into a film formation chamber using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved ( 2) A gate made of a metal oxide insulator so as to cover the channel layer while introducing ozone into a film forming chamber using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming the metal oxide insulator is dissolved. Step of Forming Insulating Film (3) Step of Forming Gate Electrode on the Gate Insulating Film Thereby, a top gate type oxide thin film transistor can be manufactured.
The film formation method in each of these steps is the same as that of the bottom-gate oxide thin film transistor of Embodiment 1.
以下の実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明に係る酸化物薄膜トランジスタ及びその製造方法は、これらに限定されるものではない。 Although it demonstrates still in detail based on the following Examples, the oxide thin-film transistor which concerns on this invention, and its manufacturing method are not limited to these.
<ゲート絶縁膜形成におけるオゾン支援による効果の評価>
ゲート絶縁膜形成工程におけるオゾン支援による効果を評価するために、AlOX薄膜を作製した。膜厚は、破壊電界強度測定用として50nm程度、FT−IR測定用に200nm程度に揃えた。AlOX薄膜作製には、図2に示すファインチャネル(FC)式ミストCVDシステムを用いた。AlOX薄膜の作製条件を下記表1に示す。
このAlOX薄膜成膜時のO3支援の有無による特性の違いを評価した。
<Evaluation of the effects of ozone support in gate insulating film formation>
In order to evaluate the effect of ozone support in the gate insulating film forming process, an AlO X thin film was prepared. The film thickness was adjusted to about 50 nm for measuring the breakdown electric field strength and about 200 nm for measuring the FT-IR. A fine channel (FC) mist CVD system shown in FIG. 2 was used for the production of the AlO X thin film. The production conditions for the AlO X thin film are shown in Table 1 below.
The difference in characteristics depending on the presence or absence of O 3 support during the formation of the AlO X thin film was evaluated.
図3,4は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定したAlOX薄膜の表面状態を示す図であり、図3がO3支援有り、図4がO3支援無しの時の写真である。
O3支援有りの場合、O3支援無しの場合ともに、どの温度域でも比較的平坦な薄膜を得ることができたが、基板温度が低温であるほど表面ラフネスが良くなる傾向が見られた。また、ピンホールなどは見られなかった。
表面ラフネスを比較すると、O3支援有りの場合の方がO3支援無しの場合に比べ、RMSが小さく平坦性に優れていた。
3 and 4 are views showing the surface state of the AlO X film was measured using an atomic force microscope (AFM), Figure 3 O 3 there supporting a photograph when FIG. 4 of the O 3 without assistance is there.
O 3 case with support, both when the O 3 without assistance, but also able to obtain a relatively flat thin film at any temperature range, the substrate temperature tended to surface roughness is as good as is at a low temperature. There were no pinholes.
Comparing the surface roughness, towards the case of the O 3 support there is compared with the O 3 without assistance, RMS was superior to the less flatness.
図5は、AlOX薄膜の破壊電界強度(EBD)と基板温度の関係を示すグラフである。
O3支援無しの場合は、ゲート絶縁膜(AlOX)の破壊電界強度(EBD)は400℃未満で低下した。一方、O3支援有りの場合は、340℃でも破壊電界強度(EBD)が下がらずに、高い値を維持した。そして、O3支援無しに比べO3を支援することにより、破壊電界強度(EBD)の向上(>7MV/cmから>8MV/cm)が見られた。
また、O3の代わりにアンモニア(NH3)を用いた場合も確認したところ、効果はさほど見られなかった。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the breakdown electric field strength (E BD ) of the AlO X thin film and the substrate temperature.
In the case of no O 3 support, the breakdown electric field strength (E BD ) of the gate insulating film (AlO X ) decreased at less than 400 ° C. On the other hand, when O 3 was supported, the breakdown electric field strength (E BD ) did not decrease even at 340 ° C., and maintained a high value. Further, by supporting O 3 as compared to the case without O 3 support, an improvement in breakdown electric field strength (E BD ) (> 7 MV / cm to> 8 MV / cm) was observed.
Furthermore, was also confirmed when using ammonia (NH 3) instead of O 3, the effect was not observed so much.
図6は、FT−IRによるAlOX薄膜中の結合状態を示すグラフである。
O3支援無しの場合は、350℃以下においてOH基起因の振動が確認されるが、O3支援により、350℃ではOH基起因の振動が見られなくなった。
FIG. 6 is a graph showing the bonding state in the AlO X thin film by FT-IR.
In the case of no O 3 support, vibration due to OH groups was confirmed at 350 ° C. or lower, but vibration due to OH groups was not observed at 350 ° C. with O 3 support.
図7は、AlOX薄膜の比誘電率(κ)と基板温度の関係を示すグラフである。
一般に報告されているAlOX薄膜の比誘電率の値は、6−9程度であるが、上記方法で作製したAlOX薄膜は充分にその特性を保っている。
O3支援無しの場合は、比誘電率(κ)は>6であるが、O3支援有りの場合は、比誘電率(κ)は>8であり、O3支援によりゲート絶縁膜(AlOX)の誘電率の向上が見られた。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the relative dielectric constant (κ) of the AlO X thin film and the substrate temperature.
The AlO X thin film generally reported has a relative dielectric constant of about 6-9, but the AlO X thin film produced by the above method has sufficiently maintained its characteristics.
In the case without O 3 support, the relative dielectric constant (κ) is> 6, but in the case with O 3 support, the relative dielectric constant (κ) is> 8, and the gate insulating film (AlO with the O 3 support) An improvement in the dielectric constant of X ) was observed.
X線反射率測定によりAlOX薄膜の密度を求めた。下記表2はAlOX薄膜の密度と基板温度の関係を示す表であり、図8はそのグラフである。
基板温度が高い領域では密度が高く、基板温度が低い領域では密度が低くなった。即ち、破壊電界強度(EBD)の高さと相関が見られた。
そして、O3支援により、一層の密度向上が確認された。
The density of the AlO X thin film was determined by X-ray reflectivity measurement. Table 2 below is a table showing the relationship between the density of the AlO X thin film and the substrate temperature, and FIG. 8 is a graph thereof.
The density was high in the region where the substrate temperature was high, and the density was low in the region where the substrate temperature was low. That is, a correlation with the height of the breakdown electric field strength (E BD ) was observed.
And further improvement in density was confirmed with O 3 support.
<チャネル層(活性層)形成工程におけるオゾン支援による効果の評価>
チャネル層(活性層)形成工程におけるオゾン支援による効果を評価するために、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)薄膜を作製した。IGZO薄膜作製には、図2に示すファインチャネル型ミストCVDシステムを用いた。IGZO薄膜の作製条件を下記表3に示す。
このIGZO薄膜成膜時のO3支援の有無による特性の違いを評価した。
<Evaluation of the effect of ozone support in the channel layer (active layer) formation process>
In order to evaluate the effect of ozone support in the channel layer (active layer) formation process, an indium gallium zinc oxide (IGZO) thin film was prepared. The fine channel type mist CVD system shown in FIG. 2 was used for the production of the IGZO thin film. The production conditions for the IGZO thin film are shown in Table 3 below.
The difference in characteristics depending on the presence or absence of O 3 support during the formation of the IGZO thin film was evaluated.
図9は、IGZO薄膜の電気特性を示すグラフである。
O3支援有りの場合と無しの場合を比較すると、O3支援有りの場合の方が電子密度が低下した。また、移動度の低下も見られたが、電子密度が少なすぎるためであると思われる。
この結果から、O3支援により薄膜中への不純物量が低下していると考えられる。組成分析(SIMS)を行ったところ、O3支援により薄膜中の不純物濃度が低下していることが確認された。下記表4はその結果である。
FIG. 9 is a graph showing the electrical characteristics of the IGZO thin film.
When O 3 comparing the case without the case with support, towards the case of the O 3 support there is the electron density decreases. Moreover, although the fall of the mobility was also seen, it seems to be because the electron density is too low.
From this result, it is considered that the amount of impurities in the thin film is reduced by O 3 support. When composition analysis (SIMS) was performed, it was confirmed that the impurity concentration in the thin film was reduced by O 3 support. Table 4 below shows the results.
実施例1
まずスパッタリング法(150℃)により、ガラス基板Eagle−XG(コーニング社製)上に膜厚50nmのゲート(クロム(Cr))電極を配線した。
次いで、下記表5の作製条件でミストCVD法により、ゲート電極を被覆するように基板上にゲート絶縁膜(AlOX)を作製し、このゲート絶縁膜(AlOX)を300℃、O3雰囲気で5分間、表面処理した。
Example 1
First, a gate (chrome (Cr)) electrode having a film thickness of 50 nm was wired on a glass substrate Eagle-XG (manufactured by Corning) by a sputtering method (150 ° C.).
Next, a gate insulating film (AlO X ) was formed on the substrate so as to cover the gate electrode by a mist CVD method under the manufacturing conditions shown in Table 5 below, and this gate insulating film (AlO X ) was formed at 300 ° C. in an O 3 atmosphere. For 5 minutes.
次いで、下記表6の作製条件でミストCVD法により、上記方法にて形成したゲート絶縁膜上にチャネル層(活性層)(IGZO)を作製した。その後フォトレジストによりチャネル層(活性層)をパターン形成した。尚、これまでのプロセスによるパターン形成は全てウェットエッチングを用いた。その後、スパッタリングでソース・ドレイン(酸化インジウム錫(ITO))電極を配線した。この時ソース・ドレイン電極はリフトオフプロセスによりパターン形成した。
最後にチャネル層(活性層)を還元処理するために、H2とN2の混合ガス雰囲気(H2(5%)+N2)下350℃にて1時間熱処理をした。
Next, a channel layer (active layer) (IGZO) was formed on the gate insulating film formed by the above method by mist CVD under the conditions shown in Table 6 below. Thereafter, a channel layer (active layer) was patterned with a photoresist. In addition, all the pattern formation by the process so far used wet etching. Thereafter, source / drain (indium tin oxide (ITO)) electrodes were wired by sputtering. At this time, the source / drain electrodes were patterned by a lift-off process.
Finally, in order to reduce the channel layer (active layer), heat treatment was performed at 350 ° C. for 1 hour in a mixed gas atmosphere of H 2 and N 2 (H 2 (5%) + N 2 ).
実施例2
実施例1とは、溶質として用いたInとGaとZn原料の混合比を、In:Ga:Zn=3:2:2としたこと以外は同じ条件で作製したサンプルを実施例2とした。
Example 2
In Example 1, a sample produced under the same conditions as Example 2 except that the mixing ratio of In, Ga, and Zn raw materials used as solutes was In: Ga: Zn = 3: 2: 2.
比較例1
実施例1とは、ゲート絶縁膜(AlOX)形成工程及びチャネル層(IGZO)形成工程の両方においてO3支援を行わなかったこと、O3によるチャネル層(IGZO)の表面処理を行わなかったこと、及びゲート絶縁膜(AlOX)形成工程における基板温度を430℃としたこと以外は同じ条件で作製したサンプルを比較例1とした。
Comparative Example 1
In Example 1, O 3 support was not performed in both the gate insulating film (AlO X ) formation step and the channel layer (IGZO) formation step, and the surface treatment of the channel layer (IGZO) with O 3 was not performed. A sample produced under the same conditions except that the substrate temperature in the step of forming the gate insulating film (AlO X ) was 430 ° C. was set as Comparative Example 1.
比較例2
実施例1とは、ゲート絶縁膜(AlOX)形成工程及びチャネル層(IGZO)形成工程の両方においてO3支援を行わなかったこと、及びゲート絶縁膜(AlOX)形成工程における基板温度を430℃としたこと以外は同じ条件で作製したサンプルを比較例2とした。
Comparative Example 2
In Example 1, O 3 support was not performed in both the gate insulating film (AlO X ) forming step and the channel layer (IGZO) forming step, and the substrate temperature in the gate insulating film (AlO X ) forming step was 430. A sample prepared under the same conditions except that the temperature was changed to ° C. was referred to as Comparative Example 2.
比較例3
実施例1とは、チャネル層(IGZO)形成工程においてO3支援を行わなかったこと以外は同じ条件で作製したサンプルを比較例3とした。
Comparative Example 3
A sample manufactured under the same conditions as Example 1 except that O 3 support was not performed in the channel layer (IGZO) formation step was defined as Comparative Example 3.
実施例1及び比較例1−3の酸化物TFTの伝達特性を下記表7に示す。図10は比較例1、図11は比較例2、図12は比較例3、図13は実施例1の伝達特性を示すグラフである。 The transfer characteristics of the oxide TFTs of Example 1 and Comparative Example 1-3 are shown in Table 7 below. 10 is a graph showing the transfer characteristics of Comparative Example 1, FIG. 11 is a Comparative Example 2, FIG. 12 is a Comparative Example 3, and FIG.
比較例1と比較例2を比較すると、O3によるゲート絶縁膜の表面処理を行ったことにより、ヒステリシス(ΔVH)が大きく低減していることがわかる。
比較例2と比較例3を比較すると、ゲート絶縁膜形成工程におけるO3支援により、移動度(μ)が改善していることがわかる。
比較例3と実施例1を比較すると、ゲート絶縁膜形成工程及びチャネル層(活性層)形成工程の両方におけるO3支援により、移動度(μ)、サブスレッショルド係数(S)及びヒステリシス(ΔVH)が改善していることがわかる。
Comparing Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it can be seen that the hysteresis (ΔV H ) is greatly reduced by performing the surface treatment of the gate insulating film with O 3 .
Comparing Comparative Example 2 and Comparative Example 3, it can be seen that the mobility (μ) is improved by O 3 support in the gate insulating film formation step.
Comparing Comparative Example 3 and Example 1, the mobility (μ), subthreshold coefficient (S), and hysteresis (ΔV H ) are supported by O 3 in both the gate insulating film forming step and the channel layer (active layer) forming step. ) Is improving.
図14は、比較例1(O3によるゲート絶縁膜の表面処理無し)と比較例2(O3によるゲート絶縁膜の表面処理有り)の、ストレス添加時間と、ドレイン電流を1nA流す事が可能なゲート電圧の推移を示すグラフである。この結果によれば、O3による界面処理により信頼性の点で効果が見られている。 FIG. 14 shows that the stress addition time and drain current of 1 nA can flow in Comparative Example 1 (without surface treatment of the gate insulating film with O 3 ) and Comparative Example 2 (with surface treatment of the gate insulating film with O 3 ). It is a graph which shows transition of various gate voltages. According to this result, an effect is seen in terms of reliability by the interface treatment with O 3 .
図15は、ファインチャネル(FC)式ミストCVDシステムのInlet、Center、Outlet部分におけるゲート電流・ドレイン電流とゲート電圧の関係を示すグラフである。図16はこのInlet(上流)、Center(中央)、Outlet(下流)部分の場所を示すための図である。右図の30/45、45/45は、チャネル層のW(幅)/L(長さ)を示している。図17は、(a)比較例1、(b)実施例1、(c)実施例2に用いたIGZO薄膜を、エネルギー分散X線分光法(EDS)によって分析した面内組成分布を示すグラフである。
O3支援無しで作製した酸化物TFT(比較例2)では、上流から下流にかけてその特性が異なる。これは、図17(a)に示すように、ファインチャネル(FC)を用いると上流から下流に向けて組成ムラが発生する為であると考えられる。ファインチャネル(FC)は、単元材料を用いた場合均質な薄膜を作製する事が出来るが、今回のような多元材料の場合、反応の観点から組成の場所依存を避けることは出来無い。
一方で、O3支援有りの場合、O3支援無しの場合に見られた場所依存が見られなくなっている。これは、図17(b)、(c)に示すように、O3を用いる事で組成ムラが無くなっている為であると考えられる。それは組成比を変えても同様である。O3を用いる事で組成ムラが無くなっている理由としては、O3が表面に吸着する為、もしくは、原料の表面への吸着確率を均一にする事が出来る為、反応空間内に過剰に存在する原料の薄膜成長反応を抑制することが出来る等の理由が考えられる。つまり各成分の表面反応速度を一定に保つ効果があると考えられる。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the gate current / drain current and the gate voltage in the Inlet, Center, and Outlet portions of the fine channel (FC) mist CVD system. FIG. 16 is a diagram showing the locations of the Inlet (upstream), Center (center), and Outlet (downstream) portions. 30/45 and 45/45 in the right figure indicate W (width) / L (length) of the channel layer. FIG. 17 is a graph showing an in-plane composition distribution obtained by analyzing the IGZO thin film used in (a) Comparative Example 1, (b) Example 1, and (c) Example 2 by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). It is.
The oxide TFT (Comparative Example 2) manufactured without O 3 support has different characteristics from upstream to downstream. As shown in FIG. 17 (a), this is thought to be due to the occurrence of compositional irregularities from upstream to downstream when a fine channel (FC) is used. The fine channel (FC) can produce a homogeneous thin film when a single material is used. However, in the case of a multi-material such as this time, the location dependence of the composition cannot be avoided from the viewpoint of reaction.
On the other hand, in the case of O 3 support there, seen location depends on the case of the O 3 without assistance is no longer seen. This is considered to be because the composition unevenness is eliminated by using O 3 as shown in FIGS. 17 (b) and 17 (c). It is the same even if the composition ratio is changed. The reason why composition unevenness is eliminated by using O 3 is that O 3 is adsorbed on the surface, or because the probability of adsorption to the surface of the raw material can be made uniform, it exists excessively in the reaction space. It is conceivable that the thin film growth reaction of the starting material can be suppressed. That is, it is considered that there is an effect of keeping the surface reaction rate of each component constant.
本発明は、ディスプレイの表示を制御するためのデバイスに好適に利用されるものである。現在の電子デバイスは、真空プロセスで作製させるものが一般である。本技術は、実用化を目指した薄膜トランジスタ作製プロセスの大気圧プロセス転換として、その第一歩といえ、今後の技術革新により、様々な電子デバイスへの適用が期待でき、重要視される事となる特許である。 The present invention is suitably used for a device for controlling display on a display. Current electronic devices are generally manufactured by a vacuum process. This technology is the first step in converting the thin film transistor fabrication process aimed at practical application to the atmospheric pressure process. Future technological innovations can be expected to be applied to various electronic devices and will be regarded as important. It is a patent.
1:基板
2:ゲート電極
3:ゲート絶縁膜
4:チャネル層(活性層)
5:ソース電極
6:ドレイン電極
10:ボトムゲート型酸化物薄膜トランジスタ
1: Substrate 2: Gate electrode 3: Gate insulating film 4: Channel layer (active layer)
5: Source electrode 6: Drain electrode 10: Bottom gate type oxide thin film transistor
Claims (11)
金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記ゲート電極を被覆するように前記基板上に金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記ゲート絶縁膜上に金属酸化物半導体からなるチャネル層を形成する工程と、を少なくとも備える酸化物薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることにより、ゲート絶縁膜を形成する工程であり、
前記チャネル層を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることにより、チャネル層を形成する工程であることを特徴とする、酸化物薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a gate electrode on the substrate;
From the metal oxide insulator on the substrate so as to cover the gate electrode while introducing ozone into the film formation chamber using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming the metal oxide insulator is dissolved. Forming a gate insulating film,
Forming a channel layer made of a metal oxide semiconductor on the gate insulating film while introducing ozone into the film formation chamber using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming the metal oxide semiconductor is dissolved; a method of producing an oxide thin film transistor Ru comprising at least,
In the step of forming the gate insulating film, an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide insulator is dissolved is introduced in the vicinity of the substrate while introducing ozone into the film formation chamber. It is a step of forming a gate insulating film by reacting,
In the step of forming the channel layer, an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved is chemically reacted in the vicinity of the substrate while introducing ozone into the film formation chamber. By this, it is a process of forming a channel layer, The manufacturing method of an oxide thin-film transistor characterized by the above-mentioned.
金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した原料溶液を用いて、成膜室にオゾンを導入しながら前記チャネル層を被覆するように金属酸化物絶縁体からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極を前記ゲート絶縁膜上に作製する工程と、を少なくとも備える酸化物薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物絶縁体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることにより、ゲート絶縁膜を形成する工程であり、
前記チャネル層を形成する工程が、前記成膜室にオゾンを導入しながら、金属酸化物半導体を形成するのに必要な金属化合物を溶解した霧化された原料溶液を前記基板近傍で化学反応させることにより、チャネル層を形成する工程であることを特徴とする、酸化物薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a channel layer made of a metal oxide semiconductor on a substrate while introducing ozone into a film formation chamber using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved;
A gate insulating film made of a metal oxide insulator so as to cover the channel layer while introducing ozone into a film forming chamber using a raw material solution in which a metal compound necessary for forming the metal oxide insulator is dissolved Forming a step;
A process of forming a gate electrode on the gate insulating film, a method of manufacturing an oxide thin film transistor Ru comprising at least,
In the step of forming the gate insulating film, an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide insulator is dissolved is introduced in the vicinity of the substrate while introducing ozone into the film formation chamber. It is a step of forming a gate insulating film by reacting,
In the step of forming the channel layer, an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming a metal oxide semiconductor is dissolved is chemically reacted in the vicinity of the substrate while introducing ozone into the film formation chamber. By this, it is a process of forming a channel layer, The manufacturing method of an oxide thin-film transistor characterized by the above-mentioned.
原料ガス流入口とガス排出口を有して前記原料ガス流入口とガス排出口との間に基板が配置される成膜室と、膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、薄膜形成用のエネルギーを供給するエネルギー供給手段とを備え、前記基板表面に沿う方向に前記原料ガスを流動させることにより基板の表面に膜を生成し、前記基板表面と前記成膜室の内壁との距離が0.1mm以上10.0mm以下の範囲の所定の距離であり、前記成膜室内の前記基板表面を流れる原料ガスの速度が、0.4m/sec以上4.0m/sec以下の範囲の所定の速度を達成できるファインチャネル(FC)構造を用いて、オゾン存在下で酸化物薄膜を形成することにより、酸化物薄膜の面内の組成分布を均一にすることを特徴とする酸化物薄膜の製造方法。 Production of an oxide thin film that forms a metal oxide thin film on a substrate while introducing ozone into a film forming chamber using an atomized raw material solution in which a metal compound necessary for forming the metal oxide thin film is dissolved A method,
A film forming chamber having a source gas inlet and a gas outlet and in which a substrate is disposed between the source gas inlet and the gas outlet, and a source gas supply means for supplying a source gas for forming a film And an energy supply means for supplying energy for forming a thin film, and forming a film on the surface of the substrate by flowing the source gas in a direction along the surface of the substrate. The distance from the inner wall is a predetermined distance in the range of 0.1 mm to 10.0 mm, and the velocity of the source gas flowing on the substrate surface in the film forming chamber is 0.4 m / sec to 4.0 m / sec. Using the fine channel (FC) structure capable of achieving a predetermined speed in the range of the above, the oxide thin film is formed in the presence of ozone to make the composition distribution in the surface of the oxide thin film uniform. Production of oxide thin film Method.
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