JP6204036B2 - 酸化物半導体薄膜の評価方法、及び酸化物半導体薄膜の品質管理方法 - Google Patents
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Description
イアス温度不安定)試験]が挙げられる。NBTI試験は、トランジスタのゲート端子に負のバイアスを印加することによってトランジスタの電気的特性の変化を評価する試験であるが、接触型の評価試験であり、実際のTFTやそれを模擬したデバイスを実際に作製する必要がある。
(Y)この酸化物薄膜をアニーリングする工程、及び
(Z)アニーリングされた上記酸化物薄膜の表面に保護膜を成膜する工程
を有する薄膜トランジスタの製造において用いられ、
上記(A)工程及び(B)工程を、(X)工程、(Y)工程及び(Z)工程の後にそれぞれ行うとよい。
上記蛍光エネルギーX1を3.3eV±0.2eV、
上記蛍光エネルギーX2を2.5eV±0.3eV、及び
上記蛍光エネルギーX3を1.9eV±0.3eV
とし、
上記基準を
上記(X)工程後の強度比I2/I1が2.0以上15.0以下、及び/又はI3/I1が3.0以上30.0以下、
上記(Y)工程後の強度比I2/I1が5.0以上30.0以下、及び/又はI3/I1が15.0以上80.0以下、
上記(Z)工程後の強度比I2/I1が6.0以上20.0以下、及び/又はI3/I1が25.0以上70.0以下とするとよい。
Uが所定のプログラムを実行することによって各種の処理を実行する機能を有する。例えば、コンピュータは、パルスレーザおよび上記処理装置に対して励起光の出力タイミングを表すタイミング信号を出力すると共に、検出手段によって出力されたスペクトルの強度値を当該コンピュータが備える記憶部に記録すると共に、1.6〜1.9eVの範囲に存在するブロードなピークからピーク強度を算出する。またステージコントローラは、コンピュータからの指令に従ってX−Yステージを制御することにより、酸化物半導体薄膜試料における測定部位の位置決め制御を行う機能を有する。
(A)上記酸化物薄膜に電子線を照射し、この照射により生じる蛍光スペクトルを測定する工程、及び
(B)上記蛍光スペクトルに基づいて薄膜の評価をする工程
を有する。
(B)工程では、上記カソードルミネッセンス測定により得られる蛍光スペクトルに基づいて薄膜の評価をする。上記評価の基準としては、複数のエネルギー準位間で生じる各蛍光に対応するエネルギーX(波長)の強度Iの比を用いる。
伝導帯と価電子帯との間で生じる蛍光に対応するエネルギーX1の強度をI1、
その他のエネルギー準位間で生じる蛍光に対応する一又は複数のエネルギーX2、X3、・・・Xmの強度をそれぞれI2、I3、・・・Im(mは2以上の整数)とし、
上記強度比として、Im/I1を用いることが好ましい。
伝導帯と価電子帯との間(バンドギャップ:BG)で生じる蛍光に対応するエネルギーX1が3.3eV±0.2eV程度、
その他のエネルギー準位間で生じる蛍光に対応するエネルギーX2が2.5eV±0.3eV程度、エネルギーX3が1.9eV±0.3eVとなる。
(X)酸化物薄膜を成膜する工程、
(Y)この酸化物薄膜をアニーリングする工程、及び
(Z)アニーリングされた上記酸化物薄膜の表面に保護膜を成膜する工程
を有するTFTの製造プロセスにおいて、
上記(A)工程及び(B)工程を、(X)工程、(Y)工程及び(Z)工程の後にそれぞれ行うとよい。
上記エネルギーX1を3.3eV±0.2eV、
上記エネルギーX2を2.5eV±0.3eV、及び
上記エネルギーX3を1.9eV±0.3eV
とし、
上記基準を
上記(X)工程後の強度比I2/I1が2.0以上15.0以下、及び/又はI3/I1が3.0以上30.0以下、
上記(Y)工程後の強度比I2/I1が5.0以上30.0以下、及び/又はI3/I1が15.0以上80.0以下、
上記(Z)工程後の強度比I2/I1が6.0以上20.0以下、及び/又はI3/I1が25.0以上70.0以下
とすることが好ましい。また、I2/I1及びI3/I1の両方が各範囲を満たしていることが好ましい。
上記(X)工程後の強度比I2/I1が2.0以上8.0以下、及びI3/I1が3.0以上20.0以下、
上記(Y)工程後の強度比I2/I1が5.0以上15.0以下、及びI3/I1が15.0以上50.0以下、
上記(Z)工程後の強度比I2/I1が6.0以上10.0以下、及びI3/I1が25.0以上40.0以下
とすることが好ましい。
基板2表面にゲート電極3となる膜を成膜する工程、
上記膜をパターニングし、ゲート電極3を得る工程、
上記ゲート電極3を被覆するゲート絶縁膜4を成膜する工程、
ゲート絶縁膜4の表面に酸化物薄膜5を成膜する工程((X)工程)、
この酸化物薄膜5をアニーリングする工程((Y)工程)、
アニーリングされた酸化物薄膜5の表面に保護膜6を成膜する工程((Z)工程)、
この保護膜6をパターニングする工程、
ソース電極7又はドレイン電極8となる膜を成膜する工程、
上記膜をパターニングし、ソース電極7及びドレイン電極8を得る工程、
最表面に位置する保護膜9を成膜する工程、
コンタクトホール10を形成する工程、及び
全体を再度アニーリングする工程
により得ることができる。
TFTを以下の手順で作成し、工程の途中で、本発明の品質管理方法による測定及び評価を行った。
基板温度:室温
ガス圧:1〜5mTorr
酸素分圧:O2/(Ar+O2)=4%
膜厚:50〜150nm
トランジスタ特性の測定は、National Instruments社製「4156C」の半導体パラメータアナライザーを使用した。詳細な測定条件は以下のとおりである。
ソース電圧 :0V
ドレイン電圧:10V
ゲート電圧 :−30〜30V(測定間隔:1V)
本実施例では、実際のパネル駆動時の環境(ストレス)を模擬して、ゲート電極に負バイアスをかけながら光を照射するストレス印加試験を行った。ストレス印加条件は以下のとおりである。光源としては、ディスプレイのバックライトに用いられる白色光を選択した。
ゲート電圧:−20V
基板温度:60℃
光ストレス
光源:白色LED(PHILIPS製「LXHL−PW01」)
照度(TFTに照射される光の強度):25,000NIT
光照射装置:Yang電子製YSM−1410
ストレス印加時間:2時間
以上の各TFT製造プロセスにおいて、(X)工程、(Y)工程及び(Z)工程の後にそれぞれカソードルミネッセンス測定を行った。
図4(試料1)及び図5(試料2)は、(X)工程後に測定したスペクトル、
図6(試料3)は、(Y)工程後に測定したスペクトル、
図7(試料4)は、(Z)工程後に測定したスペクトルである。
以下の実施例では、電子線を用いて励起するカソードルミネッセンスを用いた評価方法(第2の態様)を行なったが、上述したとおり、光を用いて励起するフォトルミネッセンスを用いた評価方法(第1の態様)でも発光メカニズムは同じであり、本実施例と同等の評価結果を得ることが可能である。
まず、アモルファスの酸化物半導体薄膜(InGaZnO)の試料を作製した。具体的には、ガラス基板(コーニング社製EAGLE XG:直径4インチ)の上に、基板からの発光を防ぐため、Mo膜を下記のDCスパッタリング条件で成膜した後、上記酸化物半導体薄膜をスパッタリング法で成膜した。詳細な条件は以下のとおりである。
成膜は室温で行い、投入パワーはDC300W(純Moのスパッタリングターゲットのサイズ:4インチ)、成膜時のガス圧は2mTorrとした。成膜後のMo膜厚は100nmである。
スパッタリングターゲットの組成:InGaZnO4[In:Ga:Zn=1:1:1
(原子比)]
基板温度:室温
酸化物半導体層の膜厚:100nm
酸素添加量:O2/(Ar+O2)=4%(体積比)
プレアニール条件:大気圧、大気中、温度350℃、時間60分
このようにして得られた試料について、同一基板面内におけるプラズマダメージの相違によるストレス耐性の影響を調べるため、同一基板面内で異なる場所から切り出した3つの試料[試料1(試料中心部)、試料2(試料1の上方)、試料3(試料1の下方)、大きさは各2cm]を用意し、以下のようにしてカソードルミネッセンススペクトルを測定した。
・観察装置:日立製作所製の電界放射形走査電子顕微鏡(FE−SEM)S−4000を使用
・加速電圧:2kV
・分析装置:堀場製作所製のMP−Micro−IRP
回折格子:300本/mm、Blaze 600nm、
波長分解能0.8nm以上、
350〜950nm
検出器:CCD[Andor Technology Ltd.製
型式DU420A−OE、1024ch、200〜1100nm]
・測定温度:RT
(3−1)TFT試料の作製
上記試料のストレス耐性を調べるため、以下のようにしてTFT試料を作製した。
(Moゲート電極の形成条件)
DCスパッタリング法を用いてMo膜を成膜した。成膜は室温で行い、投入パワーはDC300W(純Moスパッタリングターゲットのサイズ:4インチ)、成膜時のガス圧は2mTorrとした。
(ゲート絶縁膜の形成条件)
プラズマCVD法を用いてSiO2膜を成膜した。詳細には、キャリアガス:SiH4とN2Oの混合ガス(N2O=100sccm、SiH4/N2=40sccm)、成膜パワー:300W、成膜温度:320℃にて成膜した。
このようにして得られたTFT試料について、以下のストレス試験を実施し、ストレス印加前後のドレイン電流−ゲート電圧特性(Id−Vg特性)を調べた。本実施例では、実際の液晶パネル駆動時の環境(ストレス)を模擬して、試料に光(白色光)を照射しながら、ゲート電極に負バイアスをかけ続けるストレス印加試験を行った。ストレス印加条件は以下のとおりである。光源は、液晶ディスプレイのバックライトを模擬して白色LEDを使用し、試料裏面から光を照射した。ストレス印加条件は以下のとおりである。
・ソース電圧:0V
・ドレイン電圧:10V
・ゲート電圧:−20V
・基板温度:60℃
・ストレス印加時間:図9のとおり
・光源:白色LED(PHILIPTS社製LED LXHL−PW01)
25000nit
本実施例では、上記実施例5において、プレアニール時間を変化させたときのストレス耐性の評価を行った。
試料1:プレアニール条件1(大気圧、大気中、温度:350℃、5分)
試料2:プレアニール条件2(大気圧、大気中、温度:350℃、30分)
試料3:プレアニール条件3(大気圧、大気中、温度:350℃、60分)
試料4:プレアニール条件4(大気圧、大気中、温度:350℃、120分)
2 基板
3 ゲート電極
4 ゲート絶縁膜
5 酸化物被膜
6 保護膜
7 ソース電極
8 ドレイン電極
9 保護膜
10 コンタクトホール
Claims (7)
- 酸化物半導体薄膜が形成された試料に励起光または電子線を照射し、前記酸化物半導体薄膜から励起されたルミネッセンス光のうち、1.6〜1.9eVの範囲に観察される発光強度(L1)に基づき、前記酸化物半導体薄膜のストレス耐性を評価することを特徴とする酸化物半導体薄膜の評価方法。
- 1.6〜1.9eVの範囲に観察されるピーク強度(P1)に基づき、前記酸化物半導体薄膜のストレス耐性を評価する請求項1に記載の酸化物半導体薄膜の評価方法。
- 酸化物半導体薄膜から励起されたルミネッセンス光の、複数のエネルギー準位間で生じる各ルミネッセンス光に対応するエネルギーの強度比に基づき、前記酸化物半導体薄膜のストレス耐性を評価する請求項1または2に記載の酸化物半導体薄膜の評価方法。
- 前記強度比として、1.6〜1.9eVの範囲に観察される発光強度(L1)と、バンド間遷移に対応する3.0〜3.2eVの範囲に観察される発光強度(L2)との発光強度比(L1/L2)を用いる請求項3に記載の酸化物半導体薄膜の評価方法。
- 前記強度比として、1.6〜1.9eVの範囲に観察されるピーク強度(P1)と、バンド間遷移に対応する3.0〜3.2eVの範囲に観察されるピーク強度(P2)とのピーク強度比(P1/P2)を用いる請求項4に記載の酸化物半導体薄膜の評価方法。
- 前記酸化物半導体薄膜が、In、Ga、Zn、およびSnよりなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含むものである請求項1〜5のいずれかに記載の評価方法。
- 酸化物半導体薄膜を基板上に形成した後の半導体製造工程のいずれかの工程に、請求項1〜6のいずれかに記載の評価方法を適用することを特徴とする酸化物半導体薄膜の品質管理方法。
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