JPWO2010018875A1 - 電界効果型トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果型トランジスタの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2010018875A1
JPWO2010018875A1 JP2010524761A JP2010524761A JPWO2010018875A1 JP WO2010018875 A1 JPWO2010018875 A1 JP WO2010018875A1 JP 2010524761 A JP2010524761 A JP 2010524761A JP 2010524761 A JP2010524761 A JP 2010524761A JP WO2010018875 A1 JPWO2010018875 A1 JP WO2010018875A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
film
sample
field effect
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010524761A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5291105B2 (ja
Inventor
泰彦 赤松
泰彦 赤松
応樹 武井
応樹 武井
清田 淳也
淳也 清田
石橋 暁
暁 石橋
富之 湯川
富之 湯川
大士 小林
大士 小林
敬臣 倉田
敬臣 倉田
新井 真
新井  真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP2010524761A priority Critical patent/JP5291105B2/ja
Publication of JPWO2010018875A1 publication Critical patent/JPWO2010018875A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5291105B2 publication Critical patent/JP5291105B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02551Group 12/16 materials
    • H01L21/02554Oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02565Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02631Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials

Abstract

【課題】高温のアニール処理を必要とすることなくトランジスタ特性の向上を図ることができる電界効果型トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】活性層を構成するIn−Ga−Zn−O薄膜を成膜温度100℃以上でスパッタ成膜する。その後、300℃で大気中アニール処理する。アニール処理は、成膜直後の活性層のトランジスタ特性の向上を図る目的で実施される。基材を加熱しながらスパッタリング法によって成膜されたIn−Ga−Zn−O薄膜は、無加熱で成膜されたIn−Ga−Zn−O薄膜と比較して、内部ひずみや欠陥が少ない。したがって、加熱成膜されたIn−Ga−Zn−O薄膜を活性層として形成することにより、無加熱で成膜された同一材料の活性層と比較して、アニール効果を高めることができる。これにより、低温のアニール処理によって優れたトランジスタ特性を有する活性層を形成することが可能となる。【選択図】図8

Description

本発明は、InGaZnO系半導体酸化物で形成された活性層を有する電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
近年、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイが広く用いられている。アクティブマトリクス型液晶ディスプレイは、画素ごとにスイッチング素子として電界効果型の薄膜トランジスタ(TFT)を有している。
薄膜トランジスタとしては、活性層がポリシリコンで構成されたポリシリコン型薄膜トランジスタ、活性層がアモルファスシリコンで構成されたアモルファスシリコン型薄膜トランジスタが知られている。
アモルファスシリコン型薄膜トランジスタは、ポリシリコン型薄膜トランジスタに比べて、活性層の作製が容易であるため、比較的大面積の基板に均一に成膜できるという利点がある。
一方、アモルファスシリコンよりもキャリア(電子、ホール)の高移動度を実現できる活性層材料として、透明アモルファス酸化物薄膜の開発が進められている。例えば、特許文献1には、ホモロガス化合物InMO3(ZnO)m(M=In、Fe、Ga又はAl、m=1以上50未満の整数)を活性層として用いる電界効果型トランジスタが記載されている。また、特許文献2には、InGaO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体からなるターゲット材料をスパッタリングしてIn−Ga−Zn−O系の活性層を形成する電界効果型トランジスタの製造方法が記載されている。
特開2004−103957号公報(段落[0010]) 特開2006−165527号公報(段落[0103]〜[0119])
In−Ga−Zn−O系組成を有する活性層は、成膜直後の状態では実用的なトランジスタ特性(オン電流特性、オフ電流特性、オン/オフ電流比など)を有していないため、成膜後、適宜の温度でアニール処理される。アニール温度は高温であるほど良好なトランジスタ特性が得られる。
しかしながら、アニール温度の上限は、使用される基材や活性層以外の他の機能膜(電極膜、絶縁膜)の耐熱温度に制限される。したがって、これらの構造層の耐熱性によっては、アニール不足が原因で所望のトランジスタ特性を得ることができない場合がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高温のアニール処理を必要とすることなくトランジスタ特性の向上を図ることができる電界効果型トランジスタの製造方法を提供することにある。
本発明の一形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、基材を加熱しながら、前記基材の上に、In−Ga−Zn−O系組成を有する活性層をスパッタリング法によって形成する工程を含む。前記形成した活性層は、アニールされる。
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法を説明する各工程の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法を説明する各工程の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法を説明する各工程の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法を説明する各工程の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法を説明する各工程の要部断面図である。 本発明の実施の形態において説明される、評価用サンプルのオン電流特性及びオフ電流特性を示す一実験結果である。 本発明の実施の形態において説明される、評価用サンプルの模式的断面図である。 本発明の実施の形態において説明される、評価用サンプルのアニール条件とオンオフ電流比との関係を示す一実験結果である。
本発明の一実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、基材を加熱しながら、前記基材の上に、In−Ga−Zn−O系組成を有する活性層をスパッタリング法によって形成する工程を含む。前記形成した活性層は、アニールされる。
アニール処理は、成膜直後の活性層のトランジスタ特性の向上を図る目的で実施される。基材を加熱しながらスパッタリング法によって成膜されたIn−Ga−Zn−O薄膜は、無加熱で成膜されたIn−Ga−Zn−O薄膜と比較して、内部ひずみや欠陥が少ない。したがって、加熱成膜されたIn−Ga−Zn−O薄膜を活性層として形成することにより、無加熱で成膜された同一材料の活性層と比較して、アニール効果を高めることができる。これにより、低温のアニール処理によって優れたトランジスタ特性を有する活性層を形成することが可能となる。
基材は、典型的には、ガラス基板である。基材の大きさは特に制限されない。
前記活性層の成膜温度は、100℃以上とすることができる。
これにより、無加熱で成膜された活性層と比較して、所定のトランジスタ特性を付与するのに必要なアニール温度を低温化することが可能となる。なお、成膜温度は100℃に限られず、成膜条件に応じて適宜変更することが可能である。基材を加熱する加熱機構としては、シースヒータやランプヒータ等を採用することができる。
前記活性層のアニール温度は、300℃以上とすることができる。前記活性層のアニール処理圧力は、大気圧でもよいし、減圧雰囲気でもよい。処理雰囲気は空気中でもよいし酸素ガス雰囲気中でもよい。
本発明者らの実験によれば、加熱成膜した活性層を300℃で大気中アニールすることで、無加熱で成膜した活性層を400℃で大気中アニールした場合と同等のオンオフ電流比(オン電流/オフ電流)を得ることができた。このことから、加熱成膜した活性層は、無加熱で成膜された同一材料の活性層と比較して、低温のアニール処理によって優れたトランジスタ特性を有する活性層を形成できることがわかる。
前記活性層を形成する工程は、前記活性層を酸化性ガス(例えば、O2、O3、H2等)との反応性スパッタリング法によって成膜することを含んでいてもよい。
In−Ga−Zn−O薄膜を形成するためのスパッタリングターゲットは、In−Ga−Zn−Oの単一のターゲットを用いてもよいし、In23ターゲット、Ga23ターゲット及びZnOターゲットのような複数のターゲットを用いてもよい。酸素雰囲気中でのスパッタリング成膜は、導入する酸素の分圧(流量)を制御することによって、膜中の酸素濃度を容易に制御することが可能となる。
前記基材はゲート電極を含み、前記活性層を形成する前に、前記ゲート電極を被覆するゲート絶縁膜をさらに形成してもよい。
これにより、ボトムゲート型の電界効果型トランジスタを作製することができる。ゲート電極は基材の上に形成された電極膜でもよいし、基材そのものをゲート電極で構成してもよい。
前記活性層を被覆する保護膜を形成し、前記活性層にコンタクトするソース電極及びドレイン電極を形成することができる。前記保護膜は、スパッタリング法によって形成することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1〜図5は、本発明の一実施の形態による電界効果型トランジスタの製造方法を説明する各工程の要部断面図である。本実施の形態では、いわゆるボトムゲート型のトランジスタ構造を有する電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。
まず、図1(A)に示すように、基材10の一表面にゲート電極膜11Fを形成する。
基材10は、典型的には、ガラス基板である。ゲート電極膜11Fは、典型的には、モリブデンやクロム、アルミニウム等の金属単層膜又は金属多層膜で構成され、例えば、スパッタリング法によって形成される。ゲート電極膜11Fの厚さは特に限定されず、例えば、300nmである。
次に、図1(B)〜(D)に示すように、ゲート電極膜11Fを所定形状にパターニングするためのレジストマスク12を形成する。この工程は、フォトレジスト膜12Fの形成工程(図1(B))と、露光工程(図1(C))と、現像工程(図1(D))とを有する。
フォトレジスト膜12Fは、液状の感光性材料をゲート電極膜11Fの上に塗布後、乾燥させることによって形成される。フォトレジスト膜12Fとしてドライフィルムレジストを用いてもよい。形成されたフォトレジスト膜12Fはマスク13を介して露光された後、現像される。これにより、ゲート電極膜11Fの上にレジストマスク12が形成される。
続いて、図1(E)に示すように、レジストマスク12をマスクとしてゲート電極膜11Fをエッチングする。これにより、基材10の表面にゲート電極11が形成される。
ゲート電極膜11Fのエッチング方法は特に限定されず、ウェットエッチング法でもよいし、ドライエッチング法でもよい。エッチング後、レジストマスク12は除去される。レジストマスク12の除去方法は、酸素ガスのプラズマを用いたアッシング処理が適用されるが、これに限られず、薬液を用いた溶解除去であってもよい。
次に、図2(A)に示すように、基材10の表面に、ゲート電極11を覆うようにゲート絶縁膜14を形成する。
ゲート絶縁膜14は、典型的には、シリコン酸化膜(SiO2)、シリコン窒化膜(SiNx)等の酸化膜又は窒化膜で構成され、例えば、CVD法、スパッタリング法によって形成される。ゲート電極膜11Fの厚さは特に限定されず、例えば、200nm〜500nmである。
続いて、図2(B)に示すように、ゲート絶縁膜14の上に、In−Ga−Zn−O系組成を有する薄膜(以下単に「IGZO膜」という。)15F及びストッパ層形成膜16Fを順に形成する。
IGZO膜15F及びストッパ層形成膜16Fは、スパッタリング法によって形成される。IGZO膜15Fとストッパ層形成膜16Fは連続的に成膜することができる。この場合、IGZO膜15Fを成膜するためのスパッタリングターゲットと、ストッパ層形成膜16Fを成膜するためのスパッタリングターゲットを同一のスパッタリングチャンバ内に配置してもよい。使用するターゲットを切り替えることで、IGZO膜15Fとストッパ層形成膜16Fとをそれぞれ独立して形成することができる。
IGZO膜15Fは、基材10を所定温度に加熱した状態で成膜される。基材10の加熱温度は、例えば100℃以上とされる。本実施の形態では、酸素ガス雰囲気中でターゲットをスパッタリングすることで酸素との反応物を基材10の上に堆積させる反応性スパッタリング法によって、活性層15(IGZO膜15F)が形成される。放電形式は、DC放電、AC放電、RF放電のいずれでもよい。また、ターゲットの背面側に永久磁石を配置するマグネトロン放電方法を採用してもよい。
IGZO膜15F及びストッパ層形成膜16Fの各々の膜厚は特に限定されず、例えば、IGZO膜15Fの膜厚は50nm〜200nm、ストッパ層形成膜16Fの膜厚は30nm〜300nmである。
IGZO膜15Fは、トランジスタの活性層(キャリア層)15を構成する。ストッパ層形成膜16Fは、後述するソース電極及びドレイン電極を構成する金属膜のパターニング工程、及び、IGZO膜15Fの不要領域をエッチング除去する工程において、IGZO膜のチャネル領域をエッチャントから保護するエッチング保護層として機能する。ストッパ層形成膜16Fは、例えば、SiO2で構成される。
次に、図2(C)及び(D)に示すように、ストッパ層形成膜16Fを所定形状にパターニングするためのレジストマスク27を形成した後、このレジストマスク27を介してストッパ層形成膜16Fをエッチングする。これにより、ゲート絶縁膜14とIGZO膜15Fを挟んでゲート電極11と対向するストッパ層16が形成される。
レジストマスク27を除去した後、図2(E)に示すように、IGZO膜15F及びストッパ層16を覆うように金属膜17Fを形成する。
金属膜17Fは、典型的には、モリブデンやクロム、アルミニウム等の金属単層膜又は金属多層膜で構成され、例えば、スパッタリング法によって形成される。金属膜17Fの厚さは特に限定されず、例えば、100nm〜500nmである。
続いて、図3(A)及び(B)に示すように、金属膜17Fをパターニングする。
金属膜17Fのパターニング工程は、レジストマスク18の形成工程(図3(A))と、金属膜17Fのエッチング工程(図3(B))とを有する。レジストマスク18は、ストッパ層16の直上領域と、個々のトランジスタの周辺領域とを開口させるマスクパターンを有する。レジストマスク18の形成後、ウェットエッチング法によって、金属膜17Fがエッチングされる。これにより、金属膜17Fは、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとに分離される。なお、以降の説明では、これらソース電極17Sとドレイン電極17Dとを一括してソース/ドレイン電極17ともいう。
ソース/ドレイン電極17の形成工程において、ストッパ層16は、金属膜17Fのエッチングストッパ層として機能する。ストッパ層16は、IGZO膜15Fのソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間に位置する領域(以下「チャネル領域」という。)を覆うように形成されている。したがって、IGZO膜15Fのチャネル領域は、金属膜17Fのエッチング工程によっては影響を受けることはない。
次に、図3(C)及び(D)に示すように、レジストマスク18をマスクとしてIGZO膜15Fをエッチングする。
エッチング方法は特に限定されず、ウェットエッチング法でもよいし、ドライエッチング法でもよい。このIGZO膜15Fのエッチング工程により、IGZO膜15Fは素子単位でアイソレーション化されるとともに、IGZO膜15Fからなる活性層15が形成される。
このとき、ストッパ層16は、チャネル領域に位置するIGZO膜15Fのエッチング保護膜として機能する。これにより、活性層15のチャネル領域は、IGZO膜15Fのエッチング工程によっては影響を受けることはない。
IGZO膜15Fのパターニング後、レジストマスク18はアッシング処理等によってソース/ドレイン電極17から除去される(図3(D))。
次に、図4(A)に示すように、基材10の表面に、ソース/ドレイン電極17、ストッパ層16、活性層15、ゲート絶縁膜14を被覆するように保護膜19が形成される。
保護膜19は、活性層15を含むトランジスタ素子を外気から遮断することで、所定の電気的、材料的特性を確保するためのものである。保護膜19としては、典型的には、シリコン酸化膜(SiO2)、シリコン窒化膜(SiNx)等の酸化膜又は窒化膜で構成され、例えば、CVD法、スパッタリング法によって形成される。保護膜19の厚さは特に限定されず、例えば、200nm〜500nmである。
続いて、図4(B)〜(D)に示すように、保護膜19にソース/ドレイン電極17と連通するコンタクトホール19aを形成する。この工程は、保護膜19の上にレジストマスク20を形成する工程(図4(B))と、レジストマスク20の開口部20aから露出する保護膜19をエッチングする工程(図4(C))と、レジストマスク20を除去する工程(図4(D))とを有する。
コンタクトホール19aの形成は、ドライエッチング法が採用されるが、ウェットエッチング法が採用されてもよい。また、図示は省略しているが、任意の位置にソース電極17Sと連絡するコンタクトホールも同様に形成される。
次に、図5(A)〜(D)に示すように、コンタクトホール19aを介してソース/ドレイン電極17にコンタクトする透明導電膜21を形成する。この工程は、透明導電膜21Fを形成する工程(図5(A))と、透明導電膜21Fの上にレジストマスク22を形成する工程(図5(B))と、レジストマスク22で覆われていない透明導電膜21Fをエッチングする工程(図5(C))と、レジストマスク20を除去する工程(図5(D))とを有する。
透明導電膜21Fは、典型的には、ITO膜やIZO膜で構成され、例えば、スパッタ法、CVD法によって形成される。透明導電膜21Fのエッチングは、ウェットエッチング法が採用されるが、これに限られず、ドライエッチング法が採用されてもよい。
図5(D)に示す透明導電膜21の形成されたトランジスタ素子100は、その後、活性層15の構造緩和を目的としたアニール工程が実施される。これにより、活性層15に所期のトランジスタ特性が付与される。
以上のようにして、電界効果型トランジスタが作製される。
本実施の形態においては、活性層15を構成するIGZO膜15Fは、基材10を所定温度に加熱した状態で成膜される。このように加熱成膜されたIGZO膜15Fは、無加熱で成膜されたIGZO膜と比較して、内部ひずみや膜中の欠陥が少ない。加熱成膜したIGZO膜15Fを活性層15として構成することにより、無加熱で成膜した活性層と比較して、優れたトランジスタ特性(オン電流特性、オフ電流特性、オンオフ電流比など)を得ることができる。
本発明者らは、加熱温度100℃でスパッタ成膜した活性層(サンプル1)と、加熱温度200℃でスパッタ成膜した活性層(サンプル2)と、無加熱でスパッタ成膜した活性層(サンプル3)のそれぞれの電流特性(オン電流値、オフ電流値)を測定した。図6にその実験結果を示す。図中横軸は、成膜時の酸素分圧、縦軸は電流値である。また、図中「●」はサンプル1のオン電流値、「○」はサンプル1のオフ電流値、「◆」はサンプル2のオン電流値、「◇」はサンプル2のオフ電流値、「▲」はサンプル3のオン電流値、「△」はサンプル3のオフ電流値である。
サンプル1、サンプル2及びサンプル3の成膜条件は、活性層の成膜時の基板温度のみ異なり、サンプル1を100℃、サンプル2を200℃、サンプル3を室温とした。スパッタリングカソードの電力は0.6kW(DC)、活性層の成膜雰囲気はArと酸素の混合ガスで、アルゴン分圧は一定で0.74Pa(流量:230sccm)とした。なお、基板温度は、基板に取り付けた熱電対の出力に基づいて測定した。
図7は、サンプル1〜3の構成を模式的に示す断面図である。サンプル1〜3に係るトランジスタ素子は、ゲート電極31としてのp型シリコン基板と、ゲート絶縁膜32としてのシリコン窒化膜と、活性層33としてのIGZO膜と、ソース/ドレイン電極34S、34Dとしてのアルミニウム膜の積層構造からなる。ゲート絶縁膜32はCVD法で形成され、その膜厚は350nmとされた。活性層33は、スパッタリング法で形成され、その膜厚は50nmとされた。
この種のトランジスタ素子は、ゲート電極31に印加する電圧を制御することによって、ソース電極34Sとドレイン電極34Dの間を流れる電流(ソース−ドレイン電流Ids)の大きさを制御するスイッチング素子として機能する。特に、ゲート−ソース間に作用する電界の大きさで活性層内のキャリア分布を変化させることでソース−ドレイン間の電流を制御するという動作原理から、この種のトランジスタ素子は電界効果型トランジスタと呼ばれている。
図6に示す実験結果は、活性層33の成膜直後における電流特性であり、アニール処理は施されていない。また、サンプル1、サンプル2及びサンプル3の各々の素子寸法及び、電気特性の評価用回路の構成はいずれも同一とした。オン電流値は、ゲート電圧(Vgs)が閾値電圧(Vth)以上のときのソース−ドレイン電流(Ids)の大きさを意味する。オフ電流値は、ゲート電圧(Vgs)が閾値電圧以下のときのソース−ドレイン電流(Ids)の大きさを意味する。一般に、トランジスタ特性としては、オン電流値が高くオフ電流値が低い、あるいは、オン電流値/オフ電流値が高いことが要求される。
図6の結果に示すように、サンプル1、サンプル2及びサンプル3について、オン電流値及びオフ電流値が成膜雰囲気中の酸素分圧に依存することが確認された。特に、サンプル1〜3の何れについても、酸素分圧が低いほどオン電流値及びオフ電流値が高いという傾向が確認された。
サンプル1及びサンプル2とサンプル3とを比較すると、加熱成膜された活性層を有するサンプル1及びサンプル2は、無加熱で成膜された活性層を有するサンプル3に比べて、オン電流値が向上している。これは、活性層を加熱成膜することで、活性層中のひずみ及び欠陥を少なくすることができ、その結果、キャリア(電子、ホール)の移動度を向上させることができたためであると考えられる。
また、サンプル1は、酸素分圧の増加に従いオフ電流値も低下する傾向が顕著に現れ、特に、酸素分圧が0.28Paのときにオフ電流値を1.0×10−14(A)にまで低下することが確認された。酸素分圧の増加に従い、活性層の絶縁性が高まる結果、オフ電流値の低下をもたらすためであると考えられる。
さらに、サンプル1とサンプル2とを比較すると、オン電流値及びオフ電流値は、酸素分圧が0.02Paのとき、サンプル1の方がサンプル2よりも高いが、酸素分圧が0.03Pa〜0.28Paのとき、サンプル1よりもサンプル2の方が高いことが確認された。サンプル1とサンプル2との間におけるオン/オフ電流の大きさの違いは、成膜時の加熱温度の違いによるものである。少なくとも実験した酸素分圧の条件下(0.02Pa以上0.28Pa以下)において、サンプル1及びサンプル2によれば、無加熱で活性層を成膜したサンプル3に比べて、電流特性及びオンオフ電流比を改善できることが確認された。
以上のように、In−Ga−Zn−O組成を有する活性層を加熱成膜することで、無加熱で成膜する場合と比較して、オン電流値を向上させることができる。ここではスパッタ時の成膜温度が100℃及び200℃である場合を例に挙げて説明した。しかし、加熱温度は上記の例に限られず、例えば、100度未満、あるいは100℃超〜200℃未満、あるいは200℃を超える温度でもよい。すなわち、要求されるトランジスタ特性に応じて、加熱温度を適宜設定することができる。
一方、活性層15を加熱雰囲気でスパッタ成膜することによって、その後のアニール工程において高いアニール効果を得ることができる。アニール処理は、成膜直後の活性層のトランジスタ特性の向上を図る目的で実施される。加熱成膜した活性層15は、無加熱で成膜した活性層と比較して、内部ひずみや欠陥が少ないため、外部からの熱印加に対して高い敏感性を示し、これがアニール処理の低温化を促進する。
図8は、図6及び図7を参照して説明したサンプル1、サンプル2及びサンプル3について、それぞれのアニール処理前後のオンオフ電流比を測定した実験結果である。評価に用いたサンプルは、酸素分圧0.28Paで活性層をスパッタ成膜したサンプルを用いた。アニール温度は、200℃、300℃及び400℃とされ、アニール処理の雰囲気はいずれも大気中でそれぞれ15分とされた。図中「●」はサンプル1のオンオフ電流比、「◆」はサンプル2のオンオフ電流比、「▲」はサンプル3のオンオフ電流比である。
無加熱で活性層をスパッタ成膜したサンプル3に関しては、400℃のアニール条件で7桁を超えるオンオフ電流比が得られた。これに対して、100℃及び200℃で活性層をスパッタ成膜したサンプル1及びサンプル2に関しては、300℃のアニール条件で8桁に達するオンオフ電流比が得られた。
図8の実験結果から、サンプル1及びサンプル2の場合、サンプル3と同等以上のオンオフ電流比を得るのに必要なアニール処理温度をサンプル3よりも100℃以下の温度にまで低下させることができる。このことから、加熱成膜した活性層は、成膜直後において膜中にひずみや欠陥が少ないことに起因して、外部の熱負荷に対して高い追従性をもって原子が拡散する。したがって、比較的低温の熱負荷に対しても良好なトランジスタ特性が得られるようになる。
特に、サンプル1及びサンプル2によれば、サンプル3よりも低温の条件で良好なトランジスタ特性が得られることから、基材や活性層以外の他の機能膜(電極膜、絶縁膜)の耐熱性によってアニール処理温度が制限されるような場合でも、目的とするトランジスタ特性が得られやすいという利点がある。
なお、サンプル1及びサンプル2において、300℃を超える高温でアニール処理することで更なるオンオフ電流比の向上を図ることが可能である。したがって、素子の耐熱性等に鑑みて、無加熱成膜時のアニール条件と同等の条件でアニール処理することによって、更なる特性向上を図ることができる。例えば、アニール温度は、300℃以上400℃未満とすることができる。また、アニール温度の上限を350℃とすることにより、ゲート電極がアルミニウムで形成される場合に問題となるヒロック(表面に形成される微細突起のこと)等の欠陥の発生を効果的に抑制することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
例えば以上の実施の形態では、ゲート電極が活性層の下層側に形成されたボトムゲート型の電界効果型トランジスタの製造方法を例に挙げて説明したが、これに限らず、ゲート電極が活性層の上層側に形成されたトップゲート型の電界効果型トランジスタの製造方法にも本発明は適用可能である。
また、以上の実施の形態では、活性層15(IGZO膜15F)の成膜温度を100℃以上とし、成膜後のアニール処理温度を300℃としたが、これに限られず、要求される素子のトランジスタ特性に応じて成膜温度及びアニール温度は適宜変更することが可能である。
10…基材
11…ゲート電極
14…ゲート絶縁膜
15…活性層
16…ストッパ層
17(17S、17D)…ソース/ドレイン電極
19…保護膜

Claims (6)

  1. 基材を加熱しながら、前記基材の上に、In−Ga−Zn−O系組成を有する活性層をスパッタリング法によって形成し、
    前記形成した活性層をアニールする
    電界効果型トランジスタの製造方法。
  2. 請求項1に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
    前記活性層を形成する工程は、前記活性層を100℃以上の温度に加熱しながら成膜することを含む
    電界効果型トランジスタの製造方法。
  3. 請求項2に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
    前記活性層をアニールする工程は、前記基材を300℃以上の温度に加熱することを含む
    電界効果型トランジスタの製造方法。
  4. 請求項1に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
    前記活性層を形成する工程は、前記活性層を酸化性ガスとの反応性スパッタリング法によって成膜することを含む
    電界効果型トランジスタの製造方法。
  5. 請求項1に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
    前記基材はゲート電極を含み、
    前記活性層を形成する前に、前記ゲート電極を被覆するゲート絶縁膜をさらに形成する
    電界効果型トランジスタの製造方法。
  6. 請求項5に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、さらに、
    前記活性層を被覆する保護膜を形成し、
    前記活性層にコンタクトするソース電極及びドレイン電極を形成する
    電界効果型トランジスタの製造方法。
JP2010524761A 2008-08-15 2009-08-17 電界効果型トランジスタの製造方法 Active JP5291105B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010524761A JP5291105B2 (ja) 2008-08-15 2009-08-17 電界効果型トランジスタの製造方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008209277 2008-08-15
JP2008209277 2008-08-15
PCT/JP2009/064376 WO2010018875A1 (ja) 2008-08-15 2009-08-17 電界効果型トランジスタの製造方法
JP2010524761A JP5291105B2 (ja) 2008-08-15 2009-08-17 電界効果型トランジスタの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2010018875A1 true JPWO2010018875A1 (ja) 2012-01-26
JP5291105B2 JP5291105B2 (ja) 2013-09-18

Family

ID=41669011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010524761A Active JP5291105B2 (ja) 2008-08-15 2009-08-17 電界効果型トランジスタの製造方法

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP5291105B2 (ja)
KR (1) KR101260147B1 (ja)
CN (2) CN102165569B (ja)
TW (1) TWI498970B (ja)
WO (1) WO2010018875A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9546416B2 (en) * 2010-09-13 2017-01-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of forming crystalline oxide semiconductor film

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102906882B (zh) * 2010-05-21 2015-11-25 株式会社半导体能源研究所 半导体装置及其制造方法
WO2011145634A1 (en) * 2010-05-21 2011-11-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
JP5739257B2 (ja) 2010-08-05 2015-06-24 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
KR102424181B1 (ko) 2010-12-17 2022-07-21 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 산화물 재료 및 반도체 장치
KR101459502B1 (ko) * 2011-07-13 2014-11-07 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 박막 트랜지스터 디바이스들을 제조하는 방법들
CN102683193B (zh) * 2012-03-30 2014-07-23 京东方科技集团股份有限公司 晶体管的制作方法、晶体管、阵列基板以及显示装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006051994A2 (en) * 2004-11-10 2006-05-18 Canon Kabushiki Kaisha Light-emitting device
JP4732080B2 (ja) * 2005-09-06 2011-07-27 キヤノン株式会社 発光素子
JP4560502B2 (ja) * 2005-09-06 2010-10-13 キヤノン株式会社 電界効果型トランジスタ
JP5198066B2 (ja) * 2005-10-05 2013-05-15 出光興産株式会社 Tft基板及びtft基板の製造方法
JP5244295B2 (ja) * 2005-12-21 2013-07-24 出光興産株式会社 Tft基板及びtft基板の製造方法
JP4999400B2 (ja) * 2006-08-09 2012-08-15 キヤノン株式会社 酸化物半導体膜のドライエッチング方法
JP5127183B2 (ja) * 2006-08-23 2013-01-23 キヤノン株式会社 アモルファス酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタの製造方法
TWI478347B (zh) * 2007-02-09 2015-03-21 Idemitsu Kosan Co A thin film transistor, a thin film transistor substrate, and an image display device, and an image display device, and a semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9546416B2 (en) * 2010-09-13 2017-01-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of forming crystalline oxide semiconductor film

Also Published As

Publication number Publication date
CN102165569A (zh) 2011-08-24
TWI498970B (zh) 2015-09-01
KR101260147B1 (ko) 2013-05-02
KR20110028392A (ko) 2011-03-17
JP5291105B2 (ja) 2013-09-18
CN105575803A (zh) 2016-05-11
CN102165569B (zh) 2016-08-03
WO2010018875A1 (ja) 2010-02-18
TW201017756A (en) 2010-05-01
CN105575803B (zh) 2018-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5417332B2 (ja) 電界効果型トランジスタの製造方法
JP5099740B2 (ja) 薄膜トランジスタ
JP5291105B2 (ja) 電界効果型トランジスタの製造方法
JP5552440B2 (ja) トランジスタの製造方法
KR20070102939A (ko) 비정질 ZnO계 TFT
WO2016008226A1 (zh) 薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板和显示设备
WO2010098101A1 (ja) トランジスタ、トランジスタの製造方法及びその製造装置
CN102157564A (zh) 顶栅金属氧化物薄膜晶体管的制备方法
Zhang et al. Self-aligned top-gate amorphous InGaZnO TFTs with plasma enhanced chemical vapor deposited sub-10 nm SiO 2 gate dielectric for low-voltage applications
JP2012028481A (ja) 電界効果型トランジスタ及びその製造方法
Lee et al. A three-mask-processed coplanar a-IGZO TFT with source and drain offsets
WO2018223476A1 (zh) 铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制作方法
WO2010098100A1 (ja) トランジスタ、トランジスタの製造方法及びその製造装置
JP5569780B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
Zhou et al. Reactively-sputtered AlOx passivation layer for self-aligned top-gate amorphous InGaZnO thin-film transistors
JP6613314B2 (ja) 薄膜トランジスタ、酸化物半導体膜及びスパッタリングターゲット
WO2021134422A1 (zh) 一种薄膜晶体管的制作方法
JP2020004913A (ja) 半導体装置の製造方法
KR101139185B1 (ko) 산화물 반도체 박막의 형성 방법, 산화물 반도체 트렌지스터, 및 산화물 반도체 트렌지스터의 형성 방법
Zhou et al. Fully Self-Aligned Homojunction Bottom-Gate Amorphous InGaZnO TFTs with Al Reacted Source/Drain Regions
Jiang et al. Dependence of the Electrical Behavior of an Indium-Gallium-Zinc Oxide Thin-Film Transistor on the Process Condition of Plasma-Based Fluorination
TWI636507B (zh) 薄膜電晶體的製造方法
KR101303428B1 (ko) 산화물 박막트랜지스터 소자 및 그의 제조방법
JP2013172031A (ja) 半導体装置及びその製造方法
Li et al. Analysis of Von Shift Phenomenon on Indium-Gallium-Zinc Oxide Thin-Film Transistors with Thermal-Induced Source/Drain Regions

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120925

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121126

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130205

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130423

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20130502

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130521

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130606

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5291105

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250