KR101973233B1 - 전자 디바이스, 그 제조 방법, 및 그 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
성능의 저하를 방지할 수 있는 전자 디바이스를 제공한다. TFT(21)는, IGZO막에 의해 구성되는 채널(14)과, 해당 채널(14)에 인접하는 에칭 정지막(22)과, 해당 에칭 정지막(22)을 사이에 두고 채널(14)에 대향하는 패시베이션막(23)을 구비하고, 패시베이션막(23)이 불소 함유 질화규소막으로 이루어지며, 에칭 정지막(22) 및 채널(14)의 경계에서의 불소 원자의 농도는 채널(14)의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높고, 또한 에칭 정지막(22)의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되는 농도 구배를 갖는다.
Description
본 발명은 산화물 반도체를 채널에 이용하는 전자 디바이스, 그 제조 방법, 및 그 제조 장치에 관한 것이다.
최근, 액정 디스플레이에서는 고정밀, 대형화, 고속 응답성을 실현하기 위해, 고 이동도의 박형 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)가 요구되고 있다. 또한, 보다 고휘도이며 고 콘트라스트인 디스플레이, 박형화된 모바일 단말이나 플렉시블 디스플레이를 실현하기 위해서 유기 EL(Electroluminescence) 소자의 이용이 진행되고 있다. 유기 EL 소자는 TFT에 의해 구동되는 전류 구동형의 소자이며, 충분한 발광 성능을 발휘하기 위해서, 유기 EL 소자를 구동하는 TFT에 대해서도 고 이동도를 실현하는 소자가 요구되고 있다. 그런데, 종래부터 TFT의 채널의 구성 재료로서 주로 이용되는 아몰퍼스 실리콘의 전자 이동도는 그다지 높지 않아서, 유기 EL 소자가 충분한 발광 성능을 실현하는 것은 곤란하다.
그래서, 높은 전자 이동도를 얻을 수 있는 금속 산화물(산화물 반도체)을 채널에 이용하는 TFT가 제안되어 있다. 이러한 TFT에 이용되는 금속 산화물로서는, 산화물 반도체, 예컨대, 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 아연(Zn)의 산화물로 이루어지는 IGZO가 알려져 있다(예컨대, 비특허문헌 1 참조). IGZO는 아몰퍼스 상태라도 비교적 높은 전자 이동도(예컨대, 10㎠/(V·s) 이상)를 갖기 때문에, IGZO 등의 금속 산화물을 TFT의 채널에 이용하는 것이 기대되고 있다.
그런데, TFT에서는 채널을 외계의 수분이나 대기 등 가스 등으로부터 확실하게 보호하기 위해서, 예컨대, 질화규소(SiN)막 등으로 이루어지는 패시베이션(passivation)막을 구비한다. 질화규소막으로 이루어지는 패시베이션막을 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 성막하는 경우, 플라즈마 처리에 이용하는 처리 가스에 따라서는, 수소 라디칼이나 수소 이온이 수소 원자로서 패시베이션막에 포함되는 경우가 있다. 패시베이션막에 포함된 수소 원자는 채널로 확산하고 IGZO 중의 산소 원자를 이탈시켜, IGZO의 특성, 예컨대, 역치 전압(Vth)을 변화시키기 때문에, 수소 원자를 포함하지 않는 처리 가스를 이용한 플라즈마 CVD에 의해 패시베이션막을 형성하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
"가볍고 얇은 시트 디스플레이를 실현하는 산화물 반도체 TFT", 미우라 겐타로 외, 도시바 리뷰 Vol.67 No.1(2012)
그렇지만, 플라즈마 CVD에 있어서 스패터링이나 열 등의 영향에 의해, IGZO로 이루어지는 채널에서 산소 원자가 결락되어, 미결합수(단글링 본드(dangling bond))가 채널에 생기는 경우가 있다. 미결합수는 캐리어(전자나 정공)를 트랩하기 때문에, 채널의 전자 이동도의 저하를 일으켜, TFT의 성능이나 신뢰성을 저하시킨다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 산화물 반도체의 성능의 저하를 방지하는 동시에 신뢰성의 향상을 도모할 수 있는 전자 디바이스, 그 제조 방법, 및 그 제조 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전자 디바이스는, 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 해당 금속 산화물막에 인접하는 제 1 막과, 해당 제 1 막을 사이에 두고 상기 금속 산화물막에 대향하는 제 2 막을 구비하는 전자 디바이스에 있어서, 상기 제 2 막이 불소 함유막으로 이루어지고, 상기 제 1 막 및 상기 금속 산화물막의 경계에서의 불소 원자의 농도는 상기 금속 산화물막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높으며, 적어도 상기 제 1 막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되다가 다시 상기 경계를 향해 증가하는 농도 구배를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전자 디바이스는, 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 해당 금속 산화물막에 인접하는 불소 함유막을 구비하는 전자 디바이스에 있어서, 상기 불소 함유막의 불소 원자의 농도는 상기 금속 산화물막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전자 디바이스의 제조 방법은, 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 해당 금속 산화물막에 인접하는 제 1 막과, 해당 제 1 막을 사이에 두고 상기 금속 산화물막에 대향하는 제 2 막을 구비하는 전자 디바이스의 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 막을 불소 함유막으로 구성하고, 해당 불소 함유막으로부터 불소 원자를 상기 금속 산화물막으로 확산시키며, 상기 제 1 막 및 상기 금속 산화물막의 경계에서의 불소 원자의 농도를, 상기 금속 산화물막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다도 높게 하며, 적어도 상기 제 1 막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되다가 다시 상기 경계를 향해 증가하는 농도 구배를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전자 디바이스의 제조 방법은, 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 해당 금속 산화물막에 다른 막을 사이에 두고 인접하는 불소 함유막을 구비하는 전자 디바이스의 제조 방법으로서, 불화물의 가스와, 산소 원자 및 질소 원자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용한 CVD에 의해 상기 불소 함유막을 형성하며, 상기 불소 함유막으로부터 불소 원자를 상기 금속 산화물막으로 확산시킴으로써, 상기 다른 막의 상기 금속 산화물과의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되다가 다시 상기 경계를 향해 증가하는 농도 구배를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전자 디바이스의 제조 장치는, 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 해당 금속 산화물막에 다른 막을 사이에 두고 인접하는 불소 함유막을 구비하는 전자 디바이스의 제조 장치로서, 불화물의 가스와, 산소 원자 및 질소 원자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용한 CVD에 의해 상기 불소 함유막을 형성하며, 상기 불소 함유막으로부터 불소 원자를 상기 금속 산화물막으로 확산시킴으로써, 상기 다른 막의 상기 금속 산화물과의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되다가 다시 상기 경계를 향해 증가하는 농도 구배를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제 1 막 및 금속 산화물막의 경계에서의 불소 원자의 농도가 금속 산화물막의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높으며, 적어도 제 1 막의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 경계를 향해 저하되는 농도 구배를 갖는다. 금속 산화물로부터 산소 원자가 결락되어 생기는 미결합수는 제 1 막 및 금속 산화물막의 경계에 많이 존재하지만, 제 1 막 및 금속 산화물막의 경계에서의 불소 원자의 농도가 금속 산화물막의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높기 때문에, 경계에는 많은 불소 원자가 존재하며, 많은 불소 원자에 의해 많은 미결합수가 종단된다. 이에 의해, 미결합수에 기인하는 결함의 발생을 억제할 수 있으며, 그에 따라 산화물 반도체의 성능의 저하를 방지하는 동시에 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 불소 함유막 및 금속 산화물막의 경계에서의 불소 원자의 농도는 금속 산화물막의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높고, 불소 함유막의 불소 원자의 농도는 금속 산화물막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높다. 금속 산화물로부터 산소 원자가 결락되어 생기는 미결합수는 불소 함유막 및 금속 산화물막의 경계에 많이 존재하지만 불소 함유막 및 금속 산화물막의 경계에서의 불소 원자의 농도가 금속 산화물막의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높기 때문에, 경계에는 많은 불소 원자가 존재하며, 많은 불소 원자에 의해 많은 미결합수가 종단된다. 이에 의해, 미결합수에 기인하는 결함의 발생을 억제할 수 있으며, 그에 따라 산화물 반도체의 성능의 저하를 방지하는 동시에 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 금속 산화물막에 직접 또는 다른 막을 사이에 두고 인접하는 불소 함유막이 불화물의 가스와, 산소 원자 및 질소 원자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용한 CVD에 의해 형성되므로, 불소 함유막은 불소 원자를 확실하게 포함한다. 이에 의해, 불소 함유막으로부터 불소 원자가 금속 산화물막으로 확산하여, 금속 산화물막에 존재하는 미결합수를 불소 원자에 의해 종단할 수 있다. 그 결과, 미결합수에 기인하는 결함의 발생을 억제할 수 있으며, 그에 따라 산화물 반도체의 성능의 저하를 방지하는 동시에 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 일반적인 전자 디바이스로서의 보텀 게이트형의 산화물 TFT의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 2는 조사된 빛의 에너지에 대한, 산화규소막 TFT 및 불소 함유 질화규소막 TFT의 각 초기 특성값의 변화의 형태를 나타내는 그래프로서, 도 2의 (A)는 S값의 변화의 형태를 도시하고, 도 2의 (B)는 역치 전압 변화량의 변화의 형태를 도시하며, 도 2의 (C)는 히스테리시스 전압 변화량의 변화의 형태를 도시함,
도 3은 산화규소막 및 불소 함유 질화규소막 TFT의 열처리 후에 PBTS(Positive Bias Temperature Instability) 시험을 실시했을 때의 각 특성값의 변화의 형태를 나타내는 그래프로서, 도 3의 (A)는 산화규소막 TFT에 있어서의 게이트 전압 및 드레인 전류의 관계의 시간적 변화를 도시하고, 도 3의 (B)는 불소 함유 질화규소막 TFT에 있어서의 게이트 전압 및 드레인 전류의 관계의 시간적 변화를 도시하며, 도 3의 (C)는 산화규소막 TFT에 있어서의 부하 시간에 대한 역치 전압 변화량의 변화의 정도를 도시하고, 도 3의 (D)는 불소 함유 질화규소막 TFT에 있어서의 부하 시간에 대한 역치 전압 변화량의 변화의 정도를 도시함,
도 4는 TFT에 있어서의 패시베이션막으로부터 채널로의 불소 원자의 확산의 형태를 도시하는 부분 단면도,
도 5는 도 4에 도시하는 TFT를 본뜬 구조를 갖는 분석용 샘플의 단면도,
도 6은 도 5에 도시하는 분석용 샘플의 열처리 후에 있어서의 불소 원자의 분포의 SIMS에 의한 측정 결과를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 전자 디바이스로서의 보텀 게이트형의 TFT의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 전자 디바이스의 제조 장치로서의 플라즈마 CVD 성막 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도,
도 9는 도 7에 있어서의 TFT의 제조 방법의 일부를 도시하는 공정도,
도 10은 도 9의 TFT의 제조 방법에 따라 제조된 TFT에서의 불소 원자의 분포의 형태를 모식적으로 나타내는 그래프,
도 11은 도 7의 TFT의 제 1 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 12는 도 7의 TFT의 제 2 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 13은 도 7의 TFT의 제 3 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 14는 도 7의 TFT의 제 4 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 15는 도 7의 TFT의 제 5 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 16은 도 7의 TFT의 제 6 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 2는 조사된 빛의 에너지에 대한, 산화규소막 TFT 및 불소 함유 질화규소막 TFT의 각 초기 특성값의 변화의 형태를 나타내는 그래프로서, 도 2의 (A)는 S값의 변화의 형태를 도시하고, 도 2의 (B)는 역치 전압 변화량의 변화의 형태를 도시하며, 도 2의 (C)는 히스테리시스 전압 변화량의 변화의 형태를 도시함,
도 3은 산화규소막 및 불소 함유 질화규소막 TFT의 열처리 후에 PBTS(Positive Bias Temperature Instability) 시험을 실시했을 때의 각 특성값의 변화의 형태를 나타내는 그래프로서, 도 3의 (A)는 산화규소막 TFT에 있어서의 게이트 전압 및 드레인 전류의 관계의 시간적 변화를 도시하고, 도 3의 (B)는 불소 함유 질화규소막 TFT에 있어서의 게이트 전압 및 드레인 전류의 관계의 시간적 변화를 도시하며, 도 3의 (C)는 산화규소막 TFT에 있어서의 부하 시간에 대한 역치 전압 변화량의 변화의 정도를 도시하고, 도 3의 (D)는 불소 함유 질화규소막 TFT에 있어서의 부하 시간에 대한 역치 전압 변화량의 변화의 정도를 도시함,
도 4는 TFT에 있어서의 패시베이션막으로부터 채널로의 불소 원자의 확산의 형태를 도시하는 부분 단면도,
도 5는 도 4에 도시하는 TFT를 본뜬 구조를 갖는 분석용 샘플의 단면도,
도 6은 도 5에 도시하는 분석용 샘플의 열처리 후에 있어서의 불소 원자의 분포의 SIMS에 의한 측정 결과를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 전자 디바이스로서의 보텀 게이트형의 TFT의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 전자 디바이스의 제조 장치로서의 플라즈마 CVD 성막 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도,
도 9는 도 7에 있어서의 TFT의 제조 방법의 일부를 도시하는 공정도,
도 10은 도 9의 TFT의 제조 방법에 따라 제조된 TFT에서의 불소 원자의 분포의 형태를 모식적으로 나타내는 그래프,
도 11은 도 7의 TFT의 제 1 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 12는 도 7의 TFT의 제 2 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 13은 도 7의 TFT의 제 3 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 14는 도 7의 TFT의 제 4 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 15는 도 7의 TFT의 제 5 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도,
도 16은 도 7의 TFT의 제 6 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 일반적인 전자 디바이스로서의 보텀 게이트형의 산화물 박형 트랜지스터(TFT)의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 1에 있어서, 기판(11) 상에 형성되는 TFT(10)는, 기판(11) 상에 형성된 게이트 전극(12)과, 게이트 전극(12)을 덮는 게이트 절연막(13)과, 게이트 절연막(13) 상에 형성되며, 또한 IGZO로 이루어지는 산화물 반도체층(15)과, 산화물 반도체층(15)의 일부에 형성되는 채널(14)과, 채널(14)을 덮는 에칭 정지(etch stop)막(17)과, 소스 전극(18)과, 드레인 전극(19)과, 에칭 정지막(17), 소스 전극(18)이나 드레인 전극(19)을 덮는 패시베이션막(20)을 구비한다.
그런데, 본 발명에 앞서, 발명자 등은 수소 원자를 포함하지 않는 패시베이션막을 이용한 경우에 있어서의 TFT의 초기 특성값에의 영향을 확인하기 위해, 다량의 수소 원자를 포함하는 패시베이션막으로서의 수소 함유 질화규소(SiN:H)막, 소량의 수소 원자를 포함하는 패시베이션막으로서의 산화규소(SiO2)막, 및 포함되는 수소 원자가 극히 적어서 실질적으로 수소 원자를 포함하지 않는 불소 함유 질화규소(SiN:F) 막을 이용한 TFT의 초기 특성값을 측정했다. 또한, 이들 TFT의 채널은 IGZO로 이루어지며, 측정된 초기 특성값은 이하의 표 1에 나타냈다.
| 패시베이션막 |
이동도 (㎠/Vs) |
S값 (V/dec) |
VGS (IDS=1nA) |
△VH |
△Vth (PBS) |
| SiO2 | 8.47 | 0.24 | 3.40 | 0.53 | 2.03 |
| SiN:F | 12.90 | 0.17 | 0.22 | 0.06 | -0.19 |
| SiN:H | - | - | - | - | - |
표 1에 나타내는 바와 같이, 수소 함유 질화규소막을 이용한 TFT는 동작하지 않았기 때문에, 어느 초기 특성값도 측정이 불가능했다. 이것은 수소 함유 질화규소막에 포함된 다량의 불소 원자가 채널로 확산하여, 채널을 구성하는 IGZO 중의 산소 원자를 탈리시켰기 때문인 것으로 여겨진다. 한편, 패시베이션막에 산화규소막을 이용한 TFT(이하, "산화규소막 TFT"라 함) 및 패시베이션막에 불소 함유 질화규소막을 이용한 TFT(이하, "불소 함유 질화규소막 TFT"라 함)의 어느 것도 동작했기 때문에, 각 초기 특성값을 측정할 수 있었지만, 예컨대, 전자 이동도는 산화규소막 TFT 보다 불소 함유 질화규소막 TFT가 높고, 스위칭 성능을 나타내는 S값은 산화규소막 TFT 보다 불소 함유 질화규소막 TFT가 작으며, 히스테리시스 전압 변화량(ΔVH)은 산화규소막 TFT 보다 불소 함유 질화규소막 TFT가 작다. 즉, 산화규소막 TFT의 각 초기 특성값보다 불소 함유 질화규소막 TFT의 각 초기 특성값이 양호한 값을 나타냈다. 또한, 역치 전압 변화량(ΔVth)의 절대값은 산화규소막 TFT보다 불소 함유 질화규소막 TFT가 작아졌다. 즉, 산화규소막 TFT의 신뢰성보다 불소 함유 질화규소막 TFT의 신뢰성이 개선되는 결과가 얻어졌다.
또한, 빛을, 산화규소막 TFT 및 불소 함유 질화규소막 TFT의 각각에 조사하고 이들의 TFT를 구동시켰을 때의 광에너지에 대한 TFT의 각 초기 특성값의 변화의 형태를 확인하여, 확인 결과를 도 2의 (A) 내지 도 2의 (C)에 나타냈다. 또한, 도 2의 (A) 내지 도 2의 (C)에서, 산화규소막 TFT 및 불소 함유 질화규소막 TFT를 각각 "SiO2"및 "SiN:F"로 나타낸다.
조사되는 빛의 에너지가 변화되었을 때, S값의 변화에 관해서는 도 2의 (A)에 나타내는 바와 같이, 역치 전압 변화량(ΔVth)에 관해서는 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 히스테리시스 전압 변화량(Δ(ΔVH))에 관해서는 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 어느 초기 특성값에 관해서도, 2.7eV 이상의 영역에서 산화규소막 TFT보다 불소 함유 질화규소막 TFT가 특성값의 변화가 작은 것이 확인되었다. 즉, 초기 특성에 관하여 산화규소막 TFT보다 불소 함유 질화규소막 TFT가 우수한 것이 확인되었다. 또한, IGZO의 밴드 갭은 3~3.2eV인 한편, 불소 함유 질화규소막 TFT에서는 3~3.2eV에서도 특성값의 변화가 작으므로, 밴드 갭의 요인이 되는 깊은 결함 준위가 저감된 것을 알 수 있으며, 또한, 그 결과, 불소 함유 질화규소막 TFT에서 신뢰성이 개선된 것으로 추측되었다.
또한, 산화규소막(패시베이션막)의 형성 후에 산화규소막 TFT에 350℃의 열처리를 실시하고, 불소 함유 질화규소막(패시베이션막)의 형성 후에 불소 함유 질화규소막 TFT에 350℃의 열처리를 실시한 후, 각 TFT에 대해 특성값을 측정하고 각 TFT의 신뢰성을 확인하여, 확인 결과를 도 3의 (A) 내지 도 3의 (D)에 나타냈다.
도 3은 산화규소막 및 불소 함유 질화규소막 TFT에 열처리를 실시한 후(이하, "열처리 후"라 함)의 PBTS 시험의 결과를 나타내고, 도 3의 (A)은 열처리 후의 산화규소막 TFT에 있어서의 게이트 전압 및 드레인 전류의 관계의 시간적 변화를 나타내며, 도 3의 (B)는 열처리 후의 불소 함유 질화규소막 TFT에 있어서의 게이트 전압 및 드레인 전류의 관계의 시간적 변화를 나타낸다. 각 도면 중에서 각 심볼은 각 경과 시간에서의 게이트 전압 및 드레인 전류의 측정값을 나타낸다. 구체적으로는, 심볼 없는 실선은 초기 상태의 측정값을 나타내고, "◇"은 100초 경과 후의 측정값을 나타내며, "○"는 1000초 경과 후의 측정값을 나타내고, "△"은 5000초 경과 후의 측정값을 나타내며, 심볼 없는 파선은 10000초 경과 후의 측정값을 나타낸다. 도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에서는 부하 시간이 경과함에 따라서, 게이트 전압 및 드레인 전류의 관계가 각 도면 중의 화살표 방향으로 이동한다. 도 3의 (A) 및 도 3의 (B)로부터, 열처리 후의 산화규소막 TFT보다 열처리 후의 불소 함유 질화규소막 TFT가 게이트 전압 및 드레인 전류의 관계의 시간적 변화가 적으며, 드레인 전류가 안정적으로 흐르는 것을 알 수 있었다.
도 3의 (C)는 열처리 후의 산화규소막 TFT에 있어서의 부하 시간에 대한 역치 전압 변화량의 변화의 정도를 나타내며, 도 3의 (D)는 열처리 후의 불소 함유 질화규소막 TFT에 있어서의 부하 시간에 대한 역치 전압 변화량의 변화의 정도를 나타낸다. 각 도면 중에서 각 심볼은 측정시의 온도를 나타내며, "◇"은 실온이고, "○"은 50℃이며, "△"은 75℃이고, "□"는 100℃이다. 도 3의 (C) 및 도 3의 (D)로부터, 열처리 후의 산화규소막 TFT보다도 열처리 후의 불소 함유 질화규소막 TFT가 부하 시간에 대한 역치 전압 변화량의 변화가 적으며, 역치 전압이 안정되어 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 신뢰성에 관해서도 산화규소막 TFT보다 불소 함유 질화규소막 TFT가 우수한 것이 확인되었다.
초기 특성이나 신뢰성에 관하여 산화규소막 TFT보다 불소 함유 질화규소막 TFT가 우수한 것의 이유로서, 본 발명자 등은 불소 함유 질화규소막 TFT의 패시베이션막에 포함되는 불소 원자의 존재에 주목하여 이하의 메커니즘을 추측했다.
TFT(10)에 있어서, 채널(14)을 구성하는 IGZO막 상에, 예컨대, 산화규소로 이루어지는 에칭 정지막(17)을 플라즈마 CVD에 의해 형성할 때, IGZO막이 양이온 등에 의해 스패터되거나, 또는 열의 영향에 의해, IGZO막으로부터 산소 원자가 방출되어 아연 원자 등의 미결합수가 주로 IGZO막의 표면 근방, 즉, 에칭 정지막(17) 및 채널(14)의 경계 근방에서 생긴다. 미결합수는 TFT의 동작시에 채널(14) 내의 캐리어를 트랩하여, TFT(10)의 초기 특성이나 신뢰성을 악화시킨다.
이에 대하여, 패시베이션막(20)이 불소 원자(도 4 중 "F"로 나타냄)를 함유하면, TFT(10)의 형성 후, 도 4에 도시하는 바와 같이, 패시베이션막(20)에 함유되는 불소 원자가 에칭 정지막(17)을 거쳐서 채널(14)로 확산하여, 에칭 정지막(17) 및 채널(14)의 경계 근방에서 생긴 미결합수를 종단한다. 이에 의해, 채널(14) 내에서의 캐리어의 트랩을 억제하여, TFT(10)의 초기 특성을 개선한다. 또한, 아연 원자 및 불소 원자의 결합 에너지는 아연 원자 및 산소 원자의 결합 에너지보다 높기 때문에(전자는 364kJ/mol, 후자는 284kJ/mol), 불소 원자에 의해 종단된 미결합수는 안정되고, 재차 불소 원자를 방출하여 미결합수로 되돌아오는 일이 없다. 이에 의해, 채널(14)의 신뢰성을 개선하고, 나아가서는, TFT(10)의 신뢰성을 개선한다.
또한, 본 발명자 등은, 도 4에 도시하는 TFT를 본뜬 구조를 갖는 분석용 샘플(도 5)을 작성하여, 패시베이션막(20)에 함유되는 불소 원자를 적극적으로 채널(14)로 확산시키기 위해서, 패시베이션막(20)이 불소 함유 질화규소막으로 구성되는 분석용 샘플의 형성 후에 해당 분석용 샘플에 열처리를 실시하고, 그 후, 분석용 샘플에 있어서의 불소 원자의 분포를 2차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의해 측정했다.
도 6은 도 5에 도시하는 분석용 샘플의 열처리 후에 있어서의 불소 원자의 분포의 SIMS에 의한 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6에서는 1시간의 열처리가 실시된 경우의 TFT에서의 불소 원자의 분포를 파선으로 나타내고, 3시간의 열처리가 실시된 경우의 TFT에서의 불소 원자의 분포를 실선으로 나타낸다.
도 6에서, 패시베이션막(20)으로부터 확산된 불소 원자의 수(농도)는 에칭 정지막(17)으로부터 채널(14)을 향해 감소하지만, 에칭 정지막(17) 및 채널(14)의 경계에서 일단 극값을 나타내도록 증가한다. 이 결과는 상술한 메커니즘, 즉, 에칭 정지막(17) 및 채널(14)의 경계 근방에서 생기는 미결합수가 불소 원자에 의해 종단되는 것을 증명하는 것이며, 상기 추측한 메커니즘은 올바른 것으로 확인되었다.
또한, 열처리의 시간이 길수록, 패시베이션막(20)으로부터 확산하는 불소 원자의 수도 많아지지만, 도 6에 도시하는 바와 같이, 열처리의 시간이 길수록, 에칭 정지막(17) 및 채널(14)의 경계에서의 불소 원자의 수의 극값은 커지며, 에칭 정지막(17) 및 채널(14)의 경계 근방에서 미결합수를 종단하는 불소 원자는 패시베이션막(20)으로부터 확산한 불소 원자인 것으로 생각된다.
즉, 본 발명자 등은 불소 함유막을 미결합수가 존재하는 채널의 부근에 마련하고 열처리를 실행하는 것에 의해, 불소 함유층으로부터 확산한 불소 원자에 의해 채널의 미결합수를 종단할 수 있다고 하는 지견을 얻었다. 본 발명은 상술한 지견에 근거하는 것이다.
다음에, 본 실시형태에 따른 전자 디바이스에 대해 설명한다.
도 7은 본 실시형태에 따른 전자 디바이스로서의 보텀 게이트형의 TFT의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다. 또한, 도 7의 TFT(21)의 구성은 도 1의 TFT(10)의 구성과 거의 동일하기 때문에, 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7에서, TFT(21)는 기판(11) 상에 형성된 게이트 전극(12)과, 게이트 절연막(13)과, 산화물 반도체층(15)과, 산화물 반도체층의 일부에 형성되는 채널(14)(금속 산화물막)과, 채널(14)을 포함하는 산화물 반도체층(15)을 덮고, 또한 채널(14) 이외의 산화물 반도체층(15)을 부분적으로 노출시키는 에칭 정지막(22)(제 1 막)과, 소스 전극(18)과, 드레인 전극(19)과, 에칭 정지막(22), 소스 전극(18) 및 드레인 전극(19)을 덮는 패시베이션막(23)(제 2 막)을 구비한다. TFT(21)에서, 게이트 절연막(13) 및 에칭 정지막(22)은 소량의 수소 원자를 포함하는 산화규소막으로 이루어지며, 패시베이션막(23)은 불소 함유 질화규소막으로 이루어진다. 또한, 게이트 절연막(13) 및 에칭 정지막(22)에 포함되는 소량의 수소 원자는 제조 공정에서 부득이하게 혼입되는 것으로서, 본 발명이 발휘하는 효과에는 큰 영향을 미치는 것은 아니지만, 이상적으로는 포함되지 않는 것이 바람직하다.
도 8은 본 실시형태에 따른 전자 디바이스의 제조 장치로서의 플라즈마 CVD 성막 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 본 플라즈마 CVD 성막 장치는 TFT(21)에 있어서의 패시베이션막(23)을 형성할 때에 바람직하게 이용된다.
도 8에서, 플라즈마 CVD 성막 장치(24)는, 예컨대, TFT(21)가 형성되는 기판(11)을 수용하는 대략 하우징 형상의 챔버(25)와, 해당 챔버(25)의 바닥부에 배치되며 기판(11)을 상면에 탑재하는 탑재대(26)와, 챔버(25)의 외부에서 챔버(25)의 내부의 탑재대(26)와 대향하도록 배치되는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 안테나(27)와, 챔버(25)의 천정부를 구성하고, 탑재대(26) 및 ICP 안테나(27)의 사이에 개재하는 창 부재(28)를 구비한다. ICP 안테나(27)와 창 부재(28)의 사이에는 스페이서(미도시)에 의해 일정한 갭이 유지된다.
챔버(25)는 배기 장치(미도시)를 갖고, 해당 배기 장치는 챔버(25)를 진공 흡인하여 챔버(25)의 내부를 감압한다. 챔버(25)의 창 부재(28)는 유전체로 이루어지며, 챔버(25)의 내부와 외부를 구획한다.
창 부재(28)는 절연 부재(미도시)를 거쳐서 챔버(25)의 측벽에 지지되며, 창 부재(28)와 챔버(25)는 직접적으로 접촉하지 않아서 전기적으로 도통하지 않는다. 또한, 창 부재(28)는 적어도 탑재대(26)에 탑재된 기판(11)의 전면을 덮을 수 있는 크기를 갖는다. 또한, 창 부재(28)는 복수의 분할편으로 구성되어도 좋다.
챔버(25)의 측벽에는 3개의 가스 도입구(29, 30, 31)가 마련되고, 가스 도입구(29)는 가스 도입관(32)을 거쳐서 챔버(25)의 외부에 배치된 할로겐화규소 가스 공급부(33)에 접속되며, 가스 도입구(30)는 가스 도입관(34)을 거쳐서 챔버(25)의 외부에 배치된 질소 함유 가스 공급부(35)에 접속되고, 가스 도입구(31)는 가스 도입관(36)을 거쳐서 챔버(25)의 외부에 배치된 희가스 공급부(37)에 접속된다.
할로겐화규소 가스 공급부(33)는 가스 도입구(29)를 거쳐서 챔버(25)의 내부에, 수소 원자를 포함하지 않는 할로겐화규소 가스, 예컨대, 4불화규소(SiF4) 가스를 공급하고, 질소 함유 가스 공급부(35)는 가스 도입구(30)를 거쳐서 챔버(25)의 내부에, 수소 원자를 포함하지 않는 질소 함유 가스, 예컨대, 질소(N2) 가스를 공급하며, 희가스 공급부(37)는 가스 도입구(31)를 거쳐서 챔버(25)의 내부에, 희가스, 예컨대, 아르곤 가스를 공급한다. 즉, 챔버(25)의 내부에는, 4불화규소 가스 및 질소 가스가 혼합되며, 또한 수소를 포함하지 않는 처리 가스가 공급된다. 또한, 처리 가스는 4불화규소 가스나 질소 가스 이외에 수소를 포함하지 않는 가스를 포함하고 있어도 좋다. 각 가스 도입관(32, 34, 36)은 매스플로우 컨트롤러나 밸브(모두 도시하지 않음)를 갖고, 가스 도입구(29, 30, 31)로부터 공급되는 각 가스의 유량을 조정한다.
ICP 안테나(27)는 창 부재(28)의 상면을 따라서 배치되는 환상의 도선, 또는 도체판으로 이루어지며, 정합기(38)를 거쳐서 고주파 전원(39)에 접속된다. 고주파 전원(39)으로부터의 고주파 전류는 ICP 안테나(27)를 흐르고, 해당 고주파 전류는 ICP 안테나(27)에 창 부재(28)를 거쳐서 챔버(25)의 내부에 자계를 발생시킨다. 해당 자계는 고주파 전류에 기인하여 발생하기 때문에 시간적(주기적)으로 변화하지만, 시간적으로 변화하는 자계는 유도 전계를 생성하고, 해당 유도 전계에 의해 가속된 전자가 챔버(25) 내에 도입된 가스의 분자나 원자와 충돌하여 유도 결합 플라즈마가 생긴다.
플라즈마 CVD 성막 장치(24)에서는, 유도 결합 플라즈마에 의해 챔버(25)의 내부로 공급된 4불화규소 가스나 질소 가스로부터 플라즈마를 생성하고, CVD에 의해 불소 함유 질화규소막을 형성하는 것에 의해, 패시베이션막(23)을 형성한다. 이때, 4불화규소 가스나 질소 가스의 어느 것에도 수소 원자가 포함되지 않기 때문에, 패시베이션막(23)을 형성하는 불소 함유 질화규소막은 처리 가스에 기인하는 수소 원자를 포함하지 않는다.
또한, 기판(11)의 반송시에 해당 기판(11)에 흡착되어 있던 미량의 수분이나, 배기 장치로 충분히 다 제거되지 않은 수분 등의 처리 가스 이외의 환경 요인에 의한 수분이 챔버(25) 내에 존재하기 때문에, 해당 수분에 기인하는 수소 원자가 패시베이션막(23)을 형성하는 불소 함유 질화규소막에 극히 적은 양으로 포함되는 경우가 있다. 즉, 수소 원자를 포함하지 않는 처리 가스를 이용하는 것에 의해 패시베이션막(23) 중에 포함되는 수소 원자의 양을 극히 억제하는 것(수소 원자의 존재를 억제함)이 가능하지만, 패시베이션막(23)에는 여전히 극히 적은 양의 수소 원자가 포함된다. 이때, 형성되는 불소 함유 질화규소막의 주성분은 질화규소이며, 질화규소 중에 4불화규소 가스가 분해되어 생긴 불소 원자가 분산되어 함유되지만, 이러한 경우에도, 불소 원자의 농도를 수소 원자의 농도보다 높게 함으로써, 본 발명을 실현할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서 패시베이션막(23)의 형성시에 첨가 가스로서, 또는 패시베이션막(23)의 형성의 전후에 다른 처리로서 예컨대 4불화탄소 가스 등의 도입을 실행하는 경우가 있기 때문에, 챔버(25) 내에서 플라즈마화된 4불화탄소 가스로부터 발생한 미량의 탄소 원자가 패시베이션막(23)에 함유되어 일부에 탄화질화규소를 구성하는 경우가 있다. 그렇지만, 이와 같은 미량의 탄화질화규소는 본 발명의 효과를 저해하는 것은 아니기 때문에, 패시베이션막(23)은 전체로서 실질적으로 불소 함유 질화규소막에 해당한다고 말할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 불소 함유 질화규소막은, 이러한 탄소 등을 포함하는 불순물을 미량 함유하는 불소 함유 질화규소막을 배제하는 것은 아니다. 이러한 불소 함유 질화규소막에 관한 사고 방식은, 후술의 패시베이션막이 불소 함유 산화규소막, 불소 함유 산질화규소막, 그 이외의 소재에 해당하는 경우에도 마찬가지로 적용된다.
4불화규소 가스에 있어서의 규소 원자 및 불소 원자의 결합이나 질소 가스에 있어서의 질소 원자끼리의 결합은 결합 에너지가 높기(전자는 595kJ/mol, 후자는 945kJ/mol) 때문에 플라즈마화 하는 것은 용이하지 않지만, ICP 안테나(27)를 이용하여 생기는 유도 결합 플라즈마는 밀도가 매우 높기 때문에, 결합 에너지가 높은 결합을 갖는 4불화규소 가스나 질소 가스로부터 플라즈마를 생성할 수 있다.
희가스 공급부(37)가 공급하는 아르곤 가스 등의 희가스는 질화규소막을 직접 구성하는 재료 가스는 아니지만, 질화규소막을 직접 구성하는 재료 가스인 4불화규소 가스 및 질소 가스를 적절한 농도로 조정하고, 또한 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 방전을 용이하게 실행하도록 하는 등, CVD에 있어서 보조적인 역할을 수행한다.
또한, 플라즈마 CVD 성막 장치(24)는 추가로 컨트롤러(40)를 구비하고, 해당 컨트롤러(40)는 플라즈마 CVD 성막 장치(24)의 각 구성요소의 동작을 제어한다.
또한, 할로겐화규소 가스 공급부(33)가 공급하는 수소 원자를 포함하지 않는 할로겐화규소 가스는 4불화규소 가스에 한정되지 않으며, 다른 할로겐화규소 가스, 예컨대, 염화규소(SiCl4)라도 좋고, 질소 함유 가스 공급부(35)가 공급하는 질소 함유 가스는 질소 가스에 한정되지 않으며, 다른 질소 함유 가스라도 좋다.
다음에, 본 실시형태에 따른 전자 디바이스의 제조 방법으로서의 TFT(21)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 9는 도 7에 있어서의 TFT의 제조 방법의 일부를 도시하는 공정도이다.
우선, 금속(예컨대, 구리(Cu)/몰리브덴(Mo), 티탄(Ti)/알루미늄(Al)/티탄이나 몰리브덴(Mo)/알루미늄/몰리브덴)의 PVD(Physical Vapor Deposition)에 의한 성막, 포토레지스트를 소정의 패턴으로 현상하는 포토리소그래피, 현상된 포토레지스트를 이용한 에칭 및 포토레지스트의 박리를 통해, 기판(11) 상에서 소정의 폭을 갖는 게이트 전극(12)을 형성한다.
이어서, CVD에 의해 게이트 전극(12)을 덮도록 산화규소막으로 이루어지는 게이트 절연막(13)을 형성하고, 또한, PVD에 의해 채널(14)을 구성하는 IGZO막을 형성한다. 그 후, 플라즈마 CVD에 의해 IGZO막을 덮도록 산화규소막으로 이루어지는 에칭 정지막(22)을 형성한다. 이때, 양이온 등의 스패터링에 의해, IGZO막으로부터 산소 원자가 방출되어 아연 원자 등의 미결합수가 주로 에칭 정지막(22) 및 IGZO막(채널(14))의 경계 근방에서 발생한다.
또한, 에칭 정지막(22)을 부분적으로 제거하여 IGZO막을 부분적으로 노출시킨다.
이어서, IGZO막이 노출되는 부분에 각각 접하는 소스 전극(18)이나 드레인 전극(19)을 PVD에 의해 형성하고(도 9의 (A)), 그 후, 플라즈마 CVD 성막 장치(24)에서, 4불화규소 가스, 질소 가스 및 아르곤 가스를 이용하여, CVD에 의해 불소 함유 질화규소막으로 이루어지는 패시베이션막(23)을 형성한다(도 9의 (B)).
이어서, TFT(21)에 열처리, 예컨대, 기판(11)을 3시간에 걸쳐서 350℃까지 계속 가열하는 열처리를 실시한다. 이때, 패시베이션막(23)에 함유되는 불소 원자에 열에너지가 부여되며, 불소 원자(도면 중 "F"로 나타냄)는 에칭 정지막(22)을 거쳐서 채널(14)로 확산한다(도 9의 (C)). 채널(14)로 확산한 불소 원자는 해당 채널(14)에 존재하는 미결합수를 종단한다. 그 후, 본 처리를 종료한다. 또한, 패시베이션막(23)의 형성시에 에칭 정지막(22)에 불소 원자가 도입되며, 에칭 정지막(22)에 도입된 불소 원자가 열처리에 의해 채널(14)로 확산하는 경우도 있지만, 패시베이션막(23)으로부터 에칭 정지막(22)을 거쳐서 채널(14)로 불소 원자가 확산하는 경우에도, 에칭 정지막(22)으로부터 직접 채널(14)로 불소 원자가 확산하는 경우에도, 본 발명이 발휘하는 효과는 변하지 않는다.
도 10은 도 9의 TFT의 제조 방법에 의해 제조된 TFT에 있어서의 불소 원자의 분포의 형태를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 통상, 도 10에 나타내는 불소 원자의 분포의 형태는 SIMS에 의해 확인할 수 있다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 불소 원자의 농도는 패시베이션막(23)에서 채널(14)을 향해 약간 저하되거나 거의 일정하지만, 에칭 정지막(22)에서 패시베이션막(23)으로부터 채널(14)을 향해 명확하게 저하되도록 경사지며, 에칭 정지막(22) 및 채널(14)의 경계(이하, "채널 경계"라 함)에서 일단 극값을 나타내도록 증가한 후, 채널(14)의 경계 이외의 부분에서 거의 일정하게 된다. 여기서, 채널 경계에서의 불소 원자의 농도는 해당 경계 근방에 생기는 미결합수를 불소 원자가 종단하기 때문에, 채널(14)에 있어서의 채널 경계 이외의 부분보다 높다. 또한, 채널(14)로 패시베이션막(23)으로부터 불소 원자가 확산하지만, 패시베이션막(23)의 불소 원자의 농도는 채널(14)의 불소 원자의 농도, 특히, 채널(14)에 있어서의 채널 경계 이외의 부분의 불소 원자의 농도보다 높다. 또한, 본 실시형태에 있어서 "채널 경계"는 두께를 갖지 않는 이상적인 "경계"를 의미하지 않으며, 경계면으로부터 일정 심도의 범위의 두께를 갖는 층으로서의 경계를 의미한다. 일정 심도의 범위는, 예컨대, 미결합수의 개수의 분포에 있어서 급격하게 존재수가 줄어드는 깊이에 의해 정의할 수 있으며, 존재수의 임계값의 규정 방식에 따라 약간의 차이는 있지만, "채널 경계"와" "채널 경계 이외"의 위치적인 비교에 있어서, 일정 심도의 범위는 명료하게 구별되기 때문에, 본 실시형태에 있어서 "채널 경계"와" 채널 경계 이외"가 나타내는 위치는 불명료하지 않다.
본 실시형태에 의하면, 불소 함유 질화규소막으로 이루어지는 패시베이션막(23)으로부터 불소 원자가 채널(14)로 확산하고, 채널(14)에 있어서 채널 경계에서의 불소 원자의 농도가 채널 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높아지기 때문에, 채널 경계에는 많은 불소 원자가 존재하며, 많은 불소 원자에 의해 채널 경계의 근방에 생기는 많은 미결합수가 종단된다. 이에 의해, 채널(14)에 있어서의 전자 이동도의 저하를 억제하여, TFT(21)의 성능의 저하를 방지하는 동시에 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
상술한 본 실시형태에서는, 패시베이션막(23)이 4불화규소 가스나 질소 가스를 이용한 CVD에 의해 형성되므로, 패시베이션막(23)은 불소 원자를 확실하게 함유한다. 이에 의해, 패시베이션막(23)으로부터의 불소 원자에 의해 채널(14)에 존재하는 미결합수를 확실하게 종단할 수 있다
또한, 상술한 본 실시형태에서는, 패시베이션막(23)의 형성시, CVD에 이용되는 어느 가스(4불화규소 가스, 질소 가스나 아르곤 가스)도 수소 원자를 포함하지 않으므로, 채널(14)에 수소 원자가 확산하는 일이 없으며, 그에 따라, 채널(14)로부터의 산소 원자의 이탈을 방지하여, TFT(21)의 성능의 저하를 확실하게 방지할 수 있다.
상술한 본 실시형태에서는, 패시베이션막(23)이 직접 채널(14)에 인접하는 일이 없이, 에칭 정지막(22)을 거쳐서 채널(14)에 대향하지만, 이때, 에칭 정지막(22)은 패시베이션막(23)으로부터 채널(14)로의 급격한 불소 원자의 확산을 억제하고, 채널(14)의 채널 경계에서 불소 원자가 편재되는 것을 방지하여, 각 미결합수를 균등하게 종단할 수 있다. 또한, 에칭 정지막(22)을 시간당 통과하는 불소 원자의 수는 한정되어 있기 때문에, 예컨대, 열처리의 시간을 조정하는 것에 의해, 에칭 정지막(22)을 통과하는 불소 원자의 수를 제어하여 채널(14)에 있어서의 미결합수의 종단의 정도를 제어할 수 있다.
이상, 본 발명에 대해 실시형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 상술한 TFT(21)에서는, 패시베이션막(23)이 불소 함유 질화규소막에 의해 구성되었지만, 패시베이션막(23)은 불소 함유 산화규소(SiO:F)막이나 불소 함유 산질화규소(SiON:F)막에 의해 구성되어도 좋다. 또한, 플라즈마 CVD 성막 장치(24)에서 전자를 형성할 때, CVD에 있어서 4불화규소 가스와, 산소(O2) 가스 및 아산화질소(N2O) 가스 중 적어도 하나와, 아르곤 가스 등의 희가스가 이용되며, 후자를 형성할 때, CVD에 있어서 4불화규소 가스와, 질소 가스와, 산소 가스 및 아산화질소 가스 중 적어도 하나와, 아르곤 가스 등의 희가스가 이용된다. 또한, 아르곤 등의 희가스는 방전의 개시를 용이하게 하여, 가스 농도를 조정하는 효과를 가져오지만, 본 발명의 효과를 얻기 위해서는 반드시 이용하지 않아도 좋다.
상술한 TFT(21)에서는, 패시베이션막(23)만으로부터 불소 원자가 확산했지만, 에칭 정지막(22) 및 게이트 절연막(13)이, 예컨대, 불소 함유 산화규소막이나 불소 함유 질화규소막에 의해 구성되어, 패시베이션막(23)으로부터뿐만 아니라 에칭 정지막(22)이나 게이트 절연막(13)으로부터도 채널(14)을 향해 불소 원자가 확산해도 좋다.
상술한 TFT(21)에서는, 채널(14)이 IGZO에 의해 구성되었지만, 채널(14)을 구성하는 원소는 IGZO에 한정되지 않으며, 예컨대, ITZO, ZnO, IZO, AZO 등의 적어도 산화아연을 구성 원소로서 함유하는 산화물 반도체나, IGO 등의 다른 금속 산화물에 의해 구성되어도 좋다.
또한, 본 발명이 적용되는 TFT의 구성은 도 7의 TFT(21)의 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 11에 도시하는 바와 같이, 도 7의 TFT(21)에 비해 에칭 정지막(22)이 생략되며, 1층의 패시베이션막(23) 대신에 2층의 패시베이션막(41, 42)을 구비하는 TFT(43)에 본 발명을 적용해도 좋다. 이 경우, 2층의 패시베이션막(41, 42) 중 적어도 하나가 불소 함유 질화규소막, 불소 함유 산화규소막이나 불소 함유 산질화규소막에 의해 구성되며, 2층의 패시베이션막(41, 42) 중 적어도 하나로부터 채널(14)로 불소 원자가 확산한다.
또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, 도 7의 TFT(21)에 비해 패시베이션막(23)이 생략되며, 1층의 에칭 정지막(22) 대신에 2층의 에칭 정지막(44, 45)을 구비하는 TFT(46)에 본 발명을 적용해도 좋다. 이 경우, 2층의 에칭 정지막(44, 45) 중 적어도 하나가 불소 함유 질화규소막, 불소 함유 산화규소막이나 불소 함유 산질화규소막에 의해 구성되며, 2층의 에칭 정지막(44, 45) 중 적어도 하나로부터 채널(14)로 불소 원자가 확산한다. 또한, 확산의 결과, 이들 불소를 함유한 막 중의 불소 원자의 농도 분포는 IGZO막을 향해 농도가 저하되는 농도 구배를 나타낸다.
또한, 도 13에 도시하는 바와 같이, 기판(11) 상에 형성된 게이트 전극(12)과, 게이트 절연막(13)과, 채널(14)을 포함하는 산화물 반도체층(15)과, 채널(14)만을 덮는 에칭 정지막(47)과, 에칭 정지막(47), 채널(14), 산화물 반도체층(15)을 덮는 패시베이션막(23)과, 해당 패시베이션막(23)을 관통하여 산화물 반도체층(15)과 접하는 소스 전극(48) 및 드레인 전극(49)을 구비하는 TFT(50)에 본 발명을 적용해도 좋다. 이 경우도, 에칭 정지막(47) 및 패시베이션막(23) 중 적어도 하나가 불소 함유 질화규소막, 불소 함유 산화규소막이나 불소 함유 산질화규소막에 의해 구성되며, 에칭 정지막(47) 및 패시베이션막(23) 중 적어도 하나로부터 채널(14)로 불소 원자가 확산한다.
또한, 도 14에 도시하는 바와 같이, 도 13의 TFT(50)에 비교하여 1층의 에칭 정지막(47) 대신에 2층의 에칭 정지막(51, 52)을 구비하는 TFT(53)에 본 발명을 적용해도 좋다. 이 경우, 2층의 에칭 정지막(51, 52) 중 적어도 하나가 불소 함유 질화규소막, 불소 함유 산화규소막이나 불소 함유 산질화규소막에 의해 구성되며, 2층의 에칭 정지막(51, 52) 중 적어도 하나로부터 채널(14)로 불소 원자가 확산한다. 또한, 확산의 결과, 이들 불소를 함유한 막 중의 불소 원자의 농도 분포는 IGZO막을 향해 농도가 저하되는 농도 구배를 나타낸다.
또한, 도 15에 도시하는 바와 같이, 기판(11) 상에 직접 형성된 IGZO막에 의해 구성되는 채널(54)을 포함하는 산화물 반도체층(55)과, 채널(54)을 덮는 게이트 절연막(57)과, 게이트 절연막(57) 상에 형성되는 게이트 전극(58)과, 게이트 전극(58), 산화물 반도체층(55)을 덮는 패시베이션막(59)과, 해당 패시베이션막(59)을 관통하여 산화물 반도체층(55)과 접하는 소스 전극(60) 및 드레인 전극(61)을 구비하는 TFT(62)에 본 발명을 적용해도 좋다. 이 경우, 게이트 절연막(57) 및 패시베이션막(59) 중 적어도 하나가 불소 함유 질화규소막, 불소 함유 산화규소막이나 불소 함유 산질화규소막에 의해 구성되며, 게이트 절연막(57) 및 패시베이션막(59) 중 적어도 하나로부터 채널(54)로 불소 원자가 확산한다. 또한, 확산의 결과, 이들 불소를 함유한 막 중의 불소 원자의 농도 분포는 IGZO막을 향해 농도가 저하되는 농도 구배를 나타낸다.
또한, 도 16에 도시하는 바와 같이, 도 15의 TFT(62)에 비교하여 1층의 게이트 절연막(57) 대신에 2층의 게이트 절연막(63, 64)을 구비하는 TFT(65)에 본 발명을 적용해도 좋다. 이 경우, 2층의 게이트 절연막(63, 64) 중 적어도 하나가 불소 함유 질화규소막, 불소 함유 산화규소막이나 불소 함유 산질화규소막에 의해 구성되며, 2층의 게이트 절연막(63, 64) 중 적어도 하나로부터 채널(54)로 불소 원자가 확산한다. 또한, 확산의 결과, 이들 불소를 함유하는 막 중의 불소 원자의 농도 분포는 IGZO막을 향해 농도가 저하되는 농도 구배를 나타낸다.
상술한 실시형태에서는, 플라즈마 CVD 성막 장치에 있어서 창 부재가 유전체로 이루어지는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명을 적용 가능한 전자 디바이스의 제조 장치로서는, 유도 결합 플라즈마 장치이면 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 전자 디바이스의 제조 장치는, 창 부재로서 단일 또는 복수의 금속 부재를 이용한 것(예컨대, 일본 특허 공개 제 2012-227427 호)이나, 안테나로서 솔레노이드 코일을 이용한 것이어도 좋고, 나아가서는, 마이크로파 플라즈마 장치 등 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장치이면, 이들에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명의 목적은 상술한 실시형태의 기능을 실현하는 소프트웨어의 프로그램 코드를 기록한 기억 매체를 컴퓨터, 예컨대, 컨트롤러(40)에 공급하고, 컨트롤러(40)의 CPU가 기억 매체에 격납된 프로그램 코드를 판독하여 실행하는 것에 의해서도 달성된다.
이 경우, 기억 매체로부터 판독된 프로그램 코드 자체가 상술한 실시형태의 기능을 실현하게 되며, 프로그램 코드 및 그 프로그램 코드를 기억한 기억 매체는 본 발명을 구성하게 된다.
또한, 프로그램 코드를 공급하기 위한 기억 매체로서는, 예컨대, RAM, NV-RAM, 플로피(등록상표) 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD(DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD＋RW) 등의 광디스크, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, 다른 ROM 등의 상기 프로그램 코드를 기억할 수 있는 것이면 좋다. 또는, 상기 프로그램 코드는 인터넷, 상용 네트워크 또는 근거리 통신망 등에 접속되는 미도시의 다른 컴퓨터나 데이터베이스 등으로부터 다운로드하는 것에 의해 컨트롤러(40)에 공급되어도 좋다.
또한, 컨트롤러(40)가 판독한 프로그램 코드를 실행하는 것에 의해, 상술한 실시형태의 기능이 실현될 뿐만 아니라, 그 프로그램 코드의 지시에 근거하여, CPU 상에서 가동하고 있는 OS(operating system) 등이 실제의 처리의 일부 또는 전부를 실행하고, 그 처리에 의해 상술한 실시형태의 기능이 실현되는 경우도 포함된다.
또한, 기억 매체로부터 판독된 프로그램 코드가, 컨트롤러(40)에 삽입된 기능 확장 보드나 컨트롤러(40)에 접속된 기능 확장 유닛에 구비되는 메모리에 기록된 후, 그 프로그램 코드의 지시에 근거하여, 그 기능 확장 보드나 기능 확장 유닛에 구비되는 CPU 등이 실제의 처리의 일부 또는 전부를 실행하며, 그 처리에 의해 상술한 실시형태의 기능이 실현되는 경우도 포함된다.
상기 프로그램 코드의 형태는 오브젝트 코드, 인터프리터에 의해 실행되는 프로그램 코드, OS에 공급되는 스크립트 데이터 등의 형태로 이루어져도 좋다.
11 : 기판 13, 57, 63, 64 : 게이트 절연막
14 : 채널 15 : 산화물 반도체층
21, 43, 46 : TFT 22, 44, 45, 47, 51, 52 : 에칭 정지막
23, 41, 42, 59 : 패시베이션막 24 : 플라즈마 CVD 성막 장치
14 : 채널 15 : 산화물 반도체층
21, 43, 46 : TFT 22, 44, 45, 47, 51, 52 : 에칭 정지막
23, 41, 42, 59 : 패시베이션막 24 : 플라즈마 CVD 성막 장치
Claims (18)
- 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 상기 금속 산화물막에 인접하는 제 1 막과, 상기 제 1 막을 사이에 두고 상기 금속 산화물막에 대향하는 제 2 막을 구비하는 전자 디바이스에 있어서,
상기 금속 산화물막에는 채널이 형성되어 있으며, 상기 제 1 막 및 상기 제 2 막은 절연막이고,
상기 제 2 막이 불소 함유막으로 이루어지고,
상기 제 1 막 및 상기 금속 산화물막의 경계에서의 불소 원자의 농도는 상기 금속 산화물막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높고 또한 상기 제 2 막에서의 불소 원자의 농도보다 낮으며, 적어도 상기 제 1 막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되다가 다시 상기 경계를 향해 증가하는 농도 구배를 갖는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소 함유막의 불소 원자의 농도는 상기 금속 산화물막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높은 것을 특징으로 하는
전자 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 불소 함유막은 불소 함유 질화규소(SiN:F)막, 불소 함유 산화규소(SiO:F)막 및 불소 함유 산질화규소(SiON:F)막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 막은 에칭 정지(etch stop)막이며, 상기 제 2 막은 패시베이션(passivation)막인 것을 특징으로 하는
전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 산화물막은 적어도 산화아연 또는 IGO를 구성 원소로서 함유하는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 상기 금속 산화물막에 인접하는 제 1 막과, 상기 제 1 막을 사이에 두고 상기 금속 산화물막에 대향하는 제 2 막을 구비하는 전자 디바이스의 제조 방법에 있어서,
상기 금속 산화물막에는 채널이 형성되어 있으며, 상기 제 1 막 및 상기 제 2 막은 절연막이고,
상기 제 2 막을 불소 함유막으로 구성하고, 상기 불소 함유막으로부터 불소 원자를 상기 금속 산화물막으로 확산시키며,
상기 제 1 막 및 상기 금속 산화물막의 경계에서의 불소 원자의 농도를, 상기 금속 산화물막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도보다 높게 또한 상기 제 2 막에서의 불소 원자의 농도보다 낮게 하며, 적어도 상기 제 1 막의 상기 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되다가 다시 상기 경계를 향해 증가하는 농도 구배를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 방법. - 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 상기 금속 산화물막에 다른 막을 사이에 두고 인접하는 불소 함유막을 구비하는 전자 디바이스의 제조 방법에 있어서,
상기 금속 산화물막에는 채널이 형성되어 있으며, 상기 다른 막 및 상기 불소 함유막은 절연막이고,
불화물의 가스와, 산소 원자 및 질소 원자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용한 화학 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)에 의해 상기 불소 함유막을 형성하며,
상기 불소 함유막으로부터 불소 원자를 상기 금속 산화물막으로 확산시킴으로써, 상기 다른 막의 상기 금속 산화물막과의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되다가 다시 상기 경계를 향해 증가하고, 또한 상기 경계에서의 불소 원자의 농도는 상기 불소 함유막에서의 불소 원자의 농도보다 낮은 농도 구배를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 CVD에 이용되는 어느 가스도 수소 원자를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 CVD는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 또는 마이크로파 플라즈마를 이용하는 플라즈마 처리 장치에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 방법. - 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불소 함유막은 불소 함유 질화규소(SiN:F)막으로 이루어지며, 상기 CVD에서 이용되는 가스는 4불화규소(SiF4) 가스 및 질소(N2) 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 방법. - 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불소 함유막은 불소 함유 산화규소(SiO:F)막으로 이루어지며, 상기 CVD에서 이용되는 가스는 4불화규소 가스와, 산소(O2) 가스 및 아산화질소(N2O) 가스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 방법. - 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불소 함유막은 불소 함유 산질화규소(SiON:F)막으로 이루어지며, 상기 CVD에서 이용되는 가스는 4불화규소 가스와, 질소 가스와, 산소 가스 및 아산화질소 가스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 방법. - 산화물 반도체를 이루는 금속 산화물막과, 상기 금속 산화물막에 다른 막을 사이에 두고 인접하는 불소 함유막을 구비하는 전자 디바이스의 제조 장치에 있어서,
상기 금속 산화물막에는 채널이 형성되어 있으며, 상기 다른 막 및 상기 불소 함유막은 절연막이고,
불화물의 가스와, 산소 원자 및 질소 원자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용한 CVD에 의해 상기 불소 함유막을 형성하며,
상기 불소 함유막으로부터 불소 원자를 상기 금속 산화물막으로 확산시킴으로써, 상기 다른 막의 상기 금속 산화물막과의 경계 이외의 부분에서의 불소 원자의 농도 분포는 상기 경계를 향해 저하되다가 다시 상기 경계를 향해 증가하고, 또한 상기 경계에서의 불소 원자의 농도는 상기 불소 함유막에서의 불소 원자의 농도보다 낮은 농도 구배를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 CVD는 ICP 또는 마이크로파 플라즈마를 이용하는 플라즈마 처리 장치에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는
전자 디바이스의 제조 장치.
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