KR20140011945A - 스퍼터링용 타깃, 스퍼터링용 타깃의 사용 방법 및 산화물막의 제작 방법 - Google Patents

스퍼터링용 타깃, 스퍼터링용 타깃의 사용 방법 및 산화물막의 제작 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은, 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있는 스퍼터링용 타깃, 및 그 사용 방법을 제공한다.
평균 입계가 0.06μm 이상 3μm 이하인 복수의 결정립을 갖는 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃이다. 또한, 그 사용 방법이며 결정립은 벽개면을 갖고 스퍼터링용 타깃에 이온을 충돌시킴으로써 각각의 벽개면으로부터 스퍼터링용 입자를 박리시키고, 스퍼터링 입자가 양으로 대전함으로써 스퍼터링용 입자들끼리가 서로 반발하면서 피성막면에 균일하게 퇴적된다.

Description

스퍼터링용 타깃, 스퍼터링용 타깃의 사용 방법 및 산화물막의 제작 방법{SPUTTERING TARGET, METHOD FOR USING THE SAME, AND METHOD FOR FORMING OXIDE FILM}
본 발명은 스퍼터링용 타깃, 및 그 제작 방법에 관한 것이다. 또한, 상술한 스퍼터링용 타깃을 사용하여 스퍼터링 성막되는 산화물막, 및 이 산화물막을 사용한 반도체 장치에 관한 것이다.
또한, 본 명세서에서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리키며, 전기 광학 장치, 반도체 회로, 및 전자 기기는 모두 반도체 장치이다.
절연 표면을 갖는 기판 위에 형성된 반도체 박막을 사용하여 트랜지스터를 구성하는 기술이 주목을 받고 있다. 이 트랜지스터는 집적 회로(IC)나 화상 표시 장치(표시 장치)와 같은 전자 디바이스에 널리 응용되고 있다. 트랜지스터에 적용 가능한 반도체 박막으로서 실리콘계 반도체 재료가 널리 알려져 있지만, 그 이외에 산화물 반도체막이 주목을 받고 있다.
예를 들어, 전자 캐리어 밀도가 1018/cm3 미만인 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 아연(Zn)을 포함한 비정질 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터가 기재되어 있고, 이 산화물 반도체막의 성막 방법으로서는 스퍼터링법이 최적이라고 되어 있다(특허문헌 1 참조).
또한, In 및 Zn을 포함한 비정질 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터가 기재되어 있다(특허문헌 2 참조).
In 및 Zn을 포함한 산화물 반도체막은 캐리어 밀도의 제어성은 높지만, 비정질화되기 쉽고, 물성이 불안정하다는 문제가 있었다.
한편, 결정성 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 비정질 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터와 비교하여 우수한 전기 특성 및 신뢰성을 갖는 것이 보고되어 있다(비특허문헌 1 참조).
일본국 특개 2006-165528호 공보 일본국 특개2010-18479호 공보
Shunpei Yamazaki, Jun Koyama, Yoshitaka Yamamoto and Kenji Okamoto, "Research, Development, and Application of Crystalline Oxide Semiconductor" SID 2012 DIGEST pp183-186
In-Zn 산화물막의 성막 방법으로서 결정성의 In-Zn 산화물막을 제작하는 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
상기 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있는 스퍼터링용 타깃을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
상기 스퍼터링용 타깃의 사용 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
In-Zn 산화물막을 사용한 전기 특성이 안정된 트랜지스터를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
상기 트랜지스터를 갖는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
본 발명의 일 형태는 복수의 결정립을 갖는 다결정 In-Zn 산화물을 포함하고, 결정립의 평균 입경이 3μm 이하인 스퍼터링용 타깃이다.
또한, 결정립은 벽개면을 갖는다. 벽개면이란, 결정을 구성하는 원자 또는 분자의 결합이 약한 면(벽개하는 면, 또는 벽개하기 쉬운 면)을 가리킨다. 또한, 결정립의 입경은 예를 들어 전자 후방 산란 회절법에 의하여 측정될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 형태는 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃의 사용 방법으로서, 스퍼터링용 타깃으로부터 박리된 평판 형상이며 양(正)으로 대전된 복수의 스퍼터링 입자가 서로 반발하면서 피성막면에 퇴적되는 스퍼터링용 타깃의 사용 방법이다.
또는, 본 발명의 일 형태는 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃의 사용 방법으로서, 스퍼터링용 타깃에 이온을 충돌시킴으로써 평판 형상의 복수의 스퍼터링 입자를 박리시키고, 복수의 스퍼터링 입자가 양으로 대전함으로써 서로 반발하면서 피성막면에 퇴적되는 스퍼터링용 타깃의 사용 방법이다.
또는, 본 발명의 일 형태는 평균 입경이 3μm 이하인 복수의 결정립을 갖는 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃의 사용 방법으로서, 결정립은 벽개면을 갖고, 스퍼터링용 타깃에 이온을 충돌시킴으로써 각각의 벽개면으로부터 스퍼터링용 입자를 박리시키고, 스퍼터링 입자가 양으로 대전함으로써 스퍼터링용 입자들끼리가 서로 반발하면서 피성막면에 퇴적되는 스퍼터링용 타깃의 사용 방법이다.
또한, 스퍼터링 입자는 육각 기둥 형상이면 균일하게 퇴적되기 쉽기 때문에 바람직하다. 따라서, 결정립은 육방정인 것이 바람직하다. 결정립이 육방정인 경우, 벽개면으로부터 박리된 스퍼터링 입자는 내각이 120°인 대략 정육각형의 상면 및 하면을 갖는 육각 기둥 형상이 된다. 또한, 결정립은 삼방정이라도 좋다.
또는 본 발명의 일 형태는 상술한 어느 하나의 방법으로 스퍼터링 입자를 퇴적시키는 In-Zn 산화물막의 제작 방법이다.
이와 같이 하여 박리된 스퍼터링 입자는 결정립의 일부를 박리함으로써 형성되기 때문에 높은 결정성을 갖는다. 따라서, 상기 스퍼터링 입자가 피성막면까지 도달하여 퇴적됨으로써 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다.
스퍼터링용 타깃이 평균 입경 3μm 이하인 복수의 결정립을 가짐으로써 상기 스퍼터링용 타깃에 이온을 충돌시켰을 때 결정립의 벽개면으로부터 스퍼터링 입자를 박리시킬 수 있다.
또한, 스퍼터링 입자는 벽개면으로부터 박리되기 때문에 그 형상은 평판 형상(펠릿(pellet) 형상이라고도 함)이 된다. 또한, 평판 형상의 스퍼터링 입자는 안정성의 관점에서 자명한 듯이 벽개면(평판면)과 피성막면이 평행하게 되도록 피성막면에 부착되는 비율이 높다. 따라서, 성막되는 In-Zn 산화물막의 결정부는 하나의 결정축에 대하여 배향하게 된다. 예를 들어, 결정립의 벽개면이 a-b면에 평행한 면인 경우, In-Zn 산화물막의 결정부는 c축 배향한다. 즉, 피성막면의 법선 벡터와 In-Zn 산화물막에 포함되는 결정부의 c축이 평행하게 된다. 다만, a축은 c축을 기준으로 자유로이 회전할 수 있기 때문에 In-Zn 산화물막에 포함되는 복수의 결정부의 a축 방향은 균일하지 않다.
스퍼터링 입자는 이상적으로는 단결정이지만, 이온의 충돌의 영향 등에 의하여 일부의 결정성이 저하되어 있어도 상관없다. 따라서, 성막되는 In-Zn 산화물막은 결정부와 결정부 사이에 결정성이 낮은 영역을 포함하는 경우가 있다. 또한, 결정부와 결정부 사이에 결정성이 낮은 영역을 포함함으로써 In-Zn 산화물막 중의 결정 입계가 불명확해진다. 예를 들어, 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)에 의한 관찰상에서는 결정부들끼리의 경계, 즉 결정 입계를 명확하게 판별할 수 없다. 그래서, 본 발명의 일 형태에 따른 In-Zn 산화물막은 결정 입계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 억제되기 때문에 높은 전자 이동도를 갖는다.
또한, 스퍼터링용 타깃은 바람직하게는 상대 밀도가 90％ 이상, 95％ 이상, 또는 99％ 이상이다. 또한, 스퍼터링용 타깃의 상대 밀도란, 스퍼터링용 타깃의 밀도와, 상기 스퍼터링용 타깃과 동일 조성을 갖는 물질의 기공(氣孔)이 없는 상태에 있어서의 밀도와의 비율을 가리킨다.
이하에, 상술한 어느 하나의 방법으로 스퍼터링 입자를 퇴적시키는 것에 의하여 얻어지는 In-Zn 산화물막의 결정화도를 더 높이는 방법을 나타낸다.
In-Zn 산화물막에 대한 불순물의 혼입을 저감시킴으로써 불순물로 인하여 결정 상태가 흐트러지는 것을 억제할 수 있고, 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 성막실 내에 존재하는 불순물의 농도(수소, 물, 이산화탄소, 및 질소 등)를 저감시키면 좋다. 또한, 성막 가스 중의 불순물 농도를 저감시키면 좋다. 구체적으로는, 노점이 －80℃ 이하, 바람직하게는 －100℃ 이하인 성막 가스를 사용한다.
또한, 피성막면이 미세한 요철을 가지면, In-Zn 산화물막의 결정화도를 저하시킨다. 따라서, In-Zn 산화물막의 피성막면의 평탄성을 높임으로써 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다.
또한, 성막시의 가열 온도를 높이면, 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 성막시의 가열 온도를 100℃ 이상 740℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이상 500℃ 이하로 하면 좋다. 성막시의 가열 온도를 높임으로써 평판 형상의 스퍼터링 입자가 피성막면까지 도달하였을 때 피성막면 위에서 마이그레이션이 일어나 스퍼터링 입자의 벽개면과 평행한 면이 피성막면에 부착되기 쉬워진다. 결과적으로, 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다.
또한, 성막시의 플라즈마 대미지가 경감됨으로써 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다. 따라서, 성막 가스 중의 산소 비율을 높이고, 전력을 최적화시킴으로써 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 성막 가스 중의 산소 비율은 30vol% 이상, 바람직하게는 50vol% 이상, 더 바람직하게는 80vol% 이상, 더욱 바람직하게는 100vol%로 한다.
또한, 성막 후에 가열 처리를 행함으로써, In-Zn 산화물막의 결정화도를 높일 수 있다. 이것은 가열 처리에 의하여 In-Zn 산화물막 중의 불순물 농도가 저감될 수 있기 때문이다. 가열 처리는 불활성 분위기 또는 감압하에서 행하면 불순물 농도를 저감시키는 효과가 높다. 또한, 불활성 분위기 또는 감압하에서 가열 처리를 행한 후에 산화성 분위기에서 가열 처리를 행하면 바람직하다. 불활성 분위기 또는 감압하에서 가열 처리를 행하면, In-Zn 산화물막 중의 불순물 농도의 저감과 함께 In-Zn 산화물막 중에 산소 결손이 생길 경우가 있다. 그래서, 산화성 분위기에 있어서의 가열 처리를 행함으로써 In-Zn 산화물막 중의 산소 결손을 저감시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다.
이와 같은 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막은 결정이 c축 배향성을 갖는다. 이것을 CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)막이라고 부른다.
CAAC-OS막은 복수의 결정부를 갖는 산화물 반도체막의 하나이며, 결정부의 대부분은 하나의 변이 100nm 미만인 입방체 내에 들어가는 사이즈이다. 따라서, CAAC-OS막에 포함되는 결정부는 하나의 변이 10nm 미만, 5nm 미만, 또는 3nm 미만인 입방체 내에 들어가는 사이즈인 경우도 포함된다. CAAC-OS막은 미결정 산화물 반도체막보다 결함 준위 밀도가 낮다는 특징을 갖는다.
CAAC-OS막을 투과형 전자 현미경(TEM)에 의하여 관찰하면, 결정부와 결정부의 경계, 즉 결정 입계(그레인 바운더리라고도 함)는 확인되지 않는다. 따라서, CAAC-OS막은 결정 입계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다.
CAAC-OS막을 시료면에 대략 평행한 방향으로부터 TEM에 의하여 관찰(단면 TEM 관찰)하면, 결정부에서 금속 원자가 층상으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 금속 원자의 각 층은 CAAC-OS막이 형성되는 면(피형성면이라고도 함) 또는 CAAC-OS막의 상면의 요철을 반영한 형상이며, CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면에 평행하게 배열된다.
또한, 본 명세서에 있어서, "평행"이란, 2개의 직선이 -10° 이상 10° 이하의 각도로 배치된 상태를 가리킨다. 따라서, -5° 이상 5° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다. 또한, "수직"이란, 2개의 직선이 80° 이상 100° 이하의 각도로 배치된 상태를 가리킨다. 따라서, 85° 이상 95° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다.
한편, CAAC-OS막을 시료면에 대략 수직인 방향으로부터 TEM에 의하여 관찰(평면 TEM 관찰)하면, 결정부에서 금속 원자가 삼각형 또는 육각형으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 상이한 결정부간에서 금속 원자의 배열에는 규칙성이 보이지 않는다.
단면 TEM 관찰 및 평면 TEM 관찰에 의하여, CAAC-OS막의 결정부는 배향성을 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 결정부는 CAAC-OS막을 형성하였을 때, 또는 가열 처리 등의 결정화 처리를 행하였을 때에 형성된다. 상술한 바와 같이, 결정의 c축은 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 배향한다. 따라서, 예를 들어 CAAC-OS막의 형상을 에칭 등에 의하여 변화시킨 경우, 결정의 c축이 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행하게 배향하지 않을 수도 있다.
또한, CAAC-OS막 내의 결정화도가 균일하지 않아도 좋다. 예를 들어, CAAC-OS막의 결정부가 CAAC-OS막의 상면 근방으로부터의 결정 성장에 의하여 형성되는 경우에는, 상면 근방의 영역은 피형성면 근방의 영역보다 결정화도가 높게 되는 경우가 있다. 또한, CAAC-OS막에 불순물을 첨가하는 경우에는, 불순물이 첨가된 영역의 결정화도가 변화되어, 부분적으로 결정화도가 상이한 영역이 형성될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 결정이 삼방정 또는 능면체정인 경우, 육방정계로서 나타낸다.
CAAC-OS막을 사용한 트랜지스터는 가시광이나 자외광의 조사에 기인한 전기 특성의 변동이 작다. 따라서, 상기 트랜지스터는 신뢰성이 높다.
따라서, 본 발명의 일 형태는 상기 In-Zn 산화물막에 채널이 형성되는 트랜지스터이다.
또는 본 발명의 일 형태는 상기 트랜지스터를 갖는 반도체 장치이다.
복수의 결정립을 갖고, 결정립의 평균 입계가 3μm 이하인 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃을 제공할 수 있다.
또한, 상기 스퍼터링용 타깃에 이온을 충돌시켜 벽개면으로부터 박리함으로써 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다.
또한, 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 사용함으로써 전기 특성이 안정된 트랜지스터를 제공할 수 있다.
또한, 상기 트랜지스터를 가짐으로써 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 스퍼터링용 타깃의 제작 방법의 일례를 도시한 흐름도.
도 2는 스퍼터링용 타깃으로부터 박리되는 스퍼터링 입자의 모양을 도시한 모식도.
도 3은 스퍼터링 입자가 피성막면까지 도달하는 모양을 도시한 모식도.
도 4는 성막 장치의 일례를 도시한 상면도.
도 5는 성막실의 일례를 도시한 도면.
도 6은 스퍼터링용 타깃, 마그넷 및 기판 홀더의 위치 관계를 도시한 도면.
도 7은 트랜지스터의 일례를 도시한 상면도 및 단면도.
도 8은 트랜지스터의 일례를 도시한 상면도 및 단면도.
도 9는 트랜지스터의 일례를 도시한 상면도 및 단면도.
도 10은 트랜지스터의 일례를 도시한 상면도 및 단면도.
도 11은 본 발명의 일 형태에 따른 EL 소자를 사용한 표시 장치의 상면도, 단면도 및 화소의 회로도.
도 12는 본 발명의 일 형태에 따른 액정 소자를 사용한 표시 장치의 단면도 및 화소의 회로도.
도 13은 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기를 설명한 도면.
도 14는 시료의 결정립 맵 및 결정 입경의 히스토그램.
도 15는 In-Zn 산화물막의 결정 배향을 도시한 도면.
도 16은 In-Zn 산화물막의 단면 관찰상 및 전자선 회절상.
도 17은 대전되지 않은 스퍼터링 입자가 피성막면까지 도달하는 모양을 도시한 모식도.
이하에서는 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되는 것이 아니고, 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 또한, 본 발명을 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다. 또한, 도면을 사용하여 발명의 구성을 설명함에 있어서, 동일한 것을 나타낸 부호는 서로 다른 도면 사이에서도 공통적으로 사용한다. 또한, 같은 것을 가리키는 경우에는 해치 패턴을 동일하게 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
또한, "제 1", "제 2"라고 붙이는 서수사는 편의상 사용하는 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서를 나타내는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 발명을 특정하기 위한 사항으로서 고유한 명칭을 나타내는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 스퍼터링용 타깃에 대하여 설명한다.
스퍼터링용 타깃은, 바람직하게는 상대 밀도가 90％ 이상, 95％ 이상, 또는 99％ 이상이다.
스퍼터링용 타깃은 복수의 결정립을 갖는 다결정 In-Zn 산화물을 포함하고, 결정립의 평균 입계가 3μm 이하, 바람직하게는 2μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이하이다.
또는, 스퍼터링용 타깃은 복수의 결정립을 갖는 다결정 In-Zn 산화물을 포함하고, 결정립 중 입경이 0.06μm 이상 1μm 미만, 0.06μm 이상 0.8μm 미만, 0.06μm 이상 0.6μm 미만, 또는 0.06μm 이상 0.4μm 미만인 결정립 전체에 대한 비율이 20% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 더 바람직하게는 80% 이상이다.
또한, 결정립의 입경은 예를 들어 전자 후방 산란 회절법(EBSD: Electron Back Scatter Diffraction)에 의하여 측정할 수 있다. 여기서 나타낸 결정립의 입경은 결정립의 단면을 정원형으로 가정하였을 때의 단면적으로 산출된다. 결정립의 단면은 EBSD의 결정립 맵으로부터 관찰할 수 있다. 구체적으로는, 결정립의 단면적이 S인 경우, 결정립의 반경을 r로 하고, S=πr2의 관계로부터 반경 r을 산출하고, 반경 r의 2배를 입경으로 한다.
또한, 스퍼터링용 타깃에 포함되는 결정립은 벽개면을 갖는다. 벽개면은 예를 들어 a-b면에 평행한 면이다.
결정립의 입경이 적기 때문에 결정립에 이온을 충돌시키면 벽개면으로부터 스퍼터링 입자가 박리된다. 박리된 스퍼터링 입자는 벽개면에 평행한 상면 및 하면을 갖는 평판 형상이 된다. 또한, 결정립의 입경이 작기 때문에 결정에 변형이 생겨 벽개면으로부터 박리되기 쉬워진다.
또한, 스퍼터링용 타깃에 포함되는 결정립이 육방정인 경우, 평판 형상의 스퍼터링 입자는 내각이 120°인 대략 정육각형의 상면 및 하면을 갖는 육각 기둥 형상이 된다.
또한, 스퍼터링 입자는 이상적으로는 단결정이지만, 이온의 충돌의 영향에 의하여 일부의 결정성이 저하되어 있어도 상관없다.
도 1을 사용하여 상술한 스퍼터링용 타깃의 제작 방법을 나타낸다.
도 1의 (A)에서는 스퍼터링용 타깃이 되는 In-Zn 산화물 분말을 제작한다. 우선, 공정(S101)에서 산화 인듐 분말 및 산화 아연 분말을 칭량한다.
다음에, 산화 인듐 분말 및 산화 아연 분말을 소정의 mol수비로 혼합시킨다. 예를 들어, 산화 인듐 분말 및 산화 아연 분말의 mol수비를 9:1, 2:1, 8:3, 3:1, 1:1, 4:3, 1:2, 3:4, 또는 3:2로 한다. 이와 같은 mol수비로 함으로써 나중에 결정성이 높은 다결정 In-Zn 산화물을 포함하는 스퍼터링용 타깃을 얻기 쉬워진다.
우선, 공정(S102)에서 소정의 mol수비로 혼합한 산화 인듐 분말 및 산화 아연 분말에 대하여 제 1 소성을 행함으로써 In-Zn 산화물을 얻는다. 또한, 제 1 소성은 불활성 분위기, 산화성 분위기, 또는 감압하에서 행하고, 온도는 400℃ 이상 1700℃ 이하, 바람직하게는 900℃ 이상 1500℃ 이하로 한다. 제 1 소성의 시간은 예를 들어 3분 이상 24시간 이하, 바람직하게는 30분 이상 17시간 이하, 더 바람직하게는 30분 이상 5시간 이하로 행하면 좋다. 제 1 소성을 상술한 조건으로 행함으로써 In-Zn 산화물을 생성하는 반응 이외의 불필요한 반응을 억제할 수 있고, In-Zn 산화물 중에 포함되는 불순물 농도를 저감시킬 수 있다. 그래서, In-Zn 산화물을 결정화시키고, 또 In-Zn 산화물의 결정성을 높일 수 있다.
또한, 제 1 소성은 온도 또는/및 분위기를 바꿔 복수 횟수 행하여도 좋다. 예를 들어, 제 1 분위기에서 제 1 온도로 In-Zn 산화물을 유지한 후, 제 2 분위기에서 제 2 온도로 유지하여도 좋다. 구체적으로는, 제 1 분위기를 불활성 분위기 또는 감압하로 하여 제 2 분위기를 산화성 분위기로 하면 바람직하다. 제 1 분위기에서 In-Zn 산화물 분말에 포함된 불순물을 저감시킬 때 In-Zn 산화물 중에 산소 결손이 생길 경우가 있다. 그래서, 제 2 분위기에서 얻어지는 In-Zn 산화물 중의 산소 결손을 저감시키는 것이 바람직하다. In-Zn 산화물 중의 불순물 농도를 저감시키고, 또 산소 결손을 저감시킴으로써 In-Zn 산화물의 결정성을 높일 수 있다.
다음에, 공정(S103)에서 결정성을 갖는 In-Zn 산화물을 분쇄하여 미분화(微粉化)함으로써 In-Zn 산화물 분말을 얻는다(공정(S103)).
In-Zn 산화물은 a-b면에 평행한 면의 표면 구조를 많이 포함한다. 그래서, 얻어지는 In-Zn 산화물 분말은 a-b면에 평행한 상면 및 하면을 갖는 평판 형상의 결정립을 많이 포함한다. 또한, In-Zn 산화물의 결정은 육방정이 되는 경우가 많기 때문에 상술한 평판 형상의 결정립은 내각이 120°인 대략 정육각형의 면을 갖는 육각 기둥 형상인 경우가 많다.
다음에, 얻어진 In-Zn 산화물 분말의 입경을 공정(S104)에서 확인한다. 여기서는, In-Zn 산화물 분말의 평균 입경이 3μm 이하, 바람직하게는 2μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이하로 되어 있는 것을 확인한다. 또한, 공정(S104)을 생략하고, 입경 필터를 사용하여 입경이 3μm 이하, 바람직하게는 2μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이하인 In-Zn 산화물 분말만을 선별하여도 좋다. In-Zn 산화물 분말을 입경이 3μm 이하, 바람직하게는 2μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이하로 선별함으로써 확실하게 In-Zn 산화물 분말의 평균 입경을 3μm 이하, 바람직하게는 2μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이하로 할 수 있다.
공정(S104)에서 In-Zn 산화물 분말의 평균 입경이 소정의 값을 초과한 경우, 공정(S103)으로 되돌아가고, 다시 In-Zn 산화물 분말을 분쇄한다.
상술한 바와 같이 하여, 평균 입경이 3μm 이하, 바람직하게는 2μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이하인 In-Zn 산화물 분말을 얻을 수 있다. 또한, 평균 입경이 3μm 이하, 바람직하게는 2μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이하인 In-Zn 산화물 분말을 얻음으로써 나중에 제작하는 스퍼터링용 타깃에 포함되는 결정립의 입경을 작게 할 수 있다.
다음에 도 1의 (B)에서는 도 1의 (A)에 도시된 흐름도에서 얻어진 In-Zn 산화물 분말을 사용하여 스퍼터링용 타깃을 제작한다.
공정(S111)에서 In-Zn 산화물 분말을 틀에 펼쳐지도록 깔아서 성형한다. 여기서 성형이란, 분말 등을 틀에 균일한 두께로 까는 것을 가리킨다. 구체적으로는, 틀에 In-Zn 산화물 분말을 도입하고, 외부로부터 진동을 부여함으로써 성형하면 좋다. 또는 틀에 In-Zn 산화물 분말을 도입하고, 롤러 등을 이용하여 균일한 두께로 성형하면 좋다. 또한, 공정(S111)에서는 In-Zn 산화물 분말에 물과, 분산제와, 바인더를 혼합시킨 슬러리를 사용하여도 좋다. 그 경우, 필터를 틀에 깔아서 필터 위에 슬러리를 부어 넣은 후, 틀의 저면으로부터 상기 필터를 통하여 흡인함으로써 성형하면 좋다. 그 후, 흡인한 후의 성형체에 대하여 건조 처리를 행한다. 건조 처리는 자연 건조로 행하면 성형체에 크랙이 생기기 어렵기 때문에 바람직하다. 그 후, 300℃ 이상 700℃ 이하의 온도로 가열 처리함으로써 자연 건조로는 완전히 제거제거되지 못하고 남은 수분을 제거한다. 또한, 필터는 예를 들어 직포(織布) 또는 펠트(felt) 위에 다공성의 수지막을 부착시킨 필터를 사용하면 좋다.
a-b면에 평행한 상면 및 하면을 갖는 평판 형상의 결정립을 많이 포함한 In-Zn 산화물 분말을 틀에 펼쳐지도록 깔아서 성형함으로써 결정립의 a-b면과 평행한 면이 위를 향하여 배치된다. 따라서, 얻어진 In-Zn 산화물 분말을 깔아서 성형함으로써 a-b면에 평행한 표면 구조의 비율을 증가시킬 수 있다. 또한, 틀은 금속제 또는 산화물제로 하면 좋고, 직사각형 또는 원형의 상면 형상을 갖는다.
다음에, 공정(S112)에서 In-Zn 산화물 분말에 대하여 제 1 가압 처리를 행한다. 그 후, 공정(S113)에서 제 2 소성을 행하고, 판 형상의 In-Zn 산화물을 얻는다. 제 2 소성은 제 1 소성과 마찬가지의 조건 및 방법으로 행하면 좋다. 제 2 소성을 행함으로써 In-Zn 산화물의 결정성을 높일 수 있다.
또한, 제 1 가압 처리는 In-Zn 산화물 분말을 가압하여 굳힐 수 있으면 좋고, 예를 들어 틀과 동종으로 제공된 저울추 등을 사용하여 행하면 좋다. 또는 압축 공기 등을 사용하여 고압으로 가압하여 굳혀도 좋다. 그 외에 공지의 기술을 사용하여 제 1 가압 처리를 행할 수 있다. 또한, 제 1 가압 처리는 제 2 소성과 동시에 행하여도 상관없다.
제 1 가압 처리를 행한 후에 평탄화 처리를 행하여도 좋다. 평탄화 처리는 화학 기계 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 처리 등을 사용하면 좋다.
상술한 과정으로 얻어진 판 형상의 In-Zn 산화물은 결정성이 높은 다결정 In-Zn 산화물이 된다.
다음에 공정(S114)에서, 얻어진 판 형상의 In-Zn 산화물의 두께를 확인한다. 판 형상의 In-Zn 산화물이 원하는 두께보다 얇은 경우에는 공정(S111)으로 되돌아가고, 판 형상의 In-Zn 산화물 위에 In-Zn 산화물 분말을 깔아서 성형한다. 판 형상의 In-Zn 산화물이 원하는 두께인 경우에는 상기 판 형상의 In-Zn 산화물을 스퍼터링용 타깃으로 한다. 이하는, 판 형상의 In-Zn 산화물이 원하는 두께보다 얇은 경우에 대하여 설명한다.
다음에 공정(S112)에서 판 형상의 In-Zn 산화물, 및 판 형상의 In-Zn 산화물 위의 In-Zn 산화물 분말에 대하여 제 2 가압 처리를 행한다. 그 후, 공정(S113)에서 제 3 소성을 행하고, In-Zn 산화물 분말만큼 두께가 증가된 판 형상의 In-Zn 산화물이 얻어진다. 판 형상의 In-Zn 산화물은 판 형상의 In-Zn 산화물을 종결정으로 하여 결정 성장시켜 얻어지기 때문에, 결정성이 높은 다결정 In-Zn 산화물이 된다.
또한, 제 3 소성은 제 2 소성과 마찬가지의 조건 및 방법으로 행하면 좋다. 또한, 제 2 가압 처리는, 제 1 가압 처리와 마찬가지의 조건 및 방법으로 행하면 좋다. 제 2 가압 처리는, 제 3 소성과 동시에 행하여도 상관없다.
다시 공정(S114)에서 얻어진 판 형상의 In-Zn 산화물의 두께를 확인한다.
상술한 공정에 의하여 결정의 배향성을 높이면서, 판 형상의 In-Zn 산화물을 서서히 두껍게 할 수 있다.
이 판 형상의 In-Zn 산화물을 두껍게 하는 공정을 n번(n은 자연수) 반복함으로써 원하는 두께(t), 예를 들어 2mm 이상 20mm 이하, 바람직하게는 3mm 이상 20mm 이하의 판 형상의 In-Zn 산화물을 얻을 수 있다. 상기 판 형상의 In-Zn 산화물을 스퍼터링용 타깃으로 한다.
그 후, 평탄화 처리를 행하여도 좋다.
또한, 얻어진 스퍼터링용 타깃에 대하여 제 4 소성을 행하여도 상관없다. 제 4 소성은 제 1 소성과 마찬가지의 조건 및 방법으로 행하면 좋다. 제 4 소성을 행함으로써 결정성이 더 높은 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, a-b면에 평행한 벽개면을 갖고, 복수의 결정립을 갖는 다결정 In-Zn 산화물을 포함하고, 결정립의 평균 입경이 작은 스퍼터링용 타깃을 제작할 수 있다.
또한, 이와 같이 하여 제작된 스퍼터링용 타깃은 고밀도로 할 수 있다. 스퍼터링용 타깃의 밀도가 높으므로 형성되는 막의 밀도도 높일 수 있다. 구체적으로는 스퍼터링용 타깃의 상대 밀도가 90％ 이상, 95％ 이상, 또는 99％ 이상으로 할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태나 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃을 사용하는 방법에 대하여 설명한다.
도 2의 (A)는 스퍼터링용 타깃(1000)에 이온(1001)이 충돌하여 스퍼터링 입자(1002)가 박리되는 모양을 도시한 모식도이다. 또한, 스퍼터링 입자(1002)는 육각형의 면이 a-b면과 평행한 면인 육각 기둥 형상이어도 좋다. 이 경우, 육각형의 면과 수직인 방향이 c축 방향이다(도 2의 (B) 참조). 스퍼터링 입자(1002)는 a-b면과 평행한 면의 직경이 1nm 이상 30nm 이하 정도가 된다. 또한, 이온(1001)은 산소의 양 이온을 사용한다. 또한, 산소의 양 이온에 더하여 아르곤의 양 이온을 사용하여도 좋다. 또한, 아르곤의 양 이온 대신에 기타 희가스의 양 이온을 사용하여도 좋다. 또한, 면의 원상당경이란, 면의 면적과 같은 정원의 직경을 가리킨다.
이온(1001)으로서 산소의 양 이온을 사용함으로써 성막시의 플라즈마 대미지를 경감시킬 수 있다. 따라서, 이온(1001)이 스퍼터링용 타깃(1000) 표면에 충돌하였을 때 스퍼터링용 타깃(1000)의 결정성이 저하되거나 또는 비정질화되는 것을 억제할 수 있다.
박리된 스퍼터링 입자(1002)는 양으로 대전시키는 것이 바람직하다. 스퍼터링 입자(1002)가 양으로 대전하는 타이밍은 특별히 상관하지 않지만, 구체적으로는 이온(1001)의 충돌시에 전하를 수취함으로써 양으로 대전시키면 좋다. 또는 플라즈마가 발생한 경우에는 스퍼터링 입자(1002)를 플라즈마에 노출시킴으로써 양으로 대전시키면 좋다. 또는 산소의 양 이온인 이온(1001)을 스퍼터링 입자(1002)의 측면, 상면 또는 하면에 결합시킴으로써 양으로 대전시키면 좋다.
이하에 스퍼터링 입자가 피성막면으로 수송되어 퇴적되는 모양을 도 3 및 도 17을 사용하여 설명한다. 또한, 도 17은 스퍼터링 입자가 대전되지 않은 경우를 도시한 것이고, 도 3은 스퍼터링 입자가 양으로 대전한 경우를 도시한 것이다.
도 17에서 스퍼터링 입자(1002)가 대전되지 않은 경우, 스퍼터링 입자(1002)는 피성막면(1003)에 불규칙적으로 도달한다. 따라서, 스퍼터링 입자(1002)가 다른 스퍼터링 입자(1002)가 미리 퇴적되어 있는 영역도 포함하여 무질서하게 퇴적된다. 즉, 퇴적되어 제공되는 In-Zn 산화물막은 두께가 균일하지 않고, 결정의 배향도 흩어진다.
또한, 피성막면(1003)은 절연 표면을 갖는 것이 바람직하다. 피성막면(1003)이 절연 표면을 가짐으로써 피성막면(1003)에 퇴적된 스퍼터링 입자(1002)로부터 양의 전하가 소실되기 어려워진다. 다만, 스퍼터링 입자(1002)의 퇴적 속도가 양의 전하의 소실보다 느린 경우에는 피성막면(1003)이 도전성을 가져도 상관없다.
도 3에서 스퍼터링 입자(1002)가 양으로 대전되어 있는 경우, 스퍼터링 입자(1002)는 피성막면(1003)에 있어서 다른 스퍼터링 입자(1002)가 퇴적되지 않은 영역에 퇴적된다. 이것은 스퍼터링 입자(1002)가 양으로 대전되어 있는 것으로 인하여 스퍼터링 입자(1002)들이 서로 반발하기 때문이다. 또한, 이와 같이 하여 퇴적된 스퍼터링 입자(1002)의 결정부는 피성막면(1003)에 수직인 방향으로 c축이 정렬되어 CAAC-OS막이 된다. 즉, 퇴적되어 제공되는 In-Zn 산화물막은 두께가 균일하고, 결정의 배향이 정렬된 In-Zn 산화물막이 된다. 이와 같이, 스퍼터링 입자(1002)가 무질서하게 퇴적되지 않고, 양으로 대전되어 있는 스퍼터링 입자들이 서로 작용하여 피성막면에 대하여 수직인 방향으로 c축이 정렬되도록 정연히 퇴적되어 간다.
상술한 바와 같은 방법으로 스퍼터링용 타깃을 사용함으로써 두께가 균일하고, 결정의 배향이 정렬된 In-Zn 산화물막을 형성할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태나 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 2에 기재된 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 형성하기 위한 성막 장치에 대하여 설명한다.
우선, 성막시에 있어서 막 중에 대한 불순물의 혼입이 적은 성막 장치의 구성에 대하여 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다.
도 4는 매엽식 멀티 챔버의 성막 장치(4000)의 상면도를 모식적으로 도시한 것이다. 성막 장치(4000)는 기판을 수용하는 카세트 포트(4101)와, 기판의 얼라인먼트(alignment)를 행하는 얼라인먼트 포트(4102)를 구비한 대기측 기판 공급실(4001)과, 대기측 기판 공급실(4001)로부터 기판의 반송을 행하는 대기측 기판 반송실(4002)과, 기판의 반송을 행하고, 또 실내의 압력을 대기압으로부터 감압, 또는 감압으로부터 대기압으로 전환하는 로드록실(4003a)과, 기판을 반송하고, 또 실내의 압력을 감압으로부터 대기압, 또는 대기압으로부터 감압으로 전환하는 언로드록실(4003b)과, 진공 중의 기판의 반송을 행하는 반송실(4004)과, 기판의 가열을 행하는 기판 가열실(4005)과, 타깃이 배치되어 성막을 행하는 성막실(4006a), 성막실(4006b), 성막실(4006c)을 갖는다.
또한, 카세트 포트(4101)는 도 4에 도시된 바와 같이 복수로(도 4에서는 3개) 가져도 좋다.
또한, 대기측 기판 반송실(4002)은 로드록실(4003a) 및 언로드록실(4003b)과 접속되고, 로드록실(4003a) 및 언로드록실(4003b)은 반송실(4004)과 접속되고, 반송실(4004)은 기판 가열실(4005), 성막실(4006a), 성막실(4006b), 성막실(4006c)과 접속된다.
또한, 각 실의 접속부에는 게이트 밸브(4104)가 제공되어 있고, 대기측 기판 공급실(4001)과 대기측 기판 반송실(4002)을 제외하고, 각 실을 독립적으로 진공 상태로 유지할 수 있다. 또한, 대기측 기판 반송실(4002) 및 반송실(4004)은 반송 로봇(4103)을 갖고 유리 기판을 반송할 수 있다.
또한, 기판 가열실(4005)은 플라즈마 처리실을 겸하면 바람직하다. 성막 장치(4000)는 처리와 처리 사이에서 기판을 대기 노출시키지 않으며 반송할 수 있기 때문에 기판에 불순물이 흡착되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 성막이나 가열 처리 등의 순서를 자유롭게 구축할 수 있다. 또한, 반송실, 성막실, 로드록실, 언로드록실 및 기판 가열실은 상술한 개수에 한정되지 않고, 설치 스페이스나 프로세스 조건에 맞춰 적절히 최적의 개수를 제공할 수 있다.
다음에 도 4에 도시된 성막 장치(4000)의 일점 쇄선 X1-X2, 일점 쇄선 Y1-Y2, 및 일점 쇄선 Y2-Y3에 상당하는 단면을 도 5에서 도시하였다.
도 5의 (A)는 기판 가열실(4005)과, 반송실(4004)의 단면을 도시한 것이고, 기판 가열실(4005)은 기판을 격납할 수 있는 복수의 가열 스테이지(4105)를 갖는다. 또한, 도 5의 (A)에 있어서, 가열 스테이지(4105)는 7단의 구성에 대하여 도시하였지만, 이것에 한정되지 않고 1단 이상 7단 미만의 구성이나 8단 이상의 구성으로 하여도 좋다. 가열 스테이지(4105)의 단수를 늘림으로써 복수의 기판을 동시에 가열할 수 있기 때문에 생산성이 향상되어 바람직하다. 또한, 기판 가열실(4005)은 밸브를 통하여 진공 펌프(4200)와 접속되어 있다. 진공 펌프(4200)로서는 예를 들어, 드라이 펌프 및 메커니컬 부스터 펌프 등을 사용할 수 있다.
또한, 기판 가열실(4005)에 사용할 수 있는 가열 기구로서는, 예를 들어 저항 발열체 등을 사용하여 가열하는 가열 기구로 하여도 좋다. 또는, 가열된 가스 등의 매체로부터의 열 전도 또는 열 복사에 의하여, 가열하는 가열 기구로 하여도 좋다. 예를 들어, GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal), LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal) 등의 RTA(Rapid Thermal Anneal)을 사용할 수 있다. LRTA는, 할로겐 램프, 메탈할라이드 램프, 크세논아크 램프, 카본아크 램프, 고압 나트륨 램프, 고압 수은 램프 등의 램프로부터 발하는 광(전자파)의 복사에 의하여 피처리물을 가열한다. GRTA는 고온의 가스를 사용하여 가열 처리를 행한다. 가스로서는, 불활성 가스가 사용된다.
또한, 기판 가열실(4005)은 매스 플로우 컨트롤러(4300)를 통하여 정제기(4301)와 접속된다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러(4300) 및 정제기(4301)는 가스종(種)의 개수만큼 제공될 수 있지만, 용이하게 이해하기 위하여 하나만 나타낸다. 기판 가열실(4005)에 도입되는 가스는 노점이 －80℃ 이하, 바람직하게는 －100℃ 이하인 가스를 사용할 수 있고, 예를 들어 산소 가스, 질소 가스, 및 희가스(아르곤 가스 등)를 사용한다.
반송실(4004)은 반송 로봇(4103)을 갖는다. 반송 로봇(4103)은 복수의 가동부와 기판을 유지하는 암을 갖고, 기판을 각 실에 반송할 수 있다. 또한, 반송실(4004)은 밸브를 통하여 진공 펌프(4200)와 크라이오 펌프(4201)와 접속된다. 이와 같은 구성으로 함으로써 반송실(4004)은 대기압으로부터 저진공 또는 중진공(0.1Pa 내지 수백Pa 정도)까지 진공 펌프(4200)를 사용하여 배기되고, 밸브를 전환하며 중진공으로부터 고진공 또는 초고진공(0.1Pa 내지 1×10-7Pa)까지 크라이오 펌프(4201)를 사용하여 배기된다.
또한, 예를 들어 크라이오 펌프(4201)는 반송실(4004)에 대하여 2대 이상 병렬로 접속하여도 좋다. 이와 같은 구성으로 함으로써 1대의 크라이오 펌프가 리제너레이션(regeneration) 중이어도 다른 크라이오 펌프를 사용하여 배기할 수 있게 된다. 또한, 상술한 리제너레이션이란, 크라이오 펌프 내에 갇힌 분자(또는 원자)를 방출하는 처리를 가리킨다. 크라이오 펌프는 분자(또는 원자)를 지나치게 모아서 유지하면, 배기 능력이 저하되므로 정기적으로 리제너레이션이 행해진다.
도 5의 (B)는 성막실(4006b)과, 반송실(4004)과, 로드록실(4003a)의 단면을 도시한 것이다.
여기서 도 5의 (B)를 사용하여 성막실(스퍼터링실)의 상세 사항에 대하여 설명한다. 도 5의 (B)에 도시된 성막실(4006b)은 타깃(4106)과, 방착판(4107)과, 기판 스테이지(4108)를 갖는다. 또한, 여기서는 기판 스테이지(4108)에는 기판(4109)이 설치된다. 기판 스테이지(4108)는 도시하지 않았지만, 기판(4109)을 유지하는 기판 유지 기구나 기판(4109)을 뒷면으로부터 가열하는 뒷면 히터 등을 구비하여도 좋다.
또한, 기판 스테이지(4108)는 성막시에 바닥면에 대하여 대략 수직 상태로 유지되고, 기판을 수수할 때는 바닥면에 대하여 대략 수평 상태로 유지된다. 또한, 도 5의 (B) 중에 있어서, 파선으로 도시된 개소가 기판을 수수할 때 기판 스테이지(4108)가 유지되는 위치가 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 성막시에 혼입될 수 있는 먼지 또는 파티클이 기판(4109)에 부착되는 확률을, 수평 상태로 유지하는 것보다 억제할 수 있다. 다만, 기판 스테이지(4108)를 바닥면에 대하여 수직(90°) 상태로 유지하면, 기판(4109)이 낙하될 가능성이 있기 때문에 기판 스테이지(4108)는 80° 이상 90° 미만으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 방착판(4107)은 타깃(4106)으로부터 스퍼터링되는 입자가 불필요한 영역에 퇴적되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 방착판(4107)은 누적된 스퍼터링 입자가 박리되지 않도록 가공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 표면 거칠기를 증가시키는 블라스트 처리, 또는 방착판(4107)의 표면에 요철을 제공하여도 좋다.
또한, 성막실(4006b)은 가스 가열 기구(4302)를 통하여 매스 플로우 컨트롤러(4300)와 접속되고, 가스 가열 기구(4302)는 매스 플로우 컨트롤러(4300)를 통하여 정제기(4301)와 접속된다. 가스 가열 기구(4302)에 의하여 성막실(4006b)에 도입되는 가스를 40℃ 이상 400℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 이상 200℃ 이하로 가열할 수 있다. 또한, 가스 가열 기구(4302), 매스 플로우 컨트롤러(4300) 및 정제기(4301)는 가스종의 개수만큼 제공될 수 있지만, 용이하게 이해하기 위하여 하나만 나타낸다. 성막실(4006b)에 도입되는 가스는 노점이 －80℃ 이하, 바람직하게는 －100℃ 이하인 가스를 사용할 수 있고, 예를 들어 산소 가스, 질소 가스, 및 희가스(아르곤 가스 등)를 사용한다.
성막실(4006b)에 대향 타깃식 스퍼터링 장치를 적용하여도 좋다. 구체적인 스퍼터링용 타깃, 마그넷, 및 기판 홀더의 위치 관계를 도 6을 사용하여 설명한다.
도 6의 (A) 내지 (D)에 도시된 구성은 모두 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a), 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b), 제 1 캐소드 마그넷(4033a), 제 2 캐소드 마그넷(4033b) 및 기판 홀더(4035)를 갖는다. 즉, 도 6의 (A) 내지 (D)는 각각 위치 관계가 상이할 뿐이다.
도 6의 (A)에 도시된 구성은, 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a)과 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)이 평행하게 대향하여 제공되어 있다. 또한, 제 1 캐소드 마그넷(4033a)과 제 2 캐소드 마그넷(4033b)은 같은 극성이 대향하도록 제공되어 있다. 또한, 제 1 캐소드 마그넷(4033a) 및 제 2 캐소드 마그넷(4033b)의 S극이 대향하도록 제공되어 있지만, N극이 대향하도록 제공되어 있어도 상관없다. 기판 홀더(4035)는 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a)과 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)이 대향하는 영역 외의 아래 측에 제공되지만, 위 측에 제공되어도 상관없다. 또한, 아래 측 및 위 측에 제공되어도 상관없다. 아래 측 및 위 측에 기판 홀더(4035)를 제공함으로써 생산성을 높일 수 있다. 또한, 기판 홀더(4035)의 상면이 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a) 및 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)의 상면에 수직이 되도록 제공되어 있지만, 기판 홀더(4035)를 기울여 제공하여도 좋다. 도 6의 (A)에 도시된 바와 같은 위치 관계로 함으로써 퇴적 속도를 높일 수 있다.
도 6의 (B)에 도시된 구성은, 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a)과 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)이 평행하게 대향하여 제공되어 있다. 또한, 제 1 캐소드 마그넷(4033a)과 제 2 캐소드 마그넷(4033b)은 상이한 극성이 대향하도록 제공되어 있다. 기판 홀더(4035)는 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a)과 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)이 대향하는 영역 외의 아래 측에 제공되지만, 위 측에 제공되어도 상관없다. 또한, 아래 측 및 위 측에 제공되어도 상관없다. 아래 측 및 위 측에 기판 홀더(4035)를 제공함으로써 생산성을 높일 수 있다. 또한, 기판 홀더(4035)의 상면이 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a) 및 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)의 상면에 수직이 되도록 제공되어 있지만, 기판 홀더(4035)를 기울여 제공하여도 좋다. 도 6의 (B)에 도시된 바와 같은 위치 관계로 함으로써 퇴적 속도를 높일 수 있다.
도 6의 (C)에 도시된 구성은, 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a)과 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)이 대칭으로 기운 상태로 대향하여(역 V자형으로) 제공되어 있다. 또한, 제 1 캐소드 마그넷(4033a)과 제 2 캐소드 마그넷(4033b)은 같은 극성이 대향하도록 제공되어 있다. 또한, 제 1 캐소드 마그넷(4033a) 및 제 2 캐소드 마그넷(4033b)의 S극이 대향하도록 제공되어 있지만, N극이 대향하도록 제공되어 있어도 상관없다. 기판 홀더(4035)는 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a)과 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)이 대향하는 영역 외의 아래 측(타깃간 거리가 넓은 측)에 제공된다. 도 6의 (C)에 도시된 바와 같은 위치 관계로 함으로써 스퍼터링 입자가 기판 홀더(4035)에 효율 좋게 도달되기 때문에 퇴적 속도를 높일 수 있다.
도 6의 (D)에 도시된 구성은, 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a)과 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)이 대칭으로 기운 상태로 대향하여(역 V자형으로) 제공되어 있다. 또한, 제 1 캐소드 마그넷(4033a)과 제 2 캐소드 마그넷(4033b)은 상이한 극성이 대향하도록 제공되어 있다. 기판 홀더(4035)는 제 1 스퍼터링용 타깃(4032a)과 제 2 스퍼터링용 타깃(4032b)이 대향하는 영역 외의 아래 측(타깃간 거리가 넓은 측)에 제공된다. 도 6의 (D)에 도시된 바와 같은 위치 관계로 함으로써 스퍼터링 입자가 기판 홀더(4035)에 효율 좋게 도달되기 때문에 퇴적 속도를 높일 수 있다.
상술한 바와 같은 대향 타깃식 스퍼터링 장치는, 플라즈마가 타깃간에 갇혀지기 때문에 기판에 대한 플라즈마 대미지를 저감시킬 수 있다. 또한, 타깃의 기울기에 따라서는 기판으로의 스퍼터링 입자의 입사 각도를 작게 할 수 있기 때문에 단차 피복성을 높일 수 있다.
또한, 성막실(4006b)에 평행 평판형 스퍼터링 장치, 이온 빔 스퍼터링 장치를 적용하여도 상관없다.
또한, 가스를 도입하기 직전에 정제기를 제공하는 경우, 정제기로부터 성막실(4006b)까지의 배관의 길이를 10m 이하, 바람직하게는 5m 이하, 더 바람직하게는 1m 이하로 한다. 배관의 길이를 10m 이하, 바람직하게는 5m 이하, 더 바람직하게는 1m 이하로 함으로써, 배관으로부터의 방출 가스의 영향을 길이에 따라 저감시킬 수 있다. 또한, 가스의 배관에는, 불화 철, 산화 알루미늄, 산화 크롬 등으로 내부가 피복된 금속 배관을 사용하면 좋다. 상술한 배관은, 예를 들어 SUS316L-EP 배관과 비교하여, 불순물을 포함하는 가스의 방출량이 적어 가스로의 불순물의 혼입을 저감시킬 수 있다. 또한, 배관의 이음매에는, 고성능 초소형 메탈 가스켓 이음매(UPG 이음매)를 사용하면 좋다. 또한, 배관을 모두 금속으로 구성함으로써, 수지 등을 사용한 경우와 비교하여, 생성되는 방출 가스 및 외부 누설의 영향을 저감시킬 수 있어 바람직하다.
또한, 성막실(4006b)은 밸브를 통하여 터보 분자 펌프(4202) 및 진공 펌프(4200)와 접속된다.
또한, 성막실(4006b)은 크라이오 트랩(4110)이 제공된다.
크라이오 트랩(4110)은 물 등의 비교적으로 융점이 높은 분자(또는 원자)를 흡착할 수 있는 기구이다. 터보 분자 펌프(4202)는 사이즈가 큰 분자(또는 원자)를 안정적으로 배기하고, 또 유지 보수의 빈도가 낮으므로 생산성이 우수한 한편, 수소나 물의 배기 능력이 낮다. 그래서, 물 등에 대한 배기 능력을 높이기 위하여 크라이오 트랩(4110)이 성막실(4006b)에 접속된 구성으로 한다. 크라이오 트랩(4110)의 냉동기의 온도는 100K 이하, 바람직하게는 80K 이하로 한다. 또한, 크라이오 트랩(4110)이 복수의 냉동기를 갖는 경우, 냉동기마다 온도를 다르게 하면 효율적으로 배기할 수 있게 되어 바람직하다. 예를 들어, 첫 번째 단의 냉동기의 온도를 100K 이하로 하고, 두 번째 단의 냉동기의 온도를 20K 이하로 하면 좋다.
또한, 성막실(4006b)의 배기 방법은 이것에 한정되지 않고, 상술한 반송실(4004)에 나타내는 배기 방법(크라이오 펌프와 진공 펌프와의 배기 방법)과 같은 구성으로 하여도 좋다. 물론, 반송실(4004)의 배기 방법을 성막실(4006b)과 같은 구성(크라이오 펌프와 진공 펌프와의 배기 방법)과 같은 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상술한 반송실(4004), 기판 가열실(4005), 및 성막실(4006b)의 배압(전압), 그리고 각 기체 분자(원자)의 분압은 이하와 같이 하면 바람직하다. 특히, 성막실(4006b)의 배압, 그리고 각 기체 분자(원자)의 분압은 형성되는 막 중에 불순물이 혼입될 가능성이 있기 때문에 주의할 필요가 있다.
상술한 각 실의 배압(전압)은 1×10-4Pa 이하, 바람직하게는 3×10-5Pa 이하, 더 바람직하게는 1×10-5Pa 이하이다. 상술한 각 실의 질량 전하비(m/z)가 18인 기체 분자(원자)의 분압은 3×10-5Pa 이하, 바람직하게는 1×10-5Pa 이하, 더 바람직하게는 3×10-6Pa 이하이다. 또한, 상술한 각 실의 m/z가 28인 기체 분자(원자)의 분압은 3×10-5Pa 이하, 바람직하게는 1×10-5Pa 이하, 더 바람직하게는 3×10-6Pa 이하이다. 또한, 상술한 각 실의 m/z가 44인 기체 분자(원자)의 분압은 3×10-5Pa 이하, 바람직하게는 1×10-5Pa 이하, 더 바람직하게는 3×10-6Pa 이하이다.
또한, 진공 챔버 내의 전압(全壓) 또는 분압(分壓)은 질량 분석계를 사용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, ULVAC, Inc. 제작 4중극형 질량 분석계(Q-mass라고도 함) Qulee CGM-051을 사용하면 좋다.
또한, 상술한 반송실(4004), 기판 가열실(4005), 및 성막실(4006b)은 외부 누설 또는 내부 누설이 적은 구성으로 하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상술한 반송실(4004), 기판 가열실(4005), 및 성막실(4006b)의 누설률은 3×10-6Pa·m3/s 이하, 바람직하게는 1×10-6Pa·m3/s 이하이다. 또한, m/z가 18인 기체 분자(원자)의 누설률이 1×10-7Pa·m3/s 이하, 바람직하게는 3×10-8Pa·m3/s 이하이다. 또한, m/z가 28인 기체 분자(원자)의 누설률이 1×10-5Pa·m3/s 이하, 바람직하게는 1×10-6Pa·m3/s 이하이다. 또한, m/z가 44인 기체 분자(원자)의 누설률이 3×10-6Pa·m3/s 이하, 바람직하게는 1×10-6Pa·m3/s 이하이다.
또한, 누설률에 관해서는 상술한 질량 분석계를 사용하여 측정한 전압 또는 분압으로부터 도출하면 좋다.
누설률은 외부 누설 및 내부 누설에 의존한다. 외부 누설이란 미소한 구멍이나 밀봉 불량 등에 의하여 진공계의 밖으로부터 기체가 유입되는 것이다. 내부 누설이란 진공계 내의 밸브 등의 칸막이로부터의 누설이나 내부의 부재로부터의 방출 가스에 기인한 것이다. 누설률을 상술한 값 이하로 하기 위하여 외부 누설 및 내부 누설의 양면으로부터 대책을 취할 필요가 있다.
예를 들어, 성막실(4006b)의 개폐 부분은 메탈 가스켓으로 밀봉하면 좋다. 메탈 가스켓은, 불화 철, 산화 알루미늄, 또는 산화 크롬에 의하여 피복된 금속을 사용하면 바람직하다. 메탈 가스켓은 O링에 비하여 밀착성이 높아, 외부 누설을 저감시킬 수 있다. 또한, 불화 철, 산화 알루미늄, 산화 크롬 등에 의하여 피복된 금속의 부동태를 사용함으로써, 메탈 가스켓으로부터 방출되는 불순물을 포함하는 방출 가스가 억제되어, 내부 누설을 저감시킬 수 있다.
또한, 성막 장치(4000)를 구성하는 부재로서, 불순물을 포함한 방출 가스가 적은 알루미늄, 크롬, 티타늄, 지르코늄, 니켈 또는 바나듐을 사용한다. 또한, 상술한 부재를 철, 크롬, 및 니켈 등을 포함한 합금에 피복하여 사용하여도 좋다. 철, 크롬, 및 니켈 등을 포함한 합금은 강성이 있고, 열에 강하며 가공에 적합하다. 여기서, 표면적을 작게 하기 위하여 부재의 표면 요철을 연마 등에 의하여 저감시켜 두면, 방출 가스를 저감시킬 수 있다.
또는, 상술한 성막 장치(4000)의 부재를 불화 철, 산화 알루미늄, 산화 크롬 등으로 피복하여도 좋다.
성막 장치(4000)의 부재는, 가능한 한 금속만으로 구성하는 것이 바람직하고, 예를 들어 석영 등으로 구성되는 관찰 창 등을 설치하는 경우도, 방출 가스를 억제하기 위하여 표면을 불화 철, 산화 알루미늄, 산화 크롬 등으로 얇게 피복하면 좋다.
성막실에 존재하는 흡착물은, 내벽에 흡착되어 있기 때문에 성막실의 압력에 영향을 주지 않지만, 성막실을 배기하였을 때의 가스 방출의 원인이 된다. 그래서, 누설률과 배기 속도와의 상관은 없지만, 배기 능력이 높은 펌프를 사용하여 성막실에 존재하는 흡착물을 가능한 한 탈리하고, 미리 배기해 두는 것이 중요하다. 또한, 흡착물의 탈리를 촉진시키기 위하여, 성막실을 베이킹하여도 좋다. 베이킹함으로써 흡착물의 탈리 속도를 10배 정도 크게 할 수 있다. 베이킹은 100℃ 이상 450℃ 이하로 행하면 좋다. 이 때, 불활성 가스를 도입하면서 흡착물의 제거를 행하면, 배기하는 것만으로는 탈리하기 어려운 물 등의 탈리 속도를 더욱 크게 할 수 있다. 또한, 도입하는 불활성 가스를 베이킹의 온도와 같은 정도로 가열함으로써, 흡착물의 탈리 속도를 더욱 높일 수 있다. 여기서 불활성 가스로서 희가스를 사용하면 바람직하다. 또한, 형성하는 막의 종류에 따라서는 불활성 가스 대신에 산소 등을 사용하여도 상관없다. 예를 들어, In-Zn 산화물을 성막하는 경우에는 주성분인 산소를 사용하는 것이 바람직한 경우도 있다.
또는, 가열한 희가스 등의 불활성 가스 또는 산소 등을 도입함으로써 성막실 내의 압력을 높이고, 일정 시간이 경과된 후에 다시 성막실을 배기하는 처리를 행하면 바람직하다. 가열한 가스를 도입함으로써 성막실 내의 흡착물을 탈리시킬 수 있고, 성막실 내에 존재하는 불순물을 저감시킬 수 있다. 또한, 이 처리는 2번 이상 30번 이하, 바람직하게는 5번 이상 15번 이하의 범위에서 반복하여 행하면 효과적이다. 구체적으로는, 온도가 40℃ 이상 400℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 이상 200℃ 이하인 불활성 가스 또는 산소 등을 도입함으로써 성막실 내의 압력을 0.1Pa 이상 10kPa 이하, 바람직하게는 1Pa 이상 1kPa 이하, 더 바람직하게는 5Pa 이상 100Pa 이하로 하고, 압력을 유지하는 기간을 1분 이상 300분 이하, 바람직하게는 5분 이상 120분 이하로 하면 좋다. 그 후, 성막실을 5분 이상 300분 이하, 바람직하게는 10분 이상 120분 이하의 기간 동안 배기한다.
또한, 더미 성막을 행함으로써도 흡착물의 탈리 속도를 더욱 높일 수 있다. 더미 성막이란, 더미 기판에 대하여 스퍼터링법 등에 의한 성막을 행함으로써, 더미 기판 및 성막실 내벽에 막을 퇴적시켜, 성막실 내의 불순물 및 성막실 내벽의 흡착물을 막 중에 가두는 것을 가리킨다. 더미 기판은 방출 가스가 적은 기판이 바람직하다. 더미 성막을 행함으로써, 나중에 성막되는 막 중의 불순물 농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 더미 성막은 베이킹과 동시에 행하여도 좋다.
다음에, 도 5의 (B)에 도시된 반송실(4004) 및 로드록실(4003a)과, 도 5의 (C)에 도시된 대기측 기판 반송실(4002) 및 대기측 기판 공급실(4001)의 상세에 대하여 이하에서 설명한다. 또한, 도 5의 (C)는 대기측 기판 반송실(4002) 및 대기측 기판 공급실(4001)의 단면을 도시한 것이다.
도 5의 (B)에 도시된 반송실(4004)에 대해서는 도 5의 (A)에 도시된 반송실(4004)에 관한 기재를 참조한다.
로드록실(4003a)은 기판 수수 스테이지(4111)를 갖는다. 로드록실(4003a)은 감압 상태로부터 대기까지 압력을 상승시켜 로드록실(4003a)의 압력이 대기압이 되었을 때 대기측 기판 반송실(4002)에 제공된 반송 로봇(4103)으로부터 기판 수수 스테이지(4111)에서 기판을 받는다. 그 후, 로드록실(4003a)을 진공화시켜 감압 상태로 한 후, 반송실(4004)에 제공된 반송 로봇(4103)이 기판 수수 스테이지(4111)로부터 기판을 받는다.
또한, 로드록실(4003a)은 밸브를 통하여 진공 펌프(4200) 및 크라이오 펌프(4201)와 접속되어 있다. 진공 펌프(4200) 및 크라이오 펌프(4201)의 배기계의 접속 방법은 반송실(4004)의 접속 방법을 참조로 함으로써 접속할 수 있기 때문에 여기서는 설명을 생략한다. 또한, 도 4에 도시된 언로드록실(4003b)은 로드록실(4003a)과 마찬가지의 구성으로 할 수 있다.
대기측 기판 반송실(4002)은 반송 로봇(4103)을 갖는다. 반송 로봇(4103)에 의하여 카세트 포트(4101)와 로드록실(4003a)과의 기판의 수수를 행할 수 있다. 또한, 대기측 기판 반송실(4002) 및 대기측 기판 공급실(4001)의 상방에 HEPA 필터(High Efficiency Particulate Air Filter) 등의 먼지 또는 파티클을 청정화하기 위한 기구를 제공하여도 좋다.
대기측 기판 공급실(4001)은 복수의 카세트 포트(4101)를 갖는다. 카세트 포트(4101)는 복수의 기판을 격납할 수 있다.
상술한 성막 장치를 사용하여 In-Zn 산화물막을 형성함으로써 In-Zn 산화물막으로 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상술한 성막 장치를 사용하여, In-Zn 산화물막에 접하는 막을 형성함으로써, In-Zn 산화물막에 접하는 막으로부터 In-Zn 산화물막으로 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
다음에, 상술한 성막 장치를 사용한 CAAC-OS막의 성막 방법에 대하여 설명한다.
In-Zn 산화물막의 형성에는 실시형태 1에 기재된 스퍼터링용 타깃을 사용한다.
스퍼터링용 타깃은 표면 온도가 100℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 이하, 더 바람직하게는 실온 정도(대표적으로는 25℃)로 한다. 대면적의 기판에 대응하는 스퍼터링 장치에서는 대면적의 스퍼터링용 타깃을 사용하는 경우가 많다. 그러나, 대면적에 대응한 사이즈의 스퍼터링용 타깃을 이음매 없이 제작하는 것은 어렵다. 실제로는 복수의 스퍼터링용 타깃을 가능한 한 틈이 없이 배치하여 큰 형상으로 하지만, 아무래도 미세한 틈이 생긴다. 이와 같은 미세한 틈을 기점으로 스퍼터링용 타깃의 표면 온도가 높아짐으로써 Zn 등이 휘발하여 서서히 틈이 넓어지는 경우가 있다. 틈이 넓어지면 백킹 플레이트나 접착에 사용하는 금속이 스퍼터링되어 불순물 농도를 높이는 요인이 된다. 따라서, 스퍼터링용 타깃은 충분히 냉각되어 있는 것이 바람직하다.
구체적으로는 백킹 플레이트로서 높은 도전성 및 높은 방열성을 갖는 금속(구체적으로는 Cu)을 사용한다. 또한, 백킹 플레이트 내에 수로(水路)를 형성하고, 수로에 충분한 양의 냉각수를 흘림으로써 효율적으로 스퍼터링용 타깃을 냉각할 수 있다.
In-Zn 산화물막은 기판 가열 온도를 100℃ 이상 600℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이상 550℃ 이하, 더 바람직하게는 200℃ 이상 500℃ 이하로 하고, 산소 가스 분위기에서 형성한다. In-Zn 산화물막의 두께는, 1nm 이상 40nm 이하, 바람직하게는 3nm 이상 20nm 이하로 한다. 성막시의 가열 온도가 높을수록, 얻어지는 In-Zn 산화물막의 불순물 농도는 낮아진다. 또한, 피성막면에서 스퍼터링 입자의 마이그레이션이 일어나기 쉬워지기 때문에 In-Zn 산화물막 중의 원자 배열이 정렬되고 고밀도화되어 결정화도가 높은 CAAC-OS막이 형성되기 쉬워진다. 또한, 산소 가스 분위기에서 형성함으로써 플라즈마 대미지가 경감되고 또 희가스 등의 불필요한 원자가 포함되지 않기 때문에, 결정화도가 높은 CAAC-OS막이 형성되기 쉬워진다. 다만, 산소 가스와 희가스의 혼합 분위기로 하여도 좋고, 그 경우는 산소 가스의 비율은 30vol% 이상, 바람직하게는 50vol% 이상, 더 바람직하게는 80vol% 이상으로 한다.
또한, 스퍼터링용 타깃이 Zn을 포함한 경우, 산소 가스 분위기에서 성막함으로써 플라즈마 대미지가 경감되어, Zn의 휘발이 일어나기 어려운 In-Zn 산화물막을 얻을 수 있다.
In-Zn 산화물막은 성막 압력을 0.8Pa 이하, 바람직하게는 0.4Pa 이하로 하고, 스퍼터링용 타깃과 기판의 거리를 100mm 이하, 바람직하게는 40mm 이하, 더 바람직하게는 25mm 이하로 하여 성막한다. 이와 같은 조건으로 In-Zn 산화물막을 형성함으로써 스퍼터링 입자와, 다른 스퍼터링 입자, 가스 분자 또는 이온이 충돌하는 빈도를 낮출 수 있다. 즉, 성막 압력에 따라 스퍼터링용 타깃과 기판의 거리를 스퍼터링 입자, 가스 분자 또는 이온의 평균 자유 행정보다 작게 함으로써 막 중에 도입되는 불순물 농도를 저감시킬 수 있다.
예를 들어, 압력을 0.4Pa, 온도를 25℃(절대 온도를 298K)에 있어서의 평균 자유 행정은, 수소 분자(H2)가 48.7mm, 헬륨 원자(He)가 57.9mm, 물 분자(H2O)가 31.3mm, 메탄 분자(CH4)가 13.2mm, 네온 원자(Ne)가 42.3mm, 질소 분자(N2)가 23.2mm, 일산화탄소 분자(CO)가 16.0mm, 산소 분자(O2)가 26.4mm, 아르곤 원자(Ar)가 28.3mm, 이산화탄소 분자(CO2)가 10.9mm, 크립톤 원자(Kr)가 13.4mm, 크세논 원자(Xe)가 9.6mm이다. 또한, 압력이 2배가 되면 평균 자유 행정은 2분의 1이 되고, 절대 온도가 2배가 되면 평균 자유 행정은 2배가 된다.
평균 자유 행정은 압력, 온도, 및 분자(원자)의 직경으로 결정된다. 압력 및 온도를 일정하게 한 경우, 분자(원자)의 직경이 클수록 평균 자유 행정은 짧아진다. 또한, 각 분자(원자)의 직경은 H2가 0.218nm, He가 0.200nm, H2O가 0.272nm, CH4가 0.419nm, Ne가 0.234nm, N2가 0.316nm, CO가 0.380nm, O2가 0.296nm, Ar가 0.286nm, CO2가 0.460nm, Kr가 0.415nm, Xe가 0.491nm이다.
따라서, 분자(원자)의 직경이 클수록 평균 자유 행정이 짧아지고, 또 막 중에 들어간 경우에는, 분자(원자)의 직경이 크기 때문에 결정화도를 저하시킨다. 그래서, 예를 들어 Ar 이상의 직경을 갖는 분자(원자)은 불순물이 되기 쉽다고 할 수 있다.
다음에 가열 처리를 행한다. 가열 처리는, 감압하. 불활성 분위기 또는 산화성 분위기에서 행한다. 가열 처리에 의하여, CAAC-OS막 중의 불순물 농도를 저감시킬 수 있다.
가열 처리는, 감압하 또는 불활성 분위기에서 가열 처리를 행한 후, 온도를 유지하면서 산화성 분위기로 전환하고 다시 가열 처리를 행하면 바람직하다. 이것은, 감압하 또는 불활성 분위기에서 가열 처리를 행하면, CAAC-OS막 내의 불순물 농도를 저감할 수 있지만, 동시에 산소 결손도 생기기 때문이며, 이 때 생긴 산소 결손을, 산화성 분위기에서의 가열 처리에 의하여 저감할 수 있다.
CAAC-OS막은 성막시의 기판 가열에 더하여, 가열 처리를 행함으로써 막 중의 불순물 농도를 저감시킬 수 있게 된다.
구체적으로 CAAC-OS막 중의 수소 농도는 2차 이온 질량 분석(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 있어서, 2×1020atoms/cm3 이하, 바람직하게는 5×1019atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하로 할 수 있다.
또한, CAAC-OS막 중의 질소 농도는 SIMS에 있어서, 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 할 수 있다.
또한, CAAC-OS막 중의 탄소 농도는 SIMS에 있어서, 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 할 수 있다.
또한, CAAC-OS막은 승온 탈리 가스 분광법(TDS: Thermal Desorption Spectroscopy) 분석에 의한 m/z가 2(수소 분자 등)인 기체 분자(원자), m/z가 18인 기체 분자(원자), m/z가 28인 기체 분자(원자) 및 m/z가 44인 기체 분자(원자)의 방출량이 각각 1×1019개/cm3 이하, 바람직하게는 1×1018개/cm3 이하로 할 수 있다.
또한, TDS 분석으로 방출량을 측정하는 방법에 대해서는, 나중에 기재하는 산소 원자의 방출량의 측정 방법을 참조한다.
상술한 바와 같이, 결정화도가 높은 CAAC－OS막을 형성할 수 있다
본 실시형태는 다른 실시형태나 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터에 대해서 설명한다.
도 7의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 상면도이다. 도 7의 (A)에 도시된 일점 쇄선 A1-A2에 대응하는 단면도를 도 7의 (B)에 도시하였다. 또한, 도 7의 (A)에 도시된 일점 쇄선 A3-A4에 대응하는 단면도를 도 7의 (C)에 도시하였다. 또한 간략화하기 위하여 도 7의 (A)에서는 게이트 절연막(112) 등을 생략하여 도시하였다.
도 7의 (B)는 기판(100) 위에 제공된 하지 절연막(102)과, 하지 절연막(102) 위에 제공된 게이트 전극(104)과, 게이트 전극(104) 위에 제공된 게이트 절연막(112)과, 게이트 절연막(112) 위에 있고 게이트 전극(104)과 중첩되어 제공된 산화물 반도체막(106)과, 산화물 반도체막(106) 위에 제공된 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과, 산화물 반도체막(106), 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b) 위에 제공된 보호 절연막(118)을 갖는 트랜지스터의 단면도이다. 또한, 도 7의 (B)에서는 하지 절연막(102)이 제공된 구조를 도시하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하지 절연막(102)이 제공되지 않은 구조로 하여도 좋다.
여기서, 산화물 반도체막(106)은 상술한 실시형태에 기재된 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 적용한다.
또한, 산화물 반도체막(106)은 수소 농도를 2×1020atoms/cm3 이하, 바람직하게는 5×1019atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하로 한다. 이것은 산화물 반도체막(106)에 포함되는 수소가 의도하지 않은 캐리어를 생성하는 경우가 있기 때문이다. 생성된 캐리어는 트랜지스터의 오프 전류를 증대시키고, 또 트랜지스터의 전기 특성을 변동시키는 요인이 된다.
사용하는 기판(100)에 대한 큰 제한은 없다. 예를 들어, 유리 기판, 세라믹스 기판, 석영 기판, 사파이어 기판 등을 기판(100)으로서 사용하여도 좋다. 또한, 실리콘이나 탄화 실리콘 등의 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 게르마늄 등의 화합물 반도체 기판, SOI(Silicon on Insulator) 기판 등을 적용할 수도 있고, 이들의 기판 위에 반도체 소자가 제공된 것을, 기판(100)으로서 사용하여도 좋다.
또한, 기판(100)으로서 제 5 세대(1000mm×1200mm 또는 1300mm×1500mm), 제 6 세대(1500mm×1800mm), 제 7 세대(1870mm×2200mm), 제 8 세대(2200mm×2500mm), 제 9 세대(2400mm×2800mm), 제 10 세대(2880mm×3130mm) 등의 대형 유리 기판을 사용하는 경우에는, 반도체 장치의 제작 공정에서 가열 처리 등으로 인하여 기판(100)이 수축됨으로써 미세한 가공이 어렵게 될 경우가 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 대형 유리 기판을 기판(100)으로서 사용하는 경우에는, 가열 처리로 인하여 그다지 수축되지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 기판(100)으로서 400℃, 바람직하게는 450℃, 더 바람직하게는 500℃의 온도로 1시간 동안 가열 처리를 행한 후의 수축량이 10ppm 이하, 바람직하게는 5ppm 이하, 더 바람직하게는 3ppm 이하인 대형 유리 기판을 사용하면 좋다.
또한, 기판(100)으로서 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 또한, 가요성 기판 위에 트랜지스터를 제공하는 방법으로서, 비가요성 기판 위에 트랜지스터를 제작한 후에 트랜지스터를 박리하고, 가요성 기판인 기판(100)으로 전치(轉置)하는 방법도 있다. 이 경우에는 비가요성 기판과 트랜지스터 사이에 박리층을 제공하면 좋다.
하지 절연막(102)은 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 및 산화 탄탈 중에서 1종류 이상을 포함한 절연막으로부터 선택하여 단층으로 사용하거나 또는 적층으로 사용하면 좋다.
게이트 전극(104)은 Al, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Mo, Ag, Ta, 및 W 중 1종류 이상을 포함한 단체(單體), 질화물, 산화물, 또는 합금을 단층으로 사용하거나 또는 적층으로 사용하면 좋다.
소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)은 Al, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Mo, Ag, Ta, 및 W 중에서 1종류 이상을 포함한 단체, 질화물, 산화물, 또는 합금을 단층으로 사용하거나 또는 적층으로 사용하면 좋다. 또한, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)은 조성이 동일하여도 좋고, 상이하여도 좋다.
또한, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)이 산화물 반도체막(106)의 하면에서 접하는 구조로 하여도 상관없다.
게이트 절연막(112)은 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 및 산화 탄탈을 1종류 이상 포함한 절연막으로부터 선택하여 단층으로 사용하거나 또는 적층으로 사용하면 좋다.
보호 절연막(118)은 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 및 산화 탄탈 중에서 1종류 이상을 포함한 절연막으로부터 선택하여 단층으로 사용하거나 또는 적층으로 사용하면 좋다.
보호 절연막(118)은 예를 들어, 첫 번째 층을 산화 실리콘막으로 하고, 두 번째 층을 질화 실리콘막으로 한 적층막으로 하면 좋다. 이 경우, 산화 실리콘막은 산화 질화 실리콘막이라도 좋다. 산화 실리콘막은, 결함 밀도가 작은 산화 실리콘막을 사용하면 바람직하다. 구체적으로는 전자 스핀 공명(ESR: Electron Spin Resonance)으로 g값이 2.001의 신호에서 유래되는 스핀의 스핀 밀도가 3×1017spins/cm3 이하, 바람직하게는 5×1016spins/cm3 이하인 산화 실리콘막을 사용한다. 질화 실리콘막은 수소 및 암모니아의 방출량이 적은 질화 실리콘막을 사용한다. 수소, 암모니아의 방출량은 TDS(Thermal Desorption Spectroscopy: 승온 탈리 가스 분광법) 분석으로 측정하면 좋다. 또한, 질화 실리콘막은 산소를 투과시키지 않는 질화 실리콘막, 또는 거의 투과시키지 않는 질화 실리콘막을 사용한다.
보호 절연막(118)은 예를 들어, 첫 번째 층을 제 1 산화 실리콘막으로 하고, 두 번째 층을 제 2 산화 실리콘막으로 하고, 세 번째 층을 질화 실리콘막으로 한 적층막으로 하면 좋다. 이 경우, 제 1 산화 실리콘막 또는/및 제 2 산화 실리콘막은 산화 질화 실리콘막이라도 상관없다. 제 1 산화 실리콘막은 결함 밀도가 작은 산화 실리콘막을 사용하면 바람직하다. 구체적으로는 ESR로 g값이 2.001의 신호에서 유래되는 스핀의 스핀 밀도가 3×1017spins/cm3 이하, 바람직하게는 5×1016spins/cm3 이하인 산화 실리콘막을 사용한다. 제 2 산화 실리콘막은 과잉 산소를 함유한 산화 실리콘막을 사용한다. 질화 실리콘막은 수소 및 암모니아의 방출량이 적은 질화 실리콘막을 사용한다. 또한, 질화 실리콘막은 산소를 투과시키지 않는 질화 실리콘막, 또는 거의 투과시키지 않는 질화 실리콘막을 사용한다.
과잉 산소를 포함한 산화 실리콘막이란, 가열 처리 등에 의하여 산소를 방출할 수 있는 산화 실리콘막을 가리킨다. 또한, 과잉 산소를 포함한 절연막은 가열 처리에 의하여 산소를 방출하는 기능을 갖는 절연막이다.
가열 처리에 의하여 산소를 방출하는 막은, TDS 분석에 의하여 1×1018atoms/cm3 이상, 1×1019atoms/cm3 이상, 또는 1×1020atoms/cm3 이상의 산소(산소 원자수로 환산)를 방출할 수도 있다.
여기서, TDS 분석을 사용한 산소의 방출량의 측정 방법에 대하여 이하에 설명한다.
측정 시료를 TDS 분석으로 측정하였을 때의 기체의 전 방출량은 방출 가스의 이온 강도의 적분값에 비례한다. 그리고, 표준 시료와의 비교에 의하여 기체의 전 방출량을 계산할 수 있다.
예를 들어, 표준 시료인 소정 밀도의 수소를 포함한 실리콘 웨이퍼의 TDS 분석 결과 및 측정 시료의 TDS 분석 결과에 의하여, 측정 시료의 산소 분자의 방출량(NO2)은 수학식 1을 사용하여 계산할 수 있다. 여기서, TDS 분석에 의하여 얻어지는 질량수 32에서 검출되는 가스 모두가 산소 분자 유래라고 가정한다. 질량수 32인 것으로서 CH3OH도 있지만, 존재할 가능성이 낮은 것으로서 여기서는 고려하지 않는다. 또한, 산소 원자의 동위체인 질량수 17의 산소 원자 및 질량수 18의 산소 원자를 함유하는 산소 분자에 대해서도, 자연계에서의 존재 비율이 극미량이기 때문에 고려하지 않는다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(1)
NH2는 표준 시료로부터 탈리된 수소 분자를 밀도로 환산한 값이다. SH2는 표준 시료를 TDS 분석하였을 때의 이온 강도의 적분값이다. 여기서, 표준 시료의 기준값을, NH2/SH2로 한다. SO2는 측정 시료를 TDS 분석하였을 때의 이온 강도의 적분값이다. α는 TDS 분석에서의 이온 강도에 영향을 미치는 계수이다. 수학식 1의 상세에 관해서는, 일본국 공개 특개평6-275697호를 참조한다. 또한, 상술한 산소의 방출량은 승온 이탈 분석 장치 EMD-WA1000S/W(ESCO Ltd.제조)를 사용하여, 표준 시료로서 1×1016atoms/cm2의 수소 원자를 포함한 실리콘 웨이퍼를 사용하여 측정하였다.
또한, TDS 분석에 있어서, 산소의 일부는 산소 원자로서 검출된다. 산소 분자와 산소 원자의 비율은, 산소 분자의 이온화율로부터 산출할 수 있다. 또한, 상술한 α는 산소 분자의 이온화율을 포함하기 때문에, 산소 분자의 방출량을 평가함으로써, 산소 원자의 방출량에 관해서도 어림잡을 수 있다.
또한, NO2은 산소 분자의 방출량이다. 산소 원자로 환산하였을 때의 방출량은, 산소 분자의 방출량의 2배가 된다.
또는, 가열 처리에 의하여 산소를 방출하는 막은, 과산화 라디칼을 포함할 수도 있다. 구체적으로는 과산화 라디칼에 기인한 스핀 밀도가 5×1017spins/cm3 이상인 것을 가리킨다. 또한, 과산화 라디칼을 포함하는 막은, ESR에서 측정한 경우에 g값이 2.01 근방에 비대칭성을 갖는 신호를 가질 수도 있다.
또는, 과잉 산소를 포함한 절연막은 산소가 과잉으로 포함된 산화 실리콘(SiOX(X>2))이어도 좋다. 산소가 과잉인 산화 실리콘(SiOX(X>2))은 실리콘 원자수의 2배보다 많은 산소 원자를 단위 체적당 포함하는 것이다. 단위 체적당의 실리콘 원자수 및 산소 원자수는 러더포드 후방 산란 분석법(RBS: Rutherford Backscattering Spectrometry)에 의하여 측정한 값이다.
게이트 절연막(112) 및 보호 절연막(118) 중 적어도 하나는 과잉 산소를 포함한 절연막인 것이 바람직하다.
게이트 절연막(112) 및 보호 절연막(118) 중 적어도 하나가 과잉 산소를 포함한 절연막인 경우에는 산화물 반도체막(106)의 산소 결손을 저감시킬 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 트랜지스터에 백 게이트 전극(114)을 제공한 것이 도 8에 도시된 트랜지스터이다.
도 8의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 상면도이다. 도 8의 (A)에 도시된 일점 쇄선 A1-A2에 대응하는 단면도를 도 8의 (B)에 도시하였다. 또한, 도 8의 (A)에 도시된 일점 쇄선 A3-A4에 대응하는 단면도를 도 8의 (C)에 도시하였다. 또한 간략화하기 위하여 도 8의 (A)에서는 게이트 절연막(112) 등을 생략하여 도시하였다.
도 8에 도시된 트랜지스터는 백 게이트 전극(114)이 제공됨으로써 문턱 전압의 제어가 용이해진다. 또한, 게이트 전극(104)과 백 게이트 전극(114)을 접속함으로써 트랜지스터의 온 전류를 높일 수 있다. 또는 백 게이트 전극(114)을 부(負)전위(트랜지스터의 소스 전위보다 낮은 전위) 또는 소스 전위로 함으로써 트랜지스터의 오프 전류를 저감시킬 수 있다.
다음에, 도 7과 도 8과는 다른 구조를 갖는 트랜지스터에 대하여 도 9를 사용하여 설명한다.
도 9의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 상면도이다. 도 9의 (A)에 도시된 일점 쇄선 C1-C2에 대응하는 단면도를 도 9의 (B)에 도시하였다. 또한, 도 9의 (A)에 도시된 일점 쇄선 C3-C4에 대응하는 단면도를 도 9의 (C)에 도시하였다. 또한 간략화하기 위하여 도 9의 (A)에서는 게이트 절연막(312) 등을 생략하여 도시하였다.
도 9의 (B)는 기판(300) 위에 제공된 하지 절연막(302)과, 하지 절연막(302) 위에 제공된 산화물 반도체막(306)과, 산화물 반도체막(306) 위에 제공된 소스 전극(316a) 및 드레인 전극(316b)과, 산화물 반도체막(306), 소스 전극(316a) 및 드레인 전극(316b) 위에 제공된 게이트 절연막(312)과, 게이트 절연막(312) 위에 있고, 산화물 반도체막(306)과 중첩되어 제공된 게이트 전극(304)을 갖는 트랜지스터의 단면도이다. 또한, 도 9의 (B)에서는 하지 절연막(302)이 제공된 구조를 도시하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하지 절연막(302)이 제공되지 않은 구조로 하여도 상관없다.
산화물 반도체막(306)은 산화물 반도체막(106)의 기재를 참조한다.
기판(300)에 대해서는 기판(100)에 관한 기재를 참조한다.
하지 절연막(302)은 보호 절연막(118)과 같은 절연막을 사용하여도 좋다. 또한, 하지 절연막(302)을 보호 절연막(118)의 예로서 나타낸 적층 구조로 하는 경우, 적층하는 순서를 반대로 하면 좋다.
또한, 하지 절연막(302)은 평탄성을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는 하지 절연막(302)은 평균면 거칠기(Ra)가 1nm 이하, 0.3nm 이하, 또는 0.1nm 이하로 할 수 있다.
Ra란 JIS B 0601: 2001(ISO4287: 1997)에서 정의되어 있는 산술 평균 거칠기를 곡면에 대하여 적용할 수 있도록 3차원으로 확장된 것이고, "기준면으로부터 지정면까지의 편차의 절대값을 평균한 값"이라고 표현할 수 있고, 수학식 2에서 정의된다.
[수학식 2]
Figure pat00002
(2)
여기서, 지정면이란 거칠기 계측의 대상이 되는 면이며, 좌표(x1, y1, f(x1, y1)), (x1, y2, f(x1, y2)), (x2, y1, f(x2, y1)), (x2, y2, f(x2, y2))의 4점으로 연결된 사각형의 영역으로 하고, 지정면을 xy 평면에 투영한 직사각형의 면적을 S0, 기준면의 높이(지정면의 평균 높이)를 Z0라 한다. Ra는 원자간력 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)에 의하여 측정 가능하다.
또한, 하지 절연막(302)은 과잉 산소를 포함한 절연막이면 바람직하다.
소스 전극(316a) 및 드레인 전극(316b)에 대해서는 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)에 관한 기재를 참조한다.
또한, 소스 전극(316a) 및 드레인 전극(316b)이 산화물 반도체막(306)의 하면에서 접하는 구조로 하여도 상관없다.
게이트 절연막(312)은 게이트 절연막(112)과 마찬가지의 절연막을 사용하면 좋다.
게이트 전극(304)에 대해서는 게이트 전극(104)에 관한 기재를 참조한다.
또한, 도시하지 않았지만, 도 9에 도시된 트랜지스터의 하지 절연막(302) 아래에 백 게이트 전극이 제공되어 있어도 상관없다. 상기 백 게이트 전극에 대해서는 백 게이트 전극(114)에 관한 기재를 참조한다.
다음에, 도 7, 도 8, 도 9와는 상이한 구조의 트랜지스터에 대하여 도 10을 사용하여 설명한다.
도 10의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 상면도이다. 도 10의 (A)에 도시된 일점 쇄선 E1-E2에 대응하는 단면도를 도 10의 (B)에 도시하였다. 또한, 도 10의 (A)에 도시된 일점 쇄선 E3-E4에 대응하는 단면도를 도 10의 (C)에 도시하였다. 또한 간략화하기 위하여 도 10의 (A)에서는 게이트 절연막(512) 등을 생략하여 도시하였다.
도 10의 (B)는 기판(500) 위에 제공된 하지 절연막(502)과, 하지 절연막(502) 위에 제공된 산화물 반도체막(506)과, 산화물 반도체막(506) 위에 제공된 게이트 절연막(512)과, 게이트 절연막(512) 위에 있고 산화물 반도체막(506)과 중첩되어 제공된 게이트 전극(504)과, 산화물 반도체막(506) 및 게이트 전극(504) 위에 제공된 층간 절연막(518)을 갖는 트랜지스터의 단면도이다. 또한, 도 10의 (B)에서는, 하지 절연막(502)이 제공된 구조를 도시하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하지 절연막(502)이 제공되지 않은 구조로 하여도 상관없다.
도 10의 (B)에 도시된 단면도에서는, 층간 절연막(518)은 산화물 반도체막(506)까지 도달하는 개구부를 갖고, 상기 개구부를 통하여 층간 절연막(518) 위에 제공된 배선(524a) 및 배선(524b)은 산화물 반도체막(506)과 접한다.
도 10의 (B)에서는, 게이트 절연막(512)이 게이트 전극(504)과 중첩되는 영역에만 제공되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 게이트 절연막(512)이 산화물 반도체막(506)을 덮도록 제공되어 있어도 좋다. 또한, 게이트 전극(504)의 측벽에 접하여 측벽 절연막을 가져도 상관없다.
또한, 게이트 전극(504)의 측벽에 접하여 측벽 절연막을 제공하는 경우, 산화물 반도체막(506)의 측벽 절연막과 중첩되는 영역은, 게이트 전극(504)과 중첩되는 영역보다 저저항인 것이 바람직하다. 예를 들어, 산화물 반도체막(506)의 게이트 전극(504)과 중첩되지 않는 영역은, 산화물 반도체막(506)을 저저항화시키는 불순물을 갖는 영역이라도 좋다. 또한, 결함으로 인하여 저저항화된 영역이라도 좋다. 산화물 반도체막(506)의 측벽 절연막과 중첩되는 영역이 게이트 전극(504)과 중첩되는 영역보다 저저항인 것으로 상기 영역을 LDD(Lightly Doped Drain) 영역으로서 기능시킨다. 트랜지스터가 LDD 영역을 가짐으로써 DIBL(Drain Induced Barrier Lowering) 및 핫 캐리어로 인한 열화를 억제할 수 있다. 다만, 산화물 반도체막(506)의 측벽 절연막과 중첩되는 영역을 오프 셋 영역으로 하여도 상관없다. 트랜지스터가 오프 셋 영역을 가짐으로써도 DIBL 및 핫 캐리어로 인한 열화를 억제할 수 있다.
산화물 반도체막(506)에 대해서는 산화물 반도체막(106)에 관한 기재를 참조한다.
기판(500)에 대해서는 기판(100)에 관한 기재를 참조한다.
하지 절연막(502)은 하지 절연막(302)과 마찬가지의 절연막을 사용하면 좋다.
게이트 절연막(512)은 게이트 절연막(112)과 마찬가지의 절연막을 사용하면 좋다.
게이트 전극(504)에 대해서는 게이트 전극(104)에 관한 기재를 참조한다.
층간 절연막(518)은 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 및 산화 탄탈 중에서 1종류 이상을 포함한 절연막으로부터 선택하여 단층으로 사용하거나 또는 적층으로 사용하면 좋다.
배선(524a) 및 배선(524b)은 Al, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Mo, Ag, Ta, 및 W 중에서 1종류 이상을 포함한 단체, 질화물, 산화물, 또는 합금을 단층으로 사용하거나 또는 적층으로 사용하면 좋다. 또한, 배선(524a) 및 배선(524b)은 조성이 동일하여도 좋고, 상이하여도 좋다.
또한, 도시되지 않았지만 도 10에 도시된 트랜지스터의 하지 절연막(502) 아래에 백 게이트 전극이 제공되어 있어도 상관없다. 상기 백 게이트 전극에 대해서는 게이트 전극(114)에 관한 기재를 참조한다.
도 10에 도시된 트랜지스터는 게이트 전극(504)과 다른 배선 및 전극이 중첩되는 영역이 작으므로 기생 용량이 발생하기 어렵고, 트랜지스터의 스위칭 특성을 높일 수 있다. 또한, 트랜지스터의 채널 길이가 게이트 전극(504)의 폭에 의하여 결정되기 때문에 채널 길이가 짧고, 미세한 트랜지스터를 제작하기 쉬운 구조이다.
도 7 내지 도 10에 도시된 트랜지스터는, 상술한 실시형태에서 나타낸 결정화도가 높은 In-Zn 산화물막을 산화물 반도체막으로서 사용한 트랜지스터이다. 따라서, 안정된 전기 특성을 갖는다. 또한, 본 실시형태에서 나타낸 트랜지스터를 표시 장치, 기억 장치, CPU 등의 반도체 장치에 적용함으로써 신뢰성이 우수한 반도체 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 다른 실시형태 및 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 상술한 실시형태에 기재된 트랜지스터를 적용한 표시 장치에 대하여 설명한다.
표시 장치에 제공되는 표시 소자로서는 액정 소자(액정 표시 소자라고도 함), 발광 소자(발광 표시 소자라고도 함) 등을 사용할 수 있다. 발광 소자는, 전류 또는 전압에 의하여 휘도가 제어되는 소자를 그 범주에 포함하고, 구체적으로는 무기 EL(Electro Luminescence), 유기 EL 등이 포함된다. 또한, 전자 잉크 등, 전기적 작용에 의하여 콘트라스트가 변화하는 표시 매체도 표시 소자로서 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 표시 장치의 일례로서 EL 소자를 사용한 표시 장치 및 액정 소자를 사용한 표시 장치에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시형태에서의 표시 장치는, 표시 소자가 밀봉된 상태에 있는 패널과, 상기 패널에 컨트롤러를 포함한 IC 등을 실장한 상태에 있는 모듈을 포함한다.
또한, 본 실시형태에 따른 표시 장치는 화상 표시 디바이스, 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 커넥터, 예를 들어 FPC나 TCP가 장착된 모듈, TCP의 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 표시 소자에 COG 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 표시 장치에 포함하는 것으로 한다.
도 11은 EL 소자를 사용한 표시 장치의 일례를 도시한 상면도, 단면도 및 화소의 회로도이다.
도 11의 (A)는 EL 소자를 사용한 표시 장치의 상면도이다. EL 소자를 갖는 표시 장치는 기판(100)과, 기판(700)과, 시일재(734)와, 구동 회로(735)와, 구동 회로(736)와, 화소(737)와, FPC(732)를 갖는다. 시일재(734)는 화소(737), 구동 회로(735) 및 구동 회로(736)를 둘러싸도록 기판(100)과 기판(700) 사이에 제공된다. 또한, 구동 회로(735) 또는/및 구동 회로(736)를 시일재(734)의 외측에 제공하여도 상관없다.
도 11의 (B)는, 도 11의 (A)의 일점 쇄선 M-N에 대응하는 EL 소자를 사용한 표시 장치의 단면도이다. FPC(732)는 단자(731)를 통하여 배선(733)과 접속된다. 또한, 배선(733)은 게이트 전극(104)과 동일 층이다.
또한, 도 11의 (B)는 트랜지스터(741)와 커패시터(742)가 동일 평면에 제공된 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조로 함으로써, 커패시터(742)를 트랜지스터(741)의 게이트 전극, 게이트 절연막, 및 소스 전극(드레인 전극)과 동일 평면에 제작할 수 있다. 이와 같이 트랜지스터(741)와 커패시터(742)를 동일 평면에 제공함으로써 표시 장치의 제작 공정을 단축화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 11의 (B)에서는, 트랜지스터(741)로서 도 7에 도시된 트랜지스터를 적용한 예를 도시하였다. 그래서, 트랜지스터(741)의 각 구성 중 이하에서 설명하지 않는 것에 대해서는 상술한 실시형태의 설명을 참조한다.
트랜지스터(741) 및 커패시터(742) 위에는 절연막(720)이 제공된다.
여기서, 절연막(720) 및 보호 절연막(118)에는 트랜지스터(741)의 소스 전극(116a)까지 도달하는 개구부가 제공된다.
절연막(720) 위에는 전극(781)이 제공된다. 전극(781)은 절연막(720) 및 보호 절연막(118)에 제공된 개구부를 통하여 트랜지스터(741)의 소스 전극(116a)과 접한다.
전극(781) 위에는 전극(781)까지 도달하는 개구부를 갖는 격벽(784)이 제공된다.
격벽(784) 위에는 격벽(784)에 제공된 개구부에서 전극(781)과 접하는 발광층(782)이 제공된다.
발광층(782) 위에는 전극(783)이 제공된다.
또한, 전극(781), 발광층(782), 및 전극(783)이 중첩된 영역이 발광 소자(719)가 된다.
또한, 절연막(720)에 대해서는 보호 절연막(118)에 관한 기재를 참조한다. 또는, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘(silicone) 수지 등의 수지막을 사용하여도 좋다.
발광층은 단층에 한정되지 않고, 복수 종류의 발광층 등을 적층시켜 제공하여도 좋다. 예를 들어, 제 1 중간층, 제 1 발광층, 제 2 중간층, 제 2 발광층, 제 3 중간층, 제 3 발광층 및 제 4 중간층의 순서로 적층시킨 구조로 하면 좋다. 이 때, 제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 제 3 발광층에 적절한 발광색의 발광층을 사용하면, 연색성(演色性) 또는 발광 효율이 높은 발광 소자(719)를 형성할 수 있다.
복수 종류의 발광층을 적층시켜 제공함으로써 백색광을 얻을 수 있다. 도 11의 (B)에는 도시되지 않았지만, 착색층을 통하여 백색광을 추출하는 구조로 하여도 상관없다.
여기서는, 3층의 발광층(782)과 4층의 중간층을 제공한 구조를 기재하지만, 이것에 한정되지 않고, 발광층의 개수 및 중간층의 개수는 적절히 변경할 수 있다. 예를 들어, 제 1 중간층, 제 1 발광층, 제 2 중간층, 제 2 발광층, 및 제 3 중간층만으로 구성할 수도 있다. 또한, 제 1 중간층, 제 1 발광층, 제 2 중간층, 제 2 발광층, 제 3 발광층, 및 제 4 중간층으로 구성하고, 제 3 중간층을 생략한 구조로 하여도 좋다.
또한, 중간층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 등을 적층 구조로 하여 사용할 수 있다. 또한, 중간층은 이들 층 모두를 구비하지 않아도 좋다. 이들 층은 적절히 선택하여 제공하면 좋다. 또한, 마찬가지의 기능을 갖는 층을 중복하여 제공하여도 좋다. 또한, 중간층으로서 캐리어 발생층 이외에 전자 릴레이층 등을 적절히 추가하여도 좋다.
전극(781)은 가시광 투과성을 갖는 도전막을 사용하면 좋다. 가시광 투과성을 가진다는 것은 가시광 영역(예를 들어 400nm 내지 800nm의 파장 범위)에서의 평균 투과율이 70% 이상 특히 80% 이상인 것을 가리킨다.
전극(781)으로서는 예를 들어, 상술한 실시형태에서 나타낸 결정성이 높은 In-Zn 산화물막을 사용하면 좋다. 또는 전극(781)으로서는 In-Zn-W 산화물막, In-Sn 산화물막, In 산화물막, Zn 산화물막, 및 Sn 산화물막 등의 산화물막을 사용하면 좋다. 또한, 상술한 산화물막은 Al, Ga, Sb, F 등이 미량으로 첨가되어도 좋다. 또한, 광을 투과할 정도의 금속 박막(바람직하게는 5nm 내지 30nm 정도)을 사용할 수도 있다. 예를 들어 5nm의 막 두께를 갖는 Ag막, Mg막, 또는 Ag-Mg 합금막을 사용하여도 좋다.
또는, 전극(781)에는 가시광을 효율적으로 반사시키는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 전극(781)은 예를 들어 리튬, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 란탄, 은, 실리콘, 또는 니켈을 포함한 막을 사용하면 좋다.
전극(783)은 전극(781)으로서 제시한 막 중에서 선택한 것을 사용할 수 있다. 다만, 전극(781)이 가시광 투과성을 갖는 경우에는, 전극(783)이 가시광을 효율적으로 반사시키면 바람직하다. 또한, 전극(781)이 가시광을 효율적으로 반사시키는 경우에는, 전극(783)이 가시광 투과성을 가지면 바람직하다.
또한, 전극(781) 및 전극(783)을 도 11의 (B)에 도시된 구조로 제공하였지만, 전극(781)과 전극(783)을 교체하여도 상관없다. 애노드로서 기능하는 전극에는 일함수가 큰 도전막을 사용하는 것이 바람직하고, 캐소드로서 기능하는 전극에는 일함수가 작은 도전막을 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 애노드와 접하여 캐리어 발생층을 제공하는 경우에는, 일함수를 고려하지 않고 다양한 도전막을 애노드에 사용할 수 있다.
격벽(784)에 대해서는 보호 절연막(118)에 대한 기재를 참조한다. 또는, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘(silicone) 수지 등의 수지막을 사용하여도 좋다.
발광 소자(719)와 접속하는 트랜지스터(741)는 안정된 전기 특성을 갖는다. 그래서, 표시 품위가 높은 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 11의 (C)는 EL 소자를 사용한 표시 장치의 화소의 회로도이다. EL 소자를 사용한 표시 장치의 화소는 스위칭 소자(743), 트랜지스터(741), 커패시터(742), 및 발광 소자(719)를 갖는다.
트랜지스터(741)의 게이트는 스위칭 소자(743)의 한쪽 단자 및 커패시터(742)의 한쪽 단자와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(741)의 소스는 발광 소자(719)의 한쪽 단자와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(741)의 드레인은 커패시터(742)의 다른 쪽 단자와 전기적으로 접속되고 전원 전위 VDD가 공급된다. 스위칭 소자(743)의 다른 쪽 단자는 신호선(744)과 전기적으로 접속된다. 발광 소자(719)의 다른 쪽 단자에는 정전위가 공급된다. 또한, 정전위는 접지 전위 GND 또는 이것보다 작은 전위로 한다.
스위칭 소자(743)로서는 트랜지스터를 사용하면 바람직하다. 트랜지스터를 사용함으로써, 화소의 면적을 작게 할 수 있어, 해상도가 높은 표시 장치로 할 수 있다. 또한, 스위칭 소자(743)로서 상술한 실시형태에서 나타낸 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 스위칭 소자(743)로서 상기 트랜지스터를 사용함으로써, 트랜지스터(741)와 동일한 공정에 의하여 스위칭 소자(743)를 제작할 수 있어, 표시 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
다음에, 액정 소자를 사용한 표시 장치에 대해서 설명한다. 도 12는 액정 소자를 사용한 표시 장치의 일례를 도시한 단면도, 및 화소의 회로도이다.
또한, 액정 소자를 사용한 표시 장치도 상면도는 EL 소자를 사용한 표시 장치와 대략 마찬가지다. 도 11의 (A)의 일점 쇄선 M-N에 대응하는 액정 소자를 사용한 표시 장치의 단면도를 도 12의 (A)에서 도시하였다. 도 12의 (A)에 있어서, FPC(732)는 단자(731)를 통하여 배선(733)과 접속된다. 또한, 배선(733)은 전극(791)과 동일 층이다.
도 12의 (A)에는 트랜지스터(751)와 커패시터(752)가 동일 평면에 제공된 예를 도시하였다. 이와 같은 구조로 함으로써, 커패시터(752)를 트랜지스터(751)의 게이트 전극, 게이트 절연막, 및 소스 전극(드레인 전극)과 동일 평면에 제작할 수 있다. 이와 같이 트랜지스터(751)와 커패시터(752)를 동일 평면에 제공함으로써 표시 장치의 제작 공정을 단축화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
트랜지스터(751)로서는, 상술한 실시형태에서 나타낸 트랜지스터를 적용할 수 있다. 도 12의 (A)에서는 도 7에 도시된 트랜지스터를 적용한 예를 도시하였다. 그래서, 트랜지스터(751)의 각 구성 중 이하에서 특별히 설명하지 않는 것에 대해서는 상술한 실시형태의 설명을 참조한다.
트랜지스터(751) 및 커패시터(752) 위에는 절연막(721)이 제공된다.
여기서, 절연막(721) 및 보호 절연막(118)에는 트랜지스터(751)의 드레인 전극(116b)까지 도달하는 개구부가 제공된다.
절연막(721) 위에는 전극(791)이 제공된다. 전극(791)은 절연막(721) 및 보호 절연막(118)에 제공된 개구부를 통하여 트랜지스터(751)의 드레인 전극(116b)과 접한다.
전극(791) 위에는 배향막으로서 기능하는 절연막(792)이 제공된다.
절연막(792) 위에는 액정층(793)이 제공된다.
액정층(793) 위에는 배향막으로서 기능하는 절연막(794)이 제공된다.
절연막(794) 위에는 스페이서(795)가 제공된다.
스페이서(795) 및 절연막(794) 위에는 전극(796)이 제공된다.
전극(796) 위에는 기판(797)이 제공된다.
또한, 절연막(721)에 대해서는 보호 절연막(118)에 관한 기재를 참조한다. 또는, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘(silicone) 수지 등의 수지막을 사용하여도 좋다.
액정층(793)에는 서모트로픽 액정, 저분자 액정, 고분자 액정, 고분자 분산형 액정, 강유전성 액정, 반강유전성 액정 등을 사용하면 좋다. 이들 액정 재료는 조건에 따라, 콜레스테릭상, 스멕틱상, 큐빅상, 키랄 네마틱상, 등방상 등을 나타낸다.
또한, 블루상을 나타내는 액정을 액정층(793)에 사용하여도 좋다. 이 경우에는, 배향막으로서 기능하는 절연막(792) 및 절연막(794)을 제공하지 않는 구성으로 하면 좋다.
전극(791)에는 가시광 투과성을 갖는 도전막을 사용하면 좋다.
전극(791)으로서는 예를 들어 상술한 실시형태에서 나타낸 결정성이 높은 In-Zn 산화물막을 사용하면 좋다. 또는 전극(791)으로서는 In-Zn-W 산화물막, In-Sn계 산화물막, In 산화물막, Zn 산화물막, 및 Sn 산화물막 등의 산화물막을 사용하면 좋다. 또한, 상술한 산화물막은 Al, Ga, Sb, F 등이 미량으로 첨가되어도 좋다. 또한, 광을 투과할 정도의 금속 박막(바람직하게는 5nm 내지 30nm 정도)을 사용할 수도 있다.
또는, 전극(791)에는 가시광을 효율적으로 반사시키는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 전극(791)에는 예를 들어 알루미늄, 티타늄, 크롬, 구리, 몰리브덴, 은, 탄탈, 또는 텅스텐을 포함한 막을 사용하면 좋다.
전극(796)은 전극(791)으로서 나타낸 막 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 다만, 전극(791)이 가시광 투과성을 갖는 경우에는, 전극(796)은 가시광을 효율적으로 반사시키는 것이 바람직하다. 또한, 전극(791)이 가시광을 효율적으로 반사시키는 경우에는, 전극(796)은 가시광 투과성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 전극(791) 및 전극(796)을 도 12의 (A)에 도시된 구조로 제공하였지만, 전극(791)과 전극(796)을 교체하여도 상관없다.
절연막(792) 및 절연막(794)은 유기 화합물 또는 무기 화합물 중에서 선택한 재료를 사용하면 좋다.
스페이서(795)는 유기 화합물 또는 무기 화합물 중에서 선택한 재료를 사용하면 좋다. 또한, 스페이서(795)의 형상은 기둥 형상, 구(球) 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
전극(791), 절연막(792), 액정층(793), 절연막(794), 및 전극(796)이 중첩된 영역이 액정 소자(753)가 된다.
기판(797)에는 유리, 수지, 또는 금속 등을 사용하면 좋다. 기판(797)은 가요성을 가져도 좋다.
도 12의 (B)는 액정 소자를 사용한 표시 장치의 화소의 구성예를 도시한 회로도이다. 도 12의 (B)에 도시된 화소(750)는 트랜지스터(751)와, 커패시터(752)와, 액정 소자(753)를 갖는다. 또한, 액정 소자란, 한 쌍의 전극간에 액정이 충전된 소자를 가리킨다.
트랜지스터(751)에서는 소스 및 드레인 중 하나가 신호선(755)에 전기적으로 접속되어 있고, 게이트가 주사선(754)에 전기적으로 접속되어 있다.
커패시터(752)에서는 한쪽 전극이 트랜지스터(751)의 소스 및 드레인 중 다른 하나에 전기적으로 접속되어 있고, 다른 쪽 전극이 공통 전위를 공급하는 배선에 전기적으로 접속되어 있다.
액정 소자(753)에서는 한쪽 전극이 트랜지스터(751)의 소스 및 드레인 중 다른 하나에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽 전극이 공통 전위를 공급하는 배선에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 상술한 커패시터(752)의 다른 쪽 전극이 전기적으로 접속된 배선에 공급되는 공통 전위와, 액정 소자(753)의 다른 쪽 전극에 공급되는 공통 전위가 상이한 전위라도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태나 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 상술한 실시형태에서 기재한 반도체 장치를 적용한 전자 기기의 예에 대하여 설명한다.
도 13의 (A)는 휴대형 정보 단말을 도시한 것이다. 도 13의 (A)에 도시된 휴대형 정보 단말은, 하우징(9300)과, 버튼(9301)과, 마이크로폰(9302)과, 표시부(9303)와, 스피커(9304)와, 카메라(9305)를 구비하고, 휴대형 전화기로서의 기능을 갖는다. 본 발명의 일 형태는 본체에 내장된 연산 장치, 무선 회로, 또는 기억 회로에 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 표시부(9303)에 적용할 수 있다.
도 13의 (B)는 디스플레이를 도시한 것이다. 도 13의 (B)에 도시된 디스플레이는 하우징(9310)과, 표시부(9311)를 구비한다. 본 발명의 일 형태는 본체에 내장된 연산 장치, 무선 회로, 또는 기억 회로에 적용할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 표시부(9311)에 적용할 수 있다.
도 13의 (C)는 디지털 스틸 카메라를 도시한 것이다. 도 13의 (C)에 도시된 디지털 스틸 카메라는, 하우징(9320)과, 버튼(9321)과, 마이크로폰(9322)과, 표시부(9323)를 구비한다. 본 발명의 일 형태는 본체에 내장된 연산 장치, 무선 회로, 또는 기억 회로에 적용할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는, 표시부(9323)에 적용할 수 있다.
도 13의 (D)는 반으로 접을 수 있는 폴더형 휴대 정보 단말을 도시한 것이다. 도 13의 (D)에 도시된 폴더형 휴대 정보 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 힌지(9633), 조작 스위치(9638)를 갖는다. 본 발명의 일 형태는 본체에 내장된 연산 장치, 무선 회로, 또는 기억 회로에 적용할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)에 적용할 수 있다.
또한 표시부(9631a) 및/또는 표시부(9631b)는 일부 또는 모두를 터치 패널로 할 수 있고, 표시된 조작 키를 터치함으로써 데이터의 입력 등을 행할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치를 사용함으로써 안정된 성능을 갖는 전자 기기를 제공할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태나 실시예와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃 및 In-Zn 산화물막의 결정 상태를 평가하였다.
스퍼터링용 타깃인 시료는, 실시형태 1에서 나타낸 방법을 적용하여 제작한 것이다. 여기서, In2O3 분말 및 ZnO 분말의 mol수비를 1:1로 하였다.
다음에, 도 14의 (A)는 시료의 결정립 맵을 도시한 것이고, 도 14의 (B)는 결정 입경의 히스토그램을 도시한 것이다. 또한, 측정한 영역은 16μm×16μm의 사각형이며, 스텝은 0.06μm로 하였다. 상기 조건에 있어서는, 결정립의 입경이 0.06μm 미만 정도라면 결정립으로서 카운트할 수 없다. 따라서, 0.2μm 미만으로서 측정되는 결정립은 구체적으로는 0.06μm 이상 0.2μm 미만의 결정립이다.
표 1에 EBSD에 의하여 얻어진 시료의 결정립의 입경 및 개수를 나타낸다.
Figure pat00003
또한, 시료에 포함되는 결정립의 평균 입경은 0.71μm였다. 또한, 전체에 대한 0.06μm 이상 1μm 미만의 결정립의 비율은 80.3%, 0.06μm 이상 0.8μm 미만의 결정립의 비율은 65.3%, 0.06μm 이상 0.6μm 미만의 결정립의 비율은 45.8%, 0.06μm 이상 0.4μm 미만의 결정립의 비율은 22.1%였다.
다음에, 시료를 스퍼터링용 타깃으로 하여 In-Zn 산화물막을 형성하였다.
In-Zn 산화물막은 석영 기판 위에 100nm의 두께로 형성되었다. 막의 형성에는 DC 마그네트론 스퍼터링법을 사용하였다. 그 이외의 성막 조건은 전력을 100W, 압력을 0.4Pa, 기판 가열 온도를 200℃, 산소 가스를 15sccm로 하였다.
다음에, 시료를 스퍼터링용 타깃에 사용하여 형성한 In-Zn 산화물막에 대하여 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 장치를 사용하여 결정 상태를 평가하였다. 측정은 Out-of-plane법에 의한 2θ/ω 스캔으로 행하였다. 결과를 도 15에 도시하였다.
도 15에 의하여 In-Zn 산화물막은 모두 30° 근방에 피크를 갖는 것을 알았다. 또한, 20° 내지 25° 사이에 석영 기판에 기인한 피크가 있다. 즉, 시료를 스퍼터링용 타깃에 사용하여 형성된 산화물막 중의 결정이 특정의 결정 방위에 배향성을 갖는 것을 알았다.
다음에, In-Zn 산화물막의 단면의 원자 배열을 관찰하였다(도 16의 (A) 참조). 단면의 원자 배열은 Hitachi, Ltd. 제작의 투과 전자 현미경 H-9000NAR를 사용하여, 고분해능 TEM상(명시야상(Bright Field Image) 및 회절상의 복합 해석상)을 관찰하였다. 또한, 가속 전압을 300kV로 하였다.
도 16의 (A)에 의하여 In-Zn 산화물막은 상면에 평행하게 규칙적인 원자 배열을 갖는 것을 알았다. 상기 관찰 영역에 있어서 전자선 회절을 측정하고, 회절 패턴을 도 16의 (B)에 도시하였다. 또한, 전자선 회절의 측정은, Hitachi, Ltd. 제작의 전계 방출형 투과 전자 현미경 HF-2000을 사용하였다. 또한, 가속 전압을 200kV로 하였다.
도 16의 (B)에 도시된 회절 패턴에 의하여 가장 강한 회절을 나타내는 회절 스폿 A의 면간 거리(d값이라고도 함)는 0.295nm, 회절 스폿 B의 d값은 0.266nm, 회절 스폿 C의 d값은 0.165nm였다. 또한, 스폿 O(투과파 또는 원점이라고도 함)를 기준으로 하고, 회절 스폿 A, 회절 스폿 B 및 회절 스폿 C가 이룬 각도는 ∠AOB가 69°, ∠AOC가 35°, ∠BOC가 34°이었다.
여기서, In-Zn 산화물의 결정면과 d값의 관계를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2에서는 In2ZnO4의 삼방정 및 In2Zn2O5의 육방정의 경우를 나타낸다.
Figure pat00004
또한, In2ZnO4의 삼방정 및 In2Zn2O5의 육방정에 있어서 2종류의 결정면이 이룬 각도를 표 3에 나타낸다.
Figure pat00005
또한, 표 2 및 표 3을 작성하는 데에 있어서, JCPDS 카드의 No. 20-1442, Yan et.al, Appl. Phys. Lett. 73, 2585 (1998), 및 J.L.F. Da Silva et.al, Phys. Rev. Lett. 100, 255501 (2008)을 참고로 하였다.
도 16의 (A)에 도시된 단면상 및 도 16의 (B)에 도시된 회절 패턴에 의하여, In-Zn 산화물막이 In2ZnO4의 삼방정인 경우, 회절 스폿 A는 (0 0 9)면, 회절 스폿 B가 (1 0 3)면, 회절 스폿 C가 (1 0 12)면을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, In-Zn 산화물막이 In2Zn2O5의 육방정인 경우, 회절 스폿 A는 (0 0 8)면, 회절 스폿 B가 (1 0 4)면, 회절 스폿 C가 (1 0 12)면을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서, 가장 강한 회절을 나타내는 회절 스폿 A가 (0 0 9)면, 또는 (0 0 8)면을 나타내는 것으로 In-Zn 산화물막은 육방정인 경우에도, 삼방정을 육방정으로서 나타낸 경우에도 c축 배향성을 갖는 것을 알 수 있다.
본 실시예에 의하여, 평균 입경이 작은 다결정 In-Zn 산화물을 포함한 스퍼터링용 타깃을 사용하여 형성한 In-Zn 산화물막은, 높은 결정성을 갖는 것을 알 수 있다.
100: 기판
102: 하지 절연막
104: 게이트 전극
106: 산화물 반도체막
112: 게이트 절연막
114: 백 게이트 전극
116a: 소스 전극
116b: 드레인 전극
118: 보호 절연막
300: 기판
302: 하지 절연막
304: 게이트 전극
306: 산화물 반도체막
312: 게이트 절연막
316a: 소스 전극
316b: 드레인 전극
500: 기판
502: 하지 절연막
504: 게이트 전극
506: 산화물 반도체막
512: 게이트 절연막
518: 층간 절연막
524a: 배선
524b: 배선
700: 기판
719: 발광 소자
720: 절연막
721: 절연막
731: 단자
732: FPC
733: 배선
734: 시일재
735: 구동 회로
736: 구동 회로
737: 화소
741: 트랜지스터
742: 커패시터
743: 스위칭 소자
744: 신호선
750: 화소
751: 트랜지스터
752: 커패시터
753: 액정 소자
754: 주사선
755: 신호선
781: 전극
782: 발광층
783: 전극
784: 격벽
791: 전극
792: 절연막
793: 액정층
794: 절연막
795: 스페이서
796: 전극
797: 기판
1000: 스퍼터링용 타깃
1001: 이온
1002: 스퍼터링 입자
1003: 피성막면
4000: 성막 장치
4001: 대기측 기판 공급실
4002: 대기측 기판 반송실
4003a: 로드록실
4003b: 언로드록실
4004: 반송실
4005: 기판 가열실
4006a: 성막실
4006b: 성막실
4006c: 성막실
4032a: 스퍼터링용 타깃
4032b: 스퍼터링용 타깃
4033a: 캐소드 마그넷
4033b: 캐소드 마그넷
4035: 기판 홀더
4101: 카세트 포트
4102: 얼라인먼트 포트
4103: 반송 로봇
4104: 게이트 밸브
4105: 가열 스테이지
4106: 타깃
4107: 방착판
4108: 기판 스테이지
4109: 기판
4110: 크라이오 트랩
4111: 스테이지
4200: 진공 펌프
4201: 크라이오 펌프
4202: 터보 분자 펌프
4300: 매스 플로우 컨트롤러
4301: 정제기
4302: 가스 가열 기구
9300: 하우징
9301: 버튼
9302: 마이크로폰
9303: 표시부
9304: 스피커
9305: 카메라
9310: 하우징
9311: 표시부
9320: 하우징
9321: 버튼
9322: 마이크로폰
9323: 표시부
9630: 하우징
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9633: 힌지
9638: 조작 스위치

Claims (20)

  1. 스퍼터링용 타깃에 있어서,
    복수의 결정립을 갖는 다결정 In-Zn 산화물을 포함하고,
    상기 복수의 결정립의 평균 입경은 0.06μm 이상 3μm 이하인, 스퍼터링용 타깃.
  2. 제 1 항에 있어서,
    입경이 0.06μm 이상 1μm 미만인 결정립의 비율은 20% 이상인, 스퍼터링용 타깃.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 결정립은 삼방정 또는 육방정인, 스퍼터링용 타깃.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 결정립은 각각 벽개면을 갖는, 스퍼터링용 타깃.
  5. 타깃의 사용 방법에 있어서,
    상기 타깃을 스퍼터링함으로써 양으로 대전된 복수의 입자를 상기 타깃으로부터 박리하는 단계와;
    피성막면에서 상기 복수의 입자가 서로 반발하여 퇴적되는 단계를 포함하고,
    상기 타깃은 다결정 In-Zn 산화물을 포함하고,
    상기 복수의 입자는 평판 형상을 갖는, 타깃의 사용 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 결정성을 갖는, 타깃의 사용 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 각각 육각 기둥 형상을 갖는, 타깃의 사용 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 상기 타깃에 포함된 상기 다결정 In-Zn 산화물의 벽개에 의하여 생성되는, 타깃의 사용 방법.
  9. 타깃의 사용 방법에 있어서,
    상기 타깃을 스퍼터링함으로써 복수의 입자를 상기 타깃으로부터 박리하는 단계와;
    상기 복수의 입자를 양으로 대전시키는 단계와;
    피성막면에서 상기 복수의 입자가 서로 반발하여 퇴적되는 단계를 포함하고,
    상기 타깃은 다결정 In-Zn 산화물을 포함하고,
    상기 복수의 입자는 평판 형상을 갖는, 타깃의 사용 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 결정성을 갖는, 타깃의 사용 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 각각 육각 기둥 형상을 갖는, 타깃의 사용 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 상기 타깃에 포함된 상기 다결정 In-Zn 산화물의 벽개에 의하여 생성되는, 타깃의 사용 방법.
  13. 산화물막의 제작 방법에 있어서,
    타깃에 이온을 충돌시킴으로써 양으로 대전된 복수의 입자를 상기 타깃으로부터 박리하는 단계와;
    상기 복수의 입자의 평탄한 면이 양으로 대전되지 않은 영역에 부착되도록 상기 복수의 입자가 서로 반발하면서 피성막면에 퇴적되는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 입자는 평판 형상을 갖고,
    상기 타깃은 다결정 In-Zn 산화물을 포함하는, 산화물막의 제작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 결정성을 갖는, 산화물막의 제작 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 각각 육각 기둥 형상을 갖고,
    상기 육각 기둥 형상은 상기 육각 기둥 형상의 육각형의 면과 수직인 방향에 배향된 c축을 갖는, 산화물막의 제작 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 상기 타깃에 포함된 상기 다결정 In-Zn 산화물의 벽개에 의하여 생성되는, 산화물막의 제작 방법.
  17. 산화물막의 제작 방법에 있어서,
    타깃에 이온을 충돌시킴으로써 복수의 입자를 상기 타깃으로부터 박리하는 단계와;
    상기 복수의 입자를 양으로 대전시키는 단계와;
    상기 복수의 입자의 평탄한 면이 양으로 대전되지 않은 영역에 부착되도록 상기 복수의 입자가 서로 반발하면서 피성막면에 퇴적되는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 입자는 평판 형상을 갖고,
    상기 타깃은 다결정 In-Zn 산화물을 포함하는, 산화물막의 제작 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 결정성을 갖는, 산화물막의 제작 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 각각 육각 기둥 형상을 갖고,
    상기 육각 기둥 형상은 상기 육각 기둥 형상의 육각형의 면과 수직인 방향에 배향된 c축을 갖는, 산화물막의 제작 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 상기 타깃에 포함된 상기 다결정 In-Zn 산화물의 벽개에 의하여 생성되는, 산화물막의 제작 방법.
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