KR20190089803A - 반도체 장치의 제작 방법 - Google Patents

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KR20190089803A
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은, 전기 특성이 뛰어난 트랜지스터를 제작한다.
기판 위에 산화물 절연막을 형성하고, 상기 산화물 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성한 후, 산화물 반도체막에 포함되는 수소를 탈리시키며, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부를 탈리시킬 온도로 가열한 후, 상기 가열된 산화물 반도체막을 소정의 형상으로 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막을 형성하고, 섬 형상의 산화물 반도체막 위에 한 쌍의 전극을 형성하고, 상기 한 쌍의 전극 및 섬 형상의 산화물 반도체막 위에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위에 게이트 전극을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제작 방법{MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
트랜지스터 등의 반도체 소자를 적어도 하나의 소자로서 포함하는 회로를 갖는 반도체 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 전원 회로에 탑재되는 파워 디바이스나 메모리, 사이리스터(thyristor), 컨버터, 이미지 센서 등을 포함하는 반도체 집적 회로, 액정 표시 장치로 대표되는 전기 광학 장치나 발광 소자를 갖는 발광 표시 장치를 부품으로 하여 탑재한 전자 기기에 관한 것이다.
액정 표시 장치로 대표되는 것과 같이, 유리 기판 등에 형성되는 트랜지스터는, 아모퍼스 실리콘, 다결정 실리콘에 의하여 구성되어 있다. 아모퍼스 실리콘을 사용한 트랜지스터는, 전계 효과 이동도가 낮지만 유리 기판의 대면적화에 대응할 수 있다는 이점을 갖는다. 또한, 다결정 실리콘을 사용한 트랜지스터의 전계 효과 이동도는 높지만, 유리 기판의 대면적화에는 적합하지 않다는 단점을 갖는다.
실리콘을 사용한 트랜지스터에 대하여, 산화물 반도체를 사용하여 트랜지스터를 제작하고, 전자 디바이스나 광 디바이스에 응용하는 기술이 주목을 받고 있다. 예를 들어, 산화물 반도체로서 산화 아연, In-Ga-Zn-O계 산화물을 사용하여 트랜지스터를 제작하고, 표시 장치의 화소의 스위칭 소자 등에 사용하는 기술이 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시된다.
그런데, 특히 산화물 반도체에 있어서는, 수소가 캐리어 원이 되는 것이 지적을 받고 있다. 그래서, 산화물 반도체를 형성할 때 수소가 혼입되지 않도록 하는 조치를 취하는 것이 요구된다. 또한, 산화물 반도체뿐만이 아니라, 산화물 반도체에 접하는 게이트 절연막의 수소를 저감시킴으로써, 임계값 전압의 변동을 저감한다(특허 문헌 3 참조).
일본국 특개2007-123861호 공보 일본국 특개2007-96055호 공보 일본국 특개2009-224479호 공보
그렇지만, 종래의 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는, 온·오프 비가 낮고, 표시 장치의 화소의 스위칭 소자로서는 충분한 성능이 얻어지지 않았다. 또한, 임계값 전압이 마이너스가 되어 노멀리 온(normally on)의 특성이 된다는 문제가 있었다.
본 발명의 일 형태는, 전기 특성이 뛰어난 트랜지스터를 제작하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 형태는, 기판 위에 산화물 절연막을 형성하고, 상기 산화물 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성한 후, 산화물 반도체막에 포함되는 수소를 탈리시키며, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부를 탈리시킬 온도로 가열한 후, 상기 가열된 산화물 반도체막을 소정의 형상으로 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막을 형성하고, 섬 형상의 산화물 반도체막 위에 한 쌍의 전극을 형성하고, 상기 한 쌍의 전극 및 섬 형상의 산화물 반도체막 위에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위에 게이트 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 형태는, 기판 위에 산화물 절연막을 형성하고, 상기 산화물 절연막 위에 한 쌍의 전극을 형성하고, 상기 한 쌍의 전극 및 산화물 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성하고, 산화물 반도체막에 포함되는 수소를 탈리시키며, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부를 탈리시킬 온도로 가열한 후, 상기 가열된 산화물 반도체막을 소정의 형상으로 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막을 형성하고, 한 쌍의 전극 및 섬 형상의 산화물 반도체막 위에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위에 게이트 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
기판 위에 형성하는 산화물 절연막은, 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막을 사용하여 형성한다. 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막으로서는, 화학량론적 조성비보다 많은 산소를 포함하는 산화물 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막의 대표적인 예로서는, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 산화 갈륨, 산화 하프늄, 산화 이트륨 등이 있다.
가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막의 산소의 탈리량은 TDS(Thermal Desorption Spectroscopy: 승온 탈리 가스 분광법) 분석에서 산소 원자로 환산된 산소의 탈리량이 1.0×1018atoms/cm3 이상, 바람직하게는 1.0×1020atoms/cm3 이상, 보다 바람직하게는 3.0×1020atoms/cm3 이상이다.
산화물 반도체막에 포함되는 수소를 탈리시키며, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부를 산화물 반도체막으로 확산시키는 온도는, 150℃ 이상 기판의 변형점 미만, 바람직하게는 250℃ 이상 450℃ 이하이다.
산화물 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성하고, 산화물 반도체막에 포함되는 수소를 탈리시키며, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부를 탈리시키는 온도로 가열함으로써, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부를 산화물 반도체막으로 확산시키는 것과 함께 산화물 반도체막에 포함되는 수소를 탈리시킬 수 있다. 또한, 산화물 반도체막으로 확산된 산소는, 산화물 반도체막의 산소 결손을 보상(補償)하기 때문에 산화물 반도체막의 산소 결손이 저감된다. 또한, 산화물 반도체막은, 산화물 절연막으로부터 외부로의 산소 탈리의 블로킹 막으로서 기능하기 때문에, 산화물 절연막으로부터 과잉의 산소 탈리가 발생되지 않고 산화물 절연막에 산소가 잔존한다. 이로써, 캐리어 원이 되는 수소 및 산소 결손의 농도를 저감시키며, 산화물 반도체막 및 산화물 절연막의 계면에 있어서의 결함을 저감할 수 있다.
산화물 반도체에 포함되는 원소와 수소의 결합에 의하여 수소의 일부가 도너가 되어 캐리어인 전자가 발생되어 버린다. 또한, 산화물 반도체 중의 산소 결손도 마찬가지로 도너가 되어 캐리어인 전자가 발생되어 버린다. 그래서, 산화물 반도체막 중의 수소 농도 및 산소 결손량을 저감시킴으로써 임계값 전압의 마이너스 시프트를 저감할 수 있다.
또한, 산화물 반도체막으로 산소의 일부를 확산시키며, 산화물 절연막에 산소를 잔존시킴으로써, 산화물 반도체막 및 산화물 절연막의 계면에 있어서의 결함을 저감시킬 수 있고, 임계값 전압의 마이너스 시프트를 저감할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, n채널형 트랜지스터에 있어서, 임계값 전압의 값이 양(正)인 트랜지스터를 노멀리 오프(normally off)의 트랜지스터로 정의한다. p채널형 트랜지스터에 있어서, 임계값 전압의 값이 음(負)인 트랜지스터를 노멀리 오프의 트랜지스터로 정의한다. 또한, n채널형 트랜지스터에 있어서, 임계값 전압의 값이 음인 트랜지스터를 노멀리 온의 트랜지스터로 정의한다. p채널형 트랜지스터에 있어서, 임계값 전압의 값이 양인 트랜지스터를 노멀리 온의 트랜지스터로 정의한다.
산화물 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성하고, 산화물 반도체막에 포함되는 수소를 탈리시키며, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부를 탈리시키는 온도로 가열한 후, 상기 산화물 반도체막을 소정의 형상으로 에칭하여 트랜지스터를 제작함으로써, 전기 특성이 뛰어난 트랜지스터를 제작할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 형태를 나타내는 반도체 장치의 제작 공정을 설명하는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 형태를 나타내는 반도체 장치의 제작 공정을 설명하는 상면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 형태를 나타내는 반도체 장치의 제작 공정을 설명하는 단면도.
도 4는 본 발명의 일 형태를 나타내는 반도체 장치의 제작 공정을 설명하는 상면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 형태를 나타내는 반도체 장치의 제작 공정을 설명하는 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 형태를 나타내는 반도체 장치의 제작 공정을 설명하는 단면도.
도 7은 전자 기기의 일 형태를 설명하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 전자 기기의 일 형태를 설명하는 도면.
도 9a 내지 도 9c는 TDS 분석 결과를 설명하는 도면.
도 10a 내지 도 10c는 가열 처리와 산소의 탈리량의 관계를 설명하는 도면.
도 11a 내지 도 11c는 트랜지스터의 전기 특성을 설명하는 도면.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 내용을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 본 발명의 구성에 있어서, 동일 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면간에서 공통적으로 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서 설명하는 각 도면에 있어서, 각 구성의 크기, 층 두께, 또는 영역은, 명료화를 위하여 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서 반드시 그 스케일로 한정되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용하는 “제 1”, “제 2”, “제 3” 등의 용어는, 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙인 것이며, 수(數)적으로 한정하는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, “제 1”을 “제 2” 또는 “제 3” 등으로 적절히 치환하여 설명할 수 있다.
(실시형태 1)
도 1a 내지 도 1e는 반도체 장치의 구성의 일 형태인 트랜지스터의 제작 공정을 도시하는 단면도이고, 도 2의 일점 파선 A-B의 단면도는 도 1e에 상당한다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 기판(51) 위에 산화물 절연막(53)을 형성하고, 산화물 절연막(53) 위에 산화물 반도체막(55)을 형성한다.
기판(51)으로서는 유리 기판(무 알칼리 유리 기판이라고도 불림), 석영 기판, 세라믹 기판, 플라스틱 기판 등을 적절히 사용할 수 있다. 또한, 기판(51)으로서 가요성을 갖는 유리 기판, 또는 가요성을 갖는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 플라스틱 기판으로서는, 굴절률 이방성이 작은 기판을 사용하는 것이 바람직하고, 대표적으로는 폴리에테르 설폰(PES) 필름, 폴리이미드 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름, PVF(폴리비닐플루오라이드) 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리카보네이트(PC) 필름, 아크릴 수지 필름 또는 반경화된 유기 수지 중에 섬유체를 포함하는 프리프레그(prepreg) 등을 사용할 수 있다.
산화물 절연막(53)은, 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막을 사용하여 형성한다. 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막으로서는, 화학량론적 조성비보다 많은 산소를 포함하는 산화물 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막은 가열에 의하여 산소가 탈리되기 때문에, 가열에 의하여 산화물 반도체막으로 산소를 확산시킬 수 있다. 산화물 절연막(53)은 대표적으로 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 산화 갈륨, 산화 하프늄, 산화 이트륨 등으로 형성할 수 있다.
화학량론적 조성비보다 많은 산소를 포함하는 산화물 절연막은, 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리된다. 이 때 산소의 탈리량은 TDS 분석에서 산소 원자로 환산한 산소의 탈리량이 1.0×1018atoms/cm3 이상, 바람직하게는 1.0×1020atoms/cm3 이상, 보다 바람직하게는 3.0×1020atoms/cm3 이상이다.
여기서, TDS 분석에서 산소 원자로 환산한 산소의 탈리량을 측정하는 방법에 대하여 이하에 설명한다.
TDS 분석으로 측정하였을 때의 기체의 탈리량은, 스펙트럼의 적분 값에 비례한다. 그래서, 산화물 절연막의 스펙트럼의 적분 값과 표준 시료의 기준 값에 대한 비율에 의하여 기체의 탈리량을 계산할 수 있다. 표준 시료의 기준 값이란, 소정의 원자를 포함하는 시료의 스펙트럼의 적분 값에 대한 분자의 밀도의 비율을 가리킨다.
예를 들어, 표준 시료인 소정 밀도의 수소를 포함하는 실리콘 웨이퍼의 TDS 분석 결과, 및 산화물 절연막의 TDS 분석 결과로부터 산화물 절연막의 산소 분자의 탈리량(NO2)은 수학식 1로 구할 수 있다.
NO2= NH2/SH2×SO2×α(수학식 1)
NH2는 표준 시료로부터 탈리된 수소 분자를 밀도로 환산한 값이다. SH2는 표준 시료를 TDS 분석으로 측정하였을 때의 스펙트럼의 적분 값이다. 즉, 표준 시료의 기준 값은 NH2/SH2이다. SO2는 산화물 절연막을 TDS 분석으로 측정하였을 때의 스펙트럼의 적분 값이다. α는 TDS 분석에서의 스펙트럼 강도에 영향을 주는 계수이다. 수학식 1의 자세한 설명에 관해서는 특개평6-275697 공보를 참조한다. 또한, 상기 산화물 절연막의 산소 탈리량은 전자과학 주식회사(ESCO, Ltd.) 제작의 승온 탈리 분석 장치 EMD-WA1000S/W를 사용하여 표준 시료로서 1×1016atoms/cm3의 수소 원자를 포함하는 실리콘 웨이퍼를 사용하여 측정하였다.
또한, NO2는 산소 분자(O2)의 탈리량이다. 산화물 절연막에 있어서는 산소 원자로 환산한 산소의 탈리량은 산소 분자(O2)의 탈리량의 2배가 된다.
산화물 절연막(53)은, 50nm 이상, 바람직하게는 200nm 이상 500nm 이하로 한다. 산화물 절연막(53)을 두껍게 함으로써 산화물 절연막(53)으로부터의 산소 탈리량을 증가시킬 수 있는 것과 함께, 산화물 절연막(53) 및 나중에 형성되는 산화물 반도체막과의 계면에 있어서의 결함을 저감시킬 수 있다.
산화물 절연막(53)은 스퍼터링법, CVD법 등에 의하여 형성한다. 또한, 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막은 스퍼터링법을 사용함으로써 형성하기 쉬우므로 바람직하다.
가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막을 스퍼터링법에 의하여 형성하는 경우에는, 성막 가스 중의 산소량이 높은 것이 바람직하고, 산소(O2), 또는 산소(O2) 및 희 가스(Ar 등)의 혼합 가스 등을 사용할 수 있다. 대표적으로는, 성막 가스 중의 산소 농도를 6% 이상 100% 이하로 하는 것이 바람직하다.
가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막의 대표적인 예로서 산화 실리콘막을 형성하는 경우, 석영(바람직하게는 합성 석영)을 타깃으로 사용하고, 기판 온도 30℃ 이상 450℃ 이하(바람직하게는 70℃ 이상 200℃ 이하), 기판과 타깃 사이의 거리(T-S간 거리)를 20mm 이상 400mm 이하(바람직하게는 40mm 이상 200mm 이하), 압력을 0.1Pa 이상 4Pa 이하(바람직하게는 0.2Pa 이상 1.2Pa 이하), 고주파 전원을 0.5kW 이상 12kW 이하(바람직하게는 1kW 이상 5kW 이하), 성막 가스 중의 O2/(O2+Ar) 비율을 1% 이상 100% 이하(바람직하게는 6% 이상 100% 이하)로 하여 RF 스퍼터링법에 의하여 산화 실리콘막을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 석영(바람직하게는 합성 석영) 타깃 대신에 실리콘 타깃을 사용할 수도 있다. 또한, 성막 가스로서는, 산소만을 사용하여도 좋다.
산화물 반도체막(55)은, 4원계 금속 산화물인 In-Sn-Ga-Zn-O계 금속 산화물이나, 3원계 금속 산화물인 In-Ga-Zn-O계 금속 산화물, In-Sn-Zn-O계 금속 산화물, In-Al-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Ga-Zn-O계 금속 산화물, Al-Ga-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Al-Zn-O계 금속 산화물이나, 2원계 금속 산화물인 In-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Zn-O계 금속 산화물, Al-Zn-O계 금속 산화물, Zn-Mg-O계 금속 산화물, Sn-Mg-O계 금속 산화물, In-Mg-O계 금속 산화물 등을 사용할 수 있다. 여기서는, n원계 금속 산화물은 n종류의 금속 산화물로 구성된다. 또한, 산화물 반도체막(55)에 형성할 수 있는 금속 산화물은, 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상이다. 이와 같이, 밴드 갭이 넓은 금속 산화물을 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
또한, 산화물 반도체막은, 화학식 InMO3(ZnO)m(m>0)로 표기되는 박막을 사용할 수 있다. 여기서, M은 Zn, Ga, Al, Mn 및 Co로부터 선택된 하나 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다. 예를 들어, M으로서, Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, 또는 Ga 및 Co 등이 있다.
또한, 산화물 반도체로서 In-Zn-O계 재료를 사용하는 경우, 사용하는 타깃의 조성 비율은 원자수 비율로 In:Zn=50:1 내지 1:2(mol수 비율로 환산하면 In2O3: ZnO=25:1 내지 1:4), 바람직하게는 In:Zn=20:1 내지 1:1(mol수 비율로 환산하면 In2O3:ZnO=10:1 내지 1:2), 더 바람직하게는 In:Zn=15:1 내지 1.5:1(mol수 비율로 환산하면 In2O3: ZnO=15:2 내지 3:4)로 한다. 예를 들어, In-Zn-O계 산화물 반도체의 형성에 사용되는 타깃은 원자수 비율이 In:Zn:O=X:Y:Z인 경우에 Z>1.5X+Y로 한다.
또한, 산화물 반도체막(55)에는, 수소가 포함된다. 산화물 반도체막(55)에 포함되는 수소는, 수소 원자 외, 수소 분자, 물, 수산기, 또는 수소화물로서 포함되는 경우도 있다.
산화물 반도체막(55)에 있어서, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 농도는, 2×1016atoms/cm3 이하, 또는 1×1018atoms/cm3 이하인 것이 바람직하다.
산화물 반도체막(55)의 두께는, 3nm 이상 50nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
산화물 반도체막(55)은, 스퍼터링법, 도포법, 인쇄법, 펄스 레이저 증착법 등에 의하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는 산화물 반도체막(55)으로서 In-Ga-Zn-O계 산화물 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여 형성한다. 또한, 산화물 반도체막(55)은 희 가스(대표적으로는 아르곤) 분위기하, 산소 분위기하, 또는 희 가스와 산소의 혼합 분위기하에 있어서 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다.
또한, 산화물 반도체막(55)을 형성할 때 사용하는 스퍼터링 가스는 수소, 물, 수산기, 또는 수소화물 등의 불순물이 제거된 고순도 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 기판 온도를 100℃ 이상 600℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하로 하여 산화물 반도체막(55)을 형성함으로써 산화물 반도체막(55)에 포함되는 불순물 농도를 저감할 수 있다.
다음에, 기판(51)에 기열 처리를 실시하여 산화물 반도체막(55)으로부터 수소를 제거하는 것과 함께, 산화물 절연막(53)에 포함되는 산소의 일부를 산화물 반도체막(55)과 산화물 절연막(53) 측의 산화물 절연막(53)과 산화물 반도체막(55)의 계면 근방으로 확산시킨다.
이와 같이, 산화물 반도체막을 가열하면서 형성하고, 또는 산화물 반도체막을 형성한 후에 가열 처리를 실시함으로써, 산화물 반도체막을 C축 배향된 결정 영역을 갖는 막으로 할 수 있다.
상기 가열 처리에 사용되는 가열 처리 장치는, 특별히 한정되지 않고, 저항 발열체 등의 발열체로부터의 열 전도 또는 열 복사에 의하여 피처리물을 가열하는 장치를 구비하여도 좋다. 예를 들어, 전기로나 GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal) 장치, LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal) 장치 등의 RTA(Rapid Thermal Anneal) 장치를 사용할 수 있다. LRTA 장치는, 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프, 크세논 아크 램프, 카본 아크 램프, 고압 나트륨 램프, 고압 수은 램프 등의 램프로부터 방출되는 광(전자기파)의 복사에 의하여 피처리물을 가열하는 장치이다. GRTA 장치는, 고온의 가스를 사용하여 가열 처리를 행하는 장치이다.
가열 처리 온도는, 산화물 반도체막(55)으로부터 수소를 제거하는 것과 함께, 산화물 절연막(53)에 포함되는 산소의 일부를 탈리시키고, 또한 산화물 반도체막(55)으로 확산시키는 온도가 바람직하고, 대표적으로는 150℃ 이상 기판(51)의 변형점 미만, 바람직하게는 250℃ 이상 450℃ 이하로 한다.
가열 처리는 불활성 가스 분위기에서 행하는 것이 바람직하고, 대표적으로는 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤 등의 희 가스, 또는 질소 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 산화성 분위기에서 행하여도 좋다.
상기 가열 처리에 의하여 산화물 반도체막(55)으로부터 수소를 탈리시키는 것과 함께, 산화물 절연막(53)에 포함되는 산소의 일부를, 산화물 반도체막(55)과 산화물 절연막(53) 측의 산화물 절연막(53)과 산화물 반도체막(55)의 계면 근방으로 산소를 확산시킬 수 있다. 상기 공정에 의하여 산화물 반도체막(55) 중에 포함되는 산소 결손을 저감시킬 수 있는 것과 함께, 산화물 절연막(53) 측의 산화물 절연막(53)과 산화물 반도체막(55)의 계면 근방으로 산소를 확산시킴으로써, 산화물 반도체막 및 산화물 절연막의 계면에 있어서의 결함을 저감시킬 수 있다. 결과적으로 도 1b에 도시하는 바와 같이, 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막(57)을 형성할 수 있다.
산화물 절연막(53)을 산화물 반도체막(55)이 덮는 상태로 가열 처리를 실시함으로써, 산화물 절연막(53)에 포함되는 산소의 일부가 산화물 반도체막(55)으로 확산되기 때문에, 산화물 반도체막(55)에 포함되는 산소 결손을 저감시킬 수 있다. 또한, 산화물 절연막(53)이 산화물 반도체막(55)에 덮이고 표면이 노출되지 않기 때문에, 산화물 절연막(53)으로부터 외부로 산소가 방출되는 양이 저감되어, 산화물 절연막(53)에 있어서 산화물 반도체막(55)과의 계면의 결함을 효율 좋게 저감시킬 수 있다.
다음에, 산화물 반도체막(57) 위에 마스크를 형성한 후, 상기 마스크를 사용하여 산화물 반도체막(57)을 에칭함으로써 섬 형상의 산화물 반도체막(59)을 형성한다. 그 후, 상기 마스크를 제거한다(도 1c 참조).
산화물 반도체막(57)을 에칭하기 위한 마스크는, 포토리소그래피 공정, 잉크젯법, 인쇄법 등을 적절히 사용할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(57)의 에칭은 웨트 에칭 또는 드라이 에칭을 적절히 사용할 수 있다.
다음에, 도 1d에 도시하는 바와 같이, 산화물 반도체막(59)에 접하는 한 쌍의 전극(61)을 형성한다.
한 쌍의 전극(61)은 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능한다.
한 쌍의 전극(61)은 알루미늄, 크롬, 구리, 탄탈, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐 중에서 선택된 금속 원소, 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 합금, 상술한 금속 원소를 조합한 합금 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 망간, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨 중 어느 하나 또는 복수로부터 선택된 금속 원소를 사용하여도 좋다. 또한, 한 쌍의 전극(61)은 단층 구조라도 좋고, 2층 이상의 적층 구조로 하여도 좋다. 예를 들어, 실리콘을 포함하는 알루미늄막의 단층 구조, 알루미늄막 위에 티타늄막을 적층하는 2층 구조, 질화 티타늄막 위에 티타늄막을 적층하는 2층 구조, 질화 티타늄막 위에 텅스텐막을 적층하는 2층 구조, 질화 탄탈막 위에 텅스텐막을 적층하는 2층 구조, 티타늄막과 그 티타늄막 위에 알루미늄막을 적층하고, 또한 그 위에 티타늄막을 형성하는 3층 구조 등이 있다.
또한, 한 쌍의 전극(61)은, 인듐 주석 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 실리콘을 첨가한 인듐 주석 산화물 등의 투광성을 갖는 도전성 재료를 적용할 수도 있다. 또한, 상기 투광성을 갖는 도전성 재료와, 상기 금속 원소의 적층 구조로 할 수도 있다.
한 쌍의 전극(61)은, 인쇄법 또는 잉크젯법에 의하여 형성한다. 또는 스퍼터링법, CVD법, 증착법 등으로 도전막을 형성한 후, 상기 도전막 위에 마스크를 형성하고 도전막을 에칭함으로써 형성한다. 도전막 위에 형성하는 마스크는 인쇄법, 잉크젯법, 포토리소그래피법을 적절히 사용할 수 있다.
여기서는, 산화물 반도체막(59) 및 산화물 절연막(53) 위에 도전막을 형성한 후, 도전막을 소정의 형상으로 에칭하여 한 쌍의 전극(61)을 형성한다.
또한, 산화물 반도체막(57) 위에 도전막을 형성한 후, 다계조 포토 마스크에 의하여 요철 형상의 마스크를 형성하고, 상기 마스크를 사용하여 산화물 반도체막(57) 및 도전막을 에칭한 후, 애싱에 의하여 요철 형상의 마스크를 분리하고, 상기 분리된 마스크에 의하여 도전막을 에칭함으로써 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 및 한 쌍의 전극(61)을 형성할 수 있다. 상기 공정에 의하여 포토 마스크 개수 및 포토리소그래피 공정수를 삭감할 수 있다.
다음에, 산화물 반도체막(59) 및 한 쌍의 전극(61) 위에 게이트 절연막(63)을 형성한다.
다음에, 게이트 절연막(63) 위에 있고, 산화물 반도체막(59)과 중첩되는 영역에 게이트 전극(65)을 형성한다.
그 후, 보호막으로서 절연막(69)을 형성하여도 좋다(도 1e 참조). 또한, 게이트 절연막(63) 및 절연막(69)에 콘택트 홀을 형성한 후, 한 쌍의 전극(61)에 접속되는 배선을 형성하여도 좋다.
게이트 절연막(63)은, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄막, 또는 산화 갈륨을 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다. 또한, 게이트 절연막(63)은 산화물 반도체막(59)과 접하는 부분이 산소를 포함하는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 산화 실리콘막에 의하여 형성된다. 산화 실리콘막을 사용함으로써 산화물 반도체막(59)으로 산소를 확산시킬 수 있고, 특성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 게이트 절연막(63)으로서 하프늄 실리케이트(HfSiOx), 질소가 첨가된 하프늄 실리케이트(HfSixOyNz), 질소가 첨가된 하프늄 알루미네이트(HfAlxOyNz), 산화 하프늄, 산화 이트륨 등의 High-k 재료를 사용함으로써, 게이트 절연막의 물리적인 막 두께를 두껍게 할 수 있기 때문에, 게이트 누설 전류를 저감할 수 있다. 또한, High-k 재료와 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄 및 산화 갈륨 중의 어느 하나 이상과의 적층 구조로 할 수 있다. 게이트 절연막(63)의 두께는, 1nm 이상 300nm 이하, 더 바람직하게는 5nm 이상 50nm 이하로 하면 좋다. 게이트 절연막(63)의 두께를 5nm 이상으로 함으로써, 게이트 누설 전류를 저감 수 있다.
또한, 게이트 절연막(63)을 형성하기 전에 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 표면을 산소, 오존, 일산화 이질소의 산화성 가스 플라즈마에 노출시키고, 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 표면을 산화시킴으로써 산소 결손을 저감시켜도 좋다.
게이트 전극(65)은, 알루미늄, 크롬, 구리, 탄탈, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐 중에서 선택된 금속 원소, 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 합금이나, 상술한 금속 원소를 조합한 합금 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 망간, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨 중 어느 하나 또는 복수로부터 선택된 금속 원소를 사용하여도 좋다. 또한, 게이트 전극(65)은 단층 구조라도 좋고, 2층 이상의 적층 구조로 하여도 좋다. 예를 들어, 실리콘을 포함하는 알루미늄막의 단층 구조, 알루미늄막 위에 티타늄막을 적층하는 2층 구조, 질화 티타늄막 위에 티타늄막을 적층하는 2층 구조, 질화 티타늄막 위에 텅스텐막을 적층하는 2층 구조, 질화 탄탈막 위에 텅스텐막을 적층하는 2층 구조, 티타늄막과 그 티타늄막 위에 알루미늄막을 적층하고, 또한 그 위에 티타늄막을 형성하는 3층 구조 등이 있다.
또한, 게이트 전극(65)은, 인듐 주석 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 실리콘을 첨가한 인듐 주석 산화물 등의 투광성을 갖는 도전성 재료를 적용할 수도 있다. 또한, 상기 투광성을 갖는 도전성 재료와 상기 금속 원소의 적층 구조로 할 수도 있다.
절연막(69)은 게이트 절연막(63)으로 열거한 절연막을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
그 후, 가열 처리를 행하여도 좋다.
이상의 공정에 의하여 산화물 반도체막을 채널 형성 영역에 갖는 트랜지스터를 제작할 수 있다.
본 실시형태에서는, 산화물 절연막 표면이 산화물 반도체막으로 덮인 상태로 가열 처리를 행한 후, 산화물 반도체막을 소정의 형상으로 에칭하여 산화물 절연막의 일부를 노출시키기 때문에, 산화물 절연막으로부터 외부로 산소가 방출되는 양을 억제시키며, 산소의 일부를 산화물 반도체막으로 확산시켜 산화물 반도체막의 산소 결손을 저감시키는 것과 함께, 산화물 반도체막으로부터 수소를 탈리시킬 수 있다. 결과적으로, 산화물 반도체막의 캐리어 원이 되는 수소 및 산소 결손을 저감시키는 것과 함께, 산화물 반도체막 및 산화물 절연막의 계면에 있어서의 결함을 저감할 수 있기 때문에, 트랜지스터의 임계값 전압의 마이너스 시프트를 저감할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1과 다른 구조의 트랜지스터의 제작 방법에 대하여, 도 3a 내지 도 4를 사용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 산화물 절연막 및 산화물 반도체막 사이에 한 쌍의 전극이 형성되는 점이 실시형태 1과 다르다. 또한, 도 4의 일점 파선 A-B의 단면도는 도 3d에 상당한다.
도 3a에 도시하는 바와 같이, 실시형태 1과 마찬가지로 기판(51) 위에 산화물 절연막(53)을 형성한다. 다음에, 산화물 절연막(53) 위에 한 쌍의 전극(71)을 형성한다. 다음에, 한 쌍의 전극(71) 및 산화물 절연막(53) 위에 산화물 반도체막(73)을 형성한다.
한 쌍의 전극(71)은 실시형태 1에 나타내는 한 쌍의 전극(61)과 마찬가지의 재료 및 제작 방법을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
산화물 반도체막(73)은, 실시형태 1에 나타내는 산화물 반도체막(55)과 마찬가지의 재료 및 제작 방법을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
다음에, 실시형태 1과 마찬가지로 기판(51)을 가열하고, 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막을 형성한 후, 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막 위에 마스크를 형성하고, 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막을 에칭함으로써 섬 형상의 산화물 반도체막(75)을 형성한다. 그 후, 마스크를 제거한다(도 3b 참조).
다음에, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 전극(71) 및 산화물 반도체막(75) 위에 게이트 절연막(77)을 형성한다. 다음에 게이트 절연막(77) 위에서 산화물 반도체막(75)과 중첩하는 영역에 게이트 전극(79)을 형성한다. 다음에, 게이트 절연막(77) 및 게이트 전극(79) 위에 보호막으로서 절연막(81)을 형성하여도 좋다.
게이트 절연막(77)은 실시형태 1에 나타내는 게이트 절연막(63)과 마찬가지의 재료 및 제작 방법을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
게이트 전극(79)은 실시형태 1에 나타내는 게이트 전극(65)과 마찬가지의 재료 및 제작 방법을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
절연막(81)은 실시형태 1에 나타내는 절연막(69)과 마찬가지의 재료 및 제작 방법을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
다음에, 절연막(81) 위에 마스크를 형성한 후, 게이트 절연막(77) 및 절연막(81)의 일부를 에칭하여 콘택트 홀을 형성한다. 다음에, 콘택트 홀을 통하여 한 쌍의 전극(71)에 접속하는 배선(83)을 형성한다.
배선(83)은 한 쌍의 전극(71)과 마찬가지의 재료 및 제작 방법을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
이상의 공정에 의하여 산화물 반도체막을 채널 형성 영역에 갖는 트랜지스터를 제작할 수 있다.
본 실시형태에서는, 산화물 반도체막의 캐리어 원이 되는 수소 및 산소 결손을 저감하는 것과 함께, 산화물 반도체막 및 산화물 절연막 계면에 있어서의 결함을 저감시킬 수 있기 때문에, 트랜지스터의 임계값 전압의 마이너스 시프트를 저감시킬 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2와 비교하여 산화물 반도체막 및 한 쌍의 배선의 접촉 저항을 저감할 수 있는 트랜지스터의 제작 방법에 대하여 도 1a 내지 도 1e, 및 도 5a 내지 도 5e를 사용하여 설명한다.
실시형태 1과 마찬가지로 도 1a 및 도 1b의 공정에 의하여 산화물 절연막(53) 위에 산화물 반도체막(55)을 형성하고, 산화물 반도체막(55)을 가열하여 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막(57)을 형성한다. 다음에, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막(57) 위에 n형 도전형을 갖는 버퍼(84)를 형성한다.
n형 도전형을 갖는 버퍼(84)로서는, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물, 주석 아연 산화물로부터 선택된 하나의 금속 산화물이나, 또는 상기 금속 산화물에 알루미늄, 갈륨, 실리콘 중에서 선택된 원소가 하나 이상 포함되는 재료를 사용할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 나중에 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 한 쌍의 전극 및 산화물 반도체막의 접촉 저항을 저감할 수 있다.
여기서는, 산화물 반도체막을 가열하여 산화물 반도체막으로부터 수소를 탈리시키는 것과 함께, 산화물 절연막으로부터 산화물 반도체막으로 산소를 확산시킨 후, 상기 산화물 반도체막 위에 n형 도전형을 갖는 버퍼(84)를 형성하기 때문에, 산화물 반도체막으로부터 수소를 충분히 탈리시킬 수 있다. 결과적으로, 산화물 반도체막 중의 수소 농도 및 산소 결손을 저감시킬 수 있고, 트랜지스터의 임계값 전압의 마이너스 시프트를 저감할 수 있다.
다음에, n형 도전형을 갖는 버퍼(84) 위에 마스크를 형성한 후, 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막(57) 및 n형 도전형을 갖는 버퍼(84)를 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 및 n형 도전형을 갖는 버퍼(85)를 형성한다. 그 후, 마스크를 제거한다(도 5b 참조).
다음에, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 및 n형 도전형을 갖는 버퍼(85) 위에 한 쌍의 전극(61)을 형성한다. 여기서는, 게이트 절연막의 막질을 유지하기 위하여 한 쌍의 전극(61)으로서 게이트 절연막으로부터 산소가 추출되지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 한 쌍의 전극(61)의 재료로서 텅스텐, 몰리브덴 등이 있다. 그러나, 텅스텐 및 몰리브덴은 산화물 반도체막 및 게이트 절연막과 접하는 영역에 있어서 저항이 높은 금속 산화물이 형성되어 버린다. 그래서, 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 및 한 쌍의 전극(61) 사이에 n형의 도전형을 갖는 버퍼를 형성함으로써, 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 및 한 쌍의 전극(61)의 접촉 저항을 저감할 수 있다.
다음에, 한 쌍의 전극(61) 위에 형성되는 마스크(도시하지 않음)를 사용하여 n형 도전형을 갖는 버퍼(85)의 노출부를 에칭하여 한 쌍의 n형 도전형을 갖는 버퍼(87)를 형성한다.
또한, 한 쌍의 전극(61) 위에 형성되는 마스크를 제거한 후, 한 쌍의 전극(61)을 마스크로 하여 n형 도전형을 갖는 버퍼(85)의 노출부를 에칭하여 한 쌍의 n형 도전형을 갖는 버퍼(87)를 형성하여도 좋다.
n형 도전형을 갖는 버퍼(85)를 에칭할 때, 섬 형상의 산화물 반도체막(59)이 에칭되지 않고, 선택적으로 n형 도전형을 갖는 버퍼(85)를 에칭하는 조건(에칭 선택 비율이 높은 조건)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 및 n형 도전형을 갖는 버퍼(85)의 에칭 선택 비율이 낮은 경우에는, n형 도전형을 갖는 버퍼(85)를 에칭할 때 섬 형상의 산화물 반도체막(59)의 일부도 에칭되어, 홈부(오목부)를 갖는 형상이 될 경우도 있다.
본 실시형태에 의하여 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 및 한 쌍의 전극(61) 사이에 n형 도전형을 갖는 버퍼(87)를 갖기 때문에, 섬 형상의 산화물 반도체막(59) 및 한 쌍의 전극(61)의 접촉 저항을 저감할 수 있다. 결과적으로, 트랜지스터의 온 전류의 저감을 억제할 수 있다.
다음에, 실시형태 1과 마찬가지로 게이트 절연막(63), 게이트 전극(65), 및 절연막(69)을 형성한다. 또한, 게이트 절연막(63) 및 절연막(69)에 콘택트 홀을 형성한 후, 한 쌍의 전극(61)에 접속하는 배선을 형성하여도 좋다.
이상의 공정에 의하여 산화물 반도체막을 채널 형성 영역에 갖는 트랜지스터를 제작할 수 있다.
본 실시형태에 의하여 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막을 형성하는 것과 함께, 산화물 반도체막 및 한 쌍의 배선 사이에 접촉 저항을 저감하는 n형 도전형을 갖는 버퍼를 형성하기 때문에, 트랜지스터의 임계값 전압의 마이너스 시프트를 저감시키는 것과 함께 트랜지스터의 온 전류가 저감되는 것을 억제할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있는 트랜지스터, 또는 임계값 전압을 제어할 수 있는 트랜지스터에 대하여 도 6a 내지 도 6d를 사용하여 설명한다.
도 6a에 도시하는 바와 같이, 기판(51) 위에 산화물 절연막(53)을 형성한다. 다음에, 산화물 절연막(53) 위에 제 1 게이트 전극(91)을 형성한다. 다음에, 산화물 절연막(53) 및 제 1 게이트 전극(91) 위에 제 1 게이트 절연막(93)을 형성한다. 다음에, 제 1 게이트 절연막(93) 위에 산화물 반도체막(95)을 형성한다.
제 1 게이트 전극(91)은, 실시형태 1에 나타내는 게이트 전극(65)과 마찬가지로 형성할 수 있다.
제 1 게이트 절연막(93)은 실시형태 1에 나타내는 게이트 절연막(63)과 마찬가지로 형성할 수 있다.
산화물 반도체막(95)은 실시형태 1에 나타내는 산화물 반도체막(55)과 마찬가지로 형성할 수 있다.
다음에, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 실시형태 1과 마찬가지로 산화물 반도체막(95)을 가열하고, 수소 농도 및 산소 결손이 저감된 산화물 반도체막(97)을 형성한다.
다음에, 산화물 반도체막(97) 위에 마스크를 형성하고, 산화물 반도체막(97)을 에칭함으로써 섬 형상의 산화물 반도체막(99)을 형성한다. 그 후, 상기 마스크를 제거한다(도 6c 참조).
다음에, 도 6d에 도시하는 바와 같이, 섬 형상의 산화물 반도체막(99) 위에 한 쌍의 전극(101)을 형성한다. 다음에, 섬 형상의 산화물 반도체막(99) 및 한 쌍의 전극(101) 위에 제 2 게이트 절연막(103)을 형성한다. 다음에, 제 2 게이트 절연막(103) 위에서 섬 형상의 산화물 반도체막(99)과 중첩하는 영역에 제 2 게이트 전극(105)을 형성한다. 다음에, 제 2 게이트 절연막(103) 및 제 2 게이트 전극(105) 위에 보호막으로서 절연막(109)을 형성하여도 좋다.
한 쌍의 전극(101)은 실시형태 1에 나타내는 한 쌍의 전극(61)과 마찬가지로 형성할 수 있다.
제 2 게이트 절연막(103)은 실시형태 1에 나타내는 게이트 절연막(63)과 마찬가지로 형성할 수 있다.
제 2 게이트 전극(105)은, 실시형태 1에 나타내는 게이트 전극(65)과 마찬가지로 형성할 수 있다.
절연막(109)은 실시형태 1에 나타내는 절연막(69)과 마찬가지로 형성할 수 있다.
제 1 게이트 전극(91) 및 제 2 게이트 전극(105)은 접속되어도 좋다. 이 경우, 제 1 게이트 전극(91) 및 제 2 게이트 전극(105)은 같은 전위가 되므로, 채널 형성 영역이 산화물 반도체막(99)의 제 1 게이트 절연막(93) 측, 및 제 2 게이트 절연막(103) 측에 형성되기 때문에, 트랜지스터의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.
또는, 제 1 게이트 전극(91) 및 제 2 게이트 전극(105)은 접속되지 않고, 상이한 전위가 인가되어도 좋다. 이 경우, 트랜지스터의 임계값 전압을 제어할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 한 쌍의 전극을 섬 형상의 산화물 반도체막(99) 및 제 2 게이트 절연막(103) 사이에 형성하지만, 제 1 게이트 절연막(93) 및 섬 형상의 산화물 반도체막(99) 사이에 형성하여도 좋다.
상술한 공정에 의하여 게이트 전극을 복수 갖는 트랜지스터를 제작할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 내지 실시형태 4와 비교하여, 산화물 반도체막 중의 수소 농도를 더 저감하는 방법에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 실시형태 1을 사용하여 설명하지만, 적절히 실시형태 2 내지 실시형태 4에 적용할 수 있다.
도 1a에 있어서, 기판(51)에 산화물 절연막(53)을 형성하기 전에 기판(51)을 가열한다. 다음에, 기판(51) 위에 산화물 절연막(53) 및 산화물 반도체막(55)을 형성한다.
기판(51)을 가열하는 온도는, 기판(51)에 흡착 또는 함유되는 수소를 탈리시킬 수 있는 온도가 바람직하다. 대표적으로는 100℃ 이상 기판의 변형점 미만이다. 또한, 기판(51)을 가열할 때 수소 함유량이 낮은 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 1×10-4Pa 이하의 고진공 중에서 행하는 것이 바람직하다. 이 결과, 기판 표면에 흡착되는 수소, 수소 분자, 물, 수산기, 또는 수소화물 등을 저감할 수 있다.
또한, 기판(51)의 가열부터 산화물 반도체막(55)의 형성까지를 대기에 노출시키지 않고 진공 분위기에서 연속적으로 행함으로써, 기판(51), 산화물 절연막(53), 및 산화물 반도체막(55)에 수소, 수소 분자, 물, 수산기, 또는 수소화물이 흡착되지 않고, 산화물 반도체막(55)의 가열 공정에 있어서 기판(51) 및 산화물 절연막(53)으로부터 산화물 반도체막(55)으로 수소가 확산되는 것을 저감시킬 수 있고, 도 1b에 도시하는 가열된 산화물 반도체막(57)의 수소 농도를 더 저감할 수 있다. 결과적으로, 트랜지스터의 임계값 전압의 마이너스 시프트를 저감할 수 있다.
(실시형태 6)
실시형태 1 내지 실시형태 5에 나타낸 트랜지스터를 제작하고, 상기 트랜지스터를 화소부, 또한 구동 회로에 사용하여 표시 기능을 갖는 반도체 장치(표시 장치라고도 함)를 제작할 수 있다. 또한, 트랜지스터를 사용한 구동 회로의 일부 또는 전체를 화소부와 같은 기판 위에 일체로 형성하여, 시스템 온 패널(system-on panel)을 형성할 수 있다.
표시 장치는 표시 소자를 포함한다. 표시 소자로서는 액정 소자(액정 표시 소자라고도 함), 발광 소자(발광 표시 소자라고도 함)를 사용할 수 있다. 발광 소자는 전류 또는 전압에 의하여 휘도가 제어되는 소자를 그 범주에 포함하고, 구체적으로는 무기 EL(Electro Luminescence), 유기 EL 등이 포함된다. 전자 잉크 등, 전기적 작용에 의하여 콘트라스트가 변화하는 표시 매체도 적용할 수 있다.
또한, 표시 장치는 표시 소자가 밀봉된 상태에 있는 패널과, 상기 패널에 컨트롤러를 포함하는 IC 등을 실장한 상태에 있는 모듈을 포함한다. 또한, 상기 표시 장치를 제작하는 과정에 있어서의, 표시 소자가 완성되기 전의 일 형태에 상당하는 소자 기판에 관하여, 상기 소자 기판은, 전류를 표시 소자에 공급하기 위한 수단을 복수의 각 화소에 구비한다. 소자 기판은, 구체적으로는 표시 소자의 화소 전극만이 형성된 상태라도 좋고, 화소 전극이 되는 도전막을 형성한 후라도, 에칭하여 화소 전극을 형성하기 전의 상태라도 좋고, 다양한 형태가 적합된다.
또한, 본 명세서 중에서의 표시 장치란, 화상 표시 디바이스, 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 커넥터, 예를 들어, FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 선단에 프린트 배선판이 형성된 모듈, 또는 표시 소자에 COG(Chip on Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 표시 장치에 포함하는 것으로 한다.
(실시형태 7)
본 명세서에 개시하는 반도체 장치는, 전자 페이퍼로서 적용할 수 있다. 전자 페이퍼는, 정보를 표시하는 것이라면 다양한 분야의 전자 기기에 사용할 수 있다. 예를 들어, 전자 페이퍼를 사용하여 전자 서적(전자 북), 포스터, 전자 간판(Digital Signage), PID(Public Information Display), 전철 등의 탈 것의 차내 광고, 신용 카드 등의 각종 카드에 있어서의 표시 등에 적용할 수 있다. 전자 기기의 일례를 도 7에 도시한다.
도 7은 전자 서적의 일례로서 전자 서적(2700)을 도시한다. 예를 들어, 전자 서적(2700)은 케이스(2701) 및 케이스(2703)의 2개의 케이스로 구성된다. 케이스(2701) 및 케이스(2703)는 축(軸)부(2711)에 의하여 일체로 되어, 상기 축부(2711)를 축으로 하여 개폐(開閉) 동작을 행할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여 종이 서적과 같은 동작을 행할 수 있다.
케이스(2701)에는 표시부(2705) 및 광전 변환 장치(2706)가 내장되고, 케이스(2703)에는 표시부(2707) 및 광전 변환 장치(2708)가 내장된다. 표시부(2705) 및 표시부(2707)는 연속된 화면을 표시하는 구성으로 하여도 좋고, 다른 화면을 표시하는 구성으로 하여도 좋다. 상이한 화면을 표시하는 구성으로 함으로써, 예를 들어 오른쪽 표시부(도 7에서는 표시부(2705))에 글을 표시하고, 왼쪽 표시부(도 7에서는 표시부(2707))에 화상을 표시할 수 있다.
또한, 도 7에서는 케이스(2701)에 조작부 등을 구비한 예를 도시한다. 예를 들어, 케이스(2701)에 있어서, 전원(2721), 조작키(2723), 스피커(2725) 등을 구비한다. 조작키(2723)에 의하여 페이지를 넘길 수 있다. 또한, 케이스의 표시부와 동일 면에 키보드나 포인팅 디바이스 등을 구비하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 케이스의 이면이나 측면에 외부 접속용 단자(이어폰 단자, USB 단자, 또는 AC 어댑터 및 USB 케이블 등의 각종 케이블과 접속할 수 있는 단자 등), 기록 매체 삽입부 등을 구비하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 전자 서적(2700)은 전자 사전으로서의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 전자 서적(2700)은 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 무선에 의하여 전자 서적 서버로부터 원하는 서적 데이터 등을 구입하여, 다운로드하는 구성으로 할 수도 있다.
(실시형태 8)
본 명세서에 개시하는 반도체 장치는, 다양한 전자 기기(게임기도 포함함)에 적용할 수 있다. 전자 기기로서는, 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코(pachinko)기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
도 8a는 전자 기기의 일례로서 텔레비전 장치(9600)를 도시한다. 텔레비전 장치(9600)는 케이스(9601)에 표시부(9603)가 내장된다. 표시부(9603)에 의하여 영상을 표시할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(9605)에 의하여 케이스(9601)를 지지한 구성을 도시한다.
텔레비전 장치(9600)의 조작은 케이스(9601)가 구비하는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(9610)에 의하여 행할 수 있다. 리모트 컨트롤러(9610)가 구비하는 조작 키(9609)에 의하여 채널이나 음량을 조작할 수 있어 표시부(9603)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(9610)에 상기 리모트 컨트롤러(9610)로부터 출력하는 정보를 표시하는 표시부(9607)를 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(9600)는 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 일 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 행할 수도 있다.
도 8b는, 전자 기기의 일례로서 디지털 포토 프레임(9700)을 나타내고 있다. 예를 들어, 디지털 포토 프레임(9700)은 케이스(9701)에 표시부(9703)가 내장된다. 표시부(9703)는 각종 화상을 표시할 수 있고, 예를 들어, 디지털 카메라 등으로 촬영한 화상 데이터를 표시시킴으로써, 일반적인 포토 프레임과 마찬가지로 기능시킬 수 있다.
또한, 디지털 포토 프레임(9700)은, 조작부, 외부 접속용 단자(USB 단자, USB 케이블 등의 각종 케이블과 접속할 수 있는 단자 등), 기록 매체 삽입부 등을 구비하는 구성으로 한다. 이들의 구성은 표시부와 동일 면에 내장되어도 좋지만, 측면이나 뒷면에 구비하면 디자인성이 향상되기 때문에 바람직하다. 예를 들어, 디지털 포토 프레임(9700)의 기록 매체 삽입부에 디지털 카메라를 사용하여 촬영한 화상 데이터를 기억한 메모리를 삽입하여 화상 데이터를 취득하여 취득한 화상 데이터를 표시부(9703)에 표시시킬 수 있다.
또한, 디지털 포토 프레임(9700)은, 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 무선에 의하여 원하는 화상 데이터를 취득하여 표시시키는 구성으로 할 수도 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 산화물 절연막 및 산화물 반도체막의 형성 공정, 그리고 가열 처리의 순서와 산화물 절연막으로부터 산소가 탈리되는 양과의 관계에 대하여 도 9a 내지 도 11c를 사용하여 설명한다.
우선, 시료의 제작 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 이하의 공정 1 내지 공정 4 중 적어도 하나 이상의 공정을 행하여 각 시료를 제작하였다.
(공정 1)
기판 위에 산화물 절연막을 형성하였다. 여기서는, 산화물 절연막으로서 두께 300nm의 산화 실리콘막을 형성하였다.
산화물 절연막은 석영 타깃을 사용하여 스퍼터링 가스로서 유량 25sccm의 아르곤 및 25sccm의 산소를 사용한 RF 스퍼터링법을 사용하여 형성하였다. 주파수가 13.56MHz인 고주파 전원의 전력을 1.5kW로 하고, 압력을 0.4Pa로 하고, 기판 및 타깃의 간격을 60mm로 하고, 기판 온도를 100℃로 하였다.
(공정 2)
산화물 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성하였다. 여기서는, 산화물 반도체막으로서 두께 30nm의 In-Ga-Zn-O막을 형성하였다.
산화물 반도체막은 In-Ga-Zn-O 타깃(In2O3: Ga2O3: ZnO=1:1:2[mol수 비율])을 사용하고, 스퍼터링 가스로서 유량 30sccm의 아르곤 및 15sccm의 산소를 사용한, DC 스퍼터링법을 사용하여 형성하였다. 이 때의 전원의 전력을 0.5kW로 하고, 압력을 0.4Pa로 하고, 기판 및 타깃의 간격을 60mm로 하고, 기판 온도를 200℃로 하였다.
(공정 3)
산화물 반도체막 위에 포토리소그래피 공정에 의하여 마스크를 형성한 후, 산화물 반도체막의 일부를 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막을 형성하였다.
(공정 4)
가열 처리를 행하였다.
가열 처리 조건은, 질소 분위기의 전기로에서 450℃, 1시간 유지함으로써 각 시료를 가열하였다.
시료 1, 시료 3, 및 시료 5는, 가열 처리를 행하지 않는 시료이고, 시료 2, 시료 4, 및 시료 6은 가열 처리를 행하는 시료이다. 또한, 시료 2, 시료 4, 및 시료 6은 각각 가열 처리를 행할 때의 순서가 다르다.
시료 1은 공정 1 및 공정 2를 행한 후, 산화물 반도체막을 제거하였다. 시료 2는 공정 1 및 공정 2 후에 공정 4(가열 처리)를 행하여 산화물 반도체막을 제거하였다.
시료 3은 공정 1을 행하였다. 시료 4는 공정 1을 행한 후에 공정 4(가열 처리)를 행하였다.
시료 5는 공정 1 내지 공정 3을 행한 후, 섬 형상의 산화물 반도체막을 제거하였다. 시료 6은 공정 1 내지 공정 3을 행한 후, 공정 4(가열 처리)를 행하고 섬 형상의 산화물 반도체막을 제거하였다.
다음에, 시료 1 내지 시료 6의 탈 가스량을 TDS 분석으로 측정하였다. 여기서는, TDS 분석에는 전자과학 주식회사(ESCO, Ltd.) 제작의 승온 탈리 분석 장치 EMD-WA1000S/W를 사용하였다. 또한, TDS 분석이란 시료를 진공 용기 내에서 승온시키고, 승온 중에 시료로부터 발생하는 가스 성분을 4중극 질량 분석계로 검출하는 분석 방법이다. 검출되는 가스 성분은, m/z(질량/전하)로 구별된다. 여기서는, m/z= 32에 있어서의 TDS 스펙트럼이다. 또한, m/z= 32인 성분에는, 산소 분자(O2) 등을 들 수 있다.
시료 1(가열 처리 없음) 및 시료 2(기열 처리 있음)의 TDS 스펙트럼을 각각, 도 9a의 파선(201) 및 실선(203)으로 나타낸다.
시료 3(가열 처리 없음) 및 시료 4(기열 처리 있음)의 TDS 스펙트럼을 각각, 도 9b의 파선(205) 및 실선(207)으로 나타낸다.
시료 5(가열 처리 없음) 및 시료 6(기열 처리 있음)의 TDS 스펙트럼을 각각, 도 9c의 파선(209) 및 실선(211)으로 나타낸다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 시료 2, 시료 4, 및 시료 6의 가열 처리에 있어서의 산화물 절연막(113)으로부터의 산소의 방출을 설명하는 모델도이다.
도 10a에 도시하는 바와 같이, 기판(111) 위에 적층된 산화물 절연막(113) 및 산화물 반도체막(115)을 가열 처리하면, 산화물 반도체막(115)이 보호막이 되고, 산화물 절연막(113)으로부터 외부로 산소가 방출되는 것이 저감된다. 그래서, 도 9a에 도시하는 바와 같이 산화물 반도체막을 제거한 시료 1 및 시료 2에 있어서는 가열 처리의 유무에 따른 TDS 분석에서의 산소 방출량의 차이가 거의 없다. 이것은, 가열 처리에 의하여 산화물 절연막에 포함되며 가열에 의하여 탈리될 수 있는 산소 함유량의 감소가 적기 때문이다.
한편, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 기판(111) 위에 형성된 산화물 절연막(113) 표면을 덮는 산화물 반도체막이 형성되지 않는 상태로 가열 처리를 행하면, 산화물 절연막(113)으로부터 산소가 방출된다. 그래서, 도 9b의 실선(207)에 나타내는 바와 같이, 가열 처리가 있는 시료 4에 있어서는 시료 3과 비교하여 TDS 분석에 있어서의 산소의 방출량이 저감된다. 이것은, 가열 처리에 의하여 산화물 절연막으로부터 산소의 일부가 외부로 방출되어 버리고, 산화물 절연막에 포함되는 가열에 의하여 탈리될 수 있는 산소 함유량이 저감되기 때문이다.
또한, 도 10c에 도시하는 바와 같이, 기판(111) 위에 형성된 산화물 절연막(113) 표면의 일부를 덮는 섬 형상의 산화물 반도체막(117)이 형성된 상태로 가열 처리를 행하면, 노출된 산화물 절연막(113)으로부터 산소가 방출된다. 또한, 섬 형상의 산화물 반도체막(117)과 접하는 산화물 절연막(113)에 포함되는 산소가 확산되고, 노출된 산화물 절연막(113)으로부터 방출된다. 이것은, 산화물 절연막(113)으로부터 산화물 반도체막으로의 산소의 확산보다 산화물 절연막 중의 산소 확산 계수 쪽이 크기 때문에, 산화물 절연막으로부터 산화물 반도체막으로 확산되는 것보다 산화물 절연막 중에서 산소가 확산되는 것이 더 빠르고, 섬 형상의 산화물 반도체막 주변으로 산소가 확산되기 때문이다. 구체적으로는, 450℃의 가열 처리에 있어서, 산화물 절연막(113) 중의 산소의 확산 계수는 1×10-10cm2/sec 정도이고, 산화물 반도체막(117) 중의 산소의 확산 계수는 1×10-17cm2/sec 정도인 것이 분석에 의하여 확인된다. 또한, 상기 산화물 반도체막(117) 중의 산소의 확산 계수는, 산화물 반도체막으로서 In-Ga-Zn-O막에 있어서의 값을 나타내었지만, 다른 산화물 반도체도 마찬가지의 경향을 나타낸다. 예를 들어, In-Sn-O막 중의 산소의 확산 계수는 6×10-16cm2/sec 정도이고, 산화물 절연막(113) 중의 산소의 확산 계수보다 충분히 작은 값을 나타낸다. 그래서, 도 9c의 실선(211)에 나타내는 바와 같이, 가열 처리가 있는 시료 6에 있어서는 시료 5와 비교하여 TDS 분석에 있어서의 산소의 방출량이 저감된다. 이것은 가열 처리에 의하여 산화물 절연막으로부터 산소의 일부가 외부로 방출되고, 산화물 절연막에 포함되는 가열에 의하여 탈리될 수 있는 산소 함유량이 저감되기 때문이다.
이상으로, 산화물 절연막(113) 위에 산화물 반도체막(115)을 형성하고, 섬 형상의 산화물 반도체막(117)을 형성하기 전에, 가열 처리를 행함으로써, 산화물 절연막(113)에 포함되는 산소를 효율 좋게 산화물 반도체막(115)으로 확산시킬 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 트랜지스터의 제작 방법 및 상기 트랜지스터의 전기 특성에 대하여 도 1a 내지 도 1e 및 도 11a 내지 도 11c를 사용하여 설명한다.
본 실시예에서는, 실시예 1과 마찬가지로 가열 공정의 순서가 상이한 시료 7 내지 시료 9를 제작하였다. 시료 7은 산화물 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성한 후, 가열을 행한다. 시료 8은 산화물 절연막을 형성한 후, 가열을 행한다. 시료 9는 산화물 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성하고, 산화물 반도체막의 일부를 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막을 형성한 후 가열을 행한다.
우선, 시료 7 내지 시료 9의 제작 방법을 설명한다.
도 1a에 도시하는 바와 같이, 기판(51) 위에 산화물 절연막(53)을 형성하였다. 다음에, 산화물 절연막(53) 위에 산화물 반도체막(55)을 형성하였다. 또한, 시료 8은 산화물 절연막(53)을 형성한 후, 또 산화물 반도체막(55)을 형성하기 전에 가열 처리를 행하였다. 또한, 시료 7은 산화물 반도체막(55)을 형성한 후, 또 도 1c에 도시하는 산화물 반도체막(59)을 형성하기 전에 가열 처리를 행하였다.
기판(51)으로서, AN100(ASAHI GLASS CO., LTD. 제조) 유리 기판을 사용하였다.
산화물 절연막(53)의 형성 조건은 실시예 1의 공정 1에 나타내는 산화물 절연막의 형성 조건을 사용하여 두께 300nm의 산화 실리콘막을 형성하였다.
산화물 반도체막(55)의 형성 조건은 실시예 1의 공정 2에 나타내는 산화물 반도체막의 형성 조건을 사용하여 두께 30nm의 In-Ga-Zn-O막을 형성하였다.
시료 7 및 시료 8의 가열 처리는, 실시예 1의 공정 4에 나타내는 가열 처리 조건을 사용하였다.
다음에, 산화물 반도체막 위에 포토리소그래피 공정에 의하여 마스크를 형성한 후, 상기 마스크를 사용하여 산화물 반도체막을 에칭하였다. 또한, 시료 9는 산화물 반도체막을 에칭한 후 가열 처리를 행하였다. 이상의 공정에 의하여 도 1c에 도시하는 바와 같이 산화물 반도체막(59)을 형성하였다.
여기서는, 웨트 에칭을 사용하여 산화물 반도체막을 에칭하였다.
시료 9의 가열 처리는, 실시예 1의 공정 4에 나타내는 가열 조건을 사용하였다.
다음에, 산화물 반도체막(59) 위에 한 쌍의 전극(61)을 형성하였다(도 1d 참조).
여기서는, 도전막으로서 스퍼터링법에 의하여 두께 100nm의 텅스텐막을 형성하였다. 다음에, 도전막 위에 포토리소그래피 공정에 의하여 마스크를 형성한 후, 상기 마스크를 사용하여 도전막을 드라이 에칭하여 한 쌍의 전극(61)을 형성하였다. 그 후, 마스크를 제거하였다.
다음에, 산화물 반도체막(59) 및 한 쌍의 전극(61) 위에 게이트 절연막(63)을 형성하였다. 다음에, 게이트 절연막(63) 위에 게이트 전극(65)을 형성하였다. 다음에, 보호막으로서 기능하는 절연막(69)을 형성하였다(도 1e 참조).
여기서는, 게이트 절연막(63)으로서 플라즈마 CVD법에 의하여 산화질화 실리콘막을 형성하였다. 시료 7 및 시료 8에서는, 게이트 절연막의 두께를 30nm로 하고, 시료 9에서는 게이트 절연막의 두께를 15nm로 하였다.
또한, 게이트 절연막(63) 위에 스퍼터링법에 의하여 두께 15nm의 질화 탄탈막을 형성한 후, 스퍼터링법에 의하여 두께 135nm의 텅스텐막을 형성하였다. 다음에, 포토리소그래피 공정에 의하여 마스크를 형성한 후, 상기 마스크를 사용하여 텅스텐막 및 질화 탄탈막을 드라이 에칭하여 게이트 전극(65)을 형성하였다. 다음에, 마스크를 제거하였다.
여기서는, 절연막(69)으로서 플라즈마 CVD법에 의하여 두께 300nm의 산화질화 실리콘막을 형성하였다.
다음에, 도시하지 않지만, 절연막(69) 위에 포토리소그래피 공정에 의하여 마스크를 형성한 후, 상기 마스크를 사용하여 절연막(69)의 일부를 에칭하여 콘택트 홀을 형성하였다. 여기서는 드라이 에칭에 의하여 게이트 절연막(63) 및 절연막(69)을 에칭하여 한 쌍의 전극(61) 및 게이트 전극(65)을 노출시키는 콘택트 홀을 형성하였다.
다음에, 한 쌍의 전극(61) 및 게이트 전극(65)에 접속하는 배선을 각각 형성하였다.
여기서는, 절연막(69) 위에 스퍼터링법에 의하여 두께 50nm의 티타늄막, 두께 100nm의 알루미늄막, 및 두께 5nm의 티타늄막을 순서대로 형성하였다. 다음에, 포토리소그래피 공정에 의하여 마스크를 형성한 후, 상기 마스크를 사용하여 티타늄막, 알루미늄막, 및 티타늄막을 드라이 에칭하여 배선을 형성하였다. 다음에, 마스크를 제거하였다.
다음에, 질소 분위기의 전기로에서 250℃, 1시간 유지함으로써 각 시료를 가열하였다.
이상의 공정에 의하여 트랜지스터를 제작하였다. 다음에, 시료 7 내지 시료 9로 형성된 트랜지스터의 전기 특성을 측정하였다. 측정은, 기판 면내의 25점을 측정하고, 결과를 중첩하여 표시한 것이다. 채널 길이 L은 3㎛이고, 채널 폭 W은 10㎛이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c는 각각 시료 7, 시료 8, 및 시료 9로 제작된 트랜지스터의 전기 특성을 나타낸다. 곡선(221, 225, 229)은, 각각의 트랜지스터에 드레인 전압을 0.1V 인가하였을 때의 전류 전압 곡선을 나타내고, 곡선(223, 227, 231)은 각각의 트랜지스터에 드레인 전압을 3V 인가하였을 때의 전류 전압 곡선을 나타낸다.
도 11a에 도시하는 전류 전압 곡선은 온·오프 비율이 높고, 스위칭 특성을 갖지만, 도 11b 및 도 11c에 도시하는 전류 전압 곡선은 온·오프를 취할 수 없어 스위칭 특성을 갖지 않는다.
실시예 1의 TDS 분석 결과에 의하여, 시료 2에 나타내는 바와 같이, 산화물 절연막 표면을 산화물 반도체막으로 덮은 상태로 가열 처리를 행하여도 산화물 절연막에 포함되는, 가열에 의하여 탈리될 수 있는 산소량의 감소가 적고, 산소가 외부로 방출되기 어렵다. 한편, 시료 4 및 시료 6에 있어서는, 산화물 절연막이 노출된 상태로 가열 처리를 행함으로써, 산소가 외부로 방출된다.
이상으로 시료 2와 마찬가지의 공정 순서로 가열 처리를 행한 본 실시예의 시료 7에 있어서는, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부가 가열에 의하여 산화물 반도체막으로 확산되고, 또한 산소가 외부로 방출되는 것이 억제되기 때문에, 산화물 반도체막에 포함되는 산소 결손이 저감된다. 그래서, 상기 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는 스위칭 특성을 갖는다.
한편, 시료 4 및 시료 6과 마찬가지의 공정 순서로 가열 처리를 행한 본 실시예의 시료 8 및 시료 9에 있어서는, 산화물 절연막에 포함되는 산소의 일부가 가열에 의하여 외부로 방출되기 때문에, 산소가 산화물 반도체막으로 확산되는 양이 적고, 캐리어 원이 되는 산소 결손이 많이 포함된다. 그래서, 산화물 반도체막이 n형의 도전형을 갖고, 상기 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는 스위칭 특성을 갖지 않는다.
이상으로 가열에 의하여 산소의 일부가 탈리되는 산화물 절연막 표면을 산화물 반도체막을 덮은 상태로 가열 처리를 행한 후, 산화물 반도체막을 소정의 형상으로 에칭하여 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성함으로써 온·오프 비율이 충분히 높고, 임계값 전압의 마이너스 시프트가 적은 트랜지스터를 제작할 수 있다.
51: 기판
53: 산화물 절연막
55: 산화물 반도체막
57: 산화물 반도체막
59: 산화물 반도체막
61: 전극
63: 게이트 절연막
65: 게이트 전극
69: 절연막
71: 전극
73: 산화물 반도체막
75: 산화물 반도체막
77: 게이트 절연막
79: 게이트 전극
81: 절연막
83: 배선
84: 버퍼
85: 버퍼
87: 버퍼
91: 게이트 전극
93: 게이트 절연막
95: 산화물 반도체막
97: 산화물 반도체막
99: 산화물 반도체막
101: 전극
103: 게이트 절연막
105: 게이트 전극
109: 절연막
111: 기판
113: 산화물 절연막
115: 산화물 반도체막
117: 산화물 반도체막
201: 파선
203: 실선
205: 파선
207: 실선
209: 파선
211: 실선
221: 곡선
223: 곡선
2700: 전자 서적
2701: 케이스
2703: 케이스
2705: 표시부
2706: 광전 변환 장치
2707: 표시부
2708: 광전 변환 장치
2711: 축부
2721: 전원
2723: 조작키
2725: 스피커
9600: 텔레비전 장치
9601: 케이스
9603: 표시부
9605: 스탠드
9607: 표시부
9609: 조작 키
9610: 리모트 컨트롤러
9700: 디지털 포토프레임
9701: 케이스
9703: 표시부

Claims (11)

  1. 반도체 장치의 제작 방법에 있어서:
    기판 위에 산화물 절연막을 형성하는 단계;
    상기 산화물 절연막 위에 있고 상기 산화물 절연막과 접하는 산화물 반도체막을 형성하는 단계;
    가열 처리를 행하여 상기 산화물 반도체막의 수소 농도를 저감시키는 단계;
    상기 산화물 반도체막의 부분들을 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막을 형성하는 단계;
    상기 섬 형상의 산화물 반도체막 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 섬 형상의 산화물 반도체막과 중첩하는 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 가열 처리에 의한, 상기 산화물 절연막으로부터의 산소의 탈리량이 1.0×1020atoms/cm3 이상인, 반도체 장치의 제작 방법.
  2. 반도체 장치의 제작 방법에 있어서:
    기판 위에 산화물 절연막을 형성하는 단계;
    상기 산화물 절연막 위에 있고 상기 산화물 절연막과 접하는 산화물 반도체막을 형성하는 단계;
    가열 처리를 행하여 상기 산화물 반도체막의 수소 농도를 저감시키고 상기 산화물 절연막에 포함되는 산소를 상기 산화물 반도체막으로 확산시키는 단계;
    상기 산화물 반도체막을 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막을 형성하는 단계;
    상기 섬 형상의 산화물 반도체막 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 섬 형상의 산화물 반도체막과 중첩하는 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 가열 처리에 의한, 상기 산화물 절연막으로부터의 산소의 탈리량이 1.0×1020atoms/cm3 이상인, 반도체 장치의 제작 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체막 위에 n형 도전형을 갖는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화물 절연막에서, 상기 섬 형상의 산화물 반도체막 아래의 전체 영역은 상기 기판과 직접 접하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은 산화 실리콘을 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  6. 반도체 장치의 제작 방법에 있어서:
    기판 위에 산화물 절연막을 형성하는 단계;
    상기 산화물 절연막 위에 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 게이트 전극 및 상기 산화물 절연막 위에 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 게이트 절연막 위에 산화물 반도체막을 형성하는 단계;
    가열 처리를 행하여 상기 산화물 반도체막의 수소 농도를 저감시키는 단계;
    상기 가열 처리를 행한 후, 상기 산화물 반도체막의 부분을 에칭하여 섬 형상의 산화물 반도체막을 형성하는 단계;
    상기 섬 형상의 산화물 반도체막 위에 제 2 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 섬 형상의 산화물 반도체막, 상기 제 1 게이트 절연막, 및 상기 제 1 게이트 전극과 중첩하는 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열 처리에 의한, 상기 산화물 절연막으로부터의 산소의 탈리량이 1.0×1020atoms/cm3 이상인, 반도체 장치의 제작 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 게이트 절연막은 산화 실리콘을 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 게이트 절연막은 산화 실리콘을 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 처리는 150℃ 이상 상기 기판의 변형점 미만에서 행해지는, 반도체 장치의 제작 방법.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 장치는 컴퓨터용의 모니터, 디지털 포토 프레임, 전자 서적, 휴대 전화기, 디지털 카메라, 및 텔레비전 장치 중의 하나에 조합된, 반도체 장치의 제작 방법.
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