(57)【要約】【課題】酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタのバイアス−熱ストレス試験において、再現性の高い測定方法を提供することを課題とする。【解決手段】酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを、遮光性を有する測定室に配置し、前記測定室内に、乾燥空気、窒素、又はアルゴンを導入し、露点−１１０℃以上−３０℃以下の雰囲気下に保持された前記測定室内で、前記トランジスタのゲート電極に所定の電圧を一定時間印加して、しきい値電圧の経時変化を測定するトランジスタの測定方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを、遮光性を有する測定室に配置し、
前記測定室内に、乾燥空気、窒素、又はアルゴンを導入し、
露点−１１０℃以上−３０℃以下の雰囲気下に保持された前記測定室内で、前記トランジスタのゲート電極に所定の電圧を一定時間印加して、しきい値電圧の経時変化を測定するトランジスタの測定方法。
【請求項２】
酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを、遮光性を有する測定室に配置し、
前記測定室内に、乾燥空気、窒素、又はアルゴンを導入し、
露点−１１０℃以上−６０℃以下の雰囲気下に保持された前記測定室内で、前記トランジスタのゲート電極に所定の電圧を一定時間印加して、しきい値電圧の経時変化を測定するトランジスタの測定方法。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２のいずれか一項において、
乾燥空気、窒素、又はアルゴンを導入する前に、前記測定室内を真空排気する、トランジスタの測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記測定室が、波長４００ｎｍ以下の光に対する遮光性を有する、トランジスタの測定方法。
【請求項５】
酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを、測定室に配置し、
前記測定室内に、乾燥空気、窒素、又はアルゴンを導入し、
露点−１１０℃以上−３０℃以下の雰囲気下に保持された前記測定室内で、
前記トランジスタのしきい値電圧を測定する第１のステップと、前記トランジスタのゲート電極に所定の電圧を一定時間印加した後、前記トランジスタのしきい値電圧を測定する第２のステップとをこの順で行うトランジスタの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体特性を示す金属酸化物（以下、酸化物半導体とも記す）が注目されている。半導体特性を示す金属酸化物は、トランジスタに適用することができる。例えば、特許文献１乃至３には、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満である非晶質酸化物（酸化物半導体）を半導体層に用いた薄膜トランジスタが開示されている。
【０００３】
トランジスタを各種製品に応用するに際して、該トランジスタは高い信頼性を有することが好ましい。そのためには、実使用環境下におけるトランジスタの特性を知る必要がある。
【０００４】
ところで、トランジスタの特性を知るための試験として、バイアス−熱ストレス試験（以下、ＢＴ試験とも記す）が知られている。ＢＴ試験の試験条件としては、温度、バイアス条件などが考慮されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２７号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５２８号公報
【特許文献３】特開２００６−１６５５２９号公報
【特許文献４】特開２００１−２７４２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタの場合、従来の測定方法でＢＴ試験を行うと、作製したトランジスタが備える本来の特性に測定条件の変動が影響し、測定結果に再現性が得られないという問題がある。
【０００７】
したがって、本発明の一態様は、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタのバイアス−熱ストレス試験において、再現性の高い測定方法を提供することを課題とする。特に、トランジスタのゲート電極に負の電位を与えて行うバイアス−熱ストレス試験において、再現性の高い測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
バイアス−熱ストレス試験は、大気中又は電磁シールドされた測定容器内で行われるが、その測定環境が測定結果に与える影響が無視できないことが判明した。測定環境として検討される要素としては、試料をとりまく気体種、湿度、気圧など様々なパラメータがあるが、その中でも湿度（すなわち気体中に含まれる水蒸気）が試験結果に与える影響が顕著であることが判明した。
【０００９】
すなわち、ＢＴ試験を行う測定容器内の測定容器内の残留水分（水蒸気）を、ＢＴ試験に影響の出ない程度にまで極力低減する必要があることが判明した。この場合、測定環境を、露点−５℃以下（好ましくは−３０℃以下、さらに好ましくは−６０℃以下）の雰囲気とすることで、測定結果のばらつきを抑制し、再現性の高いトランジスタの測定を行うことが可能となった。
【００１０】
本発明の一態様は、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを、遮光性を有する測定室に配置し、測定室内に、乾燥空気、窒素、又はアルゴンを導入し、露点−１１０℃以上−３０℃以下の雰囲気下に保持された測定室内で、トランジスタのゲート電極に所定の電圧を一定時間印加して、しきい値電圧の経時変化を測定する、トランジスタの測定方法である。
【００１１】
本発明の一態様は、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを、遮光性を有する測定室に配置し、測定室内に、乾燥空気、窒素、又はアルゴンを導入し、露点−１１０℃以上−６０℃以下の雰囲気下に保持された測定室内で、トランジスタのゲート電極に所定の電圧を一定時間印加して、しきい値電圧の経時変化を測定するトランジスタの測定方法である。
【００１２】
特に、測定室内の露点を−１１０℃以上−６０℃以下とすることで、より安定してトランジスタ特性を測定することができる。
【００１３】
上記測定方法において、測定室が波長４００ｎｍ以下の光を遮光することで、酸化物半導体の励起を防ぎ、乾燥した不活性な気体で測定室内を満たすことで酸化物半導体への水分の影響を防ぐことができる。
【００１４】
上記測定方法において、乾燥空気、窒素、又はアルゴンを導入する前に、測定室の内部を真空排気すると、測定室内を所望の雰囲気下（例えば、露点−１１０℃以上−６０℃以下の雰囲気下）にするための所要時間を短くすることができるため、好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様は、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタのバイアス−熱ストレス試験において、再現性の高い測定方法を提供することができる。特に、トランジスタのゲート電極に負の電位を与えて行うバイアス−熱ストレス試験において、再現性の高い測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様の測定方法を行う測定装置の一例を示す図。
【図２】本発明の一態様の測定方法で測定するトランジスタの一例を示す図。
【図３】本発明の一態様の測定方法で測定するトランジスタの作製方法の一例を示す図。
【図４】実施例に係わる−ＢＴ試験の結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタの測定方法について図１を用いて説明する。
【００１９】
本実施の形態では、図１に示す測定室２００にて、トランジスタのバイアス−熱ストレス試験を行う。
【００２０】
図１に示す測定室２００は、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを含む試料３０１を配置するステージ２０２、ポジショナー２０４、半導体パラメータアナライザー２０６、排気手段２０８、ガス導入手段２１０、プローブ２１２を有する。
【００２１】
本実施の形態では、測定室２００の内部に、ステージ２０２、及びプローブ２１２を有する構成としたが、測定室２００の構成はこれに限らず、例えば、ポジショナー２０４や半導体パラメータアナライザー２０６等を測定室２００の内部に有していても良い。さらに、基板加熱手段、除電手段、加圧手段等を有していても良い。基板を加熱しながら加速測定を行うことで、バイアス−熱ストレス試験に係る測定時間を短縮することができる。除電手段を有することで、試料または測定室内部の静電気を除くことができる。
【００２２】
測定室２００は、特に、酸化物半導体のエネルギーギャップ以上のエネルギーを有する光を遮光することが好ましい。このような光を遮光することで、酸化物半導体内での自由電子の発生を防ぎ、トランジスタの特性変動を防ぐことができる。例えば、波長４００ｎｍ以下の光を遮光すると、エネルギーギャップが３．１ｅＶ以上の酸化物半導体を用いたトランジスタの特性変動を抑制する効果を得られる。
【００２３】
測定室２００と接続するロードロック室を備えていても良い。ロードロック室を介して試料の出し入れを行うと、試料交換時に外気の侵入を防ぐことができるため好ましい。
【００２４】
ステージ２０２は、上下、前後、左右に移動することができる。プローブ２１２は、ポジショナー２０４を操作することによって、上下、前後、左右に移動することができる。プローブ２１２は、半導体パラメータアナライザー２０６と接続されている。プローブの数は、特に限定されず、ソース電極用、ドレイン電極用、ゲート電極用、バックゲート電極用、など、測定室内で行う測定の種類や条件によって適宜決定すれば良い。
【００２５】
排気手段２０８としては、測定室２００内の空気を排気する手段であれば、特に限定されない。排気手段２０８として、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ等を有していると、真空排気を行ってからガスを導入できるため、短時間で、測定室２００内を所望の雰囲気にすることができ、好ましい。
【００２６】
ガス導入手段２１０から測定室２００内に導入されるガスとしては、不活性ガスを用いればよく、例えば、ヘリウム、アルゴン、キセノンなどの希ガスや、乾燥空気、又は窒素などを用いることができる。特に、乾燥空気や窒素、アルゴンは、安価で入手できるため、好ましい。
【００２７】
排気手段２０８及びガス導入手段２１０を用いることで、測定室２００内を、湿度が十分に低い雰囲気とすることができる。具体的には、測定室２００の内部を、露点−５℃以下（好ましくは−３０℃以下、さらに好ましくは−６０℃以下）−１１０℃以上の雰囲気とすることができる。
【００２８】
湿度が十分に低い雰囲気とすることで、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタの特性に影響を及ぼす水分を大気中に比べて非常に少なくすることができる。したがって、湿度が十分に低い雰囲気下で該トランジスタの測定を行うことで、再現性の高い測定結果を得ることができる。
【００２９】
露点が−５℃よりも高い雰囲気下で該トランジスタの測定を行うと、雰囲気中の水分の影響により、トランジスタの特性が変動してしまう。一方、露点が−１１０℃以下の雰囲気下で測定するためには、従来の測定方法に比べて高性能の露点計などが必要となり、トランジスタの測定に設定する条件としては好ましくない。よって、湿度が十分に低い雰囲気下として、具体的には、露点−１１０℃以上−５℃以下の雰囲気下で、トランジスタの測定を行うことが好ましい。
【００３０】
なお、本実施の形態では、測定室２００の内部全体を、湿度が十分に低い雰囲気となるようにガスを導入する場合を説明したが、本発明の一態様の測定方法は、これに限られない。つまり、本発明の一態様の測定方法は、測定するトランジスタのチャネル形成領域と重なる領域を含む測定範囲が、湿度が十分に低い雰囲気に保持されていれば良い。したがって、例えば、該チャネル形成領域と重なる領域に不活性ガスを噴きつけ、該領域を湿度が十分に低い雰囲気に保持しても良い。
【００３１】
次に、図１に示す測定室２００にて行う、トランジスタのバイアス−熱ストレス試験について具体的に説明する。
【００３２】
本発明の一態様の測定方法を用いて、トランジスタの信頼性を調べるための手法の１つである、バイアス−熱ストレス試験（ＢＴ試験）を行うことができる。ＢＴ試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化を、短時間で評価することができる。本実施の形態では、トランジスタのゲート電極に所定の電圧を一定時間印加して、しきい値電圧の経時変化を測定する。ＢＴ試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変化量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴ試験前後において、しきい値電圧の変化量が小さいほど信頼性が高い。
【００３３】
具体的には、トランジスタが形成されている基板の温度を一定に維持し、トランジスタのソースとドレインを同電位とし、ゲートにはソース及びドレインとは異なる電位を一定時間与える。基板の温度は、試験目的に応じて適宜設定すればよい。なお、「＋ゲートＢＴ試験」では、ゲートに与える電位がソース及びドレインの同電位よりも高く、「−ゲートＢＴ試験」では、ゲートに与える電位がソース及びドレインの同電位よりも低い。
【００３４】
ＢＴ試験の試験強度は、基板温度、ゲート絶縁層に加えられる電界強度及び電界印加時間により決定することができる。ゲート絶縁層中の電界強度は、ゲート、ソース及びドレイン間の電位差をゲート絶縁層の厚さで除して決定される。例えば、厚さが１００ｎｍのゲート絶縁層中の電界強度を２ＭＶ／ｃｍとする場合には、該電位差を２０Ｖとすればよい。
【００３５】
本実施の形態では、本発明の一態様の測定方法を用いて、−ＢＴ試験を行う場合について説明する。
【００３６】
まず、ステージ２０２上に、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを含む試料３０１を配置する。そして、試料３０１のコンタクトパッドと、プローブ２１２が電気的に接続するように、ステージ２０２やポジショナー２０４を操作し、試料３０１とプローブ２１２の位置合わせを行う。
【００３７】
次に、ガス導入手段２１０を用いて、測定室２００の内部に不活性ガスを導入する。不活性ガスを導入することによって、測定室２００の内部を、湿度が十分に低い雰囲気とする。具体的には、測定室２００の内部を、露点−５℃以下（好ましくは−３０℃以下、さらに好ましくは−６０℃以下）の雰囲気とする。以後、測定が終了するまで、測定室２００の内部は、該雰囲気を保持する。
【００３８】
排気手段２０８を用いて真空排気を行うことができる場合には、ガスを導入する前に、排気手段２０８を用いて真空排気を行っても良い。真空排気を行うと、測定室２００の内部を所望の雰囲気下（例えば、露点−１１０℃以上−６０℃以下の雰囲気下）にするための所要時間を短くすることができるため、好ましい。
【００３９】
なお、湿度が十分に低い雰囲気に保持された状態で、ステージ２０２やポジショナー２０４を操作することが出来る場合には、ガスを導入してから試料３０１とプローブ２１２の位置合わせを行っても良い。
【００４０】
そして、試料３０１のトランジスタの初期特性を測定する。本実施の形態では、基板温度を２５℃とし、ドレイン電圧を１０Ｖとし、ゲート電圧を−１０Ｖ〜＋１０Ｖまで変化させたときのドレイン電流の変化特性、すなわちＶｇ−Ｉｄ特性を測定する。初期特性は、Ｖｇ−Ｉｄ特性に限らず、Ｖｄ−Ｉｄ特性を測定しても良い。
【００４１】
次に、基板温度を２５℃に保ったまま、トランジスタのソース及びドレインの電位を０Ｖとする。続いて、ゲート絶縁層に印加される電界強度が２ＭＶ／ｃｍとなるように、ゲートに負の電圧を印加し、そのまま１時間保持する。ゲート絶縁層に印加する電界強度や、電圧の印加時間は、目的に応じて適時選択することができる。
【００４２】
最後に、初期特性の測定と同じ条件で、電圧の印加を終えたトランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を測定し、−ＢＴ試験後のＶｇ−Ｉｄ特性を得る。
【００４３】
なお、ＢＴ試験に際しては、まだ一度もＢＴ試験を行っていないトランジスタを用いて試験を行うことが重要である。例えば、一度＋ＢＴ試験を行ったトランジスタを用いて−ＢＴ試験を行うと、先に行った＋ＢＴ試験の影響により、−ＢＴ試験結果を正しく評価することができない。また、一度＋ＢＴ試験を行ったトランジスタを用いて、再度＋ＢＴ試験を行った場合等も同様である。ただし、これらの影響を踏まえて、あえてＢＴ試験を繰り返す場合はこの限りではない。
【００４４】
以上のように、本発明の一態様のトランジスタの測定方法は、湿度が十分に低い雰囲気（具体的には、露点−１１０℃以上−５℃以下の雰囲気）下で測定を行う。よって、本発明の一態様の測定方法で、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタのＢＴ試験を行うと、測定雰囲気下の水分の影響を受けて該トランジスタの特性が変動することを防ぐことができる。したがって、再現性の高い測定結果を得ることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００４６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の測定方法で測定する酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタの構成及び作製方法について図２及び図３を用いて説明する。
【００４７】
トランジスタは、様々に分類される。例えば、基板とゲートとチャネル形成領域の位置関係により、ボトムゲート型構造とトップゲート型構造に分類される。チャネル形成領域と基板の間にゲートが配されたトランジスタ構造はボトムゲート型構造と呼ばれる。一方で、ゲートと基板の間にチャネル形成領域が配されたトランジスタ構造はトップゲート型構造と呼ばれる。
【００４８】
または、ソース及びドレインと、チャネルを形成する半導体層の接続箇所によりボトムコンタクト型とトップコンタクト型に分類される。ソース及びドレインと、チャネルを形成する半導体層の接続箇所が、基板側に配される構造はボトムコンタクト構造と呼ばれる。ソース及びドレインと、チャネルを形成する半導体層の接続箇所が、基板とは逆側に配される構造はトップコンタクト構造と呼ばれる。
【００４９】
本実施の形態では、本発明の一態様の測定方法で測定するトランジスタとして、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造のトランジスタを例に用いて説明するが、本発明の一態様の測定方法で測定する酸化物半導体を用いたトランジスタの構成は特に限定されず、ボトムゲート型構造を用いてもトップゲート型構造を用いても良い。さらに、ボトムコンタクト構造を用いても、トップコンタクト構造を用いても良い。
【００５０】
本実施の形態で作製するボトムゲート型のトランジスタ５５０の構成を図２に示す。図２（Ａ）にトランジスタ５５０の上面図を、図２（Ｂ）にトランジスタ５５０の断面図を示す。なお、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す切断線Ｐ１−Ｐ２における断面に相当する。
【００５１】
トランジスタ５５０は、絶縁表面を有する基板５００上に、ゲート電極５１１、及びゲート電極５１１を覆うゲート絶縁層５０２を有する。また、ゲート絶縁層５０２上にゲート電極５１１と重畳する酸化物半導体層５１３ｂ、及び酸化物半導体層５１３ｂに接し、端部をゲート電極５１１と重畳するソース電極またはドレイン電極として機能する第１の電極５１５ａ及び第２の電極５１５ｂを有する。また、酸化物半導体層と重なりその一部と接している絶縁層５０７を有する。
【００５２】
次に、トランジスタ５５０を基板５００上に作製する方法について、図３を用いて説明する。
【００５３】
まず、絶縁表面を有する基板５００上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極５１１を含む配線層を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成しても良い。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【００５４】
本実施の形態では絶縁表面を有する基板５００としてガラス基板を用いる。
【００５５】
下地膜となる絶縁膜を基板５００とゲート電極５１１との間に設けても良い。下地膜は、基板５００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜を単層で又は積層して形成することができる。
【００５６】
また、ゲート電極５１１は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【００５７】
次いで、ゲート電極５１１上にゲート絶縁層５０２を形成する。ゲート絶縁層５０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又は積層して形成することができる。
【００５８】
本実施の形態の酸化物半導体としては、不純物を除去され、Ｉ型化（真性化）又は実質的にＩ型化された酸化物半導体を用いる。このような高純度化された酸化物半導体は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。
【００５９】
例えば、μ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
【００６０】
もちろん、ゲート絶縁層として良質な絶縁層を形成できるものであれば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
【００６１】
また、ゲート絶縁層５０２、酸化物半導体膜に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、酸化物半導体膜の成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極５１１が形成された基板５００、又はゲート絶縁層５０２までが形成された基板５００を予備加熱し、基板５００に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、絶縁層５０７の成膜前に、第１の電極５１５ａ及び第２の電極５１５ｂまで形成した基板５００にも同様に行っても良い。
【００６２】
次いで、ゲート絶縁層５０２上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜５１３ａを形成する（図３（Ａ））。
【００６３】
なお、酸化物半導体膜５１３ａをスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層５０２の表面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することが好ましい。逆スパッタとは、アルゴン雰囲気下で基板にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いても良い。
【００６４】
酸化物半導体膜５１３ａに用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体や、一元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体はＳｉＯ２を含んでも良い。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比はとくに問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでも良い。本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。
【００６５】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１５：１〜１．５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１５：２〜３：４）とする。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
【００６６】
酸化物半導体膜５１３ａをスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。また、このターゲットの材料及び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いても良い。
【００６７】
また、酸化物ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜とすることができる。
【００６８】
酸化物半導体膜５１３ａを成膜する際に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００６９】
減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板５００上に酸化物半導体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであっても良い。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素や、水などの水素を含む化合物（より好ましくは炭素を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【００７０】
スパッタリング法を行う雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気、酸素雰囲気、または希ガスと酸素の混合雰囲気とすれば良い。
【００７１】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットとの間の距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【００７２】
次いで、酸化物半導体膜５１３ａを第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層５１３ｂに加工する（図３（Ｂ））。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成しても良い。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【００７３】
また、ゲート絶縁層５０２にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体膜の加工時に同時に行うことができる。
【００７４】
なお、ここでの酸化物半導体膜５１３ａのエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いても良い。例えば、酸化物半導体膜のウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などを用いることができる。また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いても良い。
【００７５】
次いで、酸化物半導体層５１３ｂに第１の加熱処理を施す。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満とする。本実施の形態では、酸化物半導体層５１３ｂに対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った。なお、第１の加熱処理は酸化物半導体膜５１３ａの形成後であれば良く、酸化物半導体層５１３ｂの形成前であっても形成後であっても良いため、このタイミングに限定されない。更には、第１の加熱処理を行う雰囲気は、窒素雰囲気に限定されず、酸素と窒素の混合雰囲気でもよいし、酸素雰囲気でもよいし、水分が十分に除去された空気（Ｄｒｙ  Ａｉｒ）でもよい。第１の加熱処理後は、酸化物半導体層５１３ｂの大気曝露を避けるなどして、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぐことが好ましい。
【００７６】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
【００７７】
なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガス雰囲気中に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００７８】
また、第１の加熱処理で酸化物半導体層を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）を導入しても良い。酸素ガスまたはＮ２Ｏガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスまたはＮ２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち、酸素ガスまたはＮ２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガス又はＮ２Ｏガスの作用により、酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することができる。
【００７９】
また、ゲート絶縁層５０２にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体膜に第１の加熱処理を行う前に行っても良いし、第１の加熱処理を行った後に行っても良い。
【００８０】
また、酸化物半導体膜を２回に分けて成膜し、２回に分けて加熱処理を行うことで、はじめに成膜した酸化物半導体膜が接する下地部材の材料が、酸化物、窒化物、金属など材料を問わず、膜厚の厚い結晶領域、即ち、膜表面に垂直にｃ軸配向した結晶領域を有する酸化物半導体膜を形成しても良い。例えば、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下の第１の酸化物半導体膜を成膜し、窒素、酸素、希ガス、または乾燥空気の雰囲気下で４５０℃以上８５０℃以下の第１の加熱処理を行い、表面を含む領域に結晶領域（板状結晶を含む）を有する第１の酸化物半導体膜を形成する。そして、第１の酸化物半導体膜よりも厚い第２の酸化物半導体膜を形成し、４５０℃以上８５０℃以下の第２の加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶成長の種として、上方に結晶成長させ、第２の酸化物半導体膜の全体を結晶化させ、結果として膜厚の厚い結晶領域を有する酸化物半導体膜を形成しても良い。
【００８１】
次いで、ゲート絶縁層５０２、及び酸化物半導体層５１３ｂ上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を形成する。ソース電極、及びドレイン電極に用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。特に、酸化物半導体層と接する側にチタンを含む導電膜を設けることが好ましい。
【００８２】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極またはドレイン電極として機能する第１の電極５１５ａ、及び第２の電極５１５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図３（Ｃ））。
【００８３】
第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いると良い。酸化物半導体層５１３ｂ上で隣り合う第１の電極の下端部と第２の電極の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行うと良い。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化できる。
【００８４】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行っても良い。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形することができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【００８５】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層５１３ｂがエッチングされ、分断することのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみをエッチングし、酸化物半導体層５１３ｂを全くエッチングしないという条件を得ることは難しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層５１３ｂは一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層５１３ｂとなることもある。
【００８６】
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用い、酸化物半導体層５１３ｂにはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜を用いる。このような組み合わせにおいては、エッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）が好適である。
【００８７】
次いで、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去しても良い。プラズマ処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる絶縁層５０７を形成する（図３（Ｄ））。
【００８８】
絶縁層５０７は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、絶縁層５０７に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁層５０７に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（Ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、絶縁層５０７はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
【００８９】
本実施の形態では、絶縁層５０７として膜厚２００ｎｍの酸化シリコン膜を、スパッタリング法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化シリコン膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化シリコンターゲットまたはシリコンターゲットを用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気下でスパッタ法により酸化シリコン膜を形成することができる。酸化物半導体層に接して形成する絶縁層５０７は、水や水素などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。
【００９０】
酸化物半導体膜の成膜時と同様に、絶縁層５０７の成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ（クライオポンプなど）を用いることが好ましい。クライオポンプを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁層５０７に含まれる不純物の濃度を低減できる。また、絶縁層５０７の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであっても良い。
【００９１】
絶縁層５０７を成膜する際に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００９２】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（酸化物半導体層を２回に分けて成膜し、２回に分けて加熱処理を行う場合は、第３の加熱処理）を行っても良い。当該加熱処理は２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下が好ましい。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部が絶縁層５０７と接した状態で加熱される。
【００９３】
また、絶縁層５０７に欠陥を多く含む酸化シリコン層を用いると、酸化シリコン層形成後、第２の加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素や水などの不純物を酸化物シリコン層に拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させる効果を奏する。
【００９４】
絶縁層５０７上にさらに保護絶縁層を形成しても良い。例えば、ＲＦスパッタ法を用いて形成する。ＲＦスパッタ法は、量産性が良いため、保護絶縁層の成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、水分などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜などを用いる。
【００９５】
保護絶縁層の形成後、さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行っても良い。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱しても良いし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行っても良い。
【００９６】
以上のように、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを作製することができる。このように作製したトランジスタを、実施の形態１で示した本発明の一態様の測定方法で測定すると、再現性の高い測定結果を得ることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態の酸化物半導体としては、不純物を除去され、Ｉ型化又は実質的にＩ型化された酸化物半導体を用いたが、本発明の一態様の測定方法で測定するトランジスタが有する半導体層に用いる酸化物半導体は特に限定されない。
【００９８】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【実施例１】
【００９９】
本実施例では、本発明の一態様のトランジスタの測定方法を用いて行った、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタの−ＢＴ試験について説明する。
【０１００】
まず、本実施例で用いたトランジスタの作製方法を、図２を用いて説明する。本実施例で作製したトランジスタは、６種類あり、それぞれ２つずつ作製した。以後、これらトランジスタを含む試料を試料１〜１２と記す。試料１〜１２は、チャネル長Ｌとチャネル幅Ｗがそれぞれ異なっており、詳細は表１に示す通りである。
【０１０１】
【表１】
2011249787.tif 000003
【０１０２】
まず、ガラス基板上にタングステン膜を１００ｎｍの厚さで形成し、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極５１１を含む配線層を形成した。
【０１０３】
次に、ゲート電極５１１上にゲート絶縁層５０２として、高密度プラズマＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍの厚さで形成した。
【０１０４】
次に、ゲート絶縁層５０２上に、スパッタリング法を用いて、２５ｎｍの厚さの酸化物半導体膜を形成した。酸化物半導体膜をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜した。成膜時は、基板を２００℃に加熱しながら成膜を行った。その他成膜条件としては、圧力を０．６Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源を５ｋＷとし、酸素及びアルゴン混合雰囲気（ガス流量比が、酸素：アルゴン＝１：１）下の条件を適用して行った。
【０１０５】
次に、酸化物半導体膜を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層５１３ｂに加工した。
【０１０６】
そして、島状の酸化物半導体層５１３ｂに対して、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いて、窒素雰囲気下、６５０℃において６分間の加熱処理を行い、クリーンオーブンを用いて、窒素及び酸素の混合雰囲気（ガス流量比が、窒素：酸素＝４：１）下、４５０℃において１時間の加熱処理を行った。
【０１０７】
次に、ゲート絶縁層５０２、及び酸化物半導体層５１３ｂ上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を形成した。本実施例において、導電膜は、チタン膜１００ｎｍと、該チタン膜上にアルミニウム膜２００ｎｍと、該アルミニウム膜上にチタン膜１００ｎｍが積層された三層の積層構造とした。そして、第３のフォトリソグラフィ工程により、ソース電極またはドレイン電極として機能する第１の電極５１５ａ及び第２の電極５１５ｂを形成した。
【０１０８】
次に、酸化物半導体層５１３ｂの一部と接する絶縁層５０７を形成した。本実施例では、スパッタリング法を用いて、酸化シリコン膜３００ｎｍを形成した。酸化シリコン膜を形成する前には、酸素雰囲気下で２００℃、５分間の予備加熱を行った。酸化シリコン膜をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、酸素雰囲気下でシリコンターゲットを用い、直流（ＤＣ）電源を５ｋＷとした。
【０１０９】
次に、クリーンオーブンを用いて、窒素雰囲気下、２５０℃において１時間の加熱処理を行った。
【０１１０】
以上のように作製した、トランジスタ（図２ではトランジスタ５５０）を含む試料１〜１２について、−ＢＴ試験を行った。具体的には、試料１〜６は、本発明の一態様のトランジスタの測定方法を適用して、露点−４５℃の雰囲気下で−ＢＴ試験を行った。試料７〜１２は、大気中（露点１〜１０℃程度の雰囲気下）で−ＢＴ試験を行った。試料１及び試料７の−ＢＴ試験の手順について、以下にそれぞれ説明する。試料２〜６は、試料１と同様の手順で行い、試料８〜試料１２は、試料７と同様の手順で行ったため、詳細な説明は省略する。
【０１１１】
＜試料１＞
まず、測定室２００に、上記作製方法で作製したトランジスタを含む試料１（図１では、試料３０１）を導入し、ステージ２０２に配置した。
【０１１２】
次に、試料１のコンタクトパッドとプローブ２１２が接触するように、ステージ２０２及びポジショナー２０４を操作し、試料１とプローブ２１２の位置合わせを行った。
【０１１３】
次に、ガス導入手段２１０を用いて、測定室２００の内部に乾燥空気を導入することで、測定室２００の内部を、露点が−４５℃の雰囲気とし、以後、測定終了まで該雰囲気を保持した。
【０１１４】
そして、トランジスタの初期特性を測定した。初期特性は、基板温度を２５℃とし、ドレイン電圧を１０Ｖとし、ゲート電圧を−１０Ｖ〜＋１０Ｖまで変化させたときのドレイン電流の変化特性、すなわちＶｇ−Ｉｄ特性を測定した。
【０１１５】
次に、基板温度を２５℃に保ったまま、トランジスタのソース及びドレインの電位を０Ｖとした。続いて、ゲート絶縁層に印加される電界強度が−２ＭＶ／ｃｍとなるように、ゲートに−２０Ｖの電圧を印加した。
【０１１６】
トランジスタに電圧を印加して、１００秒保持させた後、初期特性の測定と同じ条件で、Ｖｇ−Ｉｄ特性を測定し、同様に、３００秒、６００秒、１０００秒、１８００秒、３６００秒、７２００秒、１００００秒保持させた後についても、初期特性の測定と同じ条件で、Ｖｇ−Ｉｄ特性を測定した。
【０１１７】
＜試料７＞
まず、測定室２００に、上記作製方法で作製したトランジスタを含む試料７（図１では、試料３０１）を導入し、ステージ２０２に配置した。
【０１１８】
次に、試料７のコンタクトパッドとプローブ２１２が電気的に接続するように、ステージ２０２及びポジショナー２０４を操作し、試料７とプローブ２１２の位置合わせを行った。
【０１１９】
そして、トランジスタの初期特性を測定した。初期特性は、基板温度を２５℃とし、ドレイン電圧を１０Ｖとし、ゲート電圧を−１０Ｖ〜＋１０Ｖまで変化させたときのドレイン電流の変化特性、すなわちＶｇ−Ｉｄ特性を測定した。
【０１２０】
次に、基板温度を２５℃に保ったまま、トランジスタのソース及びドレインの電位を０Ｖとした。続いて、ゲート絶縁層に印加される電界強度が−２ＭＶ／ｃｍとなるように、ゲートに−２０Ｖの電圧を印加した。
【０１２１】
トランジスタに電圧を印加して、１００秒保持させた後、初期特性の測定と同じ条件で、Ｖｇ−Ｉｄ特性を測定し、同様に、３００秒、６００秒、１０００秒、１８００秒、３６００秒、７２００秒、１００００秒保持させた後についても、初期特性の測定と同じ条件で、Ｖｇ−Ｉｄ特性を測定した。
【０１２２】
以上のように、試料１と試料７のトランジスタの−ＢＴ試験を行った。図４に、−ＢＴ試験後における初期特性からのしきい値電圧の推移をグラフで示す。図４（Ａ）は、試料１〜６について、図４（Ｂ）は、試料７〜１２について、示している。図４（Ａ）（Ｂ）において、横軸は、電圧を印加した時間（以下、ストレス時間）（単位：ｓｅｃ）を、縦軸は、しきい値電圧（単位：Ｖ）を表している。
【０１２３】
図４（Ａ）に示す通り、本発明の一態様の測定方法を用いた（具体的には、露点が−４５℃の雰囲気下で測定を行った）試料１〜６では、ストレス時間が１００００秒のときのしきい値電圧が、初期特性（図４では、ストレス時間１秒）のしきい値電圧に比べてほとんど変化が見られなかった。
【０１２４】
一方、図４（Ｂ）に示す通り、大気中で測定を行った試料７〜１２では、ストレス時間が１００００秒のときのしきい値電圧が、初期特性のしきい値電圧に比べて変化している。
【０１２５】
以上の結果から、大気中で測定を行った試料と、露点が−４５℃の雰囲気で測定を行った試料では、結果が異なることがわかった。このことから、測定環境下に存在する水分が、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタの特性に影響を与えることが示唆された。
【０１２６】
大気中の湿度は、天候等によって変動するため、大気中で該トランジスタの測定を行うと、結果の再現性が得られない。一方、本発明の一態様のトランジスタの測定方法は、湿度が十分に低い雰囲気（具体的には、露点−５℃以下−１１０℃以上の雰囲気）下で測定を行う。よって、本発明の一態様の測定方法で、該トランジスタの測定を行うと、測定雰囲気下の水分の影響を受けて該トランジスタの特性が変動することを防ぐことができる。したがって、再現性の高い測定結果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１２７】
２００    測定室
２０２    ステージ
２０４    ポジショナー
２０６    半導体パラメータアナライザー
２０８    排気手段
２１０    ガス導入手段
２１２    プローブ
３０１    試料
５００    基板
５０２    ゲート絶縁層
５０７    絶縁層
５１１    ゲート電極
５５０    トランジスタ
５１３ａ    酸化物半導体膜
５１３ｂ    酸化物半導体層
５１５ａ    第１の電極
５１５ｂ    第２の電極
【図１】
2011249787.tif 000004
【図２】
2011249787.tif 000005
【図３】
2011249787.tif 000006
【図４】
2011249787.tif 000007