(57)【要約】【課題】 チャンバーに導入される被成膜物から放出される酸素原子を含むガスの放出量に関わらず、チャンバー内の酸素分圧を常に一定に保って成膜することを可能にし、製品間での品質のばらつきを最小限に抑えることを目的とする。【解決手段】 真空中に放置するとガスを放出する被成膜物へ、酸素を含むガス雰囲気で酸化物薄膜を成膜するにあたって、該放出ガス成分に酸素原子が含まれるチャンバー内の酸素割合を、プラズマ中の酸素の発光強度を監視して、前記酸素割合が設定したある一定の値になるようにチャンバーへ導入する酸素流量を制御して成膜を行うことにより解決した。【選択図】図１
2007123701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中に放置するとガスを放出する被成膜物へ、酸素を含むガス雰囲気で酸化物薄膜を成膜するにあたって、該放出ガス成分に酸素原子が含まれるチャンバー内の酸素割合を、プラズマ中の酸素の発光線の強度を監視して、前記酸素割合が設定したある一定の値になるようにチャンバーへ導入する酸素流量を制御、調整して成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記発光線が、７７７ｎｍの波長の発光線を用いることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記成膜方法が、スパッタリング法であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物薄膜の成膜方法に関する。特に、真空雰囲気下でガスを放出しやすい基材への酸化物薄膜の成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路の単位電子素子、高周波信号増幅素子、液晶駆動用素子等各種のスイッチング素子として用いられ、特に薄膜化したものは薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ）としてよく知られている。
【０００３】
これらトランジスタの活性層には、シリコンまたはシリコン化合物が広く用いられている。高速動作が必要な高周波増幅素子、集積回路用素子等には、シリコン単結晶が用いられ、また、低速動作で充分な表示素子用には、大面積化の要求からアモルファスシリコンが使われている。
【０００４】
一方、フレキシブルディスプレイには、フレキシブル基板を用いることが要求される。このような基板は、一般に耐熱温度が低いため、プロセス温度のさらなる低下が要求される。アモルファスシリコン薄膜の作製にはＣＶＤが広く用いられており、特にプラズマＣＶＤでは、プラズマが原料ガスであるシランを分解するため、熱ＣＶＤと比較して低い温度で成膜できるが、それでも２００〜３００℃の反応温度が必要である。
【０００５】
近年、室温成膜が可能で電界効果移動度がアモルファスシリコンと同等以上の酸化物半導体ＩｎＧａＺｎＯ４が提案され、薄膜トランジスタの活性層としての可能性が示された（非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，Ｈ．Ｏｈｔａ，Ａ．Ｔａｋａｇｉ，Ｔ．Ｋａｍｉｙａｍａ，Ｍ．Ｈｉｒａｎｏ，Ｈ．Ｈｏｓｏｎｏ：  Ｎａｔｕｒｅ  ４３２（２００４）４８８．
【０００７】
前記非特許文献１に記載のＩｎＧａＺｎＯ４は、透明導電膜として知られていた材料であるが、成膜時に酸素分圧を制御することでキャリア源と考えられている酸素空孔を低減し、ｏｆｆ電流を低減させることに成功している。また容易にアモルファス状態が得られるため、フレキシブルディスプレイへの応用に適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ＩｎＧａＺｎＯ４など酸素空孔をキャリア源とする酸化物半導体の成膜では、酸素流量の精密な制御が必要なことが判ってきており、さらに、その絶対量が微量であることが、酸素流量の制御をより困難にしている。
また、有機基板などを使用した際は、脱ガス量が多く、この脱ガスの量は、基板の種類やロット、入荷までの取り扱い状態によって個々に異なる。
この脱ガス成分として、基板に吸着した水分子を考えた場合、水は酸素原子を供給するため、酸素分圧に影響を与え、僅かな酸素分圧の変化に敏感な酸化物半導体の成膜において、再現性を低下させる要因となる。
このような状況を踏まえると、ＩｎＧａＺｎＯ４などの酸化物半導体を薄膜トランジスタに使用した場合、前記ＩｎＧａＺｎＯ４などの酸化物半導体薄膜を、例えば、有機基板に真空雰囲気下で均質のデバイスを多数製造する量産に適用するには、品質のばらつきが生じることが懸念される。
【０００９】
本発明は、かかる問題を鑑みてなされたもので、チャンバーに導入される被成膜物から放出される酸素原子を含むガスの放出があっても、また放出量に関わらず、チャンバー内の酸素分圧を常に一定に保って成膜することを可能にし、製品間での品質のばらつきを最小限に抑えることが可能な酸化物薄膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を達成するために、まず第１の発明は、真空中に放置するとガスを放出する被成膜物へ、酸素を含むガス雰囲気で酸化物薄膜を成膜するにあたって、該放出ガス成分に酸素原子が含まれるチャンバー内の酸素割合を、プラズマ中の酸素の発光線の強度を監視して、前記酸素割合が設定したある一定の値になるようにチャンバーへ導入する酸素流量を制御、調整して成膜することを特徴とする成膜方法である。
脱ガス成分はプラズマによって分解され、そこに酸素が含まれる場合、チャンバー内の酸素分圧を押し上げる要因となる。脱ガス成分から供給される酸素はチャンバーに導入された酸素と同様にその一部がプラズマによって励起され、そして緩和される過程で電磁波を放出する。
前記電磁波の発光線の強度を計測することにより、チャンバー内の酸素の分圧を相対的に見積もることができる。この発光強度が一定になるようにチャンバーに導入する酸素流量をリアルタイムに自動制御することで、基板または有機材料にから放出される酸素原子を含む脱ガスの量の如何に関わらず安定して同レベルの品質のデバイスを量産することが可能になる。
【００１１】
本発明の第２の発明は、発光強度の測定に７７７ｎｍの波長の発光線を用いることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法である。
酸素の発光線は、複数知られているが、強度の高い７７７ｎｍの発光線を使用することでプロセスの制御が容易になる。
本発明の第３の発明は、成膜方法にスパッタリング法を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法である。
スパッタリング法は、グロー放電を主体としたプラズマプロセスであるため、改めてガスを引き込んでプラズマ化する必要は無く、グロー中の発光線がそのまま使用できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の構成から、本発明には、以下の効果がある。
【００１３】
チャンバーに導入される、酸素を含むガスを放出する基板または有機材料などの被成膜物へ酸化物を成膜するに際し、前記被成膜物から放出される酸素原子を含むガスの量に関わらず、チャンバー内の酸素分圧を常に一定に保つことができ、酸化物薄膜製品間での品質のばらつきを最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について、図１を用いて以下詳細に説明する。
【００１５】
成膜装置は、スパッタ装置が好ましい。
チャンバー１内のカソードの近傍に光ファイバー２を設置する。また、波長７７７ｎｍの光のみを透過する単色化フィルター３を、前記光ファイバー２とフォトマルチプライヤー４の間に設置し、７７７ｎｍの光のみを電気信号に変えるシステムを設置する。
そして、この信号が設定した一定の値になるようにチャンバーに導入する酸素ガス流量を制御する制御システム５を設置する。
以上より、チャンバーに導入した基板等からの酸素原子を含む脱ガスが少ない場合には、プラズマからの発光強度は小さくなり、前記システムは、前記プラズマの発光強度を検知して、チャンバーに導入する酸素ガスの流量を増加させる。反対にチャンバーに導入した基板等からの酸素原子を含む脱ガスが多い場合は、プラズマからの発光強度は大きくなり、前記システムはチャンバーに導入する酸素ガスの流量を制限する。
いずれの場合もチャンバーに導入した酸素ガスが、プラズマの発光強度を底上げするので、最終的には発光線の強度は一定になる。すなわち基板等からの脱ガスの量の如何に関わらずチャンバー内の酸素分圧は一定になるように制御される。
【実施例】
【００１６】
前述したシステムを用いて成膜を行った例を述べる。
【００１７】
単色化フィルター３には酸素７７７ｎｍの発光線に対応するフィルターを用いた。
成膜装置は、ロードロック機構付きのｒｆマグネトロンスパッタ装置を用いた。
また、ターゲットには、ＩｎＧａＺｎＯ４を使用した。
そして、チャンバーにＡｒガスを導入し、放電電力２００Ｗで放電を開始した。この時の波長７７７ｎｍの発光強度が０になるように制御システム５のキャリブレーションを行い、続いてロードロック室から基板を導入した。
前記基板には有機材料であるＰＥＮを使用し、電極など各種のパターニングが予めほどこされ、また、表面にはリフトオフ用のレジストが塗布形成されている。
次に、酸素ガスを導入すると同時に流量の制御を開始した。数秒後、発光強度は一定に達し、定常化した。
【００１８】
以上のようにして複数回実験を行い複数の薄膜トランジスタを作製した。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００２０】
１・・・チャンバー
２・・・光ファイバー
３・・・単色化フィルター
４・・・フォトマルチプライヤー
５・・・制御システム
６・・・酸素導入ライン
【図１】
2007123701.tif 000003