(57)【要約】【課題】成膜直後の基板面内における酸化物半導体膜の抵抗値を効率よく測定することができる膜抵抗値測定方法を提供する。【解決手段】測定対象物Ｗを基板表面に成膜した酸化物半導体膜とし、成膜直後の酸化物半導体膜を局所的に加熱する工程と、この加熱した領域で抵抗値測定用プロープ６を用いて抵抗値を測定する工程とを含む。酸化物半導体膜として、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系材料からなる透明酸化物半導体膜を用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を基板表面に成膜した酸化物半導体膜とし、成膜直後の酸化物半導体膜を局所的に加熱する工程と、
この加熱した領域で抵抗値測定用プロープを用いて抵抗値を測定する工程と、を含むことを特徴とする膜抵抗測定方法。
【請求項２】
前記酸化物半導体膜の局所的な加熱を、温風を吹き付けて行うことを特徴とする請求項１記載の膜抵抗値測定方法。
【請求項３】
前記酸化物半導体膜の局所的な加熱を、ランプヒータにより行うことを特徴とする請求項１記載の膜抵抗値測定方法。
【請求項４】
前記酸化物半導体膜の局所的な加熱を、不活性ガス雰囲気または大気中で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜抵抗値測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜抵抗値測定方法に関し、より詳しくは、基板表面に成膜した透明な酸化物半導体膜の膜厚や膜質を管理するために、成膜直後の酸化物半導体膜の抵抗値を効率よく測定するためのものに関する。
【背景技術】
【０００２】
透明酸化物半導体は、電子移動度が大きく、優れた電気特性を持つことが知られており、その中でも、インジウム、ガリウム、亜鉛、酸素を構成元素とするＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系材料（以下、「ＩＧＺＯ」という）からなる非晶質ＩＧＺＯ膜は、その電子移動度がアモルファスシリコンの電子移動度より高く、この非晶質ＩＧＺＯ膜をチャンネル層に用いた電界効果型のトランジスタはオンオフ比が高い等の電気的特性を有する。このため、近年では、ＴＦＴや発光デバイス等（半導体装置）への応用が進められている。
【０００３】
ここで、非晶質ＩＧＺＯ膜の形成には、量産性等を考慮すると、酸素ガスを導入した反応性スパッタリング法を用いることが適している。このスパッタリング法により非晶質ＩＧＺＯ膜を成膜する際、酸素分圧が僅か（数％）変化しただけで、キャリア濃度が数桁のレベルで変化し、再現性よく一定キャリア濃度を得ることが難しいことが知られている。また、後工程で非晶質ＩＧＺＯ膜が加熱されると、キャリア濃度等の電気的特性が更に大きく変化する（電気的特性の耐熱性が低い）。
【０００４】
そこで、成膜後に熱処理が加えられても膜の電気的特性が殆ど変化しないように、スパッタリング法で成膜したＩＧＺＯ膜を所定温度でアニールすることが特許文献１で知られている。具体的には、反応性スパッタリングにて、ガラス基板等の基板表面に非晶質ＩＧＺＯ膜を形成した後、当該ガラス基板を加熱炉に収納する。そして、加熱炉内を真空引きした後、ガラス基板を加熱する。この場合、アニール温度は２００〜５００℃、好ましくは２５０℃〜３５０℃の範囲の温度で加熱する。これにより、非晶質ＩＧＺＯ膜の抵抗値が基板面内で略均一の所定値に揃うようになる。
【０００５】
ところで、スパッタリング法で非晶質ＩＧＺＯ膜を成膜すると、成膜直後の非晶質ＩＧＺＯ膜の抵抗値（１Ｅ＋１６Ω／□以上）は、ＩＴＯやＩＺＯ等の他の透明導電膜と比較して非常に高く、四端子法や二端子法等にて抵抗値の測定を行う従来の抵抗値測定用プローブでは成膜直後の非晶質ＩＧＺＯ膜の抵抗値を測定できないことが知られている。これは、成膜時にプラズマ光が照射されることで非晶質ＩＧＺＯ膜が光劣化している等の理由によるものと考えられている。一方で、基板面内における成膜直後の非晶質ＩＧＺＯ膜の抵抗値が測定できれば、成膜時における非晶質ＩＧＺＯ膜の膜厚や膜質を管理して製品歩留まりを向上できる等、有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２３８７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、成膜直後の基板面内における酸化物半導体膜の抵抗値を効率よく測定することができる膜抵抗値測定方法を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、測定対象物を基板表面に成膜した酸化物半導体膜とし、成膜直後の酸化物半導体膜を局所的に加熱する工程と、この加熱した領域で抵抗値測定用プロープを用いて抵抗値を測定する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、酸化物半導体膜を局所的に加熱するため、当該加熱箇所では、その抵抗値が従来の抵抗値測定用プローブにて抵抗値を測定する範囲まで低下する。そして、加熱により抵抗値が低下した範囲を、上記プローブにて抵抗値を測定し、この局所的な加熱と当該加熱箇所の測定との操作を基板面内全面に亘って繰り返すことで、基板表面に成膜した酸化物半導体膜の抵抗値をその全面に亘って測定する。この場合、酸化物半導体膜が成膜された基板を加熱炉に収納してアニールする上記従来例とは異なり、成膜条件等の相違に基づく膜厚や膜質変化を抵抗値の変化から捉えることが可能になる。その結果、酸化物半導体膜の抵抗値を効率よく測定して成膜時における酸化物半導体膜の膜厚や膜質を管理することができる。なお、加熱温度は、１００〜２５０℃の範囲内の温度とすれば、効果的に抵抗値の変化を確実に捉えることが可能になる。本発明において、酸化物半導体膜として、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系材料からなる透明酸化物半導体膜を用いることができる。
【００１０】
本発明においては、透明酸化物半導体膜を上記範囲の温度に短時間で効果的に加熱するには、前記透明酸化物半導体膜の局所的な加熱を、温風を吹き付け行うか、または、ランプヒータを用いて行うことが好ましい。また、酸化物半導体膜の局所的な加熱を、不活性ガス雰囲気または大気中で行うようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用して酸化物半導体膜の抵抗値測定を実施できる測定装置の模式的な斜視図。
【図２】発明実験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、測定対象物Ｗを基板表面にスパッタリングにより成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系材料からなる透明酸化物半導体膜とし、成膜直後の透明酸化物半導体膜の抵抗値（Ｒｓ）を測定する本発明の実施形態の膜抵抗値測定方法を説明する。
【００１３】
図１には、本実施形態の膜抵抗値測定方法を実施することができる測定装置の一例が示されている。測定装置は、床面に設置される脚体１ａで水平に支持されたベースプレート１を備え、このベースプレート１上には、透明酸化物半導体膜を成膜した側を上にして測定対象物Ｗが位置決め保持されるようになっている。また、ベースプレート１には、このベースプレート１に載置される測定対象物Ｗを跨ぐようにして配置した門型フレーム２を備える。門型フレーム２は、互いに直交する水平２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、ベースプレート１上に固定したＸ軸方向に長手の左右一対のガイドレール３Ｌ、３Ｒに図示省略のスライダを介して移動自在に支持され、ベースプレート１に対して門型フレーム２がＸ軸方向に相対移動されるようになっている。
【００１４】
門型フレーム２は、スライダを介して立設したＹ軸方向両側のコラム２１、２１と、両コラム２１、２１の上端間に横設したＹ軸方向に長手のビーム２２とから構成される。ビーム２２のＸ軸方向の片面には、図示省略のリニアモータを介してＹ軸方向に移動自在にＹ軸ステージ４が支持され、Ｙ軸方向に往復動できるようになっている。Ｙ軸ステージ４には、上下方向にのびる左右一対のガイドレール５Ｌ、５Ｒに図示省略のスライダを介して移動自在に支持されるホルダ５が設けられ、ホルダ５が測定対象物Ｗに対して上下動するようになっている。
【００１５】
ホルダ５には、抵抗値測定用のプローブ６と、温風噴射用のノズル７とがＹ軸方向に所定間隔を存して設けられている。抵抗値測定用のプローブ６としては、２つのリング状電極で構成された所謂二重リング法によるものが利用でき、内側のリング電極と外側のリング電極の間に電圧を印加し、流れる電流を電流計で測定し、この測定電流から抵抗値が求められる。測定対象物の裏面には、ガード電極を設置しコントローラ側へ直接取り込み、測定対象物の裏面へ流れた電流をグランドに落とすことにより、測定精度を高める。なお、抵抗値の測定方法は上記のものに限定されるものではなく、例えば、所謂四端子法あるいは二端子法によるプローブをＹ軸ステージに設けてもよい。
【００１６】
他方、ノズル７のノズル端は所定面積で矩形の輪郭を有し、このノズル端がＺ軸方向下側を指向（測定対象物Ｗと対向）するように設置されている。ノズル７にはまた、加熱機構付きの送付ファン等の図外の気流発生装置に接続された送風ダクト（図示せず）が接続されている。そして、気流発生装置で発生させた温風が送風ダクトを介してノズル７に供給され、ノズル端に対向する測定対象物Ｗの面にのみ温風が吹き付けられて加熱されるようになっている。なお、ノズル７先端の開口の直径は、抵抗値の変化を捉えられるように５０〜１００ｍｍの範囲であることが好ましい。また、測定対象物Ｗの所定範囲にのみ吹き付ける気体として通常大気が用いられるが、アルゴン、窒素などの不活性ガスを用いてもよい。
【００１７】
以下に、上記測定装置を用いた、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系材料からなる透明酸化物半導体膜の膜抵抗値測定方法を説明する。先ず、ガラス基板やシリコンウエハ等の基板表面に、酸素ガスを導入した公知の反応性スパッタリング法により非晶質ＩＧＺＯ膜を成膜する。なお、成膜用のスパッタリング装置やその成膜条件としては公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１８】
基板表面に非晶質ＩＧＺＯ膜が所定の膜厚で成膜されると、この基板（測定対象物Ｗ）をスパッタリング装置の真空チャンバから取り出し、測定装置のベースプレート１上に位置決め保持させる。この場合、門型フレーム２は、測定対象物ＷからＸ方向に離間した退避位置にあり、Ｙ軸ステージ４もまた退避位置にある。
【００１９】
次に、門型フレーム２をＸ軸方向に移動し、Ｙ軸ステージ４に設けたノズル７のノズル端が測定対象物ＷのＸ軸方向及びＹ軸方向の隅部の直上に位置させる（図１中、右側の上端）。この状態で、温風噴射用のノズル７から測定対象物Ｗに対して局所的に温風を所定時間吹き付ける。この場合、測定対象物Ｗが１００〜２５０℃の範囲内の温度に加熱される。測定対象物Ｗの温度が１００℃より低いと、抵抗が高いままで測定ができないという不具合があり、他方で、２５０℃を超えると、熱処理の雰囲気と反応して酸化物半導体の構造緩和が起こり、成膜条件等の相違に基づく抵抗値の変化を捉えることができなくなるという不具合が生じる。
【００２０】
測定対象物Ｗが所定温度に加熱されると、Ｙ軸ステージ４を他側に向けて所定１ピッチ分だけ移動する（つまり、プローブ６が、加熱した範囲の直上に位置するように移動する）。そして、Ｙ軸ステージ４を下動し、プローブ６を測定対象物に当接させて、当該範囲内の抵抗値が測定される。このとき、温風噴射用のノズル７から測定対象物Ｗのうち、Ｙ軸方向に１ピッチ分ずれた所定範囲に対して局所的に温風を所定時間吹き付け、次の測定準備を行うようにしてもよい。次に、Ｙ軸方向に所定ピッチ毎に抵抗値を測定した後、門型フレーム２をＸ軸方向に所定間隔移動し、上記同様、Ｙ軸方向に抵抗値を測定していく。そして、上記操作を繰り返し、測定対象物Ｗの全面に亘って抵抗値が測定される。
【００２１】
以上によれば、非晶質ＩＧＺＯ膜（透明酸化物半導体膜）を局所的に加熱するため、当該加熱箇所は、抵抗値が従来のプローブにて抵抗値を測定する範囲まで低下する。そして、加熱により抵抗値が低下した範囲をプローブ６にて抵抗値を測定し、この操作を基板面内全面に亘って繰り返すことで、測定対象物Ｗ表面に成膜した非晶質ＩＧＺＯ膜の抵抗値がその全面に亘って測定される。この場合、非晶質ＩＧＺＯ膜が成膜された基板を加熱炉に収納してアニールする上記従来例とは異なり、成膜条件等の相違に基づく膜厚や膜質変化を抵抗値の変化から捉えることが可能になる。その結果、酸化物半導体膜の抵抗値を効率よく測定して成膜時における酸化物半導体膜の膜厚や膜質を管理することができる。
【００２２】
以上の効果を確認するために次の実験を行った。先ず、基板としてシリコンウエハを用い、酸素ガスを導入した反応性スパッタリングよりこのシリコンウエハ表面に厚さ５０ｎｍの非晶質ＩＧＺＯ膜を成膜した。この場合、ターゲットへの投入電力や成膜時の圧力等のスパッタ条件は、成膜時の酸素分圧以外を同一とし、３枚のシリコンウエハに対して成膜した（試料１：酸素分圧０．０２Ｐａ、試料２：酸素分圧：０．１５Ｐａ、試料３：酸素分圧０．３Ｐａ）。
【００２３】
次に、非晶質ＩＧＺＯ膜成膜直後のシリコンウエハを上記測定装置に移送し、抵抗値を測定した。この場合、温風を発生する気流発生装置の消費電力を５００〜３０００Ｗとし、シリコンウエハを局所的に２００℃に加熱することとし、また、プローブ６としては二重リング法による公知のものを用いた。
【００２４】
図２は、上記条件で抵抗値を測定したときのグラフである。なお、加熱することなく、上記プローブ６で抵抗値を測定しようとしたところ、いずれの試料１〜３もその抵抗値を測定することはできなかった。他方で、温風を吹き付けて加熱すれば、上記プローブ６にて抵抗値の測定ができ、また、成膜条件の違いで（シート）抵抗値（Ω／□）が変化していることが確認された。これにより、本発明を適用して、非晶質ＩＧＺＯ膜の抵抗値を効率よく測定して成膜時における非晶質ＩＧＺＯ膜の膜厚や膜質を管理できることが判る。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、温風にて非晶質ＩＧＺＯ膜を局所的に加熱するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、ランプヒータ等を用いて加熱することができる。また、上記実施形態では、大気中で抵抗値を測定するものを例に説明したが、例えば、ベースプレート及びこれに設けられる各部品を気密容器内に収納し、抵抗値測定時に、気密容器内を不活性ガス雰囲気とすることができる。これによれば、温風処理による酸化還元反応を低減させ、構造緩和による抵抗値の変化を抑制できるという利点がある。
【符号の説明】
【００２６】
６…抵抗値測定用プローブ、７…温風吹き付けノズル（加熱手段）、Ｗ…測定対象物（基板表面に非晶質ＩＧＺＯ膜を成膜したもの）。
【図１】
2013045794.tif 000003
【図２】
2013045794.tif 000004