(57)【要約】  本発明の実施形態は、スパッタ酸化シリコン電解質およびその作成方法を提供する。作動ガスの予め定められた圧力および標的単位面積当たりの出力密度のうち１つまたは複数は、スパッタ酸化シリコン電解質が、非晶質構造、０．５〜２．０ｇ／ｃｍ３の密度、および１０〜２００Ｈｚで０．０５〜１５．０μＦ／ｃｍ２の単位面積容量を有するように制御される。【選択図】図２
2020507010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン系ターゲット材料をスパッタリングチャンバ内部で位置決めし、サンプルを前記スパッタリングチャンバのサンプルプレートに位置決めするステップと、
作動ガスを前記スパッタリングチャンバに導入し、前記作動ガスの予め定められた圧力を前記スパッタリングチャンバ内で維持するステップと、
前記作動ガスを標的単位面積当たりの出力密度までイオン化するステップと、
前記イオン化された作動ガスで前記ターゲット材料に衝撃を与えることによって、前記シリコン系ターゲット材料を前記サンプル上にスパッタリングして、酸化シリコン電解質を前記サンプル上に形成するステップとを含み、
前記作動ガスの前記予め定められた圧力および前記標的単位面積当たりの出力密度のうち１つまたは複数が、スパッタ酸化シリコン電解質が、非晶質構造、０．５から２．０ｇ／ｃｍ３の密度、および１０から２００Ｈｚで０．０５から１５．０ｕＦ／ｃｍ２の単位面積容量を有するように制御される、酸化シリコン電解質を作成する方法。
【請求項２】
前記シリコン系ターゲット材料がシリコンを含み、前記作動ガスがＲＦ電源またはＤＣ電源を介してイオン化される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリコン系ターゲット材料が二酸化シリコンを含み、前記作動ガスがＲＦ電源を介してイオン化される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記作動ガスの前記予め定められた圧力が０．００１ｍｂａｒ以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記標的単位面積当たりの出力密度が２．６５Ｗ／ｃｍ２以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記サンプルプレートが冷却システムに接続される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記サンプルプレートの温度が、前記冷却システムを介して前記サンプルの軟化温度未満に維持される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記サンプルプレートが熱導体を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記作動ガスが不活性ガスを含み、任意に前記不活性ガスがアルゴンを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記作動ガスが酸素を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記スパッタリングプロセスが反応性スパッタリングを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化シリコン電解質に、酸による処理などの製造後処理が施される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法によって作成される、酸化シリコン電解質。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、スパッタ酸化シリコン電解質を作成する方法、およびそれによって作成される酸化シリコン電解質に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜酸化物半導体は、シリコンによる同等のものよりも多くの利点を提供し、ほんの一部を挙げただけでも、ウェアラブル電子機器業界およびディスプレイドライバなど、多くの産業およびデバイス利用における用途が見出されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、薄膜酸化物半導体の性質は、それらを半導体で使用するには、特に、トランジスタ自体の動作電圧を最小限に抑えるため、製造のために高誘電容量の材料が必要であることを意味する。低い動作電圧は、センサ、電池式の可搬型電子部品、および他の低出力電子部品などの用途にとって望ましい。トランジスタの高い誘電容量は、誘電層の厚さを薄くし、比誘電率が特に高い材料を使用することによって達成される。しかしながら、これらの技術の一方または両方によって、漏洩電流および電流バイアスの不安定性が増大することがある。
【０００４】
本発明の実施形態の１つの目的は、従来技術の問題の１つまたは複数を少なくとも軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様および実施形態は、スパッタ酸化シリコン電解質を作成する方法、およびそれによって作成される酸化シリコン電解質を提供する。
【０００６】
本発明の一態様によれば、酸化シリコン電解質を作成する方法が提供される。方法は、シリコン系ターゲット材料をスパッタリングチャンバ内部で位置決めし、サンプルをスパッタリングチャンバのサンプルプレートに位置決めするステップを含んでもよい。方法は、作動ガスをスパッタリングチャンバに導入するステップと、作動ガスをイオン化して標的単位面積当たりのある出力密度にするステップと、イオン化した作動ガスでターゲット材料に衝撃を与えることによって、シリコン系ターゲット材料をサンプル上にスパッタリングするステップとを含んでもよい。作動ガスの予め定められた圧力が、スパッタリングチャンバ内で維持されてもよい。作動ガスの予め定められた圧力および標的単位面積当たりの出力密度のうち１つまたは複数は、スパッタ酸化シリコン電解質が、非晶質構造、密度０．５〜２．０ｇ／ｃｍ３、および１０〜２００Ｈｚで０．０５〜１５．０ｕＦ／ｃｍ２の単位面積容量を有するように制御される。有利には、かかる性質によって、スパッタ酸化シリコン電解質の誘電性能が改善される。
【０００７】
本発明の一実施形態では、シリコン系ターゲット材料はシリコンを含んでもよい。この実施形態では、作動ガスは、ＲＦ電源またはＤＣ電源によってイオン化される。有利には、シリコンのターゲット材料によって反応性スパッタリングプロセスを行うことが可能になる。
【０００８】
本発明の一実施形態では、シリコン系ターゲット材料は二酸化シリコンを含んでもよい。この実施形態では、作動ガスは、ＲＦ電源によってイオン化されてもよい。
【０００９】
本発明の一実施形態では、作動ガスの予め定められた圧力は０．００１ｍｂａｒ以上である。有利には、この予め定められた圧力は所望の電解質特性を提供してもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態では、標的単位面積当たりの出力密度は２．６５Ｗ／ｃｍ２以下である。有利には、この標的単位面積当たりの出力密度は、スパッタ酸化シリコン電解質において所望の特性を提供してもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態では、サンプルプレートは冷却システムに接続される。有利には、冷却システムによって、サンプルプレートにおけるサンプルの温度を制御することが可能になる。
【００１２】
本発明の一実施形態では、サンプルプレートの温度は、冷却システムを介してサンプルの軟化温度未満に維持される。有利には、この温度は所望の電解質特性を提供してもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態では、サンプルプレートは熱導体を含む。有利には、これによってサンプルプレートを、したがってサンプルをより精細に制御することが可能になる。
【００１４】
本発明の一実施形態では、作動ガスは不活性ガスを含む。任意に、不活性ガスはアルゴンを含む。
【００１５】
本発明の一実施形態では、作動ガスは酸素を更に含む。有利には、反応性スパッタリングプロセスでは、これによって、シリコンターゲット材料の原子が作動ガス中の酸素と反応することが可能になる。
【００１６】
本発明の一実施形態では、スパッタリングプロセスは反応性スパッタリングを含む。
【００１７】
本発明の一実施形態では、酸化シリコン電解質には製造後処理が施される。製造後処理は酸による処理を含んでもよい。有利には、これは、高い容量性など、所望の電解質特性を提供してもよい。
【００１８】
本発明の一態様では、上述したような方法によって作成される酸化シリコン電解質が提供される。
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、単なる例として、添付図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による方法を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、酸化シリコン電解質２９０をスパッタリングする方法１００が提供される。方法１００は、スパッタリングチャンバ２００およびサンプルプレート２３０を備える、図１に示されるような装置によって実施されてもよい。スパッタリングチャンバ２００内には、使用中、シリコン系ターゲット材料２１０およびサンプル２２０が配置される。本発明の一実施形態では、装置２００は、電源２４０および冷却システム２６０を更に備えてもよい。本発明の一実施形態では、シリコン系ターゲット材料２１０はシリコンまたは二酸化シリコンを含んでもよい。酸化シリコン電解質の適用例としては、バイオ／化学センサにおける用途、ならびに容量が高いことによる、薄膜酸化物トランジスタの他のデバイスにおけるゲート誘電体が挙げられる。他の適用例を想到することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、スパッタリングチャンバ２００は、ＭｉｎｉＬａｂ  Ｓ０２５Ｍ床置き型手動ＲＦスパッタシステムなどの、スパッタリングシステムの一部であってもよいが、他のシステムが使用されてもよいことが理解されるであろう。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態による方法１００は、シリコン系ターゲット材料２１０をスパッタリングチャンバ２００の内部で位置決めするステップ１１０を含む。いくつかの実施形態では、方法は、スパッタリングチャンバ２００のサンプルプレート２３０にサンプル２２０を位置決めすることを含む。本発明の一実施形態では、シリコン系ターゲット材料２１０は、サンプル２２０およびサンプルプレート２３０の一方または両方から予め定められた距離で位置決めされる。予め定められた距離は５０ｍｍ以上であってもよい。いくつかの実施形態では、予め定められた距離は１２０ｍｍ以上である。長いスパッタリング距離によって、本発明の一実施形態による最終的な電解質２９０における、多孔質構造の形成が促進されることが認められており、これは、一部の適用例では、低電圧性能を改善するのに望ましい特性である。
【００２４】
本発明の一実施形態では、サンプルプレート２３０は、サンプル２２０の温度を堆積温度に制御できるように、冷却システム２６０に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、サンプルプレート２３０は熱導体を含んでもよい。サンプル２２０は、伝導冷却、空冷、または他の任意の適切な代替例を介して、冷却システム２６０によって冷却されてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、次に、ステップ１１５に示されるように、スパッタリングチャンバ２００内の汚染レベルを最小限に抑えるために、真空がスパッタリングチャンバ２００の内部に形成されてもよい。真空は、使用中はチャンバ２００の内部からガスを排出する、スパッタリングチャンバ２００に連結された、ポンプまたは類似の給送装置２７０を使用して形成されてもよい。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態による方法は、作動ガスをスパッタリングチャンバ２００に導入するステップ１２０を更に含んでもよい。作動ガスは、作動ガスの流れを制御するように動作する、作動ガス弁２８０を介して導入されてもよい。ステップ１２０は、スパッタリングプロセスの間、スパッタリングチャンバ２００内の作動ガスの予め定められた圧力を維持することを更に含んでもよい。作動ガスは化学的に不活性のガスを含んでもよい。シリコン系ターゲット材料２１０が二酸化シリコンを含む実施形態では、作動ガスはアルゴンを含んでもよい。シリコン系ターゲット材料２１０がシリコンを含む他の実施形態では、作動ガスはアルゴンと酸素の混合物を含んでもよい。作動ガスは、０．００１ｍｂａｒ以上の圧力で維持されてもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、方法は、作動ガスをイオン化するステップ１３０を更に含む。いくつかの実施形態では、作動ガスは、ＲＦ電源２４０によってイオン化される。他の実施形態では、作動ガスは、ＤＣ電源２４０であってもよい電源２４０によってイオン化される。電源２４０は、使用中、シリコン系ターゲット材料２１０に衝撃を与えるように、作動ガスの分子を加速する電界を提供する。いくつかの実施形態では、作動ガスは、出力密度対標的単位面積の比までイオン化される。いくつかの実施形態では、出力密度対標的単位面積の比は２．６５Ｗ／ｃｍ２以下である。
【００２８】
方法は、シリコン系ターゲット材料をサンプル２２０上にスパッタリングするステップ１４０を更に含んでもよい。スパッタリングは、イオン化された作動ガスでシリコン系ターゲット材料２１０に衝撃を与えて、サンプル２２０上に酸化シリコン電解質２９０を形成することによって達成される。
【００２９】
シリコン系ターゲット材料２１０が二酸化シリコンを含む実施形態では、スパッタリングのプロセスは、衝突による作動ガスイオンと二酸化シリコンターゲット材料２１０の粒子との運動量交換によって駆動される。二酸化シリコンターゲット材料２１０に発射されると、入射する作動ガスイオンによって、二酸化シリコンターゲット材料２１０に衝突カスケードが生じ、その結果、二酸化シリコンターゲット材料２１０の原子が標的表面から放出され、サンプル２２０上に堆積して、酸化シリコン電解質２９０が形成される。
【００３０】
シリコン系ターゲット材料２１０がシリコンのみを含み、作動ガスがアルゴンおよび酸素を含む実施形態では、サンプル上に薄膜を堆積させるプロセスとして反応性スパッタリングが使用される。かかる実施形態では、シリコンターゲット材料２１０のスパッタ原子は、サンプル２２０上に堆積され酸化シリコン電解質２９０を形成する前に、作動ガス中に存在する酸素原子と化学反応を起こす。
【００３１】
いくつかの実施形態では、堆積温度、作動ガスの予め定められた圧力、および標的単位面積当たりの出力密度のうち１つまたは複数は、スパッタ酸化シリコン電解質２９０が非晶質構造を有するように制御される。
【００３２】
いくつかの実施形態では、堆積温度、作動ガスの予め定められた圧力、および標的単位面積当たりの出力密度のうち１つまたは複数は、酸化シリコン電解質が０．５〜２．０ｇ／ｃｍ３の密度を有するように制御されてもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、堆積温度、作動ガスの予め定められた圧力、および標的単位面積当たりの出力密度のうち１つまたは複数は、酸化シリコン電解質が１０〜２００Ｈｚで０．０５〜１５．０μＦ／ｃｍ２の単位面積容量を有するように制御されてもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、本発明の一実施形態による方法は、酸化シリコン電解質の容量を増大するために、非排他的に酸処理など、製造後処理を酸化シリコン電解質に施すステップ１４５を更に含む。
【００３５】
スパッタ酸化シリコン電解質２９０は、本発明の一実施形態にしたがって作成される。酸化シリコン電解質は、図１を参照して記載したような方法１００によって作成されてもよい。
【００３６】
従来、固体電解質は、その動作パラメータおよび複雑な製造要件により、少なくとも一部の、または更には多くの用途には適していなかった。本発明の一実施形態による方法によって作成されるような酸化シリコン電解質を、１Ｖの動作電圧、０．０６Ｖの閾値電圧Ｖｔｈ、８３ｍＷ  ｄｅｃ−１の閾値下の振れＳＳ、および約１０５の高いオンオフ比を提供する、ＩｎＧａＺｎＯ（ＩＧＺＯ）薄膜トランジスタのゲート誘電体として使用することが試験されてきた。
【００３７】
本発明の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせの形で実現できることが理解されるであろう。かかるソフトウェアはいずれも、例えばＲＯＭのような記憶デバイスなど、消去可能または書換え可能か否かにかかわらず、揮発性または不揮発性記憶装置の形態で、あるいは例えばＲＡＭ、メモリチップ、デバイスもしくは集積回路などのメモリの形態で、あるいは例えばＣＤ、ＤＶＤ、磁気ディスク、もしくは磁気テープなど、光学的または磁気的に書込み可能な媒体に格納されてもよい。記憶デバイスおよび記憶媒体は、実行されると本発明の実施形態を実現する、１つまたは複数のプログラムを格納するのに適した、機械可読記憶装置の実施形態であることが理解されるであろう。したがって、実施形態は、いずれかの先行クレームに記載されるようなシステムまたは方法を実現するコードを含むプログラム、およびかかるプログラムを格納する機械可読記憶装置を提供する。更にまた、本発明の実施形態は、有線または無線接続を通じて伝達される通信信号など、任意の媒体を介して電子的に搬送されてもよく、実施形態はそれらを適切に包含する。
【００３８】
本明細書（あらゆる添付のクレーム、要約、および図面を含む）に開示される特徴の全て、ならびに／あるいはそれに開示されるあらゆる方法またはプロセスのステップの全ては、かかる特徴および／またはステップのうちの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わされてもよい。
【００３９】
本明細書（あらゆる添付のクレーム、要約、および図面を含む）に開示される各特徴は、別段の明示がない限り、同じ、等価の、または類似の目的を果たす代替の特徴に置き換えられてもよい。したがって、別段の明示がない限り、開示される各特徴は、包括的な一連の等価または類似の特徴の一例にすぎない。
【００４０】
本発明は、あらゆる上述の実施形態の詳細に制限されない。本発明は、本明細書（あらゆる添付のクレーム、要約、および図面を含む）に開示される特徴のあらゆる新規なもの、またはあらゆる新規な組み合わせにまで、あるいはそれに開示されるあらゆる方法またはプロセスのステップのあらゆる新規なもの、またはあらゆる新規な組み合わせにまで及ぶ。特許請求の範囲は、上述の実施形態のみではなく、特許請求の範囲内にあるあらゆる実施形態も網羅するものとして解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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