利用報告書

酸化物半導体/絶縁膜積層膜の不純物に関する研究
古田 守1)
1) 高知工科大学 環境理工学群

課題番号 :S-16-NR-0048
利用形態 :技術代行
利用課題名(日本語) :酸化物半導体/絶縁膜積層膜の不純物に関する研究
Program Title (English) :Study on impurities at the interface between oxide semiconductor and gate insulator.
利用者名(日本語) :古田 守1)
Username (English) :M. Furuta1)
所属名(日本語) :1) 高知工科大学 環境理工学群
Affiliation (English) :1) Kochi University of Technology

1.概要(Summary )

非晶質酸化物半導体である In–Ga–Zn–O(IGZO)は可視光透明なワイドバンドギャップ半導体であり、従来の非晶質シリコンに比べて10倍以上大きな電子移動度を有することから、薄膜トランジスタ(TFT)や新たな透明トランジスタに向け活発な研究が行われている。TFT応用においては酸化物半導体をゲート絶縁膜と保護膜として機能する絶縁膜にてサンドイッチした構造が用いられることが多い。絶縁膜の成膜には原料ガスに水素を含む、プラズマ化学気相体積法(PE-CVD)方が用いられることが多いが、絶縁膜成膜時の成膜条件がIGZO膜中の水素濃度やTFT特性への影響に関して系統的な理解は充分とは言い難い。
今回、シラン(SiH4)と亜酸化窒素(N2O)及びTetraethyl orthosilicate(TEOS)と酸素(O2)の二種類の原料ガスを用いたPE-CVD法によりIGZO上に酸化シリコン(SiO2)膜を形成した。SiO2の成膜条件を変化させ、IGZO膜中水素量の変化、並びにそのTFT特性や信頼性影響に関して検討した。

2.実験(Experimental)

 シリコン基板上にスパッタ法にてIGZOを成膜し、その後二種類の原料ガス(SiH4/N2O及びTEOS/O2)原を用いてPE-CVD法によりSiO2絶縁膜をIGZO上に形成した。この際、SiO2膜の成膜基板温度を変化させ、IGZO中に導入される水素量を奈良先端科学技術大学院大学所有の二次イオン質量分析(SIMS)装置により評価した。また同時にボトムゲート型TFTを作成し、TFT特性との対応に関しても検討した。

3.結果と考察(Results and Discussion)
IGZO上にSiO2を積層した(SiO2/IGZO)資料において、IGZO中の水素濃度を奈良先端大にてSIMSを用いて評価した。この結果、1)SiO2成膜温度の増大によりIGZO中の水素濃度が増大する、2)原料ガス系による水素濃度の差はほとんど見られない、ことを明らかにした。しかしながら、これらSiO2を保護膜として用いたボトムゲート型IGZO TFTの特性には大きな違いが見られた。これら結果より、原料ガス系の違いによりIGZO表面に形成される欠陥準位密度に優位差が生じ、欠陥密度に起因するソース電極からの電子注入障壁の差がTFT特性差の主要因であることを明らかにした。この結果の詳細は参考文献1)の論文として公開した。

4.その他・特記事項(Others)
SIMS測定の技術代行に関して奈良先端科学技術大学院大学 技術職員 岡島康雄様に感謝致します。また本研究の一部はJSPS科研費16K06309の助成を受けたものです。

5.論文・学会発表(Publication/Presentation)
(1) S G M. Aman, D. Koretomo, Y. Magari, and M. Furuta, IEEE Transactions on Electron Devices, 65, Issue: 8, August pp. 3257-3263 (2018).
(2) S G M. Aman, D. Koretomo, Y. Magari, and M. Furuta, The 25th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD) 平成30年7月5日.

6.関連特許(Patent)
なし

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