JP2021097221A - 導電領域の形成方法、及び薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極への物理的なダメージがなく、また可燃性ガスを用いることのない、導電領域の形成方法及び薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の導電領域の形成方法は、酸化物半導体膜の所定の領域を水蒸気プラズマに晒す工程を含むことを特徴とする。また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、酸化物半導体膜を形成する工程と、前記酸化物半導体膜上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極に覆われていない前記酸化物半導体膜の領域を水蒸気プラズマに晒す工程と、を含む。前記酸化物半導体膜は、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）のうち、少なくとも１種類を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、導電領域の形成方法、及び薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイや液晶ディスプレイ等に用いられる、酸化物半導体を用いた導電領域の形成方法、及び薄膜トランジスタの製造方法に関する。

近年、ディスプレイ駆動用の薄膜トランジスタのチャネル領域に用いる半導体として、酸化インジウムガリウム亜鉛（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）等の酸化物半導体が注目されている（例えば、非特許文献１参照）。大面積・高精細のディスプレイの駆動に向けては、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの寄生容量の低減が重要であり、ゲート電極とソース電極またはドレイン電極の間のオーバーラップの小さい、セルフアライン（自己整合）型薄膜トランジスタが盛んに開発されている。

例えば、酸化物半導体膜のチャネル領域上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜を同一形状に加工した後に、酸化物半導体膜のゲート電極及びゲート絶縁膜に覆われていない領域をアルゴンプラズマに晒すことで低抵抗化してソース・ドレイン領域を形成する、セルフアライン型薄膜トランジスタが提案されている（非特許文献２）。また、酸化物半導体膜を水素プラズマに晒すことで低抵抗化し、セルフアライン型薄膜トランジスタを作製する手法が提案されている（非特許文献３）。このように、セルフアライン型薄膜トランジスタの作製には、酸化物半導体膜の低抵抗化技術が必須となる。

さらに、ディスプレイの画素回路に用いる透明電極としても酸化物半導体膜が使われており（例えば、非特許文献４）、透明電極の導電率の向上に向けても酸化物半導体膜の低抵抗化が必要となる。

K.Nomura et al., "Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors", Nature, vol.432, pp.488-492 (2004)J.Park et al., "Self-aligned top-gate amorphous gallium indium zinc oxide thin film transistors", Appl. Phys. Lett., vol.93, p.053501 (2008)B.D.Ahn et al., "A Novel Amorphous InGaZnO Thin Film Transistor Structure without Source/Drain Layer Deposition", Jpn. J. Appl. Phys., vol.48, p.03B019 (2009)A.Yamashita et al., "A 513-ppi FFS-mode LCD using technique for changing part of active layer of oxide semiconductor to transparent electrode", Journal of the SID, vol.22, p.216-227 (2015)

しかしながら、非特許文献２に記載されているアルゴンプラズマを用いた酸化物半導体膜の低抵抗化手法では、高エネルギーのイオン照射により、セルフアライン型薄膜トランジスタのゲート電極に物理的なダメージが入ってしまう問題があった。また、非特許文献３に記載されている水素プラズマを用いた酸化物半導体膜の低抵抗化手法においては、可燃性である水素ガスを用いる必要があり、水素ガスの取り扱いに注意が必要であった。

したがって、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、電極（例えば、薄膜トランジスタのゲート電極）への物理的なダメージを避けつつ、また取り扱いに注意が必要な可燃性ガスを用いることなく、酸化物半導体膜を用いて実施することができる、導電領域の形成方法及び薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る導電領域の形成方法は、酸化物半導体膜の所定の領域を水蒸気プラズマに晒す工程を含むことを特徴とする。

また、前記導電領域の形成方法は、前記酸化物半導体膜が、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）のうち、少なくとも１種類を含むことが望ましい。

また、前記導電領域の形成方法は、前記酸化物半導体膜が、１５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有することが望ましい。

また、前記導電領域の形成方法は、プラズマ処理装置内で、前記酸化物半導体膜を接地電極上に載置して、水蒸気プラズマに晒すことが望ましい。

また、前記導電領域の形成方法は、前記酸化物半導体の導電領域が、透明電極又は透明配線であることが望ましい。

また、前記導電領域の形成方法は、前記酸化物半導体の導電領域が、トランジスタのソース・ドレイン領域であることが望ましい。

上記課題を解決するために本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に酸化物半導体膜を形成する工程と、前記酸化物半導体膜上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極に覆われていない前記酸化物半導体膜の領域を水蒸気プラズマに晒す工程と、を含むことを特徴とする。

また、前記薄膜トランジスタの製造方法は、前記酸化物半導体膜が、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）のうち、少なくとも１種類を含むことが望ましい。

また、前記薄膜トランジスタの製造方法は、前記酸化物半導体膜が、１５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有することが望ましい。

本発明における導電領域の形成方法及び薄膜トランジスタの製造方法によれば、電極（薄膜トランジスタのゲート電極等）への物理的なダメージを避けつつ、また取り扱いに注意が必要な可燃性ガスを用いることなく、酸化物半導体膜の低抵抗化が可能になり、高導電率の透明電極又は導電領域、低抵抗化されたソース・ドレイン領域を有する薄膜トランジスタを製造することができる。

本発明で使用するプラズマ処理装置の一例の概略構造を示す図である。比較例１〜３、実施例１〜４の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。比較例４〜６、実施例５〜８の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。比較例７〜９、実施例９〜１２の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。比較例１０〜１２、実施例１３〜１６の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。比較例１３〜１５、実施例１７〜２０の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。比較例１６〜１８、実施例２１〜２４の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。比較例１９〜２１、実施例２５〜２８の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。比較例２２〜２４、実施例２９〜３２の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。比較例２５〜２７、実施例３３〜３６の酸化物半導体膜のシート抵抗の測定結果を示す図である。本発明を適用した薄膜トランジスタの構造の一例を表す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明で使用するプラズマ処理装置の一例の概略構造を示す図である。本発明では、プラズマ処理装置で水蒸気プラズマを発生させて、酸化物半導体膜を水蒸気プラズマに晒す。

本実施形態では、水蒸気プラズマにより、酸化物半導体膜の低抵抗化を行う。本実施形態を応用することにより、酸化物半導体膜を導電領域（電極、配線、透明電極又は透明配線等を含む）として用いることができる。

まず、本実施形態で用いるサンプル（試料）について説明する。サンプル１０は、基板１１上に、酸化物半導体膜１２を形成して作製する。基板１１は、例えば、ガラス基板、シリコン基板、又は樹脂（プラスティック）製の基板等であり、用途等に応じた様々な基板を用いることができる。また、酸化物半導体膜１２の製膜には、例えば、スパッタリング法、又は、塗布法等を用いることができる。スパッタリング法は、ターゲット組成に近似した組成の酸化物半導体膜を高い純度で製膜できる。また、塗布法は、様々な組成の酸化物半導体膜を比較的自由に製膜できる。なお、酸化物半導体膜１２は、シート抵抗の測定のみを行う場合は基板１１に製膜したままでもよいが、実際のプロセスへ適用する際にはパターニングを行うことが望ましい。

次に、プラズマ処理装置について説明する。図１には、一例として、並行平板型（容量結合型）のプラズマ処理装置を示したが、水蒸気プラズマを発生させることができるプラズマ処理装置であれば、任意の型のプラズマ処理装置を利用することができる。また、本実施形態では、水蒸気プラズマを発生させるチャンバ１内にサンプル１０を配置して、水蒸気プラズマ６に晒す場合について説明するが、水蒸気プラズマ発生室と、サンプル１０を水蒸気プラズマ６に晒す処理室とを、分離してもよい。

図１のプラズマ処理装置は、チャンバ（真空室）１内に、ＲＦ（Radio Frequency）パワーを印加する電極２（「ＲＦ電極」という。）と、接地電極３を配置する。ＲＦ電極２には、絶縁コンデンサ（blocking capacitor）４を介して、ＲＦ電源５が接続され、ＲＦ電圧が印加される。ＲＦ電極２と接地電極３との間にＲＦ電圧を印加することにより、プラズマ６が発生する。本実施形態では、チャンバ１内に水蒸気（水蒸気ガス）を導入し、水蒸気プラズマ６を発生させる。

なお、図１（ａ）は、ＲＦ電極２上にサンプル１０を載置する場合であり、図１（ｂ）は、接地電極３上にサンプル１０を載置する場合である。一般に、接地電極３上にサンプル１０を載置した場合の方が、酸化物半導体膜１２に対するダメージが少ない。

本実施形態では、水蒸気ガス雰囲気下におけるプラズマ照射（水蒸気プラズマ処理）をサンプル１０（酸化物半導体膜１２）へ行うことで、酸化物半導体膜１２の水蒸気プラズマに晒された部分の抵抗を低減する。酸化物半導体の抵抗が低減する理由は、水蒸気プラズマによる還元作用と考えられ、還元作用により酸素原子の抜けた部分がキャリアを生成するものと推定している。

［実施例及び比較例について］
各種の酸化物半導体膜に対し、処理条件を様々に変えてプラズマ処理を行い、抵抗値を測定した。製膜処理、プラズマ処理、抵抗測定の各工程は、以下のとおりである。

［Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＴＺＯ）膜に対するプラズマ処理]
［製膜処理］
ガラス基板上に、酸化インジウムスズ亜鉛（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ）の酸化物半導体膜をスパッタリング法で製膜した。製膜条件は、スパッタターゲット（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏターゲット）に印加する電力の値はＤＣ３００Ｗ、ガスの流量比はＡｒ／Ｏ_２＝３８／２ｓｃｃｍ、圧力は０．２Ｐａとした。本実施例で使用したスパッタターゲットの組成は、Ｉｎ₂Ｏ₃の重量を基準として規格化した値で、Ｉｎ₂Ｏ₃: ＺｎＯ : ＳｎＯ₂ ＝ １wt% : ２．６７wt% : １．２４wt%であり、残部は０wt%（不可避不純物以外無し）である。なお、酸化インジウムスズ亜鉛の組成は、これ以外の任意の組成比であってよい。

また、製膜時間を変えることで、膜厚の異なる３種類のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（膜厚１５ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍの３種類）を形成した。その後、ホットプレートを用いて、大気中で３００℃、１時間の熱処理を実施した。

［プラズマ処理］
製膜し加熱処理を行ったＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜に対して、Ａｒプラズマ処理、又は、水蒸気プラズマ処理を行った。なお、比較のために、プラズマ処理を行わないＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜も準備した。

［抵抗測定］
プラズマ処理なしのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例１、４、７）、Ａｒプラズマ処理したＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例２，３、５、６、８、９）、及び、水蒸気プラズマ処理したＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（実施例１〜１２）について、シート抵抗を４探針法で測定した。

−−− 厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例１］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例２］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例３］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例１］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例２］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例３］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例４］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表１に示す。

図２に、比較例１〜３、実施例１〜４の半導体薄膜（厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。比較例１に示すプラズマ処理なしのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜は高いシート抵抗値を示しているが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例２、３）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（実施例１〜４）はともに、プラズマ処理なしの比較例１に対して大幅に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、ほぼ同等の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有しているが、実施例２のみは他の実施例と異なる傾向を示している。

−−− 厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例４］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例５］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例６］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例５］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例６］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例７］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例８］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表２に示す。

図３に、比較例４〜６、実施例５〜８の半導体薄膜（厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。比較例４に示すプラズマ処理なしのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜は高いシート抵抗値を示しているが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例５、６）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（実施例５〜８）はともに、プラズマ処理なしの比較例４に対して大幅に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、ほぼ同等の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有していることを示している。

−−− 厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例７］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例８］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例９］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例９］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例１０］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例１１］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例１２］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表３に示す。

図４に、比較例７〜９、実施例９〜１２の半導体薄膜（厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。比較例７に示すプラズマ処理なしのＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜は高いシート抵抗値を示しているが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例８、９）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（実施例９〜１２）はともに、プラズマ処理なしの比較例７に対して大幅に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、ほぼ同等の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有していることを示している。

実施例１〜１２から、いずれの厚さの酸化物半導体膜も、未処理のものと比較して、水蒸気プラズマ処理によりシート抵抗値が低減する。このシート抵抗値は、半導体装置における電極・配線、又はトランジスタのソース・ドレイン領域等の導電領域として使用するのに十分な、低い抵抗値である。実際の製造プロセスにおいては、酸化物半導体膜を所定の形状にパターンニングして、又は、低抵抗化の不要な部分をマスクし酸化物半導体膜の所定の領域を露出させて、水蒸気プラズマに晒し、導電領域を形成する。なお、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜等の酸化物半導体膜は、可視光を透過させるため、水蒸気プラズマ処理した酸化物半導体膜を透明電極・透明配線として、使用することができる。

図３、図４を参照すると、全体として処理時間が１分間の場合よりも１０分間の場合の方が、シート抵抗値が低いことから、水蒸気プラズマが処理時間と共に酸化物半導体膜により浸透するものと推測される。

膜が均質であればシート抵抗値は膜厚が厚くなるほど低くなるところ、厚さ１５ｎｍの半導体膜のシート抵抗値よりも厚さ５０ｎｍの半導体膜のシート抵抗値が低いことから、水素プラズマは５０ｎｍ以上浸透しているものと推測される。一方、厚さ５０ｎｍの半導体膜のシート抵抗値と厚さ１００ｎｍの半導体膜のシート抵抗値とがほぼ変わらないことから、１００ｎｍの深さまでは水蒸気プラズマが十分浸透していない可能性もある。厚い酸化物半導体膜は、プラズマ処理時間を長くすることにより、更に低抵抗化が可能と推定される。

別の実験によれば、水蒸気プラズマは、金属へのダメージは殆ど発生しない。しかしながら、実施例１〜１２を比較すると、厚さが薄い（１５ｎｍ）酸化物半導体膜をＲＦ電極２上に載置して１０分間のプラズマを照射した場合（実施例２）には、接地電極３上に載置した場合よりシート抵抗値が低下していないことから、ＲＦ電極２上で長時間のプラズマを照射した場合には、酸化物半導体膜に若干のダメージが生じる可能性があると推測される。したがって、低抵抗化の水素プラズマ処理は、基板を接地電極に載置して処理することが望ましい。

［Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）膜に対するプラズマ処理]
［製膜処理］
ガラス基板上に、酸化インジウムガリウム亜鉛（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）の酸化物半導体膜をスパッタリング法で製膜した。製膜条件は、スパッタターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット）に印加する電力の値はＲＦ１００Ｗ、ガスの流量比はＡｒ／Ｏ_２＝１９．４／０．６ｓｃｃｍ、圧力は０．４Ｐａとした。本実施例で使用したスパッタターゲットの組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４である（原子数比）。なお、酸化インジウムガリウム亜鉛の組成は、これ以外の任意の組成比であってよい。

また、製膜時間を変えることで、膜厚の異なる３種類のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（膜厚１５ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍの３種類）を形成した。その後、ホットプレートを用いて、大気中で３００℃、１時間の熱処理を実施した。

［プラズマ処理］
製膜し加熱処理を行ったＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜に対して、Ａｒプラズマ処理、又は、水蒸気プラズマ処理を行った。なお、比較のために、プラズマ処理を行わないＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜も準備した。

［抵抗測定］
プラズマ処理なしのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例１０、１３、１６）、Ａｒプラズマ処理したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例１１，１２、１４、１５、１７、１８）、及び、水蒸気プラズマ処理したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（実施例１３〜２４）について、シート抵抗を４探針法で測定した。

−−− 厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例１０］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例１１］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例１２］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例１３］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例１４］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例１５］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例１６］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表４に示す。

図５に、比較例１０〜１２、実施例１３〜１６の半導体薄膜（厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。比較例１０に示すプラズマ処理なしのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜は高いシート抵抗値を示しているが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例１１、１２）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（実施例１３、１５、１６）はともに、プラズマ処理なしの比較例１０に対して大幅に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、同等またはそれ以上の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有していることを示している。なお、実施例１４は、特異的に高い抵抗値を示しているが、ＲＦ電極２上でのプラズマ照射により、酸化物半導体膜にダメージが生じた可能性がある。

−−− 厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例１３］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例１４］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例１５］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例１７］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例１８］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例１９］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例２０］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表５に示す。

図６に、比較例１３〜１５、実施例１７〜２０の半導体薄膜（厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。比較例１３に示すプラズマ処理なしのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜は高いシート抵抗値を示しているが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例１４、１５）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（実施例１７〜２０）はともに、プラズマ処理なしの比較例１３に対して大幅に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、同等またはそれ以上の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有していることを示している。

−−− 厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例１６］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例１７］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例１８］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例２１］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例２２］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例２３］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例２４］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表６に示す。

図７に、比較例１６〜１８、実施例２１〜２４の半導体薄膜（厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。比較例１６に示すプラズマ処理なしのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜は高いシート抵抗値を示しているが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（比較例１７、１８）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（実施例２１〜２４）はともに、プラズマ処理なしの比較例１６に対して大幅に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、同等またはそれ以上の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有していることを示している。

［Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）膜に対するプラズマ処理]
［製膜処理］
ガラス基板上に、酸化インジウムスズ（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ）の酸化物半導体膜をスパッタリング法で製膜した。製膜条件は、スパッタターゲット（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏターゲット）に印加する電力の値はＲＦ２５０Ｗ、ガスの流量比はＡｒ／Ｏ_２＝４５／０．３ｓｃｃｍ、圧力は０．９Ｐａとした。本実施例で使用したスパッタターゲットの組成は、Ｉｎ_２Ｏ_３＝９０ｗｔ％，ＳｎＯ_２＝１０ｗｔ％である。なお、酸化インジウムスズの組成は、これ以外の任意の組成比であってよい。

また、製膜時間を変えることで、膜厚の異なる３種類のＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（膜厚１５ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍの３種類）を形成した。その後、ホットプレートを用いて、大気中で３００℃、１時間の熱処理を実施した。

［プラズマ処理］
製膜し加熱処理を行ったＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜に対して、Ａｒプラズマ処理、又は、水蒸気プラズマ処理を行った。なお、比較のために、プラズマ処理を行わないＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜も準備した。

［抵抗測定］
プラズマ処理なしのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（比較例１９、２２、２５）、Ａｒプラズマ処理したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（比較例２０，２１、２３、２４、２６、２７）、及び、水蒸気プラズマ処理したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（実施例２５〜３６）について、シート抵抗を４探針法で測定した。

−−− 厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例１９］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例２０］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例２１］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例２５］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例２６］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例２７］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例２８］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表７に示す。

図８に、比較例１９〜２１、実施例２５〜２８の半導体薄膜（厚さ１５ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜は、プラズマ処理を行わないもの（比較例１９）であっても抵抗値が比較的低いが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（比較例２０）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（実施例２５、２７、２８）はともに、プラズマ処理なしの比較例１９に対して更に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、同等またはそれ以上の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有していることを示している。なお、比較例２１は特異的に高い抵抗値を示しているが、ＲＦ電極２上でのプラズマ照射により、酸化物半導体膜にダメージが生じた可能性がある。

−−− 厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例２２］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例２３］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例２４］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例２９］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例３０］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例３１］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例３２］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表８に示す。

図９に、比較例２２〜２４、実施例２９〜３２の半導体薄膜（厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜は、プラズマ処理を行わないもの（比較例２２）であっても抵抗値が比較的低いが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（比較例２３、２４）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（実施例２９〜３２）はともに、プラズマ処理なしの比較例２２に対して更に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、同等またはそれ以上の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有していることを示している。

−−− 厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の場合 −−−
厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜に対して、それぞれ異なる処理を行い、処理後のシート抵抗を測定した。それぞれの膜の処理条件は、次のとおりである。

［比較例２５］
・加熱後のプラズマ処理条件：プラズマ処理なし

［比較例２６］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［比較例２７］
・加熱後のプラズマ処理条件（Ａｒプラズマ処理）：
ガス種：アルゴン
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：１５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例３３］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例３４］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：ＲＦパワーを印加する電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

［実施例３５］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１分間

［実施例３６］
・加熱後のプラズマ処理条件（水蒸気プラズマ処理）：
ガス種：水蒸気
ガス流量：１２ｓｃｃｍ
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜の載置位置：接地電極上
ＲＦパワー：２５０Ｗ
プラズマ処理時間：１０分間

各条件における処理後のシート抵抗を、表９に示す。

図１０に、比較例２５〜２７、実施例３３〜３６の半導体薄膜（厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜）のシート抵抗の測定結果を示す。Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ膜は、プラズマ処理を行わないもの（比較例２５）であっても抵抗値が比較的低いが、Ａｒプラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（比較例２６、２７）及び水蒸気プラズマ処理を施したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜（実施例３３〜３６）はともに、プラズマ処理なしの比較例２５に対して更に抵抗値が低減している。また、水蒸気プラズマ処理とＡｒプラズマ処理の効果を比較すると、水蒸気プラズマ処理は、Ａｒプラズマ処理と比べて、ほぼ同等の酸化物半導体膜の抵抗低減効果を有していることを示している。

本実施形態では、半導体膜として、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、及びＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜を使用して実験を行ったが、これらの膜に限られず、他の酸化物半導体膜においても、水蒸気プラズマ処理により抵抗値が低減することが確認されている。例えば、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、ＺｎＯにおいて、同様の傾向が見られる。本発明は、酸化物半導体膜を水蒸気プラズマに晒すことにより、抵抗値を低減し、導電領域を形成することができる。特に、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）のうち、少なくとも１種類を含む酸化物半導体膜に対して、水蒸気プラズマ処理により、導電領域を形成することができる。

本実施形態の各実施例では、水蒸気プラズマ処理は、ガス（水蒸気）流量：１２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：２５０Ｗとして行ったが、ガス流量及び／又はＲＦパワーを変えても、酸化物半導体膜の低抵抗化が同様に生じることが確認されている。

上記の実施の形態１では、導電領域の形成方法について説明したが、本発明はこれに限らず、水蒸気プラズマ処理された酸化物半導体膜からなる電極配線（透明電極）又は導電領域として構成されてもよい。

（実施の形態２）
本実施形態では、酸化物半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を製造した。より詳細には、水蒸気プラズマ処理により、酸化物半導体領域の低抵抗化を行い、ソース・ドレイン領域を形成した。

図１１は、本発明を適用した薄膜トランジスタの構造の一例を表す図（断面図）である。薄膜トランジスタ２０は、酸化物半導体膜２１上に、ゲート絶縁膜２２、及びゲート電極２３を有している。図１１の薄膜トランジスタは、いわゆるセルフアライン型であり、酸化物半導体膜２１は、チャンネル領域とソース・ドレイン領域を備え、ゲート電極２３とソース・ドレイン領域とが位置合わせされている。

製造方法としては、まず、基板１１上に、酸化物半導体膜２１を形成する。基板１１は、例えば、ガラス基板、シリコン基板、又は樹脂（プラスティック）製の基板等であり、用途等に応じた様々な基板を用いることができる。また、酸化物半導体膜２１の形成には、例えば、スパッタリング法、又は、塗布法等を用いることができる。酸化物半導体膜２１の厚さは、実験１〜９を参照して１５〜１００ｎｍとしたが、これより厚い又は薄い酸化物半導体膜であっても、理論上は動作に問題はない。酸化物半導体膜２１は、薄膜トランジスタの形成領域ごとにパターニングし、半導体島領域とすることが望ましい。

続けて、酸化物半導体膜２１のチャネル領域上に、ゲート絶縁膜２２を形成する。ゲート絶縁膜２２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜を用いる。必要により、より誘電率の高い窒化シリコン又は他の絶縁膜を利用することもできる。ゲート絶縁膜２２は、例えば、１０〜３００ｎｍの厚さとすることができる。

次に、ゲート絶縁膜２２上にゲート電極材料膜を形成する。ゲート電極材料は、導電性の高い任意の材料で形成することができるが、本実施形態では、Ｍｏ、Ｍｏ合金、又はＡｌの金属膜を形成し、金属電極とした。

ゲート絶縁膜２２及びゲート電極材料膜を形成後、それらを同一形状に加工し、ゲート電極２３とゲート絶縁膜２２を形成する。ゲート長は、薄膜トランジスタ２０の性能に応じて、例えば１〜１００μｍの範囲で適宜選択することができる。

その後、薄膜トランジスタ２０を、水蒸気プラズマに晒す。図１１の薄膜トランジスタ２０は、ゲート電極２３及びゲート絶縁膜２２がマスクとなり、酸化物半導体膜２１のゲート電極２３及びゲート絶縁膜２２に覆われていない領域のみが選択的に水蒸気プラズマに晒されることで、低抵抗化し、ソース・ドレイン領域が形成される。

形成された薄膜トランジスタ２０を観察したところ、ゲート電極２３の表面にはダメージが生じていなかった。水蒸気プラズマは、金属層には殆どダメージを与えない。

このようにして、水蒸気プラズマを用いることで、Ａｒプラズマを用いた場合とは異なり、物理的にゲート電極にダメージを与えることなく、酸化物半導体膜を低抵抗化でき、セルフアライン型薄膜トランジスタを製造することができる。

また、上記の実施の形態２では、薄膜トランジスタ２０の製造方法について説明したが、本発明はこれに限らず、水蒸気プラズマによって形成されたソース・ドレイン領域を有する、酸化物半導体の薄膜トランジスタとして構成されてもよい。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１ チャンバ（真空室）
２ ＲＦパワーを印加する電極
３ 接地電極
４ 絶縁コンデンサ
５ ＲＦ電源
６ プラズマ
１０ サンプル
１１ 基板
１２ 酸化物半導体膜
２０ 薄膜トランジスタ
２１ 酸化物半導体膜
２２ ゲート絶縁膜
２３ ゲート電極

Claims (9)

1. 酸化物半導体膜の所定の領域を水蒸気プラズマに晒す工程を含む、導電領域の形成方法。
2. 前記酸化物半導体膜は、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）のうち、少なくとも１種類を含む、請求項１に記載の導電領域の形成方法。
3. 前記酸化物半導体膜は、１５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有する、請求項１又は２に記載の導電領域の形成方法。
4. プラズマ処理装置内で、前記酸化物半導体膜を接地電極上に載置して、水蒸気プラズマに晒すことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の導電領域の形成方法。
5. 前記酸化物半導体の導電領域は、透明電極又は透明配線であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の導電領域の形成方法。
6. 前記酸化物半導体の導電領域は、トランジスタのソース・ドレイン領域であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の導電領域の形成方法。
7. 基板上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
   前記酸化物半導体膜上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
   前記ゲート電極に覆われていない前記酸化物半導体膜の領域を水蒸気プラズマに晒す工程と、
   を含む薄膜トランジスタの製造方法。
8. 前記酸化物半導体膜は、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）のうち、少なくとも１種類を含む、請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
9. 前記酸化物半導体膜は、１５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有する、請求項７又は８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
   
   

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