特許 5798669 酸化物半導体薄膜の評価方法、及び酸化物半導体薄膜の品質管理方法、並びに上記評価方法に用いられる評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5798669

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】酸化物半導体薄膜の評価方法、及び酸化物半導体薄膜の品質管理方法、並びに上記評価方法に用いられる評価装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20151001BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20151001BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 L

   H01L29/78 618B

   H01L29/78 624

【請求項の数】11

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-104629(P2014-104629)

(22)【出願日】2014年5月20日

(65)【公開番号】特開2015-130477(P2015-130477A)

(43)【公開日】2015年7月16日

【審査請求日】2015年5月13日

(31)【優先権主張番号】特願2013-250412(P2013-250412)

(32)【優先日】2013年12月3日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100075409

【弁理士】

【氏名又は名称】植木 久一

(74)【代理人】

【識別番号】100129757

【弁理士】

【氏名又は名称】植木 久彦

(74)【代理人】

【識別番号】100115082

【弁理士】

【氏名又は名称】菅河 忠志

(74)【代理人】

【識別番号】100125243

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 浩彰

(74)【代理人】

【識別番号】100125173

【弁理士】

【氏名又は名称】竹岡 明美

(72)【発明者】

【氏名】林 和志

(72)【発明者】

【氏名】川上 信之

(72)【発明者】

【氏名】三木 綾

(72)【発明者】

【氏名】釘宮 敏洋

【審査官】 鈴木 和樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−３３８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−５４８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２３８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−９８６３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７８６

Ｇ０１Ｎ ２２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化物半導体薄膜が形成された試料に励起光及びマイクロ波を照射し、前記励起光の照射により変化する前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の最大値を測定した後、前記励起光の照射を停止し、前記励起光の照射停止後の前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の反射率の時間的な変化を測定する第１の工程と、
前記反射率の時間的な変化から、励起光の照射停止後に見られる遅い減衰に対応するパラメータを算出し、前記酸化物半導体薄膜の電気抵抗率を評価する第２の工程と、を含むことを特徴とする酸化物半導体薄膜の評価方法。

【請求項2】

前記電気抵抗率はシート抵抗または比抵抗である請求項１に記載の評価方法。

【請求項3】

前記第２の工程が、前記反射率の変化から、励起光の照射停止後０．１〜１０μｓに見られる遅い減衰に対応するパラメータを算出し、前記酸化物半導体薄膜の電気抵抗率を評価するものである請求項１または２に記載の評価方法。

【請求項4】

前記酸化物半導体薄膜が、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種以上の元素を含むものである請求項１〜３のいずれかに記載の評価方法。

【請求項5】

前記酸化物半導体薄膜が、ゲート絶縁膜の表面に成膜されているものである請求項１〜４のいずれかに記載の評価方法。

【請求項6】

前記酸化物半導体薄膜が、その表面に保護膜を有しているものである請求項１〜５のいずれかに記載の評価方法。

【請求項7】

前記酸化物半導体薄膜が、基板の上に形成されたものである請求項１〜６のいずれかに記載の評価方法。

【請求項8】

前記酸化物半導体薄膜が、基板の表面に直接形成されたものである請求項１〜６のいずれかに記載の評価方法。

【請求項9】

半導体製造工程のいずれかの工程に、請求項１〜８のいずれかに記載の評価方法を適用することを特徴とする酸化物半導体薄膜の品質管理方法。

【請求項10】

請求項１〜８のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の評価方法に用いる装置であって、
酸化物半導体薄膜が形成された試料の測定部位に対して、励起光を照射して前記酸化物半導体薄膜中に電子−正孔対を生成する励起光照射手段と、
前記試料の測定部位に対して、マイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
前記励起光の照射により変化する前記マイクロ波の前記試料からの反射マイクロ波強度を検出する反射マイクロ波強度検出手段と、
前記反射マイクロ波強度検出手段の検出データに基づいて前記試料の電気抵抗率を評価する手段と、
を備えることを特徴とする酸化物半導体薄膜の評価装置。

【請求項11】

前記酸化物半導体薄膜の評価装置は、電気抵抗率測定ヘッドと、
前記電気抵抗率測定ヘッドの昇降手段と
を有する電気抵抗測定手段を備えている請求項１０に記載の酸化物半導体薄膜の評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の半導体層用酸化物、すなわち、酸化物半導体薄膜の評価方法および品質管理方法、並びに上記評価方法に用いられる評価素子及び評価装置に関する。詳細には、酸化物半導体薄膜のシート抵抗または比抵抗（以下、「電気抵抗率」ということがある）を、非破壊で判定・評価する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

アモルファスである非晶質酸化物半導体薄膜は、汎用のアモルファスシリコンに比べて高いキャリア移動度を有し、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できるため、大型・高解像度・高速駆動が要求される次世代ディスプレイや、耐熱性の低い樹脂基板などへの適用が期待されている。

【0003】

酸化物半導体薄膜のなかでも特に、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、および酸素（Ｏ）からなるアモルファス酸化物半導体薄膜（以下、「Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ」、または「ＩＧＺＯ」ということがある。）は、非常に高いキャリア移動度を有するため、好ましく用いられている。例えば非特許文献１および２には、原子％比でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．１：１．１：０．９の酸化物半導体薄膜を活性層となるＴＦＴの半導体層に用いたものが開示されている。また、特許文献１には、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａなどの元素と、Ｍｏと、を含み、アモルファス酸化物中の全金属原子数に対するＭｏの原子組成比率が０．１〜５原子％のアモルファス酸化物が開示されており、実施例には、ＩＧＺＯにＭｏを添加した活性層を用いたＴＦＴが開示されている。

【0004】

しかしながら、酸化物半導体薄膜は、成膜工程、およびその後の熱処理で生じる様々なばらつきに起因して特性が変化することが知られている。例えば、成膜工程で生じる格子欠陥や膜中の水素に起因して、ＴＦＴ特性を支配するキャリア濃度が大きく変化し、ＴＦＴ特性にばらつきが生じやすい。そのため、表示装置などの製造工程においては、成膜した酸化物半導体薄膜の特性を評価し、その結果をフィードバックして製造条件を調整して膜質の品質管理を行うことが、生産性向上の観点からは重要となる。

【0005】

従来の酸化物半導体薄膜の特性評価方法としては、通常、酸化物半導体薄膜にゲート絶縁膜やパッシベーション絶縁膜を形成して、リソグラフィーや金属マスクを用いた微細加工により所定の大きさの電極付けを行ったうえで、ホール効果を測定し、移動度やキャリア密度などの特性を測定している。

【0006】

しかしながら、上記のような電極付けを必要とする特性評価方法では、電極付けのための時間やコストがかかる。また、電極付けをすることで、酸化物半導体薄膜に新たな欠陥が生じるおそれがある。製造歩留まり向上などの観点からも、電極付けを必要としない特性評価方法の確立が求められている。

【0007】

また、電極付け行う従来の評価方法では、空間分解能が悪いこと、大型のガラス基板の測定には膨大な手間がかかるなどの問題があり、現実的でない。

【0008】

そこで、電極付けすることなく、非接触で、酸化物半導体薄膜の膜質を管理する方法として、特許文献２には、マイクロ波光導電減衰法により、酸化物半導体薄膜の移動度を定性的または定量的に評価する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００９−１６４３９３号公報

【特許文献2】特開２０１２−３３８５７号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】固体物理、ＶＯＬ４４、Ｐ６２１（２００９）

【非特許文献2】Ｎａｔｕｒｅ、ＶＯＬ４３２、Ｐ４８８（２００４）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化物半導体薄膜の電気抵抗率を、正確且つ簡便に測定し、評価・予測・推定する方法、および酸化物半導体薄膜の品質管理方法を提供することにある。

【0012】

本発明の他の目的は、上記評価方法に用いられる評価素子及び評価装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決し得た本発明に係る酸化物半導体薄膜の評価方法は、酸化物半導体薄膜が形成された試料に励起光及びマイクロ波を照射し、前記励起光の照射により変化する前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の最大値を測定した後、前記励起光の照射を停止し、前記励起光の照射停止後の前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の反射率の時間的な変化を測定する第１の工程と、前記反射率の時間的な変化から、励起光の照射停止後に見られる遅い減衰に対応するパラメータを算出し、前記酸化物半導体薄膜の電気抵抗率を評価する第２の工程と、を含むところに特徴がある。

【0014】

本発明の好ましい実施形態において、前記電気抵抗率はシート抵抗または比抵抗である。

【0015】

本発明の好ましい実施形態において、前記第２の工程は、前記反射率の変化から、励起光の照射停止後０．１〜１０μｓに見られる遅い減衰に対応するパラメータを算出し、前記酸化物半導体薄膜の電気抵抗率を評価するものである。

【0016】

本発明の好ましい実施形態において、前記酸化物半導体薄膜は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種以上の元素を含むものである。

【0017】

本発明の好ましい実施形態において、前記酸化物半導体薄膜は、ゲート絶縁膜の表面に成膜されているものである。

【0018】

本発明の好ましい実施形態において、前記酸化物半導体薄膜は、その表面に保護膜を有しているものである。

【0019】

また、上記課題を解決し得た本発明に係る酸化物半導体薄膜の品質管理方法は、半導体製造工程のいずれかの工程に、上述した酸化物半導体薄膜の評価方法を適用するところに要旨を有するものである。

【0020】

また、本発明には、半導体製造工程のいずれかの工程に、上記の品質管理方法を用いる酸化物半導体薄膜の品質管理装置も含まれる。

【0021】

また、上記課題を解決し得た本発明の評価素子は、上記のいずれかに記載の評価方法に用いられる、基板の上に酸化物半導体薄膜が形成された評価素子であるところに要旨を有するものである。

【0022】

本発明の好ましい実施形態において、前記酸化物半導体薄膜は、基板の表面に直接形成されたものである。

【0023】

本発明の好ましい実施形態において、前記酸化物半導体薄膜は、ゲート絶縁膜の表面に直接形成されたものである。

【0024】

本発明の好ましい実施形態において、前記酸化物半導体薄膜の表面に保護膜が形成されたものである。

【0025】

また、上記課題を解決し得た本発明の評価装置は、上記のいずれかに記載の評価素子が基板上に複数配列されたものである。

【0026】

更に本発明には、上記酸化物半導体薄膜の評価方法に用いる装置も好ましい実施態様として含まれ、上記酸化物半導体薄膜の評価方法に用いる装置は、酸化物半導体薄膜が形成された試料の測定部位に対して、励起光を照射して前記酸化物半導体薄膜中に電子−正孔対を生成する励起光照射手段と、
前記試料の測定部位に対して、マイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
前記励起光の照射により変化する前記マイクロ波の前記試料からの反射マイクロ波強度を検出する反射マイクロ波強度検出手段と、
前記反射マイクロ波強度検出手段の検出データに基づいて前記試料の電気抵抗率を評価する手段と、
を備えることに要旨を有する。

【0027】

また前記酸化物半導体薄膜の評価装置は、電気抵抗率測定ヘッドと、前記電気抵抗率測定ヘッドの昇降手段とを有する電気抵抗測定手段を備えていることも好ましい実施態様である。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、酸化物半導体薄膜の電気抵抗率を、正確且つ簡便に評価・予測・測定することができる。

【0029】

本発明の評価方法を、半導体製造工程のいずれかの工程に適用することにより、ＴＦＴの製造プロセス途中での酸化物半導体薄膜の品質管理が可能となる。

【0030】

本発明によれば、上記の各工程に用いられる評価素子および評価装置も提供される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、マイクロ波減衰波形の一例を示す図である。

【図2】図２は、実施例１および２に用いた酸化物半導体ＴＦＴの構造を示す概略図である。

【図3】図３は、本発明に係る評価素子の構成の一例を示す概略図である。

【図4】図４は、本発明に係る評価素子の他の構成の一例を示す概略図である。

【図5】図５は、本発明に係る評価素子の他の構成の一例を示す概略図である。

【図6】図６は、本発明に係る評価素子の他の構成の一例を示す概略図である。

【図7】図７は、本発明に係る評価素子の他の構成の一例を示す概略図である。

【図8】図８は、本発明に係る評価素子の他の構成の一例を示す概略図である。

【図9】図９は、本発明に係る評価素子の他の構成の一例を示す概略図である。

【図10】図１０は、本発明に係る評価装置の構成の一例を示す概略図である。

【図11】図１１は、実施例１において、式（１）中のＢ値と、シート抵抗との関係を示すグラフである。

【図12】図１２は、実施例２の結果を示すグラフである。図１２（ａ）は、基板上の各測定点における比抵抗と、式（１）中のＢ値（測定時間は０．５〜２．５μｓ）との関係を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、基板上の各測定点における比抵抗と、相関係数との関係を示すグラフである。

【図13】図１３は、本発明に係る評価装置の一例を示す概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明に係る酸化物半導体薄膜の評価方法は、酸化物半導体薄膜が形成された試料に励起光及びマイクロ波を照射し、前記励起光の照射により変化する前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の最大値を測定した後、前記励起光の照射を停止し、前記励起光の照射停止後の前記マイクロ波の前記酸化物半導体薄膜からの反射波の反射率の時間的な変化を測定する第１の工程と、前記反射率の時間的な変化から、励起光の照射停止後に見られる遅い減衰に対応するパラメータを算出し、前記酸化物半導体薄膜の電気抵抗率を評価する第２の工程と、を含む。上記電気抵抗率として、シート抵抗（Ω・ｃｍ／□）または比抵抗（Ω・ｃｍ）が挙げられる。比抵抗はシート抵抗に膜厚を掛けたものである。

【0033】

すなわち、本発明は、前述した特許文献２に記載のマイクロ波光導電減衰法を利用したものである。詳細には本発明は、上記特許文献２の方法によって得られるマイクロ波の減衰のうち、励起光の照射停止後に見られる遅いマイクロ波減衰波形、すなわちマイクロ波減衰の程度が、酸化物半導体薄膜の伝導帯下の欠陥準位によって大きく影響を受けること；そのため、この領域の信号を解析すると、酸化物半導体薄膜の電気抵抗率、およびキャリア濃度に係る情報を、正確且つ簡便に評価・予測・測定し得る指標として極めて有用であることを見出したところに特徴がある。

【0034】

本明細書における上記「励起光の照射停止後に見られる遅い減衰に対応するパラメータ」中の「遅い減衰」とは、励起光の照射停止後における、所定範囲の時間を意味する。具体的な時間は、酸化物半導体の種類などによっても相違し、一義的に決定するのは難しいが、おおむね、励起光の照射停止後０．１μｓ以上、１０μｓ以下の時間を意味する。より好ましい時間範囲は、励起光の照射停止後０．３μｓ以上、２．５μｓ以下、更に好ましくは０．５μｓ以上、１．５μｓ以下である。

【0035】

なお、通常は試料である酸化物半導体の種類などによって「遅い減衰」の状況が相違する。そのため以下に説明するように、励起光照射停止後の反射率減衰が遅くなってから、すなわち減衰波形の傾きが小さくなってからのマイクロ波反射率の範囲をも含む意味である。励起光の照射停止と同時に急速に減衰する領域の後に観察される、ある一定の傾きを持った減衰が、例えば両対数グラフで、ほぼ直線とみなせる範囲で適宜領域を設定すればよく、必ずしもすべて、同じ範囲に限る必要はない。測定対象とする酸化物半導体薄膜の状態によって、上記の時間範囲は適宜調整可能だからである。

【0036】

上記「遅い減衰」について、図１を用いて、より詳細に説明する。図１は、マイクロ波光導電減衰法における過剰のキャリア密度の変化の様子を示す図である。図１の縦軸は、マイクロ波の反射率に対応する。酸化物半導体薄膜試料に励起光を照射すると、酸化物半導体薄膜に吸収されて過剰キャリア、すなわち励起キャリアが生成される。その際、過剰キャリア密度が増加すると共に、その消失速度も増えるが、キャリア注入速度と消失速度が等しくなったときに過剰キャリア密度は一定のピーク値となる。そして該過剰キャリアの生成と消滅の速度が等しくなると飽和して一定の値を維持するようになる。その状態で励起光の照射を停止すると、過剰キャリアの再結合、消滅により、過剰キャリアが減少し、最終的には励起光照射前の値に戻ることが知られている。

【0037】

図１に示すようにマイクロ波の酸化物半導体薄膜からの反射波の反射率は、一旦最大値を示すが、励起光の照射を停止すると同時に急速に減衰する。その後、ある一定の傾きを持った減衰が見られるが、おおむね、この傾きが上述した「励起光の照射停止後に見られる遅い減衰に対応するパラメータ」に対応する。

【0038】

具体的には、上記傾きとして、例えば、上記範囲の時間と反射波強度、すなわち反射率の傾き、上記範囲の時間を対数変換した値に対する、反射波強度を対数変換した値の傾きなどが挙げられる。後記する実施例では、式（１）中のＢ値を用いている。なお、前述したように、この傾きには、励起光照射停止後の反射率減衰が遅くなったときの傾きも含まれる。

【0039】

以下、本発明の評価方法を詳しく説明する。繰り返し述べるように本発明は、マイクロ波光導電減衰法を利用するため、本発明に用いられる装置は、試料である酸化物半導体薄膜に対して励起光及びマイクロ波を照射し、その励起光の照射により変化するマイクロ波の試料からの反射波の強度を検出できることが必要である。このような装置として、例えば、後に詳述する図１３に示す装置や、上記特許文献２の図１に示すライフタイム測定装置が挙げられる。上記特許文献２の装置の説明は、上記特許文献２に詳述しているので、それを参照すればよい。但し、本発明に用いられる装置はこれに限定されない。

【0040】

まず、酸化物半導体薄膜が形成された試料を用意する。

【0041】

上記酸化物半導体薄膜として、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種以上の元素を含む非晶質の酸化物半導体薄膜が好ましく用いられる。これらの元素は単独で含有しても良く、二種以上を併用しても良い。具体的には例えば、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｚｎ酸化物などが挙げられる。

【0042】

上記酸化物半導体薄膜の厚さは、例えば、数十ｎｍ〜５００ｎｍ程度であることが好ましい。上記厚さの上限について、より好ましくは２００ｎｍ以下であり、更に好ましくは１００ｎｍ以下である。また、上記厚さの下限について、より好ましくは１０ｎｍ以上であり、更に好ましくは３０ｎｍ以上である。

【0043】

本発明に用いられる上記試料は、基板の上に、上記酸化物半導体薄膜が形成されたものである。上記基板は、本発明の技術分野に通常用いられる各種基板を用いることができるが、例えば、厚み０．７ｍｍ程度、大きさが第１世代〜第１０世代と呼ばれる数十ｃｍ²から数ｍ²を超える液晶表示装置用のガラス基板などを用いることができる。

【0044】

このような試料に対し、励起光およびマイクロ波を照射する。

【0045】

前述した図１を用いて説明したように、酸化物半導体薄膜試料に照射した励起光を照射すると、酸化物半導体薄膜に吸収されて過剰キャリアが生成されるが、該過剰キャリアの生成と消滅の速度が等しくなると飽和して一定の値を維持するようになる。その状態で励起光の照射を停止すると、過剰キャリアの再結合、消滅により、過剰キャリアが減少し、最終的には励起光照射前の値に戻る。

【0046】

本発明において、過剰キャリア密度の変化を解析することで酸化物半導体薄膜のキャリア濃度を判定し得、ひいては、電気抵抗率、すなわちシート抵抗または比抵抗を評価することができるのは、次のような理由に基づくものと思われる。

【0047】

酸化物半導体薄膜試料に照射されたマイクロ波は、酸化物半導体薄膜に存在するキャリアによるプラズマ振動により反射される。この反射率は、酸化物半導体薄膜中のキャリア密度に依存する。しかし、定常状態の酸化物半導体薄膜においては、マイクロ波反射を実用的に観測することができるレベルのキャリア数は存在しない。ところが、励起光を照射すると、膜中に過剰キャリアが生成され、該過剰キャリアのプラズマ振動によりマイクロ波の反射率が増加する。一方で、励起光の照射停止により、過剰キャリア数が減少するに従ってマイクロ波の反射率も減少する。

【0048】

一般に、シリコン半導体などにおけるキャリアは、エネルギーバンド中において伝導帯下部に存在する浅いドナーレベルに起因して発生する。この場合のエネルギー準位は、伝導帯下、数十ｍｅＶ程度であり、室温付近ではほとんど活性化している。一方で、定常状態における酸化物半導体薄膜中のキャリアは、同じく、エネルギーバンド中において伝導帯下部に存在する浅いドナーレベルに起因することが知られているが、酸化物半導体においては、そのレベルは０．１〜０．２ｅＶ程度であり、比較的深い。このため、励起光の照射によって生成される過剰キャリアは、励起されたホールと電子が再結合する場合のほか、該ドナーレベルにいったん捕獲されて再放出する場合がある。この捕獲、および再放出の割合は、エネルギーバンド中において伝導帯下部に存在する浅いドナーレベルの量に依存する。したがって、励起光の照射によって生成された過剰キャリアについて、励起光停止後に観測される消滅過程をトレースすることで、ドナーレベルの大小の影響を解析することができる。なお、酸化物半導体薄膜の比抵抗は、電荷と自由電子と移動度の積で表されるが、酸化物半導体薄膜の移動度は、当該酸化物半導体薄膜を構成する金属元素の組成が同じであれば大きく変化しない。例えば、ＩＧＺＯの移動度は約１０ｃｍ^２／ＶＳ程度である。よって、マイクロ波光導電減衰法において観測されるマイクロ波の反射率の変化、すなわち、過剰キャリア密度の変化は、キャリア濃度および電気抵抗率と、おおむね、相関することになる。

【0049】

なお、酸化物半導体のようなアモルファスな半導体材料においては、例えば、アモルファスシリコン、ＩＧＺＯなどのように伝導帯〜ドナーレベルの間に連続的な準位を有するものもある。このような場合、マイクロ波光導電減衰法において観測されるキャリアの消滅過程は、各準位間での個々のキャリア遷移挙動を重ね合わせたものとして理解することができる。その結果、減衰過程は、一つの準位間での遷移に比較してある程度長い時間範囲に渡って観測されることになる。また、そのときの時間依存性は、時間に対して、べき乗の関係を有する。

【0050】

したがって、前述した第１の工程の後、おおむね、０．１〜１０μｓの範囲に渡る時間範囲に見られる遅い減衰に対応するパラメータを算出することによって、酸化物半導体薄膜のキャリア密度を判定することができる。その結果、シート抵抗、比抵抗などの電気抵抗率を評価することができる。

【0051】

以上、本発明に係る酸化物半導体薄膜の評価方法について詳述した。

【0052】

本発明には、上記評価方法を、半導体製造工程のいずれかの工程に適用して酸化物半導体薄膜の品質管理を行なう方法も含まれる。このように上記の評価方法を、上記製造工程のいずれかの工程に適用することによって、酸化物半導体薄膜の電気抵抗率、すなわち、シート抵抗や比抵抗を評価した結果をフィードバックし、製造条件を調整するなどして膜質の管理を行うことができるため、酸化物半導体の品質管理を適切に行うことができる。

【0053】

ここで、上記「いずれかの工程」は、半導体製造工程における任意の工程を意味する。本発明者らの検討結果によれば、ストレス耐性に影響を及ぼす製造工程として、（ｉ）ゲート絶縁膜の成膜工程、（ｉｉ）酸化物半導体薄膜の成膜工程、（ｉｉｉ）上記酸化物半導体薄膜成膜後の熱処理（以下、「プレアニール処理」ということがある）工程、（ｉｖ）酸化物半導体薄膜の表面に形成され得る保護膜の成膜工程などがあることを知見しており、例えば、これらの工程に上記の評価方法を適用すれば、酸化物半導体薄膜の品質を精度良く管理することができる。

【0054】

ここで上記保護膜（以下、「パッシベーション絶縁膜」ということがある）には、酸化物半導体薄膜の表面を直接保護するための保護膜（以下、「エッチストップ層」ということがある）、および当該保護膜の表面を更に保護するための保護膜（以下、「最終保護膜」ということがある）の両方が含まれる。

【0055】

具体的には、例えば基板上へ、ゲート絶縁膜を形成した後、若しくはゲート絶縁膜を形成せずに直接、酸化物半導体薄膜を形成し、その直後に、上記の評価方法を行っても良い。或いは、基板上またはゲート絶縁膜上へ形成した酸化物半導体薄膜に対して、例えば酸素や水蒸気によるプレアニール処理を行った後に上記の評価方法を行っても良いし、或いは、パッシベーション絶縁膜の形成前に行っても良い。更に上記の評価方法は、上記製造工程の一工程にワンポイントで行なっても良いし、二以上の工程の複数のポイントで行っても良い。後者のように二以上の工程に本発明の評価方法を適用することにより、酸化物半導体薄膜の面内分布、すなわち面内におけるシート抵抗または比抵抗のばらつきを測定することができる。

【0056】

本発明では、例えば、基板の上に酸化物半導体薄膜を形成する場合；ゲート絶縁膜を形成した後、その上に酸化物半導体薄膜を形成する場合；酸化物半導体薄膜を形成した後、プレアニール処理する場合、なお、酸化物半導体薄膜の形成前にゲート絶縁膜を形成しても良いし形成しなくても良い；或いは、上記のいずれかの後、得られた酸化物半導体薄膜の上に保護膜、なお当該保護膜を更に保護するための最終保護膜も含むを形成する場合；或いは、その後に熱処理（以下、「ポストアニール」ということがある）する場合などに、本発明の評価方法を適用することができる。

【0057】

本発明の評価方法を用いれば、酸化物半導体薄膜の材料開発段階において、様々な組成や濃度の酸化物半導体薄膜のストレス耐性を簡易に短時間で、且つ低コストで評価することができる。また本発明の評価方法を用いれば、液晶表示装置などの製造ラインにおいて、酸化物半導体薄膜の電気的特性をインラインで短時間に評価することができ、更に非接触型で行うことができるため、歩留まりの向上など、生産性を向上することができ、酸化物半導体の品質管理を適切に行うことができる。

【0058】

本発明には、上記のいずれかに記載の評価方法に用いられる評価素子も含まれる。上記評価素子は、基板の上に酸化物半導体薄膜が形成されたものであり、前述した（ｉ）〜（ｉｖ）の工程などに代表される「いずれかの工程」に対応する構成からなる。

【0059】

具体的には、例えば、（ａ）酸化物半導体薄膜が基板の表面に直接形成されたもの；（ｂ）酸化物半導体薄膜がゲート絶縁膜の表面に直接形成されたもの；（ｃ）上記（ａ）または上記（ｂ）の酸化物半導体薄膜の表面に例えば図８に記載のエッチストップ層や、図６に記載の最終保護膜などが含まれる保護膜が形成されたもの、などが挙げられる。

【0060】

本発明の評価素子は、上記（ａ）または上記（ｂ）に記載のように、基板またはゲート絶縁膜の表面に直接、酸化物半導体薄膜が形成されていることが重要である。すなわち、酸化物半導体薄膜の直下に例えばゲート電極などの金属電極は存在しない。酸化物半導体薄膜の直下にゲート電極などが存在すると、ゲート電極の自由キャリアである電子が１０¹⁸ｃｍ^-3以上と多いため、前記マイクロ波の反射率に対し、該ゲート電極の影響が優性になるからである。

【0061】

本発明に係る評価素子の構成の一例を、図３〜９に示す。図３〜９に示すように、酸化物半導体薄膜の直下に金属電極は設置されていない。

【0062】

このうち、例えば図３は、ガラス基板などの基板上にゲート絶縁膜および酸化物半導体層がこの順序で形成されたものである。なお、酸化物半導体薄膜のパターニングはしていない。

【0063】

図４は、ガラス基板などの基板上にゲート絶縁膜および酸化物半導体薄膜をこの順序で形成した後、酸化物半導体層をパターニングしたものである。

【0064】

図５は、ガラス基板などの基板上にゲート絶縁膜、パターニングされた酸化物半導体層、およびパターニングされた保護膜であるエッチストップ層をこの順序で形成したものである。

【0065】

図６は、ガラス基板などの基板上にゲート絶縁膜、パターニングされた酸化物半導体層、パターニングされた保護膜であるエッチストップ層、最終保護膜をこの順序で形成したものである。

【0066】

図７は、ガラス基板などの基板上に酸化物半導体層を形成したものである。

【0067】

図８は、ガラス基板などの基板上にゲート絶縁膜、酸化物半導体層、および保護膜であるエッチストップ層をこの順序で形成したものである。

【0068】

図９は、ガラス基板などの基板上に酸化物半導体層、および保護膜であるエッチストップ層をこの順序で形成したものである。

【0069】

更に本発明には、上記のいずれかに記載の評価素子が基板上に複数配置された評価装置も含まれる。

【0070】

図１０は、上記評価装置の構成の一例を示す概略図である。図１０に示すように、量産ラインで用いられるガラス基板に、複数の評価素子が規則的に配列して設置されている。このような評価装置を用いることにより、酸化物半導体薄膜の品質管理、具体的には基板面内分布、すなわち面内における電気抵抗率のばらつきや、基板間分布、すなわち基板間における電気抵抗率のばらつきを測定することができる。

【0071】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明の評価装置は以下の構成に限定されず、適宜変更を加えることも可能である。

【0072】

図１３は、上記酸化物半導体薄膜の評価方法に用いる装置の構成の一例を示す概略図である。図１３に示す評価装置は、基板２０ａに酸化物半導体薄膜２０ｂが形成された試料２０の測定部位に対して励起光を照射して酸化物半導体薄膜中に電子−正孔対を生成する励起光照射手段１、該試料２０の測定部位に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段３、励起光の照射により変化するマイクロ波の試料２０からの反射マイクロ波の強度を検出する反射マイクロ波強度検出手段７、前記反射マイクロ波強度検出手段の検出データに基づいて試料２０の電気抵抗率を評価する手段を備えており、該構成により同一の装置で反射率の変化と電気抵抗率を測定・評価できる。

【0073】

励起光照射手段１は、試料２０に照射する励起光を出力する光源を有するものであり、励起光の照射により酸化物半導体薄膜中に電子−正孔対を生成させるものである。好ましくは酸化物半導体薄膜のバンドキャップ以上のエネルギーを出力する光源を有するものである。酸化物半導体薄膜のバンドキャップ以上のエネルギーを出力することで効率的にキャリアを発生させ、高感度で測定できるため好ましい。励起光照射手段１としては、例えば光源に紫外線レーザを用いればよい。具体的には波長３４９ｎｍ、パワー１μＪ／ｐｕｌｓｅ、パルス幅１５ｎｓ程度、ビーム径１．５ｍｍ程度のパルス状の紫外光、例えばＹＬＦレーザ第三高調波等を励起光として出射するパルスレーザなどの半導体レーザ等である。

【0074】

また、励起光照射手段１は評価手段９から伝送（図中、破線）されてくるタイミング信号の入力をトリガとして励起光（パルス光）を出力する。なお、タイミング信号は、同時に信号処理装置８に対しても伝送される。また励起光照射手段１から出力される励起光は出力調整用パワーモニター１６ａと出力調整手段１６ｂによって出力を調整することができる。

【0075】

励起光照射手段１から出力された励起光は、ミラーなどの光路変更手段（以下、ミラーということがある）１２で反射されると共に、図示しない集光レンズなどの集光手段（以下、集光レンズということがある）によって集光され、第１導波管６ａに設けられた微小開口６ｃを通過し、その第１導波管６ａの試料２０に近接する端部（開口部６ｄ）を通じて、試料２０の例えば、直径５〜１０μｍ程度の測定部位に対して照射される。このように、ミラー１２及び集光レンズが、励起光照射手段１から出力された励起光を集光して試料２０の測定部位へ導く。これにより、試料２０における測定部位である微小な励起光照射領域２１において、励起キャリアが発生する。

【0076】

マイクロ波照射手段３は、試料２０の測定部位に照射するマイクロ波を出力するマイクロ波照射手段である。このマイクロ波照射手段３は、例えば、周波数２６ＧＨｚのガンダイオード等のマイクロ波発振器が挙げられる。

【0077】

方向性結合器４は、マイクロ波照射手段３から出力されたマイクロ波を２分岐するものである。分岐後の一方の出力波（以下、第１マイクロ波Ｏｐ１という）はマジックＴ（５）側へ伝送され、他方の出力波（以下、第２マイクロ波Ｏｐ２という）は相位調整器４ａ、反射マイクロ波強度検出手段７のＬＯ入力端へ伝送される。この方向性結合器４は、例えば、１０ｄＢカプラ等が採用される。

【0078】

マジックＴ（５）は、第１マイクロ波Ｏｐ１を２分岐すると共に、２分岐された第１マイクロ波各々の試料２０に対する反射波各々の差信号Ｒｔ１（以下、反射波差信号ということがある）及び和信号を出力するものである。

【0079】

マジックＴ（５）により２分岐されたマイクロ波Ｏｐ１の一方（以下、以下、「第１主マイクロ波Ｏｐ１１」ということがある）は、そのマジックＴ（５）に接続された第１導波管６ａにより、試料２０の測定部位（励起部を含む部分）に導かれてその先端の開口部６ｄから放射される。これにより、第１主マイクロ波Ｏｐ１１が試料２０の測定部位に照射される。さらに第１導波管６ａは、前記第１主マイクロ波Ｏｐ１１を放射するアンテナ（以下、「導波管アンテナ」ということがある）としての機能に加え、測定部位に照射された第１主マイクロ波Ｏｐ１１の反射波をその先端の開口部６ｄで捕捉し、マジックＴ（５）まで折り返し導く機能も果たす。

【0080】

一方、マジックＴ（５）により２分岐された第１マイクロ波Ｏｐ１の他方（以下、第１副マイクロ波Ｏｐ１２という）は、マジックＴ（５）に接続された第２導波管６ｂにより、試料２０ａの測定部位の近傍（励起光による励起部を含まない部分）に導かれてその先端の開口部６ｅから放射される。これにより、第１副マイクロ波Ｏｐ１２が、試料２０ａの測定部位の近傍に照射される。さらに第２導波管６ｂは、第１副マイクロ波Ｏｐ１２を放射する導波管アンテナとしての機能に加え、測定部位の近傍に照射された第１副マイクロ波Ｏｐ１２の反射波をその先端の開口部６ｅで捕捉し、マジックＴ（５）まで折り返し導く機能も果たす。ここで、第１導波管６ａがマイクロ波を導く経路長と、第２導波管６ｂがマイクロ波を導く経路長とは等しい。

【0081】

また第１導波管６ａ及び第２導波管６ｂによりマジックＴ（５）に導かれた２つの反射波、すなわち、２分岐後の第１マイクロ波Ｏｐ１１，Ｏｐ１２各々が試料２０に反射したものの差信号、すなわち反射波差信号Ｒｔ１が、そのマジックＴ（５）により出力され、反射マイクロ波強度検出手段７のＲＦ入力端に伝送される。

【0082】

反射マイクロ波強度検出手段７は、第２マイクロ波Ｏｐ２及び反射波差信号Ｒｔ１を混合することによって検波信号Ｓｇ１を出力する。この検波信号Ｓｇ１は、反射波差信号Ｒｔ１の強度、例えば試料２０に照射された第１マイクロ波Ｏｐ１の反射波の強度の一例を表す信号であり、信号処理装置８に取り込まれる。反射波差信号Ｒｔ１は、基板保持部によって所定位置に保持された試料２０に対する励起光の照射によってその強度が変化する。このように反射マイクロ波強度検出手段７は、反射波差信号Ｒｔ１の強度を検出するものであり、この反射マイクロ波強度検出手段７としてはミキサーや、マイクロ波を入力してその強度に応じた電気信号、すなわち電流や電圧を出力するマイクロ波検出器（以下、「検波器」ということがある）が設けられてもよい。

【0083】

反射マイクロ波強度検出手段７により検出される反射波差信号Ｒｔ１の強度は、試料２０の測定部位に対する励起光の照射により変化する。具体的には、反射波差信号Ｒｔ１の強度は、励起光（パルス光）の照射によって一時的に強くなった後に減衰する。また測定部位に不純物や欠陥等が多いほど反射波差信号Ｒｔ１の強度のピーク値は小さくなり、その減衰時間、すなわちキャリア寿命も短くなる。

【0084】

ここで励起光（パルス光）の照射により変化する反射波差信号Ｒｔ１の強度について、そのピーク値が生じてから励起光照射停止後に見られる遅い減衰に対応するパラメータが、試料２０の電気抵抗率を評価する指標となる。

【0085】

信号処理装置８は、反射マイクロ波強度検出手段７により検出される反射波差信号Ｒｔ１の強度の変化のピーク値Ｓｐを検出し、その検出結果を評価手段９に伝送する装置である。より具体的には信号処理装置８は、評価手段９からのタイミング信号の入力をトリガとして反射波差信号Ｒｔ１の変化を所定時間監視し、その間に得られる反射波差信号Ｒｔ１のレベルの最高値を反射波差信号Ｒｔ１の強度の変化のピーク値Ｓｐとして検出する。ここで信号処理装置８は、反射波差信号Ｒｔ１に対して遅延処理を施す遅延回路を備え、遅延処理後の信号に対して所定のサンプリング周波数で信号強度を順次検出し、その検出値の変化から反射波差信号Ｒｔ１の強度の変化のピーク値Ｓｐを検出する。

【0086】

評価手段９としては、ＣＰＵ、記憶部、入出力信号のインターフェース等を備えたコンピューターを用いることができ、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって各種の処理を実行する。

【0087】

例えば、評価手段９は、励起光照射手段１及び信号処理装置８に対して励起光の出力タイミングを表すタイミング信号を出力すると共に、信号処理装置８によって検出される反射波差信号Ｒｔ１のピーク値Ｓｐを取り込んで当該評価手段９が備える記憶部に記録する。記録された反射波差信号Ｒｔ１（検出データ）は、試料２０の電気抵抗率の評価に用いられる。

【0088】

またステージコントローラ１０は、評価手段９からの指令に従ってＸ−Ｙステージ１１を制御することにより、試料２０における測定部位の位置決め制御を行う。

【0089】

Ｘ−Ｙステージ１１の上側には図示しない試料台が設けられている。試料台は、アルミニウム、ステンレス或いは鉄等の金属又はその他の導体からなる板状の導体部材である。その上側に図示しない基板保持部が設けられ、さらにその基板保持部の上に試料２０が載置される。これにより試料台は、試料２０に対して前記第１マイクロ波Ｏｐ１１、Ｏｐ１２が照射される側と反対側、すなわち、試料２０の下側に配置される。

【0090】

基板保持部は、試料台に対してその上側に固定された固形の誘電体である。基板保持部は基板と試料台との間に挿入される固形の誘電体であり、その材質は、例えばガラスやセラミック等の比較的屈折率の大きな誘電体である。これにより基板保持部を媒質とするマイクロ波の波長が短くなり、基板保持部としてより厚みの薄い軽量なものを採用できる。

【0091】

以上、本発明の電気抵抗率を評価するための構成によれば、励起光照射手段１から照射された励起光によって酸化物半導体薄膜中に光励起キャリアが生成されると共に、マイクロ波照射手段３から照射されたマイクロ波の電界で光励起キャリアが運動し、その運動状態は、半導体中の不純物、欠陥等の存在によって影響を受ける。このため、反射マイクロ波強度検出手段７で、試料からの反射マイクロ波の強度を検出し、評価手段９で既に説明したように過剰キャリア濃度の変化を解析することで、酸化物半導体薄膜のキャリア濃度を判定し、電気抵抗率を評価することができる。この際、評価手段９が、Ｘ−Ｙテーブル１１などから成るステージの位置を制御することで、所定の範囲の電気抵抗率を判定するマッピング測定も可能である。

【0092】

更に本発明の上記評価装置に、電気抵抗測定手段を備えることで、上記電気抵抗率の評価だけでなく、酸化物半導体薄膜の電気的特性をインラインで短時間に評価する装置を提供することができる。上記電気抵抗率の評価では、いわゆる遅い減衰に基づいて電気抵抗率を評価するものであるが、本発明者らの研究の結果、遅い減衰は酸化物半導体薄膜の膜中欠陥に起因することがわかっており、膜中欠陥の多少によって、上記マイクロ波光導電減衰法に基づいて測定・評価する電気抵抗率も変化する。

【0093】

また酸化物半導体薄膜の電気抵抗率は同一面内であっても汚染や不純物などに起因して異なる場合があり、測定箇所によって値にバラツキがある。そのため、酸化物半導体薄膜のより適切な品質管理を行うためには、酸化物半導体薄膜の膜中欠陥を評価するためのマイクロ波光導電測定箇所と膜表面欠陥を評価するための電気抵抗率測定箇所が略同一であることが重要となる。

【0094】

そこで、上記評価装置に電気抵抗測定手段を備ければ、Ｘ−Ｙステージを適宜動かすだけで、簡便、かつ正確に略同一箇所を測定することが可能となる。そのため、電気抵抗測定手段を設けた上記評価装置を液晶表示装置などの製造ラインに用いれば、生産性が大きく向上すると共に、酸化物半導体薄膜のより適切な品質管理を行うことができる。

【0095】

図１３に基づいて電気抵抗測定手段を設けた装置構成について説明する。図１３は、上記説明したマイクロ波光導電減衰法に基づいて反射率の変化と電気抵抗率を測定・評価する装置に、電気抵抗測定手段３０を備えた装置である。具体的な設置箇所は限定されないが、上記したようにＸ−Ｙステージ１１を動かすことによって、酸化物半導体薄膜のマイクロ波光導電測定箇所と略同一箇所において電気抵抗測定手段３０によって電気抵抗率を測定できるように設置することが望ましい。電気抵抗測定手段３０は、好ましくは電気抵抗率測定ヘッド３１と、電気抵抗率測定ヘッド３１の昇降手段３２を有する。電気抵抗測定手段３０によって試料２０の電気抵抗率を測定できる。

【0096】

電気抵抗率測定ヘッド３１は、２重リング電極などの測定用プローブなど抵抗値に合った抵抗率測定手段を備えており、ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠した測定法によって試料２０の電気抵抗率を測定することができる。また、電気抵抗率測定ヘッド３１は、直線上に針状の４本の電極を配したヘッドであり、ＪＩＳ Ｋ７１９４に準拠した四探針法による抵抗測定を行うことができる。

【0097】

また電気抵抗率測定ヘッド３１の昇降手段３２は、試料２０の電気抵抗率を測定する際に所望の位置まで電気抵抗率測定ヘッドを降下させる昇降機構である。電気抵抗率を測定する手段としては各種公知の電気抵抗率測定装置を用いることができる。例えば三菱化学アナリテック社製のハイレスタなどの電気抵抗測定装置を用いた場合は、電気抵抗率測定ヘッド３１に相当するプローブが試料２０の表面と接触するように昇降手段３２で降下させて電気抵抗率を測定した後、プローブと試料２０とが非接触状態となるように上昇させればよい。測定した電気抵抗率は測定値送信ライン３３を通して例えば評価手段９と同様の構成を有する図示しない評価手段に送られて評価することができる。その他にも、ＪＡＮＤＥＬ製プローブヘッドなどの電気抵抗測定装置が同様に評価可能である。

【実施例】

【0098】

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

【0099】

（実施例１）
本実施例では、マイクロ波光導電減衰法に基づいて算出される酸化物半導体薄膜、ここではＩｎＧａＺｎＯ、ＩＧＺＯのパラメータと、シート抵抗値との相関関係を評価するため、以下の実験を行った。

【0100】

（１）試料の作製
まず、ガラス基板として直径１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのコーニング社製ＥＡＧＬＥ ＸＧを用意した。ガラス基板の上に、下記条件で酸化物半導体薄膜であるＩＧＺＯをスパッタリング法で成膜した。本実施例では、酸化物半導体薄膜の膜質を変化させる目的で、スパッタリング時の酸素添加量を変化させた。
スパッタリング装置：（株）アルバック製「ＣＳ−２００」
スパッタリングターゲットの組成：ＩｎＧａＺｎＯ₄［原子比でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１］
基板温度：室温
酸化物半導体層の膜厚：２００ｎｍ
酸素添加量：Ｏ₂／（Ａｒ＋Ｏ₂）＝体積比で０％、４％、８％、１２％、１６％、２０％
ガス圧：１ｍＴｏｒｒ

【0101】

次に、酸化物半導体薄膜の膜質の改善、すなわち、移動度、スイッチング性能、動作時における特性の安定性などのＴＦＴ特性の向上を狙い、プレアニール処理の条件、具体的にはプレアニール時間を変えて種々の試料を作製した。具体的には、プレアニール処理条件として、大気中でプレアニール温度を３５０℃に固定して、プレアニール時間を０分を処理なしとし、５分、３０分、６０分、１２０分と変化させて種々の試料を得た。

【0102】

このようにして得られた各試料について、マイクロ波光導電減衰法における「励起光の照射後に見られる遅い減衰に対応するパラメータ」の測定を行った。具体的には、前述した特許文献２の図１に示すような構成を有する装置、具体的にはコベルコ科研社製：ＬＴＡ−１８２０ＳＰ）を用いて、以下の条件でマイクロ波光導電減衰法を実施し、反射率の変化を測定した。

【0103】

レーザ波長：３４９ｎｍの紫外光
パルス幅：１５ｎｓ
パルスエネルギー：１μＪ／ｐｕｌｓｅ
ビーム径：１．５ｍｍφ
１測定におけるパルス数＝６４ショット
装置：コベルコ科研社製ＬＴＡ−１８２０ＳＰ

【0104】

更に上記試料について、別途、三菱化学アナリテック社製のハイレスタを用いてシート抵抗を測定した。なお、このシート抵抗の測定は、マイクロ波光導電減衰法による電気抵抗率の評価と、実測したシート抵抗の測定値との相関関係を評価するためである。

【0105】

図１１に、上記マイクロ波光導電減衰法に基づいて測定した結果を示す。図中、縦軸はシート抵抗であり、横軸は、マイクロ波光導電減衰法より得られる反射率−測定時間との関係に基づいて算出されるパラメータ、すなわち本発明で規定する「遅い減衰に対応するパラメータである。詳細には、このパラメータは、反射率と測定時間との関係を下式（１）で表したときの「Ｂ」値（傾き）に相当する。本実施例では、測定時間ｘ＝０．５〜２．５μｓとし、上記測定時間の範囲での傾き（−Ｂ）を算出した。

【0106】

【数1】

【0107】

上記図より、シート抵抗と上記Ｂ値とは相関していることが分かる。詳細には、シート抵抗が、１０²から１０⁷と高くなるにつれ、上記Ｂ値（絶対値）も大きくなるが、この値を境にして、更にシート抵抗が高くなると、上記Ｂ値（絶対値）は小さくなった。また、上記図より、上記Ｂ値（絶対値）は、スパッタ時の酸素添加量やプレアニール時間などの影響を受けることが分かる。

【0108】

本発明者らの基礎実験によれば、上記Ｂ値（絶対値）が最大になるとき、良好なＴＦＴ特性を有することを知見している。よって、上記Ｂ値が最大値を有するように、スパッタ時の酸素添加量やプレアニール時間などの条件を適切に調整すれば、良好なＴＦＴ特性が発揮されることが期待される。

【0109】

（実施例２）
本実施例では、マイクロ波光導電減衰法に基づいて算出される酸化物半導体薄膜としてここではＩｎＧａＺｎＯ、ＩＧＺＯのパラメータと、比抵抗値との相関関係を評価するため、以下の実験を行った。

【0110】

（１）試料の作製
まず、ガラス基板（コーニング社製ＥＡＧＬＥ ＸＧ、直径１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）の上に、下記条件で酸化物半導体薄膜としてＩＧＺＯをスパッタリング法で成膜した。スパッタリング装置：（株）アルバック製「ＳＭＤ−４５０」スパッタリングターゲットの組成：ＩｎＧａＺｎＯ₄［原子比でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１］
基板温度：室温
酸化物半導体層の膜厚：４０ｎｍ
酸素添加量：体積比でＯ₂／（Ａｒ＋Ｏ₂）＝４％
ガス圧：１ｍＴｏｒｒ

【0111】

次に、試料を大気中で、プレアニール温度３５０℃、プレアニール時間６０分で熱処理をした。このようにして得られた各試料における、基板上の任意の測定個所、具体的には等間隔に配置された合計２１点の測定箇所について、マイクロ波光導電減衰法における「励起光の照射後に見られる遅い減衰に対応するパラメータ」の測定を行った。マイクロ波光導電減衰法の測定条件は、前述した実施例１と同じであり、上記パラメータとして、上記「Ｂ」値を用いた。但し、本実施例では、式（１）の測定時間ｘをそれぞれ、０．５〜１．５μｓ、０．５〜１μｓ、１〜１．５μｓ、１．５〜２μｓに変化させたときの傾き、すなわち上記Ｂ値を測定した。

【0112】

更に上記試料について、別途、三菱化学アナリテック社製のハイレスタを用いて比抵抗を測定した。なお、この比抵抗の測定は、マイクロ波光導電減衰法による電気抵抗率の評価と、実測した比抵抗の測定値との相関関係を評価するためである。

【0113】

上記の結果を図１２（ａ）に示す。図中、横軸は各測定点における比抵抗を、縦軸は各測定点におけるＢ値を、それぞれ、示す。

【0114】

上記図より、測定時間ｘ＝０．５〜１μｓ、０．５〜１．５μｓでは、各測定点における比抵抗と上記Ｂ値の間のバラツキは小さいのに対し、測定時間ｘ＝１〜１．５μｓになると、上記バラツキが大きくなり、１．５〜２μｓになると、このバラツキは、一層顕著になった。

【0115】

更に、上記で求めたＢ値を算出した際の仮想関数として、式（１）と測定したマイクロ波の反射率の減衰波形との相関係数を求めた。この値が１に近いほど、式（１）と減衰波形の測定値との相関性、具体的には、フィッティング性が高いことを示す。すなわち、算出されたＢ値が、酸化物半導体薄膜の特性評価パラメータとして、より適切であることを示す。一方、この値がゼロ（０）に近いほど、式（１）と減衰波形の測定値との相関性、具体的には、フィッティング性が低いことを示す。すなわち、算出されたＢ値が、酸化物半導体薄膜の特性評価パラメータとして、不適切、ないし妥当でないことを示す。図１２（ｂ）に、各測定点の比抵抗（横軸）における上記相関係数（縦軸）との関係を示す。

【0116】

この図より、測定時間ｘ＝０．５〜１μｓ、０．５〜１．５μｓでは、各測定点における上記相関係数はほぼ１であるのに対し、測定時間ｘ＝１〜１．５μｓになると相関係数は約０．５〜０．８の近傍に低下し、測定時間ｘ＝１．５〜２μｓになると、相関係数はほぼ０になった。これは、測定中のノイズの影響により、直線関係からずれることを意味する。この結果は、前述した図１２（ａ）の結果とも合致している。すなわち、上記図１２（ａ）においてバラツキが小さいｘ＝０．５〜１．５μｓの領域では、図１２（ｂ）における相関係数はほぼ１となるのに対し、上記図１２（ａ）においてバラツキが大きく見られたｘ＝１．５〜２μｓ領域では、図１２（ｂ）における相関係数はほぼ０となった。

【0117】

この結果より、本実験の条件下では、本発明に規定する「遅い減衰に対応するパラメータ」として、測定時間ｘ＝０．５〜１．５μｓの傾きであるＢ値を採用すれば、酸化物半導体薄膜の比抵抗を、間接的に精度良く評価可能であることが実証された。

【0118】

以上より、マイクロ波光導電減衰法に基づいて算出される遅い減衰と、酸化物半導体薄膜のシート抵抗、および比抵抗とが相関関係にあることがわかる。

【0119】

実施例３
上記マイクロ波光導電減衰法評価装置（コベルコ科研社製ＬＴＡ−１８２０ＳＰ）に上記電気抵抗測定装置（三菱化学アナリテック社製ハイレスタ）を組み込んだ装置を用いて上記実施例２と同様してマイクロ波光導電減衰測定法によるＢ値解析を行うと共に、電気抵抗測定装置によって比抵抗の測定を行った。

【0120】

具体的には、図１３に示す構成の装置を用いて、図中電気抵抗率測定手段３０以外で構成されているマイクロ波光導電減衰法評価装置（コベルコ科研社製：ＬＴＡ−１８２０ＳＰ）を用いて、上記実施例２と同一の条件でマイクロ波光導電減衰法を実施し、反射率の変化を測定した。続いて図１３中電気抵抗率測定手段３０の構成、すなわち、電気抵抗率測定ヘッド３１に該測定ヘッドを上下移動させる昇降手段３２が設けている電気抵抗率測定装置（三菱化学アナリテック社製：ハイレスタ）を用いて、上記実施例２と同一の条件で、比抵抗を測定した。比抵抗を測定する際、昇降手段３２によって電気抵抗率測定ヘッド３１を降下させて酸化物半導体薄膜２０ｂに電気抵抗率測定ヘッド３１を接触させて測定し、測定後は昇降手段３２によって電気抵抗率測定ヘッド３１を上昇させて酸化物半導体薄膜２０ｂから離し、試料の交換を行った。その結果、実施例２と同様に相関関係が認められた。特に実施例３の装置を用いた場合は、実施例２のように別途比抵抗を測定する場合と比べて、より正確に相関関係を評価することができた。またＢ値は、図１１に示すように、ベストポイントで絶対値が最大になることが示されているが、このポイントより抵抗が高い場合や低い場合をＢ値だけでは判断できない場合がある。この様な場合には、試料の同じ場所をマイクロ波減衰法で反射率の変化を測定すると共に、電気抵抗率測定装置を用いて抵抗を測定し、両手法の測定結果で比較することにより、より正確、且つその絶対値を評価できる。

【符号の説明】

【0121】

１ 励起光照射手段
３ マイクロ波照射手段
４ 方向性結合器
４ａ 相位調整器
５ マジックＴ
６ａ 第１導波管
６ｂ 第２導波管
６ｄ、６ｅ 開口部
７ 反射マイクロ波強度検出手段
８ 信号処理装置
９ 評価手段
１０ ステージコントローラ
１１ Ｘ−Ｙステージ
１２ 光路変更手段
１６ａ 出力調整用パワーモニター
１６ｂ 出力調整手段
２０ 試料
２０ａ 基板
２０ｂ 酸化物半導体薄膜
２１ 励起光照射領域
３０ 電気抵抗率測定手段
３１ 電気抵抗率測定ヘッド
３２ 昇降手段
３３ 測定値送信ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】