氧化物半导体薄膜的评价方法，和氧化物半导体薄膜的品质管理方法，以及用于上述评价 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于液晶显示器和有机EL显示器等的显示装置的薄膜晶体管（thin filmtransistor，TFT)的半导体层用氧化物（氧化物半导体薄膜）的评价方法和品质管 理方法，以及用于上述评价方法的评价元件和评价装置。详细地说，是涉及非破坏且非接触 地判定和评价氧化物半导体薄膜的应力耐受性的技术。
【背景技术】
[0002] 非晶（非晶质）氧化物半导体薄膜，与通用的非晶硅（a-Si)相比具有高载流子迀 移率，光学带隙大，能够以低温成膜，因此期待其面向要求大型/高分辨率/高速驱动的下 一代的显示器、耐热性低的树脂基板等的应用。
[0003] 氧化物半导体薄膜之中，特别是由铟（In)、镓（Ga)、锌（Zn)和氧构成的非晶氧 化物半导体薄膜（In-Ga-Zn-0,以下有称为"IGZ0"的情况。），因为具有非常高的载流 子迀移率，所以优选使用。例如在非专利文献1和2中，公开的是将In:Ga:Zn= 1. 1 : 1.1 : 0.9 (原子％比）的氧化物半导体薄膜用于TFT的半导体层（活性层）。另外， 在专利文献1中，公开有一种含有In、Zn、Sn、Ga等的元素和Mo,相对于非晶氧化物中的全 部金属原子数，Mo的原子组成比率为0. 1~5原子％的非晶氧化物，在实施例中，公开有一 种使用了在IGZ0中添加有Mo的活性层的TFT。
[0004] 但是，关于氧化物半导体薄膜，已知会由于在成膜工序及其后的热处理中产生的 各种各样的偏差而发生特性变化。例如，由于在成膜工序中产生的晶格缺陷和膜中的氢，导 致支配TFT特性的载流子浓度发生较大变化，TFT特性容易发生偏差。因此，在显示装置等 的制造工序中，从提高生产率的观点出发，评价成膜的氧化物半导体薄膜的特性，反馈其结 果并调整制造条件，进行膜质的品质管理很重要。
[0005] 作为现有的氧化物半导体薄膜的特性评价方法，通常，在氧化物半导体薄膜上形 成栅极绝缘膜和钝化绝缘膜而进行带电极之后，测量霍耳效应，测量迀移率和阈值等的特 性。但是，在上述这样的需要带电极的接触型的特性评价方法中，为了带电极要花费时间和 成本。另外，由于进行带电极，氧化物半导体薄膜有可能产生新的缺陷。从制造成品率提高 等的观点出发，要求确立一种不需要带电极的非接触型的特性评价方法。
[0006]因此，作为不用进行带电极，以非接触方式管理氧化物半导体薄膜的膜质的方法， 在专利文献2中，公开有一种通过微波光导电衰减法，定性或定量地评价氧化物半导体薄 膜的迀移率的方法。
[0007] 另外，在使用了氧化物半导体薄膜的TFT中，不仅要求前述的迀移率，而且还要求 对光照射和电压外加等的应力的耐性（应力耐受性）优异。所谓应力耐受性，意思是对 于晶体管等的半导体元件，即使施加例如持续照射光或持续外加栅电压等的应力，在漏电 流-栅电压特性（IV特性）中，阈值电压（Vth)也不会漂移[即，应力外加前后的Vth的变 化量（AVth)少]。
[0008] 例如在有机EL显示器中造成的问题是，使有机EL元件发光期间，会对驱动TFT的 栅电极持续外加正电压，但由于电压的外加，导致电荷在栅极绝缘膜与半导体层的界面被 捕获，Vth发生变化，开关特性发生变化。如此在使用TFT时，若由于电压外加形成的应力 导致开关特性变化，则招致液晶显示器和有机EL显示器等的显示装置自身的可靠性降低， 因此盼望应力耐受性的提高。
[0009] 关于上述应力耐受性的评价，因为也被氧化物半导体薄膜的膜质左右，所以与前 述的迀移率同样，优选以非接触方式简便地进行评价。但是，目前存在的问题是，在进行带 电极之后，必须实际进行长时间的应力条件下的测量。
[0010] 【现有技术文献】
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1 :日本特开2009-164393号公报
[0013] 专利文献2:日本特开2012-33857号公报
[0014] 非专利文献
[0015] 非专利文献1:固体物理，V0L44,P621 (2009)
[0016]非专利文献 2 :Nature，V0L432,P488(2004)
【发明内容】
[0017] 本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种非接触型，并准确且简便地测 量、评价（预测?推断）氧化物半导体薄膜的应力耐受性（由于应力而产生的阈值电压的 漂移量、AVth)的方法和氧化物半导体薄膜的品质管理方法。
[0018] 本发明的另一目的在于，提供一种用于上述评价方法的评价元件及评价装置。
[0019] 能够解决上述课题的本发明的氧化物半导体薄膜的评价方法，其特征在于，包括 如下工序：第一工序，其是对形成有氧化物半导体薄膜的试样照射激发光和微波，测量因所 述激发光的照射而发生变化的所述微波的来自所述氧化物半导体薄膜的反射波的最大值 之后，停止所述激发光的照射，并测量所述激发光的照射停止后的所述微波的来自所述氧 化物半导体薄膜的反射波的反射率的变化；第二工序，其是根据所述反射率的时间上的变 化，计算激发光的照射停止后1yS左右出现的慢衰减所对应的参数，由此评价所述氧化物 半导体薄膜的应力耐受性。
[0020] 在本发明的优选的实施方式中，上述第二工序为如下：由激发光的照射停止后 1yS左右出现的微波反射率的慢衰减所对应的参数和微波反射率的最大值这两者对所述 氧化物半导体薄膜的应力耐受性进行评价。
[0021 ] 在本发明的优选的实施方式中，上述参数是寿命值。
[0022] 在本发明的优选的实施方式中，上述氧化物半导体薄膜含有从In、Ga、Zn和Sn所 构成的群中选择的至少一种以上的元素。
[0023] 在本发明的优选的实施方式中，上述氧化物半导体薄膜被成膜于栅极绝缘膜的表 面上。
[0024] 在本发明的优选的实施方式中，上述氧化物半导体薄膜在其表面上具有保护膜。
[0025]另外，能够解决上述课题的本发明的氧化物半导体薄膜的品质管理方法，其具有 的要旨在于，在半导体制造工序的任意一道工序中，应用上述的氧化物半导体薄膜的评价 方法。
[0026]另外，本发明中也包括，在半导体制造工序的任意一道工序中，使用上述的品质管 理方法的氧化物半导体薄膜的品质管理装置。
[0027] 另外，能够解决上述课题的本发明的评价元件，其具有的要旨在于，是用于上述的 任一项所述的评价方法的、在基板之上形成有氧化物半导体薄膜的评价元件。
[0028] 在本发明的优选的实施方式中，是上述氧化物半导体薄膜直接形成于基板的表面 上而成的。
[0029] 在本发明的优选的实施方式中，是上述氧化物半导体薄膜直接形成于栅极绝缘膜 的表面上而成的。
[0030] 在本发明的优选的实施方式中，在上述氧化物半导体薄膜的表面上形成有保护 膜。
[0031] 另外，能够解决上述课题的本发明的评价装置，是上述的任意一项所述的评价元 件被多个排列在基板上的装置。
[0032] 根据本发明，能够以非接触型方式，准确且简便地评价?预测?测量氧化物半导体 薄膜的应力耐受性（因应力而产生的阈值电压的漂移量、AVth)。
[0033] 通过将本发明的评价方法，适用于半导体制造工序的任意一道工序，可以进行TFT 的制造工艺途中的氧化物半导体薄膜的品质管理。
[0034] 根据本发明，也可提供用于上述的各工序的评价元件和评价装置。
【附图说明】
[0035] 图1是表示实施例1的微波光导电衰减测量结果的图。
[0036] 图2是表示用于实施例1和2的氧化物半导体TFT的构造的概略图。
[0037] 图3是表示在实施例1中，预退火时间与AVth或寿命的关系的图。
[0038] 图4是表示在实施例2中，试样1~3的微波光导电衰减测量结果的图。
[0039]图5是表示本发明的评价元件的构成的一例的概略图。
[0040]图6是表示本发明的评价元件的其他构成的一例的概略图，与实施例3的评价元 件1对应。
[0041]图7是表示本发明的评价元件的其他构成的一例的概略图，与实施例3的评价元 件2对应。
[0042]图8是表示本发明的评价元件的其他构成的一例的概略图，与实施例3的评价元 件3对应。
[0043] 图9是表示本发明的评价装置的构成的一例的概略图。
[0044] 图10是在实施例3中，表示评价元件1~3的微波光导电衰减测量结果的图。
[0045] 图11是在实施例4中，表示评价元件1~3的微波光导电衰减测量结果的图。
[0046]图12是表示本发明的评价元件的其他构成的一例的概略图，与实施例1和实施例 5的评价元件对应。
[0047]图13是表示本发明的评价元件的其他构成的一例的概略图，与实施例4的评价元 件2对应。
[0048] 图14是表示本发明的评价元件的其他构成的一例的概略图，与实施例6的评价元 件对应。
[0049] 图15是表不实施例5的微波光导电衰减测量结果的图，图15 (a)表不氧添加量 4%的测量结果，图15(b)表示氧添加量8%的测量结果。
[0050] 图16是在实施例5中，表示预退火温度与AVth或寿命的关系的图，图16(a)表 示氧添加量4%的测量结果，图16(b)表示氧添加量8%的测量结果。
[0051] 图17是表不实施例6的微波光导电衰减测量结果的图。
[0052] 图18是在实施例6中，表示成膜温度与AVth或寿命的关系的图。
[0053] 图19是表示实施例7的结果的图，纵轴是有无保护膜时的峰值比和寿命的比。
[0054] 图20是在实施例8中，表示预退火时间与AVth(图中，?），和预退火时间与 t2(图中，A)的关系的图。
[0055] 图20 (a)表示根据评价2得出的t2，图20 (b)表示根据评价3得出的t2。
[0056] 图21是表示实施例9的结果的图。图21(a)是表示预退火时间与AVth(图 中，鲁），和预退火时间与参数B(图中，)的关系的图，图21(b)是表示预退火时间与 AVth(图中，鲁），和预退火时间与参数C(图中，?)的关系的图。
【具体实施方式】
[0057] 本发明的氧化物半导体薄膜的评价方法，包括如下工序：第一工序，其是对形成 有氧化物半导体薄膜的试样照射激发光和微波，测量因所述激发光的照射而变化的所述微 波从所述氧化物半导体薄膜的反射波的最大值之后，停止所述激发光的照射，测量所述激 发光的照射停止后的所述微波从所述氧化物半导体薄膜的反射波的反射率的变化；第二工 序，其是根据所述反射率的变化，计算在激发光的照射停止后1yS左右出现的慢衰减所对 应的参数，评价所述氧化物半导体薄膜的应力耐受性。
[0058] S卩，本发明是利用前述专利文献2所述的微波光导电衰减法。具体来说，本发明的 特征在于，发现了在根据前述专利文献2的方法得到的微波的衰减之中，激发光的照射停 止后1yS左右出现的慢速微波衰减波形（微波衰减的程度），与氧化物半导体薄膜的应力 耐受性（AVth)具有密切的相关关系，作为能够以非接触型方式，准确且简便地评价?预 测?测量应力耐受性的指标极其有用。
[0059] 在本说明书中，作为上述"激发光的照射停止后1ys左右出现的慢衰减所对应的 参数"，例如，可列举如下等：微波反射强度至成为最大值的l/e2的时间；对于微波反射强度 从最大值的1/e至成为最大值的1/e2的反射波强度的衰减曲线进行对数转换的斜率（日 文原文：傾g)，或该斜率的倒数的绝对值；激发光的照射停止后1ys~2ys左右的反射 波强度的衰减曲线的斜率，或该斜率的倒数的绝对值；激发光的照射停止后1yS左右出现 的微波的反射波强度；以2个指数函数的和表示微波的反射波的衰减时，所得到的经过对 数转换的斜率之中的长的一方的值，或该斜率的倒数的绝对值。在此，上述所谓"以2个指 数函数的和表示微波的反射波的衰减时，所得到的经对数转换的斜率"，例如，意思是后述 的实施例8的式（1)、式（2)所述的tpt2。在上述实施例8中，上述所谓"以2个指数函 数的和表示微波的反射波的衰减，所得到的经对数转换的斜率之中的长的一方的值"，意思 7E"* 2 °
[0060] 上述参数之中，优选的是，对于某个范围内的微波反射波强度的衰减曲线进行了 对数转换的斜率，或该