专利名称：反相器制造方法和反相器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过包含氧化物半导体层作为沟道层的薄膜晶体管所
构建的反相器(inverter)。并且，本发明涉及包含相关的反相器的集 成电路。
背景技术：
在基板上像阵列那样布置TFT的TFT (薄膜晶体管)底板是诸 如液晶显示器、有机发光二极管(OLED)显示器等的各种类型的有 源矩阵显示器的主干部件。在有源矩阵显示器中，TFT驱动与各像素 对应的电光器件以显示希望的内容。作为用于这种目的的TFT,考虑 低温多晶硅(LTPS) TFT、氬化非晶硅(a-Si:H) TFT等。
并且，考虑在作为TFT底板的同 一基板上同时制造各自具有不同 功能的TFT的技术。更具体而言，在该技术中，在同一基板上同时制 造用于驱动各像素的电光器件的TFT (像素电路)和由TFT构建的 诸如栅极驱动器、源极驱动器等的周边(peripheral)电路。在这种情 况下，由于对于诸如像素电路、周边电路等的电路块中的每一个TFT 的功能是不同的，因此希望调整各电路块的TFT的阈值电压。例如， 应注意，在像素电路中希望适于电光器件的反相阈值的大的阈值电压， 并且，在周边电路中，为了抑制功耗，希望小的阈值电压。针对这种 背景，日本专利申请公开No. 2005-072461公开了在使用受激准分子激 光退火(ELA)所制造的LTPS TFT电路中根据像素块来调整TFT 的阈值电压的方法。
周边电路包含诸如移位寄存器等的数字电路。这里，应注意，在 通过TFT制造数字电路的情况下，可以采用以下的四种构成(1)至 (4)作为NOT元件(反相器)。即，构成(1)是电阻负载，构成
5(2 )是增强-增强(E/E )，构成(3 )是增强-耗尽(E/D ),构成 (4)是互补金属氧化物半导体(CMOS)。 一般地，出于减少布局面 积和实现高速操作的目的，经常应用E/D构成或CMOS构成。顺便 说一句，为了有效操作E/D反相器，必需控制TFT的阔值电压，以 使得构建反相器的两个TFT的阈值电压之间的差足够大。另一方面， 由于对于CMOS反相器来说n沟道TFT和p沟道TFT都是必需的， 因此需要用于各TFT的各自掺杂工艺，从而，与其它的构成相比，导 致数量更多的光刻工艺。
顺便说一句，作为要代替LTPS TFT或a-Si:H使用的高性能TFT 的候选，使用氧化物半导体层作为沟道层的TFT (氧化物TFT)已被 积极研究和开发。这里，在文献"Appl. Phys. Lett. 89， 112123 ( 2006 )" 中公开了通过使用非晶In-Ga-Zn-O (IGZO )的RF磁控溅射薄膜作 为沟道层的氧化物TFT的制造方法。诸如非晶IGZO等的许多类型的 高迁移率氧化物半导体具有n型(电子)导电性，但即使通过掺杂也 不会具有p型(空穴)导电性，由此不能使用CMOS构成。但是，氧 化物TFT具有以下的两个优点。即，(1)氧化物TFT的迁移率与 a-Si:H TFT的迁移率相比是极高的。出于这种原因，文献"IEEE EIec. Dev. Lett., 28， p. 273 ( 2007)"公开了即使使用在操作速度方面不 利的饱和负载E/E构成反相器，也可实现超过a-Si:H TFT反相器的 高速操作。并且，(2)溅射沉积可用于沟道层。因此，由于母玻璃 (mother glass)基板可被扩大，所以可期待伴随基板扩大的制造成本 降低。
并且，在以下的文献中公开了控制氧化物TFT的阈值电压的各种 方法。首先，美国专利申请公布No. US-2006-0113565公开了包含 In、 Ga、 Zn和O作为其构成元素、并且使用电子载流子密度小于 1018cnT3的透明非晶氧化物薄膜作为沟道层的TFT;和使用相关的 TFT的集成电路。并且，该文献提到耗尽(D)型TFT的使用，但没 有提到TFT中的V化的具体控制方法。
美国专利申请公布No. US-2006-0244107公开了在使用氧化锌(ZnO)作为沟道层的TFT中通过掺杂到沟道层沉积气氛中来控制 V化的方法。
并且，文献"Solid State Electronics, 352( 9-20 ) ， p. 1749 ( 2006 )，， 公开了在使用ZnO作为沟道层的材料的TFT中，通过沉积的沟道 层的厚度来控制Vth。
并且，文献"Journal of Applied physics, 97， p. 064505 ( 2005 )，， 公开了在使用氧化锌铟(Zn-In-O)作为沟道层的材料的TFT中， 通过热处理温度来控制Vth。
无论如何，美国专利申请公布No. US-2006-0244107、文献"Solid State Electronics, 352 ( 9國20 ) ， p. 1749 ( 2006 )"和文献"Journal of Applied physics, 97, p. 064505 ( 2005)"都/>开了在不同条件下 在不同基板上各自制造的TFT的特性互不相同。但是，这些文献都没 有公开在同一基板上制造各具有不同的V化的TFT的具体方法。
在日本专利申请/>开No. 2005-072461 7>开的方法中，由于以下的 两个原因，难以便宜地制造TFT数字电路。首先，该文献中公开的 TFT是LTPS TFT。换句话说，即使母玻璃基板被扩大，由于ELA 器件本身被扩大，所以成本也增加，因此伴随基板扩大的制造成本的 优点小。第二，由于在该文献公开的方法中获取的TFT阈值电压的差 太小，因此不能获得有效操作的E/D反相器。由于该原因，该文献中 公开的反相器具有CMOS构成，并且，与其它的构成相比，光刻工艺 复杂，由此成本增加。
发明内容
本发明旨在解决上述的问题。本发明的特征在于一种制造增强-耗尽(E/D)反相器的方法，所述增强-耗尽(E/D)反相器具有在同 一基板上形成的多个薄膜晶体管，所述晶体管的沟道层包含氧化物半 导体，所述氧化物半导体包含选自In、 Ga和Zn的至少一种元素，并 且，该方法包括以下步骤形成第一晶体管和第二晶体管，第一晶体 管和第二晶体管的沟道层的厚度互不相同；以及对于第一晶体管和第二晶体管的沟道层中的至少一个执行热处理。
并且，本发明的特征在于一种制造增强-耗尽(E/D)反相器的方 法，所述增强-耗尽(E/D)反相器具有在同一基板上形成的多个薄膜 晶体管，所述晶体管的沟道层包含氧化物半导体，所述氧化物半导体 包含选自In、 Ga和Zn的至少一种元素，并且，该方法包括以下步骤 形成用作第一晶体管的沟道层和第二晶体管的沟道层的共用沉积膜； 以及通过对于第一晶体管的沟道层和第二晶体管的沟道层中的任一个 施加更多的热来执行热处理。
并且，本发明的特征在于，在同一基板上形成并且各包含选自In、 Ga和Zn的至少一种元素的多个氧化物半导体薄膜晶体管之中，至少 两个晶体管的沟道层的厚度互不相同，并且，所述两个晶体管的阔值 电压互不相同。
根据本发明，能够通过利用氧化物半导体薄膜晶体管的特性，在 同一基板上相对容易地制造各自具有不同阈值电压的氧化物半导体薄 膜晶体管。例如，相关的特性包含由于沟道层的厚度差而出现阔值电 压差的特性、和由于沟道层的热处理条件的差异而出现阈值电压差的 特性。即使利用这两种特性中的任一种，也能够充分扩大阈值电压差， 由此E/D反相器有效操作。
从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征 将变得明显。
被并入说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的实施例，并 与描述一起用于解释本发明的原理。 图1是E/D反相器的电路图。 图2是饱和负载E/E反相器的电路图。 图3是第一实施方式的截面图。 图4是第二实施方式的截面图。
图5是示出E/D反相器的有效制造条件的评价(模拟)结果的示图。
图6是制造的TFT的截面图。
图7A、图7B、图7C、图7D、图7E、图7F、图7G和图7H是示出制造的TFT的Ids-Vgs特性的示图。
图8是示出实施例1、实施例4和比较例4-1中的E/D反相器的制造工艺的截面图。
图9是示出包含实施例1中的E/D反相器的环形振荡器(ringoscillator)的输出才莫拟波形的示图。
图IO是示出比较例l-l和比较例4-2中的饱和负载E/E反相器的制造工艺的截面图。
图ll是示出包含比较例1-1中的饱和负载E/E反相器的环形振荡器的输出模拟波形的示图。
图12是示出比较例1 -2中的饱和负载E/E反相器的制造工艺的截面图。
图13是示出实施例3中的E/D反相器的制造工艺的截面图。
图14是示出包含实施例3中的E/D反相器的环形振荡器的输出模拟波形的示图。
图15是示出包含比较例3-1中的饱和负载E/E反相器的环形振荡器的输出模拟波形的示图。
图16是示出包含实施例4中的E/D反相器的环形振荡器的输出模拟波形的示图。
图17是示出包含比较例4-1中的饱和负载E/E反相器的环形振荡器的输出模拟波形的示图。
图18是示出包含比较例4-2中的饱和负载E/E反相器的环形振荡器的输出模拟波形的示图。
具体实施例方式
现在参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。
在图1中示出可通过本发明制造的E/D反相器的电路图。在所述
9E/D反相器中使用一个增强型(E型)TFT (薄膜晶体管)和一个耗尽型(D型)TFT。从外部供给电源电压作为Vdd和GND之间的电势差。D型TFT的源极电极和E型TFT的漏极电极相互连接，并且，D型TFT的栅极电极与D型TFT的源极电极连接。D型TFT的漏极电极与电源电压Vdd端子连接，并且，E型TFT的源极电极接地。并且，E型TFT的栅极电极被设为用作输入节点端子，并且，E型TFT的漏极电极被设为用作输出端子。
原理上，E/D反相器的"高"输出时的输出电压上升到与电源电压相等的电压。因此，E/D反相器具有输出电压的幅度(amplitude)宽并且输出电压的上升时间迅速的特征。
另一方面，在图2中示出负载TFT和驱动器TFT都被设为用作E型的饱和负栽E/E反相器的电路图。与E/D反相器类似，从外部供给电源电压作为Vdd和GND之间的电势差。
当将这两种类型的反相器相互比较时，E/D反相器能以较大的幅度以较高的速度驱动负载电容。
在TFT中，当漏极-源极电压(Vds)与栅极-源极电压(Vgs)相比足够大时，TFT在饱和区域中操作，并且，漏极-源极电流(Ids)由下式表示。
Ids = (W'Ci卞/2L)'(Vgs誦Vth)2 …(1)
这里，参考符号L表示沟道长度(单位pm)，参考符号W表示沟道宽度(|Lim)，参考符号Ci表示栅极绝缘体电容(F/cm2),参考符号^示场效应载流子迁移率(cm2/Vs)，参考符号Vth表示阈值电压(V)。
虽然在)i和Vth的实验获得方法方面存在一些方法，但以下描述这些方法中的一种。在TFT中，作为电压Vgs的函数在曲线图上画出扫过(sweep)电压Vgs并施加与电压Vgs相比足够大的恒定电压Vds时
的期间中的电流Ids的平方根。可从该曲线图上的任意电压Vgs的点处
画出的切线的斜率和截距获得lii和Vth。也可在前面的图的导数(derivative)变为最大值的电压Vgs的点处或在对于TFT实际要施加的电压Vgs的点处画出切线。从后一种情况，认为可以获得电压vgs附近的有效p和vth。
为了简化，通过例示n沟道TFT来描述E型TFT和D型TFT的一种定义。如果TFT的电流Ids在电压Vgs = 0处足够小并因此可被视为处于OFF状态，那么所述TFT可被称为增强型(E型)TFT。相反，在n沟道TFT中在电压Vgs-O处具有有限的Ids、并且必须向其施加负的Vgs作为反向偏压(reverse bias)以使得TFT处于OFF状态的TFT被称为耗尽型(D型)TFT。等价地，可使用ON (导通)电压(V。n)定义E型TFT和D型TFT，该ON电压是当从TFT处于OFF状态时的值扫过电压Vgs时电流Ias开始增加的电压Vgs。具有正电压V卯的TFT可被定义为E型，并且，具有负电压V卯的TFT可被定义为D型。并且，代替上述定义，还可定义分别地，基本上具有正电压Vth的TFT是E型，基本上具有负电压Vth的TFT是D型。
虽然通过使用n沟道TFT给出以上的描述，但与以上的描述类似，也可以在p沟道TFT中考虑与E型和D型相关的各种定义。
以下这样定义基本上具有正电压Vth的n沟道TFT是E型，并且基本上具有负电压Vth的n沟道TFT是D型。但是，同样在使用具有正电压的两个n沟道TFT的情况下，当在两个电压V化之间存在大的差时，也可通过将一侧TFT视为D型而不是E型来构建反相器。(第一实施方式)
在图3中示出根据本发明的第一实施方式的反相器的截面图的一部分。
在基板100上制造第一 TFT 901和第二 TFT 902。
第一TFT 901包含第一栅极电极201、绝缘体层300、第一沟道层401、第一漏极电极501和第一源极电极601。
第二TFT 902包含第二栅极电极202、绝缘体层300、第二沟道层402、第二漏极电极502和第二源极电极602。
这里，绝缘体层300被一体地(integrally )建于第一 TFT卯l和第二TFT 902中。但是，它可被分别地建于各TFT中。
第一源极电极601和第二漏极电极502相互连接。第一栅极电极 201通过布线(未示出)与第一源极电极601连接。
当第一漏极电极501与电源电压Vdd端子连接并且第二源极电极 602接地时，第二栅极电极202被设为用作输入节点并且第二漏极电 极502被设为用作输出节点的E/D反相器被设置。
即，作为一个晶体管的第一晶体管变成D型，作为另一晶体管的 第二晶体管作为E型操作。
第一沟道层401比第二沟道层402厚。以此方式，在制造相互具 有不同厚度的沟道层之后，在任意的制造阶段中整个器件被集体地 (collectively)处理以施加热。作为该处理的结果，第一 TFT 901和 第二TFT 902相互具有不同的V化值。
为了调整沟道层401和402的厚度，可以在形成由变成沟道层401 和402的氧化物半导体构成的共用沉积膜之后，执行干蚀刻处理或湿 蚀刻处理。以此方式，如果利用蚀刻处理，那么，由于仅通过一次来 实现沟道层的形成，因此可以降低制造成本。
另外，也可利用剥离方法。即，也可通过在整个表面上在制造其 厚度与作为第二沟道层402的E型沟道层的厚度对应的沟道层之后， 在E型沟道层的上部上涂敷光致抗蚀剂时再次形成沟道层，来对膜厚 进行控制。当冲洗整个结构时，可以在基板上获得具有两种厚度的沟 道层。在这种情况下，由于对于每个沟道层膜厚可控性高，因此这是 优选的。 (第二实施方式)
在图4中示出根据本发明的第二实施方式的反相器的截面图的一 部分。
在基板100上制造第一 TFT 901和第二 TFT 902。 第一TFT 901包含第一栅极电极201、绝缘体层300、第一沟道 层401、第一漏极电极501和第一源极电极601。
第二TFT卯2包含第二栅极电极202、绝缘体层300、第二沟道层402、第二漏极电极502和第二源极电极602。
第一源极电极601和第二漏极电极502相互连接。第一栅极电极 201通过布线(未示出)与第一源极电极601连接。
当第一漏极电极501与电源电压Vdd端子连接并且第二源极电极 602接地时，第二栅极电极202被设为用作输入节点并且第二漏极电 极502被设为用作输出节点的E/D反相器被设置。
即，作为一个晶体管的第一晶体管变成D型，作为另一晶体管的 第二晶体管作为E型操作。
第一沟道层401的厚度大致等于第二沟道层402的厚度。通过与 要对于第二 TFT的沟道层402执4亍的处理相比，对于第一 TFT的沟 道层401选择性执行加热处理，第一 TFT卯l和第二 TFT 902将具有 不同的V化值。
在本发明中，选择性执行加热处理的事实意味着进行控制，使得 仅对于先前固定在基板上的特定部分(也称为区域)局部(选择性/ 集中地)施加热。例如，存在仅局部加热特定部分的方法。但是，存 在当对于特定部分执行加热处理时热的一部分被传送到除特定部分以 外的部分的情况，但是，在本发明中，如果传送的热的影响(对于膜 质量的影响)处于可以忽略的水平，那么这种影响是可容许的。为了 抑制当对于特定部分执行加热处理时向除特定部分以外的部分传送热 的一部分的影响，根据需要设置冷却单元是有效的。取决于第一TFT 和第二 TFT的各氧化物半导体层的组分或厚度，保持各TFT的温度 和时间的最佳值发生变化。
根据本发明人的知识，关于用后面描述的条件制造具有组分"In (铟)Ga (镓)Zn (锌)=1:0.9:0.6"的氧化物半导体薄膜的情况 下的热处理条件和效果，作为例子认可以下的关系。即，例如可以通 过在以等于或小于120。C的温度维持第二 TFT的同时以200。C的温 度将第一TFT维持十分钟或更长，获得恒定的效果。
为了仅选择性加热第一 TFT ，可以使用利用接触加热和通过电磁 波照射(高频波照射、紫外线照射、激光束照射等)而加热的各种局部加热方法。
在本发明中，上述电磁波包含射频波、诸如微波的高频波、紫外
线、可见光线、红外线、X射线和y射线。
在本发明中，可通过执行利用各种材料中的电阻率(resistivity) 或比热以及特定波长中的吸收系数差的感应加热，实现选择性加热。
在执行感应加热的情况下，由于热量差取决于材料的选择方法而 变得较大，因此，由于可对于每个TFT有效控制电压Vth，所以这是 优选的。
另外，如果利用由材料导致的吸收系数差，那么也可通过诸如闪 光灯加热的集体加热来选择性加热特定的TFT。具体而言，对于特定 TFT的电极的结构部件(栅极电极、源极/漏极电极)，使用与对应于 另一TFT的电极的结构部件不同的物质。通过设置这种结构，可通过 在使用闪光灯等时执行集体的光照射，来选择性加热特定的TFT。由 于只有由具有高吸收系数的材料形成的电极部分选择性吸收光能以加 热该部分，因此实现该工艺。特别地，闪光灯的光照射是优选的，因 为加热装置是简单的。
此时，为了控制特定TFT的温度，可对于除TFT结构部件以外 的部件分配光吸收材料或光反射材料。另外，根据需要，可以使用诸 如聚光、投影(projecting)或扫描的光学系统。并且，在存在由于选 择性加热部分的热向邻近部分传送的事实而导致改变膜质量的风险的 情况下，也可根据需要设置冷却单元。
换句话说，在本发明的实施方式中，优选上述反相器具有以下A 项至C项中的至少任意一种类型的结构。
A:上述第一晶体管的源极电极的结构部件与上述第二晶体管的 源极电极的结构部件不同的结构。
B:上述第一晶体管的漏极电极的结构部件与上述第二晶体管的 漏极电极的结构部件不同的结构。
C:上述第一晶体管的栅极电极的结构部件与上述第二晶体管的 栅极电极的结构部件不同的结构。
14另外，优选热处理步骤包含电磁波照射的加热处理。并且，在本
发明的实施方式中，优选上述反相器具有以下D项至F项中的至少任 意一种类型的结构。
D:上述第一晶体管的源极电极的结构部件的物理性能(physical property)与上述第二晶体管的源极电极的结构部件的物理性能不同 的结构。
E:上述第一晶体管的漏极电极的结构部件的物理性能与上述第 二晶体管的漏极电极的结构部件的物理性能不同的结构。
F:上述第一晶体管的栅极电极的结构部件的物理性能与上述第 二晶体管的栅极电极的结构部件的物理性能不同的结构。
然后，优选上述物理性能是要选自电阻率、比热和吸收系数中的 至少一种类型的性能。 (第三实施方式)
如在第一实施方式中示出的那样，在制造具有不同厚度的沟道层 之后，当在任意的制造工艺中执行热处理时，如在第二实施方式描述 的方法中那样使得第一沟道层的加热处理条件与第二沟道层的加热处 理条件不同。
作为该方法的结果，第一 TFT901和第二 TFT902具有不同的电 压Vth值。
为了有效地操作根据本发明的E/D反相器，将描述作为两种类型 的晶体管的阈值电压之间的差的适当范围。图5是示出通过SPICE
(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis,着重于集成 电路的模拟程序)模拟方法来比较基于饱和负载E/E反相器的31级 环形振荡器的振荡特性和基于E/D反相器的31级环形振荡器的振荡 特性的结果的示图。图5右侧示出通过在图5左侧示出的几何
(geometrical) P比、迁移率比、电源电压(Vdd )和E型驱动器TFT 的电压Vth的各条件中改变负载TFT的电压Vth所获得的评价。这里， 几何P比表示驱动器TFT的W (宽度)/L (长度)比与负载TFT的 W/L比的比。迁移率比是驱动器TFT的迁移率与负载TFT的迁移率的比。注意，沟道长度被设为在所有的TFT中变为L=10|Lim。关于 沟道宽度，它被设为在负载TFT中变为W = 40|im并且在驱动器TFT 中变为W-40x(3比(nm)。各TFT的栅极交迭长度被设为变为5|im， 并且，只考虑由这种交迭导致的寄生电容。
根据图5，在负载TFT的电压Vth对于供给到反相器的电源电压 Vdd满足由式(2)表示的关系的情况下，E/D反相器至少具有环形振 荡器的振荡幅度或振荡频率的优点。即，在各E/D反相器中，与饱和 负载E/E反相器相比，至少在开关(switching )速度或噪声容限(noise margin)方面是优异的。
0.7 < |(Vth(Ld)-Vth(Dr))/Vdd| < 2 …(2)
即，该式(2)表示，通过供给满足第一晶体管和第二晶体管的阈 值电压之间的差处于小于电源电压的70%且大于电源电压的200%的 范围中的这种电源电压，来操作E/D反相器。
在上述评价条件中，在上述不等式之外的范围中，在构建E/D反 相器时具有很小的优点。具体而言，在l(Vth(Ld)-Vth(Dr))/Vd^0.7的情 况下，反相器缺少用于对负栽电容充电的电流驱动，或者，在环形振 荡器中观察到不稳定的振荡。另一方面，在l(Vth(Ld)-Vth(Dr))/Vdd一2的 情况下，反相电压(inversion voltage )与电源电压相比太高，并且， 输入/输出电压范围变窄。
另外，将详细描述用于构建要在根据本发明的反相器中使用的 TFT的材料。
沟道层
对于沟道层使用氧化物半导体材料。具体而言，可以使用ZnO、 ln203 、 Ga203以及它们的混合晶体或非晶固溶体(In-Zn-O 、 In國Ga画Zn画O等)。即，可以使用包含选自In、 Ga和Zn中的至少一 种元素的氧化物半导体。
具体而言，如果通过溅射方法形成In-Ga-Zn-O膜作为TFT的沟 道层，那么可以制造具有足够大的电场效应迁移率的晶体管。在这种 情况下，由于用于沟道层的材料的沉积温度低，因此可以在诸如塑料
16的柔性(flexible)基板上形成发光器件。
并且，在In-Ga-Zn-O膜中，优选该膜的至少一部分包含非晶物 质。根据该优选的结构，蚀刻处理的性能得到改善。
源极-漏极电极
对于要用于源极-漏极电极的材料的要求是，在沟道层是n型半导 体的情况下，对于沟道层的电子注入势垒足够小。在p型半导体的情 况下，要求空穴注入势垒足够小。例如，可以利用诸如A1、 Cr、 W、 Ti和Au的金属，铝合金和诸如WSi的硅化物。另外，也可利用透明 导电氧化物或具有大的载流子浓度的透明氧化物半导体。氧化铟锡 (ITO )、氧化铟锌(IZO )和In-Ga-Zn-O膜与上述材料对应。
源极-漏极电极可通过多个材料的联接(coupling)而形成，或者
可以是多个材料的多层膜。
栅极电极
要用于栅极电极的材料选自与上述源极-漏极电极类似的材料组， 并且被使用。可以利用各种金属薄膜、导电氧化物薄膜和导电有机薄 膜。可通过利用诸如这些各种材料中的电阻率、比热或特定波长中的 吸收系数的物理性能的差，来将材料用于选择性加热。注意，也可通 过源极-漏极电极的材料来实现沟道单元的选择性加热。
栅极电极可通过多个材料的联接而形成，或可以是多个材料的多 层膜。
在栅极绝缘体层上形成平坦的膜，并且，要求材料具有小的导电
性。具体而言，要求栅极-源极泄漏电流Igs在实际上与漏极-源极泄漏 电流Ids相比足够小。
该膜选自通过化学气相沉积(CVD)方法形成的SiOx、 SiNx和 SiOxNy，通过RF磁控溅射方法形成的Si02、 SiNx、 SiOxNy、 A1203、 Y203、 Hf02和Ta20s，以及包含这些材料的多层膜。如图3所示，该 膜可被两个或更多个TFT共享，或者可以是每个TFT加以区别的分 立(individual)膜。
当通过两种类型的TFT制造E/D反相器时，在被建于电路中的情况下，不总是要求两个阔值电压vth处于使得保持一个为负电压且
另一个为正电压的关系中。即使两种类型的TFT是E型或D型，在两个阈值电压Vth相互充分分开并且能从电路设计的观点可区别地利用这两个TFT的情况下，也可以应用本发明。
并且，在制造阈值电压Vth可被相互区分的三种或更多种TFT的情况下，也可类似地应用本发明。
要被用作TFT的沟道层的非晶In-Ga-Zn-O膜的物理性能被评价。
作为其上形成膜的基板，制备脱脂的(degreased)清洁玻璃基板(Corning公司产品1737)。作为乾材料，使用具有InGa03 ( ZnO )组分的多晶烧结体(尺寸直径98mm，厚度5mm )。
通过In203:Ga203:ZnO (各4N试剂，溶剂甲醇)的湿混合处理、预烧结处理(1000。C，两个小时)、干粉碎(grind)处理和主烧结处理(1500。C，两个小时)，制造该烧结体作为起始材料。
该靶材料的电导率为0.25 (S/cm)，这表示半绝缘状况。
沉积室内的背景压力为3xlO"Pa,并且，通过包含3.3vol。/。的氧的氧-氩混合气，沉积(即，成膜)期间的总压力被设为0.53Pa。
基板温度不被有意控制，并且，靶材料和其上形成膜的基板之间的距离为80mm。施加的电功率为RF300W，并且，以2(A/s)的沉积速度形成膜。
对于60nm厚的沉积膜，X射线以0.5度的入射角入射到要被测量的表面，并且，通过薄膜方法执行X射线衍射测量。结果，由于没有确认明显的衍射峰，因此判断制造的In-Ga-Zn-O膜是非晶的。
作为X射线荧光(XRF)分析的结果，薄膜的金属组分比由表达式In:Ga:Zn = 1:0.9:0.6表示。
在通过使用Ti和Au的蒸发多层膜的共面型电极图案执行两端子I-V的测量之后，当测量薄膜的电导率时，它约为7xl(T5 (S/cm)。如果假定电子迁移率约为5(cm2/Vs),那么估计电子载流子浓度约为10" ( cnT3)。根据以上的检查，确认制造的In-Ga-Zn-O系薄膜包含In、 Ga和Zn，并且，薄膜的至少一部分是非晶氧化物。
以下，用于形成要被制造的沟道层的物质包含In、 Ga和Zn，并且，该物质的至少一部分是非晶氧化物。
允许金属组分比不是上述In:Ga:Zn = 1:0.9:0.6的比。
然后，通过以下的过程在不同的四个基板上分别制造多个TFT，并且，制备试样1至4。在图6中示出在试样1至4中的每一个中制造的TFT的截面图。
采用清洁玻璃基板(Corning公司产品1737)作为基板100，并且，通过电子束蒸发方法在该基板上蒸发总共50nm的Ti和Au，并然后通过剥离方法执行构图，由此获得栅极电极200。然后，通过RF磁控溅射方法在整个表面上形成要变成栅极绝缘体层300的SiOz层(沉积气体Ar，沉积压力O.lPa，施加的电功率400W，膜厚100nm )。通过蚀刻在位于栅极电极200的上部上的栅极绝缘体层300的一部分(未示出)中形成开口，并且，获得用于与栅极电极200接触的接触孔。随后，通过RF磁控溅射方法形成非晶IGZO(In-Ga画Zn-O)层(沉积气体02( 3.3vol% )+Ar，沉积压力0.53Pa，施加的电功率300W)作为沟道层400。膜厚在试样1和2中被z没为30nm，并在试样3和4中被设为60nm。在通过溅射方法沉积的过程中，基板温度不被特别控制。
随后，通过蚀刻以预定的沟道尺寸对沟道层400进行构图。
随后，在大气气氛中，在温度被设为300。C的热板(hot plate)上将试样2和4完全且均匀地加热二十分钟。不对试样1和3执行该热处理。
最后，通过电子束蒸发方法再次蒸发Ti和An以形成厚度总共为100nm的膜，然后，通过剥离方法形成漏极电极500和源极电极600。在各自试样中制造沟道宽度W为40nm和200fxm或800|um的TFT。对于各自试样，沟道长度L被设为L-10nm。
在图7A至7H中示出在这些试样中在电压Vds = +10V下测量的Ids-Vgs特性。所有这些特性明显示出n沟道TFT特性。
当计算电场效应迁移率ia和阈值电压Vth时，获得以下的结果。
试样1 (沟道层厚度d = 30nm，不执行热处理)
W-40fxm: fi = 6.5， Vth =+3.5
W-800nm: |a = 2.0， Vth =+3.4
试样2 (沟道层厚度d = 30nm，执行热处理)
W = 40|im: Vth =-0.23
W-800jum: |li = 7.8， Vth =+1.4
试样3 (沟道层厚度d - 60nm，不执行热处理)
W = 40|am: ju = 6.0, Vth =+2.1
W = 200|nm:『4.2, Vth =+1.5
试样4 (沟道层厚度d = 60nm，执行热处理)
W = 40pm: ^ = 9.7， Vth --10.1
W = 200|am: "15， Vth =-3.0
试样1和3中的TFT都是E型，而试样4中的TFT是D型。
另一方面，在试样2中的具有沟道宽度W-40nm的TFT中，虽然严格来说电压Vth是负的，但是，如在后面示出的那样，取决于另一 TFT的组合，期待该TFT作为E型TFT而操作。
虽然没有特别描述，但是，由于所有的试样都在制造工艺的过程中在空气中被千燥(120°C，十分钟)多次 因此，认为在完成试样之后的时间中也可忽视通过在匹配上述条件的条件下施加热所导致的电性能的变化。
基于上述实验，制造以下的各自实施例中的反相器。<实施例1>
本实施例l是利用第一实施方式的例子。在图8中示出使用实施例1中的氧化物半导体薄膜晶体管的E/D反相器的制造工艺。采用清洁玻璃基板(Corning公司产品1737 )作为基板100。在通过第一光刻工艺在该基板上形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过电子束蒸发方法蒸发总共50nm的Ti和Au，并然后通过 离方法执行构图，由此获得第一栅极电极201和第二栅极电极202。
然后，通过RF磁控溅射方法在整个表面上形成要变成第一 TFT和第二 TFT共用的栅极绝缘体层300的SK)2层(沉积气体Ar,沉积压力O.lPa，施加的电功率400W，膜厚100nm)。在通过第二光刻工艺在该形成的膜上形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过蚀刻将位于栅极电极201和202的上部上的栅极绝缘体层300的一部分构图，并且获得接触孔(未示出)。
随后，通过RF磁控賊射方法形成要变成包含氧化物半导体的沟道层的非晶IGZO膜400(共用沉积膜)(沉积气体(即，成膜气体)02 (3.3VOL%) +Ar，沉积压力(即，成膜压力)0.53Pa，施加的电功率300W)。在与第一TFT和第二TFT的各自沟道层对应的两个部分上形成厚度为60nm的膜。在通过溅射方法沉积的过程中，基板温度不被特别控制。
随后，通过第三光刻工艺，在形成第一TFT的区域801中在非晶IGZO膜400的上部上形成光致抗蚀剂(未示出)，并然后对非晶IGZO膜400进行干蚀刻。为了使得形成第二TFT的区域802中非晶IGZO膜400的厚度变为30nm，在调整时间和强度的同时执行蚀刻。
在通过第四光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，为了使得沟道层对于每个晶体管变成独立的层，非晶IGZO膜400被蚀刻以分割非晶IGZO膜。以此方式，获得第一沟道层401和第二沟道层402。
随后，在大气气氛中，在温度被设为300。C的热板上将整个结构均匀加热二十分钟。
最后，在通过第五光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过电子束蒸发方法再次蒸发Ti和Au以形成厚度总共为100nm的膜。然后，通过剥离方法形成第一漏极电极501、第一源极电极601、第二漏极电极502和第二源极电极602。此时，第一源极电极601和第二漏极电极502如图8那样一体地形成，并且相互电连接。另外，通过与源极-漏极电极一起经由上述接触孔同时形成层间布线(未示出)，第一源极电极601与第一栅极电极201连接。
21根据以上，完成了第一漏极电极501被视为电压供给节点并且第二源极电极602被视为接地节点的E/D反相器。注意，光刻工艺被执行五次。
为了估计通过上述过程制造的E/D反相器的动态特性，执行5级环形振荡器的电路模拟，所述5级环形振荡器包含E/D反相器，所述E/D反相器的特征在于，试样4中的宽度W = 40|iun的TFT中的每一个被设为负载TFT，并且试样2中的宽度W = 200|im的TFT中的每一个被设为驱动器TFT。对于模拟，使用作为最简单MOS模型的渐变沟道(gradual channel)的1级(Level 1) ( n沟道型MOS )模型。结果，在+10V的外部电源电压下，5级环形振荡器以470kHz振荡。延迟时间为0.21ps。幅度为8.0V，并且输出电压的最大值+9.7V接近十10V的电源电压。在图9中示出输出波形。
在本实施例1中，可通过对于比较例1-1所示的饱和负载E/E反相器的制造工艺仅增加光刻工艺一次，来简单构建E/D反相器。(比较例1-1)
虽然本制造方法与实施例1中的制造方法类似，但是在同一基板上制造两种类型的TFT，而不执行将两个沟道层的层厚调整为具有不同厚度的工艺。即，在两种TFT的沟道具有30nm的相同膜厚的状态下并且通过也具有相同的加热处理条件的制造方法，在同一基板上制造两种类型的TFT。然后，可制造饱和负载E/E反相器。在图10中示出与以上相关的工艺流程。
采用清洁玻璃基板(Corning公司产品1737)作为基板100。
在通过第一光刻工艺在该基板上形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过电子束蒸发方法蒸发总共50nm的Ti和Au,并然后通过剥离方法执行构图，由此获得第一栅极电极201和第二栅极电极202。
然后，通过RF磁控濺射方法在整个表面上形成要变成第一 TFT和第二 TFT共用的栅极绝缘体层300的Si()2层(沉积气体Ar，沉积压力O.lPa，施加的电功率400W,膜厚100nm)。在通过第二光刻工艺在该形成的膜上形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过蚀刻将栅极绝缘体层300构图，并且在栅极电极201和202的上部上获 得接触孔(未示出)。
随后，通过RF磁控溅射方法形成非晶IGZO膜(沉积气体02 (3.3VOL%)+Ar，沉积压力0.53Pa，施加的电功率300W)作为 沟道层400。在与第一 TFT和第二 TFT的各自沟道层对应的两个部 分上形成厚度为30nm的膜。在通过溅射方法沉积的过程中，基板温 度不被特别控制。
在通过第三光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，蚀刻沟道 层400，并且，获得第一沟道层401和第二沟道层402。
随后，在大气气氛中，在温度被设为300。C的热板上将整个结构 均匀加热二十分钟。
最后，在通过第四光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通 过电子束蒸发方法再次蒸发Ti和Au以形成厚度总共为100nm的膜。 然后，通过剥离方法形成第一漏极电极501、第一源极电极601、第二 漏极电极502和第二源极电极602。同时，通过经由上述接触孔形成 层间布线(未示出)，第一漏极电极501与第一栅极电极201连接。
第一源极电极601与第二漏极电极502被一体化。
根据以上，完成第一漏极电极501被视为电压供给节点并且第二 源极电极602被视为接地节点的饱和负载E/E反相器。光刻工艺被执 行四次。
为了估计通过上述过程制造的饱和负载E/E反相器的动态特性， 执行以下的电路模拟。即，执行5级环形振荡器的电路模拟，所述5 级环形振荡器包含饱和负载E/E反相器，所述饱和负载E/E反相器的 特征在于，试样2中的宽度W = 40nm的TFT中的每一个被设为负载 TFT，并且试样2中的宽度W-200jum的TFT中的每一个被设为驱 动器TFT。在图11中示出输出波形。在+10V的外部电源电压下，5 级环形振荡器以350kHz振荡。每一级的延迟时间为0.29ns,与实施 例1相比，其延长百分之四十。幅度为5.5V，并且输出电压的最大值 为+7.1V,其对于+10V的电源电压降〗氐约3V。
23即，与本比较例中的饱和负载E/E反相器相比，实施例1中的E/D 反相器以较大的幅度、以较高的速度操作。并且，根据实施例l中的 制造方法，可以期待能获得比比较例1-1中的反相器更优异的反相器。
注意，试样2中的宽度W = 40|am的TFT的电压Vth严格来说对 于OV稍微为负。但是，成为接近试样2中的宽度W = 200|um的TFT 的电压Vth的值是重要的，并且，在该組合中，试样2中的宽度\￥ = 40|um的负载TFT可基本上被视为E型。
并且，还执行5级环形振荡器的电路模拟，其中，试样4中的宽 度W - 40|am的TFT中的每一个被视为负载TFT，并且试样4中的宽 度\￥ = 200pm的TFT中的每一个被作为驱动器TFT对待。在反相器 为E/D反相器或饱和负载E/E反相器的任何情况下，不能发现振荡。 (比较例1-2 )
考虑基于在日本专利申请公开No. 2006-165532中公开的沟道层 形成方法的与上述实施例1中类似的E/D反相器的制造方法。在日本 专利申请公开No. 2006-165532公开的方法中，通过流入ZnO沉积气 氛中的一氧化氮(nitric monoxide)的浓度来控制电压Vth。在同一基 板上制造具有两种类型的电压V化的TFT的情况下，为了分别获得第 一沟道层和第二沟道层，需要形成具有不同掺杂浓度的分开的沟道层 的工艺。
可以用与比较例1-1中类似的以下工艺来制造E/D反相器。将通 过使用图12描述制造工艺。
采用清洁玻璃基板(Corning公司产品1737)作为基板100。
在通过第 一光刻工艺在该基板上形成光致抗蚀剂(未示出)之后， 通过电子束蒸发方法蒸发总共50nm的Ti和Au，并然后通过剥离方 法执行构图，由此获得第一栅极电极201和第二栅极电极202。
然后，通过RF磁控溅射方法在整个表面上形成要变成第一 TFT 和第二 TFT共用的栅极绝缘体层300的Si02层(沉积气体Ar，沉 积压力0.1Pa，施加的电功率400W,膜厚100nm)。在通过第 二光刻工艺在该形成的膜上形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过蚀刻将栅极绝缘体层300构图，并且在栅极电极201和202的区域(未 示出)的上部上获得接触孔(未示出)。
随后，通过脉冲激光沉积方法形成要变成第一沟道层401的ZnO 层。不对于第一沟道层401执行有意的掺杂。通过第三光刻工艺形成 光致抗蚀剂(未示出)并通过蚀刻执行构图，并且获得第一沟道层401。 另外，用类似的过程通过脉冲激光沉积方法形成要变成第二沟道层 402的ZnO层。此时，通过将沉积气氛设为氧和一氧化氮的混合气， 将氮掺入第二沟道层402中。通过第四光刻工艺形成光致抗蚀剂(未 示出)并通过蚀刻执行构图，并且获得第二沟道层402。
最后，在通过第五光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通 过电子束蒸发方法再次蒸发Ti和Au以形成厚度总共为100nm的膜。 然后，通过剥离方法形成第一漏极电极501、第一源极电极601、第二 漏极电极502和第二源极电极602。同时，通过经由上述接触孔形成 层间布线(未示出)，第一源极电极601与第一栅极电极201连接。
第一源极电极601和第二漏极电极502是一体地形成的。
根据以上，完成第一漏极电极501被视为电压供给节点并且第二 源极电极602被视为接地节点的E/D反相器。注意，可连续地在该完 成的反相器上适当地形成保护层，并且，可更优选地调整第一晶体管 901的电压Vth和第二晶体管902的电压Vth之间的差。
具有上述过程的光刻工艺被执行五次，其等于实施例l中的处理 次数。
但是，具有上述过程的反相器的制造实际上是困难的，并且，需 要至少六次的光刻工艺，其对于实施例1中的情况增加1次。 作为以上的原因，列举以下两点。
第 一 点问题如下所述。当形成第二沟道层402时，第一沟道层401 也进入沉积室内。在上述方法中，不能避免第一沟道层401被放入形 成第二沟道层402的过程中的沉积气氛中。结果，由于存在第一沟道 层401的电性能在形成第二沟道层402之前或之后改变的风险，因此 这不是优选的。为了防止这种情形，在如下的情况下进一步需要光刻工艺在第一沟道层401上设置某种密封层(光致抗蚀剂或SiNx溅射 膜)，以保护第一沟道层401免受第二沟道层402的沉积气氛。
笫二点问题如下所述。在对第一沟道层401进行构图之后通过蚀 刻对第二沟道层402进行构图的情况下，为了使得在前的层不被在后 的层的蚀刻侵蚀，在后的层对在前的层的蚀刻选择比变得重要。但是, 第一沟道层401和第二沟道层402的结构成分之间的差异仅是掺杂剂 的含有量，并且认为蚀刻选择比接近l。因此，为了执行确保的蚀刻， 必须在形成第一TFT的区域801上设置蚀刻保护层。并且，在这种情 况下，进一步需要光刻工艺。
因此，本发明的制造方法能够通过处理次数比应用于常规技术的 E/D反相器制造方法中少的简单方法来制造E/D反相器。 <实施例2>
将在实施例2中示出在实施例1中的沟道层形成部分中使用剥离 方法的情况。通过再次使用图8描述相关的工艺。
在通过与实施例1中类似的方法获得接触孔之后，通过RF磁控 溅射方法连续形成要变成沟道层的一部分的非晶IGZO膜400 (沉积 气体02(3.3VOL%)+Ar，沉积压力0.53Pa,施加的电功率300W)。 在与第一 TFT和第二 TFT的各自沟道层对应的两个部分上形成厚度 相同的、厚度为30nm的膜。在通过溅射方法沉积的过程中，基板温 度不被特别控制。
随后，通过第三光刻工艺，在形成第二TFT的区域802中在非晶 IGZO膜400的上部上形成光致抗蚀剂(未示出)。光致抗蚀剂被适 当地进行热处理，并且，优选增加对于随后工艺中的溅射损伤的耐受 性。在类似的条件下，通过RF磁控溅射方法在该光致抗蚀剂和形成 第一 TFT的区域801上，再次形成厚度为30nm的非晶IGZO膜作为 非晶IGZO膜400的剩余部分(remainder)。另外，通过光致抗蚀 剂去除剂溶剂清洗(rinse)整个结构，以去除光致抗蚀剂和在光致抗 蚀剂的上部上形成的非晶IGZO膜，并且，仅在第一TFT上沉积沟道 层以形成第一 TFT的沟道层。此时，如图8所示，对于两个TFT中
26的每个TFT获得具有不同厚度的沟道层。
然后，通过与实施例1中类似的过程完成E/D反相器。注意，光 刻工艺被执行五次。
以此方式，在当形成沟道层时使用剥离方法的情况下，可以获得 与实施例l中类似的效果。另外，与实施例l相比，沟道层厚度的可 控性是优异的。 <实施例3>
本实施例3是利用第二实施方式的例子。在图13中示出使用实施 例3中的氧化物薄膜晶体管的E/D反相器的制造工艺。
通过RF磁控溅射方法在清洁玻璃基板(Corning公司产品1737 ) 上形成厚度为200nm的氧化铟锡(ITO，介电常数lxl04S/cm)膜， 并且，通过第一光刻工艺在该形成的膜上形成光致抗蚀剂(未示出)。 然后，通过蚀刻执行构图，并且获得第一栅极电极201。
随后，在通过第二光刻工艺在该玻璃基板上形成光致抗蚀剂(未 示出)之后，通过电子束蒸发方法蒸发总共50nm的Ti和Au，并通 过剥离方法执行构图，并且获得第二栅极电极202。
然后，通过RF磁控溅射方法在整个表面上形成要变成第一 TFT 和第二 TFT共用的栅极绝缘体层300的Si02层(沉积气体Ar，沉 积压力O.lPa,施加的电功率400W，膜厚100nm)。在通过第 三光刻工艺在该形成的膜上形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过蚀 刻执行构图，并且获得接触孔(未示出)。
随后，通过RF磁控溅射方法形成要变成沟道层的非晶IGZO膜 400 (沉积气体02 ( 3.3VOL% )+Ar，沉积压力0.53Pa,施加的电 功率300W)。在与第一TFT和第二TFT的各自沟道层对应的两个 部分上形成厚度为60nm的膜。在通过溅射方法沉积的过程中，基板 温度不被特别控制。为了使得沟道层对于每个晶体管变成独立的层， 非晶IGZO膜400被蚀刻以将其分割。以此方式，获得第一沟道层401 和第二沟道层402。
随后，整个结构被感应加热。由于ITO电极的电阻率约为Au的
27电阻率的五十倍，因此，与第二栅极电极202相比，笫一栅极电极201 被选择性加热。使用被最优化的AC施加磁场的功率、频率和施加时 间。并且，通过才艮据需要间歇地施加要用于感应加热的AC磁场，防
止由于基板的热传导所导致的加热选择比的劣化。通过利用诸如散热 片(heat sink)的冷却单元来冷却施加于栅极电极202的热也是有效的。
最后，在通过第五光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通 过电子束蒸发方法再次蒸发Ti和Au以形成厚度总共为lOOnm的膜。 然后，通过剥离方法形成第一漏极电极501、第一源极电极601、第二 漏极电极502和第二源极电极602。同时，通过经由上述接触孔形成 层间布线(未示出)，第一源极电极601与第一栅极电极201连接。 第一源极电极601和第二漏极电极502是一体地形成的。 根据以上，完成第一漏极电极501被视为电压供给节点并且第二 源极电极602被视为接地节点的E/D反相器。注意，光刻工艺被执行 五次。
为了估计E/D反相器的动态特性，执行5级环形振荡器的电路模 拟，所述5级环形振荡器包含E/D反相器，所迷E/D反相器的特征在 于，试样4中的宽度W = 40pm的TFT被设为负载TFT，并且试样3 中的宽度W-200nm的TFT被设为驱动器TFT。
结果，在+10V的外部电源电压下，5级环形振荡器以390kHz振 荡。延迟时间为0.26|as。幅度为5.5V，并且，每一级的输出电压的最 大值为+9.0V，其从+10V的电源电压降低l.OV。在图14中示出输出 波形。
在本实施例中，可通过对于饱和负载E/E反相器的制造工艺(比 较例3-l)仅增加光刻工艺一次，来简单构建E/D反相器。
作为替代方案，在这两种类型的TFT中可对于构建源极电极、漏 极电极和栅极电极的材料使用相同的材料。即使采用这种结构并且形 成具有相同厚度的沟道层，只要在执行沟道层的加热处理时通过接触 加热或激光退火方法仅集中加热第一沟道层401的附近，就可获得与实施例3中类似的效果。
在这种情况下，光刻处理次数可被减少一次。
但是，如果通过制造包含用于构建源极电极、漏极电极和栅极电 极的不同材料的TFT来执行感应加热，或者如果通过利用由于材料导 致的吸收系数差来通过闪光灯施加热，那么，如在实施例3中那样， 器件可被简化，并且可控性得到改善。
在本实施例3中，通过在两种类型的晶体管中对于栅极电极使用 不同材料来执行感应加热。但是，通过对于第一晶体管的除栅极电极 以外的电极(诸如源极电极或漏极电极)或第二晶体管中的相应电极 使用不同材料来执行感应加热，也可获得与实施例3中类似的效果。 (比较例3-1)
虽然本制造方法与实施例3中的类似，但是，通过以不执行对于 第 一 沟道层401的选择性加热并且不执行对于两个TFT的沟道的加热 处理的方式将两个沟道层的厚度设为60nm，在同一基板上制造两种 类型的TFT。于是，与实施例1中的比较例1-1类似，可通过使用光 刻工艺四次来制造饱和负载E/E反相器。
为了估计饱和负载E/E反相器的动态特性，执行5级环形振荡器 的电路模拟，所述5级环形振荡器包含饱和负载E/E反相器，所述饱 和负载E/E反相器的特征在于，试样3中的宽度W-40iim的TFT被 设为负载TFT，并且试样3中的宽度W = 200|um的TFT被设为驱动 器TFT。结果，在+10V的外部电源电压下，5级环形振荡器以150kHz 振荡，并且幅度为4.4V。每一级的延迟时间为0.66|lis，其对于实施例 3延长为约2.5倍。输出电压的最大值约为+6V，与实施例3相比，其 明显降低。即，与本比较例中的饱和负载E/E反相器相比，实施例3 中的E/D反相器以较大的幅度、以较高的速度操作。因此，根据实施 例3中的制造方法，可期待能获得比本比较例中更优异的反相器。在 图15中示出输出波形。 <实施例4>
本实施例4是利用第三实施方式的例子。在图8中示出使用实施例4中的氧化物半导体薄膜晶体管的E/D反相器的制造工艺。
采用清洁玻璃基板(Corning公司产品1737)作为基板100。
在通过第一光刻工艺在该玻璃基板上形成光致抗蚀剂(未示出) 之后，通过电子束蒸发方法蒸发总共50nm的Ti和Au，并然后通过 剥离方法执行构图，由此获得第一栅极电极201和第二栅极电极202。
然后，通过RF磁控濺射方法在整个表面上形成要变成第一 TFT 和第二 TFT共用的栅极绝缘体层300的Si02层(沉积气体Ar，沉 积压力O.lPa，施加的电功率400W,膜厚100nm)。在通过第 二光刻工艺在该形成的膜上形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过蚀 刻将位于第一栅极电极201和第二栅极电极202的上部上的栅极绝缘 体层300的一部分构图，并且获得接触孔(未示出)。
随后，通过RF磁控溅射方法形成要变成沟道层的非晶IGZO膜 400 (沉积气体02 ( 3.3VOL% )+Ar，沉积压力0.53Pa，施力口的电 功率300W)。在与第一TFT和第二TFT的各自沟道层对应的两个 部分上形成厚度为60nm的膜。在通过溅射方法沉积的过程中，基板 温度不被特别控制。
随后，通过第三光刻工艺，在形成第一TFT的区域801中在非晶 IGZO膜400的上部上形成光致抗蚀剂(未示出)，并然后对非晶IGZO 膜400进行干蚀刻。为了使得形成第二TFT的区域802中非晶IGZO 膜400的厚度变为30nm，在调整时间和强度的同时执行蚀刻。
在通过第四光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，为了使得 沟道层对于每个晶体管变成独立的层，非晶IGZO膜400被蚀刻以将 其分割。以此方式，获得第一沟道层401和第二沟道层402。
随后，通过聚焦的激光束仅集中加热第一沟道层401的附近。此 时，虽然不如在第一沟道层401中那样热，但第二沟道层402由于基 板的热传导而被稍微加热。
但是，如通过示出图7A至图7H中的曲线图所确认的那样，由于 与使用第 一 沟道层的TFT相比，在加热之前和之后使用第二沟道层的 TFT的电压Vth的变化小，因此视为未对沟道层402执行加热处理。最后，在通过第五光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通
过电子束蒸发方法再次蒸发Ti和Au以形成厚度总共为lOOnm的膜。 然后，通过剥离方法形成第一漏极电极501、第一源极电极601、第二 漏极电极502和第二源极电极602。此时，第一源极电极601和第二 漏极电极502如图8中那样被一体地形成，并且相互电连接。另外， 通过与源极-漏极电极一起经由上述接触孔同时形成层间布线(未示 出)，第一源极电极601与第一栅极电极201连接。
根据以上，完成第一漏极电极501被视为电压供给节点并且第二 源极电极602被视为接地节点的E/D反相器。注意，光刻工艺被执行 五次。
为了估计通过上述过程制造的E/D反相器的动态特性，执行5级 环形振荡器的电路模拟，所述5级环形振荡器包含E/D反相器，所述 E/D反相器的特征在于，试样4中的宽度W-40|Lim的TFT被设为负 载TFT，并且试样1中的宽度W- 800pm的TFT被设为驱动器TFT。
结果，在+10V的外部电源电压下，5级环形振荡器以114kHz振 荡。延迟时间为0.88|xs。幅度为7.8V,并且输出电压的最大值为+10V， 其等于电源电压。在图16中示出输出波形。
在本实施例4中，可以对于如以下比较例中所示的饱和负载E/E 反相器的制造工艺而言，用相同的光刻工艺处理次数或通过仅增加光 刻工艺一次，来简单构建E/D反相器。
当提供膜厚差时，可以如实施例2中所示的那样通过剥离方法执 行膜厚调整，而不执行蚀刻。在这种情况下，膜厚可控性得到改善。
当在加热条件方面提供差异时，可以如实施例3中所示的那样， 通过在构建源极电极、漏极电极和栅极电极的材料中的不同材料来制 造两种类型的TFT，并且，可通过感应加热或光照射来选择性执行加 热。
(比较例4-1)
虽然本制造方法与实施例4中的类似，但是以不执行对于第一沟 道层401的选择性加热并且不执行对于两个TFT的沟道的加热处理的
31方式，在同一基板上制造两种类型的TFT。然后，可制造饱和负载 E/E反相器。
与如图8所示的实施例4类似，获得通过蚀刻或剥离方法向其提 供膜厚差的第一沟道层401和第二沟道层402。然后，通过第五光刻 工艺形成光致抗蚀剂(未示出)。然后，通过电子束蒸发方法再次蒸 发Ti和Au，以形成厚度总共为100nm的膜，并且，通过剥离方法形 成第一漏极电极501、第一源极电极601、第二漏极电极502和第二源 极电极602。
对于上述电极，第一栅极电极201通过外部布线(未示出)与第 一漏极电极501连接，但不与第一源极电极601连接。以此方式，可 以完成第一漏极电极501被视为电压供给节点并且第二源极电极602 被视为接地节点的饱和负载E/E反相器。注意，光刻工艺被执行五次。
为了估计通过上述过程制造的饱和负载E/E反相器的动态特性， 执行以下的电路模拟。即，执行5级环形振荡器的电路模拟，所述5 级环形振荡器包含饱和负载E/E反相器，所述饱和负载E/E反相器的 特征在于，试样3中的宽度W = 40jxm的TFT被设为负载TFT，并且 试样1中的宽度W = 800|im的TFT被设为驱动器TFT。在图17中示 出输出波形。在+10V的外部电源电压下，5级环形振荡器以30kHz 振荡。每一级的延迟时间为3.4ps，其对于实施例4延长为3.8倍。幅 度为5.6V，并且，输出电压的最大值为+6.8V，其对于+10V的电源电 压降低约+3.2V。即，与本比较例4-1中制造的饱和负载E/E反相器相 比，实施例4中的E/D反相器与本比较例4-1中制造的饱和负载E/E 反相器相比以较大的幅度、以较高的速度操作。因此，根据实施例4 中的制造方法，可期待能获得比本比较例4-1中更优异的反相器。 (比较例4-2 )
虽然本制造方法与实施例4中的类似，但是以不执行用于将两个 沟道调整为具有不同厚度的工艺、而仅以两个TFT的沟道具有30nm 的相同厚度的状态来改变加热条件的方式，在同一基板上制造两种类 型的TFT。然后，可制造饱和负载E/E反相器。在图10中示出相关的制造工艺。
采用清洁玻璃基板(Corning公司产品1737)作为基板100。
在通过第一光刻工艺在该玻璃基板上形成光致抗蚀剂(未示出) 之后，通过电子束蒸发方法蒸发总共50nm的Ti和Au，并然后通过 剥离方法执行构图，由此获得第一栅极电极201和第二栅极电极202。
然后，通过RF磁控溅射方法在整个表面上形成要变成第一 TFT 和第二 TFT共用的栅极绝缘体层300的SK)2层(沉积气体Ar，沉 积压力0.1Pa，施加的电功率400W,膜厚100nm)。在通过第 二光刻工艺在该形成的膜上形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通过蚀 刻将栅极绝缘体层300构图，并且在栅极电极201和202的区域的上 部上获得接触孔(未示出)。
随后，通过RF磁控溅射方法形成非晶IGZO膜400 (沉积气体 02 ( 3.3VOL% )+Ar，沉积压力0.53Pa，施加的电功率300W )作 为沟道层400。在与第一 TFT和第二 TFT的各自沟道层对应的两个 部分上形成厚度为30nm的膜。在通过溅射方法沉积的过程中，基板 温度不被特别控制。
在通过第三光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，蚀刻沟道 层400，并且，获得第一沟道层401和第二沟道层402。
随后，通过聚焦的激光束仅局部(选择性/集中)加热第二沟道层 402的附近。
最后，在通过第四光刻工艺形成光致抗蚀剂(未示出)之后，通 过电子束蒸发方法再次蒸发Ti和Au以形成厚度总共为100nm的膜。 然后，通过剥离方法形成第一漏极电极501、第一源极电极601、第二 漏极电极502和第二源极电极602。同时，通过经由上述接触孔形成 层间布线(未示出)，第一漏极电极501与第一栅极电极201连接。 注意，第一源极电极601和第二漏极电极502是一体地形成的。 根据以上，完成第 一漏极电极501被视为电压供给节点并且第二 源极电极602被视为接地节点的饱和负载E/E反相器。光刻工艺被执 行五次。为了估计通过上述过程制造的饱和负载E/E反相器的动态特性， 执行以下的电路模拟。即，执行5级环形振荡器的电路模拟，所述5 级环形振荡器包含饱和负载E/E反相器，所述饱和负载E/E反相器的 特征在于，试样2中的宽度W = 40nm的TFT被设为负载TFT，并且 试样1中的宽度W- 800nm的TFT被设为驱动器TFT。在图18中示 出输出波形。在+10V的外部电源电压下，5级环形振荡器以68kHz 振荡。每一级的延迟时间为1.48|is，与实施例4相比，其延长百分之 七十。幅度为6.3V,并且输出电压的最大值为+8.3V，其对于+10V的 电源电压降低约1.7V。即，与本比较例4-2中制造的饱和负载E/E反 相器相比，实施例4中的E/D反相器与本比较例4-2中制造的饱和负 载E/E反相器相比以较大的幅度、以较高的速度操作。因此，根据实 施例4中的制造方法，可期待能获得比比较例4-2中更优异的反相器。 <实施例5>
包含实施例1至4中制造的氧化物TFT的反相器可被应用于数字 电路中的任意电路器件。例如，它可被用于NAND(与非)电路、NOR (或非)电路、环形振荡器、钟控反相器(clocked inverter)、触发 器(flip-flop)电路、移位寄存器、SRAM (静态RAM) 、 NOR型 ROM和NAND型ROM。
本发明不仅还可被应用于数字电路的制造，而且还可被应用于有 意利用具有不同阈值电压值的TFT的^^莫拟电路的制造。例如，本发明 可被应用于差动放大器的输入级。
另外，本发明可被应用于使用包含反相器的上述电路器件的任意 电路。例如，本发明可被应用于有源矩阵显示器和RFID (射频识别)
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限 于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释， 以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
本申请要求在2007年5月18日提交的日本专利申请No. 2007-133039的益处，在此通过引用而并入其全部内容。
权利要求
1.一种制造具有在同一基板上形成的多个薄膜晶体管的增强-耗尽(E/D)反相器的方法，所述晶体管的沟道层包含氧化物半导体，所述氧化物半导体包含选自In、Ga和Zn的至少一种元素，并且，所述方法包括以下步骤形成第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管的沟道层的厚度互不相同；以及对于所述第一晶体管和所述第二晶体管的沟道层中的至少一个执行热处理。
2. 根据权利要求l的方法，其中，在执行热处理的步骤中，通过 对所述第 一晶体管的沟道层和所述第二晶体管的沟道层中的任一个施 加更多的热，来执行热处理。
3. 根据权利要求l的方法，其中，执行热处理的步骤包括通过 接触加热或电磁波的照射来局部加热沟道层的部分区域的步骤。
4. 根据权利要求l的方法，其中， 所述反相器具有至少一种类型的以下构成所述第一晶体管的源极电极的构成材料和所述第二晶体管的源极 电极的构成材料互不相同的构成，所述第一晶体管的漏极电极的构成材料和所述第二晶体管的漏极 电极的构成材料互不相同的构成，和所述第一晶体管的栅极电极的构成材料和所述第二晶体管的栅极 电极的构成材料互不相同的构成，以及执行热处理的步骤包括通过电磁波的照射来加热沟道层的步骤。
5. 根据权利要求4的方法，其中， 所述反相器具有至少一种类型的以下构成所述第一晶体管的源极电极的构成材料的性能和所述第二晶体管 的源极电极的构成材料的性能互不相同的构成，所述第一晶体管的漏极电极的构成材料的性能和所述第二晶体管的漏极电极的构成材料的性能互不相同的构成，和所述第一晶体管的栅极电极的构成材料的性能和所述第二晶体管 的栅极电极的构成材料的性能互不相同的构成，以及所述性能是选自电阻率、比热和吸收系数的至少一种。
6. 根据权利要求1的方法，还包括为了使得所述第一晶体管和所 述第二晶体管的沟道层的厚度彼此不同而对沟道层执行蚀刻的步骤。
7. 根据权利要求l的方法，其中，为了使得所述第一晶体管和所 述第二晶体管的沟道层的厚度彼此不同，而使得所述第 一晶体管的沟 道层的沉积步骤的次数或时间与所述第二晶体管的沟道层的沉积步骤 的次数或时间不同。
8. —种制造具有在同一基板上形成的多个薄膜晶体管的增强-耗 尽(E/D)反相器的方法，所述晶体管的沟道层包含氧化物半导体， 所述氧化物半导体包含选自In、 Ga和Zn的至少一种元素，并且，所 述方法包括以下步骤形成用作第一晶体管的沟道层和第二晶体管的沟道层的共用沉积 膜；以及通过对于所述第 一 晶体管的沟道层和所述第二晶体管的沟道层中 的任一个施加更大的热值来执行热处理。
9，根据权利要求8的方法，其中，执行热处理的步骤包括通过 接触加热或电磁波的照射来局部加热沟道层的部分区域的步骤。
10.根据权利要求8的方法，其中，所述反相器具有至少一种类型的以下构成所述第一晶体管的源极电极的构成材料和所述第二晶体管的源极 电极的构成材料互不相同的构成，所述第一晶体管的漏极电极的构成材料和所述第二晶体管的漏极 电极的构成材料互不相同的构成，和所述第一晶体管的栅极电极的构成材料和所述第二晶体管的栅极 电极的构成材料互不相同的构成，以及执行热处理的步骤包括通过电磁波的照射来加热沟道层的步骤。
11. 根据权利要求10的方法，其中， 所述反相器具有至少一种类型的以下构成 所述第一晶体管的源极电极的构成材料的性能和所述第二晶体管的源极电极的构成材料的性能互不相同的构成，所述第一晶体管的漏极电极的构成材料的性能和所述第二晶体管 的漏极电极的构成材料的性能互不相同的构成，和所述第一晶体管的栅极电极的构成材料的性能和所述第二晶体管 的栅极电极的构成材料的性能互不相同的构成，以及所述性能是选自电阻率、比热和吸收系数的至少一种。
12. —种反相器，其中，在形成在同一基板上并且各包含选自In、 Ga和Zn的至少一种元素的多个氧化物半导体薄膜晶体管之中，至少 两个晶体管的沟道层的厚度互不相同，并且，所述两个晶体管的阔值 电压互不相同。
13. 根据权利要求12的反相器，其中，如果供给下述电源电压， 则所述反相器操作所述电源电压满足所述两个晶体管的阈值电压之 间的差为所述电源电压的7 0 %或更大且200 %或更小的条件。
全文摘要
为了提供可被容易地制造的增强-耗尽(E/D)反相器，在本发明中，提供包含在同一基板上形成的、沟道层包含选自In、Ga和Zn的至少一种元素的氧化物半导体的反相器的制造方法，该反相器是具有多个薄膜晶体管的E/D反相器，该制造方法的特征在于包括以下步骤形成第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管的沟道层的厚度互不相同；以及对于第一晶体管和第二晶体管的沟道层中的至少一个执行热处理。
文档编号H01L29/786GK101681927SQ20088001591
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月15日 优先权日2007年5月18日
发明者云见日出也, 佐野政史, 大藤将人, 安部胜美, 享 林 申请人:佳能株式会社