薄膜晶体管及其制造方法_2

文档序号:8909312阅读:来源:国知局
优选为19原 子%以上。
[0068] 另一方面,第1氧化物半导体层的Sn量若过多,则有时应力耐受性降低,并且对氧 化物半导体层的加工用湿蚀刻液的蚀刻速率降低。因此,上述Sn量优选为50原子%以下, 更优选设为30原子%以下,进一步优选为28原子%以下,更进一步优选为25原子%以下。 [0069] 在为了形成源-漏电极的湿蚀刻时,第1氧化物半导体层暴露于酸系蚀刻液。但 是如上所述通过使第1氧化物半导体层包含Sn,该氧化物半导体层的蚀刻被抑制。更具体 来说,酸系蚀刻液导致的氧化物半导体层的蚀刻速率抑制在1A / see以下。其结果是,得 到的TFT中,源-漏电极端正下方的氧化物半导体层的膜厚、与氧化物半导体层中央部(是 指连结源电极端和漏电极端的最短线的中间位置)的膜厚之差[100 X (源-漏电极端正下 方的氧化物半导体层的膜厚-氧化物半导体层中央部的膜厚)/源-漏电极端正下方的氧 化物半导体层的膜厚]被抑制在5%以下。上述膜厚的差大于5%而不均匀地蚀刻的情况 下,在氧化物半导体层的同一面内在金属元素间产生蚀刻差,招致组成偏差。所述膜厚的差 优选为3%以下,最优选没有差,即为0%。
[0070] 第1氧化物半导体层还包含In。In是对氧化物半导体层的电阻降低有效的元素。 为了有效地体现这样的效果,In量优选为1原子%以上,更优选为3原子%以上,进一步优 选为5原子%以上。更进一步优选为15原子%以上。另一方面,In量若过多则应力耐受性 容易降低,因此In量优选为25原子%以下,更优选为23原子%以下,进一步优选为20原 子%以下。
[0071] 第1氧化物半导体层进一步包含选自Ga和Zn中的至少1种。
[0072] Ga是抑制氧缺损的发生、对应力耐受性提尚有效的兀素。为了有效地体现这样的 效果而含有Ga的情况下,Ga量适宜设为优选5原子%以上、更优选10原子%以上、进一步 优选15原子%以上。另一方面,若Ga量过多,则承担电子的导电通路的In、Sn的含量相对 地降低,其结果是,迀移率有时降低。因此,Ga量优选为40原子%以下,更优选为30原子% 以下,进一步优选为25原子%以下,更进一步优选为20原子%以下。
[0073] Zn是影响湿蚀刻速率的元素,是有助于氧化物半导体层的加工时的湿蚀刻性提高 的元素。另外,Zn也是得到稳定的非晶结构的氧化物半导体层,并对TFT的稳定且良好的 切换操作确保有效的元素。为了充分发挥这些效果,Zn量优选为35原子%以上、更优选40 原子%以上、进一步优选45原子%以上为宜。另一方面,若Zn量过多,则氧化物半导体层 的加工时湿蚀刻速率变得过快,而容易变得难以形成所期望的图案形状。另外,有时氧化物 半导体薄膜结晶化,或In、Sn等的含量相对地减少而应力耐受性劣化。因此,Zn量优选为 65原子%以下,更优选为60原子%以下。
[0074] 作为第1氧化物半导体层,可以举出In-Ga-Zn-Sn-O(IGZTO)等。
[0075] 所述第1氧化物半导体层在上述In-Ga-Zn-Sn-0 (IGZT0)、即由In、Ga、Zn及Sn和 〇构成的情况下,将In、Ga、Zn及Sn的合计量设为100原子%时,优选满足In的含量为15 原子%以上且25原子%以下、Ga的含量为5原子%以上且20原子%以下、Zn含量为40原 子%以上且60原子%以下、以及Sn的含量为5原子%以上且25原子%以下。
[0076] 考虑到上述各金属元素的平衡,第1氧化物半导体层的组成优选设定适当的范围 以使所期望的特性有效地发挥。例如可以举出第1氧化物半导体层中所含In、Ga及Sn的 比率满足In : Ga : Sn(原子比)=1:1:1~2:2:1。
[0077][第2氧化物半导体层]
[0078] 第2氧化物半导体层由选自In、Zn、Sn及Ga中的1种以上的元素和0构成。
[0079] 构成该第2氧化物半导体层的金属元素(In、Zn、Sn、Ga)的各金属间的比率若在 包含这些金属的氧化物具有非晶相、且显示出半导体特性的范围内则没有特别限定。如对 上述第1氧化物半导体层中可含的金属元素进行的说明,金属元素的含量对迀移率、湿蚀 刻特性造成影响。因此,期望还适当调整第2氧化物半导体层中所含金属元素的含量。例 如,由于期望湿蚀刻时的蚀刻速率在第1氧化物半导体层和第2氧化物半导体层中大致设 为同等程度,因此按照蚀刻速率比大致成为同等程度(以蚀刻速率比计为〇. 1~4倍)的 方式调整成分组成即可。
[0080] 作为第2氧化物半导体层,除了 In-Zn-Sn-0 (IZT0)之外,还可以举出ITO、IGZ0、 TGZO(Sn-Ga-Zn-O)等。
[0081] 第1氧化物半导体层和第2氧化物半导体层的最优选组合是第1氧化物半导体层 为In-Ga-Zn-Sn-O(IGZTO)膜、第2氧化物半导体层为IZT0膜的组合。
[0082] 第1氧化物半导体层的厚度没有特别限定。例如可以举出将该厚度设为优选20nm 以上、更优选30nm以上、优选50nm以下、更优选40nm以下。
[0083] 第2氧化物半导体层的厚度也没有特别限定。从稳定地发挥基板面内的特性(迀 移率、S值、Vth等TFT特性)的观点出发,适宜将所述厚度设为优选5nm以上、更优选10nm 以上。另一方面,为了确保氧化物半导体层的良好的加工性,适宜将所述厚度设为优选 100nm以下、更优选50nm以下。
[0084] 第1氧化物半导体层与第2氧化物半导体层的合计膜厚的上限可以举出例如设为 优选lOOnm以下、更优选50nm以下。所述合计膜厚的下限采用能够发挥上述各氧化物半导 体层的效果的程度的膜厚即可。
[0085] 所述第1氧化物半导体层包含Zn,且其表层的Zn浓度(表层Zn浓度、单位为原 子%。以下同样)优选为该第1氧化物半导体层的Zn含量(单位为原子%。以下同样) 的1. 0~1. 6倍。以下,对第1氧化物半导体层的表层的Zn浓度进行说明,包括以至于这 样控制。
[0086] 氧化物半导体层中第1氧化物半导体层由于TFT制造工序的源-漏电极加工时使 用的酸系蚀刻液而受到损伤,该第1氧化物半导体层表面的组成变动容易发生。特别是Zn 氧化物容易溶解于酸系蚀刻液,因此第1氧化物半导体层表面的Zn浓度容易变低。本发明 人等经过确认,首先查明了该第1氧化物半导体层表面的Zn浓度变低,在第1氧化物半导 体层表面产生大量氧缺损,会降低TFT特性(迀移率、可靠性)。
[0087] 因此,为了抑制上述氧缺损的发生,着眼于第1氧化物半导体层的表面(与保护膜 相接的面)的Zn浓度(表层Zn浓度)进行了研宄。其结果得知,该表层Zn浓度若为第1 氧化物半导体层的Zn含量的1. 0倍以上,则氧缺损充分恢复,因而优选。所述表层Zn浓度 相对于所述第1氧化物半导体层的Zn含量的倍率("表层Zn浓度/第1氧化物半导体层 的Zn含量"(原子比)。以下,将该倍率称作"表层Zn浓度比")更优选为1. 1倍以上,进一 步优选为1. 2倍以上。所述表层Zn浓度比越高所述效果越提高,因而优选,但若斟酌本发 明中推荐的制造条件,则其上限为1. 6倍以下。所述表层Zn浓度比更优选为1. 5倍以下, 进一步优选为1.4倍以下。所述表层Zn浓度比可以通过后述的实施例中记载的方法求出。 另外,所述表层Zn浓度比可以通过进行后述的氧化处理(热处理或N20等离子处理、特别 是热处理,优选如后所述在更高温下的热处理),使Zn向第1氧化物半导体层表面侧扩散、 稠化从而达成。
[0088] 本发明中,如上所述,为了确保对源-漏电极形成时使用的酸系蚀刻液的耐性,第 1使氧化物半导体层特别包含Sn。但是仅此来说,与具有蚀刻阻挡层的ESL型TFT相比,不 能得到良好的应力耐受性。因此,本发明进一步在TFT的制造工序中,在源-漏电极形成后 且保护膜形成前,如下述所详述的那样实施氧化处理。
[0089] 通过该氧化处理,暴露于酸系蚀刻液而受到损伤等的氧化物半导体层的表面、特 别是第1氧化物半导体层的表面恢复到酸蚀刻前的状态。
[0090] 具体如下。即,在为了形成源-漏电极而进行湿蚀刻(酸蚀刻)时,在暴露于酸系 蚀刻液的氧化物半导体层、特别是第1氧化物半导体层的表面,引入〇H、C这样的污染。由 于这些0H、C这样的污染而产生氧缺损,由于该氧缺损而形成电子陷阱,TFT特性变得容易 劣化。但是通过在上述湿蚀刻后实施氧化处理,上述污染与氧置换,即,〇H、C等被除去而恢 复(recover)到湿蚀刻前的表面状态,因此即使是BCE型的TFT也能得到优异的TFT特性。
[0091] 本发明人等通过如下方式确认了此事,如后述的实施例(后述的图8)中详述,通 过XPS(X射线光电子能谱分析)观察"氧化物半导体层刚形成后(as-d印 〇sited)"、"酸蚀 刻后"及"氧化处理后"的各阶段的氧化物半导体层的表面,并对比〇ls光谱的强度最高的 峰的能量。
[0092] 所述氧化物半导体层刚形成后(as-cbposited状态)的表面的0(氧)Is光谱峰 (后述图8的(1))大约在530. 8eV。但是,在对上述as-deposited状态的氧化物半导体层 实施上述酸蚀刻的情况下(未进行氧化处理的状态。即,相当于现有的TFT制造方法的情 况),氧化物半导体层表面的〇ls光谱峰(后述图8的(2))接近532. 3eV(有氧缺损),从 as-deposited状态的情况(大约530. 8eV)偏移。该峰值偏移意味着,构成氧化物半导体层 的金属氧化物中的〇被附着的〇H、C置换,氧化物半导体层的表面处于氧缺损的状态。
[0093] 另一方面,上述酸蚀刻后,进一步进行氧化处理的情况下,即,本发明的TFT中的 第1氧化物半导体层表面的01S光谱峰(后述图10的(3))比上述酸蚀刻后的氧化物半导 体层表面的〇ls光谱峰的能量小,向as-deposited状态的峰的方向偏移。上述氧化处理后 的氧化物半导体层表面的〇ls光谱峰在例如529. 0~531. 3eV的范围内。需要说明的是, 后述的实施例中大约在530. 8eV(530. 8±0. 5eV的范围内),与所述氧化物半导体层刚形成 后的〇ls光谱峰大致处于相同的位置。由此可以认为,通过氧化处理,氧化物半导体层的表 面如上所述〇H、C等被除去而恢复到湿蚀刻前的表面状态。
[0094] 作为所述氧化处理,可以举出热处理和N20等离子处理中的至少一种。优选进行 热处理和N 20等离子处理这二者。这种情况下,热处理和N20等离子处理的顺序没有特别限 定。
[0095] 所述热处理可以举出在以下条件下进行。即,加热气氛可以举出例如水蒸气气氛、 氧气氛。加热温度优选为130°C以上。更优选为250°C以上,进一步优选为300°C以上,更 进一步优选为350°C以上。另一方面,若加热温度过高,则构成源-漏电极的材料容易变 质。因此,加热温度优选为700°C以下。更优选为650°C以下。需要说明的是,从抑制构成 源-漏电极的材料的变质的观点出发,进一步优选为600°C以下。在上述加热温度的保持时 间(加热时间)优选为5分钟以上。更优选为60分钟以上。上述加热时间过长生产能力 (throughput)也差,不能期待一定以上的效果,因此上述加热时间优选为120分钟以下,更 优选为90分钟以下。
[0096] 所述N20等离子处理、即,利用N20气体的等离子处理可以举出例如在功率:100W、 气压:133Pa、处理温度:200°C、处理时间:10秒钟~20分钟的条件下实施。
[0097] 本发明的TFT的氧化物半导体层具备上述的第1氧化物半导体层与第2氧化物半 导体层的层叠结构即可,对于其它构成没有特别限定。例如在基板上,至少具有栅电极、栅 极绝缘膜、上述氧化物半导体层、源-漏电极及保护膜即可。因此,构成TFT的上述栅电极 等若为通常使用的栅电极则没有特别限定,但从确实地提高TFT特性的观点出发,优选如 下述方式控制上述源-漏电极的构成。
[0098] 源-漏电极由纯A1或纯Mo、Al合金、Mo合金等构成的情况下,在实施后述的氧化 处理时,该电极的表面、经蚀刻加工的端部有时被氧化。若电极表面被氧化而形成氧化物, 则有时与进一步在其上形成的光致蚀刻剂、保护膜的密合性降低;或与像素电极的接触电 阻上升等对TFT特性和制造工艺带来不良影响。另外还有变色的问题。而且,若电极的端 部氧化,则氧化物半导体层与源-漏电极之间的电阻有可能上升。根据本发明人等的研讨, 可知由于电极材料的端部氧化,Id-Vg特性中的S值容易增加,TFT特性(特别是静特性) 的劣化容易发生。
[0099] 通过上述理由,本发明人等发现,作为源-漏电极而言,包含对于氧化来说电学特 性等物性变化少的导电性氧化物层,若形成该导电性氧化物层与所述氧化物半导体层直接 接合的形态,则能够抑制S值增加等劣化现象,其结果是,能够在不使TFT的静特性(特别 是S值)劣化的条件下,提高光应力耐受性。
[0100] 构成所述导电性氧化物层的材料若为显导电性的氧化物且溶于源-漏电极形成 时所使用的酸系蚀刻液(例如后述的实施例中使用的PAN系蚀刻液)的材料则没有
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