使用非晶氧化物半导体膜的薄膜晶体管的制造方法

专利名称：使用非晶氧化物半导体膜的薄膜晶体管的制造方法
技术领域：
本发明涉及使用非晶氧化物半导体膜的薄膜晶体管的制造方法。
背景技术：
最近，使用金属氧化物半导体薄膜的半导体器件已引起了关注。
例如，如日本专利申请公开No. 2000-150900中所讨论的那样，上述薄 膜的特征在于能够在低温下被形成，并且具有大的光学带隙以致对可 见光是透明的。从而，可在塑料基板、膜基板等上形成柔性的且透明 的薄膜晶体管(TFT)。
通常，为了控制膜的电特性的目的，迄今已在将氧气引入其中的 气氛中形成用作TFT有源(active)层的氧化物半导体膜。例如， WO2005-088726 Al讨论了 一种其中将包含In-Ga-Zn-O的n型氧化物 半导体用于沟道层和将ITO用于源电极和漏电极的薄膜晶体管 (TFT);在此TFT中，通过控制在其中形成In-Ga-Zn-O膜的成膜 气氛的氧分压，已控制载流子浓度并且已获得高的载流子迁移率。
另外，日本专利申请/>开No. 2006-165529和No. 2006-165532讨 论了用于在氧化气氛中对使用氧化物半导体膜作为其有源层的半导体
器件中的有源层进行退火的技术。
然而，例如如WO2005-088726 Al中所示，上述专利文献中讨论 的氧化物半导体膜在能在其下获得可用作TFT有源层的In-Ga-Zn-O 膜的氧分压范围(最佳氧分压)方面是窄的。另外，存在最佳氧分压 的值依赖于成膜条件而变化的问题。此外，本发明人已经发现，当在 将氧引入其中的气氛中通过溅射方法形成In-Ga-Zn-O膜时，所形成 的In-Ga-Zn-O膜的电特性依赖于距靶的距离而变化。这可以想像地 是因为气相中存在的氧分子的离解(dissociation)度依赖于距靶的距离而大大变化。
另外，采用在将氧引入其中的成膜气氛中制备的In-Ga-Zn-O膜作为其沟道层的TFT几乎不能达到从In-Ga-Zn-O膜固有的物理特性所预期的晶体管特性。具体而言，有必要进一步改善诸如亚阈值区域中的亚阈值特性和场效应迁移率的TFT特性。
此外，当将12V电压的DC应力(stress)施加到栅电极以及源电极和漏电极中的每一个持续400秒时，导致诸如导通(turn-on)特性退化和阈值电压变化的特性变化，从而DC应力影响TFT。 TFT特性的退化的主要原因可以想像地可归因于由从被引入到成膜气氛中的氧产生的氧离子引起的对半导体膜的损害。具体而言，当通过使用溅射方法进行成膜时，可以想像被引入到气氛中的氧增加在靶表面上产生的氧负离子的量，并且因而增加入射到基板上的高能氧负离子的量而导致膜质量退化。
另外，本发明人已经制备和研究了采用In-Ga-Zn-O非晶氧化物薄膜作为其沟道层的薄膜晶体管(TFT)，并且因而已发现TFT以TFT的特性被工作和存储期间的气氛改变这样的方式对气氛敏感。
将制备的器件放置在真空腔(chamber)中，并且在腔正被抽真空(evacuate)的同时测量电导率，并且因而发现测量值随着降低压力而逐渐降低的现象。当在通常的气氛中测量时，发现电导率的测量值是稳定的。
例如对于ZnO、氧化铟锡(ITO)等，也看到了这样的气氛引起的电导变化；这样的变化可以想像地是由于气氛中的水和其他气体分子吸附到导电氧化物和从导电氧化物解吸附。因此，已导致如下问题气氛变化引起电导率的变化以使TFT工作不稳定，并且因而不能达到作为器件的可靠性。
另外，本发明人已经发现如下问题在通过在In-Ga-Zn-O非晶氧化物薄膜上溅射而形成氧化物绝缘体时，在其中不包含氧的气氛中的成膜导致氧化物半导体的电特性的大变化，以致阻止达到令人满意的TFT特性。本发明解决了上述问题，并且本发明的目的是提供具有宽的处理
余裕(margin)、优良的特性和高可靠性的氧化物薄膜晶体管的制造方法。
另外，本发明的另一目的是提供具有通过克服可归因于气氛变化的TFT特性不稳定性而达到的高可靠性的薄膜晶体管的制造方法。另外，本发明的再一目的是提供其中当在In-Ga-Zn-O非晶氧化
体管的制造方法。z " 、' '

发明内容
本发明意在解决上述问题，并且本发明的要点是薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包含有源层，所述有源层包含非晶氧化物半导体膜，所述非晶氧化物半导体膜包含In和Zn中的至少一种元素，所述制造方法包括
形成有源层的步骤，所述形成有源层的步骤包括
在具有lxl(T3 Pa或更小的引入氧分压的气氛中形成氧化物膜的第一步骤；以及
在氧化气氛中对氧化物膜退火的第二步骤。
另外，本发明的一个方面是薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包含有源层，所述有源层包含非晶氧化物半导体膜，所述非晶氧化物半导体膜包含In和Zn中的至少一种元素，所述制造方法包括
形成具有第一电阻率的氧化物膜的第一步骤；以及通过在氧化气氛中退火而将氧化物膜的电阻率转变成第二电阻率的第二步骤；
其中，第二电阻率比第一电阻率高。
另外，本发明的另一方面是薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包含有源层，所述有源层包含非晶氧化物半导体膜，所述非晶氧化物半导体膜包含In和Zn中的至少一种元素，所述制造方法包括
形成具有第一活化(activation)能的氧化物膜的第一步骤；以及
7通过在氧化气氛中退火而将氧化物膜的活化能转变成第二活化能
的第二步骤；
其中第二活化能比第一活化能高。
另外，本发明的再一方面是薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包含有源层，所述有源层包含非晶氧化物半导体膜，所述非晶氧化物半导体膜包含In和Zn中的至少一种元素，所述制造方法包括
形成有源层的第一步骤；
在氧化气氛中退火的第二步骤；以及
在有源层上形成氧化物绝缘层的第三步骤。


图1是说明本发明的薄膜晶体管的结构的例子的视图(截面视图)。
图2是显示例子1中制备的薄膜晶体管的传输(transfer)特性的曲线图。
图3A是显示在施加DC偏置(bias)应力之前和之后例子1中制备的薄膜晶体管的传输特性的曲线图。
图3B是显示在施加DC偏置应力之前和之后比较例子1中制备的薄膜晶体管的传输特性的曲线图。
图4是显示例子6中制备的薄膜晶体管的传输特性的曲线图。
图5A是显示在施加DC偏置应力之前和之后例子6中制备的薄膜晶体管的传输特性的曲线图。
图5B是显示在施加DC偏置应力之前和之后比较例子5中制备的薄膜晶体管的传输特性的曲线图。
图6是说明本发明的薄膜晶体管的制造方法中形成沟道层的步骤的示图。
图7是逆交错(inversely staggered )的TFT的截面3见图。图8是显示In-Ga-Zn-O非晶氧化物中电子载流子浓度和成膜期间的氧分压之间的关系的曲线图。图9是显示本发明中实施的施加有退火的TFT和没有施加退火的TFT的传输特性的曲线图。
图10是显示在形成保护层之前和之后本发明中实施的施加有退火的TFT的传输特性的曲线图。
图11是显示在形成保护层之前和之后本发明中实施的没有施加退火的TFT的传输特性的曲线图。
图12是显示在本发明中实施的不形成保护层而制备的TFT在空气中和在真空中的传输特性的曲线图。
图13是显示在含氧的气氛中形成的在本发明中实施的具有保护层的TFT和在Ar气氛(没有氧)中形成的在本发明中实施的具有保护层的TFT的传输特性的曲线图。
图14是交错TFT的截面视图。
具体实施例方式
以下，参照附图描述本发明的实施例。
图l显示本实施例中制备的TFT器件的结构的示意图。通过在基板10上设置沟道层11，以及通过在沟道层11上设置源电极12、漏电极13、栅绝缘膜14和栅电极15,构建该TFT器件。
可应用于本发明的半导体器件结构不限于上述交错(顶栅)结构TFT;例如，其中栅绝缘膜和半导体沟道层被按此顺序设置在栅电极上的逆交错(底栅)结构TFT也可以是可应用的。
根据本发明人的知识，希望其中将包含In和Zn中的至少一种元素的氧化物膜半导体层用作有源层(也称作沟道层)的薄膜晶体管满足下面的特性，虽然所述特性依赖于晶体管的组成(composition)。具体而言，当使用其中电阻率(第二电阻率)落入约大于等于1Qcm并且小于等于10Kilcm (lxl04ftcm)的范围中、或者室温下的活化能(第二活化能)落入约大于等于50 meV并且小于等于400 meV的范围中的半绝缘氧化物膜时，能够获得令人满意的TFT特性。这里所称的活化能指从电导率的阿仑尼乌斯图(Arrhenius plot)获得的氧化物半导体膜的活化能。例如，当电阻率为1Qcm或更小、或者活化能为50meV或更小时，不能形成常关断(normally-off)晶体管；另夕卜，不能使得开关比(on-off ratio )大，包括其中即使施加栅电压也不能使源电极和漏电极之间的电流被导通或关断以致抑制晶体管工作的极端情形。另一方面，当电阻率为10KQcm或更大、或者活化能为400meV或更大时，不能使得导通电流大，根据情形而定包括其中即使施加栅电压也不能使源电极和漏电极之间的电流导通或关断以致抑制晶体管工作的极端情形。
可通过成膜时引入的氧分压来控制氧化物的电阻率和载流子浓度。这意味着主要通过控制氧分压来控制薄膜中的氧缺陷量，因而控制电子载流子浓度。图8是显示当通过溅射方法形成In-Ga-Zn-O氧化物薄膜时载流子浓度的氧分压依赖性的例子的曲线图。然而，如图6所示，通过首先在导致低电阻的条件下形成作为TFT有源层的膜(第一步骤)，然后通过在氧化气氛中对这样获得的膜进行退火(第二步骤)，来控制本发明的金属氧化物膜的电阻率。
以下，详细描述本发明中沟道层的形成方法。
首先，准备由玻璃等制成的基板IO，并通过诸如溅射、脉冲激光沉积、原子层沉积和电子束沉积的气相方法或其组合形成金属氧化物膜。在此成膜(第一步骤)中，在使金属氧化物膜的电阻率低于展示作为TFT沟道层的令人满意的特性所需的电阻率的条件下形成膜。虽然条件依赖于金属氧化物膜的组成和要使用的成膜设备，但是根本上通过将引入的氧分压设定成落入小于等于lxl(T3 Pa的范围内来实现这样的金属氧化物膜。特别地，当引入的氧分压为0Pa时，可容易地实现这样的金属氧化物膜。从而，本发明的引入的氧分压理想地为0Pa,因此不涉及下限。
这里所称的引入的氧分压指通过流率控制器有意地引入成膜设备的内部的氧的分压，不包括由诸如从成膜设备的内壁等不可避免地发射出的氧、由于成膜设备的泄漏从外面进入的氧、以及从靶发射出的氧的污染引起的氧的分压。无须说，在残留的氧气压力超过上述引入的氧分压的上限这样的条件下，几乎不能达到本发明的有利效果，因
此要在本发明中使用的成膜设备的背压(back pressure)希望地为lxl0-spa或更小。要注意，作为上述流率控制器，可以使用例如质量流(mass flow)控制器。
关于这一点，从TFT器件的性能和稳定性的观点，希望在使金属氧化物膜的电阻率(第一电阻率)为1Qcm或更小、或者使室温附近的活化能(第一活化能)为50meV或更小的条件下形成膜。要注意，将完成成膜时金属氧化物膜的电阻率的下限设定在例如1x10" Hcm或更大，并且将活化能的下限设定在例如O meV，虽然这些下限依赖于氧化物膜的组成和成膜条件。从而，希望本发明的第一电阻率大于等于lxl(T4 ftcm并且小于等于1 ilcm，希望本发明的第一活化能大于等于0 meV并且小于等于50 meV。
其后，在氧化气氛中对这样制备的金属氧化物膜进行退火(第二步骤)，以形成沟道层。在此情形中，设定退火条件，以使金属氧化物膜具有使得金属氧化物膜能够展示作为TFT沟道层的令人满意的特性这样的电阻率。为了有效控制电阻率的目的，建议通过将以氧、臭氧、水蒸气或氮的氧化物的气氛的形式的、包含氧作为其构成元素的气氛中的温度范围设定为落入大于等于250。C并且小于等于450°C、希望的是大于等于25(TC并且小于等于350。C的温度范围内，进行退火。另外，使用臭氧照射和氧自由基(radical)照射是有效的，其中可以使退火温度像低至150。C那样低。在此情形中，在臭氧中进行紫外光的照射也是希望的模式。
当根据上述方法形成沟道层时，不必精确地控制成膜气氛中的氧分压，因为电阻率是由形成金属氧化物半导体膜之后进行的退火确定的。另外，在金属氧化物膜具有低电阻率的条件下、即在其中氧自由基和高能氧负离子的量小的成膜气氛中形成金属氧化物膜。因而，制备的膜的电特性不作为距耙的距离的函数而大大变化，因此可使处理余裕变宽。特别地，当通过溅射方法形成金属氧化物膜时，使得上述效果显著；这可以想像地是因为与其他气相方法相比，气相中的分子气体的离解度较高。
接着，以下描述形成本发明的氧化物绝缘体保护层(第三步骤)的制造方法。
参照图7中说明的逆交错(底栅)TFT描述第三步骤。要注意，关于TFT结构，也可以使用交错(顶栅)TFT。
在逆交错TFT的情形中，由氧化物绝缘体制成的栅绝缘层被形成在沟道层之下，从而不需要在含氧的气氛中通过溅射方法来形成逆交错TFT;然而，氧化物绝缘体保护层被形成在沟道层上，因而需要在
含氧的气氛中通过溅射方法被形成。
另夕卜，在交错TFT的情形中，由氧化物绝缘体制成的栅绝缘层被形成在沟道层上，因而需要在含氧的气氛中通过溅射方法被形成。
图7是示意性地描绘基板10、栅电极ll、栅绝缘层12、沟道层13、源电极14、漏电极15和保护层16的截面^f见图。(栅绝缘层)
在本发明中，希望对于栅绝缘层使用Si02。备选地，还希望对于栅绝缘层使用包含Si02、 Y203、 A1203、 Hf02和Ti02中的至少一种的材料；也可以使用其中层叠这些氧化物的任何膜。
作为用于栅绝缘层12的成膜方法，建议使用诸如溅射、脉冲激光沉积和电子束沉积的气相方法。然而，成膜方法不限于这些方法。(电极)
用于源电极、漏电极和栅电极的材料不是特别限定的，只要材料确保令人满意的电导和与沟道层的令人满意的电连接就可以。例如，可用的是分别由i!i203:Sii和ZnO制成的透明导电膜，以及Au、 Pt、Al和Ni的金属膜。另外，为了改善粘附性的目的，可以在沟道层或绝缘层与电极之间设置由Ti、 Ni、 Cr等制成的层。(基板)
依赖于沟道层的退火的条件和其他，可以使用玻璃基板、金属基板、塑料基板、塑料膜等作为基板。(有源层(沟道层))有源层(沟道层)由包含In、 Ga和Zn中的至少一种的非晶氧化 物制成。作为有源层(沟道层)的成膜方法，建议使用诸如溅射、脉冲激 光沉积和电子束沉积的气相方法。然而，成膜方法不限于这些方法。将有源层(沟道层)的成膜温度设定成等于或低于要在形成由金 属氧化物绝缘体层制成的保护层之前进行的退火的温度。希望退火温度等于或低于玻璃转化(transition)温度；在本发明 中，将希望的温度范围设定成大于等于150。C并且小于等于450。C。建 议在大于等于200。C并且小于等于350。C的温度进行退火。可在要被形成在有源层(沟道层)上的源电极和漏电极的形成之 前或之后进行退火。 (保护层)作为保护层，使用包含至少一种金属元素的金属氧化物膜。对于 保护层，希望使用包含金属氧化物之中下列至少一种的金属氧化物膜 Si02、 A1203、 Ga203、 ln203、 MgO、 CaO、 SrO、 BaO、 ZnO、 Nb2Os、 Ta2Os、 Ti02、 Zr02、 Hf02、 Ce02、 Li20、 Na20、 K20、 Rb20、 Sc203、 Y203、 La203、 Nd203、 Sm203、 Gd203、 Dy203、 Er203#Yb203。备选地，除了这些金属氧化物之外，也可以使用氮氧化硅(silicon nitroxide ) ( SiOxNy)。作为用于在TFT上形成作为保护层的上述金属氧化物或SiOxNy 的方法，可使用CVD方法、溅射方法等。当通过溅射方法形成保护 层时，在含氧的气氛中的溅射期间进行成膜。这是因为具有例如在Ar 气气氛中形成的保护层的器件与形成保护层之前相比在TFT特性方 面退化。TFT特性的退化的原因可以想像地是由载流子的产生而导致 的有源层(沟道层)的电阻降低，所述载流子的产生是由在保护层的 形成期间从有源层(沟道层)的界面释放的氧引起的。因而，在溅射 保护层期间，要求在含氧的气氛中进行成膜。希望总的溅射气体中的 氧含量是从10%到80%,并且更希望的是大于等于30%并且小于等 于60%。13图2显示本发明的TFT的典型传输特性(Vg-Id特性)。当在 源电极和漏电极之间施加6 V的电压Vd时，通过在-5 V和12 V之 间扫描(sweep )栅电压Vg，可控制源电极和漏电极之间的电流Id (导 通和关断)。与通过其中由金属氧化物成膜时引入的氧的量来控制电 阻率的传统方法制备的TFT相比，导通电流较高，并且获得的场效应 迁移率较高。与通过传统方法制备的TFT相比，S值被减小到十分之 一至五分之一，大大改善亚阈值区域中的亚阈值特性。接着，对本发明的TFT进行DC偏置应力测试。图3A和3B显 示在施加Vg= 12V和Vd - 12V的DC应力400秒前后之间的本发明 中典型的TFT传输特性变化。虽然传统的TFT展示显著的特性退化 以致DC应力将导通电流降低并且将阈值电压改变几个伏特，但是本 发明的TFT展示非常小的阈值电压变化并且看来几乎不受DC应力影 响。、、" 、、 ，—， ，氧化物膜具有低电阻的条件下形成的，从而实际上沟道层被形成以使 得等离子体损伤小。特别地，当将本发明应用于其中对于沟道层使用没有晶界散射并 且界面特性优异因而相应地具有高的载流子迁移率的非晶氧化物的 TFT时，能够实现具有大的场效应迁移率和优异特性的TFT。在此情 形中，通过在氧化物膜中包含Ga和Sn中的至少一种元素来稳定非晶 相。另外，从非晶相的稳定性的观点，可以说希望将退火时氧化气氛 中的温度设定在450。C或更低。这里，可通过观察到当X射线以约0.5度的低入射角被作为测量 目标的薄膜衍射时不能检测到清楚的衍射峰(换句话说，观察到晕状 (halo)图案)，来识别非晶状态。要注意，当将上述材料用于薄膜 晶体管的沟道层时，本发明不排除其中沟道层包含微晶状态构成材料 的情形。另外，根据本发明人的知识，使用包含原子组成比In/(In+Zn)为大于等于30原子％并且小于等于45原子％的In和Zn的非晶氧化物 也是希望的实施例。特别是当TFT具有这样的沟道层时，可以实现具 有大的迁移率并且几乎不受DC应力影响的TFT。 (例子)
以下，参照例子更详细地描述本发明。 (例子l)
参照图1描述本发明的TFT器件的实施例。 首先，在玻璃基板10上形成In-Ga-Zn-O膜作为沟道层11。 在本例子中，通过在氩气氛中溅射并通过在空气中退火形成 In-Ga國Zn-O膜。
使用具有InGaZn04组分的2英寸尺寸的烧结体作为靼(材料源)， 并且施加的RF功率为100 W。粑和基板之间的距离约为9 cm。在具 有0 Pa引入氧分压的3.5x10" Pa氩气氛中形成In-Ga-Zn-O膜。成膜 时的基板温度为25。C。
接着，在被设定在300。C的周围空气(ambient air)气氛中对通 过賊射方法制备的In-Ga-Zn-O膜退火1小时。对获得的膜进行四探 针测量，并获得下面的结果退火之前的In-Ga-Zn-O膜给出分别约 0.03ftcm和0meV的电阻率和活化能，另一方面，退火之后的相应值 分别约为500 Qcm和200 meV。另外，在300。C退火之后，对膜表面 进行低入射角X射线衍射(薄膜方法，入射角0.5度)而没有检测 到任何清楚的衍射峰，从而识别出制备的In-Ga-Zn-O膜为非晶膜。 此外，执行光i脊椭圆偏光(spectroscopic ellipsometric )测量并分析图 案，从而发现薄膜的均方根粗糙度(Rrms)约为0.5nm，并且膜厚度 约为50 nm。 X射线荧光(XRF )分析的结果显示，薄膜的金属組成 比为In:Ga:Zn- 1.1:1.1:0.9。
接着，通过使用电子束加热沉积方法将约5nm厚的Ti层和约40 nm厚的Au层按此顺序层叠以使Ti层更靠近沟道层，然后，通过使 用光刻方法和剥离(liftoff)方法形成源电极12和漏电极13。然后， 通过使用电子束沉积方法形成要被用作栅绝缘膜14的SK)2膜以具有约90 nm的厚度，然后将Ti层和Au层顺序地层叠在栅绝缘层14上， 并通过使用光刻方法和剥离方法形成栅电极15。沟道长度和沟道宽度 4皮发现分别为50 fim和200 nm。 (比较例子l)
除了沟道层，采用与上述例子1中相同的结构。当引入的氧分压 为5xl(T3 Pa时，在3.5x10" Pa的氩氧混合气体气氛中通过溅射方法 形成In-Ga-Zn-O膜。使用具有InGaZn04组分的2英寸尺寸的烧结 体作为靶。In-Ga-Zn-O膜的厚度约为50nm，且成膜时的基板温度为 25。C。在本比较例子1中，仅(exclusively)通过在氩氧混合气体气 氛中的'减射来形成In-Ga-Zn-O膜，而在成膜之后不进行在被设定在 300。C的周围空气气氛中的退火。对这样获得的膜进行四探针测量，发 现In-Ga-Zn-O膜的电阻率约为700 flcm。另外，通过X射线衍射识 别出制备的In-Ga-Zn-O膜为非晶膜。X射线荧光(XRF )分析的结 果显示，薄膜的金属组成比为In:Ga:Zn = 1.1:1.1:0.9。 (比较例子2)
除了沟道层，采用与上述例子1中相同的结构。当引入的氧分压 为5xl(T3 Pa时，在3.5x10" Pa的氩氧混合气体气氛中通过溅射方法 形成In-Ga-Zn-O膜。使用具有InGaZn04组分的2英寸尺寸的烧结 体作为靶。In-Ga-Zn-O膜的厚度约为50nm，且成膜时的基板温度为 25°C。在本比较例子2中，在氩氧混合气体气氛中通过溅射方法形成 In-Ga-Zn-O膜，然后执行在被设定在30(TC的周围空气气氛中的退火。 对这样获得的膜进行四探针测量，发现In-Ga-Zn-O膜的电阻率约为 500 ftcm。另外，通过X射线衍射识别出制备的In-Ga-Zn-O膜为非 晶膜。X射线荧光(XRF)分析的结果显示，薄膜的金属组成比为 In:Ga:Zn- 1.1:1.1:0.9。 (TFT器件的特性的评估)
图2是显示当在室温执行测量时本例子中制备的TFT器件在Vd =6 V时的Id-Vg特性(传输特性)的曲线图。与比较例子l相比， 导通电流较大，以使在Vg-10 V时约Id = 1x10" A的电流流动。另外，从输出特性计算场效应迁移率以在饱和区域中产生约7.8 cmVVs 的场效应迁移率，其比比较例子1中的约高20%。此外，与比较例子 l相比，S值约为0.28 V/decade而大大改善亚阈值区域中的亚阈值特 性。与比较例子2相比，亚阈值区域中的亚阈值特性也被大大改善， 以致发现S值显示约为比较例子2中的一半的值。另外，发现晶体管 的开关比显示超过109的高值。
接着，对本例子中制备的TFT进行DC偏置应力测试。图3A和 SB显示在施加Vg- 12 V和Vd- 12 V的DC应力400秒前后之间TFT 传输特性的改变。图3A和图3B分别显示在本例子和比较例子1中制 备的TFT的DC偏置应力测试的结果。在比较例子1的TFT中，DC 应力导致包括导通电流的减少和几个伏特的阈值电压变化的显著特性 退化。同样在比较例子2的TFT中，虽然与比较例子l相比特性的退 化较小，但是也观察到了约IV的阈值电压漂移(shift)。另一方面， 在本例子的TFT中，阈值电压变化像约0.3 V这样非常小，显示本例 子的TFT几乎不受DC应力影响。 (例子2)
参照图l描述本发明中TFT器件的实施例。 首先，在玻璃基板10上形成In-Ga-Zn-O膜作为沟道层11。 在本例子中，通过在氩气氛中的溅射方法和通过在氧气氛中的退 火来形成In-Ga-Zn-O膜。
使用具有InGaZn04组分的2英寸尺寸的烧结体作为乾(材料源)， 并且施加的RF功率为100 W。靶和基板之间的距离约为9cm。在具 有OPa引入氧分压的3.5x10" Pa氩气氛中形成In-Ga-Zn-O膜。成膜 时的基板温度为25°C。
接着，在被设定在28(TC的氧气氛中对通过溅射方法制备的 In-Ga-Zn-O膜退火30分钟。对获得的膜进行四探针测量，并获得下 面的结果退火之前的In-Ga-Zn-O膜给出分别约0.03 Qcm和0 meV 的电阻率和活化能，另一方面，退火之后的相应值分别约为720Hcm 和210 meV。
17另夕卜，在280。C退火之后，对膜表面进行低入射角X射线衍射(薄 膜方法，入射角0.5度)而没有检测到任何清楚的衍射峰，从而识别 出制备的In-Ga-Zn-O膜为非晶膜。此外，执行光镨椭圆偏光测量并 分析图案，从而发现薄膜的均方根粗糙度(Rrms)约为0.5nm,并且 膜厚度约为50 nm。 X射线荧光(XRF )分析的结果显示薄膜的金属 组成比为In:Ga:Zn - 1.1:1.1:0.9。
接着，通过使用电子束加热沉积方法将约5nm厚的Ti层和约40 nm厚的Au层按此顺序层叠以使Ti层较靠近沟道层，然后，通过光 刻方法和剥离方法形成源电极12和漏电极13。然后，通过使用电子 束沉积方法形成要被用作栅绝缘膜14的SK)2膜以具有约90 nm的厚 度，然后将Ti层和Au层顺序地层叠在栅绝缘层14上，并通过使用 光刻方法和剥离方法形成栅电极15。沟道长度和沟道宽度被发现分別 为50拜和200拜。 (TFT器件的特性的评估)
在室温执行TFT器件的特性的评估。从而发现与比较例子1相比， 本例子中制备的TFT的导通电流较大，以使在Vg=10 V时约Id-lxl(T4 A的电流流动。另外，从输出特性计算场效应迁移率而在饱和 区域中产生约7.8cmVVs的场效应迁移率，其比比较例子l中的约高 20%。此外，与比较例子l相比，S值约为0.23 V/decade，而大大地 改善亚阈值区域中的亚阈值特性。另外，发现晶体管的开关比显示超 过109的高值。
接着，对本例子中制备的TFT进行DC偏置应力测试。在比较例 子1的TFT中，DC应力导致包括导通电流的减少和几个伏特的阈值 电压变化的显著特性退化。另一方面，在本例子的TFT中，阈值电压 变化像约0.2 V这样非常小，显示本例子的TFT几乎不受DC应力影 响。
(例子3)
参照图l描述本发明中TFT器件的实施例。
首先，在玻璃基板10上形成In-Ga-Zn-O膜作为沟道层11。在本例子中，通过在氩氧混合气体气氛中溅射并通过在空气中退
火来形成In-Ga-Zn-O膜。
使用具有InGaZn04组分的2英寸尺寸的烧结体作为靶，并且施 加的RF功率为100 W。乾和基板之间的距离约为9 cm。在具有 8x10" Pa引入氧分压的3.5xl(T1 Pa氩氧混合气体气氛中形成 In-Ga-Zn-O膜。成膜时的基板温度为25°C。
接着，在被设定在250。C的周围空气气氛中对通过溅射方法制备 的In-Ga-Zn-O膜退火20分钟。对获得的膜进行四探针测量，并获得 下面的结果退火之前的In-Ga-Zn-O膜给出分别约0.1 ftcm和5 meV 的电阻率和活化能，另一方面，退火之后的相应值分别约为600 11cm 和206 meV。
另外，在25(TC退火之后，对膜表面进行低入射角X射线衍射(薄 膜方法，入射角0.5度)而没有检测到任何清楚的衍射峰，从而识别 出制备的In-Ga-Zn-O膜为非晶膜。此外，执行光镨椭圓偏光测量并 分析图案，从而发现薄膜的均方根粗糙度(Rrms)约为0.5nm，并且 膜厚度约为50 nm。 X射线荧光(XRF )分析的结果显示薄膜的金属 纟且成比为In:Ga:Zn = 1.1:1.1:0.9。
接着，通过使用电子束加热沉积方法将约5nm厚的Ti层和约40 nm厚的Au层按此顺序层叠以使Ti层较靠近沟道层，然后，通过使 用光刻方法和剥离方法形成源电极12和漏电极13。然后，通过使用 电子束沉积方法形成要被用作栅绝缘膜14的Si02膜以具有约90 nm 的厚度，然后将Ti层和An层顺序地层叠在栅绝缘膜14上，并通过 使用光刻方法和剥离方法形成栅电极15。沟道长度和沟道宽度被发现 分另'J为50拜和200拜。 (TFT器件的特性的评估)
在室温执行TFT器件的特性的评估。从而发现与比较例子1相比， 本例子中制备的TFT的导通电流较大，以使在Vg-10 V时约Id = 7xl(T5 A的电流流动。另外，从输出特性计算出场效应迁移率在饱和 区域中约为7.1 cmVVs，为比比较例子1中的约高10%的值。此外，与比较例子l相比，S值约为0.32 V/decade，而大大地改善亚阈值区 域中的亚阈值特性。另外，发现晶体管的开关比显示超过109的高值。 接着，对本例子中制备的TFT进行DC偏置应力测试。在比较例 子1的TFT中，DC应力导致包括导通电流的减少和几个伏特的阈值 电压变化的显著特性退化。另一方面，在本例子的TFT中，阈值电压 变化像约0.5 V这样非常小，显示本例子的TFT几乎不受DC应力影 响。
(例子4)
参照图l描述本发明中TFT器件的实施例。 首先，在玻璃基板10上形成In-Ga-Zn-O膜作为沟道层11。 在本例子中，通过在氩气氛中溅射并通过在空气中退火形成 In誦Ga-Zn-O膜。
使用具有In:Ga:Zn = 30:15:55的金属组成比的2英寸尺寸的 In-Ga-Zn-O烧结体作为靶，并且施加的RF功率为100 W。靶和基板 之间的距离约为9 cm。在3.5x10" Pa的氩气氛中形成In-Ga-Zn-O膜。 成膜时的基板温度为25。C。
接着，在被设定在300。C的周围空气气氛中对通过減射方法制备 的In-Ga-Zn-O膜退火1小时。
对获得的膜进行四探针测量，并获得下面的结果退火之前的 In-Ga-Zn-O膜给出分别约0.01 Qcm和0 meV的电阻率和活化能，另 一方面，在被设定在300。C的周围空气气氛中的退火之后的相应值分 别约为300 Qcm和190 meV。
另外，在In-Ga-Zn-O膜的退火之后，对膜表面进行低入射角X 射线衍射(薄膜方法，入射角0.5度)而没有检测到任何清楚的衍射 峰，从而识别出制备的In-Ga-Zn-O膜为非晶膜。此外，执行光镨椭 圆偏光测量并分析图案，从而发现薄膜的均方根粗糙度(Rrms)约为 0.5 nrn，并且膜厚度约为50 nm。 X射线荧光(XRF )分析的结果显 示薄膜的金属组成比约为In:Ga:Zn-36:10:54。 (比较例子3)
20除了沟道层，采用与上述例子4相同的结构。当引入的氧分压为 lxl(T2 Pa时，在3.5x10" Pa的氩氧混合气体气氛中通过'减射方法形成 In-Ga-Zn-O膜。使用具有In:Ga:Zn = 30:15:55的金属组成比的 In-Ga-Zn-O烧结体作为靶。In-Ga-Zn-O膜的厚度约为50 nm，且成 膜时的基板温度为25°C。在本比较例子3中，仅通过在氩氧混合气体 气氛中溅射来形成In-Ga-Zn-O膜，而在成膜之后没有进行在被设定 在300。C的周围空气气氛中的退火。对这样获得的膜进行四探针测量， 发现其电阻率约为500 ilcm。另外，通过X射线衍射识别出制备的 In-Ga-Zn-O膜为非晶膜。X射线荧光(XRF )分析的结果显示薄膜的 金属组成比为In:Ga:Zn = 35:9:56。
(TFT器件的特性的评估)
在室温执行TFT器件的特性的评估。从而发现与比较例子3相比， 本例子中制备的TFT的导通电流较大，以使在Vg-10 V时约Id = 2.5x10" A的电流流动。另外，从输出特性计算出场效应迁移率在饱 和区域中约为14.5 cmVVs,为比比较例子3中的约高25%的值。此外， S值像约0.16 V/decade那么小，而在亚阈值区域中展示令人满意的亚 阈值特性。另外，晶体管的开关比能够达到超过109的高值。
接着，对本例子中制备的TFT进行DC偏置应力测试。在比较例 子3的TFT中，DC应力导致包括导通电流的减少和约1 V的阈值电 压变化的特性退化。另一方面，在本例子的TFT中，既没有观察到导 通电流变化也没有观察到阈值电压变化，显示本例子的TFT几乎不受 DC应力影响。
(例子5)
参照图l描述本发明中TFT器件的实施例。
首先，在塑料基板10上形成In-Ga-Zn-O膜作为沟道层11。
在本例子中，通过在氩气氛中溅射并通过在其中在臭氧中照射紫
外光的气氛中退火来形成In-Ga-Zn-O膜。
使用具有In:Ga:Zn = 30:15:55的金属組成比的2英寸尺寸的
In-Ga-Zn-O烧结体作为耙，并且施加的RF功率为100 W。靶和基板之间的距离约为9 cm。在3.5x10" Pa的氩气氛中形成In..Ga-Zn-O膜， 并且成膜时的基板温度为25°C。
接着，在其中在臭氧中照射紫外光的、被设定在20(TC的气氛中 对通过賊射方法制备的In-Ga-Zn-O膜退火1小时。
对获得的膜进行四探针测量，并获得下面的结果退火之前的 In-Ga-Zn-O膜给出约0.01 Qcm的电阻率，另一方面，在其中在臭氧 中照射紫外光的、被设定在20(TC的气氛中的退火之后的电阻率约为 900 Hcm。另外，在In-Ga-Zn-O膜的退火之后，对膜表面进行低入射 角X射线衍射(薄膜方法，入射角0.5度)而没有检测到任何清楚 的衍射峰，从而识别出制备的In-Ga-Zn-O膜为非晶膜。此外，执行 光语椭圆偏光测量并分析图案，从而发现薄膜的均方根粗糙度(Rrms ) 约为0.5 nm，并且膜厚度约为50nm。 X射线荧光(XRF )分析的结 果显示薄膜的金属组成比约为In:Ga:Zn = 36:10:54。 (比较例子4)
除了沟道层，采用与上述例子5中相同的结构。当引入的氧分压 为lxl(T2 Pa时，在3.5x10" Pa的氩氧混合气体气氛中通过溅射方法 形成In-Ga-Zn-O膜。使用具有In:Ga:Zn = 30:15:55的金属组成比的 In-Ga-Zn-O烧结体作为耙。In-Ga-Zn-O膜的厚度约为50 nm，且成 膜时的基板温度为25°C。在本比较例子4中，仅通过在氩氧混合气体 气氛中溅射来形成In-Ga-Zn-O膜，而在成膜之后没有进行在其中在 臭氧中照射紫外光的、被设定在200'C的气氛中的退火。对这样获得 的膜进行四探针测量，发现其电阻率约为500 Qcm。另外，通过X射 线衍射识别出制备的In-Ga-Zn-O膜为非晶膜。X射线荧光(XRF ) 分析的结果显示薄膜的金属组成比为In:Ga:Zn = 35:9:56。 (TFT器件的特性的评估)
在室温执行TFT器件的特性的评估。从而，在饱和区域中获得约 6.5 cm2/Vs的场效应迁移率，其比比较例子4中的约高25%。另外， 晶体管的开关比能够达到超过109的高值。
接着，对本例子中制备的TFT进行DC偏置应力测试。在比较例
22子4的TFT中，DC应力导致包括导通电流的减少和几个伏特的阈值 电压变化的特性退化。另一方面，在本例子的TFT中，阈值电压变化 像l V或更低那样小，显示本例子的TFT几乎不受DC应力影响。 (例子6)
参照图1描述本发明中TFT器件的实施例。 首先，在玻璃基板10上形成In-Zn-O膜作为沟道层11。 在本例子中，通过在氩气氛中溅射并通过在空气中退火形成 In國Zn-O膜。
使用具有IH2Zll306组分的2英寸尺寸的烧结体作为靶，并且施加
的RF功率为100 W。靶和基板之间的距离约为9cm。在具有0 Pa引 入氧分压的3.5x10" Pa氩气氛中形成In-Zn-O膜。成膜时的基板温度 为25°C。
接着，在被设定在300。C的周围空气气氛中对通过溅射方法制备 的In-Zn-O膜退火1小时。
对获得的膜进行四探针测量，并获得下面的结果退火之前的 In-Zn-O膜给出约0.005 Hcm的电阻率，另一方面，在械z没定在300°C 的周围空气气氛中退火之后的电阻率约为30Qcm。另外，在In-Zn-O 膜的退火之后，对膜表面进行低入射角X射线衍射(薄膜方法，入射 角0.5度)而没有检测到任何清楚的衍射峰，从而识别出制备的 In-Zn-O膜为非晶膜。此外，执行光镨椭圆偏光测量并分析图案，从 而发现薄膜的均方根粗糙度(Rrms)约为0.5 nm，并且膜厚度约为 50 nm。 X射线荧光(XRF )分析的结果显示薄膜的金属组成比约为 In:Zn-2:3。 (比较例子5)
除了沟道层，采用与上述例子6中相同的结构。当引入的氧分压 为1.5xl(T2 Pa时，在3.5x10" Pa的氩氧混合气体气氛中通过溅射方法 形成In-Zn-O膜。使用具有In2Zii306组成的2英寸尺寸的烧结体作为 耙。In-Zn-O膜的厚度约为50 nm，且成膜时的基板温度为25°C。在 本比较例子5中，仅通过在氩氧混合气体气氛中溅射来形成In-Zn-O膜，而在成膜之后没有进行在被设定在300。C的周围空气气氛中的退 火。对这样获得的膜进行四探针测量，并发现其电阻率约为50Qcm。 另外，通过X射线衍射识别出制备的In-Zn-O膜为非晶膜。X射线荧 光(XRF)分析的结果显示薄膜的金属组成比为In:Zn-2:3。 (TFT器件的特性的评估)
图4是显示当在室温执行测量时，本例子中制备的TFT器件在 Vd = 6 V时的Id-Vg特性(传输特性)的曲线图。如与比较例子5 相比，导通电流较大，以4吏在Vg-10 V时约Id = 5xl(T4 A的电流流 动。另外，从输出特性计算出场效应迁移率在饱和区域中约为21 cm2/Vs，为比比较例子5中的约高35%的值。此外，S值像约0.2 V/decade那么小，而在亚阈值区域中展示令人满意的亚阈值特性。另 外，晶体管的开关比能够达到超过109的高值。
接着，对本例子中制备的TFT进行DC偏置应力测试。图5A和 5B显示在施加Vg = 12 V和Vd = 12 V的DC应力400秒前后之间的 TFT传输特性改变。图5A和图5B分别显示在本例子和比较例子5 中制备的TFT的DC偏置应力测试的结果。在比较例子5的TFT中， DC应力导致包括导通电流的减少和约1V的阈值电压变化的特性退 化。另一方面，在本例子的TFT中，既没有观察到导通电流变化也没 有观察到阈值电压变化，显示本例子的TFT几乎不受DC应力影响。 (例子7)
(具有金属氧化物保护层的TFT ) 制备图7所示的逆交错TFT器件。 使用康宁(Corning) 1737玻璃基板作为基板10。 首先，通过电子束沉积方法将5 nm厚的Ti层、50 nm厚的Au 层和另 一个5 nm厚的Ti层按此顺序层叠在基板10上。对层叠的膜 应用光刻方法和剥离方法以形成栅电极11，其中Ti层充当粘附层 (adhesive layer)。
进一步在其上通过RF濺射方法形成200 nm厚的Si02膜，以形 成栅绝缘层12。接着，利用具有InGa03 (ZnO)组分的多晶烧结体作为靶，通过 RF '践射方法沉积40 nm厚的In-Ga-Zn-O氧化物半导体膜作为沟道层 13。
在本例子中，施加的RF功率为200 W。成膜时的气氛是这样的 以使总压力为0.5Pa，并且气体流率(flow rate)比为Ar:02 = 95:5。 成膜速率为8nm/分钟，并且基板温度为25t。
对沉积的In-Ga-Zn-O氧化物半导体膜应用光刻方法和蚀刻方法， 以被处理成合适的尺寸。
在此阶段，准备两个器件；在300'C在空气中对它们中的一个退 火30分钟，但是不对另一个退火。
将5nm厚的Ti层、50 nm厚的Au层和另 一个5 nm厚的Ti层 按此顺序层叠在所述器件中的每一个上，并且通过光刻方法和剥离方 法形成源电极14和漏电极15。
通过RF溅射方法进一步在其上沉积100 nm厚的Si()2膜作为保 护层16。
在本例子中，施加的RF功率为400 W。成膜时的气氛是这样的 以使总压力为0.1Pa，并且气体流率比为Ar:02 = 50:50。成膜速率为 2nm/分钟，并且基板温度为25。C。
最后，通过以光刻方法和蚀刻方法去除栅电极11、漏电极15和 源电极14中的每一个上的一部分而形成接触孔。
以上述方式，制备了TFT器件。 (TFT器件的特性的评估)
图9显示在保护层形成之后在空气中在室温测量的被退火器件和 未被退火器件的传输特性。
被退火器件在栅电压Vg-10V时给出约1E-3的漏电流，并且从 输出特性计算场效应迁移率而在饱和区域中产生约20 cm2/Vs的场效 应迁移率。
未被退火器件在栅电压Vg= 10 V时给出约1E-4的漏电流，以及 在饱和区域中约5 cm2/Vs的场效应迁移率。如可看见的那样，被退火器件的上升(rise)电压位于负的区域 中，但是被退火器件的TFT特性更好。
图IO显示在形成保护层之前和之后被退火TFT器件的传输特性。 在形成保护层之前的器件中在0 V附近观察到上升，但是在其上形成 有保护层的器件中上升漂移到3 V的附近。场效应迁移率在形成保护 层之前的器件中约为9 cm2/Vs，但是在其上形成有保护层的器件中约 为20 cmVVs。另外，图ll显示在形成保护层之前和之后未被退火TFT 器件的传输特性。在其上形成有保护层的器件中在-2V的附近观察到 的上升比在形成保护层之前的器件中的更陡峭。场效应迁移率在形成 保护层之前的器件中约为4 cm2/Vs，但是在其上形成有保护层的器件 中约为12 cmVVs。在未被退火器件中通过形成保护层使上升电压漂移 到正方向，但是在被退火器件中即使通过形成保护层也没有使上升电 压漂移。上升电压漂移的原因可以想像地可归于由溅射期间产生的热 而引起的影响。从而，在被退火器件中通过退火可以想像地减少了溅 射期间所施加的热影响。此外，在被退火器件中与在未被退火器件中 保护层的形成都增大场效应迁移率的事实可以想像地可归于由通过含 氧气氛中成膜的氧等离子体而引起的沟道层界面中的缺陷减少。
接着，将其上形成有保护层的器件放入真空腔中以进行真空中的 测量，而没有发现特性的任何变化。另外，在空气中的测量中，在其 上形成有保护层的器件中和在没有保护层的器件中都没有发现特性的 变化。图12显示退火之后的其上没有形成保护层的器件在空气中和在 真空中的TFT器件传输特性；真空中的测量给出在栅电压Vg-10 V 时约1E-4的漏电流和在饱和区域中约1 cmVVs的场效应迁移率，并 且空气中的测量给出在栅电压Vg= 10 V时约1E-3的漏电流和在饱和 区域中约9cmVVs的场效应迁移率，显示在没有保护层时环境变化使 特性变化。另一方面，还显示即使在环境变化下，保护层的形成也使 特性稳定。
如上所述，可通过在形成氧化物绝缘体保护层之前退火并通过在 含氧气氛中形成氧化物绝缘体保护层，而制备使用非晶氧化物半导体
26作为沟道层的TFT作为保持令人满意的特性而不受环境变化影响的 TFT。 (例子8)
(具有在不含氧的气氛中形成的金属氧化物保护层的TFT) 制备图7所示的逆交错TFT器件。 使用康宁1737玻璃基板作为基板10。
首先，通过电子束沉积方法将5 nm厚的Ti层、50 nm厚的Au 层和另一个5 nm厚的Ti层按此顺序层叠在基板10上。对层叠的膜 应用光刻方法和剥离方法以形成栅电极11。
进一步在其上通过RF賊射方法形成200 nm厚的Si02膜，以形 成栅绝缘膜12。
接着，利用具有InGa03(ZnO)组分的多晶烧结体作为靶，通过 RF賊射方法沉积40 nm厚的In-Ga-Zn-O氧化物半导体薄膜作为沟道 层13。
在本例子中，施加的RF功率为200 W。成膜时的气氛是这样的 以使总压力为0.5Pa，并且气体流率比为Ar:02 = 95:5。成膜速率为8 nm/分钟，并且基板温度为25。C。
对沉积的In-Ga-Zn-O氧化物半导体薄膜应用光刻方法和蚀刻方 法，以将其处理成合适的尺寸。
在此阶段，在300'C在空气中执行退火30分钟。
将5 nm厚的Ti层、50 nm厚的Au层和另 一个5 nm厚的Ti层 按此顺序进一 步层叠在其上，并且通过光刻方法和剥离方法形成源电 极14和漏电极15。
通过RF溅射方法进一步在其上沉积100 nm厚的SiOi膜作为保 护层16。
在本例子中，施加的RF功率为400 W。成膜时的气氛是这样的 以使总压力为0.1 Pa，并且气氛气体为Ar气。成膜速率为7nm/分钟， 并且基板温度为25°C。
最后，通过以光刻方法和蚀刻方法去除栅电极11、漏电极15和源电极14中的每一个上的一部分而形成接触孔。 (TFT器件的特性的评估)
图13显示例子8中制备的器件(在没有氧的情况下形成保护层) 和例子7中除了保护层之外在与例子8相同的条件下制备的器件(在 存在氧的情况下形成保护层)的TFT器件传输特性。例子8的器件在 栅电压Vg = -5 V时给出约1E-6的漏电流；与例子7的器件相比，例 子8的器件的特性大大地变化，以致作为TFT特性是令人不满意的。 如上所述，已经显示当在In-Ga-Zn-O氧化物半导体上形成氧化 物绝缘体膜时，需要在含氧气氛中执行成膜。 (例子9) (交错TFT)
制备图14所示的交错TFT器件。 使用康宁1737玻璃基板作为基板80。
首先，利用具有InGa03 (ZnO)组分的多晶烧结体作为靶，通过 RF '减射方法在基板80上沉积40 nm厚的In-Ga-Zn-O氧化物半导体 薄膜作为沟道层81。
在本例子中，施加的RF功率为300 W。成膜时的气氛是这样的 以使总压力为0.5 Pa,并且气体流率比为Ar:02 = 97:3。成膜速率为 12nm/分钟，并且基板温度为25。C。
通过电子束沉积方法将5 nm厚的Ti层和50 nm厚的Au层层叠 在沟道层上。对层叠的膜应用光刻方法和剥离方法，以形成源电极82 和漏电极83。
对沉积的In-Ga-Zn-O氧化物半导体薄膜应用光刻方法和蚀刻方 法，以将其处理成合适的尺寸。
在此阶段，在200。C在氧气氛中执行退火50分钟。
150 nm厚的￥203膜,皮通过RF溅射方法进一步形成在其上，并 且被通过光刻方法和蚀刻方法处理成合适的尺寸以形成栅绝缘膜84。
在本例子中，施加的RF功率为500 W。成膜时的气氛是这样的 以j吏总压力为0.1 Pa，并且气体流率比为Ar:02 = 40:60。成膜速率为1.5nm/分钟，并且基板温度为25。C。
5nm厚的Ti层和50 nm厚的Au层被进一步层叠在其上，并且 -故应用光刻方法和蚀刻方法以形成栅电极85。
评估例子9中制备的TFT，而达到像被制备为逆交错器件的器件 的晶体管特性那样令人满意的晶体管特性。 (例子10)
(在保护层中使用SiOJVy的TFT) 制备图7所示的逆交错TFT器件。 使用康宁1737玻璃基板作为基板10。
首先，通过电子束沉积方法将5 nm厚的Ti层、50 nm厚的Au 层和另一个5 nm厚的Ti层按此顺序层叠在基板IO上。对层叠的膜 应用光刻方法和剥离方法，以形成4册电极11。
通过RF濺射方法进一步在其上形成150 nm厚的￥203膜，以形 成栅绝缘膜12。
接着，利用具有InGa03(ZnO)组分的多晶烧结体作为靶，通过 RF溅射方法沉积40 nm厚的In-Ga-Zn-O氧化物半导体薄膜作为沟道 层13。
在本例子中，施加的RF功率为200 W。成膜时的气氛是这才羊的 以使总压力为0.5Pa,并且气体流率比为Ar:02 = 95:5。成膜速率为8 nm/分钟，并且基板温度为25。C。
对沉积的In-Ga-Zn-O氧化物半导体薄膜应用光刻方法和蚀刻方 法，以将其处理成合适的尺寸。
在此阶段，在300。C在空气中执行退火30分钟。
将5nm厚的Ti层、50 nm厚的Au层和另 一个5 nm厚的Ti层 按此顺序进一步层叠在其上，并且通过光刻方法和剥离方法形成源电 极14和漏电才及15。
通过RF溅射方法进一步在其上沉积100 nm厚的SiOxNy膜作为 保护层16。
在本例子中，施加的RF功率为400 W。成膜时的气氛是这才羊的
29以使总压力为0.1Pa，并且气体流率比为Ar:O2 = 40: 60。成膜速率为 2nm/分钟，并且基板温度为25。C。
最后，通过以光刻方法和蚀刻方法去除栅电极11、漏电极15和 源电极14中的每一个上的一部分而形成接触孔。
以上述方式，制备了TFT器件。
TFT特性在保护层形成之后被评估，而给出与将Si02用于保护层 的情形的性能和稳定性相当的性能和稳定性。
根据本发明，在具有低电阻的条件下形成要被用作沟道层的金属 氧化物膜，因此形成高质量的氧化物膜，并且从而可以制备特性优异 的薄膜晶体管。无需以复杂的方式控制金属氧化物成膜气氛中的氧分 压，并且可使处理余裕变宽，产生可获得TFT的高度可靠的制造方法 这样的优点。
另外，根据本发明，例如，可提供使用非晶氧化物半导体作为有 源层(也被称作沟道层)的TFT器件，其中所述器件对于环境变化是 稳定的，并且具有高度可靠的和令人满意的晶体管特性。
本申请要求2006年8月23日提交的日本专利申请No. 2006-226698的权益，其全部内容在此通过参考被并入。
权利要求
1、一种薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包含有源层，所述有源层包含非晶氧化物半导体膜，所述非晶氧化物半导体膜包括In和Zn中的至少一种元素，所述制造方法包含形成所述有源层的步骤，所述形成所述有源层的步骤包含在具有1×10-3Pa或更小的引入氧分压的气氛中形成氧化物膜的第一步骤；以及在氧化气氛中对所述氧化物膜退火的第二步骤。
2、 一种薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包含有源层，所 述有源层包含非晶氧化物半导体膜，所述非晶氧化物半导体膜包括In 和Zn中的至少一种元素，所述制造方法包含形成具有第一电阻率的氧化物膜的第一步骤；以及 通过在氧化气氛中退火而将所述氧化物膜的电阻率转变成第二电 阻率的第二步骤；其中，所述第二电阻率比所述第一电阻率高。
3、 一种薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包含有源层，所 述有源层包含非晶氧化物半导体膜，所述非晶氧化物半导体膜包括In 和Zn中的至少一种元素，所述制造方法包含形成具有第一活化能的氧化物膜的第一步骤；以及 通过在氧化气氛中退火而将所述氧化物膜的活化能转变成第二活化能的第二步骤；其中，所述第二活化能比所述第一活化能高。
4、 根据权利要求2和3的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第 一步骤的气氛中的引入氧分压为lxl(^Pa或更小。
5、 根据权利要求2的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第一电 阻率大于等于1x10" Qcm并且小于等于1Hcm，且所述第二电阻率大 于等于1 flcm并且小于等于lxio4 ftcm。
6、 根据权利要求3的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第一活 化能在室温大于等于0 meV并且小于等于50 meV，且所述第二活化 能在室温大于等于50 meV并且小于等于400 meV。
7、 根据权利要求1-3的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第 二步骤在大于等于250。C并且小于等于450。C的温度范围中、在包含含 有氧作为其构成元素的气体的气氛中进行处理。
8、 根据权利要求1-3的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第 二步骤包含其中所述非晶氧化物半导体膜被用氧自由基或臭氧照射、 并且还在大于等于150。C且小于等于450。C的温度范围中被退火的步
9、 根据权利要求1-3的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第 二步骤包含其中在包含臭氧的气氛中所述非晶氧化物半导体膜被用紫 外光照射、并且还在大于等于150。C且小于等于450。C的温度范围中被 退火的步骤。
10、 根据权利要求l-3的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述非 晶氧化物半导体膜包含Ga和Sn中的至少一种。
11、 根据权利要求1-3的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述非 晶氧化物半导体膜具有大于等于30原子％并且小于等于45原子％的 In/(In+Zn)原子组成比。
12、 一种薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包含有源层， 所述有源层包含非晶氧化物半导体膜，所述非晶氧化物半导体膜包括 In和Zn中的至少一种元素，所述制造方法包括形成所述有源层的第一步骤； 在氧化气氛中退火的第二步骤；以及 在所述有源层上形成氧化物绝缘层的第三步骤。
13、 根据权利要求l-3的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第 一步骤的形成所述有源层的温度等于或低于所述第二步骤的退火温 度。
14、 根据权利要求12的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第三 步骤的形成所述氧化物绝缘层的温度等于或低于所述第二步骤的退火 温度。
全文摘要
一种薄膜晶体管的制造方法，所述薄膜晶体管包括有源层，所述有源层包括非晶氧化物半导体膜，其中形成有源层的步骤包括在具有1×10^-3Pa或更小的引入氧分压的气氛中形成氧化物膜的第一步骤，和在第一步骤之后在氧化气氛中对氧化物膜退火的第二步骤。
文档编号H01L29/786GK101506986SQ200780031168
公开日2009年8月12日 申请日期2007年7月26日 优先权日2006年8月23日
发明者佐野政史, 加地信幸, 板垣奈穗, 享 林, 透 田 申请人:佳能株式会社