薄膜晶体管的制作方法_4

文档序号:8363215阅读:来源:国知局
制造。
[0090] 在利用溅射法将第二氧化物半导体层和第一氧化物半导体层成膜的情况下,优选 在保持真空状态的状态下连续地进行成膜。其原因在于,若在将第二氧化物半导体层与第 一氧化物半导体层成膜时暴露在大气中,则空气中的水分或有机成分附着于薄膜表面,造 成污染(品质不良)的原因。
[0091] 在使用上述靶并利用溅射法成膜时,为了在溅射成膜时补充从薄膜中脱离的氧且 尽可能使氧化物半导体层的密度变高(优选为6. Og/cm3以上),优选适当地控制成膜时的 气压、氧添加量(氧的分压)、对溅射靶的输入功率、基板温度、T-S间距离(溅射靶与基板 的距离)等。
[0092] 具体来说,例如优选在下述溅射条件下成膜。
[0093] 当使用上述靶进行溅射时,优选将基板温度大致控制在室温~200°C左右,适当地 控制氧添加量而进行。
[0094] 氧添加量根据溅射装置的构成、靶组成等适当地控制即可,从而以半导体的形式 发挥作用,优选大致使半导体载流子浓度为1〇15~10 16CnT3来添加氧量。
[0095] 另外,优选适当地控制溅射成膜时的气压、对溅射靶的输入功率、T-S间距离(溅 射靶与基板的距离)等,从而调整氧化物半导体层的密度。例如,为了抑制溅射原子间的散 射,成膜时的总气压越低越好,从而能够形成致密(高密度)的膜。优选气压大致在1~ 3mTorr的范围内。另外,输入功率也越高越好,但推荐大致设定在200W以上。
[0096] 另外,由于氧化物半导体层的密度还受到成膜后的热处理条件的影响,因此,优选 适当地控制成膜后的热处理条件。成膜后的热处理例如优选在大气气氛或水蒸气气氛下在 大致250~400°C下进行10分钟~3小时左右。这样的热处理在例如TFT的制造过程的热 过程也可以控制。例如可通过预退火处理(将氧化膜半导体层湿蚀刻后的图案化后的热处 理)而提高密度。
[0097] 本发明中还包括具备上述氧化物作为TFT的半导体层(氧化物半导体层)的TFT。 对于该TFT而言,只要上述氧化物半导体层具备第二氧化物半导体层与第一氧化物半导体 层的层叠结构即可,对于包括栅极绝缘膜在内的其他构成而言,没有特别的限定。例如在基 板上设置栅电极、栅极绝缘膜、上述氧化物半导体层、源电极、漏电极(有时将源电极与漏 电极合并而称作源-漏电极)、及保护膜(BCE型)、蚀刻阻挡层的情况下,进一步至少具有 蚀刻阻挡层(ESL型)即可,其构成只要是通常使用的构成,就没有特别限定。需要说明的 是,保护膜也如图中所示出的那样形成于源-漏电极的上侧,但是也可以以保护栅极绝缘 膜、上述氧化物半导体层、源-漏电极为宗旨而形成。
[0098] 以下,边参照图3,边对不具有蚀刻阻挡层的BCE型TFT的制造方法的实施方式进 行说明。图3以及以下的制造方法示出本发明的优选实施方式的一例,但并非限定于此的 意思。例如,虽然图3中示出了底栅型结构的TFT,但并不限定于此,也可以是在氧化物半导 体层之上依次具备栅极绝缘膜和栅电极的顶栅型TFT。
[0099] 在图3中在基板1上形成了栅电极2以及栅极绝缘膜3,在其上形成了第二氧化物 半导体层4。在第二氧化物半导体层4上形成了第一氧化物半导体层4A,进而在其上形成 了源-漏电极5,在其上形成了保护膜(绝缘膜)6,并且经由接触孔7将透明导电膜(未图 示)电连接于漏电极5。
[0100] 在基板1上形成栅电极2以及栅极绝缘膜3的方法没有特别限定,可采用通常使 用的方法。另外,栅电极2以及栅极绝缘膜3的种类也没有特别限定,可使用通用的种类。 例如,作为栅电极,优选使用电阻率低的Al或Cu的金属、耐热性高的Mo、Cr、Ti等高熔点金 属、或它们的合金。另外,作为栅极绝缘膜3,可代表性地例示出硅氮化膜(SiN)、硅氧化膜 (Si0 2)、硅氮氧化膜(SiON)等。其中,还可使用八1203、¥20 3等氧化物、或它们的层叠物。 [0101] 接下来,形成氧化物半导体层(从基板侧依次形成第二氧化物半导体层4、第一氧 化物半导体层4A)。第二氧化物半导体层4也可通过使用了 IZTO靶的DC溅射法或RF溅 射法来成膜。同样地,第一氧化物半导体层4A可通过使用构成第一氧化物半导体层4A的 IGZTO靶的DC溅射法或RF溅射法来成膜。
[0102] 优选第二氧化物半导体层4、第一氧化物半导体层4A依次经真空一环连续成膜。 这时,若将第一氧化物半导体层控制为满足上述的组成,则在溅射速率提高的同时,湿蚀刻 特性也提尚。
[0103] 对于氧化物半导体层经湿蚀刻后进行图案化。紧接图案化之后,为了改善氧化物 半导体层的膜质而优选进行热处理(预退火)。由此,晶体管特性的通态电流和场效应迀移 率上升,使晶体管性能提高。作为优选的预退火条件,例如,可列举温度:约250~400°C, 时间:约10分钟~1小时等。
[0104] 预退火后形成源-漏电极5。源-漏电极5的种类没有特别限定,可使用通用的种 类。例如与栅电极同样,可使用Mo、Al、Cu等金属或它们的合金。
[0105] 作为源-漏电极5的形成方法,例如可通过磁控管溅射法将金属薄膜成膜,然后通 过光刻法图案化,进行湿蚀刻而形成电极。
[0106] 接着,在氧化物半导体层4A、源-漏电极5之上,通过CVD(Chemical Vapor D印osition)法成膜保护膜6。保护膜6例如可使用SiOjP SiON、SiN。另外,可使用溅射 法来形成保护膜6。氧化物半导体层4A的表面由于CVD造成的等离子体损伤而容易导通化 (推测大致是因为在第一氧化物半导体表面生成的氧缺陷成为电子供体。),因此也可以在 保护膜6的成膜前进行N 2O等离子体照射。N2O等离子体的照射条件,例如采用下述文献所 述的条件即可。
[0107] J. Park 等,Appl. Phys. Lett.,1993,053505 (2008)
[0108] 接着,基于常规方法,经由接触孔7将透明导电膜与漏电极5电连接。透明导电膜 和漏电极的种类未特别限定,可以使用通常所用的部件。作为漏电极,可以使用例如前述的 源-漏电极中例示的漏电极。
[0109] 以下,边参照图4边对具有蚀刻阻挡层的ESL型TFT的制造方法的实施方式进行 说明。图4以及以下的制造方法示出本发明的优选实施方式的一例,但并非限定于此的意 思。例如,虽然图4中示出了底栅型结构的TFT,但并不限定于此,可以是在氧化物半导体层 之上依次具备栅极绝缘膜和栅电极的顶栅型的TFT。在顶栅型TFT中也是使第一氧化物半 导体层介于第二氧化物半导体层与蚀刻阻挡层之间即可。
[0110] 在图4中,在基板1上形成了栅电极2以及栅极绝缘膜3,在其上形成了第二氧化 物半导体层4。在第二氧化物半导体层4上形成了第一氧化物半导体层4A,进而在其上形 成了蚀刻阻挡层8、源-漏电极5,在其上形成了保护膜(绝缘膜)6,经由接触孔7将透明导 电膜(未图示)电连接于漏电极5。
[0111] 在基板1上形成栅电极2以及栅极绝缘膜3的方法没有特别限定,可采用通常使 用的方法。另外,栅电极2以及栅极绝缘膜3的种类也没有特别限定,可使用通常的种类。 例如,作为栅电极,可优选使用电阻率低的Al或Cu金属、耐热性高的Mo、Cr、Ti等高熔点金 属、或它们的合金。另外,作为栅极绝缘膜3,可代表性地例示出硅氮化膜(SiN)、硅氧化膜 (Si0 2)、硅氮氧化膜(SiON)等。其中,还可使用Al2O3或Y2O 3等氧化物、或它们的层叠物。
[0112] 接下来,形成氧化物半导体层(从基板侧依次形成第二氧化物半导体层4、第一氧 化物半导体层4A)。第二氧化物半导体层4也可以通过使用了 IZTO靶的DC溅射法或者RF 溅射法来成膜。同样地,第一氧化物半导体层4A也可以通过使用构成第一氧化物半导体层 4A的IGZTO靶的DC溅射法或RF溅射法来成膜。
[0113] 优选第二氧化物半导体层4、第一氧化物半导体层4A依次经真空一环连续成膜。 这时,若将第一氧化物半导体层控制为满足上述的组成,则在溅射速率提高的同时,湿蚀刻 特性也提尚。
[0114] 对于氧化物半导体层经湿蚀刻后进行图案化。紧接图案化之后,为了改善氧化物 半导体层的膜质而优选进行热处理(预退火)。由此,晶体管特性的通态电流和场效应迀移 率上升,使晶体管性能提高。作为优选的预退火条件,例如,可列举温度:约250~400°C, 时间:约10分钟~1小时等。
[0115] 预退火之后,形成蚀刻阻挡层8。蚀刻阻挡层8通常使用5102等绝缘膜。若在不 形成蚀刻阻挡层8的情况下形成源-漏电极5,则在对源-漏电极5实施蚀刻时有可能使氧 化物半导体层受到损伤而使晶体管特性降低。蚀刻阻挡层8的种类没有特别限定,使用通 常的种类即可,例如与保护膜同样地,由SiO 2等形成即可。
[0116] 源-漏电极5的种类未特别限定,可以使用通用的。例如与栅电极同样,也可以使 用Mo、Al、Cu等金属或合金。电极的形成普遍使用的是溅射法。
[0117] 作为源-漏电极5的形成方法,例如可通过磁控管溅射法将金属薄膜成膜,然后通 过光刻法图案化,进行湿蚀刻而形成电极。
[0118] 接着,在氧化物
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