薄膜晶体管及其制造方法_2

文档序号:8927129阅读:来源:国知局
系蚀刻液造成的该氧化物半导体层的蚀刻,并平滑地保持氧化物半 导体层的表面。
[0074] 为了充分发挥上述效果,氧化物半导体层的Sn量(是指相对于氧化物半导体层中 所含全部金属元素的比例。W下,对于其它金属元素量同样)优选设为5原子%^上。更 优选为9原子% ^上,进一步优选为15原子% ^上,更进一步优选为19原子%W上。
[0075] 另一方面,若氧化物半导体层的Sn量过多,则应力耐受性降低,并且氧化物半导 体层相对于加工用湿蚀刻液的蚀刻速率有时降低。因此,上述Sn量优选为50原子%W下, 更优选为30原子% ^下,进一步优选为28原子% ^下,更进一步优选为25原子%W下。
[0076] 在为了形成源-漏电极的湿蚀刻时,氧化物半导体层暴露于酸系蚀刻液。但是如 上所述通过使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,利 用酸系蚀刻液的氧化物半导体层的蚀刻速率被抑制在1A/secW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(是指连接 源电极端与漏电极端的最短线的中间位置)的膜厚之差(100X[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%W下。在上述膜厚的差大于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。所述膜厚之差优选 为3%W下,最优选没有差,即为0%。
[0077] 所述氧化物半导体层除了上述SnW外包含选自In、Ga及化中的1种W上的元素 作为金属元素。
[0078] In是对氧化物半导体层的电阻降低有效的元素。为了有效地体现该样的效果而含 有In的情况下,In量优选为1原子% ^上,更优选为3原子% ^上,进一步优选为5原子% W上。更进一步优选为15原子%^上。另一方面,若In量过多则应力耐受性容易降低,因 此In量优选为25原子% ^下,更优选为23原子% ^下,进一步优选为20原子%W下。
[0079]Ga是抑制氧缺损的发生、对应力耐受性提高有效的元素。为了有效地体现该样的 效果而含有Ga的情况下,Ga量优选为5原子% ^上,更优选为10原子% ^上,进一步优选 为15原子上为宜。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,迁移率有时降低。因此,Ga量优选为40原子% ^下,更优选为30原 子%W下,进一步优选为25原子% ^下,更进一步优选为20原子%W下。
[0080] 化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,化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。为了充分发挥该些效果而含有化的情况下,化量优选为35原 子% ^上、更优选为40原子% ^上、进一步优选为45原子%W上为宜。另一方面,若化量 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W形成所期望的图 案形状。另外,有时氧化物半导体层结晶化,或In、Sn等的含量相对地减少而应力耐受性劣 化。因此,化量优选为65原子% ^下,更优选为60原子%W下。
[0081] 作为所述氧化物半导体层,可W举出In-Ga-化-Sn-O(IGZTO)等。
[008引 所述氧化物半导体层在上述In-Ga-ai-Sn-O(IGZT0)、即由In、Ga、化及Sn和0构 成的情况下,将In、Ga、化及Sn的合计量设为100原子%时,优选满足In的含量为15原 子%W上且25原子%W下、Ga的含量为5原子%W上且20原子% ^下、化含量为40原 子%W上且60原子%W下、W及Sn的含量为5原子%W上且25原子%W下。
[0083] 考虑到上述各金属元素的平衡,所述氧化物半导体层的组成优选设定适当的范围 W使所期望的特性有效地发挥。可W举出例如所述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。
[0084] 所述氧化物半导体层包含化,且其表层的化浓度(表层化浓度、单位为原子%。 W下同样)优选为该氧化物半导体层的化含量(单位为原子%。W下同样)的1. 0~1. 6 倍。W下,对氧化物半导体层的表层的化浓度进行说明,包括W至于该样控制。
[0085] 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,因此氧化物半导体层表面的化浓度容易变低。本发明人等经过确认,首先查明了由于 该氧化物半导体层表面的Zn浓度变低,从而在氧化物半导体层表面产生大量氧缺损,会降 低TFT特性(迁移率、可靠性)。
[0086] 因此,为了抑制上述氧缺损的发生,着眼于氧化物半导体层的表面(与保护膜相 接的面)的化浓度(表层化浓度)进行了研究。其结果得知,该表层化浓度若为氧化物 半导体层的化含量的1. 0倍W上,则氧缺损充分恢复,因而优选。所述表层化浓度相对于 所述氧化物半导体层的Zn含量的倍率("表层Zn浓度/氧化物半导体层的Zn含量"(原 子比)。W下,将该倍率称作"表层化浓度比")更优选为1. 1倍W上,进一步优选为1. 2 倍W上。所述表层化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W下。所述表层化浓度比更优选为1. 5倍W下,进一步优选为 1.4倍W下。所述表层化浓度比可W通过后述的实施例中记载的方法求出。另外,所述表 层化浓度比可W通过进行后述的氧化处理(热处理或馬0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),使化向氧化物半导体层表面侧扩散、稠化从而达成。
[0087] 氧化物半导体层的厚度没有特别限定。可W举出例如将该厚度设为优选20nmW 上、更优选30皿W上、优选200皿W下,更优选100皿W下。
[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,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防L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恢复 到酸蚀刻前的状态。
[0090] 具体如下。目P,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引入0H、C该样的污染。由于该些0H、C该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,OH、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10)中详述,通 过XPS狂射线光电子能谱分析)观察"氧化物半导体层刚形成后(as-deposited)"、"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01s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-deposited状态)的表面的0(氧)Is光谱峰 (后述图10的(1))大约在530. 8eV。但是,在对上述as-cbposited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。目P,相当于现有的TFT制造方法的 情况),氧化物半导体层表面的01s光谱峰(后述图10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0被附着的0H、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 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01s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01s光谱峰在例如529. 0~531. 3eV的范围内。需要说明的是,在后 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01s光谱峰大致处于相同的位置。由此可W认为,通过氧化处理,氧化物半导体层的表面 如上所述0H、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W举出热处理和馬0等离子处理中的至少一种。优选进行 热处理和馬0等离子处理该二者。该种情况下,热处理和馬0等离子处理的顺序没有特别限 定。
[0095] 所述热处理可W举出在W下条件下进行。目P,加热气氛可W举出例如水蒸气气氛、 氧气氛。加热温度优选为130°CW上。更优选为250°CW上,进一步优选为300°CW上,更 进一步优选为350°CW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°CW下。更优选为650°CW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°CW下。在上述加热温度的保持时 间(加热时间)优选为5分钟W上。更优选为60分钟W上。上述加热时间过长生产能力 (t虹0U曲put)也差,并不能期待一定W上的效果,因此上述加热时间优选为120分钟W下, 更优选为90分钟W下。
[0096] 所述馬0等离子处理、即利用馬0气体的等离子处理可W举出例如在功率;100W、气 压;133化、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的氧化物半导体层满足上述的必要条件即可,对于其它构成没有特 别限定。目P,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)的材料则没有限定。
[0101] 所述导电性氧化物层优选由选自In、Ga、化及Sn中的1种W上的元素、和0构成。 作为导电性氧化物例如口0、IZ0是代表性的,还可W使用ZA0(A1添加化0)、GZ0佑a添加 化〇)等。优选为口O(In-Sn-O)、IZO(In-ai-O)。
[0102] 所述导电性氧化物层优选为非晶结构。该是由于若为多晶则由于湿蚀刻而产生残 渣,或蚀刻容易变得困难,但若为非晶结构则难W产生该些问题。
[0103] 如图2(a)中示意性所示,在氧化物半导体层4上形成的所述源-漏电极5除了形 成导电性氧化物层11的单层之外,还可W如后述的图2(b)~(e)所示,为包含导电性氧化 物层11的层叠结构。
[0104] 构成所述源-漏电极的所述导电性氧化物层的膜厚在仅导电性氧化物层(单层) 的情况下,可W设为10~500nm,在导电性氧化物层与在下述详述的X层的层叠的情况下可 W设为10~lOOnm。
[0105] 使所述源-漏电极为层叠结构的情况下,所述源-漏电极如图2(b)示意性所示, 可W设为如下层叠结构:
[0106] 所述导电性氧化物层11 ;和
[0107] 包含选自A1、化、Mo、化、Ti、化及W中的1种W上的元素的1层W上的金属层狂 层)(符号X)。
[0108] 需要说明的是,在源-漏电极为单层或叠层的任一种情况下,都优选导电性氧化 物层与氧化物半导体层直接接合。
[0109] 导电性氧化物与金属材料相比电阻率高。因此,从降低源-漏电极的电阻的观点 出发,推荐将源-漏电极如上所述设为所述导电性氧化物层;和金属层狂层)的层叠结构。
[0110] 所述"包含1种W上的元素"包括由该元素构成的纯金属W及W该元素为主成分 (例如50原子
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