的情况同样，迁 移率不依赖于热处理温度。另一方面，图18中的AVth与上述图17同样在130°CW上、进 一步在250°CW上、特别是在300°CW上显示出减少倾向。可知热处理温度为600°C时减少 到2. 0V左右。由该图18也可知，源-漏电极形成后的热处理优选为高温，热处理温度设为 300°CW上为宜。
[0269] 由W上的图17和图18的结果可知，作为源-漏电极使用纯Mo膜、IZ0薄膜中的 任一个时，在源-漏电极的形成后优选在130°CW上、更优选在250°CW上、进一步优选在 300°CW上的温度下进行大气中热处理，由此可靠性都恢复。推测该是由于，如上所述通过 热处理，在源-漏电极形成工序中产生的氧化物半导体层表面的氧缺损被修复。也就是说， 可知大气中的热处理是有效的。另外，可知热处理温度（加热温度）越高温可靠性恢复的 效果越大，通过高温化到600°C能够得到更高的可靠性。
[0270][利用XPS的氧化物半导体层的表面分析]
[0271] 为了调查TFT制作工序中的氧化物半导体层表面的氧结合状态，利用XPS狂射线 光电子能谱法），如下所述准备分析试样1和2进行氧化物半导体层的表面分析（氧Is光 谱的调查）。需要说明的是，如上所述，氧化物半导体层的氧缺损通过使氧化物半导体层 浸溃于酸系蚀刻液而产生，因此所述氧Is光谱的调查如下所述，调查了酸系蚀刻液浸溃前 (1A)、酸系蚀刻液浸溃后（2A)、W及酸系蚀刻液浸溃后的进一步热处理后（3A)的状态。
[0272] 分析试样1 (使用纯Mo电极作为源-漏电极）
[027引在娃基板上将Ga-In-化-Sn-0系氧化物半导体层成膜100皿后，在大气气氛下W350°C进行1小时的热处理（预退火）（1A)。接着，在所述氧化物半导体层的表面将纯Mo膜 (源-漏电极）成膜为膜厚100皿，然后，使用PAN蚀刻液，将所述纯Mo膜全部除去（2A)。 再然后，进行在大气气氛下W350°C加热1小时的热处理（氧化处理）（3A)。制作分别将处 理进行到上述工序（1A)、（2A)、（3A)的样品，实施各样品的XI^S测定。
[0274] 分析试样2 (使用IZ0电极作为源-漏电极）
[027引在娃基板上将Ga-In-化-Sn-0系氧化物半导体层成膜100皿后，在大气气氛下W350°C进行1小时的热处理（预退火）（1A)。接着，在所述氧化物半导体层的表面将IZ0薄膜 (源-漏电极）成膜为膜厚lOOnm，然后，使用PAN蚀刻液，将所述IZ0薄膜全部除去（2A)。 再然后，进行在大气气氛下^ 3501：、5001：、6001：各温度加热1小时的热处理（34)。制作 分别将处理进行到上述工序（1A)、（2A)、（3A)的样品，实施各样品的XI^S测定。
[0276] 将对分析试样1、2进行的上述各样品的XI^S测定结果分别示于图19、图20中。
[0277]由图19可知如下内容。即，蚀刻处理前（lA)的0(氧）Is光谱峰处于530.0eV， 表示氧化物半导体层表面的氧缺损少的状态。另一方面，若进行蚀刻处理（2A)，则该峰向 531. 5eV的高能量侧偏移。可W认为该是由于通过进行湿蚀刻（酸蚀刻）从而氧化物半导 体层表面的氧缺损增加。若在所述蚀刻处理后W350°C进行热处理（3A)，则峰位置再次向 530. 8eV附近的低能量侧偏移。由该些结果可W推测，通过在所述蚀刻处理后进行所述热处 理，所述蚀刻处理中产生的氧缺损的一部分被修复。
[027引另外由图20可知如下内容。可知使用IZ0电极作为源-漏电极时，也与上述图 19同样，蚀刻处理前（1A)的01s光谱峰处于530.OeV，但在蚀刻处理后（2A) 01s光谱峰向 531. 4eV的高能量侧偏移而氧缺损增加。可知在蚀刻处理后W350°C或500°C进行热处理 时（3A)，峰的顶点几乎不发生变化而峰形在530. 8eV附近按照有肩的方式变化。由此，可 W认为若在蚀刻处理后W350°C或500°C进行热处理，则在表示氧缺损少的状态的530. 8eV 附近具有峰的成分的比例增加，氧缺损的一部分通过上述热处理被修复。另一方面，可知在 蚀刻处理后W600°C进行热处理时（3A)，峰的顶点（峰的主要成分）为530.8eV，通过使热 处理温度从500°C高温化到600°C从而氧缺损量进一步降低。与前述的TFT特性评价结果 (上述图18)进行对照，也可W认为使用IZ0电极作为源-漏电极时，通过将热处理温度从 500°C提高到600°C从而AVth量大幅降低，因此高温化到600°C对可靠性改善是有效的。
[0279][氧化物半导体层的表层的组成分布测定狂n稠化层的有无的测定）]
[0280] 利用XI^S调查了氧化物半导体层的表层的组成分布。分析样品使用用于前述的氧 结合状态评价的分析试样2的分别处理到（2A)、（3A)(热处理温度为600°C)的样品。详 细而言，从氧化物半导体层的表面开始沿膜厚方向测定化、Sn、In、Ga各金属元素相对于全 部金属元素的含量。将其结果依照酸蚀刻后（2A)、酸蚀刻后进一步热处理后（3A)分别示于 图 21 (a)、图 21(b)中。
[02引]由图21(a)可知，对于酸蚀刻后（2A)的氧化物半导体层而言，Zn、Ga及Sn的浓度 根据深度而大不同，氧化物半导体层的特别是表层的Zn和Ga的浓度相比于氧化物半导体 层的内部（是指从氧化物半导体层的表面到深度10~20nm左右。W下同样）大幅减少。 与此相对，可知若在酸蚀刻后进一步W600°C进行热处理（3A)，则氧化物半导体层的表层 的化浓度与上述图21 (a)不同，比氧化物半导体层的内部更增加。需要说明的是，图21化） 的表层化浓度比为1.39倍。
[0282] 接着，将整理了将酸蚀刻后的热处理的温度（热处理温度）设为ioo°c、5〇(rc、 350°C、或600°C时的所述表层化浓度比与热处理温度的关系的图示于图22中。
[0283] 由该图22可知，通过提高热处理温度从而氧化物半导体层表面的化浓度增加。可 W认为通过进一步提高热处理温度，化容易扩散到表面，如上述图20所示氧化物半导体层 表面的氧化被促进（氧缺损恢复），如上述图18所示，TFT特性提高。
[0284] 符号说明
[0285] 1基板
[0286] 2栅电极
[0287] 3栅极绝缘膜
[028引 4氧化物半导体层
[0289] 5 源-漏电极（S/D)
[0290] 6保护膜（绝缘膜）
[0291] 7接触孔
[0292] 8透明导电膜
[0293] 9蚀刻阻挡层
[0294] 11导电性氧化物层
[029引 XX层
[0296] XIXI层
[0297] X2X2 层
[029引 12Si基板
[0299] 13碳蒸锻膜
【主权项】
1. 一种薄膜晶体管，其特征在于，是在基板上至少依次具有栅电极、栅极绝缘膜、氧化 物半导体层、源-漏电极以及保护所述源-漏电极的保护膜的薄膜晶体管，其中， 所述氧化物半导体层由Sn和选自In、Ga及Zn中的1种以上的元素以及O构成， 在薄膜晶体管的层叠方向截面中，通过[100X(源-漏电极端正下方的氧化物半导体 层的膜厚一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]求得的值为5%以下。2. 如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，用X射线光电子能谱法观察所述氧化物半导 体层的表面时，氧Is光谱的强度最高的峰的能量在529.O~531. 3eV的范围内。3. 如权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其中，所述氧化物半导体层满足Sn的含量相 对于全部金属元素为5原子％以上且50原子％以下。4. 如权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其中，所述氧化物半导体层由In、Ga、Zn及Sn 和O构成，且将In、Ga、Zn及Sn的合计量设为100原子％时，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。5. 如权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其中，所述氧化物半导体层包含Zn，且以原 子％单位计，其表层的Zn浓度为该氧化物半导体层的Zn含量的I. 0~1. 6倍。6. 如权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其中，所述源-漏电极包含导电性氧化物层， 且该导电性氧化物层与所述氧化物半导体层直接接合。7. 如权利要求6所述的薄膜晶体管，其中，所述源-漏电极具有如下层叠结构： 从所述氧化物半导体层侧开始依次为所述导电性氧化物层；和 包含选自六1、&1、11〇、(>、11、1&及1中的1种以上的元素的1层以上的金属层（乂层， 包含Al合金层）。8. 如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中，所述金属层（X层）具有如下层叠结构： 从所述氧化物半导体层侧开始依次为包含选自Mo、Cr、Ti、Ta及W中的1种以上的元 素的金属层（X2层）；和 选自纯Al层、Al合金层、纯Cu层及Cu合金层中的1个以上的金属层（XI层）。9. 如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中，所述金属层（X层）具有如下层叠结构： 从所述氧化物半导体层侧开始依次为选自纯Al层、Al合金层、纯Cu层及Cu合金层中 的1个以上的金属层（XI层）；和 包含选自此、0、!1、1&及1中的1种以上的元素的金属层阳层）。10. 如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中，所述金属层（X层）具有如下层叠结构： 从所述氧化物半导体层侧开始依次为包含选自Mo、Cr、Ti、Ta及W中的1种以上的元 素的金属层（X2层）； 选自纯Al层、Al合金层、纯Cu层及Cu合金层中的1个以上的金属层（XI层）；和 包含选自此、0、!1、1&及1中的1种以上的元素的金属层阳层）。11. 如权利要求7所述的薄膜晶体管，其中，所述Al合金层包含0. 1原子％以上的选自 附、(：〇、(：11、66、1&、]\1〇、1^、21'、11、恥、1及稀土元素中的1种以上的元素。12. 如权利要求6所述的薄膜晶体管，其中，所述导电性氧化物层由O和选自In、Ga、Zn 及Sn中的1种以上的元素构成。13. 如权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其中，所述源-漏电极具有如下层叠结构： 从所述氧化物半导体层侧开始依次为由选自Mo、Cr、Ti、Ta及W中的1种以上的元素 构成的阻挡金属层；和Al合金层。14. 如权利要求13所述的薄膜晶体管，其中，所述源-漏电极中的所述阻挡金属层由纯 Mo或Mo合金构成。15. 如权利要求13所述的薄膜晶体管，其中，所述源-漏电极中的所述Al合金层合计 包含0. 1~4原子％的选自Ni和Co中的1种以上的元素。16. 如权利要求13所述的薄膜晶体管，其中，所述源-漏电极中的所述Al合金层合计 包含0.05~2原子％的选自Cu和Ge中的1种以上的元素。17. 如权利要求15所述的薄膜晶体管，其中，所述源-漏电极中的所述Al合金层还包 含选自Nd、Y、Fe、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Mg、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、La、Gd、Tb、Dy、Sr、 Sm、Ge及Bi中的至少1种元素。18. -种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其是权利要求1或2所述的薄膜晶体管 的制造方法，其中， 使用酸系蚀刻液进行形成在所述氧化物半导体层上的所述源-漏电极的图案化，然 后，对所述氧化物半导体层的至少暴露于所述酸系蚀刻液的部分进行氧化处理后，形成所 述保护膜。19. 如权利要求18所述的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述氧化处理为热处理和N2O 等离子处理中的至少一种。20. 如权利要求19所述的薄膜晶体管的制造方法，其中，进行所述热处理和所述N2O等 离子处理。21. 如权利要求19所述的薄膜晶体管的制造方法，其中，所述热处理在130°C以上且 700°C以下的加热温度下进行。22. 如权利要求21所述的薄膜晶体管的制造方法，其中，将所述加热温度设为250°C以 上。
【专利摘要】本发明提供一种不具有蚀刻阻挡层的背沟道蚀刻型(BCE型)的薄膜晶体管(TFT)，所述薄膜晶体管TFT的氧化物半导体层对TFT制造时的源-漏电极形成时所使用的酸蚀刻溶液的耐性优异，且应力耐受性优异。所述薄膜晶体管的特征在于，在基板上至少依次具有栅电极、栅极绝缘膜、氧化物半导体层、源-漏电极、以及保护所述源-漏电极的保护膜，所述氧化物半导体层由Sn、选自In、Ga及Zn中的1种以上的元素、和O构成，在薄膜晶体管的层叠方向截面中，通过[100×(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]求得的值为5％以下。
【IPC分类】C01G19/00, H01L21/336, H01L29/786
【公开号】CN104904017
【申请号】CN201380067793
【发明人】森田晋也, 越智元隆, 后藤裕史, 钉宫敏洋, 广濑研太, 田尾博昭, 高梨泰幸
【申请人】株式会社神户制钢所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月26日
【公告号】US20150318400, WO2014104229A1