CN101728000B - 导电氧氮化物及导电氧氮化物膜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及导电氧氮化物及导电氧氮化物膜的制造方法。提供了一种导电氧氮化物，包括：包含铟、镓和锌的氧氮化物；以及氢原子。由透明导电氧化物构成的电极因半导体装置的制造工序中的加热处理而容易晶化。使用其表面凹凸因晶化而变得明显的电极的薄膜元件容易发生短路，其结果是，元件的可靠性降低。本发明的一个方式的目的在于提供一种即使进行加热处理也不会晶化的透光导电氧氮化物及其制造方法。本发明人等发现掺杂了氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物为即使进行350℃的加热处理也不会晶化的透光导电膜，据此解决了上述问题。

Description

导电氧氮化物及导电氧氮化物膜的制造方法
技术领域
本发明的一个方式涉及导电氧氮化物及其制造方法。本发明特别涉及由包含铟、镓和锌的氧氮化物构成的导电氧氮化物及导电氧氮化物膜的制造方法。
背景技术
近年来，对平板显示器(液晶显示装置、发光显示装置、电泳显示装置)的研究开发日益火热。一般来说，平板显示器大多具有通过使用由透明导电氧化物构成的电极观察显示或显示光的结构。作为透明导电氧化物的典型例子，可以举出氧化铟氧化锡合金(In2O3-SnO2、简称为ITO)膜，该ITO膜是使用通过将氧化锡添加到氧化铟并烧结而形成的靶材而形成的。
作为氧化铟氧化锡合金(ITO)膜的成膜方法，广泛地使用溅射法。尤其是已知当在添加有氢或水蒸气的气氛中形成氧化铟氧化锡合金(ITO)膜时，成膜时的晶化被抑制。其结果是，得到其加工性优越于结晶透明导电氧化物膜的非晶透明导电氧化物膜。另外，因为从氢或水蒸气释放出的氢原子补偿构成透明导电氧化物的其他原子的悬空键，所以被悬空键俘获的电子减少，而能够提高透明导电氧化物膜的导电性。
专利文献1日本专利申请公开1997-293693
在添加有氢或水蒸气的气氛中形成氧化铟氧化锡合金(ITO)膜的方法对抑制成膜时的晶化有效。但是，即使通过使用该方法形成氧化铟氧化锡合金(ITO)膜，若在成膜后对该ITO膜进行高温度加热处理，也会导致该ITO膜的晶化。具体地说，当在超过200℃至250℃的温度下加热氧化铟氧化锡合金(ITO)膜1小时以上时，会导致晶化。
通过进行加热处理而晶化了的透光导电膜的表面凹凸变得显著。如果将表面凹凸变得显著的透光导电膜用于薄膜元件的电极，则容易发生短路，其结果是，元件的可靠性降低。另外，还有一个问题是，因为加热处理使晶化了的透光导电膜难以溶解于蚀刻液，所以需要在加热处理之前结束微细加工处理，而这使工序的顺序受到限制。
发明内容
本发明的一个方式的目的在于提供一种即使进行加热处理也不会晶化的透光导电氧氮化物。另外，本发明的一个方式的目的还在于提供一种即使进行加热处理也不会晶化的透光导电氧氮化物的制造方法。注意，这里，透光导电膜或透明导电膜是指其透光性达到在将其用于平板显示器的电极时能够获取显示或显示光程度的导电膜。
本发明人等发现含有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜为即使进行加热处理也不会晶化的透光导电氧氮化物，据此解决了上述问题。
在本说明书中，用于透光导电膜的导电氧氮化物包含铟、镓和锌。另外，除了镓以外，有时还包含镓和镍、镓和铁等镓以外的上述金属。另外，上述氧氮化物膜有时包含作为杂质元素的Fe、Ni等过度金属元素或该过度金属的氧化物。在本说明书中，将该薄膜也称为In-Ga-Zn-O-N类非单晶膜。
In-Ga-Zn-O-N类非单晶膜的组成比率随成膜条件变化。另外，通过进行X线衍射(XRD，即X-ray diffraction)分析，在In-Ga-Zn-O-N类非单晶膜的结晶结构中观察到非晶结构。另外，In-Ga-Zn-O-N类非单晶膜通过溅射法而形成，然后在200℃至500℃，典型为300℃至400℃的温度下对其进行10分钟至100分钟的热处理。
另外，氧氮化物是指其成分含有氧和氮的物质，并且相对于氧(O)的氮(N)的组成比率(N/O)在5原子％以上且80原子％以下的范围，优选在10原子％以上且50原子％以下的范围。
包含铟、镓和锌的氧氮化物中的氮原子及氢原子不仅形成杂质能级，而且氮原子具有阻碍构成的原子紧密地填充在膜中的功能，另外，氮原子还具有促进氢原子向膜中扩散以及促进氢原子向膜中相互结晶化(intercrystallization)的功能，另外，氢原子通过与膜中的其他原子结合而形成例如-OH基、-NH基、-H基等来补偿悬空键，从而具有提高导电性的功能。通过上述氮原子和氢原子的作用，能够实现即使进行热处理也不容易晶化的透光导电氧氮化物。
作为由含有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物构成的透光导电膜的制造方法的一个例子，可以举出如下方法：通过在包含氮的气氛中溅射将包含铟、镓和锌的氧化物烧结而形成的靶材，来形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。接着，将用作氢原子的供给源的化合物吸附到该氧氮化物膜，然后进行加热处理，以使氢原子扩散在膜中。
另外，作为另一方法，可以举出如下方法：在包含用作上述包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的氢原子供给源的化合物的气氛中，对该氧氮化物进行加热处理，以使氢原子扩散在膜中。
另外，作为另一方法，可以举出如下方法：通过在包含氢与氮气或氨的气氛中溅射将包含铟、镓和锌的氧化物烧结而形成的靶材，来形成含有氢的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。接着，对该含有氢的氧氮化物膜进行加热处理。
本发明的一个方式的透光导电氧氮化物膜是其特征在于由包含铟、镓和锌的氧氮化物构成并包含氢原子的导电氧氮化物。
另外，一种导电氧氮化物，其特征在于：相对于该导电氧氮化物中的氧(O)的氮(N)的组成比率(N/O)在5原子％以上且80原子％以下的范围，优选在10原子％以上且50原子％以下的范围；并且，包含氢原子。
一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；将用作氢原子的供给源的化合物吸附到该氧氮化物膜的表面，然后进行加热处理，以使氢原子扩散在该氧氮化物膜中。
一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；在包含用作氢原子的供给源的化合物的气氛中进行加热处理，以使氢原子扩散在该氧氮化物膜中。
一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：在用作氢原子的供给源的膜上层叠包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；进行加热处理，以使氢原子扩散在该氧氮化物膜中。
一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：在包含用作氧氮化物膜的氢原子供给源的化合物的气氛中，形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；对该氧氮化物膜进行加热处理。
一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：将氢原子扩散到通过在包含氮气的气氛中溅射以包含铟、镓和锌的氧化物为成分的靶材而形成的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。
根据本发明的一个方式，能够提供即使进行加热处理也不会晶化的透光导电氧氮化物。另外，能够提供即使进行加热处理也不会晶化的透光导电氧氮化物膜的制造方法。
附图说明
表1是说明包含铟、镓和锌的膜的成膜气氛和导电率的表；
图1是说明包含铟、镓和锌的膜的成膜气氛和导电率的图；
图2A至2C是说明包含铟、镓和锌的膜的XRD的测定结果的图；
图3A和3B是说明包含铟、镓和锌的膜的二次离子质谱分析结果的图；
图4A和4B是说明包含铟、镓和锌的膜的二次离子质谱分析结果的图；
图5A和5B是说明包含铟、镓和锌的膜的二次离子质谱分析结果的图；
图6是说明包含铟、镓和锌的膜的电子微探仪分析结果的图；
图7A1及A2和7B是说明本发明的一个方式的半导体装置的俯视图及截面图；
图8是说明本发明的一个方式的半导体装置的截面图；
图9A和9B是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
图10A和10B是说明本发明的一个方式的发光装置的图；
图11A和11B是说明包含铟、镓和锌的膜的二次离子质谱分析结果的图；
图12A和12B是说明包含铟、镓和锌的膜的二次离子质谱分析结果的图；
图13A和13B是说明包含铟、镓和锌的膜的二次离子质谱分析结果的图；
图14A至14C是说明包含铟、镓和锌的膜的XRD的测定结果的图；
图15A和15B是说明包含铟、镓和锌的膜的加热处理温度与导电率、迁移率及载流子浓度的图；
图16A和16B是说明包含铟、镓和锌的膜的二次离子质谱分析结果的图；
图17是说明包含铟、镓和锌的膜的成膜气氛和导电率的图；
图18A和18B是说明包含铟、镓和锌的膜的加热处理温度与导电率及活化能的图；
图19A至19C是说明包含铟、镓和锌的膜的透过率的图；
图20是说明包含铟、镓和锌的膜的成膜气氛和导电率的图；
图21A至21C是说明包含铟、镓和锌的膜的XPS的测定结果的图；
图22A至22C是说明包含铟、镓和锌的膜的XPS的测定结果的图；
图23A至23C是说明包含铟、镓和锌的膜的XPS的测定结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的技术人员可以很容易地理解的一个事实就是，在不脱离本发明的宗旨及其范围内其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示出的实施方式所记载的内容中。另外，在以下说明的本发明的结构中，在不同附图之间共同使用表示同一部分或具有同样功能的部分的附图标记而省略其反复说明。
实施方式1
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的透光导电氧氮化物膜及其制造方法。具体地说，说明一种导电氧氮化物膜的制造方法，其中在包含氮的气氛中形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜，接着将用作氢原子的供给源的化合物吸附到该氧氮化物膜的表面，然后进行加热处理。
对形成导电氧氮化物的膜的衬底没有特别的限制，只要是能够承受本制造工序的处理温度的衬底，即可。例如，可以使用如钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃等的通过利用熔融法或浮法而制造的无碱玻璃衬底、陶瓷衬底、塑料衬底等。另外，优选使用作为成分比率氧化钡(BaO)的含量多于硼酸(B2O3)的含量，应变点为730℃以上的玻璃衬底。这是因为即使在700℃左右的高温下进行热处理，玻璃衬底也不会弯曲的缘故。另外，还可以使用在不锈钢合金等金属衬底表面上设置有绝缘膜的衬底。
另外，可以将本发明的一个方式的透光导电氧氮化物膜用作薄膜元件的电极材料。例如，在形成在薄膜晶体管上的保护膜或平整化膜上形成本发明的一个方式的透光导电氧氮化物膜。
另外，还可以使用在形成导电氧氮化物膜的一侧形成有用作氧氮化物的氢原子供给源的膜的衬底。作为用作氧氮化物的氢原子供给源的膜，可以使用具有-SiOH基、-AlOH基等羟基的膜或添加有氢的膜。另外，存在于衬底表面的硅烷醇基或附着的水分子等微量物质也成为从衬底提供到氧氮化物膜的氢原子供给源。
接着，在衬底上形成导电氧氮化物。在包含氮的气氛中形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。具体地说，通过溅射法在包含氮气的气氛中形成如下包含铟、镓和锌的氧氮化物膜：该膜中的相对于氧(O)的氮(N)的组成比率(N/O)在5原子％以上且80原子％以下的范围，优选在10原子％以上且50原子％以下的范围。
这里，使用将包含铟、镓和锌的氧化物烧结而形成的直径为12英寸的靶材(In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)，将衬底和靶材之间的距离设定为60mm，将压力设定为0.4Pa，直流(DC)电源设定为0.5kW，并且在氩气与氮的混合气体气氛中成膜。氧氮化物膜的厚度为20nm至100nm。在本实施方式中，将氧氮化物膜的厚度设定为50nm。另外，通过使用脉冲直流(DC)电源，可以减少灰尘，并且膜厚度的分布也均匀，因此是优选的。
如果成膜气氛的氮浓度过低，则使包含铟、镓和锌的氧氮化物膜中的氮的组成比率变小。而如果氮的引入量过少，会使取代该膜中的氧的氮变少，这导致载流子产生的不足，从而即使在下一个工序中进行加热处理，也不能充分提高导电率。
另一方面，如果成膜气氛的氮浓度过高，则使包含铟、镓和锌的氧氮化物膜中的氮的组成比率过大。而如果氮的引入量过多，会使取代该膜中的氧的氮变多，这导致缺陷的增加，从而即使在下一个工序中进行加热处理，也不能充分提高导电率。根据上述理由，成膜气氛所含有的氮浓度应该在适当的范围内。
接着，将包含铟、镓和锌的氧氮化物膜暴露于用作氢原子供给源的化合物。作为用作氧氮化物膜的氢原子供给源的化合物的例子，可以举出氢气、水、氨、醇等的烃。这里，从成膜室将衬底搬出到大气中，来将包含铟、镓和锌的氧氮化物膜暴露于大气中的水蒸气。其结果是，大气中的水分子被吸附到在氧氮化物膜表面存在的如氧原子等原子。
接着，对暴露于大气的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜进行200℃至600℃，典型为300℃至500℃的加热处理。这里，在氮气氛中进行350℃、1小时的热处理。另外，加热处理不局限于氮气氛中，还可以在大气中或氧气氛中进行加热处理。
通过进行上述加热处理，使氢原子从吸附到表面的物质扩散到包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的内部。另外，通过进行上述热处理，包含铟、镓和锌的氧氮化物膜进行原子级的重新排列。由于通过该热处理释放阻挡载流子的迁移的应变，因此在此进行的热处理(还包括光退火)很重要。
扩散有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的导电性得到提高而成为透光导电膜。另外，只要是在氧氮化物膜的成膜后进行热处理，就对进行热处理的时序没有特别的限制。例如，可以在通过蚀刻进行微细加工后进行热处理。
本发明的一个方式的透光导电膜能够通过光刻法而进行微细加工。具体地说，使用抗蚀剂掩模，该抗蚀剂掩模使用光掩模而形成，通过蚀刻而去除包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的不需要的部分，以形成透光导电层。对包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的蚀刻不局限于湿蚀刻，而还可以采用干蚀刻。
这里，通过进行使用ITO07N(日本关东化学株式会社制造)的湿蚀刻去除包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的不需要的部分。通过上述工序，形成进行过微细加工的透光导电层。
本实施方式所示的导电氧氮化物膜即使进行350℃的加热处理也具有导电性，另外，即使进行250℃至700℃的高温度处理也不会晶化，从而平整性以及对蚀刻液的溶解性不会受到损伤。因此，根据本实施方式，能够提供耐热性优良的透光导电膜。
实施方式2
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的透光导电氧氮化物膜及其制造方法。具体地说，说明一种导电氧氮化物膜的制造方法，其中在包含氮气的气氛中形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜，并且在包含用作氢原子的供给源的化合物的气氛中对该氧氮化物膜进行加热处理。
通过与实施方式1同样的方法，在衬底上形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。
接着，从成膜室将形成有包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的衬底不暴露于大气地搬出到加热处理用炉。具体地说，使用通过装载锁定室连接成膜室和加热处理室的多室型装置。通过不暴露于大气地连续进行加热处理，能够严密地控制用作包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的氢原子供给源的化合物的量。另外，能够防止被悬浮在大气中的杂质元素和灰尘污染。
在加热处理用炉内并在含有水蒸气或氢的气氛中，对形成有包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的衬底进行200℃至600℃，典型为300℃至500℃的加热处理。这里，在包含水蒸气的氮气氛中进行350℃、1小时的热处理。另外，稀释水蒸气和氢的气体不局限于氮，还可以为氩气或氧气氛。
通过进行上述加热处理，包含铟、镓和锌的氧氮化物膜所含有的氮原子从吸附到该氧氮化物膜表面的水蒸气或氢中夺取氢原子，并将该氢原子引入到膜的内部。另外，通过进行上述热处理，使包含铟、镓和锌的氧氮化物膜进行原子级的重新排列。由于通过该热处理释放阻挡载流子的迁移的应变，因此在此进行的热处理(还包括光退火)很重要。
扩散有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的导电性得到提高而成为透明导电膜。另外，只要是在氧氮化物膜的成膜后进行热处理，就对进行热处理的时序没有特别的限制。例如，可以在通过蚀刻进行微细加工后进行热处理。
接着，与实施方式1同样，通过进行蚀刻去除不需要的部分，能够形成微细加工过的透光导电层。
本实施方式所示的导电氧氮化物膜即使进行350℃的加热处理也具有导电性，另外，即使进行250℃至700℃的高温度处理也不会晶化，从而平整性以及对蚀刻液的溶解性不会受到损伤。因此，根据本实施方式，能够提供耐热性优良的透光导电膜。
实施方式3
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的透光导电氧氮化物膜及其制造方法。具体地说，说明一种导电氧氮化物膜的制造方法，其中在包含用作氢原子的供给源的化合物和氮的气氛中形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜，然后进行加热处理。
使用与实施方式1相同的衬底。通过在包含氢和氮的气氛中成膜，形成扩散有氢的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。
具体地说，通过溅射法在包含氢气及氮气的气氛中形成如下包含铟、镓和锌的氧氮化物膜：该膜中的相对于氧(O)的氮(N)的组成比率(N/O)在5原子％以上且80原子％以下的范围，优选在10原子％以上且50原子％以下的范围。另外，通过将0.1至10体积％的氢气添加到成膜气氛，能够在氧氮化物膜中含有氢原子。
这里，使用与实施方式1相同的靶材和溅射装置在含有氢(6体积％)、氮(10体积％)和氩(84体积％)的混合气氛中成膜。另外，作为用作氧氮化物膜的氢原子供给源的化合物，还可以将水蒸气、氨、诸如醇等的烃稀释而使用，来代替氢气。
在本实施方式中，通过溅射法形成含有氢的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。通过在成膜后进行热处理，促进原子的重新排列。
扩散有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的导电性得到提高而成为透光导电膜。另外，只要是在含有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的成膜后进行热处理，就对进行热处理的时序没有特别的限制。例如，可以在通过蚀刻进行微细加工后进行热处理。
接着，与实施方式1同样，通过进行蚀刻去除不需要的部分，而形成透光导电层。
根据本实施方式形成的导电氧氮化物膜即使进行350℃的加热处理也具有导电性，另外，即使进行250℃至700℃的高温度处理也不会晶化，从而平整性和对蚀刻液的溶解性不会受到损伤。因此，根据本实施方式，能够提供耐热性优良的透光导电膜。
实施方式4
在本实施方式中，作为将本发明的一个方式的导电氧氮化物应用于平板显示器的一个例子，示出液晶显示装置的例子。
这里，说明使用本发明的一个方式的导电氧氮化物膜形成透明像素电极，并将它应用于在同一衬底上由薄膜晶体管形成像素部和驱动电路的所谓的有源矩阵衬底，以制造显示装置的情况。
显示装置包括显示元件。作为显示元件，可以使用液晶元件(也称为液晶显示元件)、发光元件(也称为发光显示元件)。发光元件的范围包括利用电流或电压控制亮度的元件，具体而言，包括无机EL(Electro Luminescence；电致发光)、有机EL等。此外，也可以应用电子墨水等的对比度因电作用而变化的显示介质。
此外，显示装置包括密封有显示元件的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC等的模块。再者，本发明的一个方式涉及一种元件衬底，该元件衬底相当于制造该显示装置的过程中的显示元件完成之前的一个方式，并且其在多个像素中分别具备用于将电流供给到显示元件的单元。
具体而言，元件衬底既可以是只形成有应用本发明的一个方式的透光导电膜的显示元件的像素电极的元件衬底，又可以是在形成成为像素电极的本发明的一个方式的透光导电膜之后且在进行蚀刻而形成像素电极之前的状态，或其他任何方式。
另外，显示装置是指图像显示器件、显示器件、或光源(包括照明装置)。另外，显示装置还包括安装有连接器诸如FPC(FlexiblePrinted Circuit；柔性印刷电路)、TAB(Tape Automated Bonding；载带自动键合)带或TCP(Tape Carrier Package；载带封装)的模块；将印刷线路板设置于TAB带或TCP端部的模块；通过COG(Chip OnGlass；玻璃上芯片)方式将IC(集成电路)直接安装到显示元件上的模块。
在本实施方式中，说明具有应用本发明的一个方式的导电氧氮化物膜的导电层的显示装置的一个方式。具体地说，参照图7A1及A2和7B说明相当于具有应用本发明的一个方式的导电氧氮化物膜的导电层的液晶显示面板的外观及截面。图7A1及A2是一种面板的俯视图，其中将液晶材料夹在连接于形成在第一衬底4001上的薄膜晶体管4010的源电极层或漏电极层的像素电极层4030与第二衬底4006之间并使用密封材料4005进行密封。图7B相当于沿着图7A1及A2的M-N的截面图。
以围绕设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004的方式设置有密封材料4005。此外，在像素部4002和扫描线驱动电路4004上设置有第二衬底4006。因此，像素部4002和扫描线驱动电路4004与液晶层4008一起由第一衬底4001、密封材料4005和第二衬底4006密封。此外，在第一衬底4001上的与由密封材料4005围绕的区域不同的区域中安装有信号线驱动电路4003，该信号线驱动电路4003使用单晶半导体膜或非单晶半导体膜形成在另外准备的衬底上。
另外，对于另外形成的驱动电路的连接方法没有特别的限制，而可以采用COG方法、引线键合方法或TAB方法等。图7A1是通过COG方法安装信号线驱动电路4003的例子，而图7A2是通过TAB方法安装信号线驱动电路4003的例子。
此外，设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004包括多个薄膜晶体管。在图7B中例示像素部4002所包括的薄膜晶体管4010和扫描线驱动电路4004所包括的薄膜晶体管4011。薄膜晶体管4010、4011上设置有绝缘层4020、4021。
薄膜晶体管4010、4011可以使用以非晶硅、低温多晶硅、包含铟、镓和锌的氧化物半导体等作为沟道形成层的薄膜晶体管。在本实施方式中，薄膜晶体管4010、4011是n沟道型薄膜晶体管。
另外，液晶元件4013具有的像素电极层4030使用透光导电膜而形成，该透明导电膜使用含有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。像素电极层4030与薄膜晶体管4010电连接。而且，液晶元件4013的对置电极层4031形成在第二衬底4006上。像素电极层4030、对置电极层4031和液晶层4008重叠的部分相当于液晶元件4013。另外，像素电极层4030、对置电极层4031分别设置有用作取向膜的绝缘层4032、4033，且隔着绝缘层4032、4033夹有液晶层4008。
另外，作为第一衬底4001、第二衬底4006，可以使用玻璃、金属(典型的是不锈钢)、陶瓷、塑料。作为塑料，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics；纤维增强塑料)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜。此外，还可以使用具有将铝箔夹在PVF薄膜或聚酯薄膜之间的结构的薄片。
此外，附图标记4035表示通过对绝缘膜选择性地进行蚀刻而获得的柱状间隔物，并且它是为控制像素电极层4030和对置电极层4031之间的距离(单元间隙)而设置的。另外，还可以使用球状间隔物。另外，对置电极层4031通过导电粒子电连接到与薄膜晶体管4010设置在同一衬底上的共同电位线。另外，导电粒子包含在密封材料4005中。
另外，还可以使用不使用取向膜的显示蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指当使胆甾相液晶的温度上升时即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。由于蓝相只出现在较窄的温度范围内，所以为了改善温度范围而将混合有5重量％以上的手性试剂的液晶组成物用于液晶层4008。包含显示蓝相的液晶和手性试剂的液晶组成物的响应速度短，即为10μs至100μs，并且由于其具有光学各向同性而不需要取向处理从而视角依赖小。
另外，虽然本实施方式为用于透过型液晶显示装置的例子，但是本发明的一个方式既可以用于反射型液晶显示装置也可以用于半透过型液晶显示装置。
另外，虽然在本实施方式的液晶显示装置中示出在衬底的外侧(可见一侧)设置偏振片，并在内侧依次设置着色层、用于显示元件的电极层的例子，但是也可以在衬底的内侧设置偏振片。另外，偏振片和着色层的叠层结构也不局限于本实施方式的结构，只要根据偏振片和着色层的材料或制造工序条件适当地设定即可。另外，还可以设置用作黑矩阵的遮光膜。
另外，在本实施方式中，使用用作保护膜或平整化绝缘膜的绝缘层(绝缘层4020、绝缘层4021)覆盖薄膜晶体管，以降低薄膜晶体管的表面凹凸并提高薄膜晶体管的可靠性。另外，因为保护膜用来防止悬浮在大气中的有机物、金属物、水蒸气等的污染杂质的侵入，所以优选采用致密的膜。使用溅射法并利用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜或氮氧化铝膜的单层或叠层而形成保护膜，即可。虽然在本实施方式中示出使用溅射法来形成保护膜的例子，但是并不局限于此而可以使用各种方法形成。
这里，作为保护膜形成叠层结构的绝缘层4020。在此，使用溅射法形成氧化硅膜作为绝缘层4020的第一层。当使用氧化硅膜作为保护膜时，有防止用作源电极层和漏电极层的铝膜的小丘的效果。
另外，形成绝缘层作为保护膜的第二层。在此，使用溅射法形成氮化硅膜作为绝缘层4020的第二层。当使用氮化硅膜作为保护膜时，可以抑制钠等的可动离子侵入到半导体区域中而使TFT的电特性变化。
另外，形成绝缘层4021作为平整化绝缘膜。作为绝缘层4021，可以使用具有耐热性的有机材料如聚酰亚胺、丙烯酸树脂、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂等。另外，除了上述有机材料之外，还可以使用低介电常数材料(low-k材料)、硅氧烷基树脂、PS6(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)等。硅氧烷基树脂除了可以具有氢作为取代基以外，还可以具有氟、烷基和芳基中的至少一种作为取代基。另外，也可以通过层叠多个由这些材料形成的绝缘膜，来形成绝缘层4021。
另外，硅氧烷基树脂相当于以硅氧烷基材料为起始材料而形成的包含Si-O-Si键的树脂。
至于绝缘层4021的形成方法并没有特别的限制，可以根据其材料利用溅射法、SOG法、旋涂、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)、刮刀、辊涂机、帘涂机、刮刀涂布机等来形成。
像素电极层4030和对置电极层4031的双方或至少一方由使用含有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的透光导电膜形成，并通过实施方式1至3所示的方法成膜。
另外，作为像素电极层4030和对置电极层4031的至少一方，还可以使用具有透光性的导电材料诸如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(下面表示为ITO)、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。
此外，可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物形成对置电极层4031。
作为导电高分子，可以使用所谓的π电子共轭类导电高分子。例如，可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的两种以上的共聚物等。
另外，供给到另外形成的信号线驱动电路4003、扫描线驱动电路4004或像素部4002的各种信号及电位是从FPC4018供给的。
在本实施方式中，连接端子4015由与液晶元件4013所具有的像素电极层4030相同的导电膜形成，并且端子电极4016由与薄膜晶体管4010、4011的栅电极层相同的导电膜形成。
连接端子4015通过各向异性导电膜4019电连接到FPC4018所具有的端子。
此外，虽然在图7A1及A2和7B中示出另外形成信号线驱动电路4003并将其安装在第一衬底4001的例子，但是本实施方式不局限于该结构。既可以另外形成扫描线驱动电路而安装，又可以另外仅形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分而安装。
图8示出使用应用本发明的一个方式制造的TFT衬底2600来构成用作半导体装置的液晶显示模块的一个例子。
图8是液晶显示模块的一个例子，利用密封材料2602固定TFT衬底2600和对置衬底2601，并在其间设置包括由导电氧氮化物形成的像素电极等的像素部2603、包括液晶层的显示元件2604、着色层2605来形成显示区。在进行彩色显示时需要着色层2605，并且当采用RGB方式时，对应于各像素设置有分别对应于红色、绿色、蓝色的着色层。在TFT衬底2600和对置衬底2601的外侧配置有偏振片2606、偏振片2607、漫射片2613。光源由冷阴极管2610和反射板2611构成，电路衬底2612利用柔性线路板2609与TFT衬底2600的布线电路部2608连接，且其中组装有控制电路及电源电路等的外部电路。此外，还可以在偏振片和液晶层之间夹有相位差板的状态下进行层叠。
液晶显示模块可以采用TN(扭曲向列；Twisted Nematic)模式、IPS(平面内转换；In-Plane-Switching)模式、FFS(边缘电场转换；Fringe Field Switching)模式、MVA(多畴垂直取向；Multi-domainVertical Alignment)模式、PVA(垂直取向构型；Patterned VerticalAlignment)模式、ASM(轴对称排列微单元；Axially Symmetric alignedMicro-cell)模式、OCB(光学补偿弯曲；Optical CompensatedBirefringence)模式、FLC(铁电性液晶；Ferroelectric LiquidCrystal)模式、AFLC(反铁电性液晶；Anti Ferroelectric LiquidCrystal)模式等。
通过上述工序，能够制造液晶显示面板。因为由含有氢的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜形成的透光导电膜具有耐热性，所以发光装置的可靠性不会因在将取向膜形成在像素电极上时的加热工序而下降，从而能够制造可靠性高的液晶显示面板。
本实施方式可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而实施。
实施方式5
在本实施方式5中，使用图9A和9B对具有使用导电氧氮化物的像素电极的发光装置进行说明。另外，图9A是发光装置的俯视图，图9B是沿A-A′切断图9A而得到的截面图。由虚线表示驱动电路部(源极侧驱动电路)401、像素部402、驱动电路部(栅极侧驱动电路)403。此外，虚线还表示密封衬底404和密封材料405，由密封材料405围绕的内侧形成空间407。
另外，引绕布线408是用来传送输入到源极侧驱动电路401及栅极侧驱动电路403的信号的布线，从作为外部输入端子的FPC(柔性印刷电路)409接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。另外，虽然这里仅示出了FPC，但该FPC也可以安装有印刷线路板(PWB)。本说明书中的发光装置除了发光装置主体以外，还包括该主体安装有FPC或PWB的状态。
接下来，使用图9B说明截面结构。在元件衬底410上形成有驱动电路部及具有多个像素的像素部，这里示出了作为驱动电路部的源极侧驱动电路401和形成在像素部402中的多个像素之一。
另外，源极侧驱动电路401形成有组合了n沟道型TFT423和p沟道型TFT424的CMOS电路。此外，形成驱动电路的TFT也可以使用各种CMOS电路、PMOS电路或者NMOS电路来形成。此外，虽然在本实施方式5中示出了在衬底上形成驱动电路的驱动器一体型，但是这并不是必须的，也可以将驱动电路形成在外部而不是形成在衬底上。
此外，像素部402由多个包含开关用TFT411、电流控制用TFT412、电连接到其漏极的第一电极413的像素形成。另外，以覆盖第一电极413的端部的方式形成有绝缘物414。在这里，通过使用正型感光性丙烯酸树脂膜来形成绝缘物414。
此外，为了获得良好的覆盖度，在绝缘物414的上端部或下端部形成具有曲率的曲面。例如，在使用正型感光性丙烯酸树脂作为绝缘物414的材料的情况下，优选只使绝缘物414的上端部为具有曲率半径(0.2μm至3μm)的曲面。此外，作为绝缘物414，可以使用通过照射光而对蚀刻剂呈不溶解性的光敏负型及通过照射光而对蚀刻剂呈溶解性的光敏正型中的任一种。
残留在元件内部的空间和绝缘物414等构成物中的水分、氧、其他杂质会严重影响到发光元件的可靠性。例如，在绝缘物414由高分子形成的情况下，需要进行高温加热处理来使绝缘物414完全固化，以避免在使用发光元件时析出杂质。另外，还需要对形成包含发光物质的层416之前的衬底进行加热处理，以尽量去除杂质。
根据上述理由，第一电极413需要具有耐热性。如果第一电极413的耐热性低，例如因用来去除杂质的加热处理导致晶化，从而表面凹凸变得显著。而如果第一电极413的表面凹凸变得显著，则容易发生发光元件的短路，这导致可靠性的降低。于是，在本实施方式中，使用含有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜形成第一电极413。
在第一电极413上分别形成有包含发光物质的层416以及第二电极417。此外，包含发光物质的层416通过使用蒸镀掩模的蒸镀法来形成。包含发光物质的层416能够通过喷射法、旋涂法等湿法而形成。
一般来说，包含发光物质的层416使用由有机化合物构成的单层或叠层，但是本发明的一个方式包括在由有机化合物构成的膜的一部分中使用无机化合物的结构。另外，还可以在第一电极413与包含发光物质的层416之间设置空穴注入层，以容易使空穴从第一电极413注入到包含发光物质的层416。
作为形成在包含发光物质的层416上的第二电极417的材料，优选使用具有低功函数的材料(Al、Ag、Li、Ca或它们的合金或化合物、MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、氮化钙或氟化钙)。另外，当在包含发光物质的层416产生的光透过用作阴极的第二电极417时，第二电极417优选使用其膜厚度被减薄的金属薄膜和透明导电膜(ITO(氧化铟氧化锡合金)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)的叠层。
另外，通过用密封材料405将密封衬底404和衬底410贴合在一起，从而形成在由衬底410、密封衬底404以及密封材料405围绕而成的空间407中具有发光元件418的结构。另外，除了在空间407中填充有惰性气体(氮或氩等)的情况以外，还有在空间407中填充有密封材料405的情况。
另外，密封材料405优选使用环氧类树脂。此外，这些材料优选为尽可能地不透过水分、氧的材料。此外，作为用于密封衬底404的材料，除了玻璃衬底、石英衬底以外，还可以使用由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯或丙烯酸树脂等形成的塑料衬底。
因为将本发明的一个方式的导电氧氮化物用于像素电极的发光装置具有耐热性优良的第一电极413，所以能够在形成包含发光物质的层416之前对衬底进行充分的加热处理。其结果是，残留在发光元件内部的水分、氧、其他杂质减少，从而能够得到可靠性优良的发光装置。
以上虽然对通过晶体管控制发光元件的驱动的有源矩阵型发光装置进行了说明，但也可以采用无源矩阵型发光装置。图10A和10B中示出根据本发明的一个方式而制造的无源矩阵型发光装置。图10A是示出无源矩阵型发光装置的立体图，而图10B是沿图10A的X-Y线的截面图。在图10A和10B中，在衬底951上，使用含有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜形成电极952，并且在其上隔着包含发光物质的层955形成电极956。电极952的端部被绝缘层953覆盖。并且，在绝缘层953上设置有隔壁层954。
隔壁层954的侧壁具有倾斜，即越接近于衬底面，一方侧壁和另一方侧壁之间的间隔越窄。换言之，隔壁层954的短边方向的截面为梯形，底边(朝向与绝缘层953的面方向同样的方向，并与绝缘层953相接的一边)比上边(朝向与绝缘层953的面方向同样的方向，并不与绝缘层953相接的一边)短。像这样，通过设置隔壁层954，可以防止由静电等导致的发光元件的缺陷。
在无源矩阵型发光装置中，残留在元件内部的水分、氧、其他杂质会严重影响到装置的可靠性。因此，隔壁层形成后及包含发光物质的层形成前的对衬底的加热处理是重要的，所以电极952需要具有耐热性。
因为将本发明的一个方式的导电氧氮化物用于像素电极的无源矩阵型发光装置具有耐热性优良的电极952，所以能够在形成包含发光物质的层955之前对衬底进行充分的加热处理。其结果是，残留在发光元件内部的水分、氧、其他杂质减少，从而能够得到可靠性优良的发光装置。
实施例1
在本实施例中，说明使用与实施方式1相同的方法而形成的导电氧氮化物膜。
在本实施例中，使用0.7mm厚的无碱玻璃(由康宁公司(CorningInc.)制造的EAGLE2000)作为衬底。接着，使用将氧化铟、氧化镓和氧化锌烧结而形成的直径12为英寸的靶材(其成分为In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)，将衬底和靶材之间的距离设定为60mm，通过溅射法在衬底上形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。溅射法的条件为压力0.4Pa、直流(DC)电源0.5kW，并且在以各种浓度混合有氩气和氮的气氛中成膜。另外，包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的厚度为50nm至1000nm。
接着，在从成膜室搬出衬底并将它暴露于大气后，在炉中以350℃、氮气氛中进行1小时的加热处理。另外，无论加热处理的有无，包含铟、镓和锌的氧氮化物具有透过可见光而能够制造显示元件的透明性。
通过四探针法，测定形成在衬底上的50nm厚的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的加热处理前后的导电率。表1示出测定的导电率和成膜气氛。
[表1]
Figure G2009102118149D00211
如表1所示，通过对在包含氮的气氛中形成的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜进行加热处理来扩散氢原子，能够提高导电率，从而形成导电氧氮化物膜。
含有氢原子的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的导电率依赖于成膜气氛的氮浓度。图1是示出相对于成膜气氛中的氮气浓度的导电率的图。由图1可知：通过对成膜气氛添加氮，能够使导电率急剧提高；而在进一步提高添加到成膜气氛的氮浓度的情况下，导电率逐渐下降。
接着，使用X线衍射(XRD，即X-ray diffraction)法测定导电氧氮化物膜。测定如下样品：在由表1表示的条件下成膜并没有进行加热处理的样品；在成膜后以350℃或700℃进行了加热处理的样品。另外，样品的厚度为400nm。
图2A至2C示出各种加热处理条件下的样品的X线衍射图形。以衍射强度的任意单位为图中的纵轴。另外，以同一间隔排列图表，以容易比较各种样品的衍射图形。
图2A示出在成膜后没有进行加热处理的样品的X线衍射图形。以衍射强度的任意单位为图中的纵轴。在图中，除了各种样品的衍射图形以外，还示出添加到成膜气氛中的氮气的浓度。因为在由图2A表示的任一样品的衍射图形中都不能观察到特征性的衍射峰，所以能够判定该样品具有非晶结构。
图2B示出以350℃进行了1小时的加热处理的样品的X线衍射图形。因为在由图2B表示的任一样品的衍射图形中都不能观察到特征性的衍射峰，所以能够判定无论成膜气氛如何该样品都具有非晶结构。
图2C示出以700℃进行了1小时的加热处理的样品的X线衍射图形。在进行了加热处理的样品中，只有在不包含氮的气氛中形成的样品能够观察到因加热处理的来自InGaZnO4的衍射信号。但是，在包含氮的气氛中形成的样品不能观察到特征性的衍射峰。于是，能够判定在包含氮的气氛中形成的样品具有非晶结构。
图3A至5B示出包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的加热处理前后的二次离子质谱分析(SIMS，即Secondary Ion Mass Spectrometry)的测定结果。注意，在三个不同的氮浓度(没有氮、氮12.5％、氮100％)的气氛中形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。另外，在氮气氛中以350℃进行1小时的加热处理。另外，样品的厚度为100nm。
图3A至5B的横轴相当于离包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的表面有的深度，表面为深度0nm，并且朝向衬底的方向为正值。另外，图中的纵轴表示换算为atomic％的氧、镓、铟和锌，并表示氩(Ar)、氮(N)和氢(H)的二次离子强度。
另外，图11A及11B示出将图3A及3B的氢原子的二次离子强度换算为浓度的结果，图12A及12B示出将图4A及4B的氢原子的二次离子强度换算为浓度的结果，并且图13A及13B示出将图5A及5B的氢原子的二次离子强度换算为浓度的结果。
作为比较例，图3A及3B示出对在不包含氮的气氛中形成的包含铟、镓和锌的氧化物膜进行二次离子质谱分析的结果。图3A示出没有进行加热处理的该氧化物膜的二次离子质谱分析结果，而图3B示出进行了加热处理的该氧化物膜的二次离子质谱分析结果。由图3A及3B可知，无论加热处理的有无，在离表面有20nm以上的深度的区域中都能观察到102至103counts/sec的氢原子。由此可知，经加热处理后的成分变化小。另外，由图11A及11B可知，在包含铟、镓和锌的氧化物膜中存在着1020atoms/cm3左右的氢原子。
图4A及4B示出对在包含12.5％的氮的气氛中形成的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜进行二次离子质谱分析的结果。图4A示出没有进行加热处理的该氧氮化物膜的二次离子质谱分析结果，而图4B示出进行了加热处理的该氧氮化物膜的二次离子质谱分析结果。由图4A及4B可知，在离表面有20nm以上的深度的区域中，没有进行加热处理的样品能够观察到102至103counts/sec的氢原子，而进行了加热处理的样品能够观察到103至104counts/sec的氢原子。另外，由图12B可知，在进行加热处理后的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜中存在着1021atoms/cm3左右的氢原子。
图5A及5B示出对在只包含氮的气氛中形成的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜进行二次离子质谱分析的结果。由图5A及5B可知，在离表面有20nm以上的深度的区域中，没有进行加热处理的样品能够观察到102至103counts/sec的氢原子，而进行了加热处理的样品能够观察到103至104counts/sec的氢原子。另外，由图13B可知，在进行加热处理后的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜中存在着1020至1021atoms/cm3左右的氢原子。
另外，不仅在包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的表面，而且还在与无碱玻璃之间的界面附近，高频率地观察到氢原子。这意味着通过进行加热处理氢原子不仅从包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的接触于大气的表面而且还从接触于玻璃衬底的界面扩散到氧氮化物膜的内部。
以下，图6示出使用电子微探仪(EPMA，即Electron Probe X-rayMicroAnalyzer)分析在氮浓度不同的气氛中形成的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜的结果。具体地说，使用电子微探仪分析如下样品：在不包含氮的气氛、包含12.5体积％的氮的气氛和包含100体积％的氮的气氛中分别形成的三种条件的样品，并且对该三种条件分别增加没有进行加热处理的条件和在氮气氛中进行了350℃及1小时的加热处理的条件，即一共有六种不同条件而形成的样品。另外，样品的厚度为1μm。
当着眼于加热处理的有无时，在使用电子微探仪分析的情况下不能观察到由加热处理引起的成分的变化。另一方面，当着眼于成膜气氛的氮浓度时，氮浓度越高，氧在成分中所占有的组成比率越低而氮的组成比率越高。但是，金属元素的铟、镓和锌的组成比率几乎没有变化。
实施例2
在本实施例中，说明使用与实施方式1相同的方法而形成的导电氧氮化物膜。在本实施例中，特别说明加热处理温度与特性的关系。
在本实施例中，使用0.7mm厚的无碱玻璃(由康宁公司(CorningInc.)制造的EAGLE2000)作为衬底。接着，使用将氧化铟、氧化镓和氧化锌烧结而形成的直径为12英寸的靶材(其成分为In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)，将衬底和靶材之间的距离设定为60mm，通过溅射法在衬底上形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。溅射法的条件为压力0.4Pa、直流(DC)电源0.5kW，并且对引入到成膜室的氩气与氮的混合比率进行改变而在不相同的气氛中成膜。
具体地说，作为氩气与氮的混合比率，在只有氩气的条件(N2/(Ar+N2)＝0％)、氮12.5％的条件(N2/(Ar+N2)＝12.5％)和氮100％的条件(N2/(Ar+N2)＝100％)的三个不同的条件下制造三个不同的样品。
首先，说明由加热引起的晶化现象。本发明的一个方式的透光导电膜能够通过调整添加在用于溅射的气体中的氮的浓度而抑制晶化。以下，详细地进行说明。
接着，在从成膜室搬出形成有包含铟、镓和锌的膜的衬底并将它暴露于大气后，在氮气氛中以不同温度进行1小时的加热处理。注意，在本实施例中，示出以350℃、700℃、800℃、900℃、1000℃的五个不同的温度进行加热处理的结果。
使用X线衍射(XRD，即X-ray diffraction)法观察样品的晶化现象。另外，样品的厚度为400nm。
图14A至14C示出各种成膜条件下的样品的X线衍射图形。图14A示出只使用氩气作为溅射气体而形成的样品的测定结果，图14B示出使用包含氮12.5％的气体作为溅射气体而形成的样品的测定结果，并且图14C示出只使用氮作为溅射气体而形成的样品的测定结果。以衍射强度的任意单位为图中的纵轴。另外，以同一间隔排列图表，以容易比较各种样品的衍射图形。
只使用氩气而形成的样品因为超过700℃的加热处理而能够观察到强的衍射峰(参照图14A)。另外，使用包含12.5％的氮的气体而形成的样品也因为超过700℃的加热处理而能够观察到衍射峰(参照图14B)。然而与只使用氩气而形成的样品相比，使用包含12.5％的氮的气体而形成的样品的衍射峰较弱。另外，只使用氮而形成的样品即使进行超过700℃的加热处理观察到的衍射信号也是微弱的(参照图14C)。
因为上述衍射信号起因于晶化，所以可知通过将氮添加到用于溅射的气体而能够抑制包含铟、镓和锌的膜的晶化。像这样，使用添加有氮的气体而形成的本发明的一个方式的透过可见光的导电膜即使进行加热处理也不容易晶化。
以下，说明由加热处理引起的导电率的变化。本发明的一个方式的透光导电膜能够通过加热处理而提高导电率。以下，详细地进行说明。
这里，在将通过使用包含12.5％的氮的气体并通过溅射法而形成有包含铟、镓和锌的膜的衬底从成膜室搬出并将它暴露于大气后，在氮气氛中以不同温度进行1小时的加热处理。注意，这里，以200℃、250℃、300℃、320℃、350℃、450℃的六个不同的温度进行加热处理。
使用霍尔效应测定仪测定样品的导电率、迁移率和载流子浓度。图15A及15B示出其结果。另外，样品的厚度为50nm。
本发明的一个方式的透光导电膜的导电率随加热温度的变化而变化(参照图15A)。尤其是，通过以300℃至350℃附近的温度进行加热处理，能够提供具有高导电率的导电膜。另外，通过以300℃至350℃附近的温度进行加热处理，导电膜的迁移率和载流子浓度都成为特别高的数值(参照图15B)。
以下，说明由加热处理引起的成分的变化。本发明的一个方式的透光导电膜能够通过加热处理而增加扩散在导电膜中的氢原子的数量。以下，详细地进行说明。
这里，通过使用包含12.5％的氮的气体的溅射法在衬底上形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜，然后在从成膜室搬出该衬底并将它暴露于大气后，在氮气氛中以不同温度进行1小时的加热处理。注意，这里，比较以250℃、300℃、450℃的三个不同的温度进行加热处理而形成的样品。
图16A及16B示出着眼于氢原子和氮原子的二次离子质谱分析(SIMS，即Secondary Ion Mass Spectrometry)的测定结果。另外，样品的厚度为大约100nm。
本发明的一个方式的透光导电膜所包含的氢随加热温度的变化而变化(参照图16A)。当着眼于离导电膜的表面有大约50nm的深度区域所含有的氢原子的浓度时，与以250℃进行了加热处理的样品相比，以300℃进行了加热处理的样品的氢原子浓度更高，并且与以300℃进行了加热处理的样品相比，以450℃进行了加热处理的样品的氢原子浓度更高。其结果意味着加热处理促进了导电膜中的氢原子的扩散。
另一方面，导电膜中的氮原子即使改变加热处理温度也维持固定的分布，从而不能观察到加热处理促进扩散的现象(参照图16B)。
实施例3
在本实施例中，说明使用与实施方式1相同的方法而形成的导电氧氮化物膜。特别说明在通过溅射法成膜时引入到成膜室的气体的成分和特性的关系。
在本实施例中，使用0.7mm厚的无碱玻璃(由康宁公司(CorningInc.)制造的EAGLE2000)作为衬底。接着，使用将氧化铟、氧化镓和氧化锌烧结而形成的直径为12英寸的靶材(其成分为In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)，将衬底和靶材之间的距离设定为60mm，通过溅射法在衬底上形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。溅射法的条件为压力0.4Pa、直流(DC)电源0.5kW，并且改变氩气流量和氮流量而在混合比率不同的气氛中成膜。
首先，说明在成膜时引入到成膜室的气体的成分影响到导电率的效果。本发明的一个方式的透光导电膜的导电率能够通过调整添加在用于溅射的气体中的氮的含量而控制。以下，详细地进行说明。
通过改变氩气与氮的混合比率而在10种不同的气氛中成膜，以制造样品。图17示出导电率的测定结果。另外，样品的厚度为50nm。
图17中的黑点表示相对于在成膜时引入到成膜室的成膜气体所包含的氮浓度的没有进行加热处理的包含铟、镓和锌的膜的导电率，而图17中的白点表示相对于成膜气体中的氮浓度的在该条件下得到的包含铟、镓和锌的膜经350℃、1小时、氮气中的加热处理后的导电率。另外，具有低于0.01S/cm的导电率的样品使用两端法而测定，而具有0.01S/cm以上的导电率的样品使用四探针法而测定。
在提高对引入到成膜室的气体添加的氮浓度的情况下，没有进行加热处理的包含铟、镓和锌的膜的导电率下降。但是，通过进行加热处理，能够提高所有样品的导电率。尤其是，通过对将大约12.5％的氮添加到氩气(N2/(Ar+N2)＝12.5％)而形成的膜进行加热处理，能够制造具有高导电率的导电膜。
接着，说明对引入到成膜室的气体添加的氮浓度影响到包含铟、镓和锌的膜中的载流子的活化能的效果。本发明的一个方式的透光导电膜的载流子的活化能能够通过调整对引入到成膜室的气体添加的氮浓度而改变。以下，详细地进行说明。
通过改变氩流量和氮流量而在浓度不同的气氛中形成包含铟、镓和锌的膜，以制造多种不同的样品。在氮气氛中以350℃进行1小时的加热处理，然后改变测定温度来测定各种样品的导电率。
具体地说，作为氩气与氮的混合比率，在只有氩气的条件(N2/(Ar+N2)＝0％)、氮12.5％的条件(N2/(Ar+N2)＝12.5％)、氮25％的条件(N2/(Ar+N2)＝25％)、氮50％的条件(N2/(Ar+N2)＝50％)、氮75％的条件(N2/(Ar+N2)＝75％)和氮100％的条件(N2/(Ar+N2)＝100％)的六个不同的条件下制造六个不同的样品。另外，在室温至150℃的6至7个不同的条件(大约25℃、50℃、70℃、90℃、110℃、130℃、150℃)的条件下测定导电率。
将测定导电率的温度换算为绝对温度(K)，并且示出相对于其倒数的导电率的自然对数(参照图18A)。接着，将表示各种样品的点直线化来根据斜率求出活化能。在附图中示出相对于对引入到成膜室的气体添加的氮浓度的所求得的活化能(参照图18B)。
本发明的一个方式的透光导电膜中的载流子活化能能够根据对引入到成膜室的气体添加的氮浓度而控制。尤其是，通过对引入到成膜室的气体添加12.5％左右的氮，可以使包含铟、镓和锌的氧氮化物膜中的载流子的活化能成为负值，并呈现高导电性。注意，载流子的活化能为负值意味着它为退化半导体。
实施例4
在本实施例中，说明使用与实施方式1相同的方法而形成的导电氧氮化物膜。在本实施例中，特别说明相对于可见光的透过率。
在本实施例中，使用1.1mm厚的石英玻璃作为衬底。另外，使用将氧化铟、氧化镓和氧化锌烧结而形成的直径为12英寸的靶材(其成分为In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)，将衬底和靶材之间的距离设定为60mm，通过溅射法在衬底上形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。溅射法的条件为压力0.4Pa、直流(DC)电源0.5kW，并且改变氩气流量和氮流量而在浓度不相同的气氛中成膜。另外，使用溅射法在包含铟、镓和锌的氧氮化物膜上形成100nm的氧化硅膜。
具体地说，作为氩气流量与氮流量的混合比率，在只有氩气的条件(N2/(Ar+N2)＝0％)和氮12.5％的条件(N2/(Ar+N2)＝12.5％)的两个不同的条件下制造样品。另外，样品的厚度为100nm。
图19A至19C示出制造的样品的透过率。图19A示出在成膜后没有进行加热处理的包含铟、镓和锌的膜的透过率。两种样品的透过率都在比450nm附近短波长的区域中缓慢地下降。另外，在将12.5％的氮添加到引入到成膜室的气体中的情况下，能够稍微改善比400nm长波长的区域中的透过率。
图19B示出在成膜后进行350℃、1小时和氮中的加热处理的包含铟、镓和锌的膜的透过率。与没有对引入到成膜室的气体添加氮气的样品相比，添加12.5％的氮而形成的样品的透过率在波长400nm附近得到改善。另外，在对氮没有引入到成膜室的包含铟、镓和锌的膜的样品进行350℃、1小时和大气中的加热处理的情况下，其透过率在比300nm长波长的区域中得到改善(参照图19C)。
另外，如图17所示，通过对包含铟、镓和锌的膜进行氮中、350℃、1小时的加热处理，可以使它呈现高导电率，但是当对包含铟、镓和锌的膜进行大气中、350℃、1小时的加热处理时，也能够提高导电率(参照图20)。
实施例5
在本实施例中，说明使用与实施方式1相同的方法而形成的导电氧氮化物膜。在本实施例中，特别说明金属元素具有的化学结合。
在本实施例中，使用0.7mm厚的无碱玻璃(由康宁公司(CorningInc.)制造的EAGLE2000)作为衬底。接着，使用将氧化铟、氧化镓和氧化锌烧结而形成的直径为12英寸的靶材(其成分为In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)，将衬底和靶材之间的距离设定为60mm，通过溅射法在衬底上形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜。溅射法的条件为压力0.4Pa、直流(DC)电源0.5kW，并且改变氩气流量和氮流量而在浓度不同的气氛中成膜。
具体地说，作为氩气流量与氮流量的混合比率，在只有氩气的条件(N2/(Ar+N2)＝0％)、氮12.5％的条件(N2/(Ar+N2)＝12.5％)和氮100％的条件(N2/(Ar+N2)＝100％)的三个不同的条件下制造三个不同的样品。另外，样品的厚度为100nm。
在本发明的一个方式的透光导电膜的制造方法中，通过对引入到成膜室的气体添加氮，在使铟、镓和锌与氮起反应的同时成膜。在本实施例中，示出通过X射线光电子光谱(XPS，即X-ray PhotoelectronSpectroscopy)分析膜中的铟、镓和锌具有的化学结合的结果。根据本发明的一个方式的透光导电膜的制造方法，能够将氮结合于膜中含有的铟。以下，详细地进行说明。
图21A至21C示出当着眼于样品含有的铟的3d轨道时的XPS光谱。图21A示出没有进行加热处理的样品的光谱，图21B示出进行了氮中、350℃、1小时的加热处理的样品的光谱，并且图21C示出进行了大气中、350℃、1小时的加热处理的样品的光谱。主要光谱能够归属于In2O3等。另外，无论加热处理的有无，在提高对成膜气体添加的氮浓度的情况下，光谱的宽度向低能一侧膨胀。因为源于InOx及InNx的峰值出现在主要峰值的低能一侧，而源于In的峰值出现在更低能一侧，所以向低能一侧膨胀的光谱意味着产生了铟与氮的结合。
图22A至22C示出当着眼于样品所含有的镓的2p轨道时的XPS光谱。另外，图23A至23C示出当着眼于样品所含有的锌的2p轨道时的XPS光谱。上述任一光谱都几乎不受到加热处理的有无以及对引入到成膜室的气体添加的氮的含量的影响。
本说明书根据2008年10月31日在日本专利局受理的日本专利申请编号2008-281752而制作，所申请内容包括在本说明书中。

Claims (19)

1.一种导电氧氮化物，包括：
包含铟、镓和锌的氧氮化物；以及
氢原子，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
2.根据权利要求1所述的导电氧氮化物，其中，所述氧氮化物是透光的。
3.一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：
淀积形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；
将用作氢原子的供给源的化合物吸附到所述氧氮化物膜的表面；以及
进行加热处理，以使氢原子扩散到所述氧氮化物膜，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
4.一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：
淀积形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；以及
在包含用作氢原子的供给源的化合物的气氛中进行加热处理，以使氢原子扩散到所述氧氮化物膜，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
5.一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：
在用作氢原子的供给源的膜上层叠包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；以及
进行加热处理，以使氢原子扩散到所述氧氮化物膜，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的导电氧氮化物膜的制造方法，其中在包含氮气的气氛中溅射由包含铟、镓和锌的氧化物构成的靶材，以淀积形成所述氧氮化物膜。
7.一种导电氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：
在包含用作氢原子的供给源的化合物的气氛中，淀积形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；以及
进行加热处理，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
8.根据权利要求7所述的导电氧氮化物膜的制造方法，其中溅射由包含铟、镓和锌的氧化物构成的靶材，以淀积形成所述氧氮化物膜。
9.根据权利要求3至5和7中的任一项所述的导电氧氮化物膜的制造方法，其中所述氧氮化物膜是透光的。
10.一种半导体装置，包括：
栅电极；
与所述栅电极相对的栅极绝缘膜；以及
中间夹着所述栅极绝缘膜与所述栅电极相对的半导体膜，
其中，所述半导体膜包括：
包含铟、镓和锌的氧氮化物；以及
氢原子，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中所述氧氮化物是透光的。
12.根据权利要求10所述的半导体装置，还包括其上淀积了氧氮化物的衬底，其中所述衬底选自：无碱玻璃衬底、陶瓷衬底、塑料衬底、以及表面上设置有绝缘膜的金属衬底。
13.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在衬底上淀积包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；
将用作氢原子的供给源的化合物吸附到所述氧氮化物膜的表面；以及
进行加热处理，以使氢原子扩散到所述氧氮化物膜，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
14.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在衬底上淀积包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；
在包含用作氢原子的供给源的化合物的气氛中进行加热处理，以使氢原子扩散到所述氧氮化物膜；以及
去除所述氧氮化物膜的不需要的部分，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
15.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在用作氢原子的供给源的膜上层叠包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；
进行加热处理，以使氢原子扩散到所述氧氮化物膜；以及
去除所述氧氮化物膜的不需要的部分，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的半导体装置的制造方法，其中在包含氮气的气氛中溅射由包含铟、镓和锌的氧化物构成的靶材，以淀积形成所述氧氮化物膜。
17.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在包含用作氢原子的供给源的化合物的气氛中淀积包含铟、镓和锌的氧氮化物膜；
进行加热处理；以及
去除所述氧氮化物膜的不需要的部分，
其中，在所述氧氮化物中，相对于氧的氮的组成比率（N/O）在5原子%至80原子%的范围。
18.根据权利要求17所述的半导体装置的制造方法，其中溅射由包含铟、镓的氧化物构成的靶材，以淀积形成所述氧氮化物膜。
19.根据权利要求13至15和17中的任一项所述的半导体装置的制造方法，其中所述氧氮化物膜是透光的。
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