TWI476393B - Quality evaluation method of target assembly used for forming thin film for semiconductor layer of thin film transistor - Google Patents

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TWI476393B TW102125732A TW102125732A TWI476393B TW I476393 B TWI476393 B TW I476393B TW 102125732 A TW102125732 A TW 102125732A TW 102125732 A TW102125732 A TW 102125732A TW I476393 B TWI476393 B TW I476393B
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Description

薄膜電晶體的半導體層用薄膜之形成所使用的靶材組合體之品質評估方法
本發明涉及對薄膜電晶體(TFT)的半導體層用薄膜之形成所使用的靶材組合體的品質進行評估的方法。詳細而言，涉及在對上述靶材組合體的品質(使用該靶材組合體是否能形成作為TFT的半導體層有用的薄膜的品質)進行評估時，即使不實際使用濺鍍靶材利用濺鍍法將該薄膜製作成設於半導體層的TFT而特地評估其特性(移動度、TFT特性)，藉由利用微波光導電衰減法測定該薄膜的壽命也能簡單且高精度地對靶材組合體的品質進行評估。
作為TFT的半導體層所用的非結晶(非晶質)薄膜，除了通用的非晶矽(a-Si)之外，最近使用例如包含銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)、錫(Sn)等的至少一種的氧化物。將後者的氧化物用於TFT的半導體層的氧化物半導體薄膜不僅具有場效應遷移率(遷移率)較高等優異的半導體特性，由於能以低溫成膜、而且光學能隙較大， 因此，還具有能對塑膠基板、薄膜基板成膜等的優點。
在將這樣的薄膜作為TFT的半導體層使用的情況下，為了獲得遷移率較高、TFT特性優異的薄膜，從提高生產率的觀點出發，在顯示器等的製造工程中，對成膜的半導體薄膜的特性進行評估，並將其結果回饋，從而調整製造條件來進行膜質的管理是很重要的。
作為以往的半導體薄膜的特性的評估方法，通常在半導體薄膜上形成閘極絕緣膜、鈍化絕緣膜並附加電極之後對遷移率、閾值等的特性進行測定，但在需要附加電極的接觸型的測定方法中，會花費用於附加電極的時間、成本。另外，由於附加電極，從而有在半導體薄膜上產生新的缺陷的可能性，並且從提高製造成品率的觀點出發，也謀求不需要附加電極的非接觸型的測定方法的確立。
鑒於這樣的情況，本申請的申請人作為以非接觸型對半導體薄膜的特性進行評估的方法提出了基於使用了雷射和微波的微波光導電衰減法(μ-PCD法)進行評估的評估方法(專利文獻1及2)。其中，專利文獻1是為了對多晶矽等晶質的半導體薄膜的結晶性進行評估而提出的，藉由對形成了上述晶質的半導體薄膜的試料照射雷射、對與由該雷射照射激發的過剩載流子相應地變化的微波的反射率的變化進行測定，來對半導體薄膜的結晶性進行評估。
另外，專利文獻2是為了對非晶質的氧化物半導體薄膜的特性進行評估而對上述專利文獻1的技術進行改進的 技術，設定了適於該氧化物半導體薄膜的激發光的照射條件。具體而言，對氧化物半導體薄膜的特性和壽命的測定結果的關係進行了仔細研究，結果得出如下見解：(a)氧化物半導體薄膜的遷移率和壽命值(反射率變化的1/e)具有較高的相關關係，藉由調查壽命值能簡單地對氧化物半導體薄膜的遷移率進行評估，而且(b)氧化物半導體薄膜的遷移率和反射率的峰值具有較高的相關關係，藉由代替壽命值而調查峰值，也能簡單地對氧化物半導體薄膜的遷移率進行評估。基於這些見解，在專利文獻2中公開了如下的方法：(a)對形成有氧化物半導體薄膜的試料照射激發光及微波，在檢測到根據激發光照射而變化的微波之來自氧化物半導體薄膜的反射波的最大值(峰值)之後，停止激發光的照射，對停止激發光照射後的微波之來自氧化物半導體薄膜的反射波的反射率變化進行測定，根據測定出的值算出壽命值(反射率變化的1/e)，從而來判定氧化物半導體薄膜的遷移率，以及(b)對形成有氧化物半導體薄膜的試料照射激發光及微波，對根據激發光照射而變化的微波之來自氧化物半導體薄膜的反射波的最大值(峰值)進行測定，從而來判斷氧化物半導體薄膜的遷移率。
另一方面，在形成半導體薄膜時，較佳是使用對與該膜相同組成的濺鍍靶材進行濺鍍的濺鍍法。在濺鍍法中，一邊向真空中導入Ar氣體等惰性氣體一邊對基板與靶材構件之間施加高電壓，使離子化的惰性氣體與靶材構件衝 撞，使因該衝撞彈起的靶材構件的構成物質堆積於基板上而形成薄膜。利用濺鍍法形成的薄膜與利用離子鍍覆法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法形成的薄膜相比，具有膜面方向(膜面內)的成分組成、膜厚等的面內均勻性優異、能形成與濺鍍靶材相同成分組成的薄膜這樣的優點。
濺鍍法所使用的濺鍍靶材一般在使用結合材料接合於金屬製構件的背板(支承體)上的狀態下使用，這樣的濺鍍靶材也稱作靶材接合體。背板多使用耐熱性、導電性、熱傳導性優異的Cu，以純銅或銅合金的形式使用。作為結合材料，多使用熱傳導性和導電性良好的低熔點焊料(例如In系、Sn系的材料)。
近年來，利用濺鍍法對大型基板成膜的需要增加，隨之濺鍍靶材的尺寸也大型化。依濺鍍靶材的不同，也有難以大型化的情況，因此，如後述的圖1、圖2所示，使用在一張背板上相距間隙地排列複數個小片的靶材構件，且利用結合材料將靶材構件和背板接合的靶材組合體。為了避免相鄰的靶材彼此由於背板的撓曲而接觸從而產生缺陷，相鄰的靶材構件之間調整配置為室溫時出現大致0.1~1.0mm的間隙。另外，為了避免結合材料從上述間隙漏出，通常也在上述間隙的背側(結合側、與背板相對的側)設置高分子耐熱片、導電性片、純Cu或Cu合金的帶狀片等的襯底構件(也稱作加強板)。
專利文獻
專利文獻1：日本特開2008-191123號公報
專利文獻2：日本特開2012-33857號公報
在製造靶材組合體時，如前述那樣在複數個靶材構件之間設置間隙，因此在濺鍍中會從該間隙侵入離子化了的惰性氣體。其結果，配置於靶材構件下的Cu製的背板也被濺鍍，在形成的半導體薄膜中混入有Cu時，TFT特性降低。即，在使用靶材組合體成膜半導體薄膜時，由於與製造時的上述間隙部分相對應的各靶材構件的間隙，產生Cu向薄膜中污染的現象，導致TFT特性降低。TFT特性的降低成為製作顯示器時的圖像不均的主要原因，導致品質顯著變差。特別是不僅背板使用Cu製、襯底構件也使用Cu製時，Cu的污染現象更加顯著，因此並不理想。
以往，在判定由這樣的靶材組合體製造時的間隙部引起的TFT特性的降低時，若不實際使用靶材組合體形成半導體薄膜、對半導體薄膜附加電極來製作TFT則不能進行評估，但在製作TFT後判定為不良的情況下，需要從一開始重新製作靶材組合體，導致生產率及成本顯著降低。本發明是鑒於上述情況而做成的，其目的在於提供在對靶材組合體的品質(使用該靶材組合體是否能成膜作為TFT的半導體層有用的薄膜的品質)進行評估時，即使不實際使用濺鍍靶材利用濺鍍法將該薄膜製作成設於半導體 層的TFT而特地評估其特性(遷移率、TFT特性)，也能簡單且高精度地對靶材組合體的品質進行評估的方法。
能實現上述課題的本發明的對薄膜電晶體的半導體層用薄膜的形成所使用的靶材組合體的品質進行評估的方法的要旨在於，其包括：第一工程，準備靶材組合體，該靶材組合體是在背板上透過結合材料而相距間隙地配置複數個氧化物靶構件；第二工程，對前述靶材組合體進行濺鍍而形成薄膜；第三工程，對前述薄膜的包含與前述靶材組合體的間隙相對應的接縫部分A的區域照射激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述接縫部分A的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述接縫部分A的反射波的反射率變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的時間，作為前述薄膜的前述接縫部分A的壽命值τ1；第四工程，基於前述接縫部分A的壽命值τ1，對靶材組合體的品質進行評估。
另外，實現了上述課題的本發明的另一靶材組合體品質評估方法的要旨在於，其包括：第一工程，準備靶材組合體，該靶材組合體是在背板上透過結合材料而相距間隙地配置複數個氧化物靶材構件；第二工程，對前述靶材組合體進行濺鍍而形成薄膜；第三工程，對前述薄膜的包含與前述靶材組合體的間隙相對應的接縫部分A的區域照射 激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述接縫部分A的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述接縫部分A的反射波的反射率變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的時間，作為前述薄膜的前述接縫部分A的壽命值τ1；第五工程，對前述薄膜的包含與前述靶材組合體的非間隙部相對應的非接縫部分B的區域照射激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述非接縫部分B的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述非接縫部分B的反射波的反射率變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的時間，作為前述薄膜的前述非接縫部分B的壽命值τ2；第六工程，基於前述薄膜的前述接縫部分A的壽命值τ1和前述薄膜的前述非接縫部分B的壽命值τ2之比即τ1/τ2，對靶材組合體的品質進行評估。
在本發明較佳的實施型態中，上述薄膜是氧化物薄膜。
本發明的靶材組合體之品質評估方法不是像以往那樣實際進行TFT特性實驗來判定靶材組合體的品質的好壞，而是透過對利用靶材組合體成膜的半導體薄膜的壽命值進行測定來判定靶材組合體的品質的好壞。因此，若使用 本發明的方法，即使不實際使用濺鍍靶材利用濺鍍法將該薄膜製作成設於半導體層的TFT而特地評估其特性(遷移率、TFT特性)，也能簡單且高精度地對靶材組合體的品質進行評估。其結果，能縮短從製作靶材組合體到品質評估的期間，能大大有助於開發時間的縮短、生產率的提高、成本的降低等。
另，本發明的方法作為對靶材組合體的品質進行評估的方法有用，但作為利用靶材組合體形成的薄膜(與接合部相對應、在薄膜中具有接縫的薄膜)的品質評估方法也有用。即，根據本發明的方法，在液晶顯示裝置等的製造生產線中，能線上地在短時間內對使用靶材組合體成膜的半導體薄膜的電性特性進行評估，並且能以非接觸方式進行，因此，能提高良率等提高生產率，能簡單且適當地進行靶材組合體的品質評估。
1‧‧‧脈衝雷射(激發光的光源)
2‧‧‧微波振盪器
3‧‧‧方向性結合器
4‧‧‧魔術T(magic tee)
5a‧‧‧第一波導管(訊號用波導管)
5b‧‧‧第二波導管(參照用波導管)
6‧‧‧混波器
7‧‧‧訊號處理裝置
8‧‧‧電腦
9‧‧‧工作臺控制器
10‧‧‧試料台
11‧‧‧X-Y工作臺
12‧‧‧基板保持部
13‧‧‧反射鏡
14‧‧‧聚光透鏡
20‧‧‧試料基板
20a‧‧‧薄膜試料
20b‧‧‧基板
21‧‧‧靶材組合體
22‧‧‧濺鍍靶材
23‧‧‧背板
24a~24d‧‧‧氧化物靶材構件
25‧‧‧襯底構件
31a、31b、31c‧‧‧低熔點焊料接合材
32‧‧‧間隔材
T‧‧‧間隙
Q‧‧‧間隙T的正下方部分
圖1是表示靶材組合體的結構的俯視圖。
圖2是圖1的A-A線放大縱剖視圖。
圖3是壽命測定裝置的概略圖。
圖4是表示藉由壽命測定而獲得的衰減波形的一例的圖。
圖5是表示在製造例1中使用靶材組合體1時的壽命值的測定結果的圖。
圖6是表示在製造例1中使用靶材組合體2時的壽命 值的測定結果的圖。
圖7是在實施例1中使用的TFT元件結構的示意圖。
圖8是表示在實施例1中使用靶材組合體1製作成的TFT的Id -Vg 特性的圖。
圖9是表示在實施例1中使用靶材組合體2製作成的TFT的Id -Vg 特性的圖。
本發明人在簡單地對靶材組合體的品質進行評估時以專利文獻1及2記載的微波光導電衰減法為基礎進行了研究。利用專利文獻2的方法算出的壽命值(反射率變化的1/e)與氧化物半導體薄膜等的半導體薄膜的遷移率具有良好的相關關係，成為用於對TFT特性進行評估的間接且精度良好的指標。另一方面，在靶材組合體中，如前述那樣由於該靶材組合體製造時的間隙部，TFT特性發生較大變化，因此，本發明人著眼於與靶材組合體的間隙部相對應的薄膜的接縫部分的壽命值進行了研究。其結果，發現了與靶材組合體的間隙部相對應的薄膜的接縫部分的壽命值(τ1)與氧化物半導體薄膜等的半導體薄膜的遷移率以及SS(Subthreshold Swing：次臨限擺幅，即汲極電流提高1位數所需的閘極電壓)值、Id -Vg 特性等TFT特性具有良好的相關關係，成為用於對TFT特性進行評估的間接且良好的指標。而且，發現與靶材組合體的間隙部相 對應的薄膜的接縫部分的壽命值(τ1)和與靶材組合體的非間隙部相對應的薄膜的非接縫部分的壽命值(τ2)之比(τ1/τ2)也與氧化物半導體薄膜等的半導體薄膜的遷移率以及SS值等TFT特性具有良好的相關關係，若使用上述比，則具有不論構成靶材組合體的材料如何都能進行評估等的優點，從而完成了本發明。
這樣，本發明的特徵部分在於根據與靶材組合體的間隙相對應的薄膜的接縫部分的壽命值(τ1)對靶材組合體的品質進行評估。壽命值的算出方法本身在專利文獻2中有詳細記載，可以參照，但在專利文獻2中關於靶材組合體的記載完全沒有，上述特徵部分在專利文獻2中也沒有記載。具體而言，推薦將上述壽命值(τ1)和與靶材組合體的非間隙部相對應的薄膜的非接縫部分的壽命值(τ2)之比(τ1/τ2)作為用於靶材組合體品質評估的指標使用。
即，本發明的靶材組合體的品質評估方法的特徵在於包括：第一工程，準備靶材組合體，該靶材組合體是在背板上透過結合材料而相距間隙地配置複數個氧化物靶構件；第二工程，對前述靶材組合體進行濺鍍而形成薄膜；第三工程，對前述薄膜的包含與前述靶材組合體的間隙相對應的接縫部分A的區域照射激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述接縫部分A的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述接縫部分A的反射波的反射率變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的 時間，作為前述薄膜的前述接縫部分A的壽命值τ1；第四工程，根據前述接縫部分A的壽命值τ1，對靶材組合體的品質進行評估(第一實施型態)。
上述規定了本發明的特徵部分，即根據與靶材組合體的接合部相對應的薄膜的接縫部分的壽命值(τ1)對靶材組合體的品質進行評估，特別是使用基於上述第三工程算出的壽命值(τ1)和與靶材組合體的非間隙部相對應的薄膜的非接縫部分的壽命值(τ2)之比(τ1/τ2)作為其指標是有效的。在此，上述壽命值τ2能夠藉由第五工程算出，該第五工程是：對前述薄膜的包含與前述靶材組合體的非間隙部相對應的非接縫部分B的區域照射激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述非接縫部分B的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述非接縫部分B的反射波的反射率變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的時間，作為前述薄膜的前述非接縫部分B的壽命值τ2(第二實施型態)。
若像上述第二實施型態那樣使用壽命值之比，則不論材料如何都能對靶材組合體的品質進行評估。即，在像上述第一實施型態那樣僅基於接縫部分A的壽命值τ1的方法中，根據材料不同，通常τ1的值變小或相反地變大，因此必需按材料預先研究作為合格基準的閾值，與此相對，若使用上述比，則能獲得表示靶材的間隙部的影響的指標，因此，不需要按材料研究作為合格基準的閾值。
以下，參照附圖詳細地說明本發明的第一及第二實施型態的靶材組合體之品質評估方法的各工程。圖1是在本發明中所用的靶材組合體的俯視圖，圖2是圖1的A-A線放大縱剖視圖。但是，圖1及圖2的靶材組合體是本發明的較佳較佳的實施型態的一例，本發明絕不限定於此。例如，在以下的圖中，表示長方形狀的濺鍍靶材，但不限定於此，例如也可以使用圓盤狀的濺鍍靶材。另外，以下使用氧化物薄膜說明，但不限定於此，例如也可以使用非晶矽薄膜。
(1)關於第一實施型態 (第一工程)
首先，如圖1及圖2所示，準備靶材組合體21，其是在背板23上透過結合材料31a~31c而相距間隙T地配置複數個氧化物靶材構件24a~24d。圖1及圖2所示的靶材組合體21包括：將4片靶材構件24a~24d沿前後左右各排列兩片而構成的濺鍍靶材22、用於固定(支承)該濺鍍靶材22的背板23和將複數個靶材構件24a~24d與背板3接合的低熔點焊料接合材31a~31c。在相鄰的複數個靶材構件24a~24d的間隙T的背側(低熔點焊料接合材31a側)以堵塞間隙T的方式設有襯底構件25。在靶材構件24a~24d與背板23之間以能形成均勻的間隙的方式配置間隔材32(Cu線)。
作為靶材構件24a~24d，例如舉出非晶矽、多晶矽 等矽類及氧化物。較佳較佳的靶材構件是非晶質的物質。上述薄膜的厚度較佳為大致幾十nm~100nm左右。
作為上述氧化物，只要是TFT的半導體層通常所用的即可，並不特別限定，例如使用由從由In、Ga、Zn及Sn構成的組中選擇的至少一種以上的組合所構成的非晶質的氧化物半導體。具體而言，例如舉出In氧化物、In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、In-Sn-Zn氧化物、In-Ga氧化物、Zn-Ga氧化物、In-Ga-Zn氧化物、Zn氧化物。各元素的比率根據在基板(圖1、圖2中未圖示)上成膜的氧化物薄膜的組成適當地決定。
靶材構件24a~24d之間相距間隙T地配置。間隙T的寬度較佳是根據使用的靶材構件、低熔點焊料接合材31a~31c的尺寸以及背板23的尺寸等適當地設定，較佳大致為0.2mm~1.0mm。
在圖1及圖2中，靶材構件24a~24d由長方形的板材構成，但不限定於此，也可以是通常所用的形狀(例如圓盤狀)。另外，靶材構件24a~24d的厚度、尺寸也沒有特別限定，可以選擇在靶材組合體的領域中通常使用的厚度、尺寸。
背板23由耐熱性、導電性、熱傳導性優異的純Cu或Cu合金構成。Cu製的背板只要是在濺鍍靶材的領域中通常使用的，都可以使用。
作為低熔點焊料接合材31a~31c，代表性地舉出In基材料或Sn基材料。其種類並不特別限定，只要是在濺 鍍靶材的領域中通常使用的，都可以使用。作為In基材料，例如舉出In-Ag合金等。作為Sn基材料，例如舉出Sn-Zn合金等。較佳的是In基材料。在圖2中，符號31a~31c可以使用相同或不同的低熔點焊料接合材，但考慮作業效率等時，較佳是使用相同的材料。
間隔材32以能在氧化物靶材構件24a~24d與背板23之間形成均勻的間隙的方式配置。間隔材只要是導電性、熱傳導性優異的構件即可，沒有特別限定，只要是濺鍍靶材的領域中通常使用的，都可以使用。作為間隔材32，例如舉出Cu線等。另，在圖1及圖2中雖揭示形成為環狀的間隔材，但不限定於該形狀。
為了避免結合材料從各靶材構件的間隙漏出，襯底構件25設於間隙T的背側(結合側、與背板相對的一側)。作為襯底構件25，可以使用導電性、熱傳導性優異，在濺鍍靶材的領域中通常使用的構件。詳細而言，如圖2所示，襯底構件25與背板23藉由低熔點焊料接合材31b接合，並且襯底構件25與氧化物靶材構件24a、24b藉由低熔點焊料接合材31a接合。在間隙T的正下方部分Q，低熔點焊料接合材21被挖出而不存在，因此在此處，襯底構件25不介著低熔點焊料接合材31a而是與靶材構件24a、24b直接接合。
但是，在本發明中，至少在間隙T的背側配置襯底構件即可，襯底構件的存在形式不限定於圖2的形式。另外，較佳是如圖2所示地在間隙T的正下方部分Q不存在 低熔點焊料接合材31a，這是由於：在Q部分存在低熔點焊料接合材時，在濺鍍中會被加熱，結合材料溶出而產生異常放電，產生微粒、濺沫。特別是結合材料沿著間隙逐漸爬升時，這樣的現象變得顯著，因此，為了避免該現象，最好在正下方部分Q盡可能不存在結合材料。
(第二工程)
接著，對上述靶材組合體進行濺鍍而形成薄膜。濺鍍條件沒有特別限定，為了形成期望的薄膜而選擇適當的條件。
(第三工程)
接著，對上述薄膜的包含與靶材組合體的間隙相對應的接縫部分A的區域照射激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述接縫部分A的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述接縫部分A的反射波的反射率的變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的時間，作為前述薄膜的前述接縫部分A的壽命值τ1。本發明的特徵在於，對包含與靶材組合體的間隙相對應的接縫部分A的區域照射激發光及微波，算出薄膜的接縫部分A的壽命值τ1，壽命值τ1的詳細的計算方法記載於專利文獻1中，可以參照專利文獻1，因此，在本說明書中，省略詳細的測定方法的說明，其概略如以下前述(以下的 圖3及圖4是從專利文獻2中抽出的圖)。
具體而言，使用圖3記載的壽命測定裝置(與專利文獻2記載的圖1相同)對試料(半導體薄膜)20a的測定部位照射激發光及微波，檢測根據該激發光照射而變化的微波之來自試料的反射波的強度。圖3的測定裝置具備：脈衝雷射1、微波振盪器2、方向性結合器3、魔術T(magic tee)(4)、第一波導管(訊號用波導管)5a、第二波導管(參照用波導管)5b、混波器6、訊號處理裝置7、電腦8、工作臺控制器9、試料台10、X-Y工作臺11、基板保持部12、反射鏡13及聚光透鏡14等。
從脈衝雷射1輸出的激發光被反射鏡13反射並且被聚光透鏡14(聚光部件)聚光，通過設於第一波導管5a的微小開口5c，並通過該第一波導管5a的與薄膜試料20a接近的端部(開口部)照射於薄膜試料20a的測定部位(例如直徑5~10μm左右的點)。這樣，反射鏡13及聚光透鏡14將從脈衝雷射1輸出的激發光聚光而引導至薄膜試料20a。由此，在薄膜試料20a的微小的激發光照射區域(測定部位)產生激發載流子。
如上所述，氧化物等的晶質半導體薄膜的載流子遷移率與壽命值、載流子峰值(=反射率的峰值)具有相關關係，因此，藉由算出壽命值、峰值，能簡單地對氧化物半導體薄膜的載流子遷移率進行評估、判斷。
圖4(與專利文獻2記載的圖2相同)是表示微波光導電衰減法的過剩載流子密度的變化的情況的圖(曲線表 示載流子密度)。對氧化物半導體薄膜試料照射的激發光被氧化物半導體薄膜吸收而生成過剩載流子(激發載流子)，隨著過剩載流子密度增加而其消失速度增加，當載流子注入速度和消失速度相等時過剩載流子密度成為恒定的峰值。而且，當該過剩載流子的生成和消失的速度相等時飽和而維持恒定的值，但當停止激發光的照射時，由於過剩載流子的再結合、消失，過剩載流子減少，最終返回照射激發光前的值。
在本發明中，作為上述測定部位，使用包含與靶材組合體的間隙相對應的薄膜的接縫部分A的區域。靶材組合體的間隙與製造時的靶材構件之間的間隙相對應，大致具有0.3~1.0mm的寬度。與上述間隙相對應的薄膜的接縫部分A的寬度大致為3.5~18.0mm，推薦使用包含該接縫部分A在內大致50.0mm×20.0mm~100.0mm×60.0mm的區域作為測定部位。
另外，薄膜的接縫部分A的壽命值τ1的測定時期，可以與專利文獻2同樣地，在基板上形成半導體薄膜之後立即進行，也可以在利用例如氧、水蒸氣對上述半導體薄膜進行熱處理後進行，或者可以在形成鈍化絕緣膜前進行，能在各個工程後測定。但是，考慮除了工藝的影響之外的靶材自身的評估以及縮短到評估之前的時間，推薦在形成半導體薄膜之後立即測定壽命值τ1。另外，藉由測定基材上的複數個點也能測定氧化物半導體薄膜的面內分佈。
(第四工程)
接著，基於薄膜的接縫部分A的壽命值τ1對靶材組合體的品質進行評估。接縫部分A的壽命值τ1越大，則具備使用上述靶材組合體而獲得的薄膜的TFT之遷移率也有越高的傾向，因此，例如藉由τ1是否超過規定的閾值(與靶材材料相應地變化)能判定各個靶材的品質的好壞。
(2)關於第二實施型態
在上述的第一實施型態中，說明基於薄膜的接縫部分A的壽命值τ1對靶材組合體的品質進行評估的方法，但如第二實施型態記載的那樣，基於薄膜的接縫部分A的壽命值τ1和薄膜的非接縫部分B的壽命值τ2之比(τ1/τ2)也能對靶材組合體的品質進行評估。在第二實施型態中，第一~第三工程與第一實施型態相同，因此，以下說明第五工程及第六工程。
(第五工程)
在此，使用包含與靶材組合體的非間隙部相對應的薄膜的非接縫部分B的區域作為測定區域，與第三工程同樣地算出薄膜的非接縫部分B的壽命值τ2。
在此，靶材組合體的非間隙部是指靶材組合體的間隙T以外的區域，包含與上述非間隙部相對應的薄膜的非接縫部分B的區域，具體而言是指除了接縫之外的部分的大 致中央，大致距離接縫部分20mm的部分。
另外，薄膜的非接縫部分B的壽命值τ2的測定時期，與前述的壽命值τ1的情況相同，可以在基板上形成半導體薄膜之後立即進行，也可以在利用例如氧、水蒸氣對上述半導體薄膜進行熱處理後進行，或者也可以在形成鈍化絕緣膜前進行，能在各個工程後測定。但是，考慮除了工藝的影響之外的靶材自身的評估以及縮短到評估之前的時間，推薦在形成半導體薄膜之後立即測定壽命值τ2。
(第六工程)
基於藉由上述第三工程算出之薄膜的接縫部分A的壽命值τ1，和藉由上述第五工程算出之薄膜的非接縫部分B的壽命值τ2之比(τ1/τ2)對靶材組合體的品質進行評估。例如，該比(τ1/τ2)為1是指靶材的間隙部完全沒有惡劣影響，該比為比1小很多的值是指靶材的間隙部的惡劣影響較大。藉由使用上述比，靶材材料產生的影響被排除，因此，利用該比的值是否超過規定的閾值(不因靶材材料而改變)能判斷靶材組合體的品質的好壞。
本發明的方法涉及對靶材組合體的品質進行評估的方法，但作為由上述靶材組合體形成的薄膜(與靶材構件之間的間隙相對應，薄膜中具有接縫的薄膜)的品質評估方法也有用。因此，藉由將本發明的方法應用於在基板上形成半導體薄膜後的製造工程的任一工程而對由靶材組合體形成的半導體薄膜的特性進行評估，並將其結果回饋，從 而調整製造條件能進行膜質的評估，因此，能適當地進行半導體薄膜的品質評估。
實施例
以下，例舉實施例更具體地說明本發明，但本發明當然不受下述實施例限制，當然也能在能適合前述、後述主旨的範圍內適當地施加變更而實施，它們均包含於本發明的技術範圍內。
首先，如以下那樣製造靶材組合體1~6，對使用製造成的靶材形成的氧化物半導體薄膜的壽命值進行測定。
(靶材組合體1的製造)
靶材組合體1(沒有處理)如以下那樣地製造。首先，在背板上填充In基材料的結合材料，加熱到熔點以上成為熔融狀態。接著，與間隔材一起相距間隙地排列配置複數個氧化物靶材構件，並進行冷卻。靶材組成為InGaZnO4 (In：Ga：Zn=1：1：1、原子%比)。靶材構件之間的間隙為0.8mm。不使用襯底構件。
(靶材組合體2的製造)
除了靶材構件之間的間隙為0mm(無間隙)這點以外，與靶材組合體1同樣地製造靶材組合體2。
(靶材組合體3的製造)
除了使用將頂部的角進行1mm左右倒角的靶材構件以外，與靶材組合體1同樣地製造靶材組合體3。
(靶材組合體4的製造)
靶材組合體4如以下那樣製造。首先，在背板上填充In基材料的結合材料，加熱到熔點以上成為熔融狀態。接著，配置由間隔材和純Cu構成的襯底構件之後，在其上相距間隙地排列配置複數個氧化物靶材構件，並進行冷卻。靶材組成為InGaZnO4 (In：Ga：Zn=1：1：1、原子%比)。襯底構件配置於與靶材構件之間的間隙相當的位置。靶材構件之間的間隙為0.5mm。
(靶材組合體5的製造)
除了使用由聚亞醯胺膜(Kapton)構成的襯底構件、靶材構件之間的間隙為0.6mm以外，與靶材組合體4同樣地製造靶材組合體5。
(靶材組合體6的製造)
除了使用由Ni構成的襯底構件、靶材構件之間的間隙為0.3mm以外，與靶材組合體4同樣地製造靶材組合體6。
(成膜及壽命值的測定)
在玻璃基板(康寧公司製EAGLEXG、直徑100mm× 厚度0.7mm)上，使用表1記載的靶材組合體1~6在下述濺鍍條件下利用濺鍍法成膜氧化物半導體薄膜〔IGZO(In：Ga：Zn：O(原子%比)=1：1：1：4))〕(厚度：200nm)。
基板溫度：室溫
氧分壓：O2 /(Ar+O2 )=4%
在如上述那樣形成氧化物半導體薄膜之後，為了提高膜質，在水蒸氣環境(H2 O/O2 =50%)中在350℃下進行1小時的預退火處理。在預退火處理後，在下述條件下使用具有圖3所示的結構的裝置(日本神鋼科研公司製：LAT-1820SP)利用微波光導電衰減法對反射率的變化進行測定，測定薄膜的接縫部分的壽命值τ1及薄膜的非接縫部分的壽命值τ2。
雷射波長：349nm(紫外光)
脈衝寬度：15ns
脈衝能量：1μJ/pulse
光束直徑：1.5mm
1次測定的脈衝數=64脈衝
具體而言，對於包含薄膜的接縫部分及薄膜的非接縫部分的線(從基板的最左端起100mm附近的位置)測定壽命值，測定薄膜的接縫部分X1 的壽命值τ1及薄膜的非接縫部分X2 (距離接縫部分X1 足夠遠的點)的壽命值τ2，算出它們的比(τ1/τ2)。在此，各壽命值在預退火之後立即測定。
將上述結果示於表1中。
圖5及圖6表示測定使用靶材組合體1及靶材組合體2時的、從基板的最左端到規定位置的壽命值時的結果，以供參考。圖中X1 是薄膜的接縫部分，X2 是薄膜的非接縫部分。另，在圖5(使用靶材組合體1)中，X1 =43mm，X2 =77mm。在圖6(使用靶材組合體2)中，X1 =41mm，X2 =58mm。上述以外的靶材組合體的各值如以下所示，以供參考。
靶材組合體3：X1 =27，X2 =6
靶材組合體4：X1 =33，X2 =6
靶材組合體5：X1 =31，X2 =8
靶材組合體6：X1 =40，X2 =4
根據上述結果可知，τ1或τ1/τ2的值較小的靶材組合體1的品質不好，τ1或τ1/τ2的值較大的靶材組合體2~6、特別是靶材組合體2、6的品質較好。
(TFT特性的測定)
接著，為了驗證上述的評估是否妥當，對使用前述的靶材組合體1、2及6如以下那樣製作圖7記載的TFT時的、電晶體特性、遷移率及SS值進行測定。
首先，在玻璃基板(康寧公司製EAGLEXG、直徑100mm×厚度0.7mm)上依次成膜作為閘極電極的Mo薄膜100nm及閘極絕緣膜SiO2 (200nm)。閘極電極係使用純Mo的濺鍍靶材，利用DC濺鍍法在成膜溫度：室溫、成膜功率：300W、載流子氣體：Ar、氣體壓力：2mTorr的條件下成膜。另外，閘極絕緣膜使用電漿CVD法，在載流子氣體：SiH4 和N2 O的混合氣體、成膜功率：100W、成膜溫度：300℃的條件下成膜。
接著，與前述的製造例同樣地形成氧化物薄膜(厚度40nm)。
在如上述那樣形成氧化物半導體薄膜之後，利用微影技術及濕蝕刻進行圖案形成。作為濕蝕刻液，使用關東化學公司製“ITO-07N”。
在對氧化物半導體薄膜進行了圖案形成之後，為了提 高膜質，進行預退火處理。預退火在水蒸氣環境中在350℃下進行1小時。另外，利用等離子CVD法成膜用於保護後述的源．漏電極蝕刻時的氧化物半導體薄膜的蝕刻中止層(100nm)，通過乾式蝕刻進行圖案形成。電漿CVD法的條件是在形成SiO2 膜時使用N2 O及SiH4 的混合氣體。成膜功率均為100W，成膜溫度均為230℃，幹式蝕刻的條件是使用Ar、CHF3 的混合氣體，壓力為6Pa，功率為150W。
接著，使用純Mo形成源/汲極電極。具體而言，在與前述的閘極電極同樣的利用DC濺鍍法成膜純Mo膜(膜厚100nm)之後，利用微影技術及濕蝕刻進行圖案形成。 濕蝕刻液是“AC101”，相對於蝕刻劑原液1，以0.75的比例的純水進行稀釋。在液溫為室溫下進行了蝕刻。TFT的通道長度為10μm，通道寬度為25μm。為了可靠地進行圖案形成、防止短路，相對於源/汲極電極的膜厚以相當於20%的時間，追加浸漬(過蝕劇)於上述的濕蝕刻液(AC101)中。
在如此形成源/汲極電極之後，形成用於保護氧化物半導體的保護膜。作為保護膜，使用SiO2 (膜厚200nm)和SiN(膜厚150nm)的層疊膜(合計膜厚250nm)。上述SiO2 及SiN的形成使用SAMCO公司製“PD-220NL”、並使用電漿CVD法進行。在本實施例中，利用N2 O氣體進行電漿處理之後，依次形成SiO2 及SiN膜。在形成SiO2 膜時使用N2 O及SiH4 的混合氣體，在形成SiN膜時 ，使用SiH4 、N2 、NH3 的混合氣體。成膜功率均為100W，成膜溫度均為150℃。
接著，利用微影技術及乾蝕刻在保護膜上形成用於電晶體特性評估用檢驗的接觸孔而製作成TFT。
關於如此獲得的各TFT，如以下那樣求出電晶體特性(汲極電流-閘極電壓特性、Id -Vg 特性)、SS值及遷移率(場效應遷移率μFE)。另，係對於靶材組合體1、2進行電晶體特性的測定。
(1)電晶體特性的測定
晶體管特性(Id -Vg 特性)使用National Instruments公司製“4156C”的半導體參數分析儀。詳細的測定條件如以下所示。
源極電壓：0V
汲極電壓：10V
閘極電壓：-30V~30V(測定間隔：1V)
(2)SS值
使汲極電流增加一位數所需的閘極電壓的最小值為SS值。
(3)遷移率μFE
場效應遷移率μFE根據TFT特性在Vg >Vd -Vth 的線形區域導出。在線形區域中，Vg 、Vd 分別為閘極電壓、 汲極電壓，Vth 為汲極電流超過1nA時的電壓，Id 為汲極電流，L、W分別為TFT元件的通道長、通道寬，Ci為閘極絕緣膜的靜電容量，μFE為場效應遷移率。μFE從以下的式中導出。在本實施例中，根據滿足線形區域的閘極電壓附近的汲極電流-閘極電壓特性(Id -Vg 特性)的斜率，導出場效應遷移率μFE。
將上述結果示於表2以及圖8及圖9中。
使用τ1及τ1/τ2的值較小的靶材組合體1製作成的TFT如圖8所示電晶體特性變差，如表2所示遷移率也降低，且SS值也變高。
與此相對，使用τ1及τ1/τ2的值較大的分割濺鍍靶材 2、6製作成的TFT如圖9所示顯示良好的電晶體特性，如表2所示那樣，遷移率也較高，且SS值也較低。
根據以上的結果可知，藉由利用微波光導電衰減法測定薄膜的壽命值，能簡單且高精度地對靶材組合體的品質進行判斷、評估。

Claims (3)

  1. 一種靶材組合體之品質評估方法，該方法對薄膜電晶體的半導體層用薄膜之形成所使用的靶材組合體的品質進行評估，其特徵為，包括：第一工程，準備靶材組合體，該靶材組合體是在背板上透過結合材料而相距間隙地配置複數個氧化物靶材構件；第二工程，對前述靶材組合體進行濺鍍而形成薄膜；第三工程，對前述薄膜的包含與前述靶材組合體的間隙相對應的接縫部分(A)的區域照射激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述接縫部分(A)的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述接縫部分(A)的反射波的反射率變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的時間，作為前述薄膜的前述接縫部分(A)的壽命值τ1；第四工程，基於前述接縫部分(A)的壽命值τ1，對靶材組合體的品質進行評估。
  2. 一種靶材組合體之品質評估方法，該方法對薄膜電晶體的半導體層用薄膜之形成所使用的靶材組合體的品質進行評估，其特徵在於，包括：第一工程，準備靶材組合體，該靶材組合體是在背板上透過結合材料而相距間隙地配置複數個氧化物靶材構件； 第二工程，對前述靶材組合體進行濺鍍而形成薄膜；第三工程，對前述薄膜的包含與前述靶材組合體的間隙相對應的接縫部分(A)的區域照射激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述接縫部分(A)的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述接縫部分(A)的反射波的反射率變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的時間，作為前述薄膜的前述接縫部分(A)的壽命值τ1；第五工程，對前述薄膜的包含與前述靶材組合體的非間隙部相對應的非接縫部分(B)的區域照射激發光及微波，在測定到根據前述激發光照射而變化的前述微波之來自前述非接縫部分(B)的反射波的最大值之後，停止前述激發光的照射，對停止前述激發光照射後的前述微波之來自前述非接縫部分(B)的反射波的反射率變化進行測定，算出直到反射率成為1/e的時間，作為前述薄膜的前述非接縫部分(B)的壽命值τ2；第六工程，基於前述薄膜的前述接縫部分(A)的壽命值τ1，和前述薄膜的前述非接縫部分(B)的壽命值τ2之比即τ1/τ2，對靶材組合體的品質進行評估。
  3. 如申請專利範圍第1或2項前述的靶材組合體之品質評估方法，其中，前述薄膜是氧化物薄膜。
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