TWI602304B - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是關於氧化物半導體。
專利文件1中揭示一種包括氧化物半導體的半導體裝置。
〔專利文件1〕日本公開專利申請案第2007-123861號
矽半導體的許多物理性質已被了解,但氧化物半導體的許多物理性質仍不清楚。
特別是,氧化物半導體上的雜質之有害影響仍尚未清楚。
鑒於上述,將提出一種結構,其中係防止或消除影響包括氧化物半導體層的半導體裝置之電特性的雜質。
氧化物半導體層中有兩個載子之因素。
第一個因素是氧化物半導體層中的缺氧。
第二個因素是氧化物半導體層中的施體元素或受體元素。
在此,氫元素係作為氧化物半導體層中的載子(施體)。
此外,由於氫元素具有還原特性,其亦作為造成缺氧的元素。
因此,人稱含有氫元素的物質為防止氧化物半導體層高度純化而使得該氧化物半導體層不會接近i型氧化物半導體層的元素,因氫元素具有兩個誘發載子的因素。
注意到,作為含有氫元素的物質,舉例來說,可舉出氫、濕氣、氫氧化物、氫化物等。
作為研究結果,本案發明人發現到,令人意外地,在氧化物半導體層中含有大量的氮時,氫更有可能進入氧化物半導體層。
反之,氫較不容易進入氮濃度降低的氧化物半導體層。
具體來說,將藉由二次離子質譜法(SIMS)所測量到的氧化物半導體層中之氮濃度設定為1×1020atoms/cm3或以下(或小於1×1020atoms/cm3),藉此可形成氫難以進入的氧化物半導體層。
也就是說,可提供一種半導體裝置,其包括:閘極電極、氧化物半導體層、以及設置於該閘極電極和該氧化物
半導體層之間的閘極絕緣層,且其中該氧化物半導體層中的氮濃度為1×1020atoms/cm3或以下。
可提供一種半導體裝置,其包括:閘極電極、設置於該閘極電極上的閘極絕緣層、設置於該閘極絕緣層上的氧化物半導體層、以及設置於該氧化物半導體層上的一對接觸電極,且其中該氧化物半導體層中的氮濃度為1×1020atoms/cm3或以下。
可提供一種半導體裝置,其包括:閘極電極、設置於該閘極電極上的閘極絕緣層、設置於該閘極絕緣層上的一對接觸電極、以及設置於該閘極絕緣層和該對接觸電極上的氧化物半導體層,且其中該氧化物半導體層中的氮濃度為1×1020atoms/cm3或以下。
可提供一種半導體裝置,其包括:閘極電極、設置於該閘極電極上的閘極絕緣層、設置於該閘極絕緣層上的氧化物半導體層、設置於該氧化物半導體層上的通道保護層、以及設置於該氧化物半導體層和該通道保護層上的一對接觸電極,且其中該氧化物半導體層中的氮濃度為1×1020atoms/cm3或以下。
另外,可提供氧化物半導體層中的氫濃度為6×1018atoms/cm3或以下的半導體裝置。
可提供一種用於製造半導體裝置的方法,該半導體裝置包括:閘極電極、氧化物半導體層、以及設置於該閘極電極和該氧化物半導體層之間的閘極絕緣層,該方法包括以下步驟:在具有1×1020atoms/cm3或以下之氮濃度的該
氧化物半導體層上以350℃或以上執行熱處理達1小時或以上。
可提供一種用於製造半導體裝置的方法,該半導體裝置包括:閘極電極、氧化物半導體層、以及設置在該閘極電極和該氧化物半導體層之間的閘極絕緣層,該方法包括以下步驟:在具有1×1020atoms/cm3或以下之氮濃度的該氧化物半導體層上以450℃或以上執行熱處理達1小時或以上。
可提供一種用於製造半導體裝置的方法,該半導體裝置包括:閘極電極、氧化物半導體層、以及設置於該閘極電極和該氧化物半導體層之間的閘極絕緣層,該方法包括以下步驟:在具有1×1020atoms/cm3或以下之氮濃度的該氧化物半導體層上以550℃或以上執行熱處理達1小時或以上。
可提供一種用於製造半導體裝置的方法,該半導體裝置包括:閘極電極、氧化物半導體層、以及設置於該閘極電極和該氧化物半導體層之間的閘極絕緣層,該方法包括以下步驟:在具有1×1020atoms/cm3或以下之氮濃度的該氧化物半導體層上以650℃或以上執行熱處理達3分鐘或以上。
氧化物半導體層中的氮濃度降低,藉此可形成氫難以進入的氧化物半導體層。
換言之,氧化物半導體層中的氮濃度降低,藉此可防止氫進入該氧化物半導體層。
100‧‧‧基板
200‧‧‧閘極電極
300‧‧‧閘極絕緣層
400‧‧‧氧化物半導體層
410‧‧‧氧化物半導體層
500‧‧‧導電層
510‧‧‧接觸電極
520‧‧‧接觸電極
600‧‧‧絕緣層
700‧‧‧通道保護層
810‧‧‧佈線
820‧‧‧佈線
830‧‧‧佈線
900‧‧‧基極絕緣層
1401‧‧‧峰值
1402‧‧‧峰值
1403‧‧‧峰值
1414‧‧‧曲線
1415‧‧‧曲線
1416‧‧‧曲線
1417‧‧‧曲線
1418‧‧‧曲線
1419‧‧‧曲線
1601‧‧‧氧化物半導體層
1602‧‧‧富銦層
1603‧‧‧氧化鈦層
1604‧‧‧鈦層
2001‧‧‧沉積室
2002‧‧‧蓋子
2003‧‧‧靶材
2004‧‧‧幫浦
2005‧‧‧O形環
2006‧‧‧O形環
2007‧‧‧金屬墊片
2008‧‧‧金屬墊片
3001‧‧‧點線
3002‧‧‧粗實線
3003‧‧‧細實線
8000‧‧‧虛線
第1A圖至第1C圖顯示用以製造半導體裝置的方法之範例。
第2A圖和第2B圖顯示用以製造半導體裝置的方法之範例。
第3A圖和第3B圖顯示用以製造半導體裝置的方法之範例。
第4A圖至第4C圖分別顯示半導體裝置的範例。
第5A圖至第5C圖顯示用以製造半導體裝置的方法之範例。
第6A圖和第6B圖顯示用以製造半導體裝置的方法之範例。
第7A圖至第7C圖顯示用以製造半導體裝置的方法之範例。
第8A圖和第8B圖顯示用以製造半導體裝置的方法之範例。
第9圖顯示濺鍍設備的範例。
第10A圖和第10B圖分別顯示SIMS數據。
第11A圖和第11B圖分別顯示SIMS數據。
第12A圖和第12B圖分別顯示SIMS數據。
第13A圖和第13B圖分別顯示SIMS數據。
第14A圖和第14B圖分別顯示TDS數據。
第15A圖和第15B圖分別顯示半導體裝置的範例。
第16圖顯示TEM相片。
將參照附圖來詳細說明實施例和範例。
熟習該項技藝者可輕易了解到,在不脫離本發明之精神下,可以各種方式修改本發明的模式和細節。
因此,本發明不應被解讀為受限於以下實施例和範例的說明。
注意到,在以下所述之結構中,相同的部份或具有類似功能的部份係在不同圖式中被標以相同的元件符號,且將不再重複其說明。
可視情況將以下實施例和範例彼此結合。
將說明用以製造半導體裝置的方法之範例。
首先,在具有絕緣表面的基板100上形成閘極電極200。然後,在閘極電極200上形成閘極絕緣層300,並在閘極絕緣層300上形成氧化物半導體層400(第1A圖)。
作為基板,可使用任何材料。舉例來說,可使用玻璃基板、石英基板、金屬基板、塑膠基板、或是半導體基板,但該基板並不限於這些範例。
在使用絕緣基板來作為該基板的情況中,該基板具有絕緣表面。
另一方面,在使用金屬基板、半導體基板之類來作為基板的情況中,在將基極絕緣層形成在該基板上時,該基板可具有絕緣表面。
注意到,在使用絕緣基板來作為該基板的情況中,亦可將基極絕緣層形成在該基板上。
作為閘極電極,可使用任何具有導電性的材料。舉例來說,可使用鋁、鈦、鉬、鎢、金、銀、銅、矽、各種合金、或氧化物導電層(通常為銦錫氧化物等),但該閘極電極並不限於這些範例。該閘極電極可具有單層結構或層疊結構。
作為閘極絕緣層,可使用任何具有絕緣性質的材料。舉例來說,可使用氧化矽膜、氮化矽膜、含氮之氧化矽膜、含氧之氮化矽膜、氮化鋁膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜之類,但該閘極絕緣層並不限於這些範例。該閘極絕緣層可具有單層結構或層疊結構。
注意到,閘極絕緣層中的氫和氮的量最好很少,以便可防止載子注入至氧化物半導體層中。
較佳是使用不含氫(H)或氫化物(例如:SiH4)的沉積氣體來形成氫量很少的閘極絕緣層。
較佳是使用不含氮(N)或氮化物(例如:N2O或NH4)的沉積氣體來形成氮量很少的閘極絕緣層。
因此,當注意力集中在氫之量很少這點上時,較佳是使用由濺鍍法所形成的閘極絕緣膜,因在電漿CVD法中是使用氫化物(例如:SiH4)。
此外,當注意力集中在氮之量很少這點上時,較佳是使用不含氮的氧化物膜。
注意到,比起以濺鍍法所形成的閘極絕緣層,以電漿CVD法所形成的閘極絕緣層具有較少缺陷並具有較高的膜品質。
因此,在某些情況中,當使用以電漿CVD法所形成的閘極絕緣層時,電晶體特性變得良好。
所以,可視需要而依情況來使用電漿CVD法、濺鍍法、或其他方法。
注意到,在使用以電漿CVD法所形成之閘極絕緣層的情況中,當執行熱處理時,係從閘極絕緣層消除含有氫元素的物質;因此,在使用電漿CVD法的情況中,在形成該閘極絕緣層之後,較佳是執行熱處理(以大於等於200℃且小於等於1000℃(較佳是大於等於300℃且小於等於800℃))。
注意到,作為含有氫元素的物質,舉例來說,可舉出氫、濕氣、氫氧化物、氫化物等。
該氧化物半導體層的範例包括,但不限於:In-Ga-Zn-O基氧化物(含有銦、鎵、鋅、和氧來作為主成分);In-Sn-Zn-O基氧化物(含有銦、錫、鋅、和氧來作為主成分);In-Al-Zn-O基氧化物(含有銦、鋁、鋅、和氧來作為主成分);Sn-Ga-Zn-O基氧化物(含有錫、鎵、鋅、和氧來作為主成分);Al-Ga-Zn-O基氧化物(含有鋁、鎵、鋅、和氧來作為主成分);Sn-Al-Zn-O基氧化物(含
有錫、鋁、鋅、和氧來作為主成分);In-Zn-O基氧化物(含有銦、鋅、和氧來作為主成分);Sn-Zn-O基氧化物(含有錫、鋅、和氧來作為主成分);Al-Zn-O基氧化物(含有鋁、鋅、和氧來作為主成分);In-O基氧化物(銦的氧化物(氧化銦));Sn-O基氧化物(錫的氧化物(氧化錫));Zn-O基氧化物(鋅的氧化物(氧化鋅))等。
舉例來說,該氧化物半導體層可由濺鍍法、蒸鍍法之類所形成。
該氧化物半導體層的厚度較佳為5nm至1μm(更佳為20nm至80nm)。
在形成該氧化物半導體層的情況中,必須小心留意,使得該氧化物半導體層中不含氮。
具體來說,較佳是將該氧化物半導體層形成為,藉由二次離子質譜法(SIMS)所測量到之該氧化物半導體層中的氮濃度為1×1020atoms/cm3或以下(或小於1×1020atoms/cm3)、5×1019atoms/cm3或以下(或小於5×1019atoms/cm3)、1×1019atoms/cm3或以下(或小於1×1019atoms/cm3)、5×1018atoms/cm3或以下(或小於5×1018atoms/cm3)、或1×1018atoms/cm3或以下(或小於1×1018atoms/cm3)。
注意到,即使在該氧化物半導體層受到熱處理的情況中,氮仍不太可能進入該氧化物半導體層。
因此,在完成該半導體裝置後,以二次離子質譜法
(SIMS)所測量到之該氧化物半導體層中的氮濃度較佳亦為1×1020atoms/cm3或以下(或小於1×1020atoms/cm3)、5×1019atoms/cm3或以下(或小於5×1019atoms/cm3)、1×1019atoms/cm3或以下(或小於1×1019atoms/cm3)、5×1018atoms/cm3或以下(或小於5×1018atoms/cm3)、或1×1018atoms/cm3或以下(或小於1×1018atoms/cm3)。
注意到,作為該氮濃度之值,可採用二次離子質譜法(SIMS)之有效範圍中的平均值。
或是,作為該氮濃度之值,可採用二次離子質譜法(SIMS)之有效範圍中的最大值(當該有效範圍中的最大值小於預定值時,該有效範圍中的平均值亦小於該預定值)。
在此,濺鍍設備的範例是顯示於第9圖。
第9圖中的濺鍍設備包括沉積室2001、蓋子2002、靶材2003、和幫浦2004。
注意到,採用一種結構,其中使基板被針對蓋子2002而設置,並將靶材2003濺鍍以供沉積。
沉積室2001和蓋子2002彼此連接,並針對連接部份設置O形環2005。
沉積室2001和靶材2003彼此連接,並針對連接部份設置O形環2006。
沉積室2001和幫浦2004彼此連接,並針對連接部份設置金屬墊片2007和金屬墊片2008。
O形環和金屬墊片皆被用以防止自該連接部份滲漏。換言之,藉由O形環和金屬墊片,防止空氣(特別是氮)進入沉積室2001。
該O形環為環狀的襯墊。其材料為,例如:橡膠。
該金屬墊片為環狀的固定密封劑。其材料為,例如:金屬。
蓋子2002和靶材2003經常被開闔;因此,使用O形環,因其可被輕易裝上及取下。
另一方面,幫浦幾乎不被開闔。雖然金屬墊片不易被裝上及取下,但仍對該幫浦設置該金屬墊片,因相較於O形環,該金屬墊片可改善氣密性。
在O形環或金屬墊片具有缺口、裂痕之類的情況中,會產生滲漏,使得沉積室2001外面的空氣進入沉積室2001。
由於空氣含有大量的氮,必須小心留意,使得O形環或金屬墊片不具有缺口、裂痕之類,以防止空氣(特別是氮)因O形環或金屬墊片的缺口、裂痕之類而進入沉積室2001。
雖然必須進一步進行保養,但以金屬墊片取代所有的O形環是有效的,其可改善氣密性,因可防止空氣(特別是氮)進入沉積室2001。
另一方面,在氮附著於或進入沉積室2001之內壁或靶材2003之表面的情況中,或是在氮飄浮於沉積室2001的情況中,即使防止空氣(特別是氮)進入沉積室
2001,氮仍可能進入氧化物半導體層。
因此,為了去除附著於或進入沉積室之內壁的氮,以大於等於200℃且小於等於500℃將該沉積室加熱。
將該沉積室加熱,藉此附著於或進入該沉積室之內壁的氮會被釋放至該沉積室中。
然後,藉由使用幫浦2004,抽空透過將該沉積室加熱所釋放的氮,藉此可去除附著於或進入沉積室的內壁之氮。
此外,在對該沉積室執行熱處理和抽空處理之後,以及在形成用於半導體裝置的氧化物半導體層之前,較佳是執行在偽基板上形成氧化物半導體層的步驟。
在執行於偽基板上形成氧化物半導體層的步驟時,可去除附著於或進入靶材之表面的氮。
此外,由於因在偽基板上形成氧化物半導體層的步驟而殘留在沉積室中的氮會被帶入該偽基板上的氧化物半導體層中,可在形成用於半導體裝置的氧化物半導體層之前,去除殘留在沉積室中的氮。
之後,自沉積室取出該偽基板,並形成用於半導體裝置的氧化物半導體層。
注意到,在該偽基板上執行數次沉積是有效的。
如上所述,充分地執行減少自沉積室的滲漏、減少在沉積室之內壁上的氮、沉積至偽基板上之類,以便可徹底防止氮被摻入該氧化物半導體層中。
接著,以光微影法將氧化物半導體層400蝕刻成島
狀,藉此形成氧化物半導體層410(第1B圖)。
接著,該氧化物半導體層受到第一熱處理(以大於等於X℃和小於Y℃)。
可視需要而針對執行第一熱處理的氛圍來選擇:氮氛圍;稀有氣體氛圍;氧氛圍;含氧和氮之氛圍;含氧和稀有氣體之氛圍;含氮和稀有氣體之氛圍;含氧、氮、和稀有氣體之氛圍之類。
可在將氧化物半導體層400蝕刻成島狀以形成氧化物半導體層410之前執行第一熱處理。
另一方面,透過藉由光微影法將氧化物半導體層400蝕刻成島狀以形成氧化物半導體層410的步驟,將該氧化物半導體層浸入光阻和剝除溶液的濕氣中。
因此,為了去除光阻和剝除溶液所造成的濕氣,較佳是在將氧化物半導體層400蝕刻成島狀以形成氧化物半導體層410之後執行第一熱處理。
第一熱處理的溫度下限(X℃)可被設定為350℃或以上(或大於350℃)、400℃或以上(或大於400℃)、450℃或以上(或大於450℃)、500℃或以上(或大於500℃)、550℃或以上(或大於550℃)、600℃或以上(或大於600℃)、650℃或以上(或大於650℃)、700℃或以上(或大於700℃)、或750℃或以上(或大於750℃)。
較佳是以藉由使用爐、烘箱、氣體RTA之類的加熱方法來執行第一熱處理。
氣體RTA指的是將物體置於以高溫加熱短時間(數分鐘至數十分鐘)之氣體中,以將其快速加熱的方法。
第一熱處理的溫度上限並無特別限制,因為第一熱處理的溫度最好很高。
但第一熱處理的溫度上限(Y℃)較佳是低於基板的容許溫度限制。
此外,第一熱處理的溫度上限(Y℃)可被設定為1000℃或以下(或小於1000℃)、900℃或以下(或小於900℃)、800℃或以下(或小於800℃)、或700℃或以下(或小於700℃)。
第一熱處理的加熱時間較佳為1小時或以上。並未特別限制加熱時間的上限,但考慮到縮短處理時間,可將其設定為10小時或以下、9小時或以下、或8小時或以下。
在藉由使用氣體RTA來執行第一熱處理的情況中,第一熱處理的加熱時間較佳為3分鐘或以上。並未特別限制加熱時間的上限,但可將其設定為1小時或以下、50分鐘或以下、或40分鐘或以下。
當以熱脫附譜(TDS)來執行測量時,已被以450℃執行烘乾達1小時的樣品並未具有在約300℃的濕度之峰值。已被藉由使用氣體RTA而以650℃執行烘乾達3分鐘的樣品亦不具有在約300℃的濕度之峰值。另一方面,已被以350℃執行烘乾達1小時的樣品具有在約300℃的濕度之峰值。
當藉由二次離子質譜法(SIMS)來執行測量時,已被以550℃執行烘乾達1小時之樣品中的氫濃度會比已被以450℃執行烘乾達1小時之樣品的低將近1位數。
換言之,氮濃度降低的氧化物半導體層係在預定條件下受到第一熱處理,藉此可大幅減少有害地影響電晶體的電特性之含有氫元素的物質。
注意到,施加於氧化物半導體的能量越高,可消除越多含有氫元素的物質;因此,加熱溫度最好很高,且加熱時間最好很長。
第一熱處理後的氧化物半導體層中之氫濃度較佳為6×1018atoms/cm3或以下(或小於6×1018atoms/cm3)、5×1018atoms/cm3或以下(或小於5×1018atoms/cm3)、4×1018atoms/cm3或以下(或小於4×1018atoms/cm3)、3×1018atoms/cm3或以下(或小於3×1018atoms/cm3)、1×1016atoms/cm3或以下(或小於1×1016atoms/cm3)、1×1014atoms/cm3或以下(或小於1×1014atoms/cm3)、或1×1012atoms/cm3或以下(或小於1×1012atoms/cm3)。
氮濃度降低的氧化物半導體層可在第一熱處理之後的步驟中防止氫的摻入。
因此,在完成該半導體裝置後之氧化物半導體層中的氫濃度亦較佳為6×1018atoms/cm3或以下(或小於6×1018atoms/cm3)、5×1018atoms/cm3或以下(或小於5×1018atoms/cm3)、4×1018atoms/cm3或以下(或小於4×1018atoms/cm3)、3×1018atoms/cm3或以下(或小於3×1018
atoms/cm3)、1×1016atoms/cm3或以下(或小於1×1016atoms/cm3)、1×1014atoms/cm3或以下(或小於1×1014atoms/cm3)、或1×1012atoms/cm3或以下(或小於1×1012atoms/cm3)。
注意到,作為該氫濃度之值,可採用二次離子質譜法(SIMS)的有效範圍中之平均值。
或是,作為該氫濃度之值,可採用二次離子質譜法(SIMS)的有效範圍中之最大值(當該有效範圍中的最大值小於預定值時,該有效範圍中的平均值亦小於該預定值)。
注意到,氧化物半導體層中含有氫元素的物質之量越小,越可改善包括該氧化物半導體層之電晶體的電特性。
接著,在氧化物半導體層410上形成導電層500(第1C圖)。
作為該導電層,可使用任何具有導電性的材料。舉例來說,可使用鋁、鈦、鉬、鎢、釔、銦、金、銀、銅、矽、含有這些金屬之任一者的各種合金、氧化物導電層(通常為銦錫氧化物)之類,但該導電層並不限於這些範例。該導電層可具有單層結構或層疊結構。
注意到,與該氧化物半導體層接觸的導電層是使用鈦、銦、釔、銦-鋅合金、含鎵之合金(例如:氮化鎵)之類所形成,藉此可降低該氧化物半導體層和藉由蝕刻該導電層所形成的電極(佈線)之間的接觸電阻。
可降低接觸電阻的原因是,鈦、銦、釔、銦-鋅合
金、含鎵之合金(例如:氮化鎵)之類的電子親和力比該氧化物半導體層的還低。
也就是說,在單層的情況中,具有低於該氧化物半導體層之電子親和力的金屬(或是合金、化合物)較佳。
另一方面,在層疊的情況中,較佳是將具有低於該氧化物半導體層之電子親和力的金屬(或是合金、化合物)配置成與該氧化物半導體層接觸。
由於鈦(Ti)、銦(In)、釔(Y)、銦-鋅合金(In-Zn合金)、含鎵之合金(Ga)(例如:氮化鎵)之類具有高電阻率,較佳是將諸如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、或含有這些金屬之任一者的各種合金之具有低電阻率的材料層疊在被配置成與該氧化物半導體層接觸的導電層上。
具體來說,可舉出以下範例,但不限於:依序層疊有Ti和Al的結構;依序層疊有Ti和含Al之合金的結構;依序層疊有Y和Al的結構;依序層疊有Y和含Al之合金的結構;依序層疊有Ti、Al、和Ti的結構;依序層疊有Ti、含Al之合金、和Ti的結構;依序層疊有In、Al、和Mo的結構;依序層疊有Y、Al、和Ti的結構;依序層疊有Mo、Al、和Ti的結構;以及依序層疊有Ti、含Al之合金、Mo、和Ti的結構。
注意到,具有低電阻率的合金指的是含有鋁、金、銀、銅之類和其他物質(例如:Al-Si、Al-Ti、Al-Nd、Cu-Pb-Fe、或Cu-Ni)的合金。
注意到,可使用與該氧化物半導體層之材料類似的材料來形成氧化物導電層。
對於該氧化物導電層並無特別的限制,只要該氧化物導電層的電阻率比作為通道形成區域之氧化物半導體層的還低即可。
在此,該氧化物導電層為刻意令其包含大量含有氫元素之物質或大量缺氧的氧化物。含有氫元素及缺氧的物質會誘發載子,使得氧化物的導電性可被提高。
該氧化物半導體層為刻意令其不包含含有氫元素之物質或缺氧的氧化物。
也就是說,控制該氧化物半導體層中含有氫元素之物質或缺氧的量,藉此可控制電阻率。
注意到,在使用不同材料來形成氧化物導電層和作為通道形成區域的氧化物半導體層,且該氧化物導電層具有比作為通道形成區域的氧化物半導體層還低之電阻率的情況中,不需藉由控制該氧化物半導體層中含有氫元素之物質或缺氧的量來控制該電阻率。
接著,蝕刻導電層500來形成多個電極或多個佈線(源極電極(接觸電極)、汲極電極(接觸電極)、佈線等)(第2A圖)。注意到,在第2A圖中顯示有接觸電極510、接觸電極520等。
藉由第2A圖的步驟,完成電晶體(通道蝕刻電晶體)。
注意到,在蝕刻導電層500時,會稍微蝕刻第2A圖
和第2B圖中由點線8000所圍繞的部份。
由點線8000所圍繞的部份被稱為背通道(back channel),因其被配置在通道形成區域的後側。
接著,形成絕緣層600(保護層或層間絕緣膜)來覆蓋該電晶體(第2B圖)。
作為該絕緣層,可使用任何具有絕緣性質的材料。舉例來說,可使用氧化矽膜、氮化矽膜、含氮之氧化矽膜、含氧之氮化矽膜、氮化鋁膜、氧化鋁膜、矽氧烷膜、壓克力膜、聚醯亞胺膜之類,但該絕緣層並不限於這些範例。該層間絕緣膜可具有單層結構或層疊結構。
在此,改變絕緣層的種類,以比較電晶體的電特性。發現到較佳是將不使用含有氫元素的物質來作為濺鍍氣體所形成之膜用於與背通道(由點線8000所圍繞的部份)接觸的部份中之絕緣層。
當背通道中包含含有氫元素的物質時,電晶體的臨限電壓(Vth)會朝負方向移動。
由於在電漿CVD法中是使用含有氫元素的沉積氣體(通常為SiH4之類),當以電漿CVD法來形成絕緣層時,會將含有氫元素的物質添加至背通道。
矽氧烷膜、壓克力膜、聚醯亞胺膜之類含有大量的濕氣;因此,若採用這些膜的任一者,則含有氫元素的物質會被持續供應至背通道。
也就是說,較佳是將含有氫元素的物質之量很少的膜用於與背通道接觸的絕緣層。
注意到,第2B圖的步驟對應於在接觸電極510、接觸電極520、和背通道(由點線8000所圍繞的部份)上形成絕緣層600的步驟。
可採用一種結構,其中,在第2B圖的步驟之後,於絕緣層600中形成接觸孔,並在絕緣層600上形成佈線810、佈線820等(第3A圖)。
或是,可採用一種結構,其中,在第2B圖的步驟之後,於絕緣層600中形成接觸孔,並在絕緣層600上形成畫素電極910(第3B圖)。
在如第3A圖所圖示般,於絕緣層600上形成該等佈線之後,可進一步在該等佈線上形成絕緣層、佈線、電晶體、顯示元件、天線之類。
在如第3B圖所圖示般,形成畫素電極910之後,形成顯示元件(例如:EL元件或液晶元件),藉此可形成顯示裝置。
在第3A圖或第3B圖的步驟之後,較佳是執行第二熱處理。
可在第2B圖的步驟和第3A圖或第3B圖的步驟之間執行第二熱處理。
換言之,並未特別限制第二熱處理的時機,只要是在形成絕緣層600之後加以執行即可。
較佳是以大於等於150℃且小於等於500℃(較佳是大於等於200℃且小於等於300℃)來執行第二熱處理。
第二熱處理的加熱時間較佳是大於等於1小時且小於
等於10小時。
較佳是使用爐、烘箱、氣體RTA之類來執行第二熱處理。
注意到,藉由已在先前所執行的第一熱處理,氧化物半導體層中的氫會被釋放,而氧化物半導體層中的氧亦會被釋放。
也就是說,藉由第一熱處理,會在該氧化物半導體層中形成缺氧。
因此,在執行第二熱處理時,令該絕緣層處於氧過量狀態;如此,可將氧供應至該氧化物半導體層,並可減少該氧化物半導體層中的缺氧。
含有過量氧之絕緣層的形成方法之範例包括,但不限於:在針對反應式濺鍍而使用非氧化物靶材(矽、鋁之類)來作為濺鍍靶材,並使用氧來作為濺鍍氣體的情況中,提高氧的流率之方法;使用氧化物靶材(氧化矽、氧化鋁之類)來作為濺鍍靶材,並使用氧來作為濺鍍氣體的方法(在使用氧化物靶材的情況中,通常不使用氧來作為濺鍍氣體);以及形成絕緣層,並藉由離子植入或離子摻雜將氧導入該絕緣層的方法(注意到,在執行反應式濺鍍的情況中,較佳是不使用諸如氬之氣體,使得濺鍍氣體含有100%的氧)。
也就是說,可使用使用氧來作為用以形成絕緣層之沉積氣體的方法、在形成絕緣層之後,將氧添加至該絕緣層的方法之類。不用說,可使用氧來作為用於形成該絕緣層
的沉積氣體,此外,在形成該絕緣層之後,可對該絕緣層添加氧。
注意到,在將鈦用於接觸電極的情況中,在形成絕緣層600之後執行第二熱處理,以便可在氧化物半導體層和鈦之間形成氧化鈦。
藉由形成氧化鈦,可降低氧化物半導體層和鈦之間的接觸電阻。
注意到,當氧化鈦存在於氧化物半導體層和鈦之間時,可降低氧化物半導體層和鈦之間的接觸電阻,使得在形成接觸電極時,可形成依序層疊有氧化鈦和鈦的結構。
在此情況中,可藉由濺鍍法、蒸鍍法之類來形成氧化鈦。
可將本發明的內容或其部份與任何其他實施例和範例結合來加以實行。
在此實施例中,將說明包括結構與實施例1中的電晶體不同之電晶體的半導體裝置。
注意到,該等層的材料之類與實施例1中的相同。
第4A圖中的電晶體為下閘極下接觸(BGBC)電晶體,並包括:設置於具有絕緣表面之基板100上的閘極電極200;設置於閘極電極200上的閘極絕緣層300;設置於閘極絕緣層300上的接觸電極510和接觸電極520;以及設置於閘極絕緣層300、接觸電極510、和接觸電極
520上的氧化物半導體層410(島狀)。
注意到,設置絕緣層600以覆蓋該電晶體。
由點線8000所圍繞的部份係作為背通道。
第4B圖中的電晶體為上閘極電晶體,並包括:設置於具有絕緣表面之基板100上的氧化物半導體層410(島狀);設置於氧化物半導體層410上的閘極絕緣層300;以及設置於閘極絕緣層300上的閘極電極200。
注意到,設置絕緣層600來覆蓋該電晶體,並將佈線810、佈線820、和佈線830設置為穿過設置於絕緣層600中的接觸孔。
第4C圖中的電晶體為通道阻絕(channel-stop)電晶體,並包括:設置於具有絕緣表面之基板100上的閘極電極200;設置於閘極電極200上的閘極絕緣層300;設置於閘極絕緣層300上的氧化物半導體層410(島狀);設置於氧化物半導體層410上的通道保護層700;以及設置於氧化物半導體層410和通道保護層700上的接觸電極510和接觸電極520。
注意到,設置絕緣層600以覆蓋該電晶體。
由點線8000所圍繞的部份係作為背通道。
在此,可使用與實施例1中所述之絕緣層600的材料類似之材料來形成通道保護層700。可使用相同材料或不同材料來形成通道保護層700和絕緣層600。
在該通道阻絕電晶體中,與背通道接觸的部份並非絕緣層600,而是通道保護層700。
也就是說,較佳是將含有氫元素的物質之量很少的膜用於通道保護層700。
第15A圖中的電晶體為上閘極下接觸(TGBC)電晶體,並包括:設置於基極絕緣層900上的接觸電極510和接觸電極520;設置於基極絕緣層900、接觸電極510、和接觸電極520上的氧化物半導體層410(島狀);設置於氧化物半導體層410上的閘極絕緣層300;以及設置於閘極絕緣層300上的閘極電極200。
注意到,基極絕緣層900是設置於基板100上。
設置絕緣層600以覆蓋該電晶體。
由點線8000所圍繞的部份係作為背通道。
在此,可使用與實施例1中所述之絕緣層600的材料類似之材料來形成基極絕緣層900。可使用相同材料或不同材料來形成基極絕緣層900和絕緣層600。
在該上閘極下接觸電晶體中,與背通道接觸的部份並非絕緣層600,而是基極絕緣層900。
也就是說,較佳是將含有氫元素的物質之量很少的膜用於基極絕緣層900。
較佳是藉由與實施例1中所述之方法類似的方法,使用含有過量氧的絕緣層來形成基極絕緣層900。在此情況中,當執行第一熱處理時,會從該氧化物半導體層釋放氧,並同時從該基極絕緣層將氧供應至該氧化物半導體層。
第15B圖中的電晶體為上閘極上接觸(TGTC)電晶
體,並包括:設置於基極絕緣層900上的氧化物半導體層410(島狀);設置於氧化物半導體層410和基極絕緣層900上的接觸電極510和接觸電極520;設置於氧化物半導體層410、接觸電極510、和接觸電極520上的閘極絕緣層300;以及設置於閘極絕緣層300上的閘極電極200。
注意到,基極絕緣層900是設置於基板100上。
設置絕緣層600以覆蓋該電晶體。
由點線8000所圍繞的部份係作為背通道。
在此,可使用與實施例1中所述之絕緣層600的材料類似之材料來形成基極絕緣層900。可使用相同材料或不同材料來形成基極絕緣層900和絕緣層600。
在該上閘極上接觸電晶體中,與背通道接觸的部份並非絕緣層600,而是基極絕緣層900。
也就是說,較佳是將含有氫元素的物質之量很少的膜用於基極絕緣層900。
注意到,在第4B圖中的電晶體中,在通道形成區域(閘極電極和氧化物半導體層彼此重疊的區域)和各接觸區域(佈線和氧化物半導體層彼此接觸的區域)之間形成有具有數微米之寬度的偏移區域。
該偏移區域具有降低該電晶體之開路電流的優點,但亦具有也會降低該電晶體之導通電流的缺點。
另一方面,不像在第4B圖中,偏移區域並未出現於第15A圖和第15B圖;因此,不像第4B圖中的電晶體,
第15A圖和第15B圖中的電晶體具有改善導通電流的優點。
如上所述,該電晶體可採用任何結構。
換言之,該電晶體可採用任何結構,只要該電晶體至少包括閘極電極、氧化物半導體層、以及設置於該閘極電極和該氧化物半導體層之間的閘極絕緣層即可。
可採用一種雙閘極電晶體,其中設置有:第一閘極電極、在該第一閘極電極上的第一閘極絕緣層、在該第一閘極絕緣層上的氧化物半導體層、在該氧化物半導體層上的第二閘極絕緣層、以及在該第二閘極絕緣層上的第二閘極電極。
因此,該電晶體的結構不限於實施例1和實施例2中所述的結構之任一者。
可將本實施例的內容或其部份與任何其他實施例和範例結合來加以實行。
將說明用以製造第4A圖中之半導體裝置的方法之範例。
注意到,材料、熱處理的條件等和其他實施例中的相同。
在具有絕緣表面的基板100上形成閘極電極200。然後,在閘極電極200上形成閘極絕緣層300,並在閘極絕緣層300上形成接觸電極510和接觸電極520(第5A
圖)。
接著,在閘極絕緣層300、接觸電極510、和接觸電極520上形成氧化物半導體層400(第5B圖)。
接著,該氧化物半導體層受到第一熱處理。
第一熱處理的條件和實施例1中的相同。
可在將氧化物半導體層400蝕刻成島狀以形成氧化物半導體層410之後執行第一熱處理。
然而,在將氧化物半導體層400蝕刻成島狀以形成氧化物半導體層410之後,會暴露出接觸電極。
在暴露出接觸電極的狀態下執行第一熱處理時,該等接觸電極的表面會被氧化,且該等表面的導電性會被降低。
因此,較佳是在該等接觸電極由氧化物半導體層400所覆蓋的狀態下執行第一熱處理。
接著,將氧化物半導體層400蝕刻成島狀,以形成氧化物半導體層410,並形成絕緣層600來覆蓋電晶體(第5C圖)。
注意到,由點線8000所圍繞的部份係作為背通道。
可採用一種結構,其中,在第5C圖的步驟之後,在絕緣層600中形成接觸孔,並在絕緣層600上形成佈線810、佈線820等(第6A圖)。
或是,可採用一種結構,其中,在第5C圖的步驟之後,在絕緣層600中形成接觸孔,並在絕緣層600上形成畫素電極910(第6B圖)。
在如第6A圖所圖示般,於絕緣層600上形成該等佈線之後,可進一步在該等佈線上形成絕緣層、佈線、電晶體、顯示元件、天線等。
在如第6B圖所圖示般,形成畫素電極910之後,形成顯示元件(例如:EL元件或液晶元件),藉此可形成顯示裝置。
在第6A圖或第6B圖的步驟之後,較佳是執行第二熱處理。
可在第5C圖的步驟和第6A圖或第6B圖的步驟之間執行第二熱處理。
第二熱處理的條件和實施例1中的相同。
可將本實施例的內容或其部份與任何其他實施例和範例結合來加以實行。
將說明用以製造第4C圖中之半導體裝置的方法之範例。
注意到,材料、熱處理的條件等是與其他實施例中的相同。
首先,如在實施例1中形成第1B圖的結構。
注意到,如在實施例1中亦執行第一熱處理。
接著,形成通道保護層700(島狀),並形成導電層500來覆蓋通道保護層700(第7A圖)。
然後,蝕刻導電層500來形成接觸電極510和接觸電
極520(第7B圖)。
注意到,由點線8000所圍繞的部份係作為背通道。
因存在通道保護層700,在形成接觸電極期間不會蝕刻背通道;因此,可減少對背通道的損害。
在此,可使用與實施例1中所述之絕緣層600的材料類似之材料來形成通道保護層700。可使用相同材料或不同材料來形成通道保護層700和絕緣層600。
在該通道阻絕電晶體中,與背通道接觸的部份並非絕緣層600,而是通道保護層700。
也就是說,較佳是將含有氫元素的物質之量很少的膜用於通道保護層700。
較佳是藉由與實施例1中所述之方法類似的方法,使用含有過量氧的絕緣層來形成通道保護層700。
接著,形成絕緣層600來覆蓋該電晶體(第7C圖)。
可採用一種結構,其中,在第7C圖的步驟之後,在絕緣層600中形成接觸孔,並在絕緣層600上形成佈線810、佈線820等(第8A圖)。
或是,可採用一種結構,其中,在第7C圖的步驟之後,在絕緣層600中形成接觸孔,並在絕緣層600上形成畫素電極910(第8B圖)。
在如第8A圖所圖示般,於絕緣層600上形成該等佈線之後,可進一步在該等佈線上形成絕緣層、佈線、電晶體、顯示元件、天線之類。
在如第8B圖所圖示般,形成畫素電極910之後,形成顯示元件(例如:EL元件或液晶元件),藉此可形成顯示裝置。
在第8A圖或第8B圖的步驟之後,較佳是執行第二熱處理。
可在第7C圖的步驟和第8A圖或第8B圖的步驟之間執行第二熱處理。
第二熱處理的條件和實施例1中的相同。
可將本實施例的內容或其部份與任何其他實施例和範例結合來加以實行。
作為半導體裝置,係有各種積體電路。
舉例來說,係舉出顯示裝置(諸如液晶顯示裝置和電致發光顯示裝置(發光裝置))、透過天線來執行無線通訊的半導體裝置(諸如RFID標籤、無線標籤、IC晶片、無線晶片、非接觸信號處理裝置、以及半導體積體電路晶片)等,但該積體電路不限於這些範例。
可將本實施例的內容或其部份與任何其他實施例和範例結合來加以實行。
檢驗氧化物半導體中之氮濃度的影響。
首先,在玻璃基板上形成氧化物半導體層。
然後,將在形成氧化物半導體層後未執行熱處理的情況和在形成氧化物半導體層後執行熱處理的情況做比較。
藉由二次離子質譜法(SIMS)來將它們做比較。
注意到,以350℃執行熱處理達1小時。
將加熱氛圍設定為空氣氛圍或氮氛圍。
在此,藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍來形成氧化物半導體層。
注意到,在形成氧化物半導體層之前,充分地執行減少自沉積室的滲漏、減少在沉積室之內壁上的氮、沉積至偽基板上之類,以便徹底防止氮被摻入該氧化物半導體層中。
樣品1中,濺鍍氣體的流率被設定如下:Ar/N2=40/0sccm(N2的比例為0%)。注意到,製備了三個樣品1。
樣品1的SIMS之測量結果是顯示於第10A圖和第10B圖。
樣品2中,濺鍍氣體的流率被設定如下:Ar/N2=35/5sccm(N2的比例為12.5%)。注意到,製備了三個樣品2。
樣品2的SIMS之測量結果是顯示於第11A圖和第
11B圖。
樣品3中,濺鍍氣體的流率被設定如下:Ar/N2=0/40sccm(N2的比例為100%)。注意到,製備了三個樣品3。
樣品3的SIMS之測量結果是顯示於第12A圖和第12B圖。
在第10A圖和第10B圖、第11A圖和第11B圖、及第12A圖和第12B圖的每一者中,點線3001表示其上未被執行熱處理的樣品(此一樣品被稱為「沉積態(as-deposited)樣品」),粗實線3002表示在氮氛圍中被加熱的樣品(此一樣品被稱為「N2烘乾的樣品」),而細實線3003表示在空氣氛圍中被加熱的樣品(此一樣品被稱為「空氣烘乾的樣品」)。
第10A圖、第11A圖、和第12A圖顯示氫濃度,而第10B圖、第11B圖、和第12B圖顯示氮濃度。
在第10A圖和第10B圖、第11A圖和第11B圖、以及第12A圖和第12B圖中,縱軸表示濃度,而橫軸表示自氧化物半導體層的表面之深度(膜厚度)。
注意到,二次離子質譜法(SIMS)的測量結果具有有效範圍。
在本範例的情況中,在該氧化物半導體層的表面附近(在第10A圖和第10B圖、第11A圖和第11B圖、及第12A圖和第12B圖中約0nm至30nm的深度)以及在該氧化物半導體層和該玻璃基板之間的介面附近(在第10A圖和第10B圖、第11A圖和第11B圖、及第12A圖和第12B圖中約80nm至100nm的深度),係難以估算精確值。
因此,在本範例的情況中,SIMS之測量結果的有效範圍被設定為30nm至80nm的深度範圍。
在此,將第10A圖中之點線3001(沉積態樣品)、第11A圖中之點線3001(沉積態樣品)、和第12A圖中之點線3001(沉積態樣品)的有效範圍中之氫濃度的平均值做比較。發現到第11A圖中的平均值大於第10A圖中的,而第12A圖中的平均值大於第11A圖中的。
此外,將第10B圖中之點線3001(沉積態樣品)、第11B圖中之點線3001(沉積態樣品)、和第12B圖中之點線3001(沉積態樣品)的有效範圍中之氮濃度的平均值做比較。發現到第11B圖中的平均值大於第10B圖中的,而第12B圖中的平均值大於第11B圖中的。
也就是說,在該等沉積態樣品中,氧化物半導體層中的氮濃度越高,氧化物半導體層中的氫濃度會變得越高。
因此,氧化物半導體層中的氮濃度越高,氫越可能進入該氧化物半導體層。
參照第10A圖,氫濃度會透過熱處理而降低。
另一方面,參照第11A圖和第12A圖,氫濃度會透過熱處理而提高。
注意到,在第12A圖中,在30nm至60nm的範圍中,點線3001(沉積態樣品)、粗實線3002(N2烘乾的樣品)、和細實線3003(空氣烘乾的樣品)之間幾乎沒有氫濃度上的差異。
但在30nm至80nm的範圍,也就是有效範圍中,粗實線3002(N2烘乾的樣品)的氫濃度之平均值和細實線3003(空氣烘乾的樣品)的氫濃度之平均值會比點線3001(沉積態樣品)的還大。
因此,很清楚地,在比較氧化物半導體層中的氫之總量的情況中,由粗實線3002(N2烘乾的樣品)所顯示的氫之量和由細實線3003(空氣烘乾的樣品)所顯示的氫之量是大於由點線3001(沉積態樣品)所顯示的。
粗實線3002(N2烘乾的樣品)和細實線3003(空氣烘乾的樣品)在第12A圖中具有V型形狀的原因似乎是因為氫被從該膜的表面和玻璃基板注入。
在此,在樣品1中,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為1×1020atoms/cm3或以下(小於1×1020atoms/cm3)(第10B圖)。
因此,在樣品1中,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值亦為1×1020atoms/cm3或以下(小於1×1020atoms/cm3)(平均值不大於最大值)。
注意到,關於沉積態樣品1(第10A圖和第10B
圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為9.3×1019atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為1.9×1019atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為6.1×1019atoms/cm3。
此外,關於沉積態樣品1(第10A圖和第10B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為6.9×1019atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最小值為4.5×1019atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之平均值為5.6×1019atoms/cm3。
注意到,關於N2烘乾的樣品1(第10A圖和第10B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為9.7×1019atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為3.0×1019atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為6.0×1019atoms/cm3。
此外,關於N2烘乾的樣品1(第10A圖和第10B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為2.3×1019atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最小值為6.4×1018atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之平均值為1.2×1019atoms/cm3。
注意到,關於空氣烘乾的樣品1(第10A圖和第10B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值
為3.1×1019atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為4.4×1018atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為1.8×1019atoms/cm3。
此外,關於空氣烘乾的樣品1(第10A圖和第10B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為6.7×1018atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最小值為2.0×1018atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之平均值為3.8×1018atoms/cm3。
另一方面,在樣品2和樣品3中,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之為1×1022atoms/cm3或以上(第11B圖和第12B圖)。
因此,在樣品2和樣品3中,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值亦為1×1022atoms/cm3或以上(該平均值不小於最大值)。
注意到,關於沉積態樣品2(第11A圖和第11B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為1.6×1022atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為1.5×1022atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為1.5×1022atoms/cm3。
此外,關於沉積態樣品2(第11A圖和第11B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為1.0×
1020atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最小值為6.3×1019atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之平均值為7.8×1019atoms/cm3。
注意到,關於N2烘乾的樣品2(第11A圖和第11B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為1.5×1022atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為1.4×1022atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為1.5×1022atoms/cm3。
此外,關於N2烘乾的樣品2(第11A圖和第11B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為1.2×1021atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最小值為6.5×1020atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之平均值為7.7×1020atoms/cm3。
注意到,關於空氣烘乾的樣品2(第11A圖和第11B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為1.6×1022atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為1.5×1022atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為1.6×1022atoms/cm3。
此外,關於空氣烘乾的樣品2(第11A圖和第11B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為6.9×1020atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的
氫濃度之最小值為4.4×1020atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之平均值為5.3×1020atoms/cm3。
注意到,關於沉積態樣品3(第12A圖和第12B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為3.4×1022atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為3.1×1022atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為3.3×1022atoms/cm3。
此外,關於沉積態樣品3(第12A圖和第12B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為1.9×1020atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最小值為1.1×1020atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之平均值為1.4×1020atoms/cm3。
注意到,關於N2烘乾的樣品3(第12A圖和第12B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為3.3×1022atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為3.2×1022atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為3.2×1022atoms/cm3。
此外,關於N2烘乾的樣品3(第12A圖和第12B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為8.6×1020atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最小值為1.4×1020atoms/cm3,而SIMS的測量結
果之有效範圍中的氫濃度之平均值為2.7×1020atoms/cm3。
注意到,關於空氣烘乾的樣品3(第12A圖和第12B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為3.5×1022atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為3.3×1022atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為3.4×1022atoms/cm3。
此外,關於空氣烘乾的樣品3(第12A圖和第12B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最大值為1.0×1021atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之最小值為7.6×1019atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氫濃度之平均值為2.8×1020atoms/cm3。
如上所述,發現到氫很容易被含氮之氧化物半導體層所吸收。
換言之,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為1×1020atoms/cm3或以下(小於1×1020atoms/cm3)的氧化物半導體層,是氫難以進入的緻密層。
樣品1至樣品3中,即使透過熱處理,也不會提高氧化物半導體層中的氮濃度。樣品1中,在執行了空氣烘乾的情況中,氧化物半導體層中的氮濃度降低。
在此,假設氮被氧化物半導體層所吸收的原因是,在
形成該氧化物半導體層期間,該氧化物半導體層中的部份氧鍵結被切斷,而氮鍵結被形成在氧化物鍵結被切斷的位置。
因此,假定於氧鍵結被形成在另一個氧化物鍵結被切斷的位置之情況中,可降低該氧化物半導體層中將含有的氮濃度。注意到,當這些假設和假定有效時,In-Ga-Zn-O基氧化物半導體以外的氧化物半導體亦會受氮所影響。
為了論證範例1中之假設和假定的有效性,使用氧作為濺鍍氣體來形成氧化物半導體層。
當供應氧時,氧鍵結應該更可能被形成在另一個氧鍵結被切斷的位置。
該氧化物半導體層是藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍所形成。
注意到,在形成該氧化物半導體層之前,充分地執行減少自沉積室的滲漏、減少在沉積室之內壁上的氮、沉積至偽基板上之類,以便徹底防止氮被摻入該氧化物半導體層中。
樣品4中,濺鍍氣體的流率被設定如下:Ar/O2=30/15sccm(O2的比例為33.3%)。
樣品4的SIMS之測量結果是顯示於第13A圖。
樣品5(沉積態樣品)中,濺鍍氣體的流率被設定如下:Ar/O2=0/40sccm(O2的比例為100%)。
樣品5的SIMS之測量結果是顯示於第13B圖。
SIMS之測量結果的有效範圍與範例1中的相同。
在此,於樣品4中(第13A圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為5×1019atoms/cm3或以下(小於5×1019atoms/cm3)。
因此,在樣品4中(第13A圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值亦為5×1019atoms/cm3或以下(小於5×1019atoms/cm3)(平均值不大於最大值)。
在樣品4中(第13A圖),計算出SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值。該平均值為1×1019atoms/cm3或以下(小於1×1019atoms/cm3)。
樣品5中(第13B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為2×1019atoms/cm3或以下(小於2×1019atoms/cm3)。
因此,在樣品5中(第13B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值亦為1×1019atoms/cm3或
以下(小於1×1019atoms/cm3)。
樣品4(第13A圖)和樣品5(第13B圖)具有比未被添加氧之樣品1(第10B圖)還低的氮濃度。
注意到,關於沉積態樣品4(第13A圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為1.6×1019atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為2.2×1018atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為4.6×1018atoms/cm3。
注意到,關於沉積態樣品5(第13B圖),SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最大值為1.6×1019atoms/cm3,SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之最小值為2.3×1018atoms/cm3,而SIMS的測量結果之有效範圍中的氮濃度之平均值為7.7×1018atoms/cm3。
因此,論證了範例1中之假設和假定的有效性。
檢驗絕緣層600之材料差異所造成的電晶體之電特性差異。
製造第2B圖中的通道蝕刻電晶體。
對於氧化物半導體層410,使用以下列方式所形成的樣品:藉由濺鍍而使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))
的氧化物半導體靶材來形成氧化物半導體層,並將該氧化物半導體層蝕刻為島狀。
在第1B圖的步驟之後,在空氣氛圍中以350℃執行第一熱處理達1小時。
在第2B圖的步驟之後,於絕緣層600中形成接觸孔,並在絕緣層600上形成佈線。
在形成該佈線之後,在空氣氛圍中以350℃執行第二熱處理達1小時。
藉由濺鍍法而使用氧化矽靶材來形成絕緣層600。
絕緣層600是形成於以下條件下。將基板溫度設定為100℃。將濺鍍氣體的流率設定如下:Ar/O2=40/10sccm。
使用RF電源,並將該RF電源的功率設定為1.5kW。
將沉積壓力設定為0.4Pa。
藉由濺鍍法而使用氧化矽靶材來形成絕緣層600。
絕緣層600是形成於以下條件下。將基板溫度設定為250℃。將濺鍍氣體的流率設定如下:Ar/O2=40/10sccm。
使用RF電源,並將該RF電源的功率設定為1.5kW。
將沉積壓力設定為0.4Pa。
藉由濺鍍法而使用氧化矽靶材來形成絕緣層600。
絕緣層600是形成於以下條件下。將基板溫度設定為100℃。將濺鍍氣體的流率設定如下:Ar/H2=46/4sccm。
使用RF電源,並將該RF電源的功率設定為1.5kW。
將沉積壓力設定為0.4Pa。
藉由電漿CVD法來形成絕緣層600。
絕緣層600是形成於以下條件下。將基板溫度設定為200℃。將沉積氣體的流率設定如下:SiH4/N2O=25/1000sccm。
藉由電漿CVD法來形成絕緣層600。
絕緣層600是形成於以下條件下。將基板溫度設定為325℃。將沉積氣體的流率設定如下:SiH4/N2O=27/1000sccm。
使用矽氧烷膜來形成絕緣層600。
使用壓克力膜來形成絕緣層600。
使用聚醯亞胺膜來形成絕緣層600。
相較於樣品6和7的臨限電壓Vth,樣品8至13的臨限電壓Vth係朝負方向移動。
在此,藉由使用刻意令其含有氫元素之物質所形成的絕緣層600係含有氫元素。
所以,含氫之絕緣層600是與背通道接觸。
由電漿CVD法所形成的絕緣層600含有氫和氮。
所以,含氫之絕緣層600是與背通道接觸。
矽氧烷膜、壓克力膜、和聚醯亞胺膜易於吸收濕氣和易於釋出濕氣。
所以,釋出濕氣的絕緣層600是與背通道接觸。
在此,藉由使用計算科學(其亦被稱為模擬,雖然嚴格來說,在計算科學和模擬之間仍有差異),執行計算以檢驗在背通道中出現施體之情況中的行為。該計算顯示,在背通道中出現施體的情況中,臨限電壓會朝負方向移動。
因此,發現到,當使用在未使用氫來作為濺鍍氣體之條件下所形成的絕緣層600時,係防止臨限電壓朝負方向
移動。
另外,發現到,在利用使用氧來作為濺鍍氣體並使用氧化矽靶材所形成之含有過量氧的絕緣層600之情況中,係透過第二熱處理將氧供應至背通道,並減少該背通道中的缺氧。
注意到,在本範例中,以350℃執行第二熱處理達1小時。
在使用含有過量氧的絕緣層來形成絕緣層600的情況中,製備未被執行第二熱處理的樣品A和已被以250℃執行第二熱處理達1小時的樣品B。然後,比較樣品A和樣品B。結果顯示,相較於樣品A,已被以250℃執行第二熱處理達1小時的樣品B具有更佳的電晶體之電特性。
此外,單獨製備包括僅使用氧來作為濺鍍氣體並使用矽靶材所形成之絕緣層600的電晶體。
將在基板溫度為100℃時僅使用氧來作為濺鍍氣體並使用矽靶材來形成絕緣層600的情況,和在基板溫度為200℃時僅使用氧來作為濺鍍氣體並使用矽靶材來形成絕緣層600的情況做比較。結果顯示,在BT測試中,將基板溫度設定為200℃的情況優於將基板溫度設定為100℃的情況。
發現到在BT測試中,將基板溫度設定為200℃的情況較佳的原因是,藉由在絕緣層600的形成期間提高基板溫度,會去除背通道之表面上的濕氣。
因此,形成絕緣層600期間的基板溫度較佳為200℃
或以上(上限並未加以限制,但可將其設定為300℃或以下、400℃或以下、500℃或以下、600℃或以下、或700℃或以下)。
製造第2A圖中的通道蝕刻電晶體(In-Ga-Zn-O基電晶體)。注意到,並未形成絕緣層600。
然後,將其上形成有該電晶體基板浸入水中。
對在將其上形成有該電晶體的基板浸入水中之前所獲得的特性,和就在將其上形成有該電晶體的基板浸入水中之後所獲得的特性做比較。結果顯示,相較於在將其上形成有該電晶體的基板浸入水中之前,就在將其上形成有該電晶體的基板浸入水中之後,臨限電壓會朝負方向移動,且開路電流提高。
接著,在空氣氛圍中以120℃將已被浸入水中的基板加熱3分鐘來加以乾燥,藉此稍微回復該電晶體的特性。
接著,在空氣氛圍中以120℃將已被乾燥3分鐘的基板加熱10分鐘(總共13分鐘),藉此進一步回復該電晶體的特性。
接著,在空氣氛圍中以120℃將已被乾燥13分鐘的基板加熱40分鐘(總共53分鐘),藉此該電晶體的特性會變得和在將其上形成有該電晶體的基板浸入水中之前所獲得的幾乎相同。
因此,發現到當濕氣附著於背通道的表面時,電晶體
的特性會被影響。
少量的濕度,例如附著於背通道的表面之濕度,可藉由120℃、達53分鐘或以上的熱處理來加以去除。
注意到,僅需達成濕氣的蒸發,且因此很清楚地,提高溫度會縮短乾燥時間。
使用熱脫附譜(TDS)來檢驗在氧化物半導體層上所執行之熱處理的效果。
熱脫附譜(TDS)是在樣品的溫度提高時,用來分析所放出之氣體的方法。
在此範例中,檢驗水蒸氣的放出。
製備玻璃基板來作為樣品14。
作為樣品15,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。
樣品15未受到熱處理(沉積態樣品)。
製備和樣品15相同的樣品來作為樣品16。
作為樣品17,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。
在形成該氧化物半導體層之後,在氮氛圍中以250℃執行熱處理達1小時。
作為樣品18,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。
在形成該氧化物半導體層之後,在氮氛圍中以350℃執行熱處理達1小時。
作為樣品19,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。
在形成該氧化物半導體層之後,在氮氛圍中以450℃
執行熱處理達1小時。
樣品14和樣品15之使用熱脫附譜的測量之結果是顯示於第14A圖。
注意到,在第14A圖中,曲線1414對應於樣品14(僅玻璃基板)的曲線,而曲線1415對應於樣品15(玻璃基板和氧化物半導體層(沉積態樣品))的曲線。
在第14A圖中,有在約50℃的濕度之峰值1401、在約100℃的濕度之峰值1402、以及在約300℃的濕度之峰值1403。
關於僅包括玻璃基板的樣品14,只有在約50℃的濕度之峰值1401和在約100℃的濕度之峰值1402,而並無在約300℃的濕度之峰值1403。
另一方面,關於包括該氧化物半導體層的樣品15,有在約50℃的濕度之峰值1401、在約100℃的濕度之峰值1402、以及在約300℃的濕度之峰值1403。
因此,在約300℃的濕度之峰值1403是作為該氧化物半導體層之特性的濕度之峰值。
所以,在偵測到在約300℃的濕度之峰值1403的情況中,該氧化物半導體層中應該含有濕氣。
樣品16至樣品19的比較結果是顯示於第14B圖中。
注意到,在第14B圖中,曲線1416對應於樣品16(沉積態樣品)的曲線,曲線1417對應於樣品17(以
250℃所加熱的樣品)的曲線,曲線1418對應於樣品18(以350℃所加熱的樣品)的曲線,而曲線1419對應於樣品19(以450℃所加熱的樣品)的曲線。
關於樣品17(250℃)和樣品18(350℃),偵測到在約300℃的濕度之峰值1403。
樣品17(250℃)和樣品18(350℃)在約300℃的濕度之峰值1403的數量,係小於樣品16的(沉積態樣品)。
因此,發現到透過熱處理會減少若干濕氣。
關於樣品19(450℃),並無在約300℃的濕度之峰值1403。
因此,可以說,在以450℃執行熱處理達1小時或以上的情況中,濕氣被徹底消除。
作為樣品20,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。
然後,藉由使用氣體RTA設備,在氮氛圍中以650℃對樣品20施以熱處理達3分鐘。
關於樣品20(650℃),並無在約300℃的濕度之峰值。
因此,可以說,在以650℃執行熱處理達3分鐘或以
上的情況中,濕氣被徹底消除。
製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:1(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。執行類似於上述的實驗(沉積態樣品、以250℃所加熱的樣品、以350℃所加熱的樣品、和以450℃所加熱的樣品之間的比較)。結果顯示,僅關於被以450℃執行熱處理達1小時的樣品,並無在約300℃的濕度之峰值。
製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:4(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:8(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。執行類似於上述的實驗(沉積態樣品、以250℃所加熱的樣品、以350℃所加熱的樣品、和以450℃所加熱的樣品之間的比較)。結果顯示,僅關於被以450℃執行熱處理達1小時的樣品,並無在約300℃的濕度之峰值。
因此,可以說,在熱脫附譜中不具有在約300℃的濕度之峰值的氧化物半導體層(在大於等於100℃且小於等於400℃(較佳是大於等於250℃且小於等於300℃)時,峰值的數量為2×10-11或以下)是已被以450℃或以上執行熱處理達1小時或以上,或是以650℃或以上執行熱處理達3分鐘或以上的氧化物半導體層。
在熱脫附譜中不存在在約300℃的濕度之峰值表示,
在熱脫附譜中不存在在大於等於100℃且小於等於400℃的濕度之峰值。
在熱脫附譜中不存在在約300℃的濕度之峰值表示,因該氧化物半導體層而不存在濕度之峰值。
當僅改變第一熱處理的條件來製造具有第2A圖之結構的電晶體時,相較於包括在熱脫附譜中不具有在約300℃的濕度之峰值的氧化物半導體層之電晶體(450℃),包括在熱脫附譜中具有在約300℃的濕度之峰值的氧化物半導體層之電晶體(250℃和350℃)係在BT測試中具有朝負方向移動的臨限電壓,並具有顯著的劣化。
注意到,作為該氧化物半導體層,係使用藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍所形成的氧化物半導體層。
注意到,在形成該氧化物半導體層之前,充分地執行減少自沉積室的滲漏、減少在沉積室之內壁上的氮、沉積至偽基板上之類,以便徹底防止氮對該氧化物半導體層的影響。
因此,發現到電晶體的電特性會受氧化物半導體層中的濕氣所影響。
以下樣品的除氣(濕氣)是由熱脫附譜(TDS)來加
以測量。
作為樣品21,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上,並藉由濺鍍法在該氧化物半導體層上形成氧化矽膜。
對於該氧化矽膜的形成,使用氧化矽來作為靶材,並將氣體的流率設定如下:Ar/O2=40/10sccm。
樣品21未受到熱處理。
作為樣品22,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上,並藉由濺鍍法在該氧化物半導體層上形成氧化矽膜。
對於該氧化矽膜的形成,使用氧化矽來作為靶材,並將氣體的流率設定如下:Ar/O2=40/10sccm(氧被用來作為濺鍍氣體)。
之後,在氮氛圍中以250℃執行熱處理(在爐中)達1小時。
作為樣品23,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上,並藉由濺鍍法在該氧化物半導體層上形成氧化矽膜。
對於該氧化矽膜的形成,使用氧化矽來作為靶材,並將氣體的流率設定如下:Ar/O2=40/10sccm(氧被用來作為濺鍍氣體)。
之後,在氮氛圍中以350℃執行熱處理(在爐中)達1小時。
作為樣品24,製備由以下方式所形成的樣品:藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上,並藉由濺鍍法在該氧化物半導體層上形成氧化矽膜。
對於該氧化矽膜的形成,使用氧化矽來作為靶材,並將氣體的流率設定如下:Ar/O2=40/10sccm(氧被用來作為濺鍍氣體)。
之後,在氮氛圍中以450℃執行熱處理(在爐中)達1小時。
當以熱脫附譜(TDS)來執行測量時,所有的樣品並未具有在約300℃的濕度之峰值。
根據範例5的結果,藉由至少350℃或以下之熱處理,並未徹底去除濕氣。
也就是說,樣品23和樣品24應該具有在約300℃的濕度之峰值;但並未偵測到在約300℃的濕度之峰值。
發現其原因是,使用氧來作為濺鍍氣體所形成的氧化矽膜(亦即,含有過量氧的氧化矽膜)阻擋了濕氣的放出。
因此,發現到使用氧來作為濺鍍氣體所形成的氧化矽膜(亦即,含有過量氧的氧化矽膜)防止了濕氣的擴散。
換言之,發現到含有過量氧的氧化矽膜具有阻擋濕氣的功效。
反之,在將含有過量氧的氧化矽膜形成在已藉由第一熱處理來釋放濕氣之氧化物半導體層上的情況中,可防止從外部摻入濕氣。
根據範例5的結果,發現到藉由450℃、達1小時或以上之熱處理,濕氣係被徹底去除。
因此,藉由二次離子質譜法(SIMS)來檢驗已被以高於450℃的溫度所加熱之樣品中的氫濃度。
首先,製備多個樣品,在其每一者中,藉由使用In
對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。
此外,製備多個樣品,在其每一者中,藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:1(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍,將氧化物半導體層形成在玻璃基板上。
注意到,在形成該氧化物半導體層之前,充分地執行減少自沉積室的滲漏、減少在沉積室之內壁上的氮、沉積至偽基板上之類,以便徹底防止氮被摻入該氧化物半導體層中。
將濺鍍氣體的流率設定如下:Ar/O2=30/15sccm(O2的比例為33.3%)。
然後,分別製備多個已受到450℃、550℃、600℃、和650℃之熱處理的樣品。注意到,各樣品的加熱時間為1小時。
此外,分別製備多個已在氮氛圍、氧氛圍、和含氮和氧之氛圍(乾燥空氣(亦即,氮對氧的比率為4:1的氛圍))中受到熱處理的樣品。
比較結果是顯示於表1。
表1中,由二次離子質譜法(SIMS)所測量到的值代表SIMS之有效範圍中的平均值。
根據表1,發現到,在以550℃或以上執行熱處理達1小時或以上的情況中,氧化物半導體層中的氫濃度明顯降低。
換言之,氫濃度為6×1018atoms/cm3或以下的氧化物半導體層是已受到高溫(550℃或以上、達1小時或以上)之熱處理的氧化物半導體層。
注意到,當僅改變第一熱處理的條件來製造具有第2A圖之結構的電晶體時,相較於分別包括氫濃度小於1×1019atoms/cm3之氧化物半導體層的電晶體(550℃、600℃、和650℃),包括氫濃度為1×1019atoms/cm3或以上之氧化物半導體層的電晶體(450℃)係在BT測試中具有朝負方向移動的臨限電壓,並具有顯著的劣化。
注意到,作為該氧化物半導體層,係使用藉由使用In對Ga和Zn的原子比率為1:1:0.5(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1(依莫耳比率))的氧化物半導體靶材之濺鍍所形成的氧化物半導體層。
注意到,在形成該氧化物半導體層之前,充分地執行減少自沉積室的滲漏、減少在沉積室之內壁上的氮、沉積至偽基板上之類,以便徹底防止氮對該氧化物半導體層的影響。
根據上述,發現到電晶體的電特性會受氧化物半導體層中的氫所影響。
第16圖是包括In-Ga-Zn-O基氧化物半導體的薄膜電晶體之剖面的照片,其是由穿透式電子顯微鏡(由日立股份有限公司所製造的TEM,H-9000-NAR,300kV)所觀
測。
第16圖所示之薄膜電晶體是以如下方式所獲得的樣品:形成厚度為50nm的In-Ga-Zn-O基氧化物半導體層來作為氧化物半導體層1601,在氮化物氛圍中執行第一熱處理(650℃、達1小時),形成厚度為150nm的鈦層1604來作為金屬膜,進而在氮氛圍中執行第二熱處理(250℃、達1小時)。
在第16圖中,在氧化物半導體層1601和鈦層1604之間的介面上,可偵測到富銦層(indium-rich layer)1602和氧化鈦層1603。
注意到,富銦層1602和氧化鈦層1603是由快速傅立葉轉換映射(FFTM)法所偵測。
發現到,在鈦層1604和氧化物半導體層1601彼此接觸的狀態中透過第二熱處理,係從該氧化物半導體層萃取出氧,並形成氧化鈦層1603。
此外,發現到在氧化物半導體層1601中萃取出氧的部份係變成沉澱有銦之結晶的富銦層1602。
以此方式,在鈦層1604和氧化物半導體層1601彼此接觸的狀態中透過第二熱處理,可形成氧化鈦層1603。
注意到,很清楚地,即使在使用In-Ga-Zn-O基氧化物半導體層以外的氧化物半導體層時,仍會產生類似的反應,因本範例的反應為氧和鈦(Ti)之間的反應。
因此,較佳是以250℃或以上(並未限制上限,但可將其設定為300℃或以下、400℃或以下、500℃或以
下、600℃或以下、或700℃或以下)來執行第二熱處理。
注意到,較佳是將具有低電阻的材料(含有鋁來作為其主成分的膜、含有銅來作為其主成分的膜之類)形成在鈦層1604上,因可降低佈線電阻。
本申請案是依據2009年12月11日於日本專利局所申請的日本專利申請案序號2009-281505,茲將其完整內容併入以供參考。
100‧‧‧基板
200‧‧‧閘極電極
300‧‧‧閘極絕緣層
410‧‧‧氧化物半導體層
510‧‧‧接觸電極
520‧‧‧接觸電極
600‧‧‧絕緣層
810‧‧‧佈線
820‧‧‧佈線
8000‧‧‧虛線
Claims (8)
- 一種半導體裝置,包含:基板;在該基板上的氧化物半導體層;在該氧化物半導體層上的閘極絕緣層;在該閘極絕緣層上的閘極電極;在該閘極電極上的絕緣層;藉由設置於該絕緣層中的第一接觸孔電連接至該閘極電極的第一佈線;藉由設置於該閘極絕緣層與該絕緣層中的第二接觸孔電連接至該氧化物半導體層的第二佈線;以及藉由設置於該閘極絕緣層與該絕緣層中的第三接觸孔電連接至該氧化物半導體層的第三佈線,其中該氧化物半導體層中的氮濃度為1×1020atoms/cm3或更低。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置,其中該氧化物半導體層中的氫濃度為6×1018atoms/cm3或更低。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置,其中該氧化物半導體層於氧過量狀態。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置,其中該氧化物半導體層包含銦、鎵及鋅。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置,其中該氧化物半導體層包含銦、錫及鋅。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置,其中該氧 化物半導體層包含錫、鎵及鋅。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置,其中該氧化物半導體層藉由使用具有In:Ga:Zn=1:1:0.5的原子比率的靶材之濺鍍形成。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置,其中該氧化物半導體層藉由使用具有In:Ga:Zn=1:1:1的原子比率的靶材之濺鍍形成。
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