本發(fā)明涉及一種包括包含銦(In)，鎢(W)和鋅(Zn)的氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

在液晶顯示裝置，薄膜EL(電致發(fā)光)顯示裝置，有機(jī)EL顯示裝置等中，非晶硅(a-Si)膜已經(jīng)常規(guī)地主要用作作為半導(dǎo)體器件的TFT(薄膜晶體管)的溝道層的半導(dǎo)體膜。

近年來(lái)，作為a-Si的替代材料，關(guān)注力已經(jīng)集中在包括了銦(In)，鎵(Ga)和鋅(Zn)的復(fù)合氧化物，即In-Ga-Zn基復(fù)合氧化物(也稱(chēng)為“IGZO”)。例如，日本專(zhuān)利公開(kāi)No.2010-219538(PTD 1)描述了一種通過(guò)其中氧化物燒結(jié)體用作靶材的濺射方法形成主要由IGZO組成的氧化物半導(dǎo)體膜。

可預(yù)期IGZO基氧化物半導(dǎo)體具有高于a-Si的載流子遷移率的載流子遷移率。但是，IGZO基氧化物半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)遷移率通常為10cm²/Vs。因此，隨著近來(lái)的顯示裝置尺寸的增加以及分辨率的提高，已經(jīng)開(kāi)始探尋更高的遷移率。

引用列表

專(zhuān)利文獻(xiàn)

PTD 1：日本專(zhuān)利公開(kāi)No.2010-219538

PTD 2：日本專(zhuān)利公開(kāi)No.2015-056566

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

在TFT的制造中，通常采用光刻法以將抗蝕劑曝光于紫外線(xiàn)。在曝光于紫外線(xiàn)中，采用被稱(chēng)為“光掩?！钡牟ＡО?，其在需要阻擋紫外線(xiàn)的區(qū)域中具有金屬膜，以便借助光僅照射需要的區(qū)域中的抗蝕劑(光致抗蝕劑)。但是，這種采用光掩模曝光于紫外線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致TFT制造成本的增加。

在借助光掩模通過(guò)光刻法制造TFT的情況下，當(dāng)從上觀(guān)察TFT時(shí)，設(shè)計(jì)并形成各個(gè)源電極以及漏電極以便其一部分重疊在柵電極上，且以柵絕緣層插入其間。這是因?yàn)楫?dāng)柵電極的寬度小于源電極和漏電極之間的距離時(shí)，即使電壓施加至柵電極，其中沒(méi)有柵電極的一部分中的溝道層也不會(huì)產(chǎn)生載流子，且因此TFT不會(huì)起作用。電極的這種重疊結(jié)構(gòu)在柵電極和源電極之間以及柵電極和漏電極之間產(chǎn)生寄生電容，且因此會(huì)劣化TFT的特性。

日本專(zhuān)利公開(kāi)No.2015-056566(PTD 2)描述了一種包括由IGZO組成的氧化物半導(dǎo)體層(TAOS層12)的頂柵型TFT。采用柵電極15作為光掩模，利用用于圖案化柵絕緣膜14的自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)制造這種TFT，以由此暴露在柵絕緣膜14正下方的一部分TAOS層12。TAOS層12的上述部分(未被柵絕緣膜14覆蓋的區(qū)域)通過(guò)借助還原氣體的還原處理而降低了電阻(TAOS還原層13)，且用作連接源電極和漏電極的連接電極。

根據(jù)PTD 2中描述的TFT，可降低由電極的重疊結(jié)構(gòu)造成的寄生電容。但是，借助還原氣體的還原處理在操作方面復(fù)雜，且進(jìn)一步的，TFT在提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率方面還有提升空間。

本發(fā)明的目的是提供一種新的半導(dǎo)體器件，其能降低寄生電容并具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率。本發(fā)明的另一目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，通過(guò)該方法可相對(duì)容易地制造能降低寄生電容并具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的半導(dǎo)體器件。

問(wèn)題的解決方案

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括：柵電極；設(shè)置在柵電極的正下方或正上方的區(qū)域中的溝道層；設(shè)置為與溝道層接觸的源電極和漏電極；以及設(shè)置在柵電極和溝道層之間的第一絕緣層。溝道層包括第一氧化物半導(dǎo)體，且源電極和漏電極中至少一個(gè)包括第二氧化物半導(dǎo)體。第一氧化物半導(dǎo)體和第二氧化物半導(dǎo)體包含銦、鎢和鋅。第一絕緣層可以是柵絕緣層。

一種制造根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法是制造根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法，包括：形成柵電極；形成包括氧化物半導(dǎo)體的層；形成覆蓋包括氧化物半導(dǎo)體的層的一部分主表面的部分覆蓋絕緣層；以及執(zhí)行熱處理。在形成部分覆蓋絕緣層之后執(zhí)行熱處理。

發(fā)明的有益效果

根據(jù)上述內(nèi)容，可提供一種能降低寄生電容且具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的半導(dǎo)體器件。還可提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，通過(guò)該方法可相對(duì)容易地制造能降低寄生電容且具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的半導(dǎo)體器件。

附圖說(shuō)明

圖1是從上觀(guān)察時(shí)半導(dǎo)體器件的示意圖。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例的截面示意圖。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的另一示例的截面示意圖。

圖4是示出制造圖2中所示的半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)示例的截面示意圖。

圖5是示出制造圖3中所示的半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)示例的截面示意圖。

具體實(shí)施方式

<本發(fā)明實(shí)施例說(shuō)明>

首先將列出并說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例

[1]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括：柵電極；設(shè)置在柵電極的正下方或正上方的區(qū)域中的溝道層；設(shè)置為與溝道層接觸的源電極和漏電極；以及設(shè)置在柵電極和溝道層之間的第一絕緣層，溝道層包括第一氧化物半導(dǎo)體，源電極和漏電極中至少一個(gè)包括第二氧化物半導(dǎo)體，且第一氧化物半導(dǎo)體和第二氧化物半導(dǎo)體包含銦、鎢和鋅。第一絕緣層可以是柵絕緣層。本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可降低寄生電容，可顯示出高場(chǎng)效應(yīng)遷移率，且進(jìn)一步的，可顯示出高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和高可靠性。半導(dǎo)體器件具體是TFT(薄膜晶體管)。

[2]優(yōu)選地，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，第一氧化物半導(dǎo)體中的銦、鎢和鋅的含量比分別與第二氧化物半導(dǎo)體中的銦、鎢和鋅的含量比相同。因此，特別當(dāng)溝道層，源電極以及漏電極通過(guò)采用柵電極的自對(duì)準(zhǔn)分離而分別地形成時(shí)，可簡(jiǎn)化半導(dǎo)體器件的制造工藝。

[3]優(yōu)選地，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，第一氧化物半導(dǎo)體以及第二氧化物半導(dǎo)體中的鎢對(duì)銦、鎢和鋅總量的含量比(以下也稱(chēng)為“W含量比”)高于0.5原子％且不高于8.0原子％，第一氧化物半導(dǎo)體以及第二氧化物半導(dǎo)體中的鋅對(duì)銦、鎢和鋅總量的含量比(以下也稱(chēng)為“Zn含量比”)不低于1.2原子％且不高于40原子％，且第一氧化物半導(dǎo)體以及第二氧化物半導(dǎo)體中的鋅對(duì)鎢的原子比(以下也稱(chēng)為“Zn/W比”)高于1.0且低于80。這在提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率方面是有利的，且在實(shí)現(xiàn)源電極和漏電極的低電阻率方面也是有利的。而且，在提高半導(dǎo)體器件的可靠性方面也是有利的。

[4]優(yōu)選地，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，溝道層的電阻率不低于10^-1Ωcm，且源電極和漏電極的電阻率不高于10^-2Ωcm。這在提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率方面是有利的。

[5]在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，第一氧化物半導(dǎo)體和第二氧化物半導(dǎo)體可由納米晶氧化物或非晶氧化物組成。這在提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率方面是有利的，且在提高半導(dǎo)體器件的可靠性方面也是有利的。

[6]在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，第一絕緣層可以是覆蓋溝道層的主表面且未覆蓋源電極和漏電極的主表面的層。這種半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例是頂柵型TFT。第一絕緣層是覆蓋溝道層的主表面且未覆蓋源電極和漏電極的主表面的層的特征在降低半導(dǎo)體器件的寄生電容且提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性方面是有利的。當(dāng)?shù)谝唤^緣層是覆蓋溝道層的主表面且未覆蓋源電極和漏電極的主表面的層時(shí)，半導(dǎo)體器件的至少一個(gè)實(shí)施例不需要具有覆蓋源電極和漏電極的主表面的絕緣層。

[7]在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，當(dāng)?shù)谝唤^緣層是覆蓋溝道層的主表面且未覆蓋源電極和漏電極的主表面的層時(shí)，半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例可進(jìn)一步包括作為覆蓋源電極和漏電極的主表面且氧原子含量比低于第一絕緣層的絕緣層的低氧絕緣層。這在提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率以及可靠性方面是有利的。

[8]除第一絕緣層之外，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可進(jìn)一步包括覆蓋溝道層的主表面且未覆蓋源電極和漏電極的主表面的第二絕緣層。這種半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例是底柵型TFT。進(jìn)一步包括覆蓋溝道層的主表面且未覆蓋源電極和漏電極的主表面的第二絕緣層在降低半導(dǎo)體器件的寄生電容并提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性方面是有利的。當(dāng)半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括覆蓋溝道層的主表面且未覆蓋源電極和漏電極的主表面的第二絕緣層時(shí)，半導(dǎo)體器件的至少一個(gè)實(shí)施例不需要具有覆蓋源電極和漏電極的主表面的絕緣層。

[9]當(dāng)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括覆蓋溝道層的主表面且未覆蓋源電極和漏電極的主表面的第二絕緣層時(shí)，半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例可進(jìn)一步包括作為覆蓋源電極和漏電極的主表面且氧原子含量比低于第二絕緣層的絕緣層的低氧絕緣層。這在提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性方面也是有利的。

[10]優(yōu)選地，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，第一氧化物半導(dǎo)體包含六價(jià)鎢。這在提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率方面是有利的。

[11]在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，溝道層可進(jìn)一步包含鋯。鋯的含量?jī)?yōu)選不小于1×10¹⁷原子/cm³且不大于1×10²⁰原子/cm³。通過(guò)包含上述含量得鋯，可提高半導(dǎo)體器件的可靠性。

[12]一種制造本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法是制造根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法，包括：形成柵電極；形成包括氧化物半導(dǎo)體的層；形成覆蓋包括氧化物半導(dǎo)體的層的主表面的一部分的部分覆蓋絕緣層；以及在形成部分覆蓋絕緣層之后執(zhí)行熱處理。根據(jù)制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法，可相對(duì)容易地制造具有低寄生電容，顯示出高場(chǎng)效應(yīng)遷移率且進(jìn)一步顯示出高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和高可靠性的半導(dǎo)體器件。上述氧化物半導(dǎo)體對(duì)應(yīng)于根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中包括的第一氧化物半導(dǎo)體和第二氧化物半導(dǎo)體。

[13]制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法可進(jìn)一步包括在形成包括氧化物半導(dǎo)體的層之后且執(zhí)行熱處理之前，形成覆蓋相鄰于包括氧化物半導(dǎo)體的層的主表面的該部分的區(qū)域的低氧絕緣層。低氧絕緣層是氧原子含量比低于部分覆蓋絕緣層的層。進(jìn)一步包括形成低氧絕緣層在實(shí)現(xiàn)具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的半導(dǎo)體器件方面是有利的。

[14]在制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法中，部分覆蓋絕緣層可以是第一絕緣層或不同于第一絕緣層的第二絕緣層。其中部分覆蓋絕緣層是第一絕緣層的半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例是頂柵型TFT。其中部分覆蓋絕緣層是第二絕緣層的半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例是底柵型TFT。根據(jù)制造包括形成作為第一絕緣層或不同于第一絕緣層的第二絕緣層的部分覆蓋絕緣層的本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法，可相對(duì)容易地制造具有低寄生電容以及高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的半導(dǎo)體器件。

[15]優(yōu)選地，在形成制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法中包括的部分覆蓋絕緣層中，部分覆蓋絕緣層通過(guò)采用柵電極的自對(duì)準(zhǔn)而被圖案化。因此，消除了單獨(dú)采用光掩模的需要，且因此，可容易地以低成本制造半導(dǎo)體器件且可降低所獲得的半導(dǎo)體器件的寄生電容。

[16]優(yōu)選地，執(zhí)行制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法中包括的熱處理包括在不低于100℃且不高于500℃的溫度下執(zhí)行熱處理。因此，可降低所獲得的半導(dǎo)體器件的寄生電容且可提高所獲得的半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率以及可靠性。

<本發(fā)明的實(shí)施例的細(xì)節(jié)>

[第一實(shí)施例：半導(dǎo)體器件]

本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括：柵電極；設(shè)置在柵電極的正下方或正上方的區(qū)域中的溝道層；設(shè)置為與溝道層接觸的源電極和漏電極；以及設(shè)置在柵電極和溝道層之間的第一絕緣層，溝道層包括第一氧化物半導(dǎo)體，源電極和漏電極中的至少一個(gè)包括第二氧化物半導(dǎo)體，且第一氧化物半導(dǎo)體和第二氧化物半導(dǎo)體包含銦(In)、鎢(W)和鋅(Zn)。半導(dǎo)體器件具體為T(mén)FT(薄膜晶體管)。溝道層的電阻率優(yōu)選高于源電極和漏電極的電阻率。

在其中溝道層設(shè)置在柵電極的正下方或正上方的區(qū)域中的本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，可取消常規(guī)半導(dǎo)體器件中包括的上述重疊結(jié)構(gòu)，且因此，可降低寄生電容。溝道層設(shè)置在柵電極的正下方或正上方的區(qū)域中是指當(dāng)從上觀(guān)察半導(dǎo)體器件時(shí)，如圖1中所示，溝道層7的長(zhǎng)度15等于柵電極2的寬度12。因此，在這種情況下，溝道層7和源電極5之間的界面位置以及溝道層7和漏電極6之間的界面位置等于柵電極2的端面的位置。當(dāng)溝道層7設(shè)置在柵電極2的正下方或正上方的區(qū)域中時(shí)，柵電極2的距離13沒(méi)必要等于溝道層7的寬度14。如下所述，溝道層7設(shè)置在柵電極2的正下方或正上方的區(qū)域中的這種結(jié)構(gòu)可通過(guò)利用圖案化的柵電極2的自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)形成。

本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件例如可以是底柵型或頂柵型等。其中溝道層設(shè)置在柵電極的正上方的區(qū)域中的情況例如是指其中半導(dǎo)體器件是底柵型的情況。其中溝道層設(shè)置在柵電極的正下方的區(qū)域中的情況例如是指其中半導(dǎo)體器件是頂柵型的情況。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例的截面示意圖，且示出底柵型半導(dǎo)體器件(TFT)的一個(gè)示例。圖2中所示的半導(dǎo)體器件包括襯底1，設(shè)置在襯底1上的柵電極2，設(shè)置在柵電極2的正上方的區(qū)域中的溝道層7、設(shè)置為與溝道層7接觸的源電極5以及漏電極6，以及設(shè)置在柵電極2和溝道層7之間的第一絕緣層(柵絕緣層)3。源電極5和漏電極6設(shè)置在第一絕緣層3上以便彼此不接觸。溝道層7的電阻率高于源電極5和漏電極6的電阻率。也被稱(chēng)為“蝕刻停止層”，“鈍化層”等的第二絕緣層(絕緣保護(hù)層)8層疊在溝道層7上。在圖2中所示的半導(dǎo)體器件中，第二絕緣層(絕緣保護(hù)層)8未層疊在源電極5和漏電極6上。雖然圖2中所示的半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在第二絕緣層8上以及源電極5和漏電極6上的第三絕緣層(絕緣保護(hù)層)9，但是可省略第三絕緣層9。柵電極2可層疊在襯底1上且以另一層插入其間。源電極5和漏電極6也可用作像素電極。

當(dāng)從上觀(guān)察圖2中所示的半導(dǎo)體器件時(shí)，溝道層7的長(zhǎng)度等于柵電極2的寬度。更具體地，當(dāng)從上觀(guān)察半導(dǎo)體器件時(shí)，溝道層7設(shè)置在柵電極2的正下方的區(qū)域中。因此，溝道層7和源電極2之間的界面位置以及溝道層7和漏電極6之間的界面位置等于柵電極2的端面的位置。因此，圖2中所示的半導(dǎo)體器件可顯示出降低的寄生電容。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的另一示例的截面示意圖，且示出頂柵型半導(dǎo)體器件(TFT)的一個(gè)示例。圖3中所示的半導(dǎo)體器件包括襯底1、設(shè)置在襯底1上的溝道層7、設(shè)置在溝道層7的正上方的區(qū)域中的柵電極2、設(shè)置為與溝道層7接觸的源電極5和漏電極6，以及設(shè)置在柵電極2和溝道層7之間的第一絕緣層(柵絕緣層)3。源電極5和漏電極6設(shè)置在襯底1上以便彼此不接觸。溝道層7的電阻率高于源電極5和漏電極6的電阻率。雖然圖3中所示的半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在柵電極2上以及源電極5和漏電極6上的第三絕緣層(絕緣保護(hù)層)9，但是可省略第三絕緣層9。溝道層7以及源電極5和漏電極6可層疊在襯底1上且以另一層插入其間。源電極5和漏電極6也可用作像素電極。

當(dāng)從上觀(guān)察圖3中所示的半導(dǎo)體器件時(shí)，溝道層7的長(zhǎng)度等于柵電極2的寬度。更具體地，當(dāng)從上觀(guān)察半導(dǎo)體器件時(shí)，溝道層7設(shè)置在柵電極2的正下方的區(qū)域中。因此，溝道層7和源電極2之間的界面位置以及溝道層7和漏電極6之間的界面位置等于柵電極2的端面的位置。因此，圖3中所示的半導(dǎo)體器件可顯示出降低的寄生電容。

在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，溝道層7包括第一氧化物半導(dǎo)體，且源電極5和漏電極6中至少一個(gè)(優(yōu)選兩者)包括第二氧化物半導(dǎo)體，且這些第一和第二氧化物半導(dǎo)體包含In、W和Zn。包含這些金屬元素在提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性方面是有利的。溝道層7優(yōu)選是由第一氧化物半導(dǎo)體組成的層，且源電極5和漏電極6優(yōu)選是由第二氧化物半導(dǎo)體組成的層。

溝道層7中包括的第一氧化物半導(dǎo)體中的In、W和Zn的含量比優(yōu)選與源電極5和/或漏電極6中包括的第二氧化物半導(dǎo)體中的In、W和Zn的含量比相同。因此，特別是在溝道層7、源電極5和漏電極6利用柵電極2通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)分別地形成時(shí)，可簡(jiǎn)化半導(dǎo)體器件的制造工藝。

In、W和Zn的含量比通過(guò)TEM-EDX(具有能量分散X射線(xiàn)熒光光譜儀的透射電子顯微鏡)或RBS(盧瑟福背散射分析)得以測(cè)量。第一氧化物半導(dǎo)體中的In、W和Zn的含量比以及第二氧化物半導(dǎo)體中的In、W和Zn的含量比通過(guò)利用上述方法對(duì)溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)的一部分以及源電極5和/或漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)的一部分進(jìn)行定量分析而得以測(cè)量。

In的含量比(以下也稱(chēng)為“In含量比”)由以下等式定義：

In含量比(原子％)＝{In含量/(In含量+W含量+Zn含量)}×100。

W的含量比(以下也稱(chēng)為“W含量比”)由以下等式定義：

W含量比(原子％)＝{W含量/(In含量+W含量+Zn含量)}×100。

Zn的含量比(以下也稱(chēng)為“Zn含量比”)由以下等式定義：

Zn含量比(原子％)＝{Zn含量/(In含量+W含量+Zn含量)}×100。

只要涉及W含量比，當(dāng)源電極5和/或漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的含量比處于溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中的含量比的±2原子％的范圍內(nèi)時(shí)，兩種含量比被確定為相同。只要涉及In含量比和Zn含量比，當(dāng)源電極5和/或漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的含量比處于溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中的含量比的±5原子％的范圍內(nèi)時(shí)，兩種含量比被確定為相同。

在根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中的W含量比優(yōu)選高于0.5原子％且不高于8.0原子％，且Zn含量比優(yōu)選不低于1.2原子％且不高于40原子％，且Zn與W的原子比，即Zn含量比與W含量比的比率(Zn含量比/W含量比，且以下也稱(chēng)為“Zn/W比”)優(yōu)選高于1.0且低于80。因此，可提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，且進(jìn)一步也提高半導(dǎo)體器件的可靠性。

在根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，源電極5和漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的W含量比優(yōu)選高于0.5原子％且不高于8.0原子％，且Zn含量比優(yōu)選不低于1.2原子％且不高于40原子％，且Zn/W比優(yōu)選高于1.0且低于80。這種源電極5和漏電極6的使用在實(shí)現(xiàn)顯示出高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和高可靠性的半導(dǎo)體器件方面是有利的，且也在降低源電極5和漏電極6的電阻率方面是有利的。

從提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中以及源電極5和漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的W含量比優(yōu)選不低于0.6原子％，且更優(yōu)選不高于5原子％且進(jìn)一步優(yōu)選不高于3原子％。當(dāng)W含量比不高于0.5原子％時(shí)，閾值電壓V_th特性，半導(dǎo)體器件的一個(gè)重要特性有不良趨勢(shì)，且也會(huì)降低半導(dǎo)體器件的可靠性。從易于器件控制的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，希望諸如TFT的半導(dǎo)體器件具有不低于0V且不高于5V的閾值電壓V_th。當(dāng)W含量比超過(guò)8原子％時(shí)，存在難以獲得優(yōu)良場(chǎng)效應(yīng)遷移率的趨勢(shì)。當(dāng)采用具有超過(guò)8原子％的W含量比的源電極5和/或漏電極6時(shí)，這些電極的電阻率的降低可能變得困難。

溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中以及源電極5和漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的Zn含量比不低于1.2原子％且不高于40原子％，且Zn/W比高于1.0且低于80在實(shí)現(xiàn)顯示出高場(chǎng)效應(yīng)遷移率以及高可靠性的半導(dǎo)體器件方面是有利的。

從提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中以及源電極5和漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的Zn含量比優(yōu)選不低于3原子％且進(jìn)一步優(yōu)選不低于10原子％且更優(yōu)選不高于25原子％且進(jìn)一步優(yōu)選不高于18原子％。當(dāng)Zn含量比低于1.2原子％時(shí)，會(huì)降低半導(dǎo)體器件的可靠性。當(dāng)Zn含量比超過(guò)40原子％時(shí)，存在難以獲得優(yōu)良場(chǎng)效應(yīng)遷移率的趨勢(shì)。

當(dāng)溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中以及源電極5和漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的Zn/W比不高于1.0時(shí)，會(huì)降低半導(dǎo)體器件的可靠性。Zn/W比更優(yōu)選不低于3.0，且進(jìn)一步優(yōu)選不低于5.0。當(dāng)溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中以及源電極5和漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的Zn/W比不低于80時(shí)，存在難以獲得優(yōu)良場(chǎng)效應(yīng)遷移率的趨勢(shì)。Zn/W比更優(yōu)選不高于20，且進(jìn)一步優(yōu)選不高于15。

從提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，溝道層7(第一氧化物半導(dǎo)體)中以及源電極5和漏電極6(第二氧化物半導(dǎo)體)中的In/(In+Zn)原子比優(yōu)選高于0.8。

現(xiàn)在將說(shuō)明半導(dǎo)體器件的可靠性。通常，包括氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件的可靠性會(huì)取決于半導(dǎo)體器件制造期間的熱處理溫度而變化。通過(guò)提高熱處理溫度，可提高可靠性。但是，通常，當(dāng)提高熱處理溫度時(shí)，會(huì)降低場(chǎng)效應(yīng)遷移率。因此，希望即使在熱處理溫度較高時(shí)也不會(huì)降低場(chǎng)效應(yīng)遷移率。在本說(shuō)明書(shū)中，“高場(chǎng)效應(yīng)遷移率以及高可靠性”是指即使在熱處理溫度較高時(shí)也不會(huì)降低場(chǎng)效應(yīng)遷移率，且由于高的熱處理溫度而獲得高可靠性。

溝道層7的電阻率優(yōu)選不低于10^-1Ωcm，且源電極5和漏電極6的電阻率優(yōu)選不高于10^-2Ωcm。

包含氧的銦公知地作為透明導(dǎo)電膜。如日本專(zhuān)利公開(kāi)No.2002-256424中所述，例如通常采用具有低于10^-1Ωcm的電阻率的膜作為用于透明導(dǎo)電膜的膜。因此，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中的源電極5以及漏電極6的電阻率也優(yōu)選為低，且更優(yōu)選不高于10^-2Ωcm。另一方面，希望本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中的溝道層7的電阻率不低于10^-1Ωcm。為了實(shí)現(xiàn)這種電阻率，優(yōu)選將溝道層7的W含量比、Zn含量比以及Zn/W比考慮在內(nèi)。

從提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，形成溝道層7的第一氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選由納米晶氧化物或非晶氧化物組成。從相同觀(guān)點(diǎn)看，形成源電極5和漏電極6的第二氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選由納米晶氧化物或非晶氧化物組成。

在本說(shuō)明書(shū)中，“納米晶氧化物”是指這樣的氧化物，其中未觀(guān)測(cè)到由晶體引起的波峰且根據(jù)以下條件通過(guò)X射線(xiàn)衍射測(cè)量觀(guān)測(cè)到出現(xiàn)在低角度一側(cè)的所謂的“暈圈”的寬峰，且其中當(dāng)根據(jù)以下條件通過(guò)采用透射電子顯微鏡執(zhí)行微小區(qū)域的透射電子束衍射測(cè)量時(shí)觀(guān)測(cè)到環(huán)狀圖案。環(huán)狀圖案包括其中點(diǎn)集中以形成環(huán)狀圖案的情況。

在本說(shuō)明書(shū)中，“非晶氧化物”是指這樣的氧化物，其中未觀(guān)測(cè)到由晶體引起的波峰且根據(jù)以下條件通過(guò)X射線(xiàn)衍射測(cè)量觀(guān)測(cè)到出現(xiàn)在低角度一側(cè)的所謂的“暈圈”的寬峰，且其中當(dāng)根據(jù)以下條件通過(guò)采用透射電子顯微鏡執(zhí)行微小區(qū)域的透射電子束衍射測(cè)量時(shí)再次觀(guān)測(cè)到所謂的“暈圈”的暗圖案。

(X射線(xiàn)衍射測(cè)量條件)

測(cè)量方法：面內(nèi)方法(狹縫準(zhǔn)直)方法

X射線(xiàn)產(chǎn)生部：對(duì)陰極Cu，50kV，300mA的輸出

檢測(cè)部：閃爍計(jì)數(shù)器

入射部：狹縫準(zhǔn)直

日光狹縫：入射側(cè)0.48°的縱向發(fā)散角

光接收側(cè)0.41°的縱向發(fā)散角

狹縫：入射側(cè)S1＝1mm*10mm

光接收側(cè)S2＝0.2mm*10mm

掃描條件：20χ/Φ的掃描軸

掃描模式：步進(jìn)測(cè)量，10至80°的掃描范圍，0.1°的步進(jìn)寬度，8秒的步進(jìn)時(shí)間。

(透射電子束衍射測(cè)量條件)

測(cè)量方法：顯微電子束衍射方法

加速電壓：200kV

束直徑：與將被測(cè)量的包括氧化物半導(dǎo)體的層的膜厚相同或相等

在第一氧化物半導(dǎo)體和/或第二氧化物半導(dǎo)體由納米晶氧化物組成的情況下，如上所述觀(guān)測(cè)環(huán)狀圖案且在根據(jù)上述條件執(zhí)行微小區(qū)域的透射電子束衍射測(cè)量時(shí)未觀(guān)測(cè)到點(diǎn)狀圖案。相反，例如，日本專(zhuān)利No.5172918中公開(kāi)的氧化物半導(dǎo)體層包括沿垂直于層表面的方向的c軸定向的晶體，且當(dāng)微小區(qū)域中的納米晶體如上所述在某一方向上定向時(shí)，觀(guān)測(cè)到點(diǎn)狀圖案。在第一氧化物半導(dǎo)體和/或第二氧化物半導(dǎo)體由納米晶氧化物組成時(shí)，納米晶具有非定向特性，即納米晶沒(méi)有相對(duì)于層的表面定向，且當(dāng)至少觀(guān)測(cè)到垂直于層表面的表面(層截面)時(shí)具有隨機(jī)定向。換言之，晶軸沒(méi)有相對(duì)于膜厚方向定向。

形成溝道層7的第一氧化物半導(dǎo)體且除此之外的形成源電極5以及漏電極6的第二氧化物半導(dǎo)體由納米晶氧化物或非晶氧化物組成的特征在提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率方面是有利的。從提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，第一氧化物半導(dǎo)體和第二氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選由非晶氧化物組成。當(dāng)上述Zn含量比不低于10原子％和/或W含量比不低于0.4原子％時(shí)，第一氧化物半導(dǎo)體和第二氧化物半導(dǎo)體可能變成非晶氧化物且即使在熱處理溫度較高時(shí)，非晶氧化物也是穩(wěn)定的。

從提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，形成溝道層7的第一氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選包含W，其中利用X射線(xiàn)光電子光譜(XPS)測(cè)量的鍵合能的峰值位置不小于32.9eV且不大于36.5eV。鍵合能的峰值位置更優(yōu)選不小于34eV且不大于36.5eV，且進(jìn)一步優(yōu)選不小于35eV且不大于36.5eV。

在X射線(xiàn)光電子光譜(XPS)中，具有六價(jià)W的WO₃的鍵合能的峰值公知地出現(xiàn)在不小于35eV且不大于36.5eV的范圍內(nèi)，鎢金屬以及具有四價(jià)鎢的WO₂的鍵合能的峰值公知地出現(xiàn)在不小于32eV且不大于33.5eV的范圍內(nèi)。因此，從提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，第一氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選包含六價(jià)W。

從提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，形成源電極5和漏電極6的第二氧化物半導(dǎo)體也優(yōu)選包含W，其中利用X射線(xiàn)光電子光譜(XPS)測(cè)量的鍵合能的峰值位置不小于32.9eV且不大于36.5eV，更優(yōu)選包含其中鍵合能的峰值位置不小于34eV且不大于36.5eV的W，且進(jìn)一步優(yōu)選包含其中鍵合能的峰值位置不小于35eV且不大于36.5eV的W。此外，第二氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選包含六價(jià)W。

在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，溝道層優(yōu)選進(jìn)一步包含鋯(Zr)且其含量?jī)?yōu)選不小于1×10¹⁷原子/cm³且不大于1×10²⁰原子/cm³。因此，可提高半導(dǎo)體器件的可靠性。通常，出于提高熱穩(wěn)定性，耐熱性和耐化學(xué)性或降低S值和截止電流的目的，Zr通常應(yīng)用于氧化物半導(dǎo)體。但是在本發(fā)明中，新近發(fā)現(xiàn)可通過(guò)采用Zr與W和Zn一起而提高可靠性。通過(guò)利用次級(jí)離子質(zhì)譜(SIMS)分析深度方向上的溝道層7的任意點(diǎn)，溝道層7中的Zr含量獲得為溝道層7中每1cm³的原子數(shù)。

當(dāng)Zr含量小于1×10¹⁷原子/cm³時(shí)，未提高可靠性。當(dāng)Zr含量大于1×10²⁰原子/cm3時(shí)，可靠性?xún)A向于降低。從提高可靠性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，Zr含量更優(yōu)選不小于1×10¹⁸原子/cm³，且更優(yōu)選不大于1×10¹⁹原子/cm³。

從提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，源電極5和漏電極6也優(yōu)選進(jìn)一步包含Zr且其含量?jī)?yōu)選不小于1×10¹⁷原子/cm³且不大于1×10²⁰原子/cm³。

溝道層7以及源電極5和漏電極6中除In、W和Zn之外的不可避免的金屬與In、W和Zn總量的含量比優(yōu)選不高于1原子％。

從提高半導(dǎo)體器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，溝道層7以及源電極5和漏電極6中每一個(gè)的膜厚優(yōu)選不小于2nm且不大于100nm，且更優(yōu)選不小于5nm且不大于80nm。

溝道層7以及源電極5和漏電極6例如可通過(guò)用于在襯底1上整體形成包括形成溝道層7以及源電極5和漏電極6的氧化物半導(dǎo)體的層且通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)從這種氧化物半導(dǎo)體層分別地形成溝道層7、源電極5以及漏電極6而形成。以下，包括氧化物半導(dǎo)體層的上述層將也被稱(chēng)為“氧化物半導(dǎo)體層”。氧化物半導(dǎo)體層優(yōu)選為由氧化物半導(dǎo)體組成的層。氧化物半導(dǎo)體層可直接形成在襯底1上，或可形成在襯底1上且以另一層(例如第一絕緣層3)插入其間。當(dāng)通過(guò)上述方法形成溝道層7以及源電極5和漏電極6時(shí)，第一氧化物半導(dǎo)體以及第二氧化物半導(dǎo)體具有相同組分?？赏ㄟ^(guò)包括通過(guò)濺射方法形成膜的步驟的制造方法獲得氧化物半導(dǎo)體層。這在獲得具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和高可靠性的半導(dǎo)體器件方面是有利的。形成溝道層7以及源電極5和漏電極6的氧化物半導(dǎo)體層是允許施加至半導(dǎo)體器件的制造工藝中采用的抗蝕劑層的紫外線(xiàn)穿過(guò)的透明層。如果源電極5和漏電極6是透明的，則當(dāng)半導(dǎo)體器件例如應(yīng)用至圖像顯示設(shè)備時(shí)減少各個(gè)像素中的遮光部，且因此可提高孔徑比。

濺射方法是指通過(guò)將靶材和襯底在膜形成腔中彼此面對(duì)設(shè)置，將電壓施加至靶材且以惰性氣體離子濺射靶材表面，由此從靶材釋放形成靶材的原子并在襯底上沉積原子而形成由形成靶材的原子組成的膜的方法。

除了濺射方法之外，脈沖激光沉積(PLD)方法，熱沉積方法等可作為形成氧化物半導(dǎo)體層的方法。但是出于上述原因，優(yōu)選采用濺射方法。

磁控濺射方法，面對(duì)靶材型濺射方法等可用作濺射方法。對(duì)于濺射期間的氣氛氣體來(lái)說(shuō)，可采用Ar氣、Kr氣和Xe氣，且也可采用這些氣體與氧氣的混合物。

當(dāng)通過(guò)濺射方法形成氧化物半導(dǎo)體層時(shí)，可在通過(guò)濺射方法形成膜之后執(zhí)行熱處理，或者可在通過(guò)濺射方法形成膜期間執(zhí)行熱處理。因此，容易地獲得由納米晶氧化物或非晶氧化物組成的氧化物半導(dǎo)體層。上述熱處理在實(shí)現(xiàn)具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性的半導(dǎo)體器件方面也是有利的。

沒(méi)有特別限制通過(guò)濺射方法在膜形成期間執(zhí)行熱處理的方法，且該方法的示例可包括借助燈照射，電阻元件，激光束等的熱處理。襯底溫度優(yōu)選不低于100℃且不高于250℃。熱處理時(shí)間對(duì)應(yīng)于膜形成時(shí)間且膜形成時(shí)間取決于將要形成的氧化物半導(dǎo)體層的膜厚。但是，膜形成時(shí)間例如可約為1秒至10分鐘。沒(méi)有特別限制通過(guò)濺射方法在膜形成之后執(zhí)行的熱處理，而且，或者也可為借助燈照射，電阻元件，激光束等的熱處理。

特別地，制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法優(yōu)選包括在形成氧化物半導(dǎo)體層之后執(zhí)行的步驟，且更優(yōu)選包括存在在上述位置處設(shè)置的絕緣層的情況下執(zhí)行熱處理的步驟，以便整體地形成氧化物半導(dǎo)體層且從這種氧化物半導(dǎo)體層分別地形成溝道層7、源電極5和漏電極6。以下將說(shuō)明包括執(zhí)行熱處理的上述步驟的半導(dǎo)體器件的制造方法。

以下將說(shuō)明柵電極2。柵電極2例如可以是由諸如Ti、Al、Mo、W或Cu的金屬組成的單層結(jié)構(gòu)的電極或其中采用這些金屬的兩種以上的多層結(jié)構(gòu)的電極。當(dāng)半導(dǎo)體器件是底柵型時(shí)，柵電極優(yōu)選由能阻擋半導(dǎo)體器件的制造工藝中采用的施加至抗蝕劑層的紫外線(xiàn)的材料制成，以便利用柵電極2通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)分別地形成溝道層7、源電極5和漏電極6，以由此制造半導(dǎo)體器件。

以下將說(shuō)明本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中包括的絕緣層。在圖2中所示的底柵型以及圖3中所示的頂柵型兩者中，半導(dǎo)體器件至少具有作為柵絕緣層的設(shè)置在柵電極2和溝道層7之間的第一絕緣層3。如圖2中所示，底柵型半導(dǎo)體器件可進(jìn)一步具有也被稱(chēng)為“蝕刻停止層”，“鈍化層”等的覆蓋溝道層7的主表面(相反于第一絕緣層3的主表面)的第二絕緣層(絕緣保護(hù)層)8。此外，如圖2和3中所示，半導(dǎo)體器件可進(jìn)一步具有覆蓋半導(dǎo)體器件的表面的第三絕緣層(絕緣保護(hù)層)9。第三絕緣層(絕緣保護(hù)層)9是根據(jù)需要提供的任意絕緣層。

從絕緣層的設(shè)置位置的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，通過(guò)整體形成氧化物半導(dǎo)體層且由這種氧化物半導(dǎo)體層分別地形成溝道層7、源電極5和漏電極6而獲得的半導(dǎo)體器件例如可分成如下類(lèi)型：

(X)一種半導(dǎo)體器件，包括覆蓋溝道層7的主表面且未覆蓋源電極5和漏電極6的主表面的高氧絕緣層(部分覆蓋絕緣層)，以及在形成上述氧化物半導(dǎo)體層之后執(zhí)行的熱處理步驟中不包括覆蓋源電極5和漏電極6的主表面的絕緣層；以及

(Y)一種半導(dǎo)體器件，包括覆蓋溝道層7的主表面且未覆蓋源電極5和漏電極6的主表面的高氧絕緣層(部分覆蓋絕緣層)，以及包括在形成上述氧化物半導(dǎo)體層之后執(zhí)行的熱處理步驟中覆蓋源電極5和漏電極6的主表面的低氧絕緣層。

類(lèi)型(X)和(Y)中的高氧絕緣層是指可抑制在熱處理期間發(fā)生的氧從氧化物半導(dǎo)體層脫附，或可使氧擴(kuò)散進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層。借助高氧絕緣層覆蓋的氧化物半導(dǎo)體層使得抑制了氧的脫附或在熱處理期間從高氧絕緣層提供氧，且因此變成作為溝道層的層。高氧絕緣層的一個(gè)示例是每單位體積氧原子數(shù)大于氧化物半導(dǎo)體層的絕緣層。如下獲得氧化物半導(dǎo)體層中每單位體積的氧原子數(shù)。首先，借助TEM-EDX(具有能量分散X射線(xiàn)熒光光譜儀的透射電子顯微鏡)確定氧化物半導(dǎo)體層中存在的元素量，且根據(jù)以下等式獲得形成氧化物半導(dǎo)體層的各個(gè)原子的比率(原子含量比)：

原子含量比＝靶材原子的含量/氧化物半導(dǎo)體層中存在的所有原子的含量。

對(duì)于所有原子的總的原子含量比為1。隨后，基于氧化物半導(dǎo)體層的膜密度以及所有組成原子含量比，可根據(jù)如下等式獲得每單位體積的氧原子數(shù)：

每單位體積的氧原子數(shù)＝氧原子含量比(假設(shè)總數(shù)為1的值)×阿伏伽德羅常數(shù)×膜密度/{通過(guò)相對(duì)于所有組成原子求和(形成氧化物半導(dǎo)體層的靶材原子的原子量×靶材原子的含量比(假設(shè)總數(shù)為1的值))獲得的值；或者

每單位體積的氧原子數(shù)＝氧原子含量比(假設(shè)總數(shù)為1的值)×每單位體積的膜中包括的原子數(shù)。

每單位體積的膜中包括的原子數(shù)可通過(guò)RBS測(cè)量。為了簡(jiǎn)化，利用6.8g/cm³計(jì)算膜密度。

例如，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層的組成原子是In，W，Zn和O時(shí)，且當(dāng)A_In代表In的含量比，A_W代表W的含量比，A_Zn代表Zn的含量比且A_O代表O的含量比時(shí)，氧化物半導(dǎo)體層中每單位體積的氧原子數(shù)可根據(jù)以下等式獲得：

每單位體積氧原子數(shù)＝A_O×阿伏伽德羅常數(shù)×6.8/{A_In×In原子量(114.82)+A_W×W原子量(188.84)+A_Zn×Zn原子量(65.39)+A_O×氧原子量(16.0)}。

可通過(guò)TEM-EDX測(cè)量獲得A_In、A_w、A_Zn和Ao。

類(lèi)似于計(jì)算氧化物半導(dǎo)體層中每單位體積的氧原子數(shù)的上述方法，可從形成高氧絕緣層的絕緣材料的組成公式計(jì)算高氧絕緣層中每單位體積的氧原子數(shù)。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層中每單位體積的氧原子數(shù)小于絕緣層中每單位體積的氧原子數(shù)時(shí)，這種絕緣層可被認(rèn)為是高氧絕緣層。

由具有絕緣性質(zhì)以及介電常數(shù)并具有相對(duì)較高的氧原子含量比的材料制成的層可以作為高氧絕緣層。不管基于每單位體積的氧原子數(shù)的比較的上述確定如何，諸如SiO_x層(x≥1.5)，SiO_xN_y層(x≥1.5)或AlO_x層(x≥1.5)的絕緣層都可以是高氧絕緣層。從半導(dǎo)體器件的可靠性觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，高氧絕緣層優(yōu)選是SiO_x層(x≥1.5)。在底柵型的情況下，當(dāng)SiN_x層層疊在這種SiO_x層上時(shí)可進(jìn)一步提高可靠性。

類(lèi)型(Y)中的低氧絕緣層是指不能抑制在熱處理期間發(fā)生的氧從氧化物半導(dǎo)體層的脫附。當(dāng)氧的脫附發(fā)生時(shí)，由低氧絕緣層覆蓋的氧化物半導(dǎo)體層會(huì)降低電阻率且變成導(dǎo)電膜。只要涉及高氧絕緣層和低氧絕緣層之間的關(guān)系，低氧絕緣層可定義為氧原子含量比低于高氧絕緣層的絕緣層。低氧絕緣層的一個(gè)示例是每單位體積氧原子數(shù)小于氧化物半導(dǎo)體層的絕緣層。低氧絕緣層中每單位體積的氧原子數(shù)可通過(guò)上述方法計(jì)算。低氧絕緣層中每單位體積氧原子數(shù)小于高氧絕緣層中的。

具有絕緣性質(zhì)以及介電常數(shù)且具有相對(duì)較低的低氧原子含量比的材料制成的層可以作為低氧絕緣層。不管基于每單位體積氧原子數(shù)的比較的上述確定如何，諸如SiO_xN_y層(x＜1.5)、Al₂O_xN_y層(x＜3且y＞0)或SiN_x層的絕緣層都可以是低氧絕緣層。從半導(dǎo)體器件的可靠性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，低氧絕緣層優(yōu)選為SiN_x層。

在底柵型半導(dǎo)體器件的情況下，例如，高氧絕緣層可以是第二絕緣層8。這種第二絕緣層8可以是存在于上述熱處理步驟中，且隨后被去除并不再存在于所獲得的半導(dǎo)體器件中的層。在頂柵型半導(dǎo)體器件的情況下，例如，高氧絕緣層可以是第一絕緣層(柵絕緣層)3。但是，本發(fā)明不限于這些示例且多種類(lèi)型的絕緣層(例如第一絕緣層3和第二絕緣層8)可作為高氧絕緣層。頂柵型半導(dǎo)體器件中的第一絕緣層(柵絕緣層)3以及底柵型半導(dǎo)體器件中的第二絕緣層8例如可以是SiO_x層(x≥1.5)、SiO_xN_y層(x≥1.5且y＜0.5)或Al₂O₃層，優(yōu)選SiO_x層(x≥1.5)，且更優(yōu)選SiO₂層。

類(lèi)型(Y)中的低氧絕緣層例如可以是在上述熱處理步驟之前形成的第三絕緣層9。第三絕緣層9例如可以是SiO_xN_y層(x＜1.5且y＞0.5)，SiN_x層或Al₂O_xN_y層(x＜3且y＞0)，且優(yōu)選為SiN_x層。

在類(lèi)型(X)中，第三絕緣層9是沒(méi)有存在于上述熱處理步驟中的層。但是，最終獲得的半導(dǎo)體器件可具有第三絕緣層9。在類(lèi)型(Y)中，第三絕緣層9可以是低氧絕緣層，且在這種情況下，第三絕緣層9可以是氧原子含量比低于第二絕緣層8(底柵型)或第一絕緣層3(頂柵型)的層。

當(dāng)形成在襯底1上的氧化物半導(dǎo)體層在上述熱處理步驟中被熱處理時(shí)，其主表面被高氧絕緣層(部分覆蓋絕緣層)覆蓋的氧化物半導(dǎo)體層的一部分的電阻率增加且可顯示出半導(dǎo)體特性，且因此這部分可用作溝道層7。

另一方面，當(dāng)形成在襯底1上的氧化物半導(dǎo)體層在上述熱處理步驟中被熱處理時(shí)，其中其主表面未被高氧絕緣層(部分覆蓋絕緣層)覆蓋的氧化物半導(dǎo)體層的一部分，或其中其主表面被低氧絕緣層覆蓋的氧化物半導(dǎo)體層的一部分的電阻率降低，且因此這部分可用作源電極5和漏電極6。用于通過(guò)上述熱處理步驟分別地形成溝道層7、源電極5以及漏電極6的方法在獲得具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和可靠性的半導(dǎo)體器件方面是有利的。

在類(lèi)型(X)中，在上述熱處理步驟之后，絕緣層可層疊在源電極5和漏電極6的未被覆蓋的主表面上。絕緣層的示例可包括SiO_x層、SiO_xN_y層、SiN_x層、AlO_x層、Al₂O_xN_y層等等。從保持源電極5和漏電極6的低電阻率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，絕緣層優(yōu)選是SiN_x層。如上所述，絕緣層可以是第三絕緣層9。

沒(méi)有特別限制氧化物半導(dǎo)體層形成之后執(zhí)行的上述熱處理的方法，且可以是借助燈照射，電阻元件，激光束等的熱處理。熱處理溫度優(yōu)選不低于100℃且不高于500℃。為了實(shí)現(xiàn)高場(chǎng)效應(yīng)遷移率，加熱溫度更優(yōu)選不高于450℃，且進(jìn)一步優(yōu)選不高于400℃。為了實(shí)現(xiàn)高可靠性，加熱溫度更優(yōu)選不低于200℃，且進(jìn)一步優(yōu)選不低于300℃。從同時(shí)實(shí)現(xiàn)高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和高可靠性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，加熱溫度特別優(yōu)選不低于300℃且不高于500℃。

熱處理的氣氛可以是諸如在空氣中，氮?dú)庵?，氮?dú)庋鯕庵校珹r氣中，Ar-氧氣中，含空氣的水蒸汽中以及含氮的水蒸汽中的各種類(lèi)型的氣氛，且優(yōu)選氮?dú)庵?。除了大氣壓之外，氣氛的壓力可以是在減壓條件(例如低于0.1Pa)下的壓力或增壓條件(例如0.1Pa至9MPa)下的壓力，且優(yōu)選大氣壓。熱處理時(shí)間例如可約為0.01秒至2小時(shí)，且優(yōu)選約1秒至10分鐘。

[第二實(shí)施例：制造半導(dǎo)體器件的方法]

制造根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法是制造根據(jù)上述第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法且沒(méi)有特別限制。但是，從有效并相對(duì)容易地制造根據(jù)上述第一實(shí)施例的顯示出高場(chǎng)效應(yīng)遷移率且進(jìn)一步顯示出高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和高可靠性的半導(dǎo)體器件的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，制造根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件例如包括如下步驟：

(1)形成柵電極；

(2)形成包括氧化物半導(dǎo)體(氧化物半導(dǎo)體層)的層；

(3)形成覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的一部分主表面的部分覆蓋絕緣層；以及

(4)在形成部分覆蓋絕緣層之后執(zhí)行熱處理。

制造根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法可進(jìn)一步包括步驟(5)：在步驟(3)之后且步驟(4)之前，形成覆蓋相鄰于氧化物半導(dǎo)體層的主表面的上述部分的區(qū)域的低氧絕緣層。

在制造根據(jù)本實(shí)施例的包括上述步驟(1)至(4)(且進(jìn)一步地，步驟(5))的半導(dǎo)體器件的方法中，利用形成在預(yù)定位置的部分覆蓋絕緣層從氧化物半導(dǎo)體層分別地形成溝道層、源電極以及漏電極，以由此獲得半導(dǎo)體器件。形成在預(yù)定位置的部分覆蓋絕緣層可通過(guò)采用預(yù)先制成的柵電極的自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)形成，且依次地，溝道層、源電極和漏電極可通過(guò)這種自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)從氧化物半導(dǎo)體層分別地形成。根據(jù)制造包括上述步驟(1)至(4)(且進(jìn)一步地，步驟(5))的本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法，可同時(shí)制造底柵型半導(dǎo)體器件和頂柵型半導(dǎo)體器件。所獲得的半導(dǎo)體器件具體為T(mén)FT(薄膜晶體管)。以下將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法以及制造頂柵型半導(dǎo)體器件的方法。

<制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法>

圖4是示出制造圖2中所示的底柵型半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)示例的截面示意圖。采用圖2中所示的底柵型半導(dǎo)體器件作為一個(gè)示例，下文將說(shuō)明制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法。制造圖2中所示的底柵型半導(dǎo)體器件的方法例如包括以下列順序列出的步驟：

[a]在襯底1上形成柵電極2[對(duì)應(yīng)于上述步驟(1)]；

[b]在柵電極2上形成第一絕緣層(柵絕緣層)3；

[c]在第一絕緣層3上形成氧化物半導(dǎo)體層4[對(duì)應(yīng)于上述步驟(2)]；

[d]在氧化物半導(dǎo)體層4上形成第二絕緣層(絕緣保護(hù)層)8；

[e]圖案化第二絕緣層8且形成覆蓋氧化物半導(dǎo)體層4的一部分主表面的部分覆蓋絕緣層[對(duì)應(yīng)于上述步驟(3)]；以及

[f]執(zhí)行熱處理[對(duì)應(yīng)于上述步驟(4)]。

(步驟[a])

本步驟是在襯底1上形成柵電極2的步驟。雖然沒(méi)有特別限制襯底1，但是從提高透明度，價(jià)格穩(wěn)定性以及表面平整度的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，石英玻璃襯底，無(wú)堿玻璃襯底，堿性玻璃襯底等是優(yōu)選的。雖然沒(méi)有特別限定柵電極2，但是從高耐氧化，低電阻且進(jìn)一步地在后續(xù)步驟中采用能阻擋施加至抗蝕劑層的紫外線(xiàn)的材料的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，Mo電極，Ti電極，W電極、Al電極、Cu電極等是優(yōu)選的。雖然沒(méi)有特別限定形成柵電極2的方法，但是從允許襯底1的主表面上的大面積且均勻的形成的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，真空氣相沉積方法，濺射方法等是優(yōu)選的。柵電極2可直接形成在襯底1的主表面上，或可形成在襯底1上且以另一層(例如由有機(jī)物質(zhì)或無(wú)機(jī)物質(zhì)組成的絕緣層)插入其間。柵電極2優(yōu)選形成為具有均勻膜厚。

隨后，執(zhí)行抗蝕劑材料的涂布，使用光掩模利用紫外線(xiàn)的照射以及顯影，以由此形成對(duì)應(yīng)于所設(shè)計(jì)的柵電極2的布線(xiàn)圖案的抗蝕劑圖案。隨后，未被抗蝕劑層覆蓋的柵電極2的一部分通過(guò)酸溶液或等離子體處理加以蝕刻，且隨后去除抗蝕劑層。因此形成柵電極2的布線(xiàn)(圖案化的柵電極2)。

(步驟[b])

本步驟是在圖案化的柵電極2上形成第一絕緣層(柵絕緣層)3的步驟。通常，第一絕緣層3形成在具有襯底1和柵電極2的層疊體的整個(gè)主表面上，包括圖案化的柵電極2的主表面。雖然沒(méi)有特別限定形成第一絕緣層3的方法，但是從允許大面積且均勻的形成以及確保絕緣特性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，形成第一絕緣層3的方法優(yōu)選是等離子CVD(化學(xué)氣相沉積)方法等。第一絕緣層3優(yōu)選形成為具有均勻膜厚。

第一絕緣層(柵絕緣層)3例如可以是SiO_x層、SiO_xN_y層、SiN_x層、AlO_x層或Al₂O_xN_y層。但是，為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和高可靠性，第一絕緣層(柵絕緣層)3優(yōu)選是SiO_x層。

(步驟[c])

本步驟是在第一絕緣層3上形成氧化物半導(dǎo)體層4的步驟。如上所述，氧化物半導(dǎo)體層4優(yōu)選通過(guò)包括通過(guò)濺射方法形成膜的步驟的方法形成，且也可通過(guò)在通過(guò)濺射方法形成膜期間執(zhí)行熱處理而形成。氧化物半導(dǎo)體層4優(yōu)選形成為具有均勻膜厚。

隨后，執(zhí)行抗蝕劑材料的涂布，使用光掩模利用紫外線(xiàn)的照射以及顯影，以由此形成對(duì)應(yīng)于所設(shè)計(jì)的溝道層7、源電極5和漏電極6的布線(xiàn)圖案的抗蝕劑圖案。隨后，未被抗蝕劑層覆蓋的氧化物半導(dǎo)體層4的一部分通過(guò)酸溶液或等離子體處理加以蝕刻，且隨后去除抗蝕劑層。因此形成氧化物半導(dǎo)體層4(圖案化的氧化物半導(dǎo)體層4)的布線(xiàn)圖案。

(步驟[d])

本步驟是在圖案化氧化物半導(dǎo)體層4上形成第二絕緣層(絕緣保護(hù)層)8的步驟。通常，第二絕緣層8形成在具有襯底1，柵電極2，第一絕緣層3以及氧化物半導(dǎo)體層4的層疊體的整個(gè)表面上，包括圖案化氧化物半導(dǎo)體層4的主表面。雖然沒(méi)有特別限定形成第二絕緣層8的方法，但是從允許大面積且均勻地形成以及確保絕緣特性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，形成第二絕緣層8的方法優(yōu)選是等離子體CVD(化學(xué)氣相沉積)方法等。第二絕緣層8優(yōu)選形成為具有均勻膜厚。

第二絕緣層8對(duì)應(yīng)于上述高氧絕緣層且為將形成部分覆蓋絕緣層的層。第二絕緣層8例如可以是SiO_x層(x≥1.5)、SiO_xN_y層(x≥1.5)或AlO_x層(x≥1.5)。但是，為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和高可靠性，第二絕緣層8優(yōu)選為SiO_x層(x≥1.5)，且更優(yōu)選為SiO₂層。如上所述，為了從氧化物半導(dǎo)體層4分別地形成溝道層7、源電極5和漏電極6，第二絕緣層8的氧原子含量比優(yōu)選高于氧化物半導(dǎo)體層4和/或當(dāng)執(zhí)行熱處理的下述步驟中存在第三絕緣層9時(shí)，第二絕緣層8的氧原子含量比優(yōu)選高于第三絕緣層9的。

(步驟[e])

本步驟是圖案化第二絕緣層8且形成覆蓋氧化物半導(dǎo)體層4的主表面的一部分的部分覆蓋絕緣層的步驟。在本步驟中，首先涂布抗蝕劑材料，以由此在第二絕緣層8上形成抗蝕劑層10。因此獲得具有圖4(a)中所示的結(jié)構(gòu)的層疊體。隨后從襯底1一側(cè)施加紫外線(xiàn)。此時(shí)，紫外線(xiàn)被柵電極2阻擋，且因此在抗蝕劑層10中形成未被紫外線(xiàn)曝光的區(qū)域A以及在沒(méi)有阻擋紫外線(xiàn)的情況下被曝光的區(qū)域B。隨后執(zhí)行顯影，以由此溶解被紫外線(xiàn)曝光的區(qū)域B中的抗蝕劑層10。由此獲得具有圖4(b)中所示的結(jié)構(gòu)的層疊體。

隨后，通過(guò)酸溶液或等離子體處理蝕刻未被抗蝕劑層10覆蓋的第二絕緣層8的一部分直至暴露氧化物半導(dǎo)體層4的表面，且因此圖案化第二絕緣層8。因此獲得具有圖4(c)中所示的結(jié)構(gòu)的層疊體。圖案化的第二絕緣層8對(duì)應(yīng)于部分覆蓋絕緣層。以此方式，利用預(yù)先制造的柵電極2，通過(guò)借助自對(duì)準(zhǔn)的圖案化而形成部分覆蓋絕緣層。隨后，去除圖案化的第二絕緣層8上的抗蝕劑層10。

(步驟[f])

本步驟是執(zhí)行熱處理的步驟。通過(guò)這種熱處理，作為氧化物半導(dǎo)體層4的一部分且被第二絕緣層8(部分覆蓋絕緣層)覆蓋的區(qū)域形成溝道層7，且另一方面，作為氧化物半導(dǎo)體層4的另一部分且具有未被第二絕緣層8(部分覆蓋絕緣層)覆蓋的暴露的主表面的區(qū)域的電阻率降低，且因此形成源電極5或漏電極6。源電極5和漏電極6也可用作像素電極。

當(dāng)從上觀(guān)察所獲得的層疊體(底柵型TFT)時(shí)，作為氧化物半導(dǎo)體層4的一部分的溝道層7的長(zhǎng)度等于柵電極2的寬度。更具體地，當(dāng)從上觀(guān)察層疊體時(shí)，溝道層7設(shè)置在柵電極2的正上方的區(qū)域中。因此，溝道層7和源電極5之間的界面位置以及溝道層7和漏電極6之間的界面位置等于柵電極2的端面的位置。溝道層7和柵電極2之間的這種位置關(guān)系可僅應(yīng)用于作為半導(dǎo)體器件的TFT區(qū)，且除了TFT區(qū)之外的柵電極的布線(xiàn)圖案不需要在氧化物半導(dǎo)體層中被圖案化。

沒(méi)有特別限制熱處理的方法，且可為借助燈照射，電阻元件，激光束等的熱處理。熱處理溫度優(yōu)選不低于100℃且不高于500℃。為了實(shí)現(xiàn)高場(chǎng)效應(yīng)遷移率，加熱溫度更優(yōu)選不高于450℃，且進(jìn)一步優(yōu)選不高于400℃。為了實(shí)現(xiàn)高可靠性，加熱溫度更優(yōu)選不低于200℃，且進(jìn)一步優(yōu)選不低于300℃。從同時(shí)實(shí)現(xiàn)高場(chǎng)效應(yīng)遷移率以及高可靠性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，加熱溫度特別優(yōu)選不低于300℃且不高于500℃。

熱處理的氣氛可以是諸如在空氣中，氮?dú)庵?，氮?dú)庋鯕庵?，Ar氣中，Ar-氧氣中，含空氣的水蒸汽中以及含氮的水蒸汽中的各種類(lèi)型的氣氛，且更優(yōu)選氮?dú)庵?。氣氛的壓力可以是在減壓條件(例如低于0.1Pa)下的壓力或增壓條件(例如0.1Pa至9MPa)下的壓力，或大氣壓，且優(yōu)選大氣壓。熱處理時(shí)間例如可約為0.01秒至2小時(shí)，且優(yōu)選約1秒至10分鐘。

不僅氧化物半導(dǎo)體層4的一部分，而且以與形成柵電極2的方法相同的方法形成的另一金屬層可用作信號(hào)布線(xiàn)。

(步驟[g])

如圖2中所示，可提供在層疊體的表面上形成第三絕緣層9的步驟[g]。通常，第三絕緣層9形成在層疊體的整個(gè)主表面上。雖然沒(méi)有特別限制形成第三絕緣層9的方法，但是從允許大面積且均勻的形成以及確保絕緣特性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，形成第三絕緣層9的方法優(yōu)選為等離子體CVD(化學(xué)氣相沉積)方法等。

可在執(zhí)行熱處理的步驟[f]之前執(zhí)行或在步驟[f]之后執(zhí)行形成第三絕緣層9的步驟[g]，當(dāng)在執(zhí)行熱處理的步驟[f]之前執(zhí)行步驟[g]時(shí)，第三絕緣層9可為上述低氧絕緣層。在這種情況下，第三絕緣層9例如可以是SiO_xN_y層(x＜1.5且y＞0.5)、SiN_x層或Al₂O_xN_y層(x＜3且y＞0)，且從降低源電極5和漏電極6的電阻率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為SiN_x層。如上所述，為了從氧化物半導(dǎo)體層4分別地形成溝道層7、源電極5和漏電極6，第三絕緣層9的氧原子含量比優(yōu)選低于氧化物半導(dǎo)體層4的和/或從降低源電極5和漏電極6的電阻率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，第三絕緣層9的氧原子含量比優(yōu)選低于第二絕緣層8的。

另一方面，當(dāng)在步驟[f]之后執(zhí)行步驟[g]時(shí)，第三絕緣層9例如可以是SiO_x層、SiO_xN_y層、SiN_x層、AlO_x層、Al₂O_xN_y層等，且從保持源電極5和漏電極6的低電阻率觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為SiN_x層。

<制造頂柵型半導(dǎo)體器件的方法>

圖5是示出圖3中所示的頂柵型半導(dǎo)體器件的制造方法的一個(gè)示例的截面示意圖。采用圖3中所示的頂柵型半導(dǎo)體器件作為示例，以下將說(shuō)明制造頂柵型半導(dǎo)體器件的方法。制造圖3中所示的頂柵型半導(dǎo)體器件的方法例如包括下列順序列出的步驟：

[A]在襯底1上形成氧化物半導(dǎo)體層4[對(duì)應(yīng)于上述步驟(2)]；

[B]在氧化物半導(dǎo)體層4上形成第一絕緣層3；

[C]在第一絕緣層3上形成柵電極2[對(duì)應(yīng)于上述步驟(1)]；

[D]圖案化柵電極2并利用柵電極2形成覆蓋氧化物半導(dǎo)體層4的主表面的一部分的部分覆蓋絕緣層[對(duì)應(yīng)于上述步驟(3)]；以及

[E]執(zhí)行熱處理[對(duì)應(yīng)于上述步驟(4)]。

(步驟[A])

本步驟是在襯底1上形成氧化物半導(dǎo)體層4的步驟。對(duì)于形成襯底1的方法以及形成氧化物半導(dǎo)體層4的方法來(lái)說(shuō)，引用有關(guān)制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法的說(shuō)明。氧化物半導(dǎo)體層4可直接形成在襯底1的主表面上，或可形成在襯底1上且以另一層(例如由有機(jī)物質(zhì)或無(wú)機(jī)物質(zhì)組成的絕緣層)插入其間。氧化物半導(dǎo)體層4優(yōu)選形成為具有均勻膜厚。隨后，圖案化氧化物半導(dǎo)體層4。也對(duì)于這種圖案化來(lái)說(shuō)，引用有關(guān)制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法的說(shuō)明。

(步驟[B])

本步驟是在圖案化的氧化物半導(dǎo)體層4上形成第一絕緣層(柵絕緣層)3的步驟。通常第一絕緣層3形成在具有襯底1和氧化物半導(dǎo)體層4的層疊體的整個(gè)主表面上，包括圖案化的氧化物半導(dǎo)體層4的主表面。對(duì)于形成第一絕緣層3的方法以及第一絕緣層3的材料來(lái)說(shuō)，引用有關(guān)制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法的說(shuō)明。第一絕緣層3優(yōu)選形成為具有均勻膜厚。

(步驟[C])

本步驟是在第一絕緣層3上形成柵電極2的步驟。通常，柵電極2形成在層疊體的整個(gè)主表面上。因此獲得具有圖5(a)中所示的結(jié)構(gòu)的層疊體。對(duì)于柵電極2的材料以及形成柵電極2的方法來(lái)說(shuō)，引用有關(guān)制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法的說(shuō)明。

(步驟[D])

本步驟是圖案化柵電極2并利用柵電極2形成覆蓋氧化物半導(dǎo)體層4的一部分主表面的部分覆蓋絕緣層的步驟。在本步驟中，首先涂布抗蝕劑材料，以由此在柵電極2上形成抗蝕劑層10。隨后，執(zhí)行使用光掩模利用紫外線(xiàn)的照射以及顯影，以由此形成對(duì)應(yīng)于所設(shè)計(jì)的柵電極2的布線(xiàn)圖案的抗蝕劑圖案。因此獲得具有圖5(b)中所示的結(jié)構(gòu)的層疊體。

隨后，通過(guò)酸溶液或等離子體處理蝕刻未被抗蝕劑層10覆蓋的柵電極2的一部分，且因此圖案化柵電極2。第一絕緣層3暴露在柵電極2的蝕刻部分中。隨后，利用圖案化的柵電極2，通過(guò)酸溶液或等離子體處理蝕刻第一絕緣層3的暴露部分直至暴露氧化物半導(dǎo)體層4，且因此圖案化第一絕緣層3。因此獲得具有圖5(c)中所示的結(jié)構(gòu)的層疊體。圖案化的第一絕緣層3對(duì)應(yīng)于部分覆蓋絕緣層。以此方式，通過(guò)利用預(yù)先制造的柵電極2，借助自對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行圖案化而形成部分覆蓋絕緣層。隨后去除圖案化的柵電極2上的抗蝕劑層10。

(步驟[E])

本步驟是執(zhí)行熱處理的步驟。通過(guò)這種熱處理，作為氧化物半導(dǎo)體層4的一部分且被第一絕緣層3(部分覆蓋絕緣層)覆蓋的區(qū)域形成溝道層7，且另一方面，作為氧化物半導(dǎo)體層4的其他部分且具有未被第一絕緣層3(部分覆蓋絕緣層)覆蓋的暴露的主表面的區(qū)域的電阻率降低，且因此形成源電極5或漏電極6。源電極5和漏電極6也可用作像素電極。對(duì)于熱處理的方法來(lái)說(shuō)，引用有關(guān)制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法的說(shuō)明。

當(dāng)從上觀(guān)察所獲得的層疊體(頂柵型TFT)時(shí)，作為氧化物半導(dǎo)體層4的一部分的溝道層7的長(zhǎng)度等于柵電極2的寬度。更具體地，當(dāng)從上觀(guān)察層疊體時(shí)，溝道層7設(shè)置在柵電極2的正下方的區(qū)域中。因此，溝道層7和源電極5之間的界面位置以及溝道層7和漏電極6之間的界面位置等于柵電極2的端面的位置。

不僅氧化物半導(dǎo)體層4的一部分而且可通過(guò)與形成柵電極2的方法相同的方法形成的另一金屬層可作為信號(hào)布線(xiàn)。

(步驟[F])

如圖3中所示，可提供在層疊體表面上形成第三絕緣層9的步驟[F]。通常，第三絕緣層9形成在層疊體的整個(gè)主表面上。對(duì)于形成第三絕緣層9的方法來(lái)說(shuō)，引用有關(guān)制造底柵型半導(dǎo)體器件的方法的說(shuō)明。

可在執(zhí)行熱處理的步驟[E]之前執(zhí)行形成第三絕緣層9的步驟[F]，或在步驟[E]之后執(zhí)行。當(dāng)在執(zhí)行熱處理的步驟[E]之前執(zhí)行步驟[F]時(shí)，第三絕緣層9可以是上述低氧絕緣層。在這種情況下，第三絕緣層9例如可以是SiO_xN_y層(x＜1.5且y＞0.5)、SiN_x層或Al₂O_xN_y層(x＜3且y＞0)，且從降低源電極5和漏電極6的電阻率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選是SiN_x層。如上所述，為了從氧化物半導(dǎo)體層4分別地形成溝道層7、源電極5和漏電極6，第三絕緣層9的氧原子含量比優(yōu)選低于氧化物半導(dǎo)體層4的和/或從降低源電極5和漏電極6的電阻率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，第三絕緣層9的氧原子含量比優(yōu)選低于第一絕緣層3的。

另一方面，當(dāng)在步驟[E]之后執(zhí)行步驟[F]時(shí)，第三絕緣層9例如可以是SiO_x層、SiO_xN_y層、SiN_x層、AlO_x層、Al₂O_xN_y層等，且從保持源電極5和漏電極6的低電阻率觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為SiN_x層。

示例

<示例1至14：底柵型TFT的制造>

根據(jù)以下過(guò)程制造具有類(lèi)似于圖2中所示的底柵型TFT的構(gòu)造的TFT。首先，制備50mm高度×50mm寬度×0.6mm深度的無(wú)堿玻璃襯底作為襯底1，且通過(guò)濺射方法在襯底1上形成為柵電極2的100nm厚度的Mo電極。

隨后，將正型抗蝕劑材料涂布至柵電極2的表面上以由此形成抗蝕劑層，且在90℃的條件下執(zhí)行預(yù)烘焙60秒。隨后通過(guò)具有對(duì)應(yīng)于柵電極2的預(yù)定布線(xiàn)圖案的金屬膜的光掩模，借助紫外線(xiàn)(波長(zhǎng)：310至440nm)照射具有抗蝕劑層的襯底1。隨后，將具有抗蝕劑層的襯底1浸入顯影劑。在顯影時(shí)，保留其中紫外線(xiàn)被光掩模的金屬膜阻擋且未施加的區(qū)域中的抗蝕劑層。另一方面，對(duì)應(yīng)于不具有光掩模的金屬膜的部分的抗蝕劑層被穿過(guò)光掩模的玻璃的紫外線(xiàn)曝光，且在顯影時(shí)溶解在顯影劑中。顯影之后，以水清洗襯底1。

隨后，在水浴中，將襯底1浸入保持在30℃下的PAN[醋酸∶硝酸水溶液(61重量％)∶磷酸水溶液(85重量％)∶水＝4∶4∶16∶1(體積比)]水溶液，且由于顯影而具有暴露表面的柵電極2的部分被蝕刻直至暴露襯底1，且因此圖案化柵電極2。蝕刻之后，以水清洗襯底1，且柵電極2上的抗蝕劑層借助抗蝕劑剝離溶液被剝離并被去除。

隨后，作為非晶氧化物層的200nm厚度的SiO_x層通過(guò)等離子體CVD方法在襯底1的表面上以及圖案化的柵電極2上形成為第一絕緣層(柵絕緣層)3。SiH₄和N₂O的混合氣體用作原料氣體。

隨后，通過(guò)DC(直流)磁控濺射方法在第一絕緣層(柵絕緣層)3上形成氧化物半導(dǎo)體層4。具有3英寸(76.2mm)直徑的靶材的平面是濺射表面。主要由In₂O₃晶體組成且具有混合存在于其中的ZnO晶體、ZnWO₄晶體、In₂O₃(ZnO)_m(m是自然數(shù))晶體以及In₆WO₁₂晶體中至少一種以上的氧化物燒結(jié)體用作靶材。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層4包含鋯(Zr)時(shí)，在上述氧化物燒結(jié)體的制備期間添加ZrO₂，以由此制備氧化物燒結(jié)體。所形成的氧化物半導(dǎo)體層4的膜厚在表1中示出。通過(guò)借助透射電子顯微鏡觀(guān)測(cè)層截面，測(cè)量從層的最下表面至最上表面的距離，且用觀(guān)測(cè)放大率除以距離而計(jì)算氧化物半導(dǎo)體層4的膜厚。在五個(gè)點(diǎn)執(zhí)行距離的測(cè)量且由其平均值計(jì)算膜厚。

將更具體說(shuō)明氧化物半導(dǎo)體層4的形成。將具有柵電極2以及形成于其上的第一絕緣層(柵絕緣層)3的襯底1設(shè)置在濺射設(shè)備的膜形成腔中的水冷襯底基座上，以便暴露第一絕緣層3。上述靶材設(shè)置在60mm距離處以面對(duì)第一絕緣層3。膜形成腔中的真空度設(shè)定在約6x10^-5Pa且如下地濺射靶材。

首先，借助插入第一絕緣層3和靶材之間的擋板，將Ar(氬)氣和O₂(氧)氣的混合氣體引入膜形成腔中直至達(dá)到0.5Pa的壓力?；旌蠚怏w中的O₂氣的含量比為10體積％。將120W的DC電功率施加至靶材以引發(fā)濺射放電，且由此執(zhí)行靶材表面的清潔(預(yù)濺射)5分鐘。

隨后，將120W的DC電功率施加至相同靶材，且保持膜形成腔中的氣氛，去除上述擋板且在第一絕緣層3上形成氧化物半導(dǎo)體層4。偏壓沒(méi)有特別施加至襯底基座。襯底基座是水冷的或被加熱的，且在膜形成期間以及膜形成之后調(diào)節(jié)襯底1的溫度。對(duì)于示例和比較例來(lái)說(shuō)，在表1和表2中的“膜形成期間的熱處理”部分中描述“執(zhí)行”的情況下，襯底基座被加熱且襯底溫度在膜形成期間被調(diào)節(jié)為表1或表2中的“處理溫度”部分中所述的溫度，且由此與膜形成同時(shí)地執(zhí)行熱處理。加熱時(shí)間從氧化物半導(dǎo)體層4的形成之前至形成之后總計(jì)30分鐘。而且，在表1和表2中的“加熱處理”部分中描述“未執(zhí)行”的情況下，在膜形成期間未執(zhí)行加熱處理。在這種情況下，膜形成期間的襯底溫度約為20℃。在任意示例和比較例中，調(diào)節(jié)膜形成時(shí)間以便氧化物半導(dǎo)體層4的膜厚具有表1或表2中所示的值。

如上所述，通過(guò)利用氧化物燒結(jié)體靶材，通過(guò)DC(直流)磁控濺射形成氧化物半導(dǎo)體層4。

隨后，將正型抗蝕劑材料涂布在氧化物半導(dǎo)體層4上以由此形成抗蝕劑層，且在90℃的條件下執(zhí)行預(yù)烘焙60秒。隨后，通過(guò)具有對(duì)應(yīng)于氧化物半導(dǎo)體層4的預(yù)定布線(xiàn)圖案的金屬膜的光掩模，借助紫外線(xiàn)(波長(zhǎng)：310至440nm)照射具有抗蝕劑層的襯底1。隨后，將具有抗蝕劑層的襯底1浸入顯影劑。在顯影時(shí)，保留其中紫外線(xiàn)被光掩模的金屬膜阻擋且未施加的區(qū)域中的抗蝕劑層。另一方面，對(duì)應(yīng)于不具有光掩模的金屬膜的部分的抗蝕劑層被穿過(guò)光掩模的玻璃的紫外線(xiàn)曝光，且在顯影時(shí)溶解在顯影劑中。顯影之后，以水清洗襯底1。

隨后，在水浴中，將襯底1浸入保持在30℃下的″ITO-07A″溶液(由Kanto化學(xué)有限公司制造)中，且由于顯影而具有暴露表面的氧化物半導(dǎo)體層4的部分被蝕刻直至暴露下層的第一絕緣層(柵絕緣層)3，且因此圖案化氧化物半導(dǎo)體層4。蝕刻之后，以水清洗襯底1，且氧化物半導(dǎo)體層4上的抗蝕劑層借助抗蝕劑剝離溶液被剝離并被去除。

隨后，作為非晶氧化物層的200nm厚度的SiO_x層通過(guò)等離子體CVD方法在圖案化的氧化物半導(dǎo)體層4的整個(gè)暴露表面上形成為第二絕緣層(絕緣保護(hù)層)8(將形成部分覆蓋絕緣層的層)。即在由于上述蝕刻而暴露第一絕緣層(柵絕緣層)3的區(qū)域中，第一絕緣層(柵絕緣層)3和第二絕緣層8彼此接觸。SiH₄和N₂O的混合氣體用作原料氣體。

隨后，將正型抗蝕劑材料涂布在第二絕緣層8上以由此形成抗蝕劑層10，且在90℃的條件下執(zhí)行預(yù)烘焙60秒。因此獲得具有類(lèi)似于圖4(a)中所示的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的層疊體。隨后，以層疊體的襯底1的表面為上表面且抗蝕劑層10的表面為下表面，從上表面施加紫外線(xiàn)(波長(zhǎng)：310至440nm)。隨后，將具有抗蝕劑層10的襯底1浸入顯影劑。在層疊體中，僅柵電極2阻擋紫外線(xiàn)。因此，在顯影時(shí)，保留其中紫外線(xiàn)被柵電極2阻擋且未施加的區(qū)域中的抗蝕劑層10。另一方面，對(duì)應(yīng)于不具有柵電極2的部分的抗蝕劑層10被曝光且在顯影時(shí)溶解在顯影劑中。顯影之后，以水清洗襯底1。因此獲得具有類(lèi)似于圖4(b)中所示的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的層疊體。

隨后，在水浴中，將襯底1浸入保持在30℃下的含有緩沖劑的氫氟酸水溶液中，且由于顯影而具有暴露表面的第二絕緣層8的部分被蝕刻直至暴露氧化物半導(dǎo)體層4以及第一絕緣層(柵絕緣層)3，且因此圖案化第二絕緣層8。因此獲得具有類(lèi)似于圖4(c)中所示的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的層疊體。蝕刻之后，以水清洗襯底1，且柵電極2上的抗蝕劑層借助抗蝕劑剝離溶液被剝離并被去除。在這個(gè)階段，當(dāng)襯底1的表面是下表面時(shí)，層疊體具有覆蓋氧化物半導(dǎo)體層4的上表面(主表面)一部分的第二絕緣層8(部分覆蓋絕緣層)。暴露未被第二絕緣層8覆蓋的氧化物半導(dǎo)體層4的上表面(主表面)。

隨后，在250℃且10分鐘或350℃且10分鐘的條件下，在大氣壓氮?dú)鈿夥障聢?zhí)行熱處理。因此獲得具有類(lèi)似于圖4(d)中所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的層疊體(底柵型TFT)。通過(guò)這種熱處理，作為氧化物半導(dǎo)體層4的一部分并被第二絕緣層8(部分覆蓋絕緣層)覆蓋的區(qū)域形成溝道層7，且另一方面，作為氧化物半導(dǎo)體層4的另一部分且具有未被第二絕緣層8(部分覆蓋絕緣層)覆蓋的暴露的主表面的區(qū)域的電阻率降低，且因此可用作源電極5或漏電極6。當(dāng)從上觀(guān)察所獲得的層疊體時(shí)，作為氧化物半導(dǎo)體層4的一部分的溝道層7的長(zhǎng)度等于柵電極2的寬度。更具體地，當(dāng)從上觀(guān)察層疊體時(shí)，溝道層7設(shè)置在柵電極2正上方的區(qū)域中。因此，溝道層7和源電極5之間的界面位置以及溝道層7和漏電極6之間的界面位置等于柵電極2的端面的位置。第一絕緣層(柵絕緣層)3插入柵電極2和氧化物半導(dǎo)體層4之間。

最后，作為非晶氮化物的200nm厚的SiN_x層通過(guò)等離子體CVD方法在層疊體的整個(gè)暴露表面(包括氧化物半導(dǎo)體層4的暴露表面，第一絕緣層(柵絕緣層)3的暴露表面以及第二絕緣層8的暴露表面)上形成為第三絕緣層(絕緣保護(hù)層)9。因此獲得具有類(lèi)似于圖2的構(gòu)造的底柵型TFT。在其中由于上述蝕刻而暴露第一絕緣層(柵絕緣層)3的區(qū)域中，第一絕緣層(柵絕緣層)3以及第三絕緣層9彼此接觸。SiH₄和NH₃的混合氣體用作原料氣體。

在示例1中，在熱處理之后形成第三絕緣層9。但是也存在其中在熱處理之前形成第三絕緣層9的示例。對(duì)于示例和比較例來(lái)說(shuō)，在表1和表2中的“第三絕緣層9”的部分中描述“之前”的情況下，在熱處理之前形成第三絕緣層9。在描述“之后”的情況下，在熱處理之后形成第三絕緣層9。在描述“無(wú)”的情況下，未形成第三絕緣層9。當(dāng)在熱處理之前形成第三絕緣層9時(shí)，第三絕緣層9可以是低氧絕緣層。

對(duì)于示例1至14每一個(gè)中的由TFT所具有的形成溝道層7以及源電極5和漏電極6的氧化物半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，利用X射線(xiàn)光電子光譜(XPS)測(cè)量氧化物半導(dǎo)體中包含的鎢的鍵合能。隨后，確認(rèn)峰值位置不小于35eV且不大于36.5eV。因此，確認(rèn)上述氧化物半導(dǎo)體包含六價(jià)鎢。

<示例15至28：頂柵型TFT的制造>

根據(jù)以下過(guò)程制造具有類(lèi)似于圖3中所示的頂柵型TFT的構(gòu)造的TFT。首先，制備50mm高度×50mm寬度×0.6mm深度的無(wú)堿玻璃襯底作為襯底1，且通過(guò)DC(直流)磁控濺射方法在襯底1上形成氧化物半導(dǎo)體層4。具有3英寸(76.2mm)直徑的靶材的平面為濺射表面。主要由In₂O₃晶體組成且具有混合存在于其中的ZnO晶體、ZnWO₄晶體，In₂O₃(ZnO)_m(m是自然數(shù))晶體以及In₆WO₁₂晶體中至少一種以上的氧化物燒結(jié)體用作靶材。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層4包含鋯(Zr)時(shí)，在上述氧化物燒結(jié)體的制備期間添加ZrO₂，以由此制備氧化物燒結(jié)體。所形成的氧化物半導(dǎo)體層4的膜厚在表2中示出(測(cè)量方法如上所述)。

將更具體說(shuō)明氧化物半導(dǎo)體層4的形成。將襯底1設(shè)置在濺射設(shè)備的膜形成腔中的水冷襯底基座上。上述靶材設(shè)置在60mm距離處以面對(duì)襯底1。膜形成腔中的真空度設(shè)定在約6x10^-5Pa且如下濺射靶材。

首先，借助插入襯底1和靶材之間的擋板，將Ar(氬)氣和O₂(氧)氣的混合氣體引入膜形成腔中直至達(dá)到0.5Pa的壓力?；旌蠚怏w中的O₂氣的含量比為10體積％。將120W的DC電功率施加至靶材以引發(fā)濺射放電，且由此執(zhí)行靶材表面的清潔(預(yù)濺射)5分鐘。

隨后，將120W的DC電功率施加至相同靶材，且保持膜形成腔中的氣氛，去除上述擋板且在襯底1上形成氧化物半導(dǎo)體層4。偏壓沒(méi)有特別施加至襯底基座。襯底基座是水冷的或被加熱的，且在膜形成期間以及膜形成之后調(diào)節(jié)襯底1的溫度。

如上所述，通過(guò)利用氧化物燒結(jié)體靶材，通過(guò)DC(直流)磁控濺射方法形成氧化物半導(dǎo)體層4。

隨后，將正型抗蝕劑材料涂布在氧化物半導(dǎo)體層4上以由此形成抗蝕劑層，且在90℃的條件下執(zhí)行預(yù)烘焙60秒。隨后，通過(guò)具有對(duì)應(yīng)于氧化物半導(dǎo)體層4的預(yù)定布線(xiàn)圖案的金屬膜的光掩模，借助紫外線(xiàn)(波長(zhǎng)：310至440nm)照射具有抗蝕劑層的襯底1。隨后，將具有抗蝕劑層的襯底1浸入顯影劑。在顯影時(shí)，保留其中紫外線(xiàn)被光掩模的金屬膜阻擋且未施加的區(qū)域中的抗蝕劑層。另一方面，對(duì)應(yīng)于不具有光掩模的金屬膜的部分的抗蝕劑層被穿過(guò)光掩模的玻璃的紫外線(xiàn)曝光，且在顯影時(shí)溶解在顯影劑中。顯影之后，以水清洗襯底1。

隨后在水浴中，將襯底1浸入保持在30℃下的″ITO-07A″溶液(由Kanto化學(xué)有限公司制造)中，且由于顯影而具有暴露表面的氧化物半導(dǎo)體層4的部分被蝕刻直至暴露下層的襯底1，且因此圖案化氧化物半導(dǎo)體層4。蝕刻之后，以水清洗襯底1，且氧化物半導(dǎo)體層4上的抗蝕劑層借助抗蝕劑剝離溶液被剝離并被去除。

隨后作為非晶氧化物層的200nm厚度的SiO_x層通過(guò)等離子體CVD方法在襯底1的表面上以及圖案化的氧化物半導(dǎo)體層4上形成為第一絕緣層(柵絕緣層)3。SiH₄和N₂O的混合氣體用作原料氣體。

隨后，100nm厚度的Mo電極通過(guò)濺射方法在第一絕緣層(柵絕緣層)3上形成為柵電極2。因此獲得具有類(lèi)似于圖5(a)中所示的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的層疊體。

隨后，將正型抗蝕劑材料涂布在柵電極2的表面上以由此形成抗蝕劑層10，且在90℃的條件下執(zhí)行預(yù)烘焙60秒。(隨后，通過(guò)具有對(duì)應(yīng)于柵電極2的預(yù)定布線(xiàn)圖案的金屬膜的光掩模，借助紫外線(xiàn)(波長(zhǎng)：310至440nm)照射具有抗蝕劑層10的襯底1。隨后，將具有抗蝕劑層10的襯底1浸入顯影劑。在顯影時(shí)，保留其中紫外線(xiàn)被光掩模的金屬膜阻擋且未施加的區(qū)域中的抗蝕劑層10。另一方面，對(duì)應(yīng)于不具有光掩模的金屬膜的部分的抗蝕劑層10被穿過(guò)光掩模的玻璃的紫外線(xiàn)曝光且在顯影時(shí)溶解在顯影劑中。顯影之后，以水清洗襯底1。因此獲得具有類(lèi)似于圖5(b)中所示的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的層疊體。

隨后，在水浴中，將襯底1浸入保持在30℃下的PAN[醋酸∶硝酸水溶液(61重量％)∶磷酸水溶液(85重量％)∶水＝4∶4∶16∶1(體積比)]水溶液，且由于顯影而具有暴露表面的柵電極2的部分被蝕刻直至暴露第一絕緣層(柵絕緣層)3，且因此圖案化柵電極2。蝕刻之后，以水清洗襯底1。

隨后，在水浴中，將襯底1浸入保持在30℃下的含有緩沖劑的氫氟酸水溶液中，且利用圖案化的柵電極2，由于上述蝕刻而具有暴露表面的第一絕緣層(柵絕緣層)3的部分被蝕刻直至暴露氧化物半導(dǎo)體層4以及襯底1，且因此圖案化第一絕緣層3。因此獲得具有類(lèi)似于圖5(c)中所示的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的層疊體。蝕刻之后，以水清洗襯底1，且柵電極2上的抗蝕劑層10借助抗蝕劑剝離溶液被剝離并被去除。在這個(gè)階段，當(dāng)襯底1的表面是下表面時(shí)，層疊體具有覆蓋氧化物半導(dǎo)體層4的上表面(主表面)一部分的第一絕緣層(柵絕緣層)3(部分覆蓋絕緣層)。暴露未被第一絕緣層(柵絕緣層)3覆蓋的氧化物半導(dǎo)體層4的上表面(主表面)。

隨后，在250℃且1秒鐘或350℃且1秒鐘的條件下，在大氣壓氮?dú)鈿夥障聢?zhí)行熱處理。因此獲得具有類(lèi)似于圖5(d)中所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的層疊體(頂柵型TFT)。通過(guò)這種熱處理，作為氧化物半導(dǎo)體層4的一部分并被第一絕緣層(柵絕緣層)3覆蓋的區(qū)域形成溝道層7，且其他方面，作為氧化物半導(dǎo)體層4的另一部分且具有未被第一絕緣層(柵絕緣層)3覆蓋的暴露的主表面的區(qū)域的電阻率降低，且因此可用作源電極5或漏電極6。當(dāng)從上觀(guān)察所獲得的層疊體時(shí)，作為氧化物半導(dǎo)體層4的一部分的溝道層7的長(zhǎng)度等于柵電極2的寬度。更具體地，當(dāng)從上觀(guān)察層疊體時(shí)，溝道層7設(shè)置在柵電極2的正下方的區(qū)域中。因此，溝道層7和源電極5之間的界面位置以及溝道層7和漏電極6之間的界面位置等于柵電極2的端面的位置。第一絕緣層(柵絕緣層)3插入柵電極2和氧化物半導(dǎo)體層4之間。

最后，作為非晶氮化物的200nm厚的SiN_x層通過(guò)等離子體CVD方法在層疊體的整個(gè)暴露表面(包括氧化物半導(dǎo)體層4的暴露表面，柵電極2的暴露表面以及襯底1的暴露表面)上形成為第三絕緣層(絕緣保護(hù)層)9。因此獲得具有類(lèi)似于圖3的構(gòu)造的頂柵型TFT。在其中由于上述蝕刻而暴露襯底1的區(qū)域中，襯底1以及第三絕緣層9彼此接觸。SiH₄和NH₃的混合氣體用作原料氣體。

在示例15中，在熱處理之后形成第三絕緣層9。但是如上所述，也存在其中在熱處理之前形成第三絕緣層9的示例。當(dāng)在熱處理之前形成第三絕緣層9時(shí)，第三絕緣層9可以是低氧絕緣層。

對(duì)于示例15至28每一個(gè)中的由TFT所具有的形成溝道層7以及源電極5和漏電極6的氧化物半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，利用X射線(xiàn)光電子光譜(XPS)測(cè)量氧化物半導(dǎo)體中包含的鎢的鍵合能。隨后，確認(rèn)峰值位置不小于35eV且不大于36.5eV。因此，確認(rèn)上述氧化物半導(dǎo)體包含六價(jià)鎢。

<比較例1>

類(lèi)似于示例15至28地制造頂柵型TFT，除了具有In∶Ga∶Zn＝1∶1∶1的原子數(shù)比的氧化物燒結(jié)體用作形成氧化物半導(dǎo)體層4的靶材之外。即使在350℃且10分鐘的條件下，在大氣壓氮?dú)鈿夥障聢?zhí)行熱處理時(shí)，源電極5和漏電極6的電阻率也不會(huì)降低且這種頂柵型TFT不能被驅(qū)動(dòng)作為T(mén)FT。

<比較例2>

類(lèi)似于示例15至28地制造頂柵型TFT，除了采用表2中所示的制造條件之外。主要由In₂O₃晶體組成且具有混合地存在于其中的ZnO晶體和ZrO₂晶體的氧化物燒結(jié)體[In∶Zn＝1∶0.28(原子數(shù)比)]用作用于形成氧化物半導(dǎo)體層4的靶材。

<比較例3>

類(lèi)似于示例15至28地制造頂柵型TFT，除了采用表2中所示的制造條件之外。主要由In₂O₃晶體組成且具有混合地存在于其中的WO₃晶體和ZrO₂晶體的氧化物燒結(jié)體[In∶W＝1∶0.06(原子數(shù)比)]用作用于形成氧化物半導(dǎo)體層4的靶材。執(zhí)行與上述測(cè)量相同的測(cè)量且確認(rèn)形成氧化物半導(dǎo)體層4的氧化物半導(dǎo)體包含六價(jià)鎢。

<比較例4>

類(lèi)似于示例15至28地制造頂柵型TFT，除了采用表2中所示的制造條件之外。主要由In₂O₃晶體組成且具有混合地存在于其中的ZrO₂晶體的氧化物燒結(jié)體(Zr含量：6×10¹⁸原子/cm³)用作用于形成氧化物半導(dǎo)體層4的靶材。

[測(cè)量和評(píng)估]

(1)形成溝道層，源電極和漏電極的氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶度，W含量比、Zn含量比、Zn/W比以及Zr含量

根據(jù)上述測(cè)量方法和定義評(píng)估所制造的TFT的氧化物半導(dǎo)體層4(即溝道層7、源電極5和漏電極6)的結(jié)晶度。結(jié)果在表1和表2中示出。在表1和表2中，“N”是指氧化物半導(dǎo)體層4(即溝道層7、源電極5和漏電極6)由納米晶氧化物組成，且“A”是指氧化物半導(dǎo)體層4(即溝道層7、源電極5和漏電極6)由非晶氧化物組成。

氧化物半導(dǎo)體層4(即溝道層7、源電極5和漏電極6)中的In，W和Zn的含量通過(guò)RBS(盧瑟福背散射分析)測(cè)量。基于這些含量，獲得氧化物半導(dǎo)體層4中的W含量比(原子％，在表1和表2中表示為“W含量比”)、Zn含量比(原子％，在表1和表2中表示為“Zn含量比”)以及Zn/W比(原子數(shù)比率，在表1和表2中表示為“Zn/W比”)。結(jié)果顯示在表1和表2中。

此外，根據(jù)上述測(cè)量方法，利用次級(jí)離子光譜(SIMS)測(cè)量氧化物半導(dǎo)體層4中的Zr含量(原子/cm³，在表1和表2中表示為“Zr含量”)。結(jié)果顯示在表1和表2中。

在In含量比、W含量比、Zn含量比、Zn/W比以及Zr含量方面，形成溝道層7的氧化物半導(dǎo)體層4(第一氧化物半導(dǎo)體)與形成源電極5和漏電極6的氧化物半導(dǎo)體層4(第二氧化物半導(dǎo)體)相同。

(2)溝道層、源電極以及漏電極的電阻率測(cè)量

通過(guò)下述方法獲得溝道層7的電阻率。測(cè)量探針接觸源電極5和漏電極6。隨后，在電壓從1V改變至20V且將該電壓施加至源電極5和漏電極6之間的同時(shí)測(cè)量源漏電流I_ds。當(dāng)繪制I_ds-V_ds曲線(xiàn)時(shí)的斜率涉及電阻R。由這個(gè)電阻R以及溝道長(zhǎng)度C_L(30μm)，溝道寬度C_w(40μm)以及膜厚t，溝道層7的電阻率可確定為R×C_w×t/C_L。在所有示例和比較例中，溝道層7的電阻率不低于10^-1Ωcm。

通過(guò)下述方法獲得源電極5和漏電極6的電阻率。通過(guò)與制造TFT的前述方法中用于源電極5和漏電極6相同的方法制造具有長(zhǎng)度M_L(150μm)以及寬度M_w(30μm)的尺寸的氧化物半導(dǎo)體層4。兩個(gè)測(cè)量探針接觸所獲得的氧化物半導(dǎo)體層4的寬度方向上且終止于其長(zhǎng)度方向上的中心位置的兩個(gè)位置。隨后，測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)量探針之間流動(dòng)的I，同時(shí)電壓V_t從1V改變至20V并將電壓V_t施加至測(cè)量探針。當(dāng)繪制I-V_t曲線(xiàn)圖時(shí)的斜率涉及電阻R。由這個(gè)電阻R以及長(zhǎng)度M_L(150μm)，寬度M_w(30μm)以及膜厚t，源電極5和漏電極6的電阻率可確定為R×M_w×t/M_L。測(cè)量結(jié)果顯示在表1和表2中。在表1和表2中，源電極5和漏電極6的電阻率表示為“S/D電阻率”。

(3)TFT特性的評(píng)估

如下評(píng)估所制造的TFT的特性。首先，測(cè)量探針接觸柵電極2，源電極5和漏電極6。將0.2V的源漏電壓V_ds施加至源電極5和漏電極6之間，且施加至源電極5和柵電極2之間的源柵電壓V_gs從-30V改變至20V且在此時(shí)測(cè)量源漏電流I_ds。隨后，繪制源柵電壓V_gs以及源漏電流I_ds的平方根[(I_ds)^1/2]之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖(以下這種曲線(xiàn)圖也被稱(chēng)為“V_gs-(I_ds)^1/2曲線(xiàn)”)。在V_gs-(I_ds)^1/2曲線(xiàn)上繪制切線(xiàn)，且定義為閾值電壓V_th的是與具有切線(xiàn)的最大斜率的點(diǎn)相切的切線(xiàn)與x軸相交的交點(diǎn)(x截距)(V_gs)。針對(duì)在氮?dú)鈿夥障拢?50℃下執(zhí)行上述熱處理時(shí)的TFT以及在氮?dú)鈿夥障?，?50℃下執(zhí)行上述熱處理時(shí)的TFT測(cè)量閾值電壓V_th。結(jié)果在表1和表2中示出。

此外，根據(jù)下述等式[a]，通過(guò)相對(duì)于源柵電壓V_gs求源漏電流I_ds的微分而推導(dǎo)出g_m：

g_m＝dI_ds/dV_gs [a]。

隨后，通過(guò)利用當(dāng)V_gs＝15.0V時(shí)的g_m值，基于下述等式[b]計(jì)算場(chǎng)效應(yīng)遷移率μ_fe：

μ_fe＝g_m×C_L/(C_w×C_i×V_ds) [b]。

在上述等式[b]中，溝道長(zhǎng)度C_L為30μm且溝道寬度C_w為40μm。此外，第一絕緣層(柵絕緣層)3的電容C_i為3.4×10^-8F/cm²，且源漏電壓V_ds為0.2V。針對(duì)在氮?dú)鈿夥障?，?50℃下執(zhí)行上述熱處理時(shí)的TFT以及在氮?dú)鈿夥障?，?50℃下執(zhí)行上述熱處理時(shí)的TFT測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)遷移率μ_fe。結(jié)果在表1和表2中示出。

而且，執(zhí)行以下可靠性評(píng)估測(cè)試。將施加至源電極5和柵電極2之間的源柵電壓V_gs固定為+35V，持續(xù)這種源柵電壓V_gs的施加1小時(shí)。通過(guò)利用上述方法，在施加開(kāi)始后獲得1秒，15秒，150秒，450秒以及2500秒的閾值電壓V_th，且獲得最大閾值電壓V_th和最小閾值電壓V_th之間的差ΔV_th。確定隨著ΔV_th變得較小，可靠性變得較高。針對(duì)在氮?dú)鈿夥障?，?50℃下執(zhí)行上述熱處理時(shí)的TFT以及在氮?dú)鈿夥障拢?50℃下執(zhí)行上述熱處理時(shí)的TFT測(cè)量ΔV_th。結(jié)果在表1和表2中示出。

應(yīng)當(dāng)理解的是本文公開(kāi)的實(shí)施例在各個(gè)方面都是說(shuō)明性而非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求的項(xiàng)限定，而不是由上述實(shí)施例限定，且旨在涵蓋等效于權(quán)利要求的項(xiàng)的含義和范圍中的任意變型。

參考符號(hào)列表

1襯底；2柵電極；3第一絕緣層(柵絕緣層)；4氧化物半導(dǎo)體層；5源電極；6漏電極；7溝道層；8絕緣保護(hù)層(第二絕緣層)；9絕緣保護(hù)層(第三絕緣層)；10抗蝕劑層；11低氧絕緣層；12柵電極的寬度；13柵電極的距離；14溝道層的寬度；15溝道層的長(zhǎng)度。