氧化物半導(dǎo)體薄膜的評價(jià)方法，和氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理方法，以及用于上述評價(jià) ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于液晶顯示器和有機(jī)EL顯示器等的顯示裝置的薄膜晶體管（thin filmtransistor，TFT)的半導(dǎo)體層用氧化物（氧化物半導(dǎo)體薄膜）的評價(jià)方法和品質(zhì)管 理方法，以及用于上述評價(jià)方法的評價(jià)元件和評價(jià)裝置。詳細(xì)地說，是涉及非破壞且非接觸 地判定和評價(jià)氧化物半導(dǎo)體薄膜的應(yīng)力耐受性的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 非晶（非晶質(zhì)）氧化物半導(dǎo)體薄膜，與通用的非晶硅（a-Si)相比具有高載流子迀 移率，光學(xué)帶隙大，能夠以低溫成膜，因此期待其面向要求大型/高分辨率/高速驅(qū)動的下 一代的顯示器、耐熱性低的樹脂基板等的應(yīng)用。
[0003] 氧化物半導(dǎo)體薄膜之中，特別是由銦（In)、鎵（Ga)、鋅（Zn)和氧構(gòu)成的非晶氧 化物半導(dǎo)體薄膜（In-Ga-Zn-0,以下有稱為"IGZ0"的情況。），因?yàn)榫哂蟹浅８叩妮d流 子迀移率，所以優(yōu)選使用。例如在非專利文獻(xiàn)1和2中，公開的是將In:Ga:Zn= 1. 1 : 1.1 : 0.9 (原子％比）的氧化物半導(dǎo)體薄膜用于TFT的半導(dǎo)體層（活性層）。另外， 在專利文獻(xiàn)1中，公開有一種含有In、Zn、Sn、Ga等的元素和Mo,相對于非晶氧化物中的全 部金屬原子數(shù)，Mo的原子組成比率為0. 1~5原子％的非晶氧化物，在實(shí)施例中，公開有一 種使用了在IGZ0中添加有Mo的活性層的TFT。
[0004] 但是，關(guān)于氧化物半導(dǎo)體薄膜，已知會由于在成膜工序及其后的熱處理中產(chǎn)生的 各種各樣的偏差而發(fā)生特性變化。例如，由于在成膜工序中產(chǎn)生的晶格缺陷和膜中的氫，導(dǎo) 致支配TFT特性的載流子濃度發(fā)生較大變化，TFT特性容易發(fā)生偏差。因此，在顯示裝置等 的制造工序中，從提高生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，評價(jià)成膜的氧化物半導(dǎo)體薄膜的特性，反饋其結(jié) 果并調(diào)整制造條件，進(jìn)行膜質(zhì)的品質(zhì)管理很重要。
[0005] 作為現(xiàn)有的氧化物半導(dǎo)體薄膜的特性評價(jià)方法，通常，在氧化物半導(dǎo)體薄膜上形 成柵極絕緣膜和鈍化絕緣膜而進(jìn)行帶電極之后，測量霍耳效應(yīng)，測量迀移率和閾值等的特 性。但是，在上述這樣的需要帶電極的接觸型的特性評價(jià)方法中，為了帶電極要花費(fèi)時(shí)間和 成本。另外，由于進(jìn)行帶電極，氧化物半導(dǎo)體薄膜有可能產(chǎn)生新的缺陷。從制造成品率提高 等的觀點(diǎn)出發(fā)，要求確立一種不需要帶電極的非接觸型的特性評價(jià)方法。
[0006]因此，作為不用進(jìn)行帶電極，以非接觸方式管理氧化物半導(dǎo)體薄膜的膜質(zhì)的方法， 在專利文獻(xiàn)2中，公開有一種通過微波光導(dǎo)電衰減法，定性或定量地評價(jià)氧化物半導(dǎo)體薄 膜的迀移率的方法。
[0007] 另外，在使用了氧化物半導(dǎo)體薄膜的TFT中，不僅要求前述的迀移率，而且還要求 對光照射和電壓外加等的應(yīng)力的耐性（應(yīng)力耐受性）優(yōu)異。所謂應(yīng)力耐受性，意思是對 于晶體管等的半導(dǎo)體元件，即使施加例如持續(xù)照射光或持續(xù)外加?xùn)烹妷旱鹊膽?yīng)力，在漏電 流-柵電壓特性（IV特性）中，閾值電壓（Vth)也不會漂移[即，應(yīng)力外加前后的Vth的變 化量（AVth)少]。
[0008] 例如在有機(jī)EL顯示器中造成的問題是，使有機(jī)EL元件發(fā)光期間，會對驅(qū)動TFT的 柵電極持續(xù)外加正電壓，但由于電壓的外加，導(dǎo)致電荷在柵極絕緣膜與半導(dǎo)體層的界面被 捕獲，Vth發(fā)生變化，開關(guān)特性發(fā)生變化。如此在使用TFT時(shí)，若由于電壓外加形成的應(yīng)力 導(dǎo)致開關(guān)特性變化，則招致液晶顯示器和有機(jī)EL顯示器等的顯示裝置自身的可靠性降低， 因此盼望應(yīng)力耐受性的提高。
[0009] 關(guān)于上述應(yīng)力耐受性的評價(jià)，因?yàn)橐脖谎趸锇雽?dǎo)體薄膜的膜質(zhì)左右，所以與前 述的迀移率同樣，優(yōu)選以非接觸方式簡便地進(jìn)行評價(jià)。但是，目前存在的問題是，在進(jìn)行帶 電極之后，必須實(shí)際進(jìn)行長時(shí)間的應(yīng)力條件下的測量。
[0010] 【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0011] 專利文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2009-164393號公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2012-33857號公報(bào)
[0014] 非專利文獻(xiàn)
[0015] 非專利文獻(xiàn)1:固體物理，V0L44,P621 (2009)
[0016]非專利文獻(xiàn) 2 :Nature，V0L432,P488(2004)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明鑒于上述情況而形成，其目的在于，提供一種非接觸型，并準(zhǔn)確且簡便地測 量、評價(jià)（預(yù)測?推斷）氧化物半導(dǎo)體薄膜的應(yīng)力耐受性（由于應(yīng)力而產(chǎn)生的閾值電壓的 漂移量、AVth)的方法和氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理方法。
[0018] 本發(fā)明的另一目的在于，提供一種用于上述評價(jià)方法的評價(jià)元件及評價(jià)裝置。
[0019] 能夠解決上述課題的本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜的評價(jià)方法，其特征在于，包括 如下工序：第一工序，其是對形成有氧化物半導(dǎo)體薄膜的試樣照射激發(fā)光和微波，測量因所 述激發(fā)光的照射而發(fā)生變化的所述微波的來自所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的反射波的最大值 之后，停止所述激發(fā)光的照射，并測量所述激發(fā)光的照射停止后的所述微波的來自所述氧 化物半導(dǎo)體薄膜的反射波的反射率的變化；第二工序，其是根據(jù)所述反射率的時(shí)間上的變 化，計(jì)算激發(fā)光的照射停止后1yS左右出現(xiàn)的慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)，由此評價(jià)所述氧化物 半導(dǎo)體薄膜的應(yīng)力耐受性。
[0020] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述第二工序?yàn)槿缦拢河杉ぐl(fā)光的照射停止后 1yS左右出現(xiàn)的微波反射率的慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)和微波反射率的最大值這兩者對所述 氧化物半導(dǎo)體薄膜的應(yīng)力耐受性進(jìn)行評價(jià)。
[0021 ] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述參數(shù)是壽命值。
[0022] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述氧化物半導(dǎo)體薄膜含有從In、Ga、Zn和Sn所 構(gòu)成的群中選擇的至少一種以上的元素。
[0023] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述氧化物半導(dǎo)體薄膜被成膜于柵極絕緣膜的表 面上。
[0024] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述氧化物半導(dǎo)體薄膜在其表面上具有保護(hù)膜。
[0025]另外，能夠解決上述課題的本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理方法，其具有 的要旨在于，在半導(dǎo)體制造工序的任意一道工序中，應(yīng)用上述的氧化物半導(dǎo)體薄膜的評價(jià) 方法。
[0026]另外，本發(fā)明中也包括，在半導(dǎo)體制造工序的任意一道工序中，使用上述的品質(zhì)管 理方法的氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理裝置。
[0027] 另外，能夠解決上述課題的本發(fā)明的評價(jià)元件，其具有的要旨在于，是用于上述的 任一項(xiàng)所述的評價(jià)方法的、在基板之上形成有氧化物半導(dǎo)體薄膜的評價(jià)元件。
[0028] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，是上述氧化物半導(dǎo)體薄膜直接形成于基板的表面 上而成的。
[0029] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，是上述氧化物半導(dǎo)體薄膜直接形成于柵極絕緣膜 的表面上而成的。
[0030] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，在上述氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面上形成有保護(hù) 膜。
[0031] 另外，能夠解決上述課題的本發(fā)明的評價(jià)裝置，是上述的任意一項(xiàng)所述的評價(jià)元 件被多個(gè)排列在基板上的裝置。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，能夠以非接觸型方式，準(zhǔn)確且簡便地評價(jià)?預(yù)測?測量氧化物半導(dǎo)體 薄膜的應(yīng)力耐受性（因應(yīng)力而產(chǎn)生的閾值電壓的漂移量、AVth)。
[0033] 通過將本發(fā)明的評價(jià)方法，適用于半導(dǎo)體制造工序的任意一道工序，可以進(jìn)行TFT 的制造工藝途中的氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明，也可提供用于上述的各工序的評價(jià)元件和評價(jià)裝置。
【附圖說明】
[0035] 圖1是表示實(shí)施例1的微波光導(dǎo)電衰減測量結(jié)果的圖。
[0036] 圖2是表示用于實(shí)施例1和2的氧化物半導(dǎo)體TFT的構(gòu)造的概略圖。
[0037] 圖3是表示在實(shí)施例1中，預(yù)退火時(shí)間與AVth或壽命的關(guān)系的圖。
[0038] 圖4是表示在實(shí)施例2中，試樣1~3的微波光導(dǎo)電衰減測量結(jié)果的圖。
[0039]圖5是表示本發(fā)明的評價(jià)元件的構(gòu)成的一例的概略圖。
[0040]圖6是表示本發(fā)明的評價(jià)元件的其他構(gòu)成的一例的概略圖，與實(shí)施例3的評價(jià)元 件1對應(yīng)。
[0041]圖7是表示本發(fā)明的評價(jià)元件的其他構(gòu)成的一例的概略圖，與實(shí)施例3的評價(jià)元 件2對應(yīng)。
[0042]圖8是表示本發(fā)明的評價(jià)元件的其他構(gòu)成的一例的概略圖，與實(shí)施例3的評價(jià)元 件3對應(yīng)。
[0043] 圖9是表示本發(fā)明的評價(jià)裝置的構(gòu)成的一例的概略圖。
[0044] 圖10是在實(shí)施例3中，表示評價(jià)元件1~3的微波光導(dǎo)電衰減測量結(jié)果的圖。
[0045] 圖11是在實(shí)施例4中，表示評價(jià)元件1~3的微波光導(dǎo)電衰減測量結(jié)果的圖。
[0046]圖12是表示本發(fā)明的評價(jià)元件的其他構(gòu)成的一例的概略圖，與實(shí)施例1和實(shí)施例 5的評價(jià)元件對應(yīng)。
[0047]圖13是表示本發(fā)明的評價(jià)元件的其他構(gòu)成的一例的概略圖，與實(shí)施例4的評價(jià)元 件2對應(yīng)。
[0048] 圖14是表示本發(fā)明的評價(jià)元件的其他構(gòu)成的一例的概略圖，與實(shí)施例6的評價(jià)元 件對應(yīng)。
[0049] 圖15是表不實(shí)施例5的微波光導(dǎo)電衰減測量結(jié)果的圖，圖15 (a)表不氧添加量 4%的測量結(jié)果，圖15(b)表示氧添加量8%的測量結(jié)果。
[0050] 圖16是在實(shí)施例5中，表示預(yù)退火溫度與AVth或壽命的關(guān)系的圖，圖16(a)表 示氧添加量4%的測量結(jié)果，圖16(b)表示氧添加量8%的測量結(jié)果。
[0051] 圖17是表不實(shí)施例6的微波光導(dǎo)電衰減測量結(jié)果的圖。
[0052] 圖18是在實(shí)施例6中，表示成膜溫度與AVth或壽命的關(guān)系的圖。
[0053] 圖19是表示實(shí)施例7的結(jié)果的圖，縱軸是有無保護(hù)膜時(shí)的峰值比和壽命的比。
[0054] 圖20是在實(shí)施例8中，表示預(yù)退火時(shí)間與AVth(圖中，?），和預(yù)退火時(shí)間與 t2(圖中，A)的關(guān)系的圖。
[0055] 圖20 (a)表示根據(jù)評價(jià)2得出的t2，圖20 (b)表示根據(jù)評價(jià)3得出的t2。
[0056] 圖21是表示實(shí)施例9的結(jié)果的圖。圖21(a)是表示預(yù)退火時(shí)間與AVth(圖 中，魯），和預(yù)退火時(shí)間與參數(shù)B(圖中，)的關(guān)系的圖，圖21(b)是表示預(yù)退火時(shí)間與 AVth(圖中，魯），和預(yù)退火時(shí)間與參數(shù)C(圖中，?)的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057] 本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜的評價(jià)方法，包括如下工序：第一工序，其是對形成 有氧化物半導(dǎo)體薄膜的試樣照射激發(fā)光和微波，測量因所述激發(fā)光的照射而變化的所述微 波從所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的反射波的最大值之后，停止所述激發(fā)光的照射，測量所述激 發(fā)光的照射停止后的所述微波從所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的反射波的反射率的變化；第二工 序，其是根據(jù)所述反射率的變化，計(jì)算在激發(fā)光的照射停止后1yS左右出現(xiàn)的慢衰減所對 應(yīng)的參數(shù)，評價(jià)所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的應(yīng)力耐受性。
[0058] S卩，本發(fā)明是利用前述專利文獻(xiàn)2所述的微波光導(dǎo)電衰減法。具體來說，本發(fā)明的 特征在于，發(fā)現(xiàn)了在根據(jù)前述專利文獻(xiàn)2的方法得到的微波的衰減之中，激發(fā)光的照射停 止后1yS左右出現(xiàn)的慢速微波衰減波形（微波衰減的程度），與氧化物半導(dǎo)體薄膜的應(yīng)力 耐受性（AVth)具有密切的相關(guān)關(guān)系，作為能夠以非接觸型方式，準(zhǔn)確且簡便地評價(jià)?預(yù) 測?測量應(yīng)力耐受性的指標(biāo)極其有用。
[0059] 在本說明書中，作為上述"激發(fā)光的照射停止后1ys左右出現(xiàn)的慢衰減所對應(yīng)的 參數(shù)"，例如，可列舉如下等：微波反射強(qiáng)度至成為最大值的l/e2的時(shí)間；對于微波反射強(qiáng)度 從最大值的1/e至成為最大值的1/e2的反射波強(qiáng)度的衰減曲線進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換的斜率（日 文原文：傾g)，或該斜率的倒數(shù)的絕對值；激發(fā)光的照射停止后1ys~2ys左右的反射 波強(qiáng)度的衰減曲線的斜率，或該斜率的倒數(shù)的絕對值；激發(fā)光的照射停止后1yS左右出現(xiàn) 的微波的反射波強(qiáng)度；以2個(gè)指數(shù)函數(shù)的和表示微波的反射波的衰減時(shí)，所得到的經(jīng)過對 數(shù)轉(zhuǎn)換的斜率之中的長的一方的值，或該斜率的倒數(shù)的絕對值。在此，上述所謂"以2個(gè)指 數(shù)函數(shù)的和表示微波的反射波的衰減時(shí)，所得到的經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的斜率"，例如，意思是后述 的實(shí)施例8的式（1)、式（2)所述的tpt2。在上述實(shí)施例8中，上述所謂"以2個(gè)指數(shù)函 數(shù)的和表示微波的反射波的衰減，所得到的經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的斜率之中的長的一方的值"，意思 7E"* 2 °
[0060] 上述參數(shù)之中，優(yōu)選的是，對于某個(gè)范圍內(nèi)的微波反射波強(qiáng)度的衰減曲線進(jìn)行了 對數(shù)轉(zhuǎn)換的斜率，或該