專利名稱：：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，并且尤其涉及包含氧化物半導(dǎo)體薄膜層的半導(dǎo)體器件，其中氧化物半導(dǎo)體薄膜層主要包括氧化鋅。
背景技術(shù)：
：諸如氧化鋅或氧化鋅鎂(magnesiumzincoxide)的氧化物作為半導(dǎo)體(有源層)具有極優(yōu)的特性，這已經(jīng)為公眾所知許多年了。最近幾年中，為了將這種半導(dǎo)體薄膜層應(yīng)用于電子器件，例如薄膜晶體管(以下縮寫為TFT)、光發(fā)射器件和透明導(dǎo)電膜，已經(jīng)對(duì)使用這些化合物的半導(dǎo)體薄膜層進(jìn)行了活躍的研究和開發(fā)。與具有非晶硅(a-Si:H)半導(dǎo)體薄膜層的非晶硅TFT相比，包括由氧化鋅或氧化鋅鎂制成的半導(dǎo)體薄膜層的氧化物TFT具有更大的電子遷移率和更好的TFT特性，其已經(jīng)主要用于液晶顯示器。氧化物TFT的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)榫w薄膜即使在低至室溫的溫度中均能形成，所以可預(yù)期高電子遷移率。這些優(yōu)點(diǎn)一直在激勵(lì)著氧化物TFT的發(fā)展。已報(bào)道了使用氧化物半導(dǎo)體薄膜層的TFT，如底柵型TFT和頂柵型TFT。例如，底柵型TFT包括襯底、在襯底上形成的柵電極、在柵電極上形成的柵極絕緣薄膜、主要包括氧化鋅并設(shè)置在柵電極的上表面上的氧化物半導(dǎo)體薄膜層、與氧化物半導(dǎo)體薄膜層連接的一對(duì)源/漏電極。用類似于制造底柵型非晶硅TFT的方法制造底柵型氧化物TFT，該制造方法已經(jīng)工業(yè)化。這種底柵型結(jié)構(gòu)廣泛用在氧化鋅TFT中。另一方面，頂柵型TFT包括，例如襯底、在襯底上形成的一對(duì)源/漏電極、在源/漏電極上形成的氧化物半導(dǎo)體薄膜層、在氧化物半導(dǎo)體薄膜層上形成的柵極絕緣膜以及在柵極絕緣膜上形成的柵電極。在底柵型TFT中，氧化物半導(dǎo)體薄膜層在柵極絕緣膜上形成。在有著這種結(jié)構(gòu)的底柵型TFT中，在氧化物半導(dǎo)體薄膜層形成的早期階段所沉積的氧化物半導(dǎo)體薄膜層的不完全晶化區(qū)，通常用作有源層。這樣導(dǎo)致不充分的電子遷移率。另一方面，在頂柵型TFT中，柵極絕緣膜設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體薄膜層上。這意味著在氧化物半導(dǎo)體薄膜層的上部的完全晶化區(qū)用作有源層。在這一方面，頂柵型TFT比底柵型TFT更有用。傳統(tǒng)地，優(yōu)選使用有著高c軸晶體取向的氧化鋅半導(dǎo)體薄膜層。在這種氧化鋅半導(dǎo)體薄膜層中，晶粒具有與垂直于基底的方向一致的c軸。使用在某一方向具有擇優(yōu)取向的氧化鋅半導(dǎo)體薄膜層被認(rèn)為提高包括有該氧化鋅半導(dǎo)體薄膜層的薄膜晶體管(TFT)的電子遷移率。公知具有高C軸晶體取向的基于氧化鋅的膜，可通過在500度C或更低的溫度下濺射的方法形成。然而，還沒有進(jìn)行過關(guān)于針對(duì)非C軸取向的其他取向的取向控制的報(bào)道或關(guān)于非晶氧化鋅的報(bào)道。另一方面，有關(guān)加強(qiáng)TFT半導(dǎo)體薄膜層的c軸取向已經(jīng)進(jìn)行了多種研究。而且，在第2787198號(hào)日本專利中公開了加強(qiáng)熱釋電紅外檢測(cè)元件的熱釋電部件的c軸取向的方法。有著高c軸取向的氧化鋅包括沿膜厚方向延伸的柱形結(jié)構(gòu)，且氧化鋅中存在許多的晶界。在晶界中，存在晶格缺陷、晶體變形以及懸掛鍵。因而氧化物半導(dǎo)體薄膜層是熱不穩(wěn)定的。當(dāng)出于某種目的(例如，形成柵極絕緣膜)使氧化物半導(dǎo)體薄膜層經(jīng)受熱處理時(shí)，在氧化物半導(dǎo)體薄膜層的晶界中發(fā)生氧化物和鋅的脫附。這形成產(chǎn)生電性淺雜質(zhì)能級(jí)并降低氧化物半導(dǎo)體薄膜層的電阻的缺陷能級(jí)。如果這種氧化物半導(dǎo)體薄膜層用作薄膜晶體管中的有源層，該薄膜晶體管以常開啟型(耗盡型)工作。換句話說，不施加?xùn)烹妷憾霈F(xiàn)漏電流。在耗盡型工作中，缺陷能級(jí)增加，而閾電壓降低并且泄漏電流增大。另外，晶界作用為溝道中電子的能壘，并降低了電子遷移率。在頂柵型薄膜晶體管中這樣的問題更突出，與底柵型薄膜晶體管相比，頂柵型薄膜晶體管中的柵極絕緣膜沉積在氧化物半導(dǎo)體薄膜層上。在主要包括具有高c軸取向并具有柱形結(jié)構(gòu)的氧化鋅的氧化物半導(dǎo)體薄膜層中，蝕刻沿柱形結(jié)構(gòu)進(jìn)行。這種蝕刻在微加工中產(chǎn)生困難。柱形結(jié)構(gòu)增加氧化物半導(dǎo)體薄膜層表面的粗糙度，而增加的粗糙度阻止在其上所設(shè)置的薄柵極絕緣膜的形成。由于柵極絕緣膜的電場(chǎng)集中和增大的泄漏電流，進(jìn)一步引起柵極絕緣膜的擊穿。如上所述，當(dāng)用在薄膜晶體管以及例如二極管和光電轉(zhuǎn)換元件等其他半導(dǎo)體器件中時(shí)，這種具有高c軸取向的氧化物半導(dǎo)體薄膜層在熱阻、微加工特性(有利于微加工的材料特性)以及表面平整度方面具有缺陷。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供作為組件半導(dǎo)體(constituentsemiconductor)的一種半導(dǎo)體器件，其包括有著改進(jìn)的熱阻、微加工特性以及表面平整度的氧化物半導(dǎo)體薄膜層。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括主要包含氧化鋅的氧化物半導(dǎo)體薄膜層。包含在氧化物半導(dǎo)體薄膜層中的氧化鋅的取向至少包括一個(gè)不同于(002)取向的取向。由以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說明，本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管(TFT)的截面圖。該薄膜晶體管是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)例；圖2A到2G是薄膜晶體管(TFT)的截面圖，其按順序示出了制造本發(fā)明的薄膜晶體管的一個(gè)實(shí)施例。圖2A是在襯底上形成一對(duì)源/漏電極之后的薄膜晶體管的截面圖；圖2B是涂覆氧化物半導(dǎo)體薄膜層層之后的薄膜晶體管的截面圖；圖2C是形成第一柵極絕緣膜之后的薄膜晶體管的截面圖；圖2D是涂覆光致抗蝕劑并對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖之后的薄膜晶體管的截面圖；圖2E是對(duì)氧化物半導(dǎo)體薄膜和第一柵極絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖之后的薄膜晶體管的截面圖；圖2F是形成第二柵極絕緣膜和接觸孔之后的薄膜晶體管的截面圖；以及圖2G是形成柵電極、接觸部、外部源/漏電極以及顯示電極之后的薄膜晶體管的截面圖；圖3示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間對(duì)襯底施加0W、1W、2W、5W、10W、20W、40W和80W的偏置功率時(shí)的X射線衍射的結(jié)果；圖4A是一照片示圖，其示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，對(duì)襯底施加OW的偏置功率(即，無偏置功率)時(shí)，氧化物半導(dǎo)體薄膜層的橫截面TEM圖像；以及圖4B是一照片示圖，其示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，對(duì)襯底施加5W的偏置功率時(shí)，氧化物半導(dǎo)體薄膜層的橫截面TEM圖像；圖5A是一照片示圖，其示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，對(duì)襯底施加OW的偏置功率時(shí)，氧化物半導(dǎo)體薄膜層的干式蝕刻側(cè)表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；以及圖5B是一照片示圖，其示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，對(duì)襯底施加40W的偏置功率時(shí)，氧化物半導(dǎo)體薄膜層的干式蝕刻側(cè)表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；圖6A是一曲線圖，其示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，對(duì)襯底施加OW的偏置功率時(shí)，通過熱脫附譜測(cè)得的所去除的質(zhì)量數(shù)(m/e)為64和66的Zn的量的測(cè)量結(jié)果；以及圖6B是一曲線圖，其示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，對(duì)襯底施加OW的偏置功率時(shí)，通過熱脫附譜測(cè)得的所去除的質(zhì)量數(shù)(m/e)為67和68的Zn的量的測(cè)量結(jié)果；以及圖7A是一曲線圖，其示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，對(duì)襯底施加5W的偏置功率時(shí)，通過熱脫附譜測(cè)得的所去除的質(zhì)量數(shù)(m/e)為64和66的Zn的量的測(cè)量結(jié)果；以及圖7B是一曲線圖，示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，對(duì)襯底施加5W的偏置功率時(shí)，通過熱脫附譜測(cè)得的所去除的質(zhì)量數(shù)(m/e)為67和68的Zn的量的測(cè)量結(jié)果。具體實(shí)施例方式以下將描述根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管，作為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的實(shí)例。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件不限于薄膜晶體管，而可以是例如二極管等其它半導(dǎo)體元件或例如傳感器等的光電轉(zhuǎn)換元件。盡管如在下面實(shí)施例中所示的薄膜晶體管具有頂柵結(jié)構(gòu)，然而本發(fā)明的薄膜晶體管可以是底柵型TFT或具有其它頂柵結(jié)構(gòu)的TFT。在以下說明中，通過例如(002)、(100)和(101)等密勒指數(shù)表示氧化鋅的取向。這些密勒指數(shù)對(duì)應(yīng)于下列六角晶系的指數(shù)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本發(fā)明的薄膜晶體管100包括襯底1、一對(duì)源/漏電極2、氧化物半導(dǎo)體薄膜層3、第一柵極絕緣膜4、接觸部5a、一對(duì)外部源/漏電極2a、第二柵極絕緣膜6、柵電極7、顯示電極8，它們按圖1所示順序形成。如圖Ia所示，薄膜晶體管100在襯底1上形成，該襯底由玻璃(主要包含SiO2和Al2O3的非堿性玻璃)制成。形成襯底1的材料不限于玻璃，而諸如覆蓋有絕緣體的塑料和覆蓋有絕緣體的金屬箔等絕緣材料可用以形成襯底1。一對(duì)源/漏電極2在襯底1的上表面上形成。這對(duì)源/漏電極2包括彼此間隔開的源電極和漏電極。源/漏電極2由導(dǎo)電氧化物制成，例如氧化銦錫(ITO)和n+ZnO；或金屬；或至少局部覆蓋有導(dǎo)電氧化物的金屬。氧化物半導(dǎo)體薄膜層3在襯底1和這對(duì)源/漏電極2上形成。該氧化物半導(dǎo)體薄膜層3設(shè)置為在這對(duì)源/漏電極2之間形成溝道。氧化物半導(dǎo)體薄膜層3由主要包含氧化鋅的氧化物半導(dǎo)體制成。例如，如此處所使用的，主要包括氧化鋅的氧化物半導(dǎo)體包括但不限于本征(未摻雜)氧化鋅；摻雜有諸如Li、Na、N、C等P型摻雜物的氧化鋅；摻雜有諸如B、Al、Ga、In等η型摻雜物的氧化鋅；以及摻雜有Mg、Be的氧化鋅。與傳統(tǒng)的氧化物半導(dǎo)體薄膜層相比，包括具有至少一個(gè)不同于(002)取向的取向的氧化鋅的氧化物半導(dǎo)體薄膜層3可用以獲得較平整的表面、較好的微加工特性以及較高的熱阻。在另一實(shí)施例中，可使用含有有著混合取向的氧化鋅的氧化物半導(dǎo)體薄膜層3，其中混合取向包括(002)取向和(101)取向。在該實(shí)施例中，表示(002)取向的X射線衍射強(qiáng)度1(002)與表示(101)取向的X射線衍射強(qiáng)度1(101)之比1(002)/1(101)優(yōu)選2或更小。由于與傳統(tǒng)的氧化物半導(dǎo)體薄膜層相比，這種氧化物半導(dǎo)體薄膜層具有較平整的表面，所以可能形成較薄的柵極絕緣膜，這增強(qiáng)薄膜晶體管的柵電容和電流驅(qū)動(dòng)能力。而且，由于氧化鋅是微晶態(tài)或非晶態(tài)，該氧化物半導(dǎo)體薄膜層具有較好的微加工特性和較高的熱阻。在另一實(shí)施例中，可使用含有有著混合取向的氧化鋅的氧化物半導(dǎo)體薄膜層3，其中混合取向包括(100)取向和(101)取向。在該實(shí)施例中，表示(101)取向的X射線衍射強(qiáng)度I(101)與表示(100)取向的X射線衍射強(qiáng)度I(100)之比1(101)/1(100)優(yōu)選在0.5到5的范圍中。在制造工程中的熱處理期間，有著(100)和(101)混合取向的氧化鋅具有較高的熱阻，并防止氧化物半導(dǎo)體薄膜層電阻的減小導(dǎo)致氧化鋅成分的脫附。從而，抑制了泄漏電流。而且，改善了氧化鋅的微加工特性。例如，氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的厚度不特別限于但可以為約25-200nm且優(yōu)選為約30-100nm。形成第一柵極絕緣膜4以僅覆蓋氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的上表面。第一柵極絕緣膜4構(gòu)成柵極絕緣膜的一部分并用作保護(hù)膜，以保護(hù)氧化物半導(dǎo)體薄膜層3，使其免受光刻過程中所用的抗蝕劑剝離液。例如，第一柵極絕緣膜4的厚度不特別限于但可以為約20-100nm,且優(yōu)選為約50nm或更小。在一對(duì)源/漏電極上形成第二柵極絕緣膜6以覆蓋氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的側(cè)表面和第一柵極絕緣膜4的整個(gè)表面。既然氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的上表面覆蓋有第一柵極絕緣膜4，那么就完成了對(duì)氧化物半導(dǎo)體薄膜層3整個(gè)表面上的覆蓋。例如，第二柵極絕緣膜6的厚度可以為200-400nm且優(yōu)選為約300nm。第一柵極絕緣膜4和第二柵極絕緣膜6可以是氧化硅(SiOx)膜、氮氧化硅(SiON)膜、氮化硅(SiNx)膜或利用氧氣或含有氧的化合物(例如N2O)而摻雜氧的氮化硅(SiNx)膜。優(yōu)選地，柵極絕緣膜4由利用氧氣或含有氧的化合物(例如N2O)而摻雜氧的氮化硅(SiNx)膜形成。與氧化硅化合物(SiOx)或氮氧化硅(SiON)相比，這種摻雜的氮化硅膜具有較高的介電常數(shù)。例如，第一柵極絕緣膜4和第二柵極絕緣膜6可通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PCVD)形成。通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PCVD)形成膜優(yōu)選在200-400度C范圍的襯底溫度下進(jìn)行。外部源/漏電極2a經(jīng)由接觸部5a分別連接于相應(yīng)的源/漏電極2。在第二柵極絕緣膜6上形成柵電極7。配置柵電極7用于根據(jù)施加到薄膜晶體管的柵電壓控制氧化物半導(dǎo)體薄膜層3中的電子密度。柵電極7由諸如Cr膜或Ti膜等金屬膜制成。配置顯示電極8用于向液晶顯示器中所使用的液晶施加電壓。顯示電極8由諸如氧化銦錫(ITO)薄膜等導(dǎo)電氧化物薄膜形成，因?yàn)殛P(guān)于可見光其具有高透射率。顯示電極8形成在第二柵極絕緣膜6上并且沿與柵電極7不同的方向延伸。參照?qǐng)D2A-2G，下面將描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管。參照?qǐng)D2A，通過磁控濺射在玻璃襯底1上形成諸如Cr膜或Ti膜等薄金屬膜，其具有例如50nm的厚度。然后通過光刻將該薄膜圖案化成一對(duì)源/漏電極2。參照?qǐng)D2B，通過磁控濺射在這對(duì)源/漏電極2的整個(gè)上表面和玻璃襯底1上形成氧化物半導(dǎo)體薄膜層3，其具有30-100nm的厚度。該氧化物半導(dǎo)體薄膜層3可以是基于氧化鋅的半導(dǎo)體薄膜或優(yōu)選基于本征氧化鋅(ZnO)的半導(dǎo)體薄膜。公知通過普通磁控濺射所形成的基于氧化鋅的半導(dǎo)體薄膜具有(002)擇優(yōu)取向。換句話說，基于氧化鋅的氧化物薄膜沒有表示不同于(002)取向的其它取向的X射線衍射峰。在本發(fā)明中，另一方面，在通過磁控濺射形成薄膜期間，通過經(jīng)襯底平臺(tái)平臺(tái)(substratestage)(在薄膜形成期間放置襯底的平臺(tái))向襯底施加射頻電功率控制氧化物半導(dǎo)體薄膜層的取向。特別地，向襯底施加適當(dāng)功率(見下文)的射頻(本發(fā)明實(shí)施例中為13.56MHz)偏置電功率，而向氧化物靶施加180W的射頻(在本發(fā)明實(shí)施例中為13.56MHz)輸入電功率。約1-10W、優(yōu)選約1-5W的偏置電功率能夠使氧化物半導(dǎo)體薄膜層的I(002)/1(101)比為2或更小。與傳統(tǒng)的氧化物半導(dǎo)體薄膜層相比，由于這種氧化物半導(dǎo)體薄膜層具有較平整的表面，有可能形成較薄的柵極絕緣膜，這增強(qiáng)薄膜晶體管的電流驅(qū)動(dòng)能力。而且，由于氧化鋅處于微晶態(tài)或非晶態(tài)，所以該氧化物半導(dǎo)體薄膜層具有改善的微加工特性和較高的熱阻。只要有上述效果，也可使用小于IW的偏置電功率。在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，可向襯底施加IOW或更大的偏置電功率。如果偏置電功率超過IOW(即輸入電功率的5%)，氧化物半導(dǎo)體薄膜層的取向從(002)和(101)混合取向變?yōu)?100)和(101)混合取向(當(dāng)偏置電功率小于輸入電功率的5%時(shí)實(shí)現(xiàn)的)。換句話說，通過將偏置電功率設(shè)為大于輸入電功率的5%而獲得1(101)/1(100)比的范圍為從0.5到5的氧化物半導(dǎo)體薄膜層。有著(100)和(101)混合取向的氧化鋅具有較高的熱阻，并且在制造過程中的熱處理期間，其防止由氧化鋅成分的脫附所導(dǎo)致氧化物半導(dǎo)體薄膜層電阻的減小。從而，從而，抑制了泄漏電流。而且，改善了氧化鋅的微加工特性。下面參照?qǐng)D3將以所示實(shí)例描述通過施加上述偏置電功率控制氧化鋅的取向的方法。在某些實(shí)施例中，可通過改變除所施加的偏置電功率量以外的其它的膜形成條件控制氧化鋅的取向。而且輸入電功率和偏置電功率的比率之間的分界可根據(jù)所用的條件變化，其中在分界處(101)和(102)的混合取向變?yōu)?100)和(101)的混合取向。上述值5%是在下面所述例子中所用的條件下的值。該值可以根據(jù)所使用的裝置和偏置電功率的頻率變化.參照?qǐng)D2C，使用一種技術(shù)并在不減小氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的電阻的條件下，在氧化物半導(dǎo)體薄膜層3上形成第一柵極絕緣膜4。柵極絕緣膜4可以是在一條件下通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PCVD)制造的20到50nm厚的SiNx膜，該條件為，例如襯底溫度是250°C，并且以4比1的流量比使用含NH3和SiH4的混合氣體。參照?qǐng)D2D，在第一柵極絕緣膜4上布置光致抗蝕劑并對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖。利用作為掩模的圖案化光致抗蝕劑，用例如SF6等氣體干式蝕刻第一柵極絕緣膜4。而后用0.2%的NHO3濕式蝕刻氧化物半導(dǎo)體薄膜層3。圖2E示出了濕式蝕刻氧化物半導(dǎo)體薄膜層3隨后去除光致抗蝕劑4a之后的薄膜晶體管的橫截面。在圖2E所示的薄膜晶體管中，形成TFT有源層區(qū)，該有源層區(qū)包括形狀與氧化物半導(dǎo)體薄膜層3相同的第一柵極絕緣膜4。第一柵極絕緣膜4不僅形成與氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的界面，而且在對(duì)有源區(qū)進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)保護(hù)氧化物半導(dǎo)體薄膜層3。如果不存在第一柵極絕緣膜4，對(duì)TFT有源區(qū)構(gòu)圖后，當(dāng)使用抗蝕劑剝離液去除光致蝕刻劑4a時(shí)，蝕刻劑剝離液與氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的表面接觸。蝕刻劑剝離液通常腐蝕和粗糙化氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的表面和晶粒界面。然而，如果在氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的表面上存在第一柵極絕緣膜4，第一柵極絕緣膜4用作保護(hù)膜，其抵抗像光刻工藝中所用的例如抗蝕劑剝離液等各種液體化學(xué)藥品。因此第一柵極絕緣膜4防止氧化物半導(dǎo)體薄膜層3的表面粗糙化。參照?qǐng)D2F，對(duì)TFT有源層區(qū)進(jìn)行構(gòu)圖后，在襯底1、一對(duì)源/漏電極2、氧化物半導(dǎo)體薄膜層3以及第一柵極絕緣膜4的整個(gè)上表面和/或側(cè)表面上形成第二柵極絕緣膜6。然后在第二柵極絕緣膜6中打開接觸孔以暴露這對(duì)源/漏電極2的部分。在該實(shí)施例中，理想地為在與第一柵極絕緣膜4(受控界面絕緣膜)相似的條件下形成第二柵極絕緣膜6。最后，參照?qǐng)D2G，在第二柵極絕緣膜6上形成由金屬膜(例如，Cr膜或Ti膜)制成的柵電極7。之后，用與柵電極7相同的材料形成外部源/漏電極2a。外部源/漏電極經(jīng)由接觸部5a分別連接到源/漏電極2。在形成TFT陣列的最后步驟中，形成由例如氧化銦錫(ITO)等制成的顯示電極8。例子在下文中，將說明用于評(píng)測(cè)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的氧化物半導(dǎo)體薄膜層的實(shí)驗(yàn)例子，以闡明本發(fā)明的效果。通過磁控濺射，同時(shí)向靶施加恒量180W的13.56MHz頻率的輸入電功率，并經(jīng)襯底平臺(tái)向襯底施加13.56MHz頻率的各種偏置電功率，來形成用在以下例子中的氧化物半導(dǎo)體薄膜層。圖3示出了在形成氧化物半導(dǎo)體薄膜層的氧化鋅膜期間，作為向襯底施加的不同偏置電功率的函數(shù)的X射線衍射強(qiáng)度。特別地，用不同的偏置電功率OW、1W、2W、5W、10W、20W.40W以及80W形成氧化物半導(dǎo)體薄膜層。換句話說，以不施加偏置電功率和施加范圍是從輸入電功率的約0.5%到約45%的不同偏置電功率的方式，形成氧化物半導(dǎo)體薄膜層。在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)不向襯底施加偏置電功率時(shí)，未檢測(cè)到其它取向而只檢測(cè)到(002)取向。在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)向襯底施加IW的偏置電功率時(shí)，(002)取向衰減并觀察到(101)取向。推測(cè)利用IW或更小的偏置電功率可得到相似的效果，盡管利用在例子中所用的射頻功率源未檢測(cè)如此小的偏置電功率。當(dāng)使用IW到IOW的偏置電功率時(shí)，得到I(002)/I(101)比為2或更小的氧化物半導(dǎo)體薄膜層。與傳統(tǒng)的氧化物半導(dǎo)體薄膜層相比，由于這種氧化物半導(dǎo)體薄膜層具有較平整的表面，所以微加工特性被改善。而且，提高了氧化物半導(dǎo)體薄膜層的熱阻。在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)向襯底施加IOW(即，輸入電功率的5%)或更大的偏置電功率時(shí)，氧化物半導(dǎo)體薄膜層的取向從(002)和(101)混合取向變?yōu)?100)和(101)混合取向。K10D/K100)比的范圍為從0.5到5。這種氧化物半導(dǎo)體薄膜層具有較高的熱阻和改善的微加工特性。圖4A示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間向襯底施加OW的偏置電功率時(shí)，所形成的氧化物半導(dǎo)體薄膜層的橫截面透射電子顯微鏡(TEM)圖像，而圖4B示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間向襯底施加5W的偏置電功率時(shí)，氧化物半導(dǎo)體薄膜層的橫截面TEM圖像。在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)向襯底施加OW偏置電功率(即，不施加偏置電功率)時(shí)，觀察到柱狀晶體結(jié)構(gòu)和嚴(yán)重的表面粗糙。該柱狀結(jié)構(gòu)推測(cè)為因c軸(002)取向而產(chǎn)生。另一方面，參照在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間向襯底施加5W的偏置電功率時(shí)的該氧化物半導(dǎo)體薄膜層的橫截面TEM圖像，觀察到氧化物半導(dǎo)體薄膜層被微晶化而具有較平整的表面，盡管該氧化物半導(dǎo)體薄膜層仍有c軸擇優(yōu)取向。使用這種具有較平整表面的氧化物半導(dǎo)體薄膜層，可能形成較薄的半導(dǎo)體器件，例如TFT。所得的TFT具有增強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力。圖5A和圖5B分別示出了在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)向襯底施加OW和40W的偏置電功率時(shí)，所形成的干式蝕刻的氧化物半導(dǎo)體(氧化鋅)薄膜層的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。在干式蝕刻中使用CH4氣體。在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)向襯底施加OW的偏置電功率(即，不施加偏置電功率)時(shí)，因?yàn)榫哂衏軸(002)取向的氧化物半導(dǎo)體薄膜層沿氧化鋅的柱狀晶體結(jié)構(gòu)被蝕刻，干式蝕刻的氧化物半導(dǎo)體薄膜層的所構(gòu)圖側(cè)表面較粗糙。另一方面，在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)向襯底施加40W的偏置電功率時(shí)，柱狀晶體結(jié)構(gòu)瓦解且所構(gòu)圖側(cè)表面形成小粗糙度的平整表面。因此氧化物半導(dǎo)體薄膜層的微加工特性通過施加適當(dāng)?shù)钠秒姽β实玫礁纳?。圖6A和圖6B示出了Zn從含在氧化物半導(dǎo)體薄膜層中的氧化鋅脫附的熱脫附譜。通過使用熱脫附方法和在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間向襯底施加OW的偏置電功率時(shí)所形成的氧化物半導(dǎo)體薄膜層測(cè)量Zn脫附的量。圖7A和圖7B示出了，使用在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間當(dāng)向襯底施加5W的偏置電功率時(shí)所形成的氧化物半導(dǎo)體薄膜層，以與圖6A和圖6B中的例子相同的測(cè)量所測(cè)得的去除的Zn的量。圖6A和圖7A示出了所去除的質(zhì)量數(shù)(m/e)為64和66的Zn的量，而圖6B和圖7B示出了所去除的質(zhì)量數(shù)(m/e)為67和68的Zn的量。在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)向襯底施加OW的偏置電功率(即，不施加偏置電功率)時(shí)，當(dāng)熱處理溫度超過約200度C時(shí)，Zn開始從氧化鋅脫附，且當(dāng)熱處理溫度超過約300度C時(shí)，所去除的Zn量迅速增加。這種特性因具有柱狀結(jié)構(gòu)和許多晶粒界面的氧化物半導(dǎo)體薄膜層的熱不穩(wěn)定性產(chǎn)生。另一方面，在沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜層期間，當(dāng)向襯底施加5W的偏置電功率時(shí)，柱狀晶體結(jié)構(gòu)瓦解。甚至在較高的熱處理溫度下，實(shí)現(xiàn)氧化鋅的所去除成分的量的減少。當(dāng)這種氧化物半導(dǎo)體薄膜層用在例如TFT等半導(dǎo)體器件中時(shí)，甚至在柵極絕緣膜形成期間對(duì)TFT熱處理時(shí)，也防止氧化鋅成分的脫附。因此防止氧化物半導(dǎo)體薄膜層的電阻減小并且抑制泄漏電流。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的氧化物半導(dǎo)體薄膜層具有較高的熱阻、較平整的表面以及提高的微加工特性。權(quán)利要求一種半導(dǎo)體器件，其包括氧化物半導(dǎo)體薄膜層(3)，所述氧化物半導(dǎo)體薄膜層(3)主要包括氧化鋅，所述氧化鋅具有包括(100)取向和(101)取向的混合取向，其中表示所述氧化鋅的(101)取向的X射線衍射強(qiáng)度I(101)與表示所述氧化鋅的(100)取向的X射線衍射強(qiáng)度I(100)之比I(101)/I(100)在0.5到5的范圍內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述氧化鋅是本征氧化鋅。3.一種半導(dǎo)體器件，其包括氧化物半導(dǎo)體薄膜層(3)，其包括氧化鋅，所述氧化鋅具有包括(100)取向和(101)取向的混合取向；柵極絕緣膜，其覆蓋所述氧化物半導(dǎo)體薄膜層的一個(gè)表面；柵電極(7)，其形成在所述柵極絕緣膜上；以及一對(duì)源/漏電極(2)，其連接到所述氧化物半導(dǎo)體薄膜層，其中表示所述氧化鋅的(101)取向的X射線衍射強(qiáng)度1(101)與表示所述氧化鋅的(100)取向的X射線衍射強(qiáng)度1(100)之比1(101)/1(100)在0.5到5的范圍內(nèi)。4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述氧化鋅是本征氧化鋅。全文摘要一種半導(dǎo)體器件，其包括氧化物半導(dǎo)體薄膜層(3)，所述氧化物半導(dǎo)體薄膜層(3)主要包括具有至少一個(gè)不同于(002)取向的取向的氧化鋅。該氧化鋅可以具有包括(002)取向和(101)取向的混合取向?？蛇x地，該氧化鋅可以具有包括(100)取向和(101)取向的混合取向。文檔編號(hào)H01L21/363GK101819991SQ201010121239公開日2010年9月1日申請(qǐng)日期2007年2月13日優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日發(fā)明者古田守,古田寬,平尾孝,平松孝浩,松田時(shí)宜申請(qǐng)人:日本財(cái)團(tuán)法人高知縣產(chǎn)業(yè)振興中心;卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社