絕緣膜及其制造方法
【專利摘要】提供一種絕緣膜，其為含有硅原子、氟原子及氮原子的絕緣膜，所述絕緣膜具備配置在含有氧原子的基板上的第一氮化硅膜和以與該第一氮化硅膜接觸的方式配置的第二氮化硅膜，該第二氮化硅膜中含有的氟量比該第一氮化硅膜中含有的氟量多，并且提供一種半導(dǎo)體元件，其具有含有銦原子及氧原子的氧化物半導(dǎo)體層以及含有硅原子、氟原子及氮原子的絕緣膜。該半導(dǎo)體元件可以為薄膜晶體管。
【專利說明】絕緣膜及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及絕緣膜及其制造方法。另外，本發(fā)明還涉及具有絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，已開發(fā)大量利用半導(dǎo)體特性的可表現(xiàn)各種電氣功能的半導(dǎo)體元件。作為這樣的半導(dǎo)體元件，已知例如在液晶顯示裝置、薄膜EL(電致發(fā)光)顯示裝置、有機(jī)EL顯示裝置等中使用的薄膜晶體管。為了實(shí)現(xiàn)以晶體管為首的半導(dǎo)體元件的高性能化，一直以來進(jìn)行了各種努力。
[0003]例如，以往，已知在基底絕緣膜上依次層疊第一層間絕緣膜、第二層間絕緣膜及第三層間絕緣膜的半導(dǎo)體裝置的制造方法(日本專利第3148183號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I))。
[0004]第一及第三層間絕緣膜包含氮化硅膜(SiN膜)，第二層間絕緣膜包氟氧化硅膜(SiOF 膜)。
[0005]而且，作為第一及第三層間絕緣膜的SiN膜使用氟化硅(SiF4)氣體及氮?dú)?N2)作為材料氣體并通過等離子體CVD (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積)法進(jìn)行成膜。
[0006]該制造方法中，使用不含有氫(H)原子的氣體(SiF4)形成SiN膜，因此，成膜中不會(huì)使含有氟(F)的層間絕緣膜暴露于H自由基，能夠抑制與F的反應(yīng)。
[0007]另外，已知溝道層中使用無定形In-Ga-Zn-氧化物(a_IGZ0)的薄膜晶體管(TFT:Thin Film Transistor) (Japanese Journal of Applied Physics49 (2010) 03CB04.(非專利文獻(xiàn)I))。
[0008]該TFT包含在玻璃基板上依次層疊有柵極、絕緣膜及a-1GZ0并在a_IGZ0上配置有源極及漏極的結(jié)構(gòu)。而且，柵極包含鎢(W)，源極及漏極包含鈦(Ti)，絕緣膜包含氧化硅(SiOx)。
[0009]該TFT通過在形成絕緣膜后形成a-1GZ0膜來制造。
[0010]以往，作為TFT的溝道層，多使用非晶硅層，但近年來，作為代替非晶硅層的層，IGZO等氧化物半導(dǎo)體層備受矚目。氧化物半導(dǎo)體層與非晶硅層相比，具有載流子遷移率大這樣的優(yōu)點(diǎn)。例如，在日本特開2008-199005號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中公開了通過使用包含顯示導(dǎo)電性的氧化物粉末的燒結(jié)體的靶的濺射來形成非晶氧化物半導(dǎo)體層的技術(shù)。
[0011]另外，TFT這樣的半導(dǎo)體元件除具有包含氧化物半導(dǎo)體層的溝道層以外，還具有具備各種功能的層。以往，作為這些層的組成，在與氧化物半導(dǎo)體層組合的情況下采用的組成如日本特開2010-073894號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中公開的那樣，是二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化釔(Y2O3)、氧化招(Al2O3)、氧化鉿(Hf2O2)、二氧化鈦(TiO2)等。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本專利第3148183號(hào)公報(bào)[0015]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008-199005號(hào)公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)3:日本特開2010-073894號(hào)公報(bào)
[0017]非專利文獻(xiàn)
[0018]非專利文獻(xiàn) I:Hiromichi Godo, Daisuke Kawae, Shuhei Yoshitomi, ToshinariSasaki, Shunichi Ito, Hiroki Ohara, Hideyuki Kishida, Masahiro Takahashi,Akiharu Miyanaga, and Shunpei Yamazaki, “Temperature Dependence of TransistorCharacteristics and Electronic Structure for Amorphous In-Ga-Zn-Oxide Thin FilmTransistor”，Japanese Journal of Applied Physics49 (2010)03CB04.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]發(fā)明所要解決的問題
[0020]但是，專利文獻(xiàn)I及非專利文獻(xiàn)I中記載的制造方法中，難以應(yīng)對(duì)在玻璃及a-1GZ0等含有氧(0)原子的材料上形成絕緣膜時(shí)電絕緣性能大幅降低的問題。
[0021]此外，對(duì)于使用專利文獻(xiàn)2及3中記載的氧化物半導(dǎo)體層作為溝道層的TFT而言，以±20V以上使用柵極-源極間、源極-漏極間的電壓時(shí)，存在由于電壓反復(fù)掃描而導(dǎo)致工作電壓的閾值(以下，也稱為“Vth”)容易發(fā)生變化的傾向。因此，對(duì)于使用氧化物半導(dǎo)體層的TFT而言，Vth不穩(wěn)定，在源極-漏極間流通的電流值發(fā)生變化，因此，結(jié)果存在TFT的特性不穩(wěn)定的問題。
[0022]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，第一發(fā)明的目的在于提供形成在含有氧(0)原子的材料上的絕緣性能良好的絕緣膜。
[0023]另外，第一發(fā)明的其他目的在于提供在含有氧(0)原子的材料上制造絕緣性能良好的絕緣膜的制造方法。本發(fā)明的絕緣膜適合用作TFT的構(gòu)成層。
[0024]此外，第二發(fā)明的目的在于提供使用氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件，其為Vth的變化得到抑制且特性穩(wěn)定的半導(dǎo)體元件。
[0025]用于解決問題的方法
[0026]第一發(fā)明的絕緣膜為含有硅原子、氟原子及氮原子的絕緣膜，其具備第一及第二氮化硅膜。第一氮化硅膜配置在含有氧原子的基板上。第二氮化硅膜以與第一氮化硅膜接觸的方式配置。而且，第二氮化硅膜中含有的氟量比第一氮化硅膜中含有的氟量多。
[0027]另外，第一發(fā)明還涉及上述絕緣膜的制造方法，該制造方法具備:第一工序，將含有硅原子和氟原子的主氣體與至少包含氮?dú)獾母睔怏w的氣體流量比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上，在含有氧原子的基板上堆積第一氮化硅膜；和第二工序，將上述主氣體與氮?dú)獾臍怏w流量比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值，以與第一氮化硅膜接觸的方式堆積第二氮化硅膜。
[0028]此處，上述副氣體優(yōu)選包含含有氫原子的氣體和含有氧原子的氣體中的任意一種、以及氮?dú)狻?br> [0029]另外，上述副氣體可以包含含有氫原子的氣體和氮?dú)狻?br> [0030]另外，上述基板的表面可以由金屬覆蓋，上述副氣體僅由氮?dú)鈽?gòu)成。
[0031]第二發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件具有:含有銦原子及氧原子的氧化物半導(dǎo)體層以及含有硅原子、氟原子及氮原子的絕緣膜。
[0032]上述半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選氧化物半導(dǎo)體層與絕緣膜接觸。[0033]上述半導(dǎo)體元件中，絕緣膜優(yōu)選為柵極絕緣膜及鈍化膜中的至少一種。
[0034]上述半導(dǎo)體元件中，絕緣膜中氟原子的含量大于O原子％且為30原子％以下。
[0035]上述半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選絕緣膜還含有氫原子，絕緣膜中氫原子的含量大于O原子％且為7原子％以下。
[0036]上述半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選絕緣膜還含有氧原子，絕緣膜中氧原子的含量大于O原子％且小于25原子％。
[0037]上述半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選絕緣膜為柵極絕緣膜，柵極絕緣膜與半導(dǎo)體層接觸的界面附近的半導(dǎo)體層中的氧量A與界面附近以外的半導(dǎo)體層中的氧量B之比A/B大于0.78且小于I。此外，優(yōu)選上述比A/B為0.8以上且0.98以下。
[0038]上述半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選絕緣膜為鈍化膜，鈍化膜與半導(dǎo)體層接觸的界面附近的半導(dǎo)體層中的氧量C與界面附近以外的半導(dǎo)體層中的氧量D之比C/D為1.05以上且1.3以下。
[0039]上述半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選半導(dǎo)體層還含有選自由氮(N)、鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鑰(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錫(Sn)及鉍(Bi)組成的組中的一種以上添加元素。
[0040]上述半導(dǎo)體元件中,優(yōu)選半導(dǎo)體元件為薄膜晶體管。
[0041]發(fā)明效果
[0042]第一發(fā)明的絕緣膜中包含第二氮化硅膜的氟濃度比第一氮化硅膜的氟濃度高的結(jié)構(gòu)。S卩，第一氮化娃膜的氟濃度比第二氮化娃膜的氟濃度低。這是由于以使第一氮化娃膜的成膜時(shí)等離子體中F自由基的濃度比第二氮化硅膜的成膜時(shí)等離子體中F自由基的濃度低的方式形成第一氮化硅膜而引起的。
[0043]另外，如果使等離子體中的F自由基變少，則能抑制從基板中取出氧原子，從而能抑制氧原子混入第一及第二氮化硅膜。其結(jié)果，能夠制造絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)高且漏電流小的絕緣膜。
[0044]因此，在制造的絕緣膜中，如果基板側(cè)的第一氮化硅膜中的氟濃度比絕緣膜的表面?zhèn)鹊牡诙枘ぶ械姆鷿舛鹊?，則氧原子向絕緣膜中的混入變少，能夠得到良好的絕緣性能。
[0045]另外，在第一發(fā)明的絕緣膜的制造方法中，將主氣體與副氣體的流量比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上而形成第一氮化硅膜，將主氣體與副氣體的流量比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值而形成第二氮化硅膜。其結(jié)果，第一氮化硅膜的成膜時(shí)等離子體中F自由基的濃度比第二氮化硅膜的成膜時(shí)等離子體中F自由基的濃度低，抑制從基板中取出氧原子，抑制氧原子混入第
一及第二氮化娃膜。
[0046]因此，能夠制造絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)高且漏電流小的絕緣膜即絕緣性能良好的絕緣膜。
[0047]此外，根據(jù)第二發(fā)明的半導(dǎo)體元件，能夠提供Vth的變化得到抑制且特性穩(wěn)定的半導(dǎo)體元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I的絕緣膜的截面圖。
[0049]圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I的等離子體裝置的構(gòu)成的截面圖。[0050]圖3是從圖2所示的匹配電路側(cè)觀察的平面導(dǎo)體、供電電極及終端電極的俯視圖。
[0051]圖4是圖1所示的絕緣膜的制造方法I中的氣體流量的時(shí)序圖。
[0052]圖5是示出測(cè)定利用制造方法I制造的絕緣膜的電特性的方法的圖。
[0053]圖6是示出利用制造方法I制造的絕緣膜的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)及漏電流密度與氣體流量比的關(guān)系的圖。
[0054]圖7是示出制造方法I的工序圖。
[0055]圖8是圖1所示的絕緣膜的制造方法2中的氣體流量的時(shí)序圖。
[0056]圖9是示出利用制造方法2制造的絕緣膜中的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)及漏電流密度與氣體流量比的關(guān)系的圖。
[0057]圖10是示出制造方法2的工序圖。
[0058]圖11是圖1所示的絕緣膜的制造方法3中的氣體流量的時(shí)序圖。
[0059]圖12是示出測(cè)定利用制造方法3制造的絕緣膜的電特性的方法的圖。
[0060]圖13是示出利用制造方法3制造的絕緣膜的漏電流與氣體流量比的關(guān)系的圖。
[0061]圖14是示出制造方法3的工序圖。
[0062]圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I的絕緣膜的制造方法的工序圖。
[0063]圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式2?4的TFT的一例的概略截面圖。
[0064]圖17是圖16的區(qū)域A的概略放大圖。
[0065]圖18是概略性地示出圖16所示的半導(dǎo)體元件的制造工序的截面圖。
[0066]圖19是圖16的區(qū)域B的概略放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0067]參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，圖中相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同標(biāo)號(hào)，不重復(fù)其說明。
[0068]<實(shí)施方式I >
[0069]以下，對(duì)本發(fā)明中作為第一發(fā)明的實(shí)施方式的絕緣膜進(jìn)行說明。
[0070]《絕緣膜》
[0071]圖1是第一發(fā)明的實(shí)施方式I的絕緣膜的截面圖。參考圖1，第一發(fā)明的實(shí)施方式I的絕緣膜10具備基板1、氮化硅膜2和氮化硅膜3。
[0072]基板I包含玻璃及a-1GZO等含有O原子的材料。氮化硅膜2以與基板I的一個(gè)主面接觸的方式配置。氮化硅膜3以與氮化硅膜2接觸的方式配置。
[0073]氮化硅膜2、3各自含有氟原子及及氫原子。而且，氮化硅膜2、3各自具有少于5原子％的氫濃度。另外，氮化硅膜3的氟濃度比氮化硅膜2的氟濃度高。此外，氮化硅膜2例如具有5?IOOnm的膜厚，氮化硅膜3例如具有5?500nm的膜厚。
[0074]《等離子體裝置》
[0075]圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I中的等離子體裝置的構(gòu)成的截面圖。參考圖2，等離子體裝置100具備真空容器20、頂板22、排氣口 24、氣體導(dǎo)入部26、支架32、加熱器34、軸36、軸承部38、罩42、隔板44、平面導(dǎo)體50、供電電極52、終端電極54、絕緣法蘭56、墊片
57、58、屏蔽箱60、高頻電源62、匹配電路64和連接導(dǎo)體68、69。
[0076]真空容器20為金屬制，經(jīng)由排氣口 24與真空排氣裝置(未圖示)連接。另外，真空容器20與接地節(jié)點(diǎn)電連接。頂板22以堵住真空容器20的上側(cè)的方式與真空容器20接觸地配置。此時(shí)，在真空容器20與頂板22之間配置有真空密封用的墊片57。
[0077]氣體導(dǎo)入部26在真空容器20內(nèi)配置在隔板44的上側(cè)。軸36經(jīng)由軸承部38固定于真空容器20的底面。支架32固定于軸36的一端。加熱器34配置在支架32內(nèi)。罩42在支架32的周緣部配置在支架32上。隔板44在支架32的上側(cè)以堵住真空容器20與支架32之間的方式固定于真空容器20的側(cè)壁。
[0078]供電電極52及終端電極54經(jīng)由絕緣法蘭56固定于頂板22。此時(shí)，在頂板22與絕緣法蘭56之間配置真空密封用的墊片58。
[0079]平面導(dǎo)體50以X方向上的兩端部分別與供電電極52及終端電極54接觸的方式配置。
[0080]供電電極52及終端電極54如后所述，具有在Y方向(圖2的與紙面垂直的方向)上與平面導(dǎo)體50大致相同的長(zhǎng)度。而且，供電電極52通過連接導(dǎo)體68與匹配電路64的輸出桿66連接。終端電極54經(jīng)由連接導(dǎo)體69與屏蔽箱60連接。平面導(dǎo)體50、供電電極52及終端電極54包含例如銅及鋁等。
[0081]屏蔽箱60配置在真空容器20的上側(cè)，并與頂板22接觸。高頻電源62連接在匹配電路64與接地節(jié)點(diǎn)之間。匹配電路64配置在屏蔽箱60上。
[0082]連接導(dǎo)體68、69由具有在Y方向上與供電電極52及終端電極54大致相同的長(zhǎng)度的板形構(gòu)成。
[0083]氣體導(dǎo)入部26將由儲(chǔ)氣瓶(未圖示)供給的SiF4氣體、H2氣體及N2氣體等氣體28供給到真空容器20內(nèi)。支架32支撐基板I。加熱器34將基板I加熱到期望的溫度。軸36支撐支架32。罩42覆蓋基板I的周緣部。由此，能夠防止絕緣膜形成在基板I的周緣部。隔板44防止等離子體70到達(dá)基板I的保持機(jī)構(gòu)。
[0084]供電電極52使由連接導(dǎo)體68供給的高頻電流在平面導(dǎo)體50中流動(dòng)。終端電極54將平面導(dǎo)體50的端部直接與接地節(jié)點(diǎn)連接或者經(jīng)由電容器與接地節(jié)點(diǎn)連接，從高頻電源62向平面導(dǎo)體50形成高頻電流的閉合環(huán)路。
[0085]高頻電源62例如將13.56MHz的高頻電力供給到匹配電路64。匹配電路64將由高頻電源62供給的高頻電力以抑制反射的方式供給到連接導(dǎo)體68。
[0086]圖3是從圖2所示的匹配電路64側(cè)觀察到的平面導(dǎo)體50、供電電極52及終端電極54的俯視圖。參考圖3，平面導(dǎo)體50例如由長(zhǎng)方形的平面形狀構(gòu)成，具有邊50a、50b。邊50a比邊50b長(zhǎng)。而且，邊50a沿X方向配置，邊50b沿Y方向配置。
[0087]供電電極52及終端電極54各自沿平面導(dǎo)體50的邊50b配置在平面導(dǎo)體50的X方向的兩端部。為了使高頻電流14在Y方向上盡量一致地流動(dòng)，供電電極52及終端電極54的Y方向的長(zhǎng)度優(yōu)選接近于與平面導(dǎo)體50的Y方向平行的邊50b的長(zhǎng)度(例如，與邊50b的長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上相同)，但也可以比邊50b的長(zhǎng)度短一些，也可以比邊50b的長(zhǎng)度長(zhǎng)一些。如果用數(shù)值表示，則供電電極52及終端電極54的Y方向的長(zhǎng)度設(shè)定為邊50b的長(zhǎng)度的85%以上的長(zhǎng)度即可。
[0088]這樣，供電電極52及終端電極54包含塊狀電極，因此，能夠使高頻電流14在Y方向上在平面導(dǎo)體50中基本一致地流動(dòng)。
[0089]而且，等離子體裝置100通過使高頻電流14在平面導(dǎo)體50中一致地流動(dòng)而產(chǎn)生電感耦合型等離子體。
[0090]這樣，利用在真空容器20內(nèi)產(chǎn)生的電感耦合型等離子體在設(shè)置在支架32上的基板上堆積絕緣膜。
[0091]《制造方法I》
[0092]圖4是圖1所示的絕緣膜10的制造方法I中氣體流量的時(shí)序圖。
[0093]在絕緣膜10的制造方法I中，使用SiF4氣體、H2氣體及N2氣體在基板I上堆積氮化硅膜2，然后，使用SiF4氣體及N2氣體在氮化硅膜2上堆積氮化硅膜3，制造絕緣膜10。
[0094]另外，基板I包含將圖案化后的鑰(Mo)形成在玻璃上而得到的圖案化Mo/玻璃。而且，Mo的膜厚為lOOnm，玻璃的厚度為0.5mm。另外，Mo的寬度為10 μ m，Mo的間隔為20 μ m0
[0095]此外，基板溫度為150°C，成膜時(shí)的壓力為2.6Pa，高頻電力為1.lW/cm2。
[0096]在使用制造方法I制造絕緣膜10時(shí)，等離子體裝置100的氣體導(dǎo)入部26在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2的期間內(nèi)將25sccm的SiF4氣體、450sccm的N2氣體和200sccm的H2氣體
供給到真空容器20。
[0097]而且，真空排氣裝置將真空容器20的壓力設(shè)定為2.6Pa。另外，加熱器34將基板I的溫度設(shè)定為150°C。
[0098]這樣，高頻電源62經(jīng)由匹配電路64、連接導(dǎo)體68及供電電極52將1.1ff/cm2的高頻電力供給到平面導(dǎo)體50。
[0099]由此，在真空容器20內(nèi)產(chǎn)生等離子體，在基板I上堆積具有IOOnm的膜厚的氮化硅膜2。
[0100]然后，在時(shí)刻t2，氣體導(dǎo)入部26使SiF4氣體的流量從25sccm增加到lOOsccm，使N2氣體的流量從450sccm減少到250sccm，并停止H2氣體。然后，到時(shí)刻t3為止，氣體導(dǎo)入部26將IOOsccm的SiF4氣體、250sccm的N2氣體供給到真空容器20。
[0101]由此,在氮化硅膜2上堆積具有200nm的膜厚的氮化硅膜3。
[0102]然后，氣體導(dǎo)入部26在時(shí)刻t3停止SiF4氣體及N2氣體。
[0103]需要說明的是，在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t3的期間內(nèi)，將高頻電力、反應(yīng)壓力及基板溫度分別設(shè)定為上述值。
[0104]這樣，在制造方法I中，以與基板1(=圖案化Mo/玻璃)接觸的方式配置的氮化硅膜2通過向作為形成氮化硅膜2時(shí)的主氣體的SiF4氣體中添加H2氣體而形成，氮化硅膜3通過不向SiF4氣體中添加H2氣體而形成。
[0105]其結(jié)果，在形成氮化硅膜2時(shí)的等離子體中，由SiF4氣體生成的F自由基與由H2生成的H自由基反應(yīng)，生成HF，從而抑制等離子體中的F自由基與基板I (=圖案化Mo/玻璃)反應(yīng)而從基板I (=圖案化Mo/玻璃)中取出氧原子。
[0106]因此，基板I (=圖案化Mo/玻璃)中的氧原子不易混入氮化硅膜2。
[0107]另外，在氮化硅膜2的成膜時(shí)，由SiF4氣體生成的F自由基變成HF，在氮化硅膜3的成膜時(shí)，由SiF4氣體生成的F自由基不變成HF，因此，與氮化硅膜2相比，氟原子更多地混入氮化硅膜3。因此，氮化硅膜3的氟濃度比氮化硅膜2的氟濃度高。
[0108]圖5是示出測(cè)定利用制造方法I制造的絕緣膜的電特性的方法的圖。
[0109]參考圖5，氮化硅膜通過制造方法I堆積在圖案化Mo/玻璃上。而且，在氮化硅膜的表面上形成電極。
[0110]將電源及電流計(jì)串聯(lián)連接到氮化硅膜上的電極與玻璃上的Mo之間。
[0111]電源在改變電壓值的同時(shí)將電壓施加到氮化硅膜的膜厚方向。而且，電流計(jì)測(cè)定在氮化硅膜中流動(dòng)的漏電流。另外，將用由電源施加的電壓值除以氮化硅膜的膜厚而得到的值作為絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)。
[0112]圖6是示出利用制造方法I制造的絕緣膜的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)及漏電流密度與氣體流量比的關(guān)系的圖。
[0113]在圖6中，縱軸表示絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)及漏電流密度,橫軸表示H2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比。另外，曲線kl表示絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)與氣體流量比的關(guān)系，曲線k2表示漏電流密度與氣體流量比的關(guān)系。此外，氣體流量比(=H2/SiF4)通過將31匕氣體的流量及N2氣體的流量分別保持在25sccm及450sccm并將H2氣體的流量變?yōu)?sccm、25sccm、50sccm、IOOsccm 及 200sccm 來改變。
[0114]參考圖6，關(guān)于絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)，在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以下時(shí)，隨著氣體流量比(=H2/SiF4)的增加而增大，在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以上時(shí)，超過5[MV/cm]而微增(參考曲線kl)。
[0115]而且，絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)于氣體流量比(=H2/SiF4)的增加率在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以下時(shí)增大，在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以上時(shí)減小。因此，絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)于氣體流量比(=H2/SiF4)的增加率以氣體流量比(=H2/SiF4)=4為界線發(fā)生明顯變化，氣體流量比(=H2/SiF4)=4為臨界點(diǎn)。
[0116]另外，關(guān)于漏電流密度，在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以下時(shí)，隨著氣體流量比(=H2/SiF4)的增加而減少，在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以上時(shí)，達(dá)到約IX 10_6[A/cm2](參考曲線k2)。
[0117]而且，漏電流密度相對(duì)于氣體流量比(=H2/SiF4)的減少率在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以下時(shí)增大，在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以上時(shí)減小。因此，漏電流密度相對(duì)于氣體流量比(=H2/SiF4)的減少率以氣體流量比(=H2/SiF4)=4為界線發(fā)生明顯變化，氣體流量比(=H2/SiF4)=4為臨界點(diǎn)。
[0118]這樣,絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)以氣體流量比(=H2/SiF4)=4為臨界點(diǎn)隨著氣體流量比(=H2/SiF4)的增加而增加，漏電流密度以氣體流量比(=H2/SiF4)=4為臨界點(diǎn)隨著氣體流量比(=H2/SiF4)的增加而減少。
[0119]而且，氣體流量比(=H2/SiF4)為4以上時(shí)，能夠制造絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)為約5[MV/cm]、漏電流密度為約lX10_6[A/cm2]、絕緣性能良好的絕緣膜(氮化硅膜2/氮化硅膜3)。這是因?yàn)?，如上所述，在形成氮化硅?時(shí)，等離子體中的F自由基減少，基板I (=圖案化Mo/玻璃)中的氧原子不易從基板I中取出而混入氮化硅膜2。
[0120]因此，根據(jù)制造方法1，為了制造漏電流密度小且絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)大的絕緣膜(氮化硅膜)，使氣體流量比(=H2/SiF4)為4以上即可。
[0121]如上所述,通過將SiF4氣體的流量及N2氣體的流量分別保持在25sccm及450sccm并使H2氣體的流量變?yōu)?sccm、25sccm、50sccm、IOOsccm及200sccm而改變氣體流量比(=H2/SiF4)，因此，在氣體流量比(=H2/SiF4)為4以上時(shí)，N2氣體和H2氣體的合計(jì)流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比(=(N2氣體+ H2氣體)/SiF4氣體)為(N2氣體+ H2氣體)/SiF4氣體=(450 + 100)/25=22 以上。
[0122]因此，在制造方法I中，將N2氣體和H2氣體的合計(jì)流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比(=(N2氣體+ H2氣體)/SiF4氣體)設(shè)定為(N2氣體+ H2氣體)/SiF4氣體=(450 +100)/25=22以上來形成氮化硅膜2，將N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比(=N2氣體/SiF4氣體)設(shè)定為N2氣體/SiF4氣體=250/100=2.5來形成氮化硅膜3。
[0123]因此，在以SiF4氣體為主氣體并以N2氣體及H2氣體為副氣體時(shí)，氮化硅膜2通過將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值(=22)以上而形成，氮化硅膜3通過將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值(=22)小的值(=2.5)而形成。
[0124]需要說明的是，在制造方法I中，也可以使用氨(NH3)氣體代替H2氣體來形成氮化娃膜2, —般而言,使用含有H原子的氣體形成氮化娃膜2即可。
[0125]圖7是示出制造方法I的工序圖。參考圖7，開始絕緣膜10的制造時(shí)，將含有氫原子的氣體及隊(duì)氣體的合計(jì)流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上，在含有氧原子的基板上形成氮化硅膜2 (工序SI)。
[0126]然后，將N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值，在氮化硅膜2上形成氮化硅膜3 (工序S2)。
[0127]由此，使用制造方法I的絕緣膜10的制造結(jié)束。
[0128]《制造方法2》
[0129]圖8是圖1所示的絕緣膜10的制造方法2中的氣體流量的時(shí)序圖。
[0130]在絕緣膜10的制造方法2中，對(duì)基板I進(jìn)行等離子體處理后，改變N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比，使用SiF4氣體及N2氣體在基板I上依次堆積氮化硅膜2、3，制造絕緣膜10。
[0131]另外，基板I是在玻璃上形成有Mo的Mo/玻璃。而且，Mo的膜厚為lOOnm，玻璃的厚度為0.5mm。
[0132]此外，基板溫度為150°C，成膜時(shí)的壓力為2.6Pa，高頻電力為1.lW/cm2。
[0133]參考圖8，在使用制造方法2制造絕緣膜10時(shí)，等離子體裝置100的氣體導(dǎo)入部26在從時(shí)刻t4到時(shí)刻t5的期間內(nèi)將500sccm的N2氣體供給到真空容器20。
[0134]而且，真空排氣裝置將真空容器20內(nèi)的壓力設(shè)定為2.6Pa。另外，加熱器34將基板I的溫度設(shè)定為150°C。
[0135]這樣，高頻電源62經(jīng)由匹配電路64、連接導(dǎo)體68及供電電極52將1.1ff/cm2的高頻電力供給到平面導(dǎo)體50。
[0136]由此，在真空容器20內(nèi)產(chǎn)生使用N2氣體的等離子體，利用該產(chǎn)生的等離子體對(duì)基板I進(jìn)行處理。
[0137]利用等離子體的處理時(shí)間為I分鐘時(shí)，氣體導(dǎo)入部26在從時(shí)刻t5到時(shí)刻t6的期間內(nèi)將25sccm的SiF4氣體、450sccm的N2氣體供給到真空容器20。
[0138]由此，在基板I上堆積具有IOnm的I旲厚的氣化娃I旲2。
[0139]然后，在時(shí)刻t6，氣體導(dǎo)入部26使SiF4氣體的流量從25sccm增加到lOOsccm，使N2氣體的流量從450SCCm減少到250SCCm。然后，氣體導(dǎo)入部26在直到時(shí)刻t7為止將IOOsccm的SiF4氣體、250sccm的N2氣體供給到真空容器20。
[0140]由此，在氮化硅膜2上堆積具有90nm的膜厚的氮化硅膜3。[0141]然后，氣體導(dǎo)入部26在時(shí)刻t7停止SiF4氣體及N2氣體。
[0142]需要說明的是，在從時(shí)刻t4到時(shí)刻t7的期間內(nèi)，高頻電力、反應(yīng)壓力及基板溫度分別設(shè)定為上述值。
[0143]這樣，在制造方法2中，氮化硅膜2、3通過改變N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比而形成。
[0144]對(duì)于通過制造方法2制造的絕緣膜10，與通過制造方法I制造的絕緣膜10同樣地，從絕緣膜10的膜厚方向?qū)^緣膜10施加電壓，由此測(cè)定絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)及漏電流密度。
[0145]圖9是示出利用制造方法2制造的絕緣膜的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)及漏電流密度與氣體流量比的關(guān)系的圖。
[0146]在圖9中，縱軸表示絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)及漏電流密度,橫軸表示N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比。另外，曲線k3表示絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)與氣體流量比的關(guān)系，曲線k4表示漏電流密度與氣體流量比的關(guān)系。此外，氣體流量比(=N2/SiF4)通過將SiF4氣體的流量保持在25sccm并將N2氣體的流量變?yōu)?2.5sccm、250sccm及450sccm來改變。
[0147]參考圖9,關(guān)于絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng),在氣體流量比(=N2/SiF4)為10以下時(shí),隨著氣體流量比(=N2/SiF4)的增加而增大，在氣體流量比(=N2/SiF4)為10以上時(shí)，超過7 [MV/cm]而微增(參考曲線k3)。
[0148]而且，絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)于氣體流量比(=N2/SiF4)的增加率在氣體流量比(=N2/SiF4)為10以下時(shí)增大，在氣體流量比(=N2/SiF4)為10以上時(shí)減小。因此，絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)于氣體流量比(=N2/SiF4)的增加率以氣體流量比(=N2/SiF4)=10為界線發(fā)生明顯變化，氣體流量比(=N2/SiF4)=10為臨界點(diǎn)。
[0149]另外，關(guān)于漏電流密度，在氣體流量比(=N2/SiF4)為10以下時(shí)，隨著氣體流量比(=N2/SiF4)的增加而減少，在氣體流量比(=N2/SiF4)為10以上時(shí)，達(dá)到lX10_6[A/cm2]以下(參考曲線k4)。
[0150]而且，漏電流密度相對(duì)于氣體流量比(=N2/SiF4)的減少率在氣體流量比(=N2/SiF4)為10以下時(shí)增大，在氣體流量比(=N2/SiF4)為10以上時(shí)減小。因此，漏電流密度相對(duì)于氣體流量比(=N2/SiF4)的減少率以氣體流量比(=N2/SiF4)=10為界線發(fā)生明顯變化，氣體流量比(=N2/SiF4)=10為臨界點(diǎn)。
[0151]這樣,絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)以氣體流量比(=N2/SiF4)=10為臨界點(diǎn)隨著氣體流量比(=N2/SiF4)的增加而增加，漏電流密度以氣體流量比(=N2/SiF4)=10為臨界點(diǎn)隨著氣體流量比(=N2/SiF4)的增加而減少。
[0152]而且，氣體流量比(=N2/SiF4)為10以上時(shí)，能夠制造絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)為約7[MV/cm]、漏電流密度為lX10_6[A/cm2]以下、絕緣性能良好的絕緣膜(氮化硅膜2/氮化硅膜3)。這是因?yàn)?，使用玻璃由Mo覆蓋的基板1，因此，不會(huì)由于等離子體中的F自由基而從玻璃中取出氧原子，氧原子不易混入氮化硅膜2、3。
[0153]因此，根據(jù)制造方法2，為了制造漏電流密度小且絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)大的絕緣膜(氮化硅膜)，使氣體流量比(=N2/SiF4)為10以上即可。
[0154]因此，在制造方法2中，將N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比(=N2氣體/SiF4氣體)設(shè)定為N2氣體/SiF4氣體=250/25=10以上來形成氮化硅膜2，將N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比(=N2氣體/SiF4氣體)設(shè)定為N2氣體/SiF4氣體=250/100=2.5來形成氮化硅膜3。
[0155]而且，在以SiF4氣體為主氣體并以N2氣體為副氣體時(shí)，氮化硅膜2通過將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值(=10)以上而形成，氮化硅膜3通過將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值(=10)小的值(=2.5)而形成。
[0156]這樣，在制造方法2中，氮化硅膜2通過將氣體流量比(=N2/SiF4)設(shè)定為基準(zhǔn)值以上而形成，氮化硅膜3通過將氣體流量比(=N2/SiF4)設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值而形成。其結(jié)果，等離子體中的F自由基在氮化硅膜3的成膜時(shí)與氮化硅膜2的成膜時(shí)相比增多。因此，氮化硅膜3的氟濃度比氮化硅膜2的氟濃度高。
[0157]另外，由于基板I的表面由金屬覆蓋，因此，在氮化硅膜2、3的成膜時(shí)等離子體中的F自由基不會(huì)從基板I中取出氧原子，氧原子不混入氮化硅膜2、3。因此，如上所述，通過制造方法2制造的絕緣膜10具有良好的絕緣性能。
[0158]需要說明的是，在上述制造方法2中，也可以不進(jìn)行使用N2氣體的等離子體處理。
[0159]圖10是示出制造方法2的工序圖。參考圖10，開始絕緣膜10的制造時(shí)，將N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上，在含有氧原子的基板上形成氮化硅膜2 (工序Sll)。
[0160]然后，將N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值，在氮化硅膜2上形成氮化硅膜3 (工序S12)。
[0161]由此，使用制造方法2的絕緣膜10的制造結(jié)束。
[0162]《制造方法3》
[0163]圖11是圖1所示的絕緣膜10的制造方法3中氣體流量的時(shí)序圖。
[0164]在絕緣膜10的制造方法3中，使用SiF4氣體、含有氧原子或氫原子的氣體及N2氣體在基板I上堆積氮化硅膜2，然后,使用SiF4氣體及N2氣體在氮化硅膜2上堆積氮化硅膜3，制造絕緣膜10。
[0165]另外，基板I是在硅晶片上依次堆積SiNx及a-1GZO而得到的IGZ0/SiNx/硅晶片。而且，a-1GZO的膜厚為lOOnm，SiNx的膜厚為lOOnm，硅晶片的厚度為0.55mm。
[0166]而且，基板溫度為150°C，成膜時(shí)的壓力為2.6Pa，高頻電力為1.lW/cm2。
[0167]在使用制造方法3制造絕緣膜10時(shí)，等離子體裝置100的氣體導(dǎo)入部26在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2的期間內(nèi)將25sccm的SiF4氣體、450sccm的N2氣體和IOOsccm的N2O氣體供給到真空容器20。
[0168]而且，真空排氣裝置將真空容器20內(nèi)的壓力設(shè)定為2.6Pa。另外，加熱器34將基板I的溫度設(shè)定為150°C。
[0169]這樣，高頻電源62經(jīng)由匹配電路64、連接導(dǎo)體68及供電電極52將1.1ff/cm2的高頻電力供給到平面導(dǎo)體50。
[0170]由此，在真空容器20內(nèi)廣生等尚子體，在基板I上堆積具有50nm的I旲厚的氣化娃膜2。
[0171]然后，在時(shí)刻t2，氣體導(dǎo)入部26使SiF4氣體的流量從25sccm增加到lOOsccm，使N2氣體的流量從450sccm減少到250sccm，并停止N2O氣體。然后，到時(shí)刻t3為止，氣體導(dǎo)入部26將IOOsccm的SiF4氣體和250sccm的N2氣體供給到真空容器20。
[0172]由此,在氮化硅膜2上堆積具有50nm的膜厚的氮化硅膜3。[0173]然后，氣體導(dǎo)入部26在時(shí)刻t3停止SiF4氣體及N2氣體。
[0174]需要說明的是，在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t3的期間內(nèi)，高頻電力、反應(yīng)壓力及基板溫度分別設(shè)定為上述值。
[0175]這樣，在制造方法3中，以與基板I (=IGZ0/SiNx/硅晶片)接觸的方式配置的氮化硅膜2通過向作為形成氮化硅膜2時(shí)的主氣體的SiF4氣體中添加N2O氣體而形成，氮化硅膜3通過不向SiF4氣體中添加N2O氣體而形成。
[0176]其結(jié)果，在形成氮化硅膜2時(shí)的等離子體中，存在由隊(duì)0氣體生成的O自由基，因此，能夠抑制等離子體中的F自由基從基板I (=IGZ0/SiNx/硅晶片)的a-1GZO中取出氧原子。即，即使F自由基從a-1GZO中取出氧原子，也會(huì)利用等離子體中的O自由基將氧原子補(bǔ)充到a-1GZO中。
[0177]因此，基板l(=IGZ0/SiNx/硅晶片)中的氧原子不易混入氮化硅膜2。
[0178]另外，根據(jù)制造方法2中說明的機(jī)制，氮化硅膜3的氟濃度比氮化硅膜2的氟濃度聞。
[0179]圖12是示出測(cè)定利用制造方法3制造的絕緣膜的電特性的方法的圖。
[0180]參考圖12，氮化硅膜通過制造方法3堆積在IGZ0/SiNx/硅晶片的a_IGZ0上。
[0181]將電源及電流計(jì)串聯(lián)連接到a-1GZO的不同的兩點(diǎn)之間。
[0182]電源在改變電壓值的同時(shí)將電壓施加到a-1GZO的不同的兩點(diǎn)之間。而且，電流計(jì)測(cè)定在a-1GZ0的表面流動(dòng)的漏電流。
[0183]圖13是示出利用制造方法3制造的絕緣膜的漏電流與氣體流量比的關(guān)系的圖。
[0184]在圖13中，縱軸表示漏電流,橫軸表示N2O氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之t匕。另外，曲線k5表示漏電流與氣體流量比的關(guān)系。此外，氣體流量比(=N20/SiF4)通過將SiF4氣體的流量及N2氣體的流量分別保持在25SCCm及450sCCm并將N2O氣體的流量變?yōu)?sccm、25sccm、50sccm 及 IOOsccm 來改變。
[0185]參考圖13，關(guān)于漏電流密度，在氣體流量比(=N20/SiF4)為2以下時(shí)，隨著氣體流量比(=N20/SiF4)的增加而減少，在氣體流量比(=N20/SiF4)為2以上時(shí)，達(dá)到1Χ10_η?IX 10,[A](參考曲線 k5)。
[0186]而且，漏電流相對(duì)于氣體流量比(=N20/SiF4)的減少率在氣體流量比(=N20/SiF4)為2以下時(shí)增大，在氣體流量比(=N20/SiF4)為2以上時(shí)減小。因此，漏電流相對(duì)于氣體流量比(=N20/SiF4)的減少率以氣體流量比(=N20/SiF4)=2為界線發(fā)生明顯變化，氣體流量比(=N20/SiF4) =2 為臨界點(diǎn)。
[0187]這樣，漏電流以氣體流量比(=N20/SiF4)=2為臨界點(diǎn)隨著氣體流量比(=N20/SiF4)的增加而減少。
[0188]而且，氣體流量比(=N20/SiF4)為2以上時(shí)，能夠制造漏電流為I X 10_n?I X 10,[A]、與a-1GZ0界面的電阻的增加得到抑制的絕緣膜(氮化硅膜2/氮化硅膜3)。這是因?yàn)椋缟纤?，在形成氮化硅?時(shí)，由于等離子體中的O自由基，不易從基板I (=IGZO/SiNx/硅晶片)中的a-1GZ0中取出氧原子，氧原子不易混入氮化硅膜2。
[0189]因此，根據(jù)制造方法3，為了制造漏電流小的絕緣膜(氮化硅膜)，使氣體流量比(=N20/SiF4)為2以上即可。
[0190]如上所述,通過將SiF4氣體的流量及N2氣體的流量分別保持在25sccm及450sccm并使N2O氣體的流量變?yōu)?sccm、25sccm、50sccm及IOOsccm而改變氣體流量比(=N2O/SiF4)，因此，在氣體流量比(=N20/SiF4)為2以上時(shí)，N2氣體和N2O氣體的合計(jì)流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比(=(N2氣體+ N2O氣體)/SiF4氣體)為(N2氣體+ N2O氣體)/SiF4氣體=(450 + 50)/25=20 以上。
[0191]因此，在制造方法3中，將N2氣體和N2O氣體的合計(jì)流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比(=(N2氣體+ N2O氣體)/SiF4氣體)設(shè)定為(N2氣體+ N2O氣體)/SiF4氣體=(450 +50) /25=20以上來形成氮化硅膜2，將N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比(=N2氣體/SiF4氣體)設(shè)定為N2氣體/SiF4氣體=250/100=2.5來形成氮化硅膜3。
[0192]因此，在以SiF4氣體為主氣體并以N2氣體及N2O氣體為副氣體時(shí)，氮化硅膜2通過將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值(=20)以上而形成，氮化硅膜3通過將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值(=20)小的值(=2.5)而形成。
[0193]需要說明的是，在制造方法3中，也可以使用氧氣(O2)、H2氣體及NH3氣體中的任意一種代替N2O氣體來形成氮化硅膜2，一般而言，使用含有氫原子或氧原子的氣體形成氮化硅膜2即可。
[0194]圖14是示出制造方法3的工序圖。參考圖14，開始絕緣膜10的制造時(shí)，將含有氫原子或氧原子的氣體及隊(duì)氣體的合計(jì)流量相對(duì)于51匕氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上，在含有氧原子的基板上形成氮化硅膜2 (工序S21)。
[0195]然后，將N2氣體的流量相對(duì)于SiF4氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值，在氮化硅膜2上形成氮化硅膜3 (工序S22)。
[0196]由此，使用制造方法3的絕緣膜10的制造結(jié)束。
[0197]在上述制造方法I?3中，使用SiF4氣體作為用于形成氮化硅膜2、3的主氣體，但在該發(fā)明的實(shí)施方式中，不限于此，用于形成氮化硅膜2、3的主氣體也可以是含有氟原子和娃原子的氣體。
[0198]另外，在制造方法I中，使用SiF4氣體作為主氣體，使用含有氫原子的氣體及N2氣體作為副氣體，并將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上來形成氮化硅膜2，使用SiF4氣體作為主氣體，使用N2氣體作為副氣體，并將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值來形成氮化硅膜3。
[0199]此外，在制造方法2中，使用SiF4氣體作為主氣體，使用N2氣體作為副氣體，并將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上來形成氮化硅膜2，使用51匕氣體作為主氣體，使用N2氣體作為副氣體，并將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值來形成氮化硅膜3。
[0200]此外，在制造方法3中，使用SiF4氣體作為主氣體，使用含有氫原子或氧原子的氣體及N2氣體作為副氣體，并將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上來形成氮化硅膜2，使用SiF4氣體作為主氣體，使用N2氣體作為副氣體，并將副氣體的流量相對(duì)于主氣體的流量之比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值來形成氮化硅膜3。
[0201]因此，第一發(fā)明的實(shí)施方式的絕緣膜10的制造方法只要是圖15所示的制造方法即可。
[0202]圖15是示出第一發(fā)明的實(shí)施方式的絕緣膜10的制造方法的工序圖。
[0203]參考圖15，開始絕緣膜10的制造時(shí)，將含有硅原子和氟原子的主氣體與至少包含氮?dú)獾母睔怏w的氣體流量比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上，在含有氧原子的基板上形成第一氮化硅膜(工序S31)。然后，將主氣體與氮?dú)獾臍怏w流量比設(shè)定為比基準(zhǔn)值小的值，以與第一氮化硅膜接觸的方式形成第二氮化硅膜(工序S32)。
[0204]由此，絕緣膜10的制造結(jié)束。
[0205]通過上述制造方法I?3制造的絕緣膜10包含氮化硅膜3的氟濃度比氮化硅膜2的氟濃度高的結(jié)構(gòu)。即，氮化硅膜2的氟濃度比氮化硅膜3的氟濃度低。如上所述，這是由于以使氮化硅膜2的成膜時(shí)等離子體中F自由基的濃度比氮化硅膜3的成膜時(shí)等離子體中F自由基的濃度低的方式形成氮化硅膜2而引起的。
[0206]另外，如果使等離子體中的F自由基變少，則能夠抑制從基板I中取出氧原子，抑制氧原子混入氮化硅膜2、3。其結(jié)果，能夠制造絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)高且漏電流小的絕緣膜10。
[0207]因此，在制造的絕緣膜10中，如果基板I側(cè)的氮化硅膜中的氟濃度比絕緣膜10的表面?zhèn)鹊牡枘ぶ械姆鷿舛鹊?，則氧原子向絕緣膜10中的混入變少，能夠得到良好的絕緣性能。
[0208]<實(shí)施方式2?4>
[0209]以下，根據(jù)附圖，對(duì)本發(fā)明中作為第二發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施方式2?4的半導(dǎo)體元件進(jìn)行說明。需要說明的是，在以下附圖中，相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同標(biāo)號(hào)，不重復(fù)其說明。
[0210]第二發(fā)明的半導(dǎo)體元件至少具有含有銦(In)原子及氧(O)原子的氧化物半導(dǎo)體層以及含有硅(Si)原子、氟(F)原子及氮(N)原子的絕緣膜。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，包含TFT的半導(dǎo)體元件在具有上述氧化物半導(dǎo)體層和與上述氧化物半導(dǎo)體層接觸的上述絕緣膜時(shí)，能夠抑制Vth的變化。其理由尚不明確，但認(rèn)為例如以下是理由之一。
[0211]S卩，在含有In及O的氧化物半導(dǎo)體層中，已知該層中的O含量、H含量、N含量或它們的化學(xué)鍵合狀態(tài)會(huì)影響半導(dǎo)體特性。在與該氧化物半導(dǎo)體層接觸的絕緣膜含有S1、F及N時(shí)，對(duì)氧化物半導(dǎo)體層中的0、H及N的含量、化學(xué)鍵合狀態(tài)等產(chǎn)生的影響小，因此，能夠抑制因存在與氧化物半導(dǎo)體層接觸的層而引起的對(duì)氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體特性產(chǎn)生的影響，其結(jié)果，能夠抑制TFT的Vth的變化。需要說明的是，本發(fā)明人通過反復(fù)進(jìn)行各種研究，還發(fā)現(xiàn)，絕緣膜中存在F是重要的。
[0212]以下，為了對(duì)第二發(fā)明進(jìn)行更具體的說明，在實(shí)施方式2?4中，使用包含TFT的半導(dǎo)體元件對(duì)第二發(fā)明的實(shí)施方式的一例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0213]<實(shí)施方式2>
[0214]作為實(shí)施方式2，對(duì)半導(dǎo)體層的組成及柵極絕緣膜的組成具有特征的TFT進(jìn)行說明。
[0215]《半導(dǎo)體元件》
[0216]圖16是半導(dǎo)體元件的一例的概略截面圖。參考圖16，作為半導(dǎo)體元件的TFT中，在基板201上依次層疊柵極202、柵極絕緣膜203和作為溝道層的半導(dǎo)體層204，并在該半導(dǎo)體層204上層疊源極205及漏極206。另外，在半導(dǎo)體層204中作為源極205及漏極206之間且未被兩電極覆蓋的區(qū)域?qū)盈B有鈍化膜207。圖16的TFT是所謂的底柵型晶體管，例如能夠適合用作液晶顯示裝置等的開關(guān)元件。
[0217]基板201可以使用例如塑料膜、玻璃基板等絕緣性基板。柵極202、源極205及漏極206各自可以使用例如T1、Μο、Α1等金屬。另外，也可以具有層疊有包含各金屬的層的構(gòu)成。鈍化膜207可以是包含硅(Si)原子、氟(F)原子及氮(N)原子的絕緣膜，例如也可以使用包含二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(Hf2O2)、二氧化鈦(TiO2)等的膜。
[0218]第二發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，通過將半導(dǎo)體層204的組成和柵極絕緣膜203的組成設(shè)定為特征組成，能夠抑制半導(dǎo)體元件的Vth的變化。以下，對(duì)半導(dǎo)體層204及柵極絕緣膜203進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0219](半導(dǎo)體層)
[0220]半導(dǎo)體層204包含含有In及O的氧化物半導(dǎo)體層。具體而言，半導(dǎo)體層204優(yōu)選包含 In-Ga-Zn-0、In-A1-Mg-O> In-A1-Zn-O> In-Hf-Zn-O 中的任意一種。需要說明的是，“In-Ga-Zn-Ο”的記載是指含有In、Ga、Zn及O為主成分的氧化物半導(dǎo)體，也包括以不使半導(dǎo)體特性變化的程度包含微量的其他不想含有的原子的氧化物半導(dǎo)體。
[0221]在半導(dǎo)體層204的材料為In-Ga-Zn-O的情況下，通過使半導(dǎo)體層204中含有的In的含量相對(duì)于In、Ga及Zn的含量的總量之比(In/(Ga + Zn + In))為35原子％以上，能夠抑制Vth的變化。進(jìn)而，通過使上述In的含量之比為38原子％以上且43原子％以下，能夠進(jìn)一步抑制Vth的變化。另外，半導(dǎo)體層204中O的含量?jī)?yōu)選為60原子％以上且66原子％以下。需要說明的是，作為半導(dǎo)體層204中各元素的定量方法，可以使用盧瑟福背散射法及ICP質(zhì)譜法等。
[0222]另外，從提高在TFT的源極-漏極間流通的ON電流的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選半導(dǎo)體層204中還含有選自由氮(N)、鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鑰(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錫(Sn)及鉍(Bi)組成的組中的一種以上添加元素。此外，在添加元素的濃度為0.01 X 1022atm/cc以下時(shí)，有效地提高在源極-漏極間流通的ON電流的傾向小，在超過10X1021atm/cc時(shí)，具有在源極_漏極間流通的OFF電流變高的傾向。因此，半導(dǎo)體層204中上述添加元素的濃度優(yōu)選為0.1 X 1021atm/cc以上且10 X 1021atm/cc以下。需要說明的是，半導(dǎo)體層204中該添加元素的濃度(atm/cc)例如可以通過二次離子質(zhì)譜(SIMS)法測(cè)定。
[0223]另外，優(yōu)選半導(dǎo)體層204與后述的柵極絕緣膜203接觸的界面附近的半導(dǎo)體層204中的氧量A與界面附近以外的半導(dǎo)體層204中的氧量B之比A/B大于0.78且小于I。對(duì)此，使用圖17進(jìn)行說明。
[0224]圖17是圖16的區(qū)域A的概略放大圖。參考圖17，在本實(shí)施方式2中，優(yōu)選半導(dǎo)體層204中位于與柵極絕緣膜203接觸的界面220附近的區(qū)域204a的部分的半導(dǎo)體層204的氧量A與界面附近以外的半導(dǎo)體層、即位于區(qū)域204a以外的部分的半導(dǎo)體層204的氧量B之比A/B大于0.78且小于I。此時(shí)，能夠增大在TFT的源極-漏極間流通的ON電流。
[0225]另一方面，發(fā)現(xiàn)，在上述比A/B為0.78時(shí)，具有在源極-漏極間流通的OFF電流過大的傾向。因此，從以更合適的條件使TFT的特性穩(wěn)定的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選上述比A/B為0.8以上且小于1，更優(yōu)選為0.8以上且0.98以下。
[0226]此處，“接觸的界面”是指在二次離子質(zhì)譜法中柵極絕緣膜203中由F產(chǎn)生的離子的離子計(jì)數(shù)與半導(dǎo)體層204中由In產(chǎn)生的離子的離子計(jì)數(shù)交叉的點(diǎn)，“界面附近”是指，從“接觸的界面”起厚度為0.1nm以上且20nm以下的區(qū)域204a。另外，氧量A及氧量B分別是半導(dǎo)體層204的任意位置的通過二次離子質(zhì)譜得到的氧離子的計(jì)數(shù)。
[0227]需要說明的是，只要該區(qū)域204a中至少一部分的氧量A與氧量B之比A/B為上述范圍則能夠表現(xiàn)出上述效果。即，例如，半導(dǎo)體層204的區(qū)域204a中從界面220起0.1nm以上且5nm以下的區(qū)域中的氧量A與氧量B之比A/B為上述范圍即可。另外，在界面附近的區(qū)域204a中至少一部分滿足上述比A/B即可。S卩，參考圖17，在圖中沿左右方向延伸的區(qū)域204a中至少一部分(例如，區(qū)域204a的中央部分)中的氧量A和氧量B滿足上述比A/B的范圍即可。
[0228](柵極絕緣膜)
[0229]在本實(shí)施方式2中，柵極絕緣膜203含有S1、F及N。TFT中，上述半導(dǎo)體層204包含含有In及O的氧化物半導(dǎo)體層，并且柵極絕緣膜203含有S1、F及N，由此能夠抑制Vth的變化。作為柵極絕緣膜203中的各元素的定量方法，可以使用附帶掃描二次電子顯微鏡(SEM)的能量色散型熒光X射線分析(EDX)法、附帶透射電子顯微鏡(TEM)的能量色散型熒光X射線分析(EDX)法等。另外，當(dāng)然也可以使用在元素的定性分析中使用的其他公知的技術(shù)。
[0230]對(duì)于柵極絕緣膜203而言，已知:在不含有F時(shí)，不能減少Vth變化量，另外，在含有多于30原子％的F時(shí)，柵極絕緣膜203的機(jī)械強(qiáng)度弱，從基板上發(fā)生剝離等。因此，柵極絕緣膜203中F的含量?jī)?yōu)選大于O原子％且為30原子％以下。另外，更優(yōu)選F的含量為3原子％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為5原子％以上。特別是，在F的含量為10原子％以上且28原子％以下時(shí)，能夠更有效地降低Vth變化量。需要說明的是，Si的含量?jī)?yōu)選為25原子％以上且35原子％以下，N的含量?jī)?yōu)選為25原子％以上且40原子％以下。
[0231 ] 另外，柵極絕緣膜203可以還含有H。通過使柵極絕緣膜203含有H，可期待1n (0N電流)上升這樣的效果。柵極絕緣膜203中H的含量大于7原子％時(shí)，具有Vth變化量增大的傾向，因此優(yōu)選H的含量為7原子％以下。另外，從進(jìn)一步抑制Vth特性變化的觀點(diǎn)考慮，更優(yōu)選為5原子％以下。需要說明的是，作為柵極絕緣膜203中的H的定量方法，可以使用例如二次離子質(zhì)譜法。具體而言，可以準(zhǔn)備H的含量已知的標(biāo)準(zhǔn)樣品，用測(cè)定樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品比較每秒的二次離子計(jì)數(shù)，由此進(jìn)行測(cè)定樣品中的H的定量。另外，也可以通過并用盧瑟福背散射法和彈性反沖探測(cè)法來對(duì)H的含量進(jìn)行定量。
[0232]另外，柵極絕緣膜203可以還含有O。通過使柵極絕緣膜203含有0，可期待1n上升這樣的效果。柵極絕緣膜203中O的含量為25原子％以上時(shí)，具有Vth變化量增大的傾向，因此，優(yōu)選O的含量小于25原子％，更優(yōu)選為20原子％以下。需要說明的是，作為柵極絕緣膜203中的O原子的定量方法，可以使用盧瑟福背散射法、二次離子質(zhì)譜法等。
[0233]《半導(dǎo)體元件的制造方法》
[0234]接著，使用圖18 (a)?⑷對(duì)圖16的TFT的制造方法進(jìn)行說明。
[0235](柵極的形成)
[0236]首先，如圖18(a)所示，準(zhǔn)備包含玻璃基板的基板201，在該基板201的表面201a上通過例如DC濺射形成柵極202。
[0237](柵極絕緣膜的形成)
[0238]接著，如圖18(b)所示，以覆蓋基板201的表面201a及柵極202的方式形成柵極絕緣膜203。在本實(shí)施方式中，柵極絕緣膜203含有S1、F及N。作為這樣的柵極絕緣膜203的制作方法，可以使用例如等離子體CVD法。特別是，可以優(yōu)選使用利用內(nèi)部天線型ICP等離子體源的等離子體CVD法。
[0239]具體而言，在等離子體裝置的真空槽內(nèi)設(shè)置形成有柵極202的基板201，在進(jìn)行真空槽內(nèi)的真空排氣后，向該真空槽內(nèi)導(dǎo)入SiF4及N2等原料氣體。然后，使用等離子體源使原料氣體活化，由此能夠形成含有S1、F及N的柵極絕緣膜203。
[0240]在上述等離子體CVD法中，通過調(diào)節(jié)原料氣體的混合比例，能夠調(diào)節(jié)柵極絕緣膜203中S1、F及N各自的含量。另外，通過在原料氣體中混合含有H的氣體例如H2氣體，能夠使柵極絕緣膜203含有H，通過在原料氣體中混合含有O的氣體例如O2氣體，能夠使柵極絕緣膜203含有O。
[0241](半導(dǎo)體層的形成)
[0242]接著，如圖18(c)所示，在柵極絕緣膜203上的一部分形成作為溝道層的半導(dǎo)體層204。在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體層204含有In及O。對(duì)于這樣的半導(dǎo)體層204的制作方法，可以使用例如DC(直流)磁控濺射法。
[0243]具體而言，首先，準(zhǔn)備包含作為氧化物半導(dǎo)體的原料的導(dǎo)電性氧化物燒結(jié)體的靶作為靶。例如，在形成包含In-Ga-Zn-O的半導(dǎo)體層204的情況下，從進(jìn)一步減少Vth變化量的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選使用含有ZnGa2O4結(jié)晶的靶。接著，在裝置內(nèi)的預(yù)定位置處配置靶及上述基板201，利用DC磁控濺射法濺射靶，由此在柵極絕緣膜203上形成半導(dǎo)體層。
[0244]接著，為了使得到的半導(dǎo)體層獲得預(yù)定的溝道寬度、溝道長(zhǎng)度，在半導(dǎo)體層上進(jìn)行抗蝕劑的涂布、曝光、顯影，形成預(yù)定形狀的抗蝕劑。然后，將形成有預(yù)定形狀的抗蝕劑的基板201浸潰于蝕刻水溶液中，對(duì)露出的半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻，由此，如圖18 (C)所示，形成層疊在柵極絕緣膜203上的一部分的半導(dǎo)體層204。
[0245]此處，在半導(dǎo)體層204中還含有N作為添加元素的情況下，例如，通過在濺射靶時(shí)導(dǎo)入到濺射裝置內(nèi)的氣體中混入N2氣體并控制其混合比例，能夠調(diào)節(jié)半導(dǎo)體層204中的N的濃度。另外，在還含有選自由鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鑰(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錫(Sn)及鉍(Bi)組成的組中的一種以上添加元素的情況下，例如，可以預(yù)先在上述靶中含有這些元素。
[0246]另外，如圖17所示，在對(duì)半導(dǎo)體層204中區(qū)域204a的至少一部分中的氧量A與區(qū)域204a以外的區(qū)域中的氧量B之比A/B進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下，對(duì)形成半導(dǎo)體層204中界面220附近的區(qū)域204a的部分時(shí)導(dǎo)入到濺射裝置內(nèi)的O2氣體的混合比例進(jìn)行調(diào)節(jié)即可。
[0247](源極及漏極的形成)
[0248]接著，如圖18 (d)所示，例如通過DC濺射在半導(dǎo)體層204上及柵極絕緣膜203上形成源極205及漏極206。
[0249]具體而言，首先，在半導(dǎo)體層204上涂布抗蝕劑并曝光、顯影后，在未形成抗蝕劑的半導(dǎo)體層204上及柵極絕緣膜203上，通過DC濺射法形成包含金屬層的源極205及漏極
206。然后，將半導(dǎo)體層204上的抗蝕劑剝離，由此，如圖18(d)所示，形成形成有源極205及漏極206的基板201。
[0250](鈍化膜的形成)
[0251]接著，如圖16所示，在從源極205及漏極206露出的半導(dǎo)體層204上形成鈍化膜
207。鈍化膜207的制作中，可以使用例如DC磁控濺射法。[0252]根據(jù)以上詳述的實(shí)施方式2，半導(dǎo)體層204包含含有In及O的氧化物半導(dǎo)體層，柵極絕緣膜203包含含有S1、F及N的絕緣膜。根據(jù)具有該構(gòu)成的TFT，能夠抑制以±20V以上使用柵極-源極間的電壓或源極-漏極間的電壓時(shí)Vth的變化。因此，結(jié)果能夠使TFT的特性穩(wěn)定。
[0253]<實(shí)施方式3>
[0254]作為實(shí)施方式3，對(duì)半導(dǎo)體層的組成及鈍化膜的組成具有特征的TFT進(jìn)行說明。
[0255]《半導(dǎo)體元件》
[0256]本實(shí)施方式3的TFT具有圖16所示的構(gòu)成。在本實(shí)施方式3中，半導(dǎo)體層204、柵極絕緣膜203及鈍化膜207以外的構(gòu)成與實(shí)施方式2相同，因此不重復(fù)其說明。
[0257]另外，在本實(shí)施方式3中，柵極絕緣膜203可以是含有S1、F及N的絕緣膜，例如可以使用包含二氧化硅(SiOH)、氮化硅(SiNH)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(Hf2O2)、二氧化鈦(TiO2)等的以往使用的絕緣膜。以下，對(duì)半導(dǎo)體層204及鈍化膜207進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0258](半導(dǎo)體層)
[0259]半導(dǎo)體層204包含含有In及O的氧化物半導(dǎo)體層。具體而言，半導(dǎo)體層204優(yōu)選包含 In-Ga-Zn-0、In-A1-Mg-O> In-A1-Zn-O> In-Hf-Zn-O 中的任意一種。
[0260]另外，半導(dǎo)體層204與后述鈍化膜207接觸的界面附近的半導(dǎo)體層204中的氧量C與界面附近以外的半導(dǎo)體層204中的氧量D之比C/D優(yōu)選為1.05以上且1.3以下。對(duì)此，使用圖19進(jìn)行說明。
[0261]圖19是圖16的區(qū)域B的概略放大圖。參考圖19，在本實(shí)施方式3中，優(yōu)選在半導(dǎo)體層204中位于與鈍化膜207接觸的界面240附近的區(qū)域204b的部分的半導(dǎo)體層204的氧量C與界面附近以外的半導(dǎo)體層、即位于區(qū)域204b以外的部分的半導(dǎo)體層204的氧量D之比C/D為1.05以上。此時(shí)，能夠減小在TFT的源極-漏極間流通的OFF電流。另外，比C/D超過1.3時(shí)，具有在源極-漏極間流通的ON電流過低的傾向。因此，優(yōu)選上述比C/D為
1.3以下。
[0262]此處，“接觸的界面”是指在二次離子質(zhì)譜法中鈍化膜207中由F產(chǎn)生的離子的離子計(jì)數(shù)與半導(dǎo)體層204中由In產(chǎn)生的離子的離子計(jì)數(shù)交叉的點(diǎn)，“界面附近”是指，從“接觸的界面”起厚度為0.1nm以上且20nm以下的區(qū)域204b。另外，氧量C及氧量D分別是半導(dǎo)體層204的任意位置的通過二次離子質(zhì)譜得到的氧離子的計(jì)數(shù)。
[0263]需要說明的是，與實(shí)施方式2同樣地，只要該區(qū)域204b中至少一部分的氧量C與氧量D之比C/D為上述范圍則能夠表現(xiàn)出上述效果，另外，只要在界面附近的區(qū)域204b中的至少一部分滿足上述比C/D即可。
[0264]需要說明的是，上述以外的半導(dǎo)體層204的優(yōu)選組成與實(shí)施方式2相同，因此不重復(fù)其說明。
[0265](鈍化膜)
[0266]在本實(shí)施方式3中，鈍化膜207含有S1、F及N。TFT中，上述半導(dǎo)體層204包含含有In及O的氧化物半導(dǎo)體層，并且鈍化膜207含有S1、F及N，由此能夠抑制Vth的變化。
[0267]鈍化膜207的組成與實(shí)施方式2的柵極絕緣膜203的組成相同。即，鈍化膜207中F的含量?jī)?yōu)選大于O原子％且為30原子％以下，F(xiàn)的含量更優(yōu)選為3原子％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為5原子％以上。特別是，在F的含量為10原子％以上且28原子％以下時(shí)，能夠更有效地減小Vth變化量。另外，在鈍化膜207還含有H時(shí)，H的含量?jī)?yōu)選為7原子％以下，更優(yōu)選為5原子％以下。另外，在鈍化膜207還含有O時(shí)，優(yōu)選O的含量小于25原子％，更優(yōu)選為15原子％以下。
[0268]《半導(dǎo)體元件的制造方法》
[0269]對(duì)于本實(shí)施方式3中TFT的制造方法，可以使用與實(shí)施方式2的制造方法相同的方法。具體而言，在本實(shí)施方式3中的鈍化膜207的形成中，可以利用實(shí)施方式2中柵極絕緣膜203的形成方法。需要說明的是，本實(shí)施方式3中的柵極絕緣膜203可以通過以往使用的方法來形成。
[0270]另外，在半導(dǎo)體層204的形成方法中，也可以利用實(shí)施方式2中半導(dǎo)體層204的形成方法。但是，在以滿足上述比C/D的方式形成半導(dǎo)體層204時(shí)，需要控制形成與鈍化膜207接觸的界面附近的半導(dǎo)體層204時(shí)濺射裝置內(nèi)的氧量來形成滿足上述比C/D的半導(dǎo)體層 204。
[0271 ] 根據(jù)以上詳述的實(shí)施方式3，半導(dǎo)體層包含含有In及O的氧化物半導(dǎo)體層，鈍化膜包含含有S1、F及N的絕緣膜。根據(jù)具有該構(gòu)成的TFT，能夠抑制以土 20V以上使用柵極-源極間的電壓或源極-漏極間的電壓時(shí)Vth的變化。因此，其結(jié)果，能夠使TFT的特性穩(wěn)定。
[0272]<實(shí)施方式4>
[0273]作為實(shí)施方式4，對(duì)半導(dǎo)體層的組成、柵極絕緣膜的組成及鈍化膜的組成具有特征的TFT進(jìn)行說明。
[0274]本實(shí)施方式4的TFT具有圖16所示的構(gòu)成。在本實(shí)施方式4中，半導(dǎo)體層204包含含有In及O的氧化物半導(dǎo)體層，柵極絕緣膜203和鈍化膜207均含有S1、F及N。S卩，在本實(shí)施方式4中，柵極絕緣膜203是與實(shí)施方式2中柵極絕緣膜203相同的組成，鈍化膜207是與實(shí)施方式3中鈍化膜207相同的組成。
[0275]這種情況下，與實(shí)施方式2和實(shí)施方式3同樣地，也能夠抑制以±20V以上使用柵極-源極間的電壓或源極-漏極間的電壓時(shí)Vth的變化。因此，其結(jié)果，能夠使TFT的特性穩(wěn)定。另外，半導(dǎo)體層204中，通過在與柵極絕緣膜203接觸的界面附近的區(qū)域204a (參考圖17)和與鈍化膜207接觸的界面附近的區(qū)域204b (參考圖18)的至少任一區(qū)域滿足實(shí)施方式2和3中詳述的比(A/B及C/D)，能夠?qū)FF電流和/或ON電流設(shè)計(jì)為適當(dāng)?shù)臄?shù)值，因此，其結(jié)果，能夠進(jìn)一步使TFT的特性穩(wěn)定。
[0276]實(shí)施例
[0277]在第二發(fā)明的以下各個(gè)實(shí)施例及比較例中，制作圖16所示的底柵型TFT。
[0278]<實(shí)施例1?10 >
[0279]《柵極的形成》
[0280]首先，在各實(shí)施例1?10中，準(zhǔn)備包含25mmX25mmX0.5mm的無堿玻璃的基板201。另外，準(zhǔn)備包含作為柵極的原料的Al的靶、以及包含Mo的靶。另外，將各靶加工為直徑3英寸(76.2mm)、厚度5.0mm的形狀。以各靶的直徑3英寸的面為濺射面的方式，將各靶配置在濺射裝置內(nèi)的靶支架上，將基板配置在濺射裝置內(nèi)的基板支架上。此時(shí)，使靶與基板的距離為100mm。
[0281]接著，在將濺射裝置內(nèi)真空抽吸至約lX10_4Pa、并在基板與靶之間裝有擋板的狀態(tài)下，向裝置內(nèi)導(dǎo)入Ar氣體，使裝置內(nèi)的壓力為0.5Pa，進(jìn)一步對(duì)靶施加150W的直流電，進(jìn)行濺射放電，由此對(duì)各靶表面進(jìn)行10分鐘的清洗(預(yù)濺射)。
[0282]接著，依次對(duì)包含Mo的靶、包含Al的靶以及包含Mo的靶進(jìn)行DC濺射，在基板的表面上形成包含Mo層/Al層/Mo層的3層結(jié)構(gòu)的金屬層。需要說明的是，Mo層的膜厚各自為20nm，3層結(jié)構(gòu)的柵極的膜厚為lOOnm。然后，在金屬層上涂布光敏抗蝕劑，對(duì)電極布線圖案進(jìn)行曝光、顯影后，進(jìn)行干式蝕刻，由此制成具有期望的布線圖案的柵極。
[0283]《柵極絕緣膜的形成》
[0284]接著，在基板的露出的表面及柵極的表面上形成柵極絕緣膜。在實(shí)施例1中，首先，在等離子體裝置的真空槽內(nèi)配置形成有柵極的基板，進(jìn)行真空排氣，直至真空槽內(nèi)的壓力為10_5Pa以下。接著，將作為原料氣體的SiF4、N2導(dǎo)入真空槽內(nèi)，使該真空槽內(nèi)的壓力為
0.5Pa。然后，在將基板201加熱到150°C的同時(shí)，利用內(nèi)置天線型ICP等離子體源對(duì)原料氣體進(jìn)行活化，由此形成包含S1、F及N的柵極絕緣膜。
[0285]在實(shí)施例2?4中，導(dǎo)入SiF4、N2并進(jìn)一步導(dǎo)入H2氣體作為原料氣體，由此形成包含S1、F、N及H的柵極絕緣膜。在實(shí)施例5?10中，導(dǎo)入SiF4、N2并進(jìn)一步導(dǎo)入H2氣體及O2氣體作為原料氣體，由此形成包含S1、F、N、H及O的柵極絕緣膜。
[0286]另外，在各實(shí)施例1?10中，柵極絕緣膜中各元素的含量不同，但通過將原料氣體中SiF4與N2之比(SiF4/N2)在1/1?1/20的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)而對(duì)各實(shí)施例的柵極絕緣膜中F的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，通過將原料氣體中O2與N2之比(02/N2)在O?1/10的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)而對(duì)各實(shí)施例的柵極絕緣膜中O的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，通過將原料氣體中H2與N2之比(H2/N2)在O?1/50的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)而對(duì)各實(shí)施例的柵極絕緣膜中H的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0287]《半導(dǎo)體層的形成》
[0288]接著，在各實(shí)施例1?10中，在柵極絕緣膜上形成半導(dǎo)體層。具體而言，首先，準(zhǔn)備作為各半導(dǎo)體層的原料的導(dǎo)電性氧化物燒結(jié)體作為靶。需要說明的是，將靶加工為直徑3英寸(76.2mm)、厚度5.0mm的形狀。以靶的直徑3英寸的面為濺射面的方式，將靶配置在濺射裝置內(nèi)的靶支架上，在濺射裝置內(nèi)的被水冷卻的基板支架上配置形成有柵極絕緣膜的基板。此時(shí)，使祀與基板的距離為40mm。
[0289]接著，在將濺射裝置內(nèi)真空抽吸至約lX10_4Pa、并在基板與靶之間裝有擋板的狀態(tài)下，向裝置內(nèi)導(dǎo)入Ar氣體，使裝置內(nèi)的壓力為IPa，進(jìn)一步對(duì)靶施加120W的直流電，進(jìn)行濺射放電，由此對(duì)各靶表面進(jìn)行10分鐘的清洗(預(yù)濺射)。
[0290]然后，將Ar氣體的體積與O2氣體的體積之比為93 (Ar): 7 (O2)的混合氣體導(dǎo)入裝置內(nèi)，使裝置內(nèi)的壓力為0.8Pa，進(jìn)一步對(duì)靶施加120W的濺射直流電，由此在柵極絕緣膜上形成厚度為70nm的包含氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層。需要說明的是，基板支架僅進(jìn)行水冷卻而不施加偏壓。
[0291]在各實(shí)施例中，作為靶使用的導(dǎo)電性氧化物燒結(jié)體為多結(jié)晶體。在實(shí)施例1、2、5及6中使用的靶以In:Ga:Zn=2:2:l的元素比混合，除In2Ga2ZnO7結(jié)晶相之外，還含有一部分ZnGa2O4結(jié)晶相。另外，實(shí)施例3、4及7中使用的祀以In:Ga:Zn=2:2:1的元素比混合,僅由In2Ga2ZnO7結(jié)晶相形成。
[0292]另外，實(shí)施例8中使用的祀以Ιη:Α1:Ζη=2:2:1的元素比混合，除In2Al2ZnO7結(jié)晶相之外，還含有一部分ZnAl2O4結(jié)晶相。另外,實(shí)施例9中使用的祀以In:Al:Mg=2:2:1的元素比混合，除In2Al2MgO7結(jié)晶相之外，還含有一部分MgAl2O4結(jié)晶相。另外，實(shí)施例10中使用的革巴以In: Hf: Zn=1:1:1的元素比混合，由InHfZnO4結(jié)晶相構(gòu)成。
[0293]然后，將形成的半導(dǎo)體層在大氣中、150°C下進(jìn)行I小時(shí)退火處理后，為了將該半導(dǎo)體層加工成預(yù)定的溝道寬度及溝道長(zhǎng)度，在半導(dǎo)體層上涂布預(yù)定形狀的抗蝕劑，并進(jìn)行曝光、顯影。然后，將該基板浸潰于調(diào)節(jié)成磷酸:醋酸:水=4:4:100的比率的蝕刻水溶液，由此將半導(dǎo)體層蝕刻成預(yù)定的溝道寬度及溝道長(zhǎng)度，形成圖16所示的形狀。需要說明的是，溝道寬度為20 μ m，溝道長(zhǎng)度為10 μ m。由此，在各實(shí)施例中，形成包含表I所示的構(gòu)成元素的半導(dǎo)體層。
[0294]《源極及漏極的形成》
[0295]接著，在上述退火處理后，以僅使在半導(dǎo)體層及柵極絕緣膜上形成源極及漏極的部分露出的方式，在半導(dǎo)體層及柵極絕緣膜上涂布抗蝕劑，并進(jìn)行曝光、顯影。接著，對(duì)于未形成抗蝕劑的部分(電極形成部)，使用濺射法，依次形成包含Mo的金屬層、包含Al的金屬層、包含Mo的金屬層，由此形成包含Mo層/Al層/Mo層的3層結(jié)構(gòu)的源極及漏極。需要說明的是，各3層結(jié)構(gòu)的膜厚為lOOnm。然后，將抗蝕劑剝離。然后，在氮?dú)庵小?50°C下對(duì)該基板進(jìn)行I小時(shí)退火處理。
[0296]《鈍化膜的形成》
[0297]接著，在露出的半導(dǎo)體層上形成鈍化膜。實(shí)施例1?10中鈍化膜的制作方法與各實(shí)施例中柵極絕緣膜的形成方法相同。因此，在實(shí)施例1?10的各實(shí)施例中，柵極絕緣膜的組成與鈍化膜的組成相同。
[0298]各實(shí)施例中鈍化膜的膜厚為500nm。而且,在形成鈍化膜后,將該結(jié)構(gòu)體在氮?dú)鈿夥罩小?50°C下進(jìn)行2小時(shí)的退火處理，完成TFT。
[0299]<實(shí)施例11?16 >
[0300]《柵極絕緣膜的形成》
[0301]在實(shí)施例11?16中，導(dǎo)入SiF4、N2并進(jìn)一步導(dǎo)入H2氣體及O2氣體作為原料氣體，由此形成包含S1、F、N、H及O的柵極絕緣膜。
[0302]《半導(dǎo)體層的形成》
[0303]在實(shí)施例1?10中，使形成半導(dǎo)體層時(shí)的Ar氣體與O2氣體的混合比一定,但在實(shí)施例11?13中，在形成柵極絕緣膜與半導(dǎo)體層接觸的界面附近的半導(dǎo)體層時(shí)，將Ar氣體的體積與O2氣體的體積之比控制在IOO(Ar): O (O2)?95:5的范圍內(nèi)。由此，在實(shí)施例11?13中，在柵極絕緣膜與半導(dǎo)體層接觸的界面附近，預(yù)定位置的半導(dǎo)體層內(nèi)的界面附近的通過二次離子質(zhì)譜得到的氧離子的計(jì)數(shù)A與界面附近以外的半導(dǎo)體層內(nèi)的通過二次離子質(zhì)譜得到的氧離子的計(jì)數(shù)B之比A/B為0.78?0.98。
[0304]另外，在實(shí)施例14?16中，在形成半導(dǎo)體層與鈍化膜接觸的界面附近的半導(dǎo)體層時(shí)，將Ar氣體的體積與O2氣體的體積之比控制在90 (Ar): 10 (O2)?70:30的范圍內(nèi)。由此，在實(shí)施例14?16中，在鈍化膜與半導(dǎo)體層接觸的界面附近，預(yù)定位置的半導(dǎo)體層內(nèi)的界面附近的通過二次離子質(zhì)譜得到的氧離子的計(jì)數(shù)C與界面附近以外的半導(dǎo)體層內(nèi)的通過二次離子質(zhì)譜得到的氧離子的計(jì)數(shù)D之比C/D為1.05?1.35。需要說明的是，各實(shí)施例11?16中成為“界面附近的半導(dǎo)體層”的半導(dǎo)體層的厚度在表I中表示為“界面層的厚/又 O
[0305]另外，實(shí)施例11、12、14和16中使用的靶以In:Ga:Zn=2:2:1的元素比混合，僅由In2Ga2ZnO7結(jié)晶相形成。另一方面,實(shí)施例13及15中使用的祀以In:Ga:Zn=2:2:1的元素比混合，除In2Ga2ZnO7結(jié)晶相之外，還含有一部分ZnGa2O4結(jié)晶相。
[0306]《鈍化膜的形成》
[0307]實(shí)施例11?16中鈍化膜的制作方法與各實(shí)施例中柵極絕緣膜的形成方法相同。因此，在實(shí)施例11?16的各實(shí)施例中，柵極絕緣膜的組成與鈍化膜的組成相同。
[0308]關(guān)于上述以外的工序，使用與實(shí)施例1?10相同的方法，在各實(shí)施例中制作TFT。
[0309]<實(shí)施例17?30 >
[0310]在實(shí)施例17中，以在半導(dǎo)體層的一部分中含有包含N的添加元素的方式，向?yàn)R射裝置內(nèi)導(dǎo)入包含Ar氣體及O2氣體的混合氣體并進(jìn)一步導(dǎo)入N2氣體作為形成半導(dǎo)體層時(shí)的氣體。需要說明的是，N2氣體的流量相對(duì)于總氣體流量為20體積％。
[0311]在實(shí)施例18?30中，以在半導(dǎo)體層204的一部分中分別含有選自由鋁(Al)、硅
(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鑰(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錫(Sn)及鉍(Bi)組成的組中的一種以上添加元素的方式，在作為原料的靶中預(yù)先含有這些元素，形成半導(dǎo)體層。
[0312]另外，在實(shí)施例17?30中，作為用于形成半導(dǎo)體層的靶，使用以In:Ga:Zn=2:2:l的元素比混合、僅由In2Ga2ZnO7結(jié)晶相形成的靶。
[0313]關(guān)于上述以外的工序，使用與實(shí)施例1?10相同的方法，在各實(shí)施例中制作TFT。
[0314]<比較例I?4 >
[0315]作為比較例1，使用平行平板型的等離子體CVD裝置，形成含有S1、N及H的柵極絕緣膜和鈍化膜，制作TFT。作為比較例2，形成含有S1、O及H的柵極絕緣膜和鈍化膜，制作TFT。另外，作為比較例3，形成含有S1、O、N及H的柵極絕緣膜和鈍化膜，制作TFT。另夕卜，作為比較例4，形成含有Si及N的柵極絕緣膜和鈍化膜，制作TFT。需要說明的是，柵極絕緣膜及鈍化膜的膜厚各自為lOOnm。
[0316]另外，在比較例I及4中，形成半導(dǎo)體層時(shí)使用的靶以In:Ga:Zn=2:2:l的元素比混合，僅由In2Ga2ZnO7結(jié)晶相形成。在比較例2及3中，形成半導(dǎo)體層時(shí)使用的革巴以In:Ga:Zn=2:2:l的元素比混合，除In2Ga2ZnO7結(jié)晶相之外，還含有一部分ZnGa2O4結(jié)晶相。
[0317]< TFT的特性評(píng)價(jià)>
[0318]對(duì)于以上述方式制作的各實(shí)施例及各比較例中的TFT，以下述方式求出Vth的變化量。首先，對(duì)TFT的源極與漏極之間施加20V的電壓，將施加到源極與柵極之間的電壓(Vgs)從-30V變化至40V，測(cè)量此時(shí)的源極-漏極間的電流(Ids)(測(cè)定I)。以X軸為Vgs、Y軸為V Ids的方式作圖，從d V Ids/dVgs為最大斜率的點(diǎn)向V Ids-Vgs的曲線劃切線，求出該切線與X軸(Vgs)的交點(diǎn)。將該交點(diǎn)的Vgs定義為Vth。
[0319]在剛剛實(shí)施測(cè)定I后，立即對(duì)各TFT的源極與漏極之間施加20V的電壓，使施加到源極與柵極之間的電壓(Vgs)為40V，連續(xù)進(jìn)行2小時(shí)30分鐘的電壓施加。作為測(cè)定2，在剛剛結(jié)束電壓施加后，立即對(duì)TFT的源極與漏極之間施加20V的電壓，使施加到源極與柵極之間的電壓(Vgs)從-30V變化至40V，測(cè)量此時(shí)的源極-漏極間的電流(Ids)，通過與前述相同的方法算出Vth。[0320]而且，將測(cè)定I中的Vth與測(cè)定2中的Vth之差作為Vth的變化量。需要說明的是，在測(cè)定I的測(cè)量中，1n定義為Vgs為IOV時(shí)的Ids，1ff定義為Vgs為-5V時(shí)的Ids。
[0321]為了明確以上各實(shí)施例1?30、各比較例I?4中各膜的組成的差異，將各實(shí)施例及各比較例中各膜的組成示于表I?3。另外，將各實(shí)施例及各比較例中的評(píng)價(jià)結(jié)果示于表4?6。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣膜，其為含有硅原子、氟原子及氮原子的絕緣膜， 所述絕緣膜具備: 配置在含有氧原子的基板上的第一氮化硅膜、和 以與所述第一氮化硅膜接觸的方式配置的第二氮化硅膜， 所述第二氮化硅膜中含有的氟量比所述第一氮化硅膜中含有的氟量多。
2.一種絕緣膜的制造方法，其具備: 第一工序，將含有硅原子和氟原子的主氣體與至少包含氮?dú)獾母睔怏w的氣體流量比設(shè)定為基準(zhǔn)值以上，在含有氧原子的基板上堆積第一氮化硅膜；和 第二工序，將所述主氣體與氮?dú)獾臍怏w流量比設(shè)定為比所述基準(zhǔn)值小的值，以與所述第一氮化硅膜接觸的方式堆積第二氮化硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣膜的制造方法，其中，所述副氣體包含含有氫原子的氣體和含有氧原子的氣體中的任意一種、以及氮?dú)狻?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣膜的制造方法，其中，所述副氣體包含含有氫原子的氣體和氮?dú)狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣膜的制造方法，其中， 所述基板的表面由金屬覆蓋， 所述副氣體僅由氮?dú)?構(gòu)成。
6.一種半導(dǎo)體元件，其具有: 含有硅原子、氟原子及氮原子的絕緣膜、以及 含有銦原子及氧原子的氧化物半導(dǎo)體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層與所述絕緣膜接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述絕緣膜為柵極絕緣膜及鈍化膜中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述絕緣膜中所述氟原子的含量大于O原子％且為30原子％以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述絕緣膜還含有氫原子，所述絕緣膜中氫原子的含量大于O原子％且為7原子％以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述絕緣膜還含有氧原子，所述絕緣膜中氧原子的含量大于O原子％且小于25原子％。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述絕緣膜為柵極絕緣膜，所述柵極絕緣膜與所述半導(dǎo)體層接觸的界面附近的所述半導(dǎo)體層中的氧量A與所述界面附近以外的所述半導(dǎo)體層中的氧量B之比A/B大于0.78且小于I。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述比A/B為0.8以上且0.98以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述絕緣膜為鈍化膜，所述鈍化膜與所述半導(dǎo)體層接觸的界面附近的所述半導(dǎo)體層中的氧量C與所述界面附近以外的所述半導(dǎo)體層中的氧量D之比C/D為1.05以上且1.3以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求6至14中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述半導(dǎo)體層還含有選自由氮、鋁、硅、鈦、釩、鉻、鋯、鈮、鑰、鉿、鉭、鎢、錫及鉍組成的組中的一種以上添加元素。
16.根據(jù)權(quán)利要求6至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件為薄膜晶體管。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103875077SQ201280049140
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月7日
【發(fā)明者】宮永美紀(jì), 粟田英章, 岡田浩, 栗巢賢一, 安東靖典, 高橋英治, 藤原將喜 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社, 日新電機(jī)株式會(huì)社