本發(fā)明涉及用于液晶顯示器和有機EL顯示器等的顯示裝置的薄膜晶體管(TFT：thin－film transistor)的溝道層中所利用的具有半導(dǎo)體特性的氧化物(以下，稱為“氧化物半導(dǎo)體薄膜”)的表面具有保護膜的層疊體的品質(zhì)評價方法、和氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理方法。詳細地說，是涉及對于氧化物半導(dǎo)體薄膜、和形成于該氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面的保護膜的因界面態(tài)引起的缺陷，進行接觸或非接觸性判定·評價的方法。

背景技術(shù)：

非晶質(zhì)氧化物半導(dǎo)體薄膜歷來與用于薄膜晶體管的非晶硅(a－Si)相比，具有高載流子遷移率，即具有高電子遷移率，光學(xué)帶隙大，能夠以低溫成膜。因此，氧化物半導(dǎo)體薄膜可期待應(yīng)用于大型·高分辨率·要求高速驅(qū)動的劃時代顯示器、在耐熱性低的樹脂基板上制作的透明顯示器·可撓式顯示器。

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(a－In－Ga－Zn－O，以下有稱為“a-IGZO”或僅稱為“IGZO”的情況。)，因為具有高載流子遷移率，所以優(yōu)選使用。例如在非專利文獻1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，專利文獻1中公開有一種非晶氧化物半導(dǎo)體，其含有In、Zn、Sn、Ga等的元素和Mo，Mo的原子數(shù)相對于非晶氧化物半導(dǎo)體中的全部金屬的原子數(shù)的比率為0.1～5原子％，在實施例中公開有一種TFT，其使用了在IGZO中添加有Mo的活性層。

但是，可知氧化物半導(dǎo)體薄膜，其特性會因成膜工序和其后的熱處理而發(fā)生變化。例如，由于成膜工序中發(fā)生的晶格缺陷和膜中的氫等的雜質(zhì)而產(chǎn)生的缺陷能級，導(dǎo)致支配TFT特性的載流子濃度大幅變化，TFT特性容易產(chǎn)生偏差。因此，在顯示裝置等的制造工序中，會評價氧化物半導(dǎo)體薄膜的特性，并反饋其結(jié)果而調(diào)整制造條件，進行膜質(zhì)的品質(zhì)管理，這從生產(chǎn)率提高的觀點來說很重要。

另外報導(dǎo)有，在使用了氧化物半導(dǎo)體的TFT中，根據(jù)上述氧化物半導(dǎo)體的成膜工序及其后的熱處理以外的工序所實施的處理條件不同，TFT特性會產(chǎn)生巨大差異。例如在非專利文獻2中公開，由于上述TFT所用的柵極絕緣膜的種類不同，導(dǎo)致氧化物半導(dǎo)體薄膜在退火之后，該氧化物半導(dǎo)體的膜中的電子態(tài)發(fā)生變化，其結(jié)果是，對TFT的特性造成重大的影響。另外，在非專利文獻3中詳細報導(dǎo)，根據(jù)形成于氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面的保護膜的種類不同，可嚴重影響TFT特性。

那么，在使用了氧化物半導(dǎo)體薄膜的TFT中，作為晶體管特性來說，不僅要求基本的遷移率，而且還要求抗應(yīng)力性優(yōu)異。所謂抗應(yīng)力性，就是即使對于晶體管等的半導(dǎo)體元件，施加例如持續(xù)照射光，或持續(xù)外加?xùn)艠O電壓等的應(yīng)力，其特性也不發(fā)生變化，仍維持良好的特性的意思。

作為抗應(yīng)力性所對應(yīng)的一個要件，可列舉在漏電流－柵極電壓特性(以下，稱為“I－V特性”)中，閾值電壓(以下，稱為“V_th”)不發(fā)生漂移，即，應(yīng)力外加前后的V_th的變化量(以下，稱為“ΔV_th”)小。例如，在有機EL顯示器中，使有機EL元件發(fā)光期間，因為會對于驅(qū)動TFT的柵電極持續(xù)外加正電壓(以下，稱為“正偏壓”)，所以V_th變化，開關(guān)特性變化成為問題。

除上述以外，作為抗應(yīng)力性，還需要初始重復(fù)性優(yōu)異。所謂初始重復(fù)性，就是在制造TFT之后，多次測量I－V特性時，由最初的測量所得到的I－V特性計算出的V_th，與由多次測量后所得到的I－V特性計算出的V_th之差，該差(以下，稱為“V_th的漂移”)越小越好。

此外作為抗應(yīng)力性，還需要TFT的V_th被抑制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。若V_th的值取負值，則沒有外加?xùn)艠O電壓時電流流通，因此耗電增加。另一方面，若V_th的正值過大，則TFT的工作產(chǎn)生向柵極外加大的電壓需要。

如此在使用TFT時，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EL顯示器等的顯示裝置自身的可靠性降低。因此，期盼抗應(yīng)力性的提高，特別是正偏壓外加后的抗應(yīng)力性的提高。

關(guān)于上述抗應(yīng)力性的評價，通常存在如下問題，在氧化物半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣膜和鈍化絕緣膜，進行裝電極而制作TFT后，必須實際進行長時間的應(yīng)力條件下的測量。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2009－164393號公報

專利文獻2：日本特開2012－33857號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Nature，VOL432，P488(2004)

非專利文獻2：Journal of Applied Physics Vol.112，114515(2012)

非專利文獻3：Proceedings of IDW，587(2011)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明鑒于上述情況而形成，其目的在于，提供一種針對因氧化物半導(dǎo)體薄膜和保護膜的界面態(tài)引起的缺陷，具體來說，就是對TFT外加正偏壓的應(yīng)力時的抗應(yīng)力性，不用實際測量這些特性而簡便加以評價的方法，和氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理方法。

能夠解決上述課題的本發(fā)明的品質(zhì)評價方法，是在氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面具有保護膜的層疊體的品質(zhì)評價方法，其具有的要旨在于，通過接觸式方法或非接觸式方法測量所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)，評價因所述氧化物半導(dǎo)體薄膜和所述保護膜的界面態(tài)引起的缺陷。

在本發(fā)明中，也優(yōu)選氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)，基于氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率測量，另外在優(yōu)選的實施方式中，上述電阻率是片電阻或比電阻。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，起因于所述界面態(tài)的缺陷，是下述(1)～(3)中的任意。

(1)薄膜晶體管的閾值電壓V_th

(2)對薄膜晶體管外加正偏壓時，外加前后的閾值電壓的差ΔV_th

(3)多次測量薄膜晶體管的閾值電壓時，第一次測量時的閾值電壓與多次測量后的閾值電壓的差

在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，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。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，上述層疊體的氧化物半導(dǎo)體薄膜，在形成于所述基板上的絕緣膜的表面成膜。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，使用與形成于氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面的保護膜的兩側(cè)接觸的方式具有第一電極和第二電極的層疊體，評價起因于所述界面態(tài)的缺陷。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，通過接觸式方法測量起因于上述界面態(tài)的缺陷時，在上述氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面設(shè)置電極，基于測量的電流值或電壓進行評價。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，通過非接觸式方法測量上述起因于界面態(tài)的缺陷時，包括如下工序：第一工序，其對于上述層疊體照射激發(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來自所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的反射波的反射率的時間上的變化；第二工序，其根據(jù)所述反射率的時間上的變化，計算激發(fā)光的照射停止后所見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)，評價所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，上述第二工序中，根據(jù)所述反射率的時間上的變化，計算激發(fā)光的照射停止后0.1～10μs內(nèi)可見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)，評價所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率。

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，其要旨在于，在半導(dǎo)體制造工序的任意一道工序中，適用上述氧化物半導(dǎo)體薄膜的評價方法。

根據(jù)本發(fā)明，通過以接觸式方法、或非接觸式方法測量氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)，能夠評價·預(yù)測·測量由于氧化物半導(dǎo)體薄膜與保護膜的界面缺陷引起的不良。即，如果使用本發(fā)明的評價方法，則不需要實際測量作為TFT特性的閾值電壓的漂移量、初始重復(fù)性、和閾值電壓的絕對值等的抗應(yīng)力性。

另外，通過將本發(fā)明的評價方法應(yīng)用于半導(dǎo)體制造工序的任意一道工序，可以在TFT的制造過程途中進行氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理。

附圖說明

圖1是表示微波衰減波形的一例的圖。

圖2是表示實施例所用的氧化物半導(dǎo)體TFT的構(gòu)造的概略圖。

圖3是表示本發(fā)明所用的評價元件的結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。

圖4是表示本發(fā)明所用的評價元件另一結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。

圖5是表示本發(fā)明所用的評價元件的另一結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。

圖6是表示本發(fā)明所用的評價元件的另一結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。

圖7表示本發(fā)明所用的評價元件的排列結(jié)構(gòu)的一例的評價用基板的概略圖。

圖8是表示實施例1的ΔV_th與電阻的關(guān)系的圖解。

圖9是表示實施例1的ΔV_th與重復(fù)掃描的閾值漂移量的關(guān)系的圖解。

圖10是表示實施例1的ΔV_th與靜態(tài)特性中的閾值電壓的絕對值的關(guān)系的圖解。

圖11是表示實施例2的I－V特性的結(jié)果的圖解。

圖12是表示實施例2的SiH₄/N₂O的流量比與ΔV_th的關(guān)系的圖解。

圖13A的上圖是表示實施例2的應(yīng)力外加時間與ΔV_th的關(guān)系的圖解。

圖13B的下圖是表示實施例2的SiH₄/N₂O的流量比，與結(jié)構(gòu)傾斜度B的A值、n值的關(guān)系的圖解。

圖14是表示實施例2的SiH₄/N₂O的流量比與片電阻的關(guān)系的圖解。

圖15是表示實施例2的V_th與傾斜度B值的關(guān)系的圖解。

圖16是表示本發(fā)明所用的評價裝置的一例的概略說明圖。

具體實施方式

本發(fā)明者們?yōu)榱诉_成上述目的，進行了銳意研究。其結(jié)果可知，對于在基板上具有柵極絕緣膜等的絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體薄膜、形成于所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面的保護膜、和源電極·漏電極等的第一電極、第二電極的TFT施加正偏壓的應(yīng)力時所產(chǎn)生的閾值電壓的漂移量Δ_Vh的增大，是由于在氧化物半導(dǎo)體薄膜與形成于其上部的保護膜的界面存在的界面態(tài)的缺陷而發(fā)生的。在本發(fā)明中，所謂TFT，是指至少具有上述結(jié)構(gòu)，優(yōu)選具有用于液晶顯示器等的各種顯示裝置的TFT所需要的結(jié)構(gòu)。

此外，上述界面態(tài)的缺陷在氧化物半導(dǎo)體薄膜引起能帶彎曲，其結(jié)果可知，該氧化物半導(dǎo)體薄膜的表觀阻抗，即電子態(tài)變化。具體來說，正偏壓外加后發(fā)生的ΔV_th的增大，判明與氧化物半導(dǎo)體的電阻率具有良好的相關(guān)關(guān)系。還有，作為上述電阻率，可列舉片電阻(Ω·cm/□)或比電阻(Ω·cm)。比電阻是片電阻乘以膜厚。

因此可知，在評價正偏壓外加后發(fā)生的ΔV_th的大小時，即使不實施實際制造TFT而外加正偏壓的應(yīng)力試驗而測量ΔV_th，而僅僅測量在氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面具有保護膜的層疊體的電子態(tài)，特別是只測量電阻率，就能夠簡便地對其加以評價。另外，因為ΔV_th與初始重復(fù)性和閾值電壓的絕對值密切相關(guān)，所以結(jié)果上判明，如果測量氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)，特別是電阻率，則能夠評價伴隨正偏壓外加而來的作為抗應(yīng)力性的指標(biāo)的下述(1)～(3)中的全部。

(1)薄膜晶體管的閾值電壓V_th

(2)向薄膜晶體管外加正偏壓時，外加前后的閾值電壓的差ΔV_th

(3)多次測量薄膜晶體管的閾值電壓時，第一次測量時的閾值。

此外根據(jù)本發(fā)明者們的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，在測量上述電阻率時，例如可以通過四端子法和四探針法等基于公知的接觸式方法的測量機構(gòu)直接測量，但基于后述的μ－PCD法這樣的非接觸式方法，則能夠非破壞性的且以非接觸方式間接地進行測量。

此外，根據(jù)本發(fā)明者們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在測量上述電阻率時，也可以使用與TFT具有同樣的截面構(gòu)造的層疊體代替實際制造TFT來進行測量。具體來說，可例示如下層疊體：在基板上，具有氧化物半導(dǎo)體薄膜、形成于該氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面的保護膜的層疊體；優(yōu)選以與所述保護膜的兩側(cè)接觸的方式而具有第一電極和第二電極的層疊體；更優(yōu)選在所述任意一個層疊體中，氧化物半導(dǎo)體薄膜成膜于基板上所形成的絕緣膜的表面的層疊體。而后，與上述同樣測量層疊體的氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率，也可達成預(yù)期的目的，從而完成了本發(fā)明。

例如上述(2)所述的，在正偏壓外加時發(fā)生的閾值電壓的漂移，如前述會在氧化物半導(dǎo)體薄膜，與用于直接保護該氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面的蝕刻停止層(以下，稱為“ESL”)等保護膜的界面發(fā)生，測量該氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率即可。具體來說，也可以使用具有上述構(gòu)成要件的TFT測量電阻率。上述TFT，可以在氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面只具有ESL，也可以在ESL之上還具有保護ESL整體的保護膜。另外沒有ESL時，也可以在氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面具有最終保護膜。TFT的構(gòu)造不受上述例示限定，也可以具有各種液晶顯示裝置所要求的結(jié)構(gòu)?；蛘咭部梢跃哂信cTFT類似的截面構(gòu)造。

還有，在兩種以上的試料中評價起因于界面態(tài)的缺陷的優(yōu)劣時，截止到氧化物半導(dǎo)體薄膜成膜的一系列的制造條件為相同條件。例如，與TFT具有類似的截面構(gòu)造的層疊體的情況下，在基板上成膜氧化物半導(dǎo)體薄膜時的制造條件，包括膜的種類、熱處理工序在內(nèi)全部為相同條件?；蛘?，在制造TFT，在基板上成膜柵電極等的電極、柵極絕緣膜等的絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體薄膜時的成膜條件，包括膜的種類、熱處理工序在內(nèi)全部為相同的條件。

上述界面缺陷與氧化物半導(dǎo)體薄膜中的缺陷(以下，稱為“膜中缺陷”)不同。即，本發(fā)明者們研究的結(jié)果是，作為顯示裝置的亮度不均的原因，起因于外加正偏壓時的閾值電壓的漂移，是界面缺陷造成的影響。另一方面，作為顯示裝置的褪色和顯示不良的原因，則起因于光照射和負偏壓(以下，稱為“負偏壓應(yīng)力”)造成的閾值電壓的漂移，是膜中缺陷造成的影響。因此兩者在氧化物半導(dǎo)體薄膜中的缺陷的位置，及由此帶來的不良位置不同。因此如上述這樣使氧化物半導(dǎo)體薄膜的成膜條件為相同的條件，膜中缺陷也處于相同的狀態(tài)，從而能夠評價起因于界面態(tài)的缺陷的優(yōu)劣。

首先，對于通過接觸式方法，直接測量表示氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)的變化的電阻率的情況進行說明。

通過接觸式方法測量氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率時，在氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面設(shè)置電極，測量電流值或電壓即可。例如，簡便的做法是，在氧化物半導(dǎo)體薄膜之上形成歐姆電極，測量其兩點間的電阻。具體來說，例如外加1V的電壓，測量流通在電極間的電流值即可。

另外，例如4端子法是形成兩對歐姆電極而測量電阻率的方法。在該方法中，能夠在形成于氧化物半導(dǎo)體薄膜之上的一對電極間流通電流，測量與上述電極不同的一對電極間的電壓。

或者，也可以利用四探針法代替上述四端子法來測量電阻率。由四探針法測量電阻率的方法，也可以應(yīng)用例如由JIS H602等經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的測量方法。

還有，以四探針法測量電阻率時，若表面被保護膜等覆蓋則不能進行測量。為此，如果只在探針與氧化物半導(dǎo)體表面接觸的地方除去保護膜，使氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面與探針處于可接觸的狀態(tài)，則能夠用四探針法測量電阻率。

另外，作為在氧化物半導(dǎo)體薄膜之上不形成電極的接觸式方法，可列舉雙環(huán)電極法等的測量方法。在該測量方法中，使測量探針與氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面直接接觸，在探針的電極間流通電流，從而能夠求得電阻率。因此雙環(huán)電極法與需要帶電極的四端子法和四探針法相比更簡易，且低成本，故優(yōu)選。

其次，對于由非接觸式方法測量氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)的方法進行說明。所謂非接觸式方法，是指不使阻抗測量端子與氧化物半導(dǎo)體薄膜接觸而測量電子態(tài)的方法。電子態(tài)也可以通過非接觸式方法，非破壞性的且非接觸間接地測量電阻率。作為非接觸式方法，可例示例如μ－PCD法。μ－PCD法的情況下，與上述接觸式方法不同，不能直接測量電阻率。但是如后述，因為μ－PCD法的測量值與電阻率具有相關(guān)關(guān)系，所以能夠間接性地評價電阻率。

通過非接觸式方法間接性地測量氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率時，包括如下工序：第一工序，其對于在氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面具有保護膜的層疊體照射激發(fā)光和微波，并測量因所述激發(fā)光的照射而變化的所述微波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，測量所述激發(fā)光的照射停止后的所述微波來自所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的反射波的反射率的時間上的變化；第二工序，其根據(jù)所述反射率的時間上的變化，計算激發(fā)光的照射停止后可見到的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)，評價所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)。

即，本發(fā)明利用了專利文獻2所述的微波光電導(dǎo)衰退法(以下，稱為“μ－PCD法”)。具體來說，本發(fā)明具有的特征在于，由專利文獻2的方法獲得的微波的衰減之中，激發(fā)光的照射停止后1μs左右可見的緩慢的微波衰減波形，即微波衰減的程度與氧化物半導(dǎo)體薄膜的正偏壓的應(yīng)力外加試驗(以下，有稱為“正偏壓應(yīng)力外加試驗”的情況。)后的抗應(yīng)力性等具有密切的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)將抗應(yīng)力性作為非接觸型中，能夠正確且簡便評價·預(yù)測·測量的指標(biāo)極其有用。

在本說明書中，作為上述“激發(fā)光的照射停止后1μs左右可見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)”，例如，可列舉如下：微波反射強度至最大值的1/e²的時間；將微波反射強度從最大值的1/e到最大值的1/e²的反射波強度的衰減曲線進行對數(shù)轉(zhuǎn)換的傾斜度，或該傾斜度的倒數(shù)的絕對值；激發(fā)光的照射停止后1μs～2μs左右的反射波強度的衰減曲線的傾斜度，或該傾斜度的倒數(shù)的絕對值；激發(fā)光的照射停止后1μs左右可見的微波的反射波強度；以2個指數(shù)函數(shù)之和表示微波的反射波的衰減時，所得到的經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的傾斜度之中的較長的值，或該傾斜度的倒數(shù)的絕對值等。例如可列舉作為傾斜度而后述的實施例2中記述的由式(1)的冪的關(guān)系式表示的B值。在此，上述所謂“以2個指數(shù)函數(shù)之和表示微波的反射波的衰減時，所得到的經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的傾斜度”，例如意思是下式(1)所述的τ₁，下式(2)所述的τ₂。

[數(shù)學(xué)式1]

n₁exp(-t/τ₁)+n₂exp(-t/τ₂) (1)

[數(shù)學(xué)式2]

n₁exp(-t/τ₁)+n₂exp(-t/τ₂)^β (2)

上述參數(shù)之中，優(yōu)選的是某一范圍內(nèi)的微波反射波強度的衰減曲線經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的傾斜度，或該傾斜度的倒數(shù)的絕對值。特別優(yōu)選的參數(shù)，是從最大值的1/e至最大值的1/e²的反射波強度的衰減曲線經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的傾斜度，或該傾斜度的倒數(shù)的絕對值，以及從1μs附近至2μs附近的反射波強度的衰減曲線經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的傾斜度，或該傾斜度的倒數(shù)的絕對值。

在此，上述參數(shù)中的所謂“1μs左右”，并沒有嚴格限定為1μs的意圖，其意思也包含激發(fā)光照射停止后的反射率衰減緩慢，即，傾斜度變小之后的微波反射率的范圍。因此，明確地規(guī)定上述時間有困難，不過，例如作為代表可列舉0.5μs～1μs、0.5μs～1.5μs、1μs～2μs等。

關(guān)于上述“緩慢衰減”，使用圖1，更詳細地加以說明。圖1是表示μ－PCD法中的過剩載流子的發(fā)生和消失的情況的圖。圖1的縱軸對應(yīng)微波的反射率。可知若對上述層疊體照射激發(fā)光，則激發(fā)光被氧化物半導(dǎo)體薄膜吸收而生成過剩載流子，即生成激發(fā)載流子。這時，過剩載流子密度增加，并且其消失速度也增長，但載流子注入速度和消失速度相等時，過剩載流子密度為一定的峰值。而且若該過剩載流子的生成與消失的速度相等，則飽和而維持一定的值。若以此狀態(tài)停止激發(fā)光的照射，則由于過剩載流子的復(fù)合、消失，導(dǎo)致過剩載流子減少，最終回歸激發(fā)光照射前的值。

如圖1所示，微波的來自氧化物半導(dǎo)體薄膜的反射波的反射率，先顯示最大值，但若停止激發(fā)光的照射，則同時急速衰減。其后，可見持有某一固定的傾斜度的衰減，大致與該傾斜度在上述“激發(fā)光的照射停止后可見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)”對應(yīng)。該衰減受到膜中和界面的缺陷影響。

具體來說，作為上述傾斜度，例如，可列舉上述范圍的時間與作為反射波強度的反射率的傾斜度，對于上述范圍的時間經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的值，反射波強度經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換的值的傾斜度等。在后述的實施例2中，使用式(1)中的B值。還有，如前述，在該傾斜度中，也包含激發(fā)光照射停止后的反射率衰減變慢時的傾斜度。

以下，詳細地說明上述評價方法。在本發(fā)明中，作為能夠利用上述μ－PCD法進行上述測量的裝置，例如，可列舉之后詳述的圖16所示的裝置、專利文獻2的圖1所示的壽命測量裝置。專利文獻2的裝置的說明，因為專利文獻2有所詳述，所以參照該文獻即可。但是，用于本發(fā)明的裝置不限定于此。

首先，準(zhǔn)備形成有氧化物半導(dǎo)體薄膜的試料。用于本發(fā)明的試料，是在基板上具有氧化物半導(dǎo)體薄膜和具有形成于該氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面的保護膜的層疊體，能夠使用具有上述各種構(gòu)成的層疊體。

作為上述氧化物半導(dǎo)體薄膜，優(yōu)先使用含有從In、Ga、Zn和Sn所構(gòu)成的群中選擇的至少一種以上的元素的非晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜。這些元素可以單獨含有，也可以兩種以上并用。具體來說，例如可列舉In氧化物、In－Sn氧化物、In－Zn氧化物、In－Sn－Zn氧化物、In－Ga氧化物、Zn－Ga氧化物、In－Ga－Zn氧化物、Zn氧化物等。

上述氧化物半導(dǎo)體薄膜的厚度，例如，優(yōu)選數(shù)十nm～500nm左右。關(guān)于上述厚度的上限，更優(yōu)選為200nm以下，進一步優(yōu)選為100nm以下。另外，關(guān)于上述厚度的下限，更優(yōu)選為10nm以上，進一步優(yōu)選為30nm以上。

上述基板，能夠使用本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域通常所用的各種基板。例如，厚度0.7mm左右，大小被稱為第一代～第十代的數(shù)十cm²至高于數(shù)m²的液晶顯示裝置用的玻璃基板等。

上述保護膜(以下，稱為“鈍化絕緣膜”)中，包含用于直接保護氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面的保護膜(以下，稱為“蝕刻停止層”或“ESL”)，和用于進一步保護該保護膜的表面的保護膜(以下，稱為“最終保護膜”)這兩方。

對于這樣的層疊體，照射激發(fā)光和微波。

若照射向上述層疊體照射的激發(fā)光，則如上述這樣，生成的過剩載流子的密度增加，顯示出一定的峰值，并且由于激發(fā)光的照射停止，過剩載流子停止而回歸激發(fā)光照射前的值。

在本發(fā)明中，之所以通過分析過剩載流子密度的變化，能夠判定氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子濃度，并能夠評價電子態(tài)，進而能夠評價電阻率，即片電阻或比電阻，考慮是基于以下這樣的理由。

照射到上述層疊體上的微波，被存在于氧化物半導(dǎo)體薄膜中的載流子形成的等離子體振蕩反射。其反射率依存于氧化物半導(dǎo)體薄膜中的載流子密度。但是，在穩(wěn)定狀態(tài)的氧化物半導(dǎo)體薄膜中，不存在能夠在實用上觀測微波反射水平的載流子數(shù)?？墒牵粽丈浼ぐl(fā)光，則膜中生成過剩載流子，由于該過剩載流子的等離子體振蕩導(dǎo)致微波的反射率增加。另一方面，由于激發(fā)光的照射停止，隨著過剩載流子數(shù)減少，微波的反射率也減少。

一般來說，硅半導(dǎo)體等的載流子，由于在能帶中存在于導(dǎo)帶下部的淺施主能級而發(fā)生。這時的能級，在導(dǎo)帶下，為數(shù)十meV左右，在室溫附近大部分活化。另一方面，可知穩(wěn)定狀態(tài)下的氧化物半導(dǎo)體薄膜中的載流子，同樣，起因于能帶中存在于導(dǎo)帶下部的淺施主能級，但在氧化物半導(dǎo)體中，其級別為0.1～0.2eV左右，比較深。因此，由激發(fā)光的照射而生成的過剩載流子，除了被激發(fā)的空穴與電子復(fù)合的情況以外，也有先被該施主能級捕獲而再放出的敢問。該捕獲和再放出的比例，依存于在能帶中存在于導(dǎo)帶下部的淺施主能級的量。因此，對于由激發(fā)光的照射而生成的過剩載流子，通過追蹤激發(fā)光停止后觀測到的消失過程，能夠分析施主能級的大小的影響。還有，氧化物半導(dǎo)體薄膜的比電阻，由電荷和自由電子遷移率的積表示，但如果構(gòu)成該氧化物半導(dǎo)體薄膜的金屬元素的組成相同，則氧化物半導(dǎo)體薄膜的遷移率變化不大。例如，a－IGZO的遷移率約10cm²/VS左右。因此，在μ－PCD法中觀測的微波的反射率的變化，即，過剩載流子密度的變化，與載流子濃度和電阻率，大致相關(guān)。

還有，在氧化物半導(dǎo)體這樣的非晶質(zhì)的半導(dǎo)體材料中，例如，像非晶硅、IGZO等這樣在導(dǎo)帶～施主能級之間具有連續(xù)的能級。這種情況下，在μ－PCD法中觀測的載流子的消失過程，能夠理解為使各能級間的各個載流子躍遷行為重合。其結(jié)果是，衰減過程與一個能級間的躍遷比較，將跨越一定程度的長時間范圍而被觀測到。另外，這時的時間依存性，對于時間具有冪的關(guān)系。

因此，前述第一工序之后，通過計算大致跨越0.1～10μs的范圍的時間范圍內(nèi)可見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)，能夠判定氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子密度?；诖私Y(jié)果，能夠評價片電阻、比電阻等的電阻率。

以上，對于通過μ－PCD法，以非接觸式方法測量本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)，特別是電阻率的方法進行了詳述。

本發(fā)明中，也包括根據(jù)上述的評價方法，將對于氧化物半導(dǎo)體薄膜和保護膜的界面態(tài)引起的缺陷進行評價的方法，適用于半導(dǎo)體制造工序的任意一道工序而進行氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理的方法。

通過將上述的評價方法，適用于對上述界面態(tài)造成影響的制造工序的任意一道工序，則能夠反饋氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)，即電阻率的評價結(jié)果，從而調(diào)整制造條件等，以便進行膜質(zhì)的管理，因此能夠恰當(dāng)?shù)剡M行氧化物半導(dǎo)體的品質(zhì)管理。

特別是在本發(fā)明中，在所得到的氧化物半導(dǎo)體薄膜之上形成保護膜時，或者其后進行熱處理(以下，稱為“后期退火”)等情況下，優(yōu)選應(yīng)用本發(fā)明的評價方法。

如果使用本發(fā)明的評價方法，則在氧化物半導(dǎo)體薄膜的材料開發(fā)階段，能夠簡易地短時間且低成本評價氧化物半導(dǎo)體薄膜的抗應(yīng)力性。另外如果使用本發(fā)明的評價方法，在液晶顯示裝置等的制造線上，能夠在線短時間評價氧化物半導(dǎo)體薄膜的電氣特性。此外根據(jù)μ－PCD法則能夠以非接觸型進行，因此成品率提高等，能夠提高生產(chǎn)率，能夠適當(dāng)?shù)剡M行氧化物半導(dǎo)體的品質(zhì)管理。

在本發(fā)明中，上述任意一項所述的評價方法都能夠使用下述評價元件。上述評價元件，在基板之上具有氧化物半導(dǎo)體薄膜以及在該氧化物半導(dǎo)體薄膜之上具有保護膜。

具體來說，例如，可列舉下述(a)或(b)的評價元件。

(a)在基板的表面直接形成有氧化物半導(dǎo)體薄膜，在該氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面形成有例如圖5所述的蝕刻停止層45、圖4所述的最終保護膜47等的保護膜的評價元件

(b)在柵極絕緣膜等的絕緣膜的表面直接形成有氧化物半導(dǎo)體薄膜，在該氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面形成有例如圖5所述的蝕刻停止層45和圖4所述的最終保護膜47等的保護膜的評價元件。還有，在本發(fā)明中作為絕緣膜，以柵極絕緣膜作為代表例進行說明，但只要形成于基板與氧化物半導(dǎo)體薄膜之間即可，不限定于柵極絕緣膜。

在上述評價元件中，如上述(a)或上述(b)所述，重要的是在基板或柵極絕緣膜的表面直接形成氧化物半導(dǎo)體薄膜。即，在氧化物半導(dǎo)體薄膜的正下方不存在例如柵電極等的金屬電極。這是由于若在氧化物半導(dǎo)體薄膜的正下方存在柵電極等，則作為柵電極的自由載流子的電子多達10¹⁸cm^-3以上，在此對于所述微波的反射率，該柵電極的影響處于優(yōu)勢。

用于本發(fā)明的評價元件的結(jié)構(gòu)的一例顯示在圖3～6中。如圖3～6所示，在氧化物半導(dǎo)體薄膜的正下方?jīng)]有設(shè)置金屬電極。

圖3中，在玻璃基板等的基板20a上，按順序形成有柵極絕緣膜43、圖案化的氧化物半導(dǎo)體薄膜20b、和圖案化的作為保護膜的蝕刻停止層45。

圖4中，在基板20a上，按順序形成有柵極絕緣膜43、圖案化的氧化物半導(dǎo)體薄膜20b、圖案化的蝕刻停止層45、最終保護膜47。

圖5中，在基板20a上，按順序形成有柵極絕緣膜43、氧化物半導(dǎo)體薄膜20b、和蝕刻停止層45。

圖6中，在基板20a上按順序形成有氧化物半導(dǎo)體薄膜20b，和蝕刻停止層45。

此外在本發(fā)明中，也能夠使用在基板上配置有多個上述任意一項所述的評價元件的評價用基板。

圖7是表示評價用基板的構(gòu)成的一例的概略圖。如圖7所示，在量產(chǎn)線所用的玻璃基板等的母玻璃51上，規(guī)則地排列設(shè)置有顯示器50和多個評價元件49。通過使用這樣的評價用基板，能夠進行氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理，具體來說就是能夠測量基板面內(nèi)分布即面內(nèi)的電阻率的偏差、和基板間分布即基板間的電阻率的偏差。

以下，使用附圖對于本發(fā)明所用的評價裝置的實施方式詳細地進行說明。但是，上述評價裝置不受以下的結(jié)構(gòu)限定，也可以適宜加以變更。

圖16是表示上述氧化物半導(dǎo)體薄膜的評價方法所用裝置的結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。圖16所示的評價裝置具備如下機構(gòu)：對于在基板20a上形成有氧化物半導(dǎo)體薄膜20b的試料20的測量部位照射激發(fā)光，在氧化物半導(dǎo)體薄膜中生成電子－空穴對的激發(fā)光照射機構(gòu)1；對于該試料20的測量部位照射微波的微波照射機構(gòu)3；檢測因激發(fā)光的照射而變化的微波來自試料20的反射微波的強度的反射微波強度檢測機構(gòu)7；所述反射微波強度檢測機構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)評價試料20的電阻率的機構(gòu)，利用該結(jié)構(gòu)，以相同的裝置便能夠間接性地測量·評價反射率的變化和電阻率。

激發(fā)光照射機構(gòu)1，具有輸出照射向試料20的激發(fā)光的光源，通過激發(fā)光的照射，使氧化物半導(dǎo)體薄膜中生成電子－空穴對。優(yōu)選具有輸出氧化物半導(dǎo)體薄膜的帶隙以上的能量的光源。通過輸出氧化物半導(dǎo)體薄膜的帶隙以上的能量，能夠高效率地使載流子發(fā)生，以高靈敏度進行測量，因此優(yōu)選。作為激發(fā)光照射機構(gòu)1，例如光源使用紫外線激光器即可。具體來說，有將波長349nm，功率1μJ/pulse，脈沖寬度15ns左右，射束直徑1.5mm左右的脈沖狀的紫外光，例如YF激光三次諧波等作為激發(fā)光出射的脈沖激光器等的半導(dǎo)體激光器等。

另外，激發(fā)光照射機構(gòu)1觸發(fā)從評價機構(gòu)9傳送(圖中，虛線)的定時信號的輸入而輸出作為激發(fā)光的脈沖光。還有，定時信號同時也對于信號處理裝置8傳送。另外從激發(fā)光照射機構(gòu)1輸出的激發(fā)光，能夠由輸出功率調(diào)節(jié)用功率監(jiān)視器16a和輸出功率調(diào)節(jié)機構(gòu)16b調(diào)整輸出功率。

從激發(fā)光照射機構(gòu)1輸出的激發(fā)光，被鏡子等的光程變更機構(gòu)(以下，稱為“反射鏡”)12反射，并且被未圖示的聚光透鏡等的聚光機構(gòu)(以下，稱為“聚光透鏡”)聚集，通過設(shè)于第一導(dǎo)波管6a的微孔6c，并通過該第一導(dǎo)波管6a的接近試料20的端部(孔部6d)，對于試料20的例如直徑5～10μm左右的測量部位進行照射。如此，反射鏡12和聚光透鏡，聚集從激發(fā)光照射機構(gòu)1輸出的激發(fā)光而引導(dǎo)向試料20的測量部位。由此，在作為試料20的測量部位的微小的激發(fā)光照射區(qū)域21，激發(fā)載流子發(fā)生。

微波照射機構(gòu)3是輸出照射到試料20的測量部位的微波的機構(gòu)。該微波照射機構(gòu)3，例如可列舉頻率26GHz的耿氏二極管等的微波震蕩器。

定向耦合器4將從微波照射機構(gòu)3輸出的微波一分為二。分支后的一方的輸出波(以下，稱為第一微波Op1)被傳送向萬向(magic)T(5)側(cè)，另一方的輸出波(以下，稱為第二微波Op2)被傳送到相位調(diào)節(jié)器4a、反射微波強度檢測機構(gòu)7的LO輸入端。該定向耦合器4，例如采用10dB耦合器等。

萬向T(5)將第一微波Op1一分為二，并且輸出2個分支的第一微波分別對于試料20的反射波各自的信號差Rt1(以下，稱為“反射波信號差”)以及和信號。

被萬向T(5)一分為二的微波Op1的一方(以下，稱為“第一主微波Op11”)，通過連接于該萬向T(5)的第一導(dǎo)波管6a，被引導(dǎo)至包含試料20的激發(fā)部在內(nèi)的測量部位而從其前端的孔部6d放射。由此，第一主微波Op11被照射到試料20的測量部位。此外第一導(dǎo)波管6a，除了作為放射所述第一主微波Op11的天線(以下，稱為“導(dǎo)波管天線”)這一功能以外，還承擔(dān)著以其前端的孔部6d捕捉照射到測量部位的第一主微波Op11的反射波，并將其折返引導(dǎo)至萬向T(5)的功能。

另一方面，被萬向T(5)一分為二的第一微波Op1的另一方(以下，稱為“第一副微波Op12”)，通過連接于萬向T(5)的第二導(dǎo)波管6b，被引導(dǎo)至試料20a的測量部位的鄰域，但是不包括激發(fā)光形成的激發(fā)部這部分而從其前端的孔部6e放射。由此，第一副微波Op12照射到試料20a的測量部位的鄰域。此外，第二導(dǎo)波管6b除了作為放射第一副微波Op12的導(dǎo)波管天線的功能以外，還承擔(dān)著以其前端的孔部6e捕捉照射到測量部位的鄰域的第一副微波Op12的反射波，并將之折返引導(dǎo)至萬向T(5)的功能。在此，第一導(dǎo)波管6a引導(dǎo)微波的路徑長度，與第二導(dǎo)波管6b引導(dǎo)微波的路徑長度相等。

另外，被第一導(dǎo)波管6a和第二導(dǎo)波管6b引導(dǎo)至萬向T(5)的2個反射波，即，分支后的第一微波Op11、Op12分別反射到試料20而得的信號差，即反射波信號差Rt1，由該萬向T(5)輸出，傳送至反射微波強度檢測機構(gòu)7的RF輸入端。

反射微波強度檢測機構(gòu)7，通過混合第二微波Op2和反射波信號差Rt1而輸出檢測波信號Sg1。該檢波信號Sg1是表示反射波信號差Rt1的強度，例如照射到試料20的第一微波Op1的反射波的強度的一例的信號，被信號處理裝置8接收。反射波信號差Rt1通過對于由基板保持部保持在規(guī)定位置的試料20照射激發(fā)光，到使其強度變化。如此，反射微波強度檢測機構(gòu)7，檢測反射波信號差Rt1的強度，作為該反射微波強度檢測機構(gòu)7，也可以設(shè)置混頻器和輸入微波而輸出其強度所對應(yīng)的電信號，即輸出電流和電壓的微波檢測器(以下，稱為“檢波器”)。

由反射微波強度檢測機構(gòu)7檢測到的反射波信號差Rt1的強度，通過對于試料20的測量部位照射激發(fā)光而變化。具體來說，反射波信號差Rt1的強度，經(jīng)由激發(fā)光的照射而暫時性地變強之后衰減。另外在測量部位雜質(zhì)和缺陷等越多，反射波信號差Rt1的強度的峰值越小，其衰減時間，即載流子壽命也越短。

在此，關(guān)于因激發(fā)光的照射而變化的反射波信號差Rt1的強度，由于其峰值發(fā)生，所以激發(fā)光照射停止后可見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)作為評價試料20的電子態(tài)，即電阻率的指標(biāo)。

信號處理裝置8是檢測由反射微波強度檢測機構(gòu)7檢測到的反射波信號差Rt1的強度的變化的峰值Sp，并將其檢測結(jié)果傳送至評價機構(gòu)9的裝置。更具體地說，信號處理裝置8是觸發(fā)來自評價機構(gòu)9的定時信號的輸入，而在規(guī)定時間監(jiān)視反射波信號差Rt1的變化，檢測其間所得到的反射波信號差Rt1的水平的最高值而作為反射波信號差Rt1的強度的變化的峰值Sp。在此，信號處理裝置8具備對于反射波信號差Rt1實施延遲處理的延遲電路，對于延遲處理后的信號，以規(guī)定的采樣頻率依次檢測信號強度，根據(jù)其檢測值的變化檢測反射波信號差Rt1的強度的變化的峰值Sp。

作為評價機構(gòu)9，能夠使用具備CPU、存儲部、輸入輸出信號的界面等的計算機，CPU通過運行規(guī)定的程序而實行各種的處理。

例如，評價機構(gòu)9對于激發(fā)光照射機構(gòu)1和信號處理裝置8輸出表示激發(fā)光的輸出時序的定時信號，并且接收由信號處理裝置8檢測到的反射波信號差Rt1的峰值Sp而存儲到該評價機構(gòu)9具備的存儲部。所存儲的反射波信號差Rt1(檢測數(shù)據(jù))，被用于試料20的電子態(tài)，即，電阻率的評價。

另外平臺控制器(ステージコントローラ)10，遵循來自評價機構(gòu)9的指令，控制X－Y平臺11，從而進行試料20的測量部位的定位控制。

在X－Y平臺11的上側(cè)設(shè)有未圖示的試料臺。試料臺是由鋁、不銹鋼或鐵等的金屬或其他的導(dǎo)體構(gòu)成的板狀的導(dǎo)體構(gòu)件。在其上側(cè)設(shè)有未圖示的基板保持部，此外在該基板保持部之上載置有試料20。由此，試料臺設(shè)置在與對于試料20照射所述第一微波Op11、Op12的一側(cè)的相反側(cè)，即，配置在試料20的下側(cè)。

基板保持部，是相對于試料臺而固定在其上側(cè)的固形的電介體?；灞３植渴遣迦氲交迮c試料臺之間的固體的電介體，該材質(zhì)，例如是玻璃和陶瓷等折射率比較大的電介體。由此以基板保持部為介質(zhì)的微波的波長變短，作為基板保持部能夠采用厚度更薄而輕量的基板。

以上，根據(jù)用于評價本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)的結(jié)構(gòu)，在從激發(fā)光照射機構(gòu)1照射的激發(fā)光作用下，氧化物半導(dǎo)體薄膜中生成光激發(fā)載流子，并且在從微波照射機構(gòu)3照射的微波的電場光激發(fā)載流子運動，其運動狀態(tài)因半導(dǎo)體中的雜質(zhì)、缺陷等的存在而受到影響。因此，以反射微波強度檢測機構(gòu)7，檢測來自試料的反射微波的強度，用評價機構(gòu)9，以已經(jīng)說明的方式分析過剩載流子濃度的變化，從而能夠判定氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子濃度，根據(jù)電子態(tài)的變化間接地評價電阻率。這時，評價機構(gòu)9通過控制由X－Y工作臺11等構(gòu)成的平臺的位置，也可以進行判定規(guī)定的范圍的電阻率的映射測量。

此外在本發(fā)明的上述評價裝置中，具備電阻測量機構(gòu)，能夠提供不僅可進行上述電阻率的評價，而且還可在線短時間評價氧化物半導(dǎo)體薄膜的電特性的裝置。在上述電阻率的評價中，基于所謂的緩慢衰減而評價電阻率。本發(fā)明者們的研究的結(jié)果表明，緩慢衰減也會因氧化物半導(dǎo)體薄膜的膜中缺陷受到影響，根據(jù)膜中缺陷的多少，基于上述μ－PCD法測量·評價的電阻率也會發(fā)生變化。另外，即使氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率在相同面內(nèi)，也會存在因污染和雜質(zhì)等而有所不同的情況，根據(jù)測量位置不同，其值有所偏差。因此，為了進行氧化物半導(dǎo)體薄膜的更恰當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)管理，重要的是上述μ－PCD法的測量位置與電阻率測量機構(gòu)的測量位置大致相同。

因此，如果在上述評價裝置中設(shè)置電阻測量機構(gòu)，則只要適宜移動X－Y平臺，便可以簡便且準(zhǔn)確地測量大體相同位置。因此，如果將設(shè)有電阻測量機構(gòu)的上述評價裝置用于液晶顯示裝置等的制造線，則生產(chǎn)率大幅提高，并且能夠進行針對氧化物半導(dǎo)體薄膜的更恰當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)管理。

接著基于圖16，對于設(shè)有電阻測量機構(gòu)的裝置結(jié)構(gòu)進行說明。圖16是基于上述說明的μ－PCD法，對于反射率的變化和電阻率進行測量·評價的裝置中，具備電阻測量機構(gòu)30的裝置。電阻測量機構(gòu)30不一定非要設(shè)置。具體的設(shè)置位置沒有限定，但希望以如下方式設(shè)置，即如上述這樣通過移動X－Y平臺11，能夠在氧化物半導(dǎo)體薄膜的微波光導(dǎo)電測量位置大致相同的位置，由電阻測量機構(gòu)30測量電阻率。電阻測量機構(gòu)30，優(yōu)選具有電阻率測量頭31，和電阻率測量頭31的升降機構(gòu)32。由電阻測量機構(gòu)30能夠測量試料20的電阻率。

電阻率測量頭31是以接觸式方法測量電阻率的機構(gòu)。電阻率測量頭31設(shè)有與上述阻抗測量機構(gòu)相對應(yīng)的阻抗測量端子，作為阻抗測量端子，可列舉雙環(huán)電極等的測量用探針，和直線上配有針狀的4條電極的頭等。氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率，能夠進行依據(jù)JIS K6911的使用了雙環(huán)電極的阻抗測量，和依據(jù)JIS K7194的基于四探針法的阻抗測量。

另外，電阻率測量頭31的升降機構(gòu)32，是測量試料20的電阻率時使電阻率測量頭下降到期望的位置的升降機構(gòu)。作為測量電阻率的機構(gòu)，能夠使用各種公知的電阻率測量裝置。例如JANDEL制探頭等的電阻測量裝置同樣可進行評價。

如以上說明這樣根據(jù)本發(fā)明的評價方法，能夠簡易地評價上述具有層疊體的試料間的電阻率的優(yōu)劣。例如，如后述的實施例所示，電阻率能夠通過變化保護膜形成時的混合氣體中的硅烷的流量比而改變。因此，使保護膜形成條件最佳化等，也可以得到預(yù)期的電阻率。這時，重要的是，若氧化物半導(dǎo)體本身的性質(zhì)改變，則氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率變化這一點。因此利用本發(fā)明的方法評價試料間的電阻率的優(yōu)劣，或決定保護膜的最佳的形成條件時，作為前提條件，需要準(zhǔn)備多個以相同的條件成膜，實施了相同的熱處理的，實質(zhì)上具有相同狀態(tài)的氧化物半導(dǎo)體薄膜。由此，實際的電阻率的變化起因于保護膜的形成變得明確，因此可以準(zhǔn)確地判定上述優(yōu)劣等。

另外，如果使用本發(fā)明的評價方法，則能夠在TFT制造工序的最佳化的過程中，簡易地以短時間，且低成本地評價氧化物半導(dǎo)體薄膜的抗應(yīng)力性。此外如果使用本發(fā)明的評價方法，則在液晶顯示裝置等的制造線上，便能夠在線短時間地評價氧化物半導(dǎo)體薄膜的電特性。另外根據(jù)μ－PCD法，能夠以非接觸型進行評價，因此能夠?qū)崿F(xiàn)成品率的提高等，提高生產(chǎn)率，能夠恰當(dāng)?shù)剡M行氧化物半導(dǎo)體的品質(zhì)管理

本申請基于2014年7月1日申請的日本國申請第2014－136349號主張優(yōu)先權(quán)的利益。日本國申請第2014－136349號的說明書的全部內(nèi)容，在本申請中用于參考而援引。

實施例

以下，列舉實施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受下述實施例限制，在能夠符合前·后述的宗旨的范圍也可加以變更實施，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)的范圍內(nèi)。

(實施例1)

在本實施例中，通過直接測量氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率，評價起因于正偏壓外加后的應(yīng)力的特性。

具體來說，如下述(1)這樣制作電阻率測量用的層疊體試料，并且，如下述(2)這樣制作TFT特性測量用的TFT。上述(1)的試料，在基板之上形成有柵極絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體薄膜、和保護膜，在這一點上，是具有與下述(2)的TFT相同的截面構(gòu)造的層疊體。

(1)電阻率測量用試料的制作

首先，在直徑100mm×厚0.7mm的玻璃基板(コーニング社制EAGLE2000)上，成膜相當(dāng)于柵極絕緣膜的SiO₂絕緣膜，使其膜厚為200nm。該絕緣膜使用等離子體CVD法，以如下條件成膜，使載氣：SiH₄和N₂O的混合氣體為N₂O＝100sccm，SiH₄＝4sccm，N₂＝36sccm，成膜功率：300W，成膜溫度：320℃。

其次，通過濺射法成膜氧化物半導(dǎo)體薄膜。作為氧化物薄膜，使用IGZO[In:Ga:Zn(組成比，原子比)＝1:1:1]。濺射所使用的裝置是(株)アルバック制“CS－200”，濺射條件如下。

基板溫度：室溫

氣壓：1mTorr

氧分壓(體積比)：O₂/(Ar+O₂)＝4％

膜厚：40nm

如上述這樣成膜氧化物半導(dǎo)體薄膜之后，通過光刻和濕式蝕刻進行圖案化。作為濕蝕刻劑，使用關(guān)東化學(xué)制“ITO－07N”。

如此使氧化物半導(dǎo)體薄膜圖案化后，為了使膜質(zhì)提高，而進行預(yù)退火處理。預(yù)退火在100％氧氣氛、大氣壓下，以350℃進行60分鐘。

接著，形成用于保護氧化物半導(dǎo)體薄膜的蝕刻停止層。具體來說，由等離子體CVD法形成SiO₂，使之膜厚為100nm。用于成膜的氣體是SiH₄/N₂O的混合氣體，使其流量(單位：sccm/sccm)在2/50、4/100、6/150、8/200、10/250的范圍進行各種變化。成膜時的溫度為230℃。

接下來，制作歐姆電極。具體來說，使用純Mo，通過DC濺射法成膜，使膜厚為100nm，之后進行圖案化。

最后，作為用于阻斷外部氣氛的最終保護膜，使用SiO₂：膜厚200nm和SiN：膜厚200nm的層疊膜：合計膜厚400nm。上述SiO₂和SiN的形成，使用サムコ制“PD－220NL”，用等離子體CVD法進行。在SiO₂膜的形成中，使用N₂O和SiH₄的混合氣體，在SiN膜的形成中使用SiH₄、N₂、NH₃的混合氣體。無論哪種情況，成膜功率均為100W，成膜溫度均為150℃。

接著，通過光刻和干式蝕刻，在保護膜上形成用于測量電阻的連接用的接觸孔而得到電阻率測量用試料。

在上述試料中，在電極間外加電壓，測量其片電阻。具體來說，使用National Instruments社制“4156C”的半導(dǎo)體參數(shù)分析儀，測量電流電壓特性。

(2)TFT測量用試料的制作

首先，在直徑100mm×厚度0.7mm的玻璃基板(コーニング社制EAGLE2000)上，作為柵電極形成100nm的Mo薄膜。柵電極使用純Mo的濺射靶通過DC濺射法形成。濺射條件為，基板溫度：室溫，氣壓：2mTorr。

在如此得到的柵電極之上，與上述(1)同樣，依次形成膜厚200nm的柵極絕緣膜SiO₂、膜厚40nm的氧化物半導(dǎo)體薄膜并使之圖案化，進行預(yù)退火后，與上述(1)同樣地形成蝕刻停止層及最終保護膜。還有，作為源電極·漏電極而形成Mo薄膜，替換形成上述(1)所述的歐姆電極。純Mo膜的成膜方法和圖案化方法，與前述的柵電極的情況相同，TFT的溝道長為10μm，溝道寬為200μm。

如此形成源·漏電極后，與上述(1)同樣地形成用于保護氧化物半導(dǎo)體薄膜的保護膜，形成接觸孔而得到TFT測量用試料。

對于如此得到的各TFT，以如下方式調(diào)查TFT特性。詳細地說，就是(I)調(diào)查晶體管特性：I－V特性，具體來說，就是調(diào)查(i)閾值電壓的絕對值，和(ii)重復(fù)初期特性。另外，(II)調(diào)查進行正偏壓應(yīng)力外加試驗時的閾值電壓V_th的變化ΔV_th。

(I)晶體管特性的測量

晶體管特性的測量使用National Instruments社制“4156C”的半導(dǎo)體參數(shù)分析儀。詳細的測量條件如下。

源極電壓：0.1V

漏極電壓：10V

柵極電壓：－30～30V(測量間隔：0.25V)

據(jù)此結(jié)果，測量靜態(tài)特性的(i)閾值電壓的絕對值。另外，(ii)作為初始重復(fù)性的評價，進行3次上述晶體管特性評價試驗，根據(jù)第一次時的閾值電壓的絕對值，與第三次時的閾值電壓的絕對值的差計算重復(fù)掃描的閾值漂移量。

(II)作為抗應(yīng)力性進行ΔV_th的評價

在本實施例中，模擬實際的面板驅(qū)動時的應(yīng)力環(huán)境，一邊對柵電極施加正偏壓一邊進行應(yīng)力外加試驗。應(yīng)力外加條件如下。

柵極電壓：+20V

基板溫度：60℃

應(yīng)力外加時間：2小時

在此，所謂閾值電壓，如果粗略地說，就是晶體管從斷開狀態(tài)，即，從漏電流低的狀態(tài)過渡到連通狀態(tài)，即，漏電流高的狀態(tài)時的柵極電壓的值。在本實施例中，將漏電流在連通電流與斷開電流之間的1nA附近時的電壓定義為閾值V_th電壓，測量應(yīng)力外加前后的閾值電壓的變化量ΔV_th。ΔV_th越小，抗應(yīng)力性越優(yōu)異。

圖8中，表示縱軸：正偏壓應(yīng)力外加試驗的ΔV_th(V)，與橫軸：電極間的電阻(Ω)的關(guān)系。由上圖可知，ΔV_th與電阻率的舉行大體一致。

另外在圖9，表示縱軸：重復(fù)掃描的閾值漂移量(V)，與橫軸：由上述(II)的方法測量的ΔV_th(V)的關(guān)系。此外在圖10中，表示縱軸：靜態(tài)特性的閾值電壓的絕對值(V)，與橫軸：ΔV_th(V)的關(guān)系。由這些圖可知，ΔV_th與靜態(tài)特性中的閾值電壓的絕對值、和重復(fù)掃描的閾值漂移量，均具有良好的相關(guān)關(guān)系。

由上述圖8～圖10的結(jié)果可證實，如果使用本發(fā)明的基于電阻率的評價方法，則能夠間接性地高精度地評價起因于正偏壓外加的應(yīng)力的上述各項目。

(實施例2)

在本實施例中，通過由μ－PCD法間接地測量氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率，從而評價起因于正偏壓外加后的應(yīng)力的特性。

具體來說，使用由上述實施例1制作的試料，評價各種特性。其結(jié)果顯示在表1中。在此，在2/50、4/100、6/150、8/200、10/250的范圍使SiH₄/N₂O的流量(sccm/sccm)變化而成膜ESL，在所得到的各TFT1～5中，經(jīng)過2小時后的ΔV_th如下。

TFT－1：5V

TFT－2：5.25V

TFT－3：4.5V

TFT－4：1.75V

TFT－5：－0.25V

[表1]

此外使用上述試料，進行μ－PCD法的“激發(fā)光的照射后可見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)”的測量。具體來說，使用具有前述的專利文獻2的圖1和圖16所示這樣的結(jié)構(gòu)的裝置，具體來說就是使用コベルコ科研社制：LTA－1820SP，按以下的條件實施μ－PCD法，測量反射率的時間上的變化。

激光波長：349nm的紫外光

脈沖寬度：15ns

脈沖功率：1μJ/pulse

射束直徑：

1次測量的脈沖數(shù)＝64發(fā)

裝置：コベルコ科研社制LTA－1820SP

為了計算基于與經(jīng)由μ－PCD法得到的反射率－測量時間的關(guān)系計算出的參數(shù)，即本發(fā)明中規(guī)定的“緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)”，在本實施例中，作為“傾斜度”計算由下式(1)表示反射率與測量時間的關(guān)系時的“B”值。在此，測量時間x＝0.3～1.0μs，將上述測量時間的范圍內(nèi)的傾斜度作為“－B”值計算。

[數(shù)學(xué)式3]

y＝Ax^-B (x：測量時間、y：反射率) …式(1)

圖11中顯示各TFT1～5的I－V特性。由圖11可知，TFT的工作，根據(jù)SiH₄/N₂O的流量比變化。

圖12是表示SiH₄/N₂O的流量比與ΔV_th的關(guān)系的圖解。由圖12可知，若增加SiH₄/N₂O的流量，則正偏壓應(yīng)力外加試驗中的ΔV_th變小。

圖13A是繪制各TFT中，每次應(yīng)力外加時間的ΔV_th的值的雙對數(shù)圖形。由圖13A可知，這些表示良好的直線性，對于應(yīng)力外加時間擁有由冪(power－law)記述的關(guān)系。

據(jù)此結(jié)果，以A×tn的關(guān)系擬合閾值的時間變化，對于SiH₄/N₂O的流量繪制各個參數(shù)。

該結(jié)果顯示在圖13B中。決定初值的上述A，隨著SiH₄的流量增加而減少，相對于此，上述n的值從0.25，即SiH₄的流量≒2sccm/N₂O至0.5，即SiH₄的流量≒6sccm/N₂O間變化。如此取n在0.25附近的行為，由齊藤等指出，在氧化物半導(dǎo)體薄膜，但是在本實施例中為IGZO，與保護膜，即，本實施例中的ESL的界面存在的氫，由于上述界面的耦合偏移，并從界面擴散遠離，導(dǎo)致上述界面的陷阱能級形成(論文名：S.Nakano，N.Saito，K.Miura，T.Sakano，T.Ueda，K.Sugi，H.Yamaguchi，I.Amemiya，M.Hiramatsu，A.Ishida，K.Kanomaru，and M.Sawada，IDW’11，1271(2011))。因此，上述圖的結(jié)果顯示，ESL和IGZO的界面態(tài)，隨著增大SiH₄/N₂O的流量比而減少。

圖14中，顯示片電阻與SiH₄/N₂O的流量的關(guān)系。由上圖可知，片電阻隨著SiH₄的流量增加而減少。若也將前述圖15的結(jié)果考慮在內(nèi)，則可知ΔV_th與片電阻相關(guān)。雖未圖示，但根據(jù)使用MOS二極管進行的容量－電壓(CV)測量的結(jié)果可知，各個試樣中施主密度為1×10¹⁸cm^-3左右。另外，由膜厚厚的IGZO的霍耳效應(yīng)測量結(jié)果，推測同一條件的a－IGZO膜的比電阻為2.7Ωcm，相比由其結(jié)果預(yù)想的值，上述片電阻大。因此，上述片電阻的急劇的增加，強烈暗示是由于界面態(tài)的增加造成的能帶彎曲引起的。

還有，重復(fù)掃描特性和靜態(tài)特性中的閾值電壓，如前述的圖9和圖10所示，可知與正偏壓應(yīng)力外加試驗中的ΔV_th具有良好的相關(guān)關(guān)系。其結(jié)果強烈暗示，上述重復(fù)掃描特性和靜態(tài)特性中的閾值電壓，與上述ΔV_th同樣，也起因于ESL和IGZO的界面的界面態(tài)。上述界面態(tài)的增加的原因詳情不明，但若考慮ESL成膜的成膜時間大不相同，則推測ESL成膜中的等離子體損害是界面態(tài)形成的原因。

圖15中，表示由上述實施例1的方法得到的ΔV_th(V)，與通過上述μ－PCD法得到的上述B值的關(guān)系。由圖15可知，ΔV_th與上述B值顯示U字曲線，互相關(guān)聯(lián)。詳細地說，ΔV_th在U字型曲線的頂點ΔV_th≒3.5V以下時，判明隨著ΔV_th變小，作為絕對值的上述B值也變大。另外，由上圖可知，作為絕對值的上述B值，受到保護膜形成時的硅烷量的比率等的影響。

由前述的圖12、圖14和圖15的結(jié)果可知，上述B值，作為片電阻和ΔV_th的指標(biāo)有用，因此結(jié)果上，如果使用上述B值，則能夠評價氧化物半導(dǎo)體薄膜的片電阻。

此外根據(jù)本發(fā)明者們的基礎(chǔ)實驗認識到，作為絕對值的上述B值達到最大時，ΔV_th變得最小，具有良好的TFT特性。因此，如果以使上述B值具有最大值的方式，適當(dāng)調(diào)整保護膜成膜時的形成條件，則可期待良好的TFT特性得到發(fā)揮。

符號說明

1 激發(fā)光照射機構(gòu)

3 微波照射機構(gòu)

4 定向耦合器

4a 相位調(diào)節(jié)器

5 萬向T

6a 第一導(dǎo)波管

6b 第二導(dǎo)波管弊所

6c 微孔

6d、6e 孔部

7 反射微波強度檢測機構(gòu)

8 信號處理裝置

9 評價機構(gòu)

10 平臺控制器

11 X－Y平臺

12 光程變更機構(gòu)

16a 輸出功率調(diào)節(jié)用功率監(jiān)視器16b 輸出功率調(diào)節(jié)機構(gòu)

20 試料

20a 基板

20b 氧化物半導(dǎo)體薄膜

21 激發(fā)光照射區(qū)域

30 電阻率測量機構(gòu)

31 電阻率測量頭

32 升降機構(gòu)

33 測量值發(fā)送線

42 柵電極

43 柵極絕緣膜

45 蝕刻停止層

46a 源電極

46b 漏電極

47 最終保護膜

48 接觸孔

49 評價元件

50 顯示器

51 母玻璃

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.(修改后)一種薄膜晶體管評價用的層疊體的品質(zhì)評價方法，其特征在于，是在氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面具有保護膜的層疊體的品質(zhì)評價方法，

通過接觸式方法或非接觸式方法測量所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的的片電阻或比電阻，從而評價因所述氧化物半導(dǎo)體薄膜和所述保護膜的界面態(tài)引起的缺陷。

2.(刪除)

3.(刪除)

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價方法，其中，起因于所述界面態(tài)的缺陷為下述(1)～(3)中的任意，

(1)薄膜晶體管的閾值電壓V_th；

(2)向薄膜晶體管外加正偏壓時，外加前后的閾值電壓的差ΔV_th；

(3)多次測量薄膜晶體管的閾值電壓時，第一次測量時的閾值電壓與多次測量后的閾值電壓的差。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價方法，其中，所述氧化物半導(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。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體薄膜成膜于在基板上所形成的絕緣膜的表面。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價方法，其中，使用以接觸所述保護膜的兩側(cè)的方式具有第一電極和第二電極的層疊體，評價起因于所述界面態(tài)的缺陷。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價方法，其中，由接觸式方法測量起因于所述界面態(tài)的缺陷時，在所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面設(shè)置電極，基于測量的電流值或電壓進行評價。

9.(修改后)一種薄膜晶體管評價用的層疊體的品質(zhì)評價方法，其特征在于，針對在氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面具有保護膜的層疊體的所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)，通過非接觸式方法測量因所述氧化物半導(dǎo)體薄膜和所述保護膜的界面態(tài)引起的缺陷時，包括如下工序：

第一工序，其向所述層疊體照射激發(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，測量所述激發(fā)光的照射停止后的所述微波來自所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的反射波的反射率的時間上的變化；

第二工序，其根據(jù)所述反射率的時間上的變化，計算激發(fā)光的照射停止后可見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)，評價所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價方法，其中，所述第二工序中，根據(jù)所述反射率的時間上的變化，計算激發(fā)光的照射停止后0.1～10μs可見的緩慢衰減所對應(yīng)的參數(shù)，評價所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)。

11.一種氧化物半導(dǎo)體薄膜的品質(zhì)管理方法，其特征在于，在半導(dǎo)體制造工序的任意一道工序中，應(yīng)用權(quán)利要求9所述的評價方法。

12.(追加)根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電子態(tài)是基于所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的電阻率進行測量的。

13.(追加)根據(jù)權(quán)利要求12所述的評價方法，其中，所述電阻率是片電阻或比電阻。

14.(追加)根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價方法，其中，起因于所述界面態(tài)的缺陷，是下述(1)～(3)中的任意，

(1)薄膜晶體管的閾值電壓Vth；

(2)向薄膜晶體管外加正偏壓時，外加前后的閾值電壓的差ΔVth；

(3)多次測量薄膜晶體管的閾值電壓時，第一次測量時的閾值電壓與多次測量后的閾值電壓的差。

15.(追加)根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價方法，其中，所述氧化物半導(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。

16.(追加)根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體薄膜成膜于在基板上所形成的絕緣膜的表面。