TW200937528A - Patterned crystalline semiconductor thin film, process for producing thin-film transistor and field effect transistor - Google Patents
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Description
200937528 六、發明說明： 【發明所廣技術領域】 技術領域 5 ❹ 10 15 ❹ 20 本發明係有關於一種圖案化結晶質半導體薄膜。特别 是有關於一種無需使用光阻即可製造，且可直接描繪成期 望形狀的圖案化結晶質半導體薄膜。 又，本發明係有關於一種具有作為半導體膜之氧化物 膜的薄膜電晶體之製造方法。特別是有關於一種具有可應 用在顯示裝置等的電晶體特性的薄膜電晶體之製造方法。 此外，本發明係有關於一種薄膜電晶體之製造方法。 特別是有關於一種包含有形成受熱膜後進行加熱的步驟的 薄膜電晶體之製造方法。 【先前ϋ 背景技術 由複合金屬氧化物所構成之氧化物半導體膜，由於具 有高移動度性及可見光透射性，故已被作為液晶顯示裝 置、薄膜電致發光顯示裝置、電泳方式顯示裝置、粉末移 動方式顯示裝置的開關元件、驅動電路元件等使用。前述 由複合金屬氧化物所構成之氧化物半導體膜中，由氧化銦_ 氧化録-氧化辞(IGZO)所構成之氧化物半導體膜係最為普 遍的’其他例如：由氧化銦·氧化鋅(ΙΖΟ)所構成之氧化物半 導體膜氧化錫内添加有氧化辞(ζτ〇)的氧化物半導體膜、 氧化銦氧化氧化錫内添加有氧化鎵的氧化物半導體摸 等亦為人所知。 3 200937528 該等由複合金屬氧化物所構成之氧化物半導體膜通常 係先圖案化後再使用。具體而言，對目標氧化物半導體膜 塗佈光阻後，透過遮罩照射光，使其圖案化呈期望之形狀， 然後經由顯像、姓刻、光阻剝離、清洗等製程，即可製造 圖案化呈期望之形狀的氧化物半導體膜。除了前述方法以 外，亦可藉由下述方法製造圖案化呈期望之形狀的氧化物 半導體膜，即’對基材塗佈光阻後，透過遮罩照射光藉 此圖案化呈期望之形狀並進行顯像，在該基材上形成圖案 10 化之目標氧化物半導體膜後，剝離光阻，並剝落氧化物半 導體中不需要的部分（專利文獻1〜7)。 15 然而’該等使用光阻的製造方法有著：氧化物半導體 膜表面會因光阻剝離劑而受損的問題，而且光阻步驟本身 很須雜，係使成本提高的主要原因。又，專利文獻8中雖揭 不將氧化物半導體膜結晶化來進行半導體化的方法，但該 方法亦使用剝落、遮罩焊濺等來形成半導體膜。 場效型電晶體已被廣泛作為半導體記憶體積體電路的 單位電子元件、高週波信號加大元4 八70件、液晶驅動用元件等 來使用，如今已是最具實用化的電子_ 7^件。 2。顧-Si :者近幾年來顯不裝置的驚人發展’不僅液晶 =置，電致發光顯示裝置或場發射顯示器等各種顯示 裝置中，亦常把薄膜電晶體(TFT)作 _ 馬對顯示元件施加驅動 電壓以驅動顯示裝置的開關元件使用 又，作為該材料，最受到廣泛 A 哽用的是矽半導體，一
般來說，對於需要尚速動作的高週、、由I '皮敌大元件、積體電路 200937528 用7G件等’使用的是矽單結晶，而對於液晶驅動用元件等， 因要求大面積化’使用的是非晶石夕。 然而’結晶性矽系薄膜在意圖結晶化時，需要例如8〇〇 °C以上的高溫’故難以在玻璃基板上或有機物基板上形 5 ❹ 10 15 ❿ 20 成。因此有著：不僅只能在矽晶圓或石英等对熱性高的高 價基板上形成’而且在製造時需要大量能量及很多步驟等 問題。 又’通常’ TFT的元件構造受限於頂閘構造，故結晶性 梦系薄膜難以作到削減遮罩數量等降低成本的方法。 另一方面，可用較低溫度形成之非晶性矽半導體（非晶 矽）的開關速度比結晶性石夕半導體慢，故作為驅動顯示裝置 的開關元件使用時’有時會無法跟上高速的動畫顯示。 另外，如今在作為驅動顯示裝置的開關元件方面，使 用矽系半導體膜的元件已佔主流地位，這是因為矽薄膜除 了穩定性、加工性良好以外，開關速度快等各種性能亦良 好的緣故。而且，一般係藉由化學氣相沉積法(CVD)製造此 種矽系薄膜。 又，習知薄膜電晶體(TFT)中，有的是在玻璃等基板上 積層閘極電極H絕緣層、氫化非㈣(a_Si: H)等半導 體膜、源極及跡電極的倒轉交錯構造，在以影像感側器 為首的大面積元件的領域中，作為代表主動矩陣型液晶顯 示器的平形面板顯示器等的驅動元件為人所使用。前述用 途在於’即使是❹非㈣的習知者，亦可隨著高功能化， 追求高速化作動。 5 200937528 尤其是對於有機電致發光(EL)顯示器的驅動用電晶 體，需要下述等性能： (a) 即使持續長期驅動，閾值電壓等特性變動亦很少； (b) 電特性的不均少，使顯示畫面很均勻；
5 (c)即使以高電壓驅動MPE(多光子發射)構造等多段EL 層，亦具有充分耐壓性。 習知非晶矽TFT雖滿足前述(b)(c) ’但前述(a)的性能卻 不充分。又，聚矽TFT雖滿足前述(a)的性能，但前述(b)(c) 的性能卻不充分。 10 為了克服該等缺點，已有人進行下述嘗試，即，在閘 極絕緣膜上依序形成非晶質矽膜、緩衝膜、光_熱轉換膜 後，對光-熱轉換膜照射半導體雷射光，令非晶質矽膜成為 微結晶矽膜（專利文獻9)。 但是’由於需令非晶矽達到高於矽熔點（1410°c)的溫 15度，故有著：使用A1系的材料時，會產生丘狀突起(hillock)、 選擇周邊構件時受限於不可使用低熔點的材料、容易產生 熱分布而難以均勻加熱、加熱裝置的受限很大，例如，若 不使用高能雷射，則得耗費時間在處理上等問題。（專利文 獻10) 20 另一方面’近幾年來，作為取代矽系半導體薄膜者， 使用氧化物的氧化物半導體薄膜已受到關注。 然而’此種由金屬氧化物所構成之透明半導體薄膜當 中’尤其是將氧化鋅高溫結晶化而構成的透明半導體薄膜， 其場效移動度低，為lcm2/V _ sec左右 ，且on-off比亦很小。 200937528 而且，由於容易產生漏電流，故在工業上要實用化是困難 的。又，雖已針對含有使用氧化辞之結晶質的氧化物半導 體進行多次研究，但以一般工業上所使用之濺鍍法形成薄 膜時，有著下述問題。 5 即，會有移動度低、on-off比低、漏電流大、夾止不明 顯、容易呈常開狀態等，令TFT性能降低之虞。又，由於耐 藥品性差，故在製造流程或使用環境上有著難以進行濕式 蝕刻等限制。此外，在工業化方面亦有著：為了提高性能 〇 而需採高壓成膜，導致成膜速度變慢、需要700°c以上的高 10 溫處理等問題。又，TFT元件在構造上亦受到限制，例如， 底閘構造的電解移動度等TFT性能很低，為了提高性能需採 頂閘構造，且令膜厚為50nm以上等。此外，亦有人嘗試將 導電性非晶質氧化物膜高電阻化以作成結晶質半導體膜， — 來製作場效型電晶體（專利文獻8)，但卻有著：因結晶化會 15 耗費時間，故需要大型加熱爐、難以均勻地將大面積結晶 化等問題。又，亦有人嘗試加熱閘極電極來提高結晶質氧 ® 化物半導體的結晶性（專利文獻12)，但由於隔著閘極絕緣膜 加熱，而產生：閘極絕緣膜劣化、產生漏電流、無法進行 均勻加熱等問題。 20 薄膜電晶體(TFT)等場效型電晶體已被廣泛作為半導 體記憶體積體電路的單位電子元件、高週波信號加大元 件、液晶驅動用元件等來使用，如今已是最具實用化的電 子元件。其中，隨著近幾年來顯示裝置的驚人發展，液晶 顯示裝置（LCD)，電致發光顯示裝置（EL)、場發射顯示器 7 200937528 (FED)等各種顯示裝置中，常把TFT作為對顯示元件施加驅 動電壓以驅動顯示裝置的開關元件使用。 作為場效型電晶體之主要構件的半導體層（活性層 '通 道層）的材料，最受到廣泛使用的是矽半導體。一般來說， 對於需要南速動作的高週波放大元件或積體電路用元件 等使用的是矽單結晶。另一方面，對於液晶驅動用元件 因要求大面積化，使用的是非晶性矽半導體（非晶矽）。 例如，已知有在玻璃等基板上積層閘極電極、閘極絕 緣展 A- 嘈、虱化非晶矽（a_Si : H)等半導體層、源極及汲極電極 的倒轉交錯構造的TFT。該TFT在以影像感侧器為首的大面 積％件的領域中，作為代表主動矩陣型液晶顯示器的平形 面板顯示器等的驅動元件為人所使用。前述用途在於，即 使是使財晶料f知者，亦可隨著高功能化，追求高速 化作動。 “如今在作為驅動顯示裝置的開關元件方面，使用石夕系 半導體膜的元件已佔主流地位，這;^因為_薄膜除了穩定 、加工性良好以外，開關速度快等各種性能亦良好的緣 故。而且，一般係藉由化學氣相沉積法(CVD)製造此種矽系 薄祺。 然而，結晶性矽系薄膜在意圖結晶化時，需要例如8〇〇 C以上的高溫，故難以在玻璃基板上或有機物基板上形 成。因此有著：只能在矽晶圓或石英等耐熱性高的高價基 板上形成，且，在製造時需要大量能量及很多步驟等問題。 又，通常，TFT的元件構造受限於頂閘構造，故結晶性矽系 200937528 薄膜難以作到削減遮罩數量等降低成本的方法。 5 ❹ 10 15 ❹ 20 另一方面，非晶矽薄膜雖可用較低溫度形成，但由於 開關速度比結晶性矽系薄膜慢，故作為驅動顯示裝置的開 關元件使用時，有時會無法跟上高速的動畫顯示。又，亦 有著作為開關元件之特性劣化的問題，例如，可見光照射 至半導體活性層後會顯示出導電性，會有產生漏電流導致 動作出錯之虞等。因此，已知有設置用以遮蔽可見光之遮 光層的方法。例如，使用金屬薄膜作為遮光層。 然而’不光只是增加設置由金屬薄膜所構成之遮光層 的步驟’由於金屬薄膜會變得帶有浮動電勢，故需令遮光 層為平面基準(ground ievei)，此時會有寄生電容產生的問 題。在此種情況下，近幾年來’穩定性比矽系半導體薄膜 優異，且使用氧化物的氧化物半導體薄膜已受到關注。 專利文獻11揭示有使用氧化辞作為半導體層的TFT。然 而’該半導體層的場效移動度很低，為lcm2/v · sec左右， 且on-off比亦很小。而且，由於容易產生漏電流，故在工業 上要實用化是困難的。 雖已針對含有氧化鋅之結晶的氧化物半導體進行多次 研究，但以一般工業上所使用之濺鍍法形成薄膜時，會有 移動度低、on-off比低、漏電流大、失止不明顯、容易呈常 態等’令TFm能降低之虞。又’由於含有氧化辞之結 晶的氧化物半導體的耐藥品性差，故在製造流程或使用環 境上有著難以進行濕式_等限制。為了提高含有氧化辞 之結晶的氧化物半導體的性能而需採高壓成膜，導致成膜 9 200937528 速度變慢，且需要700°C以上的高溫處理。又，TFT元件在 構造上亦受到限制，例如，底閘構造的電解移動度等TFT 性能很低’為了提高性能需採頂閘構造，且令膜厚為50nm 以上等。 5 為了解決前述問題，已有人研究使用由氧化銦及氧化 辞所構成之非晶質氧化物半導體膜的TFT(專利文獻13)。然 而，該非晶質氧化物半導體膜有著：off電流高、難以得到 on-off比等問題。 專利文獻14係研究將含有以往作為透明導電膜所研究 10 之銦、鋅及鎵原子之複合氧化物應用在TFT。然而，若要令 使用由此種複合氧化物所構成之半導體膜的TFT成為S值 抑制到很小’且使因應力而產生之閾值變動很小的穩定 TFT，則必須進行相稱的熱處理（例如，以35〇〇c以上的高溫 進行熱處理1小時以上等）(專利文獻15及5、非專利文獻。 15使用大型玻璃基板來量產顯示器用的TFT基板時，基板處理 速度將成為決定生產量的重樣因素。此種熱處理在時間上 或設備上造成很大的負擔，會降低生產性且妨礙實用化。 作為使矽系半導體溶融結晶的方法、或是提高結晶質 氧化物半導體的結晶性的方法，已有人研究以雷射退火為 首的各種加熱方法（專利文獻9)。然而，非晶質氧化物膜的 透光丨生比秒半導體兩，有著難以藉由能量線進行熱處理的 門通因此，關於非晶質氧化物膜的熱處理方法，除了以 爐等的環境溫度加熱以外，幾乎沒人研究(專利文獻12)。 200937528 專利文獻1 :特開2006-165527號公報 專利文獻2 :特開2006-165528號公報 專利文獻3 :特開2006-165529號公報 專利文獻4 :特開2006-165530號公報 5 專利文獻5 :特開2006-165531號公報 專利文獻6 :特開2006-165532號公報 專利文獻7 :特開2006-173580號公報 專利文獻8 : W02007/058248號手冊 © 專利文獻9 :特開2007-5508號公報 10 專利文獻10 :特開2007-35964號公報 專利文獻11 :特開2003-86808號公報 專利文獻12 :特開2007-123861號公報 ‘ 專利文獻13 :美國專利出願公開2005/0199959號說明 - 書 15 專利文獻14 :特開2000-44236號公報 專利文獻15 :特開2007-311404號公報 ❹ 非專利文獻 1 : Kim, Chang Jung et al. Highly Stable
Ga203-In203-Zn0 TFT for Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode Display Application, Electron Devices 2〇 Meeting, 2006. IEDM ‘06. International(ISBN ： 1-4244-0439-8) 本發明第一目的係提供一種無需使用光阻即可製造， 且可直接描繪成期望形狀的圖案化結晶質半導體薄膜。 本發明第二目的係有鑑於前述情形，以矽熔點以下的 11 200937528 溫度製造出對於長期驅動之特性變動少且耐壓性高的薄膜 電晶體。 本發明第三目的係提供一種可簡便且迅速地對非晶質 氧化物膜進行熱處理，且使用有減少s值使因應力而產生之 5 閾值變動很小的穩定非晶質氧化物半導體的薄膜電晶體。 【發明内容3 發明揭示 根據本發明第一態樣，提供下述圖案化結晶質半導體 薄膜等。 ίο 1.一種圖案化結晶質半導體薄膜，係藉由： 形成以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜後， 藉將部分前述非晶質薄膜結晶化而半導體化， 然後藉由蝕刻去除前述部分結晶化之薄膜的非晶質部 分而得到者。 15 2.如1記載之圖案化結晶質半導體薄膜，其中前述以氧 化銦為主要成分之非晶質薄膜係由含正二價金屬氧化物之 氧化銦所構成。 3. 如1記載之圖案化結晶質半導體薄膜，其中前述以氧 化銦為主要成分之非晶質薄膜係由含正三價金屬氧化物之 20 氧化銦所構成。 4. 如1記載之圖案化結晶質半導體薄膜，其中前述以氧 化銦為主要成分之非晶質薄膜係由含正二價金屬氧化物及 正三價金屬氧化物之氧化銦所構成。 5. 如1〜4中任一項記載之圖案化結晶質半導體薄膜，係 200937528 使用電子束進行前述結晶化。 6·如1〜4中任一項記載之圖案化結晶質半導體薄膜，係 使用雷射光進行前述結晶化。 7. 如5或6記載之圖案化結晶質半導體薄膜，係在前述 5蝕刻後，接著進行熱處理。 根據本發明第二態樣，提供下述薄膜電晶體之製造方 法及場效型電晶體。 8. —種薄膜電晶體之製造方法，包含有以下步驟： 形成非晶質氧化物膜； 10 在前述非晶質氧化物膜上形成光-熱轉換膜；及 對前述光-熱轉換膜照射能量線，將前述非晶質氧化物 膜之至少一部分半導體化。 9. 如8記載之薄膜電晶體之製造方法’其中前述非晶質 氧化物膜具導電性，且在對前述光-熱轉換骐照射能量線， 15 將前述非晶質氧化物膜之至少一部分半導體化時，會伴隨 結晶化。 1〇·如8或9記裁之薄膜電晶體之製造方法，包含有將前 述非晶質氧化物臈圖案化，作成源極電極或汲極電極的步 驟。 2〇 11. 如8或9記載之薄膜電晶體之製造方法，包含有將前 述光-熱轉換膜圖案化，作成源極電極或沒極電極的步驟。 12. 如8〜1〇中任一項記載之薄膜電晶體之製造方法，包 含有去除前述光-熱轉換膜的步驟。 13. 如8〜12中任—項犯載之薄膜電晶體之製造方法，包 13 200937528 含有在前述非晶質氧化物膜與前述光-熱轉換膜之間設置 緩衝膜的步驟。 14.如8〜13中任一項記載之薄膜電晶體之製造方法，其 中前述能量線係半導體雷射光或燈光。 5 15.如8〜14中任一項記載之薄膜電晶體之製造方法，其 中前述非晶質氧化物膜至少含有In。 16.如8〜14中任一項記載之薄膜電晶體之製造方法，其 中前述非晶質氧化物膜係由含有In、及正二價元素或正三 價元素之複合氧化物所構成。 10 17.—種場效型電晶體，包含有： 閘極電極； 位於前述閘極電極上，且由源極電極、汲極電極及半 導體膜所構成之層；及 位於前述半導體膜上的緩衝膜與光-熱轉換膜， 15 且，前述半導體膜係使形成源極電極與汲極電極之氧 化物結晶化而成者。 18.—種場效型電晶體，包含有： 源極電極及汲極電極； 位於前述源極電極及汲極電極上，且由結晶質氧化物 20 所構成之半導體膜； 位於前述半導體膜上的閘極絕緣膜；及 位於前述閘極絕緣膜上的閘極電極。 根據本發明第三態樣，提供下述薄膜電晶體之製造方 200937528 19.一種薄膜電晶體之製造方法，包含有以下步驟： 形成非晶質氧化物膜； 形成受熱膜；及 加熱前述受熱膜。 5 20.如19記載之薄膜電晶體之製造方法，更包含有將前 述受熱膜圖案化，形成源極電極、汲極電極及閘極電極之 至少一種電極的步驟。 21. 如19或20記載之薄膜電晶體之製造方法，更包含有 ® 以下步驟： 10 積層緩衝層；及 去除前述受熱膜及前述緩衝層。 22. 如19〜21中任一項記載之薄膜電晶體之製造方 法，係以選自於由紅外線燈加熱、紫外線燈加熱、半導體 " 雷射加熱、準分子雷射加熱、電磁感應加熱及電楽·喷流加 15 熱所構成之群組的加熱方法加熱前述受熱膜。 23. 如19〜22中任一項記載之薄膜電晶體之製造方 © 法，其中前述非晶質氧化物膜的熱處理溫度在前述非晶質 氧化物膜的成膜溫度以上，且在前述非晶質氧化物膜的結 晶化溫度以下。 20 24.如19〜23中任一項記載之薄膜電晶體之製造方 法，其中前述非晶質氧化物膜含有選自於由In、Zn及Sn所 構成之群組之1種以上的元素。 25.—種薄膜電晶體，係使用19〜24中任一項記載之薄 膜電晶體之製造方法而得到者。 15 200937528 根據本發明第一態樣，可提供一種無需使用光阻即可 製造，且可直接描繪成期望形狀的圖案化結晶質半導體薄 膜。 根據本發明第二態樣之薄膜電晶體之製造方法，無需 5 加熱至矽熔點以上即可達成：即使持續長期驅動，閾值電 壓等特性變動亦很少；電特性的不均少，使顯示晝面很均 勻；即使以高電壓驅動MPE(多光子發射）構造等多段EL 層，亦具有充分耐壓性。 根據本發明第三態樣，提供一種可簡便且迅速地對非 10 晶質氧化物膜進行熱處理，且使用有減少S值使因應力而產 生之閾值變動很小的穩定非晶質氧化物半導體的薄膜電晶 體。 圖式簡單說明 第1圖係照射電子束後的實施例1所製造之具薄膜之Si 15 晶圓的表面照片。 第2圖係實施例1所製造之圖案化結晶質薄膜的表面照 第3A圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 20 第3 B圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第3C圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第3D圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 200937528 方法的步驟圖。 第3E圖係顯示第二態樣之實施型態丨的電晶體之製造 方法的步驟圖。 $ 3 F圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 5 方法的步驟圖。 第3G®係顯示第二態樣之實施塑態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第3H圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 ^ 彳法的步驟圖。 第4A圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 - 第4B圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4C圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 15 方法的步驟圖。 Q 第4D圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4 E圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 2〇 第4 F圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4G圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4 Η圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 17 200937528 方法的步驟圖。 第5 A圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第5B圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 5 方法的步驟圖。 第5 C圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第5D圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 10 第5E圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第5 F圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第5 G圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 15 方法的步驟圖。 第5H圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6 A圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 20 第6B圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6C圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6 D圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 200937528 方法的步驟圖。 第6 E圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6F圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 5 方法的步驟圖。 第6 G圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6 Η圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 Q 方法的步驟圖。 10 第61圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第7Α圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 ' 方法的步驟圖。 * 第7 Β圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 15 方法的步驟圖。 第7C圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 ® 方法的步驟圖。 第7D圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 20 第7Ε圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第7F圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第7G圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 19 200937528 方法的步驟圖。 第7 Η圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 Α圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 5 方法的步驟圖。 第8B圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8C圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 10 第8 D圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 E圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 F圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 15 方法的步驟圖。 第8 G圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 Η圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 20 第81圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 J圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 Κ圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 200937528 方法的步驟圖。 第8L圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8M圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 5 方法的步驟圖。 第9 A圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第9B圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 10 第9C圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 . 第9D圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第9E圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 I5 方法的步驟圖。 馨第9F圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第10圖係顯示實施例24所使用之燈的圖。 第11(1)圖〜第11(vii)圖係顯示本發明第三態樣之薄膜 20電曰曰體(底閘型）之製造方法的第1實施型態的步驟圖。 第12(1)圖〜第12(V)圖係顯示本發明第三態樣之薄膜電 晶體(底閘型）之製造方法的第2實施型態的步驟圖。 第13(1)圖〜第I3(vi)圖係顯示本發明第三態樣之薄膜電 晶體(頂閘型）之製造方法的第3實施型態的步驟圖。 21 200937528 第14(i)圖〜第14(iv)圖係顯示本發明第三態樣之薄膜電 晶體(頂閘型）之製造方法的第4實施型態的步驟圖。 第15(i)圖〜第15(v)圖係顯示一種實施型態，即，將第三 態樣之受熱膜圖案化後，加熱經圖案化之受熱膜形成電 5 極，製造薄膜電晶體的圖。 第16圖係在第三態樣之實施型態1的薄膜電晶體及實 施型態2的薄膜電晶體形成有保護膜及像素電極的開關元 件的概略截面圖。 t實施方式3 10 實施發明之最佳態樣 I.第一態樣 本發明之圖案化結晶質半導體薄膜係藉由：形成以氧 化銦為主要成分之非晶質薄膜後，藉將部分非晶質薄膜結 晶化而半導體化，然後藉由蝕刻去除部分結晶化之薄膜的 15 非晶質部分而得到者。如此一來，本發明之圖案化結晶質 半導體薄膜，無需使用光阻即可製造，且可直接描繪成期 望形狀。 以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜可藉由例如，使用 具有期望成分之靶材進行濺鍍，簡便地形成。在本發明中， 20 以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜係指含氧化銦50重量％ 以上的非晶質薄膜。 以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜宜由含正二價金屬 氧化物之氧化銦所構成。藉由令非晶質薄膜含有正二價金 屬氧化物，在將非晶質薄膜結晶化時可更容易半導體化。 22 200937528 刖述正一仏金屬氧化物可舉例如，選自於由Zn、、 Ni及Οι所構成之群組之⑷以上的金屬氧化物以Zn〇、 MgO、NiO 或 CuO為佳。 在以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜係由含正二價金 5屬氧化物之氡化銦所構成的情況下，令正二價金屬氧化物 之金屬成分為M2時，非晶質薄膜中的銦與^^的原子比 M2/(In+M2)係以〇.〇〇〇1〜〇」為佳且以〇 〇〇〇5〜〇 〇5為較 佳，並以0.001〜〇.〇5為更佳。 原子比M2/(In+M2)小於〇 〇〇〇1時，會有非晶質薄膜難 ίο以半導體化之虞。另一方面，原子&M2/(In+M2)大於〇」 時’會有非晶質薄膜未結晶化而無法半導體化之虞，且會 有期望之形狀部分受到後述蝕刻去除之虞。 由含正二價金屬氧化物之氧化銦所構成之非晶質薄膜 一旦結晶化’則正二價金屬離子會固溶於結晶化之氧化銦 15結晶中’可抑制因氡化銦缺氧而產生之電子載體，可將載 體濃度控制在最適當範圍。最適當載體濃度係指例如 10E12Cm·3〜l〇E17cm-3，且以 1〇E14cm_3〜i〇Ei7cm.3為佳。 以氧化銦為主要成分之非晶質薄臈宜由含正三價金屬 氧化物之氧化銦所構成。藉由令非晶質薄膜含有正三價金 20屬氧化物，在將非晶質薄膜結晶化時可更容易半導體化。 就結晶化之容易度的觀點來看’前述正三價金屬氧化 物可選擇具有與銦的離子半徑相同或接近之離子半徑（銦 的離子半徑±25%以内）的正三價金屬氧化物，以具有姻的離 子半徑±20%以内之離子半徑的正三價金屬氧化物為佳。此 23 200937528 種正三價金屬氧化物不會妨礙非晶質薄膜的結晶化。 前述正三價金屬化合物可舉選自於由B、a卜Ga、Sc、 Y及鑭系元素所構成之群組之1種以上的金屬氧化物。前述 爛系元素以 Sm、Ho、Lu、La、Nd、Eu、Gd、Er 或 Yb為佳。 5 在以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜係由含正三價金 屬氧化物之氧化銦所構成的情況下，令正三價金屬氧化物 之金屬成分為M3時’非晶質薄膜中的銦與M3&原子比 1^3/(111+]\43)係以0.〇〇〇1〜〇.2為佳，且以〇〇〇〇5〜〇15為較 佳，並以0.001〜0.1為更佳。 © 10 原子比Μ3/(Ιη+Μ3)小於0.0001時，會有非晶質薄膜難 以半導體化之虞。另一方面，原子比Μ3/(Ιη+Μ3)大於0.2 時’會有非晶質薄膜未結晶化而無法半導體化之虞，且會 有期望之形狀部分受到後述蝕刻去除之虞。此外，將原子 比Μ3/(Ιη+Μ3)大於0.2的非晶質薄膜結晶化而得到之結晶 ' 15質半導體薄膜會有移動度變得過小之虞。 由含正三價金屬氧化物之氧化銦所構成之非晶質薄膜 中，正三價金屬氧化物可抑制氧化銦之缺氧，可將載體濃 ❹ 度控制在最適當範圍。最適當載體濃度係指例如 10E12cm3〜l〇E17cm-3，且以 l〇E14cm·3〜l〇E17cm-3為佳。 20 以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜宜由含正二價金屬 氧化物及正三價金屬氧化物之氧化銦所構成。藉由令非晶 質薄膜含有前述正二價金屬氧化物及正三價金屬氧化物， 在結晶化時可更容易半導體化。 如前述，正二價金屬氧化物與正三價金屬氧化物在結 24 200937528 5 ❹ 10 15 ❹ 20 晶質薄膜中的功能不同。正二價金屬氧化物會使正二價金 屬離子麟於結晶化魏仙結晶巾，可抑_氧化銦缺 氧而產生之電子載體。另—方面，正三價金屬氧化物可抑 制氧化銦之缺氧·^本發财，藉由令非晶㈣膜含有正二 價金屬氧化物及正二價金屬氧化物，可相乘性地得到電子 載體抑制效果。又，藉由含有該等正二價金屬氧化物及正 二價金屬氧化物，相較於單獨含有該等金屬氧化物時，即 使含有量少亦可得到效果。 在本發明中’非晶質薄膜大體上可由氧化銦、及任意 正二價金屬氧化物及/或正三價金屬氧化物所構成，或是， 亦可僅由該等成分所構成。「大體上」係指，非晶質薄膜係 由氧化銦、及任意正二價金屬氧化物及/或正三價金屬氧化 物所構成，且除了該等成分以外亦可含有下述成分。 在不損及本發明之效果（尤其是半導體特性）的範圍 内’非晶質薄膜可含有例如正四價以上之金屬氧化物。正 四價以上之金屬氧化物可舉例如：Ge02、Sn02、Ti〇2、zr〇2、
Hf02、Ce02、Nb205、Ta2〇5 ' m〇〇3及 W03。 非曰a質薄膜含有前述正四價以上之金屬氧化物時，正 四價以上之金屬氧化物的含有量通常係為10重量％以下， 且以5重量％以下為佳，並以3重量％以下為更佳。 非晶質薄膜的結晶化宜使用電子束或雷射光進行。藉 由對以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜照射電子束或雷射 光’可簡便地將非晶質薄臈結晶化而半導體化。 將電子束使用於結晶化時，在使用之電子束方面，可 25 200937528 4 】如輪出為5kV〜1 OOOkV的經加速之電子束。又，在照 射方法方面，可一次將電子束照射至全體期望形狀上，亦 了邊°卩刀照射邊移動照射位置，來照射至期望形狀上。照 射時間通常係為1秒〜120分，且以10秒〜30分為佳。照射時 5間小於1秒時，會有不產生結晶化之虞。另一方面，照射時 間大於120分時，會有生產性降低，使成本增加之虞。 將雷射光使用於結晶化時，在使用之雷射光方面，可 使用例如輪出為100mW〜lkw的雷射光。又，在照射方法方 面’可—次將雷射光照射至全體期望形狀上，亦可邊部分 ® 10照射邊移動照射位置’來照射至期望形狀上。 在可使用之雷射光的種類方面，只要適當選擇可施加 結晶化所需之能量的雷射光即可，可使用例如：YAG雷射、 綠光雷射、二氧化碳雷射等紅外雷射；半導體雷射；染料 雷射；準分子雷射等。 - 15 前述雷射光當中，具體而言可使用照射波長為248nm 的KrF準分子雷射、或波長為193nm的ArF準分子雷射。脈 衝照射該等準分子雷射時，宜將次數設定在2〜2000次的範 ® 圍’且將脈衝寬設定在5nsec.〜lOOnsec.的範圍，以及將光束 聚集使用，令光束大小呈l〇/zmxl〇em□或lmmxlmmO 20 等。 雷射光之照射面的能量密度通常係為 10mJ/cm2〜1000mJ/cm2，且以50mJ/cm2〜500mJ/cm2為佳。照 射面的能量密度小於10mJ/cm2時，會有過於耗費時間在結 晶化上之虞，另一方面，照射面的能量密度大於1000mJ/cm2 26 200937528 時，由於能量密度過強，會有非晶質薄膜蒸發以及對結晶 化薄膜產生損傷之虞。 本發明之圖案化結晶質半導體薄膜係藉由餘刻去除部 分結晶化之薄膜的非晶質部分，藉此得到期望形狀者。非 5晶質薄膜部分與結晶質半導體薄膜部分的餘刻速度差很 多，非晶質薄膜部分的姓刻速度快，但結晶質半導體薄膜 部分因結晶化’故钱刻速度非常慢。藉由利用前述速度差， 可選擇性地僅蝕刻非晶質薄膜部分，來得到具有期望形狀 ® 之圖案化結晶質半導體薄膜。 10 在使用之蝕刻液方面，通常係使用有機酸等弱酸。具 體而言’可使用醋酸、草酸、丙酸等有機酸，且宜使用該 等有機酸之水溶液。 有機酸之水溶液的濃度通常係為01〜10wt%，且以 1〜5wt%為佳。有機酸之水溶液的濃度小於〇 lwt%時，會有 15蝕刻速度變慢之虞，另一方面，有機酸之水溶液的濃度大 〇 於10加％時，會有蝕刻速度過快，連結晶質半導體部分亦 遭蝕刻，而無法得到期望形狀之圖案化結晶質半導體薄瞑 之虞。 蝕刻時的蝕刻液溫度通常係為1〇〇c〜6(rc，且以2〇亡 20〜5(TC為佳。餘刻液溫度小於1(rc_，會有餘刻速度變慢之 虞，刻液溫度大於贼時，會有餘刻液的水分蒸發Γ而 難以將有機酸濃度保持一定之虞。 侧液除了有機酸以外亦可使用氫氯酸、氳漠酸、氫 碘酸硫酸、硝酸、碟酸等酸的水溶液。使用該等有機酸 27 200937528 以外之蝕刻液時，其濃度及溫度可適當選擇。又，亦可使 用該等水溶液之混合液。 藉由前述蝕刻所得到之圖案化結晶質半導體膜，接下 來宜進行熱處理。蝕刻非晶質部分後，接著進行熱處理， 5 藉此可提高結晶質部分的結晶度，得到沒有非晶質部分(結 晶粒界面部分之結晶散亂）的結晶質半導體薄膜。將殘留非 晶質部分（結晶粒界面部分之結晶散亂）的結晶質半導體薄 膜使用於薄膜電晶體等時，會有off電流變大、οη/off比變 小、及閾值電壓在驅動中變動之虞。 10 熱處理時的環境可為大氣中、氮等不活性氣體中及真 空下之任一種，就製造成本的觀點來看，宜在大氣中進行。 熱處理溫度通常係設定在150°C〜450°C的範圍，且宜設定在 200°C〜300°C的範圍。熱處理溫度小於150°C時，會有不進 行結晶化之虞，熱處理溫度大於450°C時，會有基板耐熱性 15 不足，而導致基板變形之虞。熱處理時間通常係為1分〜12 小時，且宜為10分〜60分。熱處理時間小於1分時，會有不 進行結晶化之虞，若熱處理時間大於12小時，則會有製造 成本增加之虞。 經由前述步驟所得到之圖案化結晶質半導體薄膜的厚 20 度通常係為5~500nm，且以10〜200nm為佳，並以15〜100nm 為更佳。結晶質半導體薄膜的厚度小於5nm時，會有結晶質 半導體薄膜不形成薄膜，而是形成海島結構之虞，結晶質 半導體薄膜的厚度大於500nm時，在將本發明之結晶質半導 體薄膜作為薄膜電晶體使用的情況下，會有移動度降低以 200937528 及閾值變得過大之虞。 π.第二態樣 本發明之薄膜電晶體之製造方法包含有以下步驟：形 成非晶質氧化物膜；在非晶質氧化物膜上形成光_熱轉換 5膜；及對光·熱轉換膜照射能量線，將非晶質氧化物骐之至 少一部分半導體化。 本發明係對光-熱轉換膜照射能量線’藉此令光_熱轉換 膜將此量線(光)轉換成熱，並將熱傳導至光_熱轉換膜下方 的非晶質氧化物膜，使非晶質氧化物膜半導體化。非晶質 10氧化物膜在半導體化後會成為半導體膜(結晶質膜）。光_熱 轉換膜可之後再去除。依前述，由於使用光_熱轉換犋將非 晶質氧化物膜半導體化，故無需加熱至矽熔點以上，即可 製造電晶體。 從無法藉X線繞射找出特定峰值一事來看，可判斷非晶 15質氧化物膜呈非晶質。同樣地，從可藉X線繞射找出特定峰 值一事來看，可判斷已結晶化。 具導電性之非晶質氧化物膜的比電阻以10-5〜10_2Q^m 為佳，特別是以ur5〜1(nm為最佳。若大於1〇-2以功，則 會有難以將-部分作為電極使用之虞。半導體膜的比電阻 20以102〜108Qcm為佳，且以1〇-i〜1〇6Qcm為更佳，特別是以 10°〜104Dcm為最佳。若小於1〇-2〇cm，則作為m時會 有off電流變高之虞。若大於1()8Qcm，則會有移動度變低之 虞。 在非晶質氧化物膜、光·熱轉換膜的成膜方面 ,可不受 29 200937528 限地使用化學性成膜法或物理性成膜法。以Dc、Ac或RF 濺鍍法為佳，且以藉由DC或AC濺鍍法進行成膜為較佳。相 較於RF濺鍍法，使用DC或AC濺鍍法的話，成膜時的損傷 會減少，在作為場效型電晶體使用時，可期待閾值電壓變 5動減少、移動度提高、閾值電壓減少、S值減少等效果。 光·熱轉換膜可由Mo及Mo合金(Mo-W、Mo-Ta等）、Cu 及Cu合金(Cu-Mn、Cu-Mo、Cu-Mg) ' A1 及A1 合金(Al-Nd、
Al-Ce、Al-Zr等）、Ag及Ag合金、Cr及Cr合金、Ta及Ta合金 等配線材料，或高熔點的Ti、V、Nb、Hf，或DLC、氧化 © 10物、氮化物、碳化物、氮氧化物等形成。宜由Mo及Mo合金 (Mo-W、Mo-Ta等）、Cu及 Cu合金(Cu-Mn、Cu-Mo、Cu-Mg)、 A1 及A1 合金(Al-Nd、Al-Ce、Al-Zr等）、Ag及Ag合金形成。 非晶質氧化物膜以至少含有In為佳，且以ln係主要成分 為更佳。 · 15 含有銦元素時，非晶質氧化物膜中，銦元素占氧以外 之所有原子的含有率以87原子％以上100原子％以下為佳， 且以9 0原子％以上9 9原子％以下為更佳。銦元素含有率小於 © 9〇原子％時，會有結晶質膜的結晶化溫度變高之虞，並且 會有所得到之薄膜電晶體的移動度降低之虞。 20 非晶質氧化物膜宜由除了氧以外亦含有2種以上元素 的複合氧化物所構成。例如，非晶質氧化物膜係由含有In、 及正二價元素或正三價元素的複合氧化物所構成。 非晶質氧化物膜宜含有正二價金屬元素。正二價金屬 元素係指，可取得正二價作為在離子狀態下之價數的元 30 200937528 素。若結晶質膜含有正三價金屬元素之銦，且更含有正二 價金屬元素，則可控制因缺氧而產生之電子，可保持低載 體密度。 正二價金屬元素可舉Zn、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、 5 V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Cd、Hg、 Sm、Eu、Yb等，就可有效地控制載體濃度的觀點來看，宜 可舉Zn、Mg、Mn、Co、Ni、Cu及Ca。 前述理想正二價金屬元素當中，就透過添加而產生之 © 載體控制效果的觀點來看，以Cu及Ni為較佳，且就透射率 10 及譜帶間隙之寬度的觀點來看，以Zn及Mg為較佳。 在不損及本發明之效果的範圍内，該等正二價金屬元 素可多數搭配使用。 非晶質氧化物膜含有銦元素及正二價金屬元素時，錮 [In]與正二價金屬元素闪的原子比[χ/(χ+Ιη)]宜為 15 0.0001 〜〇·13。 原子比[Χ/(Χ+Ιη)]小於〇.〇〇01時，會有正二價金屬元素 © 含有率變少，無法控制載體數之虞。另一方面，原子比 [Χ/(Χ+Ιη)]大於0.13時，會有下述之虞，即，結晶質膜以及 非晶質膜之界面或結晶質膜之表面容易變質而不穩定、結 20晶質膜的結晶化溫度提高而難以結晶化、載體濃度變高、 電洞移動度降低、驅動電晶體時閾值電壓會變動、及驅動 不穩定。 又’非晶質氧化物膜含有氧化銦及正二價金屬元素之 氧化物時，相對於結晶質膜的質量，氧化姻及正二價金屬 31 200937528 兀素之氧化物的總計質量通常係為5〇質量％，以65質量％以 上為佳’且以_量％以上為較佳，並以爾量％以上為更 佳，特別是以95質量％以上為最佳。氧化織正二價金屬 =之氧化物的總計質量小於_量％時’會有氧化物半 導體媒的㈣聽鱗，料充分展現本發明之效果之虞。 非晶質氧化物膜亦可更含有銦以外的正三價金屬元 -正二價金屬兀素係指，可取得正三價作為在離子狀態 下之價數的元素。 1〇 三價金屬元素可舉Ga、A卜La、Ce、Pr、Nd、Pm，如、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbL_『i^
金屬元素亦可含有兩種以上
若非晶質氧化物媒更微量地含有％等正四價金屬元 素:貝仏等正二價金屬^素可相對於正三價金屬元素之姻 :传價數的平衡，可使結晶質膜穩定化，故為理想。但是， 右結晶質膜多量地含有正四價金屬元素，則賴密度變得 過多，在作為薄膜電晶體時，會有off電流變高之虞。正四 價金屬元素的含有量宜為非晶質氧化物膜所含有之正三價 金屬元素的0.01原子％〜10原子％。 以質量定義正四價金屬元素之含有量時，相對於非晶 質氧化物膜全體的質量，正四價金屬元素之含有量以3質量 /〇以下為佳，且以2質量％以下為更佳，特別是以1質量％以 下為更佳。正四價金屬元素之含有量大於3質量％時，會有 無法將載體密度控制在低濃度之虞。 例如，結晶質膜藉由含有選自於由銦、辞(正二價金屬 32 200937528 元素）鎵(正—價金屬元素)及錫(正四價金屬元素)所構成之 群組之至v 1種以上者’可實現高移動度。另外，藉由調整 結晶質膜成膜時的環境氣體中的氧分壓、及環境氣體中的 Η20_2含有量，可控制結晶移動度。 5 10
15 G 20 結曰曰質媒宜顯不出銦的紅綠柱石型結晶構造。藉由令 結晶質膜呈紅綠柱石構造，可提高電洞移動度。紅綠柱石 型結晶構造可藉由X線繞射來確認。 半導體膜的電子載體濃度以1〇13〜1〇18/咖3為佳，且以 10〜10 /cm為更佳。若大於1〇18細3 ,則會有電晶體的〇ff 電流變问之虞。若小於IGWem3 ’則會有電晶體的移動度變 小之虞。 半導體膜的比電阻以10·2〜l〇8Qcm為佳且以1〇^〜1〇6 Dcm為較佳，並以10〇〜1〇4Qcm為更佳。若小於1〇_2〇咖， 則會有電晶體的off電流變高之虞。若大M1〇8Qcm，則會有 電晶體的移動度變小之虞。 半導體膜的譜帶間隙以2.0〜6.OeV為佳，且以2.8-4.8eV 為更佳。若小於2.0eV，則會有吸收可見光導致場效型電晶 體動作出錯之虞。若大於6.0eV，則會有場效型電晶體無法 發揮功能之虞。 半導體膜宜為顯示熱活性型之非退化半導體。若為退 化半導體，則載體會過多，會有使off電流、閘極漏電流增 加’或閾值呈負值而呈常開狀態之虞。 半導體膜的表面粗度（RMS)以lnm以下為佳，且以 〇.6nm以下為更佳，特別是以〇 3nm以下為最佳。若大於 33 200937528 lnm，則會有移動度降低之虞。 半導體膜的膜厚通常係為〇.5〜5〇〇nm，以1〜150nm為 佳’且以3〜80nm為更佳，特別是以1〇〜6〇mn為最佳。若比 0_5nm薄，則在工業上難以均勻地成膜。另一方面，若比 5 500nm厚，則成膜時間會變長，無法用在工業上。又，若在 3〜80nm的範圍内，則移動度或〇n_〇ff比等TFT特性會特別良 好0 本發明之製造方法可包含有將非晶質氧化物膜圖案 化，作成源極電極或汲極電極的步驟。可使用導電性之非 ◎ 10晶質氧化物膜，直接圖案化以作成電極，亦可使用非導電 性之非晶質氧化物膜’在圖案化之前或之後照射例如短波 長光，使其低電阻化以作成電極。使用導電性之非晶質氧 化物膜，直接圖案化以作成電極的方法因步驟數少，係為 理想方法。 ' 15 又，使用具導電性之光-熱轉換膜時，可包含有將光_ 熱轉換膜圖案化’作成源極電極或j:及極電極的步驟。 此種圖案化可使用濕式蝕刻、乾式蝕刻等。 ® 本發明之製造方法亦可包含有在非晶質氧化物膜與光 -熱轉換膜之間設置緩衝膜的步驟。設置緩衝膜後，可使熱 20 處理時的溫度分布均勻。 在不喪失本發明之效果的範圍内，可任意選擇一般所 使用之物作為緩衝層。可使用例如：Si〇2、SiNx、Al2〇3、
Ta2〇5、Ti〇2、MgO、Zr〇2、Ce02、K20、Li20、Na2〇、处2〇、
Sc203、γ2〇3、Hf203、CaHf03、PbTi3、BaTa206、SrTi03、 34 200937528 A轉。其中，宜使用 Si〇2、SiNx、Al2〇3、Y2〇3、Hf2〇3、 _〇3，且以si〇2、SiNx、γ2〇3、邱〇3、⑽取為更佳。 該等氧化物的氧數未必非得與化學計量比K例如，可為 叫亦可為Si〇x)。_是以氧化物為佳。若為氧化物，則 可防止氧在加熱時麟緩衝層。此種緩衝層可為積層有2層 ^之相異緩衝層的構造。X，緩衝層可為結晶質、多結 晶質、非晶質中之任-種，但最好是在工業上可輕易製造 的多結晶質或非晶質。
緩衝層可連同光-熱轉換膜-起去除，亦可保留下來。 1〇 ㈣線可使科導财射光、燈料。錄可均句加 熱的燈加熱(燈急速熱處理、LRTA)、半導體雷射加熱特 別是以可加熱大面積的燈加熱為佳。非晶質氧化物膜的加 熱溫度宜為200〜14〇〇°C。 照射之波長以使用紫外線領域、可見光領域或紅外線 i 5領域的波長為佳，且以使用波長領域為i 〇〇nm〜24〇〇nm的波 長為更佳。 燈光以使用可見光領域或紅外線領域的波長為佳，且 以使用波長領域為4〇〇nm〜2400nm的波長為更佳。 可藉由來自選自於函素燈、金屬齒素燈、氣狐燈、碳 20孤燈、高壓鈉燈、高壓水銀燈之一種或多種的放射進行燈 加熱(LRTA)。 使用雷射照射時，可使用連續振盡型雷射光(cw雷射 光）或脈衝減型雷脈衝雷射光）。藉由照射雷射光的 基諧波以及該等基諧波之第2高譜波到第4高譜波的雷射 35 200937528 贫，可令結晶性保持良好。另外，雷射光宜使用能量大於 氧化物半導_之譜帶_者。例如，使賴ww、
XeCl、或XeF的準分子雷射振盪器射出的雷射光。 以下更具體的_朗本發明之製造方法。 5 本發明之製造方法係例如，在基板上形成閘極電極， 且在閘極電極上形成閘極絕緣膜後，接著在閘極絕緣膜上 形成非晶質氧化物膜與光-熱轉換膜。對光_熱轉換膜照射能 量線，將非晶質氧化物膜之至少—部分半導體化，然後， 將光-熱轉換膜圖案化，作成源極電極與汲極電極。 ◎ 1〇 X，本發明之製造方法係例如，在基板上形成閘極電 極’且在閘極電極上形成閘極絕緣膜後，接著在閘極絕緣 膜上形成非晶質氧化物膜與光_熱轉換膜。然後，對光-熱轉 換膜照射能量線，將位於光·熱轉換膜下方的非晶質氧化物 - 膜之至少-部分半導體化後，將未經半導體化的非晶質氧 15 化物膜作成源極電極與汲極電極。 又，本發明之製造方法係例如，在基板上形成閘極電 極，且在間極電極上形成閘極絕緣膜後，接著在閘極絕緣 0 膜上形成非晶質氧化物膜與光-熱轉換膜。然後，對光-熱轉 換膜照射能量線，將位於光-熱轉換膜下方的非晶質氧化物 20膜半導體化。同時將不位於光-熱轉換膜下方的非晶質氧化 物膜低電阻化，作成源極電極與沒極電極。 又，本發明之製造方法係例如，在基板上形成閘極電 極，且在閘極電極上形成閘極絕緣膜後，接著在閘極絕緣 膜上形成非晶質氧化物膜與光-熱轉換膜。然後，對光_熱轉 36 200937528 換膜照射能量線，將非晶質氧化物膜半導體化。然後將半 導體化之部分非晶質氧化物膜低電阻化，作成源極電極與 没極電極。 5 ❹ 10 15 ❹ 20 又，本發明之製造方法係例如，在基板上形成源極電 極與汲極電極，且在源極電極與汲極電極上形成非晶質氧 化物膜與光-熱轉換膜。然後，對光-熱轉換膜照射能量線， 將非晶質氧化物膜半導體化。在半導體化之非晶質氧化物 膜上形成絕緣層與閘極電極。 基板並無特別受限，在不喪失本發明之效果的範圍 内，可任意選擇一般所使用者。可使用例如：無鹼玻璃、 鈉玻璃、石英玻璃等玻璃基板或聚對苯二甲酸乙二酿 (PET)、聚醯胺、聚碳酸酯(PC)等樹脂性基板、金屬薄膜（落） 基板。Si基板等單結晶基板難以大型化’會有使成本提高 之虞。 形成閘極電極、源極電極、汲極電極之各電極的材料 並無特別受限，在不喪失本發明之效果的範圍内，可任意 選擇一般所使用者。可使用例如：銦錫氧化物(IT〇)、銦鋅 氧化物、ZnO、Sn02等透明電極或a卜Ag、Cr、Ni、Mo、 Τι、Ta等金屬電極，或是含有該等金屬之合金的金屬電極。 又，宜將該等物積層2層以上，以減低接觸電阻，或提高界 面強度。又，為了減低源極電極、汲極電極的接觸電阻， 亦可對與半導體膜之電極的界面進行電漿處理、臭氧處理 等，來調整電阻。 閘極電極宜與源極、汲極電極自動對位。若閘極電極 37 200937528 則會有閘極電極與源極、
K20、Li2〇、Na20、Rb2〇、 未與源極、没極電極自動對位， 汲極電極之重疊因遮罩對位錯誤 電極與源極、汲極雷炻少壬Α女 2U5、ii02、MgO、Zr02、Ce02、 Sc203、γ2〇3、Hf2〇3、CaHf03、
PbTi3、BaTa206、SrTi〇3、AIN等。其中，宜使用 Si〇2、siNx、 Q 且以 Si02、SiNx、Y203、 10 A1203、Y203、Hf2〇3、CaHf03，
Hf2〇3、CaHf〇3為更佳。該等氧化物的氧數未必非得與化學 計量比一致(例如’可為Si02亦可為Si0x)。 閘極絕緣膜可為積層有2層以上之相異絕緣膜的構 ' 造。又，閘極絕緣膜可為結晶質、多結晶質、非晶質中之 - 15任一種，但最好是在工業上可輕易製造的多結晶質或非晶 質。 半導體膜宜受到保護層保護。形成半導體之保護層的 © 材料亦無特別受限。在不喪失本發明之效果的範圍内，可 任意選擇一般所使用者。可使用例如：Si02、SiNx、Al2〇3、 20 Ta2〇5、Ti〇2、MgO、Zr〇2、Ce〇2、K2O、Li20、Na20、Rb20、
Sc203、Y2〇3、Hf2〇3、CaHf〇3、PbTi3、BaTa2〇6、SrTi〇3、 AIN等。其中，宜使用 Si02、SiNx、A1203、Y203、Hf2〇3、
CaHf03，且以Si02、SiNx、Y203、Hf203、CaHf03為更佳。 該等氧化物的氧數未必非得與化學計量比一致(例如，可為 38 200937528
Si〇2亦可為 SiOx)。 保護膜可為積層有2層以上之相異絕緣膜的構造。又， 保護層可為結晶質、多結晶質、非晶質中之任一種，但最 好是在工業上可輕易製造的多結晶質或非晶質。 5 ❹ 10 15 20 薄膜電晶體宜為將半導體膜遮光的構造。若未具有將 半導體膜遮光的構造(遮光層）’則照到光時，會有激發載體 電子’使off電流變高之虞。遮光層可使用例如對波長5〇〇nm 以下具有高吸收性的薄膜。遮光層雖可位在半導體膜之上 部、下部中之任一側’但宜同時位在上部及下部。又，遮 光層可兼用為閘極絕緣膜或黑矩陣等。若僅位於一側，則 在構造上必須下工夫使光不會從沒有遮光層之側照射進 來。 薄膜電晶體的通道寬W與通道長l的比w/L通常係為 0.1〜100，且以1〜20為佳，特別是以2〜8為最佳。若W/L大於 100，則會有漏電流增加，或on_〇ff比降低之虞。若小於〇^， 則會有場效移動度降低，或夾止變不明顯之虞。 此外，通道長L通常係為〇a〜1〇叫m，以卜刚㈣為 佳，且以2〜ΙΟ/zm為更佳。若小於〇 ，則會有在工業 上難以製造或漏電流變大之虞，若大於1_轉，則元件將 變得太大，係為不理想。 薄膜電晶體的移動度以lcm2/Vs以上為佳，且以 3cm2/Vs以上為更佳，特別是以8em2/vs以上為最佳。若小 於W/VS’則會有開關速度變慢，紐驗大晝面高精細 顯示器之虞。 39 200937528 on-off比以106以上為佳，且以1〇7以上為更佳，特別日 以108以上為最佳。 疋 off電流以2pA以下為佳，且以ipA以下為更佳。 閘極漏電流以IpA以下為佳。 5 閾值電壓以〇〜4V為佳’且以〇〜3v為更佳，特別3以 0〜2V為最佳。若小於〇,則呈常開狀態，變成在關閉時需施 加電壓’會有消耗電力變大之虞。若大於5V，則驅動電壓 變大，會有消耗電力變大之虞。 S值以0.8V/dec以下為佳，且以〇.3v/dec以下為較佳， ❹ 10並以0.25V/dec以下為更佳，特別是以0.2 V/dec以下為最 佳。若大於0.8V/dec’則驅動電壓變大，會有消耗電力變大 之虞。尤其在有機EL顯示器使用時，由於係直流驅動，故 若令S值為0.3V/dec以下，則可大幅度減低消耗電力，係為 - 特別理想。 _ 15 在6〇 C下施加3 " A直流電壓1 〇〇小時前後的閾值電壓 變動量以0.1V以下為佳’且以0.5V以下為更佳。若大於1¥， 則在作為有機EL顯不器之電晶體使用時，會有畫質變化之 虞。 又，以轉移曲線表示之閘極電壓升降時的磁滯或在大 20氣下測定時(周圍環境變動）的閾值電壓的不均宜為很小。 本發明之薄膜電晶體宜採用共面構造。共面型電晶體 係指閘極電極與源極、汲極電極相對於半導體膜位在同一 侧，或半導體膜與源極、没極電極位在同—面内，或是半 導體膜與源極、汲極電極平行於基板且未接觸的電晶體。 40 200937528 與之相反的則稱為交錯型電晶體。若為交錯型，則電場將 呈曲線，故會有在半導體界面或閘極絕緣膜產生封閉 (trap)，使移動度、閾值電壓、S值等電晶體特性降低之虞。 又，會有在半導體膜與源極、汲極電極之界面產生接觸電 5 阻，使移動度、閾值電壓、S值、磁滯等電晶體特性降低之 虞。 電晶體的構造只要是共面型的話，則可使用頂閘型、 底閘型等眾所週知的構造，但以底閜型為佳。又，使用底 閘型時’半導體膜宜受到保護層保護。 10 實施型態1 [底閘型電晶體] 第3A圖〜第3H圖係顯示實施型態1的薄膜電晶體（以下 僅稱之為電晶體)之製造方法的步驟圖。 在基板101上形成閘極電極103後（第3A圖），接著在其 15 上方形成閘極絕緣膜105、非晶質氧化物膜107、緩衝層 109、熱-光轉換膜111(第3B圖）。接下來，照射能量線後， 藉由熱-光轉換膜111轉換成熱，並將該熱傳導至緩衝膜 109 ’令緩衝臈109下方的非晶質氧化物膜107半導體化(結 曰曰化形成半導體膜113(第3C圖）。半導體膜113可作為TFT 之活性層發揮功能。然後，塗佈光阻115，透過遮罩117進 <丁曝光（第3D圖）。顯像後去除光阻115(第3E圖）。接著，進 订餘刻形成源極電極111a與汲極電極111b後（第3F圖），剝離 光阻115(第3<3圖）。如第3H圖所示，最好是用保護膜119封 在第3li圖中，像素電極121透過保護膜119連接於汲極 41 200937528 電極lllb。若無保護膜，會有受到流程環境或使用環境的 影響，使特性劣化之虞。 將熱處理後之半導體層使用於TFT後，即使長期流通直 流電流，亦很少產生閾值電壓之變化等特性之變化。可認 5 為是藉由熱處理進行結晶化，會使構造穩定化，減少因驅 動時的發熱而產生之氧移動的緣故。 即使長期流通直流電流，亦不會產生閾值電壓之變化 等特性之變化，故顯示畫面難以因畫面的顯示數據（電流數 據）而產生不均。 ¢) 10 又，即使長期流通直流電流，亦很少產生閾值電壓之 變化等特性之變化，故特別是在以高電壓驅動MPE(多光子 發射)構造等多段EL層的情況下亦可使用。 實施型態2 ' [底閘型電晶體] - 15 本實施型態中，與實施型態1相異之處係：未形成覆蓋 非晶質氧化物膜的保護膜。 第4A圖〜第4H圖係顯示實施型態2的電晶體之製造方 〇 法的步驟圖。 與實施型態1相同，在基板201上形成閘極電極203後 20 (第4A圖），在其上方形成閘極絕緣膜205、非晶質氧化物膜 2〇7、熱-光轉換膜211(第4B圖）。接下來，照射能量線，將 非晶質氧化物膜207半導體化（結晶化），形成半導體膜 213(第4C圖）。然後，塗佈光阻215，透過遮罩217進行曝光 (第4D圖）。顯像後去除光阻215(第4E圖），進行蝕刻形成源 42 200937528 極電極211&與汲極電極211b後（第4F圖），剝離光阻215(第4G 圖）。與實施型態1同樣地形成保護膜219。 實施型態3 [底閘型電晶體] 5 ❹ 10 15 ❹ 20 本實施型態中，設置緩衝膜與光·熱轉換膜，藉由能量 線加熱光-熱轉換膜後，一併去除緩衝膜與光_熱轉換膜。光 -熱轉換膜僅設在欲半導體化之部分。 第5A圖〜第5H圖係顯示實施型態3的電晶體之製造方 法的步驟圖。 在基板301上形成閘極電極3〇3後（第5A圖），在其上方 形成閘極絕緣膜305、非晶質氧化物膜307、緩衝膜309(第 5B圖）。接下來，在其上方，對應閘極電極3〇3之位置，形 成熱-光轉換膜311(第5C圖）。照射能量線後，藉由熱·光轉 換膜311轉換成熱，並將該熱傳導至緩衝膜3〇9，令緩衝膜 309下方的非晶質氧化物膜3〇7半導體化(結晶化;)，形成半導 體膜313。沒有在熱-光轉換膜311下方的非晶質氧化物膜 3〇7各自成為源極電極307a與汲極電極307b(第5D圖）。去除 熱-光轉換膜311與緩衝膜3〇9後（第5E圖），形成保護膜 319(第5F圖）。於保護膜319形成接觸孔323(第5(3圖），並將 配線325設置於該接觸孔323(第5F圖）。 實施型態4 [底閘型電晶體] 本實施型態中，與實施型態3相異之處係^緩衝膜亦僅 設在欲半導體化之部分，照射長波長與短波長的能量線 43 200937528 後’藉由長波長的能量線使非晶質氧化物膜結晶化，並藉 由短波長的能量線使非晶質氧化物膜低電阻化。 第6A圖〜第61圖係顯示實施型態4的電晶體之製造方法 的步驟圖。 5 在基板401上形成閘極電極403後（第6A圖），在其上方 形成閘極絕緣膜405、非晶質氧化物膜4〇7(第6B圖卜接下 來，在其上方，對應閘極絕緣膜4〇5之位置，形成緩衝膜仞9 與熱-光轉換膜411(第6C圖）=照射長波長與短波長的能量線 後（第6D圖），藉由熱-光轉換膜411將長波長的能量線轉換成 10熱，並將該熱傳導至緩衝膜409，令緩衝膜4〇9下方的非晶 質氧化物膜407半導體化(結晶化），形成半導體膜413(第6e 圖）。同時，藉由短波長的能量線使兩侧之非晶質氧化物膜 407低電阻化，各自成為源極電極4〇7a與沒極電極4〇7b(第 6E圖）。長波長可使用400nm〜2400nm左右的能量線，短波 . 15長可使用WOnm〜400nm左右的能量線。去除熱_光轉換膜 411與緩衝膜409後（第6F圖），形成保護膜419(第6〇}圖）。於 保護膜419形成接觸孔423(第6H圖），並將配線425設置於該 © 接觸孔423(第61圖）。 本實施型態中’特別使非晶質氧化物膜407之表面低電 2〇 阻化’故與配線425之間的接觸電阻很小，在作為TFT時， 可期待改善S值或閾值電流。 另外，本實施型態中，藉由短波長的能量線使非晶質 氧化物膜低電阻化’故非晶質氧化物膜無需非具導電性不 〇 44 200937528 本實施型態中’非晶質氧化物膜的比電阻以10-5〜10-1 Dcm為佳’特別是以ι〇-5〜ι〇-2〇〇πι為最佳。若大於 cm ’則會有即使照射短波長光亦難以作為電極使用之虞。 實施型態5 5 [底閘型電晶體] 本實施型態中’與實施型態4相異之處係：照射能量線 後’不去除熱-光轉換膜與緩衝膜。 第7A圖〜第7H圖係顯示實施型態5的電晶體之製造方 ® 法的步驟圖。 10 與實施型態4相同，在基板501上形成閘極電極503後 (第7A圖）’在其上方形成閘極絕緣膜5〇5、非晶質氧化物膜 507(第7B圖）。接下來，對應閘極絕緣膜505之位置，形成 緩衝膜509與熱-光轉換膜511(第7c圖）。照射長波長與短波 長的能量線後（第7D圖），藉由長波長的能量線’使熱_光轉 15換膜511與緩衝膜509下方的非晶質氧化物膜507形成半導 Ο 體膜513(第7E圖）。同時，藉由短波長的能量線，使未覆蓋 有熱-光轉換膜511與緩衝膜509的非晶質氧化物膜507低電 阻化’各自成為源極電極5〇7a與没極電極507b後（第7E圖）， 於上方形成保護膜519(第7F圖）。於保護膜519形成接觸孔 2〇 523(第7G圖）’並將配線525設置於該接觸孔523(第7H圖）。 熱-光轉換膜511則作為遮光層保留著。 實施型態6 [底閘型電晶體] 本實施型態中’設置緩衝膜與光-熱轉換膜，藉由能量 45 200937528 線加熱光-熱轉換膜後，一併去除緩衝膜與光_熱轉換膜。 又，對結晶化之氧化物膜照射短波長的能量線，使之低電 阻化而形成電極。 第8A圖〜第8M圖係顯示實施型態6的電晶體之製造方 5 法的步驟圖。 在基板601上形成閘極電極6〇3後（第8A圖），在其上方 形成閘極絕緣膜605、非晶質氧化物膜6〇7、緩衝層609、熱 -光轉換膜611(第8B圖）。接下來，照射能量線，使非晶質氧 化物膜607半導體化(結晶化），形成半導體膜613(第8(：圖）。 ^ 10然後，去除缓衝層609、熱-光轉換膜611(第8£)圖）。塗佈光 阻615後（第8E圖），將閘極電極603作為遮罩，從閘極電極 603下方進行曝光（第8F圖），並在顯像後去除光阻615(第8G 圖、第8H圖）。在低氧分壓下，對未覆蓋有光阻615的半導 _ 體膜613照射短波長的能量線，使之低電阻化形成源極電 15極6〇7&與沒極電極607b(第81圖）。去除半導體膜613上的光 阻（第8J圖）。於其上方形成保護膜619(第8尺圖），接著於保 濩膜619形成接觸孔623(第8L圖），並將配線625設置於該接 © 觸孔623(第8M圖）。 本實施型態中，特別使非晶質氧化物膜6〇7之表面低電 2〇阻化’故與配線625之間的接觸電阻很小，在作為tft時， 可期待改善S值或閾值電流。 另外，本實施型態中，藉由短波長的能量線使非晶質 氧化物膜低電阻化，故非晶質氧化物膜無需非具導電性不 "5J* 〇 46 200937528 本實施型態中，非晶質氧化物膜的比電阻以1〇-5〜l〇-l Hem為佳’特別是以i〇-5〜1〇-2Qcrn為最佳。若大於1〇-!〇 cm’則會有即使照射短波長光亦難以作為電極使用之虞。 實施型態7 5 [頂閘型電晶體] 本實施型態中，藉由能量線加熱光-熱轉換膜後，去除 光-熱轉換膜。
第9A圖〜第9F圖係顯示實施型態7的電晶體之製造方 法的步驟圖。
10 在基板701上形成源極電極731與汲極電極735後（第9A 圖）’在其上方形成非晶質氧化物膜7〇7、熱_光轉換膜711(第 9B圖）。接下來’照射能量線，使非晶質氧化物膜術半導 艟化(結晶化），形成半導體膜713(第9(：圖卜然後，去除熱_ 光轉換膜711(第9D圖接著形成絕緣膜737(第_)後在 U絕緣膜737上形朗極電極7〇3(第9Fg[)。半導體713可作為 電晶體之活性層發揮功能。 III.第三態樣 #本發明之薄膜電晶體之製造方法包含有：形成非晶質 20 乳化物膜、形成受熱模、及加熱受熱膜等步驟。 前述非晶質氧化物麟藉由加熱受 理。本發明之薄媒電晶體係將熱處 仃…處 作為活性層。 冑之非晶質氧化物膜 [第1實施型態] 晶體之製造方法。 以下，參照圖式說明本發明之薄膜電 47 200937528 第11圖係顯示本發明之薄膜電晶體（底閘型）之製造方 法的第1實施型態的步驟圖。 第1實施型態中，首先於支撐基板10上形成閘極電極 12(步驟⑴）。在具有閘極電極12的支撐基板1〇上，形成閘極 5絕緣膜14，以覆蓋閘極電極12及支撐基板1〇，然後在形成 之閘極絕緣膜14上依序形成非晶質氧化物膜16及保護膜“ 後’再形成受熱膜20 ’以覆蓋非晶質氧化物膜16及保護膜 18之積層體、以及閘極絕緣膜14(步驟(ii)) ^藉由加熱受熱 膜20，可將非晶質氧化物膜16進行熱處理。藉由熱處理， ❹ 10可使非晶質氧化物膜16調整成適當電阻範圍，並且提高穩 定性，形成非晶質氧化物半導體膜22(步驟(出)）。接著，形 成光阻24，以覆蓋受熱膜2〇，然後使用曝光遮罩26進行曝 光（步驟(iv))，令光阻呈期望之形狀（步驟(v))。使用呈期望 - 之形狀的光阻，將受熱膜20圖案化，形成源極電極以及汲 — 15極電極(步驟(vi))。最後，完全去除光阻，作成薄膜電晶體 U步驟(vii))。 第1實施型態中，形成之受熱膜可作為源極電極及/或 u 汲極電極。由於可依前述般將受熱膜作為電極使用，故可 使薄膜電晶體之製造步驟簡單化。 以下，具體說明各步驟的主要條件以及各構件。 於支樓基板10上形成閘極電極12(步驟⑴）。 使用之支撐基板並無特別受限，在不損及本發明之效 果的範圍内，可使用眾所週知的基板。具體而言，可使用 無鹼玻璃、鈉玻璃、石英破璃等玻璃基板；聚對苯二甲酸 48 200937528 乙二酯（PET)、聚醯胺、 薄旗（箔）基板。但是，S: 會有使成本提高之虞。
Ag、Cr、Ni、Mo、Ti、Ta、 10 15 ❹ 20 、聚碳酸酯(PC)等樹脂性基板；金屬 SI基板等單結晶基板難以大型化，故 礼化物、ZnO、Sn〇2等透明電極；八卜 Ti、Ta、Cu、W、Nb等金屬電極，或是 含有該等金屬之合金的金屬電極。 閘極電極亦可為2層以上之前述電極之積層體。藉由令 閘極電極為積層體，可減低接觸電阻及提高界面強度，係 為理想。 可使用濺鍍法形成該閘極電極，其膜厚通常係為 50〜300nm。 在具有閘極電極12的支撐基板1〇上，形成閘極絕緣膜 Μ ’以覆蓋閘極電極12及支撐基板1〇，然後在形成之閘極 絕緣膜14上依序形成非晶質氧化物膜16及保護膜18後，再 形成受熱膜20 ’以覆蓋非晶質氧化物膜16及保護膜18之積 層體、以及閘極絕緣膜14(步驟(ii))。 使用之閘極絕緣膜並無特別受限，在不損及本發明之 效果的範圍内，可使用眾所週知的絕緣膜。閘極絕緣膜的 材料可使用例如：Si02、SiNx(亦可含有氫）、Al203、Ta205、 Τι〇2、MgO、Zr02、Ce02、K20、Li20、Na20、Rb20、Sc203、 Υ2〇3、Hf203、CaHf03、PbTi3、BaTa206、SrTi03、AIN 等 49 200937528 、SiNx、Αΐ2〇3、γ2〇3、Hf2〇3、CaHf〇3 、SlNx、Y2〇3、Hf203、CaHf03為更佳。 化合物，以使用Si02 為佳’且以使用&〇2 另外，該等化合物的氧數未必非得與化學計量比—致 (例如’可為Si02亦可為Si0x)。 5 前述閘極絕緣膜可為積層有2層以上之相異材料之絕 緣膜的構造。又，閘極絕緣膜可為結晶質、多結晶質、非 晶質中之任—種，就生產性的觀點來看，宜為多結晶質或 非晶質。 閘極絕緣膜的厚度通常係為5~500nm。 10 非晶f氧化物膜以含有選自於她、Zn、Sn所構成之 群組之1種以上之元素的非晶質氧化物膜為佳，且以含有選 自於由In、Zn、Sn所構成之群組之2種以上之元素的非晶質 氧化物膜為更佳。含有選自於—、Ζη' %所構成之群植 之2種以上之元素的非晶質氧化物膜更宜為含有域㈣ 15非晶質氧化物臈’或是含有⑪及％的非晶質氧化物膜。 非晶質氧化物膜含有In及Zn時，該非晶質氧化物膜宜 更含有In及Zn以外的元素X。元素χ宜為選自於由&、心、 zri^Mww:La、ce、pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu)所構成之群組的元素。 20 前述含有Ιη、Ζη及元素X的非晶質氧化物膜中，Ιη、Ζη 及元素X的原子比宜滿足下述式（1)〜(3)。 Ιη/(Ιη+Ζη+Χ)=0·25〜0.75 ⑴ Ζη/(Ζη+Χ)=0.1-0.99 (2)
In/(In+X)=0.25~0.99 (3) 200937528 5 ❹ 10 15 20 前述式（1)中，In/(In+Zn+X)小於0.25時，會有移動度降 低、S值增加、耐濕性降低、對酸鹼等对藥品性降低之虞。 另一方面，In/(In+Zn+X)大於0.75時，會有off電流及閘極漏 電流增加、S值增加、耐電漿性降低之虞，並且會有閾值呈 負值而呈常開狀態之虞。In/(In+Zn+X)以0_35〜0.65為更佳。 前述式(2)中’ Zn/(Zn+X)小於〇.1時，會有移動度降低、 S值增加之虞，並且為了使非晶質氧化物膜穩定化，需要高 溫或長時間的熱處理，會有濕式蝕刻速率變慢之虞。另一 方面’ Zn/(Zn+X)大於〇_99時，會有移動度降低、s值增加、 熱穩定性及耐熱性降低、耐濕性降低、對酸鹼等耐藥品性 降低、閾值電壓變動增加之虞。Ζη/(Ζη+χ)以〇 35〜〇 95為更 佳’特別是以0.51〜0.9為最佳。 前述式(3)中，Ιη/(ΐη+χ)小於〇 25時，會有移動度降低、 S值增加、耐濕性降低、對酸鹼等耐藥品性降低之虞。另一 方面Ιη/(Ιη+Χ)大於0.99時，會有〇ff電流或閘極漏電流增 加、S值增加、耐電降低之虞，並且會有閾值呈負值而 呈常開狀態之虞。ιη/(Ιη+χ)以G51〜G97為更佳，特別是以 0.58〜0.95為最佳。 非晶質氧化物膜的比電阻以1〇_4〜1〇1()Dcm為佳。非晶 質氧化物膜的比電阻小於mm時，會有即使進行熱^ 理，非晶質氧化物膜依舊係導電膜之虞，另—方面，非晶 質氧化物膜的比電阻大於mcm時，會有熱處理後之非 晶質氧化物膜係絕緣膜之虞。 非晶質氧化物膜的獏厚通常係為〇 5~5〇〇nm，以 51 200937528 1〜150nm為佳，且以3〜80nm為更佳，特別是以l〇〜6〇邮為 最佳。非晶質氧化物膜的膜厚小於〇.5nm時，會有在工業上 難以均勻地成膜之虞。另一方面，非晶質氧化物膜的膜厚 大於50〇nm時’會有成膜時間變長而無法用在工業上之虞。 5尤其，非晶質氧化物膜的膜厚在3〜80nm的範圍内，可令移 動度或on-off比等TFT特性保持良好。 非晶質氧化物膜的成膜方法並無特別受限，可使用例 如化學性成膜法、物理性成膜法等。具體而言，可使用 濺鍍法、AC濺鍍法或RF濺鍍法，且宜使用Dc濺鍍法或AC 0 1〇濺鍍法。相較於RF濺鍍法，DC濺鍍法及八(：濺鍍法可減少 成膜時的損傷，將藉由該方法所得到之膜作為場效型電晶 體使用時，可期待閾值電壓變動減少、移動度提高、間值 電壓減少、S值減少等效果。 - 另外，k無法藉X線繞射找出特定峰值，或是可藉X線 - Μ繞射確認暈圈圖案來看，可判斷成媒後的氧化物膜係非晶 質。本發明中，無法藉X線繞射找出明確特定峰值時，非晶
質氧化物膜可含有微結晶，該微結晶係可藉由穿透式電子 Q 顯微鏡(TEM)觀察的尺寸。該微結晶的平均粒徑以1〇励以 下為佳，且以5nm以下為更佳，特別是以lnm以下為最佳。 2〇藉由令非晶質氧化物膜含有微結晶，可提高移動度。但是， 非晶質氧化物膜含有平均粒徑大於1〇n_微結晶時若將 該非晶質氧化物膜使用於電晶體’則會有元件之間的不均 變大之虞。 使用之保護膜並無特別受限，在不損及本發明之效果 52 200937528 的範圍内，可使用眾所週知的保護膜。保護膜的材料與前 述閘極絕緣膜使用的材料相同。 前述保護膜可為積層有2層以上之相異材料之保護膜 的構造。又，保護膜可為結晶質、多結晶質、非晶質中之 5任一種，就生產性的觀點來看，宜為多結晶質或非晶質。 保護膜的厚度通常係為5〜5〇〇nm。 受熱膜的材料可使用Mo及Mo合金(Mo-W、Mo-Ta等）、 Cu及Cu合金(Cu-Mn、Cu-Mo、Cu-Mg)、A1 及A1 合金(Al-Nd、 ❹ Al-Ce、Al-Zr等）、Ag及Ag合金、〇及Cr合金、Ta及Ta合金 10等配線材料；Ti、V、Nb、Hf等高熔點金屬及該等金屬之 合金；類鑽碳(DLC);該等金屬之氧化物；該等金屬之氮化 物；該等金屬之碳化物；該等金屬之氮氧化物等。 前述受熱膜的材料當中’以M〇及Mo合金(Mo-W、 - 論心等）、Cu&Cu合金(Cu-Mn、Cu-Mo、Cu-Mg)、A1 及 15 A1合金(A1_Nd、Al-Ce、Al-Zr等）、Ag及Ag合金等配線材料； Τι、V、Nb、Hf等高熔點金屬及該等金屬之合金為佳。前 6 絲線材料、前述高熔點金屬及該等金屬之合金由於透光 性低、熱傳導率高，故可輕易地均句加熱受熱膜。 欠熱膜的比電阻以lxl〇-3Qcm以下為佳且以5χ1〇·4Ω 2〇 cm以下為更佳，特別是以lxl〇_4Qem以下為最佳。受熱膜 的比電阻大於lxl〇-3Qcm時，難以將圖 案化之受熱膜作為 電極使用》 丈熱膜的成膜方法並無特別受限，可使用例如化學性 成膜法、物理性成膜法等。具體而言，可使用DC藏鑛法、 53 200937528 AC濺鍍法*RF濺鍍法’且宜使用DC濺鍍法或AC濺鍍法。 受熱膜的膜厚通常係為5〜50〇nm。 藉由加熱受熱膜20，可將非晶質氧化物膜16進行熱處 理。藉由熱處理’可使非晶質氧化物膜16調整成適當電阻 5範圍，並且提高穩定性，形成非晶質氧化物半導體膜22(步 驟(iii))。 受熱膜的加熱方法宜使用燈加熱、半導體雷射加熱、 準分子雷射加熱、電磁感應加熱或電漿噴流加熱。該等加 熱方去中，目的為均勻加熱大面積時，以紅外線燈加熱、 ⑬ W可見光燈加熱或紫外線燈加熱、I導體雷射加熱為更^圭， 且，目的為短時間内結束加熱處理時，以半導體雷射加熱、 準分子雷射加熱、電磁感應加熱或電漿噴流加熱為更佳。 除了前述加熱方法以外，可挪用特開2〇〇4_134577號公 報等記載之半導體薄膜之製造方法。 15 非晶質氧化物膜的能量線透射性高’難以藉由前述加 熱方式直接進行熱處理。然而，藉由加熱比非晶f氧化物 媒更容易被加熱之受熱膜，可有效地進行非晶質氧化物膜 〇 的熱處理。 另外’第11圖中，係從積層體之受熱膜20側照射能量 20線，但能量線的照射方向不受限於此。亦可從積層體之支 撐基板10側照射能量線。 如第U圖之步驟(iii)所示，在燈加熱（紅外線燈加敎、 可見紐加熱、紫外線燈加熱）、半導體雷射加熱、準分子 雷射加熱等，對受熱膜照射光(能量線)進行加熱的情況下， 54 200937528 該照射之光的波長以位在紫外線領域、可見光領域或紅外 線領域的波長為佳，且以1 〇〇nm〜2400nm之波長領域的波長 為更佳。 5 Ο 10 15 ❹ 20 使用於燈加熱的燈並無特別受限，可使用例如鹵素 燈、金屬齒素燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈、低壓水銀 燈、高壓水銀燈等。燈加熱可使用該等燈之任丨種或2種以 上進行放射。 對受熱膜之加熱使用半導體雷射加熱或準分子加熱 時，其振盪方式可為連續振盪型雷射光(CW雷射光)及脈衝 振盡型雷射光(脈衝雷射光)之任一種。可用在本發明之雷射 光的具體例可舉；Ar雷射、Kr雷射、準分子雷射等氣體雷 射；於單結晶YAG(釔•鋁·石榴石）、多結晶陶瓷YAG、 YV〇4、石夕酸鎂石（Mg2Si04)、YA103、GdV〇4、Y2O3、YV04、 ΥΑΙΟ3或GdV〇4内添加有作為摻質之選自於由灿、Yb、Cr、 Ti、Ho、Er、Tm、Ta所構成之群組之1種以上之元素的媒 介雷射；玻璃雷射；紅寶石雷射；亞歷山大雷射；Ti:藍 寶石雷射、銅蒸氣雷射或金蒸氣雷射。 藉由照射前述雷射光的基諧波、以及基諧波之第2高諧 波〜第4高諧波，可令非經質氧化物半導體膜的結晶性保持 良好。雷射光宜使用能量大於氧化物半導體膜之譜帶間隙 者。例如，可使用從反$、八汀、又冗1、或乂吐的準分子雷 射振盪器射出的雷射光。 對文熱膜之加熱使用半導體雷射加熱時，用以產生半 導體雷射之半導體雷射裝置宜使用振盪波長為 55 200937528 10 15 20 350nm〜lOOOnm左右的連續振盪半導體雷射裝置。 準分子雷射等脈衝雷射中，每一脈衝的能量不均很嚴 重，會有成為顯示不均勻的原因之虞。通常，準分子雷射 的脈衝不均係峰至峰(peak to peak)呈5%〜10%。又，即使是 較穩定的半導體雷射激發之YAG雷射，亦具有峰至峰呈 2%〜3%的脈衝不均。另一方面，前述連續振盪半導體雷射 裝置的輸出變動可抑制到峰至峰呈5%以下，在將作成之 TFT使用於有機EL顯示器等時，可減低顯示不均。 前述半導體雷射的活性層可為GaN、InGaN、GaAs、 AlGaAs、InGaAs、InGaAsP、InGaAlP、ZnSe、ZnS、SiC 等化合物半導體。由於輸出高、壽命長、價格便宜，故宜 使用將GaAs或AlGaAs作為活性層使用的半導體雷射裝置。 藉由對非晶質氧化物膜進行熱處理，令非晶質氧化物 膜成為非晶質氧化物半導體膜。在此，非晶f氧化物膜的 熱處理溫度以在非晶質氧化物膜的成膜溫度以上，且在非 晶質氧化物膜的結晶化溫度以下為佳。 加熱受熱膜時，非晶質氧化物膜的熱處理速度只要係 在非晶質氧化物膜不會結晶化的溫度範_，則無特別受 限’但宜為勝_。〇：。具體而言，可在23〇〜55代（以 250 500 C為佳’且以3〇〇〜48〇。(：為較佳，並以35〇〜47〇。^ 更佳）下進行熱處理〇」〜分，且以進狀5〜1如分為佳， 、進行1 30为為更佳。熱處理溫度小於細。〇時會有得 耗費許多時間在熱處理上之虞。另—方面，熱處理溫度大 於600C時’會有膜質產生不均等，非晶質膜呈部分結晶化
56 200937528 之虞。 加熱受熱膜時，亦可在受熱膜上另外設置Si〇2膜、SiNx 膜等反射減低膜。藉由設置反射減低膜可提高加熱效率。 反射減低膜的折射率宜為15〜2.5左右。 5 藉由熱處理所得到之非晶質氧化物半導體膜的電子載 體濃度宜為1〇13〜l〇18/cm3。非晶質氧化物半導體膜的電子載 體濃度小於l〇13/cm3時，會有所得到之電晶體的移動度變小 之虞。另一方面’非晶質氧化物半導體膜的電子載體濃度 © 大於1〇18/cm3時，會有所得到之電晶體的off電流變高之虞。 10 非晶質氧化物半導體膜的比電阻以ΗΓ2〜108Qcm為 佳’且以101〜106Ωοώ為較佳，並以為更佳。 非晶質氧化物半導體膜的比電阻小於lO-iDcm時，會有電 晶體的off電流變高之虞。另一方面，非晶質氧化物半導體 ' 膜的比電阻大於l〇8Qcm時，會有電晶體的移動度變小之 15虞。 非晶質氧化物半導體膜的譜帶間隙以2.0〜6.0eV為佳’ © 且以2.8〜4.8eV為更佳。非晶質氧化物半導體膜的譜帶間隙 小於2.0eV時，會有非晶質氧化物半導體膜吸收可見光，導 致場效型電晶體動作出錯之虞。另一方面，非晶質氧化物 20半導體膜的譜帶間隙大於6.OeV時，會有場效型電晶鱧無法 發揮功能之虞。 非晶質氧化物半導體膜宜為顯示熱活性型之非退化半 導體。若非晶質氧化物半導體膜為退化半導體，則載體會 過多，會有使off電流、閘極漏電流增加，或閾值呈負值而 57 200937528 呈常開狀態之虞。 非晶質氧化物半導體膜的表面粗度（RMS)以lnm以下 為佳，且以〇.6nm以下為更佳，特別是以0 3nm以下為最佳。 非晶質氧化物半導體膜的表面粗度大於lnm時，會有電晶體 5 的移動度降低之虞。 非晶質氧化物半導體膜的非局域態能量範圍以 14meV以下為佳’且以l〇mev以下為較佳，並以8ineV以下 為更佳，特別是以6meV以下為最佳。非晶質氧化物半導體 膜的非局域態能量範圍（E〇)大於14meV時，會有電晶體的移 ◎ 10動度降低、或閾值及S值變得過大之虞。非晶質氧化物半導 體臈的非局域態能量範圍（E〇)大’反映出非晶質膜的短程有 序性差。 從使溫度變化成4~300K，並使用電洞效果測出之載體 濃度以及活性化能量的關係可求出非晶質氧化物半導體膜 ' 15的非局域態能量範圍(Ε〇)。 形成光阻24，以覆蓋受熱膜20 ’然後使用曝光遮罩26 進行曝光(步驟(iv))，令光阻墓期望之形狀（步驟(ν))。使用 € 呈期望之形狀的光阻，將受熱膜20圈案化，形成源極電極 以及汲極電極（步驟(vi))。 2〇 本發明係以將受熱膜圖案化，來形成源極電極、汲極 電極及閘極電極之至少一種為佳。受熱膜的圖案化方法並 無特別受限’可使用例如乾式蝕刻、濕式蝕刻、剝落等眾 所週知的圖案化方法。 最後，完全去除光阻，作成薄膜電晶體1(步驟(vii))。 58 200937528 薄膜電晶體1係具有半導體層、基板、源極電極、汲極 電極、閘極電極及閘極絕緣膜的場效型電晶體。 薄膜電晶體通道寬W與通道長l的比W/L通常係為 0.1〜100 ’且以1〜2〇為佳，特別是以2〜8為最佳。W/L小於〇1 5 Ο 10 15 ❹ 20 時，會有薄膜電晶體的場效移動度降低，及夾止變不明顯 之虞。另一方面，W/L大於1〇〇時，會有薄膜電晶體的漏電 流增加，及0n_0ff比降低之虞。 薄媒電晶體的通道長L通常係為〇.ι~ι〇〇〇μιη，以1〜1〇〇 為佳’且以2〜i〇em為更佳。薄膜電晶體的通道長乙小 於〇·1" m時，會有難以工業性地製造薄膜電晶體、及漏電 流變大之虞’另一方面’通道長L大於時，會有元 件變得過大之虞。 薄膜電晶體的移動度以lcm2/Vs以上為佳’且以 3cm2/Vs以上為更佳，特別是以8cm2/Vs以上為最佳。薄膜 電晶體的移動度小於lcm2/Vs時，會有開關速度變慢之虞。 薄膜電晶體的on-off比以1〇6以上為佳，且以1〇7以上為 更佳，特別是以108以上為最佳。 薄膜電晶體的off電流以2pA以下為佳，且以IpA以下為 更佳。off電流大於2PA時，在將薄膜電晶體使用於顯示器 的情況下’會有顯示器的對比變差，或顯示器的均勻性變 差之虞。 薄膜電晶體的閘極漏電流以IpA以下為佳。閘極漏電流 大於IpA時’在將薄膜電晶體使用於顯示器的情況下’會有 顯示器的對比變差之虞。 59 200937528 薄膜電晶體的閾值電壓以0〜4V為佳，且以〇〜3V為更 佳特別是以0〜2V為最佳。閾值電壓小於〇時，將呈常開狀 態，在關閉時需施加電壓，會有薄膜電晶體的消耗電力變 大之虞。另一方面，閾值電壓大於4V時，驅動電壓變大， 5會有薄臈電晶體的消耗電力變大之虞。 薄骐電晶體的S值以0.8V/dec以下為佳，且以〇 5V/dec 以下為較佳，並以〇.3V/dec以下為更佳，特別是以〇.2V/dec 以下為最佳。S值大於〇.8V/dec時，驅動電壓變大，會有薄 膜電晶體的消耗電力變大之虞。 1〇 另外，8值（8评^ Factor)係指’顯示在從0ff狀態增加 電晶體的閘極電壓的情況下，從off狀態到on狀態的汲極電 流之上升急峻度的值。具體而言，S值係以下述式定義。如 下述式所示，S值係汲極電流上升1位數（10倍）時的閘極電壓 的增加量。 15 S 值=dVg/dlog(Ids) 若前述S值高（例如大於〇.8V/dec)，則從on切換成off 時’需施加尚閘極電壓，會有消耗電力變大之虞。 由於本發明之薄膜電晶體的S值很低，故汲極電流的上 升报急峻（「薄膜電晶體技術的一切」、鵜飼育弘著、2007 20年刊、工業調查會），若使用於例如直流驅動的有機EL顯示 器，則可大幅度降低消耗電力。 本發明之薄膜電晶體’在60°C下施加3 v A直流電壓1〇〇 小時前後的閾值電壓變動量以〇·IV以下為佳’且以〇.5乂以 下為更佳。變動量大於IV時，若將此種變動量之電晶體使 200937528 用於有機EL顯示器，則會有畫質變化之虞。 並且，本發明之薄膜電晶體中，以轉移曲線表示之閘 極電壓升降時的磁滞、以及在大氣下測定時(周圍環境變動) 的閾值電壓的不均宜為很小。 5 [第2實施型態] 第12圖係顯示本發明之薄膜電晶體（底閘型）之製造方 法的第2實施型態的步驟圖。 第2實施型態中，首先於支撐基板10上形成閘極電極 © 12(步驟⑴）。在具有閘極電極12的支撐基板1〇上，形成閘極 1〇絕緣膜14，以覆蓋閘極電極12及支撐基板10。在形成之閘 極絕緣膜14上依序形成非晶質氧化物膜16及緩衝膜28後， 在緩衝膜28上形成受熱膜2〇(步驟（ii))。藉由加熱受熱膜 2〇，將非晶質氧化物膜16進行熱處理，使非晶質氧化物膜 ' 16成為非晶質氧化物半導體膜22(步驟(iii))。去除受熱膜2〇 15及緩衝膜28(步驟(iv))。最後’形成源極電極以及沒極電極 3〇 ’並進行圖案化，作成薄膜電晶體2(步驟(v))。 ® 如第2實施型態，本發明之薄膜電晶體的製造方法宜包 含有：積層緩衝層、去除受熱膜及緩衝層等步驟。 緩衝層可作為將膜厚方向之空間距離保持一定的構造 20體發揮作用。藉由設置緩衝層，非晶質氧化物膜難以產生 體積變化’可使熱處理後所得到之非晶質氧化物半導體嫉 呈均質。 緩衝層的材料可使用例如：Si〇2、SiNx、Al2〇3、Ta205、
Ti02、MgO、Zr〇2、Ce〇2、K2〇、u20、Na20、Rb20、Sc2〇3、 61 200937528 Υ2〇3、Hf203、CaHf03、PbTi3、BaTa206、SrTi03、AIN 等 化合物。其中，以使用 si〇2、SiNx、Al2〇3、Y2〇3、Hf2〇3、 CaHf〇3為佳，且以使用 Si02、SiNx、Y2O3、Hf2〇3、CaHf03 為更佳。該等化合物的氧數未必非得與化學計量比一致(例 5如，可為Si02亦可為SiOx)。 除了前述無機化合物以外，只要具有耐熱性的話，亦 可為有機物。 前述化合物中，緩衝層的材料特別是以氧化物為佳。 只要是氧化物，可防止氧在加熱受熱膜時脫離緩衝層。 10 又’此種緩衝層可為積層有由相異材料所構成之2層以 上之緩衝層的構造。又，緩衝層可為結晶質、多結晶質、 非晶質中之任一種，就工業生產性的觀點來看，宜為多結 晶質或非晶質。 緩衝層的厚度以5〜500nm為佳，且以10〜300nm為更 15 佳，特別是以20〜200nm為最佳。 另外’第2實施型態的緩衝層以外的各構件等主要條 件，與第1實施型態相同。 [第3實施型態] 本發明之薄膜電晶體之製造方法，不論是底閘型電晶 20 體還是頂閘型電晶體均可適用。 第13圖係顯示本發明之薄膜電晶體（頂閘型）之製造方 法的第3實施型態的步驟圖。 第3實施型態中，首先於支撐基板10上形成源極電極及 沒極電極30(步驟⑴）。在具有源極電極及汲極電極3〇的支揮 62 200937528 基板10上，依序形成非晶質氧化物膜16'緩衝層28及受熱 膜2〇(步驟(ii))。藉由加熱受熱膜2〇，將非晶質氧化物膜16 進行熱處理，使非晶質氧化物膜16成為非晶質氧化物半導 體膜22(步驟(出)）。去除緩衝層28及受熱膜2〇(步驟(iv))。形 5 Ο 10 15 ❹ 20 成閘極絕緣獏14,以覆蓋支撐基板1〇上的源極電極及汲極 電極30、非晶質氧化物半導體膜22(步驟(v))。最後，於閘 極絕緣膜14上形成閘極電極12，作成薄膜電晶體3(步驟 (vi))。 第3實施型態的各構件等主要條件，與第工實施型態及 第2實施型態相同。 [第4實施型態] 第Η圖係顯示本發明之薄膜電晶體（頂閘型）之製造方 法的第4實施型態的步驟圖。 第4實施型態中，首先於支撐基板1〇上形成源極電極及 汲極電極30(步驟⑴)。在具有源極電極及沒極電極30的支樓 基板10上，積層非晶質氧化物半導體膜22，然後形成閘極 絕緣膜14，以覆蓋源極電極及汲極電極3〇、及非晶質氧化 物半導體膜22，接著在閘極絕緣膜14上形成受熱膜16(步驟 (η))。加熱所得到之積層體之受熱膜16後，進行圖案化以形 成閘極電極12，作成薄膜電晶體4(步驟(山)及步驟(iv))。 第4實施型態的各構件等主要條件，與第i實施型態〜 第3實施型態相同。 第3實施型態中，雖另外形成閘極電極，但亦可如第4 實施型態所示，加熱受熱膜並進行圖案化，形成閘極電極。 63 200937528 依前述般由受熱膜形成閘極電極，藉此可令全體步驟簡單 化。 第1實施型態及第4實施型態中，係將加熱後之受熱骐 圖案化來作成電極，但亦可先將受熱膜圖案化後，再加熱 5受熱膜來作成電極。將受熱膜圖案化後，加熱圖案化之受 熱膜來作成電極’製造薄臈電晶體的一種實施型態顯示於 第15圖。第15圖係將受熱膜圖案化後，加熱受熱膜來作成 電極’除此之外，與第4實施型態相同。 將受熱膜圖案化後，加熱受熱膜來作成電極時，加熱 10 受熱膜所得到之電極可為源極電極、汲極電極及閘極電極 之任一者’但宜為閘極電極。在加熱圖案化後之受熱膜時， 加熱後之受熱膜若非閘極電極，則會有活性層部分無法充 分受到熱處理之虞。 在本發明中，源極電極及汲極電極宜為透明導電膜 15 (ITO、IZ0、Zn0等）’閘極電極宜為將受熱膜圖案化並加 熱後所得到之電極。若源極電極及汲極電極係由受熱膜所 得到之電極，則會有熱處理時的溫度分布不均勻之虞。 使用本發明之製造方法所得到之薄膜電晶體可合適地 作為例如，液晶顯示裝置、電致發光顯示裝置等顯示器面 20 板的開關元件及感測器使用。 第16圖係顯示在前述第1實施型態之薄膜電晶體丨及第 2實施型態之薄膜電晶體2形成有保護膜18及像素電極32的 開關元件6以及開關元件7的概略截面圖。由於薄膜電晶體1 及薄膜電晶體2係閾值變動小的穩定電晶體，故使用有開關 200937528 元件6及開關元件7的顯示器面板，即使長時間使用其特性 亦不會變化’顯示器晝質的變化很少。又，由於本發明之 薄膜電晶體的移動度很高，故可適用於反應速度快且大晝 面高精細的顯示器。 5 本說明書記載之文獻的内容全部引用於此。 [實施例] 使用實施例說明本發明。另外，下述實施例僅顯示本 發明的合適範例，並不限制本發明。因此，基於本發明之 〇 技術思想的變形或其他實施例亦包含在本發明内。 10 <第一態樣> 實施例1 分別秤量平均粒徑2/z m的氧化銦與粉碎成平均粒徑 1〜2//m左右的ZnO後進行混合，使氧化銦及Zn〇呈表丨記載 ' 之成分比，並使用濕式粉碎機粉碎24小時。以喷霧乾燥機 15將所得到之混合物粒化。使用2t沖壓機將所得到之粒化成 分沖壓成預定尺寸後，藉由靜水壓沖壓機以200Mpa將沖壓 ® 後之成形體成形。在1380°C下，邊使氧流通於所得到之成 形體邊燒成24小時。燒成後’進行切削加工，得到4叶必厚 5mmt的燒結物。藉由金屬銦將該燒結物結合於墊板，作成 20 濺鍍靶材。 將所得到之藏鑛乾材安裴於濺鍍裝置HSM550(株武會 社島津製作所製），於ArlOO%環境下，以壓力〇 lpa，在具 有熱氧化膜(SiOn: 100mm)的摻雜Sb原子之Si晶圓上，形成 膜厚20nm之非晶質薄膜。將所得到之具薄膜之&晶圓播入 65 200937528 掃描型電子顯微鏡，進行1分鐘的電子束(20kV加速電子）照 射。 在所得到之照射過電子束之具薄膜之Si晶圓上，形成 作為保護膜之碳及鎢後，藉由FIB法（聚焦離子束法）製作薄 5 膜切片，然後以穿透式電子觀察其表面，確認結晶領域與 非晶質領域是否存在。所得到之照片顯示於第1圖。從該照 片可確認，在照射過電子束的部分内可確認到晶格，已呈 結晶化。 將照射過電子束之具薄膜之Si晶圓浸潰在草酸 © 10 2.38wt%之水溶液3分鐘，蝕刻非晶質部分，來製造圖案化 結晶質薄膜。針對所得到之圖案化結晶質薄膜的結晶化部 分，藉由電洞測定來測量載體濃度。結果顯示於表1。從該 結果可確認所得到之結晶質薄膜係半導體薄膜。又，將所 _ 得到之圖案化結晶質薄膜再次插入前述掃描型電子顯微 ' 15 鏡，觀察其表面。該表面照片顯示於第2圖。 另外，前述電洞測定所使用之電洞測定裝置以及該測 定條件如下所示。 ® [電洞測定裝置] 東陽TEKUNIKA製：ResiTest8310 20 [測定條件] 室溫（約25°C)、約〇·5[Τ]、約10_4〜10-12A、AC磁場電洞 測定 實施例2〜22 按照表1記載之成分比，與實施例1同樣地製造濺鍍靶 66 200937528 材後，與實施例1同樣地形成結晶質薄膜並進行評價。結果 顯示於表1。又，在與實施例！同樣地觀察實施例2〜22的電 子束照射後之薄膜的情況下，可確認不管哪個實施例均為 僅照射過電子束之部分呈結晶化。 5 另外，使用於製造濺鍍靶材的正二價金屬氧化物以及 正三價金屬氧化物的平均粒徑均為。 實施例23 为別秤量平均粒徑2以m的氧化銦、粉碎成平均粒徑 1〜2/zm左右的ZnO、平均粒徑。"爪的氧化鎵後進行混合， 10使氧化姻、Zn〇及Ga2〇3呈表1記載之成分比，並使用濕式 粉碎機粉碎24小時。以喷霧乾燥機將所得到之混合物粒 化。使用2t沖壓機將所得到之粒化成分沖壓成預定尺寸 後’藉由靜水壓沖壓機以200Mpa將沖壓後之成形體成形。 在1380°C下，邊使氧流通於所得到之成形體邊燒成24小 15 時。燒成後，進行切削加工，得到4吋0厚5mmt的燒結物。 藉由金屬銦將該燒結物結合於墊板，作成濺鍍靶材。 將所得到之濺鍍靶材安裝於濺鍍裝置HSM550(株式會 社島津製作所製），於ArlOO%環境下，以壓力O.lPa，在具 有熱氧化膜(SiOn : 100mm)的摻雜Sb原子之Si晶圓上，形成 20 膜厚50nm之非晶質薄膜。使用能量密度150mJ/cm2、波長 24 8nm的KrF準分子雷射，對所得到之具薄膜之Si晶圓照射1 脈衝(脈衝寬=30nsec.)，進行雷射退火處理。在與實施例1 同樣地觀察所得到之照射過準分子雷射之具薄膜之Si晶圓 的情況下，可確認僅照射過雷射之部分呈結晶化。 67 200937528 與實施例1同樣地將所得到之照射過準分子雷射之具 薄膜之Si晶圓蝕刻，來製造圖案化結晶質薄膜。與實施例1 同樣地對所得到之圖案化結晶質薄膜測量載體濃度。結果 顯示於表1。從該結果可確認所得到之圖案化結晶質薄膜係 5 半導體薄膜。 [表1]
濺鍍靶材之成分 載體濃度 (/cm3) 氧化銦 正二價金屬氧化物 正三價金屬氧化物 成分 (wt%) 種類 成分 (wt%) 種類 成分 (wt%) 實施例1 95 ZnO 5 3.4E+16 實施例2 97 ZnO 3 5.2E+16 實施例3 99 ZnO 1 8.7E+16 實施例4 99.5 ZnO 0.5 9.5E+16 實施例5 97 MgO 3 4.0E+16 實施例6 97 NiO 3 8.2E+15 實施例7 97 CuO 3 6.2E+15 實施例8 97 B2〇3 3 7.5E+16 實施例9 97 Ga2〇3 3 1.2E+16 實施例10 97 Υ2〇3 3 2.3E+16 實施例11 97 S〇2〇3 3 3.8E+16 實施例12 97 La2〇3 3 2.2E+16 實施例13 97 Sm2〇3 3 8.0E+15 實施例14 97 Nd2〇3 3 6.8E+16 實施例15 97 EU2〇3 3 5.8E+16 實施例16 97 Gd2〇3 3 2.3E+16 實施例17 97 H〇2〇3 3 5.9E+16 實施例18 97 Er2〇3 3 1.8E+16 實施例19 95 Yb2〇3 5 8.6E+15 實施例20 97 LU2〇3 3 7.6E+15 實施例21 97 ZnO 1 Yb2〇3 2 5.6E+15 實施例22 97 MgO 1 Yb2〇3 2 3.7E+15 實施例23 97 MgO 3 G&2〇3 1 5.1E+15 68 200937528 <第二態樣> 實施例24 製作實施型態1之底閘型場效型電晶體。 (1) 形成基板、閘極電極 5 ❹ 10 15 ❹ 20 以磁控管DC濺鍍法在玻璃基板上形成MoW膜 (200nm)。 藉由下述步驟進行圖案化，即，用以提高密著性等之 六曱基一石夕氮烧(HMDS)處理、塗佈光阻、預烤(pre-bake)、 使用閘極電極圖案遮罩的曝光、顯像（TMAH)、堅膜 (post-bake)。 以反應性離子蝕刻（RIE)進行蝕刻後，剝離光阻。 (2) 形成閘極絕緣膜、非晶質氧化物膜、緩衝層、光_熱轉換 膜（源極、汲極電極用膜） 藉由電漿增強型化學氣相沉積法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : PECVD)，形成SiNx閘極絕緣 膜(200nm)。接著，不破壞真空環境，將該絕緣膜運送至減 鍵室。在那裡以磁控管DC濺鍍法形成Ιη203-Ζη0膜（In :
Zn=97 : 3原子比、25nm)。所得到之膜係比電阻4χ1〇·4Ωιη 的非晶質導電膜。接著，藉由以光刻與草酸系蝕刻液所進 行之濕式蝕刻將非晶質氧化物膜蝕刻。然後，藉由PECVD 形成Si〇2膜(2〇〇nm)，作成緩衝層。在該緩衝層上方，以磁 控管DC濺鍍法形成MoW膜(20〇nm)，作為光-熱轉換膜（源 極、汲極電極用膜）。 藉由四探針法測定比電阻。又，以XRD確認呈非晶質。 69 200937528 (3)半導體化(結晶化） 如第10圖所示’基板1〇1下面側設有紅外線燈8〇1，且 基板101上面側設有紫外線燈803(參照第3B圖、第3C圖）。 此外，在紫外線燈803(相對於箭號所示之基板移動方向）的 5前方及後方，與紫外線燈803並列，配置有第丨紅外線輔助 燈805、第2紅外線輔助燈807。另外，第丨紅外線輔助燈8〇5、 第2紅外線輔助燈807均可省略，亦可僅配置一者。 各燈801、803、805、807朝向圖中箭號方向移動，掃 描線狀光。然後，隨著基板101的移動往前方移動。另外， ◎ 10本實施例令，對基板照射燈光時係移動各燈，但亦可移動 玻璃基板，或是令燈與基板皆移動。 照射第1紅外線輔助燈805後，藉由紫外線燈8〇3從基板 上面側照射紫外線，且從基板下面側照射來自紅外線燈8〇1 - 之紅外線後，照射第2紅外線輔助燈8〇7，加熱非晶質氧化 15物膜（導電膜）107的領域使之結晶化。達到結晶化溫度的非 晶質氧化物膜（導電膜）107會呈固相結晶化，形成結晶質半 導體膜113。這是因為配合熱所導致之活性化，使作為摻雜 ❹ 物之Zn活性化，減低了载體密度的緣故。 以XRD確認已呈結晶化（多結晶），且顯示出紅綠柱石型 2〇 結晶構造。 如前述，由於加熱部分與閘極電極重疊之氧化物半導 體骐，故可抑制基板的收縮。又，藉由邊移動各燈或基板 邊進行結晶化步驟，可提高通量。又，可避免非晶質氧化 物骐（導電膜）的急速加熱以及結晶性氧化物半導體臈的急 70 200937528 速v部使作為摻雜物之Zn活性化，令導電膜變化成半導 體膜。又，可抑制加熱時所產生之應力變形 、晶粒界面缺 陷產生’得到結晶性優異的氧化物半導體膜。 又亦可在不設置第1紅外線辅助燈805、第2紅外線輔 5助燈807的情況下進行照射加熱，抑制加諸在基板ι〇ι的熱。 另外’本實施例中，係針對使用線狀燈的LRTA裝置進 行說明’但亦可使用面狀燈進行結晶化步驟。 刖述藉由加熱所得到之膜係比電阻4χ1〇3 Ω瓜的半導體 ❹ 膜。 10 (4)形成藉由光刻而產生之源極、汲極電極 使用光刻，畫出源極、汲極電極的形狀。 以反應性離子蝕刻（RIΕ)將光-熱轉換膜蝕刻後，形成源 極、没極電極。 - 剝離光阻，可得到具有由源極電極、沒極電極、閘極 15電極、絕緣膜及結晶質氧化物所構成之半導體膜的 W/L=2(W=20//m、L=10/im)的底閘型場效型電晶體（薄膜 電晶體）。 (5)形成保護膜、像素電極 藉由PECVD形成SiNx保護膜(3〇〇nm)。 20 製作接觸孔’形成由In2〇3-ZnO透明導電膜所構成之像 素電極。 (6)評價電晶體特性 使用半導體參數分析器（Keithley4200)，在室溫、遮光 環境下進行測定，求出場效型電晶體的移動度等。 71 200937528 移動度 ：10cm2/Vs on-off值：107 實施例25 不設置緩衝層’令SiO#保護膜’製作保護膜後以3〇〇 5 °C進行1小時左右的熱處理，除此之外，使用與實施例24相 同的材料、方法，製作實施型態2的場效型電晶體。 實施例26 ❹ 使用與實施例24相同的材料、方法，製作實施型態堆 場效型電晶體。 10 實施例27 使用與實施例24相同的材料、方法，製作實施㈣ 場效型電晶體。 〜 另外，照射紅外線燈作為長波長能量線，照射紫外線 燈作為短波長能量線。 # 1 15 實施例28
Q 使用與實關27相同的材料、方法，製作實施型離5的 場效型電晶體。 、的 實施例29 使用與實施例27、28相同的材料、 20態6的場效型電晶體。 I作實施型 實施例30 使用與實施例24〜26相_材料、方法， 7的場效型電晶體。 實細*生匕、 另外，使㈣(㈣作為源極電極歧極電極。 72 200937528 <第三態樣> 藉由與第1實施型態相同步驟之下述步驟，製作具有與^ 第11圖之薄膜電晶體1相同構造的薄膜電晶體。 [準備基板、形成閘極電極] 5 ❹ 10 15 ❹ 20 以室溫的RF濺鍍法在具熱氧化膜之矽基板上積層!4〇 閘極金屬200nm後，以濕式蝕刻進行圖案化。 [形成閘極絕緣膜、非晶質氧化物膜、保護媒及受熱膜] 使用電漿增強型化學氣相沉積法，在300°C下將SiNx 積層約120nm ’作成閘極絕緣膜。將原子比 [111/(111+211+八1)]=0.37、原子比[211/(111+211+八1)]=0.55、原子 比[Α1/(Ιη+Ζη+Α1)]=0.08的燒結靶材安裝於rf磁控管濺銀 成膜裝置’在閘極絕緣膜上形成膜厚4〇nm的非晶質氧化物 膜。從ICP分析的結果確認非晶質氧化物膜的成分為：原子 比[Ιη/(Ιη+Ζη+Α1)]=0·38、原子比[Zn/(In+Zn+A1)；]=0 54、原 子比[Α1/(Ιη+Ζη+Α1)]=0.08。 另外’前述錢鍵條件如下所示。 基板溫度(成膜溫度）：25。(： 到達壓力：lxlO_6Pa 環境氣體：Ar99.5%以及氧〇 5% 濺鍍壓力（全壓）： 投入電力：100W 成膜時間：4分鐘 S-T距離：80mm 在成膜後之非晶質氧化物膜上形成作為保護膜之Si〇2 73 200937528 約100nm。由Si〇2所構成之保護膜亦可作為蝕刻中止層發揮 功能。形成由Mo所構成之受熱膜約100nm，以覆蓋非晶質 氧化物膜以及保護膜。 [熱處理] 5 從基板的受熱膜側，藉由紅外線燈加熱受熱膜3〇秒， 進行非晶質氧化物膜的熱處理《最高溫度推測為約43(rc。 [形成源極、汲極電極] 使用光刻，將受熱膜圖案化，作成源極、汲極電極， 製作W=24//m、L=8"m的底閘型薄膜電晶體。 10 [評價電晶體] 使用半導體參數分析器（Keithley4200、Keithley
Instruments株式會社製），在室溫、大氣中、遮光環境下測 定製作之薄膜電晶體的移動度（"）。又，使用半導體參數分 析器，在基板内的多數部位測定鄰接的16個電晶體的〇11電 15流Ion不均率(1〇11的^/平均值），算出其平均值作為電流值不 均率。結果顯示於表2。 又，為了評價製作之薄膜電晶體的穩定性，使用半導 體參數分析器，對製作之薄膜電晶體施加作為應力條件之3 /zA直流電壓60°C100小時，比較施加應力前後的Vth，測定 2〇閾值電壓變動值（△%!〇。結果顯示於表2。 實施例32 取代由si〇2所構成之保護膜，改為積層由si〇2所構成 之緩衝層，使其膜厚呈20nm，然後去除受熱膜及緩衝層， 除此之外，與實施例31同樣地薄膜電晶體，製作具有與第 74 200937528 12圖之薄膜電晶體2相同構造的底閘型薄膜電晶體(W=24 // m、L=8 # m)。與實施例31同樣地對所得到之薄膜電晶體 進行評價。結果顯示於表2。 實施例33 5 10 15 ❹ 20 變更各構件的成膜順序，除此之外，與實施例32同樣 地製作具有與第13圖之薄膜電晶體3相同構造的頂閘型薄 膜電晶體(W=24 // m、L=8 // m)。與實施例31同樣地對所得 到之薄膜電晶體進行評價。結果顯示於表2。 實施例34 變更各構件的成膜順序，除此之外，與實施例31同樣 地製作具有與第14圖之薄膜電晶體4相同構造的頂閘型薄 膜電晶體(W=24"m、L=8/zm)。與實施例31同樣地對所得 到之薄膜電晶體進行評價。結果顯示於表2。 實施例35 加熱受熱膜時，使用半導體雷射取代紅外線燈，除此 之外，與實施例31同樣地製作薄膜電晶體(W=24/im、L=8 #m)。與實施例31同樣地對所得到之薄膜電晶體進行評 價。結果顯示於表2。 另外，實施例35所使用之半導體雷射的雷射光源係波 長808nm的寬面型高輸出半導體雷射裝置，可藉由連續振盪 得到約4W的光輸出。實施例5中，從前述半導體雷射裝置 射出之雷射光通過使用微透鏡陣列等的均勻照明光學系統 後，長軸側之光強度截面會整形成平坦的頂帽型矩形光， 而短軸側之光強度截面會整形成高斯型矩形光。聚集該光 75 200937528 線照射至受熱膜上，以約120mm/s之一定速度移動基板。藉 由照射半導體雷射光加熱翻膜，並藉由熱傳導將該熱傳導 至下層的緩衝膜、非晶質氧化物膜，對非晶質氧化物膜進 行熱處理。另外，由於鉬膜相對於波長808nm的雷射光具有 5約56%的反射率’故有約44%的能量會被膜吸收，可期待有 助於退火。前述熱的最高溫度推定為約5〇〇°c。 實施例36 變更用於形成非晶質氧化物膜之靶材，令非晶質氧化 物膜之成分為.原子比[In/(In+Zn+Ga)]=0.33、原子比 10 [Zn/(In+Zn+Ga)]=0.34、原子比[Ga/(In+Zn+Ga)]=0.33，除此 之外，與實施例31同樣地製作薄膜電晶體(w=24Am、L=8 "m)。與實施例31同樣地對所得到之薄膜電晶體進行評 價。結果顯示於表2。 實施例37 15 變更用於形成非晶質氧化物旗之乾材，令非晶質氧化 物膜之成分為··原子比[In/Gn+Zn+Ga^iM、原子比 [Zn/(In+Zn+Ga)]=0.2、原子比[Ga/(In+Zn+Ga)]=0.4，除此之 外，與實施例31同樣地製作薄膜電晶體、L=8y m)。與實施例31同樣地對所得到之薄膜電晶體進行評價。 20 結果顯示於表2。 實施例38 變更用於形成非晶質氧化物膜之靶材，令非晶質氧化 物膜之成分為：原子比[Zn/(Zn+Sn)]=0 5、原子比 [Sn/(Zn+Sn)]=〇.5，除此之外，與實施例1同樣地製作薄膜 200937528 電晶體(W=24//m、L=8#m)。與實施例31同樣地對所得到 之薄膜電晶體進行評價。結果顯示於表2。 比較例1 不進行使用紅外線燈的熱處理，除此之外，與實施例 5 31同樣地製作薄膜電晶體(W=24/zm、L=8//m)。與實施例 31同樣地對所得到之薄膜電晶體進行評價。結果顯示於表 2 ° 比較例2 0 不進行使用半導體雷射的熱處理，除此之外，與實施 10 例35同樣地製作薄膜電晶體(W=24#m、1/=8//111)。與實施 例35同樣地對所得到之薄膜電晶體進行評價。結果顯示於 表2。 比較例3 - 不進行使用紅外線燈的熱處理，除此之外，與實施例 15 36同樣地製作薄膜電晶體(W=24/zm、L=8#m)。與實施例 36同樣地對所得到之薄膜電晶體進行評價。結果顯示於表 Ο 2。 比較例4 不進行使用紅外線燈的熱處理，除此之外，與實施例 20 37同樣地製作薄膜電晶體(W=24#m、L=8"m)。與實施例 37同樣地對所得到之薄膜電晶體進行評價。結果顯示於表 2 ° 77 200937528[表2]
1比較例4| 〇〇 d On iN CN 寸 非晶質 比較例3 〇〇 CN o in m m 非晶質 比較例2 00 CN a\ d m 非晶質 比較例1 00 m oo o 寸 cn oo (N 1非晶質 實施例38 SS 〇〇 寸 d \〇 1—ί Os 〇 非晶質 實施例37 〇〇 oo «ο o »〇 m o 非晶質 實施例36 00 o 寸 o (N 〇 非晶質 實施例35 〇〇 CN o 卜 1-H o 非晶質 實施例34 〇〇 (N o *T\ o 非晶質 實施例33 〇〇 cn 〇 CN d 非晶質 實施例32 〇〇 ro o fN o 非晶質 實施例31 00 fN 〇 寸 o 非晶質 通道寬W (// m) 通道長L (//m) 移動度 (cm2/Vs) S值 (V/dec) 電流值不均率 (%) 閾值電壓變動量 (V) XRD 78 200937528 產業上利用之可能性 本發明第一態樣之圖案化結晶質半導體薄膜可合適地 作為LCD用薄膜電晶體或有機電致發光(EL)用薄膜電晶體 使用。尤其本發明之半導體薄膜係由氧化物所構成，故作 5 為電流控制系統的有機EL用薄膜電晶體使用時，可作為高 耐久性薄膜電晶體發揮功能。 本發明第二態樣之薄膜電晶體可適用於邏輯電路、記 憶體電路、差動放大電路等積體電路。尤其可合適地作為 0 驅動液晶顯示器或有機EL顯示器的開關元件使用。 10 使用本發明第三態樣之製造方法而得到之薄膜電晶體 具有適合平形顯示器等顯示裝置的電晶體特性。 【圖式簡單說明3 " 第1圖係照射電子束後的實施例1所製造之具薄膜之Si - 晶圓的表面照片。 15 第2圖係實施例1所製造之圖案化結晶質薄膜的表面照 片。 Ο 第3A圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第3B圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 20 方法的步驟圖。 第3 C圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第3D圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 79 200937528 第3 E圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第3 F圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 5 第3G圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第3H圖係顯示第二態樣之實施型態1的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4A圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 10 方法的步驟圖。 第4B圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4C圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 15 第4 D圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4E圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4 F圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 20 方法的步驟圖。 第4 G圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第4 Η圖係顯示第二態樣之實施型態2的電晶體之製造 方法的步驟圖。 200937528 第5 A圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第5 B圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 5 第5C圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第5 D圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第5E圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 10方法的步驟圖。 第5F圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第5 G圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 15 第5H圖係顯示第二態樣之實施型態3的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6A圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6B圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 20方法的步驟圖。 第6C圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6D圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 81 200937528 第6 E圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6 F圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 5 第6 G圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第6 Η圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第61圖係顯示第二態樣之實施型態4的電晶體之製造 10 方法的步驟圖。 第7Α圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第7Β圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 15 第7C圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第7D圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第7Ε圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 20 方法的步驟圖。 第7F圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第7 G圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 200937528 第7H圖係顯示第二態樣之實施型態5的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 A圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 5 第8B圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 C圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 Q 第8 D圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 10 方法的步驟圖。 第8 E圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 — 第8 F圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 - 方法的步驟圖。 15 第8 G圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 〇 第8 Η圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第81圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 20 方法的步驟圖。 第8 J圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8 Κ圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 83 200937528 第8匕圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第8M圖係顯示第二態樣之實施型態6的電晶體之製造 方法的步驟圖。 5 第9A圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第9B圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第9C圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 10方法的步驟圖。 第9 D圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第9E圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 15 第917圖係顯示第二態樣之實施型態7的電晶體之製造 方法的步驟圖。 第10圖係顯示實施例24所使用之燈的圖。 第ll(i)圖〜第ll(vii)圖係顯示本發明第三態樣之薄膜 電晶體(底閘型）之製造方法的第1實施型態的步驟圖。 2〇 第12(i)圖〜第12(v)圖係顯示本發明第三態樣之薄膜電 晶體(底閘型）之製造方法的第2實施型態的步驟圖。 第13(1)圖〜第13(νι)圖係顯示本發明第三態樣之薄膜電 晶體(頂閘型）之製造方法的第3實施型態的步驟圖。 第14(1)圖〜第14(ιν)圖係顯示本發明第三態樣之薄膜電 84 200937528 晶體(頂閘型）之製造方法的第4實施型態的步驟圖。 第15(i)圖〜第15(v)圖係顯示一種實施型態，即，將第三 態樣之受熱膜圖案化後，加熱經圖案化之受熱膜形成電 極，製造薄膜電晶體的圖。 第16圖係在第三態樣之實施型態1的薄膜電晶體及實 施型態2的薄膜電晶體形成有保護膜及像素電極的開關元 件的概略截面圖。 【主要元件符號說明】
1 薄膜電晶體 30 源極電極及汲極電極 2 薄膜電晶體 32 像素電極 3 薄膜電晶體 101 基板 4 薄膜電晶體 103 閘極電極 6 開關元件 105 閘極絕緣膜 7 開關元件 107 非晶質氧化物膜 10 支撐基板 109 緩衝層 12 閘極電極 111 熱-光轉換膜 14 閘極絕緣膜 111a 源極電極 16 非晶質氧化物膜 111b 汲極電極 18 保護膜 113 半導體膜 20 受熱膜 115 光阻 22 非晶質氧化物半導體膜 117 遮罩 24 光阻 119 保護膜 26 曝光遮罩 121 像素電極 28 缓衝膜 201 基板 85 200937528 203 開極電極 405 閘極絕緣膜 205 閘極絕緣膜 407 非晶質氧化物膜 207 非晶質氧化物膜 407a 源極電極 211 熱-光轉換膜 407b 汲極電極 211a 源極電極 409 緩衝膜 211b 汲極電極 411 熱-光轉換膜 213 半導體膜 413 半導體膜 215 光阻 419 保護膜 217 遮罩 423 接觸孔 219 保護膜 425 配線 301 基板 501 基板 303 閘極電極 503 閘極電極 305 閘極絕緣膜 505 閘極絕緣膜 307 非晶質氧化物膜 507 非晶質氧化物膜 307a 源極電極 507a 源極電極 307b 汲極電極 507b 汲極電極 309 緩衝膜 509 緩衝膜 311 熱-光轉換膜 511 熱-光轉換膜 313 半導體膜 513 半導體膜 319 保護膜 519 保護膜 323 接觸孔 523 接觸孔 325 配線 525 配線 401 基板 601 基板 403 閘極電極 603 閘極電極
86 200937528 605 閘極絕緣膜 703 閘極電極 607 非晶質氧化物膜 707 非晶質氧化物膜 607a 源極電極 711 熱-光轉換膜 607b 汲極電極 713 半導體膜 609 缓衝層 731 源極電極 611 熱-光轉換膜 735 汲極電極 613 半導體膜 737 絕緣膜 615 光阻 801 紅外線燈 619 保護膜 803 紫外線燈 623 接觸孔 805 第1紅外線輔助燈 625 配線 807 第2紅外線輔助燈 701 基板 87
Claims (1)
- 200937528 七、申請專利範圍： 1. 一種圖案化結晶質半導體薄膜，係藉由： 形成以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜後， 藉將部分前述非晶質薄膜結晶化而半導體化， 然後藉由蝕刻去除前述部分結晶化之薄膜的非晶 質部分而得到者。 2. 如申請專利範圍第1項之圖案化結晶質半導體薄膜，其 中前述以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜係由含正二 價金屬氧化物之氧化銦所構成。 © 3. 如申請專利範圍第1項之圖案化結晶質半導體薄膜，其 中前述以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜係由含正三 價金屬氧化物之氧化銦所構成。 4. 如申請專利範圍第1項之圖案化結晶質半導體薄膜，其 中前述以氧化銦為主要成分之非晶質薄膜係由含正二 ' 價金屬氧化物及正三價金屬氧化物之氧化銦所構成。 5. 如申請專利範圍第1〜4項中任一項之圖案化結晶質半導 體薄膜，係使用電子束進行前述結晶化。 ® 6. 如申請專利範圍第1〜4項中任一項之圖案化結晶質半導 體薄膜，係使用雷射光進行前述結晶化。 7. 如申請專利範圍第5項之圖案化結晶質半導體薄膜，係 在前述蝕刻後，接著進行熱處理。 8. 如申請專利範圍第6項之圖案化結晶質半導體薄膜，係 在前述钮刻後，接著進行熱處理。 9. 一種薄膜電晶體之製造方法，包含有以下步驟： 88 200937528 形成非晶質氧化物膜； 在前述非晶質氡化物膜上形成光-熱轉換膜；及 對前述光-熱轉換膜照射能量線，將前述非晶質氧 化物膜之至少一部分半導體化。 10. 如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體之製造方法，其中 前述非晶質氧化物膜具導電性，且在對前述光-熱轉換 膜照射能量線，將前述非晶質氧化物膜之至少一部分半 導體化時，會伴隨結晶化。11. 如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體之製造方法，包含 有將前述非晶質氧化物膜圖案化，作成源極電極或汲極 電極的步驟。 12. 如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體之製造方法，包含 有將前述光-熱轉換膜圖案化，作成源極電極或汲極電 極的步驟。 13. 如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體之製造方法，包含 有去除前述光-熱轉換膜的步驟。 14. 如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體之製造方法，包含 有在前述非晶質氧化物膜與前述光-熱轉換膜之間設置 緩衝膜的步驟。 15. 如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體之製造方法，其中 前述能量線係半導體雷射光或燈光。 16. 如申請專利範圍第9~15項中任一項之薄膜電晶體之製 造方法，其中前述非晶質氧化物膜至少含有In。 Π.如申請專利範圍第9〜15項中任一項之薄膜電晶體之製 89 200937528 造方法，其中前述非晶質氧化物膜係由含有In、及正二 價元素或正三價元素之複合氧化物所構成。 18. —種場效型電晶體，包含有： 閘極電極； 位於前述閘極電極上，且由源極電極、汲極電極及 半導體膜所構成之層；及 位於前述半導體膜上的緩衝膜與光-熱轉換膜， 且，前述半導體膜係使形成源極電極與汲極電極之 氧化物結晶化而成者。 19. 一種場效型電晶體，包含有： 源極電極及汲極電極； 位於前述源極電極及汲極電極上，且由結晶質氧化 物所構成之半導體膜； 位於前述半導體膜上的閘極絕緣膜；及 位於前述閘極絕緣膜上的閘極電極。 20. —種薄膜電晶體之製造方法，包含有以下步驟： 形成非晶質氧化物膜； 形成受熱膜；及 加熱前述受熱膜。 21. 如申請專利範圍第20項之薄膜電晶體之製造方法，更包 含有將前述受熱膜圖案化，形成源極電極、汲極電極及 閘極電極之至少一種電極的步驟。 22. 如申請專利範圍第20項之薄膜電晶體之製造方法，更包 含有以下步驟： 200937528 積層緩衝層；及 去除前述受熱膜及前述緩衝層。 23. 如申請專利範圍第20項之薄膜電晶體之製造方法，係以 選自於由紅外線燈加熱、紫外線燈加熱、半導體雷射加 熱、準分子雷射加熱、電磁感應加熱及電聚喷流加熱所 構成之群組的加熱方法加熱前述受熱膜。 24. 如申請專利範圍第20項之薄膜電晶體之製造方法，其中 前述非晶質氧化物膜的熱處理溫度在前述非晶質氧化 〇 物膜的成膜溫度以上，且在前述非晶質氧化物膜的結晶 化溫度以下。 25. 如申請專利範圍第20項之薄膜電晶體之製造方法，其中 前述非晶質氧化物膜含有選自於由In、Zn及Sn所構成之 群組之1種以上的元素。 ' 26. —種薄膜電晶體，係使用申請專利範圍第20〜25項中任 一項之薄膜電晶體之製造方法而得到者。 91
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