(57)【要約】【課題】μ−ＰＣＤ法によるΔＶｔｈの予測を、より正確に行う。【解決手段】薄膜トランジスタを作製し、酸化物半導体薄膜を成膜する成膜工程、並びに前記成膜工程の後工程において、μ−ＰＣＤ法による測定を行って工程毎に各種パラメータを求める第１工程と、作製した薄膜トランジスタの光照射・バイアス電圧の印加前後におけるしきい値電圧の変動ΔＶｔｈを測定する第２工程と、第１工程で得た工程毎の各種パラメータの中で、少なくとも２工程のパラメータを説明変数とし、第２工程で得たΔＶｔｈを目的変数とする重回帰分析を行い、回帰式を求める第３工程と、を備え、新たな酸化物半導体薄膜を成膜した際に、μ−ＰＣＤ法により回帰式と同種のパラメータを求め、回帰式から新たな酸化物半導体被膜を備える薄膜トランジスタのΔＶｔｈを予測する。【選択図】図７
2020092116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波光電減衰法により酸化物半導体薄膜の反射強度を測定し、前記酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタのストレス耐性を予測するための方法であって、
薄膜トランジスタを作製し、前記酸化物半導体薄膜を成膜する成膜工程、並びに前記成膜工程の後工程において、前記マイクロ波光電減衰法による測定を行って工程毎に各種パラメータを求める第１工程と、
作製した前記薄膜トランジスタの光照射・バイアス電圧の印加前後におけるしきい値電圧の変動ΔＶｔｈを測定する第２工程と、
前記第１工程で得た工程毎の各種パラメータの中で、少なくとも２工程のパラメータを説明変数とし、前記第２工程で得た前記ΔＶｔｈを目的変数とする重回帰分析を行い、回帰式を求める第３工程と、を備え、
新たな酸化物半導体薄膜を成膜した際に、前記マイクロ波光電減衰法により前記回帰式と同種のパラメータを求め、前記回帰式から前記新たな酸化物半導体被膜を備える薄膜トランジスタのΔＶｔｈを予測することを特徴とする薄膜トランジスタのストレス耐性の予測方法。
【請求項２】
前記第３工程において、熱処理を伴う工程の少なくとも１つの工程での前記パラメータを用いることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタのストレス耐性の予測方法。
【請求項３】
前記パラメータとして、下記（ａ）〜（ｃ）の少なくとも１つを求めることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜トランジスタのストレス耐性の予測方法。
（ａ）反射強度のピーク値
（ｂ）励起光の照射停止１μｓ程度後におけるライフタイム値
（ｃ）励起光の照射停止後、経過時間毎にマイクロ波の反射強度を測定した値を信号値としたとき、下記式で算出されるＥ値が最大となる時定数
Ｅ＝信号値×信号値の経過時間
【請求項４】
前記酸化物半導体薄膜が、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の薄膜トランジスタのストレス耐性の予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のストレス耐性の予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイ（ｆｌａｔ  ｐａｎｎｅｌ  ｄｉｓｐｌａｙ：以下、「ＦＰＤ」という）はテレビやスマートフォンなどの普及に伴い、高精細化、表示周波数の高速化、低消費電力化が要求されている。これに伴い、ディスプレイを駆動する回路に用いられるＴＦＴには、高速応答性、すなわち半導体特性として高移動度が要求されている。
【０００３】
ＴＦＴを形成する半導体薄膜材料として、近年、アモルファス酸化物半導体薄膜（以下、「酸化物半導体薄膜」という）が注目されており、特にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ４（以下、「ＩＧＺＯ」という）は有力な素材として研究されている。ＩＧＺＯは従来用いられていたアモルファスシリコンよりも移動度が高く、高精細化が可能であると共に、リーク電流を抑えることができるためＦＰＤの低消費電力化に寄与するなどの利点を有する。そのため、ＩＧＺＯは大型・高解像度・高速駆動が要求される次世代ディスプレイなどへの適用が期待されている。
【０００４】
しかしながら、酸化物半導体薄膜はその多元性に起因する組成のずれ、あるいはアモルファスに起因する構造のゆらぎなどにより、膜中に電気的な欠陥が導入されることがある。特に酸化物半導体薄膜は、成膜工程で生じる格子欠陥や膜中の水素に起因して、ＴＦＴ特性を支配するキャリア濃度が大きく変化したり、その後の熱処理に起因して電子状態が変化し、ＴＦＴの品質に影響を及ぼしたりすることが知られている。そのため、膜質に起因する移動度のばらつきや、光照射下における負バイアスストレスによってストレス印加前後のしきい値電圧（Ｖｔｈ：Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｖｏｌｔａｇｅ）がシフトし、スイッチング特性が変化するなどＴＦＴ特性への影響が問題となっている。例えばＦＰＤに組み込まれたＩＧＺＯを用いたＴＦＴは、使用中に晒される光や待機中の印加電圧によるストレスによってスイッチング特性が劣化することが問題となっている。また、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いたＦＰＤにおいては、ＯＬＥＤを発光させる正方向の駆動電圧の影響で、Ｖｔｈがシフトすることが問題となっている。ＴＦＴ特性は酸化物半導体薄膜の電子状態に起因するため、ストレスによるスイッチング特性の劣化も酸化物半導体薄膜の電子状態の変化に起因すると考えられる。
【０００５】
したがって酸化物半導体薄膜の製造工程においては、酸化物半導体薄膜中の電子状態を把握すると共に、製造プロセスが電子状態に与える影響について評価し、その結果をフィードバックして製造条件を調整してＴＦＴの品質管理を行うことが、生産性向上の観点からは重要となる。
【０００６】
スイッチング特性に影響を及ぼすしきい値電圧の変化の差ΔＶｔｈ（以下、「しきい値シフトΔＶｔｈ」ということがある）を測定する試験方法として、待機状態のＴＦＴに負のゲート電圧（負のバイアス）が印加されると共に、バックライトの迷光による光照射を連続的に受ける状態を模擬した加速試験であるＬＮＢＴＳ（Ｌｉｇｈｔ  Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｂｉａｓ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｔｒｅｓｓ）試験が採用されている。また、待機状態のＴＦＴに正のゲート電圧（正のバイアス）が印加された状態を模擬した加速試験として、ＰＢＴＳ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｂｉａｓ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｔｒｅｓｓ）試験が採用されている。ＬＮＢＴＳ試験やＰＢＴＳ試験はストレス印加前後のしきい値電圧の変化量を測定するものであり、該試験結果に基づいて算出される、しきい値シフトΔＶｔｈが小さいほど、ストレス耐性に優れており、実用上優れたスイッチング特性を有すると評価できる。ＬＮＢＴＳ試験やＰＢＴＳ試験は信頼性の高い評価手法として汎用されているが、これら試験を行うためには実際に電極付けしたＴＦＴを作製する必要があり、時間とコストを要するため、より簡便に、かつ正確にストレス耐性を評価できる手法が望まれていた。
【０００７】
これに対して、電極付けすることなく、非接触式方法で酸化物半導体薄膜のストレス耐性を評価する方法として、例えば特許文献１及び特許文献２にマイクロ波光導電減衰法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｄｅｃａｙ  Ｍｅｔｈｏｄ：μ−ＰＣＤ法）が視されている。このμ−ＰＣＤ法は、酸化物半導体薄膜に励起光とマイクロ波とを照射した際に、励起光の照射により、マイクロ波の酸化物半導体薄膜からの反射波が変化することを利用する方法である。そして、特許文献１では励起光の照射停止後１μｓ程度に見られる遅いマイクロ波の反射強度の経時変化からライフタイム値を求め、ストレス耐性を評価している。また、特許文献２では、励起光の照射停止後、経過時間毎にマイクロ波の反射率を測定して経過時間と反射率との積を計算し、この積の値が最大となる時定数からストレス耐性を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第６１５２３４８号公報
【特許文献２】特許第６２５０８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＴＦＴの一般的な製造方法では、例えば図１に示すように、ゲート電極を形成した後に酸化物半導体薄膜を成膜し、その後にプレアニール、保護膜の成膜及びパターニング、ソース／ドレイン電極の成膜及びパターニング、保護膜の成膜、コンタクトホールエッチング、ポストアニール等の各工程を経る。この一連の工程中、酸化物半導体薄膜は様々な加工条件に曝され、その特性も様々に変化する。特に、熱処理を伴うプレアニール、保護膜の成膜、ポストアニール等では、酸化物半導体薄膜の特性の変化に大きく影響する。
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、μ−ＰＣＤ法による耐ストレス法の評価を、酸化物半導体薄膜を成膜した後に、何れかの工程で行っている。また、μ−ＰＣＤ法により幾つかのパラメータを求めているが、個別のパラメータでの評価であり、パラメータ同士を組み合わせて評価することは行われていない。そのため、ある工程での個々のパラメータによる評価が、他の工程に反映されているとは言い難く、ΔＶｔｈの予測の正確性が不十分であるおそれがある。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、μ−ＰＣＤ法によるΔＶｔｈの予測を、より正確に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決し得た本発明における薄膜トランジスタのストレス耐性の予測方法は、マイクロ波光電減衰法により酸化物半導体薄膜の反射強度を測定し、前記酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタのストレス耐性を予測するための方法であって、
薄膜トランジスタを作製し、前記酸化物半導体薄膜を成膜する成膜工程、並びに前記成膜工程の後工程において、前記マイクロ波光電減衰法による測定を行って工程毎に各種パラメータを求める第１工程と、
作製した前記薄膜トランジスタの光照射・バイアス電圧の印加前後におけるしきい値電圧の変動ΔＶｔｈを測定する第２工程と、
前記第１工程で得た工程毎の各種パラメータの中で、少なくとも２工程のパラメータを説明変数とし、前記第２工程で得た前記ΔＶｔｈを目的変数とする重回帰分析を行い、回帰式を求める第３工程と、を備え、
新たな酸化物半導体薄膜を成膜した際に、前記マイクロ波光電減衰法により前記回帰式と同種のパラメータを求め、前記回帰式から前記新たな酸化物半導体被膜を備える薄膜トランジスタのΔＶｔｈを予測することに要旨を有する。
【００１３】
特に、前記第３工程において、熱処理を伴う工程の少なくとも１つの工程での前記パラメータを用いること、前記パラメータとして、下記（ａ）〜（ｃ）の少なくとも１つを求めることが好ましい。
（ａ）反射強度のピーク値
（ｂ）励起光の照射停止１μｓ程度後におけるライフタイム値
（ｃ）励起光の照射停止後、経過時間毎にマイクロ波の反射強度を測定した値を信号値としたとき、下記式で算出されるＥ値が最大となる時定数
Ｅ＝信号値×信号値の経過時間
【００１４】
特に、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含む前記酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタのストレス耐性の予測に有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、酸化物半導体薄膜を成膜工程、及び成膜工程後の工程においてμ−ＰＣＤ法による測定を行い、２工程以上におけるパラメータを組み合わせて説明変数とし、実際に測定したＴＦＴのΔＶｔｈとを目的変数とする重回帰分析を行って回帰式を求めておく。そして、新たな酸化物半導体薄膜を成膜した際に、回帰式に用いられている同種のパラメータを測定して、新たな酸化物半導体薄膜を備えるＴＦＴのΔＶｔｈを予測する。そのため、従来のように、単一の工程におけるμ−ＰＣＤ法により得たパラメータに基づくＴＦＴのΔＶｔｈの予測よりも、より正確な予測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なＴＦＴの製造工程を示す工程図である。
【図２】μ−ＰＣＤ法により得られた、酸化物半導体薄膜のマイクロ波の反射強度の経時変化の一例を示すグラフである。
【図３】実施例において作製したＴＦＴを示す概略断面構造図である。
【図４】ポストアニールのパラメータＣのみからの予測ΔＶｔｈと、実測ΔＶｔｈとの相関を示すグラフである。
【図５】ソース電極及びドレイン電極のパターニング、最終保護膜の成膜、コンタクトホールエッチング、ポストアニールの各工程のパラメータＣを組み合わせたときの予測ΔＶｔｈと、実測ΔＶｔｈとの相関を示すグラフである。
【図６】ポストアニールのパラメータＣ、ピーク値、マイクロ波の反射強度の経時曲線における１／ｅでの傾き及び１／ｅ２での傾きを組み合わせたときの予測ΔＶｔｈと、実測ΔＶｔｈとの相関を示すグラフである。
【図７】ソース電極及びドレイン電極のパターニング、最終保護膜の成膜、コンタクトホールエッチング、ポストアニールの各工程のパラメータＣ、ピーク値、マイクロ波の反射強度の経時曲線における１／ｅでの傾き及び１／ｅ２での傾きを組み合わせたときの予測ΔＶｔｈと、実測ΔＶｔｈとの相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
本発明では、先ず、酸化物半導体薄膜を備えるＴＦＴを実際に作製し、酸化物半導体薄膜の成膜工程、並びに成膜工程の後工程において、マイクロ波光電減衰法（μ−ＰＣＤ法）により各種のパラメータを求める。それとともに、作製したＴＦＴについて、光照射・バイアス電圧印加前後におけるしきい値の変動（ΔＶｔｈ）を測定する。そして、２工程以上のパラメータを説明変数とし、実測ΔＶｔｈを目的変数とする重回帰分析を行って、その回帰式を算出しておく。
【００１９】
ＴＦＴを作製する場合、例えば図１に示す工程図のように、先ず、ガラス基板の上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜を順次形成した後、酸化物半導体薄膜を成膜し、パターニングを行って半導体層を形成する。
【００２０】
半導体層を形成した後、後工程として、先ず、プレアニールを行い、保護膜（ＥＳＬ）を成膜してパターニングを行う。次いで、ソース電極、ドレイン電極を成膜し、パターニング（ＳＤ）を行う。そして、最終保護膜（ＰＶ）を成膜し、パターニングした後、コンタクトホールをエッチングにより形成し、ポストアニール（ＰＡ）してＴＦＴを得る。
【００２１】
本発明では、成膜工程及び後工程の工程毎にμ−ＰＣＤ法による測定を行い、その測定値から各種パラメータを求める。μ−ＰＣＤ法では、励起光の照射を停止した後に、酸化物半導体薄膜のマイクロ波の反射強度を測定し、反射強度の経時変化から各種パラメータを求める。図２に、μ−ＰＣＤ法により得られた酸化物半導体薄膜のマイクロ波の反射強度の経時変化の代表例を示す。励起光を照射すると、酸化物半導体薄膜のマイクロ波の反射強度が急激に上昇してピーク値を示すが、励起光の照射を停止した後には、反射強度が時間の経過とともに徐々に減衰する減衰曲線を示す。
【００２２】
なお、μ−ＰＣＤ法に基づく測定装置としては、例えば特開２０１２−３３８５７号公報の図１に示す測定装置を用いることができる。装置の詳細は、同公報に記載されており、ここでは省略する。
【００２３】
そして、特許文献１では、励起光の照射停止１μｓ程度後の反射強度を経時的に測定し、測定結果を基に下記に示す各ライフタイム値を算出している。
（Ａ）マイクロ波の反射強度が最大値の１／ｅから最大値の１／ｅ２になるまでの反射強度を対数変換した傾きの逆数
（Ｂ）マイクロ波の反射強度（ｙ）を下記式（１）で表し、パラメータフィッティングしたときのライフタイム値τ２
ｙ＝ｎ１ｅｘｐ（−ｔ／τ１）＋ｎ２ｅｘｐ（−ｔ／τ２）  ・・・（１）
（式中、ｔは経過時間（秒）、ｎ１及びｎ２は定数、τ１は短い時定数をもつキャリアのライフタイム、τ２は長い時定数をもつキャリアのライフタイム値である。）
（Ｃ）マイクロ波の反射強度（ｙ）を下記式（２）で表し、パラメータフィッティングしたときのライフタイム値τ２
ｙ＝ｎ１ｅｘｐ（−ｔ／τ１）＋ｎ２ｅｘｐ（−ｔ／τ２）β  ・・・（２）
（式中、ｔは経過時間（秒）、ｎ１及びｎ２は定数、τ１は短い時定数をもつキャリアのライフタイム値、τ２は長い時定数をもつキャリアのライフタイム値、βはリラクゼーションファクターである。）
（Ｄ）マイクロ波の反射強度（ｙ）を下記式（３）で表し、パラメータフィッティングしたときのライフタイム値（パラメータＢ）
ｙ＝Ａ×ｅｘｐ（−ｘ／Ｂ）  ・・・（３）
（式中、ｘは経過時間である。）
（Ｅ）マイクロ波の反射強度（ｙ）を下記式（４）で表し、パラメータフィッティングしたときのライフタイム値（パラメータＣ）
ｙ＝Ａ×ｘｃ  ・・・（４）
（式中、ｘは経過時間である。）
【００２４】
また、特許文献２では、励起光の照射停止後、経過時間毎にマイクロ波の反射強度を測定し、下記式で算出される値（Ｅ値）が最大となる時定数を採用している。なお、式中の信号値は各経過時間での反射強度である。
Ｅ＝信号値×信号値の経過時間
【００２５】
本発明でも、特許文献１の各ライフタイム値、特許文献２の時定数をパラメータとして採用することができる。
【００２６】
また、上記（Ｅ）の（４）式において、べき指数Ｃ（以下「パラメータＣ」）をパラメータに採用することもできる。
【００２７】
ところで、特許文献１や特許文献２では、μ−ＰＣＤ法による測定を、酸化物半導体薄膜の成膜後の何れかの工程で行い、得られるＴＦＴのΔＶｔｈを予測している。しかしながら、後述する実施例に示すように、最終工程であるポストアニール後にμ−ＰＣＤ法によりパラメータＣを求め、実際に作製したＴＦＴのΔＶｔｈ（実測ΔＶｔｈ）との回帰分析を行い、回帰式に基づき予測したＴＦＴのΔＶｔｈ（予測ΔＶｔｈ）と、実測ΔＶｔｈとの相関を求めたところ、相関が十分ではないことが判明した。
【００２８】
そこで、同じくポストアニール後のマイクロ波の反射強度から、ピーク値と、励起光の照射停止１μｓ程度後の領域においてピーク値の１／ｅとなるときの曲線の傾きを求め、実測ΔＶｔｈとの重回帰分析を行って回帰式を求め、回帰式に基づく予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとの相関を求めたところ、パラメータＣのみからの予測ΔＶｔｈよりも相関が高まることが判明した。
【００２９】
更に、ポストアニールだけでなく、他の工程（例えば、ソース電極及びドレイン電極のパターニング、最終保護膜の成膜、コンタクトホールエッチング）においてもμ−ＰＣＤ法によるパラメータＣ、ピーク値、１／ｅでの傾き及び１／ｅ２での傾きを求め、実測ΔＶｔｈとの重回帰分析を行って回帰式を求め、その回帰式に基づく予測ΔＶｔｈと実測捏Ｖｔｈとの相関を求めたところ、ポストアニールのみからの予測ΔＶｔｈよりも相関が高まることが判明した。
【００３０】
このように、複数の工程でのμ−ＰＣＤ法による各種パラメータを組み合わせることにより、ＴＦＴのΔＶｔｈについて、より正確な予測が可能になる。
【００３１】
したがって、複数の工程で得られたパラメータを説明変数とし、ＴＦＴの実測ΔＶｔｈを目的変数とする重回帰分析を行って得た回帰式に基づき、新たな酸化物半導体薄膜を成膜した際に回帰式と同種のパラメータを用いてΔＶｔｈを予測することにより、より正確な予測が可能になる。
【００３２】
なお、パラメータの選択に当たり、工程の全てでμ−ＰＣＤ法による測定を行うことが好ましいが、熱処理を伴う工程であるプレアニール、保護膜の成膜や最終保護膜の成膜、ポストアニールの各工程でμ−ＰＣＤ法により測定することが好ましい。酸化物半導体薄膜の特性は、特に熱処理により大きく変化するため、熱処理を伴う工程でのパラメータを採用することが好ましい。
【００３３】
本発明は、このような知見に基づくものであり、以下の実施例で更に説明する。
【実施例】
【００３４】
（ＴＦＴの作製）
図３は、作製したエッチストッパー（ＥＳＬ）型ＴＦＴを示す概略断面構造図である。先ず、６インチ×厚さ０．７ｍｍのガラス基板２０ａの上に、ゲート電極４２としてＭｏ薄膜を１００ｎｍ、ＳｉＯ２ゲート絶縁膜４３を膜厚２００ｎｍで順次成膜した。ゲート電極４２は、純Ｍｏのスパッタリングターゲットを用いてＤＣスパッタ法により形成した。スパッタリング条件は、基板温度：室温、ガス圧：２ｍＴｏｒｒとした。また、ゲート絶縁膜４３は、プラズマＣＶＤ法を用い、キャリアガス：ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスをＮ２Ｏ＝１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４＝４ｓｃｃｍ、Ｎ２＝３６ｓｃｃｍ、成膜パワー：２００Wまたは３００Ｗ、成膜温度：３２０℃とした。
【００３５】
次に、酸化物半導体薄膜２０ｂとしてＩＧＺＯをスパッタリング法で成膜した。成膜条件は下記の通りである。
・スパッタリング装置：アルバック社製「ＣＳ−２００」
・スパッタリングターゲットの組成：ＩｎＧａＺｎＯ４［Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子比）］
・基板温度：室温
・酸化物半導体薄膜の膜厚：４０ｎｍ
・ガス圧：１ｍＴｏｒｒ
・酸素添加量（体積比）：Ｏ２／（Ａｒ＋Ｏ２）＝０％〜６０％
【００３６】
その後、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングを行った。ウェットエッチャント液としては、関東化学製「ＩＴＯ−０７Ｎ」を使用した。
【００３７】
成膜後、先ず、大気雰囲気、大気圧下で３５０℃〜６００℃、１時間の条件でプレアニール処理を行った。
【００３８】
次に、酸化物半導体薄膜２０ｂ上に保護膜４５としてエッチストップ層を、下記条件で形成した。
・ガス圧：７５Ｐａ〜２５０Ｐａ
・成膜パワー：５０Ｗ〜２５０Ｗ
・成膜温度：１６０℃〜２３０℃
・膜厚：１００ｎｍ
・原料ガス： Ｎ２Ｏ＝２５ｓｃｃｍ〜２５０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４／Ｎ２＝１／９ｓｃｃｍ〜１０／９０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏ比＝０．０２４〜０．１２
【００３９】
保護膜４５を形成した後、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングを行った。ウェットエッチャント液としては、関東化学製「ＩＴＯ−０７Ｎ」を使用した。
【００４０】
次に、純Ｍｏを使用し、ＤＣスパッタリング法により膜厚１００ｎｍとなるように成膜した後、パターニングを行い、ソース電極４６ａ、ドレイン電極４６ｂを形成した。純Ｍｏ膜の成膜方法及びパターニング方法は、前述したゲート電極の場合と同じであり、ＴＦＴのチャネル長を１０μｍ、チャネル幅を２００μｍとした。
【００４１】
その後、最終保護膜４７として膜厚２００ｎｍのＳｉＯ２と膜厚２００ｎｍのＳｉＮの積層膜を形成した。最終保護膜４７は、サムコ製「ＰＤ−２２０ＮＬ」を用い、プラズマＣＶＤ法を用いて形成した。その際、Ｎ２Ｏガスによってプラズマ処理を行った後、ＳｉＯ２及びＳｉＮを下記条件で順次形成した。ＳｉＯ２の形成には、ＳｉＨ４、Ｎ２、Ｎ２Ｏの混合ガスを用い、ＳｉＮの形成にはＳｉＨ４、Ｎ２、ＮＨ３の混合ガスを用いた。何れの場合も成膜パワーを１００Ｗ、成膜温度を１５０℃とした。
（第１層）：ＳｉＯ２
・キャリアガス：ＳｉＨ４／Ｎ２＝４／３６ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏ＝１００ｓｃｃｍ
・ガス圧：１３３Ｐａ
・成膜パワー：１００Ｗ
・成膜温度：１５０℃
（第２層）：ＳｉＮ
・キャリアガス：ＳｉＨ４＝１２．５ｓｃｃｍ、Ｎ２＝２９７．５ｓｃｃｍ、ＮＨ３＝６ｓｃｃｍ
・ガス圧：１３３Ｐａ
・成膜パワー：１００Ｗ    成膜温度：１５０℃
【００４２】
次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、最終保護膜４７にトランジスタ特性評価用プローブのためのコンタクトホール４８を形成し、ＥＳＬ型ＴＦＴを得た。
【００４３】
また、以下の手順でＢＣＥ型のＴＦＴを得た。酸化物半導体層形成後、エッチストップ層を設けず、ソース電極、ドレイン電極を形成した。最終保護膜形成の内、第１層ＳｉＯ２層形成前後に大気雰囲気、窒素雰囲気又は水蒸気雰囲気で２００℃〜６００℃１時間の条件で熱処理を行った。最後にＥＳＬ型ＴＦＴと同様に第２層ＳｉＮを形成、コンタクトホールを形成した。
【００４４】
コンタクトホールを形成した後、ポストアニールとして大気雰囲気又は窒素雰囲気中、大気圧下、２００℃〜３００℃で３０分の熱処理を行ってストレス耐性測定用ＴＦＴ試料を作製した。
【００４５】
（ストレス耐性の測定）
実際のパネル駆動時のストレス環境を模擬して、ゲート電極に負バイアスをかけながら光を照射するストレス印加試験を行った。ストレス印加条件は、以下の通りである。なお、光の波長は、酸化物半導体のバンドギャップに近く、トランジスタ特性が変動し易い４００ｎｍ程度とした。
・ゲート電圧：−２０Ｖ
・基板温度：６０℃
・光源：白色光源
・照度としてＴＦＴに照射される光の強度：２５，０００ＮＩＴ
・光照射装置：Ｙａｎｇ電子製ＹＳＭ−１４１０
・ストレス印加時間：２時間
【００４６】
（予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとの相関）
上記ＴＦＴの製造工程において、ソース電極及びドレイン電極のパターニング（ＳＤ）、最終保護膜の成膜（ＰＶ）、コンタクトホールエッチング（ＣＯ）及びポストアニール（ＰＡ）の各工程の後に、μ−ＰＣＤ法によりマイクロ波の反射強度を測定し、各工程でのパラメータＣ、ピーク値、ピーク値の１／ｅとなる曲線の傾き、ピーク値の１／ｅ２となる曲線の傾きを算出した。
【００４７】
μ−ＰＣＤ法は、下記条件で行った。
・レーザ波長：３４９ｎｍ（紫外光）
・レーザエネルギー：１０μＪ
・パルス幅：５ｎｓ
・ビーム径：１．５ｍｍφ
・１測定におけるパルス数：２５６ショット
・装置：ＬＴＡ−１６１０ＳＰ（Ｋ）（株式会社コベルコ科研製）
【００４８】
（１）ＰＡのパラメータＣのみからの予測ΔＶｔｈと、実測ΔＶｔｈとの相関
ＰＡのパラメータＣと、実測ΔＶｔｈとの重回帰分析を行い、その回帰式を求めた。回帰式は、下記の通りである。そして、この回帰式に基づく予測ΔＶｔｈを算出し、実測ΔＶｔｈとの関係を調べた。図４に、予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとをプロットしたグラフを示す。
回帰式：Ｃ（ＰＡ）×−０．８９８４＋（Ｃ（ＰＡ）−１．３）２×２．６３１＋４．８５９
（式中、Ｃ（ＰＡ）はＰＡのパラメータＣである。）
【００４９】
そして、予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとの相関の程度を示すＲ２値を求めると、０．０２８であった。
【００５０】
（２）ＳＤ、ＰＶ、ＣＯ、ＰＡの各工程のパラメータＣからの予測ΔＶｔｈと、実測ΔＶｔｈとの相関
ＰＡの他に、ＳＤ、ＰＶ及びＣＯの各工程のパラメータＣと、実測ΔＶｔｈとの重回帰分析を行い、その回帰式を求めた。回帰式は、下記の通りである。そして、この回帰式に基づく予測ΔＶｔｈを算出し、実測ΔＶｔｈとの関係を調べた。図５に、予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとをプロットしたグラフを示す。
回帰式：Ｃ（ＰＡ）×−２．９３８＋Ｃ（ＣＯ）×２．４２８＋Ｃ（ＰＶ）×−０．６６２３＋Ｃ（ＳＤ）×０．７４５６＋５
（式中、Ｃ（ＰＡ）はＰＡのパラメータＣ、Ｃ（ＣＯ）はＣＯのパラメータＣ、Ｃ（ＰＶ）はＰＶのパラメータＣ、Ｃ（ＳＤ）はＳＤのパラメータＣである。）
【００５１】
そして、予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとの相関の程度を示すＲ２値を求めると、０．０３２であり、ＰＡの他に、他工程のパラメータＣを組み合わせることにより、相関が高まっている。
【００５２】
（３）ＰＡの（パラメータＣ、ピーク値、１／ｅでの傾き）からの予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとの相関
ＰＡのパラメータＣの他に、マイクロ波の反射強度のピーク値と、励起光の停止１μｓ後の領域においてピーク値の１／ｅになるときの曲線の傾きを求め、これらの値と、実測ΔＶｔｈとの重回帰分析を行い、その回帰式を求めた。回帰式は、下記の通りである。そして、この回帰式に基づく予測ΔＶｔｈを算出し、実測ΔＶｔｈとの関係を調べた。図６に、予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとをプロットしたグラフを示す。
回帰式： Ｃ（ＰＡ）×Ｐｅａｋ（ＰＡ）×−０．００２０３２＋Ｃ（ＰＡ）／Ｌｏｇ１／ｅ（ＰＡ）×０．０５８９８＋Ｃ（ＰＡ）／Ｐｅａｋ（ＰＡ）×−１２４０．９＋（Ｃ（ＰＡ）−１．３）２／Ｐｅａｋ（ＰＡ）×１７８１．０＋５．４８９
（式中、Ｃ（ＰＡ）はＰＡのパラメータＣ、Ｐｅａｋ（ＰＡ）はＰＡのピーク値、Ｌｏｇ１／ｅ（ＰＡ）はＰＡの１／ｅとなる傾きの対数換算値である。）
【００５３】
そして、予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとの相関の程度を示すＲ２値を求めると、０．０４８であり、パラメータＣのみよりも相関が高まっている。
【００５４】
（４）ＳＤ、ＰＶ、ＣＯ、ＰＡの各工程の（パラメータＣ、ピーク値、１／ｅでの傾き、１／ｅ２での傾き）からの予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとの相関
ＳＤ、ＰＶ、ＣＯ、ＰＡの各工程のパラメータＣ、マイクロ波の反射強度のピーク値、励起光の停止１μｓ後の領域においてピーク値の１／ｅになるときの曲線の傾きを求め、これらの値と実測ΔＶｔｈとの重回帰分析を行い、その回帰式を求めた。回帰式は、下記の通りである。そして、この回帰式に基づく予測ΔＶｔｈを算出し、実測ΔＶｔｈとの関係を調べた。図７に、予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとをプロットしたグラフを示す。
回帰式：１／ｅ（ＰＡ）×−４９４．９＋Ｌｏｇ１／ｅ（ＰＡ）× −４４７．５ ＋Ｃ（ＰＡ）×Ｌｏｇ１／ｅ２（ＰＡ）×１８３．０＋Ｃ（ＰＡ）×Ｐｅａｋ（ＰＡ）×−０．０１４１３＋Ｃ（ＰＡ）／Ｐｅａｋ（ＰＡ）×−２０２９．４＋Ｃ（ＣＯ）×Ｌｏｇ１／ｅ（ＣＯ）×２３２．８＋Ｃ（ＣＯ）×Ｐｅａｋ（ＣＯ）×０．０１３８２＋Ｃ（ＣＯ）／Ｐｅａｋ（ＣＯ）×−１７０１．５＋Ｃ（ＣＯ）×−１２．１４＋Ｃ（ＰＶ）×−３３．２７＋Ｌｏｇ１／ｅ２（ＰＶ）×−１４５．６＋Ｃ（ＰＶ）×Ｌｏｇ１／ｅ２（ＰＶ）×２３２.２＋Ｃ（ＰＶ）／Ｌｏｇ１／ｅ２（ＰＶ）×０．６７９１＋１／ｅ（ＳＤ）×−１１８．０＋Ｐｅａｋ（ＰＶ）×−０．００８８１８＋Ｐｅａｋ（ＣＯ）×−０．０１０３６＋Ｐｅａｋ（ＰＡ）×０．０１２５４＋（Ｃ（ＰＡ）−１．３）２／Ｐｅａｋ（ＰＡ）×３７２３．０＋５１．７２
（式中、Ｉ／ｅ（ＰＡ）はＰＡの１／ｅとなる傾き、Ｌｏｇ１／ｅ（ＰＡ）はＰＡのＩ／ｅとなる傾きの対数換算値、Ｃ（ＰＡ）はＰＡのパラメータＣ、Ｌｏｇ１／ｅ２（ＰＡ）はＰＡのＩ／ｅ２となる傾きの対数換算値、Ｐｅａｋ（ＰＡ）はＰＡのピーク値、Ｃ（ＣＯ）はＣＯのパラメータＣ、Ｌｏｇ１／ｅ（ＣＯ）はＣＯの１／ｅとなる傾き、Ｐｅａｋ（ＣＯ）はＣＯのピーク値、Ｃ（ＰＶ）はＰＡのパラメータＣ、Ｌｏｇ１／ｅ２（ＰＶ）はＰＶのＩ／ｅ２となる傾きの対数換算値、１／ｅ（ＳＤ）はＳＤの１／ｅとなる傾き、Ｐｅａｌ（ＰＶ）はＰＶのピーク値である。）
【００５５】
そして、予測ΔＶｔｈと実測ΔＶｔｈとの相関の程度を示すＲ２値を求めると、０．３３０であり、より相関が高まっている。
【００５６】
このように、酸化物半導体薄膜を成膜し、複数の工程でμ−ＰＣＤ法により得られるパラメータを用いることにより、実測ΔＶｔｈとの相関が高まることがわかる。そこで、各工程でのパラメータを説明変数とし、実測ΔＶｔｈを目的変数とする重回帰分析で回帰式を求めておき、新たな酸化物半導体薄膜について、各工程を模した条件でμ−ＰＣＤ法による測定を行い、回帰式と同種のパラメータを用いることにより、新たな酸化物半導体薄膜でＴＦＴを作製したときのＴＦＴのΔＶｔｈを精度良く予測することができる。
【符号の説明】
【００５７】
２０ａ  ガラス基板
２０ｂ  酸化物半導体薄膜
４２  ゲート電極
４３  ゲート絶縁膜
４５  エッチストップ層、又は保護膜
４６ａ  ソース電極
４６ｂ  ドレイン電極
４７  最終保護膜
４８  コンタクトホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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