氧化物半导体薄膜表面具有保护膜的层叠体的品质评价方法及该半导体薄膜的品质管理方法

摘要

提供一种在具有形成于氧化物半导体薄膜的表面的保护膜的TFT中，对于起因于氧化物半导体薄膜和保护膜的界面态的缺陷，不用实际测量其特性而简便评价的方法。本发明的评价方法，通过接触式方法或非接触式方法测量氧化物半导体薄膜的电子态，从而评价起因于上述界面态的缺陷。起因于上述界面态的缺陷，为下述(1)～(3)的某一个。(1)向薄膜晶体管外加正偏压时的阈值电压V

说明书

技术领域

本发明涉及用于液晶显示器和有机EL显示器等的显示装置的薄膜晶体管(TFT：thin－film transistor)的沟道层中所利用的具有半导体特性的氧化物(以下，称为“氧化物半导体薄膜”)的表面具有保护膜的层叠体的品质评价方法、和氧化物半导体薄膜的品质管理方法。详细地说，是涉及对于氧化物半导体薄膜、和形成于该氧化物半导体薄膜的表面的保护膜的因界面态引起的缺陷，进行接触或非接触性判定·评价的方法。

背景技术

非晶质氧化物半导体薄膜历来与用于薄膜晶体管的非晶硅(a－Si)相比，具有高载流子迁移率，即具有高电子迁移率，光学带隙大，能够以低温成膜。因此，氧化物半导体薄膜可期待应用于大型·高分辨率·要求高速驱动的划时代显示器、在耐热性低的树脂基板上制作的透明显示器·可挠式显示器。

氧化物半导体薄膜之中，特别是由铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)和氧构成的非晶氧化物半导体薄膜(a－In－Ga－Zn－O，以下有称为“a-IGZO”或仅称为“IGZO”的情况。)，因为具有高载流子迁移率，所以优选使用。例如在非专利文献1中，公开的是将In:Ga:Zn＝1.1:1.1:0.9(原子％比)的氧化物半导体薄膜用于TFT的半导体层(活性层)。另外，专利文献1中公开有一种非晶氧化物半导体，其含有In、Zn、Sn、Ga等的元素和Mo，Mo的原子数相对于非晶氧化物半导体中的全部金属的原子数的比率为0.1～5原子％，在实施例中公开有一种TFT，其使用了在IGZO中添加有Mo的活性层。

但是，可知氧化物半导体薄膜，其特性会因成膜工序和其后的热处理而发生变化。例如，由于成膜工序中发生的晶格缺陷和膜中的氢等的杂质而产生的缺陷能级，导致支配TFT特性的载流子浓度大幅变化，TFT特性容易产生偏差。因此，在显示装置等的制造工序中，会评价氧化物半导体薄膜的特性，并反馈其结果而调整制造条件，进行膜质的品质管理，这从生产率提高的观点来说很重要。

另外报导有，在使用了氧化物半导体的TFT中，根据上述氧化物半导体的成膜工序及其后的热处理以外的工序所实施的处理条件不同，TFT特性会产生巨大差异。例如在非专利文献2中公开，由于上述TFT所用的栅极绝缘膜的种类不同，导致氧化物半导体薄膜在退火之后，该氧化物半导体的膜中的电子态发生变化，其结果是，对TFT的特性造成重大的影响。另外，在非专利文献3中详细报导，根据形成于氧化物半导体薄膜的表面的保护膜的种类不同，可严重影响TFT特性。

那么，在使用了氧化物半导体薄膜的TFT中，作为晶体管特性来说，不仅要求基本的迁移率，而且还要求抗应力性优异。所谓抗应力性，就是即使对于晶体管等的半导体元件，施加例如持续照射光，或持续外加栅极电压等的应力，其特性也不发生变化，仍维持良好的特性的意思。

作为抗应力性所对应的一个要件，可列举在漏电流－栅极电压特性(以下，称为“I－V特性”)中，阈值电压(以下，称为“V_th”)不发生漂移，即，应力外加前后的V_th的变化量(以下，称为“ΔV_th”)小。例如，在有机EL显示器中，使有机EL元件发光期间，因为会对于驱动TFT的栅电极持续外加正电压(以下，称为“正偏压”)，所以V_th变化，开关特性变化成为问题。

除上述以外，作为抗应力性，还需要初始重复性优异。所谓初始重复性，就是在制造TFT之后，多次测量I－V特性时，由最初的测量所得到的I－V特性计算出的V_th，与由多次测量后所得到的I－V特性计算出的V_th之差，该差(以下，称为“V_th的漂移”)越小越好。

此外作为抗应力性，还需要TFT的V_th被抑制在适当的范围内。若V_th的值取负值，则没有外加栅极电压时电流流通，因此耗电增加。另一方面，若V_th的正值过大，则TFT的工作产生向栅极外加大的电压需要。

如此在使用TFT时，若由于电压外加形成的应力导致开关特性变化，则招致液晶显示器和有机EL显示器等的显示装置自身的可靠性降低。因此，期盼抗应力性的提高，特别是正偏压外加后的抗应力性的提高。

关于上述抗应力性的评价，通常存在如下问题，在氧化物半导体薄膜上形成栅极绝缘膜和钝化绝缘膜，进行装电极而制作TFT后，必须实际进行长时间的应力条件下的测量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－164393号公报

专利文献2：日本特开2012－33857号公报

非专利文献

非专利文献1：Nature，VOL432，P488(2004)

非专利文献2：Journal of Applied Physics Vol.112，114515(2012)

非专利文献3：Proceedings of IDW，587(2011)

发明内容

本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种针对因氧化物半导体薄膜和保护膜的界面态引起的缺陷，具体来说，就是对TFT外加正偏压的应力时的抗应力性，不用实际测量这些特性而简便加以评价的方法，和氧化物半导体薄膜的品质管理方法。

能够解决上述课题的本发明的品质评价方法，是在氧化物半导体薄膜的表面具有保护膜的层叠体的品质评价方法，其具有的要旨在于，通过接触式方法或非接触式方法测量所述氧化物半导体薄膜的电子态，评价因所述氧化物半导体薄膜和所述保护膜的界面态引起的缺陷。

在本发明中，也优选氧化物半导体薄膜的电子态，基于氧化物半导体薄膜的电阻率测量，另外在优选的实施方式中，上述电阻率是片电阻或比电阻。

在本发明的优选的实施方式中，起因于所述界面态的缺陷，是下述(1)～(3)中的任意。

(1)薄膜晶体管的阈值电压V_th

(2)对薄膜晶体管外加正偏压时，外加前后的阈值电压的差ΔV_th

(3)多次测量薄膜晶体管的阈值电压时，第一次测量时的阈值电压与多次测量后的阈值电压的差

在本发明的优选的实施方式中，上述氧化物半导体薄膜含有从In、Ga、Zn和Sn所构成的群中选择的至少一种以上的元素。

在本发明的优选的实施方式中，上述层叠体的氧化物半导体薄膜，在形成于所述基板上的绝缘膜的表面成膜。

在本发明的优选的实施方式中，使用与形成于氧化物半导体薄膜的表面的保护膜的两侧接触的方式具有第一电极和第二电极的层叠体，评价起因于所述界面态的缺陷。

在本发明的优选的实施方式中，通过接触式方法测量起因于上述界面态的缺陷时，在上述氧化物半导体薄膜的表面设置电极，基于测量的电流值或电压进行评价。

在本发明的优选的实施方式中，通过非接触式方法测量上述起因于界面态的缺陷时，包括如下工序：第一工序，其对于上述层叠体照射激发光和微波，测量因所述激发光的照射而变化的所述微波来自所述氧化物半导体薄膜的反射波的最大值之后，停止所述激发光的照射，并测量所述激发光的照射停止后的所述微波来自所述氧化物半导体薄膜的反射波的反射率的时间上的变化；第二工序，其根据所述反射率的时间上的变化，计算激发光的照射停止后所见的缓慢衰减所对应的参数，评价所述氧化物半导体薄膜的电子态。

在本发明的优选的实施方式中，上述第二工序中，根据所述反射率的时间上的变化，计算激发光的照射停止后0.1～10μs内可见的缓慢衰减所对应的参数，评价所述氧化物半导体薄膜的电阻率。

另外，能够解决上述课题的本发明的氧化物半导体薄膜的品质管理方法，其要旨在于，在半导体制造工序的任意一道工序中，适用上述氧化物半导体薄膜的评价方法。

根据本发明，通过以接触式方法、或非接触式方法测量氧化物半导体薄膜的电子态，能够评价·预测·测量由于氧化物半导体薄膜与保护膜的界面缺陷引起的不良。即，如果使用本发明的评价方法，则不需要实际测量作为TFT特性的阈值电压的漂移量、初始重复性、和阈值电压的绝对值等的抗应力性。

另外，通过将本发明的评价方法应用于半导体制造工序的任意一道工序，可以在TFT的制造过程途中进行氧化物半导体薄膜的品质管理。

附图说明

图1是表示微波衰减波形的一例的图。

图2是表示实施例所用的氧化物半导体TFT的构造的概略图。

图3是表示本发明所用的评价元件的结构的一例的概略图。

图4是表示本发明所用的评价元件另一结构的一例的概略图。

图5是表示本发明所用的评价元件的另一结构的一例的概略图。

图6是表示本发明所用的评价元件的另一结构的一例的概略图。

图7表示本发明所用的评价元件的排列结构的一例的评价用基板的概略图。

图8是表示实施例1的ΔV_th与电阻的关系的图解。

图9是表示实施例1的ΔV_th与重复扫描的阈值漂移量的关系的图解。

图10是表示实施例1的ΔV_th与静态特性中的阈值电压的绝对值的关系的图解。

图11是表示实施例2的I－V特性的结果的图解。

图12是表示实施例2的SiH₄/N₂O的流量比与ΔV_th的关系的图解。

图13A的上图是表示实施例2的应力外加时间与ΔV_th的关系的图解。

图13B的下图是表示实施例2的SiH₄/N₂O的流量比，与结构倾斜度B的A值、n值的关系的图解。

图14是表示实施例2的SiH₄/N₂O的流量比与片电阻的关系的图解。

图15是表示实施例2的V_th与倾斜度B值的关系的图解。

图16是表示本发明所用的评价装置的一例的概略说明图。

具体实施方式

本发明者们为了达成上述目的，进行了锐意研究。其结果可知，对于在基板上具有栅极绝缘膜等的绝缘膜、氧化物半导体薄膜、形成于所述氧化物半导体薄膜的表面的保护膜、和源电极·漏电极等的第一电极、第二电极的TFT施加正偏压的应力时所产生的阈值电压的漂移量Δ_Vh的增大，是由于在氧化物半导体薄膜与形成于其上部的保护膜的界面存在的界面态的缺陷而发生的。在本发明中，所谓TFT，是指至少具有上述结构，优选具有用于液晶显示器等的各种显示装置的TFT所需要的结构。

此外，上述界面态的缺陷在氧化物半导体薄膜引起能带弯曲，其结果可知，该氧化物半导体薄膜的表观阻抗，即电子态变化。具体来说，正偏压外加后发生的ΔV_th的增大，判明与氧化物半导体的电阻率具有良好的相关关系。还有，作为上述电阻率，可列举片电阻(Ω·cm/□)或比电阻(Ω·cm)。比电阻是片电阻乘以膜厚。

因此可知，在评价正偏压外加后发生的ΔV_th的大小时，即使不实施实际制造TFT而外加正偏压的应力试验而测量ΔV_th，而仅仅测量在氧化物半导体薄膜的表面具有保护膜的层叠体的电子态，特别是只测量电阻率，就能够简便地对其加以评价。另外，因为ΔV_th与初始重复性和阈值电压的绝对值密切相关，所以结果上判明，如果测量氧化物半导体薄膜的电子态，特别是电阻率，则能够评价伴随正偏压外加而来的作为抗应力性的指标的下述(1)～(3)中的全部。

(1)薄膜晶体管的阈值电压V_th

(2)向薄膜晶体管外加正偏压时，外加前后的阈值电压的差ΔV_th

(3)多次测量薄膜晶体管的阈值电压时，第一次测量时的阈值。

此外根据本发明者们的研究结果还发现，在测量上述电阻率时，例如可以通过四端子法和四探针法等基于公知的接触式方法的测量机构直接测量，但基于后述的μ－PCD法这样的非接触式方法，则能够非破坏性的且以非接触方式间接地进行测量。

此外，根据本发明者们的研究结果发现，在测量上述电阻率时，也可以使用与TFT具有同样的截面构造的层叠体代替实际制造TFT来进行测量。具体来说，可例示如下层叠体：在基板上，具有氧化物半导体薄膜、形成于该氧化物半导体薄膜的表面的保护膜的层叠体；优选以与所述保护膜的两侧接触的方式而具有第一电极和第二电极的层叠体；更优选在所述任意一个层叠体中，氧化物半导体薄膜成膜于基板上所形成的绝缘膜的表面的层叠体。而后，与上述同样测量层叠体的氧化物半导体薄膜的电阻率，也可达成预期的目的，从而完成了本发明。

例如上述(2)所述的，在正偏压外加时发生的阈值电压的漂移，如前述会在氧化物半导体薄膜，与用于直接保护该氧化物半导体薄膜的表面的蚀刻停止层(以下，称为“ESL”)等保护膜的界面发生，测量该氧化物半导体薄膜的电阻率即可。具体来说，也可以使用具有上述构成要件的TFT测量电阻率。上述TFT，可以在氧化物半导体薄膜的表面只具有ESL，也可以在ESL之上还具有保护ESL整体的保护膜。另外没有ESL时，也可以在氧化物半导体薄膜的表面具有最终保护膜。TFT的构造不受上述例示限定，也可以具有各种液晶显示装置所要求的结构。或者也可以具有与TFT类似的截面构造。

还有，在两种以上的试料中评价起因于界面态的缺陷的优劣时，截止到氧化物半导体薄膜成膜的一系列的制造条件为相同条件。例如，与TFT具有类似的截面构造的层叠体的情况下，在基板上成膜氧化物半导体薄膜时的制造条件，包括膜的种类、热处理工序在内全部为相同条件。或者，在制造TFT，在基板上成膜栅电极等的电极、栅极绝缘膜等的绝缘膜、氧化物半导体薄膜时的成膜条件，包括膜的种类、热处理工序在内全部为相同的条件。

上述界面缺陷与氧化物半导体薄膜中的缺陷(以下，称为“膜中缺陷”)不同。即，本发明者们研究的结果是，作为显示装置的亮度不均的原因，起因于外加正偏压时的阈值电压的漂移，是界面缺陷造成的影响。另一方面，作为显示装置的褪色和显示不良的原因，则起因于光照射和负偏压(以下，称为“负偏压应力”)造成的阈值电压的漂移，是膜中缺陷造成的影响。因此两者在氧化物半导体薄膜中的缺陷的位置，及由此带来的不良位置不同。因此如上述这样使氧化物半导体薄膜的成膜条件为相同的条件，膜中缺陷也处于相同的状态，从而能够评价起因于界面态的缺陷的优劣。

首先，对于通过接触式方法，直接测量表示氧化物半导体薄膜的电子态的变化的电阻率的情况进行说明。

通过接触式方法测量氧化物半导体薄膜的电阻率时，在氧化物半导体薄膜的表面设置电极，测量电流值或电压即可。例如，简便的做法是，在氧化物半导体薄膜之上形成欧姆电极，测量其两点间的电阻。具体来说，例如外加1V的电压，测量流通在电极间的电流值即可。

另外，例如4端子法是形成两对欧姆电极而测量电阻率的方法。在该方法中，能够在形成于氧化物半导体薄膜之上的一对电极间流通电流，测量与上述电极不同的一对电极间的电压。

或者，也可以利用四探针法代替上述四端子法来测量电阻率。由四探针法测量电阻率的方法，也可以应用例如由JIS H602等经标准化的测量方法。

还有，以四探针法测量电阻率时，若表面被保护膜等覆盖则不能进行测量。为此，如果只在探针与氧化物半导体表面接触的地方除去保护膜，使氧化物半导体薄膜的表面与探针处于可接触的状态，则能够用四探针法测量电阻率。

另外，作为在氧化物半导体薄膜之上不形成电极的接触式方法，可列举双环电极法等的测量方法。在该测量方法中，使测量探针与氧化物半导体薄膜的表面直接接触，在探针的电极间流通电流，从而能够求得电阻率。因此双环电极法与需要带电极的四端子法和四探针法相比更简易，且低成本，故优选。

其次，对于由非接触式方法测量氧化物半导体薄膜的电子态的方法进行说明。所谓非接触式方法，是指不使阻抗测量端子与氧化物半导体薄膜接触而测量电子态的方法。电子态也可以通过非接触式方法，非破坏性的且非接触间接地测量电阻率。作为非接触式方法，可例示例如μ－PCD法。μ－PCD法的情况下，与上述接触式方法不同，不能直接测量电阻率。但是如后述，因为μ－PCD法的测量值与电阻率具有相关关系，所以能够间接性地评价电阻率。

通过非接触式方法间接性地测量氧化物半导体薄膜的电阻率时，包括如下工序：第一工序，其对于在氧化物半导体薄膜的表面具有保护膜的层叠体照射激发光和微波，并测量因所述激发光的照射而变化的所述微波来自所述氧化物半导体薄膜的反射波的最大值之后，停止所述激发光的照射，测量所述激发光的照射停止后的所述微波来自所述氧化物半导体薄膜的反射波的反射率的时间上的变化；第二工序，其根据所述反射率的时间上的变化，计算激发光的照射停止后可见到的缓慢衰减所对应的参数，评价所述氧化物半导体薄膜的电子态。

即，本发明利用了专利文献2所述的微波光电导衰退法(以下，称为“μ－PCD法”)。具体来说，本发明具有的特征在于，由专利文献2的方法获得的微波的衰减之中，激发光的照射停止后1μs左右可见的缓慢的微波衰减波形，即微波衰减的程度与氧化物半导体薄膜的正偏压的应力外加试验(以下，有称为“正偏压应力外加试验”的情况。)后的抗应力性等具有密切的相关关系，发现将抗应力性作为非接触型中，能够正确且简便评价·预测·测量的指标极其有用。

在本说明书中，作为上述“激发光的照射停止后1μs左右可见的缓慢衰减所对应的参数”，例如，可列举如下：微波反射强度至最大值的1/e²的时间；将微波反射强度从最大值的1/e到最大值的1/e²的反射波强度的衰减曲线进行对数转换的倾斜度，或该倾斜度的倒数的绝对值；激发光的照射停止后1μs～2μs左右的反射波强度的衰减曲线的倾斜度，或该倾斜度的倒数的绝对值；激发光的照射停止后1μs左右可见的微波的反射波强度；以2个指数函数之和表示微波的反射波的衰减时，所得到的经对数转换的倾斜度之中的较长的值，或该倾斜度的倒数的绝对值等。例如可列举作为倾斜度而后述的实施例2中记述的由式(1)的幂的关系式表示的B值。在此，上述所谓“以2个指数函数之和表示微波的反射波的衰减时，所得到的经对数转换的倾斜度”，例如意思是下式(1)所述的τ₁，下式(2)所述的τ₂。

[数学式1]

n₁exp(-t/τ₁)+n₂exp(-t/τ₂)(1)

[数学式2]

n₁exp(-t/τ₁)+n₂exp(-t/τ₂)^β(2)

上述参数之中，优选的是某一范围内的微波反射波强度的衰减曲线经对数转换的倾斜度，或该倾斜度的倒数的绝对值。特别优选的参数，是从最大值的1/e至最大值的1/e²的反射波强度的衰减曲线经对数转换的倾斜度，或该倾斜度的倒数的绝对值，以及从1μs附近至2μs附近的反射波强度的衰减曲线经对数转换的倾斜度，或该倾斜度的倒数的绝对值。

在此，上述参数中的所谓“1μs左右”，并没有严格限定为1μs的意图，其意思也包含激发光照射停止后的反射率衰减缓慢，即，倾斜度变小之后的微波反射率的范围。因此，明确地规定上述时间有困难，不过，例如作为代表可列举0.5μs～1μs、0.5μs～1.5μs、1μs～2μs等。

关于上述“缓慢衰减”，使用图1，更详细地加以说明。图1是表示μ－PCD法中的过剩载流子的发生和消失的情况的图。图1的纵轴对应微波的反射率。可知若对上述层叠体照射激发光，则激发光被氧化物半导体薄膜吸收而生成过剩载流子，即生成激发载流子。这时，过剩载流子密度增加，并且其消失速度也增长，但载流子注入速度和消失速度相等时，过剩载流子密度为一定的峰值。而且若该过剩载流子的生成与消失的速度相等，则饱和而维持一定的值。若以此状态停止激发光的照射，则由于过剩载流子的复合、消失，导致过剩载流子减少，最终回归激发光照射前的值。

如图1所示，微波的来自氧化物半导体薄膜的反射波的反射率，先显示最大值，但若停止激发光的照射，则同时急速衰减。其后，可见持有某一固定的倾斜度的衰减，大致与该倾斜度在上述“激发光的照射停止后可见的缓慢衰减所对应的参数”对应。该衰减受到膜中和界面的缺陷影响。

具体来说，作为上述倾斜度，例如，可列举上述范围的时间与作为反射波强度的反射率的倾斜度，对于上述范围的时间经对数转换的值，反射波强度经对数转换的值的倾斜度等。在后述的实施例2中，使用式(1)中的B值。还有，如前述，在该倾斜度中，也包含激发光照射停止后的反射率衰减变慢时的倾斜度。

以下，详细地说明上述评价方法。在本发明中，作为能够利用上述μ－PCD法进行上述测量的装置，例如，可列举之后详述的图16所示的装置、专利文献2的图1所示的寿命测量装置。专利文献2的装置的说明，因为专利文献2有所详述，所以参照该文献即可。但是，用于本发明的装置不限定于此。

首先，准备形成有氧化物半导体薄膜的试料。用于本发明的试料，是在基板上具有氧化物半导体薄膜和具有形成于该氧化物半导体薄膜的表面的保护膜的层叠体，能够使用具有上述各种构成的层叠体。

作为上述氧化物半导体薄膜，优先使用含有从In、Ga、Zn和Sn所构成的群中选择的至少一种以上的元素的非晶质的氧化物半导体薄膜。这些元素可以单独含有，也可以两种以上并用。具体来说，例如可列举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。

上述氧化物半导体薄膜的厚度，例如，优选数十nm～500nm左右。关于上述厚度的上限，更优选为200nm以下，进一步优选为100nm以下。另外，关于上述厚度的下限，更优选为10nm以上，进一步优选为30nm以上。

上述基板，能够使用本发明的技术领域通常所用的各种基板。例如，厚度0.7mm左右，大小被称为第一代～第十代的数十cm²至高于数m²的液晶显示装置用的玻璃基板等。

上述保护膜(以下，称为“钝化绝缘膜”)中，包含用于直接保护氧化物半导体薄膜的表面的保护膜(以下，称为“蚀刻停止层”或“ESL”)，和用于进一步保护该保护膜的表面的保护膜(以下，称为“最终保护膜”)这两方。

对于这样的层叠体，照射激发光和微波。

若照射向上述层叠体照射的激发光，则如上述这样，生成的过剩载流子的密度增加，显示出一定的峰值，并且由于激发光的照射停止，过剩载流子停止而回归激发光照射前的值。

在本发明中，之所以通过分析过剩载流子密度的变化，能够判定氧化物半导体薄膜的载流子浓度，并能够评价电子态，进而能够评价电阻率，即片电阻或比电阻，考虑是基于以下这样的理由。

照射到上述层叠体上的微波，被存在于氧化物半导体薄膜中的载流子形成的等离子体振荡反射。其反射率依存于氧化物半导体薄膜中的载流子密度。但是，在稳定状态的氧化物半导体薄膜中，不存在能够在实用上观测微波反射水平的载流子数。可是，若照射激发光，则膜中生成过剩载流子，由于该过剩载流子的等离子体振荡导致微波的反射率增加。另一方面，由于激发光的照射停止，随着过剩载流子数减少，微波的反射率也减少。

一般来说，硅半导体等的载流子，由于在能带中存在于导带下部的浅施主能级而发生。这时的能级，在导带下，为数十meV左右，在室温附近大部分活化。另一方面，可知稳定状态下的氧化物半导体薄膜中的载流子，同样，起因于能带中存在于导带下部的浅施主能级，但在氧化物半导体中，其级别为0.1～0.2eV左右，比较深。因此，由激发光的照射而生成的过剩载流子，除了被激发的空穴与电子复合的情况以外，也有先被该施主能级捕获而再放出的敢问。该捕获和再放出的比例，依存于在能带中存在于导带下部的浅施主能级的量。因此，对于由激发光的照射而生成的过剩载流子，通过追踪激发光停止后观测到的消失过程，能够分析施主能级的大小的影响。还有，氧化物半导体薄膜的比电阻，由电荷和自由电子迁移率的积表示，但如果构成该氧化物半导体薄膜的金属元素的组成相同，则氧化物半导体薄膜的迁移率变化不大。例如，a－IGZO的迁移率约10cm²/VS左右。因此，在μ－PCD法中观测的微波的反射率的变化，即，过剩载流子密度的变化，与载流子浓度和电阻率，大致相关。

还有，在氧化物半导体这样的非晶质的半导体材料中，例如，像非晶硅、IGZO等这样在导带～施主能级之间具有连续的能级。这种情况下，在μ－PCD法中观测的载流子的消失过程，能够理解为使各能级间的各个载流子跃迁行为重合。其结果是，衰减过程与一个能级间的跃迁比较，将跨越一定程度的长时间范围而被观测到。另外，这时的时间依存性，对于时间具有幂的关系。

因此，前述第一工序之后，通过计算大致跨越0.1～10μs的范围的时间范围内可见的缓慢衰减所对应的参数，能够判定氧化物半导体薄膜的载流子密度。基于此结果，能够评价片电阻、比电阻等的电阻率。

以上，对于通过μ－PCD法，以非接触式方法测量本发明的氧化物半导体薄膜的电子态，特别是电阻率的方法进行了详述。

本发明中，也包括根据上述的评价方法，将对于氧化物半导体薄膜和保护膜的界面态引起的缺陷进行评价的方法，适用于半导体制造工序的任意一道工序而进行氧化物半导体薄膜的品质管理的方法。

通过将上述的评价方法，适用于对上述界面态造成影响的制造工序的任意一道工序，则能够反馈氧化物半导体薄膜的电子态，即电阻率的评价结果，从而调整制造条件等，以便进行膜质的管理，因此能够恰当地进行氧化物半导体的品质管理。

特别是在本发明中，在所得到的氧化物半导体薄膜之上形成保护膜时，或者其后进行热处理(以下，称为“后期退火”)等情况下，优选应用本发明的评价方法。

如果使用本发明的评价方法，则在氧化物半导体薄膜的材料开发阶段，能够简易地短时间且低成本评价氧化物半导体薄膜的抗应力性。另外如果使用本发明的评价方法，在液晶显示装置等的制造线上，能够在线短时间评价氧化物半导体薄膜的电气特性。此外根据μ－PCD法则能够以非接触型进行，因此成品率提高等，能够提高生产率，能够适当地进行氧化物半导体的品质管理。

在本发明中，上述任意一项所述的评价方法都能够使用下述评价元件。上述评价元件，在基板之上具有氧化物半导体薄膜以及在该氧化物半导体薄膜之上具有保护膜。

具体来说，例如，可列举下述(a)或(b)的评价元件。

(a)在基板的表面直接形成有氧化物半导体薄膜，在该氧化物半导体薄膜的表面形成有例如图5所述的蚀刻停止层45、图4所述的最终保护膜47等的保护膜的评价元件

(b)在栅极绝缘膜等的绝缘膜的表面直接形成有氧化物半导体薄膜，在该氧化物半导体薄膜的表面形成有例如图5所述的蚀刻停止层45和图4所述的最终保护膜47等的保护膜的评价元件。还有，在本发明中作为绝缘膜，以栅极绝缘膜作为代表例进行说明，但只要形成于基板与氧化物半导体薄膜之间即可，不限定于栅极绝缘膜。

在上述评价元件中，如上述(a)或上述(b)所述，重要的是在基板或栅极绝缘膜的表面直接形成氧化物半导体薄膜。即，在氧化物半导体薄膜的正下方不存在例如栅电极等的金属电极。这是由于若在氧化物半导体薄膜的正下方存在栅电极等，则作为栅电极的自由载流子的电子多达10¹⁸cm^-3以上，在此对于所述微波的反射率，该栅电极的影响处于优势。

用于本发明的评价元件的结构的一例显示在图3～6中。如图3～6所示，在氧化物半导体薄膜的正下方没有设置金属电极。

图3中，在玻璃基板等的基板20a上，按顺序形成有栅极绝缘膜43、图案化的氧化物半导体薄膜20b、和图案化的作为保护膜的蚀刻停止层45。

图4中，在基板20a上，按顺序形成有栅极绝缘膜43、图案化的氧化物半导体薄膜20b、图案化的蚀刻停止层45、最终保护膜47。

图5中，在基板20a上，按顺序形成有栅极绝缘膜43、氧化物半导体薄膜20b、和蚀刻停止层45。

图6中，在基板20a上按顺序形成有氧化物半导体薄膜20b，和蚀刻停止层45。

此外在本发明中，也能够使用在基板上配置有多个上述任意一项所述的评价元件的评价用基板。

图7是表示评价用基板的构成的一例的概略图。如图7所示，在量产线所用的玻璃基板等的母玻璃51上，规则地排列设置有显示器50和多个评价元件49。通过使用这样的评价用基板，能够进行氧化物半导体薄膜的品质管理，具体来说就是能够测量基板面内分布即面内的电阻率的偏差、和基板间分布即基板间的电阻率的偏差。

以下，使用附图对于本发明所用的评价装置的实施方式详细地进行说明。但是，上述评价装置不受以下的结构限定，也可以适宜加以变更。

图16是表示上述氧化物半导体薄膜的评价方法所用装置的结构的一例的概略图。图16所示的评价装置具备如下机构：对于在基板20a上形成有氧化物半导体薄膜20b的试料20的测量部位照射激发光，在氧化物半导体薄膜中生成电子－空穴对的激发光照射机构1；对于该试料20的测量部位照射微波的微波照射机构3；检测因激发光的照射而变化的微波来自试料20的反射微波的强度的反射微波强度检测机构7；所述反射微波强度检测机构的检测数据评价试料20的电阻率的机构，利用该结构，以相同的装置便能够间接性地测量·评价反射率的变化和电阻率。

激发光照射机构1，具有输出照射向试料20的激发光的光源，通过激发光的照射，使氧化物半导体薄膜中生成电子－空穴对。优选具有输出氧化物半导体薄膜的带隙以上的能量的光源。通过输出氧化物半导体薄膜的带隙以上的能量，能够高效率地使载流子发生，以高灵敏度进行测量，因此优选。作为激发光照射机构1，例如光源使用紫外线激光器即可。具体来说，有将波长349nm，功率1μJ/pulse，脉冲宽度15ns左右，射束直径1.5mm左右的脉冲状的紫外光，例如YF激光三次谐波等作为激发光出射的脉冲激光器等的半导体激光器等。

另外，激发光照射机构1触发从评价机构9传送(图中，虚线)的定时信号的输入而输出作为激发光的脉冲光。还有，定时信号同时也对于信号处理装置8传送。另外从激发光照射机构1输出的激发光，能够由输出功率调节用功率监视器16a和输出功率调节机构16b调整输出功率。

从激发光照射机构1输出的激发光，被镜子等的光程变更机构(以下，称为“反射镜”)12反射，并且被未图示的聚光透镜等的聚光机构(以下，称为“聚光透镜”)聚集，通过设于第一导波管6a的微孔6c，并通过该第一导波管6a的接近试料20的端部(孔部6d)，对于试料20的例如直径5～10μm左右的测量部位进行照射。如此，反射镜12和聚光透镜，聚集从激发光照射机构1输出的激发光而引导向试料20的测量部位。由此，在作为试料20的测量部位的微小的激发光照射区域21，激发载流子发生。

微波照射机构3是输出照射到试料20的测量部位的微波的机构。该微波照射机构3，例如可列举频率26GHz的耿氏二极管等的微波震荡器。

定向耦合器4将从微波照射机构3输出的微波一分为二。分支后的一方的输出波(以下，称为第一微波Op1)被传送向万向(magic)T(5)侧，另一方的输出波(以下，称为第二微波Op2)被传送到相位调节器4a、反射微波强度检测机构7的LO输入端。该定向耦合器4，例如采用10dB耦合器等。

万向T(5)将第一微波Op1一分为二，并且输出2个分支的第一微波分别对于试料20的反射波各自的信号差Rt1(以下，称为“反射波信号差”)以及和信号。

被万向T(5)一分为二的微波Op1的一方(以下，称为“第一主微波Op11”)，通过连接于该万向T(5)的第一导波管6a，被引导至包含试料20的激发部在内的测量部位而从其前端的孔部6d放射。由此，第一主微波Op11被照射到试料20的测量部位。此外第一导波管6a，除了作为放射所述第一主微波Op11的天线(以下，称为“导波管天线”)这一功能以外，还承担着以其前端的孔部6d捕捉照射到测量部位的第一主微波Op11的反射波，并将其折返引导至万向T(5)的功能。

另一方面，被万向T(5)一分为二的第一微波Op1的另一方(以下，称为“第一副微波Op12”)，通过连接于万向T(5)的第二导波管6b，被引导至试料20a的测量部位的邻域，但是不包括激发光形成的激发部这部分而从其前端的孔部6e放射。由此，第一副微波Op12照射到试料20a的测量部位的邻域。此外，第二导波管6b除了作为放射第一副微波Op12的导波管天线的功能以外，还承担着以其前端的孔部6e捕捉照射到测量部位的邻域的第一副微波Op12的反射波，并将之折返引导至万向T(5)的功能。在此，第一导波管6a引导微波的路径长度，与第二导波管6b引导微波的路径长度相等。

另外，被第一导波管6a和第二导波管6b引导至万向T(5)的2个反射波，即，分支后的第一微波Op11、Op12分别反射到试料20而得的信号差，即反射波信号差Rt1，由该万向T(5)输出，传送至反射微波强度检测机构7的RF输入端。

反射微波强度检测机构7，通过混合第二微波Op2和反射波信号差Rt1而输出检测波信号Sg1。该检波信号Sg1是表示反射波信号差Rt1的强度，例如照射到试料20的第一微波Op1的反射波的强度的一例的信号，被信号处理装置8接收。反射波信号差Rt1通过对于由基板保持部保持在规定位置的试料20照射激发光，到使其强度变化。如此，反射微波强度检测机构7，检测反射波信号差Rt1的强度，作为该反射微波强度检测机构7，也可以设置混频器和输入微波而输出其强度所对应的电信号，即输出电流和电压的微波检测器(以下，称为“检波器”)。

由反射微波强度检测机构7检测到的反射波信号差Rt1的强度，通过对于试料20的测量部位照射激发光而变化。具体来说，反射波信号差Rt1的强度，经由激发光的照射而暂时性地变强之后衰减。另外在测量部位杂质和缺陷等越多，反射波信号差Rt1的强度的峰值越小，其衰减时间，即载流子寿命也越短。

在此，关于因激发光的照射而变化的反射波信号差Rt1的强度，由于其峰值发生，所以激发光照射停止后可见的缓慢衰减所对应的参数作为评价试料20的电子态，即电阻率的指标。

信号处理装置8是检测由反射微波强度检测机构7检测到的反射波信号差Rt1的强度的变化的峰值Sp，并将其检测结果传送至评价机构9的装置。更具体地说，信号处理装置8是触发来自评价机构9的定时信号的输入，而在规定时间监视反射波信号差Rt1的变化，检测其间所得到的反射波信号差Rt1的水平的最高值而作为反射波信号差Rt1的强度的变化的峰值Sp。在此，信号处理装置8具备对于反射波信号差Rt1实施延迟处理的延迟电路，对于延迟处理后的信号，以规定的采样频率依次检测信号强度，根据其检测值的变化检测反射波信号差Rt1的强度的变化的峰值Sp。

作为评价机构9，能够使用具备CPU、存储部、输入输出信号的界面等的计算机，CPU通过运行规定的程序而实行各种的处理。

例如，评价机构9对于激发光照射机构1和信号处理装置8输出表示激发光的输出时序的定时信号，并且接收由信号处理装置8检测到的反射波信号差Rt1的峰值Sp而存储到该评价机构9具备的存储部。所存储的反射波信号差Rt1(检测数据)，被用于试料20的电子态，即，电阻率的评价。

另外平台控制器(ステージコントローラ)10，遵循来自评价机构9的指令，控制X－Y平台11，从而进行试料20的测量部位的定位控制。

在X－Y平台11的上侧设有未图示的试料台。试料台是由铝、不锈钢或铁等的金属或其他的导体构成的板状的导体构件。在其上侧设有未图示的基板保持部，此外在该基板保持部之上载置有试料20。由此，试料台设置在与对于试料20照射所述第一微波Op11、Op12的一侧的相反侧，即，配置在试料20的下侧。

基板保持部，是相对于试料台而固定在其上侧的固形的电介体。基板保持部是插入到基板与试料台之间的固体的电介体，该材质，例如是玻璃和陶瓷等折射率比较大的电介体。由此以基板保持部为介质的微波的波长变短，作为基板保持部能够采用厚度更薄而轻量的基板。

以上，根据用于评价本发明的氧化物半导体薄膜的电子态的结构，在从激发光照射机构1照射的激发光作用下，氧化物半导体薄膜中生成光激发载流子，并且在从微波照射机构3照射的微波的电场光激发载流子运动，其运动状态因半导体中的杂质、缺陷等的存在而受到影响。因此，以反射微波强度检测机构7，检测来自试料的反射微波的强度，用评价机构9，以已经说明的方式分析过剩载流子浓度的变化，从而能够判定氧化物半导体薄膜的载流子浓度，根据电子态的变化间接地评价电阻率。这时，评价机构9通过控制由X－Y工作台11等构成的平台的位置，也可以进行判定规定的范围的电阻率的映射测量。

此外在本发明的上述评价装置中，具备电阻测量机构，能够提供不仅可进行上述电阻率的评价，而且还可在线短时间评价氧化物半导体薄膜的电特性的装置。在上述电阻率的评价中，基于所谓的缓慢衰减而评价电阻率。本发明者们的研究的结果表明，缓慢衰减也会因氧化物半导体薄膜的膜中缺陷受到影响，根据膜中缺陷的多少，基于上述μ－PCD法测量·评价的电阻率也会发生变化。另外，即使氧化物半导体薄膜的电阻率在相同面内，也会存在因污染和杂质等而有所不同的情况，根据测量位置不同，其值有所偏差。因此，为了进行氧化物半导体薄膜的更恰当的品质管理，重要的是上述μ－PCD法的测量位置与电阻率测量机构的测量位置大致相同。

因此，如果在上述评价装置中设置电阻测量机构，则只要适宜移动X－Y平台，便可以简便且准确地测量大体相同位置。因此，如果将设有电阻测量机构的上述评价装置用于液晶显示装置等的制造线，则生产率大幅提高，并且能够进行针对氧化物半导体薄膜的更恰当的品质管理。

接着基于图16，对于设有电阻测量机构的装置结构进行说明。图16是基于上述说明的μ－PCD法，对于反射率的变化和电阻率进行测量·评价的装置中，具备电阻测量机构30的装置。电阻测量机构30不一定非要设置。具体的设置位置没有限定，但希望以如下方式设置，即如上述这样通过移动X－Y平台11，能够在氧化物半导体薄膜的微波光导电测量位置大致相同的位置，由电阻测量机构30测量电阻率。电阻测量机构30，优选具有电阻率测量头31，和电阻率测量头31的升降机构32。由电阻测量机构30能够测量试料20的电阻率。

电阻率测量头31是以接触式方法测量电阻率的机构。电阻率测量头31设有与上述阻抗测量机构相对应的阻抗测量端子，作为阻抗测量端子，可列举双环电极等的测量用探针，和直线上配有针状的4条电极的头等。氧化物半导体薄膜的电阻率，能够进行依据JISK6911的使用了双环电极的阻抗测量，和依据JIS K7194的基于四探针法的阻抗测量。

另外，电阻率测量头31的升降机构32，是测量试料20的电阻率时使电阻率测量头下降到期望的位置的升降机构。作为测量电阻率的机构，能够使用各种公知的电阻率测量装置。例如JANDEL制探头等的电阻测量装置同样可进行评价。

如以上说明这样根据本发明的评价方法，能够简易地评价上述具有层叠体的试料间的电阻率的优劣。例如，如后述的实施例所示，电阻率能够通过变化保护膜形成时的混合气体中的硅烷的流量比而改变。因此，使保护膜形成条件最佳化等，也可以得到预期的电阻率。这时，重要的是，若氧化物半导体本身的性质改变，则氧化物半导体薄膜的电阻率变化这一点。因此利用本发明的方法评价试料间的电阻率的优劣，或决定保护膜的最佳的形成条件时，作为前提条件，需要准备多个以相同的条件成膜，实施了相同的热处理的，实质上具有相同状态的氧化物半导体薄膜。由此，实际的电阻率的变化起因于保护膜的形成变得明确，因此可以准确地判定上述优劣等。

另外，如果使用本发明的评价方法，则能够在TFT制造工序的最佳化的过程中，简易地以短时间，且低成本地评价氧化物半导体薄膜的抗应力性。此外如果使用本发明的评价方法，则在液晶显示装置等的制造线上，便能够在线短时间地评价氧化物半导体薄膜的电特性。另外根据μ－PCD法，能够以非接触型进行评价，因此能够实现成品率的提高等，提高生产率，能够恰当地进行氧化物半导体的品质管理

本申请基于2014年7月1日申请的日本国申请第2014－136349号主张优先权的利益。日本国申请第2014－136349号的说明书的全部内容，在本申请中用于参考而援引。

实施例

以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明不受下述实施例限制，在能够符合前·后述的宗旨的范围也可加以变更实施，这些均包含在本发明的技术的范围内。

(实施例1)

在本实施例中，通过直接测量氧化物半导体薄膜的电阻率，评价起因于正偏压外加后的应力的特性。

具体来说，如下述(1)这样制作电阻率测量用的层叠体试料，并且，如下述(2)这样制作TFT特性测量用的TFT。上述(1)的试料，在基板之上形成有栅极绝缘膜、氧化物半导体薄膜、和保护膜，在这一点上，是具有与下述(2)的TFT相同的截面构造的层叠体。

(1)电阻率测量用试料的制作

首先，在直径100mm×厚0.7mm的玻璃基板(コーニング社制EAGLE2000)上，成膜相当于栅极绝缘膜的SiO₂绝缘膜，使其膜厚为200nm。该绝缘膜使用等离子体CVD法，以如下条件成膜，使载气：SiH₄和N₂O的混合气体为N₂O＝100sccm，SiH₄＝4sccm，N₂＝36sccm，成膜功率：300W，成膜温度：320℃。

其次，通过溅射法成膜氧化物半导体薄膜。作为氧化物薄膜，使用IGZO[In:Ga:Zn(组成比，原子比)＝1:1:1]。溅射所使用的装置是(株)アルバック制“CS－200”，溅射条件如下。

基板温度：室温

气压：1mTorr

氧分压(体积比)：O₂/(Ar+O₂)＝4％

膜厚：40nm

如上述这样成膜氧化物半导体薄膜之后，通过光刻和湿式蚀刻进行图案化。作为湿蚀刻剂，使用关东化学制“ITO－07N”。

如此使氧化物半导体薄膜图案化后，为了使膜质提高，而进行预退火处理。预退火在100％氧气氛、大气压下，以350℃进行60分钟。

接着，形成用于保护氧化物半导体薄膜的蚀刻停止层。具体来说，由等离子体CVD法形成SiO₂，使之膜厚为100nm。用于成膜的气体是SiH₄/N₂O的混合气体，使其流量(单位：sccm/sccm)在2/50、4/100、6/150、8/200、10/250的范围进行各种变化。成膜时的温度为230℃。

接下来，制作欧姆电极。具体来说，使用纯Mo，通过DC溅射法成膜，使膜厚为100nm，之后进行图案化。

最后，作为用于阻断外部气氛的最终保护膜，使用SiO₂：膜厚200nm和SiN：膜厚200nm的层叠膜：合计膜厚400nm。上述SiO₂和SiN的形成，使用サムコ制“PD－220NL”，用等离子体CVD法进行。在SiO₂膜的形成中，使用N₂O和SiH₄的混合气体，在SiN膜的形成中使用SiH₄、N₂、NH₃的混合气体。无论哪种情况，成膜功率均为100W，成膜温度均为150℃。

接着，通过光刻和干式蚀刻，在保护膜上形成用于测量电阻的连接用的接触孔而得到电阻率测量用试料。

在上述试料中，在电极间外加电压，测量其片电阻。具体来说，使用NationalInstruments社制“4156C”的半导体参数分析仪，测量电流电压特性。

(2)TFT测量用试料的制作

首先，在直径100mm×厚度0.7mm的玻璃基板(コーニング社制EAGLE2000)上，作为栅电极形成100nm的Mo薄膜。栅电极使用纯Mo的溅射靶通过DC溅射法形成。溅射条件为，基板温度：室温，气压：2mTorr。

在如此得到的栅电极之上，与上述(1)同样，依次形成膜厚200nm的栅极绝缘膜SiO₂、膜厚40nm的氧化物半导体薄膜并使之图案化，进行预退火后，与上述(1)同样地形成蚀刻停止层及最终保护膜。还有，作为源电极·漏电极而形成Mo薄膜，替换形成上述(1)所述的欧姆电极。纯Mo膜的成膜方法和图案化方法，与前述的栅电极的情况相同，TFT的沟道长为10μm，沟道宽为200μm。

如此形成源·漏电极后，与上述(1)同样地形成用于保护氧化物半导体薄膜的保护膜，形成接触孔而得到TFT测量用试料。

对于如此得到的各TFT，以如下方式调查TFT特性。详细地说，就是(I)调查晶体管特性：I－V特性，具体来说，就是调查(i)阈值电压的绝对值，和(ii)重复初期特性。另外，(II)调查进行正偏压应力外加试验时的阈值电压V_th的变化ΔV_th。

(I)晶体管特性的测量

晶体管特性的测量使用National Instruments社制“4156C”的半导体参数分析仪。详细的测量条件如下。

源极电压：0.1V

漏极电压：10V

栅极电压：－30～30V(测量间隔：0.25V)

据此结果，测量静态特性的(i)阈值电压的绝对值。另外，(ii)作为初始重复性的评价，进行3次上述晶体管特性评价试验，根据第一次时的阈值电压的绝对值，与第三次时的阈值电压的绝对值的差计算重复扫描的阈值漂移量。

(II)作为抗应力性进行ΔV_th的评价

在本实施例中，模拟实际的面板驱动时的应力环境，一边对栅电极施加正偏压一边进行应力外加试验。应力外加条件如下。

栅极电压：+20V

基板温度：60℃

应力外加时间：2小时

在此，所谓阈值电压，如果粗略地说，就是晶体管从断开状态，即，从漏电流低的状态过渡到连通状态，即，漏电流高的状态时的栅极电压的值。在本实施例中，将漏电流在连通电流与断开电流之间的1nA附近时的电压定义为阈值V_th电压，测量应力外加前后的阈值电压的变化量ΔV_th。ΔV_th越小，抗应力性越优异。

图8中，表示纵轴：正偏压应力外加试验的ΔV_th(V)，与横轴：电极间的电阻(Ω)的关系。由上图可知，ΔV_th与电阻率的举行大体一致。

另外在图9，表示纵轴：重复扫描的阈值漂移量(V)，与横轴：由上述(II)的方法测量的ΔV_th(V)的关系。此外在图10中，表示纵轴：静态特性的阈值电压的绝对值(V)，与横轴：ΔV_th(V)的关系。由这些图可知，ΔV_th与静态特性中的阈值电压的绝对值、和重复扫描的阈值漂移量，均具有良好的相关关系。

由上述图8～图10的结果可证实，如果使用本发明的基于电阻率的评价方法，则能够间接性地高精度地评价起因于正偏压外加的应力的上述各项目。

(实施例2)

在本实施例中，通过由μ－PCD法间接地测量氧化物半导体薄膜的电阻率，从而评价起因于正偏压外加后的应力的特性。

具体来说，使用由上述实施例1制作的试料，评价各种特性。其结果显示在表1中。在此，在2/50、4/100、6/150、8/200、10/250的范围使SiH₄/N₂O的流量(sccm/sccm)变化而成膜ESL，在所得到的各TFT1～5中，经过2小时后的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]

此外使用上述试料，进行μ－PCD法的“激发光的照射后可见的缓慢衰减所对应的参数”的测量。具体来说，使用具有前述的专利文献2的图1和图16所示这样的结构的装置，具体来说就是使用コベルコ科研社制：LTA－1820SP，按以下的条件实施μ－PCD法，测量反射率的时间上的变化。

激光波长：349nm的紫外光

脉冲宽度：15ns

脉冲功率：1μJ/pulse

射束直径：

1次测量的脉冲数＝64发

装置：コベルコ科研社制LTA－1820SP

为了计算基于与经由μ－PCD法得到的反射率－测量时间的关系计算出的参数，即本发明中规定的“缓慢衰减所对应的参数”，在本实施例中，作为“倾斜度”计算由下式(1)表示反射率与测量时间的关系时的“B”值。在此，测量时间x＝0.3～1.0μs，将上述测量时间的范围内的倾斜度作为“－B”值计算。

[数学式3]

y＝Ax^-B(x：测量时间、y：反射率)>

图11中显示各TFT1～5的I－V特性。由图11可知，TFT的工作，根据SiH₄/N₂O的流量比变化。

图12是表示SiH₄/N₂O的流量比与ΔV_th的关系的图解。由图12可知，若增加SiH₄/N₂O的流量，则正偏压应力外加试验中的ΔV_th变小。

图13A是绘制各TFT中，每次应力外加时间的ΔV_th的值的双对数图形。由图13A可知，这些表示良好的直线性，对于应力外加时间拥有由幂(power－law)记述的关系。

据此结果，以A×tn的关系拟合阈值的时间变化，对于SiH₄/N₂O的流量绘制各个参数。

该结果显示在图13B中。决定初值的上述A，随着SiH₄的流量增加而减少，相对于此，上述n的值从0.25，即SiH₄的流量≒2sccm/N₂O至0.5，即SiH₄的流量≒6sccm/N₂O间变化。如此取n在0.25附近的行为，由齐藤等指出，在氧化物半导体薄膜，但是在本实施例中为IGZO，与保护膜，即，本实施例中的ESL的界面存在的氢，由于上述界面的耦合偏移，并从界面扩散远离，导致上述界面的陷阱能级形成(论文名：S.Nakano，N.Saito，K.Miura，T.Sakano，T.Ueda，K.Sugi，H.Yamaguchi，I.Amemiya，M.Hiramatsu，A.Ishida，K.Kanomaru，and>4/N₂O的流量比而减少。

图14中，显示片电阻与SiH₄/N₂O的流量的关系。由上图可知，片电阻随着SiH₄的流量增加而减少。若也将前述图15的结果考虑在内，则可知ΔV_th与片电阻相关。虽未图示，但根据使用MOS二极管进行的容量－电压(CV)测量的结果可知，各个试样中施主密度为1×10¹⁸cm^-3左右。另外，由膜厚厚的IGZO的霍耳效应测量结果，推测同一条件的a－IGZO膜的比电阻为2.7Ωcm，相比由其结果预想的值，上述片电阻大。因此，上述片电阻的急剧的增加，强烈暗示是由于界面态的增加造成的能带弯曲引起的。

还有，重复扫描特性和静态特性中的阈值电压，如前述的图9和图10所示，可知与正偏压应力外加试验中的ΔV_th具有良好的相关关系。其结果强烈暗示，上述重复扫描特性和静态特性中的阈值电压，与上述ΔV_th同样，也起因于ESL和IGZO的界面的界面态。上述界面态的增加的原因详情不明，但若考虑ESL成膜的成膜时间大不相同，则推测ESL成膜中的等离子体损害是界面态形成的原因。

图15中，表示由上述实施例1的方法得到的ΔV_th(V)，与通过上述μ－PCD法得到的上述B值的关系。由图15可知，ΔV_th与上述B值显示U字曲线，互相关联。详细地说，ΔV_th在U字型曲线的顶点ΔV_th≒3.5V以下时，判明随着ΔV_th变小，作为绝对值的上述B值也变大。另外，由上图可知，作为绝对值的上述B值，受到保护膜形成时的硅烷量的比率等的影响。

由前述的图12、图14和图15的结果可知，上述B值，作为片电阻和ΔV_th的指标有用，因此结果上，如果使用上述B值，则能够评价氧化物半导体薄膜的片电阻。

此外根据本发明者们的基础实验认识到，作为绝对值的上述B值达到最大时，ΔV_th变得最小，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，适当调整保护膜成膜时的形成条件，则可期待良好的TFT特性得到发挥。

符号说明

1 激发光照射机构

3 微波照射机构

4 定向耦合器

4a 相位调节器

5 万向T

6a 第一导波管

6b 第二导波管弊所

6c 微孔

6d、6e 孔部

7 反射微波强度检测机构

8 信号处理装置

9 评价机构

10 平台控制器

11 X－Y平台

12 光程变更机构

16a 输出功率调节用功率监视器16b 输出功率调节机构

20 试料

20a 基板

20b 氧化物半导体薄膜

21 激发光照射区域

30 电阻率测量机构

31 电阻率测量头

32 升降机构

33 测量值发送线

42 栅电极

43 栅极绝缘膜

45 蚀刻停止层

46a 源电极

46b 漏电极

47 最终保护膜

48 接触孔

49 评价元件

50 显示器

51 母玻璃

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种薄膜晶体管评价用的层叠体的品质评价方法，其特征在于，是在氧化物半导体薄膜的表面具有保护膜的层叠体的品质评价方法，

通过接触式方法或非接触式方法测量所述氧化物半导体薄膜的的片电阻或比电阻，从而评价因所述氧化物半导体薄膜和所述保护膜的界面态引起的缺陷。

2.(删除)

3.(删除)

4.根据权利要求1所述的评价方法，其中，起因于所述界面态的缺陷为下述(1)～(3)中的任意，

(1)薄膜晶体管的阈值电压V_th；

(2)向薄膜晶体管外加正偏压时，外加前后的阈值电压的差ΔV_th；

(3)多次测量薄膜晶体管的阈值电压时，第一次测量时的阈值电压与多次测量后的阈值电压的差。

5.根据权利要求1所述的评价方法，其中，所述氧化物半导体薄膜含有从In、Ga、Zn和Sn所构成的群中选择的至少一种以上的元素。

6.根据权利要求1所述的评价方法，其中，所述氧化物半导体薄膜成膜于在基板上所形成的绝缘膜的表面。

7.根据权利要求1所述的评价方法，其中，使用以接触所述保护膜的两侧的方式具有第一电极和第二电极的层叠体，评价起因于所述界面态的缺陷。

8.根据权利要求1所述的评价方法，其中，由接触式方法测量起因于所述界面态的缺陷时，在所述氧化物半导体薄膜的表面设置电极，基于测量的电流值或电压进行评价。

9.(修改后)一种薄膜晶体管评价用的层叠体的品质评价方法，其特征在于，针对在氧化物半导体薄膜的表面具有保护膜的层叠体的所述氧化物半导体薄膜的电子态，通过非接触式方法测量因所述氧化物半导体薄膜和所述保护膜的界面态引起的缺陷时，包括如下工序：

第一工序，其向所述层叠体照射激发光和微波，测量因所述激发光的照射而变化的所述微波来自所述氧化物半导体薄膜的反射波的最大值之后，停止所述激发光的照射，测量所述激发光的照射停止后的所述微波来自所述氧化物半导体薄膜的反射波的反射率的时间上的变化；

第二工序，其根据所述反射率的时间上的变化，计算激发光的照射停止后可见的缓慢衰减所对应的参数，评价所述氧化物半导体薄膜的电子态。

10.根据权利要求9所述的评价方法，其中，所述第二工序中，根据所述反射率的时间上的变化，计算激发光的照射停止后0.1～10μs可见的缓慢衰减所对应的参数，评价所述氧化物半导体薄膜的电子态。

11.一种氧化物半导体薄膜的品质管理方法，其特征在于，在半导体制造工序的任意一道工序中，应用权利要求9所述的评价方法。

12.(追加)根据权利要求9所述的评价方法，其中，所述氧化物半导体薄膜的电子态是基于所述氧化物半导体薄膜的电阻率进行测量的。

13.(追加)根据权利要求12所述的评价方法，其中，所述电阻率是片电阻或比电阻。

14.(追加)根据权利要求9所述的评价方法，其中，起因于所述界面态的缺陷，是下述(1)～(3)中的任意，

(1)薄膜晶体管的阈值电压Vth；

(2)向薄膜晶体管外加正偏压时，外加前后的阈值电压的差ΔVth；

(3)多次测量薄膜晶体管的阈值电压时，第一次测量时的阈值电压与多次测量后的阈值电压的差。

15.(追加)根据权利要求9所述的评价方法，其中，所述氧化物半导体薄膜含有从In、Ga、Zn和Sn所构成的群中选择的至少一种以上的元素。

16.(追加)根据权利要求9所述的评价方法，其中，所述氧化物半导体薄膜成膜于在基板上所形成的绝缘膜的表面。