[发明专利]氧化物烧结体、包含该烧结体的溅射靶、该烧结体的制造方法及该烧结体溅射靶的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含镧(La)和铪(Hf)的氧化物的氧化物烧结体、包含该烧结体的溅射靶、该烧结体的制造方法及该烧结体溅射靶的制造方法。

背景技术

最近，作为下一代MOSFET中的栅绝缘膜，要求薄膜化，但是，迄今作为栅绝缘膜使用的SiO₂，由隧道效应造成漏电流增加，难以正常工作。

因此，作为代替SiO₂的材料，提出了具有高介电常数、高热稳定性、对硅中的空穴和电子具有高能障的HfO₂、ZrO₂、Al₂O₃、La₂O₃等所谓的High-K材料。

这些材料中有前景的是以HfO₂为基础的材料体系，发布有作为下一代MOSFET中的栅绝缘膜的研究报告。最近了解到通过将HfO系的High-K材料与氧化镧(La₂O₃)组合使用可以得到降低阈值电压等特性改善，从而作为电子材料的镧引起关注。

镧(La)是包括在稀土元素中的元素，作为矿产资源以混合复合氧化物形式包含在地壳中。稀土元素是从比较稀少地存在的矿物中分离出来的，因此具有这样的名称，但是从地壳整体来看绝对不稀少。

镧是原子序数57、原子量138.9的白色金属，在常温下具有双六方最密堆积结构(複六方最密構造)。熔点921℃、沸点3500℃、密度6.15g/cm³，在空气中表面被氧化，逐渐溶于水中。可溶于热水、酸。无延性，但稍有展性。电阻率为5.70×10^-6Ω·cm。在445℃以上燃烧形成氧化物(La₂O₃)(参考理化学辞典)。

稀土元素一般以氧化数为3的化合物稳定，镧也是3价。最近，镧作为金属栅材料、高介电常数材料(High-k)等电子材料受到了研究开发，成为受关注的金属。

金属镧存在纯化时容易氧化的问题，因此是难以高纯度化的材料，高纯度制品也不存在。另外，在将金属镧在空气中放置的情况下，短时间内氧化而变为黑色，因此存在不容易操作的问题。

另一方面，作为下一代MOSFET中的栅绝缘膜，要求薄膜化，但是，迄今作为栅绝缘膜使用的SiO₂，由隧道效应造成漏电流增加，难以正常工作。

因此，作为代替SiO₂的材料，提出了具有高介电常数、高热稳定性、对硅中的空穴和电子具有高能障的HfO₂、ZrO₂、Al₂O₃、La₂O₃。特别是这些材料中La₂O₃的评价高，对其电特性进行了调查，并发布了作为下一代MOSFET中的栅绝缘膜的研究报告(参考非专利文献1和非专利文献3)。但是，在该文献的情况下，作为研究对象的是La₂O₃膜，对于La元素的特性和行为没有特别提及。

因此，对于镧(氧化镧)而言，可以说尚处于研究阶段，在对镧金属或氧化镧或镧与其它元素的复合氧化物的特性进行调查的情况下，如果镧金属自身作为溅射靶材而存在，则可以容易地在衬底上形成镧的薄膜，因此具有的巨大优点为，可以对与硅衬底的界面行为、以及通过进一步形成镧化合物而对高介电常数栅绝缘膜等的特性进行调查，作为制品的自由度增大。

但是，即使制作镧溅射靶，如上所述，其存在在空气中短时间内(约10分钟)就发生氧化的问题。在靶自身上形成氧化膜时，电导率下降，导致溅射不良。另外，在空气中长时间放置时，与空气中的水分反应而成为由氢氧化物的白色粉末覆盖的状态，造成不能正常溅射的问题。

因此，在靶制作后，需要立即进行真空包装或者用油脂包覆的抗氧化对策，这是非常繁杂的作业。鉴于以上问题，镧元素的靶材迄今未实际应用。

另一方面，也提出了不使用镧(氧化镧)作为起始材料，而是以铝酸镧(LaAlO₃)的形式使用的方案(参考非专利文献2)。在该文献中记载有，铝酸镧是比作为下一代材料提出的为High-k绝缘膜的HfO₂、HfSiO更好的材料。