[发明专利]In-Ga-Zn-O系氧化物烧结体

说明书

技术领域

本发明涉及氧化物烧结体。尤其涉及利用溅射的适于形成无定形氧化物膜的形成的氧化物烧结体。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)等的电场效应型晶体管作为半导体存储集成电路的单位电子元件、高频率信号放大元件、液晶驱动用元件等被广泛使用，现在，成为最大量被实用化的电子设备。其中，伴随近年显示装置显著发展，液晶显示装置(LCD)、电致发光显示装置(EL)、场发射显示器(FED)等各种显示装置中，作为对显示元件施加驱动电压而使显示装置驱动的开关元件，TFT被大量采用。

作为电场效应型晶体管的主要构件的半导体层(通道层)的材料，硅半导体化合物被最广泛地使用。一般而言，在高速动作为必要的高频率放大元件、集成电路用元件等中，使用了硅单晶体。另一方面，液晶驱动用元件等中，由于大面积化的要求，使用了非晶性硅半导体(无定形硅)。

无定形硅的薄膜虽然可以比较低的温度形成，但与晶体性的材料相比，开关速度较慢，在作为驱动显示装置的开关元件进行使用时，有时不能追随高速的动画显示。具体而言，在解像度为VGA的液晶电视中，可使用迁移率为0.5～1cm²/Vs的无定形硅，但解像度若为SXGA、UXGA、QXGA或其以上时，需要2cm²/Vs以上的迁移率。另外，若为了提高画质而升高驱动频率，则需要更高的迁移率。

另一方面，晶体性的硅系薄膜虽然迁移率高，但存在制造时需要大量的能量和工序数等的问题、和大面积化困难的问题。例如，将硅系薄膜结晶化时，需要800℃以上的高温、使用高价设备的激光退火。另外，晶体性的硅系薄膜，由于受到通常TFT的元件结构为顶栅(topgate)结构的限定，难于进行掩膜枚数的削减等成本降低。

为了解决这样的问题，正在研究使用由氧化铟、氧化锌以及氧化镓构成的非晶体的氧化物半导体膜的薄膜晶体管。一般而言，非晶体的氧化物半导体薄膜的制作使用由氧化物烧结体形成的靶材(溅射靶材)通过溅射来进行。

例如，已经公开了由显示通式In₂Ga₂ZnO_7-dInGaZnO₄所表示的同系晶体结构(日语：ホモロガス結晶構造)的化合物构成的靶材(专利文献1，2，3)。然而，在该靶材中为了提高烧结密度(相对密度)，需要在氧化气氛下烧结，但此时，由于降低靶材的电阻，存在需要在烧结后在高温下进行还元处理的问题。另外，若长期间使用靶材，则存在得到的膜的特性、成膜速度将发生较大变化的问题，InGaZnO₄、In₂Ga₂ZnO₇的异常生长而引起的异常放电的问题，成膜时微粒的产生较多等的问题。

另外，主要以In、Ga以及Zn的原子比几乎等量时的研究为中心，Zn少而Ga较多的组成(例如，原子比In∶Ga∶Zn＝40∶40∶20等Zn低于30原子％，Ga为35原子％以上的组成)下的具体的研究不够充分(专利文献2，3，4)。

这样，对于在以溅射制作氧化物半导体膜时所使用的靶材的研究还不够充分。

另一方面，非专利文献1中公开了如下研究，即，使用含有利用白金管中的反应而合成的氧化铟、氧化锌、氧化镓的烧结体，研究In₂Ga₂ZnO₇、ZnGa₂O₄以及ZnO的各相的关系。但是，未进行作为氧化物烧结体的制作方法、性状的研究，适于作为氧化物半导体制作用的溅射靶材的晶型、靶材性状的研究等。

另一方面，已知如下情况，即，对于含显示In₂O₃所示的方铁锰矿(bixbyite)结构的化合物和显示ZnGa₂O₄所示的尖晶石结构的氧化物，将(InGaO₃)₂ZnO的粉末进行长期间(12天)过热时分解而作为粉末获得(非专利文献1)，或者将InGaZnO₄在还元气氛下进行热处理时分解而作为粉末获得(非专利文献2)。但是，对于物性的分析或作为氧化物烧结体进行制作的方法未进行研究。