[发明专利]长期成膜时的稳定性优异的In-Ga-Zn-O系氧化物烧结体溅射靶

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制作氧化物半导体或透明导电膜等氧化物薄膜、特别是用于制作薄膜晶体管的溅射靶。

背景技术

包含氧化铟及氧化锌、或者包含氧化铟、氧化锌及氧化镓的非晶态的氧化物膜由于具有可见光透过性，并且从导体、半导体直到绝缘体地具有宽范围的电气学特性，因此作为透明导电膜或(薄膜晶体管等中所用的)半导体膜受到关注。

作为所述氧化物膜成膜方法，有溅射、脉冲激光沉积(PLD)、蒸镀等物理的成膜或溶胶凝胶法等化学的成膜，而作为可以在比较低的温度下大面积均匀成膜的方法，以溅射法等物理的成膜为中心进行了研究。

在以溅射等物理的成膜形成氧化物薄膜时，为了均匀地、稳定地、有效地(以高成膜速度)成膜，普遍的做法是使用包含氧化物烧结体的靶材。

作为代表性的氧化物膜(导电膜·半导体膜)，例如可以举出包含氧化铟、氧化锌、氧化镓的氧化物膜。作为用于制作这些氧化物膜(通常是非晶态膜)的靶材(主要是溅射靶)，以InGaZnO₄、In₂Ga₂ZnO₇等公知的结晶型的组成或与之相近的组成的材料为中心进行了研究。

例如，专利文献1中，公开有包含InGaZnO₄(InGaO₃(ZnO))的同系结构的靶材。另外，专利文献2中，对于绝缘性高的Ga₂O₃晶相，进行了不使之生成的制造法的研究。另外，专利文献3及4中，公开了以ZnO作为主成分的溅射靶，然而只是光记录介质用途、透明电极用途的研究，而没有研究使用此种靶材形成薄膜晶体管时对晶体管特性的影响。另外，专利文献5中，研究了包含InGaZnO₄的六方晶层状化合物和ZnGa₂O₄的尖晶石结构的混合物的靶材等利用了混合物的特性的靶材的开发。但是，在这些研究中没有进行靶材的表面与内部的晶型等性状的研究、或使它们的晶型一致的研究。

另外，专利文献6中，公开了使用金属组成比In∶Ga∶Zn＝30∶15∶55的In-Ga-Zn-O烧结体形成非晶态氧化物半导体膜及薄膜晶体管的例子。但是，并没有研究合适的溅射靶的性状、制造方法，如果使用此种烧结体作为靶材，则会有薄膜Ga的含有比率极小、仅为靶材的Ga的含有比率的三分之二左右的问题。这表明在靶材内，在包括组成在内的各种性状方面存在很大的分布，然而对于靶材性状的均匀性没有进行研究。

随着使用了溅射靶的薄膜晶体管的制作趋向实用化，与以往的使用了借助气体供给的等离子体气相生长法(PECVD)的硅系薄膜晶体管的制作不同，是使用一个靶材长时间持续进行溅射，因而随着所得的薄膜特性的变化或成膜速度等的变动，薄膜晶体管性能就会发生变化，从而需要成膜条件的微调等，长时间进行成膜时的不稳定性的问题变得明显化起来。另外，显而易见的是，与形成透明导电膜的情况相比，以薄膜晶体管(TFT)为代表的半导体元件的该影响尤其明显。虽然如上所述对用于制作氧化物薄膜的靶材进行了各种研究，然而对于长时间使用一个靶材成膜时所得的薄膜性状、乃至薄膜晶体管的性能的稳定性没有加以考虑。

以往技术文献

专利文献

[专利文献1]日本特开2007-73312号公报

[专利文献2]日本特开2007-223849号公报

[专利文献3]WO2004/079038

[专利文献4]日本专利3644647号公报

[专利文献5]WO2008/072486

[专利文献6]日本特开2008-53356号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在进行长时间的成膜时所得的薄膜特性的稳定性优异的溅射靶。

为了达成上述目的，本发明人等反复进行了深入研究，结果发现，长时间成膜时的薄膜特性的不稳定性是因为，因长时间持续溅射而使靶材的性状(电阻率等)发生变化。此外还发现，包含氧化铟、氧化锌及氧化镓的溅射靶一旦进行长时间成膜，就会引起表面的受到溅射的面的晶体形态的变化(晶型的变化)，这一点成为所述的不稳定性的原因。

该问题以往在包含氧化铟及氧化锡的溅射靶、包含氧化铟及氧化锌的溅射靶中并不明显化。对此可以推测是因为，因同时包含镓和锌而含有层状化合物，在能够生成的晶型中产生多样性，由于其生成温度的差别，会因轻微的条件的差别或成分的蒸发等所致的组成比的变动而使晶型变化。