[发明专利]In-Ga-Sn系氧化物烧结体、靶、氧化物半导体膜、及半导体元件

说明书

技术领域

本发明涉及In-Ga-Sn系氧化物烧结体、溅射靶、氧化物半导体膜、以及半导体元件。

背景技术

包含氧化铟的非晶质的氧化物膜具有可见光透射性，并且，从导电体、半导体至绝缘体具有宽的电特性，因此，作为透明导电膜和用于薄膜晶体管等的半导体膜备受瞩目。

作为氧化物膜的成膜方法，研究了溅射、PLD(脉冲激光沉积)、蒸镀等物理成膜、以及溶胶法等化学成膜。其中，作为能够在比较低的温度下大面积均匀地成膜的方法，以溅射法、PLD法、电子射线束蒸镀法等物理成膜为中心进行研究。在通过物理成膜法形成氧化物薄膜时，为了均匀、稳定、高效、以高成膜速度成膜，通常使用由氧化物烧结体构成的靶。特别是将由氧化物烧结体构成的靶应用于溅射法时，量产性优良，因此，能够用于平板显示器等大面积用途。

关于氧化物烧结体，自从由细川、中村等发现包含氧化铟和氧化锌的n型半导体材料以来、特别是包含氧化铟和氧化锌的各种氧化物半导体备受瞩目(专利文献1)。最近，研究了将利用由氧化铟、氧化镓以及氧化锌构成的靶制作的非晶质氧化物半导体膜作为薄膜晶体管驱动的方法(专利文献2)。但是，大量包含氧化锌的非晶质氧化物半导体膜具有能够用有机酸系蚀刻液(例如，草酸蚀刻液)进行湿式蚀刻的优点，另一方面，存在在无机酸系湿式蚀刻液(例如磷酸/硝酸/乙酸的混酸湿式蚀刻液)中也容易溶解、与Mo(钼)或Al(铝)等的湿式蚀刻的选择比小的课题。另外，包含氧化锌的非晶质氧化物半导体膜存在通过干式蚀刻图形形成时蚀刻速度慢的课题。

另一方面，为了解决这些课题，公开了在氧化铟、氧化镓、氧化锌中加入了氧化锡的氧化物半导体膜以及用于其制作的溅射靶(专利文献3)。但是，由氧化铟、氧化镓、氧化锌以及氧化锡构成的溅射靶，存在要管理的元素数多、制造工序和品质管理变复杂的课题。

另外，如果包含锌元素，则在硅基板上等的含Si层上制作各种元件时，锌元素向含Si层内扩散，从而存在特性变差的课题，能够适用的元件构成受到限制。

另外，公开了由氧化铟、氧化镓以及氧化锡构成的氧化物薄膜以及用于制作氧化物薄膜的靶。但是，进行了以透明导电膜为目标的研究，而没有对氧化物半导体膜、特别是薄膜晶体管进行研究。另外，也不是铟含量多、适于氧化物半导体膜的制作的靶(专利文献3)。

另外，公开了在称为T相的范围内能够合成由Ga_3-xIn_5+xSn₂O₁₆表示的化合物。但是，没有进行在靶中的应用、在氧化物半导体膜制作中的应用等(非专利文献1)。

另外，进行了由氧化铟、氧化镓以及氧化锡构成的氧化物烧结体靶的研究(专利文献4、5)。但是，该研究是意图透明导电膜的制作的研究，对于形成半导体膜而言组成比不合适，也没有进行适于半导体成膜时的性状的研究。

另外，研究了通过使用InGaSnO₅靶，形成InGaSnO_x(4≤x≤5)薄膜，从而得到薄膜晶体管的活性层(专利文献6)。但是，没有进行适当的靶性状、靶的制造方法的研究、适合工艺的组成比的研究等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-114928号公报

专利文献2：国际公开第2009/075281号小册子

专利文献3：国际公开第2008/139654号小册子

专利文献4：国际公开第2009/128424号小册子

专利文献5：日本特开2000-129432号公报

专利文献6：日本特开2007-123661号公报

非专利文献

非专利文献1：D.D.Edwards et.al.，Appl.Phys.Lett.70(13)，(1997)1706

发明内容

本发明的目的在于，提供适于半导体元件的制作时的图形形成工序的氧化物半导体膜、以及能够形成上述半导体膜的氧化物烧结体。

本发明人反复进行了深入的研究，结果发现，通过包含氧化锡而不包含氧化锌的组成(由氧化铟、氧化镓、氧化锡构成的组成)的氧化物烧结体靶，不会使元素数增加，能够制作对无机酸系湿式蚀刻液(例如磷酸/硝酸/乙酸的混酸湿式蚀刻液)具有耐性的氧化物半导体膜。另外发现，通过该靶，能够制作与由氧化铟、氧化镓、氧化锌构成的半导体膜显示出同等的特性的半导体膜。

另外发现，通过选定氧化锡的组成比，也能够提高干式蚀刻时的选择比。