[发明专利]溅射靶、氧化物半导体薄膜及它们的制造方法

说明书

一种溅射靶，包含含有铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)及铝元素(Al)的氧化物，该氧化物包含InAlO₃(ZnO)_m(m为0.1～10)表示的同系结构化合物和In₂O₃表示的方铁锰矿结构化合物。

技术领域

本发明涉及溅射靶、使用该靶制作的薄膜及包含该薄膜的薄膜晶体管。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)等电场效应型晶体管被广泛用作半导体存储器集成电路的单元电子元件、高频信号增幅元件、液晶驱动用元件等，现在，是最多地被实用的电子设备。其中，伴随近年来的显示装置的显著发展，在液晶显示装置(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来驱动显示装置的开关元件，多用TFT。

作为电场效应型晶体管的主要构件即半导体层(沟道层)的材料，硅半导体化合物最为广泛使用。一般而言，在需要高速工作的高频增幅元件、集成电路用元件等中，使用单晶硅。另一方面，在液晶驱动用元件等中，从大面积化的要求出发使用非晶质性硅半导体(无定形硅)。

无定形硅的薄膜能够以较低温形成，但与结晶性的薄膜相比开关速度慢，因此作为驱动显示装置的开关元件使用时，有时不能跟上高速动画的显示。具体来说，在分辨率为VGA的液晶电视中，可以使用迁移率为0.5～1cm²/Vs的无定形硅，但是若分辨率变成SXGA、UXGA、QXGA或其以上则要求2cm²/Vs以上的迁移率。另外，若为了提高画质而加快驱动频率则进一步需要高迁移率。

另一方面，结晶性的硅系薄膜的迁移率高，但存在在制造时需要极大的能量和工序数等问题、大面积化困难的问题。例如，使硅系薄膜结晶化时需要800℃以上的高温、使用昂贵设备的激光退火。另外，结晶性的硅系薄膜由于通常TFT的元件结构限定于顶栅结构，因而难以削减掩模张数等来降低成本。

为了解决这样的问题，正在研究使用了包含氧化铟、氧化锌及氧化镓的氧化物半导体膜的薄膜晶体管。一般而言，氧化物半导体薄膜的制作通过使用包含氧化物烧结体的靶(溅射靶)的溅射来进行。

例如，已知包含通式In₂Ga₂ZnO₇、InGaZnO₄表示的同系晶体结构的化合物的靶(专利文献1、2和3)。但是，对于该靶而言为了提高烧结密度(相对密度)，需要在氧化气氛下进行烧结，但在此情况下，为了降低靶的电阻，在烧结后需要高温下的还原处理。另外，若长期使用靶，则存在所得到的膜的特性、成膜速度较大地变化；InGaZnO₄、In₂Ga₂ZnO₇的异常成长造成的异常放电发生；在成膜时颗粒的产生多等问题。若异常放电频繁发生，则等离子体放电状态变得不稳定，而不能进行稳定的成膜，对膜特性产生不良影响。

另一方面，还提出使用了不含镓、而包含氧化铟和氧化锌的非晶质氧化物半导体膜的薄膜晶体管(专利文献4)。但是，若不提高成膜时的氧分压则存在不能实现TFT的正常导通动作的问题。

另外，正在研究在以氧化锡为主成分的In₂O₃－SnO₂－ZnO系氧化物中包含Ta或Y、Si这样的添加元素的光信息记录媒介物的保护层用的溅射靶(专利文献5和6)。但是，这些靶不用于氧化物半导体，而且，存在容易形成绝缘性物质的凝聚体，电阻值变高、容易发生异常放电的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8－245220号公报

专利文献2：日本特开2007－73312号公报

专利文献3：国际公开第2009/084537号小册子