溅射靶、氧化物半导体薄膜及它们的制造方法技术

本发明专利技术提供一种溅射靶，其包含含有铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)及铝元素(Al)的氧化物，包含以In2O3(ZnO)n(n为2～20)表示的同系结构化合物及以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及溅射靶、氧化物半导体薄膜及它们的制造方法。
技术介绍
薄膜晶体管(TFT)等场效应型晶体管被作为半导体存储器集成电路的单位电子元件、高频信号放大元件、液晶驱动用元件等广泛地使用，是现在得到最多实际应用的电子器件。其中，随着近年的显示装置的显著的发展，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而驱动显示装置的开关元件，多使用TFT。作为属于场效应型晶体管的主要构件的半导体层(沟道层)的材料，硅半导体化合物被最广泛地使用。一般而言，在需要高速运作的高频放大元件、集成电路用元件等中，使用硅单晶。另一方面，在液晶驱动用元件等中，由于大面积化的要求，使用非晶性硅半导体(无定形硅)。无定形硅的薄膜虽然可以在较低温度下形成，然而与结晶性的薄膜相比开关速度慢，因此在作为驱动显示装置的开关元件使用时，会有无法追随高速的视频的显示的情况。具体而言，如果是分辨率为VGA的液晶电视，则可以使用迁移率为0.5～1cm2/Vs的无定形硅，然而如果是分辨率为SXGA、UXGA、QXGA或者在其以上，则要求2cm2/Vs以上的迁移率。另外，当为了提高画质而提高驱动频率时，就需要更高的迁移率。另一方面，结晶性的硅系薄膜虽然迁移率高，然而存在有在制造时需要很大的能量和工序数等问题、难以大面积化的问题。例如，在将硅系薄膜结晶化时需要800℃以上的高温、需要进行使用昂贵的设备的激光退火。另外，结晶性的硅系薄膜由于通常将TFT的元件构成限定为顶栅构成，因此难以实现掩模片数的削减等成本降低。为了解决此种问题，研究过使用了包含氧化铟、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是利用使用了包含氧化物烧结体的靶(溅射靶)的溅射来进行。例如，已知有包含以通式In2Ga2ZnO7、InGaZnO4表示的显示出同系晶体结构的化合物的靶(专利文献1、2及3)。但是，该靶为了提高烧结密度(相对密度)，需要在氧化气氛中烧结，然而在该情况下，会降低靶的电阻，因此在烧结后需要高温下的还原处理。另外，如果长时间使用靶，则会有所得的膜的特性、成膜速度大幅度变化、发生由InGaZnO4、In2Ga2ZnO7的异常生长造成的异常放电、成膜时有很多颗粒的产生等问题。如果频繁地发生异常放电，等离子体放电状态就会变得不稳定，无法进行稳定的成膜，对膜特性造成不良影响。另一方面，还提出过使用了不含有镓、而包含氧化铟及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，存在有如果不提高成膜时的氧分压就无法实现TFT的常关运作的问题。另外，还研究过在以氧化锡作为主成分的In2O3-SnO2-ZnO系氧化物中含有Ta或Y、Si之类的添加元素的光信息记录介质的保护层用的溅射靶(专利文献5及6)。但是，这些靶并非氧化物半导体用，另外，还有容易形成绝缘性物质的凝聚物而使电阻值升高、容易引起异常放电的问题。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号小册子专利文献4：国际公开第2005/088726号小册子专利文献5：国际公开第2005/078152号小册子专利文献6：国际公开第2005/078153号小册子
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种高密度且低电阻的溅射靶。本专利技术的另外的目的在于，提供一种具有高的场效应迁移率及高可靠性的薄膜晶体管。根据本专利技术，可以提供以下的溅射靶等。1.一种溅射靶，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，包含以In2O3(ZnO)n(n为2～20)表示的同系结构化合物及以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物。2.根据1中记载的溅射靶，其中，在所述以In2O3(ZnO)n表示的同系结构化合物中固溶有Al。3.根据1或2中记载的溅射靶，其中，所述以In2O3(ZnO)n表示的同系结构化合物是选自以In2Zn7O10表示的同系结构化合物、以In2Zn5O8表示的同系结构化合物、以In2Zn4O7表示的同系结构化合物、以In2Zn3O6表示的同系结构化合物及以In2Zn2O5表示的同系结构化合物中的1种以上。4.根据1～3中任一项记载的溅射靶，其不含有以In2O3表示的方铁锰矿结构化合物。5.根据1～4中任一项记载的溅射靶，其满足下述式(1)～(4)的原子比。0.08≤In/(In+Sn+Zn+Al)≤0.50    (1)0.01≤Sn/(In+Sn+Zn+Al)≤0.30    (2)0.30≤Zn/(In+Sn+Zn+Al)≤0.90    (3)0.01≤Al/(In+Sn+Zn+Al)≤0.30    (4)式中，In、Sn、Zn及Al分别表示溅射靶中的铟元素、锡元素、锌元素及铝元素的原子比。6.根据1～5中任一项记载的溅射靶，其相对密度为98％以上。7.根据1～6中任一项记载的溅射靶，其体电阻率为5mΩcm以下。8.一种溅射靶的制造方法，其包括：混合工序，将1种以上的化合物混合，制备至少含有铟元素(In)、锌元素(Zn)、锡元素(Sn)及铝元素(Al)的混合物；成形工序，将所制备的混合物成形而得到成形体；及烧结工序，将所述成形体烧结，在所述烧结工序中，对于含有铟元素、锌元素、锡元素及铝元素的氧化物的成形体，将700到1400℃的平均升温速度设为0.1～0.9℃/分钟，将1200～1650℃保持5～50小时而烧结。9.根据8中记载的溅射靶的制造方法，其中，将400℃以上且小于700℃的第一平均升温速度设为0.2～1.5℃/分钟，将700℃以上且小于1100℃的第二平均升温速度设为0.15～0.8℃/分钟，将1100℃以上且1400℃以下的第三平均升温速度设为0.1～0.5℃/分钟，所述第一～第三平均升温速度的关系满足第一平均升温速度>第二平均升温速度>第三平均升温速度。10.一种氧化物半导体薄膜，其使用1～7中任一项记载的溅射靶，利用溅射法成膜而成。11.一种氧化物半导体薄膜的制造方法，其在含有选自水蒸气、氧气及一氧化二氮气体中的1种以上和稀有气体的混合气体的气氛下，使用1本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，包含以In2O3(ZnO)n(n为2～20)表示的同系结构化合物及以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.18 JP 2012-230512;2013.04.12 JP 2013-084271.一种溅射靶，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，包含以In2O3(ZnO)n(n为2～20)表示的
同系结构化合物及以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物。
2.根据权利要求1所述的溅射靶，其中，
在所述以In2O3(ZnO)n表示的同系结构化合物中固溶有Al。
3.根据权利要求1或2所述的溅射靶，其中，
所述以In2O3(ZnO)n表示的同系结构化合物是选自以In2Zn7O10表
示的同系结构化合物、以In2Zn5O8表示的同系结构化合物、以In2Zn4O7表示的同系结构化合物、以In2Zn3O6表示的同系结构化合物及以In2Zn2O5表示的同系结构化合物中的1种以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的溅射靶，其不含有以In2O3表示
的方铁锰矿结构化合物。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的溅射靶，其满足下述式(1)～
(4)的原子比：
0.08≤In/(In+Sn+Zn+Al)≤0.50   (1)
0.01≤Sn/(In+Sn+Zn+Al)≤0.30   (2)
0.30≤Zn/(In+Sn+Zn+Al)≤0.90   (3)
0.01≤Al/(In+Sn+Zn+Al)≤0.30   (4)
式中，In、Sn、Zn及Al分别表示溅射靶中的铟元素、锡元素、锌元
素及铝元素的原子比。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的溅射靶，其相对密度为98％以
上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的溅射靶，其体电阻率为5mΩcm
以下。
8.一种溅射靶的制造方法，其包括：
混合工序，将1种以上的化合物混合，制备至少含有铟元素(In)、
锌元素(Zn)、锡元素(Sn)及铝元素(Al)的混合物；
成形工序，将所制备的混合物成形而得到成形体；及
烧结工序，将所述成形体烧结，
在所述烧结工序中，对于含有铟元素、锌元素、锡元素及铝元素的氧
化物的成形体，将700到1400℃的平均升温速度设为0.1～0.9℃/分钟，

【专利技术属性】
技术研发人员：江端一晃，但马望，
申请(专利权)人：出光兴产株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP