氧化物薄膜用溅射靶及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种氧化物烧结体，其特征在于，除氧之外的全部原子的原子数为100原子％时，含有In(铟)24～49原子％，且具有稀土氧化物C型的结晶结构。此外，本发明专利技术还涉及溅射靶、氧化物烧结体的制造方法、氧化物薄膜、形成非晶质氧化物薄膜的方法、薄膜晶体管的制造方法以及半导体装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由含有具有方铁锰矿结构的氧化铟与以组成式In2Ga2ZnO7表示的Yb2Fe3O7结构化合物的氧化物烧结体而成的适合形成氧化物薄膜的溅射靶及其制造方法。另外，本专利技术还涉及由含有铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物、且含有具有方铁锰矿结构的氧化铟与同系结构化合物InGaO3(ZnO)niGii为I 4的自然数)的氧化物烧结体构成的适合形成氧化物半导体膜的溅射靶及其制造方法。另外，本专利技术涉及具有稀土氧化物C型的结晶结构的烧结体。另外，本专利技术涉及具有稀土氧化物C型的结晶结构的靶，特别是适合形成通过溅射所产生的非晶质氧化物膜的靶及其制造方法。
技术介绍
作为由金属复合氧化物所构成的氧化物半导体膜，例如有由In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)所构成的氧化物半导体膜(以下也称为氧化物薄膜)。使用IGZO溅射靶进行成膜所成的氧化物半导体膜因迁移率大于非晶质Si膜为特征而倍受瞩目。此种氧化物半导体膜因迁移率大于非晶质Si膜及可见光透过性高等的原因，而被期待应用于液晶显示装置、薄膜电致发光显示装置等的开关元件(薄膜晶体管)等，而受瞩目。IGZO溅射靶 是以InGaO3(ZnO)m(m = I 20的整数)表示的化合物为主成分已为人知。但是使用IGZO溅射靶进行溅射(DC溅射)时，此InGaO3(ZnO)m表示的化合物异常成长，产生异常放电，所得的膜有不良的问题。所得的溅射靶的比电阻最低也仅为1Χ10_2Ω cm的程度，由于电阻较高，因此等离子放电不稳定，不仅难以进行DC溅射，且无法得到溅射时不产生裂纹的靶。以形成非晶质氧化物膜为目的的溅射靶为人所知(专利文献I)。此时，显示同系相(InGa(ZnO)m;m为不到6的自然数)的结晶结构的烧结体，主成分与本专利技术不同。另外，靶的比电阻高为I X 10_2 Ω cm以上，不适合使用生产性较高的DC溅射法。专利文献I的同系相结构InGaO3 (ZnO) m(m是I 4的自然数)表示的化合物单相所构成的溅射靶中烧结体的构成化合物与本专利技术不同，为了得到化合物单相的烧结体，其制造步骤复杂，且烧成时间较长，因此无法得到生产性高，且成本低的靶烧结体。为了生成仅由此同系结构InGaO3(ZnO)m所构成的(单相)烧结体时，烧成条件受限制。此同系结构InGaO3(ZNO)mOii为I 4的自然数)的体电阻通常较高为IO2 IO3Qcm,在烧成后，进行还原处理以降低体电阻，但是还原后的体电阻充其量为约I X IO-1 Ω cm程度，相较于其制造步骤繁多而言，体电阻的降低效果较小。此外，仅由此同系结构InGaO3^沾^表示的化合物的烧结体所构成的溅射靶在溅射成膜中异常成长，产生异常放电，所得的膜产生不良。另外，用于液晶显示器、EL显示器及太阳电池所用的电极的氧化物烧结体，例如有In2Ga2ZnO7或具有氧缺损d的In2Ga2Zn07_d表示的化合物为人所知(专利文献2及3)。此时，对于In2Ga2ZnO7表不的化合物,通过导入氧缺损量d使其具有导电性,但是为具有与本专利技术不同的结晶结构的烧结体的专利技术，在氧化物烧结体的制造过程中，还原步骤短，且无法延长烧成时间，无法提高生产性、无法降低成本。此外，关于1350°C的In2O3-Ga2ZnO4-ZnO系的相图，有君冢等人的报告(非专利文献I))，但是其为具有与本专利技术不同的结晶结构的烧结体的专利技术，在氧化物烧结体的制造过程中，还原步骤短，且无法延长烧成时间，无法提高生产性、无法降低成本。薄膜晶体管(TFT)等的电场效应果型晶体管被广泛用于半导体储存集成电路的单位电子元件、高频信号增幅元件、液晶驱动用元件等，现在为最多且实用的电子装置。其中，随着近年显示装置的蓬勃发展，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，对于显示元件施加驱动电压，以驱动显示装置的开关元件常使用TFT。场效应型晶体管的主要构件的半导体层的材料最常用硅半导体化合物。一般而言，需要高速动作的高频增幅元件或集成电路用元件等使用硅单结晶。而液晶驱动用元件等因要求大面积化，因此使用非晶性硅半导体(非晶质硅)。例如TFT有在玻璃等基板上层合栅电极、栅绝缘层、氢化非晶质硅(a_S1:H)等的半导体层、源及漏电极的逆交错(staggered)构造的。此TFT是在以图像感知器为首的大面积装置领域，主动矩阵型的液晶显示器所代表的平面面板显示器等的驱动元件使用。这些用途即使使用以往的非晶质硅，随着高功能化，也要求工作的高速化。 现在，作为驱动显示装置的开关元件，以使用硅系的半导体膜的元件为主流，这是因为硅薄膜的稳定性、加工性良好，且开关速度快等各种性能良好的缘故。而且，这种硅系薄膜一般由化学蒸气析出法(CVD)来制造。但是结晶性的硅系薄膜为了结晶化时，例如需要800°C以上的高温，在玻璃基板上或有机物基板上的形成困难。因此，仅能形成于硅晶片或石英等耐热性较高的昂贵的基板上，而且有制造时，需要大量能量与较多工序等的问题。另外，结晶性的硅系薄膜中，通常TFT的元件构成限定为上栅极(top gate)构成，因此掩模片数的删减等成本降低有困难。另外，非晶质硅的薄膜可以较低温形成，但是相较于结晶性者，开关速度较慢，作为驱动显示装置的开关元件使用时，有时无法追寻高速动画的显示。具体而言，解像度为VGA的液晶电视可使用迁移率为0.5 lcm2/Vs的非晶质硅，但是解像度为SXGA、UXGA, QXGA或以上时，则要求2cm2/Vs以上的迁移率。为了提高画质，而提闻驱动频率时，需要更闻的迁移率。另外，有机EL显示器为电流驱动，因此使用通过DC应力(DCstress)改变特性的非晶质硅时，因长时间使用而有画质降低的问题。其它，这些用途使用结晶硅时，很难适用于大面积，或需要高温热处理，因此有制造成本升高的问题。这种状况下，近年作为稳定性优于硅系半导体薄膜的薄膜，使用了氧化物的氧化物半导体薄膜倍受关注。例如半导体层使用氧化锌的TFT已被公开。但是在该半导体层中迁移率低为IcmVV-sec程度，0N/0FF(通断比)比也小。而且易产生漏电流，因此在工业上难以实用化。而对于含有使用了氧化锌的结晶质的氧化物半导体有许多相关讨论，但以工业上一般进行的溅射法成膜时，有以下问题。SP，存在迁移率低、通断比低、漏电流大、夹断(pinch-off)不明了、容易成为常开式(Normally ON)等TFT的性能有降低的可能。另外，因耐药品性差，湿式蚀刻较难等制造程序或使用环境受限制。为了提高性能时，需要以较高压力成膜，成膜速度慢或需要700°C以上的高温处理等工业化有问题。底栅极(BottomGate)结构中的迁移率等的TFT性能较低，欲提高性能时，也有需要上栅极结构、膜厚为50nm以上等TFT元件结构上的限制。为了解决这种问题时，正在研究制作由氧化铟、氧化锌、氧化镓所构成的非晶质的氧化物半导体膜，驱动薄膜晶体管的方法。例如含有氧化铟、氧化锌、氧化镓，由显示同系结晶结构的烧结体所构成的靶已被公开(专利文献4及5)。但是同系结晶结构的热稳定性差，烧结温度或烧结时间的稍微变化，结晶形态就会变化。因此有靶的密度、体电阻、抗折强度、表面粗度等特性不定的问题。作为薄膜晶体管制作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化物烧结体，其特征在于，除氧之外的全部原子的原子数为100原子％时，含有In(铟)24～49原子％，且具有稀土氧化物C型的结晶结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：川岛浩和，矢野公规，宇都野太，井上一吉，
申请(专利权)人：出光兴产株式会社，
类型：发明
国别省市：