濺射靶、氧化物半導(dǎo)體薄膜及它們的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及姍射祀、使用該祀制作的薄膜及包含該薄膜的薄膜晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄膜晶體管（TFT)等電場(chǎng)效應(yīng)型晶體管被廣泛用作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器集成電路的單 元電子元件、高頻信號(hào)增幅元件、液晶驅(qū)動(dòng)用元件等，現(xiàn)在，是最多地被實(shí)用的電子設(shè)備。其 中，伴隨近年來的顯示裝置的顯著發(fā)展，在液晶顯示裝置（LCD)、電致發(fā)光顯示裝置巧L)、 場(chǎng)發(fā)射顯示器（陽D)等各種顯示裝置中，作為對(duì)顯示元件施加驅(qū)動(dòng)電壓來驅(qū)動(dòng)顯示裝置的 開關(guān)元件，多用TFT。
[0003] 作為電場(chǎng)效應(yīng)型晶體管的主要構(gòu)件即半導(dǎo)體層（溝道層）的材料，娃半導(dǎo)體化合 物最為廣泛使用。一般而言，在需要高速工作的高頻增幅元件、集成電路用元件等中，使用 單晶娃。另一方面，在液晶驅(qū)動(dòng)用元件等中，從大面積化的要求出發(fā)使用非晶質(zhì)性娃半導(dǎo)體 (無定形娃）。
[0004] 無定形娃的薄膜能夠W較低溫形成，但與結(jié)晶性的薄膜相比開關(guān)速度慢，因此作 為驅(qū)動(dòng)顯示裝置的開關(guān)元件使用時(shí)，有時(shí)不能跟上高速動(dòng)畫的顯示。具體來說，在分辨率為 VGA的液晶電視中，可W使用遷移率為0. 5~IcmVVs的無定形娃，但是若分辨率變成SXGA、 UXGA、QXGA或其W上則要求2cmVVsW上的遷移率。另外，若為了提高畫質(zhì)而加快驅(qū)動(dòng)頻率 則進(jìn)一步需要高遷移率。
[0005] 另一方面，結(jié)晶性的娃系薄膜的遷移率高，但存在在制造時(shí)需要極大的能量和工 序數(shù)等問題、大面積化困難的問題。例如，使娃系薄膜結(jié)晶化時(shí)需要80(TCW上的高溫、使用 昂貴設(shè)備的激光退火。另外，結(jié)晶性的娃系薄膜由于通常TFT的元件結(jié)構(gòu)限定于頂柵結(jié)構(gòu)， 因而難W削減掩模張數(shù)等來降低成本。
[0006] 為了解決該樣的問題，正在研究使用了包含氧化鋼、氧化鋒及氧化嫁的氧化物半 導(dǎo)體膜的薄膜晶體管。一般而言，氧化物半導(dǎo)體薄膜的制作通過使用包含氧化物燒結(jié)體的 祀（姍射祀）的姍射來進(jìn)行。
[0007] 例如，已知包含通式InaGaaZrA、InGa化〇4表示的同系晶體結(jié)構(gòu)的化合物的祀（專 利文獻(xiàn)1、2和3)。但是，對(duì)于該祀而言為了提高燒結(jié)密度（相對(duì)密度），需要在氧化氣氛下 進(jìn)行燒結(jié)，但在此情況下，為了降低祀的電阻，在燒結(jié)后需要高溫下的還原處理。另外，若長(zhǎng) 期使用祀，則存在所得到的膜的特性、成膜速度較大地變化；InGaZnCVInsGas化〇7的異常成 長(zhǎng)造成的異常放電發(fā)生；在成膜時(shí)顆粒的產(chǎn)生多等問題。若異常放電頻繁發(fā)生，則等離子體 放電狀態(tài)變得不穩(wěn)定，而不能進(jìn)行穩(wěn)定的成膜，對(duì)膜特性產(chǎn)生不良影響。
[0008] 另一方面，還提出使用了不含嫁、而包含氧化鋼和氧化鋒的非晶質(zhì)氧化物半導(dǎo)體 膜的薄膜晶體管（專利文獻(xiàn)4)。但是，若不提高成膜時(shí)的氧分壓則存在不能實(shí)現(xiàn)TFT的正 常導(dǎo)通動(dòng)作的問題。
[0009] 另外，正在研究在W氧化錫為主成分的1叫〇3-Sn〇2-ZnO系氧化物中包含化或 Y、Si該樣的添加元素的光信息記錄媒介物的保護(hù)層用的姍射祀（專利文獻(xiàn)5和6)。但是， 該些祀不用于氧化物半導(dǎo)體，而且，存在容易形成絕緣性物質(zhì)的凝聚體，電阻值變高、容易 發(fā)生異常放電的問題。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)1 ;日本特開平8- 245220號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2007 - 73312號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)3 ;國(guó)際公開第2009/084537號(hào)小冊(cè)子
[0015] 專利文獻(xiàn)4 ;國(guó)際公開第2005/088726號(hào)小冊(cè)子
[0016] 專利文獻(xiàn)5 ;國(guó)際公開第2005/078152號(hào)小冊(cè)子
[0017] 專利文獻(xiàn)6;國(guó)際公開第2005/078153號(hào)小冊(cè)子

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的在于提供高密度且低電阻的姍射祀。
[0019] 本發(fā)明的另一目的在于提供具有高電場(chǎng)效應(yīng)遷移率及高可靠性的薄膜晶體管。
[0020] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明人進(jìn)行潛也研究發(fā)現(xiàn)，包含含有鋼元素（In)、錫元素 (Sn)、鋒元素狂n)及鉛元素（AU的氧化物、含有InAl〇3姑0)m(m為0. 1~10)表示的同系 結(jié)構(gòu)化合物和In2〇3表示的方鐵猛礦結(jié)構(gòu)化合物的姍射祀的相對(duì)密度變高、電阻變低。另 夕F，發(fā)現(xiàn)將使用該祀制作的薄膜用于溝道層的TFT的電場(chǎng)效應(yīng)遷移率高，且顯示出高可靠 性，從而完成了本發(fā)明。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，可W提供W下姍射祀等。
[0022] 1. 一種姍射祀，其包含含有鋼元素（In)、錫元素（Sn)、鋒元素狂n)及鉛元素（A1) 的氧化物，所述氧化物包含InAl〇3狂n0)m(m為0.1~10)表示的同系結(jié)構(gòu)化合物和In2〇3表 示的方鐵猛礦結(jié)構(gòu)化合物。
[0023] 2.如1所述的姍射祀，其中，所述同系結(jié)構(gòu)化合物是選自InAlZn4〇7、InAlZrisOe、 InAlZn2〇5及InAlZn〇4表示的同系結(jié)構(gòu)化合物中的1種W上。
[0024] 3.如1或2所述的姍射祀，其中，所述In、Sn、化及A1的原子比滿足下述式（1)~ (4)。
[00巧]0. 10《In/dn+Sn+ai+Al)《0. 75 (1)
[0026] 0. 01《Sn/dn+Sn+ai+Al)《0. 30 (2)
[0027] 0. 10《化/an+Sn+ai+Al)《0. 70 (3)
[0028] 0. 01《Al/(In+Sn+ai+Al)《0. 40 (4)
[0029] (式中，In、Sn、化及A1分別表示姍射祀中的各元素的原子比。）
[0030]4.如1~3中任一項(xiàng)所述的姍射祀，其相對(duì)密度為98%W上。
[003。 5.如1~4中任一項(xiàng)所述的姍射祀，其體積電阻率為10mQcmW下。
[003引 6.如1~5中任一項(xiàng)所述的姍射祀，其不含化2Sn0康示的尖晶石結(jié)構(gòu)化合物。
[003引 7.-種氧化物半導(dǎo)體薄膜，其是使用上述1~6中任一項(xiàng)所述的姍射祀，通過姍射 法成膜而成的。
[0034] 8. -種氧化物半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其在含有選自水蒸氣、氧氣及一氧化二氮 氣體中的1種W上和稀有氣體的混合氣體的氣氛下，使用1~6中任一項(xiàng)所述的姍射祀利 用姍射法成膜。
[0035] 9.如8所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其在含有稀有氣體、和至少水蒸氣 的混合氣體的氣氛下進(jìn)行所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的成膜。
[0036] 10.如9所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其中，所述氣氛中所含水蒸氣的比 例W分壓比計(jì)為0. 1 %~25%。
[0037] 11.如8~10中任一項(xiàng)所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜的制造方法，所述氧化物半導(dǎo)體 薄膜的成膜利用下述的姍射方法進(jìn)行，所述姍射方法為：
[003引在真空腔內(nèi)W規(guī)定的間隔并列設(shè)置3個(gè)W上的祀材，將基板依次搬運(yùn)至與所述3 個(gè)W上的祀材相對(duì)的位置，由交流電源對(duì)所述各把材交替地施加負(fù)電位和正電位的情況 下，在將來自所述交流電源的輸出的至少1個(gè)進(jìn)行分支并連接的2個(gè)W上的祀材之間，邊進(jìn) 行施加電位的祀材的轉(zhuǎn)換，邊在祀材上產(chǎn)生等離子體而在基板表面成膜。
[0039] 12.如11所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其中，將所述交流電源的交流功 率密度設(shè)為3W/cm2W上且20W/cm2W下。
[0040] 13.如11或12所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其中，將所述交流電源的頻 率設(shè)為10曲Z~IMHz。
[0041] 14. 一種薄膜晶體管，其具有通過上述8~13中任一項(xiàng)所述的方法成膜的氧化物 半導(dǎo)體薄膜作為溝道層。
[004引15.如14所述的薄膜晶體管，電場(chǎng)效應(yīng)遷移率為lOcmVVsW上。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供高密度且低電阻的姍射祀。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有高電場(chǎng)效應(yīng)遷移率及高可靠性的薄膜晶體管。
【附圖說明】
[0045] 圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中使用的姍射裝置的圖。
[0046] 圖2是表示實(shí)施例1中得到的燒結(jié)體的X射線衍射圖譜的圖。
[0047] 圖3是表示實(shí)施例2中得到的燒結(jié)體的X射線衍射圖譜的圖。
[004引圖4是表示實(shí)施例3中得到的燒結(jié)體的X射線衍射圖譜的圖。
[0049] 圖5是表示實(shí)施例4中得到的燒結(jié)體的X射線衍射圖譜的圖。
[0050] 圖6是表示實(shí)施例5中得到的燒結(jié)體的X射線衍射圖譜的圖。
[0051] 圖7是表示實(shí)施例6中得到的燒結(jié)體的X射線衍射圖譜的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] W下，對(duì)于本發(fā)明的姍射祀等進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施方式及 實(shí)施例。
[00閲 I.姍射祀
[0054] 本發(fā)明的姍射祀包含含有鋼元素（In)、錫元素（Sn)、鋒元素狂n)及鉛元素（A1) 的氧化物。而且，其特征在于，氧化物包含InAl〇3狂nO)m(m為0.1~10)表示的同系結(jié)構(gòu)化 合物和In2〇3表示的方鐵猛礦結(jié)構(gòu)化合物。
[00巧]在本發(fā)明中，通過使祀包含上述同系結(jié)構(gòu)化合物和方鐵猛礦結(jié)構(gòu)化合物，相對(duì)密 度變高且體積電阻變低。因此，使用本發(fā)明的祀進(jìn)行姍射時(shí)，能夠抑制異常放電的發(fā)生。另 夕F，本發(fā)明的祀能夠高效地、低價(jià)地、且W較少的能量成膜高品質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜。
[005引InAl03姑0)m(m為0.1~10)表示的同系結(jié)構(gòu)化合物可W通過對(duì)祀（氧化物燒結(jié) 體）進(jìn)行X射線衍射測(cè)定，結(jié)果觀察到同系結(jié)構(gòu)化合物的峰來確認(rèn)。
[0057] 在InAl〇3狂n0)m(m為0. 1~10)表示的同系結(jié)構(gòu)化合物中，m為0. 1~10,優(yōu)選為 0.5~8,進(jìn)一步優(yōu)選為1~7。另外，m優(yōu)選為整數(shù)。
[005引 InAl03狂n0)m(m為0. 1~10)表示的同系結(jié)構(gòu)化合物優(yōu)選為選自InAlZn407、 InAIZnsOe、InAlZn205及InAlZn04表示的同系結(jié)構(gòu)化合物中的1種W上。
[0059] 需要說明的是，同系晶體結(jié)構(gòu)是指，由將不同物質(zhì)的結(jié)晶層多層疊加的具有長(zhǎng)周 期的"自然超晶格"結(jié)構(gòu)構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)晶周期或各薄膜層的厚度為納米程度的情況 下，根據(jù)該些各層的化學(xué)組成與層的厚度的組合，能夠得到與將單一物質(zhì)或各層均勻地混 合得到的混晶的性質(zhì)不同的固有特性。