CN111032905A - 溅射靶、氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管以及电子设备 - Google Patents

溅射靶、氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管以及电子设备 Download PDF

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CN111032905A
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thin film
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oxide sintered
oxide
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大山正嗣
丝濑麻美
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Abstract

一种溅射靶，其特征在于，具备氧化物烧结体，该氧化物烧结体含有铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)、X元素以及氧，各元素的原子比满足下述式(1)，该氧化物烧结体还包含以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物。0.001≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.05…(1)式(1)中，In、Zn、Sn以及X分别表示氧化物烧结体中的铟元素、锌元素、锡元素以及X元素的含量,X元素选自Ge、Si、Y、Zr、Al、Mg、Yb以及Ga中的至少一种以上。

Description

溅射靶、氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管以及电子设备
技术领域
本发明涉及溅射靶、氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管以及电子设备。
背景技术
以往，在以薄膜晶体管(以下，称为TFT)驱动的方式的液晶显示器或者有机EL显示器等显示装置中，在TFT的沟道层上采用非晶质硅膜或晶质硅膜是主流。
另一方面，近年来，伴随着对显示器的高精细化的要求，作为在TFT的沟道层上使用的材料，氧化物半导体材料备受瞩目。
在氧化物半导体中，特别是专利文献1所公开的由铟、镓、锌以及氧构成的无定形氧化物半导体(In-Ga-Zn-O，以下简写为“IGZO”),由于具有较高的载流子迁移率因此优选使用。然而，IGZO存在由于使用In以及Ga作为原料而使原料成本较高的缺点。
从使原料成本便宜的观点出发，提出有Zn-Sn-O(以下简写为“ZTO”)(专利文献2)、或添加Sn代替IGZO的Ga的In-Sn-Zn-O(以下简写为“ITZO”)(专利文献3)。其中，ITZO与IGZO相比迁移率非常高，因此作为IGZO的下一代的材料而受到瞩目。
但是，在用于氧化物半导体的材料中，ITZO的热膨胀系数大，导热率低。因此，由ITZO构成的溅射靶由于粘结到Cu制或Ti制的背板时以及溅射时产生的热应力而容易产生裂纹。
因此，在专利文献3中提出以下内容：通过使氧化物烧结体中包含以In2O3(ZnO)m表示的六方晶层状化合物和以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物,并且使以In2O3(ZnO)m表示的六方晶层状化合物的纵横比设为3以上，使氧化物烧结体的强度得到提高。
另一方面，专利文献4公开有以下内容：只要不损害发明的技术效果，除了六方晶层状化合物和尖晶石结构化合物以外还能够包含铝。
专利文献5中记载有一种溅射靶，该溅射靶由含有铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)以及铝元素(Al)的氧化物构成，且该溅射靶包含以In2O3(ZnO)n(n为2-20)表示的同源结构化合物和以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2012/067036
专利文献2：日本特开2017-36497号公报
专利文献3：国际公开WO2013/179676
专利文献4：国际公开WO2007/037191
专利文献5：日本特开2014-98204号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是,专利文献3～5的ITZO溅射靶中存在以下问题。
专利文献3记载的溅射靶为了使以In2O3(ZnO)m表示的六方晶层状化合物的纵横比为3以上，需要在混合粉碎原料粉末时使累计动力在200Wh以上。另外，若因批量生产等原料粉末量变多，则在混合粉碎时动力不会均匀地传递到原料粉末整体，存在纵横比为3以上的六方晶层状化合物不会在烧结体中均匀地析出、在溅射靶的强度中产生不均等缺点。
专利文献4、5以提供高密度且低电阻的靶为目的，关于溅射靶的强度没有教导。因此，专利文献4和专利文献5记载的溅射靶不是能够抑制在溅射时产生裂纹的结构。
本发明是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于，提供一种高强度的溅射靶，能够抑制粘结到背板时以及溅射时裂纹的产生。
用于解决上述技术问题的方案
根据本发明，可以提供以下的溅射靶、氧化物半导体薄膜、薄膜晶体管以及电子设备。
[1].一种溅射靶，其特征在于，具备氧化物烧结体，该氧化物烧结体含有铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)、X元素以及氧，各元素的原子比满足下述式(1)，该氧化物烧结体还包含以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物。
0.001≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.05…(1)
(式(1)中，In、Zn、Sn以及X分别表示氧化物烧结体中的铟元素、锌元素、锡元素以及X元素的含量。X元素选自Ge、Si、Y、Zr、Al、Mg、Yb以及Ga中的至少一种以上。)
[2].如[1]所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体的式(1)所示的原子比为0.003以上、0.03以下。
[3].如[1]或[2]所述的溅射靶，其特征在于，进一步地，所述氧化物烧结体满足下述式(2)。
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80…(2)
[4].如[1]～[3]的任一项所述的溅射靶，其特征在于，进一步地，所述氧化物烧结体满足下述式(3)。
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40…(3)
[5].如[1]～[4]的任一项所述的溅射靶，其特征在于，进一步地，所述氧化物烧结体满足下述式(4)。
0.10≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35…(4)
[6].如[1]～[5]的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体包含以In2O3(ZnO)m(m为2～7)表示的六方晶层状化合物。
[7].如[1]～[6]的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结的平均抗折强度为150Mpa以上。
[8].如[1]～[7]的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体的平均抗折强度的威布尔系数为7以上.
[9].如[1]～[8]的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结的平均晶体粒径为10μm以下,六方晶层状化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。
[10].如[1]～[8]的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结的平均晶体粒径为10μm以下,方铁锰矿结构化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。
[11].一种氧化物半导体薄膜，其特征在于，含有铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)、X元素以及氧，各元素的原子比满足下述式(1A)。
0.001≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.05…(1A)
(式(1A)中，In、Sn、Zn以及X分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、锌元素、锡元素以及X元素的含量。X元素选自Ge、Si、Y、Zr、Al、Mg、Yb以及Ga中的至少一种以上。)
[12].一种薄膜晶体管，其特征在于，使用了[11]所述的氧化物半导体薄膜。
[13].一种电子设备，其特征在于，使用了[12]所述的薄膜晶体管。
根据本发明，能够提供一种高强度的溅射靶，能够抑制粘结到背板时以及溅射时裂纹的产生。
附图说明
图1A是示出本发明的一实施方式的靶的形状的立体图。
图1B是示出本发明的一实施方式的靶的形状的立体图。
图1C是示出本发明的一实施方式的靶的形状的立体图。
图1D是示出本发明的一实施方式的靶的形状的立体图。
图2是示出本发明的一实施方式的薄膜晶体管的纵剖视图。
图3是示出本发明的一实施方式的薄膜晶体管的纵剖视图。
图4是示出本发明的一实施方式的量子隧道场效应晶体管的纵剖视图。
图5是示出量子隧道场效应晶体管的其他实施方式的纵剖视图。
图6是图5中在p型半导体层与n型半导体层之间形成有氧化硅层的局部的TEM(透射型电子显微镜)照片。
图7A是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图7B是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图7C是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图7D是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图7E是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图8A是示出使用了本发明的一实施方式的薄膜晶体管的显示装置的俯视图。
图8B是示出能够应用于VA型液晶显示装置的像素的像素部的电路的图。
图8C是示出使用了有机EL元件的显示装置的像素部的电路的图。
图9是示出使用了本发明的一实施方式的薄膜晶体管的固体摄像元件的像素部的电路的图。
图10是示出在实施例中In：Sn：Zn＝30：15：55的情况下的氧化物烧结体的X元素含量与平均抗折强度的关系的图。
图11是示出在实施例中In：Sn：Zn＝30：15：55的情况下的氧化物烧结体的X元素含量与相对密度的关系的图。
图12是示出在实施例中In：Sn：Zn＝30：15：55的情况下的氧化物烧结体的X元素含量与体电阻的关系的图。
图13是示出在实施例中In：Sn：Zn＝30：15：55的情况下的氧化物烧结体的X元素含量与威布尔系数的关系的图。
图14是示出在实施例中In：Sn：Zn＝30：15：55的情况下的氧化物烧结体的X元素含量与平均晶体粒径的关系的图。
图15是示出在实施例中，在氧化物烧结体含有0.1原子％的GeO2、SiO2、Y2O3、ZrO2、Al2O3、MgO或Yb2O作为X元素的情况下、以及不含有X元素的情况下的平均抗折强度的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。但是，实施方式能够以很多不同的方案进行实施，若为本领域的技术人员，则容易理解能够在不脱离主旨及其范围的情况下对该实施方式以及详细内容进行各种变更。从而，本发明不被以下的实施方式所记载的内容来限定解释。
此外，在附图中，有时为了明确而将大小、层的厚度或者区域夸张表现。由此并不一定限定于该标度。另外，附图示意性地示出理想的例子，并不限定于附图所示的形状或值等。
此外，在本说明书中使用的“第1”、“第2”、“第3”这样的序数词，是为了避免构成要素的混淆而标记的，而并非是对数量上的限定进行备注。
另外，在本说明书等中，“电连接”有时包括经由“某种具有电性作用的物质”而连接。这里，“某种具有电性作用的物质”只要能够进行在连接对象之间的电信号的收发，就没有特别的限制。例如，“某种具有电性作用的物质”包括电极、布线、开关元件(晶体管等)、电阻元件、电感器、电容器以及其它的具有各种功能的元件等。
此外，在本说明书等中，“膜”或“薄膜”这样的用语与“层”这样的用语，可以根据情况相互替换。
此外，在本说明书等中，晶体管所具有的源极或漏极的功能有时在采用不同极性的晶体管的情况下或者在电路动作中电流的方向发生变化等情况下进行替换。因此，在本说明书等中，源极或漏极的用语可以替换使用。
(溅射靶)
本发明的一实施方式的溅射靶(以下，有时简称为本实施方式的溅射靶)包含氧化物烧结体。
本发明实施方式的溅射靶，例如可以通过对氧化物烧结体的材料块进行磨削以及研磨成作为溅射靶优选的形状而得到。此外，通过将磨削以及研磨氧化物烧结体块后得到的溅射靶材料粘结到背板，也能够得到溅射靶。此外，作为其他方案的本实施方式的溅射靶，也可列举仅由氧化物烧结体构成的靶。
对于氧化物烧结体的形状没有特别限定，可以是图1A的附图标记1所示的板状，也可以是图1B的附图标记1A所示的圆筒状。在为板状的情况下，其平面形状可以是图1A的附图标记1所示的矩形，也可以如图1C的附图标记1B所示为圆形。氧化物烧结体可以是一体成形，也可以是如图1D所示地，将分割成多个的氧化物烧结体(附图标记1C)分别固定在背板3上的多分割式。
背板3是用于保持和冷却氧化物烧结体的部件。背板3的材料没有特别的限定，能够使用Cu、Ti或者SUS等材料。
本实施方式的氧化物烧结体，含有铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)、X元素以及氧。所述氧化物烧结体在不损害本发明的效果的范围内，可以含有上述铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)、X元素以外的其他的金属元素，也可以实质上仅由铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)、X元素或仅由铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)、X元素构成。
这里，“实质上”是指氧化物烧结体的金属元素的95质量％以上100质量％以下(优选98质量％以上100质量％以下)是铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)以及X元素。本实施方式的氧化物烧结体在不损害本发明的效果的范围内，可以包含In、Sn、Zn以及Al之外的不可避免的杂质。这里所说的不可避免的杂质是指并非有意添加的元素，是在原料或制造工序中混入的元素。
X元素选自锗元素(Ge)、硅元素(Si)、钇元素(Y)、锆元素(Zr)、铝元素(Al)、镁元素(Mg)、镱元素(Yb)以及镓元素(Ga)中的至少一种以上。
作为不可避免的杂质的例子，有碱金属、碱土类金属(Li、Na、K、Rb、Ca、Sr、Ba等)、氢(H)元素、硼(B)元素、碳(C)元素、氮(N)元素、氟(F)元素以及氯(Cl)元素。
本实施方式的氧化物烧结体的各元素的原子比满足下述式(1)。
0.001≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.05…(1)
(式(1)中，In、Zn、Sn以及X分别表示氧化物烧结体中的铟元素(In)、锌元素(Zn)、锡元素(Sn)以及X元素的含量。X元素选自Ge、Si、Y、Zr、Al、Mg、Yb以及Ga中的至少一种以上。)
在本实施方式中，通过使氧化物烧结体中X元素的含有比例在上述式(1)的范围内，能够充分地提高氧化物烧结体的平均抗折强度。
作为X元素，优选是硅元素(Si)、铝元素(Al)、镁元素(Mg)、镱元素(Yb)以及镓元素(Ga)，更加优选是硅元素(Si)、铝元素(Al)以及镓元素(Ga)。由于铝元素(Al)以及镓元素(Ga)作为原料的氧化物的组成稳定，平均抗折强度的提高效果好，因此特别优选。
通过使X/(In+Sn+Zn+X)为0.001以上，能够抑制溅射靶的强度降低。通过使X/(In+Sn+Zn+X)为0.05以下，并使用含有该氧化物烧结体的溅射靶而成膜的氧化物半导体薄膜，使得使用草酸等弱酸进行蚀刻加工变得容易。进而，能够抑制TFT特性、特别是迁移率的降低。X/(In+Sn+Zn+X)优选为0.001以上、0.05以下，更优选为0.003以上、0.03以下，进一步优选为0.005以上、0.01以下，特别优选为0.005以上、不足0.01。
本实施方式的氧化物烧结体可以仅含有一种X元素，也可以含有两种以上X元素。含有两种以上X元素时，式(1)中的X为X元素的原子比的合计。
氧化物烧结体中X元素的存在方式没有特别地规定。作为氧化物烧结体中X元素的存在方式，比如，可列举作为氧化物存在的方式、固溶的方式以及在晶界处偏析的方式。
在本实施方式的氧化物烧结体中，通过使X元素的含有比例在上述式(1)的范围内，能够充分地降低溅射靶的体电阻。本发明的溅射靶的体电阻优选为50mΩ·cm以下，更优选为25mΩ·cm以下，进一步优选为10mΩ·cm以下，更进一步优选为5mΩ·cm以下，特别优选为3mΩ·cm以下。通过使体电阻为50mΩ·cm以下，能够由直流溅射稳定地进行成膜。
体电阻值能够使用公知的电阻率计并基于四探针法(JIS R 1637：1998)测量。优选为测量部位为9个部位左右，以平均值作为体电阻值。
在氧化物烧结体的平面形状为四边形的情况下，优选将面等面积地分割为9份、将各个四边形的9处中心点作为测量部位。
另外，在氧化物烧结体的平面形状为圆形的情况下，优选将内接于圆的正方形等面积地分割为9份、将各个正方形的9处中心点作为测量部位。
本实施方式的氧化物烧结体的各元素的原子比更优选于满足以下的式(2)～(4)中的至少一项。
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80…(2)
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40…(3)
0.10≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35…(4)
式(2)～(4)中，In、Zn以及Sn分别表示氧化物烧结体中的铟元素、锌元素以及锡元素的含量。
若Zn/(In+Sn+Zn)为0.4以上，则氧化物烧结体中容易生成尖晶石相，能够容易得到作为半导体的特性。通过使Zn/(In+Sn+Zn)为0.80以下，能够抑制由于氧化物烧结体中尖晶石相的异常粒子生长造成的强度的降低。此外，通过使Zn/(In+Sn+Zn)为0.80以下，能够抑制氧化物半导体薄膜的迁移率的降低。Zn/(In+Sn+Zn)更优选为0.50以上且0.70以下。
若Sn/(Sn+Zn)为0.15以上，则能够抑制由于氧化物烧结体中尖晶石相的异常粒子生长造成的强度的降低。通过使Sn/(Sn+Zn)为0.40以下，能够抑制氧化物烧结体中成为溅射时造成异常放电的原因的氧化锡的凝集。此外，通过使Sn/(Sn+Zn)为0.40以下，使用溅射靶成膜的氧化物半导体薄膜能够使利用草酸等弱酸进行蚀刻加工变得容易。通过使Sn/(Sn+Zn)为0.15以上，能够抑制蚀刻速度变得过快从而使蚀刻的控制变得容易。Sn/(Sn+Zn)更优选为0.15以上且0.35以下。
通过使In/(In+Sn+Zn)为0.1以上，能够降低所得到的的溅射靶的体电阻。此外，通过使In/(In+Sn+Zn)为0.1以上，能够抑制氧化物半导体薄膜的迁移率变得极端低。通过使In/(In+Sn+Zn)为0.35以下，在溅射成膜时，能够抑制膜成为导体，变得容易得到作为半导体的特性。In/(In+Sn+Zn)更优选为0.10以上0.30以下。
氧化物烧结体中各金属元素的原子比能够通过原料的掺混量来控制。此外，各元素的原子比能够利用感应耦合等离子体发光分析装置(ICP-AES)对含有元素进行定量分析而求出。
本实施方式的氧化物烧结体优选含有以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物，进一步优选含有以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物以及以In2O3(ZnO)m(式中，m为2～7的整数)表示的六方晶层状化合物。式中的m为2～7的整数，优选为3～5的整数。另外，在本说明书中，有时把尖晶石结构化合物称为尖晶石化合物。
另外，通过使m为2以上，化合物呈六方晶层状结构。通过使m为7以下，使氧化物烧结体的体电阻变低。
由氧化铟和氧化锌构成的六方晶层状化合物，是在X射线衍射法测量中示出归属于六方晶层状化合物的X射线衍射图谱的化合物。氧化物烧结体中含有的六方晶层状化合物是以In2O3(ZnO)m表示的化合物。
本实施方式的氧化物烧结体也可以含有以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物以及以In2O3表示的方铁锰矿结构化合物。
(平均晶体粒径)
从防止异常放电以及容易制造的观点出发，本实施方式的氧化物烧结体的平均晶体粒径优选为10μm以下，更优选为8μm以下。通过使平均晶体粒径为10μm以下，能够防止由晶界引起的异常放电。氧化物烧结体的平均晶体粒径的下限没有特别地规定，从容易制造的观点出发，优选为1μm以上。
平均晶体粒径能够根据原料的选择以及制造条件的变更进行调整。具体而言，使用平均粒径小的原料，优选使用平均粒径为1μm以下的原料。进而在烧结时，具有烧结温度越高或者烧结时间越长则平均晶体粒径变得越大的倾向。
平均晶体粒径能够如以下那样地进行测量。
研磨氧化物烧结体的表面，在平面形状为四边形的情况下，将面等面积地分割为16份，在各个四边形的16处中心点测量在倍率1000倍(80μm×125μm)的框内观察到的粒径，分别求出16处框内的粒径的平均值，最后将16处测量值的平均值设为平均晶体粒径。
研磨氧化物烧结体的表面，在平面形状是圆形的情况下，将内接于圆的正方形等面积地分割为16份，在各个正方形的16处中心点，测量在倍率1000倍(80μm×125μm)的框内观察到的粒子的粒径，求出16处框内的粒子的粒径的平均值。
对于纵横比不足2的粒子，基于JIS R 1670：2006，测量晶粒的粒径作为圆相当径。作为圆相当径的测量步骤，具体而言，把圆尺贴于微结构照片的测量对象颗粒上，读取与测量对象颗粒的面积相符的直径。对于纵横比在2以上的粒子，把最长直径和最短直径的平均值作为该粒子的粒径。能够使用扫描型电子显微镜(SEM)观察晶粒。六方晶层状化合物、尖晶石化合物以及方铁锰矿结构化合物能够通过后述的实施例中记载的方法确认。
本实施方式的氧化物烧结体在含有六方晶层状化合物和尖晶石化合物的情况下，优选六方晶层状化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。通过使平均晶体粒径在这样的范围，能够提高氧化物烧结体的强度。
更优选为，本实施方式的氧化物烧结体的平均晶体粒径为10μm以下，且六方晶层状化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。
此外，在本实施方式的氧化物烧结体包含方铁锰矿结构化合物和尖晶石化合物的情况下，优选方铁锰矿结构化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。通过使平均晶体粒径在这样的范围，能够提高氧化物烧结体的强度。
更优选为，本实施方式的氧化物烧结体的平均晶体粒径为10μm以下，方铁锰矿结构化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。
本实施方式的氧化物烧结体的相对密度优选为95％以上，更优选为96％以上。通过氧化物烧结体的相对密度为95％以上，溅射靶的机械强度提高且导电性优异，因此能够更加提高在将该溅射靶装配到RF磁控溅射装置或DC磁控溅射装置而进行溅射时的等离子体放电的稳定性。氧化物烧结体的相对密度是根据氧化铟、氧化锌、氧化锡以及X元素的氧化物各自的固有密度以及它们的组成比计算出的，且是以百分率表示氧化物烧结体相对于理论密度的实际测量的密度。
通过使本实施方式的氧化物烧结体的平均抗折强度为150MPa以上，能够抑制如在粘结到背板时以及溅射时那样的、因高温负荷而产生开裂。在本说明书中，基于JIS R1601：2008，在以30mm的间隔设置的2个支架上载置棱柱的试验片，在将按压件抵接于中央部的状态下，对按压件施加负荷，取30块试验片在断裂时的负荷(3点弯曲强度)的平均值为平均抗折强度。
本实施方式的氧化物烧结体的平均抗折强度优选为180MPa以上，更加优选为210MPa以上，进一步优选为230MPa以上，特别优选为250MPa以上。
本实施方式的氧化物烧结体的平均抗折强度的威布尔系数优选为7以上，更加优选为10以上，进一步优选为15以上。氧化物烧结体的平均抗折强度的威布尔系数之所以优选为7以上，是因为威布尔系数越大，强度的偏差越小。通过JIS R 1625：2010规定的威布尔统计分析法，在威布尔概率轴上绘制抗折强度(以下称为“威布尔绘图”)，根据威布尔绘图的斜率求出威布尔系数。
本实施方式的氧化物烧结体能够经过将铟原料、锌原料、锡原料以及X元素原料进行混合的混合工序、使原料混合物成形的成形工序、烧结成形物的烧结工序以及根据需要对烧结体进行退火的退火工序而制造。以下，对各个工序进行具体的说明。
(1)混合工序
在混合工序中，首先准备原料。
In原料只要是含有In的化合物或者金属，则无特别地限定。
Zn原料只要是含有Zn的化合物或者金属，则无特别地限定。
Sn原料只要是含有Sn的化合物或者金属，则无特别地限定。
X元素的原料只要是含有X元素的化合物或者金属，则无特别地限定。
In原料、Zn原料、Sn原料以及X元素的原料，优选为氧化物。
氧化铟、氧化锌、氧化锡以及X元素氧化物等的原料期望使用高纯度的原料，该纯度为99质量％以上，优选使用99.9质量％以上的原料，进一步优选使用99.99质量％以上的原料。这是由于使用高纯度的原料能够得到致密组织的烧结体，由该烧结体构成的溅射靶的体积电阻率变低的缘故。
此外，作为原料的金属氧化物的1次粒子的平均粒径优选为0.01μm以上10μm以下，更优选为0.05μm以上5μm以下，进一步优选为0.1μm以上5μm以下。若平均粒径为0.01μm以上则变得难以凝集，若平均粒径为10μm以下则混合性变充分，能够得到致密组织的烧结体。平均粒径通过BET法测量得到。
原料中能够添加聚乙烯醇、或乙酸乙烯酯等粘结剂。
原料的混合能够使用球磨机、喷射磨机以及珠磨机等通常的混合机进行。
通过混合工序得到的混合物可以立即成形，也可以在成形前进行预烧处理。预烧处理通常是在700℃以上900℃以下以1小时以上5小时以下烧制混合物。
不做预烧处理的原料粉末的混合物或完成预烧处理的混合物通过造粒处理改善了之后的成形工序中的流动性以及填充性。造粒处理能够通过使用喷雾干燥机等来进行。通过造粒处理所形成的2次粒子的平均粒径优选为1μm以上100μm以下，更加优选为5μm以上100μm以下，进一步优选为10μm以上100μm以下。另外，由于完成预烧处理的混合物的粒子彼此结合，在进行造粒处理的情况下，处理前要进行粉碎处理。
(2)成形工序
原料的粉末或造粒物在成形工序中通过模具冲压成形、浇铸成形或注塑成形等的方法进行成形。作为溅射靶，在得到烧结密度高的烧结体的情况下，优选在成形工序中通过模具冲压成形等预备成形后，通过冷等静压成形等进一步固结化。
(3)烧结工程
在烧结工程中，能够使用常压烧结、热压烧结或热等静压烧结等通常进行的烧结方法。烧结温度优选为1200℃以上1600℃以下，更优选为1250℃以上1550℃以下，进一步优选为1300℃以上1500℃以下。通过使烧结温度为1200℃以上，能够得到充分的烧结密度，也能够降低溅射靶的体电阻。通过使烧结温度为1600℃以下，能够抑制烧结时的氧化锌的升华。烧结时的升温速度优选为0.1℃/分钟以上3℃/分钟以下从室温到烧结温度为止。此外，在升温的过程中，也可以以700℃以上800℃以下暂时保持温度1小时以上10小时以下，并再次升温至烧结温度。
烧结时间根据烧结温度的不同而不同，优选为1小时以上50小时以下，更优选为2小时以上30小时以下，进一步优选为3小时以上20小时以下。烧结时的气氛可以是空气或氧气，它们可以含有氢气、甲烷或一氧化碳等还原性气体或者氩气、氮气等惰性气体。
(4)退火工序
退火工序不是必须的，在进行退火工序的情况下，通常以700℃以上800℃以下保持温度1小时以上5小时以下。本工序可以在暂时冷却烧结体后再次升温来退火，也可以在从烧结温度开始降温时进行退火。退火时的气氛可以是空气或氧气，也可以在其中含有氢气、甲烷或一氧化碳等还原性气体或者氩气、氮气等惰性气体。
将上述(1)～(4)的工序中得到的烧结体切削加工成合适的形状，并根据需要通过研磨表面完成溅射靶，
具体而言，将烧结体切削加工成适合安装到溅射装置的形状，作为溅射靶原材料(有时也称为靶原材料)而将该靶材粘接到背板上，由此可以得到溅射靶。
在将烧结体作为靶原材料使用的情况下，烧结体的表面粗糙度Ra优选为0.5μm以下。作为调整烧结体的表面粗糙度Ra的方法，例如可列举用平面磨床磨削烧结体的方法。溅射靶原材料的表面优选使用200号～1000号的金刚石砂轮进行精加工，特别优选使用400号～800号的金刚石砂轮进行精加工。通过使用200号以上且1000号以下的金刚石砂轮，能够防止溅射靶原材料的破裂。
优选溅射靶原材料的表面粗糙度Ra为0.5μm以下，且具备没有方向性的磨削面。只要溅射靶原材料的表面粗糙度Ra为0.5μm以下，且具备没有方向性的磨削面，就能够防止异常放电以及微粒的产生。
最后，对得到的溅射靶原材料进行清洁处理。清洁处理能够使用吹气或流水清洗等。在通过吹气除去异物时，从吹气的喷嘴的朝向侧利用集尘机进行吸气，由此能够更有效地去除异物。
另外，由于在吹气和流水清洗中清洁处理的效果存在界限，因此还能够进一步进行超声波清洗等。在频率25kHz以上300kHz以下的范围内进行多重振荡的超声波清洗方法是有效的。例如，优选在频率25kHz以上300kHz以下的范围内，通过每隔25kHz使12种频率进行多重振荡来进行超声波清洗。
溅射靶原材料的厚度通常是2mm以上20mm以下，优选为3mm以上12mm以下，更加优选为4mm以上9mm以下，特别优选为4mm以上6mm以下。
通过将经过上述工序以及处理所得到的溅射靶原材料粘结到背板，能够得到溅射靶。此外，也可以将多个溅射靶原材料安装到一个背板上从而实质上作为一个溅射靶。
本实施方式的溅射靶通过上述制造方法能够使相对密度为98％以上且体电阻为5mΩcm以下，在溅射时，能够抑制异常放电的产生。此外，本实施方式的溅射靶能够以有效、廉价且节能的方式对高品质的氧化物半导体薄膜进行成膜。
像这样地，根据本实施方式,溅射靶具备氧化物烧结体,该氧化物烧结体含有In、Sn、Zn、X以及氧，剩余部分由不可避免的杂质构成，各元素的原子比满足式(1)。
因此，溅射靶能够抑制在粘结到背板时以及溅射时裂纹的产生。
(氧化物半导体薄膜)
接着，对本实施方式的氧化物半导体薄膜进行说明。
本实施方式的氧化物半导体薄膜含有铟元素(In)、锡元素(Sn)、锌元素(Zn)、X元素以及氧，各元素的原子比满足式(1A)。
0.001≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.05…(1A)
(式(1A)中，In、Sn、Zn以及X分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、锌元素、锡元素以及X元素的含量。X元素选自Ge、Si、Y、Zr、Al、Mg、Yb以及Ga元素中的至少一种以上。)
本实施方式的氧化物半导体薄膜能够通过使用本实施方式的溅射靶利用溅射法进行制造。由溅射法得到的氧化物半导体薄膜的原子比组成反映了溅射靶中氧化物烧结体的原子比组成。
若使用本实施方式的溅射靶成膜，则靶强度提高，因此能够稳定地制造氧化物半导体薄膜，进而，本实施方式的氧化物半导体薄膜通过满足所述式(1A)，能够减少对TFT特性造成的影响。具体而言，通过X元素的含量的增加使溅射靶的强度提高，但是若过于增加则有可能导致TFT特性的降低。在本实施方式的氧化物半导体薄膜中，以满足所述式(1A)的范围的方式使用溅射靶使氧化物半导体薄膜成膜，由此能够以良好的平衡获得提高靶强度与抑制TFT特性降低的效果。
通过使本实施方式的氧化物半导体薄膜的X/(In+Sn+Zn+X)为0.05以下，氧化物半导体薄膜变得容易利用草酸等弱酸进行蚀刻加工。进而，能够抑制TFT特性特别是迁移率的降低。本实施方式的氧化物半导体薄膜的X/(In+Sn+Zn+X)优选为0.001以上、0.05以下，更优选为0.003以上、0.03以下，进一步优选为0.005以上、0.01以下，特别优选为0.005以上、不足0.01。
本实施方式的氧化物半导体薄膜的各元素的原子比更优选满足下述式(2A)～(4A)中的至少一项。
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80…(2A)
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40…(3A)
0.10≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35…(4A)
若Zn/(In+Sn+Zn)为0.4以上，则氧化物半导体薄膜中容易生成尖晶石相，从而容易得到作为半导体的特性。通过使Zn/(In+Sn+Zn)为0.80以下，能够抑制由于氧化物半导体薄膜中尖晶石相的异常粒子生长导致的强度的降低。此外，通过使Zn/(In+Sn+Zn)为0.80以下，能够抑制氧化物半导体薄膜的迁移率的降低。Zn/(In+Sn+Zn)更优选为0.50以上0.70以下。
若Sn/(Sn+Zn)为0.15以上，则能够抑制由于氧化物半导体薄膜中尖晶石相的异常粒子生长导致的强度的降低。通过使Sn/(Sn+Zn)为0.40以下，使用溅射靶而成膜的氧化物半导体薄膜变得容易利用草酸等弱酸进行蚀刻加工。通过使Sn/(Sn+Zn)为0.15以上，能够抑制蚀刻速度变得过快而使蚀刻的控制变得容易。Sn/(Sn+Zn)更优选为0.15以上0.35以下。
通过使In/(In+Sn+Zn)为0.1以上，能够抑制氧化物半导体薄膜的迁移率变得极端低。通过使In/(In+Sn+Zn)为0.35以下，在溅射成膜时，能够抑制膜变成导体，变得容易地得到作为半导体的特性。In/(In+Sn+Zn)更优选为0.10以上0.30以下。
本实施方式的氧化物半导体薄膜优选是在通过溅射而成膜时为无定形状态，在加热处理(退火处理)后也为无定形状态的薄膜。
(薄膜晶体管)
作为本实施方式的薄膜晶体管，可列举包含本实施方式的氧化物半导体薄膜的薄膜晶体管。
作为薄膜晶体管的沟道层，优选使用本实施方式的氧化物半导体薄膜。
本实施方式的薄膜晶体管在具有本实施方式的氧化物半导体薄膜作为沟道层的情况下，薄膜晶体管中其他元件构成没有特别地限定，能够采用公知的元件构成。
本实施方式的薄膜晶体管能够适用于电子设备。
具体而言，本实施方式的薄膜晶体管能够适用于液晶显示器以及有机EL显示器等显示装置。
本实施方式的薄膜晶体管中的沟道层的膜厚通常为10nm以上300nm以下，优选为20nm以上250nm以下。
本实施方式的薄膜晶体管中的沟道层通常在N型区域使用，但是能够与P型Si系半导体、P型氧化物半导体、P型有机半导体等各种P型半导体组合而用于PN接合型晶体管等各种半导体器件。
本实施方式的薄膜晶体管也能够应用于场效应晶体管、逻辑电路、存储电路以及差动放大电路等各种集成电路。进而，除了场效应晶体管以外，还能够适应于静电感应型晶体管、肖特基势垒型晶体管、肖特基二极管以及电阻元件。
本实施方式的薄膜晶体管的构成能够没有限制地采用从底栅、底接触、顶接触等公知的构成中选择的构成。
特别地，底栅构成由于与非晶硅或ZnO的薄膜晶体管相比能够得到较高的性能，因此是有利的。底栅构成容易削减制造时的掩模片数从而容易降低大型显示器等用途的制造成本，因此优选。
本实施方式的薄膜晶体管能够适用于显示装置。
作为大面积的显示器用的薄膜晶体管，特别优选沟道蚀刻型的底栅构成的薄膜晶体管。沟道蚀刻型的底栅构成的薄膜晶体管能够以光刻工序时的光掩模的数量较少且低成本地制造显示器用面板。其中，沟道蚀刻型的底栅构成以及顶接触构成的薄膜晶体管由于迁移率等特性良好且容易工业化，因此特别优选。
具体的薄膜晶体管的例子在图2以及图3示出。
如图2所示，薄膜晶体管100具备硅晶圆20、栅极绝缘膜30、氧化物半导体薄膜40、源电极50、漏电极60以及层间绝缘膜70、70A。
硅晶圆20是栅电极。栅极绝缘膜30是阻断栅电极与氧化物半导体薄膜40的导通的绝缘膜，设置在硅晶圆20上。
氧化物半导体薄膜40是沟道层，设置在栅极绝缘膜30上。氧化物半导体薄膜40使用本实施方式的氧化物半导体薄膜。
源电极50以及漏电极60是为了使源极电流以及漏极电流流入氧化物半导体薄膜40的导电端子，分别以与氧化物半导体薄膜40的两端附近接触的方式设置。
层间绝缘膜70是阻断源电极50以及漏电极60与氧化物半导体薄膜40之间的接触部分以外的部分导通的绝缘膜。
层间绝缘膜70A是阻断源电极50以及漏电极60与氧化物半导体薄膜40之间的接触部分以外的部分导通的绝缘膜。层间绝缘膜70A也是阻断源电极50与漏电极60之间导通的绝缘膜。层间绝缘膜70A也是沟道层保护层。
如图3所示，虽然薄膜晶体管100A的结构与薄膜晶体管100相同，但是在以接触栅极绝缘膜30和氧化物半导体薄膜40双方的方式而设置源电极50以及漏电极60的这一点上不同。还在以覆盖栅极绝缘膜30、氧化物半导体薄膜40、源电极50以及漏电极60的方式一体地设置层间绝缘膜70B的这一点上不同。
形成漏电极60、源电极50以及栅电极的材料没有特别限制，能够任意选择通常所使用的材料。在图2以及图3中列举的例子中，将硅晶圆作为基板使用，硅晶圆也作为电极发挥作用，但电极材料不限于硅。
例如，能够使用氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、ZnO以及SnO2等透明电极或Al、Ag、Cu、Cr、Ni、Mo、Au、Ti以及Ta等金属电极，或者含有这些金属的合金的金属电极或层叠电极。
此外，在图2以及图3中，也可以在玻璃等基板上形成栅电极。
形成层间绝缘膜70、70A、70B的材料没有特别限制，能够任意选择通常使用的材料。作为形成层间绝缘膜70、70A、70B的材料，具体而言，例如能够使用SiO2、SiNx、Al2O3、Ta2O5、TiO2、MgO、ZrO2、CeO2、K2O、Li2O、Na2O、Rb2O、Sc2O3、Y2O3、HfO2、CaHfO3、PbTiO3、BaTa2O6、SrTiO3、Sm2O3以及AlN等化合物。
在本实施方式的薄膜晶体管为背沟道蚀刻型(底栅型)的情况下，优选在漏电极、源电极以及沟道层上设置保护膜。通过设置保护膜，即使在长时间驱动TFT的情况下耐久性也容易提高。另外，在顶栅型的TFT的情况下，例如是在沟道层上形成栅极绝缘膜的结构。
保护膜或绝缘膜例如能够通过CVD形成，但此时存在成为高温度下进行的工艺的情况。此外，保护膜或绝缘膜在刚成膜后时常含有杂质气体，优选进行加热处理(退火处理)。通过利用加热处理除去杂质气体，能够形成稳定的保护膜或绝缘膜，容易形成耐久性高的TFT元件。
由于通过使用本实施方式的氧化物半导体薄膜，变得不易受到CVD工艺中温度的影响以及之后的加热处理的影响，因此即便在形成保护膜或绝缘膜的情况下也可以提高TFT特性的稳定性。
在晶体管特性中,通断(on/off)特性是决定显示器的显示性能的要素。在作为液晶的开关而使用薄膜晶体管的情况下,通断比(on/off比)优选为6位数以上。在OLED的情况下由于是电流驱动，导通(On)电流是重要的,但对于通断比同样优选为6位数以上。
本实施方式的薄膜晶体管的通断比优选为1×106以上。
通过将Vg＝-10V的Id的值设为断开(Off)电流值，将Vg＝20V的Id的值设为导通电流值，确定比[导通电流值/断开电流值]，从而求出通断比。
此外，本实施方式的TFT的迁移率优选为5cm2/Vs以上，更优选为10cm2/Vs以上。
根据施加20V的漏极电压的情况下的传递特性求出饱和迁移率。具体而言，能够通过制作传递特性Id-Vg的图表，计算各Vg的跨导(Gm)，根据饱和区域的公式来求出饱和迁移率。Id是源漏电极间的电流，Vg是在源漏电极间施加电压Vd时的栅极电压。
阈值电压(Vth)优选为-3.0V以上、3.0V以下，更优选为-2.0V以上、2.0V以下，进一步优选为-1.0V以上、1.0V以下。若阈值电压(Vth)为-3.0V以上，则能够得到高迁移率的薄膜晶体管。若阈值电压(Vth)为3.0V以下，则能够得到断开电流较小、通断比较大的薄膜晶体管。
阈值电压(Vth)能够根据传递特性的图表以Id＝10-9A下的Vg来定义。
通断比优选为106以上、1012以下，更优选为107以上、1011以下，进一步优选为108以上、1010以下。若通断比为106以上，则能够驱动液晶显示器。若通断比为1012以下，则能够驱动对比度较大的有机EL。此外，若通断比为1012以下，则能够使断开电流为10-11A以下，在将薄膜晶体管用于CMOS图像传感器的传输晶体管或复位晶体管的情况下，能够延长图像的保持时间或提高灵敏度。
<量子隧道场效应晶体管>
本实施方式的氧化物半导体薄膜也可以用于量子隧道场效应晶体管(FET)。
图4示出一实施方式的量子隧道场效应晶体管(FET)的示意图(纵剖视图)。
量子隧道场效应晶体管501具备p型半导体层503、n型半导体层507、栅极绝缘膜509、栅电极511、源电极513以及漏电极515。
依次将p型半导体层503、n型半导体层507、栅极绝缘膜509以及栅电极511进行层叠。
源电极513设置在p型半导体层503上。漏电极515设置在n型半导体层507上。
p型半导体层503是p型的IV族半导体层，在此是p型硅层。
n型半导体层507在此是上述实施方式的n型氧化物半导体薄膜。源电极513以及漏电极515是导电膜。
虽然在图4中未图示，但也可以在p型半导体层503上形成绝缘层。在该情况下，p型半导体层503与n型半导体层507经由将绝缘层局部开口的区域即接触孔连接。虽然在图4中未图示，但量子隧道场效应晶体管501也可以具备覆盖其上表面的层间绝缘膜。
量子隧道场效应晶体管501是进行电流的开关的量子隧道场效应晶体管(FET)，该电流的开关是指通过栅电极511的电压对在由p型半导体层503与n型半导体层507形成的能量势垒中隧穿的电流进行控制。在该结构中，构成n型半导体层507的氧化物半导体的带隙变大，能够减小断开电流。
图5示出其他实施方式的量子隧道场效应晶体管501A的示意图(纵剖视图)。
量子隧道场效应晶体管501A的构成与量子隧道场效应晶体管501的构成相同，但在p型半导体层503与n型半导体层507之间形成有氧化硅层505这一点上不同。通过具有氧化硅层，能够减小断开电流。
氧化硅层505的厚度优选为10nm以下。通过使其厚度为10nm以下，能够防止隧道电流不流动、或者形成的能量势垒难以形成或势垒高度发生变化，从而可防止隧穿电流降低或变化。氧化硅层505的厚度优选为8nm以下，更优选为5nm以下，进一步优选为3nm以下，更进一步优选为1nm以下。
图6示出在p型半导体层503与n型半导体层507之间形成有氧化硅层505的部分的TEM照片。
在量子隧道场效应晶体管501以及501A中，n型半导体层507也是n型氧化物半导体。
构成n型半导体层507的氧化物半导体也可以是非晶质。通过使构成n型半导体层507的氧化物半导体为非晶质，能够用草酸等有机酸进行蚀刻，与其它层的蚀刻速度之差变大，能够对布线等的金属层不造成影响而良好地进行蚀刻。
构成n型半导体层507的氧化物半导体也可以是晶质。与非晶质的情况相比，通过使其为晶质从而带隙变大，能够使断开电流变小。由于也能够使功函数增大，因此容易控制对由p型的IV族半导体材料与n型半导体层507形成的能量势垒隧穿的电流。
量子隧道场效应晶体管501的制造方法没有特别限定，但可以例示以下的方法。
首先，如图7A所示，在p型半导体层503上形成绝缘膜505A，并通过使用蚀刻等将绝缘膜505A的一部分开口来形成接触孔505B。
接着，如图7B所示，在p型半导体层503以及绝缘膜505A上形成n型半导体层507。此时，经由接触孔505B连接p型半导体层503与n型半导体层507。
接着，如图7C所示，在n型半导体层507上依次形成栅极绝缘膜509以及栅电极511。
接着，如图7D所示，以覆盖绝缘膜505A、n型半导体层507、栅极绝缘膜509以及栅电极511的方式设置层间绝缘膜519。
接着，如图7E所示，通过将p型半导体层503上的绝缘膜505A以及层间绝缘膜519的一部分开口来形成接触孔519A，并在接触孔519A设置源电极513。
进而，如图7E所示，通过将n型半导体层507上的栅极绝缘膜509以及层间绝缘膜519的一部分开口来形成接触孔519B，并在接触孔519B形成漏电极515。
能够通过以上的步骤制造量子隧道场效应晶体管501。
另外，在p型半导体层503上形成n型半导体层507后，在150℃以上、600℃以下的温度下进行热处理，由此能够在p型半导体层503与n型半导体层507之间形成氧化硅层505。通过追加该工序，能够制造量子隧道场效应晶体管501A。
本实施方式的薄膜晶体管优选为沟道掺杂型薄膜晶体管。沟道掺杂型晶体管是通过n型掺杂来适当地控制沟道的载流子的晶体管，使其不会相对于气氛和温度等外界的刺激容易变动而造成氧缺陷，能够得到兼顾高迁移率与高可靠性的效果。
<薄膜晶体管的用途>
本实施方式的薄膜晶体管也能够应用于场效应晶体管、逻辑电路、存储电路以及差动放大电路等各种集成电路，能够将这些用于电子设备等。进而，本实施方式的薄膜晶体管除了场效应晶体管以外，还能够适应于静电感应型晶体管、肖特基势垒型晶体管、肖特基二极管以及电阻元件。
本实施方式的薄膜晶体管能够适用于显示装置以及固体摄像元件等。
以下，对将本实施方式的薄膜晶体管用于显示装置以及固体摄像元件的情况进行说明。
首先，参照图8对将本实施方式的薄膜晶体管用于显示装置的情况进行说明。
图8A是本实施方式的显示装置的俯视图。图8B是用于说明在本实施方式的显示装置的像素部中应用液晶元件的情况下的像素部的电路的电路图。此外，图8B是用于说明在本实施方式的显示装置的像素部中应用有机EL元件的情况下的像素部的电路的电路图。
配置于像素部的晶体管能够使用本实施方式的薄膜晶体管。由于本实施方式的薄膜晶体管容易设为n沟道型，因此将能够由n沟道型晶体管构成的驱动电路的一部分形成在与像素部的晶体管相同的基板上。通过在像素部或驱动电路中使用本实施方式所示的薄膜晶体管，能够提供可靠性高的显示装置。
图8A示出有源矩阵型显示装置的俯视图的一例。在显示装置的基板300上形成有像素部301、第1扫描线驱动电路302、第2扫描线驱动电路303以及信号线驱动电路304。在像素部301中，多条信号线从信号线驱动电路304延伸地配置，多条扫描线从第1扫描线驱动电路302以及第2扫描线驱动电路303延伸配置。在扫描线与信号线的交叉区域分别以矩阵状设置有具有显示元件的像素。显示装置的基板300经由FPC(Flexible Printed Circuit:柔性印刷电路板)等连接部而与定时控制电路(也称为控制器、控制IC)连接。
在图8A中，第1扫描线驱动电路302、第2扫描线驱动电路303、信号线驱动电路304形成在与像素部301相同的基板300上。因此，设置在外部的驱动电路等部件的数量减少，所以能够实现成本的降低。此外，在基板300外部设置有驱动电路的情况下，产生使布线延伸的需求，布线间的连接数增加。在相同的基板300上设置有驱动电路的情况下，能够减少该布线间的连接数，从而能够实现可靠性的提高，或者成品率的提高。
此外，图8B示出了像素的电路构成的一例。在此，示出了能够应用于VA型液晶显示装置的像素部的像素部的电路。
该像素部的电路能够应用于在一个像素中具有多个像素电极的构成。各个像素电极与不同的晶体管连接，各晶体管构成为能够通过不同的栅极信号进行驱动。由此，能够独立地对施加于多畴设计的像素的各个像素电极上的信号进行控制。
以能够向晶体管316的栅极布线312与晶体管317的栅极布线313提供不同的栅极信号的方式使得两者分离。另一方面，作为数据线发挥功能的源电极或漏电极314在晶体管316与晶体管317中共用。晶体管316与晶体管317能够使用本实施方式的晶体管。由此，能够提供可靠性高的液晶显示装置。
第1像素电极与晶体管316电连接，第2像素电极与晶体管317电连接。第1像素电极与第2像素电极分离。第1像素电极与第2像素电极的形状没有特别限定。例如，只要使第1像素电极为V字状即可。
晶体管316的栅电极与栅极布线312连接，晶体管317的栅电极与栅极布线313连接。对栅极布线312与栅极布线313提供不同的栅极信号，使晶体管316与晶体管317的工作时机不同，从而能够控制液晶的取向。
此外，也可以利用电容布线310、作为电介质发挥功能的栅极绝缘膜、与第1像素电极或第2像素电极电连接的电容电极来形成保持电容。
多畴结构在一个像素中具备第1液晶元件318与第2液晶元件319。第1液晶元件318由第1像素电极、对置电极与其间的液晶层构成，第2液晶元件319由第2像素电极、对置电极与其间的液晶层构成。
像素部并不限定于图8B所示的构成。也可以在图8B所示出的像素部中追加开关、电阻元件、电容元件、晶体管、传感器或逻辑电路。
图8C示出了像素的电路结构的另一例。在此，示出了使用有机EL元件的显示装置的像素部的结构。
图8C是示出可应用的像素部320的电路的一例的图。在此，示出了在一个像素中使用两个n沟道型晶体管的例子。本实施方式的氧化物半导体膜能够用于n沟道型的晶体管的沟道形成区域。该像素部的电路能够应用数字时间调制驱动。
在开关用晶体管321以及驱动用晶体管322中能够使用本实施方式的薄膜晶体管。由此，能够提供可靠性较高的有机EL显示装置。
像素部的电路的构成并不限定于图8C所示的构成。也可以在图8C所示的像素部的电路中追加开关、电阻元件、电容元件、传感器、晶体管或逻辑电路。
以上是对将本实施方式的薄膜晶体管用于显示装置的情况的说明。
接着，参照图9对将本实施方式的薄膜晶体管用于固体摄像元件的情况进行说明。
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:互补金属氧化物半导体)图像传感器是在信号电荷蓄积部保持电位，并将该电位经由放大晶体管输出至垂直输出线的固体摄像元件。若在CMOS图像传感器所包含的复位晶体管以及/或者传输晶体管中存在漏电流，则由于该漏电流引起充电或放电，信号电荷蓄积部的电位发生变化。若信号电荷蓄积部的电位发生变化，则放大晶体管的电位也变化，变成偏离原本的电位的值，所拍摄的影像劣化。
对将本实施方式的薄膜晶体管应用于CMOS图像传感器的复位晶体管以及传输晶体管的情况下的动作的效果进行说明。放大晶体管也可以应用薄膜晶体管或体晶体管中的任一个。
图9是示出CMOS图像传感器的像素构成的一例的图。像素由作为光电转换元件的光电二极管3002、传输晶体管3004、复位晶体管3006、放大晶体管3008以及各种布线构成，多个像素被配置成矩阵状来构成传感器。也可以设置与放大晶体管3008电连接的选择晶体管。在晶体管附图标记中标记的“OS”表示氧化物半导体(Oxide Semiconductor)，“Si”表示硅，表示应用于各个晶体管时优选的材料。对于以后的附图也同样如此。
光电二极管3002被连接至传输晶体管3004的源极侧，在传输晶体管3004的漏极侧形成有信号电荷蓄积部3010(FD:也被称为浮动扩散)。信号电荷蓄积部3010连接有复位晶体管3006的源极以及放大晶体管3008的栅极。作为其它构成，也可以删除复位电源线3110。例如，还有使复位晶体管3006的漏极不与复位电源线3110连接，而是与电源线3100或垂直输出线3120连接的方法。
另外，还可以将本实施方式的氧化物半导体膜用于光电二极管3002，且可以使用与用于传输晶体管3004、复位晶体管3006的氧化物半导体膜相同的材料。
以上是将本实施方式的薄膜晶体管用于固体摄像元件的情况的说明。
实施例
以下基于实施例对本发明具体地进行说明，但本发明不受实施例的限定。
制造了由含有X元素的ITZO类氧化物烧结体构成的溅射靶。比较了由含有X元素的ITZO类氧化物烧结体构成的溅射靶的特性与由不含有X元素的ITZO类氧化物烧结体构成的溅射靶的特性。具体的步骤如下所述。
首先，以成为表1所示的原子比的方式，称量以下粉末作为原料。
·In原料：纯度为99.99质量％的氧化铟粉末
·Sn原料：纯度为99.99质量％的氧化锡粉末
·Zn原料：纯度为99.99质量％的氧化锌粉末
·X元素：纯度为99.9质量％的氧化铝(Al2O3)、纯度为99.9质量％的氧化锗(GeO2)、纯度为99.9质量％的氧化硅(SiO2)、纯度为99.9质量％的氧化钇(Y2O3)、纯度为99.9质量％的氧化锆(ZrO2)、纯度为99.9质量％的氧化镁(MgO)、纯度为99.9质量％的氧化镱(Yb2O)。
【表1】
Figure BDA0002379383350000261
接着，向这些原料添加聚乙烯醇作为成形用粘结剂，使用湿法球磨机混合并造粒72小时。
接着，把该造粒物均匀地填充到内径为120mm×120mm×7mm的模具中，使用冷压机加压成形后，使用冷等静压装置(CIP)在196MPa的压力下成形。将如此操作获得的成形体在氧气气氛下使用烧制炉升温至780℃后，在780℃保持5小时，进一步升温至1400℃，并在该温度(1400℃)下保持20小时，然后，通过炉内冷却得到氧化物烧结体。另外，以升温速度为2℃/分进行。
对所得到的的氧化物烧结体进行切削加工、表面研磨,并通过X射线衍射测量装置(XRD)调查晶体结构。其结果为，针对样品编号1～17、19、20、22、23、24、27，确认到存在以In2O3(ZnO)m(式中，m为2～7的整数)表示的六方晶层状化合物以及以Zn2SnO4表示的尖晶石化合物。针对样品编号18、21，确认到以Zn2SnO4表示的尖晶石化合物的单相。针对样品编号25、26，确认到存在方铁锰矿结构化合物以及以Zn2SnO4表示的尖晶石化合物。XRD的测量条件如下所述。
·装置：株式会社理学制Smartlab
·X射线：Cu-Kα射线(波长1.5418×10-10m)
·平行光束，2θ-θ反射法，连续扫描(2.0°/分)
·采样间隔：0.02°
·发散狭缝(DivergenceSlit，DS)：1.0mm
·散射狭缝(ScatteringSlit，SS)：1.0mm
·接收狭缝(ReceivingSlit，RS)：1.0mm
进而，针对所得到的氧化物烧结体测量了以下的特性。
(1)平均抗折强度
从所得到的氧化物烧结体切出30块厚度3mm×宽度4mm×全长36mm、截面是长方形的棱柱的试验，基于JISR1601：2008，使用材料试验机(岛津制作所制EZGraph)测量3点弯曲强度，并将30块试验片的3点弯曲强度的测量值的平均值作为平均抗折强度。
(2)相对密度
基于阿基米德法测量了氧化物烧结体的相对密度。具体而言，用氧化物烧结体的空中重量除以体积(＝烧结体的水中重量/测量温度中的水比重)，并将相对于基于下述式(5)的理论密度ρ(g/cm3)的百分率的值作为相对密度(单位：％)。
相对密度＝{(氧化物烧结体的空中重量/体积)/理论密度ρ}×100
ρ＝(C1/100/ρ1+C2/100/ρ2···+Cn/100/ρn)-1···(5)
另外，在式(5)中，C1～Cn分别表示氧化物烧结体或氧化物烧结体的构成物质的含量(质量％)，ρ1～ρn表示与C1～Cn相对应的各构成物质的密度(g/cm3)。
另外，由于密度和比重是几乎相等的，所以将《化学便览基础篇I》日本化学编第2修订版(丸善株式会社)中记载的氧化物的比重的值作为各构成物质的密度使用。
(3)体电阻值(mΩcm)
作为表示溅射靶的导电性的指标，使用电阻率计(三菱化学株式会社制，产品名LORESTA GP MCP-T610)并基于四探针法(JIS R 1637：1998)测量了体电阻值。把试样的厚度设为5mm，将测定部位设为9处，并以9处的测量值的平均值为体电阻值。
因为氧化物烧结体的平面形状为四边形，将面分割以等面积分为9份，测定部位为各四边形的中心点共9处。
(4)威布尔系数
平均抗折强度的威布尔系数是通过JIS R 1625：2010规定的威布尔统计分析法，在威布尔概率轴上绘制抗折强度(以下称为“威布尔绘图”)，并从威布尔绘图的斜率求出。
(5)平均晶体粒径
分别求出六方晶层状化合物的平均晶体粒径、尖晶石结构化合物的平均晶体粒径，方铁锰矿结构化合物的平均晶体粒径，并求出平均晶体粒径之差的绝对值。与所述的实施形式中记载的方法同样地测量平均晶体粒径。
(6)六方晶层状化合物粒子的确认
通过SEM-EPMA，根据晶粒含有In元素和Zn元素的情况，判断出氧化物烧结体含有六方晶层状化合物的粒子。
(7)尖晶石化合物粒子的确认
通过SEM-EPMA，根据晶粒含有Zn元素和Sn元素的情况，判断出氧化物烧结体含有尖晶石化合物的粒子。
(8)方铁锰矿结构的确认
根据In元素为90原子％以上的情况判断出氧化物烧结体含有方铁锰矿结构化合物的粒子，该情况是利用SEM-EPMA测量晶粒仅含有In元素以及氧原子、或者含有In元素、Sn元素以及氧原子而其中In元素以及Sn元素的原子％比(In元素：Sn元素)来获知。
将以上的结果示出在表2。将表2中的、In：Sn：Zn＝30：15：55(原子％)中的平均抗折强度、相对密度、体电阻、威布尔系数以及平均晶体粒径与Al含量或Si含量的关系(试样编号1～5、8～12、19)示出在图10～图14。作为X元素，将以0.1原子％含有Al、Si、G、Si、Y、Mg以及Yb中的至少一种的情况(试样编号1、8、13～17)以及不含有X元素的情况(试样编号19)的比较示出在图15中。
【表2】
Figure BDA0002379383350000291
如表2所示，含有X元素的试样(试样编号1～18、22～27)与不含有X元素的试样(试样编号19、20、21)相比，平均抗折强度以及威布尔系数较大，平均晶体粒径较小。
在含有X元素的试样(试样编号1～18、22～27)与不含有X元素的试样(试样编号19、20、21)的体电阻为同等水平、或者含有X元素的试样(试样编号1～18、22～27)的体电阻稍小。
在含有X元素的试样(试样编号1～18、22～27)与不含有X元素的试样(试样编号19、20、21)的相对密度为同等水平。
具体而言，含有X元素的试样(试样编号1～18、22～27)的平均抗折强度为150MPa以上，体电阻为2.69mΩcm以下，威布尔系数为7以上，平均晶体粒径为10μm以下。
在含有X元素的试样(试样编号1～17、22～24)中，六方晶层状化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。此外，在含有X元素的试样(试样编号25、26)中，方铁锰矿结构化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。在不含有X元素的试样(试样编号19、20)中，六方晶层状化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差超过1μm。根据该结果可知，通过含有X元素，能够获得平均抗折强度以及威布尔系数大，且体电阻、相对密度以及平均晶体粒径在优选的范围内的氧化物烧结体。
如图10所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Al元素的含量不同的多个试样进行比较，则Al含量增加后平均抗折强度也变大，但若含量超过0.5原子％则平均抗折强度的上升变慢。
此外，如图10所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Si元素的含量不同的多个试样进行比较，则Si含量增加后平均抗折强度也变大。若比较X元素含量相同的试样，则含有Al的试样比含有Si的试样的平均抗折强度大。
如图11所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Al元素的含量不同的多个试样进行比较，则Al含量增加后相对密度也变大，但若含量超过0.5原子％则密度的上升效果饱和。
此外，如图11所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Si元素的含量不同的多个试样进行比较，则Si含量增加后相对密度也变大，但若含量超过0.1原子％则密度的上升效果饱和。
如图12所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Al元素的含量不同的多个试样进行比较，则Al含量增加后体电阻变小。
此外，如图12所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Si元素的含量不同的多个试样进行比较，则有Si含量增加到1原子％为止体电阻变小，而增加到超过3原子％后体电阻稍微变大。
如图13所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Al元素的含量不同的多个试样进行比较，则Al含量增加后威布尔系数增大，若Al含量超过3原子％则上升效果饱和。
此外，如图13所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Si元素的含量不同的多个试样进行比较，则Si含量增加后威布尔系数增大，但Si含量超过3原子％则上升效果饱和。
如图14所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Al元素的含量不同的多个试样进行比较，则Al含量增加后平均晶体粒径变小。
此外，如图14所示，若对In、Sn以及Zn含量一定、且作为X元素的Si元素的含量不同的多个试样进行比较，则Si含量增加后平均晶体粒径变小。
含有Al的试样以及含有Si的试样的平均晶体粒径为同等水平。
如图15所示，若对In、Sn、Zn以及X元素的含量一定、且X元素的种类不同的多个试样以及不含有X元素的试样进行比较，则与不含有X元素的试样相比，含有X元素的试样的平均抗折强度更大。
[薄膜晶体管的制造]
通过以下的工序制造薄膜晶体管。
(1)成膜工序
对各试样编号的氧化物烧结体进行磨削研磨，制造4英寸φ×5mmt的溅射靶。具体而言，通过将磨削研磨后的烧结体粘结到背板制作溅射靶。在所有的靶中，粘结率为98％以上。在氧化物烧结体粘结到背板时，氧化物烧结体上没有裂纹产生，因此能够良好地制造溅射靶。通过X射线CT确认粘结率(接合率)。
使用制作出的溅射靶，在如表3所示的成膜条件下通过溅射法在带有热氧化膜(栅极绝缘膜)的硅晶圆20(栅极电极)上，经由金属掩模形成50nm的薄膜(氧化物半导体层)。此时，使用高纯度氩气以及高纯度氧气20％的混合气体作为溅射气体进行溅射。此时，溅射靶上没有产生裂纹。
(2)源漏电极的形成
接着，使用源极漏极的接触孔形状的金属掩模溅射钛金属，从而使钛电极作为源漏电极而成膜。沟道部的L/W为200μm/1000μm。将得到的层叠体在大气中以350℃进行60分钟的加热处理，制造出保护绝缘膜形成前的薄膜晶体管。
【表3】
Figure BDA0002379383350000321
对制造而得的薄膜晶体管(TFT编号：A1～A27)进行了下述评价。将结果示出在表4。
(半导体膜的晶体特性)
对于在硅晶圆上成膜而得的氧化物半导体膜，通过X射线衍射(XRD)对溅射后(膜刚堆积后)的未加热的膜以及进行了成膜后的加热处理后的膜的结晶性进行了评价，结果为，加热前是无定形状态，加热后也是无定形状态。
<TFT的特性评价>
进行了饱和迁移率、S值以及阈值电压的评价。将结果示出在表4的“加热处理后SiO2膜形成前的TFT的特性”。
饱和迁移率是根据在施加了20V的漏电压时的传输特性而求出的。具体而言，制作传递特性Id-Vg的图表，计算各Vg的跨导(Gm)，通过线性区域的公式导出饱和迁移率。另外，Gm由
Figure BDA0002379383350000332
表示，以-15V～25V施加Vg，将该范围内的最大迁移率定义为饱和迁移率。若在本发明中没有特别事先说明，则饱和迁移率通过该方法进行评价。上述Id是源漏电极间的电流，Vg是在源漏电极间施加了电压Vd时的栅极电压。
S值为漏电流从10pA变为100pA时的栅极电压差。
阈值电压(Vth)是根据传递特性的图表以Id＝10-9A下的Vg定义的。
此外，通过感应等离子体发光分析装置(ICP-AES、岛津制作所制)对得到的TFT样品的氧化物半导体薄膜进行分析后的结果为，确认了得到的氧化物半导体薄膜的原子比与用于氧化物半导体薄膜的制造的氧化物烧结体的原子比相同。
【表4】
Figure BDA0002379383350000331
根据表4可知：随着X元素相对于铟元素的添加量的增大，迁移率降低，此外，Vth向正侧移动。
工业实用性
本发明的溅射靶能够使用于形成驱动液晶显示器或有机EL显示器等显示装置的薄膜晶体管的氧化物半导体层。此外，使用本发明的溅射靶，能够制造使用在受光元件、显示元件、触摸面板中的电极或防雾用透明发热体等中的透明导电膜。
附图标记说明
1：氧化物烧结体
3：背板
20：硅晶圆
30：栅极绝缘膜
40：氧化物半导体薄膜
50：源电极
60：漏电极
70：层间绝缘膜
70A：层间绝缘膜
70B：层间绝缘膜
100：薄膜晶体管
100A：薄膜晶体管
300：基板
301：像素部
302：第1扫描线驱动电路
303：第2扫描线驱动电路
304：信号线驱动电路
310：电容布线
312：栅极布线
313：栅极布线
314：漏电极
316：晶体管
317：晶体管
318：第1液晶元件
319：第2液晶元件
320：像素部
321：开关用晶体管
322：驱动用晶体管
3002：光电二极管
3004：传输晶体管
3006：复位晶体管
3008：放大晶体管
3010：信号电荷蓄积部
3100：电源线
3110：复位电源线
3120：垂直输出线。

Claims (13)

1.一种溅射靶，其特征在于，具备氧化物烧结体,该氧化物烧结体含有铟元素In、锡元素Sn、锌元素Zn、X元素以及氧，各元素的原子比满足下述式(1)，该氧化物烧结体还包含以Zn2SnO4表示的尖晶石结构化合物,
0.001≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.05…(1)
式(1)中，In、Zn、Sn以及X分别表示氧化物烧结体中的铟元素、锌元素、锡元素以及X元素的含量,X元素选自Ge、Si、Y、Zr、Al、Mg、Yb以及Ga中的至少一种以上。
2.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体的式(1)所示的原子比为0.003以上、0.03以下。
3.如权利要求1或2所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体进一步满足下述式(2)。
0.40≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.80…(2)
4.如权利要求1～3的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体进一步满足下述式(3)：
0.15≦Sn/(Sn+Zn)≦0.40…(3)。
5.如权利要求1～4的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体进一步满足下述式(4)：
0.10≦In/(In+Sn+Zn)≦0.35…(4)。
6.如权利要求1～5的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体包含以In2O3(ZnO)m表示的六方晶层状化合物，其中m为2～7。
7.如权利要求1～6的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体的平均抗折强度为150Mpa以上。
8.如权利要求1～7的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体的平均抗折强度的威布尔系数为7以上。
9.如权利要求1～8的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体的平均晶体粒径为10μm以下,六方晶层状化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。
10.如权利要求1～8的任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述氧化物烧结体的平均晶体粒径为10μm以下,方铁锰矿结构化合物的平均晶体粒径与尖晶石化合物的平均晶体粒径之差为1μm以下。
11.一种氧化物半导体薄膜，其特征在于，含有铟元素In、锡元素Sn、锌元素Zn、X元素以及氧，各元素的原子比满足下述式(1A)，
0.001≦X/(In+Sn+Zn+X)≦0.05…(1A)
式(1A)中，In、Sn、Zn以及X分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、锌元素、锡元素以及X元素的含量，X元素选自Ge、Si、Y、Zr、Al、Mg、Yb以及Ga中的至少一种以上。
12.一种薄膜晶体管，其特征在于，使用了权利要求11所述的氧化物半导体薄膜。
13.一种电子设备，其特征在于，使用了权利要求12所述的薄膜晶体管。
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