JP6353369B2 - スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及びそれらの製造方法 - Google Patents
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- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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Description
電界効果型トランジスタの主要部材である半導体層(チャネル層)の材料としては、シリコン半導体化合物が最も広く用いられている。一般に、高速動作が必要な高周波増幅素子や集積回路用素子等には、シリコン単結晶が用いられている。一方、液晶駆動用素子等には、大面積化の要求から非晶質性シリコン半導体(アモルファスシリコン)が用いられている。
しかしながら、このターゲットでは焼結密度(相対密度)を上げるために、酸化性雰囲気で焼結する必要があるが、その場合、ターゲットの抵抗を下げるため、焼結後に高温での還元処理が必要であった。また、ターゲットを長期間使用していると得られた膜の特性や成膜速度が大きく変化する、焼結時に異常成長したInGaZnO4やIn2Ga2ZnO7による異常放電が起きる、成膜時にパーティクルの発生が多い等の問題があった。異常放電が頻繁に起きると、プラズマ放電状態が不安定となり、安定した成膜が行われず、膜特性に悪影響を及ぼす。
しかしながら、成膜時の酸素分圧を高くしないとTFTのノーマリーオフ動作を実現できないといった問題があった。
しかしながら、ターゲットの結晶相については検討されておらず、そのターゲットを用いて作製された薄膜の移動度が5cm2/Vs未満と低移動度であり、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウム材料が本来持っている移動度を引き出せていなかった。
以上のように、酸化物半導体用スパッタリングターゲットとして好ましい酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウムターゲットの結晶相は明らかではなかった。
また、本発明は、高い移動度と高い信頼性を有するTFTを実現可能なスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。
1.インジウム元素(In)、亜鉛元素(Zn)及びアルミニウム元素(Al)を含有し、In2O3で表されるビックスバイト構造化合物とIn2O3(ZnO)m(mは整数)で表わされるホモロガス構造化合物を含むスパッタリングターゲット。
2.前記In2O3(ZnO)m(mは整数)で表わされるホモロガス構造化合物にAlが固溶している1に記載のスパッタリングターゲット。
3.前記インジウム元素、亜鉛元素及びアルミニウム元素の原子比が、下記式(1)〜(3)を満たす1又は2に記載のスパッタリングターゲット。
0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1)
0.10≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.90 (2)
0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.30 (3)
(式中、In、Zn及びAlは、それぞれ、スパッタリングターゲット中における各元素の原子比を示す。)
4.相対密度が98%以上である1〜3のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
5.バルク比抵抗が10mΩcm以下である1〜4のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
6.少なくともインジウム元素(In)、亜鉛元素(Zn)及びアルミニウム元素(Al)を混合して混合物を得る混合工程、
前記混合物を成形して成形体を得る成形工程、及び
前記成形体を焼結する焼結工程を有し、
前記焼結工程は、酸素含有雰囲気で、700〜900℃において1〜5時間、温度を保持する仮焼き工程を含む、1〜5のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
7.1〜5のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により成膜してなる酸化物半導体薄膜。
8.水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選択される1以上と希ガスを含有する混合気体の雰囲気下において、1〜5のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で酸化物半導体薄膜を成膜する酸化物半導体薄膜の製造方法。
9.前記酸化物半導体薄膜の成膜を、少なくとも水蒸気と希ガスを含有する混合気体の雰囲気下において行う8に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
10.前記混合気体中に含まれる水蒸気の割合が分圧比で0.1%〜25%である8又は9に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
11.前記混合気体中に含まれる酸素ガスの割合が分圧比で0.1%〜50%である8〜10のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
12.前記酸化物半導体薄膜の成膜を、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された3枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、前記各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加する場合に、前記交流電源からの出力の少なくとも1つを、分岐して接続した2枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面に成膜するスパッタリング方法で行う8〜11のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
13.前記交流電源の交流パワー密度が3W/cm2以上、20W/cm2以下である12に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
14.前記交流電源の周波数が10kHz〜1MHzである12又は13に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
15.7に記載の酸化物半導体薄膜をチャネル層として有する薄膜トランジスタ。
16.7に記載の酸化物半導体薄膜の上に、少なくともSiNx(xは任意の数値)を含有する保護膜を有する薄膜トランジスタ。
17.電界効果移動度が5cm2/Vs以上である15又は16に記載の薄膜トランジスタ。
18.15〜17のいずれかに記載の薄膜トランジスタを備える表示装置。
また、結晶構造中の原子やイオンが一部他の原子で置換された置換型固溶体、他の原子が格子間位置に加えられた侵入型固溶体もビックスバイト構造化合物に含まれる。
X線回折パターンから算出されたIn2O3(ZnO)m(mは整数)で表わされるホモロガス構造化合物結晶の結晶軸長(a軸、b軸、c軸)が、JCPDSデータベースあるいはICSDでX線回折パターンと一致する結晶の結晶軸長よりも小さく、かつ、mの値が対応する、InAlO3(ZnO)m(mは整数)で表わされるホモロガス構造化合物結晶の結晶軸長(a軸、b軸、c軸)よりも大きい時、In2O3(ZnO)m(mは整数)で表わされるホモロガス構造化合物にAlが固溶しているといえる。
X線回折パターンから算出されたIn2O3(ZnO)2で表わされるホモロガス構造化合物結晶の結晶軸長a、b、cが、3.281Å<a<3.352Å、3.281Å<b<3.352Å、41.35Å<b<42.488Åを満たす時、Alは固溶しているといえる。
0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1)
0.10≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.90 (2)
0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.30 (3)
(式中、In、Zn及びAlは、それぞれ、スパッタリングターゲット中における各元素の原子比を示す。)
一方、In元素の量が0.70以下であると、そのターゲットを用いて作製した薄膜のキャリア濃度が過剰にならずに、薄膜を半導体として利用することができる。
以上からInの濃度は、0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70であることが好ましい。In元素の量[In/(In+Zn+Al)]は、より好ましくは0.15〜0.70であり、さらに好ましくは、0.20〜0.65である。
一方、Zn元素の量が0.90以下であると、得られる薄膜のウェットエッチャントへの溶解速度が速くなりすぎることを防ぐことができる。
以上からZnの濃度は、0.10≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.90であることが好ましい。
Zn元素の量[Zn/(In+Zn+Al)]は、より好ましくは0.15〜0.80であり、さらに好ましくは、0.20〜0.70である。
一方、Al元素の量が0.30以下であると、ターゲット中にAl2O3が生成されるのを防ぐことができ、ターゲットを低抵抗にすることができる。
以上からAlの濃度は、0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.30であることが好ましい。Al元素の量[Al/(In+Zn+Al)]は、より好ましくは0.02〜0.30であり、さらに好ましくは、0.02〜0.25である。
具体的に、溶液試料をネブライザーで霧状にして、アルゴンプラズマ(約6000〜8000℃)に導入すると、試料中の元素は熱エネルギーを吸収して励起され、軌道電子が基底状態から高いエネルギー準位の軌道に移る。この軌道電子は10−7〜10−8秒程度で、より低いエネルギー準位の軌道に移る。この際にエネルギーの差を光として放射し発光する。この光は元素固有の波長(スペクトル線)を示すため、スペクトル線の有無により元素の存在を確認できる(定性分析)。
定性分析で含有されている元素を特定後、定量分析で含有量を求め、その結果から各元素の原子比を求める。
本発明において「実質的」とは、スパッタリングターゲットとしての効果が上記In、Zn及びAlに起因すること、又はスパッタリングターゲットの金属元素の95重量%以上100重量%以下(好ましくは98重量%以上100重量%以下)がIn、Zn及びAlであることを意味する。
また、焼結後に、還元性雰囲気下での熱処理操作等の後処理工程等を行って密度を調整することもできる。還元性雰囲気は、アルゴン、窒素、水素等の雰囲気や、それらの混合気体雰囲気が用いられる。
バルク比抵抗は、例えば、実施例に記載の方法により測定することができる。
バルク比抵抗は、例えば0.01Ωcm以上である。
スパッタによってターゲット表面が削られる場合、その削られる速度が結晶面の方向によって異なり、ターゲット表面に凹凸が発生する。この凹凸の大きさはスパッタリングターゲット中に存在する結晶粒径に依存している。結晶粒径が小さいとスパッタリングターゲットの凹凸が小さくなり、ノジュールが発生しにくくなると考えられる。
(1)少なくともインジウム元素(In)、亜鉛元素(Zn)及びアルミニウム元素(Al)を混合して混合物を得る混合工程
(2)上記混合物を成形して成形体を得る成形工程
(3)酸素含有雰囲気で上記成形体を焼結する焼結工程
(1)少なくともインジウム元素(In)、亜鉛元素(Zn)及びアルミニウム元素(Al)を混合して混合物を得る混合工程
原料化合物は特に制限されず、In、Zn及びAlを含む化合物であり、焼結体が以下の原子比を有することができる化合物を用いることが好ましい。
0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1)
0.10≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.90 (2)
0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.30 (3)
(式中、In、Zn及びAlは、それぞれ、スパッタリングターゲットにおける各元素の原子比を示す。)
原料は、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウムの混合粉末であることが好ましい。
混合方法については以下の工程(2)とともに説明する。
工程(1)の混合方法、工程(2)の成形方法は特に限定されず、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、酸化インジウム粉、酸化亜鉛及び酸化アルミニウム粉を含んだ酸化物の混合粉を含む原料粉末に、水系溶媒を配合し、得られたスラリーを12時間以上混合した後、固液分離・乾燥・造粒し、引き続き、この造粒物を型枠に入れて成形する。
ボールミルによる混合時間は、好ましくは15時間以上、より好ましくは19時間以上とする。混合時間が不足すると最終的に得られる焼結体中にAl2O3等の高抵抗の化合物が生成するおそれがあるからである。
また、混合する際にはバインダーを任意量だけ添加し、同時に混合を行うと好ましい。バインダーには、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル等を用いることができる。
造粒粉に対して、通常、金型プレス又は冷間静水圧プレス(CIP)により、例えば1.2ton/cm2以上の圧力で成形を施して成形体を得る。
焼結工程は、昇温工程、仮焼き工程、保持工程を含む。また、昇温工程の途中には、1〜5時間、700〜900℃の範囲内において温度を保持する仮焼き工程を含む。これにより、ターゲットの密度が上昇しやすくなり、スパッタ時のノジュールの発生をより抑制できるため好ましい。また、ターゲットが所望の組成からずれてしまうことを防ぐことができる。
焼結温度が1200℃以上かつ焼結時間が5時間以上であると、Al2O3等がターゲット内部に形成されるのを防ぐことができる。一方、焼成温度が1650℃以下で焼成時間が50時間以下であると、著しい結晶粒成長により平均結晶粒径の増大を防ぐことができ、製造の効率も下がらない。
還元方法としては、例えば、還元性ガスによる方法や真空焼成又は不活性ガスによる還元等が挙げられる。
還元性ガスによる還元処理の場合、水素、メタン、一酸化炭素、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
不活性ガス中での焼成による還元処理の場合、窒素、アルゴン、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
ターゲット素材の表面粗さRaが0.5μm以下であり、方向性のない研削面を備えていることが好ましい。Raが0.5μm以下であり、研磨面の方向性をなくすと、異常放電が起きたり、パーティクルが発生したりすることを防ぐことができる。
尚、以上のエアーブローや流水洗浄では限界があるので、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。この超音波洗浄は周波数25〜300kHzの間で多重発振させて行なう方法が有効である。例えば周波数25〜300kHzの間で、25kHz刻みに12種類の周波数を多重発振させて超音波洗浄を行なうのが好ましい。
上記のようにして得られたターゲット素材をバッキングプレートへボンディングすることによって、スパッタリングターゲットを得ることができる。また、複数のターゲット素材を1つのバッキングプレートに取り付け、実質1つのターゲットとしてもよい。
本発明の酸化物半導体薄膜は、インジウム、亜鉛、アルミニウム、酸素からなり、通常、原子比は(1)〜(3)のとおりである
0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1)
0.10≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.90 (2)
0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.30 (3)
(式中、In、Zn及びAlは、それぞれ、酸化物半導体薄膜における各元素の原子比を示す。)
一方、In元素の量が0.70以下であると、得られた薄膜のキャリア濃度が高くなりすぎるのを防ぐことができ、薄膜を半導体として利用することができる。
一方、Zn元素の量が0.90以下であると、得られる薄膜のウェットエッチャントへの溶解速度が速くなりすぎることが防ぐことができ、ウェットエッチングが容易になる。
Zn元素の量[Zn/(In+Zn+Al)]は、より好ましくは0.15〜0.80であり、さらに好ましくは、0.20〜0.70である。
一方、Al元素の量が0.30以下であると、チャネル層を成膜し、TFTに適用した場合に移動度が低くなることを防ぐことができる。
本発明のスパッタリングターゲットは、上記DCスパッタリング法に加えて、RFスパッタリング法、ACスパッタリング法、パルスDCスパッタリング法にも適用することができ、異常放電のないスパッタリングが可能である。
酸化物層のキャリア濃度が1019cm−3以下であると、薄膜トランジスタ等の素子を構成した際に、漏れ電流の発生を防ぐことができる。また、ノーマリーオンになってしまったり、on−off比が小さくなってしまったりすることを防ぐことができ、トランジスタ性能が発揮することができる。
酸化物半導体薄膜のキャリア濃度は、ホール効果測定方法により測定することができる。
より好ましくは、酸素分圧比は0.1%〜30%である。
また、水の分圧比が25%以下であると、膜密度の低下を抑えることができ、Inの5s軌道の重なりが小さくなることを防ぐことができるので、移動度が低下しにくくなる。スパッタリング時の雰囲気中の水の分圧比は0.7〜13%がより好ましく、1〜6%が特に好ましい。
酸化物薄膜の後処理アニール工程においては、酸素の存在下又は不存在下でランプアニール装置、レーザーアニール装置、熱プラズマ装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。
真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された3枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加して、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面上に成膜する。
また、1辺が1mを超える大面積基板にスパッタ成膜する場合には、たとえば特開2005−290550号公報記載のような大面積生産用のACスパッタ装置を使用することが好ましい。
上記以外のスパッタリング時の条件等は、上述したものから適宜選択すればよい。
本発明の薄膜トランジスタは、上記説明した本発明の酸化半導体薄膜をチャネル層として有していれば、その素子構成は特に限定されず、公知の各種の素子構成を採用することができる。
本発明の薄膜トランジスタは、上記チャネル層上に保護膜を備えることが好ましい。本発明の薄膜トランジスタにおける保護膜は、少なくともSiNxを含有することが好ましい。SiNxはSiO2と比較して緻密な膜を形成できるため、TFTの劣化抑制効果が高いという利点を有する。
尚、xは任意の数であり、SiNxは化学量論比が一定でなくともよい。
本発明のインジウム元素(In)、亜鉛元素(Zn)及びアルミニウム元素(Al)を含有する酸化物半導体薄膜は、Alを含有しているためCVDプロセスによる耐還元性が向上し、保護膜を作製するプロセスによりバックチャネル側が還元されにくく、保護膜としてSiNxを用いることができる。
プラズマCVD法によりゲート絶縁膜を形成し、その上にチャネル層を成膜した場合、ゲート絶縁膜中の水素がチャネル層に拡散し、チャネル層の膜質低下やTFTの信頼性低下を招くおそれがある。チャネル層の膜質低下やTFTの信頼性低下を防ぐために、チャネル層を成膜する前にゲート絶縁膜に対してオゾン処理、酸素プラズマ処理、二酸化窒素プラズマ処理もしくは亜酸化窒素プラズマ処理を施すことが好ましい。このような前処理を行うことによって、チャネル層の膜質の低下やTFTの信頼性低下を防ぐことができる。
ゲート絶縁膜は、異なる材料からなる2層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質又は非晶質であることが好ましい。
本発明の薄膜トランジスタの構成は、ボトムゲート、ボトムコンタクト、トップコンタクト等公知の構成を制限なく採用することができる。
本発明の薄膜トランジスタは、表示装置に好適に用いることができる。
[焼結体の製造]
原料粉体として下記の酸化物粉末を使用した。尚、酸化物粉末の平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置SALD−300V(島津製作所製)で測定し、平均粒径はメジアン径D50を採用した。
酸化インジウム粉:平均粒径0.98μm
酸化亜鉛粉:平均粒径0.96μm
酸化アルミニウム粉:平均粒径0.98μm
得られた成形体を、表1に示す焼結温度及び焼結時間で、焼結炉で焼結して焼結体を得た。昇温中(仮焼き工程を含む)は酸素雰囲気とし、その他は大気中(雰囲気)とした。300℃から800℃まで1℃/分で昇温し、800℃から焼結温度までは1℃/分で昇温した。仮焼き工程として、800℃で3時間保持する工程を含めた。焼結時間経過後の降温速度は15℃/分とした。
また、得られた焼結体のバルク比抵抗(導電性)を抵抗率計(三菱化学(株)製、ロレスタ)を使用して四探針法(JIS R 1637)に基づき測定した。結果を表1に示す。表1に示すように実施例1〜4の焼結体のバルク比抵抗は、10mΩcm以下であった。
得られた焼結体についてICP−AES分析を行い、表1に示す原子比であることを確認した。
また、得られた焼結体についてX線回折(XRD)測定装置により結晶構造を調べた。XRDの測定条件は以下のとおりである。
・X線:Cu−Kα線(波長1.5406Å、グラファイトモノクロメータにて単色化)
・2θ−θ反射法、連続スキャン(1.0°/分)
・サンプリング間隔:0.02°
・スリット DS、SS:2/3°、RS:0.6mm
チャートを分析した結果、実施例1の焼結体では、In2Zn3O6のホモロガス構造とIn2O3のビックスバイト構造が観測された。
結晶構造はJCPDSカード又はICSDで確認することができる。
In2Zn3O6のホモロガス構造はICSD#162450であり、In2O3のビックスバイト構造はJCPDSカードNo.06−0416である。
XRDの結果から、実施例2〜4に関してもIn2Zn3O6で表わされるホモロガス構造化合物とIn2O3で表わされるビックス構造化合物が含まれることが分かった。
実施例1〜4で得られた焼結体の表面を平面研削盤で研削し、側辺をダイヤモンドカッターで切断し、バッキングプレートに貼り合わせ、それぞれ直径4インチのスパッタリングターゲットを作製した。
また、それぞれ幅200mm、長さ1700mm、厚さ10mmの6枚のターゲットをACスパッタリング成膜用に作製した。
得られた直径4インチのスパッタリングターゲットをDCスパッタリング装置に装着し、雰囲気としてアルゴンガスに水蒸気を分圧比で2%添加した混合ガスを使用し、スパッタ圧0.4Pa、基板温度を室温とし、DC出力400Wにて、10kWh連続スパッタを行った。スパッタ中の電圧変動をデータロガーに蓄積し、異常放電の有無を確認した。結果を表1に示す。
また、得られた直径4インチのスパッタリングターゲットを用いて、雰囲気としてアルゴンガスに水素ガスを分圧比で3%添加した混合ガスを使用し、40時間連続してスパッタリングを行い、ノジュールの発生の有無を確認した。
尚、スパッタ条件は、スパッタ圧0.4Pa、DC出力100W、基板温度は室温とした。水素ガスは、ノジュールの発生を促進するために雰囲気ガスに添加した。
表1に示す原子比(百分率)で原料粉末を混合し、表1に示す焼結温度、焼結時間で焼結した他は、実施例1と同様に焼結体及びスパッタリングターゲットを製造し、評価した。結果を表1に示す。
比較例1のスパッタリングターゲットにおいて、スパッタ時に異常放電が発生し、ターゲット表面にはノジュールが観測された。
比較例2のスパッタリングターゲットは、抵抗が高く、スパッタリングすることができなかった。
ZnOのウルツ構造はICSD#57156であり、ZnAl2O4のスピネル構造はJCPDSカードNo.05−0669で確認することができる。
In2O3のビックスバイト構造はJCPDSカードNo.06−0416で、Al2O3のコランダム構造はJCPDSカードNo.10−173で確認することができる。
[酸化物半導体薄膜の製造]
マグネトロンスパッタリング装置に、実施例1〜4で作製した表2に示す組成の4インチターゲットを装着し、基板としてスライドガラス(コーニング社製♯1737)をそれぞれ装着した。DCマグネトロンスパッタリング法により、スライドガラス上に膜厚50nmの非晶質膜を成膜した。成膜時には、表2に示す分圧比(%)でArガス、O2ガス、及び水蒸気を導入した。
・基板温度:25℃(但し、実施例6は80℃)
・到達圧力:8.5×10−5Pa
・雰囲気ガス:Arガス、O2ガス、水蒸気(分圧比は表2を参照)
・スパッタ圧力(全圧):0.4Pa
・投入電力:DC100W
・S(基板)−T(ターゲット)距離:70mm
また、ICP−AES分析により、酸化物半導体薄膜に含まれる各元素の原子比がスパッタリングターゲットと同じであることを確認した。
XRDの測定条件は以下のとおりである。
・X線:Cu−Kα線(波長1.5406Å、グラファイトモノクロメータにて単色化)
・2θ−θ反射法、連続スキャン(1.0°/分)
・サンプリング間隔:0.02°
・スリット DS、SS:2/3°、RS:0.6mm
基板として、膜厚100nmの熱酸化膜付きの導電性シリコン基板を使用した。熱酸化膜がゲート絶縁膜として機能し、導電性シリコン部がゲート電極として機能する。
表2に示す成膜条件、上記のスパッタ条件にて、スパッタ成膜し、ゲート絶縁膜上に膜厚50nmの非晶質薄膜を作製した。レジストとしてOFPR♯800(東京応化工業株式会社製)を使用し、塗布、プレベーク(80℃、5分)、露光した。現像後、ポストベーク(120℃、5分)し、シュウ酸にてエッチングし、所望の形状にパターニングした。その後、熱風加熱炉内にて300℃で60分加熱処理(アニール処理)を行った。
また、作製したトランジスタについて、ドレイン電圧(Vd)を1V及びゲート電圧(Vg)を−15〜25Vとして伝達特性を評価した。結果を表2に示す。尚、電界効果移動度(μ)は、線形移動度から算出し、Vg−μの最大値で定義した。
比較例1で作製した4インチターゲットを用いて実施例5と同様にして酸化物半導体薄膜及び薄膜トランジスタを作製し、評価した。成膜条件及び結果を表2に示す。尚、比較例2のスパッタリングターゲットは、抵抗が高く、スパッタリングは不可能であった。
表2に示すように、比較例3の素子は電界効果移動度が5cm2/Vs未満であり、実施例5〜8と比べて大幅に低いことが分かる。
また、比較例3のTFTに対し、DCバイアスストレス試験を行った。結果を表2に示す。比較例3のTFTでは、閾値電圧が1V以上変動して著しい特性の劣化が生じた。
特開2005−290550号公報に開示された成膜装置を用い、実施例1〜4で作製した表3に示す組成の4インチターゲットについてACスパッタリングを行い、薄膜トランジスタを作製した。成膜条件は表3に示すとおりである。ソース・ドレインパターニングをドライエッチングで行った他は実施例5と同様にして薄膜トランジスタ及び薄膜評価用素子を作製し、評価した。結果を表3に示す。
以上の条件で成膜速度を調べるために10秒成膜し、得られた薄膜の膜厚を測定すると8nmであった。成膜速度は48nm/分と高速であり、量産に適していた。
また、ICP−AES分析により、酸化物薄膜に含まれる各元素の原子比がスパッタリングターゲットと同じであることを確認した。
また、XRD測定から薄膜堆積直後は非晶質であり、空気中300℃、60分の熱処理後も非晶質であることを確認した。
比較例1で作製した幅200mm、長さ1700mm、厚さ10mmの6枚のターゲットを用いて成膜条件を、表3に記載のものに変更した他は実施例9と同様にして酸化物半導体薄膜、薄膜評価用素子及び薄膜トランジスタを作製し、評価した。結果を表3に示す。
表3に示すように、比較例4の素子は電界効果移動度が10cm2/Vs未満であり、実施例9〜12と比べて大幅に電界効果移動度が低いことが分かる。
本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
Claims (13)
- 焼結体を含むスパッタリングターゲットであって、
前記焼結体は、インジウム元素(In)、亜鉛元素(Zn)、アルミニウム元素(Al)、酸素元素(O)及び不可避不純物のみからなり、In2O3で表されるビックスバイト構造化合物とIn2O3(ZnO)m(mは整数)で表わされるホモロガス構造化合物とを含み、ZnOで表される結晶相を含まず、
前記焼結体において、前記In2O3(ZnO)m(mは整数)で表わされるホモロガス構造化合物にAlが固溶している
スパッタリングターゲット。 - 前記焼結体が、結晶相として、前記In 2 O 3 で表されるビックスバイト構造化合物及び前記In 2 O 3 (ZnO) m (mは整数)で表わされるホモロガス構造化合物のみを含む請求項1に記載のスパッタリングターゲット。
- 前記焼結体において、前記インジウム元素、前記亜鉛元素及び前記アルミニウム元素の原子比が、下記式(1)〜(3)を満たす請求項1又は2に記載のスパッタリングターゲット。
0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1)
0.10≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.90 (2)
0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.30 (3)
(式中、In、Zn及びAlは、それぞれ、前記焼結体中における各元素の原子比を示す。) - 前記焼結体の相対密度が98%以上である請求項1〜3のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
- 前記焼結体のバルク比抵抗が10mΩcm以下である請求項1〜4のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
- 少なくともインジウム元素(In)、亜鉛元素(Zn)及びアルミニウム元素(Al)を混合して混合物を得る混合工程、
前記混合物を成形して成形体を得る成形工程、及び
前記成形体を焼結する焼結工程を有し、
前記焼結工程は、酸素含有雰囲気で、700〜900℃において1〜5時間、温度を保持する仮焼き工程を含む、請求項1〜5のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。 - 水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選択される1以上と希ガスを含有する混合気体の雰囲気下において、請求項1〜5のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で酸化物半導体薄膜を成膜する酸化物半導体薄膜の製造方法。
- 前記酸化物半導体薄膜の成膜を、少なくとも水蒸気と希ガスを含有する混合気体の雰囲気下において行う請求項7に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
- 前記混合気体中に含まれる水蒸気の割合が分圧比で0.1%〜25%である請求項7又は8に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
- 前記混合気体中に含まれる酸素ガスの割合が分圧比で0.1%〜50%である請求項7〜9のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
- 前記酸化物半導体薄膜の成膜を、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された3枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、前記各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加する場合に、前記交流電源からの出力の少なくとも1つを、分岐して接続した2枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面に成膜するスパッタリング方法で行う請求項7〜10のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
- 前記交流電源の交流パワー密度が3W/cm2以上、20W/cm2以下である請求項11に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
- 前記交流電源の周波数が10kHz〜1MHzである請求項11又は12に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
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