JPWO2020261748A1 - スパッタリングターゲット及びスパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】IGZOに代わる高特性の酸化物半導体薄膜製造用のスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供すること。【解決手段】上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、インジウム、スズ、及びゲルマニウムを含む酸化物焼結体で構成され、インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するゲルマニウムの原子比が0.07以上0.40以下であり、インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するスズの原子比が0.04以上0.60以下である。これにより、10cm2/Vs以上の移動度を有するトランジスタ特性を得ることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、スパッタリングターゲット及びスパッタリングターゲットの製造方法に関する。
In−Ga−Zn−O系酸化物半導体膜(IGZO)を活性層に用いた薄膜トランジスタ(TFT:Thin-Film Transistor)は、従来のアモルファスシリコン膜を活性層に用いたTFTと比較して、高移動度を得ることができることから、近年、種々のディスプレイに幅広く適用されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
例えば、特許文献1には、有機EL素子を駆動するTFTの活性層がIGZOで構成された有機EL表示装置が開示されている。特許文献2には、チャネル層(活性層)がa−IGZOで構成され、移動度が5cm/Vs以上の薄膜トランジスタが開示されている。特許文献3には、活性層がIGZOで構成され、オン/オフ電流比が5桁以上の薄膜トランジスタが開示されている。
特開2009−31750号公報 特開2011−216574号公報 WO2010/092810号
近年、各種ディスプレイにおける高解像度化、低消費電力化、高フレームレート化に関する要求から、より高い移動度を示す酸化物半導体への要求が高まっている。しかしながら、活性層にIGZOを用いる薄膜トランジスタにおいては、移動度で10cm/Vsを超えることが難しく、より高い移動度を示す薄膜トランジスタ用途の材料の開発が求められている。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、IGZOに代わる高特性の酸化物半導体薄膜製造用のスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、インジウム、スズ、及びゲルマニウムを含む酸化物焼結体で構成され、インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するゲルマニウムの原子比が0.07以上0.40以下であり、インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するスズの原子比が0.04以上0.60以下である。
これにより、10cm2/Vs以上の移動度を有するトランジスタ特性を得ることができる。
Ge/(In+Sn+Ge)の原子比を0.07以上とすることで、Snの含有量に依存することなく、アモルファスの酸化物半導体薄膜を得ることができる。
Sn/(In+Sn+Ge)の原子比を0.04以上とすることで、キャリア濃度が5×1019以下の酸化物半導体薄膜を得ることができる。
Sn/(In+Sn+Ge)の原子比を0.60以下とすることで、Geの含有量に依存することなく、移動度10以上の酸化物半導体薄膜を得ることができる。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するインジウムの原子比が0.3以上であり、インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するゲルマニウムの原子比が0.10以上0.25以下であってもよい。
これにより、Snの含有量に依存することなく、アモルファスの酸化物半導体薄膜を得ることができる。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、上記酸化物焼結体は、Si、Ti、Mg、Ca、Ba、Zr、Al、W、Ta、Hf、及びBから選択される少なくとも1つの元素である第1の元素をさらに含有してもよい。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、インジウム、スズ、ゲルマニウム、及び上記第1の元素の総和に対する上記第1の元素の原子比が0.10以下であってもよい。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、上記酸化物焼結体は、Sr、Ga及びZnから選択される少なくとも1つの元素である第2の元素をさらに含有してもよい。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、上記第2の元素をβとしたとき、インジウム、スズ、ゲルマニウム、及び上記第2の元素の総和に対する上記第2の元素の原子比が0.25以下であってもよい。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、相対密度が97%以上であってもよい。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、比抵抗値が0.1mΩ・cm以上10mΩ・cm以下であってもよい。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、厚み方向における比抵抗値が上記バルク比抵抗値の平均値に対して0.8以上1.2以下に収まっていてもよい。
上記のスパッタリングターゲットにおいては、上記酸化物焼結体は、In−O相、In−Sn−O相、及びIn−Ge−O相の少なくとも1つの化合物相を含んでもよい。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法では、酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、及び酸化ゲルマニウム粉末を混合して成形体が形成され、1500℃以上1600℃以下の酸素雰囲気中で上記成形体を焼成して、酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットが製造される。
以上述べたように、本発明によれば、IGZOに代わる高特性の酸化物半導体薄膜製造用のスパッタリングターゲット及びその製造方法が提供される。
スパッタ法で成膜したIn−Ge−O系材料におけるGeの含有量(原子%)と得られる薄膜の結晶性について評価した実験結果を示すグラフ図である。 各サンプルの移動度のHall効果測定器での測定結果を示すグラフ図である。 各サンプルのキャリア濃度のHall効果測定器での測定結果を示すグラフ図である。 In−Sn−Ge−O系材料における結晶性のSn濃度依存性を示すグラフ図である。 In−Sn−Ge−O系材料における移動度のSn濃度依存性を示すグラフ図である。 Sn含有量を5原子%に固定して成膜したIn−Sn−Ge−O系材料における移動度のGe濃度依存性を示すグラフ図である。 Sn含有量を5原子%に固定して成膜したIn−Sn−Ge−O系材料におけるキャリア濃度のGe濃度依存性を示すグラフ図である。 Ge含有量を5原子%に固定し、Snの含有量を5原子%、20原子%及び40原子%に振ったときの薄膜の結晶性についての評価結果を示すグラフ図である。 本実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造工程を示すフロー図である。 スパッタリングターゲットの深さ方向における比抵抗値の分布を示したグラフ図である。 焼結体のXRD測定結果である。 GeO原料粉末のXRD測定結果である。 造粒粉末の加熱温度と焼結体の収縮率との関係を示すグラフ図である。 湿式粉砕後の一次粒子の粒径分布を示すグラフ図である。 焼結体の研磨表面の電子顕微鏡像である。 本実施形態に係るターゲットが利用される薄膜トランジスタの構成を示す概略断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、XYZ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。
最初に、本実施形態に係るスパッタリングターゲット(酸化物半導体スパッタリングターゲット)を説明する前に、このスパッタリングターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜の特性について説明する。
[酸化物半導体薄膜]
酸化物半導体膜は、例えば、いわゆるボトムゲート型の電界効果型トランジスタ等の薄膜トランジスタにおける活性層(反転層)に利用される。
高移動度の酸化物半導体材料としては、一般的には、ITO(In−Sn−O)系、IGZO(In−Ga−Zn−O)系等が代表的である。これらの酸化物半導体材料は、成膜直後の結晶性がアモルファスであるため、ウェットエッチング法によるパターニングを容易に行うことができる。パターニング後は、熱処理により活性化させることで、所望とするトランジスタ特性を発現させるようにしている。
一般に高移動度酸化物は移動度が上昇するにつれ、ゲート閾値電圧の変動を所定値以下に抑えることが困難になるため長期にわたり信頼性の高いスイッチング動作を確保することが困難であるという問題がある。これらの問題の原因として酸素の欠損が起因するためHf(ハフニウム)やTi(チタン)、W(タングステン)といった酸素との結合の強い材料をキャリアキラーとして少量添加することが広く行われている。しかし、所望とする信頼性を確保するためには、これらの元素を十分量添加する必要があるが、キャリアキラー元素の多量添加は逆に移動度の低下につながる。
一方、Inをベースとし、これにキャリアキラーとしての効果が高く移動度の低下率の低いGeを所定以上添加することで、従来のITO系及びIGZO系材料よりも移動度及び信頼性の双方が高められることが見出された。
例えば、図1に、スパッタ法で成膜したIn−Ge−O系材料におけるGeの含有量(原子%)と得られる薄膜の結晶性について評価した実験結果を示す。
ここでは、成膜後、大気中において350℃で1時間アニール処理した薄膜サンプルを評価した。同図に示すように、Ge含有量が4.3原子%のサンプルは結晶質であるのに対して、Ge含有量が7%及び20%のサンプルは、それぞれアモルファスであった。
一方、図2及び図3に、上記各サンプルの移動度及びキャリア濃度のHall効果測定器での測定結果を示す。
移動度に関しては、図2に示すように、Geの含有量が多くなるほど低下する傾向にある。キャリア濃度に関しては、図3に示すように、Geの含有量が4.3原子%及び11原子%のサンプルは1×1020(/cm)と高い値を示すが、Ge含有量が20原子%のサンプルは1×1018(/cm)以下にまで低下する。キャリア濃度の好適な範囲は、一般に、1018〜1019(/cm)のオーダーとされており、1×1018(/cm)未満では移動度の低下が顕著となり、1×1020(/cm)を超えるとスイッチング動作の信頼性の低下が顕著となる。
図1〜図3の結果より、Ge含有量を7原子%以上とすることで、アモルファスの酸化物薄膜が得られるとともに、キャリアキラーとして十分な効果が得られることが確認された。
続いて、In−Sn−Ge−O系材料における結晶性及び移動度のSn濃度依存性を図4及び図5に示す。移動度の測定にはHall効果測定器を用いた。ここでは、Ge含有量を12原子%に固定し、成膜後、大気中において350℃(図5中「◆」)及び400℃(図5中「◇」)で1時間アニール処理した薄膜サンプルを評価した。
図4に示すように、Sn含有量が2.4原子%、4.3原子%及び7.5原子%のサンプルはいずれもアモルファスであった。このことから、Sn含有量に依存せず、スパッタ法によって成膜されるIn−Sn−Ge−O系酸化物薄膜は、アモルファスであることが推認される。一方、図5に示すように、Sn含有量が30原子%までは移動度の顕著な低下は認められず(概ね、30cm/Vs前後)、Sn含有量を60原子%にまで増加させた場合でも10cm/Vs以上の移動度が得られた。
続いて、Sn含有量を5原子%に固定して成膜したIn−Sn−Ge−O系材料における移動度及びキャリア濃度のGe濃度依存性を図6及び図7に示す。移動度及びキャリア濃度の測定にはHall効果測定器を用いた。ここでは、酸化インジウム、酸化ゲルマニウム、酸化スズの3つのターゲットを酸素雰囲気中で同時にスパッタする三元スパッタ法を採用した。成膜後、大気中において350℃(各図中「◆」)及び400℃(各図中「◇」)で1時間アニール処理した薄膜サンプルをそれぞれ評価した。
図6に示すように、すべてのサンプルについて移動度が10cm/Vs以上であることが確認された。また、図6及び図7に示すように、Ge含有量が10〜25原子%の範囲で、移動度が15cm/Vs以上、キャリア濃度が1×1018〜1×1019(/cm3)であることが確認された。
なお、図6及び図7の評価結果は三元スパッタによって成膜したサンプルについてのものであるが、Ge含有量が15原子%(Sn含有量5原子%)のIn−Sn−Ge−O系焼結体ターゲットを用いて成膜したサンプルについて測定した移動度及びキャリア濃度を図6及び図7に併せて示す。各図中「▲」は大気中において350℃で、「△」は大気中において400℃で1時間アニール処理した薄膜サンプルを示す。図6及び図7に示すように、焼結体ターゲットにおいても三元スパッタ法で成膜したサンプルと同等な電気特性を示し、移動度が約20〜30cm/Vs、キャリア濃度が約5×1018〜1×1019(/cm)であることが確認された。
一方、上述のようにGe含有量が12原子%以上でアモルファスの薄膜が得られることを説明したが、Ge含有量が7原子%では、アモルファス薄膜が得られないので、Geの代わりにSnの含有量を増やすことでもアモルファスの薄膜を得ることができる。図8に、Ge含有量を5原子%に固定し、Snの含有量を5原子%、20原子%及び40原子%に振ったときの薄膜の結晶性についての評価結果を示す。ここでは、成膜後、大気中において350℃で1時間アニール処理した薄膜サンプルを評価した。同図に示すように、Sn含有量を20原子%以上とすることで、アモルファスのIn−Sn−Ge−O系薄膜を得ることができる。
[スパッタリングターゲット]
次に、本実施形態のスパッタリングターゲットについて説明する。
スパッタリングターゲットは、プレーナ型のターゲットでもよく、円筒状のロータリターゲットでもよい。スパッタリングターゲットは、In、Sn及びGeを含む酸化物半導体薄膜で構成される。In、Sn、及びGeの総和をIn+Sn+Geとしたとき、Ge/(In+Sn+Ge)の原子比は、0.07以上0.4以下である。なお、組成の上限値及び下限値は、少数第3位を四捨五入した値である(以下同様)。
スパッタリングターゲットを上記組成範囲のIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜で構成することにより、10cm/Vs以上の移動度を有するトランジスタ特性を得ることができる。
スパッタリングターゲットとして、In、Sn、及びGeの総和をIn+Sn+Geとしたとき、Sn/(In+Sn+Ge)の原子比を0.04以上0.60以下とすることにより、アモルファスのIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を得ることができるので、該酸化物半導体を例えばシュウ酸系エッチング液などを用いて容易にパターニングすることができる。
In、Sn、及びGeの総和に対するSnの原子比を0.04以上とすることで、キャリア濃度が5×1019(/cm)以下の酸化物半導体薄膜を得ることができる。In、Sn、及びGeの総和に対するSnの原子比を0.60以下とすることで、Geの含有量に依存することなく、移動度10cm/Vs以上の酸化物半導体薄膜を得ることができる。
さらに、活性層がSnを含む酸化物半導体薄膜で構成されると、活性層の耐薬品性を高めることができる。このため、薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極のパターニング工程に際して、活性層をエッチング液から保護するエッチングストッパ層を設ける必要がなくなる。これにより、活性層を下地膜とする金属層を形成した後、当該金属層をウェットエッチング法でパターニングすることでソース・ドレイン電極を容易に形成することができる。
エッチング液としては、典型的には、シュウ酸系エッチャント(シュウ酸95%)を用いることができ、例えば、ITO―06N(関東化学)等があげられる。
スパッタリングターゲットを構成する酸化物半導体薄膜において、Ge/(In+Sn+Ge)の原子比は、0.07以上0.40以下、より好ましくは、0.10以上0.25以下である。これにより、Snの含有量に依存することなく、アモルファスの酸化物半導体薄膜を得ることができる。また、Geの含有量を上記範囲にすることにより、In/(In+Sn+Ge)の原子比が0.3以上の場合において、15〜35cm/Vsの高移動度と、1019(/cm)オーダー以下の低キャリア濃度を両立させることができる。
スパッタリングターゲットは、Si(シリコン)、Ti(チタン)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Zr(ジルコニウム)、Al(アルミニウム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Hf(ハフニウム)及びB(ホウ素)から選択される少なくとも1つの元素である第1の元素(α)をさらに含有してもよい。これら第1の元素(α)は、活性層のキャリアキラーとして働く元素であり、薄膜中のキャリア濃度の低減に寄与して、薄膜トランジスタのスイッチング動作の信頼性を高めることができる。
第1の元素(α)の添加量は特に限定されず、In、Sn、Ge、及びαの総和をIn+Sn+Ge+αとした場合、例えば、α/(In+Sn+Ge+α)の原子比が0.10以下である。これにより、キャリア濃度を1018(/cm)オーダー以下に低減しつつ、10cm/Vs以上の高移動度を安定に実現することができる。
あるいは、スパッタリングターゲットは、Sr(ストロンチウム)、Ga(ガリウム)、及びZn(亜鉛)から選択される少なくとも1つの元素である第2の元素(β)をさらに含有してもよい。これら第2の元素(β)もまた、キャリアキラーとしての性能は十分ではないものの、移動度の低減が少ない添加元素であり、結晶性の改善や薄膜中のキャリア濃度の低減に寄与してスイッチング動作の信頼性を高めることができる。
第2元素(β)の添加量は特に限定されず、In、Sn、Ge、及びβの総和をIn+Sn+Ge+βとした場合、例えば、β/(In+Sn+Ge+β)の原子比が0.25以下である。これにより、キャリア濃度を1018(/cm)オーダー以下に低減しつつ、10cm2/Vs以上の高移動度を安定に実現することができる。
また、スパッタリングターゲットの理論密度に対する相対密度は、97%以上である。スパッタリングターゲットのバルク比抵抗値が0.1mΩ・cm以上10mΩ・cm以下である。スパッタリングターゲットの厚み方向におけるバルク比抵抗値は、バルク比抵抗値の平均値に対して0.8以上1.2以下に収まっている。スパッタリングターゲットでは、酸化物焼結体は、In−O相、In−Sn−O相、及びIn−Ge−O相の少なくとも1つの化合物相を含む。
スパッタリングターゲットを用いて形成された薄膜トランジスタにおいては、閾値電圧の変動を所定電圧以下に抑えることができるので、長期にわたり信頼性の高いスイッチング動作を確保することが可能となる。例えば、ゲート電極−ソース電極間(あるいはゲート電極−ソース電極間、及びドレイン電極−ソース電極間)に一定電圧をかけ続け、そのときの閾値電圧の変動を評価するBTS試験において、PBTS(Positive Bias Temperature Stress)及びNBTS(Negative Bias Temperature Stress)のいずれについても良好な結果が得られる。
具体的に、60℃の温度下で、+30Vのゲート電圧を60分間印加し続けるPBTS試験の実施前後における閾値電圧の変化量は、0V以上1V以下であった。また、60℃の温度下で、−30Vのゲート電圧を60分間印加し続けるNBTS試験の実施前後における閾値電圧の変化量は、−1V以上0V以下であった。
活性層は、In、Sn、及びGeのそれぞれの酸化物の焼結体で構成されたスパッタリングターゲットを用いて成膜された後、所定温度で熱処理(アニール)されることで形成される。上記ターゲットを所定条件下でスパッタすることにより、ターゲットの組成と同一またはほぼ同一の組成を有する酸化物半導体薄膜が形成される。この半導体薄膜を所定温度でアニール処理することで、例えば、移動度が10cm2/Vs以上のトランジスタ特性を有する活性層が形成される。
[スパッタリングターゲットの製造]
スパッタリングターゲットは、In、SnO及びGeO等のIn、Sn及びGeそれぞれの酸化物を原料粉末に用い、これらを上記組成比で混合した焼結体で構成される。
スパッタリングターゲットに含まれる酸化物焼結体は、In粉末、SnO粉末、及びGeO粉末を混合して成形体を形成し、1500℃以上1600℃以下の酸素雰囲気中で成形体を焼成して形成される。
本実施形態では、乾燥と造粒とを一度に行うことが可能なスプレードライ方式で原料粉末が造粒される。バインダ添加によって粉砕性が悪い粉砕作業が不要になること、流動性がよい球形の粉末を使用できること等により、スパッタリングターゲットの組成分布が均一になりやすくなる。
原料粉末は、酸化インジウム粉末、粉末酸化スズ粉末、及び酸化ゲルマニウムを少なくとも含む。これに加えて、酸化シリコン粉末、酸化チタン粉末、酸化マグネシウム粉末、酸化カルシウム粉末、酸化バリウム粉末、酸化ジルコニウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化タングステン粉末、酸化タンタル粉末、酸化ハフニウム粉末、酸化ホウ素粉末、酸化ストロンチウム粉末、酸化ガリウム粉末、及び酸化亜鉛粉末等から選択される一種類以上の粉末が混合してもよい。
造粒粉末の平均粒子径は、500μm以下とされる。造粒粉末の平均粒子径が500μmを超えると、成形体のクラックや割れの発生が顕著となるとともに、焼成体の表面に粒状の点が発する。このような焼成体をスパッタリング用ターゲットに使用すると、異常放電あるいはパーティクル発生の原因となるおそれがある。
造粒粉末のより好ましい平均粒子径は、20μm以上100μm以下である。これにより、CIP(Cold Isostatic Press)成形前後での体積の変化(圧縮率)が小さく、成形体へのクラック発生が抑制され、長尺の成形体を安定して作製される。なお、平均粒子径が20μm未満の場合、粉末が舞い上がりやすくなり、取り扱いが困難になる。
ここで、「平均粒子径」とは、ふるい分け式粒度分布測定器で測定した粒度分布の積算%が50%の値を意味する。また、平均粒子径の値としては、株式会社セイシン企業製「Robot Sifter RPS-105M」による測定値が用いられる。
造粒粉末は、100MPa/cm以上の圧力で成形される。これにより相対密度が97%以上の焼結体を得ることができる。成形圧力が100MPa未満の場合、成形体が壊れやすく、ハンドリングが困難であり、焼結体の相対密度が低下する。
成形方法としては、CIP法が採用される。CIPの形態は、典型的な垂直ロードタイプの縦型方式でもよく、好ましくは、水平ロードタイプの横型方式が望ましい。これは、長尺の板状の成形体を縦型のCIPで製作すると、型中の粉末のズレによって厚みにばらつきが生じたり、ハンドリング中に自重で割れたりするからである。
粒粉末の成形体は、1500℃以上1600℃以下の温度で焼成される。焼成温度が1500℃未満の場合、導電性及び相対密度が低くなり、ターゲット用途に向かなくなる。一方、焼成温度が1600℃を超えると、一部成分の蒸発が起き、焼成体の組成ずれが発生したり、結晶粒の粗大化によって焼成体の強度が低下したりする。
成形体は、大気あるいは酸化性雰囲気で焼成される。これにより目的とする酸化物焼結体が安定して製造される。
造粒粉末の作製には、一次粒子の平均粒子径がそれぞれ0.3μm以上1.5μm以下の粉末が用いられる。これにより混合・粉砕時間の短縮が可能となり、造粒粉内の原料粉末の分散性が向上する。
造粒粉末の安息角は、32°以下であることが好ましい。これにより造粒粉末の流動性が高まり、成形性及び焼結性が向上する。
具体的な製造方法について、フロー図を用いて説明する。
図9は、本実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造工程を示すフロー図である。製造方法は、この方法に限定されるものではない。
スパッタリングターゲットの製造方法は、秤量工程(ステップ101)と、粉砕・混合工程(ステップ102)と、造粒工程(ステップ103)と、成形工程(ステップ104)と、焼成工程(ステップ105)と、加工工程(ステップ106)とを有する。
(秤量、粉砕・混合工程)
原料粉末には、酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、及び酸化ゲルマニウム粉末が用いられる。これら各粉末を秤量し、ボールミル等により粉砕、混合して、水等により湿式粉砕したスラリが製造される(ステップ101、102)。
原料粉末としては、例えば、一次粒子の平均粒子径が0.3μm以上1.5μm以下に調整されたものが使用される。これにより、粉砕・混合工程を比較的短時間で行うことができる。また、得られる造粒粉内の各酸化物粒子の分散性が向上する。
それぞれの原料粉末の混合割合は、スパッタリングを実施する条件及び成膜すべき膜の用途等によって適宜設定される。例えば、上記各原料粉末のほか、酸化シリコン粉末、酸化チタン粉末、酸化マグネシウム粉末、酸化カルシウム粉末、酸化バリウム粉末、酸化ジルコニウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化タングステン粉末、酸化タンタル粉末、酸化ハフニウム粉末、酸化ホウ素粉末、酸化ストロンチウム粉末、酸化ガリウム粉末、及び酸化亜鉛粉末等の金属酸化物粉末の少なくとも一種以上がさらに混合されてもよい。また、原料粉末の混合には、バインダ、分散剤等が添加されてもよい。
原料粉末の粉砕・混合方法としては、ボールミル以外にも、例えば、ビーズミル、ロッドミル等のほかの媒体攪拌ミルが使用可能である。撹拌媒体となるボールやビーズの表面に樹脂コート等が施されてもよい。これにより、粉体中への不純物の混入を効果的に抑制される。
(造粒工程)
スラリを乾燥し分級することによって、原料粉末が造粒される(ステップ103)。造粒は、配合成分の比率固定化、原料粉末のハンドリング性の向上等を目的として実施される。造粒することにより、粉末の嵩(かさ)密度、タップ密度、及び安息角の調整が可能となり、長尺ターゲットのCIP成形時において成形体のクラックの発生が抑制される。
造粒方法は、特に限定されず、スプレードライヤ等を用いてスラリを直接乾燥させて造粒することが可能である。また、スラリを用いない乾式の造粒方法も適用可能である。
造粒粉末は、造粒粉末の平均粒子径が500μm以下、好ましくは、20μm以上100μm以下で作製される。これにより、比較的長尺の成形体が安定に作製される。造粒粉末の平均粒子径が500μmを超えると、焼成体の表面に粒状の点が発する。このような焼成体をスパッタリング用ターゲットに使用すると、異常放電あるいはパーティクル発生の原因となる。
造粒粉末は、流動性が高いほうが好ましく、例えば、その安息角が32°以下となるように原料粉末が造粒される。これにより、造粒粉末の流動性が高まり、成形性及び焼成性が向上する。安息角が大きい場合、成形工程(CIP)において成形体にクラックが発生しやすくなり、焼成工程において焼成体に色むらが発生しやすくなる。
造粒粉末の安息角は、以下のように制御される。例えば、造粒方法としてスラリを乾燥してロールミルで粉砕、分級する場合は、ロールミルによる粉末の処理時間、処理回数で安息角が制御される。一方、造粒方法としてスプレードライヤ等を用いて直接乾燥させる場合は、スラリ濃度、粘度、スプレードライヤの条件等で安息角が制御される。
造粒粉末の嵩密度は、以下のようにして制御される。例えば、造粒方法としてスラリを乾燥してロールミルで粉砕、分級する場合は、乾燥体を一度プレスにより圧縮したものをロールミルによって粉砕・分級することで嵩密度が制御される。一方、造粒方法としてスプレードライヤ等を用いて直接乾燥させる場合は、スラリ濃度、粘度、スプレードライヤの条件等で嵩密度が制御される。
(成形工程)
成形工程では、造粒粉末が所定形状に成形される(ステップ104)。典型的には、目的とする長尺のターゲットが得られる矩形形の板形状に成形される。成形方法は、典型的には、CIP法が採用される。これ以外にも、金型プレス法等が採用されてもよい。
成形圧力は、100MPa/cm以上とされる。成形圧力が100MPa未満の場合、成形体が壊れやすく、ハンドリングが困難であり、焼結体の相対密度が低下する傾向にある。一方、成形圧力を100MPa/cm以上とすることにより、相対密度が97%以上の焼結体を得ることができる。
成形は、100MPa/cm以上の圧力が得られれば、CIP及び金型プレスのいずれかは可能である。型の面積が大きくなると金型の場合プレス軸径及び圧力の制約によって成形圧力に限界が生じる。
CIPの典型的な構造は、圧媒を溜める圧力容器が縦型に配置された垂直ロードタイプ(以下、縦型CIP)である。縦型CIPの場合、型中に造粒粉を入れて圧力容器に挿入するために、造粒粉を垂直にする必要がある。使用する造粒粉は、流動性が高いため垂直にした場合、重力の影響で型の下方にずれてしまう。その状態で、プレスを行うと上下で厚みに大きなムラのある成形体となってしまい、製品の歩留まりの低下を招く。縦の状態でCIP成形を行うと、等方圧プレスの性格上、反りが発生しやすい。2000mmを超える成形体の場合、この反りが後工程でのハンドリング等で割れの原因となる。
一方、水平ロードタイプ(以下、横型CIP)の場合は、重力が厚み方向に作用するため、造粒粉のずれは発生しない。また、成形中に下向きに重力が作用しているため、成形体に反りが発生することはない。
(焼成工程)
焼成工程では、造粒粉末の成形体が、1500℃以上1600℃以下の温度で焼成される(ステップ105)。焼成温度が1500℃未満の場合、導電性及び相対密度がいずれも低くなり、ターゲット用途には向かなくなる。一方、焼成温度が1600℃を超えると、いずれかの成分の蒸発が激しくなり、焼成体の組成ずれが発生しやすくなる。また結晶粒の粗大化によって焼成体の強度の低下を招く場合がある。焼成温度を1500℃以上1600℃以下にすることで、高密度(相対密度97%以上)の焼成体が安定して作製される。
焼成時間(焼成温度での保持時間)は、特に限定されず、例えば、2時間以上20時間以下とされる。これにより、相対密度が97%以上である酸化物スパッタリングターゲット用焼成体を得ることができる。
焼成時の炉内の雰囲気は、大気あるいは酸化性雰囲気とされる。これにより、目的とする酸化物焼結体が安定に製造される。焼成時の圧力は、例えば常圧とされる。成形体を常圧で焼成すると、0.1〜10mΩ・cmの比抵抗を有する焼成体を得ることができる。なお、焼成体の比抵抗は、焼成温度が高温であるほど低下する傾向にある。比較的高い導電性を確保する場合には、焼成温度は高いほうが好ましい。
なお、焼成炉内が還元性雰囲気の場合、焼成体に酸素欠損が生じて酸化物というよりメタルに近い特性となる傾向にある。また、窒素やアルゴン雰囲気で焼成すると、相対密度が高くならないことが懸念される。
(加工工程)
以上のようにして作製された焼成体は、所望の形状、大きさ、厚みの板形状に機械加工されることで、In−Sn−Ge−O系焼結体からなるスパッタリングターゲットが作製される(ステップ106)。スパッタリングターゲットは、バッキングプレートへロウ接により一体化される。
本実施形態によれば、長手方向の長さが1000mmを超す長尺のスパッタリングターゲットを作製することができる。これにより分割構造でない大型のスパッタリングターゲットを作製できるため、分割部の隙間(継ぎ目)に侵入したボンディング材(ロウ材)がスパッタされることで発生し得る膜特性の劣化を防止し、安定した成膜が可能となる。また、上記隙間へ堆積したスパッタ粒子の再付着(リデポ)を原因とするパーティクルが発生しにくくなる。
なお、秤量、粉砕・混合工程では、原料粉末の中、GeO粉末に関しては、その結晶性により、スラリにおける分散性が異なる場合がある。
例えば、GeO結晶中、正方晶のGeO結晶は、In及びSnOと同様に、水に溶けにくい性質を有する。一方、六方晶のGeO結晶については、水に溶ける性質がある。従って、湿式粉砕時には、溶媒(例えば、純水)に、六方晶のGeO粉末を溶解させることで、湿式粉砕時にスラリ内でのGeO成分の分散性をより向上させることができる。
これにより、溶媒内でGeO粉末が良好に分散したスラリが得られ、このスラリを乾燥させ造粒することにより、焼結体内ではGeO成分のばらつきが抑制され、厚み方向での比抵抗のばらつきが抑えられ、さらに、焼結体の高密度化、焼結体の粒径の緻密化が図れる。
例えば、湿式粉砕時に用いられるGeO粉末につき、六方晶と正方晶との混合比を適宜調整することで、焼結体におけるGeO成分の局部的な偏析が起きにくくなる。これにより、焼結体の厚み方向での比抵抗のばらつきが抑えられる。
また、湿式粉砕での分散性が向上することにより、焼結体の密度を上昇させるために過剰な高温処理を要さず、焼結体における結晶粒の粗大化が抑制される。
例えば、本実施形態では、一例として、X線回折を用いて、GeO結晶における六方晶と正方晶との混合比を適宜調整する。例えば、GeO粉末として、六方晶の主ピーク(2θ:25.91°付近、(101)面)と、正方晶の主ピーク(2θ:25.24°付近、(110)面)との強度比(正方晶/六方晶)が0.15以下で調整されたGeO粉末を用いる。ここで、強度比とは、ピーク高さの比である。
X線回折で使用される装置、測定条件の一例は、以下の通りである。
X線回折装置:株式会社リガク製RINT
走査方法:2θ/θ法
ターゲット:Cu
管電圧:40kV
管電流:20mA
スキャンスピード:2.000°/分
サンプリング幅:0.050°
発散スリット:1°
散乱スリット:1°
受光スリット:0.3mm
[スパッタリングターゲットの評価]
(比抵抗値分布)
図10は、スパッタリングターゲットの深さ方向における比抵抗値の分布を示したグラフ図である。
焼成雰囲気と、焼成条件の調整により製品として使用する範囲内では、スパッタリングターゲット表面からの深さ方向(厚み方向)で均一な比抵抗値(バルク比抵抗)の酸化物ターゲットが製造可能となる。比抵抗値が深さ方向で均一なので、成膜開始時から終了時まで同質の膜が形成される。例えば、厚み方向におけるバルク比抵抗値は、バルク比抵抗値の平均値に対して0.8以上1.2以下に収まっている。
ここで、原料粉末の中、酸化ゲルマニウム粉末としては、六方晶の酸化ゲルマニウム(GeO)と正方晶の酸化ゲルマニウム(GeO)との混合粉末を用いてもよく、六方晶の酸化ゲルマニウム(GeO)のみを用いてもよい。ここで、酸化ゲルマニウムの混合粉末を用いた場合は、六方晶の主ピークと、正方晶の主ピークとの強度比(正方晶/六方晶)が0.15以下で調整された酸化ゲルマニウム粉末を用いる。また、酸化インジウム粉末としては、立方晶の酸化インジウム(In)、酸化スズ粉末としては、正方晶の酸化スズ(SnO)を用いる。
但し、上述したように、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末よりも、六方晶の酸化ゲルマニウムの成分を増加させた混合粉末を使用することで、深さ方向における比抵抗値がより均一な焼結体が得られる。例えば、六方晶の酸化ゲルマニウムのみの酸化ゲルマニウム粉末を使用した場合、厚み方向におけるバルク比抵抗値は、バルク比抵抗値の平均値に対して0.97以上1.05以下に収まっている。
(相対密度)
Figure 2020261748
表1は、焼成温度(℃)と、相対密度(%)の関係を示す表である。また、表1では、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末として、六方晶の主ピークと、正方晶の主ピークとの強度比(正方晶/六方晶)が0.15より大きいものが用いられている。
原料粉末の中、酸化ゲルマニウム粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末よりも(表1下段)、六方晶の酸化ゲルマニウムのみを使用することで(表1上段)、焼結体の相対密度が向上することが分かる。また、焼成温度を1500℃以上とすることで、97%以上の相対密度を持った焼結体が得られる。さらに、焼成温度を1500℃以上とすることで、焼結体の比抵抗が10mΩ・cm以下になる。
(結晶構造)
図11は、焼結体のXRD測定結果である。
図11では、最上段に、酸化物焼結体のXRDパターンが示され、XRDパターンから下に向かって順にIn相、In(Ge)相、InSn12に由来する各固相のピーク位置(2θ)が示されている。
図11に示す焼結体のXRD結果から、スパッタリングターゲットは、In−O相、In−Sn−O相、及びIn−Ge−O相の少なくとも1つの化合物相を含むことが分かる。
図12は、GeO原料粉末のXRD測定結果である。
図12には、最上段に、六方晶のGeO原料粉末のXRDパターンが示され、その下に六方晶のGeO原料粉末を純水に12時間浸した後、乾燥させた六方晶のGeO原料粉末のXRDパターンが示され、さらにその下に六方晶のGeO相に由来するピーク位置(2θ)が示されている。
図12の結果は、浸水前と、浸水後に乾燥させた六方晶のGeO原料粉末のXRDパターンに変化がないことを示している。すなわち、本実施形態の製造方法に、六方晶のGeO原料粉末を含むスラリを利用することは有効であることを意味する。
図13は、造粒粉末の加熱温度と焼結体の収縮率との関係を示すグラフ図である。
造粒粉末を加熱したときのTMA結果(収縮率)においいては、原料粉末の中、GeO原料粉末の結晶の種類により差が出ることが分かった。例えば、酸化ゲルマニウムの原料粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末を用いた場合よりも、六方晶の酸化ゲルマニウムのみを使用した場合は、収縮率が高くなっている。ここで、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末としては、六方晶の主ピークと、正方晶の主ピークとの強度比(正方晶/六方晶)が0.15より大きいものが用いられている(以下、同じ)。すなわち、酸化ゲルマニウムの原料粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウムのみを使用した場合には、収縮率がより高くなり、焼結性が向上することが分かった。
図14(a)、(b)は、湿式粉砕後の一次粒子の粒径分布を示すグラフ図である。図14(a)には、原料粉末の中、酸化ゲルマニウムの原料粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末を用いた場合の結果が示され、図14(b)には、原料粉末の中、酸化ゲルマニウムの原料粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウム)のみを使用した場合の結果が示されている。
図14(a)、(b)に示すように、原料粉末の中、酸化ゲルマニウムの原料粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末を用いた場合よりも、六方晶の酸化ゲルマニウム)のみを使用した場合のほうが粒径が小さく、粉砕性が向上する。
図15(a)、(b)は、焼結体の研磨表面の電子顕微鏡像である。図15(a)には、原料粉末の中、酸化ゲルマニウムの原料粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末を用いた場合の結果が示され、図15(b)には、原料粉末の中、酸化ゲルマニウムの原料粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウム)のみを使用した場合の結果が示されている。図15(a)、(b)での焼成条件は、同じである。
図15(a)、(b)に示すように、原料粉末の中、酸化ゲルマニウムの原料粉末として、六方晶の酸化ゲルマニウムと正方晶の酸化ゲルマニウムとの混合粉末を用いた場合よりも(図15(a))、六方晶の酸化ゲルマニウム)のみを使用した場合のほうが粒径が小さくなり、原料粉末の分散性の高い焼結体が得られる(図15(b))。
図16は、本実施形態に係るターゲットが利用される薄膜トランジスタの構成を示す概略断面図である。本実施形態では、いわゆるボトムゲート型の電界効果型トランジスタを例に挙げて説明する。
[薄膜トランジスタ]
本実施形態の薄膜トランジスタ100は、ゲート電極11と、ゲート絶縁膜12と、活性層13と、ソース電極14Sと、ドレイン電極14Dとを有する。
ゲート電極11は、基材10の表面に形成された導電膜からなる。基材10は、典型的には、透明なガラス基板である。ゲート電極11は、典型的には、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)などの金属単層膜あるいは金属多層膜で構成され、例えばスパッタリング法によって形成される。本実施形態では、ゲート電極11は、モリブデンで構成される。ゲート電極11の厚さは特に限定されず、例えば、200nmである。ゲート電極11は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法等で成膜される。
活性層13は、薄膜トランジスタ100のチャネル層として機能する。活性層13の膜厚は、例えば10nm〜200nmである。活性層13は、In(インジウム)、Sn(スズ)及びGe(ゲルマニウム)を含むIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜で構成される。活性層13は、例えば、スパッタ法で成膜される。上記酸化物半導体薄膜の具体的な組成については後述する。
ゲート絶縁膜12は、ゲート電極11と活性層13との間に形成される。ゲート絶縁膜12は、例えば、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)又はこれらの積層膜で構成される。成膜方法は特に限定されず、CVD法でもよいし、スパッタリング法、蒸着法等であってもよい。ゲート絶縁膜12の膜厚は特に限定されず、例えば、200nm〜400nmである。
ソース電極14S及びドレイン電極14Dは、活性層13の上に相互に離間して形成される。ソース電極14S及びドレイン電極14Dは、例えば、アルミニウム、モリブデン、銅、チタンなどの金属単層膜あるいはこれら金属の多層膜で構成することができる。後述するように、ソース電極14S及びドレイン電極14Dは、金属膜をパターニングすることで同時に形成することができる。当該金属膜の厚さは、例えば、100nm〜200nmである。ソース電極14S及びドレイン電極14Dは、例えば、スパッタ法、真空蒸着法等で成膜される。
ソース電極14S及びドレイン電極14Dは、保護膜15によって被覆される。保護膜15は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、またはこれらの積層膜などの電気絶縁性材料で構成される。保護膜15は、活性層13を含む素子部を外気から遮蔽するためのものである。保護膜15の膜厚は特に限定されず、例えば、100nm〜300nmである。保護膜15は、例えば、CVD法で成膜される。
保護膜15の形成後、アニール処理が実施される。これにより、活性層13が活性化される。アニール条件は特に限定されず、本実施形態では、大気中において約300℃、1時間実施される。
保護膜15には適宜の位置にソース/ドレイン電極14S、14Dを配線層(図示略)と接続するための層間接続孔が設けられている。上記配線層は、薄膜トランジスタ100を図示しない周辺回路へ接続するためのもので、ITO等の透明導電膜で構成されている。
スパッタリングターゲット(φ4インチ×6mmt)を用いて、In−Sn−Ge−O系酸化物薄膜をスパッタ法でそれぞれ形成し、Hall効果測定器を用いてこれらの膜の基本的な電気特性(移動度、キャリア濃度)を評価した。
移動度及びキャリア濃度は、成膜直後の酸化物半導体薄膜を350℃で1時間、大気中でアニールした後、Hall効果測定器で測定した。結晶性は、X線回折測定装置を用いて薄膜のX線回折パターンを測定し、有意のピークが認められた場合は結晶質と評価し、有意のピークがないブロードなパターン(ハローパターン)である場合はアモルファスと評価した。
成膜条件としては、基板温度は100℃、スパッタガスはアルゴン及び酸素の混合ガス(酸素含有比率7%)、膜厚は50nmとした。
(実験例1)
(サンプルNo.2−1)
In−Sn−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In及びSnの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:94.7原子%、Sn:5.3原子%であるIn−Sn−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、結晶質であった。作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.0cm/Vs、キャリア濃度は6.4E+20(6.4×1020)/cmであった。
(サンプルNo.2−2)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:90.2原子%、Sn:4.9原子%、Ge:4.9原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、結晶質であった。作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は36.5cm/Vs、キャリア濃度は1.6E+20(1.6×1020)/cmであった。
(サンプルNo.2−3)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:88.5原子%、Sn:4.5原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は33.2cm/Vs、キャリア濃度は9.8E+18(9.8×1018)/cmであった。
(サンプルNo.2−4)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:83.5原子%、Sn:4.3原子%、Ge:12.2原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.7cm/Vs、キャリア濃度は7.4E+18(7.4×1018)/cmであった。
(サンプルNo.2−5)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:77.1原子%、Sn:4.2原子%、Ge:18.7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は24.5cm/Vs、キャリア濃度は8.9E+18(8.9×1018)/cmであった。
(サンプルNo.2−6)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:71.9原子%、Sn:4原子%、Ge:24.1原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は17.1cm/Vs、キャリア濃度は9.5E+17(9.5×1017)/cmであった。
(サンプルNo.2−7)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:55.5原子%、Sn:4.5原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は10.2cm/Vs、キャリア濃度は4.5E+16(4.5×1016)/cmであった。
実験例1の結果を表2にまとめて示す。
Figure 2020261748
(実験例2)
(サンプルNo.3−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:88原子%、Sn:7原子%、Ge:5原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.5cm/Vs、キャリア濃度は2.9E+20(2.9×1020)/cmであった。
(サンプルNo.3−2)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:86原子%、Sn:7原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は30.2cm/Vs、キャリア濃度は1.0E+19(1.0×1019)/cmであった。
(サンプルNo.3−3)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:80原子%、Sn:7原子%、Ge:13原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は27.1cm/Vs、キャリア濃度は7.3E+18(7.3×1018)/cmであった。
(サンプルNo.3−4)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:53原子%、Sn:7原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は11.0cm/Vs、キャリア濃度は8.1E+16(8.1×1016)/cmであった。
実験例2の結果を表3にまとめて示す。
Figure 2020261748
(実験例3)
(サンプルNo.4−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:77.1原子%、Sn:18原子%、Ge:4.9原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.5cm/Vs、キャリア濃度は5.2E+20(5.2×1020)/cmであった。
(サンプルNo.4−2)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:75原子%、Sn:18原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は32.0cm/Vs、キャリア濃度は3.1E+19(3.1×1019)/cmであった。
(サンプルNo.4−3)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:71.4原子%、Sn:18原子%、Ge:10.6原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.6cm/Vs、キャリア濃度は1.7E+19(1.7×1019)/cmであった。
(サンプルNo.4−4)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:42原子%、Sn:18原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は10.5cm/Vs、キャリア濃度は6.6E+11(6.6×1011)/cmであった。
実験例3の結果を表4にまとめて示す。
Figure 2020261748
(実験例4)
(サンプルNo.5−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:67原子%、Sn:30原子%、Ge:3原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は30.2cm/Vs、キャリア濃度は5.6E+20(5.6×1020)/cmであった。
(サンプルNo.5−2)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:63原子%、Sn:30原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は32.8cm/Vs、キャリア濃度は3.3E+19(3.3×1019)/cmであった。
(サンプルNo.5−3)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:60原子%、Sn:30原子%、Ge:10原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は30.0cm/Vs、キャリア濃度は1.5E+19(1.5×1019)/cmであった。
(サンプルNo.5−4)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:30原子%、Sn:30原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は11.5cm/Vs、キャリア濃度は7.7E+16(7.7×1016)/cmであった。
実験例4の結果を表5にまとめて示す。
Figure 2020261748
(実験例5)
(サンプルNo.6−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:36原子%、Sn:60原子%、Ge:4原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は25.2cm/Vs、キャリア濃度は6.0E+20(6.0×1020)/cmであった。
(サンプルNo.6−2)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:33原子%、Sn:60原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は18.2cm/Vs、キャリア濃度は2.2E+19(2.2×1019)/cmであった。
(サンプルNo.6−3)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:31原子%、Sn:60原子%、Ge:9原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は11.3cm/Vs、キャリア濃度は1.6E+19(1.6×1019)/cmであった。
(サンプルNo.6−4)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:2原子%、Sn:58原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度3.5cm/Vs、キャリア濃度は7.3E+16(7.3×1016)/cmであった。
実験例5の結果を表6にまとめて示す。
Figure 2020261748
(実験例6)
(サンプル7−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:91原子%、Sn:2原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、結晶質であった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は35.2cm/Vs、キャリア濃度は8.9E+19(8.9×1019)/cm3であった。
(サンプル7−2)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:89原子%、Sn:4原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度33.2cm/Vs、キャリア濃度は9.8E+18(9.8×1018)/cm3であった。
(サンプル7−3)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:86原子%、Sn:7原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度30.2cm/Vs、キャリア濃度は1.0E+19(1.0×1019)/cm3であった。
(サンプル7−4)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:73原子%、Sn:20原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度32.0cm/Vs、キャリア濃度は3.1E+19(3.1×1019)/cm3であった。
(サンプル7−5)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:63原子%、Sn:30原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度30.8cm/Vs、キャリア濃度は3.3E+19(3.3×1019)/cm3であった。
(サンプル7−6)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:33原子%、Sn:60原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度18.2cm/Vs、キャリア濃度は2.2E+19(2.2×1019)/cm3であった。
実験例6の結果を表7にまとめて示す。
Figure 2020261748
(実験例7)
(サンプルNo.8−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:58原子%、Sn:2原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は8.2cm/Vs、キャリア濃度は3.8E+16(3.8×1016)/cmであった。
(サンプルNo.8−2)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:56原子%、Sn:4原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度10.2cm/Vs、キャリア濃度は4.5E+16(4.5×1016)/cmであった。
(サンプルNo.8−3)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:53原子%、Sn:7原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度11.0cm/Vs、キャリア濃度は8.1E+16(8.1×1016)/cmであった。
(サンプルNo.8−4)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:40原子%、Sn:20原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度10.5cm/Vs、キャリア濃度は6.6E+16(6.6×1016)/cmであった。
(サンプルNo.8−5)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:30原子%、Sn:30原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度11.5cm/Vs、キャリア濃度は7.7E+16(7.7×1016)/cmであった。
(サンプルNo.8−6)
Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、Sn:60原子%、Ge:40原子%であるSn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度3.5cm/Vs、キャリア濃度は7.3E+16(7.3×1016)/cmであった。
実験例7の結果を表8にまとめて示す。
Figure 2020261748
(実験例8)
(サンプル9−1)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてTiを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:80原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ti:3原子%であるIn−Sn−Ge−Ti−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は21.8cm/Vs、キャリア濃度は2.3E+18(2.3×1018)/cmであった。
(サンプル9−2)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてTiを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:79原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ti:4原子%であるIn−Sn−Ge−Ti−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は18.8cm/Vs、キャリア濃度は1.9E+18(1.9×1018)/cmであった。
(サンプル9−3)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてTiを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:76原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ti:7原子%であるIn−Sn−Ge−Ti−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は15.0cm/Vs、キャリア濃度は7.9E+17(7.9×1017)/cmであった。
(サンプル9−4)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてTiを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:71原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ti:12原子%であるIn−Sn−Ge−Ti−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は6.5cm/Vs、キャリア濃度は1.2E+17(1.2×1017)/cmであった。
(サンプル9−5)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてCaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:82原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ca:1原子%であるIn−Sn−Ge−Ca−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は25.9cm/Vs、キャリア濃度は9.0E+18(9.0×1018)/cmであった。
(サンプル9−6)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてCaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:80原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ca:3原子%であるIn−Sn−Ge−Ca−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は20.5cm/Vs、キャリア濃度は3.4E+18(3.4×1018)/cmであった。
(サンプル9−7)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてCaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:78原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ca:5原子%であるIn−Sn−Ge−Ca−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は18.9cm/Vs、キャリア濃度は1.9E+18(1.9×1018)/cmであった。
(サンプル9−8)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてCaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:71原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ca:12原子%であるIn−Sn−Ge−Ca−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は8.9cm/Vs、キャリア濃度は6.1E+17(6.1×1017)/cmであった。
(サンプル9−9)
In−Sn−Ge−O系材料に第2の元素(β)としてGaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:79.5原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ga:3.5原子%であるIn−Sn−Ge−Ga−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は26.6cm/Vs、キャリア濃度は7.2E+18(7.2×1018)/cmであった。
(サンプル9−10)
In−Sn−Ge−O系材料に第2の元素(β)としてGaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:75.6原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ga:7.4原子%であるIn−Sn−Ge−Ga−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は22.4cm/Vs、キャリア濃度は3.6E+18(3.6×1018)/cmであった。
(サンプル9−11)
In−Sn−Ge−O系材料に第2の元素(β)としてGaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:69.7原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ga:13.3原子%であるIn−Sn−Ge−Ga−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は17.6cm/Vs、キャリア濃度は2.4E+18(2.4×1018)/cmであった。
(サンプル9−12)
In−Sn−Ge−O系材料に第2の元素(β)としてGaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:59原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ga:24原子%であるIn−Sn−Ge−Ga−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は10.2cm/Vs、キャリア濃度は1.0E+18(1.0×1018)/cmであった。
実験例8の結果を表9にまとめて示す。
Figure 2020261748
実験例1〜8の結果より、Inの含有量が多いほど移動度が高くなる傾向にあり、Geの含有量が多いほどキャリア濃度が低くなる傾向にある。特に、Geの含有量を7原子%以上とすることで膜中のキャリア濃度を1019/cmオーダー以下に抑えることができる。また、Geの含有量を40原子%以下とすることにより、約20〜35cm/Vsの高い移動度を得ることができる。また、Geの含有量を40原子%以下に抑えることで、10cm/Vs以上の移動度が得られやすくなる。
一方、Snの含有量が多いほど、アモルファスの薄膜が得られやすくなり、例えば、Sn含有量を4原子%以上とすることで、Ge含有量7原子%のサンプルでもアモルファスの薄膜を得ることができる(サンプル2−3参照)。さらにSnの含有量が多いほど、Geの含有量の増加に伴う移動度の低下を抑制することができる。Snの含有量は、Geの含有量に応じて最適化するのが好適であり、10cm/Vs以上の移動度を確保するためには、Snの含有量は60原子%以下であることが好ましい。
さらに、実験例8の結果より、第1の元素(α)あるいは第2の元素(β)の含有量が多いほどキャリア濃度が低下することから、In−Sn−Ge系の酸化物半導体においてもキャリアキラーとして機能することが確認された。なお、第1の元素(α)あるいは第2の元素(β)の添加により移動度も低下するため、10cm/Vs以上の移動度を確保するためには、第1の元素(α)の含有量は10原子%以下、第2の元素(β)の含有量は25原子%以下であることが好ましい。なお、第1の元素(α)あるいは第2の元素(β)の最小含有量は、キャリアキラーとしての効果が確認できる量であれば特に限定されず、1原子%以下であってもよい。
(実験例9)
(サンプルNo.10−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:83原子%、Sn:10原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図16に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
PBTS(ΔVth)は、60℃の温度下で、+30Vのゲート電圧を60分間印加した後の閾値電圧の変化量とした。
NBTS(ΔVth)は、60℃の温度下で、−30Vのゲート電圧を60分間印加した後の閾値電圧の変化量とした。
成膜条件としては、基板温度は100℃、スパッタガスはアルゴン及び酸素の混合ガス(酸素含有比率7%)、膜厚は50nmとした。
評価の結果、移動度は44.3cm/Vs、閾値電圧(Vth)は3.6V、PBTS(Vth)は+0.6V、NBTS(Vth)は−1.0Vであった。
(サンプルNo.10−2)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:73原子%、Sn:20原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図16に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は40.2cm/Vs、閾値電圧(Vth)は3.5V、PBTS(Vth)は+0.6V、NBTS(Vth)は−1.4Vであった。
(サンプルNo.10−3)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:75原子%、Sn:10原子%、Ge:15原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図16に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は37.2cm/Vs、閾値電圧(Vth)は3.8V、PBTS(Vth)は+0.7V、NBTS(Vth)は−0.9Vであった。
(サンプルNo.10−4)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:65原子%、Sn:20原子%、Ge:15原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図16に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は31.2cm/Vs、閾値電圧(Vth)は4.0V、PBTS(Vth)は+0.6V、NBTS(Vth)は−1.0Vであった。
(サンプルNo.10−5)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:70原子%、Sn:10原子%、Ge:20原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図16に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は20.1cm/Vs、閾値電圧(Vth)は4.1V、PBTS(Vth)は+1.0V、NBTS(Vth)は−0.7Vであった。
(サンプルNo.10−6)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:60原子%、Sn:20原子%、Ge:20原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図16に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は19.8cm/Vs、閾値電圧(Vth)は4.2V、PBTS(Vth)は+0.9V、NBTS(Vth)は−0.6Vであった。
実験例9の結果を表10にまとめて示す。
Figure 2020261748
実験例9の結果より、Ge含有量が7原子%以上であるIn−Sn−Ge系酸化物半導体薄膜を活性層に用いた薄膜トランジスタにおいては、約20cm/Vs以上の高い移動度が得られることが確認された。また、スイッチング動作の信頼性の指標となるPBTS特性およびNBTS特性のいずれについても良好な値であることが確認された。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば以上の実施形態では、いわゆるボトムゲート型(逆スタガ型)のトランジスタを例に挙げて説明したが、トップゲート型(スタガ型)の薄膜トランジスタにも本発明は適用可能である。
また、上述した薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のアクティブマトリクス型表示パネル用のTFTとして用いることができる。これ以外に、上記トランジスタは、各種半導体装置あるいは電子機器のトランジスタ素子として用いることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。
10…基材
11…ゲート電極
12…ゲート絶縁膜
13…活性層
14S…ソース電極
14D…ドレイン電極
15…保護膜
100…薄膜トランジスタ

Claims (11)

  1. インジウム、スズ、及びゲルマニウムを含む酸化物焼結体で構成され、
    インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するゲルマニウムの原子比が0.07以上0.40以下であり、
    インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するスズの原子比が0.04以上0.60以下である
    スパッタリングターゲット。
  2. 請求項1記載のスパッタリングターゲットであって、
    インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するインジウムの原子比が0.3以上であり、インジウム、スズ、及びゲルマニウムの総和に対するゲルマニウムの原子比が0.10以上0.25以下である
    スパッタリングターゲット。
  3. 請求項1または2に記載のスパッタリングターゲットであって、
    前記酸化物焼結体は、Si、Ti、Mg、Ca、Ba、Zr、Al、W、Ta、Hf、及びBから選択される少なくとも1つの元素である第1の元素をさらに含有する
    スパッタリングターゲット。
  4. 請求項3に記載のスパッタリングターゲットであって、
    インジウム、スズ、ゲルマニウム、及び前記第1の元素の総和に対する前記第1の元素の原子比が0.10以下である
    スパッタリングターゲット。
  5. 請求項1〜4のいずれか1つに記載のスパッタリングターゲットであって、
    前記酸化物焼結体は、Sr、Ga及びZnから選択される少なくとも1つの元素である第2の元素をさらに含有する
    スパッタリングターゲット。
  6. 請求項5に記載のスパッタリングターゲットであって、
    前記第2の元素をβとしたとき、インジウム、スズ、ゲルマニウム、及び前記第2の元素の総和に対する前記第2の元素の原子比が0.25以下である
    スパッタリングターゲット。
  7. 請求項1〜6に記載のスパッタリングターゲットであって、
    相対密度が97%以上である
    スパッタリングターゲット。
  8. 請求項1〜7に記載のスパッタリングターゲットであって、
    比抵抗値が0.1mΩ・cm以上10mΩ・cm以下である
    スパッタリングターゲット。
  9. 請求項1〜8に記載のスパッタリングターゲットであって、
    厚み方向における比抵抗値が前記バルク比抵抗値の平均値に対して0.8以上1.2以下に収まっている
    スパッタリングターゲット。
  10. 請求項1〜9のいずれか1つに記載のスパッタリングターゲットであって、
    前記酸化物焼結体は、In−O相、In−Sn−O相、及びIn−Ge−O相の少なくとも1つの化合物相を含む
    スパッタリングターゲット。
  11. 酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、及び酸化ゲルマニウム粉末を混合して成形体を形成し、1500℃以上1600℃以下の酸素雰囲気中で前記成形体を焼成して、酸化物焼結体を有するスパッタリングターゲットを製造する
    スパッタリングターゲットの製造方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023162849A1 (ja) * 2022-02-25 2023-08-31 株式会社アルバック スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲットの製造方法、酸化物半導体薄膜、薄膜半導体装置及びその製造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007058248A1 (ja) * 2005-11-18 2007-05-24 Idemitsu Kosan Co., Ltd. 半導体薄膜、及びその製造方法、並びに薄膜トランジスタ
JP2012033854A (ja) * 2010-04-20 2012-02-16 Kobe Steel Ltd 薄膜トランジスタの半導体層用酸化物およびスパッタリングターゲット、並びに薄膜トランジスタ
JP2013070010A (ja) * 2010-11-26 2013-04-18 Kobe Steel Ltd 薄膜トランジスタの半導体層用酸化物およびスパッタリングターゲット、並びに薄膜トランジスタ
JP2013093561A (ja) * 2011-10-07 2013-05-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 酸化物半導体膜及び半導体装置
JP2014031312A (ja) * 2007-07-06 2014-02-20 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化物焼結体とその製造方法、ターゲット、及びそれを用いて得られる透明導電膜ならびに透明導電性基材
JP2015030896A (ja) * 2013-08-05 2015-02-16 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜
JP2017054502A (ja) * 2015-08-31 2017-03-16 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、又は該半導体装置を有する電子機器
WO2018074083A1 (ja) * 2016-10-21 2018-04-26 株式会社ブイ・テクノロジー 酸化物半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3896218B2 (ja) * 1998-10-26 2007-03-22 株式会社神戸製鋼所 インジウム−ゲルマニウム系蒸着ターゲット及びその製造方法
JP2001307553A (ja) * 2000-04-24 2001-11-02 Geomatec Co Ltd 透明導電膜およびその製造方法並びにその用途
KR101251134B1 (ko) 2007-01-18 2013-04-04 주식회사 엘지화학 투명 도전 산화막, 이의 제조방법, 인듐-주석 복합 산화물,및 소결체
JP2009031750A (ja) 2007-06-28 2009-02-12 Fujifilm Corp 有機el表示装置およびその製造方法
KR20100071091A (ko) 2007-10-03 2010-06-28 미츠이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 산화인듐계 투명 도전막의 제조방법
WO2010035715A1 (ja) 2008-09-25 2010-04-01 日鉱金属株式会社 透明導電膜製造用の酸化物焼結体
JP5552440B2 (ja) 2009-02-13 2014-07-16 株式会社アルバック トランジスタの製造方法
JP5591523B2 (ja) * 2009-11-19 2014-09-17 出光興産株式会社 長期成膜時の安定性に優れたIn−Ga−Zn−O系酸化物焼結体スパッタリングターゲット
US8529206B2 (en) 2010-01-27 2013-09-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator and yaw rotation control method for wind turbine generator
US20120286265A1 (en) * 2010-02-01 2012-11-15 Kazushige Takechi Amorphous oxide thin film, thin film transistor using the same, and method for manufacturing the same
JP5168599B2 (ja) 2010-03-31 2013-03-21 独立行政法人科学技術振興機構 薄膜トランジスタの製造方法
JP2013001919A (ja) 2011-06-13 2013-01-07 Idemitsu Kosan Co Ltd In2O3−ZnO系スパッタリングターゲット及び酸化物導電膜
JP5735190B1 (ja) 2015-01-22 2015-06-17 Jx日鉱日石金属株式会社 酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及び酸化物薄膜
JP6895544B2 (ja) 2018-06-21 2021-06-30 株式会社アルバック 酸化物半導体薄膜、薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびにスパッタリングターゲット

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007058248A1 (ja) * 2005-11-18 2007-05-24 Idemitsu Kosan Co., Ltd. 半導体薄膜、及びその製造方法、並びに薄膜トランジスタ
JP2014031312A (ja) * 2007-07-06 2014-02-20 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化物焼結体とその製造方法、ターゲット、及びそれを用いて得られる透明導電膜ならびに透明導電性基材
JP2012033854A (ja) * 2010-04-20 2012-02-16 Kobe Steel Ltd 薄膜トランジスタの半導体層用酸化物およびスパッタリングターゲット、並びに薄膜トランジスタ
JP2013070010A (ja) * 2010-11-26 2013-04-18 Kobe Steel Ltd 薄膜トランジスタの半導体層用酸化物およびスパッタリングターゲット、並びに薄膜トランジスタ
JP2013093561A (ja) * 2011-10-07 2013-05-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 酸化物半導体膜及び半導体装置
JP2015030896A (ja) * 2013-08-05 2015-02-16 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜
JP2017054502A (ja) * 2015-08-31 2017-03-16 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、又は該半導体装置を有する電子機器
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