TW201418489A - 濺鍍靶材 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種濺鍍靶材，其包含燒結體，該燒結體包含含有銦元素(In)、鋅元素(Zn)及鋁元素(Al)之氧化物、且以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)表示之同型結構化合物，且上述銦元素、上述鋅元素及上述鋁元素之原子比滿足下述式(1)~(3)。0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1) 0.15≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.65 (2) 0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.45 (3)

Description

濺鍍靶材
本發明係關於一種濺鍍靶材及其製造方法、使用濺鍍靶材而成膜之氧化物半導體薄膜、該氧化物半導體薄膜之製造方法、及包括藉由該製造方法而成膜之氧化物半導體薄膜之薄膜電晶體。
薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)等場效型電晶體被廣泛地用作半導體記憶體積體電路之單位電子元件、高頻信號放大元件、液晶驅動用元件等，且為目前實用得最多之電子裝置。其中，隨著近年來顯示裝置之飛速發展，於液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，LCD)、電致發光顯示裝置(Electro Luminescence，EL)、場發射顯示器(Field Emission Display，FED)等各種顯示裝置中，多使用TFT作為對顯示元件施加驅動電壓而使顯示裝置驅動之開關元件。
作為場效型電晶體之主要構件即半導體層(通道層)之材料，矽半導體化合物被最廣泛地使用。通常，於需要高速動作之高頻放大元件或積體電路用元件等，使用單晶矽。另一方面，於液晶驅動用元件等，因大面積化之要求而使用非晶質性矽半導體(非晶矽)。
非晶矽之薄膜雖可以相對低溫形成，但與結晶性之薄膜相比開關速度較慢，故而於用作驅動顯示裝置之開關元件時，有無法追隨高速之動態圖像之顯示之情形。具體而言，於解析度為VGA(Video Graphics Array，視頻圖形陣列)之液晶電視中，可使用移動度為0.5~1cm2/Vs之非晶矽，但若解析度成為SXGA(Super Extended Graphics Array，超級擴展圖形陣列)、UXGA(Ultra Extended Graphics Array，極速擴展圖形陣列)、QXGA(Quantum Extended Graphics Array，量子擴展圖形陣列)或其以上，則要求2cm2/Vs以上之移動度。又，若為了提高畫質而提高驅動頻率，則需要更高之移動度。
另一方面，結晶性之矽系薄膜雖然移動度較高，但有於製造時需要極大之能量與步驟數等問題、及難以大面積化之問題。例如，於使矽系薄膜結晶化時需要800℃以上之高溫、或使用昂貴之設備之雷射退火。又，結晶性之矽系薄膜因TFT之元件構成通常被限定於頂閘極構成，故而難以實現掩膜片數之削減等成本降低。
為了解決此種問題，研究出使用有包含氧化銦、氧化鋅及氧化鎵之氧化物半導體膜之薄膜電晶體。一般而言，氧化物半導體薄膜之製作係以使用有包含氧化物燒結體之靶材(濺鍍靶材)之濺鍍而進行。
例如已知有包含呈現以通式In2Ga2ZnO7、InGaZnO4所表示之同型晶體結構之化合物之靶材(專利文獻1、2、3)。然而，為了提高該靶材之燒結密度(相對密度)，必須於氧化環境下進行燒結，但此情形時，為了降低靶材之電阻，必須於燒結後進行高溫下之還原處理。又，若長時間使用靶材則有如下等問題：所獲得之膜之特性或成膜速度較大地變化；產生因InGaZnO4或In2Ga2ZnO7之異常成長所引起之異常放電；及於成膜時產生大量微粒。若頻繁地產生異常放電，則電漿放電狀態變得不穩定，無法進行穩定之成膜，對膜特性帶來不良影響。
另一方面，亦提出有使用不含鎵而包含氧化銦及氧化鋅之非晶質氧化物半導體膜之薄膜電晶體(專利文獻4)。然而，若不提高成膜時之氧分壓則有無法實現TFT之常斷開(normally off)動作之類之問題。
又，揭示有於氧化銦、氧化鋅中添加有氧化鋁之濺鍍靶材(專利 文獻5)。然而，關於靶材之晶相未作研究，使用該靶材製作之薄膜之移動度未達5cm2/Vs而為低移動度，未發揮出氧化銦、氧化鋅及氧化鋁材料本身所具有之移動度。
如上所述，作為氧化物半導體用濺鍍靶材而較佳之氧化銦、氧化鋅及氧化鋁靶材之晶相並不明確。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平8-245220號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-73312號公報
[專利文獻3]國際公開第2009/084537號說明書
[專利文獻4]國際公開第2005/088726號說明書
[專利文獻5]日本專利特開2012-54335號公報
本發明之目的在於提供一種高密度且低電阻之濺鍍靶材。又，本發明之目的在於提供一種場效移動度較高且可靠性較高之薄膜電晶體。
為了達成上述目的，本發明者等人進行努力研究，發現如下之濺鍍靶材之相對密度及比電阻優異，於通道層使用有使用該靶材製作之薄膜之TFT之場效移動度較高且表現出高可靠性，從而完成本發明，其中，該濺鍍靶材包含含有銦元素(In)、鋅元素(Zn)及鋁元素(Al)之氧化物，且含有以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物，進而滿足特定之原子比。
根據本發明，可提供以下之濺鍍靶材等。
1.一種濺鍍靶材，其包含燒結體，該燒結體包含含有銦元素(In)、鋅元素(Zn)及鋁元素(Al)之氧化物、且以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物，且 上述銦元素、上述鋅元素及上述鋁元素之原子比滿足下述式(1)~(3)：0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1) 0.15≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.65 (2) 0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.45 (3) (式中，In、Zn及Al係分別表示燒結體中之各元素之原子比)。
2.如1之濺鍍靶材，其中上述以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物係選自以InAlZn4O7所表示之同型結構化合物、以InAlZn3O6所表示之同型結構化合物、以InAlZn2O5所表示之同型結構化合物、及以InAlZnO4所表示之同型結構化合物中之1種以上。
3.如1或2之濺鍍靶材，其中上述燒結體進而包含以In2O3(ZnO)n(n為2~20)所表示之同型結構化合物。
4.如3之濺鍍靶材，其中上述以In2O3(ZnO)n(n為2~20)所表示之同型結構化合物係選自以In2Zn4O7所表示之同型結構化合物、以In2Zn3O6所表示之同型結構化合物及以In2Zn2O5所表示之同型結構化合物中之1種以上。
5.如1至4中任一項之濺鍍靶材，其中上述燒結體之相對密度為98%以上。
6.如1至5中任一項之濺鍍靶材，其中上述燒結體之體比電阻為10mΩcm以下。
7.一種濺鍍靶材之製造方法，該濺鍍靶材係如1至6中任一項之濺鍍靶材，該製造方法包含以0.1~2℃/分鐘之升溫速度將成形體自800℃升溫至燒結溫度為止，並以上述燒結溫度保持10~50小時進行燒結之步驟，且上述燒結溫度為1200℃~1650℃。
8.一種氧化物半導體薄膜，其係使用如1至6中任一項之濺鍍靶材，藉由濺鍍法進行成膜而成。
9.一種氧化物半導體薄膜之製造方法，其係於含有選自水蒸氣、氧氣及一氧化二氮氣體中之1種以上與稀有氣體之混合氣體之環境下，使用如1至6中任一項之濺鍍靶材，藉由濺鍍法而成膜。
10.如9之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中上述混合氣體含有稀有氣體、及至少水蒸氣。
11.如10之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中上述混合氣體中所含之水蒸氣之比率以分壓比計為0.1%~25%。
12.如9至11中任一項之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中藉由如下之濺鍍方法而進行上述氧化物半導體薄膜之成膜，上述濺鍍方法係指：將基板依序搬送至與隔開特定之間隔並排設置於真空腔室內之3片以上之靶材對向之位置，於自交流電源對上述各靶材交替地施加負電位及正電位之情形時，一面於將自上述交流電源之輸出之至少1者分支而連接之2片以上之靶材之間進行施加電位之靶材之切換，一面使靶材上產生電漿而於基板表面成膜。
13.如12之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中將上述交流電源之交流功率密度設為3W/cm2以上且20W/cm2以下。
14.如12或13之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中上述交流電源之頻率為10kHz~1MHz。
15.一種薄膜電晶體，其包括如8之氧化物半導體薄膜、或藉由如9至14中任一項之方法而成膜之氧化物半導體薄膜作為通道層。
16.如15之薄膜電晶體，其場效移動度為15cm2/Vs以上。
17.一種顯示裝置，其包括如15或16之薄膜電晶體。
根據本發明，可提供一種高密度且低電阻之濺鍍靶材。又，根據本發明，可提供一種場效移動度較高且可靠性較高之薄膜電晶體。
17a~17c‧‧‧交流電源
31a~31f‧‧‧靶材
40a~40f‧‧‧磁場形成機構
圖1係於實施例1中所獲得之燒結體之X射線繞射圖。
圖2係於實施例2中所獲得之燒結體之X射線繞射圖。
圖3係於實施例3中所獲得之燒結體之X射線繞射圖。
圖4係於實施例4中所獲得之燒結體之X射線繞射圖。
圖5係表示本發明之一實施形態中所使用之濺鍍裝置之圖。
以下，對本發明之濺鍍靶材及其製造方法、使用濺鍍靶材而成膜之氧化物半導體薄膜、該氧化物半導體薄膜之製造方法、及包括藉由該製造方法而成膜之氧化物半導體薄膜之薄膜電晶體進行詳細說明，但本發明並不限定於下述實施態樣及實施例。
I.濺鍍靶材
本發明之濺鍍靶材包含燒結體，該燒結體包含含有銦元素(In)、鋅元素(Zn)及鋁元素(Al)之氧化物、且以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物。
又，於上述燒結體中，銦元素、鋅元素及鋁元素之原子比滿足下述式(1)~(3)：0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1)
0.15≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.65 (2)
0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.45 (3)
(式中，In、Zn及Al係分別表示燒結體中之各元素之原子比)。
藉由含有以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物，且將銦元素(In)、鋅元素(Zn)及鋁元素(Al)之含量設為上述(1)~(3)之組成區域，而可製成相對密度及體電阻優異之燒結體(濺鍍靶材)。
本發明之燒結體(濺鍍靶材)之相對密度及體電阻優異，故而可於濺鍍時抑制產生異常放電。即，本發明之濺鍍靶材可有效率、低價、且節能地成膜高品質之氧化物半導體薄膜。
於以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物中，m例如為整數，較佳為0.1~10、更佳為0.5~7、進而佳為1~4。
以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物較佳為選自以InAlZn4O7所表示之同型結構化合物、以InAlZn3O6所表示之同型結構化合物、以InAlZn2O5所表示之同型結構化合物、及以InAlZnO4所表示之同型結構化合物中之1種以上。
所謂同型晶體結構係指包含重疊有若干層不同物質之結晶層之具有長週期之「自然超晶格」結構之晶體結構。於結晶週期或各薄膜層之厚度為奈米程度之情形時，藉由該等各層之化學組成或層之厚度之組合，可獲得與單一之物質或將各層均勻地混合而成之混晶之性質不同之固有之特性。
同型相之晶體結構例如可根據如下情況而確認，即：將靶材粉碎而成之粉末之X射線繞射圖案與根據組成比而假定之同型相之晶體結構X射線繞射圖案一致。具體而言，可根據如下內容而確認同型相之晶體結構：根據JCPDS(Joint Committee of Powder Diffraction Standards，粉末繞射標準聯合委員會)卡或ICSD(The Inorganic Crystal Structure Database，無機晶體結構資料庫)所獲得之同型相之晶體結構X射線繞射圖案一致。
作為採用同型晶體結構之氧化物結晶，可列舉以RAO3(MO)m所表示之氧化物結晶。R與A係正三價之金屬元素，可列舉例如In、Ga、Al、Fe、及B等。A係與R不同之正三價之金屬元素，可列舉例如Ga、Al、Fe等。M係正二價之金屬元素，可列舉例如Zn、Mg等。本發明中之同型晶體結構InAlO3(ZnO)m係於RAO3(MO)m中R為In、A為Al、M為Zn者。
InAlZnO4之同型結構係利用X射線繞射而呈現出JCPDS資料庫之No.40-0258之波峰圖案、或類似之(移位之)圖案者。InAlZn2O5之同型 結構係呈現出JCPDS資料庫之No.40-0259之波峰圖案、或類似之(移位之)圖案者。InAlZn3O6之同型結構係呈現出JCPDS資料庫之No.40-0260之波峰圖案、或類似之(移位之)圖案者。InAlZn4O7之同型結構係呈現出JCPDS資料庫之No.40-0261之波峰圖案、或類似之(移位之)圖案者。
用於本發明之濺鍍靶材之燒結體較佳為進而包含以含有氧化銦及氧化鋅之In2O3(ZnO)n(n為2~20)所表示之同型結構化合物。n例如為整數，較佳為2~10、更佳為2~8、進而佳為2~5。
若包含In2O3(ZnO)n(n為2~20)之同型結構化合物，則密度及體比電阻優異。
以In2O3(ZnO)n(n為2~20)所表示之同型結構化合物較佳為選自以In2Zn4O7所表示之同型結構化合物、以In2Zn3O6所表示之同型結構化合物及以In2Zn2O5所表示之同型結構化合物中之1種以上。
In2Zn4O7之同型結構可利用X射線繞射而自ICSD資料庫進行檢索，為呈現出ICSD#162451之波峰圖案、或類似之(移位之)圖案者。In2Zn3O6之同型結構可利用X射線繞射而自ICSD資料庫進行檢索，為呈現出ICSD#162450之波峰圖案、或類似之(移位之)圖案者。In2Zn2O5之同型結構係利用X射線繞射而呈現出JCPDS資料庫之No.20-1442之波峰圖案、或類似之(移位之)圖案者。
其次，對用於本發明之濺鍍靶材之燒結體之原子比進行說明。
於上述式(1)中，若In元素之原子比少於0.10，則有燒結體之體電阻值變高而無法進行DC(Direct Current，直流電)濺鍍之虞。
另一方面，若In元素之原子比多於0.70，則有使用該靶材製作之薄膜之載子濃度增加而導體化，從而無法用作半導體用薄膜之虞。
根據以上所述，In元素之原子比較佳為0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70。又，更佳為0.15≦In/(In+Zn+Al)≦0.70，進而佳為 0.20≦In/(In+Zn+Al)≦0.65。
於上述式(2)中，若Zn元素之原子比少於0.15，則有所獲得之膜作為非晶質膜不穩定之虞。
又，若Zn元素之原子比為0.15以上，則變得容易形成以In2O3(ZnO)n(n為2~20)所表示之同型結構化合物，故而較佳。若形成In2O3(ZnO)n(n為2~20)之同型結構化合物，則密度及體比電阻優異。
另一方面，若Zn元素之原子比多於0.65，則所獲得之薄膜向濕式蝕刻劑之溶解速度過高，故而有難以進行濕式蝕刻之情形。
根據以上所述，Zn之濃度較佳為0.15≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.65。又，Zn元素之原子比較佳為0.25≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.60，進而佳為0.30≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.60。
於上述式(3)中，若Al元素之原子比少於0.01，則有電阻未充分地降低之虞。又，有於成膜通道相並應用於TFT之情形時可靠性變差之虞。進而，有未形成以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物之虞。於未形成InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)之同型結構化合物之情形時，有密度降低或體比電阻上升之虞。
另一方面，若Al元素之原子比多於0.45，則有於燒結體中生成Al2O3而產生異常放電之虞。
根據以上所述，Al之濃度較佳為0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.45。又，Al元素之原子比較佳為0.02≦Al/(In+Zn+Al)≦0.40，進而佳為0.02≦Al/(In+Zn+Al)≦0.30。
用於濺鍍靶材之燒結體中所含之各元素之原子比，可藉由電感耦合電漿發光分析裝置(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES)對含有元素進行定量分析而求出。
具體而言，當利用噴霧器使溶液試樣為霧狀而導入至氬電漿(約6000~8000℃)中時，試樣中之元素係吸收熱能量而被激發，軌道電 子自基態轉移至較高之能量位準之軌道。該軌道電子係以10-7~10-8秒左右轉移至更低之能量位準之軌道。此時，將能量之差以光之形式放射而發光。該光係表現出元素固有之波長(光譜線)，故而可根據光譜線之有無來確認元素之存在(定性分析)。
又，各個光譜線之大小(發光強度)係與試樣中之元素數成比例，故而可藉由與已知濃度之標準液進行比較而求出試樣濃度(定量分析)。
於藉由定性分析而特定出所含有之元素之後，藉由定量分析求出含量，根據其結果求出各元素之原子比。
用於本發明之濺鍍靶材之燒結體亦可於不損及本發明之效果之範圍內含有除上述In、Zn及Al以外之其他金屬元素，實質上亦可僅由In、Zn及Al組成、或僅由In、Zn及Al組成。
此處，所謂「實質上」意指作為濺鍍靶材之效果源於上述In、Zn及Al，或意指燒結體之金屬元素之95重量%以上且100重量%以下(較佳為98重量%以上且100重量%以下)為In、Zn及Al。
用於本發明之燒結體亦可於不損及本發明之效果之範圍內，除In、Zn及Al以外亦包含不可避免之雜質。
用於本發明之燒結體較佳為相對密度為98%以上。於提高濺鍍輸出而於大型基板(尺寸為1G以上)成膜氧化物半導體之情形時，相對密度較佳為98%以上。所謂相對密度係指相對於利用加權平均算出之理論密度而相對性地算出之密度。利用各原料之密度之加權平均而算出之密度為理論密度，將其設為100%。
若相對密度為98%以上，則保持穩定之濺鍍狀態。即便於在大型基板提高濺鍍輸出而進行成膜之情形時，只要相對密度為98%以上，則可防止靶材表面之黑化或異常放電之產生，故而較佳。相對密度較佳為98.5%以上、更佳為99%以上。
相對密度可藉由阿基米德法而測定。相對密度較佳為100%以下。於超過100%之情形時，有於燒結體中產生金屬粒子、或生成低級氧化物之情形，必須嚴格地調整成膜時之氧供給量。
又，亦可於燒結後進行還原性環境下之熱處理操作等後處理步驟等來調整密度。還原性環境係使用氬氣、氮氣、氫氣等環境、或該等之混合氣體環境。
用於本發明之燒結體中之結晶之最大粒徑較佳為8μm以下。若結晶之粒徑為8μm以下，則可抑制結核之產生，故而較佳。
於藉由濺鍍削除靶材表面之情形時，其削除速度根據結晶面之方向而不同，於靶材表面產生凹凸。該凹凸之大小係取決於存在於燒結體中之結晶粒徑。認為於包含具有較大之結晶粒徑之燒結體之靶材中，其凹凸變大，自其凸部分產生結核。
用於本發明之燒結體中之結晶之最大粒徑係於燒結體之形狀為圓形之情形時，於圓之中心點(1部位)、及於該中心點正交之2條中心線上之中心點與周緣部之中間點(4部位)之合計5部位，又，於燒結體之形狀為四邊形之情形時，於其中心點(1部位)、及四邊形之對角線上之中心點與角部之中間點(4部位)之合計5部位，對在100μm見方之框內觀察到之最大之粒子測定其最大徑，以存在於該等5部位之框內之各者中之最大粒子之粒徑之平均值表示。粒徑係對結晶粒之長徑進行測定。結晶粒可藉由掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)進行觀察。
用於本發明之燒結體較佳為體比電阻為0mΩcm以上、10mΩcm以下，更佳為5mΩcm以下。體比電阻可利用實施例中所記載之方法進行測定。
本發明之濺鍍靶材之製造方法包含以下2個步驟。
(i)將原料化合物混合並成形而製成成形體之步驟 (ii)燒結上述成形體之步驟
以下，對各步驟進行說明。
(i)將原料化合物混合並成形而製成成形體之步驟
原料化合物並無特別限制，為包含In、Zn及Al之化合物，只要使用燒結體可具有上述(1)~(3)之原子比之化合物便可。
作為原料，可列舉例如氧化銦、氧化鋅及鋁金屬之組合；或氧化銦、氧化鋅及氧化鋁之組合等。再者，原料較佳為粉末。
原料較佳為氧化銦、氧化鋅及氧化鋁之混合粉末。
於在原料中使用有單體金屬之情形時，例如於將氧化銦、氧化鋅及鋁金屬之組合用作原料粉末之情形時，有於所獲得之燒結體中存在鋁之金屬粒，且於成膜過程中靶材表面之金屬粒熔融而未自靶材釋放出之情況，且有所獲得之膜之組成與燒結體之組成較大地不同之情形。
原料粉末之平均粒徑較佳為0.1μm~1.2μm，更佳為0.1μm~1.0μm以下。原料粉末之平均粒徑可藉由雷射繞射式粒度分佈裝置等進行測定。
例如，於將包含平均粒徑為0.1μm~1.2μm之In2O3粉末、平均粒徑為0.1μm~1.2μm之ZnO粉末及平均粒徑為0.1μm~1.2μm之Al2O3粉末之氧化物作為原料粉末，以滿足上述式(1)~(3)之比率調合該等。
步驟(i)之混合、成形方法並無特別限定，可使用周知之方法進行。例如於包含含有氧化銦粉、氧化鋅及氧化鋁粉之氧化物之混合粉之原料粉末調配水系溶劑，將所獲得之漿料混合12小時以上之後，進行固液分離、乾燥、造粒，繼而，將該造粒物放入模框中進行成形。
關於混合，可使用濕式或乾式之球磨機、振磨機、珠磨機等。為了獲得均勻且微細之結晶粒及孔洞，最佳為於短時間內凝集體之破 碎效率較高且添加物之分散狀態亦良好之珠磨機混合法。
球磨機之混合時間較佳為設為15小時以上、更佳為設為19小時以上。若為上述範圍，則不易因混合時間不足而於最終獲得之燒結體中生成Al2O3等之高電阻化合物，故而較佳。
利用珠磨機之粉碎、混合時間係根據裝置之大小、處理之漿料量而不同，以漿料中之粒度分佈全部變均勻為1μm以下之方式進行適當調整。
又，較佳為於進行混合時添加任意量之黏合劑同時進行混合。對於黏合劑，可使用聚乙烯醇、乙酸乙烯酯等。
其次，自原料粉末漿料獲得造粒粉。較佳為於造粒時進行急速乾燥造粒。作為用以進行急速乾燥造粒之裝置，廣泛地使用噴霧乾燥器。具體之乾燥條件係根據進行乾燥之漿料之漿料濃度、用於乾燥之熱風溫度、風量等諸條件而決定，故而於實施時，必須預先尋求最佳條件。
若為急速乾燥造粒，則可獲得均勻之造粒粉，故而較佳。即，可防止因由原料粉末之比重差所引起之沈降速度之差而導致In2O3粉末、ZnO粉末及Al2O3粉末分離。若為自均勻之造粒粉製成之燒結體，則可防止因Al2O3等之存在而引起之濺鍍時之異常放電。
通常藉由模具加壓機或冷均壓加壓機(Cold Isostatic Pressing，CIP)，以例如1.2ton/cm2以上之壓力對造粒粉實施成形，而獲得成形體。
(ii)燒結成形體之步驟
可以1200~1650℃之燒結溫度將所獲得之成形物燒結10~50小時而獲得燒結體。
燒結溫度較佳為1350~1600℃、更佳為1400~1600℃、進而佳為1450~1600℃。燒結時間較佳為12~40小時、更佳為13~30小時。
若燒結溫度為1200℃以上、燒結時間為10小時以上，則可抑制於靶材內部形成Al2O3等，而可防止異常放電，故而較佳。另一方面，若煅燒溫度為1650℃以下、煅燒時間為50小時以下，則可防止因顯著之結晶粒成長而引起之平均結晶粒徑之增大，又，可抑制粗大孔洞之產生，故而可防止燒結體強度之降低或異常放電，故而較佳。
作為於本發明中使用之燒結方法，除常壓燒結法以外，亦可採用熱壓、氧加壓、熱均壓加壓等加壓燒結法。然而，就降低製造成本、可大量生產、可容易地製造大型之燒結體等之類之觀點而言，較佳為採用常壓燒結法。
於常壓燒結法中，於大氣環境、或氧化氣體環境下，較佳為於氧化氣體環境下對成形體進行燒結。所謂氧化氣體環境，較佳為氧氣環境。氧氣環境較佳為氧濃度例如為10~100體積%之環境。於上述燒結體之製造方法中，藉由於升溫過程中導入氧氣環境，可更提高燒結體密度。
進而，燒結時之升溫速度較佳為將自800℃至燒結溫度(1200~1650℃)為止設為0.1~2℃/分鐘。
於含有銦元素(In)、鋅元素(Zn)及鋁元素(Al)之氧化物之濺鍍靶材中，800℃以上之溫度範圍係燒結進展最快之範圍。若該溫度範圍內之升溫速度為0.1℃/分鐘以上，則可防止過度之結晶粒成長且可達成高密度化，故而較佳。另一方面，若升溫速度為2℃/分鐘以下，則可防止Al2O3等於靶材內部析出，故而較佳。
自800℃至燒結溫度過程中之升溫速度較佳為0.1~1.3℃/分鐘、更佳為0.1~1.1℃/分鐘。
為了使於上述煅燒步驟中所獲得之燒結體之體電阻於靶材整體均勻化，亦可視需要設定還原步驟。
作為還原方法，可列舉例如利用還原性氣體之方法或利用真空 煅燒或惰性氣體之還原等。
於利用還原性氣體之還原處理之情形時，可使用氫氣、甲烷、一氧化碳、或該等氣體與氧氣之混合氣體等。
於利用在惰性氣體中之煅燒所進行之還原處理之情形時，可使用氮氣、氬氣、或該等氣體與氧氣之混合氣體等。
還原處理時之溫度通常為100~800℃、較佳為200~800℃。又，還原處理之時間通常為0.01~10小時、較佳為0.05~5小時。
若綜合以上，則用於本發明之燒結體之製造方法係例如藉由如下操作而獲得燒結體，即：於包含氧化銦粉與氧化鋅粉及氧化鋁粉之混合粉之原料粉末調配水系溶劑，將所獲得之漿料混合12小時以上之後，進行固液分離、乾燥、造粒，繼而，將該造粒物放入模框中進行成形，其後，將自800℃至燒結溫度為止之升溫速度設為0.1~2℃/分鐘，於氧環境中將所獲得之成形物以1200~1650℃煅燒10~50小時。
可藉由加工上述所獲得之燒結體而製成本發明之濺鍍靶材。具體而言，可藉由將燒結體切削加工為適合安裝於濺鍍裝置之形狀而製成濺鍍靶材素材，藉由將該靶材素材接著於背襯板而製成濺鍍靶材。
為了將燒結體製成靶材素材，例如利用平面磨削盤對燒結體磨削而製成表面粗糙度Ra為0.5μm以下之素材。此處，亦可進而對靶材素材之濺鍍面實施鏡面加工，使平均表面粗糙度Ra為1000埃(Angstrom)以下。
鏡面加工(研磨)可使用機械研磨、化學研磨、機械化學研磨(機械研磨與化學研磨之併用)等周知之研磨技術。例如可藉由如下而獲得：利用固定研磨粒拋光機(拋光液：水)拋光成# 2000以上，或利用游離研磨粒磨盤(研磨材：SiC膏等)進行研磨後，將研磨材更換為鑽石膏進行研磨。此種研磨方法並無特別限制。
靶材素材之表面較佳為藉由200~10,000號鑽石磨輪進行最後加 工，特佳為藉由400~5,000號鑽石磨輪進行最後加工。藉由使用200~10,000號鑽石磨輪，可防止靶材素材之碎裂。
較佳為靶材素材之表面粗糙度Ra為0.5μm以下，且包括無方向性之磨削面。若Ra為0.5μm以下，且包括無方向性之磨削面，則可防止異常放電或微粒，故而較佳。
其次，對所獲得之靶材素材進行淨化處理。於淨化處理中可使用鼓風(air blow)或流水清洗等。於藉由鼓風去除異物時，若自朝向噴嘴之側利用吸塵器進行吸氣則可更有效地去除。
再者，以上之鼓風或流水清洗存在極限，故而亦可進而進行超音波清洗等。有效的是於頻率25~300KHz之間進行多重振動而進行該超音波清洗之方法。例如較佳為於頻率25~300KHz之間，使12種頻率間隔25KHz進行多重振動而進行超音波清洗。
靶材素材之厚度通常為2~20mm、較佳為3~12mm、特佳為4~6mm。
將以如上方式獲得之靶材素材接合於背襯板，藉此可獲得濺鍍靶材。又，亦可將複數個靶材素材安裝於1個背襯板上，實質上作為一個靶材。
II.氧化物半導體薄膜
本發明之氧化物半導體薄膜(氧化物薄膜)之製造方法之特徵在於：使用上述之濺鍍靶材，藉由濺鍍法而成膜。
藉由本發明之氧化物薄膜之製造方法而製造之氧化物薄膜包含銦、鋅、鋁、及氧，通常，原子比滿足(1)~(3)：0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1)
0.15≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.65 (2)
0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.45 (3)
(式中，In、Zn及Al分別表示濺鍍靶材中之各元素之原子比)。
於上述式(1)中，若In元素之量少於0.10，則有載子濃度大幅降低為未達1013/cm3，所獲得之膜未表現出半導體特性而成為絕緣體之虞。另一方面，若In元素之量多於0.70，則有於將已成膜之膜應用於TFT之通道層時可靠性變差之虞。
於上述式(2)中，若Zn元素之量少於0.15，則有所獲得之膜作為非晶質膜不穩定之虞。另一方面，若Zn元素之量多於0.65，則有所獲得之薄膜於濕式蝕刻劑中之溶解速度過高，故而難以進行濕式蝕刻之虞。
於上述式(3)中，若Al元素之量少於0.01，則有濺鍍成膜時之氧分壓上升之虞。Al元素與氧之鍵結較強，故而若Al元素之量為0.01以上，則可降低濺鍍成膜時之氧分壓。藉由降低濺鍍成膜時之氧分壓，可加快成膜速度。
又，若Al元素之量少於0.01，則有於成膜通道相並應用於TFT之情形時可靠性變差之虞。藉由使Al元素之量為0.01以上，可強化與氧之鍵結，故而可使TFT之可靠性提高。
另一方面，若Al元素之量多於0.45，則有於薄膜中形成Al2O3，且薄膜之霍耳移動度大幅地降低之虞。
本發明之濺鍍靶材具有較高之導電性，故而可應用成膜速度較快之DC濺鍍法。
本發明之濺鍍靶材除可應用於上述DC濺鍍法以外，亦可應用於RF(Radio Frequency，射頻)濺鍍法、AC(Alternating Current，交流電)濺鍍法、脈衝DC濺鍍法，且可進行無異常放電之濺鍍。
本發明之氧化物半導體薄膜亦可使用上述濺鍍靶材，藉由蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍敷(ion plating)法、脈衝雷射蒸鍍法等而製作。
作為濺鍍氣體(環境)，可使用氬等稀有氣體原子與氧化性氣體之混合氣體。作為氧化性氣體，可列舉O2、CO2、O3、H2O、及N2O 等。
濺鍍氣體較佳為含有稀有氣體及選自水蒸氣、氧氣及一氧化二氮氣體中之一種以上之混合氣體，更佳為含有稀有氣體及至少水蒸氣之混合氣體。
氧化物半導體薄膜之載子濃度通常為1019/cm3以下，較佳為1013~1018/cm3，進而佳為1014~1018/cm3，特佳為1015~1018/cm3。
若氧化物層之載子濃度為1019cm-3以下，則可防止構成薄膜電晶體等元件時之洩漏電流、常導通、或on(接通)-off(斷開)比之降低，且可發揮良好之電晶體性能，故而較佳。進而，若載子濃度為1013cm-3以上，則作為TFT而驅動將毫無問題，故而較佳。
氧化物半導體薄膜之載子濃度可藉由霍耳效應測定方法進行測定。具體而言，可利用實施例中所記載之方法進行測定。
濺鍍成膜時之氧分壓比較佳為設為0%以上且未達40%。若為氧分壓比未達40%之條件，則所製作之薄膜之載子濃度不會大幅地減少，可防止載子濃度成為例如未達1013cm-3，故而較佳。
氧分壓比較佳為0%~30%、特佳為0%~20%。
本發明中之氧化物薄膜沈積時之濺鍍氣體(環境)中所含之水蒸氣之分壓比、即[H2O]/([H2O]+[稀有氣體]+[其他分子])較佳為0.1~25%。
若水之分壓比為25%以下，則可防止膜密度之降低，可較大地保持In之5s軌道之重疊，且可防止移動度之降低，故而較佳。濺鍍時之環境中之水之分壓比更佳為0.7~13%、特佳為1~6%。
藉由濺鍍進行成膜時之基板溫度較佳為25~120℃，進而佳為25~100℃、特佳為25~90℃。
若成膜時之基板溫度為120℃以下，則可充分地取得於成膜時導入之氧等，且可防止加熱後之薄膜之載子濃度過度增加，故而較佳。 又，若成膜時之基板溫度為25℃以上，則可防止薄膜之膜密度降低而TFT之移動度降低之情況，故而較佳。
較佳為進而將藉由濺鍍而獲得之氧化物薄膜以150~500℃保持15分鐘~5小時實施退火處理。成膜後之退火處理溫度更佳為200℃以上且450℃以下，進而佳為250℃以上且350℃以下。藉由實施上述退火，可獲得半導體特性。
又，加熱時之環境並無特別限定，但就載子控制性之觀點而言，較佳為大氣環境、氧氣流通環境。
於氧化物薄膜之後處理退火步驟中，於氧存在之情況下或不存在之情況下均可使用燈退火裝置、雷射退火裝置、熱電漿裝置、熱風加熱裝置、接觸加熱裝置等。
濺鍍時之靶材與基板之間之距離係相對於基板之成膜面於垂直方向較佳為1~15cm，進而佳為2~8cm。
若該距離為1cm以上，則可防止到達基板之靶材構成元素之粒子之運動能量變得過大，且可獲得良好之膜特性，故而較佳。又，可防止膜厚及電特性之面內分佈等。
另一方面，若靶材與基板之間隔為15cm以下，則可防止到達基板之靶材構成元素之粒子之運動能量變得過小，可獲得緻密之膜，故而較佳。又，可獲得良好之半導體特性。
氧化物薄膜之成膜較理想為於磁場強度為300~1500高斯之環境下進行濺鍍。若磁場強度為300高斯以上，則可防止電漿密度之降低，且於高電阻之濺鍍靶材之情形時亦可毫無問題地進行濺鍍，故而較佳。另一方面，若為1500高斯以下，則可抑制膜厚及膜中之電特性之控制性變差，故而較佳。
氣體環境之壓力(濺鍍壓力)只要為電漿可穩定地進行放電之範圍則並無特別限定，較佳為0.1~3.0Pa，進而佳為0.1~1.5Pa，特佳為 0.1~1.0Pa。若濺鍍壓力為3.0Pa以下，則可使濺鍍粒子之平均自由行程為適當之範圍，可防止薄膜密度降低，故而較佳。又，若濺鍍壓力為0.1Pa以上，則可防止於成膜時在膜中生成微結晶，故而較佳。再者，所謂濺鍍壓力係指將氬氣等稀有氣體、水蒸氣、氧氣等導入之後之濺鍍開始時之系統內之總壓。
又，亦可藉由如下所述之交流濺鍍進行氧化物半導體薄膜之成膜。
將基板依序搬送至與隔開特定之間隔並排設置於真空腔室內之3片以上之靶材對向之位置，自交流電源對各靶材交替地施加負電位及正電位，使靶材上產生電漿而於基板表面上成膜。
此時，一面於將自交流電源之輸出之至少1者分支而連接之2片以上之靶材之間進行施加電位之靶材之切換一面進行成膜。即，將自上述交流電源之輸出之至少1者分支而連接於2片以上之靶材，一面對相鄰之靶材施加不同之電位一面進行成膜。
再者，於藉由交流濺鍍成膜氧化物半導體薄膜之情形時，亦較佳為例如於含有稀有氣體、及選自水蒸氣、氧氣及一氧化二氮氣體中之一種以上之分子之混合氣體之環境下進行濺鍍，特佳為於含有水蒸氣之混合氣體之環境下進行濺鍍。
於藉由AC濺鍍進行成膜之情形時，可獲得工業上大面積均勻性優異之氧化物層，並且可期待靶材之利用效率之提高。
又，於在1邊超過1m之大面積基板濺鍍成膜之情形時，較佳為使用例如日本專利特開2005-290550號公報所記載之大面積生產用之AC濺鍍裝置。
日本專利特開2005-290550號公報所記載之AC濺鍍裝置具體而言包括真空槽、配置於真空槽內部之基板固持器、及配置於與該基板固持器對向之位置上之濺鍍源。於圖5中表示AC濺鍍裝置之濺鍍源之主 要部分。濺鍍源包括複數個濺鍍部，分別包括板狀之靶材31a~31f，若將各靶材31a~31f之經濺鍍之面作為濺鍍面，則各濺鍍部係以濺鍍面位於同一平面上之方式配置。各靶材31a~31f係形成為具有長度方向之細長狀，各靶材為相同形狀，使濺鍍面之長度方向之緣部分(側面)相互隔開特定間隔平行地配置。因此，鄰接之靶材31a~31f之側面係平行。
於真空槽之外部配置有交流電源17a~17c，各交流電源17a~17c之2個端子中之一個端子係連接於鄰接之2個電極中之一個電極，另一個端子係連接於另一個電極。各交流電源17a~17c之2個端子係輸出正負不同之極性之電壓，靶材31a~31f係密接於電極而安裝，故而自交流電源17a~17c對鄰接之2個靶材31a~31f施加相互不同之極性之交流電壓。因此，成為如下狀態：於相互鄰接之靶材31a~31f中之一者處於正電位時，另一者處於負電位。
於電極之與靶材31a~31f為相反側之面配置有磁場形成機構40a~40f。各磁場形成機構40a~40f分別包括外周與靶材31a~31f之外周為大致相等之大小之細長之環狀磁石、及較環狀磁石之長度更短之棒狀磁石。
各環狀磁石係於對應之1個靶材31a~31f之正背面位置，相對於靶材31a~31f之長度方向平行地配置。如上所述，靶材31a~31f係隔開特定間隔而平行配置，故而環狀磁石亦隔開與靶材31a~31f相同之間隔而配置。
藉由AC濺鍍並使用氧化物靶材之情形之交流功率密度較佳為3W/cm2以上且20W/cm2以下。若功率密度為3W/cm2以上，則可使成膜速度為適當之範圍，可保證生產經濟性，故而較佳。若為20W/cm2以下，則可抑制靶材之破損，而較佳。更佳之功率密度為3W/cm2以上且15W/cm2以下。
AC濺鍍之頻率較佳為10kHz~1MHz之範圍。若為10kHz以上，則不產生噪音問題。若為1MHz以下，則可防止電漿過多擴散而於所期望之靶材位置以外進行濺鍍，可保持均勻性，故而較佳。更佳之AC濺鍍之頻率為20kHz~500kHz。
除上述以外之濺鍍時之條件等只要自上述之條件中適當選擇便可。
III.薄膜電晶體及顯示裝置
上述之氧化物薄膜可用於薄膜電晶體中，尤其可較佳地用作通道層。
本發明之薄膜電晶體只要包括上述之氧化物薄膜作為通道層，則其元件構成並無特別限定，可採用周知之各種元件構成。
又，藉由將上述之氧化物薄膜用於TFT之通道層，可獲得場效移動度及可靠性較高之TFT。本發明之TFT較佳為場效移動度為15cm2/Vs以上。場效移動度並無特別之上限，例如為100cm2/Vs左右、又為50cm2/Vs左右、又為30cm2/Vs左右。場效移動度可藉由實施例中所記載之方法進行測定。
本發明之薄膜電晶體中之通道層之膜厚通常為10~300nm、較佳為20~250nm、更佳為30~200nm、進而佳為35~120nm、特佳為40~80nm。
若通道層之膜厚為10nm以上，則即便於大面積地成膜時膜厚亦不易變得不均勻，可使製作之TFT之特性於面內均勻，從而較佳。另一方面，若膜厚為300nm以下，則可使成膜時間為適當之範圍，故而較佳。
本發明之薄膜電晶體中之通道層係通常用於N型區域，但亦可與P型Si系半導體、P型氧化物半導體、P型有機半導體等各種P型半導體組合而用於PN接合型電晶體等各種半導體電子裝置中。
本發明之薄膜電晶體較佳為於上述通道層上包括保護膜。本發明之薄膜電晶體中之保護膜較佳為至少含有SiNx。SiNx與SiO2相比可形成緻密之膜，故而具有TFT之劣化抑制效果較高之優點。
保護膜除包含SiNx以外，亦可包含例如SiO2、Al2O3、Ta2O5、TiO2、MgO、ZrO2、CeO2、K2O、Li2O、Na2O、Rb2O、Sc2O3、Y2O3、HfO2、CaHfO3、PbTi3、BaTa2O6、Sm2O3、SrTiO3或AlN等氧化物等。
本發明之含有銦元素(In)、鋅元素(Zn)及鋁元素(Al)之氧化物薄膜係因含有Al，故而CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)製程之耐還原性提高，不易因製作保護膜之製程而使後通道側還原，可將SiNx用作保護膜。
較佳為於形成保護膜之前，對通道層實施臭氧處理、氧電漿處理、二氧化氮電漿處理或一氧化二氮電漿處理。此種處理只要於形成通道層之後且形成保護膜之前，則亦能夠以任一時序進行，但較理想為於將要形成保護膜前進行。藉由進行此種預處理，可抑制通道層中之氧空位之產生。
又，若於TFT驅動中氧化物半導體膜中之氫擴散，則有閥值電壓產生漂移而使TFT之可靠性下降之虞。藉由對通道層實施臭氧處理、氧電漿處理或一氧化二氮電漿處理，可於薄膜結構中使In-OH之鍵穩定化而抑制氧化物半導體膜中之氫之擴散。
薄膜電晶體通常包括基板、閘極電極、閘極絕緣層、有機半導體層(通道層)、源極電極及汲極電極。關於通道層係如上所述，關於基板可使用周知之材料。
形成本發明之薄膜電晶體中之閘極絕緣膜之材料亦並無特別限制，可任意地選擇通常所使用之材料。具體而言，可使用例如SiO2、SiNx、Al2O3、Ta2O5、TiO2、MgO、ZrO2、CeO2、K2O、Li2O、 Na2O、Rb2O、Sc2O3、Y2O3、HfO2、CaHfO3、PbTi3、BaTa2O6、SrTiO3、Sm2O3、及AlN等化合物。該等中較佳為SiO2、SiNx、Al2O3、Y2O3、HfO2、CaHfO3，更佳為SiO2、SiNx、HfO2、Al2O3。
閘極絕緣膜例如可藉由電漿CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相成長)法而形成。
於藉由電漿CVD法形成閘極絕緣膜，且於其上成膜通道層之情形時，有閘極絕緣膜中之氫擴散至通道層，而導致通道層之膜質下降或TFT之可靠性下降之虞。為了防止通道層之膜質下降或TFT之可靠性下降，較佳為於成膜通道層之前對閘極絕緣膜實施臭氧處理、氧電漿處理、二氧化氮電漿處理或一氧化二氮電漿處理。藉由進行此種預處理，可防止通道層之膜質之下降或TFT之可靠性下降。
再者，上述之氧化物之氧數亦可不必與化學計量比一致，例如可為SiO2，亦可為SiOx。
閘極絕緣膜亦可為積層有包含不同之材料之2層以上之絕緣膜之結構。又，閘極絕緣膜亦可為結晶質、多結晶質、非晶質中之任一者，較佳為工業上易於製造之多結晶質或非晶質。
形成本發明之薄膜電晶體中之汲極電極、源極電極及閘極電極之各電極之材料並無特別限制，可任意地選擇通常所使用之材料。例如可使用ITO、IZO、ZnO、SnO2等透明電極、或Al、Ag、Cu、Cr、Ni、Mo、Au、Ti、Ta等金屬電極、或包含該等之合金之金屬電極。
汲極電極、源極電極及閘極電極之各電極亦可製成積層有不同之2層以上之導電層之多層結構。特別是源極、汲極電極由於對低電阻配線之要求較高，故而亦可將Al或Cu等良導體以Ti或Mo等密接性優異之金屬夾層而使用。
本發明之薄膜電晶體亦可應用於場效型電晶體、或邏輯電路、記憶體電路、差動放大電路等各種積體電路。進而，除場效型電晶體 以外亦可應用於靜電感應型電晶體、肖特基(Schottky)能障型電晶 體、肖特基二極體、電阻元件。
本發明之薄膜電晶體之構成可無限制地採用底閘極、底部接觸、頂部接觸等周知之構成。
特別是底閘極構成與非晶矽或ZnO之薄膜電晶體相比可獲得較高之性能，故而有利。底閘極構成係容易削減製造時之掩膜片數，容易降低大型顯示器等用途之製造成本，故而較佳。
本發明之薄膜電晶體可較佳地用於顯示裝置。
作為大面積之顯示器用，特佳為通道蝕刻型之底閘極構成之薄膜電晶體。通道蝕刻型之底閘極構成之薄膜電晶體係光微影步驟時之掩膜數較少且能夠以低成本製造顯示器用面板。其中，由於通道蝕刻型之底閘極構成及頂部接觸構成之薄膜電晶體之移動度等特性良好且易於工業化，故而特佳。
[實施例] 實施例1~8 [燒結體之製造]
將下述之氧化物粉末用作原料粉體。再者，氧化物粉末之平均粒徑係利用雷射繞射式粒度分佈測定裝置SALD-300V(島津製作所製造)而測定，平均粒徑係採用中值粒徑D50。
氧化銦粉：平均粒徑0.98μm
氧化鋅粉：平均粒徑0.96μm
氧化鋁粉：平均粒徑0.98μm
以成為表1所示之原子比之方式對上述之粉體進行稱量，於均勻地微粉碎混合後，添加成形用黏合劑進行造粒。其次，將該原料混合粉均勻地填充至模具，藉由冷壓機以加壓壓力140MPa進行加壓成形。
以表1所示之升溫速度(自800℃至燒結溫度)、燒結溫度及燒結時間，利用燒結爐對如此獲得之成形體進行燒結，而製造燒結體。升溫過程中係設為氧環境，其他過程係設為大氣中(環境)，降溫速度係設為15℃/分鐘。
[燒結體之評估：相對密度、體比電阻、原子比]
藉由阿基米德法對所獲得之燒結體之相對密度進行測定。將結果示於表1中。如表1所示，確認實施例1~8之燒結體之相對密度為98%以上。
又，使用電阻率計(三菱化學(股份)製造，Loresta)基於四探針法(JIS R 1637)對所獲得之燒結體之體比電阻(導電性)進行測定。將結果示於表1中。如表1所示，實施例1~8之燒結體之體比電阻為10mΩcm以下。
對所獲得之燒結體進行ICP-AES分析，確認為表1所示之原子比。
[燒結體之評估：晶體結構]
又，關於所獲得之燒結體，藉由X射線繞射測定(X-Ray Diffraction，XRD)裝置調查晶體結構。將於實施例1~4中所獲得之燒結體之X射線繞射圖表示於圖1~4中。
對X射線繞射圖表進行分析之結果，獲得以下之結果。
於實施例1之燒結體中，觀察到InAlZn2O5之同型結構、In2Zn2O5之同型結構及In2O3之方鐵錳礦結構。
於實施例2之燒結體中，觀察到InAlZn2O5之同型結構、In2Zn2O5之同型結構及In2Zn3O6之同型結構。
於實施例3之燒結體中，觀察到InAlZn3O6之同型結構、InAlZn4O7之同型結構及In2Zn4O7之同型結構。
於實施例4之燒結體中，觀察到InAlZn2O5之同型結構及In2Zn2O5 之同型結構。
晶體結構係藉由JCPDS(Joint Committee of Powder Diffraction Standards)卡、ICSD(The Inorganic Crystal Structure Database)而確認。
InAlZn2O5之同型結構為JCPDS卡No.40-0259、In2Zn2O5之同型結構為JCPDS卡No.20-1442、In2O3之方鐵錳礦結構為JCPDS卡No.06-0416、In2Zn3O6之同型結構為ICSD資料庫之ICSD#162450、InAlZn3O6之同型結構為JCPDS卡No.40-0260、InAlZn4O7之同型結構為JCPDS卡No.40-0261、In2Zn4O7之同型結構為ICSD資料庫之ICSD#162451。
X射線繞射測定之測定條件係如下所述。
．裝置：RIGAKU(股份)製造之Ultima-III
．X射線：Cu-Kα射線(波長1.5406Å，藉由石墨單色器(graphite monochromator)而單色化)
．2θ-θ反射法、連續掃描(1.0°/分鐘)
．取樣間隔：0.02°
．狹縫DS、SS：2/3°、RS：0.6mm
根據XRD之結果，關於在實施例5~8中所獲得之燒結體，亦可觀察到InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物及In2O3(ZnO)n(n為2~20)所表示之同型結構化合物。
可知實施例1~8之燒結體係形成有InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物，且滿足特定之原子比，故而燒結體密度為98%以上，且體比電阻為10mΩcm以下。
[燒結體之評估：Al之分散]
關於實施例1~8之燒結體，藉由電子探針微量分析器(Electron Probe Micro Analyser，EPMA)測定，調查所獲得之燒結體之Al之分散，未觀察到超過8μm之Al之集合體。實施例1~8之燒結體係分散 性、均勻性極其優異。
EPMA之測定條件係如下所述。
．裝置名：日本電子股份有限公司製造之JXA-8200
．加速電壓：15kV
．照射電流：50nA
．照射時間(平均每1點之時間)：50mS
[濺鍍靶材之製造]
利用平面磨削盤對在實施例1~8中所獲得之燒結體之表面進行磨削，利用鑽石切割器將側邊切斷，貼合於背襯板，分別製作直徑4英吋之濺鍍靶材。
又，關於實施例1~3，分別將寬度200mm、長度1700mm、厚度10mm之6片靶材製作為AC濺鍍成膜用。
[濺鍍靶材之評估：異常放電之有無]
將所獲得之直徑4英吋之濺鍍靶材安裝於DC濺鍍裝置，使用將H2O氣體以分壓比計2%添加至氬氣中而成之混合氣體作為環境，將濺鍍壓設為0.4Pa、將基板溫度設為室溫，以DC輸出400W進行10kWh連續濺鍍。將濺鍍中之電壓變動儲存於資料記錄器中，確認異常放電之有無。將結果示於表1中。
再者，上述異常放電之有無係藉由監視電壓變動並檢測異常放電而進行。具體而言，將於5分鐘之測定時間中產生之電壓變動為濺鍍運轉中之穩定電壓(steady voltage)之10%以上之情形設為異常放電。
於濺鍍運轉中之穩定電壓於0.1秒內變動±10%之情形時，有如下之虞：產生濺鍍放電之異常放電即微弧(Micro Arc)，元件之良率降低，而不適於量產化。
[濺鍍靶材之評估：產生結核之有無]
又，使用所獲得之直徑4英吋之濺鍍靶材，使用在氬氣中添加有以分壓比計3%之氫氣之混合氣體作為環境，連續40小時進行濺鍍，確認有無結核之產生。
其結果，於實施例1~8之濺鍍靶材表面，未觀察到結核。
再者，濺鍍條件係設為濺鍍壓0.4Pa、DC輸出100W，基板溫度係設為室溫。為了促進結核之產生而將氫氣添加至環境氣體中。
結核係採用藉由立體顯微鏡將濺鍍後之靶材表面之變化放大至50倍進行觀察，對在視野3mm2中產生之20μm以上之結核測量數量平均之方法。將產生之結核數示於表1中。
比較例1、2
以表1所示之原子比將原料粉末混合，以表1所示之升溫速度(自800℃至燒結溫度)、燒結溫度、燒結時間進行燒結，除此以外，與實施例1~8同樣地製造燒結體及濺鍍靶材並進行評估。將結果示於表1中。
再者，關於比較例1，將寬度200mm、長度1700mm、厚度10mm之6片靶材製作為AC濺鍍成膜用。
於比較例1、2之濺鍍靶材中，於濺鍍時產生異常放電，而於靶材表面觀察到結核。於比較例1、2之靶材中，觀察到InAlZn2O5之同型結構、In2O3之方鐵錳礦結構及Al2O3之鋼玉結構。
InAlZn2O5之同型結構係JCPDS卡No.40-0259，In2O3之方鐵錳礦結構係JCPDS卡No.06-0416，Al2O3之鋼玉(Corundum)結構係JCPDS卡No.10-173。
可知比較例1、2之燒結體包含以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物，但不滿足特定之原子比，故而燒結體之密度降低，且體電阻增大。其結果，認為產生結核。
又，認為於比較例1、2之燒結體中，使升溫速度(自800℃至燒結 溫度)超過2℃/分鐘亦為靶材相對密度未達98%、體電阻超過10mΩcm之原因。
實施例9~16 [氧化物半導體薄膜之製造]
將於實施例1~8中製作之4英吋靶材安裝於磁控濺鍍裝置，分別安裝載玻片(Corning公司製造#1737)作為基板。藉由DC磁控濺鍍法，以下述之條件於載玻片上成膜膜厚50nm之非晶質膜。
於成膜時，以表2所示之分壓比(%)導入氬氣、氧氣、及H2O氣體。將形成有非晶質膜之基板於大氣中以300℃加熱60分鐘而形成氧化物半導體薄膜。
濺鍍條件係如下所述。
．基板溫度：25℃
．到達壓力：8.5×10-5Pa
．環境氣體：氬氣、氧氣、H2O氣體(分壓係參照表2)
．濺鍍壓力(總壓)：0.4Pa
．輸入電力：DC 100W
．S(基板)-T(靶材)距離：70mm
[氧化物半導體薄膜之評估：霍耳移動度、載子濃度、原子比]
將成膜有氧化物半導體薄膜之玻璃基板設置於ResiTest8300型(東洋技術公司製造)中，於室溫下評估霍耳效應。具體而言，測定霍耳移動度及載子濃度。將結果示於表2中。再者，於該評估中使用有霍耳效應測定用元件。
又，藉由ICP-AES分析，而確認出氧化物薄膜中所含之各元素之原子比與濺鍍靶材相同。
[氧化物半導體薄膜之評估：晶體結構]
又，藉由X射線繞射測定裝置(RIGAKU製造之Ultima-III)調查晶體結構。確認出剛進行薄膜沈積後觀察不到繞射峰(diffraction peak)而為非晶質。又，確認出於大氣下進行300℃×60分鐘加熱處理(退火) 後亦觀察不到繞射峰而非晶質。
上述XRD之測定條件係如下所述。
．裝置：(股份)RIGAKU製造之Ultima-III
．X射線：Cu-Kα射線(波長1.5406Å，藉由石墨單色器而單色化)
．2θ-θ反射法、連續掃描(1.0°/分鐘)
．取樣間隔：0.02°
．狹縫DS、SS：2/3°、RS：0.6mm
[薄膜電晶體之製造]
使用附有膜厚100nm之熱氧化膜之導電性矽基板作為基板。熱氧化膜作為閘極絕緣膜而發揮功能，導電性矽部作為閘極電極而發揮功能。
使用實施例1~8中製作之濺鍍靶材，於閘極絕緣膜上以表2所示之條件進行濺鍍成膜，製作膜厚50nm之非晶質薄膜。
使用OFPR#800(東京應化股份有限公司製造)作為光阻，並進行塗佈、預烤(80℃、5分鐘)、曝光。顯影後進行後烘烤(120℃、5分鐘)，藉由草酸進行蝕刻而圖案化為所期望之形狀。其後於熱風加熱爐內以300℃進行60分鐘加熱處理(退火處理)。
其後，利用剝離法，藉由濺鍍成膜使Mo(100nm)成膜，將源極/汲極電極圖案化成所期望之形狀。進而，如表2所示，作為形成保護膜之前階段之處理，對氧化物半導體膜實施一氧化二氮電漿處理。其後，利用電漿CVD法(PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，電漿增強化學氣體沈積))使SiOx成膜作為保護膜。使用氫氟酸使接觸孔開口而製作薄膜電晶體。
[薄膜電晶體之評估：場效移動度、S值、閥值電壓]
對所製作之薄膜電晶體評估場效移動度(μ)、S值及閥值電壓(Vth)。該等之特性值係使用半導體參數分析儀(Keithley Instruments 股份有限公司製造之4200SCS)，於室溫、遮光環境下(遮罩盒內)進行測定。
又，關於所安裝之電晶體，將汲極電壓(Vd)設為1V及將閘極電壓(Vg)設為-15~20V而評估傳遞特性。將結果示於表2中。再者，場效移動度(μ)係根據線性移動度而算出，以Vg-μ之最大值定義。
[薄膜電晶體之評估：應力試驗]
其次，進行DC偏壓應力試驗。於表2中表示施加10000秒左右Vg=15V、Vd=15V之DC應力(應力溫度80℃下)時之TFT轉移特性之變化(閥值電壓漂移△Vth)。
可知本發明之TFT係閥值電壓之變動非常小，且不易受DC應力影響、即可靠性較高。
比較例3、4 [氧化物半導體薄膜、薄膜電晶體之製造、評估]
使用比較例1、2中製作之4英吋靶材，將濺鍍條件、加熱(退火)處理條件及保護膜形成預處理設為表2中所記載者，除此以外，與實施例9~16同樣地製作氧化物半導體薄膜、薄膜評估用元件及薄膜電晶體，並進行評估。將結果示於表2中。
如表2所示，可知比較例3、4之元件之場效移動度未達15cm2/Vs，與實施例9~16相比大幅降低。又，於DC偏壓應力試驗中，比較例3、4之元件之閥值電壓變動1V以上，產生顯著之特性之劣化。
實施例17~19 [氧化物半導體薄膜、薄膜電晶體之製造、評估]
於表3所示之條件下藉由AC濺鍍而進行濺鍍，於下述條件下成膜非晶質膜且進行加熱處理，藉由乾式蝕刻進行源極、汲極圖案化，除此以外，與實施例9~16同樣地製作氧化物半導體薄膜、薄膜評估用元件及薄膜電晶體，並進行評估。將結果示於表3中。
藉由ICP-AES分析，確認出氧化物薄膜中所含之各元素之原子比與濺鍍靶材相同。
具體而言，AC濺鍍係使用日本專利特開2005-290550號公報中所揭示之圖5所示之裝置進行。
使用在實施例1~3中製作之寬度200mm、長度1700mm、厚度10mm之6片靶材31a~31f，以與基板之寬度方向平行且距離成為2mm之方式配置各靶材31a~31f。磁場形成機構40a~40f之寬度係與靶材31a~31f同為200mm。自氣體供給系統將作為濺鍍氣體之Ar、H2O及/或O2分別導入至系統內。
例如於實施例17中，成膜環境係設為0.5Pa、交流電源之功率係設為3W/cm2(=10.2kW/3400cm2)，頻率係設為10kHz。
為了調查成膜速度而於以上之條件下成膜10秒，若測定所獲得之薄膜之膜厚則為11nm。成膜速度為高速66nm/分鐘，適於量產。又，將如此獲得之附有膜厚50nm之薄膜之玻璃基板裝入電爐中，於空氣中300℃、60分鐘(大氣環境下)之條件下進行熱處理後，切出為1cm2之尺寸，進行利用4探針法之霍耳測定。其結果，可確認出載子濃度成為1.79×1017cm-3而充分半導體化。又，藉由XRD測定，確認出剛進行薄膜沈積後為非晶質，於空氣中300℃、60分鐘之熱處理後亦為非晶質。
比較例5
使用比較例1中製作之寬度200mm、長度1700mm、厚度10mm之6片靶材，將濺鍍條件設為表3中所記載者，除此以外，與實施例17~19同樣地製作氧化物半導體薄膜、薄膜評估用元件及薄膜電晶體，並進行評估。將結果示於表3中。
如表3所示，可知比較例5之元件之場效移動度未達15cm2/Vs，與實施例17~19相比場效移動度大幅降低。
[產業上之可利用性]
本發明之薄膜電晶體可用於顯示裝置、尤其是大面積之顯示器。
上述中已對若干本發明之實施形態及/或實施例詳細地進行說明，但本領域之技術人員容易於實質上不偏離本發明之新穎啟示及效果之範圍內對該等例示即實施形態及/或實施例加以多種變更。因此，該等大量變更包含於本發明之範圍內。
將成為本案之巴黎公約優先之基礎之日本申請案說明書之內容全部引用於本文中。

Claims (17)

  1. 一種濺鍍靶材，其包含燒結體，該燒結體包含含有銦元素(In)、鋅元素(Zn)及鋁元素(Al)之氧化物、且以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物，且上述銦元素、上述鋅元素及上述鋁元素之原子比滿足下述式(1)~(3)：0.10≦In/(In+Zn+Al)≦0.70 (1) 0.15≦Zn/(In+Zn+Al)≦0.65 (2) 0.01≦Al/(In+Zn+Al)≦0.45 (3)(式中，In、Zn及Al係分別表示燒結體中之各元素之原子比)。
  2. 如請求項1之濺鍍靶材，其中上述以InAlO3(ZnO)m(m為0.1~10)所表示之同型結構化合物係選自以InAlZn4O7所表示之同型結構化合物、以InAlZn3O6所表示之同型結構化合物、以InAlZn2O5所表示之同型結構化合物、及以InAlZnO4所表示之同型結構化合物中之1種以上。
  3. 如請求項1之濺鍍靶材，其中上述燒結體進而包含以In2O3(ZnO)n(n為2~20)所表示之同型結構化合物。
  4. 如請求項3之濺鍍靶材，其中上述以In2O3(ZnO)n(n為2~20)所表示之同型結構化合物係選自以In2Zn4O7所表示之同型結構化合物、以In2Zn3O6所表示之同型結構化合物及以In2Zn2O5所表示之同型結構化合物中之1種以上。
  5. 如請求項1至4中任一項之濺鍍靶材，其中上述燒結體之相對密度為98%以上。
  6. 如請求項1至4中任一項之濺鍍靶材，其中上述燒結體之體比電阻為10mΩcm以下。
  7. 一種濺鍍靶材之製造方法，該濺鍍靶材係如請求項1至6中任一項之濺鍍靶材，該製造方法包含以0.1~2℃/分鐘之升溫速度將成形體自800℃升溫至燒結溫度為止，並以上述燒結溫度保持10~50小時而進行燒結之步驟，且上述燒結溫度為1200℃~1650℃。
  8. 一種氧化物半導體薄膜，其係使用如請求項1至6中任一項之濺鍍靶材，藉由濺鍍法成膜而成。
  9. 一種氧化物半導體薄膜之製造方法，其係於含有選自水蒸氣、氧氣及一氧化二氮氣體中之1種以上與稀有氣體之混合氣體之環境下，使用如請求項1至6中任一項之濺鍍靶材，藉由濺鍍法而成膜。
  10. 如請求項9之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中上述混合氣體含有稀有氣體、及至少水蒸氣。
  11. 如請求項10之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中上述混合氣體中所含之水蒸氣之比率以分壓比計為0.1%~25%。
  12. 如請求項9至11中任一項之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中藉由如下之濺鍍方法而進行上述氧化物半導體薄膜之成膜：將基板依序搬送至與隔開特定之間隔並排設置於真空腔室內之3片以上之靶材對向之位置，於自交流電源對上述各靶材交替地施加負電位及正電位之情形時，一面於將自上述交流電源之輸出之至少1者分支而連接之2片以上之靶材之間進行施加電位之靶材之切換，一面使靶材上產生電漿而於基板表面成膜。
  13. 如請求項12之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中將上述交流電源之交流功率密度設為3W/cm2以上且20W/cm2以下。
  14. 如請求項12之氧化物半導體薄膜之製造方法，其中上述交流電源之頻率為10kHz~1MHz。
  15. 一種薄膜電晶體，其包括如請求項8之氧化物半導體薄膜、或藉由如請求項9至14中任一項之方法而成膜之氧化物半導體薄膜作為通道層。
  16. 如請求項15之薄膜電晶體，其場效移動度為15cm2/Vs以上。
  17. 一種顯示裝置，其包括如請求項15或16之薄膜電晶體。
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