溅射靶、氧化物半导体薄膜及它们的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及姗射祀、使用该祀制作的薄膜及包含该薄膜的薄膜晶体管。
【背景技术】
[0002] 薄膜晶体管（TFT)等电场效应型晶体管被广泛用作半导体存储器集成电路的单 元电子元件、高频信号增幅元件、液晶驱动用元件等，现在，是最多地被实用的电子设备。其 中，伴随近年来的显示装置的显著发展，在液晶显示装置（LCD)、电致发光显示装置巧L)、 场发射显示器（阳D)等各种显示装置中，作为对显示元件施加驱动电压来驱动显示装置的 开关元件，多用TFT。
[0003] 作为电场效应型晶体管的主要构件即半导体层（沟道层）的材料，娃半导体化合 物最为广泛使用。一般而言，在需要高速工作的高频增幅元件、集成电路用元件等中，使用 单晶娃。另一方面，在液晶驱动用元件等中，从大面积化的要求出发使用非晶质性娃半导体 (无定形娃）。
[0004] 无定形娃的薄膜能够W较低温形成，但与结晶性的薄膜相比开关速度慢，因此作 为驱动显示装置的开关元件使用时，有时不能跟上高速动画的显示。具体来说，在分辨率为 VGA的液晶电视中，可W使用迁移率为0. 5~IcmVVs的无定形娃，但是若分辨率变成SXGA、 UXGA、QXGA或其W上则要求2cmVVsW上的迁移率。另外，若为了提高画质而加快驱动频率 则进一步需要高迁移率。
[0005] 另一方面，结晶性的娃系薄膜的迁移率高，但存在在制造时需要极大的能量和工 序数等问题、大面积化困难的问题。例如，使娃系薄膜结晶化时需要80(TCW上的高温、使用 昂贵设备的激光退火。另外，结晶性的娃系薄膜由于通常TFT的元件结构限定于顶栅结构， 因而难W削减掩模张数等来降低成本。
[0006] 为了解决该样的问题，正在研究使用了包含氧化钢、氧化锋及氧化嫁的氧化物半 导体膜的薄膜晶体管。一般而言，氧化物半导体薄膜的制作通过使用包含氧化物烧结体的 祀（姗射祀）的姗射来进行。
[0007] 例如，已知包含通式InaGaaZrA、InGa化〇4表示的同系晶体结构的化合物的祀（专 利文献1、2和3)。但是，对于该祀而言为了提高烧结密度（相对密度），需要在氧化气氛下 进行烧结，但在此情况下，为了降低祀的电阻，在烧结后需要高温下的还原处理。另外，若长 期使用祀，则存在所得到的膜的特性、成膜速度较大地变化；InGaZnCVInsGas化〇7的异常成 长造成的异常放电发生；在成膜时颗粒的产生多等问题。若异常放电频繁发生，则等离子体 放电状态变得不稳定，而不能进行稳定的成膜，对膜特性产生不良影响。
[0008] 另一方面，还提出使用了不含嫁、而包含氧化钢和氧化锋的非晶质氧化物半导体 膜的薄膜晶体管（专利文献4)。但是，若不提高成膜时的氧分压则存在不能实现TFT的正 常导通动作的问题。
[0009] 另外，正在研究在W氧化锡为主成分的1叫〇3-Sn〇2-ZnO系氧化物中包含化或 Y、Si该样的添加元素的光信息记录媒介物的保护层用的姗射祀（专利文献5和6)。但是， 该些祀不用于氧化物半导体，而且，存在容易形成绝缘性物质的凝聚体，电阻值变高、容易 发生异常放电的问题。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1 ;日本特开平8- 245220号公报
[0013] 专利文献2 :日本特开2007 - 73312号公报
[0014] 专利文献3 ;国际公开第2009/084537号小册子
[0015] 专利文献4 ;国际公开第2005/088726号小册子
[0016] 专利文献5 ;国际公开第2005/078152号小册子
[0017] 专利文献6;国际公开第2005/078153号小册子
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于提供高密度且低电阻的姗射祀。
[0019] 本发明的另一目的在于提供具有高电场效应迁移率及高可靠性的薄膜晶体管。
[0020] 为了达成上述目的，本发明人进行潜也研究发现，包含含有钢元素（In)、锡元素 (Sn)、锋元素狂n)及铅元素（AU的氧化物、含有InAl〇3姑0)m(m为0. 1~10)表示的同系 结构化合物和In2〇3表示的方铁猛矿结构化合物的姗射祀的相对密度变高、电阻变低。另 夕F，发现将使用该祀制作的薄膜用于沟道层的TFT的电场效应迁移率高，且显示出高可靠 性，从而完成了本发明。
[0021] 根据本发明，可W提供W下姗射祀等。
[0022] 1. 一种姗射祀，其包含含有钢元素（In)、锡元素（Sn)、锋元素狂n)及铅元素（A1) 的氧化物，所述氧化物包含InAl〇3狂n0)m(m为0.1~10)表示的同系结构化合物和In2〇3表 示的方铁猛矿结构化合物。
[0023] 2.如1所述的姗射祀，其中，所述同系结构化合物是选自InAlZn4〇7、InAlZrisOe、 InAlZn2〇5及InAlZn〇4表示的同系结构化合物中的1种W上。
[0024] 3.如1或2所述的姗射祀，其中，所述In、Sn、化及A1的原子比满足下述式（1)~ (4)。
[00巧]0. 10《In/dn+Sn+ai+Al)《0. 75 (1)
[0026] 0. 01《Sn/dn+Sn+ai+Al)《0. 30 (2)
[0027] 0. 10《化/an+Sn+ai+Al)《0. 70 (3)
[0028] 0. 01《Al/(In+Sn+ai+Al)《0. 40 (4)
[0029] (式中，In、Sn、化及A1分别表示姗射祀中的各元素的原子比。）
[0030]4.如1~3中任一项所述的姗射祀，其相对密度为98%W上。
[003。 5.如1~4中任一项所述的姗射祀，其体积电阻率为10mQcmW下。
[003引 6.如1~5中任一项所述的姗射祀，其不含化2Sn0康示的尖晶石结构化合物。
[003引 7.-种氧化物半导体薄膜，其是使用上述1~6中任一项所述的姗射祀，通过姗射 法成膜而成的。
[0034] 8. -种氧化物半导体薄膜的制造方法，其在含有选自水蒸气、氧气及一氧化二氮 气体中的1种W上和稀有气体的混合气体的气氛下，使用1~6中任一项所述的姗射祀利 用姗射法成膜。
[0035] 9.如8所述的氧化物半导体薄膜的制造方法，其在含有稀有气体、和至少水蒸气 的混合气体的气氛下进行所述氧化物半导体薄膜的成膜。
[0036] 10.如9所述的氧化物半导体薄膜的制造方法，其中，所述气氛中所含水蒸气的比 例W分压比计为0. 1 %~25%。
[0037] 11.如8~10中任一项所述的氧化物半导体薄膜的制造方法，所述氧化物半导体 薄膜的成膜利用下述的姗射方法进行，所述姗射方法为：
[003引在真空腔内W规定的间隔并列设置3个W上的祀材，将基板依次搬运至与所述3 个W上的祀材相对的位置，由交流电源对所述各把材交替地施加负电位和正电位的情况 下，在将来自所述交流电源的输出的至少1个进行分支并连接的2个W上的祀材之间，边进 行施加电位的祀材的转换，边在祀材上产生等离子体而在基板表面成膜。
[0039] 12.如11所述的氧化物半导体薄膜的制造方法，其中，将所述交流电源的交流功 率密度设为3W/cm2W上且20W/cm2W下。
[0040] 13.如11或12所述的氧化物半导体薄膜的制造方法，其中，将所述交流电源的频 率设为10曲Z~IMHz。
[0041] 14. 一种薄膜晶体管，其具有通过上述8~13中任一项所述的方法成膜的氧化物 半导体薄膜作为沟道层。
[004引15.如14所述的薄膜晶体管，电场效应迁移率为lOcmVVsW上。
[0043] 根据本发明，能够提供高密度且低电阻的姗射祀。
[0044] 根据本发明，能够提供具有高电场效应迁移率及高可靠性的薄膜晶体管。
【附图说明】
[0045] 图1是表示本发明的一个实施方式中使用的姗射装置的图。
[0046] 图2是表示实施例1中得到的烧结体的X射线衍射图谱的图。
[0047] 图3是表示实施例2中得到的烧结体的X射线衍射图谱的图。
[004引图4是表示实施例3中得到的烧结体的X射线衍射图谱的图。
[0049] 图5是表示实施例4中得到的烧结体的X射线衍射图谱的图。
[0050] 图6是表示实施例5中得到的烧结体的X射线衍射图谱的图。
[0051] 图7是表示实施例6中得到的烧结体的X射线衍射图谱的图。
【具体实施方式】
[0052] W下，对于本发明的姗射祀等进行详细说明，但本发明并不限于下述实施方式及 实施例。
[00閲 I.姗射祀
[0054] 本发明的姗射祀包含含有钢元素（In)、锡元素（Sn)、锋元素狂n)及铅元素（A1) 的氧化物。而且，其特征在于，氧化物包含InAl〇3狂nO)m(m为0.1~10)表示的同系结构化 合物和In2〇3表示的方铁猛矿结构化合物。
[00巧]在本发明中，通过使祀包含上述同系结构化合物和方铁猛矿结构化合物，相对密 度变高且体积电阻变低。因此，使用本发明的祀进行姗射时，能够抑制异常放电的发生。另 夕F，本发明的祀能够高效地、低价地、且W较少的能量成膜高品质的氧化物半导体薄膜。
[005引InAl03姑0)m(m为0.1~10)表示的同系结构化合物可W通过对祀（氧化物烧结 体）进行X射线衍射测定，结果观察到同系结构化合物的峰来确认。
[0057] 在InAl〇3狂n0)m(m为0. 1~10)表示的同系结构化合物中，m为0. 1~10,优选为 0.5~8,进一步优选为1~7。另外，m优选为整数。
[005引 InAl03狂n0)m(m为0. 1~10)表示的同系结构化合物优选为选自InAlZn407、 InAIZnsOe、InAlZn205及InAlZn04表示的同系结构化合物中的1种W上。
[0059] 需要说明的是，同系晶体结构是指，由将不同物质的结晶层多层叠加的具有长周 期的"自然超晶格"结构构成的晶体结构。结晶周期或各薄膜层的厚度为纳米程度的情况 下，根据该些各层的化学组成与层的厚度的组合，能够得到与将单一物质或各层均匀地混 合得到的混晶的性质不同的固有特性。