JPWO2016084636A1 - 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜 - Google Patents

酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2016084636A1
JPWO2016084636A1 JP2016561504A JP2016561504A JPWO2016084636A1 JP WO2016084636 A1 JPWO2016084636 A1 JP WO2016084636A1 JP 2016561504 A JP2016561504 A JP 2016561504A JP 2016561504 A JP2016561504 A JP 2016561504A JP WO2016084636 A1 JPWO2016084636 A1 JP WO2016084636A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
thin film
phase
oxide
semiconductor thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016561504A
Other languages
English (en)
Inventor
英一郎 西村
英一郎 西村
中山　徳行
徳行 中山
文彦 松村
文彦 松村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Publication of JPWO2016084636A1 publication Critical patent/JPWO2016084636A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
    • C03C17/23—Oxides
    • C03C17/245—Oxides by deposition from the vapour phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/08—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3426—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02554—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02592—Microstructure amorphous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/46—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428
    • H01L21/461—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/465—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/24—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
    • H01L29/247—Amorphous materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • H01L29/78693—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate the semiconducting oxide being amorphous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
    • C03C2217/21—Oxides
    • C03C2217/23—Mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00—Methods for coating glass
    • C03C2218/10—Deposition methods
    • C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
    • C03C2218/154—Deposition methods from the vapour phase by sputtering
    • C03C2218/156—Deposition methods from the vapour phase by sputtering by magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222—Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565—Cooling rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6586—Processes characterised by the flow of gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

スパッタリング法によって酸化物半導体薄膜とした場合に、低キャリア濃度、高キャリア移動度が得られる酸化物焼結体、及びそれを用いたスパッタリング用ターゲットを提供する。この酸化物焼結体は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムを酸化物として含有する。ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下でありアルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満である。この酸化物焼結体をスパッタリング用ターゲットとして形成した結晶質の酸化物半導体薄膜は、キャリア濃度４．０×１０１８ｃｍ−３以下で、キャリア移動度１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上が得られる。

Description

本発明は、酸化物焼結体、ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜に関し、より詳しくは、インジウム、ガリウム、及びアルミニウムを含有させることによって非晶質の酸化物半導体薄膜のキャリア濃度低減を可能にするスパッタリング用ターゲット、それを得るのに最適なインジウム、ガリウム、及びアルミニウムを含有する酸化物焼結体、ならびにそれを用いて得られる低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示す非晶質のインジウム、ガリウム、及びアルミニウムを含有する酸化物半導体薄膜に関する。
薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＴＦＴ）は、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＦＥＴ）の１種である。ＴＦＴは、基本構成としてゲート端子、ソース端子、及び、ドレイン端子を備えた３端子素子であり、基板上に成膜した半導体薄膜を、電子又はホールが移動するチャネル層として用い、ゲート端子に電圧を印加して、チャネル層に流れる電流を制御し、ソース端子とドレイン端子間の電流をスイッチングする機能を有するアクティブ素子である。ＴＦＴは、現在、最も多く実用化されている電子デバイスであり、その代表的な用途として液晶駆動用素子がある。
ＴＦＴとして、現在、最も広く使われているのは多結晶シリコン膜又は非晶質シリコン膜をチャネル層材料としたＭｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ＦＥＴ（ＭＩＳ−ＦＥＴ）である。シリコンを用いたＭＩＳ−ＦＥＴは、可視光に対して不透明であるため、透明回路を構成することができない。このため、ＭＩＳ−ＦＥＴを液晶ディスプレイの液晶駆動用スイッチング素子として応用した場合、該デバイスは、ディスプレイ画素の開口比が小さくなる。
また、最近では、液晶の高精細化が求められるのに伴い、液晶駆動用スイッチング素子にも高速駆動が求められるようになってきている。高速駆動を実現するためには、キャリアである電子又はホールの移動度が少なくとも非晶質シリコンのそれより高い半導体薄膜をチャネル層に用いる必要が出てきている。
このような状況に対して、特許文献１では、気相成膜法で成膜され、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＯの元素から構成される透明非晶質酸化物薄膜であって、該酸化物の組成は、結晶化したときの組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）であり、不純物イオンを添加することなしに、キャリア移動度（キャリア電子移動度ともいう）が１ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１超、かつキャリア濃度（キャリア電子濃度ともいう）が１０１６ｃｍ−３以下である半絶縁性であることを特徴とする透明半絶縁性非晶質酸化物薄膜、ならびに、この透明半絶縁性非晶質酸化物薄膜をチャネル層としたことを特徴とする薄膜トランジスタが提案されている。
しかし、特許文献１で提案された、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法のいずれかの気相成膜法で成膜され、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＯの元素から構成される透明非晶質酸化物薄膜（ａ−ＩＧＺＯ膜）は、そのキャリア移動度が概ね１ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以下の範囲にとどまり、ディスプレイのさらなる高精細化に対してキャリア移動度が不足することが指摘されている。
また、特許文献２には、特許文献１に記載の非晶質酸化物薄膜を形成することを目的としたスパッタリングターゲット、すなわち、少なくともＩｎ、Ｚｎ、Ｇａを含む焼結体ターゲットであって、その組成にＩｎ、Ｚｎ、Ｇａを含み、相対密度が７５％以上、かつ抵抗値ρが５０Ωｃｍ以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットが開示されている。しかし、特許文献２のターゲットがホモロガス相の結晶構造を示す多結晶酸化物焼結体であるため、これより得られる非晶質酸化物薄膜は、特許文献１と同様に、キャリア移動度が概ね１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１程度にとどまってしまう。
高いキャリア移動度を実現する材料として、特許文献３では、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子数比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１以上０．１２以下であり、全金属原子に対するインジウムとガリウムの含有率が８０原子％以上であり、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造を有する酸化物薄膜を用いることを特徴とする薄膜トランジスタが提案されており、その原料として、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１以上０．１２以下であり、全金属原子に対するインジウムとガリウムの含有率が８０原子％以上であり、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造を有することを特徴とする酸化物焼結体が提案されている。
しかしながら、特許文献３で提案されているような結晶質の酸化物半導体薄膜をＴＦＴに適用した場合、結晶粒界に起因するＴＦＴ特性のばらつきが課題である。特に、第８世代以上の大型ガラス基板上に、均一にＴＦＴを形成することは極めて困難である。
特許文献４には、ビックスバイト構造を有し、酸化インジウム、酸化ガリウム及び正三価及び／又は正四価の金属含有する酸化物焼結体であって、正三価及び／又は正四価の金属含有量が１００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下であって、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）の組成量が原子％で０．００５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．１５の式を満たす組成範囲にある焼結体が記載され、ＴＦＴ評価では、６０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１程度の高い移動度を示す実施例が開示されている。
しかしながら、特許文献４の焼結体によって得られる酸化物半導体薄膜には微結晶等が生成し易い点が課題であり、特に大型ガラス基板上に歩留まり良くＴＦＴを形成することが困難になる。一般に酸化物半導体の薄膜トランジスタの製造工程では、一旦非晶質膜を形成し、その後のアニール処理によって非晶質あるいは結晶質の酸化物半導体薄膜を得る。非晶質膜形成工程の後には、所望のチャネル層の形状にパターニング加工するため、蓚酸や塩酸等を含む水溶液等の弱酸によるウエットエッチングを実施する。ところが、特許文献４の実質的にビッグスバイト構造のみからなる酸化物焼結体を用いた場合には、形成される非晶質膜の結晶化温度が低くなってしまい、成膜後の段階ですでに微結晶が生成してエッチング工程で残渣が発生する、あるいは部分的に結晶化してエッチングできないといった問題が生じる。すなわち、フォトリソグラフィ技術等を利用して、ウエットエッチング法により、所望のＴＦＴチャネル層のパターンを形成することが困難になる、あるいはＴＦＴ形成ができたとしても安定動作しない等の問題が起こってしまう。
特開２０１０−２１９５３８号公報 特開２００７−０７３３１２号公報 ＷＯ２０１０／０３２４２２号公報 ＷＯ２０１１／１５２０４８号公報
本発明の目的は、良好なウエットエッチング性と高いキャリア移動度を示す非晶質の酸化物半導体薄膜の形成が可能なスパッタリング用ターゲット、それを得るのに最適な酸化物焼結体、ならびにそれを用いて得られる低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示す酸化物半導体薄膜を提供することにある。
本発明者等は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムを酸化物として含有する酸化物焼結体であって、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下、かつアルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）の原子数比で０．０００１以上０．２５未満である酸化物焼結体が、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、Ｉｎ２Ｏ３相以外の生成相としてβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相及びＩｎＡｌＯ３相によって構成される場合に、前記酸化物焼結体を用いて作製された非晶質の酸化物半導体薄膜が、良好なウエットエッチング性と低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示すことを新たに見出した。
すなわち、本発明の第一は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムを酸化物として含有し、前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下であり、前記アルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満であることを特徴とする酸化物焼結体である。
本発明の第二は、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、Ｉｎ２Ｏ３相以外の生成相としてβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相とによって構成されることを特徴とする第一の発明に記載の酸化物焼結体である。
本発明の第三は、前記アルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０１以上０．２０以下である第一又は第二の発明に記載の酸化物焼結体である。
本発明の第四は、前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．４５以下である第一〜第三のいずれかの発明に酸化物焼結体である。
本発明の第五は、第一〜第四のいずれかの発明に記載の酸化物焼結体を加工して得られるスパッタリング用ターゲットである。
本発明の第六は、第五の発明に記載のスパッタリング用ターゲットを用いてスパッタリング法によって基板上に形成された後、酸化性雰囲気における熱処理を施されたことを特徴とする非晶質の酸化物半導体薄膜である。
本発明の第七は、キャリア濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３未満、かつキャリア移動度が１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上であることを特徴とする第六の発明に記載の酸化物半導体薄膜である。
本発明の第八は、キャリア濃度が６．０×１０１７ｃｍ−３以下である第七の発明に記載の酸化物半導体薄膜である。
本発明の第九は、キャリア移動度が１５ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上である第七又は第八の発明に記載の酸化物半導体薄膜である。
本発明のインジウム、ガリウム及びアルミニウムを酸化物として含有する酸化物焼結体であって、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下、かつアルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）の原子数比で０．０００１以上０．２５未満であり、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、Ｉｎ２Ｏ３相以外の生成相としてβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を含む酸化物焼結体は、例えばスパッタリング用ターゲットとして用いられた場合に、スパッタリング成膜によって形成され、その後熱処理されることにより、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜を得ることができる。前記のスパッタリング成膜によって形成された薄膜は、所定量のガリウムとアルミニウムを含む効果により、微結晶等が生成せず、十分な非晶質性を有しているため、ウエットエッチングによって所望の形状にパターニング加工することができる。また、同効果により、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示す。よって、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜をＴＦＴに適用した場合には、ＴＦＴのｏｎ／ｏｆｆを高めることが可能になる。したがって、本発明の酸化物焼結体、ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜は工業的に極めて有用である。
実施例６の酸化物焼結体のＸ線回折測定結果スペクトルを示した図である。 実施例９の酸化物焼結体のＸ線回折測定結果スペクトルを示した図である。 走査透過電子顕微鏡を用いて撮影した実施例９の酸化物焼結体の結晶粒写真である。 走査透過電子顕微鏡を用いて撮影した実施例９の酸化物焼結体の白い結晶粒の電子線回折写真である。 走査透過電子顕微鏡を用いて撮影した実施例９の酸化物焼結体の黒い結晶粒の電子線回折写真である。
以下に、本発明の酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜について詳細に説明する。
（１）酸化物焼結体
（ａ）組成
本発明の酸化物焼結体は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムを酸化物として含有する酸化物焼結体であって、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下、かつアルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満であることを特徴とする。
ガリウムの含有量は、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下であり、０．２０以上０．４５以下であることがより好ましい。ガリウムは、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度を高める効果を有する。また、ガリウムは酸素との結合力が強く、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の酸素欠損量を低減させる効果がある。ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５未満の場合、これらの効果が十分得られない。一方、０．４９を超える場合、酸化物半導体薄膜として十分高いキャリア移動度を得ることができない。
本発明の酸化物焼結体は、上記の通り規定される組成範囲のインジウムとガリウムに加え、アルミニウムを含有する。アルミニウム濃度はＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）の原子数比で０．０００１以上０．２５未満であり、０．０１以上０．２０以下であることが好ましい。アルミニウムは、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度を高める効果を有する。また、アルミニウムを添加することで、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜のキャリア濃度が抑制されるが、０．２５を超える場合、スパッタリングターゲットのバルク抵抗値が高くなり、スパッタリング時に成膜時にアーク放電（アーキング）のような異常放電により、均質な膜が得ることができない。
この効果によって、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜をＴＦＴに適用した場合には、ＴＦＴのｏｎ／ｏｆｆを高めることが可能になる。
（ｂ）焼結体組織
本発明の酸化物焼結体は、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相及びβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相によって構成されるが、これらに加えて（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を多少含んでもよい。
ここでガリウムはＩｎ２Ｏ３相に固溶する、あるいはＧａＩｎＯ３相を構成することが好ましい。基本的に正三価イオンであるガリウムは、Ｉｎ２Ｏ３相に固溶する場合には同じく正三価イオンであるインジウムの格子位置を置換する。ＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を構成する場合には、基本的にＧａが本来の格子位置を占有するが、Ｉｎの格子位置に欠陥として若干置換固溶していても構わない。また、焼結が進行しない等の理由によって、ガリウムがＩｎ２Ｏ３相に固溶しにくい、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が生成しにくくなり、その結果として、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａ２Ｏ３相を形成することは好ましくない。Ｇａ２Ｏ３相は導電性に乏しいため、異常放電の原因となる。
また、アルミニウムはＩｎ２Ｏ３相あるいはＧａＩｎＯ３相に固溶することが好ましい。基本的に正三価イオンであるアルミニウムは、Ｉｎ２Ｏ３相に固溶する場合には同じく正三価イオンであるインジウムの格子位置を置換する。ＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相に固溶する場合には、基本的に、Ｉｎ又はＧａの格子位置に置換する。
本発明の酸化物焼結体は、少なくともＩｎ２Ｏ３相によって構成され、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相ならびに、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を含む場合があるが、これらの相の結晶粒は平均粒径５μｍ以下であることが好ましい。これらの相の結晶粒は、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相の結晶粒と比較してスパッタリングされにくいため、掘れ残ることでノジュールが発生し、アーキングの原因になる場合がある。
（２）酸化物焼結体の製造方法
本発明の酸化物焼結体の製造では、酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末を含有する酸化物粉末、ならびに酸化アルミニウム粉末を原料粉末として用いる。
本発明の酸化物焼結体の製造工程では、これらの原料粉末が混合された後、成形され、成形物を常圧焼結法によって焼結される。本発明の酸化物焼結体組織の生成相は、酸化物焼結体の各工程における製造条件、例えば原料粉末の粒径、混合条件及び焼結条件に強く依存する。
本発明の酸化物焼結体の組織はＩｎＡｌＯ３相、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、さらに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の各結晶粒が５．０μｍ以下になるよう制御されることが好ましいが、このため前記原料粉末の平均粒径を３．０μｍ以下とすることがより好ましく、１．０μｍ以下とすることがさらに好ましい。
酸化インジウム粉末は、ＩＴＯ（スズ添加インジウム酸化物）の原料であり、焼結性に優れた微細な酸化インジウム粉末の開発は、ＩＴＯの改良とともに進められてきた。酸化インジウム粉末は、ＩＴＯ用原料として大量に継続して使用されているため、最近では平均粒径１．０μｍ以下の原料粉末を入手することが可能である。
酸化アルミニウム（アルミナ）粉末は、セラミックスやサファイアの原料として広くに使用されておりであるため、平均粒径１．０μｍ以下の原料粉末を入手することが可能である。
ところが、酸化ガリウム粉末の場合、酸化インジウム粉末に比べて依然使用量が少ないため、平均粒径１．０μｍ以下の原料粉末を入手することは困難な場合がある。粗大な酸化ガリウム粉末しか入手できない場合、平均粒径１．０μｍ以下まで粉砕することが必要である。
本発明の酸化物焼結体の焼結工程では、常圧焼結法の適用が好ましい。常圧焼結法は、簡便かつ工業的に有利な方法であって、低コストの観点からも好ましい手段である。
常圧焼結法を用いる場合、前記の通り、まず成形体を作製する。原料粉末を樹脂製ポットに入れ、バインダー（例えば、ＰＶＡ）等とともに湿式ボールミル等で混合する。本発明の酸化物焼結体はＩｎＡｌＯ３相、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相及びβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相によって構成され、さらに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を含む場合があるが、これらの相の結晶粒が平均粒径５μｍ以下に制御されて微細分散していることが好ましい。また、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の生成はなるべく抑制されることが好ましい。加えて、これらの相以外にアーキングの原因となるβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａ２Ｏ３相を生成させないことが必要である。これらの要件を満たすためには、上記ボールミル混合を１８時間以上行うことが好ましい。この際、混合用ボールとしては、硬質ＺｒＯ２ボールを用いればよい。混合後、スラリーを取り出し、濾過、乾燥、造粒を行う。その後、得られた造粒物を、冷間静水圧プレスで９．８ＭＰａ（０．１ｔｏｎ／ｃｍ２）以上２９４ＭＰａ（３ｔｏｎ／ｃｍ２）以下程度の圧力をかけて成形し、成形体とする。
常圧焼結法の焼結工程では、酸素の存在する雰囲気とすることが好ましく、雰囲気中の酸素体積分率が２０％を超えることがより好ましい。特に、酸素体積分率が２０％を超えることで、酸化物焼結体がより一層高密度化する。雰囲気中の過剰な酸素によって、焼結初期には成形体表面の焼結が先に進行する。続いて成形体内部の還元状態での焼結が進行し、最終的に高密度の酸化物焼結体が得られる。
酸素が存在しない雰囲気では、成形体表面の焼結が先行しないため、結果として焼結体の高密度化が進まない。酸素が存在しなければ、特に９００℃以上１０００℃以下程度において酸化インジウムが分解して金属インジウムが生成するようになるため、目的とする酸化物焼結体を得ることは困難である。
常圧焼結の温度範囲は、１２００℃以上１５５０℃以下が好ましく、より好ましくは焼結炉内の大気に酸素ガスを導入する雰囲気において１３５０℃以上１４５０℃以下である。焼結時間は１０時間以上３０時間以下であることが好ましく、より好ましくは１５時間以上２５時間以下である。
焼結温度を上記範囲とし、前記の平均粒径１．０μｍ以下に調整した酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末を含有する酸化物粉末、ならびに酸化アルミニウム粉末を原料粉末として用いることで、主にビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相とβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいは（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相とによって構成される。
焼結温度１２００℃未満の場合には焼結反応が十分進行しない。一方、焼結温度が１５５０℃を超えると、高密度化が進みにくくなる一方で、焼結炉の部材と酸化物焼結体が反応してしまい、目的とする酸化物焼結体が得られなくなる。特に本発明の酸化物焼結体は、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上であるため、焼結温度を１４５０℃以下とすることが好ましい。１５００℃前後の温度域では、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の生成が著しくなる場合があるためである。（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相は少量であれば支障はないが、多量の場合には成膜速度の低下やアーキング等を招く恐れがあり好ましくない。
焼結温度までの昇温速度は、焼結体の割れを防ぎ、脱バインダーを進行させるためには、昇温速度を０．２℃／分以上５℃／分以下の範囲とすることが好ましい。この範囲であれば、必要に応じて、異なる昇温速度を組み合わせて、焼結温度まで昇温してもよい。昇温過程において、脱バインダーや焼結を進行させる目的で、特定温度で一定時間保持してもよい。焼結後、冷却する際は酸素導入を止め、１０００℃までを０．２℃／分以上５℃／分以下、特に、０．２℃／分以上１℃／分以下の範囲の降温速度で降温することが好ましい。
（３）ターゲット
本発明のターゲットは、本発明の酸化物焼結体を所定の大きさに加工することで得られる。ターゲットとして用いる場合には、さらに表面を研磨加工し、バッキングプレートに接着して得ることができる。ターゲット形状は、平板形が好ましいが、円筒形でもよい。円筒形ターゲットを用いる場合には、ターゲット回転によるパーティクル発生を抑制することが好ましい。また、上記酸化物焼結体を、例えば円柱形状に加工してタブレットとし、蒸着法やイオンプレーティング法による成膜に使用することができる。
スパッタリング用ターゲットとして用いる場合には、本発明の酸化物焼結体の密度は６．３ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、より好ましくは６．７ｇ／ｃｍ３以上である。密度が６．３ｇ／ｃｍ３未満である場合、量産使用時のノジュール発生の原因となる。また、イオンプレーティング用タブレットとして用いる場合には、６．３ｇ／ｃｍ３未満であることが好ましく、３．４ｇ／ｃｍ３以上５．５ｇ／ｃｍ３以下であればより好ましい。この場合、焼結温度を１２００℃未満としたほうがよい場合がある。
（４）酸化物半導体薄膜とその成膜方法
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、主に、前記のスパッタリング用ターゲットを用いて、スパッタリング法で基板上に一旦非晶質の酸化物薄膜を形成し、次いでアニール処理を施すことによって得られる。
前記のスパッタリング用ターゲットは本発明の酸化物焼結体より得られるが、その酸化物焼結体組織、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相及びβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相によって基本構成されている組織が重要である。本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜を得るためには、非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度が高いことが重要であるが、これには酸化物焼結体組織が関係する。すなわち、本発明の酸化物焼結体のように、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相だけでなく、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相も含む場合には、これから得られる酸化物薄膜は高い結晶化温度、すなわち３００℃以上、より好ましくは３５０℃以上の結晶化温度を示し、安定な非晶質となる。これに対して、酸化物焼結体がビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相のみによって構成される場合、これから得られる酸化物薄膜は、その結晶化温度が２００℃前後と低く非晶質性ではなくなる。なお、この場合には、成膜後にすでに微結晶が生成して非晶質性が維持されず、ウエットエッチングによるパターニング加工が困難になる。
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の成膜工程では、一般的なスパッタリング法が用いられるが、特に、直流（ＤＣ）スパッタリング法であれば、成膜時の熱影響が少なく、高速成膜が可能であるため工業的に有利である。本発明の酸化物半導体薄膜を直流スパッタリング法で形成するには、スパッタリングガスとして不活性ガスと酸素、特にアルゴンと酸素からなる混合ガスを用いることが好ましい。また、スパッタリング装置のチャンバー内を０．１Ｐａ以上１Ｐａ以下、特に０．２Ｐａ以上０．８Ｐａ以下の圧力として、スパッタリングすることが好ましい。
基板は、ガラス基板が代表的であり、無アルカリガラスが好ましいが、樹脂板や樹脂フィルムのうち上記プロセス条件に耐えうるものであれば使用できる。
前記の非晶質の酸化物薄膜形成工程は、例えば、２×１０−４Ｐａ以下まで真空排気後、アルゴンと酸素からなる混合ガスを導入し、ガス圧を０．２Ｐａ以上０．８Ｐａ以下とし、ターゲットの面積に対する直流電力、すなわち直流電力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上７Ｗ／ｃｍ２以下程度の範囲となるよう直流電力を印加して直流プラズマを発生させ、プリスパッタリングを実施することができる。このプリスパッタリングを５分間以上３０分間以下行った後、必要により基板位置を修正したうえでスパッタリングすることが好ましい。
前記の成膜工程におけるスパッタリング成膜では、成膜速度を向上させるために、投入する直流電力を高めることが行われる。
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、前記の非晶質の酸化物薄膜を成膜後、これをアニール処理することによって得られる。アニール処理までの方法の１つとしては、例えば室温近傍等低温で一旦非晶質の酸化物薄膜を形成し、その後、結晶化温度未満でアニール処理して、非晶質を維持したままの酸化物半導体薄膜を得る。もう１つの方法としては、基板を結晶化温度未満の温度、好ましく１００℃以上３００℃以下に加熱して、非晶質の酸化物半導体薄膜を成膜する。これに続いて、さらにアニール処理をしてもよい。これら２つの方法での加熱温度は概ね６００℃以下で済み、無アルカリのガラス基板の歪み点以下とすることができる。
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、一旦非晶質の酸化物薄膜を形成した後、アニール処理することで得られる。アニール処理条件は、酸化性雰囲気において、結晶化温度未満の温度である。酸化性雰囲気としては、酸素、オゾン、水蒸気、あるいは窒素酸化物等を含む雰囲気が好ましい。アニール温度は、２００℃以上６００℃以下であり、３００℃以上５００℃以下が好ましい。アニール時間は、アニール温度に保持される時間が１分間以上１２０分間以下であり、５分間以上６０分間以下が好ましい。
前記の非晶質の酸化物薄膜及び非晶質の酸化物半導体薄膜のインジウム、ガリウム、及びアルミニウムの組成は、本発明の酸化物焼結体の組成とほぼ同じである。すなわち、インジウム及びガリウムを酸化物として含有し、かつアルミニウムを含有する非晶質の酸化物半導体薄膜である。ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下であり、前記アルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満である。
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、前記のような組成及び組織が制御された酸化物焼結体をスパッタリングターゲット等に用いて成膜し、上記の適当な条件でアニール処理することで、キャリア濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３以下に低下し、キャリア移動度１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上を示す。より好ましくはキャリア移動度１５ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上、特に好ましくは２０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上が得られる。
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、ウエットエッチングあるいはドライエッチングによって、ＴＦＴ等の用途で必要な微細加工を施される。通常、結晶化温度未満の温度、例えば室温から３００℃までの範囲から適当な基板温度を選択して一旦非晶質の酸化物薄膜を形成した後、ウエットエッチングによる微細加工を施すことができる。エッチャントとしては、弱酸であれば概ね使用できるが、蓚酸あるいは塩酸を主成分とする弱酸が好ましい。例えば、関東化学製ＩＴＯ−０６Ｎ等の市販品が使用できる。ＴＦＴの構成によっては、ドライエッチングを選択してもよい。
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の膜厚は限定されるものではないが、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。１０ｎｍ未満であると十分な半導体特性が得られず、結果として高いキャリア移動度が実現しない。一方、５００ｎｍを超えると生産性の問題が生じてしまうので好ましくない。
以下に、本発明の実施例を用いて、さらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例によって限定されるものではない。
＜酸化物焼結体の評価＞
得られた酸化物焼結体の金属元素の組成をＩＣＰ発光分光法によって調べた。得られた酸化物焼結体の端材を用いて、Ｘ線回折装置（フィリップス製）を用いて粉末法による生成相の同定を行った。また、得られた酸化物焼結体を集束イオンビーム装置を用いて薄片化を行い、走査透過電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ製）により結晶粒の観察および電子線回折測定を行い、生成相の同定を行った。さらに、エネルギー分散型Ｘ線分析（日立ハイテクノロジーズ製）により各結晶粒の組成を調べた。
＜酸化物薄膜の基本特性評価＞
得られた酸化物薄膜の組成をＩＣＰ発光分光法によって調べた。酸化物薄膜の膜厚は表面粗さ計（テンコール社製）で測定した。成膜速度は、膜厚と成膜時間から算出した。酸化物薄膜のキャリア濃度及び移動度は、ホール効果測定装置（東陽テクニカ製）によって求めた。膜の生成相はＸ線回折測定によって同定した。
「酸化物焼結体及び酸化物薄膜の作製」
酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末、ならびに酸化アルミニウム粉末を平均粒径１．０μｍ以下となるよう調整して原料粉末とした。これらの原料粉末を、表１及び表３の実施例及び比較例のＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比、Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比の通りになるように調合し、水とともに樹脂製ポットに入れ、湿式ボールミルで混合した。この際、硬質ＺｒＯ２ボールを用い、混合時間を１８時間とした。混合後、スラリーを取り出し、濾過、乾燥、造粒した。造粒物を、冷間静水圧プレスで３ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力をかけて成形した。
次に、成形体を次のように焼結した。炉内容積０．１ｍ３当たり５リットル／分の割合で、焼結炉内の大気に酸素を導入する雰囲気で、１３５０℃以上１４５０℃以下の焼結温度で２０時間焼結した。この際、１℃／分で昇温し、焼結後の冷却の際は酸素導入を止め、１０００℃までを１℃／分で降温した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、金属元素について、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることがいずれの実施例でも確認された。
次に、Ｘ線回折測定（Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＸＲＤ）による酸化物焼結体の相同定、走査透過電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴＥＭ）により結晶粒の観察を行い、エネルギー分散型Ｘ線（Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＥＤＸ）分析により各結晶粒の組成分析を行った結果を表１に示した。
また、実施例６のＸ線回折測定結果と相同定した結果を図１に、実施例９のＸ線回折測定結果と相同定した結果を図２に、実施例９の走査透過電子顕微鏡の観察結果を図３に示した。走査透過電子顕微鏡の観察では、白く見える結晶粒と黒く見える結晶粒の２種類の結晶粒の存在が確認された。さらに、図３において白く見える結晶粒の電子線回折写真を図４に、黒く見える結晶粒の電子線回折写真を図５に示した。なお、図４、図５において、透過スポットおよび解析した回折スポットの位置を「Ｏ」で示し、透過スポットと回折スポットを白線で繋いでいる。図４、図５から、各々の結晶粒について面間隔と面角度とを求め、ＪＣＰＤＳカードの文献値と比較した結果を表２に示す。ＪＣＰＤＳカードとの比較から、白く見える結晶粒がＩｎ２Ｏ３相（ＪＣＰＤＳカード番号：００−００６−０４１６）、黒く見える結晶粒がＧａＩｎＯ３相（ＪＣＰＤＳカード番号：０４−０１７−１５６７）であることがわかる。さらに、Ｘ線回折測定及びエネルギー分散型Ｘ線分析の結果からも、白く見える結晶粒がＩｎ２Ｏ３相、黒く見える結晶粒がＧａＩｎＯ３相であることがわかる。
酸化物焼結体を、直径１５２ｍｍ、厚み５ｍｍの大きさに加工し、スパッタリング面をカップ砥石で最大高さＲｚが３．０μｍ以下となるように研磨した。加工した酸化物焼結体を、無酸素銅製のバッキングプレートに金属インジウムを用いてボンディングして、スパッタリング用ターゲットとした。
実施例及び比較例のスパッタリング用ターゲットならびに無アルカリのガラス基板（コーニングＥａｇｌｅＸＧ）を用いて、表３に記載の基板温度で直流スパッタリングによる成膜を行った。アーキング抑制機能のない直流電源を装備した直流マグネトロンスパッタリング装置（トッキ製）のカソードに、上記スパッタリングターゲットを取り付けた。このときターゲット−基板（ホルダー）間距離を６０ｍｍに固定した。２×１０−４Ｐａ以下まで真空排気後、アルゴンと酸素の混合ガスを各ターゲットのガリウム量ならびにアルミニウム量に応じて適当な酸素の比率になるように導入し、ガス圧を０．６Ｐａに調整した。直流電力３００Ｗ（１．６４Ｗ／ｃｍ２）を印加して直流プラズマを発生させた。１０分間のプリスパッタリング後、スパッタリングターゲットの直上、すなわち静止対向位置に基板を配置して、膜厚５０ｎｍの酸化物半導体薄膜を形成した。このとき、アーキングの発生の有無を確認した。得られた酸化物半導体薄膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。
成膜された酸化物半導体薄膜に、表３記載の通り、酸素中、３００℃以上５００℃以下において３０分間以上６０分間以下の熱処理を施し、Ｘ線回折測定によって熱処理後の酸化物半導体薄膜の結晶性を調べた。その結果、比較例１及び２の酸化物半導体薄膜は結晶化しており、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が生成していたが、それを除く実施例及び比較例では非晶質を維持していた。また、結晶化している酸化物半導体薄膜については、酸化物半導体薄膜を構成する結晶相を同定した。比較例１及び２を除いた実施例及び比較例について酸化物半導体薄膜のホール効果測定を行い、キャリア濃度及びキャリア移動度を求めた。得られた評価結果を、表３にまとめて記載した。
「評価」
表１の結果より、実施例１〜１７の酸化物焼結体では、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下であり、アルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満の場合には、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相及びβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相によって構成されていた。これに対して、比較例１〜３では、酸化物焼結体のガリウム又はアルミニウム含有量が本発明の範囲より少ない。比較例１では、このためにビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相のみによって構成される酸化物焼結体となってしまっている。また、比較例４〜８では、アルミニウム含有量が過剰であるために、スパッタリング成膜時にアーキングが発生し、均質な膜を得ることができず、本発明の目的とする酸化物焼結体が得られていない。
また、表３の結果より、インジウム、ガリウム及びアルミニウムを含有する非晶質の酸化物半導体薄膜であって、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下であり、アルミニウム含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満に制御された酸化物半導体薄膜の特性を示した。
実施例の酸化物半導体薄膜は、いずれも非晶質であることがわかる。また、実施例の酸化物半導体薄膜は、キャリア濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３以下、及びキャリア移動度が１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上であり、特にガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．４５以下であり、アルミニウム含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０１以上０．２０以下の実施例６、７、９、１１、１２の酸化物半導体薄膜は、キャリア濃度が６．０×１０１７ｃｍ−３以下、キャリア移動度が１５ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上の優れた特性を示していることがわかる。
これに対して、比較例１及び２では、アニール後の酸化物半導体薄膜は、結晶化しており、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が生成して非晶質ではなかった。また、比較例３では、Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で表されるアルミニウムの含有量が本発明の範囲を満足しない結果、そのキャリア濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３を超えていることがわかる。また、比較例４〜８の酸化物半導体薄膜は、前記のアルミニウム含有量の結果、アーキングが発生して均質な膜が得られなかったため、キャリア濃度、キャリア移動度の評価は行わなかった。比較例９の酸化物半導体は前記のＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）が上限を超えているため、そのキャリア移動度が１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１未満であることがわかる。

Claims (9)

  1. インジウム、ガリウム及びアルミニウムを酸化物として含有し、
    前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下であり、
    前記アルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満であることを特徴とする酸化物焼結体。
  2. ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、Ｉｎ２Ｏ３相以外の生成相としてβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相とによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の酸化物焼結体。
  3. 前記アルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０１以上０．２０以下である請求項１又は２に記載の酸化物焼結体。
  4. 前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．４５以下である請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物焼結体。
  5. 請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物焼結体を加工して得られるスパッタリング用ターゲット。
  6. 請求項５に記載のスパッタリング用ターゲットを用いてスパッタリング法によって基板上に形成された後、酸化性雰囲気における熱処理を施されたことを特徴とする非晶質の酸化物半導体薄膜。
  7. キャリア濃度が４．０×１０１８ｃｍ−３未満、かつキャリア移動度が１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上であることを特徴とする請求項６に記載の酸化物半導体薄膜。
  8. キャリア濃度が６．０×１０１７ｃｍ−３以下である請求項７に記載の酸化物半導体薄膜。
  9. キャリア移動度が１５ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上である請求項７又は８に記載の酸化物半導体薄膜。
JP2016561504A 2014-11-25 2015-11-16 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜 Pending JPWO2016084636A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014237808 2014-11-25
JP2014237808 2014-11-25
PCT/JP2015/082068 WO2016084636A1 (ja) 2014-11-25 2015-11-16 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2016084636A1 true JPWO2016084636A1 (ja) 2017-10-12

Family

ID=56074204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016561504A Pending JPWO2016084636A1 (ja) 2014-11-25 2015-11-16 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10128108B2 (ja)
JP (1) JPWO2016084636A1 (ja)
KR (1) KR20170086473A (ja)
CN (1) CN107001144A (ja)
TW (1) TWI574935B (ja)
WO (1) WO2016084636A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102543783B1 (ko) 2017-02-01 2023-06-15 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 비정질 산화물 반도체막, 산화물 소결체, 및 박막 트랜지스터
KR102598375B1 (ko) 2018-08-01 2023-11-06 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 결정 구조 화합물, 산화물 소결체, 스퍼터링 타깃, 결정질 산화물 박막, 아모르퍼스 산화물 박막, 박막 트랜지스터, 및 전자 기기
JP6761920B2 (ja) 2018-08-01 2020-09-30 出光興産株式会社 化合物
US11778914B2 (en) * 2021-04-22 2023-10-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Organic gate TFT-type stress sensors and method of making and using the same
CN113622027B (zh) * 2021-07-21 2022-12-16 同济大学 一种高阻氧化镓晶体及其制备方法与应用
JP7430843B1 (ja) 2023-09-14 2024-02-13 株式会社アルバック 酸化物半導体薄膜、半導体デバイス及びその製造方法、並びに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

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006100857A (ja) * 2005-12-09 2006-04-13 Idemitsu Kosan Co Ltd 無機非縮退半導体層およびその製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4837811B2 (ja) * 1998-04-09 2011-12-14 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子
EP1737044B1 (en) 2004-03-12 2014-12-10 Japan Science and Technology Agency Amorphous oxide and thin film transistor
JP5058469B2 (ja) 2005-09-06 2012-10-24 キヤノン株式会社 スパッタリングターゲットおよび該ターゲットを用いた薄膜の形成方法
JPWO2009075281A1 (ja) * 2007-12-13 2011-04-28 出光興産株式会社 酸化物半導体を用いた電界効果型トランジスタ及びその製造方法
JPWO2010032422A1 (ja) * 2008-09-19 2012-02-02 出光興産株式会社 酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット
JP2010153802A (ja) * 2008-11-20 2010-07-08 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及び半導体装置の作製方法
JP5437825B2 (ja) * 2010-01-15 2014-03-12 出光興産株式会社 Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系酸化物焼結体、ターゲット、酸化物半導体薄膜及びこれらの製造方法
KR101960233B1 (ko) 2010-06-02 2019-03-19 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 스퍼터링 타겟
JP5762204B2 (ja) 2011-03-22 2015-08-12 出光興産株式会社 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
JP6352194B2 (ja) 2013-01-16 2018-07-04 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及び当該酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタ
JP2014214359A (ja) * 2013-04-26 2014-11-17 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及び当該酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006100857A (ja) * 2005-12-09 2006-04-13 Idemitsu Kosan Co Ltd 無機非縮退半導体層およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170086473A (ko) 2017-07-26
CN107001144A (zh) 2017-08-01
US10128108B2 (en) 2018-11-13
TW201625504A (zh) 2016-07-16
WO2016084636A1 (ja) 2016-06-02
US20170345653A1 (en) 2017-11-30
TWI574935B (zh) 2017-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI574935B (zh) 氧化物燒結體、濺鍍用靶、及使用其而得之氧化物半導體薄膜
JP6424893B2 (ja) 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜
TWI613151B (zh) 氧化物燒結體、濺鍍用靶、及使用其而得之氧化物半導體薄膜
JP6269814B2 (ja) 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜
JP6277977B2 (ja) 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜
JP2019038735A (ja) 酸化物焼結体、酸化物焼結体の製造方法、スパッタリング用ターゲット、及び非晶質の酸化物半導体薄膜
JP6387823B2 (ja) 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜
JP6358083B2 (ja) 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜
TWI591195B (zh) 氧化物燒結體、濺鍍用靶、及使用其而獲得之氧化物半導體薄膜
TWI622568B (zh) 氧化物燒結體及濺鍍用靶

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190219

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190820