專利名稱：氧化物燒結(jié)體、由其形成的靶和氧化物半導(dǎo)體薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化物燒結(jié)體、由其形成的靶和氧化物半導(dǎo)體薄膜。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFT)等電場效應(yīng)型晶體管已廣泛用作半導(dǎo)體存儲集成電路的單元電子元件、高頻信號增幅元件、液晶驅(qū)動用元件等，是現(xiàn)在已最多實(shí)用的電子器件。其中，伴隨近年來的顯示裝置的顯著發(fā)展，在液晶顯示裝置(LCD)、電致發(fā)光顯示裝置(EL)、場致發(fā)射顯示器(FED)等各種顯示裝置中，作為向顯示元件施加驅(qū)動電壓來驅(qū)動顯示裝置的開關(guān)元件，多用TFT。作為電場效應(yīng)型晶體管的主要構(gòu)件的半導(dǎo)體層(溝道層)的材料，已最廣泛使用 硅半導(dǎo)體化合物。一般地，在必須高速工作的高頻增幅元件、集成電路用元件等中使用了硅單晶。另一方面，在液晶驅(qū)動用元件等中，出于大面積化的要求，使用了非晶性硅半導(dǎo)體(無定形娃)。無定形硅的薄膜雖然能夠在比較低的溫度下形成，但與結(jié)晶性的薄膜相比，開關(guān)速度慢，因此作為驅(qū)動顯示裝置的開關(guān)元件使用時，有時不能追隨高速的動畫的顯示。具體地，對于析像清晰度為VGA的液晶電視，能夠使用遷移率為O. 5 lcm2/Vs的無定形硅，但如果析像清晰度為SXGA、UXGA, QXGA或其以上，則要求2cm2/Vs以上的遷移率。此外，如果為了提高畫質(zhì)而提高驅(qū)動頻率，則需要更高的遷移率。另一方面，結(jié)晶性的硅系薄膜雖然遷移率高，但存在制造時需要大量的能量和工序數(shù)等問題、大面積化困難的問題。例如，使硅系薄膜結(jié)晶化時800°C以上的高溫、使用高價的設(shè)備的激光退火是必要的。此外，對于結(jié)晶性的硅系薄膜，由于通常將TFT的元件構(gòu)成限定為頂部柵極構(gòu)成，因此掩模片數(shù)的削減等成本降低困難。一般地，氧化物半導(dǎo)體薄膜的制作是通過使用由氧化物燒結(jié)體形成的靶(濺射靶)的濺射來進(jìn)行。例如，公開了在氧化銦中摻雜鋁的氧化物半導(dǎo)體薄膜(專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)I的實(shí)施例中，使用銦與鋁的原子比Al/(A1+In)為O. 005的靶制作氧化物半導(dǎo)體元件。但是，關(guān)于靶的性能方面的評價和關(guān)于濺射時發(fā)生的結(jié)節(jié)的研究不足。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :國際公開第2010/032431號小冊子

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供氧化物燒結(jié)體，其能夠抑制使用濺射法形成氧化物半導(dǎo)體薄膜時發(fā)生的異常放電，能夠穩(wěn)定且再現(xiàn)性良好地得到氧化物半導(dǎo)體薄膜。本發(fā)明人使用包含鋁元素、銦元素和氧元素的氧化物燒結(jié)體中原子比Α1/(Ιη+Α1)為O. 01 O. 08的濺射靶，采用直流濺射法形成了氧化物半導(dǎo)體薄膜。而且發(fā)現(xiàn)，該靶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)與成膜時的異常放電的發(fā)生存在以下的關(guān)系。即，發(fā)現(xiàn)該靶的氧化銦的結(jié)晶基本上只由方鐵錳礦結(jié)構(gòu)組成的情況下，即使通直流電力，也不發(fā)生異常放電，但如果該結(jié)晶成為除了方鐵錳礦結(jié)構(gòu)還包含Al2O3等其他結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，異常放電多發(fā)。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，氧化物燒結(jié)體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)由方鐵錳礦結(jié)構(gòu)組成的情況下，在原子比Α1/(Ιη+Α1)小于O. 01的情況下，也容易發(fā)生異常放電，形成結(jié)節(jié)，完成了本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，提供以下的氧化物燒結(jié)體等。I.氧化物燒結(jié)體，其含有銦和鋁的氧化物，原子比Al/(Al+In)為O. 01 O. 08。2.根據(jù)上述I所述的氧化物燒結(jié)體的制造方法，包括將平均粒徑小于I. 2 μ m的氧化銦粉末和平均粒徑小于I. 2 μ m的氧化鋁粉末以原子比Al/(Al+In)成為O. 01 O. 08的方式混合來調(diào)制混合粉末的工序；將上述混合粉末成型，制造成型體的工序；和將上述成型體在1100°C 1550°C下燒成8小時以上的工序。
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3.根據(jù)上述2所述的氧化物燒結(jié)體的制造方法，其中，在氧化氣體氣氛中進(jìn)行上述燒成。4. 一種對上述I所述的氧化物燒結(jié)體進(jìn)行加工而得到的靶。5. 一種氧化物半導(dǎo)體薄膜，其是對上述4所述的靶進(jìn)行濺射，形成薄膜，并對上述薄膜進(jìn)行退火而得到的氧化物半導(dǎo)體薄膜，其中原子比Al/(A1+In)為O. 01 O. 08，具有氧化銦的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)上述5所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜，其中，在水分壓5X 10_4 7X 10_2Pa下進(jìn)行上述濺射。7. 一種薄膜晶體管，其具有上述5或6所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為溝道層。8. 一種顯示裝置，其具有上述7所述的薄膜晶體管。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供氧化物燒結(jié)體，其能夠抑制使用濺射法形成氧化物半導(dǎo)體薄膜時發(fā)生的異常放電，能夠穩(wěn)定且再現(xiàn)性良好地得到氧化物半導(dǎo)體薄膜。


圖I為表示實(shí)施例I中制造的燒結(jié)體的X射線衍射測定結(jié)果的圖。圖2為表示實(shí)施例2中制造的燒結(jié)體的X射線衍射測定結(jié)果的圖。圖3為表示實(shí)施例3中制造的燒結(jié)體的X射線衍射測定結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體含有銦和鋁的氧化物，原子比Al/(Al+In)為O. 01 O. 08。通過使原子比Al/ (Al+In)在上述范圍內(nèi)，成為鋁在方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的氧化銦中固溶的狀態(tài)，成為低電阻的氧化物燒結(jié)體。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，通過鋁原子在方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的氧化銦中固溶而為低電阻，能夠抑制異常放電的發(fā)生。此外，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，由于包含鋁原子固溶的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的氧化銦，因此能夠使包含本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的靶的開裂和結(jié)節(jié)的發(fā)生減少。因此，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體能夠高效地、低價地并且節(jié)能地形成高品質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜。上述方鐵錳礦結(jié)構(gòu)能夠通過XRD測定確認(rèn)。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體包含顯示方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的氧化銦情況能夠通過X射線衍射測定(XRD測定)確認(rèn)。應(yīng)予說明，如果X射線入射到原子規(guī)則排列的結(jié)晶，在特定的方向觀察到強(qiáng)X射線，發(fā)生衍射現(xiàn)象。這通過下述得到說明如果在各個位置被散射的X射線的光路差成為X射線的波長的整數(shù)倍，則波的相位一致，因此波的振幅變大。物質(zhì)形成具有各自特有的規(guī)則性的結(jié)晶，因此采用X射線衍射能夠研究化合物的種類。此外，也能夠進(jìn)行結(jié)晶的大小(結(jié)晶的秩序性)、材料中存在的結(jié)晶的方位的分布狀態(tài)(結(jié)晶取向)、施加于結(jié)晶的殘留應(yīng)力的評價。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，優(yōu)選地基本上包含顯示方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的氧化銦，鋁原子在氧化銦中固溶，原子比Al/(A1+In)為O. 01 O. 08。所謂“基本上”，意味著本發(fā)明的效果起因于上述方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，或者氧化物燒結(jié)體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的90體積％以上、優(yōu)選95體積％以上、更優(yōu)選98體積％以上為顯不方鐵猛礦結(jié)構(gòu)的氧化銦結(jié)晶。 此外，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，優(yōu)選90體積％以上、更優(yōu)選95體積％以上、進(jìn)一步優(yōu)選98體積％以上由結(jié)晶結(jié)構(gòu)組成。優(yōu)選地，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的90體積％以上由結(jié)晶結(jié)構(gòu)組成，該結(jié)晶結(jié)構(gòu)的90體積％為顯示方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的氧化銦。由X射線衍射峰解析能夠算出體積分率。通過使原子比Al/(A1+In)為O. 08以下，能夠使Al均勻地分散在氧化銦結(jié)晶中。另一方面，原子比Al/(A1+In)超過O. 08的情況下，在氧化銦的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)中Al沒有均勻地分散，有可能Al2O3等析出。如果氧化物燒結(jié)體含Al2O3等其他的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，對包含該氧化物結(jié)晶體的靶進(jìn)行濺射的情況下，有可能異常放電容易發(fā)生。作為上述異常放電的理由，是因?yàn)橛捎诎胁痪鶆虻?、局部地存在比電阻不同的部分，包含靶的放電系的阻抗在濺射中變動。該局部地比電阻不同的部分是Al2O3等的結(jié)晶，使這些結(jié)晶尺寸和數(shù)密度減小對于異常放電的抑制是有效的。原子比Al/(A1+In)小于O. 01的情況下，有可能氧化物燒結(jié)體的電阻上升。如果靶電阻上升，有可能異常放電發(fā)生。由以上的觀點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體中的鋁金屬和銦金屬的原子比Al/(Al+In)，優(yōu)選為O. 01 O. 08，更優(yōu)選為O. 01 O. 05，進(jìn)一步優(yōu)選為O. 01 O. 03。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體中所含的各元素的原子比能夠通過使用電感耦合等離子體發(fā)光分析裝置(ICP-AES)對含有元素進(jìn)行分析而求出。例如使用了 ICP-AES的分析的情形下，用噴霧器使溶液試料成為霧狀，導(dǎo)入氬等離子體(約6000 8000°C )，則試料中的元素吸收熱能而被激發(fā)，軌道電子從基底狀態(tài)遷移到高能量能級的軌道。該軌道電子用10_7 10_8秒程度遷移到更低能量能級的軌道。此時將能量差作為光放射而發(fā)光。該光顯示元素固有的波長(光譜線)，因此通過光譜線的有無能夠確認(rèn)元素的存在(定性分析)。此外，各個光譜線的大小(發(fā)光強(qiáng)度)與試料中的元素?cái)?shù)成比例，因此通過與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)液比較，能夠求出試料濃度(定量分析)。這樣，通過采用定性分析來確定含有的元素，采用定量分析來求出含量，從而能夠求出各元素的原子比。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的密度，優(yōu)選為6. Og/cm3以上，更優(yōu)選為6. 3g/cm3以上，進(jìn)一步優(yōu)選為6. 4g/cm3以上。
密度小于6. Og/cm3的情況下，有可能包含氧化物燒結(jié)體的濺射靶的表面黑化，誘發(fā)異常放電，濺射速度下降。氧化物燒結(jié)體的密度，特別優(yōu)選為6. 3g/cm3以上7. lg/cm3以下。氧化物燒結(jié)體中的鋁原子固溶的氧化銦結(jié)晶的最大粒徑優(yōu)選為5μπι以下。如果氧化銦結(jié)晶的粒徑超過5 μ m地生長，有可能成為結(jié)節(jié)的原因。通過濺射將靶表面切削的情形下，其切削的速度因結(jié)晶面的方向而異，在靶表面產(chǎn)生凹凸。該凹凸的大小依賴于燒結(jié)體中存在的結(jié)晶粒徑，對于包含具有大結(jié)晶粒徑的燒結(jié)體的靶，認(rèn)為其凹凸變大，由該凸部分產(chǎn)生結(jié)節(jié)。上述氧化銦結(jié)晶的最大粒徑，是在包含本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的濺射靶的形狀為圓形的情形下，在圓的中心點(diǎn)(I個部位)和在其中心點(diǎn)正交的2根中心線上的中心點(diǎn)與周緣部的中間點(diǎn)(4個部位)的合計(jì)5個部位中，或者濺射靶的形狀為四邊形的情況下，在其 中心點(diǎn)(I個部位)和四邊形的對角線上的中心點(diǎn)與角部的中間點(diǎn)(4個部位)的合計(jì)5個部位中，對于在100 μ m四方的框內(nèi)觀察的最大的粒子測定其最大徑,這5部位的框內(nèi)各自存在的最大粒子的粒徑的平均值。粒徑是測定晶粒的長徑。晶粒能夠采用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，鋁原子在氧化銦中固溶分散，分散的鋁原子的集合體的直徑優(yōu)選小于I μ m。通過使鋁原子細(xì)小地分散，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的濺射放電。鋁原子的集合體的直徑能夠采用EPMA(電子束微量分析器)測定。直流濺射時的成膜速度依賴于濺射靶的氧化物燒結(jié)體的比電阻。因此，從生產(chǎn)性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選氧化物燒結(jié)體的比電阻盡可能低，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的比電阻優(yōu)選為O. I Qcm以下,更優(yōu)選為O. Ol Ω cm以下。通過使比電阻為O. Ol Ω cm以下，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的成膜速度。另一方面，氧化物燒結(jié)體的比電阻超過O. I Qcm的情況下，有可能進(jìn)行采用直流濺射的穩(wěn)定的成膜變得困難。應(yīng)予說明，氧化物燒結(jié)體的比電阻，在后述的燒結(jié)體的制造過程中，能夠通過在氮等非氧化性的氣氛下進(jìn)行加熱的還原處理來減小。不過，如果氧化物燒結(jié)體的比電阻為O. IQcm以下，未必能夠進(jìn)行穩(wěn)定的直流濺射。即使氧化物燒結(jié)體全體的比電阻為O. I Qcm以下，在氧化物燒結(jié)體中局部地包含超過了 O. I Ω cm的高電阻的物質(zhì)相(例如上述的Al2O3相等)的情況下，該部分通過濺射氣體離子的照射而帶電，因此發(fā)生異常放電，不能穩(wěn)定地進(jìn)行直流濺射。因此，局部不含高電阻相，氧化物燒結(jié)體全體的比電阻為O. IQcm以下是重要的。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體含有包含鋁元素、銦元素和氧元素的氧化物，優(yōu)選地基本上包含顯示方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的氧化銦，在不損害本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)可含其他不可避免的雜質(zhì)等。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的制造方法包括將平均粒徑小于I. 2μπι的氧化銦粉末和平均粒徑小于I. 2μπι的氧化鋁粉末以原子比Α1/(Α1+Ιη)成為O. 01 O. 08的方式進(jìn)行混合，調(diào)制混合粉末的工序；將混合粉末成型來制造成型體的工序；和將成型體在1100°C 1550°C下燒成8小時以上的工序。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，不受其制造方法限制，由鋁金屬和氧化銦的組合也能夠制造，但優(yōu)選使用氧化銦和氧化鋁作為原料粉末。
再有，作為原料粉末，使用氧化銦和鋁金屬的情況下，得到的氧化物燒結(jié)體中存在鋁的金屬粒，成膜時在靶表面金屬粒熔融，因此無法從靶放出，有可能得到的膜的組成與氧化物燒結(jié)體的組成大幅地不同。作為原料粉末的氧化銦粉末和氧化鋁粉末的平均粒徑都小于I. 2 μ m，優(yōu)選為l.Oym以下。氧化銦粉末或氧化鋁粉末的平均粒徑為I. 2μπι以上的情形下，有可能鋁原子在氧化銦(In2O3)結(jié)晶中沒有均勻地分散。應(yīng)予說明，上述原料粉末的平均粒徑能夠采用激光衍射式粒度分布裝置等測定。將In2O3粉末和Al2O3粉末以原子比Α1/(Α1+Ιη)成為O. 01 O. 08的方式混合。通過使原子比Α1/(Α1+Ιη)為O. 08以下，能夠得到實(shí)質(zhì)上由顯示方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的 氧化銦組成的氧化物燒結(jié)體。原料粉末的混合方法能夠采用濕式或干式球磨機(jī)、振動磨機(jī)、珠磨機(jī)等。為了得到均一且微細(xì)的晶粒和空孔，在短時間內(nèi)凝聚體的破碎效率高、添加物的分散狀態(tài)也變得良好的珠磨機(jī)混合法最優(yōu)選。將球磨機(jī)用于混合的情況下，混合時間優(yōu)選為15小時以上，更優(yōu)選為19小時以上。這是因?yàn)槿绻旌蠒r間不足，有可能在最終得到的氧化物燒結(jié)體中生成Al2O3等與方鐵錳礦結(jié)構(gòu)不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。將珠磨機(jī)用于混合的情況下，混合時間因使用的裝置的大小和處理的漿料量而異，以漿料中的粒度分布全部為I μ m以下，成為均一的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)為宜。原料粉末的混合時，可添加任意量的粘結(jié)劑，同時進(jìn)行混合。對于上述粘結(jié)劑，能夠使用聚乙烯醇、醋酸乙烯酯等。通過在混合原料粉末中配合水系溶劑，制成原料粉末漿料，將該原料粉末漿料造粒，將得到的造粒粉成型，能夠制造成型體。造粒優(yōu)選進(jìn)行急速干燥造粒。作為用于急速干燥造粒的裝置，已廣泛使用噴霧干燥器。具體的干燥條件由干燥的漿料的漿料濃度、用于干燥的熱風(fēng)溫度、風(fēng)量等各條件決定。實(shí)施時，預(yù)先求出最佳條件變得必要。應(yīng)予說明，對于自然干燥，因原料粉末的比重差，沉降速度不同，因此有可能發(fā)生In2O3粉末和Al2O3粉末的分離，無法得到均一的造粒粉。如果使用該不均一的造粒粉制作燒結(jié)體，有時在燒結(jié)體內(nèi)部生成Al2O3等，成為濺射中的異常放電的原因。造粒粉的成型能夠采用模壓或冷靜水壓加壓(CIP)進(jìn)行，成型時的壓力例如為
I.2噸/cm2以上的壓力。成型體的燒結(jié)，除了常壓燒結(jié)法以外，也能夠采用熱壓、氧加壓、熱各向等壓力加壓等加壓燒結(jié)法。不過，從制造成本的減少、大量生產(chǎn)的可能性和能夠容易地制造大型的燒結(jié)體的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選采用常壓燒結(jié)法。對于常壓燒結(jié)法,將成型體在大氣氣氛或氧化氣體氣氛中燒結(jié),優(yōu)選在氧化氣體氣氛中燒結(jié)。所謂氧化氣體氣氛，優(yōu)選為氧氣氣氛。氧氣氣氛可為氧濃度例如為10 100體積％的氣氛。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的制作中，通過在升溫過程中導(dǎo)入氧氣氣氛，能夠進(jìn)一步提高氧化物燒結(jié)體密度。燒成溫度為1100°C 1550°C。此外，燒成時間為8小時以上。如果燒成溫度小于1100°C和/或燒成時間小于8小時，Al未在氧化銦結(jié)晶中固溶，Al2O3相等在靶內(nèi)部析出形成，有可能成為異常放電的原因。另一方面，燒成溫度超過1550°C的情況下，由于顯著的晶粒生長，招致平均結(jié)晶粒徑的增大和粗大空孔的發(fā)生，有可能成為燒結(jié)體強(qiáng)度的下降、異常放電的原因。燒成溫度優(yōu)選為1200 1550°C，更優(yōu)選為1250 1500°C，特別優(yōu)選為1300 1450。。。燒成時間優(yōu)選為10 50小時，更優(yōu)選為11 40小時，特別優(yōu)選為12 30小時。燒成時的升溫速度，優(yōu)選使500 1500°C的溫度范圍中的升溫速度為I 15°C /分鐘。500 1500°C的溫度范圍是燒結(jié)最大程度進(jìn)行的范圍。如果該溫度范圍的升溫速度小于l°c /分鐘，晶粒生長變得顯著，有可能不能實(shí)現(xiàn)高密度化。另一方面，如果升溫速度
超過15°c /分鐘，由于燒結(jié)爐內(nèi)的均熱性降低，有可能燒結(jié)中的收縮量產(chǎn)生分布，燒結(jié)體斷
m
ο本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的制造方法中，對于得到的燒結(jié)體，根據(jù)需要還可設(shè)置還原工序。還原工序用于使上述燒成工序中得到的燒結(jié)體的體積電阻在燒結(jié)體全體中均一化。作為能夠在還原工序中應(yīng)用的還原方法，可列舉例如采用還原性氣體中的燒成、真空燒成、惰性氣體中的燒成進(jìn)行的還原處理等。采用還原性氣體中的燒成進(jìn)行的還原處理的情況下，能夠使用氫、甲烷、一氧化碳、或者這些氣體與氧的混合氣體等。采用惰性氣體中的燒成進(jìn)行的還原處理的情況下，能夠使用氮、氬、或者這些氣體與氧的混合氣體等。上述還原處理時的溫度，通常為100 800°C，優(yōu)選為200 800°C。此外，還原處理的時間通常為O. 01 10小時，優(yōu)選為O. 05 5小時。作為本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的制造方法的一例，為以下的制造方法。在含氧化銦粉和氧化鋁粉的混合粉的原料粉末中配合水系溶劑，將得到的漿料混合12小時以上后，進(jìn)行固液分離、干燥和造粒。將該造粒物裝入?？蛑羞M(jìn)行成型，將得到的成型體在氧氣氛中、1100°C 1550°C下燒成8小時以上，從而形成氧化物燒結(jié)體。通過如上所述控制燒結(jié)體的制造工序中的各條件，能夠得到燒結(jié)體密度為6. Og/cm3以上、比電阻為O. I Ω cm以下、平均結(jié)晶粒徑為10 μ m以下、并且是指上只由鋁原子固溶的氧化銦的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)組成的氧化物燒結(jié)體。通過對本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體進(jìn)行加工，能夠制成濺射靶。具體地，通過將本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體切削加工為適合在濺射裝置中安裝的形狀，能夠制成濺射靶。切削加工后的靶原料的厚度，通常為2 20mm，優(yōu)選為3 12mm，特別優(yōu)選為4 6mm ο使氧化物燒結(jié)體成為靶原料時，將該燒結(jié)體用例如平面研削盤進(jìn)行研削，制成表面粗糙度Ra為5μπι以下的原料。其中，進(jìn)一步對靶原料的濺射面實(shí)施鏡面加工，可使平均表面粗糙度Ra為1000埃以下。該鏡面加工(研磨)能夠采用機(jī)械研磨、化學(xué)研磨、機(jī)械化學(xué)研磨(機(jī)械研磨和化學(xué)研磨的并用)等公知的研磨技術(shù)。例如，能夠通過用固定磨粒磨光機(jī)(磨光液水)磨光到#2000以上，或者用游離磨粒研磨機(jī)(研磨材料SiC糊等)研磨后，將研磨材料更換為金剛石糊進(jìn)行研磨而得到。對于這樣的研磨方法并無特別限制。對靶原料的表面優(yōu)選采用200 10，000#的金剛石磨石進(jìn)行精加工，特別優(yōu)選采用400 5，000#的金剛石磨石進(jìn)行精加工。如果使用比200#小、或者比10，000#大的金剛石磨石，有可能靶原料 容易斷裂。優(yōu)選地，靶原料的表面粗糙度Ra為O. 5 μ m以下，具有無方向性的研削面。如果Ra比O. 5μπι大或者研磨面具有方向性，有可能發(fā)生異常放電，或者產(chǎn)生顆粒。對切削加工后的靶原料進(jìn)行清潔處理為宜。對于清潔處理，能夠使用吹氣或流水洗滌等。采用吹氣將異物除去時，從噴嘴的朝向側(cè)用吸塵器進(jìn)行吸氣，能夠有效地除去。再有，由于吹氣、流水洗滌存在極限，因此也能夠進(jìn)一步進(jìn)行超聲波洗滌等。該超聲波洗滌在頻率25 300ΚΗζ之間多重振蕩而進(jìn)行的方法有效。例如在頻率25 300ΚΗζ之間，間隔25ΚΗζ使12種頻率多重振蕩而進(jìn)行超聲波洗滌為宜。通過將如上所述得到的靶原料與背板結(jié)合，能夠得到由本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體形成的濺射靶。此外，也可將將多個靶原料安裝于I個背板，實(shí)質(zhì)上形成I個靶。通過使用包含本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的靶進(jìn)行成膜，從而得到本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜。上述成膜能夠采用例如蒸鍍法、濺射法、離子鍍法、脈沖激光蒸鍍法等實(shí)施。使用包含本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的靶采用濺射法等成膜而得到的氧化物半導(dǎo)體薄膜，由于鋁在氧化銦結(jié)晶中固溶，因此晶格常數(shù)變小，結(jié)晶中的銦之間的5s軌道的重疊變大，能夠期待遷移率的提高。此外，由于在In位點(diǎn)固溶的Al使氧缺損減少，因此能夠期待載流子濃度的減小。以下對下述情形進(jìn)行說明對包含本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的靶進(jìn)行濺射，在基板上形成氧化物半導(dǎo)體薄膜。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，由于具有高導(dǎo)電性，因此能夠應(yīng)用成膜速度快的DC濺射法。此外，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，除了上述DC濺射法以外，也能夠應(yīng)用RF濺射法、AC濺射法、脈沖DC濺射法，對于任何方法，無異常放電的濺射都是可能的。作為濺射氣體，能夠使用氬與氧化性氣體的混合氣體，作為氧化性氣體，可列舉
02、C02、03、H20 等。濺射成膜時的氧分壓優(yōu)選為5%以上40%以下。在氧分壓小于5%的條件下成膜的薄膜具有導(dǎo)電性，有時作為氧化物半導(dǎo)體的利用困難。優(yōu)選地，氧分壓為10%以上40%以下。成膜時的基板溫度，例如為500°C以下，優(yōu)選為10°C以上400°C以下，更優(yōu)選為20°C以上350°C以下，特別優(yōu)選為80°C以上300°C以下。通過在濺射時導(dǎo)入水，能夠防止在薄膜中產(chǎn)生微晶。這是因?yàn)槿绻诙逊e后即刻的薄膜中存在微晶，通過退火而2次結(jié)晶化，因此成為缺陷多的膜，有可能招致載流子濃度的上升、遷移率的下降。濺射成膜時的水分壓，優(yōu)選為5X 10_4 7X 10_2Pa。水分壓小于5X KT4Pa的情況下，有可能在薄膜堆積后即刻在膜中生成微晶。另一方面，水分壓超過7X10_2Pa的情況下，由于膜密度的下降變得顯著，因此有可能In5s軌道的重疊變小，招致遷移率的下降。通過對采用濺射成膜的基板上的薄膜進(jìn)行退火處理，薄膜結(jié)晶化，獲得半導(dǎo)體特性。此外，本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜，通過實(shí)施退火處理，Al在氧化銦結(jié)晶中固溶，顯示方鐵猛礦的單一相。退火處理溫度，例如為500°C以下，優(yōu)選為100°C以上500°C以下，更優(yōu)選為150°C以上400°C以下，特別優(yōu)選為200°C以上350°C以下。對成膜時和退火處理時的加熱氣氛并無特別限定，從載流子控制性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選大氣氣氛或氧流通氣氛。退火處理中，能夠在氧的存在下或不存在下使用燈退火裝置、激光器退火裝置、熱等離子體裝置、熱風(fēng)加熱裝置、接觸加熱裝置等?！?br> 這樣得到的本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜含有銦和鋁的氧化物，該薄膜中的原子比Al/(Al+In)S0.01 0. 08，優(yōu)選實(shí)質(zhì)上由顯示方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的氧化銦組成，在氧化銦中鋁固溶，該薄膜中的原子比Al/(A1+In)為O. 01 O. 08。應(yīng)予說明，薄膜的原子比Al/(A1+In)顯示與該薄膜的成膜中使用的靶(燒結(jié)體)的原子比Al/(A1+In)同樣的值。本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜能夠用于薄膜晶體管，特別適合薄膜晶體管的溝道層。具有本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為溝道層的薄膜晶體管(以下有時稱為本發(fā)明的薄膜晶體管)可以為溝道蝕刻型。本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜，是結(jié)晶膜，具有耐久性，因此本發(fā)明的薄膜晶體管的制造中，將Mo等的金屬薄膜蝕刻形成源 漏電極、溝道部的光刻工序也成為可能。本發(fā)明的薄膜晶體管也可以是蝕刻阻止層型。本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜，蝕刻阻止層能夠保護(hù)由半導(dǎo)體層形成的溝道部，并且成膜時使大量氧進(jìn)入半導(dǎo)體層，使得經(jīng)由蝕刻阻止層從外部供給氧變得不必要。此外，成膜后即刻制作無定形膜是可能的，將Mo等的金屬薄膜蝕刻形成源·漏電極、溝道部的同時，能夠蝕刻半導(dǎo)體層，縮短光刻工序也成為可能。實(shí)施例[氧化物燒結(jié)體和靶的制造]實(shí)施例1-3秤量平均粒徑O. 98 μ m的氧化銦粉和平均粒徑O. 97 μ m的氧化鋁粉以成為表I中所示的原子比Al/(A1+In)，均勻地微粉碎混合后，加入成型用粘結(jié)劑進(jìn)行造粒。接下來，將該原料混合粉均勻地填充到模具中，用冷壓機(jī)在加壓壓力HOMPa下進(jìn)行加壓成型。將這樣得到的成型體用燒結(jié)爐在表I中所示的燒成溫度和燒成時間下燒成，制造燒結(jié)體。燒成氣氛在升溫中為氧氣氛，此外為大氣中(氣氛)，燒成以升溫速度1°C /分鐘、降溫速度15°C /分鐘實(shí)施。應(yīng)予說明，使用的原料氧化物粉末的平均粒徑采用激光衍射式粒度分布測定裝置SALD-300V(島津制作所制)測定，平均粒徑采用中值徑D50。對于得到的燒結(jié)體，使用X射線衍射測定裝置( ')力3制Ultima-III)對結(jié)晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行考察將實(shí)施例1-3的燒結(jié)體的X射線圖分別示于圖1-3。對圖進(jìn)行分析，結(jié)果在實(shí)施例1-3的燒結(jié)體中只觀測到氧化銦的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)。該結(jié)晶結(jié)構(gòu)能夠用 JCPDS(Joint Committee of PowderDiffraction Standards)卡片確認(rèn)。氧化銦的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)為JCPDS卡片No. 06-0416。上述X射線衍射測定(XRD)的測定條件如下所述。裝置(株)'J力夕制 Ultima-IIIX射線Cu-Ka線(波長1.5406 A、用石墨單色器單色化)2Θ-Θ反射法、連續(xù)掃描(I. 0° /分)取樣間隔0.02°·
縫隙DS、SS:2/3。、RS :0. 6mm由切成一定大小的燒結(jié)體的重量和外形寸法算出得到的燒結(jié)體的密度。此外，使用電阻率計(jì)(三菱化學(xué)(株)制、口 > 7夕)基于四探針法(Jis R 1637)測定得到的燒結(jié)體的體積電阻(導(dǎo)電性)。將結(jié)果示于表I。對于得到的燒結(jié)體，通過EPMA測定來考察Al的分散。其結(jié)果未觀測到I μ m以上的鋁原子的集合體，可知實(shí)施例1-3的燒結(jié)體的分散性、均一性極其優(yōu)異。EPMA的測定條件如下所述。裝置名JXA-8200(日本電子株式會社制)加速電壓15kV照射電流50nA照射時間(每I點(diǎn))50mS用平面研削盤研削實(shí)施例1-3中得到的氧化物燒結(jié)體的表面，將側(cè)邊用金剛石切割刀切斷，粘貼于背板，分別制成4英寸φ的濺射靶。將得到的濺射靶安裝于DC濺射裝置，使用氬氣作為濺射氣體，以濺射壓O. 4Pa、基板溫度室溫、DC功率400W進(jìn)行IOkWh連續(xù)濺射，將濺射中的電壓變動蓄積于數(shù)據(jù)記錄器，確認(rèn)異常放電的有無。將結(jié)果示于表I。應(yīng)予說明，上述異常放電的有無通過監(jiān)控電壓變動，檢測異常放電來進(jìn)行。具體地，將5分鐘的測定時間中發(fā)生的電壓變動為濺射運(yùn)轉(zhuǎn)中的定常電壓的10%以上的情形作為異常放電。特別是濺射運(yùn)轉(zhuǎn)中的定常電壓在O. I秒變動±10%的情形下，作為濺射放電的異常放電的微電弧發(fā)生，元件的收率下降，有可能不適合大量生產(chǎn)。此外，使用實(shí)施例1-3的濺射靶，作為氣氛使用在氬氣中添加了 3%的氫氣的混合氣體，連續(xù)30小時進(jìn)行濺射，確認(rèn)有無結(jié)節(jié)的發(fā)生。其結(jié)果在實(shí)施例1-3的濺射靶表面，未觀測到結(jié)節(jié)。應(yīng)予說明，濺射條件為濺射壓O. 4Pa.DC功率100W、基板溫度室溫，在氣氛氣體中添加的氫氣用于促進(jìn)結(jié)節(jié)的發(fā)生。對于結(jié)節(jié)，采用如下方法采用實(shí)體顯微鏡將濺射后的靶表面的變化放大到50倍來觀察，對于視野3mm2中發(fā)生的20 μ m以上的結(jié)節(jié)，計(jì)測數(shù)平均。將發(fā)生的結(jié)節(jié)數(shù)示于表
Io表I
權(quán)利要求
1.一種氧化物燒結(jié)體，其含有銦和鋁的氧化物，原子比Al/(Al+In)為O. Ol O. 08。
2.—種權(quán)利要求I所述的氧化物燒結(jié)體的制造方法，其包括 將平均粒徑小于I. 2 μ m的氧化銦粉末和平均粒徑小于I. 2 μ m的氧化鋁粉末以原子比Al/(A1+In)為O. 01 O. 08的方式混合來調(diào)制混合粉末的工序； 將所述混合粉末成型來制造成型體的工序；以及 在1100°C 1550°C下將所述成型體燒成8小時以上的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化物燒結(jié)體的制造方法，其中，在氧化氣體氣氛中進(jìn)行所述燒成。
4.一種靶，其是對權(quán)利要求I所述的氧化物燒結(jié)體進(jìn)行加工而得到的。
5.一種氧化物半導(dǎo)體薄膜，其是通過對權(quán)利要求4所述的靶進(jìn)行濺射形成薄膜，并對所述薄膜進(jìn)行退火而得到的氧化物半導(dǎo)體薄膜， 其中原子比Al/(A1+In)為O. 01 O. 08，且具有氧化銦的方錳鐵礦結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜，其中，在水分壓5X10_4 7X 10_2Pa下進(jìn)行所述濺射。
7.一種薄膜晶體管，其具有權(quán)利要求5或6所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為溝道層。
8.—種顯示裝置，其具有權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化物燒結(jié)體，其含有銦和鋁的氧化物，原子比Al/(Al+In)為0.01～0.08。
文檔編號H01L21/20GK102918003SQ20118002564
公開日2013年2月6日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者江端一晃, 笘井重和, 矢野公規(guī), 井上一吉 申請人:出光興產(chǎn)株式會社