(57)【要約】【課題】高密度なスパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有する酸化物からなり、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造化合物を１以上、及びＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物を１以上含むスパッタリングターゲット。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有する酸化物からなり、
ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造化合物を１以上、及びＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物を１以上含むスパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記スピネル構造化合物が、ＺｎＡｌ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物である請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記ホモロガス構造化合物が、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１、２、３又は４の整数）で表されるホモロガス構造化合物から選択される１以上である請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記酸化物のインジウム元素、ガリウム元素、亜鉛元素及びアルミニウム元素の原子比が下記式（１）〜（４）を満たす請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
０．０５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．５０  （１）
０．０１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０  （２）
０．２０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０  （３）
０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０  （４）
【請求項５】
スズ元素（Ｓｎ）を含む請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項６】
相対密度が９７％以上である請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により成膜する酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選択される１以上と希ガスとを含有する混合気体の雰囲気下において、前記成膜をする請求項７記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記混合気体が、水蒸気と希ガスを少なくとも含有する混合気体である請求項８記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記混合気体中に含まれる水蒸気の割合が分圧比で０．１％〜２５％である請求項８又は９に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記混合気体中に含まれる酸素ガスの割合が分圧比で０．１％〜４０％である請求項８〜１０のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上の前記スパッタリングターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、前記各スパッタリングターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加する場合に、前記交流電源からの出力の少なくとも１つを、分岐して接続した２枚以上の前記スパッタリングターゲットの間で、電位を印加す
るスパッタリングターゲットの切替を行いながら、スパッタリングターゲット上にプラズマを発生させて基板表面に成膜する請求項７〜１１のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３】
前記交流電源の交流パワー密度が、３Ｗ／ｃｍ２以上２０Ｗ／ｃｍ２以下である請求項１２に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項１４】
前記交流電源の周波数が、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚである請求項１２又は１３に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項１５】
請求項７〜１４のいずれかに記載の製造方法により得られた酸化物半導体薄膜。
【請求項１６】
キャリア濃度が１０−１８ｃｍ−３以下である請求項１５記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の酸化物半導体薄膜を含む積層体。
【請求項１８】
請求項１５又は１６に記載の酸化物半導体薄膜を半導体層として備える薄膜トランジスタ。
【請求項１９】
電界効果移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上である請求項１８に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項２０】
前記半導体層上に少なくともＳｉＮｘ（ｘは任意の数）を含有する保護膜を有する請求項１８又は１９に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれかに記載の薄膜トランジスタを備える表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。さらに詳しくは、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有するスパッタリングターゲット、そのターゲットを用いて作製される薄膜及びその薄膜を備える薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路の単位電子素子、高周波信号増幅素子、液晶駆動用素子等として広く用いられており、現在、最も多く実用されている電子デバイスである。なかでも、近年における表示装置のめざましい発展に伴い、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の各種の表示装置において、表示素子に駆動電圧を印加して表示装置を駆動させるスイッチング素子として、ＴＦＴが多用されている。
【０００３】
電界効果型トランジスタの主要部材である半導体層（チャンネル層）の材料としては、シリコン半導体化合物が最も広く用いられている。一般に、高速動作が必要な高周波増幅素子や集積回路用素子等には、シリコン単結晶が用いられている。一方、液晶駆動用素子等には、大面積化の要求から非晶質性シリコン半導体（アモルファスシリコン）が用いられている。
【０００４】
アモルファスシリコンの薄膜は、比較的低温で形成できるものの、結晶性の薄膜に比べてスイッチング速度が遅いため、表示装置を駆動するスイッチング素子として使用したときに、高速な動画の表示に追従できない場合がある。具体的に、解像度がＶＧＡである液晶テレビでは、移動度が０．５〜１ｃｍ２／Ｖｓのアモルファスシリコンが使用可能であったが、解像度がＳＸＧＡ、ＵＸＧＡ、ＱＸＧＡあるいはそれ以上になると２ｃｍ２／Ｖｓ以上の移動度が要求される。また、画質を向上させるため駆動周波数を上げるとさらに高い移動度が必要となる。
【０００５】
一方、結晶性のシリコン系薄膜は、移動度は高いものの、製造に際して多大なエネルギーと工程数を要する等の問題や、大面積化が困難という問題があった。例えば、シリコン系薄膜を結晶化する際に８００℃以上の高温や、高価な設備を使用するレーザーアニールが必要である。また、結晶性のシリコン系薄膜は、通常ＴＦＴの素子構成がトップゲート構成に限定されるためマスク枚数の削減等コストダウンが困難であった。
【０００６】
このような問題を解決するために、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体膜（ＩＧＺＯ）を使用した薄膜トランジスタが検討されている。一般に、酸化物半導体薄膜の作製は酸化物焼結体からなるターゲット（スパッタリングターゲット）を用いたスパッタリングで行われ、ＩＧＺＯからなる酸化物半導体薄膜の場合、均一性に優れ、１０〜３０ｃｍ２／Ｖｓ程度の移動度が得られる。
【０００７】
例えば、一般式Ｉｎ２Ｇａ２ＺｎＯ７、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を示す化合物からなるターゲットが知られている（特許文献１、２及び３）。しかしながら、このターゲットでは焼結密度（相対密度）を上げるために、酸化雰囲気で焼結する必要がある。酸化雰囲気で焼結する場合、ターゲットの抵抗を下げるため、焼結後に高温での還元処理が必要であり、ターゲットの大型化を難しくしていた。また、ターゲットを長期間使用していると得られる膜の特性や成膜速度が大きく変化する、ＩｎＧａＺｎＯ４やＩｎ２Ｇａ２ＺｎＯ７の異常成長による異常放電が起きる、成膜時にパーティクルの発生が多い等の問題があった。異常放電が頻繁に起きると、プラズマ放電状態が不安定となり、安定した成膜が行われず、膜特性に悪影響を及ぼす。
また、ＩＧＺＯにさらに別の元素を添加した酸化物も知られている（特許文献４及び５）。これらの酸化物はキャリア濃度が高く、電極への適用が検討されているが、ＴＦＴの酸化物半導体層への適用の検討はされていなかった。
【０００８】
酸化物半導体層を用いたＴＦＴは、電圧印加、光照射等のストレスに対する耐性（信頼性）が要求される。例えば、ゲート電極に電圧が印加され続けたときや、光が照射されたままＴＦＴが動作すると、しきい値電圧が大幅に変化する現象が知られており、この変化を抑制することが課題となっている。特許文献６では、信頼性の向上を目的に、ＩＧＺＯに、さらに別の元素を添加した半導体薄膜の評価を行っている。しかしながら、半導体薄膜を得るためのターゲットや薄膜の製造方法等については十分に検討されておらず、薄膜を製造するのに適したターゲットが求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２４５２２０号公報
【特許文献２】特開２００７−７３３１２号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／０８４５３７号パンフレット
【特許文献４】特開平０８−２９５５１４号公報
【特許文献５】特開平０８−２４５２２０号公報
【特許文献６】特開２０１２−１２４４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、高密度なスパッタリングターゲットを提供することである。
本発明の他の目的は、ストレス耐性に優れた半導体装置製造用の酸化物半導体薄膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは鋭意研究を行った結果、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有する酸化物からなり、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造化合物を１以上、及びＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物を１以上含むスパッタリングターゲットは密度が高いことを見出した。また、このスパッタリングターゲットを用いて製造したＴＦＴはストレス耐性に優れていることを見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
本発明の一態様によれば、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有する酸化物からなり、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造化合物を１以上、及びＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物を１以上含むスパッタリングターゲットが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高密度なスパッタリングターゲットが提供できる。
本発明によれば、ストレス耐性に優れた半導体装置製造用の酸化物半導体薄膜が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に用いるスパッタリング装置を示す図である。
【図２】実施例１で得られた焼結体のＸ線回折チャートを示す図である。
【図３】実施例２で得られた焼結体のＸ線回折チャートを示す図である。
【図４】実施例３で得られた焼結体のＸ線回折チャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のスパッタリングターゲット等について詳細に説明するが、本発明は下記実施態様及び実施例に限定されるものではない。
［スパッタリングターゲット］
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有する酸化物からなり、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造化合物を１以上、及びＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物を１以上含む。
【００１６】
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造化合物を１以上、及びＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物を１以上同時に含むことにより、高密度のターゲットとなることができる。
【００１７】
ホモロガス結晶構造は、異なる物質の結晶層を何層か重ね合わせた長周期を有する「自然超格子」構造からなる結晶構造である。結晶周期又は各薄膜層の厚さが、ナノメーター程度の場合、ホモロガス結晶構造化合物は、各層の化学組成や層の厚さの組み合わせによって、単一の物質あるいは各層を均一に混ぜ合わせた混晶の性質とは異なる固有の特性を示すことができる。
【００１８】
ホモロガス結晶構造をとる酸化物結晶としては、ＲＡＯ３（ＭＯ）ｍで表される酸化物結晶が挙げられる。ここで、Ｒは、正三価の金属元素であり、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｂが挙げられる。Ａは、正三価の金属元素であり、例えば、Ｇａ、Ａｌ、Ｆｅが挙げられる。Ｍは、正二価の金属元素であり、例えば、Ｚｎ、Ｍｇが挙げられる。また、ｍは、好ましくは０．１〜１０であり、より好ましくは、０．５〜７であり、さらに好ましくは１〜４である。
本発明の一形態に係るターゲットが含むホモロガス構造化合物は、ＲがＩｎであって、ＡがＧａ又はＡｌで、ＭがＺｎの場合である。
【００１９】
ターゲットが含むＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍで表わされるホモロガス構造化合物、又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造化合物は、それぞれ１種単独、又は２種以上の混合物でよい。
【００２０】
ターゲット中のホモロガス構造化合物は、Ｘ線回折により確認することができ、例えばターゲットを粉砕したパウダーにおけるＸ線回折パターンが、組成比から想定されるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認できる。
具体的には、ＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｏｆ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）カードやＩＣＳＤ（Ｔｈｅ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｄａｔａｂａｓｅ）から得られるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認することができる。
【００２１】
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、ＺｎＡｌ２Ｏ４で表わされるスピネル構造化合物及び／又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物を含み、好ましくはＺｎＡｌ２Ｏ４で表わされるスピネル構造化合物を含む。
ターゲットが、ＺｎＡｌ２Ｏ４で表わされるスピネル構造化合物及び／又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物を含むことにより、高抵抗なＡｌ２Ｏ３及びＧａ２Ｏ３がターゲット中に現れることを防ぐことができ、ターゲットが高抵抗となることを防ぐことができる。
【００２２】
スピネル構造は、「ウエスト固体化学入門」（講談社サイエンティフィク）に詳細に記されており、それによればスピネル構造は以下のような構造である。
スピネル構造はＡＢ２Ｏ４の組成式を有し、ＡイオンとＢイオンの配位状態によって分類すると、正スピネル構造、逆スピネル構造、両者の中間の構造に分けられる。
正スピネル構造は、Ｏ２−が形成する立体面心格子の四面体隙間の８分の１にＡが充填され、八面体隙間の２分の１にＢが充填された構造を有する。逆スピネル構造は、四面体隙間の８分の１にＢが充填され八面体隙間の２分の１にＡ及びＢが充填された構造を有する。
スピネル構造は、一般的には立方晶であるが、中には歪んだ立方晶もある。
【００２３】
ターゲット中のＺｎＡｌ２Ｏ４で表わされるスピネル構造化合物又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物は、Ｘ線回折測定によりスピネル構造化合物のピークが観察されることにより確認できる。
【００２４】
ターゲット中のＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＡｌ元素の原子比は特に限定されないが、以下の（１）〜（４）の式を満たすことが好ましい。
０．０５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．５０  （１）
０．０１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０  （２）
０．２０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０  （３）
０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０  （４）
（Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＡｌはそれぞれターゲット中における各元素の原子比を示す。）
【００２５】
上記式（１）において、Ｉｎ元素の含有量が０．０５以上であると、焼結体のバルク抵抗を低くすることができ、安定してスパッタリングすることが可能となる。一方、Ｉｎ元素の含有量が０．５０以下であると、そのターゲットを用いて作製した薄膜のキャリア濃度が増加しすぎて導体化するのを防ぐことができる。
以上から、Ｉｎの原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）］は、好ましくは０．０５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．５０であり、より好ましくは０．１０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．４０である。
【００２６】
上記式（２）において、Ｇａ元素の含有量が０．０１以上であるとそのターゲットを用いて作製した薄膜のキャリア濃度が制御しやすくなり、キャリア濃度を１０−１８ｃｍ−３以下にしやすくなる。一方、Ｇａ元素の含有量が０．３０以下であると、高抵抗であるＧａ２Ｏ３が単独で出現しにくくなり、ＤＣスパッタリングをしやすくなる。
以上からＧａの原子比［Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）］は、好ましくは０．０１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０であり、より好ましくは０．０５≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．２５である。
【００２７】
上記式（３）において、Ｚｎ元素の含有量が０．２０以上であるとＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０の範囲の数値である）で表されるホモロガス構造化合物及びＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物が形成されやすくなるため好ましい。一方、Ｚｎ元素の含有量を０．７０以下であると、そのターゲットを用いて作製した薄膜をウェットエッチングする際にエッチング速度が速くなりすぎずに問題なくエッチングすることができる。
以上からＺｎの原子比［Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）］は、好ましくは０．２０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０であり、より好ましくは０．３０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．６０である。
【００２８】
上記式（４）において、Ａｌ元素の含有量が０．０１以上であるとそのターゲットを用いて作製した薄膜のキャリア濃度が制御しやすくなり、キャリア濃度を１０−１８ｃｍ−３以下にしやすくなる。一方、Ａｌ元素の含有量を０．３０以下であると、高抵抗であるＡｌ２Ｏ３が単独で出現しにくくなり、ＤＣスパッタリングをしやすくなる。
以上からＺｎの原子比［Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）］は、好ましくは０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０であり、より好ましくは０．０５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．２５である。
【００２９】
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、スズを含んでもよい。スズは意図的にスパッタリングターゲットに添加してもよいし、不可避不純物として含んでいてもよい。
スズの含有量は特に制限を受けないが、スズはＩｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ａｌの合計に対して、原子比で５原子ｐｐｍから３０原子％まで範囲で含有していると好ましい。
【００３０】
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、本発明の効果を損なわない範囲でＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ以外の不可避不純物を含んでもよく、実質的にＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＡｌのみからなってもよいし、実質的にＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ａｌ及びＳｎのみからなってもよい。
ここで、「実質的」とは、スパッタリングターゲットの金属元素の９５重量％以上１００重量％以下（好ましくは９８重量％以上１００重量％以下）がＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ａｌ及びＳｎであることを意味する。本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、本発明の効果を損なわない範囲でＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ａｌ及びＳｎの他に不可避不純物を含んでいてもよい。
【００３１】
ターゲットに含まれる各元素の原子比は、誘導結合プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により、含有元素を定量分析して求めることができる。
具体的に、溶液試料をネブライザーで霧状にして、アルゴンプラズマ（約６０００〜８０００℃）に導入すると、試料中の元素は熱エネルギーを吸収して励起され、軌道電子が基底状態から高いエネルギー準位の軌道に移る。この軌道電子は１０−７〜１０−８秒程度で、より低いエネルギー準位の軌道に移る。この際にエネルギーの差を光として放射し発光する。この光は元素固有の波長（スペクトル線）を示すため、スペクトル線の有無により元素の存在を確認できる（定性分析）。また、それぞれのスペクトル線の大きさ（発光強度）は試料中の元素数に比例するため、既知濃度の標準液と比較することで試料濃度を求めることができる（定量分析）。
定性分析で含有している元素を特定後、定量分析で元素の含有量を求め、その結果から各元素の原子比を求めることができる。
【００３２】
ターゲットのバルク比抵抗は、好ましくは５０ｍΩｃｍ以下であり、より好ましくは１０ｍΩｃｍ以下である。
ターゲットのバルク抵抗が５０ｍΩｃｍ以下であることで、スパッタリングする際に異常放電の発生を抑制することができる。
上記バルク比抵抗は、抵抗率計を使用して四探針法に基づき測定することができる。
【００３３】
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、好ましくは相対密度が９７％以上である。特に大型基板（１Ｇサイズ以上）にスパッタ出力を上げて酸化物半導体を成膜する場合は、相対密度が９７％以上であることが好ましい。
相対密度とは、加重平均より算出した理論密度に対して相対的に算出した密度である。各原料の密度の加重平均より算出した密度が理論密度であり、これを１００％とする。
相対密度が９７％以上であれば、安定したスパッタリング状態が保たれる。大型基板でスパッタ出力を上げて成膜する場合は、相対密度が９７％以上であるとターゲット表面が黒化したり、異常放電が発生したりすることを防ぐことができる。相対密度は好ましくは９８％以上、より好ましくは９９％以上である。
【００３４】
ターゲットの相対密度は、アルキメデス法により測定できる。相対密度は、好ましくは１００％以下である。１００％を超える場合、金属粒子が焼結体に発生する場合があり、成膜時の酸素供給量を厳密に調整する必要が生じる。
また、後述する焼結後に、還元性雰囲気下での熱処理操作等の後処理工程等を行って密度を調整することもできる。還元性雰囲気は、アルゴン、窒素、水素等の雰囲気や、それらの混合気体雰囲気が用いられる。
【００３５】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物中の結晶の最大粒径は好ましくは１０μｍ以下である。結晶粒径が１０μｍ以下であれば、ノジュールの発生を抑えることができるので好ましい。スパッタリングによって、ターゲットの表面が削られる場合、その削られる速度は結晶面の方向によって異なり、ターゲット表面に凹凸が発生する。この凹凸の大きさは、焼結体中に存在する結晶粒径に依存している。大きい結晶粒径を有する焼結体からなるターゲットでは、その凹凸が大きくなり、その凸部分よりノジュールが発生すると考えられる。
【００３６】
スパッタリングターゲット中の結晶の最大粒径は、スパッタリングターゲットの形状が円形の場合、円の中心点（１箇所）と、その中心点で直交する２本の中心線上の中心点と周縁部との中間点（４箇所）の合計５箇所において、また、スパッタリングターゲットの形状が四角形の場合には、その中心点（１箇所）と、四角形の対角線上の中心点と角部との中間点（４箇所）の合計５箇所において１００μｍ四方の枠内で観察される最大の粒子についてその最大径を測定し、これらの５箇所の枠内のそれぞれに存在する最大粒子の粒径の平均値で表す。粒径は、結晶粒の長径について測定する。結晶粒は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察することができる。
【００３７】
［スパッタリングターゲットの製造方法］
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、例えば以下の２工程を含む。
（Ｉ）原料化合物を混合し、成形して成形体とする工程
（II）上記成形体を焼結する工程
以下、これら工程について説明する。
【００３８】
（Ｉ）原料化合物を混合し、成形して成形体とする工程
原料化合物は特に制限されず、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＡｌから選択される元素を１以上含む化合物を使用することができ、好ましくは使用する原料化合物の混合物が、上述の原子比（１）〜（４）を満たすように調整する。また、Ｓｎを含む化合物を混合させてもよい。
例えば、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウムの組み合わせが挙げられる。
尚、原料は粉末であることが好ましい。
【００３９】
原料は、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウムの混合粉末であることが好ましい。Ｓｎを混合させる場合には上記の組み合わせに酸化スズ粉末を混合させることが望ましい。
尚、原料に単体金属を用いた場合、例えば、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛及びアルミニウム金属の組み合わせを原料粉末として用いた場合、得られる焼結体中にアルミニウムの金属粒が存在し、成膜中にターゲット表面の金属粒が溶融してターゲットから放出されないことがあり、得られる膜の組成と焼結体の組成が大きく異なってしまう場合がある。
【００４０】
原料化合物が粉末である場合、当該原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜１．２μｍであり、より好ましくは０．１μｍ〜１．０μｍ以下である。原料粉末の平均粒径はレーザー回折式粒度分布装置等で測定することができる。
例えば、平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＩｎ２Ｏ３粉末、平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＧａ２Ｏ３粉末、平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＺｎＯ粉末及び平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を含んだ酸化物を原料粉末として調合するとよい。
【００４１】
原料化合物の混合、成形方法は特に限定されず、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、酸化インジウム粉、酸化ガリウム粉、酸化亜鉛及び酸化アルミニウム粉を含んだ酸化物の混合粉を含む原料粉末に、水系溶媒を配合し、得られたスラリーを１２時間以上混合した後、固液分離・乾燥・造粒し、引き続き、この造粒物を型枠に入れて成形することで成形体が得られる。
【００４２】
混合については、湿式又は乾式によるボールミル、振動ミル、ビーズミル等を用いることができる。均一で微細な結晶粒及び空孔を得るには、短時間で凝集体の解砕効率が高く、添加物の分散状態も良好となるビーズミル混合法が最も好ましい。
【００４３】
ボールミルによって混合する場合、当該混合時間は、好ましくは１５時間以上、より好ましくは１９時間以上とする。混合時間が不足すると最終的に得られる焼結体中にＡｌ２Ｏ３等の高抵抗の化合物が生成するおそれがあるからである。
ビーズミルによって粉砕・混合する場合、当該粉砕・混合時間は、装置の大きさ、処理するスラリー量によって異なるが、スラリー中の粒度分布がすべて１μｍ以下と均一になるように適宜調整するとよい。
また、どの混合手段の場合でも、混合する際にはバインダーを任意量だけ添加し、同時に混合を行うと好ましい。バインダーには、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル等を用いることができる。
【００４４】
混合によって得られた原料粉末スラリーの造粒は、好ましくは急速乾燥造粒によって造粒粉とする。急速乾燥造粒するための装置としては、スプレードライヤが広く用いられている。具体的な乾燥条件は、乾燥するスラリーのスラリー濃度、乾燥に用いる熱風温度、風量等の諸条件により決定されるため、実施に際しては、予め最適条件を求めておくことが必要となる。
急速乾燥造粒であれば、均一な造粒粉が得られる。一方、自然乾燥造粒である場合、原料粉末の比重差によって沈降速度が異なるため、Ｉｎ２Ｏ３粉末、Ｇａ２Ｏ３粉末、ＺｎＯ粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の分離が起こり、均一な造粒粉が得られなくなるおそれがある。この不均一な造粒粉を用いて焼結体を作製すると、焼結体内部にＡｌ２Ｏ３等が存在して、スパッタリングにおける異常放電の原因となる場合がある。
得られた造粒粉に対して、通常、金型プレス又は冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により、例えば１．２ｔｏｎ／ｃｍ２以上の圧力を加えることによって、成形体とすることができる。
【００４５】
（II）成形体を焼結する工程
焼結工程は、昇温工程、仮焼き工程、保持工程を含む。仮焼き工程は、昇温工程の途中に、１〜５時間、７００〜１０００℃の範囲内において温度を保持する工程である。これにより、ターゲットの密度が上昇しやすくなり、スパッタ時のノジュールの発生をより抑制できるため好ましい。また、ターゲットが所望の組成からずれてしまうことを防ぐことができる。
【００４６】
焼結時の昇温速度は、通常８℃／分以下であり、好ましくは４℃／分以下であり、より好ましくは３℃／分以下であり、さらに好ましくは２℃／分以下である。昇温速度が８℃／分以下であるとクラックが発生しにくい。
【００４７】
昇温が完了した後、１２００〜１６５０℃の焼結温度で５〜５０時間保持して焼結を行う（保持工程）。焼結温度は好ましくは１３００〜１６００℃である。焼結時間は好ましくは１０〜３０時間である。
焼結温度が１２００℃以上かつ焼結時間が５時間以上であると、Ａｌ２Ｏ３等がターゲット内部に形成されるのを防ぐことができる。一方、焼成温度が１６５０℃以下で焼成時間が５０時間以下であると、著しい結晶粒成長により平均結晶粒径の増大を防ぐことができ、製造の効率も下がらない。
【００４８】
本発明で用いる焼結方法としては、常圧焼結法の他、ホットプレス、酸素加圧、熱間等方圧加圧等の加圧焼結法も採用することができる。ただし、製造コストの低減、大量生産の可能性、容易に大型の焼結体を製造できるといった観点から、常圧焼結法を採用することが好ましい。
【００４９】
常圧焼結法では、成形体を大気雰囲気、又は酸化性ガス雰囲気、好ましくは酸化性ガス雰囲気にて焼結する。酸化性ガス雰囲気とは、好ましくは酸素ガス雰囲気である。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば１０〜１００体積％の雰囲気であることが好ましい。本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法においては、昇温過程にて酸素ガス雰囲気を導入することで、焼結体密度をより高くすることができる。
【００５０】
上記焼結工程で得られた焼結体のバルク抵抗をターゲット全体で均一化するために、必要に応じて還元工程を設けてもよい。
還元方法としては、例えば、還元性ガスによる方法や真空焼成又は不活性ガスによる還元等が挙げられる。
還元性ガスによる還元処理の場合、水素、メタン、一酸化炭素、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
不活性ガス中での焼成による還元処理の場合、窒素、アルゴン、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
【００５１】
還元処理時の温度は、通常１００〜８００℃、好ましくは２００〜８００℃である。また、還元処理の時間は、通常０．０１〜１０時間、好ましくは０．０５〜５時間である。
【００５２】
以上をまとめると、例えば、酸化インジウム粉と酸化ガリウム粉と酸化亜鉛粉及び酸化アルミニウム粉との混合粉を含む原料粉末に、水系溶媒を配合し、得られたスラリーを１２時間以上混合した後、固液分離・乾燥・造粒し、引き続き、この造粒物を型枠に入れて成形し、その後、得られた成形物を酸素含有雰囲気で、平均昇温速度を８℃／分以下とし、１〜５時間、７００〜１０００℃の範囲内において温度を保持して仮焼し、１２００〜１６５０℃で５〜５０時間焼成することで焼結体を得ることができる。
【００５３】
上記で得られた焼結体を加工することにより本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットとすることができる。具体的には、焼結体をスパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工することでスパッタリングターゲット素材とし、該ターゲット素材をバッキングプレートに接着することでスパッタリングターゲットとすることができる。
【００５４】
焼結体をターゲット素材とするには、焼結体を、例えば平面研削盤で研削して表面粗さＲａが０．５μｍ以下の素材とする。ここで、さらにターゲット素材のスパッタ面に鏡面加工を施して、平均表面粗さＲａが１０００オングストローム以下としてもよい。
鏡面加工（研磨）は、機械的な研磨、化学研磨、メカノケミカル研磨（機械的な研磨と化学研磨の併用）等の、公知の研磨技術を用いることができる。例えば、固定砥粒ポリッシャー（ポリッシュ液：水）で＃２０００以上にポリッシングしたり、又は遊離砥粒ラップ（研磨材：ＳｉＣペースト等）にてラッピング後、研磨材をダイヤモンドペーストに換えてラッピングしたりすることによって得ることができる。このような研磨方法には特に制限はない。
【００５５】
ターゲット素材の表面は２００〜１０，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが好ましく、４００〜５，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが特に好ましい。２００番より大きく、１０，０００番より小さいダイヤモンド砥石を使用するとターゲット素材が割れを防ぐことができる。
ターゲット素材の表面粗さＲａが０．５μｍ以下であり、方向性のない研削面を備えていることが好ましい。Ｒａが０．５μｍより小さく、方向性のない研磨面を備えていれば、異常放電やパーティクルの発生を防ぐことができる。
【００５６】
最後に、得られたターゲット素材を清浄処理する。清浄処理にはエアーブロー又は流水洗浄等を使用できる。エアーブローで異物を除去する際には、ノズルの向い側から集塵機で吸気を行なうとより有効に除去できる。
尚、以上のエアーブローや流水洗浄では限界があるので、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。この超音波洗浄は周波数２５〜３００ＫＨｚの間で多重発振させて行なう方法が有効である。例えば周波数２５〜３００ＫＨｚの間で、２５ＫＨｚ刻みに１２種類の周波数を多重発振させて超音波洗浄を行なうのが好ましい。
【００５７】
ターゲット素材の厚みは通常２〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１２ｍｍ、特に好ましくは４〜６ｍｍである。
上記のようにして得られたターゲット素材をバッキングプレートへボンディングすることによって、スパッタリングターゲットを得ることができる。また、複数のターゲット素材を１つのバッキングプレートに取り付け、実質１つのターゲットとしてもよい。
【００５８】
［酸化物半導体薄膜］
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、高密度であり、効率的に、安価に、且つ省エネルギーで酸化物半導体薄膜を成膜することができる。
本発明の一形態に係る酸化物半導体薄膜は、本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットをスパッタリング法で成膜することにより得られる。
【００５９】
酸化物半導体薄膜のキャリア濃度は、通常１０１９ｃｍ−３以下であり、好ましくは１０１３〜１０１８ｃｍ−３であり、さらに好ましくは１０１４〜１０１８ｃｍ−３であり、特に好ましくは１０１５〜１０１８ｃｍ−３である。
酸化物半導体薄膜（酸化物層）のキャリア濃度が１０１８ｃｍ−３以下であると、薄膜トランジスタ等の素子を構成した際の漏れ電流、ノーマリーオンや、ｏｎ−ｏｆｆ比の低下を防ぐことができ、良好なトランジスタ性能が発揮できる。キャリア濃度が１０１３ｃｍ−３以上であると、ノーマリーオフとならずにＴＦＴとして問題なく駆動することができる。
酸化物半導体薄膜のキャリア濃度は、ホール効果測定方法により測定することができる。
【００６０】
本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、高い導電性を有することから成膜速度の速いＤＣスパッタリング法を適用することができる。
上記ＤＣスパッタリング法に加えて、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、パルスＤＣスパッタリング法も適用することができ、異常放電のないスパッタリングが可能である。
【００６１】
酸化物半導体薄膜は、上記焼結体を用いて、スパッタリング法の他に、蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法等によっても作製することもできる。
【００６２】
スパッタリングガス（雰囲気）としては、アルゴン等の希ガス原子と酸化性ガスの混合ガスを用いることができる。酸化性ガスとはＯ２、ＣＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏ等が挙げられる。スパッタリングガスは、希ガスと、水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選択される１以上を含有する混合気体が好ましく、水蒸気と希ガスを少なくとも含有する混合気体がより好ましい。
【００６３】
スパッタリング成膜時の酸素ガスの割合は、分圧比で０．１％〜４０％とすることが好ましい。酸素分圧比が４０％以上の条件である場合、作製した薄膜のキャリア濃度が大幅に低減し、キャリア濃度が１０１３ｃｍ−３未満となるおそれがある。
好ましくは、酸素ガス分圧比は０．１％〜３０％、特に好ましくは０．１％〜２０％である。
【００６４】
本発明における酸化物薄膜堆積時のスパッタガス（雰囲気）に含まれる水蒸気の分圧比、即ち、［Ｈ２Ｏ］／（［Ｈ２Ｏ］＋［希ガス］＋［その他の分子］）は、０．１〜２５％であることが好ましい。
水の分圧比が２５％以下であると、膜密度の低下を防ぐことができ、Ｉｎの５ｓ軌道の重なりを大きく保つことができ、移動度の低下を防ぐことができる。
スパッタリング時の雰囲気中の水の分圧比は０．７〜１３％がより好ましく、１〜６％が特に好ましい。
【００６５】
スパッタリングにより成膜する際の基板温度は、２５〜１２０℃であることが好ましく、さらに好ましくは２５〜１００℃である。
成膜時の基板温度が１２０℃以下であると、成膜時に導入する酸素等を十分に取り込むことができ、加熱後の薄膜のキャリア濃度を１０１８ｃｍ−３以下とすることができる。また、成膜時の基板温度が２５℃以上であると、薄膜の膜密度が低下せず、ＴＦＴの移動度が低下することを防ぐことができる。
【００６６】
スパッタリングによって得られた酸化物薄膜を、さらに１５０〜５００℃に１５分〜５時間保持してアニール処理を施すことが好ましい。成膜後のアニール処理温度は２００℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、２５０℃以上３５０℃以下であることがさらに好ましい。上記アニールを施すことにより、半導体特性が得られる。
また、加熱時の雰囲気は、特に限定されるわけではないが、キャリア制御性の観点から、大気雰囲気、酸素流通雰囲気が好ましい。
酸化物薄膜の後処理アニール工程においては、酸素の存在下又は不存在下でランプアニール装置、レーザーアニール装置、熱プラズマ装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。
【００６７】
スパッタリング時におけるターゲットと基板との間の距離は、基板の成膜面に対して垂直方向に好ましくは１〜１５ｃｍであり、さらに好ましくは２〜１０ｃｍである。
この距離が１ｃｍ以上であると、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが大きくなりすぎず、膜厚及び電気特性の面内分布等を防ぐことができる。一方、ターゲットと基板との間隔が１５ｃｍ以下であると、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが小さくなりすぎず、緻密な膜を得ることができる。また、良好な半導体特性を得ることができる。
【００６８】
酸化物薄膜の成膜は、磁場強度が３００〜１５００ガウスの雰囲気下でスパッタリングすることが望ましい。磁場強度が３００ガウス以上であると、プラズマ密度の低下を防ぐことができ、高抵抗のスパッタリングターゲットの場合でも問題なくスパッタリングを行うことができる。一方、１５００ガウス以下であると、膜厚及び膜中の電気特性の制御性の悪化を抑制することができる。
【００６９】
気体雰囲気の圧力（スパッタ圧力）は、プラズマが安定して放電できる範囲であれば特に限定されないが、好ましくは０．１〜３．０Ｐａであり、さらに好ましくは０．１〜１．５Ｐａであり、特に好ましくは０．１〜１．０Ｐａである。
スパッタ圧力が３．０Ｐａ以下であると、スパッタ粒子の平均自由工程が短くなりすぎず、密度の高い薄膜が得られる。また、スパッタ圧力が０．１Ｐａ以上であると、成膜時に膜中に微結晶が生成することを防ぐことができる。
尚、スパッタ圧力とは、アルゴン等の希ガス原子、水分子、酸素分子等を導入した後のスパッタ開始時の系内の全圧をいう。
【００７０】
また、酸化物半導体薄膜の成膜を、次のような交流スパッタリングで行ってもよい。
真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加して、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面上に成膜する。
このとき、交流電源からの出力の少なくとも１つを、分岐して接続された２枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら行う。即ち、上記交流電源からの出力の少なくとも１つを分岐して２枚以上のターゲットに接続し、隣り合うターゲットに異なる電位を印加しながら成膜を行う。
【００７１】
尚、交流スパッタリングによって酸化物半導体薄膜を成膜する場合も、例えば、希ガスと、水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選ばれる１以上のガスとを含有する混合気体の雰囲気下においてスパッタリングを行うことが好ましく、水蒸気を含有する混合気体の雰囲気下においてスパッタリングを行うことが特に好ましい。
ＡＣスパッタリングで成膜した場合、工業的に大面積均一性に優れた酸化物層が得られると共に、ターゲットの利用効率の向上が期待できる。
また、１辺が１ｍを超える大面積基板にスパッタ成膜する場合には、たとえば特開２００５−２９０５５０号公報記載のような大面積生産用のＡＣスパッタ装置を使用することが好ましい。
【００７２】
特開２００５−２９０５５０号公報記載のＡＣスパッタ装置は、具体的には、真空槽と、真空槽内部に配置された基板ホルダと、この基板ホルダと対向する位置に配置されたスパッタ源とを有する。図１にＡＣスパッタ装置のスパッタ源の要部を示す。スパッタ源は、複数のスパッタ部を有し、板状のターゲット３１ａ〜３１ｆをそれぞれ有し、各ターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタされる面をスパッタ面とすると、各スパッタ部はスパッタ面が同じ平面上に位置するように配置される。各ターゲット３１ａ〜３１ｆは長手方向を有する細長に形成され、各ターゲットは同一形状であり、スパッタ面の長手方向の縁部分（側面）が互いに所定間隔を空けて平行に配置される。従って、隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆの側面は平行になる。
【００７３】
真空槽の外部には、交流電源１７ａ〜１７ｃが配置されており、各交流電源１７ａ〜１７ｃの二つの端子のうち、一方の端子は隣接する二つの電極のうちの一方の電極に接続され、他方の端子は他方の電極に接続されている。各交流電源１７ａ〜１７ｃの２つの端子は正負の異なる極性の電圧を出力するようになっており、ターゲット３１ａ〜３１ｆは電極に密着して取り付けられているので、隣接する２つのターゲット３１ａ〜３１ｆには互いに異なる極性の交流電圧が交流電源１７ａ〜１７ｃから印加される。従って、互いに隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆのうち、一方が正電位に置かれる時には他方が負電位に置かれた状態になる。
【００７４】
電極のターゲット３１ａ〜３１ｆとは反対側の面には磁界形成手段４０ａ〜４０ｆが配置されている。各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆは、外周がターゲット３１ａ〜３１ｆの外周と略等しい大きさの細長のリング状磁石と、リング状磁石の長さよりも短い棒状磁石とをそれぞれ有している。
各リング状磁石は、対応する１個のターゲット３１ａ〜３１ｆの真裏位置で、ターゲット３１ａ〜３１ｆの長手方向に対して平行に配置されている。上述したように、ターゲット３１ａ〜３１ｆは所定間隔を空けて平行配置されているので、リング状磁石もターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ間隔を空けて配置されている。
【００７５】
ＡＣスパッタで、酸化物ターゲットを用いる場合の交流パワー密度は、３Ｗ／ｃｍ２以上、２０Ｗ／ｃｍ２以下が好ましい。パワー密度が３Ｗ／ｃｍ２以上であると、成膜速度が遅くなりすぎず、生産経済性を担保できる。２０Ｗ／ｃｍ２以下であると、ターゲットの破損を抑制することができる。より好ましいパワー密度は３Ｗ／ｃｍ２〜１５Ｗ／ｃｍ２である。
ＡＣスパッタの周波数は１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲が好ましい。１０ｋＨｚ以上であると、騒音の問題が生じない。１ＭＨｚ以下であると、プラズマが広がりすぎることを防ぐことができ、均一性を保てる。より好ましいＡＣスパッタの周波数は２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。
上記以外のスパッタリング時の条件等は、上述したものから適宜選択すればよい。
【００７６】
［薄膜トランジスタ及び表示装置］
上記の酸化物薄膜は、薄膜トランジスタに使用でき、特にチャネル層として好適に使用できる。本発明の一形態に係る酸化物半導体薄膜をチャネル層に用いた薄膜トランジスタは電界効果移動度１ｃｍ２／Ｖｓ以上の高移動度、かつ高信頼性を示すことができる。
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタは、上記の酸化物薄膜をチャネル層として有していれば、その素子構成は特に限定されず、公知の各種の素子構成を採用することができる。
【００７７】
上記酸化物半導体膜は、窒素を含んでもよい。酸化物半導体薄膜中の窒素は、アクセプター不純物として機能でき、窒素の含有量を制御することで、半導体特性を良好にすることが可能である。
【００７８】
酸化物半導体膜は、アモルファスでもよく、結晶を含んでいてもよく、さらに結晶とアモルファスが混在していても用いることができ、その結晶の形態を問わない。さらに、アモルファスの薄膜と結晶の薄膜の組み合わせ等の、異なる結晶形態の薄膜を積層させていてもよい。
酸化物半導体薄膜の結晶化した領域は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の電子線回折像から確認することができる。
【００７９】
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタにおけるチャネル層の膜厚は、通常１０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２５０ｎｍ、より好ましくは３０〜２００ｎｍ、さらに好ましくは３５〜１２０ｎｍ、特に好ましくは４０〜８０ｎｍである。
チャネル層の膜厚が１０ｎｍ以上であると、大面積に成膜した際でも膜厚が均一になりやすくなる。一方、膜厚が３００ｎｍ以下であると、成膜時間が長くなりすぎない。
【００８０】
上記の酸化物薄膜は、他の組成又は組成比が異なる酸化物半導体薄膜と積層させて、チャネル層に用いることができる。例えば、Ｉｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ―Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ―Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ―Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ―Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ―Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ―Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ―Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ系等の酸化物半導体薄膜と組み合わせることができる。尚、例示した以外の系の酸化物半導体薄膜を用いることもできる。
積層構造とした酸化物半導体薄膜をチャネル層に用いることで、移動度が高く、かつ信頼性が高い薄膜トランジスタを作製することができる。
【００８１】
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタにおけるチャネル層は、通常、Ｎ型領域で用いられるが、Ｐ型Ｓｉ系半導体、Ｐ型酸化物半導体、Ｐ型有機半導体等の種々のＰ型半導体と組合せてＰＮ接合型トランジスタ等の各種の半導体デバイスに利用することができる。
【００８２】
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタは、上記チャネル層上に保護膜を備えることが好ましい。本発明の一形態に係る薄膜トランジスタにおける保護膜は、少なくともＳｉＮｘを含有することが好ましい。ＳｉＮｘはＳｉＯ２と比較して緻密な膜を形成できるため、ＴＦＴの劣化抑制効果が高いという利点を有する。
【００８３】
保護膜は、ＳｉＮｘの他に例えばＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉＯ３，ＢａＴａ２Ｏ６，Ｓｍ２Ｏ３，ＳｒＴｉＯ３又はＡｌＮ等の酸化物等を含むことができる。
【００８４】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有する本発明の一形態に係る酸化物薄膜は、Ａｌを含有しているためＣＶＤプロセスによる耐還元性が向上し、保護膜を作製するプロセスによりバックチャネル側が還元されにくく、保護膜としてＳｉＮｘを用いることができる。
【００８５】
保護膜を形成する前に、チャネル層に対し、オゾン処理、酸素プラズマ処理、二酸化窒素プラズマ処理又は亜酸化窒素プラズマ処理を施すことが好ましい。このような処理は、チャネル層を形成した後、保護膜を形成する前であれば、どのタイミングで行ってもよいが、保護膜を形成する直前に行うことが望ましい。このような前処理を行うことによって、チャネル層における酸素欠陥の発生を抑制することができる。
また、ＴＦＴ駆動中に酸化物半導体膜中の水素が拡散すると、閾値電圧のシフトが起こりＴＦＴの信頼性が低下するおそれがある。チャネル層に対し、オゾン処理、酸素プラズマ処理又は亜酸化窒素プラズマ処理を施すことにより、薄膜構造中においてＩｎ−ＯＨの結合が安定化され酸化物半導体膜中の水素の拡散を抑制することができる。
【００８６】
薄膜トランジスタは、通常、基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層（チャネル層）、ソース電極及びドレイン電極を備える。チャネル層については上述した通りであり、基板については公知の材料を用いることができる。
【００８７】
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁膜を形成する材料にも特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択できる。具体的には、例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉＯ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３，Ｓｍ２Ｏ３，ＡｌＮ等の化合物を用いることができる。これらのなかでも、好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＣａＨｆＯ３であり、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，ＨｆＯ２，Ａｌ２Ｏ３である。
【００８８】
ゲート絶縁膜は、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法により形成することができる。
プラズマＣＶＤ法によりゲート絶縁膜を形成し、その上にチャネル層を成膜した場合、ゲート絶縁膜中の水素がチャネル層に拡散し、チャネル層の膜質低下やＴＦＴの信頼性低下を招くおそれがある。チャネル層の膜質低下やＴＦＴの信頼性低下を防ぐために、チャネル層を成膜する前にゲート絶縁膜に対してオゾン処理、酸素プラズマ処理、二酸化窒素プラズマ処理又は亜酸化窒素プラズマ処理を施すことが好ましい。このような前処理を行うことによって、チャネル層の膜質の低下やＴＦＴの信頼性低下を防ぐことができる。
尚、上記の酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよく、例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい。
【００８９】
ゲート絶縁膜は、異なる材料からなる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質又は非晶質であることが好ましい。
【００９０】
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタにおけるドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択することができる。例えば、ＩＴＯ，ＩＺＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｔａ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。
ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極は、異なる２層以上の導電層を積層した多層構造とすることもできる。特にソース・ドレイン電極は低抵抗配線への要求が強いため、ＡｌやＣｕ等の良導体をＴｉやＭｏ等の密着性に優れた金属でサンドイッチして使用してもよい。
【００９１】
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタは、電界効果型トランジスタ、論理回路、メモリ回路、差動増幅回路等各種の集積回路にも適用できる。さらに、電界効果型トランジスタ以外にも静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、ショットキーダイオード、抵抗素子にも適応できる。
【００９２】
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタの構成は、ボトムゲート、ボトムコンタクト、トップコンタクト等公知の構成を制限なく採用することができる。
特にボトムゲート構成が、アモルファスシリコンやＺｎＯの薄膜トランジスタに比べ高い性能が得られるので有利である。ボトムゲート構成は、製造時のマスク枚数を削減しやすく、大型ディスプレイ等の用途の製造コストを低減しやすいため好ましい。
本発明の一形態に係る薄膜トランジスタは、表示装置に好適に用いることができる。
【００９３】
大面積のディスプレイ用としては、チャンネルエッチ型のボトムゲート構成の薄膜トランジスタが特に好ましい。チャンネルエッチ型のボトムゲート構成の薄膜トランジスタは、フォトリソ工程時のフォトマスクの数が少なく低コストでディスプレイ用パネルを製造できる。中でも、チャンネルエッチ型のボトムゲート構成及びトップコンタクト構成の薄膜トランジスタが移動度等の特性が良好で工業化しやすいため特に好ましい。
【００９４】
薄膜トランジスタのＳ値は、トランスファ特性の結果から、Ｌｏｇ（Ｉｄ）―Ｖｇのグラフを作製し、この傾きの逆数から導出することができる。Ｓ値の単位は、Ｖ／ｄｅｃａｄｅであり、小さな値であることが好ましい。
Ｓ値（ＳｗｉｎｇＦａｃｔｏｒ）とは、オフ状態からゲート電圧を増加させた際に、オフ状態からオン状態にかけてドレイン電流が急峻に立ち上がるが、この急峻さを示す値である。下記式で定義されるように、ドレイン電流が１桁（１０倍）上昇するときのゲート電圧の増分をＳ値とする。
Ｓ値＝ｄＶｇ／ｄｌｏｇ（Ｉｄｓ）
Ｓ値が小さいほど急峻な立ち上がりとなる（「薄膜トランジスタ技術のすべて」、鵜飼育弘著、２００７年刊、工業調査会）。Ｓ値が大きいと、オンからオフに切り替える際に高いゲート電圧をかける必要があり、消費電力が大きくなるおそれがある。
【００９５】
薄膜トランジスタのＳ値は０．８Ｖ／ｄｅｃ以下が好ましく、０．５Ｖ／ｄｅｃ以下がより好ましく、０．３Ｖ／ｄｅｃ以下がさらに好ましく、０．２Ｖ／ｄｅｃ以下が特に好ましい。０．８Ｖ／ｄｅｃ以下だと駆動電圧が小さくなり消費電力を低減できる可能性がある。特に、有機ＥＬディスプレイで用いる場合は、直流駆動のためＳ値を０．３Ｖ／ｄｅｃ以下にすると消費電力を大幅に低減できるため好ましい。
【実施例】
【００９６】
実施例１−３
［酸化物焼結体の製造方法］
原料粉体として下記の酸化物粉末を使用した。下記酸化物粉末の平均粒径としてメジアン径Ｄ５０を採用し、当該平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−３００Ｖ（島津製作所製）で測定した。
酸化インジウム粉  ：平均粒径０．９８μｍ
酸化ガリウム粉    ：平均粒径０．９８μｍ
酸化亜鉛粉        ：平均粒径０．９６μｍ
酸化アルミニウム粉：平均粒径０．９８μｍ
【００９７】
上記の粉体を、表１に示す原子比になるように秤量し、均一に微粉砕混合後、成形用バインダーを加えて造粒した。次に、この原料混合粉を金型へ均一に充填し、コールドプレス機にてプレス圧１４０ＭＰａで加圧成形した。
このようにして得られた成形体を焼結炉内に載置し、この焼結炉内の容積０．１ｍ３当たり５リットル／分の割合で酸素を流入した。
焼結時、焼結炉内の温度は、９００℃までは１℃／分で昇温し、９００℃で５時間温度を保持（仮焼き工程）した後、０．５℃／分で表１に示す焼結温度まで昇温した。さらに焼結温度において、表１に示す焼結時間の間温度を保持した後、自然降温した。
【００９８】
［焼結体の分析］
得られた焼結体の相対密度をアルキメデス法により測定した。実施例１〜３の焼結体は相対密度９７％以上であることを確認した。
また、得られた焼結体のバルク比抵抗（導電性）を抵抗率計（三菱化学（株）製、ロレスタ）を使用して四探針法（ＪＩＳ  Ｒ  １６３７）に基づき測定した。結果を表１に示す。表１に示すように実施例１−３の焼結体のバルク比抵抗は、５０ｍΩｃｍ以下であった。
【００９９】
得られた焼結体についてＸ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べた。実施例１で得られた焼結体のＸ線回折チャートを図２に示す。同様に、実施例２、３で得られた焼結体のＸ線回折チャートをそれぞれ図３、４に示す。
【０１００】
得られたＸ線回折チャートから、実施例１−３の焼結体では、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造１以上と、ＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物１以上が同時に形成されていることを確認した。
焼結体中の結晶構造について、ＩｎＧａＺｎＯ４のホモロガス構造はＩＣＳＤ＃９０００３で、ＩｎＧａＺｎ２Ｏ５のホモロガス構造はＩＣＳＤ＃３８０３０５で、ＩｎＡｌＺｎＯ４のホモロガス構造はＪＣＰＤＳデータベースのＮｏ．４０−０２５８、ＩｎＡｌＺｎ２Ｏ５のホモロガス構造はＪＣＰＤＳデータベースのＮｏ．４０−０２５９、ＺｎＡｌ２Ｏ４のスピネル構造はＪＣＰＤＳデータベースのＮｏ．０５−０６６９で確認できる。
【０１０１】
尚、ＩｎＧａＺｎＯ４とＩｎＡｌＺｎＯ４のＸ線回折パターンは互いに類似しており、得られたＸ線チャートでは、どちらの回折パターンに対してもフィッティングが可能である。ＩｎＧａＺｎ２Ｏ５とＩｎＡｌＺｎ２Ｏ５についても同様である。
ｍが同じ値であるＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍとＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍのどちらに対してもフィッティング可能である場合には、ターゲット中にＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍとＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍの両方の結晶が存在している可能性、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍの結晶にＡｌが固溶している可能性、ＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍの結晶にＧａが固溶している可能性等が考えられる。
【０１０２】
実施例１−３の焼結体では、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造と、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０の範囲の数値）又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０の範囲の数値）で表されるホモロガス構造化合物が同時に形成されているため、焼結体密度が９７％であり、かつバルク比抵抗が５０ｍΩｃｍ以下であることが分かった。
【０１０３】
ＸＲＤの測定条件は以下の通りである。
・装置：（株）リガク製Ｕｌｔｉｍａ−ＩＩＩ
・Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４０６Å、グラファイトモノクロメータにて単色化）
・２θ−θ反射法、連続スキャン（１．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリット  ＤＳ、ＳＳ：２／３°、ＲＳ：０．６ｍｍ
【０１０４】
［スパッタリングターゲットの製造］
実施例１−３で得られた焼結体の表面を平面研削盤で研削し、側辺をダイヤモンドカッターで切断し、バッキングプレートに貼り合わせ、それぞれ直径４インチのスパッタリングターゲットを作製した。また、実施例１−３の焼結体を同様に研削・切断して、幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの６枚のターゲットをＡＣスパッタリング成膜用ターゲットとしてそれぞれ別途作製した。
【０１０５】
［異常放電の有無の確認］
得られた直径４インチのスパッタリングターゲットをＤＣスパッタリング装置に装着し、雰囲気としてアルゴンガスにＨ２Ｏガスを分圧比で２％添加した混合ガスを使用し、スパッタ圧０．４Ｐａ、基板温度を室温とし、ＤＣ出力４００Ｗにて、１０ｋＷｈ連続スパッタを行った。スパッタ中の電圧変動をデータロガーに蓄積し、異常放電の有無を確認した。結果を表１に示す。
尚、上記異常放電の有無は、電圧変動をモニターして異常放電を検出することにより行った。具体的には、５分間の測定時間中に発生する電圧変動がスパッタ運転中の定常電圧の１０％以上あった場合を異常放電とした。特にスパッタ運転中の定常電圧が０．１秒間に±１０％変動する場合は、スパッタ放電の異常放電であるマイクロアークが発生しており、素子の歩留まりが低下し、量産化に適さないおそれがある。
【０１０６】
［ノジュール発生の有無の確認］
得られた直径４インチのスパッタリングターゲットを用いて、雰囲気としてアルゴンガスに水素ガスを分圧比で３％添加した混合ガスを使用し、４０時間連続してスパッタリングを行い、ノジュールの発生の有無を確認した。その結果、実施例１−３のスパッタリングターゲット表面において、ノジュールは観測されなかった。
尚、スパッタ条件は、スパッタ圧０．４Ｐａ、ＤＣ出力１００Ｗ、基板温度は室温とした。水素ガスは、ノジュールの発生を促進するために雰囲気ガスに添加した。
ノジュールは、スパッタリング後のターゲット表面の変化を実体顕微鏡により５０倍に拡大して観察し、視野３ｍｍ２中に発生した２０μｍ以上のノジュールについて数平均を計測する方法を採用した。発生したノジュール数を表１に示す。
【０１０７】
比較例１−２
表１に示す原子比で原料粉末を混合し、表１に示す昇温速度、焼結温度、焼結時間で焼結した他は、実施例１−３と同様に焼結体及びスパッタリングターゲットを製造し、評価した。結果を表１に示す。
比較例１−２のターゲットには、いずれもＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍのホモロガス構造、Ａｌ２Ｏ３のコランダム構造及びＺｎＡｌ２Ｏ４のスピネル構造が観測された。
【０１０８】
焼結体中の結晶構造について、Ｉｎ２Ｚｎ２Ｏ５のホモロガス構造はＪＣＰＤＳカードＮｏ．２０−１４４２で、Ｉｎ２Ｚｎ３Ｏ６のホモロガス構造はＩＣＳＤ＃１６２４５０で、Ａｌ２Ｏ３のコランダム構造はＪＣＰＤＳカードＮｏ．１０−１７３で、ＺｎＡｌ２Ｏ４はＪＣＰＤＳカードＮｏ．０５−０６６９で確認することができる。
【０１０９】
比較例１−２のスパッタリングターゲットは、スパッタ時に異常放電が発生し、ターゲット表面にはノジュールが観測された。
比較例１−２の焼結体では、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ又はＩｎＡｌＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０．１〜１０）で表されるホモロガス構造化合物とＺｎＡｌ２Ｏ４又はＺｎＧａ２Ｏ４で表されるスピネル構造化合物が同時に観測されず、またＡｌ２Ｏ３が観測されたため、焼結体の密度が低下し、バルク抵抗が増大することが分かった。その結果、ノジュールが発生したと考えられる。
【０１１０】
【表１】
2014214359.tif 000002
【０１１１】
実施例４−６
［酸化物半導体薄膜の成膜及び評価］
マグネトロンスパッタリング装置に、実施例１−３で作製した表２に示す組成の４インチターゲットを装着し、基板としてスライドガラス（コーニング社製♯１７３７）をそれぞれ装着した。ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、下記の条件でスライドガラス上に膜厚５０ｎｍの非晶質膜を成膜して、薄膜評価用素子を製造した。
成膜時には、表２及に示す分圧比（％）でＡｒガス、Ｏ２ガス、及びＨ２Ｏガスを導入した。非晶質膜を形成した基板を大気中、３００℃で６０分加熱して酸化物半導体膜を形成した。
【０１１２】
スパッタ条件は以下の通りである。
到達圧力：８．５×１０−５Ｐａ
雰囲気ガス：Ａｒガス、Ｏ２ガス、Ｈ２Ｏガス（分圧は表２を参照）
スパッタ圧力（全圧）：０．４Ｐａ
投入電力：ＤＣ１００Ｗ
Ｓ（基板）−Ｔ（ターゲット）距離：７０ｍｍ
【０１１３】
次いで、薄膜を形成した基板を表２に記載の条件で加熱処理した。このガラス基板上に成膜した基板を、ホール効果測定用素子として用いてＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型（東陽テクニカ社製）にセットし、室温でホール効果（ホール移動度）を評価した。
【０１１４】
［薄膜トランジスタの製造］
基板として、膜厚１００ｎｍの熱酸化膜付きの導電性シリコン基板を使用した。熱酸化膜がゲート絶縁膜として機能し、導電性シリコン部がゲート電極として機能する。
ゲート絶縁膜上に表２及び表３に示す条件でスパッタ成膜し、膜厚５０ｎｍの非晶質薄膜を作製した。レジストとしてＯＦＰＲ♯８００（東京応化工業株式会社製）を使用し、塗布、プレベーク（８０℃、５分）、露光した。現像後、ポストベーク（１２０℃、５分）し、シュウ酸にてエッチングし、所望の形状にパターニングした。パターニングした薄膜を熱風加熱炉内にて３００℃で６０分加熱処理（アニール処理）を行った。
その後、Ｍｏ（１００ｎｍ）をスパッタ成膜により成膜し、リフトオフ法によりソース／ドレイン電極を所望の形状にパターニングした。保護膜を形成する前段階の処理として、酸化物半導体膜に対し、亜酸化窒素プラズマ処理を施した。その後、プラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）にてＳｉＯｘを成膜して保護膜とした。フッ酸を用いてコンタクトホールを開口し、薄膜トランジスタを作製した。
【０１１５】
作製した薄膜トランジスタについて、電界効果移動度（μ）、Ｓ値及び閾値電圧（Ｖｔｈ）を評価した。結果を表２に示す。
これらの特性値は、半導体パラメーターアナライザー（ケースレーインスツルメンツ株式会社製４２００ＳＣＳ）を用い、室温、遮光環境下（シールドボックス内）で測定した。
また、盛装したトランジスタについて、ドレイン電圧（Ｖｄ）を５Ｖ及びゲート電圧（Ｖｇ）を−１５〜２５Ｖとして伝達特性を評価した。結果を表２に示す。
尚、電界効果移動度（μ）は、線形移動度から算出し、Ｖｇ−μの最大値で定義した。
【０１１６】
作製した薄膜トランジスタに対して、ＤＣバイアスストレス試験を行った。表２に、Ｖｇ＝１５Ｖ、Ｖｄ＝１５ＶのＤＣストレス（ストレス温度８０℃下）を１００００秒印加した前後における、本発明の一形態に係る典型的なＴＦＴトランスファ特性の変化を示す。
実施例４−６の薄膜トランジスタは、閾値電圧の変動が非常に小さく、ＤＣストレスに対して影響を受けにくいことが分かった。
また、実施例４〜６について、薄膜トランジスタのチャネル層に対して、断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡；Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて電子線回折パターンによる結晶性評価を行った。装置は、日立製電界放出型透過電子顕微鏡  ＨＦ−２１００を利用した。
【０１１７】
実施例４，６の素子のチャネル層について断面ＴＥＭ解析を行った結果、観察された回折パターンからフロントチャネル側は非晶質であったが、バックチャネル側は一部に回折パターンが観測され、結晶化している領域を有することが分かった。実施例５の素子については、フロントチャネル側、バックチャネル側ともに回折パターンは観測されず、非晶質であることを確認した。
【０１１８】
比較例３及び４
比較例１及び２で作製した４インチターゲットを用いて表２に示すスパッタ条件、加熱（アニーリング）処理条件及び保護膜形成前処理に従い、実施例４−６と同様にして、酸化物半導体薄膜、薄膜評価用素子及び薄膜トランジスタを作製し、評価した。結果を表３に示す。
表３に示すように、比較例３及び４の素子は電界効果移動度が５ｃｍ２／Ｖｓ未満であり、実施例４−６の素子と比べて大幅に低いことが分かる。
また、比較例３及び４の薄膜トランジスタは、ＤＣバイアスストレス試験の結果、閾値電圧が１Ｖ以上変動して著しい特性の劣化が生じていることが分かった。
【０１１９】
【表２】
2014214359.tif 000003
【０１２０】
実施例７−１０
表３に示す成膜条件及びアニール条件に従い、実施例４−６と同様にして酸化物半導体薄膜及び薄膜トランジスタを製造し、評価した。結果を表３に示す。実施例７−１０では、ＤＣスパッタリングの代わりにＡＣスパッタリングによる成膜を実施し、ソース・ドレインパターニングをドライエッチングで行った。
【０１２１】
上記ＡＣスパッタリングは、特開２００５−２９０５５０号公報に開示された図１に示す成膜装置を用いた。
例えば実施例７では、実施例１で作製した幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの６枚のターゲット３１ａ〜３１ｆを用い、各ターゲット３１ａ〜３１ｆを基板の幅方向に平行に、距離が２ｍｍになるように配置した。磁界形成手段４０ａ〜４０ｆの幅はターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ２００ｍｍであった。
ガス供給系からスパッタガスであるＡｒ及びＯ２をそれぞれ系内に導入した。スパッタリング条件は、成膜雰囲気を０．５Ｐａ、交流電源のパワーを３Ｗ／ｃｍ２（＝１０．２ｋＷ／３４００ｃｍ２）とし、周波数は１０ｋＨｚとした。
【０１２２】
比較例５
比較例１で作製したターゲットの代わりに、比較例１で作製した幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの６枚のターゲットを用い、表３に示す成膜条件及びアニール条件に従い、実施例７−１０と同様にして酸化物半導体薄膜、薄膜評価用素子及び薄膜トランジスタを作製し、評価した。結果を表４に示す。
表３に示すように、比較例５の素子は電界効果移動度が５ｃｍ２／Ｖｓ未満であり、実施例７−１０と比べて大幅に電界効果移動度が低いことが分かる。
【０１２３】
【表３】
2014214359.tif 000004
【符号の説明】
【０１２４】
３１ａ〜３１ｆ：ターゲット
４０ａ〜４０ｆ：磁界形成手段
１７ａ〜１７ｃ：交流電源
【図１】
2014214359.tif 000005
【図２】
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【図３】
2014214359.tif 000007
【図４】
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