(57)【要約】【課題】バッキングプレート上に、ボンディング材を介して、複数の酸化物ターゲット部材が間隔をあけて配置されたターゲット組立体において、上記ターゲット組立体を用いてスパッタリングする際、ターゲット部材間の隙間からバッキングプレートの構成成分が混入して、形成される酸化物薄膜中に上記成分のコンタミが生じたとしても、ＴＦＴ特性の劣化（特にオン電流の低下およびＳＳ値の上昇）を防止することが可能なターゲット組立体を提供する。【解決手段】本発明のターゲット組立体は、酸化物ターゲット部材とバッキングプレートとの間に、前記間隔を跨いで設けられた、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種または二種以上からなる裏打ち部材を有するものである。【選択図】図２
2014019930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキングプレート上に、ボンディング材を介して、複数の酸化物ターゲット部材が間隔をあけて配置されたターゲット組立体において、
前記酸化物ターゲット部材と前記バッキングプレートとの間に、前記間隔を跨いで設けられた、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、およびＴａよりなる群から選択される一種または二種以上からなる裏打ち部材を有することを特徴とするターゲット組立体。
【請求項２】
前記酸化物ターゲット部材は、ＩｎおよびＺｎを少なくとも含むものである請求項１に記載のターゲット組立体。
【請求項３】
前記酸化物ターゲット部材は、Ｇａおよび／またはＳｎを更に含むものである請求項２に記載のターゲット組立体。
【請求項４】
前記バッキングプレートが純ＣｕまたはＣｕ合金からなる請求項１〜３のいずれかに記載のターゲット組立体。
【請求項５】
前記裏打ち部材が、Ｎｉ、Ｈｆ、およびＴａよりなる群から選択される一種または二種以上からなる請求項１〜４のいずれかに記載のターゲット組立体。
【請求項６】
前記ボンディング材が、Ｉｎ基材料からなる請求項１〜５のいずれかに記載のターゲット組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層（活性層）として有用な酸化物薄膜をスパッタリング法で成膜するときに用いられるターゲット組立体に関し、詳細には、一枚のバッキングプレート上に、ボンディング材を介して、複数の酸化物ターゲット部材が間隔をあけて配置されたターゲット組立体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＴＦＴの半導体層に用いられるアモルファス（非晶質）酸化物薄膜（以下、酸化物半導体薄膜と呼ぶ場合がある。）は、汎用のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に比べて高いキャリア移動度を有し、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できるため、大型・高解像度・高速駆動が要求される次世代ディスプレイや、耐熱性の低い樹脂基板などへの適用が期待されている。
【０００３】
酸化物半導体膜としては、代表的には、インジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を含むものや、更には、ガリウム（Ｇａ）およびスズ（Ｓｎ）の少なくとも一種以上を含むものが挙げられる。例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯからなるアモルファス酸化物半導体（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ、以下「ＩＧＺＯ」と呼ぶ場合がある。）薄膜は、非常に高いキャリア移動度を有するため、好ましく用いられている。また、特許文献１には、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａなどの元素と、Ｍｏとを含む酸化物半導体薄膜が開示され、実施例には、ＩＧＺＯにＭｏを添加したものが開示されている。
【０００４】
酸化物半導体薄膜の形成に当たっては、当該膜と同じ組成のスパッタリングターゲットをスパッタリングするスパッタリング法が好適に用いられている。スパッタリング法では、真空中にＡｒガス等の不活性ガスを導入しながら、基板とターゲット部材との間に高電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲット部材に衝突させ、その衝突により弾き飛ばされたターゲット部材の構成物質を基板に堆積させて薄膜を形成する。スパッタリング法で形成された薄膜は、イオンプレーティング法や真空蒸着法、電子ビーム蒸着法で形成された薄膜に比べ、膜面方向（膜面内）における成分組成や膜厚などの面内均一性に優れており、スパッタリングターゲットと同じ成分組成の薄膜を形成できるという長所を有している。
【０００５】
スパッタリング法に用いられるスパッタリングターゲットは、一般的に、金属製部材のバッキングプレート（支持体）の上に、ボンディング材を用いて接合した状態で使用されており、このようなスパッタリングターゲットはターゲット接合体とも呼ばれる。バッキングプレートには、耐熱性、導電性、熱伝導性に優れるＣｕが汎用されており、純銅または銅合金の形で使用される。ボンディング材としては、熱伝導性と導電性が良好な低融点ハンダ材料（例えば、Ｉｎ系、Ｓｎ系の材料）が汎用されている。
【０００６】
近年、スパッタリング法による大型基板への成膜の需要が増加しており、それに伴ってスパッタリングターゲットの大きさも大型化しつつある。スパッタリングターゲットによっては大型化が難しいものもあるため、後記する図１、図２に示すように、一枚のバッキングプレートの上に、複数の小片のターゲット部材を間隔をあけて並べ、ターゲット部材とバッキングプレートとを、ボンディング材で接合したターゲット組立体が用いられている。隣接するターゲット部材の間は、バッキングプレートのたわみにより隣接するターゲット同士が接触して欠陥が生じないように、室温時におおむね、０．１〜１．０ｍｍの間隔（隙間）ができるように調整して配置される。また、上記の隙間からボンディング材が漏出しないように、通常、上記間隔の裏側（ボンディング側、バッキングプレートに対向する側）に高分子耐熱シートや導電性シートなどの裏打ち部材（当板とも呼ばれる）が設けられることもある。
【０００７】
例えば特許文献２では、ターゲット材とバッキングプレートの熱膨脹率差に起因した、スパッタリングターゲット全体の反りを抑制し、更にはスパッタリング中の熱応力に起因するターゲット材とバッキングプレートとの剥離や破壊を防止して長期間の使用を可能にするため、ターゲット材とバッキングプレートとの間に、裏打ち部材に相当するものとして、テープ状スペーサーを配置している。テープ状スペーサーの材質として、バッキングプレートと同様、銅または銅合金が推奨されている。このようなテープ状スペーサーを、分割ターゲットの継ぎ合わせた部分および端部分に沿って、その全部または一部の直下に配置すると、スパッタリング中の放電が均一になるほか、継ぎ合わせ部分から低融点ハンダがスパッタ両側にしみ上がるのを効果的に防止できる旨、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１６４３９３号公報
【特許文献２】特開平１１−２０００２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＴＦＴの半導体層として用いる酸化物には、キャリア濃度（移動度）が高いだけでなく、ＴＦＴのスイッチング特性（トランジスタ特性、ＴＦＴ特性）に優れていることが要求される。具体的には、例えば、オン電流（ゲート電極とドレイン電極に正電圧をかけたときの最大ドレイン電流）が高く、オフ電流（ゲート電極に負電圧を、ドレイン電圧に正電圧を夫々かけたときのドレイン電流）が低く、ＳＳ値（Ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｓｗｉｎｇ、サブスレッショルド  スィング、ドレイン電流を１桁あげるのに必要なゲート電圧）が低いことなどが挙げられる。
【００１０】
一方、ターゲット組立体の製造に当たっては、前述したように、隣接する複数の酸化物ターゲット部材の間に隙間を設けるため、スパッタリング中に、この隙間からイオン化した不活性ガスが侵入するようになる。その結果、ターゲット部材の下に配置されたＣｕ製のバッキングプレートもスパッタリングされ、形成される酸化物薄膜中にＣｕが混入し、ＴＦＴ特性が低下する。ＴＦＴ特性の低下は、ディスプレイを作製した際の画像ムラの主な要因となり、品質の著しい劣化を招く。よって、前述した特許文献２のように、バッキングプレートのみならず、裏打ち部材にもＣｕ製のものを使用すると、Ｃｕのコンタミ現象が一層顕著になるため、好ましくない。
【００１１】
また、前述した特許文献１に記載のＭｏを含むＩＧＺＯ半導体について、本発明者らが、Ｃｕ製バッキングプレートとＣｕ製裏打ち部材を有するターゲット組立体を用いてＭｏ含有ＩＧＺＯ薄膜を成膜してＴＦＴ特性を調べたところ、ＩＧＺＯに比べ、特にオン電流の低下およびＳＳ値の著しい上昇が見られることが判明した。この結果は、Ｍｏは、上述した薄膜中へのＣｕのコンタミ現象によるＴＦＴ特性の低下を有効に抑えられないことを意味している。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スパッタリングにより形成された酸化物半導体薄膜のＴＦＴ特性の劣化（特にオン電流の低下およびＳＳ値の上昇）を防止することが可能なターゲット組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決することができた本発明のターゲット組立体は、バッキングプレート上に、ボンディング材を介して、隣接する複数の酸化物ターゲット部材が間隔をあけて配置されたターゲット組立体において、前記酸化物ターゲット部材と前記バッキングプレートとの間に、前記間隔を跨いで設けられた、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種または二種以上からなる裏打ち部材を有するところに要旨を有するものである。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態において、上記酸化物ターゲット部材は、ＩｎおよびＺｎを少なくとも含むものである。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、上記酸化物ターゲット部材は、Ｇａおよび／またはＳｎを更に含むものである。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態において、上記バッキングプレートは純ＣｕまたはＣｕ合金からなるものである。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態において、上記裏打ち部材は、Ｎｉ、Ｈｆ、およびＴａよりなる群から選択される一種または二種以上からなるものである。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態において、上記ボンディング材はＩｎ基材料からなるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のターゲット組立体では、酸化物ターゲット部材とバッキングプレートとの間に、間隔を跨いで配置される裏打ち部材を設けることにより、バッキングプレートの成分が薄膜中に混入（コンタミ）するのを防止することができる。さらに、裏打ち部材として、酸化物半導体薄膜のＴＦＴ特性を劣化させない所定金属元素（Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、およびＴａ）の少なくとも一種または二種以上からなる材料を用いているため、酸化物半導体薄膜中に上記所定金属元素がコンタミしたとしても、コンタミによるＴＦＴ特性の劣化を防止することができ、良好なＴＦＴ特性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明のターゲット組立体の平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線拡大縦断面図である。
【図３】図３は、実施例１に記載の酸化物（ＩＧＺＯ＋各種添加元素）半導体を用いて作製したＴＦＴのＩｄ−Ｖｇ特性を示す図である。
【図４】図４は、実施例２において、ＩＧＺＯターゲット部材間の隙間部の裏側（ボンディング側）にＣｕまたはＮｉの裏打ち部材を配置したターゲット組立体を用いて作製したＴＦＴのＩｄ−Ｖｇ特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明者らは、スパッタリングによって形成された酸化物半導体薄膜のＴＦＴ特性の低下（特にオン電流の低下、ＳＳ値の上昇）を有効に防止するため、ターゲット部材間の間隔（後記する図１および図２のＴを参照）の裏側に用いられる裏打ち部材について検討を重ねてきた。その結果、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種または二種以上の元素（以下、Ｘ群元素で代表させる場合がある。）からなる裏打ち部材の使用が有効であることを見出し、本発明を完成した。
【００２２】
まず、本発明に到達した経緯について説明する。本発明の基礎となったターゲット組立体は、Ｃｕ製のバッキングプレートを用いると共に、酸化物ターゲット部材として、少なくともＩｎおよびＺｎを含み、更にはＧａおよびＳｎの少なくとも一種以上を含む酸化物を使用するものである。好ましくは、ボンディング材としてＩｎまたはＳｎの低融点ハンダ材料を用いるものである。また、本発明で対象とする裏打ち部材の提供に当たっては、本発明で対象とする上記酸化物に添加したとき、ＴＦＴ特性を劣化させない元素に着目して検討を行なった。このような元素であれば、スパッタリングの際、ターゲット部材の隙間から上記元素が侵入したとしても、隙間に対応する基板位置には、上記酸化物に上記元素を含む薄膜（ＴＦＴ特性向上に有用な薄膜）が形成されることになり、成膜後の酸化物半導体薄膜のＴＦＴ特性は劣化しないと考えたからである。その結果、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種または二種以上の元素（以下、Ｘ群元素で代表させる場合がある。）を、純金属または合金元素の形態で裏打ち部材として使用すれば良いことを突き止めた。
【００２３】
以下、本発明のターゲット組立体について、図１および図２を参照しながら、詳細に説明する。図１は、本発明のターゲット組立体の平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線拡大縦断面図である。但し、図１および図２のターゲット組立体は、本発明の好ましい実施形態の一例であって、本発明のターゲット組立体は、これに限定する趣旨では決してない。例えば以下の図では、長方形状のスパッタリングターゲットを示しているが、これに限定されず、例えば円盤状のものを用いても良い。
【００２４】
図１および図２に示すターゲット組立体１は、４枚の酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄを前後左右に二枚ずつ並べて構成されるスパッタリングターゲット２と、これを固定（支持）するバッキングプレート３と、複数の酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄとバッキングプレート３とを接合する低融点ハンダボンディング材１１ａ〜１１ｃとで構成されている。隣接する複数の酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄの間隔Ｔの裏側（低融点ハンダボンディング材１１ａ側）には、間隔Ｔを塞ぐように、裏打ち部材５が設けられている。酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄとバッキングプレート３との間には、均一な間隔を形成することができるようにスペーサー１２（Ｃｕワイヤ）を配置している。
【００２５】
なお、図１および図２には示していないが、バッキングプレート３の背面側（酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄが配置される側と反対側）には冷却機構が設けられており、バッキングプレート３を介して酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄを間接的に冷却できるように構成されている。
【００２６】
酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄは、本発明で対象とする酸化物（ＩｎおよびＺｎを少なくとも含み、更にＧａおよび／またはＳｎを含む酸化物；以下、［Ｉｎ−Ｚｎ（Ｇａ／Ｓｎ）酸化物］で表現する場合がある。）で構成されている。具体的には、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＺＴＯ）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＧＺＳＯ）が挙げられる。各元素の比率は、基板（図１、図２には示さず）に成膜される酸化物薄膜の組成に応じて適切に決定される。
【００２７】
図１および図２において、酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄは、長方形の板材で構成されているが、これに限定されず、通常用いられる形状（例えば円盤状）であっても良い。また、酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄの厚さやサイズも特に限定されず、ターゲット組立体の分野において通常用いられるものを選択することができる。
【００２８】
酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄの間には、間隔Ｔが設けられている。間隔Ｔの幅は、使用する酸化物ターゲット部材や、低融点ハンダボンディング材１１ａ〜１１ｃのサイズ、更にはバッキングプレート３のサイズなどに応じて適切に設定されることが好ましいが、おおむね、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍとすることが好ましい。以下では、上記間隔Ｔを「隙間部」と呼ぶ場合がある。
【００２９】
バッキングプレート３は、耐熱性、導電性、熱伝導性に優れた純ＣｕまたはＣｕ合金で構成されている。Ｃｕ製のバッキングプレートはスパッタリングターゲットの分野に通常用いられるものであれば、すべて使用することができる。Ｃｕ合金としては、例えば、Ｃｕ−Ｃｒ合金などが挙げられる。バッキングプレート３は、酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄを載置できるように、所定の平面積と所定の厚さを有している。
【００３０】
低融点ハンダボンディング材１１ａ〜１１ｃとしては、代表的にはＩｎ基材料またはＳｎ基材料が挙げられる。その種類は特に限定されず、スパッタリングターゲットの分野に通常用いられるものであれば、すべて使用することができる。Ｉｎ基材料としては、例えば、Ｉｎ−Ａｇ合金などが挙げられる。Ｓｎ基材料としては、例えばＳｎ−Ｚｎ合金などが挙げられる。好ましくはＩｎ基材料である。図２において、１１ａ〜１１ｃは、同一または異なる低融点ハンダボンディング材を使用することができるが、作業効率などを考慮すると、同じ材料を用いることが好ましい。
【００３１】
スペーサー１２は、酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄとバッキングプレート３との間に、均一な間隔を形成し、ボンディング材が流入できるように配置されるものである。スペーサーは、導電性や熱伝導性に優れたものであれば特に限定されず、スパッタリングターゲットの分野に通常用いられるものであれば、すべて使用することができる。スペーサー１２としては、例えばＣｕワイヤなどが挙げられる。なお、図１および図２では、リング状に形成されたスペーサーを示しているが、この形状に限定されない。
【００３２】
本発明では、スペーサー１２として、裏打ち部材として用いられるＸ群元素の純金属または合金元素を使用することもできる。すなわち、本発明に用いられる裏打ち部材は、スペーサーとしても有用であり、例えば低融点ハンダボンディング材１１で固定して使用すると、スパッタリング中の熱応力に起因するターゲット材とバッキングプレートとの剥離や破壊を防止できるため、長期間の使用が可能となる。
【００３３】
本発明を特徴付ける裏打ち部材５は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｓｉ、またはＨｆ（Ｘ群元素）の純金属、または上記Ｘ群元素の二種以上からなる合金成分で構成されている。上記Ｘ群元素は、導電性及び熱伝導性に優れているだけでなく、本発明で対象とする酸化物［Ｉｎ−Ｚｎ（Ｇａ／Ｓｎ）酸化物］に添加したとき、ＴＦＴの移動度、オン電流、ＳＳ値の特性を劣化させず、同等若しくはそれ以上の特性を発揮するものである（後記する実施例１の表２を参照）。また、Ｓｉを除く上記Ｘ群元素（Ｎｉ、Ｔａ、Ｈｆ）は、低融点ハンダボンディング材１２の代表的な構成成分であるＩｎまたはＳｎよりも比重が大きい（後記する実施例１の表１を参照）ため、ターゲット組立体製造時の作業効率を考慮すると、好ましく用いられる。上記Ｘ群元素のうちオン電流などの観点から好ましいのはＮｉ、Ｓｉであり、より好ましくはＮｉである。
【００３４】
図２において、裏打ち部材は、単一の材料（例えば純Ｎｉ）で構成されていても良いし、積層体（例えば、純ＮｉとＮｉ合金）として構成されていても良い。
【００３５】
詳細には図２に示すように、裏打ち部材５とバッキングプレート３とは低融点ハンダボンディング材１１ｂで接合されると共に、裏打ち部材５と酸化物ターゲット部材４ａ、４ｂとは、低融点ハンダボンディング材１１ａで接合される。間隔Ｔの直下部分Ｑでは、低融点ハンダボンディング材１１は掻き出されて存在しないため、ここでは、裏打ち部材５は、低融点ハンダボンディング材１１ａを介さず、酸化物ターゲット部材４ａ、４ｂと直接接合している。
【００３６】
但し、本発明では、間隔Ｔの裏側に裏打ち部材が少なくとも配置されていれば良く、裏打ち部材の存在形態は、図２の態様に限定されない。また、図２に示すように、間隔Ｔの直下部分Ｑに低融点ハンダボンディング材１１ａは存在しない方が好ましいが、これは、Ｑ部分に低融点ハンダボンディング材があると、スパッタリング中に熱が加わり、ボンディング材が溶け出して異常放電が生じ、パーティクルやスプラッシュが発生するためである。特に、隙間をつたって、ボンディング材が這い上がってくると、このような現象が顕著になるため、当該現象を回避するうえで、直下部分Ｑにはボンディング材は出来るだけ存在しない方が良い。
【００３７】
裏打ち部材５のサイズ（幅、厚さ）は、使用する酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄ、および低融点ハンダボンディング材１１ａ〜１１ｃのサイズ、更にはバッキングプレート３のサイズなどに応じて適切に設定されることが好ましいが、厚さは、おおむね、０．２〜１．０ｍｍであることが好ましい。裏打ち部材５の厚さが０．２ｍｍより薄いと、ターゲット材とバッキングプレートとの熱収縮率差に起因した、スパッタリングターゲット全体の反りの抑制効果が十分発揮されない。一方、裏打ち部材５の厚さが１．０ｍｍを超えると、低融点ハンダボンディング材１１ａ〜１１ｃが固化する前に隙間部から流出してしまう恐れがある。より好ましい裏打ち部材５の厚さは、おおむね０．２５〜０．５０ｍｍである。
【００３８】
裏打ち部材５の幅は、おおむね、５〜３０ｍｍであることが好ましい。裏打ち部材５の幅が５ｍｍより小さいと、酸化物ターゲット部材４ａ〜４ｄ間の間隔に沿ってその直下に裏打ち部材を配置する際、位置合わせが難しくなる。一方、裏打ち部材５の幅が３０ｍｍを超えると、スパッタリングターゲット全体の反り抑制効果が十分得られ難くなる恐れがある。より好ましい裏打ち部材５の幅は、おおむね、１０〜２５ｍｍである。
【００３９】
以上、本発明のターゲット組立体について詳述した。
【００４０】
上述した本発明に係るターゲット組立体の製造方法は特に限定されず、例えば、前述した特許文献２に記載の方法などを参照することができる。好ましい製造方法の実施形態の一例を以下に示す。まず、バッキングプレートの上に低融点金属材料などのボンディング材を充填し、低融点金属材料の融点以上に加熱して溶融状態とする。次いで、裏打ち部材を所定の箇所に並べて配置する。必要に応じて、スペーサーを配置する。その結果、低融点金属材料に比べて比重の大きい裏打ち部材は、低融点金属材料のなかに沈降する。裏打ち部材の比重が低融点金属材料に比べて小さい場合は、押さえ込むようにして沈降させる。次いで、複数の酸化物ターゲット部材を、間隔をあけて並べて配置した後、冷却する。冷却により、低融点金属材料が再凝固し、酸化物ターゲット部材とバッキングプレートとが、低融点金属層を介して接合されたターゲット組立体が得られる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４２】
実施例１
本実施例では、本発明で裏打ち部材の構成成分として選択したＸ群元素（Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ）を含む酸化物半導体薄膜を備えたＴＦＴが、移動度および良好なＴＦＴ特性を有することを調べた。
【００４３】
本実施例では、以下のようにしてＴＦＴを製造した。まず、ガラス基板（コーニング社製イーグル２０００、直径１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）上に、ゲート電極としてＴｉ薄膜を１００ｎｍ、およびゲート絶縁膜ＳｉＯ2（２００ｎｍ）を順次成膜した。ゲート電極は純Ｔｉのスパッタリングターゲットを使用し、ＤＣスパッタ法により、成膜温度：室温、成膜パワー：３００Ｗ、キャリアガス：Ａｒ、ガス圧：２ｍＴｏｒｒにて成膜した。また、ゲート絶縁膜はプラズマＣＶＤ法を用い、キャリアガス：ＳｉＨ4とＮ2Ｏの混合ガス、成膜パワー：１００Ｗ、成膜温度：３００℃にて成膜した。
【００４４】
次に、表１に記載の種々の組成の酸化物薄膜を、スパッタリングターゲット（後記する。）を用いて成膜した。スパッタリングは、（株）アルバック製「ＣＳ−２００」装置を使用し、ＤＣスパッタ法により、成膜温度：室温、成膜パワー：２００Ｗ、ガス圧：１ｍＴｏｒｒ、酸素分圧：１００×Ｏ2／（Ａｒ＋Ｏ2）＝１０％、使用ターゲットサイズ：１０１．６ｍｍの条件で、膜厚：５０ｎｍのＩＧＺＯ薄膜を成膜した［Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４(原子比)］。
【００４５】
酸化物薄膜としては、ＩＧＺＯ中にＸ元素を含むＩＧＺＯ−Ｘのほか、比較のため、ＩＧＺＯ、およびＩＧＺＯ中にＸ群元素以外の元素（Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ）を含むものも成膜した。
【００４６】
これらのうち、ＩＧＺＯの成膜にあたっては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎの比（原子比）が１：１：１であるスパッタリングターゲットを用い、ＩＧＺＯ中に他の元素を含む酸化物半導体薄膜の成膜にあたっては、組成の異なる２つのスパッタリングターゲットを同時放電するＣｏ−Ｓｐｕｔｔｅｒ法を用いて成膜した。詳細にはスパッタリングターゲットとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１であるスパッタリングターゲットと、上記スパッタリングターゲット上に、Ｘ群元素、Ｃｕ、Ｃｒ、またはＭｏの純金属チップを装着したターゲットの２つを用いた。
【００４７】
このようにして得られた酸化物薄膜中の金属元素の各含有量は、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法によって分析した。詳細には、最表面から５ｎｍ程度深さまでの範囲をＡｒイオンにてスパッタリングした後、下記条件にて分析を行なった。
Ｘ線源：Ａｌ  Ｋα
Ｘ線出力：３５０Ｗ
光電子取り出し角：２０°
【００４８】
上記のようにして酸化物半導体薄膜を成膜した後、フォトリソグラフィーおよびウエットエッチングによりパターニングを行った。ウエットエッチャント液としては、関東化学製「ＩＴＯ−０７Ｎ」を使用した。
【００４９】
酸化物半導体薄膜をパターニングした後、膜質を向上させるためにプレアニール処理を行った。プレアニールは、１００％酸素雰囲気、大気圧下にて、３５０℃で１時間行った。
【００５０】
次に、純Ｔｉを使用し、リフトオフ法によりソース・ドレイン電極を形成した。具体的にはフォトレジストを用いてパターニングを行った後、Ｔｉ薄膜をＤＣスパッタリング法により成膜（膜厚は１００ｎｍ）した。ソース・ドレイン電極用Ｔｉ薄膜の成膜方法は、前述したゲート電極の場合と同じである。ついで、アセトン中で超音波洗浄器にかけて不要なフォトレジストを除去し、ＴＦＴのチャネル長を１０μｍ、チャネル幅を２００μｍとした。
【００５１】
このようにしてソース・ドレイン電極を形成した後、酸化物半導体を保護するための保護膜を形成した。保護膜としては、ＳｉＯ2（膜厚２００ｎｍ）とＳｉＮ（膜厚２００ｎｍ）の積層膜を用いた。上記ＳｉＯ2およびＳｉＮの形成は、サムコ製「ＰＤ−２２０ＮＬ」を用い、プラズマＣＶＤ法を用いて行った。本実施例ではＮ2Ｏガスによってプラズマ処理を行った後、ＳｉＯ2、およびＳｉＮ膜を順次形成した。ＳｉＯ2膜の形成にはＮ2ＯおよびＳｉＨ4の混合ガスを用い、ＳｉＮ膜の形成にはＳｉＨ4、Ｎ2、ＮＨ3の混合ガスを用いた。いずれも成膜パワーを１００Ｗ、成膜温度を１５０℃とした。
【００５２】
次にフォトリソグラフィー、およびドライエッチングにより、保護膜にトランジスタ特性評価用プロービングのためのコンタクトホールを形成した。次に、ＤＣスパッタリング法を用い、キャリアガス：アルゴン及び酸素ガスの混合ガス、成膜パワー：２００Ｗ、ガス圧：５ｍＴｏｒｒにてＩＴＯ膜（膜厚８０ｎｍ）を成膜し、ＴＦＴを作製した。
【００５３】
このようにして得られた各ＴＦＴについて、以下のようにして、トランジスタ特性（ドレイン電流−ゲート電圧特性、Ｉｄ−Ｖｇ特性）、オン電流、ＳＳ値、および移動度（電界効果移動度μFE）を求めた。
【００５４】
（１）トランジスタ特性の測定
トランジスタ特性（Ｉｄ−Ｖｇ特性）は、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製「４１５６Ｃ」の半導体パラメータアナライザーを使用した。詳細な測定条件は以下のとおりである。
ソース電圧：０Ｖ
ドレイン電圧：１０Ｖ
ゲート電圧：−３０Ｖ〜３０Ｖ（測定間隔：１Ｖ）
【００５５】
（２）オン電流およびＳＳ値
オン電流とは、ゲート電圧が３０Ｖのドレイン電流で、トランジスタがオン状態のときの電流値であり、ドレイン電流を一桁増加させるのに必要なゲート電圧の最小値をＳＳ値とした。
【００５６】
（３）移動度μFE
電界効果移動度μFEは、ＴＦＴ特性からＶg＞Ｖd−Ｖthである線形領域にて導出した。線形領域ではＶg、Ｖdをそれぞれゲート電圧、ドレイン電圧、Ｖthをドレイン電流が１ｎＡを超えたときの電圧、Ｉdをドレイン電流、Ｌ、ＷをそれぞれＴＦＴ素子のチャネル長、チャネル幅、Ｃiをゲート絶縁膜の静電容量、μFEを電界効果移動度とした。μFEは以下の式から導出される。本実施例では、線形領域を満たすゲート電圧付近におけるドレイン電流−ゲート電圧特性（Ｉd−Ｖg特性）の傾きから電界効果移動度μを導出した。
【００５７】
【数１】
2014019930.tif 000003
【００５８】
本実施例では、このようにして得られた各移動度を、ＩＧＺＯの移動度を１００％としたときの百分率（ＩＧＺＯに対する比率）に換算し、下記基準に基づいて評価した。
◎：ＩＧＺＯに対する比率が９０％以上
○：ＩＧＺＯに対する比率が７０％以上、９０％未満
△：ＩＧＺＯに対する比率が５０％以上、７０％未満
×：ＩＧＺＯに対する比率が５０％未満
【００５９】
これらの結果を表１、表２、および図３に示す。
【００６０】
【表１】
2014019930.tif 000004
【００６１】
【表２】
2014019930.tif 000005
【００６２】
まず、表１を参照する。表１には、ＩＧＺＯに各元素を添加したときの、移動度の結果を示す。なお、表１には、Ｘ群元素（Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ）、従来例（Ｍｏ）、比較例（Ｃｕ、Ｃｒ）のほか、参考のため、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉの結果を示している。各元素の添加量［ＩＧＺＯに対する添加量（原子％）］は、２原子％である。
【００６３】
更に表１には、各元素の比重の値も併記している。この値は、ＪＩＳハンドブックから引用したものである。
【００６４】
表１より、本発明に用いられる裏打ち部材の材料として選択したＸ群元素（Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ）をＩＧＺＯに添加すると、いずれも、良好な移動度を有することが分かる。また、Ｓｉを除き、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｔａは、代表的な低融点ハンダボンディング材料であるＩｎおよびＳｎに比べて比重が大きいため、ターゲット組立体の作業性の点においても非常に有用である。
【００６５】
これに対し、ＣｕやＣｒをＩＧＺＯに添加した場合には、良好な移動度が得られなかった。また、ＡｌやＧｅは、本実施例の酸化物組成においては、上記Ｘ群元素を添加したほどの高い移動度は得られなかった。また、これらの元素は、ＩｎおよびＳｎに比べて比重が小さいため、ターゲット組立体の作業性に劣る。
【００６６】
次に表２を参照する。表２には、ＩＧＺＯに対し、Ｘ群元素（Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ）の添加量を種々変化させた酸化物半導体薄膜を用いたときの、オン電流とＳＳ値の結果を示している。表２において、Ｘ群元素の添加量は、ＩＧＺＯに対する添加量（原子％）］である。
【００６７】
表２より、ＩＧＺＯにＸ群元素を添加すると、Ｘ群元素を添加しない従来のＩＧＺＯを用いたときと同程度またはそれ以上のオン電流およびＳＳ値が得られ、良好なＴＦＴ特性が得られることが確認された。
【００６８】
これに対し、ＩＧＺＯにＣｕまたはＣｒを添加すると、オン電流が低下した。なお、ＳＳ値は、トランジスタの静特性が得られておらず、スイッチングしなかったため測定しなかった(表２には「−」と記載）。
【００６９】
また、ＩＧＺＯにＭｏを添加すると、従来のＩＧＺＯに比べて、オン電流、ＳＳ値のいずれも劣化した。
【００７０】
次に図３を参照する。図３は、表２に示す実験例のうち、Ｘ群元素（添加量２原子％）、またはＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ（いずれも添加量０．５原子％）を含むときのＩｄ−Ｖｇ特性の結果を示している。図３には、２回の測定結果を示している。
【００７１】
図３より、ＩＧＺＯにＸ群元素を添加したものは、いずれも、良好なスイッチング特性を示すのに対し、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏを添加すると、いずれもトランジスタがスイッチングしなかった。
【００７２】
これらの実験結果より、上記Ｘ群元素は、ＩＧＺＯの移動度およびＴＦＴ特性を向上させる元素として極めて有用であり、Ｓｉを除く上記Ｘ群元素は、ターゲット組立体の作業効率を高めるうえでも、非常に有用であることが確認された。これらの実験結果は、ターゲット組立体を用いて酸化物薄膜をスパッタリング法で製造する際、ターゲット隙間から上記Ｘ群元素が侵入したとしても、隙間に対応する基板位置には、上記酸化物に上記Ｘ群元素を含む薄膜（ＴＦＴ特性向上に有用な酸化物薄膜）が形成されるため、成膜後の酸化物半導体薄膜のＴＦＴ特性は劣化しないことを示すものであり、Ｘ群元素の一種または二種以上で構成される裏打ち部材の有用性を、間接的に実証するものである。
【００７３】
なお、本実施例では、酸化物としてＩＧＺＯを用いたときの結果を示しているが、本発明で対象とするすべての酸化物についても、同様の結果が得られると考えられる。
【００７４】
実施例２
本実施例では、裏打ち部材としての有用性を比較検討するため、純Ｎｉ（本発明例）または純Ｃｕ（比較例）を用いてターゲット組立体を製造し、ＴＦＴ特性を評価した。
【００７５】
まず、ターゲット組立体は、前述した好ましい実施形態の製造方法により製造した。本実施例では、バッキングプレートとして純Ｃｕのバッキングプレート（φ１３２ｍｍ、厚さ８．５ｍｍ）、ボンディング材としてＩｎ基合金、スペーサーとしてＣｕワイヤを用いた。酸化物ターゲット部材間の間隔Ｔの幅は０．３ｍｍとした。
【００７６】
次に、上記ターゲット組立体を用いたこと以外は実施例１と同様にしてＴＦＴを作製し、オン電流およびＳＳ値を評価した。なお、スパッタリング後の厚さ（残存厚さ）は、６ｍｍまたは１ｍｍとなるように行なった。
【００７７】
また、参考のため、隙間なしのターゲット組立体を用いて、上記と同様にして各特性を評価した。実操業下では、前述したようにターゲット部材の間に隙間を設けたターゲット組立体を製造するが、本実施例では、隙間部の影響を排除した参考例を得るため、便宜上、隙間なしのターゲット組立体を用いた。
【００７８】
これらの結果を表３および表４に示す。
【００７９】
【表３】
2014019930.tif 000006
【００８０】
【表４】
2014019930.tif 000007
【００８１】
これらの結果より、Ｎｉ製の裏打ち部材を用いた場合、隙間なしのターゲット組立体を用いた場合と同程度の、良好なオン電流およびＳＳ値が得られた。これらの結果は、スパッタリング後の厚さにかかわらず、見られた。
【００８２】
これに対し、Ｃｕ製の裏打ち部材を用いた場合は、オン電流およびＳＳ値の各特性が低下した。特に表４に示すように、スパッタリング後の厚さが１ｍｍになると、上記特性の低下が一層顕著に見られるようになり、オン電流が著しく低下し、ＳＳ値は著しく増加した。
【符号の説明】
【００８３】
１  ターゲット組立体
２  スパッタリングターゲット
３  バッキングプレート
４ａ〜４ｄ  酸化物ターゲット部材
５  裏打ち部材
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  低融点ハンダボンディング材
１２  スペーサー
Ｔ  間隔
Ｑ  間隔Ｔの直下部分
【図１】
2014019930.tif 000008
【図２】
2014019930.tif 000009
【図３】
2014019930.tif 000010
【図４】
2014019930.tif 000011