(57)【要約】【課題】レアメタルの含有量がより少なく、かつキャリア移動度の低下が抑制された酸化物半導体膜を形成することが可能な導電性酸化物およびその製造方法を提供する。【解決手段】インジウム、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる導電性酸化物である。導電性酸化物においては、亜鉛に対するアルミニウムの原子濃度比が４以上５以下となっている。また、導電性酸化物においては、亜鉛に対するインジウムの原子濃度比が１．８以上２．２以下となっている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる導電性酸化物であって、
前記亜鉛に対する前記アルミニウムの原子濃度比が４以上５以下であり、
前記亜鉛に対する前記インジウムの原子濃度比が１．８以上２．２以下である、導電性酸化物。
【請求項２】
前記アルミニウムおよび前記亜鉛の複合酸化物からなる結晶相と、前記インジウムの酸化物からなる結晶相と、前記アルミニウムの酸化物からなる結晶相とを含む、請求項１に記載の導電性酸化物。
【請求項３】
窒素、ガリウム、マグネシウム、珪素、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、錫およびビスマスからなる群より選択される少なくとも一の原子を含む、請求項１または２に記載の導電性酸化物。
【請求項４】
スパッタリングのターゲットに用いられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性酸化物。
【請求項５】
インジウム、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる導電性酸化物の製造方法であって、
前記亜鉛に対する前記アルミニウムの原子濃度比が４以上５以下であり、前記亜鉛に対する前記インジウムの原子濃度比が１．８以上２．２以下である原料を準備する工程と、
前記原料を焼結する工程とを備える、導電性酸化物の製造方法。
【請求項６】
前記原料を準備する工程は、前記アルミニウムおよび前記亜鉛の複合酸化物からなる第１結晶体と、前記インジウムの酸化物からなる第２結晶体と、前記アルミニウムの酸化物からなる第３結晶体との混合物を得る工程を含み、
前記焼結する工程は、前記混合物を加熱することにより、前記第１結晶体と、前記第２結晶体と、前記第３結晶体との焼結体を得る工程を含む、請求項５に記載の導電性酸化物の製造方法。
【請求項７】
前記混合物を得る工程では、窒素、ガリウム、マグネシウム、珪素、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、錫およびビスマスからなる群より選択される一の原子を含む化合物が前記混合物に添加される、請求項６に記載の導電性酸化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性酸化物およびその製造方法に関するものであり、より特定的には、インジウム、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる導電性酸化物およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置、薄膜ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置または有機ＥＬ表示装置などにおいて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のチャネル層には非晶質シリコン膜が用いられてきた。しかし、近年では、インジウム（Ｉｎ）−ガリウム（Ｇａ）−亜鉛（Ｚｎ）系複合酸化物（ＩＧＺＯ）などの導電性酸化物を主成分とする酸化物半導体膜が、非晶質シリコン膜に代わりＴＦＴのチャネル層として用いられている。ＩＧＺＯは、非晶質シリコンに比べてキャリア移動度がより大きいという利点を有している。
【０００３】
たとえば特開２００８−１９９００５号公報（特許文献１）では、導電性酸化物の焼結体をターゲットに用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜を形成することが提案されている。特許文献１では、まず、スパッタリング装置内のターゲットに電圧を印加する。そして、真空槽内においてターゲット表面を希ガスイオンによりスパッタリングする。これにより、ターゲット表面から構成原子が飛び出して基板上に堆積する。このようにして、基板上にＩＧＺＯを主成分とする酸化物半導体膜が形成される。
【０００４】
また、たとえば特開２００８−１６３４４２号公報（特許文献２）では、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶相と、Ｇａ２ＺｎＯ４の結晶相とを含む導電性酸化物の焼結体をターゲットとして用いることにより、スパッタリング時に生じるターゲットの異常放電を抑制することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９９００５号公報
【特許文献２】特開２００８−１６３４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１または２において提案されている導電性酸化物は、インジウム、ガリウムまたは亜鉛などのレアメタルを含んでいる。このようなレアメタルはその供給量が不安定であるため、導電性酸化物を安定して得るためにはレアメタルの含有量をより少なくすることが必要となる。しかし、導電性酸化物中のレアメタルの含有量を少なくすると、導電性酸化物により形成される酸化物半導体膜においてキャリア移動度が低下する。これにより、酸化物半導体膜をチャネル層とするＴＦＴのサブスレッショルドスウィング値（Ｓｕｂ−Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｗｉｎｇ）値（以下、Ｓ値という）が上昇し、その結果ＴＦＴのスイッチング速度が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レアメタルの含有量がより少なく、かつキャリア移動度の低下が抑制された酸化物半導体膜を形成することが可能な導電性酸化物およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従った導電性酸化物は、インジウム、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる導電性酸化物である。上記導電性酸化物では、亜鉛に対するアルミニウムの原子濃度比が４以上５以下となっている。また、上記導電性酸化物では、亜鉛に対するインジウムの原子濃度比が１．８以上２．２以下となっている。
【０００９】
本発明者は、導電性酸化物においてレアメタルの含有量を減少させ、かつ導電性酸化物より形成される酸化物半導体膜のキャリア移動度の低下を抑制するための方策について詳細な検討を行った。その結果、インジウム、ガリウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる従来の導電性酸化物においてガリウムに代えてアルミニウムを含有させた場合でも、亜鉛に対するアルミニウムおよびインジウムの原子濃度比を特定の範囲内とすることにより、導電性酸化物より形成される酸化物半導体膜におけるキャリア移動度の低下が抑制されることを見出し、本発明に想到した。
【００１０】
本発明に従った導電性酸化物は、インジウム、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなっている。そのため、インジウム、ガリウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる従来の導電性酸化物に比べてレアメタルの含有量がより少ない導電性酸化物となっている。また、上記導電性酸化物では、亜鉛に対するアルミニウムの原子濃度比が４以上５以下であり、かつ亜鉛に対するインジウムの原子濃度比が１．８以上２．２以下となっている。そのため、従来の導電性酸化物に比べてレアメタルの含有量がより少ないのにも関わらず、上記導電性酸化物より形成される酸化物半導体膜のチャネル移動度の低下を抑制することができる。したがって、本発明に従った導電性酸化物によれば、レアメタルの含有量がより少なく、かつキャリア移動度の低下が抑制された酸化物半導体膜を形成することが可能な導電性酸化物を提供することができる。
【００１１】
上記導電性酸化物は、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物の結晶相と、インジウムの酸化物の結晶相と、アルミニウムの酸化物の結晶相とを含んでいてもよい。このような結晶相を含むことにより、上記導電性酸化物において亜鉛に対するアルミニウムおよびインジウムの原子濃度比を上記範囲内とすることが容易になる。
【００１２】
上記導電性酸化物は、窒素、ガリウム、マグネシウム、珪素、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、錫およびビスマスからなる群より選択される少なくとも一の原子を含んでいてもよい。これにより、上記導電性酸化物より形成される酸化物半導体膜の抵抗値をより低くすることができる。
【００１３】
上記導電性酸化物は、スパッタリングのターゲットに用いられてもよい。これにより、チャネル移動度の低下が抑制された酸化物半導体膜をスパッタリングにより容易に形成することができる。
【００１４】
本発明に従った導電性酸化物の製造方法は、インジウム、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる導電性酸化物の製造方法である。上記導電性酸化物の製造方法は、亜鉛に対するアルミニウムの原子濃度比が４以上５以下であり、亜鉛に対するインジウムの原子濃度比が１．８以上２．２以下である原料を準備する工程と、原料を焼結する工程とを備えている。
【００１５】
本発明に従った導電性酸化物の製造方法においては、インジウム、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなり、かつ亜鉛に対するアルミニウムおよびインジウムの原子濃度比が上記範囲内である導電性酸化物が製造される。したがって、本発明に従った導電性酸化物の製造方法によれば、レアメタルの含有量がより少なく、かつキャリア移動度の低下が抑制された酸化物半導体膜を形成することが可能な上記本発明に従った導電性酸化物を製造することができる。
【００１６】
上記導電性酸化物の製造方法において、原料を準備する工程は、アルミニウムおよび亜鉛の複合酸化物からなる第１結晶体と、インジウムの酸化物からなる第２結晶体と、アルミニウムの酸化物からなる第３結晶体との混合物を得る工程を含んでいてもよい。また、焼結する工程は、混合物を加熱することにより、第１結晶体と、第２結晶体と、第３結晶体との焼結体を得る工程を含んでいてもよい。これにより、製造される導電性酸化物において、亜鉛に対するアルミニウムおよびインジウムの原子濃度比を上記範囲内とすることが容易になる。
【００１７】
上記導電性酸化物の製造方法において、混合物を得る工程では、窒素、ガリウム、マグネシウム、珪素、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、錫およびビスマスからなる群より選択される一の原子を含む化合物が混合物に添加されてもよい。これにより、抵抗値がより低い酸化物半導体膜を形成することが可能な導電性酸化物を製造することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から明らかなように、本発明に従った導電性酸化物およびその製造方法によれば、レアメタルの含有量がより少なく、かつキャリア移動度の低下が抑制された酸化物半導体膜を形成することが可能な導電性酸化物およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】導電性酸化物の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００２１】
まず、本発明の一実施の形態に係る導電性酸化物について説明する。本実施の形態に係る導電性酸化物は、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）および亜鉛（Ｚｎ）の複合酸化物からなる導電性酸化物であって、ＡｌおよびＺｎの複合酸化物（Ａｌ２ＺｎＯ４）からなる結晶相と、Ｉｎの酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）からなる結晶相と、Ａｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）からなる結晶相とを含んでいる。
【００２２】
上記導電性酸化物では、Ｚｎに対するＡｌの原子濃度比が４以上５以下となっており、かつＺｎに対するＩｎの原子濃度比が１．８以上２．２以下となっている。なお、上記導電性酸化物におけるＩｎ、ＡｌおよびＺｎの原子濃度（単位：ａｔｏｍ％）は、たとえばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分析により測定することができる。そして、Ｚｎに対するＡｌおよびＩｎのそれぞれの原子濃度比は、ＡｌおよびＩｎの原子濃度をＺｎの原子濃度によって規格化することにより得られる。
【００２３】
上記導電性酸化物は、窒素（Ｎ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選択される少なくとも一の原子を含んでいる。なお、上記導電性酸化物における上記原子の濃度は、たとえばＩＣＰ発光分析または２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）により測定することができる。
【００２４】
上記導電性酸化物は、たとえばスパッタリングのターゲットに好ましく用いられる。ここで、ターゲットとは、スパッタリングの成膜材料をプレート状に加工したものや、プレート状に加工された成膜材料をバッキングプレート（ターゲットを貼り付けるための裏板）に貼り付けたものなどの総称である。バッキングプレートは、たとえば無酸素銅、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデンまたはチタンなどの素材を用いて作製することができる。ターゲットに用いられる上記導電性酸化物は、たとえば径が１ｃｍの円板形状（平板丸型）を有していてもよいし、大型液晶表示装置用のスパッタリングターゲットのように径が２ｍを超える角型（平板矩形）を有していてもよいし、または長さが３０ｃｍ、直径が８ｃｍの円筒形状を有していてもよい。
【００２５】
次に、本実施の形態に係る導電性酸化物の製造方法について説明する。本実施の形態に係る導電性酸化物の製造方法は、Ｉｎ、ＡｌおよびＺｎの複合酸化物からなる導電性酸化物の製造方法であって、上記本実施の形態に係る導電性酸化物を製造することができる。図１を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として、第１混合物作製工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、まず、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末および酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末がそれぞれ準備される。Ａｌ２Ｏ３粉末およびＺｎＯ粉末は、たとえば純度が９９．９％以上の高純度のものであることが好ましい。そして、準備されたＡｌ２Ｏ３粉末およびＺｎＯ粉末を混合することにより第１混合物（Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ）が作製される。
【００２６】
この工程（Ｓ１０）では、Ａｌ２Ｏ３粉末およびＺｎＯ粉末は、湿式または乾式のいずれの混合方式により混合されてもよく、たとえば通常のボールミル、遊星ボールミルまたはビーズミルを用いて混合される。湿式の混合方式により混合する場合には、第１混合物を自然乾燥やスプレードライヤなどの乾燥方法により乾燥させることが好ましい。
【００２７】
次に、工程（Ｓ２０）として、第１粒子作製工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、上記工程（Ｓ１０）において作製された第１混合物が８００℃以上１２００℃以下の温度で仮焼される。これにより、ＡｌおよびＺｎの複合酸化物（Ａｌ２ＺｎＯ４）からなる第１粒子（第１結晶体）が形成される。第１粒子の平均粒径は、たとえば光散乱法により測定することが可能であり、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
この工程（Ｓ２０）において第１混合物の仮焼温度が８００℃未満である場合には、未反応のＺｎＯやＡｌ２Ｏ３が第１粒子に残存する可能性がある。一方、仮焼温度が１２００℃を超える場合には、第１粒子の粒径が過剰に大きくなり、仮焼後の粉末を粉砕することが困難になる。このような理由から、第１混合物は８００℃以上１２００以下の温度で仮焼されることが好ましい。
【００２９】
また、この工程（Ｓ２０）では、第１混合物は、大気雰囲気、酸素雰囲気、窒素−酸素混合雰囲気などにおいて仮焼されることが好ましく、大気雰囲気または酸素雰囲気において仮焼されることがより好ましい。ここで、酸素雰囲気とは、酸素が雰囲気全体の４０％以上を占める雰囲気を意味する。また、ＺｎＯの蒸発を抑制する観点から、加圧ガス中の焼結、ホットプレス焼結または熱間静水圧処理（ＨＩＰ：Ｈｏｔ  ＩｓｏＳｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）焼結などが利用されてもよい。
【００３０】
次に、工程（Ｓ３０）として、第２混合物作製工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、まず、Ａｌ２ＺｎＯ４からなる第１粒子と、Ｉｎの酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）からなる第２粒子（第２結晶体）と、Ａｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）からなる第３粒子（第３結晶体）とが所定量準備される。そして、これらを所定の比率で混合することにより、第１粒子と、第２粒子と、第３粒子との混合物である第２混合物（Ａｌ２ＺｎＯ４−Ｉｎ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３）が得られる。なお、第２粒子および第３粒子の平均粒径は、第１粒子と同様に光散乱法により測定することが可能であり、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
この工程（Ｓ３０）では、第２混合物においてＺｎに対するＡｌの原子濃度比が４以上５以下となり、かつＺｎに対するＩｎの原子濃度比が１．８以上２．２以下となるように第１〜３粒子が混合される。より具体的には、第３粒子に対する重量比が１．４４である第１粒子と、第３粒子に対する重量比が２．２である第２粒子と、第３粒子とを混合することにより第２混合物が作製される。また、第１〜３粒子は、ボールミルなどにより粉砕した後に混合されることが好ましい。これにより、第１〜３粒子をより均一に混合することができる。
【００３２】
また、この工程（Ｓ３０）では、Ｎ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＳｎおよびＢｉからなる群より選択される一の原子を含む化合物が第２混合物に添加されてもよい。すなわち、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＭｏＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｎＯ２およびＢｉ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも一の化合物が第２混合物に添加されてもよい。このようにして、上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）が実施されることにより、Ｚｎに対するＡｌの原子濃度比が４以上５以下であり、Ｚｎに対するＩＮの原子濃度比が１．８以上２．２以下である第２混合物（原料）が準備される。
【００３３】
次に、工程（Ｓ４０）として、焼結工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、上記工程（Ｓ３０）において作製された第２混合物（原料）を焼結することにより焼結体である導電性酸化物が得られる。具体的には、まず、第２混合物が所定の形状に成形される。そして、成形された第２混合物を加熱することにより、第１粒子と、第２粒子と、第３粒子との焼結体が得られる。なお、このように第２混合物を成形した後に焼結させることにより、焼結効率をより高めることができる。
【００３４】
この工程（Ｓ４０）では、第２混合物を加熱する際の温度条件および雰囲気は、上記工程（Ｓ２０）において第１混合物を仮焼する際の温度条件および雰囲気と同様とすることができる。また、焼結体の密度をより向上させる観点から、第２混合物は１０００℃以上の温度で加熱することが好ましい。また、焼結温度を１５００℃以下とすることにより、Ａｌ２ＺｎＯ４からなる結晶相が成長しにくくなる。以上の工程（Ｓ１０）〜（Ｓ４０）を実施することにより、Ａｌ２ＺｎＯ４からなる結晶相と、Ｉｎ２Ｏ３からなる結晶相と、Ａｌ２Ｏ３からなる結晶相とを含み、Ｚｎに対するＡｌの原子濃度比が４以上５以下であり、かつＺｎに対するＩｎの原子濃度比が１．８以上２．２以下である上記本実施の形態に係る導電性酸化物が製造され、本実施の形態に係る導電性酸化物の製造方法が完了する。
【００３５】
以上のように、本実施の形態に係る導電性酸化物は、Ｉｎ、ＡｌおよびＺｎの複合酸化物からなっている。そのため、Ｉｎ，ＧａおよびＺｎの複合酸化物からなる従来の導電性酸化物に比べてレアメタルの含有量がより少ない導電性酸化物となっている。また、上記導電性酸化物では、Ｚｎに対するＡｌの原子濃度比が４以上５以下であり、かつＺｎに対するＩｎの原子濃度比が１．８以上２．２以下となっている。そのため、従来の導電性酸化物に比べてレアメタルの含有量が少ないにも関わらず、上記導電性酸化物より形成される酸化物半導体膜のチャネル移動度の低下を抑制することができる。これにより、上記酸化物半導体膜をターゲットとしてスパッタリングによりチャネル層を形成した場合には、ＴＦＴのＳ値がより低下し、その結果ＴＦＴのスイッチング特性をより向上させることができる。このように本実施の形態に係る導電性酸化物は、レアメタルの含有量がより少なく、かつキャリア移動度の低下が抑制された酸化物半導体膜を形成することが可能な導電性酸化物である。
【００３６】
上記導電性酸化物においてＺｎに対するＡｌおよびＩｎの原子濃度を上記範囲とすることにより、酸化物半導体膜のチャネル移動度の低下が抑制されることについて詳細に説明する。まず、一般にＡｌ原子は、酸素（Ｏ）原子に対して強く結合する。そのため、Ｚｎに対するＡｌの原子濃度比が４未満である場合には、酸化物半導体膜においてＯ原子が欠損することによりキャリアの捕獲（トラップ）準位が増加する。一方、上記原子濃度比が５を超える場合には、酸化物半導体膜において生成する電子（キャリア）数が低下する。また、Ｚｎに対するＩｎの原子濃度比が１．８未満である場合には、酸化物半導体膜において生成する電子数が低下する。一方、上記原子濃度比が２．２を超える場合には、酸化物半導体膜において捕獲準位が増加する。したがって、上記導電性酸化物におけるＺｎに対するＡｌおよびＩｎの原子濃度比を上記範囲とすることにより、酸化物半導体膜における捕獲準位の増加、および電子数の低下を抑制することが可能となり、その結果酸化物半導体膜のキャリア移動度の低下を抑制することができる。
【００３７】
また、上述のように、本実施の形態に係る導電性酸化物は、Ａｌ２ＺｎＯ４からなる結晶相と、Ｉｎ２Ｏ３からなる結晶相と、Ａｌ２Ｏ３からなる結晶相とを含んでいてもよい。このような結晶相を含むことにより、導電性酸化物においてＺｎに対するＡｌおよびＩｎの原子濃度比を上記範囲内とすることが容易になる。
【００３８】
また、上述のように、本実施の形態に係る導電性酸化物は、Ｎ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＳｎおよびＢｉからなる群より選択される少なくとも一の原子を含んでいてもよい。これにより、導電性酸化物より形成される酸化物半導体膜の抵抗値をより低くすることができる。その結果、酸化物半導体膜をチャネル層として用いたＴＦＴにおいて、オン電流をより大きくすることができる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
実施例１では、まず、Ａｌ２Ｏ３粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：１１ｍ２／ｇ）と、ＺｎＯ粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：４ｍ２／ｇ）とを等モル比で混合した。次に、この混合物に分散溶媒としての水を加えてビーズミル装置で３０分間粉砕混合し、第１混合物（Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ）を作製した。
【００４０】
次に、第１混合物をスプレードライヤを用いて乾燥させた後、アルミナ製ルツボに入れた。そして、大気雰囲気中において９００℃で５時間仮焼することにより、Ａｌ２ＺｎＯ４からなる第１粒子を作製した。
【００４１】
次に、Ｉｎ２Ｏ３粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：５ｍ２／ｇ）と、Ａｌ２Ｏ３粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：５ｍ２／ｇ）と、Ａｌ２ＺｎＯ４粉末とを、１：１．２５：１のモル混合比で混合した。次に、この混合物に分散溶媒として水を加えてビーズミル装置で３０分間粉砕混合し、その後スプレードライヤで乾燥させることにより第２混合物（Ｉｎ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ａｌ２ＺｎＯ４）を作製した。第２混合物の平均粒径は光散乱法により測定したところ、０．８μｍであった。
【００４２】
次に、第２混合物をプレスにより成形し、さらにＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）により加圧成形することにより、直径が１００ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状の成形体を作製した。この成形体を大気雰囲気中において、１４５０℃で５時間焼結することにより導電性酸化物を作製した。
【００４３】
（実施例２〜５）
実施例２〜５では、実施例１に対してＩｎ２Ｏ３粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、Ａｌ２ＺｎＯ４粉末との混合比率を変更して第２混合物を作製した。その他の条件は実施例１と同様とした。
【００４４】
（比較例１）
比較例１では、まず、Ａｌ２Ｏ３粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：５ｍ２／ｇ）と、ＺｎＯ粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：５ｍ２／ｇ）と、Ｉｎ２Ｏ３粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：５ｍ２／ｇ）とを、Ｉｎ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３：ＺｎＯ＝０．５：０．５：１のモル比で混合した。そして、この混合物に対し分散溶媒として水を加えてビーズミル装置で３０分間粉砕混合することにより、Ｉｎ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ混合物を作製した。
【００４５】
次に、Ｉｎ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ混合物をスプレードライヤで乾燥させて、大気雰囲気中において１２００℃で５時間仮焼した。これにより、ＩｎＡｌＺｎＯ４の結晶からなる仮焼粉末を作製した。この仮焼粉末の平均粒径は光散乱法により測定したところ、１．４μｍであった。
【００４６】
次に、仮焼粉末を一軸加圧成形を用いて、直径１００ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状の成形体に成形した。そして、この成形体を大気雰囲気中において１５５０℃で５時間焼結することにより導電性酸化物を作製した。
【００４７】
（比較例２）
比較例２では、実施例１〜５に対してＩｎ２Ｏ３粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、Ａｌ２ＺｎＯ４粉末との混合比率を変更して第２混合物を作製した。その他の条件は実施例１〜５と同様とした。
【００４８】
（実施例６）
実施例６では、まず、実施例１の第２混合物に対して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：２ｍ２／ｇ）を添加した。そして、第２混合物に対し分散溶媒として水を加え、ボールミル装置で６時間粉砕混合することにより第３混合物（Ｉｎ２Ｏ３−Ａｌ２ＺｎＯ４−Ａｌ２Ｏ３−ＡｌＮ）を作製した。
【００４９】
次に、第２混合物と同様に第３混合物を成形して、直径１００ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状の成形体を作製した。この成型体を１ａｔｍの窒素雰囲気中において１４５０℃で５時間焼結することにより導電性酸化物を作製した。
【００５０】
（実施例７〜２０）
実施例７〜２０では、まず、実施例１の第２混合物に対してＧａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＭｏＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｎＯ２およびＢｉ２Ｏ３の粉体をそれぞれ添加した。その他の条件は実施例１と同様とした。
【００５１】
（ＩＣＰ発光分析）
ＩＣＰ発光分析により、実施例１〜２０ならびに比較例１および２の導電性酸化物におけるＩｎ、ＡｌおよびＺｎの原子濃度（ａｔｏｍ％）をそれぞれ測定した。そして、導電性酸化物におけるＺｎに対するＡｌの原子濃度比、およびＺｎに対するＩｎの原子濃度比をそれぞれ算出した。
【００５２】
（Ｘ線回折）
Ｘ線回折により、実施例１〜２０ならびに比較例１および２の導電性酸化物に含まれる結晶相を分析した。
【００５３】
（ＳＩＭＳ分析）
実施例６〜２０の導電性酸化物を用いて酸化物半導体膜を作製し、この酸化物半導体膜についてＳＩＭＳ分析を行った。これにより、実施例６〜２０の導電性酸化物に含まれるＮ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＳｎおよびＢｉの１ｃｍ３当りの原子数（個／ｃｍ３）を算出した。
【００５４】
（ＴＦＴの特性評価）
実施例１〜２０ならびに比較例１および２の導電性酸化物を用いてＴＦＴのチャネル層となる酸化物半導体膜を作製し、ＴＦＴのＳ値およびオン電流を評価した。以下、ＴＦＴの作製手順およびＴＦＴの特性評価の方法について説明する。
【００５５】
まず、実施例１〜２０ならびに比較例１および２の導電性酸化物を直径３インチ（７６．２ｍｍ）、厚さ５ｍｍの円板状に加工することにより、スパッタリング用のターゲットを作製した。次に、作製したターゲットをスパッタリング装置の成膜室内に配置した。また、成膜用基板を水冷されている基板ホルダ上に配置した。ターゲットおよび成膜用基板は、１００ｍｍの間隔を設けて互いに対向するように配置した。また、成膜用基板としては、直方体形状（２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．２５ｍｍ）を有し、電気抵抗率が０．０２Ω・ｃｍ以下であるシリコンウエハの表面に熱酸化によりＳｉＯ２からなる酸化膜（膜厚１００ｎｍ）を形成したものを用いた。
【００５６】
次に、成膜室内を１×１０−４Ｐａにまで減圧した。次に、成膜用基板とターゲットとの間にシャッターを配置した状態で、アルゴン（Ａｒ）ガスを成膜室内に導入し、成膜室内の圧力を１．５Ｐａとした。次に、ターゲット表面の直径３インチの部分についてプレスパッタを行った。次に、１５０Ｗの直流電力を印加してスパッタリング放電を起こさせることにより、ターゲット表面のクリーニング（プレスパッタ）を２０分間行った。なお、スパッタリングには、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタ法を用いた。次に、プレスパッタが完了した後、流量比で１０％の酸素ガスを含むアルゴンガスを成膜室内が所定の圧力になるまで導入した。そして、１５０Ｗのスパッタ電力で成膜することにより、成膜用基板上にＩｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏからなる酸化物半導体膜（膜厚：７０ｎｍ）を成膜した。
【００５７】
次に、成膜した酸化物半導体膜に対してレジストを塗布した。次に、レジストを露光、現像することにより所定の開口形状を有するレジストマスクを形成した。次に、エッチング水溶液（リン酸：酢酸：水＝４：１：１００）に酸化物半導体膜を浸漬させることにより、レジストマスクで保護されていない部分の酸化物半導体膜をエッチングした。そして、エッチングが完了した後にレジストマスクを除去した。
【００５８】
次に、酸化物半導体膜上においてソース電極およびドレイン電極を形成すべき部分（電極形成部）を露出させるような開口形状を有するレジストマスクを形成した。次に、スパッタリングによって酸化物半導体膜の電極形成部にＴｉ、ＡｌおよびＭｏを順に析出させた。これにより、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏからなるソース電極およびドレイン電極を酸化物半導体膜上に形成した。そして、ソース電極およびドレイン電極の形成が完了した後にレジストマスクを剥離した。このようにして、実施例１〜２０ならびに比較例１および２の導電性酸化物により形成される酸化物半導体膜をチャネル層とするＴＦＴを作製した。
【００５９】
実施例１〜２０ならびに比較例１および２のＴＦＴにおいて、ソース電極とドレイン電極との間に５Ｖの電圧を印加し、ゲート電極とソース電極との間に印加する電圧（Ｖｇｓ）を−１０Ｖから２０Ｖに変化させて、そのときのドレイン電流（Ｉｄｓ）を測定した。そして、ＶｇｓおよびＩｄｓを下記式（１）に代入し、最も小さい値となった数値をＳ値（ｍＶ／ｄｅｃ）として算出した。
Ｓ＝ｌｎ（１０）・ｄＶｇｓ／｛ｄ［ｌｎ（Ｉｄｓ）］｝・・・式（１）
また、各ＴＦＴのゲート電極とソース電極との間に１０Ｖの電圧を印加し、そのときのドレイン電流をオン電流（Ｉｏｎ）として測定した。
【００６０】
表１および表２は、実施例１〜２０ならびに比較例１および２の導電性酸化物についての上記実験の結果を示している。
【００６１】
【表１】
2014138105.tif 000002
【００６２】
【表２】
2014138105.tif 000003
【００６３】
表１および表２を参照して、実施例１〜２０の導電性酸化物においてＺｎに対するＡｌの原子濃度比は４．２〜４．７であり、またＺｎに対するＩｎの原子濃度比は１．９〜２．１であった。このように、実施例１〜２０の導電性酸化物においてはＺｎに対するＡｌの原子濃度比が４以上５以下であり、かつＺｎに対するＩｎの原子濃度比が１．８以上２．２以下であることが分かった。また、実施例１〜２０の導電性酸化物においては、Ｉｎ２Ｏ３の結晶相、Ａｌ２Ｏ３の結晶相およびＡｌ２ＺｎＯ４の結晶相がそれぞれ確認された。
【００６４】
表１を参照して、比較例１の導電性酸化物においては、Ｚｎに対するＡｌおよびＩｎの原子濃度比はそれぞれ１であった。また、比較例１の導電性酸化物においてはＩｎＡｌＺｎＯ４の結晶相のみが確認され、Ｉｎ２Ｏ３の結晶相、Ａｌ２Ｏ３の結晶相およびＡｌ２ＺｎＯ４の結晶相はいずれも確認されなかった。
【００６５】
また、比較例２の導電性酸化物においては、Ｚｎに対するＡｌの原子濃度比は５．３であり、またＺｎに対するＩｎの原子濃度比は２であった。このように、比較例２の導電性酸化物においては、Ｚｎに対するＩｎの原子濃度比が１．８以上２．２以下の範囲内である一方、Ｚｎに対するＡｌの原子濃度比が４以上５以下の範囲を超えていることが分かった。また、比較例２の導電性酸化物においては、実施例１〜２０の場合と同様に、Ｉｎ２Ｏ３の結晶相、Ａｌ２Ｏ３の結晶相およびＡｌ２ＺｎＯ４の結晶相がそれぞれ確認された。
【００６６】
表１を参照して、実施例１〜５の導電性酸化物では、比較例１および２の導電性酸化物に比べてＴＦＴのＳ値がより低下した。これは、実施例１〜５の導電性酸化物が、Ｉｎ２Ｏ３の結晶相と、Ａｌ２ＺｎＯ４の結晶相と、Ａｌ２Ｏ３の結晶相とを含み、さらに、Ｚｎに対するＡｌの原子濃度比が４以上５以下であり、かつＺｎに対するＩｎの原子濃度比が１．８以上２．２以下であることによるものと考えられる。
【００６７】
表２を参照して、実施例６〜２０の導電性酸化物では、実施例１〜５の導電性酸化物と同様に比較例１および２の導電性酸化物に比べてＴＦＴのＳ値がより低下した。また、実施例６〜２０の導電性酸化物では、実施例１〜５の導電性酸化物に比べてＴＦＴのＳ値がより低下し、かつオン電流が高くなった。これは、実施例６〜２０の導電性酸化物が、Ｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＳｎおよびＢｉのうちいずれかの原子を一定の割合で含むことによるものと考えられる。
【００６８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の導電性酸化物およびその製造方法は、レアメタルの含有量をより減少させ、かつキャリア移動度の低下が抑制された酸化物半導体膜を形成することが要求される導電性酸化物およびその製造方法において特に有利に適用され得る。
【図１】
2014138105.tif 000004