氧化物燒結體、濺射靶及使用該靶得到的氧化物半導體薄膜制造技術

本發明專利技術提供一種通過濺射法制造氧化物半導體薄膜時能夠獲得低載流子濃度、高載流子遷移率的氧化物燒結體以及使用該氧化物燒結體的濺射靶。所述氧化物燒結體含有以氧化物方式存在的銦、鎵以及選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價元素。以Ga/(In+Ga)原子數比計的鎵的含量為0.08以上且小于0.20，以M/(In+Ga+M)原子數比計的所述正二價元素M的含量為0.0001以上且0.05以下。將所述氧化物燒結體作為濺射靶而形成的結晶質的氧化物半導體薄膜，載流子濃度小于1.0×1018cm?3，載流子遷移率為10cm2V?1sec?1以上。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及氧化物燒結體、靶及使用該靶得到的氧化物半導體薄膜，更詳細地，涉及含有銦、鎵和正二價元素(選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價元素)且表現出低載流子濃度和高載流子遷移率的結晶質的氧化物半導體薄膜、含有適于形成所述氧化物半導體薄膜的銦、鎵和正二價元素(選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價元素)的濺射靶以及含有適于獲得該濺射靶的銦、鎵和正二價元素(選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價元素)的氧化物燒結體。
技術介紹
薄膜晶體管(ThinFilmTransistor，TFT)是場效應晶體管(FieldEffectTransistor，下面記作FET)的一種。TFT是具有柵極端子、源極端子和漏極端子作為基本構成的三端子元件，是一種有源元件，可將成膜于基板的半導體薄膜用作電子或空穴移動的溝道層，對柵極端子施加電壓而控制流過溝道層的電流，具有對源極端子與漏極端子之間的電流進行開關的功能。TFT是目前實際應用最廣泛的電子器件，其典型的用途是用作液晶驅動用元件。作為TFT，目前最廣泛應用的是以多晶硅膜或非晶質硅膜為溝道層材料的金屬-絕緣體-半導體-FET(Metal-Insulator-Semiconductor-FET，MIS-FET)。使用硅的MIS-FET對于可見光而言是不透明的，因此，不能構成透明電路。因此，將MIS-FET用作液晶顯示器中的液晶驅動用開關元件時，該器件使得顯示器像素的開口率變小。另外，近年來，隨著對液晶的高精細化的需求，液晶驅動用開關元件也被要求高速驅動。為了實現高速驅動，需要將電子或空穴的遷移率至少比非晶質硅更高的半導體薄膜應用于溝道層。針對上述情況，專利文獻1提出了一種透明半絕緣性非晶質氧化物薄膜，其是一種采用氣相成膜法進行成膜的、由In、Ga、Zn和O元素構成的透明非晶質氧化物薄膜，其特征在于，對該氧化物的組成而言，已結晶化時的組成為InGaO3(ZnO)m(m為小于6的自然數)，在未添加雜質離子的情況下，具有載流子遷移率(也稱作載流子電子遷移率)大于1cm2V-1sec-1且載流子濃度(也稱作載流子電子濃度)為1016cm-3以下的半絕緣性。上述專利文獻1還提供了一種薄膜晶體管，其特征在于，將所述透明半絕緣性非晶質氧化物薄膜作為溝道層。然而，專利文獻1提出的采用濺射法、脈沖激光蒸鍍法中的任一種氣相成膜法進行成膜的、由In、Ga、Zn和O元素構成的透明非晶質氧化物薄膜(a-IGZO膜)，雖然顯示出約1～10cm2V-1sec-1的范圍內的較高的電子載流子遷移率，但是，也指出了非晶質氧化物薄膜本來就容易產生氧缺損(oxygenvacancy)，而且電子載流子的狀態對于熱等外部因素不一定穩定，這會導致不良影響，在形成TFT等器件時，常常會產生不穩定的問題。作為解決上述問題的材料，專利文獻2提出了一種薄膜晶體管，其特征在于，使用一種氧化物薄膜，對于該氧化物薄膜而言，鎵固溶于氧化銦中，原子數比Ga/(Ga+In)為0.001～0.12，相對于全部金屬原子的銦和鎵的含有率為80原子％以上，并且具有In2O3的方鐵錳礦結構。并且，還提出了一種氧化物燒結體，作為所述薄膜晶體管的原料，其特征在于，鎵固溶于氧化銦中，原子數比Ga/(Ga+In)為0.001～0.12，相對于全部金屬原子的銦和鎵的含有率為80原子％以上，并且具有In2O3的方鐵錳礦結構。然而，專利文獻2的實施例1～8記載的載流子濃度約為1018cm-3，作為應用于TFT的氧化物半導體薄膜，其載流子濃度過高的課題尚未解決。因此，專利文獻3提出了一種使用了多晶氧化物半導體薄膜的半導體設備，所述多晶氧化物半導體薄膜含有In和除In以外的兩種以上的金屬，并且電子載流子濃度低于1×1018cm-3。在專利文獻3的權利要求6中，記載有所述除In以外的兩種以上的金屬為正二價金屬和正三價金屬，并且在專利文獻3的權利要求7中，還記載有上述正二價金屬為選自Zn、Mg、Cu、Ni、Co、Ca和Sr中的至少一種元素，上述正三價金屬是選自Ga、Al、B、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一種元素。然而，專利文獻3未記載Ga與選自Ni、Co、Ca和Sr中的至少一種元素的組合的實施例。另外，對于除這些組合以外的實施例而言，其空穴遷移率低至小于10cm2V-1sec-1。而且，對于氧化物半導體薄膜的濺射成膜中使用的氧化物燒結體而言，并沒有給出為避免產生電弧和結節(nodule)而優選采用何種燒結體組織的啟示。另外，濺射成膜是采用射頻(RadioFrequency，RF)濺射來進行，尚不明確濺射靶能否采用直流(DirectCurrent，DC)濺射來獲得。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特開2010-219538號公報；專利文獻2：日本WO2010/032422號公報；專利文獻3：日本WO2008/117739號公報；專利文獻4：日本WO2003/014409號公報；專利文獻5：日本特開2012-253372號公報。
技術實現思路
專利技術所要解決的問題本專利技術的目的在于，提供一種能降低結晶質的氧化物半導體薄膜的載流子濃度的濺射靶、最適于制得上述濺射靶的氧化物燒結體以及使用該濺射靶獲得的表現出低載流子濃度和高載流子遷移率的氧化物半導體薄膜。解決問題的技術方案本專利技術人等最新發現了：特別是通過在含有以氧化物方式存在的、以銦和鎵的Ga/(Ga+In)比計為0.08以上且小于0.20的鎵的氧化物燒結體中，含有少量的選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價元素M，具體而言，以M/(In+Ga+M)的比計為0.0001以上且0.05以下的正二價元素M，燒結而成的氧化物燒結體實質上由方鐵錳礦型結構的In2O3相以及作為In2O3相以外的生成相的β-Ga2O3型結構的GaInO3相構成，或者由方鐵錳礦型結構的In2O3相以及作為In2O3相以外的生成相的β-Ga2O3型結構的GaInO3相與(Ga，In)2O3相構成，使用該氧化物燒結體制備的氧化物半導體薄膜的載流子遷移率為10cm2V-1sec-1以上。即，第一專利技術是一種氧化物燒結體，其特征在于，含有以氧化物方式存在的銦、鎵以及正二價元素，以Ga/(In+Ga)原子數比計的所述鎵的含量為0.08以上且小于0.20，以M/(In+Ga+M)原子數比計的所述正二價元素的總含量為0.0001以上且0.05以下，所述正二價元素為選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上，并且所述氧化物燒結體由方鐵錳礦型結構的In2O3相以及作為In2O3相以外的生成相的β-Ga2O3型結構的GaInO3相構成，或者由方鐵錳礦型結構的In2O3相以及作為In2O3相以外的生成相的β-Ga2O3型結構的GaInO3相與(Ga，In)2O3相構成，所述氧化物燒結體實質上不包括由上述正二價元素和鎵構成的復合氧化物的NiGa2O4相、CoGa2O4相、CaGa4O7相、Ca5Ga6O14相、SrGa12O19相、SrGa2O4相、Sr3Ga2O6相、Ga2PbO4相或它們的復合氧化物相。第二專利技術是如第一專利技術所述的氧化物本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氧化物燒結體，其特征在于，含有以氧化物方式存在的銦、鎵和正二價元素，以Ga/(In+Ga)原子數比計的所述鎵的含量是0.08以上且小于0.20，以M/(In+Ga+M)原子數比計的所述正二價元素的總含量是0.0001以上且0.05以下，所述正二價元素是選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上，所述氧化物燒結體由方鐵錳礦型結構的In2O3相以及作為In2O3相以外的生成相的β?Ga2O3型結構的GaInO3相構成，或者由方鐵錳礦型結構的In2O3相以及作為In2O3相以外的生成相的β?Ga2O3型結構的GaInO3相與(Ga，In)2O3相構成，所述氧化物燒結體實質上不包含由所述正二價元素和鎵構成的復合氧化物的NiGa2O4相、CoGa2O4相、CaGa4O7相、Ca5Ga6O14相、SrGa12O19相、SrGa2O4相、Sr3Ga2O6相、Ga2PbO4相或它們的復合氧化物相。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.06.26 JP 2014-1318381.一種氧化物燒結體，其特征在于，含有以氧化物方式存在的銦、鎵和正二價元素，以Ga/(In+Ga)原子數比計的所述鎵的含量是0.08以上且小于0.20，以M/(In+Ga+M)原子數比計的所述正二價元素的總含量是0.0001以上且0.05以下，所述正二價元素是選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上，所述氧化物燒結體由方鐵錳礦型結構的In2O3相以及作為In2O3相以外的生成相的β-Ga2O3型結構的GaInO3相構成，或者由方鐵錳礦型結構的In2O3相以及作為In2O3相以外的生成相的β-Ga2O3型結構的GaInO3相與(Ga，In)2O3相構成，所述氧化物燒結體實質上不包含由所述正二價元素和鎵構成的復合氧化物的NiGa2O4相、CoGa2O4相、CaGa4O7...

【專利技術屬性】
技術研發人員：中山德行，西村英一郎，松村文彥，井藁正史，
申請(專利權)人：住友金屬礦山株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP