CN118140007A

CN118140007A - 溅射靶材及氧化物半导体的制造方法

Info

Publication number: CN118140007A
Application number: CN202380014138.4A
Authority: CN
Inventors: 寺村享祐; 白仁田亮; 德地成纪
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2023-01-16
Publication date: 2024-06-04
Also published as: TWI850971B; WO2023145498A1; KR20240112815A; JP7422269B2; JPWO2023145498A1; TW202334469A

Abstract

本发明的溅射靶材由包含铟(In)元素、锌(Zn)元素及钽(Ta)元素的氧化物制成，各元素的原子比满足式(1)至(3)的全部式子，0.1≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)＜0.4(1)，0.6＜Zn/(In+Zn+Ta)≤0.9(2)，0.001≤Ta/(In+Zn+Ta)＜0.014(3)，所述溅射靶材的相对密度为95％以上，使用该溅射靶材制造上述相同组成的氧化物半导体。

Description

溅射靶材及氧化物半导体的制造方法

技术领域

本发明涉及一种溅射靶材。另外，本发明涉及使用了该溅射靶材的氧化物半导体的制造方法。

背景技术

在平板显示器(以下也称作“FPD”)中使用的薄膜晶体管(以下也称作“TFT”)的技术领域中，伴随着FPD的高功能化，以In-Ga-Zn复合氧化物(以下也称作“IGZO”)为代表的氧化物半导体取代以往的无定形硅而受到关注，正在推进实用化。IGZO具有显示出高场效应迁移率和低泄漏电流的优点。近年来，随着FPD的进一步高功能化的推进，提出了显示出比IGZO所显示的场效应迁移率更高的场效应迁移率的材料。

例如，在专利文献1及2中，提出了由包含铟(In)元素及锌(Zn)元素和任意的元素X的In-Zn-X复合氧化物得到的TFT用的氧化物半导体。根据上述的文献，该氧化物半导体通过使用了包含In-Zn-X复合氧化物的靶材的溅射来形成。

另外，作为FPD的一种的柔性显示器能够展开大范围的应用，因而近年来受到关注。作为构成柔性显示器的重要构件之一，可以举出具有柔软性的基材，其中，塑料膜薄、轻量，并且柔软性优异，因此是适合的。但是，塑料膜在耐热性方面存在有问题。为了在基板上形成TFT，在成膜后，为改善电特性而要求后退火处理时，在使用塑料膜之类的耐热性低的基板的情况下，需要在低温下进行后退火处理。但是，若对包含IGZO的膜在低温下进行后退火处理，则该膜发生低电阻化，难以使之作为半导体发挥作用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：US2013/270109A1

专利文献2：US2014/102892A1

发明内容

专利文献1及2中记载的技术中，利用粉末烧结法来制造靶材。但是，利用粉末烧结法制造的靶材通常相对密度低，由于该原因，容易发生异常放电，而且在异常放电时容易在靶材产生裂纹。其结果是，有时会妨碍高性能TFT的制造。

另外，为了在塑料膜之类的耐热性低的基板上形成TFT，在成膜后，为了改善电特性而需要进行后退火处理。但是，若将例如包含IGZO的膜在小于250℃的低温下进行后退火处理，则该膜发生低电阻化，变得难以使之作为半导体发挥作用。

因而，本发明的课题在于，提供能够消除前述的现有技术所具有的缺点的溅射靶材及氧化物半导体的制造方法。

本发明人们为了解决上述课题进行了深入研究。其结果是发现：在包含铟(In)元素及锌(Zn)元素作为主要元素的氧化物中，通过在增大该锌(Zn)的含量的同时含有微量的钽(Ta)元素，并且提高相对密度，从而可以获得如下的氧化物半导体，其能够抑制上述的异常放电，与此同时即使利用在小于250℃的低温下进行的后退火处理，也能够作为半导体发挥作用。

即，本发明提供一种溅射靶材，其由包含铟(In)元素、锌(Zn)元素及钽(Ta)元素的氧化物制成，

各元素的原子比满足式(1)至(3)的全部式子，

0.1≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)＜0.4 (1)

0.6＜Zn/(In+Zn+Ta)≤0.9 (2)

0.001≤Ta/(In+Zn+Ta)＜0.014 (3)

上述溅射靶材的相对密度为95％以上。

另外，本发明提供一种氧化物半导体的制造方法，其是使用了上述的溅射靶材的氧化物半导体的制造方法，

上述氧化物半导体以如下所述的方式被制造：

上述氧化物半导体由包含铟(In)元素、锌(Zn)元素及钽(Ta)元素的氧化物制成，

各元素的原子比满足式(1)至(3)的全部式子，

0.1≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)＜0.4 (1)

0.6＜Zn/(In+Zn+Ta)≤0.9 (2)

0.001≤Ta/(In+Zn+Ta)＜0.014 (3)。

附图说明

图1是表示使用本发明的溅射靶材来制造的薄膜晶体管的结构的示意图。

具体实施方式

以下，对本发明基于其优选的实施方式进行说明。本发明涉及一种溅射靶材(以下也称作“靶材”)。本发明的靶材由包含铟(In)元素、锌(Zn)元素及钽(Ta)元素的氧化物制成。本发明的靶材包含In、Zn及Ta作为构成它的金属元素，但是也可以在不损害本发明的效果的范围中，在这些元素以外还有意地或不可避免地包含微量元素。作为微量元素，例如可以举出后述的有机添加物中含有的元素、制造靶材时混入的球磨机等的介质原料。作为本发明的靶材中的微量元素，例如可以举出Fe、Cr、Ni、Al、Si、W、Zr、Na、Mg、K、Ca、Ti、Y、Ga、Sn、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Nb、Sr及Pb等。它们的含量是相对于本发明的靶材所包含的包含In、Zn及Ta的氧化物的合计质量而言各自通常优选为100质量ppm(以下也称作“ppm”)以下，更优选为80ppm以下，进一步优选为50ppm以下。这些微量元素的合计量优选为500ppm以下，更优选为300ppm以下，进一步优选为100ppm以下。在本发明的靶材中包含微量元素的情况下，在合计质量中也包含微量元素的质量。

本发明的靶材可以合适地由包含上述的氧化物的烧结体制成。该烧结体及溅射靶材的形状没有特别限制，可以采用以往公知的形状、例如平板型及圆筒形等。

关于本发明的靶材，从提高由该靶材形成的氧化物半导体元件的性能的方面出发，优选构成该靶材的金属元素、即In、Zn及Ta的原子比为特定的范围。

具体而言，关于In及Ta，优选满足以下的式(1)所示的原子比。

0.1≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)＜0.4 (1)

关于Zn，优选满足以下的式(2)所示的原子比。

0.6＜Zn/(In+Zn+Ta)≤0.9 (2)

关于Ta，优选满足以下的式(3)所示的原子比。

0.001≤Ta/(In+Zn+Ta)＜0.014 (3)

通过使In、Zn及Ta的原子比满足上述的式(1)至(3)的全部式子，具有使用本发明的靶材并利用溅射形成的氧化物薄膜的半导体元件即使利用在小于250℃的低温下进行的后退火处理也显示出高场效应迁移率、低泄漏电流及接近0V的阈值电压。从使这些优点更加显著的观点出发，关于In及Ta，更优选满足下述的式(1-2)至(1-5)。

0.12≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≤0.38 (1-2)

0.14≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≤0.35 (1-3)

0.16≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≤0.31 (1-4)

0.20≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≤0.30 (1-5)

从与上述同样的观点出发，关于Zn，更优选满足下述的式(2-2)至(2-5)，关于Ta，更优选满足下述的式(3-2)至(3-5)。

0.62≤Zn/(In+Zn+Ta)≤0.88 (2-2)

0.65≤Zn/(In+Zn+Ta)≤0.86 (2-3)

0.69≤Zn/(In+Zn+Ta)≤0.84 (2-4)

0.70≤Zn/(In+Zn+Ta)≤0.80 (2-5)

0.0015≤Ta/(In+Zn+Ta)≤0.013 (3-2)

0.002＜Ta/(In+Zn+Ta)≤0.012 (3-3)

0.0025≤Ta/(In+Zn+Ta)≤0.010 (3-4)

0.003≤Ta/(In+Zn+Ta)≤0.009 (3-5)

本发明的靶材中含有的各金属的比例例如可以通过ICP发光分光测定来测定。

本发明的靶材的特征除了在于In、Zn及Ta的原子比以外，还在于相对密度高。详细而言，本发明的靶材的相对密度优选显示出95％以上的高的值。通过显示出这样的高相对密度，在使用本发明的靶材进行溅射的情况下，能够抑制颗粒的产生，因此是优选的。从该观点出发，本发明的靶材的相对密度更优选为97％以上，进一步优选为98％以上，更进一步优选为99％以上，特别优选为100％以上，尤其优选为大于100％。具有这样的相对密度的本发明的靶材可以利用后述的方法合适地制造。相对密度依照阿基米德法来测定。具体的测定方法在后述的实施例中详述。

本发明的靶材的特征还在于强度高。详细而言，本发明的靶材的抗折强度优选显示出100MPa以上的高的值。通过显示出这样的高抗折强度，在使用本发明的靶材进行溅射的情况下，即使在溅射中无意地发生异常放电，也不易在靶材产生裂纹，因此是优选的。从该观点出发，本发明的靶材的抗折强度更优选为105MPa以上，进一步优选为110MPa以上。需要说明的是，从靶材的韧性等观点出发，抗折强度的上限例如优选为300MPa。具有这样的抗折强度的本发明的靶材可以利用后述的方法合适地制造。抗折强度依照JIS R1601来测定。具体的测定方法在后述的实施例中详述。

本发明的靶材的特征还在于体电阻率低。从能够使用该靶材进行DC溅射的方面出发，体电阻率低是有利的。从该观点出发，本发明的靶材的体电阻率优选在25℃下为100mΩ·cm以下，更优选为50mΩ·cm以下，进一步优选为30mΩ·cm以下，更进一步优选为20mΩ·cm以下，又更进一步优选为15mΩ·cm以下，特别优选为12mΩ·cm以下，尤其优选为10mΩ·cm以下，尤其更优选为5mΩ·cm以下。需要说明的是，体电阻率越低越优选，下限值没有特别限定，但是通常为0.01mΩ·cm以上。具有这样的体电阻率的本发明的靶材可以利用后述的方法合适地制造。体电阻率利用直流四探针法来测定。具体的测定方法在后述的实施例中详述。

本发明的靶材如上所述由包含In、Zn及Ta的氧化物制成。该氧化物可以为In的氧化物、Zn的氧化物或Ta的氧化物。或者该氧化物可以为选自In、Zn及Ta中的任意2种以上的元素的复合氧化物。作为复合氧化物的具体例，可以举出In-Zn复合氧化物、Zn-Ta复合氧化物、In-Ta复合氧化物、In-Zn-Ta复合氧化物等，但是并不限定于它们。

就本发明的靶材而言，在由SEM进行的倍率为200倍下的剖面观察中，优选同一面内的In/Zn原子比率均匀。若In/Zn原子比率均匀，则在利用溅射来形成薄膜时，组成没有偏差，膜特性不会变化，因此是优选的。

In/Zn原子比率的均匀状态的评价是利用能量色散型X射线分光法(以下也称作“EDX”)来进行。从靶材剖面中随机选择的倍率200倍、437.5μm×625μm的范围中，利用EDX得到整个视场的In/Zn原子比率。接着，将上述视场分割为均等的纵4×横4，得到各分割视场中的In/Zn原子比率。用各分割视场中的In/Zn原子比率与整个视场的In/Zn原子比率的差的绝对值除以整个视场的In/Zn原子比率，并乘以100，将所得的值定义为分散率(％)，基于分散率的大小来评价In/Zn原子比率的均匀的程度。分散率越接近零，则意味着In/Zn原子比率越均匀。16处的分散率的最大值优选为10％以下，更优选为8％以下，进一步优选为6％以下，更进一步优选为4％以下，特别优选为3％以下，尤其优选为2％以下。

下面，对本发明的靶材的合适的制造方法进行说明。本制造方法中，将成为靶材的原料的氧化物粉成形为规定的形状而得到成形体，对该成形体进行烧成，由此得到由烧结体形成的靶材。在获得成形体时，可以采用该技术领域中迄今为止已知的方法。特别是从能够制造致密的靶材的方面出发，优选采用浇铸成形法或CIP成形法。

浇铸成形法也被称作粉浆浇注法。为了进行浇铸成形法，首先使用分散介质来制备含有原料粉末和有机添加物的浆料。

作为上述的原料粉末，适合使用氧化物粉末或氢氧化物粉末。作为氧化物粉末，使用In氧化物的粉末、Zn氧化物的粉末及Ta氧化物的粉末。作为In氧化物，例如可以使用In₂O₃。作为Zn氧化物，例如可以使用ZnO。作为Ta氧化物的粉末，例如可以使用Ta₂O₅。

In氧化物的粉末、Zn氧化物的粉末及Ta氧化物的粉末的使用量优选以使作为目标的靶材中的In、Zn及Ta的原子比满足上述的范围的方式进行调整。

原料粉末的粒径以由激光衍射散射式粒度分布测定法得到的累积体积为50容量％时的体积累积粒径D₅₀表示，优选为0.1μm以上且1.5μm以下。通过使用具有该范围的粒径的原料粉末，能够容易地获得相对密度高的靶材。

上述的有机添加物是为了合适地调整浆料、成形体的性状而使用的物质。作为有机添加物，例如可以举出粘结剂、分散剂及增塑剂等。粘结剂是为了提高成形体的强度而添加的。作为粘结剂，可以使用在公知的粉末烧结法中获得成形体时通常使用的粘结剂。作为粘结剂，例如可以举出聚乙烯醇。分散剂是为了提高浆料中的原料粉末的分散性而添加的。作为分散剂，例如可以举出聚羧酸系分散剂、聚丙烯酸系分散剂。增塑剂是为了提高成形体的塑性而添加的。作为增塑剂，例如可以举出聚乙二醇(PEG)及乙二醇(EG)等。

制作含有原料粉末及有机添加物的浆料时使用的分散介质没有特别限制，可以根据目的从水及醇等水溶性有机溶剂中适宜地选择来使用。制作含有原料粉末及有机添加物的浆料的方法没有特别限制，例如可以使用将原料粉末、有机添加物、分散介质及氧化锆球加入罐中并进行球磨机混合的方法。

如此所述地操作而得到浆料后，将该浆料注入模具中，然后除去分散介质而制作成形体。作为能够使用的模具，例如可以举出金属模具、石膏模具、进行加压而除去分散介质的树脂模具等。

另一方面，在CIP成形法中，对与浇铸成形法中使用的浆料同样的浆料进行喷雾干燥而得到干燥粉末。将所得的干燥粉末填充到模具中而进行CIP成形。

如此所述地操作而得到成形体后，接着对其进行烧成。如上所述，本制造方法中，在将原料粉末全部混合后进行烧成。与该操作相对照，现有技术、例如专利文献2中记载的技术中，在将In₂O₃粉和Ta₂O₅粉混合后进行烧成，然后将所得的烧成粉和ZnO粉混合并再次进行烧成。该方法中因事先实施烧成而使构成粉末的粒子变为粗粒，不容易获得相对密度高的靶材。

与之相对，本制造方法中，优选将In氧化物的粉末、Zn氧化物的粉末及Ta氧化物的粉末全部在常温下混合、成形后，进行烧成，因此能够容易地获得相对密度高的致密的靶材。成形体的烧成通常可以在含氧气氛中进行。特别是，在大气气氛中烧成是简便的。烧成温度优选为1200℃以上且1600℃以下，更优选为1300℃以上且1500℃以下，进一步优选为1350℃以上且1450℃以下。烧成时间优选为1小时以上且100小时以下，更优选为2小时以上且50小时以下，进一步优选为3小时以上且30小时以下。升温速度优选为5℃/小时以上且500℃/小时以下，更优选为10℃/小时以上且200℃/小时以下，进一步优选为20℃/小时以上且100℃/小时以下。

在成形体的烧成中，从促进烧结及生成致密的靶材的观点出发，优选在烧成过程中将生成In和Zn的复合氧化物、例如Zn₅In₂O₈的相的温度维持一定时间。在生成Zn₅In₂O₈的相时体积扩散得以推进，致密化得到促进，因此优选可靠地生成Zn₅In₂O₈的相。从这样的观点出发，在烧成的升温过程中，优选将温度在1000℃以上且1250℃以下的范围中维持一定时间，更优选在1050℃以上且1200℃以下的范围中维持一定时间。所维持的温度不一定限于某个特定的一点的温度，也可以是具有一定程度的宽度的温度范围。具体而言，在将选自1000℃以上且1250℃以下的范围中的某个特定的温度设定为T(℃)时，只要包含于1000℃以上且1250℃以下的范围中，则例如可以为T±10℃，优选为T±5℃，更优选为T±3℃，进一步优选为T±1℃。维持该温度范围的时间优选为1小时以上且40小时以下，更优选为2小时以上且20小时以下。

如此所述地操作而得到的靶材可以通过研削加工等加工为规定的尺寸。将其接合于基材，由此得到溅射靶。如此所述地操作而得到的溅射靶可以合适地用于氧化物半导体的制造。例如在TFT的制造中，可以使用本发明的靶材。图1中示意性地示出了TFT元件的一个实施方式。

该图所示的TFT元件1形成于基材10的一面。在基材10的一面配置有沟道层20、源极30及漏极31，以将其覆盖的方式形成有栅绝缘膜40。在栅绝缘膜40上，配置有栅极50。而且在最上部配置有保护层60。在具有该结构的TFT元件1中，例如沟道层20由氧化物半导体层制成。在具有该结构的TFT元件1中，例如可以使用本发明的靶材进行沟道层20的形成。该情况下，沟道层20由包含铟(In)元素、锌(Zn)元素及钽(Ta)元素的氧化物制成，铟(In)元素、锌(Zn)元素及钽(Ta)的原子比满足上述的式(1)。另外，满足上述的式(2)及(3)。

需要说明的是，形成沟道层20时的氧浓度例如优选为10体积％以上且40体积％以下，更优选为12体积％以上且37体积％以下，进一步优选为15体积％以上且35体积％以下。

利用溅射法形成氧化物半导体层后，优选对该氧化物半导体层进行退火处理。退火处理的目的在于对该氧化物半导体层赋予所期望的性能。出于该目的，退火处理的温度优选为20℃以上且小于250℃，更优选为20℃以上且200℃以下，进一步优选为20℃以上且180℃以下，更进一步优选为20℃以上且150℃以下。另外，退火处理的温度也可以为50℃以上，另外也可以为80℃以上。退火处理的时间优选为1分钟以上且180分钟以下，更优选为2分钟以上且120分钟以下，进一步优选为3分钟以上且60分钟以下。退火的气氛优选为包含大气压在内的氧气氛等。

对氧化物半导体层的退火处理可以在该氧化物半导体层刚刚形成后进行。或者，也可以在形成氧化物半导体层后进一步形成一层或两层以上的另外的层，其后进行退火处理。

关于由本发明的靶材形成的氧化物半导体元件，从提高该元件的性能的方面出发，优选具有无定形结构。

需要说明的是，从作为氧化物半导体元件的TFT元件的传递特性良好所带来的FPD的高功能化的方面出发，优选由靶材形成的氧化物半导体元件的场效应迁移率的值大。详细而言，具备由靶材形成的氧化物半导体元件的TFT的场效应迁移率(cm²/Vs)优选为1cm²/Vs以上，更优选为2cm²/Vs以上，进一步优选为3cm²/Vs以上，更进一步优选为5cm²/Vs以上，更进一步优选为10cm²/Vs以上，更进一步优选为20cm²/Vs以上，特别优选为30cm²/Vs以上。从FPD的高功能化的方面出发，场效应迁移率的值越大越优选，但是若场效应迁移率高至200cm²/Vs左右，则可以获得令人充分满意的程度的性能。

实施例

以下，利用实施例对本发明进一步详细说明。但是，本发明的范围并不受该实施例限制。

〔实施例1〕

将平均粒径D₅₀为0.6μm的In₂O₃粉末、平均粒径D₅₀为0.8μm的ZnO粉末和平均粒径D₅₀为0.6μm的Ta₂O₅粉末利用氧化锆球进行球磨机干式混合，制备出混合原料粉末。各粉末的平均粒径D₅₀使用Microtrac BEL株式会社制的粒度分布测定装置MT3300EXII来测定。测定时，溶剂使用水，以测定物质的折射率为2.20来进行测定。各粉末的混合比率以使In、Zn和Ta的原子比成为以下的表1所示的值的方式进行设定。

向制备了混合原料粉末的罐中加入相对于混合原料粉末为0.2质量％的粘结剂、相对于混合原料粉末为0.6质量％的分散剂和相对于混合原料粉末为20质量％的水，利用氧化锆球进行球磨机混合而制备出浆料。

将制备了的浆料注入夹持有过滤器的金属制的模具，然后排出浆料中的水而得到成形体。对该成形体进行烧成而制作出烧结体。烧成在氧浓度为20体积％的气氛中、烧成温度1400℃、烧成时间8小时、升温速度50℃/小时、降温速度50℃/小时的条件下进行。烧成的途中，将1100℃维持6小时而促进Zn₅In₂O₈的生成。

对如此所述地操作而得到的烧结体进行切削加工，得到宽210mm×长710mm×厚6mm的氧化物烧结体(靶材)。切削加工中使用了#170的磨石。

〔实施例2至5〕

在实施例1中，以使In、Zn和Ta的原子比为以下的表1所示的值的方式将各原料粉末混合。除此以外，与实施例1同样地操作而得到靶材。

〔比较例1〕

将平均粒径D₅₀为0.6μm的In₂O₃粉末和平均粒径D₅₀为0.6μm的Ta₂O₅粉末以使In元素相对于In元素和Ta元素的合计的原子比〔In/(In+Ta)〕为0.983的方式混合。将混合物向湿式球磨机供给，混合粉碎12小时。

将所得的混合浆料取出，进行过滤、干燥。将该干燥粉装入烧成炉，在大气气氛中、在1000℃热处理5小时。

利用以上操作，得到含有In元素和Ta元素的混合粉。

向该混合粉中以使原子比〔In/(In+Zn)〕为0.296的方式混合平均粒径D₅₀为0.8μm的ZnO粉末。将混合粉向湿式球磨机供给，混合粉碎24小时，得到原料粉末的浆料。对该浆料进行过滤、干燥及造粒。

对所得的造粒物进行压制成形，继而，施加2000kgf/cm²的压力而利用冷等静压压制来进行成形。

将成形体装入烧成炉，在大气压、氧气流入条件下，在1400℃、12小时的条件下进行烧成，得到烧结体。从室温到400℃的升温速度设定为0.5℃/分钟，从400℃到1400℃的升温速度设定为1℃/分钟。降温速度设定为1℃/分钟。

除了这些以外，与实施例1同样地操作而得到靶材。

〔比较例2〕

将平均粒径D₅₀为0.6μm的In₂O₃粉末和平均粒径D₅₀为0.6μm的Ta₂O₅粉末以使In元素相对于In元素和Ta元素的合计的原子比〔In/(In+Ta)〕为0.975的方式混合。将混合物向湿式球磨机供给，混合粉碎12小时。

利用以上操作，得到含有In元素和Ta元素的混合粉。

向该混合粉中以使原子比〔In/(In+Zn)〕为0.196的方式混合平均粒径D₅₀为0.8μm的ZnO粉末。将混合粉向湿式球磨机供给，混合粉碎24小时，得到原料粉末的浆料。对该浆料进行过滤、干燥及造粒。除此以外，与比较例1同样地操作而得到靶材。

利用ICP发光分光测定对实施例及比较例中得到的靶材中含有的各金属的比例进行测定。确认了In、Zn和Ta的原子比与表1所示的原料比相同。

〔评价1〕

对实施例及比较例中得到的靶材利用以下的方法测定出相对密度、抗折强度及体电阻率。

〔相对密度〕

用靶材的空中质量除以体积(靶材的水中质量/计测温度下的水比重)，将相对于基于下述式(i)的理论密度ρ(g/cm³)而言的百分率的值设定为相对密度(单位：％)。

(式中Ci表示靶材的构成物质的含量(质量％)，ρi表示对应于Ci的各构成物质的密度(g/cm³)。)

在本发明的情况下，靶材的构成物质的含量(质量％)是考虑为In₂O₃、ZnO、Ta₂O₅，例如将如下的要件应用于式(i)，由此可以算出理论密度ρ，C1：靶材的In₂O₃的质量％

ρ1：In₂O₃的密度(7.18g/cm³)

C2：靶材的ZnO的质量％

ρ2：ZnO的密度(5.60g/cm³)

C3：靶材的Ta₂O₅的质量％

ρ3：Ta₂O₅的密度(8.73g/cm³)。

In₂O₃的质量％、ZnO的质量％、Ta₂O₅的质量％可以根据由ICP发光分光测定得到的靶材的各元素的分析结果求出。

〔抗折强度〕

使用岛津制作所制的Autograph(注册商标)AGS-500B进行测定。使用从靶材中切出的试样片(全长为36mm以上、宽为4.0mm、厚为3.0mm)，依照JIS-R-1601(精细陶瓷的弯曲强度试验方法)的3点弯曲强度的测定方法来进行测定。

〔体电阻率〕

使用三菱化学制的Lorester(注册商标)HP MCP-T410，利用JIS标准的直流四探针法进行测定。使探头(串联四探针探头型号ESP)抵接于加工后的靶材的表面，以AUTO RANGE模式进行测定。测定部位设定为靶材的中央附近及四角的共计5处，将各测定值的算术平均值设定为该靶材的体电阻率。

〔评价2〕

使用实施例及比较例的靶材，进行异常放电的评价。使用DC磁控溅射装置(真空器械工业株式会社制高速率溅射装置)、排气系低温泵及旋转泵，在以下的条件下进行DC溅射。

极限真空度：1×10^-5[Pa]

溅射压力：0.50[Pa]

氩气流量：32[cc]

氧气流量：8[cc]

接通功率：3[W/cm²]

时间：48小时

使用电弧光计数器(型号：μArc Moniter MAM Genesis MAM数据收集器Ver.2.02(LANDMARK TECHNOLOGY公司制))如下所示地评价异常放电的发生次数。

A：小于50次

B：50次以上

〔评价3〕

使用实施例及比较例的靶材，利用光刻法制作出图1所示的TFT元件1。

在TFT元件1的制作中，作为基材10使用了聚萘二甲酸乙二醇酯膜(东洋纺株式会社制TEONEX(注册商标))(玻璃化转变温度：155℃)。在基材10上，使用DC溅射装置形成Mo薄膜作为源极30及漏极31，使用利用上述的方法得到的靶材，在下述的条件下进行溅射成膜，形成厚度约30nm的沟道层20。

·成膜装置：DC溅射装置Tokki株式会社制SML-464

·极限真空度：小于1×10^-4Pa

·溅射气体：Ar/O₂混合气体

·溅射气压：0.4Pa

·O₂气浓度：如以下的表1所示。

·基板温度：室温

·溅射功率：3W/cm²

然后，在下述的条件下形成SiOx薄膜作为栅绝缘膜40。

·成膜装置：等离子体CVD装置Samco株式会社制PD-2202L

·成膜气体：SiH₄/N₂O/N₂混合气体

·成膜压力：110Pa

·基板温度：150℃

然后，使用上述DC溅射装置形成Mo薄膜作为栅极50。

使用上述等离子体CVD装置形成SiOx薄膜作为保护层60。最后，在150℃实施退火处理。退火处理的时间设定为60分钟。如此所述地制造出TFT元件1。

本发明人利用X射线光电子分光法(XPS：X-Ray Photoelectron Spectroscopy)确认了：所得的TFT元件1的沟道层20的组成与靶材的组成相同(对于以下的实施例及比较例也相同)。XPS是测定由于向试样表面照射X射线而产生的光电子能量、可以分析试样的构成元素及其电子状态的测定方法。因而，表1所示的各元素的组成在沟道层20和靶材中相同。

对如此所述地操作而得到的TFT元件1进行漏电压Vd＝5V时的传递特性的测定。所测定出的传递特性为场效应迁移率μ(cm²/Vs)、SS(亚阈值摆幅；Subthreshold Swing)值(V/dec)及阈值电压Vth(V)。传递特性利用Agilent Technologies株式会社制半导体器件参数分析仪B1500A进行测定。将测定结果表示于表1中。需要说明的是，虽然没有表示于表中，但是本发明人利用XRD测定确认了：各实施例中得到的TFT元件1的沟道层20为无定形结构。

所谓场效应迁移率，是指在MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor；金属-氧化物半导体场效应晶体管)动作的饱和区域中根据使漏电流相对于使漏电压恒定时的栅电压的变化而求出的沟道迁移率，值越大则传递特性越良好。

所谓SS值，是指在阈值电压附近使漏电流升高1位数所需要的栅电压，值越小则传递特性越良好。

所谓阈值电压，是指对漏极施加正电压、对栅极施加正负任一电压时漏电流流过并达到1nA时的电压，优选其值接近0V。详细而言，阈值电压更优选为-2V以上，进一步优选为-1V以上，更进一步优选为0V以上。另外，阈值电压更优选为3V以下，进一步优选为2V以下，更进一步优选为1V以下。具体而言，阈值电压更优选为-2V以上且3V以下，进一步优选为-1V以上且2V以下，更进一步优选为0V以上且1V以下。

从表1所示的结果清楚地可知，使用各实施例中得到的靶材制造的TFT元件即使利用在150℃的低温下进行的后退火处理，传递特性也优异。

〔评价3〕

对实施例1及比较例1中得到的靶材，利用上述的方法测定出In/Zn原子比率的分散率。将其结果表示于以下的表2中。

如表2所示，实施例1中16处的分散率最大为3.9％，证实了In/Zn原子比率均匀。与之相对，可知比较例1中得到的靶材的In/Zn原子比率不均匀。

需要说明的是，虽然没有表示于表中，但是对于实施例2至5中得到的靶材，本发明人也确认了：16处的分散率最大为10％以下。

产业上的可利用性

本发明的溅射靶可以在平板显示器(FPD)中使用的薄膜晶体管(TFT)的技术领域中合适地使用。另外，以往的IGZO需要250℃以上的高温下的后退火处理，但是本发明中即使利用小于250℃的低温下的后退火处理，也能够使之作为半导体发挥作用。因此，能够削减制造所需要的能量，从而实现天然资源的可持续管理、高效的利用以及脱碳(碳中和)。

Claims

1.一种溅射靶材，其由包含铟即In元素、锌即Zn元素及钽即Ta元素的氧化物制成，各元素的原子比满足式(1)至(3)的全部式子，

0.1≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)＜0.4 (1)

0.6＜Zn/(In+Zn+Ta)≤0.9 (2)

0.001≤Ta/(In+Zn+Ta)＜0.014 (3)

所述溅射靶材的相对密度为95％以上。

2.根据权利要求1所述的溅射靶材，其抗折强度为100MPa以上。

3.根据权利要求1或2所述的溅射靶材，其体电阻率在25℃下为100mΩ·cm以下。

4.一种氧化物半导体的制造方法，其是使用了权利要求1或2所述的溅射靶材的氧化物半导体的制造方法，

所述氧化物半导体以如下所述的方式被制造：

所述氧化物半导体由包含铟即In元素、锌即Zn元素及钽即Ta元素的氧化物制成，

各元素的原子比满足式(1)至(3)的全部式子，

0.1≤(In+Ta)/(In+Zn+Ta)＜0.4 (1)

0.6＜Zn/(In+Zn+Ta)≤0.9 (2)

0.001≤Ta/(In+Zn+Ta)＜0.014 (3)。