氧化物燒結(jié)體和濺射靶、以及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明涉及將用于液晶顯示器、有機(jī)EL顯示器等顯示裝置的薄膜晶體管(TFT、Thin FilmTransistor)的氧化物半導(dǎo)體薄膜利用濺射法成膜時(shí)所使用的氧化物燒結(jié)體、和濺射 靶、以及其制造方法。
【背景技術(shù)】 TFT中使用的無定形(非晶質(zhì))氧化物半導(dǎo)體與通用的非晶硅(a-Si)相比具有高載流 子迀移率,光學(xué)帶隙大,能夠在低溫下成膜。因此,期待應(yīng)用于要求大型、高分辨率、高速驅(qū) 動(dòng)的下一代顯示器、耐熱性低的樹脂基板等。作為適合這些用途的氧化物半導(dǎo)體的組成,提 出了含有In的非晶質(zhì)氧化物半導(dǎo)體。例如,In-Ga-Zn系氧化物半導(dǎo)體、In-Ga-Zn-Sn系氧 化物半導(dǎo)體、In-Ga-Sn系氧化物半導(dǎo)體等受到關(guān)注。 在形成上述氧化物半導(dǎo)體薄膜時(shí),適宜地采用對(duì)與該薄膜相同材料的濺射靶(以下, 有時(shí)稱為"靶材")進(jìn)行濺射的濺射法。濺射靶在將氧化物燒結(jié)體結(jié)合于背板的狀態(tài)下使 用,但在將氧化物燒結(jié)體結(jié)合于背板的工序中,有時(shí)氧化物燒結(jié)體發(fā)生破損。 例如在專利文獻(xiàn)1中,作為適于制作半導(dǎo)體元件時(shí)的圖案化工序的氧化物半導(dǎo)體膜、 以及能夠?qū)⑸鲜霭雽?dǎo)體膜成膜的氧化物燒結(jié)體,公開了以0. 10 <In/(In+Ga+Sn) < 0. 60、 0· 10 彡GaAln+Ga+Sn)彡 0· 55、0· 0001 <SnAln+Ga+Sn)彡 0· 60 的原子比包含銦元素 (In)、鎵元素(Ga)和錫元素(Sn)的氧化物燒結(jié)體。 在專利文獻(xiàn)2中,公開了作為降低濺射時(shí)的異常放電的技術(shù),包含銦元素(In)、鎵元素 (Ga)、鋅元素(Zn)和錫元素(Sn),包含以Ga2In6Sn2016S(Ga、In) 203表示的化合物的氧化 物燒結(jié)體。 另外,在專利文獻(xiàn)3中,作為濺射率的增大、防止突起物(nodule)的發(fā)生、防止破損等 濺射操作性優(yōu)異、且在低溫基板中特別是在能夠形成低電阻的透明導(dǎo)電膜的濺射靶和靶材 料中使用的IT0燒結(jié)體,公開了燒結(jié)密度為90%以上且100%以下、燒結(jié)粒徑為Ιμπι以上 且20μm以下的高密度ΙΤ0燒結(jié)體。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2011-174134號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2008-280216號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平05-311428號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明要解決的問題 伴隨近年來的顯示裝置的高性能化,要求氧化物半導(dǎo)體薄膜的特性的提高、特性的穩(wěn) 定化,而且需要進(jìn)一步提高顯示裝置的生產(chǎn)效率。另外,若考慮生產(chǎn)率、制造成本等,則對(duì)于 顯示裝置用的氧化物半導(dǎo)體薄膜的制造中使用的濺射靶及作為其原材的氧化物燒結(jié)體,當(dāng) 然要求抑制濺射工序中的濺射靶的破損,還進(jìn)一步要求抑制結(jié)合工序中的氧化物燒結(jié)體的 破損。 本發(fā)明鑒于上述問題而完成,其目的在于,提供能夠抑制在結(jié)合工序中發(fā)生破損的氧 化物燒結(jié)體、和使用該氧化物燒結(jié)體的濺射靶、以及其制造方法,所述氧化物燒結(jié)體、和濺 射靶在顯示裝置用氧化物半導(dǎo)體薄膜的制造中優(yōu)選使用。 用于解決問題的手段 能夠解決上述課題的本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的主旨在于,是將氧化銦、氧化鎵和氧化 錫燒結(jié)而得到的氧化物燒結(jié)體,上述氧化物燒結(jié)體的相對(duì)密度為90%以上、上述氧化物燒 結(jié)體的平均晶粒直徑為10μm以下,將銦、鎵、錫的含量相對(duì)于上述氧化物燒結(jié)體中所含除 氧以外的全部金屬元素的比例(原子%)分別設(shè)為[In]、[Ga]、[Sn]時(shí),滿足下述式(1)~ (3),并且對(duì)上述氧化物燒結(jié)體進(jìn)行X射線衍射時(shí),InGa03相滿足下述式(4)。 30 原子[In] < 50 原子% · · · (1) 20原子[Ga]彡30原子% · · · (2) 25原子[Sn]彡45原子% · · · (3)
[InGa03]彡 0· 05 · · · (4) 其中,[InGa03] = (I(InGa03V(I(InGa03)+I(In203)+I(Sn02)) 式中,I(InGa03)、I(Ιη203)、和I(Sn02)分別是利用X射線衍射確定的InGa03相、In203 相、Sn02相的衍射強(qiáng)度的測(cè)定值。 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中,上述氧化物燒結(jié)體的晶粒直徑超過15μπι的粗大晶粒的比 例為10%以下。 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中,對(duì)上述氧化物燒結(jié)體進(jìn)行X射線衍射時(shí),不含Ga3xn5+xSn2016 相。 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中,對(duì)上述氧化物燒結(jié)體進(jìn)行X射線衍射時(shí),不含(Ga、In) 203 相。 另外,能夠解決上述課題的本發(fā)明的濺射靶是使用上述任一項(xiàng)所述的氧化物燒結(jié)體而 得到的濺射靶,電阻率為1Ω·cm以下。 本發(fā)明的上述氧化物燒結(jié)體的優(yōu)選制造方法的主旨在于,將氧化銦、氧化鎵和氧化錫 混合,設(shè)置于成形模具后,升溫至燒結(jié)溫度850~1250Γ,然后以在該溫度域內(nèi)的保持時(shí)間 為0· 1~5小時(shí)、加壓壓力為59MPa以下進(jìn)行燒結(jié)。 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中,到上述燒結(jié)溫度為止的平均升溫速度為600°C/hr以下。 發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明,可以提供能夠抑制結(jié)合作業(yè)時(shí)發(fā)生破損的氧化物燒結(jié)體、和使用該氧化 物燒結(jié)體的濺射靶、以及其制造方法。
【附圖說明】 圖1是表示實(shí)施例2的No. 1和No. 2中有無黑色堆積物的照片。
【具體實(shí)施方式】 本發(fā)明人等發(fā)明了具有后述的特定的比率的金屬元素的In-Ga-Sn系氧化物半導(dǎo)體薄 膜(IGTO),作為與現(xiàn)有的In-Ga-Zn系氧化物半導(dǎo)體薄膜(IGZO)相比載流子迀移率更高而 評(píng)價(jià)的TFT的迀移率優(yōu)異的氧化物半導(dǎo)體薄膜,首先提出申請(qǐng)。 當(dāng)然,對(duì)于作為用于In-Ga-Sn系氧化物半導(dǎo)體薄膜(IGT0)的制造的濺射靶的原材的 氧化物燒結(jié)體而言,若考慮生產(chǎn)率、制造成本等,則進(jìn)一步抑制結(jié)合工序中的氧化物燒結(jié)體 的破損也是重要的,為此需要改善氧化物燒結(jié)體。 因此,本發(fā)明人等對(duì)于作為適合將上述氧化物半導(dǎo)體薄膜成膜的In-Ga-Sn系濺射靶 的原材的氧化物燒結(jié)體,為了抑制結(jié)合時(shí)的破損,反復(fù)進(jìn)行了研究。 其結(jié)果是,發(fā)現(xiàn)一種具有滿足后述式(1)~(3)的特定的金屬元素的比例的將氧化銦、 氧化鎵和氧化錫混合并燒結(jié)而得到的氧化物燒結(jié)體,(I)對(duì)氧化物燒結(jié)體進(jìn)行X射線衍射 時(shí),具有通過控制InGaOjg的比例,從而抑制結(jié)合時(shí)的氧化物燒結(jié)體破損的效果、(II)通過 提高相對(duì)密度,能夠進(jìn)一步提高結(jié)合時(shí)的氧化物燒結(jié)體破損的抑制效果、(III)若使氧化物 燒結(jié)體的平均晶粒直徑微細(xì)化則能夠進(jìn)一步提高氧化物燒結(jié)體破損的抑制效果,以至完成 本發(fā)明。 還發(fā)現(xiàn),(IV)為了得到上述氧化物燒結(jié)體,以規(guī)定的燒結(jié)條件進(jìn)行燒結(jié)即可。 首先,對(duì)本發(fā)明涉及的氧化物燒結(jié)體的構(gòu)成進(jìn)行具體說明。 為了形成具有TFT特性優(yōu)異的效果的氧化物半導(dǎo)體薄膜,需要分別適當(dāng)控制氧化物燒 結(jié)體中所含金屬元素的含量。 具體來說,將各金屬元素(銦、鎵、錫)的含量(原子% )相對(duì)于氧化物燒結(jié)體中所含 除氧以外的全部金屬元素的比例分別設(shè)為[In]、[Ga]、[Sn]時(shí),按照滿足下述式(1)~(3) 的方式進(jìn)行控制。 30 原子[In] < 50 原子% · · · (1) 20原子[Ga]彡30原子% · · · (2) 25原子[Sn]彡45原子% · · · (3) 上述式(1)規(guī)定了全部金屬元素中的In比([In] =In/(In+Ga+Sn))。若[In]過低, 則不能達(dá)成氧化物燒結(jié)體的相對(duì)密度提高效果、濺射靶的電阻率的降低,而且成膜后的氧 化物半導(dǎo)體薄膜的載流子迀移率也變低。另一方面,若[In]過高,則載流子變得過多而導(dǎo) 體化,而且對(duì)應(yīng)力的穩(wěn)定性降低。因此,[In]為30原子%以上、優(yōu)選為35原子%以上、更 優(yōu)選為40原子%以上,為50原子%以下、優(yōu)選為47原子%以下、更優(yōu)選為45原子%以下。 上述式(2)規(guī)定了全部金屬元素中的Ga比([Ga] =Ga/(In+Ga+Sn))。[Ga]除了具有 降低氧缺陷,使氧化物半導(dǎo)體薄膜的無定形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化的作用之外,還具有提高應(yīng)力耐性 (特別是對(duì)于光+負(fù)偏壓應(yīng)力的耐性)的作用。其中,若[Ga]過高,則迀移率降低。因此, [Ga]為20原子%以上、優(yōu)選為22原子%以上、更優(yōu)選為24原子%以上,為30原子%以下、 優(yōu)選為29原子%以下、更優(yōu)選為28原子%以下。 上述式(3)規(guī)定了全部金屬元素中的Sn比([Sn] =Sn/ (In+Ga+Sn))。[Sn]具有提 高濕式蝕刻性等、氧化物半導(dǎo)體薄膜的耐藥液性的作用。其中,伴隨耐藥液性的