專利名稱：氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材及其制造方法，更具體地說，涉及可以進(jìn)行直流(Direct Current, DC )濺射的含有銦(In )、鎵(Ga )、 鋁(Al)和鋅(Zn)的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用賊射靶材及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往，作為薄膜晶體管(TFT)的溝道層，主要使用多晶硅膜或無定形 硅膜。但是，最近進(jìn)行了使用載流子濃度和電子遷移率更優(yōu)異的氧化鋅形成 透明導(dǎo)電性氧化膜的研究。該氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材用于使用氧 化物的TFT的制造中。TFT為以微細(xì)且薄的膜形狀形成的小型放大管，為具有柵極、源極、漏 極的三端子器件。上述非晶質(zhì)氧化膜基于半導(dǎo)體的特性，用作位于TFT的 源極和漏極之間的溝道。該溝道發(fā)揮在TFT工作時，通過向柵極端子施加 電壓控制通過溝道的電流，在源極端子和漏極端子之間切換電流的功能。但是，氧化鋅類的透明導(dǎo)電膜中，形成不是非晶質(zhì)的多晶薄膜時，由于 多晶粒子界面的散射，電子遷移率受限，存在晶體管的開/關(guān)比增加的問題。 由此，最近進(jìn)行形成氧化鋅類的非晶質(zhì)氧化物膜的研究。作為形成該氧化鋅類的非晶質(zhì)氧化物膜的方法，可以舉出使多晶燒結(jié)體 為靶材的賊射法、脈沖激光沉積法、電子束蒸鍍法等，但其中使用濺射法來 沉積氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜的濺射靶材的制造方法受到關(guān)注。對于薄膜的組成，在非單一成分的多成分體系下即使采用同一組成的濺 射靶材實施，其最終成分也不同。因此，濺射靶材的組成必須在對所要的薄 膜組成進(jìn)行各種條件的研究之后進(jìn)行確定。現(xiàn)有技術(shù)中，用于形成氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜的濺射靶材的特定元素產(chǎn) 生局部的濃縮化，成膜后難于得到薄膜組成的均質(zhì)性，因此導(dǎo)致薄膜物性和 可靠性降低。因此，為了形成均勻的薄膜，要求通過控制濺射靶材制造工藝 的條件，形成原料物質(zhì)以規(guī)定的組成比均勻分布的濺射靶材。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了改善上述問題而提出的，其目的在于提供一種氧化鋅類非 晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，在成膜時非晶質(zhì)薄膜顯示出優(yōu)異的載流子濃度和電子遷移率，從而可以進(jìn);f亍DC賊射。本發(fā)明的另 一 目的在于提供一 種制造氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶 材的方法，為了制造成膜時非晶質(zhì)薄膜顯示出優(yōu)異的栽流子濃度和電子遷移 率，從而可以進(jìn)行DC濺射的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，使用濕法 研磨、噴霧干燥、擠壓成型工序制造氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的方 法。為了達(dá)到上述目的、解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供氧化鋅類的非晶 質(zhì)薄膜用濺射靶材，其特征在于，濺射靶材具有InxGayAh-y03 ( ZnO) T (x+y=l、 x:y= 1:0.01 ~ 100、 T二0.1-5)的纟且成。此外,本發(fā)明提供氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方法，其特 征在于，包括下述步驟向含有l(wèi)n203、 Ga203、 A1203、 ZnO的原料物質(zhì)中 添加分散劑，進(jìn)行濕法研磨形成漿料；向上述漿料中添加粘結(jié)劑，進(jìn)行噴霧 干燥形成顆粒粉末；將上述顆粒粉末擠壓成型并燒結(jié)，形成具有InxGayAl卜 y03 (ZnO) t (x+y=l、 x:y = 1:0.01 ~ 100、 T=0.1~5)的組成的賊射靶材。本發(fā)明具有可以提供體積電阻率顯示20acm以下的值、In、 Ga、 Al 和Zn的凝聚體形成為l)im以下、可以進(jìn)行DC濺射的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄 膜用濺射靶材的效果。本發(fā)明還具有可以形成成膜時的載流子濃度顯示1016~ 10,cmM直、電 子遷移率具有1 ~ 10cm"V.s值的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜的效果。


圖1為表示本發(fā)明實施方式的賊射靶材的制造方法的流程圖。
具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。 首先，對本發(fā)明實施方式的濺射靶材進(jìn)行說明。本發(fā)明實施方式的濺射靶材具有InxGayAh-y03 (ZnO) T (x+y=l、 x:y =1:0.01 ~ 100、 TM).1 5)的組成，優(yōu)選以InxGayAl！— y03 ( ZnO ) T ( x+y=l 、 x:y= 1:0.01 ~ 10、 T=0.1~5)的組成形成。多晶狀態(tài)的氧化物、即燒結(jié)體的組成，由于在賊射這樣的薄膜沉積工序 中有時根據(jù)沉積條件的控制會產(chǎn)生細(xì)微的變化，因此以上述提示的值控制濺 射靶材的In、 Ga、 Al、 Zn的組成比是重要的。在此，若考慮In、 Ga的價格，則T值越大越好。但是，若T值在一定 的范圍外則由于ZnO的結(jié)晶性傾向增強(qiáng)而形成多晶，因此難于形成非晶質(zhì) 膜。并且，多晶薄膜由于顯示比半導(dǎo)體的特性更接近透明電極的物性，需要 在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)T值。但是，T值極小時，由于貴金屬In和Ga占組成 的大部分，從成本方面考慮不優(yōu)選。因此，本發(fā)明實施方式的'減射靶材中， 將T調(diào)節(jié)為0.1~5的值，但是并不將T值限定為特定的常數(shù)。本發(fā)明實施方式的濺射靶材通過調(diào)節(jié)In:Ga:Zn的比例，形成多晶氧化 物賊射靶材，使體積電阻率為數(shù)十Q.cm、優(yōu)選為20Q'cm以下，/人而可以進(jìn) 行DC濺射。此外，In、 Ga、 Al和Zn的凝聚體可以形成為lpm以下。射，可以得到氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜。這種非晶質(zhì)薄膜顯示1016-1018/cm3 的載流子濃度、1 ~ 10cm2/V.s值的電子遷移率，可以用作TFT的柵極絕緣膜的溝道層。圖1為表示本發(fā)明實施方式的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制 造方法的流程圖。參照圖1,為了制造本發(fā)明實施方式的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，首先準(zhǔn)備111203、 Ga203、八1203和ZnO作為原料物質(zhì)(步驟U0)。然 后，向各原料物質(zhì)中添加分散劑(A。和消泡劑(A2)，進(jìn)行濕法研磨工序 (步驟111)。通過該濕法研磨工序粉碎各原料的構(gòu)成粒子的同時，各種粒子必須在粉 碎狀態(tài)下均勻分散。因此，在濕法研磨工序前向準(zhǔn)備的原料物質(zhì)中添加分散 劑(A！)，并添加破壞由于分散劑(A！)的添加而產(chǎn)生的氣泡的消泡劑(A2 ), 由此在進(jìn)行濕法研磨時可以在更均質(zhì)的狀態(tài)下分散原料物質(zhì)。分散劑(AJ使用羧酸鹽，消泡劑(A2)使用通用消泡劑。此外，在濕 法研磨前向原料中添加分散劑(A。的方式大致分為兩種。第一，在濕法研磨前混合所有原料物質(zhì)而進(jìn)行濕法研磨時，優(yōu)選以粉末 為基準(zhǔn)添加約0.5wt。/。的分散劑聚丙烯酸銨(分子量3000)。第二，分別分散各原料物質(zhì)時，對111203使用0.5-1.5wt。/。的聚丙烯酸 銨鹽，對ZnO使用0.1 0.5wt。/。的聚丙烯酸銨鹽。并且，對Ga203的分散使 用0.8-2.0wt。/。的聚丙烯酸銨鹽，對八1203使用0.5 ~ 1.0wt。/。的聚丙烯酸銨鹽。更優(yōu)選對111203使用0.8wt。/。的聚丙烯酸銨鹽(分子量5000)，對ZnO 使用0.3wt。/。的聚丙烯酸銨鹽(分子量3000)，對Ga20s使用1.0wt。/。的聚丙 烯酸銨鹽(分子量2000)，對八1203使用0.8wt。/。的聚丙烯酸銨鹽(分子量 5000)。從而，不管是什么物質(zhì)，大致可以使用0.5 2.0wt。/。的聚丙烯酸銨鹽(分 子量3000 - 5000)。對如上所述混合有分散劑(Aj和消泡劑(A2)的原料物質(zhì)進(jìn)行濕法研 磨工序形成漿料(步驟112)。然后，向準(zhǔn)備好的上述漿料中添加粘結(jié)劑(A3)。粘結(jié)劑(A3)是為了制造濺射靶材，在制造成型體時提高成型體的強(qiáng)度 和燒結(jié)密度而添加的，其種類和添加量不限于特定的物質(zhì)或量。作為粘結(jié)劑 (A3)的例子，可以舉出聚乙烯醇(PVA),但只要是可以維持成型強(qiáng)度程 度的粘結(jié)劑(A3)則都可以使用。若對添加有粘結(jié)劑(A3)的漿料進(jìn)行噴霧干燥過程(步驟U3),則形 成顆粒粉末(步驟114)。如此形成的顆粒粉末的表面密度基于美國材料試 驗協(xié)會(ASTM)的標(biāo)準(zhǔn)測定時，結(jié)果優(yōu)選為1.4以上，由此可知提高了燒 結(jié)體的燒結(jié)密度。通過該燒結(jié)密度的提高可以防止由濺射靶材產(chǎn)生的異常放電。噴霧干燥得到的顆粒粉末通過擠壓成型而成型為濺射靶材形態(tài)(步驟 115)。進(jìn)行該擠壓成型法時，優(yōu)選通過冷壓法進(jìn)行一次成型后，再通過冷 等靜壓成型法進(jìn)行二次成型。成型壓力極強(qiáng)或極弱時，在第二次進(jìn)行的冷等靜壓擠壓法或燒結(jié)工序的 過程中，在橫向的收縮和軸向的收縮中產(chǎn)生較大的差，有可能產(chǎn)生成型體和 燒結(jié)體變形現(xiàn)象。因此，進(jìn)行冷壓法時，優(yōu)選使成型壓力為300 ~ 500kg/cm2。最后，成型工序結(jié)束后燒結(jié)上述成型體(步驟117)，形成為濺射靶材 (步驟116)。其中，優(yōu)選燒結(jié)溫度為1400~ 1600°C，燒結(jié)時在使用空氣、 氧氣或者它們的組合的氣體氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。此時，燒結(jié)密度相對于理論密 度為99%以上。通過本發(fā)明實施方式的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方法 制造的濺射耙材具有InxGayAl"y03 ( ZnO ) T (x+y=l、 x:y= 1:0.01 ~ 100、 T=0.1 ~5)的組成，優(yōu)選具有IiixGayAl! —y03(ZnO)T(x+y=l、 x:y= 1:0.01 ~ 10、 T=0.1 ~ 5 )的組成。具有該組成的本發(fā)明的濺射耙材顯示20Q.cm以下 值的電阻率，In、 Ga、 Al和Zn的凝聚體形成為lnm以下，可以進(jìn)4亍DC 濺射。通過使用本發(fā)明實施方式的濺射靶材，成膜時形成的非晶質(zhì)薄膜顯示 1016 ~ 1018/cm3值的載流子濃度、1-10cm2/V.s值的電子遷移率。如上所述，雖然參照本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行說明，但是對于所屬技 術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，在不脫離權(quán)利要求書記載的本發(fā)明的思想和領(lǐng) 域的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變更是不言而喻的。即，本發(fā)明 的技術(shù)范圍基于權(quán)利要求書而定，不受發(fā)明的最佳實施方式限定。
權(quán)利要求
1、一種氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，其特征在于，在氧化鋅類非晶質(zhì)薄膜用的濺射靶材中，所述濺射靶材具有InxGayAl1-yO3(ZnO)T的組成，其中x+y＝1、x∶y＝1∶0.01～100、T＝0.1～5。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，其特征 在于，所述濺射靶材具有InxGayAh-y03 (ZnO) T的組成，其中x+y=l、 x:y=1:0.01 ~ 10、 T=0.1 ~ 5。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，其特征 在于，所述濺射靶材可以進(jìn)行DC濺射。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，其特征 在于，對于所述濺射靶材，電阻率顯示20Q.cm以下的值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，其特征 在于，所述濺射靶材中，In、 Ga、 Al和Zn的凝聚體為lpm以下。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，其特征 在于，對于所迷濺射靶材，成膜時的非晶質(zhì)薄膜的載流子濃度顯示1016~ 10,cm3的值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材，其特征 在于，對于所述濺射靶材，成膜時的非晶質(zhì)薄膜的電子遷移率顯示1~ 10cm2/V.s的^直。
8、 一種氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方法，其特征在于， 在氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方法中，包括下述步驟向含有l(wèi)n2o3、 Ga203、 A1203、 ZnO的原料物質(zhì)中添加分散劑，進(jìn)行濕法研磨形成漿料；向所述漿料中添加粘結(jié)劑，進(jìn)行噴霧干燥形成顆粒粉末； 將所述顆粒粉末擠壓成型并燒結(jié)，形成具有InxGayAl卜y03 (ZnO) 丁的組成的賊射耙材，其中x+y-l、 x:y = 1:0.01 ~ 100、 T=0.1 ~ 5。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成漿料的步驟中，將含有111203、 Ga203、 A1203、 ZnO的原料物質(zhì)全部混合，使用約0.5wt。/。的分子量3000的聚丙烯酸銨鹽作 為分散劑。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成漿料的步驟中，作為分散劑分別對所述原料物 質(zhì)Iri203使用0.5 ~ 1.5wt。/。的聚丙烯酸銨鹽，對Ga2CM吏用0.8 ~ 2.0wt。/。的聚 丙烯酸銨鹽，對Al203使用0.5~ 1.0wt。/。的聚丙烯酸銨鹽，對ZnO使用0.1 ~ 0.5wt。/。的聚丙烯酸銨鹽，分散后進(jìn)行混合。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造 方法，其特征在于，在所述形成漿料的步驟中，作為分散劑分別對所述原料 物質(zhì)111203使用0.8wt。/。的分子量5000的聚丙烯酸銨鹽，對Ga2O3使用1.0wt% 的分子量2000的聚丙烯酸銨鹽，對八1203<吏用0.8wt。/。的分子量5000的聚丙 烯酸銨鹽，對ZnO使用0.3wt。/。的分子量3000的聚丙烯酸銨鹽，分散后進(jìn)行 混合。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成顆粒粉末的步驟中，所述粘結(jié)劑使用聚乙烯醇。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成顆粒粉末的步驟中，基于美國材料試驗協(xié)會的 測定，所述顆粒粉末顯示出1.4以上的密度。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成濺射靶材的步驟中，對所述顆粒粉末通過冷壓 法進(jìn)行一次成型后，再通過冷等靜壓成型法實施二次成型。
15、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成濺射靶材的步驟中，所述冷壓法中施加300-500kg/cm2的成型壓力。
16、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方法，其特征在于，在所述形成'濺射耙材的步驟中，在所述才齊壓成型后在1400 ~1600°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成濺射靶材的步驟中，在所述擠壓成型后使用氧 氣、空氣或者它們的組合進(jìn)行燒結(jié)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成、踐射耙材的步驟中，在所述擠壓成型后燒結(jié)為 99%以上的燒結(jié)密度。
全文摘要
本發(fā)明公開了氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材及其制造方法。本發(fā)明提供具有In_xGa_yAl_1-yO₃(ZnO)_T(x+y＝1、x∶y＝1∶0.01～100、T＝0.1～5)組成的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜用濺射靶材。由此，可以形成體積電阻率顯示20Ω·cm以下的值，可以進(jìn)行DC濺射，In、Ga、Al和Zn的凝聚體形成為1μm以下，可以抑制由異常放電所引起的不良問題，而且成膜時的載流子濃度顯示10¹⁶～10¹⁸/cm³的值，具有1～10cm²/V·s值的電子遷移率的氧化鋅類的非晶質(zhì)薄膜。
文檔編號C23C14/08GK101333644SQ200810088879
公開日2008年12月31日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者李倫圭, 李真昊 申請人:三星康寧精密琉璃株式會社