復(fù)合氧化物燒結(jié)體及由其構(gòu)成的濺射靶的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2009年12月07日、申請(qǐng)?zhí)枮?00980149720. 1、發(fā)明名稱 為"復(fù)合氧化物燒結(jié)體及由其構(gòu)成的濺射靶"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及含有In、Zn及Sn的復(fù)合氧化物燒結(jié)體、由其構(gòu)成的濺射靶、使用該靶 材獲得的無(wú)定形氧化物膜及含有該氧化物膜的薄膜晶體管。
【背景技術(shù)】
[0003] 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，作為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器集成電路的單位電子元件、高頻信號(hào)放大元件、 液晶驅(qū)動(dòng)用元件等被廣泛使用，是目前實(shí)用化最多的電子設(shè)備。
[0004] 其中，隨著近年的顯示裝置的日新月異的發(fā)展，不僅在液晶顯示裝置（LCD)中，在 電致發(fā)光顯示裝置（EL)、場(chǎng)發(fā)射顯示（FED)等各種顯示裝置中，多使用薄膜晶體管（TFT)作 為在顯示元件上施加驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)顯示裝置的開(kāi)關(guān)元件。
[0005] 作為上述薄膜晶體管的材料，硅半導(dǎo)體化合物應(yīng)用最為廣泛。一般來(lái)說(shuō)，在需要高 速運(yùn)行的高頻放大元件、集成電路用元件等中使用硅單晶，在液晶驅(qū)動(dòng)用元件等中由于大 面積化的要求使用無(wú)定形硅。
[0006] 但是，結(jié)晶性硅系薄膜在試圖結(jié)晶化時(shí)，需要例如800°C以上的高溫，難以在玻璃 基板上或有機(jī)物基板上形成。因而，結(jié)晶性硅系薄膜不僅具有僅可形成于硅晶片或石英等 耐熱性高的昂貴基板上的問(wèn)題，還具有在制造時(shí)需要很多能量和工序數(shù)等的問(wèn)題。
[0007] 另外，使用了結(jié)晶性硅系薄膜的TFT的元件構(gòu)成通常限定于頂部柵極構(gòu)成，因而， 削減掩模張數(shù)等來(lái)降低成本是很困難的。
[0008] 另一方面，可在較低溫下形成的非晶性硅半導(dǎo)體（無(wú)定形硅）由于與結(jié)晶性硅系 薄膜相比，開(kāi)關(guān)速度更慢，因而作為驅(qū)動(dòng)顯示裝置的開(kāi)關(guān)元件使用時(shí)，有無(wú)法適應(yīng)高速圖像 顯示的情況。
[0009] 目前，作為驅(qū)動(dòng)顯示裝置的開(kāi)關(guān)元件，使用了硅系半導(dǎo)體膜的元件占主流。這正是 由于除了硅薄膜的穩(wěn)定性、加工性的良好之外，開(kāi)關(guān)速度很快等各種性能很良好。而且，這 種硅系薄膜一般通過(guò)化學(xué)氣相沉積法（CVD)制造。
[0010] 以往的薄膜晶體管（TFT)例如具有在玻璃等基板上層疊柵電極、柵絕緣層、氫化 無(wú)定形硅（a_Si:H)等半導(dǎo)體層、柵電極和漏電極的逆交錯(cuò)型結(jié)構(gòu)。在圖像傳感器等大面積 設(shè)備的領(lǐng)域中，具有該結(jié)構(gòu)的TFT作為有源矩陣型液晶顯示器所代表的平板顯示器等驅(qū)動(dòng) 元件使用。在這些用途中，即便是以往的無(wú)定形硅，伴隨著高功能化，也要求動(dòng)作的高速化。
[0011] 在這種狀況下，由于較硅系半導(dǎo)體薄膜的穩(wěn)定性更優(yōu)異，近年來(lái)使用了氧化物的 氧化物半導(dǎo)體薄膜備受關(guān)注。
[0012] 但是，由上述金屬氧化物構(gòu)成的透明半導(dǎo)體薄膜、特別是在高溫下將氧化鋅結(jié)晶 化而成的透明半導(dǎo)體薄膜的場(chǎng)效應(yīng)迀移率（以下有時(shí)僅稱作"迀移率"）低至IcmVv?sec 左右、開(kāi)關(guān)比小，而且易于發(fā)生漏電流，因而工業(yè)的實(shí)用化困難。
[0013] 對(duì)于含有含氧化鋅的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體而言，進(jìn)行了多種研宄，但當(dāng)通過(guò)工 業(yè)上通常進(jìn)行的濺射法進(jìn)行成膜時(shí)，具有以下問(wèn)題。
[0014] 例如，以氧化鋅為主成分的傳導(dǎo)性透明氧化物的氧化物半導(dǎo)體膜易于產(chǎn)生氧缺 陷、產(chǎn)生多個(gè)載流子電子，難以減小導(dǎo)電率。而且，在利用濺射法的成膜時(shí)，存在發(fā)生異常放 電、損害成膜的穩(wěn)定性、所得膜的均勻性及再現(xiàn)性降低的問(wèn)題。
[0015] 因此，當(dāng)使用以氧化鋅為主成分的傳導(dǎo)性透明氧化物的氧化物半導(dǎo)體膜作為例如 TFT活性層（溝道層）使用時(shí)，即便未施加?xùn)烹妷簳r(shí)，在源端子及漏端子之間也會(huì)流過(guò)很 大的電流、無(wú)法實(shí)現(xiàn)TFT的常斷（normallyoff)操作的問(wèn)題。另外，也難以增大晶體管的 開(kāi)?關(guān)比。
[0016] 另外，上述TFT具有迀移率低、開(kāi)關(guān)比低、漏電流大、夾斷（pinchoff)不明顯、易 于變?yōu)槌嗟萒FT的性能降低的問(wèn)題，除此之外，由于耐化學(xué)試劑性差，因而具有濕法刻蝕 難等制造工藝或使用環(huán)境的限制。
[0017] 以氧化鋅為主成分的傳導(dǎo)性透明氧化物的氧化物半導(dǎo)體膜為了提高性能需要在 很高的壓力下進(jìn)行成膜，因而除了成膜速度變慢之外，由于需要700°C以上的高溫處理，因 而工業(yè)化也具有問(wèn)題。另外，使用了以氧化鋅為主成分的傳導(dǎo)性透明氧化物的氧化物半導(dǎo) 體膜的TFT在底柵構(gòu)成時(shí)的電解迀移率等TFT性能低、為了提高性能，存在在頂部柵極構(gòu)成 下需要使膜厚為IOOnm以上等TFT元件構(gòu)成中的限制。
[0018] 為了解決這種問(wèn)題，探討了驅(qū)動(dòng)由氧化銦、氧化鎵及氧化鋅構(gòu)成的非晶質(zhì)氧化物 半導(dǎo)體膜作為薄膜晶體管的方法。另外，還探討了用工業(yè)上量產(chǎn)性優(yōu)異的濺射法形成由氧 化銦、氧化鎵及氧化鋅構(gòu)成的非晶質(zhì)氧化物半導(dǎo)體膜。但是，鎵為稀有金屬、原料成本高，當(dāng) 鎵的添加量很多時(shí)，具有晶體管的迀移率、S值等特性降低的問(wèn)題。
[0019] 公開(kāi)了使用不含鎵且由氧化銦、氧化錫及氧化鋅構(gòu)成的非晶質(zhì)氧化物半導(dǎo)體膜的 薄膜晶體管（專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)1)。另外，探討了以氧化錫為主成分的光信息記錄介 質(zhì)用濺射靶（專利文獻(xiàn)2)。但是，并未進(jìn)行用于將氧化物半導(dǎo)體用的濺射靶實(shí)用化的具體 研宄。
[0020] 另外，透明導(dǎo)電膜用的ITO靶材中為了抑制結(jié)節(jié)的發(fā)生，研宄了減少錫凝集的效 果（專利文獻(xiàn)3)，即便是最好的靶材也有2. 6個(gè)/mm2左右，并未探討減少到更少時(shí)的氧化 物半導(dǎo)體用途中的效果。
[0021] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0022] 專利文獻(xiàn)
[0023] 專利文獻(xiàn)1:國(guó)際公開(kāi)第05/088726號(hào)小冊(cè)子
[0024] 專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2005-154820號(hào)公報(bào)
[0025] 專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2003-64471號(hào)公報(bào)
[0026]非專利文獻(xiàn)l:KachirayilJ.Sajietal.，JOURNALOFTHEELECTROCHEMICAL SOCIETY，155(6)，H390-395(2008)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]本發(fā)明的目的在于提供可獲得TFT特性的均勻性、TFT特性的再現(xiàn)性及TFT的成 品率良好的TFT面板的復(fù)合氧化物燒結(jié)體以及由其構(gòu)成的濺射靶。
[0028] 本發(fā)明人等進(jìn)行了深入研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用由含有結(jié)晶粒徑小的銦、錫及鋅的復(fù) 合氧化物燒結(jié)體構(gòu)成的濺射靶所獲得的無(wú)定形氧化物膜在TFT特性的均勻性、TFT特性的 再現(xiàn)性及TFT的成品率（特別是TFT的成品率提高）方面得到了優(yōu)化。還發(fā)現(xiàn)，特別是使 用由氧化錫的凝集粒子數(shù)少、含有平均空孔數(shù)少的銦、錫及鋅的復(fù)合氧化物燒結(jié)體所構(gòu)成 的濺射靶所獲得的無(wú)定形氧化物膜，在TFT特性的均勻性、TFT特性的再現(xiàn)性及TFT的成品 率（特別是TFT的成品率提高）方面得到了優(yōu)化。
[0029] 本發(fā)明提供以下的氧化物燒結(jié)體等。
[0030] 1. 一種復(fù)合氧化物燒結(jié)體，其含有In、Zn及Sn，
[0031] 燒結(jié)體密度以相對(duì)密度計(jì)為90%以上，平均結(jié)晶粒徑為IOym以下，體電阻為 30mQcm以下，
[0032] 直徑10ym以上的氧化錫的凝集粒子數(shù)在每I.OOmm2為2. 5個(gè)以下。
[0033] 2.根據(jù)上述1所述的復(fù)合氧化物燒結(jié)體，其中，平面方向的相對(duì)密度的偏差為1% 以下，平均空孔數(shù)為800個(gè)/mm2以下。
[0034] 3.根據(jù)上述1或2所述的復(fù)合氧化物燒結(jié)體，其中，In、Zn及Sn的原子比滿足下 式，
[0035] 0<In/(In+Sn+Zn) <0.75
[0036] 0?25彡Zn/(In+Sn+Zn)彡0?75
[0037] 0 < SnAln+Sn+Zn) < 0? 50。
[0038] 4.根據(jù)上述1~3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合氧化物燒結(jié)體，其中，氮含量為5ppm以下。
[0039] 5.復(fù)合氧化物燒結(jié)體的制造方法，其中，
[0040] 以比表面積為4~14m2/g的氧化銦粉、比表面積為4~14m2/g的氧化錫粉及比表 面積為2~13m2/g的氧化鋅粉為原料，制備成形體，
[0041] 在1200~1550 °C對(duì)所述成形體進(jìn)行燒結(jié)。
[0042] 6.根據(jù)上述5所述的復(fù)合氧化物燒結(jié)體的制造方法，其中，
[0043] 將比表面積為6~IOmVg的氧化銦粉、比表面積為5~IOmVg的氧化錫粉及比表 面積為2~4m2/g的氧化鋅粉混合，制備混合粉體整體的比表面積為5~8m2/g的混合粉 體，
[0044] 使用濕式介質(zhì)攪拌研磨機(jī)將所述混合粉體混合粉碎，使混合粉體整體的比表面積 增加I. 〇 ~3. 0m2/g，
[0045] 將使所述比表面積增加了的混合粉體成形，制備成形體，
[0046] 在氧氣氛中于1250°C~1450°C對(duì)所述成形體進(jìn)行燒結(jié)。
[0047] 7. -種濺射靶，其由上述1~4中任一項(xiàng)所述的復(fù)合氧化物燒結(jié)體構(gòu)成。
[0048] 8.根據(jù)上述7所述的濺射靶，其中，所述復(fù)合氧化物燒結(jié)體所含的金屬原子實(shí)質(zhì) 上為In原子、Sn原子及Zn原子，所述金屬原子的比率滿足下式，
[0049] 0 <In/(In+Sn+Zn) < 0. 40
[0050] 0.25 ^Zn/(In+Sn+Zn) <0. 70
[0051] 0.05 <Sn/(In+Sn+Zn) <0.25。
[0052] 9. 一種無(wú)定形氧化物膜，其為在室溫以上450°C以下的成膜溫度下對(duì)上述7或8 所述的濺射靶進(jìn)行濺射而獲得的無(wú)定形氧化物膜，
[0053] 電子載流子濃度不到1018/cm3。
[0054] 10.-種薄膜晶體管，其中，上述9所述的無(wú)定形氧化物膜為溝道層。
【附圖說(shuō)明】
[0055]圖1為表示本發(fā)明薄膜晶體管一實(shí)施方式的概略截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 本發(fā)明的復(fù)合氧化物燒結(jié)體含有In、Zn及Sn，燒結(jié)體密度以相對(duì)密度的平均值計(jì) 為90%以上，平均結(jié)晶粒徑為10ym以下，體電阻為30mQcm以下。
[0057] 本發(fā)明的復(fù)合氧化物燒結(jié)體作為金屬原子含有In、Zn及Sn。本發(fā)明的復(fù)合氧化 物燒結(jié)體可含有氧缺損，也可不滿足化學(xué)計(jì)量比。
[0058] 另外，本發(fā)明的復(fù)合氧化物燒結(jié)體還可含有Ga、Al、Ge、Si、Zr、Hf、Cu等金屬原子。
[0059]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的復(fù)合氧化物燒結(jié)體可以是實(shí)質(zhì)上為In、Zn及Sn以及任意 的Ga、Al、Ge、Si、Zr、Hf、Cu的金屬原子及氧，也可僅由這些成分構(gòu)成。"實(shí)質(zhì)上為"是指上 述氧化物燒結(jié)體僅由In、Zn及Sn以及任意的Ga、Al、Ge、Si、Zr、Hf、Cu的金屬原子及氧構(gòu) 成，除了這些成分之外也可在不損害本發(fā)明效果的范圍內(nèi)含有其他成分。
[0060] 本發(fā)明的復(fù)合氧化物燒結(jié)體的密度以相對(duì)密度計(jì)為90 %以上、優(yōu)選為95 %以上、 更優(yōu)選為98 %以上。復(fù)合氧化物燒結(jié)體的密度以相對(duì)密度計(jì)小于90 %時(shí)，在成膜中有靶斷 裂、成膜速度減慢的問(wèn)題。
[0061] 需要說(shuō)明的是，上述相對(duì)密度是指"用混合的氧化物的密度除以重量所獲得的理 論密度再除以實(shí)測(cè)密度的值"。
[0062] 本發(fā)明的復(fù)合氧化物燒結(jié)體的平均結(jié)晶粒徑為10ym以下、優(yōu)選為6ym以下、更 優(yōu)選為4ym以下。通過(guò)使復(fù)合氧化物燒結(jié)體的平均結(jié)晶粒徑為10ym以下，可降低復(fù)合氧 化物燒結(jié)體的體電阻、提高所得薄膜晶體管的TFT特性的均勻性及TFT特性的再現(xiàn)性。
[0063] 本發(fā)明的復(fù)合氧化物燒結(jié)體的體電阻為30mQcm以下、優(yōu)選為IOmQcm以下、更優(yōu) 選為ImQcm以上5mQcm以下。通過(guò)使復(fù)合氧化物燒結(jié)體的體電阻為30mQcm以下，可提 高所得薄膜晶體管的TFT特性的均勻性及TFT特性的再現(xiàn)性。
[0064] 本發(fā)明的復(fù)合氧化物燒結(jié)體優(yōu)選直徑IOym以上的氧化錫的凝集粒子數(shù)為在 1. OOmm2為2. 5個(gè)以下、更優(yōu)選為2個(gè)以下、進(jìn)一步優(yōu)選為1個(gè)以下、特別優(yōu)選為0. 5個(gè)以 下。通過(guò)使復(fù)合氧化物燒結(jié)體中的直徑10Um以上的氧