Igzo濺射靶和igzo膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合在通過濺射法制造用于液晶顯示裝置或有機(jī)EL顯示裝置中的薄 膜晶體管的有源層等的透明半導(dǎo)體IGZ0膜時(shí)使用的IGZ0靶和通過使用該靶進(jìn)行濺射而得 到的IGZ0膜。
【背景技術(shù)】
[0002] 有源矩陣型液晶顯示裝置等顯示元件中，使用各像素驅(qū)動(dòng)用的以硅基材料作為有 源層的薄膜晶體管，但是由于隨著像素的微細(xì)化，晶體管的占據(jù)區(qū)域增加而導(dǎo)致開口率減 少、需要高溫成膜等缺點(diǎn)，近年來進(jìn)行了使用透明氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的開發(fā)。
[0003] 透明氧化物半導(dǎo)體從能夠利用濺射法對(duì)大面積均勻成膜、高迀移率等觀點(diǎn)出發(fā)受 到關(guān)注，其中，包含以銦、鎵、鋅、氧作為構(gòu)成元素的In-Ga-Ζη-Ο類材料（以下記為"IGZ0"） 的非晶IGZ0膜的迀移率高于非晶硅的迀移率，使用非晶IGZ0膜作為有源層的電場(chǎng)效應(yīng)型 晶體管具有開關(guān)比高、截止電流值低等特性，因此被認(rèn)為是有前景的（參見非專利文獻(xiàn)1、 專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 作為非晶IGZ0膜的制作方法，量產(chǎn)性優(yōu)良的濺射法最適合，為此，IGZ0靶需要為 高密度。
[0005] 但是，迄今為止雖然有時(shí)也能制造出高密度IGZ0靶，但在持續(xù)生產(chǎn)中燒結(jié)體的密 度下降，進(jìn)而繼續(xù)生產(chǎn)時(shí)，有時(shí)能夠得到高密度靶，作為其原因，預(yù)計(jì)是燒結(jié)條件等靶制造 工藝條件不適當(dāng)，但是終究其原因還不清楚。
[0006] 在專利文獻(xiàn)2中，對(duì)于使用氯濃度為50質(zhì)量ppm以下的氧化銦粉末的氧化銦類濺 射靶的制造方法進(jìn)行了記載。但是該說明書中公開的僅為氧化銦粉末中所含的氯濃度的效 果。在專利文獻(xiàn)3中，存在有關(guān)鹵素元素含量少的氧化銦粉末的記載。但是，在實(shí)施例中， 作為原料，僅使用了硝酸銦。
[0007]除此以外，在專利文獻(xiàn)4中，"記載有如下氧化物：其含有銦元素（In)、鎵元素（Ga) 和鋅元素（Zn)，包含由（Ga、In)203表示的氧化物晶相。上述氧化物中，相對(duì)于上述氧化物 所含的全部晶相，上述由（Ga、In)203表示的氧化物晶相為50質(zhì)量％以上。相對(duì)于銦元素 (In)、鎵元素（Ga)和鋅元素（Zn)的合計(jì)（In+Ga+Zn)，各元素的原子比滿足下述式（1)~ (3) 的關(guān)系，
[0008] 0. 05 ^In/(In+Ga+Zn) ^ 0. 9(1)
[0009] 0. 05 ^ Ga/ (In+Ga+Zn) ^ 0. 9 (2)
[0010]0. 05 ^Zn/ (In+Ga+Zn) ^ 0. 9 (3)?,〇
[0011]另外，在專利文獻(xiàn)5中，記載有如下濺射靶："該濺射靶含有下述所示的氧化物A和 具有紅綠柱石（注冊(cè)商標(biāo)）型晶體結(jié)構(gòu)的氧化銦（Ιη203)。氧化物A含有銦元素（In)、鎵 元素（Ga)和鋅元素（Zn)，通過X射線衍射測(cè)定（Cukα射線），在入射角（2Θ)為7. 0°~ 8.4。、30· 6。~32.0°、33· 8。~35.8°、53· 5。~56. 5° 和 56. 5° ~59. 5° 各位置處觀 測(cè)到衍射峰。銦元素（In)、鎵元素（Ga)和鋅元素（Zn)的原子比滿足下述式（1)和（2)，
[0012] 0. 10^Zn/(In+Ga+Zn) ^0. 45(1)
[0013] 0. 05 < Ga/(In+Ga+Zn) < 0. 18(2)
[0014] 此外，銦元素（In)和鎵元素（Ga)的原子比滿足下述式（3)，
[0015] 0· 14彡GaAln+Ga)(3) "。
[0016] 但是，這些文獻(xiàn)中記載了寬范圍的靶的成分組成，但未充分進(jìn)行靶的晶體組織 (相）的調(diào)節(jié)，因而存在抑制異常放電的效果小的問題。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0018] 專利文獻(xiàn)
[0019] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-173580號(hào)公報(bào)
[0020] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2008-308385號(hào)公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平10-182150號(hào)公報(bào)
[0022] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2009-275272號(hào)公報(bào)
[0023] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2011-106002號(hào)公報(bào)
[0024] 非專利文獻(xiàn)
[0025]非專利文獻(xiàn) 1:K. Nomura等人"Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors'，，Nature， 432,第 488-492 頁（2004)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 發(fā)明所要解決的問題
[0027] 本發(fā)明是著眼于上述情況而作出的，其目的在于提供作為透明半導(dǎo)體IGZ0膜的 利用濺射法的成膜中所需的濺射靶的高密度IGZ0靶，并且其課題在于提供降低濺射用靶 的體電阻以及濺射膜的載流子濃度和迀移率為一定范圍、并且將電弧放電的產(chǎn)生抑制到最 小限度、能夠進(jìn)行DC濺射的IGZ0靶技術(shù)。
[0028] 用于解決問題的手段
[0029] 基于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供以下發(fā)明。
[0030] 1) -種濺射祀，其為包含銦（In)、鎵（Ga)、鋅（Zn)和氧（0)的IGZ0燒結(jié)體濺射 靶，其特征在于，In、Ga、Zn為 0· 575 彡IrV(In+Ga)彡 0· 500、且ZnAln+Ga+Zn) < 0· 333 的 組成范圍，該派射革G具有由（InxGauχ))2Ζη04(1 >X> 0)相構(gòu)成的單一相組織。
[0031]2)-種濺射祀，其為包含銦（In)、鎵（Ga)、鋅（Zn)和氧（0)的IGZ0燒結(jié)體濺射 靶，其特征在于，In、Ga、Zn為 0· 575 彡IrV(In+Ga)彡 0· 500、且ZnAln+Ga+Zn)< 0·333 的組成范圍，該濺射靶具有由（InxGauχ))2Ζη04(1 >X> 0)相和Ιη203相構(gòu)成的雙相結(jié)構(gòu)組 織，該Ιη203相的最大直徑為10μπι以下。
[0032] 3)如上述1)或2)所述的濺射祀，其特征在于，體電阻為15πιΩ·cm以下。
[0033]4)如上述1)~3)中任一項(xiàng)所述的濺射祀，其特征在于，相對(duì)密度為95%以上。
[0034] 5)-種膜，其通過使用上述1)~4)中任一項(xiàng)所述的濺射靶進(jìn)行濺射而得到，其特 征在于，具有載流子濃度為5X1015(cm3)以下、迀移率為5(cm2/Vs)以上的膜特性。
[0035] 發(fā)明效果
[0036] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明，作為用于制作透明半導(dǎo)體IGZ0膜的濺射靶而使用的高密 度IGZO氧化物燒結(jié)體能夠提供高密度的IGZO靶，并且能夠提供降低濺射用靶的體電阻以 及濺射膜的載流子濃度和迀移率為一定范圍、并且將電弧放電的產(chǎn)生抑制到最小限度、能 夠進(jìn)行DC濺射的IGZO靶技術(shù)，因此具有能夠高品質(zhì)且有效地制作成為有源矩陣驅(qū)動(dòng)的液 晶顯示元件或有機(jī)EL顯示元件中的薄膜晶體管的有源層部分的良好的透明半導(dǎo)體IGZO膜 這樣的效果。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 本發(fā)明中使用的氧化物燒結(jié)體以銦（In)、鎵（Ga)、鋅（Zn)和氧（0)作為構(gòu)成元 素。通過控制靶的組成、體電阻、組織，由此降低成膜時(shí)的氧分壓從而得到規(guī)定的膜特性 (載流子濃度、迀移率）。對(duì)于IGZ0膜而言，成膜時(shí)的氧分壓越增加，則膜中的載流子濃度 越低。
[0038] 為了得到半導(dǎo)體特性，需要1015(cm3)數(shù)量級(jí)以下的載流子濃度，為了得到上述載 流子濃度需要在成膜時(shí)引入氧。氧分壓增加時(shí)，會(huì)產(chǎn)生濺射速率降低、等離子體不穩(wěn)定等不 利因素，因此優(yōu)選氧分壓較低。
[0039] 本發(fā)明的包含銦（In)、鎵（Ga)、鋅（Zn)和氧（0)的IGZ0濺射靶中，除氧以外的 111、6&、211為0.575 彡11^(111+63)彡 0.500、且21^(111+63+211)< 0.333 的組成范圍。
[0040] 本申請(qǐng)是對(duì)In:Ga:Zn= 1 :1 :1的組成的IGZ0靶進(jìn)行改良的發(fā)明，能夠提供高密 度的IGZ0靶，并且降低濺射用靶的體電阻以及使濺射膜的載流子濃度和迀移率為一定范 圍，并且將電弧放電的產(chǎn)生抑制到最小限度、能夠進(jìn)行DC濺射。
[0041] 在此，In量增多時(shí)，Ιη203相顯著生長(zhǎng)，從而在IGZ0相中存在電特性不同的大的異 相，會(huì)導(dǎo)致異常放電。另外，In多時(shí)，膜中的載流子濃度容易增加，為了得到低載流子濃度 的膜，在成膜時(shí)需要引入大量氧，濺射中的等離子體變得不穩(wěn)定，這也會(huì)導(dǎo)致異常放電。相 反，In過少時(shí)，膜的迀移率會(huì)不足，因此需要一定量以上。
[0042] 為了在避免濺射時(shí)的異常的同時(shí)確保規(guī)定的迀移率，需要控制為本說明書中的In 組成。
[0043] 另外，Ga增加時(shí)，靶密度不會(huì)升高，還會(huì)損害導(dǎo)電性。此外，Ga、Zn過度增加時(shí)，所 得到的膜的迀移率顯著降低，因此Ga和Zn的組成也需要控制。上述組成范圍調(diào)節(jié)為能夠 解決這些問題的范圍，這是本申請(qǐng)發(fā)明的必要條件。
[0044] 另外，本申請(qǐng)發(fā)明的IGZ0靶只含有（InxGa(1 χ)) 2Ζη04 (1 >X> 0)相或者除 (InxGauχ))2Ζη