JP2010030824A - Metal phase-containing indium oxide sintered compact and method for producing the same - Google Patents

Metal phase-containing indium oxide sintered compact and method for producing the same Download PDF

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Futoshi Utsuno
太 宇都野
Kazuyoshi Inoue
一吉 井上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an indium oxide sputtering target which can suppress the generation of nodules upon sputtering, and to provide an indium oxide sintered compact and a method for producing the same. <P>SOLUTION: The indium oxide sputtering target is composed of an indium oxide sintered compact having an indium oxide phase and a metal phase. Further, powder obtained by mixing an indium compound and metal fine particles or powder obtained by mixing an indium compound and metal oxide fine particles is subjected to discharge plasma sintering to thereby produce the indium oxide sintered compact having the indium oxide phase and the metal phase. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、スパッタリングによって酸化物膜を形成する際に使用する酸化インジウム焼結体(スパッタリングタ−ゲット)に関するものである。   The present invention relates to an indium oxide sintered body (sputtering target) used when forming an oxide film by sputtering.

酸化インジウム及び酸化スズからなるITO膜は、導電性と可視光透過性を有しているので、液晶表示装置等の表示装置の透明電極や、スイッチング素子、駆動回路素子等、多岐の用途に使用されている。
ITO膜の成膜に使用するITOターゲットにおいて、酸化スズは、酸化インジウム中に固溶分散することにより、ITOターゲット中にキャリヤーを発生していると考えられている。これにより、ITOスパッタリングターゲットのバルク抵抗は0.1mΩcm程度と非常に低くなっている。
ITO film made of indium oxide and tin oxide has conductivity and visible light transmission, so it can be used for various applications such as transparent electrodes, switching elements, and drive circuit elements in display devices such as liquid crystal display devices. Has been.
In an ITO target used for forming an ITO film, tin oxide is considered to generate carriers in the ITO target by solid solution dispersion in indium oxide. Thereby, the bulk resistance of the ITO sputtering target is as low as about 0.1 mΩcm.

ITOターゲットを使用したITO膜の形成においては、成膜時のノジュールの発生が問題となっている。ノジュールとは、スパッタ中にターゲット表面に出現する黒色突起物で、これが発生するとパーティクルが増加し、ITO膜の不良を生じさせる一因となる。   In the formation of an ITO film using an ITO target, the generation of nodules during film formation is a problem. A nodule is a black protrusion that appears on the surface of a target during sputtering. When this occurs, particles increase, which causes a defect in the ITO film.

ノジュールの発生原因については、以下のような説がある。
(1)空孔内に堆積した低級酸化物が核となって掘れ残るとする説
(2)ターゲット上に柱状晶的なInの成長物が発生し、それを核としてターゲットが掘れ残るとする説
(3)スパッタリングチャンバー内に発生した高抵抗のパーティクルがターゲット上に付着し、これを核として掘れ残りが発生するとする説
(4)スパッタリング率の入射角度依存性により掘れ残りが発生するとする説
(5)異常放電により発生する高抵抗物質を核として掘れ残りが発生するとする説
There are the following theories about the cause of nodules.
(1) Theory that lower oxides accumulated in vacancies remain as nuclei (2) Columnar In 2 O 3 growth occurs on the target, and the target is excavated using this as a nucleus Theory of remaining (3) Theory that high-resistance particles generated in the sputtering chamber adhere to the target and leave a digging residue as a nucleus. (4) The digging residue occurs due to the incident angle dependence of the sputtering rate. Theory (5) Theory that digging remains with high resistance material generated by abnormal discharge as the core

その他、酸化スズ粒子がITOターゲット中に存在することによりノジュールが発生するという考えがあり、酸化スズを酸化インジウム中に完全固溶する製造方法が提案されている。   In addition, there is an idea that nodules are generated by the presence of tin oxide particles in the ITO target, and a manufacturing method in which tin oxide is completely dissolved in indium oxide has been proposed.

ノジュールの防止策としては、以下のような対策が提案されている。
(1)ターゲットの高密度化
(2)ターゲット表面の表面粗さの低下
(3)ターゲットの一体成形化(分割のないもの)
(4)エロージョンへのパーティクル付着防止
(5)ターゲットのエッジ部等でのアーキング防止処理
しかしながら、ノジュールの発生を完全に抑えることは、未だ達成されていない。
The following measures have been proposed to prevent nodules.
(1) Densification of target (2) Decrease in surface roughness of target surface (3) Integrated molding of target (thing without division)
(4) Preventing adhesion of particles to erosion (5) Preventing arcing at the edge of the target etc. However, it has not yet been achieved to completely suppress the generation of nodules.

ITO膜を形成するためのスパッタリングターゲットとして、例えば、特許文献1には、部分還元された酸化インジウム−酸化スズの粉末混合粉若しくは共沈粉末から製造したターゲットが記載されている。
また、特許文献2には、微細な金属インジウム−スズの酸化により製造した原料粉末を使用し、熱間圧縮又は静水圧熱間圧縮にて製造する方法が記載されている。
また、特許文献3には、酸化インジウム粉末に、金属珪素、チタン、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、スズ及びタングステンからなる群から選択した少なくとも一種以上の金属粉末又は酸化物粉末を、ホットプレスにて成形、焼結することで、高密度のスパッタリングターゲットを製造する方法が記載されている。尚、実施例では酸化インジウムと金属タングステン若しくは酸化タングステンに関する記載があるのみである。
As a sputtering target for forming an ITO film, for example, Patent Document 1 describes a target manufactured from a powder mixture or a coprecipitated powder of partially reduced indium oxide-tin oxide.
Further, Patent Document 2 describes a method of producing by hot compression or isostatic hot compression using a raw material powder produced by oxidation of fine metal indium-tin.
In Patent Document 3, at least one metal powder or oxide powder selected from the group consisting of metal silicon, titanium, zinc, gallium, germanium, niobium, molybdenum, ruthenium, tin and tungsten is added to the indium oxide powder. A method for producing a high-density sputtering target by forming and sintering by hot pressing is described. In the examples, only indium oxide and metallic tungsten or tungsten oxide are described.

しかしながら、これらの技術では、酸化物粉末の焼結時に金属粒子が酸化もしくは偏析したり、また、スパッタリングの際に生じるスパッタ粒子のバルク抵抗がスパッタリングターゲットのバルク抵抗よりも低くなるように制御できず、ノジュールの発生を抑制することができないおそれがある。   However, these techniques cannot control the metal particles to be oxidized or segregated during the sintering of the oxide powder, and the bulk resistance of the sputtered particles generated during sputtering to be lower than the bulk resistance of the sputtering target. The generation of nodules may not be suppressed.

放電プラズマ焼結法としては、例えば、特許文献4に酸化物微粒子を放電プラズマ焼結する酸化物微粒子、高密度焼結体の製造方法に関する記載がある。
また、特許文献5には、酸化インジウムと酸化スズを原料として、パルス電流を通電して通電焼結させるインジウム−スズ酸化物焼結体の製造方法が記載されている。焼結体の密度は6.5g/cm(相対密度:92%)程度である。
特開平8−41634号公報 特開平9−170076号公報 特開2006−2202号公報 特開平10−251070号公報 特開2003−81673号公報
As the discharge plasma sintering method, for example, Patent Document 4 describes a method for producing oxide fine particles and high-density sintered bodies in which oxide fine particles are subjected to discharge plasma sintering.
Patent Document 5 describes a method for producing an indium-tin oxide sintered body in which indium oxide and tin oxide are used as raw materials and a pulse current is applied to conduct current sintering. The density of the sintered body is about 6.5 g / cm 3 (relative density: 92%).
JP-A-8-41634 JP-A-9-170076 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-2202 JP-A-10-251070 JP 2003-81673 A

本発明の目的は、スパッタ時のノジュールの発生を抑制できる酸化インジウム焼結体(スパッタリングターゲット)を提供することである。   An object of the present invention is to provide an indium oxide sintered body (sputtering target) that can suppress generation of nodules during sputtering.

本発明者らは鋭意検討の結果、酸化インジウム相と金属相を有する焼結体からなるターゲットではノジュールの発生が抑えられることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の酸化インジウム焼結体等が提供される。
1.酸化インジウム相と金属相を有することを特徴とする酸化インジウム焼結体。
2.前記金属相の含有量が焼結体全体の1wt%〜30wt%であることを特徴とする1記載の酸化インジウム焼結体。
3.前記金属相の平均粒径が、20μm未満であることを特徴とする1又は2に記載の酸化インジウム焼結体。
4.前記金属相が、金属スズ及び/又は金属亜鉛からなることを特徴とする1〜3のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体。
5.前記酸化インジウム相の一部が、他の金属元素の酸化物により置換固溶されていることを特徴とする1〜4のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体。
6.上記1〜5のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体からなるスパッタリングターゲット。
7.インジウム化合物と金属微粒子を混合した粉末を放電プラズマ焼結することを特徴とする1〜4記載のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体の製造方法。
8.インジウム化合物と金属酸化物微粒子を混合した粉末を放電プラズマ焼結することを特徴とする1〜5のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体の製造方法。
9.上記6に記載のスパッタリングターゲットを用い、25〜450℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる酸化物薄膜。
10.前記酸化物薄膜が、薄膜トランジスタのチャネル層用の薄膜である、9に記載の酸化物薄膜。
11.酸化物薄膜と酸化物絶縁体層とを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、
(i)上記10の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程;及び
(ii)前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程、
を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
12.上記11に記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造した薄膜トランジスタを備えた半導体装置。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that generation of nodules can be suppressed in a target made of a sintered body having an indium oxide phase and a metal phase, and completed the present invention.
According to the present invention, the following indium oxide sintered body and the like are provided.
1. An indium oxide sintered body having an indium oxide phase and a metal phase.
2. 2. The indium oxide sintered body according to 1, wherein the content of the metal phase is 1 wt% to 30 wt% of the entire sintered body.
3. 3. The indium oxide sintered body according to 1 or 2, wherein an average particle diameter of the metal phase is less than 20 μm.
4). The indium oxide sintered body according to any one of 1 to 3, wherein the metal phase is composed of metal tin and / or metal zinc.
5). The indium oxide sintered body according to any one of 1 to 4, wherein a part of the indium oxide phase is substituted and dissolved by an oxide of another metal element.
6). The sputtering target which consists of an indium oxide sintered compact in any one of said 1-5.
7). The method for producing an indium oxide sintered body according to any one of claims 1 to 4, wherein a powder obtained by mixing an indium compound and metal fine particles is subjected to discharge plasma sintering.
8). 6. The method for producing an indium oxide sintered body according to any one of 1 to 5, wherein a powder obtained by mixing an indium compound and metal oxide fine particles is subjected to discharge plasma sintering.
9. 7. An oxide thin film obtained by sputtering using the sputtering target according to 6 above at a film forming temperature of 25 to 450 ° C.
10. 10. The oxide thin film according to 9, wherein the oxide thin film is a thin film for a channel layer of a thin film transistor.
11. A method of manufacturing a thin film transistor including an oxide thin film and an oxide insulator layer,
(I) a step of heat-treating the ten oxide thin films in an oxidizing atmosphere; and (ii) a step of forming an oxide insulator layer on the heat-treated oxide thin film;
A method for manufacturing a thin film transistor, comprising:
12 12. A semiconductor device comprising a thin film transistor manufactured by the method for manufacturing a thin film transistor as described in 11 above.

本発明では、酸化インジウム焼結体の高密度化を図ると共に、バルク抵抗値を、より低抵抗に制御できるため、ノジュールの発生が無いスパッタリングターゲットが得られる。   In the present invention, the density of the indium oxide sintered body is increased, and the bulk resistance value can be controlled to a lower resistance, so that a sputtering target free from nodules can be obtained.

本発明の酸化インジウム焼結体は、酸化インジウム相と金属相を含有することを特徴とする。
金属相を形成する金属としては、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム元素(Zr)、ゲルマニウム(Ge)、セリウム(Ce)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)又は珪素(Si)が挙げられる。金属相は、これら金属単体からなっていてもよく、また、2種以上からなっていてもよい。
The indium oxide sintered body of the present invention includes an indium oxide phase and a metal phase.
As the metal forming the metal phase, indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), gallium (Ga), magnesium (Mg), aluminum (Al), zirconium element (Zr), germanium (Ge), Cerium (Ce), niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), chromium (Cr) manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), or silicon (Si). The metal phase may be composed of these single metals or may be composed of two or more kinds.

金属相を形成する金属は、特にSn及び/又はZnであることが好ましい。
本発明の焼結体がSnを含む場合に、スパッタリングにより得られる膜は、ITO膜であり、亜鉛元素を含む場合には、酸化インジウム−酸化亜鉛膜(例えば、IZO(出光興産(株)の登録商標))が得られる。さらに、スズ、亜鉛を同時に含有する場合には、酸化インジウム−酸化亜鉛―酸化スズ膜が得られる。それぞれ、用途に応じて使い分けることが出来る。酸化インジウム−酸化亜鉛−酸化スズ膜は、インジウム量を減らすことができるため、省インジウム系の透明導電膜としても有効である。
It is particularly preferable that the metal forming the metal phase is Sn and / or Zn.
When the sintered body of the present invention contains Sn, the film obtained by sputtering is an ITO film, and when it contains a zinc element, an indium oxide-zinc oxide film (for example, IZO (from Idemitsu Kosan Co., Ltd.) Registered trademark)). Further, when tin and zinc are simultaneously contained, an indium oxide-zinc oxide-tin oxide film can be obtained. Each can be used according to the purpose. Since an indium oxide-zinc oxide-tin oxide film can reduce the amount of indium, it is also effective as an indium-saving transparent conductive film.

金属相の含有量は、焼結体全体の1wt%〜30wt%であることが好ましく、より好ましくは1〜20wt%、さらに好ましくは2〜15wt%である。1wt%〜30wt%であれば、焼結体のバルク抵抗を適切な範囲に制御でき、高密度の焼結体が得られるため好ましい。
金属相の含有量は、例えば、原料である金属微粒子等の配合量を調整することにより制御できる。
The content of the metal phase is preferably 1 wt% to 30 wt% of the entire sintered body, more preferably 1 to 20 wt%, still more preferably 2 to 15 wt%. If it is 1 wt%-30 wt%, since the bulk resistance of a sintered compact can be controlled to an appropriate range and a high-density sintered compact is obtained, it is preferable.
The content of the metal phase can be controlled, for example, by adjusting the blending amount of the metal fine particles that are raw materials.

また、金属相の平均粒径は、20μm未満であることが好ましく、さらに、0.1〜15μmより好ましく、1〜10μmが特に好ましい。
金属相の平均粒径は、電子線マイクロアナライザ(EPMA)の面分析により測定した値である。具体的には、50×50ミクロン視野における酸素と金属の面分析を行い、酸素が含まれてない部分を金属相として、その金属相の粒の長径を算出し、視野内の粒子径の平均値を平均粒径とした。
The average particle size of the metal phase is preferably less than 20 μm, more preferably 0.1 to 15 μm, and particularly preferably 1 to 10 μm.
The average particle diameter of the metal phase is a value measured by surface analysis using an electron beam microanalyzer (EPMA). Specifically, the surface analysis of oxygen and metal in a 50 × 50 micron field is performed, and the major axis of the particle of the metal phase is calculated with the portion containing no oxygen as the metal phase, and the average of the particle diameter in the field of view The value was defined as the average particle size.

本発明の酸化インジウム焼結体では、金属相を酸化インジウム中に分散させることにより、得られる焼結体のバルク抵抗値を、酸化物を置換固溶した酸化インジウムのバルク抵抗値と比べて、高く制御できる。これにより、スパッタリング時に生じるスパッタ粒子のバルク抵抗が、スパッタリングターゲットのバルク抵抗よりも低くなり、スパッタリングターゲット上に堆積したスパッタ粒子の再スパッタが可能となる。これにより、ノジュールが全く発生しないスパッタリングターゲットが得られる。   In the indium oxide sintered body of the present invention, the bulk resistance value of the sintered body obtained by dispersing the metal phase in indium oxide is compared with the bulk resistance value of indium oxide in which the oxide is substituted and dissolved, Highly controllable. Thereby, the bulk resistance of sputtered particles generated during sputtering becomes lower than the bulk resistance of the sputtering target, and the sputtered particles deposited on the sputtering target can be re-sputtered. Thereby, a sputtering target in which nodules are not generated is obtained.

酸化インジウム焼結体の密度は、6.580〜7.3014g/cmが好ましく、より好ましくは、6.890〜7.2014g/cm、さらに好ましくは6.95〜7.14である。6.580g/cm以上であれば安定したスパッタ放電が可能であるため好ましい。特に、酸化インジウムの真密度である7.2g/cm以下であれば、酸化インジウム自体が金属インジウムに変換される場合もなく、スプラッシュ現象等の異常放電の発生も抑制できるため好ましい。
尚、スプラッシュとは、スパッタリングターゲット表面上に析出する低融点物質が小さな液状滴になり、ガラス基板に付着する現象をいう。マイクロポアの存在、結晶粒粗大による異常放電現象、酸化物の存在による異常放電現象が主たる要因である。
密度は、20×20×20mm程度の大きさの焼結体試料片をアルキメデス法により測定した値である。
The density of the indium oxide sintered body is preferably 6.580~7.3014g / cm 3, more preferably, 6.890~7.2014g / cm 3, more preferably from 6.95 to 7.14. 6.580 g / cm 3 or more is preferable because stable sputter discharge is possible. In particular, the true density of indium oxide of 7.2 g / cm 3 or less is preferable because indium oxide itself is not converted into metallic indium and abnormal discharge such as a splash phenomenon can be suppressed.
Splash refers to a phenomenon in which a low-melting-point substance deposited on the surface of a sputtering target becomes small liquid droplets and adheres to a glass substrate. The main factors are the presence of micropores, abnormal discharge due to coarse crystal grains, and abnormal discharge due to the presence of oxides.
A density is the value which measured the sintered compact sample piece about 20 * 20 * 20 mm in size by the Archimedes method.

本発明の焼結体においては、酸化インジウム相の一部が、他の金属(R)の酸化物により置換固溶されていてもよい。
他の金属元素(R)としては、例えば、亜鉛、スズ、イットリウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、セリウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、チタン、アルミニウム、珪素及びランタノイドから選ばれた1種類以上の金属元素が挙げられる。
尚、ランタノイドとは、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb又はLuである。
In the sintered body of the present invention, a part of the indium oxide phase may be substituted and solid solution by an oxide of another metal (R).
Examples of the other metal element (R) include one or more metal elements selected from zinc, tin, yttrium, zirconium, germanium, cerium, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, titanium, aluminum, silicon, and lanthanoid. Can be mentioned.
The lanthanoid is Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, or Lu.

ここで、他の金属(R)の酸化物が固溶した酸化インジウム相は、X線回折から計算した格子定数(格子間距離)の変化や、高輝度放射光を用いた構造解析によって確認できる。具体的には、X線回折パターンのピークシフトから、結晶構造の軸長変化により判断することができる。尚、置換固溶により軸長が短くなった場合は、X線回折パターンのピークが高角度側にシフトする。さらに、格子定数はリートベルト解析を用いて求める。   Here, the indium oxide phase in which another metal (R) oxide is dissolved can be confirmed by a change in lattice constant (interstitial distance) calculated from X-ray diffraction or a structural analysis using high-intensity synchrotron radiation. . Specifically, it can be judged from the peak shift of the X-ray diffraction pattern by the change in the axial length of the crystal structure. When the axial length is shortened by substitutional solid solution, the peak of the X-ray diffraction pattern is shifted to the high angle side. Further, the lattice constant is obtained using Rietveld analysis.

他の金属元素(R)の酸化物を含有する場合、本発明の焼結体は、特に、インジウム元素(In)、他の金属元素(R)及び金属相の金属(M)の各元素の原子比が、下記の式(1)〜(3)の関係を満たすことが好ましい。
0.33≦In/(In+R+M)<0.99 (1)
0.01≦M/(In+R+M)≦0.50 (2)
0.00<R/(In+R+M)≦0.10 (3)
特に、下記の式(1)’〜(3)’の関係を満たすことが好ましい。
0.50≦In/(In+R+M)<0.95 (1)’
0.05≦M/(In+R+M)≦0.30 (2)’
0.00<R/(In+R+M)≦0.05 (3)’
In the case of containing an oxide of another metal element (R), the sintered body of the present invention is particularly suitable for each element of indium element (In), other metal element (R), and metal phase metal (M). It is preferable that the atomic ratio satisfy the relationships of the following formulas (1) to (3).
0.33 ≦ In / (In + R + M) <0.99 (1)
0.01 ≦ M / (In + R + M) ≦ 0.50 (2)
0.00 <R / (In + R + M) ≦ 0.10 (3)
In particular, it is preferable to satisfy the relationships of the following formulas (1) ′ to (3) ′.
0.50 ≦ In / (In + R + M) <0.95 (1) ′
0.05 ≦ M / (In + R + M) ≦ 0.30 (2) ′
0.00 <R / (In + R + M) ≦ 0.05 (3) ′

本発明の焼結体は、さらに、正四価以上の金属元素(X)を含むことが好ましい。
正四価以上の金属元素(X)としては、例えば、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム、セリウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン及びチタンから選ばれた1種以上の元素であることが好ましい。
The sintered body of the present invention preferably further contains a metal element (X) having a positive tetravalence or higher.
The positive tetravalent or higher metal element (X) is preferably at least one element selected from, for example, tin, zirconium, germanium, cerium, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, and titanium.

正四価以上の金属元素(X)の含有量(原子比)は、酸素原子を除く焼結体の全原子数に対し、10〜10000ppmが好ましく、100〜5000ppmがより好ましく、200〜1000ppmが特に好ましい。10ppm以上であれば、相対密度が向上し、バルク抵抗が低下し、抗折強度が向上するといった効果を十分に発揮でき、また、10000ppm以下であれば、希土類酸化物C型以外の結晶型が析出するおそれもないので好ましい。   The content (atomic ratio) of the positive tetravalent or higher metal element (X) is preferably 10 to 10000 ppm, more preferably 100 to 5000 ppm, particularly preferably 200 to 1000 ppm, based on the total number of atoms of the sintered body excluding oxygen atoms. preferable. If it is 10 ppm or more, the relative density can be improved, the bulk resistance can be lowered, and the bending strength can be sufficiently improved. If it is 10000 ppm or less, a crystal type other than the rare earth oxide C type can be obtained. Since there is also no possibility of precipitation, it is preferable.

本発明の酸化インジウム焼結体は、例えば、インジウム化合物と金属微粒子を混合した粉末を放電プラズマ焼結することにより製造できる(第1の製造方法)。図1は本発明の第1の製造方法の工程図である。
第1の製造方法では、放電プラズマ焼結前に仮焼きしてもよい。図2は本発明の第1の製造方法に仮焼工程を採用した場合の工程図である。
The indium oxide sintered body of the present invention can be produced by, for example, discharge plasma sintering of a powder in which an indium compound and metal fine particles are mixed (first production method). FIG. 1 is a process diagram of the first manufacturing method of the present invention.
In the first manufacturing method, calcination may be performed before spark plasma sintering. FIG. 2 is a process diagram when a calcination process is employed in the first manufacturing method of the present invention.

また、インジウム化合物と、金属元素(R)の化合物及び/又は金属元素(X)の化合物を混合した原料を焼結し(前焼結)、得られた焼結体の粉砕物と金属微粒子を混合した原料混合物を、放電プラズマ焼結することにより製造できる(第2の製造方法)。
図3は本発明の第2の製造方法の工程図である。以下、2つの製造方法について説明する。
Moreover, the raw material which mixed the compound of an indium compound, the compound of a metal element (R), and / or the compound of a metal element (X) is sintered (pre-sintering), and the pulverized material and metal fine particle of the obtained sintered compact were used. The mixed raw material mixture can be produced by spark plasma sintering (second production method).
FIG. 3 is a process diagram of the second manufacturing method of the present invention. Hereinafter, two manufacturing methods will be described.

(A)第1の製造方法
本発明の第1の製造方法は、以下の工程(a)〜(c)を含む。
(a)原料化合物粉末及び金属粒子を混合する工程
(b)混合粉を成形する工程
(c)得られた原料混合物を、放電プラズマ焼結(パルス通電焼結)法を用いて焼結する工程
(A) 1st manufacturing method The 1st manufacturing method of this invention includes the following processes (a)-(c).
(A) Step of mixing raw material compound powder and metal particles (b) Step of forming mixed powder (c) Step of sintering the obtained raw material mixture using a discharge plasma sintering (pulse current sintering) method

(a)混合工程
本工程では、原料粉末である原料化合物粉末及び金属粒子を混合する。
原料化合物粉としては、焼結により酸化インジウム相を形成する化合物、酸化インジウム相の一部を固溶置換する金属元素(R)を含む化合物、正四価以上の金属元素(X)を含む化合物等が挙げられる。
(A) Mixing step In this step, the raw material compound powder and the metal particles, which are raw material powders, are mixed.
Examples of the raw material compound powder include a compound that forms an indium oxide phase by sintering, a compound that contains a metal element (R) that dissolves and replaces part of the indium oxide phase, a compound that contains a metal element (X) having a positive tetravalent or higher valence, etc. Is mentioned.

酸化インジウム相を形成するインジウム化合物としては、例えば、酸化インジウム、水酸化インジウム等が挙げられる。酸化物としては酸化インジウム単体に限らず、酸化インジウムに1種類以上の酸化物添加元素を反応させた原料を使用することも可能である。
尚、酸化インジウムは金属元素(R)により固溶置換されたものであっても構わない。この場合、金属元素(R)の含有量は、インジウム元素(In)との原子比で0.01<R/(In+R)<0.1となることが好ましい。
Examples of the indium compound that forms the indium oxide phase include indium oxide and indium hydroxide. The oxide is not limited to indium oxide alone, but it is also possible to use a raw material obtained by reacting indium oxide with one or more oxide-added elements.
Note that indium oxide may be solid solution substituted with a metal element (R). In this case, the content of the metal element (R) is preferably 0.01 <R / (In + R) <0.1 in terms of atomic ratio with the indium element (In).

金属元素(R)を含む化合物及び正四価以上の金属元素(X)を含む化合物としては、金属元素(R)又は金属元素(X)の、酸化物、水酸化物等が挙げられる。
各々の化合物として、焼結のしやすさ、副生成物の発生の少なさから、酸化物が好ましい。
Examples of the compound containing the metal element (R) and the compound containing the metal element (X) having a positive tetravalence or more include oxides and hydroxides of the metal element (R) or the metal element (X).
As each compound, an oxide is preferable because of ease of sintering and generation of by-products.

金属粒子としては、特に制限はなく、上述した金属相を形成する金属の粒子が使用できる。尚、金属粒子の代わりに、還元等により単体金属となる化合物を使用してもよい。金属粒子は、後の混合工程により微粒子となる。   There is no restriction | limiting in particular as a metal particle, The metal particle which forms the metal phase mentioned above can be used. Instead of metal particles, a compound that becomes a single metal by reduction or the like may be used. The metal particles become fine particles by a subsequent mixing step.

上記各原料は、公知の混合及び粉砕手段により混合及び粉砕する。各原料の純度は、通常99.9質量%(3N)以上、好ましくは99.99質量%(4N)以上、さらに好ましくは99.995質量%以上、特に好ましくは99.999質量%(5N)以上である。各原料の純度が99.9質量%(3N)以上であれば、Fe、Al、Si、Ni、Cu等の不純物により半導体特性が低下することもなく、信頼性を十分に保持できる。特にNa含有量が100ppm未満であると薄膜トランジスタを作製した際に信頼性が向上するため好ましい。   The above raw materials are mixed and pulverized by known mixing and pulverizing means. The purity of each raw material is usually 99.9% by mass (3N) or more, preferably 99.99% by mass (4N) or more, more preferably 99.995% by mass or more, particularly preferably 99.999% by mass (5N). That's it. If the purity of each raw material is 99.9% by mass (3N) or more, the semiconductor characteristics are not deteriorated by impurities such as Fe, Al, Si, Ni, Cu, and the reliability can be sufficiently maintained. In particular, it is preferable that the Na content is less than 100 ppm because reliability is improved when a thin film transistor is manufactured.

尚、原料として使用する金属元素(R)又は金属元素(X)の化合物粉末の平均粒径は、インジウム化合物粉末の平均粒径よりも小さいことが好ましい。原料の金属化合物粉末の平均粒径は、JIS R 1619に記載の方法によって測定することができる。   The average particle size of the metal element (R) or metal element (X) compound powder used as a raw material is preferably smaller than the average particle size of the indium compound powder. The average particle diameter of the raw material metal compound powder can be measured by the method described in JIS R 1619.

各原料粉末の比表面積は、ほぼ同じである粉末を使用することが好ましい。これにより、より効率的に粉砕混合できる。具体的には、比表面積の比を1/4〜4倍以内にすることが好まく、1/2〜2倍以内が特に好ましい。   It is preferable to use powders having the same specific surface area for each raw material powder. Thereby, it can pulverize and mix more efficiently. Specifically, the ratio of the specific surface area is preferably within a range of 1/4 to 4 times, and more preferably within a range of 1/2 to 2 times.

原料化合物粉と金属粒子の混合は、通常の混合粉砕機、例えば、湿式ボールミル、ビーズミル又は超音波装置を用いて、均一に混合・粉砕することが好ましい。混合・粉砕後に得られる混合物の平均粒径は0.5〜20μmが好ましく、0.5〜15μmがより好ましい。平均粒径が0.5〜20μmの範囲であれば、ノジュールの発生を抑制でき、かつ、分散が均一となり、大型焼結体での抵抗値のバラツキが小さくなることから、異常放電も抑制できるため、好適である。
ここで平均粒径は、JIS R 1619に記載の方法によって測定することができる。
The raw material compound powder and the metal particles are preferably mixed and pulverized uniformly using an ordinary mixing and pulverizing machine such as a wet ball mill, a bead mill or an ultrasonic device. The average particle size of the mixture obtained after mixing and pulverization is preferably 0.5 to 20 μm, more preferably 0.5 to 15 μm. If the average particle size is in the range of 0.5 to 20 μm, the generation of nodules can be suppressed, the dispersion becomes uniform, and the variation in resistance value in the large sintered body is reduced, so that abnormal discharge can also be suppressed. Therefore, it is preferable.
Here, the average particle diameter can be measured by the method described in JIS R 1619.

各原料粉末の比表面積は、例えば、2〜10m/g、好ましくは4〜8m/gであることが適当である。各原料粉同士の比表面積の差は、5m/g以下、好ましくは3m/g以下とすることが好ましい。比表面積の差が小さいほど、原料粉末を効率的に粉砕・混合することができ好ましい。尚、比表面積は、BET法で求めることができる。 The specific surface area of each raw material powder, for example, 2 to 10 m 2 / g, preferably it is appropriate to be 4 to 8 m 2 / g. The difference in specific surface area between the raw material powders is 5 m 2 / g or less, preferably 3 m 2 / g or less. The smaller the difference in specific surface area, the more preferable the raw material powder can be efficiently pulverized and mixed. The specific surface area can be determined by the BET method.

粉砕後の比表面積は、粉砕前の原料混合粉の比表面積より1.0〜3.0m/g増加する程度か、又は粉砕後の平均メジアン径(d50)が0.6〜1μmとなる程度に粉砕することが好ましい。このように調整した原料混合粉を使用することにより、仮焼工程を全く必要とせずに、高密度の焼結体を得ることができる。また、還元工程も不要となる。
尚、上記原料混合粉の比表面積の増加分が1.0m/g以上又は粉砕後の原料混合粉の平均メジアン径が1μm以下であれば、焼結密度が十分に大きくなるので好ましい。一方、原料混合粉の比表面積の増加分が3.0m/g以下又は粉砕後の平均メジアン径が0.6μm以上であれば、粉砕時の粉砕器機等からのコンタミ(不純物混入量)が増加することもないので好適である。
ここで、粉体の比表面積はBET法で測定した値である。粉体の粒度分布のメジアン径は、粒度分布計で測定した値である。これらの値は、粉体を乾式粉砕法、湿式粉砕法等により粉砕することにより調整できる。
The specific surface area after pulverization is such that the specific surface area of the raw material mixed powder before pulverization is increased by 1.0 to 3.0 m 2 / g, or the average median diameter (d50) after pulverization is 0.6 to 1 μm. It is preferable to grind to the extent. By using the raw material mixed powder prepared in this way, a high-density sintered body can be obtained without requiring a calcination step at all. Moreover, a reduction process is also unnecessary.
In addition, it is preferable that the increase in the specific surface area of the raw material mixed powder is 1.0 m 2 / g or more, or the average median diameter of the pulverized raw material mixed powder is 1 μm or less because the sintered density is sufficiently large. On the other hand, if the increase in the specific surface area of the raw material mixed powder is 3.0 m 2 / g or less or the average median diameter after pulverization is 0.6 μm or more, the contamination (impurity contamination amount) from the pulverizer during pulverization is Since it does not increase, it is preferable.
Here, the specific surface area of the powder is a value measured by the BET method. The median diameter of the particle size distribution of the powder is a value measured with a particle size distribution meter. These values can be adjusted by pulverizing the powder by a dry pulverization method, a wet pulverization method or the like.

混合粉砕の際、ポリビニールアルコール(PVA)を1容積%程度添加した水、又はエタノール等を媒体として用いてもよい。
各原料粉末のメジアン径(d50)は、例えば、0.5〜20μm、好ましくは1〜10μmとすることが好ましい。原料粉末のメジアン径(d50)が0.5μm以上であれば、焼結体中に空胞ができ焼結密度が低下することを防ぐことができ、20μm以下であれば、焼結体中の粒径の増大が防げるので好ましい。
During mixing and grinding, water added with about 1% by volume of polyvinyl alcohol (PVA), ethanol, or the like may be used as a medium.
The median diameter (d50) of each raw material powder is, for example, 0.5 to 20 μm, preferably 1 to 10 μm. If the median diameter (d50) of the raw material powder is 0.5 μm or more, it is possible to prevent the formation of voids in the sintered body and prevent the sintered density from being lowered. This is preferable because an increase in particle size can be prevented.

(a’)仮焼工程
上記(a)工程の後に、仮焼工程(a’)を実施してもよい。
仮焼工程では、上記(a)工程で得られた原料混合粉が仮焼される。仮焼を行うことにより、余分な水分や有機物等を除去するため最終的に得られる焼結体の密度を上げることが容易になる。
仮焼工程においては、(a)工程で得られた混合物を200〜600℃、好ましくは、400〜550℃の温度で、1〜100時間、好ましくは2〜50時間の条件で熱処理することが好ましい。200℃以上かつ1時間以上の熱処理条件であれば、水分や有機物等の蒸発や熱分解が十分に行われるので好ましい。熱処理条件が600℃以下及び100時間以下であれば、粒子が粗大化することもないので好適である。
(A ′) Calcination step After the step (a), a calcination step (a ′) may be performed.
In the calcining step, the raw material mixed powder obtained in the step (a) is calcined. By performing the calcination, it becomes easy to increase the density of the finally obtained sintered body in order to remove excess moisture, organic matter, and the like.
In the calcination step, the mixture obtained in step (a) is heat-treated at a temperature of 200 to 600 ° C., preferably 400 to 550 ° C. for 1 to 100 hours, preferably 2 to 50 hours. preferable. Heat treatment conditions of 200 ° C. or higher and 1 hour or longer are preferable because evaporation and thermal decomposition of moisture and organic substances are sufficiently performed. If the heat treatment conditions are 600 ° C. or less and 100 hours or less, the particles are not coarsened, which is preferable.

さらに、ここで得られた仮焼後の原料混合粉を、続く焼結工程の前に粉砕することが好ましい。この仮焼後の混合物の粉砕は、ボールミル、ロールミル、パールミル、ジェットミル等を用いて行うことが適当である。粉砕後に得られた仮焼後の混合物の平均粒径は、例えば、0.01〜3.0μm、好ましくは0.1〜2.0μmである。得られた仮焼後の混合物の平均粒径が0.01μm以上であれば、混合物の嵩比重を十分高くでき、かつ取り扱いが容易になるので好ましい。また、仮焼物の平均粒径が3.0μm以下であれば最終的に得られる焼結体の密度を上げることが容易になる。
尚、仮焼物の平均粒径は、JIS R 1619に記載の方法によって測定することができる。
Furthermore, it is preferable to pulverize the raw material mixed powder obtained after calcination here before the subsequent sintering step. The mixture after calcination is suitably pulverized using a ball mill, roll mill, pearl mill, jet mill or the like. The average particle size of the mixture after calcination obtained after pulverization is, for example, 0.01 to 3.0 μm, preferably 0.1 to 2.0 μm. If the average particle size of the obtained mixture after calcining is 0.01 μm or more, the bulk specific gravity of the mixture can be sufficiently increased, and the handling becomes easy. If the average particle size of the calcined product is 3.0 μm or less, it is easy to increase the density of the finally obtained sintered body.
The average particle size of the calcined product can be measured by the method described in JIS R 1619.

(b)成形
放電プラズマ焼結では、原料混合粉を放電プラズマ焼結装置のカーボンダイス又はアルミナ製ダイス中に入れ、両方向から加圧し成形する。
(B) Molding In the discharge plasma sintering, the raw material mixed powder is put into a carbon die or an alumina die of a discharge plasma sintering apparatus and pressed from both directions to be molded.

(c)焼結工程
焼結工程は、上記工程で得られた原料混合粉(上記仮焼工程を設けた場合には仮焼後の混合物)を放電プラズマ焼結する工程である。
ターゲットの性能を向上させる上で、焼結体中の粒子径の大きさ等の組織制御が重要である。その一つとして、焼結時の粒子成長を抑え、数マイクロメータ以下の微細な粒子からなる組織を形成することで、ターゲットの抵抗の制御等が可能となる。また、真空中で電気を導通しながら焼結することにより金属微粒子の粒成長を抑えるとともに、酸化反応を抑えることができる。
(C) Sintering process A sintering process is a process of carrying out discharge plasma sintering of the raw material mixed powder obtained at the said process (the mixture after calcination when the said calcination process is provided).
In order to improve the performance of the target, it is important to control the structure such as the size of the particle diameter in the sintered body. As one of them, it is possible to control the resistance of the target by suppressing the particle growth during sintering and forming a structure composed of fine particles of several micrometers or less. Moreover, by sintering while conducting electricity in a vacuum, the growth of metal fine particles can be suppressed and the oxidation reaction can be suppressed.

放電プラズマ焼結では、原料混合粉を放電プラズマ焼結装置のカーボンダイス又はアルミナ製ダイス中に入れ、真空中(不活性雰囲気、大気中でも可)で両方向から加圧し、加圧した状態で、ダイス(試料)に直流パルス通電し、生成する放電プラズマによる発熱を利用し、焼結を行う。
放電プラズマ焼結時の圧力は、10MPa〜100MPaが好ましく、さらに30MPa〜90MPaが好ましく、特に、40MPa〜80MPaが好ましい。
焼結時間は、1分〜10時間が好ましく、さらに3分〜5時間、特に5分〜2時間が好ましい。
焼結温度は、600℃〜1300℃が好ましく、さらに、700℃〜1200℃、特に800℃〜1150℃が好ましい。
印加電流電圧は、1KA〜200KA、1V〜10Vで温度により自動的に制御されることが好ましい。より好ましくは1.5KA〜100KA、1V〜10V、特に好ましくは1.5KA〜100KA、1V〜10Vである。
In the discharge plasma sintering, the raw material mixed powder is put into a carbon die or alumina die of a discharge plasma sintering apparatus, pressurized in both directions in a vacuum (inert atmosphere or in the atmosphere), and the die is pressed. (Sample) is subjected to direct current pulse current, and heat is generated by the generated discharge plasma to perform sintering.
The pressure during spark plasma sintering is preferably 10 to 100 MPa, more preferably 30 to 90 MPa, and particularly preferably 40 to 80 MPa.
The sintering time is preferably 1 minute to 10 hours, more preferably 3 minutes to 5 hours, and particularly preferably 5 minutes to 2 hours.
The sintering temperature is preferably 600 ° C to 1300 ° C, more preferably 700 ° C to 1200 ° C, and particularly preferably 800 ° C to 1150 ° C.
The applied current voltage is preferably controlled automatically by temperature from 1 KA to 200 KA, 1 V to 10 V. More preferably, they are 1.5KA-100KA, 1V-10V, Most preferably, 1.5KA-100KA, 1V-10V.

上記の焼結条件により、金属微粒子の状態、即ち、原料混合粉の粒径を保持したまま含有する焼結体を容易に製造することができる。また、通常の常圧焼結やホットプレス焼結に比べ、焼結温度を低く、また焼結時間を短くすることができる。   Under the above sintering conditions, it is possible to easily produce a sintered body containing the metal fine particles, that is, while maintaining the particle diameter of the raw material mixed powder. In addition, the sintering temperature can be lowered and the sintering time can be shortened as compared with normal atmospheric pressure sintering and hot press sintering.

焼結体中の酸化インジウム粒子及び金属微粒子は、数マイクロメータの微細な粒子からなる組織を形成する。これにより、原料混合粉体の焼結時における金属微粒子の偏析を抑制し、高密度な酸化インジウム焼結体を製造できる。これにより、スパッタリングの際に生じるフレークとターゲット間のバルク抵抗の差を小さく制御することができ、ノジュールの発生を抑制することができる。
尚、放電プラズマ焼結法を用いることにより、金属酸化物を還元することで、低温で且つ短時間に、金属微粒子含有酸化インジウム焼結体を製造することも出来る。
The indium oxide particles and the metal fine particles in the sintered body form a structure composed of fine particles of several micrometers. Thereby, segregation of the metal fine particles during sintering of the raw material mixed powder can be suppressed, and a high-density indium oxide sintered body can be produced. Thereby, the difference in bulk resistance between the flakes generated during sputtering and the target can be controlled to be small, and generation of nodules can be suppressed.
In addition, by using a discharge plasma sintering method, the metal oxide-containing indium oxide sintered body can be produced at a low temperature and in a short time by reducing the metal oxide.

(B)第2の製造方法
本発明の第2の製造方法は、以下の工程(a)〜(f)を含む。
(a)原料化合物粉を混合する工程
(b)得られた混合物を成形し、焼結(前焼結)する工程
(c)焼結体を粉砕する工程
(d)焼結体の粉砕物と金属微粒子を混合する工程
(e)混合粉を成形する工程
(f)原料混合粉を、放電プラズマ焼結(パルス通電焼結)法を用いて焼結する工程
(B) Second Manufacturing Method The second manufacturing method of the present invention includes the following steps (a) to (f).
(A) Step of mixing raw material compound powder (b) Step of shaping the obtained mixture and sintering (pre-sintering) (c) Step of pulverizing the sintered body (d) Step of mixing metal fine particles (e) Step of forming mixed powder (f) Step of sintering raw material mixed powder using discharge plasma sintering (pulse current sintering) method

(a)混合工程
本工程は、金属微粒子を使用せず、2種以上の原料化合物を用いる他は、上述した第1の製造方法の混合工程と同じである。仮焼工程(a’)についても同様である。
2種以上の原料化合物としては、酸化インジウムと、上述した金属元素(R)を含む化合物及び正四価以上の金属元素(X)を含む化合物から選択させる1種以上の化合物との組み合わせが挙げられる。
(A) Mixing step This step is the same as the mixing step of the first manufacturing method described above, except that metal fine particles are not used and two or more raw material compounds are used. The same applies to the calcination step (a ′).
Examples of the two or more kinds of raw material compounds include a combination of indium oxide and one or more kinds of compounds selected from a compound containing the metal element (R) and a compound containing a metal element (X) having a positive tetravalence or more. .

(b)成形・前焼結工程
(b−1)成形
成形工程は、原料混合物(上記仮焼工程を設けた場合には仮焼後の混合物)を金型に入れ、加圧成形して成形体とする工程である。この工程により、混合物(又は仮焼後の混合物)をスパッタリングターゲットとして好適な形状に成形する。仮焼工程を設けた場合には、得られた仮焼後の混合物の微粉末を、所望の形状に成形することができる。
本工程で用いることができる成形処理としては、例えば、プレス成形、一軸加圧、加圧成形、冷間静水圧加圧、金型成形、鋳込み成形射出成形が採用できる。鋳型としては様々形状のものが使用できる。焼結密度の高い焼結体(スパッタリングターゲット)を得るためには、冷間静水圧(CIP)等加圧を伴う方法で成形するのが好ましい。尚、成形処理に際しては、ポリビニルアルコールやメチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸等の成形助剤を用いてもよい。
成形処理に際しては、SiNxやカーボン等を離型剤として用いてもよい。
(B) Molding / Pre-sintering process (b-1) Molding The molding process is performed by placing the raw material mixture (or mixture after calcining if the above calcining process is provided) into a mold and press molding. It is a process of making a body. By this step, the mixture (or the mixture after calcination) is formed into a shape suitable as a sputtering target. When the calcination step is provided, the obtained fine powder of the mixture after calcination can be formed into a desired shape.
As the molding process that can be used in this step, for example, press molding, uniaxial pressing, pressure molding, cold isostatic pressing, mold molding, and casting molding injection molding can be employed. Various shapes can be used as the mold. In order to obtain a sintered body (sputtering target) having a high sintered density, it is preferable to form by a method involving pressurization such as cold isostatic pressure (CIP). In the molding process, molding aids such as polyvinyl alcohol, methylcellulose, polywax, and oleic acid may be used.
In the molding process, SiNx, carbon or the like may be used as a release agent.

プレス成形としては、コールドプレス(Cold Press)法やホットプレス(Hot Press)法等、公知の成形方法を用いることができる。例えば、得られた混合粉を金型に充填し、コールドプレス機にて加圧成形する。加圧成形は、例えば、常温(25℃)下、100〜100000kg/cm、好ましくは、500〜10000kg/cmの圧力で行われる。さらに、温度プロファイルは、1000℃までの昇温速度を30℃/時間以上、冷却時の降温速度を30℃/時間以上とするのが好ましい。昇温速度が30℃/時間以上であれば酸化物の分解が進むこともなく、ピンホールも発生しない。また冷却時の降温速度が30℃/時間以上であればIn等の組成比が変化するおそれもない。 As the press molding, a known molding method such as a cold press method or a hot press method can be used. For example, the obtained mixed powder is filled in a mold and pressure-molded with a cold press machine. Pressure molding, for example, room temperature (25 ° C.) under, 100~100000kg / cm 2, preferably, at a pressure of from 500~10000kg / cm 2. Further, in the temperature profile, it is preferable that the temperature increase rate up to 1000 ° C. is 30 ° C./hour or more, and the temperature decrease rate during cooling is 30 ° C./hour or more. If the rate of temperature rise is 30 ° C./hour or more, the decomposition of the oxide does not proceed and no pinholes are generated. In addition, if the cooling rate during cooling is 30 ° C./hour or more, the composition ratio of In or the like does not change.

尚、コールドプレス法は、混合粉を成形型に充填して成形体を作製し、焼結させる。ホットプレス法では、混合粉を成形型内で直接焼結させる。
乾式法のコールドプレス(Cold Press)法としては、粉砕工程後の原料をスプレードライヤー等で乾燥した後、成形する。
In the cold press method, the mixed powder is filled in a mold to produce a molded body and sintered. In the hot press method, the mixed powder is directly sintered in a mold.
As a dry-type cold press method, the raw material after the pulverization step is dried with a spray dryer or the like and then molded.

湿式法のコールドプレスとしては、例えば、濾過式成形法(特開平11−286002号公報参照)を用いるのが好ましい。この濾過式成形法は、セラミックス原料スラリーから水分を減圧排水して成形体を得るための非水溶性材料からなる濾過式成形型であって、1個以上の水抜き孔を有する成形用下型と、この成形用下型の上に載置した通水性を有するフィルターと、このフィルターをシールするためのシール材を介して上面側から挟持する成形用型枠からなり、前記成形用下型、成形用型枠、シール材、及びフィルターが各々分解できるように組立てられており、該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水する濾過式成形型を用い、混合粉、イオン交換水と有機添加剤からなるスラリーを調製し、このスラリーを濾過式成形型に注入し、該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を作製し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂後焼結する。   As the wet-type cold press, for example, a filtration molding method (see JP-A-11-286002) is preferably used. This filtration molding method is a filtration molding die made of a water-insoluble material for obtaining a molded body by draining water from a ceramic raw material slurry under reduced pressure, and a lower molding die having one or more drain holes And a water-permeable filter placed on the molding lower mold, and a molding mold clamped from the upper surface side through a sealing material for sealing the filter, the molding lower mold, Forming mold, sealing material, and filter are assembled so that they can be disassembled respectively. Using a filtering mold that drains the water in the slurry under reduced pressure only from the filter surface side, mixed powder, ion-exchanged water and organic A slurry made of an additive was prepared, and this slurry was poured into a filter-type mold, and the molded body was produced by draining the water in the slurry under reduced pressure only from the filter surface side.燥脱 sintering after the fat.

(b−2)前焼結工程
本工程では、得られた成形体を焼結(前焼結)する。
焼結は、酸素ガス雰囲気下又は窒素ガス雰囲気下で、大気圧又は加圧下で行う。
酸素ガス雰囲気で焼結を行うことにより、焼結体の密度が上昇しやすくなり、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制できるので好ましい。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば、10〜100%である雰囲気を言う。焼成は大気圧下又は加圧下で行うことができる。加圧は、例えば、98KPa〜1MPa、好ましくは、0.1〜5MPaであることが適当である。
(B-2) Pre-sintering process At this process, the obtained molded object is sintered (pre-sintering).
Sintering is performed at atmospheric pressure or under pressure in an oxygen gas atmosphere or a nitrogen gas atmosphere.
Sintering in an oxygen gas atmosphere is preferable because the density of the sintered body tends to increase and the occurrence of abnormal discharge during sputtering can be suppressed. The oxygen gas atmosphere refers to an atmosphere having an oxygen concentration of, for example, 10 to 100%. Calcination can be performed under atmospheric pressure or under pressure. The pressurization is, for example, 98 KPa to 1 MPa, preferably 0.1 to 5 MPa.

焼結温度は900〜1650℃が好ましく、1000〜1550℃がさらに好ましい。焼結温度が900℃以上であれば、スパッタリングターゲットの密度を上昇しやすくなり、適度な時間内に焼結を行うことができる。1650℃以下であれば、成分が気化することもなく、亜鉛が蒸発し焼結体の組成が変化する及び/又はターゲット中にボイド(空隙)が発生するおそれもないので好適である。
焼結時間は30分〜360時間が好ましく、1〜100時間がさらに好ましく、1〜30時間が特に好ましい。焼結時間が30分以上であれば、焼結体の密度が上昇しやすくなり、360時間以下であれば、適度な時間内に焼結を行うことができる。
また、焼結時の昇温速度は、通常20℃/分以下、好ましくは8℃/分以下、より好ましくは4℃/分以下、さらに好ましくは2℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。20℃/分以下であれば、焼結体の破壊が起こらずに焼結ができる。
The sintering temperature is preferably 900 to 1650 ° C, more preferably 1000 to 1550 ° C. When the sintering temperature is 900 ° C. or higher, the density of the sputtering target is easily increased, and sintering can be performed within an appropriate time. If it is 1650 degrees C or less, since a component does not vaporize, zinc evaporates and the composition of a sintered compact changes and / or there is no possibility that a void (void | void) will generate | occur | produce in a target, It is suitable.
The sintering time is preferably 30 minutes to 360 hours, more preferably 1 to 100 hours, and particularly preferably 1 to 30 hours. If the sintering time is 30 minutes or more, the density of the sintered body is likely to increase, and if it is 360 hours or less, sintering can be performed within an appropriate time.
Further, the heating rate during sintering is usually 20 ° C./min or less, preferably 8 ° C./min or less, more preferably 4 ° C./min or less, further preferably 2 ° C./min or less, particularly preferably 0.5. C / min or less. If it is 20 degrees C / min or less, it can sinter without destroying a sintered compact.

(c)焼結体を粉砕する工程
上記(b)で得た前焼結体の粉砕は、ボールミル、ロールミル、パールミル、ジェットミル等を用いて行うことが適当である。粉砕により、平均粒径を0.01〜3.0μm、特に0.1〜2.0μmとすることが好ましい。
尚、平均粒径は、JIS R 1619に記載の方法によって測定することができる。
(C) Step of pulverizing the sintered body The pre-sintered body obtained in (b) is suitably pulverized using a ball mill, roll mill, pearl mill, jet mill or the like. By pulverization, the average particle size is preferably 0.01 to 3.0 μm, particularly preferably 0.1 to 2.0 μm.
The average particle diameter can be measured by the method described in JIS R 1619.

上記の前焼結及び粉砕は複数回、例えば、3回以上繰り返してもよい。   The pre-sintering and pulverization may be repeated a plurality of times, for example, three times or more.

(d)得られた焼結体の粉砕物と金属微粒子を混合する工程
焼結体の粉砕物と金属微粒子の混合は、上述した第1の製造方法の混合工程と同様にすればよい。
(D) Step of mixing pulverized product of sintered body and metal fine particles obtained The mixing of the pulverized product of sintered body and metal fine particles may be performed in the same manner as the mixing step of the first manufacturing method described above.

(e)成形及び(f)放電プラズマ焼結(パルス通電焼結)工程
上記工程(d)で得た原料混合粉体を使用し、上述した第1の製造方法の焼結工程(b)(c)と同様にすればよい。
(E) Molding and (f) Spark Plasma Sintering (Pulsed Current Sintering) Step Using the raw material mixed powder obtained in the above step (d), the sintering step (b) ( What is necessary is just like c).

上述した第1及び第2の製造方法は、後工程として、さらに以下の工程を含んでいてもよい。
(g)放電プラズマ焼結後、さらに焼結する工程(後焼結工程)
(h)得られた焼結体を還元処理する工程(還元工程)
(i)焼結体をスパッタリング装置への装着に適した形状に加工する工程(加工工程)
The first and second manufacturing methods described above may further include the following steps as post-steps.
(G) Step of further sintering after spark plasma sintering (post-sintering step)
(H) Step of reducing the obtained sintered body (reduction step)
(I) Process of processing a sintered body into a shape suitable for mounting on a sputtering apparatus (processing process)

(g)後焼結工程
後焼結条件としては、酸素ガス雰囲気下あるいは窒素ガス雰囲気下、大気圧又は加圧下で、熱処理温度は900〜1650℃が好ましく、1000〜1550℃がさらに好ましい。焼結時間は、30分〜360時間が好ましく、1〜100時間がさらに好ましく、1〜30時間が特に好ましい。焼結温度が900℃以上であれば、スパッタリングターゲットの密度を上昇しやすくなり、適度な時間内に焼結を行うことができる。1650℃以下であれば、成分が気化することもなく、亜鉛が蒸発し焼結体の組成が変化する及び/またはターゲット中にボイド(空隙)が発生するおそれもないので好適である。さらに、焼結時間が30分以上であれば、スパッタリングターゲットの密度が上昇しやすくなり、360時間以下であれば、適度な時間内に焼結を行うことができる。また、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス雰囲気で焼結を行うことにより、スパッタリングターゲットの密度が上昇しやすくなり、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制できるので好ましい。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば、10〜100%である雰囲気を言う。焼結は大気圧下又は加圧下で行うことができる。加圧は、例えば、98KPa〜1MPa、好ましくは、0.1〜5MPaであることが適当である。
また、焼結時の昇温速度は、通常20℃/分以下、好ましくは8℃/分以下、より好ましくは4℃/分以下、さらに好ましくは2℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。20℃/分以下であれば、焼結体の破壊が起こらずに焼結ができる。
(G) Post-sintering step As the post-sintering conditions, the heat treatment temperature is preferably 900 to 1650 ° C, and more preferably 1000 to 1550 ° C in an oxygen gas atmosphere or a nitrogen gas atmosphere under atmospheric pressure or pressure. The sintering time is preferably 30 minutes to 360 hours, more preferably 1 to 100 hours, and particularly preferably 1 to 30 hours. When the sintering temperature is 900 ° C. or higher, the density of the sputtering target is easily increased, and sintering can be performed within an appropriate time. When the temperature is 1650 ° C. or lower, the components are not vaporized, the zinc is evaporated, the composition of the sintered body is changed, and / or voids (voids) are not generated in the target. Furthermore, if the sintering time is 30 minutes or more, the density of the sputtering target is likely to increase, and if it is 360 hours or less, sintering can be performed within an appropriate time. Further, it is preferable to perform sintering in an oxygen gas atmosphere or an oxygen gas atmosphere because the density of the sputtering target is easily increased and the occurrence of abnormal discharge during sputtering can be suppressed. The oxygen gas atmosphere refers to an atmosphere having an oxygen concentration of, for example, 10 to 100%. Sintering can be performed under atmospheric pressure or under pressure. The pressurization is, for example, 98 KPa to 1 MPa, preferably 0.1 to 5 MPa.
Further, the heating rate during sintering is usually 20 ° C./min or less, preferably 8 ° C./min or less, more preferably 4 ° C./min or less, further preferably 2 ° C./min or less, particularly preferably 0.5. C / min or less. If it is 20 degrees C / min or less, it can sinter without destroying a sintered compact.

(h)還元工程
還元工程は、上記焼結工程で得られた焼結体のバルク比抵抗を焼結体全体として均一化するために還元処理を行う任意工程である。
本工程で適用することができる還元方法としては、例えば、還元性ガスを循環させる方法、真空中で焼成する方法、及び不活性ガス中で焼成する方法等が挙げられる。
還元性ガスとしては、例えば、水素、メタン、一酸化炭素、これらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、これらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
尚、還元処理時の温度は、通常100〜800℃、好ましくは200〜800℃である。また、還元処理の時間は、通常0.01〜5時間、好ましくは0.05〜1時間である。
還元ガスや不活性ガスの圧力は、例えば、9.8〜1000KPa、好ましくは、98〜500KPaである。真空中で焼結する場合、真空とは、具体的には、10−1〜10−8Pa、好ましくは10−2〜10−5Pa程度を言い、残存ガスはアルゴンや窒素等である。
(H) Reduction process The reduction process is an optional process in which a reduction treatment is performed in order to uniformize the bulk specific resistance of the sintered body obtained in the sintering process as the entire sintered body.
Examples of the reduction method that can be applied in this step include a method of circulating a reducing gas, a method of baking in a vacuum, and a method of baking in an inert gas.
As the reducing gas, for example, hydrogen, methane, carbon monoxide, a mixed gas of these gases and oxygen, or the like can be used.
As the inert gas, nitrogen, argon, a mixed gas of these gases and oxygen, or the like can be used.
In addition, the temperature at the time of a reduction process is 100-800 degreeC normally, Preferably it is 200-800 degreeC. The reduction treatment time is usually 0.01 to 5 hours, preferably 0.05 to 1 hour.
The pressure of the reducing gas or the inert gas is, for example, 9.8 to 1000 KPa, preferably 98 to 500 KPa. In the case of sintering in vacuum, the vacuum specifically refers to about 10 −1 to 10 −8 Pa, preferably about 10 −2 to 10 −5 Pa, and the residual gas is argon, nitrogen, or the like.

(i)加工工程
加工工程は、上記のようにして焼結して得られた焼結体を、さらにスパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工し、また、バッキングプレート等の装着用治具を取り付けるための、必要に応じて設けられる工程である。
スパッタリングターゲットの厚みは、通常2〜20mm、好ましくは3〜12mm、特に好ましくは4〜6mmである。スパッタリングターゲットの表面は200〜10,000番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが好ましく、400〜5,000番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが特に好ましい。200番〜10,000番のダイヤモンド砥石を使用すれば、スパッタリングターゲットが割れることもないので好ましい。また、複数のスパッタリングターゲットを一つのバッキングプレートに取り付け、実質一つのターゲットとしてもよい。バッキングプレートとしては、例えば、無酸素銅製のものが挙げられる。
(I) Processing Step The processing step is to cut the sintered body obtained by sintering as described above into a shape suitable for mounting on a sputtering apparatus, and to mount a backing plate or the like. It is the process provided as needed for attaching a tool.
The thickness of the sputtering target is usually 2 to 20 mm, preferably 3 to 12 mm, particularly preferably 4 to 6 mm. The surface of the sputtering target is preferably finished with a diamond grindstone of No. 200 to 10,000, and particularly preferably finished with a diamond grindstone of No. 400 to 5,000. It is preferable to use a diamond grindstone of No. 200 to No. 10,000 because the sputtering target will not break. Further, a plurality of sputtering targets may be attached to one backing plate to substantially form one target. Examples of the backing plate include those made of oxygen-free copper.

本発明の酸化物薄膜は、上述した本発明のスパッタリングターゲットを用い、25〜450℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる。これにより、電子キャリア濃度が1×1018/cm未満のアモルファス酸化物薄膜(酸化物半導体)、若しくは電子キャリア濃度が1×1020/cm以上のアモルファス酸化物薄膜(透明導電膜)を形成することができる。
スパッタリング法としては、DC(直流)スパッタ法、AC(交流)スパッタ法、RF(高周波)マグネトロンスパッタ法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。DC(直流)スパッタ法及びRF(高周波)スパッタ法が好ましく利用される。
スパッタ時の成膜温度は、スパッタ法によって異なるが、例えば、25〜450℃、好ましくは、25〜300℃、より好ましくは、25〜250℃であることが適当である。ここで、成膜温度とは、薄膜を形成する基板の温度である。
スパッタ時のスパッタリングチャンバー内の圧力は、スパッタ法によって異なるが、例えば、DC(直流)スパッタ法の場合は、0.1〜2.0MPa、好ましくは、0.3〜0.8MPaであり、RF(高周波)スパッタ法の場合は0.1〜2.0MPa、好ましくは、0.3〜0.8MPaであることが適当である。
スパッタ時に投入される電力出力は、スパッタ法によって異なるが、例えば、DC(直流)スパッタ法の場合は、10〜1000W、好ましくは、100〜300Wであり、RF(高周波)スパッタ法の場合は、10〜1000W、好ましくは、50〜250Wであることが適当である。
RF(高周波)スパッタ法の場合の電源周波数は、例えば、50Hz〜50MHz、好ましくは、10k〜20MHzであることが適当である。
スパッタ時のキャリアーガスとしては、スパッタ法によって異なるが、例えば、酸素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトンが挙げられる。好ましくは、アルゴンと酸素の混合ガスである。アルゴンと酸素の混合ガスを使用する場合、アルゴン:酸素の流量比は、Ar:O=100〜80:0〜20、好ましくは、99.5〜90:0.5〜10であることが適当である。
The oxide thin film of the present invention is obtained by sputtering at the film forming temperature of 25 to 450 ° C. using the above-described sputtering target of the present invention. Thus, the amorphous oxide thin film of the electron carrier concentration less than 1 × 10 18 / cm 3 (the oxide semiconductor), or an electron carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more amorphous oxide thin film (transparent conductive film) Can be formed.
Examples of the sputtering method include a DC (direct current) sputtering method, an AC (alternating current) sputtering method, an RF (high frequency) magnetron sputtering method, an electron beam evaporation method, and an ion plating method. DC (direct current) sputtering and RF (high frequency) sputtering are preferably used.
The film forming temperature during sputtering varies depending on the sputtering method, but is suitably 25 to 450 ° C., preferably 25 to 300 ° C., and more preferably 25 to 250 ° C., for example. Here, the film formation temperature is the temperature of the substrate on which the thin film is formed.
The pressure in the sputtering chamber during sputtering varies depending on the sputtering method. For example, in the case of DC (direct current) sputtering, the pressure is 0.1 to 2.0 MPa, preferably 0.3 to 0.8 MPa. In the case of the (high frequency) sputtering method, it is 0.1 to 2.0 MPa, preferably 0.3 to 0.8 MPa.
The power output input during sputtering varies depending on the sputtering method. For example, in the case of DC (direct current) sputtering method, it is 10 to 1000 W, preferably 100 to 300 W, and in the case of RF (high frequency) sputtering method, It is 10 to 1000 W, preferably 50 to 250 W.
The power supply frequency in the case of RF (high frequency) sputtering is, for example, 50 Hz to 50 MHz, preferably 10 k to 20 MHz.
The carrier gas at the time of sputtering varies depending on the sputtering method, and examples thereof include oxygen, helium, argon, xenon, and krypton. A mixed gas of argon and oxygen is preferable. When a mixed gas of argon and oxygen is used, the flow ratio of argon: oxygen is Ar: O 2 = 100 to 80: 0 to 20, preferably 99.5 to 90: 0.5 to 10. Is appropriate.

スパッタリングに先立ち、スパッタリングターゲットを支持体に接着(ボンディング)する。これは、ターゲットをスパッタリング装置に固定するためである。
ボンディングしたスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行い、基板上にIn及びZnの酸化物を主成分とする酸化物薄膜を得る。ここで、「主成分とする」とは、酸素を除く元素の原子比の和を100%として、In及びZnの各元素を原子比で50%以上含むことを意味する。
基板としては、ガラス、樹脂(PET、PES等)等を用いることができる。
得られたアモルファス酸化物薄膜の膜厚は、成膜時間やスパッタ法によっても異なるが、例えば、5〜300nm、好ましくは、10〜90nmであることが適当である。
また、得られる酸化物薄膜の電子キャリア濃度は、例えば、1×1018/cm未満、好ましくは、5×1017〜1×1012/cmであることが適当である。
さらに、得られた酸化物薄膜の密度は、6.0g/cm以上、好ましくは、6.1〜7.2g/cmであることが適当である。このような密度であれば、得られた酸化物薄膜においても、ノジュールやパーティクルの発生が少なく、膜特性に優れた酸化物薄膜を得ることができる。
Prior to sputtering, the sputtering target is bonded (bonded) to the support. This is for fixing the target to the sputtering apparatus.
Sputtering is performed using the bonded sputtering target to obtain an oxide thin film containing In and Zn oxides as main components on the substrate. Here, “main component” means that the sum of atomic ratios of elements excluding oxygen is 100%, and that each element of In and Zn is included by 50% or more in atomic ratio.
As the substrate, glass, resin (PET, PES, or the like) can be used.
The thickness of the obtained amorphous oxide thin film varies depending on the film formation time and the sputtering method, but is, for example, 5 to 300 nm, preferably 10 to 90 nm.
The electron carrier concentration of the obtained oxide thin film is, for example, less than 1 × 10 18 / cm 3 , and preferably 5 × 10 17 to 1 × 10 12 / cm 3 .
Furthermore, the density of the oxide thin film obtained is 6.0 g / cm 3 or more, preferably, suitably be a 6.1~7.2g / cm 3. With such a density, even in the obtained oxide thin film, generation of nodules and particles is small, and an oxide thin film having excellent film characteristics can be obtained.

本発明の酸化物薄膜は、そのまま、あるいは熱処理することで薄膜トランジスタ、チャネル層、太陽電池、ガスセンサー等の半導体膜、又はタッチパネル等の表示素子、太陽電池等の透明導電膜として使用することができる。特に、半導体膜としては薄膜トランジスタのチャネル層(半導体層)、透明導電膜としてはフラットパネル用透明電極として好適である。
以下、本発明の酸化物薄膜を薄膜トランジスタのチャネル層に適用した例について説明する。
The oxide thin film of the present invention can be used as it is or after heat treatment as a semiconductor film such as a thin film transistor, a channel layer, a solar cell and a gas sensor, a display element such as a touch panel, and a transparent conductive film such as a solar cell. . In particular, a thin film transistor channel layer (semiconductor layer) is suitable as a semiconductor film, and a transparent electrode for a flat panel is suitable as a transparent conductive film.
Hereinafter, an example in which the oxide thin film of the present invention is applied to a channel layer of a thin film transistor will be described.

図4は、薄膜トランジスタの一例の概略断面図である。
この薄膜トランジスタは、ガラス基板等の基板1上にゲート電極2を形成してある。ゲート電極2を覆うようにゲート絶縁膜3を有し、その上にチャネル層4がある。チャネル層4の両端部に、ソース電極5及びドレイン電極6のいずれか一方が形成されている。ソース電極5及びドレイン電極6の一部を除き、保護膜7が形成されている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an example of a thin film transistor.
In this thin film transistor, a gate electrode 2 is formed on a substrate 1 such as a glass substrate. A gate insulating film 3 is provided so as to cover the gate electrode 2, and a channel layer 4 is provided thereon. Either one of the source electrode 5 and the drain electrode 6 is formed at both ends of the channel layer 4. A protective film 7 is formed except for part of the source electrode 5 and the drain electrode 6.

尚、図4に示す薄膜トランジスタでは、ソース電極5及びドレイン6電極の形成後に保護膜7を形成しているが、これに限らず、例えば、図5に示す薄膜トランジスタとしてもよい。
図5の薄膜トランジスタでは、ガラス基板等の基板11上にゲート電極12を形成してある。ゲート電極12を覆うようにゲート絶縁膜13を有し、その上にチャネル層14がある。チャネル層14上に保護膜15(エッチングストッパー)を形成し、その後、ソース電極・ドレイン電極17を形成している(図5(1))。その後、ソース電極・ドレイン電極17をエッチング等によりパターニングする(図5(2))
本発明の酸化物薄膜は、チャネル層4、14として好適に使用できる。
In the thin film transistor shown in FIG. 4, the protective film 7 is formed after the source electrode 5 and the drain 6 electrode are formed. However, the present invention is not limited to this, and the thin film transistor shown in FIG.
In the thin film transistor of FIG. 5, a gate electrode 12 is formed on a substrate 11 such as a glass substrate. A gate insulating film 13 is provided so as to cover the gate electrode 12, and a channel layer 14 is provided thereon. A protective film 15 (etching stopper) is formed on the channel layer 14, and then a source electrode / drain electrode 17 is formed (FIG. 5 (1)). Thereafter, the source electrode / drain electrode 17 is patterned by etching or the like (FIG. 5B).
The oxide thin film of the present invention can be suitably used as the channel layers 4 and 14.

本発明の酸化物薄膜をチャネル層4として使用する場合、酸化物薄膜と酸化物絶縁体層を積層構造とし、下記の工程を含む方法で製造することが好ましい。
(i)本発明の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程
(ii)前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程
When the oxide thin film of the present invention is used as the channel layer 4, it is preferable that the oxide thin film and the oxide insulator layer have a laminated structure and are manufactured by a method including the following steps.
(I) A step of heat-treating the oxide thin film of the present invention in an oxidizing atmosphere (ii) A step of forming an oxide insulator layer on the heat-treated oxide thin film

上記工程(i)では、酸化雰囲気中で酸化物薄膜を熱処理する。酸化雰囲気とは、例えば、酸素ガス雰囲気中でよい。
また、熱処理は、例えば、100〜450℃、好ましくは150〜350℃で、0.1〜10時間、好ましくは、0.5〜2時間行う。これにより、酸化物薄膜の半導体特性を安定化できる。
In the step (i), the oxide thin film is heat-treated in an oxidizing atmosphere. The oxidizing atmosphere may be, for example, an oxygen gas atmosphere.
Moreover, heat processing is 100-450 degreeC, for example, Preferably it is 150-350 degreeC, for 0.1 to 10 hours, Preferably, it performs for 0.5 to 2 hours. Thereby, the semiconductor characteristics of the oxide thin film can be stabilized.

上記工程(ii)では、熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する。酸化物絶縁体層は、半導体の保護膜として機能する。
酸化物絶縁体層の方法としては、例えば、CVD法やスパッタ法が挙げられる。
酸化物絶縁体層としては、例えば、SiO,SiNx,Al,Ta,TiO,MgO,ZrO,CeO,KO,LiO,NaO,RbO,Sc,Y,Hf,CaHfO,PbTi,BaTa,SrTiO,AlN等を用いることができる。これらのなかでも、SiO,SiNx,Al,Y,Hf,CaHfOを用いるのが好ましく、より好ましくはSiO,SiNx,Y,Hf,CaHfOであり、特に好ましくはSiO,Y,Hf,CaHfO等の酸化物である。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい(例えば、SiOでもSiOxでもよい)。また、SiNxは水素元素を含んでいても良い。
In the step (ii), an oxide insulator layer is formed on the heat-treated oxide thin film. The oxide insulator layer functions as a semiconductor protective film.
Examples of the method for the oxide insulator layer include a CVD method and a sputtering method.
Examples of the oxide insulator layer include SiO 2 , SiNx, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , MgO, ZrO 2 , CeO 2 , K 2 O, Li 2 O, Na 2 O, and Rb 2. O, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , Hf 2 O 3 , CaHfO 3 , PbTi 3 , BaTa 2 O 6 , SrTiO 3 , AlN, or the like can be used. Among these, SiO 2, SiNx, Al 2 O 3, Y 2 O 3, Hf 2 O 3, it is preferable to use CaHfO 3, more preferably SiO 2, SiNx, Y 2 O 3, Hf 2 O 3 , CaHfO 3 , and oxides such as SiO 2 , Y 2 O 3 , Hf 2 O 3 , and CaHfO 3 are particularly preferable. The number of oxygen in these oxides does not necessarily match the stoichiometric ratio (for example, it may be SiO 2 or SiO x). SiNx may contain a hydrogen element.

酸化物絶縁体層は、異なる2層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
また、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましく、非晶質であることが特に好ましい。非晶質膜であれば界面の平滑性が良好となり、高いキャリア移動度を維持することができ、閾値電圧やS値が大きくなりすぎることもない。
尚、S値(Swing Factor)とは、オフ状態からゲート電圧を増加させた際に、オフ状態からオン状態にかけてドレイン電流が急峻に立ち上がるが、この急峻さを示す値である。下記式で定義されるように、ドレイン電流が1桁(10倍)上昇するときのゲート電圧の増分をS値とする。
S値=dVg/dlog(Ids)
S値が小さいほど急峻な立ち上がりとなる(「薄膜トランジスタ技術のすべて」、鵜飼育弘著、2007年刊、工業調査会)。S値が大きいと、オンからオフに切り替える際に高いゲート電圧をかける必要があり、消費電力が大きくなるおそれがある。
また、S値は0.8V/dec以下が好ましく、0.3V/dec以下がより好ましく、0.25V/dec以下がさらに好ましく、0.2V/dec以下が特に好ましい。0.8V/decより大きいと駆動電圧が大きくなり消費電力が大きくなるおそれがある。特に、有機ELディスプレイで用いる場合は、直流駆動のためS値を0.3V/dec以下にすると消費電力を大幅に低減できるため好ましい。
The oxide insulator layer may have a structure in which two or more different insulating films are stacked.
Further, it may be any of crystalline, polycrystalline, and amorphous, but it is preferably polycrystalline or amorphous that is easy to industrially manufacture, and is preferably amorphous. . If it is an amorphous film, the smoothness of the interface will be good, high carrier mobility can be maintained, and the threshold voltage and S value will not become too large.
The S value (Swing Factor) is a value indicating the steepness of the drain current that rises sharply from the off state to the on state when the gate voltage is increased from the off state. As defined by the following equation, an increment of the gate voltage when the drain current increases by one digit (10 times) is defined as an S value.
S value = dVg / dlog (Ids)
The smaller the S value, the sharper the rise ("All about Thin Film Transistor Technology", Ikuhiro Ukai, 2007, Industrial Research Committee). When the S value is large, it is necessary to apply a high gate voltage when switching from on to off, and power consumption may increase.
The S value is preferably 0.8 V / dec or less, more preferably 0.3 V / dec or less, further preferably 0.25 V / dec or less, and particularly preferably 0.2 V / dec or less. If it is greater than 0.8 V / dec, the drive voltage may increase and power consumption may increase. In particular, when used in an organic EL display, it is preferable to set the S value to 0.3 V / dec or less because of direct current drive because power consumption can be greatly reduced.

以下、本発明の電界効果型トランジスタを構成部材について説明する。
1.基板
基板としては、特に制限はなく、本技術分野で公知のものを使用できる。例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板、シリコン基板、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の樹脂基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等の高分子フィルム基材等が使用できる。基板や基材の厚さは0.1〜10mmが一般的であり、0.3〜5mmが好ましい。ガラス基板の場合は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ましい。透明性や平滑性が求められる場合は、ガラス基板、樹脂基板が好ましく、ガラス基板が特に好ましい。軽量化が求められる場合は樹脂基板や高分子機材が好ましい。
Hereinafter, the field effect transistor of the present invention will be described with respect to constituent members.
1. Substrate There is no restriction | limiting in particular as a board | substrate, A well-known thing can be used in this technical field. For example, glass substrates such as alkali silicate glass, non-alkali glass and quartz glass, silicon substrates, resin substrates such as acrylic, polycarbonate and polyethylene naphthalate (PEN), polymer film bases such as polyethylene terephthalate (PET) and polyamide Materials can be used. As for the thickness of a board | substrate or a base material, 0.1-10 mm is common, and 0.3-5 mm is preferable. In the case of a glass substrate, those chemically or thermally reinforced are preferred. When transparency and smoothness are required, a glass substrate and a resin substrate are preferable, and a glass substrate is particularly preferable. When weight reduction is required, a resin substrate or a polymer material is preferable.

2.半導体層(チャネル層)
半導体層は、上述したとおり本発明のスパッタリングターゲットを使用して酸化物薄膜を形成することで作製できる。
本発明において、半導体層は非晶質膜であることが好ましい。非晶質膜であることにより、絶縁膜や保護膜との密着性が改善される、大面積でも均一なトランジスタ特性が容易に得られることとなる。ここで、半導体層が非晶質膜であるか否かは、X線結晶構造解析により確認できる。明確なピークが観測されない場合が非晶質である。
バンドギャップが2.0〜6.0eVであることが好ましく、特に、2.8〜5.0eVがより好ましい。バンドギャップは、2.0eV以上であれば、可視光を吸収し電界効果型トランジスタが誤動作するおそれもない。一方、6.0eV以下であれば、キャリアが供給されにくくなり電界効果型トランジスタが機能しなくなるおそれも低い。
半導体層は、熱活性型を示す非縮退半導体であることが好ましい。非縮退半導体であれば、キャリアが多すぎてオフ電流・ゲートリーク電流が増加する、閾値が負になりノーマリーオンとなるなどの不利益を回避できる。半導体層が非縮退半導体であるか否かは、ホール効果を用いた移動度とキャリア密度の温度変化の測定を行うことにより判断できる。また、半導体層を非縮退半導体とするには、成膜時の酸素分圧を調整する、後処理をすることで酸素欠陥量を制御しキャリア密度を最適化することで達成できる。
2. Semiconductor layer (channel layer)
As described above, the semiconductor layer can be produced by forming an oxide thin film using the sputtering target of the present invention.
In the present invention, the semiconductor layer is preferably an amorphous film. By being an amorphous film, adhesion with an insulating film and a protective film is improved, and uniform transistor characteristics can be easily obtained even in a large area. Here, whether or not the semiconductor layer is an amorphous film can be confirmed by X-ray crystal structure analysis. The case where no clear peak is observed is amorphous.
The band gap is preferably 2.0 to 6.0 eV, and more preferably 2.8 to 5.0 eV. If the band gap is 2.0 eV or more, the visible light is absorbed and there is no possibility that the field effect transistor malfunctions. On the other hand, if it is 6.0 eV or less, it is difficult for carriers to be supplied and the field-effect transistor is less likely to fail.
The semiconductor layer is preferably a non-degenerate semiconductor exhibiting a thermal activation type. In the case of a non-degenerate semiconductor, disadvantages such as an increase in off current and gate leakage current due to too many carriers, a negative threshold value and normally on can be avoided. Whether or not the semiconductor layer is a non-degenerate semiconductor can be determined by measuring temperature changes in mobility and carrier density using the Hall effect. In addition, the semiconductor layer can be made a non-degenerate semiconductor by adjusting the oxygen partial pressure during film formation and performing post-processing to control the amount of oxygen defects and optimize the carrier density.

半導体層の表面粗さ(RMS)は、1nm以下が好ましく、0.6nm以下がさらに好ましく、0.3nm以下が特に好ましい。1nm以下であれば、移動度が低下するおそれもない。
半導体層は、酸化インジウムのビックスバイト構造の稜共有構造の少なくとも一部を維持している非晶質膜であることが好ましい。酸化インジウムを含む非晶質膜が酸化インジウムのビックスバイト構造の稜共有構造の少なくとも一部を維持しているかどうかは、高輝度のシンクロトロン放射等を用いた微小角入射X線散乱(GIXS)によって求めた動径分布関数(RDF)により、In−X(Xは,In,Zn)を表すピークが0.30から0.36nmの間にあることで確認できる(詳細については、下記の文献を参照すればよい。F.Utsuno, et al.,Thin Solid Films,Volume 496, 2006, Pages 95−98)。
さらに、原子間距離が0.30から0.36nmの間のRDFの最大値をA、原子間距離が0.36から0.42の間のRDFの最大値をBとした場合に、A/B>0.7の関係を満たすことが好ましく、A/B>0.85がより好ましく、A/B>1がさらに好ましく、A/B>1.2が特に好ましい。
A/Bが0.7以上であれば、半導体層をトランジスタの活性層として用いた場合、移動度が低下したり、閾値やS値が大きくなりすぎるおそれもない。A/Bが小さいことは、非晶質膜の近距離秩序性が悪いことを反映しているものと考えられる。
また、In−Inの平均結合距離が0.3〜0.322nmであることが好ましく、0.31〜0.32nmであることが特に好ましい。In−Inの平均結合距離はX線吸収分光法により求めることができる。X線吸収分光法による測定では、立ち上がりから数百eVも高いエネルギーのところまで広がったX線吸収広域微細構造(EXAFS)を示す。EXAFSは、励起された原子の周囲の原子による電子の後方散乱によって引き起こされる。飛び出していく電子波と後方散乱された波との干渉効果が起こる。干渉は電子状態の波長と周囲の原子へ行き来する光路長に依存する。EXAFSをフーリエ変換することで動径分布関数(RDF)が得られる。RDFのピークから平均結合距離を見積もることができる。
The surface roughness (RMS) of the semiconductor layer is preferably 1 nm or less, more preferably 0.6 nm or less, and particularly preferably 0.3 nm or less. If it is 1 nm or less, there is no possibility that the mobility is lowered.
The semiconductor layer is preferably an amorphous film that maintains at least part of the edge sharing structure of the bixbite structure of indium oxide. Whether or not the amorphous film containing indium oxide maintains at least a part of the edge sharing structure of the bixbite structure of indium oxide is determined by small angle incident X-ray scattering (GIXS) using high-intensity synchrotron radiation or the like. It can be confirmed that the peak representing In-X (X is In, Zn) is between 0.30 and 0.36 nm by the radial distribution function (RDF) obtained by F. Utsuno, et al., Thin Solid Films, Volume 496, 2006, Pages 95-98).
Furthermore, when the maximum value of RDF between the interatomic distances of 0.30 and 0.36 nm is A, and the maximum value of RDF between the interatomic distances of 0.36 and 0.42 is B, A / B> 0.7 is preferably satisfied, A / B> 0.85 is more preferable, A / B> 1 is further more preferable, and A / B> 1.2 is particularly preferable.
If A / B is 0.7 or more, when the semiconductor layer is used as an active layer of a transistor, there is no possibility that the mobility is lowered or the threshold value or the S value becomes too large. It is considered that the small A / B reflects the poor short-range order of the amorphous film.
Further, the average In—In bond distance is preferably 0.3 to 0.322 nm, and particularly preferably 0.31 to 0.32 nm. The average bond distance of In—In can be determined by X-ray absorption spectroscopy. The measurement by X-ray absorption spectroscopy shows an X-ray absorption wide-area microstructure (EXAFS) that has spread to a high energy as high as several hundred eV from the rise. EXAFS is caused by backscattering of electrons by atoms around the excited atom. Interference effect between the flying electron wave and the back-scattered wave occurs. Interference depends on the wavelength of the electronic state and the optical path length to and from surrounding atoms. A radial distribution function (RDF) is obtained by Fourier transforming EXAFS. The average bond distance can be estimated from the RDF peak.

半導体層の膜厚は、通常0.5〜500nm、好ましくは1〜150nm、より好ましくは3〜80nm、特に好ましくは10〜60nmである。0.5nm以上であれば、工業的に均一に成膜することが可能である。一方、500nm以下であれば、成膜時間が長くなりすぎることもない。また、3〜80nmの範囲内にあると、移動度やオンオフ比等TFT特性が特に良好である。   The film thickness of the semiconductor layer is usually 0.5 to 500 nm, preferably 1 to 150 nm, more preferably 3 to 80 nm, and particularly preferably 10 to 60 nm. If it is 0.5 nm or more, it is possible to form an industrially uniform film. On the other hand, if it is 500 nm or less, the film formation time will not be too long. Moreover, when it exists in the range of 3-80 nm, TFT characteristics, such as a mobility and an on / off ratio, are especially favorable.

本発明では、半導体層が非晶質膜であり、非局在準位のエネルギー幅(E)が14meV以下であることが好ましい。半導体層の非局在準位のエネルギー幅(E)は10meV以下がより好ましく、8meV以下がさらに好ましく、6meV以下が特に好ましい。非局在準位のエネルギー幅(E)が14meV以下であれば、半導体層をトランジスタの活性層として用いた場合、移動度が低下したり、閾値やS値が大きくなりすぎるおそれもない。半導体層の非局在準位のエネルギー幅(E)が大きいことは、非晶質膜の近距離秩序性が悪いことを反映しているものと考えられる。 In the present invention, the semiconductor layer is preferably an amorphous film, and the energy width (E 0 ) of the delocalized level is preferably 14 meV or less. The energy width (E 0 ) of the delocalized level of the semiconductor layer is more preferably 10 meV or less, further preferably 8 meV or less, and particularly preferably 6 meV or less. When the energy width (E 0 ) of the delocalized level is 14 meV or less, when the semiconductor layer is used as the active layer of the transistor, there is no possibility that the mobility is lowered or the threshold value or the S value is too large. It is considered that the large energy width (E 0 ) of the delocalized level of the semiconductor layer reflects the poor short-range order of the amorphous film.

3.半導体層の保護膜
半導体層の保護膜は、上述した酸化物薄膜上に形成した酸化物絶縁体層である。半導体の保護膜があれば、真空中や低圧下で半導体の表面層の酸素が脱離せず、オフ電流が高くなったり、閾値電圧が負になるおそれもない。また、大気下でも湿度等周囲の影響を受けることもなく、閾値電圧等のトランジスタ特性のばらつきが大きくなるおそれもない。
3. Protective film of semiconductor layer The protective film of the semiconductor layer is an oxide insulator layer formed on the above-described oxide thin film. If there is a protective film for the semiconductor, oxygen in the surface layer of the semiconductor is not desorbed in a vacuum or under a low pressure, and there is no possibility that the off current becomes high or the threshold voltage becomes negative. Further, there is no influence of ambient conditions such as humidity even in the atmosphere, and there is no possibility that variations in transistor characteristics such as threshold voltage will increase.

半導体層の保護膜は、非晶質酸化物あるいは非晶質窒化物であることが好ましく、非晶質酸化物であることが特に好ましい。また、保護膜が酸化物であれば、半導体中の酸素が保護膜側に移動することもなく、オフ電流が高くなることもなく、閾値電圧が負になりノーマリーオフを示すおそれもない。
尚、半導体層の保護膜として、さらに、ポリ(4−ビニルフェノール)(PVP)、パリレン等の有機絶縁膜を用いてもよい。さらに、半導体層の保護膜は無機絶縁膜及び有機絶縁膜の2層以上の積層構造を有してもよい。
The protective film of the semiconductor layer is preferably an amorphous oxide or an amorphous nitride, and particularly preferably an amorphous oxide. In addition, when the protective film is an oxide, oxygen in the semiconductor does not move to the protective film side, the off-current does not increase, and the threshold voltage becomes negative and there is no possibility of showing normally-off.
An organic insulating film such as poly (4-vinylphenol) (PVP) or parylene may be further used as a protective film for the semiconductor layer. Furthermore, the protective film of the semiconductor layer may have a laminated structure of two or more layers of an inorganic insulating film and an organic insulating film.

4.ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜を形成する材料にも特に制限はない。本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、SiO,SiNx,Al,Ta,TiO,MgO,ZrO,CeO,KO,LiO,NaO,RbO,Sc,Y,Hf,CaHfO,PbTi,BaTa,SrTiO,AlN等を用いることができる。これらのなかでも、SiO,SiNx,Al,Y,Hf,CaHfOを用いるのが好ましく、より好ましくはSiO,SiNx,Y,Hf,CaHfOである。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい(例えば、SiOでもSiOxでもよい)。また、SiNxは水素元素を含んでいても良い。
このようなゲート絶縁膜は、異なる2層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。
また、ゲート絶縁膜は、ポリ(4−ビニルフェノール)(PVP)、パリレン等の有機絶縁膜を用いてもよい。さらに、ゲート絶縁膜は無機絶縁膜及び有機絶縁膜の2層以上積層構造を有してもよい。
ゲート絶縁膜は、厚さが50〜500nmであることが好ましい。ゲート絶縁膜の成膜はスパッタ法でもよいが、TEOS−CVD法やPECVD法等のCVD法が好ましい。
4). Gate insulating film There is no particular limitation on the material for forming the gate insulating film. What is generally used can be arbitrarily selected as long as the effects of the present invention are not lost. For example, SiO 2, SiNx, Al 2 O 3, Ta 2 O 5, TiO 2, MgO, ZrO 2, CeO 2, K 2 O, Li 2 O, Na 2 O, Rb 2 O, Sc 2 O 3, Y 2 O 3 , Hf 2 O 3 , CaHfO 3 , PbTi 3 , BaTa 2 O 6 , SrTiO 3 , AlN, or the like can be used. Among these, SiO 2, SiNx, Al 2 O 3, Y 2 O 3, Hf 2 O 3, it is preferable to use CaHfO 3, more preferably SiO 2, SiNx, Y 2 O 3, Hf 2 O 3 , CaHfO 3 . The number of oxygen in these oxides does not necessarily match the stoichiometric ratio (for example, it may be SiO 2 or SiO x). SiNx may contain a hydrogen element.
Such a gate insulating film may have a structure in which two or more different insulating films are stacked. The gate insulating film may be crystalline, polycrystalline, or amorphous, but is preferably polycrystalline or amorphous that is easy to manufacture industrially.
The gate insulating film may be an organic insulating film such as poly (4-vinylphenol) (PVP) or parylene. Further, the gate insulating film may have a stacked structure of two or more layers of an inorganic insulating film and an organic insulating film.
The gate insulating film preferably has a thickness of 50 to 500 nm. The gate insulating film may be formed by a sputtering method, but a CVD method such as a TEOS-CVD method or a PECVD method is preferable.

5.電極
ゲート電極、ソ−ス電極及びドレイン電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択することができる。
例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物、ZnO、SnO等の透明電極や、Al,Ag,Cr,Ni,Mo,Au,Ti,Ta、Cu等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。また、それらを2層以上積層して接触抵抗を低減したり、界面強度を向上させることが好ましい。また、ソ−ス電極、ドレイン電極の接触抵抗を低減させるため半導体の電極との界面をプラズマ処理、オゾン処理等で抵抗を調整してもよい。
5). Electrode There are no particular limitations on the material for forming each of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, and any material that is generally used can be selected as long as the effects of the present invention are not lost.
For example, transparent electrodes such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, ZnO, SnO 2 , metal electrodes such as Al, Ag, Cr, Ni, Mo, Au, Ti, Ta, Cu, or these An alloy metal electrode can be used. Moreover, it is preferable to laminate two or more layers to reduce the contact resistance or improve the interface strength. In order to reduce the contact resistance of the source electrode and the drain electrode, the resistance of the interface with the semiconductor electrode may be adjusted by plasma treatment, ozone treatment or the like.

積層電極は、例えば、電子ビーム蒸着法により、厚さ1〜100nmのTi(密着層)、厚さ10〜300nmのAu(接続層)及び厚さ1〜100nmのTi(密着層)をこの順で積層し、この積層膜をフォトリソグラフィー法及びリフトオフ法により加工することにより形成できる。   The laminated electrode is formed by, for example, using an electron beam evaporation method to form Ti (adhesion layer) having a thickness of 1 to 100 nm, Au (connection layer) having a thickness of 10 to 300 nm, and Ti (adhesion layer) having a thickness of 1 to 100 nm in this order. And the laminated film can be processed by a photolithography method and a lift-off method.

本発明の薄膜トランジスタは、半導体層を遮光する構造を持つことが好ましい。半導体層を遮光する構造(例えば、遮光層)があれば、光が半導体層に入射した場合にキャリア電子が励起されオフ電流が高くなるおそれもない。遮光層は、300〜800nmに吸収を持つ薄膜が好ましい。遮光層は半導体層の上部、下部どちらかでも構わないが、上部及び下部の両方にあることが好ましい。また、遮光層はゲート絶縁膜やブラックマトリックス等と兼用されていても構わない。遮光層が片側だけにある場合、遮光層が無い側から光が半導体層に照射しないよう構造上工夫する必要がある。   The thin film transistor of the present invention preferably has a structure for shielding the semiconductor layer. If there is a structure that shields the semiconductor layer (for example, a light shielding layer), when light enters the semiconductor layer, there is no possibility that the carrier electrons are excited and the off-current increases. The light shielding layer is preferably a thin film having absorption at 300 to 800 nm. The light shielding layer may be either the upper part or the lower part of the semiconductor layer, but is preferably on both the upper part and the lower part. Further, the light shielding layer may also be used as a gate insulating film, a black matrix, or the like. When the light shielding layer is on only one side, it is necessary to devise a structure so that light is not irradiated onto the semiconductor layer from the side where the light shielding layer is not present.

また、本発明の薄膜トランジスタでは、半導体層とソース電極・ドレイン電極との間にコンタクト層を設けてもよい。コンタクト層は半導体層よりも抵抗が低いことが好ましい。コンタクト層の形成材料は、上述した半導体層と同様な組成の複合酸化物が使用できる。即ち、コンタクト層はIn,Zn及びZr等の各元素を含むことが好ましい。これらの元素を含む場合、コンタクト層と半導体層の間で元素の移動が発生することもなく、ストレス試験等を行った際に閾値電圧のシフトが大きくなるおそれもない。
コンタクト層の作製方法に特に制約はないが、成膜条件を変えて半導体層と同じ組成比のコンタクト層を成膜したり、半導体層と組成比の異なる層を成膜したり、半導体の電極とのコンタクト部分をプラズマ処理やオゾン処理により抵抗を高めることで構成したり、半導体層を成膜する際に酸素分圧等の成膜条件により抵抗を高くなる層を構成してもよい。また、本発明の薄膜トランジスタでは、半導体層とゲート絶縁膜との間、及び/又は半導体層と保護膜との間に、半導体層よりも抵抗の高い酸化物抵抗層を有することが好ましい。酸化物抵抗層があればオフ電流が発生することもなく、閾値電圧が負となりノーマリーオンとなることもなく、保護膜成膜やエッチングなどの後処理工程時に半導体層が変質し特性が劣化するおそれもない。
In the thin film transistor of the present invention, a contact layer may be provided between the semiconductor layer and the source / drain electrodes. The contact layer preferably has a lower resistance than the semiconductor layer. As a material for forming the contact layer, a composite oxide having the same composition as that of the semiconductor layer described above can be used. That is, the contact layer preferably contains each element such as In, Zn, and Zr. When these elements are included, there is no movement of elements between the contact layer and the semiconductor layer, and there is no possibility that the shift of the threshold voltage becomes large when a stress test or the like is performed.
There are no particular restrictions on the method for forming the contact layer, but a contact layer having the same composition ratio as the semiconductor layer can be formed by changing the film formation conditions, a layer having a composition ratio different from that of the semiconductor layer can be formed, or a semiconductor electrode The contact portion may be formed by increasing the resistance by plasma treatment or ozone treatment, or a layer having a higher resistance may be formed by film formation conditions such as oxygen partial pressure when forming the semiconductor layer. The thin film transistor of the present invention preferably includes an oxide resistance layer having a higher resistance than the semiconductor layer between the semiconductor layer and the gate insulating film and / or between the semiconductor layer and the protective film. If there is an oxide resistance layer, no off-current is generated, the threshold voltage becomes negative and normally on, and the semiconductor layer changes in quality during post-processing steps such as protective film formation and etching, resulting in deterioration of characteristics. There is no risk of doing so.

酸化物抵抗層としては、以下のものが例示できる。
・半導体膜の成膜時よりも高い酸素分圧で成膜した半導体層と同一組成の非晶質酸化物膜
・半導体層と同一組成であるが組成比を変えた非晶質酸化物膜
・In及びZnを含み半導体層と異なる元素Xを含む非晶質酸化物膜
・酸化インジウムを主成分とする多結晶酸化物膜
・酸化インジウムを主成分とし、Zn、Cu、Co、Ni、Mn、Mgなどの正二価元素を1種以上ドープした多結晶酸化物膜
半導体層と同一組成であるが組成比を変えた非晶質酸化物膜や、In及びZnを含み半導体層と異なる元素Xを含む非晶質酸化物膜の場合は、In組成比が半導体層よりも少ないことが好ましい。また、元素Xの組成比が半導体層よりも多いことが好ましい。
酸化物抵抗層は、In及びZnを含む酸化物であることが好ましい。これらを含む場合、酸化物抵抗層と半導体層の間で元素の移動が発生することもなく、ストレス試験等を行った際に閾値電圧のシフトが大きくなるおそれもない。
The following can be illustrated as an oxide resistance layer.
・ Amorphous oxide film with the same composition as the semiconductor layer deposited at a higher oxygen partial pressure than when the semiconductor film was deposited ・ Amorphous oxide film with the same composition as the semiconductor layer but with a different composition ratio An amorphous oxide film containing In and Zn and containing an element X different from the semiconductor layer. A polycrystalline oxide film containing indium oxide as a main component. Indium oxide as a main component, Zn, Cu, Co, Ni, Mn, An amorphous oxide film having the same composition as the polycrystalline oxide film semiconductor layer doped with one or more positive divalent elements such as Mg, but with a different composition ratio, and an element X containing In and Zn and different from the semiconductor layer In the case of the amorphous oxide film that is included, the In composition ratio is preferably smaller than that of the semiconductor layer. Moreover, it is preferable that the composition ratio of the element X is larger than that of the semiconductor layer.
The oxide resistance layer is preferably an oxide containing In and Zn. In the case of including these, there is no movement of elements between the oxide resistance layer and the semiconductor layer, and there is no possibility that the shift of the threshold voltage becomes large when a stress test or the like is performed.

上述した薄膜トランジスタの各構成部材(層)は、本技術分野で公知の手法で形成できる。
具体的に、成膜方法としては、スプレー法、ディップ法、CVD法等の化学的成膜方法、又はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザーディポジション法等の物理的成膜方法を用いることができる。キャリア密度が制御し易い、及び膜質向上が容易であることから、好ましくは物理的成膜方法を用い、より好ましくは生産性が高いことからスパッタ法を用いる。
スパッタリングでは、複合酸化物の焼結ターゲットを用いる方法、複数の焼結ターゲットを用いコスパッタを用いる方法、合金ターゲットを用い反応性スパッタを用いる方法等が利用できる。好ましくは、複合酸化物の焼結ターゲットを用いる。RF、DCあるいはACスパッタリングなど公知のものが利用できるが、均一性や量産性(設備コスト)からDCあるいはACスパッタリングが好ましい。
Each component (layer) of the above-described thin film transistor can be formed by a method known in this technical field.
Specifically, as a film formation method, a chemical film formation method such as a spray method, a dip method, or a CVD method, or a physical film formation method such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method, or a pulse laser deposition method. The method can be used. Since the carrier density is easily controlled and the film quality can be easily improved, a physical film formation method is preferably used, and a sputtering method is more preferably used because of high productivity.
In sputtering, a method using a sintered complex oxide target, a method using co-sputtering using a plurality of sintered targets, a method using reactive sputtering using an alloy target, and the like can be used. Preferably, a composite oxide sintered target is used. Although well-known things, such as RF, DC, or AC sputtering, can be utilized, DC or AC sputtering is preferable from the viewpoint of uniformity and mass productivity (equipment cost).

形成した膜を各種エッチング法によりパターニングできる。
本発明では半導体層を、本発明のターゲットを用い、DC又はACスパッタリングにより成膜することが好ましい。DC又はACスパッタリングを用いることにより、RFスパッタリングの場合と比べて、成膜時のダメージを低減できる。このため、電界効果型トランジスタにおいて、閾値電圧シフトの低減、移動度の向上、閾値電圧の減少、S値の減少等の効果が期待できる。
The formed film can be patterned by various etching methods.
In the present invention, the semiconductor layer is preferably formed by DC or AC sputtering using the target of the present invention. By using DC or AC sputtering, damage during film formation can be reduced as compared with RF sputtering. For this reason, in the field effect transistor, effects such as a reduction in threshold voltage shift, an improvement in mobility, a reduction in threshold voltage, and a reduction in S value can be expected.

また、本発明では半導体層成膜後に70〜350℃で熱処理することが好ましい。特に、半導体層と半導体の保護膜を形成した後に、70〜350℃で熱処理することが好ましい。70℃以上であれば、得られるトランジスタの十分な熱安定性や耐熱性を保持することができ、十分な移動度を保持でき、S値が大きくなったり、閾値電圧が高くなるおそれもない。一方、350℃以下であれば、耐熱性のない基板も使用でき、熱処理用の設備費用がかかるおそれもない。
熱処理温度は80〜260℃がより好ましく、90〜180℃がさらに好ましく、100〜150℃が特に好ましい。特に、熱処理温度が180℃以下であれば、基板としてPEN等の耐熱性の低い樹脂基板を利用できるため好ましい。
熱処理時間は、通常1秒〜24時間が好ましいが、処理温度により調整することが好ましい。例えば、70〜180℃では、10分から24時間がより好ましく、20分から6時間がさらに好ましく、30分〜3時間が特に好ましい。180〜260℃では、6分から4時間がより好ましく、15分から2時間がさらに好ましい。260〜300℃では、30秒から4時間がより好ましく、1分から2時間が特に好ましい。300〜350℃では、1秒から1時間がより好ましく、2秒から30分が特に好ましい。
熱処理は、不活性ガス中で酸素分圧が10−3Pa以下の環境下で行うか、あるいは半導体層を保護膜で覆った後に行うことが好ましい。上記条件下だと再現性が向上する。
Moreover, in this invention, it is preferable to heat-process at 70-350 degreeC after semiconductor layer film-forming. In particular, heat treatment is preferably performed at 70 to 350 ° C. after the semiconductor layer and the semiconductor protective film are formed. If it is 70 degreeC or more, sufficient thermal stability and heat resistance of the transistor obtained can be hold | maintained, sufficient mobility can be hold | maintained, and there is no possibility that S value may become large and a threshold voltage may become high. On the other hand, if it is 350 degrees C or less, a board | substrate without heat resistance can also be used, and there is no possibility that the installation expense for heat processing may start.
The heat treatment temperature is more preferably 80 to 260 ° C, further preferably 90 to 180 ° C, and particularly preferably 100 to 150 ° C. In particular, a heat treatment temperature of 180 ° C. or lower is preferable because a resin substrate having low heat resistance such as PEN can be used as the substrate.
The heat treatment time is usually preferably 1 second to 24 hours, but is preferably adjusted by the treatment temperature. For example, at 70 to 180 ° C., 10 minutes to 24 hours are more preferable, 20 minutes to 6 hours are more preferable, and 30 minutes to 3 hours are particularly preferable. In 180-260 degreeC, 6 minutes to 4 hours are more preferable, and 15 minutes to 2 hours are still more preferable. At 260 to 300 ° C., 30 seconds to 4 hours is more preferable, and 1 minute to 2 hours is particularly preferable. At 300 to 350 ° C., 1 second to 1 hour is more preferable, and 2 seconds to 30 minutes is particularly preferable.
The heat treatment is preferably performed in an inert gas in an environment where the oxygen partial pressure is 10 −3 Pa or less, or after the semiconductor layer is covered with a protective film. Reproducibility is improved under the above conditions.

本発明の製造方法で得られる薄膜トランジスタにおいて、移動度は1cm/Vs以上が好ましく、3cm/Vs以上がより好ましく、8cm/Vs以上が特に好ましい。1cm/Vs以上であればスイッチング速度が遅くなることもなく、大画面高精細のディスプレイに用いるのに最適である。
オンオフ比は、10以上が好ましく、10以上がより好ましく、10以上が特に好ましい。
オフ電流は、2pA以下が好ましく、1pA以下がより好ましい。オフ電流が2pA以下であれば、ディスプレイのTFTとして用いた場合に十分なコントラストが得られ、良好な画面の均一性が得られる。
ゲートリーク電流は1pA以下が好ましい。1pA以上であれば、ディスプレイのTFTとして用いた場合に良好なコントラストが得られる。
閾値電圧は、通常0〜10Vであるが、0〜4Vが好ましく、0〜3Vがより好ましく、0〜2Vが特に好ましい。0V以上であればノーマリーオンとなることもなく、オフ時に電圧をかけることも必要なく、消費電力を低く抑えることができる。10V以下であれば駆動電圧が大きくなることもなく、消費電力を低く抑えることができ、移動度を低く抑えることができる。
また、S値は0.8V/dec以下が好ましく、0.3V/dec以下がより好ましく、0.25V/dec以下がさらに好ましく、0.2V/dec以下が特に好ましい。0.8V/dec以下であれば、駆動電圧を低く抑えることができ、消費電力も抑制できる。特に、有機ELディスプレイで用いる場合は、直流駆動のためS値を0.3V/dec以下にすると消費電力を大幅に低減できるため好ましい。
In the thin film transistor obtained by the manufacturing method of the present invention, mobility is preferably at least 1 cm 2 / Vs, more preferably at least 3 cm 2 / Vs, and particularly preferably equal to or greater than 8 cm 2 / Vs. If it is 1 cm 2 / Vs or more, the switching speed does not slow down and it is optimal for use in a large-screen high-definition display.
The on / off ratio is preferably 10 6 or more, more preferably 10 7 or more, and particularly preferably 10 8 or more.
The off current is preferably 2 pA or less, and more preferably 1 pA or less. When the off-current is 2 pA or less, sufficient contrast is obtained when used as a TFT of a display, and good screen uniformity is obtained.
The gate leakage current is preferably 1 pA or less. If it is 1 pA or more, good contrast can be obtained when used as a TFT of a display.
The threshold voltage is usually 0 to 10V, preferably 0 to 4V, more preferably 0 to 3V, and particularly preferably 0 to 2V. If it is 0 V or higher, normally-on is not required, and it is not necessary to apply a voltage at the time of off, so that power consumption can be kept low. If it is 10 V or less, the drive voltage does not increase, the power consumption can be kept low, and the mobility can be kept low.
The S value is preferably 0.8 V / dec or less, more preferably 0.3 V / dec or less, further preferably 0.25 V / dec or less, and particularly preferably 0.2 V / dec or less. If it is 0.8 V / dec or less, the drive voltage can be kept low, and the power consumption can also be suppressed. In particular, when used in an organic EL display, it is preferable to set the S value to 0.3 V / dec or less because of direct current drive because power consumption can be greatly reduced.

また、10μAの直流電圧50℃で100時間加えた前後の閾値電圧のシフト量は、1.0V以下が好ましく、0.5V以下がより好ましい。1.0V以下であれば有機ELディスプレイのトランジスタとして利用した場合、画質が変化することもない。
また、伝達曲線でゲート電圧を昇降させた場合のヒステリシスが小さい方が好ましい。
また、チャンネル幅Wとチャンネル長Lの比W/Lは、通常0.1〜100、好ましくは0.5〜20、特に好ましくは1〜8である。W/Lが100以下であれば漏れ電流が増えることもなく、オンオフ比が低下したりするおそれがある。0.1以上であれば電界効果移動度が低下することもなく、ピンチオフが明瞭になる。また、チャンネル長Lは通常0.1〜1000μm、好ましくは1〜100μm、さらに好ましくは2〜10μmである。0.1μm以上であれば工業的に製造が難しくまた漏れ電流が大きくなるおそれもなく、1000μm以下であれば素子が大きくなりすぎることもない。
Further, the shift amount of the threshold voltage before and after being applied for 100 hours at a DC voltage of 10 μA at 50 ° C. is preferably 1.0 V or less, and more preferably 0.5 V or less. When the voltage is 1.0 V or less, the image quality does not change when used as a transistor of an organic EL display.
Further, it is preferable that the hysteresis is small when the gate voltage is raised or lowered on the transfer curve.
The ratio W / L of the channel width W to the channel length L is usually 0.1 to 100, preferably 0.5 to 20, and particularly preferably 1 to 8. If W / L is 100 or less, the leakage current does not increase and the on / off ratio may decrease. If it is 0.1 or more, the field effect mobility does not decrease and pinch-off becomes clear. The channel length L is usually 0.1 to 1000 μm, preferably 1 to 100 μm, and more preferably 2 to 10 μm. If it is 0.1 μm or more, it is difficult to produce industrially and there is no fear that the leakage current increases, and if it is 1000 μm or less, the device does not become too large.

本発明の製造方法で作製した薄膜トランジスタは、例えば、フラットパネルディスプレイのTFT用、特に液晶パネル等の装置用として好適である。   The thin film transistor produced by the production method of the present invention is suitable, for example, for TFTs for flat panel displays, particularly for devices such as liquid crystal panels.

実施例1
放電プラズマ焼結機としては、(株)イズミテック製放電プラズマ焼結機(SPS−3.20MK−IV)を用いた。焼結治具としてはグラファイト製で直径10cmの円筒形のものを用いた。
Example 1
As the discharge plasma sintering machine, a discharge plasma sintering machine (SPS-3.20MK-IV) manufactured by Izumi Tech Co., Ltd. was used. As the sintering jig, a cylindrical one made of graphite and having a diameter of 10 cm was used.

この焼結治具に、平均粒径が1.5μmの酸化インジウム(In)と平均粒径3.3μmの金属Snの混合粉末(In約92g、金属Sn約8g、錫含有量約10原子%、即ちIn/(Sn+In)=約0.9)を十分に混合したものを均一に入れ、約30MPaの圧力を印加し、焼結チャンバー内を約10Paまで脱気した。
次いで、ピーク電流値が約1000Aの直流パルス電流(パルス幅2.4ミリ秒、周期30Hz)を治具に通電して、試料周辺を昇温速度約50℃/分で加熱した。最終的には、ピーク電流値を6000A程度まで上昇させ、850℃又は950℃に加熱し、この温度(焼結温度)で5分間保持した。その後、通電及び加圧を止め、試料を室温まで冷却し、焼結チャンバー内を大気圧に戻した。
この状態で取り出した焼結体は直径約10cm、厚さ約5mmの円盤状であった。焼結条件と、得られる焼結体の性状を表1に示す。
尚、バルク抵抗はロレスタ(三菱化学製)で測定した。また、密度は2cm角サイズに切り出した試料片を、水を溶媒としたアルキメデス法により測定した。
This sintered jig was mixed with indium oxide (In 2 O 3 ) having an average particle diameter of 1.5 μm and metal Sn having an average particle diameter of 3.3 μm (In 2 O 3 approximately 92 g, metal Sn approximately 8 g, tin A mixture in which the content was about 10 atomic%, that is, In / (Sn + In) = about 0.9) was mixed uniformly, a pressure of about 30 MPa was applied, and the inside of the sintering chamber was deaerated to about 10 Pa.
Next, a DC pulse current having a peak current value of about 1000 A (pulse width 2.4 milliseconds, period 30 Hz) was passed through the jig, and the periphery of the sample was heated at a temperature increase rate of about 50 ° C./min. Finally, the peak current value was increased to about 6000 A, heated to 850 ° C. or 950 ° C., and held at this temperature (sintering temperature) for 5 minutes. Thereafter, energization and pressurization were stopped, the sample was cooled to room temperature, and the inside of the sintering chamber was returned to atmospheric pressure.
The sintered body taken out in this state was a disk having a diameter of about 10 cm and a thickness of about 5 mm. Table 1 shows the sintering conditions and the properties of the obtained sintered body.
The bulk resistance was measured with Loresta (Mitsubishi Chemical). Further, the density was measured by Archimedes method using a sample piece cut into a 2 cm square size using water as a solvent.

焼結体2のX線回折の結果を図6に示した。
酸化インジウムのピークと金属Snのピークが観察された。また、電子線マイクロアナライザ(EPMA)の面分析を行った結果を図7に示す。金属Snは、7.2μm程度の粒径で存在することが分かった。尚、金属Snの含有量は原料の混合比と同じであった。他の実施例等も同様である。
The result of X-ray diffraction of the sintered body 2 is shown in FIG.
An indium oxide peak and a metal Sn peak were observed. Further, FIG. 7 shows the results of surface analysis of an electron beam microanalyzer (EPMA). It was found that metal Sn exists with a particle size of about 7.2 μm. The content of metal Sn was the same as the mixing ratio of the raw materials. The same applies to other embodiments.

得られた焼結体を、表面研削した後に、Cu製バッキングプレートに金属インジウムでボンディングし、スパッタリングターゲットとした。これを、島津製作所製スパッタ装置に装着し、直流プラズマスパッタ出力:400W,スパッタガスをAr:99%、O:1%とし、25時間(10kWhr=25hr×400W)連続スパッタを行い、表面に発生するノジュールを観察した。その結果、ノジュールの発生は全く観察されなかった。 The obtained sintered body was ground and then bonded to a Cu backing plate with metallic indium to obtain a sputtering target. This was installed in a sputtering apparatus manufactured by Shimadzu Corporation, DC plasma sputtering output: 400 W, sputtering gas Ar: 99%, O 2 : 1%, continuous sputtering for 25 hours (10 kWhr = 25 hr × 400 W) on the surface The generated nodules were observed. As a result, no nodules were observed.

実施例2
金属スズに代えて金属亜鉛を使用し、焼結温度を表2に示す温度にした以外は、実施例1と同様にして焼結体を製造し評価した。尚、金属原子の比[In/(In+Zn)]は0.83であった。
結果を表2に示す。
Example 2
A sintered body was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that metal zinc was used instead of metal tin and the sintering temperature was changed to the temperature shown in Table 2. The metal atom ratio [In / (In + Zn)] was 0.83.
The results are shown in Table 2.

焼結体4のX線回折の結果を図8に示す。
酸化インジウムのピークと金属Znのピークが観察された。また、EPMAの面分析を行った結果を図9に示す。Znは、約10μm程度の粒径で存在することが分かった。
The result of the X-ray diffraction of the sintered body 4 is shown in FIG.
An indium oxide peak and a metal Zn peak were observed. Moreover, the result of having performed the surface analysis of EPMA is shown in FIG. Zn was found to be present with a particle size of about 10 μm.

得られた焼結体について、実施例1と同様にスパッタリングターゲットの加工及びノジュールの観察を行った。その結果、ノジュールの発生は全く観察されなかった。   About the obtained sintered compact, processing of the sputtering target and observation of a nodule were performed similarly to Example 1. As a result, no nodules were observed.

実施例3
金属スズに代えて、金属亜鉛及び金属スズを使用し、焼結温度を表3に示す温度にした以外は、実施例1と同様にして焼結体を製造し評価した。尚、金属原子の原子比は以下のとおりとした。
In/(In+Zn+Sn)=0.80
Zn/(In+Zn+Sn)=0.11
Sn/(In+Zn+Sn)=0.09
結果を表3に示す。
Example 3
A sintered body was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that metal zinc and metal tin were used instead of metal tin and the sintering temperature was changed to the temperature shown in Table 3. The atomic ratio of metal atoms was as follows.
In / (In + Zn + Sn) = 0.80
Zn / (In + Zn + Sn) = 0.11
Sn / (In + Zn + Sn) = 0.09
The results are shown in Table 3.

焼結体6,7のX線回折の結果より、酸化インジウムのピークと金属Zn及び金属Snのピークが観察された。また、EPMAの面分析を行ったところ、金属Zn及び金属Snは、約10μm程度の粒径で存在することが分かった。   From the results of X-ray diffraction of the sintered bodies 6 and 7, the peak of indium oxide and the peaks of metal Zn and metal Sn were observed. Further, when surface analysis of EPMA was performed, it was found that metal Zn and metal Sn exist with a particle size of about 10 μm.

得られた焼結体について、実施例1と同様にスパッタリングターゲットの加工及びノジュールの観察を行った。その結果、ノジュールの発生は全く観察されなかった。   About the obtained sintered compact, processing of the sputtering target and observation of a nodule were performed similarly to Example 1. As a result, no nodules were observed.

実施例4
酸化スズ粉と酸化インジウム粉の混合粉(原子比[Sn/(In+Sn)]=0.05)を湿式ボールミルで24時間混合した。スプレードライヤーで乾燥させた混合粉を金型に充填し、コールドプレス機にて加圧成形した。
得られた成形体を1450℃で24時間焼結した。その焼結体を湿式ボールミルで36時間粉砕した。その結果、平均粒径が4.8μmのITO粉末を得た。
このITO粉体に金属Sn(平均粒径:3.3μm)を混合粉全体の10wt%([In/(Sn+In)]=約0.9)となるように混合した。
この混合粉を焼結治具に入れ、実施例1と同様にして放電プラズマ焼結して焼結体を得た。結果を表4に示す。
Example 4
A mixed powder (atomic ratio [Sn / (In + Sn)] = 0.05) of tin oxide powder and indium oxide powder was mixed for 24 hours by a wet ball mill. The mixed powder dried with a spray dryer was filled in a mold and pressure-molded with a cold press.
The obtained molded body was sintered at 1450 ° C. for 24 hours. The sintered body was pulverized for 36 hours by a wet ball mill. As a result, an ITO powder having an average particle size of 4.8 μm was obtained.
To this ITO powder, metal Sn (average particle size: 3.3 μm) was mixed so as to be 10 wt% ([In / (Sn + In)] = approximately 0.9) of the entire mixed powder.
This mixed powder was put in a sintering jig and subjected to discharge plasma sintering in the same manner as in Example 1 to obtain a sintered body. The results are shown in Table 4.

これら焼結体のX線回折の結果より、錫が固溶した酸化インジウムのピークと金属Snのピークが観察された。また、EPMAの面分析を行ったところ、金属Snは、約10μm程度の粒径で存在することが分かった。   From the results of X-ray diffraction of these sintered bodies, a peak of indium oxide in which tin was dissolved and a peak of metal Sn were observed. Further, when surface analysis of EPMA was performed, it was found that metal Sn exists with a particle size of about 10 μm.

得られた焼結体について、実施例1と同様にスパッタリングターゲットの加工及びノジュールの観察を行った。その結果、ノジュールの発生は全く観察されなかった。   About the obtained sintered compact, processing of the sputtering target and observation of a nodule were performed similarly to Example 1. As a result, no nodules were observed.

比較例1
下記の市販ITOターゲットA〜Cについて評価した。結果を表5に示す。尚、錫原子の含有率[Sn/(In+Sn)]は0.16(原子比)である。
Comparative Example 1
The following commercially available ITO targets A to C were evaluated. The results are shown in Table 5. The tin atom content [Sn / (In + Sn)] is 0.16 (atomic ratio).

ターゲットAの断面のEPMA分析結果(25μm□視野)を図10に示す。これにより、酸化スズが1〜3μmの大きさで存在していることがわかる。
また、X線回折の結果を図11に示す。尚、この図では縦軸を通常の回折スペクトルの10倍に拡大してある。このスペクトルには、2θが19°から24°である領域にInSn12の特徴であるピークが3本現れている。このことから、図10で観察される酸化スズの分散は、InSn12化合物であることが推定される。
FIG. 10 shows the EPMA analysis result (25 μm □ field of view) of the cross section of the target A. Thereby, it turns out that tin oxide exists in the magnitude | size of 1-3 micrometers.
Further, the result of X-ray diffraction is shown in FIG. In this figure, the vertical axis is enlarged 10 times the normal diffraction spectrum. In this spectrum, three peaks characteristic of In 4 Sn 3 O 12 appear in a region where 2θ is 19 ° to 24 °. Therefore, dispersion of tin oxide observed in FIG. 10, it is estimated a In 4 Sn 3 O 12 compound.

図12に、走査型拡がり抵抗顕微鏡(SSRM)を同様に視野で観測した場合の抵抗値の分布を示す図である。
抵抗値が一桁大きな島状部分が存在することがわかる。この部分がInSn12化合物である。
実施例1と同様にノジュール発生テストを実施したところ、大量のノジュールが観察された。このように、InSn12化合物等が分散したターゲットでは、大量のノジュールが発生する。
FIG. 12 is a diagram showing a distribution of resistance values when the scanning-type spreading resistance microscope (SSRM) is observed in the same field of view.
It can be seen that there is an island portion having a resistance value that is one digit larger. This part is an In 4 Sn 3 O 12 compound.
When a nodule generation test was carried out in the same manner as in Example 1, a large amount of nodules was observed. Thus, a large amount of nodules is generated in the target in which the In 4 Sn 3 O 12 compound or the like is dispersed.

比較例2
酸化スズ粉と酸化インジウム粉を、原子比[Sn/(In+Sn)]が0.16となるように混合した混合粉を、湿式ボールミルで24時間混合した。
スプレードライヤーで乾燥させた混合粉を焼結治具に入れ、実施例1と同様にして放電プラズマ焼結して焼結体を得た。尚、焼結温度は950℃とした。
Comparative Example 2
A mixed powder in which tin oxide powder and indium oxide powder were mixed so that the atomic ratio [Sn / (In + Sn)] was 0.16 was mixed in a wet ball mill for 24 hours.
The mixed powder dried by the spray dryer was put in a sintering jig, and was subjected to discharge plasma sintering in the same manner as in Example 1 to obtain a sintered body. The sintering temperature was 950 ° C.

この焼結体のX線回折のピークは、In相とSnO相からなっていた。焼結体の密度は6.22g/cmで、バルク抵抗は0.44mΩcmであった。
得られた焼結体について、実施例1と同様にスパッタリングターゲットの加工及びノジュールの観察を行った。その結果、スパッタ放電中に異常放電であるアーキングが起こり、放電実験終了後にはターゲット表面上に大量のノジュールが観察された。このように、SnOが分散したターゲットでは、大量のノジュールが発生した。
The peak of X-ray diffraction of this sintered body was composed of an In 2 O 3 phase and a SnO 2 phase. The density of the sintered body was 6.22 g / cm 3 and the bulk resistance was 0.44 mΩcm.
About the obtained sintered compact, processing of the sputtering target and observation of a nodule were performed similarly to Example 1. As a result, arcing, which is abnormal discharge, occurred during sputter discharge, and a large amount of nodules were observed on the target surface after the discharge experiment was completed. Thus, a large amount of nodules was generated in the target in which SnO 2 was dispersed.

実施例5
酸化スズ粉と酸化インジウム粉からなる混合粉[原子比Sn/(In+Sn)=0.05]を湿式ボールミルで24時間混合した。これをスプレードライヤーで乾燥させた後、金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形した。
得られた成形体を1450℃で24時間焼結した。
この焼結体を湿式ボールミルで36時間粉砕した。その結果、平均粒径が4.8μmのITO粉末を得た。
このITO粉体に金属Sn(平均粒径:0.5μm、1μm、2μm、5μm)を混合粉全体の5wt%となるように混合した。
この混合粉を焼結治具に入れ、実施例1と同様にして放電プラズマ焼結して焼結体を得た。尚、焼結温度は900℃とした。結果を表6に示す。
Example 5
A mixed powder composed of tin oxide powder and indium oxide powder [atomic ratio Sn / (In + Sn) = 0.05] was mixed for 24 hours by a wet ball mill. This was dried with a spray dryer, filled into a mold, and pressure-molded with a cold press.
The obtained molded body was sintered at 1450 ° C. for 24 hours.
The sintered body was pulverized for 36 hours by a wet ball mill. As a result, an ITO powder having an average particle size of 4.8 μm was obtained.
To this ITO powder, metal Sn (average particle size: 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, 5 μm) was mixed so as to be 5 wt% of the entire mixed powder.
This mixed powder was put in a sintering jig and subjected to discharge plasma sintering in the same manner as in Example 1 to obtain a sintered body. The sintering temperature was 900 ° C. The results are shown in Table 6.

いずれの焼結体も、X線回折の結果より、錫が固溶した酸化インジウムのピークと金属Snのピークが観察された。
また、EPMAの面分析を行ったところ、金属Snの平均粒径は、それぞれ0.9μm、1.2μm、3.1μm、7.2μmであることが分かった。得られた焼結体のバルク抵抗は、金属Sn粒子の粒径に応じた変化している。
In each of the sintered bodies, the peak of indium oxide in which tin was dissolved and the peak of metal Sn were observed from the result of X-ray diffraction.
Further, when surface analysis of EPMA was performed, it was found that the average particle diameters of metal Sn were 0.9 μm, 1.2 μm, 3.1 μm, and 7.2 μm, respectively. The bulk resistance of the obtained sintered body changes according to the particle size of the metal Sn particles.

得られた焼結体について、実施例1と同様にスパッタリングターゲットの加工及びノジュールの観察を行った。その結果、ノジュールの発生は全く観察されなかった。   About the obtained sintered compact, processing of the sputtering target and observation of a nodule were performed similarly to Example 1. As a result, no nodules were observed.

本発明の酸化インジウム焼結体は、各種表示装置の透明電極や半導体素子で使用される半導体膜を形成する際に使用されるスパッタリングターゲットとして好適である。   The indium oxide sintered body of the present invention is suitable as a sputtering target used when forming a semiconductor film used in transparent electrodes and semiconductor elements of various display devices.

本発明の第1の製造方法の工程図である。It is process drawing of the 1st manufacturing method of this invention. 第1の製造方法に仮焼工程を設けた場合の工程図である。It is process drawing at the time of providing a calcination process in the 1st manufacturing method. 本発明の第2の製造方法の工程図である。It is process drawing of the 2nd manufacturing method of this invention. 薄膜トランジスタの一例の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of an example of a thin-film transistor. 薄膜トランジスタの他の例の概略断面図であり、(1)はソース・ドレイン電極のパターニング前の概略図であり、(2)はソース・ドレイン電極のパターニング後の概略図である。It is a schematic sectional drawing of the other example of a thin-film transistor, (1) is the schematic before patterning of a source / drain electrode, (2) is the schematic after patterning of a source / drain electrode. 実施例1で製造した焼結体2のX線回折チャートである。2 is an X-ray diffraction chart of a sintered body 2 manufactured in Example 1. FIG. 焼結体2のEPMA分析の結果である。It is a result of the EPMA analysis of the sintered compact 2. FIG. 実施例2で製造した焼結体4のX線回折チャートである4 is an X-ray diffraction chart of a sintered body 4 manufactured in Example 2. 焼結体4のEPMA分析の結果である。It is a result of the EPMA analysis of the sintered compact 4. FIG. 比較例1で評価したターゲットAのEPMA分析の結果である。3 is a result of EPMA analysis of target A evaluated in Comparative Example 1. FIG. ターゲットAのX線回折チャートである。3 is an X-ray diffraction chart of target A. ターゲットAのSSRM分析の結果である。It is a result of SSRM analysis of target A.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 チャネル層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 保護膜
11 基板
12 ゲート電極
13 ゲート絶縁膜
14 チャネル層
15 保護膜
17 ソース・ドレイン電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Gate electrode 3 Gate insulating film 4 Channel layer 5 Source electrode 6 Drain electrode 7 Protective film 11 Substrate 12 Gate electrode 13 Gate insulating film 14 Channel layer 15 Protective film 17 Source / drain electrode

Claims (12)

酸化インジウム相と金属相を有することを特徴とする酸化インジウム焼結体。   An indium oxide sintered body having an indium oxide phase and a metal phase. 前記金属相の含有量が焼結体全体の1wt%〜30wt%であることを特徴とする請求項1記載の酸化インジウム焼結体。   The indium oxide sintered body according to claim 1, wherein the content of the metal phase is 1 wt% to 30 wt% of the entire sintered body. 前記金属相の平均粒径が、20μm未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化インジウム焼結体。   3. The indium oxide sintered body according to claim 1, wherein an average particle diameter of the metal phase is less than 20 μm. 前記金属相が、金属スズ及び/又は金属亜鉛からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体。   The indium oxide sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal phase is composed of metal tin and / or metal zinc. 前記酸化インジウム相の一部が、他の金属元素の酸化物により置換固溶されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体。   5. The indium oxide sintered body according to claim 1, wherein a part of the indium oxide phase is substituted and dissolved by an oxide of another metal element. 請求項1〜5のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体からなるスパッタリングターゲット。   The sputtering target which consists of an indium oxide sintered compact in any one of Claims 1-5. インジウム化合物と金属微粒子を混合した粉末を放電プラズマ焼結することを特徴とする請求項1〜4記載のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体の製造方法。   The method for producing an indium oxide sintered body according to any one of claims 1 to 4, wherein a powder obtained by mixing an indium compound and metal fine particles is subjected to discharge plasma sintering. インジウム化合物と金属酸化物微粒子を混合した粉末を放電プラズマ焼結することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の酸化インジウム焼結体の製造方法。   The method for producing an indium oxide sintered body according to any one of claims 1 to 5, wherein a powder obtained by mixing an indium compound and metal oxide fine particles is subjected to discharge plasma sintering. 請求項6に記載のスパッタリングターゲットを用い、25〜450℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる酸化物薄膜。   An oxide thin film obtained by sputtering using the sputtering target according to claim 6 at a film forming temperature of 25 to 450C. 前記酸化物薄膜が、薄膜トランジスタのチャネル層用の薄膜である、請求項9に記載の酸化物薄膜。   The oxide thin film according to claim 9, wherein the oxide thin film is a thin film for a channel layer of a thin film transistor. 酸化物薄膜と酸化物絶縁体層とを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、
(i)請求項10の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程;及び
(ii)前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程、
を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor including an oxide thin film and an oxide insulator layer,
(I) heat-treating the oxide thin film of claim 10 in an oxidizing atmosphere; and (ii) forming an oxide insulator layer on the heat-treated oxide thin film;
A method for manufacturing a thin film transistor, comprising:
請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造した薄膜トランジスタを備えた半導体装置。   The semiconductor device provided with the thin-film transistor manufactured by the manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 11.
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