JP2010238770A - 酸化物薄膜及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主としてインジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を構成元素として、インジウムとガリウムの合量に対するインジウムの原子数比[In]/([In]+[Ga])が20%〜80%、インジウムとガリウムと亜鉛の合量に対する亜鉛の原子数比[Zn]/([In]+[Ga]+[Zn])が15%〜40%である酸化物焼結体を1.1W/cm2〜6.6W/cm2のスパッタパワー密度、酸素濃度3%以下で、スパッタ成膜することで得られた酸化物薄膜を、200〜500℃で10分間以上アニールすることを特徴とする酸化物薄膜の製造方法。
【選択図】なし
Description
理論によって本発明が限定されることを意図しないが、これは、アニールで余分な酸素欠損がなくなり、これによってキャリア濃度が減少したことが大きな要因であると考えられる。すなわち、構造上は成膜後もアニール後も非晶質であることは同じであるが、その無秩序性にはバラエティがある。成膜直後は無秩序性が高く、酸素欠損が幅広く分布していたが、アニールすることにより、酸素欠損と局所的酸素過剰が打ち消しあい、全体として酸素欠損量が減少したと考えられる。従って、その後に高温の酸素雰囲気下に置かれても、酸素欠損が減少する余地が少ないため、キャリア濃度の変化が少なく、安定した電気的特性が得られるようになったと考えられる。酸素欠損の減少は、酸素雰囲気でのアニールのみならず、窒素雰囲気等の他の任意の雰囲気ガス中又は真空中でのアニールにおいても得られる。すなわち、温度条件を適切に制御しさえすれば、アニールを適切に行うことができる。
本発明に係る酸化物薄膜は、主としてインジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を構成元素とし、インジウムとガリウムの合量に対するインジウムの原子数比[In]/([In]+[Ga])が20%〜80%である。ここで、[In]はインジウムの原子数、[Ga]はガリウムの原子数をそれぞれ表す。
原料である酸化インジウム、酸化ガリウム、及び酸化亜鉛を所望の組成比となるように秤量、混合する。その後、仮焼しても良い。不純物による電気特性への悪影響を避けるために、純度4N以上の原料を用いることが望ましい。次に、微粉砕、造粒、プレス成形、静水圧加圧、焼結をして、酸化物焼結体を得る。所定のターゲット形状に加工して、スパッタリングターゲットとして使用できる。
上記記載の製造方法によって製造したスパッタリングターゲットとガラス基板等をスパッタ装置内にセットして、ローターリーポンプ及びクライオポンプによって、スパッタチャンバー内を、真空度が約5×10-4Pa以下となるまで真空排気する。この真空度が充分でないと、チャンバー内に酸素や水分が残留して、スパッタ成膜時に膜に取り込まれて、膜の電気的特性に悪影響を及ぼす。
本発明に係る酸化物薄膜を得るためには、以上のようして得られた非晶質酸化物膜をアニールすることが重要である。酸化物薄膜のキャリア濃度は膜中の酸素欠損によって支配されており、所定温度でのアニールによって、膜中の酸素欠損を減少させることができる。
また、アニール温度はアニールの効果を充分に発現させるが膜が結晶化してしまわないようにとの理由から200〜500℃が好ましく、250℃〜350℃がより好ましい。アニールの保持時間は、10分間以上とし、10〜60分程度が好ましく、あまりに長時間であっても効果が飽和することから10〜20分がより好ましい。
成膜時のスパッタパワーは、アニール後の膜抵抗率に影響を与えるが、膜抵抗率のスパッタパワーへの依存性は酸素雰囲気中でのアニールの方が窒素雰囲気中でのアニールと比較して少なく、安定した膜抵抗率を得られやすい。そのため、アニール雰囲気は酸素雰囲気とするのが好ましい。
酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛の各原料粉末を各金属元素の組成比がIn:Ga:Zn=1:1:1となるように秤量後、スーパーミキサーで、大気中、回転数3000rpm、回転時間4分混合した。この混合粉を電気炉にて、大気雰囲気中で、1000℃で、5時間程度保持することで仮焼した。仮焼粉をアトライターにジルコニアビーズと共に投入し、回転数300rpm、回転時間3時間微粉砕を行った。微粉砕後の原料紛の平均粒径(D50)は0.59μmとなった。
実施例1の膜作製条件の一部であるスパッタパワーと酸素濃度を変化させて得られた結果を表1に示す。表中、「窒素アニール」というのは、100%の窒素雰囲気でアニールを行ったことを意味する。
実施例1の膜作製条件の一部であるアニール条件について、アニールを行っていない場合の膜抵抗率とその膜の熱処理後の膜抵抗率等を表1に示す。
組成をIn:Ga:Zn=2:2:1とした他は、上記実施例1〜10の様に、スパッタパワーと酸素濃度を変化させて膜電気特性を評価した結果を表1に示す。
実施例11の膜作製条件の一部であるアニール条件について、アニールを行っていない場合の膜電気特性を評価した結果を表1に示す。
組成をIn:Ga:Zn=7:3:5とした他は、上記実施例1〜10の様に、スパッタパワーと酸素濃度を変化させて膜電気特性を評価した結果を表1に示す。
実施例23の膜作製条件の一部であるアニール条件について、アニールを行っていない場合の膜電気特性を評価した結果を表1に示す。
組成をIn:Ga:Zn=3:7:5とした他は、上記実施例1〜10の様に、スパッタパワーと酸素濃度を変化させて膜電気特性を評価した結果を表1に示す。
実施例31の膜作製条件の一部であるアニール条件について、アニールを行っていない場合の膜電気特性を評価した結果を表1に示す。
成膜条件を表2に記載の条件とした他は、実施例1と同様の条件で製造した。結果を表2に示す。
Claims (8)
- 主としてインジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を構成元素として、インジウムとガリウムの合量に対するインジウムの原子数比[In]/([In]+[Ga])が20%〜80%、インジウムとガリウムと亜鉛の合量に対する亜鉛の原子数比[Zn]/([In]+[Ga]+[Zn])が15%〜40%である酸化物薄膜であって、酸素雰囲気中、300℃、30分間での熱処理前後の膜抵抗率の変化率が±10%以下であることを特徴とする酸化物薄膜。
- 膜抵抗率の変化率が±5%以下であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物薄膜。
- 熱処理前の膜抵抗率が1×10-1〜1×103Ωcmである請求項1又は2に記載の酸化物薄膜。
- 主としてインジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を構成元素として、インジウムとガリウムの合量に対するインジウムの原子数比[In]/([In]+[Ga])が20%〜80%、インジウムとガリウムと亜鉛の合量に対する亜鉛の原子数比[Zn]/([In]+[Ga]+[Zn])が15%〜40%である酸化物焼結体を1.1W/cm2〜6.6W/cm2のスパッタパワー密度、酸素濃度3%以下で、スパッタ成膜することで得られた酸化物薄膜を、200〜500℃で10分間以上アニールすることを含む請求項1〜3何れか一項に記載の酸化物薄膜の製造方法。
- アニール雰囲気が空気、酸素、窒素、アルゴン、これらの任意の比率の混合ガス、または、真空のいずれかであることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
- アニール雰囲気が酸素であることを特徴とする請求項5に記載の製造方法。
- 請求項1〜3何れか一項に記載の酸化物薄膜を活性層として備えた薄膜トランジスタ。
- 請求項7記載の薄膜トランジスタを備えたアクティブマトリックス駆動表示パネル。
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