JP5333525B2 - Conductive oxide, method for producing the same, and oxide semiconductor film - Google Patents
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Description
本発明は導電性酸化物およびその製造方法に関し、特に、酸化物半導体膜をスパッタリングで形成するためのターゲットとして好ましい導電性酸化物およびその製造方法に関する。また、本発明は、酸化物半導体膜に関し、特に、上記導電性酸化物を用いて成膜される酸化物半導体膜に関する。 The present invention relates to a conductive oxide and a method for manufacturing the same, and more particularly to a conductive oxide preferable as a target for forming an oxide semiconductor film by sputtering and a method for manufacturing the same. In addition, the present invention relates to an oxide semiconductor film, and particularly relates to an oxide semiconductor film formed using the conductive oxide.
液晶表示装置、薄膜ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置、有機ＥＬ表示装置などにおいて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のチャネル層として、従来では主として非晶質シリコン膜が使用されてきた。 Conventionally, an amorphous silicon film has been mainly used as a channel layer of a thin film transistor (TFT) in a liquid crystal display device, a thin film EL (electroluminescence) display device, an organic EL display device and the like.
しかし、近年では、そのような半導体膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物（ＩＧＺＯ）を主成分とする酸化物半導体膜が、非晶質シリコン膜に比べてキャリアの移動度が大きいという利点から注目されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１においては、酸化物半導体膜が、ターゲットを使用するスパッタリング法によって形成されることが開示されており、さらに、そのターゲットが導電性を示す酸化物粉末の焼結体であることが開示されている。また、ターゲットの結晶相については、スパッタリング時の異常放電の抑制を目的としたＩｎＧａＺｎＯ4とＧａ2ＺｎＯ4とを含む焼結体が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。 However, in recent years, as such a semiconductor film, an oxide semiconductor film containing In—Ga—Zn-based composite oxide (IGZO) as a main component has higher carrier mobility than an amorphous silicon film. It attracts attention from the advantages (for example, see Patent Document 1). This Patent Document 1 discloses that an oxide semiconductor film is formed by a sputtering method using a target, and that the target is a sintered body of oxide powder exhibiting conductivity. It is disclosed. As for the crystal phase of the target, a sintered body containing InGaZnO 4 and Ga 2 ZnO 4 for the purpose of suppressing abnormal discharge during sputtering is disclosed (for example, see Patent Document 2).
特許文献１に開示のターゲットを使用するスパッタリング法で基板上に酸化物半導体膜を形成する場合、酸化物半導体膜は以下のようにして形成される。すなわち、スパッタリング装置内において、ターゲットに電圧を印加して、希ガスイオンでターゲット表面をスパッタリングすることによって、ターゲットの構成原子が真空槽内で飛び出していく。そして、飛び出した原子はターゲットに対向して配置された基板上に堆積され、これによって半導体膜としてのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜からなる酸化物半導体膜が形成される。 In the case where an oxide semiconductor film is formed over a substrate by a sputtering method using the target disclosed in Patent Document 1, the oxide semiconductor film is formed as follows. That is, by applying a voltage to the target in the sputtering apparatus and sputtering the target surface with rare gas ions, the constituent atoms of the target jump out in the vacuum chamber. Then, the jumped-out atoms are deposited on a substrate arranged to face the target, whereby an oxide semiconductor film made of an In—Ga—Zn—O film as a semiconductor film is formed.
上述のような酸化物半導体膜は、たとえば、ＴＦＴのチャネル層として用いることができるが、このとき、ＴＦＴのサブスレッショルドスウィング（Sub-threshold swing）値（以下、「Ｓ値」という。）が低いことが望ましい。ＴＦＴのＳ値が低いほど、ＴＦＴは大きなスイッチング速度を有することができる。 The oxide semiconductor film as described above can be used, for example, as a channel layer of a TFT. At this time, a sub-threshold swing value (hereinafter referred to as “S value”) of the TFT is low. It is desirable. The lower the S value of the TFT, the higher the switching speed of the TFT.
そこで、本発明は、スパッタリング用ターゲットとして好ましく使用され得る導電性酸化物およびその製造方法を提供し、そのターゲットを用いることによって作製した酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いる場合にＳ値を低くすることを目的としている。 Therefore, the present invention provides a conductive oxide that can be preferably used as a sputtering target and a method for producing the same, and provides an S value when an oxide semiconductor film manufactured by using the target is used as a channel layer of a TFT. The purpose is to lower.
本発明は、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む、導電性酸化物である。 The present invention relates to crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q), crystalline Ga 2 A conductive oxide containing ZnO 4 .
上記導電性酸化物において、Ｚｎの原子濃度比を１とした場合に、Ｇａの原子濃度比が２未満（但し、０は含まない）であることが好ましい。 In the conductive oxide, when the atomic concentration ratio of Zn is 1, it is preferable that the atomic concentration ratio of Ga is less than 2 (however, 0 is not included).
また、上記導電性酸化物において、Ｚｎの原子濃度比を１とした場合に、Ｇａの原子濃度比が０．５以上であることが好ましい。 In the conductive oxide, when the atomic concentration ratio of Zn is 1, the atomic concentration ratio of Ga is preferably 0.5 or more.
また、上記導電性酸化物において、Ｚｎの原子濃度比を１とした場合に、Ｉｎの原子濃度比が０．８以上１．２以下であることが好ましい。 In the conductive oxide, when the atomic concentration ratio of Zn is 1, the atomic concentration ratio of In is preferably 0.8 or more and 1.2 or less.
また、上記導電性酸化物において、前記導電性酸化物の断面積に占める前記結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の割合が、５０％以下（但し、０％は含まない）であることが好ましい。 In the conductive oxide, the ratio of the crystalline Ga 2 ZnO 4 in the cross-sectional area of the conductive oxide is preferably 50% or less (however, 0% is not included).
また、上記導電性酸化物において、Ｘ線回折法を適用したときに、回折角２θが３４°以上３５°以下の範囲にあるピークのうち回折強度が最大のピークをａピークとし、回折角２θが３７°以上３８°以下の範囲にあるピークのうち回折強度が最大のピークをｂピークとした場合に、前記ａピークの前記ｂピークに対する回折強度比Ｉａ／Ｉｂが７０以上２００以下であることが好ましい。 In the conductive oxide, when the X-ray diffraction method is applied, the peak having the maximum diffraction intensity among the peaks having a diffraction angle 2θ in the range of 34 ° to 35 ° is defined as a peak, and the diffraction angle 2θ. When the peak having the highest diffraction intensity among the peaks in the range of 37 ° to 38 ° is b peak, the diffraction intensity ratio Ia / Ib of the a peak to the b peak is 70 to 200. Is preferred.
また、上記導電性酸化物において、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、およびＢｉから選ばれた少なくとも１種の元素をさらに含むことが好ましい。 The conductive oxide further includes at least one element selected from N, Al, Si, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Sn, and Bi. Is preferred.
上記導電性酸化物は、スパッタリング法のターゲットに好適に用いることができる。
また、本発明は、上記導電性酸化物を製造するための方法であって、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる第１粒子を準備する工程と、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる第２粒子を準備する工程と、第１粒子と第２粒子とを混合して焼成するする工程と、を含む、導電性酸化物の製造方法である。
The conductive oxide can be suitably used for a sputtering method target.
The present invention is also a method for producing the conductive oxide, comprising the steps of preparing first particles made of crystalline Ga 2 ZnO 4 , crystalline InGa (1-m) Zn (1- q) A step of preparing second particles made of O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q), and mixing the first particles and the second particles And baking, and a method for producing a conductive oxide.
また、本発明は、上記導電性酸化物を用いたスパッタリング法によって成膜される、酸化物半導体膜である。 The present invention is an oxide semiconductor film formed by a sputtering method using the above conductive oxide.
以上のような本発明によれば、スパッタリング用ターゲットとして好ましく用いられ得る導電性酸化物およびその製造方法を提供することができ、さらに、そのターゲットを用いることによって作製した酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いる場合にＳ値を低くすることが可能となる。 According to the present invention as described above, it is possible to provide a conductive oxide that can be preferably used as a sputtering target and a method for manufacturing the conductive oxide. Further, an oxide semiconductor film manufactured by using the target can be used as a TFT. When used as a channel layer, the S value can be lowered.
＜導電性酸化物＞
以下、本発明の導電性酸化物の一実施形態について詳細に説明する。
<Conductive oxide>
Hereinafter, an embodiment of the conductive oxide of the present invention will be described in detail.
本発明の導電性酸化物は、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む。 The conductive oxide of the present invention is crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) And crystalline Ga 2 ZnO 4 .
具体的には、本発明による導電性酸化物は、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む焼結体であり、この結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)は、０＜ｍ＜１および０＜ｑ＜１との規定から分かるように、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4に比較して、ＧａおよびＺｎが欠損した状態である。なお、この欠損にともなって、化学量論比で考えた場合に、酸素原子比が変化して「４」よりも小さい値（すなわち０＜ｐ）をとる場合もある。すなわち、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4は、それぞれすでに知られている結晶体であるが、本発明の導電性酸化物は、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4からＧａおよびＺｎが欠損した結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とが所定の条件で混合されて改質された焼結体である。 Specifically, the conductive oxide according to the present invention is crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystalline Ga 2 ZnO 4, and this crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) has 0 <m <1 and As can be seen from the definition of 0 <q <1, Ga and Zn are deficient compared to crystalline InGaZnO 4 . In addition, with this deficiency, when the stoichiometric ratio is considered, the oxygen atomic ratio may change to take a value smaller than “4” (that is, 0 <p). That is, crystalline InGaZnO 4 and crystalline Ga 2 ZnO 4 are already known crystals, but the conductive oxide of the present invention is crystalline InGaZnO 4 in which Ga and Zn are deficient. (1-m) Zn (1-q) O (4-p) and crystalline Ga 2 ZnO 4 are mixed and modified under predetermined conditions to be a sintered body.
実際の結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)において、ｍおよびｑの値を直接的に求めることは困難である。本実施形態では、導電性酸化物全体の組成をＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光により求め、Ｘ線回折によって結晶相を同定することによって、導電性酸化物中における結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)の存在を確認することができる。 In actual crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) , it is difficult to directly determine the values of m and q. In this embodiment, the composition of the entire conductive oxide is obtained by ICP (inductively coupled plasma) emission spectroscopy, and the crystalline phase is identified by X-ray diffraction, whereby crystalline InGa (1-m) in the conductive oxide is identified. The presence of Zn (1-q) O (4-p) can be confirmed.
たとえば、ＩＣＰ分析によって求められた導電性酸化物におけるＩｎ：Ｇａ：Ｚｎの原子濃度比が１：１：１であるにもかかわらず、Ｘ線回折によって導電性酸化物中にＩｎＧａＺｎＯ4とＧａ2ＺｎＯ4の存在が確認された場合、導電性酸化物にはＧａ2ＺｎＯ4とともに結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4のＧａとＺｎが欠損した結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）が存在していると判断される。 For example, even though the atomic concentration ratio of In: Ga: Zn in the conductive oxide determined by ICP analysis is 1: 1: 1, InGaZnO 4 and Ga 2 are contained in the conductive oxide by X-ray diffraction. if the presence of ZnO 4 is confirmed, the conductive oxide Ga 2 with ZnO 4 crystalline InGaZnO 4 Ga and Zn is defective crystalline InGa (1-m) Zn ( 1-q) O (4- p) It is determined that (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3m / 2 + q) exists.
上記のような結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む導電性酸化物によれば、該導電性酸化物を、スパッタリングのターゲットとして用いて作製されたＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜からなる酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いる場合に、ＴＦＴのＳ値を低くすることができることを見出した。この理由は明確ではないが、その理由の一つとして、以下の理由が考えられる。 Crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystalline Ga 2 According to a conductive oxide containing ZnO 4 , an oxide semiconductor film made of an In—Ga—Zn—O film manufactured using the conductive oxide as a sputtering target is used as a channel layer of a TFT. In this case, it was found that the S value of the TFT can be lowered. The reason is not clear, but one of the reasons is as follows.
すなわち、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4からＧａおよびＺｎが欠損した結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）は、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4よりも電子の捕獲準位密度が小さい。これにより、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む導電性酸化物を用いて形成された酸化物半導体膜をチャンネル層として用いた場合、ＴＦＴにおけるチャネル層と絶縁層との界面の捕獲準位密度が小さくなり、結果的にＳ値が低下する。 That is, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 1 ) in which Ga and Zn are deficient from crystalline InGaZnO 4 3m / 2 + q) has a lower electron trap level density than crystalline InGaZnO 4 . Thus, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystalline Ga 2 ZnO 4 is used as the channel layer, the trap state density at the interface between the channel layer and the insulating layer in the TFT is reduced, resulting in an S value. Decreases.
また、本発明者らは、上記のような結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む導電性酸化物であって、Ｚｎの原子濃度比を１として規格化した場合に、Ｇａの原子濃度比が２未満である導電性酸化物を、スパッタリングのターゲットとして用いて作製された酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いる場合に、ＴＦＴのＳ値をさらに低くすることができることを見出した。したがって、本発明の導電性酸化物は、Ｚｎの原子濃度比を１とした場合に、Ｇａの原子濃度比が２未満であることが好ましい。 In addition, the inventors of the present invention have the above crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and a conductive oxide containing crystalline Ga 2 ZnO 4, and when the Zn atomic concentration ratio is normalized to 1, a conductive oxide having a Ga atomic concentration ratio of less than 2 is obtained. The inventors have found that when an oxide semiconductor film manufactured using a sputtering target is used as a TFT channel layer, the S value of the TFT can be further reduced. Therefore, the conductive oxide of the present invention preferably has an atomic concentration ratio of Ga of less than 2 when the atomic concentration ratio of Zn is 1.
また、本発明の導電性酸化物において、Ｚｎの原子濃度比を１として規格化した場合に、Ｇａの原子濃度比が０．５以上であることが好ましく、１．５以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１．２以下である。また、本発明の導電性酸化物において、Ｚｎの原子濃度比を１として規格化した場合に、Ｉｎの原子濃度比が０．８以上であることが好ましく、また、１．２以下であることが好ましい。なお、上記のＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比は、ＩＣＰ発光分析により測定される濃度値（単位：ａｔｏｍ％）をもとに、Ｚｎの濃度値で規格化したものである。 In the conductive oxide of the present invention, when the Zn atomic concentration ratio is normalized to 1, the Ga atomic concentration ratio is preferably 0.5 or more, more preferably 1.5 or less. More preferably, it is 1.2 or less. In the conductive oxide of the present invention, when the Zn atomic concentration ratio is normalized to 1, the In atomic concentration ratio is preferably 0.8 or more, and 1.2 or less. Is preferred. The atomic concentration ratio of In, Ga and Zn is normalized by the Zn concentration value based on the concentration value (unit: atom%) measured by ICP emission analysis.
本発明者らの実験によれば、Ｚｎに対するＧａの原子濃度比および／またはＩｎの原子濃度比が上記範囲の場合に、その導電性酸化物をターゲットに用いたスパッタリングによって作製した酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いることにより、ＴＦＴのＳ値を十分に低くすることができた。 According to the experiments by the present inventors, when the atomic concentration ratio of Ga to Zn and / or the atomic concentration ratio of In is in the above range, an oxide semiconductor film manufactured by sputtering using the conductive oxide as a target. As a TFT channel layer, the S value of the TFT could be made sufficiently low.
また、本発明の導電性酸化物の断面積に占める結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の割合は、５０％以下の範囲内にあることが好ましい。本発明者らの実験によれば、導電性酸化物における結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の断面積割合が５０％以下の場合に、その導電性酸化物をターゲットに用いたスパッタリングによって作製した酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いることにより、ＴＦＴのＳ値をより低くすることができた。また、本発明の導電性酸化物の断面積に占める結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の割合は、２０％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましい。なかでも、導電性酸化物の断面積に占める結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の割合は０．５％超であることがさらに好ましいことを知見している。 The ratio of crystalline Ga 2 ZnO 4 occupied in the cross-sectional area of the conductive oxide of the present invention is preferably in the range of 50% or less. According to the experiments by the present inventors, when the cross-sectional area ratio of crystalline Ga 2 ZnO 4 in the conductive oxide is 50% or less, an oxide semiconductor manufactured by sputtering using the conductive oxide as a target. By using the film as a TFT channel layer, the S value of the TFT could be further reduced. Further, the ratio of crystalline Ga 2 ZnO 4 to the cross-sectional area of the conductive oxide of the present invention is more preferably 20% or less, and further preferably 10% or less. In particular, it has been found that the ratio of crystalline Ga 2 ZnO 4 to the cross-sectional area of the conductive oxide is more preferably more than 0.5%.
導電性酸化物中のＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比、導電性酸化物の断面積に占める結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の断面積の割合は、導電性酸化物が、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含み、さらに、他の結晶質、たとえば、結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7を含むことによっても可能となる。 The atomic concentration ratio of In, Ga, and Zn in the conductive oxide and the ratio of the cross-sectional area of crystalline Ga 2 ZnO 4 to the cross-sectional area of the conductive oxide are determined by the conductive oxide being crystalline InGa (1- m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystalline Ga 2 ZnO 4 , It can also be achieved by including a crystalline material such as crystalline In 2 Zn 4 O 7 .
導電性酸化物の断面積に占める結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の断面積の割合は、分析型走査電子顕微鏡を用いて求めることができる。具体的には、導電性酸化物の試料断面に照射された入射電子ビームに起因してその断面から反射された電子（反射電子像）を観察する。そして、コントラストの異なる領域の蛍光Ｘ線分析を行なってＧａ2ＺｎＯ4領域を特定することによって、断面に占めるＧａ2ＺｎＯ4領域の面積割合を測定することができる。 The ratio of the cross-sectional area of crystalline Ga 2 ZnO 4 to the cross-sectional area of the conductive oxide can be determined using an analytical scanning electron microscope. Specifically, the electrons (reflected electron image) reflected from the cross section caused by the incident electron beam irradiated on the cross section of the conductive oxide sample are observed. Then, by identifying the Ga 2 ZnO 4 regions by performing X-ray fluorescence analysis of the different regions of contrast, it is possible to measure the area ratio of Ga 2 ZnO 4 area occupied in the cross section.
上記断面積の割合は、後述する第１粒子と第２粒子と混合比を調節することによって実現することができる。また、導電性酸化物が、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含み、さらに、他の結晶質、たとえば、結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7を含む構成とすることによっても調節可能である。また、導電性酸化物の作製の際の焼結条件、たとえば、焼結温度によっても調製することができる。 The ratio of the cross-sectional area can be realized by adjusting the mixing ratio of first particles and second particles described later. The conductive oxide is crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q). It can be adjusted by including a crystalline Ga 2 ZnO 4 and further including another crystalline material such as crystalline In 2 Zn 4 O 7 . Moreover, it can prepare also by the sintering conditions at the time of preparation of an electroconductive oxide, for example, sintering temperature.
ここで、導電性酸化物が結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7を含む構成の場合、たとえば、以下の方法により、導電性酸化物中に結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）が存在するかどうかを確認することができる。 Here, when the conductive oxide includes crystalline In 2 Zn 4 O 7 , for example, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O in the conductive oxide by the following method. (4-p) Whether or not (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3m / 2 + q) can be confirmed.
すなわち、まず、分析型走査電子顕微鏡で観察される導電性酸化物の任意の断面積から、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4と、結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7とのそれぞれの面積を算出し、各結晶質に含まれるＧａ、Ｉｎ、Ｚｎの元素割合を算出する。また、導電性酸化物中の元素組成をＩＣＰ発光分光により求める。そして、ＩＣＰ発光分光により求められた元素組成比から、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4と、結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7とのそれぞれに含まれるＧａ、Ｉｎ、Ｚｎの元素割合を引いた値が、１：１：１よりも少ない場合、すなわち、ＧａおよびＺｎの各比がＩｎの比よりも小さい場合には、導電性酸化物中に結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）が存在することが確認できる。 That is, first, from the arbitrary cross-sectional area of the conductive oxide observed with an analytical scanning electron microscope, the respective areas of crystalline Ga 2 ZnO 4 and crystalline In 2 Zn 4 O 7 are calculated, The element ratio of Ga, In, and Zn contained in the crystalline material is calculated. Further, the elemental composition in the conductive oxide is obtained by ICP emission spectroscopy. Then, from the elemental ratio determined by ICP emission spectroscopy, a crystalline Ga 2 ZnO 4, Ga contained in each of the crystalline In 2 Zn 4 O 7, In , the value obtained by subtracting the element ratio of Zn, When the ratio is less than 1: 1: 1, that is, when the ratio of Ga and Zn is smaller than the ratio of In, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O in the conductive oxide. (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) can be confirmed.
また、本発明者らは、本発明の導電性酸化物についてＸ線回折法を適用したときに、回折角２θが３４°以上３５°以下の範囲にあるピークのうち回折強度が最大のピークをａピークとし、回折角２θが３７°以上３８°以下の範囲にあるピークのうち回折強度が最大のピークをｂピークとした場合に、ａピークにのｂピークに対する回折強度比Ｉａ／Ｉｂが７０以上２５０以下であることが好ましく、７０以上２００以下がより好ましいことを見出した。 In addition, when the X-ray diffraction method is applied to the conductive oxide of the present invention, the present inventors show the peak having the maximum diffraction intensity among the peaks having a diffraction angle 2θ in the range of 34 ° to 35 °. The peak having the maximum diffraction intensity among peaks having a diffraction angle 2θ of 37 ° or more and 38 ° or less is defined as b peak, and the diffraction intensity ratio Ia / Ib of the a peak to b peak is 70. It has been found that it is preferably 250 or more and more preferably 70 or more and 200 or less.
ａピークは結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）に由来し、ｂピークは結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4に由来している。ａピークとｂピークとの回折強度比Ｉａ／Ｉｂが上記範囲の場合、この導電性酸化物をターゲットに用いたスパッタリングによって作製した酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いることにより、ＴＦＴのＳ値をより低くすることができた。 The a peak is derived from crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q), and the b peak Is derived from crystalline Ga 2 ZnO 4 . When the diffraction intensity ratio Ia / Ib between the a peak and the b peak is in the above range, an oxide semiconductor film produced by sputtering using this conductive oxide as a target is used as a TFT channel layer, thereby reducing the S of the TFT. The value could be lowered.
さらに、本発明の導電性酸化物は、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、およびＢｉから選ばれた少なくとも１種の元素をさらに含むことが好ましい。これにより、その導電性酸化物をターゲットに用いたスパッタリングによって作製した酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いる場合に、ＴＦＴのオン電流を大きくすることができる。 Furthermore, the conductive oxide of the present invention further comprises at least one element selected from N, Al, Si, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Sn, and Bi. It is preferable to include. Accordingly, when an oxide semiconductor film formed by sputtering using the conductive oxide as a target is used as a TFT channel layer, the on-current of the TFT can be increased.
導電性酸化物中におけるＮ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、およびＢｉなどの元素の含有量は、たとえば、導電性酸化物をＩＣＰ分析、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）によって知ることができる。 The content of elements such as N, Al, Si, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Sn, and Bi in the conductive oxide is, for example, ICP. It can be known by analysis and SIMS (secondary ion mass spectrometry).
上述のような導電性酸化物は、スパッタリングで酸化物半導体膜を堆積する場合のターゲットとして好ましく用いることができる。スパッタリングに用いられる「ターゲット」とは、スパッタリングで成膜するための材料をプレート状に加工したものや、当該プレート状の材料をバッキングプレート（ターゲット材を貼り付けるための裏板）に貼り付けたものなどの総称である。バッキングプレートは、無酸素銅、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、チタンなどの素材をもとに作製することができる。ターゲットとして用いる導電性酸化物の形状は、たとえば、径が１ｃｍの円板状（平板丸型）であってもよく、大型ＬＣＤ（液晶表示装置）用のスパッタリングターゲットのように径が２ｍを超える角型（平板矩形）であってもよい。 The conductive oxide as described above can be preferably used as a target when an oxide semiconductor film is deposited by sputtering. A “target” used for sputtering is obtained by processing a material for forming a film by sputtering into a plate shape, or attaching the plate-like material to a backing plate (back plate for attaching a target material). A general term for things. The backing plate can be manufactured based on materials such as oxygen-free copper, steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, molybdenum, and titanium. The shape of the conductive oxide used as the target may be, for example, a disc shape (flat plate shape) having a diameter of 1 cm, and the diameter exceeds 2 m as in a sputtering target for a large LCD (liquid crystal display device). It may be square (flat plate).
＜導電性酸化物の製造方法＞
以下、本発明の導電性酸化物の製造方法の一実施形態について詳細に説明する。
<Method for producing conductive oxide>
Hereinafter, an embodiment of a method for producing a conductive oxide of the present invention will be described in detail.
本発明の導電性酸化物の製造方法は、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる第１粒子を準備する工程と、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる第２粒子を準備する工程と、第１粒子と第２粒子とを混合して焼成する工程とを含む、導電性酸化物の製造方法である。この製造方法によれば、上述の本発明の導電性酸化物を製造することができる。各工程について、以下に詳細に説明する。 The method for producing a conductive oxide of the present invention includes a step of preparing first particles made of crystalline Ga 2 ZnO 4 , a crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) ( Including a step of preparing second particles composed of 0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q), and a step of mixing and firing the first particles and the second particles. This is a method for producing a conductive oxide. According to this manufacturing method, the above-described conductive oxide of the present invention can be manufactured. Each step will be described in detail below.
（第１粒子を準備する工程）
導電性酸化物の原料粉末の１つとして、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる第１粒子を準備する。
(Step of preparing first particles)
First particles made of crystalline Ga 2 ZnO 4 are prepared as one of the conductive oxide raw material powders.
具体的には、まず、通常のボールミル、遊星ボールミル、ビーズミルなどを用いて、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）の粉末と酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末とを混合して、第１混合物を作成する。各粉末には９９．９％以上の高純度の粉末を用いることが好ましい。また、各粉末の混合方式には乾式と湿式の何れの方式を用いてもよく、湿式の混合方式を用いた場合には、第１混合物の乾燥には、自然乾燥やスプレードライヤなどの乾燥方法を用いることが好ましい。 Specifically, first, a gallium oxide (Ga 2 O 3 ) powder and a zinc oxide (ZnO) powder are mixed using a normal ball mill, a planetary ball mill, a bead mill, or the like to form a first mixture. . It is preferable to use a high-purity powder of 99.9% or more for each powder. In addition, either a dry method or a wet method may be used for the mixing method of each powder. When the wet mixing method is used, the first mixture is dried by a drying method such as natural drying or a spray dryer. Is preferably used.
次に、得られた第１混合物を仮焼する。このときの仮焼温度は、仮焼後の粉末（結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる第１粒子）にＺｎＯ、Ｇａ2Ｏ3などの未反応の粒子が残存するのを抑制する観点から、８００℃以上であることが好ましい。また、仮焼温度を１２００℃未満とすることにより、仮焼後の粉末の粒径が過剰に大きくなるのを抑制することができ、これにより、仮焼後の粉末の粉砕が容易となる。また、仮焼は、大気雰囲気、酸素雰囲気、窒素−酸素混合雰囲気などで行なうことが好ましく、なかでも大気雰囲気または酸素雰囲気で行なうことが好ましい。なお、酸素雰囲気とは、酸素を雰囲気全体の４０％以上含む雰囲気をいう。また、ＺｎＯの蒸発を抑制するために、ＣＩＰ（冷間静水圧処理）、加圧ガス中の焼結、ホットプレス焼結、ＨＩＰ（熱間静水圧処理）焼結などを利用して仮焼を行ってもよい。 Next, the obtained first mixture is calcined. The calcining temperature at this time is 800 from the viewpoint of suppressing the unreacted particles such as ZnO and Ga 2 O 3 from remaining in the calcined powder (first particles composed of crystalline Ga 2 ZnO 4 ). It is preferable that the temperature is not lower than ° C. In addition, by setting the calcining temperature to less than 1200 ° C., it is possible to suppress an excessive increase in the particle size of the powder after calcining, thereby facilitating pulverization of the powder after calcining. Further, the calcination is preferably performed in an air atmosphere, an oxygen atmosphere, a nitrogen-oxygen mixed atmosphere, or the like, and in particular, it is preferably performed in an air atmosphere or an oxygen atmosphere. Note that the oxygen atmosphere refers to an atmosphere containing 40% or more of the entire atmosphere. Moreover, in order to suppress the evaporation of ZnO, calcining using CIP (cold isostatic pressing), sintering in pressurized gas, hot press sintering, HIP (hot isostatic pressing) sintering, etc. May be performed.
本工程により、導電性酸化物の原料粉末の１つである、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる第１粒子が準備される。第１粒子の平均粒径は０．１μｍ以上１．５μｍ以下が好ましい。なお、粒子の平均粒径は、光散乱法により求めることができる。 By this step, first particles made of crystalline Ga 2 ZnO 4 , which is one of the conductive oxide raw material powders, are prepared. The average particle size of the first particles is preferably 0.1 μm or more and 1.5 μm or less. The average particle diameter of the particles can be obtained by a light scattering method.
（第２粒子を準備する工程）
導電性酸化物の原料粉末の１つとして、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる第２粒子を準備する。
(Step of preparing second particles)
As one of the conductive oxide raw material powders, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m A second particle consisting of / 2 + q) is prepared.
具体的には、まず、通常のボールミル、遊星ボールミル、ビーズミルなどを用いて、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）の粉末と、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）の粉末と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末とを混合して、第２混合物を作成する。各粉末には９９．９％以上の高純度の粉末を用いることが好ましい。また、各粉末の混合方式には、第１粒子を準備する工程と同様に、乾式と湿式の何れの方式を用いてもよい。 Specifically, first, using an ordinary ball mill, planetary ball mill, bead mill, etc., indium oxide (In 2 O 3 ) powder, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) powder, and zinc oxide (ZnO) The powder is mixed to make a second mixture. It is preferable to use a high-purity powder of 99.9% or more for each powder. Moreover, as a mixing method of each powder, any of a dry method and a wet method may be used as in the step of preparing the first particles.
ここで、本実施形態において、導電性酸化物は、第１粒子と第２粒子とが混合された成形体を焼成することによって作製されるが、この導電性酸化物におけるＩｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子濃度比が所望の原子濃度比となるように、第２粒子の組成を調製し、さらに第１粒子と第２粒子との混合割合を調整する必要がある。したがって、本工程では、第２粒子を準備する際に、完成する導電性酸化物の各粉末の混合割合に基づいて、各粉末の混合割合が調整される。 Here, in this embodiment, the conductive oxide is produced by firing a molded body in which the first particles and the second particles are mixed. In this conductive oxide, In, Ga, and Zn It is necessary to prepare the composition of the second particles and adjust the mixing ratio of the first particles and the second particles so that the atomic concentration ratio becomes a desired atomic concentration ratio. Therefore, in this step, when preparing the second particles, the mixing ratio of each powder is adjusted based on the mixing ratio of each powder of the conductive oxide to be completed.
たとえば、Ｘｍｏｌ（Ｘ≦０．５）の第１粒子と（１−Ｘ）ｍｏｌの第２粒子とを混合して、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎがそれぞれ１ｍｏｌずつ存在する導電性酸化物を作製する場合、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎがそれぞれ１ｍｏｌ、（１−２Ｘ）ｍｏｌおよび（１−Ｘ）ｍｏｌずつ存在する第２粒子が作製されるように、酸化インジウムの粉末、酸化ガリウムの粉末、酸化亜鉛の粉末の混合割合を調整する。 For example, when a first particle of Xmol (X ≦ 0.5) and a second particle of (1-X) mol are mixed to produce a conductive oxide in which 1 mol of In, Ga, and Zn exist, respectively. Indium oxide powder, gallium oxide powder, zinc oxide powder so that second particles containing 1 mol, (1-2X) mol, and (1-X) mol of In, Ga, and Zn, respectively, are produced. Adjust the mixing ratio.
次に、各粉末が混合された第２混合物を仮焼して焼結させる。このときの仮焼温度は、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛などの未反応の粒子が残存するのを抑制する観点から、１２００℃以上であることが好ましい。また、仮焼温度を１４００℃未満とすることにより、仮焼後の粉末の粒径が過剰に大きくなるのを抑制することができ、これにより、仮焼後の粉末の粉砕が容易となる。なお、このときの仮焼の好ましい雰囲気、方法は上述の第１の混合物を準備する工程と同様である。 Next, the second mixture in which each powder is mixed is calcined and sintered. The calcining temperature at this time is preferably 1200 ° C. or higher from the viewpoint of suppressing the remaining unreacted particles such as indium oxide, gallium oxide, and zinc oxide. In addition, by setting the calcining temperature to less than 1400 ° C., it is possible to suppress an excessive increase in the particle size of the powder after calcining, thereby facilitating pulverization of the powder after calcining. In addition, the preferable atmosphere and method of calcination at this time are the same as the process of preparing the above-mentioned 1st mixture.
本工程により、導電性酸化物の原料粉末の１つである、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる第２粒子が準備される。第２粒子の平均粒径は０．１μｍ以上１．５μｍ以下が好ましい。なお、粒子の平均粒径は、光散乱法により求めることができる。 By this step, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, Second particles comprising 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) are prepared. The average particle size of the second particles is preferably 0.1 μm or more and 1.5 μm or less. The average particle diameter of the particles can be obtained by a light scattering method.
（第１粒子と第２粒子とを混合して焼結する工程）
次に、準備された第１粒子と第２粒子とを混合して焼成する。これにより、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む導電性酸化物が作製する。
(Process of mixing and sintering first particles and second particles)
Next, the prepared first particles and second particles are mixed and fired. Thus, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystalline Ga 2 ZnO 4 is produced.
具体的には、まず、第１粒子と第２粒子とを混合して、第３混合物を作成する。第１粒子と第２粒子との混合割合は、上述のように、作製する導電性酸化物におけるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比、および第２粒子におけるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比に基づいて決定される。混合をより均一にする点で、第１粒子や第２粒子はボールミルなどで粉砕した後に混合することが好ましい。 Specifically, first, the first particles and the second particles are mixed to create a third mixture. As described above, the mixing ratio of the first particle and the second particle is the atomic concentration ratio of In, Ga, and Zn in the conductive oxide to be manufactured, and the atomic concentration ratio of In, Ga, and Zn in the second particle. To be determined. In terms of making the mixing more uniform, the first particles and the second particles are preferably mixed after being pulverized by a ball mill or the like.
また、作製される導電性酸化物にＮ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、およびＢｉから選ばれた少なくとも１種の元素が含まれるように、第３混合物にＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2などの粉末を添加してもよい。この場合、作製された導電性酸化物をターゲットに用いたスパッタリングによって作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜からなる酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いることによって、オン電流を大きくすることができる。 Further, the produced conductive oxide contains at least one element selected from N, Al, Si, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Sn, and Bi. as described above, it may be added to the powder, such as Al 2 O 3, SiO 2 in the third mixture. In this case, the on-state current can be increased by using an oxide semiconductor film including an In—Ga—Zn—O film formed by sputtering using the manufactured conductive oxide as a target as a channel layer of the TFT. it can.
また、第１粒子と第２粒子と、さらに、結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7などのＩｎ、ＧａおよびＺｎのいずれかを含むような結晶質からなる第３粒子とを用いて、第３混合物を作成してもよい。たとえば、第１粒子と第２粒子とを用いても、所望されるＩｎ、ＧａおよびＺｎの比の導電性酸化物を作製するのが難しい場合、第３粒子を用いることによって、容易に所望の原子濃度比の導電性酸化物を作製することができる。第３粒子の平均粒径は０．１μｍ以上１．５μｍ以下が好ましい。 In addition, a third mixture is formed using the first particles, the second particles, and the third particles made of a crystal containing any one of In, Ga, and Zn such as the crystalline In 2 Zn 4 O 7 . May be created. For example, when it is difficult to produce a conductive oxide having a desired ratio of In, Ga, and Zn using the first particles and the second particles, the desired particles can be easily obtained by using the third particles. A conductive oxide having an atomic concentration ratio can be manufactured. The average particle size of the third particles is preferably 0.1 μm or more and 1.5 μm or less.
次に、第３混合物を焼成する。焼成を簡便に行なうために、第３混合物を所定の形状に成形して成形体を準備し、この成形体を焼成することが好ましい。このときの焼成温度は、焼結体の密度を向上させる観点から、１０００℃以上であることが好ましい。焼結体の密度を向上させることによって、この焼結体を用いて作製された酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いることによって、ＴＦＴのＳ値をさらに低下させることができる。また、仮焼温度を１４００℃以下とすることによって、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4の単相が成長するのを抑制することができる。なお、このときの焼成の好ましい雰囲気、方法は上述の第１の混合物を準備する工程と同様である。 Next, the third mixture is fired. In order to perform firing simply, it is preferable to form the third mixture into a predetermined shape to prepare a molded body, and to fire the molded body. The firing temperature at this time is preferably 1000 ° C. or higher from the viewpoint of improving the density of the sintered body. By improving the density of the sintered body, the S value of the TFT can be further reduced by using an oxide semiconductor film manufactured using the sintered body as a channel layer of the TFT. Further, by setting the calcining temperature to 1400 ° C. or lower, it is possible to suppress the growth of a single phase of crystalline InGaZnO 4 . In addition, the preferable atmosphere and method of baking at this time are the same as the process of preparing the above-mentioned 1st mixture.
以上の工程により、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む導電性酸化物を製造することができる。製造された導電性酸化物をターゲットに用いたスパッタリングによって作製した酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層として用いる場合に、ＴＦＴのＳ値を低くすることができる。また、第３混合物の焼成の温度を調節することによって、導電性酸化物の断面積に占める結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の割合を容易に調整することができる。 Through the above steps, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystalline Ga 2 A conductive oxide containing ZnO 4 can be produced. When an oxide semiconductor film manufactured by sputtering using the manufactured conductive oxide as a target is used as a TFT channel layer, the S value of the TFT can be lowered. Further, by adjusting the temperature of the firing of the third mixture, the proportion of crystalline Ga 2 ZnO 4 occupied in the cross-sectional area of the conductive oxide can be easily adjusted.
本発明による以下の種々の実施例においては、スパッタリングのターゲットとしての種々の導電性酸化物を作製し、それらの導電性酸化物をターゲットとして用いてスパッタリングで酸化物半導体膜を堆積し、これをＴＦＴのチャネル層とした。 In the following various embodiments according to the present invention, various conductive oxides are prepared as sputtering targets, and oxide semiconductor films are deposited by sputtering using these conductive oxides as targets. A channel layer of the TFT was obtained.
＜検討１＞
実施例１〜６において、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とからなる導電性酸化物を作製した。
<Examination 1>
In Examples 1 to 6, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystals A conductive oxide composed of Ga 2 ZnO 4 was produced.
（実施例１〜６）
ステップ１：結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる粉末の作製
Ｇａ2Ｏ3粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：１１ｍ2／ｇ）およびＺｎＯ粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：４ｍ2／ｇ）を、ビーズミル装置を用いて３０分間粉砕混合し、第１混合物としてのＧａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物におけるｍｏｌ混合比率は、Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：１とした。なお、粉砕混合の際の分散溶媒として水が用いられ、第１混合物はスプレードライヤで乾燥された。
(Examples 1-6)
Step 1: Preparation of powder composed of crystalline Ga 2 ZnO 4 Ga 2 O 3 powder (purity: 99.99%, BET specific surface area: 11 m 2 / g) and ZnO powder (purity: 99.99%, BET specific surface area) : 4 m 2 / g) was pulverized and mixed for 30 minutes using a bead mill apparatus to prepare a Ga 2 O 3 —ZnO mixture as a first mixture. The molar mixing ratio in the Ga 2 O 3 —ZnO mixture was Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1. In addition, water was used as a dispersion solvent during pulverization and mixing, and the first mixture was dried with a spray dryer.
次に、得られた第１混合物をアルミナ製ルツボに入れ、大気雰囲気中で９００℃の温度にて５時間の仮焼を行なった。これにより、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末が作製された。 Next, the obtained 1st mixture was put into the crucible made from an alumina, and calcination was performed in the air atmosphere at the temperature of 900 degreeC for 5 hours. Thereby, a calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 was produced.
ステップ２：結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)からなる粉末の作製
Ｉｎ2Ｏ3粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ：比表面積５ｍ2／ｇ）、Ｇａ2Ｏ3粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：１１ｍ2／ｇ）およびＺｎＯ粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：４ｍ2／ｇ）を、ビーズミル装置を用いて３０分間粉砕混合し、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。各実施例についての、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を表１に示す。なお、粉砕混合の際の分散溶媒として水が用いられ、第２混合物はスプレードライヤで乾燥された。
Step 2: Preparation of powder composed of crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) In 2 O 3 powder (purity: 99.99%, BET: specific surface area 5 m 2 / g) , Ga 2 O 3 powder (purity: 99.99%, BET specific surface area: 11 m 2 / g) and ZnO powder (purity: 99.99%, BET specific surface area: 4 m 2 / g) using a bead mill apparatus The mixture was pulverized and mixed for 30 minutes to prepare an In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture as the second mixture. Table 1 shows the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture for each example. In addition, water was used as a dispersion solvent during pulverization and mixing, and the second mixture was dried with a spray dryer.
次に、得られた第２混合物に対し、大気雰囲気中で１２００℃の温度にて５時間の仮焼を行なった。これにより、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏの結晶質からなる仮焼粉末が作製された。このときの結晶質はＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）で表される。 Next, the obtained second mixture was calcined for 5 hours at a temperature of 1200 ° C. in an air atmosphere. As a result, a calcined powder made of crystalline In—Ga—Zn—O was produced. The crystal quality at this time is represented by InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q).
ステップ３：導電性酸化物の作製
ステップ１およびステップ２で得られた各仮焼粉末のそれぞれを、ビーズミル装置を用いて３０分間粉砕し、粉砕された各仮焼粉末を混合して第３混合物を作製した。このとき、第３混合物におけるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１となるように、各仮焼粉末を混合した。第３混合物の粒径を光散乱法により測定したところ、平均粒径は０．８μｍであった。なお、混合の際の分散溶媒として水が用いられ、第３混合物はスプレードライヤで乾燥された。
Step 3: Preparation of conductive oxide Each calcined powder obtained in Step 1 and Step 2 is pulverized for 30 minutes using a bead mill apparatus, and each pulverized calcined powder is mixed to form a third mixture. Was made. At this time, each calcined powder was mixed so that the atomic concentration ratio of In, Ga, and Zn in the third mixture was In: Ga: Zn = 1: 1: 1. When the particle size of the third mixture was measured by the light scattering method, the average particle size was 0.8 μm. In addition, water was used as a dispersion solvent at the time of mixing, and the 3rd mixture was dried with the spray dryer.
次に、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)の仮焼粉末と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の仮焼粉末とが混合された第３混合物をプレスによって成形し、さらにＣＩＰにより加圧成形して、直径１００ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状の成形体を作製した。そして、作製された成形体を大気雰囲気中にて所定温度で５時間焼成し、導電性酸化物としての焼結体を作製した。以上のステップ１〜ステップ３により、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とからなる導電性酸化物が作製された。実施例１〜６のそれぞれの焼結温度は、表２にまとめて示されている。 Next, a third mixture in which the calcined powder of crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) and the calcined powder of crystalline Ga 2 ZnO 4 are mixed is formed by pressing. Further, it was pressure-molded by CIP to produce a disk-shaped molded body having a diameter of 100 mm and a thickness of 9 mm. And the produced molded object was baked at predetermined temperature for 5 hours in air | atmosphere, and the sintered compact as a conductive oxide was produced. Through the above steps 1 to 3, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) And crystalline Ga 2 ZnO 4 were produced. The sintering temperatures of Examples 1 to 6 are summarized in Table 2.
ステップ４：Ｘ線回折測定、蛍光Ｘ線分析およびＩＣＰ分析
得られた焼結体の一部からサンプルを採取して、Ｘ線回折法によって結晶解析を行なった。Ｘ線としてはＣｕのＫα線が用いられ、回折角２θと回折強度Ｉが測定された。このようなＸ線測定の結果として、実施例１〜６の焼結体に含まれる結晶質成分が表２にまとめて示されている。また、回折角２θが３４°以上３５°以下の範囲にあるピークのうち回折強度が最大のピークをａピークとし、回折角２θが３７°以上３８°以下の範囲にあるピークのうち回折強度が最大のピークをｂピークとした場合の、ａピークのｂピークに対する回折強度比Ｉａ／Ｉｂを算出した結果も表２にまとめて示されている。
Step 4: X-ray diffraction measurement, fluorescent X-ray analysis and ICP analysis A sample was taken from a part of the obtained sintered body, and crystal analysis was performed by the X-ray diffraction method. As the X-ray, a Cu Kα ray was used, and a diffraction angle 2θ and a diffraction intensity I were measured. As a result of such X-ray measurement, the crystalline components contained in the sintered bodies of Examples 1 to 6 are collectively shown in Table 2. Of the peaks having a diffraction angle 2θ in the range of 34 ° to 35 °, the peak having the maximum diffraction intensity is defined as a peak, and the peaks having a diffraction angle 2θ in the range of 37 ° to 38 ° are in diffraction intensity. The results of calculating the diffraction intensity ratio Ia / Ib of the a peak with respect to the b peak when the maximum peak is the b peak are also shown in Table 2.
また、得られた焼結体の一部からサンプルを採取して、分析型走査電子顕微鏡を用いて蛍光Ｘ線分析を行い、導電性酸化物の断面積に占める結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4の断面積の割合を算出した。この結果も表２にまとめて示されている。 In addition, a sample is taken from a part of the obtained sintered body and subjected to fluorescent X-ray analysis using an analytical scanning electron microscope, and the crystalline Ga 2 ZnO 4 occupying the cross-sectional area of the conductive oxide is cut off. The area ratio was calculated. The results are also summarized in Table 2.
また、導電性酸化物をＩＣＰ発光分析することで測定される濃度値（単位：ａｔｏｍ％）をもとに、焼結された導電性酸化物に含まれるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比を算出した。この結果も表２にまとめて示されている。 Further, based on the concentration value (unit: atom%) measured by ICP emission analysis of the conductive oxide, the atomic concentration ratio of In, Ga, and Zn contained in the sintered conductive oxide is determined. Calculated. The results are also summarized in Table 2.
ステップ５：ターゲットの作製
得られた焼結体を、直径３インチ（７６．２ｍｍ）、厚さ５ｍｍの円板状に加工し、これをスパッタリング用のターゲットとした。
Step 5: Preparation of Target The obtained sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 3 inches (76.2 mm) and a thickness of 5 mm, and this was used as a sputtering target.
ステップ６：スパッタリング法による成膜
得られたターゲットを用いたスパッタリング法によって酸化物半導体膜を成膜した。
Step 6: Film formation by sputtering method An oxide semiconductor film was formed by a sputtering method using the obtained target.
具体的には、まず、スパッタリング装置の成膜室内の水冷されている基板ホルダ上に、成膜用基板として、２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．２５ｍｍの低抵抗（０．０２Ω・ｃｍ以下）のＳｉウエハ上に１００ｎｍ膜厚の熱酸化ＳｉＯ2が形成された基板を設置した。また、基板に対向するように、基板上にターゲットを配置した。このとき、基板とターゲットとの距離は４０ｍｍであった。 Specifically, first, a low-resistance (0.02 Ω · cm or less) Si wafer of 25 mm × 25 mm × 0.25 mm is used as a film formation substrate on a water-cooled substrate holder in the film formation chamber of the sputtering apparatus. A substrate on which a thermally oxidized SiO 2 film having a thickness of 100 nm was formed was placed thereon. A target was placed on the substrate so as to face the substrate. At this time, the distance between the substrate and the target was 40 mm.
次に、成膜室内の圧力が１×１０-4Ｐａとなるように成膜室内を真空引きし、その後、ターゲットのプレスパッタを行なった。すなわち、基板とターゲットとの間にシャッターを配置した状態で、成膜室内へＡｒガスを１Ｐａの圧力まで導入して１５０Ｗの直流電力を印加してスパッタリング放電を起こし、これによってターゲット表面のクリーニング（プレスパッタ）を２０分間行なった。なお、スパッタリング法としては、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタ法を用い、ターゲットの直径３インチの平面をスパッタ面とした。 Next, the film forming chamber was evacuated so that the pressure in the film forming chamber became 1 × 10 −4 Pa, and then the target was pre-sputtered. That is, in a state where a shutter is disposed between the substrate and the target, Ar gas is introduced into the deposition chamber up to a pressure of 1 Pa and 150 W of direct current power is applied to cause sputtering discharge, thereby cleaning the target surface ( Pre-sputtering) was performed for 20 minutes. Note that a DC (direct current) magnetron sputtering method was used as the sputtering method, and a plane having a diameter of 3 inches of the target was used as the sputtering surface.
プレスパッタ後、流量比で１０％の酸素ガスを含むＡｒガスを成膜室内へ所定の圧力まで導入し、１５０Ｗのスパッタ電力で所定の時間成膜することにより、基板上に、酸化物半導体膜としての膜厚７０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜が成膜された。 After pre-sputtering, Ar gas containing 10% oxygen gas at a flow rate ratio is introduced into the deposition chamber up to a predetermined pressure, and deposited at a sputtering power of 150 W for a predetermined time, whereby an oxide semiconductor film is formed on the substrate. An In—Ga—Zn—O film having a thickness of 70 nm was formed.
ステップ７：酸化物半導体膜のエッチング
得られたＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜が所定のチャネル幅、チャネル長さを得るように、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜上へのレジストの塗布、露光、現像を行い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜上に所定の形状のレジストを形成した。そして、リン酸：酢酸：水＝４：１：１００のエッチング水溶液を調製し、所定の形状のレジストが作成された基板をエッチング水溶液に浸漬させて、露出するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜をエッチングした。これにより、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜からなる半導体層が形成された。
Step 7: Etching of oxide semiconductor film Application and exposure of resist on In-Ga-Zn-O film so that the obtained In-Ga-Zn-O film has a predetermined channel width and channel length Development was performed to form a resist having a predetermined shape on the In—Ga—Zn—O film. Then, an etching aqueous solution of phosphoric acid: acetic acid: water = 4: 1: 100 is prepared, and the exposed In—Ga—Zn—O film is immersed by immersing the substrate on which a resist having a predetermined shape is formed in the etching aqueous solution. Etched. Thus, a semiconductor layer including an In—Ga—Zn—O film was formed.
ステップ８：電極形成
得られた半導体層上にソース電極およびドレイン電極を形成するために、半導体層上の電極形成部のみが露出するように、半導体層が形成された基板へのレジストの塗布、露光、現像を行い、所定の形状のレジストを形成した。なお、電極形成部とは、半導体層上であってソース電極およびドレイン電極が形成されるための表面をいう。そして、スパッタリング法によって半導体層の露出している電極形成部上に、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏをこの順で析出させ、その後レジストを剥離することによって、半導体層の電極形成部にＴｉ／Ａｌ／Ｍｏからなるソース電極およびドレイン電極が形成された。以上のステップ６〜８により、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜をチャネル層として備えるＴＦＴが作製された。
Step 8: Electrode formation In order to form a source electrode and a drain electrode on the obtained semiconductor layer, a resist is applied to the substrate on which the semiconductor layer is formed, so that only the electrode forming portion on the semiconductor layer is exposed. Exposure and development were performed to form a resist having a predetermined shape. Note that the electrode formation portion refers to a surface on the semiconductor layer on which the source electrode and the drain electrode are formed. Then, Ti, Al, and Mo are deposited in this order on the electrode forming portion where the semiconductor layer is exposed by sputtering, and then the resist is peeled off, whereby the Ti / Al / Mo is formed on the electrode forming portion of the semiconductor layer. A source electrode and a drain electrode made of were formed. Through the above steps 6 to 8, a TFT including an In—Ga—Zn—O film as a channel layer was manufactured.
ステップ９：評価
得られたＴＦＴにおいて、ソース電極とドレイン電極との間に５Ｖの電圧を印加し、Ｓｉウエハからなるゲート電極とソース電極との間に印加する電圧を−１０Ｖから２０Ｖにまで変化させて、ＴＦＴの伝達特性を得た。得られたＴＦＴの伝達特性に基づいて、各ＴＦＴのＳ値（ｍＶ／ｄｅｃ）を算出した。具体的には、各ＴＦＴのゲート電極とソース電極との間に印加した電圧（Ｖｇｓ）と、そのときのドレイン電流（Ｉｄｓ）とを下記式（１）に代入し、最も小さい値となった数値をそのＴＦＴのＳ値とした。その結果を表２に示す。
Ｓ＝ｌｎ（１０）・ｄＶｇｓ／｛ｄ［ｌｎ（Ｉｄｓ）］｝・・・式（１）
また、各ＴＦＴのゲート電極とソース電極との間に１５Ｖの電圧を印加し、そのときのドレイン電流をオン電流（Ｉｏｎ）とした。その結果を表２に示す。
Step 9: Evaluation In the obtained TFT, a voltage of 5 V is applied between the source electrode and the drain electrode, and the voltage applied between the gate electrode made of the Si wafer and the source electrode is changed from −10 V to 20 V. Thus, TFT transfer characteristics were obtained. Based on the transfer characteristics of the obtained TFT, the S value (mV / dec) of each TFT was calculated. Specifically, the voltage (V gs ) applied between the gate electrode and the source electrode of each TFT and the drain current (I ds ) at that time are substituted into the following formula (1) to obtain the smallest value: The obtained numerical value was taken as the S value of the TFT. The results are shown in Table 2.
S = ln (10) · dV gs / {d [ln (I ds )]} Expression (1)
Further, a voltage of 15 V was applied between the gate electrode and the source electrode of each TFT, and the drain current at that time was defined as an on-current (Ion). The results are shown in Table 2.
（比較例１）
比較例１においては、上述のステップ１〜３を変更した以外は、実施例１と同様の方法により、導電性酸化物およびＴＦＴを作製した。すなわち、比較例１では、上述のステップ１〜３の代わりに以下のステップ１ｂ〜２ｂが行なわれる点で、実施例１と異なっている。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a conductive oxide and a TFT were produced by the same method as in Example 1 except that Steps 1 to 3 described above were changed. That is, the first comparative example is different from the first embodiment in that the following steps 1b to 2b are performed instead of the above steps 1 to 3.
ステップ１ｂ：Ｉｎ、ＧａおよびＺｎを含む、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4からなる粉末の作製
Ｇａ2Ｏ3粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：１１ｍ2／ｇ）、ＺｎＯ粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：４ｍ2／ｇ）およびＩｎ2Ｏ3粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ：比表面積５ｍ2／ｇ）を、ビーズミル装置を用いて３０分間粉砕混合し、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物におけるｍｏｌ混合比率は、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝０．５：０．５：１とした。なお、粉砕混合の際の分散溶媒として水が用いられ、当該混合物はスプレードライヤで乾燥された。
Step 1b: Preparation of powder composed of crystalline InGaZnO 4 containing In, Ga and Zn Ga 2 O 3 powder (purity: 99.99%, BET specific surface area: 11 m 2 / g), ZnO powder (purity: 99. 99%, BET specific surface area: 4m 2 / g) and in 2 O 3 powder (purity: 99.99%, BET: specific surface area 5m 2 / g), it was pulverized and mixed for 30 minutes using a bead mill, an in 2 An O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was prepared. The molar mixing ratio in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 0.5: 0.5: 1. In addition, water was used as a dispersion solvent during pulverization and mixing, and the mixture was dried with a spray dryer.
次に、得られた混合物に対し、大気圧雰囲気中で１２００℃の温度にて５時間の仮焼を行なった。これにより、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏの結晶質からなる仮焼粉末が作製された。このときの結晶質はＩｎＧａＺｎＯ4で表される。この場合に、上述のステップ２のように、ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）で表される結晶質が作製されないのは、各種の粉末の混合割合がステップ２と異なるためである。なお、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4からなる仮焼粉末の粒径を光散乱法により測定したところ、平均粒径は１．４μｍであった。 Next, the obtained mixture was calcined at a temperature of 1200 ° C. for 5 hours in an atmospheric pressure atmosphere. As a result, a calcined powder made of crystalline In—Ga—Zn—O was produced. The crystal quality at this time is represented by InGaZnO 4 . In this case, as in step 2 above, InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q The reason why the crystalline material represented by) is not produced is that the mixing ratio of various powders is different from that in Step 2. When the particle size of the calcined powder made of crystalline InGaZnO 4 was measured by a light scattering method, the average particle size was 1.4 μm.
ステップ２ｂ：導電性酸化物の作製
ステップ１ｂで得られた仮焼粉末を一軸加圧成形によって成形して、直径１００ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状の成形体を作製した。そして、作製された成形体を大気雰囲気中にて１５００℃で５時間焼成し、導電性酸化物としての焼結体を作製した。
Step 2b: Production of Conductive Oxide The calcined powder obtained in Step 1b was molded by uniaxial pressure molding to produce a disk-shaped molded body having a diameter of 100 mm and a thickness of 9 mm. And the produced molded object was baked at 1500 degreeC in the atmospheric condition for 5 hours, and the sintered compact as a conductive oxide was produced.
比較例１における各条件、測定結果などについては、実施例１〜５と同様に表１に示されている。なお、比較例１による導電性酸化物は非晶質であり、Ｘ線測定において明瞭な回折ピークは現れなかった。 Each condition and measurement result in Comparative Example 1 are shown in Table 1 as in Examples 1-5. The conductive oxide according to Comparative Example 1 was amorphous, and no clear diffraction peak appeared in the X-ray measurement.
（比較例２）
比較例２においては、実施例１のステップ１と同様の方法で、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末を作製し、比較例１のステップ１ｂと同様の方法で、結晶質ＩｎＧａＺｎＯ4からなる仮焼粉末を作製した。そして、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１．４：１．２となるように、得られた各仮焼粉末を混合し、さらに、この混合物の焼結温度を１３００℃とした以外は、実施例１のステップ３と同様の方法で、導電性酸化物を作製した。なお、得られた混合物の粒径を光散乱法により測定したところ、平均粒径は０．８μｍであった。そして、比較例２においても、実施例１と同様の方法により、ステップ４〜９を実施した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 was prepared by the same method as in Step 1 of Example 1, and from the crystalline InGaZnO 4 by the same method as in Step 1b of Comparative Example 1. A calcined powder was produced. The obtained calcined powders are mixed so that the atomic concentration ratio of In, Ga, and Zn is In: Ga: Zn = 1: 1.4: 1.2, and the mixture is further sintered. A conductive oxide was produced in the same manner as in Step 3 of Example 1 except that the temperature was 1300 ° C. In addition, when the particle diameter of the obtained mixture was measured by the light scattering method, the average particle diameter was 0.8 micrometer. And also in the comparative example 2, steps 4-9 were implemented by the method similar to Example 1. FIG.
（比較例３）
比較例３においては、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１．３：１．１５となるように、各仮焼粉末を混合し、この混合物の焼結温度を１３４０℃とした以外は、比較例２と同様の方法で、導電性酸化物を作製した。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the calcined powders were mixed so that the atomic concentration ratio of In, Ga, and Zn was In: Ga: Zn = 1: 1.3: 1.15, and the sintering temperature of this mixture was A conductive oxide was produced in the same manner as in Comparative Example 2 except that the temperature was changed to 1340 ° C.
実施例１〜６および比較例１〜３のそれぞれにおける各条件、測定結果などについて、表２に示す。 Table 2 shows the conditions and measurement results in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3.
表２を参照し、実施例１〜６による導電性酸化物は、比較例１および比較例２による導電性酸化物に比べて、ＴＦＴのチャネル層をスパッタリング形成する場合のターゲットとして用いることにより、ＴＦＴのＳ値を低くすることができることが分かった。 With reference to Table 2, the conductive oxides according to Examples 1 to 6 are used as targets when the TFT channel layer is formed by sputtering as compared with the conductive oxides according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2. It was found that the S value of the TFT can be lowered.
＜検討２＞
実施例７〜２０において、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とからなり、さらに、添加元素を含む導電性酸化物を作製した。
<Examination 2>
In Examples 7 to 20, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystals It consists quality Ga 2 ZnO 4 Prefecture, further to prepare a conductive oxide containing an additional element.
（実施例７）
実施例７においては、上述のステップ３を変更した以外は、実施例２と同様の方法により導電性酸化物を作製し、この導電性酸化物をターゲットとして用いることによりチャネル層が形成されたＴＦＴを作製した。すなわち、実施例７では、上述のステップ３の代わりに以下のステップ３ａが行なわれる点で、実施例１と異なっている。
(Example 7)
In Example 7, a conductive oxide was produced by the same method as in Example 2 except that Step 3 described above was changed, and a TFT having a channel layer formed by using this conductive oxide as a target Was made. That is, the seventh embodiment is different from the first embodiment in that the following step 3a is performed instead of the above-described step 3.
ステップ３ａ：導電性酸化物の作製
ステップ１で得られた結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末と、ステップ２で得られた結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる仮焼粉末と、さらにＧａＮ粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：２ｍ2／ｇ）とを、ボールミル装置を用いて６時間粉砕混合して、第３混合物を作製した。なお、混合の際の分散溶媒として水が用いられ、第３混合物はスプレードライヤで乾燥された。
Step 3a: Preparation of conductive oxide The calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 obtained in Step 1 and the crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O ( obtained in Step 2 4-p) a calcined powder consisting of (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and a GaN powder (purity: 99.99%, BET specific surface area: 2 m 2 / g) was pulverized and mixed for 6 hours using a ball mill apparatus to prepare a third mixture. In addition, water was used as a dispersion solvent at the time of mixing, and the 3rd mixture was dried with the spray dryer.
次に、得られたＧａ2ＺｎＯ4−ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)−ＧａＮ混合粉末からなる第３混合物をプレスによって成形し、さらにＣＩＰにより加圧成形して、直径１００ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状の成形体を作製した。そして、作製された成形体を１気圧のＮ2雰囲気中にて１３１０℃で５時間焼成し、導電性酸化物としての焼結体を作製した。 Then, the resultant Ga 2 ZnO 4 -InGa (1- m) Zn (1-q) O (4-p) -GaN a third mixture comprising a mixed powder was molded by a press, further pressing the CIP Thus, a disk-shaped molded body having a diameter of 100 mm and a thickness of 9 mm was produced. Then, the fabricated molded body was fired for 5 hours at 1310 ° C. in a N 2 atmosphere at 1 atm, to produce a sintered body of a conductive oxide.
実施例７における各製造条件、測定結果などについては、表３に示されている。なお、添加元素であるＮの原子濃度は、導電性酸化物をスパッタリングすることによって測定用基板に堆積されたＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を、ＳＩＭＳで分析することによって、１ｃｍ3当りの原子数（ａｔｏｍ／ｃｍ3）として求めた。 Each manufacturing condition and measurement result in Example 7 are shown in Table 3. The atomic concentration of an additive element N is an In-Ga-Zn-O films deposited on the measuring substrate by sputtering a conductive oxide, by analyzing in SIMS, 1 cm 3 per atom It calculated | required as a number (atom / cm < 3 >).
（実施例８〜２０）
実施例８〜２０においては、上述のステップ２において、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：０．７：１．７として、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。また、上述のステップ３ａにおいて、ＧａＮ粉末の代わりに、添加元素を含む酸化物粉体（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ3、ＭｏＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ3、ＷＯ3、ＳｎＯ2、Ｂｉ2Ｏ3）を用いて粉砕混合を行なった。作製された成形体を１気圧の大気圧雰囲気下にて各所定温度で５時間焼成した。なお、上記ステップ２および３ａ以外は、実施例７と同様の方法によりＴＦＴを作製した。
(Examples 8 to 20)
In Examples 8 to 20, in Step 2 described above, the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was changed to In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 0. .7: 1.7, an In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture as a second mixture was prepared. In Step 3a described above, oxide powder containing additive elements (Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , Nb 2 O instead of GaN powder). 3 , MoO 2 , HfO 2 , Ta 2 O 3 , WO 3 , SnO 2 , Bi 2 O 3 ). The produced molded body was fired at each predetermined temperature for 5 hours in an atmospheric pressure atmosphere of 1 atm. A TFT was produced in the same manner as in Example 7 except for Steps 2 and 3a.
実施例８〜２０のそれぞれにおける各製造条件、測定結果などについては、実施例７と同様に、表３に示されている。 Each manufacturing condition, measurement result, and the like in each of Examples 8 to 20 are shown in Table 3 as in Example 7.
表２および表３を参照し、実施例７〜２０による導電性酸化物は、比較例１〜３による導電性酸化物に比べて、ＴＦＴのチャネル層をスパッタリング形成する場合のターゲットとして用いることにより、ＴＦＴのＳ値を低くすることができることが分かった。また、表１および表２を参照し、導電性酸化物に添加元素を加えることによって、オン電流を高めることができることが分かった。 Referring to Table 2 and Table 3, the conductive oxides according to Examples 7 to 20 are used as targets when the TFT channel layer is formed by sputtering as compared with the conductive oxides according to Comparative Examples 1 to 3. It was found that the S value of the TFT can be lowered. In addition, referring to Tables 1 and 2, it was found that the on-current can be increased by adding an additive element to the conductive oxide.
＜検討３＞
実施例２１〜２５において、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とからなる導電性酸化物であって、Ｚｎの原子濃度比を１とした場合のＧａの原子濃度比がそれぞれ異なる導電性酸化物を作製した。
<Examination 3>
In Examples 21 to 25, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystals Conductive oxides made of a high quality Ga 2 ZnO 4 , each having a different atomic concentration ratio of Ga when the atomic concentration ratio of Zn is 1, were prepared.
（実施例２１）
実施例１のステップ１および２と同様の方法で、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末、およびＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）で表されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏの結晶質からなる仮焼粉末を作製した。ただし、ステップ２において、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：０．８：１．８として、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。さらに、結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7からなる仮焼粉末を作製した。そして、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０．５：１となるように、これらの３種の仮焼粉末をそれぞれ混合し、さらに、この混合物の焼結温度を１３１０℃とした以外は、実施例１と同様の方法で、導電性酸化物を作製した。なお、結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7からなる仮焼粉末の作製方法は、以下の通りである。
(Example 21)
In the same manner as in Steps 1 and 2 of Example 1, the calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 and InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m < (1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q), a calcined powder made of crystalline In—Ga—Zn—O was produced. However, in Step 2, the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was set to In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 0.8: 1.8, An In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture as a second mixture was prepared. Further, a calcined powder made of crystalline In 2 Zn 4 O 7 was prepared. Then, these three kinds of calcined powders are mixed so that the atomic concentration ratio of In, Ga and Zn is In: Ga: Zn = 1: 0.5: 1, and further, the mixture is sintered. A conductive oxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature was 1310 ° C. Note that the method for manufacturing the calcined powder consisting of crystalline In 2 Zn 4 O 7 is as follows.
すなわち、まず、Ｉｎ2Ｏ3粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ：比表面積５ｍ2／ｇ）、およびＺｎＯ粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：４ｍ2／ｇ）を、ビーズミル装置を用いて３０分間粉砕混合し、Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物におけるｍｏｌ混合比率は、Ｉｎ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：４とした。なお、粉砕混合の際の分散溶媒として水が用いられ、Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物はスプレードライヤで乾燥された。そして、このＩｎ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物をアルミナ製ルツボに入れ、大気雰囲気中で９００℃の温度にて５時間の仮焼を行なった。これにより、結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7からなる仮焼粉末が作製された。 That is, first, In 2 O 3 powder (purity: 99.99%, BET: specific surface area 5 m 2 / g) and ZnO powder (purity: 99.99%, BET specific surface area: 4 m 2 / g) device ground and mixed for 30 minutes was used to prepare an in 2 O 3 -ZnO mixture. The molar mixing ratio in the In 2 O 3 —ZnO mixture was In 2 O 3 : ZnO = 1: 4. In addition, water was used as a dispersion solvent during pulverization and mixing, and the In 2 O 3 —ZnO mixture was dried with a spray dryer. Then, put the In 2 O 3 -ZnO mixture in an alumina crucible and subjected to calcination for 5 hours at a temperature of 900 ° C. in an air atmosphere. Thereby, a calcined powder made of crystalline In 2 Zn 4 O 7 was produced.
（実施例２２）
混合物におけるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０．８：１となるように、３種の仮焼粉末（結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる仮焼粉末、および結晶質Ｉｎ2Ｚｎ4Ｏ7からなる仮焼粉末）とをそれぞれ混合した以外は、実施例２１と同様の方法により、導電性酸化物を作製した。なお、ステップ２において、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：０．８：１．８として、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。
(Example 22)
Three kinds of calcined powders (calcined powders made of crystalline Ga 2 ZnO 4, crystals so that the atomic concentration ratio of In, Ga and Zn in the mixture is In: Ga: Zn = 1: 0.8: 1. A calcined powder made of InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q), and crystalline In 2 and a calcined powder made of 2 Zn 4 O 7 ), and a conductive oxide was produced in the same manner as in Example 21. In Step 2, the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was set to In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 0.8: 1.8, An In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture as a second mixture was prepared.
（実施例２３）
結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末と、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる仮焼粉末とを用いて、第３混合物におけるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１．２：１となるように、各仮焼粉末を混合し、第３混合物の焼結温度を１３５０℃とした以外は、実施例１と同様の方法により、導電性酸化物を作製した。ただし、ステップ２において、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：０．９５：０．７５として、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。
(Example 23)
A calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 and crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and the calcined powder so that the atomic concentration ratio of In, Ga and Zn in the third mixture is In: Ga: Zn = 1: 1.2: 1. And a conductive oxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature of the third mixture was changed to 1350 ° C. However, in Step 2, the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was set to In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 0.95: 0.75, An In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture as a second mixture was prepared.
（実施例２４）
結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末と、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる仮焼粉末とを用いて、第３混合物におけるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１．５：１となるように、各仮焼粉末を混合し、第３混合物の焼結温度を１３００℃とした以外は、実施例１と同様の方法により、導電性酸化物を作製した。ただし、ステップ２において、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：１．１８：０．６８として、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。
(Example 24)
A calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 and crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3m / 2 + q) and the calcined powder so that the atomic concentration ratio of In, Ga and Zn in the third mixture is In: Ga: Zn = 1: 1.5: 1. And a conductive oxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature of the third mixture was 1300 ° C. However, in Step 2, the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was set to In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1.18: 0.68, An In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture as a second mixture was prepared.
（実施例２５）
結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末と、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる仮焼粉末とを用いて、第３混合物におけるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：２：１となるように、各仮焼粉末を混合し、第３混合物の焼結温度を１２８０℃とした以外は、実施例１と同様の方法により、導電性酸化物を作製した。ただし、ステップ２において、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：１．５：０．５として、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。
(Example 25)
A calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 and crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3m / 2 + q) and the calcined powders are mixed so that the atomic concentration ratio of In, Ga, and Zn in the third mixture is In: Ga: Zn = 1: 2: 1. And the electroconductive oxide was produced by the method similar to Example 1 except the sintering temperature of the 3rd mixture having been 1280 degreeC. However, in Step 2, the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture is set to In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1.5: 0.5, An In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture as a second mixture was prepared.
実施例２１〜２５のそれぞれにおける、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を表４に、他の各製造条件、測定結果などについては、表５に示される。 The molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture in each of Examples 21 to 25 is shown in Table 4, and other production conditions, measurement results, etc. are shown in Table 5. .
表５を参照し、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む導電性酸化物において、Ｚｎの原子濃度比を１とした場合のＧａの原子濃度比が２未満の場合に、より高い特性のＴＦＴが得られることがわかった。また、０．５以上１．５以下の場合に、十分に低いＳ値を維持できることがわかった。 With reference to Table 5, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystals It was found that a TFT having higher characteristics can be obtained when the Ga atomic concentration ratio is less than 2 in the case where the Zn atomic concentration ratio is 1 in the conductive oxide containing the material Ga 2 ZnO 4 . It was also found that a sufficiently low S value can be maintained when the ratio is 0.5 or more and 1.5 or less.
＜検討４＞
実施例２６および２７において、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とからなる導電性酸化物であって、Ｚｎの原子濃度比を１とした場合のＩｎの原子濃度比がそれぞれ異なる導電性酸化物を作製した。
<Examination 4>
In Examples 26 and 27, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystals Conductive oxides made of a high quality Ga 2 ZnO 4 , each having a different atomic concentration ratio of In when the atomic concentration ratio of Zn is 1, were prepared.
（実施例２６）
結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末と、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）からなる仮焼粉末とを用いて、第３混合物におけるＩｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝０．８：１：１となるように、各仮焼粉末を混合し、さらに、ＨｆＯ2粉末を混合して第３混合物を作製し、第３混合物の焼結温度を１３８０℃とした以外は、実施例１と同様の方法により、導電性酸化物を作製した。ただし、ステップ２において、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝０．８：０．７：１．７として、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。
(Example 26)
A calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 and crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3m / 2 + q) and the calcined powder such that the atomic concentration ratio of In, Ga and Zn in the third mixture is In: Ga: Zn = 0.8: 1: 1. In addition, HfO 2 powder was mixed to prepare a third mixture, and a conductive oxide was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature of the third mixture was 1380 ° C. did. However, in Step 2, the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture is set to In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 0.8: 0.7: 1.7. As a second mixture, an In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was prepared.
（実施例２７）
結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4からなる仮焼粉末と、ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）で表されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏの結晶質からなる仮焼粉末とを用いて、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎの原子濃度比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．２：１：１となるように、これらの３種の仮焼粉末をそれぞれ混合し、さらに、ＴｉＯ2粉末を混合して混合物を作製し、この混合物の焼結温度を１３８０℃とした以外は、実施例２１と同様の方法で、導電性酸化物を作製した。ただし、ステップ２において、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を、Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１．２：０．７：１．７として、第２混合物としてのＩｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物を作製した。
(Example 27)
A calcined powder made of crystalline Ga 2 ZnO 4 and InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and the calcined powder made of In—Ga—Zn—O crystalline, the atomic concentration ratio of In, Ga and Zn is In: Ga: Zn = 1.2: 1: 1 As in Example 21, except that these three types of calcined powders were mixed and TiO 2 powder was further mixed to prepare a mixture, and the sintering temperature of this mixture was 1380 ° C. By this method, a conductive oxide was produced. However, in Step 2, the molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was set to In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1.2: 0.7: 1.7. As a second mixture, an In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture was prepared.
実施例２６および２７のそれぞれにおける、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ混合物における各化合物のｍｏｌ混合比率を表６に、他の各製造条件、測定結果などについては、表７に示される。 The molar mixing ratio of each compound in the In 2 O 3 —Ga 2 O 3 —ZnO mixture in each of Examples 26 and 27 is shown in Table 6, and other production conditions, measurement results, and the like are shown in Table 7. .
表７を参照し、結晶質ＩｎＧａ(1-m)Ｚｎ(1-q)Ｏ(4-p)（０＜ｍ＜１、０＜ｑ＜１、０≦ｐ≦３ｍ／２＋ｑ）と、結晶質Ｇａ2ＺｎＯ4とを含む導電性酸化物において、Ｚｎの原子濃度比を１とした場合のＩｎの原子濃度比が０．８以上１．２以下の場合に、十分に高いＳ値を維持できることがわかった。 With reference to Table 7, crystalline InGa (1-m) Zn (1-q) O (4-p) (0 <m <1, 0 <q <1, 0 ≦ p ≦ 3 m / 2 + q) and crystals In a conductive oxide containing a high quality Ga 2 ZnO 4 , a sufficiently high S value is maintained when the atomic concentration ratio of In is 0.8 to 1.2 when the atomic concentration ratio of Zn is 1. I knew it was possible.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明による導電性酸化物は、スパッタリング成膜のターゲットとして好ましく用いることができ、成膜された酸化物半導体膜を備えるＴＦＴのＳ値の低減を可能にすることができる。 The conductive oxide according to the present invention can be preferably used as a sputtering film formation target, and can reduce the S value of a TFT including the formed oxide semiconductor film.
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