JP5883990B2 - Igzoスパッタリングターゲット - Google Patents
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Description
0.05≦In/(In+Ga+Zn)≦0.9(1)
0.05≦Ga/(In+Ga+Zn)≦0.9(2)
0.05≦Zn/(In+Ga+Zn)≦0.9(3)」
0.10≦Zn/(In+Ga+Zn)≦0.45(1)
0.05<Ga/(In+Ga+Zn)<0.18(2)
さらに、インジウム元素(In) 及びガリウム元素(Ga) の原子比が、下記式(3) を満たす前記スパッタリングターゲット。
0.14≦Ga/(In+Ga)(3)」が記載されている。
しかし、これらは広範囲なターゲットの成分組成が記載されているが、ターゲットの結晶組織(相)の調整が十分行われていないので、異常放電の抑制効果が小さいという問題がある。
1)インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)からなるIGZO焼結体スパッタリングターゲットであって、In、Ga、Znが0.575≧In/(In+Ga)≧0.500であり、かつZn/(In+Ga+Zn)<0.333の組成範囲であり、(InxGa(1−x))2 ZnO4(1>x>0)相からなる単一相の組織を有することを特徴とするスパッタリングターゲット。
2)インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)からなるIGZO焼結体スパッタリングターゲットであって、In、Ga、Znが0.575≧In/(In+Ga)≧0.500であり、かつZn/(In+Ga+Zn)<0.333の組成範囲であり、(InxGa(1−x))2 ZnO4(1>x>0)相とIn2O3相からなる二相構造の組織を有し、当該In2O3相の最大径が10μm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
4)相対密度が95%以上であることを特徴とする上記1)〜3)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
5)上記1)〜4)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることにより得られる膜であって、キャリア濃度5×1015(cm−3)以下、移動度5(cm2/Vs)以上の膜特性を有することを特徴とする膜。
半導体特性を得るには1015(cm−3)オーダー以下のキャリア濃度が必要であり、これを得るために成膜時に酸素の導入が必要となる。酸素分圧が増えるとスパッタレートの低下、プラズマの不安定化などのマイナス要因が生じるため、酸素分圧は低い方が好ましい。
本願は、In:Ga:Zn=1:1:1の組成のIGZOターゲットを改良する発明であり、高密度のIGZOターゲットを提供することができ、かつスパッタリング用ターゲットの低バルク抵抗化及びスパッタ膜のキャリア濃度及び移動度を一定の範囲とし、かつアーキングの発生を最小限に押さえ、DCスパッタリングが可能である。
スパッタ時の異常を避けつつ所定の移動度を確保するには本明細中のIn組成にコントロールする必要がある。
また、本願発明のIGZOターゲットは、(InxGa(1−x))2 ZnO4(1>x>0)相のみ、又は(InxGa(1−x))2 ZnO4(1>x>0)相以外にIn2O3相を一部含有し、バルク抵抗が15mΩ・cm以下であることも、大きな特徴の一つである。
このIGZOスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることにより、キャリア濃度5×1015(cm−3)以下、移動度5(cm2/Vs)以上の膜特性を有するIGZO膜を得ることができる。これらの条件は、特性を向上させる目的に応じて、必要により設定可能である。
酸化物焼結体に含まれるIn2O3の粒径の測定は、SEMの反射電子像等により、In2O3を含む組織写真から、画像解析により各In2O3相の最大となる径を測定し、1視野中の最大径を求めた。これをランダムに5視野測定し、その中で最大となる値を最大経とした。
酸化物半導体のスパッタ成膜においては、酸素欠損量を低減し所定のキャリア濃度を得るために成膜雰囲気中に多量の酸素を供給する必要があるが、ターゲットの低バルク抵抗化によってスパッタ電圧を低下させることによって膜中の酸素欠損量が減り、所定のキャリア濃度を得るために必要なスパッタ中の酸素分圧を低減出来る。
上記の本発明に係る酸化物焼結体の製造工程の代表例を示すと、次の通りである。
原料としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化ガリウム(Ga2O3)、及び酸化亜鉛(ZnO)を使用することができる。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。各々の原料粉を所望の組成比となるように秤量する。なお、上記の通り、これらに不可避的に含有される不純物は含まれるものである。
ターゲットの作製は必要に応じて原料の仮焼を行う。スーパーミキサーにて各原料を混合した後、必要に応じて、これらをアルミナ製匣鉢に詰め、温度950〜1350°Cの範囲で仮焼する。仮焼の保持時間は、2〜10hr、酸素雰囲気または大気雰囲気で行う。
大量の場合は、原料を1バッチ20〜1000kg単位で、LMZ(スターミル:アシザワファインテック製)にて2〜8hr程度微粉砕(φ0.5mmジルコニアビーズ、投入電力2.0〜20.0kW・Hr)する。
次に、微粉砕後のスラリーはバインダーを加え造粒機で、100〜250°Cで乾燥して、目開き250μm篩で篩別して粉を回収する。なお、微粉砕の前後で、それぞれの粉末の比表面積を測定する。1000gのIGZO粉にPVA水溶液(PVA固形分6%)を50〜200cc混合する。
ターゲットの製作に際しては、上記によって得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をすることによって、例えば152.4φ×5tmmのターゲットに加工する。これをさらに、例えば銅製のバッキングプレートに、インジウム系合金などをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとする。
(原料の平均粒径の測定)
粒径の測定は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、Microtrac MT3000)を用いて行った。
(密度の測定)
密度の測定は純水を溶媒として用いたアルキメデス法にて測定を行った。相対密度の算出に用いた理論密度は、各原料の密度(In2O3:7.18g/cm3、Ga2O3:6.44g/cm3、ZnO:5.61g/cm3)を組成に応じた重量比より体積換算して算出した。
バルク抵抗値の測定は、抵抗率測定器(エヌピイエス株式会社製、Σ−5+)を用いて、四探針法で行った。
スパッタリング装置は、DCマグネトロンスパッタ装置を使用し、成膜条件は、室温、DC500W、酸素濃度6%、アニール条件は大気雰囲気で300℃×1hrで行った。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積(BET)4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。これらの粉末を、In2O3原料を46.6wt%、Ga2O3原料を28.6wt%、ZnO原料を24.8wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.524とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.323、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が2.21×1015(cm−3)、移動度9.14(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は121回と少なかった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を44.7wt%、Ga2O3原料を29.6wt%、ZnO原料を25.7wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.505とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.331、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が1.34×1015(cm−3)、移動度6.46(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は86回と少なかった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を45.4wt%、Ga2O3原料を29.2wt%、ZnO原料を25.4wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、酸素を除くIn、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.512とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.328、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が1.56×1015(cm−3)、移動度7.23(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は130回と少なかった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を46.6wt%、Ga2O3原料を28.6wt%、ZnO原料を24.8wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.524とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.323、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が1.72×1015(cm−3)、移動度8.62(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は128回と少なかった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を46.6wt%、Ga2O3原料を28.6wt%、ZnO原料を24.8wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.524とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.323、残部をGaの組成となる。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を49.9wt%、Ga2O3原料を24.9wt%、ZnO原料を25.3wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.575とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.332、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が3.53×1015(cm−3)、移動度9.53(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は134回と少なかった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を52.4wt%、Ga2O3原料を26.2wt%、ZnO原料を21.4wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.575とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.286、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が4.55×1015(cm−3)、移動度7.34(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は173回と少なかった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を44.2wt%、Ga2O3原料を29.9wt%、ZnO原料を25.9wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.500とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.333、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が5.87×1015(cm−3)と高くなった。移動度8.92(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は92回と少なかった。本願発明の条件を満たしていなかった。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を46.6wt%、Ga2O3原料を28.6wt%、ZnO原料を24.8wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.500とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.333、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が10.8×1015(cm−3)と高くなった。移動度10.5(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は76回と少なかった。本願発明の条件を満たしていなかった。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を61.7wt%、Ga2O3原料を16.7wt%、ZnO原料を21.7wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.714とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.333、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が1.15×1019(cm−3)と高くなった。移動度29.0(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は366回と多かった。これは、In2O3相が大きくなった結果であり、本願発明の条件を満たしていなかった。
In2O3原料として、粒径1.3μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を52.4wt%、Ga2O3原料を26.2wt%、ZnO原料を21.4wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.575とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.286、残部をGaの組成となる。
そして、キャリア濃度が4.55×1015(cm−3)、移動度7.34(cm2/Vs)であった。また、スパッタリング中のアーキングの発生は514回と多かった。これはIn2O3相が大きくなったことが原因であり、本願発明の条件を満たしていなかった。
実施例7と比較して、成分組成が同一であるが、この比較例4では、In2O3相の粗大化が観察された。これは、焼結温度が実施例7の1430℃に比べて、比較例4では1490℃と高いことが原因で、In2O3相の粗大化が生じたと考えられる。
In2O3原料として、粒径10.7μm、比表面積4.4m2/gのIn2O3粉末を用い、Ga2O3原料として、粒径5.6μm、比表面積9.1m2/gのGa2O3粉末を用い、ZnO原料として、粒径1.1μm、比表面積3.8m2/gのZnO粉末を用いた。
これらの粉末を、In2O3原料を42.9wt%、Ga2O3原料を31.9wt%、ZnO原料を25.2wt%とし、合計が100wt%となるように調整することで、
In、Ga、Znをメタル比で、In/(In+Ga)で0.476とし、Zn/(In+Ga+Zn)を0.323、残部をGaの組成となる。
Claims (3)
- インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)からなるIGZO焼結体スパッタリングターゲットであって、In、Ga、Znが0.575≧In/(In+Ga)≧0.500であり、かつZn/(In+Ga+Zn)<0.333の組成範囲であり、(InxGa(1−x))2 ZnO4(1>X>0)相とIn2O3相からなる二相構造の組織を有し、当該In2O3相の最大径が10μm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
- バルク抵抗が15mΩ・cm以下であることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリングターゲット。
- 相対密度が95%以上であることを特徴とする請求項1〜2のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
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