JP6036367B2 - Conductive oxide and semiconductor oxide film - Google Patents
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Description
本発明は、導電性酸化物および半導体酸化物膜に関するものであり、より特定的には、レアメタルの含有量がより少なく、かつ半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することが可能な導電性酸化物および当該導電性酸化物を用いて形成される半導体酸化物膜に関するものである。 The present invention relates to a conductive oxide and a semiconductor oxide film. More specifically, the present invention relates to a conductive oxide having a lower rare metal content and capable of suppressing a decrease in the formation rate of a semiconductor oxide film. The present invention relates to a conductive oxide and a semiconductor oxide film formed using the conductive oxide.
従来、液晶表示装置、薄膜EL(Electro Luminescence)表示装置または有機EL表示装置などにおいて、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)のチャネル層には非晶質シリコン膜が用いられてきた。しかし、近年では、インジウム(In)−ガリウム(Ga)−亜鉛(Zn)系複合酸化物(IGZO)などの導電性酸化物を主成分とする半導体酸化物膜が、非晶質シリコン膜に代わりTFTのチャネル層として注目されている。IGZOは、非晶質シリコンに比べてキャリア移動度がより大きいという利点を有している。 Conventionally, an amorphous silicon film has been used for a channel layer of a thin film transistor (TFT) in a liquid crystal display device, a thin film EL (Electro Luminescence) display device, an organic EL display device, or the like. However, in recent years, a semiconductor oxide film containing a conductive oxide such as indium (In) -gallium (Ga) -zinc (Zn) -based composite oxide (IGZO) as a main component has been replaced with an amorphous silicon film. It attracts attention as a channel layer of TFT. IGZO has the advantage of higher carrier mobility than amorphous silicon.
たとえば特開2008−199005号公報(以下、特許文献1という)では、導電性酸化物の粉末の焼結体をターゲットとして用いたスパッタリングにより、IGZOを主成分とする半導体酸化物膜を形成する技術が開示されている。以下、特許文献1に開示されている半導体酸化物の形成について説明する。まず、スパッタリング装置内においてターゲットと基板とが互いに対向するように配置される。そして、ターゲットに電圧を印加して、ターゲット表面を希ガスイオンによりスパッタリングする。これにより、ターゲット表面から構成原子が飛び出して基板上に堆積する。このようにして、基板上にIGZOを主成分とする半導体酸化物膜が形成される。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-199005 (hereinafter referred to as Patent Document 1), a technique for forming a semiconductor oxide film containing IGZO as a main component by sputtering using a sintered body of conductive oxide powder as a target. Is disclosed. Hereinafter, formation of the semiconductor oxide disclosed in Patent Document 1 will be described. First, the target and the substrate are arranged to face each other in the sputtering apparatus. Then, a voltage is applied to the target, and the target surface is sputtered with rare gas ions. Thereby, constituent atoms jump out from the target surface and are deposited on the substrate. In this manner, a semiconductor oxide film containing IGZO as a main component is formed on the substrate.
特許文献1に開示されているIGZOからなる導電性酸化物は、インジウム、ガリウムまたは亜鉛などのレアメタルを含んでいる。このようなレアメタルは供給量が不安定であるため、導電性酸化物を安定して得るためにはレアメタルの含有量をより少なくすることが必要となる。これに対して、ガリウムに代えてアルミニウムを含有させた導電性酸化物についても提案されている。しかし、この導電性酸化物では、スパッタリングなどにより半導体酸化物膜を形成する速度がIGZOからなる導電性酸化物に比べて低下するという問題がある。したがって、導電性酸化物の安定供給や液晶表示装置の生産性向上などの観点から、レアメタルの含有量がより少なく、かつ半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することが可能な導電性酸化物が必要となる。 The conductive oxide made of IGZO disclosed in Patent Document 1 contains a rare metal such as indium, gallium, or zinc. Since the supply amount of such a rare metal is unstable, it is necessary to further reduce the content of the rare metal in order to obtain a conductive oxide stably. On the other hand, a conductive oxide containing aluminum instead of gallium has also been proposed. However, this conductive oxide has a problem that the rate of forming a semiconductor oxide film by sputtering or the like is lower than that of a conductive oxide made of IGZO. Therefore, from the viewpoint of stable supply of conductive oxides and improvement of productivity of liquid crystal display devices, the conductive oxide has a lower rare metal content and can suppress a decrease in the formation rate of the semiconductor oxide film. Things are needed.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レアメタルの含有量がより少なく、かつ半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することが可能な導電性酸化物および当該導電性酸化物を用いて形成される半導体酸化物膜を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a conductive oxide that has a lower rare metal content and can suppress a decrease in the formation rate of a semiconductor oxide film, and It is to provide a semiconductor oxide film formed using a conductive oxide.
本発明の一の局面に従った導電性酸化物は、InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相を有する導電性酸化物である。上記導電性酸化物は、インジウムと、アルミニウムと、2価の金属との複合酸化物からなっている。上記結晶相におけるインジウムに対するアルミニウムの原子濃度比は1より大きく1.2以下となっている。また、上記結晶相におけるインジウムに対する上記2価の金属の原子濃度比は1より大きく1.2以下となっている。 The conductive oxide according to one aspect of the present invention is a conductive oxide having a crystal phase having a basic structure which is the same crystal structure as InAlZnO 4 . The conductive oxide is composed of a composite oxide of indium, aluminum, and a divalent metal. The atomic concentration ratio of aluminum to indium in the crystal phase is greater than 1 and 1.2 or less. The atomic concentration ratio of the divalent metal to indium in the crystal phase is greater than 1 and 1.2 or less.
本発明者は、導電性酸化物に含まれるレアメタルの量を少なくし、かつ導電性酸化物を用いて半導体酸化物膜を形成する際の速度の低下を抑制するための方策について詳細な検討を行った。その結果、インジウムとガリウムと亜鉛との複合酸化物からなる従来の導電性酸化物においてガリウムに代えてアルミニウムを含ませた場合においても、結晶相における金属原子の濃度を特定の範囲とすることにより半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制可能であることを見出し、本発明に想到した。 The present inventor has conducted detailed studies on measures for reducing the amount of rare metal contained in a conductive oxide and suppressing a decrease in speed when a semiconductor oxide film is formed using the conductive oxide. went. As a result, even when aluminum is included instead of gallium in a conventional conductive oxide made of a composite oxide of indium, gallium, and zinc, the concentration of metal atoms in the crystal phase is set within a specific range. The present inventors have found that it is possible to suppress a decrease in the formation rate of a semiconductor oxide film and have arrived at the present invention.
本発明の一の局面に従った導電性酸化物は、インジウムとアルミニウムと2価の金属との複合酸化物からなっているため、インジウムとガリウムと亜鉛との複合酸化物からなる従来の導電性酸化物に比べてレアメタルの含有量がより少なくなっている。また、上記導電性酸化物は、InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相を有し、かつ上記結晶相におけるインジウムに対するアルミニウムおよび上記2価の金属の原子濃度比がそれぞれ1より大きく1.2以下となっている。そのため、インジウムとアルミニウムと亜鉛とが同比率で存在する結晶相を有する従来の導電性酸化物に比べて、半導体酸化物膜の形成速度をより向上させることができる。 Since the conductive oxide according to one aspect of the present invention is composed of a complex oxide of indium, aluminum, and a divalent metal, the conventional conductivity composed of a complex oxide of indium, gallium, and zinc. The rare metal content is lower than that of oxide. The conductive oxide has a crystal phase having a basic structure that is the same crystal structure as InAlZnO 4 , and an atomic concentration ratio of aluminum and the divalent metal to indium in the crystal phase is greater than 1. It is 1.2 or less. Therefore, compared with the conventional conductive oxide which has a crystal phase in which indium, aluminum, and zinc exist in the same ratio, the formation rate of a semiconductor oxide film can be improved more.
このことをより詳細に説明すると、まず、上記原子濃度比のそれぞれが1より大きくなっているため、インジウムがアルミニウムおよび上記2価の金属に対して不足した状態、またはアルミニウムおよび上記2価の金属がインジウムに対して過剰に存在した状態となっている。このように、インジウムがアルミニウムおよび上記2価の金属に対して相対的に少ない状態とすることにより、半導体酸化物膜を形成する際の速度の低下が抑制される。一方、上記原子濃度比のそれぞれが1.2以下となっているため、上記導電性酸化物中において上記結晶相が占める割合が低下することが抑制されている。上記結晶相は、インジウムとアルミニウムと上記2価の金属とが層状に配置された構造を有しており、半導体酸化物膜の形成速度をより向上させることが可能な結晶構造である。そのため、上記結晶相が占める割合の低下を抑制することにより、半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することができる。このような理由から、上記導電性酸化物では、インジウムとアルミニウムと上記2価の金属とが同比率で存在した結晶相を有する従来の導電性酸化物に比べて、半導体酸化物膜の形成速度をより向上させることができる。したがって、本発明の一の局面に従った導電性酸化物によれば、レアメタルの含有量がより少なく、かつ半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することが可能な導電性酸化物を提供することができる。また、上記導電性酸化物では、上記原子濃度比のそれぞれが1.1以上1.2以下であることがより好ましい。 This will be explained in more detail. First, since each of the atomic concentration ratios is larger than 1, indium is insufficient with respect to aluminum and the divalent metal, or aluminum and the divalent metal. Is present in excess relative to indium. As described above, when the indium content is relatively small with respect to aluminum and the divalent metal, a decrease in speed when forming the semiconductor oxide film is suppressed. On the other hand, since each of the atomic concentration ratios is 1.2 or less, the proportion of the crystalline phase in the conductive oxide is suppressed from decreasing. The crystal phase has a structure in which indium, aluminum, and the divalent metal are arranged in layers, and has a crystal structure that can further improve the formation rate of the semiconductor oxide film. Therefore, a reduction in the formation rate of the semiconductor oxide film can be suppressed by suppressing a reduction in the proportion of the crystal phase. For these reasons, in the conductive oxide, the formation rate of the semiconductor oxide film is higher than that of the conventional conductive oxide having a crystal phase in which indium, aluminum, and the divalent metal exist in the same ratio. Can be further improved. Therefore, according to the conductive oxide according to one aspect of the present invention, there is provided a conductive oxide that has less rare metal content and can suppress a decrease in the formation rate of the semiconductor oxide film. can do. In the conductive oxide, each of the atomic concentration ratios is more preferably 1.1 or more and 1.2 or less.
上記導電性酸化物において、上記2価の金属は亜鉛であってもよい。また、上記2価の金属はマグネシウムであってもよい。このように上記導電性酸化物においては、上記2価の金属として種々の金属を採用することができる。 In the conductive oxide, the divalent metal may be zinc. The divalent metal may be magnesium. Thus, in the conductive oxide, various metals can be employed as the divalent metal.
本発明の他の局面に従った導電性酸化物は、InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相を有する導電性酸化物である。上記導電性酸化物は、インジウムと、アルミニウムおよび3価の金属と、一種または複数種の2価の金属との複合酸化物からなっている。上記結晶相におけるインジウムに対するアルミニウムおよび上記3価の金属の合計の原子濃度比は1より大きく1.2以下となっている。また、上記結晶相におけるインジウムに対する上記2価の金属の合計の原子濃度比は1より大きく1.2以下となっている。 The conductive oxide according to another aspect of the present invention is a conductive oxide having a crystal phase having a basic structure which is the same crystal structure as InAlZnO 4 . The conductive oxide is composed of a composite oxide of indium, aluminum, a trivalent metal, and one or more divalent metals. The total atomic concentration ratio of aluminum and trivalent metal to indium in the crystal phase is greater than 1 and 1.2 or less. The total atomic concentration ratio of the divalent metal to indium in the crystal phase is greater than 1 and 1.2 or less.
本発明の他の局面に従った導電性酸化物は、インジウムと、アルミニウムおよび3価の金属と、一種または複数種の2価の金属との複合酸化物からなっているため、インジウムとガリウムと亜鉛との複合酸化物からなる従来の導電性酸化物に比べてレアメタルの含有量がより少なくなっている。また、上記導電性酸化物は、InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相を有し、かつ上記結晶相におけるインジウムに対するアルミニウムおよび上記3価の金属の合計の原子濃度、ならびに上記2価の金属の合計の原子濃度がそれぞれ1より大きく1.2以下となっている。そのため、上記導電性酸化物では、上記本発明の一の局面に従った導電性酸化物と同様の理由から、インジウムとアルミニウムと2価の金属とが同比率で存在した結晶相を有する従来の導電性酸化物に比べて、半導体酸化物膜の形成速度をより向上させることができる。したがって、本発明の他の局面に従った導電性酸化物によれば、レアメタルの含有量がより少なく、かつ半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することが可能な導電性酸化物を提供することができる。 The conductive oxide according to another aspect of the present invention is composed of a composite oxide of indium, aluminum and a trivalent metal, and one or more kinds of divalent metals. Compared to conventional conductive oxides composed of complex oxides with zinc, the rare metal content is lower. The conductive oxide has a crystal phase having a basic structure that is the same crystal structure as InAlZnO 4 , and the total atomic concentration of aluminum and the trivalent metal with respect to indium in the crystal phase, and the above 2 The total atomic concentration of the valent metals is greater than 1 and 1.2 or less. Therefore, the conductive oxide has a conventional crystal phase in which indium, aluminum, and a divalent metal exist in the same ratio for the same reason as the conductive oxide according to one aspect of the present invention. Compared to the conductive oxide, the formation rate of the semiconductor oxide film can be further improved. Therefore, according to the conductive oxide according to another aspect of the present invention, there is provided a conductive oxide that has a lower rare metal content and can suppress a decrease in the formation rate of the semiconductor oxide film. can do.
上記導電性酸化物において、上記3価の金属はガリウムであり、かつ上記2価の金属は亜鉛およびマグネシウムであってもよい。このように上記導電性酸化物においては、上記3価の金属および2価の金属として種々の金属を採用することができる。 In the conductive oxide, the trivalent metal may be gallium, and the divalent metal may be zinc and magnesium. Thus, in the conductive oxide, various metals can be used as the trivalent metal and the divalent metal.
上記導電性酸化物において、上記結晶相の面積の割合は95%以上100%以下であってもよい。これにより、半導体酸化物の形成速度をさらに向上させることができる。ここで、上記結晶相の面積の割合とは、上記導電性酸化物を任意の面で切断した場合に当該切断面において上記結晶相が占める面積の割合を意味する
本発明に従った半導体酸化物膜は、半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することが可能な上記本発明に従った導電性酸化物を用いて形成される。したがって、本発明に従った半導体酸化物膜によれば、形成速度の低下が抑制された半導体酸化物膜を提供することができる。
In the conductive oxide, the area ratio of the crystal phase may be 95% or more and 100% or less. Thereby, the formation rate of the semiconductor oxide can be further improved. Here, the ratio of the area of the crystal phase means the ratio of the area occupied by the crystal phase in the cut surface when the conductive oxide is cut in an arbitrary plane. Semiconductor oxide according to the present invention The film is formed using the conductive oxide according to the present invention, which can suppress a decrease in the formation rate of the semiconductor oxide film. Therefore, according to the semiconductor oxide film according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor oxide film in which a decrease in formation rate is suppressed.
以上の説明から明らかなように、本発明に従った導電性酸化物によれば、レアメタルの含有量がより少なく、かつ半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することが可能な導電性酸化物を提供することができる。また、本発明に従った半導体酸化物膜によれば、形成速度の低下が抑制された半導体酸化物膜を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the conductive oxide according to the present invention, the conductive oxide has a lower rare metal content and can suppress a decrease in the formation rate of the semiconductor oxide film. Things can be provided. Moreover, according to the semiconductor oxide film according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor oxide film in which a decrease in the formation rate is suppressed.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
まず、本発明の一の実施の形態である実施の形態1に係る導電性酸化物および半導体酸化物膜について説明する。本実施の形態に係る導電性酸化物は、結晶質InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相を有している。上記導電性酸化物は、インジウム(In)と、アルミニウム(Al)と、2価の金属である亜鉛(Zn)との複合酸化物(InAlZnO4)からなっている。このように上記導電性酸化物は、In、ガリウム(Ga)およびZnの複合酸化物(IGZO)からなる従来の導電性酸化物のGaに代えてAlを含むものである。そのため、上記導電性酸化物では、従来の導電性酸化物に比べてレアメタルであるIn、GaおよびZnの合計濃度がより小さくなっている。
(Embodiment 1)
First, a conductive oxide and a semiconductor oxide film according to Embodiment 1 which is one embodiment of the present invention will be described. The conductive oxide according to this embodiment has a crystal phase having a basic structure which is the same crystal structure as that of crystalline InAlZnO 4 . The conductive oxide is composed of a composite oxide (InAlZnO 4 ) of indium (In), aluminum (Al), and zinc (Zn) which is a divalent metal. Thus, the conductive oxide contains Al instead of Ga, which is a conventional conductive oxide made of In, gallium (Ga), and Zn composite oxide (IGZO). Therefore, in the conductive oxide, the total concentration of rare metals In, Ga and Zn is smaller than that of the conventional conductive oxide.
上記基本構造は菱面体構造であって、In原子が占有すべきInサイトと、Al原子などの3価の金属が占有すべきAlサイトと、Zn原子などの2価の金属が占有すべきZnサイトと、酸素(O)原子が占有すべきOサイトとを有している。上記導電性酸化物では、Inサイト、Alサイト、ZnサイトおよびOサイトは、In原子、Al原子、Zn原子およびO原子によりそれぞれ占有されている。なお、上記基本構造は、PDF(Powder Diffraction File)のNo.40−0258により明らかにされている構造である。 The basic structure is a rhombohedral structure, which is an In site that should be occupied by In atoms, an Al site that should be occupied by trivalent metals such as Al atoms, and a Zn that should be occupied by divalent metals such as Zn atoms. And an O site to be occupied by oxygen (O) atoms. In the conductive oxide, In sites, Al sites, Zn sites, and O sites are occupied by In atoms, Al atoms, Zn atoms, and O atoms, respectively. The basic structure is the PDF (Powder Diffraction File) No. It is the structure clarified by 40-0258.
上記結晶相においては、Inに対するAlの原子濃度比は1より大きく1.2以下となり、かつInに対するZnの原子濃度比は1より大きく1.2以下となっている。すなわち、上記結晶相においては、InがAlおよびZnに対して不足した状態、またはAlおよびZnがInに対して過剰に存在した状態となっている。InがAlおよびZnに対して不足した状態では、上記基本構造のInサイトにおいてIn原子が欠損した状態となっている。一方、AlおよびZnがInに対して過剰に存在した状態では、AlサイトおよびZnサイトを占有するAl原子およびZn原子以外の原子が結晶格子間に侵入し、またはInサイトを占有するIn原子を置換した状態となっている。 In the crystal phase, the atomic concentration ratio of Al to In is greater than 1 and 1.2 or less, and the atomic concentration ratio of Zn to In is greater than 1 and 1.2 or less. That is, in the crystal phase, In is insufficient with respect to Al and Zn, or Al and Zn are excessive with respect to In. When In is insufficient with respect to Al and Zn, In atoms are lost at the In site of the basic structure. On the other hand, in the state where Al and Zn exist excessively with respect to In, atoms other than Al atoms and Zn atoms that occupy Al sites and Zn sites enter between crystal lattices, or In atoms that occupy In sites. It has been replaced.
上記導電性酸化物におけるIn、AlおよびZnなどの金属原子の濃度(単位:atom%)は、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析により定量することができる。そして、Inに対するAlおよびZnのそれぞれの原子濃度比は、定量されたAlおよびZnの原子濃度をInの原子濃度によって規格化することにより算出することができる。なお、金属原子の濃度はたとえば有効数字3桁で定量され、原子濃度比はその3桁目を四捨五入することにより有効数字2桁で評価される。 The concentration (unit: atom%) of metal atoms such as In, Al, and Zn in the conductive oxide can be quantified by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. The atomic concentration ratios of Al and Zn to In can be calculated by normalizing the quantified atomic concentrations of Al and Zn with the atomic concentration of In. The concentration of metal atoms is quantified by, for example, three significant digits, and the atomic concentration ratio is evaluated by two significant digits by rounding off the third digit.
上記導電性酸化物は、たとえばスパッタリングのターゲットに好ましく用いることができる。ここで、ターゲットとは、スパッタリングにより成膜する材料をプレート状に加工したものや、プレート状に加工された材料をバッキングプレート(ターゲットを貼り付けるための裏板)に貼り付けたものの総称である。バッキングプレートは、たとえば無酸素銅、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデンあるいはチタンなどの素材を用いて作製することができる。また、ターゲットの形状は特に限定されるものではなく、たとえば径が1cmの円板形状(平板丸型)であってもよいし、大型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)であってもよいし、あるいは長さが30cm、直径が8cmの円筒形状であってもよい。そして、本実施の形態に係る半導体酸化物膜は、上記導電性酸化物をターゲットとして用いたスパッタリングにより形成される。 The conductive oxide can be preferably used for a sputtering target, for example. Here, the target is a general term for a material obtained by processing a film by sputtering into a plate shape, or a material obtained by processing the plate shape on a backing plate (back plate for attaching the target). . The backing plate can be produced using a material such as oxygen-free copper, steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, molybdenum or titanium. The shape of the target is not particularly limited, and may be, for example, a disk shape (flat plate shape) having a diameter of 1 cm, or a diameter exceeding 2 m as in a sputtering target for a large liquid crystal display device. It may be a rectangular shape (flat plate) or a cylindrical shape having a length of 30 cm and a diameter of 8 cm. The semiconductor oxide film according to this embodiment is formed by sputtering using the conductive oxide as a target.
次に、本実施の形態に係る導電性酸化物の製造方法について説明する。本実施の形態に係る導電性酸化物の製造方法では、以下に説明するようにして上記本実施の形態に係る導電性酸化物が製造される。図1を参照して、まず、工程(S10)として、原料粉末準備工程が実施される。この工程(S10)では、原料粉末としてたとえばIn2O3粉末、Al2O3粉末およびZnO粉末が所定量準備される。そして、準備された原料粉末を混合することによりIn2O3−Al2O3−ZnO混合物が得られる。このとき、In2O3−Al2O3−ZnO混合物におけるInに対するAlの原子濃度比が1より大きく1.2以下となり、かつInに対するZnの原子濃度比が1より大きく1.2以下となるようにそれぞれの原料粉末が準備され、混合される。 Next, a method for producing a conductive oxide according to this embodiment will be described. In the method for producing a conductive oxide according to the present embodiment, the conductive oxide according to the present embodiment is produced as described below. Referring to FIG. 1, first, a raw material powder preparation step is performed as a step (S10). In this step (S10), for example, a predetermined amount of In 2 O 3 powder, Al 2 O 3 powder and ZnO powder is prepared as the raw material powder. Then, In 2 O 3 -Al 2 O 3 -ZnO mixture is obtained by mixing a raw material powder was prepared. At this time, the atomic concentration ratio of Al to In in the In 2 O 3 —Al 2 O 3 —ZnO mixture is greater than 1 and 1.2 or less, and the atomic concentration ratio of Zn to In is greater than 1 and 1.2 or less. Each raw material powder is prepared and mixed so that it becomes.
次に、工程(S20)として、成形工程が実施される。この工程(S20)では、上記工程(S10)において得られた混合物に対してプレス成形などの成形加工が施される。これにより、上記混合物が所望の形状に成形された成形体が得られる。 Next, a molding process is performed as a process (S20). In this step (S20), a molding process such as press molding is performed on the mixture obtained in the above step (S10). Thereby, the molded object by which the said mixture was shape | molded by the desired shape is obtained.
次に、工程(S30)として、焼結工程が実施される。この工程(S30)では、上記工程(S20)において得られた成形体が大気雰囲気中において所定温度で加熱される。これにより、上記原料粉末の焼結体である導電性酸化物が形成される。以上のように工程(S10)〜(S30)が実施されることにより、上記本実施の形態に係る導電性酸化物が製造され、本実施の形態に係る導電性酸化物の製造方法が完了する。 Next, a sintering step is performed as a step (S30). In this step (S30), the molded body obtained in the above step (S20) is heated at a predetermined temperature in the air atmosphere. Thereby, the conductive oxide which is the sintered compact of the said raw material powder is formed. By performing steps (S10) to (S30) as described above, the conductive oxide according to the present embodiment is manufactured, and the method for manufacturing the conductive oxide according to the present embodiment is completed. .
以上のように、本実施の形態に係る導電性酸化物は、InとAlとZnとの複合酸化物(InAlO4)からなっているため、InとGaとZnとの複合酸化物(IGZO)からなる従来の導電性酸化物に比べてレアメタルの含有量がより少なくなっている。また、上記導電性酸化物は、InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相を有し、かつ上記結晶相におけるInに対するAlおよびZnの原子濃度比がそれぞれ1より大きく1.2以下となっている。そのため、InとAlとZnとが同比率で存在する結晶相を有する従来の導電性酸化物に比べて、スパッタリングのターゲットとして用いた場合に当該スパッタリングによる半導体酸化物膜の形成速度をより向上させることができる。 As described above, since the conductive oxide according to this embodiment is composed of a composite oxide of In, Al, and Zn (InAlO 4 ), a composite oxide of In, Ga, and Zn (IGZO). Compared with the conventional conductive oxide consisting of, the content of rare metals is lower. The conductive oxide has a crystal phase having a basic structure that is the same crystal structure as InAlZnO 4 , and an atomic concentration ratio of Al and Zn to In in the crystal phase is greater than 1 and less than or equal to 1.2 It has become. Therefore, compared with a conventional conductive oxide having a crystal phase in which In, Al, and Zn are present in the same ratio, when used as a sputtering target, the formation rate of the semiconductor oxide film by the sputtering is further improved. be able to.
このことをより詳細に説明すると、まず、上記原子濃度比のそれぞれが1より大きくなっているため、InがAlおよびZnに対して不足した状態、またはAlおよびZnがInに対して過剰に存在した状態となっている。このように、InがAlおよびZnに対して相対的に少ない状態とすることにより、スパッタリングによる半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することができる。一方、上記原子濃度比のそれぞれが1.2以下となっているため、上記導電性酸化物中において上記結晶相が占める割合が低下することが抑制されている。上記結晶相は、InとAlとZnとが層状に配置された構造を有しているため、In、AlまたはZnの酸化物やこれらの複合酸化物からなる結晶相(たとえばIn2O3、Al2O3、ZnAl2O4など)に比べて、希ガスイオンによるスパッタリング率が高い(つまり、スパッタリングされ易い)結晶構造である。そのため、上記結晶相が占める割合の低下を抑制することにより、スパッタリング速度の低下を抑制することができる。このような理由から、上記導電性酸化物では、InとAlとZnとが同比率で存在する結晶相を有する従来の導電性酸化物に比べて、スパッタリングによる半導体酸化物膜の形成速度をより向上させることができる。したがって、本実施の形態に係る導電性酸化物によれば、レアメタルの含有量をより少なくし、かつスパッタリングのターゲットとして用いた場合に半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することできる。また、本実施の形態に係る半導体酸化物膜は、上記本実施の形態に係る導電性酸化物をターゲットとして用いたスパッタリングにより形成される。したがって、本実施の形態に係る半導体酸化物膜は、スパッタリングによる形成速度の低下が抑制された半導体酸化物膜となっている。 This will be explained in more detail. First, since each of the atomic concentration ratios is larger than 1, In is insufficient with respect to Al and Zn, or Al and Zn are present excessively with respect to In. It has become a state. In this manner, by making the In content relatively small with respect to Al and Zn, it is possible to suppress a decrease in the formation rate of the semiconductor oxide film due to sputtering. On the other hand, since each of the atomic concentration ratios is 1.2 or less, the proportion of the crystalline phase in the conductive oxide is suppressed from decreasing. Since the crystal phase has a structure in which In, Al, and Zn are arranged in layers, a crystal phase composed of an oxide of In, Al, Zn, or a composite oxide thereof (for example, In 2 O 3 , Compared to Al 2 O 3 , ZnAl 2 O 4, etc., the crystal structure has a higher sputtering rate due to rare gas ions (that is, easier to be sputtered). Therefore, a decrease in the sputtering rate can be suppressed by suppressing a decrease in the proportion of the crystal phase. For these reasons, the conductive oxide has a higher rate of formation of a semiconductor oxide film by sputtering compared to a conventional conductive oxide having a crystal phase in which In, Al, and Zn are present in the same ratio. Can be improved. Therefore, according to the conductive oxide according to the present embodiment, it is possible to reduce the rare metal content and suppress the decrease in the formation rate of the semiconductor oxide film when used as a sputtering target. Further, the semiconductor oxide film according to this embodiment is formed by sputtering using the conductive oxide according to this embodiment as a target. Therefore, the semiconductor oxide film according to this embodiment is a semiconductor oxide film in which a decrease in formation rate due to sputtering is suppressed.
また、上記導電性酸化物は、Inと、Alと、Znとの複合酸化物(InAlZnO4)からなるものに限定されず、たとえばInと、Alと、2価の金属であるMgとの複合酸化物(InAlMgO4)からなっていてもよい。この場合、上記基本構造のZnサイトはMg原子により占有され、また上記結晶相におけるInに対するMgの原子濃度比は、Znと同様に1より大きく1.2以下となっている。 The conductive oxide is not limited to a composite oxide of In, Al, and Zn (InAlZnO 4 ). For example, a composite of In, Al, and Mg that is a divalent metal. It may be made of an oxide (InAlMgO 4 ). In this case, the Zn site of the basic structure is occupied by Mg atoms, and the atomic concentration ratio of Mg to In in the crystal phase is greater than 1 and less than or equal to 1.2, similar to Zn.
(実施の形態2)
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態2に係る導電性酸化物および半導体酸化物膜について説明する。本実施の形態に係る導電性酸化物は、上記実施の形態1と同様に、結晶質InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相を有している。そして、本実施の形態に係る導電性酸化物は、Inと、Alおよび3価の金属であるガリウム(Ga)と、複数種の2価の金属であるZnおよびマグネシウム(Mg)との複合酸化物からなっている。
(Embodiment 2)
Next, a conductive oxide and a semiconductor oxide film according to Embodiment 2, which is another embodiment of the present invention, will be described. The conductive oxide according to the present embodiment has a crystal phase having a basic structure which is the same crystal structure as that of crystalline InAlZnO 4 as in the first embodiment. The conductive oxide according to this embodiment includes a composite oxidation of In, Al and trivalent metal gallium (Ga), and plural kinds of divalent metals Zn and magnesium (Mg). It consists of things.
上記基本構造は、上記実施の形態1と同様にInサイトと、Alサイトと、Znサイトと、Oサイトとを有している。本実施の形態では、Alサイトは3価の金属であるAlおよびGaにより占有され、またZnサイトは2価の金属であるZnおよびMgにより占有されている。Alサイトを占有する3価の金属としては、Ga以外にもたとえばタリウム(Tl)などを採用することができる。また、Znサイトを占有する2価の金属としては、ZnおよびMg以外にもたとえばカルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、カドミウム(Cd)または水銀(Hg)などを採用することができる。また、上記導電性酸化物を構成する2価の金属は複数種であってもよいが、一種であってもよい。 The basic structure has an In site, an Al site, a Zn site, and an O site as in the first embodiment. In the present embodiment, the Al site is occupied by Al and Ga that are trivalent metals, and the Zn site is occupied by Zn and Mg that are divalent metals. As the trivalent metal occupying the Al site, for example, thallium (Tl) can be adopted in addition to Ga. In addition to Zn and Mg, for example, calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), cadmium (Cd), or mercury (Hg) is adopted as the divalent metal occupying the Zn site. Can do. Moreover, although the divalent metal which comprises the said electroconductive oxide may be multiple types, 1 type may be sufficient as it.
上記結晶相においては、Inに対するAlおよびGaの合計の原子濃度比は1より大きく1.2以下となり、かつInに対するZnおよびMgの合計の原子濃度比は1より大きく1.2以下となっている。すなわち、上記結晶相においては、上記実施の形態1と同様に、Inが3価の金属(Al、Ga)および2価の金属(Zn、Mg)に対して不足した状態、または3価の金属(Al、Ga)および2価の金属(Zn、Mg)がInに対して過剰に存在した状態となっている。また、上記導電性酸化物は、上記実施の形態1と同様にスパッタリングのターゲットに好ましく用いることができる。そして、本実施の形態に係る半導体酸化物膜は、上記導電性酸化物をターゲットとして用いたスパッタリングにより形成される。 In the crystal phase, the total atomic concentration ratio of Al and Ga to In is greater than 1 and 1.2 or less, and the total atomic concentration ratio of Zn and Mg to In is greater than 1 and 1.2 or less. Yes. That is, in the crystal phase, as in the first embodiment, the In is insufficient with respect to the trivalent metal (Al, Ga) and the divalent metal (Zn, Mg), or the trivalent metal. In this state, (Al, Ga) and divalent metal (Zn, Mg) exist excessively with respect to In. Further, the conductive oxide can be preferably used for a sputtering target as in the first embodiment. The semiconductor oxide film according to this embodiment is formed by sputtering using the conductive oxide as a target.
以上のように、本実施の形態に係る導電性酸化物は、Inと、AlおよびGaと、ZnおよびMgとの複合酸化物からなっているため、InとGaとZnとの複合酸化物からなる従来の導電性酸化物に比べてレアメタルの含有量がより少なくなっている。また、上記導電性酸化物は、InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相を有し、かつ上記結晶相におけるInに対するAlおよびGaの合計の原子濃度、ならびにZnおよびMgの合計の原子濃度がそれぞれ1より大きく1.2以下となっている。そのため、上記導電性酸化物では、上記実施の形態1の場合と同様の理由から、InとAlとZnとが同比率で存在した結晶相を有する従来の導電性酸化物に比べて、半導体酸化物膜の形成速度をより向上させることができる。したがって、本実施の形態に係る導電性酸化物によれば、上記実施の形態1の場合と同様に、レアメタルの含有量をより少なくし、かつスパッタリングのターゲットとして用いた場合に半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することできる。 As described above, since the conductive oxide according to this embodiment is composed of a composite oxide of In, Al, Ga, Zn, and Mg, the composite oxide of In, Ga, and Zn is used. Compared to the conventional conductive oxide, the rare metal content is lower. Further, the conductive oxide has a crystal phase having a basic structure that is the same crystal structure as InAlZnO 4 , and the total atomic concentration of Al and Ga with respect to In and the total of Zn and Mg in the crystal phase. The atomic concentration is greater than 1 and 1.2 or less. Therefore, for the same reason as in the case of the first embodiment, the conductive oxide has a semiconductor oxidation compared to a conventional conductive oxide having a crystal phase in which In, Al, and Zn exist in the same ratio. The formation rate of the material film can be further improved. Therefore, according to the conductive oxide according to the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the content of the rare metal is reduced and the semiconductor oxide film is used when used as a sputtering target. A decrease in the formation rate can be suppressed.
また、上記実施の形態1および2に係る導電性酸化物において、上記結晶相の割合は、90%以上100%以下であることが好ましい。これにより、上記導電性酸化物を用いて半導体酸化物膜を形成する際の形成速度をより向上させることができる。また、上記結晶相の割合は、95%以上100%以下であることがさらに好ましい。一般に、焼結体である導電性酸化物では粒界に異なる結晶相や非晶質相が不可避的に存在している。そのため、半導体酸化物膜を形成する際、導電性酸化物中に異なる結晶相が混在することに起因して半導体酸化物膜の組成が変化するという問題がある。これに対して、上記導電性酸化物においては上記結晶相の割合を95%以上100%以下にまで高めることにより、半導体酸化物膜における組成の変化を抑制することができる。 In the conductive oxides according to Embodiments 1 and 2, the ratio of the crystal phase is preferably 90% or more and 100% or less. Thereby, the formation rate at the time of forming a semiconductor oxide film using the said conductive oxide can be improved more. Further, the ratio of the crystal phase is more preferably 95% or more and 100% or less. In general, conductive oxides that are sintered bodies inevitably have different crystal phases and amorphous phases at grain boundaries. Therefore, when the semiconductor oxide film is formed, there is a problem in that the composition of the semiconductor oxide film changes due to the presence of different crystal phases in the conductive oxide. On the other hand, in the conductive oxide, change in the composition of the semiconductor oxide film can be suppressed by increasing the ratio of the crystalline phase to 95% to 100%.
また、上記導電性酸化物における結晶相の割合は、たとえば透過電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)およびこれに付帯するエネルギー分散型X線分析(EDX:Energy Dispersive X−ray Spectrometry)を用いて測定することができる。具体的には、まず、TEMによる透過像とEDXによる元素の分布像により、導電性酸化物の主成分(InAlZnO4)と異なる組成(In2O3、Al2O3、ZnOなど)を有する粒子を抽出する。次に、当該異なる組成の粒子に関して透過電子線回折を行い、結晶構造の同定を行う。そして、同定された結晶構造が導電性酸化物の主成分の結晶構造である上記基本構造と異なる場合には、当該異なる組成の粒子を抽出し割合を算出する。そして、上記導電性酸化物全体から当該異なる組成の粒子の割合を減じて得た割合を上記結晶相の割合とする。なお、これらの割合はTEM像により算出されるものであるため、占有面積による割合を意味する。 The ratio of the crystalline phase in the conductive oxide is measured using, for example, a transmission electron microscope (TEM) and an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) attached thereto. can do. Specifically, first, it has a composition (In 2 O 3 , Al 2 O 3 , ZnO, etc.) different from the main component (InAlZnO 4 ) of the conductive oxide based on a transmission image by TEM and an element distribution image by EDX. Extract the particles. Next, transmission electron diffraction is performed on the particles having different compositions, and the crystal structure is identified. If the identified crystal structure is different from the basic structure, which is the main component crystal structure of the conductive oxide, particles having different compositions are extracted and the ratio is calculated. A ratio obtained by subtracting the ratio of the particles having the different composition from the whole conductive oxide is defined as the ratio of the crystal phase. In addition, since these ratios are calculated from a TEM image, they mean ratios based on occupied areas.
このように、上記導電性酸化物中に上記主成分(InAlZnO4)からなる結晶相以外に異なる組成からなる結晶相が含まれる場合において、Inに対するAlおよびGaの合計の原子濃度比、ならびにZnおよびMgの合計の原子濃度比を確認する方法を説明する。 Thus, when the conductive oxide includes a crystal phase having a different composition other than the crystal phase consisting of the main component (InAlZnO 4 ), the total atomic concentration ratio of Al and Ga to In, and Zn A method for confirming the total atomic concentration ratio of Mg and Mg will be described.
まず、上述のように、TEMおよびこれに付帯するEDXを用いて上記主成分からなる結晶相、および上記主成分と異なる組成からなる結晶相の割合を算出する。次に、EDXを用いてIn、AlおよびZnを正確に定量することができるようにするため、上記結晶相の割合をICP発光分析による定量値を用いて補正する。次に、SEM(Scanning Electron Microscope)−EDXまたはTEM−EDXにより、上記主成分からなる結晶相中のIn、AlおよびZnを定量する。そして、定量されたAlおよびZnの原子濃度をInの原子濃度によって規格化することにより、Inに対するAlおよびZnのそれぞれの原子濃度比を算出することができる。なお、各金属原子の濃度はたとえば有効数字3桁で定量され、原子濃度比はその3桁目を四捨五入することにより有効数字2桁で評価される。このようにして、上記原子濃度比を算出することにより、これらの値が1より大きく1.2以下であることを確認することができる。 First, as described above, the ratio of the crystal phase composed of the main component and the crystal phase composed of a composition different from the main component is calculated using TEM and EDX attached thereto. Next, in order to be able to accurately quantify In, Al, and Zn using EDX, the ratio of the crystal phase is corrected using a quantitative value obtained by ICP emission analysis. Next, In, Al, and Zn in the crystal phase composed of the main components are quantified by SEM (Scanning Electron Microscope) -EDX or TEM-EDX. Then, by normalizing the quantified atomic concentration of Al and Zn by the atomic concentration of In, the atomic concentration ratio of Al and Zn to In can be calculated. The concentration of each metal atom is quantified with, for example, three significant digits, and the atomic concentration ratio is evaluated with two significant digits by rounding off the third digit. Thus, by calculating the atomic concentration ratio, it can be confirmed that these values are greater than 1 and 1.2 or less.
(実施例1〜4)
まず、In2O3粉末(純度:99.99%、平均粒径:1μm)と、Al2O3粉末(純度:99.99%、平均粒径:1μm)と、ZnO粉末(純度:99.99%、平均粒径:1μm)とを所定量準備した。そして、準備した粉末をボールミル装置に入れ、水を分散溶媒として用いて6時間粉砕混合した。その後、スプレードライヤを用いて水を揮発させることによりIn2O3−Al2O3−ZnO混合物を得た。このとき、In2O3−Al2O3−ZnO混合物におけるInに対するAlの原子濃度比が1より大きく1.2以下となり、かつInに対するZnの原子濃度比が1より大きく1.2以下となるように原料粉末を準備し、これらを混合した。
(Examples 1-4)
First, In 2 O 3 powder (purity: 99.99%, average particle size: 1 μm), Al 2 O 3 powder (purity: 99.99%, average particle size: 1 μm), and ZnO powder (purity: 99) .99%, average particle size: 1 μm). Then, the prepared powder was put into a ball mill apparatus, and pulverized and mixed for 6 hours using water as a dispersion solvent. Then, to obtain a In 2 O 3 -Al 2 O 3 -ZnO mixture by evaporating the water using a spray dryer. At this time, the atomic concentration ratio of Al to In in the In 2 O 3 —Al 2 O 3 —ZnO mixture is greater than 1 and 1.2 or less, and the atomic concentration ratio of Zn to In is greater than 1 and 1.2 or less. Raw material powders were prepared so as to be mixed.
次に、上記混合物をプレスして成形した後、さらに冷間等方圧プレス(CIP:Cold Isostatic Press)によって加圧成形した。これにより、直径が100mmで厚さが約9mmの円板状の成形体を作製した。次に、作製した成形体を大気雰囲気中において1500℃以上1600℃以下の温度で焼結させることにより導電性酸化物を作製した。
(実施例5〜8)
上記実施例1〜4のZnO粉末に代えてMgO粉末を準備して原料粉末を混合することにより、In2O3−Al2O3−MgO混合物を得た。その他の条件は上記実施例1〜4と同様とした。
(実施例9)
上記実施例1〜4においてIn2O3粉末、Al2O3粉末およびZnO粉末に加えて、Ga2O3粉末およびMgO粉末をさらに準備した。そして、準備した粉末を上記実施例1〜4と同様に混合した。このとき、混合物においてInに対するAlおよびGaの合計の原子濃度比が1より大きく1.2以下となり、かつInに対するZnおよびMgの合計の原子濃度比が1より大きく1.2以下となるように原料粉末を準備し、これらを混合した。
(比較例1)
上記実施例1〜4のIn2O3−Al2O3−ZnO混合物におけるInに対するAlおよびZnのそれぞれの原子濃度比が1となるように原料粉末を準備し、これらを混合した。その他の条件は上記実施例1〜4と同様とした。
(比較例2)
上記実施例5〜8のIn2O3−Al2O3−MgO混合物におけるInに対するAlおよびMgのそれぞれの原子濃度比が1となるように原料粉末を準備し、これらを混合した。その他の条件は上記実施例5〜8と同様とした。
<ICP発光分析>
各実施例および比較例の導電性酸化物におけるIn、Al、Ga、ZnおよびMgの原子濃度(atom%)をICP発光分析により測定した。そして、測定した各原子濃度によりInに対するAl、Ga、ZnおよびMgの原子濃度比をそれぞれ算出した。
<エネルギー分散型X線分析>
各実施例および比較例の導電性酸化物を任意の面において切断し、当該切断面を分析型走査電子顕微鏡を用いてエネルギー分散型X線分析した。これにより、導電性酸化物の断面において、結晶質InAlZnO4と同じ結晶構造である基本構造からなる結晶相が占有する面積の割合を算出した。
<半導体酸化物膜の形成速度の評価>
各実施例および比較例の導電性酸化物をターゲットとして用いて、以下に説明するように直流(DC:Direct Current)マグネトロンスパッタ法により半導体酸化物膜を形成した。そして、半導体酸化膜を形成する際の速度を評価した。
Next, the above mixture was pressed and molded, and then further pressure-molded by a cold isostatic press (CIP: Cold Isostatic Press). Thereby, a disk-shaped molded body having a diameter of 100 mm and a thickness of about 9 mm was produced. Next, the produced compact was sintered at a temperature of 1500 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower in an air atmosphere to produce a conductive oxide.
(Examples 5 to 8)
An In 2 O 3 —Al 2 O 3 —MgO mixture was obtained by preparing MgO powder instead of the ZnO powders of Examples 1 to 4 and mixing the raw material powder. Other conditions were the same as in Examples 1 to 4 above.
Example 9
In Examples 1-4, in addition to In 2 O 3 powder, Al 2 O 3 powder and ZnO powder, Ga 2 O 3 powder and MgO powder were further prepared. And the prepared powder was mixed similarly to the said Examples 1-4. At this time, in the mixture, the total atomic concentration ratio of Al and Ga to In is greater than 1 and 1.2 or less, and the total atomic concentration ratio of Zn and Mg to In is greater than 1 and 1.2 or less. Raw material powders were prepared and mixed.
(Comparative Example 1)
Raw material powders were prepared so that the atomic concentration ratio of Al and Zn to In in the In 2 O 3 —Al 2 O 3 —ZnO mixture of Examples 1 to 4 was 1, and these were mixed. Other conditions were the same as in Examples 1 to 4 above.
(Comparative Example 2)
Raw material powders were prepared so that the atomic concentration ratio of Al and Mg to In in the In 2 O 3 —Al 2 O 3 —MgO mixture of Examples 5 to 8 was 1, and these were mixed. Other conditions were the same as those in Examples 5-8.
<ICP emission analysis>
The atomic concentrations (atoms%) of In, Al, Ga, Zn and Mg in the conductive oxides of the examples and comparative examples were measured by ICP emission analysis. Then, the atomic concentration ratios of Al, Ga, Zn, and Mg to In were calculated based on the measured atomic concentrations.
<Energy dispersive X-ray analysis>
The conductive oxide of each Example and Comparative Example was cut at an arbitrary surface, and the cut surface was subjected to energy dispersive X-ray analysis using an analytical scanning electron microscope. Thereby, in the cross section of the conductive oxide, the ratio of the area occupied by the crystal phase composed of the basic structure having the same crystal structure as that of the crystalline InAlZnO 4 was calculated.
<Evaluation of formation rate of semiconductor oxide film>
Using the conductive oxides of the examples and comparative examples as targets, a semiconductor oxide film was formed by direct current (DC) magnetron sputtering as described below. And the speed at the time of forming a semiconductor oxide film was evaluated.
まず、各実施例および比較例の導電性酸化物を直径3インチ(76.2mm)、厚さ5mmのターゲットに加工した。次に、3インチの直径を有する面がスパッタ面となるように当該ターゲットをスパッタリング装置内に配置した。次に、成膜基板である石英ガラス基板(50mm×50mm×0.5mm)の中心部に樹脂を接着し、当該成膜基板をスパッタリング装置内の水冷された基板ホルダに配置した。このとき、ターゲットと成膜基板との距離は40mmとした。次に、スパッタリング装置内を1×10−4Pa程度にまで真空引きした。次に、成膜基板とターゲットとの間にシャッターを入れた状態で、アルゴンガスを成膜室内に導入し、成膜室内の圧力を0.5Paとした。次に、ターゲットに120Wの直流電力を印加してスパッタリング放電することにより、10分間ターゲット表面のクリーニングを行った。次に、アルゴンガスを成膜室内に導入し、成膜室内の圧力を0.1Paとした。次に、ターゲットに120Wの直流電力を印加し、成膜基板とターゲットとの間のシャッターを外して30分間成膜した。なお、基板ホルダは水冷するのみで電圧は印加せず、また回転もさせなかった。次に、成膜基板を成膜室から取り出し、中心部に接着した樹脂を剥した。これにより、半導体酸化物膜が形成されていない領域を露出させ、半導体酸化物膜が形成された領域と半導体酸化物膜が形成されていない領域との段差(半導体酸化物膜の膜厚)を触診式の表面粗さ計により測定した。そして、半導体酸化物膜の膜厚の値(nm)を成膜時間(s)で除することにより半導体酸化物膜の形成速度を算出した。各実施例および比較例の導電性酸化物の組成、結晶相の種類および結晶相の割合、ならびに半導体酸化物膜の形成速度を表1に示す。 First, the conductive oxides of the examples and comparative examples were processed into a target having a diameter of 3 inches (76.2 mm) and a thickness of 5 mm. Next, the target was placed in the sputtering apparatus so that the surface having a diameter of 3 inches was a sputtering surface. Next, a resin was bonded to the center of a quartz glass substrate (50 mm × 50 mm × 0.5 mm) which is a film formation substrate, and the film formation substrate was placed on a water-cooled substrate holder in a sputtering apparatus. At this time, the distance between the target and the film formation substrate was 40 mm. Next, the inside of the sputtering apparatus was evacuated to about 1 × 10 −4 Pa. Next, argon gas was introduced into the deposition chamber with the shutter placed between the deposition substrate and the target, and the pressure in the deposition chamber was set to 0.5 Pa. Next, the surface of the target was cleaned for 10 minutes by applying 120 W DC power to the target and performing sputtering discharge. Next, argon gas was introduced into the deposition chamber, and the pressure in the deposition chamber was set to 0.1 Pa. Next, direct current power of 120 W was applied to the target, the shutter between the film formation substrate and the target was removed, and film formation was performed for 30 minutes. The substrate holder was only cooled with water, no voltage was applied, and the substrate holder was not rotated. Next, the film formation substrate was taken out of the film formation chamber, and the resin adhered to the center portion was peeled off. As a result, the region where the semiconductor oxide film is not formed is exposed, and a step (the thickness of the semiconductor oxide film) between the region where the semiconductor oxide film is formed and the region where the semiconductor oxide film is not formed is exposed. It was measured with a palpation type surface roughness meter. Then, the formation rate of the semiconductor oxide film was calculated by dividing the value (nm) of the film thickness of the semiconductor oxide film by the film formation time (s). Table 1 shows the composition of the conductive oxide, the type of crystal phase and the ratio of the crystal phase, and the formation rate of the semiconductor oxide film in each Example and Comparative Example.
表1から明らかなように、実施例1〜9の導電性酸化物では比較例1および2の導電性酸化物に比べて半導体酸化物膜の形成速度が高くなった。これにより、上記結晶相におけるInに対する3価の金属(Al、Ga)の合計の原子濃度比を1より大きく1.2以下とし、かつInに対する2価の金属(Zn、Mg)の合計の原子濃度比を1より大きく1.2以下とすることで半導体酸化物膜の形成速度が向上することが明らかとなった。また、実施例1〜4および実施例5〜8のように、上記結晶相の割合が高くなるに従い半導体酸化物膜の形成速度が高くなることも明らかとなった。 As is clear from Table 1, in the conductive oxides of Examples 1 to 9, the formation rate of the semiconductor oxide film was higher than those of Comparative Examples 1 and 2. Thereby, the total atomic concentration ratio of trivalent metals (Al, Ga) to In in the crystal phase is set to be larger than 1 and 1.2 or less, and the total atoms of divalent metals (Zn, Mg) with respect to In It was revealed that the formation rate of the semiconductor oxide film is improved by setting the concentration ratio to be greater than 1 and 1.2 or less. Further, as in Examples 1 to 4 and Examples 5 to 8, it became clear that the rate of formation of the semiconductor oxide film increases as the proportion of the crystal phase increases.
今回開示された実施の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.
本発明の導電性酸化物および半導体酸化物膜は、レアメタルの含有量をより低減し、かつ半導体酸化物膜の形成速度の低下を抑制することが要求される導電性酸化物、および形成速度の低下を抑制することが要求される半導体酸化物膜において、特に有利に適用され得る。 The conductive oxide and the semiconductor oxide film of the present invention are required to further reduce the content of rare metal and suppress the decrease in the formation rate of the semiconductor oxide film, The present invention can be particularly advantageously applied to a semiconductor oxide film that is required to suppress the decrease.
Claims (7)
インジウムと、アルミニウムと、2価の金属との複合酸化物からなり、
前記結晶相における前記インジウムに対する前記アルミニウムの原子濃度比は1より大きく1.2以下であり、
前記結晶相における前記インジウムに対する前記2価の金属の原子濃度比は1より大きく1.2以下である、導電性酸化物。 A conductive oxide having a crystal phase having a basic structure which is the same crystal structure as InAlZnO 4 ,
It consists of a complex oxide of indium, aluminum, and a divalent metal,
The atomic concentration ratio of the aluminum to the indium in the crystalline phase is greater than 1 and less than or equal to 1.2;
The conductive oxide, wherein an atomic concentration ratio of the divalent metal to the indium in the crystal phase is greater than 1 and 1.2 or less.
インジウムと、アルミニウムおよび3価の金属と、一種または複数種の2価の金属との複合酸化物からなり、
前記結晶相における前記インジウムに対する前記アルミニウムおよび前記3価の金属の合計の原子濃度比は1より大きく1.2以下であり、
前記結晶相における前記インジウムに対する前記2価の金属の合計の原子濃度比は1より大きく1.2以下である、導電性酸化物。 A conductive oxide having a crystal phase having a basic structure which is the same crystal structure as InAlZnO 4 ,
A composite oxide of indium, aluminum and a trivalent metal, and one or more divalent metals,
The total atomic concentration ratio of the aluminum and the trivalent metal to the indium in the crystalline phase is greater than 1 and less than or equal to 1.2;
The conductive oxide, wherein a total atomic concentration ratio of the divalent metal to the indium in the crystal phase is greater than 1 and 1.2 or less.
前記2価の金属は、亜鉛およびマグネシウムである、請求項4に記載の導電性酸化物。 The trivalent metal is gallium,
The conductive oxide according to claim 4, wherein the divalent metal is zinc and magnesium.
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