JP7422269B2 - Sputtering target material and method for producing oxide semiconductor - Google Patents

Sputtering target material and method for producing oxide semiconductor Download PDF

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Description

本発明はスパッタリングターゲット材に関する。また本発明は、該スパッタリングターゲット材を用いた酸化物半導体の製造方法に関する。 The present invention relates to sputtering target materials. The present invention also relates to a method for manufacturing an oxide semiconductor using the sputtering target material.

フラットパネルディスプレイ(以下「FPD」ともいう。)に使用される薄膜トランジスタ(以下「TFT」ともいう。)の技術分野においては、FPDの高機能化に伴い、従来のアモルファスシリコンに代わってIn-Ga-Zn複合酸化物(以下「IGZO」ともいう。)に代表される酸化物半導体が注目されており、実用化が進んでいる。IGZOは、高い電界効果移動度と低いリーク電流を示すという利点を有する。近年ではFPDの更なる高機能化が進むに従い、IGZOが示す電界効果移動度よりも更に高い電界効果移動度を示す材料が提案されている。 In the technical field of thin film transistors (hereinafter also referred to as "TFT") used in flat panel displays (hereinafter also referred to as "FPD"), In-Ga is replacing the conventional amorphous silicon as FPDs become more sophisticated. Oxide semiconductors represented by -Zn composite oxide (hereinafter also referred to as "IGZO") are attracting attention and are being put into practical use. IGZO has the advantage of exhibiting high field effect mobility and low leakage current. In recent years, as FPDs have become more sophisticated, materials have been proposed that exhibit field-effect mobility even higher than that of IGZO.

例えば特許文献1及び2には、インジウム(In)元素及び亜鉛(Zn)元素と任意の元素XからなるIn-Zn-X複合酸化物によるTFT用の酸化物半導体が提案されている。同文献によればこの酸化物半導体は、In-Zn-X複合酸化物からなるターゲット材を用いたスパッタリングによって形成される。 For example, Patent Documents 1 and 2 propose an oxide semiconductor for a TFT using an In-Zn-X composite oxide consisting of an indium (In) element, a zinc (Zn) element, and an arbitrary element X. According to this document, this oxide semiconductor is formed by sputtering using a target material made of In--Zn--X composite oxide.

また、FPDの一つであるフレキシブルディスプレイが、幅広い応用展開が可能であるとして近年注目されている。フレキシブルディスプレイを構成する重要な部材の一つとして、柔軟性のある基材が挙げられ、中でもプラスチックフィルムが、薄く、軽量であり、しかも柔軟性に優れることから適している。しかしプラスチックフィルムは耐熱性に課題がある。基板上にTFTを形成するためには、成膜後に、電気特性改善のためにポストアニール処理が求められるところ、プラスチックフィルムのような耐熱性の低い基板を用いた場合にはポストアニール処理を低温で行う必要がある。しかしIGZOからなる膜を、低温でポストアニール処理すると、当該膜が低抵抗化を起こし、半導体として機能させることが難しい。 Furthermore, flexible displays, which are one type of FPD, have been attracting attention in recent years as they can be used in a wide range of applications. One of the important members constituting a flexible display is a flexible base material, and among them, plastic films are suitable because they are thin, lightweight, and have excellent flexibility. However, plastic films have problems with heat resistance. In order to form a TFT on a substrate, post-annealing treatment is required to improve electrical properties after film formation, but when using a substrate with low heat resistance such as a plastic film, post-annealing treatment is performed at a low temperature. It is necessary to do so. However, when a film made of IGZO is post-annealed at a low temperature, the resistance of the film decreases, making it difficult to function as a semiconductor.

US2013/270109A1US2013/270109A1 US2014/102892A1US2014/102892A1

特許文献1及び2に記載の技術においては、ターゲット材を粉末焼結法によって製造している。しかし粉末焼結法によって製造されるターゲット材は一般に相対密度が低く、そのことに起因して異常放電が発生しやすく、また異常放電時にターゲット材に亀裂が生じやすい。その結果、高性能のTFTを製造することに支障を来す場合がある。 In the techniques described in Patent Documents 1 and 2, the target material is manufactured by a powder sintering method. However, the target material manufactured by the powder sintering method generally has a low relative density, and due to this, abnormal discharge is likely to occur, and cracks are likely to occur in the target material during abnormal discharge. As a result, it may be difficult to manufacture high-performance TFTs.

また、プラスチックフィルムのような耐熱性の低い基板上にTFTを形成するためには、成膜後に、電気特性改善のためにポストアニール処理を行う必要がある。しかし、例えばIGZOからなる膜を、250℃未満の低温でポストアニール処理すると、当該膜が低抵抗化を起こし、半導体として機能させることが難しくなる。
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得るスパッタリングターゲット材及び酸化物半導体の製造方法を提供することにある。
Furthermore, in order to form a TFT on a substrate with low heat resistance such as a plastic film, it is necessary to perform post-annealing treatment after film formation to improve electrical characteristics. However, for example, if a film made of IGZO is post-annealed at a low temperature of less than 250° C., the resistance of the film decreases, making it difficult to function as a semiconductor.
Therefore, an object of the present invention is to provide a sputtering target material and a method for manufacturing an oxide semiconductor that can eliminate the drawbacks of the prior art described above.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、インジウム(In)元素及び亜鉛(Zn)元素を主たる元素として含む酸化物において、当該亜鉛(Zn)の含有量を増大させるとともに微量のタンタル(Ta)元素を含有させ、かつ相対密度を高くすることによって、上述した異常放電を抑制することができるとともに、250℃未満の低温で行ったポストアニール処理によっても半導体として機能させ得る酸化物半導体が得られることを見出した。 The present inventors conducted extensive studies to solve the above problems. As a result, in an oxide containing indium (In) element and zinc (Zn) element as main elements, the content of zinc (Zn) is increased, a trace amount of tantalum (Ta) element is included, and the relative density is lowered. It has been found that by increasing the temperature, the abnormal discharge described above can be suppressed, and an oxide semiconductor that can function as a semiconductor can be obtained even by post-annealing treatment performed at a low temperature of less than 250°C.

すなわち、本発明は、インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)元素を含む酸化物から構成され、
各元素の原子比が式(1)ないし(3)の全てを満たし、
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
相対密度が95%以上である、スパッタリングターゲット材を提供するものである。
That is, the present invention is composed of an oxide containing an indium (In) element, a zinc (Zn) element, and a tantalum (Ta) element,
The atomic ratio of each element satisfies all of formulas (1) to (3),
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
A sputtering target material having a relative density of 95% or more is provided.

また本発明は、上記のスパッタリングターゲット材を用いた酸化物半導体の製造方法であって、
前記酸化物半導体が、
インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)元素を含む酸化物から構成され、
各元素の原子比が式(1)ないし(3)の全てを満たすように製造された、酸化物半導体の製造方法
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
を提供するものである。
The present invention also provides a method for manufacturing an oxide semiconductor using the above sputtering target material, comprising:
The oxide semiconductor is
It is composed of an oxide containing indium (In) element, zinc (Zn) element and tantalum (Ta) element,
Method for manufacturing an oxide semiconductor manufactured such that the atomic ratio of each element satisfies all of formulas (1) to (3) 0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
It provides:

図1は、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて製造された薄膜トランジスタの構造を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a thin film transistor manufactured using the sputtering target material of the present invention.

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明はスパッタリングターゲット材(以下「ターゲット材」ともいう。)に関するものである。本発明のターゲット材は、インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)元素を含む酸化物から構成されるものである。本発明のターゲット材は、これを構成する金属元素としてIn、Zn及びTaを含むものであるが、本発明の効果を損なわない範囲で、これらの元素の他に、意図的に又は不可避的に、微量元素を含んでいてもよい。微量元素としては、例えば後述する有機添加物に含まれる元素やターゲット材製造時に混入するボールミル等のメディア原料が挙げられる。本発明のターゲット材における微量元素としては、例えばFe、Cr、Ni、Al、Si、W、Zr、Na、Mg、K、Ca、Ti、Y、Ga、Sn、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Nb、Sr及びPb等が挙げられる。それらの含有量は本発明のターゲット材が含むIn、Zn及びTaを含む酸化物の合計質量に対して、各々通常100質量ppm(以下「ppm」ともいう。)以下であることが好ましく、より好ましくは80ppm以下、更に好ましくは50ppm以下である。これらの微量元素の合計量は500ppm以下であることが好ましく、300ppm以下であることがより好ましくは、100ppm以下であることが更に好ましい。本発明のターゲット材に微量元素が含まれる場合は、合計質量には微量元素の質量も含まれる。 The present invention will be described below based on its preferred embodiments. The present invention relates to a sputtering target material (hereinafter also referred to as "target material"). The target material of the present invention is composed of an oxide containing an indium (In) element, a zinc (Zn) element, and a tantalum (Ta) element. The target material of the present invention contains In, Zn, and Ta as its constituent metal elements, but in addition to these elements, trace amounts may be intentionally or unavoidably contained within the range that does not impair the effects of the present invention. May contain elements. Examples of trace elements include elements contained in organic additives to be described later, and media raw materials such as ball mills that are mixed in during the production of the target material. Examples of trace elements in the target material of the present invention include Fe, Cr, Ni, Al, Si, W, Zr, Na, Mg, K, Ca, Ti, Y, Ga, Sn, Ba, La, Ce, Pr, Examples include Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Nb, Sr, and Pb. It is preferable that their content is usually 100 mass ppm (hereinafter also referred to as "ppm") or less, based on the total mass of oxides containing In, Zn, and Ta contained in the target material of the present invention, and more preferably Preferably it is 80 ppm or less, more preferably 50 ppm or less. The total amount of these trace elements is preferably 500 ppm or less, more preferably 300 ppm or less, and even more preferably 100 ppm or less. When the target material of the present invention contains trace elements, the total mass also includes the mass of the trace elements.

本発明のターゲット材は好適には、上述した酸化物を含む焼結体から構成されている。かかる焼結体及びスパッタリングターゲット材の形状に特に制限はなく、従来公知の形状、例えば平板型及び円筒形などを採用することができる。 The target material of the present invention is preferably composed of a sintered body containing the above-mentioned oxide. There is no particular restriction on the shape of the sintered body and sputtering target material, and conventionally known shapes, such as a flat plate shape and a cylindrical shape, can be adopted.

本発明のターゲット材は、これを構成する金属元素、すなわちIn、Zn及びTaの原子比が特定の範囲であることが、該ターゲット材から形成される酸化物半導体素子の性能が向上する点から好ましい。
具体的には、In及びTaに関しては以下の式(1)で表される原子比を満たすことが好ましい。
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
Znに関しては以下の式(2)で表される原子比を満たすことが好ましい。
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
Taに関しては以下の式(3)で表される原子比を満たすことが好ましい。
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
In the target material of the present invention, the atomic ratio of the metal elements constituting the target material, that is, In, Zn, and Ta, is within a specific range, since this improves the performance of the oxide semiconductor device formed from the target material. preferable.
Specifically, it is preferable that In and Ta satisfy the atomic ratio expressed by the following formula (1).
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
Regarding Zn, it is preferable that the atomic ratio expressed by the following formula (2) is satisfied.
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
Regarding Ta, it is preferable that the atomic ratio expressed by the following formula (3) is satisfied.
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)

In、Zn及びTaの原子比が前記の式(1)ないし(3)の全てを満たすことで、本発明のターゲット材を用いスパッタリングによって形成された酸化物薄膜を有する半導体素子は、250℃未満の低温で行ったポストアニール処理によっても高い電界効果移動度、低いリーク電流及び0Vに近いしきい電圧を示すものとなる。これらの利点を一層顕著なものとする観点から、In及びTaに関しては下記の式(1-2)ないし(1-5)を満たすことが更に好ましい。
0.12≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≦0.38 (1-2)
0.14≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≦0.35 (1-3)
0.16≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≦0.31 (1-4)
0.20≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≦0.30 (1-5)
Since the atomic ratio of In, Zn, and Ta satisfies all of the above formulas (1) to (3), a semiconductor element having an oxide thin film formed by sputtering using the target material of the present invention can be heated to temperatures below 250°C. Post-annealing performed at a low temperature also results in high field-effect mobility, low leakage current, and a threshold voltage close to 0V. From the viewpoint of making these advantages even more remarkable, it is more preferable that In and Ta satisfy the following formulas (1-2) to (1-5).
0.12≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≦0.38 (1-2)
0.14≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≦0.35 (1-3)
0.16≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≦0.31 (1-4)
0.20≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)≦0.30 (1-5)

前記と同様の観点から、Znに関しては下記の式(2-2)ないし(2-5)を満たすことが更に好ましく、Taに関しては下記の式(3-2)ないし(3-5)を満たすことが更に好ましい。 From the same viewpoint as above, it is more preferable that Zn satisfies the following formulas (2-2) to (2-5), and Ta satisfies the following formulas (3-2) to (3-5). More preferably.

0.62≦Zn/(In+Zn+Ta)≦0.88 (2-2)
0.65≦Zn/(In+Zn+Ta)≦0.86 (2-3)
0.69≦Zn/(In+Zn+Ta)≦0.84 (2-4)
0.70≦Zn/(In+Zn+Ta)≦0.80 (2-5)
0.0015≦Ta/(In+Zn+Ta)≦0.013 (3-2)
0.002<Ta/(In+Zn+Ta)≦0.012 (3-3)
0.0025≦Ta/(In+Zn+Ta)≦0.010 (3-4)
0.003≦Ta/(In+Zn+Ta)≦0.009 (3-5)
0.62≦Zn/(In+Zn+Ta)≦0.88 (2-2)
0.65≦Zn/(In+Zn+Ta)≦0.86 (2-3)
0.69≦Zn/(In+Zn+Ta)≦0.84 (2-4)
0.70≦Zn/(In+Zn+Ta)≦0.80 (2-5)
0.0015≦Ta/(In+Zn+Ta)≦0.013 (3-2)
0.002<Ta/(In+Zn+Ta)≦0.012 (3-3)
0.0025≦Ta/(In+Zn+Ta)≦0.010 (3-4)
0.003≦Ta/(In+Zn+Ta)≦0.009 (3-5)

本発明のターゲット材に含まれる各金属の割合は、例えばICP発光分光測定によって測定される。 The proportion of each metal contained in the target material of the present invention is measured, for example, by ICP emission spectrometry.

本発明のターゲット材は、In、Zn及びTaの原子比に加えて、相対密度が高いことによっても特徴付けられる。詳細には、本発明のターゲット材はその相対密度が好ましくは95%以上という高い値を示すものである。このような高い相対密度を示すことで、本発明のターゲット材を用いてスパッタリングを行う場合、パーティクルの発生を抑制することが可能となるので好ましい。この観点から、本発明のターゲット材はその相対密度が97%以上であることが更に好ましく、98%以上であることが一層好ましく、99%以上であることが更に一層好ましく、100%以上であることが特に好ましく、100%超であることがとりわけ好ましい。このような相対密度を有する本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。相対密度は、アルキメデス法に従い測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。 In addition to the atomic ratio of In, Zn, and Ta, the target material of the present invention is also characterized by a high relative density. Specifically, the target material of the present invention preferably exhibits a high relative density of 95% or more. By exhibiting such a high relative density, it is possible to suppress the generation of particles when performing sputtering using the target material of the present invention, which is preferable. From this point of view, the relative density of the target material of the present invention is more preferably 97% or more, even more preferably 98% or more, even more preferably 99% or more, and even more preferably 100% or more. It is particularly preferable that it is more than 100%. The target material of the present invention having such a relative density is suitably manufactured by the method described below. Relative density is measured according to the Archimedes method. A specific measuring method will be explained in detail in the examples described later.

本発明のターゲット材は強度が高いことによっても特徴付けられる。詳細には、本発明のターゲット材はその抗折強度が好ましくは100MPa以上という高い値を示すものである。このような高い抗折強度を示すことで、本発明のターゲット材を用いてスパッタリングを行う場合、スパッタリング中に意図せず異常放電が起こっても、ターゲット材に亀裂が生じにくくなるので好ましい。この観点から本発明のターゲット材は、その抗折強度が105MPa以上であることが更に好ましく、110MPa以上であることが一層好ましい。なお、抗折強度の上限は、ターゲット材の靭性等の観点から、例えば300MPaであることが好ましい。このような抗折強度を有する本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。抗折強度は、JIS R1601に準拠して測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。 The target material of the invention is also characterized by high strength. Specifically, the target material of the present invention preferably exhibits a high bending strength of 100 MPa or more. By exhibiting such high flexural strength, when performing sputtering using the target material of the present invention, even if abnormal discharge occurs unintentionally during sputtering, cracks are less likely to occur in the target material, which is preferable. From this viewpoint, the target material of the present invention preferably has a bending strength of 105 MPa or more, and even more preferably 110 MPa or more. Note that the upper limit of the bending strength is preferably 300 MPa, for example, from the viewpoint of the toughness of the target material. The target material of the present invention having such a bending strength is suitably manufactured by the method described below. The bending strength is measured in accordance with JIS R1601. A specific measuring method will be explained in detail in the examples described later.

本発明のターゲット材はバルク抵抗率が低いことによっても特徴付けられる。バルク抵抗率が低いことは、該ターゲット材を用いてDCスパッタリングが可能となる点から有利である。この観点から、本発明のターゲット材はそのバルク抵抗率が25℃において100mΩ・cm以下であることが好ましく、50mΩ・cm以下であることがより好ましく、30mΩ・cm以下であることが更に好ましく、20mΩ・cm以下であることが一層好ましく、15mΩ・cm以下であることが更に一層好ましく、12mΩ・cm以下であることが特に好ましく、10mΩ・cm以下であることがとりわけ好ましく、5mΩ・cm以下であることが殊更好ましい。なお、バルク抵抗率は低いほど好ましく下限値は特に定めるものではないが、通常0.01mΩ・cm以上である。このようなバルク抵抗率を有する本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。バルク抵抗率は、直流四探針法によって測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。 The target material of the invention is also characterized by a low bulk resistivity. A low bulk resistivity is advantageous in that it allows DC sputtering using the target material. From this point of view, the target material of the present invention preferably has a bulk resistivity of 100 mΩ·cm or less at 25°C, more preferably 50 mΩ·cm or less, even more preferably 30 mΩ·cm or less, It is more preferably 20 mΩ·cm or less, even more preferably 15 mΩ·cm or less, particularly preferably 12 mΩ·cm or less, particularly preferably 10 mΩ·cm or less, and particularly preferably 5 mΩ·cm or less. It is particularly preferred that there be. Note that the lower the bulk resistivity is, the more preferable it is, and the lower limit is not particularly determined, but is usually 0.01 mΩ·cm or more. The target material of the present invention having such a bulk resistivity is suitably manufactured by the method described below. Bulk resistivity is measured by the DC four-probe method. A specific measuring method will be explained in detail in the examples described later.

本発明のターゲット材は、上述したとおりIn、Zn及びTaを含む酸化物から構成されている。この酸化物は、Inの酸化物、Znの酸化物又はTaの酸化物であり得る。あるいはこの酸化物は、In、Zn及びTaからなる群から選択される任意の2種以上の元素の複合酸化物であり得る。複合酸化物の具体的な例としては、In-Zn複合酸化物、Zn-Ta複合酸化物、In-Ta複合酸化物、In-Zn-Ta複合酸化物等が挙げられるが、これらに限られるものではない。 As described above, the target material of the present invention is made of an oxide containing In, Zn, and Ta. This oxide can be an oxide of In, an oxide of Zn or an oxide of Ta. Alternatively, this oxide may be a composite oxide of two or more arbitrary elements selected from the group consisting of In, Zn, and Ta. Specific examples of composite oxides include, but are not limited to, In-Zn composite oxide, Zn-Ta composite oxide, In-Ta composite oxide, In-Zn-Ta composite oxide, etc. It's not a thing.

本発明のターゲット材においては、SEMによる倍率200倍での断面観察において、同一面内におけるIn/Zn原子比率が均質であることが好ましい。In/Zn原子比率が均質であるとスパッタリングにより薄膜を形成した際、組成に偏りがなく、膜特性が変化することがないため好ましい。 In the target material of the present invention, it is preferable that the In/Zn atomic ratio in the same plane is homogeneous in cross-sectional observation using a SEM at a magnification of 200 times. It is preferable that the In/Zn atomic ratio be homogeneous because when a thin film is formed by sputtering, the composition will be uniform and the film properties will not change.

In/Zn原子比率の均質状態の評価は、エネルギー分散型X線分光法(以下「EDX」ともいう)によって行う。ターゲット材断面において無作為に選んだ倍率200倍、437.5μm×625μmの範囲から、EDXによって視野全体のIn/Zn原子比率を得る。続いて同視野を縦4×横4の均等に分割し、各分割視野でのIn/Zn原子比率を得る。各分割視野でのIn/Zn原子比率と視野全体のIn/Zn原子比率の差の絶対値を、視野全体のIn/Zn原子比率で除し、100を乗じた値を分散率(%)と定義し、分散率の大小に基づきIn/Zn原子比率の均質の程度を評価する。分散率がゼロに近いほどIn/Zn原子比率が均質であることを意味する。16箇所での分散率の最大値が10%以下であることが好ましく、8%以下であることが更に好ましく、6%以下であることが一層好ましく、4%以下であることが更に一層好ましく、3%以下であることが特に好ましく、2%以下であることがとりわけ好ましい。 The homogeneity state of the In/Zn atomic ratio is evaluated by energy dispersive X-ray spectroscopy (hereinafter also referred to as "EDX"). The In/Zn atomic ratio of the entire field of view is obtained by EDX from a range of 437.5 μm x 625 μm randomly selected at a magnification of 200 times in the cross section of the target material. Subsequently, the same field of view is equally divided into 4 vertically x 4 horizontally, and the In/Zn atomic ratio in each divided field of view is obtained. The absolute value of the difference between the In/Zn atomic ratio in each divided field of view and the In/Zn atomic ratio in the entire field of view is divided by the In/Zn atomic ratio in the entire field of view, and the value multiplied by 100 is called the dispersion rate (%). The degree of homogeneity of the In/Zn atomic ratio is evaluated based on the magnitude of the dispersion rate. The closer the dispersion rate is to zero, the more homogeneous the In/Zn atomic ratio is. The maximum value of the dispersion rate at 16 locations is preferably 10% or less, more preferably 8% or less, even more preferably 6% or less, even more preferably 4% or less, It is particularly preferably 3% or less, particularly preferably 2% or less.

次に、本発明のターゲット材の好適な製造方法について説明する。本製造方法においては、ターゲット材の原料となる酸化物粉を所定の形状に成形して成形体を得て、この成形体を焼成することで、焼結体からなるターゲット材を得る。成形体を得るには、当該技術分野においてこれまで知られている方法を採用することができる。特に鋳込み成形法又はCIP成形法を採用することが、緻密なターゲット材を製造し得る点から好ましい。 Next, a preferred method for manufacturing the target material of the present invention will be described. In this manufacturing method, oxide powder, which is a raw material for a target material, is molded into a predetermined shape to obtain a molded body, and this molded body is fired to obtain a target material made of a sintered body. In order to obtain the molded body, methods known so far in the technical field can be employed. In particular, it is preferable to employ the cast molding method or the CIP molding method because a dense target material can be manufactured.

鋳込み成形法はスリップキャスト法とも呼ばれる。鋳込み成形法を行うには先ず、原料粉末と有機添加物とを含有するスラリーを、分散媒を用いて調製する。 The casting method is also called the slip casting method. To carry out the cast molding method, first, a slurry containing raw material powder and organic additives is prepared using a dispersion medium.

前記の原料粉末としては酸化物粉末又は水酸化物粉末を用いることが好適である。酸化物粉末としては、In酸化物の粉末、Zn酸化物の粉末、及びTa酸化物の粉末を用いる。In酸化物としては例えばInを用いることができる。Zn酸化物としては例えばZnOを用いることができる。Ta酸化物の粉末としては例えばTaを用いることができる。 As the raw material powder, it is preferable to use oxide powder or hydroxide powder. As the oxide powder, In oxide powder, Zn oxide powder, and Ta oxide powder are used. For example, In 2 O 3 can be used as the In oxide. For example, ZnO can be used as the Zn oxide. For example, Ta 2 O 5 can be used as the Ta oxide powder.

In酸化物の粉末、Zn酸化物の粉末及びTa酸化物の粉末の使用量は、目的とするターゲット材におけるIn、Zn及びTaの原子比が、上述した範囲を満たすように調整することが好ましい。 The amounts of In oxide powder, Zn oxide powder, and Ta oxide powder used are preferably adjusted so that the atomic ratio of In, Zn, and Ta in the intended target material satisfies the above range. .

原料粉末の粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積50容量%における体積累積粒径D50で表して、0.1μm以上1.5μm以下であることが好ましい。この範囲の粒径を有する原料粉末を用いることで、相対密度の高いターゲット材を容易に得ることができる。 The particle size of the raw material powder is preferably 0.1 μm or more and 1.5 μm or less, expressed as volume cumulative particle size D 50 at 50 volume % cumulative volume measured by laser diffraction scattering particle size distribution measurement method. By using a raw material powder having a particle size within this range, a target material with a high relative density can be easily obtained.

前記の有機添加物は、スラリーや成形体の性状を好適に調整するために用いられる物質である。有機添加物としては、例えばバインダ、分散剤及び可塑剤等を挙げることができる。バインダは、成形体の強度を高めるために添加される。バインダとしては、公知の粉末焼結法において成形体を得るときに通常使用されるバインダを使用することができる。バインダとしては、例えばポリビニルアルコールを挙げることができる。分散剤は、スラリー中の原料粉末の分散性を高めるために添加される。分散剤としては、例えばポリカルボン酸系分散剤、ポリアクリル酸系分散剤を挙げることができる。可塑剤は、成形体の可塑性を高めるために添加される。可塑剤としては、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)及びエチレングリコール(EG)等を挙げることができる。 The above-mentioned organic additives are substances used to suitably adjust the properties of slurries and molded bodies. Examples of organic additives include binders, dispersants, and plasticizers. A binder is added to increase the strength of the molded body. As the binder, it is possible to use a binder that is normally used when obtaining a molded body in a known powder sintering method. Examples of the binder include polyvinyl alcohol. The dispersant is added to improve the dispersibility of the raw material powder in the slurry. Examples of the dispersant include polycarboxylic acid dispersants and polyacrylic acid dispersants. A plasticizer is added to increase the plasticity of the molded article. Examples of the plasticizer include polyethylene glycol (PEG) and ethylene glycol (EG).

原料粉末及び有機添加物を含有するスラリーを作製する際に使用する分散媒には特に制限はなく、目的に応じて、水、及びアルコール等の水溶性有機溶媒から適宜選択して使用することができる。原料粉末及び有機添加物を含有するスラリーを作製する方法には特に制限はなく、例えば、原料粉末、有機添加物、分散媒及びジルコニアボールをポットに入れ、ボールミル混合する方法が使用できる。 There are no particular restrictions on the dispersion medium used when producing the slurry containing the raw material powder and organic additives, and the dispersion medium can be appropriately selected from water and water-soluble organic solvents such as alcohol depending on the purpose. can. There are no particular limitations on the method for producing the slurry containing the raw material powder and organic additives, and for example, a method may be used in which the raw material powder, organic additive, dispersion medium, and zirconia balls are placed in a pot and mixed in a ball mill.

このようにしてスラリーが得られたら、このスラリーを型に流し込み、次いで分散媒を除去して成形体を作製する。用いることができる型としては、例えば金属型や石膏型、加圧して分散媒除去を行う樹脂型などが挙げられる。 Once the slurry is obtained in this way, this slurry is poured into a mold, and then the dispersion medium is removed to produce a molded body. Examples of molds that can be used include metal molds, plaster molds, and resin molds that remove the dispersion medium by applying pressure.

一方、CIP成形法においては、鋳込み成形法において用いたスラリーと同様のスラリーを噴霧乾燥して乾燥粉末を得る。得られた乾燥粉末を型に充填してCIP成形を行う。 On the other hand, in the CIP molding method, a dry powder is obtained by spray drying a slurry similar to the slurry used in the cast molding method. The obtained dry powder is filled into a mold and subjected to CIP molding.

このようにして成形体が得られたら、次にこれを焼成する。上述のように、本製造方法においては、原料粉末をすべて混合した後に焼成を行う。このこととは対照的に、従来技術、例えば特許文献2に記載の技術では、In粉とTa粉とを混合した後に焼成を行い、次いで得られた焼成粉とZnO粉とを混合して再び焼成を行っている。この方法では事前に焼成を実施することによって粉末を構成する粒子が粗粒となってしまい、相対密度の高いターゲット材を得ることが容易でない。 Once the molded body is obtained in this way, it is then fired. As described above, in this manufacturing method, firing is performed after all the raw material powders are mixed. In contrast, in the conventional technology, for example, the technology described in Patent Document 2, firing is performed after mixing In 2 O 3 powder and Ta 2 O 5 powder, and then the obtained fired powder and ZnO powder are mixed. The mixture is then mixed and fired again. In this method, the particles constituting the powder become coarse particles due to the prior firing, making it difficult to obtain a target material with a high relative density.

これに対して本製造方法では、好ましくは、In酸化物の粉末、Zn酸化物の粉末及びTa酸化物の粉末をすべて常温で混合、成形した後、焼成を行っているので、相対密度の高い緻密なターゲット材が容易に得られる。成形体の焼成は一般に酸素含有雰囲気中で行うことができる。特に大気雰囲気中で焼成することが簡便である。焼成温度は1200℃以上1600℃以下であることが好ましく、1300℃以上1500℃以下であることが更に好ましく、1350℃以上1450℃以下であることが一層好ましい。焼成時間は、1時間以上100時間以下であることが好ましく、2時間以上50時間以下であることが更に好ましく、3時間以上30時間以下であることが一層好ましい。昇温速度は5℃/時間以上500℃/時間以下であることが好ましく、10℃/時間以上200℃/時間以下であることが更に好ましく、20℃/時間以上100℃/時間以下であることが一層好ましい。 On the other hand, in this manufacturing method, preferably, the In oxide powder, Zn oxide powder, and Ta oxide powder are mixed at room temperature, molded, and then fired, so that the powder has a high relative density. Dense target material can be easily obtained. Firing of the compact can generally be carried out in an oxygen-containing atmosphere. In particular, it is convenient to perform firing in an air atmosphere. The firing temperature is preferably 1200°C or more and 1600°C or less, more preferably 1300°C or more and 1500°C or less, and even more preferably 1350°C or more and 1450°C or less. The firing time is preferably 1 hour or more and 100 hours or less, more preferably 2 hours or more and 50 hours or less, and even more preferably 3 hours or more and 30 hours or less. The temperature increase rate is preferably 5°C/hour or more and 500°C/hour or less, more preferably 10°C/hour or more and 200°C/hour or less, and 20°C/hour or more and 100°C/hour or less. is more preferable.

成形体の焼成においては、焼成過程においてInとZnとの複合酸化物、例えばZnInの相が生成する温度を一定時間維持することが、焼結の促進及び緻密なターゲット材の生成の観点から好ましい。ZnInの相が生成する際に体積拡散が進み緻密化が促進されることから、ZnInの相を確実に生成させることが好ましい。このような観点から、焼成の昇温過程において、温度を1000℃以上1250℃以下の範囲で一定時間維持することが好ましく、1050℃以上1200℃以下の範囲で一定時間維持することが更に好ましい。維持する温度は、必ずしもある特定の一点の温度に限られるものではなく、ある程度の幅を有する温度範囲であってもよい。具体的には、1000℃以上1250℃以下の範囲から選ばれるある特定の温度をT(℃)とするとき、1000℃以上1250℃以下の範囲に含まれる限り、例えばT±10℃であってもよく、好ましくはT±5℃であり、より好ましくはT±3℃であり、更に好ましくはT±1℃である。この温度範囲を維持する時間は、好ましくは1時間以上40時間以下であり、更に好ましくは2時間以上20時間以下である。 When firing a compact, maintaining a temperature at which a complex oxide of In and Zn, for example, a phase of Zn 5 In 2 O 8 is generated during the firing process, for a certain period of time promotes sintering and creates a dense target material. Preferable from the viewpoint of production. When the Zn 5 In 2 O 8 phase is generated, volume diffusion progresses and densification is promoted, so it is preferable to reliably generate the Zn 5 In 2 O 8 phase. From this point of view, in the heating process of firing, it is preferable to maintain the temperature in the range of 1000° C. or more and 1250° C. or less for a certain period of time, and it is more preferable to maintain the temperature in the range of 1050° C. or more and 1200° C. or less for a certain period of time. The temperature to be maintained is not necessarily limited to the temperature at one specific point, but may be within a temperature range having a certain degree of width. Specifically, when T (°C) is a specific temperature selected from the range of 1000°C to 1250°C, as long as it is within the range of 1000°C to 1250°C, for example T ± 10°C. It is preferably T±5°C, more preferably T±3°C, and still more preferably T±1°C. The time for maintaining this temperature range is preferably 1 hour or more and 40 hours or less, more preferably 2 hours or more and 20 hours or less.

このようにして得られたターゲット材は、研削加工などにより、所定の寸法に加工することができる。これを基材に接合することでスパッタリングターゲットが得られる。このようにして得られたスパッタリングターゲットは、酸化物半導体の製造に好適に用いられる。例えばTFTの製造に、本発明のターゲット材を用いることができる。図1には、TFT素子の一実施形態が模式的に示されている。 The target material obtained in this way can be processed into predetermined dimensions by grinding or the like. A sputtering target can be obtained by bonding this to a base material. The sputtering target obtained in this way is suitably used for manufacturing oxide semiconductors. For example, the target material of the present invention can be used for manufacturing TFTs. FIG. 1 schematically shows one embodiment of a TFT element.

同図に示すTFT素子1は、基材10の一面に形成されている。基材10の一面にはチャネル層20、ソース電極30及びドレイン電極31が配置されており、これを覆うようにゲート絶縁膜40が形成されている。ゲート絶縁膜40上には、ゲート電極50が配置されている。そして最も上部に保護層60が配置されている。この構造を有するTFT素子1において、例えばチャネル層20が、酸化物半導体層から構成されている。この構造を有するTFT素子1において、例えばチャネル層20の形成を、本発明のターゲット材を用いて行うことができる。その場合、チャネル層20は、インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)元素を含む酸化物から構成されたものとなり、インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)の原子比は、上述した式(1)を満たすものとなる。また、上述した式(2)及び(3)を満たすものとなる。
なお、チャネル層20を形成する際の酸素濃度は、例えば10体積%以上40体積%以下であることが好ましく、12体積%以上37体積%以下であることがより好ましく、15体積%以上35体積以下であることが更に好ましい。
The TFT element 1 shown in the figure is formed on one surface of a base material 10. A channel layer 20, a source electrode 30, and a drain electrode 31 are arranged on one surface of the base material 10, and a gate insulating film 40 is formed to cover them. A gate electrode 50 is arranged on the gate insulating film 40. A protective layer 60 is disposed at the top. In the TFT element 1 having this structure, for example, the channel layer 20 is composed of an oxide semiconductor layer. In the TFT element 1 having this structure, for example, the channel layer 20 can be formed using the target material of the present invention. In that case, the channel layer 20 is made of an oxide containing indium (In), zinc (Zn), and tantalum (Ta). The atomic ratio of Ta) satisfies the above-mentioned formula (1). Moreover, the above-mentioned equations (2) and (3) are satisfied.
The oxygen concentration when forming the channel layer 20 is, for example, preferably 10 volume% or more and 40 volume% or less, more preferably 12 volume% or more and 37 volume% or less, and 15 volume% or more and 35 volume% or less. It is more preferable that it is the following.

スパッタリング法によって酸化物半導体層が形成されたら、該酸化物半導体層をアニール処理することが好ましい。アニール処理の目的は、該酸化物半導体層に所期の性能を付与することにある。この目的のために、アニール処理の温度は20℃以上250℃未満であることが好ましく、20℃以上200℃以下であることが更に好ましく、20℃以上180℃以下であることが一層好ましく、20℃以上150℃以下であることがより一層好ましい。またアニール処理の温度は50℃以上であってもよく、また80℃以上であってもよい。アニール処理の時間は、1分以上180分以下であることが好ましく、2分以上120分以下であることが更に好ましく、3分以上60分以下であることが一層好ましい。アニールの雰囲気は、大気圧を含む酸素雰囲気などであることが好ましい。
酸化物半導体層に対するアニール処理は、該酸化物半導体層の形成直後に行うことができる。あるいは、酸化物半導体層を形成した後に更に別の層を一又は二以上形成し、その後にアニール処理を行ってもよい。
After the oxide semiconductor layer is formed by a sputtering method, it is preferable to perform an annealing treatment on the oxide semiconductor layer. The purpose of the annealing treatment is to impart desired performance to the oxide semiconductor layer. For this purpose, the temperature of the annealing treatment is preferably 20°C or higher and lower than 250°C, more preferably 20°C or higher and 200°C or lower, even more preferably 20°C or higher and 180°C or lower, and even more preferably 20°C or higher and lower than 200°C. It is even more preferable that the temperature is 150° C. or higher and 150° C. or lower. Further, the temperature of the annealing treatment may be 50°C or higher, or may be 80°C or higher. The time for the annealing treatment is preferably 1 minute or more and 180 minutes or less, more preferably 2 minutes or more and 120 minutes or less, and even more preferably 3 minutes or more and 60 minutes or less. The annealing atmosphere is preferably an oxygen atmosphere containing atmospheric pressure.
Annealing treatment for the oxide semiconductor layer can be performed immediately after the oxide semiconductor layer is formed. Alternatively, after forming the oxide semiconductor layer, one or more other layers may be formed, and then annealing treatment may be performed.

本発明のターゲット材から形成された酸化物半導体素子はアモルファス構造を有することが、該素子の性能向上の点から好ましい。 It is preferable that the oxide semiconductor device formed from the target material of the present invention has an amorphous structure from the viewpoint of improving the performance of the device.

なお、ターゲット材から形成される酸化物半導体素子の電界効果移動度の値が大きいことは、酸化物半導体素子であるTFT素子の伝達特性が良好となることに起因するFPDの高機能化の点から好ましい。詳細にはターゲット材から形成される酸化物半導体素子を備えたTFTは、その電界効果移動度(cm/Vs)が、1cm/Vs以上であることが好ましく、2cm/Vs以上であることが更に好ましく、3cm/Vs以上であることがより好ましく、5cm/Vs以上であることが一層好ましく、10cm/Vs以上であることが更に一層好ましく、20cm/Vs以上であることがより一層好ましく、30cm/Vs以上であることが特に好ましい。電界効果移動度の値は大きければ大きいほど、FPDの高機能化の点から好ましいが、電界効果移動度が200cm/Vs程度に高ければ、十分に満足すべき程度の性能が得られる。 Note that the large value of field effect mobility of the oxide semiconductor element formed from the target material is due to the improvement in the transfer characteristics of the TFT element, which is an oxide semiconductor element. preferred. In detail, the field effect mobility (cm 2 /Vs) of a TFT including an oxide semiconductor element formed from a target material is preferably 1 cm 2 /Vs or more, and preferably 2 cm 2 /Vs or more. is more preferably 3 cm 2 /Vs or more, even more preferably 5 cm 2 /Vs or more, even more preferably 10 cm 2 /Vs or more, and even more preferably 20 cm 2 /Vs or more. is even more preferable, and particularly preferably 30 cm 2 /Vs or more. The larger the value of the field effect mobility, the more preferable it is from the standpoint of improving the functionality of the FPD, but if the field effect mobility is as high as about 200 cm 2 /Vs, a sufficiently satisfactory level of performance can be obtained.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. However, the scope of the invention is not limited to such examples.

〔実施例1〕
平均粒径D50が0.6μmであるIn粉末と、平均粒径D50が0.8μmであるZnO粉末と、平均粒径D50が0.6μmであるTa粉末とを、ジルコニアボールによってボールミル乾式混合して、混合原料粉末を調製した。各粉末の平均粒径D50は、マイクロトラックベル株式会社製の粒度分布測定装置MT3300EXIIを用いて測定した。測定の際、溶媒には水を使用し、測定物質の屈折率2.20で測定した。各粉末の混合比率は、InとZnとTaとの原子比が、以下の表1に示す値となるようにした。
[Example 1]
In 2 O 3 powder whose average particle size D 50 is 0.6 μm, ZnO powder whose average particle size D 50 is 0.8 μm, and Ta 2 O 5 powder whose average particle size D 50 is 0.6 μm. were dry mixed using a zirconia ball in a ball mill to prepare a mixed raw material powder. The average particle diameter D50 of each powder was measured using a particle size distribution measuring device MT3300EXII manufactured by Micro Track Bell Co., Ltd. During the measurement, water was used as a solvent and the refractive index of the substance to be measured was 2.20. The mixing ratio of each powder was such that the atomic ratio of In, Zn, and Ta was as shown in Table 1 below.

混合原料粉末が調製されたポットに、混合原料粉末に対して0.2質量%のバインダと、混合原料粉末に対して0.6質量%の分散剤と、混合原料粉末に対して20質量%の水とを加え、ジルコニアボールによってボールミル混合してスラリーを調製した。 In the pot in which the mixed raw material powder was prepared, 0.2% by mass of binder with respect to the mixed raw material powder, 0.6% by mass of a dispersant with respect to the mixed raw material powder, and 20% by mass with respect to the mixed raw material powder. of water and mixed in a ball mill using a zirconia ball to prepare a slurry.

調製されたスラリーを、フィルターを挟んだ金属製の型に流し込み、次いでスラリー中の水を排出して成形体を得た。この成形体を焼成して焼結体を作製した。焼成は酸素濃度が20体積%である雰囲気中、焼成温度1400℃、焼成時間8時間、昇温速度50℃/時間、降温速度50℃/時間で行った。焼成の途中、1100℃を6時間維持してZnInの生成を促進させた。 The prepared slurry was poured into a metal mold sandwiching a filter, and then water in the slurry was drained to obtain a molded body. This molded body was fired to produce a sintered body. The firing was performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 20% by volume at a firing temperature of 1400°C, a firing time of 8 hours, a temperature increase rate of 50°C/hour, and a temperature fall rate of 50°C/hour. During the firing, the temperature was maintained at 1100° C. for 6 hours to promote the formation of Zn 5 In 2 O 8 .

このようにして得られた焼結体を切削加工し、幅210mm×長さ710mm×厚さ6mmの酸化物焼結体(ターゲット材)を得た。切削加工には#170の砥石を使用した。 The sintered body thus obtained was cut to obtain an oxide sintered body (target material) with a width of 210 mm, a length of 710 mm, and a thickness of 6 mm. A #170 grindstone was used for cutting.

〔実施例2ないし5〕
実施例1において、InとZnとTaとの原子比が、以下の表1に示す値となるように各原料粉末を混合した。これ以外は実施例1と同様にしてターゲット材を得た。
[Example 2 to 5]
In Example 1, each raw material powder was mixed so that the atomic ratios of In, Zn, and Ta were as shown in Table 1 below. A target material was obtained in the same manner as in Example 1 except for this.

〔比較例1〕
平均粒径D50が0.6μmであるIn粉末と、平均粒径D50が0.6μmであるTa粉末とを、In元素とTa元素の合計に対するIn元素の原子比〔In/(In+Ta)〕が0.983となるように混合した。混合物を湿式ボールミルに供給し、12時間混合粉砕した。
得られた混合スラリーを取り出し、濾過、乾燥した。この乾燥粉を焼成炉に装入し、大気雰囲気中、1000℃で5時間熱処理した。
以上により、In元素とTa元素を含有する混合粉を得た。
[Comparative example 1]
The atomic ratio of In element to the total of In element and Ta element is They were mixed so that [In/(In+Ta)] was 0.983. The mixture was fed into a wet ball mill and mixed and ground for 12 hours.
The resulting mixed slurry was taken out, filtered, and dried. This dry powder was charged into a firing furnace and heat-treated at 1000° C. for 5 hours in an air atmosphere.
Through the above process, a mixed powder containing In element and Ta element was obtained.

この混合粉に、平均粒径D50が0.8μmであるZnO粉末を、原子比〔In/(In+Zn)〕が0.296となるように混合した。混合粉を湿式ボールミルに供給し、24時間混合粉砕して、原料粉末のスラリーを得た。このスラリーを、濾過、乾燥及び造粒した。
得られた造粒物をプレス成形し、更に、2000kgf/cmの圧力を加えて冷間静水圧プレスで成形した。
成形体を焼成炉に装入し、大気圧、酸素ガス流入条件で、1400℃、12時間の条件で焼成し焼結体を得た。室温から400℃までは昇温速度は0.5℃/分とし、400~1400℃までは1℃/分とした。降温速度は1℃/分とした。
これら以外は実施例1と同様にしてターゲット材を得た。
ZnO powder having an average particle diameter D50 of 0.8 μm was mixed into this mixed powder so that the atomic ratio [In/(In+Zn)] was 0.296. The mixed powder was supplied to a wet ball mill and mixed and pulverized for 24 hours to obtain a slurry of raw material powder. This slurry was filtered, dried and granulated.
The obtained granules were press-molded and further molded using a cold isostatic press while applying a pressure of 2000 kgf/cm 2 .
The molded body was charged into a firing furnace and fired at 1400° C. for 12 hours under atmospheric pressure and oxygen gas inflow conditions to obtain a sintered body. The temperature increase rate was 0.5°C/min from room temperature to 400°C, and 1°C/min from 400 to 1400°C. The temperature decreasing rate was 1°C/min.
A target material was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above.

〔比較例2〕
平均粒径D50が0.6μmであるIn粉末と、平均粒径D50が0.6μmであるTa粉末とを、In元素とTa元素の合計に対するIn元素の原子比〔In/(In+Ta)〕が0.975となるように混合した。混合物を湿式ボールミルに供給し、12時間混合粉砕した。
得られた混合スラリーを取り出し、濾過、乾燥した。この乾燥粉を焼成炉に装入し、大気雰囲気中、1000℃で5時間熱処理した。
以上により、In元素とTa元素を含有する混合粉を得た。
[Comparative example 2]
The atomic ratio of In element to the total of In element and Ta element is They were mixed so that [In/(In+Ta)] was 0.975. The mixture was fed into a wet ball mill and mixed and ground for 12 hours.
The resulting mixed slurry was taken out, filtered, and dried. This dry powder was charged into a firing furnace and heat-treated at 1000° C. for 5 hours in an air atmosphere.
Through the above process, a mixed powder containing In element and Ta element was obtained.

この混合粉に、平均粒径D50が0.8μmであるZnO粉末を、原子比〔In/(In+Zn)〕が0.196となるように混合した。混合粉を湿式ボールミルに供給し、24時間混合粉砕して、原料粉末のスラリーを得た。このスラリーを、濾過、乾燥及び造粒した。これ以外は比較例1と同様にしてターゲット材を得た。 ZnO powder having an average particle diameter D50 of 0.8 μm was mixed into this mixed powder so that the atomic ratio [In/(In+Zn)] was 0.196. The mixed powder was supplied to a wet ball mill and mixed and pulverized for 24 hours to obtain a slurry of raw material powder. This slurry was filtered, dried and granulated. A target material was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for this.

実施例及び比較例で得られたターゲット材に含まれる各金属の割合を、ICP発光分光測定によって測定した。InとZnとTaとの原子比が、表1に示す原料比と同一であることを確認した。 The proportion of each metal contained in the target materials obtained in Examples and Comparative Examples was measured by ICP emission spectrometry. It was confirmed that the atomic ratios of In, Zn, and Ta were the same as the raw material ratios shown in Table 1.

〔評価1〕
実施例及び比較例で得られたターゲット材について、相対密度、抗折強度、及びバルク抵抗率を以下の方法で測定した。
[Rating 1]
Relative density, bending strength, and bulk resistivity of the target materials obtained in Examples and Comparative Examples were measured using the following methods.

〔相対密度〕
ターゲット材の空中質量を体積(ターゲット材の水中質量/計測温度における水比重)で除し、下記式(i)に基づく理論密度ρ(g/cm)に対する百分率の値を相対密度(単位:%)とした。
・・・(i)
(式中Ciはターゲット材の構成物質の含有量(質量%)を示し、ρiはCiに対応する各構成物質の密度(g/cm)を示す。)
本発明の場合、ターゲット材の構成物質の含有量(質量%)は、In、ZnO、Taと考え、例えば
C1:ターゲット材のInの質量%
ρ1:Inの密度(7.18g/cm
C2:ターゲット材のZnOの質量%
ρ2:ZnOの密度(5.60g/cm
C3:ターゲット材のTaの質量%
ρ3:Taの密度(8.73g/cm
を式(i)に適用することで理論密度ρを算出できる。
Inの質量%、ZnOの質量%、Taの質量%は、ICP発光分光測定によるターゲット材の各元素の分析結果から求めることができる。
[Relative density]
The mass of the target material in the air is divided by the volume (mass of the target material in water/specific gravity of water at the measurement temperature), and the percentage value for the theoretical density ρ (g/cm 3 ) based on the following formula (i) is calculated as the relative density (unit: %).
...(i)
(In the formula, Ci indicates the content (mass%) of the constituent substances of the target material, and ρi indicates the density (g/cm 3 ) of each constituent substance corresponding to Ci.)
In the case of the present invention, the content (mass%) of the constituent substances of the target material is considered to be In 2 O 3 , ZnO, Ta 2 O 5 , for example, C1: mass % of In 2 O 3 of the target material.
ρ1: Density of In 2 O 3 (7.18 g/cm 3 )
C2: Mass% of ZnO in target material
ρ2: Density of ZnO (5.60g/cm 3 )
C3: Mass% of Ta 2 O 5 in target material
ρ3: Density of Ta 2 O 5 (8.73 g/cm 3 )
The theoretical density ρ can be calculated by applying ρ to equation (i).
The mass % of In 2 O 3 , the mass % of ZnO, and the mass % of Ta 2 O 5 can be determined from the analysis results of each element of the target material by ICP emission spectrometry.

〔抗折強度〕
島津製作所製のオートグラフ(登録商標)AGS-500Bを用いて測定した。ターゲット材から切り出した試料片(全長36mm以上、幅4.0mm、厚さ3.0mm)を用い、JIS-R-1601(ファインセラミックスの曲げ強度試験方法)の3点曲げ強さの測定方法に従って測定した。
[Folding strength]
Measurement was performed using Autograph (registered trademark) AGS-500B manufactured by Shimadzu Corporation. Using a sample piece cut out from the target material (total length 36 mm or more, width 4.0 mm, thickness 3.0 mm), according to the three-point bending strength measurement method of JIS-R-1601 (bending strength test method for fine ceramics). It was measured.

〔バルク抵抗率〕
三菱ケミカル製のロレスタ(登録商標)HP MCP-T410を用いて、JIS規格の直流四探針法によって測定した。加工後のターゲット材の表面にプローブ(直列四探針プローブ TYPE ESP)を当接させ、AUTO RANGEモードで測定した。測定箇所はターゲット材の中央付近及び四隅の計5か所とし、各測定値の算術平均値をそのターゲット材のバルク抵抗率とした。
[Bulk resistivity]
The measurement was performed using Loresta (registered trademark) HP MCP-T410 manufactured by Mitsubishi Chemical by the JIS standard DC four-probe method. A probe (series four-probe probe TYPE ESP) was brought into contact with the surface of the target material after processing, and measurement was performed in AUTO RANGE mode. The measurement points were a total of five locations near the center and the four corners of the target material, and the arithmetic mean value of each measurement value was taken as the bulk resistivity of the target material.

〔評価2〕
実施例及び比較例のターゲット材を用いて、異常放電の評価を行った。DCマグネトロンスパッタ装置(真空器械工業株式会社製 ハイレートスパッタ装置)、排気系クライオポンプ及びロータリーポンプを用い、以下の条件でDCスパッタリングを行った。
到達真空度:1×10-5[Pa]
スパッタ圧力:0.50[Pa]
アルゴンガス流量:32[cc]
酸素ガス流量:8[cc]
投入電力:3[W/cm
時間:48時間
異常放電の発生回数は、アーキングカウンター(型式:μArc Moniter MAM Genesis MAM データコレクター Ver.2.02(LANDMARK TECHNOLOGY社製))を用い、以下のように評価した。
A:50回未満
B:50回以上
[Evaluation 2]
Abnormal discharge was evaluated using the target materials of Examples and Comparative Examples. DC sputtering was performed under the following conditions using a DC magnetron sputtering device (high rate sputtering device manufactured by Shinku Kikai Kogyo Co., Ltd.), an exhaust system cryopump, and a rotary pump.
Ultimate vacuum: 1×10 -5 [Pa]
Sputtering pressure: 0.50 [Pa]
Argon gas flow rate: 32 [cc]
Oxygen gas flow rate: 8 [cc]
Input power: 3 [W/cm 2 ]
Time: 48 hours The number of occurrences of abnormal discharge was evaluated as follows using an arcing counter (model: μArc Monitor MAM Genesis MAM Data Collector Ver. 2.02 (manufactured by LANDMARK TECHNOLOGY)).
A: Less than 50 times B: More than 50 times

〔評価3〕
実施例及び比較例のターゲット材を用いて、図1に示すTFT素子1をフォトリソグラフィー法により作製した。
TFT素子1の作製においては、基材10としてポリエチレンナフタレートフィルム(東洋紡株式会社製テオネックス(登録商標))(ガラス転移点:155℃)を用いた。基材10上に、ソース電極30及びドレイン電極31としてMo薄膜を、DCスパッタリング装置を用いて成膜し、上述の方法で得られたターゲット材を使用して、下記の条件でスパッタリング成膜を行い、厚さ約30nmのチャネル層20を成膜した。
・成膜装置:DCスパッタリング装置トッキ株式会社製SML-464
・到達真空度:1×10-4Pa未満
・スパッタガス:Ar/O混合ガス
・スパッタガス圧:0.4Pa
・Oガス濃度:以下の表1に示すとおり。
・基板温度:室温
・スパッタリング電力:3W/cm
[Rating 3]
Using the target materials of Examples and Comparative Examples, a TFT element 1 shown in FIG. 1 was manufactured by photolithography.
In producing the TFT element 1, a polyethylene naphthalate film (Teonex (registered trademark) manufactured by Toyobo Co., Ltd.) (glass transition point: 155° C.) was used as the base material 10. A Mo thin film was formed as a source electrode 30 and a drain electrode 31 on the base material 10 using a DC sputtering device, and sputtering film formation was performed under the following conditions using the target material obtained by the above method. A channel layer 20 having a thickness of about 30 nm was formed.
・Film forming equipment: DC sputtering equipment SML-464 manufactured by Tokki Co., Ltd.
・Ultimate vacuum: less than 1×10 −4 Pa ・Sputter gas: Ar/O 2 mixed gas ・Sputter gas pressure: 0.4 Pa
O2 gas concentration: As shown in Table 1 below.
・Substrate temperature: Room temperature ・Sputtering power: 3W/ cm2

次に、ゲート絶縁膜40としてSiOx薄膜を下記の条件で成膜した。
・成膜装置:プラズマCVD装置サムコ株式会社製PD-2202L
・成膜ガス:SiH/NO/N混合ガス
・成膜圧力:110Pa
・基板温度:150℃
次に、ゲート電極50としてMo薄膜を、前記DCスパッタリング装置を用いて成膜した。
保護層60として、SiOx薄膜を、前記プラズマCVD装置を用いて成膜した。最後に、150℃でアニール処理を実施した。アニール処理の時間は60分とした。このようにしてTFT素子1を製造した。
Next, a SiOx thin film was formed as the gate insulating film 40 under the following conditions.
・Film deposition equipment: Plasma CVD equipment Samco Co., Ltd. PD-2202L
・Film-forming gas: SiH 4 /N 2 O/N 2 mixed gas ・Film-forming pressure: 110 Pa
・Substrate temperature: 150℃
Next, a Mo thin film was formed as the gate electrode 50 using the DC sputtering apparatus.
As the protective layer 60, a SiOx thin film was formed using the plasma CVD apparatus described above. Finally, annealing treatment was performed at 150°C. The annealing treatment time was 60 minutes. In this way, TFT element 1 was manufactured.

得られたTFT素子1におけるチャネル層20の組成がターゲット材の組成と同じであることを、本発明者はX線光電子分光法(XPS:X-Ray Photoelectron Spectroscopy)によって確認している(以下の実施例及び比較例についても同じである。)。XPSは、試料表面にX線を照射することで生じる光電子エネルギーを測定し、試料の構成元素と、その電子状態を分析できる測定方法である。したがって、表1に示す各元素の組成は、チャネル層20とターゲット材とで同一である。 The present inventor has confirmed by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) that the composition of the channel layer 20 in the obtained TFT element 1 is the same as the composition of the target material (see below). The same applies to Examples and Comparative Examples.) XPS is a measurement method that can analyze the constituent elements of a sample and their electronic states by measuring the photoelectron energy generated by irradiating the sample surface with X-rays. Therefore, the composition of each element shown in Table 1 is the same in the channel layer 20 and the target material.

このようにして得られたTFT素子1について、ドレイン電圧Vd=5Vでの伝達特性の測定を行った。測定した伝達特性は、電界効果移動度μ(cm/Vs)、SS(Subthreshold Swing)値(V/dec)及びしきい電圧Vth(V)である。伝達特性は、Agilent Technologies株式会社製Semiconductor Device Analyzer B1500Aによって測定した。測定結果を表1に示す。なお表に示していないが、各実施例で得られたTFT素子1のチャネル層20がアモルファス構造であることをXRD測定によって本発明者は確認している。
電界効果移動度とは、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)動作の飽和領域において、ドレイン電圧を一定としたときのゲート電圧に対するドレイン電流の変化から求めたチャネル移動度のことであり、値が大きいほど伝達特性が良好である。
SS値とは、しきい電圧近傍でドレイン電流を1桁上昇させるのに必要なゲート電圧のことであり、値が小さいほど伝達特性が良好である。
しきい電圧とは、ドレイン電極に正電圧をかけ、ゲート電極に正負いずれかの電圧をかけたときにドレイン電流が流れ、1nAとなった場合の電圧であり、値が0Vに近いことが好ましい。詳細には、-2V以上であることが更に好ましく、-1V以上であることが一層好ましく、0V以上であることが更に一層好ましい。また、3V以下であることが更に好ましく、2V以下であることが一層好ましく、1V以下であることが更に一層好ましい。具体的には、-2V以上3V以下であることが更に好ましく、-1V以上2V以下であることが一層好ましく、0V以上1V以下であることが更に一層好ましい。
The transfer characteristics of the TFT element 1 thus obtained were measured at a drain voltage of Vd=5V. The measured transfer characteristics are field effect mobility μ (cm 2 /Vs), SS (Subthreshold Swing) value (V/dec), and threshold voltage Vth (V). The transfer characteristics were measured using Semiconductor Device Analyzer B1500A manufactured by Agilent Technologies. The measurement results are shown in Table 1. Although not shown in the table, the inventor has confirmed by XRD measurement that the channel layer 20 of the TFT device 1 obtained in each example has an amorphous structure.
Field-effect mobility is the channel mobility determined from the change in drain current with respect to gate voltage when the drain voltage is constant in the saturation region of MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) operation. , the larger the value, the better the transfer characteristics.
The SS value is the gate voltage required to increase the drain current by one order of magnitude near the threshold voltage, and the smaller the value, the better the transfer characteristics.
The threshold voltage is the voltage when a drain current flows and becomes 1 nA when a positive voltage is applied to the drain electrode and either a positive or negative voltage is applied to the gate electrode, and the value is preferably close to 0 V. . Specifically, it is more preferably -2V or more, even more preferably -1V or more, and even more preferably 0V or more. Further, it is more preferably 3V or less, even more preferably 2V or less, and even more preferably 1V or less. Specifically, it is more preferably -2V or more and 3V or less, even more preferably -1V or more and 2V or less, and even more preferably 0V or more and 1V or less.

表1に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られたターゲット材を用いて製造されたTFT素子は、150℃の低温で行ったポストアニール処理によっても伝達特性が優れていることが分かる。 As is clear from the results shown in Table 1, it can be seen that the TFT devices manufactured using the target materials obtained in each example have excellent transfer characteristics even after the post-annealing treatment performed at a low temperature of 150°C. .

〔評価3〕
実施例1及び比較例1で得られたターゲット材について、上述した方法でIn/Zn原子比率の分散率を測定した。その結果を以下の表2に示す。
[Rating 3]
Regarding the target materials obtained in Example 1 and Comparative Example 1, the dispersion rate of the In/Zn atomic ratio was measured by the method described above. The results are shown in Table 2 below.

表2に示すとおり、実施例1では16箇所の分散率が最大でも3.9%であり、In/Zn原子比率が均質であることが裏付けられた。これに対して、比較例1で得られたターゲット材は、In/Zn原子比率が不均質であることが分かる。
なお、表には示していないが実施例2ないし5で得られたターゲット材についても、16箇所の分散率が最大でも10%以下であったことを本発明者は確認している。
As shown in Table 2, in Example 1, the dispersion rate at the 16 locations was 3.9% at most, proving that the In/Zn atomic ratio was homogeneous. On the other hand, it can be seen that the target material obtained in Comparative Example 1 has a non-uniform In/Zn atomic ratio.
Although not shown in the table, the present inventor has confirmed that the dispersion rate at 16 locations was also 10% or less at maximum for the target materials obtained in Examples 2 to 5.

本発明のスパッタリングターゲットは、フラットパネルディスプレイ(FPD)に使用される薄膜トランジスタ(TFT)の技術分野において好適に用いることができる。また、従来のIGZOでは250℃以上の高温でのポストアニール処理が必要であったが、本発明では250℃未満の低温でのポストアニール処理でも、半導体として機能させることができる。そのため、製造に必要なエネルギーを削減可能であるため、天然資源の持続可能な管理、効率的な利用、及び脱炭素(カーボンニュートラル)を達成することにつながる。
The sputtering target of the present invention can be suitably used in the technical field of thin film transistors (TFT) used in flat panel displays (FPD). Furthermore, while conventional IGZO requires post-annealing at a high temperature of 250° C. or higher, the present invention allows it to function as a semiconductor even with post-annealing at a low temperature of less than 250° C. Therefore, the energy required for manufacturing can be reduced, leading to sustainable management of natural resources, efficient use, and achieving carbon neutrality.

Claims (6)

インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)元素を含む酸化物から構成され、
各元素の原子比が式(1)ないし(3)の全てを満たし、
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
相対密度が95%以上であり、
抗折強度が100MPa以上である、スパッタリングターゲット材。
It is composed of an oxide containing indium (In) element, zinc (Zn) element and tantalum (Ta) element,
The atomic ratio of each element satisfies all of formulas (1) to (3),
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
The relative density is 95% or more,
A sputtering target material having a bending strength of 100 MPa or more .
バルク抵抗率が25℃において100mΩ・cm以下である、請求項1に記載のスパッタリングターゲット材。 The sputtering target material according to claim 1 , having a bulk resistivity of 100 mΩ·cm or less at 25°C. 相対密度が98%以上である、請求項1又は2に記載のスパッタリングターゲット材。The sputtering target material according to claim 1 or 2, having a relative density of 98% or more. インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)元素並びに不可避微量元素からなる酸化物から構成される、請求項1又は2に記載のスパッタリングターゲット材。The sputtering target material according to claim 1 or 2, comprising an oxide consisting of indium (In) element, zinc (Zn) element, tantalum (Ta) element, and inevitable trace elements. 相対密度が98%以上であり、The relative density is 98% or more,
インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)元素並びに不可避微量元素からなる酸化物から構成される、請求項1又は2に記載のスパッタリングターゲット材。The sputtering target material according to claim 1 or 2, comprising an oxide consisting of indium (In) element, zinc (Zn) element, tantalum (Ta) element, and inevitable trace elements.
請求項1又は2に記載のスパッタリングターゲット材を用いた酸化物半導体の製造方法であって、
前記酸化物半導体が、
インジウム(In)元素、亜鉛(Zn)元素及びタンタル(Ta)元素を含む酸化物から構成され、
各元素の原子比が式(1)ないし(3)の全てを満たすように製造された、酸化物半導体の製造方法。
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
A method for manufacturing an oxide semiconductor using the sputtering target material according to claim 1 or 2,
The oxide semiconductor is
It is composed of an oxide containing indium (In) element, zinc (Zn) element and tantalum (Ta) element,
A method for producing an oxide semiconductor in which the atomic ratio of each element satisfies all of formulas (1) to (3).
0.1≦(In+Ta)/(In+Zn+Ta)<0.4 (1)
0.6<Zn/(In+Zn+Ta)≦0.9 (2)
0.001≦Ta/(In+Zn+Ta)<0.014 (3)
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