KR101787782B1 - 스퍼터링 타겟 및 그것을 이용한 박막 트랜지스터 - Google Patents

스퍼터링 타겟 및 그것을 이용한 박막 트랜지스터 Download PDF

Info

Publication number
KR101787782B1
KR101787782B1 KR1020127012749A KR20127012749A KR101787782B1 KR 101787782 B1 KR101787782 B1 KR 101787782B1 KR 1020127012749 A KR1020127012749 A KR 1020127012749A KR 20127012749 A KR20127012749 A KR 20127012749A KR 101787782 B1 KR101787782 B1 KR 101787782B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
less
target
zno
thin film
film
Prior art date
Application number
KR1020127012749A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120103594A (ko
Inventor
고키 야노
마사유키 이토세
Original Assignee
이데미쓰 고산 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 filed Critical 이데미쓰 고산 가부시키가이샤
Publication of KR20120103594A publication Critical patent/KR20120103594A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101787782B1 publication Critical patent/KR101787782B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/453—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G15/00—Compounds of gallium, indium or thallium
    • C01G15/006—Compounds containing, besides gallium, indium, or thallium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02554—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates or oxide forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565—Cooling rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C04B2235/6585—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage above that of air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C04B2235/662—Annealing after sintering
    • C04B2235/664—Reductive annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/768—Perovskite structure ABO3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/963—Surface properties, e.g. surface roughness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

In, Ga, Zn을 0.28≤Zn/(In+Zn+Ga)≤0.38, 0.18≤Ga/(In+Zn+Ga)≤0.28의 원자비로 포함하는 산화물로서, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조를 갖는 화합물을 주성분으로 하는 산화물로 이루어지는 소결체.

Description

스퍼터링 타겟 및 그것을 이용한 박막 트랜지스터{SPUTTERING TARGET AND THIN FILM TRANSISTOR EQUIPPED WITH SAME}
본 발명은 소결체, 스퍼터링 타겟, 그것을 이용한 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이고, 특히 InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족(homologous) 결정 구조를 갖는 화합물을 주성분으로 하는 산화물로 이루어지는 소결체에 관한 것이다.
산화인듐 및 산화아연으로 이루어지는, 또는 산화인듐, 산화아연 및 산화갈륨으로 이루어지는 비정질의 산화물막은 가시광 투과성을 갖고, 또한 전도체, 반도체 또는 절연체로서 넓은 전기 특성을 갖기 때문에, 투명 도전막이나 박막 트랜지스터 등에 이용하는 반도체막으로서 주목되고 있다.
이 산화물막의 성막 방법으로서는, 스퍼터링·PLD(펄스 레이저 디포지션)·증착 등의 물리적인 성막이나 졸겔법 등의 화학적인 성막이 검토되고 있지만, 비교적 저온에서 대면적에 균일하게 성막할 수 있는 방법으로서 스퍼터링법 등의 물리적 성막이 중심으로 검토되고 있다.
스퍼터링 등의 물리적 성막으로 산화물 박막을 성막할 때는, 균일하고, 안정하며, 효율적으로(높은 성막 속도로) 성막하기 위해서, 산화물 소결체로 이루어지는 타겟을 이용하는 것이 일반적이다.
산화인듐, 산화아연, 산화갈륨으로 이루어지는 산화물막(도전막·반도체막, 통상 비정질막)을 제작하기 위한 타겟(스퍼터링 타겟)으로서, 다양한 것이 제안되어 있다.
예컨대, 특허문헌 1은, In-Ga-Zn-O 소결체에 있어서, 절연성이 높은 Ga2O3 결정상을 생성시키지 않는 제조법의 검토가 이루어지고 있다.
특허문헌 2에는, InGaZnO4(InGaO3(ZnO))의 동족 구조를 주성분으로 하는(다른 금속 산화물의 XRD 피크가 관측되지 않는), In, Ga, Zn의 원자비가 1:1:1인 타겟이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, InGaZnO4(InGaO3(ZnO))의 동족 구조를 포함하는 다결정 산화물 타겟이 개시되어 있다.
특히, 단일한 결정형으로 이루어지는 타겟(다른 금속 산화물의 XRD 피크가 관측되지 않는 타겟)이 요망되고 있었다. 단일 결정형으로 이루어지는 타겟은, 품질 관리가 용이하고, 이상 방전의 발생이 적고, 타겟과 박막의 조성비의 어긋남이 적고, 강도가 높은 것을 제조하기 쉬운 등의 이점을 기대할 수 있기 때문이다.
그러나, 단일한 결정형으로 이루어지는 타겟(X선 회절에 의한 해석으로 다른 금속 산화물의 XRD 피크가 관측되지 않는 타겟)을 제작하기 위해서는 In과 Ga의 원자비가 1:1인 것이 필요하다고 생각되고 있었기 때문에, 검토는 In과 Ga의 원자비가 1:1인 것에 한정되고 있었다(예컨대, In, Ga, Zn의 원자비가 1:1:1, 2:2:1 등).
이들 타겟을 이용한 검토에서는, 양산화의 검토가 진행함에 따라서, 스퍼터 시의 근소한 플라즈마 밀도의 분포에 의해 막 두께가 변화되고, 배치 사이의 근소한 산소 분압의 변동에 의해 막 두께가 변화되는 등의 문제가 현재화되어 왔다. 이것은 산소와의 결합 능력이 지나치게 강했기 때문에, 반도체 용도에 적합한 캐리어 밀도의 막을 성막하고자 할 때에, 산소 분압 등의 변동에 성막 속도가 민감한 조건으로 성막하지 않을 수 없기 때문이라고 생각된다. 이것은, 이들 타겟의 In과 Ga의 원자비가 균형을 이뤄, Ga의 함유량이 과다하기 때문이라고 생각된다.
한편, In, Ga, Zn의 원자비가 1:1:1인 타겟이더라도 단일한 결정형으로 이루어지는 타겟의 제작은 과제가 많았다. 특허문헌 1에 나타내어진 바와 같이 Ga2O3 등의 결정형을 생성시키지 않기 위해서는 제조 조건의 제약이 많았다. 또한, 단일한 결정이라고 판단하고 있더라도 자세히 보면 다른 결정의 피크가 확인되는 경우가 있었다. 예컨대, 특허문헌 3의 발명품 A는, 밀도는 비교적 높지만, 도 5에 X선 회절로 2θ=62.0∼62.6도의 사이에 InGaZnO4에 귀속되지 않는 피크가 나타나 있다. 또한, 특허문헌 1의 비교예 2나 특허문헌 2의 비교예 1에 나타내어진 바와 같이, 단일한 결정형으로 이루어지는 타겟을 제작할 수 있더라도 밀도가 낮고, 저항이 높은 등의 문제가 발생하기 쉬웠다.
한편, 특허문헌 4에는, Ga 함유량이 적은 조성비의 In-Ga-Zn-O 타겟이 기재되어 있다. 그러나, 타겟의 제조 방법이나 성상에 관한 검토는 불충분하고, 저항도 아직 높으며, Ga 함유량이 적은 조성비에 있어서 단일한 결정형으로 이루어지는 타겟을 제작하는 검토는 되어 있지 않았다.
또한, 산화물 분말을 이용한 여러 가지 결정형의 합성 검토는 행해지고 있었으나(비특허문헌 1), 성형체로부터 소결을 거쳐 제작하는 스퍼터링 타겟에 관해서는 검토되어 있지 않았다. 또한, 박막 트랜지스터를 제작하는 시도도 이루어지지 않았다.
일본 특허공개 2007-223849호 공보 일본 특허공개 2008-214697호 공보 일본 특허공개 2007-73312호 공보 국제 공개 제09/075281호 팜플렛
M. Nakamura, N. Kimizuka and T. Mohri, J. Solid State Chem, 93권, 2호, 298페이지, 1991년
본 발명의 목적은, Ga의 함유량이 In의 함유량에 비하여 낮은 영역에서, 단일한 결정 구조를 주성분으로서 갖는 스퍼터링 타겟에 사용할 수 있는 소결체를 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 예의 연구를 거듭하여 여러 가지 조성을 검토한 바, 일정한 조성역에서는, Ga 함유량이 In 함유량보다도 적어도 InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조를 나타내는 화합물을 주성분으로 하는 스퍼터링 타겟이 얻어지는 것을 발견했다. 또한, 이 타겟을 이용하면, 반도체 용도에 적합한 캐리어 밀도(반도체 용도로서, 바람직한 캐리어 밀도의 범위는 1×1015∼1×1019cm-3이며, 보다 바람직한 범위는 1×1016∼5×1018cm-3이며, 특히 바람직하게는 1×1017∼1×1018cm-3이다.)의 막을 안정된 성막 속도로 성막할 수 있는 것을 발견했다.
본 발명에 의하면, 이하의 소결체, 스퍼터링 타겟 등이 제공된다.
1. In, Ga, Zn을 하기의 원자비로 포함하는 산화물로서, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조를 갖는 화합물을 주성분으로 하는 산화물로 이루어지는 소결체.
0.28≤ Zn/(In+Zn+Ga) ≤ 0.38
0.18≤ Ga/(In+Zn+Ga) ≤ 0.28
2. X선 회절에 의한 해석으로, Ga2O3, ZnGa2O4, ZnO, In2O3, InGaO3, In2O3(ZnO)3으로 표시되는 화합물의 결정이 확인되지 않는 1에 기재된 소결체.
3. 상기 산화물의 In, Ga, Zn의 원자비가 추가로 다음 식을 만족시키는 1 또는 2에 기재된 소결체.
0.59≤ In/(In+Ga)
4. 상기 산화물이 실질적으로 In, Ga, Zn 및 O로 이루어지는 1∼3의 어느 것인가에 기재된 소결체.
5. 1∼4의 어느 것인가에 기재된 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타겟.
6. 상대 밀도가 90% 이상이며, 비저항이 15mΩcm 이하이고, 표면 조도가 2μm 이하이며, 평균 결정 입경이 10μm 이하인 5에 기재된 스퍼터링 타겟.
7. 5 또는 6에 기재된 스퍼터링 타겟을 이용하여 반도체층을 성막하는 공정을 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
8. 5 또는 6에 기재된 스퍼터링 타겟을 이용하여 제작한 박막 트랜지스터.
본 발명에 의하면, Ga의 함유량이 낮은 영역에서, 단일한 결정 구조를 주성분으로 갖는 것에 의해, 깨어지기 어렵고, 안정한 스퍼터링이 가능해지는 소결체 및 스퍼터링 타겟을 제공한다.
본 발명의 스퍼터링 타겟을 이용하는 것에 의해, 스퍼터 시의 산소 분압의 변동 등에 성막 속도가 영향 받기 어려워, 반도체 용도에 적합한 캐리어 밀도의 막을 안정한 성막 속도로 성막할 수 있을 것이 기대된다. 또한, 본 발명의 스퍼터링 타겟은, Ga의 함유량이 낮은 것에 의해, 산소 결손의 제어가 용이해져, 스퍼터링 후의 박막의 캐리어 밀도를 안정되게 제어할 것을 기대할 수 있다.
도 1은 스퍼터 성막 시의 산소 분압과 캐리어 밀도·성막 속도의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 2는 실시예 1에서 제작한 채널 스토퍼형 박막 트랜지스터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예 3에서 제작한 소결체의 X선 회절 측정 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명의 소결체는, In, Ga, Zn을 하기의 원자비로 포함하는 산화물로 이루어진다. 이 산화물은, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조를 갖는 화합물을 주성분으로 한다. 본 발명의 소결체는 스퍼터링 타겟으로서 사용할 수 있다.
0.28 ≤ Zn/(In+Zn+Ga) ≤ 0.38
0.18 ≤ Ga/(In+Zn+Ga) ≤ 0.28
원자비가 상기의 범위 내에 있으면, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조 이외의 결정 구조가 생성될 우려가 감소하고, 타겟 표면과 내부의 결정형 등의 성상의 차이가 적어지고, 반도체막에 타겟의 In, Ga 조성비가 반영되는 등의 효과가 기대된다.
또한, Zn/(In+Zn+Ga)이 0.38 이하이면, 타겟의 평균 항절(抗折) 강도의 향상을 기대할 수 있다. 0.38 초과이면, 내부에 다른 결정 구조가 생성되어 버리는 경우가 있다. 0.28 이상이면, 타겟의 상대 밀도의 향상이나 비저항의 저하를 기대할 수 있다.
또한, Ga/(In+Zn+Ga)이 0.28 이하이면, 이동도가 향상되어, S값을 작게 할 수 있다. 또한, 반도체 용도에 적합한 캐리어 밀도의 막을 안정된 성막 속도로 성막할 수 있을 것을 기대할 수 있다. 0.18 미만이면, 내부에 다른 결정 구조가 생성되어 버리는 경우가 있다.
원자비는, 보다 바람직하게는,
0.30 ≤ Zn/(In+Zn+Ga) ≤ 0.36
0.19 ≤ Ga/(In+Zn+Ga) ≤ 0.28
특히 바람직하게는,
0.34 ≤ Zn/(In+Zn+Ga) ≤ 0.36
0.20 ≤ Ga/(In+Zn+Ga) ≤ 0.27
이다.
「InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조를 주성분으로 한다」란, 통상 「X선 회절에 있어서, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조에 귀속되는 피크 면적의 합계가 전체의 피크 면적의 합계의 90% 이상」인 것을 말한다. 95% 이상이 보다 바람직하고, 98% 이상이 더 바람직하고, 99% 이상이 특히 바람직하다. 또 상한은 100%이다.
X선 회절로, InGaO3(ZnO)의 결정 구조를 나타내는 패턴에 귀속되지 않는 Ga2O3, ZnGa2O4, ZnO, In2O3, InGaO3, In2O3(ZnO)3으로 표시되는 화합물의 결정을 나타내는 피크가, InGaO3(ZnO)의 최대 피크(통상, 2θ=30.8도 부근)의 5% 이하인 것이 바람직하고, 3% 이하가 보다 바람직하고, 1% 이하가 더 바람직하고, 확인할 수 없는 것이 특히 바람직하다.
더욱이 「X선 회절로, InGaO3(ZnO) 이외의 금속 산화물에 귀속되는 피크가 확인되지 않는다」는 것이 가장 바람직하다.
또한, 「X선 회절로 2θ=62.0∼62.6도 사이의 피크(InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조에 귀속되는 것은 제외한다)가, InGaO3(ZnO)의 최대 피크의 3% 이하이다」인 것이 바람직하다. 「X선 회절로 2θ=62.0∼62.6도 사이의 피크가, InGaO3(ZnO)의 최대 피크의 3% 이하이다」란, X선 회절로 InGaO3(ZnO)의 결정 구조를 나타내는 패턴에 귀속되지 않는 2θ=62.0∼62.6도 사이의 피크 강도(높이)가, InGaO3(ZnO)의 최대 피크(통상, 2θ=30.8도 부근)의 피크 강도의 3% 이하인 것을 말한다. 또한, 2θ=62.0∼62.6도 사이의 피크는, 2% 이하가 보다 바람직하고, 0.5% 이하가 더 바람직하고, 관측되지 않는 것이 특히 바람직하다.
또한, EPMA에 의한 In, Ga, Zn, O의 조성의 면분석의 MAP에서, 각 원소가 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하다.
X선 회절의 측정 조건은 예컨대 이하와 같다.
장치:(주)리가쿠제 Ultima-III
X선: Cu-Kα선(파장 1.5406Å, 그래파이트 모노크로미터로 단색화)
2θ-θ 반사법, 연속 스캔(1.0°/분)
샘플링 간격: 0.02°
슬릿 DS, SS: 2/3°, RS: 0.6mm
결정형(결정 구조)은, JCPDS(Joint Committee of Powder Diffraction Standards) 카드에 등록이 있는 것에 대해서는, JCPDS 카드와 참조하는 것으로 특정할 수 있다. InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조는 JCPDS 카드 No. 38-1104이다.
한편, InGaO3(ZnO)의 결정형은, InGaZnO4로 표기되는 경우도 있다.
결정 구조 X선 회절 패턴으로 구조가 판단되면, 산소가 과잉이거나 부족(산소 결손)이더라도 상관없지만(화학량론비대로라도 어긋나고 있더라도 좋다), 산소 결손을 갖고 있는 것이 바람직하다. 산소가 과잉이면 타겟으로 했을 때에 저항이 지나치게 높아질 우려가 있다.
X선 회절로부터 구한 패턴이 같으면(구조가 같음), X선 회절로부터 구한 격자 상수는, JCPDS 카드 No.38-1104의 것과 다르더라도 상관없다.
X선 회절로부터 구한 격자 상수 a는, 통상 3.30∼3.35, 바람직하게는 3.31∼3.34, 특히 바람직하게는 3.325∼3.335이다.
X선 회절로부터 구한 격자 상수 c는, 통상 26.00∼26.70, 바람직하게는 26.30∼26.60, 특히 바람직하게는 26.45∼26.55이다.
상기 범위 내이면, Ga 함유량이 적어도 InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조를 취할 수 있다.
마찬가지로, X선 회절로부터 구한 패턴이 같으면(구조가 같음), 피크 위치는, JCPDS 카드 No. 38-1104의 것과 다르더라도 상관없다. 특히, 피크 위치는 저각측으로 시프트하고 있으면 바람직하다. 한편, 저각측으로 시프트하고 있는 것은, InGaO3(ZnO)의 Ga 사이트에 In이 고용 치환되어 있거나, 격자 사이에 원자가 삽입되어 있는 등의 상태가 추정된다. 피크 위치는 저각측으로 시프트하고 있는 것이 바람직한 것은, 상기 상태가 생기는 것에 의해 InGaO3(ZnO) 이외의 결정이 생성되는 것이 억제되어 있는 것으로 추정되기 때문이다.
산화물의 In, Ga, Zn의 원자비는 바람직하게는 추가로 다음 식을 만족시킨다.
0.59 ≤ In/(In+Ga)
또한, 다음 식을 만족시키는 것이 특히 바람직하다.
0.60 ≤ In/(In+Ga)
원자비가 이 범위이면, 이동도가 향상되어, S값을 작게 할 수 있다. 또한, 반도체 용도에 적합한 캐리어 밀도의 막을 안정한 성막 속도로 성막할 수 있을 것을 기대할 수 있다.
또한, 산화물은 실질적으로 In, Ga, Zn 및 O로 이루어지는 것이 바람직하다.
「실질적으로 In, Ga, Zn 및 O로 이루어진다」란, In, Ga, Zn, O와 원료나 제조 공정 등에 의해 불가피하게 포함되는 불순물 등 이외에 원소를 포함하지 않는 것을 의미한다. 통상, 불순물이 10ppm 이하인 것을 말한다. 또한, 상정되는 불순물로서는, Fe, Ca, Cr, Pb, Cd 등이 예시된다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 상기 구성에 의해 스퍼터 성막 시의 산소 분압의 변화에 민감하지 않은 성막 조건의 영역에서 사용할 수 있다. 산소 분압에 과민한 스퍼터링 타겟은, 도 1(A)에 나타낸 바와 같이, 반도체 용도에 적합한 캐리어 밀도의 막을 성막 사용으로 했을 때에, 산소 분압이 변화되면 캐리어 밀도가 급격히 변화된다. 또한, 캐리어 밀도가 변화되는 것과 마찬가지로, 성막 속도도 크게 변동한다. 이와는 대조적으로, 산소 분압에 과민하지 않은 스퍼터링 타겟은, 도 1(B)에 나타낸 바와 같이, 반도체 용도에 적합한 캐리어 밀도의 막을 성막 사용으로 했을 때에, 산소 분압이 변화되더라도 캐리어 밀도에 큰 변화를 일으키지 않고, 성막 속도의 변동도 적다. 도 1 중, 사선으로 나타내는 부분은 캐리어 밀도의 적정 범위이다.
본 발명의 소결체 및 스퍼터링 타겟은, 배합 공정, 가소(假燒) 공정, 성형 공정, 소결 공정, 환원 공정, 가공 공정을 포함하는 제조 방법으로 제조할 수 있다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.
배합 공정은, 스퍼터링 타겟의 원료인 금속 산화물을 혼합하는 공정이다.
원료로서는, 인듐 화합물의 분말, 갈륨 화합물의 분말, 아연 화합물의 분말을 이용한다. 인듐 화합물로서는, 예컨대 산화인듐, 수산화인듐 등을 들 수 있다. 아연의 화합물로서는, 예컨대 산화아연, 수산화아연 등을 들 수 있다. 갈륨 화합물로서는, 산화갈륨, 수산화갈륨 등을 들 수 있다. 각 화합물로서, 소결의 용이성, 부생성물 잔존의 곤란함에서, 산화물이 바람직하다.
또한, 원료의 순도는, 통상 2N(99질량%) 이상, 바람직하게는 3N(99.9질량%) 이상, 특히 바람직하게는 4N(99.99질량%) 이상이다. 순도가 2N보다 낮으면 내구성이 저하되거나, 액정 디스플레이에 이용했을 때에 액정 측에 불순물이 들어가 버닝[燒付]이 일어날 우려가 있다.
원료의 일부로서 금속 아연(아연말)을 이용하는 것이 바람직하다. 원료의 일부로 아연말을 이용하면 화이트 스폿의 생성을 저감할 수 있다.
원료를 혼합하여, 통상의 혼합 분쇄기, 예컨대 습식 볼 밀이나 비드 밀 또는 초음파 장치를 이용하여 균일하게 혼합·분쇄하는 것이 바람직하다.
가소 공정은, 스퍼터링 타겟의 원료의 혼합물을 얻은 후, 이 혼합물을 가소하는 공정이며, 필요에 따라 마련된다.
가소를 행하면, 밀도를 높이는 것이 용이해져 바람직하지만, 비용 상승이 될 우려가 있다. 그 때문에, 가소를 행하지 않고서 밀도를 높이는 것이 보다 적합하다.
가소 공정은, 500∼1200℃, 1∼100시간의 조건으로 원료 혼합물을 열처리하는 것이 바람직하고, 800∼1100℃로 4∼6시간 행하는 것이 보다 바람직하다. 500℃ 미만 또는 1시간 미만의 열처리 조건으로는, 인듐 화합물, 아연 화합물, 갈륨 화합물의 열분해가 불충분해지는 경우가 있다. 한편, 열처리 조건이 1200℃를 넘은 경우 또는 100시간을 넘은 경우는, 입자의 조대화가 일어나는 경우가 있다.
따라서, 800∼1200℃, 2∼50시간의 조건으로 열처리(가소)하는 것이 특히 바람직하다.
한편, 여기서 수득된 가소물은, 하기의 성형 공정 및 소성 공정 전에 분쇄하는 것이 바람직하다. 분쇄는 원료 가루의 입경이 평균 입경(D50)이 바람직하게는 2μm 이하, 보다 바람직하게는 1μm 이하, 특히 바람직하게는 0.5μm 이하까지 행하면 좋다.
목적은, 원료의 균일 분산화이다. 입경이 큰 원료 가루가 존재하면 장소에 따른 조성 불균일이 생길 우려가 있다. 장소에 따른 조성 불균일은, 스퍼터 시의 이상 방전의 원인이 된다. 또한, 조성 불균일이 타겟과 제작한 박막의 조성의 어긋남의 원인이 될 우려가 있다.
성형 공정은, 원료 혼합물(상기 가소 공정을 마련한 경우에는 가소물)을 가압 성형하여 성형체로 하는 공정이다. 이 공정에 의해, 타겟으로서 바람직한 형상으로 성형한다. 가소 공정을 마련한 경우에는 수득된 가소물의 미분말을 조립(造粒)한 후, 프레스 성형에 의해 원하는 형상으로 성형할 수 있다.
본 공정에서 이용할 수 있는 성형 처리로서는, 예컨대 프레스 성형(1축 프레스), 금형 성형, 주입 성형, 사출 성형 등도 들 수 있지만, 소결 밀도가 높은 소결체(타겟)를 얻기 위해서는, 냉간 정수압(CIP) 등으로 성형하는 것이 바람직하다.
또한, 프레스 성형(1축 프레스) 후에, 냉간 정수압(CIP), 열간 정수압(HIP) 등을 행하여 2단계 이상의 성형 공정을 마련하더라도 좋다.
CIP(냉간 정수압, 또는 정수압 가압 장치)를 이용하는 경우, 면압 800∼4000kgf/cm2로 0.5∼60분 유지하는 것이 바람직하고, 면압 2000∼3000kgf/cm2로 2∼30분 유지하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위 내이면, 성형체 내부의 조성 불균일 등이 줄어 균일화될 것이 기대된다. 또한, 면압이 800kgf/cm2 미만이면, 소결 후의 밀도가 높아지지 않거나 또는 저항이 높아질 우려가 있다. 면압 4000kgf/cm2 초과이면 장치가 커져 경제적이지 않게 될 우려가 있다. 유지 시간이 0.5분 미만이면 소결 후의 밀도가 높아지지 않거나 또는 저항이 높아질 우려가 있다. 60분 초과이면 시간이 지나치게 걸려 경제적이지 않게 될 우려가 있다.
한편, 성형 처리는, 폴리바이닐알코올이나 메틸셀룰로스, 폴리왁스, 올레산 등의 성형 조제를 사용할 수 있다.
소결 공정은, 상기 성형 공정에서 수득된 성형체를 소성하는 공정이다.
소결 조건으로서는, 산소 가스 분위기 또는 산소 가스 가압 하에서 행하는 것이 바람직하다. 산소 가스를 함유하지 않는 분위기에서 소결하면, 얻어지는 타겟의 밀도를 충분히 향상시킬 수 없고, 스퍼터링시의 이상 방전의 발생을 충분히 억제할 수 없게 되는 경우가 있다.
소결 온도는, 통상 1100℃∼1600℃, 보다 바람직하게는 1350∼1520℃, 특히 바람직하게는 1400∼1500℃이다. 1100℃보다 낮으면 상대 밀도가 높아지지 않고, 또한 비저항도 높아질 우려가 있다. 또한, 목적 이외의 결정형이 생성되기 쉽다. 1600℃보다 높으면 원소가 증발하여 조성비가 변동하거나 노를 손상시킬 우려가 있다. 또한, 목적 이외의 결정형이 생성되기 쉽다.
소결 시간은, 통상 1∼96시간, 바람직하게는 4∼30시간, 더 바람직하게는 8∼24시간, 특히 바람직하게는 10∼20시간이다. 소결 시간이 1시간 미만이면 상대 밀도가 높아지지 않고, 또한 비저항도 높아질 우려가 있다. 또한, 목적 이외의 결정형이 생성되기 쉽다. 96시간 초과이면 생산성이 저하될 우려가 있다. 또한, 목적 이외의 결정형이 생성되기 쉽다.
특히, 1350∼1520℃로 8∼24시간 소결하면 단일한 결정으로 하기 쉽다.
승온의 도중에서 한번 승온을 멈추고 유지 온도로 유지하여, 2단계 이상으로 소결을 행하더라도 좋다.
또한, 소성시의 강온 속도는, 통상 4℃/분 이하, 바람직하게는 2℃/분 이하, 보다 바람직하게는 1℃/분 이하, 더 바람직하게는 0.8℃/분 이하, 특히 바람직하게는 0.5℃/분 이하이다. 4℃/분 이하이면 본원의 단일한 결정으로 하기 쉽다. 또한, 강온시에 크랙이 발생하기 어렵다.
환원 공정은, 상기 소결 공정에서 수득된 소결체의 벌크 저항을 타겟 전체로서 저감하기 위해서 행하는 공정이며, 필요에 따라 마련된다.
환원 방법으로서는, 예컨대 환원성 가스에 의한 방법이나 진공 소성 또는 불활성 가스에 의한 환원 방법 등을 들 수 있다.
환원성 가스에 의한 환원 처리의 경우, 수소, 메탄, 일산화탄소나, 이들 가스와 산소의 혼합 가스 등을 이용할 수 있다.
불활성 가스 중에서의 소성에 의한 환원 처리의 경우, 질소, 아르곤이나, 이들 가스와 산소의 혼합 가스 등을 이용할 수 있다.
환원 처리(아르곤이나 질소 등의 불활성 가스 분위기, 수소 분위기, 또는 진공이나 저압에서의 열처리)는 행하지 않는 것이 바람직하다. 환원 처리를 행하면, 표면부와 심부의 저항치의 차이를 발생시키거나, 또는 증폭시킬 우려가 있다. 표면부와 심부의 저항치의 차이가 발생하면 성막 속도의 안정성이나 박막 트랜지스터를 제작했을 때의 안정성이 저하될 우려가 있다. 한편, 본 발명의 타겟은 환원 처리를 행하지 않더라도 비저항이 낮은 타겟의 제작이 가능하다.
가공 공정은, 상기에서 수득된 소결체를, 추가로 스퍼터링 장치에의 장착에 적합한 형상으로 절삭 가공하여, 백킹 플레이트 등의 장착용 지그를 설치하기 위한 공정이다.
산화물 소결체를 스퍼터링 타겟 소재로 하기 위해서는, 소결체를 예컨대 평면 연삭반으로 연삭하여 표면 조도 Ra 5μm 이하의 소재로 한다. 여기서, 추가로 스퍼터링 타겟의 스퍼터면에 경면 가공을 실시하여, 평균 표면 조도 Ra가 1000Å 이하로 해도 좋다. 이 경면 가공(연마)은 기계적인 연마, 화학 연마, 메카노케미칼 연마(기계적인 연마와 화학 연마의 병용) 등의 공지된 연마 기술을 이용할 수 있다.
연삭은, 0.5mm 이상 행하는 것이 바람직하고, 1mm 이상이 보다 바람직하고, 2mm 이상이 특히 바람직하다. 0.5mm 이상 연삭을 행하면, 원소의 승화에 의한 표면 부분의 조성비 변동 부분을 제거할 수 있다. 표면에서 내부까지 조성비가 동일한 것은, 재현성이나 균일성이 높은 박막 트랜지스터를 연속 제조하는 데에 있어서 중요하다. 또한, 0.5mm 이상 연삭을 행하지 않으면 목적 이외의 결정형이 혼입할 위험성이 높다.
타겟의 표면 조도 Ra는, 바람직하게는 Ra≤2μm이며, 보다 바람직하게는 Ra≤0.5μm이다. 또한, 타겟의 표면은 방향성이 없는 연삭면을 갖추고 있는 것이 바람직하다. Ra가 크거나, 또는 연마면에 방향성이 있으면, 이상 방전이 일어나거나 파티클이 발생할 우려가 있다.
예컨대, 고정지립(固定砥粒) 폴리셔(폴리쉬액: 물)로 #2000 이상으로 폴리싱하거나, 또는 유리지립(遊離砥粒) 랩(연마재: SiC 페이스트 등)으로 래핑 후, 연마재를 다이아몬드 페이스트로 바꾸어 래핑함으로써 얻을 수 있다. 연마 방법에는 특별히 제한은 없다.
타겟의 두께는 통상 2∼20mm, 바람직하게는 3∼12mm, 특히 바람직하게는 4∼6mm이다.
또한, 타겟 표면은 200∼10,000번의 다이아몬드 숫돌에 의해 마무리를 하는 것이 바람직하고, 400∼5,000번의 다이아몬드 숫돌에 의해 마무리를 하는 것이 특히 바람직하다. 200번보다 작거나, 또는 10,000번보다 큰 다이아몬드 숫돌을 사용하면 타겟이 깨어지기 쉽게 될 우려가 있다.
다음으로 이와 같이 가공한 소결체를 청정 처리를 하는 것이 바람직하다. 청정 처리로서는 에어 블로우 또는 유수 세정 등을 사용할 수 있다. 에어 블로우로 이물을 제거할 때는, 노즐의 맞은편으로부터 집진기로 흡기를 실시하면 보다 유효하게 제거할 수 있다.
한편, 이상의 에어 블로우나 유수 세정으로는 한계가 있으므로, 추가로 초음파 세정 등을 행할 수도 있다. 초음파 세정은 주파수 25∼300KHz의 사이에서 다중 발진시켜 행하는 방법이 유효하다. 예컨대 주파수 25∼300KHz에서, 25KHz마다 12종류의 주파수를 다중 발진시켜 초음파 세정을 행한다.
수득된 스퍼터링 타겟은 백킹 플레이트에 본딩한다. 또한, 복수의 타겟을 하나의 백킹 플레이트에 부착하여, 실질적으로 하나의 타겟으로 해도 좋다.
스퍼터링 타겟의 상대 밀도는, 바람직하게는 90% 이상이며, 보다 바람직하게는 94% 이상이고, 특히 바람직하게는 95% 이상이다. 90% 이상이면 이상 방전이 일어나기 어렵고, 산소 분압 감도도 안정된다. 또한, 90% 이상이면 성막 속도가 빠르게 되고, 또한 성막 속도의 안정성이 향상된다. 또한, 타겟과 제작한 박막의 조성비의 어긋남도 적어진다. 비저항은 바람직하게는 15mΩcm 이하이며, 보다 바람직하게는 8mΩcm 이하, 특히 바람직하게는 5mΩcm 이하이다. 15mΩcm 초과이면 DC 스퍼터를 행했을 때, 타겟에 크랙이 들어갈 우려가 있다. 평균 결정 입경은 바람직하게는 10μm 이하, 특히 바람직하게는 5μm 이하이다. 10μm 이하이면 이상 방전이 발생하기 어렵다.
또한, 항절 강도(평균 항절 강도)는 58MPa 이상이 바람직하고, 68MPa 이상이 보다 바람직하고, 78MPa 이상이 특히 바람직하다. 항절 강도(평균 항절 강도)가 58MPa 이상이면, 대형 타겟을 제조하더라도 제조 중이나 사용 중에 파손되는 일이 적어진다.
한편, 본원과 같이 X선 회절로 확인할 수 있는 단일한 결정형이 주성분인 것으로 항절 강도(평균 항절 강도)를 높이는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 소결 밀도를 높게 하거나, 결정 입경을 작게 하거나, 표면 조도를 작게 하는 것도 항절 강도(평균 항절 강도)를 높게 하기 위해서 중요하다.
EPMA에 의한 각 원소의 면분석으로부터 구한 Ga 원자의 응집체의 평균 직경은 10μm 이하가 바람직하고, 5μm 이하가 보다 바람직하고, 3μm 이하가 특히 바람직하다.
이하, 박막 트랜지스터의 구성 및 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대하여 설명한다.
1. 기판
특별히 제한은 없고, 본 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 예컨대, 규산알칼리계 유리, 무알칼리 유리, 석영 유리 등의 유리 기판, 실리콘 기판, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등의 수지 기판, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아마이드 등의 고분자 필름 기재 등을 사용할 수 있다.
2. 반도체층
상기한 바와 같이, 본 발명의 스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터링함으로써 얻어지는 산화물 박막을 사용한다. 반도체층은 비정질막인 것이 바람직하다. 비정질막인 것에 의해, 절연막이나 보호층과의 밀착성을 개선할 수 있고, 대면적이라도 균일한 트랜지스터 특성이 용이하게 얻어진다. 반도체층이 비정질막인지 여부는 X선 결정 구조 해석에 의해 확인할 수 있다. 명확한 피크가 관측되지 않는 경우가 비정질이다.
한편, 타겟과 스퍼터로 제작한 박막의 ICP에서 확인한 조성비는 원자비로 차이가 ±3% 이내가 바람직하고, ±2% 이내가 보다 바람직하고, ±1% 이내가 특히 바람직하다. 타겟과 스퍼터로 제작한 박막의 ICP에서 확인한 조성비의 차이가 ±3% 초과이면, 조성비나 박막 특성의 면내 분포가 커지거나, 원하는 특성이 발현하지 않는 등의 불량이 발생할 우려가 있다.
3. 보호층
보호층을 형성하는 재료에는 특별히 제한은 없다. 본 발명의 효과가 손상되지 않는 범위로 일반적으로 사용되고 있는 것을 임의로 선택할 수 있다. 예컨대, SiO2, SiNx, Al2O3, Ta2O5, TiO2, MgO, ZrO2, CeO2, K2O, Li2O, Na2O, Rb2O, Sc2O3, Y2O3, Hf2O3, CaHfO3, PbTiO3, BaTa2O6, SrTiO3, AlN 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서도, SiO2, SiNx, Al2O3, Y2O3, Hf2O3, CaHfO3을 이용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 SiO2, SiNx, Y2O3, Hf2O3, CaHfO3이며, 특히 바람직하게는 SiO2, Y2O3, Hf2O3, CaHfO3 등의 산화물이다. 이들 산화물의 산소수는, 반드시 화학량론비와 일치하지 않더라도 좋다(예컨대, SiO2라도 SiOx라도 좋다). 또한, SiNx는 수소 원소를 포함하고 있더라도 좋다.
보호막은, 다른 2층 이상의 절연막을 적층한 구조라도 좋다.
4. 게이트 절연막
게이트 절연막을 형성하는 재료에도 특별히 제한은 없고, 일반적으로 사용되고 있는 것을 임의로 선택할 수 있다. 예컨대, SiO2, SiNx, Al2O3, Ta2O5, TiO2, MgO, ZrO2, CeO2, K2O, Li2O, Na2O, Rb2O, Sc2O3, Y2O3, Hf2O3, CaHfO3, PbTiO3, BaTa2O6, SrTiO3, AlN 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서도, SiO2, SiNx, Al2O3, Y2O3, Hf2O3, CaHfO3를 이용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 SiO2, SiNx, Y2O3, Hf2O3, CaHfO3이다. 이들 산화물의 산소수는, 반드시 화학량론비와 일치하지 않더라도 좋다(예컨대, SiO2라도 SiOx라도 좋다). 또한, SiNx는 수소 원소를 포함하고 있더라도 좋다.
게이트 절연막은, 다른 2층 이상의 절연막을 적층한 구조라도 좋다. 또한, 게이트 절연막은, 결정질, 다결정질, 비정질의 어느 것이더라도 좋지만, 공업적으로 제조하기 쉬운 다결정질 또는 비정질인 것이 바람직하다.
또한, 게이트 절연막으로서는, 폴리(4-바이닐페놀)(PVP), 파릴렌 등의 유기 절연막을 사용할 수 있다. 또한, 게이트 절연막은 무기 절연막 및 유기 절연막의 2층 이상의 적층 구조를 갖더라도 좋다.
게이트 절연층의 성막은 스퍼터법이라도 좋지만, TEOS-CVD법이나 PECVD법 등의 CVD법으로 형성하는 것이 바람직하다. 스퍼터법으로는 오프전류가 높아질 우려가 있다.
5. 전극
게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 각 전극을 형성하는 재료에는 특별히 제한은 없고, 일반적으로 사용되고 있는 것을 임의로 선택할 수 있다.
예컨대, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물, ZnO, SnO2 등의 투명 전극이나, Al, Ag, Cr, Ni, Mo, Au, Ti, Ta, Cu 등의 금속 전극, 또는 이들을 포함하는 합금의 금속 전극을 이용할 수 있다.
박막 트랜지스터(전계 효과형 트랜지스터) 및 박막 트랜지스터 패널의 제조에 있어서, 박막 트랜지스터의 각 구성 부재(층)는, 본 기술 분야에서 공지된 수법으로 형성할 수 있다.
구체적으로, 성막 방법으로서는, 스프레이법, 딥법, CVD법 등의 화학적 성막 방법, 또는 스퍼터법, 진공 증착법, 이온 플레이팅법, 펄스 레이저 디포지션법 등의 물리적 성막 방법을 이용할 수 있다. 캐리어 밀도를 제어하기 쉽고, 막질 향상이 용이하기 때문에, 물리적 성막 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 생산성이 높기 때문에 스퍼터법을 이용한다.
형성한 막은, 각종 에칭법에 의해 패터닝할 수 있다.
본 발명의 박막 트랜지스터에서는, 반도체층을, 본 발명의 산화물 소결체로 이루어지는 타겟을 이용하여, RF, DC 또는 AC 스퍼터링에 의해 성막하는 것이 바람직하다. 낮은 산소 분압으로 박막 트랜지스터용의 박막을 제작할 수 있다고 하는 점에서 RF 스퍼터가 바람직하다. 대형 장치의 실적이 있고, 저렴한 설비를 이용할 수 있다고 하는 점에서 DC 또는 AC 스퍼터링이 바람직하다.
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터로서는, 반도체층을 70∼350℃로 열처리하는 것이 바람직하다. 반도체층과 반도체의 보호층을 동시에 열처리할 수도 있다. 70℃보다 낮으면 얻어지는 트랜지스터의 열안정성이나 내열성이 저하되거나, 이동도가 낮아지거나, S값이 커지거나, 역치 전압이 높아질 우려가 있다. 한편, 350℃보다 높으면 내열성이 없는 기판을 사용할 수 없거나, 열처리용의 설비 비용이 들 우려가 있다.
본 발명의 박막 트랜지스터는, 이동도가 10 cm2/Vs 이상인 것이 바람직하고, 11 cm2/Vs 이상이 보다 바람직하고, 12 cm2/Vs 이상이 특히 바람직하다. 10 cm2/Vs 이상이면, 스위칭 속도가 빨라져 대화면 고세밀의 디스플레이에 적용하기 쉽게 된다. 또한, 비정질 실리콘으로부터의 교체 이점이 커진다.
S값은, 0.4 V/decade 이하가 바람직하고, 0.3 V/decade 이하가 보다 바람직하고, 0.2 V/decade가 특히 바람직하다. 하한은 없지만, 0.06 V/decade 정도가 이론 한계라고 말하여진다. 0.4 V/decade 이하이면 온오프의 전환 전압의 차이가 적어져 소비 전력을 낮출 것을 기대할 수 있다.
구동 상태는 노멀리 오프(normally off)가 바람직하다. 노멀리 오프이면 소비 전력이 작게 된다.
실시예
(1) 타겟(소결체)의 제작
출발 원료로서, In2O3(순도 4N, 아시아물성재료사제), Ga2O3(순도 4N, 아시아물성재료사제), ZnO(순도 4N, 고순도화학사제)를 사용했다.
이들 원료를 칭량하고, 볼 밀로 24시간 혼합했다. 그 후, 자연 건조에 의해 조립했다. 조립물로부터 CIP(정수압 가압 장치), 면압 2200kgf/cm2, 5분 유지의 조건에 의해 성형체를 얻어, 하기 조건으로 소결했다.
승온 속도 1℃/분
소결 온도 1500℃
소결 시간 12시간
소결 분위기 산소
환원 조건 하에서의 열처리는 행하지 않았다. 두께 9mm의 소결체를 두께 5mm로 연삭·연마했다. 한편, 상하면·측변을 다이아몬드 커터로 절단하고, 표면을 평면 연삭반으로 연삭하여 표면 조도 Ra 0.5μm 이하의 타겟으로 했다. 표면을 에어 블로우하고, 추가로 3분간 초음파 세정을 행한 후, 인듐 땜납으로 무산소구리제의 백킹 플레이트에 본딩했다. 타겟의 표면 조도 Ra는 Ra≤0.5μm이며, 표면은 방향성이 없는 연삭면을 갖추고 있었다. Ra는 표면 조도계로 측정했다.
(2) 타겟의 평가
수득된 타겟용 소결체의 평가는 하기의 방법으로 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(a) 비저항
저항률계(미쓰비시화학(주)제, 로레스타)를 사용하여 사탐침법(JIS R1637)에 근거하여 측정하여, 비저항을 구했다.
(b) X선 회절 측정(XRD)
절삭·연마 후의 타겟용 소결체를 하기 조건으로 직접 측정했다.
· 장치: (주)리가쿠제 Ultima-III
· X선: Cu-Kα선(파장 1.5406Å, 그래파이트 모노크로미터로 단색화했다.)
· 2θ-θ 반사법, 연속 스캔(1.0°/분)
· 샘플링 간격: 0.02°
· 슬릿 DS, SS: 2/3°, RS: 0.6mm
화합물의 결정 구조는, 상기 X선 회절 측정과 JCPDS 카드에 의해 구했다.
(c) 상대 밀도
원료분의 밀도로부터 계산한 이론 밀도와 아르키메데스법으로 측정한 소결체의 밀도로부터 다음 식에 의해서 산출했다.
상대 밀도(%)=(아르키메데스법으로 측정한 밀도)÷(이론 밀도)× 100
(d) 항절 강도
3점 굽힘 시험에 의한다. 78MPa 이상인 것을 A, 68MPa 이상 78MPa 미만인 것을 B, 68MPa 미만인 것을 C의 3단계로 평가했다.
(e) 평균 결정 입경
평균 결정 입경은, 소결체를 수지에 포매(包埋)하고, 그 표면을 입경 0.05μm의 알루미나 입자로 연마한 후, X선 마이크로애널라이저(EPMA)인 JXA-8621MX(니폰전자사제)를 이용하여 연마면을 5000배로 확대하고, 소결체 표면의 30μm×30μm 사방의 범위 내에서 관찰되는 결정 입자의 최대 직경을 측정하여, 이 결정 입자의 최대 직경을 평균 결정 입경으로 했다.
실시예 1의 평균 결정 입경은 3.9μm였다. 또한, EPMA에 의한 각 원소의 면분석으로부터 구한 Ga 원자의 응집체의 평균 직경은 2μm 이하였다.
(f) 타겟의 조성
ICP 발광 분석 장치(시마즈제작소사제)로 분석했다.
타겟의 평가 결과를 표 1에 정리했다.
한편, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조에 귀속되는 피크 면적이 전체의 피크 면적의 99% 이상이었다. Ga2O3, ZnGa2O4, ZnO, In2O3, InGaO3, In2O3(ZnO)3으로 표시되는 화합물 등 InGaO3(ZnO) 이외의 금속 산화물에 귀속되는 결정의 피크는 확인되지 않았다. X선 회절로 2θ=62.0∼62.6도 사이에 피크는 확인되지 않았다.
피크 위치는 JCPDS 카드 No.38-1104 데이타보다도 저각측으로 시프트하고 있었다.
또한, EPMA에 의한 In, Ga, Zn, O의 조성의 면분석 맵핑에서, 각 원소가 균일하게 분산되고 있었다.
(3) 성막 특성
수득된 타겟의 성막 특성을 아래와 같이 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(a) 면내 막 두께 분포
수득된 타겟을 이용하여 370×470mm의 유리 기판에 스퍼터링에 의해 성막하고, 20점의 막 두께를 측정하여, 막 두께 분포를 구했다. 막 두께는, 촉침식 표면 형상 측정기(Dectak(알박(주)사제))로 측정했다. 다음 식으로 계산한 변동률이 7% 이하인 것을 A, 7% 초과인 것을 B라고 평가했다.
변동률(%)=(막 두께의 최대치-막 두께의 최소치)÷(막 두께의 평균치)×100
(b) 성막 속도의 안정성(변동)
1000시간 연속 방전(성막) 전후의 성막 속도를 비교했다.
변동률이 5% 미만인 것을 A, 5% 이상 10% 미만인 것을 B, 10% 이상인 것을 C로서 평가했다.
성막 속도(스퍼터 레이트)는, 촉침식 표면 형상 측정기(Dectak(알박(주)사제))로 측정한 막 두께를 성막 시간으로 나누는 것으로 구했다. 다음 식의 절대치를 성막 속도의 변동률로 했다.
변동률=(연속 방전 전의 성막 속도-연속 방전 후의 성막 속도)÷(연속 방전 전의 성막 속도)×100
(c) 산소 분압 감도
면내 막 두께 분포나 성막 속도의 안정성(변동)의 결과 등으로부터 판단했다.
(d) 박막의 조성
ICP 발광 분석 장치(시마즈제작소사제)로 분석했다. 박막의 조성비는 타겟과 거의 동일(원자비로 차이가 ±1% 이내)했다.
(e) 기타
1000시간 연속 방전(성막) 후의 타겟을 육안 관찰했지만, 노듈(nodule)은 거의 발견되지 않고, 또한 크랙도 발생하지 않고 있었다.
(4) 박막 트랜지스터(TFT)의 제작
완성된 스퍼터링 타겟을 이용하여, 도 2의 채널 스토퍼형 박막 트랜지스터(역스태거형 박막 트랜지스터)를 제작하고, 평가했다.
기판(10)은, 유리 기판(Corning 1737)을 이용했다. 우선, 기판(10) 상에 전자 빔 증착법에 의해, 두께 10nm의 Mo와 두께 80nm의 Al과 두께 10nm의 Mo를 이 순서로 적층했다. 포토리소그래피법과 리프트오프법을 이용하여, 적층막을 게이트 전극(20)에 형성했다.
게이트 전극(20) 및 기판(10) 상에, 두께 200nm의 SiO2막을 TEOS-CVD법에 의해 성막하여, 게이트 절연층(30)을 형성했다.
계속해서, RF 스퍼터법에 의해, (1)에서 제작한 타겟을 사용하여 두께 50nm의 반도체막(40)(채널층)을 형성했다. 그 후, 대기 중 300℃로 60분간 열처리했다.
반도체막(40) 위에, 스퍼터법에 의해 에칭 스토퍼층(60)(보호막)으로서 SiO2막을 퇴적했다.
본 실시예에서는, 투입 RF 파워는 100W로 했다. 성막시의 분위기는, 전체압 0.4Pa이며, 그 때의 가스 유량비는 Ar:O2=97:3으로 했다. 또한, 기판 온도는 50℃이다. 퇴적시킨 산화물 반도체막(40)과 보호막(60)은 포토리소그패피법 및 에칭법에 의해 적당한 크기로 가공했다.
에칭 스토퍼층(60)의 형성 후에, 두께 5nm의 Mo와 두께 50nm의 Al과 두께 5nm의 Mo를 이 순서로 적층하고, 포토리소그래피법과 드라이 에칭에 의해 소스 전극(50) 및 드레인 전극(52)을 형성했다.
그 후, 대기 중 300℃로 60분간 열처리하여, 채널 길이 20μm이고, 채널 폭이 20μm인 트랜지스터를 제작했다.
(5) TFT의 평가
박막 트랜지스터의 평가를 아래와 같이 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(a) 이동도(전계 효과 이동도(μ)), S값 및 구동 상태
반도체 파라미터 애널라이저(키슬리(Keithley) 4200)를 이용하여, 실온, 차광 환경 하에서 측정했다.
한편, 구동 상태는 Vth가 양인 것을 노멀리 오프, 음인 것을 노멀리 온으로 했다.
(b) TFT 특성의 안정성(변동)
1000시간 연속 방전(성막) 전후에 TFT를 제작하여, TFT 특성의 변동을 평가했다. 역치 전압(Vth)의 변동이 1V 미만인 것을 A, 1V 이상인 것을 B로 평가했다.
실시예 2∼13
표 1의 조성·조건으로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 제작·평가했다. 결과를 표 1, 2에 나타낸다.
도 3에 실시예 3에서 수득된 소결체의 X선 회절 측정 결과를 나타낸다. 한편, X선 회절로부터 구한 격자 상수는, a=3.330Å, c=26.506Å이었다.
실시예 2∼13 모두, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조에 귀속되는 피크 면적이 전체의 피크 면적의 99% 이상이었다. Ga2O3, ZnGa2O4, ZnO, In2O3, InGaO3, In2O3(ZnO)3으로 표시되는 화합물에 귀속되는 결정의 피크는 확인되지 않았다. X선 회절로 2θ=62.0∼62.6도 사이에 피크는 확인되지 않았다.
또한, 실시예 2∼13의 스퍼터링으로 제작한 박막의 조성비는 타겟과 거의 동일(원자비로 차이가 ±1% 이내)했다.
비교예 1∼4
표 1의 조성·조건으로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 제작·평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
한편, 비교예 2∼4에서는, X선 회절로 2θ=62∼63도 사이에 InGaO3(ZnO)의 최대 피크(통상, 2θ=30.8도 부근)의 피크 강도의 3% 초과의 높이의 피크가 확인되었다.
Figure 112012039503894-pct00001
Figure 112012039503894-pct00002
Figure 112012039503894-pct00003
본 발명의 스퍼터링 타겟은 박막 트랜지스터 등의 제조에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 박막 트랜지스터는 집적 회로 등에 사용할 수 있다.
상기에 본 발명의 실시형태 및/또는 실시예를 몇 가지 구체적으로 설명했지만, 당업자는, 본 발명의 신규한 교시 및 효과로부터 실질적으로 벗어나지 않고, 이들 예시된 실시형태 및/또는 실시예에 많은 변경을 가하는 것이 용이하다. 따라서, 이들 많은 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이 명세서에 기재된 문헌의 내용을 모두 여기에 원용한다.

Claims (8)

  1. In, Ga, Zn을 하기의 원자비로 포함하는 산화물로서, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족(homologous) 결정 구조를 갖고, X선 회절에 있어서, InGaO3(ZnO)로 표시되는 동족 결정 구조에 귀속되는 피크 면적의 합계가 전체의 피크 면적의 합계의 90% 이상인 산화물로 이루어지는 소결체로서,
    상대 밀도가 90% 이상이며, 비저항이 15mΩcm 이하이고, 표면 조도가 2μm 이하이며, 평균 결정 입경이 10μm 이하인 소결체.
    0.28 ≤ Zn/(In+Zn+Ga)≤ 0.38
    0.18 ≤ Ga/(In+Zn+Ga)≤ 0.28
  2. 제 1 항에 있어서,
    X선 회절에 의한 해석으로, Ga2O3, ZnGa2O4, ZnO, In2O3, InGaO3, In2O3(ZnO)3으로 표시되는 화합물의 결정이 확인되지 않는 소결체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화물의 In, Ga, Zn의 원자비가 추가로 다음 식을 만족시키는 소결체.
    0.59≤ In/(In+Ga)
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화물이 In, Ga, Zn, O와 불가피하게 포함되는 불순물 이외의 원소를 포함하지 않는, 소결체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 소결체로 이루어지는 스퍼터링 타겟.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상대 밀도가 90% 이상이며, 비저항이 15mΩcm 이하이고, 표면 조도가 2μm 이하이며, 평균 결정 입경이 10μm 이하인 스퍼터링 타겟.
  7. 제 5 항에 기재된 스퍼터링 타겟을 이용하여 반도체층을 성막하는 공정을 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
  8. 제 5 항에 기재된 스퍼터링 타겟을 이용하여 제작한 박막 트랜지스터.
KR1020127012749A 2009-11-19 2010-11-18 스퍼터링 타겟 및 그것을 이용한 박막 트랜지스터 KR101787782B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2009-264307 2009-11-19
JP2009264307A JP5596963B2 (ja) 2009-11-19 2009-11-19 スパッタリングターゲット及びそれを用いた薄膜トランジスタ
PCT/JP2010/006765 WO2011061939A1 (ja) 2009-11-19 2010-11-18 スパッタリングターゲット及びそれを用いた薄膜トランジスタ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120103594A KR20120103594A (ko) 2012-09-19
KR101787782B1 true KR101787782B1 (ko) 2017-10-18

Family

ID=44059426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127012749A KR101787782B1 (ko) 2009-11-19 2010-11-18 스퍼터링 타겟 및 그것을 이용한 박막 트랜지스터

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8598578B2 (ko)
JP (1) JP5596963B2 (ko)
KR (1) KR101787782B1 (ko)
CN (1) CN102612501B (ko)
TW (1) TWI506153B (ko)
WO (1) WO2011061939A1 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102492593B1 (ko) * 2011-06-08 2023-01-26 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 스퍼터링 타겟, 스퍼터링 타겟의 제조 방법 및 박막의 형성 방법
JP6013685B2 (ja) 2011-07-22 2016-10-25 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
KR102316107B1 (ko) * 2012-05-31 2021-10-21 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
JP5998712B2 (ja) * 2012-07-30 2016-09-28 東ソー株式会社 Ｉｇｚｏ焼結体、及びスパッタリングターゲット並びに酸化物膜
JP5904056B2 (ja) * 2012-08-22 2016-04-13 東ソー株式会社 Ｉｇｚｏ焼結体、その製造方法及びスパッタリングターゲット
WO2014021334A1 (ja) * 2012-07-30 2014-02-06 東ソー株式会社 酸化物焼結体、及びスパッタリングターゲット
JP6278229B2 (ja) * 2012-08-10 2018-02-14 三菱マテリアル株式会社 透明酸化物膜形成用スパッタリングターゲット及びその製造方法
KR102072099B1 (ko) 2012-11-08 2020-01-31 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 금속 산화물 막 및 금속 산화물 막의 형성 방법
JP2014125422A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Tosoh Corp 酸化物焼結体、酸化物焼結体スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP6264846B2 (ja) * 2012-12-27 2018-01-24 東ソー株式会社 酸化物焼結体、スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP2014169473A (ja) * 2013-03-01 2014-09-18 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk バッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法
KR101973873B1 (ko) * 2013-03-29 2019-04-29 제이엑스금속주식회사 Igzo 스퍼터링 타깃 및 igzo 막
JP6387823B2 (ja) * 2014-02-27 2018-09-12 住友金属鉱山株式会社 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜
JP6358083B2 (ja) * 2014-02-27 2018-07-18 住友金属鉱山株式会社 酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜
JP6158129B2 (ja) * 2014-03-28 2017-07-05 出光興産株式会社 酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット
US20150329371A1 (en) * 2014-05-13 2015-11-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Oxide, semiconductor device, module, and electronic device
JP6794850B2 (ja) * 2016-02-08 2020-12-02 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット及びスパッタリングターゲットの製造方法
CN105906338A (zh) * 2016-04-19 2016-08-31 北京冶科纳米科技有限公司 一种高密度igzo旋转靶材的制造方法
CN109136863A (zh) * 2018-08-16 2019-01-04 研创应用材料（赣州）股份有限公司 一种高耐候性的rpd用多元导电氧化物薄膜的制备方法
JP6722736B2 (ja) * 2018-09-21 2020-07-15 Ｊｘ金属株式会社 焼結体および、スパッタリングターゲット
CN118087032B (zh) * 2024-04-24 2024-08-23 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种镓酸锌薄膜的制备方法以及镓酸锌薄膜

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007223849A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化ガリウム系焼結体およびその製造方法
WO2008072486A1 (ja) * 2006-12-13 2008-06-19 Idemitsu Kosan Co., Ltd. スパッタリングターゲット及び酸化物半導体膜
WO2009084537A1 (ja) * 2007-12-27 2009-07-09 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. ａ－ＩＧＺＯ酸化物薄膜の製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070194379A1 (en) * 2004-03-12 2007-08-23 Japan Science And Technology Agency Amorphous Oxide And Thin Film Transistor
JP5058469B2 (ja) 2005-09-06 2012-10-24 キヤノン株式会社 スパッタリングターゲットおよび該ターゲットを用いた薄膜の形成方法
CN102593161B (zh) * 2007-03-20 2014-11-05 出光兴产株式会社 半导体器件
JP5241143B2 (ja) * 2007-05-30 2013-07-17 キヤノン株式会社 電界効果型トランジスタ
ATE490560T1 (de) * 2007-05-31 2010-12-15 Canon Kk Verfahren zur herstellung eines dünnschichttransistors mit einem oxidhalbleiter
US20080296567A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-04 Irving Lyn M Method of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials
KR101518091B1 (ko) 2007-12-13 2015-05-06 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 산화물 반도체를 이용한 전계 효과형 트랜지스터 및 그 제조방법
JP5213458B2 (ja) * 2008-01-08 2013-06-19 キヤノン株式会社 アモルファス酸化物及び電界効果型トランジスタ
WO2009128424A1 (ja) * 2008-04-16 2009-10-22 住友金属鉱山株式会社 薄膜トランジスタ型基板、薄膜トランジスタ型液晶表示装置および薄膜トランジスタ型基板の製造方法
JP5627071B2 (ja) * 2008-09-01 2014-11-19 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP4415062B1 (ja) 2009-06-22 2010-02-17 富士フイルム株式会社 薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法
JP4571221B1 (ja) * 2009-06-22 2010-10-27 富士フイルム株式会社 Ｉｇｚｏ系酸化物材料及びｉｇｚｏ系酸化物材料の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007223849A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化ガリウム系焼結体およびその製造方法
WO2008072486A1 (ja) * 2006-12-13 2008-06-19 Idemitsu Kosan Co., Ltd. スパッタリングターゲット及び酸化物半導体膜
WO2009084537A1 (ja) * 2007-12-27 2009-07-09 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. ａ－ＩＧＺＯ酸化物薄膜の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Am. Ceram. Soc., 1999, 82, pages 2705-2710*

Also Published As

Publication number Publication date
JP5596963B2 (ja) 2014-09-24
KR20120103594A (ko) 2012-09-19
US20120228608A1 (en) 2012-09-13
CN102612501B (zh) 2014-05-21
WO2011061939A1 (ja) 2011-05-26
CN102612501A (zh) 2012-07-25
TWI506153B (zh) 2015-11-01
JP2011105563A (ja) 2011-06-02
US8598578B2 (en) 2013-12-03
TW201127976A (en) 2011-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101787782B1 (ko) 스퍼터링 타겟 및 그것을 이용한 박막 트랜지스터
JP6314198B2 (ja) 複合酸化物焼結体及びそれからなるスパッタリングターゲット
TWI433952B (zh) Sputtering target for oxide film and method for manufacturing the same
KR101344594B1 (ko) 스퍼터링 타겟, 그것을 이용한 비정질 산화물 박막의 형성 방법, 및 박막 트랜지스터의 제조 방법
TWI481564B (zh) In-Ga-Zn-O sputtering target
KR101840062B1 (ko) Ｉｎ-Ｇａ-Ｓｎ계 산화물 소결체, 타겟, 산화물 반도체막, 및 반도체 소자
JP5690063B2 (ja) Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物焼結体スパッタリングターゲット及び薄膜トランジスタ
KR20150023313A (ko) 스퍼터링 타겟
KR101107844B1 (ko) Ｉｎ-Ｇａ-Ｚｎ계 산화물, 산화물 소결체, 및 스퍼터링 타겟
KR102048689B1 (ko) 박막 트랜지스터
KR20090091755A (ko) 스퍼터링 타겟 및 산화물 반도체막
KR20120091026A (ko) Ｉｎ-Ｇａ-Ｚｎ-Ｏ계 산화물 소결체
JPWO2009142289A6 (ja) スパッタリングターゲット、それを用いたアモルファス酸化物薄膜の形成方法、及び薄膜トランジスタの製造方法
KR20110086878A (ko) Ｉｎ-Ｇａ-Ｚｎ계 산화물 스퍼터링 타겟
TW201806908A (zh) 氧化物燒結體、濺鍍靶及氧化物半導體膜
TWI805567B (zh) 氧化物半導體膜、薄膜電晶體、氧化物燒結體及濺鍍靶材

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant