KR20100094597A - ａ-ＩＧＺＯ 산화물 박막의 제조 방법 - Google Patents

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닛코 킨조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

스퍼터링법에 있어서, 막 캐리어 농도를 고재현성으로 소정의 값으로 할 수 있는 a-IGZO 산화물 박막의 제조 방법을 제공한다. 주로 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 아연 (Zn) 및 산소 (O) 를 구성 원소로 하고, 인듐과 갈륨의 합량에 대한 인듐의 원자수비 [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 20 ％ ∼ 80 ％, 인듐과 갈륨과 아연의 합량에 대한 아연의 원자수비 [Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 10 ％ ∼ 50 ％ 이며, 비저항이 1.0 × 10-1 Ω㎝ 이하인 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여, 스퍼터 파워 밀도를 2.5 ∼ 5.5 W/㎠ 로 하여 기판 상에 직류 스퍼터 성막하는 것을 포함하는 비정질 In-Ga-Zn-O 계 산화물 박막의 제조 방법이다.

Description

ａ-ＩＧＺＯ 산화물 박막의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING THIN FILM OF A-IGZO OXIDE}
본 발명은 a-IGZO 산화물 박막의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주로 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 아연 (Zn), 및 산소 (O) 를 구성 원소로 하는 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로 하여 스퍼터링법에 의해 a-IGZO 산화물 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은 상기 제조 방법을 이용한 트랜지스터, 나아가서는 액티브 매트릭스 구동 표시 패널의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치 등의 각종 표시 장치의 표시 소자 중에는, 구동 전압을 인가하여 표시 장치를 구동시키는 박막 트랜지스터가 많이 사용되고 있고, 그 활성층으로는 안정성, 가공성 등이 우수한 실리콘계 재료가 사용되어 왔다.
그러나, 실리콘계 재료는 가시광 영역에서 흡수를 일으키기 때문에, 광 입사에 의한 캐리어의 발생에 의해 박막 트랜지스터가 오동작을 일으키는 경우가 있다. 그 방지책으로서, 금속 등의 광 차단층을 형성하였지만, 개구율이 감소하거나, 또는 화면 휘도를 유지하기 위해 백라이트를 고휘도화할 필요가 있어 소비 전력이 증대되거나 하는 결점이 있었다.
또한, 이들 실리콘계 재료의 제조에는, 다결정 실리콘보다 저온 제조가 가능하게 되어 있는 아모르퍼스 실리콘의 성막에 있어서도, 약 200 ℃ 이상의 고온을 필요로 하기 때문에, 저가, 경량, 플렉시블이라는 이점을 갖는 폴리머 필름을 기재로 할 수는 없다. 또한, 고온에서의 디바이스 제조 프로세스는 에너지 비용이 소요되어, 가열을 위한 소요 시간을 필요로 하는 등 생산상의 결점도 있었다.
그래서, 최근 실리콘계 재료 대신에, 투명 산화물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터의 개발이 이루어지고 있다. 투명 산화물 반도체는 기판 무가열에 의한 저온 성막이 가능하고, 약 10 ㎠/Vs 정도의 고이동도를 나타내는 등, 종래의 실리콘계 재료보다 우수한 특성을 나타내는 점에서 주목받고 있다. 그 중에서도, 인듐, 갈륨, 아연, 산소를 구성 원소로 하는 비정질 In-Ga-Zn-O 계 재료 (이하, 「a-IGZO」라고도 한다) 를 사용한 전계 효과형 트랜지스터는 온 오프비도 높일 수 있어 유망시되고 있다 (비특허문헌 1, 특허문헌 1 참조).
a-IGZO 는 InGaO3(ZnO)m 조성을 갖는 다결정 소결체를 타깃으로 하여, 스퍼터법, 펄스 레이저 증착법 및 전자 빔 증착법 등의 기상법에 의해 성막을 하는 점, 양산성의 관점에서 스퍼터법이 가장 적합한 것으로 여겨진다 (특허문헌 1).
또, a-IGZO 에 있어서 막의 전기 전도를 고려하는 데 있어서 중요한 인자인 전자 캐리어 농도는, 성막시의 산소 분압에 의해 제어 가능한 것이 나타나 있다 (비특허문헌 2, 3 및 4).
(특허문헌 1) 국제 공개 WO2005/088726A1 팜플렛
(비특허문헌 1) K. Nomura et al. "Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors", Nature,432, p488-492 (2004)
(비특허문헌 2) K. Nomura et al. "Amorphous Oxide Semiconductors for High-Performance Flexible Thin-Film Transistors", Japanese Journal of Applied Physics vol.45 No.5B, p4303-4308 (2006)
(비특허문헌 3) H. Hosono, "Ionic amorphous oxide semiconductors : Material design, carrier transport, and device application", Journal of Non-Crystalline Solids 352 (2006) p851-858
(비특허문헌 4) H. Yabuta et al. "High-mobility thin-film transistor with amorphous InGaZnO4 channel fabricated by room temperature rf-magnetron sputtering", Applied Physics Letters 89,112123 (2006)
그러나, 상기 문헌에 개시된 기술에서는 산소 분압의 약간의 차이에 의해 막의 캐리어 농도가 크게 변화하여, 안정적으로 원하는 캐리어 농도를 갖는 a-IGZO 막을 얻을 수 없다는 문제가 있다. 즉, 종래의 방법에 의해 일정한 캐리어 농도를 얻기 위해서는, 산소 농도의 매우 고정밀한 제어가 요구되는데, 실제상으로는 요구되는 정도의 정밀도에서의 산소 농도 제어는 불가능하기 때문에, 막의 캐리어 농도가 성막시마다 불규칙하여 고재현성으로 캐리어 농도가 일정한 막을 얻을 수 없다. 그 때문에, 공업적 생산이라는 관점에서는 여전히 개선의 여지가 남아 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 대면적 성막에 적합한 스퍼터링법에 있어서 막 캐리어 농도를 고재현성으로 소정 값으로 할 수 있는, a-IGZO 산화물 박막의 제조 방법, 및 상기 제조 방법을 이용한 트랜지스터, 나아가서는 액티브 매트릭스 구동 표시 패널의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 스퍼터링법에 의한 성막시에, 직류 스퍼터링법을 채용한 후에 스퍼터 파워 밀도를 높게 함으로써, 막의 캐리어 농도의 산소 농도 의존성이 작아져, a-IGZO 산화물 박막의 캐리어 농도의 제어성이 향상되는 것을 알아내었다.
즉, 본 발명은 일 측면에 있어서, 주로 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 아연 (Zn) 및 산소 (O) 를 구성 원소로 하고, 인듐과 갈륨의 합량에 대한 인듐의 원자수비 [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 20 ％ ∼ 80 ％, 인듐과 갈륨과 아연의 합량에 대한 아연의 원자수비 [Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 10 ％ ∼ 50 ％ 이며, 비저항이 1.0 × 10-1 Ω㎝ 이하인 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여, 스퍼터 파워 밀도를 2.5 ∼ 5.5 W/㎠ 로 하여 기판 상에 직류 스퍼터 성막하는 것을 포함하는 비정질 In-Ga-Zn-O 계 산화물 박막의 제조 방법이다.
본 발명에 관련된 산화물 박막의 제조 방법은 일 실시형태에서, 상기 산화물 소결체의 상대 밀도가 95 ％ 이상이다.
본 발명에 관련된 산화물 박막의 제조 방법은 다른 일 실시형태에서, 성막 속도가 2.5 Å/min ∼ 5.5 Å/min 이다.
또한, 본 발명자들은 직류 스퍼터 성막한 후에 막을 어닐링 처리하면, 분위기 가스 중의 산소 농도에 따라 막의 캐리어 농도가 일정 값으로 수속해 가는 경향이 있는 것을 알아내었다.
즉, 본 발명에 관련된 산화물 박막의 제조 방법은 다른 일 실시형태에서, 기판 상에 직류 스퍼터 성막한 후에, 다시 일정 농도의 산소를 함유하는 분위기 중에서, 얻어진 막을 어닐링 처리하는 것을 포함한다.
본 발명에 관련된 산화물 박막의 제조 방법은 또 다른 일 실시형태에서, 어닐링 처리시의 분위기 중의 산소 농도가 100 체적％ 이다.
본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 산화물 박막의 제조 방법을 사용하여 활성층을 형성하는 공정을 포함하는 박막 트랜지스터의 제조 방법이다.
본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 박막 트랜지스터의 제조 방법을 사용하여 액티브 소자를 형성하는 공정을 포함하는 액티브 매트릭스 구동 표시 패널의 제조 방법이다.
본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 산화물 박막의 제조 방법에서 스퍼터링 타깃으로서 사용하는 산화물 소결체로서, 주로 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 아연 (Zn) 및 산소 (O) 를 구성 원소로 하고, 인듐과 갈륨의 합량에 대한 인듐의 원자수비 [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 20 ％ ∼ 80 ％, 인듐과 갈륨과 아연의 합량에 대한 아연의 원자수비 [Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 10 ％ ∼ 50 ％ 이며, 비저항이 1.0 × 10-1 Ω㎝ 이하인 산화물 소결체이다.
본 발명에 관련된 상기 산화물 소결체는 일 실시형태에서 상대 밀도가 95 ％ 이상이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 대면적 성막에 적합한 스퍼터링법에 있어서, a-IGZO 막의 캐리어 농도를 고재현성으로 소정 값으로 할 수 있다. 그 때문에, 품질 안정성이 우수한 박막 트랜지스터, 나아가서는 액티브 매트릭스 구동 표시 패널을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 관련된 산화물 소결체를 스퍼터 성막했을 때의 산소 농도, 스퍼터 파워와 막 캐리어 농도의 상관을 나타내는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 산화물 소결체, 산화물 박막의 제조 방법, 막의 평가 방법, 산화물 박막의 어닐링 방법에 대해 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하는데, 본 발명은 하기 예에 한정되는 것은 아니다.
(산화물 소결체)
본 발명에 사용하는 산화물 소결체는, 주로 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 아연 (Zn) 및 산소 (O) 를 구성 원소로 하고, 인듐과 갈륨의 합량에 대한 인듐의 원자수비 [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 20 ％ ∼ 80 ％, 인듐과 갈륨과 아연의 합량에 대한 아연의 원자수비 [Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 10 ％ ∼ 50 ％ 이며, 비저항이 1.0 × 10-1 Ω㎝ 이하인 산화물 소결체이다. 여기에서 [In] 은 인듐의 원자수, [Ga] 는 갈륨의 원자수, [Zn] 은 아연의 원자수를 각각 나타낸다.
상기 산화물 소결체의 구성 원소는, 주로 In, Ga, Zn 및 O 이며, 「주로」라는 어구가 의미하는 것은, 산화물 소결체의 구성 원소로서, In, Ga, Zn 및 O 이외의 원소로서 통상적으로 입수 가능한 원료의 정제 공정상, 불가피적으로 함유되는 원소나, 산화물 소결체 제조 프로세스상 불가피적으로 혼입되는 불순물 원소를, 불가피적으로 함유되는 농도 정도, 예를 들어 10 ppm 정도까지 함유하는 것도 본 발명에 관련된 소결체에 포함하는 취지이다.
또, 본 발명에 관련된 산화물 소결체는, 인듐과 갈륨의 합량에 대한 인듐의 원자수비 [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 20 ％ ∼ 80 ％, 인듐과 갈륨과 아연의 합량에 대한 아연의 원자수비 [Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 10 ％ ∼ 50 ％ 인 조성 조건을 만족하고 있다. 조성 조건이 이와 같이 규정되어 있는 이유는, 그 조성을 갖는 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로 하여, 스퍼터 성막하여 얻어지는 막의 저항률이, 투명 반도체로서 사용되는 데 적합한 범위가 되도록 하기 위해서이다.
In 의 비율을 높이면, 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로 하여 스퍼터 성막하여 얻어지는 막의 캐리어 농도는 상승하는 경향이 있고, 한편, Ga 의 비율을 높이면, 막의 캐리어 농도는 하강하는 경향이 있다. 구체적으로는, [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 80 ％ 보다 크면, 막의 캐리어 농도가 지나치게 높아져, 그 막을 활성층으로 하는 박막 트랜지스터를 제조하면, 소자 특성의 중요한 지표인 on/off 비가 나빠진다. 한편, [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 20 ％ 보다 작으면, 이번에는 반대로 막의 캐리어 농도가 지나치게 낮아져, 막의 이동도가 저하하여 소자 특성상 바람직하지 않다.
[Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 50 ％ 보다 크면, 막의 안정성, 내습성 등이 열화된다. 한편, [Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 10 ％ 보다 작으면, 스퍼터 성막된 막의 비정질성이 약해져, 결정화하기 쉬워진다. 결정화된 막은 특성의 면내 편차가 커, 소자 특성의 편차의 원인이 된다. 또한, Zn 농도가 감소하는 만큼, In 또는 Ga 농도가 증가하게 되나, 이들 금속은 비교적 고가이기 때문에 산화물 소결체 자체의 비용이 상승된다.
일반적으로 In 은 3 가, Ga 는 3 가, Zn 은 2 가로 존재하기 때문에, 상기 산화물 소결체에 있어서는, 산소 결손을 고려하지 않으면, 일 실시형태에서 다음 식 : InxGayZnzOa (식 중, 0.2 ≤ x / (x ＋ y) ≤ 0.8, 0.1 ≤ z / (x ＋ y ＋ z) ≤ 0.5, 및 a = (3 / 2) x ＋ (3 / 2) y ＋ z) 로 나타낼 수 있다. 예를 들어, In : Ga : Zn = 1 : 1 : 1 인 경우에는 InGaZnO4, In : Ga : Zn = 2 : 2 : 1 인 경우에는 InGaZnO7 로 나타낼 수 있다.
상기 산화물 소결체는 상대 밀도를 95 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 산화물 소결체의 상대 밀도가 95 ％ 미만이면, 막의 캐리어 농도의 편차가 커지는 것에 추가하여, 그 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여 스퍼터 성막한 경우, 스퍼터 시간의 경과에 수반되어, 노듈의 발생이 많아져 이상 방전의 발생 빈도가 높아져, 얻어지는 막 특성이 열화된다. 상대 밀도는 바람직하게는 97 ％ 이상, 전형적으로는 95 ∼ 99 ％ 이다.
산화물 소결체의 상대 밀도의 측정 방법은, 먼저 각 조성에 대해 각 구성 원소와 형태로부터 산화물 소결체의 상대 밀도가 100 ％ 가 되는 밀도의 값을 결정할 수 있고, 다음으로 실제로 제조한 산화물 소결체의 밀도를 아르키메데스법 등으로 구하고, 상대 밀도가 100 ％ 인 밀도의 값으로 나눈 것으로서 구할 수 있다.
특허문헌 1 에서는 In-Ga-Zn-O 계 재료의 산화물 소결체 제조에 대한 기재가 있는데, 그 상대 밀도는 실시예의 란에 90 ％ 이상으로 되어 있을 뿐, 본 발명에서와 같은 상대 밀도 95 ％ 이상의 산화물 소결체를 제조하였다는 기술은 전혀 없다. 또, 산화물 소결체를 고밀도로 하는 필요성은 전혀 인식되어 있지 않고, 해결하는 기술도 전혀 개시되어 있지 않다. 특허문헌 1 에서 제조된 것으로 여겨지는 산화물 소결체의 밀도가 90 ％ 이상으로 그다지 고밀도로 되어 있지 않은 것은, 산화물 소결체 제조 조건 중에서, 분쇄 처리 시간이나 1 축 가압 압력 등이 불충분하기 때문인 것으로 추측된다.
또, 상기 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여 스퍼터링법에 의해 a-IGZO 막을 기판 상에 성막할 수 있다.
스퍼터링법은 일반적으로, 아르곤 가스를 분위기 가스로 하고, 기판을 양극, 스퍼터링 타깃을 음극으로 하여, 전압을 인가하여, 글로우 방전에 의해 발생한 아르곤 플라스마 내의 아르곤 양이온이 음극의 스퍼터링 타깃에 충돌하여, 스퍼터링 타깃으로부터 튀겨 날라간 입자가, 기판 상에 퇴적되어 박막을 형성하는 방법이다. 스퍼터링법은 아르곤 플라스마 발생 방법에 의해 2 종류로 분류되고, 고주파 플라스마를 사용하는 것은 고주파 스퍼터링법 (RF 스퍼터링법), 직류 플라스마를 사용하는 것은 직류 스퍼터링법 (DC 스퍼터링법) 이라고 한다.
스퍼터링법으로는 본 발명에서는 DC 스퍼터링법을 사용한다. 막의 캐리어 농도의 제어성이 현격히 향상되기 때문이다. 즉, 고주파 (RF) 스퍼터의 경우에는 성막시의 분위기 중 약간의 산소 농도의 변화에 따라 캐리어 농도가 크게 변화하지만, 직류 스퍼터에서는 산소 농도의 변화에 따라 천천히 캐리어 농도가 변화하기 때문에, 엄밀한 산소 농도의 제어가 불필요해진다.
또한, 직류 스퍼터링법은 고주파 스퍼터링법과 비교하여, 고속 성막이 가능하고, 전원 설비가 저가이며, 플라스마 생성 등을 포함하는 조작이 간편하거나 하는 이점이 있다. 여기에서의 직류 스퍼터링법 중에는, 스퍼터링 타깃에 인가하는 전압을 주기적으로 정지시켜, 낮은 정전압을 인가하여 전기적 중화를 실시하는 직류 펄싱법도 포함한다.
본 발명의 산화물 소결체는 비저항을 1.0 × 10-1 Ω㎝ 이하로 규정했기 때문에 직류 스퍼터링법에 사용하는 스퍼터링 타깃으로서 적합하다. 산화물 소결체의 비저항이 이 값 이하이면, 안정적으로 직류 스퍼터링법에 의해 스퍼터 성막할 수 있다. 또한, 비저항이 1.0 × 10-2 Ω㎝ 이하이면, 스퍼터 조건의 상당히 넓은 범위에서, 안정적으로 직류 스퍼터링법에 의한 성막이 가능하기 때문에 보다 바람직하다. 본 발명에 관련된 산화물 소결체는 전형적으로는 1.2 ∼ 4.0 × 10-4 Ω㎝ 의 비저항을 갖는다. 산화물 소결체의 비저항의 측정은, 4 단자법 등에 의해 측정할 수 있다.
상기 본 발명에 관련된 산화물 소결체는, 이하와 같이 하여 제조할 수 있다.
원료로는, 산화인듐 (In2O3), 산화갈륨 (Ga2O3), 및 산화아연 (ZnO) 을 사용할 수 있다. 불순물에 의한 전기 특성에 대한 악영향을 피하기 위해, 순도 4 N이상의 원료를 사용하는 것이 바람직하다. 각각의 원료 분말을 원하는 조성비가 되도록 칭량한다.
다음으로 혼합을 실시한다. 혼합이 불충분하면, 제조한 타깃 중에 각 성분이 편석되어, 고저항률 영역과 저저항률 영역이 존재하게 되어, 스퍼터 성막시에 고저항률 영역에서의 대전 등에 의한 아킹 등의 이상 방전의 원인이 되기 때문에, 충분한 혼합이 필요하다. 그러기 위해서는 예를 들어, 슈퍼 믹서로 대기 중에서, 회전수 2000 ∼ 4000 rpm, 회전 시간 3 ∼ 5 분 혼합한다. 원료 분말은 산화물이기 때문에 분위기 가스는, 특히 원료의 산화를 방지할 필요가 없기 때문에, 아르곤 등의 고가의 가스를 사용할 필요는 없고, 대기여도 상관없다. 혼합 방법으로는 그 밖에 볼 밀에 의한 장시간 혼합 등의 방법이어도 되고, 그 밖의 방법이라도 원료의 균일 혼합이라는 취지를 실현할 수 있는 방법이면 상관없다.
다음으로 혼합 분말을 전기로로, 대기 분위기 중에서 900 ∼ 1100 ℃ 의 온도 범위에서, 4 ∼ 6 시간 정도 유지시킴으로써 혼합 분말을 가소 (假燒) 한다.
다음으로 미세분쇄를 실시한다. 이 목적도 원료의 혼합과 마찬가지로, 원료 분말의 타깃 중에서의 균일 분산화이며, 입경이 큰 원료 분말이 존재한다는 것은, 장소에 따라 조성 불균일이 발생한 것을 의미하고, 스퍼터 성막시의 이상 방전의 원인이 된다. 가소 분말을 애트라이터에 지르코니아 비드와 함께 투입하여, 회전수 200 ∼ 400 rpm, 회전 시간 2 ∼ 4 시간 미세분쇄를 실시한다. 미세분쇄는 원료 분말의 입경이 평균 입경 (D50) 이 1 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.6 ㎛ 이하가 될 때까지 실시하는 것이 바람직하다.
다음으로 조립 (造粒) 을 실시한다. 이것은 원료 분말의 유동성을 양호하게 하여, 프레스 성형시의 충전 상황을 충분히 양호한 것으로 하기 위해서이다. 미세분쇄한 원료를 고형분 40 ∼ 60 ％ 의 슬러리가 되도록 수분량을 조정하여 조립을 실시한다. 이 때, 입구 온도는 180 ∼ 220 ℃, 출구 온도는 110 ∼ 130 ℃ 로 설정한다.
다음으로 프레스 성형을 실시한다. 조립 분말을 400 ∼ 800 kgf/㎠ 의 면압, 1 ∼ 3 분 유지의 조건으로 프레스 성형한다. 면 압력 400 kgf/㎠ 미만이면, 충분한 밀도의 성형체를 얻을 수 없고, 면 압력 800 kgf/㎠ 초과로 할 필요도 없고, 쓸데없는 비용이나 에너지를 필요로 하기 때문에 생산상 바람직하지 않다.
다음으로 정수압 가압 장치 (CIP) 로 1700 ∼ 1900 kgf/㎠ 의 면압, 1 ∼ 3 분 유지의 조건으로 성형한다.
다음으로 전기로로 산소 분위기 중에서, 승온 속도 0.5 ∼ 2.0 ℃/min 으로 700 ∼ 900 ℃ 까지 승온한 후, 4 ∼ 6 시간 유지, 그 후, 승온 속도 0.5 ∼ 5.0 ℃/min 으로 1300 ∼ 1500 ℃ 까지 승온한 후, 10 ∼ 30 시간 유지, 그 후, 노냉 또는 강온 속도 2.0 ∼ 5.0 ℃/min 으로 강온한다. 소결 온도가 1300 ℃ 보다 낮으면, 소결체의 밀도가 충분히 커지지 않고, 반대로 1500 ℃ 를 초과하면, 노 (爐) 히터 수명이 저하된다. 유지 시간이 10 시간보다 짧으면, 원료 분말간의 반응이 충분히 진행되지 않아, 소결체의 밀도가 충분히 커지지 않거나, 소결체가 휘거나 한다. 소결 시간이 30 시간을 초과해도, 불필요한 에너지와 시간을 필요로 하는 낭비가 발생하여 생산상 바람직하지 않다. 승온 속도가 0.5 ℃/분보다 느리면, 소정 온도가 되기까지 불필요하게 시간을 필요로 하고, 승온 속도가 5.0 ℃/분보다 빠르면, 노 내의 온도 분포가 균일하게 상승하지 않아, 불균일이 발생하거나, 소결체가 균열되거나 한다. 이와 같이 하여 얻어진 소결체의 밀도는, 상대 밀도로 약 95 ％ 이상, 비저항은 조성에 따라 상이한데, 5.0 × 10-3 Ω㎝ 이하가 된다.
이하에 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대해 설명한다.
상기의 같은 제조 방법에 의해 얻어진 산화물 소결체의 외주의 원통 연삭, 면측의 평면 연삭을 함으로써 두께 4 ∼ 6 ㎜ 정도, 직경은 예를 들어, 6 인치 등, 사용하는 스퍼터 장치에 대응한 사이즈로 가공하여, 구리제 배킹 플레이트에, 인듐계 합금 등을 본딩 메탈로서 부착시킴으로써 스퍼터링 타깃으로 할 수 있다.
(산화물 박막의 제조 방법)
이하에 직류 스퍼터 성막에 대해 설명한다.
상기 기재된 제조 방법에 의해 제조한 스퍼터링 타깃과 유리 기판 등을 스퍼터 장치 내에 세트하여, 로터리 펌프 및 크라이오 펌프에 의해, 스퍼터 챔버 내를, 진공도가 약 5 × 10-4 ㎩ 이하가 될 때까지 진공 배기한다. 이 진공도가 충분하지 않으면, 챔버 내에 산소나 수분이 잔류하여, 스퍼터 성막시에 막에 들어가, 막의 전기적 특성에 악영향을 미친다.
스퍼터 가스로서, 아르곤 및 산소의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 혼합 가스 중의 산소 농도를 조정하는 방법으로는, 예를 들어, 아르곤 100 ％ 의 가스 봄베와, 아르곤 중의 산소가 2 ％ 인 가스 봄베를 이용하여, 각각의 가스 봄베로부터 챔버로의 공급 유량을 매스 플로우로 적절히 설정함으로써 실시할 수 있다. 여기에서, 혼합 가스 중의 산소 농도란, 산소 분압 / (산소 분압 ＋ 아르곤 분압) 을 의미하는 것으로서, 산소의 유량을 산소와 아르곤 유량의 합계로 나눈 것과도 동일하다. 산소 농도는 원하는 캐리어 농도에 따라 적절히 변경하면 되는데, 전형적으로는 1 ∼ 3 ％ 로 할 수 있고, 보다 전형적으로는 1 ∼ 2 ％ 로 할 수 있다.
스퍼터 가스의 전압은 0.3 ∼ 0.8 ㎩ 정도로 한다. 전압이 이것보다 낮으면, 플라스마 방전이 잘 일어나지 않고, 일어났다고 해도 플라스마가 불안정해진다. 또, 전압이 이것보다 높으면, 성막 속도가 늦어져 생산성에 악영향을 미치거나 하는 문제가 발생한다.
플라스마 발생 방식으로는, 고주파 (RF) 스퍼터링법 및 직류 (DC) 스퍼터링법의 양방의 방식이 있고, 단지 성막만 할 목적이면 양 방식 모두 이용할 수 있다. 고주파 (RF) 스퍼터링법은 타깃의 비저항에 상관 없이, 예를 들어, 절연체의 타깃이라도 실시할 수 있는데, 직류 (DC) 스퍼터링법은 타깃의 비저항이 일정 값 이하, 예를 들어 1 × 10-1 Ω㎝ 이하여야 한다.
본 발명에서의 산화물 소결체는 직류 (DC) 스퍼터링법에 의한 스퍼터가 가능한 정도까지, 비저항이 작기 때문에 직류 (DC) 스퍼터링법도 이용할 수 있다. 본 발명에서는 일정한 캐리어 농도를 갖는 막을 고재현성으로 얻기 위해, 직류 (DC) 스퍼터링법에 의한 스퍼터 성막을 실시한다.
타깃과 기판의 간격은 70 ∼ 120 ㎜ 로 한다. 이 간격이 지나치게 짧으면, 기판에 도달하는 타깃 구성 원소의 입자의 운동 에너지가 지나치게 커져, 기판에 대한 데미지가 커져, 양호한 막 특성이 얻어지지 않음과 함께, 막 두께나 막의 전기적 특성의 면내 분포가 악화된다. 한편, 간격이 지나치게 길면, 기판에 도달하는 타깃 구성 원소의 입자의 운동 에너지가 지나치게 작아져, 치밀한 막이 형성되지 않아, 막 특성이 향상되지 않는다.
본 발명의 스퍼터막은 기판을 가열하지 않고 성막할 수 있다. 성막시 기판의 온도는 25 ∼ 50 ℃ 정도이다 (스퍼터에 의한 온도 상승분 정도). 이것은 기판 가열에 필요로 하는 에너지나 시간을 필요로 하는 것이 없는 점에서 우수하나, 가장 유용한 것은 기판으로서 유리 이외의 것도 사용할 수 있는 점에 있다. 예를 들어, 고온으로 할 수 없는 수지 재료를 기판으로서 사용할 수 있다. 기판은 투명한 것이 바람직하다. 그 중에서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN), 폴리카보네이트 (PC), 폴리아릴레이트 (PAR) 또는, 이들에 밀착성 향상이나 탈가스 방지 등을 목적으로 한 막을 성막한 것도 포함할 수 있다.
스퍼터 파워를 예를 들어, 타깃 사이즈가 6 인치인 경우에는 500 ∼ 1200 W, 스퍼터 파워 밀도로 환산하면, 약 2.7 W/㎠ ∼ 6.6 W/㎠, 바람직하게는 3.2 ∼ 4.5 W/㎠ 로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 스퍼터 파워 밀도란, 스퍼터 파워를 스퍼터링 타깃의 면적으로 나눈 것으로서, 동일한 스퍼터 파워라도 스퍼터링 타깃 사이즈에 따라, 스퍼터링 타깃이 실제로 받는 파워가 상이하고, 성막 속도가 상이한 점에서, 스퍼터링 타깃에 인가하는 파워를 통일적으로 표현하기 위한 지표이다. 스퍼터 파워 밀도가 2.7 W/㎠ 미만이면, 스퍼터링 성막에 의해 얻어진 막의 캐리어 농도의 산소 농도 의존성이 커진다. 요컨대, 약간의 산소 농도의 변화에 의해서도 캐리어 농도가 크게 변화하여, 고재현성으로 일정한 캐리어 농도를 갖는 막을 얻는 것이 곤란해진다. 한편, 스퍼터 파워 밀도가 6.6 W/㎠ 보다 커지면, 성막 속도가 지나치게 커져, 막 두께의 제어성이 나빠진다. 요컨대, 마찬가지로 셔터의 개폐에 의해 성막 시간을 일정 값으로 조정하고자 해도, 약간의 셔터 개폐 시간의 차이에 의해, 막 두께가 크게 변화한다.
또, 상기 스퍼터 파워의 적절 범위는, 통상적인 스퍼터 성막 조건에서는 성막 속도가 약 2.5 Å/sec ∼ 5.5 Å/sec 인 것에 상당하기 때문에, 성막 속도로 제어해도 된다. 여기에서 성막 속도란, 스퍼터 성막에 있어서 막 두께를 성막 시간으로 나눈 것으로서, 통상적인 성막 조건 범위에서는 스퍼터 파워 밀도에 비례하는 것이다. 성막 속도가 상기 범위로 되어 있는 것은, 스퍼터 파워 밀도의 범위를 규정한 이유와 동일하며, 캐리어 농도의 제어성과 막 두께의 제어성의 양립을 위해서이다. 성막 속도는 바람직하게는 약 3.0 Å/sec ∼ 4.5 Å/sec 이다.
기판을 가열하지 않고 성막하면, 일반적으로 a-IGZO 막이 된다. a-IGZO 막은 표면이 평탄하고, 다결정화된 막과 같이 입계가 없으며, 막면 내의 균일성이 양호하기 때문에, 막을 활성층으로 하여 소자를 제조한 경우에, 소자 특성의 편차를 매우 작게 억제할 수 있다는 이점이 있다.
(막의 평가 방법)
이하에 막의 특성 평가 방법에 대해 설명한다.
스퍼터 성막하여 얻어진 막의 막 두께는, 단차계에 의해 측정할 수 있다. 또, 막의 캐리어 농도는 반데르포우 (van der pauw) 법에 의한 홀 (hall) 측정에 의해 구할 수 있다. 구체적으로는, 막이 부착된 유리 등의 기판을 약 가로세로 10 ㎜ 로 잘라내어, 네 모서리에 인듐 등의 전극을 부여하고, 홀 측정 장치에 세트함으로써, 막의 저항률, 캐리어 농도, 이동도를 측정할 수 있다. 막이 비정질인 것은 X 선 회절을 실시하여 확인할 수 있다. 막의 조성은 형광 X 선 분석에 의해 측정할 수 있다.
(산화물 박막의 어닐링 방법)
이하에 산화물 박막의 어닐링 방법에 대해 설명한다.
스퍼터 성막하여 얻어진 막을 갖는 유리 기판을 소정 온도로 설정할 수 있는 노에 넣고, 먼저 노 내의 대기를 로터리 펌프 등에 의해 배기한 후에, 순산소 또는 소정의 종류와 농도를 갖는 가스를 도입하여, 소정의 온도 (일반적으로는 100 ∼ 600 ℃, 어닐링의 효과를 충분히 발현시키기 위해, 또한 막이 결정화되지 않게 하는 이유로부터 바람직하게는 200 ∼ 400 ℃) 에 이를 때까지 승온한 후, 일정 시간 (일반적으로는 1 ∼ 60 분, 지나치게 장시간 어닐링을 실시해도 효과가 포화되는 점에서 바람직하게는 1 ∼ 20 분) 유지시키고, 강온함으로써 산화물 박막을 어닐링할 수 있다. 그 때에 중요한 점은, 산화물 박막을 설치하는 로 내의 대기를 배기하는 것이며, 이것이 불충분하면, 소정의 종류와 농도를 갖는 가스 중에서의 어닐링이 이루어지지 않아, 대기 중의 잔류 산소나 질소의 영향을 받게 된다.
본 발명에 관련된 a-IGZO 막의 캐리어 농도는 막 중의 산소 결손에 의해 지배되어 있고, 산소를 함유하는 분위기 가스 중에서의 어닐링에 의해, 막 중의 산소 결손이 없어져 캐리어 농도가 감소하는 등 막의 캐리어 농도를 제어할 수 있게 된다. 한편, 질소 등의 산소를 함유하지 않는 분위기 가스 중에서의 어닐링에 의해 막 중의 산소 결손이 더욱 증가하여, 캐리어 농도의 증가가 일어난다. 캐리어 농도는 분위기 가스 중의 산소 농도에 따라, 일정 값으로 수속해 가는 경향이 있기 때문에, 로트마다의 막의 캐리어 농도의 편차를 더욱 저감시킬 수 있다. 단, 산소 농도가 낮은 경우보다 높은 경우가 일정 값으로 수속하기 쉽다. 이것은 캐리어의 원인인 산소 결손이 더욱 유효하게 없어지기 쉽다는 이유에 의한 것으로 생각할 수 있다. 따라서, 어닐링시의 분위기 중의 산소 농도는 전형적으로는 25 체적％ 이상, 보다 전형적으로는 50 체적％ 이상, 나아가서는 100 체적％ 산소로 함으로써, 더욱 효과적으로 캐리어 농도의 편차를 저감시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 제조 방법을 사용하여 얻어진 산화물 박막은 박막 트랜지스터의 활성층으로서 사용할 수 있다. 또, 상기 제조 방법을 사용하여 얻어진 박막 트랜지스터를 액티브 소자로서 사용하여, 액티브 매트릭스 구동 표시 패널에 이용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
소결체 및 막의 물성은 이하의 방법에 의해 측정하였다.
(가) 소결체의 상대 밀도
아르키메데스법으로 실측하여, 구성 원소로부터의 이론 밀도로 나눔으로써 구하였다.
(나) 소결체의 비저항
소결체를 잘라내어, 토요 테크니카사 제조 형식 RESITEST8200 을 이용한 홀 측정에 의해 구하였다.
(다) 소결체의 결정 구조
X 선 회절 장치 (리가쿠사 제조, 형식 RINT-1100) 를 이용하여 구하였다.
(라) 소결체의 조성
SII 나노테크놀로지사 제조 형식 SPS3000 을 이용하여 ICP (고주파 유도 결합 플라스마) 분석법에 의해 구하였다.
(마) 막 두께
단차계 (Veeco 사 제조, 형식 Dektak8 STYLUS PROFILER) 를 이용하여 구하였다.
(바) 막의 저항률, 캐리어 농도, 이동도
성막한 유리 기판을 약 가로세로 10 ㎜ 로 잘라내고, 네 모서리에 인듐 전극을 부여하여, 홀 측정 장치 (토요 테크니카사 제조, 형식 Resitest8200) 에 세트 하여 측정하였다.
(사) 막의 결정 또는 비정질 구조
리가쿠사 제조 RINT-1100 X 선 회절 장치를 이용하여 결정성을 판정하였다.
(아) 막의 조성
SII 나노테크놀로지사 제조 형식 SPS3000 을 이용하여 ICP (고주파 유도 결합 플라스마) 분석법에 의해 구하였다.
실시예 1-1
원료가 되는 산화인듐 (In2O3), 산화갈륨 (Ga2O3), 산화아연 (ZnO) 의 각 분말을 각 금속 원소의 조성비가 In : Ga : Zn = 1 : 1 : 1 이 되도록 칭량하였다. 칭량한 원료 분말을 슈퍼 믹서로, 대기 중에서 회전수 3000 rpm, 회전 시간 4 분 혼합하였다. 혼합 분말을 전기로로, 대기 분위기 중에서 1000 ℃ 에서, 5 시간 정도 유지시켰다. 가소 분말을 애트라이터에 지르코니아 비드와 함께 투입하여, 회전수 300 rpm, 회전 시간 3 시간 미세분쇄를 실시하였다. 미세분쇄는 원료 분말의 입경이 평균 입경 (D50) 0.59 ㎛ 가 되었다. 미세분쇄한 원료 분말을 고형분 50 ％ 의 슬러리가 되도록 수분량을 조정하고, 입구 온도를 200 ℃, 출구 온도를 120 ℃ 로 설정하여 조립을 실시하였다. 조립 분말을 400 kgf/㎠ 의 면압, 1 분 유지라는 조건으로 프레스 성형한 후, 정수압 가압 장치 (CIP) 로 1800 kgf/㎠ 의 면압으로, 1 분 유지라는 조건으로 성형하였다. 다음으로 전기로로 산소 분위기 중에서 승온 속도 1.0 ℃/min 으로 800 ℃ 까지 승온한 후, 5 시간 유지, 그 후, 승온 속도 1.0 ℃/min 으로 1450 ℃ 까지 승온한 후, 20 시간 유지, 그 후, 노냉에 의해 강온하였다. 얻어진 소결체의 밀도는, 상대 밀도로 약 98 ％, 비저항은 3.2 × 10-3 Ω㎝ 였다. 또, X 선 회절의 결과, 조성 InGaZnO4 로 나타내는 결정성의 산화물이었다.
비교예 1-1
실시예 1-1 의 산화물 소결체 제조 조건과 거의 동일하게 하였으나, 변화시킨 조건은, 가소 분말의 애트라이터에 의한 미세분쇄 시간을 1 시간으로 하고, 조립 분말의 프레스 압력을 100 kgf/㎠ 의 면압으로 하고, 정수압 가압 장치 (CIP) 에 의한 가압 형성을 실시하지 않은 것이다. 얻어진 소결체의 밀도는, 상대 밀도로 약 80 ％, 비저항은 4.0 Ω㎝ 였다. 또, X 선 회절의 결과, 조성 InGaZnO4 로 나타내는 결정성의 산화물이었다.
비교예 1-2
실시예 1-1 의 산화물 소결체 제조 조건과 거의 동일하게 하였으나, 변화시킨 조건은 조립 분말의 프레스 압력을 200 kgf/㎠ 의 면압으로 하고, 정수압 가압 장치 (CIP) 에 의한 가압 형성을 실시하지 않은 것이다. 얻어진 소결체의 밀도는 상대 밀도로 약 85 ％, 비저항은 3.9 Ω㎝ 였다. 또, X 선 회절의 결과, 조성 InGaZnO4 로 나타내는 결정성의 산화물이었다.
비교예 1-3
실시예 1-1 의 산화물 소결체 제조 조건과 거의 동일하게 하였으나, 변화시킨 조건은 정수압 가압 장치 (CIP) 에서의 면압을 900 kgf/㎠ 로 한 것이다. 얻어진 소결체의 밀도는, 상대 밀도로 약 92 ％, 비저항은 3.8 Ω㎝ 였다. 또, X 선 회절의 결과, 조성 InGaZnO4 로 나타내는 결정성의 산화물이었다.
실시예 1-1 및 비교예 1-1 ∼ 1- 3 의 정리
상기와 같이 실시예 1-1 의 산화물 소결 조건에 의해 제조한 산화물 소결체는, 소정의 밀도 및 비저항을 가질 수 있었지만, 비교예의 산화물 소결 조건에 의해 제조한 산화물 소결체는 충분한 소결 밀도가 얻어지지 않았다.
실시예 2-1
상기 실시예 1-1 에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 소결체를, 직경 6 인치, 두께 5 ㎜ 의 원판 형상으로 가공하여, 스퍼터링 타깃으로서 사용하였다. 스퍼터링 타깃과 직경 4 인치, 두께 0.7 ㎜ 의 코닝 ＃1737 유리 기판을 스퍼터 장치 내에 세트하고, 로터리 펌프 및 크라이오 펌프에 의해, 스퍼터 챔버 내를, 진공도가 약 5 × 10-4 ㎩ 이하가 될 때까지 진공 배기한 후, 스퍼터 가스로서 산소 농도가 2.0 ％ 가 되도록, 순아르곤 가스 및 산소 농도 2 ％ 함유 아르곤 가스의 유량을 각각의 가스 유량을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러를 조정하여 챔버에 도입하였다. 챔버 내의 스퍼터 가스의 전체 압력은 0.5 ㎩ 로 하였다. 직류 (DC) 스퍼터링법으로 스퍼터 파워 1000 W, 타깃과 기판의 간격은 80 ㎜ 로 하였다. 기판은 가열하지 않았다. 성막 시간은 197 초이고, 막 두께는 1043 Å 이며, 성막 속도는 5.29 Å/sec 였다. 막의 홀 측정을 한 결과, 캐리어 농도는 1.79 × 1018 ㎝-3, 이동도는 9.35 ㎠/Vs, 저항률은 3.74 × 10-1 Ω㎝ 였다. 막의 조성은 InGaZnO4 이며, 비정질이었다. 이들 조건과 결과를 표 1 에 기재한다.
Figure pct00001
실시예 2-2 ∼ 2-10
실시예 1-1 에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여, 표 1 에 기재된 각 조건으로 한 것 이외에는 실시예 2-1 과 동일한 조건으로 하여 실시예 2-2 ∼ 2-10 의 산화물 박막을 제조하였다. 어느 막에 대해서도 조성은 InGaZnO4 이며, 비정질이었다. 막의 전기적 특성의 측정 결과를 표 1 에 함께 기재한다.
비교예 2-1 ∼ 2-3
실시예 1-1 에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여, 표 1 에 기재된 각 조건으로 한 것 이외에는 실시예 2-1 과 동일한 조건으로 하여 비교예 2-1 ∼ 2-3 의 산화물 박막을 제조하였다. 어느 막에 대해서도 조성은 InGaZnO4 이며, 비정질이었다. 막의 전기적 특성의 측정 결과를 표 1 에 함께 기재한다.
비교예 2-4 ∼ 2-19
실시예 1-1 에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여, 전원 종류를 고주파 (RF) 로 하고, 표 1 에 기재된 각 조건으로 한 것 이외에는 실시예 2-1 과 동일한 조건으로 하여 비교예 2-4 ∼ 2-19 의 산화물 박막을 제조하였다. 어느 막에 대해서도 조성은 InGaZnO4 이며, 비정질이었다. 막의 전기적 특성의 측정 결과를 표 1 에 함께 기재한다.
실시예 2-1 ∼ 2-10 및 비교예 2-1 ∼ 2-19 결과의 정리
상기 예의 결과에 대해, 산소 농도를 가로축으로 막의 캐리어 농도를 세로축으로 한 그래프를 도 1 에 나타낸다. 산소 농도가 커짐에 따라, 막의 캐리어 농도가 작아지고 있다. 이 막의 캐리어 농도는 막 중의 산소 결손에 의한 것이 지배적인 것으로 생각되기 때문에, 상기 경향은 합리적인 것이다. 또, 동일한 산소 농도의 경우, 스퍼터 파워가 커짐에 따라, 막의 캐리어 농도가 커지는 경향이 있다. 그러나, 더욱 상세하게 보면 직류 스퍼터의 경우, 산소 농도가 작은 경우에는, 스퍼터 파워의 차이에 의한 막의 캐리어 농도의 차이는 작고, 산소 농도가 커지면, 스퍼터 파워의 차이에 의한 막의 캐리어 농도의 차이가 현저해진다. 따라서, 스퍼터 성막시에 산소 농도뿐만 아니라, 스퍼터 파워도 조정함으로써 소정의 캐리어 농도를 갖는 막을 얻을 수 있다.
또한, 상기 경향을 알아낸 점으로부터 판명되는 것은, 막의 캐리어 농도의 산소 농도에 대한 의존성이, 스퍼터 파워가 커짐에 따라 작아지는 것이다. 요컨대, 소정의 캐리어 농도를 갖는 막을 제조하는 경우에, 산소 농도의 변화에 둔하게 되어, 캐리어 농도의 제어성이 향상되는 것이다. 이 캐리어 농도의 제어성은 고주파 (RF) 스퍼터인 경우에는 그다지 양호하지 않고, 약간의 산소 농도의 변화에 의해 캐리어 농도가 크게 변화한다. 직류 스퍼터로 스퍼터 파워가 큰 경우에 막의 캐리어 농도의 제어성은 가장 양호해진다.
실시예 3-1
실시예 1-1 에 기재된 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여, 실시예 2-1 에 기재된 성막 조건 중, 산소 농도비를 1.5 ％ 로 한 것 이외에는 동일한 조건으로 하여 산화물 박막을 제조하였다.
스퍼터 성막하여 얻어진 막을 갖는 유리 기판을, 어닐링 로 (爐) 에 넣고, 먼저 로 내의 대기를 로터리 펌프 등으로 1 × 10-2 ㎩ 까지 배기한 후에, 순산소 가스를 도입하여, 소정의 300 ℃ 까지 약 1 분간 승온한 후에 10 분간 유지시키고, 그 후에는 노냉시켜 강온함으로써 산화물 박막을 어닐링하였다. 막의 캐리어 농도를 홀 측정한 결과, 어닐링 전에는 8.0 × 1018 ㎝-3, 어닐링 후에는 9.8 × 1016 ㎝- 3였다.
실시예 3-2 ∼ 3-9
실시예 3-1 의 산화물 박막 이외에, 실시예 3-1 의 성막 조건 중 산소 농도비를 0.8 ％, 0 ％ 로 변경함으로써 2 종류의 캐리어 농도의 산화물 박막을 제조하여, 전부 3 종류의 산화물 박막을 준비하였다. 이들 산화물 박막에 대해 표 2에 기재된 바와 같이 적절히 어닐링 조건을 변경하여 어닐링을 실시하였다. 어닐링 후의 막의 캐리어 농도는 표 2 에 기재된 바와 같다.
실시예 3-1 ∼ 3-9 결과의 정리
상기 결과에 대해 판명된 것은, 어닐링 전의 막의 캐리어 농도가 다소 불규칙해도, 산소 또는 산소 50 체적％ 와 질소 50 체적％ 의 분위기 중에서 어닐링을 하면, 어닐링 후의 막의 캐리어 농도는 작아짐과 함께 편차가 적어진다. 특히, 분위기 가스가 산소인 경우에는 캐리어 농도가 매우 가까워진다. 한편, 질소 분위기 중에서 어닐링하면, 산소 결손이 증가하여, 캐리어 농도가 어닐링 전보다도 증가한다.
Figure pct00002

Claims (9)

  1. 주로 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 아연 (Zn) 및 산소 (O) 를 구성 원소로 하고, 인듐과 갈륨의 합량에 대한 인듐의 원자수비 [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 20 ％ ∼ 80 ％, 인듐과 갈륨과 아연의 합량에 대한 아연의 원자수비 [Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 10 ％ ∼ 50 ％ 이며, 비저항이 1.0 × 10-1 Ω㎝ 이하인 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 이용하여, 스퍼터 파워 밀도를 2.5 ∼ 5.5 W/㎠ 로 하여 기판 상에 직류 스퍼터 성막하는 것을 포함하는 비정질 In-Ga-Zn-O 계 산화물 박막의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화물 소결체의 상대 밀도는 95 ％ 이상인 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    성막 속도가 2.5 Å/min ∼ 5.5 Å/min 인 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판 상에 직류 스퍼터 성막한 후에, 추가로, 일정 농도의 산소를 함유하는 분위기 중에서, 얻어진 막을 어닐링 처리하는 것을 포함하는 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    어닐링 처리시의 분위기 중의 산소 농도가 100 체적％ 인 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법을 사용하여 활성층을 형성하는 공정을 포함하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 기재된 제조 방법을 사용하여 액티브 소자를 형성하는 공정을 포함하는 액티브 매트릭스 구동 표시 패널의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 있어서 스퍼터링 타깃으로서 사용하는 산화물 소결체로서, 주로 인듐 (In), 갈륨 (Ga), 아연 (Zn) 및 산소 (O) 를 구성 원소로 하고, 인듐과 갈륨의 합량에 대한 인듐의 원자수비 [In] / ([In] ＋ [Ga]) 가 20 ％ ∼ 80 ％, 인듐과 갈륨과 아연의 합량에 대한 아연의 원자수비 [Zn] / ([In] ＋ [Ga] ＋ [Zn]) 가 10 ％ ∼ 50 ％ 이며, 비저항이 1.0 × 10-1 Ω㎝ 이하인 산화물 소결체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상대 밀도가 95 ％ 이상인 산화물 소결체.
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