KR20110083601A - 산화물 소결체 및 스퍼터링 타겟 - Google Patents

산화물 소결체 및 스퍼터링 타겟 Download PDF

Info

Publication number
KR20110083601A
KR20110083601A KR1020117006203A KR20117006203A KR20110083601A KR 20110083601 A KR20110083601 A KR 20110083601A KR 1020117006203 A KR1020117006203 A KR 1020117006203A KR 20117006203 A KR20117006203 A KR 20117006203A KR 20110083601 A KR20110083601 A KR 20110083601A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oxide
thin film
less
gallium
indium
Prior art date
Application number
KR1020117006203A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101723245B1 (ko
Inventor
후토시 우츠노
가즈요시 이노우에
히로카즈 가와시마
마사시 가사미
고키 야노
고타 데라이
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 KR20110083601A publication Critical patent/KR20110083601A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101723245B1 publication Critical patent/KR101723245B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/24—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
    • H01L29/242—AIBVI or AIBVII compounds, e.g. Cu2O, Cu I
    • 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
    • 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
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • 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
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • 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
    • C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • 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
    • H01L21/02518—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
    • 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
    • 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
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • 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
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • 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
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide 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
    • C04B2235/02—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
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
    • 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
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/441—Alkoxides, e.g. methoxide, tert-butoxide
    • 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
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/443—Nitrates or nitrites
    • 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
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/449—Organic acids, e.g. EDTA, citrate, acetate, oxalate
    • 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
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
    • 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
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, 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
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 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
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • 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
    • C04B2235/6567—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
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • 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
    • 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
    • C04B2235/761—Unit-cell parameters, e.g. lattice constants
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (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)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

갈륨이 산화인듐에 고용되어 있고, 원자비 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.12이고, 전체 금속 원자에 대한 인듐과 갈륨의 함유율이 80원자% 이상이며, In2O3의 빅스바이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.

Description

산화물 소결체 및 스퍼터링 타겟{OXIDE SINTERED BODY AND SPUTTERING TARGET}
본 발명은 갈륨이 고용되어 있는 산화인듐 산화물 소결체, 그것으로 이루어지는 스퍼터링 타겟, 그 타겟을 사용하여 제작되는 박막 및 그 박막을 포함하는 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
최근, 표시 장치의 발전은 놀라워서, 액정 표시 장치나 EL 표시 장치 등, 여러가지 표시 장치가 퍼스널 컴퓨터나 워드 프로세서 등의 OA 기기에 활발히 도입되고 있다. 이들 표시 장치는 모두 표시 소자를 투명 도전막으로 끼운 샌드위치 구조를 갖고 있다.
이들 표시 장치를 구동시키는 스위칭 소자에는, 현재, 실리콘계 반도체막이 주류를 차지하고 있다. 이는 실리콘계 박막의 안정성, 가공성이 좋다는 점 이외에, 스위칭 속도가 빠르다는 점 등 때문이다. 이 실리콘계 박막은 일반적으로 화학 증기 석출법(CVD)에 의해 제작되고 있다.
그러나, 실리콘계 박막은 비정질인 경우, 스위칭 속도가 비교적 느리고, 고속인 동영상 등을 표시하는 경우는 화상을 표시할 수 없다고 하는 난점을 갖고 있다. 또한, 결정질의 실리콘계 박막인 경우에는, 스위칭 속도는 비교적 빠르지만, 결정화에 800℃ 이상의 고온이나, 레이저에 의한 가열 등이 필요하여, 제조에 대해 막대한 에너지와 공정을 요하고 있다. 또한, 실리콘계 박막은, 전압 소자로서도 성능은 우수하지만, 전류를 흘린 경우, 그 특성의 시간 경과에 따른 변화가 문제가 되고 있다.
그래서, 실리콘계 박막 이외의 막이 검토되고 있다.
실리콘계 박막보다도 안정성이 우수함과 동시에 ITO 막과 동등한 광 투과율을 갖는 투명 반도체막, 및 그것을 얻기 위한 타겟으로서, 산화인듐, 산화갈륨 및 산화아연으로 이루어지는 투명 반도체 박막이나, 산화아연과 산화마그네슘으로 이루어지는 투명 반도체 박막이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
특허문헌 2에는, 산화인듐 및 산화갈륨을 주성분으로 하는 조성물로서, InGaO3 화합물을 함유하는 조성물이 개시되어 있다. 상기 문헌은 투명 도전막에 관한 것이다.
특허문헌 3에는, Ga를 1 내지 10원자% 함유하는 In2O3로 이루어지는 투명 도전막의 기재가 있다. 이 투명 도전막은 In2O3 타겟 상에 금속 Ga를 놓고 함께 스퍼터링하여 제작된다.
특허문헌 4에는, Ga/(In+Ga)이 0.35 이상 1.0미만이고, (Ga, In)2O3상을 포함하는 투명 도전막용 소결체 조성물에 관한 기재가 있다. 특허문헌 5에는, Ga/(In+Ga)이 0.65 이상 1.0미만이고, (Ga, In)2O3상을 포함하는 투명 도전막용 산화물 소결체에 관한 기재가 있다.
특허문헌 6에는, 갈륨원소를 49.1 내지 65원자% 포함하는 산화인듐-산화갈륨 소결체에 관한 기재가 있다. 특허문헌 7에는, Ga/In 비가 0.97 내지 1.86인 조성을 갖는 소결체를 사용한 스퍼터링 타겟에 관한 기재가 있다. 특허문헌 8, 특허문헌 9에는, 각각 Ga를 35 내지 45원자% ,15 내지 49원자% 함유하는 산화인듐-산화갈륨 소결체에 관한 기재가 있다.
그러나, 특허문헌 6 내지 9의 Ga 함유 영역에서는, 결정질의 산화인듐-산화갈륨으로 이루어지는 산화물 반도체막은 얻어지지 않는다. 또한, 이들의 조성에서는 InGaO3으로 이루어지는 절연성이 높은 결정상을 생성하는 경우가 있어, 스퍼터링 중에 이상 방전을 일으키거나, 노듈(nodule)이 발생하는 경우가 있다.
일본 특허공개 제2004-119525호 공보 일본 특허공개 평07-182924호 공보 일본 특허공개 평09-50711호 공보 일본 특허공개 제2007-277039호 공보 일본 특허공개 제2007-210823호 공보 일본 특허공개 제2007-224386호 공보 일본 특허공개 제2007-113026호 공보 일본 특허공개 제2005-347215호 공보 일본 특허공개 평09-259640호 공보
본 발명의 목적은, 박막 트랜지스터에 사용할 수 있는 비실리콘계 반도체 박막, 및 그것을 형성하기 위한 스퍼터링 타겟을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 신규한 비실리콘계 반도체 박막을 사용한 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.
본 발명은 이하의 산화물 소결체, 스퍼터링 타겟, 산화물 박막, 박막 트랜지스터 및 이들의 제조방법을 제공한다.
1. 갈륨이 산화인듐에 고용되어 있고, 원자비 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.12이고, 전체 금속 원자에 대한 인듐과 갈륨의 함유율이 80원자% 이상이며, In2O3의 빅스바이트(bixbyite) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
2. 상기 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.10인 상기 1에 기재된 산화물 소결체.
3. 상기 Ga/(Ga+In)이 0.005 내지 0.08인 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 산화물 소결체.
4. 상기 빅스바이트 구조의 격자 상수가 10.05Å 이상 10.118Å 미만인 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체.
5. 밀도가 6.5 내지 7.1g/cm3인 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체.
6. 벌크 저항이 10mΩcm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체.
7. 분산되어 있는 Ga 집합체의 직경이 1㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체.
8. +4가 이상의 금속 이온의 함유량이 100원자ppm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체.
9. +2가 이하의 금속 이온의 함유량이 100원자ppm 이하이고, 또한 +4가의 금속 이온 농도 ≤ +2가의 금속 이온 농도인 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체.
10. 산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄 및 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체.
11. 산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄 및 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물이 0.01 내지 5원자% 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 10에 기재된 산화물 소결체.
12. 평균 입경이 2㎛ 미만인 인듐 화합물 분말과 평균 입경이 2㎛ 미만인 갈륨 화합물 분말을, 갈륨과 인듐의 원자비 Ga/(In+Ga) = 0.001 내지 0.12로 혼합하는 공정, 상기 혼합물을 성형하는 공정, 및 상기 성형체를 1200℃ 내지 1600℃에서 2 내지 96시간 소성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 11 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체의 제조방법.
13. 소성을 산소 분위기 중 또는 가압 하에서 하는 것을 특징으로 하는 상기 12에 기재된 산화물 소결체의 제조방법.
14. 상기 1 내지 11 중 어느 하나에 기재된 산화물 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
15. 상기 14에 기재된 스퍼터링 타겟을 사용하여 성막된 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
16. 갈륨이 산화인듐에 고용되어 있고, 원자비 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.12이고, 전체 금속 원자에 대한 인듐과 갈륨의 함유율이 80원자% 이상이며, In2O3의 빅스바이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
17. 상기 원자비 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.10인 것을 특징으로 하는 상기 16에 기재된 산화물 박막.
18. 상기 원자비 Ga/(Ga+In)이 0.005 내지 0.08인 것을 특징으로 하는 상기 16에 기재된 산화물 박막.
19. 상기 빅스바이트 구조의 격자 상수가 10.01Å 이상 10.118Å 미만인 것을 특징으로 하는 상기 16 내지 18 중 어느 하나에 기재된 산화물 박막.
20. 분산되어 있는 Ga 집합체의 직경이 1㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 상기 16 내지 19 중 어느 하나에 기재된 산화물 박막.
21. 산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄 및 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 16 내지 20 중 어느 하나에 기재된 산화물 박막.
22. 산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄 및 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물이 0.01 내지 5원자% 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 21에 기재된 산화물 박막.
23. 상기 15 내지 22 중 어느 하나에 기재된 산화물 박막을 사용하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
24. 채널 에치(Channel Etch)형 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 상기 23에 기재된 박막 트랜지스터.
25. 에치 스탑퍼(Etch stopper)형 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 상기 23에 기재된 박막 트랜지스터.
26. 상기 14에 기재된 스퍼터링 타겟을 사용하여 산화물 박막을 형성하는 공정, 및 상기 산화물 박막을 산소 분위기 중에서 열처리하여 결정화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
27. 상기 산화물 박막 형성 공정에서, 산소의 함유량이 10부피% 이상인 성막 가스에서 산화물 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 26에 기재된 박막 트랜지스터의 제조방법.
28. 상기 결정화 공정에서, 상기 산화물 박막을 250 내지 500℃에서 0.5 내지 1200분 열처리하여 결정화하는 것을 특징으로 하는 상기 26 또는 27에 기재된 박막 트랜지스터의 제조방법.
29. 추가로, 상기 열처리한 산화물 박막 상에 산화물 절연체층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 26 내지 28 중 어느 하나에 기재된 박막 트랜지스터의 제조방법.
30. 상기 23 내지 25 중 어느 하나에 기재된 박막 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
본 발명에 의하면, 박막 트랜지스터에 사용할 수 있는 비실리콘계 반도체 박막, 및 그것을 형성하기 위한 스퍼터링 타겟을 제공할 수 있다. 본 발명에 의하면, 신규한 비실리콘계 반도체 박막을 사용한 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 2는 실시예 2에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 3은 실시예 3에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 4는 실시예 4에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 5는 실시예 5에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 6은 실시예 6에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 7은 실시예 7에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 8은 실시예 8에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 9는 실시예 9에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 10은 실시예 10에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 11은 실시예 11에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 12는 비교예 1에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 13은 비교예 2에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 14는 비교예 3에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 15는 비교예 4에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 16은 비교예 5에서 얻어진 산화물 소결체의 X선 회절 차트이다.
도 17은 실시예 1 내지 11 및 비교예 1의 Ga, (Ga+X) 첨가량과 격자 상수의 관계를 나타내는 그림이다.
도 18은 실시예 15에서 제조한 채널 에치형 박막 트랜지스터의 구조를 나타내는 그림이다.
도 19는 실시예 16, 19에서 제조한 에치 스탑퍼형 박막 트랜지스터의 구조를 나타내는 그림이다.
도 20은 실시예 12 내지 18 및 비교예 6의 Ga, (Ga+X) 첨가량과 격자 상수의 관계를 나타내는 그림이다.
본 발명의 산화물 소결체는 갈륨이 산화인듐에 고용되어 있다. 이 산화물 소결체에 있어서, 전체 금속 원자에 대한 인듐과 갈륨의 함유율은 80원자% 이상이다. 갈륨 금속과 인듐 금속의 원자비는 Ga/(In+Ga) = 0.001 내지 0.12이다. 이 원자비에서 갈륨이 산화인듐에 거의 완전 고용된다. 바람직하게는, 산화인듐 결정 격자 중의 인듐 원소의 위치에 갈륨 등의 인듐 이외의 원소가 이온으로서 들어간다.
Ga/(In+Ga)가 0.001 미만이면, 산화인듐 결정의 격자 상수의 변화가 작아져서, 갈륨을 첨가하는 효과가 나타나지 않는 경우가 있고, 0.12 초과이면, InGaO3 등이 석출되는 경우가 있다. InGaO3 등이 석출될수록, 얻어지는 산화물 박막이 결정화하기 어렵게 되어, 결정질 박막이 얻어지지 않는 경우가 있다.
갈륨 금속과 인듐 금속의 원자비는 바람직하게는 Ga/(In+Ga) = 0.001 내지 0.10, 보다 바람직하게는 Ga/(In+Ga) = 0.005 내지 0.08이다. 더 바람직하게는 Ga/(In+Ga) = 0.01 내지 0.05, 특히 바람직하게는 Ga/(In+Ga) = 0.02 내지 0.04이다.
또한, 본 발명의 산화물 소결체는 In2O3 빅스바이트 구조를 갖는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 Ga가 완전히 In2O3 빅스바이트 구조에 고용 분산되는 것 에 의해, 스퍼터링 타겟으로 사용한 경우에 이상 방전이 일어나기 어렵기 때문에, In2O3의 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어진다. 빅스바이트 구조는 전체의 결정 구조 중, 90% 이상이 바람직하고, 95% 이상이 더 바람직하고, 97% 이상이 특히 바람직하다. 결정 구조의 비율은 EPMA 분석에 의해 결정상을 동정하고, 그의 화상 해석에 의해 구할 수 있다.
본 발명의 산화물 소결체의 빅스바이트 구조의 격자 상수는, 하한은 특별히 없지만, 바람직하게는 10.05Å 이상 10.118Å 미만이다. 빅스바이트 구조는 X선 회절에 의해 확인할 수 있다.
본 발명의 산화물 소결체의 밀도는 바람직하게는 6.5 내지 7.2g/cm3이다. 밀도가 낮으면, 산화물 소결체로부터 형성되는 스퍼터링 타겟의 표면이 흑화되거나 하고, 이상 방전을 유발하여, 스퍼터링 속도가 저하되거나 하는 경우가 있다.
소결체의 밀도를 높이기 위해서는, 원료의 입자 직경이 10㎛ 이하인 것을 사용하여, 원료를 균질히 혼합한다. 입자 직경이 크면 인듐 화합물과 갈륨 화합물의 반응이 진행하지 않을 우려가 있다. 균질하게 혼합되지 않은 경우도 마찬가지로 미반응이나 이상립 성장한 입자가 존재하여 밀도가 높아지지 않을 우려가 있다.
또한, 본 발명의 산화물 소결체는, 산화인듐에 Ga가 분산되어 있지만, 분산되어 있는 Ga 집합체의 직경은 1㎛ 미만인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 분산이란 산화인듐 결정 중에 갈륨 이온이 고용되어 있는 경우일 수도 있고, 산화인듐립 내에 Ga 화합물 입자가 잘게 분산되어 있을 수도 있다. Ga가 잘게 분산되는 것에 의해, 안정한 스퍼터링 방전을 할수 있다. Ga의 집합체의 직경은 EPMA(전자선 마이크로 애널라이저)에 의해 측정할 수 있다.
본 발명의 산화물 소결체의 벌크 저항은 바람직하게는 10mΩcm 이하이다. 완전히 고용되어 있지 않고, Ga2O3 등이 관찰되는 경우에는, 이상 방전의 원인이 되는 경우가 있다. 보다 바람직하게는 5mΩcm 이하이다. 하한은 특별히 없지만, 1mΩcm 미만으로 할 필요는 없다.
본 발명의 산화물 소결체 중의 +4가 이상의 금속 이온(예를 들면, 주석, 타이타늄, 지르코늄, 저마늄 등)의 함유량이 100ppm 이하인 것이 바람직하다. 100ppm을 초과하는 양의 +4가 이상의 금속 이온이 포함되는 경우, 얻어진 결정질 산화물 박막이 반도체화되지 않고, 도전성이 되는 경우가 있다. 바람직하게는 50ppm 이하, 보다 바람직하게는 30ppm 이하이다.
불순물량을 100ppm 이하로 하기 위해서는, 99.99% 이상의 순도의 원료를 사용하는 것이 좋다.
산화인듐은 원료 중에 100ppm 이상의 +4가 이상의 금속, 특히 주석이 포함되는 것이 많지만, 제작되는 박막 중에는 캐리어를 생성하기 때문에 반도체로서 사용할 수 없게 될 우려가 있다.
본 발명의 산화물 소결체 중의 +2가 이하의 금속 이온(예를 들면, 아연, 마그네슘, 구리, 철, 니켈, 코발트 등)의 함유량이 100ppm 이하인 것이 바람직하다. 100ppm 이상의 +2가 이하의 금속 이온이 포함되는 경우에는, 얻어지는 산화물 반도체의 이동도가 저하되는 경우가 있다.
또한, +4가의 금속 이온 농도 ≤ +2가의 금속 이온 농도인 것이 바람직하다.
+4가의 금속 이온 농도 > +2가의 금속 이온 농도인 경우, +4가의 금속 이온이 산화인듐의 결정에 도핑되어 캐리어 밀도를 크게 하여, 얻어지는 산화물 박막의 도전성이 커져, 반도체가 되지 않는 경우가 있다. 바람직하게는 50ppm 이하, 보다 바람직하게는 30ppm 이하이다.
본 발명의 산화물 소결체에, 산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄, 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물을 첨가하는 것이 바람직하다. 산화물은, 바람직하게는 산화물 소결체에 대하여 0.01 내지 5원자%가 되도록 첨가된다. 이들 산화물을 함유시키는 것에 의해, 이 산화물 소결체를 스퍼터링 타겟으로서 사용하여 얻어지는 박막의 격자 상수가, 산화인듐 단체(單體)로 이루어지는 박막의 격자 상수보다 작아져서, 금속간 거리가 작아진다. 그 결과, 이러한 박막을 사용하는 박막 트랜지스터의 이동도가 빨라진다.
본 발명의 산화물 소결체의 제조방법은,
(a) 평균 입경이 2㎛ 미만인 In 화합물 분말과 평균 입경이 2㎛ 미만인 Ga 화합물 분말을, 갈륨과 인듐의 원자비 Ga/(In+Ga) = 0.001 내지 0.12로 혼합하여 혼합물을 조제하는 공정;
(b) 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 조제하는 공정; 및
(c) 상기 성형체를 1200℃ 내지 1600℃에서 2 내지 96시간 소성하는 공정
을 포함한다.
한편, 평균 입경은 JIS R1619에 기재된 방법에 의해 측정한다.
원료 화합물 분말을 혼합하는 공정에서, 사용하는 원료 분말의 인듐 화합물 및 갈륨 화합물은, 산화물 또는 소성 후에 산화물이 되는 것(산화물 전구체)이면 좋다. 인듐 산화물 전구체 및 주석 산화물 전구체로서는, 인듐 또는 주석의, 황화물, 황산염, 질산염, 할로젠화물(염화물, 취화물 등), 탄산염, 유기산염(아세트산염, 프로피온산염, 나프텐산염 등), 알콕사이드(메톡사이드, 에톡사이드 등), 유기 금속 착체(아세틸아세토네이트 등) 등을 들 수 있다.
이 중에서도, 저온에서 완전히 열분해하여, 불순물이 잔존하지 않도록 하기 위해서는, 질산염, 유기산염, 알콕사이드 또는 유기 금속 착체가 바람직하다. 한편, 각 금속의 산화물을 사용하는 것이 최적이다.
상기 각 원료의 순도는, 보통 99.9질량%(3N) 이상, 바람직하게는 99.99질량%(4N) 이상, 더 바람직하게는 99.995질량% 이상, 특히 바람직하게는 99.999질량%(5N) 이상이다. 각 원료의 순도가 99.9질량%(3N) 이상이면, +4가 이상의 금속이나 Fe, Ni, Cu 등의 불순물에 의해 반도체 특성이 저하되는 경우도 없고, 신뢰성을 충분히 유지할 수 있다. 특히 Na, K, Ca의 함유량이 100ppm 이하이면 박막을 제작했을 때에 전기 저항이 시간 경과에 따라 열화되지 않기 때문에 바람직하다.
혼합은, (i) 용액법(공침법) 또는 (ii) 물리 혼합법에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 비용 저감을 위해 물리 혼합법이다.
물리 혼합법에서는, 상기의 인듐 화합물 및 갈륨 화합물을 포함하는 원료 분체를 볼밀, 제트밀, 펄밀, 비드밀 등의 혼합기에 넣어 균일하게 혼합한다.
혼합 시간은 1 내지 200시간으로 하는 것이 바람직하다. 1시간 미만이면 분산되는 원소의 균일화가 불충분해질 우려가 있고, 200시간을 초과하면 시간이 지나치게 걸려서 생산성이 나빠질 우려가 있다. 특히 바람직한 혼합 시간은 10 내지 60시간이다.
혼합한 결과, 얻어지는 원료 혼합 분말의 평균 입자 직경이 0.01 내지 1.0㎛가 되는 것이 바람직하다. 입자 직경이 0.01㎛ 미만이면 분말이 응집하기 쉬워, 핸들링이 나쁘고, 또한 치밀한 소결체가 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 1.0㎛를 초과하면 치밀한 소결체가 얻어지지 않는 경우가 있다.
본 발명에서는, 원료 분말의 혼합 후, 얻어진 혼합물을 가소(假燒)하는 공정을 포함할 수도 있다.
가소 공정에서는, 상기 공정에서 얻어진 혼합물이 가소된다. 가소를 행하는 것에 의해, 최종적으로 얻어지는 스퍼터링 타겟의 밀도를 높이는 것이 용이해진다.
가소 공정에서는, 바람직하게는 200 내지 1000℃에서 1 내지 100시간, 보다 바람직하게는 2 내지 50시간의 조건으로 (a) 공정에서 얻어진 혼합물을 열처리하는 것이 바람직하다. 200℃ 이상 또한 1시간 이상의 열처리 조건이면, 원료 화합물의 열분해가 충분히 행해지기 때문에 바람직하다. 열처리 조건이 1000℃ 이하 및 100시간 이하이면, 입자가 조대화되는 경우도 없기 때문에 적합하다.
또한, 여기서 얻어진 가소 후의 혼합물을, 계속되는 성형 공정 및 소결 공정의 전에 분쇄하는 것이 바람직하다. 이 가소 후의 혼합물의 분쇄는, 볼밀, 롤밀, 펄밀, 제트밀 등을 사용하여 행하는 것이 적당하다. 분쇄 후에 얻어진 가소 후의 혼합물의 평균 입경은, 예를 들면 0.01 내지 3.0㎛, 바람직하게는 0.1 내지 2.0㎛ 인 것이 적당하다. 얻어진 가소 후의 혼합물의 평균 입경이 0.01㎛ 이상이면, 충분한 부피 비중을 유지할 수 있고, 또한 취급이 용이해지기 때문에 바람직하다. 또한, 가소 후의 혼합물의 평균 입경이 3.0㎛ 이하이면 최종적으로 얻어지는 스퍼터링 타겟의 밀도를 높이는 것이 용이해진다. 한편, 원료 분말의 평균 입경은 JIS R1619에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
혼합한 원료 분말의 성형은 공지된 방법, 예를 들면, 가압 성형, 냉간 정수압 가압을 채용할 수 있다.
가압 성형은, 콜드 프레스(Cold Press)법이나 핫 프레스(Hot Press)법 등 공지된 성형 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 얻어진 혼합 분말을 금형에 충전하여, 콜드 프레스기에서 가압 성형한다. 가압 성형은, 예를 들면 상온(25℃) 하 100 내지 100000kg/cm2에서 행해진다.
원료 분말의 성형체를 소성하는 것에 의해 산화물 소결체를 제조한다.
소결 온도는 1200 내지 1600℃이고, 바람직하게는 1250 내지 1580℃이며, 특히 바람직하게는 1300 내지 1550℃이다.
상기의 소결 온도의 범위에서, 산화인듐에 갈륨이 고용되기 쉬워, 벌크 저항을 낮출 수 있다.
또한, 소결 온도를 1600℃ 이하로 하는 것에 의해, Ga의 증발을 억제할 수 있다.
소결 시간은 2 내지 96시간, 보다 바람직하게는 10 내지 72시간이다.
소결 시간을 2시간 이상으로 하는 것에 의해, 얻어지는 산화물 소결체의 소결 밀도를 향상시켜, 표면의 가공이 가능하게 할 수 있다. 또한, 소결 시간을 96시간 이하로 하는 것에 의해, 적당한 시간으로 소결을 행할 수 있다.
소결은 바람직하게는 산소 가스 분위기 하에서 행한다. 산소 가스 분위기 하에서 소결을 행하는 것에 의해, 얻어지는 산화물 소결체의 밀도를 높일 수 있어, 산화물 소결체의 스퍼터링 시의 이상 방전을 억제할 수 있다. 산소 가스 분위기는, 산소 농도가, 예를 들면 10 내지 100부피%의 분위기이면 좋다. 단, 비산화성 분위기, 예를 들면, 진공 또는 질소 분위기 하에서 행할 수도 있다.
또한, 소결은 대기압 하 또는 가압 하에서 할 수 있다. 압력은, 예를 들면 9800 내지 1000000Pa, 바람직하게는 100000 내지 500000Pa이다.
본 발명의 산화물 소결체는, 전술한 방법에 의해 제조할 수 있다. 본 발명의 산화물 소결체는 스퍼터링 타겟으로서 사용할 수 있다. 본 발명의 산화물 소결체는 높은 도전성을 갖기 때문에, 스퍼터링 타겟으로 한 경우에 성막 속도가 빠른 DC 스퍼터링법을 적용할 수 있다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은, 상기 DC 스퍼터링법에 더하여, RF 스퍼터링법, AC 스퍼터링법, 펄스 DC 스퍼터링법 등의 어느 스퍼터링법도 적용할 수 있고, 이상 방전이 없는 스퍼터링이 가능하다.
산화물 박막은, 상기의 산화물 소결체를 사용하여, 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 펄스레이저 증착법 등에 의해 제작할 수 있다. 스퍼터링의 방법으로서는, 예를 들면 RF 마그네트론 스퍼터링법, DC 마그네트론 스퍼터링법, AC 마그네트론 스퍼터링법, 펄스 DC 마그네트론 스퍼터링법 등을 들 수 있다.
스퍼터링 가스로서는 아르곤과 산화성 가스의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 산화성 가스란 O2, CO2, O3, H2O 등을 들 수 있다. 스퍼터링 성막시의 산소 분압을 0.1% 이상, 20% 이하로 하는 것이 바람직하다. 0.1% 미만이면, 성막 직후의 투명 비정질막은 도전성을 가져서, 산화물 반도체로서의 사용이 곤란한 경우가 있다. 한편, 20% 초과이면, 투명 비정질막이 절연체화되어, 산화물 반도체로서의 사용이 곤란한 경우가 있다. 바람직하게는 1 내지 10%이다.
본 발명의 산화물 박막은, 갈륨이 산화인듐에 고용하고 있어, 전체 금속 원소에 대한 갈륨과 인듐의 함유율은 80원자% 이상이다. 갈륨과 인듐의 금속비 Ga/(Ga+In)는 0.001 내지 0.12이다. 바람직하게는 0.001 내지 0.10이며, 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.08이다.
산화갈륨은, 산화인듐의 격자 상수를 작게 하는 효과가 있고, 따라서 이동도를 크게 하는 효과가 있다. 또한, 산소와의 결합력이 강하여, 다결정화 산화인듐 박막의 산소 결손량을 저감하는 효과가 있다. 산화갈륨은 산화인듐과 완전 고용하는 영역을 가져, 결정화한 산화인듐과 완전히 일체화되어 격자 상수를 저하시킬 수 있다. 고용 한계 이상의 산화갈륨을 가하면, 석출된 산화갈륨이 전자의 산란 원인이 되거나, 산화인듐의 결정화를 저해하거나 하는 경우가 있다.
본 발명의 산화물 박막은 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지고, 빅스바이트 구조의 격자 상수는, 하한은 특별히 한정하지 않지만, 바람직하게는 10.01Å 이상 10.118Å 미만이다. 격자 상수가 낮은 것은, 결정 격자가 축소되어 금속간 거리가 작은 것을 뜻하고 있다. 금속간 거리가 작아지는 것에 의해, 금속의 궤도상을 이동하는 전자의 움직이는 속도가 빨라져, 얻어지는 박막 트랜지스터의 이동도가 빨라진다. 격자 상수가 지나치게 크면, 산화인듐 그 자체의 결정 격자와 같아져서, 이동도가 향상하지 않는다.
본 발명의 산화물 박막은, 바람직하게는 분산되어 있는 Ga 집합체의 직경이 1㎛ 미만이다.
본 발명의 산화물 박막은, 바람직하게는 산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄, 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물을 함유한다. 산화물은, 바람직하게는 산화물 박막에 대하여 0.01 내지 5원자% 함유된다. 이들 산화물은, 산화갈륨과 마찬가지로, 산화인듐과 완전 고용하는 영역을 가져, 결정화한 산화인듐과 완전히 일체화되어 격자 상수를 저하시킬 수 있다. 격자 상수를 저하시키는 것에 의해, 결정 중의 인듐끼리의 5s 궤도의 중첩이 커져, 이동도가 향상하는 것이 기대된다.
본 발명의 산화물 박막은, 상기의 본 발명의 스퍼터링 타겟을 사용하여 제조할 수 있다.
저갈륨 농도의 막은 결정화하기 쉽기 때문에, 결정질 막을 형성할 때는 저갈륨 농도의 스퍼터링 타겟을 사용한다. 고갈륨 농도의 막은 비결정이 되기 쉽기 때문에, 비결정질 막을 형성할 때는 고갈륨 농도의 스퍼터링 타겟을 사용한다. 구체적으로는, Ga가 0.05 내지 0.12 부근에서는 비정질과 결정막 쌍방이 제작 가능하고, 약 0.05 이하에서는 결정막이 된다. 박막의 제작 방법은 거의 같다.
Ga/(In+Ga) < 0.05의 저갈륨 농도의 스퍼터링 타겟을 사용하면 결정질 막이 얻어진다.
단, Ga/(In+Ga) < 0.05의 영역에서 박막의 균일성을 향상하기 위해 비정질 막을 이하의 방법으로 제작할 수도 있다. 예를 들면, 기판 온도를 실온 이하로 하거나, 스퍼터링 가스 중에 0.1Pa 이하의 수증기를 첨가하거나, 스퍼터링 가스압 5Pa 이상으로 하는 등의 스퍼터링의 조건에 따라서는 비정질막도 제작할 수 있고, 박막을 제작 후에 후술하는 후가열의 공정으로 결정질 막이 생성된다.
0.05 ≤ Ga/(In+Ga) < 0.12의 고갈륨 농도의 스퍼터링 타겟을 사용하여 결정질막을 형성할 때는, 성막 시의 기판 온도는 실온 내지 450℃가 바람직하다. 실온 미만으로 냉각하기 위해서는 비용이 들고, 450℃ 초과로 하는 경우도 장치 비용이 지나치게 든다. 바람직하게는 실온(기판 가열 없음) 내지 200℃이다. 연속하여 스퍼터링하는 경우에는, 스퍼터링 중의 플라즈마에 의해 기판이 가열되는 경우가 있고, 필름 기판 등의 경우에는 실온 정도로 유지하기 위해 냉각하면서 행하는 것도 바람직하다.
제막시의 기판 가열을 행하지 않는 경우는 결정화를 하는 후가열의 공정이 필요하다. 단, 기판 가열을 행한 경우에도 후가열을 행할 수도 있다.
산화물 박막이 제막된 기판 등을 150℃ 내지 450℃로 가열하면, 박막이 결정화되어 반도체 특성이 얻어진다. 150℃ 미만이면, 결정화가 불충분하고, 박막의 절연성이 손상되어 누출이 일어날 가능성이 있다. 450℃ 이상이면, 기판의 휨이나 반도체 소자를 제작했을 때에 각 박막층이 박리될 우려가 있다. 보다 바람직하게는 200℃ 내지 350℃이고, 더 바람직하게는 240 내지 300℃이다.
가열 시간은 0.5분 내지 120분이 좋다. 레이저 등의 고출력 가열에서는 0.5분 정도로 충분히 결정화가 일어나지만, 0.5분 미만이면 결정화가 불충분한 경우가 있고, 120분 초과이면 가열시간이 지나치게 길어서 지나치게 비용이 들 우려가 있다. 보다 바람직하게는 0.5 내지 90분, 더 바람직하게는 1 내지 60분이다.
또한, 가열의 분위기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 대기 분위기, 산소 유통 분위기, 질소 분위기, 저진공 분위기가 바람직하지만, 캐리어의 제어 용이성의 점에서 대기 분위기, 산소 유통 분위기가 보다 바람직하다. 결정질 산화물 반도체 박막의 경우, 막 중의 여분의 산소나 수분은 분위기의 산소와 교환한다고 생각된다. 따라서, 산소를 포함하는 분위기에서는, 반도체 특성을 안정화하는 점에서 바람직하다. 단, 순(純)산소 중에서 고온으로 가열하면, 산소 결손이 완전히 소실되어 절연체화하는 경우가 있다. 바람직한 산소 농도는 19% 내지 50%이다.
본 발명의 산화물 박막은 박막 트랜지스터에 사용할 수 있다. 특히, 채널층으로서 사용할 수 있다. 산화물 박막은 그대로 또는 열처리하여 사용할 수 있다.
본 발명의 박막 트랜지스터는 채널 에치형일 수도 있다. 본 발명의 박막은, 결정질이고 내구성이 있기 때문에, 본 발명의 박막을 사용한 박막 트랜지스터의 제조에 있어서, Al 등의 금속 박막을 에칭하여 소스·드레인 전극, 채널부를 형성하는 포토리소그래피 공정도 가능해진다.
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터는 에치 스탑퍼형일 수도 있다. 본 발명의 박막은 에치 스탑퍼가 반도체층으로 이루어지는 채널부를 보호할 수 있고, 또한 성막시에 반도체 막에 산소를 대량으로 받아들여 둘 수 있기 때문에, 에치 스탑퍼 층을 통해 외부로부터 산소를 공급할 필요가 없어진다. 또한, 성막 직후에는 비정질막이기 때문에, Al 등의 금속 박막을 에칭하여 소스·드레인 전극, 채널부를 형성하는 동시에, 반도체층을 에칭할 수 있어 포토리소그래피 공정을 단축하는 것도 가능해진다.
본 발명의 박막 트랜지스터의 제조방법은, 본 발명의 스퍼터링 타깃을 사용하여 산화물 박막을 형성하는 공정, 상기 산화물 박막을 산소 분위기 중에서 열처리하는 공정, 및 상기 열처리한 산화물 박막 상에 산화물 절연체층을 형성하는 공정을 포함한다. 열처리에 의해 결정화한다.
박막 트랜지스터에 있어서, 바람직하게는 열처리한 산화물 박막 상에 반도체특성의 시간 경과에 따른 열화를 막기 위해, 산화물 절연체층을 형성한다.
바람직하게는, 산소의 함유량이 10부피% 이상인 성막 가스에서 산화물 박막을 형성한다. 성막 가스로서는, 예를 들면 아르곤 및 산소의 혼합 가스를 사용한다.
성막 가스 중의 산소 농도를 10부피% 이상으로 함으로써, 후에 계속되는 결정화를 안정화할 수 있다. 산소의 함유량이 10부피% 미만인 경우, 결정화에 필요한 산소를 외부에서 공급할 필요가 있어, 반도체 내부의 산소 결손이 완전히 소실될 우려가 있다. 또한, 이러한 결손이 생긴 경우, 결정은 정상적으로 성장하지 않고 산란 인자를 내재하게 되어, 이동도의 저하를 초래하는 경우가 있다.
산소 농도에 상한은 특별히 없지만, 산소 100부피%에서 스퍼터링을 행하는 경우에는 스퍼터링 속도가 저하되는 경우가 있어, 산소는 50부피% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 40부피% 이하, 더 바람직하게는 30부피% 이하이다. 반도체 내부에 대량으로 받아들여진 여분의 산소는, 다음 결정화 공정에서 용이하게 외부로 방출되어, 격자 결손이 적은 산화인듐 결정 박막이 얻어진다.
산화물 박막의 결정화 공정에서는, 산소의 존재 하 또는 부존재 하에서 램프 어닐링 장치, 레이저 어닐링 장치, 열 플라즈마 장치, 열풍 가열 장치, 접촉 가열 장치 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 빨리 승온시키는 것이 바람직하다. 승온 속도가 낮으면 결정 입자가 이상 성장하는 경우가 있어, 그 입자 계면의 격자 어긋남이 커져 산란의 원인이 된다. 단시간에 결정화시키는 것에 의해, 작은 결정 입자를 생성시켜, 결정 격자의 어긋남을 작게 하는 것이 가능해져, 이동도 향상의 효과가 커진다. 결정 격자의 어긋남은, 결정 방향이 다른 결정의 계면의 결정 방향의 부정합이라고 볼 수 있다. 결정 입자간의 결정 방향이 가까운 쪽이 산란은 적어진다.
승온 속도는 보통 40℃/분 이상이고, 바람직하게는 70℃/분 이상, 보다 바람직하게는 80℃/분, 더 바람직하게는 100℃/분 이상이다. 가열 속도에 상한은 없고, 레이저 가열, 열 플라즈마에 의한 가열의 경우에는, 순간적으로 원하는 열처리 온도까지 승온 가능하다.
냉각 속도도 높은 쪽이 바람직하지만, 기판 속도가 지나치게 큰 경우는 기판이 깨지거나, 박막에 내부 응력이 남기 때문에 전기 특성이 떨어질 우려가 있다. 냉각 속도가 지나치게 낮은 경우는, 어닐링 효과에 의해, 결정이 매우 성장할 가능성이 있어, 가열 속도와 마찬가지로 냉각 속도를 설정하는 것이 바람직하다. 냉각 속도는, 보통 5 내지 300℃/분, 보다 바람직하게는 10 내지 200℃/분, 더 바람직하게는 20 내지 100℃/분이다.
산화물 박막의 열처리는 바람직하게는 250 내지 500℃, 0.5 내지 1200분으로 한다. 250℃ 미만이면, 결정화가 달성되지 않는 경우가 있고, 500℃ 초과이면, 기판이나 반도체막에 손상을 주는 경우가 있다. 또한, 0.5분 미만이면, 열처리 시간이 지나치게 짧아서 결정화가 달성되지 않는 경우가 있고, 1200분이면, 지나치게 시간이 걸리는 경우가 있다.
[실시예]
계속해서, 본 발명을 실시예에 의해 비교예와 대비하면서 설명한다. 한편, 본 실시예는 바람직한 예를 게시하는 것이며, 이들로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술 사상에 근거하는 변형 또는 다른 실시예는 본 발명에 포함된다.
<실시예 1 내지 8: 산화물 소결체의 제조>
원료 분체로서, 하기의 산화물 분말을 사용했다. 한편, 평균 입경은 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치 SALD-300V(시마즈제작소제)로, 비표면적은 BET법으로 측정했다.
(a) 산화인듐 분말: 비표면적 6m2/g, 평균 입경 1.2㎛
(b)산화갈륨 분말: 비표면적 6m2/g, 평균 입경 1.5㎛
(a) 및 (b)로 이루어지는 원료 혼합 분체 전체의 비표면적은 6.0m2/g였다.
상기의 분체를 표 1에 나타내는 Ga/(In+Ga)비가 되도록 칭량하고, 습식 매체 교반 밀을 사용하여 혼합 분쇄했다. 분쇄 매체로서 1mmØ의 지르코니아 비드를 사용했다. 분쇄 처리 중, 혼합 분체의 비표면적을 확인하면서, 비표면적을 원료 혼합 분체의 비표면적보다 2m2/g 증가시켰다.
분쇄 후, 스프레이 건조기로 건조시켜 얻은 혼합 분말을 금형(150mmØ 20mm 두께)에 충전하여, 콜드 프레스기로 가압 성형했다. 성형 후, 산소를 유통시키면서 산소 분위기 중, 표 1에 나타내는 온도로 24시간 소결하여 소결체를 제조했다.
제조한 소결체의 밀도를, 일정한 크기로 잘라낸 소결체의 중량과 외형 치수로부터 산출했다. 이와 같이, 가소 공정을 행하지 않고, 소결체의 밀도가 높은 스퍼터링 타겟용 소결체를 얻을 수 있었다.
또한, 이 소결체의 벌크 저항(도전성)(mΩcm)을 저항율계(미쓰비시유화제, 로레스타)를 사용하여 4탐침법에 의해 측정했다.
소결체의 불순물 농도는 아래와 같이 하여 구했다.
소결체를 채취하여, 그 일부에서 용해하여 수용액화하여 ICP법(유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석법)으로 정량 측정하여, 불순물 농도를 측정했다.
상기의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
얻어진 소결체에 대하여 X선 회절을 실시했다. 도 1 내지 8에 각 실시예의 X선 차트를 나타낸다.
차트를 분석한 결과, 실시예 1 내지 8의 소결체 중에는 In2O3의 빅스바이트 구조가 관찰되었다.
실시예 1 내지 8에 대하여, X선 회절에 의해 격자 상수를 구했다. 입방 결정 In2O3의 격자 상수 10.118Å에 대한 격자 상수는 표 1과 같다.
상기 X선 회절 측정(XRD)의 측정 조건은 이하와 같다.
장치: (주)리가쿠제 Ultima-III
X선: Cu-Kα선(파장 1.5406Å, 그래파이트 모노크로메이터(graphite monochromator)로 단색화)
출력: 50kV-120mA
2θ-θ 반사법, 연속 스캔(1.0°/분)
샘플링 간격: 0.02°
슬릿 DS, SS: 2/3°, RS: 0.6mm
피크 강도는 피크 분리를 행하고, 그 피크의 면적으로부터 구했다.
얻어진 소결체의 EPMA 측정에 의해 Ga의 분산을 확인한 결과, 1㎛ 이상의 Ga 집합체는 확인되지 않았다.
또한, 얻어진 소결체를 절삭 가공하고, 배킹 플레이트(backing plate)에 접합시켜, 4인치Ø의 스퍼터링 타겟으로 했다. 이 스퍼터링 타겟을 DC 스퍼터링 장치에 장착하고, 스퍼터링 가스로서 아르곤을 사용하고, 0.3Pa, DC 출력 400W로, 10kWhr 연속 스퍼터링을 행하고, 스퍼터링 중의 전압 변동을 데이터 로거(data logger)에 축적하여, 이상 방전의 유무를 확인했다. 이상 방전의 유무는, 전압 변동을 모니터하여 이상 방전을 검출하는 것에 의해 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 5분간의 측정 시간 중에 발생하는 전압 변동이 스퍼터링 운전 중의 정상 전압의 10% 이상이었던 경우를 이상 방전으로 했다.
마이크로아크가 발생한다는 것은, 스퍼터링 방전의 이상 방전을 말하고, 스퍼터링 전압이 0.1초간에 ±10% 변동함으로써 검지할 수 있게 되는 것을 말하며, 마이크로아크가 발생하면, 소자의 수율이 저하되어, 양산화에는 적합하지 않을 우려가 있다.
<실시예 9 내지 11: 산화물 소결체의 제조>
원료 분체로서, 하기의 산화물 분말을 사용했다. 한편, 평균 입경은 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치 SALD-30OV(시마즈제작소제)로, 비표면적은 BET법으로 측정했다.
(a) 산화인듐 분말: 비표면적 6m2/g, 평균 입경 1.2㎛
(b) 산화갈륨 분말: 비표면적 6m2/g, 평균 입경 1.5㎛
(c) 산화스칸듐: 비표면적 6m2/g, 평균 입경 1.5㎛
(d) 산화이트륨: 비표면적 6m2/g, 평균 입경 1.5㎛
(e) 산화알루미늄: 비표면적 6m2/g, 평균 입경 1.5㎛
(a) 및 (b)에, (c), (d) 또는 (e)를, 표 2에 나타내는 Ga/(In+Ga)비 및 X/(In+Ga+X)비(X는 첨가 원소)가 되도록 칭량하고, 혼합하여 원료 혼합 분체를 조제했다. 전체의 비표면적은 6.0m2/g이었다.
상기의 원료 혼합 분체를 사용한 것과, 표 2에 나타내는 온도로 소결한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 하여 소결체를 제조하고, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 얻어진 소결체에 대하여 실시예 1과 같은 조건으로 X선 회절을 실시했다. 도 9 내지 11에 각 실시예의 X선 차트를 나타낸다.
차트를 분석한 결과, 실시예 9 내지 11의 소결체 중에는, In2O3의 빅스바이트 구조가 관찰되었다.
X선 회절로부터 구한 입방 결정 In2O3의 격자 상수 10.118에 대한 격자 상수는 표 2와 같다.
<비교예 1 내지 4: 산화물 소결체의 제조>
표 3에 나타내는 Ga/(In+Ga)비로 원료 분말을 혼합하고, 표 3에 나타내는 온도로 소결한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지로 소결체를 제조하고, 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
X선 회절에 의해 얻어진 차트를 도 12 내지 15에 나타낸다. X선 회절 차트에서 In2O3상과 InGaO3상 또는 Ga2O3상이 관찰되었다.
<비교예 5: 산화물 소결체의 제조>
표 1에 나타내는 Ga/(In+Ga)비로 원료 분말을 혼합하고, 표 1에 나타내는 온도로 소결한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 소결체를 제조하고, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
X선 회절에 의해 얻어진 차트를 도 16에 나타낸다. X선 회절 차트에서 In2O3상과 InGaO3상의 메인피크 강도비는 InGaO3/In2O3 = 1.2였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
실시예 1 내지 11 및 비교예 1의 Ga 또는 (Ga+X)의 첨가량과 격자 상수의 분포를 도 17에 나타낸다. 도면에서, E는 실시예를, C는 비교예를 나타낸다. 이 도면으로부터, 실시예 1 내지 11의 소결체는 격자 상수가 낮다는 것을 알 수 있다.
<실시예 12: 박막 트랜지스터의 제조>
100nm 두께의 열 산화막(SiO2막) 부착 도전성 실리콘 기판상과, 석영 유리 기판상에, 각각 실시예 4에서 얻어진 산화인듐(금속으로서 97원자%)-산화갈륨(금속으로서 3원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.03)을 사용하여, 스퍼터링법에 의해 50nm 반도체막을 성막했다. 스퍼터링은, 배압(背壓)이 5×10-4Pa이 될 때까지 진공 배기한 후, 아르곤을 8.5asccm, 산소 1.5sccm 흘리면서, 압력을 0.2Pa로 조정하고, 스퍼터 파워 100W로 실온에서 행했다.
상기 박막을 형성한 도전성 실리콘 기판상에, 금속 마스크를 설치하고, L: 200㎛, W: 1000㎛의 채널부를 형성하고, 소스·드레인 전극으로서 금을 증착하여 형성했다.
상기 소자를 공기 중 350℃로 가열한 가열로 내에 투입하여, 30분간 열처리했다.
그 위에 플라즈마 CVD 법에 의해, SiO2막을 제작했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 91.4cm2/V·sec, 온-오프(On-Off)비 4.5×107에서 정상 오프(normally off)의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프(pinch off)를 나타내었다. S값은 0.45였다. 또한, 게이트에 20V 전압을 100분 인가한 후의 Vth의 시프트 전압은 0.2V 이하였다.
상기 박막을 형성한 석영 유리 기판을, 마찬가지로 공기 중, 350℃, 30분간 열풍 가열로 내로 열처리했다. 이 박막의 XRD를 측정한 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 단상인 피크가 관찰되었다. 마찬가지로, 공기 중, 450℃, 5시간의 열처리를 하고, 마찬가지로 XRD 측정을 하여, 350℃에서 열처리한 XRD의 피크 강도를 비교한 결과, 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등하고, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다. 이 결정화 산화인듐 박막의 격자 상수를 측정한 결과, 10.10285Å이었다.
또한, 이 박막의 캐리어 농도를 Hall 효과 측정으로 조사한 결과, 1.4×1018/cm-3이었다.
<실시예 13: 박막 트랜지스터의 제조>
실시예 7에서 얻어진 산화인듐(금속으로서 92.8원자%)-산화갈륨(금속으로서 7.2원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.072)을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 하여 박막 트랜지스터를 제작하여 그 특성을 평가했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 123.7cm2/V·sec, 온-오프비 4.7×108에서 정상 오프의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 0.5였다. 또한, 게이트에 20V 전압을 100분 인가한 후의 Vth의 시프트 전압은 0.2V 이하였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크가 관찰되었다. 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등하고, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다. 박막의 격자 상수는 10.04692Å이었다.
또한, 이 박막의 캐리어 농도를 Hall 효과 측정으로 조사한 결과, 1.2×1018/cm-3이었다.
<실시예 14: 박막 트랜지스터의 제조>
배합을 바꾼 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 하여 얻어진 산화인듐(금속으로서 88.6원자%)-산화갈륨(금속으로서 11.4원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.114)을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 하여 박막 트랜지스터를 제작하여 그 특성을 평가했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 64.5cm2/V·sec, 온-오프비 4.2×109에서 정상 오프의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 0.45였다. 또한, 게이트에 20V 전압을 100분 인가한 후의 Vth의 시프트 전압은 0.2V 이하였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크가 관찰되었다. 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등하고, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다.
박막의 격자 상수는 10.01289Å이며, 캐리어 농도는 1.5×1018/cm-3이었다.
<실시예 15: 박막 트랜지스터의 제조>
100nm 두께의 열 산화막(SiO2막) 부착 도전성 실리콘 기판상 및 석영 기판상에, 각각, 실시예 1에서 얻어진 산화인듐(금속으로서 98원자%)-산화갈륨(금속으로서 2원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.02)을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 실온에서 성막했다.
상기 소자를 공기 중, 300℃, 30분간 열처리를 열풍로 내에서 행했다.
그 후, 상기 도전성 실리콘 기판 상에, 몰리브덴 금속을 300nm 성막했다.
이 소자에, 레지스트를 도포하고, 80℃에서 15분간 프리베이크를 행하고, 300mJ/cm2의 광 강도의 UV 광을 마스크를 통해 조사하고, 그 후, 3중량%의 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드로 현상을 하고, 순수로 세정 후, 포스트 베이크를 130℃, 15분 행하여, 원하는 형상의 소스·드레인 전극 형상의 레지스트 패턴을 형성했다.
상기, 레지스트 패턴 부착 기판을, 인산·아세트산·질산의 혼합산으로 몰리브덴 금속을 에칭하고, 순수로 세정 후, 에어블로우하여 건조 후, 채널 에치형 박막 트랜지스터의 특성을 평가했다. 제작한 채널 에치형 박막 트랜지스터의 구조를 도 18에 나타낸다. 도면에서, 10은 도전성 실리콘 기판, 20은 도전성 실리콘 부재, 30은 열 산화막(SiO2막)이다. 도전성 실리콘 부재(20)가 게이트 전극으로서, 열 산화막(30)이 게이트 절연막으로서 기능한다. 40은 타겟으로 형성된 반도체막이고, 50, 52는 각각 몰리브덴 금속으로 이루어지는 소스 전극, 드레인 전극이며, 60은 채널부이다.
그 결과, 전계 효과 이동도 60.2cm2/V·sec, 온-오프비 4.5×106에서 정상 오프의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 0.9였다. 또한, 게이트에 20V 전압을 100분 인가한 후의 Vth의 시프트 전압은 0.2V 이하였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크가 관찰되었다. 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등하고, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다. 박막의 격자 상수는 10.10628Å이며, 캐리어 농도는 1.5×1018/cm-3이었다.
<실시예 16: 박막 트랜지스터의 제조>
100nm 두께의 열 산화막(SiO2막) 부착 도전성 실리콘 기판상 및 석영 기판상에, 각각 실시예 9와 마찬가지로 하여 얻어진 산화인듐(금속으로서 93원자%)-산화갈륨(금속으로서 5원자%)-산화스칸듐(금속으로서 2원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.051, Sc/(In+Ga+Sc) = 0.02)을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 실온에서 성막했다.
그 후, 상기 산화물 박막 부착 도전성 실리콘 기판상에, 금속 마스크를 장착하여, 산화알루미나로 이루어지는 에치 스탑퍼를 형성했다. 다음으로, 금속 마스크를 제거하고, 전면에 몰리브덴 금속을 300nm 성막했다.
이 소자에, 레지스트를 도포하고, 80℃에서 15분간 프리베이크를 행하고, 300mJ/cm2의 광 강도의 UV 광을 마스크를 통해 조사하고, 그 후, 3중량%의 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드로 현상을 행하고, 순수로 세정 후, 포스트 베이크를 130℃, 15분 행하여, 원하는 형상의 소스·드레인 전극 형상의 레지스트 패턴을 형성했다.
상기, 레지스트 패턴 부착 기판을, 인산·아세트산·질산의 혼합산으로 몰리브덴 금속 및 산화물 박막을 동시에 에칭하고, 순수로 세정 후, 에어블로우하여 건조 후, 상기 소자를 공기 중, 350℃, 30분간 열처리를 열풍 가열로 내에서 행했다. 얻어진 에치 스탑퍼형 박막 트랜지스터의 특성을 평가했다. 제작한 에치 스탑퍼형 박막 트랜지스터의 구조를 도 19에 나타낸다. 도면에서, 10은 도전성 실리콘 기판, 20은 도전성 실리콘 부재, 30은 열 산화막(SiO2막)이다. 도전성 실리콘 부재(20)가 게이트 전극으로서, 열 산화막(30)이 게이트 절연막으로서 기능한다. 40은 타겟으로 형성된 반도체막이고, 50, 52는 각각 몰리브덴 금속으로 이루어지는 소스 전극, 드레인 전극이다. 60은 채널부이고, 70은 에치 스탑퍼이다.
그 결과, 전계 효과 이동도 42.5cm2/V·sec, 온-오프비 9.5×107에서 정상 오프의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 0.8이었다. 또한, 게이트에 20V 전압을 100분 인가한 후의 Vth의 시프트 전압은 0.2V 이하였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크가 관찰되었다. 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등하고, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다. 박막의 격자 상수는 10.0624Å이며, 캐리어 농도는 2.1×1018/cm-3이었다.
<실시예 17: 박막 트랜지스터의 제조>
실시예 11과 마찬가지로 하여 얻어진 산화인듐(금속으로서 90.9원자%)-산화갈륨(금속으로서 7.2원자%)-산화알루미늄(금속으로서 1.9원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.073, Al/(In+Ga+Al) = 0.019)을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 하여 박막 트랜지스터를 제작하여 그 특성을 평가했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 46.5cm2/V·sec, 온-오프비 44×10 7로 정상 오프의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 0.7이었다. 또한, 게이트에 20V 전압을 100분 인가한 후의 Vth의 시프트 전압은 0.2V 이하였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크가 관찰되었다. 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등하고, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다.
박막의 격자 상수는 10.04992Å이며, 캐리어 농도는 2.0×1018/cm-3이었다.
<실시예 18: 박막 트랜지스터의 제조>
산화붕소를 사용하여 배합을 바꾼 것을 제외하고는 실시예 9와 마찬가지로 하여 얻어진 산화인듐(금속으로서 95.1원자%)-산화갈륨(금속으로서 4원자%)-산화붕소(금속으로서 0.9원자%)로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.040, B/(In+Ga+B) = 0.009)을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 하여 박막 트랜지스터를 제작하여 그 특성을 평가했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 49.7cm2/V·sec, 온-오프비 9.96×107에서 정상 오프의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 0.45였다. 또한, 게이트에 20V 전압을 100분 인가한 후의 Vth의 시프트 전압은 0.2V 이하였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크가 관찰되었다. 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등하고, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다. 박막의 격자 상수는 10.08936Å이며, 캐리어 농도는 2.4×1018/cm-3이었다.
<실시예 19: 박막 트랜지스터의 제조>
100nm 두께의 열 산화막(SiO2막) 부착 도전성 실리콘 기판상 및 석영 기판상에, 각각 실시예 9와 마찬가지로 하여 얻어진 산화인듐(금속으로서 97원자%)-산화갈륨(금속으로서 2원자%)-산화스칸듐(금속으로서 1원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.021, Sc/(In+Ga+Sc) = 0.01)을 사용하여, 실시예 16과 마찬가지로 실온에서 성막하고, 그 후, 도 19에 나타내는 에치 스탑퍼형 박막 트랜지스터를 작성하여 평가했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 62.5cm2/V·sec, 온-오프비 3.5×106에서 정상 오프의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 0.7이었다. 또한, 게이트에 20V 전압을 100분 인가한 후의 Vth의 시프트 전압은 0.2V 이하였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크가 관찰되었다. 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등하고, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다. 박막의 격자 상수는 10.0728Å이며, 캐리어 농도는 1.1×1018/cm-3이었다.
<비교예 6:박막 트랜지스터의 제조>
100nm 두께의 열 산화막(SiO2막) 부착 도전성 실리콘 기판상에, 산화인듐(금속으로서 100원자%)으로 이루어지는 타겟을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 하여 박막 트랜지스터를 제작하여 그 특성을 평가했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 25.2cm2/V·sec, 온-오프비 107에서 정상 온의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 1.4였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크가 관찰되었다. 350℃에서 얻어진 피크 강도는, 450℃에서 얻어진 피크 강도와 거의 동등이며, 빅스바이트 구조의 단상으로 이루어지는 것을 알았다. 박막의 격자 상수는 10.1250Å이며, 캐리어 농도는 6.5×1018/cm-3이었다.
<비교예 7: 박막 트랜지스터의 제조>
100nm 두께의 열 산화막(SiO2막) 부착 도전성 실리콘 기판상에, 산화인듐(금속으로서 70원자%)-산화갈륨(금속으로서 30원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.3)을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 하여 박막 트랜지스터를 제작하여 그 특성을 평가했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 15.7cm2/V·sec, 온-오프비 106에서 정상 온의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 1.4였다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조의 피크는 관찰되지 않았다. 이러한 점에서 상기 산화인듐과 산화갈륨으로 이루어지는 박막은 비정질이라고 판단했다. 박막의 캐리어 농도는 10.2×1018/cm-3이었다.
실시예 15에서 사용한 인산·아세트산·질산의 혼합산으로, 액온 25℃로 설정하고, 10분간 침지하여, 내산성을 시험한 결과, 상기 산화인듐과 산화갈륨으로 이루어지는 비정질막은 용해하여, 내산성이 없는 것이 밝혀졌다.
<비교예 8: 박막 트랜지스터의 제조>
100nm 두께의 열 산화막(SiO2막) 부착 도전성 실리콘 기판상에, 산화인듐(금속으로서 86원자%)-산화갈륨(금속으로서 14원자%)으로 이루어지는 타겟(Ga/(In+Ga) = 0.14)을 사용하여, 실시예 12와 마찬가지로 하여 박막 트랜지스터를 제작하여 그 특성을 평가했다.
그 결과, 전계 효과 이동도 22.3cm2/V·sec, 온-오프비 106에서 정상 온의 특성을 나타내는 박막 트랜지스터가 얻어졌다. 출력 특성은 명료한 핀치 오프를 나타내었다. S값은 1.3이었다.
실시예 12와 마찬가지로 석영 유리 기판상에 형성한 박막을 열처리하여 평가했다. XRD 측정 결과, 산화인듐의 빅스바이트 구조가 명확한 피크는 관찰되지 않았다. 이러한 점에서 상기 산화인듐과 산화갈륨으로 이루어지는 박막은 대부분 비정질이라고 판단했다. 박막의 캐리어 농도는 10.2×1018/cm-3이었다.
실시예 15에서 사용한 인산·아세트산·질산의 혼합산으로, 액온 25℃로 설정하고, 10분간 침지하여, 내산성을 시험한 결과, 상기 산화인듐과 산화갈륨으로 이루어지는 비정질막은 용해하여, 내산성이 없는 것이 밝혀졌다.
또한, 스퍼터 방전시에, 마이크로아크도 관찰되었다.
실시예 12 내지 18 및 비교예 6의 Ga 또는 (Ga+X)의 첨가량과 격자 상수의 분포를 도 20에 나타낸다. 도면에서, E는 실시예를, C은 비교예를 게시한다. 이 도면으로부터, 실시예 12 내지 18의 박막은 격자 상수가 낮은 것을 알 수 있다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 산화물 소결체는 스퍼터링 타겟으로서 사용할 수 있다. 본 발명의 스퍼터링 타겟을 사용하여 형성한 박막은, 박막 트랜지스터에 사용할 수 있다.
이 명세서에 기재된 문헌의 내용을 모두 여기에 원용한다.

Claims (30)

  1. 갈륨이 산화인듐에 고용되어 있고,
    원자비 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.12이고,
    전체 금속 원자에 대한 인듐과 갈륨의 함유율이 80원자% 이상이며,
    In2O3의 빅스바이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.10인 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ga/(Ga+In)이 0.005 내지 0.08인 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빅스바이트 구조의 격자 상수가 10.05Å 이상 10.118Å 미만인 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    밀도가 6.5 내지 7.1g/cm3인 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    벌크 저항이 10mΩcm 이하인 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분산되어 있는 Ga 집합체의 직경이 1㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    +4가 이상의 금속 이온의 함유량이 100원자ppm 이하인 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    +2가 이하의 금속 이온의 함유량이 100원자ppm 이하이고,
    또한, +4가의 금속 이온 농도 ≤ +2가의 금속 이온 농도인 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄 및 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄 및 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물이 0.01 내지 5원자% 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평균 입경이 2㎛ 미만인 인듐 화합물 분말과 평균 입경이 2㎛ 미만인 갈륨 화합물 분말을, 갈륨과 인듐의 원자비 Ga/(In+Ga) = 0.001 내지 0.12로 혼합하는 공정,
    상기 혼합물을 성형하는 공정, 및
    상기 성형체를 1200℃ 내지 1600℃에서 2 내지 96시간 소성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    소성을 산소 분위기 중 또는 가압 하에서 하는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체의 제조방법.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 산화물 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  15. 제 14 항에 기재된 스퍼터링 타겟을 사용하여 성막되는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
  16. 갈륨이 산화인듐에 고용되어 있고,
    원자비 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.12이고,
    전체 금속 원자에 대한 인듐과 갈륨의 함유율이 80원자% 이상이며,
    In2O3의 빅스바이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 원자비 Ga/(Ga+In)이 0.001 내지 0.10인 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 원자비 Ga/(Ga+In)이 0.005 내지 0.08인 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빅스바이트 구조의 격자 상수가 10.01Å 이상 10.118Å 미만인 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분산되어 있는 Ga 집합체의 직경이 1㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄 및 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
  22. 제 21 항에 있어서,
    산화이트륨, 산화스칸듐, 산화알루미늄 및 산화붕소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물이 0.01 내지 5원자% 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 산화물 박막.
  23. 제 15 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 기재된 산화물 박막을 사용하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  24. 제 23 항에 있어서,
    채널 에치형 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  25. 제 23 항에 있어서,
    에치 스탑퍼형 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  26. 제 14 항에 기재된 스퍼터링 타겟을 사용하여 산화물 박막을 형성하는 공정, 및
    상기 산화물 박막을 산소 분위기 중에서 열처리하여 결정화하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 산화물 박막 형성 공정에서, 산소의 함유량이 10부피% 이상인 성막 가스에서 산화물 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 결정화 공정에서, 상기 산화물 박막을 250 내지 500℃에서 0.5 내지 1200분 열처리하여 결정화하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로, 상기 열처리한 산화물 박막 상에 산화물 절연체층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
  30. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 박막 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
KR1020117006203A 2008-09-19 2009-09-14 산화물 소결체 및 스퍼터링 타겟 KR101723245B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2008-241644 2008-09-19
JP2008241644 2008-09-19
JPJP-P-2009-043153 2009-02-25
JP2009043153 2009-02-25
PCT/JP2009/004569 WO2010032422A1 (ja) 2008-09-19 2009-09-14 酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110083601A true KR20110083601A (ko) 2011-07-20
KR101723245B1 KR101723245B1 (ko) 2017-04-04

Family

ID=42039272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117006203A KR101723245B1 (ko) 2008-09-19 2009-09-14 산화물 소결체 및 스퍼터링 타겟

Country Status (6)

Country Link
US (2) US8647537B2 (ko)
JP (5) JPWO2010032422A1 (ko)
KR (1) KR101723245B1 (ko)
CN (1) CN102159517B (ko)
TW (1) TWI460144B (ko)
WO (1) WO2010032422A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160102165A (ko) * 2013-12-27 2016-08-29 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 산화물 소결체, 그 제조 방법 및 스퍼터링 타깃
KR20210035198A (ko) * 2018-08-01 2021-03-31 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 화합물

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101723245B1 (ko) * 2008-09-19 2017-04-04 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 산화물 소결체 및 스퍼터링 타겟
US20130140502A1 (en) * 2010-02-06 2013-06-06 Idemitsu Kosan Co.,Ltd Sputtering target
CN113540253A (zh) 2010-02-26 2021-10-22 株式会社半导体能源研究所 制造半导体装置的方法
KR20130045418A (ko) 2010-04-23 2013-05-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치의 제작 방법
JP5689250B2 (ja) * 2010-05-27 2015-03-25 出光興産株式会社 酸化物焼結体、それからなるターゲット及び酸化物半導体薄膜
JP5723262B2 (ja) 2010-12-02 2015-05-27 株式会社神戸製鋼所 薄膜トランジスタおよびスパッタリングターゲット
WO2012121265A1 (en) 2011-03-10 2012-09-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Memory device and method for manufacturing the same
JP5762204B2 (ja) * 2011-03-22 2015-08-12 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及びそれらの製造方法
CN103459655B (zh) 2011-03-24 2016-02-03 出光兴产株式会社 烧结体及其制造方法
JP6231880B2 (ja) * 2011-08-11 2017-11-15 出光興産株式会社 薄膜トランジスタ
JP5301021B2 (ja) * 2011-09-06 2013-09-25 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット
JP6107085B2 (ja) * 2012-11-22 2017-04-05 住友金属鉱山株式会社 酸化物半導体薄膜および薄膜トランジスタ
JP2014192264A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 薄膜トランジスタの製造方法
JP6139973B2 (ja) * 2013-05-14 2017-05-31 出光興産株式会社 酸化物半導体薄膜及びその製造方法、並びに当該酸化物半導体薄膜を備えてなる薄膜トランジスタ
JP6217196B2 (ja) * 2013-07-11 2017-10-25 三菱電機株式会社 半導体材料、薄膜トランジスタ、および薄膜トランジスタの製造方法
KR20160033145A (ko) 2013-07-16 2016-03-25 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 산화물 반도체 박막 및 박막 트랜지스터
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
US20170077243A1 (en) 2014-03-14 2017-03-16 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Sintered oxide, sputtering target, and oxide semiconductor thin film obtained using sputtering target
CN106164014A (zh) 2014-04-17 2016-11-23 住友金属矿山株式会社 氧化物烧结体、溅射用靶以及用其得到的氧化物半导体薄膜
JP6376215B2 (ja) * 2014-05-23 2018-08-22 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
CN106414366A (zh) * 2014-06-26 2017-02-15 住友金属矿山株式会社 氧化物烧结体、溅射靶及使用该靶得到的氧化物半导体薄膜
JPWO2016084636A1 (ja) 2014-11-25 2017-10-12 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
CN105655389B (zh) * 2016-01-15 2018-05-11 京东方科技集团股份有限公司 有源层、薄膜晶体管、阵列基板、显示装置及制备方法
JP2017168572A (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 住友金属鉱山株式会社 酸化物半導体薄膜、酸化物焼結体、薄膜トランジスタ及び表示装置
JP2017178740A (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 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
JP2017222563A (ja) * 2016-06-10 2017-12-21 株式会社半導体エネルギー研究所 金属酸化物
JP7082947B2 (ja) * 2017-02-01 2022-06-09 出光興産株式会社 非晶質酸化物半導体膜、酸化物焼結体、薄膜トランジスタ、スパッタリングターゲット、電子機器及び非晶質酸化物半導体膜の製造方法
KR102507426B1 (ko) * 2017-03-30 2023-03-07 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 가넷 화합물, 산화물 소결체, 산화물 반도체 박막, 박막 트랜지스터, 전자 기기, 및 이미지 센서
JP6834062B2 (ja) 2018-08-01 2021-02-24 出光興産株式会社 結晶構造化合物、酸化物焼結体、及びスパッタリングターゲット
EP3875443A4 (en) * 2018-10-31 2022-08-03 Idemitsu Kosan Co., Ltd. SINTERED BODY

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07182924A (ja) 1993-10-27 1995-07-21 At & T Corp ガリウム−インジウム酸化物を含む透明導電体
JPH0950711A (ja) 1995-08-03 1997-02-18 Kobe Steel Ltd 透明導電膜
JPH09259640A (ja) 1996-03-25 1997-10-03 Uchitsugu Minami 透明導電膜
KR20040030889A (ko) * 2001-08-02 2004-04-09 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 스퍼터링 표적, 투명 전도막 및 이들의 제조방법
JP2004119525A (ja) 2002-09-24 2004-04-15 Japan Science & Technology Corp 酸化物半導体ｐｎ接合デバイス
JP2005314734A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Idemitsu Kosan Co Ltd スパッタリングターゲット及び透明導電膜及び透明導電ガラス基板
JP2005347215A (ja) 2004-06-07 2005-12-15 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 透明導電膜、透明導電膜製造用焼結体ターゲット、透明導電性基材及びそれを用いた表示デバイス
KR20060114360A (ko) * 2003-12-02 2006-11-06 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 박막 트랜지스터, 디스플레이 장치 및 액정 디스플레이장치, 그리고 그 제조방법
JP2007113026A (ja) 2005-10-18 2007-05-10 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 透明導電膜及びそれを含む透明導電性基材
JP2007210823A (ja) 2006-02-08 2007-08-23 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化物焼結体および、それを用いて得られる酸化物膜、それを含む透明基材
JP2007224386A (ja) 2006-02-24 2007-09-06 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 透明導電膜製造用焼結体ターゲット及びそれを用いて製造される透明導電膜、透明導電性基材
JP2007277039A (ja) 2006-04-06 2007-10-25 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化物焼結体及びそれを用いた酸化物透明導電膜の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0570942A (ja) * 1991-09-11 1993-03-23 Mitsubishi Materials Corp スパツタリングによる透明導電性薄膜形成用高密度焼結ターゲツト材
US6940565B2 (en) * 2000-08-26 2005-09-06 Lg.Philips Lcd Co., Ltd. Liquid crystal display device and fabricating method thereof
WO2005086180A1 (ja) * 2004-03-09 2005-09-15 Idemitsu Kosan Co., Ltd. 薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタ基板及びこれらの製造方法及びこれらを用いた液晶表示装置及び関連する装置及び方法、並びに、スパッタリングターゲット及びこれを用いて成膜した透明導電膜及び透明電極及び関連する装置及び方法
US7282782B2 (en) * 2004-03-12 2007-10-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Combined binary oxide semiconductor device
WO2006070715A1 (ja) * 2004-12-28 2006-07-06 Idemitsu Kosan Co., Ltd. 導電膜、導電性基材及び有機エレクトロルミネッセンス素子
JP5376750B2 (ja) * 2005-11-18 2013-12-25 出光興産株式会社 半導体薄膜、及びその製造方法、並びに薄膜トランジスタ、アクティブマトリックス駆動表示パネル
US7998372B2 (en) 2005-11-18 2011-08-16 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Semiconductor thin film, method for manufacturing the same, thin film transistor, and active-matrix-driven display panel
JP2007305975A (ja) 2006-04-13 2007-11-22 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Ｉｉｉ族酸化物半導体を含む半導体素子
JP5306179B2 (ja) * 2007-03-20 2013-10-02 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット、酸化物半導体膜及び半導体デバイス
KR101646488B1 (ko) * 2007-07-06 2016-08-08 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 산화물 소결물체와 그 제조 방법, 타겟, 및 그것을 이용해 얻어지는 투명 도전막 및 투명 도전성 기재
CN100534950C (zh) * 2007-10-29 2009-09-02 北京科技大学 一种LaGaO3基固体电解质靶材的制备方法
CN101260513B (zh) * 2008-04-23 2011-04-06 王东生 太阳能电池铜铟镓硒薄膜关键靶材的制备方法
KR101723245B1 (ko) * 2008-09-19 2017-04-04 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 산화물 소결체 및 스퍼터링 타겟

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07182924A (ja) 1993-10-27 1995-07-21 At & T Corp ガリウム−インジウム酸化物を含む透明導電体
JPH0950711A (ja) 1995-08-03 1997-02-18 Kobe Steel Ltd 透明導電膜
JPH09259640A (ja) 1996-03-25 1997-10-03 Uchitsugu Minami 透明導電膜
KR20040030889A (ko) * 2001-08-02 2004-04-09 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 스퍼터링 표적, 투명 전도막 및 이들의 제조방법
JP2004119525A (ja) 2002-09-24 2004-04-15 Japan Science & Technology Corp 酸化物半導体ｐｎ接合デバイス
KR20060114360A (ko) * 2003-12-02 2006-11-06 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 박막 트랜지스터, 디스플레이 장치 및 액정 디스플레이장치, 그리고 그 제조방법
JP2005314734A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Idemitsu Kosan Co Ltd スパッタリングターゲット及び透明導電膜及び透明導電ガラス基板
JP2005347215A (ja) 2004-06-07 2005-12-15 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 透明導電膜、透明導電膜製造用焼結体ターゲット、透明導電性基材及びそれを用いた表示デバイス
JP2007113026A (ja) 2005-10-18 2007-05-10 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 透明導電膜及びそれを含む透明導電性基材
JP2007210823A (ja) 2006-02-08 2007-08-23 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化物焼結体および、それを用いて得られる酸化物膜、それを含む透明基材
JP2007224386A (ja) 2006-02-24 2007-09-06 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 透明導電膜製造用焼結体ターゲット及びそれを用いて製造される透明導電膜、透明導電性基材
JP2007277039A (ja) 2006-04-06 2007-10-25 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化物焼結体及びそれを用いた酸化物透明導電膜の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160102165A (ko) * 2013-12-27 2016-08-29 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 산화물 소결체, 그 제조 방법 및 스퍼터링 타깃
KR20210035198A (ko) * 2018-08-01 2021-03-31 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 화합물

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013139385A (ja) 2013-07-18
JP5248698B2 (ja) 2013-07-31
US9209257B2 (en) 2015-12-08
CN102159517B (zh) 2014-08-06
JP5759530B2 (ja) 2015-08-05
JP2012188351A (ja) 2012-10-04
CN102159517A (zh) 2011-08-17
US8647537B2 (en) 2014-02-11
US20110180763A1 (en) 2011-07-28
JPWO2010032422A1 (ja) 2012-02-02
WO2010032422A1 (ja) 2010-03-25
JP5244997B2 (ja) 2013-07-24
US20140167033A1 (en) 2014-06-19
KR101723245B1 (ko) 2017-04-04
JP2014098211A (ja) 2014-05-29
JP2012250910A (ja) 2012-12-20
TWI460144B (zh) 2014-11-11
TW201014812A (en) 2010-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5759530B2 (ja) 酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット
KR102012853B1 (ko) 스퍼터링 타겟
JP5928856B2 (ja) ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）結晶相からなる酸化物半導体用スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP5269501B2 (ja) 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
TWI480255B (zh) Oxide sintered body and sputtering target
WO2011040028A1 (ja) Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系酸化物焼結体
KR20110104495A (ko) 복합 산화물 소결체 및 그것으로 이루어지는 스퍼터링 타겟
JP6493502B2 (ja) 酸化物焼結体の製造方法
JPWO2009157535A6 (ja) ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）結晶相からなる酸化物半導体用スパッタリングターゲット及びその製造方法
TW201328976A (zh) Ｉｎ-Ｇａ-Ｚｎ-Ｏ系濺鍍靶材
CN109476549B (zh) 氧化物烧结体及其制造方法、溅射靶、以及半导体器件的制造方法
TWI720188B (zh) 氧化物燒結體、濺鍍靶及氧化物半導體膜
TW201638013A (zh) 氧化物燒結體、濺鍍用靶、及使用其而得之氧化物半導體薄膜
TWI622568B (zh) 氧化物燒結體及濺鍍用靶

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant