TW201420544A - 氧化物燒結體及濺鍍靶 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種氧化物燒結體，其係使氧化鋅、氧化銦、氧化鎵、氧化錫混合並燒結而得。前述氧化物燒結體之相對密度為85%以上，前述氧化物燒結體經X射線繞射時，以特定之比例含有Zn2SnO4相與InGaZnO4相。

Description

氧化物燒結體及濺鍍靶
本發明係關於藉濺鍍法使液晶顯示器或有機EL顯示器等顯示裝置所用之薄膜電晶體(TFT)之氧化物半導體薄膜成膜時所用之氧化物燒結體及濺鍍靶。
TFT中所用之非晶質(amorphous)氧化物半導體相較於廣泛使用之非晶質矽(a-Si)具有高的載體移動度，且光學帶隙大，可在低溫下成膜。因此，被期待適用於要求大型．高解像度．高速驅動之次世代顯示器、或耐熱性低之樹脂基板等。已提案例如含In之非晶質氧化物半導體[In-Ga-Zn-O(IGZO)等]作為適於該等用途之氧化物半導體之組成。
上述氧化物半導體(膜)形成時，較好使用濺鍍與該膜相同材料之濺鍍靶(以下有時稱為「靶材」)之濺鍍法。濺鍍法中，為了製品的薄膜特性之安定化、製造之效率化，故重要的是防止濺鍍中之異常放電等，且已提案各種技術。
例如專利文獻1中針對ITO靶，提案藉由使 結晶粒之平均結晶粒徑微細化，而抑制異常放電之技術。
另專利文獻2中，提案在燒結In-Zn-O系複合氧化物後藉由在還原氛圍中進行退火處理，而提高靶材導電率，抑制濺鍍中異常放電之技術。
[先前技術文獻] 專利文獻
專利文獻1：日本特開平7-243036號公報
專利文獻2：日本專利第374609號公報
隨著近年之顯示裝置之高性能化，在要求氧化物半導體膜之特性提高或特性之安定化之同時，亦要求顯示裝置之生產更加效率化。因此，顯示裝置用氧化物半導體膜之製造所用之濺鍍靶及其原材料的氧化物燒結體宜為對應於所要求之高載體移動度之組成，但考慮生產性或製造成本等時，進一步抑制濺鍍步驟中之異常放電(arching)亦重要，因此要求改善靶材及成為其原材料之氧化物燒結體。
本發明係鑑於上述情況而完成者，其目的係提供一種適用於顯示裝置用氧化物半導體膜之製造的氧化物燒結體、以及濺鍍靶，係可一面抑制異常放電，一面可藉濺鍍法安定地成膜氧化物半導體膜之氧化物燒結體、及 濺鍍靶。
本發明提供以下之氧化物燒結體及濺鍍靶。
〈1〉一種氧化物燒結體，其係使氧化鋅、氧化銦、氧化鎵及氧化錫混合並燒結所得之氧化物燒結體，其特徵為前述氧化物燒結體之相對密度為85%以上，前述氧化物燒結體經X射線繞射時，Zn2SnO4相與InGaZnO4相之體積比分別滿足下述式(1)~(3)，(Zn2SnO4相+InGaZnO4相)/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≧75體積%...(1)
Zn2SnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≧30體積%...(2)
InGaZnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≧10體積%...(3)
(式中，m表示2以上5以下之整數)。
〈2〉如〈1〉之氧化物燒結體，其中鋅、銦、鎵、錫之含量相對於前述氧化物燒結體所含之全部金屬元素之比例(原子%)分別設為[Zn]、[In]、[Ga]、[Sn]時，滿足下述式(4)~(6)，40原子%≦[Zn]≦50原子%...(4)
30原子%≦([In]+[Ga])≦45原子%...(5)
(但，[In]為4原子%以上，[Ga]為5原子%以上)
15原子%≦[Sn]≦25原子%...(6)。
〈3〉如〈1〉或〈2〉之氧化物燒結體，其中前述相對密度為110%以下。
〈4〉如〈1〉~〈3〉中任一項之氧化物燒結體，其中前述Zn2SnO4相與InGaZnO4相之體積比滿足下述式(1’)，(Zn2SnO4相+InGaZnO4相)/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≦100體積%...(1’)。
〈5〉如〈1〉~〈4〉中任一項之氧化物燒結體，其中前述Zn2SnO4相之體積比滿足下述式(2’)，Zn2SnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≦90體積%...(2’)。
〈6〉如〈1〉~〈5〉中任一項之氧化物燒結體，其中前述InGaZnO4相之體積比滿足下述式(3’)，InGaZnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≧60體積%...(3’)。
〈7〉如〈1〉~〈6〉中任一項之氧化物燒結體，其中前述氧化物燒結體之平均結晶粒徑為30μm以下。
〈8〉如〈7〉之氧化物燒結體，其中前述氧化物燒結體之平均結晶粒徑為3μm以上。
〈9〉一種濺鍍靶，其特徵係使用如〈1〉~〈8〉中任一項之氧化物燒結體所得之濺鍍靶，且比電阻為1Ω．cm以下。
〈10〉如〈9〉之濺鍍靶，其中前述比電阻為10-7Ω．cm以上。
依據本發明，可提供一種抑制氧化物半導體膜成膜時之異常放電，且可藉濺鍍法安定地成膜之氧化物燒結體、及濺鍍靶。
圖1係顯示本發明之氧化物燒結體及用以製造濺鍍靶之基本步驟之圖。
圖2係顯示本發明之製造方法所用之燒結步驟之一例之圖。
本發明人等針對氧化物燒結體，對於用以提供可抑制濺鍍中之異常放電且可長時間安定地成膜，而且適於使載體移動度高之氧化物半導體膜成膜之濺鍍靶用氧化物燒結體進行積極探討。
結果，發現使氧化鋅、氧化銦、氧化鎵及氧化錫混合並燒結而得之氧化物燒結體，於氧化物燒結體經X射線繞射時，以特定之比例含Zn2SnO4相與InGaZnO4相作為主相，進而以相對密度85%以上之構成時可達成期 望目的。
且發現上述目的之達成時，進一步分別適當控制氧化物燒結體中所含之金屬元素之含量，或控制平均結晶粒徑亦有效。
詳細而言，查明了(a)含氧化鋅、氧化銦、氧化鎵及氧化錫之氧化物燒結體，關於X射線繞射時之相構成，藉由控制Zn2SnO4相與InGaZnO4相之比例，可有效地抑制濺鍍中之異常放電，且(b)藉由提高相對密度可進一步提高濺鍍中之異常放電發生之抑制效果。而且，發現(c)為獲得具有此種相構成之氧化物燒結體時，宜分別適當控制氧化物燒結體中所含之金屬元素之含量，(d)使氧化物燒結體之平均結晶粒徑微細化時可更有效抑制異常放電，因而完成本發明。
本發明之氧化物燒結體係混合氧化鋅、氧化銦、氧化鎵、氧化錫並燒結而得之氧化物燒結體(IGZTO)。該燒結體與以往之In-Ga-Zn-O(IGZO)相比，有所成膜之氧化物半導體膜顯示高的載體移動度及高的耐蝕刻特性之傾向。
另外藉由適當地控制該氧化物燒結體之化合物相之構成及相對密度，可一面抑制濺鍍中之異常放電，一面使載體移動度更高之氧化物半導體膜成膜。
接著，針對本發明之氧化物燒結體之構成詳細加以說明。本發明之特徵為上述氧化物燒結體經X射線繞射時，以特定比例含Zn2SnO4相、InGaZnO4相作為主 相。
本發明中之X射線繞射條件如下。
分析裝置：理學電機製「X射線繞射裝置RINT-1500」
分析條件
靶：Cu
單色化：使用單色儀(Kα)
靶輸出：40kV-200mA
(連續燒測定)θ/2θ掃描
狹縫(slit)：發散1/2°，散射1/2°，受光0.15mm
單色儀受光狹縫：0.6mm
掃描速度：2°/min
取樣寬：0.02°
測定角度(2θ)：5~90°
針對以該測定所得之繞射峰，特定出具有ICDD(International Center for Diffraction Data，國際繞射數據中心)卡所記載之結晶構造之化合物相。各化合物相與卡編號之對應如下。
Zn2SnO4相：24-1470
InGaZnO4相：38-1104
In2O3相：06-0416
SnO2相：41-1445
(ZnO)mIn2O3相：20-1442(m=2)、20-1439(m=3)、20-1438(m=4)、20-1440(m=5)
又，(ZnO)mIn2O3相之m為2~5之整數。規定m之理由係因ZnO相與In2O3相所結合之化合物中，ZnO係以任意比率顯示與In2O3之關係之故。
接著針對由上述X射線繞射所檢測出之本發明中特定之化合物加以詳細說明。
(關於Zn2SnO4化合物及InGaZnO4化合物)
Zn2SnO4化合物(相)係使構成本發明之氧化物燒結體之ZnO與SnO2結合而形成者。且InGaZnO4化合物(相)係使構成本發明之氧化物燒結體之In與Ga及Zn結合而形成之氧化物。本發明中之上述化合物係大有助於提高氧化物燒結體之相對密度與降低比電阻者。其結果，可持續安定之直流放電，且提高異常放電抑制效果。
本發明中，含上述Zn2SnO4相與InGaZnO4相作為主相。此處所謂「主相」意指Zn2SnO4相與InGaZnO4相之合計比率在以上述X射線繞射檢測出之全部化合物中，比率最多之化合物。
且本發明之上述Zn2SnO4相、InGaZnO4相亦包含分別使In、Ga及/或Sn固熔於Zn2SnO4、InGaZnO4中者。
為了成為一面抑制異常放電，一面可藉濺鍍法安定地成膜之氧化物燒結體，以上述X射線繞射特定之Zn2SnO4相、InGaZnO4相相對於上述化合物相(Zn2SnO4相、InGaZnO4相、In2O3相、SnO2相、及(ZnO)mIn2O3相)(m為2以上5以下之整數)之合計之體積比滿足下述 式(1)~(3)。
(1)：[Zn2SnO4]+[InGaZnO4]之比((Zn2SnO4相+InGaZnO4相)/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相；以下稱為比率(1))≧75體積%(以下將各相之「體積%」簡稱為「%」)
比率(1)變小時異常放電發生率變高，故須設為75%以上，較好為80%以上，更好為85%以上。另一方面，關於上限，性能上係愈高愈好，例如可為100%，但就製造容易性之觀點而言較好為95%以下，更好為90%以下。
(2)：[Zn2SnO4]之比(Zn2SnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相；以下稱為比率(2))≧30%
即使滿足上述比率(1)但比率(2)小時，仍會有無法充分獲得異常放電抑制效果之情況，故須設為30%以上，較好為40%以上，更好為50%以上，又更好為55%以上。另一方面，關於上限並無特別限制，但就確保InGaZnO4相之觀點而言較好為90%以下，更好為80%以下，又更好為70%以下。
(3)：[InGaZnO4]之比(InGaZnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相；以下稱為比率(3))≧10%
即使滿足上述比率(1)及/或比率(2)，若比率(3)小，則仍無法提高相對密度，會有無法充分獲得異 常放電抑制效果之情況，故須設為10%以上，較好為12%以上，更好為15%以上。另一方面，關於上限並無特別限制，但就確保Zn2SnO4相之觀點而言較好為60%以下，且就製造容易性之觀點而言，更好為30%以下，又更好為25%以下。
本發明之氧化物燒結體之化合物相宜實質上以Zn2SnO4相、InGaZnO4相、In2O3相、SnO2相及(ZnO)mIn2O3相(m為2以上5以下之整數)構成，且該等化合物相於全部化合物相中所佔之比例較好為75%以上。又，該等化合物中亦可不含In2O3相、SnO2相及(ZnO)mIn2O3相(m為2以上5以下之整數)。至於其他可含之化合物相亦可以25%以下之比例含有製造上無法避免生成之InGaZn2O5相、ZnGa2O4相、(ZnO)mIn2O3相(m為6以上之整數)等。該等化合物中，較好不含InGaZn2O5相。又，無法避免生成之化合物相之比例可藉XRD測定。
再者本發明之氧化物燒結體之相對密度為85%以上。藉由提高氧化物燒結體之相對密度，不僅可進一步提高上述異常放電之發生抑制效果，且亦具有於靶壽命之前可連續維持安定地放電等之優點。為獲得該效果，本發明之氧化物燒結體之相對密度必須至少85%以上，較好為90%以上，更好為95%以上。且，相對密度較好為110%以下，更好為105%以下。
氧化物燒結體之相對密度係藉阿基米德(Archimedes )法測定者。
且為了獲得具有高的載體移動度及異常放電抑制效果之上述相構成之氧化物燒結體，宜分別適當地控制氧化物燒結體中所含之金屬元素含量。
具體而言，各金屬元素(鋅、銦、鎵、錫)之含量(原子%)相對於氧化物燒結體所含之氧除外之全部金屬元素之比例分別設為[Zn]、[In]、[Ga]、[Sn]時，宜滿足下述式(4)~(6)，40原子%≦[Zn]≦50原子%...(4)
30原子%≦([In]+[Ga])≦45原子%...(5)
(但，[In]為4原子%以上，[Ga]為5原子%以上)
15原子%≦[Sn]≦25原子%...(6)。
本說明書中所謂[Zn]意指Zn之含量相對於氧(O)除外之全部金屬元素(Zn、In、Ga及Sn)(原子%；以下將各金屬元素之含量「原子%」簡單表示為「%」)。同樣地，[In]、[Ga]及[Sn]分別意指In、Ga及Sn之各含量相對於氧(O)除外之全部金屬元素(Zn、In、Ga及Sn)之比例(原子%)。
首先，上述式(4)係規定全部金屬元素中之Zn比([Zn])者，主要為就將上述Zn2SnO4相、InGaZnO4相控制成上述特定比率(1)~(3)之觀點而設定者。[Zn]太少時，難以滿足上述化合物相之比率(1)~(3)，無法充分獲得異常放電抑制效果。因此[Zn]較好為40%以上，更好為42%以上。另一方面，[Zn]太高時，相對地 In、Ga、Sn之比率變低，無法獲得期望之化合物相之比率，故較好為50%以下，更好為48%以下。
另上述式(5)係規定全部金屬元素中之In比與Ga比之合計([In]+[Ga])者，主要係就將InGaZnO4相控制在上述特定比率(1)、(3)之觀點而設定者。[In]+[Ga]太少時難以滿足上述化合物相之比率(1)、(3)。因此[In]+[Ga]較好為30%以上，更好為32%以上。另一方面，[In]+[Ga]太多時，上述化合物相之比率(2)相對較低，故較好為45%以下，更好為43%以下。
又，In及Ga均為必須元素，[In]較好為4%以上，更好為5%以上。[In]太少時無法達成氧化物燒結體之相對密度提升效果或比電阻之減低，成膜後之氧化物半導體膜之載體移動度亦變低。
另外[Ga]較好為5%以上，更好為10%以上。[Ga]比太少時上述化合物相之比率(3)有相對降低之情況。
上述式(6)係規定全部金屬元素中之Sn比([Sn])者，主要係就將Zn2SnO4相控制在上述特定比率(1)、(2)之觀點而設定者。[Sn]太少時，會有難以滿足上述化合物相之比率(1)、(2)之情況，故較好為15%以上，更好為16%以上。另一方面，[Sn]太多時上述化合物相之比率(3)相對較低，故較好為25%以下，更好為22%以下。
金屬元素之含量只要控制在上述範圍內即 可，且本發明之氧化物燒結體，主旨為亦可含製造上不可避免生成之氧化物。
此外為更提高異常放電抑制效果，必須使氧化物燒結體之結晶粒之平均結晶粒徑微細化。具體而言，針對氧化物燒結體(或者使用該氧化物燒結體之濺鍍靶)之剖面(將氧化物燒結體以任意位置於厚度方向切斷，其切斷面表面之任意位置)，藉由SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察之結晶粒之平均結晶粒徑較好為30μm以下，可更抑制異常放電之發生。更好平均結晶粒徑為25μm以下，又更好為20μm以下。另一方面，平均結晶粒徑之下限並無特別限制，但結晶粒太微細化時，相對密地下降，故平均結晶粒徑之較佳下限為3μm左右，較好為5μm以上。。
結晶粒之平均結晶粒徑係以SEM(倍率：400倍)觀察氧化物燒結體(或濺鍍靶)之斷裂面之組織，於任意方向拉出100μm長之直線，求出該直線內所含之結晶粒之數(N)，且由[100/N]計算出之值設為該直線上之平均結晶粒徑。本發明中係以20μm以上之間隔製作20根直線，算出「各直線上之平均結晶粒徑」，再由「各直線上之平均結晶粒徑之合計/20」算出之值設為結晶粒之平均結晶粒徑。
進而使用本發明之氧化物燒結體所得之濺鍍靶之特徵為比電阻1Ω．cm以下，較好為10-1Ω．cm以下，更好為10-2Ω．cm以下，又更好為10-3Ω．cm以下。 藉此，可進一步抑制濺鍍中之異常放電而成膜，且可藉顯示裝置之生產線有效率地進行使用濺鍍靶之物理蒸鍍(濺鍍法)。另外，濺鍍靶之比電阻較好為10-7Ω．cm以上，更好為10-6Ω．cm以上，又更好為10-5Ω．cm以上。
濺鍍靶之比電阻係以四端子法求出者。
接著，針對製造本發明之氧化物燒結體之方法加以說明。
本發明之氧化物燒結體為混合氧化鋅、氧化銦、氧化鎵、氧化錫並經燒結獲得者，且濺鍍靶可藉由加工氧化物燒結體而製造。圖1係顯示氧化物之粉末經(a)混合．粉碎→(b)乾燥．造粒→(c)預成形→(d)脫脂→(e)大氣燒結所得之氧化物燒結體，至經(f)加工→(g)黏合，獲得濺鍍靶之基本步驟。上述步驟中之本發明具有之特徵在於適當控制如下述詳述之燒結條件，其以外之步驟並無特別限制，可適當選擇通常使用之步驟。以下說明各步驟，但本發明主旨並不限於此。
首先，將氧化鋅粉末、氧化銦粉末、氧化鎵粉末、氧化錫粉末調配成特定比例，進行混合．粉碎。所用之各原料粉末之純度分別較好為約99.99%以上。係因為若存在微量之雜質元素，則有損及氧化物半導體膜之半導體特性之虞。各原料粉末之調配比例較好控制為使比率成為上述範圍。
(a)混合．粉碎較好使用球磨機，將原料粉末與水一起投入而進行。該等步驟所用之球或珠粒較好使 用例如尼龍、氧化鋁、氧化鋯等材質者。此時，為均一混合亦可混合分散材，或為確保隨後成形步驟之容易性亦可混合黏結劑。
接著，針對上述步驟中獲得之混合粉末較好以例如噴霧乾燥機等進行(b)乾燥．造粒。
乾燥．造粒後進行(c)預成形。成形時係將乾燥．造粒後之粉末填充於特定尺寸之模具中，以模具加壓進行預成形。該預成形進行之目的係提高固化時之作業性，故只要施加0.5~1.0tonf/cm2左右之加壓力作成成形體即可。隨後，以CIP(冷均壓)進行成形(正式成形)。為提高燒結體之相對密度，成形時之壓力較好控制在約1tonf/cm2以上。
又，混合粉末中添加分散材或黏結劑時，為去除分散材或黏結劑，宜使成形體加熱進行(d)脫脂。加熱條件只要達成脫脂目的即無特別限制，但例如只要在大氣中，約500℃左右保持5小時左右即可。
脫脂後，將成形體固定在期望形狀之石墨模具中以(e)大氣燒結進行燒結。
本發明中，較好藉由在燒結溫度：1350~1600℃，於該溫度之保持時間：1~50小時進行燒結(圖2)。藉由成為該等溫度範圍及保持時間，而獲得具有滿足上述比率(1)~(3)之化合物相。此外，燒結溫度低時，無法充分緻密化，且無法獲得異常放電抑制之效果。另一方面，燒結溫度太高時，結晶粒會粗大化，而無法將 結晶粒之平均結晶粒徑控制在特定範圍內，且無法抑制異常放電。因此，燒結溫度較好為1350℃以上，更好為1400℃以上，又更好為1500℃以上，較好為1600℃以下，更好為1550℃以下，又更好為1500℃以下。
且在上述燒結溫度之保持時間太長時結晶粒成長而粗大化，故無法將結晶粒之平均結晶粒徑控制在特定範圍。另一方面，保持時間太短時無法充分緻密化。因此，保持時間較好為1小時以上，更好為8小時以上，又更好為12小時以上，較好為50小時以下，更好為40小時以下，又更好為30小時以下。
另本發明中成形後，到達上述燒結溫度之平均升溫速度(HR)較好設為100℃/hr以下。平均升溫速度超過100℃/hr時，會引起結晶粒之異常成長。且無法充分提高相對密度。更好平均升溫速度為80℃/hr以下，又更好為50℃/hr以下。另一方面，平均升溫速度之下限並無特別限制，但就生產性之觀點而言較好為10℃/hr以上，更好為20℃/hr以上。
上述燒結步驟中較好使燒結氛圍成為氧氣氛圍(例如大氣氛圍)、氧氣加壓下之氛圍。且氛圍氣體之壓力宜成為大氣壓以抑制蒸氣壓高的氧化鋅之蒸發。如上述獲得之氧化物燒結體之相對密度為85%以上。
如上述獲得氧化物燒結體後，以常用方法進行(f)加工→(g)黏結時，獲得本發明之濺鍍靶。如此獲得之濺鍍靶之比電阻均為非常良好者，比電阻約為 1Ω．cm以下。
實施例
以下列舉實施例更具體說明本發明，但本發明並不限於下述實施例，亦可在可適於本發明主旨之範圍內加入適當變更而實施，任一者均包含於本發明之技術範圍中。
(濺鍍靶之製作)
以表2所示之比率調配純度99.99%之氧化銦粉末(In2O3)、純度99.99%之氧化鋅粉末(ZnO)、純度99.99%之氧化鎵粉末(Ga2O3)、純度99.99%之氧化錫粉末(SnO2)，添加水與分散劑(聚羧酸銨)，以氧化鋯球磨機混合24小時。接著，使上述步驟中獲得之混合粉末乾燥並進行造粒。
以模具加壓將如此獲得之粉末預成形後(成形壓力：1.0ton/cm2，成形體尺寸： 110×t13mm，t為厚度)，以CIP(冷均壓)在成形壓力3tonf/cm2下進行正式成形。
將如此所得成形體在常壓下於大氣氛圍中升溫至500℃，在該溫度下保持5小時進行脫脂。
將如此所得成形體固定在燒結爐中，以表3所示之條件(A~F)進行燒結。使所得燒結體進行機械加工修飾成 110×t5mm，且黏合在Cu製背襯板上，製作濺 鍍靶。
(薄膜電晶體之製作)
將如此獲得之濺鍍靶安裝在濺鍍裝置上，以DC(直流)磁控濺鍍法，於玻璃基板(尺寸：100mm×100mm×0.50mm)上，形成氧化物半導體膜。濺鍍條件設為DC濺鍍功率150W，Ar/0.1體積% O2氛圍，壓力0.8mTorr。接著使用以該條件成膜之薄膜，製作通道長10μm，通道寬100μm之薄膜電晶體。
(相對密度之測定)
相對密度係濺鍍後，自背襯板取下靶並研磨，且由阿基米德法算出。相對密度以85%以上時評價為合格(表4中，參照「相對密度(%)」)。
又，相對密度自將以阿基米德法測定之密度(g/cm3)除以理論密度ρ(g/cm3)之百分率之值，理論密度ρ係如下般計算。
此處，W1：ZnO之調配量[wt%]，W2：In2O3之調配量[wt%]，W3：Ga2O3之調配量[wt%]，W4：SnO2之調配量[wt%]。
(比電阻之測定)
燒結體之比電阻係針對上述製作之濺鍍靶以四端子法測定。比電阻為1Ω．cm以下時評價為合格。
(結晶粒之平均結晶粒徑)
結晶粒之平均結晶粒徑係以SEM(倍率：400倍)觀察氧化物燒結體剖面(將氧化物燒結體以任意位置於厚度方向切斷，其切斷面表面之任意位置)之組織，於任意方向拉出100μm長之直線，求出該直線內所含之結晶粒之數(N)，由[100/N]算出之值作為該直線上之平均結晶粒徑。同樣地，以20~30μm之間隔製作20根直線，算出各直線上之平均結晶粒徑，進而由[各直線上之平均結晶粒徑之合計/20]算出之值作為結晶粒之平均結晶粒徑。結晶粒於平均結晶粒徑30μm以下時評價為合格(表4中，參照「平均粒徑(μm)」)。
(化合物相之比率)
各化合物相之比率係在濺鍍後，自背襯板取下靶，切出10mm見方之試驗片，以X射線繞射測定繞射線之強度而求出。
分析裝置：理學電機製「X射線繞射裝置RINT-1500」
分析條件
靶材：Cu
單色化：使用單色儀(Kα)
靶輸出：40kV-200mA
(連續燒測定)θ/2θ掃描
狹縫：發散1/2°，散射1/2°，受光0.15mm
單色儀受光狹縫：0.6mm
掃描速度：2°/min
取樣寬：0.02°
測定角度(2θ)：5~90°
針對以該測定獲得之繞射峰，基於ICDD(International Center for Diffraction Data，國際繞射數據中心)卡鑑定表1所示各化合物相之峰，並測定射峰高度。該等峰係選擇該化合物之繞射強度較高，且與其他化合物相之峰重複較少之峰。各化合物相之指定峰的峰高度之測定值分別設為I[Zn2SnO4]、I[InGaZnO4]、I[InGaZn2O5]、I[In2O3]、I[SnO2]、I[(ZnO)mIn2O3](「I」表示測定值之意)，且由下述式求出體積比率(表4中為A、B、A+B之體積比率(%))。
[Zn2SnO4]+[InGaZnO4]=(I[Zn2SnO4]+I[InGaZnO4])/(I[Zn2SnO4]+I[InGaZnO4]+I[In2O3]+I[SnO2]+I[(ZnO)mIn2O3])×100...(1)
[Zn2SnO4]=I[Zn2SnO4]/(I[Zn2SnO4]+I[InGaZnO4]+I[In2O3]+I[SnO2]+I[(ZnO)mIn2O3])×100...(2)
[InGaZnO4]=I[InGaZnO4]/(I[Zn2SnO4]+I[InGaZnO4]+ I[In2O3]+I[SnO2]+I[(ZnO)mIn2O3])×100...(3)
又，m=2、3、4之(ZnO)mIn2O3相之波峰由於在所有試料中均為可忽略之程度，故將I[(ZnO)5In2O3]設為I[(ZnO)mIn2O3]。且，亦幾乎未觀察到上述以外之化合物相之波峰。
化合物相之比率於[Zn2SnO4]為30%以上且[InGaZnO4]為10%以上，[Zn2SnO4]+[InGaZnO4]為75%以上者評價為合格(參照表4中之「A」、「B」、「A+B」)。
(異常放電之評價)
將上述燒結體加工成直徑4英寸、厚度5mm之形狀，且黏合在背襯板上獲得濺鍍靶。將如此獲得之濺鍍靶安裝於濺鍍裝置上，進行DC(直流)磁控濺鍍。濺鍍條件設為DC濺鍍功率150W，Ar/0.1體積% O2氛圍，壓力0.8mTorr。計算此時之每100分鐘之電弧發生次數於2次以下評價為合格(表4中，參照「異常放電次數」)。
結果示於表4。
含有比率(原子%)
滿足本發明之較佳組成、製造條件之No.1~3、7之異常放電受到抑制。亦即，進行濺鍍後，異常放電發生為2次以下，確認安定地放電。且如此獲得之濺鍍靶之相對密度與比電阻亦獲得良好結果。
另一方面，未滿足本發明之較佳製造條件之No.4~6及未滿足較佳組成之No.8、9發生較多異常放電等而無法獲得期望之效果。
具體而言，No.4為燒結步驟中之保持時間t在本發明規定以外之例，燒結體之相對密度低，且化合物相之體積比率([Zn2SnO4]相+[InGaZnO4]相)亦低，故異常放電之次數多。No.5為燒結步驟中之燒結溫度T在本發明規定以外之粒，燒結體之相對密度低，且化合物相之體積比率([Zn2SnO4]相+[InGaZnO4]相、[Zn2SnO4]相)亦低，故比電阻高，且異常放電之次數多。No.6為平均升溫速度HR在本發明規定之外，且平均結晶粒徑較大之例，異常放電之次數較多。
No.8、9之組成係所有金屬元素之含有比率均在特定範圍之外，且化合物相之體積比率([Zn2SnO4]相、[InGaZnO4]相)亦在本發明規定以外。結果，No.8、9之異常放電次數多。
雖已參照詳細之特定實施樣態說明本申請案，但熟知本技藝者當可了解在不脫離本發精神與範圍下可加入各種變更或修正。
本申請案係基於2012年9月14日申請之日本專利申 請案(特願2012-203577)者，其內容納入本文中供參考。
[產業上之可利用性]
依據本發明，可提供氧化物半導體膜成膜時之異常放電受抑制，且可利用濺鍍法安定地成膜之氧化物燒結體、及濺鍍靶。

Claims (10)

  1. 一種氧化物燒結體，其係使氧化鋅、氧化銦、氧化鎵及氧化錫混合並燒結所得之氧化物燒結體，其特徵為前述氧化物燒結體之相對密度為85%以上，前述氧化物燒結體經X射線繞射時，Zn2SnO4相與InGaZnO4相之體積比分別滿足下述式(1)~(3)，(Zn2SnO4相+InGaZnO4相)/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≧75體積%...(1) Zn2SnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≧30體積%...(2) InGaZnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≧10體積%...(3)(式中，m表示2以上5以下之整數)。
  2. 如請求項1之氧化物燒結體，其中鋅、銦、鎵、錫之含量相對於前述氧化物燒結體所含之全部金屬元素之比例(原子%)分別設為[Zn]、[In]、[Ga]、[Sn]時，滿足下述式(4)~(6)，40原子%≦[Zn]≦50原子%...(4) 30原子%≦([In]+[Ga])≦45原子%...(5)(但，[In]為4原子%以上，[Ga]為5原子%以上)15原子%≦[Sn]≦25原子%...(6)。
  3. 如請求項1之氧化物燒結體，其中前述相對密度為110%以下。
  4. 如請求項1之氧化物燒結體，其中前述Zn2SnO4 相與InGaZnO4相之體積比滿足下述式(1’)，(Zn2SnO4相+InGaZnO4相)/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≦100體積%...(1’)。
  5. 如請求項1之氧化物燒結體，其中前述Zn2SnO4相之體積比滿足下述式(2’)，Zn2SnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≦90體積%...(2’)。
  6. 如請求項1之氧化物燒結體，其中前述InGaZnO4相之體積比滿足下述式(3’)，InGaZnO4相/(Zn2SnO4相+InGaZnO4相+In2O3相+SnO2相+(ZnO)mIn2O3相)≧60體積%...(3’)。
  7. 如請求項1之氧化物燒結體，其中前述氧化物燒結體之平均結晶粒徑為30μm以下。
  8. 如請求項7之氧化物燒結體，其中前述氧化物燒結體之平均結晶粒徑為3μm以上。
  9. 一種濺鍍靶，其特徵係使用如請求項1~8中任一項之氧化物燒結體所得之濺鍍靶，且比電阻為1Ω．cm以下。
  10. 如請求項9之濺鍍靶，其中前述比電阻為10-7Ω．cm以上。
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