TW201439028A - Ｉｇｚｏ濺鍍靶及ｉｇｚｏ膜、以及ｉｇｚｏ靶之製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種IGZO濺鍍靶，由銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)及氧(O)構成，其特徵在於：不包括氧之In、Ga、Zn為0.575≧In/(In+Ga)≧0.450，且為0.500≧Zn/(In+Ga+Zn)＞0.333之組成範圍，具備有在(In×Ga(1-×))2ZnO4(1＞X＞0)相中含有(InYGa(1-Y))2O3ZnO2(1＞Y＞0)相之組織。提供一種下述之IGZO靶技術：使濺鍍用靶之低體電阻化及載體濃度在一定範圍以下，且達成靶之高密度化，並將電弧之發生抑制在最小限度，可進行DC濺鍍。

Description

IGZO濺鍍靶及IGZO膜、以及IGZO靶之製造方法
主動矩陣型液晶顯示裝置等之顯示元件，雖然一直使用各像素驅動用之以矽系材料作為活性層的薄膜電晶體，但隨著像素之微細化，使電晶體的佔有區域增加而導致開口率減少，需要高溫成膜等的缺點，故近年來，一直進行開發使用透明氧化物半導體之薄膜電晶體。
透明氧化物半導體，由於能以濺鍍法於大面積均勻成膜、高遷移率等之觀點，而受到矚目，其中，由構成元素為銦、鎵、鋅、氧之In-Ga-Zn-O系材料(以下，記載為「IGZO」。)構成之非晶質IGZO膜的遷移率，高於非晶矽之遷移率，將非晶質IGZO膜使用在活性層之場效電晶體由於具有開關比(on/off ratio)大、關電流(off current)值低等之特性，因此被認為有前景(參考非專利文獻1、專利文獻1)。
作為非晶質IGZO膜之製作方法，以量產性優異之濺鍍法最為適合，因此，IGZO靶必須為高密度。
當製造濺鍍靶時，必須藉由控制靶之組成、粒徑、體電阻(bulk resistance)、組織，來減少成膜時之氧分壓，得到規定之膜特性(載體濃度、遷移率)。
IGZO膜由於具有成膜時之氧分壓越增加，膜中之載體濃度 越低的傾向，故必須增加氧分壓。亦即，為了得到半導體特性，需要在1015(cm-3)等級以下之載體濃度，故為了得到此載體濃度，必須在成膜時導入氧。
然而，若氧分壓增加，則由於會發生濺鍍速率下降、電漿不穩定化等不利的主要因素，故氧分壓以較低為佳。從以上所述，氧分壓之增減，可說是處於矛盾的關係。
對於IGZO中之特定相，作為至目前為止被報告的例子，具有下述者。
於專利文獻2揭示一種在IGZO中含有以ZnGa2O4表示之化合物及以InGaZnO4表示之化合物的靶。於專利文獻3則揭示一種含有以InGaZnO4表示之化合物的靶。皆揭示可抑制DC濺鍍之異常放電的技術。
該等係如本發明般藉由在IGZO靶添加正四價以上之金屬元素，以抑制異常放電的技術，而並非如本案般藉由調整In、Ga、Zn各元素之組成範圍使構成之組織最佳化者，並未揭示下述之IGZO靶：使靶之低體電阻化及濺鍍膜之載體濃度以及遷移率為一定範圍，且將電弧(arcing)之發生抑制在最小限度，可進行DC濺鍍。
專利文獻1：日本特開2006-173580號公報
專利文獻2：日本特開2008-163442號公報
專利文獻3：日本特開2008-214697號公報
非專利文獻1：K. Nomura et al. “Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors”, Nature,432, p488-492 (2004)
本發明係著眼於上述情事而完成者，其目的在於提供一種高密度IGZO靶作為透明半導體IGZO膜以濺鍍法成膜所需之濺鍍靶，且提供一種下述之IGZO靶技術：使濺鍍用靶之低體電阻化及濺鍍膜之載體濃度及遷移率為一定範圍，且將電弧之發生抑制在最小限度，可進行DC濺鍍。
以此見解作為基礎，本發明提供以下發明。
1)一種IGZO濺鍍靶，由銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)及氧(O)構成，其特徵在於：不包括氧之In、Ga、Zn為0.575≧In/(In+Ga)≧0.450，且為0.500≧Zn/(In+Ga+Zn)>0.333之組成範圍，具備有在(In×Ga(1-×))2ZnO4(1>X>0)相中含有(InYGa(1-Y))2O3ZnO2(1>Y>0)相之組織。
2)如上述1)記載之濺鍍靶，其平均結晶粒徑在20μm以下，32μm×40μm視野中之細孔數在5個以下，體電阻值在30mΩ‧cm以下。
3)如上述1)或2)記載之濺鍍靶，其相對密度在95%以上。
4)如上述1)至3)中任一項記載之濺鍍靶，其可進行DC(直流)濺鍍。
5)一種膜，係藉由使用上述1)至4)中任一項記載之濺鍍靶進行濺鍍而得，具有載體濃度5×1015(cm-3)以下、遷移率5(cm2/Vs)以上之膜特性。
6)一種濺鍍靶之製造方法，係用以製造由銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)及氧(O)構成之濺鍍靶之方法，其特徵在於：製備In、Ga、Zn成為0.575≧In/(In+Ga)≧0.450，且0.500≧Zn/(In+Ga+Zn)>0.333之組成比率的原料粉，於1350℃以上1450℃以下對此原料粉進行燒結。
7)如上述6)記載之濺鍍靶之製造方法，其中，藉由上述燒結，形成(In×Ga(1-×))2ZnO4(1>X>0)相中含有(InYGa(1-Y))2O3ZnO2(1>Y>0)相之組織。
8)如上述6)或7)記載之濺鍍靶之製造方法，其中，藉由上述燒結，使相對密度在95%以上，平均結晶粒徑在20μm以下，32μm×40μm視野中之細孔數在5個以下，體電阻值在30mΩ‧cm以下。
如上所述，根據本發明，被使用作為透明半導體IGZO膜製作用之濺鍍靶的高密度IGZO氧化物燒結體，由於可提供高密度之IGZO靶，且可提供下述之IGZO靶技術，因此，具有可高品質且有效率地製作良好透明半導體IGZO膜(其會成為主動矩陣驅動之液晶顯示元件或有機EL顯示元件中之薄膜電晶體的活性層部分)之效果，上述IGZO靶技術係使濺鍍用靶之低體電阻化及濺鍍膜之載體濃度及遷移率為一定範圍，且將電弧之發生抑制在最小限度，可進行DC濺鍍。
使用於本發明之氧化物燒結體，以銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)及氧(O)作為構成元素。藉由控制靶之組成、體電阻、組織，來減少成膜時之氧分壓，得到規定之膜特性(載體濃度、遷移率)。而IGZO膜成膜時之氧分壓越增加，膜中之載體濃度越低。
為了得到半導體特性，需要在1015(cm-3)等級以下之載體濃度，為了得到此載體濃度，必須在成膜時導入氧。若氧分壓增加，則由於會發生濺 鍍速率下降、電漿不穩定化等不利的主要因素，故氧分壓以較低為佳。
本發明由銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)及氧(O)構成之IGZO濺鍍靶，不包括氧之In、Ga、Zn為0.575≧In/(In+Ga)≧0.450，且為0.500≧Zn/(In+Ga+Zn)>0.333之組成範圍，具備有在(In×Ga(1-×))2ZnO4(1>X>0)相中含有(InYGa(1-Y))2O3ZnO2(1>Y>0)相之組織。
於Zn濃度稍多(Rich)之條件下，視Zn濃度，會以(In×Ga(1-×))2O3ZnO2(1≧x≧0)相與(InYGa(1-Y))2O3ZnO2((1>Y>0)相混存之狀態，成為穩定之化合物狀態。因此，由於化合物狀態穩定，故難以發生氧缺損，而可在濺鍍時減低所需之氧分壓。此為本發明之大特徵。相反地，於In-Rich或Ga-Rich之情形時，In或Ga不能完全固溶於(In×Ga(1-×))2O3ZnO2(1≧x≧0)相中。化學計量上會有成為失去平衡之狀態的傾向。x與y可在上述之範圍調節，能得到同樣之效果。較佳為0.5≦x<0.67，0.5≦y<0.8。
又，本發明之IGZO濺鍍靶，可使平均結晶粒徑在20μm以下，32μm×40μm視野中之細孔數在5個以下，體電阻值在30mΩ‧cm以下。並且，為可使靶之相對密度在95%以上，可進行DC(直流)濺鍍的IGZO濺鍍靶。
相對密度可進一步達成在97%以上。若氧化物燒結體之相對密度未達95%，則除了膜之載體濃度的不均會變大外，而且當使用該氧化物燒結體作為濺鍍靶進行濺鍍成膜之情形時，隨著濺鍍時間的經過，電弧的發生會變多，具有所得之膜特性劣化的壞處，故本發明之優勢是清楚的。
藉由使用上述之IGZO濺鍍靶進行濺鍍，可形成具有載體濃 度在5×1015(cm-3)以下、遷移率在5(cm2/Vs)以上之膜特性的IGZO膜。
當製造本發明由銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)及氧(O)構成之IGZO濺鍍靶時，藉由製備不包括氧之In、Ga、Zn成為0.575≧In/(In+Ga)≧0.450及0.500≧Zn/(In+Ga+Zn)>0.333之組成比率的原料粉，並於1350℃以上1450℃以下對此原料粉進行燒結，而可得到IGZO濺鍍靶材料。
並且，藉由此燒結，可形成(In×Ga(1-×))2ZnO4(1>X>0)相中含有(InYGa(1-Y))2O3ZnO2(1>Y>0)相之組織，並且可使相對密度在95%以上，平均結晶粒徑在20μm以下，32μm×40μm視野中之細孔數在5個以下，體電阻值在30mΩ‧cm以下。
此處，作為細孔減少之理由，係著眼於燒結過程中之粒成長的過程。一般而言，於燒結時之粒成長過程中，粒成長得越大，就越有殘留細孔的傾向。因此認為粒之大小與細孔之數目具有某程度之關連。並且，可知(InyGa(1-y))2O3ZnO2(1>y>0)相具有抑制(InxGa(1-×))2ZnO4(1>X>0)相之粒成長的作用。因此，可知藉由調整成分組成之範圍(具體而言為Zn)，會產生此成長抑制相，使細孔減少。
氧化物燒結體之相對密度的測量方法，首先，對於各組成，可自各構成元素與形態決定氧化物燒結體之相對密度成為100%之密度的值，接著，可用阿基米德法等求出實際製作之氧化物燒結體的密度，相對密度為除以100%之密度的值所得者。
結晶粒之測量係藉由弦線法(chord method)進行測量。係當藉由顯微鏡照片等觀察表面時，於觀察面中任意地畫出直線，自直線上與晶界交點 之數目，求出晶界與晶界間之平均長度，算出平均結晶粒徑。
細孔之測量，係以下述方式實施。切下靶之一部分例如10mm×10mm角側，以# 1500之砂紙對其剖面進行研磨後，以矽酸膠(colloidal silica)研磨粒進行鏡面精加工。接著，以SEM觀察該面，於3000倍之視野(32μm×40μm)計數細孔。另，細孔於二次電子影像中，由於會變成未測出二次電子之反射的黒色區域，故將圓形之黒色區域判斷成細孔。以5視野之平均算出細孔數。
(氧化物燒結體之製造方法)
若展示上述本發明之氧化物燒結體製造步驟的代表例，則如下所述。
可使用氧化銦(In2O3)、氧化鎵(Ga2O3)及氧化鋅(ZnO)作為原料。為了避免雜質對電特性造成不良影響，故宜使用純度4N以上之原料。將各個原料粉秤量成想要的組成比。另，如上所述，包含不可避地含有於此等之雜質。
接著，進行混合與粉碎。若粉碎不充分，則各成分會偏析於所製造之靶中，而會存在高電阻率區域與低電阻率區域，導致在濺鍍成膜時高電阻率區域之帶電等造成電弧等異常放電，因此必須充分混合與粉碎。
靶之製作視需要會進行原料之煅燒。以快速混合機(super mixer)將各原料混合之後，視需要，將此等填塞於氧化鋁製匣缽，於溫度950~1350℃之範圍進行煅燒。煅燒之保持時間為2~10hr，於氧環境或大氣環境進行。
混合原料為少量之情形時，例如為1批次1~20kg單位，用磨碎機(ψ3mm二氧化鋯珠(zirconia beads)，攪拌器旋轉數300rpm)或LMZ (STAR-MILL：AshizawaFinetech公司製)進行2~5hr左右之微粉碎。
為大量之情形時，則對原料以1批次20~1000kg單位，用LMZ(STAR-MILL：AshizawaFinetech公司製)進行2~8hr左右之微粉碎(ψ0.5mm二氧化鋯珠，輸入電功率2.0~20.0kW‧Hr)。
接著，於微粉碎後之漿料加入黏合劑，於造粒機以100~250℃進行乾燥，以網眼250μm篩進行篩選，將粉回收。另，於微粉碎之前後，測量各自之粉末的比表面積。將50~200cc之PVA水溶液(PVA固體含量6%)混合於1000g之IGZO粉。
接著，於ψ210mm之金屬模具，填充粉末1000g，以面壓400~1000kgf‧cm2進行加壓而得到成型體。對此成型體以塑料進行雙重真空包裝，以1500~4000kgf/cm2進行CIP。並且，於規定之溫度進行燒結(保持時間5~24hr，氧環境中)，而得到燒結體。
於製作靶時，藉由對上述方式所製得之氧化物燒結體之外周進行圓筒研削、面側之平面研削，而加工成例如152.4ψ×5tmm之靶。以銦系合金等作為接合金屬，將該靶進一步貼合在例如銅製之背板，藉此而製成濺鍍靶。
實施例
以下，根據實施例及比較例來說明。另，本實施例僅為一例示，並不受到此例示的任何限制。亦即，本發明僅受到申請專利範圍的限制，包含本發明所含之實施例以外的各種變形。
使用於實施例之原料粉，如表1所示。對於IGZO之原料，調合原料使成為不包括氧之In、Ga、Zn以金屬比計為In/(In+Ga)≦0.575， 0.500≧Zn/(In+Ga+Zn)>0.333且剩餘部分為Ga之組成，改變此等之原料組合與製造條件(微粉碎、煅燒溫度、燒結溫度)來製作靶，進行各種試驗。將此等之細節示於表1之實施例1~6。
於下述所示之實施例及比較例中，需要各種分析測量與評價，以下顯示其條件、裝置名稱等。
(粒徑之測量)
原料之粒徑的測量，係使用粒度分布測量裝置(日機裝股份有限公司製，Microtrac MT3000)來進行。
(密度之測量)
密度之測量係以使用純水作為溶劑之阿基米德法進行測量。用於算出相對密度之理論密度，係由根據組成之重量比對各原料之密度(In2O3：7.18g/cm3，Ga2O3：6.44g/cm3，ZnO：5.61g/cm3)進行體積換算而算出。
(體電阻值之測量)
體電阻值之測量，係使用電阻率測量器(NPS股份有限公司製，Σ-5+)，以四探針法來進行。
(濺鍍條件)
濺鍍裝置係使用DC磁控濺鍍裝置，成膜條件為室溫、DC500W、氧濃度10%，退火條件為於大氣環境以400℃×1hr來進行。
膜之載體濃度、遷移率之測量，係使用東陽特克尼卡公司製(ResiTest8400霍爾效應測量裝置)來進行。將載體濃度5×1015(cm-3)以下、遷移率5(cm2/Vs)以上設為目標。
(實施例1)
使用粒徑1.3μm、比表面積(BET)4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為43.7wt%，Ga2O3原料為29.5wt%，ZnO原料為26.9wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.500，Zn/(In+Ga+Zn)為0.344，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為5.9m2/g。又，粉碎後之比表面積為17.7m2/g。其差為11.8m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.33g/cm3，相對密度高達97.5%，體電阻值為20mΩ‧cm，具有可充分進行DC濺鍍之低體電阻值。平均結晶粒徑為14.9μm，32μm×40μm視野中之細孔數為2個，相狀態為InGaZnO4相與InGaO5相之2相。
並且，載體濃度為0.291×1015(cm-3)，遷移率為9.70(cm2/Vs)。皆滿足本發明之條件。
(實施例2)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為44.0wt%，Ga2O3原料為29.7wt%，ZnO原料為26.3wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為 0.500，Zn/(In+Ga+Zn)為0.338，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為5.8m2/g。又，粉碎後之比表面積為17.5m2/g。其差為11.7m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.33g/cm3，相對密度高達97.4%，體電阻值為23mΩ‧cm，具有可充分進行DC濺鍍之低體電阻值。平均結晶粒徑為19.7μm，32μm×40μm視野中之細孔數為5個，相狀態為InGaZnO4相與InGaO5相之2相。
並且，載體濃度為1.800×1015(cm-3)，遷移率為10.9(cm2/Vs)。皆滿足本發明之條件。
(實施例3)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為43.1wt%，Ga2O3原料為29.1wt%，ZnO原料為27.8wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.500，Zn/(In+Ga+Zn)為0.355，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為5.9m2/g。又，粉碎後之比表面積為17.5m2/g。其差為11.6m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.33g/cm3，相對密度高達97.7%，體電阻值為19mΩ‧cm，具有可充分進行DC濺鍍之低體電阻值。平均結晶粒徑為 8.9μm，32μm×40μm視野中之細孔數為0個，相狀態為InGaZnO4相與InGaO5相之2相。
並且，載體濃度為0.039×1015(cm-3)，遷移率為7.54(cm2/Vs)。皆滿足本發明之條件。
(實施例4)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為39.1wt%，Ga2O3原料為26.4wt%，ZnO原料為34.4wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.500，Zn/(In+Ga+Zn)為0.429，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為4.8m2/g。又，粉碎後之比表面積為14.9m2/g。其差為10.1m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.33g/cm3，相對密度高達99.0%，體電阻值為17mΩ‧cm，具有可充分進行DC濺鍍之低體電阻值。平均結晶粒徑為8.9μm，32μm×40μm視野中之細孔數為0個，相狀態為InGaZnO4相與InGaO5相之2相。
並且，載體濃度為0.012×1015(cm-3)，遷移率為5.83(cm2/Vs)。皆滿足本發明之條件。
(實施例5)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使 用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為50.3wt%，Ga2O3原料為22.6wt%，ZnO原料為27.0wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.600，Zn/(In+Ga+Zn)為0.355，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為5.5m2/g。又，粉碎後之比表面積為16.2m2/g。其差為10.7m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.33g/cm3，相對密度高達96.9%，體電阻值為6mΩ‧cm，具有可充分進行DC濺鍍之低體電阻值。平均結晶粒徑為7.7μm，32μm×40μm視野中之細孔數為1個，相狀態為InGaZnO4相與InGaO5相之2相。
並且，載體濃度為1.760×1015(cm-3)，遷移率為12.3(cm2/Vs)。皆滿足本發明之條件。
(實施例6)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為42.5wt%，Ga2O3原料為30.1wt%，ZnO原料為27.4wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.488，Zn/(In+Ga+Zn)為0.349，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積 為5.6m2/g。又，粉碎後之比表面積為16.0m2/g。其差為10.4m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.33g/cm3，相對密度高達97.7%，體電阻值為28mΩ‧cm，具有可充分進行DC濺鍍之低體電阻值。平均結晶粒徑為6.8μm，32μm×40μm視野中之細孔數為5個，相狀態為InGaZnO4相與InGaO5相之2相。
並且，載體濃度為0.955×1015(cm-3)，遷移率為11.8(cm2/Vs)。皆滿足本發明之條件。
(比較例1)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為44.2wt%，Ga2O3原料為29.9wt%，ZnO原料為25.9wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.500，Zn/(In+Ga+Zn)為0.333，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為5.6m2/g。又，粉碎後之比表面積為16.6m2/g。其差為11.0m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.33g/cm3，相對密度高達97.3%，體電阻值高達32mΩ‧cm，不能充分進行DC濺鍍。平均結晶粒徑為24.6μm，32μm×40μm視野中之細孔數為8個，相狀態為InGaZnO4相之單相。並且，載體濃度高達5.23×1015(cm-3)。遷移率為12.9(cm2/Vs)。並未滿足本發明之條件。
(比較例2)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為44.2wt%，Ga2O3原料為29.9wt%，ZnO原料為25.9wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.500，Zn/(In+Ga+Zn)為0.333，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為5.6m2/g。又，粉碎後之比表面積為16.6m2/g。其差為11.0m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為大氣環境，進行燒結。
其結果，密度為6.32g/cm3，相對密度高達97.2%，體電阻值為15mΩ‧cm。平均結晶粒徑為21.0μm，32μm×40μm視野中之細孔數為23個，相狀態為InGaZnO4相之單相。並且，載體濃度高達10.8×1015(cm-3)。遷移率為13.3(cm2/Vs)。並未滿足本發明之條件。
(比較例3)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為47.8wt%，Ga2O3原料為12.9wt%，ZnO原料為39.3wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.714，Zn/(In+Ga+Zn)為0.333，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積 為6.0m2/g。又，粉碎後之比表面積為17.8m2/g。其差為10.8m2/g。使粉末之燒結溫度為1430℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.55g/cm3，相對密度高達98.3%，體電阻值為3mΩ‧cm，具有可充分進行DC濺鍍之低體電阻值。平均結晶粒徑為5.6μm，32μm×40μm視野中之細孔數為4個，相狀態為InGaZnO4相與In2O3相之雙相。
並且，載體濃度低至1.15×104(cm-3)。遷移率為29.0(cm2/Vs)。總之，並未滿足本發明之條件。
(比較例4)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為44.2wt%，Ga2O3原料為29.9wt%，ZnO原料為25.9wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.500，Zn/(In+Ga+Zn)為0.333，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為5.6m2/g。又，粉碎後之比表面積為16.6m2/g。其差為11.0m2/g。使粉末之燒結溫度為1370℃，燒結環境為氧環境，進行燒結。
其結果，密度為6.32g/cm3，相對密度高達97.2%，體電阻值高達80mΩ‧cm，不能充分進行DC濺鍍。
平均結晶粒徑為20.4μm，32μm×40μm視野中之細孔數為18個，相狀態為InGaZnO4相之單相。無法測量載體濃度與遷移率。其原因不明。總 之，並未滿足本發明之條件。
(比較例5)
使用粒徑1.3μm、比表面積4.4m2/g之In2O3粉末作為In2O3原料，使用粒徑5.6μm、比表面積9.1m2/g之Ga2O3粉末作為Ga2O3原料，使用粒徑1.1μm、比表面積3.8m2/g之ZnO粉末作為ZnO原料。
使In2O3原料為44.2wt%，Ga2O3原料為29.9wt%，ZnO原料為25.9wt%，調整成合計為100wt%，藉此使In、Ga、Zn以金屬比計，In/(In+Ga)為0.500，Zn/(In+Ga+Zn)為0.333，剩餘部分為Ga之組成。
接著，混合此等之粉末(不進行煅燒)。粉碎前之比表面積為5.6m2/g。又，粉碎後之比表面積為16.6m2/g。其差為11.0m2/g。使粉末之燒結溫度為1370℃，燒結環境為大氣環境，進行燒結。
其結果，密度為6.32g/cm3，相對密度為97.2%。具有導電性，可進行DC濺鍍。然而，平均結晶粒徑為18.3μm，32μm×40μm視野中之細孔數多達24個，相狀態為InGaZnO4相之單相。載體濃度為9.71×104(cm-3)，遷移率為12.5(cm2/Vs)。總之，未滿足本發明之條件。
產業上之可利用性
本發明被使用作為透明半導體IGZO膜製作用濺鍍靶之高密度IGZO氧化物燒結體，可提供高密度之IGZO靶，且可提供下述之IGZO靶技術，而具有可穩定進行DC濺鍍之優異效果，該IGZO靶技術係使濺鍍用靶之低體電阻化及濺鍍膜之載體濃度及遷移率為一定範圍，且將電弧之發生抑制在最小限度，可進行DC濺鍍。藉此，亦可延長靶壽命，品質穩定，可提升量產性。此In-Ga-Zn-O系(IGZO)材料，由於可得到電子載體 濃度在5×1015/cm3以下之非晶質氧化物，故對於場效電晶體有用。又，作為IGZO靶，由於可無障礙地使用於廣大範圍之用途，故產業上之利用價值高。

Claims (10)

  1. 一種IGZO濺鍍靶，由銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)及氧(O)構成，其特徵在於：不包括氧之In、Ga、Zn為0.575≧In/(In+Ga)≧0.450，且為0.500≧Zn/(In+Ga+Zn)>0.333之組成範圍，具備有在(In×Ga(1-×))2ZnO4(1>X>0)相中含有(InYGa(1-Y))2O3ZnO2(1>Y>0)相之組織。
  2. 如申請專利範圍第1項之IGZO濺鍍靶，其平均結晶粒徑在20μm以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之IGZO濺鍍靶，其32μm×40μm視野中之細孔數在5個以下。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之IGZO濺鍍靶，其體電阻值在30mΩ‧cm以下。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之IGZO濺鍍靶，其相對密度在95%以上。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之IGZO濺鍍靶，其可進行DC(直流)濺鍍。
  7. 一種IGZO膜，係藉由使用申請專利範圍第1至6項中任一項之IGZO濺鍍靶進行濺鍍而得，具有載體濃度5×1015(cm-3)以下、遷移率5(cm2/Vs)以上之膜特性。
  8. 一種IGZO濺鍍靶之製造方法，係用以製造由銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)及氧(O)構成之IGZO濺鍍靶之方法，其特徵在於：製備不包括氧之In、Ga、Zn成為0.575≧In/(In+Ga)≧0.450，且0.500≧Zn/(In+Ga+Zn)>0.333之組成比率的原料粉，於1350℃以上1450℃以下對此原料粉進行燒 結。
  9. 如申請專利範圍第8項之IGZO濺鍍靶之製造方法，其中，藉由該燒結，形成(In×Ga(1-×))2ZnO4(1>X>0)相中含有(InYGa(1-Y))2O3ZnO2(1>Y>0)相之組織。
  10. 如申請專利範圍第8或9項之IGZO濺鍍靶之製造方法，其中，藉由該燒結，使相對密度在95%以上，平均粒徑在20μm以下，32μm×40μm視野中之細孔數在5個以下，體電阻值在30mΩ‧cm以下。
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