Igzo溅射靶和igzo膜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适合在通过溅射法制造用于液晶显示装置或有机EL显示装置中的薄 膜晶体管的有源层等的透明半导体IGZ0膜时使用的IGZ0靶和通过使用该靶进行溅射而得 到的IGZ0膜。
【背景技术】
[0002] 有源矩阵型液晶显示装置等显示元件中，使用各像素驱动用的以硅基材料作为有 源层的薄膜晶体管，但是由于随着像素的微细化，晶体管的占据区域增加而导致开口率减 少、需要高温成膜等缺点，近年来进行了使用透明氧化物半导体的薄膜晶体管的开发。
[0003] 透明氧化物半导体从能够利用溅射法对大面积均匀成膜、高迀移率等观点出发受 到关注，其中，包含以铟、镓、锌、氧作为构成元素的In-Ga-Ζη-Ο类材料（以下记为"IGZ0"） 的非晶IGZ0膜的迀移率高于非晶硅的迀移率，使用非晶IGZ0膜作为有源层的电场效应型 晶体管具有开关比高、截止电流值低等特性，因此被认为是有前景的（参见非专利文献1、 专利文献1)。
[0004] 作为非晶IGZ0膜的制作方法，量产性优良的溅射法最适合，为此，IGZ0靶需要为 高密度。
[0005] 但是，迄今为止虽然有时也能制造出高密度IGZ0靶，但在持续生产中烧结体的密 度下降，进而继续生产时，有时能够得到高密度靶，作为其原因，预计是烧结条件等靶制造 工艺条件不适当，但是终究其原因还不清楚。
[0006] 在专利文献2中，对于使用氯浓度为50质量ppm以下的氧化铟粉末的氧化铟类溅 射靶的制造方法进行了记载。但是该说明书中公开的仅为氧化铟粉末中所含的氯浓度的效 果。在专利文献3中，存在有关卤素元素含量少的氧化铟粉末的记载。但是，在实施例中， 作为原料，仅使用了硝酸铟。
[0007]除此以外，在专利文献4中，"记载有如下氧化物：其含有铟元素（In)、镓元素（Ga) 和锌元素（Zn)，包含由（Ga、In)203表示的氧化物晶相。上述氧化物中，相对于上述氧化物 所含的全部晶相，上述由（Ga、In)203表示的氧化物晶相为50质量％以上。相对于铟元素 (In)、镓元素（Ga)和锌元素（Zn)的合计（In+Ga+Zn)，各元素的原子比满足下述式（1)~ (3) 的关系，
[0008] 0. 05 ^In/(In+Ga+Zn) ^ 0. 9(1)
[0009] 0. 05 ^ Ga/ (In+Ga+Zn) ^ 0. 9 (2)
[0010]0. 05 ^Zn/ (In+Ga+Zn) ^ 0. 9 (3)?,〇
[0011]另外，在专利文献5中，记载有如下溅射靶："该溅射靶含有下述所示的氧化物A和 具有红绿柱石（注册商标）型晶体结构的氧化铟（Ιη203)。氧化物A含有铟元素（In)、镓 元素（Ga)和锌元素（Zn)，通过X射线衍射测定（Cukα射线），在入射角（2Θ)为7. 0°~ 8.4。、30· 6。~32.0°、33· 8。~35.8°、53· 5。~56. 5° 和 56. 5° ~59. 5° 各位置处观 测到衍射峰。铟元素（In)、镓元素（Ga)和锌元素（Zn)的原子比满足下述式（1)和（2)，
[0012] 0. 10^Zn/(In+Ga+Zn) ^0. 45(1)
[0013] 0. 05 < Ga/(In+Ga+Zn) < 0. 18(2)
[0014] 此外，铟元素（In)和镓元素（Ga)的原子比满足下述式（3)，
[0015] 0· 14彡GaAln+Ga)(3) "。
[0016] 但是，这些文献中记载了宽范围的靶的成分组成，但未充分进行靶的晶体组织 (相）的调节，因而存在抑制异常放电的效果小的问题。
[0017] 现有技术文献
[0018] 专利文献
[0019] 专利文献1:日本特开2006-173580号公报
[0020] 专利文献2 :日本特开2008-308385号公报
[0021] 专利文献3 :日本特开平10-182150号公报
[0022] 专利文献4 :日本特开2009-275272号公报
[0023] 专利文献5 :日本特开2011-106002号公报
[0024] 非专利文献
[0025]非专利文献 1:K. Nomura等人"Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors'，，Nature， 432,第 488-492 页（2004)
【发明内容】
[0026] 发明所要解决的问题
[0027] 本发明是着眼于上述情况而作出的，其目的在于提供作为透明半导体IGZ0膜的 利用溅射法的成膜中所需的溅射靶的高密度IGZ0靶，并且其课题在于提供降低溅射用靶 的体电阻以及溅射膜的载流子浓度和迀移率为一定范围、并且将电弧放电的产生抑制到最 小限度、能够进行DC溅射的IGZ0靶技术。
[0028] 用于解决问题的手段
[0029] 基于上述发现，本发明提供以下发明。
[0030] 1) -种溅射祀，其为包含铟（In)、镓（Ga)、锌（Zn)和氧（0)的IGZ0烧结体溅射 靶，其特征在于，In、Ga、Zn为 0· 575 彡IrV(In+Ga)彡 0· 500、且ZnAln+Ga+Zn) < 0· 333 的 组成范围，该派射革G具有由（InxGauχ))2Ζη04(1 >X> 0)相构成的单一相组织。
[0031]2)-种溅射祀，其为包含铟（In)、镓（Ga)、锌（Zn)和氧（0)的IGZ0烧结体溅射 靶，其特征在于，In、Ga、Zn为 0· 575 彡IrV(In+Ga)彡 0· 500、且ZnAln+Ga+Zn)< 0·333 的组成范围，该溅射靶具有由（InxGauχ))2Ζη04(1 >X> 0)相和Ιη203相构成的双相结构组 织，该Ιη203相的最大直径为10μπι以下。
[0032] 3)如上述1)或2)所述的溅射祀，其特征在于，体电阻为15πιΩ·cm以下。
[0033]4)如上述1)~3)中任一项所述的溅射祀，其特征在于，相对密度为95%以上。
[0034] 5)-种膜，其通过使用上述1)~4)中任一项所述的溅射靶进行溅射而得到，其特 征在于，具有载流子浓度为5X1015(cm3)以下、迀移率为5(cm2/Vs)以上的膜特性。
[0035] 发明效果
[0036] 如上所述，根据本发明，作为用于制作透明半导体IGZ0膜的溅射靶而使用的高密 度IGZO氧化物烧结体能够提供高密度的IGZO靶，并且能够提供降低溅射用靶的体电阻以 及溅射膜的载流子浓度和迀移率为一定范围、并且将电弧放电的产生抑制到最小限度、能 够进行DC溅射的IGZO靶技术，因此具有能够高品质且有效地制作成为有源矩阵驱动的液 晶显示元件或有机EL显示元件中的薄膜晶体管的有源层部分的良好的透明半导体IGZO膜 这样的效果。
【具体实施方式】
[0037] 本发明中使用的氧化物烧结体以铟（In)、镓（Ga)、锌（Zn)和氧（0)作为构成元 素。通过控制靶的组成、体电阻、组织，由此降低成膜时的氧分压从而得到规定的膜特性 (载流子浓度、迀移率）。对于IGZ0膜而言，成膜时的氧分压越增加，则膜中的载流子浓度 越低。
[0038] 为了得到半导体特性，需要1015(cm3)数量级以下的载流子浓度，为了得到上述载 流子浓度需要在成膜时引入氧。氧分压增加时，会产生溅射速率降低、等离子体不稳定等不 利因素，因此优选氧分压较低。
[0039] 本发明的包含铟（In)、镓（Ga)、锌（Zn)和氧（0)的IGZ0溅射靶中，除氧以外的 111、6&、211为0.575 彡11^(111+63)彡 0.500、且21^(111+63+211)< 0.333 的组成范围。
[0040] 本申请是对In:Ga:Zn= 1 :1 :1的组成的IGZ0靶进行改良的发明，能够提供高密 度的IGZ0靶，并且降低溅射用靶的体电阻以及使溅射膜的载流子浓度和迀移率为一定范 围，并且将电弧放电的产生抑制到最小限度、能够进行DC溅射。
[0041] 在此，In量增多时，Ιη203相显著生长，从而在IGZ0相中存在电特性不同的大的异 相，会导致异常放电。另外，In多时，膜中的载流子浓度容易增加，为了得到低载流子浓度 的膜，在成膜时需要引入大量氧，溅射中的等离子体变得不稳定，这也会导致异常放电。相 反，In过少时，膜的迀移率会不足，因此需要一定量以上。
[0042] 为了在避免溅射时的异常的同时确保规定的迀移率，需要控制为本说明书中的In 组成。
[0043] 另外，Ga增加时，靶密度不会升高，还会损害导电性。此外，Ga、Zn过度增加时，所 得到的膜的迀移率显著降低，因此Ga和Zn的组成也需要控制。上述组成范围调节为能够 解决这些问题的范围，这是本申请发明的必要条件。
[0044] 另外，本申请发明的IGZ0靶只含有（InxGa(1 χ)) 2Ζη04 (1 >X> 0)相或者除 (InxGauχ))2Ζη