氧化物烧结体及溅射靶的制作方法_2

文档序号:8302918阅读:来源:国知局
。规定m是由于在ZnO相和 In2O3相结合的化合物中,ZnO在与In 203的关系中显示任意的比率。
[0069] 接着,对通过上述X射线衍射检出的确定本发明的化合物进行详细说明。
[0070] (关于Zn2SnOj^合物和InGaZnO 4化合物)
[0071] Zn2SnO4化合物(相)是构成本发明的氧化物烧结体的ZnO与SnO 2结合而形成的 化合物。另外,InGaZnO4化合物(相)是构成本发明的氧化物烧结体的In、Ga和Zn结合 而形成的氧化物。在发明中,上述化合物大大有助于氧化物烧结体的相对密度的提高和电 阻率的降低。其结果是,能够持续得到稳定的直流放电,异常放电抑制效果提高。
[0072] 在本发明中,包含上述Zn2SnO4相和InGaZnO 4相作为主相。在此,"主相"是指, Zn2SnO4相和InGaZnO4相的合计比率在通过上述X射线衍射检出的全部化合物中,比率最多 的化合物。
[0073] 另外,在本发明的上述Zn2SnO4相、InGaZnO 4相之中,还包含Zn 2Sn04、InGaZnO4中分 另IJ固溶有In、Ga和/或Sn的物质。
[0074] 为了制成抑制异常放电、并利用溅射法制造能够稳定地成膜的氧化物烧结体, Zn2SnO4相、InGaZnO 4相相对于由上述X射线衍射确定的上述化合物相(Zn 2Sn04相、InGaZnO 4 相、In2O3相、SnO2相及(ZnO) mln203相)(m为2以上且5以下的整数)的合计的体积比必须 满足下述⑴?(3)。
[0075] (I) : [Zn2SnO4]+ [InGaZnO4]的比率((Zn2SnOjg +InGaZnO 4相)AZn 2Sn0jg +InGaZnO4相+In 203相+SnO 2相+(ZnO) Jn2O3相;以下,称为比率(1)。)彡75体积% (以 下,将各相的"体积% "仅记为" % ")
[0076] 若比率⑴变小则异常放电发生率变高,因此必须为75%以上,优选为80%以上, 更优选为85%以上。另一方面,对于上限,在性能上越高越好,例如可以为100%,从制造容 易性的观点出发优选为95%以下,更优选为90%以下。
[0077] (2) : [Zn2SnO4]的比率(Zn2SnOjg AZn 2Sn04相 +InGaZnO 4相 +In 203相 +SnO 2相 + (ZnO)mIn2O3相);以下,称为比率⑵)彡30%
[0078] 即使满足上述比率(1),若比率(2)小,则有时不能充分地得到异常放电抑制效 果,因此必须为30%以上,优选为40%以上,更优选为50%以上,进一步优选为55%以上。 另一方面,对于上限没有特别限定,从确保InGaZnO 4相的观点出发优选为90%以下,更优选 为80%以下,进一步优选为70%以下。
[0079] (3) : [InGaZnO4]的比率(InGaZnOjg AZn 2Sn04相 +InGaZnO 4相 +In 203相 +SnO 2相 + (ZnO)mIn2O3相);以下,称为比率⑶)彡10%
[0080] 即使满足上述比率(1)和/或比率(2),若比率(3)小,则不能提高相对密度,有 时不能充分地得到异常放电抑制效果,因此必须为10%以上,优选为12%以上,更优选为 15%以上。另一方面,对于上限没有特别限定,从确保Zn 2SnO4相的观点出发优选为60%以 下,另外,从制造容易性的观点出发,更优选为30%以下,进一步优选为25%以下。
[0081] 本发明的氧化物烧结体的化合物相优选实质上由Zn2SnO4相、InGaZnO 4相、In 203 相、SnO2相及(ZnO) Jn2O3相(m为2以上且5以下的整数)构成,这些化合物相在全部化合 物相中所占比例优选为75%以上。需要说明的是,这些化合物相之中,可以不含In 2O3相、 SnO2相及(ZnO) mln203相(m为2以上且5以下的整数)。作为其它能够包含的化合物相,可 以以25%以下的比例包含制造上不可避免地生成的InGaZn 2O5相、ZnGa2O4相、(ZnO) Jn2O3 相(m为6以上的整数)等。这些化合物相之中,优选不含InGaZn2O5相。需要说明的是,不 可避免地生成的化合物相的比例能够通过XRD进行测定。
[0082] 此外,本发明的氧化物烧结体的相对密度为85%以上。通过提高氧化物烧结体的 相对密度,不仅能够进一步提高上述异常放电的发生抑制效果,还带来持续地保持稳定的 放电到靶寿命为止等优点。为了得到这样的效果,需要本发明的氧化物烧结体的相对密度 为至少85%以上,优选为90%以上,更优选为95%以上。另外,相对密度优选为110%以下, 更优选为105 %以下。
[0083] 氧化物烧结体的相对密度通过阿基米德法求出。
[0084] 另外,为了得到具有高载流子迀移率和异常放电发生抑制效果的上述相构成的氧 化物烧结体,优选分别适当地控制氧化物烧结体中所含金属元素的含量。
[0085] 具体来说,将氧化物烧结体中所含各金属元素(锌、铟、镓、锡)相对于除去氧的全 部金属元素的含量(原子% )的比例分别设为[Zn]、[In]、[Ga]、[Sn]时,优选满足下述式 (4)?(6)。
[0086] 40原子%彡[Zn]彡50原子%…(4)
[0087] 30 原子([In] + [Ga])彡 45 原子(5)
[0088] (其中,[In]为4原子%以上、[Ga]为5原子%以上)
[0089] 15原子%彡[Sn]彡25原子%…(6)
[0090] 在本说明书中[Zn]是指,Zn相对于除去氧(0)的全部金属元素(Zn、In、Ga以及 Sn)的含量(原子% ;以下,将各金属元素的含量"原子% "仅记为" %")。同样地[In]、 [Ga]以及[Sn]分别是指In、Ga以及Sn相对于除去氧(0)的全部金属元素(Zn、In、Ga以 及Sn)的各含量的比例(原子% )。
[0091] 首先,上述式(4)是规定了全部金属元素中的Zn比([Zn])的式子,主要是从将上 述Zn 2SnO4相、InGaZnO4相控制为上述规定的比率(1)?(3)的观点出发而设定的。若[Zn] 过少,则难以满足上述化合物相的比率(1)?(3),不能充分地得到异常放电抑制效果。因 此[Zn]优选为40%以上,更优选为42%以上。另一方面,若[Zn]变得过高,则相对地In、 Ga、Sn的比率降低,反而不能得到期望的化合物相的比率,因此优选为50%以下,更优选为 48%以下。
[0092] 另外,上述式(5)是规定了全部金属元素中的In比和Ga比的合计([In] + [Ga]) 的式子,主要是从将InGaZnO4相控制在上述规定的比率(1)、(3)的观点出发而设定的。若 [In] + [Ga]过少,则难以满足上述化合物相的比率(1)、(3)。因此[In] + [Ga]优选为30% 以上,更优选为32%以上。另一方面,若[In] + [Ga]过多,则上述化合物相的比率(2)相对 地降低,因此优选为45%以下,更优选为43%以下。
[0093] 需要说明的是,In和Ga均为必要元素,[In]优选为4%以上,更优选为5%以上。 若[In]过少,则不能达成氧化物烧结体的相对密度提高效果和电阻率的降低,成膜后的氧 化物半导体膜的载流子迀移率也变低。
[0094] 另外,[Ga]优选为5%以上,更优选为10%以上。若[Ga]过少,则上述化合物相 的比率(3)有时相对地降低。
[0095] 上述式(6)是规定了全部金属元素中的Sn比([Sn])的式子,主要是从将上述 Zn2SnO4相控制在上述规定的比率(1)、(2)的观点出发而设定的。若[Sn]过少,则有时难 以满足上述化合物相的比率(1)、(2),因此优选为15%以上,更优选为16%以上。另一方 面,若[Sn]过多,则上述化合物相的比率⑶相对地降低,因此优选为25%以下,更优选为 22%以下。
[0096] 金属元素的含量控制在上述范围内即可,另外,意在本发明的氧化物烧结体中,还 可以包含制造上不可避免地生成的氧化物。
[0097] 另外,为了更进一步提高异常放电抑制效果,优选将氧化物烧结体的晶粒的平均 晶粒直径细微化。具体来说,通过将在氧化物烧结体(或使用该氧化物烧结体的溅射靶)的 断裂面(将氧化物烧结体在任意的位置沿厚度方向切断,其切断面表面的任意的位置)通 过SEM(扫描型电子显微镜)观察到的晶粒的平均晶粒直径优选设为30 μ m以下,能够更进 一步抑制异常放电的发生。更优选的平均晶粒直径为25 μ m以下,进一步优选为20 μ m以 下。另一方面,平均晶粒直径的下限没有特别限定,若使结晶粒过于细微化,则相对密度有 时降低,因此平均晶粒直径的优选的下限为3 μ m左右,更优选为5 μπι以上。
[0098] 对于晶粒的平均晶粒直径,利用SEM(倍率:400倍)观察氧化物烧结体(或溅射 靶)断裂面的组织,沿任意的方向作出IOOym的长度的直线,求出该直线内所含晶粒的数 量(N),将由[100/Ν]算出的值作为该直线上的平均晶粒直径。在本发明中以20 ym以上的 间隔作出20条直线并算出"各直线上的平均晶粒直径",将进一步由[各直线上的平均晶粒 直径的合计/20]算出的值作为晶粒的平均晶粒直径。
[0099] 此外,使用本发明的氧化物烧结体得到的溅射靶的特征在于,电阻率为1 Ω ·_以 下,优选为10<Ω · cm以下,更优选为KT2 Ω · cm以下,进一步优选KT3 Ω · cm以下。由此, 能够成为进一步抑制单层溅射中的异常放电的成膜,能够在显示装置的生产线上高效进行 使用溅射靶的物理蒸镀(溅射法)。另外,溅射靶的电阻率优选为1〇_ 7Ω ·_以上,更优选 为ICT6 Ω · cm以上,进一步优选为ICT5 Ω · cm以上。
[0100] 溅射靶的电阻率是通过四端子法而求得的。
[0101] 接着,对制造本发明的氧化物烧结体的方法进行说明。
[0102] 本发明的氧化物烧结体是将氧化锌、氧化铟、氧化镓和氧化锡混合并烧结而得到 的,另外,溅射靶能够通过加工氧化物烧结体来制造。图1中示出了将氧化物的粉末(a)混 合、粉碎一(b)干燥、造粒一(c)预备成形一(d)脱
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