专利名称：氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材及其制造方法，更具体地说，涉及可以进行直流(Direct Current, DC )溅射的含有铟(In )、镓(Ga )、 铝(Al)和锌(Zn)的氧化锌类的非晶质薄膜用賊射靶材及其制造方法。
背景技术：
以往，作为薄膜晶体管(TFT)的沟道层，主要使用多晶硅膜或无定形 硅膜。但是，最近进行了使用载流子浓度和电子迁移率更优异的氧化锌形成 透明导电性氧化膜的研究。该氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材用于使用氧 化物的TFT的制造中。TFT为以微细且薄的膜形状形成的小型放大管，为具有栅极、源极、漏 极的三端子器件。上述非晶质氧化膜基于半导体的特性，用作位于TFT的 源极和漏极之间的沟道。该沟道发挥在TFT工作时，通过向栅极端子施加 电压控制通过沟道的电流，在源极端子和漏极端子之间切换电流的功能。但是，氧化锌类的透明导电膜中，形成不是非晶质的多晶薄膜时，由于 多晶粒子界面的散射，电子迁移率受限，存在晶体管的开/关比增加的问题。 由此，最近进行形成氧化锌类的非晶质氧化物膜的研究。作为形成该氧化锌类的非晶质氧化物膜的方法，可以举出使多晶烧结体 为靶材的賊射法、脉冲激光沉积法、电子束蒸镀法等，但其中使用溅射法来 沉积氧化锌类的非晶质薄膜的溅射靶材的制造方法受到关注。对于薄膜的组成，在非单一成分的多成分体系下即使采用同一组成的溅 射靶材实施，其最终成分也不同。因此，溅射靶材的组成必须在对所要的薄 膜组成进行各种条件的研究之后进行确定。现有技术中，用于形成氧化锌类的非晶质薄膜的溅射靶材的特定元素产 生局部的浓缩化，成膜后难于得到薄膜组成的均质性，因此导致薄膜物性和 可靠性降低。因此，为了形成均勻的薄膜，要求通过控制溅射靶材制造工艺 的条件，形成原料物质以规定的组成比均匀分布的溅射靶材。发明内容本发明是为了改善上述问题而提出的，其目的在于提供一种氧化锌类非 晶质薄膜用溅射靶材，在成膜时非晶质薄膜显示出优异的载流子浓度和电子迁移率，从而可以进;f亍DC賊射。本发明的另 一 目的在于提供一 种制造氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶 材的方法，为了制造成膜时非晶质薄膜显示出优异的栽流子浓度和电子迁移 率，从而可以进行DC溅射的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，使用湿法 研磨、喷雾干燥、挤压成型工序制造氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的方 法。为了达到上述目的、解决现有技术的问题，本发明提供氧化锌类的非晶 质薄膜用溅射靶材，其特征在于，溅射靶材具有InxGayAh-y03 ( ZnO) T (x+y=l、 x:y= 1:0.01 ~ 100、 T二0.1-5)的纟且成。此外,本发明提供氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方法，其特 征在于，包括下述步骤向含有ln203、 Ga203、 A1203、 ZnO的原料物质中 添加分散剂，进行湿法研磨形成浆料；向上述浆料中添加粘结剂，进行喷雾 干燥形成颗粒粉末；将上述颗粒粉末挤压成型并烧结，形成具有InxGayAl卜 y03 (ZnO) t (x+y=l、 x:y = 1:0.01 ~ 100、 T=0.1~5)的组成的賊射靶材。本发明具有可以提供体积电阻率显示20acm以下的值、In、 Ga、 Al 和Zn的凝聚体形成为l)im以下、可以进行DC溅射的氧化锌类的非晶质薄 膜用溅射靶材的效果。本发明还具有可以形成成膜时的载流子浓度显示1016~ 10,cmM直、电 子迁移率具有1 ~ 10cm"V.s值的氧化锌类的非晶质薄膜的效果。
图1为表示本发明实施方式的賊射靶材的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。 首先，对本发明实施方式的溅射靶材进行说明。本发明实施方式的溅射靶材具有InxGayAh-y03 (ZnO) T (x+y=l、 x:y =1:0.01 ~ 100、 TM).1 5)的组成，优选以InxGayAl！— y03 ( ZnO ) T ( x+y=l 、 x:y= 1:0.01 ~ 10、 T=0.1~5)的组成形成。多晶状态的氧化物、即烧结体的组成，由于在賊射这样的薄膜沉积工序 中有时根据沉积条件的控制会产生细微的变化，因此以上述提示的值控制溅 射靶材的In、 Ga、 Al、 Zn的组成比是重要的。在此，若考虑In、 Ga的价格，则T值越大越好。但是，若T值在一定 的范围外则由于ZnO的结晶性倾向增强而形成多晶，因此难于形成非晶质 膜。并且，多晶薄膜由于显示比半导体的特性更接近透明电极的物性，需要 在适当的范围内调节T值。但是，T值极小时，由于贵金属In和Ga占组成 的大部分，从成本方面考虑不优选。因此，本发明实施方式的'减射靶材中， 将T调节为0.1~5的值，但是并不将T值限定为特定的常数。本发明实施方式的溅射靶材通过调节In:Ga:Zn的比例，形成多晶氧化 物賊射靶材，使体积电阻率为数十Q.cm、优选为20Q'cm以下，/人而可以进 行DC濺射。此外，In、 Ga、 Al和Zn的凝聚体可以形成为lpm以下。射，可以得到氧化锌类的非晶质薄膜。这种非晶质薄膜显示1016-1018/cm3 的载流子浓度、1 ~ 10cm2/V.s值的电子迁移率，可以用作TFT的栅极绝缘膜的沟道层。图1为表示本发明实施方式的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制 造方法的流程图。参照图1,为了制造本发明实施方式的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，首先准备111203、 Ga203、八1203和ZnO作为原料物质(步骤U0)。然 后，向各原料物质中添加分散剂(A。和消泡剂(A2)，进行湿法研磨工序 (步骤111)。通过该湿法研磨工序粉碎各原料的构成粒子的同时，各种粒子必须在粉 碎状态下均匀分散。因此，在湿法研磨工序前向准备的原料物质中添加分散 剂(A！)，并添加破坏由于分散剂(A！)的添加而产生的气泡的消泡剂(A2 ), 由此在进行湿法研磨时可以在更均质的状态下分散原料物质。分散剂(AJ使用羧酸盐，消泡剂(A2)使用通用消泡剂。此外，在湿 法研磨前向原料中添加分散剂(A。的方式大致分为两种。第一，在湿法研磨前混合所有原料物质而进行湿法研磨时，优选以粉末 为基准添加约0.5wt。/。的分散剂聚丙烯酸铵(分子量3000)。第二，分别分散各原料物质时，对111203使用0.5-1.5wt。/。的聚丙烯酸 铵盐，对ZnO使用0.1 0.5wt。/。的聚丙烯酸铵盐。并且，对Ga203的分散使 用0.8-2.0wt。/。的聚丙烯酸铵盐，对八1203使用0.5 ~ 1.0wt。/。的聚丙烯酸铵盐。更优选对111203使用0.8wt。/。的聚丙烯酸铵盐(分子量5000)，对ZnO 使用0.3wt。/。的聚丙烯酸铵盐(分子量3000)，对Ga20s使用1.0wt。/。的聚丙 烯酸铵盐(分子量2000)，对八1203使用0.8wt。/。的聚丙烯酸铵盐(分子量 5000)。从而，不管是什么物质，大致可以使用0.5 2.0wt。/。的聚丙烯酸铵盐(分 子量3000 - 5000)。对如上所述混合有分散剂(Aj和消泡剂(A2)的原料物质进行湿法研 磨工序形成浆料(步骤112)。然后，向准备好的上述浆料中添加粘结剂(A3)。粘结剂(A3)是为了制造溅射靶材，在制造成型体时提高成型体的强度 和烧结密度而添加的，其种类和添加量不限于特定的物质或量。作为粘结剂 (A3)的例子，可以举出聚乙烯醇(PVA),但只要是可以维持成型强度程 度的粘结剂(A3)则都可以使用。若对添加有粘结剂(A3)的浆料进行喷雾干燥过程(步骤U3),则形 成颗粒粉末(步骤114)。如此形成的颗粒粉末的表面密度基于美国材料试 验协会(ASTM)的标准测定时，结果优选为1.4以上，由此可知提高了烧 结体的烧结密度。通过该烧结密度的提高可以防止由溅射靶材产生的异常放电。喷雾干燥得到的颗粒粉末通过挤压成型而成型为溅射靶材形态(步骤 115)。进行该挤压成型法时，优选通过冷压法进行一次成型后，再通过冷 等静压成型法进行二次成型。成型压力极强或极弱时，在第二次进行的冷等静压挤压法或烧结工序的 过程中，在横向的收缩和轴向的收缩中产生较大的差，有可能产生成型体和 烧结体变形现象。因此，进行冷压法时，优选使成型压力为300 ~ 500kg/cm2。最后，成型工序结束后烧结上述成型体(步骤117)，形成为溅射靶材 (步骤116)。其中，优选烧结温度为1400~ 1600°C，烧结时在使用空气、 氧气或者它们的组合的气体气氛下进行烧结。此时，烧结密度相对于理论密 度为99%以上。通过本发明实施方式的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方法 制造的溅射耙材具有InxGayAl"y03 ( ZnO ) T (x+y=l、 x:y= 1:0.01 ~ 100、 T=0.1 ~5)的组成，优选具有IiixGayAl! —y03(ZnO)T(x+y=l、 x:y= 1:0.01 ~ 10、 T=0.1 ~ 5 )的组成。具有该组成的本发明的溅射耙材显示20Q.cm以下 值的电阻率，In、 Ga、 Al和Zn的凝聚体形成为lnm以下，可以进4亍DC 溅射。通过使用本发明实施方式的溅射靶材，成膜时形成的非晶质薄膜显示 1016 ~ 1018/cm3值的载流子浓度、1-10cm2/V.s值的电子迁移率。如上所述，虽然参照本发明的优选实施方式进行说明，但是对于所属技 术领域的熟练技术人员来说，在不脱离权利要求书记载的本发明的思想和领 域的范围内，可以对本发明进行各种修改和变更是不言而喻的。即，本发明 的技术范围基于权利要求书而定，不受发明的最佳实施方式限定。
权利要求
1、一种氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，其特征在于，在氧化锌类非晶质薄膜用的溅射靶材中，所述溅射靶材具有InxGayAl1-yO3(ZnO)T的组成，其中x+y＝1、x∶y＝1∶0.01～100、T＝0.1～5。
2、 根据权利要求1所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，其特征 在于，所述溅射靶材具有InxGayAh-y03 (ZnO) T的组成，其中x+y=l、 x:y=1:0.01 ~ 10、 T=0.1 ~ 5。
3、 根据权利要求1所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，其特征 在于，所述溅射靶材可以进行DC溅射。
4、 根据权利要求1所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，其特征 在于，对于所述溅射靶材，电阻率显示20Q.cm以下的值。
5、 根据权利要求1所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，其特征 在于，所述溅射靶材中，In、 Ga、 Al和Zn的凝聚体为lpm以下。
6、 根据权利要求1所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，其特征 在于，对于所迷溅射靶材，成膜时的非晶质薄膜的载流子浓度显示1016~ 10,cm3的值。
7、 根据权利要求1所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材，其特征 在于，对于所述溅射靶材，成膜时的非晶质薄膜的电子迁移率显示1~ 10cm2/V.s的^直。
8、 一种氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方法，其特征在于， 在氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方法中，包括下述步骤向含有ln2o3、 Ga203、 A1203、 ZnO的原料物质中添加分散剂，进行湿法研磨形成浆料；向所述浆料中添加粘结剂，进行喷雾干燥形成颗粒粉末； 将所述颗粒粉末挤压成型并烧结，形成具有InxGayAl卜y03 (ZnO) 丁的组成的賊射耙材，其中x+y-l、 x:y = 1:0.01 ~ 100、 T=0.1 ~ 5。
9、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成浆料的步骤中，将含有111203、 Ga203、 A1203、 ZnO的原料物质全部混合，使用约0.5wt。/。的分子量3000的聚丙烯酸铵盐作 为分散剂。
10、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成浆料的步骤中，作为分散剂分别对所述原料物 质Iri203使用0.5 ~ 1.5wt。/。的聚丙烯酸铵盐，对Ga2CM吏用0.8 ~ 2.0wt。/。的聚 丙烯酸铵盐，对Al203使用0.5~ 1.0wt。/。的聚丙烯酸铵盐，对ZnO使用0.1 ~ 0.5wt。/。的聚丙烯酸铵盐，分散后进行混合。
11、 根据权利要求10所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造 方法，其特征在于，在所述形成浆料的步骤中，作为分散剂分别对所述原料 物质111203使用0.8wt。/。的分子量5000的聚丙烯酸铵盐，对Ga2O3使用1.0wt% 的分子量2000的聚丙烯酸铵盐，对八1203<吏用0.8wt。/。的分子量5000的聚丙 烯酸铵盐，对ZnO使用0.3wt。/。的分子量3000的聚丙烯酸铵盐，分散后进行 混合。
12、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成颗粒粉末的步骤中，所述粘结剂使用聚乙烯醇。
13、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成颗粒粉末的步骤中，基于美国材料试验协会的 测定，所述颗粒粉末显示出1.4以上的密度。
14、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成溅射靶材的步骤中，对所述颗粒粉末通过冷压 法进行一次成型后，再通过冷等静压成型法实施二次成型。
15、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成溅射靶材的步骤中，所述冷压法中施加300-500kg/cm2的成型压力。
16、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方法，其特征在于，在所述形成'溅射耙材的步骤中，在所述才齐压成型后在1400 ~1600°C的温度下进行烧结。
17、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成溅射靶材的步骤中，在所述挤压成型后使用氧 气、空气或者它们的组合进行烧结。
18、 根据权利要求8所述的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材的制造方 法，其特征在于，在所述形成、践射耙材的步骤中，在所述挤压成型后烧结为 99%以上的烧结密度。
全文摘要
本发明公开了氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材及其制造方法。本发明提供具有In<sub>x</sub>Ga<sub>y</sub>Al<sub>1-y</sub>O<sub>3</sub>(ZnO)<sub>T</sub>(x+y＝1、x∶y＝1∶0.01～100、T＝0.1～5)组成的氧化锌类的非晶质薄膜用溅射靶材。由此，可以形成体积电阻率显示20Ω·cm以下的值，可以进行DC溅射，In、Ga、Al和Zn的凝聚体形成为1μm以下，可以抑制由异常放电所引起的不良问题，而且成膜时的载流子浓度显示10<sup>16</sup>～10<sup>18</sup>/cm<sup>3</sup>的值，具有1～10cm<sup>2</sup>/V·s值的电子迁移率的氧化锌类的非晶质薄膜。
文档编号C23C14/08GK101333644SQ200810088879
公开日2008年12月31日 申请日期2008年4月2日 优先权日2007年6月28日
发明者李伦圭, 李真昊 申请人:三星康宁精密琉璃株式会社