氧化物烧结体和溅射靶、以及其制造方法
【技术领域】 本发明涉及将用于液晶显示器、有机EL显示器等显示装置的薄膜晶体管（TFT、Thin FilmTransistor)的氧化物半导体薄膜利用溅射法成膜时所使用的氧化物烧结体、和溅射 靶、以及其制造方法。
【背景技术】 TFT中使用的无定形（非晶质）氧化物半导体与通用的非晶硅（a-Si)相比具有高载流 子迀移率，光学带隙大，能够在低温下成膜。因此，期待应用于要求大型、高分辨率、高速驱 动的下一代显示器、耐热性低的树脂基板等。作为适合这些用途的氧化物半导体的组成，提 出了含有In的非晶质氧化物半导体。例如，In-Ga-Zn系氧化物半导体、In-Ga-Zn-Sn系氧 化物半导体、In-Ga-Sn系氧化物半导体等受到关注。 在形成上述氧化物半导体薄膜时，适宜地采用对与该薄膜相同材料的溅射靶（以下， 有时称为"靶材"）进行溅射的溅射法。溅射靶在将氧化物烧结体结合于背板的状态下使 用，但在将氧化物烧结体结合于背板的工序中，有时氧化物烧结体发生破损。 例如在专利文献1中，作为适于制作半导体元件时的图案化工序的氧化物半导体膜、 以及能够将上述半导体膜成膜的氧化物烧结体，公开了以0. 10 <In/(In+Ga+Sn) < 0. 60、 0· 10 彡GaAln+Ga+Sn)彡 0· 55、0· 0001 <SnAln+Ga+Sn)彡 0· 60 的原子比包含铟元素 (In)、镓元素（Ga)和锡元素（Sn)的氧化物烧结体。 在专利文献2中，公开了作为降低溅射时的异常放电的技术，包含铟元素（In)、镓元素 (Ga)、锌元素（Zn)和锡元素（Sn)，包含以Ga2In6Sn2016S(Ga、In) 203表示的化合物的氧化 物烧结体。 另外，在专利文献3中，作为溅射率的增大、防止突起物（nodule)的发生、防止破损等 溅射操作性优异、且在低温基板中特别是在能够形成低电阻的透明导电膜的溅射靶和靶材 料中使用的IT0烧结体，公开了烧结密度为90%以上且100%以下、烧结粒径为Ιμπι以上 且20μm以下的高密度ΙΤ0烧结体。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2011-174134号公报 专利文献2 :日本特开2008-280216号公报 专利文献3 :日本特开平05-311428号公报
【发明内容】
发明要解决的问题 伴随近年来的显示装置的高性能化，要求氧化物半导体薄膜的特性的提高、特性的稳 定化，而且需要进一步提高显示装置的生产效率。另外，若考虑生产率、制造成本等，则对于 显示装置用的氧化物半导体薄膜的制造中使用的溅射靶及作为其原材的氧化物烧结体，当 然要求抑制溅射工序中的溅射靶的破损，还进一步要求抑制结合工序中的氧化物烧结体的 破损。 本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于，提供能够抑制在结合工序中发生破损的氧 化物烧结体、和使用该氧化物烧结体的溅射靶、以及其制造方法，所述氧化物烧结体、和溅 射靶在显示装置用氧化物半导体薄膜的制造中优选使用。 用于解决问题的手段 能够解决上述课题的本发明的氧化物烧结体的主旨在于，是将氧化铟、氧化镓和氧化 锡烧结而得到的氧化物烧结体，上述氧化物烧结体的相对密度为90%以上、上述氧化物烧 结体的平均晶粒直径为10μm以下，将铟、镓、锡的含量相对于上述氧化物烧结体中所含除 氧以外的全部金属元素的比例（原子％)分别设为[In]、[Ga]、[Sn]时，满足下述式（1)~ (3)，并且对上述氧化物烧结体进行X射线衍射时，InGa03相满足下述式（4)。 30 原子[In] < 50 原子％ · · · (1) 20原子[Ga]彡30原子％ · · · (2) 25原子[Sn]彡45原子％ · · · (3)
[InGa03]彡 0· 05 · · · (4) 其中，[InGa03] = (I(InGa03V(I(InGa03)+I(In203)+I(Sn02)) 式中，I(InGa03)、I(Ιη203)、和I(Sn02)分别是利用X射线衍射确定的InGa03相、In203 相、Sn02相的衍射强度的测定值。 本发明的优选实施方式中，上述氧化物烧结体的晶粒直径超过15μπι的粗大晶粒的比 例为10%以下。 本发明的优选实施方式中，对上述氧化物烧结体进行X射线衍射时，不含Ga3xn5+xSn2016 相。 本发明的优选实施方式中，对上述氧化物烧结体进行X射线衍射时，不含（Ga、In) 203 相。 另外，能够解决上述课题的本发明的溅射靶是使用上述任一项所述的氧化物烧结体而 得到的溅射靶，电阻率为1Ω·cm以下。 本发明的上述氧化物烧结体的优选制造方法的主旨在于，将氧化铟、氧化镓和氧化锡 混合，设置于成形模具后，升温至烧结温度850~1250Γ，然后以在该温度域内的保持时间 为0· 1~5小时、加压压力为59MPa以下进行烧结。 本发明的优选实施方式中，到上述烧结温度为止的平均升温速度为600°C/hr以下。 发明效果 根据本发明，可以提供能够抑制结合作业时发生破损的氧化物烧结体、和使用该氧化 物烧结体的溅射靶、以及其制造方法。
【附图说明】 图1是表示实施例2的No. 1和No. 2中有无黑色堆积物的照片。
【具体实施方式】 本发明人等发明了具有后述的特定的比率的金属元素的In-Ga-Sn系氧化物半导体薄 膜（IGTO)，作为与现有的In-Ga-Zn系氧化物半导体薄膜（IGZO)相比载流子迀移率更高而 评价的TFT的迀移率优异的氧化物半导体薄膜，首先提出申请。 当然，对于作为用于In-Ga-Sn系氧化物半导体薄膜（IGT0)的制造的溅射靶的原材的 氧化物烧结体而言，若考虑生产率、制造成本等，则进一步抑制结合工序中的氧化物烧结体 的破损也是重要的，为此需要改善氧化物烧结体。 因此，本发明人等对于作为适合将上述氧化物半导体薄膜成膜的In-Ga-Sn系溅射靶 的原材的氧化物烧结体，为了抑制结合时的破损，反复进行了研究。 其结果是，发现一种具有满足后述式（1)~（3)的特定的金属元素的比例的将氧化铟、 氧化镓和氧化锡混合并烧结而得到的氧化物烧结体，（I)对氧化物烧结体进行X射线衍射 时，具有通过控制InGaOjg的比例，从而抑制结合时的氧化物烧结体破损的效果、（II)通过 提高相对密度，能够进一步提高结合时的氧化物烧结体破损的抑制效果、（III)若使氧化物 烧结体的平均晶粒直径微细化则能够进一步提高氧化物烧结体破损的抑制效果，以至完成 本发明。 还发现，（IV)为了得到上述氧化物烧结体，以规定的烧结条件进行烧结即可。 首先，对本发明涉及的氧化物烧结体的构成进行具体说明。 为了形成具有TFT特性优异的效果的氧化物半导体薄膜，需要分别适当控制氧化物烧 结体中所含金属元素的含量。 具体来说，将各金属元素（铟、镓、锡）的含量（原子％ )相对于氧化物烧结体中所含 除氧以外的全部金属元素的比例分别设为[In]、[Ga]、[Sn]时，按照满足下述式（1)~（3) 的方式进行控制。 30 原子[In] < 50 原子％ · · · (1) 20原子[Ga]彡30原子％ · · · (2) 25原子[Sn]彡45原子％ · · · (3) 上述式（1)规定了全部金属元素中的In比（[In] =In/(In+Ga+Sn))。若[In]过低， 则不能达成氧化物烧结体的相对密度提高效果、溅射靶的电阻率的降低，而且成膜后的氧 化物半导体薄膜的载流子迀移率也变低。另一方面，若[In]过高，则载流子变得过多而导 体化，而且对应力的稳定性降低。因此，[In]为30原子％以上、优选为35原子％以上、更 优选为40原子％以上，为50原子％以下、优选为47原子％以下、更优选为45原子％以下。 上述式（2)规定了全部金属元素中的Ga比（[Ga] =Ga/(In+Ga+Sn))。[Ga]除了具有 降低氧缺陷，使氧化物半导体薄膜的无定形结构稳定化的作用之外，还具有提高应力耐性 (特别是对于光+负偏压应力的耐性）的作用。其中，若[Ga]过高，则迀移率降低。因此， [Ga]为20原子％以上、优选为22原子％以上、更优选为24原子％以上，为30原子％以下、 优选为29原子％以下、更优选为28原子％以下。 上述式（3)规定了全部金属元素中的Sn比（[Sn] =Sn/ (In+Ga+Sn))。[Sn]具有提 高湿式蚀刻性等、氧化物半导体薄膜的耐药液性的作用。其中，伴随耐药液性的