燒結體、濺射靶、氧化物薄膜、薄膜晶體管、電子設備及燒結體的制造方法與流程

本發明涉及燒結體、濺射靶、氧化物薄膜、薄膜晶體管、電子設備及燒結體的制造方法。

背景技術：

1、為了實現高清下一代顯示器，要求高遷移率的薄膜晶體管(以下，有時將薄膜晶體管稱為tft)，作為用于該tft的半導體材料而對igo(indium?gallium?oxide：氧化銦鎵)這樣的晶體類氧化物半導體進行了研究。在將氧化物半導體用于顯示器的情況下，通過使用具有與氧化物的燒結體相同的原子組成的濺射靶進行濺射，可得到tft。

2、進而，為了實現電視那樣的大型尺寸的顯示器，從制造成本的觀點出發，制造裝置也呈大型化的趨勢，對于用于濺射靶的燒結體，要求即使是大型裝置也能夠穩定地實現濺射。

3、例如，專利文獻1中記載了實質上由銦與鎵的氧化物、或者錫及鋁中的任一方或雙方和銦與鎵的氧化物構成的濺射靶。專利文獻1中記載的濺射靶在包含錫的情況下以100ppm～10000ppm包含，在包含鋁的情況下以100ppm～10000ppm包含。而且，專利文獻1中記載的濺射靶由體積14000μm3以上的空隙的空隙率為0.03體積％以下的燒結體構成，主面的面積為25000mm2以上，厚度為5mm以上。

4、若是由專利文獻1所記載那樣的作為al元素的原子組成比以原子％計為1at％以下、空隙率為0.03體積％以下的燒結體構成的濺射靶，則能夠以大型尺寸穩定地實現濺射。

5、通過近年來的開發，明確了需要對tft的制作工藝的穩定性(相對于作為氧化物半導體成膜后的工序之一的cvd(chemical?vapor?deposition：化學氣相沉積)成膜，特性變化小)。

6、例如，在專利文獻2中記載了一種晶體化合物a，其以組成式(inxgayalz)2o3表示，在通過特定的x射線(cu-kα射線)衍射測量觀測到的入射角(2θ)的范圍內具有衍射峰。此外，在專利文獻2中記載了使用僅由該晶體化合物a構成的氧化物燒結體的濺射靶。

7、若為包含專利文獻2所記載那樣的以組成式(inxgayalz)2o3表示的晶體化合物a的濺射靶，則能夠實現穩定的濺射，且對tft的制作工藝具有穩定性，也能夠回應對遷移率高的tft(薄膜晶體管)性能的期望。

8、現有技術文獻

9、專利文獻

10、專利文獻1：日本專利第5997690號公報

11、專利文獻2：國際公開第2020/027243號

技術實現思路

1、發明要解決的技術問題

2、近年來，不僅在大型顯示器(電視)用面板中、而且在中型顯示器(筆記本電腦及平板電腦)用面板中，使用尺寸為2200mm×2400mm以上的玻璃基板的大型裝置中的制造也逐漸成為主流。進而，在中型顯示器用途中，要求高清化及框緣窄化，為了實現這些，對tft要求進一步的高性能化(高遷移率且高光可靠性)。由此，對于濺射靶中使用的氧化物的燒結體，要求容易進行高遷移率、tft的加工性及性能(遷移率及光可靠性)的面內均勻控制、進而即使是大型裝置也能夠穩定地進行濺射的燒結體，以往的燒結體存在進一步改善的余地。

3、本發明的目的在于提供一種燒結體，即使在大型裝置中也能夠穩定地進行濺射，tft的加工性優異且可得到高遷移率及光可靠性的面內均勻性優異的tft，并提供使用了該燒結體的濺射靶、使用了該濺射靶的氧化物薄膜、包含該氧化物薄膜的薄膜晶體管及包含該薄膜晶體管的電子設備、以及tft的加工性優異且可得到高遷移率及光可靠性的面內均勻性優異的tft的燒結體的制造方法。

4、用于解決上述技術問題的方案

5、[1]

6、一種燒結體，其為包含in元素、ga元素及al元素的氧化物的燒結體，

7、所述in元素及所述al元素的原子組成比滿足下述式(1)及下述式(2)。

8、[in]/([in]+[ga]+[al])＞0.70....(1)

9、[al]/([in]+[ga]+[al])＞0.01....(2)

10、[2]

11、如[1]所述的燒結體，在用掃描型電子顯微鏡觀察所述燒結體時的視野中，相對于所述視野的面積，孔隙的面積比率為0.1％以下。

12、[3]

13、如[1]或[2]所述的燒結體，將以{[ga]/([in]+[ga]+[al])}×100表示的所述ga元素的原子組成比設為x、并將以{[al]/([in]+[ga]+[al])}×100表示的所述al元素的原子組成比設為y時，所述x及所述y以原子％計在由下述(a1)、下述(b0)、下述(c1)、下述(d1)及下述(e1)的直線包圍的組成范圍內。

14、x≥4..·.(a1)

15、x≤22.5....(b0)

16、y＞1.··.(c1)

17、6x+14y-98≥0····(d1)

18、4x+20y-180≤0....(e1)

19、[4]

20、如[3]所述的燒結體，所述x及所述y以原子％計在由下述(a2)、下述(b2)、所述(c1)、所述(d1)及所述(e1)的直線包圍的組成范圍內。

21、x≥8....(a2)

22、x≤20.7...7(b2)

23、[5]

24、如[1]～[4]的任一項所述的燒結體，包含含in元素的方鐵錳礦結構與空間群屬于p1或p-1中的任一方的晶體結構，屬于所述p1的晶體結構以下述晶體結構參數(x)表示，屬于所述p-1的晶體結構以下述晶體結構參數(y)表示。

25、晶體結構參數(x)：

26、晶格常數為，

27、

28、

29、

30、α＝111.70±0.50°、

31、β＝107.70±0.50°、及

32、γ＝90.00±0.50°，

33、晶系示出三斜晶，

34、空間群p1所具有的下述原子配置中的金屬為in、ga及al中的任一個，或者為in、ga及al中的任二個以上以一定的比率共用同一原子坐標的狀態，

35、配置金屬的原子坐標包含

36、x±0.01、

37、y±0.01、

38、z±0.01的幅度，

39、配置氧的原子坐標包含

40、x±0.01、

41、y±0.01、

42、z±0.01的幅度。

43、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.04，y＝0.36，z＝0.87)

44、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.13，y＝0.12，z＝0.62)

45、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.21，y＝0.85，z＝0.39)

46、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.23，y＝0.11，z＝0.97)

47、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.29，y＝0.64，z＝0.11)

48、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.46，y＝0.12，z＝0.63)

49、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.58，y＝0.14，z＝0.01)

50、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.62，y＝0.64，z＝0.11)

51、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.69，y＝0.18，z＝0.32)

52、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.09，y＝0.88，z＝0.03)

53、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.02，y＝0.13，z＝0.30)

54、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.06，y＝0.61，z＝0.46)

55、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.15，y＝0.40，z＝0.19)

56、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.26，y＝0.36，z＝0.54)

57、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.34，y＝0.13，z＝0.30)

58、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.41，y＝0.61，z＝0.45)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.48，y＝0.40，z＝0.23)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.84，y＝0.39，z＝0.23)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.96，y＝0.64，z＝0.13)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.87，y＝0.88，z＝0.38)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.79，y＝0.15，z＝0.61)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.77，y＝0.89，z＝0.03)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.71，y＝0.36，z＝0.89)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.54，y＝0.88，z＝0.37)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.42，y＝0.86，z＝0.99)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.38，y＝0.36，z＝0.89)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.31，y＝0.82，z＝0.68)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.91，y＝0.12，z＝0.97)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.98，y＝0.87，z＝0.70)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.94，y＝0.39，z＝0.54)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.85，y＝0.60，z＝0.81)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.74，y＝0.64，z＝0.46)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.66，y＝0.87，z＝0.70)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.59，y＝0.39，z＝0.55)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.52，y＝0.60，z＝0.77)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.16，y＝0.61，z＝0.77)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.02，y＝0.73，z＝0.36)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.03，y＝0.45，z＝0.29)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.05，y＝0.02，z＝0.40)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.10，y＝0.74，z＝0.65)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.10，y＝0.23，z＝0.06)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.12，y＝0.51，z＝0.09)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.12，y＝0.47，z＝0.57)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.13，y＝0.79，z＝0.17)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.19，y＝0.21，z＝0.84)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.20，y＝0.23，z＝0.36)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.25，y＝0.66，z＝0.49)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.27，y＝0.02，z＝0.12)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.30，y＝0.26，z＝0.65)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.33，y＝0.44，z＝0.29)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.38，y＝0.02，z＝0.40)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.39，y＝0.73，z＝0.35)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.41，y＝0.24，z＝0.07)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.43，y＝0.47，z＝0.57)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.46，y＝0.51，z＝0.11)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.47，y＝0.79，z＝0.15)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.50，y＝0.25，z＝0.36)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.64，y＝0.03，z＝0.12)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.66，y＝0.34，z＝0.23)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.72，y＝0.03，z＝0.40)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.78，y＝0.51，z＝0.12)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.80，y＝0.25，z＝0.06)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.96，y＝0.02，z＝0.12)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.98，y＝0.27，z＝0.64)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.97，y＝0.55，z＝0.72)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.95，y＝0.98，z＝0.60)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.90，y＝0.26，z＝0.35)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.90，y＝0.77，z＝0.94)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.88，y＝0.49，z＝0.91)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.88，y＝0.53，z＝0.43)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.87，y＝0.21，z＝0.83)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.81，y＝0.79，z＝0.16)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.80，y＝0.77，z＝0.64)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.75，y＝0.34，z＝0.51)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.73，y＝0.98，z＝0.88)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.70，y＝0.74，z＝0.35)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.67，y＝0.56，z＝0.71)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.62，y＝0.98，z＝0.60)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.61，y＝0.27，z＝0.65)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.59，y＝0.76，z＝0.93)

59、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.58，y＝0.53，z＝0.43)

60、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.54，y＝0.49，z＝0.89)

61、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.53，y＝0.21，z＝0.85)

62、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.50，y＝0.75，z＝0.64)

63、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.36，y＝0.97，z＝0.88)

64、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.34，y＝0.66，z＝0.77)

65、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.28，y＝0.97，z＝0.60)

66、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.22，y＝0.49，z＝0.88)

67、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.20，y＝0.75，z＝0.94)

68、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.04，y＝0.98，z＝0.88)

69、晶體結構參數(y)：

70、晶格常數為，

71、

72、

73、

74、α＝111.70±0.50°、

75、β＝107.70±0.50°、及

76、γ＝90.00±0.50°，

77、晶系示出三斜晶，

78、空間群p-1所具有的下述原子配置中的金屬為in、ga及al中的任一個，或者為in、ga及al中的任二個以上以一定的比率共用同一原子坐標的狀態，

79、配置金屬的原子坐標包含

80、x±0.01、

81、y±0.01、

82、z±0.01的幅度，

83、配置氧的原子坐標包含

84、x±0.01、

85、y±0.01、

86、z±0.01的幅度。

87、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.04，y＝0.36，z＝0.87)

88、原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.13，y＝0.12，z＝0.62)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.21，y＝0.85，z＝0.39)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.23，y＝0.11，z＝0.97)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.29，y＝0.64，z＝0.11)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.46，y＝0.12，z＝0.63)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.58，y＝0.14，z＝0.01)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.62，y＝0.64，z＝0.11)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.69，y＝0.18，z＝0.32)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.09，y＝0.88，z＝0.03)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.02，y＝0.13，z＝0.30)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.06，y＝0.61，z＝0.46)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.15，y＝0.40，z＝0.19)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.26，y＝0.36，z＝0.54)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.34，y＝0.13，z＝0.30)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.41，y＝0.61，z＝0.45)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.48，y＝0.40，z＝0.23)原子種類：金屬，原子坐標(x＝0.84，y＝0.39，z＝0.23)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.02，y＝0.73，z＝0.36)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.03，y＝0.45，z＝0.29)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.05，y＝0.02，z＝0.40)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.10，y＝0.74，z＝0.65)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.10，y＝0.23，z＝0.06)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.12，y＝0.51，z＝0.09)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.12，y＝0.47，z＝0.57)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.13，y＝0.79，z＝0.17)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.19，y＝0.21，z＝0.84)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.20，y＝0.23，z＝0.36)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.25，y＝0.66，z＝0.49)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.27，y＝0.02，z＝0.12)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.30，y＝0.26，z＝0.65)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.33，y＝0.44，z＝0.29)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.38，y＝0.02，z＝0.40)原子種類：氧，原子坐標(x＝0.39，y＝0.73，z＝0.35)

89、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.41，y＝0.24，z＝0.07)

90、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.43，y＝0.47，z＝0.57)

91、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.46，y＝0.51，z＝0.11)

92、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.47，y＝0.79，z＝0.15)

93、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.50，y＝0.25，z＝0.36)

94、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.64，y＝0.03，z＝0.12)

95、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.66，y＝0.34，z＝0.23)

96、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.72，y＝0.03，z＝0.40)

97、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.78，y＝0.51，z＝0.12)

98、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.80，y＝0.25，z＝0.06)

99、原子種類：氧，原子坐標(x＝0.96，y＝0.02，z＝0.12)

100、[6]

101、如[5]所述的燒結體，在對通過對所述燒結體進行x射線衍射測量而得到的光譜進行rietveld解析來計算含in元素的方鐵錳礦結構、空間群屬于p1或p-1中的任一方的晶體結構、以及其他晶體結構的重量比率的情況下，所述含in元素的方鐵錳礦結構的晶體相對于燒結體整體的晶體的重量比率為70％以上。

102、[7]

103、如[1]～[6]的任一項所述的燒結體，所述燒結體包含h元素，所述燒結體中包含的所述h元素的原子濃度為1×1016cm-3以上且小于1×1018cm-3。

104、[8]

105、如[1]～[7]的任一項所述的燒結體，所述燒結體包含c元素，所述燒結體中包含的所述c元素的原子濃度為1×1016cm-3以上且小于1×1018cm-3。

106、[9]

107、如[1]～[8]的任一項所述的燒結體，抗折強度為190mpa以上。

108、[10]

109、一種濺射靶，使用了[1]～[9]的任一項所述的氧化物的燒結體。

110、[11]

111、一種氧化物薄膜，使用了[10]所述的濺射靶。

112、[12]

113、一種薄膜晶體管，包含[11]所述的氧化物薄膜。

114、[13]

115、一種電子設備，包含[12]所述的薄膜晶體管。

116、[14]

117、一種燒結體的制造方法，是制造包含in元素、ga元素及al元素的氧化物的燒結體的方法，具有：

118、利用珠磨機將氧化銦、氧化鎵及氧化鋁混合及破碎，通過噴霧干燥法進行造粒而得到造粒粉末，然后對所述造粒粉末進行分級的工序；

119、將所述分級后的造粒粉末成形而得到成形體的成形工序；

120、對所述成形體進行燒結的燒結工序，

121、所述燒結體的in元素及al元素的原子組成比滿足下述式(1)及下述式(2)。

122、[in]/([in]+[ga]+[al])＞0.70....(1)

123、[al]/([in]+[ga]+[al])＞0.01....(2)

124、根據本發明的一方案，能夠提供一種燒結體，即使在大型裝置中也能夠穩定地進行濺射，tft的加工性優異且可得到高遷移率及光可靠性的面內均勻性優異的tft，并能夠提供使用了該燒結體的濺射靶、使用了該濺射靶的氧化物薄膜、包含該氧化物薄膜的薄膜晶體管及包含該薄膜晶體管的電子設備、以及tft的加工性優異且可得到高遷移率及光可靠性的面內均勻性優異的tft的燒結體的制造方法。