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JP2019038735A - Oxide sintered body, oxide sintered body manufacturing method, sputtering target, and amorphous oxide semiconductor thin film - Google Patents

Oxide sintered body, oxide sintered body manufacturing method, sputtering target, and amorphous oxide semiconductor thin film Download PDF

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JP2019038735A
JP2019038735A JP2017200331A JP2017200331A JP2019038735A JP 2019038735 A JP2019038735 A JP 2019038735A JP 2017200331 A JP2017200331 A JP 2017200331A JP 2017200331 A JP2017200331 A JP 2017200331A JP 2019038735 A JP2019038735 A JP 2019038735A
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sintered body
thin film
oxide sintered
oxide
phase
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JP2017200331A
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Japanese (ja)
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文彦 松村
Fumihiko Matsumura
文彦 松村
中山 徳行
Noriyuki Nakayama
徳行 中山
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

【課題】安定して低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示す非晶質の酸化物半導体薄膜を形成することが可能な酸化物焼結体を提供する。【解決手段】構成元素として、In、Si、及びSnを含有する酸化物焼結体であって、ビックスバイト型構造のIn2O3相と蛍石型構造のIn4Sn3O12相とを含み、In及びSiの合計に対するSiの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつIn、Si、及びSnの合計に対するSnの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たす。【選択図】なしAn oxide sintered body capable of forming an amorphous oxide semiconductor thin film stably exhibiting a low carrier concentration and a high carrier mobility is provided. An oxide sintered body containing In, Si, and Sn as constituent elements, including an In2O3 phase having a bixbite type structure and an In4Sn3O12 phase having a fluorite type structure, the sum of In and Si The content of Si with respect to the atomic ratio is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3, and the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn is 0.1 ≦ Sn / ( In + Si + Sn) ≦ 0.2 is satisfied. [Selection figure] None

Description

本発明は、主にインジウム、ケイ素、及びスズを含有する酸化物焼結体、酸化物焼結体の製造方法、スパッタリング用ターゲット、及び非晶質の酸化物半導体薄膜に関する。   The present invention relates to an oxide sintered body mainly containing indium, silicon, and tin, a method for producing the oxide sintered body, a sputtering target, and an amorphous oxide semiconductor thin film.

薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)は、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)の1種である。TFTは、基本構成としてゲート端子、ソース端子、及びドレイン端子を備えた3端子素子であり、基板上に成膜した半導体薄膜を、電子又はホールが移動するチャネル層として用い、ゲート端子に電圧を印加して、チャネル層に流れる電流を制御し、ソース端子とドレイン端子間の電流をスイッチングする機能を有するアクティブ素子である。TFTは、現在、最も多く実用化されている電子デバイスであり、その代表的な用途として液晶駆動用素子がある。   A thin film transistor (TFT) is a kind of a field effect transistor (FET). A TFT is a three-terminal element having a gate terminal, a source terminal, and a drain terminal as a basic configuration. A semiconductor thin film formed on a substrate is used as a channel layer in which electrons or holes move, and a voltage is applied to the gate terminal. This is an active element having a function of switching the current between the source terminal and the drain terminal by applying and controlling the current flowing in the channel layer. A TFT is an electronic device that is most frequently put into practical use, and a typical application is a liquid crystal driving element.

TFTとして、現在、最も広く使われているのは多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜をチャネル層材料としたMetal−Insulator−Semiconductor−FET(MIS−FET)である。シリコンを用いたMIS−FETは、可視光に対して不透明であるため、透明回路を構成することができない。このため、MIS−FETを液晶ディスプレイの液晶駆動用スイッチング素子として応用した場合、該デバイスは、ディスプレイ画素の開口比が小さくなる。   Currently, the most widely used TFT is a metal-insulator-semiconductor-FET (MIS-FET) using a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film as a channel layer material. Since the MIS-FET using silicon is opaque to visible light, a transparent circuit cannot be formed. For this reason, when the MIS-FET is applied as a switching element for liquid crystal driving of a liquid crystal display, the device has a small aperture ratio of display pixels.

また、最近では、液晶の高精細化が求められるのに伴い、液晶駆動用スイッチング素子にも高速駆動が求められるようになってきている。高速駆動を実現するためには、キャリアである電子又はホールの移動度が少なくともアモルファスシリコンのそれより高い半導体薄膜をチャネル層に用いる必要が出てきている。   In recent years, with the demand for higher definition of liquid crystal, high-speed driving has been required for liquid crystal driving switching elements. In order to realize high-speed driving, it has become necessary to use a semiconductor thin film in which the mobility of electrons or holes as carriers is at least higher than that of amorphous silicon for the channel layer.

このような状況に対して、特許文献1では、気相成膜法で成膜され、In、Ga、Zn、及びOの元素から構成される透明アモルファス酸化物薄膜であって、該酸化物の組成は、結晶化したときの組成がInGaO(ZnO)(mは6未満の自然数)であり、不純物イオンを添加せずに、キャリア移動度(キャリア電子移動度ともいう)が1cm/(V・s)超、かつキャリア濃度(キャリア電子濃度ともいう)が1016/cm以下である半絶縁性であることを特徴とする透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜、及びこの透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜をチャネル層としたことを特徴とする薄膜トランジスタが提案されている。 For such a situation, Patent Document 1 discloses a transparent amorphous oxide thin film formed by vapor phase film formation and composed of elements of In, Ga, Zn, and O. The composition is InGaO 3 (ZnO) m (m is a natural number less than 6) when crystallized, and the carrier mobility (also referred to as carrier electron mobility) is 1 cm 2 // without adding impurity ions. A transparent semi-insulating amorphous oxide thin film characterized by having a semi-insulating property exceeding (V · s) and having a carrier concentration (also referred to as carrier electron concentration) of 10 16 / cm 3 or less, and this transparent semi-insulating material A thin film transistor characterized by using a conductive amorphous oxide thin film as a channel layer has been proposed.

また、特許文献2には、特許文献1に記載のアモルファス酸化物薄膜を形成することを目的としたスパッタリングターゲット、すなわち、少なくともIn、Zn、Gaを含む焼結体ターゲットであって、その組成にIn、Zn、Gaを含み、相対密度が75%以上、かつ抵抗値ρが50Ωcm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットが提案されている。   Patent Document 2 discloses a sputtering target for forming the amorphous oxide thin film described in Patent Document 1, that is, a sintered body target containing at least In, Zn, and Ga, and the composition thereof is A sputtering target including In, Zn, and Ga, having a relative density of 75% or more and a resistance value ρ of 50 Ωcm or less has been proposed.

また、特許文献3では、高いキャリア移動度を実現する材料として、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子数比Ga/(Ga+In)が0.001〜0.12であり、全金属原子に対するインジウムとガリウムとの含有率が80原子%以上であり、Inのビックスバイト構造を有する酸化物薄膜を用いることを特徴とする薄膜トランジスタが提案されており、その原料として、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子比Ga/(Ga+In)が0.001〜0.12であり、全金属原子に対するインジウムとガリウムの含有率が80原子%以上であり、Inのビックスバイト構造を有することを特徴とする酸化物焼結体が提案されている。 In Patent Document 3, as a material that realizes high carrier mobility, gallium is dissolved in indium oxide, the atomic ratio Ga / (Ga + In) is 0.001 to 0.12, and all metal atoms A thin film transistor characterized by using an oxide thin film having an indium and gallium content of 80 atomic% or more and an In 2 O 3 bixbyite structure has been proposed. It is a solid solution in indium, the atomic ratio Ga / (Ga + In) is 0.001 to 0.12, the content ratio of indium and gallium with respect to all metal atoms is 80 atomic% or more, and the In 2 O 3 bix An oxide sintered body characterized by having a bite structure has been proposed.

また、特許文献4には、ビックスバイト構造を有し、酸化インジウム、酸化ガリウム及び正三価及び/又は正四価の金属を含有する酸化物焼結体であって、正三価及び/又は正四価の金属含有量が100〜10000ppmであって、インジウム(In)とガリウム(Ga)の組成量が原子%で0.005<In/(In+Ga)<0.15の式を満たす組成範囲にある焼結体が記載され、TFT評価では、60cm/V・s程度の高い移動度を示す実施例が開示されている。 Patent Document 4 discloses an oxide sintered body having a bixbite structure and containing indium oxide, gallium oxide, and a positive trivalent and / or positive tetravalent metal, and is a positive trivalent and / or positive tetravalent. Sintering in which the metal content is 100 to 10,000 ppm, and the composition amount of indium (In) and gallium (Ga) is in the composition range satisfying the equation 0.005 <In / (In + Ga) <0.15 in atomic%. The body is described, and the TFT evaluation discloses an example showing a high mobility of about 60 cm 2 / V · s.

また、特許文献5には、酸化インジウムを主成分とし、シリコンがドープされ、さらにスズ又はタングステンがドーピングされることにより製造された、透過率の大きい透明導電性薄膜が提案されている。   Patent Document 5 proposes a transparent conductive thin film having a high transmittance, which is manufactured by doping indium oxide as a main component, doping silicon, and further doping with tin or tungsten.

特開2010−219538号公報JP 2010-219538 A 特開2007−073312号公報JP 2007-0773312 A 国際公開第2010/032422号International Publication No. 2010/032422 国際公開第2011/152048号International Publication No. 2011/152048 特開2004−087451号公報JP 2004-087451 A

しかしながら、特許文献1では、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法のいずれかの気相成膜法で成膜され、In、Ga、Zn、及びOの元素から構成される透明アモルファス酸化物薄膜(a−IGZO膜)は、そのキャリア電子移動度が概ね1〜10cm/(V・秒)の範囲にとどまり、ディスプレイのさらなる高精細化に対してキャリア移動度が不足するおそれがある。 However, in Patent Document 1, a transparent amorphous oxide thin film (a−) formed by vapor phase film formation of either sputtering or pulse laser vapor deposition and composed of elements of In, Ga, Zn, and O is used. The IGZO film) has a carrier electron mobility in the range of approximately 1 to 10 cm 2 / (V · sec), and there is a possibility that the carrier mobility is insufficient for further high definition display.

また、特許文献2に記載されたターゲットがホモロガス相の結晶構造を示す多結晶酸化物焼結体であるため、このターゲットにより得られるアモルファス酸化物薄膜は、特許文献1と同様に、キャリア移動度が概ね10cm/V・s程度にとどまってしまう。 In addition, since the target described in Patent Document 2 is a polycrystalline oxide sintered body having a homologous phase crystal structure, the amorphous oxide thin film obtained by this target has a carrier mobility as in Patent Document 1. However, it is only about 10 cm 2 / V · s.

また、特許文献3に記載された結晶質の酸化物半導体薄膜をTFTに適用した場合、結晶粒界に起因するTFT特性のばらつきが課題であり、特に、第8世代以上の大型ガラス基板上に、均一にTFTを形成することは極めて困難である。すなわち、TFT特性のばらつきを抑制するため、酸化物半導体薄膜を非晶質の状態にする要請がある。   In addition, when the crystalline oxide semiconductor thin film described in Patent Document 3 is applied to a TFT, variations in TFT characteristics due to crystal grain boundaries are a problem, particularly on a large glass substrate of the eighth generation or higher. It is extremely difficult to form TFTs uniformly. That is, in order to suppress variation in TFT characteristics, there is a demand for an oxide semiconductor thin film to be in an amorphous state.

また、特許文献4に記載された焼結体によって得られる酸化物半導体薄膜には、微結晶等が生成し易い点が課題であり、特に、大型ガラス基板上に歩留まり良くTFTを形成することが困難になる。一般に酸化物半導体の薄膜トランジスタの製造工程では、一旦、非晶質膜を形成し、その後のアニール処理によって非晶質あるいは結晶質の酸化物半導体薄膜を得る。この非晶質膜形成工程の後、所望のチャネル層の形状にパターニング加工するため、蓚酸や塩酸等を含む水溶液等の弱酸によるウェットエッチングを実施する。ところが、特許文献4において実質的にビッグスバイト構造のみからなる酸化物焼結体を用いた場合には、形成される非晶質膜の結晶化温度が低くなってしまい、成膜後の段階ですでに微結晶が生成されるため、エッチング工程で残渣が発生し、あるいは部分的に結晶化してエッチングできないといった問題が生じる。すなわち、フォトリソグラフィ技術等を利用して、ウェットエッチング法により、所望のTFTチャネル層のパターンを形成することが困難となるか、あるいはTFT形成ができたとしても安定動作しない等の問題が起こってしまう。   In addition, the oxide semiconductor thin film obtained by the sintered body described in Patent Document 4 has a problem that microcrystals and the like are easily generated, and in particular, a TFT can be formed on a large glass substrate with a high yield. It becomes difficult. In general, in the manufacturing process of an oxide semiconductor thin film transistor, an amorphous film is once formed, and an amorphous or crystalline oxide semiconductor thin film is obtained by subsequent annealing. After this amorphous film formation step, wet etching with a weak acid such as an aqueous solution containing oxalic acid or hydrochloric acid is performed in order to perform patterning into a desired channel layer shape. However, in the case of using an oxide sintered body having substantially only a bigsbite structure in Patent Document 4, the crystallization temperature of the formed amorphous film is lowered, and this is a stage after the film formation. In this case, microcrystals are generated, and therefore, there is a problem that a residue is generated in the etching process, or that it is partially crystallized and cannot be etched. That is, it becomes difficult to form a desired TFT channel layer pattern by a wet etching method using photolithography technology or the like, or even if a TFT can be formed, there is a problem that it does not operate stably. End up.

また、特許文献5に記載された透明導電性薄膜では、結晶化温度が180℃以上と比較的低温で結晶化してしまう。成膜後の段階ですでに微結晶が生成してエッチング工程で残渣が発生し、あるいは部分的に結晶化してエッチングできないといった問題が生じる。上記特許文献4と同様に、所望のTFTチャネル層のパターンを形成することが困難になるか、あるいはTFT形成ができたとしても安定動作しない等の問題が起こってしまう。   Moreover, in the transparent conductive thin film described in Patent Document 5, the crystallization temperature is crystallized at a relatively low temperature of 180 ° C. or higher. There is a problem in that microcrystals are already generated at the stage after film formation and residues are generated in the etching process, or it is partially crystallized and cannot be etched. As in the above-mentioned Patent Document 4, it becomes difficult to form a desired TFT channel layer pattern, or even if a TFT can be formed, there is a problem that it does not operate stably.

さらに、非晶質の酸化物半導体薄膜がTFTに使用される際、TFTのon/offを高めるため、低いキャリア濃度を示すことが求められているが、特許文献1〜5には、このような酸化物半導体薄膜を形成することが可能な酸化物焼結体が記載されていない。   Furthermore, when an amorphous oxide semiconductor thin film is used for a TFT, it is required to exhibit a low carrier concentration in order to increase the on / off of the TFT. An oxide sintered body capable of forming a simple oxide semiconductor thin film is not described.

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて考案されたものであり、TFT特性のばらつきを抑制し、良好なウェットエッチング性を有し、かつ低いキャリア濃度で高いキャリア移動度を示す非晶質の酸化物半導体薄膜を形成することが可能な、新規かつ改良された酸化物焼結体、酸化物焼結体の製造方法、スパッタリング用ターゲット、及び非晶質の酸化物半導体薄膜を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems of the prior art, suppresses variations in TFT characteristics, has good wet etching properties, and exhibits high carrier mobility at a low carrier concentration. A novel and improved oxide sintered body capable of forming an amorphous oxide semiconductor thin film, a method for producing the oxide sintered body, a sputtering target, and an amorphous oxide semiconductor thin film The purpose is to provide.

すわなち、上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る酸化物焼結体は、構成元素として、In、Si、及びSnを含有する酸化物焼結体であって、ビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相とを含み、前記In及び前記Siの合計に対する該Siの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつ前記In、前記Si、及び前記Snの合計に対する該Snの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たすことを特徴とする。 That is, in order to achieve the above object, an oxide sintered body according to one aspect of the present invention is an oxide sintered body containing In, Si, and Sn as constituent elements, and is a bixbite type. The In 2 O 3 phase having a structure and the In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure, and the content of Si with respect to the sum of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si ) ≦ 0.3, and the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn satisfies the relational expression of 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 in terms of atomic ratio. And

また、本発明の一態様では、トルトバイタイト型構造のIn(Si)相をさらに含むことが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that an In 2 (Si 2 O 7 ) phase having a tortuitite structure is further included.

また、本発明の一態様では、前記In及び前記Siの合計に対する該Siの含有量が原子数比で0.1≦Si/(In+Si)<0.2の関係式を満たすことが好ましい。   In one embodiment of the present invention, it is preferable that the content of Si with respect to the sum of In and Si satisfies a relational expression of 0.1 ≦ Si / (In + Si) <0.2 in terms of an atomic ratio.

本発明の他の態様では、上述した酸化物焼結体の製造方法であって、前記In及び前記Siの合計に対する該Siの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつ前記In、前記Si、及び前記Snの合計に対する該Snの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たすように、酸化インジウム粉末、二酸化ケイ素粉末、及び酸化スズ粉末を混合する混合工程と、前記混合工程で得られた混合粉末を成形する成形工程と、前記成形工程で得られた成形体を焼成する焼成工程とを有することを特徴とする。   In another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the above-described oxide sintered body, wherein the content of Si with respect to the sum of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ in atomic ratio. Indium oxide so that the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn satisfies the relational expression of 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 in terms of atomic ratio A mixing step of mixing powder, silicon dioxide powder, and tin oxide powder; a forming step of forming the mixed powder obtained in the mixing step; and a firing step of firing the molded body obtained in the forming step. It is characterized by that.

本発明の他の態様に係るスパッタリング用ターゲットは、上述した酸化物焼結体からなることを特徴とする。   A sputtering target according to another aspect of the present invention is characterized by comprising the above-described oxide sintered body.

本発明の他の態様では、構成元素として、In、Si、及びSnを含有する酸化物焼結体から構成される非晶質の酸化物半導体薄膜であって、ビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相とを含み、前記In及び前記Siの合計に対する該Siの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつ前記In、前記Si、及び前記Snの合計に対する該Snの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たし、キャリア濃度が9.8×1018cm−3以下であり、かつキャリア移動度が5.8cm/V・s以上であることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, an amorphous oxide semiconductor thin film composed of an oxide sintered body containing In, Si, and Sn as constituent elements, wherein the In 2 O has a bixbite structure. 3 phase and an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure, and the content of Si with respect to the sum of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3 in atomic ratio. In addition, the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn satisfies the relational expression of 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 in terms of atomic ratio, and the carrier concentration is 9.8 × It is 10 18 cm −3 or less, and carrier mobility is 5.8 cm 2 / V · s or more.

また、本発明の他の態様では、キャリア濃度が9.0×1017cm−3以下であり、かつキャリア移動度が10cm/V・s以上であることが好ましい。 In another aspect of the present invention, it is preferable that the carrier concentration is 9.0 × 10 17 cm −3 or less and the carrier mobility is 10 cm 2 / V · s or more.

本発明によれば、良好なウェットエッチング性を有し、かつ低いキャリア濃度で高いキャリア移動度を示す非晶質の酸化物半導体薄膜を安定して形成することができる。   According to the present invention, it is possible to stably form an amorphous oxide semiconductor thin film having good wet etching properties and high carrier mobility at a low carrier concentration.

本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the oxide sintered compact which concerns on one Embodiment of this invention. X線回折測定により得られた実施例7及び比較例3、4の酸化物焼結体のX線回折パターンを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the X-ray-diffraction pattern of Example 7 and the oxide sintered compact of Comparative Examples 3 and 4 obtained by X-ray-diffraction measurement.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.

[1.酸化物焼結体]
まず、本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体の組成について説明する。この酸化物焼結体は、構成元素として、インジウム(In)、ケイ素(Si)、及びスズ(Sn)を含有し、In及びSiの合計に対するSiの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3であり、かつIn、Si、及びSnの合計に対するSnの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たすことを特徴とする。
[1. Oxide sintered body]
First, the composition of the oxide sintered body according to one embodiment of the present invention will be described. This oxide sintered body contains indium (In), silicon (Si), and tin (Sn) as constituent elements, and the content of Si with respect to the total of In and Si is 0.05 ≦ number by atomic ratio. Si / (In + Si) ≦ 0.3, and the Sn content with respect to the sum of In, Si, and Sn satisfies the relational expression of 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 in terms of atomic ratio. It is characterized by.

In及びSiの合計に対するSiの含有量は、原子数比で、0.05≦Si/(In+Si)≦0.3の関係式を満たし、好ましくは0.1≦Si/(In+Si)<0.2の関係式を満たし、より好ましくは0.12≦Si/(In+Si)≦0.15の関係式を満たす。これは、ケイ素が酸素との結合力が強く、後述する本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜の酸素欠損量を低減させる効果があるので、キャリア濃度は低く抑えられ、キャリア移動度の高いものが得られるからである。Si/(In+Si)が0.05未満の場合、非晶質の酸化物半導体薄膜の酸素欠損量を低減させることができないため、これらの効果が十分得られない。一方、Si/(In+Si)が0.3を超えると、スパッタリングターゲットのバルク抵抗値が高くなり、スパッタリング時にアーク放電(アーキング)のような異常放電により、均質な膜を得ることができなくなる。   The Si content relative to the total of In and Si satisfies the relational expression of 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3, preferably 0.1 ≦ Si / (In + Si) <0. 2 is satisfied, more preferably 0.12 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.15. This is because silicon has a strong bonding force with oxygen and has the effect of reducing the amount of oxygen vacancies in the amorphous oxide semiconductor thin film according to the present embodiment, which will be described later. It is because a thing with high is obtained. When Si / (In + Si) is less than 0.05, the amount of oxygen vacancies in the amorphous oxide semiconductor thin film cannot be reduced, so that these effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when Si / (In + Si) exceeds 0.3, the bulk resistance value of the sputtering target becomes high, and a homogeneous film cannot be obtained due to abnormal discharge such as arc discharge (arcing) during sputtering.

本実施形態に係る酸化物焼結体は、上記の通り規定される組成範囲のInとSiに加え、Snを含有する。In、Si、及びSnの合計に対するSnの含有量は、原子数比で、0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たし、好ましくは0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.17の関係式を満たす。Snは、後述する本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度を高める効果を有する。この効果によって、本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜をTFTに適用した場合には、TFTのon/offを高めることが可能になる。Sn/(In+Si+Sn)が0.1未満の場合は、キャリア濃度の抑制効果が無く、高キャリア濃度となり、TFTのon/off駆動しない可能性がある。また、熱処理後の薄膜の結晶構造としては、微結晶の部分を含むため、エッチングを行った際に残渣発生の可能性がある。一方、Sn/(In+Si+Sn)が0.2を超えると、キャリア濃度が抑制されるが、スパッタリングターゲットのバルク抵抗値が高くなり、スパッタリング時に異常放電(アーキング)のような異常放電により、均質な膜を得ることができなくなる。   The oxide sintered body according to the present embodiment contains Sn in addition to In and Si in the composition range defined as described above. The Sn content relative to the total of In, Si, and Sn satisfies the relational expression 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2, preferably 0.1 ≦ Sn / ( In + Si + Sn) ≦ 0.17 is satisfied. Sn has the effect of increasing the crystallization temperature of the amorphous oxide semiconductor thin film according to this embodiment described later. Due to this effect, when the amorphous oxide semiconductor thin film according to this embodiment is applied to a TFT, it is possible to increase the on / off of the TFT. When Sn / (In + Si + Sn) is less than 0.1, there is no effect of suppressing the carrier concentration, the carrier concentration becomes high, and the TFT may not be turned on / off. Further, since the crystal structure of the thin film after the heat treatment includes a microcrystalline portion, there is a possibility that a residue is generated when etching is performed. On the other hand, if Sn / (In + Si + Sn) exceeds 0.2, the carrier concentration is suppressed, but the bulk resistance value of the sputtering target becomes high, and a homogeneous film is formed by abnormal discharge such as abnormal discharge (arcing) during sputtering. You will not be able to get.

次いで、本実施形態に係る酸化物焼結体の焼結体組織について説明する。本実施形態では、酸化物焼結体を原料とするスパッタリング用ターゲットを用いて得られる非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度を高めるため、酸化物焼結体の焼結体組織が重要である。   Next, the sintered body structure of the oxide sintered body according to this embodiment will be described. In this embodiment, in order to raise the crystallization temperature of the amorphous oxide semiconductor thin film obtained using the sputtering target which uses an oxide sintered compact as a raw material, the sintered compact structure of an oxide sintered compact is important. It is.

本実施形態に係る酸化物焼結体は、ビックスバイト型構造のIn相と、In相以外の中間化合物として蛍石型構造のInSn12相とによって構成される。本実施形態では、ビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相とを含むことで、得られる酸化物半導体薄膜が高い結晶化温度となる。特に、蛍石型構造のInSn12相を含む酸化物焼結体により得られる酸化物薄膜は高い結晶化温度、すなわち300℃以上の結晶化温度を示し、安定な非晶質となる。このような非晶質の酸化物薄膜は、TFT製造においてウェットエッチングによるパターニング加工においてエッチング残渣が残らないので、良好なエッチング性を示す。 The oxide sintered body according to the present embodiment is configured by an In 2 O 3 phase having a bixbite structure and an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure as an intermediate compound other than the In 2 O 3 phase. The In this embodiment, the oxide semiconductor thin film obtained has a high crystallization temperature by including the In 2 O 3 phase having a bixbyite structure and the In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure. In particular, an oxide thin film obtained by an oxide sintered body including an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure has a high crystallization temperature, that is, a crystallization temperature of 300 ° C. or higher, and is stable amorphous. Become. Such an amorphous oxide thin film exhibits good etching properties because no etching residue remains in patterning processing by wet etching in TFT manufacturing.

また、本実施形態では、トルトバイタイト型構造のIn(Si)相をさらに含んでもよい。これにより、非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度をさらに高めることができるため、高温処理時にエッチング残渣をより確実に抑制でき、大量生産において歩留まりがないものとなる。ただし、トルトバイタイト型構造のIn(Si)相を多量に含むと、このIn(Si)相が導電性に乏しく、スパッタリングの際に異常放電の原因となるおそれがある。 Further, in the present embodiment may further comprise In 2 (Si 2 O 7) phase Toruto by tight structure. As a result, the crystallization temperature of the amorphous oxide semiconductor thin film can be further increased, so that etching residues can be more reliably suppressed during high-temperature processing, and there is no yield in mass production. However, if a large amount of In 2 (Si 2 O 7 ) phase having a tortuitite structure is included, this In 2 (Si 2 O 7 ) phase is poor in conductivity and may cause abnormal discharge during sputtering. There is.

[2.酸化物焼結体の製造方法]
次に、本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法の概略を示すフロー図である。本実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法は、図1に示すように、混合工程S1と成形工程S2と焼結工程S3とを有する。
[2. Manufacturing method of oxide sintered body]
Next, the manufacturing method of the oxide sintered compact concerning one embodiment of the present invention is explained using a drawing. FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a method for producing an oxide sintered body according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the method for manufacturing an oxide sintered body according to this embodiment includes a mixing step S1, a forming step S2, and a sintering step S3.

まず、混合工程S1は、In、Si、及びSnを含む原料粉末を混合する工程である。   First, the mixing step S1 is a step of mixing raw material powder containing In, Si, and Sn.

本実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法では、これらの原料粉末が混合された後、成形され、成形体を常圧焼結法によって焼結される。そのため、この酸化物焼結体の組織の生成相は、本実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法の各工程S1〜S3における製造条件、例えば原料粉末の粒径、混合条件及び焼結条件に強く依存する。   In the method for manufacturing an oxide sintered body according to this embodiment, these raw material powders are mixed and then molded, and the molded body is sintered by a normal pressure sintering method. Therefore, the generation phase of the structure of the oxide sintered body is the manufacturing conditions in each step S1 to S3 of the method for manufacturing the oxide sintered body according to the present embodiment, for example, the particle size of the raw material powder, the mixing conditions, and the sintering. Strongly dependent on conditions.

原料粉末としては、酸化インジウム粉末、二酸化ケイ素粉末、及び酸化スズを用いることが好ましいが、一酸化ケイ素粉末や金属ケイ素粉末を用いてもよい。例えば、原料粉末を樹脂製ポットに入れ、バインダー(例えば、PVA)等とともに湿式ボールミル等で混合する。焼結体の各結晶粒を5μm以下に制御するためには、上記ボールミル混合を18時間以上行うことが好ましい。この際、ボールミルに使用される混合用ボールとしては、硬質ZrOボールを用いればよい。 As the raw material powder, indium oxide powder, silicon dioxide powder, and tin oxide are preferably used, but silicon monoxide powder or metal silicon powder may be used. For example, raw material powder is put into a resin pot and mixed with a binder (for example, PVA) or the like by a wet ball mill or the like. In order to control each crystal grain of the sintered body to 5 μm or less, it is preferable to perform the ball mill mixing for 18 hours or more. At this time, hard ZrO 2 balls may be used as the mixing balls used in the ball mill.

本実施形態で得られる酸化物焼結体の焼結体組織は、ビックスバイト型構造のIn相と、In相以外の中間化合物として蛍石型構造のInSn12相とから構成され、場合によってはトルトバイタイト型構造のIn(Si)相を含むが、各結晶粒の平均粒径が5μm以下になるよう制御されることが好ましい。このため、原料粉末である酸化インジウム粉末、二酸化ケイ素粉末、及び酸化スズの平均粒径をそれぞれ3.0μm以下とすることが好ましく、それぞれ1.0μm以下とすることがより好ましい。なお、平均粒径とは、レーザー回折法で得られる体積基準の粒度分布を示すものである。 The sintered body structure of the oxide sintered body obtained in the present embodiment has a bixbite type In 2 O 3 phase and an intermediate compound other than the In 2 O 3 phase, In 4 Sn 3 O having a fluorite type structure. It is composed of 12 phases, and in some cases includes an In 2 (Si 2 O 7 ) phase having a tortuitite structure, but it is preferable to control the average grain size of each crystal grain to be 5 μm or less. For this reason, it is preferable that the average particle diameter of the indium oxide powder, the silicon dioxide powder, and the tin oxide that are raw material powders is 3.0 μm or less, and more preferably 1.0 μm or less, respectively. The average particle size indicates a volume-based particle size distribution obtained by a laser diffraction method.

酸化インジウム粉末は、ITO(スズ添加インジウム酸化物)の原料であり、焼結性に優れた微細な酸化インジウム粉末の開発がITOの改良とともに進められてきた。酸化インジウム粉末は、ITO用原料として大量に継続して使用されているため、最近では平均粒径1.0μm以下の原料粉末を入手することが可能である。また、二酸化ケイ素粉末は、セラミックスやガラスの原料として広くに使用されておりであるため、平均粒径1.0μm以下の原料粉末を入手することが可能である。さらに、酸化スズ粉末は、ITO(スズ添加インジウム酸化物)の原料であり、焼結性に優れた微細な酸化スズ粉末の開発は、ITOの改良とともに進められてきた。酸化スズ粉末も、酸化インジウム同様にITO用原料として大量に継続して使用されているため、最近では平均粒径1.0μm以下の原料粉末を入手することが可能である。   Indium oxide powder is a raw material of ITO (tin-added indium oxide), and development of fine indium oxide powder excellent in sinterability has been promoted along with improvement of ITO. Since indium oxide powder has been continuously used in large quantities as a raw material for ITO, it is possible to obtain a raw material powder having an average particle size of 1.0 μm or less recently. Moreover, since silicon dioxide powder is widely used as a raw material for ceramics and glass, it is possible to obtain a raw material powder having an average particle size of 1.0 μm or less. Furthermore, tin oxide powder is a raw material for ITO (tin-added indium oxide), and development of fine tin oxide powder excellent in sinterability has been promoted along with improvement of ITO. Since tin oxide powder has been used continuously as a raw material for ITO like indium oxide, it is possible to obtain a raw material powder having an average particle size of 1.0 μm or less recently.

次いで、成形工程S2は、上記混合工程S1において得られた混合粉末を成形する工程である。すなわち、原料粉末の混合後は、スラリーを取り出し、スプレードライヤー等により造粒を行う。その後、得られた造粒物を、冷間静水圧プレスで9.8MPa(0.1ton/cm)〜294MPa(3ton/cm)程度の圧力をかけて成形し、成形体とする。 Next, the molding step S2 is a step of molding the mixed powder obtained in the mixing step S1. That is, after mixing the raw material powder, the slurry is taken out and granulated by a spray dryer or the like. Thereafter, the granulated product obtained was molded by applying a pressure of about 9.8MPa (0.1ton / cm 2) ~294MPa (3ton / cm 2) cold isostatic pressing, the molded body.

次いで、焼結工程S3は、上記成形工程S2で得られた成形体を焼結する工程である。焼結手段として、常圧焼結法の適用が好ましい。常圧焼結法は、簡便かつ工業的に有利な方法であって、低コストの観点からも好ましい手段である。   Next, the sintering step S3 is a step of sintering the molded body obtained in the molding step S2. As the sintering means, it is preferable to apply an atmospheric pressure sintering method. The atmospheric pressure sintering method is a simple and industrially advantageous method, and is also a preferable means from the viewpoint of low cost.

焼結工程S3では、酸素が存在する雰囲気とすることが好ましく、雰囲気中の酸素体積分率が20%を超えることがより好ましい。特に、酸素体積分率が20%を超えることで、酸化物焼結体がより一層高密度化する。雰囲気中の過剰な酸素によって、焼結初期には成形体表面の焼結が先に進行する。続いて成形体内部の還元状態での焼結が進行し、最終的に高密度の酸化物焼結体が得られる。   In sintering process S3, it is preferable to set it as the atmosphere where oxygen exists, and it is more preferable that the oxygen volume fraction in atmosphere exceeds 20%. In particular, when the oxygen volume fraction exceeds 20%, the oxide sintered body is further densified. Due to the excessive oxygen in the atmosphere, the sintering of the surface of the compact proceeds first in the early stage of sintering. Subsequently, sintering in a reduced state inside the molded body proceeds, and finally a high-density oxide sintered body is obtained.

酸素が存在しない雰囲気では、成形体表面の焼結が先行しないため、結果として焼結体の高密度化が進まない。酸素が存在しなければ、特に900〜1000℃程度において酸化インジウムが分解して金属インジウムが生成するようになるため、目的とする酸化物焼結体を得ることは困難である。   In an atmosphere in which oxygen does not exist, sintering of the surface of the molded body does not precede, and as a result, the density of the sintered body does not increase. If oxygen is not present, indium oxide is decomposed and metal indium is generated particularly at about 900 to 1000 ° C., so that it is difficult to obtain a target oxide sintered body.

常圧焼結の温度範囲は、1200〜1550℃が好ましく、より好ましくは1350〜1450℃である。焼結温度が1200℃未満の場合には焼結反応が十分進行せず、焼結体の密度が高くならないだけでなく、蛍石型構造のInSn12相が生成しない。一方、焼結温度が1550℃を超えても、高密度化が進みにくくなる一方で、焼結炉の部材と酸化物焼結体が反応してしまい、目的とする酸化物焼結体が得られなくなる。特に、上述した酸化物焼結体では、In及びSiの合計に対するSiの含有量は原子数比でSi/(In+Si)が0.05以上であるため、焼結温度を1450℃以下とすることがより好ましい。1500℃前後の温度域では、In相の生成が著しくなる場合があるためである。In相は少量であれば支障はないが、多量の場合には成膜速度の低下やアーキング等を招くおそれがあり、好ましくない。なお、焼結時間は、10〜30時間であることが好ましく、より好ましくは15〜25時間である。 As for the temperature range of atmospheric pressure sintering, 1200-1550 degreeC is preferable, More preferably, it is 1350-1450 degreeC. When the sintering temperature is less than 1200 ° C., the sintering reaction does not proceed sufficiently, the density of the sintered body is not increased, and an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure is not generated. On the other hand, even if the sintering temperature exceeds 1550 ° C., it is difficult to increase the density, while the sintering furnace member and the oxide sintered body react to obtain the desired oxide sintered body. It becomes impossible. In particular, in the above-described oxide sintered body, the Si content with respect to the sum of In and Si is atomic ratio of Si / (In + Si) being 0.05 or more, so the sintering temperature is 1450 ° C. or less. Is more preferable. This is because in the temperature range around 1500 ° C., the In 2 O 3 phase may be remarkably generated. A small amount of In 2 O 3 phase is not a problem, but a large amount of In 2 O 3 phase is not preferable because it may cause a decrease in film formation rate or arcing. The sintering time is preferably 10 to 30 hours, more preferably 15 to 25 hours.

焼結温度までの昇温速度は、焼結体の割れを防ぎ、脱バインダーを進行させるためには、昇温速度を0.2〜5℃/分の範囲とすることが好ましい。この範囲であれば、必要に応じて、異なる昇温速度を組み合わせて、焼結温度まで昇温してもよい。昇温過程において、脱バインダーや焼結を進行させる目的で、特定温度で一定時間保持してもよい。焼結後、冷却する際は酸素導入を止め、1000℃までを0.2〜5℃/分、特に0.2℃/分〜1℃/分の降温速度で降温することが好ましい。   The heating rate up to the sintering temperature is preferably in the range of 0.2 to 5 ° C./min in order to prevent cracking of the sintered body and advance the binder removal. If it is this range, you may heat up to sintering temperature combining a different temperature increase rate as needed. In the temperature raising process, the binder may be held for a certain time at a specific temperature for the purpose of progressing debinding and sintering. After sintering, it is preferable to stop introducing oxygen when cooling and to lower the temperature up to 1000 ° C. at a rate of 0.2 to 5 ° C./min, particularly 0.2 ° C./min to 1 ° C./min.

[3.スパッタリング用ターゲット]
本実施形態に係るスパッタリング用ターゲットは、上述した酸化物焼結体からなるものである。このスパッタリング用ターゲットは、酸化物焼結体を所定の大きさに加工することで得られる。ターゲットとして用いる場合には、さらに表面を研磨加工し、バッキングプレートに接着して得ることができる。ターゲット形状は、平板形が好ましいが、円筒形でもよい。円筒形ターゲットを用いる場合には、ターゲット回転によるパーティクル発生を抑制することが好ましい。また、上記酸化物焼結体を、例えば円柱形状に加工してタブレットとし、蒸着法やイオンプレーティング法による成膜に使用することができる。
[3. Sputtering target]
The sputtering target according to the present embodiment is made of the oxide sintered body described above. This sputtering target is obtained by processing an oxide sintered body into a predetermined size. When used as a target, the surface can be further polished and adhered to a backing plate. The target shape is preferably a flat plate shape, but may be a cylindrical shape. When a cylindrical target is used, it is preferable to suppress particle generation due to target rotation. Further, the oxide sintered body can be processed into, for example, a cylindrical shape to form a tablet, which can be used for film formation by vapor deposition or ion plating.

スパッタリング用ターゲットとして用いる場合には、上述した酸化物焼結体の密度は6.3g/cm以上であることが好ましく、6.7g/cm以上がより好ましい。密度が6.3g/cm未満である場合、量産使用時のノジュール発生の原因となる。また、イオンプレーティング用タブレットとして用いる場合には、6.3g/cm未満であることが好ましく、3.4〜5.5g/cmがより好ましい。 When used as a sputtering target, the density of the above-described oxide sintered body is preferably 6.3 g / cm 3 or more, and more preferably 6.7 g / cm 3 or more. When the density is less than 6.3 g / cm 3 , it causes nodules during mass production. When used as an ion plating tablet is preferably less than 6.3g / cm 3, 3.4~5.5g / cm 3 is more preferable.

[4.非晶質の酸化物半導体薄膜]
本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜は、上述した酸化物焼結体から構成されるものであり、所定のキャリア濃度およびキャリア移動度を有する。
[4. Amorphous oxide semiconductor thin film]
The amorphous oxide semiconductor thin film according to this embodiment is composed of the oxide sintered body described above, and has a predetermined carrier concentration and carrier mobility.

上記スパッタリング用ターゲットに備わる酸化物焼結体の組織は、ビックスバイト型構造のIn相と、In相以外の中間化合物としては蛍石型構造のInSn12相とから構成され、場合によってはトルトバイタイト型構造のIn(Si)相をさらに含んでもよい。 The structure of the oxide sintered body included in the sputtering target is an In 2 O 3 phase having a bixbite structure, and an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure as an intermediate compound other than the In 2 O 3 phase. In some cases, it may further include an In 2 (Si 2 O 7 ) phase having a tortuitite structure.

本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜を得るためには、非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度が高いことが重要であるが、これには酸化物焼結体の組織が関係する。すなわち、上述した本実施形態に係る酸化物焼結体のように、蛍石型構造のInSn12相を含む場合には、これにより得られる酸化物半導体薄膜は高い結晶化温度、すなわち300℃以上、好ましくは350℃以上の結晶化温度を示し、安定な非晶質となる。また、トルトバイタイト型構造のIn(Si)相をさらに含む場合には、より高い結晶化温度を示し、さらに安定な非晶質となる。このように、酸化物半導体薄膜が安定な非晶質であるため、TFT特性のばらつきを抑制することができる。 In order to obtain the amorphous oxide semiconductor thin film according to the present embodiment, it is important that the crystallization temperature of the amorphous oxide semiconductor thin film is high. Is related. That is, when the In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure is included as in the oxide sintered body according to the present embodiment described above, the oxide semiconductor thin film obtained thereby has a high crystallization temperature, That is, it exhibits a crystallization temperature of 300 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher, and becomes a stable amorphous material. In addition, when it further contains an In 2 (Si 2 O 7 ) phase having a tortuitite structure, it exhibits a higher crystallization temperature and becomes a more stable amorphous material. Thus, since the oxide semiconductor thin film is stable and amorphous, variation in TFT characteristics can be suppressed.

これに対して、ビックスバイト型構造のIn相のみによって構成される酸化物焼結体、またはビックスバイト型構造のIn相とトルトバイタイト型構造のIn(Si)相により構成される酸化物焼結体から得られる酸化物薄膜は、その結晶化温度が低く、膜が結晶化したり、一部微結晶が生成したりし、非晶質ではなくなる。このような膜だと、ウェットエッチングによるパターニング加工でエッチング残渣が残ることがある。 On the other hand, an oxide sintered body constituted only by an In 2 O 3 phase having a bixbite structure, or an In 2 O 3 phase having a bixbite structure and an in 2 (Si 2 O structure) having a tortobitite structure. 7 ) An oxide thin film obtained from an oxide sintered body constituted by a phase has a low crystallization temperature, the film is crystallized or a part of microcrystals are formed, and is not amorphous. In such a film, an etching residue may remain by patterning by wet etching.

したがって、本実施形態では、ビックスバイト型構造のIn相と、蛍石型構造のInSn12相とから構成され、あるいはトルトバイタイト型構造のIn(Si)相をさらに含むことで、高い結晶化温度を示すため、安定な非晶質なものとなる。このような酸化物薄膜は、ウェットエッチングによるパターニング加工でエッチング残渣が残らない。なお、エッチングには、ウェットエッチングの他に、プラズマを用いるドライエッチングがあるが、ドライエッチングでは、一般的に真空装置を利用するため、ウェットエッチングと比べコスト高となる。そのため、本実施形態のような酸化物半導体薄膜は、ウェットエッチングにも適用することができるため、TFT基板の製造において安価でパターニング加工できる。 Therefore, in the present embodiment, the In 2 O 3 phase having a bixbite type structure and the In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite type structure, or In 2 (Si 2 O 7 having a tortobitite type structure are used. ) Phase further includes a high crystallization temperature, and thus becomes stable and amorphous. Such an oxide thin film does not leave an etching residue by patterning by wet etching. Etching includes dry etching using plasma in addition to wet etching. However, since dry etching generally uses a vacuum apparatus, the cost is higher than that of wet etching. Therefore, since the oxide semiconductor thin film as in this embodiment can be applied to wet etching, patterning can be performed at low cost in the manufacture of a TFT substrate.

上記非晶質の酸化物半導体薄膜のIn、Si、及びSnの組成は、上述した本実施形態に係る酸化物焼結体の組成とほぼ同じである。すなわち、In及びSiを酸化物として含有し、かつSnを含有する非晶質の酸化物焼半導体薄膜である。In及びSiの合計に対するSiの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、In、Si、及びSnの合計に対するSnの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たす。   The composition of In, Si, and Sn of the amorphous oxide semiconductor thin film is substantially the same as the composition of the oxide sintered body according to the present embodiment described above. That is, it is an amorphous oxide burned semiconductor thin film containing In and Si as oxides and Sn. The content of Si with respect to the sum of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3 in atomic ratio, and the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn is 0.1 in atomic ratio. ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 is satisfied.

本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜は、上記のような組成及び組織が制御された酸化物焼結体をスパッタリングターゲット等に用いて成膜し、上記の適当な条件で熱処理することで、キャリア濃度が9.8×1018cm−3以下に低下し、キャリア移動度5.8cm/V・s以上を示す。中でも、キャリア濃度が9.0×1017cm−3以下であり、キャリア移動度が10cm/V・s以上であるのがより好ましい。 The amorphous oxide semiconductor thin film according to this embodiment is formed by using an oxide sintered body whose composition and structure are controlled as described above as a sputtering target and the like, and heat-treated under the appropriate conditions described above. Thus, the carrier concentration is reduced to 9.8 × 10 18 cm −3 or less, and the carrier mobility is 5.8 cm 2 / V · s or more. Among these, it is more preferable that the carrier concentration is 9.0 × 10 17 cm −3 or less and the carrier mobility is 10 cm 2 / V · s or more.

本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜は、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによって、TFT等の用途で必要な微細加工を施される。ウェットエッチングによる微細加工を施すことができる。エッチング液(エッチャント)としては、弱酸であれば概ね使用できるが、シュウ酸あるいは塩酸を主成分とする弱酸が好ましく、例えば関東化学製ITO−06N等の市販品が使用できる。なお、TFTの構成によっては、ドライエッチングを選択してもよい。   The amorphous oxide semiconductor thin film according to this embodiment is subjected to fine processing necessary for applications such as TFTs by wet etching or dry etching. Fine processing by wet etching can be performed. As the etching solution (etchant), any weak acid can be used. However, a weak acid mainly composed of oxalic acid or hydrochloric acid is preferable, and commercially available products such as ITO-06N manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. can be used. Note that dry etching may be selected depending on the configuration of the TFT.

本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜の膜厚は限定されるものではないが、10〜500nm、好ましくは20〜300nm、さらに好ましくは30〜100nmである。膜厚が10nm未満であると十分な半導体特性が得られず、結果として高いキャリア移動度が実現しない。一方、膜厚が500nmを超えると生産性の問題が生じてしまうので好ましくない。   The thickness of the amorphous oxide semiconductor thin film according to this embodiment is not limited, but is 10 to 500 nm, preferably 20 to 300 nm, and more preferably 30 to 100 nm. If the film thickness is less than 10 nm, sufficient semiconductor characteristics cannot be obtained, and as a result, high carrier mobility cannot be realized. On the other hand, if the film thickness exceeds 500 nm, productivity problems occur, which is not preferable.

[5.非晶質の酸化物半導体薄膜の成膜方法]
本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜の成膜方法は、主に、上記スパッタリング用ターゲットを用いて、スパッタリング法で基板上に非晶質の酸化物半導体薄膜を形成し、次いで所定の熱処理条件にて熱処理を施す。
[5. Method for depositing amorphous oxide semiconductor thin film]
The method for forming an amorphous oxide semiconductor thin film according to this embodiment is mainly to form an amorphous oxide semiconductor thin film on a substrate by a sputtering method using the sputtering target, and then perform a predetermined process. The heat treatment is performed under the heat treatment conditions.

本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜の成膜方法では、一般的なスパッタリング法が用いられるが、特に、直流(DC)スパッタリング法であれば、成膜時の熱影響が少なく、高速成膜が可能であるため工業的に有利である。上記非晶質の酸化物半導体薄膜の成膜方法では、例えば、2×10−4Pa以下まで真空排気後、アルゴンと酸素からなる混合ガスを導入し、チャンバー内のガス圧を0.1〜1Pa、特に0.2〜0.8Paの圧力とし、ターゲットの面積に対する直流電力、すなわち直流電力密度が1〜7W/cm程度の範囲となるよう直流電力を印加して直流プラズマを発生させ、プリスパッタリングを実施することができる。このプリスパッタリングを5〜30分間行った後、必要により基板位置を修正した上で、スパッタリングすることが好ましい。 In the method for forming an amorphous oxide semiconductor thin film according to this embodiment, a general sputtering method is used. In particular, in the case of a direct current (DC) sputtering method, there is little thermal influence during film formation, Since high-speed film formation is possible, it is industrially advantageous. In the method for forming an amorphous oxide semiconductor thin film, for example, after evacuating to 2 × 10 −4 Pa or less, a mixed gas composed of argon and oxygen is introduced, and the gas pressure in the chamber is set to 0.1 to 10 ° C. The pressure is 1 Pa, particularly 0.2 to 0.8 Pa, the direct current power with respect to the area of the target, that is, the direct current power is applied so that the direct current power density is in the range of about 1 to 7 W / cm 2 to generate direct current plasma, Pre-sputtering can be performed. After performing this pre-sputtering for 5 to 30 minutes, it is preferable to perform sputtering after correcting the substrate position if necessary.

上記成膜方法におけるスパッタリング成膜では、成膜速度を向上させるために、投入する直流電力を高めることが行われる。   In the sputtering film formation in the above film formation method, the DC power to be input is increased in order to improve the film formation speed.

基板は、ガラス基板が代表的であり、無アルカリガラスが好ましいが、樹脂板や樹脂フィルムのうち上記プロセス条件に耐えうるものであれば使用してもよい。   The substrate is typically a glass substrate and is preferably alkali-free glass, but may be used as long as it can withstand the above process conditions among a resin plate and a resin film.

熱処理条件は、酸化性雰囲気において、結晶化温度未満の温度である。酸化性雰囲気としては、酸素、オゾン、水蒸気、あるいは窒素酸化物等を含む雰囲気が好ましい。熱処理温度は、300〜600℃であり、300〜500℃が好ましい。熱処理時間は、熱処理温度に保持される時間が1〜120分間であり、5〜60分間が好ましい。   The heat treatment condition is a temperature lower than the crystallization temperature in an oxidizing atmosphere. As the oxidizing atmosphere, an atmosphere containing oxygen, ozone, water vapor, nitrogen oxide, or the like is preferable. The heat treatment temperature is 300 to 600 ° C, preferably 300 to 500 ° C. The heat treatment time is 1 to 120 minutes, preferably 5 to 60 minutes, which is maintained at the heat treatment temperature.

[6.まとめ]
以上より、本実施形態に係る酸化物焼結体は、構成元素として、In、Si、及びSnを含有するものであって、ビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相とを含み、In及びSiの合計に対するSiの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつIn、Si、及びSnの合計に対するSnの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たしている。
[6. Summary]
As described above, the oxide sintered body according to the present embodiment contains In, Si, and Sn as constituent elements, and has an In 2 O 3 phase with a bixbite structure and an In with a fluorite structure. 4 Sn 3 O 12 phase, the content of Si with respect to the sum of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3 in atomic ratio, and Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn In the atomic ratio, the relational expression 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 is satisfied.

また、本実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法は、構成元素として、In、Si、及びSnが添加される酸化物焼結体の製造方法であって、In及びSiの合計に対するSiの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、In、Si、及びSnの合計に対するSnの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たすように、酸化インジウム粉末、二酸化ケイ素粉末、及び酸化スズ粉末を混合する混合工程と、混合工程で得られた混合粉末を成形する成形工程と、成形工程で得られた成形体を焼成する焼成工程とを有している。   In addition, the method for manufacturing an oxide sintered body according to the present embodiment is a method for manufacturing an oxide sintered body to which In, Si, and Sn are added as constituent elements, and Si is based on the sum of In and Si. The content of Sn is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3 by atomic ratio, and the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn is 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ Obtained by mixing step of mixing indium oxide powder, silicon dioxide powder and tin oxide powder, forming step of forming mixed powder obtained by mixing step, and forming step so as to satisfy the relational expression of 0.2 And a firing step for firing the formed body.

このような酸化物焼結体は、TFT特性のばらつきを抑制し、良好なウェットエッチング性を有し、かつ低いキャリア濃度で高いキャリア移動度を示す非晶質の酸化物半導体薄膜を安定して形成することができる。そのため、スパッタリングの際に、ターゲットの材料として非常に有用である。   Such an oxide sintered body stably suppresses variation in TFT characteristics, stably has an amorphous oxide semiconductor thin film having good wet etching properties and high carrier mobility at a low carrier concentration. Can be formed. Therefore, it is very useful as a target material during sputtering.

さらに、本実施形態に係る非晶質の酸化物半導体薄膜は、構成元素として、In、Si、及びSnを含有する酸化物焼結体から構成されるものであり、酸化物焼結体はビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相とを含み、In及びSiの合計に対するSiの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつIn、Si、及びSnの合計に対するSnの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たし、キャリア濃度が9.8×1018cm−3以下であり、かつキャリア移動度が5.8cm/V・s以上である。 Furthermore, the amorphous oxide semiconductor thin film according to the present embodiment is composed of an oxide sintered body containing In, Si, and Sn as constituent elements. It contains an In 2 O 3 phase having a bite structure and an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure, and the Si content relative to the total of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3, and the Sn content with respect to the sum of In, Si, and Sn satisfies the relational expression of 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 in terms of atomic ratio, and the carrier concentration is 9.8 × 10 18 cm −3 or less and carrier mobility is 5.8 cm 2 / V · s or more.

このような非晶質の酸化物半導体薄膜は、上述したように、低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示す。そして、非晶質の酸化物半導体薄膜は、特にウェットエッチングによるパターニング加工しても、エッチング残渣なく膜質に影響を与えないといった良好なエッチング性を有する。そのため、この非晶質の酸化物半導体薄膜は、TFT製造現場において歩留まりなくTFT基板を製造できるため、工業的意義が極めて高い。   Such an amorphous oxide semiconductor thin film exhibits a low carrier concentration and a high carrier mobility as described above. The amorphous oxide semiconductor thin film has a good etching property that there is no etching residue and does not affect the film quality even when patterning is performed by wet etching. For this reason, this amorphous oxide semiconductor thin film has a very high industrial significance because a TFT substrate can be manufactured without yield at the TFT manufacturing site.

以下に、本発明の実施例を用いて、さらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples, but the present invention is not limited to these examples.

<酸化物焼結体の評価方法>
酸化物焼結体の組成分析はICP発光分光法にて行い、生成相の同定は、X線回折装置(フィリップス製)を用いて粉末法により行った。
<Method for evaluating oxide sintered body>
The composition analysis of the oxide sintered body was performed by ICP emission spectroscopy, and the formation phase was identified by a powder method using an X-ray diffractometer (manufactured by Philips).

<酸化物半導体薄膜の評価方法>
酸化物半導体薄膜の膜厚は表面粗さ計(テンコール社製)で測定し、キャリア濃度及びキャリア移動度は、ホール効果測定装置(東陽テクニカ製)によって求めた。膜の生成相はX線回折測定によって同定した。また、シュウ酸系エッチング液であるITO−06N(関東化学製)を30℃加熱し、酸化物半導体薄膜を1分間浸漬させエッチングを行った。エッチング残渣を確認するため、顕微鏡にて観察を行った。
<Evaluation method of oxide semiconductor thin film>
The film thickness of the oxide semiconductor thin film was measured with a surface roughness meter (manufactured by Tencor), and the carrier concentration and carrier mobility were determined with a Hall effect measuring device (manufactured by Toyo Technica). The formation phase of the film was identified by X-ray diffraction measurement. Further, ITO-06N (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), which is an oxalic acid-based etching solution, was heated at 30 ° C., and the oxide semiconductor thin film was immersed for 1 minute for etching. In order to confirm an etching residue, it observed with the microscope.

[酸化物焼結体およびターゲットの作製]
酸化インジウム粉末、二酸化ケイ素粉末、及び酸化スズ粉末を平均粒径1.0μm以下となるよう、それぞれ調整して原料粉末とした。実施例1〜28及び比較例1〜7では、下記表1,2に示すSi/(In+Si)及びSn/(In+Si+Sn)の原子数比となるようにこれらの原料粉末を調合し、水とともに樹脂製ポットに入れ、湿式ボールミルで混合した。この際、湿式ボールミルの条件として、硬質ZrOボールを用い、混合時間を18時間とした。これらを混合した後、生成されたスラリーを取り出し、スプレードライヤーで造粒した。得られた造粒物を、冷間静水圧プレスで294MPa(3ton/cm)の圧力をかけて成形し、成形体を作製した。
[Preparation of sintered oxide and target]
Indium oxide powder, silicon dioxide powder, and tin oxide powder were each adjusted to have an average particle size of 1.0 μm or less to obtain raw material powder. In Examples 1 to 28 and Comparative Examples 1 to 7, these raw material powders were prepared so as to have an atomic ratio of Si / (In + Si) and Sn / (In + Si + Sn) shown in Tables 1 and 2 below. It put into the pot made and mixed with the wet ball mill. At this time, hard ZrO 2 balls were used as wet ball mill conditions, and the mixing time was 18 hours. After mixing these, the produced | generated slurry was taken out and granulated with the spray dryer. The obtained granulated product was molded by applying a pressure of 294 MPa (3 ton / cm 2 ) with a cold isostatic press to produce a molded body.

次に、得られた成形体を焼結した。炉内容積0.1m当たり5リットル/分の割合で焼結炉内の大気に酸素を導入する雰囲気の下、1350〜1450℃の焼結温度で20時間焼結した。この際、1℃/分で昇温した。そして、焼結後の冷却の際は酸素導入を止め、1000℃までを1℃/分で降温した。 Next, the obtained molded body was sintered. Sintering was performed at a sintering temperature of 1350 to 1450 ° C. for 20 hours in an atmosphere in which oxygen was introduced into the atmosphere in the sintering furnace at a rate of 5 liters / minute per 0.1 m 3 of the furnace volume. At this time, the temperature was raised at 1 ° C./min. And in cooling after sintering, oxygen introduction was stopped and the temperature was lowered to 1000 ° C. at 1 ° C./min.

次に、得られた酸化物焼結体を、直径152mm、厚み5mmの大きさに加工し、スパッタリング面をカップ砥石で最大高さRzが3.0μm以下となるように研磨した。加工した酸化物焼結体を、無酸素銅製のバッキングプレートに金属インジウムを用いてボンディングして、スパッタリング用ターゲットとした。   Next, the obtained oxide sintered body was processed into a diameter of 152 mm and a thickness of 5 mm, and the sputtering surface was polished with a cup grindstone so that the maximum height Rz was 3.0 μm or less. The processed oxide sintered body was bonded to a backing plate made of oxygen-free copper using metallic indium to obtain a sputtering target.

[酸化物焼結体の評価]
実施例1〜28及び比較例1〜7では、得られた酸化物焼結体の端材を用いて、組成分析を行ったところ、金属元素は原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることを確認した。
[Evaluation of sintered oxide]
In Examples 1 to 28 and Comparative Examples 1 to 7, when composition analysis was performed using the obtained oxide sintered compact, the metal element was almost the same as the charged composition at the time of blending the raw material powder. I confirmed that there was.

また、粉砕して得られた酸化物焼結体の粉末に対するCuKα線を用いたX線回折により酸化物焼結体の相を同定した結果の一例を図2に示す。比較例1〜7では、酸化物焼結体が、ビックスバイト型構造のIn相単相、あるいはビックスバイト型構造のIn相とトルトバイタイト型構造のIn(Si)相から構成されているのに対し、実施例1〜28では、酸化物焼結体が、ビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相の2相、あるいはビックスバイト型構造のIn相、蛍石型構造のInSn12相、及びトルトバイタイト型構造のIn(Si)相の3相から構成されていることを確認した。 FIG. 2 shows an example of the result of identifying the phase of the oxide sintered body by X-ray diffraction using CuKα rays with respect to the powder of the oxide sintered body obtained by pulverization. In Comparative Example 1-7, the oxide sintered body, an In 2 O bixbite type structure 3 Aitansho or bixbite type structure In 2 O 3 phase and Toruto by tight structure In 2, (Si 2 whereas and a O 7) phase, in example 1-28, the oxide sintered body, in 4 Sn 3 O 12 phase of in 2 O 3 phase and a fluorite structure bixbite type structure Of In 2 O 3 phase of bixbite type structure, In 4 Sn 3 O 12 phase of fluorite type structure, and In 2 (Si 2 O 7 ) phase of tortovite type structure Confirmed that it has been.

[酸化物半導体薄膜の作製]
実施例1〜28及び比較例1〜7で得られたスパッタリング用ターゲット及び無アルカリのガラス基板(コーニングEagleXG)を用いて、表1、2に示す条件で直流スパッタリングによる成膜を行った。アーキング抑制機能のない直流電源を装備した直流マグネトロンスパッタリング装置(アネルバ製)のカソードに、上記スパッタリングターゲットを取り付けた。このとき、ターゲット−基板(ホルダー)間距離を60mmに固定した。2×10−4Pa以下まで真空排気後、アルゴンと酸素の混合ガスを各ターゲットのケイ素とスズとの量に応じて適当な酸素の比率になるように導入し、ガス圧を0.6Paに調整した。直流電力300W(1.64W/cm)を印加して直流プラズマを発生させた。10分間のプリスパッタリング後、スパッタリングターゲットの直上、すなわち静止対向位置に基板を配置して、膜厚50nmの酸化物半導体薄膜を形成した。
[Preparation of oxide semiconductor thin film]
Using sputtering targets obtained in Examples 1 to 28 and Comparative Examples 1 to 7 and an alkali-free glass substrate (Corning EagleXG), film formation by direct current sputtering was performed under the conditions shown in Tables 1 and 2. The sputtering target was attached to the cathode of a DC magnetron sputtering apparatus (manufactured by Anelva) equipped with a DC power supply without an arcing suppression function. At this time, the distance between the target and the substrate (holder) was fixed to 60 mm. After evacuating to 2 × 10 −4 Pa or less, a mixed gas of argon and oxygen is introduced so as to have an appropriate oxygen ratio according to the amount of silicon and tin of each target, and the gas pressure is set to 0.6 Pa. It was adjusted. A DC plasma was generated by applying a DC power of 300 W (1.64 W / cm 2 ). After pre-sputtering for 10 minutes, an oxide semiconductor thin film having a thickness of 50 nm was formed by placing the substrate directly above the sputtering target, that is, at a stationary facing position.

実施例1〜28及び比較例1〜7では、成膜された酸化物半導体薄膜に、表1に記載の通り、酸素中、300〜600℃において熱処理を施した。なお、実施例1〜28の製造条件と評価結果を表1に示す。また、比較例1〜7の製造条件と評価結果を表2に示す。   In Examples 1 to 28 and Comparative Examples 1 to 7, the formed oxide semiconductor thin films were heat-treated at 300 to 600 ° C. in oxygen as described in Table 1. In addition, Table 1 shows manufacturing conditions and evaluation results of Examples 1 to 28. In addition, Table 2 shows manufacturing conditions and evaluation results of Comparative Examples 1 to 7.

Figure 2019038735
Figure 2019038735

Figure 2019038735
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[酸化物半導体薄膜の評価結果]
実施例1〜28の酸化物半導体薄膜は、原材料である酸化物焼結体がビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相とを含み、In及びSiの合計に対するSiの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつIn、Si、及びSnの合計に対するSnの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たすことで、キャリア濃度が9.8×1018cm−3以下、かつキャリア移動度が5.8cm/V・s以上と良好な特性を示し、膜質も非晶質であるためエッチング試験でエッチング残渣が発生しないことを確認した。
[Evaluation results of oxide semiconductor thin film]
In the oxide semiconductor thin films of Examples 1 to 28, the oxide sintered body as a raw material includes an In 2 O 3 phase having a bixbite structure and an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure, and In and The content of Si with respect to the total of Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3 in atomic ratio, and the content of Sn with respect to the total of In, Si, and Sn is 0.1 ≦ in atomic ratio. By satisfying the relational expression of Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2, the carrier concentration is 9.8 × 10 18 cm −3 or less and the carrier mobility is 5.8 cm 2 / V · s or more. It was confirmed that no etching residue was generated in the etching test because the film quality was also amorphous.

中でも、原子数比としてSi/(In+Si)を0.12〜0.15とし、Sn/(In+Si+Sn)を0.1〜0.17とし、酸素濃度を2%(体積分率)として300℃〜400℃で熱処理した実施例4〜6及び実施例13〜21は、酸素欠損の抑制が可能となり、キャリア移動度が10cm/V・s以上であり、キャリア濃度が9.0×1017cm−3以下であった。そのため、得られた非晶質の酸化物半導体薄膜は、優れた特性をそれぞれ示していることを確認した。特に、原子数比としてSi/(In+Si)を0.15、Sn/(In+Si+Sn)を0.12とした実施例18、19で得られた非晶質の酸化物半導体薄膜は、熱処理温度を320℃〜350℃に調整したことで、キャリア移動度が15cm/V・s以上、キャリア濃度が7.0×1016cm−3以下と、優れた特性を示していることも確認した。 Among them, the atomic ratio of Si / (In + Si) is 0.12 to 0.15, Sn / (In + Si + Sn) is 0.1 to 0.17, and the oxygen concentration is 2% (volume fraction). In Examples 4 to 6 and Examples 13 to 21 heat-treated at 400 ° C., oxygen deficiency can be suppressed, the carrier mobility is 10 cm 2 / V · s or more, and the carrier concentration is 9.0 × 10 17 cm. -3 or less. Therefore, it was confirmed that the obtained amorphous oxide semiconductor thin film exhibited excellent characteristics. In particular, the amorphous oxide semiconductor thin films obtained in Examples 18 and 19 in which the atomic ratio of Si / (In + Si) is 0.15 and Sn / (In + Si + Sn) is 0.12, the heat treatment temperature is 320. It was also confirmed that the carrier mobility was 15 cm 2 / V · s or more and the carrier concentration was 7.0 × 10 16 cm −3 or less, and excellent characteristics were exhibited by adjusting the temperature to from 350 ° C. to 350 ° C.

それに対して、比較例1、3、4では、Snをドープしていないためにキャリア濃度の抑制ができず、当該薄膜を液晶駆動用スイッチング素子にした際には、OFF電流がとれず、スイッチング動作が困難となる。また、熱処理により微結晶が生成し、エッチング残渣が発生した。   On the other hand, in Comparative Examples 1, 3, and 4, since Sn is not doped, the carrier concentration cannot be suppressed, and when the thin film is used as a liquid crystal driving switching element, an OFF current cannot be obtained and switching is performed. Operation becomes difficult. In addition, microcrystals were generated by the heat treatment, and etching residues were generated.

また、比較例2で得られた酸化物半導体薄膜は、結晶化し、ビックスバイト型構造のIn相及びIn(Si)が生成したため、非晶質を維持できず、微結晶が生成し、エッチング残渣が発生した。 In addition, the oxide semiconductor thin film obtained in Comparative Example 2 was crystallized, and the In 2 O 3 phase and In 2 (Si 2 O 7 ) having a bixbite structure were generated. Crystals were formed and etching residues were generated.

また、比較例5では、Siの含有量について原子数比としてSi/(In+Si)が0.3以上であり、スパッタ成膜時ターゲットに電圧を投入した際に、抵抗値が高くアーキングが発生し、不安定な放電となり、評価用の酸化物半導体薄膜が得られなかった。   Further, in Comparative Example 5, Si / (In + Si) is 0.3 or more as the atomic ratio with respect to the Si content, and when a voltage is applied to the target at the time of sputtering film formation, the resistance value is high and arcing occurs. As a result, unstable discharge occurred, and an oxide semiconductor thin film for evaluation could not be obtained.

また、比較例6、7では、Snを少量添加したことにより、キャリア濃度が抑制され、低いキャリア濃度でありながら高いキャリア移動度の酸化物半導体薄膜となった。しかしながら、得られた酸化物半導体薄膜は、熱処理により微結晶が生成したため、エッチング残渣が発生した。   In Comparative Examples 6 and 7, by adding a small amount of Sn, the carrier concentration was suppressed, and an oxide semiconductor thin film with high carrier mobility was achieved while having a low carrier concentration. However, etching residue was generated in the obtained oxide semiconductor thin film because microcrystals were generated by the heat treatment.

さらに、実施例7では、図2に示すように、回折角2θ=30°,35°付近において、蛍石型構造のInSn12相由来の回折ピークが同定された。一方、比較例3、4では、実施例7と異なり、回折角2θ=30°,35°付近において、蛍石型構造のInSn12相由来の回折ピークが同定されなかった。すなわち、実施例7及び比較例3、4を比較した結果、実施例7で得られた酸化物半導体薄膜は、原料である酸化物焼結体内に蛍石型構造のInSn12相を含むことで、結晶化温度が上昇し、非晶質の状態になっていることが理由として考えられる。 Furthermore, in Example 7, as shown in FIG. 2, a diffraction peak derived from the In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure was identified at diffraction angles 2θ = 30 ° and around 35 °. On the other hand, in Comparative Examples 3 and 4, unlike Example 7, a diffraction peak derived from the In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure was not identified in the vicinity of diffraction angles 2θ = 30 ° and 35 °. That is, as a result of comparison between Example 7 and Comparative Examples 3 and 4, the oxide semiconductor thin film obtained in Example 7 is an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure in an oxide sintered body as a raw material. The reason for this is that the crystallization temperature rises and the amorphous state is obtained.

S1 混合工程、S2 成形工程、S3 焼結工程   S1 mixing process, S2 molding process, S3 sintering process

Claims (7)

構成元素として、In、Si、及びSnを含有する酸化物焼結体であって、
ビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相とを含み、
前記In及び前記Siの合計に対する該Siの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつ前記In、前記Si、及び前記Snの合計に対する該Snの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たすことを特徴とする酸化物焼結体。
An oxide sintered body containing In, Si, and Sn as constituent elements,
A bixbite type structure In 2 O 3 phase and a fluorite type structure In 4 Sn 3 O 12 phase,
The content of Si with respect to the sum of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3 in atomic ratio, and the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn Satisfies the relational expression of 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 in terms of the atomic ratio.
トルトバイタイト型構造のIn(Si)相をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の酸化物焼結体。 The oxide sintered body according to claim 1, further comprising an In 2 (Si 2 O 7 ) phase having a tortuitite structure. 前記In及び前記Siの合計に対する該Siの含有量が原子数比で0.1≦Si/(In+Si)<0.2の関係式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の酸化物焼結体。   3. The oxidation according to claim 1, wherein the Si content with respect to the sum of In and Si satisfies a relational expression of 0.1 ≦ Si / (In + Si) <0.2 in atomic ratio. Sintered product. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の酸化物焼結体の製造方法であって、
前記In及び前記Siの合計に対する該Siの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつ前記In、前記Si、及び前記Snの合計に対する該Snの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たすように、酸化インジウム粉末、二酸化ケイ素粉末、及び酸化スズ粉末を混合する混合工程と、
前記混合工程で得られた混合粉末を成形する成形工程と、
前記成形工程で得られた成形体を焼成する焼成工程とを有することを特徴とする酸化物焼結体の製造方法。
A method for producing an oxide sintered body according to any one of claims 1 to 3,
The content of Si with respect to the sum of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3 in atomic ratio, and the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn Mixing the indium oxide powder, the silicon dioxide powder, and the tin oxide powder such that the atomic ratio satisfies the relational expression of 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2,
A molding step of molding the mixed powder obtained in the mixing step;
A method for producing an oxide sintered body, comprising: a firing step of firing the compact obtained in the molding step.
請求項1乃至3のいずれかに1項記載の酸化物焼結体からなることを特徴とするスパッタリング用ターゲット。   A sputtering target comprising the oxide sintered body according to any one of claims 1 to 3. 構成元素として、In、Si、及びSnを含有する酸化物焼結体から構成される非晶質の酸化物半導体薄膜であって、
前記酸化物焼結体は、ビックスバイト型構造のIn相と蛍石型構造のInSn12相とを含み、
前記In及び前記Siの合計に対する該Siの含有量が原子数比で0.05≦Si/(In+Si)≦0.3、かつ前記In、前記Si、及び前記Snの合計に対する該Snの含有量が原子数比で0.1≦Sn/(In+Si+Sn)≦0.2の関係式を満たし、
キャリア濃度が9.8×1018cm−3以下であり、かつキャリア移動度が5.8cm/V・s以上であることを特徴とする非晶質の酸化物半導体薄膜。
An amorphous oxide semiconductor thin film composed of an oxide sintered body containing In, Si, and Sn as constituent elements,
The oxide sintered body includes an In 2 O 3 phase having a bixbite structure and an In 4 Sn 3 O 12 phase having a fluorite structure,
The content of Si with respect to the sum of In and Si is 0.05 ≦ Si / (In + Si) ≦ 0.3 in atomic ratio, and the content of Sn with respect to the sum of In, Si, and Sn Satisfies the relational expression of 0.1 ≦ Sn / (In + Si + Sn) ≦ 0.2 in terms of atomic ratio,
An amorphous oxide semiconductor thin film characterized by having a carrier concentration of 9.8 × 10 18 cm −3 or less and a carrier mobility of 5.8 cm 2 / V · s or more.
キャリア濃度が9.0×1017cm−3以下であり、
キャリア移動度が10cm/V・s以上であることを特徴とする請求項6に記載の非晶質の酸化物半導体薄膜。
The carrier concentration is 9.0 × 10 17 cm −3 or less,
The amorphous oxide semiconductor thin film according to claim 6, wherein the carrier mobility is 10 cm 2 / V · s or more.
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