[发明专利]具有非晶部分和微晶部分的溅射靶

说明书

技术领域

本发明涉及具有铟、镓和锌的氧化物混合物的溅射靶，以及该溅射靶的制备方法。

背景技术

液晶显示器(LCD)在电子行业中一直都是不可或缺的，并且有源矩阵显示器特别享有盛誉。为了进行控制，上述有源矩阵显示器含有薄膜晶体管(TFT)的矩阵，而制造该薄膜晶体管则需要制备有源半导体薄层。非晶硅通常在此用作半导体材料。然而，非晶硅层的特征是具有相对较低的载流子迁移率。

因此，人们一直持续地寻求改善的半导体材料。特别是，得自氧化物半导体类的材料已经证明是非晶硅的高潜力替代物。首先，与非晶硅相比，铟、镓和锌的混合氧化物在很多方面都表现出得到改善的性能。例如，铟-镓-锌氧化物层具有极高的载流子迁移率(达到10-50Vs/m²)，因此其比TFT-LCD显示器中目前使用的非晶硅层的载流子迁移率高数个数量级。此外，铟-镓-锌氧化物具有适合在晶体管中使用的载流子浓度。其良好的半导体性能以及高透明性赋予这些材料多种有吸引力的潜在用途。例如，铟-镓-锌氧化物可用于制备具有高开关频率的LCD显示器用薄膜晶体管，或者有机发光二极管(OLED)用薄膜晶体管，其作为发射技术需要电流驱动。此外，使用铟-镓-锌氧化物还能增大有效像素表面，因为所制得的晶体管是透明的。

通常，通过溅射沉积(溅射法)来施加制造薄膜晶体管所需的有源半导体层。在溅射法中，通过用能量富集离子(通常为惰性气体离子)轰击而使原子或化合物与固体本体(即溅射靶)分离，并且进入气相中。气相中的原子或分子通过凝结在位于溅射靶附近的基板上而最终沉积，并且在此形成层。

在溅射法中，通常会发生溅射材料层没有均一沉积的问题。在采用含有铟-镓-锌混合氧化物的溅射靶作为溅射材料时也观察到该问题。因此，在溅射这些材料时，通常会形成小的结构(即所谓的“结瘤”)，其会损害沉积层的均一性。

为了解决该问题，专利文献EP 2 096 188提出了使用含有铟、镓和锌的氧化物以及化合物ZnGa₂O₄和InGaZnO₄的溅射靶。为了制备这些溅射靶，将铟氧化物、镓氧化物和锌氧化物的特定粉末混合，研磨形成原料粉末，成型并且最后进行烧结。使用这些溅射靶，溅射材料沉积层的均一性能够确实得到显著提高。

然而，已经观察到虽然起初能够均一地沉积形成该溅射材料的层，但是其均一性随着轰击的持续而不断降低，由此溅射靶的消耗增多。因此，不能确保恒定的层性能。

发明内容

因此，本发明的目的是提供这样一种溅射靶，其能够确保在溅射靶使用期内产生具有恒定均一性的溅射材料层。

上述目的是通过具有铟、锌和镓的氧化物混合物的溅射靶而实现的，该混合物含有至少一种铟、锌和镓的三元混合氧化物，其中铟、锌和镓的三元混合氧化物部分占混合物总重量的至少50重量％，并且非晶相部分占混合物总重量的至少20重量％。

此外，本发明提供了制造上述溅射靶的方法，其中，

(i)提供平均粒径在15-300μm范围内的颗粒的混合物，其中所述混合物包含铟、锌和镓的氧化物，并且包括至少一种选自由铟、锌和镓的二元混合氧化物和三元混合氧化物组成的组中的混合氧化物；

(ii)在不超过10毫秒(ms)的时间段内将颗粒加热到1500℃至2300℃范围内的温度；以及

(iii)在不超过10毫秒的时间段期间将混合物冷却到不超过300℃的温度。

具体实施方式

本发明基于如下出乎意料的发现：在铟-镓-锌混合氧化物的溅射期间，如果溅射靶含有较多的三元铟-镓-锌混合氧化物部分同时具有较多的非晶相部分，则能够产生具有恒定均一性的层。如果铟-镓-锌混合氧化物还含有结晶部分，则已经出乎意料地证实：在该结晶部分的平均晶粒尺寸在10-30nm的范围内因此形成为微晶相的情况下，有助于改善溅射性能。

出乎意料的是，已经确认：如果将包含铟、锌和镓的二元和/或三元混合氧化物的混合物以急剧的温度梯度加热到1500-2300℃范围内的温度、随后以急剧的温度梯度冷却，则能够容易地获得具有上述这些性质的溅射靶。已经发现，在迅速加热和迅速冷却铟、锌和镓的这些氧化物混合物时，能够形成并保持具有较多的三元铟-镓-锌混合氧化物部分的热动力学失衡状态。出乎意料的是，此时不仅获得具有较多的三元铟-镓-锌混合氧化物部分的混合物，而且该混合物还含有较多的非晶相部分。

根据本发明，以这样的方式提供溅射靶。