(57)【要約】【課題】ＤＣスパッタリングが可能であり、これを通じて蒸着される遮断膜の接触性およびエッチング特性を向上させる。【解決手段】酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、酸化ガリウムが５〜４０ｗｔ％ドーピングされている酸化亜鉛からなる焼結体；および、前記焼結体の後面に接合されて前記焼結体を支持するバッキングプレートを含み、その製造方法は、５〜４０ｗｔ％の重量比で酸化ガリウムを酸化亜鉛に酸化ガリウムを添加してスラリーに製造するスラリー製造ステップ；前記スラリーを乾燥して顆粒粉末にする乾燥ステップ；前記顆粒粉末を成形して成形体とする成形ステップ；および、前記成形体を焼結して焼結体とする焼結ステップを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ガリウムが５〜４０ｗｔ％ドーピングされている酸化亜鉛からなる焼結体と、
前記焼結体の後面に接合されて前記焼結体を支持するバッキングプレートと
を含むことを特徴とする酸化亜鉛系スパッタリングターゲット。
【請求項２】
比抵抗が１００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲット。
【請求項３】
ＤＣスパッタリングが可能なターゲットであることを特徴とする、請求項２に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲット。
【請求項４】
印加パワー密度が０．１〜８Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項３に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲット。
【請求項５】
密度が５．３ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする、請求項１に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲット。
【請求項６】
前記焼結体内の前記酸化ガリウム凝集体は、１μｍ以下のサイズで分布されていることを特徴とする、請求項１に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲット。
【請求項７】
前記焼結体は、３族元素および４族元素のうち少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする、請求項１に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲット。
【請求項８】
電極と酸化物半導体層を含む薄膜トランジスタを製造する方法であって、
前記電極と前記酸化物半導体層との間に、請求項１による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを利用して遮断膜を蒸着することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記遮断膜は、１０〜５０００Åの結晶サイズを有することを特徴とする、請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記遮断膜は、３０〜５０ｎｍ厚に蒸着されることを特徴とする、請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記遮断膜は、１００〜１×１０−４Ω・ｃｍの比抵抗を示すことを特徴とする、請求項１０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記電極は、銅を含むことを特徴とする、請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
全体重量に対して５〜４０ｗｔ％の重量比で酸化ガリウムを酸化亜鉛に添加してスラリーに製造するスラリー製造ステップと、
前記スラリーを乾燥して顆粒粉末とする乾燥ステップと、
前記顆粒粉末を成形して成形体とする成形ステップと、
前記成形体を焼結して焼結体とする焼結ステップと
を含むことを特徴とする酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１４】
前記スラリー製造ステップは、
酸化ガリウムを蒸留水と第１分散剤の混合液と混合した後に湿式ミリングする第１分散処理と、
前記第１分散処理を通じて作られた懸濁液に、第２分散剤と酸化亜鉛を混合して前記スラリーにし、前記スラリーを湿式ミリングする第２分散過程と
を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１５】
前記第１分散過程では、前記酸化ガリウムの平均粒径が０．２〜０．６μｍとなるように制御することを特徴とする、請求項１４に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１６】
前記第１分散過程では、前記第１分散剤を、前記酸化ガリウムに対して０．１〜２ｗｔ％添加することを特徴とする、請求項１４に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１７】
前記第２分散過程では、前記第２分散剤を、前記酸化亜鉛に対して０．３〜２．５ｗｔ％添加することを特徴とする、請求項１４に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１８】
前記第２分散過程では、前記スラリーの平均粒径が０．１〜０．５μｍとなるように制御することを特徴とする、請求項１４に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１９】
前記スラリー製造ステップは、前記スラリーにバインダーを添加する過程をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項２０】
前記焼結ステップでは、空気または酸素雰囲気下で、１４００〜１６００℃の温度で前記成形体を焼結することを特徴とする、請求項１３に記載の酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項２１】
電極、遮断膜および酸化物半導体層を含み、
前記遮断膜は、前記電極と前記酸化物半導体層との間に介在され、酸化ガリウムが５〜４０ｗｔ％ドーピングされている酸化亜鉛からなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化亜鉛系スパッタリングターゲット、その製造方法、およびこれを通じて蒸着された遮断膜を有する薄膜トランジスタに関し、より詳細には、ＤＣスパッタリングが可能であり、これを通じて蒸着される遮断膜の接触性およびエッチング特性を向上させることができる酸化亜鉛系スパッタリングターゲット、その製造方法、およびこれを通じて蒸着された遮断膜を有する薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置または電子発光（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置は、表示性能に優れ、消費電力が少ない。このため、液晶表示装置または電子発光表示装置は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、テレビ等の表示機器に広く利用されている。これらの表示装置は、薄膜トランジスタという微細なパターンにより形成されたトランジスタを介して駆動される。このとき、薄膜トランジスタを構成する微細パターンは、互いに異なる物質が様々な蒸着法により薄膜としてコーティングされ、エッチングにより形成される。かかる微細パターンにおいて電極は、ゲート、ソース、ドレイン電極に分けられる。電極物質としては、Ａｌ、Ｍｏ等が使用されてきたが、ディスプレイがより高い画質を実現するために高精細化されるに伴い、より高い電気伝導度を有する物質が必要になった。これに対する方案として、金属物質中において電気伝導度が高く、価格の低廉な銅が電極物質として脚光を受けることになり、銅を電極物質として利用しようとする研究が研究機関および産業体において行われている。
【０００３】
ここで、銅電極は、電気伝導度に優れるため、他の電極に比べてより薄い状態でも同一の特性を具現することができ、工程におけるタクトタイム（ｔａｃｔ  ｔｉｍｅ）の短縮が可能であり、これにより、生産原価を節減することができる。のみならず、銅電極は、高い電気伝導度を要求する高仕様製品にも適用が可能である。
【０００４】
しかし、銅電極は、他の物質との反応性が良く、薄膜トランジスタの構成において、銅電極の上部あるいは下部に、他の物質により構成された層に拡散したり反応したりして、薄膜トランジスタの性能を低下させるという問題点がある。特に、ソース、ドレイン電極の上部にパッシベーション（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）と呼ばれる保護層が蒸着される場合、これにより銅が酸化されて銅と保護層との接触性が低下し、それに伴って、保護層が剥離したり薄膜トランジスタの性能が低下したりするという問題点がある。
【０００５】
これにより、銅電極形成のために銅をパターニングするエッチング工程において、別途の追加工程なしに同時にエッチングが可能であり、銅が他の層に拡散あるいは反応することを抑制することのできる遮断膜を導入することに対する関心が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１０‐０１０７５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述したところのような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、ＤＣスパッタリングが可能であり、これを通じて蒸着される遮断膜の接触性およびエッチング特性を向上させることのできる酸化亜鉛系スパッタリングターゲット、その製造方法、およびこれを通じて蒸着された遮断膜を有する薄膜トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このために、本発明は、酸化ガリウムが５〜４０ｗｔ％ドーピングされている酸化亜鉛からなる焼結体；および、前記焼結体の後面に接合されて前記焼結体を支持するバッキングプレートを含むことを特徴とする酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを提供する。
【０００９】
ここで、前記酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、比抵抗が１００Ω・ｃｍ以下であってよい。
【００１０】
このとき、前記酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、ＤＣスパッタリングが可能なターゲットであってよい。
【００１１】
また、前記酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、印加パワー密度が０．１〜８Ｗ／ｃｍ２であってよい。
【００１２】
そして、前記酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、密度が５．３ｇ／ｃｍ３以上であってよい。
【００１３】
また、前記焼結体内の前記酸化ガリウム凝集体は、１μｍ以下のサイズで分布されていてよい。
【００１４】
また、前記焼結体は、３族元素および４族元素のうち少なくとも一つの元素を含んでいてよい。
【００１５】
一方、本発明は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線を構成する銅層；前記酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを利用したスパッタリング工程を通じて前記銅層上に蒸着された遮断膜；および、前記遮断膜上に蒸着された酸化物層を含むことを特徴とする薄膜トランジスタを提供する。
【００１６】
ここで、前記遮断膜は、１０〜５０００Åの結晶サイズを有していてよい。
【００１７】
また、前記遮断膜は、３０〜５０ｎｍの厚さで蒸着されてよい。
【００１８】
このとき、前記遮断膜は、１００〜１×１０−４Ω・ｃｍの比抵抗を示していてよい。
【００１９】
一方、本発明は、５〜４０ｗｔ％の重量比で酸化ガリウムを酸化亜鉛に酸化ガリウムを添加してスラリーに製造するスラリー製造ステップ；前記スラリーを乾燥して顆粒粉末にする乾燥ステップ；前記顆粒粉末を成形して成形体とする成形ステップ；および、前記成形体を焼結して焼結体とする焼結ステップを含むことを特徴とする酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法を提供する。
【００２０】
ここで、前記スラリー製造ステップは、酸化ガリウムを蒸留水と第１分散剤の混合液と混合した後に湿式ミリングする第１分散過程、および前記第１分散過程を通じて作られた懸濁液に、第２分散剤と酸化亜鉛を混合して前記スラリーにし、前記スラリーを湿式ミリングする第２分散過程を含んでよい。
【００２１】
このとき、前記第１分散過程では、前記酸化ガリウムの平均粒径が０．２〜０．６μｍとなるように制御してよい。
【００２２】
また、前記第１分散過程では、前記第１分散剤を、前記酸化ガリウムに対して０．１〜２ｗｔ％添加してよい。
【００２３】
そして、前記第２分散過程では、前記第２分散剤を、前記酸化亜鉛に対して０．３〜２．５ｗｔ％添加してよい。
【００２４】
また、前記第２分散過程では、前記スラリーの平均粒径が０．１〜０．５μｍとなるように制御してよい。
【００２５】
さらに、前記スラリー製造ステップは、前記スラリーにバインダーを添加する過程をさらに含んでよい。
【００２６】
また、前記焼結ステップでは、空気または酸素雰囲気下で、１４００〜１６００℃の温度で前記成形体を焼結してよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、酸化亜鉛に酸化ガリウムをドーピングさせることにより、安定的なＤＣスパッタリングが可能な高密度のスパッタリングターゲットを製造することができる。
【００２８】
また、本発明によれば、かかるスパッタリングターゲットを介して、薄膜トランジスタの製造時、銅が電極として使用され得るゲート電極、ソース、ドレイン電極上部にＳｉＯｘ系の酸化物保護層が蒸着された場合に、ＣｕＯｘが形成されることを防止して銅電極と保護層との接触性を向上させることができ、ディスプレイに適用可能であるが高い透過率を有する遮断膜を、銅電極上に蒸着、すなわち、銅電極と酸化物保護層との間に形成させることができる。
【００２９】
また、本発明によれば、スパッタリングターゲットを介して銅電極と同時にエッチングすることができ、アンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）やチップ（ｔｉｐ）を誘発しないようにエッチング速度を容易に調整することができ、銅電極の浸食等による問題点を発生させない遮断膜を蒸着させることにより、薄膜トランジスタ製造工程の容易化および単純化に寄与することができる。すなわち、本発明に係るスパッタリングターゲットを介して蒸着される遮断膜は、別途のパターニング工程なしに、銅電極パターニング工程の際にこれとともにパターニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例によるスパッタリングターゲット製造方法を通じて作られた焼結体に対するＥＰＭＡ分析結果である。
【図２】本発明の実施例によるスパッタリングターゲットを通じて蒸着された遮断膜の有無に応じた銅の拡散傾向に対するＳＩＭＳ分析結果である。
【図３】遮断膜の組成によるエッチング特性を比較するために撮影した透過電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施例に従って製造されたスパッタリングターゲットを介して蒸着された遮断膜が、銅の酸化に及ぼす影響を観察するために電子顕微鏡で撮影したイメージである。
【図５】比較例として、銅‐マンガン合金からなるスパッタリングターゲットを介して蒸着された遮断膜が、銅の酸化に及ぼす影響を観察するために電子顕微鏡で撮影したイメージである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲット、その製造方法、およびこれを通じて蒸着された遮断膜を有する薄膜トランジスタについて詳細に説明する。
【００３２】
なお、本発明を説明するにあたり、関連した公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、最近のイシューとなっている銅電極が適用された平板ディスプレイを構成する薄膜トランジスタの製作工程において、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および金属配線等として使用される銅が、たとえば、その上部に形成される保護層である酸化物層に拡散すること、または酸化物層と反応することを抑制すると同時に、透過率が高くてディスプレイに適用が可能であり、既存のエッチング条件で銅と同時エッチングが可能であり、アンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）やチップ（ｔｉｐ）を誘発しないようにエッチング速度を容易に調整することのできる酸化亜鉛系遮断膜の蒸着のためのターゲットである。
【００３４】
かかる酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、焼結体およびバッキングプレート（ｂａｃｋｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）を含んで形成される。
【００３５】
焼結体は、酸化ガリウムが５〜４０ｗｔ％ドーピングされている酸化亜鉛からなる。ここで、酸化ガリウムが５ｗｔ％未満でドーピングされると、これを通じて蒸着される酸化亜鉛系遮断膜の比抵抗が低く、透明伝導膜用として使用するには適当であるが、薄膜トランジスタ製造時のエッチング速度が速すぎて、エッチング時のアンダーカットによる浸食問題およびチップ（ｔｉｐ）を発生させるようになる。そして、酸化ガリウムが４０ｗｔ％を超えてドーピングされると、ＤＣスパッタリング可能なターゲットを具現することができなくなる。このとき、より好ましくは、酸化ガリウムが１５〜３０ｗｔ％ドーピングされてよい。
【００３６】
本発明の実施例において、酸化ガリウムは、酸化亜鉛に均一に分散されており、焼結体内の酸化ガリウム凝集体は、１μｍ以下のサイズで分布している。これにより、焼結体の局部的な抵抗均一性（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）は１０％以内となり、組成均一性も±１０％以内であるため、これを通じて蒸着される遮断膜も、均一な特性を具現することができる。また、本発明の実施例において、焼結体は、Ｉｎ、Ａｌ等の３族元素およびＺｒ、Ｓｉ、Ｓｎ等の４族元素のうち少なくとも一つの元素を含んでよい。
【００３７】
バッキングプレートは、焼結体を支持する役割をする部材であり、導電性および熱伝導性に優れる銅、好ましくは、無酸素銅、チタン、ステンレス鋼からなっていてよい。かかるバッキングプレートは、たとえば、インジウムからなるボンディング材を介して焼結体の後面に接合されて、酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを構成することになる。
【００３８】
このように、焼結体とバッキングプレートとからなる酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、１００Ω・ｃｍ以下の比抵抗を有する。また、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、５．３ｇ／ｃｍ３以上の高密度を有するが、これにより、高い印加パワー密度、たとえば、印加パワー密度が０．１〜８Ｗ／ｃｍ２で適用されたＤＣスパッタリング時にも異常放電なく安定的な放電が可能である特性を有する。また、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、一般的なスパッタリングターゲットに典型的に現れる黒化現象が少なく、スパッタリング蒸着工程時、パーティクルによる不良が最小化される。このとき、このような特性を有する酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、製造工程制御を通じて具現することができるが、これは、後述する酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法においてより詳細に説明することとする。
【００３９】
一方、上述したように、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、薄膜トランジスタの酸化亜鉛系遮断膜の蒸着に使用される。すなわち、薄膜トランジスタは、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線を構成する銅層と、その上部に蒸着される保護層である酸化物層からなる。このとき、銅層上部に、たとえば、ＳｉＯｘ系の酸化物層が蒸着される場合、銅層を構成する銅が反応してＣｕＯｘが形成される。このように、銅の反応によるＣｕＯｘが形成されると、銅層の色が変色し、酸化物層との接触性が低下して酸化物層が剥離したり、薄膜トランジスタの特性低下が発生したりするようになる。このため、薄膜トランジスタの製造時、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを利用して銅層上に酸化亜鉛系遮断膜を蒸着させると、銅層と酸化物層の反応を抑制することができる。このとき、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを介して蒸着された遮断膜は、１０〜５０００Åの結晶サイズを有する。また、遮断膜は、３０〜５０ｎｍの厚みで蒸着されてよく、この場合、１００〜１×１０−４Ω・ｃｍの比抵抗を示す。このとき、かかる遮断膜の特性を具現するためには、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを使用して蒸着するとともに、スパッタリング時にアルゴンガスと酸素ガスを所定の比率で混合して使用することが好ましい。
【００４０】
そして、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットは、製作条件により単一相あるいは複合相の遮断膜を形成してよいが、基本的に、六方晶系層状化合物からなる遮断膜を形成してよい。このとき、このような酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを介して蒸着された遮断膜は、酸化亜鉛ベースの結晶構造においてｃ軸に結晶が配列されるため、エッチング時に弱酸でも簡単にエッチングされて、エッチング液の濃度およびターゲットの組成調整を通じて容易にエッチング速度を制御することができる。よって、遮断膜は、別途の工程の追加なく、既存に使用されていた銅層エッチング液で銅層と日光エッチングすることができ、薄膜トランジスタの製造工程の容易化および単純化に寄与することができる。このとき、かかる遮断膜のエッチング特性をより向上させるために、蒸着された遮断膜を、２００〜４００℃の温度範囲で、１０〜１２０分間熱処理してよい。
【００４１】
以下、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法について説明することとする。
【００４２】
上述したような本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを介して蒸着および成膜された遮断膜の特性をすべて具現するためには、酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造条件を高度に制御しなければならない。このために、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造方法は、スラリー製造ステップ、乾燥ステップ、成形ステップおよび焼結ステップを含む。
【００４３】
スラリー製造ステップは、５〜４０ｗｔ％の重量比で酸化ガリウムを酸化亜鉛に添加してスラリーに製造するステップである。かかるスラリー製造ステップは、第１分散処理と第２の分散過程に区分されてよい。
【００４４】
まず、第１分散処理においては、酸化ガリウムを蒸留水と分散剤の混合液と混ぜて、分散平均粒径が０．１〜０．８μｍとなるように湿式ミリングする。このとき、添加される分散剤は、酸化ガリウムに対して０．１〜２ｗｔ％であってよい。このとき、分散剤は、湿式ミリングを通じて作られた懸濁液において、酸化ガリウム、および後工程を通じて添加される酸化亜鉛の表面に容易に吸着され得る構造を有していなければならない。このため、クエン酸といった有機酸やポリカルボン酸等を分散剤として使用してよい。また、分散剤は、酸化亜鉛および酸化ガリウム粒子の高分散特性を具現するために、懸濁液のｐＨを変更させるものであってはならない。このため、ポリカルボン酸塩（ｓａｌｔ）、たとえば、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸アミン塩等の分散剤を使用してよい。第１分散処理においては、このような方法を通じて酸化ガリウムを分散させる。
【００４５】
その次に、第２分散処理においては、酸化ガリウムが分散された懸濁液に、酸化ガリウムが５〜４０ｗｔ％の重量比、好ましくは１５〜３０ｗｔ％の重量比を有するように酸化亜鉛を添加し、この酸化亜鉛に対して０．３〜２．５ｗｔ％の分散剤を添加してスラリーを作り、このスラリーの平均粒径が０．１〜０．５μｍとなるように湿式ミリングする。ここで、分散剤の添加量とスラリーの平均粒径は、相互密接な関連がある。すなわち、分散条件と粒径比が合わない場合、後工程を通じて作られる焼結体の内部には、それ自体は電気的特性のない酸化亜鉛と酸化ガリウムの凝集により、焼結体の抵抗が局部的に急激に増加する結果を招くことになる。こうした結果は、最終的に作られる酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの安定的なＤＣスパッタリングを妨害するだけでなく、これを通じて蒸着された薄膜においても組成の均一性に深刻な影響を及ぼし得る。また、本発明の実施例のように酸化ガリウムおよびスラリーの分散粒径を調節することは、焼結温度とも密接な関連がある。すなわち、前記範囲に分散粒径を制御しない場合、高温焼結時、酸化亜鉛の異常な揮発を誘発し得る。
【００４６】
一方、第２分散処理の完了後、作られたスラリーにバインダーを添加する。このとき、使用されるバインダーは、スラリーを粉末に乾燥させた後、成形する過程において、成形体の成形強度を維持するために添加されるものであり、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等が使用されてよい。ここで、バインダーは、スラリー内の酸化ガリウムおよび酸化亜鉛粉末に対して０．０１〜５ｗｔ％、好ましくは、０．５〜３ｗｔ％添加してよい。バインダーの添加量は、焼結体の焼結密度に大きな影響を及ぼす。すなわち、バインダーの添加量が前記範囲を外れると、顆粒粉末を成形する過程において成形密度が低下し、これは焼結密度の低下につながることになる。このとき、焼結密度の低下は、焼結体内部に気孔が形成されることを意味するもので、局部的な高抵抗を招くことになり、ＤＣスパッタリング可能な酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを作るのに障害要素として作用することになる。
【００４７】
本発明の実施例のように湿式ミリングを段階的に分けて実施する理由は、次のとおりである。乾式原料粉末状態の平均粒径がいずれも異なり、粉体自体の硬度や凝集度が異なるため、一度に混合して湿式ミリングを行う場合、それぞれの原料粉末を所望の粒径に制御することが難しい。このようになると、焼結体の製造時、酸化ガリウムが酸化亜鉛マトリクスに均一に分散されず、局部的な凝塊現象が発生して、結局のところ、ターゲットの電気的特性および機械的物性を低下させることになる。したがって、こうした問題を解決するために、不純物を順次的に水系において所望の粒径に均一に分散させた後、最終的に酸化亜鉛を添加して、酸化亜鉛を分散させるとともに、不純物、すなわち、酸化ガリウムが酸化亜鉛と均一に混合されるように、段階的に、すなわち、第１分散処理と第２分散過程に分けて分散させるわけである。
【００４８】
次に、乾燥ステップは、スラリーを乾燥して顆粒粉末にするステップである。このステップでは、スラリーを噴霧乾燥法により乾燥させて顆粒粉末を作ってよい。
【００４９】
次に、成形ステップは、顆粒粉末を成形体にするステップである。このステップにおいては、コールドプレス（油圧プレス）と冷間等方圧（ＣＩＰ）成形を通じて顆粒粉末を成形体に製造する。
【００５０】
次に、焼結ステップは、成形体を焼結して焼結体にするステップである。焼結ステップにおいては、空気または酸素雰囲気下で、１４００〜１６００℃の温度で成形体を焼結する。ここで、前記焼結温度は、酸化ガリウムがドーピングされた酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを製造するにあたり、ターゲットの抵抗がＤＣスパッタリング可能な１×１０−３〜５０Ωの間で制御されるようにする温度である。このような焼結ステップは、高密度化および低抵抗を有するようにする過程として工程を進めることができる。
【００５１】
最後に、このように製造された焼結体をバッキングプレートと接合させると、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの製造が完了する。本発明の実施例により製造された酸化亜鉛系スパッタリングターゲットの比抵抗は１００Ω・ｃｍ以下であり、ＤＣスパッタリングによる薄膜トランジスタ製造の際、銅層上に遮断膜を安定的に成膜することができる。このとき、成膜時のＤＣスパッタリング印加パワー密度は、０．１〜８Ｗ／ｃｍ２の範囲内で自由に制御してよい。もちろん、これを外れた範囲内においても、グロー放電を起こすことは可能であるが、異常放電等の問題が発生する可能性が高く、ターゲットに亀裂を招く可能性が非常に高く、産業的には利用価値がなくなる。
【００５２】
本発明の実施例により製造された酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを利用して、ＤＣスパッタリングを通じて薄膜、すなわち、遮断膜を蒸着した際に得ることのできる遮断膜の比抵抗は、組成に応じて、３０ｎｍ厚基準で１００〜１×１０−４Ω・ｃｍとなってよい。このとき、酸化亜鉛系スパッタリングターゲットへの遮断膜蒸着時のチャンバの基本的な真空度は、１×１０−７〜１×１０−５ｔｏｒｒの範囲内で調整されなければならない。初期真空度は、低ければ低いほど良質の薄膜を得ることができるが、産業設備において超高真空を維持することは費用を増加させるので、前記範囲で真空度を維持する場合、本発明の実施例により製造された酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを通じても良質の遮断膜を得ることができる。なお、遮断膜蒸着時、遮断膜の結晶化度および抵抗を制御するために、酸素といった反応性ガスをアルゴンガスとともに注入してよい。そして、このように成膜された遮断膜は、２００〜４００℃で熱処理されてよい。
【００５３】
このように、本発明の実施例により製造された酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを介して銅層上に蒸着された遮断膜および熱処理された遮断膜は、薄膜トランジスタ工程上において、銅層エッチングに使用される薬液に対して下部膜と上部膜との間で優れたエッチング直進性により、アンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）やチップ（ｔｉｐ）を誘発しない。エッチング速度が遅すぎると量産性が低下し、エッチング速度が速すぎると工程制御が困難であるが、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリングターゲットを介して遮断膜を成膜し、これをエッチングすることになると、適切なエッチング速度で制御が可能となり、不均一なエッチング性に起因する問題を回避することができる。
【実施例１】
【００５４】
酸化ガリウムの重量に対して１．０ｗｔ％の分散剤が添加された蒸留水に、約４μｍの平均粒径を有する酸化ガリウムをスパッタリングターゲット全体の重量に対して２０ｗｔ％となるように添加した後、分散された平均粒径が０．３μｍとなるように、湿式ミリング法によって粉砕／分散させた。その後、酸化亜鉛に対して０．５ｗｔ％の分散剤と０．５μｍの平均粒径を有する酸化亜鉛を添加して、最終的な分散粒径が０．２μｍとなるように湿式ミリングした。このとき、分散剤としては、ポリアクリル酸アミン塩を使用した。最終的な酸化亜鉛系スラリーが得られた後、バインダーとしてＰＶＡ１．０ｗｔ％、ＰＥＧ０．５ｗｔ％を添加して、もう１回ミリングして均一なスラリーを製造した。その次に、噴霧乾燥法によりスラリーを顆粒粉末に製造し、これを軸方向プレスにより圧縮した後、冷間静水圧成形を行った。
【００５５】
その次に、製造された成形体を空気／酸素雰囲気下で、１５５０℃で１５時間焼結した。焼結が完了した焼結体の比抵抗は５．０×１０−３Ω・ｃｍを示し、焼結密度は５．６７ｇ／ｃｍ３を示した。製造された焼結体を、ＥＰＭＡ分析を通じて酸化亜鉛内に分布された酸化ガリウム凝集体を観察して、その結果を図１に示した。図１を見ると、酸化亜鉛マトリクス内に分布されている酸化ガリウムのサイズが、すべて１μｍ以下に均一に分散されていることを確認することができた。
【実施例２】
【００５６】
実施例１により製造された焼結体を、銅からなるバッキングプレートに接合させてスパッタリングを実施した。スパッタリング条件は、チャンバのベース圧力を１×１０−６ｔｏｒｒ、駆動圧力を０．５Ｐａに制御し、１００℃、純粋アルゴン雰囲気でプラズマ放電を起こして蒸着を実施した。このとき、ターゲットのサイズは５６５ｍｍ×６９０ｍｍであり、印加されたパワーはＤＣ１０ｋＷであり、薄膜の厚みは３０ｎｍで蒸着した。そして、薄膜が蒸着された基板としては、非アルカリ性ガラスとその上に酸化物半導体であるＩＧＺＯ層があらかじめ積層された基板を使用した。ＩＧＺＯ層上に３０ｎｍ厚で蒸着されたＧＺＯ薄膜の上に電極素材である銅を蒸着したサンプル（ａ）と、ＩＧＺＯ層の上に銅を蒸着したサンプル（ｂ）により、銅がＩＧＺＯ層に拡散するかについてＳＩＭＳをつうじて分析し、その結果を図２に示した。図２の（ａ）を見ると、銅の拡散が、酸化ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜（ＧＺＯ）により防止される現象を確認することができ、これに対して、図２の（ｂ）を見ると、純粋ＩＧＺＯ層の上に銅を蒸着した場合、銅成分がＩＧＺＯ層に拡散されたことを確認することができた。
【００５７】
また、薄膜トランジスタ構造においてソース、ドレイン電極上部にＳｉＯｘ層が積層された際に、本発明に係るスパッタリングターゲットにより蒸着された遮断膜が銅保護層の役割をするのかを確認するために、非アルカリ性ガラスと、その上に銅層があらかじめ積層された基板を使用し、本発明に係るスパッタリングターゲットにより酸化ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜を蒸着した後、ＣＶＤ工法を利用してＳｉＯｘ薄膜を蒸着したサンプル（ａ）と、酸化インジウムが添加された酸化亜鉛薄膜を蒸着した後、ＣＶＤ工法を利用してＳｉＯｘ薄膜を蒸着したサンプル（ｂ）に対して、銅エッチング薬液を利用してエッチングした後に残渣が残るかを透過電子顕微鏡で確認して図３に示した。図３を見ると、本発明の比較例である（ｂ）の場合にのみ、残渣が残っていることを確認することができた。
【００５８】
そして、図４および図５は、銅電極上に遮断膜として使用される物質を変えた場合の、ＣｕＯｘ形成有無を観察した写真であり、図４の（ａ）と（ｂ）は、銅電極上に本発明に係るスパッタリングターゲットを介して遮断膜を蒸着した後、その上部にＳｉＯｘ薄膜を蒸着する前と後を示し、図５の（ａ）と（ｂ）は、銅電極上に銅‐マンガンターゲットを介して遮断膜を蒸着した後、その上部にＳｉＯｘ薄膜を蒸着する前と後を示している。図４を見ると、ＳｉＯｘ薄膜の蒸着前後に変化がないが、図５を見ると、ＳｉＯｘ薄膜の蒸着前後に素子に変化が発生することが確認することができた。これを整理すると、本発明に係るスパッタリングターゲットを介して銅電極上に酸化ガリウムがドーピングされた酸化亜鉛系遮断膜を形成すると、ＳｉＯｘ薄膜を形成したとしても、銅電極とＳｉＯｘ薄膜間の反応が遮断膜によって抑制されるが、銅電極上に銅‐マンガン遮断膜を形成すると、この遮断膜は銅電極とＳｉＯｘ薄膜間の反応抑制に寄与できず、これらの間の反応によってＣｕＯｘが形成され、これは、結局のところ、銅電極とＳｉＯｘ薄膜間の接触性、ひいては薄膜トランジスタの特性を低下させる結果を招くことになる。
【００５９】
以上のとおり、本発明は限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、これらの記載から多様な修正および変形が可能である。
【００６０】
それゆえ、本発明の範囲は、説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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