(57)【要約】【課題】銅をパターニングするエッチング工程で、別途の追加工程なしに、同時にエッチングが可能であり、銅が他の層に拡散したり、あるいは反応することを抑制することができる遮断膜を有する薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】酸化インジウムが、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量比で９９〜５０重量％：１〜５０重量％でドーピングされている酸化亜鉛を含む焼結体と、前記焼結体の背面に結合され、前記焼結体を支持するバック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、その製造方法、及びそれを介して蒸着された遮断膜を有する薄膜トランジスタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化インジウムが、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量比で９９〜５０重量％：１〜５０重量％でドーピングされている酸化亜鉛を含む焼結体と、
前記焼結体の背面に結合され、前記焼結体を支持するバックキングプレートと、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】
前記焼結体の比抵抗は、１×１０−２Ω・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】
前記焼結体の密度は、５．６ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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】
前記焼結体内には、前記酸化インジウムの凝集体が１μｍ以下の大きさで分散していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項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族元素及び４族元素のうちの少なくとも１つの元素をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項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】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極及び配線を構成する銅層と、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを用いたスパッタリング工程において、前記銅層上に蒸着された遮断膜と、
前記遮断膜上に蒸着された酸化物層と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記遮断膜は、１０〜５，０００Å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。
【請求項１０】
前記遮断膜は、３０〜５０ｎｍ厚に蒸着されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
前記遮断膜は、１×１０−１〜１×１０−３Ω・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。
【請求項１２】
酸化亜鉛と酸化インジウムを、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量比５０〜９９：５０〜１重量％で含むスラリーを製造するスラリー製造段階と、
前記スラリーを乾燥させて顆粒粉末にする乾燥段階と、
前記顆粒粉末を成形して成形体にする成形段階と、
前記成形体を焼結して焼結体にする焼結段階と、を含むことを特徴とする酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法。
【請求項１３】
前記スラリー製造段階は、
前記酸化亜鉛を、蒸溜水と第１分散剤との混合液と混合させた後、湿式ミリングを行う第１分散過程と、
前記第１分散過程において作られた懸濁液に、第２分散剤と前記酸化インジウムとを混合させ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１２に記載の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法。
【請求項１４】
前記第１分散過程では、前記酸化亜鉛の平均粒径が０．１〜０．８μｍになるように制御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・ターゲット製造方法。
【請求項１５】
前記第１分散過程では、前記第１分散剤を、前記酸化亜鉛の重量に対して、０．１〜２重量％添加することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法。
【請求項１６】
前記第２分散過程では、前記第２分散剤を、前記酸化インジウムの重量に対して、０．３〜２．５重量％添加することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法。
【請求項１７】
前記第２分散過程では、前記スラリー中の酸化インジウムの平均粒径が０．１〜０．５μｍになるように制御することを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法。
【請求項１８】
前記スラリー製造段階は、前記スラリーにバインダを添加する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法。
【請求項１９】
前記焼結段階では、空気雰囲気下及び酸素雰囲気下で、１，２００〜１，５００℃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１２〜１８のいずれか１項に記載の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法。
【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、及びそれを用いて蒸着された遮断膜を有する薄膜トランジスタに係り、さらに詳細には、ＤＣ（直流）スパッタリングが可能であり、それを用いて蒸着される遮断膜の接触性及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、及びそれを用い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、表示性能にすぐれ、消費電力が少ない。そのために、液晶表示装置または電子発光表示装置は、携帯電話、パソコン、ワープロ、テレビのような表示機器に汎用されている。それら表示機器は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）という微細なパターンによって形成されたトランジスタを介して駆動される。そのとき、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、多くの蒸着法によって薄膜にコーティングされ、エッチングによって形成される。
【０００３】
かような微細パターンで、電極は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極に分けられる。電極物質としては、Ａｌ、Ｍｏなどが使用されてきたが、ディスプレイが、さらに高い画質の実現のために高精細化されるにつれ、さらに高い電気伝導度を有する物質が必要になった。そのための方策として、金属物質のうち、電気伝導度が高く、廉価である銅が電極物質として注目を集めるようになり、銅を電極物質として活用しようとする研究が研究機関及び産業体で進められている。
ここで、銅電極は、電気伝導度にすぐれるために、他の電極に比べて、さらに薄い状態でも、同一の特性を実現することができ、工程において、タクトタイム（tact time）短縮が可能であり、それによって、生産コストを低減することができる。それだけではなく、銅電極は、高い電気伝導度を要求する高仕様の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好であり、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、他の物質から構成された層に拡散したり、あるいは反応し、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、ソース電極、ドレイン電極の上部に、パッシベーション（passivation）と命名される保護層が蒸着されるとき、それによって銅が酸化され、銅と保護層との接触性が低下し、それによって、保護層が剥離したり、あるいは薄膜トランジスタの性能が低下するというような問題点がある。
【０００５】
それにより、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で、別途の追加工程なしに、同時にエッチングが可能であり、銅が他の層に拡散したり、あるいは反応することを抑制することができる遮断膜の導入に向ける関心が高まっている。
なお、関連先行技術としては、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国登録特許公報第１０−１０９３５０９号（２０１１．１２．０７．）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述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、その目的は、ＤＣスパッタリングが可能であり、それを用いて蒸着される遮断膜の接触性及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、及びそれを用い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ところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、酸化インジウムが、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量比で９９〜５０重量％：１〜５０重量％でドーピングされている酸化亜鉛を含む焼結体と、前記焼結体の背面に結合され、前記焼結体を支持するバックキングプレートと、を含むことを特徴とする酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを提供する。
ここで、前記焼結体の比抵抗は、１×１０−２Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
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もある。
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でもある。
そして、前記焼結体の密度は、５．６ｇ／ｃｍ３以上でもある。
前記焼結体内には、前記酸化インジウムの凝集体が１μｍ未満の大きさで分散していることが好ましい。
また、前記焼結体は、３族元素及び４族元素のうち少なくとも１つの元素を含んでもよい。
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明はまた、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極及び配線をなす銅層と、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介して、前記銅層上に蒸着された遮断膜と、及び前記遮断膜上に蒸着された酸化物層と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタを提供する。
ここで、前記遮断膜は、１０〜５，０００Åの結晶サイズを有することができる。
また、前記遮断膜は、３０〜５０ｎｍ厚に蒸着される。
前記遮断膜は、１×１０−１〜１×１０−３Ω・ｃｍの比抵抗を示すことができる。
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明はまた、酸化亜鉛と酸化インジウムを、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量比５０〜９９：５０〜１重量％で含むスラリーを製造するスラリー製造段階と、前記スラリーを乾燥させて顆粒粉末にする乾燥段階と、前記顆粒粉末を成形して成形体にする成形段階と、前記成形体を焼結して焼結体にする焼結段階と、を含むことを特徴とする酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法を提供する。
ここで、前記スラリー製造段階は、前記酸化亜鉛を、蒸溜水と第１分散剤との混合液と混合させた後、湿式ミリングする第１分散過程、及び前記第１分散過程において作られた懸濁液に、第２分散剤と前記酸化インジウムとを混合させ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分散過程を含んでもよい。
前記第１分散過程では、前記酸化亜鉛の平均粒径が、０．１〜０．８μｍになるように制御することができる。
また、前記第１分散過程では、前記第１分散剤を前記酸化亜鉛の重量に対して、０．１〜２重量％添加することができる。
そして、前記第２分散過程では、前記第２分散剤を前記酸化インジウムの重量に対して、０．３〜２．５重量％添加することができる。
併せて、前記第２分散過程では、前記スラリー中の酸化インジウムの平均粒径が、０．１〜０．５μｍになるように制御することができる。
さらに、前記スラリー製造段階は、前記スラリーにバインダを添加する過程をさらに含んでもよい。
また、前記焼結段階では、空気雰囲気下及び酸素雰囲気下で、１，２００〜１，５００℃の温度で、前記成形体を焼結することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、酸化亜鉛に酸化インジウムをドーピングさせることにより、安定した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。
また、本発明によれば、かようなスパッタリング・ターゲットを用いて、薄膜トランジスタを製造すれば、銅が電極として使用されるゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の上部に、ＳｉＯｘ系の酸化物保護層が蒸着されるとき、ＣｕＯｘの形成を防止し、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り、高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することができる。
また、本発明によれば、スパッタリング・ターゲットを用いて、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）を誘発させないように、エッチング速度を容易に調節することができ、銅電極の侵食などによる問題点を発生させない遮断膜を蒸着させることができ、これにより薄膜トランジスタ製造工程の容易性及び単純化に寄与することができる。すなわち、本発明によるスパッタリング・ターゲットを用い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時、銅電極と共にパターニングされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例におけるスパッタリング・ターゲット製造方法により作られた焼結体に対するＥＰＭＡ（electron probe micro analyzer）分析結果のイメージである。
【図２】本発明の実施例において製造されたスパッタリング・ターゲットを用いて蒸着された遮断膜に対するエッチングテスト結果を撮影した透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【図３Ａ】本発明の実施例において製造されたスパッタリング・ターゲットを用い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写真である。
【図３Ｂ】本発明の実施例において製造されたスパッタリング・ターゲットを用い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写真である。
【図４Ａ】比較例として、銅マンガン合金からなるスパッタリング・ターゲットを用い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写真である。
【図４Ｂ】比較例として、銅マンガン合金からなるスパッタリング・ターゲットを用い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写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付された図面を参照し、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、及びそれを用い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。
併せて、本発明の説明にあたり、関連した公知機能あるいは公知構成に係わる詳細な説明は略する場合がある。
【００１４】
本発明の一実施態様による酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットは、最近注目され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過程で、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極及び金属配線などに使用される銅が、例えば、その上部に形成される保護層である酸化物層への拡散すること、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、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）を誘発させないように、エッチング速度を容易に調節することが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。
【００１５】
かような酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットは、焼結体及びバックキングプレート（backing plate）を含んで形成される。
該焼結体は、酸化インジウムが、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量比で９９〜５０重量％：１〜５０重量％でドーピングされている酸化亜鉛を含む。ここで、酸化インジウムが１重量％未満でドーピングされた場合には、それを用いて蒸着される酸化亜鉛系遮断膜の比抵抗が低く、透明電導膜用としての使用には適するものの、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製作時における、エッチング速度が過度に速く、エッチング時、アンダーカットによる侵食が起こり、チップを発生させ得る。一方、酸化インジウムが５０重量％を超えてドーピングされた場合には、ＤＣスパッタリング可能なターゲットを実現することが難しい。さらに望ましくは、酸化亜鉛に酸化インジウムが２０〜４０重量％ドーピングされる。
【００１６】
本発明の一実施態様において、酸化インジウムは、酸化亜鉛に均一に分散されているが、そのとき、焼結体内に分散している酸化インジウムの凝集体は、１μｍ以下の大きさであることが好ましい。その場合、該焼結体の局所的な抵抗均一度（uniformity）が１０％以内になり、組成均一度も１０％以内であるので、それを用いて蒸着される遮断膜にも、均一な特性が実現される。併せて、本発明の一実施態様において、該焼結体は、Ｇａ、Ａｌなどの３族元素、及びＺｒ、Ｓｉ、Ｓｎなどの４族元素のうち少なくとも１つの元素を含んでもよい。
【００１７】
また、該焼結体は、１×１０−２Ω・ｃｍ以下の比抵抗を有することが好ましい。また、該焼結体は、５．６ｇ／ｃｍ３以上の密度を有することが好ましい。前記焼結体を含むスパッタリング・ターゲットは、印加パワー密度が０．１〜８Ｗ／ｃｍ２で適用されたＤＣスパッタリング時にも、異常放電なしに、安定した放電が可能であるという特性を有する。
【００１８】
前記バックキングプレートは、該焼結体を支持する役割を行う部材で、導電性及び熱伝導性にすぐれる銅、望ましくは、無酸素銅、チタン、又はステンレス鋼からなる。かようなバックキングプレートは、例えば、インジウムからなるボンディング材を媒介をして焼結体の背面に接合され、酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを構成する。
【００１９】
そのように、該焼結体と該バック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、一般的なスパッタリング・ターゲットに典型的に示される黒化現象（blackening phenomenon）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。か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、製造工程の制御によって実現されるが、それは、下記の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法において、さらに詳細に説明する。
【００２０】
一方、前述のように、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、ドレイン電極及び配線をなす銅層と、その上部に蒸着される保護層である酸化物層と、からなる。そのとき、銅層の上部に、例えば、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、ＣｕＯｘが形成され得る。そのように、銅の反応によるＣｕＯｘが形成されれば、銅層の色が変色し、酸化物層との接触性が低下し、酸化物層が剥離されたり、あるいは薄膜トランジスタの特性低下が発生する。そのために、薄膜トランジスタの製造時、本発明の一実施態様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れば、銅層と酸化物層との反応を抑制することができる。
【００２１】
本発明の一実施態様による酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを用いて蒸着された遮断膜は、１０〜５，０００Åの結晶サイズを有することが好ましい。また、該遮断膜は、３０〜５０ｎｍ厚に蒸着されることが好ましく、その場合、１×１０−１〜１×１０−３Ω・ｃｍの比抵抗を示す。かような遮断膜の特性を実現させるためには、本発明の一実施態様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共に、スパッタリング時に、アルゴンガスと酸素ガスとを所定の比率で混合して使用することが望ましい。
【００２２】
本発明の一実施態様による酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットは、製作条件によって、単一相あるいは複合相の遮断膜を形成することができるが、基本的には、六方晶系層状化合物（hexagonal lamellar compound）からなる遮断膜を形成することができる。かような酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを用いて蒸着された遮断膜は、エッチング時に、弱酸でも容易にエッチングされるので、エッチング液の濃度、及びターゲットの組成調整によって、容易にエッチング速度を制御することができる。例えば、該遮断膜をエッチングするエッチング速度を、１〜５００Å／ｓｅｃ、望ましくは、５〜５００Å／ｓｅｃに制御することができる。それにより、該遮断膜は、別途の工程追加なしに既に使われた銅層エッチング液で、銅層と一括エッチングされ、薄膜トランジスタ製造工程の容易性及び単純化に寄与することができる。併せて、かような遮断膜のエッチング特性をさらに向上させるために、蒸着された遮断膜を、２００〜４００℃の温度範囲で、１０〜１２０分間熱処理することが好ましい。
【００２３】
以下、本発明の一実施態様による酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法について説明する。
前述のような本発明の一実施態様による酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを用いて蒸着及び成膜された遮断膜の特性をいずれも実現させるためには、酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットの製造条件が高度に制御されることが好ましい。そのためには、本発明の実施例による酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造方法は、スラリー製造段階、乾燥段階、成形段階及び焼結段階を含む。
【００２４】
スラリー製造段階は、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量比で９９〜５０重量％：１〜５０重量％となる量の酸化インジウムを、前記酸化亜鉛に添加して、スラリーへと製造する段階である。かようなスラリー製造段階は、第１分散過程と第２分散過程とに区分される。
まず、第１分散過程では、酸化亜鉛を、蒸溜水と分散剤との混合液と混合し、分散された酸化亜鉛の平均粒径が０．１〜０．８μｍになるように湿式ミリングを行う。そのとき、添加される分散剤は、酸化亜鉛の重量に対して、０．１〜２重量％である。分散剤は、湿式ミリングを介して得られた懸濁液において、酸化亜鉛、及び後続工程で添加される酸化インジウムの表面に容易に吸着される構造を有していることが好ましい。そのために、クエン酸のような有機酸やポリカルボン酸などを分散剤として使用することができる。また、該分散剤は、酸化亜鉛粒子及び酸化インジウム粒子の高分散特性を実現させるために、懸濁液のｐＨを変更させないことが好ましい。そのために、ポリカルボン酸塩のような分散剤、例えば、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などの分散剤を使用することができる。第１分散過程では、かような方法によって酸化亜鉛を分散させる。
【００２５】
次に、第２分散過程では、酸化亜鉛が分散された懸濁液に、酸化インジウムが酸化亜鉛：酸化インジウムの重量比で９９〜５０重量％：１〜５０重量％、望ましくは、８０〜６０重量％：２０〜４０重量％となるように酸化インジウムを添加し、該酸化インジウムの重量に対して、０．３〜２．５重量％の分散剤を添加してスラリーを作り、酸化インジウムの平均粒径が０．１〜０．５μｍになるように、湿式ミリングを行う。ここで、分散剤の添加量と、スラリーの平均粒径は、互いに密接な関連性がある得る。分散条件及び／又は粒径が適切でない場合、後工程を通じて作られる焼結体内部には、それ自体としては電気的特性のない酸化亜鉛と酸化インジウムとの凝集により、焼結体の抵抗が局所的に急上昇するという結果をもたらし得る。かような結果は、最終的に作られる酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットの安定したＤＣスパッタリングを妨害するだけでなく、それを用いて蒸着された薄膜、すなわち、遮断膜においても、組成の均一度に深刻な影響を及ぼし得る。また、本発明の実施態様のような、分散された酸化インジウムの粒径の調節は、焼結温度とも密接な関連があり得る。前記範囲で分散粒径を制御することができない場合、高温焼結時に、酸化亜鉛の非正常的な揮発を誘発することがあり得る。
【００２６】
一方、第２分散過程完了後に作られたスラリーにバインダを添加してよい。バインダは、スラリーを粉末に乾燥させた後、成形する過程で、成形体の成形強度を維持するために添加され得る。該バインダとしては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールなどが使用される。ここで、該バインダは、スラリー内の酸化インジウム及び酸化亜鉛粉末の総重量に対して、０．０１〜５重量％、望ましくは、０．５〜３重量％添加される。該バインダの添加量は、焼結体の焼結密度に影響を及ぼし得る。すなわち、バインダの添加量が、前記範囲を外れれば、顆粒粉末を成形する過程で、成形密度が低下し、焼結密度低下につながり得る。該焼結密度低下は、焼結体内部での気孔形成を意味し、局所的な高抵抗をもたらし、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し得る。
【００２７】
本発明の一実施態様のように、湿式ミリングを段階的に分けて実施する理由は、次の通りである。乾式原料粉末状態の平均粒径が酸化亜鉛と酸化インジウムとで異なり、粉末自体の硬度と凝集度とが異なるために、１回で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しにくい。それにより、焼結体の製造時、酸化インジウムが酸化亜鉛マトリックスに均一に分散されず、局所的な塊現象が発生し、結局、ターゲットの電気的特性及び機械的物性を低下させ得る。従って、かような問題点を解決するため、酸化インジ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分散過程と第２分散過程とに分けて分散させるのである。
【００２８】
次に、乾燥段階は、スラリーを乾燥させて顆粒粉末にする段階である。この段階では、スラリーを、噴霧乾燥法で乾燥させ、顆粒粉末を作ることができる。
【００２９】
次に、成形段階は、顆粒粉末を成形体にする段階である。この段階では、コールドプレス（油圧プレス）成形及び／又は冷間等方圧（ＣＩＰ：cold isostatic press）成形により顆粒粉末を成形体に製造することができる。
【００３０】
次に、焼結段階は、成形体を焼結して焼結体にする段階である。該焼結段階では、空気雰囲気下及び酸素雰囲気下で、１，２００〜１，５００℃の温度で成形体を焼結することが好ましい。前記焼結温度は、酸化インジウムがドーピングされた酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット製造において、ターゲットの抵抗が、ＤＣスパッタリング可能な１×１０−３〜５０Ωの間になるように制御するのに適した温度である。かような焼結段階は、高密度化及び低抵抗を付与する過程として工程が進められ得る。
【００３１】
最後に、そのように製造された焼結体をバックキングプレートと接合させれば、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。
【００３２】
本発明の一実施態様によって製造された酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット、すなわち、焼結体の比抵抗は、１×１０−２Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、ＤＣスパッタリングによって薄膜トランジスタを製造するとき、銅層の上に遮断膜を安定して成膜することができる。該成膜時に、ＤＣスパッタリング印加パワー密度は、０．１〜８Ｗ／ｃｍ２範囲内で自由に制御することができる。それを外れた範囲内でも、グロー放電を起こすことは可能であることは言うまでもないが、異常放電などの問題発生の確率が高く、ターゲットに亀裂をもたらす可能性が非常に高く、産業的には利用価値がなくなることもある。
【００３３】
本発明の一実施態様によって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スパッタリングにより、薄膜、すなわち、遮断膜を蒸着したときに得ることができる遮断膜の比抵抗は、３０ｎｍ厚基準で、１×１０−１〜１×１０−３Ω・ｃｍになることが好ましい。酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットで遮断膜を蒸着するとき、チャンバの基本真空度は、１×１０−７〜１×１０−５ｔｏｒｒ範囲内で調節されることが好ましい。初期真空度が低ければ低いほど、良質の薄膜を得ることができるが、産業設備で超高真空の維持は、コストを増加させる。前記範囲で真空度を維持すれば、本発明の実施態様によって製造された酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを用いて良質の遮断膜を得ることができる。併せて、遮断膜の蒸着時、遮断膜の結晶化度及び抵抗を制御するために、酸素のような反応性ガスを、アルゴンガスと共に注入することもできる。そして、そのように蒸着された遮断膜は、エッチング特性向上のために、２００〜４００℃で熱処理されることが好ましい。
【００３４】
このように、本発明の実施態様によって製造された酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを用いて、銅層上に蒸着された遮断膜、及び熱処理された遮断膜は、薄膜トランジスタ工程上で、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のすぐれたエッチング直進性により、アンダーカットやチップを誘発させない。エッチング速度が過度に遅ければ、量産性が低下し、エッチング速度が過度に速ければ、工程制御が困難であるが、本発明の実施態様による酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲットを用いて遮断膜を成膜し、それをエッチングすれば、適切なエッチング速度、例えば、１〜５００Å／ｓｅｃのエッチング速度で制御が可能になり、不均一なエッチング性による問題が防止される。
【実施例１】
【００３５】
３種類の焼結体を調製した。
酸化亜鉛の重量に対して、１.０重量％の分散剤が添加された蒸溜水に、約０．５μｍの平均粒径を有する酸化亜鉛を、それぞれ、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量％比で６５：３５、７０：３０、７５：２５になるように添加した後、分散された酸化亜鉛粒子の平均粒径が０．２μｍになるように、湿式ミリング法によって、粉砕／分散させた。その後、酸化インジウムの重量に対して、０．５重量％の分散剤と、それぞれ、酸化亜鉛：酸化インジウムの重量％比で６５：３５、７０：３０、７５：２５となる量の、０．５μｍの平均粒径を有する酸化インジウムとを添加し、酸化インジウムの粒子の最終分散粒径が０．５μｍになるように湿式ミリングを行った。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、バインダとして、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を酸化亜鉛と酸化インジウムの総重量の１０重量％、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）０．５重量％を添加し、もう１回ミリングを行って均一なスラリーを製造した。次に、噴霧乾燥法で、スラリーを顆粒粉末に製造し、それを軸方向プレスで圧縮した後、冷間等方圧（ＣＩＰ）成形を行った。
次に、製造された成形体を、空気／酸素雰囲気下で、１４００℃で２０時間焼結させた。焼結が完了した焼結体の比抵抗は、それぞれ、４．７，７．３，８．０×１０−３Ω・ｃｍを示し、焼結密度は、それぞれ、５．７２，５．８１，５．９１ｇ／ｃｍ３を示した。製造された焼結体に対して、ＥＰＭＡ（electron probe micro analyzer）分析により、酸化亜鉛内に分布された酸化インジウム凝集体を観察し、その結果を図１に示した。図１を参照すれば、酸化亜鉛マトリックス内に分布されている酸化インジウムの大きさが、いずれも１μｍ以下で、均一に分散されているということを確認することができた。
【実施例２】
【００３６】
実施例１によって製造された焼結体を、銅からなるバック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、チャンバの基本圧力が、１×１０−６ｔｏｒｒ、駆動圧力が０．５Ｐａとなるように制御し、１００℃で、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。ターゲットの大きさは、５６５ｍｍ×６９０ｍｍであり、印加されたパワーは、ＤＣ１０ｋＷであり、薄膜の厚さが３０ｎｍになるように蒸着した。そして、薄膜トランジスタ構造で、ソース電極、ドレイン電極の上部に、ＳｉＯｘ層が積層されるとき、本発明によるスパッタリング・ターゲットによって蒸着された遮断膜が、銅保護層の役割を行うか否かということを以下のようにして確認した。非アルカリ性ガラスと、その上に銅層とがあらかじめ積層された基板を使用し、本発明によるスパッタリング・ターゲットを用いて、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（chemical vapor deposition）工法を利用して、ＳｉＯｘ薄膜を蒸着したサンプルを作った。これに対して、銅エッチング薬液を利用してエッチングした後、銅残渣が残るか否かを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で確認し、図２に示した。図２を参照すれば、エッチング後に残渣が残っていないということを確認することができる。
【００３７】
そして図３Ａ及び図３Ｂ、並びに図４Ａ及び図４Ｂは、銅電極上に遮断膜として使用される物質が異なる場合、ＣｕＯｘが形成されるか否かを観察した写真である。図３Ａ及び図３Ｂは、銅電極上に、本発明によるスパッタリング・ターゲットを用いて遮断膜を蒸着した後、その上部にＳｉＯｘ薄膜を蒸着する前後を示しており、図４Ａ及び図４Ｂは、銅電極上に、銅マンガンターゲットを用いて遮断膜を蒸着した後、その上部にＳｉＯｘ薄膜を蒸着する前後を示している。図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、ＳｉＯｘ薄膜蒸着の前後で変化がないが、図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、ＳｉＯｘ薄膜蒸着の前後で変化が生じているということを確認することができた。即ち、本発明によるスパッタリング・ターゲットを用いて、銅電極上に酸化インジウムがドーピングされた酸化亜鉛系遮断膜を形成すれば、ＳｉＯｘ薄膜を形成しても、銅電極とＳｉＯｘ薄膜と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した場合、その遮断膜は、銅電極とＳｉＯｘ薄膜との反応を抑制するのに寄与することができず、それらの間の反応によって、ＣｕＯｘが形成され、結局、銅電極とＳｉＯｘ薄膜との接触性、さらには、薄膜トランジスタの特性を低下させるという結果をもたらす。
【００３８】
以上、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明したとしても、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明が属する分野で当業者であるならは、かような記載から多様な修正及び変形が可能であろう。
従って、本発明の範囲は、説明された実施例に限って決められるものではなく、特許請求の範囲だけではなく、特許請求の範囲と均等なところによっても決定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の酸化亜鉛系スパッタリング・ターゲット、その製造方法、及びそれを介して蒸着された遮断膜を有する薄膜トランジスタは、例えば、表示装置関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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