[發明專利]銦鎵鋅氧化物(IGZO)納米粉體及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201110455651.6
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN103130493A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 周力行;周育賢;楊智超
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: C04B35/01
• 分類號: C04B35/01;C04B35/626
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術領域

本發明涉及一種銦鎵鋅氧化物(IGZO)納米粉體、其制備方法以及其所制備的濺鍍用靶材。

背景技術

新興a-IGZO薄膜材料有機會取代目前的a-Si或poly-Si作為薄膜晶體管(TFT)。此材料的電子特性較a-Si佳，主要原因為：(1)In³⁺提供高電子移動速率；(2)Zn²⁺提供非晶結構穩定性；(3)Ga³⁺提供高載量電子密度，此材料可適用于現有平面顯示器(FPD)工業制程，亦可用于大面積基材。a-IGZO電子遷移率(大約為10cm²/Vs，臨界電壓飄移幾乎一致)與可靠度比傳統氫化非晶硅(＜1cm²/Vs)薄膜晶體管高，具有穩定的非晶態結構、高電子載子密度以及均勻性優于低溫多(復)晶硅薄膜晶體管且可在室溫下制程等特性，因此a-IGZO薄膜晶體管具有取代氫化非晶硅薄膜晶體管與低溫多(復)晶硅薄膜晶體管來制作有源矩陣有機發光顯示器(Active?Matrix?Organic?Light?Emitting?Display：AMOLED)的潛力。

現今薄膜晶體管(TFT)工業界一般均以射頻/直流電(RF/DC)濺鍍系統制備a-IGZO薄膜材料，這是因為濺鍍法具有品質佳、成本低廉、可大量生產且低污染等因素。

IGZO靶材品質與RF/DC濺鍍系統濺鍍出的IGZO薄膜電性與物理性質有關，主要影響濺鍍透明導電薄膜品質的因素除了薄膜沉積的參數外，不外乎跟靶材的相對密度、導電性、晶粒大小、微結構與純度亦有很大密切關系。透明導電膜如摻雜鎵的氧化鋅(Ga-doped?ZnO，GZO)等與鈀材的密度有直接影響。靶材密度低，表面具有很多空洞，容易在靶材表面形成凸起物(nodules)，造成靶材表面電場分布不均，極易在表面產生較強的電場，Ar或其它氣體離子撞擊靶材局部能量太高，容易將氧原子撞擊游離，形成高電阻的區域，在鍍膜過程中一些粒子會從這些凸起物跑到薄膜，降低鍍膜品質。這些粒子在鍍膜室中亦會造成電場分布不均(electrical?discharge)，因此影響鍍膜制程的穩定度，降低產能。而未來大面積鍍膜制程更需求提高制程穩定度。在鍍膜生產制程中必須定期去除靶材表面的凸起物，降低鍍膜產能。

目前商業市售的IGZO濺鍍靶材主要以物理方式的固態反應法制作。做法是將In₂O₃、ZnO和Ga₂O₃三種粉體(平均粒徑微米等級)直接機械研磨，再加上造粒研磨、加壓成形、高溫燒結(1200-1500℃)等步驟，制成濺鍍用靶材，此固態反應法雖然制程簡單，但機械混和的均勻程度有所限制，當球磨過程中摻雜的金屬氧化物分布不均勻，或是球磨完后被磨碎的金屬氧化物比表面積不夠大時，靶材在燒結過程中ZnGa₂O₄尖晶石(spinel)析出相就容易產生，會造成靶材中凸起物增加，進而影響鍍膜制程穩定度影響RF/DC濺鍍IGZO薄膜的品質。另外，混合粒子亦較大(0.6-1.0μm)，壓制靶材時容易造成不均，降低靶材密度，影響濺鍍效果。固態反應法雖可大量制備IGZO鈀材，但因以物理方式制作的In₂O₃，ZnO和Ga₂O₃粉體直接機械研磨，以摻雜適當的Ga或In入ZnO晶體結構中以取代Zn原子來控制或降低電阻值，可能造成Ga摻雜不均，亦是IGZO導電材料內的各元素的均勻分布成為降低電阻值的主要問題點，從而影響RF/DC濺鍍IGZO薄膜的品質。

有鑒于此，業界亟需一種能夠改善目前粉體混合固態反應法制成濺鍍用靶材的元素不均、摻雜量提升問題的濺鍍用靶材的制備方法，其納米粉體可降低靶材燒結溫度，減少耗能，有助于節能減碳效果。

發明內容

本發明提供一種銦鎵鋅氧化物(IGZO)納米粉體，包括：InGaZnO₄晶體結構以及微量元素，其中該InGaZnO₄晶體結構如式(I)所示：

x(In₂O₃)-y(Ga₂O₃)-z(ZnO)????(I)

其中，x∶y∶z＝1∶1∶0.5-2，以及該微量元素包括硼(Boron)和/或鋁(Aluminum)，含量介于約100-1000ppm。