[发明专利]铟镓锌氧化物(IGZO)纳米粉体及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种铟镓锌氧化物(IGZO)纳米粉体、其制备方法以及其所制备的溅镀用靶材。

背景技术

新兴a-IGZO薄膜材料有机会取代目前的a-Si或poly-Si作为薄膜晶体管(TFT)。此材料的电子特性较a-Si佳，主要原因为：(1)In³⁺提供高电子移动速率；(2)Zn²⁺提供非晶结构稳定性；(3)Ga³⁺提供高载量电子密度，此材料可适用于现有平面显示器(FPD)工业制程，亦可用于大面积基材。a-IGZO电子迁移率(大约为10cm²/Vs，临界电压飘移几乎一致)与可靠度比传统氢化非晶硅(＜1cm²/Vs)薄膜晶体管高，具有稳定的非晶态结构、高电子载子密度以及均匀性优于低温多(复)晶硅薄膜晶体管且可在室温下制程等特性，因此a-IGZO薄膜晶体管具有取代氢化非晶硅薄膜晶体管与低温多(复)晶硅薄膜晶体管来制作有源矩阵有机发光显示器(Active Matrix Organic Light Emitting Display：AMOLED)的潜力。

现今薄膜晶体管(TFT)工业界一般均以射频/直流电(RF/DC)溅镀系统制备a-IGZO薄膜材料，这是因为溅镀法具有品质佳、成本低廉、可大量生产且低污染等因素。

IGZO靶材品质与RF/DC溅镀系统溅镀出的IGZO薄膜电性与物理性质有关，主要影响溅镀透明导电薄膜品质的因素除了薄膜沉积的参数外，不外乎跟靶材的相对密度、导电性、晶粒大小、微结构与纯度亦有很大密切关系。透明导电膜如掺杂镓的氧化锌(Ga-doped ZnO，GZO)等与钯材的密度有直接影响。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)，造成靶材表面电场分布不均，极易在表面产生较强的电场，Ar或其它气体离子撞击靶材局部能量太高，容易将氧原子撞击游离，形成高电阻的区域，在镀膜过程中一些粒子会从这些凸起物跑到薄膜，降低镀膜品质。这些粒子在镀膜室中亦会造成电场分布不均(electrical discharge)，因此影响镀膜制程的稳定度，降低产能。而未来大面积镀膜制程更需求提高制程稳定度。在镀膜生产制程中必须定期去除靶材表面的凸起物，降低镀膜产能。

目前商业市售的IGZO溅镀靶材主要以物理方式的固态反应法制作。做法是将In₂O₃、ZnO和Ga₂O₃三种粉体(平均粒径微米等级)直接机械研磨，再加上造粒研磨、加压成形、高温烧结(1200-1500℃)等步骤，制成溅镀用靶材，此固态反应法虽然制程简单，但机械混和的均匀程度有所限制，当球磨过程中掺杂的金属氧化物分布不均匀，或是球磨完后被磨碎的金属氧化物比表面积不够大时，靶材在烧结过程中ZnGa₂O₄尖晶石(spinel)析出相就容易产生，会造成靶材中凸起物增加，进而影响镀膜制程稳定度影响RF/DC溅镀IGZO薄膜的品质。另外，混合粒子亦较大(0.6-1.0μm)，压制靶材时容易造成不均，降低靶材密度，影响溅镀效果。固态反应法虽可大量制备IGZO钯材，但因以物理方式制作的In₂O₃，ZnO和Ga₂O₃粉体直接机械研磨，以掺杂适当的Ga或In入ZnO晶体结构中以取代Zn原子来控制或降低电阻值，可能造成Ga掺杂不均，亦是IGZO导电材料内的各元素的均匀分布成为降低电阻值的主要问题点，从而影响RF/DC溅镀IGZO薄膜的品质。

有鉴于此，业界亟需一种能够改善目前粉体混合固态反应法制成溅镀用靶材的元素不均、掺杂量提升问题的溅镀用靶材的制备方法，其纳米粉体可降低靶材烧结温度，减少耗能，有助于节能减碳效果。

发明内容

本发明提供一种铟镓锌氧化物(IGZO)纳米粉体，包括：InGaZnO₄晶体结构以及微量元素，其中该InGaZnO₄晶体结构如式(I)所示：

x(In₂O₃)-y(Ga₂O₃)-z(ZnO)    (I)

其中，x∶y∶z＝1∶1∶0.5-2，以及该微量元素包括硼(Boron)和/或铝(Aluminum)，含量介于约100-1000ppm。