(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、
Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物を含むこと特徴とする酸化物焼結体からなることを特徴とする物理成膜用ターゲットであって、
前記インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）の合計（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）に対する、各元素の原子比が下記の関係を満たし、
前記酸化物焼結体の密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上であり、前記物理成膜用ターゲットのバルク抵抗が２０ｍΩｃｍ未満であることを特徴とする物理成膜用ターゲット。
０．１５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．８
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．５
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．６
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．７
【請求項２】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、
Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６又は（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３で表される化合物を含み、
ＳｎとＺｎの原子比（Ｓｎ／Ｚｎ）が３以下であることを特徴とする酸化物焼結体からなることを特徴とする物理成膜用ターゲットであって、
前記インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）の合計（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）に対する、各元素の原子比が下記の関係を満たし、
前記酸化物焼結体の密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上であり、前記物理成膜用ターゲットのバルク抵抗が２０ｍΩｃｍ未満であることを特徴とする物理成膜用ターゲット。
０．１５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．８
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．５
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．６
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．７
【請求項３】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、
Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物、及びＩｎ２Ｏ３で表される化合物を含むことを特徴とする酸化物焼結体からなることを特徴とする物理成膜用ターゲットであって、
前記インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）の合計（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）に対する、各元素の原子比が下記の関係を満たし、
前記酸化物焼結体の密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上であり、前記物理成膜用ターゲットのバルク抵抗が２０ｍΩｃｍ未満であることを特徴とする物理成膜用ターゲット。
０．１５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．８
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．５
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．６
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．７
【請求項４】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、
Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物、及びＩｎＧａＺｎＯ４で表される化合物を含むことを特徴とする酸化物焼結体からなることを特徴とする物理成膜用ターゲットであって、
前記インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）の合計（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）に対する、各元素の原子比が下記の関係を満たし、
前記酸化物焼結体の密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上であり、前記物理成膜用ターゲットのバルク抵抗が２０ｍΩｃｍ未満であることを特徴とする物理成膜用ターゲット。
０．１５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．８
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．５
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．６
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．７
【請求項５】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、
Ｇａ２．４Ｉｎ５．６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物を主成分とすることを特徴とする酸化物焼結体からなることを特徴とする物理成膜用ターゲットであって、
前記インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）の合計（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）に対する、各元素の原子比が下記の関係を満たし、
前記酸化物焼結体の密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上であり、前記物理成膜用ターゲットのバルク抵抗が２０ｍΩｃｍ未満であることを特徴とする物理成膜用ターゲット。
０．１５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．８
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．５
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．６
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．７
【請求項６】
スパッタリングターゲットであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の物理成膜用ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物焼結体及び酸化物焼結体からなる物理成膜用ターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの金属複合酸化物からなる酸化物半導体膜はキャリヤーの高移動度性と可視光透過性を有しているので、液晶表示装置、薄膜エレクトロルミネッセンス表示装置、電気泳動方式表示装置、粉末移動方式表示装置等のスイッチング素子や駆動回路素子等、多岐に亘る用途に使用されている。
このような金属複合酸化物からなる酸化物半導体膜の中で最も普及しているものは、ＩＧＺＯと呼ばれている酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛からなる酸化物半導体膜である。この他に、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化錫に酸化亜鉛を添加したもの（ＺＴＯ）、又は酸化インジウム−酸化亜鉛−酸化スズに酸化ガリウムを添加したもの等が知られている。これらは、製造の容易さ、価格、特性等それぞれ異なるので、その用途に応じて適宜使用されている。
【０００３】
この中で、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎの酸化物（ＩＧＺＯ）又はこれらを主成分とする酸化物半導体膜は、アモルファスシリコン膜よりもキャリアの移動度が大きいという利点があるために、各用途にて注目を集めている（例えば、特許文献１−７参照。）。
【０００４】
一般に、このような酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛からなる酸化物半導体膜形成に使用するスパッタリングターゲットは、原料粉末を混合した後、仮焼、粉砕、造粒、成形、焼結及び還元という各工程を経て製造されている。このように製造工程が多いため、生産性が悪くコスト増となる欠点を有している。また、還元によりターゲットのバルク抵抗を低減しているが、還元後の導電性はせいぜい９０Ｓ／ｃｍ（バルク比抵抗：０．０１１Ωｃｍ）であり、十分に低抵抗のターゲットを得ることが出来なかった。
従って、上記工程を１つでも省略することが望ましいが、今まで工程の改善がなされておらず、従来通りの製造工程が踏襲されているのが現状である。
【０００５】
ところで、ＩＧＺＯスパッタリングターゲットは、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）で表される化合物が主成分であることが知られている。また、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）３、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）５又はＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）７である化合物及びその製造法が知られている。
【０００６】
しかしながら、これら製法に使用されている原料粉末については、その粒径が１０μｍ以下であることが特に好ましいと記載されているのみであり、また、各化合物の生成は確認されているもののバルクの比抵抗値については記載がなく、スパッタリングターゲットに用いるには課題があった。
また、ＩＧＺＯスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング（例えばＤＣスパッタリング）をする場合に、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍで表される化合物が異常成長して異常放電を起こし、得られる膜に不良が発生する問題があった。
さらに、得られた酸化物膜は耐薬品性が低く、金属配線のエッチング等に用いるＰＡＮ（リン酸−酢酸−硝酸）系エッチング液に溶解する。その結果、半導体膜を用いて薄膜トランジスタ等を作製する際に、構造やプロセスの制限を受けるという問題があった。
【特許文献１】特開２００６−１６５５２７号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５２８号公報
【特許文献３】特開２００６−１６５５２９号公報
【特許文献４】特開２００６−１６５５３０号公報
【特許文献５】特開２００６−１６５５３１号公報
【特許文献６】特開２００６−１６５５３２号公報
【特許文献７】特開２００６−１７３５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、スパッタリング時に、異常放電を低減できる物理成膜用ターゲットを提供すること、及び耐ＰＡＮ性の高い酸化物半導体膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは鋭意研究した結果、物理成膜用ターゲットを構成する酸化物焼結体が、所定の化合物（結晶成分）を含む場合に、ターゲットの抵抗を低減でき、スパッタリング時の異常放電の発生を低減でき、また、得られる酸化物半導体膜の耐ＰＡＮ性が向上することを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明によれば、以下の酸化物焼結体等が提供される。
１．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６又は（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３で表される化合物を含むこと特徴とする酸化物焼結体。
２．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物、及びＩｎ２Ｏ３で表される化合物を含むことを特徴とする酸化物焼結体。
３．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物、及びＩｎＧａＺｎＯ４で表される化合物を含むことを特徴とする酸化物焼結体。
４．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、Ｇａ２．４Ｉｎ５．６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物を主成分とすること特徴とする酸化物焼結体。
５．前記インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）の合計（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）に対する、各元素の原子比が下記の関係を満たすことを特徴とする１〜４のいずれかに記載の酸化物焼結体。
０．１５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．８
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．５
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．６
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．７
６．上記１〜５のいずれかに記載の酸化物焼結体からなることを特徴とする物理成膜用ターゲット。
７．スパッタリングターゲットであり、バルク抵抗が２０ｍΩｃｍ未満であることを特徴とする６に記載の物理成膜用ターゲット。
８．  上記７に記載のターゲットをスパッタリングして形成されたことを特徴とする酸化物半導体膜。
９．上記８に記載の酸化物半導体膜を活性層として含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制できる酸化物焼結体及び物理成膜用ターゲットが提供できる。
また、耐ＰＡＮ性を有する酸化物半導体膜が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の酸化物焼結体は、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）を含み、以下（１）〜（４）のいずれかの条件を満たすことを特徴とする。
（１）Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６及び／又は（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３で表される化合物を含む
（２）Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物、及びＩｎ２Ｏ３で表される化合物を含む
（３）Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物、及びＩｎＧａＺｎＯ４で表される化合物を含む
（４）Ｇａ２．４Ｉｎ５．６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物を主成分として含む
【００１２】
酸化物焼結体が上記（１）〜（４）のいずれかの条件を満たす場合に、スパッタリング時の異常放電の発生を低減でき、また、得られた酸化物半導体膜の耐ＰＡＮ性が向上する。
各化合物が酸化物焼結体に含まれているかは、Ｘ線回折分析によって確認できる。また、本発明の酸化物焼結体は、上記（１）〜（４）に示した化合物以外のものを含んでいてもよい。例えば、上記（３）では、ＩｎＧａＺｎＯ４及びＧａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６の他に、Ｉｎ２Ｏ３やＺｎＧａ２Ｏ４を含んでいてもよい。
【００１３】
ここで、上記（１）の（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３は、その構造が明確に解析されていないが、ＪＣＰＤＳカードナンバー１４−０５６４に示されたＸＲＤパターン又はこれに類似したパターンを示す構造のものを意味する（図７参照）。
また、上記（４）の「主成分とする」とは、Ｘ線回折分析（ＸＲＤ）のチャートを解析した際に複数の結晶成分が観測された場合、各成分のうちで最も強いピーク強度を示す結晶成分を「主成分」とみなすという意味である。具体的には、各成分のＪＣＰＤＳカードナンバーで同定されたＸＲＤパターンの最大ピークを比較し、最大ピークが最も強いものを主成分とみなす。
【００１４】
本発明の酸化物焼結体では、ＺｎＧａ２Ｏ４、Ｇａ３ＩｎＳｎ３Ｏ１２又はＧａ３ＩｎＳｎ５Ｏ１６が主成分でないことが好ましい。これらの化合物を含むとバルク抵抗が高くなり、ターゲットとして使用した場合にＤＣスパッタリングが困難となるおそれがある。具体的には、ＸＲＤのピーク強度が主成分のピーク強度の２分の１以下であることが好ましく、さらに３分の１以下であることが好ましい。
ＸＲＤでみた主成分は、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６、Ｇａ２．４Ｉｎ５．６Ｓｎ２Ｏ１６、又は（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３のいずれかであることが好ましい。
【００１５】
本発明の酸化物焼結体において、上述した各化合物は、例えば、原料である酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛及び酸化錫の各粉体の配合比や原料粉体の粒径、純度、昇温時間、焼結温度、焼結時間、焼結雰囲気、降温時間を調整することにより得られる。
【００１６】
酸化物焼結体中における各化合物の粒径は、それぞれ２０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。尚、粒径は電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）で測定した平均粒径である。化合物の粒径は、例えば、原料である酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛及び酸化錫の各粉体の配合比や原料粉体の粒径、純度、昇温時間、焼結温度、焼結時間、焼結雰囲気、降温時間を調整することにより得られる。
【００１７】
本発明の酸化物焼結体では、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及び錫元素（Ｓｎ）の合計（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）に対する、各元素（Ｘ）の原子比［Ｘ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）］が下記の関係を満たすことが好ましい。
０．１５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．８
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．５
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．６
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＜０．７
【００１８】
インジウム元素の原子比が０．１５以下の場合、焼結体のバルク抵抗が十分に低下しないおそれがあり、一方、０．８以上では焼結体を用いて作製した薄膜の導電性が高くなり、半導体用途に使用できないおそれがある。
ガリウム元素の原子比が０．０５以下の場合、焼結体を用いて作製した薄膜の導電性が高くなり半導体用途に使用できないおそれがあり、一方、０．５以上では焼結体のバルク抵抗が十分に低下しないおそれがある。また、０．５以上では、ガリウムの散乱により薄膜の移動度が低下し、薄膜トランジスタとして場合に電界効果移動度が低くなるおそれがある。
亜鉛元素の原子比が０．０５以下の場合、焼結体を用いて作製した薄膜の導電性が高くなり半導体用途に使用できないおそれがあり、一方、０．６以上では焼結体のバルク抵抗を下げられないおそれがある。
錫元素の原子比が０．０５以下の場合、焼結体を用いて作製した薄膜の導電性が高くなり半導体用途に使用できないおそれがあり、一方、０．７以上では焼結体のバルク抵抗を下げられないおそれがある。
【００１９】
各元素の原子比は下記であることがより好ましい。
０．２  ≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．６
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．４
０．０８≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．５
０．０８≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．４
さらに好ましくは以下のとおりである。
０．２５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．６
０．１  ≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．３
０．１  ≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．４
０．１  ≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．３
【００２０】
尚、ＳｎとＺｎの原子比（Ｓｎ／Ｚｎ）は、通常３以下、好ましくは２以下、さらに好ましくは１以下、特に好ましくは０．７以下である。３より大きいと成膜時にノジュールが発生し、異常放電の原因となるおそれがある。
【００２１】
本発明の酸化物焼結体は、例えば、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛及び酸化錫の各粉体を混合し、この混合物を粉砕、焼結することにより製造できる。
原料粉について、酸化インジウム粉の比表面積を８〜１０ｍ２／ｇ、酸化ガリウム粉の比表面積を５〜１０ｍ２／ｇ、酸化亜鉛粉の比表面積を２〜４ｍ２／ｇ、酸化錫粉の比表面積を８〜１０ｍ２／ｇとすることが好ましい。又は、酸化インジウム粉のメジアン径を１〜２μｍ、酸化ガリウム粉のメジアン径を１〜２μｍ、酸化亜鉛粉のメジアン径を０．８〜１．６μｍ、酸化錫粉のメジアン径を１〜２μｍとすることが好ましい。
尚、酸化インジウム粉の比表面積と酸化ガリウム粉の比表面積が、ほぼ同じである粉末を使用することが好ましい。これにより、より効率的に粉砕混合できる。具体的には、比表面積の差を５ｍ２／ｇ以下にすることが好ましい。比表面積が違いすぎると、効率的な粉砕混合が出来ず、焼結体中に酸化ガリウム粒子が残る場合がある。
【００２２】
原料粉において、酸化インジウム粉、酸化ガリウム粉、酸化亜鉛粉及び酸化錫粉の配合比（酸化インジウム粉：酸化ガリウム粉：酸化亜鉛粉：酸化錫粉）は、各元素の原子比が上述した割合となるように調製すればよいが、例えば、重量比で、ほぼ５１：１５：１７：１７となるように秤量することが好ましい。
尚、酸化インジウム粉、酸化ガリウム粉、酸化亜鉛粉及び酸化錫粉を含有する混合粉体を使用する限り、焼結体の特性を改善する他の成分を添加してもよい。
【００２３】
混合粉体を、例えば、湿式媒体撹拌ミルを使用して混合粉砕する。このとき、粉砕後の比表面積が原料混合粉体の比表面積より１．５〜２．５ｍ２／ｇ増加する程度か、又は粉砕後の平均メジアン径が０．６〜１μｍとなる程度に粉砕することが好ましい。このように調整した原料粉を使用することにより、仮焼工程を全く必要とせずに、高密度の酸化物焼結体を得ることができる。また、還元工程も不要となる。
尚、原料混合粉体の比表面積の増加分が１．０ｍ２／ｇ未満又は粉砕後の原料混合粉の平均メジアン径が１μｍを超えると、焼結密度が十分に大きくならない場合がある。一方、原料混合粉体の比表面積の増加分が３．０ｍ２／ｇを超える場合又は粉砕後の平均メジアン径が０．６μｍ未満にすると、粉砕時の粉砕器機等からのコンタミ（不純物混入量）が増加する場合がある。
【００２４】
ここで、各粉体の比表面積はＢＥＴ法で測定した値である。各粉体の粒度分布のメジアン径は、粒度分布計で測定した値である。これらの値は、粉体を乾式粉砕法、湿式粉砕法等により粉砕することにより調整できる。
【００２５】
粉砕工程後の原料をスプレードライヤー等で乾燥した後、成形する。成形は公知の方法、例えば、加圧成形、冷間静水圧加圧が採用できる。
【００２６】
次いで、得られた成形物を焼結して焼結体を得る。焼結は、１４００〜１６００℃で２〜２０時間焼結することが好ましい。これによって、密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上である焼結体を得ることができる。１４００℃未満では、密度が向上せず、また、１６００℃を超えると亜鉛が蒸散し、焼結体の組成が変化したり、蒸散により焼結体中にボイド（空隙）が発生したりする場合がある。
また、焼結は酸素を流通することにより酸素雰囲気中で焼結するか、加圧下にて焼結するのがよい。これにより亜鉛の蒸散を抑えることができ、ボイド（空隙）にない焼結体が得られる。
このようにして製造した焼結体は、密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上と高いため、使用時におけるノジュールやパーティクルの発生が少ないことから、膜特性に優れた酸化物半導体膜を作製することができる。
得られた焼結体中には、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６が主に生成している。
【００２７】
本発明の酸化物焼結体は、研磨等の加工を施すことにより物理成膜用ターゲットとなる。具体的には、焼結体を、例えば、平面研削盤で研削して表面粗さＲａを５μｍ以下とする。さらに、ターゲットのスパッタ面に鏡面加工を施して、平均表面粗さＲａが１０００オングストローム以下としてもよい。この鏡面加工（研磨）は機械的な研磨、化学研磨、メカノケミカル研磨（機械的な研磨と化学研磨の併用）等の、すでに知られている研磨技術を用いることができる。例えば、固定砥粒ポリッシャー（ポリッシュ液：水）で＃２０００以上にポリッシングしたり、又は遊離砥粒ラップ（研磨材：ＳｉＣペースト等）にてラッピング後、研磨材をダイヤモンドペーストに換えてラッピングすることによって得ることができる。このような研磨方法には特に制限はない。
得られた物理成膜用ターゲットをバッキングプレートへボンディングすることにより、各種装置に装着して使用できる。物理成膜法としては、例えば、スパッタリング法、ＰＬＤ（パルスレーザーディポジション）法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
【００２８】
尚、物理成膜用ターゲットの清浄処理には、エアーブローや流水洗浄等を使用できる。エアーブローで異物を除去する際には、ノズルの向い側から集塵機で吸気を行なうとより有効に除去できる。
エアーブローや流水洗浄の他に、超音波洗浄等を行なうこともできる。超音波洗浄では、周波数２５〜３００ＫＨｚの間で多重発振させて行なう方法が有効である。例えば周波数２５〜３００ＫＨｚの間で、２５ＫＨｚ刻みに１２種類の周波数を多重発振させて超音波洗浄を行なうのがよい。
【００２９】
尚、物理成膜用ターゲットをスパッタリングターゲットとして使用する場合、ターゲットのバルク抵抗は、２０ｍΩｃｍ未満であることが好ましく、１０ｍΩｃｍ未満がより好ましく、５ｍΩｃｍ未満がさらに好ましく、２ｍΩｃｍ未満が特に好ましい。２０ｍΩｃｍ以上の場合、長い時間ＤＣスパッタリングを続けたときに、異常放電によりスパークが発生し、ターゲットが割れたり、スパークにより飛び出した粒子が成膜基板に付着し、酸化物半導体膜としての性能を低下させたりする場合がある。また、放電時にターゲットが割れるおそれもある。
尚、バルク抵抗は抵抗率計を使用し、四探針法により測定した値である。
【００３０】
物理成膜用ターゲットを用いてスパッタリング等の製膜法を行うことにより、基板等の対象物に、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎの酸化物を主成分とする酸化物半導体膜を形成することができる。この酸化物半導体膜は非晶質であり、安定した半導体特性と良好な耐ＰＡＮ性を示す。従って、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層（活性層）を構成する材料として好適である。本発明の酸化物半導体膜を使用することにより、エッチング剤の選択が広がるため、ＴＦＴの構造や製造工程の自由度を高めることができる。
尚、本発明のＴＦＴでは、上述した酸化物半導体膜を活性層として含んでいればよく、その他の部材（例えば、絶縁膜、電極等）や構造については、ＴＦＴ分野における公知の部材、構造を採用できる。
【００３１】
本発明の薄膜トランジスタでは、活性層の厚さは、通常、０．５〜５００ｎｍであり、好ましくは１〜１５０ｎｍであり、より好ましくは３〜８０ｎｍであり、特に好ましくは１０〜６０ｎｍである。この理由は、０．５ｎｍより薄いと工業的に均一に成膜することが難しいからである。一方、５００ｎｍより厚いと成膜時間が長くなり工業的に採用できないからである。また、３〜８０ｎｍの範囲内にあると、移動度やｏｎ−ｏｆｆ比等ＴＦＴ特性が特に良好である。
【００３２】
薄膜トランジスタのチャンネル幅Ｗとチャンネル長Ｌの比Ｗ／Ｌは、通常、０．１〜１００であり、好ましくは１〜２０であり、特に好ましくは２〜８である。この理由は、Ｗ／Ｌが１００を越えると漏れ電流が増えたり、ｏｎ−ｏｆｆ比が低下したりするおそれがあるからである。また、０．１より小さいと電界効果移動度が低下したり、ピンチオフが不明瞭になったりするおそれがあるからである。
【００３３】
チャンネル長Ｌは通常０．１〜１０００μｍであり、好ましくは１〜１００μｍであり、さらに好ましくは２〜１０μｍである。この理由は、０．１μｍ以下では工業的に製造が難しく、また、ショートチャンネル効果が現れたり、漏れ電流が大きくなるおそれがあるからである。また、１０００μｍ以上では素子が大きくなりすぎたり、駆動電圧が大きくなる等好ましくないからである。
【００３４】
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の材料は、特に制限がなく、本発明の効果を失わない範囲で、一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ3，ＢａＴａ2Ｏ6，ＳｒＴｉＯ3，ＡｌＮ、ＳｉＯＮ等の酸化物を用いることができる。これらのなかでも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３であり、特に好ましくはＹ２Ｏ３である。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。
このようなゲート絶縁膜は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。
【００３５】
ソース電極やドレイン電極の材料は、特に制限がなく、本実施形態の発明の効果を失わない範囲で、一般に用いられている、金属やその合金、あるいは、酸化物導電体材料等を任意に選択できる。
【００３６】
活性層を成膜する際、スパッタ法としては、ＤＣスパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＡＣスパッタ法、ＡＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、対向ターゲットスパッタ法、シリンドリカルターゲットスパッタ法、ＥＣＲスパッタ法等を利用することができる。また、真空蒸着法としては、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法、パルスレーザーデポジション（ＰＬＤ）法等を利用することができる。さらに、イオンプレーティング法としては、ＡＲＥ法、ＨＤＰＥ法を利用することができる。また、ＣＶＤ法としては、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法が利用できる。
これらの中でも、工業的には放電が安定し安価で大型化が容易なＤＣマグネトロンスパッタ法、あるいはＡＣマグネトロンスパッタ法が好ましく、ＤＣマグネトロンスパッタ法が特に好ましい。また、コスパッタ、反応性スパッタ、ＤＣ／ＲＦ重畳スパッタを利用してもよい。
【００３７】
スパッタ法を用いる場合、到達圧力を、通常５×１０−２Ｐａ以下とする。この理由は、５×１０−２Ｐａより大きいと、雰囲気ガス中の不純物により移動度が低下するおそれがあるからである。
このような不具合をより有効に回避するためには、到達圧力は、好ましくは５×１０−３Ｐａ以下、より好ましくは５×１０−４Ｐａ以下、さらに好ましくは１×１０−４Ｐａ以下であり、５×１０−５Ｐａ以下であるのが特に好ましい。
また、雰囲気ガス中の酸素分圧は、通常４０×１０−３Ｐａ以下とする。雰囲気ガス中の酸素分圧が４０×１０−３Ｐａより大きいと、移動度が低下したり、キャリア濃度が不安定となったりするおそれがある。また、ウェットエッチング時に残渣が発生するおそれがある。
このような不具合をより有効に回避するためには、雰囲気ガス中の酸素分圧は、好ましくは１５×１０−３Ｐａ以下、より好ましくは７×１０−３Ｐａ以下であり、１×１０−３Ｐａ以下であるのが特に好ましい。
【００３８】
また、スパッタ時の基板・ターゲット間距離（Ｓ−Ｔ距離）は、通常１５０ｍｍ以下、好ましくは１１０ｍｍ、特に好ましくは８０ｍｍ以下である。この理由は、Ｓ−Ｔ距離が短いとスパッタ時に基板がプラズマに曝されることにより、酸素の活性化が期待できるからである。また、１５０ｍｍより長いと、成膜速度が遅くなり工業化に適さなくなるおそれがあるからである。
【００３９】
通常、基板温度２５０℃以下で物理成膜する。基板温度が２５０℃より高いと後処理の効果が十分に発揮されず、低キャリア濃度、高移動度に制御することが困難となるおそれがある。このような不具合をより有効に回避するためには、基板温度は、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下、さらに好ましくは１００℃以下であり、特に好ましくは５０℃以下である。
【実施例】
【００４０】
続いて、本発明を実施例と比較例を対比しながら説明する。尚、本実施例は本発明の好適例を示すものであり、本発明が実施例に制限されるものではない。従って、本発明には技術思想に基づく変形又は他の実施例が包含される。
【００４１】
実施例１
（１）酸化物焼結体
原料粉として比表面積が６ｍ２／ｇである酸化インジウム粉と比表面積が６ｍ２／ｇである酸化ガリウム粉と比表面積が３ｍ２／ｇである酸化亜鉛粉と比表面積が６ｍ２／ｇである酸化錫粉を、重量比で５１：１５：１７：１７（金属原子の原子比：０．４３：０．１９：０．２５：０．１３）となるように秤量し、湿式媒体撹拌ミルを使用して混合粉砕した。媒体には１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。
粉砕後の比表面積を原料混合粉の比表面積より２ｍ２／ｇ増加させた後、スプレードライヤーで乾燥させた。
この混合粉を金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形し、さらに酸素を流通させながら酸素雰囲気中１４５０°Ｃの高温で８時間焼結した。
【００４２】
これによって、仮焼工程を行うことなく、密度が６．２３ｇ／ｃｍ３である酸化物焼結体を得た。焼結体の密度は、一定の大きさに切り出した焼結体の重量と外形寸法より算出した。
この焼結体を、Ｘ線回折により分析した。図１は焼結体のＸ線回折チャートである。この図から焼結体中には、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物を主成分とし、ＩｎＧａＺｎＯ４及びＩｎ２Ｏ３で表される化合物が存在することが確認できた。
尚、ターゲットのＸ線回折測定（ＸＲＤ）の測定条件は以下の通りであった。
・装置：（株）リガク製Ｕｌｔｉｍａ−III
・Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４０６Å、グラファイトモノクロメータにて単色化）
・２θ−θ反射法、連続スキャン（１．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリット  ＤＳ、ＳＳ：２／３°、ＲＳ：０．６ｍｍ
焼結体のバルク抵抗を、抵抗率計（三菱油化製、ロレスタ）を使用し四探針法により測定した結果、０．９５ｍΩｃｍであった。
【００４３】
（２）スパッタリングターゲット
（１）で作製した焼結体を研磨等の加工を施してスパッタリングターゲットを作製した。
このターゲットを、スパッタリング法の一つであるＲＦマグネトロンスパッタリング成膜装置（神港精機(株)製）に装着し、ガラス基板（コーニング１７３７）上に酸化物半導体膜を成膜した。
スパッタ条件は、基板温度；２５℃、到達圧力；５×１０−４Ｐａ、雰囲気ガス；Ａｒ９８％、酸素２％、スパッタ圧力（全圧）；１×１０−１Ｐａ、投入電力１００Ｗ、成膜時間２５分間、Ｓ−Ｔ距離１００ｍｍとした。
【００４４】
この結果、ガラス基板上に膜厚が約１００ｎｍの透明な導電性の酸化物半導体膜が形成された透明導電ガラスを得た。
尚、酸化物半導体膜の成膜時には、ほとんど異常放電が発生しなかった。理由は明確ではないが、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６がＩｎＧａＺｎＯ４の異常成長を抑制したためと思われる。
【００４５】
また、ターゲットをＤＣスパッタリング成膜装置（神港精機(株)製）に装着し、ＲＦスパッタリング成膜装置と同様にしてガラス基板上に酸化物半導体膜を成膜した。
スパッタ条件は、基板温度；２５℃、到達圧力；５×１０−４Ｐａ、雰囲気ガス；Ａｒ９７％、酸素３％、スパッタ圧力（全圧）；３×１０−１Ｐａ、投入電力２００Ｗ、成膜時間１５分間、Ｓ−Ｔ距離９０ｍｍとした。
その結果、酸化物半導体膜の成膜時には、ほとんど異常放電が発生せず、ノジュールもほとんどなかった。
【００４６】
酸化物半導体膜について、耐ＰＡＮ性を評価した。具体的には、約３０℃のＰＡＮエッチング液（リン酸約９１．４ｗｔ％、硝酸約３．３ｗｔ％、酢酸約５．３ｗｔ％）にてエッチング処理し、その際のエッチング速度を評価した。
その結果、エッチング速度は１０ｎｍ／分以下であり、ＰＡＮ耐性があると評価した。
また、ＡＣホール測定機（東洋テクニカ(株)製）で測定した電子キャリア密度が５×１０１５ｃｍ−３、移動度が４ｃｍ２／Ｖｓであった。
酸化物焼結体の原料比、金属元素の原子比、結晶構造、バルク抵抗、スパッタリング時の性能を表１に示す。
尚、焼結体の結晶型（ＸＲＤ）は、ＸＲＤで主成分と判断したものを◎、主成分ではないが確認できたものを○とした。
また、異常放電、ノジュールの発生については、◎：ほとんど無、○：若干あり、△：有り、×：多発、−：成膜不可とした。
【００４７】
【表１】
0005522889.tif 000002
【００４８】
実施例２
酸化インジウム粉、酸化ガリウム粉、酸化亜鉛粉及び酸化錫粉を、重量比で４２：３０：１４：１４となるようにした他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を得た。
この焼結体を、Ｘ線回折により分析した。図２は焼結体のＸ線回折チャートである。この図から焼結体中には、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６で表される化合物を主成分とし、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等が存在することが確認できた。
また、この焼結体のバルク抵抗は、４ｍΩｃｍであった。
【００４９】
得られた焼結体について、実施例１と同様にターゲット加工し、ＲＦマグネトロンスパッタリング成膜装置を使用して、酸化物半導体膜を成膜した。製膜条件は実施例１と同じとし、膜厚が約１００ｎｍの酸化物半導体膜をガラス基板上に形成した。尚、本例においても、成膜時にはほとんど異常放電が発生しなかった。
【００５０】
得られた酸化物半導体膜について、実施例１と同様にして耐ＰＡＮ性を評価した結果、エッチング速度は１０ｎｍ／分以下であり、ＰＡＮ耐性があると評価した。
【００５１】
比較例１
原料粉として比表面積が６ｍ２／ｇである酸化インジウム粉と、比表面積が６ｍ２／ｇである酸化ガリウム粉と、比表面積が３ｍ２／ｇである酸化亜鉛粉を、重量比で４５：３０：２５となるようにした他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製した。
これによって、密度が５．９７ｇ／ｃｍ３である酸化物焼結体を得た。この焼結体中には、ＩｎＧａＺｎＯ４が存在することが確認できたが、ＺｎＧａＯ４のピークが若干確認できた他はＩｎＧａＺｎＯ４以外の金属酸化物のピークがほとんど観察されなかった（図８参照）。従って、この焼結体はＩｎＧａＺｎＯ４を主成分とすることが確認できた。
この焼結体のバルク抵抗は、５０ｍΩｃｍであった。
【００５２】
得られた焼結体について、実施例１と同様にターゲット加工し、ＲＦマグネトロンスパッタリング成膜装置を使用して、酸化物半導体膜を成膜した。製膜条件は実施例１と同じとし、膜厚が約１００ｎｍの酸化物半導体膜をガラス基板上に形成した。尚、本例においては、成膜時に時折異常放電が発生した。
【００５３】
得られた酸化物半導体膜について、実施例１と同様にして耐ＰＡＮ性を評価した結果、エッチング速度は１００ｎｍ／分であり、ＰＡＮ耐性は認められなかった。
【００５４】
実施例３−８  比較例２−４
原料粉の配合比を表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、結晶構造、バルク抵抗、スパッタリング時の性能を評価した。結果を表１に示す。また、図３−１１に実施例３−７及び比較例１−４のＸ線回折チャートを示す。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の酸化物焼結体は、物理成膜用ターゲットの材料として使用できる。
また、本発明の物理成膜用ターゲットを使用して製造した酸化物半導体膜は、液晶表示装置、薄膜エレクトロルミネッセンス表示装置、電気泳動方式表示装置、粉末移動方式表示装置等のスイッチング素子や駆動回路素子等を構成する半導体層として好適である。特に、ＴＦＴの活性層として好適である。また、ＲＲＡＭ（抵抗変化型不揮発性メモリー）にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図２】実施例２で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図３】実施例３で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図４】実施例４で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図５】実施例５で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図６】実施例６で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図７】実施例７で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図８】比較例１で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図９】比較例２で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図１０】比較例３で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図１１】比較例４で製造した焼結体のＸ線回折チャートである。
【図１】
0005522889.tif 000003
【図２】
0005522889.tif 000004
【図３】
0005522889.tif 000005
【図４】
0005522889.tif 000006
【図５】
0005522889.tif 000007
【図６】
0005522889.tif 000008
【図７】
0005522889.tif 000009
【図８】
0005522889.tif 000010
【図９】
0005522889.tif 000011
【図１０】
0005522889.tif 000012
【図１１】
0005522889.tif 000013