(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ元素、Ｃｕ元素及びＧａ元素を下記（１）及び（２）の原子比で含む金属酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
Ｃｕ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）＝０．００１〜０．０９  （１）
Ｇａ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）＝０．００１〜０．９０  （２）
【請求項２】
前記金属酸化物焼結体がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型構造を示す化合物を含む請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記金属酸化物焼結体が、Ｉｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７で表される六方晶構造を示す化合物、及び／又はＩｎＧａＣｕＯ４で表される菱面体晶構造を示す化合物をさらに含む請求項２に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
実質的に、Ｃｕ元素、Ｉｎ元素、及びＧａ元素の酸化物からなる請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
下記式（３）で表される、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の（０  １  ２）のＸ線回折ピークの面積比が１１％以下である金属酸化物焼結体からなる請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）×１００（％）  （３）
Ｉ１：単斜晶構造を示すＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の（０  １  ２）ピーク面積
Ｉ２：ビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３相の（２  ２  ２）ピーク面積
Ｉ３：菱面体晶構造を示すＩｎＧａＣｕＯ４相の（１  ０  １）ピーク面積
Ｉ４：六方晶構造を示すＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７相の（１  ０  ５）ピーク面積
【請求項６】
前記金属酸化物焼結体が、ビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３から実質的になる、もしくはビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３と六方晶構造を示すＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７及び／又は菱面体晶構造を示すＩｎＧａＣｕＯ４から実質的になる請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法で形成して得られる酸化物半導体薄膜。
【請求項８】
請求項７に記載の酸化物半導体薄膜がチャネル層である薄膜トランジスタ。
【請求項９】
請求項８に記載の薄膜トランジスタを備えてなる表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体薄膜を製造するために用いるＣｕを微量含んだスパッタリングターゲット、それを用いて得られる酸化物半導体薄膜、薄膜トランジスタ、及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路の単位電子素子、高周波信号増幅素子、液晶駆動用素子等として広く用いられており、現在、最も多く実用されている電子デバイスである。なかでも、近年における表示装置のめざましい発展に伴い、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の各種の表示装置において、表示素子に駆動電圧を印加して表示装置を駆動させるスイッチング素子として、ＴＦＴが多用されている。
電界効果型トランジスタの主要部材である半導体層（チャンネル層）の材料としては、シリコン半導体化合物が最も広く用いられている。一般に、高速動作が必要な高周波増幅素子や集積回路用素子等には、シリコン単結晶が用いられている。一方、液晶駆動用素子等には、大面積化の要求から非晶質性シリコン半導体（アモルファスシリコン）が用いられている。
【０００３】
アモルファスシリコンの薄膜は、比較的低温で形成できるものの、結晶性のものに比べてスイッチング速度が遅いため、表示装置を駆動するスイッチング素子として使用したときに、高速な動画の表示に追従できない場合がある。具体的に、解像度がＶＧＡである液晶テレビでは、移動度が０．５〜１ｃｍ２／Ｖｓのアモルファスシリコンが使用可能であったが、解像度がＳＸＧＡ、ＵＸＧＡ、ＱＸＧＡあるいはそれ以上になると２ｃｍ２／Ｖｓ以上の移動度が要求される。また、画質を向上させるため駆動周波数を上げるとさらに高い移動度が必要となる。
一方、結晶性のシリコン系薄膜は、移動度は高いものの、製造に際して多大なエネルギーと工程数を要する等の問題や、大面積化が困難という問題があった。例えば、シリコン系薄膜を結晶化する際に８００℃以上の高温や、高価な設備を使用するレーザーアニールが必要である。また、結晶性のシリコン系薄膜は、通常ＴＦＴの素子構成がトップゲート構成に限定されるためマスク枚数の削減等コストダウンが困難であった。
【０００４】
このような問題を解決するために、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体膜を使用した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が検討されている。一般に、酸化物半導体薄膜の作製は酸化物焼結体からなるターゲット（スパッタリングターゲット）を用いたスパッタリングで行われる。
例えば、一般式Ｉｎ２Ｇａ２ＺｎＯ７、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるホモロガス結晶構造を示す化合物からなるターゲットが公開されている（特許文献１，２，３）。Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎからなるターゲットを用いて成膜された酸化物半導体薄膜は、キャリア濃度が〜１０１７ｃｍ−３においてホール移動度は〜１０ｃｍ２／Ｖｓである。
【０００５】
特許文献４では、ドーパントとして、Ｎｉ，Ｃｕをドープした酸化物をチャネル層に用いた薄膜トランジスタが公開されている。特許文献４の実施例には、Ｚｎ、Ｉｎ、及びＮｉからなる酸化物を用いたＴＦＴが公開されており、良好なＴＦＴ特性が得られている。ここで、Ｚｎ、Ｉｎ、及びＮｉの含有量は、Ｚｎ：Ｉｎ：Ｎｉ＝１：１．０１２１：０．００７９（ａｔｏｍｉｃ  ｒａｔｉｏ）である。
【０００６】
一般的に酸化物半導体を形成する手段として、スパッタリング法やＣＶＤ法が用いられている。このうち、スパッタリング法では薄膜の組成に対応する組成からなる焼結体より形成されるスパッタリングターゲットを用いる。ＮｉやＣｕを添加したスパッタリングターゲットでは、ターゲット抵抗が上昇し、スパッタ時にノジュールが発生する等のおそれがあった。このように、酸化物半導体膜をスパッタリング法で作製する際に使用するターゲットについての検討は十分ではなかった。
【０００７】
ここでノジュールとは、ターゲットがスパッタリングされていくと、ターゲット表面のエロージョン部分に、エロージョン最深部のごくわずかな部分を除き、発生する黒色の析出物（突起物）のことをいう。ノジュールは、異常放電の原因となっており、ノジュールの低減によって異常放電は抑制される。従ってノジュールの発生しない酸化物ターゲットが好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２４５２２０号公報
【特許文献２】特開２００７−７３３１２号公報
【特許文献３】国際公開第０９／０８４５３７号パンフレット
【特許文献４】特開２００９−１０３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、スパッタ成膜時に発生するノジュールを抑制し、酸化物半導体膜を安定かつ再現性よく得ることができるスパッタリングターゲットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、ＩｎにＣｕ及びＧａを添加した金属酸化物スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリング法を用いて薄膜を作製してノジュールの発生状況を調べた。その結果、六方晶構造を有するＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７及び／又は菱面体晶構造を有するＩｎＧａＣｕＯ４の化合物が形成されることにより、高抵抗相であるＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の析出を抑えることができるためノジュールの発生が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
本発明によれば、以下のスパッタリングターゲット等が提供される。
１．Ｉｎ元素、Ｃｕ元素及びＧａ元素を下記（１）及び（２）の原子比で含む金属酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
Ｃｕ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）＝０．００１〜０．０９  （１）
Ｇａ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）＝０．００１〜０．９０  （２）
２．前記金属酸化物焼結体がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型構造を示す化合物を含む１に記載のスパッタリングターゲット。
３．前記金属酸化物焼結体が、Ｉｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７で表される六方晶構造を示す化合物、及び／又はＩｎＧａＣｕＯ４で表される菱面体晶構造を示す化合物をさらに含む２に記載のスパッタリングターゲット。
４．実質的に、Ｃｕ元素、Ｉｎ元素、及びＧａ元素の酸化物からなる１〜３のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
５．下記式（３）で表される、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の（０  １  ２）のＸ線回折ピークの面積比が１１％以下である金属酸化物焼結体からなる１〜４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）×１００（％）  （３）
Ｉ１：単斜晶構造を示すＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の（０  １  ２）ピーク面積
Ｉ２：ビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３相の（２  ２  ２）ピーク面積
Ｉ３：菱面体晶構造を示すＩｎＧａＣｕＯ４相の（１  ０  １）ピーク面積
Ｉ４：六方晶構造を示すＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７相の（１  ０  ５）ピーク面積
６．前記金属酸化物焼結体が、ビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３から実質的になる、もしくはビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３と六方晶構造を示すＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７及び／又は菱面体晶構造を示すＩｎＧａＣｕＯ４から実質的になる１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
７．１〜６のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法で形成して得られる酸化物半導体薄膜。
８．７に記載の酸化物半導体薄膜がチャネル層である薄膜トランジスタ。
９．８に記載の薄膜トランジスタを備えてなる表示装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スパッタリング法により酸化物薄膜を成膜する際のノジュールの発生を抑制し、安定してスパッタリングを行うことのできるターゲットを提供できる。
さらに、ＩｎにＣｕ及びＧａを添加したターゲットを使用して成膜することで、酸化物半導体薄膜のキャリア濃度を調整することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図２】実施例２のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図３】実施例３のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図４】実施例４のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図５】実施例５のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図６】実施例６のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図７】実施例７のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図８】実施例８のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図９】実施例９のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図１０】実施例１０のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図１１】実施例１１のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【図１２】比較例１のＸ線回折により得られたチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のスパッタリングターゲットは、Ｉｎ元素、Ｃｕ元素及びＧａ元素を含む金属酸化物焼結体からなり、金属酸化物焼結体中のＩｎ元素、Ｃｕ元素及びＧａ元素は、下記原子比（１）及び（２）を満たす。
Ｃｕ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）＝０．００１〜０．０９    （１）
Ｇａ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）＝０．００１〜０．９０    （２）
【００１５】
Ｉｎ２Ｏ３にＣｕ元素を添加して得られるスパッタリングターゲットでは、単斜晶構造を持つＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相が析出することがある。高抵抗相であるＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５等がＩｎ２Ｏ３結晶中に多く含まれていると、スパッタリング時にノジュールが発生し異常放電を生じやすくなる。その理由としては以下のように推定される。
異常放電は、ターゲットが不均一で局所的に比抵抗の異なる部分が存在し、ターゲットを含む放電系のインピーダンスがスパッタリング中に変動することに起因して発生する。この局所的に比抵抗が異なる部分となっていたのは、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５相等の高抵抗相である。従って、この部分のサイズや数密度を小さくすることが異常放電の抑制には効果的である。
尚、結晶構造は、Ｘ線回折により確認することができる。
【００１６】
上記原子比Ｃｕ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）が０．０９を超えると、本発明のターゲットを製膜して得られる酸化物半導体薄膜中の原子比Ｃｕ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）が０．０９を超え、キャリア濃度が１０１３ｃｍ−３オーダー以下となりＴＦＴとして動作しないおそれがある。一方、原子比Ｃｕ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）が０．００１未満の場合、本発明のターゲットを製膜して得られる酸化物半導体薄膜を備えてなるＴＦＴ素子は、薄膜のキャリア濃度が１０１８ｃｍ−３オーダー以上となるおそれがあり、漏れ電流の発生と共に、ノーマリーオン、ｏｎ−ｏｆｆ比が小さくなることにより良好なトランジスタ性能が発揮できないことがある。
【００１７】
以上の観点から、原子比Ｃｕ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）は、好ましくは０．００３〜０．０８であり、より好ましくは０．００５〜０．０６である。
【００１８】
上記原子比（Ｇａ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ））が０．００１未満であると六方晶構造を有する化合物であるＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７及び菱面体晶構造を有する化合物であるＩｎＧａＣｕＯ４の形成が阻害されるおそれがある。一方、原子比（Ｇａ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ））が０．９０を超えると、得られる薄膜のキャリア濃度が１０１３ｃｍ−３オーダー以下となりＴＦＴとして動作しないおそれがある。
以上の観点から、原子比Ｇａ／（Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｇａ）は、好ましくは０．０１〜０．６０であり、さらに好ましくは０．０３〜０．４０である。
【００１９】
酸化物焼結体に含まれる各元素の原子比は、誘導結合プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）を用い、含有元素を分析することにより求めることができる。
例えばＩＣＰ−ＡＥＳを用いた分析の場合、溶液試料をネブライザーで霧状にし、アルゴンプラズマ（約６０００〜８０００℃）に導入すると、試料中の元素は熱エネルギーを吸収して励起され、軌道電子が基底状態から高いエネルギー準位の軌道に移る。この軌道電子は１０−７〜１０−８秒程度で、より低いエネルギー準位の軌道に移る。この際にエネルギー差を光として放射し発光する。この光は元素固有の波長（スペクトル線）を示すため、スペクトル線の有無により元素の存在を確認できる（定性分析）。
【００２０】
また、それぞれのスペクトル線の大きさ（発光強度）は試料中の元素数に比例するため、既知濃度の標準液と比較することで試料濃度を求めることができる（定量分析）。このように、定性分析で含有されている元素を特定し、定量分析で含有量を求めることで、各元素の原子比を求めることができる。
【００２１】
本発明のターゲットを構成する金属酸化物焼結体は、好ましくはＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型構造を示す化合物を含む。
金属酸化物焼結体は、好ましくはＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型構造を示す化合物のほか、さらにＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７で表される六方晶構造を示す化合物、及び／又はＩｎＧａＣｕＯ４で表される菱面体晶構造を示す化合物を含む。
【００２２】
金属酸化物焼結体は、好ましくは実質的にＩｎ元素、Ｃｕ元素及びＧａ元素の酸化物から実質的になる。
本発明において「実質的」とは、ターゲットとしての効果が上記金属酸化物焼結体を構成する金属元素の組成に起因すること、又は金属酸化物焼結体を構成する金属酸化物の９５重量％以上１００重量％以下（好ましくは９８重量％以上１００重量％以下）が上記金属元素の酸化物であることを意味する。
尚、金属酸化物焼結体は、Ｉｎ２Ｏ３に対してＣｕ金属元素とＧａ金属元素を添加した焼結体であるが、主として上記元素によって構成されていれば、他に不可避不純物を含んでいてもよい。
【００２３】
金属酸化物焼結体は、下記式（３）で定義される単斜晶構造を示すＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の（０  １  ２）のＸ線回折ピークの面積比が１１％以下であることが好ましい。同面積比は、さらに好ましくは０．５〜９％、特に好ましくは１〜７％である。前述したように、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５相は高抵抗相であるため、これが増加すると、即ち、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５相のＸ線回折ピークの面積比が１１％を超えると、ターゲット表面にノジュールが発生し、異常放電が発生するおそれがある。
Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）×１００  （％）  （３）
Ｉ１：単斜晶構造を示すＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の（０  １  ２）ピーク面積
Ｉ２：ビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３相の（２  ２  ２）ピーク面積
Ｉ３：菱面体晶構造を示すＩｎＧａＣｕＯ４相の（１  ０  １）ピーク面積
Ｉ４：六方晶構造を示すＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７相の（１  ０  ５）ピーク面積
【００２４】
ＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｏｆ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）カードを用いることで、単斜晶構造を示すＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相、ビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３相、菱面体晶構造を示すＩｎＧａＣｕＯ４相、及び六方晶構造を示すＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７相を確認することができる。
【００２５】
単斜晶構造を示すＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３０−０４７９で確認することができ、（０  １  ２）の面を表すピークが該相の最大のピークである。
ビックスバイト構造を取るＩｎ２Ｏ３相は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．０６−０４１６で確認することができ、（２  ２  ２）の面を表すピークが該相の最大のピークである。
菱面体晶構造を取るＩｎＧａＣｕＯ４相は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３８−０８３９で確認することができ、（１  ０  １）の面を表すピークが該相の最大のピークである。
六方晶構造を取るＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７相は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３８−０８４０で確認することができ、（１  ０  ５）の面を表すピークが該相の最大のピークである。
【００２６】
金属酸化物焼結体は、好ましくはビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３から実質的になる、もしくはビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３と六方晶構造を示すＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７及び／又は菱面体晶構造を示すＩｎＧａＣｕＯ４から実質的になる。
尚、金属酸化物焼結体がビックスバイト型構造を示すＩｎ２Ｏ３から実質的になる場合、Ｃｕ元素及びＧａ元素はＩｎ２Ｏ３に固溶している。
【００２７】
ＸＲＤ（Ｘ線回折）測定によりターゲットの結晶構造を解析することができる。原子が規則的に並んだ結晶にＸ線が入射すると、特定の方向で強いＸ線が観察される回折現象を生じる。それぞれの位置で散乱されるＸ線の光路差がＸ線の波長の整数倍になっていると、波の位相が一致するため波の振幅が大きくなることで回折現象を説明できる。
物質はそれぞれに特有な規則性を有する結晶を形成することから、Ｘ線回折では化合物の種類を調べることができる。また、結晶の大きさ（結晶の秩序性）、材料中に存在する結晶の方位の分布状態（結晶配向）、結晶に掛かる残留応力の評価を行うこともできる。
【００２８】
金属酸化物焼結体の密度は好ましくは６．０ｇ／ｃｍ３以上であり、より好ましくは６．２ｇ／ｃｍ３以上である。
密度が６．０ｇ／ｃｍ３未満の場合、酸化物焼結体から形成するスパッタリングターゲットの表面が黒化する等して、異常放電を誘発し、スパッタ速度が低下するおそれがある。スパッタリングターゲットでは、酸化物焼結体の密度は高い方が望ましい。
金属酸化物焼結体の密度は、特に好ましくは６．０ｇ／ｃｍ３以上７．１ｇ／ｃｍ３以下である。
【００２９】
焼結体中の結晶の最大粒径は５μｍ以下であることが望ましい。結晶の粒径が５μｍを超えて成長するとノジュールの原因になるおそれがある。
スパッタによってターゲット表面が削られる場合、その削られる速度が結晶面の方向によって異なり、ターゲット表面に凹凸が発生する。この凹凸の大きさは焼結体中に存在する結晶粒径に依存している。大きい結晶粒径を有する焼結体からなるターゲットでは、その凹凸が大きくなり、その凸部分よりノジュールが発生すると考えられる。
【００３０】
これらの結晶の最大粒径は、スパッタリングターゲットの形状が円形の場合、円の中心点（１箇所）と、その中心点で直交する２本の中心線上の中心点と周縁部との中間点（４箇所）の合計５箇所において、また、スパッタリングターゲットの形状が四角形の場合には、その中心点（１箇所）と四角形の対角線上の中心点と角部との中間点（４箇所）の合計５箇所において、１００μｍ四方の枠内で観察される最大の粒子についてその最大径を測定し、これらの５箇所の枠内のそれぞれに存在する最大粒子の粒径の平均値である。
【００３１】
本発明のスパッタリングターゲットは、以下のようにして製造することができる。
ＣｕＯ粉、Ｉｎ２Ｏ３粉及びＧａ２Ｏ３粉を混合した原料粉末に、水系溶媒を配合し、得られたスラリーを１２時間以上混合した後、固液分離・乾燥・造粒し、この造粒物を型枠に入れて成形する。その後、得られた成形物を酸素雰囲気中、９００〜１６００℃で５〜５０時間焼成して酸化物焼結体を得る。
【００３２】
Ｉｎ２Ｏ３に対してＣｕ金属元素及びＧａ金属元素を添加することにより、好ましくは六方晶構造を有するＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７や菱面体晶構造を有するＩｎＧａＣｕＯ４の化合物が形成される。その結果、高抵抗相であるＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の析出を抑制することができ、スパッタ時に発生するノジュールを抑えることができる。
本発明では、Ｉｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７相やＩｎＧａＣｕＯ４相が安定的に形成されることで、単斜晶構造であるＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の生成を抑制することができると考えられる。
【００３３】
原料粉末の平均粒径が１．２μｍ以下であることが望ましい。好ましくは、平均粒径が１．２μｍ以下のＩｎ２Ｏ３粉末、平均粒径が１．２μｍ以下のＣｕＯ粉末、及び平均粒径が１．２μｍ以下のＧａ２Ｏ３粉末を原料粉末とし、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｃｕ）で示される原子数比の値が０．００１〜０．０９、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｃｕ）で示される原子数比が０．００１〜０．９０となる割合で調合する。
原料粉末の平均粒径はレーザー回折式粒度分布装置等で測定することができる。
【００３４】
混合は湿式又は乾式によるボールミル、振動ミル、ビーズミル等を用いることができる。均一で微細な結晶粒及び空孔を得るには、短時間で凝集体の解砕効率が高く、添加物の分散状態も良好となるビーズミル混合法が最も好ましい。
【００３５】
ボールミルによる混合時間は、好ましくは１５時間以上、より好ましくは１９時間以上とする。混合時間が不足すると最終的に得られる酸化物焼結体中にＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相等の析出が顕著となるおそれがあるからである。
ビーズミルによる粉砕及び混合時間は、装置の大きさや処理するスラリー量によって異なるが、スラリー中の粒度分布が全て１μｍ以下と均一になるように調整する。
【００３６】
また、混合する際にはバインダーを任意量だけ添加し、同時に混合を行ってもよい。バインダーには、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル等を用いることができる。
【００３７】
次に、原料粉末スラリーから造粒粉を得る。造粒に際しては、急速乾燥造粒を行うことが好ましい。急速乾燥造粒するための装置としてはスプレードライヤが広く用いられている。具体的な乾燥条件は、乾燥するスラリーのスラリー濃度、乾燥に用いる熱風温度、風量等の諸条件により決定されるため、実施に際しては、予め最適条件を求めておくことが必要となる。自然乾燥を行うと、原料粉末の比重差によって沈降速度が異なるため、Ｉｎ２Ｏ３粉末、ＣｕＯ粉末、Ｇａ２Ｏ３粉末の分離が起こり均一な造粒粉が得られなくなるおそれがある。
【００３８】
造粒粉に対して、例えば金型プレス又は冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により、１．２ｔｏｎ／ｃｍ２以上の圧力で成形を施して成型体を得る。
【００３９】
本発明のスパッタリングターゲットを得るための焼結方法としては、常圧焼結法のほか、ホットプレス、酸素加圧、熱間静水圧等の加圧焼結法も採用することができる。ただし、製造コストの低減、大量生産の可能性、容易に大型の焼結体を製造できるといった観点から常圧焼結法を採用することが好ましい。
【００４０】
常圧焼結法では、成形体を大気雰囲気又は酸化ガス雰囲気、好ましくは酸化ガス雰囲気にて焼結する。
酸化ガス雰囲気は、好ましくは酸素ガス雰囲気である。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が例えば１０〜１００ｖｏｌ％の雰囲気である。昇温過程にて酸素ガス雰囲気を導入することで、酸化物焼結体密度をより高くすることができる。
【００４１】
焼成温度は例えば９００〜１６００℃とする。また、焼成時間は例えば５〜５０時間とする。焼成温度が９００℃未満又は焼成時間が５時間未満であると、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５相等が析出する可能性があり、異常放電が発生するおそれがある。一方、焼成温度が１６００℃を超えるか、又は、焼成時間が５０時間を超えると、著しい結晶粒成長により平均結晶粒径の増大、粗大空孔の発生を来たし、焼結体強度の低下や異常放電の原因となる。
焼成温度は好ましくは１０００〜１６００℃、さらに好ましくは１０００〜１４５０℃、特に好ましくは１０００〜１３５０℃である。焼成時間は好ましくは８〜５０時間、さらに好ましくは１０〜４０時間、特に好ましくは１０〜３０時間である。
【００４２】
さらに焼成に際しての昇温速度は、５００〜１５００℃の温度範囲における昇温速度を１〜１５℃／ｍｉｎとすることが好ましい。５００〜１５００℃の温度範囲は焼結が最も進行する範囲であり、この温度範囲での昇温速度が１℃／分より遅くなると結晶粒成長が著しくなって、高密度化を達成することができない。一方、昇温速度が１５℃／ｍｉｎより速くなると、焼結炉内の均熱性が低下し、その結果焼結中の収縮量に分布が生じて、焼結体が割れてしまうことがある。
【００４３】
還元工程は、上記焼成工程で得られた焼結体のバルク抵抗をターゲット全体で均一化するためのものであり、必要に応じて設けられる工程である。
本工程で適用することができる還元方法としては、例えば、還元性ガスによる方法や真空焼成又は不活性ガスによる還元等が挙げられる。
還元性ガスによる還元処理の場合、水素、メタン、一酸化炭素、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
不活性ガス中での焼成による還元処理の場合、窒素、アルゴン、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
還元処理温度は通常１００〜８００℃、好ましくは２００〜８００℃である。還元処理時間は通常０．０１〜１０時間、好ましくは０．０５〜５時間である。
【００４４】
焼結体の製造工程における諸条件を上記の通りに制御することにより、密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上であり、平均結晶粒径が１０μｍ以下である酸化物焼結体を得ることができる。
【００４５】
製造した酸化物焼結体を加工することによりスパッタリングターゲットとすることができる。具体的には本発明の酸化物焼結体をスパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工することでスパッタリングターゲットとすることができる。
酸化物焼結体をターゲットとするには、該焼結体を、例えば平面研削盤で研削して表面粗さＲａが５μｍ以下の素材とする。ここで、さらにターゲット素材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、公知の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。
【００４６】
ターゲット素材の表面は２００〜１０，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが好ましく、４００〜５，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが特に好ましい。２００番より小さい、又は１０，０００番より大きいダイヤモンド砥石を使用するとターゲット素材が割れやすくなるおそれがある。
【００４７】
ターゲット素材の表面粗さＲａが０．５μｍ以下であり、方向性のない研削面を備えていることが好ましい。Ｒａが０．５μｍより大きかったり、研磨面に方向性があると、異常放電が起きたり、パーティクルが発生するおそれがある。
【００４８】
次に、得られたターゲット素材を清浄処理する。清浄処理にはエアーブロー又は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。尚、以上のエアーブローや流水洗浄では限界があるので、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。この超音波洗浄は周波数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。
【００４９】
ターゲット素材の厚みは通常２〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１２ｍｍ、特に好ましくは４〜６ｍｍである。
【００５０】
上記のようにして得られたターゲット素材をバッキングプレートへボンディングすることによって酸化物焼結体からなる本発明のスパッタリングターゲットを得ることができる。また、複数のターゲット素材を１つのバッキングプレートに取り付けて実質１つのターゲットとしてもよい。
【００５１】
本発明の酸化物半導体薄膜は、上記酸化物焼結体を用いて蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法等により作製できる。
上記の酸化物焼結体は、高い導電性を有することから成膜速度の速いＤＣスパッタリング法を適用することができる。また、上記ＤＣスパッタリング法に加えて、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、パルスＤＣスパッタリング法にも適用することができ、異常放電のないスパッタリングが可能である。
【００５２】
スパッタリングガスとしては、アルゴンと酸化性ガスの混合ガスを用いることができる。酸化性ガスとしてはＯ２、ＣＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等が挙げられる。
酸化性ガスとして酸素を用いる場合、スパッタリング成膜時の酸素分圧は５％以上４０％以下とすることが好ましい。酸素分圧が５％未満の条件で作製した薄膜は導電性を有し、酸化物半導体として利用が困難な場合がある。好ましくは、酸素分圧は１０以上４０％以下である。
【００５３】
成膜時の基板温度又は成膜後のアニール処理温度は、例えば５００℃以下である。成膜時の基板温度は１０℃以上４００℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０℃以上３５０℃以下、特に好ましくは８０℃以上３００℃以下である。
また、成膜後のアニール処理温度は１００℃以上５００℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは１５０℃以上４００℃以下、特に好ましくは２００℃以上３５０℃以下である。
【００５４】
また、加熱の雰囲気は特に限定されないが、大気雰囲気、酸素流通雰囲気がキャリア制御性の観点から好ましい。
【００５５】
酸化物薄膜の後処理アニール工程においては、酸素の存在下又は不存在下でランプアニール装置、レーザーアニール装置、熱プラズマ装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。
【００５６】
Ｇａドープは酸化インジウムの格子定数を小さくする効果があり、結晶中のインジウム同士の５ｓ軌道の重なりが大きくなり、移動度が向上することが期待される。また、Ｃｕドープは薄膜のキャリア濃度を低減させる効果があり、半導体薄膜のキャリア濃度を１０１８ｃｍ−３オーダー以下に調整することができる。
【００５７】
本発明の酸化物半導体薄膜の原子比は、通常上記の金属酸化物焼結体と同じである。
酸化物半導体薄膜の原子比Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｃｕ）が０．００１未満であると、キャリア濃度が１０１８ｃｍ−３オーダーを超えるおそれがあり、薄膜トランジスタを構成したときに漏れ電流が発生してしまうとともに、ノーマリーオンになってしまったり、ｏｎ−ｏｆｆ比が小さくなってしまったりすることにより、良好なトランジスタ性能が発揮できないことがある。
【００５８】
原子比Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｃｕ）が０．０９超のスパッタリングターゲットを用いて成膜した薄膜では、キャリア濃度が１０１３ｃｍ−３オーダー以下となり、ＴＦＴ特性を示さないおそれがある。
【００５９】
本発明の酸化物薄膜は薄膜トランジスタに使用できる。特にチャネル層として使用できる。
【００６０】
本発明の薄膜トランジスタは、チャネルエッチ型でもよい。本発明の薄膜は、耐久性があるので、本発明の薄膜を用いた薄膜トランジスタの製造において、Ａｌ等の金属薄膜をエッチングしてソース・ドレイン電極、チャネル部を形成するフォトリソ工程も可能となる。薄膜の耐久性の観点からは、薄膜が結晶化していることが望ましい。
【００６１】
また、本発明の薄膜トランジスタは、エッチストッパー型でもよい。本発明の薄膜は、エッチストッパーが半導体層からなるチャネル部を保護することができ、且つ、成膜時に半導体層に酸素を大量に取り込ませておくことが、エッチストッパー層を介して外部より酸素を供給する必要がなくなる。また、成膜直後にはアモルファス膜を作製することが可能であり、Ａｌ等の金属薄膜をエッチングしてソース・ドレイン電極、チャネル部を形成すると同時に、半導体層をエッチングできフォトリソ工程を短縮することも可能となる。
【実施例】
【００６２】
実施例１〜１１
［ターゲットの製造］
平均粒径０．９８μｍのＩｎ２Ｏ３粉、平均粒径０．９６μｍのＣｕＯ粉及び平均粒径０．９６μｍのＧａ２Ｏ３粉を、表１に示すターゲット組成比となるように秤量し、均一に微粉砕混合後、成形用バインダーを加えて造粒した。次に、この原料混合粉を金型へ均一に充填しコールドプレス機にてプレス圧１４０ＭＰａで加圧成形した。このようにして得た成形体を焼結炉により表１に示す焼成温度及び焼成時間で焼成して、焼結体を製造した。
焼成雰囲気は昇温中は酸素雰囲気で、その他は大気中（雰囲気）であり、焼成は、昇温速度１℃／ｍｉｎ、降温速度１５℃／ｍｉｎで実施した。
尚、用いた原料酸化物粉末の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−３００Ｖ（島津製作所製）で測定し、平均粒径はメジアン径Ｄ５０を採用した。
【００６３】
得られた焼結体についてＸ線回折測定装置（リガク製Ｕｌｔｉｍａ−III）により結晶構造を調べた。実施例１〜１１の焼結体のＸ線チャートをそれぞれ図１〜１１に示す。
チャートを分析した結果、実施例１〜１１の焼結体ではＩｎ２Ｏ３のビックスバイト構造やＩｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７の六方晶構造やＩｎＧａＣｕＯ４の菱面体晶構造が観測された。当該結晶構造は、ＪＣＰＤＳカードで確認することができる。Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．０６−０４１６、Ｉｎ２Ｇａ２ＣｕＯ７の六方晶構造は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３８−０８４０、ＩｎＧａＣｕＯ４の菱面体晶構造は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３８−０８３９である。
実施例１１では、Ｉｎ２Ｏ３のＩｎサイトにＧａとＣｕが固溶したため、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造のみが観測された。
Ｘ線回析の結果、実施例１〜１１で得られた焼結体では、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５の単斜晶構造は観察されなかった。
【００６４】
上記Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）の測定条件は以下の通りである。
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
【００６５】
得られた焼結体の密度を、一定の大きさに切り出した焼結体の重量と外形寸法により算出した。結果を表１に示す。
【００６６】
得られた焼結体について、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）測定によりＣｕ元素の分散を調べた。その結果、１μｍ以上のＣｕ原子の集合体は観測されず、実施例１〜１１の焼結体はＣｕ元素の分散性、均一性が極めて優れていることが分かった。
【００６７】
ＥＰＭＡの測定条件は以下の通りである。
装置名：ＪＸＡ−８２００（日本電子株式会社製）
加速電圧：１５ｋＶ
照射電流：５０ｎＡ
照射時間（１点当り）：５０ｍＳ
【００６８】
実施例１〜１１で得られた酸化物焼結体の表面を平面研削盤で研削し、側辺をダイヤモンドカッターで切断し、バッキングプレートに貼り合わせ、それぞれ４インチφのスパッタリングターゲットとした。
【００６９】
得られたスパッタリングターゲットを、ＤＣスパッタリング装置に装着し、スパッタガスとしてアルゴンを用いて、スパッタ圧０．４Ｐａ、基板温度：室温、ＤＣ出力４００Ｗにて、１０ｋＷｈ連続スパッタを行い、スパッタ中の電圧変動をデータロガーに蓄積し、異常放電の有無を確認した。結果を表１に示す。
尚、上記異常放電の有無は、電圧変動をモニターし異常放電を検出することにより行った。具体的には、５分間の測定時間中に発生する電圧変動がスパッタ運転中の定常電圧の１０％以上あった場合を異常放電とした。特にスパッタ運転中の定常電圧が０．１秒間に±１０％変動する場合は、スパッタ放電の異常放電であるマイクロアークが発生しており、素子の歩留まりが低下し、量産化に適さないおそれがある。
【００７０】
また、実施例１〜１１のスパッタリングターゲットを用いて、雰囲気としてはアルゴンガスに３％の水素ガスを添加した混合ガスを使用し、３０時間連続してスパッタリングを行い、ノジュールの発生の有無を確認した。その結果、実施例１〜１１のスパッタリングターゲット表面において、ノジュールは観測されなかった。雰囲気ガスに水素ガスを添加したのは、ノジュールの発生を促進するためである。
尚、スパッタ条件は、スパッタ圧０．４Ｐａ、ＤＣ出力１００Ｗ、基板温度：室温とした。
ノジュールは、スパッタリング後のターゲット表面の変化を実体顕微鏡により５０倍に拡大して観察し、視野３ｍｍ２中に発生した２０μｍ以上のノジュールについて数平均を計測する方法を採用した。発生したノジュール数を表１に示す。
【００７１】
【表１】
0005414632.tif 000002
【００７２】
実施例１２
［酸化物半導体薄膜の成膜及び薄膜トランジスタの製造］
ガラス基板及び厚み１００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２）付きシリコン基板上にそれぞれ実施例１で得られたターゲット（Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｃｕ）＝０．０３、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｃｕ）＝０．０３）を用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚５０ｎｍの薄膜を成膜した。
上記スパッタリングは、背圧が５×１０−４Ｐａとなるまで真空排気した後、アルゴン９ｓｃｃｍ、酸素１ｓｃｃｍ流しながら、圧力を０．４Ｐａに調整し、スパッタ出力１００Ｗにて室温で行った。
【００７３】
この薄膜を形成したガラス基板を空気中、３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行った。アニール処理後の薄膜のキャリア濃度及び移動度をＨａｌｌ効果測定で評価したところ、キャリア濃度は３．２１×１０１４ｃｍ−３であり、ホール移動度は１３．２ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００７４】
尚、ホール測定装置、及びその測定条件は下記の通りである。
・ホール測定装置
東陽テクニカ製：Ｒｅｓｉ  Ｔｅｓｔ８３１０
・測定条件
測定温度：室温（２５℃）
測定磁場：０．４５Ｔ
測定電流：１０−１２〜１０−４Ａ
測定モード：ＡＣ磁場ホール測定
【００７５】
シリコン基板上に成膜した薄膜について、当該導電性シリコン基板上に金属マスクを設置し、Ｌ：２００μｍ、Ｗ：１０００μｍのチャネル部を形成し、ソース・ドレイン電極として金を蒸着して形成した。当該素子を３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行うことで薄膜トランジスタを製造した。
【００７６】
その結果、作製した薄膜トランジスタは、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであり、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。測定は半導体パラメーターアナライザー（ケースレー４２００）を用い、室温、大気中、かつ遮光環境下で測定した。
【００７７】
実施例１３
ガラス基板及び厚み１００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２）付きシリコン基板上にそれぞれ実施例１１で得られたターゲット（Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｃｕ）＝０．０１、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｃｕ）＝０．０３）を用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚５０ｎｍの薄膜をそれぞれ成膜した。
上記スパッタリングは、背圧が５×１０−４Ｐａとなるまで真空排気したあと、アルゴン８．５ｓｃｃｍ、酸素１．５ｓｃｃｍ流しながら、圧力を０．４Ｐａに調整し、スパッタ出力１００Ｗにて室温で行った。
【００７８】
この薄膜を形成したガラス基板を空気中、３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行った。アニール処理後の薄膜のキャリア濃度及び移動度をＨａｌｌ効果測定で評価したところ、キャリア濃度は５．３４×１０１６ｃｍ−３であり、ホール移動度は１８．１ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００７９】
シリコン基板上に成膜した薄膜について、当該導電性シリコン基板上に金属マスクを設置し、Ｌ：２００μｍ、Ｗ：１０００μｍのチャネル部を形成し、ソース・ドレイン電極として金を蒸着して形成した。当該素子を３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行うことで薄膜トランジスタを製造した。
【００８０】
その結果、作製した薄膜トランジスタは、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであり、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。測定は半導体パラメーターアナライザー（ケースレー４２００）を用い、室温、大気中、かつ遮光環境下で測定した。
【００８１】
比較例１〜３
平均粒径０．９８μｍのＩｎ２Ｏ３粉、平均粒径０．９６μｍのＣｕＯ粉及び平均粒径０．９８μｍのＺｎＯ粉を表２に示すターゲット組成となるように秤量し、表２に示す焼成温度及び焼成時間で焼成した他は実施例１〜１１と同様にしてターゲットを製造し、評価した。結果を表２に示す。
表２から分かるように、比較例１〜３のターゲットおいて異常放電が発生し、ターゲット表面にはノジュールが観測された。
【００８２】
比較例１のターゲットのＸ線回折により得られたチャートを図１２に示す。
比較例１のターゲットでは、Ｘ線回折チャートにおいてＩｎ２Ｏ３のビックスバイト構造、Ｚｎ５Ｉｎ２Ｏ８の六方晶構造、ＺｎＯの六方晶構造、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５の単斜晶構造が観測された。
【００８３】
当該結晶構造は、ＪＣＰＤＳカードで確認することができる。Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．０６−０４１６、Ｚｎ５Ｉｎ２Ｏ８の六方晶構造はＪＣＰＤＳカードＮｏ．２０−１４４０、ＺｎＯの六方晶構造は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．７５−０５７６、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５の単斜晶構造はＪＣＰＤＳカードＮｏ．３０−０４７９である。以上から、Ｚｎの添加ではＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５の単斜晶構造が形成され、ノジュールの発生原因となるおそれがある。比較例２のターゲットにおいても比較例１と同様にＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５の形成が見られた。
【００８４】
比較例３では、Ｘ線回折測定の結果からＩｎ２Ｏ３のビックスバイト構造、Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５の単斜晶構造が観測された。Ｃｕ２Ｉｎ２Ｏ５の単斜晶構造の形成がノジュールの発生原因となる。
下記式（４）で定義される単斜晶構造を取るＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の（０  １  ２）のＸ線回折のピーク面積比を求めた結果を表２に示す。
Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ５＋Ｉ６）×１００  （４）
Ｉ１：単斜晶構造を取るＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相の（０  １  ２）ピーク面積
Ｉ２：ビックスバイト型構造を取るＩｎ２Ｏ３相の（２  ２  ２）ピーク面積
Ｉ５：六方晶構造を取るＺｎ５Ｉｎ２Ｏ８相の（１  ０  １１）ピーク面積
Ｉ６：六方晶構造を取るＺｎＯ相の（１  ０  １）ピーク面積
【００８５】
上記及び表２から、比較例１〜３ではＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５の単斜晶構造が形成されていることがわかった。
単斜晶構造を取るＣｕ２Ｉｎ２Ｏ５相は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３０−０４７９で確認することができ、（０  １  ２）の面を表すピークが該相の最大のピークである。ビックスバイト構造を取るＩｎ２Ｏ３相は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．０６−０４１６で確認することができ、（２  ２  ２）の面を表すピークが該相の最大のピークである。六方晶構造を取るＺｎ５Ｉｎ２Ｏ８相は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．２０−１４４０で確認することができ、（１  ０  １１）の面を表すピークが該相の最大のピークである。六方晶構造を取るＺｎＯ相は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．７５−０５７６で確認することができ、（１  ０  １）の面を表すピークが該相の最大のピークである。
【００８６】
【表２】
0005414632.tif 000003
【００８７】
比較例４
ガラス基板及び厚み１００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２）付きシリコン基板上にそれぞれ比較例１で得られたターゲット（Ｃｕ／全金属元素＝０．１３）を用いた以外は実施例１２と同様な条件で薄膜を作製した。
【００８８】
この薄膜を形成したガラス基板を空気中、３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行った。アニール処理後の薄膜のキャリア濃度及び移動度をＨａｌｌ効果測定で評価したところ、キャリア濃度が〜１０１３ｃｍ−３以下であり測定限界以下であった。
【００８９】
シリコン基板上に成膜した薄膜について、当該導電性シリコン基板上に金属マスクを設置し、Ｌ：２００μｍ、Ｗ：１０００μｍのチャネル部を形成し、ソース・ドレイン電極として金を蒸着して形成した。当該素子を３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行うことで薄膜トランジスタを製造した。その結果、作製した薄膜トランジスタは、キャリア濃度が〜１０１３ｃｍ−３以下と低いためにＴＦＴ特性を示さなかった。
【００９０】
比較例５
ガラス基板及び厚み１００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２）付きシリコン基板上にそれぞれ比較例３で得られたターゲット（Ｃｕ／全金属元素＝０．１４７）を用いた以外は実施例１２と同様な条件で薄膜を作製した。
【００９１】
この薄膜を形成したガラス基板を空気中、３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行った。アニール処理後の薄膜のキャリア濃度及び移動度をＨａｌｌ効果測定で評価したところ、キャリア濃度が〜１０１３ｃｍ−３以下であり測定限界以下であった。
【００９２】
シリコン基板上に成膜した薄膜について、当該導電性シリコン基板上に金属マスクを設置し、Ｌ：２００μｍ、Ｗ：１０００μｍのチャネル部を形成し、ソース・ドレイン電極として金を蒸着して形成した。当該素子を３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行うことで薄膜トランジスタを製造した。その結果、作製した薄膜トランジスタは、キャリア濃度が〜１０１３ｃｍ−３以下と低いためにＴＦＴ特性を示さなかった。
【００９３】
比較例６
酸化インジウム粉及び酸化ガリウム粉を原子比Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＝０．０１となるように秤量し、酸化銅を用いなかった他は、実施例１と同様にして焼結体を製造し、ターゲットを製造した。
ガラス基板及び厚み１００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２）付きシリコン基板上にそれぞれ製造したターゲット（Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＝０．０１）を用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚５０ｎｍの薄膜を実施例１２と同様な条件でそれぞれ成膜した。
【００９４】
この薄膜を形成したガラス基板を空気中、３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行った。アニール処理後の薄膜のキャリア濃度及び移動度をＨａｌｌ効果測定で評価したところ、キャリア濃度は４．２３×１０１８ｃｍ−３であり、ホール移動度は１１．２ｃｍ２／Ｖｓであった。アニール処理後の薄膜は、キャリア濃度が１０１８ｃｍ−３以上で酸素欠陥が多い薄膜となり、実施例１２及び１３の薄膜と比較してキャリア濃度が上昇した。
【００９５】
シリコン基板上に成膜した薄膜について、当該導電性シリコン基板上に金属マスクを設置し、Ｌ：２００μｍ、Ｗ：１０００μｍのチャネル部を形成し、ソース・ドレイン電極として金を蒸着して形成した。当該素子を３００℃に加熱した加熱炉内に投入し、１時間処理を行うことで薄膜トランジスタを製造した。その結果、作製した薄膜トランジスタはキャリア濃度が１０１８ｃｍ−３以上のため、ノーマリーオンの特性を示した。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明のスパッタリングターゲットを用いて成膜された薄膜トランジスタは、半導体メモリ集積回路の単位電子素子、高周波信号増幅素子、液晶駆動用素子等として使用できる。
【図１】
0005414632.tif 000004
【図２】
0005414632.tif 000005
【図３】
0005414632.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005414632.tif 000012
【図１０】
0005414632.tif 000013
【図１１】
0005414632.tif 000014
【図１２】
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