(57)【要約】【課題】密度が高く、抵抗が低いスパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】インジウム、亜鉛及び金属Ｍを含む酸化物を含有し、Ｉｎ２Ｏ３、ＭＩｎ２Ｏ４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（１≦ｍ≦２０）を結晶相として含有し、相対密度が９５％以上である焼結体を含むスパッタリングターゲットであって、前記焼結体が、周囲よりもＩｎの含有量が多い組織、周囲よりもＺｎの含有量が多い組織及び周囲よりも金属Ｍの含有量が多い組織を含み、前記Ｉｎの含有量が多い組織を包含する面積が最小となる円の平均直径、及び前記金属Ｍの含有量が多い組織を包含する面積が最小となる円の平均直径が２５μｍ以下であるスパッタリングターゲット。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム、亜鉛及び金属Ｍを含む酸化物を含有し、
Ｉｎ２Ｏ３、ＭＩｎ２Ｏ４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（１≦ｍ≦２０）を結晶相として含有し、相対密度が９５％以上である焼結体を含むスパッタリングターゲットであって、
前記焼結体が、周囲よりもＩｎの含有量が多い組織、周囲よりもＺｎの含有量が多い組織及び周囲よりも金属Ｍの含有量が多い組織を含み、
前記Ｉｎの含有量が多い組織を包含する面積が最小となる円の平均直径、及び前記金属Ｍの含有量が多い組織を包含する面積が最小となる円の平均直径が２５μｍ以下であるスパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記Ｉｎの含有量が多い組織を包含する面積が最小となる円の平均直径が１０μｍ以下である請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
Ｘ線回折における前記ＭＩｎ２Ｏ４の最大ピーク強度Ｉ１と前記Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍの最大ピーク強度Ｉ２の強度比Ｉ２／Ｉ１が、０．２〜２．０である焼結体を含む請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７５以下であり、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７０以下であり、Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．０１〜０．３０である請求項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】
前記金属ＭがＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ及びＦｅから選択される１以上である請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項６】
前記金属ＭがＭｇである請求項５に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項７】
インジウム、亜鉛及び金属Ｍを含む酸化物を含有し、
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７５以下であり、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７０以下であり、Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．０１〜０．３０であり、
ホール移動度が３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上である半導体薄膜。
【請求項８】
非晶質である請求項７に記載の半導体薄膜。
【請求項９】
前記金属ＭがＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ及びＦｅから選択される１以上である請求項７又は８に記載の半導体薄膜。
【請求項１０】
前記金属ＭがＭｇである請求項９に記載の半導体薄膜。
【請求項１１】
前記半導体薄膜の成膜を、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、前記各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加する場合に、前記交流電源からの出力の少なくとも１つを、分岐して接続した２枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面に成膜するスパッタリング方法で行う請求項７〜１０のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
前記交流電源の交流パワー密度を３Ｗ／ｃｍ２以上、２０Ｗ／ｃｍ２以下とする請求項１１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３】
前記交流電源の周波数が１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚである請求項１１又は１２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１４】
請求項７〜１０のいずれかに記載の半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ。
【請求項１５】
請求項７〜１０のいずれかに記載の半導体薄膜の上に、少なくともＳｉＮｘを含有する保護膜を用いた薄膜トランジスタ。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の薄膜トランジスタを備えた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングターゲット、半導体薄膜、その製造方法、それを用いた薄膜トランジスタ、及びその薄膜トランジスタを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、最も多く実用化されている電子デバイスである。そのなかでも、近年における表示装置の発展に伴い、液晶表示装置（ＬＣＤ）のみならず、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、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が多用されている。
【０００３】
ＴＦＴ駆動素子には、現在、シリコン系半導体薄膜が最も広く用いられている。一方、移動度が高く、薄膜の表面の均一性に優れることから金属酸化物からなる透明半導体薄膜が注目されている。
【０００４】
金属酸化物薄膜の材料として、インジウム、ガリウム及び亜鉛の酸化物からなるＩＧＺＯ系が知られている。金属酸化物薄膜の成膜にはスパッタリングターゲットを用いることができ、ＩＧＺＯ系のスパッタリングターゲットは相対密度が高く、抵抗も低いために工業的に有用なＤＣスパッタが可能である。しかしながら、ガリウムは高価であることから、ガリウムを含まない金属薄膜が必要とされている。
【０００５】
ガリウムを含まない金属酸化物からなるスパッタリングターゲットが報告されている。
非特許文献１には、Ｈｆ−インジウム亜鉛酸化物のスパッタリングターゲットを用いてＲＦマグネトロンスパッタリングで製造された、信頼性の高いＴＦＴが記載されている。しかしながら、Ｈｆを含んだターゲットは絶縁性物質の凝集体が形成されやすく、また密度が向上しにくく、さらに抵抗値が高くなってしまうという問題があるため、ＤＣスパッタリングやＡＣスパッタリングで半導体薄膜を形成することは困難であった。
【０００６】
これに対して、ガリウムを含まない金属酸化物からなり、ＤＣスパッタリングが可能なスパッタリングターゲットとして、特許文献１にはスパッタリング時のノジュールが低減できるスパッタリングターゲットが開示されている。しかしながら、このターゲットによって提供される薄膜は導電膜であり、ＴＦＴの活性層に用いることはできなかった。
【０００７】
以上のように、ガリウムを含まない金属酸化物からなり、良好なＴＦＴ特性を示す半導体膜をＤＣ又はＡＣスパッタリングによって製造することができる、高密度で、低抵抗なスパッタリングターゲットが必要とされているが、詳細なターゲットの検討は不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３０７２６９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９６，１５２１０２  （２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、密度が高く、抵抗が低い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】
【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．インジウム、亜鉛及び金属Ｍを含む酸化物を含有し、
Ｉｎ２Ｏ３、ＭＩｎ２Ｏ４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（１≦ｍ≦２０）を結晶相として含有し、相対密度が９５％以上である焼結体を含むスパッタリングターゲットであって、
前記焼結体が、周囲よりもＩｎの含有量が多い組織、周囲よりもＺｎの含有量が多い組織及び周囲よりも金属Ｍの含有量が多い組織を含み、
前記Ｉｎの含有量が多い組織を包含する面積が最小となる円の平均直径、及び前記金属Ｍの含有量が多い組織を包含する面積が最小となる円の平均直径が２５μｍ以下であるスパッタリングターゲット。
２．前記Ｉｎの含有量が多い組織を包含する面積が最小となる円の平均直径が１０μｍ以下である１に記載のスパッタリングターゲット。
３．Ｘ線回折における前記ＭＩｎ２Ｏ４の最大ピーク強度Ｉ１と前記Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍの最大ピーク強度Ｉ２の強度比Ｉ２／Ｉ１が、０．２〜２．０である焼結体を含む１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
４．Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７５以下であり、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７０以下であり、Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．０１〜０．３０である１〜３のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
５．前記金属ＭがＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ及びＦｅから選択される１以上である１〜４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
６．前記金属ＭがＭｇである５に記載のスパッタリングターゲット。
７．インジウム、亜鉛及び金属Ｍを含む酸化物を含有し、
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７５以下であり、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７０以下であり、Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．０１〜０．３０であり、
ホール移動度が３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上である半導体薄膜。
８．非晶質である７に記載の半導体薄膜。
９．前記金属ＭがＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ及びＦｅから選択される１以上である７又は８に記載の半導体薄膜。
１０．前記金属ＭがＭｇである９に記載の半導体薄膜。
１１．前記半導体薄膜の成膜を、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、前記各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加する場合に、前記交流電源からの出力の少なくとも１つを、分岐して接続した２枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面に成膜するスパッタリング方法で行う７〜１０のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
１２．前記交流電源の交流パワー密度を３Ｗ／ｃｍ２以上、２０Ｗ／ｃｍ２以下とする１１に記載の半導体薄膜の製造方法。
１３．前記交流電源の周波数が１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚである１１又は１２に記載の半導体薄膜の製造方法。
１４．７〜１０のいずれかに記載の半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ。
１５．７〜１０のいずれかに記載の半導体薄膜の上に、少なくともＳｉＮｘを含有する保護膜を用いた薄膜トランジスタ。
１６．１４又は１５に記載の薄膜トランジスタを備えた表示装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、密度が高く、抵抗が低いスパッタリングターゲットが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に用いるスパッタリング装置を示す図である。
【図２】実施例１で得た焼結体のＸ線チャートである。
【図３】実施例１で得た焼結体のＥＰＭＡ画像である。
【図４】比較例４で得た焼結体のＸ線チャートである。
【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焼結体を含み、焼結体は、インジウム、亜鉛及び金属Ｍを含む酸化物を含有し、Ｉｎ２Ｏ３、ＭＩｎ２Ｏ４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（１≦ｍ≦２０）を結晶相として含む。
また、焼結体は、周囲よりもＩｎの含有量が多い組織（Ｉｎリッチ組織）、周囲よりもＺｎの含有量が多い組織（Ｚｎリッチ組織）及び周囲よりも金属Ｍの含有量が多い組織（Ｍリッチ組織）を含み、Ｉｎリッチ組織の大きさ（Ｉｎリッチ組織を包含する面積が最小となる円の平均直径）、及びＭリッチ組織の大きさ（Ｍリッチ組織を包含する面積が最小となる円の平均直径）がそれぞれ２５μｍ以下である。
また、本発明に用いる焼結体は、相対密度が９５％以上である。
【００１５】
本発明に用いる焼結体は、Ｉｎ２Ｏ３、ＭＩｎ２Ｏ４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１≦ｍ≦２０）を結晶相として含み、Ｉｎリッチ組織、Ｚｎリッチ組織及びＭリッチ組織を含み、Ｉｎリッチ組織及びＭリッチ組織が所定の大きさであることにより、各元素が分散しやすくなり、ターゲット密度を高くすることができ、ターゲット抵抗を低減することができる。
【００１６】
Ｉｎ２Ｏ３、ＭＩｎ２Ｏ４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１≦ｍ≦２０）を結晶相として含むことは、Ｘ線回折測定で確認できる。結晶構造の確認は以下のように行うことができる。また、Ｘ線回折測定は、具体的には実施例に記載の方法により行うことができる。
【００１７】
結晶構造は、例えばターゲット（焼結体）のＸ線回折パターンが、想定される結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認できる。
具体的には、ＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｏｆ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）カードやＩＣＳＤ（Ｔｈｅ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｄａｔａｂａｓｅ）から得られる結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認することができる。
【００１８】
Ｉｎ２Ｏ３の結晶相はビックスバイト構造である。
ビックスバイト構造であることは、焼結体をＸ線回折測定した結果、ビックスバイト構造化合物のピークが観察されることにより確認できる。
【００１９】
ビックスバイト（ｂｉｘｂｙｉｔｅ）は、希土類酸化物Ｃ型又はＭｎ２Ｏ３（Ｉ）型酸化物とも言われる。「透明導電膜の技術」（（株）オーム社出版、日本学術振興会、透明酸化物・光電子材料第１６６委員会編、１９９９）等に開示されている通り、化学量論比がＭ２Ｘ３（Ｍは陽イオン、Ｘは陰イオンで通常酸素イオン）で、一つの単位胞はＭ２Ｘ３１６分子、合計８０個の原子（Ｍが３２個、Ｘが４８個）により構成されている。
【００２０】
ビックスバイト構造は、Ｘ線回折で、ＪＣＰＤＳデータベースのＮｏ．０６−０４１６のピークパターンか、又は類似の（シフトした）パターンを示す。
また、結晶構造中の原子やイオンが一部他の原子で置換された置換型固溶体、他の原子が格子間位置に加えられた侵入型固溶体もビックスバイト構造化合物に含まれる。
【００２１】
同様に、ＭＩｎ２Ｏ４の組成からなる結晶を含むことはＸ線回折測定で確認できるが、ＭＩｎ２Ｏ４の結晶相は、Ｘ線回折測定で複数個観測される場合がある。
例えば、ＭｇＩｎ２Ｏ４の組成からなる結晶構造は、ＪＣＰＤＳカード及びＩＣＳＤによれば、Ｉｎ２ＭｇＯ４（ＪＣＰＤＳカード：４０−１４０２）やＭｇＩｎ２Ｏ４（ＩＣＳＤ：♯２４９９２）等が存在するが、いずれもＭｇＩｎ２Ｏ４の組成からなる結晶である。
【００２２】
ＭＩｎ２Ｏ４の組成からなる結晶相としては、スピネル構造や逆スピネル構造等が挙げられる。
スピネル構造は、Ａを２価のカチオン、Ｂを３価のカチオンとした場合に、ＡＢ２Ｏ４の組成をとるイオン結晶であり、Ｏ２−が形成する立体面心格子の四面体隙間の８分の１にＡが充填され、八面体隙間の２分の１にＢが充填された構造を有する。逆スピネル構造は、スピネル構造と同様にＡＢ２Ｏ４の組成をとるイオン結晶であり、四面体隙間の８分の１にＢが充填され八面体隙間の２分の１にＡ及びＢが充填された構造を有する。
【００２３】
本発明の焼結体がＭＩｎ２Ｏ４の組成からなる結晶相を含むことにより、金属Ｍの酸化物が単独領域に現れることによるターゲットの高抵抗化を抑制できる。
【００２４】
Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（１≦ｍ≦２０）の結晶相としては、ホモロガス構造に由来する結晶相等が挙げられる。
ホモロガス構造に由来する結晶相とは、異なる物質の結晶層を何層か重ね合わせた長周期を有する「自然超格子」構造からなる結晶である。結晶周期ないし各薄膜層の厚さが、ナノメーター程度の場合、これら各層の化学組成や層の厚さの組み合わせによって、単一の物質や各層を均一に混ぜ合わせた混晶の性質とは異なる固有の特性を示す場合がある。
【００２５】
ホモロガス相の結晶構造は、例えば、ターゲットの粉砕物又は切削片について測定したＸ線回折パターンが、組成比から想定されるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認できる。具体的には、ＪＣＰＤＳカードから得られるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認することができる。
【００２６】
Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍのｍは、好ましくは３〜１０であり、より好ましくは３である。ｍが３〜１０であることにより、ターゲットの抵抗をより下げやすくすることができる。
【００２７】
本発明に用いる焼結体は、Ｉｎの含有量が多い組織（Ｉｎリッチ組織）、Ｚｎの含有量が多い組織（Ｚｎリッチ組織）、及び金属Ｍの含有量が多い組織（Ｍリッチ組織）が混在した状態である。
Ｚｎリッチ組織、Ｍリッチ組織をターゲット（焼結体）中に存在させることにより、酸化亜鉛と金属Ｍの酸化物がそれぞれ単独領域に現れることによる高抵抗化を抑制できる。Ｉｎリッチ組織、Ｚｎリッチ組織、Ｍリッチ組織の有無はＥＰＭＡを用いた分散マップにより確認できる。
【００２８】
Ｉｎリッチ組織とは、組織内においてＩｎが示す最強の特性Ｘ線強度に対して７０％以上の特性Ｘ線強度を示す連続した領域であり、Ｚｎリッチ組織とは、組織内においてＺｎが示す最強の特性Ｘ線強度に対して７０％以上の特性Ｘ線強度を示す連続した領域であり、Ｍリッチ組織とは、組織内において金属Ｍが示す最強の特性Ｘ線強度に対して７０％以上の特性Ｘ線強度を示す連続した領域である。
【００２９】
Ｉｎリッチ組織は他の組織に比べて酸素の含有量が少なく、Ｚｎリッチ組織は他の組織に比べて酸素の含有量が多いため、Ｉｎリッチ組織はＩｎ２Ｏ３、Ｚｎリッチ組織はＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ、Ｍリッチ組織はＭＩｎ２Ｏ４にそれぞれ対応することが分かる。
【００３０】
また、Ｉｎリッチ組織及びＭリッチ組織が２５μｍ以下の大きさの領域を形成しているため、分散性の良いターゲットとすることができる。好ましくは、Ｉｎリッチ組織及びＭリッチ組織の領域の大きさは、それぞれ２０μｍ以下、より好ましくはそれぞれ１５μｍ以下、さらに好ましくはそれぞれ１０μｍ以下である。Ｉｎリッチ組織及びＭリッチ組織の領域の大きさが上記の範囲にあることにより、ノジュールが発生しにくくなる。
【００３１】
尚、Ｉｎリッチ組織及びＭリッチ組織が２５μｍ以下の大きさの領域を形成していればよく、Ｚｎリッチ組織の大きさは２５μｍ超であってもよい。
Ｚｎリッチ組織の大きさが２５μｍ超であっても、組織が網目状に連結し、その内部に２５μｍ以下の他の組織が形成されることにより、分散性の良いターゲットとすることができる。
【００３２】
領域の大きさは、縦１００μｍ、横１００μｍのＥＰＭＡの画像において、リッチ組織が包含される面積が最小となる円を描いたときの直径の平均と定義する。但し、平均を算出する際に用いる直径の数は少なくとも５個であり、リッチ組織の面積が、上記の円の面積の４０％に満たない場合は、平均の算出に用いない。
【００３３】
本発明に用いる焼結体は、相対密度が９５％以上である。特に大型基板（１Ｇサイズ以上）にスパッタ出力を上げて酸化物半導体を成膜する場合は、相対密度が９５％以上であることが好ましい。
相対密度とは、加重平均より算出した理論密度に対して相対的に算出した密度である。各原料の密度の加重平均より算出した密度が理論密度であり、これを１００％とする。
相対密度が９５％以上であれば、安定したスパッタリング状態が保たれる。大型基板でスパッタ出力を上げて成膜する場合は、相対密度が９５％未満ではターゲット表面が黒化したり、異常放電が発生するおそれがある。相対密度は好ましくは９７％以上、より好ましくは９８％以上である。
【００３４】
また、本発明に用いる焼結体は、好ましくは、Ｘ線回折におけるＭＩｎ２Ｏ４の最大ピーク強度Ｉ１とＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍの最大ピーク強度Ｉ２の強度比Ｉ２／Ｉ１が、０．２〜２．０であり、より好ましくは０．２５〜１．８であり、さらに好ましくは０．８〜１．７である。このような範囲とすることにより、ターゲット中の金属ＭとＺｎの分散性が良くなり、ターゲット抵抗が下がりやすくなる。
分散性は、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いたＩｎ，Ｚｎ，金属Ｍ，Ｏの分散ＭＡＰにより確認できる。
【００３５】
上記Ｉ２／Ｉ１は、Ｘ線回折測定により求めたチャートより、任意の範囲（例えば、２θ＝１５〜６５°の範囲）に存在する最大ピーク強度から計算することによって求めることができる。
【００３６】
本発明に用いる焼結体において、原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）は０．７５以下であると好ましく、０．７０以下であるとより好ましく、０．６５以下であるとさらに好ましく、０．６０以下であるとさらに好ましい。また、上記原子比は０．２０以上であると好ましく、０．２５以上であるとより好ましく、０．３０以上であるとさらに好ましい。
【００３７】
本発明に用いる焼結体において、原子比Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）が０．７０以下であると好ましく、０．６０以下であるとより好ましく、０．４５以下であるとさらに好ましい。また、上記原子比は０．０５以上であると好ましく、０．１０以上であるとより好ましく、０．２０以上であるとさらに好ましい。
【００３８】
また、本発明に用いる焼結体において、原子比Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）が０．０１〜０．３０であると好ましく、０．０３〜０．２５であるとより好ましい。
【００３９】
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）を上記の値とすると、ターゲット抵抗が低下するため好ましい。Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）を上記の値とすると、ターゲット密度が向上するため好ましい。また、Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）を上記の値とすると、ターゲットの密度が向上し、さらにスパッタ時のノジュールの発生を抑えることができるため好ましい。
原子比はＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分析法によって測定することができる。
【００４０】
金属Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ及びＦｅから選択される１以上であると好ましい。金属Ｍはこれらのうち１つのみであってもよいし、２以上であってもよい。
【００４１】
金属Ｍは、より好ましくはＭｇである。Ｍｇを選択することでスパッタリングターゲットの密度をより向上させることができる。
【００４２】
尚、本発明に用いる焼結体は、酸化インジウム、酸化亜鉛及び金属Ｍの酸化物、並びにインジウム、亜鉛及び金属Ｍの２以上の金属の複合酸化物から選択される酸化物を含む。
【００４３】
本発明に用いる焼結体において、本発明の効果を損ねない範囲において、上述したＩｎ、Ｚｎ及び金属Ｍ以外の他の金属元素（例えば、ガリウム、スズ、チタン、シリコン、クロム、カドミウム、鉛、カルシウム、ジルコニウム等）を含有していてもよい。しかしながら、焼結体に含有される金属元素は、実質的にＩｎ，Ｚｎ及び金属Ｍのみ、又はＩｎ，Ｚｎ及び金属Ｍのみであってもよい。
【００４４】
本発明において「実質的」とは、スパッタリングターゲットとしての効果が上記Ｉｎ、Ｚｎ及び金属Ｍに起因すること、又はスパッタリングターゲットの金属元素の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Ｉｎ、Ｚｎ及び金属Ｍであることを意味する。
また、本発明に用いる焼結体に含有される金属元素は、Ｉｎ，Ｚｎ及び金属Ｍのみからなり、本発明の効果を損なわない範囲で他に不可避不純物を含んでいてもよい。
【００４５】
本発明のスパッタリングターゲットは、例えば、インジウム化合物、亜鉛化合物及び金属Ｍの化合物の各粉体（原料粉体）（好ましくは酸化物）を混合粉砕して混合物を調製し、この混合物を所望の形状に成形して成形体を作製し、焼結することにより製造できる。
【００４６】
原料であるインジウム化合物粉は、特に限定はなく、工業的に市販されているものが使用できるが、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、酸化物だけでなく、塩化インジウム、硝酸インジウム、酢酸インジウム等のインジウム塩を用いても構わない。
【００４７】
原料である亜鉛化合物粉は、特に限定はなく、工業的に市販されているものが使用できるが、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また塩化亜鉛、硝酸亜鉛等の亜鉛塩を用いても構わない。
【００４８】
金属Ｍの化合物としては、例えば、ＭｇＯ，ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＢｅＯ、ＦｅＯ、Ｍｇ（ＮＯ３）２、Ｃａ（ＮＯ３）２、Ｓｒ（ＮＯ３）２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｂｅ（ＮＯ３）２、Ｆｅ（ＮＯ３）２等が挙げられる。
【００４９】
混合粉砕は、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル又は超音波装置等の公知の装置を用いて行うことができる。粉砕時間等の条件は、適宜調整すればよいが、６〜１００時間程度が好ましい。
【００５０】
各原料の配合比が、原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）が０．７５以下、原子比Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）が０．７０以下、原子比Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）が０．０１〜０．３０となるように各原料粉体を混合すると好ましい。尚、本発明の効果を損なわない範囲で、他の成分を添加してもよい。
【００５１】
上記の混合工程で調製した原料を、成形し、焼結することにより酸化物焼結体とする。
成形工程では、混合粉を加圧成形して成形体とする。この工程により、製品の形状（例えば、ターゲットとして好適な形状）に成形する。
【００５２】
成形処理としては、例えば、金型成形、鋳込み成形、射出成形等が挙げられるが、焼結密度の高い焼結体（ターゲット）を得るためには、冷間静水圧（ＣＩＰ）等で成形するのが好ましい。
尚、成形処理に際しては、ポリビニルアルコールやメチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸等の成形助剤を用いてもよい。
【００５３】
焼結工程は、上記成形工程で得られた成形体を焼成する工程である。
焼結条件としては、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス加圧下に、通常、１２００〜１５５０℃において、通常３０分〜３６０時間、好ましくは８〜１８０時間、より好ましくは１２〜９６時間焼結する。
【００５４】
焼結温度が１２００℃以上であると、ターゲットの密度が上がりやすく、また、焼結に時間がかかり過ぎることがない。一方、１５５０℃以下であると、成分の気化により、組成がずれたり、炉を傷めたりすることを防ぐことができる。
【００５５】
焼結時間が３０分以上であると、ターゲットの密度が上がりやすく、３６０時間以下であると、製造時間、コストを適切な範囲とすることができる。また、上記の範囲内であるとバルク抵抗を下げることができる。
【００５６】
焼成時の昇温速度は、通常８℃／分以下、好ましくは４℃／分以下、より好ましくは３℃／分以下、さらに好ましくは２℃／分以下である。８℃／分以下であるとクラックが発生しにくい。
【００５７】
また、焼成時の降温速度は、通常４℃／分以下、好ましくは２℃／分以下、より好ましくは１℃／分以下、さらに好ましくは０．８℃／分以下、特に好ましくは０．５℃／分以下である。４℃／分以下であるとクラックが発生しにくい。
尚、昇温や降温は段階的に温度を変化させてもよい。
【００５８】
酸化物焼結体を必要に応じて所望の形状に加工することによりスパッタリングターゲットが得られる。
加工は、上記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し、また、バッキングプレート等の装着用治具を取り付けるために行う。酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとするには、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、スパッタリング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。平均表面粗さが小さいほどスパッタ成膜初期に発生するパーティクルを低減することができ好ましい。
【００５９】
研削は、０．１ｍｍ以上行うことが好ましく、０．３ｍｍ以上行うことがより好ましく、０．５ｍｍ以上がさらに好ましく、１ｍｍ以上行うことが特に好ましい。０．１ｍｍ以上研削することで、亜鉛等の成分が気化すること等で発生する表面付近の組成ずれした部位を取り除くことができる。
【００６０】
得られたスパッタリングターゲットをバッキングプレートへボンディングする。ターゲットの厚みは通常２〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１２ｍｍ、特に好ましくは４〜１０ｍｍである。また、複数のターゲットを１つのバッキングプレートに取り付け、実質１つのターゲットとしてもよい。
【００６１】
本発明の半導体薄膜は、インジウム、亜鉛及び金属Ｍを含む酸化物を含有し、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７５以下であり、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．７０以下であり、Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）で表される原子比が０．０１〜０．３０である。
半導体薄膜をこのような組成とすることにより、移動度が高く、均一性が高い良好な半導体特性が得られる。
【００６２】
また、本発明の半導体薄膜は、ホール移動度が３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上であり、好ましくは５ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上であり、より好ましくは７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上である。
ホール移動度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
【００６３】
本発明の半導体薄膜は、酸化インジウム、酸化亜鉛及び金属Ｍの酸化物、並びにインジウム、亜鉛及び金属Ｍの２以上の金属の複合酸化物から選択される酸化物を含む。
【００６４】
本発明の半導体薄膜において、原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）が０．７５以下であると好ましく、０．７０以下であるとより好ましく、０．６５以下であるとさらに好ましく、０．６０以下であるとさらに好ましい。また、上記原子比は０．２０以上であると好ましく、０．２５以上であるとより好ましく、０．３０以上であるとさらに好ましい。
【００６５】
本発明の半導体薄膜において、原子比Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）が０．７０以下であると好ましく、０．６０以下であるとより好ましい。また、上記原子比は０．０５以上であると好ましく、０．１０以上であるとより好ましく、０．２０以上であるとさらに好ましい。
【００６６】
また、本発明の半導体薄膜において、原子比Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）は０．０１〜０．３０であると好ましく、０．０３〜０．２５であるとより好ましい。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）を上記の値とすると、移動度が高くなるため好ましい。Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）を上記の値とすると、ウェットエッチングの際に、残渣が残りにくいため好ましい。また、Ｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｍ）を上記の値とすると、ＴＦＴ特性の面内ばらつきを低減することができるため好ましい。
原子比はＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分析法によって測定することができる。
【００６７】
金属Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ及びＦｅから選択される１以上であると好ましい。金属Ｍはこれらのうち１つのみであってもよいし、２以上であってもよい。
金属Ｍは、より好ましくはＭｇである。半導体薄膜がＭｇを含むことにより、半導体薄膜の経時変化（薄膜の特性劣化）を低減できる。
【００６８】
本発明の半導体薄膜は、好ましくは非晶質である。非晶質であると膜の表面の均一性がよく、ＴＦＴ特性の面内のばらつきを減らすことができるため好ましい。非晶質であることは、Ｘ線回折測定によりハローパターンが観測され特定の回折ピークを示さないことから確認できる。
【００６９】
本発明の半導体薄膜において、本発明の効果を損ねない範囲において、上述したＩｎ、Ｚｎ及び金属Ｍ以外の他の金属元素を含有していてもよい。しかしながら、半導体薄膜に含有される金属元素は、実質的にＩｎ，Ｚｎ及び金属Ｍのみ、又はＩｎ，Ｚｎ及び金属Ｍのみであってもよい。
【００７０】
本発明において「実質的」とは、半導体薄膜としての効果が上記Ｉｎ、Ｚｎ及び金属Ｍに起因すること、又は半導体薄膜の金属元素の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Ｉｎ、Ｚｎ及び金属Ｍであることを意味する。
また、本発明の半導体薄膜に含有される金属元素は、Ｉｎ，Ｚｎ及び金属Ｍのみからなり、本発明の効果を損なわない範囲で他に不可避不純物を含んでいてもよい。
【００７１】
本発明のスパッタリングターゲットを用いて、基板等の対象物にスパッタすることにより、本発明の半導体薄膜を成膜することができる。本発明のスパッタリングターゲットを用いることで、成膜時における酸素濃度を抑えることができる。
例えば、スパッタ時における酸素濃度は、通常１〜５０％程度であるが、本発明の場合、１〜３０％程度にすることができる。
【００７２】
酸化物半導体薄膜の成膜は、次のような交流スパッタリングで行ってもよい。
真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加して、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面上に成膜する。
このとき、交流電源からの出力の少なくとも１つを、分岐して接続された２枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら行う。即ち、上記交流電源からの出力の少なくとも１つを分岐して２枚以上のターゲットに接続し、隣り合うターゲットに異なる電位を印加しながら成膜を行う。
【００７３】
ＡＣスパッタリングで成膜した場合、工業的に大面積均一性に優れた酸化物層が得られると共に、ターゲットの利用効率の向上が期待できる。
また、１辺が１ｍを超える大面積基板にスパッタ成膜する場合には、例えば特開２００５−２９０５５０号公報記載のような大面積生産用のＡＣスパッタ装置を使用することが好ましい。
【００７４】
特開２００５−２９０５５０号公報記載のＡＣスパッタ装置は、具体的には、真空槽と、真空槽内部に配置された基板ホルダと、この基板ホルダと対向する位置に配置されたスパッタ源とを有する。図１にＡＣスパッタ装置のスパッタ源の要部を示す。スパッタ源は、複数のスパッタ部を有し、板状のターゲット３１ａ〜３１ｆをそれぞれ有し、各ターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタされる面をスパッタ面とすると、各スパッタ部はスパッタ面が同じ平面上に位置するように配置される。各ターゲット３１ａ〜３１ｆは長手方向を有する細長に形成され、各ターゲットは同一形状であり、スパッタ面の長手方向の縁部分（側面）が互いに所定間隔を空けて平行に配置される。従って、隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆの側面は平行になる。
【００７５】
真空槽の外部には、交流電源１７ａ〜１７ｃが配置されており、各交流電源１７ａ〜１７ｃの二つの端子のうち、一方の端子は隣接する二つの電極のうちの一方の電極に接続され、他方の端子は他方の電極に接続されている。各交流電源１７ａ〜１７ｃの２つの端子は正負の異なる極性の電圧を出力するようになっており、ターゲット３１ａ〜３１ｆは電極に密着して取り付けられているので、隣接する２つのターゲット３１ａ〜３１ｆには互いに異なる極性の交流電圧が交流電源１７ａ〜１７ｃから印加される。従って、互いに隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆのうち、一方が正電位に置かれる時には他方が負電位に置かれた状態になる。
【００７６】
電極のターゲット３１ａ〜３１ｆとは反対側の面には磁界形成手段４０ａ〜４０ｆが配置されている。各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆは、外周がターゲット３１ａ〜３１ｆの外周と略等しい大きさの細長のリング状磁石と、リング状磁石の長さよりも短い棒状磁石とをそれぞれ有している。
【００７７】
各リング状磁石は、対応する１個のターゲット３１ａ〜３１ｆの真裏位置で、ターゲット３１ａ〜３１ｆの長手方向に対して平行に配置されている。上述したように、ターゲット３１ａ〜３１ｆは所定間隔を空けて平行配置されているので、リング状磁石もターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ間隔を空けて配置されている。
【００７８】
ＡＣスパッタで、酸化物ターゲットを用いる場合の交流パワー密度は、３Ｗ／ｃｍ２以上、２０Ｗ／ｃｍ２以下が好ましい。パワー密度が３Ｗ／ｃｍ２以上であると、成膜速度が速く、生産上経済的である。２０Ｗ／ｃｍ２以下であると、ターゲットの破損を防ぐことができる。より好ましいパワー密度は３Ｗ／ｃｍ２〜１５Ｗ／ｃｍ２である。
【００７９】
ＡＣスパッタの周波数は１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲が好ましい。１０ｋＨｚ以上であると、騒音の問題が発生しにくい。１ＭＨｚ以下であると、プラズマが広がりすぎず、所望のターゲット位置でスパッタが行われ、均一性を保ちやすい。より好ましいＡＣスパッタの周波数は２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。
【００８０】
本発明の酸化物薄膜は、透明電極、薄膜トランジスタの半導体層、酸化物薄膜層等に使用できる。中でも、薄膜トランジスタの半導体層として好適に使用できる。
【００８１】
上記の酸化物薄膜は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に使用でき、特に半導体層（チャネル層）として好適に使用できる。
本発明の薄膜トランジスタは、上記の酸化物薄膜を有していれば、その素子構成は特に限定されず、公知の各種の素子構成を採用することができる。本発明の薄膜トランジスタは、上記の酸化物薄膜を好ましくはチャネル層として有する。
【００８２】
本発明の薄膜トランジスタにおけるチャネル層の膜厚は、通常１０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２５０ｎｍ、より好ましくは３０〜２００ｎｍ、さらに好ましくは３５〜１２０ｎｍ、特に好ましくは４０〜８０ｎｍである。チャネル層の膜厚が１０ｎｍ以上であると、大面積に成膜した際でも膜厚が均一であり、作製したＴＦＴの特性を面内で均一にしやすい。一方、膜厚が３００ｎｍ以下であると、成膜時間が適切であり、工業的に好ましい。
【００８３】
本発明の薄膜トランジスタにおけるチャネル層は、通常、Ｎ型領域で用いられるが、Ｐ型Ｓｉ系半導体、Ｐ型酸化物半導体、Ｐ型有機半導体等の種々のＰ型半導体と組合せてＰＮ接合型トランジスタ等の各種の半導体デバイスに利用することができる。
【００８４】
本発明の薄膜トランジスタは、上記チャネル層上に保護膜を備えることが好ましい。本発明の薄膜トランジスタにおける保護膜は、少なくともＳｉＮｘを含有することが好ましい。ＳｉＮｘはＳｉＯ２と比較して緻密な膜を形成できるため、ＴＦＴの劣化抑制効果が高いという利点を有する。
【００８５】
保護膜は、ＳｉＮｘの他に例えばＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，Ｓｍ２Ｏ３，ＳｒＴｉＯ３又はＡｌＮ等の酸化物等を含むことができるが、実質的にＳｉＮｘのみからなることが好ましい。ここで、「実質的にＳｉＮｘのみからなる」とは、本発明の薄膜トランジスタにおける保護層を構成する薄膜の７０ｗｔ％以上、好ましくは８０ｗｔ％以上、さらに好ましくは８５ｗｔ％以上がＳｉＮｘであることを意味する。
【００８６】
保護膜を形成する前に、チャネル層に対し、オゾン処理、酸素プラズマ処理、二酸化窒素プラズマ処理もしくは亜酸化窒素プラズマ処理を施すことが好ましい。このような処理は、チャネル層を形成した後、保護膜を形成する前であれば、どのタイミングで行ってもよいが、保護膜を形成する直前に行うことが望ましい。このような前処理を行うことによって、チャネル層における酸素欠陥の発生を抑制することができる。
また、ＴＦＴ駆動中に酸化物半導体膜中の水素が拡散すると、閾値電圧のシフトが起こりＴＦＴの信頼性が低下するおそれがある。チャネル層に対し、オゾン処理、酸素プラズマ処理もしくは亜酸化窒素プラズマ処理を施すことにより、結晶構造中においてＩｎ−ＯＨの結合が安定化され、酸化物半導体膜中の水素の拡散を抑制することができる。
【００８７】
薄膜トランジスタは、通常、基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層（チャネル層）、ソース電極及びドレイン電極を備える。チャネル層については上述した通りであり、基板については公知の材料を用いることができる。
【００８８】
本発明の薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁膜を形成する材料にも特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択できる。具体的には、例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３，Ｓｍ２Ｏ３，ＡｌＮ等の化合物を用いることができる。これらのなかでも、好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＣａＨｆＯ３であり、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，ＨｆＯ２，Ａｌ２Ｏ３である。
【００８９】
ゲート絶縁膜は、例えばプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法により形成することができる。
プラズマＣＶＤ法によりゲート絶縁膜を形成し、その上にチャネル層を成膜した場合、ゲート絶縁膜中の水素がチャネル層に拡散し、チャネル層の膜質低下やＴＦＴの信頼性低下を招くおそれがある。チャネル層の膜質低下やＴＦＴの信頼性低下を防ぐために、チャネル層を成膜する前にゲート絶縁膜に対してオゾン処理、酸素プラズマ処理、二酸化窒素プラズマ処理もしくは亜酸化窒素プラズマ処理を施すことが好ましい。このような前処理を行うことによって、チャネル層の膜質の低下やＴＦＴの信頼性低下を防ぐことができる。
尚、上記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く、例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい。
【００９０】
ゲート絶縁膜は、異なる材料からなる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又は非晶質であることが好ましい。
【００９１】
本発明の薄膜トランジスタにおけるドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択することができる。例えば、ＩＴＯ，ＩＺＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｔａ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。
【００９２】
ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極は、異なる２層以上の導電層を積層した多層構造とすることもできる。特にソース・ドレイン電極は低抵抗配線への要求が強いため、ＡｌやＣｕ等の良導体をＴｉやＭｏ等の密着性に優れた金属でサンドイッチして使用してもよい。
【００９３】
本発明の薄膜トランジスタは、電界効果型トランジスタ、論理回路、メモリ回路、差動増幅回路等各種の集積回路にも適用できる。さらに、電界効果型トランジスタ以外にも静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、ショットキーダイオード、抵抗素子にも適応できる。
【００９４】
本発明の薄膜トランジスタの構成は、ボトムゲート、ボトムコンタクト、トップコンタクト等公知の構成を制限なく採用することができる。
【００９５】
特にボトムゲート構成が、アモルファスシリコンやＺｎＯの薄膜トランジスタに比べ高い性能が得られるので有利である。ボトムゲート構成は、製造時のマスク枚数を削減しやすく、大型ディスプレイ等の用途の製造コストを低減しやすいため好ましい。
【００９６】
大面積のディスプレイ用としては、チャンネルエッチ型のボトムゲート構成の薄膜トランジスタが特に好ましい。チャンネルエッチ型のボトムゲート構成の薄膜トランジスタは、フォトリソ工程時のフォトマスクの数が少なく低コストでディスプレイ用パネルを製造できる。中でも、チャンネルエッチ型のボトムゲート構成及びトップコンタクト構成の薄膜トランジスタが移動度等の特性が良好で工業化しやすいため特に好ましい。
【００９７】
本発明の薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置に好適に用いることができる。
【実施例】
【００９８】
実施例１〜８
平均粒経が１μｍ以下のＩｎ２Ｏ３粉末、平均粒経が１μｍ以下のＺｎＯ粉末及び平均粒経が１μｍ以下のＭｇＯ粉末を、表１の原子比となるように秤量し、混合した後、樹脂製ポットに入れ、さらに水を加えて、硬質ＺｒＯ２ボールを用いた湿式ボールミル混合を行った。混合時間は２０時間とした。
得られた混合スラリーを取り出し、濾過、乾燥及び造粒を行った。得られた造粒物を成形型に入れ、冷間静水圧プレスで３ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力をかけて成形し、成形体を得た。
【００９９】
得られた成形体を以下のように焼結した。まず、焼結炉内に、成形体を載置し、この焼結炉内の容積０．１ｍ３当たり５リットル／分の割合で、酸素を流入した。この雰囲気中で、上記成形体を１４００℃で２４時間焼結した。
この時、焼結炉内の温度は、８００℃までは０．５℃／分で昇温し、１０００℃〜１４００℃は１℃／分で昇温した。その後、１４００℃で２４時間焼結した後は、自然降温させた。
【０１００】
得られた焼結体中の各原子の含有量をＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分析法で定量分析したところ、原料粉末を混合する際の仕込み組成が、焼結体中でも維持されていることが確認できた。
【０１０１】
また、得られた焼結体についてＸ線回折測定を行った。
実施例１において得られたＸ線回折チャートを図２に示す。図２において、縦軸は回折したＸ線の強度、横軸は回折したＸ線の角度を示す。実施例１の焼結体において、Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ２ＭｇＯ４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３の結晶が確認された。実施例２〜８の焼結体においても、これらの結晶が確認された。結果を表１に示す。
【０１０２】
また、Ｉｎ２ＭｇＯ４の最大ピーク強度Ｉ１と、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２の最大ピーク強度Ｉ２の比は、Ｉ２／Ｉ１＝１．６であった。実施例２〜８の焼結体においても、Ｉ２／Ｉ１を算出した。結果を表１に示す。
【０１０３】
Ｘ線回折測定は、下記の装置・条件で測定した。
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
【０１０４】
また、実施例１において得られた焼結体の電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）観察を行い、Ｉｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｏの分散の様子を調べた。得られたＥＰＭＡの画像を図３に示す。
その結果、Ｉｎリッチ組織、Ｚｎリッチ組織及びＭｇリッチ組織が観測された。Ｉｎリッチ組織の大きさは５μｍ以下、Ｍｇリッチ組織の大きさは９μｍであった。さらにＺｎリッチ組織は網目状に連結しており、その内部に２５μｍ以下のＩｎリッチ組織及びＭｇリッチ組織が存在していることから、分散性が良いことを確認した。
実施例２〜８においても、Ｉｎリッチ組織、Ｚｎリッチ組織及びＭｇリッチ組織が存在し、それぞれの領域の大きさから分散性が良いことが分かった。Ｉｎリッチ組織、Ｚｎリッチ組織及びＭｇリッチ組織の大きさを表１に示す。
【０１０５】
得られた焼結体の相対密度をアルキメデス法により測定した。また、バルク比抵抗（導電性）を抵抗率計（三菱化学（株）製、ロレスタ）を使用して四探針法（ＪＩＳ  Ｒ  １６３７）に基づき測定した。結果を表１に示す。
【０１０６】
次に、上記焼結体のスパッタ面をカップ砥石で磨き、直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍに加工し、Ｉｎ系合金を用いてバッキングプレートを貼り合わせて、スパッタリングターゲットを製造した。
【０１０７】
得られたターゲットをＤＣスパッタリング装置に装着し、室温で、スライドガラス上に、膜厚５０ｎｍの半導体薄膜を成膜した。
尚、スパッタ成膜中に電圧変動をモニターして、異常放電の有無を調べたが、異常放電はみられなかった。尚、電圧変動が定常電圧に対して１０％以上あった場合を異常放電とした。
また、成膜した半導体薄膜についてＸ線回折測定を行った結果、ピークは観測されず非晶質であることが分かった。
また、ＩＣＰ分析により、焼結体の原子比が半導体薄膜においても維持されていることを確認した。
【０１０８】
得られた薄膜に金を蒸着し、３００℃で１時間アニールした後、ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型（東陽テクニカ社製）を用いて、室温、大気圧環境下でＶａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｗ法によってホール効果を評価した。その結果、実施例１のホール移動度は２３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。実施例２〜８についても同様に測定した。結果を表１に示す。
【０１０９】
次に、上記のターゲットを用いて下記のように薄膜トランジスタを作製した。
膜厚１００ｎｍの熱酸化膜付きの導電性シリコン基板上に、ターゲットを用いて、ＤＣスパッタ成膜し、膜厚５０ｎｍの非晶質薄膜を作製した。スパッタ条件は以下の通りである。尚、成膜時の酸素分圧は表１の通りである。
基板温度：２５℃
到達圧力：８．５×１０−５Ｐａ
雰囲気ガス：Ａｒガス、Ｏ２ガス
スパッタ圧力（全圧）：０．４Ｐａ
投入電力：ＤＣ５０Ｗ
Ｓ（基板）−Ｔ（ターゲット）距離：１００ｍｍ
【０１１０】
レジストとしてＯＦＰＲ♯８００（東京応化工業株式会社製）を使用し、塗布、プレベーク（８０℃、５分）、露光した。現像後、ポストベーク（１２０℃、５分）し、シュウ酸にてエッチングし、所望の形状にパターニングした。その後熱風加熱炉内にて３００℃で６０分加熱処理（アニール処理）を行った。
【０１１１】
その後、リフトオフ法によりＭｏ（１００ｎｍ）をスパッタ成膜により成膜し、ソース／ドレイン電極を所望の形状にパターニングした。その後、プラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）にてＳｉＯｘを成膜して保護膜とした。フッ酸を用いてコンタクトホールを開口し、薄膜トランジスタを作製した。尚、チャネル幅、チャネル長は、それぞれ２０μｍ、１０μｍとした。
【０１１２】
得られたＴＦＴについて、半導体パラメーターアナライザー（ケースレー４２００）を用い、大気圧の乾燥窒素雰囲気下、室温、遮光環境下で電界効果移動度及びＶｔｈを測定した。結果を表１に示す。
【０１１３】
比較例１〜３
表１に示す原子比となるように粉末を混合し、実施例１〜８と同様の条件でスパッタリングターゲット、薄膜及びＴＦＴを作製し、評価した。結果を表１に示す。
比較例１では、導電膜化してＴＦＴとして駆動しなかった。比較例２及び３においては、移動度が低く、良好なＴＦＴ特性は得られなかった。
【０１１４】
比較例４〜６
表２に示す原子比となるように粉末を混合し、実施例１〜８と同様の条件でスパッタリングターゲットを製造し、結晶相、相対密度及びバルク比抵抗を評価した。結果を表２に示す。これらのターゲットを用いてＤＣスパッタリングすると、異常放電を起こした。
比較例４において得られたＸ線回折チャートを図４に示す。比較例４において得られた焼結体には、ＭＩｎ２Ｏ４の結晶層が含まれていなかった。
【０１１５】
実施例９〜１２、比較例７
実施例１〜４、比較例１と同様の原子比及び条件で作製した、幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの６枚のターゲットを用いて、特開２００５−２９０５５０号公報に開示された成膜装置を用い、表３に示す条件でＡＣスパッタリングを行って非晶質膜を成膜し、加熱処理を行い、ソース・ドレインパターニングをドライエッチングで行い、アニールの温度及び時間を表３に記載の条件で行った他は、実施例１〜８と同様にして薄膜トランジスタを作製し、評価した。結果を表３に示す。
【０１１６】
具体的に、ＡＣスパッタリングは、図１に示す装置を用いて行った。
上記で作製した幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの６枚のターゲット３１ａ〜３１ｆを用い、各ターゲット３１ａ〜３１ｆを基板の幅方向に平行に、距離が２ｍｍになるように配置した。磁界形成手段４０ａ〜４０ｆの幅はターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ２００ｍｍであった。
ガス供給系からスパッタガスであるＡｒ、Ｏ２をそれぞれ系内に導入した。スパッタ条件は以下の通りである。
基板温度：２５℃（ＲＴ）又は８０℃
到達圧力：８．５×１０−５Ｐａ
雰囲気ガス：Ａｒガス、Ｏ２ガス
スパッタ圧力（全圧）：０．５Ｐａ
【０１１７】
例えば、実施例９において、成膜速度を調べるために、記載の条件で１０秒成膜し、得られた薄膜の膜厚を測定すると１１ｎｍであった。成膜速度は６６ｎｍ／分と高速であり、量産に適している。
また、ＸＲＤ測定から薄膜堆積直後は非晶質であり、空気中３５０℃、３０分後も非晶質であることを確認した。
【０１１８】
【表１】
2014084479.tif 000003
【０１１９】
【表２】
2014084479.tif 000004
【０１２０】
【表３】
2014084479.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明のスパッタリングターゲットは、酸化物半導体や透明導電膜等の酸化物薄膜の作製に使用できる。また、本発明の酸化物薄膜は、透明電極、薄膜トランジスタの半導体層、酸化物薄膜層等に使用できる。
【符号の説明】
【０１２２】
３１ａ〜３１ｆ：ターゲット
４０ａ〜４０ｆ：磁界形成手段
１７ａ〜１７ｃ：交流電源
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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