(57)【要約】ペロブスカイト相及びＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含む酸化物焼結体。
2018066547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト相及びＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含む酸化物焼結体。
【請求項２】
前記ペロブスカイト相が、下記一般式（Ｉ）で表される化合物である、請求項１に記載の酸化物焼結体。
ＬｎＡｌＯ３          （Ｉ）
（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた一種以上の金属元素を表す。）
【請求項３】
前記Ｌｎが、Ｓｍ及びＮｄのいずれか一方又は両方である、請求項１又は２のいずれかに記載の酸化物焼結体。
【請求項４】
前記酸化物焼結体中のＩｎ、Ａｌ及びＬｎの原子比が、下記の範囲である請求項２又は３に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物焼結体を用いて作製されたスパッタリングターゲット。
【請求項６】
請求項５に記載のスパッタリングターゲットを用いて製膜することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物半導体薄膜を製膜する工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物半導体薄膜を製膜する工程、
前記酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタを製造する工程、及び
前記薄膜トランジスタを電子機器に搭載する工程
を含むことを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項９】
Ｉｎ、Ａｌ及びＬｎを含み、
前記Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた一種以上の金属元素であり、
前記Ｉｎ、前記Ａｌ及び前記Ｌｎの原子比が、下記の範囲である、酸化物半導体薄膜。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
【請求項１０】
請求項９に記載の酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物焼結体、及びそれを用いて作製されたスパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に用いられるアモルファス（非晶質）酸化物半導体は、汎用のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に比べて高いキャリヤー移動度を有し、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できるため、大型・高解像度・高速駆動が要求される次世代ディスプレイや、耐熱性の低い樹脂基板等への適用が期待されている。【０００３】
上記酸化物半導体（膜）の形成に当たっては、スパッタリングターゲットをスパッタリングするスパッタリング法が好適に用いられている。これは、スパッタリング法で形成された薄膜が、イオンプレーティング法や真空蒸着法、電子ビーム蒸着法で形成された薄膜に比べ、膜面方向（膜面内）における成分組成や膜厚等の面内均一性に優れており、スパッタリングターゲットと同じ成分組成の薄膜を形成できるためである。【０００４】
特許文献１には、酸化アルミニウム、酸化サマリウムの化合物として、Ａ３Ｂ２Ｃ３Ｏ１２で表されるガーネット化合物の製造方法が記載されている。
中には、Ｓｍ３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２化合物が例示されている。【０００５】
特許文献２には、酸化インジウム、酸化イットリウム、及び酸化アルミニウム又は酸化ガリウムを含む原料を焼結して得られる、Ａ３Ｂ５Ｏ１２型ガーネット構造の化合物を含有するスパッタリングターゲットが記載されている。このターゲットは、ガーネット構造を含むことにより、電気抵抗が小さくなり、スパッタリング中の異常放電も少なく、高移動度のＴＦＴ素子への適用に関する記載がある。【０００６】
特許文献３には、酸化サマリウム、及び酸化アルミニウムを含む原料を焼結して得られる、ＳｍＡｌＯ３、ＮｄＡｌＯ３型ぺロブスカイト構造の化合物を含有するα−Ａｌ２Ｏ３セラミックス複合材料が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７３４０号公報
【特許文献２】国際公開２０１５／０９８０６０号公報
【特許文献３】特開平９−６７１９４号公報
【発明の概要】
【０００８】
しかし一方で、さらなる高性能なＴＦＴへの要求が強くあり、高移動度で、ＣＶＤ等での半導体特性の劣化が小さい材料への要望は大きい。
【０００９】
本発明の目的は、新規な酸化物焼結体及びスパッタリングターゲットを提供することである。
【００１０】
酸化インジウムをベースとするターゲット材に、ランタノイド系金属の様な原子半径の大きな元素を添加すると、酸化インジウムの格子定数が変化したり、焼結密度が上がらずターゲット材の強度が低下したり、大パワーでのスパッタリング中に熱応力によりマイクロクラックを発生したり、チッピングを起こし異常放電が発生したりする場合がある。これらの現象は得られる薄膜に欠陥を発生させＴＦＴ性能の劣化を引き起こす。
【００１１】
本発明者らは、上記問題点を解決するため、ターゲット材として用いることができるランタノイド系金属元素を含む、酸化インジウムをベースとする新たな物質を見出すべく鋭意探索を行い、ランタノイド系金属元素を含むペロブスカイト相及びＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含む新規な酸化物焼結体を見出した。そして、この酸化物焼結体を用いたスパッタリングターゲットは焼結密度が高い、バルク抵抗が低い、ターゲットの反りが少ない、ボンディング率が高い等のターゲット材として有利な特性を有することを見出した。これらのターゲット特性により、大パワーでのスパッタリングでも異常放電が生じ難く安定したスパッタリングが可能となる。また、このスパッタリングターゲットをスパッタして得られる薄膜は、ＴＦＴに用いたときに優れたＴＦＴ性能（耐ＣＶＤ性）を発揮することを見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
本発明によれば、以下の酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法及び電子機器の製造方法が提供される。
１．ペロブスカイト相及びＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含む酸化物焼結体。
２．前記ペロブスカイト相が、下記一般式（Ｉ）で表される化合物である、１に記載の酸化物焼結体。
ＬｎＡｌＯ３          （Ｉ）
（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた一種以上の金属元素を表す。）
３．前記Ｌｎが、Ｓｍ及びＮｄのいずれか一方又は両方である、１又は２のいずれかに記載の酸化物焼結体。
４．前記酸化物焼結体中のＩｎ、Ａｌ及びＬｎの原子比が、下記の範囲である２又は３に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
５．１〜４のいずれかに記載の酸化物焼結体を用いて作製されたスパッタリングターゲット。
６．５に記載のスパッタリングターゲットを用いて製膜することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。
７．５に記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物半導体薄膜を製膜する工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
８．５に記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物半導体薄膜を製膜する工程、
前記酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタを製造する工程、及び
前記薄膜トランジスタを電子機器に搭載する工程
を含むことを特徴とする電子機器の製造方法。
９．Ｉｎ、Ａｌ及びＬｎを含み、
前記Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた一種以上の金属元素であり、
前記Ｉｎ、前記Ａｌ及び前記Ｌｎの原子比が、下記の範囲である、酸化物半導体薄膜。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
１０．９に記載の酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタ。
１１．９に記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
【００１３】
本発明によれば、新規な酸化物焼結体及び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】
【００１４】
【図１】図１（Ａ）は、本発明のＴＦＴを含む表示装置の上面図であり、図１（Ｂ）は、表示装置の画素部に、本発明のＴＦＴを含む液晶素子を適用する場合に用いることができる画素部の回路の図であり、図１（Ｃ）は、表示装置の画素部に、本発明のＴＦＴを含む有機ＥＬ素子を適用する場合に用いることができる画素部の回路の図である。
【図２】ＣＭＯＳイメージセンサーの回路構成の一例を示す。
【図３】実施例１の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図４】実施例２の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図５】実施例３の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図６】実施例４の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図７】実施例５の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図８】実施例７の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図９】実施例８の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図１０】実施例９の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図１１】実施例１０の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図１２】実施例１１の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【図１３】実施例１２の酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態の酸化物焼結体（以下、本発明の焼結体という）は、ペロブスカイト相及びＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の焼結体中のペロブスカイト相及びＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相は、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ）法により、ＸＲＤチャートから検出することができる。
【００１７】
本発明の焼結体における、前記ペロブスカイト相は、下記一般式（Ｉ）で表される化合物であることが好ましい。
ＬｎＡｌＯ３          （Ｉ）
（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた一種以上の金属元素を表す。）
Ｌｎは、Ｓｍ及びＮｄのいずれか一方又は両方であることが特に好ましい。
【００１８】
前記一般式（Ｉ）で表される化合物は、ペロブスカイト型構造を有しており、これを含むことで高密度の焼結体となり得る。
【００１９】
一般式（Ｉ）で表されるペロブスカイト化合物は、単結晶構造でも多結晶構造でもよい。
【００２０】
本発明の焼結体は、前記一般式（Ｉ）で表されるペロブスカイト相、及び、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含むことにより、焼結密度（相対密度）及び体積抵抗率（バルク抵抗）を向上させることができる。また、膨張係数を小さく、熱伝導度を大きくすることができる。また、雰囲気焼成炉を用いて酸素雰囲気下という特殊な条件下や、大気下等で行うような簡便な方法で焼成した場合でも、体積抵抗率も低く焼結密度も高い焼結体とすることができる。上記特性を有する本発明の焼結体は、ターゲット材として好ましい。
【００２１】
本発明の焼結体をターゲット材として用いることにより、応力の発生を抑え、ターゲットの強度や熱伝導度を高め、線膨張係数を抑え、ターゲットのマイクロクラックやチッピングの発生を抑制し、ノジュールや異常放電の発生を抑制することができ、大パワーでのスパッタリングが可能なスパッタリングターゲットを得ることができる。
加えて、本発明の焼結体をターゲット材として用いることにより、高移動度で、化学気相成長（ＣＶＤ）等での半導体特性の劣化が小さい、高性能のＴＦＴを得ることができる。
【００２２】
本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット（以下、本発明のターゲットという）は、上記本発明の焼結体を用いて作製されることを特徴とする。
本発明のターゲットは、上記本発明の焼結体を研削加工してターゲット材とし、これを銅板等の金属サポート（以下、バッキングプレート、又は、ターゲット支持体ともいう）に金属インジウム等で貼り合わせて製造される。
本発明の酸化物焼結体及び本発明のターゲットの製造方法は後述する。
【００２３】
本発明のターゲットに用いる焼結体におけるＩｎ、Ａｌ及びＬｎの原子比は、下記の範囲であることが好ましい。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
より好ましくは、下記の範囲である。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．７０以上０．９６以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０２以上０．１５以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０２以上０．１５以下
【００２４】
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４未満の場合、形成する酸化物半導体薄膜を含むＴＦＴの移動動が小さくなるおそれがある。０．９８超の場合、ＴＦＴの安定性が得られないおそれや、導電化して半導体になりにくいおそれがある。
【００２５】
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が、０．０１未満の場合、一般式（Ｉ）で表されるペロブスカイト相が形成されず、ＴＦＴの安定性が得られないおそれや、導電化して半導体になりにくいおそれがあったり、安定したスパッタリングができなくなるおそれがある。一方、０．１８超の場合、形成する酸化物半導体薄膜を含むＴＦＴの移動動が小さくなるおそれがある。
【００２６】
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が、０．０１未満の場合、一般式（Ｉ）で表されるペロブスカイト相が形成されず、ＴＦＴの安定性が得られないおそれや、導電化して半導体になりにくいおそれがあったり、安定したスパッタリングができなくなるおそれがある。一方、０．１８超の場合、形成する酸化物半導体薄膜を含むＴＦＴの移動動が小さくなるおそれがある。
【００２７】
本発明の焼結体は、さらに、正四価の金属元素を含んでもよい。
これにより、より安定的にスパッタリングを行うことができる。
【００２８】
正四価の金属元素としては、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｇｅ等が挙げられる。本発明の焼結体は、これらのうち一種又は二種以上を含むことができる。
Ｓｎが好ましい。Ｓｎのドーピング効果によりバルク抵抗が低下し、より安定的にスパッタリングを行うことができる。
【００２９】
正四価の金属元素は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相又は一般式（Ｉ）で表されるペロブスカイト相に固溶していることが好ましく、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相に固溶していることがより好ましい。固溶は、置換型固溶が好ましい。
これにより、より安定的にスパッタリングを行うことができる。
また、Ｌｎ及びＡｌはＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相に固溶してもよい。
【００３０】
正四価の金属元素、Ｌｎ及びＡｌの固溶については、例えばＸＲＤ測定の格子定数から同定することができる。
【００３１】
正四価の金属元素の含有量は、本発明の酸化物焼結体中の全金属元素に対して、原子濃度で１００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下が好ましく、より好ましくは５００ｐｐｍ以上８０００ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは８００ｐｐｍ以上６０００ｐｐｍ以下である。
１００ｐｐｍ未満の場合、バルク抵抗が上昇するおそれがある。一方、１００００ｐｐｍ超の場合、形成する酸化物半導体薄膜を含むＴＦＴが導通するおそれや、オン／オフ値が小さくなるおそれがある。
【００３２】
本発明の焼結体における、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相の存在比率は、１〜９９ｗｔ％であることが好ましく、１０〜９８ｗｔ％であることがより好ましい。Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相の存在比率が上記範囲であれば、ペロブスカイト相がＩｎ２Ｏ３結晶中に分散しており、希土類元素をドーピングする等により、ターゲット素材以外の蛍光材料等への応用も考えられる。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相の存在比率は、実施例に記載の方法により測定することができる。
【００３３】
本発明の焼結体においては、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相が主成分であることが好ましい。ビックスバイト構造以外の結晶構造が主成分として析出すると、移動度の低下を招くおそれがある。「Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相が主成分である」とは、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相の存在比率が５０ｗｔ％超であることを意味し、好ましくは７０ｗｔ％以上、より好ましくは８０ｗｔ％以上、さらに好ましくは８５ｗｔ％以上である。
【００３４】
本発明の焼結体においては、焼結密度が６．５〜７．１ｇ／ｃｍ３の範囲内であることが好ましく、６．６〜７．１ｇ／ｃｍ３の範囲内であることがより好ましい。焼結密度が６．５〜７．１ｇ／ｃｍ３の範囲内であれば、ターゲットとして用いた際に、異常放電の原因やノジュール発生の起点となる空隙を減少させることができる。
焼結密度は、例えば、アルキメデス法で測定することができる。
【００３５】
本発明の焼結体においては、バルク抵抗が、好ましくは５０ｍΩ・ｃｍ以下であり、より好ましくは３０ｍΩ・ｃｍ以下であり、さらに好ましくは２０ｍΩ・ｃｍ以下である。下限値に、特に制限はないが、通常１ｍΩ・ｃｍ以上、又は５ｍΩ・ｃｍ以上である。
５０ｍΩ・ｃｍ以下の場合、大パワーでのＤＣスパッタ成膜時に、ターゲットの帯電による異常放電が発生しにくく、また、プラズマ状態が安定し、スパークが発生しにくくなる。また、パルスＤＣスパッタ装置やＲＦスパッタ装置、ＲＦ＋ＤＣスパッタ装置を用いる場合、さらにプラズマが安定し、異常放電等の問題もなく、安定してスパッタできるようになる。
バルク抵抗は、例えば、四探針法に基づき測定することができる。具体的には公知の抵抗率計を使用して四探針法（ＪＩＳ  Ｒ  １６３７）に基づき測定できる。測定箇所は５箇所程度であり、平均値をバルク抵抗値とするのが好ましい。
測定箇所は、酸化物焼結体の平面形状が四角形の場合には、中心及び四隅と中心の中間点の４点の計５箇所とするのが好ましい。
なお、酸化物焼結体の平面形状が円形の場合は、円に内接する正方形の中心及び正方形の四隅と中心の中間点の４点の計５箇所とするのが好ましい。
【００３６】
本発明の焼結体においては、３点曲げ強度が、１２０ＭＰａ以上であることが好ましく、１４０ＭＰａ以上がより好ましく、１５０ＭＰａ以上がさらに好ましい。
１２０ＭＰａ未満の場合、大パワーでスパッタ成膜した際に、ターゲットの強度が弱く、ターゲットが割れたり、チッピングを起こして、チッピングした破片がターゲット上に飛散し、異常放電の原因となるおそれがある。
【００３７】
３点曲げ強度は、例えばＪＩＳ  Ｒ  １６０１「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験」に準じて、試験することができる。
具体的には、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの標準試験片を用いて、一定距離（３０ｍｍ）に配置された２支点上に試験片を置き、支点間の中央からクロスヘッド速度０．５ｍｍ／分の荷重を加え、試験片が破壊した時の最大荷重より、曲げ強さを算出することができる。
【００３８】
本発明の焼結体においては、線膨張係数が８．０×１０−６Ｋ−１以下であることが好ましく、７．５×１０−６Ｋ−１以下がより好ましく、７．０×１０−６Ｋ−１以下がさらに好ましい。下限値に、特に制限はないが、通常５．０×１０−６Ｋ−１以上である。
８．０×１０−６Ｋ−１を超える場合、大パワーでスパッタリング中に加熱され、ターゲットが膨張し、ボンディングされている銅版との間で変形が起こり、応力によりターゲットにマイクロクラックが入ったり、割れやチッピングにより、異常放電の原因となるおそれがある。
線膨張係数は、例えば幅５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ１０ｍｍの標準試験片を用いて、昇温速度を５℃／分にセットし、３００℃に到達した時の熱膨張による変位を、位置検出機で検出することにより求めることができる。
【００３９】
本発明の焼結体においては、熱伝導率が５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、５．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましく、６．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がさらに好ましく、６．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上が最も好ましい。
上限値は、特に制限はないが、通常１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
５．０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合、大パワーでスパッタリング成膜した際に、スパッタ面とボンディングされた面の温度が異なり、内部応力によりターゲットにマイクロクラックや割れ、チッピングが発生するおそれがある。
熱伝導率は、例えば直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの標準試験片を用いて、レーザーフラッシュ法により比熱容量と熱拡散率を求め、これに試験片の密度を乗算することにより算出できる。
【００４０】
本発明の焼結体の金属元素は、本質的に、Ｉｎ、Ａｌ、Ｌｎ、及び任意に、正四価の金属元素からなっており、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もよい。
本発明の焼結体の金属元素の、例えば、９０原子％以上、９５原子％以上、９８原子％以上、９９原子％以上又は１００原子％が、Ｉｎ、Ａｌ及びＬｎ、又はＩｎ、Ａｌ、Ｌｎ及び正四価の金属元素からなっていてもよい。
【００４１】
本発明の焼結体は、Ｉｎを含む原料粉末、Ａｌを含む原料粉末、及びＬｎを含む原料粉末の混合粉末を調製する工程、混合粉末を成形して成形体を製造する工程、及び成形体を焼成する工程により、製造できる。
混合粉末は、正四価の金属元素を含む原料粉末を含んでもよい。
原料粉末は、酸化物粉末が好ましい。
【００４２】
原料粉末の混合比は、例えば得ようとする焼結体の原子比に対応させる。
【００４３】
原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．１〜１．２μｍであり、より好ましくは０．５〜１．０μｍ以下である。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。
【００４４】
原料の混合、成形方法は特に限定されず、公知の方法を用いて行うことができる。また、混合する際にはバインダーを添加してもよい。
原料の混合は、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。混合時間は、適宜調整すればよいが、６〜１００時間程度が好ましい。
【００４５】
成形方法は、例えば、混合粉末を加圧成形して成形体とすることができる。この工程により、製品の形状（例えば、スパッタリングターゲットとして好適な形状）に成形することができる。
【００４６】
混合粉末原料を成形型に充填し、通常、金型プレス又は冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により、例えば１０００ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力で成形を施して、成形体を得ることができる。
尚、成形処理に際しては、ポリビニルアルコールやポリエチレングリコール、メチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸、ステアリン酸等の成形助剤を用いてもよい。
【００４７】
得られた成形体を、例えば１２００〜１６５０℃の焼結温度で１０時間以上焼結して焼結体を得ることができる。
焼結温度は、好ましくは１３５０〜１６００℃、より好ましくは１４００〜１６００℃、さらに好ましくは１４５０〜１６００℃である。焼結時間は好ましくは１０〜５０時間、より好ましくは１２〜４０時間、さらに好ましくは１３〜３０時間である。
【００４８】
焼結温度が１２００℃未満又は焼結時間が１０時間未満であると、焼結が十分進行しないため、ターゲットの電気抵抗が十分下がらず、異常放電の原因となるおそれがある。一方、焼成温度が１６５０℃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や、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おそれがある。
【００４９】
常圧焼結法では、通常、成形体を大気雰囲気、又は酸素ガス雰囲気にて焼結する。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば１０〜５０体積％の雰囲気であることが好ましい。昇温過程を大気雰囲気下ですることで、焼結体密度を高くすることができる。
【００５０】
さらに、焼結に際しての昇温速度は、８００℃から焼結温度（１２００〜１６５０℃）までを５０〜１５０℃／時間とすることが好ましい。
本発明の焼結体において８００℃から上の温度範囲は、焼結が最も進行する範囲である。この温度範囲での昇温速度が５０℃／時間より遅くなると、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おそれがある。一方、昇温速度が１５０℃／時間より速くなると、成形体に温度分布が生じ、焼結体が反ったり割れたりするおそれがある。
８００℃から焼結温度における昇温速度は、好ましくは６０〜１４０℃／時間、より好ましくは７０〜１３０℃／時間である。
【００５１】
本発明のスパッタリングターゲットは、上述の本発明の焼結体を用いて作製することができる。これにより、酸化物半導体薄膜を、スパッタリング法等の真空プロセスで製造することができる。
【００５２】
スパッタリングターゲットは、例えば、焼結体を切削又は研磨加工し、バッキングプレートにボンディングすることにより作製することができる。
例えば、切削加工することで、焼結体表面の、高酸化状態の焼結部や、凸凹した面を除くことができる。また、指定の大きさにすることができる。
表面を＃２００番、もしくは＃４００番、さらには＃８００番の研磨を行ってもよい。これにより、スパッタリング中の異常放電やパーティクルの発生を抑えることができる。
【００５３】
スパッタリング時の冷却効率を保つ上でボンディング率は、９０％以上とすることが好ましく、９５％以上がより好ましく、９９％以上がさらに好ましい。ここでいうボンディング率とは、ターゲット材とターゲット支持体との重なり合った面の面積に対して、ターゲット材とターゲット支持体材とが接合層を介して接合されている面の面積割合を示す。ボンディング率は、通常、超音波探傷装置等により測定することができる。
【００５４】
ターゲット材とターゲット支持体との接合方法について説明する。
所定の形状に加工したターゲット材における、ターゲット支持体との接合面に対して、表面処理を行う。表面処理に使用される装置は、一般に市販されているブラスト装置を使用することができる。例えば、不二製作所製、商品名「ニューマブラスター・ＳＧＦ−５−Ｂ」を挙げることができる。ブラスト法に用いられる粉末としては、ガラス、アルミナ、ジルコニア、ＳｉＣ、等が使用できるが、これらはターゲット材の組成、硬度等に併せて適宜選択される。
【００５５】
得られた表面処理済みのターゲット材表面を、必要に応じて洗浄した後、接合面に金属インジウム半田等の接合材料を塗布する。同じく必要に応じて洗浄処理を施したバッキングプレートの接合面に、金属インジウム半田等の接合材料を塗布する。この際に、ターゲット材が直接接合材料に溶着しない材料で構成されている場合には、予めターゲット材の接合面に接合材料との濡れ性に優れた銅、ニッケル等の薄膜層を、スパッタリング法、メッキ法等により形成した後、このターゲット材を使用する接合材料の融点以上に加熱して接合材料を塗布するか、あるいは超音波を用いてターゲット材の接合面に直接接合材料を塗布してもよい。
【００５６】
次に、接合材料を塗布したターゲット支持体を、使用された接合材料の融点以上に加熱して表面の接合材料層を融解させた後、上述の粉末をその表面に配置し、ターゲット材とバッキングプレートを接合した後、室温まで冷却してターゲットを得ることができる。
【００５７】
本発明のスパッタリングターゲットは、直流（ＤＣ）スパッタリング法、高周波（ＲＦ）スパッタリング法、交流（ＡＣ）スパッタリング法、パルスＤＣスパッタリング法等に適用することができる。
【００５８】
上記本発明のスパッタリングターゲットを用いて製膜することにより、酸化物半導体薄膜を得ることができる。これにより、ＴＦＴに用いたときに優れたＴＦＴ性能が発揮される薄膜を形成できる。
【００５９】
製膜は、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行うことができる。
スパッタリングは、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、等の酸素原子含有ガス（酸化性ガス）を導入した酸化性アルゴン雰囲気下で行うとよい。スパッタリングを酸化性雰囲気下で行うことにより得られる半導体特性及び光安定性に必要な光透過性の阻害要因となる不純物の生成を抑制することができる。
上記酸化性ガスの濃度は、所望する膜の半導体特性、特にキャリヤー濃度により適宜調整するとよい。この調整は、例えば基板温度、スパッタリング圧力等により行うこともできる。
【００６０】
スパッタリングガスとしては、ガスの組成を制御しやすい観点から、好ましくはＡｒ−Ｏ２系ガス又はＡｒ−Ｈ２Ｏ系ガスを用い、より好ましくは制御性が特に優れるＡｒ−Ｏ２系ガスである。
Ａｒ−Ｏ２系ガスを用いることにより、光安定性に優れた半導体特性を有する半導体膜が得られる。Ｏ２濃度は、好ましくは０．２〜５０体積％である。
Ｏ２濃度が０．２体積％未満の場合、得られる膜が黄色く着色し、光安定性が劣るおそれがある。一方、Ｏ２濃度が５０体積％超の場合、スパッタリング時の薄膜の堆積速度が遅くなるため生産コストが高くなるおそれがある。
また、Ｏ２濃度を１０体積％程度にした場合に、得られた膜が熱処理によりキャリヤー濃度が１０１５〜１０１８ｃｍ−３台となり、優れた半導体膜として使用可能である。
【００６１】
スパッタリング装置内の成膜前の圧力（チャンバ内の圧力は）は、好ましくは１０−６〜１０−３Ｐａである。
チャンバ内の圧力が１０−３Ｐａ超の場合、真空中に残った残留水分の影響を受けるので、抵抗制御がしにくくなるおそれがある。一方、チャンバ内の圧力が１０−６Ｐａ未満の場合、真空引きに時間を要するため、生産性が悪くなるおそれがある。
【００６２】
スパッタリング時の電流密度（投入電力をターゲット面の面積で割った値）は、好ましくは１〜１０Ｗ／ｃｍ２である。
電流密度が１Ｗ／ｃｍ２未満の場合、放電が安定しないおそれがある。一方、電流密度が１０Ｗ／ｃｍ２超の場合、ターゲットが発生した熱で割れるおそれがある。
【００６３】
スパッタリング中の圧力は、好ましくは０．０１〜２０Ｐａである。
スパッタリング圧力が０．０１Ｐａ未満の場合、放電が安定しないおそれがある。一方、スパッタリング圧力が２０Ｐａ超の場合、スパッタ放電が安定しないおそれがあるうえ、スパッタリングガス自身が導電膜中に取り込まれ、膜の特性を下げるおそれがある。好ましくは、０．０５〜５Ｐａ、より好ましくは、０．１〜１Ｐａである。
【００６４】
本発明の酸化物半導体薄膜を成膜する基体としては、ガラス、セラミックス、プラスチックス、金属等が挙げられる。
成膜中の基体温度は特に制限されないが、非晶質膜を得られやすい観点から、好ましくは３００℃以下である。基体温度は、特に意図的な加熱をしない場合、即ち室温程度でもよい。非晶質薄膜のまま半導体素子として使用することもできるが、成膜直後は、非晶質膜として成膜し、パターン二ングにより島状の半導体部分を形成した後、熱処理により結晶化させた後に、ソース・ドレイン電極などを接続し、薄膜半導体素子とすることもできる。
【００６５】
成膜後、スパッタリング中に導入した酸素は膜中に固定されていないため、基体を後加熱（熱処理）するとよい。この熱処理は、好ましく大気中、窒素中又は真空中で１５０〜４００℃で行い、好ましくは２００℃〜３５０℃で行う。２００℃〜３５０℃で熱処理を行うことにより、結晶化させることにより半導体膜の劣化を防ぎ、半導体膜のキャリヤー濃度の変化を抑えたり、光安定に優れるバンドギャップが広がり光透過率の向上が可能となる。結晶化したか否かは、ＸＲＤ測定において、ピークが観察されるかで判断される。
熱処理が１５０℃未満の場合、薄膜中の酸素が徐々に排出され半導体膜の劣化がおきるおそれがある。一方、熱処理が３５０℃超の場合、半導体膜のキャリヤー濃度が低くなるおそれがある。
【００６６】
本発明の一実施形態の酸化物半導体薄膜（以下、本発明の酸化物半導体薄膜という）は、上記本発明のスパッタリングターゲットにより製造されたものである。
本発明の酸化物半導体薄膜は、Ｉｎ、Ａｌ及びＬｎを含み、前記Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた一種以上の金属元素であり、前記Ｉｎ、前記Ａｌ及び前記Ｌｎの原子比が、下記の範囲であることを特徴とする。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
【００６７】
本発明の酸化物半導体薄膜におけるＩｎ、Ａｌ及びＬｎの原子比は、下記の範囲であることが好ましい。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
より好ましくは、下記の範囲である。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．７０以上０．９６以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０２以上０．１５以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０２以上０．１５以下
上記酸化物半導体薄膜の原子比における上下限の具体的な根拠は、本発明の酸化物焼結体の原子比における上下限の具体的な根拠と同じである。
【００６８】
酸化物半導体薄膜中の各金属元素の含有量（原子比）は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）測定又はＸＲＦ（Ｘ−ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）測定により、各元素の存在量を測定することで求めることができる。ＩＣＰ測定は誘導プラズマ発光分析装置を用いることができる。ＸＲＦ測定は薄膜蛍光Ｘ線分析装置（ＡＺＸ４００、リガク社製）を用いることができる。
【００６９】
また、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ分析を用いても誘導プラズマ発光分析と同等の精度で酸化物半導体薄膜中の各金属元素の含有量（原子比）を分析できる。誘導プラズマ発光分析装置又は薄膜蛍光Ｘ線分析装置で測定した金属元素の原子比が既知の標準酸化物薄膜の上面に、ソース・ドレイン電極をTFT素子と同様の材料をチャネル長で形成したものを標準材料とし、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ（ＩＭＳ ７ｆ−Ａｕｔｏ、ＡＭＥＴＥＫ社製）により酸化物半導体層の分析に行い各元素の質量スペクトル強度を得、既知の元素濃度と質量スペクトル強度の検量線を作製する。次に、実TFT素子の酸化物半導体膜部分を、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ分析によるスペクトル強度から、前述の検量線を用いて、原子比を算出すると、算出された原子比は、別途、薄膜蛍光Ｘ線分析装置又は誘導プラズマ発光分析装置で測定された酸化物半導体膜の原子比の２原子％以内であることが確認できる。
【００７０】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（以下、本発明のＴＦＴという）は、上述の酸化物半導体薄膜を含む。酸化物半導体薄膜は、例えばチャネル層として好適に使用できる。
【００７１】
本発明のＴＦＴは、以下の特性を有することが好ましい。
ＴＦＴの飽和移動度は１．０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上、５０．０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以下が好ましい。ＴＦＴの飽和移動度を１．０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上とすることにより、ＣＭＯＳイメージセンサーの転送トランジスタやキャンセルトランジスタ、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイを駆動できる。ＴＦＴの飽和移動度を５０．０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以下とすることにより、オフ電流を１０−１２Ａ以下にでき、オンオフ比を１０８以上にできる。
【００７２】
ＴＦＴの飽和移動度は、ドレイン電圧を２０Ｖ印加した場合の伝達特性から求められる。具体的には、伝達特性Ｉｄ−Ｖｇのグラフを作成し、各Ｖｇのトランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出し、飽和領域の式により飽和移動度を求める。Ｉｄはソース・ドレイン電極間の電流、Ｖｇはソース・ドレイン電極間に電圧Ｖｄを印加したときのゲート電圧である。
【００７３】
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、−３．０Ｖ以上、＋３.０以下が好ましく、−２．５以上、＋２．５Ｖ以下がより好ましい。閾値電圧が−３．０Ｖ以上、＋３.０以下であると、オフ電流が小さく、オンオフ比の大きな薄膜トランジスタができ、バルクのシリコンウェハで構成された回路と組み合わせて駆動することができる。
本発明において、閾値電圧（Ｖｔｈ）は、伝達特性のグラフよりＩｄ＝１０−９ＡでのＶｇと定義する。
【００７４】
ｏｎ−ｏｆｆ比は１０６以上、１０１２以下が好ましく、１０７以上、１０１１以下がより好ましく、１０８以上、１０１１以下がさらに好ましい。ｏｎ−ｏｆｆ比が１０６以上であると、液晶ディスプレイを駆動することができる。ｏｎ−ｏｆｆ比が１０１２以下であると、コントラストの大きな有機ＥＬパネルの駆動が可能になり、また、オフ電流を１０−１２Ａ以下にでき、ＣＭＯＳイメージセンサーの転送トランジスタやキャンセルトランジスタに用いた場合、画像の保持時間を長くしたり、感度を向上させたりすることができる。
本発明において、ｏｎ−ｏｆｆ比は、Ｖｇ＝−１０ＶのＩｄの値をＯｆｆ電流値とし、Ｖｇ＝２０ＶのＩｄの値をＯｎ電流値として、比［Ｏｎ／Ｏｆｆ］を算出した。
【００７５】
Ｏｆｆ電流値は、１０−１１Ａ以下が好ましく、１０−１２Ａ以下がより好ましい。オフ電流を１０−１１Ａ以下であると、コントラストの大きな有機ＥＬパネルの駆動が可能であり、また、ＣＭＯＳイメージセンサーの転送トランジスタやキャンセルトランジスタに用いた場合、画像の保持時間を長くしたり、感度を向上させたりすることができる。
【００７６】
本発明のＴＦＴのチャネル層に用いられる酸化物半導体薄膜の欠陥密度は、５．０×１０１６ｃｍ−３以下が好ましく、１．０×１０１６ｃｍ−３以下がより好ましい。欠陥密度を上記のように低くすることにより、薄膜トランジスタの移動度がさらに高くなり、光照射時の安定性、熱に対する安定性が高くなり、ＴＦＴが安定して作動するようになる。
【００７７】
ＴＦＴ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ＴＦＴ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、抵抗素子にも適用できる。また、例えば液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ等の表示装置等の電子機器に用いることができる。
【００７８】
本発明のＴＦＴを表示装置に用いる場合について説明する。
【００７９】
図１（Ａ）は、本発明のＴＦＴを含む表示装置の上面図であり、図１（Ｂ）は、表示装置の画素部に、本発明のＴＦＴを用いる液晶素子を適用する場合に用いることができる画素部の回路の図であり、図１（Ｃ）は、表示装置の画素部に、本発明のＴＦＴを用いる有機ＥＬ素子を適用する場合に用いることができる画素部の回路の図である。
【００８０】
画素部に配置する本発明のＴＦＴは、既に説明したとおりに形成することができる。また、本発明のＴＦＴはｎチャネル型とすることが容易なので、駆動回路のうち、ｎチャネル型トランジスタで構成することができる駆動回路の一部を画素部のトランジスタと同一基板上に形成する。このように、画素部のトランジスタや駆動回路に上記実施の形態に示すトランジスタを用いることにより、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
【００８１】
図１（Ａ）の表示装置は、アクティブマトリクス型表示装置である。表示装置は、基板１０上に、画素部１１、第１の走査線駆動回路１２、第２の走査線駆動回路１３、信号線駆動回路１４を有する。画素部１１には、複数の信号線が信号線駆動回路１４から延伸して配置され、複数の走査線が第１の走査線駆動回路１２及び第２の走査線駆動回路１３から延伸して配置されている。走査線と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に設けられている。表示装置の基板１０はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の接続部を介して、タイミング制御回路（コントローラ、制御ＩＣともいう）に接続されている。
【００８２】
図１（Ａ）では、第１の走査線駆動回路１２、第２の走査線駆動回路１３、信号線駆動回路１４は、画素部１１と同じ基板１０上に形成される。そのため、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板１０外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増える。同じ基板１０上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
【００８３】
画素部の回路構成の一例を図１（Ｂ）に示す。この例は、ＶＡ型液晶表示装置の画素部に適用することができる画素部の回路である。
【００８４】
この画素部の回路は、一つの画素に複数の画素電極を有する構成に適用できる。それぞれの画素電極は異なるトランジスタに接続され、各トランジスタは異なるゲート信号で駆動できるように構成されている。これにより、マルチドメイン設計された画素の個々の画素電極に印加する信号を、独立して制御できる。
【００８５】
トランジスタ２４のゲート配線２１と、トランジスタ２５のゲート配線２２には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能するソース電極又はドレイン電極２３は、トランジスタ２４とトランジスタ２５で共通に用いられている。トランジスタ２４とトランジスタ２５は本発明のＴＦＴを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。
【００８６】
トランジスタ２４には、第１の画素電極が電気的に接続され、トランジスタ２５には、第２の画素電極が電気的に接続される。第１の画素電極と第２の画素電極とは分離されている。第１の画素電極と第２の画素電極の形状としては、特に限定はない。例えば、第１の画素電極は、Ｖ字状とすればよい。
【００８７】
トランジスタ２４のゲート電極はゲート配線２１と接続され、トランジスタ２５のゲート電極はゲート配線２２と接続されている。ゲート配線２１とゲート配線２２に異なるゲート信号を与えてトランジスタ２４とトランジスタ２５の動作タイミングを異ならせ、液晶の配向を制御できる。
【００８８】
容量配線２０と、誘電体として機能するゲート絶縁膜と、第１の画素電極又は第２の画素電極と電気的に接続する容量電極とで保持容量を形成してもよい。
【００８９】
マルチドメイン構造は、一画素に第１の液晶素子２６と第２の液晶素子２７を備える。第１の液晶素子２６は第１の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成され、第２の液晶素子２７は第２の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成される。
【００９０】
図１（Ｂ）に示す画素部の回路は、これに限定されない。例えば、図１（Ｂ）に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ、センサー、又は論理回路等を追加してもよい。
【００９１】
画素の回路構成の他の一例を図１（Ｃ）に示す。この例は、有機ＥＬ素子を用いた表示装置の画素構造であり、ｎチャネル型のトランジスタを１つの画素に２つ用いる例を示す。本発明の酸化物半導体薄膜は、ｎチャネル型のトランジスタのチャネル形成領域に用いることができる。この画素部の回路は、デジタル時間階調駆動を適用することができる。
【００９２】
スイッチング用トランジスタ３１及び駆動用トランジスタ３２は本発明のＴＦＴを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い有機ＥＬ表示装置を提供することができる。
【００９３】
画素部の回路の構成は、図１（Ｃ）に示す画素構成に限定されない。例えば、図１（Ｃ）に示す画素部の回路にスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサー、トランジスタ又は論理回路等を追加してもよい。
【００９４】
本発明のＴＦＴを含む固体撮像素子の動作について、以下に説明する。
【００９５】
ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーは、信号電荷蓄積部に電位を保持し、その電位を増幅トランジスタを介して垂直出力線に出力する固体撮像素子である。ＣＭＯＳイメージセンサーに含まれるリセットトランジスタ及び／又は転送トランジスタにリーク電流があると、そのリーク電流によって充電又は放電が起こり、信号電荷蓄積部の電位が変化する。信号電荷蓄積部の電位が変わると増幅トランジスタの電位も変わってしまい、本来の電位からずれた値となり、撮像された映像が劣化してしまう。
【００９６】
本発明のＴＦＴをＣＭＯＳイメージセンサーのリセットトランジスタ及び転送トランジスタに適用した場合の動作の効果を説明する。尚、増幅トランジスタは、薄膜トランジスタ又はバルクトランジスタのどちらを適用してもよい。
【００９７】
図２は、ＣＭＯＳイメージセンサーの画素構成の一例を示す図である。画素は光電変換素子であるフォトダイオード４０、転送トランジスタ４１、リセットトランジスタ４２、増幅トランジスタ４３及び各種配線で構成されており、マトリクス状に複数が配置されてセンサーを構成している。また、増幅トランジスタ４３と電気的に接続される選択トランジスタを設けてもよい。トランジスタ記号に記してある「ＯＳ」は酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を示し、「Ｓｉ」はシリコンを示しており、それぞれのトランジスタに適用すると好ましい材料を表している。
【００９８】
フォトダイオード４０は、転送トランジスタ４１のソース側に接続されており、転送トランジスタ４１のドレイン側には信号電荷蓄積部４４（ＦＤ：フローティングディフュージョンともいう）が形成される。信号電荷蓄積部４４にはリセットトランジスタ４２のソース及び増幅トランジスタ４３のゲートが接続されている。別の構成として、リセット電源線４６を削除することもできる。例えば、リセットトランジスタ４２のドレインをリセット電源線４６ではなく、電源線４５又は垂直出力線４７につなぐ方法がある。
【実施例】
【００９９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されず、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適切に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。【０１００】
［酸化物焼結体の製造］
実施例１〜４
下記表１に示す割合となるように酸化サマリウム粉末、酸化インジウム粉末、酸化アルミニウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。
この混合粉末を金型に入れ、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成型体とした。この成型体を２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰにより緻密化を行った。次に、この成型体を常圧焼成炉に設置して、大気雰囲気下で、３５０℃で３時間保持した後に、５０℃／時間にて昇温し、１３５０℃にて、４０時間焼結し、その後、放置して冷却し、酸化物焼結体を得た。【０１０１】
［酸化物焼結体の特性評価］
（１）ＸＲＤの測定
得られた焼結体について、Ｘ線回折測定装置Ｓｍａｒｔｌａｂにより、以下の条件で、焼結体のＸ線回折（ＸＲＤ）を測定した。得られたＸＲＤチャートを粉末Ｘ線回折パターン総合回析ソフトウェアＪＡＤＥ６（株式会社リガク）により分析し、焼結体中の結晶相を求めた。結果を表１に示す。【０１０２】
・装置：Ｓｍａｒｔｌａｂ（株式会社リガク製）
・Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４１８Å）
・２θ−θ反射法、連続スキャン（２．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリットＤＳ（発散スリット）、ＳＳ（散乱スリット）、ＲＳ（受光スリット）：１ｍｍ【０１０３】
また、実施例１〜４で得た焼結体のＸＲＤチャートをそれぞれ図１〜４に示す。
図１〜４から、各実施例で得た焼結体が表１に示したペロブスカイト相及びビックスバイト相を有することがわかった。【０１０４】
（２）Ｉｎ２Ｏ３の存在比率（ｗｔ％）
得られた焼結体中のＩｎ２Ｏ３の存在比率（ｗｔ％）は、通常の方法で求めた。即ち、Ｘ線回折のプロファイルから、ＪＡＤＥ６により分析し、全パターンフィッティング（ＷＰＦ）により焼結体の結晶構造を求めた。さらに、ピーク強度比から、Ｉｎ２Ｏ３の存在比として求めた。結果を表１に示す。【０１０５】
（３）焼結密度（ｇ／ｃｍ３）
得られた焼結体の焼結密度（ｇ／ｃｍ３）を、アルキメデス法で測定した。結果を表１に示す。【０１０６】
（４）バルク抵抗（ｍΩ・ｃｍ）
得られた焼結体のバルク抵抗（ｍΩ・ｃｍ）を、抵抗率計ロレスタＡＸ  ＭＣＰ−Ｔ３７０（三菱化学株式会社製）を使用して、四探針法（ＪＩＳＲ１６３７）に基づき測定した。結果を表１に示す。【０１０７】
【表１】
2018066547.tif 000003
【０１０８】
［スパッタリングターゲットの製造］
実施例５
下記表２に示す割合となるように酸化サマリウム粉末、酸化インジウム粉末、酸化アルミニウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。
この混合粉末を金型に入れ、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成型体とした。この成型体を２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰにより緻密化を行った。次に、この成型体を常圧焼成炉に設置して、大気雰囲気下で、３５０℃で１０時間保持した後に、５０℃／時間にて昇温し、１４５０℃にて、４０時間焼結し、その後、放置して冷却し、酸化物焼結体を得た。実施例１〜４と同様に焼結体の特性評価を行った。結果を表２に示す。【０１０９】
得られた酸化物焼結体を研削研磨して、４インチφ×５ｍｍｔの酸化物焼結体の円板を製造した。この円板を、溶融させた金属インジウムを用いて、銅製の８ｍｍ厚みのバッキングプレートにボンディングした。【０１１０】
［スパッタリングターゲットの特性評価］
（１）ターゲットの反り（ｍｍ）
得られたターゲットの反り（ｍｍ）を下記方法により測定した。結果を表２に示す。
定盤上にターゲットを静置し、隙間ゲージにて隙間を計測し、反り量（ｍｍ）とした。【０１１１】
（２）ターゲットのボンディング率（％）
得られたターゲットのボンディング率（％）を下記方法により測定した。結果を表２に示す。
ボンディング率は、超音波探傷機によりボンディングされていないボイド部分を計測し、ターゲット面積基準にボンディングされている部分の比率を算出した。【０１１２】
【表２】
2018066547.tif 000004
【０１１３】
［酸化物半導体薄膜の製造］
実施例６
実施例５で得られたスパッタリングターゲットを用いて、熱酸化膜付きシリコン基板上にチャネル形状のメタルマスクを用い、酸化物半導体層（チャネル層）をスパッタリングにより成膜した。スパッタリング条件は、スパッタ圧＝０．５Ｐａ、酸素分圧＝５％、基板温度＝室温で行い、膜厚は５０ｎｍに設定した。次に、ソース・ドレイン形状のメタルマスクを用い、チタン電極を５０ｎｍ成膜した。最後に、空気中３００℃、１時間の条件でアニールすることで、チャネル長２００μｍ、チャネル幅１０００μｍのボトムゲート、トップコンタクトの簡易型ＴＦＴを得た。アニール条件としては、２５０℃〜４５０℃、０．５時間〜１０時間の範囲でチャネル部のキャリヤー濃度を見ながら適宜選択した。
得られたＴＦＴの特性を評価した結果、移動度＝１４ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流値が１０−８Ａを超えるゲート電圧の値Ｖｔｈ＞０．４５Ｖ、Ｓ値（Ｓｗｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）＝０．７２であった。【０１１４】
このＴＦＴ素子を、ＣＶＤ装置に装着し、３５０℃にて、パッシベーション膜としてＳｉＯ２を１００ｎｍの厚みに成膜し、その後、３００℃、大気中で１時間アニールした後のＴＦＴ特性を評価した。結果、移動度＝１２ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流値が１０−８Ａを超えるゲート電圧の値Ｖｔｈ＞０．３２Ｖ、Ｓ値（Ｓｗｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）＝０．７８となり、ほぼ、ＣＶＤ前の特性を再現することができた。
また、オフ電流は、１０−１２Ａ以下であった。これらの結果から、ディスプレイの表示装置のトランジスタ、又は、ＣＭＯＳイメージセンサーのキャンセルトランジスタや転送トランジスタにも使用可能である。【０１１５】
実施例７〜９
下記表３に示す割合となるように酸化ネオジム粉末、酸化インジウム粉末、酸化アルミニウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。
この混合粉末を金型に入れ、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成型体とした。この成型体を２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰにより緻密化を行った。次に、この成型体を常圧焼成炉に設置して、大気雰囲気下で、３５０℃で３時間保持した後に、５０℃／時間にて昇温し、１３５０℃にて、４０時間焼結し、その後、放置して冷却し、酸化物焼結体を得た。【０１１６】
得られた酸化物焼結体について、実施例１〜４と同様に酸化物焼結体の特性を評価した。結果を表３に示す。【０１１７】
【表３】
2018066547.tif 000005
【０１１８】
[スパッタリングターゲットの製造]
実施例１０〜１２
下記表４に示す割合となるように酸化サマリウム粉末、酸化インジウム粉末、酸化アルミニウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。
この混合粉末を金型に入れて、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成型体とした。この成型体を1０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰにより緻密化を行った。次に、この成型体を常圧焼結炉に設置して、大気雰囲気下で、３５０℃で３時間放置した後に、５０℃／時間にて昇温し、１４２０℃にて、２８時間焼結し、その後、放置して冷却し、酸化物焼結体を得た。
得られた酸化物焼結体について、実施例１〜４と同様に酸化物焼結体の特性を評価した。結果を表４に示す。
また、実施例１０〜１２で得た焼結体のＸＲＤチャートをそれぞれ図９〜１１に示す。
図９〜１１から、各実施例で得た焼結体が表４に示したペロブスカイト相及びビックスバイト相を有することがわかった。【０１１９】
得られた酸化物焼結体を研削研磨して、４インチφ×５ｍｍｔの酸化物焼結体の円板を製造した。この円板を、溶融させた金属インジウムを用いて、銅製の８ｍｍｔ厚みのバッキングプレートにボンディングした。【０１２０】
[スパッタリングターゲットの評価]
（１）ターゲットの反り（ｍｍ）
得られたターゲットの反り（ｍｍ）は、下記方法により測定した。結果を表４に示す。
定盤上にターゲットを静置し、隙間ゲージにて隙間を計測し、反り量（ｍｍ）とした。
（２）ターゲットのボンディング率（％）
得られたターゲットのボンディング率（％）を下記方法により測定した。結果を表４に示す。
ボンディング率は、超音波探傷機によりボンディングされていない部分を計測し、ターゲット面積基準にボンディングされている部分の比率を算出した。【０１２１】
【表４】
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【０１２２】
［酸化物半導体薄膜の製造］
実施例１３
実施例１１で得られたスパッタリングターゲットを用いて、熱酸化膜付きシリコン基板上にチャネル形状のメタルマスクを用い、酸化物半導体層（チャネル層）をスパッタリングにより成膜した。スパッタリング条件は、スパッタ圧＝０．５Ｐａ、酸素分圧＝１％、基板温度＝室温で行い、膜厚は５０ｎｍに設定した。次に、ソース・ドレイン形状のメタルマスクを用い、チタン電極を５０ｎｍ成膜した。最後に、空気中３５０℃、１時間の条件でアニールすることで、チャネル長２００μｍ、チャネル幅２０００μｍのボトムゲート、トップコンタクトの簡易型ＴＦＴを得た。アニール条件としては、２５０℃〜４５０℃、０．５時間〜１０時間の範囲でチャネル部のキャリヤー濃度を見ながら適宜選択した。３５０℃で１時間熱処理した薄膜のＸＲＤを測定した結果、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造のチャートが得られ、結晶化していることが確認された。【０１２３】
得られたＴＦＴの特性を評価した結果、移動度＝１７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流値が１０−８Ａを超えるゲート電圧の値Ｖｔｈ＞０．１５Ｖ、Ｓ値（Ｓｗｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）＝０．２２であった。【０１２４】
このＴＦＴ素子を、ＣＶＤ装置に装着し、３００℃にて、パッシベーション膜としてＳｉＯ２を１００ｎｍの厚みに成膜し、その後、３５０℃、大気中で１時間アニールした後のＴＦＴ特性を評価した。結果、移動度＝２１ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流値が１０−８Ａを超えるゲート電圧の値Ｖｔｈ＞０．２４Ｖ、Ｓ値（Ｓｗｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）＝０．２６となり、ほぼ、ＣＶＤ前の特性を再現することができた。また、オフ電流は、１０−１２Ａ以下であった。これらの結果から、ディスプレイの表示装置のトランジスタ、又は、ＣＭＯＳイメージセンサーのキャンセルトランジスタや転送トランジスタにも使用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明の酸化物焼結体はスパッタリングターゲットに利用でき、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の酸化物半導体薄膜等の製造に有用である。【０１２６】
上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月28日(2017.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト相及びＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含み、前記ペロブスカイト相が、下記一般式（Ｉ）で表される化合物である、酸化物焼結体。
ＬｎＡｌＯ３          （Ｉ）
（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた一種以上の金属元素を表す。）
【請求項２】
前記Ｌｎが、Ｓｍ及びＮｄのいずれか一方又は両方である、請求項１に記載の酸化物焼結体。
【請求項３】
前記酸化物焼結体中のＩｎ、Ａｌ及びＬｎの原子比が、下記の範囲である請求項１又は２に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物焼結体を用いて作製されたスパッタリングターゲット。
【請求項５】
請求項４に記載のスパッタリングターゲットを用いて製膜することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物半導体薄膜を製膜する工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
請求項４に記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物半導体薄膜を製膜する工程、
前記酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタを製造する工程、及び
前記薄膜トランジスタを電子機器に搭載する工程
を含むことを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項８】
Ｉｎ、Ａｌ及びＬｎを含み、
前記Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた一種以上の金属元素であり、
前記Ｉｎ、前記Ａｌ及び前記Ｌｎの原子比が、下記の範囲である、酸化物半導体薄膜。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．６４以上０．９８以下
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｌｎ）が０．０１以上０．１８以下
【請求項９】
請求項８に記載の酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
飽和移動度が１．０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上５０．０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以下である、請求項９に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
閾値電圧（Ｖｔｈ）が、−３．０Ｖ以上＋３．０以下である、請求項９又は１０に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
ｏｎ−ｏｆｆ比が１０６以上１０１２以下である、請求項９〜１１のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
【国際調査報告】
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