(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ，Ｇａ及びＭｇを含み、
Ｉｎ２Ｏ３で表される化合物を含み、
Ｉｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４で表される化合物、
Ｇａ２ＭｇＯ４で表される化合物、及び
Ｉｎ２ＭｇＯ４で表される化合物から選択される１種以上の化合物を含み、
原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下、かつ
原子比（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下
である焼結体を含むスパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記原子比が以下を満たす請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．７超０．９９９９以下、かつ
（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．３未満
【請求項３】
前記焼結体の相対密度が９０％以上である請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記焼結体が、さらに正４価の金属酸化物Ｍを含む請求頃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】
前記金属酸化物Ｍが、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＧｅＯ２、ＨｆＯ２、及びＣｅＯ２から選択される１種以上の酸化物である請求項４に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項６】
以下の原子比を満たす請求項５に記載のスパッタリングターゲット。
［Ｍ］／［全金属］＝０．０００１〜０．２０
（式中、［Ｍ］は焼結体に含まれる正４価金属の原子の合計であり、［全金属］は焼結体に含まれる全金属の原子の合計である。）
【請求項７】
平均粒径が０．１〜１．２μｍである酸化インジウム粉末と、
平均粒径が０．１〜１．２μｍである酸化ガリウム粉末と、
平均粒径が０．１〜１．２μｍである酸化マグネシウム粉末とを、
原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下、かつ原子比（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下で混合、成形し、
得られた成形体を、８００℃から焼結温度まで昇温速度０．１〜２℃／分で昇温し、前記焼結温度で１０〜５０時間保持して焼結することを含み、前記焼結温度が１２００℃〜１６５０℃の範囲内である請求項１に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項８】
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、スパッタリング法により成膜する酸化物薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記スパッタリング法による成膜を、希ガス原子に、水分子、酸素分子及び亜酸化窒素分子から選択される少なくとも１種以上の分子を含有させた混合気体の雰囲気下において行う請求項８に記載の酸化物薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記スパッタリング法による成膜を、希ガス原子、及び少なくとも水分子を含有する混合気体の雰囲気下において行う請求項９に記載の酸化物薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記混合気体中の水分子の含有割合が分圧比で０．１％〜２５％である請求項１０に記載の酸化物薄膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれかに記載の方法により成膜された酸化物薄膜をチャネル層とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記チャネル層上に、少なくともＳｉＮｘを含有する保護膜を形成する請求項１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の方法により得られた薄膜トランジスタを用いる表示装置の製造方法。
【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、それを用いた酸化物薄膜の製造方法、薄膜トランジスタ及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示装置の発展は目覚ましく、液晶表示装置やＥＬ表示装置等、種々の表示装置がパソコンやワープロ等のＯＡ機器に活発に導入されている。これらの表示装置は、いずれも表示素子を透明導電膜で挟み込んだサンドイッチ構造を有している。
表示装置を駆動させるスイッチング素子としては、現在、シリコン系の半導体膜が主流を占めている。シリコン系薄膜の安定性、加工性の良さの他、スイッチング速度等が良好なためである。シリコン系薄膜は、一般に化学蒸気析出法（ＣＶＤ）法により製造されている。【０００３】
しかしながら、非晶質のシリコン系薄膜はスイッチング速度が比較的遅く、高速な動画等を表示する場合は画像を表示できないという難点を有している。一方、結晶質のシリコン系薄膜は、スイッチング速度は比較的速いが、結晶化するのに８００℃以上の高温、又はレーザーによる加熱等が必要であり、製造に多大なエネルギー及び工程を要する。
また、シリコン系薄膜は電圧素子としても優れているが、その特性が電流によって経時変化することが問題となっている。【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が検討されている。
一般に、酸化物半導体薄膜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製造される。【０００５】
スパッタリングターゲットとしては、例えばＩｎ２Ｇａ２ＺｎＯ７又は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知られている（特許文献１〜３）。このターゲットは、焼結密度（相対密度）を上げるために酸化雰囲気で焼結する必要があるが、これによりターゲットの抵抗が下がるため、焼結後に高温で還元処理する必要があった。
また、ターゲットを長期間使用していると、得られた膜の特性や成膜速度が大きく変化したり、ＩｎＧａＺｎＯ４やＩｎ２Ｇａ２ＺｎＯ７の異常成長による異常放電が起きたり、成膜時にパーティクルが多く発生する等の問題があった。異常放電が頻繁に起きると、プラズマ放電状態が不安定となり、安定した成膜が行われず、膜特性に悪影響を及ぼす場合があった。【０００６】
特許文献４には、酸化マグネシウムを含んだスパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウムからなるターゲット及び透明導電膜が開示されている。
しかしながら、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウムからなる半導体薄膜作製用のスパッタリングターゲットの検討はされておらず、ノジュールと生成化合物の関係も不明確であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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２００９／０８４５３７号パンフレット
【特許文献４】特開２００５−３０７２６９号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、スパッタリング法を用いて酸化物半導体膜を成膜する際に発生する異常放電を抑制し、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。
【０００９】
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，Ｇａ及びＭｇを含み、
Ｉｎ２Ｏ３で表される化合物、
Ｉｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４で表される化合物、
Ｇａ２ＭｇＯ４で表される化合物、及び
Ｉｎ２ＭｇＯ４で表される化合物から選択される１種以上の化合物を含み、
原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下、かつ
原子比（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下
である焼結体を含むスパッタリングターゲット。
２．前記原子比が以下を満たす１に記載のスパッタリングターゲット。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．７超０．９９９９以下、かつ
（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．３未満
３．前記焼結体の相対密度が９０％以上である１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
４．前記焼結体が、さらに正４価の金属酸化物Ｍを含む請求頃１〜３のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
５．前記金属酸化物Ｍが、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＧｅＯ２、ＨｆＯ２、及びＣｅＯ２から選択される１種以上の酸化物である４に記載のスパッタリングターゲット。
６．以下の原子比を満たす５に記載のスパッタリングターゲット。
［Ｍ］／［全金属］＝０．０００１〜０．２０
（式中、［Ｍ］は焼結体に含まれる正４価金属の原子の合計であり、［全金属］は焼結体に含まれる全金属の原子の合計である。）
７．平均粒径が０．１〜１．２μｍである酸化インジウム粉末と、
平均粒径が０．１〜１．２μｍである酸化ガリウム粉末と、
平均粒径が０．１〜１．２μｍである酸化マグネシウム粉末とを、
原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下、かつ原子比（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下で混合、成形し、
得られた成形体を、８００℃から焼結温度まで昇温速度０．１〜２℃／分で昇温し、前記焼結温度で１０〜５０時間保持して焼結することを含み、前記焼結温度が１２００℃〜１６５０℃の範囲内である１に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
８．１〜６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、スパッタリング法により成膜する酸化物薄膜の製造方法。
９．前記スパッタリング法による成膜を、希ガス原子に、水分子、酸素分子及び亜酸化窒素分子から選択される少なくとも１種以上の分子を含有させた混合気体の雰囲気下において行う８に記載の酸化物薄膜の製造方法。
１０．前記スパッタリング法による成膜を、希ガス原子、及び少なくとも水分子を含有する混合気体の雰囲気下において行う９に記載の酸化物薄膜の製造方法。
１１．前記混合気体中の水分子の含有割合が分圧比で０．１％〜２５％である１０に記載の酸化物薄膜の製造方法。
１２．８〜１１のいずれかに記載の方法により成膜された酸化物薄膜をチャネル層とする薄膜トランジスタ。
１３．前記チャネル層上に、少なくともＳｉＮｘを含有する保護膜を備える１２に記載の薄膜トランジスタ。
１４．１２又は１３に記載の薄膜トランジスタを備えた表示装置。
【００１０】
本発明によれば、スパッタリング法を用いて酸化物半導体膜を成膜する際に発生する異常放電を抑制し、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が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図２】実施例２で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図３】実施例３で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図４】実施例４で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図５】実施例５で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図６】実施例６で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図７】実施例７で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図８】実施例８で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図９】実施例９で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図１０】実施例１０で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【図１１】比較例１で得られた焼結体のＸ線回折チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
Ｉ．焼結体及びスパッタリングターゲット
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Ｉｎ，Ｇａ及びＭｇを含み、Ｉｎ２Ｏ３で表される化合物、Ｉｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４で表される化合物、Ｇａ２ＭｇＯ４で表される化合物、及びＩｎ２ＭｇＯ４で表される化合物から選択される１種以上の化合物を含む。
また、上記焼結体は以下の原子比を満たす。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下
（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下
【００１３】
焼結体中のＩｎ２Ｏ３に、酸素との結合力が強いＧａ及びＭｇを共ドープすることで、薄膜中のキャリア濃度を十分に低下させることができる。
Ｉｎ２Ｏ３にＺｎとＭｇをドープした焼結体から得た薄膜では、キャリア濃度が十分に低下せずに導電体化することがある。
焼結体がＩｎ２Ｏ３で表される化合物、Ｉｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４で表される化合物、Ｇａ２ＭｇＯ４で表される化合物、及びＩｎ２ＭｇＯ４で表される化合物から選択される１種以上の化合物を含み、上記の原子を有することにより、本発明のスパッタリングターゲットは安定したスパッタリングが可能となる。
【００１４】
上記の焼結体は上記４種の化合物の全てを含んでもよいし、１、２又は３種からなっていてもよい。好ましくはＩｎ２Ｏ３を含む。より好ましくは、以下の化合物又は化合物の組み合わせからなる。
・Ｉｎ２Ｏ３
・Ｉｎ２Ｏ３及びＩｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４、
・Ｉｎ２Ｏ３及びＩｎ２ＭｇＯ４
・Ｉｎ２Ｏ３及びＧａ２ＭｇＯ４
・Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４及びＩｎ２ＭｇＯ４
・Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４及びＧａ２ＭｇＯ４
【００１５】
また、上記焼結体は、好ましくはＧａ２Ｏ３及びＭｇＯを含まない。
焼結体中にＧａ２Ｏ３やＭｇＯが存在（残留）する場合、スパッタリング時の異常放電やノジュール発生の原因となり、焼結体をスパッタリングターゲットとして成膜した酸化物薄膜中に欠陥が発生する場合がある。
【００１６】
本発明に用いる焼結体の原子比が上記の範囲外であると、本発明のスパッタリングターゲットをスパッタして成膜した酸化物薄膜が、半導体ではなく導電体又は絶縁膜になるおそれがある。
具体的に、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５未満であると、酸化物薄膜が半導体ではなく絶縁体になる場合がある。また、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．９９９９超であると、酸化物薄膜が導電膜になる場合がある。
【００１７】
また、（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１未満であると、酸化物薄膜が導電膜になる場合があり、（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５超であると、酸化物薄膜が絶縁体になる場合がある。
また、（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５超であると、Ｇａ２Ｏ３やＭｇＯ等の高抵抗の酸化物がターゲット中に析出し、ノジュールの原因となるおそれがある。
【００１８】
上記原子比は、好ましくは、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．７超０．９９９９以下、かつ（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．３未満であり、さらに好ましくは、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．８超０．９９９９以下、かつ（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．２未満である。
【００１９】
ＧａとＭｇの割合は好ましくは、Ｍｇ／（Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．００１〜０．９００であり、より好ましくは、Ｍｇ／（Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．００１〜０．６００である。
【００２０】
本発明に用いる焼結体は、好ましくは相対密度が９０％以上である。
相対密度が９０％以上であれば、安定したスパッタリング状態が保たれる。９０％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場合がある。相対密度は好ましくは９５％以上、より好ましくは９７％以上である。
【００２１】
相対密度はアルキメデス法により測定できる。相対密度は、好ましくは１００％以下である。１００％を超える場合、金属粒子が焼結体に発生したり、低級酸化物が生成する場合があり、成膜時の酸素供給量を厳密に調整する必要が生じる。
また、焼結後に、還元性雰囲気下での熱処理操作等の後処理工程等を行って密度を調整することもできる。還元性雰囲気は、アルゴン、窒素、水素等の雰囲気や、それらの混合気体雰囲気が用いられる。
【００２２】
さらに、本発明に用いる焼結体に正４価の金属酸化物Ｍを含ませることが好ましい。正４価の金属酸化物を含有させることにより、焼結体の焼結密度を向上させる、焼結体のバルク抵抗を低下させる等の効果がある。
また、正４価の金属酸化物は、酸に対する耐性が強く、非晶質酸化物薄膜の場合にも、耐酸性を付与することができる。
【００２３】
正４価の金属酸化物Ｍが、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＧｅＯ２、ＨｆＯ２、及びＣｅＯ２から選択される１又は２以上の酸化物であることが好ましい。
［Ｍ］／［全金属］＝０．０００１〜０．２０であることが好ましい。式中、［Ｍ］は焼結体に含まれる正４価金属の原子の合計であり、［全金属］は焼結体に含まれる全金属の原子の合計である。
［Ｍ］／［全金属］が０．０００１未満では、添加効果が乏しい場合があり、０．２０超では、成膜して得られる酸化物半導体膜の移動度が低下する場合があるため好ましくない。
［Ｍ］／［全金属］は好ましくは０．０００５〜０．１５、より好ましくは０．００１〜０．１である。
【００２４】
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）により、含有元素を定量分析して求めることができる。
具体的に、溶液試料をネブライザーで霧状にして、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の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）。
【００２５】
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）。
定性分析で含有されている元素を特定後、定量分析で含有量を求め、その結果から各元素の原子比を求める。
【００２６】
本発明に用いる焼結体は、本発明の効果を損ねない範囲において、上述したＩｎ、Ｇａ、Ｍｇ及び任意の正四価金属以外の他の金属元素を含有していてもよいし、実質的にＩｎ、Ｇａ、Ｍｇ及び任意の正四価金属のみからなっていてもよい。
本発明において「実質的」とは、焼結体としての効果が上記Ｉｎ、Ｇａ、Ｍｇ及び任意の正四価金属に起因すること、又は焼結体の金属元素の９８重量％以上１００重量％以下（好ましくは９９重量％以上１００重量％以下）がＩｎ、Ｇａ、Ｍｇ及び任意の正四価金属であることを意味する。
上記のように、焼結体に含有される金属元素は、実質的にＩｎ、Ｇａ、Ｍｇ及び任意の正四価金属からなっており、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いてもよい。
【００２７】
本発明に用いる焼結体の密度は高い方が望ましく、好ましくは６．０ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは６．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは６．４ｇ／ｃｍ３以上であり、通常７．１ｇ／ｃｍ３以下である。
密度が６．０ｇ／ｃｍ３よりも低いと、上記焼結体から形成され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。
【００２８】
本発明に用いる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。結晶が粒径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。
【００２９】
これらのスパッタリングターゲット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表す。粒径は、結晶粒の長径について測定する。結晶粒は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察することができる。
【００３０】
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は以下の２工程を含む。
（１）原料化合物を混合し、成形して成形体とする工程
（２）上記成形体を焼結する工程
【００３１】
以下、各工程について説明する。
（１）原料化合物を混合し、成形して成形体とする工程
原料化合物は特に制限されず、Ｉｎ、Ｇａ及びＭｇを含む化合物であり、焼結体が以下の原子比を有することができる化合物を用いればよい。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下、かつ
（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下
例えば、酸化インジウム、ガリウム金属及びマグネシウム金属の組み合わせや、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化マグネシウムの組合せ等が挙げられる。尚、原料は粉末であることが好ましい。
【００３２】
原料は、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化マグネシウムの混合粉末であることが好ましい。
原料に単体金属を用いた場合、例えば、酸化インジウム、ガリウム金属及びマグネシウム金属の組み合わせを原料粉末として用いた場合、得られる焼結体中にガリウムやマグネシウムの金属粒が存在し、成膜中にターゲット表面の金属粒が溶融してターゲットから放出されないことがあり、得られる膜の組成と焼結体の組成が大きく異なってしまう場合がある。
【００３３】
原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜１．２μｍであり、より好ましくは０．１μｍ〜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。
例えば、平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＩｎ２Ｏ３粉末、平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＧａ２Ｏ３粉末、及び平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＭｇＯ粉末を原料粉末とし、これらを、原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下、かつ（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下、好ましくはＩｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．７超０．９９９９以下、かつ（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．３未満となる割合で調合する。
【００３４】
工程（１）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。例えば、酸化インジウム粉、酸化ガリウム粉及び酸化マグネシウム粉の混合粉を含む原料粉末に、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、引き続き、この造粒物を型枠に入れて成形する。
【００３５】
混合については、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。
【００３６】
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焼結体中にＧａ２Ｏ３、ＭｇＯ等の高抵抗の化合物が生成するおそれがあるからである。
ビーズミルによる粉砕、混合時間は、装置の大きさ、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すべて１μｍ以下と均一になるように適宜調整する。
【００３７】
また、混合する際にはバインダーを任意量だけ添加し、同時に混合を行うと好ましい。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、Ｇａ２Ｏ３粉末、ＭｇＯ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。この不均一な造粒粉を用いて焼結体を作製すると、焼結体内部にＧａ２Ｏ３、ＭｇＯ等が存在して、スパッタリングにおける異常放電の原因となる場合がある。
造粒粉に対して、通常、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形体を得る。
【００４０】
（２）成形体を焼結する工程
得られた成形物を１２００〜１６５０℃の焼結温度で１０〜５０時間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１２〜４０時間、より好ましくは１３〜３０時間である。
【００４１】
焼結温度が１２００℃未満又は焼結時間が１０時間未満であると、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ等がターゲット内部に形成され、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る。
また、焼結温度を１６５０℃以下とすることにより、Ｇａの蒸散を抑えることもできる。
【００４２】
本発明で用いる焼結方法としては、常圧焼結法の他、ホットプレス、酸素加圧、熱間等方圧加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。
【００４３】
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。酸化ガス雰囲気とは、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１０〜１００体積％の雰囲気であることが好ましい。上記焼結体の製造方法においては、昇温過程にて酸素ガス雰囲気を導入することで、焼結体密度をより高くすることができる。
【００４４】
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０．１〜２℃／分とすることが好ましい。
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０．１℃／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おそれがある。一方、昇温速度が２℃／分より速くなると、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ等がターゲット内部に析出するおそれがある。
８００℃から焼結温度における昇温速度は、好ましくは０．１〜１．２℃／分、より好ましくは０．１〜０．８℃／分である。
【００４５】
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に、必要に応じて還元工程を設けてもよい。
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。
【００４６】
還元処理時の温度は、通常１００〜８００℃、好ましくは２００〜８００℃である。また、還元処理の時間は、通常０．０１〜１０時間、好ましくは０．０５〜５時間である。
【００４７】
以上をまとめると、本発明に用いる焼結体の製造方法は、例えば、酸化インジウム粉と酸化ガリウム粉と酸化マグネシウム粉との混合粉を含む原料粉末に、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、引き続き、この造粒物を型枠に入れて成形し、その後、得られた成形物を酸素雰囲気中、８００℃から焼結温度までの昇温速度を０．１〜２℃／分とし、１２００〜１６５０℃で１０〜５０時間焼成することで焼結体を得ることができる。
【００４８】
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、原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下、かつ（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下を満たし、焼結体密度が６．０ｇ／ｃｍ３以上であり、Ｉｎ２Ｏ３で表される化合物、Ｉｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４で表される化合物、Ｇａ２ＭｇＯ４で表される化合物、及び／又はＩｎ２ＭｇＯ４で表される化合物を含む焼結体を得ることができる。
【００４９】
上記で得られた焼結体を加工することにより本発明の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、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素材とし、該ターゲット素材をバッキングプレートに接着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。
【００５０】
焼結体をターゲット素材とするには、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。
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。
【００５１】
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。
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より大きい、又は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。
【００５２】
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好ましい。
【００５３】
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。
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、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、実質１つのターゲットとしてもよい。
【００５４】
ＩＩ．酸化物薄膜
本発明の酸化物薄膜の製造方法は、上記のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により成膜することを特徴とする。
本発明の酸化物薄膜の製造方法によって製造された酸化物薄膜は、インジウム、ガリウム、マグネシウム、酸素からなり、通常、原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．５以上０．９９９９以下、かつ（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）＝０．０００１以上０．５以下である。
【００５５】
酸化ガリウムは、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。酸化マグネシウムは、酸化物薄膜のキャリア濃度を低下させる効果が期待される。
【００５６】
酸化物薄膜の原子比（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）が０．０００１未満であると、薄膜堆積直後に微結晶が生成することがあり、後処理加熱工程で２次結晶化するおそれがある。２次結晶化した薄膜では、移動度が低下するばかりか酸素欠陥が増え、キャリア濃度の上昇を招くおそれがある。
【００５７】
原子比（Ｇａ＋Ｍｇ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）が０．５超のスパッタリングターゲットを用いて成膜した酸化物薄膜は、薄膜中にＧａ２Ｏ３やＭｇＯが析出し、電子の散乱原因となり移動度が低下するおそれがある。
【００５８】
本発明のスパッタリングターゲットは、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。
【００５９】
本発明のスパッタリングターゲットは、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。
【００６０】
酸化物半導体薄膜は、上記焼結体を用いて、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することもできる。
【００６１】
スパッタリングガス（雰囲気）としては、アルゴン等の希ガス原子と酸化性ガスの混合ガスを用いることができる。酸化性ガスとはＯ２、ＣＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏ等が挙げられる。スパッタリングガスは、希ガス原子と、水分子、酸素分子及び亜酸化窒素分子から選ばれる一種以上の分子を含有する混合気体が好ましく、希ガス原子と、少なくとも水分子を含有する混合気体であることがより好ましい。
【００６２】
スパッタリング成膜時の酸素分圧比は０％以上４０％未満とすることが好ましい。酸素分圧比が４０％以上の条件で作製した薄膜は、大幅にキャリア濃度が低減しキャリア濃度が１０１３ｃｍ−３未満となるおそれがある。
好ましくは、酸素分圧比は０〜３０％、特に好ましくは２％〜１５％である。
【００６３】
本発明における酸化物薄膜堆積時のスパッタガス（雰囲気）に含まれる水分子の分圧比、即ち、［Ｈ２Ｏ］／（［Ｈ２Ｏ］＋［希ガス］＋［その他の分子］）は、０〜２５％であることが好ましい。
また、水の分圧比が２５％を超えると、膜密度の低下が顕著となるため、Ｉｎの５ｓ軌道の重なりが小さくなり移動度の低下を招くおそれがある。スパッタリング時の雰囲気中の水の分圧比は０．１〜２５％がより好ましく、０．７〜１３％がさらに好ましく、１〜６％が特に好ましい。
【００６４】
スパッタリングにより成膜する際の基板温度は、２５〜１２０℃であることが好ましく、さらに好ましくは２５〜１００℃、特に好ましくは２５〜９０℃である。成膜時の基板温度が１２０℃よりも高いと薄膜堆積直後の膜中に微結晶が生成し、加熱結晶化後の薄膜のキャリア濃度が１０１８／ｃｍ３を超えるおそれがある。また、成膜時の基板温度が２５℃よりも低いと薄膜の膜密度が低下し、ＴＦＴの移動度が低下するおそれがある。
【００６５】
スパッタリングによって得られた酸化物薄膜を、さらに１５０〜５００℃に１５分〜５時間保持してアニール処理を施すことが好ましい。成膜後のアニール処理温度は２００℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、２５０℃以上３５０℃以下であることがさらに好ましい。上記アニールを施すことにより、半導体特性が得られる。
【００６６】
酸化物半導体薄膜のキャリア濃度は、通常１０１８／ｃｍ３以下であり、好ましくは１０１３〜１０１８／ｃｍ３であり、さらに好ましくは１０１４〜１０１７／ｃｍ３であり、特に好ましくは１０１５〜１０１７／ｃｍ３である。
酸化物層のキャリア濃度が１０１８ｃｍ−３より大きくなると、薄膜トランジスタ等の素子を構成した際に、漏れ電流が発生してしまう。また、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おそれがある。さらに、キャリア濃度が１０１３ｃｍ−３未満となるとキャリア数が少ないため、ＴＦＴとして駆動しないおそれがある。
酸化物半導体薄膜のキャリア濃度は、ホール効果測定方法により測定することができる。
酸化インジウムに、酸化マグネシウムと酸化ガリウムを共ドープすることにより、安定してキャリア濃度を１０１８／ｃｍ３以下に制御することができる。
【００６７】
また、加熱時の雰囲気は、特に限定されるわけではないが、キャリア制御性の観点から、大気雰囲気、酸素流通雰囲気が好ましい。
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。
【００６８】
スパッタリング時におけるターゲットと基板との間の距離は、基板の成膜面に対して垂直方向に好ましくは１〜１５ｃｍであり、さらに好ましくは２〜８ｃｍである。この距離が１ｃｍ未満の場合、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが大きくなり、良好な膜特性を得ることができないおそれがあるうえ、膜厚及び電気特性の面内分布が生じてしまうおそれがある。一方、ターゲットと基板との間隔が１５ｃｍを超える場合、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが小さくなりすぎて、緻密な膜を得ることができず、良好な半導体特性を得ることができないおそれがある。
【００６９】
酸化物薄膜の成膜は、磁場強度が３００〜１５００ガウスの雰囲気下でスパッタリングすることが望ましい。磁場強度が３００ガウス未満の場合、プラズマ密度が低くなるため高抵抗のスパッタリングターゲットの場合スパッタリングできなくなるおそれがある。一方、１５００ガウス超の場合、膜厚及び膜中の電気特性の制御性が悪くなるおそれがある。
【００７０】
気体雰囲気の圧力（スパッタ圧力）は、プラズマが安定して放電できる範囲であれば特に限定されないが、好ましくは０．１〜３．０Ｐａであり、さらに好ましくは０．１〜１．５Ｐａであり、特に好ましくは０．１〜１．０Ｐａである。スパッタ圧力が３．０Ｐａを超える場合、スパッタ粒子の平均自由工程が短くなり、薄膜の密度が低下するおそれがある。また、スパッタ圧力が０．１Ｐａ未満である場合、成膜時に膜中に微結晶が生成するおそれがある。尚、スパッタ圧力とは、アルゴン等の希ガス原子、水分子、酸素分子等を導入した後のスパッタ開始時の系内の全圧をいう。
【００７１】
ＩＩＩ．薄膜トランジスタ及び表示装置
上記の酸化物薄膜は、薄膜トランジスタに使用でき、特に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チャネル層として有していれば、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。
【００７２】
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未満の場合、大面積に成膜した際の膜厚の不均一性により、作製したＴＦＴの特性が面内で不均一になるおそれがある。一方、膜厚が３００ｎｍ超の場合、成膜時間が長くなり工業的に採用できないおそれがある。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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，ＰｂＴｉＯ３，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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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，ＰｂＴｉＯ３，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，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２，Ａｌ２Ｏ３である。
【００７９】
ゲート絶縁膜は、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
本発明の薄膜トランジスタは、表示装置に好適に用いることができる。
【００８６】
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。
【実施例】
【００８７】
実施例１〜１０及び参考例１−３
［焼結体の製造］
原料粉体として下記の酸化物粉末を使用した。尚、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。
酸化インジウム粉：平均粒径０．９８μｍ
酸化ガリウム粉：平均粒径０．９６μｍ
酸化マグネシウム：平均粒径０．９８μｍ
【００８８】
上記の粉体を、表１に示す原子比Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）及びＭｇ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）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、表１に示す昇温速度（８００℃から焼結温度）、焼結温度及び焼結時間で、焼結炉で焼結して焼結体を製造した。昇温中は酸素雰囲気、その他は大気中（雰囲気）とし、降温速度は１５℃／分とした。
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。【００８９】
［焼結体の分析］
得られた焼結体についてＩＣＰ−ＡＥＳ分析を行い、表１に示す原子比であることを確認した。
また、得られた焼結体についてＸ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べた。実施例１〜１０で得られた焼結体のＸ線回折チャートを図１〜１０に示す。
チャートを分析した結果、例えば実施例１の焼結体にはＩｎ２Ｏ３とＩｎ（ＧａＭｇ）Ｏ４が観測された。結晶構造はＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｏｆ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）カードで確認することができる。
実施例１〜１０及び参考例１〜３の焼結体には、ノジュールの原因となるＧａ２Ｏ３やＭｇＯは観測されなかった。
【００９０】
ＸＲＤの測定条件は以下の通りである。
・装置：株式会社リガク製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【００９１】
得られた焼結体のＧａとＭｇの分散を電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）測定により調べたところ、５μｍ以上のＧａやＭｇの集合体は観測されなかった。本発明に用いる焼結体は分散性、均一性が極めて優れていることが分かった。
ＥＰＭＡの測定条件は以下の通りである。
・装置：日本電子株式会社製ＪＸＡ−８２００
・加速電圧：１５ｋＶ
・照射電流：５０ｎＡ
・照射時間（１点当り）：５０ｍＳ【００９２】
［スパッタリングターゲットの製造］
実施例１〜１０及び参考例１〜３で得られた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、それぞれ直径４インチのスパッタリングターゲットとした。
【００９３】
［異常放電の有無の確認］
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、基板温度を室温とし、ＤＣ出力４００Ｗにて、１０ｋＷｈ連続スパッタを行った。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。【００９４】
尚、上記異常放電の有無は、電圧変動をモニターして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。【００９５】
［ノジュール発生の有無の確認］
また、実施例１〜１０及び参考例１〜３のスパッタリングターゲットを用いて、雰囲気としてアルゴンガスに水素ガスを分圧比で３％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１〜１０及び参考例１〜３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。
尚、スパッタ条件は、スパッタ圧０．４Ｐａ、ＤＣ出力１００Ｗ、基板温度は室温とした。水素ガスは、ノジュールの発生を促進するために雰囲気ガスに添加した。
【００９６】
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。【００９７】
比較例１、２
表１に示す原子比Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）及びＭｇ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｍｇ）で原料粉末を混合し、表１に示す昇温速度（８００℃から焼結温度）、焼結温度、焼結時間で焼結した他は、実施例１〜１０及び参考例１〜３と同様に焼結体及びスパッタリングターゲットを製造し、評価した。結果を表１に示す。
比較例１，２で作製した焼結体は、Ｘ線回折チャートにおいてＧａ２Ｏ３相が観測された。Ｇａ２Ｏ３相は高抵抗相であるため、ノジュールの原因となると考えられる。比較例１のＸ線回折チャートを図１１に示す。
また、比較例１、２のスパッタリングターゲットにおいて、スパッタ時に異常放電が発生し、ターゲット表面にはノジュールが観測された。
【００９８】
【表１】
0005990167.tif 000002
【００９９】
実施例１４〜１６及び参考例４〜５
［酸化物半導体薄膜の製造］
実施例１〜３、参考例１及び参考例２で作製したターゲットをマグネトロンスパッタリング装置に装着し、基板としてスライドガラス（コーニング社製♯１７３７）を装着した。ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、下記の条件でスライドガラス上に膜厚５０ｎｍの酸化物薄膜を成膜した。
成膜時には、表２に示す分圧比（％）でＡｒガス、Ｏ２ガス及び／又はＨ２Ｏガスを導入した。成膜した基板を、大気中３００℃で１時間加熱し、酸化物半導体膜を形成した。
【０１００】
スパッタ条件は以下の通りである。
基板温度：２５℃
到達圧力：８．５×１０−５Ｐａ
雰囲気ガス：Ａｒガス、Ｏ２ガス及び／又はＨ２Ｏガス
スパッタ圧力（全圧）：０．４Ｐａ
投入電力：ＤＣ１００Ｗ
Ｓ（基板）−Ｔ（ターゲット）距離：７０ｍｍ【０１０１】
［ホール効果測定用素子の製造］
ホール効果測定用素子は、ガラス基板上に成膜した基板を用いてＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型（東陽テクニカ社製）にセットし、室温でホール効果を評価した。結果を表２に示す。
また、ＩＣＰ−ＡＥＳ分析により、酸化物薄膜に含まれる各元素の原子比がスパッタリングターゲットと同じであることを確認した。【０１０２】
［薄膜トランジスタの製造］
基板として、膜厚１００ｎｍの熱酸化膜付きの導電性シリコン基板を使用した。熱酸化膜がゲート絶縁膜として機能し、導電性シリコン部がゲート電極として機能する。
ゲート絶縁膜上に表２に示す条件でスパッタ成膜し、膜厚５０ｎｍの酸化物薄膜を作製した。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１時間加熱処理（アニール処理）を行った。【０１０３】
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。さらに表２に示すように保護膜を形成する前段階の処理として、酸化物半導体膜に対し、亜酸化窒素プラズマ処理を施した。その後、プラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）にてＳｉＮｘ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。【０１０４】
作製した薄膜トランジスタについて、電界効果移動度（μ）、Ｓ値及び閾値電圧（Ｖｔｈ）を評価した。これらの特性値は、半導体パラメーターアナライザー（ケースレーインスツルメンツ株式会社製４２００ＳＣＳ）を用い、室温、遮光環境下（シールドボックス内）で測定した。尚、ドレイン電圧（Ｖｄ）は１０Ｖとした。結果を表２に示す。【０１０５】
比較例３、４
ターゲット、スパッタ条件及び加熱（アニーリング）処理条件を、表２に記載のものに変更した他は実施例１４〜１６及び参考例４〜５と同様にして酸化物半導体薄膜、薄膜評価用素子及び薄膜トランジスタを作製し、評価した。結果を表２に示す。
表２に示すように、比較例３、４の素子は電界効果移動度が１０ｃｍ２／Ｖｓ未満であり、実施例１４〜１６及び参考例４〜５と比べて大幅に低いことが分かる。
【０１０６】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の薄膜トランジスタは、表示装置、特に大面積のディスプレイ用として用いることができる。【０１０８】
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。
この明細書に記載の文献及び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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