(57)【要約】【課題】高い機械的強度を示すことができるとともに、高い熱伝導率を示すことができる酸化物焼結体およびその製造方法、ならびに該酸化物焼結体を用いて形成される酸化物半導体膜を含む半導体デバイスを提供する。【解決手段】Ｉｎ、ＷおよびＺｎを含有する酸化物焼結体であって、ビックスバイト型結晶相を含む第１結晶相とこれよりもＺｎ含有率が高い第２結晶相とを含み、第２結晶相を構成する粒子は平均長軸径が３〜５０μｍ、平均アスペクト比が４〜５０であり、酸化物焼結体の見かけ密度が６．４ｇ／ｃｍ3超７．５ｇ／ｃｍ3以下であり、酸化物焼結体中のＺｎ含有率が６原子％以上５０原子％未満、Ｗ含有率が０．５原子％より大きく５．０原子％以下、Ｚｎ／Ｗ原子比が３．８以上１００未満である酸化物焼結体およびその製造方法、ならびに該酸化物焼結体を用いて形成される酸化物半導体膜１４を含む半導体デバイス１０の製造方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム、タングステンおよび亜鉛を含有する酸化物焼結体であって、
前記酸化物焼結体の主成分であり、ビックスバイト型結晶相を含む第１結晶相と、
前記第１結晶相よりも亜鉛の含有率が高い第２結晶相と、
を含み、
前記第２結晶相を構成する粒子は、平均長軸径が３μｍ以上５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が４以上５０以下であり、
前記酸化物焼結体の見かけ密度が６．４ｇ／ｃｍ3より大きく７．５ｇ／ｃｍ3以下であり、
前記酸化物焼結体中のインジウム、タングステンおよび亜鉛の合計に対する亜鉛の含有率が６原子％以上５０原子％未満であり、
前記酸化物焼結体中のインジウム、タングステンおよび亜鉛の合計に対するタングステンの含有率が０．５原子％より大きく５．０原子％以下であり、
前記酸化物焼結体中のタングステンに対する亜鉛の原子比が３．８以上１００未満である、酸化物焼結体。
【請求項２】
Ｘ線回折における２θの３４．７４ｄｅｇより大きく３４．９７ｄｅｇより小さい位置に第１回折ピークを有するとともに、２θの３１．７７ｄｅｇより大きく３２．００ｄｅｇより小さい位置に第２回折ピークを有し、
前記第１回折ピークのピーク強度Ｉａと前記第２回折ピークのピーク強度Ｉｂとの比Ｉａ／Ｉｂが０．０５以上３以下である、請求項１に記載の酸化物焼結体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の酸化物焼結体を含む、スパッタターゲット。
【請求項４】
酸化物半導体膜を含む半導体デバイスの製造方法であって、
請求項３に記載のスパッタターゲットを用意する工程と、
前記スパッタターゲットを用いてスパッタ法により前記酸化物半導体膜を形成する工程と、
を含み、
前記酸化物半導体膜中のインジウム、タングステンおよび亜鉛の合計に対するタングステンの含有率が０．５原子％より大きく５．０原子％以下であり、
前記酸化物半導体膜中のインジウム、タングステンおよび亜鉛の合計に対する亜鉛の含有率が３原子％以上５０原子％未満であり、
前記酸化物半導体膜中のタングステンに対する亜鉛の原子比が３．０より大きく１００より小さい、半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記酸化物半導体膜は、ナノ結晶酸化物およびアモルファス酸化物の少なくともいずれか１つで構成される、請求項４に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の酸化物焼結体の製造方法であって、
インジウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程と、
前記１次混合物を熱処理することにより仮焼粉末を形成する工程と、
前記仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程と、
前記２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程と、
を含み、
前記仮焼粉末を形成する工程は、酸素含有雰囲気下、７００℃以上１４００℃未満の温度で前記１次混合物を熱処理することにより、前記仮焼粉末としてインジウムとタングステンとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む、酸化物焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記複酸化物がＩｎ6ＷＯ12型結晶相を含む、請求項６に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載の酸化物焼結体の製造方法であって、
亜鉛酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程と、
前記１次混合物を熱処理することにより仮焼粉末を形成する工程と、
前記仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程と、
前記２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程と、
を含み、
前記仮焼粉末を形成する工程は、酸素含有雰囲気下、５５０℃以上１２００℃未満の温度で前記１次混合物を熱処理することにより、前記仮焼粉末として亜鉛とタングステンとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む、酸化物焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記複酸化物がＺｎＷＯ4型結晶相を含む、請求項８に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記タングステン酸化物粉末は、ＷＯ3結晶相、ＷＯ2結晶相、およびＷＯ2.72結晶相からなる群より選ばれる少なくとも１種の結晶相を含む、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記タングステン酸化物粉末は、メジアン粒径ｄ５０が０．１μｍ以上４μｍ以下である、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体膜をスパッタ法で形成するためのスパッタターゲットとして好適に用いることのできる酸化物焼結体およびその製造方法、該酸化物焼結体を含むスパッタターゲット（スパッタリングターゲット）、ならびに該スパッタターゲットを用いてスパッタ法（スパッタリング法）により形成される酸化物半導体膜を含む半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置、薄膜ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置、有機ＥＬ表示装置等において、半導体デバイスであるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）のチャネル層として機能する半導体膜として、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜が主に使用されてきた。
【０００３】
近年では、ａ−Ｓｉに代わる材料として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有する複合酸化物、すなわちＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物（「ＩＧＺＯ」とも呼ばれる。）が注目されている。ＩＧＺＯ系酸化物半導体は、ａ−Ｓｉと比較して、より高いキャリア移動度が期待できる。
【０００４】
たとえば、特開２００８−１９９００５号公報（特許文献１）は、ＩＧＺＯを主成分とする酸化物半導体膜が、酸化物焼結体をターゲットとして使用するスパッタ法によって形成されることを開示する。
【０００５】
特開２００８−１９２７２１号公報（特許文献２）は、酸化物半導体膜をスパッタ法等により形成する際に好適に用いられる材料として、Ｉｎおよびタングステン（Ｗ）を含む酸化物焼結体を開示する。
【０００６】
また、特開平０９−０７１８６０号公報（特許文献３）は、ＩｎおよびＺｎを含む酸化物焼結体を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１９９００５号公報
【特許文献２】特開２００８−１９２７２１号公報
【特許文献３】特開平０９−０７１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
酸化物焼結体をスパッタターゲットに適用する場合、スパッタターゲットを研削、切削加工などにより所望の形状に加工することが一般的である。このような加工を行っているときに酸化物焼結体が欠けたり、割れたりすることがあるため、酸化物焼結体は、機械的強度が高いことが望ましい。
【０００９】
また、スパッタターゲットとして酸化物焼結体を用いて薄膜形成を実施する場合、このスパッタターゲットには所定の電力が印加される。この際、印加電力を高くしていくとスパッタターゲットの温度が上がり、熱疲労、または酸化物焼結体とこれが貼り付けられている銅のバッキングプレートとの熱膨張差により酸化物焼結体に割れが発生して、スパッタターゲットとして使用できなくなることがある。上記のような割れを生じることなく印加電圧を高めることができるためには、応力がかかっても割れないように酸化物焼結体の機械的強度を高めること、および銅のバッキングプレートを介して行われている水冷の効率を向上するために酸化物焼結体の熱伝導率を高めることが望まれる。
【００１０】
そこで本発明は、高い機械的強度を示すことができるとともに、高い熱伝導率を示すことができる酸化物焼結体およびその製造方法、該酸化物焼結体を含むスパッタターゲット、ならびに該スパッタターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を含む半導体デバイスの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る酸化物焼結体は、インジウム、タングステンおよび亜鉛を含有する酸化物焼結体であって、該酸化物焼結体の主成分であり、ビックスバイト型結晶相を含む第１結晶相と、第１結晶相よりも亜鉛の含有率が高い第２結晶相とを含み、第２結晶相を構成する粒子は、平均長軸径が３μｍ以上５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が４以上５０以下である。
【００１２】
本発明の別の態様に係るスパッタターゲットは、上記態様の酸化物焼結体を含む。
本発明のさらに別の態様に係る半導体デバイスの製造方法は、酸化物半導体膜を含む半導体デバイスの製造方法であって、上記態様のスパッタターゲットを用意する工程と、スパッタターゲットを用いてスパッタ法により酸化物半導体膜を形成する工程とを含む。
【００１３】
本発明のさらに別の態様に係る酸化物焼結体の製造方法は、上記態様の酸化物焼結体の製造方法であって、インジウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程と、該１次混合物を熱処理することにより仮焼粉末を形成する工程と、該仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程と、該２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、該成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程と、を含み、該仮焼粉末を形成する工程は、酸素含有雰囲気下、７００℃以上１４００℃未満の温度で該１次混合物を熱処理することにより、該仮焼粉末としてインジウムとタングステンとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む。
【００１４】
本発明のさらに別の態様に係る酸化物焼結体の製造方法は、上記態様の酸化物焼結体の製造方法であって、亜鉛酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程と、該１次混合物を熱処理することにより仮焼粉末を形成する工程と、該仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程と、該２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、該成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程と、を含み、該仮焼粉末を形成する工程は、酸素含有雰囲気下、５５０℃以上１２００℃未満の温度で該１次混合物を熱処理することにより、該仮焼粉末として亜鉛とタングステンとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む。
【発明の効果】
【００１５】
上記によれば、高い機械的強度を示すことができるとともに、高い熱伝導率を示すことができる酸化物焼結体およびその製造方法を提供することができる。また上記によれば、高電界効果移動度と高信頼性とを両立できる半導体デバイスを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様に係る半導体デバイスの一例を示す概略図であり、（Ａ）は概略平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）に示されるＩＢ−ＩＢ線における概略断面図を示す。
【図２】本発明の一態様に係る半導体デバイスの他の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一態様に係る半導体デバイスのさらに他の一例を示す概略断面図である。
【図４】図１に示される半導体デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図５】図２に示される半導体デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜本発明の実施形態の説明＞
まず、本発明の実施形態を列記して説明する。
【００１８】
［１］本発明の一態様に係る酸化物焼結体は、インジウム（Ｉｎ）、タングステン（Ｗ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有する酸化物焼結体であって、該酸化物焼結体の主成分であり、ビックスバイト型結晶相を含む第１結晶相と、第１結晶相よりも亜鉛の含有率が高い第２結晶相とを含み、第２結晶相を構成する粒子は、平均長軸径が３μｍ以上５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が４以上５０以下である。第２結晶相は、酸化物焼結体の一部に含まれる。本実施形態の酸化物焼結体は、高い機械的強度を示すことができるとともに、高い熱伝導率を示すことができる。また、本実施形態の酸化物焼結体は、比較的低い焼結温度でも高い見かけ密度（焼結後の見かけ密度を意味しており、焼結密度とも呼ばれる。）を示すことができる。本実施形態の酸化物焼結体は、半導体デバイスが有する酸化物半導体膜（たとえばチャネル層として機能する酸化物半導体膜）を形成するためのスパッタターゲットとして好適に用いることができ、本実施形態の酸化物焼結体によれば、電界効果移動度および信頼性の高い半導体デバイスを得ることが可能である。
【００１９】
［２］本実施形態の酸化物焼結体は、Ｘ線回折における２θの３４．７４ｄｅｇより大きく３４．９７ｄｅｇより小さい位置に第１回折ピークを有するとともに、２θの３１．７７ｄｅｇより大きく３２．００ｄｅｇより小さい位置に第２回折ピークを有することができ、この場合、第１回折ピークのピーク強度Ｉａと第２回折ピークのピーク強度Ｉｂとの比Ｉａ／Ｉｂが０．０５以上３以下であることが好ましい。Ｉａ／Ｉｂがこの範囲であることは、比較的低い焼結温度でも高い見かけ密度が高く、かつ高い熱伝導率を示す酸化物焼結体を実現するうえで有利であり、また上記半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高めるうえでも有利である。
【００２０】
［３］本実施形態の酸化物焼結体は、見かけ密度が６．４ｇ／ｃｍ3より大きく７．５ｇ／ｃｍ3以下であり、酸化物焼結体中のインジウム、タングステンおよび亜鉛の合計に対するタングステンの含有率（以下、酸化物焼結体の「Ｗ含有率」ともいう。）が０．５原子％より大きく５．０原子％以下であり、酸化物焼結体中のインジウム、タングステンおよび亜鉛の合計に対する亜鉛の含有率（以下、酸化物焼結体の「Ｚｎ含有率」ともいう。）が１．２原子％以上５０原子％未満であり、酸化物焼結体中のタングステンに対する亜鉛の原子比（以下、酸化物焼結体の「Ｚｎ／Ｗ比」ともいう。）が１．０より大きく１００より小さいことが好ましい。見かけ密度が上記範囲であることは、本実施形態の酸化物焼結体をスパッタターゲットとして用いるうえで有利である。Ｗ含有率、Ｚｎ含有率およびＺｎ／Ｗ比が上記範囲であることは、比較的低い焼結温度でも見かけ密度が高く、かつ高い熱伝導率を示す酸化物焼結体を実現するうえで有利であり、また上記半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高めるうえでも有利である。
【００２１】
［４］本発明の別の実施形態であるスパッタターゲットは、上記実施形態の酸化物焼結体を含む。本実施形態のスパッタターゲットは、上記実施形態の酸化物焼結体を含むため、電界効果移動度および信頼性の高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタ法で形成するために好適に用いられる。
【００２２】
［５］本発明のさらに別の実施形態である半導体デバイスの製造方法は、酸化物半導体膜を含む半導体デバイスの製造方法であって、上記実施形態のスパッタターゲットを用意する工程と、該スパッタターゲットを用いてスパッタ法により上記酸化物半導体膜を形成する工程とを含む。本実施形態の製造方法により得られる半導体デバイスは、上記実施形態のスパッタターゲットを用いてスパッタ法により形成した酸化物半導体膜を含むため、高い電界効果移動度および信頼性を示すことができる。ここで述べる半導体デバイスとは、特に制限はないが、上記実施形態のスパッタターゲットを用いてスパッタ法により形成した酸化物半導体膜をチャネル層として含むＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が好適な例である。
【００２３】
［６］本実施形態の半導体デバイスの製造方法において、得られる酸化物半導体膜中のインジウム、タングステンおよび亜鉛の合計に対するタングステンの含有率（以下、酸化物半導体膜の「Ｗ含有率」ともいう。）は０．５原子％より大きく５．０原子％以下であり、酸化物半導体膜中のインジウム、タングステンおよび亜鉛の合計に対する亜鉛の含有率（以下、酸化物半導体膜の「Ｚｎ含有率」ともいう。）は１原子％以上５０原子％未満であり、酸化物半導体膜中のタングステンに対する亜鉛の原子比（以下、酸化物半導体膜の「Ｚｎ／Ｗ比」ともいう。）は１．０より大きく１００より小さいことが好ましい。本実施形態の製造方法により得られる半導体デバイスは、上記実施形態のスパッタターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を含むため、高い電界効果移動度および信頼性を示すことができる。
【００２４】
［７］本実施形態の半導体デバイスの製造方法において、得られる酸化物半導体膜は、ナノ結晶酸化物およびアモルファス酸化物の少なくともいずれか１つで構成されることができる。このことは、酸化物半導体膜をたとえばチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００２５】
［８］本発明のさらに別の実施形態である酸化物焼結体の製造方法は、上記実施形態の酸化物焼結体の製造方法であって、インジウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程と、１次混合物を熱処理することにより仮焼粉末を形成する工程と、仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程と、２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程とを含み、仮焼粉末を形成する工程は、酸素含有雰囲気下、７００℃以上１４００℃未満の温度で１次混合物を熱処理することにより、仮焼粉末としてインジウムとタングステンとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む。本実施形態の酸化物焼結体の製造方法によれば、機械的強度および熱伝導率が高く、あるいはこれらに加えて、比較的低い焼結温度でも見かけ密度が高い酸化物焼結体を比較的容易に得ることができる。
【００２６】
［９］上記［８］に係る実施形態の酸化物焼結体の製造方法において、上記複酸化物はＩｎ6ＷＯ12型結晶相を含むことができる。このことは、見かけ密度および機械的強度が高く、かつ熱伝導率の高い酸化物焼結体を得るうえで有利である。
【００２７】
［１０］本発明のさらに別の実施形態である酸化物焼結体の製造方法は、上記実施形態の酸化物焼結体の製造方法であって、亜鉛酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程と、１次混合物を熱処理することにより仮焼粉末を形成する工程と、仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程と、２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程とを含み、仮焼粉末を形成する工程は、酸素含有雰囲気下、５５０℃以上１２００℃未満の温度で１次混合物を熱処理することにより、仮焼粉末として亜鉛とタングステンとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む。本実施形態の酸化物焼結体の製造方法によれば、機械的強度および熱伝導率が高く、あるいはこれらに加えて、比較的低い焼結温度でも見かけ密度が高い酸化物焼結体を比較的容易に得ることができる。
【００２８】
［１１］上記［１０］に係る実施形態の酸化物焼結体の製造方法において、上記複酸化物はＺｎＷＯ4型結晶相を含むことができる。このことは、見かけ密度および機械的強度が高く、かつ熱伝導率の高い酸化物焼結体を得るうえで有利である。
【００２９】
［１２］上記［８］〜［１１］に係る実施形態の酸化物焼結体の製造方法においてタングステン酸化物粉末は、ＷＯ3結晶相、ＷＯ2結晶相、およびＷＯ2.72結晶相からなる群より選ばれる少なくとも１種の結晶相を含むことができる。このことは、見かけ密度および機械的強度が高く、かつ熱伝導率の高い酸化物焼結体を得るうえで有利である。
【００３０】
［１３］上記［８］〜［１２］に係る実施形態の酸化物焼結体の製造方法においてタングステン酸化物粉末は、メジアン粒径ｄ５０が０．１μｍ以上４μｍ以下であることができる。このことは、見かけ密度および機械的強度が高く、かつ熱伝導率の高い酸化物焼結体を得るうえで有利である。
【００３１】
＜本発明の実施形態の詳細＞
［実施形態１：酸化物焼結体］
本実施形態の酸化物焼結体は、インジウム（Ｉｎ）、タングステン（Ｗ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有する酸化物焼結体である。本実施形態の酸化物焼結体は、該酸化物焼結体の主成分であってビックスバイト型結晶相を含む第１結晶相と、第１結晶相よりも亜鉛の含有率が高い第２結晶相とを含み、第２結晶相を構成する粒子は、平均長軸径が３μｍ以上５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が４以上５０以下である。第２結晶相は、酸化物焼結体の一部に含まれる。本実施形態の酸化物焼結体は、高い機械的強度を示すことができるとともに、高い熱伝導率を示すことができる。本実施形態の酸化物焼結体は、半導体デバイスの酸化物半導体膜（たとえばチャネル層として機能する酸化物半導体膜）を形成するためのスパッタターゲットとして好適に用いることができ、本実施形態の酸化物焼結体によれば、電界効果移動度および信頼性の高い半導体デバイスを得ることが可能である。
【００３２】
（１）第１結晶相
第１結晶相は、酸化物焼結体の主成分であり、少なくともビックスバイト型結晶相を含む、後述するインジウム高含有型結晶相である。本明細書において「ビックスバイト型結晶相」とは、ビックスバイト結晶相、ならびにビックスバイト結晶相の少なくとも一部にＩｎ以外の金属元素の少なくとも１つが含まれる相であって、ビックスバイト結晶相と同じ結晶構造を有するものの総称をいう。ビックスバイト結晶相は、インジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）の結晶相の１つであり、ＪＣＰＤＳカードの６−０４１６に規定される結晶構造をいい、希土類酸化物Ｃ型相（またはＣ−希土構造相）とも呼ぶ。
【００３３】
ビックスバイト型結晶相を含むことは、Ｘ線回折により同定できる。すなわち、Ｘ線回折により、ビックスバイト型結晶相の存在が確認され、各面間隔を測定することができる。Ｘ線回折の測定条件は、下記の「（３）酸化物焼結体のＸ線回折特性」に示す条件が採用される。
【００３４】
「ビックスバイト型結晶相を含む第１結晶相が酸化物焼結体の主成分である」とは、酸化物焼結体中で、ビックスバイト型結晶相やタングステン酸インジウム化合物結晶相などの高含有率でＩｎを含有するインジウム高含有型結晶相が占める割合（インジウム高含有型結晶相占有率）が５０％以上であることを意味する。
【００３５】
「インジウム高含有型結晶相占有率」は、次のようにして測定される。まず、酸化物焼結体の一部からサンプルを採取し、該サンプルの表面を研磨して平滑にする。次いで、ＳＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析計を付帯する走査型二次電子顕微鏡）を用いて、サンプルの当該表面をＳＥＭ（走査型二次電子顕微鏡）で観察し、各結晶粒子の金属元素の組成比をＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析計）で分析する。そして、それらの結晶粒子の金属元素の組成比の傾向に基づいて、結晶粒子のグループ分けを行う。具体的には、Ｚｎ含有率〔Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率（原子％）〕が後述するグループＢよりも高い結晶粒子のグループＡと、Ｚｎ含有率が非常に低いかまたはＺｎを含有せず、かつ、グループＡに比べてＩｎ含有率（Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＩｎの含有率（原子％））が高い結晶粒子のグループＢ（インジウム高含有型結晶相）とに分ける。このとき、グループＢの結晶粒が第１結晶相（Ｉｎ2Ｏ3相など）であると判断される。第１結晶相は、ビックスバイト型結晶相のほか、タングステン酸インジウム化合物結晶相などを含み得る。そして、酸化物焼結体における「インジウム高含有型結晶相占有率」は、酸化物焼結体の上記測定表面に占めるインジウム高含有型結晶相（グループＢ）の面積の割合（百分率）として定義される。第１結晶相（インジウム高含有型結晶相）を主成分として含む本実施形態に係る酸化物焼結体は、この定義に従うインジウム高含有型結晶相占有率が５０％以上である。
【００３６】
第１結晶相において、その少なくとも一部にＷおよび／またはＺｎが固溶していてもよい。このことは、機械的強度が高く、かつ高い熱伝導率を示す酸化物焼結体を実現するうえで有利であり、また当該酸化物焼結体を用いて形成される酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高めるうえでも有利である。
【００３７】
「第１結晶相の少なくとも一部にＷおよび／またはＺｎが固溶している」とは、第１結晶相の結晶格子中の少なくとも一部に、Ｗおよび／またはＺｎが置換型にて固溶している形態、結晶格子間に侵入型で固溶している形態、または置換型と侵入型の両方の形態で固溶している形態を意味する。
【００３８】
本実施形態に係る酸化物焼結体において、Ｗおよび／またはＺｎが第１結晶相に含まれるビックスバイト型結晶相の少なくとも一部に固溶していると、ＪＣＰＤＳカードの６−０４１６に規定される面間隔よりも広くなったり、狭くなったりする。Ｘ線回折では、ピーク位置が高角度側にシフトしたり、低角度側にシフトしたりする。かかるピークシフトが確認されるとともに、ＳＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析計を付帯する走査型二次電子顕微鏡）やＴＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析計を付帯する透過型二次電子顕微鏡）により面分析を行い、ＩｎとＷおよび／またはＺｎとが混在する領域の存在が確認されたとき、第１結晶相に含まれるビックスバイト型結晶相にＷおよび／またはＺｎが固溶していると判断することができる。
【００３９】
あるいは、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）質量分析、ＳＥＭ−ＥＤＸ、その他の元素同定方法を用いて存在元素の同定を行い、ＩｎとともにＷおよび／またはＺｎの存在が確認されたにもかかわらず、Ｘ線回折ではＷおよび／またはＺｎの酸化物が確認されないことをもって、Ｗおよび／またはＺｎが第１結晶相に含まれるビックスバイト型結晶相に固溶していると判断することもできる。
【００４０】
第１結晶相は、タングステン酸インジウム化合物結晶相をさらに含むことができる。タングステン酸インジウム化合物結晶相をさらに含むことは、機械的強度が高く、かつ高い熱伝導率を示す酸化物焼結体を実現するうえで有利であり、また、酸化物焼結体を用いて形成される酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高めるうえでも有利である。タングステン酸インジウム化合物結晶相は、酸化物焼結体の一部に含まれ得る相である。
【００４１】
本明細書において「タングステン酸インジウム化合物結晶相」とは、Ｉｎ、ＷおよびＯを主成分とする結晶相である。例えば、Ｉｎ6ＷＯ12結晶相、ＩｎＷ3Ｏ9相などが挙げられる。Ｉｎ6ＷＯ12結晶相は、三方晶系の結晶構造を有し、ＪＣＰＤＳカードの０１−０７４−１４１０に規定される結晶構造を有するタングステン酸インジウム化合物結晶相である。当該結晶系を示す限り、酸素が欠損していたり、金属が固溶していたりしていて、格子定数が変化していても構わない。ＩｎＷ3Ｏ9相は、六方晶系の結晶構造を有し、ＪＣＰＤＳカードの３３−６２７に規定される結晶構造を有するタングステン酸インジウム化合物結晶相である。当該結晶系を示す限り、酸素が欠損していたり、金属が固溶していたりしていて、格子定数が変化していても構わない。
【００４２】
タングステン酸インジウム化合物結晶相の存在は、Ｘ線回折において、タングステン酸インジウム化合物結晶相に帰属されるピークが得られることによって確認される。
【００４３】
（２）第２結晶相
本実施形態の酸化物焼結体は、第１結晶相よりもＺｎ含有率（Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率（原子％））が高い第２結晶相をさらに含む。第２結晶相は、酸化物焼結体の一部に含まれる相である。第２結晶相は、好ましくはＺｎ含有率が５０原子％以上である。機械的強度が高く、かつ高い熱伝導率を示す酸化物焼結体を実現する観点から、第２結晶相のＺｎ含有率は、より好ましくは６０原子％以上であり、さらに好ましくは７０原子％以上である。第２結晶相のＺｎ含有率は、１００原子％であってもよい。
【００４４】
第２結晶相の存在は、インジウム高含有型結晶相占有率を求める際に実施するＳＥＭ−ＥＤＸを用いた表面分析によって確認することができ、この表面分析によってグループ分けされる上述のグループＡの結晶粒子を構成する結晶相が第２結晶相である。
【００４５】
第２結晶相は、たとえば、六方晶ウルツ型結晶相、タングステン酸亜鉛化合物結晶相、六方晶層状結晶相およびこれらの組み合わせなどであることができる。本明細書において「六方晶ウルツ型結晶相」とは、六方晶ウルツ結晶相、ならびに六方晶ウルツ結晶相の少なくとも一部にＺｎ以外の金属元素の少なくとも１つが含まれる相であって、六方晶ウルツ結晶相と同じ結晶構造を有するものの総称をいう。六方晶ウルツ結晶相は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）の結晶相の１つであり、空間群：Ｐ６３ｍｃ、空間群Ｎｏ．：１８６にて表され、ＪＣＰＤＳカードの０１−０７９−０２０７に規定される結晶構造をいう。六方晶ウルツ型結晶相の存在は、Ｘ線回折において、六方晶ウルツ型結晶相に帰属されるピークが得られることによって確認できる。
【００４６】
六方晶ウルツ型結晶相は、ＺｎＯを主成分として含み、その少なくとも一部に置換型、侵入型の形でＷおよび／またはＩｎが固溶していてもよい。固溶していることの確認には、上述の「第１結晶相の少なくとも一部にＷおよび／またはＺｎが固溶している」ことを確認する手法と同様に、Ｘ線回折、ＳＥＭ−ＥＤＸ，ＴＥＭ−ＥＤＸを用いた手法を適用することができる。
【００４７】
本明細書において「タングステン酸亜鉛化合物結晶相」とは、Ｚｎ、ＷおよびＯを主成分とする結晶相である。例えば、ＺｎＷＯ4型結晶相が挙げられる。「ＺｎＷＯ4型結晶相」とは、ＺｎＷＯ4結晶相、ならびにＺｎＷＯ4結晶相の少なくとも一部にＺｎおよびＷ以外の元素の少なくとも一つが含まれる相であって、ＺｎＷＯ4結晶相と同じ結晶構造を有するものの総称をいう。ＺｎＷＯ4結晶相は、空間群Ｐ１２／ｃ１（１３）にて表される結晶構造を有し、ＪＣＰＤＳカードの０１−０８８−０２５１に規定される結晶構造を有するタングステン酸亜鉛化合物結晶相である。当該結晶系を示す限り、酸素が欠損していたり、金属が固溶していたりしていて、格子定数が変化していても構わない。
【００４８】
タングステン酸亜鉛化合物結晶相の存在は、Ｘ線回折において、タングステン酸亜鉛化合物結晶相に帰属されるピークが得られることによって確認できる。また、その存在割合は、インジウム高含有型結晶相占有率を求める際に実施するＳＥＭ−ＥＤＸを用いた表面分析によって確認することができる。具体的には、この表面分析によってグループ分けされる上述のグループＡにおいて、ＺｎおよびＷを含有する結晶粒、より典型的にはＺｎ含有率〔Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率（原子％）〕およびＷ含有率〔Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＷの含有率（原子％）〕が前述のＸ線回折においてタングステン酸亜鉛化合物結晶相に近い割合で混合している結晶粒をタングステン酸亜鉛化合物結晶相とし、その存在割合を確認することができる。
【００４９】
六方晶層状結晶相としては、Ｉｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）5などを挙げることができる。Ｉｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）5などの六方晶層状結晶相の存在は、Ｘ線回折において、六方晶層状結晶相に帰属されるピークが得られることによって確認できる。六方晶層状結晶は、その少なくとも一部に置換型、侵入型の形でＷおよび／またはＩｎが固溶していてもよい。固溶していることの確認には、上述の「第１結晶相の少なくとも一部にＷおよび／またはＺｎが固溶している」ことを確認する手法と同様に、Ｘ線回折、ＳＥＭ−ＥＤＸ，ＴＥＭ−ＥＤＸを用いた手法を適用することができる。
【００５０】
上述のように、第２結晶相の存在は、インジウム高含有型結晶相占有率を求める際に実施するＳＥＭ−ＥＤＸを用いた表面分析によって確認することができ、この表面分析によってグループ分けされる上述のグループＡの結晶粒子を構成する結晶相が第２結晶相である。すなわち、Ｚｎ含有率が第１結晶相よりも高い領域がある場合を、第２結晶相が含まれていると判断することができる。第２結晶相は、上述に挙げた六方晶ウルツ型結晶相、タングステン酸亜鉛化合物結晶相、六方晶層状結晶相以外の結晶相であってもよい。
【００５１】
第２結晶相を構成する結晶粒子は、平均長軸径が３μｍ以上５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が４以上５０以下であることが好ましい。このことは、機械的強度が高く、かつ高い熱伝導率を示す酸化物焼結体を実現するうえで有利であり、また、酸化物焼結体を用いて形成される酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高めるうえでも有利である。
【００５２】
上記平均長軸径および平均アスペクト比は次のようにして求められる。インジウム高含有型結晶相占有率を求める際に実施するＳＥＭ−ＥＤＸを用いた表面分析におけるＳＥＭ観察に反射電子像を用いると、第２結晶相であるグループＡは、第１結晶相に分類されるグループＢに比して濃いグレーに観察される。５００倍で撮影した反射電子像において濃いグレーに観察される第２結晶相を構成する結晶粒子に関して長軸長さおよび短軸長さを測定し、長軸長さと短軸長さとの比（長軸長さ／短軸長さ）であるアスペクト比を算出する。短軸長さは、長軸長さの１／２の位置において測定される。なお、測定対象である第２結晶相は単結晶である必要はなく、多結晶が寄り集まった粒子であってもよく、第１結晶相に囲まれた独立した第２結晶相の領域を一つの粒子として計測する。
【００５３】
ＳＥＭ観察において５００倍で撮影した反射電子像の１７０μｍ×２５０μｍ視野にある第２結晶相の短軸長さ、長軸長さをランダムにそれぞれ１００個計測し、長軸長さを長い方から順番に並べた３位から２２位の２０個の平均値を平均長軸径とする。
【００５４】
同様に、ＳＥＭ観察において５００倍で撮影した反射電子像の１７０μｍ×２５０μｍ視野にある第２結晶相の短軸長さ、長軸長さをランダムにそれぞれ１００個計測して、それぞれについてアスペクト比（長軸長さ／短軸長さ）を算出し、得られたアスペクト比を長い方から順番に並べた３位から２２位の２０個の平均値を平均アスペクト比とする。
【００５５】
平均長軸径が３μｍ以上５０μｍ以下であることは、酸化物焼結体の機械的強度および熱伝導率を高めるうえで有利である。平均長軸径が３μｍより小さい場合、十分に高い機械的強度および熱伝導率が得られない。平均長軸径が５０μｍより大きい場合、十分に高い機械的強度が得られない傾向にある。平均長軸径は、好ましくは１０μｍ以上であり、より好ましくは１５μｍ以上である。また平均長軸径は、好ましくは４０μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以下である。
【００５６】
平均アスペクト比が４以上５０以下であることは、機械的強度を高めるうえで有利であり、熱伝導率を高めるうえでも有利である。平均アスペクト比が４より小さい場合、十分に高い機械的強度および熱伝導率が得られない。平均アスペクト比が５０より大きい場合、十分に高い見かけ密度が得られないことから、機械的強度が低くなる。平均アスペクト比は、好ましくは６以上であり、より好ましくは８以上である。また平均アスペクト比は、好ましくは４０以下であり、より好ましくは３０以下である。
【００５７】
（３）酸化物焼結体のＸ線回折特性
本実施形態の酸化物焼結体は、Ｘ線回折における２θの３４．７４ｄｅｇより大きく３４．９７ｄｅｇより小さい位置に第１回折ピークを有するとともに、２θの３１．７７ｄｅｇより大きく３２．００ｄｅｇより小さい位置に第２回折ピークを有し、第１回折ピークのピーク強度Ｉａと第２回折ピークのピーク強度Ｉｂとの比Ｉａ／Ｉｂが０．０５以上３以下であることが好ましい。Ｉａ／Ｉｂがこの範囲であることは、比較的低い焼結温度でも高い見かけ密度が高く、かつ高い熱伝導率を示す酸化物焼結体を実現するうえで有利であり、また、酸化物焼結体を用いて形成される酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高めるうえでも有利である。第１回折ピークと第２回折ピークは同じ結晶相から得られる場合もありえる。第１回折ピークと第２回折ピークが同じ結晶相から得られていない場合、第２回折ピークを有する結晶相は、Ｉｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）5である可能性があるが、現在のところ定かではない。
【００５８】
Ｉａ／Ｉｂが０．０５未満であると、得られる酸化物焼結体の熱伝導率が十分に高くならない傾向にある。この観点から、Ｉａ／Ｉｂは、より好ましくは０．１以上であり、さらに好ましくは０．２以上である。Ｉａ／Ｉｂが３より大きい酸化物焼結体を調製することは容易ではない。高い熱伝導率を得る観点から、Ｉｂ／Ｉａは、より好ましくは２以下である。
【００５９】
Ｘ線回折の測定は、以下の条件またはこれと同等条件にて実施される。
（Ｘ線回折の測定条件）
θ−２θ法、
Ｘ線源：Ｃｕ  Ｋα線、
Ｘ線管球電圧：４５ｋＶ、
Ｘ線管球電流：４０ｍＡ、
ステップ幅：０．０３ｄｅｇ、
ステップ時間：１秒／ステップ、
測定範囲２θ：１０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇ。
【００６０】
Ｘ線回折におけるピーク強度ＩａおよびＩｂは、それぞれ次のようにして求められる。まず、２θが３２．１５ｄｅｇ以上３２．９０ｄｅｇ以下の範囲におけるＸ線回折のシグナル強度Ｉの平均値Ｉａｖｅを算出する。次に、第１回折ピークのシグナル強度Ｉａ’および第２回折ピークのシグナル強度Ｉｂ’を計測し、第１回折ピークのピーク強度Ｉａを、下記式：
Ｉａ＝Ｉａ’−Ｉａｖｅ
より求める。同様に、第２回折ピークのピーク強度Ｉｂを、下記式：
Ｉｂ＝Ｉｂ’−Ｉａｖｅ
より求める。本計算はＸ線回折におけるバックグラウンドを除去することを目的としている。
【００６１】
Ｉａ／Ｉｂは、試料が無配向である場合には物質固有の値を示すが、本実施形態の酸化物焼結体においてＩａ／Ｉｂは、物質固有の値とは異なる値を示すことがある。この場合、第２結晶相は、配向性を有していると考えられる。結晶の方位によって、酸化物焼結体の熱伝導率や機械的強度は異なり得るところ、本実施形態の酸化物焼結体においては、Ｉａ／Ｉｂが０．０５以上３以下であると、高い熱伝導率や高い機械的強度を実現するうえで有利となる。
【００６２】
（４）酸化物焼結体の見かけ密度、Ｗ含有率、Ｚｎ含有率およびＺｎ／Ｗ比
本実施形態の酸化物焼結体は、見かけ密度が６．４ｇ／ｃｍ3より大きく７．５ｇ／ｃｍ3以下であることが好ましい。また本実施形態の酸化物焼結体は、その理論密度に対する見かけ密度の比である相対密度（相対密度／理論密度）が９４％以上であることが好ましい。本実施形態の酸化物焼結体の理論密度は、そのＩｎ含有率、Ｗ含有率およびＺｎ含有率に依存し、計算上、６．８ｇ／ｃｍ3〜７．５ｇ／ｃｍ3の範囲の値を採り得る。
【００６３】
見かけ密度が上記範囲であることは、本実施形態の酸化物焼結体をスパッタターゲットとして用いるうえで有利である。酸化物焼結体をスパッタターゲットとして用いる場合、その酸化物焼結体の見かけ密度は高ければ高いほど望ましいとされている。酸化物焼結体の見かけ密度が低いということは、酸化物焼結体中に空孔が多く存在することを意味している。スパッタターゲットは使用時に表面がアルゴンイオンでエッチングされながら使用される。したがって、酸化物焼結体中に空孔が存在すると、成膜中にこれが露出して内部の気体が放出されるため、析出される酸化物半導体薄膜中にターゲットから放出された気体が混入してしまい、膜特性が劣化する。また、酸化物焼結体の見かけ密度が低いと、成膜時にノジュールといわれるＩｎの絶縁体がターゲット上に生成し、良好なスパッタ放電が阻害されることが知られており、この観点からも酸化物焼結体の見かけ密度を高くすることが望まれる。
【００６４】
本実施形態の酸化物焼結体は、Ｗ含有率が０．５原子％より大きく５．０原子％以下であり、Ｚｎ含有率が１．２原子％以上５０原子％未満であり、Ｚｎ／Ｗ比が１．０より大きく１００より小さいことが好ましい。Ｗ含有率、Ｚｎ含有率およびＺｎ／Ｗ比が上記範囲であることは、比較的低い焼結温度でも見かけ密度が高く、かつ高い熱伝導率を示す酸化物焼結体を実現するうえで有利であり、また、酸化物焼結体を用いて形成される酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高めるうえでも有利である。
【００６５】
電界効果移動度および信頼性を高める観点から、酸化物焼結体のＷ含有率は、より好ましくは０．６原子％以上３原子％以下であり、さらに好ましくは２原子％以下である。酸化物焼結体のＷ含有率が０．５原子％以下の場合、かかる酸化物焼結体を用いて形成された酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、信頼性が低くなってしまう。酸化物焼結体のＷ含有率が５原子％を超える場合、かかる酸化物焼結体を含むスパッタターゲットを用いて形成された酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、電界効果移動度が低くなってしまう。
【００６６】
このように、好ましくは、本実施形態の酸化物焼結体を用いて形成される酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスの特性によって酸化物焼結体のＷ含有率の範囲が決定され、酸化物半導体膜のＷ含有率は通常、酸化物焼結体のＷ含有率に応じた値を示す。ただし、酸化物半導体膜のＷ含有率と酸化物焼結体のＷ含有率と必ずしも一致する必要はない。
【００６７】
インジウム酸化物とタングステン酸化物とを混合して得られる酸化物焼結体は、一般に見かけ密度が小さい。Ｚｎを含有させ、ＷとＺｎとの接触点を増やすことによって見かけ密度を高めることができるが、半導体デバイスの特性を考慮して決められる所望のＷ含有率は０．５原子％より大きく５．０原子％以下と少量であるため、より高い見かけ密度を有する酸化物焼結体を実現するためにはＺｎ含有率を高くすることが好ましい。Ｚｎ含有率が１．２原子％未満の場合、十分に高い見かけ密度を得ることが難しい傾向にある。Ｚｎ含有率が５０原子％以上の場合、酸化物焼結体の電気抵抗が高くなり、直流電圧印加によりスパッタリングすることが困難な傾向にある。また、第２結晶相を構成する結晶粒子同士が相互に接続し合い、平均長軸径および／または平均アスペクト比が上記所定の範囲にあるかどうかを測定によって確認することが難しくなる。Ｚｎ／Ｗ比が１．０以下の場合、十分に高い見かけ密度を得ることが難しい傾向にある。Ｚｎ／Ｗ比が１００以上の場合、酸化物焼結体の電気抵抗が高くなり、直流電圧印加によりスパッタリングすることが困難な傾向にある。酸化物焼結体中のＩｎ、ＺｎおよびＷの含有量は、ＩＣＰ質量分析法により測定することができる。
【００６８】
なお、本実施形態の酸化物焼結体は、ジルコニウム（Ｚｒ）をさらに含有していてもよい。その含有量は、たとえば１×１０17ａｔｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｍｓ／ｃｍ3以下である。Ｚｒは、酸化物焼結体の製造工程にて混入し得る元素であるが、高い見かけ密度および高い機械的強度を達成することを阻害するものではない。Ｚｒの存在およびその含有量は、二次イオン質量分析計にて確認することができる。
【００６９】
（５）酸化物焼結体のスパッタターゲットへの適用
本実施形態の酸化物焼結体は、スパッタターゲットとして好適に用いることができる。スパッタターゲットとは、スパッタ法の原料となるものである。スパッタ法とは、成膜室内にスパッタターゲットと基板とを対向させて配置し、スパッタターゲットに電圧を印加して、希ガスイオンでターゲットの表面をスパッタリングすることにより、ターゲットからターゲットを構成する原子を放出させて基板上に堆積させることによりターゲットを構成する原子で構成される膜を形成する方法をいう。
【００７０】
スパッタターゲットは、印加される電圧によって電流が流れることから、加熱される。このため、酸化物焼結体は銅のバッキングプレートにインジウム金属によって貼り付けられて銅側から水冷されるのが一般的である。スパッタターゲットに印加される電力が高いほど、スパッタターゲットの加熱温度も高くなる。
【００７１】
酸化物焼結体をスパッタターゲットとしてスパッタ法により形成した酸化物半導体膜を含む半導体デバイスにおいて信頼性をより高めるためには、スパッタ時にスパッタターゲットに印加する電力を高くすることが好ましい。しかしながら、印加電力を高くするとスパッタターゲットの加熱温度も高くなるため、成膜時に銅のバッキングプレートと酸化物焼結体の熱膨張差により、酸化物焼結体に引張応力がかかり割れを生じることがある。この割れを抑制するためには、酸化物焼結体の熱伝導率を高めることによって水冷による冷却効率を高め、同じ電力を印加しても酸化物焼結体の加熱温度を抑えることが望まれる。また、酸化物焼結体の機械的強度を高めることによって、同じ引張応力がかかっても割れを発生しにくくすることが望まれる。本実施形態の酸化物焼結体は、とりわけ所定の平均長軸径および平均アスペクト比を有することにより、このような要請に適合した熱伝導率および機械的強度の高い酸化物焼結体である。
【００７２】
［実施形態２：酸化物焼結体の製造方法］
本実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法の１つは、実施形態１に係る酸化物焼結体の製造方法であって、亜鉛酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程と、１次混合物を熱処理することにより仮焼粉末を形成する工程と、仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程と、２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程とを含む。仮焼粉末を形成する工程は、酸素含有雰囲気下、５５０℃以上１２００℃未満の温度で１次混合物を熱処理することにより、仮焼粉末としてＺｎとＷとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む。
【００７３】
上記の製造方法によれば、仮焼粉末を形成する工程において、亜鉛酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を、酸素含有雰囲気下、５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、仮焼粉末としてＺｎとＷとを含む複酸化物粉末を形成することを含むため、機械的強度および熱伝導率の高い、スパッタターゲットとして好適に用いることのできる酸化物焼結体を得ることができる。また、上記の製造方法によれば、比較的低い焼結温度でも見かけ密度が高い酸化物焼結体を得ることができる。複酸化物としては、酸素が欠損していたり、金属が置換していたりしていても構わない。
【００７４】
熱処理の温度が５５０℃未満の場合は、ＺｎとＷとを含む複酸化物粉末が得られず、１２００℃以上の場合、ＺｎとＷとを含む複酸化物粉末が分解、飛散してしまうか、複酸化物粉末の粒径が大きくなりすぎて使用に適さなくなる傾向にある。
【００７５】
また、上記熱処理によって仮焼粉末としてのＺｎとＷとを含む複酸化物粉末を形成することにより、得られる酸化物焼結体を含むスパッタターゲットを用いて形成された酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、より効果的に電界効果移動度および信頼性を高くすることができる。
【００７６】
ＺｎとＷとを含む複酸化物は、ＺｎＷＯ4型結晶相を含むことが好ましい。これにより、酸化物焼結体の見かけ密度および機械的強度をより効果的に高めることができる。ＺｎＷＯ4型結晶相は、空間群Ｐ１２／ｃ１（１３）にて表される結晶構造を有し、ＪＣＰＤＳカードの０１−０８８−０２５１に規定される結晶構造を有するタングステン酸亜鉛化合物結晶相である。当該結晶系を示す限り、酸素が欠損していたり、金属が固溶していたりしていて、格子定数が変化していても構わない。ＺｎＷＯ4型結晶相は、Ｘ線回折測定により同定される。
【００７７】
また、本実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法の他の１つは、実施形態１に係る酸化物焼結体の製造方法であって、インジウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程と、１次混合物を熱処理することにより仮焼粉末を形成する工程と、仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程と、２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程とを含む。仮焼粉末を形成する工程は、酸素含有雰囲気下、７００℃以上１４００℃未満の温度で１次混合物を熱処理することにより、仮焼粉末としてＩｎとＷとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む。
【００７８】
上記の製造方法によれば、仮焼粉末を形成する工程において、インジウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を、酸素含有雰囲気下、７００℃以上１４００℃未満の温度で熱処理することにより、仮焼粉末としてＩｎとＷとを含む複酸化物粉末を形成することを含むため、機械的強度および熱伝導率の高い、スパッタターゲットとして好適に用いることのできる酸化物焼結体を得ることができる。また、上記の製造方法によれば、比較的低い焼結温度でも見かけ密度が高い酸化物焼結体を得ることができる。複酸化物としては、酸素が欠損していたり、金属が置換していたりしていても構わない。
【００７９】
熱処理の温度が７００℃未満の場合は、ＩｎとＷとを含む複酸化物粉末が得られず、１４００℃以上の場合、ＩｎとＷとを含む複酸化物粉末が分解、飛散してしまうか、複酸化物粉末の粒径が大きくなりすぎて使用に適さなくなる傾向にある。
【００８０】
また、上記熱処理によって仮焼粉末としてのＩｎとＷとを含む複酸化物粉末を形成することにより、得られる酸化物焼結体を含むスパッタターゲットを用いて形成された酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、より効果的に電界効果移動度および信頼性を高くすることができる。
【００８１】
ＩｎとＷとを含む複酸化物は、Ｉｎ6ＷＯ12型結晶相を含むことが好ましい。これにより、酸化物焼結体の見かけ密度および機械的強度をより効果的に高めることができる。Ｉｎ6ＷＯ12結晶相は、三方晶系の結晶構造を有し、ＪＣＰＤＳカードの０１−０７４−１４１０に規定される結晶構造を有するタングステン酸インジウム化合物結晶相である。当該結晶系を示す限り、酸素が欠損していたり、金属が固溶していたりしていて、格子定数が変化していても構わない。なお、特開２００４−０９１２６５号公報で開示されているタングステン酸インジウム化合物結晶相は、ＩｎＷ3Ｏ9結晶相であり、六方晶系の結晶構造を有し、ＪＣＰＤＳカードの３３−６２７に規定される結晶構造を有するため、Ｉｎ6ＷＯ12結晶相とは結晶構造が異なる。Ｉｎ6ＷＯ12型結晶相は、Ｘ線回折測定により同定される。
【００８２】
Ｗは、インジウム酸化物の焼結を阻害し、ひいては酸化物焼結体の高い見かけ密度の達成を阻害することが知られている。しかしながら、本発明の製造方法によれば、ＩｎとＷとを含む複酸化物の粉末、および／またはＺｎとＷとを含む複酸化物の粉末、および／またはＩｎとＺｎとを含む複酸化物の粉末を用いることにより、高い見かけ密度を有する酸化物焼結体を低い焼結温度にて得ることが可能である。また、得られた酸化物焼結体は高い熱伝導率を有している。
【００８３】
Ｉｎ、ＷおよびＺｎを含む酸化物焼結体の見かけ密度を高めるためには、融点の低いＺｎとＷとを含む複酸化物を焼結時に存在させることが有効である。このためには、焼結時にタングステン酸化物と亜鉛酸化物の接触点を増やして、ＺｎとＷとを含む複酸化物を形成することが好ましい。したがって、低い焼結温度でも高い見かけ密度を得る観点から、あるいはさらに高い機械的強度を得る観点からも、予め合成したＺｎとＷとを含む複酸化物の粉末を製造工程に用いる方法や、予め合成したＩｎとＷとを含む複酸化物の粉末を用いることでＺｎとの接触点を増やす方法を用いることが好ましい。これらの方法は単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。たとえば、予め合成したＺｎとＷとを含む複酸化物の粉末を製造工程に用いる方法と、予め合成したインジウムとタングステンとを含む複酸化物の粉末を用いる方法とを併用してもよい。低い焼結温度で高い見かけ密度と高い熱伝導率および高い機械的強度を実現できる観点から、予め合成したＺｎとＷとを含む複酸化物の粉末を製造工程に用いる方法を少なくとも用いることがより好ましい。
【００８４】
酸化物焼結体の製造に用いられるタングステン酸化物粉末は、ＷＯ3結晶相、ＷＯ2結晶相、およびＷＯ2.72結晶相からなる群より選ばれる少なくとも１種の結晶相を含むことが好ましい。これにより、酸化物焼結体の見かけ密度および機械的強度をより効果的に高めることができるとともに、電界効果移動度および信頼性を高めるうえでも有利となる。
【００８５】
またタングステン酸化物粉末は、メジアン粒径ｄ５０が０．１μｍ以上４μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましく、０．３μｍ以上１．５μｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、酸化物焼結体の見かけ密度および機械的強度をより効果的に高めることができる。メジアン粒径ｄ５０は、ＢＥＴ比表面積測定により求められる。メジアン粒径ｄ５０が０．１μｍより小さい場合、粉末のハンドリングが困難で、亜鉛酸化物粉末とタングステン酸化物粉末、もしくはインジウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末を均一に混合することが難しい傾向にある。
【００８６】
メジアン粒径ｄ５０が４μｍより大きい場合、亜鉛酸化物粉末と混合した後、酸素含有雰囲気下で５５０℃以上１２００℃未満の温度にて熱処理して得られるＺｎとＷとを含む複酸化物粉末の粒径も大きくなってしまい、酸化物焼結体の見かけ密度および機械的強度を高くすることが難しい傾向にある。また、同様にインジウム酸化物粉末と混合した後、酸素含有雰囲気下で７００℃以上１４００℃未満の温度にて熱処理して得られるＩｎとＷとを含む複酸化物粉末の粒径も大きくなってしまい、酸化物焼結体の見かけ密度および機械的強度を高くすることが難しい傾向にある。
【００８７】
本実施形態に係る酸化物焼結体の製造方法は、特に制限はないが、効率よく実施形態１の酸化物焼結体を形成する観点から、たとえば、以下の工程を含む。
【００８８】
（１）原料粉末を準備する工程
酸化物焼結体の原料粉末として、インジウム酸化物粉末（たとえばＩｎ2Ｏ3粉末）、タングステン酸化物粉末（たとえばＷＯ3粉末、ＷＯ2.72粉末、ＷＯ2粉末）、亜鉛酸化物粉末（たとえばＺｎＯ粉末）等、酸化物焼結体を構成する金属元素の酸化物粉末を準備する。タングステン酸化物粉末としてはＷＯ3粉末だけでなく、ＷＯ2.72粉末、ＷＯ2粉末のようなＷＯ3粉末に比べて酸素が欠損した化学組成を有する粉末を原料として用いることが、半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高める観点から好ましい。かかる観点から、ＷＯ2.72粉末およびＷＯ2粉末の少なくとも１つをタングステン酸化物粉末の少なくとも一部として用いることがより好ましい。原料粉末の純度は、酸化物焼結体への意図しない金属元素およびＳｉの混入を防止し、安定した物性を得る観点から、９９．９質量％以上の高純度であることが好ましい。
【００８９】
上述のように、タングステン酸化物粉末のメジアン粒径ｄ５０は、０．１μｍ以上４μｍ以下であることが、酸化物焼結体の見かけ密度および機械的強度を高くする観点から、好ましい。
【００９０】
（２）１次混合物を調製する工程
（２−１）亜鉛酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程
上記原料粉末の内、亜鉛酸化物粉末とタングステン酸化物粉末とを混合（または粉砕混合）する。このとき、酸化物焼結体の結晶相としてＺｎＷＯ4型結晶相を得たい場合は、タングステン酸化物粉末と亜鉛酸化物粉末とをモル比で１：１の割合で、Ｚｎ2Ｗ3Ｏ8型結晶相を得たい場合は、タングステン酸化物粉末と亜鉛酸化物粉末とをモル比で３：２の割合で混合する。上述のように、酸化物焼結体の見かけ密度および機械的強度をより効果的に高める観点、ならびに半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高める観点からは、酸化物焼結体は、ＺｎＷＯ4型相を含むことが好ましい。タングステン酸化物粉末と亜鉛酸化物粉末とを混合する方法に特に制限はなく、乾式および湿式のいずれの方式であってもよく、具体的には、ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル等を用いて粉砕混合される。このようにして、原料粉末の１次混合物が得られる。湿式の粉砕混合方式を用いて得られた混合物の乾燥には、自然乾燥やスプレードライヤのような乾燥方法を用いることができる。
【００９１】
（２−２）インジウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末との１次混合物を調製する工程
上記原料粉末の内、インジウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末とを混合（または粉砕混合）する。このとき、酸化物焼結体の結晶相としてＩｎ6ＷＯ12型結晶相を得たい場合は、タングステン酸化物粉末とインジウム酸化物粉末とをモル比で１：３の割合で混合する。タングステン酸化物粉末とインジウム酸化物粉末とを混合する方法に特に制限はなく、乾式および湿式のいずれの方式であってもよく、具体的には、ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル等を用いて粉砕混合される。このようにして、原料粉末の１次混合物が得られる。湿式の粉砕混合方式を用いて得られた混合物の乾燥には、自然乾燥やスプレードライヤのような乾燥方法を用いることができる。
【００９２】
（３）仮焼粉末を形成する工程
（３−１）タングステン酸亜鉛酸化物の仮焼粉末を形成する工程
得られた１次混合物を熱処理（仮焼）して、仮焼粉末（ＺｎとＷとを含む複酸化物粉末）を形成する。１次混合物の仮焼温度は、仮焼物の粒径が大きくなりすぎて焼結体の見かけ密度が低下することがないように１２００℃未満であることが好ましく、仮焼生成物としてＺｎとＷとを含む複酸化物粉末を得るために、また、ＺｎＷＯ4型結晶相を得るためには５５０℃以上であることが好ましい。より好ましくは５５０℃以上１０００℃未満であり、さらに好ましくは５５０℃以上９００℃以下である。仮焼温度は結晶相が形成される温度である限り、仮焼粉の粒径をなるべく小さくできる点から低い方が好ましい。このようにして、ＺｎＷＯ4型結晶相を含む仮焼粉末を得ることができる。仮焼雰囲気は、酸素を含む雰囲気であればよいが、大気圧もしくは大気よりも圧力の高い空気雰囲気、または大気圧もしくは大気よりも圧力の高い酸素を２５体積％以上含む酸素−窒素混合雰囲気が好ましい。生産性が高いことから、大気圧またはその近傍下での空気雰囲気がより好ましい。
【００９３】
（３−２）タングステン酸インジウム酸化物の仮焼粉末を形成する工程
得られた１次混合物を熱処理（仮焼）して、仮焼粉末（ＩｎとＷとを含む複酸化物粉末）を形成する。１次混合物の仮焼温度は、仮焼物の粒径が大きくなりすぎて焼結体の見かけ密度または機械的強度が低下することがないように１４００℃未満であることが好ましく、仮焼生成物としてＩｎとＷとを含む複酸化物粉末を得るために、また、Ｉｎ6ＷＯ12型結晶相を得るためには７００℃以上であることが好ましい。より好ましくは８００℃以上１３００℃未満である。仮焼温度は結晶相が形成される温度である限り、仮焼粉の粒径をなるべく小さくできる点から低い方が好ましい。このようにして、Ｉｎ6ＷＯ12型結晶相を含む仮焼粉末を得ることができる。仮焼雰囲気は、酸素を含む雰囲気であればよいが、大気圧もしくは大気よりも圧力の高い空気雰囲気、または大気圧もしくは大気よりも圧力の高い酸素を２５体積％以上含む酸素−窒素混合雰囲気が好ましい。生産性が高いことから、大気圧またはその近傍下での空気雰囲気がより好ましい。
【００９４】
（４）仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物を調製する工程
次に、得られた仮焼粉末と、上記原料粉末の内の残りの粉末〔インジウム酸化物粉末（たとえばＩｎ2Ｏ3粉末）または亜鉛酸化物粉末（例えばＺｎＯ粉末）〕とを、１次混合物の調製と同様にして、混合（または粉砕混合）する。このようにして、原料粉末の２次混合物が得られる。タングステン酸化物は、上記仮焼工程により複酸化物として存在していることが好ましい。
【００９５】
（５）２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程
次に、得られた２次混合物を成形する。２次混合物を成形する方法に特に制限はないが、酸化物焼結体の見かけ密度を高くする点から、一軸プレス法、ＣＩＰ（冷間静水圧処理）法、キャスティング法等が好ましい。
【００９６】
（６）成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程
次に、得られた成形体を焼結して、酸化物焼結体を形成する。この際、生産性の面からホットプレス焼結法は用いないことが好ましい。成形体の焼結温度に特に制限はないが、形成される酸化物焼結体の見かけ密度を６．４ｇ／ｃｍ3より大きくするとともに機械的強度を高くするために、９００℃以上で、１２００℃より低いことが好ましい。焼結雰囲気にも特に制限はないが、酸化物焼結体の構成結晶の粒径が大きくなることを防いでクラックの発生を防止する観点から、大気圧またはその近傍下での空気雰囲気が好ましい。
【００９７】
［実施形態３：スパッタターゲット］
本実施形態に係るスパッタターゲットは、実施形態１の酸化物焼結体を含む。したがって、本実施形態に係るスパッタターゲットは、電界効果移動度が高く、信頼性も高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタ法で形成するために好適に用いることができる。
【００９８】
本実施形態に係るスパッタターゲットは、電界効果移動度および信頼性の高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタ法で形成するために好適に用いられるものとするために、実施形態１の酸化物焼結体を含むことが好ましく、実施形態１の酸化物焼結体からなることがより好ましい。
【００９９】
［実施形態４：半導体デバイスおよびその製造方法］
図１を参照して、本実施形態に係る半導体デバイス１０は、実施形態１の酸化物焼結体を用いて形成される、または実施形態３のスパッタターゲット用いてスパッタ法により形成した酸化物半導体膜１４を含む。かかる酸化物半導体膜１４を含むため、本実施形態に係る半導体デバイスは、電界効果移動度が高く、信頼性も高いという特性を有することができる。
【０１００】
本実施形態に係る半導体デバイス１０は、特に限定はされないが、たとえば、高い電界効果移動度と高い信頼性を有することから、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）であることが好ましい。ＴＦＴが有する酸化物半導体膜１４は、高い電界効果移動度と高い信頼性を有することから、チャネル層であることが好ましい。
【０１０１】
本実施形態に係る半導体デバイス１０において、酸化物半導体膜１４のＷ含有率は、好ましくは０．５原子％より大きく５．０原子％以下であり、酸化物半導体膜１４のＺｎ含有率は、好ましくは１原子％以上５０原子％未満であり、かつ酸化物半導体膜１４のＺｎ／Ｗ比は、好ましくは１．０より大きく１００より小さい。これにより、半導体デバイス１０の電界効果移動度および信頼性を高めることができる。
【０１０２】
電界効果移動度および信頼性を高める観点から、酸化物半導体膜１４のＷ含有率は、より好ましくは０．６原子％以上３原子％以下であり、さらに好ましくは２原子％以下である。酸化物半導体膜１４のＷ含有率が０．５原子％以下の場合、かかる酸化物半導体膜１４をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、信頼性が低くなってしまう。酸化物半導体膜１４のＷ含有率が５原子％を超える場合、かかる酸化物半導体膜をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、電界効果移動度が低くなってしまう。
【０１０３】
酸化物半導体膜１４のＺｎ含有率が１原子％以上５０原子％未満であり、かつ酸化物半導体膜１４のＺｎ／Ｗ比が１．０より大きく１００より小さい場合、かかる酸化物半導体膜１４をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、電界効果移動度を高くすることができるとともに、信頼性を高くすることができる。
【０１０４】
電界効果移動度および信頼性を高める観点から、酸化物半導体膜１４のＺｎ含有率は、より好ましくは３原子％より大きく４０原子％以下であり、さらに好ましくは５原子％以上で２０原子％より小さい。
【０１０５】
酸化物半導体膜１４のＺｎ含有率が１原子％より小さい場合、かかる酸化物半導体膜１４をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、信頼性が低くなってしまう。酸化物半導体膜１４のＺｎ含有率が５０原子％以上である場合、かかる酸化物半導体膜１４をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、電界効果移動度が低くなってしまう。
【０１０６】
酸化物半導体膜１４におけるＺｎ／Ｗ比が１．０以下の場合、かかる酸化物半導体膜１４をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、信頼性が低くなってしまう。Ｚｎ／Ｗ比は、より好ましくは３．０以上であり、さらに好ましくは５．０以上である。酸化物半導体膜１４におけるＺｎ／Ｗ比が１００以上の場合、かかる酸化物半導体膜１４をチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、電界効果移動度が低くなってしまう。Ｚｎ／Ｗ比は、より好ましくは２０より小さい。
【０１０７】
酸化物半導体膜１４の化学組成、すなわち、各種元素の含有率は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱分析）により測定される。この測定結果に基づいて、Ｗ含有率、Ｚｎ含有率およびＺｎ／Ｗ比が算出される。ＲＢＳでの分析を実施できない場合は、ＴＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析計を付帯する透過型電子顕微鏡）により測定される。化学組成測定の正確性から、ＲＢＳでの測定が望ましい。ＴＥＭ−ＥＤＸを用いる場合はまず、検量線作成用の試料として、Ｉｎ、Ｗ、ＺｎおよびＯからなり、測定対象の酸化物半導体膜に近い組成を有し、かつ、ＲＢＳでの分析を実施可能な酸化物半導体膜を少なくとも３個以上用意する。次いで、これらの試料について、ＲＢＳによってＩｎ、ＷおよびＺｎの含有量を測定するとともに、ＴＥＭ−ＥＤＸによってＩｎ、ＷおよびＺｎの含有量を測定する。これらの測定値から、ＴＥＭ−ＥＤＸによるＩｎ、ＷおよびＺｎの含有量の測定値と、ＲＢＳによるＩｎ、ＷおよびＺｎの含有量の測定値との関係を示す検量線を作成する。そして、測定対象の酸化物半導体膜について、ＴＥＭ−ＥＤＸによってＩｎ、ＷおよびＺｎの含有量を測定した後、この測定値を、上記検量線に基づきＲＢＳによるＩｎ、ＷおよびＺｎの含有量の測定値に変換する。この変換された値が、測定対象の酸化物半導体膜についてのＩｎ、ＷおよびＺｎの含有量である。
【０１０８】
酸化物半導体１４は、ジルコニウム（Ｚｒ）をさらに含有していてもよい。その含有量は、たとえば１×１０17ａｔｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｍｓ／ｃｍ3以下である。Ｚｒは、酸化物焼結体の製造工程にて混入し得る元素であり、この酸化物焼結体を原料として成膜される酸化物半導体膜１４にも混入され得るが、Ｚｒの存在は、高い電界効果移動度と高い信頼性を阻害するものではない。ジルコニウムの存在およびその含有量は、二次イオン質量分析計にて確認することができる。
【０１０９】
ここで半導体デバイスの信頼性について説明する。一般的に酸化物半導体は、半導体デバイスの製造時においてスパッタリング電力を変化させることにより、半導体デバイスの信頼性が変化する。スパッタリング電力を増加させることにより、半導体デバイスの信頼性が向上する。信頼性を高くできる理由は明らかではないが、得られる酸化物半導体膜の膜密度が向上し、半導体デバイスの信頼性に影響を及ぼすキャリアの捕獲準位密度が減少することなどが考えられる。
【０１１０】
酸化物半導体膜１４は、ナノ結晶酸化物およびアモルファス酸化物の少なくともいずれか１つで構成されることが、これをチャネル層として含む半導体デバイス（たとえばＴＦＴ）において、電界効果移動度が高く、かつ信頼性も高くすることができる点から好ましい。
【０１１１】
本明細書において「ナノ結晶酸化物」とは、以下の条件に従うＸ線回折測定によっても、結晶に起因するピークが観測されずにハローと呼ばれる低角度側に現れるブロードなピークのみが観測され、かつ、透過電子顕微鏡を用い、以下の条件に従って微細領域の透過電子線回折測定を実施した場合、リング状のパターンが観察される酸化物をいう。リング状のパターンとは、スポットが集合してリング状のパターンを形成している場合を含む。
【０１１２】
また、本明細書において「アモルファス酸化物」とは、以下の条件に従うＸ線回折測定によっても、結晶に起因するピークが観測されずにハローと呼ばれる低角度側に現れるブロードなピークのみが観測され、かつ、透過電子顕微鏡を用い、以下の条件に従って微細領域の透過電子線回折測定を実施しても、やはりハローと呼ばれる不明瞭なパターンが観察される酸化物をいう。
【０１１３】
（Ｘ線回折測定条件）
測定方法：Ｉｎ−ｐｌａｎｅ法（スリットコリメーション法）、
Ｘ線発生部：対陰極Ｃｕ、出力５０ｋＶ  ３００ｍＡ、
検出部：シンチレーションカウンタ、
入射部：スリットコリメーション、
ソーラースリット：入射側  縦発散角０．４８°
受光側  縦発散角０．４１°、
スリット：入射側  Ｓ１＝１ｍｍ＊１０ｍｍ
受光側  Ｓ２＝０．２ｍｍ＊１０ｍｍ、
走査条件：走査軸  ２θχ／φ、
走査モード：ステップ測定、走査範囲  １０〜８０°、ステップ幅０．１°、
ステップ時間  ８ｓｅｃ．。
【０１１４】
（透過電子線回折測定条件）
測定方法：極微電子線回折法、
加速電圧：２００ｋＶ、
ビーム径：測定対象である酸化物半導体膜の膜厚と同じか、または同等。
【０１１５】
酸化物半導体膜１４がナノ結晶酸化物で構成される場合、上記の条件に従って微細領域の透過電子線回折測定を行うと、上述のようにリング状のパターンが観察され、スポット状のパターンは観察されない。これに対して、たとえば特許第５１７２９１８号に開示されるような酸化物半導体膜は、当該膜の表面に対して垂直な方向に沿うようにｃ軸配向した結晶を含んでおり、このように微細領域中のナノ結晶がある方向に配向している場合には、スポット状のパターンが観察される。酸化物半導体膜１４がナノ結晶酸化物で構成される場合、当該ナノ結晶は、少なくとも膜面内に垂直な面（膜断面）の観察を行った際に、当該膜の表面に対して結晶が配向していない無配向であってランダムな配向性を有している。つまり、膜厚方向に対して結晶軸が配向していない。
【０１１６】
酸化物半導体膜１４は、ナノ結晶酸化物またはアモルファス酸化物で構成されるため、これをチャネル層として含む半導体デバイスにおいて、高い電界効果移動度を達成することが可能である。電界効果移動度を高めるうえで、酸化物半導体膜１４は、より好ましくはアモルファス酸化物で構成される。酸化物半導体膜１４の膜厚は、たとえば２ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。
【０１１７】
本実施形態の半導体デバイスにおいて酸化物半導体膜１４は、電気抵抗率が好ましくは１０-1Ωｃｍ以上である。これまでインジウム酸化物を用いた透明導電膜が多く検討されているが、これらの透明導電膜の用途では、電気抵抗率が１０-1Ωｃｍより小さいことが求められている。一方、本実施形態の半導体デバイスが有する酸化物半導体膜は電気抵抗率が１０-1Ωｃｍ以上であることが好ましく、これにより、半導体デバイスのチャネル層として好適に用いることができる。電気抵抗率が１０-1Ωｃｍより小さい場合、半導体デバイスのチャネル層として用いることが困難である。
【０１１８】
酸化物半導体膜１４は、スパッタ法により成膜する工程を含む製造方法によって得ることができる。スパッタ法の意味については上述のとおりである。酸化物半導体膜を形成する方法としては、スパッタ法のほか、パルスレーザー蒸着（ＰＬＤ）法、加熱蒸着法などが提案されているが、スパッタ法を用いることが生産性の面から好ましい。
【０１１９】
スパッタ法としては、マグネトロンスパッタリング法、対向ターゲット型マグネトロンスパッタリング法などを用いることができる。スパッタ時の雰囲気ガスとして、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスを用いることができ、これらのガスとともに酸素ガスを混合して用いることもできる。
【０１２０】
また、酸化物半導体膜１４は、スパッタ法による成膜後に加熱処理するか、またはスパッタ法により成膜を行いながら加熱処理することによって得ることもできる。これにより、ナノ結晶酸化物またはアモルファス酸化物で構成される酸化物半導体膜が得られやすくなる。また、この方法により得られる酸化物半導体膜は、これをチャネル層として含む半導体デバイス（たとえばＴＦＴ）において、電界効果移動度および信頼性を高くするうえで有利である。
【０１２１】
スパッタ法による成膜を行いながら実施する加熱処理は、当該成膜中に基板を加熱することによって実施できる。基板温度は、好ましくは１００℃以上２５０℃以下である。加熱処理の時間は成膜時間に相当し、成膜時間は形成する酸化物半導体膜１４の膜厚に依存するが、たとえば１０秒〜１０分程度であることができる。
【０１２２】
スパッタリング法による成膜後に実施する加熱処理も同様に、基板を加熱することによって実施できる。高い信頼性を得るために、スパッタ法による成膜の後に加熱処理を行うことが好ましい。この場合、酸化物半導体膜１４を形成した直後に加熱処理を行ってもよいし、ソース電極、ドレイン電極、エッチストッパ層（ＥＳ層）、パシベーション層などを形成した後に加熱処理を行ってもよい。高い信頼性を得るために、エッチストッパ層を形成した後に加熱処理を行うことがより好ましい。
【０１２３】
酸化物半導体膜１４を形成した後に加熱処理を行う場合において、基板温度は、好ましくは１００℃以上５００℃以下である。加熱処理の雰囲気は、大気中、窒素ガス中、窒素ガス−酸素ガス中、Ａｒガス中、Ａｒ−酸素ガス中、水蒸気含有大気中、水蒸気含有窒素中など、各種雰囲気であってよい。雰囲気圧力は、大気圧のほか、減圧条件下（たとえば０．１Ｐａ未満）、加圧条件下（たとえば０．１Ｐａ〜９ＭＰａ）であることができるが、好ましくは大気圧である。加熱処理の時間は、たとえば３分〜２時間程度であることができ、好ましくは１０分〜９０分程度である。
【０１２４】
図１〜図３は、本実施形態に係る半導体デバイス（ＴＦＴ）のいくつかの例を示す概略図である。図１に示される半導体デバイス１０は、基板１１と、基板１１上に配置されたゲート電極１２と、ゲート電極１２上に絶縁層として配置されたゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３上にチャネル層として配置された酸化物半導体膜１４と、酸化物半導体膜１４上に互いに接触しないように配置されたソース電極１５およびドレイン電極１６と、を含む。
【０１２５】
図２に示される半導体デバイス２０は、ゲート絶縁膜１３および酸化物半導体膜１４上に配置され、コンタクトホールを有するエッチストッパ層１７と、エッチストッパ層１７、ソース電極１５およびドレイン電極１６上に配置されるパシベーション膜１８とをさらに含むこと以外は、図１に示される半導体デバイス１０と同様の構成を有する。図２に示される半導体デバイス２０において、図１に示される半導体デバイス１０のように、パシベーション膜１８を省略することもできる。図３に示される半導体デバイス３０は、ゲート絶縁膜１３、ソース電極１５およびドレイン電極１６上に配置されるパシベーション膜１８をさらに含むこと以外は、図１に示される半導体デバイス１０と同様の構成を有する。
【０１２６】
本実施形態に係る半導体デバイスは、上記の酸化物半導体膜１４を含み、かつ、この酸化物半導体膜１４の少なくとも一部と接して配置される層であって、アモルファス層である層（以下、この層を「アモルファス隣接層」ともいう。）をさらに含むことが好ましい。アモルファス隣接層を含む半導体デバイスによれば、上述の加熱処理の温度が高い場合であっても酸化物半導体膜１４がアモルファス酸化物で構成されている状態を維持できる場合、高い電界効果移動度を保持でき、かつ高い信頼性を実現できる。アモルファス隣接層としては、ゲート絶縁膜１３、パシベーション層１８、エッチストッパ層１７が挙げられる。
【０１２７】
アモルファス隣接層は、酸化物半導体膜１４の下地（下層）として酸化物半導体膜１４に接して形成される層であってもよいし、酸化物半導体膜１４の上に接して形成される上層であってもよい。また、本実施形態に係る半導体デバイスは、隣接層を２層以上含むことができ、この場合、これらの隣接層は、酸化物半導体膜１４の下層と上層とであることができる。
【０１２８】
たとえば図１に示される半導体デバイス１０においては、ゲート絶縁膜１３がアモルファス隣接層であってよい。図２に示される半導体デバイス２０においては、ゲート絶縁膜１３および／またはエッチストッパ層１７がアモルファス隣接層であってよい。図３に示される半導体デバイス３０においては、ゲート絶縁膜１３および／またはパシベーション膜１８がアモルファス隣接層であってよい。
【０１２９】
アモルファス隣接層は、シリコンおよびアルミニウムの少なくともいずれか１つを含む酸化物層であることが好ましい。アモルファス隣接層がシリコンおよびアルミニウムの少なくともいずれか１つを含む酸化物層であることは、半導体デバイスの電界効果移動度および信頼性を高くするうえで有利であり、とりわけ、上述の加熱処理の温度が高い場合であっても、高い電界効果移動度を維持できる半導体デバイスを提供するうえで有利である。また、アモルファス隣接層がシリコンおよびアルミニウムの少なくともいずれか１つを含む酸化物層であることは、ＯＦＦ電流の低減にも有利となり得る。シリコンおよびアルミニウムの少なくともいずれか１つを含む酸化物としては、特に制限されないが、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌmＯn）等を挙げることができる。
【０１３０】
次に、本実施形態に係る半導体デバイスの製造方法について説明する。半導体デバイスの製造方法は、上記実施形態のスパッタターゲットを用意する工程と、該スパッタターゲットを用いてスパッタ法により上記酸化物半導体膜を形成する工程とを含む。まず、図１に示される半導体デバイス１０の製造方法について説明すると、この製造方法は、特に制限されないが、効率よく高特性の半導体デバイス１０を製造する観点から、図４を参照して、基板１１上にゲート電極１２を形成する工程（図４（Ａ））と、ゲート電極１２および基板１１上に絶縁層としてゲート絶縁膜１３を形成する工程（図４（Ｂ））と、ゲート絶縁膜１３上にチャネル層として酸化物半導体膜１４を形成する工程（図４（Ｃ））と、酸化物半導体膜１４上にソース電極１５およびドレイン電極１６を互いに接触しないように形成する工程（図４（Ｄ））と、を含むことが好ましい。
【０１３１】
（１）ゲート電極を形成する工程
図４（Ａ）を参照して、基板１１上にゲート電極１２を形成する。基板１１は、特に制限されないが、透明性、価格安定性、および表面平滑性を高くする観点から、石英ガラス基板、無アルカリガラス基板、アルカリガラス基板等であることが好ましい。ゲート電極１２は、特に制限されないが、耐酸化性が高くかつ電気抵抗が低い点から、Ｍｏ電極、Ｔｉ電極、Ｗ電極、Ａｌ電極、Ｃｕ電極等であることが好ましい。ゲート電極１２の形成方法は、特に制限されないが、基板１１の主面上に大面積で均一に形成できる点から、真空蒸着法、スパッタ法等であることが好ましい。図４（Ａ）に示されるように、基板１１の表面上に部分的にゲート電極１２を形成する場合には、フォトレジストを使ったエッチング法を用いることができる。
【０１３２】
（２）ゲート絶縁膜を形成する工程
図４（Ｂ）を参照して、ゲート電極１２および基板１１上に絶縁層としてゲート絶縁膜１３を形成する。ゲート絶縁膜１３の形成方法は、特に制限はないが、大面積で均一に形成できる点および絶縁性を確保する点から、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法等であることが好ましい。
【０１３３】
ゲート絶縁膜１３の材質は、特に制限されないが、絶縁性の観点からは、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮy）等であることが好ましい。また、ゲート絶縁膜１３を上述のアモルファス隣接層とする場合、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌmＯn）等のシリコンおよびアルミニウムの少なくともいずれか１つを含む酸化物であることが好ましい。
【０１３４】
（３）酸化物半導体膜を形成する工程
図４（Ｃ）を参照して、ゲート絶縁膜１３上にチャネル層として酸化物半導体膜１４を形成する。上述のように、酸化物半導体膜１４は、スパッタ法により成膜する工程を含んで形成されることが好ましく、たとえばスパッタ法による成膜後に加熱処理するか、またはスパッタ法により成膜を行いながら加熱処理することによって形成されることが好ましい。スパッタ法の原料ターゲット（スパッタターゲット）としては、上記実施形態１の酸化物焼結体を用いる。
【０１３５】
高い信頼性を得るために、スパッタ法による成膜の後に加熱処理を行うことが好ましい。この場合、酸化物半導体膜１４を形成した直後に加熱処理を行ってもよいし、ソース電極１５、ドレイン電極１６、エッチストッパ層１７、パシベーション層１８などを形成した後に加熱処理を行ってもよい。高い信頼性を得るために、エッチストッパ層１７を形成した後に加熱処理を行うことがより好ましい。エッチストッパ層１７を形成した後に加熱処理を行う場合、この加熱処理は、ソース電極１５、ドレイン電極１６形成前であっても後であってもよいが、パシベーション層１８を形成する前であることが好ましい。
【０１３６】
（４）ソース電極およびドレイン電極を形成する工程
図４（Ｄ）を参照して、酸化物半導体膜１４上にソース電極１５およびドレイン電極１６を互いに接触しないように形成する。ソース電極１５およびドレイン電極１６は、特に制限はないが、耐酸化性が高く、電気抵抗が低く、かつ酸化物半導体膜１４との接触電気抵抗が低いことから、Ｍｏ電極、Ｔｉ電極、Ｗ電極、Ａｌ電極、Ｃｕ電極等であることが好ましい。ソース電極１５およびドレイン電極１６を形成する方法は、特に制限はないが、酸化物半導体膜１４が形成された基板１１の主面上に大面積で均一に形成できる点から、真空蒸着法、スパッタリング法等であることが好ましい。ソース電極１５およびドレイン電極１６を互いに接触しないように形成する方法は、特に制限はないが、大面積で均一なソース電極１５とドレイン電極１６のパターンを形成できる点から、フォトレジストを使ったエッチング法による形成であることが好ましい。
【０１３７】
次に、図２に示される半導体デバイス２０の製造方法について説明すると、この製造方法は、コンタクトホール１７ａを有するエッチストッパ層１７を形成する工程およびパシベーション膜１８を形成する工程をさらに含むこと以外は図１に示される半導体デバイス１０の製造方法と同様であることができ、具体的には、図４および図５を参照して、基板１１上にゲート電極１２を形成する工程（図４（Ａ））と、ゲート電極１２および基板１１上に絶縁層としてゲート絶縁膜１３を形成する工程（図４（Ｂ））と、ゲート絶縁膜１３上にチャネル層として酸化物半導体膜１４を形成する工程（図４（Ｃ））と、酸化物半導体膜１４およびゲート絶縁膜１３上にエッチストッパ層１７を形成する工程（図５（Ａ））と、エッチストッパ層１７にコンタクトホール１７ａを形成する工程（図５（Ｂ））と、酸化物半導体膜１４およびエッチストッパ層１７上にソース電極１５およびドレイン電極１６を互いに接触しないように形成する工程（図５（Ｃ））と、エッチストッパ層１７、ソース電極１５およびドレイン電極１６上にパシベーション膜１８を形成する工程（図５（Ｄ））を含むことが好ましい。
【０１３８】
エッチストッパ層１７の材質は、特に制限されないが、絶縁性の観点からは、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮy）、酸化アルミニウム（ＡｌmＯn）等であることが好ましい。また、エッチストッパ層１７を上述のアモルファス隣接層とする場合、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌmＯn）等のシリコンおよびアルミニウムの少なくともいずれか１つを含む酸化物であることが好ましい。エッチストッパ層１７は、異なる材質からなる膜の組み合わせであってもよい。エッチストッパ層１７の形成方法は、特に制限はないが、大面積で均一に形成できる点および絶縁性を確保する点から、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法、スパッタ法、真空蒸着法等であることが好ましい。
【０１３９】
ソース電極１５、ドレイン電極１６は、酸化物半導体膜１４に接触させる必要があることから、エッチストッパ層１７を酸化物半導体膜１４上に形成した後、エッチストッパ層１７にコンタクトホール１７ａを形成する（図５（Ｂ））。コンタクトホール１７ａの形成方法としては、ドライエッチングまたはウェットエッチングを挙げることができる。当該方法によりエッチストッパ層１７をエッチングしてコンタクトホール１７ａを形成することで、エッチング部において酸化物半導体膜１４の表面を露出させる。
【０１４０】
図２に示される半導体デバイス２０の製造方法においては、図１に示される半導体デバイス１０の製造方法と同様にして、酸化物半導体膜１４およびエッチストッパ層１７上にソース電極１５およびドレイン電極１６を互いに接触しないように形成した後（図５（Ｃ））、エッチストッパ層１７、ソース電極１５およびドレイン電極１６上にパシベーション膜１８を形成する（図５（Ｄ））。
【０１４１】
パシベーション膜１８の材質は、特に制限されないが、絶縁性の観点からは、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮy）、酸化アルミニウム（ＡｌmＯn）等であることが好ましい。また、パシベーション膜１８を上述のアモルファス隣接層とする場合、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌmＯn）等のシリコンおよびアルミニウムの少なくともいずれか１つを含む酸化物であることが好ましい。パシベーション膜１８は、異なる材質からなる膜の組み合わせであってもよい。パシベーション膜１８の形成方法は、特に制限はないが、大面積で均一に形成できる点および絶縁性を確保する点から、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法、スパッタ法、真空蒸着法等であることが好ましい。
【０１４２】
また、図３に示される半導体デバイス３０のように、エッチストッパ層１７を形成することなくバックチャネルエッチ（ＢＣＥ）構造を採用し、ゲート絶縁膜１３、酸化物半導体膜１４、ソース電極１５およびドレイン電極１６の上に、パシベーション膜１８を直接形成してもよい。この場合におけるパシベーション膜１８については、図２に示される半導体デバイス２０が有するパシベーション膜１８についての上の記述が引用される。
【０１４３】
（５）その他の工程
最後に、通常は、加熱処理を施す。加熱処理は基板を加熱することによって実施できる。基板温度は、好ましくは１００℃以上２５０℃以下である。加熱処理の雰囲気は、大気中、窒素ガス中、窒素ガス−酸素ガス中、Ａｒガス中、Ａｒ−酸素ガス中、水蒸気含有大気中、水蒸気含有窒素中など、各種雰囲気であってよい。好ましくは、窒素、Ａｒガス中などの不活性雰囲気である。雰囲気圧力は、大気圧のほか、減圧条件下（たとえば０．１Ｐａ未満）、加圧条件下（たとえば０．１Ｐａ〜９ＭＰａ）であることができるが、好ましくは大気圧である。加熱処理の時間は、たとえば３分〜２時間程度であることができ、好ましくは１０分〜９０分程度である。
【実施例】
【０１４４】
以下において実施例１は、参考例と読み替える。
＜実施例１〜実施例２０＞
（１）酸化物焼結体の作製
（１−１）粉末原料の準備
表１に示す組成とメジアン粒径ｄ５０（表１において「Ｗ粒径」と表記した。）を有し、純度が９９．９９質量％のタングステン酸化物粉末（表１において「Ｗ」と表記した。）と、メジアン粒径ｄ５０が１．０μｍで純度が９９．９９質量％のＺｎＯ粉末（表１において「Ｚ」と表記した。）と、メジアン粒径ｄ５０が１．０μｍで純度が９９．９９質量％のＩｎ2Ｏ3粉末（表１において「Ｉ」と表記した。）と、を準備した。
【０１４５】
（１−２）原料粉末の１次混合物の調製
まず、ボールミルに、準備した原料粉末の内、タングステン酸化物粉末とＺｎＯ粉末、またはタングステン酸化物粉末とインジウム酸化物粉末とを入れて、１８時間粉砕混合することにより原料粉末の１次混合物を調製した。タングステン酸化物粉末とＺｎＯ粉末とのモル混合比率は、およそタングステン酸化物粉末：ＺｎＯ粉末＝１：１とした。タングステン酸化物粉末とインジウム酸化物粉末とのモル混合比率は、およそタングステン酸化物粉末：Ｉｎ2Ｏ3粉末＝１：３とした。粉砕混合の際、分散媒としてエタノールを用いた。得られた原料粉末の１次混合物は大気中で乾燥させた。
【０１４６】
（１−３）１次混合物の熱処理による仮焼粉末の形成
次に、得られた原料粉末の１次混合物をアルミナ製坩堝に入れて、空気雰囲気中、表１に示す仮焼温度で８時間仮焼し、ＺｎＷＯ4型結晶相で構成された仮焼粉末またはＩｎ6ＷＯ12型結晶相で構成された仮焼粉末を得た。表１に、得られた仮焼粉末を構成する結晶相の組成（種類）を示す。
【０１４７】
（１−４）仮焼粉末を含む原料粉末の２次混合物の調製
次に、得られた仮焼粉末を、準備した残りの原料粉末であるＩｎ2Ｏ3粉末またはＺｎＯ粉末とともにポットへ投入し、さらに粉砕混合ボールミルに入れて１２時間粉砕混合することにより原料粉末の２次混合物を調製した。これらの粉末の混合比は、混合物中のＷ、ＺｎおよびＩｎのモル比が表１に示されるとおりとなるようにした。粉砕混合の際、分散媒としてエタノールを用いた。得られた混合粉末はスプレードライで乾燥させた。
【０１４８】
（１−５）２次混合物の成形による成形体の形成
次に、得られた２次混合物をプレスにより成形し、さらにＣＩＰにより室温（５℃〜３０℃）の静水中、１９０ＭＰａの圧力で加圧成形して、直径１００ｍｍで厚み約９ｍｍの円板状の成形体を得た。
【０１４９】
（１−６）成形体の焼結による酸化物焼結体の形成
次に、得られた成形体を大気圧下、空気雰囲気中にて表１に示す焼結温度で８時間焼結して、タングステンおよび亜鉛が固溶したビックスバイト型結晶相（Ｉｎ2Ｏ3型相）を含む第１結晶相を含有する酸化物焼結体を得た。タングステンおよび亜鉛が固溶しているとの判断は、Ｘ線回折の測定において、ピーク位置が、ＪＣＰＤＳカードの６−０４１６に規定されるピーク位置からずれていることの確認に基づいている。
【０１５０】
（１−７）酸化物焼結体の物性評価
〔Ａ〕Ｘ線回折の測定
酸化物焼結体の一部からサンプルを採取して、粉末Ｘ線回折法による結晶解析を行い、ビックスバイト型結晶相と、２θの３４．７４ｄｅｇより大きく３４．９７ｄｅｇより小さい位置に現れる第１回折ピーク、および２θの３１．７７ｄｅｇより大きく３２．００ｄｅｇより小さい位置に現れる第２回折ピークの存在の有無を確認した。Ｘ線回折の測定条件は以下のとおりとした。
【０１５１】
（Ｘ線回折の測定条件）
θ−２θ法、
Ｘ線源：Ｃｕ  Ｋα線、
Ｘ線管球電圧：４５ｋＶ、
Ｘ線管球電流：４０ｍＡ、
ステップ幅：０．０３ｄｅｇ、
ステップ時間：１秒／ステップ、
測定範囲２θ：１０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇ。
【０１５２】
実施例の酸化物焼結体はいずれもビックスバイト型結晶相、第１回折ピークおよび第２回折ピークを有していた。第１回折ピークの角度および第２回折ピークの角度を表２に示す。また、このＸ線回折の測定結果に基づき、上述の式に従ってＩａおよびＩｂを測定し、Ｉａ／Ｉｂを算出した。結果を表２に示す。
【０１５３】
〔Ｂ〕第１結晶相が主成分であることの確認およびインジウム高含有型結晶相占有率の測定
酸化物焼結体の一部からサンプルを採取し、該サンプルの表面を研磨して平滑にした。次いで、ＳＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析計を付帯する走査型二次電子顕微鏡）を用いて、サンプルの当該表面をＳＥＭ（走査型二次電子顕微鏡）で観察し、各結晶粒子の金属元素の組成比をＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析計）で分析した。そして、それらの結晶粒子の金属元素の組成比の傾向に基づいて、結晶粒子のグループ分けを行った。具体的には、Ｚｎ含有率〔Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率（原子％）〕が後述するグループＢよりも高い結晶粒子のグループＡと、Ｚｎ含有率が非常に低いかまたはＺｎを含有せず、かつ、グループＡに比べてＩｎ含有率（Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＩｎの含有率（原子％））が高い結晶粒子のグループＢ（インジウム高含有型結晶相）とに分けた。グループＢの結晶粒が第１結晶相であると判断した。
【０１５４】
酸化物焼結体における「インジウム高含有型結晶相占有率」は、酸化物焼結体の上記測定表面に占めるインジウム高含有型結晶相（グループＢ）の面積の割合（百分率）として定義される。実施例の酸化物焼結体はいずれもインジウム高含有型結晶相占有率が５０％以上であり、第１結晶相が主成分であった。
【０１５５】
〔Ｃ〕第２結晶相の存在確認、ならびにこれを構成する結晶粒子の平均長軸径および平均アスペクト比の測定
上述の〔Ｂ〕第１結晶相が主成分であることの確認およびインジウム高含有型結晶相占有率の測定において、グループＡに分けられた結晶相を第２結晶相と判断した。またこの表面分析でのＳＥＭ観察において５００倍の反射電子像を測定し、第１結晶相に分類されるグループＢに比して濃いグレーに観察される第２結晶相を構成する結晶粒子について、上述の方法にしたがって平均長軸径および平均アスペクト比を測定した。結果を表２に示す。
【０１５６】
〔Ｄ〕タングステン酸亜鉛化合物結晶相、タングステン酸インジウム化合物結晶相、六方晶ウルツ型結晶相およびＩｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）5の存在確認
上述の〔Ａ〕Ｘ線回折の測定において、併せて、タングステン酸亜鉛化合物結晶相、タングステン酸インジウム化合物結晶相、六方晶ウルツ型結晶相およびＩｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）5の存在の有無を確認した。いずれの実施例・比較例においても、タングステン酸インジウム化合物結晶相の存在は認められなかった。
【０１５７】
表２の「結晶相」の欄に、酸化物焼結体に存在する結晶相をまとめた。結晶相に関し、表中の略称は次の結晶相を意味する。なお、表２の「結晶相」の欄には、上記のＸ線回折の測定によって同定することができたものを示しており、酸化物焼結体が「結晶相」の欄に記載されているもののみで構成されていることを意味するものではない。
【０１５８】
Ｉ：ビックスバイト型結晶相（第１結晶相）、
Ｚ：六方晶ウルツ型結晶相（第２結晶相）、
ＺＷ：タングステン酸亜鉛化合物結晶相（第２結晶相）、
ＩＺ：Ｉｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）5（第２結晶相）。
【０１５９】
〔Ｅ〕酸化物焼結体中のＩｎ、ＺｎおよびＷの含有量の測定
得られた酸化物焼結体中のＩｎ、ＺｎおよびＷの含有量は、ＩＣＰ質量分析法により測定した。これらの含有量に基づいて、酸化物焼結体のＷ含有率（原子％）、Ｚｎ含有率（原子％）、およびＺｎ／Ｗ比（原子数比）をそれぞれ求めた。結果を表２に示す。
【０１６０】
〔Ｆ〕酸化物焼結体の見かけ密度の測定
得られた酸化物焼結体の見かけ密度はアルキメデス法により求めた。
【０１６１】
〔Ｇ〕酸化物焼結体の引張強度の測定
ＪＩＳ  Ｒ  １６０６：１９９５により規定される方法にしたがって、引張試験を行った。試験は室温（２５℃）にて行った。表２に、比較例１の引張強度を１とした場合の各実施例および比較例の引張強度比を示す。
【０１６２】
〔Ｈ〕酸化物焼結体の熱伝導率の測定
ＪＩＳ  Ｒ  １６１１：２０１０に規定される方法にしたがって、熱拡散率、比熱容量および熱伝導率を測定した。表２に、比較例１の熱伝導率を１とした場合の各実施例および比較例の熱伝導率比を示す。
【０１６３】
＜比較例１〜比較例２＞
原料粉末であるタングステン酸化物粉末、ＺｎＯ粉末およびＩｎ2Ｏ3粉末の混合比が表１に示されるとおりとなるようにしたこと、ならびに、仮焼粉末を形成することなく、これらの原料粉末を一度に混合し表１に示される温度で焼結したこと以外は実施例と同じ方法で酸化物焼結体を作製し、物性評価を行った。比較例の酸化物焼結体はいずれも第１結晶相を有していたが、第２結晶相を構成する粒子は、平均長軸径が３μｍ以上５０μｍ以下であったが、平均アスペクト比が４以上５０以下の粒子ではなかった。比較例２の酸化物焼結体については、第２結晶相がインジウム高含有型結晶相に分散しておらず、お互いに接触した形であり、第２結晶相の粒子形状を特定することができなかったため、平均長軸径および平均アスペクト比を測定することはできなかった。いずれの比較例においても、見かけ密度を高めるためには焼結温度は、実施例に比較して高くする必要があった。焼結温度を１１６０℃としたこと以外は比較例１、比較例２と同様にして酸化物焼結体を作製したところ、これらの酸化物焼結体の見かけ密度はいずれも６．３ｇ／ｃｍ3であった。
【０１６４】
（１−８）スパッタターゲットの作製
得られた酸化物焼結体を、直径３インチ（７６．２ｍｍ）×厚さ６ｍｍに加工した後、銅のバッキングプレートにインジウム金属を用いて貼り付けた。
【０１６５】
【表１】
2018087132.tif 000003
【０１６６】
【表２】
2018087132.tif 000004
【０１６７】
（２）酸化物半導体膜を備える半導体デバイス（ＴＦＴ）の作製と評価
（２−１）スパッタリング電力の最大限界値（割れ電力）の計測
作製したスパッタターゲットをスパッタリング装置（図示せず）の成膜室内に設置した。スパッタターゲットは、銅のバッキングプレートを介して水冷されている。成膜室内を６×１０-5Ｐａ程度の真空度として、ターゲットを次のようにしてスパッタリングした。
【０１６８】
成膜室内へＡｒ（アルゴン）ガスとＯ2（酸素）ガスとの混合ガスを０．５Ｐａの圧力まで導入した。混合ガス中のＯ2ガス含有率は２０体積％であった。ターゲットに３００ＷのＤＣ電力を印加してスパッタリング放電を起こし、６０分間保持した。６０分後、冷却を１０分間行った後、成膜室を大気開放し、スパッタターゲットの酸化物焼結体に割れが発生していないか確認した。３００Ｗから５０Ｗずつ増加させて、各段階について６０分間のスパッタリングを行い、スパッタターゲットの酸化物焼結体に割れが発生していないかを確認した。酸化物焼結体に割れが発生した場合、実験を停止し、そのスパッタリング電力を割れ電力（Ｗ）とした。表２に実施例と比較例の割れ電力を示す。実施例のスパッタターゲットはすべて、高いスパッタリング電力まで割れが発生しなかった。これは、所定の平均長軸径および平均アスペクト比を有する第２結晶相を含むことにより、熱伝導率および機械的強度が向上したためであると考えられる。
【０１６９】
比較例２のスパッタターゲットは、割れが激しく、ＤＣ電力を使用したスパッタリングによる成膜ができなかった。
【０１７０】
（２−２）酸化物半導体膜を備える半導体デバイス（ＴＦＴ）の作製
次の手順で図３に示される半導体デバイス３０と類似の構成を有するＴＦＴを作製した。図４（Ａ）を参照して、まず、基板１１として５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの合成石英ガラス基板を準備し、その基板１１上にスパッタリング法によりゲート電極１２として厚み１００ｎｍのＭｏ電極を形成した。次いで、図４（Ａ）に示されるように、フォトレジストを使ったエッチングによりゲート電極１２を所定の形状とした。
【０１７１】
図４（Ｂ）を参照して、次に、ゲート電極１２および基板１１上にプラズマＣＶＤ法によりゲート絶縁膜１３として、アモルファス酸化物層である厚み２００ｎｍのＳｉＯx膜を形成した。
【０１７２】
図４（Ｃ）を参照して、次に、ゲート絶縁膜１３上に、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリング法により、厚み３５ｎｍの酸化物半導体膜１４を形成した。ターゲットの直径３インチ（７６．２ｍｍ）の平面がスパッタ面であった。用いたターゲットとして、上記（１）で得られた酸化物焼結体を使用した。
【０１７３】
酸化物半導体膜１４の形成についてより具体的に説明すると、スパッタリング装置（図示せず）の成膜室内の水冷されている基板ホルダ上に、上記ゲート電極１２およびゲート絶縁膜１３が形成された基板１１をゲート絶縁膜１３が露出されるように配置した。上記ターゲットをゲート絶縁膜１３に対向するように９０ｍｍの距離で配置した。成膜室内を６×１０-5Ｐａ程度の真空度として、ターゲットを次のようにしてスパッタリングした。
【０１７４】
まず、ゲート絶縁膜１３とターゲットとの間にシャッターを入れた状態で、成膜室内へＡｒ（アルゴン）ガスとＯ2（酸素）ガスとの混合ガスを０．５Ｐａの圧力まで導入した。混合ガス中のＯ2ガス含有率は２０体積％であった。実施例３、５、１４および１６以外の実施例ならびに比較例１においては、ターゲットに前記（２−１）にて求めた割れ電力よりも５０Ｗ低いＤＣ電力を印加してスパッタリング放電を起こし、これによってターゲット表面のクリーニング（プレスパッタ）を５分間行った。実施例３、５、１４および１６においては、ＤＣ電力を５００Ｗとしてスパッタリング放電を起こし、プレスパッタを５分行った。プレスパッタ時のＤＣ電力を表３に示す。
【０１７５】
次いで、同じターゲットに同じ値のＤＣ電力を印加して、成膜室内の雰囲気をそのまま維持した状態で、上記シャッターを外すことにより、ゲート絶縁膜１３上に酸化物半導体膜１４を成膜した。なお、基板ホルダに対しては、特にバイアス電圧は印加しなかった。また、基板ホルダを水冷または加熱し、成膜時および成膜後の基板１１の温度を調整した。実施例および比較例のうち、下記の表３における「成膜時熱処理」の欄に「あり／１２０℃」などと記載されている例では、成膜時において基板ホルダを加熱して基板温度を１２０℃などに調整することにより成膜と同時に加熱処理を実施した。この場合において加熱処理の時間は、成膜時間に相当する。成膜と同時に加熱処理を実施した場合においても、成膜後（後述するように、パシベーション層形成後）に基板を加熱して２５０℃１０分、または３５０℃１０分間の加熱処理を行い、後述する半導体デバイス特性を測定した。一方、実施例および比較例のうち、下記の表３における「成膜時熱処理」の欄に「なし」と記載されている場合は、成膜時においては基板ホルダを水冷して基板温度を２０℃程度とし、成膜後（後述するように、パシベーション層形成後）に基板を加熱して２５０℃１０分、または３５０℃１０分間の加熱処理を行い、後述する半導体デバイス特性を測定した。
【０１７６】
以上のようにして、上記（１）で得られた酸化物焼結体から加工されたターゲットを用いたＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリング法により酸化物半導体膜１４を形成した。酸化物半導体膜１４は、ＴＦＴにおいてチャネル層として機能する。各実施例および比較例で形成した酸化物半導体膜１４の膜厚は３５ｎｍとした。
【０１７７】
次に、形成された酸化物半導体膜１４の一部をエッチングすることにより、ソース電極形成用部１４ｓ、ドレイン電極形成用部１４ｄ、およびチャネル部１４ｃを形成した。ソース電極形成用部１４ｓおよびドレイン電極形成用部１４ｄの主面の大きさは５０μｍ×５０μｍ、チャネル長さＣL（図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、チャネル長さＣLとは、ソース電極１５とドレイン電極１６との間のチャネル部１４ｃの距離をいう。）は３０μｍ、チャネル幅ＣW（図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、チャネル幅ＣWとは、チャネル部１４ｃの幅をいう。）は４０μｍとした。チャネル部１４ｃは、ＴＦＴが７５ｍｍ×７５ｍｍの基板主面内に３ｍｍ間隔で縦２５個×横２５個配置されるように、７５ｍｍ×７５ｍｍの基板主面内に３ｍｍ間隔で縦２５個×横２５個配置した。
【０１７８】
酸化物半導体膜１４の一部のエッチングは、体積比でシュウ酸：水＝５：９５であるエッチング水溶液を調製し、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３および酸化物半導体膜１４がこの順に形成された基板１１を、そのエッチング水溶液に４０℃で浸漬することにより行った。
【０１７９】
図４（Ｄ）を参照して、次に、酸化物半導体膜１４上にソース電極１５およびドレイン電極１６を互いに分離して形成した。
【０１８０】
具体的にはまず、酸化物半導体膜１４のソース電極形成用部１４ｓおよびドレイン電極形成用部１４ｄの主面のみが露出するように、酸化物半導体膜１４上にレジスト（図示せず）を塗布、露光および現像した。次いでスパッタ法により、酸化物半導体膜１４のソース電極形成用部１４ｓおよびドレイン電極形成用部１４ｄの主面上に、それぞれソース電極１５、ドレイン電極１６である厚み１００ｎｍのＭｏ電極を形成した。その後、酸化物半導体膜１４上のレジストを剥離した。ソース電極１５としてのＭｏ電極およびドレイン電極１６としてのＭｏ電極はそれぞれ、ＴＦＴが７５ｍｍ×７５ｍｍの基板主面内に３ｍｍ間隔で縦２５個×横２５個配置されるように、一つのチャネル部１４ｃに対して１つずつ配置した。
【０１８１】
図３を参照して、次に、ゲート絶縁膜１３、酸化物半導体膜１４、ソース電極１５およびドレイン電極１６の上にパシベーション膜１８を形成した。パシベーション膜１８は、アモルファス酸化物層である厚み２００ｎｍのＳｉＯx膜をプラズマＣＶＤ法により形成した後、その上に厚み２００ｎｍのＳｉＮy膜をプラズマＣＶＤ法により形成した構成、またはアモルファス酸化物層である厚み１２０ｎｍのＡｌmＯn膜をスパッタリング法により形成した後、その上に厚み２００ｎｍのＳｉＮy膜をプラズマＣＶＤ法により形成した構成とした。アモルファス酸化物層がＳｉＯx膜である場合、下記の表３における「ＰＶ層」の欄には「ＳｉＯx」と記載し、アモルファス酸化物層がＡｌmＯn膜である場合、「ＰＶ層」の欄には「ＡｌmＯn」と記載している。ＳｉＯx膜の原子組成比は、Ｓｉ：Ｏ＝１：２により近い酸素含有量であること、ＡｌmＯn膜の原子組成比は、Ａｌ：Ｏ＝２：３により近い酸素含有量であることが信頼性向上の観点から望ましい。
【０１８２】
次に、ソース電極１５、ドレイン電極１６上のパシベーション膜１８を反応性イオンエッチングによりエッチングしてコンタクトホールを形成することによってソース電極１５、ドレイン電極１６の表面の一部を露出させた。
【０１８３】
最後に、大気圧窒素雰囲気中で加熱処理を実施した。この加熱処理は、すべての実施例および比較例について行い、具体的には、窒素雰囲気中２５０℃１０分間、もしくは窒素雰囲気中３５０℃１０分間の加熱処理を実施した。以上により、酸化物半導体膜１４をチャネル層として備えるＴＦＴを得た。
【０１８４】
（２−３）酸化物半導体膜の結晶性、Ｗ含有率、Ｚｎ含有率およびＺｎ／Ｗ比
作製したＴＦＴが備える酸化物半導体膜１４の結晶性を上述の測定方法および定義に従って評価した。表３における「結晶性」の欄には、ナノ結晶である場合には「ナノ結晶」と、アモルファスである場合には「アモルファス」と記載している。また、酸化物半導体膜１４中のＩｎ、ＷおよびＺｎの含有量を、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱分析）により測定した。これらの含有量に基づいて酸化物半導体膜１４のＷ含有率（原子％）、Ｚｎ含有率（原子％）、およびＺｎ／Ｗ比（原子数比）をそれぞれ求めた。結果を表３に示す。
【０１８５】
（２−４）半導体デバイスの特性評価
半導体デバイス１０であるＴＦＴの特性を次のようにして評価した。まず、ゲート電極１２、ソース電極１５およびドレイン電極１６に測定針を接触させた。ソース電極１５とドレイン電極１６との間に０．２Ｖのソース−ドレイン間電圧Ｖdsを印加し、ソース電極１５とゲート電極１２との間に印加するソース−ゲート間電圧Ｖgsを−１０Ｖから１５Ｖに変化させて、そのときのソース−ドレイン間電流Ｉdsを測定した。そして、ソース−ゲート間電圧Ｖgsとソース−ドレイン間電流Ｉdsの平方根〔（Ｉds）1/2〕との関係をグラフ化した（以下、このグラフを「Ｖgs−（Ｉds）1/2曲線」ともいう。）。Ｖgs−（Ｉds）1/2曲線に接線を引き、その接線の傾きが最大となる点を接点とする接線がｘ軸（Ｖgs）と交わる点（ｘ切片）を閾値電圧Ｖthとした。閾値電圧Ｖthは、大気圧窒素雰囲気中２５０℃１０分間の加熱処理を実施した後（Ｖth（２５０℃））と、大気圧窒素雰囲気中３５０℃１０分間の加熱処理を実施した後（Ｖth（３５０℃））のＴＦＴについて測定した。Ｖthは、０Ｖ以上であることが望ましいとされており、さらにはＴＦＴを表示装置に用いる場合、ａ−Ｓｉとの駆動電圧の同一性から１．０Ｖにより近い方が望ましいとされている。
【０１８６】
また下記式〔ａ〕：
ｇm＝ｄＩds／ｄＶgs                  〔ａ〕
に従って、ソース−ドレイン間電流Ｉdsをソース−ゲート間電圧Ｖgsについて微分することによりｇmを導出した。そしてＶgs＝１０．０Ｖにおけるｇmの値を用いて、下記式〔ｂ〕：
μfe＝ｇm・ＣL／（ＣW・Ｃi・Ｖds）      〔ｂ〕に基づいて、電界効果移動度μfeを算出した。上記式〔ｂ〕におけるチャネル長さＣLは３０μｍであり、チャネル幅ＣWは４０μｍである。また、ゲート絶縁膜１３のキャパシタンスＣiは３．４×１０-8Ｆ／ｃｍ2とし、ソース−ドレイン間電圧Ｖdsは０．５Ｖとした。
【０１８７】
大気圧窒素雰囲気中２５０℃１０分間の加熱処理を実施した後の電界効果移動度μfeを、表３の「移動度（２５０℃）」の欄に示している。また、大気圧窒素雰囲気中３５０℃１０分間の加熱処理を実施した後の電界効果移動度μfeを、表３の「移動度（３５０℃）」の欄に示している。表３に示されるように、Ｚｎ／Ｗ比が大きい方が、移動度（２５０℃）と移動度（３５０℃）との差が小さい傾向にある。
【０１８８】
さらに、次の信頼性評価試験を行った。ソース電極１５とゲート電極１２との間に印加するソース−ゲート間電圧Ｖgsを＋３５Ｖに固定して、これを１時間印加し続けた。印加開始から１ｓ、１０ｓ、１００ｓ、３００ｓ、３６００ｓ後に前述の方法により閾値電圧Ｖthを求め、その最大閾値電圧Ｖthと最小閾値電圧Ｖthとの差ΔＶthを求めた。ΔＶthが小さい程、信頼性が高いと判断される。大気圧窒素雰囲気中２５０℃１０分間の加熱処理を実施した後のΔＶthを、表３の「ΔＶth（２５０℃）」の欄に示している。また、大気圧窒素雰囲気中３５０℃１０分間の加熱処理を実施した後のΔＶthを、表３の「ΔＶth（３５０℃）」の欄に示している。実施例２と３、４と５、１３と１４、１５と１６はそれぞれ同じスパッタリングターゲットを用いており、ＤＣ電力のみ異なるが、ＤＣ電力が高い方が信頼性は高くなる。
【０１８９】
【表３】
2018087132.tif 000005
【０１９０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１９１】
１０，２０，３０  半導体デバイス（ＴＦＴ）
１１  基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁膜
１４  酸化物半導体膜
１４ｃ  チャネル部
１４ｄ  ドレイン電極形成用部
１４ｓ  ソース電極形成用部
１５  ソース電極
１６  ドレイン電極
１７  エッチストッパ層
１７ａ  コンタクトホール
１８  パシベーション膜
【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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