(57)【要約】【課題】電界効果移動度および信頼性が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の製造方法を提供する。【解決手段】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製造方法であって、インジウムとタングステンとを含む複酸化物を形成する工程と、該複酸化物を含む原料粉末の混合物を調製する工程と、該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む酸化物焼結体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製造方法であって、
インジウムとタングステンとを含む複酸化物を形成する工程と、
前記複酸化物を含む原料粉末の混合物を調製する工程と、
前記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、
を含む、酸化物焼結体の製造方法。
【請求項２】
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、
を含む、酸化物焼結体の製造方法。
【請求項３】
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、請求項２に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記複酸化物は、Ｉｎ６ＷＯ１２型結晶相を含む、請求項１または請求項３に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物焼結体は、
ビックスバイト型結晶相を主成分として含み、
見かけ密度が６．６ｇ／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１．２原子％以上１９原子％以下であり、
タングステンに対する亜鉛の原子比が１．０より大きく６０より小さい、請求項１から請求項４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、酸化物焼結体を含むスパッタターゲット、ならびに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半導体デバイスに関する。
【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、インジウム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２００６−３４７８０７号公報（特許文献３）は、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、高密度プラズマアシスト蒸着法のような真空蒸着法により酸化物透明導電膜を形成する際に好適に用いられる材料として、Ｗを固溶したインジウム酸化物を含有し、ＷがＩｎに対する原子数比で０．００１以上０．０３４以下含まれ、密度（見かけ密度）が４．０ｇ／ｃｍ3以上６．５ｇ／ｃｍ3以下である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２００６−３４７８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のＩＧＺＯ系酸化物半導体膜をチャネル層として含むＴＦＴは、電界効果移動度が１０ｃｍ2／Ｖｓ程度と低いことが課題である。
【０００９】
また、特許文献２では、ＩｎおよびＷを含む酸化物焼結体を用いて形成した酸化物半導体膜をチャネル層として含むＴＦＴが提案されているが、ＴＦＴの信頼性についての検討はなされていない。
【００１０】
特許文献３に記載の酸化物焼結体は、密度（見かけ密度）が６．５ｇ／ｃｍ3以下と小さいために、酸化物半導体膜を形成するための最適な方法であるスパッタ法のスパッタターゲットとしては用いることができないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、高電界効果移動度と高信頼性を両立できる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、酸化物焼結体を含むスパッタターゲット、ならびに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半導体デバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、ビックスバイト型結晶相を主成分として含み、見かけ密度が６．６ｇ／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が１．２原子％以上１９原子％以下であり、タングステンに対する亜鉛の原子比が１．０より大きく６０より小さい。
【００１３】
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は、上記態様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。
【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、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。
【００１５】
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、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。
【発明の効果】
【００１６】
上記によれば、高電界効果移動度と高信頼性を両立できる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、酸化物焼結体を含むスパッタターゲット、ならびに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半導体デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】
【００１８】
＜本発明の実施形態の説明＞
まず、本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１９】
［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、ビックスバイト型結晶相を主成分として含み、見かけ密度が６．６ｇ／ｃｍ3より大きく７．５ｇ／ｃｍ3以下である。したがって、本実施形態の酸化物焼結体は、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のスパッタターゲットとして好適に用いることができる。
【００２０】
本実施形態の酸化物焼結体において、酸化物焼結体中のＩｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＷの含有率は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Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率は１．２原子％以上１９原子％以下であり、Ｗに対するＺｎの原子比は１．０より大きく６０より小さい。これにより、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。
【００２１】
［２］本実施形態の酸化物焼結体において、ビックスバイト型結晶相は、インジウム酸化物を主成分として含み、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ＷおよびＺｎの少なくとも１つを含有することができる。このことは、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、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００２２】
［３］本実施形態の酸化物焼結体は、六方晶ウルツ型結晶相をさらに含むことができる。このことは、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、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００２３】
［４］本実施形態の酸化物焼結体は、タングステン酸亜鉛化合物結晶相をさらに含むことができる。このことは、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、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００２４】
［５］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ることができる。
【００２５】
［６］本発明のさらに別の実施形態であ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。本実施形態の半導体デバイスは、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。
【００２６】
［７］本実施形態の半導体デバイスにおいて、酸化物半導体膜中のＩｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＷの含有率は０．５原子％より大きく５．０原子％以下であることができ、酸化物半導体膜中のＩｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率は１．２原子％以上１９原子％以下であることができ、Ｗに対するＺｎの原子比は１．０より大きく６０より小さい値であることができる。このことは、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、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００２７】
［８］本実施形態の半導体デバイスにおいて、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い。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。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。
【００２８】
［９］本実施形態の半導体デバイスにおいて、酸化物半導体膜は、ナノ結晶酸化物またはアモルファス酸化物で構成することができる。このことは、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、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００２９】
［１０］本実施形態の半導体デバイスにおいて、酸化物半導体膜は、膜厚が２ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることができる。このことは、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、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００３０】
［１１］本実施形態に係る半導体デバイスは、酸化物半導体膜の少なくとも一部と接して配置される層をさらに含むことができる。この場合において当該層は、ナノ結晶層およびアモルファス層の少なくともいずれか１つであることができる。当該層をさらに含むことは、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、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００３１】
［１２］本実施形態に係る半導体デバイスにおいて、酸化物半導体膜の少なくとも一部と接して配置される上記層は、シリコン（Ｓｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）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できる。当該層がＳｉおよびＡｌ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、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、電界効果移動度を高くし、かつ信頼性を高くするうえで有利である。
【００３２】
［１３］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ＩｎとＷ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、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなり、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が得られる。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗率を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。
【００３３】
［１４］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ＺｎとＷ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、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなり、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が得られる。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗率を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。
【００３４】
［１５］上記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。これにより、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなり、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が得られる。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗率を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。
【００３５】
［１６］上記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。これにより、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなり、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が得られる。
【００３６】
［１７］上記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型結晶相およびＩｎ６ＷＯ１２型結晶相の少なくともいずれか一方を含むことができる。これにより、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなり、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が得られる。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。
【００３７】
＜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、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主成分として含み、見かけ密度が６．６ｇ／ｃｍ3より大きく７．５ｇ／ｃｍ3以下であるため、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のスパッタターゲットとして好適に用いられる。
【００３８】
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つの元素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。
【００３９】
ビックスバイト型結晶相であることは、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。
【００４０】
また、「ビックスバイト型結晶相を主成分として含む」とは、酸化物焼結体中でビックスバイト型結晶相が占める割合（後述するビックスバイト型結晶相占有率）が６０％以上であることを意味する。酸化物焼結体は、ビックスバイト型結晶相以外の結晶相を含むことができる。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、電界効果移動度および信頼性を高くする観点から、酸化物焼結体は、ビックスバイト型結晶相以外の結晶相として、六方晶ウルツ型結晶相およびタングステン酸亜鉛化合物結晶相から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００４１】
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つの元素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。
【００４２】
また、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および酸素（Ｏ）を主成分とする結晶相である。たとえば、ＺｎＷＯ4型結晶相が挙げられる。ここで、「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の元素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。
【００４３】
酸化物焼結体は、混入が不可避の結晶相など、他の結晶相を含むことがある。ビックスバイト型結晶相、六方晶ウルツ型結晶相およびタングステン酸亜鉛化合物結晶相と、それ以外の結晶相との判別方法は、たとえば、以下のとおりである。
【００４４】
まず、Ｘ線回折にてビックスバイト型結晶相、六方晶ウルツ型結晶相およびタングステン酸亜鉛化合物結晶相の存在と、それ以外の結晶相の存在を確認する。Ｘ線回折で確認される相はビックスバイト型結晶相のみの場合もある。ビックスバイト型結晶相のみ確認された場合は、ビックスバイト型結晶相が主成分であると判断する。
【００４５】
Ｘ線回折にてビックスバイト型結晶相、六方晶ウルツ型結晶相およびタングステン酸亜鉛化合物結晶相の存在と、それ以外の結晶相の存在とを確認した場合には次の測定を実施してビックスバイト型結晶相が主成分であるかどうかを確認する。まず、酸化物焼結体の一部からサンプルを採取して、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。次いで、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％）〕が高く、かつＷ含有率が非常に低いかまたはＷを含有しない結晶粒子のグループＡと、Ｚｎ含有率およびＷ含有率〔Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＷの含有率（原子％）〕の高い結晶粒子のグループＢと、Ｚｎ含有率およびＷ含有率が非常に低く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Ｃとに分けることができる。そして、グループＡが六方晶ウルツ型結晶相であり、グループＢがタングステン酸亜鉛化合物結晶相であり、グループＣがビックスバイト型Ｉｎ2Ｏ3相であり、それ以外のグループがその他の結晶相であると結論付けることができる。
【００４６】
酸化物焼結体におけるビックスバイト型結晶相占有率（酸化物焼結体中でビックスバイト型結晶相が占める割合）は、酸化物焼結体の上記測定面に占めるビックスバイト型結晶相（グループＣ）の面積の割合（百分率）として定義される。ビックスバイト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、この定義に従うビックスバイト型結晶相占有率が６０％以上である。
【００４７】
本実施形態に係る酸化物焼結体は、見かけ密度が６．６ｇ／ｃｍ3より大きく７．５ｇ／ｃｍ3以下である。
【００４８】
本実施形態に係る酸化物焼結体の主成分であるビックスバイト型結晶相の理論密度は、インジウム酸化物で形成されるビックスバイト結晶相の理論密度が７．２８ｇ／ｃｍ3であることを考慮し、さらに、かかる酸化物焼結体にビックスバイト型結晶相（ＩｎとＷとＯからなる）と六方晶ウルツ型結晶相（ＺｎとＯからなる）が混在していると仮定した場合、本実施形態においては、Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＷの含有率（Ｗ含有率）は０．５原子％より大きく５．０原子％以下であり、Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率（Ｚｎ含有率）は１．２原子％以上１９原子％以下であり、かつＷに対するＺｎの原子比（Ｚｎ／Ｗ比）は１．０より大きく６０より小さいので、理論密度が最小となるのは、Ｗ含有率が０．５原子％であって、Ｚｎ含有率が１９原子％のときであり、このときの理論密度は６．９９ｇ／ｃｍ3と計算される。一方、理論密度が最大となるのは、Ｗ含有率が５原子％であって、Ｚｎ含有率が５原子％のときであり、このときの理論密度は７．３ｇ／ｃｍ3と計算される。
【００４９】
また、酸化物焼結体がビックスバイト結晶相（ＩｎとＯからなる）と六方晶ウルツ型結晶相（ＺｎとＯからなる）とＺｎＷＯ4結晶相（ＺｎとＷとＯからなる）からなる場合、ＺｎＷＯ4結晶相の理論密度は７．８ｇ／ｃｍ3と高く、この割合が最も高い場合に理論密度が最も高くなると考えられる。Ｗ含有率がその採り得る最大値の５原子％であり、かつＺｎ含有量がＷ含有率と同じく５原子％であるとき、酸化物焼結体の理論密度は最も高い値を示すが、この場合、理論密度は７．５ｇ／ｃｍ3となる。
【００５０】
本実施形態に係る酸化物焼結体は、上記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。
【００５１】
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インジウム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。
【００５２】
以上のとおりであるから、見かけ密度が６．６ｇ／ｃｍ3より大きく７．５ｇ／ｃｍ3以下と大きい本実施形態に係る酸化物焼結体は、電界効果移動度が高く、かつ信頼性も高い半導体デバイスに用いられる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ができる。
【００５３】
本実施形態に係る酸化物焼結体において、酸化物焼結体中のＩｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＷの含有率（酸化物焼結体のＷ含有率）は、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Ｉｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率（酸化物焼結体のＺｎ含有率）は、１．２原子％以上１９原子％以下であり、かつ酸化物焼結体中のＷに対するＺｎの原子比（酸化物焼結体のＺｎ／Ｗ比）は、１．０より大きく６０より小さい。かかる酸化物焼結体によれば、これ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（たとえば、ＴＦＴ）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。
【００５４】
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、好ましくは０．６原子％以上であり、好ましくは３原子％以下であり、より好ましくは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。
【００５５】
酸化物焼結体のＺｎ含有率が１．２原子％以上１９原子％以下であり、かつ酸化物焼結体中のＺｎ／Ｗ比が１．０より大きく６０より小さい場合、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、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。
【００５６】
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Ｚｎ含有率は、好ましくは３原子％以上、より好ましくは１０原子％以上であり、好ましくは１８原子％以下である。Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）原子比は、０．８より大きいことが電界効果移動度を高める観点から望ましい。
【００５７】
酸化物焼結体のＺｎ含有率が１．２原子％より小さい場合、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Ｚｎ含有率が１９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。
【００５８】
酸化物焼結体におけるＺｎ／Ｗ比が１．０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。Ｚｎ／Ｗ比は、好ましくは３．０以上であり、より好ましくは５．０以上である。酸化物焼結体におけるＺｎ／Ｗ比が６０以上の場合、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。Ｚｎ／Ｗ比は、好ましくは２０以下であり、より好ましくは１５以下である。
【００５９】
一般的に酸化物半導体は、半導体デバイスの製造時における加熱処理の温度によって信頼性が変化する。加熱処理の温度を高くすることで信頼性を向上させることができる。しかし、Ｉｎ、Ｗ、およびＺｎを含む酸化物半導体において加熱処理温度を高くすると電界効果移動度が低下してしまう。このため、高い加熱処理温度でも電界効果移動度が低下しないことが望まれていた。本明細書において、電界効果移動度が高く、かつ信頼性が高いということは、高い加熱処理温度でも電界効果移動度が低下せず、かつ高い加熱処理の温度により高い信頼性が得られることを意味している。
【００６０】
本実施形態に係る酸化物焼結体において、ビックスバイト型結晶相は、インジウム酸化物を主成分として含み、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タングステンおよび亜鉛の少なくとも１つを含有することが好ましい。かかる酸化物焼結体によれば、これ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（たとえば、ＴＦＴ）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。
【００６１】
本実施形態に係る酸化物焼結体において、「ビックスバイト型結晶相がインジウム酸化物を主成分として含み、その少なくとも一部にタングステンおよび亜鉛の少なくとも１つが固溶している」とは、ビックスバイト結晶相を有するインジウム酸化物の結晶格子中の少なくとも一部に、ＷおよびＺｎの少なくとも１つが置換型にて固溶している形態、または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。
【００６２】
本実施形態に係る酸化物焼結体において、ＷおよびＺｎの少なくとも１つが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Ｚｎの少なくとも１つとが混在する領域の存在が確認されたとき、ビックスバイト型結晶相にＷおよびＺｎの少なくとも１つが固溶していると考えることができる。
【００６３】
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Ｚｎの少なくとも１つ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Ｚｎの少なくとも１つの酸化物が確認されないことをもって、ＷおよびＺｎの少なくとも１つが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。
【００６４】
同様に、六方晶ウルツ型結晶相は、酸化亜鉛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Ｉｎの少なくとも１つが固溶していてもよい。その確認には、前述の「ビックスバイト型結晶相がインジウム酸化物を主成分として含み、その少なくとも一部にＷおよびＺｎの少なくとも１つが固溶している」ことを確認する手法と同様に、Ｘ線回折、ＳＥＭ−ＥＤＸ、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いることが可能である。
【００６５】
また、同様に、タングステン酸亜鉛化合物結晶相は、ＺｎとＷとＯ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Ｉｎが固溶していてもよい。その確認には、前述の「ビックスバイト型結晶相がインジウム酸化物を主成分として含み、その少なくとも一部にＷおよびＺｎの少なくとも１つが固溶している」ことを確認する手法と同様に、Ｘ線回折、ＳＥＭ−ＥＤＸ、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いることが可能である。
【００６６】
酸化物焼結体を構成する結晶としてビックスバイト型結晶相を主成分として、六方晶ウルツ型結晶相および／またはタングステン酸亜鉛化合物結晶相を含むことにより、当該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。
【００６７】
なお、酸化物焼結体中のＩｎ、ＷおよびＺｎの合計に対する、Ｉｎ、Ｗ、Ｚｎ以外の不可避の金属の含有率は、１原子％以下であることが好ましい。
【００６８】
［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。
【００６９】
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、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなり、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が得られる。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗率を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。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。
【００７３】
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ＩｎとＷとを含む複酸化物の粉末を形成することを含む。
【００７４】
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１２００℃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、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなり、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が得られる。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗率を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。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。
【００７５】
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、１２００℃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、ＩｎとＷとを含む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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗率を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。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。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。
【００７８】
上記いずれの製造方法においても、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。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗率を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。かかる観点から、タングステン酸化物粉末は、ＷＯ3粉末、ＷＯ2粉末、およびＷＯ2.72粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種の粉末であることが好ましい。
【００７９】
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以下が好ましく、０．２μｍ以上２μｍ以下がより好ましく、０．３μｍ以上１．５μｍ以下がさらに好ましい。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。
【００８０】
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１２００℃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を高くすることが難しい傾向にある。
【００８１】
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。
【００８２】
（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、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。
【００８３】
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を高くする観点から、好ましい。
【００８４】
（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をより効果的に高める観点、ならびに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。また、大気圧の空気雰囲気によって成形体を焼結することにより、酸化物焼結体の電気抵抗率を１Ωｃｍ以下にすることができ、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が得られる。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。
【００８５】
（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。
【００８６】
（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が得られる。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。
【００８７】
（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１１００℃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が得られる。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。
【００８８】
（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（たとえば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。
【００８９】
（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、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。
【００９０】
（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、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６．６ｇ／ｃｍ3より大きくするために、９００℃以上１２００℃以下が好ましい。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。酸化物焼結体は、スパッタターゲットして好適なものにするために、電気抵抗率を１Ωｃｍ以下とすることが望まれている。見かけ密度を高めるためには、焼結温度を上げることが考えられるが、１２００℃以上ではタングステン酸化物が昇華して、酸化物焼結体から消失してしまう問題がある。また、これまで、見かけ密度を高めるためには、焼結時に酸素ガスを流すことで、焼結時の酸素分圧を高めており、かつ焼結体の電気抵抗率１Ωｃｍ以下を実現するためには、焼結の後に、真空雰囲気、もしくは窒素雰囲気などの還元雰囲気で熱処理を行うことが一般的であった。本発明では、大気圧の空気雰囲気で焼結を行うだけで、還元雰囲気での熱処理を行うことなく、見かけ密度が高く、電気抵抗率１Ωｃｍ以下の酸化物焼結体を実現することができる。
【００９１】
［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。
【００９２】
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。
【００９３】
［実施形態４：半導体デバイス］
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の酸化物焼結体をスパッタターゲットとして用いる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１０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。
【００９４】
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、実施形態１の酸化物焼結体をスパッタターゲットとして用いるスパッタ法により形成した酸化物半導体膜１４をチャネル層として含む半導体デバイスであり、この半導体デバイスはたとえばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）であることができる。本実施形態に係る半導体デバイス１０の一例であるＴＦＴは、実施形態１の酸化物焼結体をターゲットとして用いてスパッタ法により形成した酸化物半導体膜１４をチャネル層として含むため、電界効果移動度が高く、信頼性も高くすることができる。
【００９５】
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中のＩｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＷの含有率（酸化物半導体膜の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中のＩｎ、ＷおよびＺｎの合計に対するＺｎの含有率（酸化物半導体膜のＺｎ含有率）は、好ましくは１．２原子％以上１９原子％以下であり、かつ酸化物半導体膜１４中のＷに対するＺｎの原子比（酸化物半導体膜のＺｎ／Ｗ比）は、好ましくは１．０より大きく６０より小さい。これにより、電界効果移動度および信頼性を高くすることができる。
【００９６】
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、より好ましくは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１０において、加熱処理によって電界効果移動度が低くなってしまうとともに、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１４をチャネル層として含む半導体デバイス１０において、電界効果移動度が低くなってしまう。
【００９７】
酸化物半導体膜１４のＺｎ含有率が１．２原子％以上１９原子％以下であり、かつ酸化物半導体膜１４中のＺｎ／Ｗ比が１．０より大きく６０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１０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。
【００９８】
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％以上、さらに好ましくは１０原子％以上であり、より好ましくは１８原子％以下である。Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）原子比は、０．８より大きいことが電界効果移動度を高める観点から望ましい。
【００９９】
酸化物半導体膜１４のＺｎ含有率が１．２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１０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１９原子％を超える場合、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１０において、電界効果移動度が低くなってしまう。
【０１００】
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１０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６０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１０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以下であり、さらに好ましくは１５以下である。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。インジウムを含む酸化物は、透明導電膜として知られているが、特開２００２−２５６４２４号公報に記載されるように、透明導電膜に使用される膜としては電気抵抗率が１０-1Ωｃｍより低いことが一般的である。一方、本発明のように半導体デバイスのチャネル層として用いる場合、酸化物半導体膜１４は、電気抵抗率は１０-1Ωｃｍ以上であることが望ましい。当該電気抵抗値を実現するために、前記の膜厚、Ｗ含有率、Ｚｎ含有率、Ｚｎ／Ｗ比を総合的に検討することが好ましい。また、スパッタリング法により酸化物半導体膜１４を形成した後の加熱処理を酸素を含む雰囲気にて実施するか、および／または、酸化物半導体膜１４の少なくとも一部と接する層（エッチストッパ層、ゲート絶縁層、パシベーション層）に酸化物を用いて、加熱処理を行うことが望ましい。
【０１０３】
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ことが、これをチャネル層として含む半導体デバイス１０（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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（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．。
【０１０７】
（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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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１０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。移動度を高める上で、酸化物半導体膜１４は、より望ましくはアモルファス酸化物で構成される。前述のＺｎ含有率が１０原子％以上、および/またはＷ含有率が０．４原子％以上の場合、酸化物半導体膜１４はアモルファス酸化物で構成されやすく、より高い加熱処理の温度までアモルファス酸化物が安定である。
【０１１０】
酸化物半導体膜１４は、膜厚が２ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が２ｎｍ以上２５ｎｍ以下であると、これをチャネル層として含む半導体デバイス１０において、より高い電界効果移動度を実現することができ、また、信頼性も高くすることができる。膜厚が２５ｎｍを超えると、酸化物半導体膜１４がナノ結晶酸化物またはアモルファス酸化物とならずに電界効果移動度が向上することができない傾向にある。前述のＺｎ含有率の増加および/またはＷ含有率の増加により、より大きい膜厚までナノ結晶酸化物またはアモルファス酸化物を維持することが可能となる。
【０１１１】
酸化物半導体膜１４の膜厚が２ｎｍ以上２５ｎｍ以下であると、酸化物半導体膜１４をナノ結晶酸化物またはアモルファス酸化物で構成することができる。これにより、当該酸化物半導体膜１４をチャネル層として含む半導体デバイス１０において、高い電界効果移動度を達成することが可能となる。より高い電界効果移動度を実現する観点から、酸化物半導体膜１４の膜厚は、より好ましくは５ｎｍ以上であり、また、より好ましくは１８ｎｍ以下である。
【０１１２】
酸化物半導体膜１４の膜厚は、膜断面を透過電子顕微鏡により観察し、膜の最下面から最上面までの距離を測定し、観察倍率にて割ることで算出される。距離の測定は５点にて実施し、その平均値から膜厚を算出する。
【０１１３】
酸化物半導体膜１４は、スパッタリング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。このことは、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１０（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うえで有利である。
【０１１４】
スパッタリング法とは、成膜室内に、ターゲットと基板とを対向させて配置し、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。
【０１１５】
酸化物半導体膜を形成する方法としては、スパッタリング法のほか、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、スパッタリング法を用いることが上記の理由から好ましい。
【０１１６】
スパッタリング法としては、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。スパッタリング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。
【０１１７】
また、酸化物半導体膜１４は、スパッタリング法による成膜後に加熱処理するか、またはスパッタリング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１４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１４は、これをチャネル層として含む半導体デバイス１０（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。
【０１１８】
スパッタリング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。
【０１１９】
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。基板温度は、好ましくは１００℃以上３５０℃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。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の少なくとも一部に酸化物層（エッチストッパ層、ゲート絶縁膜、パシベーション膜）が接しない場合、酸素を含む雰囲気で加熱処理することが望ましい。
【０１２０】
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。
【０１２１】
図２に示される半導体デバイス２０は、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、酸化物半導体膜１４、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。
【０１２２】
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、ナノ結晶層およびアモルファス層の少なくともいずれか１つである層（以下、この層を「隣接層」ともいう。）をさらに含むことが好ましい。当該隣接層を設けることにより、それと接して形成される酸化物半導体膜１４が、隣接層の結晶性の影響を受けて、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膜となりやすくなり、またこれに伴って半導体デバイスに良好な電界効果移動度を付与することができる。当該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、高い電界効果移動度を維持することができる。加熱処理の温度がより高い場合であってもアモルファス酸化物で構成される膜を維持できる場合、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。
【０１２３】
上記隣接層は、その全体がナノ結晶およびアモルファスの少なくともいずれか１つであってもよいし、酸化物半導体膜１４と接する部分がナノ結晶およびアモルファスの少なくともいずれか１つであってもよい。後者の場合において、ナノ結晶およびアモルファスの少なくともいずれか１つである部分は、隣接層における膜面方向にわたって全体であってもよいし、酸化物半導体膜１４と接する表面の一部でもよい。
【０１２４】
ナノ結晶層およびアモルファス層の少なくともいずれか１つである隣接層は、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。
【０１２５】
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が上記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が上記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が上記隣接層であってよい。
【０１２６】
上記隣接層は、シリコン（Ｓｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）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。隣接層がＳｉおよびＡｌ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、隣接層がＳｉおよびＡｌ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であり、酸化物半導体膜１４の電気抵抗率を１０−１Ωｃｍ以上にするためにも有利である。ＳｉおよびＡｌ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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
（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、スパッタリング法等であることが好ましい。
【０１２９】
（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。
【０１３０】
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ＳｉおよびＡｌ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。
【０１３１】
（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、スパッタリング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、たとえばスパッタリング法による成膜後に加熱処理するか、またはスパッタリング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。スパッタリング法の原料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。
【０１３２】
（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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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ＳｉおよびＡｌ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、スパッタリング法、真空蒸着法等であることが好ましい。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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））。
【０１３７】
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ＳｉおよびＡｌ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、スパッタリング法、真空蒸着法等であることが好ましい。
【０１３８】
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、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。
【実施例】
【０１３９】
＜実施例１〜実施例１１、比較例１〜比較例１０＞
（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。
【０１４０】
（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。
【０１４１】
（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を示す。
【０１４２】
（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。
【０１４３】
（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。
【０１４４】
（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（亜鉛も固溶している場合がある。）が固溶したビックスバイト型結晶相（Ｉｎ2Ｏ3型相）を含む酸化物焼結体を得た。
【０１４５】
（１−７）酸化物焼結体の物性評価
得られた酸化物焼結体の結晶相の同定は、酸化物焼結体の一部からサンプルを採取して、粉末Ｘ線回折法よる結晶解析により行った。Ｘ線回折の測定条件は以下のとおりとした。酸化物焼結体に存在する結晶相を表１にまとめた。
【０１４６】
（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。
【０１４７】
得られた酸化物焼結体において、ビックスバイト型結晶相であるＩｎ2Ｏ3型相が主成分であることの確認は、次のようにして行った。まず、Ｘ線回折にてビックスバイト型結晶相、六方晶ウルツ構造型結晶およびタングステン酸亜鉛型結晶相の存在と、それ以外の結晶相の存在とを確認した。
【０１４８】
Ｘ線回折にてビックスバイト型結晶相、六方晶ウルツ型結晶相およびタングステン酸亜鉛化合物結晶相の存在と、それ以外の結晶相の存在とそれぞれの結晶相の割合の確認は、次のようにして行った。酸化物焼結体の一部からサンプルを採取して、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。次いで、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含有率が高く、かつＷ含有率が非常に低いかまたはＷを含有しない結晶粒子のグループＡと、Ｚｎ含有率およびＷ含有率の高い結晶粒子のグループＢと、Ｚｎ含有率およびＷ含有率が非常に低くＩｎ含有率が高い結晶粒子のグループＣとに分けた。そして、グループＡが六方晶ウルツ型結晶相であり、グループＢがタングステン酸亜鉛化合物結晶相であり、グループＣがビックスバイト型Ｉｎ2Ｏ3相であり、それ以外のグループがその他の結晶相であると結論付けた。
【０１４９】
酸化物焼結体におけるビックスバイト型結晶相占有率（酸化物焼結体中でビックスバイト型結晶相が占める割合）は、酸化物焼結体の上記測定面に占めるビックスバイト型結晶相（グループＣ）の面積の割合（百分率）として定義される。本実施形態に係る酸化物焼結体は、この定義に従うビックスバイト型相占有率が６０％以上である。
【０１５０】
そして、ビックスバイト型結晶相占有率が６０％以上の場合、ビックスバイト型結晶相であるＩｎ2Ｏ3型結晶相が主成分であると判断した。実施例１〜実施例１１および比較例１〜１０の酸化物焼結体はいずれも、ビックスバイト型結晶相であるＩｎ2Ｏ3型結晶相が主成分であった。
【０１５１】
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％、表１において「Ｗ含有率」と表記した。）、Ｚｎ含有率（原子％、表１において「Ｚｎ含有率」と表記した。）、およびＺｎ／Ｗ比（原子数比、表１において「Ｚｎ／Ｗ比」と表記した。）をそれぞれ求めた。結果を表１にまとめた。
【０１５２】
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。得られた酸化物焼結体の電気抵抗率は比抵抗計（三菱油化製、ロレスタ）を使用し、四探針法により測定した。得られた電気抵抗率を表１にまとめた。比較例１０において、仮焼工程（１−２、１−３の工程）を実施せずに、Ｉｎ2Ｏ3粉末、ＺｎＯ粉末、ＷＯ3粉末を混合して、成形、焼結を行ったところ、電気抵抗率が１Ωｃｍ以上となり、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリング法に適用が不可能であった。
【０１５３】
【表１】
2018076227.tif 000003
【０１５４】
（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）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。
【０１５５】
図４（Ｂ）を参照して、次に、ゲート電極１２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膜またはＳｉＮy膜を形成した。下記の表２における「ＧＩ層」の欄には、各実施例および比較例で用いたゲート絶縁膜１３の材質を記載している。
【０１５６】
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、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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。ターゲットに１１０Ｗの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。
【０１５９】
次いで、同じターゲットに１１０Ｗ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２における「加熱処理」の欄に「成膜時」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表２における「処理温度」の欄に記載されている温度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。一方、実施例および比較例のうち、下記の表２における「加熱処理」の欄に「成膜後」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、具体的にはソース電極１５およびドレイン電極１６形成後）に基板ホルダを加熱して基板温度を表２における「処理温度」の欄に記載されている温度に調整することにより加熱処理を実施した。この場合において成膜時間は、たとえば酸化物半導体膜１４の膜厚が５ｎｍの場合（実施例１１）で約１４秒であり、酸化物半導体膜１４の膜厚が２８ｎｍの場合（比較例１）で約７０秒であった。また、下記の表２における「加熱処理」の欄に「なし」と記載されている場合は、成膜時および成膜後のいずれにおいても加熱処理を実施しなかった。この場合において、成膜時における基板温度は２０℃程度とした。いずれの実施例および比較例においても、酸化物半導体膜１４の厚みが表２に示されるとおりとなるように成膜時間を調整した。
【０１６０】
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の膜厚を表２に示す。酸化物半導体膜１４の膜厚は、膜断面を透過電子顕微鏡により観察し、膜の最下面から最上面までの距離を測定し、観察倍率にて割ることで算出した。距離の測定は５点にて実施し、その平均値から膜厚を算出した。
【０１６１】
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（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（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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。次いでスパッタリング法により、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。
【０１６５】
実施例および比較例のうち、下記の表２における「加熱処理」の欄に「成膜後」と記載されている場合は、ソース電極１５およびドレイン電極１６形成後に基板ホルダを加熱して基板温度を表２における「処理温度」の欄に記載されている温度に調整することにより大気雰囲気中で加熱処理を実施した。加熱処理の時間は、約１４分とした。
【０１６６】
図３を参照して、次に、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１００ｎｍ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１００ｎｍ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２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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
最後に、窒素雰囲気中でアニール処理（熱処理）を実施した。このアニール処理は、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２８０℃３０分間のアニール処理に引き続いて、窒素雰囲気中３５０℃３０分間のアニール処理を実施した。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。
【０１６９】
（２−２）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２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％、表１において「Ｚｎ含有率」と表記した。）、Ｚｎ含有率（原子％、表２において「Ｚｎ含有率」と表記した。）、およびＺｎ／Ｗ比（原子数比、表２において「Ｚｎ／Ｗ比」と表記した。）をそれぞれ求めた。結果を表２に示す。
【０１７０】
（２−３）電気抵抗率の測定
ソース電極１５とドレイン電極１３に測定針を接触させた。次に、ソース−ドレイン電極間に電圧を１Ｖから２０Ｖに変化させて印加しながら、ソース−ドレイン間電流Ｉdsを測定した。Ｉds−Ｖｇｓのグラフを描いたときの傾きが抵抗Ｒである。この抵抗Ｒと、チャネル長さＣL（３０μｍ）、チャネル幅ＣW（４０μｍ）、膜厚ｔから、電気抵抗率は、Ｒ×ＣW×ｔ／ＣLとして求めることができる。本実施例の酸化物半導体膜は全て１０−１Ωｃｍ以上であることを確認した。
【０１７１】
（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−３０Ｖから２０Ｖ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、窒素雰囲気中２８０℃３０分間のアニール処理を実施した後（Ｖth（２８０℃））と、窒素雰囲気中３５０℃３０分間のアニール処理を実施した後（Ｖth（３５０℃））のＴＦＴについて測定した。
【０１７２】
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＝１５．０Ｖ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０．３Ｖとした。
【０１７３】
窒素雰囲気中２８０℃３０分間のアニール処理を実施した後の電界効果移動度μfeを、表２の「移動度（２８０℃）」の欄に示している。また、窒素雰囲気中３５０℃３０分間のアニール処理を実施した後の電界効果移動度μfeを、表２の「移動度（３５０℃）」の欄に示している。表２に示されるように、Ｚｎ／Ｗ比が大きい方が、移動度（２８０℃）と移動度（３５０℃）との差が小さいことがわかる。また、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）の比が０．８よりも大きい場合、２８０℃でアニール処理したＴＦＴの電界効果移動度μfeが高かった。
【０１７４】
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−２５Ｖ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と最少閾値電圧Ｖth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。窒素雰囲気中２８０℃３０分間のアニール処理を実施した後のΔＶthを、表２の「ΔＶth（２８０℃）」の欄に示している。また、窒素雰囲気中３５０℃３０分間のアニール処理を実施した後のΔＶthを、表２の「ΔＶth（３５０℃）」の欄に示している。
【０１７５】
【表２】
2018076227.tif 000004
【０１７６】
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】
【０１７７】
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】
2018076227.tif 000007
【図４】
2018076227.tif 000008
【図５】
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