(57)【要約】【課題】酸化物薄膜の作製に使用するターゲット等として好適に利用できる、新規な結晶型を有する酸化物を提供する。【解決手段】インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、及び亜鉛元素（Ｚｎ）を含み、  Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα線）により、入射角（２θ）が、７．０°〜８．４°、３０．６°〜３２．０°、３３．８°〜３５．８°、５３．５°〜５６．５°及び５６．５°〜５９．５°の各位置に回折ピークが観測され、  かつ、２θが３０．６°〜３２．０°及び３３．８°〜３５．８°の位置に観測される回折ピークの一方がメインピークであり、他方がサブピークである、酸化物。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、及び亜鉛元素（Ｚｎ）を含み、
Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα線）により、入射角（２θ）が、７．０°〜８．４°、３０．６°〜３２．０°、３３．８°〜３５．８°、５３．５°〜５６．５°及び５６．５°〜５９．５°の各位置に回折ピークが観測され、
かつ、２θが３０．６°〜３２．０°及び３３．８°〜３５．８°の位置に観測される回折ピークの一方がメインピークであり、他方がサブピークである、酸化物。
【請求項２】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及び亜鉛元素（Ｚｎ）の原子比が、下記式（１）及び（２）を満たす、請求項１に記載の酸化物。
０．４５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６０    （１）
０．２１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）≦０．２９          （２）
【請求項３】
含有される金属元素が、実質的にＩｎ，Ｇａ及びＺｎである請求項１又は２に記載の酸化物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物を含む酸化物焼結体。
【請求項５】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及び亜鉛元素（Ｚｎ）の原子比が、下記式（１’）及び（２’）を満たす、請求項４に記載の酸化物焼結体。
０．１５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６５    （１’）
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．４５          （２’）
【請求項６】
請求項４又は５に記載の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
【請求項７】
請求項６に記載のスパッタリングターゲットを用いて作製された酸化物薄膜。
【請求項８】
下記（ａ）〜（ｃ）の工程を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物又は請求項４あるいは５に記載の酸化物焼結体の製造方法。
（ａ）厚み５．５ｍｍ以上の成形体を成形する工程
（ｂ）１３８０℃以上１５２０℃以下で４〜２４時間焼結する工程
（ｃ）成形体を焼結した後、片面あるいは両面を０．１ｍｍ以上研削する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物に関する。さらに詳しくは、酸化物半導体や透明導電膜等として好適な酸化物、及びそれを用いた酸化物焼結体、スパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化インジウム及び酸化亜鉛、又は酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる非晶質の酸化物膜は、可視光透過性を有し、かつ、導電体、又は半導体から絶縁体まで広い電気特性を有するため、透明導電膜や半導体膜（例えば、薄膜トランジスタ等に用いられる）として着目されている。
【０００３】
上記酸化物膜の成膜方法としては、スパッタリング、ＰＬＤ（パルスレーザーデポジション）、蒸着等の物理的な成膜、及びゾルゲル法等の化学的な成膜が検討されている。このなかでも、比較的低温で大面積に均一に成膜できることから、スパッタリング法等の物理的成膜が中心に検討されている。
上記の物理的成膜で酸化物薄膜を成膜する際は、均一に、安定して、効率よく（高い成膜速度で）成膜するために、酸化物焼結体からなるターゲットを用いることが一般的である。
【０００４】
上記の酸化物膜を作製するためのターゲット（主にスパッタリングターゲット）としては、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝２〜２０）、ＩｎＧａＺｎＯ４、Ｉｎ２Ｇａ２ＺｎＯ７等の公知の結晶型の組成、又はそれと近い組成のものを中心に検討している。
具体的には、ＩｎとＺｎを主成分とし、一般式Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝２〜２０）で表される六方晶層状化合物を含む酸化物の焼結体からなることを特徴とするターゲットや、この酸化物に、さらに正三価以上の原子価を有する元素の少なくとも１種を２０原子％以下でドープしたターゲットが公開されている（特許文献１）。
また、ＩｎＧａＺｎＯ４やＩｎ２Ｇａ２ＺｎＯ７の六方晶層状化合物の結晶構造（ホモロガス結晶構造）を示すターゲットが検討されている（特許文献２、３、４）。
【０００５】
また、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝２〜２０）の六方晶層状化合物とＩｎ２Ｏ３との混合物や、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝２〜２０）の六方晶層状化合物とＺｎＯとの混合物からなるターゲット（特許文献１）、ＩｎＧａＺｎＯ４の六方晶層状化合物とＺｎＧａ２Ｏ４のスピネル構造の混合物からなるターゲット（特許文献５）等、混合物の特性を生かしたターゲットの開発が検討されている。
また、特許文献６にはＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２等、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝１〜２０）で表される酸化物及びその合成方法が公開されている。
【０００６】
ところで、ターゲットについて、上述した公知の結晶型以外の酸化物についての検討はされておらず、種々の組成比を変えた薄膜に関して検討されている程度である。具体的には、コスパッタリング等により、成膜時に組成比を調整する方法で形成した薄膜について検討されている（特許文献２、７）。
また、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムを含むスパッタリングターゲットに関して、ほぼ単一の結晶構造からなるものは、ＩｎＧａＺｎＯ４やＩｎ２Ｇａ２ＺｎＯ７に関するもののみで、それ以外の結晶型をほぼ単一成分とするスパッタリングターゲットや、それを用いた薄膜トランジスタの製造の検討はなされていなかった。
尚、公知の結晶型ではない酸化物について、粉末の原料を焼成して得られる焼結体の固溶限界や格子定数の変化が報告されている（非特許文献１、２）。非特許文献２では、Ｉｎ１．５Ｇａ０．５Ｏ３（ＺｎＯ）ｍの結晶構造を持つ酸化物の存在を仮定し計算した例はあるが、酸化物の合成、スパッタリングターゲットへの適用の可能性や薄膜トランジスタ材料としての可能性等、具体的な検討はされていなかった（非特許文献２、ＴＡＢＬＥ  ＩＶ）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２３４５６５号公報
【特許文献２】特開平８−２４５２２０号公報
【特許文献３】特開２００７−７３３１２号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／０８４５３７号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２００８／０７２４８６号パンフレット
【特許文献６】特開昭６３−２３９１１７号公報
【特許文献７】特開２００７−２８１４０９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，８２［１０］２７０５−２７１０（１９９９）
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，９３［２］２９８−３１５（１９９１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、移動度が高く、Ｓ値の小さい半導体を提供するためのスパッタリングターゲット等として好適に利用できる、新規な結晶型を有する酸化物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らが鋭意研究した結果、従来から知られていたＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ及びＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍの結晶型とは異なる、新たな結晶構造を有する酸化物を発見した。この酸化物は、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２で表される結晶構造とＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２で表される結晶構造の中間的な結晶構造を有していると推定される。そして、この酸化物を含む酸化物焼結体は、酸化物薄膜の作製に使用するターゲット等として好適に利用できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
本発明によれば、以下の酸化物等が提供される。
１．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、及び亜鉛元素（Ｚｎ）を含み、Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα線）により、入射角（２θ）が、７．０°〜８．４°、３０．６°〜３２．０°、３３．８°〜３５．８°、５３．５°〜５６．５°及び５６．５°〜５９．５°の各位置に回折ピークが観測され、かつ、２θが３０．６°〜３２．０°及び３３．８°〜３５．８°の位置に観測される回折ピークの一方がメインピークであり、他方がサブピークである、酸化物。
２．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及び亜鉛元素（Ｚｎ）の原子比が、下記式（１）及び（２）を満たす、１に記載の酸化物。
０．４５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６０    （１）
０．２１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）≦０．２９          （２）
３．含有される金属元素が、実質的にＩｎ，Ｇａ及びＺｎである１又は２に記載の酸化物。
４．上記１〜３のいずれかに記載の酸化物を含む酸化物焼結体。
５  インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及び亜鉛元素（Ｚｎ）の原子比が、下記式（１’）及び（２’）を満たす、４に記載の酸化物焼結体。
０．１５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６５    （１’）
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．４５          （２’）
６．上記４又は５に記載の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
７．上記６に記載のスパッタリングターゲットを用いて作製された酸化物薄膜。
８．下記（ａ）〜（ｃ）の工程を含む、１〜３のいずれかに記載の酸化物又は４あるいは５に記載の酸化物焼結体の製造方法。
（ａ）厚み５．５ｍｍ以上の成形体を成形する工程
（ｂ）１３８０℃以上１５２０℃以下で４〜２４時間焼結する工程
（ｃ）成形体を焼結した後、片面あるいは両面を０．１ｍｍ以上研削する工程
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、酸化物薄膜の作製に使用するターゲット等として好適に利用できる、新規な結晶型を有する酸化物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の酸化物のＸ線回折チャートの例（実施例１）である。
【図２】（ａ）はＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２の結晶構造の概念図、（ｂ）はＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２の概念図、（ｃ）は本発明の酸化物の結晶構造の概念図である。
【図３】実施例１で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図４】実施例で作製した薄膜トランジスタの概略断面図である。
【図５】実施例３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図６】実施例１及び３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャート拡大図（２θ＝５°〜１０°）である。
【図７】実施例１及び３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャート拡大図（２θ＝２９°〜３４°）である。
【図８】実施例１及び３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャート拡大図（２θ＝３２°〜３７°）である。
【図９】実施例１及び３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャート拡大図（２θ＝５３°〜５８°）である。
【図１０】実施例１及び３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャート拡大図（２θ＝５６°〜６１°）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の酸化物は、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、及び亜鉛元素（Ｚｎ）を含む、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物であって、下記の条件１及び２を満たすことを特徴とする。
条件１：Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα線）により得られるチャートにおいて、下記のＡ〜Ｅの領域に回折ピークが観測される。
Ａ．入射角（２θ）＝７．０°〜８．４°（好ましくは７．２°〜８．２°）
Ｂ．２θ＝３０．６°〜３２．０°（好ましくは３０．８°〜３１．８°）
Ｃ．２θ＝３３．８°〜３５．８°（好ましくは３４．３°〜３５．３°）
Ｄ．２θ＝５３．５°〜５６．５°（好ましくは５４．１°〜５６．１°）
Ｅ．２θ＝５６．５°〜５９．５°（好ましくは５７．０°〜５９．０°）
条件２：２θが３０．６°〜３２．０°（上記領域Ｂ）及び３３．８°〜３５．８°（上記領域Ｃ）の位置に観測される回折ピークの一方がメインピークであり、他方がサブピークである。
尚、メインピークとは、２θが５〜８０°の範囲で最も強度の強いピーク（ピーク高さの高いピーク）であり、サブピークとは、２番目に強度の強いピークである。
【００１５】
さらに、下記条件３を満たすことが好ましい。
条件３：Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα線）により得られるチャートにおいて、下記のＦ〜Ｋの領域に回折ピークが観測される。
Ｆ．２θ＝１４．８°〜１６．２°（好ましくは１５．０°〜１６．０°）
Ｇ．２θ＝２２．３°〜２４．３°（好ましくは２２．８°〜２３．８°）
Ｈ．２θ＝３２．２°〜３４．２°（好ましくは３２．７°〜３３．７°）
Ｉ．２θ＝４３．１°〜４６．１°（好ましくは４３．６°〜４５．６°）
Ｊ．２θ＝４６．２°〜４９．２°（好ましくは４６．７°〜４８．７°）
Ｋ．２θ＝６２．７°〜６６．７°（好ましくは６３．７°〜６５．７°）
本発明の酸化物のＸ線回折チャートの例として、実施例１で作製した酸化物のＸ線回折チャートを図１に示す。図中、Ａ〜Ｋは上記の各ピーク位置を表わす。尚、横軸は２θであり、縦軸は強度である。
【００１６】
本願において、Ｘ線回折の測定条件は、例えば以下の通りである。
装置：（株）リガク製Ｕｌｔｉｍａ−ＩＩＩ
Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４０６Å、グラファイトモノクロメータにて単色化）
２θ−θ反射法、連続スキャン（１．０°／分）
サンプリング間隔：０．０２°
スリット  ＤＳ、ＳＳ：２／３°、ＲＳ：０．６ｍｍ
【００１７】
上記条件１及び２を満たす酸化物結晶は、ＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｏｆ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）カードにはなく、今まで確認されていない新規な結晶である。
本発明の酸化物の結晶のＸ線回折チャートは、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：４０−０２５２）で示される結晶構造及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：２０−１４４２）で示される結晶構造に類似している。しかしながら、本発明の酸化物はＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２特有のピーク（上記領域Ａのピーク）、及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２特有のピーク（上記領域Ｄ及びＥのピーク）を有する。従って、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２ともＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とも異なる新たな周期性を有していると判断できる。即ち、本発明の酸化物は、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とは異なる。
【００１８】
上記領域Ｂのピークについて、このピークはＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２のメインピークの間、即ち、３１°付近と３２°付近の間にある。従って、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２のメインピークよりも低角側にシフトしており（格子間距離が広がっていると思われる）、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２のメインピークよりも高角側にシフトしている（格子間距離が狭まっていると思われる）。
【００１９】
本発明の酸化物の結晶構造は、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：４０−０２５２）の結晶構造及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：２０−１４４２）の結晶構造に類似していると考えられる。
図２の（ａ）に、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２の結晶構造を、（ｂ）にＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２の結晶構造を、（ｃ）に推定される本発明の酸化物の結晶構造を示す。
Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）で表される結晶構造やＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）で表される結晶構造は「六方晶層状化合物」あるいは「ホモロガス相の結晶構造」と呼ばれ、異なる物質の結晶層を何層か重ね合わせた長周期を有する「自然超格子」構造から成る結晶である。結晶周期ないし各薄膜層の厚さが、ナノメーター程度の場合、これら各層の化学組成や層の厚さの組み合わせによって、単一の物質や各層を均一に混ぜ合わせた混晶の性質とは異なる固有の特性が得られる。
【００２０】
ホモロガス相の結晶構造は、例えば、ターゲットの粉砕物や切削片又はターゲットそのものから直接測定したＸ線回折パターンが、組成比から想定されるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認できる。具体的には、ＪＣＰＤＳカードから得られるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認することができる。
【００２１】
Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）で表される結晶構造は、ＩｎＯ１．５層とＩｎＺｎＯ２．５層とＺｎＯ層が１：１：（ｍ−１）の比率で周期的に繰り返された構造を有すると考えられている。また、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）で表される結晶構造は、ＩｎＯ１．５層とＧａＺｎＯ２．５層とＺｎＯ層が１：１：（ｍ−１）の比率で周期的に繰り返されると考えられている。
このように、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）で表される結晶構造やＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）のＸ線回折による測定結果は、ピーク位置が異なる（格子間距離は異なる）がパターンは似たものとなる。
【００２２】
本発明の酸化物の結晶構造は、上述したＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍやＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍと同様に、「六方晶層状化合物」あるいは「ホモロガス相の結晶構造」からなる結晶であると推定している。本発明の酸化物は、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２特有のピーク（上記領域Ａのピーク）、及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２特有のピーク（上記領域Ｄ及びＥのピーク）を併せ持っている。このことから、ＩｎＺｎＯ２．５層及びＧａＺｎＯ２．５層のどちらとも異なる、例えばＩｎ１−ｄＧａｄＺｎＯ２．５層（０＜ｄ＜１）と表される層が生成しているものと考えられる。即ち、ＩｎＯ１．５層とＩｎ１−ｄＧａｄＺｎＯ２．５層（０＜ｄ＜１）とＺｎＯ層を１：１：（ｍ−１）の比率で周期的に繰り返した構造と推定している。
【００２３】
尚、Ｉｎ１−ｄＧａｄＺｎＯ２．５層（０＜ｄ＜１）は、ＩｎＺｎＯ２．５層とＧａＺｎＯ２．５層が混在した状態、ＩｎＺｎＯ２．５層のＩｎの一部がＧａに置換された状態、又はＩｎ，Ｇａ，Ｚｎ及びＯを含む新たな構造を有する層であると考えられる。ＩｎＺｎＯ２．５層のＩｎの一部がＧａに置換された状態の場合、置換されたＩｎとＧａが特定の比率で安定した状態、実質新規の結晶構造になっていると推定される。
また、本発明の酸化物の結晶構造のＸ線回折パターンは、特にＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２のものと類似している。ただし、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２の結晶構造を示す酸化物は、１５５０℃を越える高温で焼成しないと合成が難しいことが知られている。一方、本発明の酸化物の結晶構造は１５５０℃以下の低温で焼結可能であり、生成温度からも新規の結晶構造であると考えられる。
【００２４】
本発明の酸化物においては、Ｘ線回折測定により本発明特有の回折パターンを示していれば、酸化物の酸素が過剰であっても不足（酸素欠損）していても構わない（酸素元素の原子比が化学量論比からずれていても良い）。酸化物の酸素が過剰であると、ターゲットとしたときに抵抗が高くなりすぎるおそれがあるため、酸素欠損を持っていることが好ましい。
【００２５】
本発明の酸化物の元素組成について、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及び亜鉛元素（Ｚｎ）の原子比が、下記式（１）及び（２）を満たす場合、本発明の結晶型を単一の構造として生成させやすく好ましい。本発明の結晶型が単一の構造となることにより、焼結体が割れにくくなり、ターゲットの取扱いが容易となり、さらに、焼結体、ターゲット及び成膜後の薄膜の品質が安定化することが期待される。
０．４５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６０    （１）
０．２１≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）≦０．２９          （２）
【００２６】
上記式（１）について、Ｚｎの原子比が０．４５以上０．６０以下で０．５に近いほど、本発明の結晶型を生成させやすい。これは、ｍ＝２の結晶構造、即ち、ＩｎＯ１．５層とＩｎ１−ｄＧａｄＺｎＯ２．５層（０＜ｄ＜１）とＺｎＯ層が１：１：１）の比率で周期的に繰り返される構造をとりやすくなるためと思われる。
上記式（２）について、Ｇａの比率が０．２１〜０．２９、特に０．２２〜０．２８であると、本発明の結晶型を生成させやすい。
尚、上記式（３）のＧａの原子比が０．２５に近いほど、本発明特有の結晶を生成させやすい。
従来、単一結晶からなる酸化物焼結体スパッタリングターゲットはＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）が０．０あるいは０．５でないと作製が困難と思われていた。従って、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）が０．２５付近で本発明の結晶からなる酸化物焼結体スパッタリングターゲットが作製できることは驚くべきことである。
【００２７】
本発明の酸化物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、ＩＣＰ−ＡＥＳを用いた分析では、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）。
【００２８】
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、定性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。
【００２９】
本発明では、本発明の効果を損ねない範囲において、上述したＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ以外の他の金属元素、例えば、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等を含有していてもよい。
本発明においては、ターゲットに含有される金属元素は、実質的にＩｎ，Ｇａ及びＺｎのみであってもよい。尚、「実質的」とは、原料や製造工程等により不可避的に含まれる不純物等以外の元素を含まないことを意味する。通常は不可避的な不純物は１００ｐｐｍ未満であり、好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３０】
本発明の酸化物は、例えば、各金属元素を含有する原料粉末を焼結することにより製造できる。以下、製造工程について説明する。
（１）配合工程
原料の配合工程は、本発明の酸化物に含有される金属元素の化合物を混合する必須の工程である。
原料としては、インジウム化合物の粉末、ガリウム化合物の粉末、亜鉛化合物の粉末等の粉末を用いる。インジウムの化合物としては、例えば、酸化インジウム、水酸化インジウム等が挙げられる。亜鉛の化合物としては、例えば、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等が挙げられる。各々の化合物として、焼結のしやすさ、副生成物の残存のし難さから、酸化物が好ましい。
原料の純度は、通常２Ｎ（９９質量％）以上、好ましくは３Ｎ（９９．９質量％）以上、特に好ましくは４Ｎ（９９．９９質量％）以上である。純度が２Ｎより低いと耐久性が低下したり、液晶側に不純物が入り、焼き付けが起こるおそれがある。
原料の一部として金属亜鉛（亜鉛末）を用いることが好ましい。原料の一部に亜鉛末を用いるとホワイトスポットの生成を低減することができる。
金属酸化物等のターゲットの製造に用いる原料を混合し、通常の混合粉砕機、例えば、湿式ボールミルやビーズミル又は超音波装置を用いて、均一に混合・粉砕することが好ましい。
【００３１】
（２）仮焼工程
仮焼工程では、上記工程で得た混合物を仮焼する。尚、本工程は必要に応じて設けられる工程である。仮焼工程により、酸化物の密度を上げることが容易になるが、製造コストが上がるおそれがある。そのため、仮焼を行わずに密度を上げられることがより好ましい。
仮焼工程においては、５００〜１２００℃で、１〜１００時間の条件で上記の混合物を熱処理することが好ましい。５００℃未満又は１時間未満の熱処理では、インジウム化合物や亜鉛化合物、錫化合物の熱分解が不十分となる場合がある。一方、熱処理条件が、１２００℃を超えた場合又は１００時間を超えた場合には、粒子の粗大化が起こる場合がある。
従って、特に好ましいのは、８００〜１２００℃の温度範囲で、２〜５０時間、熱処理（仮焼）することである。
尚、ここで得られた仮焼物は、下記の成形工程及び焼成工程の前に粉砕することが好ましい。
【００３２】
（３）成形工程
成形工程は、上述した配合工程で得た混合物（上記仮焼工程を設けた場合には仮焼物）を加圧成形して成形体とする工程である。この工程により、製品の形状（例えば、ターゲットとして好適な形状）に成形する。仮焼工程を設けた場合には得られた仮焼物の微粉末を造粒した後、プレス成形により所望の形状に成形することができる。
成形処理としては、例えば、金型成形、鋳込み成形、射出成形等が挙げられるが、焼結密度の高い焼結体（ターゲット）を得るためには、冷間静水圧（ＣＩＰ）等で成形するのが好ましい。
尚、成形処理に際しては、ポリビニルアルコールやメチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸等の成形助剤を用いてもよい。
成形体の厚みは５．５ｍｍ以上であることが好ましい。５．５ｍｍ未満であると、焼結した際に本発明の結晶型が得られない場合や本発明以外の結晶型が偏析する場合がある。これは、成形体が薄いことによる面内部位による焼結時の温度ムラ等が原因と推定される。
成形体の厚みは６．０ｍｍがより好ましく、７ｍｍ以上が特に好ましい。
【００３３】
（４）焼結工程
焼結工程は、上述した配合工程で得た混合物（上記仮焼工程を設けた場合には仮焼物）又は上記成形工程で得られた成形体を焼成する必須の工程である。
焼結は、熱間静水圧（ＨＩＰ）焼成等によって行うことができる。
焼結条件としては、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス加圧下に、通常、１２００〜１５５０℃において、通常３０分〜３６０時間、好ましくは８〜１８０時間、より好ましくは１２〜９６時間焼結する。焼結温度が１１００℃未満であると、ターゲットの密度が上がり難くなったり、焼結に時間がかかり過ぎるおそれがある。一方、１５５０℃を超えると成分の気化により、組成がずれたり、炉を傷めたりするおそれがある。
燃焼時間が３０分未満であると、ターゲットの密度が上がり難く、３６０時間より長いと、製造時間がかかり過ぎコストが高くなるため、実用上採用できない。前記範囲内であると相対密度を向上させ、バルク抵抗を下げることができる。
【００３４】
本発明の結晶構造を得るには、１３５０℃超１５５０℃未満で焼結することが好ましく、１３８０℃以上１５２０℃以下で焼結することがより好ましく、１３９０〜１４８０℃で焼結することが特に好ましい。前記範囲外であると本発明の結晶型が生成しないおそれがある。また、前記範囲内であると相対密度を向上させ、バルク抵抗を下げることができる。
本発明の結晶構造を得るには、好ましくは２〜４８時間、より好ましくは４〜２４時間焼結する。
【００３５】
一方、酸素を含有しない雰囲気で焼成したり、１５５０℃以上の温度において焼成したりすると、得られる酸化物焼結体の密度を十分に向上させることができず、スパッタリング時の異常放電の発生を十分に抑制できなくなる場合がある。
焼成時の昇温速度は、通常８℃／分以下、好ましくは４℃／分以下、より好ましくは３℃／分以下、さらに好ましくは２℃／分以下である。８℃／分以下であると本発明の結晶型が得られやすい。また、クラックが発生しにくい。
また、焼成時の降温速度は、通常４℃／分以下、好ましくは２℃／分以下、より好ましくは１℃／分以下、さらに好ましくは０．８℃／分以下、特に好ましくは０．５℃／分以下である。４℃／分以下であると本発明の結晶型が得られやすい。また、クラックが発生しにくい。
尚、昇温や降温は段階的に温度を変化させてもよい。
【００３６】
（５）還元工程
還元工程は、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のものであり、必要に応じて設けられる工程である
本工程で適用することができる還元方法としては、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。
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。
【００３７】
上記の各工程により、本発明の酸化物単体、又は本発明の酸化物を含有する酸化物焼結体が得られる。この本発明の酸化物を含有する酸化物焼結体は、相対密度が高く、抵抗が低く、抗折強度が高く、均一性が高く、酸化物半導体や透明導電膜等酸化物薄膜を作製するためのターゲットとして適している。即ち、本発明の酸化物の結晶構造を生成させることで、従来公知の結晶型の持つ組成と異なった組成であっても、より良好なターゲットを製造できる。
さらに、Ｘ線回折で本発明特有の結晶型のみを示し、他の結晶型を示していないと、ターゲットの強度（抗折強度や衝撃強度など）が高いことやターゲット製造の再現性が高いことが期待でき、特に好ましい。
【００３８】
本発明の酸化物を含むスパッタリングターゲット用の酸化物焼結体は、下記式（１’）及び（２’）を満たすことが好ましい。
０．１５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６５    （１’）
０．０５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．４５          （２’）
上記式（１’）について、Ｚｎの比率が０．１５未満、又は０．６５超であると、酸化物焼結体中の本発明の結晶構造が不安定となる（分解する）おそれがある。
Ｚｎの比率は、０．２５〜０．６０であることがさらに好ましく、特に、０．４５〜０．５５であることが好ましい。
尚、上記式（１’）のＺｎの原子比が０．５に近いと、本発明の結晶構造をとりやすい。
【００３９】
上記式（２’）について、Ｇａの比率が０．０５以下の場合、例えば、薄膜トランジスタ（半導体薄膜）を作製した際に耐湿性が低下したり、ウェットエッチングの際の速度が速くなりすぎたりするおそれがある。一方、０．４５以上の場合、酸化物の抵抗が高くなったり、薄膜トランジスタ（半導体薄膜）を作製した際に移動度が低下するおそれがある。
Ｇａの比率は、０．１０〜０．４０であることが好ましく、さらに、０．１５〜０．３５であることが好ましく、特に、０．１７〜０．３３であることが好ましい。
特に、Ｇａの比率が０．１７〜０．３３であると、本発明の結晶型を生成させやすい。０．１７未満であると、薄膜トランジスタ（半導体薄膜）を作製した際に耐湿性が低下したり、ウェットエッチングの際の速度が速くなりすぎたりするおそれがある。
【００４０】
本発明の酸化物焼結体を必要に応じて所望の形状に加工することにより最終製品が得られる。以下、酸化物焼結体をスパッタリングターゲットに加工する例について説明する。
加工は、上記の酸化物焼結体をスパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工し、また、バッキングプレート等の装着用治具を取り付けるために行う。酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとするには、焼結体を、例えば、平面研削盤で研削して表面粗さＲａ５μｍ以下とする。さらに、スパッタリングターゲットのスパッタ面に鏡面加工を施して、平均表面粗さＲａが１０００オングストローム以下としてもよい。この鏡面加工（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、すでに知られている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。
前記研削は、０．１ｍｍ以上行うことが好ましく、０．３ｍｍ以上行うことがより好ましく、０．５ｍｍ以上がさらに好ましく、１ｍｍ以上行うことが特に好ましい。０．１ｍｍ以上研削することで、亜鉛等の成分が気化することなどで発生する表面付近の組成ずれした部位や目的としない結晶型の偏析を含む部位を取り除くことができる。
【００４１】
得られたスパッタリングターゲットをバッキングプレートへボンディングする。ターゲットの厚みは通常２〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１２ｍｍ、特に好ましくは４〜６ｍｍである。また、複数のターゲットを一つのバッキングプレートに取り付け、実質一つのターゲットとしてもよい。
【００４２】
研磨後、ターゲットを洗浄する。洗浄処理にはエアーブローあるい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良い。
【００４３】
本発明の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットは、相対密度が９２％以上であることが好ましく、９５％以上がより好ましく、９８％以上が特に好ましい。９２％未満だとターゲットが割れやすかったり、異常放電が発生しやすかったりするおそれがある。
相対密度とは、加重平均より算出した理論密度に対して相対的に算出した密度である。各原料の密度の加重平均より算出した密度が理論密度であり、これを１００％とする。
【００４４】
ターゲットの抵抗は、０．０１ｍΩｃｍ以上２０ｍΩｃｍ以下が好ましく、０．１ｍΩｃｍ以上１０ｍΩｃｍ以下がより好ましく、０．２ｍΩｃｍ以上５ｍΩｃｍ以下が特に好ましい。抵抗値が２０ｍΩｃｍを超えると、長時間ＤＣスパッタリングを続けている場合、異常放電によりスパークが発生し、ターゲットが割れたり、スパークにより飛び出した粒子が成膜基板に付着し、酸化物半導体膜としての性能を低下させたりする場合がある。一方、０．０１ｍΩｃｍより小さいと、ターゲットの抵抗がパーティクルの抵抗より小さくなり、飛散してきたパーティクルにより異常放電が起きるおそれがある。
【００４５】
ターゲットの抗折強度５０ＭＰａ以上が好ましく、６０ＭＰａ以上がより好ましく、７０ＭＰａ以上が特に好ましい。
【００４６】
ターゲット内における、亜鉛以外の陽性元素のばらつき範囲が０．５％以内であることが好ましい。０．５％以内であると、ターゲットの抵抗の均一性を向上できる（ばらつきを減少できる）。また、成膜品のばらつきを低減できる。
陽性元素のばらつき範囲は、ターゲット面内の５箇所以上から採取したサンプルを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。
【００４７】
ターゲット内における相対密度のばらつきの範囲が３％以内であることが好ましい。密度のばらつきの範囲が３％以内であると、ターゲットの抵抗の均一性が向上できる（ばらつきを減少できる）。また、成膜品のばらつきを低減できる。
相対密度のばらつきは、焼結体の任意の１０箇所を切り出して、その相対密度をアルキメデス法で求め、その平均値、最大値及び最小値を基に下記式から算出する。
相対密度のばらつき＝（最大−最小）／平均×１００（％）
【００４８】
ターゲット内におけるフェレー径２μｍ以上のピンホール数が単位面積当たり５０個／ｍｍ２以下が好ましく、２０個／ｍｍ２以下がより好ましく、５個／ｍｍ２以下がさらに好ましい。フェレー径２μｍ以上のピンホール数が５０個／ｍｍ２より多いと、ターゲット使用初期から末期まで異常放電が多発する傾向にあるため好ましくない。また、得られるスパッタ膜の平滑性も低下する傾向にある。焼結体内部のフェレー径２μｍ以上のピンホールが５個／ｍｍ２以下だと、ターゲット使用初期から末期まで異常放電を抑制でき、また、得られるスパッタ膜は非常に平滑である。
ここで、フェレー径とは、ピンホールを粒子として見立てた場合に、粒子を挟むある一定方向の平行線間隔のことをいう。例えば、倍率１００倍のＳＥＭ像による観察で計測できる。
【００４９】
本発明のスパッタリングターゲットを用いて、基板等の対象物にスパッタすることにより、本発明の酸化物薄膜を成膜することができる。酸化物薄膜は透明電極や、薄膜トランジスタの半導体層、酸化物薄膜層等に、中でも特に薄膜トランジスタの半導体層として好適に使用できる。
トランジスタ特性の評価項目としては、さまざまなものがあるが、例えば、電界効果移動度μ、閾値電圧（Ｖｔｈ）、オンオフ比、Ｓ値等が上げられる。
電界効果移動度は、線形領域や飽和領域の特性から求めることができる。例えば、トランスファ特性の結果から、√Ｉｄ―Ｖｇのグラフを作製し、この傾きから電界効果移度を導く方法が挙げられる。本明細書では特にこだわらない限り、この手法で評価している。
閾値電圧の求め方はいくつかの方法があるが、たとえば√Ｉｄ―Ｖｇのグラフのｘ切片から閾値電圧Ｖｔｈを導くことが挙げられる。
オンオフ比はトランスファ特性における、最も大きなＩｄと、最も小さなＩｄの値の比から求めることができる。
【００５０】
Ｓ値は、トランスファ特性の結果から、Ｌｏｇ（Ｉｄ）―Ｖｄのグラフを作製し、この傾きの逆数から導出することができる。
Ｓ値の単位は、Ｖ／ｄｅｃａｄｅであり、小さな値であることが好ましい。Ｓ値は０．５Ｖ／ｄｅｃ以下が好ましく、０．４Ｖ／ｄｅｃ以下がより好ましく、０．３Ｖ／ｄｅｃ以下がさらに好ましく、０．２Ｖ／ｄｅｃ以下が特に好ましい。０．８Ｖ／ｄｅｃ以下だと駆動電圧が小さくなり消費電力を低減できる可能性がある。特に、有機ＥＬディスプレイで用いる場合は、直流駆動のためＳ値を０．３Ｖ／ｄｅｃ以下にすると消費電力を大幅に低減できるため好ましい。尚、Ｓ値（Ｓｗｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）とは、オフ状態からゲート電圧を増加させた際に、オフ状態からオン状態にかけてドレイン電流が急峻に立ち上がるが、この急峻さを示す値である。下記式で定義されるように、ドレイン電流が１桁（１０倍）上昇するときのゲート電圧の増分をＳ値とする。
Ｓ値＝ｄＶｇ／ｄｌｏｇ（Ｉｄｓ）
Ｓ値が小さいほど急峻な立ち上がりとなる（「薄膜トランジスタ技術のすべて」、鵜飼育弘著、２００７年刊、工業調査会）。Ｓ値が大きいと、オンからオフに切り替える際に高いゲート電圧をかける必要があり、消費電力が大きくなるおそれがある。
【００５１】
本発明の電界効果トランジスタでは、移動度は８ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、１０ｃｍ２／Ｖｓ以上がより好ましく、１６ｃｍ２／Ｖｓ以上がさらに好ましく、２０ｃｍ２／Ｖｓ以上が特に好ましい。８ｃｍ２／Ｖｓより大きいとスイッチング速度が速くなり大画面高精細のディスプレイで用いた場合に利点が期待できる。
オンオフ比は、１０７以上が好ましく、１０８以上がより好ましく、１０９以上が特に好ましい。
【００５２】
閾値電圧は、通常−１〜５Ｖであるが、−０．５〜３Ｖが好ましく、０〜２Ｖがより好ましく、０〜１Ｖが特に好ましい。−１Ｖより大きいとオフ時にかける電圧が小さくなり消費電力を低減できる可能性がある。５Ｖより小さいと駆動電圧が小さくなり消費電力を低減できる可能性がある。
【実施例】
【００５３】
実施例１
（１）酸化物焼結体の作製
出発原料として、Ｉｎ２Ｏ３（アジア物性材料社製：純度４Ｎ）、Ｇａ２Ｏ３（アジア物性材料社製：純度４Ｎ）及びＺｎＯ（高純度化学社製：純度４Ｎ）を使用した。
これらの原料を、金属元素の原子比が表１に示す比となるように秤量し、湿式媒体攪拌ミルを使用して混合粉砕した。尚、湿式媒体攪拌ミルの媒体には１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。
そして混合粉砕後、スプレードライヤーで乾燥させた。得られた混合粉末を金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形し成形体を作製した。
その後、電気炉にて焼結した。焼結条件は以下のとおりとした。
昇温速度：２℃／分
焼結温度：１４８０℃
焼結時間：６時間
焼結雰囲気：酸素流入
降温時間：７２時間
【００５４】
（２）スパッタリングターゲットの作製
焼結後、厚さ６ｍｍの焼結体を得た。この焼結体からスパッタリングターゲット用焼結体を切り出した。焼結体の側辺をダイヤモンドカッターで切断して、平面研削盤で表面の両面を各々０．５ｍｍ研削して、表面粗さＲａ５μｍ以下、厚み５ｍｍ、直径４インチのターゲット素材とした。
次に、表面をエアーブローし、さらに周波数２５〜３００ｋＨｚの間で２５ｋＨｚ刻みに１２種類の周波数を多重発振させて３分間超音波洗浄した。ターゲット素材を得た。
【００５５】
この後、ターゲット素材をインジウム半田にて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。ターゲットの表面粗さＲａ≦０．５μｍであり、方向性のない研削面を備えていた。
製造したターゲットＤＣスパッタ成膜装置に装着した。０．３ＰａのＡｒ雰囲気下で、１００Ｗにて１００時間連続スパッタを行い、表面に発生するノジュールを計測した。その結果、ターゲット表面にはほとんどノジュールが発生しなかった。また、成膜時に異常放電はほとんど発生しなかった。
【００５６】
得られた酸化物焼結体（ターゲット）について、下記の評価を行った。結果を表１に示す。
（Ａ）酸化物焼結体（ターゲット）の金属元素の比率
酸化物焼結体（ターゲット）の表面から試料を採取し、ＩＣＰ発光分析装置（島津製作所社製）で分析した。
【００５７】
（Ｂ）酸化物焼結体（ターゲット）の結晶構造
Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）により、完成した酸化物焼結体（ターゲット）の表面を直接測定して判定した（なお、ターゲットが大きすぎる場合は測定箇所を切り出して測定してもよい）。
・装置：（株）リガク製Ｕｌｔｉｍａ−ＩＩＩ
・Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４０６Å、グラファイトモノクロメータにて単色化）
・２θ−θ反射法、連続スキャン（１．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリット  ＤＳ、ＳＳ：２／３°、ＲＳ：０．６ｍｍ
【００５８】
（Ｃ）ターゲットの特性
（ａ）相対密度
原料粉の密度から計算した理論密度と、アルキメデス法で測定した焼結体の密度から、下記計算式にて算出した。
相対密度＝（アルキメデス法で測定した密度）÷（理論密度）×１００（％）
（ｂ）バルク抵抗
抵抗率計（三菱化学(株)製、ロレスタ）を使用し四探針法（ＪＩＳ  Ｒ１６３７）に基づき測定、１０箇所の平均値を抵抗率値とした。
（ｃ）抵抗の均一性
抵抗率計（三菱化学(株)製、ロレスタ）を使用し四探針法（ＪＩＳ  Ｒ１６３７）に基づき測定、１０箇所の平均値と標準偏差から、下記計算式にて算出した。
（標準偏差）÷（平均値）×１００（％）
（ｄ）ピンホール数（平均空孔数）
焼結体の任意の方向にて鏡面研磨後、エッチングし、組織をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察し、単位面積当たりの直径１μｍ以上の空孔の個数を数えた。
【００５９】
（Ｄ）ターゲットの成膜特性
（ａ）異常放電
９６時間で発生した異常放電回数を測定した。
（ｂ）パーティクル（発塵量）
以下のとおり評価した。
チャンバー内にスライドガラスを設置し、９６時間連続成膜後のスライドガラスに付着した１μｍ以上のパーティクルの密度を、顕微鏡を用いて計測した。
その結果、パーティクルが少ない方から順に、下記の３段階で評価した。
≦１０２：１０2個／ｃｍ2以内
≦１０４：１０2個／ｃｍ2より大きく１０4個／ｃｍ2以内
１０４＜：１０4個／ｃｍ2超
（ｃ）ノジュール量
以下のとおり評価した。
９６時間連続成膜後の成膜後のスパッタリングターゲットを室内光下、目視で確認し、下記の３段階で評価した。
無：ノジュールがほとんどない
少：ノジュールが少しある
多：ノジュールが多い
【００６０】
実施例１で製造したターゲットのＸ線回折測定（ＸＲＤ）チャートを図３に示す。尚、比較のため、ＸＲＤチャートの下部にＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：４０−０２５２）のチャート及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：２０−１４４２）のチャートを示す。
実施例１の酸化物はＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２特有のピーク（図３中、○で示す）、及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２特有のピーク（図３中、○で示す）を有し、かつ、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２には観測されないピークを有する。従って、この酸化物は、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とは異なる新規な結晶系を有する。
【００６１】
（Ｅ）トランジスタの特性
図４に示すチャンネルストッパー型薄膜トランジスタ（逆スタガ型薄膜トランジスタ）を作製し、評価した。
基板１０は、ガラス基板（Ｃｏｒｎｉｎｇ  １７３７）を用いた。まず、基板１０上に電子ビーム蒸着法により、厚さ１０ｎｍのＭｏと厚さ８０ｎｍのＡｌと厚さ１０ｎｍのＭｏをこの順で積層した。積層膜をフォトリソグラフィー法とリフトオフ法を用いて、ゲート電極２０に形成した。
ゲート電極２０及び基板１０上に、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２膜をＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により成膜し、ゲート絶縁層３０を形成した。尚、ゲート絶縁層の成膜はスパッタ法でもよいが、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法等のＣＶＤ法で形成することが好ましい。スパッタ法ではオフ電流が高くなるおそれがある。
続いて、ＲＦスパッタ法により、実施例１で作製したターゲットを使用して、厚さ４０ｎｍの半導体膜４０（チャネル層）を形成した。半導体膜４０の上に、スパッタ法によりエッチングストッパー層６０（保護膜）としてＳｉＯ２膜を堆積した。尚、保護膜の成膜方法はＣＶＤ法でもよい。
本実施例では、投入ＲＦパワーは２００Ｗとしている。成膜時の雰囲気は、全圧０．４Ｐａであり、その際のガス流量比はＡｒ：Ｏ２＝９２：８である。また、基板温度は７０℃である。堆積させた酸化物半導体膜と保護膜は、フォトリソグラフィー法及びエッチング法により、適当な大きさに加工した。
エッチングストッパー層６０の形成後に、厚さ５ｎｍのＭｏと厚さ５０ｎｍのＡｌと厚さ５ｎｍのＭｏをこの順で積層し、フォトリソグラフィー法とドライエッチングにより、ソース電極５０及びドレイン電極５２を形成した。
その後、大気中３００℃で６０分間熱処理し、チャネル長が１０μｍで、チャネル幅が１００μｍのトランジスタを作製した。
薄膜トランジスタの評価は、以下のように実施した。
【００６２】
（ａ）移動度（電界効果移動度（μ））、Ｓ値及びオンオフ比
半導体パラメーターアナライザー（ケースレー４２００）を用い、室温、遮光環境下で測定した。
（ｂ）耐湿性
８５℃、８５％ＲＨにて、１２０時間耐湿試験を実施した。試験前後の閾値電圧（Ｖｔｈ）の変化量を以下のように評価した
変化量が５Ｖ以下：  ≦５Ｖ
変化量が５Ｖ超  ：  ５Ｖ＜
（ｃ）閾値電圧（Ｖｔｈ）のばらつき
同時に作製した２０個のＴＦＴの閾値電圧（Ｖｔｈ）の最大値と最小値から下記式に基づいて求めた。
閾値電圧（Ｖｔｈ）のばらつき＝最大値−最小値
【００６３】
実施例２
昇温速度を１℃／分、焼結時間を１２時間、加工を９ｍｍの焼結体から５ｍｍに研削・研磨した以外は、実施例１と同様にして酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットを作製し、評価した。結果を表１に示す。
【００６４】
実施例３
実施例１と同じ出発原料を、表１に示す比となるように混合し、ボールミルで２４時間混合した。
得られた混合物をＣＩＰにより成形し、その後、電気炉にて焼結した。焼結条件は以下のとおりとした。
昇温速度：２．５℃／分
焼結温度：１４００℃
焼結時間：６時間
焼結雰囲気：大気下
降温時間：７２時間
【００６５】
得られた厚さ６ｍｍの焼結体を厚さ５ｍｍに研削、研磨した。この焼結体から直径４インチ、厚み５ｍｍの円形のターゲット用焼結体を切り出した他は、実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製し、評価した。結果を表１に示す。
尚、得られたスパッタリングターゲットの表面からサンプリングした酸化物粉について、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）した。実施例３で製造したターゲットのＸ線回折測定（ＸＲＤ）チャートを図５に示す。
実施例１及び３について、ＸＲＤのピーク位置を表２に示す。また、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）チャートの拡大図を図６〜１０に示す。
【００６６】
実施例４〜８
組成比を表１の通りに変更した以外は、実施例１と同様に酸化物焼結体及びスパッタリングターゲットを作製・評価した。結果を表１に示す。
【００６７】
比較例１
酸化インジウム粉末（純度４Ｎ）、酸化ガリウム粉末（純度４Ｎ）及び酸化亜鉛粉末（純度４Ｎ）を重量比でほぼＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝３４：４６：２０となるように秤量し、湿式媒体攪拌ミルを使用して混合粉砕した。尚、湿式媒体攪拌ミルの媒体には１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。
そして混合粉砕後、スプレードライヤーで乾燥させた。得られた混合粉末を金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形し成形体を作製した。
得られた成形体を、酸素を流通させながら酸素雰囲気中１２００℃で４時間焼結した。これによって、仮焼工程を行うことなく相対密度９０．８％（焼結体密度５．８５ｇ／ｃｍ３）である酸化物焼結体を得た。
Ｘ線回折により、この焼結体はＺｎＧａ２Ｏ４の結晶であることが確認された。この焼結体のバルク抵抗は、１５０ｍΩｃｍであった。
この焼結体から製造したターゲット（４インチφ、厚み５ｍｍ）をバッキングプレートにボンディングし、ＤＣスパッタ成膜装置に装着した。０．３ＰａのＡｒ雰囲気下で、１００Ｗにて１００時間連続スパッタを行い、表面に発生するノジュールを計測した。その結果、ターゲット表面のほぼ半分にノジュールの発生が認められた。
評価結果を表３に示す。
【００６８】
比較例２
原料粉としてＢＥＴ比表面積が６ｍ２／ｇである酸化インジウム粉と、ＢＥＴ比表面積が６ｍ２／ｇである酸化ガリウム粉と、ＢＥＴ比表面積が３ｍ２／ｇである酸化亜鉛粉を、重量比で４５：３０：２５となるように秤量し、湿式媒体撹拌ミルを使用して混合粉砕した。媒体には１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。
粉砕後のＢＥＴ比表面積を原料混合粉の比表面積より２ｍ２／ｇ増加させた後、スプレードライヤーで乾燥させた。
この混合粉を金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形し、さらに酸素を流通させながら酸素雰囲気中１４５０°Ｃの高温で８時間焼結した。
これによって、仮焼工程を行うことなく、相対密度９２．７％（焼結密度が５．９７ｇ／ｃｍ３）である酸化物焼結体を得た。この焼結体はＩｎＧａＺｎＯ４を主成分とすることが確認できた。
この焼結体のバルク抵抗は、５０ｍΩｃｍであった。
得られた焼結体について、ターゲット加工し、ＲＦマグネトロンスパッタリング成膜装置を使用して、膜厚が約１００ｎｍの酸化物半導体膜をガラス基板上に形成した。尚、本例においては、成膜時に時折異常放電が発生した。
評価結果を表３に示す。
【００６９】
比較例３
原料比を表１に示す組成比になるよう調整した他は、実施例１同様に酸化物焼結体を作製し、評価した。結果を表１に示す。
実施例１のような単一の結晶型を示さず、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３とＩｎ２Ｏ３の混合した焼結体となり、実施例１の条件（焼結温度１４８０℃）では、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２が生成しないことが確認された。
評価結果を表３に示す。
【００７０】
比較例４
原料比を表１に示す組成比になるよう調整した他は、比較例１同様に酸化物焼結体を作製し、評価した。結果を表３に示す。
【００７１】
比較例５
放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）を行った。放電プラズマ焼結を用いると、成形体の結晶形態を維持したままスパッタリングターゲットを得ることができる。放電プラズマ焼結は、通常粉末を加圧成形しながら、１００〜１０００Ａ／ｃｍ２の電流を５分〜１時間流すことで行う。
組成比を表１に示すように調整し、加圧成形しながら、１００〜１０００Ａ／ｃｍ２の電流を５分〜１時間流し放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）し、酸化物焼結体を作製した。比較例１同様に評価した。結果を表３に示す。
【００７２】
【表１】
2011105561.tif 000003
【００７３】
【表２】
2011105561.tif 000004
【００７４】
【表３】
2011105561.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の酸化物及び酸化物焼結体は、酸化物薄膜を形成する際に使用するスパッタリングターゲット等に好適に使用できる。従来の結晶型とは異なる特性を持つ本発明の酸化物焼結体によって、例えば、良好な特性の薄膜トランジスタを均一で安定に作製できる。
【符号の説明】
【００７６】
１０  基板
２０  ゲート電極
３０  ゲート絶縁膜
４０  半導体膜
５０  ソース電極
５２  ドレイン電極
６０  エッチストッパー
【図１】
2011105561.tif 000006
【図２】
2011105561.tif 000007
【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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