(57)【要約】【課題】Ｓｎを含有しつつ安定したスパッタリング放電が持続可能である酸化物焼結体を提供する。【解決手段】酸化物焼結体は、Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎを含有し、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎを含有し、
Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方を含む、酸化物焼結体。
【請求項２】
Ｓｎが固溶したＩｎＧａＺｎＯ4結晶相をさらに含む、請求項１に記載の酸化物焼結体。
【請求項３】
Ｓｎが固溶したＺｎＧａ2Ｏ4結晶相をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の酸化物焼結体。
【請求項４】
Ｇａが固溶したＺｎ2ＳｎＯ4結晶相をさらに含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項５】
粉末Ｘ線回折法による回折パターンにおいて、回折角２θが３０．８１°より大きく３０．９０°以下の範囲内にあるピークをａピークとし、回折角２θが３８．００°以上３８．１５°以下の範囲内に１つあるピークをｂピークとするとき、
前記ａピークに対する前記ｂピークの回折強度比Ｉｂ／Ｉａが、０．０２以上０．１以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項６】
前記酸化物焼結体の元素組成は、下記式（１）〜下記式（５）：
０．４＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６５            （１）
０．３＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．５０      （２）
０．２０≦Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ｚｎ）＜０．３３                （３）
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）＜０．２      （４）
０．４１≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．６            （５）
の全てを満たす、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項７】
粉末Ｘ線回折法による回折パターンにおいて、回折角２θが３０．５５°以上３０．８０°以下の範囲内にピークが観察されない、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項８】
ビックスバイト型結晶構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶相を含まない、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項９】
粉末Ｘ線回折法による回折パターンにおいて、回折角２θが３４．３０°以上３４．５０°以下の範囲内にピークが観察されない、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項１０】
ルチル型結晶構造を有するＳｎＯ2結晶相を含まない、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項１１】
Ｉｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）m（ただし式中のｍは自然数である）結晶相を含まない、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項１２】
Ｔｉ、Ｗ、Ｈｆ、ＺｒまたはＳｉを１ａｔ．％以上１０ａｔ．％以下の範囲で含有する、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の酸化物焼結体をターゲットとして用いたスパッタリングによって形成された酸化物半導体膜を備え、
前記酸化物半導体膜はチャネル層である、半導体デバイス。
【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リングで形成する際に、ターゲットとして使用できる酸化物焼結体、および酸化物半導体膜を備える半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置、薄膜エレクトロルミネッセンス（Electroluminescence：ＥＬ）表示装置および有機ＥＬ表示装置等において、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）のチャネル層には非晶質シリコン半導体が使用されてきた。
【０００３】
しかし近年では、非晶質シリコン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（登録商標）」とも呼ばれる）が注目されている。ＩＧＺＯ系酸化物半導体は非晶質シリコンと比較して、高いキャリア移動度が期待できるからである。
【０００４】
現在こうしたＩＧＺＯ系酸化物半導体膜は、酸化物焼結体をターゲットとして使用するスパッタリングによって成膜されている（たとえば、特開２００８−１９９００５号公報（特許文献１）、特許第５１８９６９８号（特許文献２））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９９００５号公報
【特許文献２】特許第５１８９６９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されるターゲットを使用するスパッタリングでは、次のようにして酸化物半導体膜が成膜される。すなわち、スパッタリング装置の真空槽内に配置されたターゲットに電圧が印加され、ターゲットの表面が希ガスイオンによってスパッタされる。これによりターゲットの構成原子が真空槽内に飛び出し、飛び出した原子がターゲットと対向して配置される基板上に堆積して酸化物半導体膜が形成される。一般に、このようなターゲットには酸化物粉末を原料として、これを成形、焼結して得られる酸化物焼結体が用いられている。
【０００７】
現在、酸化物半導体膜を用いたＴＦＴには、電子移動度の更なる向上が求められている。このような要求に応じて、特許文献２ではスズ（Ｓｎ）を利用した試みがなされている。特許文献２によれば、Ｉｎ、ＳｎおよびＺｎを組み合わせることにより、ＴＦＴ特性（移動度、オフ電流、閾値電圧）ならびに信頼性（閾値電圧のシフト、耐湿性）の向上が図れるとされている。Ｓｎは、電子の伝導を担う元素であることが知られている。したがって酸化物半導体膜中のＳｎ含有量を増加させることができれば、電子移動度の向上が見込まれる。
【０００８】
ここで酸化物半導体膜中にＳｎを含有させるためには、ターゲットである酸化物焼結体にＳｎを含有させる必要がある。しかしながら、酸化物焼結体中のＳｎ含有量を増加させると、酸化物焼結体の内部にＳｎＯ2結晶相が生成される場合がある。酸化物焼結体（ターゲット）の内部にＳｎＯ2結晶相が含まれると、スパッタリング中にノジュールと呼ばれる亜酸化物（たとえばＳｎＯ）がターゲットの表面に析出し、これが異常放電の起点となるため、スパッタリング放電を安定して維持できない。
【０００９】
こうした異常放電を抑える方法として、たとえば、成膜時に導入する酸素ガスとスパッタリングガス（一般的にはＡｒガス）との混合ガスにおいて酸素分圧を大きくすることが考えられる。しかしこの方法では、酸素分圧の増大に伴って成膜速度が低下するため、成膜時間が長くなり、生産効率の低下ひいてはＴＦＴ製造コストの上昇を招く。
【００１０】
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、Ｓｎを含有しつつ安定したスパッタリング放電が持続可能である酸化物焼結体（ターゲット）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態に係る酸化物焼結体は、Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎを含有し、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方を含む。
【発明の効果】
【００１２】
上記の酸化物焼結体によれば、スパッタリング放電を持続できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係わる酸化物焼結体の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係わる半導体デバイスの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係わる半導体デバイスの構成の一例を示す模式的な平面図である。
【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶにおける模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［本発明の実施形態の説明］
まず本発明の実施形態（以下「本実施形態」とも記す）の概要を以下の［１]〜[１５]に列記して説明する。
【００１５】
［１］本実施形態の酸化物焼結体は、Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎを含有し、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方を含む。
【００１６】
本発明者の研究によれば、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方を含む酸化物焼結体は、スパッタリング時にノジュールの発生が非常に少ない。したがって、この酸化物焼結体をターゲットとして使用することにより、安定してスパッタリング放電を持続できる。ここで酸化物焼結体におけるＩｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相またはＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の存在は、たとえば粉末Ｘ線回折法（X‐Ray Diffraction：ＸＲＤ）、透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）を用いた透過電子線回折法（Transmission Electron Diffraction：ＴＥＤ）等によって確認することができる。
【００１７】
［２］酸化物焼結体は、Ｓｎが固溶したＩｎＧａＺｎＯ4結晶相をさらに含むことが好ましい。
【００１８】
本発明者の研究によれば、Ｓｎが固溶したＩｎＧａＺｎＯ4結晶相は、Ｓｎを含むにも拘らず、スパッタリング時にノジュールの発生が非常に少ない結晶相である。したがって酸化物焼結体（ターゲット）が、Ｓｎが固溶したＩｎＧａＺｎＯ4結晶相を含むことにより、スパッタリング時の異常放電を抑制することができる。同時に、スパッタリングにより成膜される酸化物半導体膜にＳｎを含有させることができるため、酸化物半導体膜における電界効果移動度を高めることができる。
【００１９】
［３］酸化物焼結体は、Ｓｎが固溶したＺｎＧａ2Ｏ4結晶相をさらに含むことが好ましい。
【００２０】
Ｓｎが固溶したＺｎＧａ2Ｏ4結晶相も、Ｓｎを含むにも拘らず、スパッタリング時にノジュールの発生が非常に少ない結晶相だからである。
【００２１】
［４］酸化物焼結体は、Ｇａが固溶したＺｎ2ＳｎＯ4結晶相をさらに含むことが好ましい。
【００２２】
Ｇａが固溶したＺｎ2ＳｎＯ4結晶相も、Ｓｎを含むにも拘らず、スパッタリング時にノジュールの発生が非常に少ない結晶相だからである。
【００２３】
［５］酸化物焼結体は、粉末Ｘ線回折法による回折パターンにおいて、回折角２θが３０．８１°より大きく３０．９０°以下の範囲内にあるピークをａピークとし、回折角２θが３８．００°以上３８．１５°以下の範囲内に１つあるピークをｂピークとするとき、ａピークに対するｂピークの回折強度比Ｉｂ／Ｉａが、０．０２以上０．１以下であることが好ましい。
【００２４】
ここで「ａピーク」はＩｎＧａＺｎＯ4結晶相に由来するピークであり、「ｂピーク」はＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相に由来するピークである。そして本発明者の研究によれば、ａピークに対するｂピークの回折強度比であるＩｂ／Ｉａが、０．０２以上０．１以下であることにより、スパッタリング放電を安定して維持できる酸素分圧の範囲が拡大する。これにより成膜条件の制約が少なくなり生産性が向上する。
【００２５】
［６］酸化物焼結体の元素組成は、下記式（１）〜下記式（５）：
０．４＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６５            （１）
０．３＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．５０      （２）
０．２０≦Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ｚｎ）＜０．３３                （３）
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）＜０．２      （４）
０．４１≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．６            （５）
の全てを満たすことが好ましい。
【００２６】
本発明者の研究によれば、酸化物焼結体（ターゲット）が上記式（１）を満たす場合、スパッタリングにより得られる酸化物半導体膜（チャネル層）における電界効果移動度を高めることができ、更には酸化物半導体膜を備える半導体デバイス（たとえばＴＦＴ）のＶｏｎ値を正の値とすることができる。すなわち半導体デバイスのノーマリオフ化が可能となる。
【００２７】
酸化物焼結体が上記式（２）を満たす場合、スパッタリングにより得られる酸化物半導体膜における電界効果移動度を高めることができ、更には酸化物半導体膜を備える半導体デバイスのＯＦＦ電流を小さくすることができる。すなわち半導体デバイスのＯＮ特性とＯＦＦ特性との両立が可能である。
【００２８】
酸化物焼結体が上記式（３）を満たす場合、安定したスパッタリング放電を維持できる酸素分圧の範囲が拡大することから、生産性が向上する。
【００２９】
酸化物焼結体が上記式（４）を満たす場合、スパッタリングにより得られる酸化物半導体膜における電界効果移動度を高めることができ、更には酸化物半導体膜を備える半導体デバイスのＶｏｎ値を正の値とすることができる。
【００３０】
酸化物焼結体が上記式（５）を満たす場合、スパッタリングにより得られる酸化物半導体膜における電界効果移動度を高めることができ、更には酸化物半導体膜を備える半導体デバイスのＯＦＦ電流を小さくすることができる。
【００３１】
そして上記式（１）〜上記式（５）の全てを満たすことにより、これらが相乗的に作用し半導体デバイスの特性が顕著に向上する。
【００３２】
［７］酸化物焼結体は、粉末Ｘ線回折法による回折パターンにおいて、回折角２θが３０．５５°以上３０．８０°以下の範囲内にピークが観察されないものであることが好ましい。
【００３３】
当該範囲の回折角にピークが存在することは、酸化物焼結体中にビックスバイト型結晶構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶相が存在することを意味する。Ｉｎ2Ｏ3結晶相は、ＳｎＯ2結晶相ほど大きな影響はないものの、異常放電の原因となり得る結晶相である。またターゲットにＩｎ2Ｏ3結晶相が含まれると半導体デバイスのＯＦＦ電流が大きくなる傾向にある。
【００３４】
［８］したがって酸化物焼結体は、ビックスバイト型結晶構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶相を含まないことが望ましい。
【００３５】
［９］酸化物焼結体は、粉末Ｘ線回折法による回折パターンにおいて、回折角２θが３４．３０°以上３４．５０°以下の範囲内にピークが観察されないものであることが好ましい。
【００３６】
当該範囲の回折角にピークが存在することは、酸化物焼結体中にルチル型結晶構造を有するＳｎＯ2結晶相が存在することを意味する。前述のように本実施形態の酸化物焼結体は、ＳｎＯ2結晶相となり得る形態ではＳｎを含有しない。酸化物焼結体にルチル型結晶構造を有するＳｎＯ2結晶相が存在する場合には、スパッタリング時に異常放電が発生し、スパッタリング放電を安定して維持できない。そればかりか、半導体デバイスのＯＦＦ電流が大きくなる傾向がある。
【００３７】
［１０］したがって酸化物焼結体は、ルチル型結晶構造を有するＳｎＯ2結晶相を含まないことが望ましい。
【００３８】
［１１］酸化物焼結体は、Ｉｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）m（ただし式中のｍは自然数である）結晶相を含まないことが好ましい。
【００３９】
これらの結晶相を含まないことにより、酸化物焼結体の電気抵抗を低減することができる。そのためこれらの結晶相を含まない酸化物焼結体は、直流（Direct Current：ＤＣ）スパッタリング用のターゲットとして特に好適である。またターゲットがこれらの結晶相を含まないことにより、半導体デバイスのＯＦＦ電流を小さくすることができる。
【００４０】
［１２］酸化物焼結体は、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＳｉ（ケイ素）を１ａｔ．％以上１０ａｔ．％以下の範囲で含有することが好ましい。
【００４１】
ターゲットがこれらの元素を含有することによって、成膜される酸化物半導体膜における電界効果移動度を高めることができ、更には酸化物半導体膜を備える半導体デバイスのＯＦＦ電流を小さくすることができる。なお含有量の単位「ａｔ．％」は「atomic percent」すなわち原子数濃度を示す。
【００４２】
［１３］本実施形態の別の局面は半導体デバイスであり、当該半導体デバイスは、上記［１］〜［１２］のいずれか１つに説明した酸化物焼結体をターゲットとして用いたスパッタリングによって形成された酸化物半導体膜を備え、該酸化物半導体膜はチャネル層である。
【００４３】
この半導体デバイスは、たとえばＴＦＴである。この半導体デバイスは、チャネル層としてＩＧＺＯ系酸化物半導体膜と備えるものであり、かつ当該半導体膜にはＳｎが含まれる。したがって半導体膜の電界効果移動度が高い。さらにこの半導体デバイスの製造には、上記に説明した酸化物焼結体がターゲットとして使用されるため、安価に製造することができる。
【００４４】
［１４］本実施形態のさらに別の局面は半導体デバイスの製造方法であり、当該製造方法は、上記［１］〜［１２］のいずれか１つに説明した酸化物焼結体を準備する工程と、該酸化物焼結体をターゲットとして、スパッタリングによって酸化物半導体膜を形成する工程と、を備える。
【００４５】
本実施形態の酸化物焼結体は、酸素分圧の増大を伴わず（すなわち成膜速度の低下を伴わず）、スパッタリング放電を持続できる。したがって半導体デバイスを安価に製造することができる。
【００４６】
［１５］本実施形態のさらに別の局面は酸化物焼結体の製造方法であり、当該製造方法は、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）粉末、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末および酸化スズ（ＳｎＯ2）粉末を混合して第１混合物を得る工程と、該第１混合物を熱処理する工程と、熱処理された該第１混合物と酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）粉末とを混合して第２混合物を得る工程と、該第２混合物を加圧成形して成形体を得る工程と、該成形体を熱処理する工程とを備える。
【００４７】
以上の工程を経て製造された酸化物焼結体は、Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎを含有し、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方を含むことができる。
【００４８】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態について、より詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００４９】
＜第１実施形態：酸化物焼結体＞
第１実施形態は酸化物焼結体である。実施形態の酸化物焼結体は、少なくともＩｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎを含有する酸化物である。酸化物焼結体は、これらの元素を含有する限り、その他の元素を含有することもできる。その他の元素としては、後述する添加元素を挙げることができる。酸化物焼結体は、主にスパッタリングターゲットとして使用できる。実施形態の酸化物焼結体を用いて成膜された酸化物半導体膜は、半導体デバイス（たとえばＴＦＴ）のチャネル層として好適である。
【００５０】
（Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相）
実施形態の酸化物焼結体は、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方を含む点において、従来のスパッタリングターゲットと相違する。そして、これらの結晶相を含むことにより、スパッタリング時にノジュールの発生を抑制することができる。
【００５１】
ここで本明細書における「結晶相」とは、必ずしも結晶質のみからなる相を示すものではなく、その一部に非晶質を含む相であってもよい。また、たとえば「Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相」等は、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16の結晶粒を主体として含む結晶相であることを示しており、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16以外に少量の化合物や異種元素が含まれることを排除するものではない。なお「Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16の結晶粒を主体として含む」とは、結晶相のうち概ね９０体積％以上がＩｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16の結晶粒によって占められていることを示すものとし、好ましくは不可避不純物を除きＩｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16の結晶粒のみから構成されることを示すものとする。
【００５２】
酸化物焼結体中の各結晶相の存在は、たとえば粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）、ＴＥＭを用いた透過電子線回折法（ＴＥＤ）等によって確認することができる。すなわち、これらの方法によって得られた回折パターンを、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）カードに記載されている各化合物の回折パターンと照合することにより、各結晶相の存在を確認することができる。
【００５３】
ただし、ＸＲＤあるいはＴＥＤの回折パターンにおいて、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16に由来するピークとＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7に由来するピークとは、非常に近接しているため、両者の判別が難しい場合もあり得る。その場合、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）とそれに付帯するエネルギー分散型Ｘ線分析装置（Energy Dispersive X-ray detector：ＥＤＸ）（以下これらを総称して「ＳＥＭ−ＥＤＸ」と記す）、またはＴＥＭ−ＥＤＸを併用するとよい。すなわち、ＸＲＤあるいはＴＥＤの回折パターンにおいて、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7のどちらとも同定し得るピークが存在する場合、ＳＥＭ−ＥＤＸまたはＴＥＭ−ＥＤＸによって面分析を行ない、ＩｎとＧａとＳｎとが混在する領域が確認された場合、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相が存在すると判断することができる。また、面分析においてＩｎとＧａとＺｎとが混在する領域が確認された場合、Ｉｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相が存在すると判断することができる。
【００５４】
ここでＳＥＭ−ＥＤＸ、ＴＥＭ−ＥＤＸ等による面分析を行なう場合、分析深さには十分な注意が必要であり、分析深さが結晶粒径以下となるような条件を選定しなければならない。このとき分析深さが結晶粒径を超えると、分析する範囲の深さ方向に複数の結晶粒が含まれ得ることになるため、分析結果に複数の結晶粒に由来する情報が反映されてしまい、分析精度が低下することも考えられる。分析深さは、ＳＥＭ−ＥＤＸの場合、一次電子線の加速電圧によって調節することができる。なおＴＥＭ−ＥＤＸを用いる場合には、試料の厚さを結晶粒径以下まで薄くする必要がある。
【００５５】
（Ｓｎが固溶したＺｎＧａ2Ｏ4結晶相）
実施形態の酸化物焼結体は、Ｓｎが固溶したＺｎＧａ2Ｏ4結晶相をさらに含むことが好ましい。前述のようにターゲットに、ＳｎＯ2結晶相が含まれるとノジュールが発生し、スパッタリング放電の持続が困難である。しかし酸化物焼結体におけるＳｎの存在形態が、ＺｎＧａ2Ｏ4結晶相に固溶した形態であればノジュールの発生は非常に少ない。したがって酸化物焼結体が、Ｓｎが固溶したＺｎＧａ2Ｏ4結晶相を含むことにより、安定したスパッタリング放電が実現できるとともに、成膜される酸化物半導体膜中に、半導体デバイス特性（たとえばＴＦＴ特性）の観点から有益なＳｎを含有させることができる。また酸化物焼結体が、当該結晶相を含むことにより、電気抵抗値が減少するとともに、成膜時に幅広い酸素分圧領域で安定してスパッタリング放電を持続させることが可能となる。
【００５６】
ＺｎＧａ2Ｏ4結晶相はスピネル型結晶構造を有する。ＸＲＤまたはＴＥＤの回折パターンにおいて、Ｓｎが固溶したＺｎＧａ2Ｏ4結晶相に由来するピークは、ＪＣＰＤＳカードに記載されているＺｎＧａ2Ｏ4に帰属されるピークと近い位置に存在する。この結晶相におけるＳｎの固溶形態は特に限定されず、たとえば、Ｇａサイトの一部がＳｎによって置換された形態であってもよいし、ＺｎＧａ2Ｏ4の格子間にＳｎが侵入した形態等であってもよい。そのため本実施形態のＳｎが固溶したＺｎＧａ2Ｏ4結晶相に由来するピークの位置は、ＪＣＰＤＳカードにおけるＺｎＧａ2Ｏ4のピークの位置と比較すると、面間隔が大きいか、あるいは面間隔が小さいこともあり得る。このとき本実施形態では、ＪＣＰＤＳカードにおけるＺｎＧａ2Ｏ4よりも面間隔が小さい、つまりＸ線回折パターンにおける回折角２θが大きいことが好ましい。これにより酸化物焼結体をスパッタリングターゲットに使用して作製したＴＦＴの電界効果移動度を高めることができる。
【００５７】
（Ｇａが固溶したＺｎ2ＳｎＯ4結晶相）
実施形態の酸化物焼結体は、Ｇａが固溶したＺｎ2ＳｎＯ4結晶相をさらに含むことが好ましい。Ｇａが固溶したＺｎ2ＳｎＯ4結晶相も、Ｓｎを含有しつつノジュールの発生が少ない結晶相だからである。また酸化物焼結体が、当該結晶相を含むことにより、電気抵抗値が減少するとともに、成膜時に幅広い酸素分圧領域で安定してスパッタリング放電を持続させることが可能となる。
【００５８】
Ｚｎ2ＳｎＯ4結晶相は逆スピネル型結晶構造を有する。ＸＲＤまたはＴＥＤの回折パターンにおいて、Ｇａが固溶したＺｎ2ＳｎＯ4結晶相に由来するピークは、ＪＣＰＤＳカードに記載されているＺｎ2ＳｎＯ4に帰属されるピークと近い位置に存在する。この結晶相におけるＧａの固溶形態は特に限定されず、たとえば、Ｓｎサイトの一部がＧａによって置換された形態であってもよいし、Ｚｎ2ＳｎＯ4の格子間にＧａが侵入した形態であってもよい。そのため本実施形態のＧａが固溶したＺｎ2ＳｎＯ4結晶相に由来するピークの位置は、ＪＣＰＤＳカードにおけるＺｎ2ＳｎＯ4のピークの位置と比較すると、面間隔が大きいか、あるいは面間隔が小さいこともあり得る。このとき本実施形態では、ＪＣＰＤＳカードにおけるＺｎ2ＳｎＯ4よりも面間隔が大きい、つまりＸ線回折パターンにおける回折角２θが小さいことが好ましい。これにより酸化物焼結体をスパッタリングターゲットに使用して作製したＴＦＴのＯＦＦ電流を減少させることができる。
【００５９】
（Ｓｎが固溶したＩｎＧａＺｎＯ4結晶相）
実施形態の酸化物焼結体は、Ｓｎが固溶したＩｎＧａＺｎＯ4結晶相を含むことができる。酸化物焼結体中に、Ｓｎが固溶したＩｎＧａＺｎＯ4結晶相が存在するか否かもＸＲＤによって確認できる。
【００６０】
Ｘ線回折パターンにおいて、Ｓｎが固溶したＩｎＧａＺｎＯ4結晶相に由来するピークは、回折角２θが３０．８１°より大きく３０．９０°以下の範囲内に現れる。本明細書ではこのピークを「ａピーク」と称する。ａピークは、ＪＣＰＤＳカードにおけるＩｎＧａＺｎＯ4の値と比較して高角度、すなわち面間隔が小さい。
【００６１】
本発明者の研究によれば、このａピークの回折強度Ｉａと、Ｉｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相に由来するピーク（「ｂピーク」と称する）の回折強度Ｉｂとが特定の関係を満たすことにより、安定したスパッタリング放電を持続できる酸素分圧の範囲が拡大することが分かっている。
【００６２】
ｂピークは、Ｘ線回折パターンにおいて、回折角２θが３８．００°以上３８．１５°以下の範囲内に１つあるピークである。このｂピークはＪＣＰＤＳカードにおけるＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7の値と比較して高角度、すなわち面間隔が小さい。
【００６３】
ここでａピークの回折強度Ｉａに対するｂピークの回折強度Ｉｂの比であるＩｂ／Ｉａが０．０２以上０．１以下である場合、広い範囲の酸素分圧でスパッタリング放電を持続できる。Ｉｂ／Ｉａが０．０２未満の場合、スパッタリング放電が持続できる酸素分圧の範囲が狭くなる場合もあり得る。またＩｂ／Ｉａが０．１を超えると、成膜される酸化物半導体膜の電界効果移動度が低くなり、酸化物半導体を使用する利点の一つが損なわれる場合もあり得る。なお、酸素分圧の範囲をより広範囲とするとの観点から、Ｉｂ／Ｉａの範囲は、より好ましくは０．０２以上０．０７以下であり、特に好ましくは０．０２以上０．０５以下である。
【００６４】
（酸化物焼結体の元素組成）
酸化物焼結体は、Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎを含有するが、その構成元素の組成は下記式（１）〜下記式（５）：
０．４＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６５            （１）
０．３＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．５０      （２）
０．２０≦Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ｚｎ）＜０．３３                （３）
０．０５＜Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）＜０．２      （４）
０．４１≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）≦０．６            （５）
の全てを満たすことが好ましい。
【００６５】
上記式（１）に関し、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．４以下である場合、酸化物半導体膜の電界効果移動度が低くなるため好ましくない。他方、０．６５を超える場合、ＴＦＴ特性のＶｏｎ値が負の値となるため好ましくない。ここで「Ｖｏｎ値」はＴＦＴが駆動する電圧であるため、ＴＦＴ制御の簡便さから、０Ｖよりも大きな正の電圧であることが望まれている。Ｖｏｎ値が負の値となると、ＴＦＴの制御電圧として負から正に及ぶ範囲が必要となり、制御が煩雑化する場合もあり得る。かかる観点から、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）は、０．４１以上０．５０以下であることがより好ましい。
【００６６】
上記式（２）に関し、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）が０．３以下である場合、酸化物半導体膜の電界効果移動度が低くなるため好ましくない。他方、０．５０を超える場合、ＴＦＴ特性のＯＦＦ電流が大きくなるため好ましくない。Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）は、より好ましくは０．３５以上０．４以下である。
【００６７】
上記式（３）に関し、Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ｚｎ）が０．２０未満である場合、酸化物半導体膜の電界効果移動度が低くなるため好ましくない。他方、０．３３以上である場合、酸化物焼結体中にＳｎＯ2結晶相が析出してスパッタリング放電が不安定になる場合もあり得る。ＳｎＯ2結晶相の析出を抑制するために、Ｓｎ元素はＺｎ2ＳｎＯ4結晶相に含有されていることが望ましい。ここで理想的なＺｎ2ＳｎＯ4結晶相におけるＳｎ／（Ｓｎ＋Ｚｎ）の理論値は０．３３である。したがってＳｎ／（Ｓｎ＋Ｚｎ）が０．３３未満であれば、ＳｎはＺｎ2ＳｎＯ4結晶相内において安定に存在でき、ＳｎＯ2結晶相の析出が抑制できる。その結果、安定したスパッタリング放電の持続を実現できる。なおＳｎ／（Ｓｎ＋Ｚｎ）は、より好ましくは０．２１以上０．３０以下である。
【００６８】
上記式（４）に関し、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）が０．０５以下である場合、酸化物半導体膜の電界効果移動度が低くなるため好ましくない。他方、０．２以上である場合、ＴＦＴ特性のＶｏｎ値が負の値となるため好ましくない。Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）は、より好ましくは０．０６以上０．１６以下である。
【００６９】
上記式（５）に関し、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）が０．４１未満である場合、酸化物半導体膜の電界効果移動度が低くなるため好ましくない。他方、０．６を超える場合、ＴＦＴ特性のＯＦＦ電流が大きくなるため好ましくない。Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）は、より好ましくは０．５以上０．５８以下である。
【００７０】
（ビックスバイト型結晶構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶相）
実施形態の酸化物焼結体は、ビックスバイト型結晶構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶相を含まないことが好ましい。当該結晶相は、ＳｎＯ2結晶相ほど影響は大きくないものの、スパッタリング放電の持続を阻害する要因となり得るからである。また、当該結晶相を含むターゲットから成膜された酸化物半導体膜を備えるＴＦＴでは、ＯＦＦ電流が大きくなる傾向がある。
【００７１】
ビックスバイト型結晶構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶相の存否も粉末Ｘ線回折法によって確認できる。Ｘ線回折パターンにおいて当該結晶相に由来するピークは、回折角２θが３０．５５°以上３０．８０°以下の範囲内に現れる。したがって本実施形態の酸化物焼結体では、Ｘ線回折パターンにおいて、回折角２θが３０．５５°以上３０．８０°以下の範囲内にピークが観測されないことが好ましい。
【００７２】
（ルチル型結晶構造を有するＳｎＯ2結晶相）
前述のように実施形態の酸化物焼結体は、Ｓｎ元素を、ＳｎＯ2結晶相として析出し難い形態で含有する点において従来技術と相違する。ルチル型結晶構造を有するＳｎＯ2結晶相の存否も粉末Ｘ線回折法によって確認できる。Ｘ線回折パターンにおいて当該結晶相に由来するピークは、回折角２θが３４．３０°以上３４．５０°以下の範囲内に現れる。したがって本実施形態の酸化物焼結体では、Ｘ線回折パターンにおいて、回折角２θが３４．３０°以上３４．５０°以下の範囲内にピークが観測されないことが望ましい。
【００７３】
（Ｉｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）m結晶相）
本発明者の研究よれば、Ｉｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）m（ただし式中のｍは自然数である）結晶相を含む酸化物焼結体は、電気抵抗が高くなりやすい傾向にある。したがって酸化物焼結体はＩｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）m結晶相を含まないことが好ましく、含まないことによりＤＣスパッタリングに相応しいターゲットとなり得る。また酸化物焼結体がＩｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）m結晶相を含まないことにより、これをターゲットとして成膜された酸化物半導体膜を備えるＴＦＴにおいて、ＯＦＦ電流を小さくすることができる。
【００７４】
（添加元素）
酸化物焼結体は、Ｔｉ、Ｗ、Ｈｆ、ＺｒまたはＳｉを１ａｔ．％以上１０ａｔ．％以下の範囲で含有することが好ましい。ターゲットがこれらの元素を含有することにより、酸化物半導体膜にもこれらの元素を含有させることができる。そして酸化物半導体膜がこれらの元素を含有することにより、電界効果移動度が高くかつＯＦＦ電流が小さいＴＦＴを実現することができる。なお、上記添加元素の含有量は、より好ましくは１ａｔ．％以上６ａｔ．％以下であり、特に好ましくは１ａｔ．％以上５ａｔ．％以下である。
【００７５】
酸化物焼結体に上記の元素を添加する方法は特に制限されず、たとえば原料粉末を混合する際に酸化物粉末の形態として添加することができる。なおＴｉ、Ｗ、Ｈｆ、ＺｒまたはＳｉの他、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ビスマス（Ｂｉ）等を添加することもできる。
【００７６】
＜酸化物焼結体の製造方法＞
上記した第１実施形態の酸化物焼結体は、次のようにして製造することができる。図１は、酸化物焼結体の製造方法の概略を示すフローチャートである。図１に示すように、工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１０５を順次実行することにより、第１実施形態の酸化物焼結体を製造できる。
【００７７】
（工程Ｓ１０１）
工程Ｓ１０１では、Ｇａ2Ｏ3粉末、ＺｎＯ粉末およびＳｎＯ2粉末を混合して第１混合物を得る。ここで各原料粉末の純度は９９．９％以上であることが好ましい。原料粉末の混合は、一般的な粉砕混合とすることができる。たとえば、通常のボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル等を用いて、湿式あるいは乾式の粉砕混合を行なうことができる。なお湿式混合を行なった場合には、自然乾燥やスプレードライ等の乾燥方法を用いて、得られた混合物を乾燥することができる。
【００７８】
（工程Ｓ１０２）
工程Ｓ１０２では、第１混合物を熱処理（仮焼）する。仮焼温度は、好ましくは８００℃以上１２００℃未満であり、より好ましくは８００℃以上１１００℃以下であり、特に好ましくは８００℃以上１０００℃以下である。
【００７９】
（工程Ｓ１０３）
工程Ｓ１０３では、仮焼された第１混合物と、Ｉｎ2Ｏ3粉末とを混合して第２混合物を得る。Ｉｎ2Ｏ3粉末もその純度は９９．９％以上であることが好ましい。第１混合物とＩｎ2Ｏ3粉末との混合には、工程Ｓ１０１で説明した混合方法を用いることができる。なお工程Ｓ１０３では、Ｉｎ2Ｏ3粉末とともに、ＴｉＯ2粉末、ＷＯ3粉末、ＨｆＯ2粉末、ＺｒＯ2粉末またはＳｉＯ2粉末等を添加して混合してもよい。
【００８０】
（工程Ｓ１０４）
工程Ｓ１０４では、第２混合物を加圧成形して成形体を得る。加圧成形の方法としては、たとえば一軸加圧成形（金型プレス）、冷間等方圧プレス（Cold Isostatic Pressing：ＣＩＰ）、熱間等方圧プレス（Hot Isostatic Pressing：ＨＩＰ）等を用いることができる。
【００８１】
（工程Ｓ１０５）
工程Ｓ１０５では、成形体を熱処理（焼結）する。焼結温度（本焼温度）は、１３７５℃以上１４５０℃以下であることが好ましい。焼結時の雰囲気は、大気雰囲気、酸素雰囲気、窒素と酸素との混合雰囲気等が好ましい。また焼結は大気圧中で行なうことができるが、ＺｎＯの蒸発を抑制するため、加圧ガス中で焼結してもよい。あるいはＨＩＰ等のホットプレス焼結法を利用することもできる。ただし最も好ましい条件は、大気圧中かつ大気雰囲気中である。
【００８２】
以上の工程を実施することにより、第１実施形態の酸化物焼結体を製造することができる。
【００８３】
＜第２実施形態：半導体デバイス＞
第２実施形態は半導体デバイスである。第２実施形態の半導体デバイスは、第１実施形態の酸化物焼結体をターゲットとして用いたスパッタリングによって形成された酸化物半導体膜を備え、当該酸化物半導体膜はチャネル層として機能する。この半導体デバイスは、高い電界移動効果を示し、安価に製造することができる。
【００８４】
図３は本実施形態の半導体デバイスの構成の一例を示す模式的な平面図である。また図４は図３のＩＶ−ＩＶ線における模式的な断面図である。図３および図４に示す半導体デバイス１０はＴＦＴである。しかしこれはあくまでも一例であり、上記特定の酸化物半導体膜を備える限り、半導体デバイスはＴＦＴに限定されるものではない。
【００８５】
図４を参照して半導体デバイス１０は、基板１１と、ゲート電極１２と、ゲート絶縁膜１３と、酸化物半導体膜１４と、ソース電極１５と、ドレイン電極１６とを備える。ゲート電極１２は基板１１上に配置されている。ゲート絶縁膜１３はゲート電極１２上に配置され、ゲート電極１２とソース電極１５との間、およびゲート電極１２とドレイン電極１６との間を絶縁している。酸化物半導体膜１４は、第１実施形態の酸化物焼結体をターゲットとしたスパッタリングにより形成された半導体膜であり、半導体デバイス１０のチャネル層として機能している。ソース電極１５およびドレイン電極１６は酸化物半導体膜１４上に、互いに接触しないように配置されている。
【００８６】
＜半導体デバイスの製造方法＞
第２実施形態の半導体デバイスは、次のようにして製造することができる。図２は半導体デバイスの製造方法の概略を示すフローチャートである。図２に示すように、半導体デバイスの製造方法は、酸化物焼結体を準備する工程Ｓ１００と、酸化物焼結体をターゲットとして、スパッタリングによって酸化物半導体膜を形成する工程Ｓ４００とを備える。当該製造方法は、これらの工程を備える限り、半導体デバイスの製造工程に通常含まれ得る任意の工程を備えることができる。そのような工程としては、たとえば電極を形成する工程Ｓ２００やゲート絶縁膜を形成する工程Ｓ３００等がある。また図２に示すフローチャートは一例に過ぎず、工程Ｓ１００と工程Ｓ４００とをこの順で備える限り、その他の工程の順序は変更しても差し支えない。
【００８７】
（工程Ｓ１００）
工程Ｓ１００では、酸化物焼結体を準備する。この工程は先に酸化物焼結体の製造方法として説明した工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１０５であるので、同じ説明は繰り返さない。
【００８８】
（工程Ｓ２００）
工程Ｓ２００では、基板１１上にゲート電極１２を形成する。基板１１には、高い透明性および表面平滑性等を有するものが好ましく、たとえば石英ガラス基板、無アルカリガラス基板等が用いられる。ゲート電極１２は、たとえばＭｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属薄膜とすることができる。こうした金属薄膜は、たとえば真空蒸着、スパッタリング等によって形成できる。
【００８９】
（工程Ｓ３００）
工程Ｓ３００では、ゲート電極１２上にゲート絶縁膜１３を形成する。ゲート絶縁膜１３には、ＳｉＯx膜、ＳｉＮx膜等が好適である。こうしたＳｉＯx膜等は、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等によって形成できる。
【００９０】
（工程Ｓ４００）
工程Ｓ４００では、ゲート絶縁膜１３上に、第１実施形態の酸化物焼結体をターゲットとして、スパッタリングによって酸化物半導体膜１４すなわちチャネル層を形成する。かかる特定のターゲットを使用することにより、スパッタリング放電を安定して持続可能であり、半導体デバイスを安価に製造することができる。
【００９１】
工程Ｓ４００では、第１実施形態の酸化物焼結体をターゲットとすることにより、異常放電を抑制できる。そのため従来よりも低い酸素分圧でスパッタリング放電を持続することができる。よって成膜の高速化が可能である。工程Ｓ４００で使用する混合ガスにおける酸素のモル分率は、好ましくは０．１以上０．３以下であり、より好ましくは０．１以上０．２５以下であり、特に好ましくは０．１以上０．２０以下である。
【００９２】
（工程Ｓ５００）
工程Ｓ５００では、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を形成する。このときソース電極１５およびドレイン電極１６は、たとえばフォトレジストによるパターニングと、リン酸と酢酸との混合液やシュウ酸水溶液を使用するウェットエッチングによって、互いに接触しないように形成される。その他、電極材料および成膜方法は、工程Ｓ２００で説明したものと同様とすることができる。
【実施例】
【００９３】
以下、実施例を用いて本実施形態をより詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお以下の説明において「ＢＥＴ比表面積」は、ＢＥＴ法に基づき測定された比表面積を示すものとする。
【００９４】
以下のようにして、各種酸化物焼結体（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１８）を作製した。そして、これらのターゲットを用いたスパッタリングによって、酸化物半導体膜を形成することにより、半導体デバイス（ＴＦＴ）を作製し、その特性を評価した。ここで試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６は実施例に相当し、試料Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８は比較例に相当する。
【００９５】
＜試料Ｎｏ．１＞
１．原料粉末の混合
先ず原料粉末として、Ｇａ2Ｏ3粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：１１ｍ2／ｇ）と、ＺｎＯ粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積；４ｍ2／ｇ）と、ＳｎＯ2粉末（純度：９９．９％、ＢＥＴ比表面積：５ｍ2／ｇ）とを準備した。
【００９６】
Ｇａ2Ｏ3とＺｎＯとＳｎＯ2とのモル混合比が表１に示す値となるように、各原料粉末を計量してボールミルに投入し、ボールミルを用いて１２時間に亘って粉砕混合を行なった（工程Ｓ１０１）。これにより第１混合物（Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＳｎＯ2混合物）を得た。粉砕混合時の分散媒としてはエタノールを用いた（湿式混合）。粉砕混合後の第１混合物はスプレードライヤで乾燥した。
【００９７】
２．仮焼
第１混合物をアルミナ製の坩堝に入れ、大気雰囲気中、９００℃で８時間に亘って仮焼を行なった（工程Ｓ１０２）。これによりＧａ2ＺｎＯ4結晶相およびＳｎＺｎ2Ｏ4結晶相を含み、該Ｇａ2ＺｎＯ4結晶相にＳｎが固溶した結晶相あるいはＳｎＺｎ2Ｏ4結晶相にＧａが固溶した結晶相をさらに含む仮焼粉体を得た。
【００９８】
３．Ｉｎ2Ｏ3粉末の混合
上記仮焼粉体と、Ｉｎ2Ｏ3粉末（純度：９９．９９％、ＢＥＴ比表面積：５ｍ2／ｇ）とを、各原料のモル混合比が表１に示す値となるように計量してボールミルに投入し、ボールミルを用いて１２時間に亘って粉砕混合を行なった（工程Ｓ１０３）。このときのモル混合比は、Ｉｎ2Ｏ3のモル数と第１混合物中のＧａ2Ｏ3のモル数との比とした。これにより第２混合物（仮焼粉体−Ｉｎ2Ｏ3混合物）を得た。混合時の分散媒にはエタノールを用いた。また粉砕混合後の第２混合物もスプレードライヤで乾燥した。
【００９９】
４．成形および焼結
第２混合物を一軸加圧成形機によって加圧成形し（工程Ｓ１０４）、直径１００ｍｍ、厚さ約９ｍｍの円板状の成形体を得た。そしてこの成形体を、大気雰囲気中、表１に示す温度で８時間に亘って焼成することにより（工程Ｓ１０５）、実施例に係る酸化物焼結体（試料Ｎｏ．１）を得た。
【０１００】
【表１】
2015214429.tif 000002
【０１０１】
５．Ｘ線回折測定
酸化物焼結体の一部から測定用サンプルを採取し、Ｘ線回折装置を用いて粉末Ｘ線回折法による結晶解析を行なった。回折に用いる特性Ｘ線はＣｕＫα線とし、回折角２θおよび回折強度Ｉを測定した。そしてＸ線回折パターンから、各結晶相の存否を判別し、さらにａピークに対するｂピークの回折強度比Ｉｂ／Ｉａを算出した。結果を表２に示す。
【０１０２】
【表２】
2015214429.tif 000003
【０１０３】
ＩＣＰ発光分析装置を用いて、酸化物焼結体中のＩｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎの含有量［単位：ａｔ．％］を測定し、その結果を基に、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）、Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ｚｎ）、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）およびＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）の各値を算出した。結果を表３に示す。
【０１０４】
【表３】
2015214429.tif 000004
【０１０５】
６．ターゲットの作製
酸化物焼結体を、直径３インチ（７６．２ｍｍ）、厚さ５．０ｍｍのスパッタリングターゲットに加工した。このターゲットの電気抵抗率を、４探針法（JIS R 1637）に準拠して、市販の抵抗率計を用いて測定した。結果を表４に示す。
【０１０６】
７．酸化物半導体膜の成膜
次に上記のターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリングによる成膜を行なった。スパッタ面は、ターゲットの主面（直径３インチ）とした。操作の具体的な手順は次の通りである。
【０１０７】
先ず、成膜用基板として５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの合成石英ガラス基板を準備した。この基板は、その主面上に、予めＭｏ金属薄膜からなるゲート電極と、該ゲート電極上に非晶質ＳｉＯxからなるゲート絶縁膜とが形成されたものである（工程Ｓ２００および工程Ｓ３００）。
【０１０８】
この基板を、スパッタリング装置の成膜室内において、水冷されている基板ホルダ上にセットした。このとき基板はターゲットに対向して配置され、基板とターゲットとの距離は９０ｍｍであった。
【０１０９】
次に、成膜室内を６×１０-5Ｐａ程度まで真空引きし、ターゲットのプレスパッタを行なった。プレスパッタでは、基板とターゲットとの間にシャッターを挟んだ状態とし、成膜室内にＡｒガスと酸素（Ｏ2）ガスとからなる混合ガス（Ｏ2のモル分率＝０．１７）を導入し、さらにターゲットに８０Ｗの直流電力を印加してスパッタリング放電を発生させた。そして１０分間に亘ってプレスパッタを行ない、ターゲットの表面をクリーニングした。
【０１１０】
その後、Ｏ2のモル分率が０．１７である混合ガスを、成膜室内へ０．５Ｐａの圧力で導入したまま、同じくターゲットに８０Ｗのスパッタ電力を印加し、基板上に酸化物半導体膜を成膜した（工程Ｓ４００）。成膜中、基板ホルダに対して特にバイアス電圧は印加せず、ホルダの水冷のみとした。成膜時間は、酸化物半導体膜の厚さが３０ｎｍとなるように設定した。
【０１１１】
８．スパッタリング中の異常放電の評価
スパッタリング中の異常放電の評価は、次のようにして行なった。すなわち、ターゲットに１２０Ｗのスパッタ電力を印加しながら成膜を行ない、安定したスパッタリング放電が持続可能であるか否かを確認した。そして、スパッタリング放電が持続可能であったものについては、成膜中の異常放電の発生回数を計数して、単位時間内における異常放電の発生頻度（回数／分）を算出した。結果を表４に示す。表４中、「放電持続可否」の欄が「可」であるものはスパッタリング放電が持続可能であったことを示し、「不可」であるものはスパッタリング中に異常放電が多発し、グロー放電が持続できなかったことを示している。
【０１１２】
【表４】
2015214429.tif 000005
【０１１３】
９．エッチング
酸化物半導体膜（厚さ３０ｎｍ）をエッチングすることにより、所定のチャネル長（Ｌ）およびチャネル幅（Ｗ）を有するチャネル層とした。先ず、リン酸：酢酸：水＝４：１：１０（体積比）であるエッチング水溶液を調製した。そしてホットバス内でエッチング水溶液の温度を４０℃に調節し、酸化物半導体膜が形成された基板をエッチング水溶液に浸漬した。なおここでのエッチング水溶液の組成は、シュウ酸：水＝１：２０（質量比）としてもよい。
【０１１４】
１０．ソース電極およびドレイン電極の形成
先ず酸化物半導体膜の上面のうち、ソース電極およびドレイン電極が形成されるべき部分のみが露出するように、酸化物半導体膜上にレジストを塗布して、露光および現像を行なった。次に酸化物半導体膜の上面のうち、レジストを形成していない部分に対して、スパッタリングにより厚さ１００ｎｍのソース電極およびドレイン電極を互いに分離して形成した（工程Ｓ５００）。その後、酸化物半導体膜上のレジストを剥離した。これにより酸化物半導体膜をチャネル層として備えるＴＦＴを得た。
【０１１５】
１１．熱処理
ＴＦＴを窒素雰囲気中３００℃で１時間に亘って熱処理した。
【０１１６】
＜ＴＦＴ特性の評価＞
ＴＦＴ特性は、電界効果移動度μfe、ＯＦＦ電流およびＶｏｎ値を測定することにより評価した。これらの測定結果を表５に示す。具体的な測定手順は次の通りである。
【０１１７】
導電性のＳｉウエハをゲート電極として、ソース電極およびドレイン電極に測定針を接触させた。次にソース電極とドレイン電極との間に０．１Ｖの電圧（Ｖds）を印加した状態で、ソース電極とゲート電極との間に印加する電圧（Ｖgs）を−１０Ｖから２５Ｖへと変化させながら、ドレイン電流（Ｉds）を測定した。測定結果を、ＶgsをＸ軸とし、ＩdsをＹ軸とする二次元座標にプロットして、ＴＦＴ特性を示すグラフを得た。そしてこのグラフからＩds＝７×１０-12ＡにおけるＶgsをＶｏｎ値とした。
【０１１８】
また下記式（６）に示すように、ＩdsをＶgsについて微分することによりｇmを導出した。そしてＶgs＝８．０Ｖにおけるｇmの値を用いて、下記式（７）から電界効果移動度μfeを算出した
ｇm＝ｄＩds／ｄＶgs                  （６）
μfe＝ｇm・Ｌ／（Ｗ・Ｃi・Ｖds）      （７）
なおμfeの算出にあたって、式（７）中のＬ（チャネル長）は２０μｍとし、Ｗ（チャネル幅）は３０μｍとした。またＣi（ゲート絶縁膜のキャパシタンス）は３．４×１０-8Ｆ／ｃｍ2とし、ソース−ドレイン間電圧（Ｖds）は１．０Ｖとした。
【０１１９】
またＯＦＦ電流には、Ｖgs＝−１．０Ｖ、Ｖds＝５．０ＶであるときのＩdsの値を採用した。ＯＦＦ電流が小さいほどＴＦＴ特性は良好であるといえる。
【０１２０】
【表５】
2015214429.tif 000006
【０１２１】
＜試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１＞
表１に示すように、原料粉末のモル混合比等の製造条件を変更する以外は、試料Ｎｏ．１と同様にして、実施例に係る酸化物焼結体（試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１）を得、これをターゲットとして用いたスパッタリングによりＴＦＴを製造した。そして、試料Ｎｏ．１と同様にして、酸化物焼結体およびＴＦＴ特性の評価を行なった。結果を表２〜表５に示す。
【０１２２】
＜試料Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１６＞
試料Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１６では、第２混合物を得る際に、異種酸化物粉末（ＴｉＯ2粉末、ＷＯ3粉末、ＨｆＯ2粉末、ＺｒＯ2粉末またはＳｉＯ2粉末）を添加して粉砕混合を行なった。このときＩｎ2Ｏ3粉末に対するモル混合比は表１に示す値とした。
【０１２３】
そして、その他の条件については表１に示す通りとして実施例に係る酸化物焼結体（試料Ｎｏ．１２〜試料Ｎｏ．１６）を得た。酸化物焼結体における添加元素の含有量は、Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＳｎと同様にＩＣＰ発光分析装置を用いて測定した。結果を表３に示す。さらにスパッタリングによりＴＦＴを製造し、試料Ｎｏ．１と同様に、酸化物焼結体およびＴＦＴ特性の評価を行なった。結果を表２〜表５に示す。
【０１２４】
＜試料Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８＞
試料Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８は従来の酸化物焼結体を想定して作製した。すなわち、Ｇａ2Ｏ3粉末、ＺｎＯ粉末、ＳｎＯ2粉末およびＩｎ2Ｏ3粉末を一括して粉砕混合して混合物を得、さらにこれを表１に示す条件で仮焼、成形、焼結して酸化物焼結体を得た。
【０１２５】
実施例（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６）と同様に、比較例（試料Ｎｏ．１７および試料Ｎｏ．１８）に係る酸化物焼結体のＸ線回折測定を行なったところ、表２に示すように、これらの酸化物焼結体の内部にはＳｎＯ2結晶相が存在することが確認された。
【０１２６】
また実施例と同様に、比較例に係る酸化物焼結体をターゲットとして、スパッタリングによる成膜を試みたが、表４に示すように、スパッタリング放電が持続できず、成膜は困難であった。
【０１２７】
＜結果と考察＞
１．Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相
表２に示すＸ回折測定の結果より、実施例に係る酸化物焼結体（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６）では、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方の結晶相の存在が確認された。これに対して比較例（試料Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８）に係る酸化物焼結体では、これらの結晶相の存在は確認されず、前述のようにＳｎＯ2結晶相の存在が確認された。
【０１２８】
そして表４に示すように、スパッタリング時の挙動において、実施例と比較例との間に明りょうな差異が現れた。すなわち実施例の酸化物焼結体をターゲットとした場合にはスパッタリング放電の持続が可能である一方、比較例の酸化物焼結体をターゲットとした場合には放電の持続は不可能であった。したがって、これらの結果から、Ｓｎ元素を含有する酸化物焼結体であっても、Ｉｎ6Ｇａ2Ｓｎ2Ｏ16結晶相およびＩｎ2Ｇａ2ＺｎＯ7結晶相の少なくともいずれか一方を含むことにより、スパッタリング放電の持続が可能であるといえる。
【０１２９】
２．回折強度比Ｉｂ／Ｉａ
表２および表４から、回折強度比Ｉｂ／Ｉａが０．０２以上０．１以下である試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４は、かかる条件を満たさない試料Ｎｏ．１およびＮｏ．５と比較して、安定してスパッタリング放電を持続することができた。
【０１３０】
３．酸化物焼結体の元素組成
表３に示すように、実施例の酸化物焼結体は、上記式（１）〜上記式（５）の少なくともいずれか１つを満たしている。さらに上記式（１）〜上記式（５）の全てを満たす試料Ｎｏ．４およびＮｏ．８等では、Ｖｏｎ値が正の値を示し、かつ電界効果移動度が高い傾向が確認された。
【０１３１】
４．Ｉｎ2Ｏ3結晶相およびＩｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）m結晶相
表２に示す通り、比較例の酸化物焼結体（試料Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８）は、ルチル型結晶構造を有するＳｎＯ2結晶相に加えて、ビックスバイト型結晶構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶相およびＩｎ2Ｏ3（ＺｎＯ）m結晶相を含むものであった。そして表４に示す通り、比較例の酸化物焼結体では電気抵抗率が高い結果となった。したがって、これらの結晶相の存在が酸化物焼結体の電気抵抗率を増加させ、スパッタリング放電の持続を阻害していると考えられる。
【０１３２】
５．添加元素
表３および表５に示す通り、添加元素としてＴｉ、Ｗ、Ｈｆ、ＺｒまたはＳｉを１ａｔ．％以上１０ａｔ．％以下の範囲で含有する試料Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１６を用いて製造されたＴＦＴでは、電界効果移動度が高い傾向が確認された。
【０１３３】
以上、本実施形態および実施例について説明を行なったが、今回開示された各実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【０１３４】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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】
【０１３５】
１０  半導体デバイス
１１  基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁膜
１４  チャネル層
１５  ソース電極
１６  ドレイン電極
Ｌ  チャネル長
Ｗ  チャネル幅
【図１】
2015214429.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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