(57)【要約】  スパッタリング法によって酸化物半導体薄膜とした場合に、低キャリア濃度、高キャリア移動度が得られる酸化物焼結体、及びそれを用いたスパッタリング用ターゲットを提供する。  この酸化物焼結体は、インジウムおよびガリウムを酸化物として含有し、窒素を含有し、亜鉛を含有しない。ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下であり、ＧａＮ相を実質的に含まない。また、Ｇａ２Ｏ３相を有さないことが好ましい。この酸化物焼結体をスパッタリング用ターゲットとして形成した非晶質の酸化物半導体薄膜は、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３以下で、キャリア移動度１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上が得られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウムおよびガリウムを酸化物として含有し、
前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下であり、窒素を含有し、亜鉛を含有しない酸化物焼結体であって、
ウルツ型構造のＧａＮ相を実質的に含まないことを特徴とする酸化物焼結体。
【請求項２】
前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．３５以下である請求項１に記載の酸化物焼結体。
【請求項３】
窒素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である請求項１又は２に記載の酸化物焼結体。
【請求項４】
ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、Ｉｎ２Ｏ３相以外の生成相としてβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相によって構成される請求項１から３のいずれかに記載の酸化物焼結体。
【請求項５】
下記の式１で定義されるβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相のＸ線回折ピーク強度比が３０％以上９８％以下の範囲である請求項４に記載の酸化物焼結体。
１００×Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］｝  ［％］・・・・式１
【請求項６】
β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａ２Ｏ３相を含まない請求項１から５のいずれかに記載の酸化物焼結体。
【請求項７】
酸素体積分率が２０％を超える雰囲気中における常圧焼結法によって焼結される請求項１から６のいずれかに記載の酸化物焼結体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の酸化物焼結体を加工して得られるスパッタリング用ターゲット。
【請求項９】
請求項８に記載のスパッタリング用ターゲットを用いてスパッタリング法によって基板上に形成された後、熱処理された非晶質の酸化物半導体薄膜。
【請求項１０】
インジウムとガリウムを酸化物として含有し、窒素を含有し、亜鉛を含有しない非晶質の酸化物半導体薄膜であって、
ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下であり、かつ窒素濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、
キャリア移動度が１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上である非晶質の酸化物半導体薄膜。
【請求項１１】
前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．３５以下である請求項１０に記載の非晶質の酸化物半導体薄膜。
【請求項１２】
キャリア濃度が３×１０１８ｃｍ−３以下である請求項９から１１のいずれかに記載の非晶質の酸化物半導体薄膜。
【請求項１３】
キャリア移動度が２０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上である請求項９から１１のいずれかに記載の非晶質の酸化物半導体薄膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物焼結体、ターゲット、及びそれを用いて得られる酸化物半導体薄膜に関し、より詳しくは、窒素を含有させることによって非晶質の酸化物半導体薄膜のキャリア濃度低減を可能にするスパッタリング用ターゲット、それを得るのに最適な窒素を含有する酸化物焼結体、ならびにそれを用いて得られる低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示す非晶質の窒素を含有する酸化物半導体薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＴＦＴ）は、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＦＥＴ）の１種である。ＴＦＴは、基本構成として、ゲート端子、ソース端子、及び、ドレイン端子を備えた３端子素子であり、基板上に成膜した半導体薄膜を、電子またはホールが移動するチャネル層として用い、ゲート端子に電圧を印加して、チャネル層に流れる電流を制御し、ソース端子とドレイン端子間の電流をスイッチングする機能を有するアクティブ素子である。ＴＦＴは、現在、最も多く実用化されている電子デバイスであり、その代表的な用途として液晶駆動用素子がある。【０００３】
ＴＦＴとして、現在、最も広く使われているのは多結晶シリコン膜又は非晶質シリコン膜をチャネル層材料としたＭｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ＦＥＴ（ＭＩＳ−ＦＥＴ）である。シリコンを用いたＭＩＳ−ＦＥＴは、可視光に対して不透明であるため、透明回路を構成することができない。このため、ＭＩＳ−ＦＥＴを液晶ディスプレイの液晶駆動用スイッチング素子として応用した場合、該デバイスは、ディスプレイ画素の開口比が小さくなる。【０００４】
また、最近では、液晶の高精細化が求められるのに伴い、液晶駆動用スイッチング素子にも高速駆動が求められるようになってきている。高速駆動を実現するためには、キャリアである電子又はホールの移動度が少なくとも非晶質シリコンのそれより高い半導体薄膜をチャネル層に用いる必要が出てきている。【０００５】
このような状況に対して、特許文献１では、気相成膜法で成膜され、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯの元素から構成される透明非晶質酸化物薄膜であって、該酸化物の組成は、結晶化したときの組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）であり、不純物イオンを添加することなしに、キャリア移動度（キャリア電子移動度ともいう）が１ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１超、かつキャリア濃度（キャリア電子濃度ともいう）が１０１６ｃｍ−３以下である半絶縁性であることを特徴とする透明半絶縁性非晶質酸化物薄膜、ならびに、この透明半絶縁性非晶質酸化物薄膜をチャネル層としたことを特徴とする薄膜トランジスタが提案されている。【０００６】
しかし、特許文献１で提案された、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法のいずれかの気相成膜法で成膜され、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＯの元素から構成される透明非晶質酸化物薄膜（ａ−ＩＧＺＯ膜）は、その電子キャリア移動度が概ね１〜１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１の範囲にとどまり、ディスプレイのさらなる高精細化に対してキャリア移動度が不足することが指摘されている。【０００７】
このような問題を解決する材料として、特許文献２では、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１〜０．１２であり、全金属原子に対するインジウムとガリウムの含有率が８０原子％以上であり、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造を有する酸化物薄膜を用いることを特徴とする薄膜トランジスタが提案されており、その原料として、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１〜０．１２であり、全金属原子に対するインジウムとガリウムの含有率が８０原子％以上であり、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造を有することを特徴とする酸化物焼結体が提案されている。【０００８】
しかしながら、特許文献２の実施例１〜８に記載のキャリア濃度は１０１８ｃｍ−３台であり、ＴＦＴに適用する酸化物半導体薄膜としては高すぎることが課題として残されていた。【０００９】
一方、特許文献３や４には、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎに加えて、さらに窒素を所定濃度で含有する酸化物焼結体からなるスパッタリング用ターゲットが開示されている。【００１０】
しかしながら、特許文献３や４では、酸化インジウムを含む成形体を、酸素を含有しない雰囲気、ならびに１０００℃以上の温度の条件下で焼結するため、酸化インジウムが分解してインジウムが生成してしまう。その結果、目的とする酸窒化物焼結体を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−２１９５３８号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１０／０３２４２２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４０７０６号公報
【特許文献４】特開２０１１−０５８０１１号公報
【特許文献５】特開２０１２−２５３３７２号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ａ．Ｔａｋａｇｉ，Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，Ｈ．Ｏｈｔａ，Ｈ．Ｙａｎａｇｉ，Ｔ．  Ｋａｍｉｙａ，Ｍ．Ｈｉｒａｎｏ，ａｎｄ  Ｈ．Ｈｏｓｏｎｏ，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ４８６，３８（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、窒素を含有させて亜鉛を含有させないことによって非晶質の酸化物半導体薄膜のキャリア濃度低減を可能にするスパッタリング用ターゲット、それを得るのに最適な窒素を含有する酸化物焼結体、ならびにそれを用いて得られる低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示す非晶質の窒素を含有する酸化物半導体薄膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者等は、インジウムとガリウムからなる酸化物に、種々の元素を微量添加した酸化物焼結体の試作を行った。さらに、酸化物焼結体をスパッタリング用ターゲットに加工してスパッタリング成膜を行い、得られた非晶質の酸化物半導体薄膜が、酸化物焼結体と同様の原子量比となり、良好なウエットエッチング性と低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示すことを新たに見出した。【００１５】
特に、インジウムおよびガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体に、さらに窒素を含有させることによって重要な結果が得られた。すなわち、（１）上記の酸化物焼結体を、例えばスパッタリング用ターゲットとして用いた場合に、形成された非晶質の酸化物半導体薄膜も窒素を含有し、さらに熱処理後の前記の非晶質の酸化物半導体薄膜のキャリア濃度の低減ならびにキャリア移動度の向上が可能であること、ならびに（２）上記の窒素を含有する酸化物焼結体に亜鉛を含有させないことによって、焼結温度を高めることが可能となり、焼結体密度が向上するとともに、前記の酸化物焼結体のビックスバイト構造の酸素の格子位置に窒素が効率的に固溶置換すること、さらに（３）酸素体積分率が２０％を超える雰囲気中における常圧焼結法を採用することによっても、酸化物焼結体の焼結体密度が向上するとともに、前記の酸化物焼結体のビックスバイト構造の酸素格子位置に窒素が効率的に固溶置換することを見出した。【００１６】
すなわち、本発明の第１は、インジウムおよびガリウムを酸化物として含有し、前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下であり、窒素を含有し、亜鉛を含有しない酸化物焼結体であって、ウルツ型構造のＧａＮ相を実質的に含まないことを特徴とする酸化物焼結体である。【００１７】
本発明の第２は、前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．３５以下である請求項１に記載の酸化物焼結体である。【００１８】
本発明の第３は、窒素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である第１又は第２の発明に記載の酸化物焼結体である。【００１９】
本発明の第４は、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、Ｉｎ２Ｏ３相以外の生成相としてβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相によって構成される第１から第３のいずれかの発明に記載の酸化物焼結体である。【００２０】
本発明の第５は、下記の式１で定義されるβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相のＸ線回折ピーク強度比が３０％以上９８％以下の範囲である第４の発明に記載の酸化物焼結体である。
１００×Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］｝  ［％］・・・・式１【００２１】
本発明の第６は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａ２Ｏ３相を含まない第１から第５のいずれかの発明に酸化物焼結体である。【００２２】
本発明の第７は、酸素体積分率が２０％を超える雰囲気中における常圧焼結法によって焼結される第１から第６のいずれかの発明に記載の酸化物焼結体である。【００２３】
本発明の第８は、第１から第７のいずれかの発明に記載の酸化物焼結体を加工して得られるスパッタリング用ターゲットである。【００２４】
本発明の第９は、第８の発明に記載のスパッタリング用ターゲットを用いてスパッタリング法によって基板上に形成された後、熱処理された非晶質の酸化物半導体薄膜である。【００２５】
本発明の第１０は、インジウムとガリウムを酸化物として含有し、窒素を含有し、亜鉛を含有しない非晶質の酸化物半導体薄膜であって、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下であり、かつ窒素濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、キャリア移動度が１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上である非晶質の酸化物半導体薄膜である。【００２６】
本発明の第１１は、前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下である第１０の発明に記載の非晶質の酸化物半導体薄膜である。【００２７】
本発明の第１２は、キャリア濃度が３×１０１８ｃｍ−３以下である第９から第１１のいずれかの発明に記載の非晶質の酸化物半導体薄膜である。【００２８】
本発明の第１３は、キャリア移動度が２０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上である第９から第１１のいずれかの発明に記載の非晶質の酸化物半導体薄膜である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のインジウムおよびガリウムを酸化物として含有し、窒素を含有し、亜鉛を含有しない酸化物焼結体は、例えばスパッタリング用ターゲットとして用いられた場合に、スパッタリング成膜によって形成され、その後熱処理によって得られた、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜にも窒素を含有させることができる。前記の非晶質の酸化物半導体薄膜は所定量のガリウムと窒素を含む効果により、微結晶などが生成せず、十分な非晶質性を有しているため、ウエットエッチングによって所望の形状にパターニング加工することができる。また、同効果により、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、低いキャリア濃度と高いキャリア移動度を示す。よって、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、ＴＦＴのチャネル層として適用することができる。したがって、本発明の酸化物焼結体、及びターゲットとともに、これらを用いて得られる本発明に係る非晶質の酸化物半導体薄膜は工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明の酸化物焼結体、スパッタリング用ターゲット、及びそれを用いて得られる非晶質の酸化物薄膜について詳細に説明する。
【００３１】
本発明の酸化物焼結体は、インジウムおよびガリウムを酸化物として含有し、かつ窒素を含有する酸化物焼結体であって、亜鉛を含有しないことを特徴とする。
【００３２】
ガリウムの含有量は、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下であり、０．２０以上０．３５以下であることが好ましい。ガリウムは、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度を高める効果を有する。また、ガリウムは酸素との結合力が強く、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の酸素欠損量を低減させる効果がある。ガリウムは酸素との結合力が強く、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の酸素欠損量を低減させる効果がある。ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０未満の場合、これらの効果が十分得られない。一方、０．６０を超える場合、ガリウムが過剰のため、酸化物半導体薄膜として十分高いキャリア移動度を得ることができない。
【００３３】
本発明の酸化物焼結体は、上記のとおり規定される組成範囲のインジウムとガリウムに加え、窒素を含有する。窒素濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。酸化物焼結体の窒素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の場合、得られる非晶質の酸化物半導体薄膜に、キャリア濃度低減効果が得られるのに十分な量の窒素が含有されなくなってしまう。なお、窒素の濃度は、Ｄ−ＳＩＭＳ（Ｄｙｎａｍｉｃ−Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定されることが好ましい。
【００３４】
本発明の酸化物焼結体は、亜鉛を含有しない。亜鉛を含有する場合、焼結が進行する温度に到達する前に、亜鉛の揮発が始まるため、焼結温度を低下させざるを得なくなる。焼結温度の低下は、酸化物焼結体の高密度化を困難にするとともに、酸化物焼結体における窒素の固溶を妨げる。
【００３５】
１．酸化物焼結体組織
本発明の酸化物焼結体は、主にビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相によって構成されることが好ましい。ここでガリウムはＩｎ２Ｏ３相に固溶することが好ましい。ガリウムは正三価イオンであるインジウムの格子位置に置換する。焼結が進行しないなどの理由によって、ガリウムがＩｎ２Ｏ３相に固溶せずに、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａ２Ｏ３相を形成することは好ましくない。Ｇａ２Ｏ３相は導電性に乏しいため、異常放電の原因となる。
【００３６】
窒素は、ビックスバイト構造をとるＩｎ２Ｏ３相の負二価イオンである酸素の格子位置に置換固溶することが好ましい。なお、窒素はＩｎ２Ｏ３相の格子間位置、あるいは結晶粒界などに存在していてもよい。後述するように、焼結工程では１３００℃以上の高温の酸化雰囲気に曝されるため、本発明の酸化物焼結体あるいは形成される非晶質の酸化物半導体の特性を低下させるような影響が懸念されるほど、上記の位置に多量の窒素が存在できないと考えられる。
【００３７】
本発明に用いられる酸化物焼結体は、主にビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相及びβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相によって構成されるが、これらに加えて（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を多少含んでもよい。ここでガリウムはＩｎ２Ｏ３相に固溶する、あるいはＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を構成することが好ましい。基本的に正三価イオンであるガリウムは、Ｉｎ２Ｏ３相に固溶する場合には同じく正三価イオンであるインジウムの格子位置を置換する。ＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を構成する場合には、基本的にＧａが本来の格子位置を占有するが、Ｉｎの格子位置に欠陥として若干置換固溶していても構わない。また、焼結が進行しないなどの理由によって、ガリウムがＩｎ２Ｏ３相に固溶しにくい、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が生成しにくくなり、その結果として、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａ２Ｏ３相を形成することは好ましくない。Ｇａ２Ｏ３相は導電性に乏しいため、異常放電の原因となる。
【００３８】
本発明に用いられる酸化物焼結体は、主にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相によって構成され、さらに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を多少含む場合があるが、これらの相の結晶粒は平均粒径５μｍ以下であることが好ましい。これらの相の結晶粒は、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相の結晶粒と比較してスパッタリングされにくいため、掘れ残ることでノジュールが発生し、アーキングの原因になる場合がある。
【００３９】
本発明に用いられる酸化物焼結体は、主にビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相及びβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相によって構成され、さらに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を多少含む場合があるが、特にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相については、下記の式１で定義されるＸ線回折ピーク強度比が３０％以上９８％以下の範囲において含むことが好ましい。
【００４０】
１００×Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］｝  ［％］・・・・式１
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造の複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（−１１１）ピーク強度を示す。）
【００４１】
なお、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相には、窒素が含まれていてもよい。後述の通り、本発明の酸化物焼結体の原料として窒化ガリウム粉末を使用することがより好ましいが、その場合、酸化物焼結体にはウルツ型構造のＧａＮ相が実質的に含まれないことが好ましい。実質的に含まれないとは、全ての生成相に対するウルツ型構造のＧａＮ相の重量比率が５％以下を意味し、３％以下であればより好ましく、１％以下であればさらに好ましく、０％であればなお一層好ましい。なお、前記の重量比率はＸ線回折測定によるリートベルト解析によって求めることができる。なお、全ての生成相に対するウルツ型構造のＧａＮ相の重量比率が５％以下であれば直流スパッタリング法による成膜において問題とならない。
【００４２】
２．酸化物焼結体の製造方法
本発明の酸化物焼結体は、酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末からなる酸化物粉末、ならびに窒化ガリウム粉末、窒化インジウム粉末、又はこれらの混合粉末からなる窒化物粉末を原料粉末とする。窒化物粉末としては、窒化ガリウム粉末は窒素が解離する温度が窒化インジウム粉末と比較して高いことからより好ましい。
【００４３】
本発明の酸化物焼結体の製造工程では、これらの原料粉末が混合された後、成形され、成形物を常圧焼結法によって焼結される。本発明の酸化物焼結体組織の生成相は、酸化物焼結体の各工程における製造条件、例えば原料粉末の粒径、混合条件および焼結条件に強く依存する。
【００４４】
本発明の酸化物焼結体を構成するビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相以外のβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、さらには（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の各結晶粒の平均粒径は、５μｍ以下になるよう制御される。そのためには、前記原料粉末の平均粒径を１．５μｍ以下とすることが好ましく、１．０μｍ以下とすることがより好ましい。特に、多量に生成すると成膜速度低下の原因になる場合がある（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の生成を極力抑制するために、各原料粉末の平均粒径を１．０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４５】
酸化インジウム粉末は、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）の原料であり、焼結性に優れた微細な酸化インジウム粉末の開発は、ＩＴＯの改良とともに進められてきた。酸化インジウム粉末は、ＩＴＯ用原料として大量に継続して使用されているため、最近では平均粒径０．８μｍ以下の原料粉末を入手することが可能である。ところが、酸化ガリウム粉末の場合、酸化インジウム粉末に比べて依然使用量が少ないため、平均粒径１．０μｍ以下の原料粉末を入手することは困難である。したがって、粗大な酸化ガリウム粉末しか入手できない場合、平均粒径１．０μｍ以下まで粉砕することが必要である。窒化ガリウム粉末、窒化インジウム粉末又はこれらの混合粉末についても同様である。
【００４６】
原料粉末における酸化ガリウム粉末と窒化ガリウム粉末の総量に対する窒化ガリウム粉末の重量比（以下、窒化ガリウム粉末重量比とする）は、０を超え０．６０以下であることが好ましい。０．６０を超えると成形や焼結が困難になり、０．７０では酸化物焼結体の密度が著しく低下する。
【００４７】
本発明の酸化物焼結体の焼結工程では、常圧焼結法の適用が好ましい。常圧焼結法は、簡便かつ工業的に有利な方法であって、低コストの観点からも好ましい手段である。
【００４８】
常圧焼結法を用いる場合、前記の通り、まず成形体を作製する。原料粉末を樹脂製ポットに入れ、バインダー（例えば、ＰＶＡ）などともに湿式ボールミル等で混合する。本発明に用いられる酸化物焼結体はビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相及びβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相によって構成され、さらに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を含む場合があるが、これらの相の結晶粒が平均粒径５μｍ以下に制御されて微細分散していることが好ましい。また、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の生成はなるべく抑制されることが好ましい。加えて、これらの相以外にアーキングの原因となるβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａ２Ｏ３相を生成させないことが必要である。これらの要件を満たすためには、上記ボールミル混合を１８時間以上行うことが好ましい。この際、混合用ボールとしては、硬質ＺｒＯ２ボールを用いればよい。混合後、スラリーを取り出し、濾過、乾燥、造粒を行う。その後、得られた造粒物を、冷間静水圧プレスで９．８ＭＰａ（０．１ｔｏｎ／ｃｍ２）〜２９４ＭＰａ（３ｔｏｎ／ｃｍ２）程度の圧力をかけて成形し、成形体とする。
【００４９】
常圧焼結法の焼結工程では、酸素の存在する雰囲気とすることが好ましく、雰囲気中の酸素体積分率が２０％を超えることがより好ましい。特に、酸素体積分率が２０％を超えることで、酸化物焼結体がより一層高密度化する。雰囲気中の過剰な酸素によって、焼結初期には成形体表面の焼結が先に進行する。続いて成形体内部の還元状態での焼結が進行し、最終的に高密度の酸化物焼結体が得られる。成形体内部で焼結が進行する過程では、原料粉末の窒化ガリウムおよび／または窒化インジウムから解離した窒素がビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相の負二価イオンである酸素の格子位置に置換固溶する。なお、Ｉｎ２Ｏ３相以外にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が生成する場合には、窒素がこれらの相の負二価イオンである酸素の格子位置に置換固溶してもよい。
【００５０】
酸素が存在しない雰囲気では、成形体表面の焼結が先行しないため、結果として焼結体の高密度化が進まない。酸素が存在しなければ、特に９００〜１０００℃程度において酸化インジウムが分解して金属インジウムが生成するようになるため、目的とする酸化物焼結体を得ることは困難である。
【００５１】
常圧焼結の温度範囲は、１３００〜１５５０℃、より好ましくは焼結炉内の大気に酸素ガスを導入する雰囲気において１３５０〜１４５０℃で焼結する。焼結時間は１０〜３０時間であることが好ましく、より好ましくは１５〜２５時間である。
【００５２】
焼結温度を上記範囲とし、前記の平均粒径１．０μｍ以下に調整した酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末からなる酸化物粉末、ならびに窒化ガリウム粉末、窒化インジウム粉末、又はこれらの混合粉末からなる窒化物粉末を原料粉末として用いることで、主にビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相とβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相によって構成され、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の生成が極力抑制された、窒素を含む酸化物焼結体を得ることが可能である。
【００５３】
焼結温度１３００℃未満の場合には焼結反応が十分進行しない。一方、焼結温度が１５５０℃を超えると、高密度化が進まない一方で、焼結炉の部材と酸化物焼結体が反応してしまい、目的とする酸化物焼結体が得られなくなる。本発明の酸化物焼結体の焼結温度は１４５０℃以下とすることが好ましい。１５００℃前後の温度域では、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の形成が著しくなるためである。
【００５４】
焼結温度までの昇温速度は、焼結体の割れを防ぎ、脱バインダーを進行させるためには、昇温速度を０．２〜５℃／分の範囲とすることが好ましい。この範囲であれば、必要に応じて、異なる昇温速度を組み合わせて、焼結温度まで昇温してもよい。昇温過程において、脱バインダーや焼結を進行させる目的で、特定温度で一定時間保持してもよい。焼結後、冷却する際は酸素導入を止め、１０００℃までを０．２〜５℃／分、特に、０．２℃／分以上１℃／分未満の範囲の降温速度で降温することが好ましい。
【００５５】
３．ターゲット
本発明の酸化物焼結体は、薄膜形成用ターゲットとして用いられ、特にスパッタリング用ターゲットとして好適である。スパッタリング用ターゲットとして用いる場合には、上記酸化物焼結体を所定の大きさに切断、表面を研磨加工し、バッキングプレートに接着して得ることができる。ターゲット形状は、平板形が好ましいが、円筒形でもよい。円筒形ターゲットを用いる場合には、ターゲット回転によるパーティクル発生を抑制することが好ましい。
【００５６】
スパッタリング用ターゲットとして用いるためには、本発明の酸化物焼結体を高密度化することが重要である。ただし、ガリウムの含有量が高くなるほど酸化物焼結体の密度が低下するため、ガリウムの含有量に応じて好ましい密度は異なる。ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下の場合には、６．０ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。密度が、６．０ｇ／ｃｍ３未満と低い場合、量産におけるスパッタリング成膜使用時のノジュール発生の原因となる。
【００５７】
本発明の酸化物焼結体は、蒸着用ターゲット（あるいはタブレットとも称する）としても適当である。蒸着用ターゲットとして用いる場合には、スパッタリング用ターゲットと比較して、酸化物焼結体をより低密度に制御する必要がある。具体的には、３．０ｇ／ｃｍ３以上５．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００５８】
４．酸化物半導体薄膜とその成膜方法
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、前記のスパッタリング用ターゲットを用いて、スパッタリング法で基板上に一旦非晶質の酸化物薄膜を形成し、次いで熱処理を施すことによって得られる。
【００５９】
前記のスパッタリング用ターゲットは酸化物焼結体より得られるが、その酸化物焼結体組織、すなわちビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相及びβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相によって基本構成されている組織が重要である。本発明に係る非晶質の酸化物半導体薄膜を得るためには、非晶質の酸化物半導体薄膜の結晶化温度が高いことが重要であるが、これには酸化物焼結体組織が関係する。すなわち、本発明に用いられる酸化物焼結体のように、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相だけでなく、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相も含む場合には、これから得られる成膜後の酸化物半導体薄膜は高い結晶化温度、すなわち３００℃以上、より好ましくは３５０℃以上の結晶化温度を示し、安定な非晶質となる。これに対して、酸化物焼結体がビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相のみによって構成される場合、成膜後の酸化物半導体薄膜は、その結晶化温度が２００〜２５０℃程度と低く、非晶質性が安定ではなくなる。このため、後述するように、２５０℃以上、さらには３００℃以上で熱処理すると結晶化してしまう。なお、この場合には、成膜後にすでに微結晶が生成して非晶質性が維持されず、ウエットエッチングによるパターニング加工が困難になる。これについては、一般的なＩＴＯ（スズ添加酸化インジウム）透明導電膜においてよく知られている。
【００６０】
本発明に係る非晶質の酸化物半導体薄膜の成膜工程では、一般的なスパッタリング法が用いられるが、特に、直流（ＤＣ）スパッタリング法であれば、成膜時の熱影響が少なく、高速成膜が可能であるため工業的に有利である。本発明の酸化物半導体薄膜を直流スパッタリング法で形成するには、スパッタリングガスとして不活性ガスと酸素、特にアルゴンと酸素からなる混合ガスを用いることが好ましい。また、スパッタリング装置のチャンバー内を０．１〜１Ｐａ、特に０．２〜０．８Ｐａの圧力として、スパッタリングすることが好ましい。
【００６１】
基板は、ガラス基板が代表的であり、無アルカリガラスが好ましいが、樹脂板や樹脂フィルムのうち上記プロセスの温度に耐えうるものであれば使用できる。基板温度は、スパッタリング成膜において６００℃以下とするのが好ましく、特に室温近傍の温度以上３００℃以下とすることが好ましい。
【００６２】
前記の非晶質の酸化物薄膜形成工程は、例えば、２×１０−４Ｐａ以下まで真空排気後、アルゴンと酸素からなる混合ガスを導入し、ガス圧を０．２〜０．８Ｐａとし、ターゲットの面積に対する直流電力、すなわち直流電力密度が１〜７Ｗ／ｃｍ２程度の範囲となるよう直流電力を印加して直流プラズマを発生させ、プリスパッタリングを実施することができる。このプリスパッタリングを５〜３０分間行った後、必要により基板位置を修正したうえでスパッタリングすることが好ましい。なお、前記の成膜工程におけるスパッタリング成膜では、成膜速度を向上させるために、膜質に悪影響を及ぼさない範囲で、投入する直流電力を高めることが行われる。
【００６３】
本発明に係る非晶質の酸化物半導体薄膜は、前記の非晶質の酸化物薄膜を成膜後、これを熱処理することによって得られる。熱処理までの方法の１つとしては、例えば室温近傍など低温で一旦非晶質の酸化物薄膜を形成し、その後、結晶化温度未満で熱処理して、非晶質を維持したままの酸化物半導体薄膜を得る。もう１つの方法としては、基板を結晶化温度未満の温度、好ましく１００〜３００℃に加熱して、非晶質の酸化物半導体薄膜を成膜する。これに続いて、さらに熱処理をしてもよい。
【００６４】
本発明に係る非晶質の酸化物半導体薄膜は、一旦非晶質の酸化物薄膜を形成した後、熱処理することで得られる。熱処理条件は、酸化性雰囲気において、結晶化温度未満の温度である。酸化性雰囲気としては、酸素、オゾン、水蒸気、あるいは窒素酸化物などを含む雰囲気が好ましい。熱処理温度は、２５０〜６００℃であり、３００〜５５０℃が好ましく、３５０〜５００℃がより好ましい。熱処理時間は、熱処理温度に保持される時間が１〜１２０分間であることが好ましく、５〜６０分間がより好ましい。
【００６５】
前記の非晶質の薄膜および結晶質の酸化物半導体薄膜のインジウムおよびガリウムの組成は、本発明の酸化物焼結体の組成とほぼ同じである。すなわち、インジウムおよびガリウムを酸化物として含有し、かつ窒素を含有する酸化物焼半導体薄膜である。ガリウムの含有量は、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下であり、は０．２０以上０．３５以下であることが好ましい。
【００６６】
前記の非晶質の酸化物半導体薄膜に含まれる窒素の濃度は、本発明の酸化物焼結体と同様に、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００６７】
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、前記のような組成及び組織が制御された酸化物焼結体をスパッタリングターゲットなどに用いて成膜し、上記の適当な条件で熱処理することで、キャリア濃度が３×１０１８ｃｍ−３未満に低下し、より好ましくはキャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３以下、特に好ましくは８×１０１７ｃｍ−３以下が得られる。非特許文献１に記載のインジウム、ガリウム、及び亜鉛からなる非晶質の酸化物半導体薄膜に代表されるように、インジウムを多く含む非晶質の酸化物半導体薄膜は、キャリア濃度が４×１０１８ｃｍ−３以上で縮退状態となるため、これをチャネル層に適用したＴＦＴはノーマリーオフを示さなくなる。したがって、本発明に係る非晶質の酸化物半導体薄膜は、上記のＴＦＴがノーマリーオフを示す範囲にキャリア濃度が制御されるため都合がよい。また、キャリア移動度は１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上を示し、より好ましくはキャリア移動度２０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上を示す。
【００６８】
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、ウエットエッチングあるいはドライエッチングによって、ＴＦＴなどの用途で必要な微細加工を施される。通常、結晶化温度未満の温度、例えば室温から３００℃までの範囲から適当な基板温度を選択して一旦非晶質の酸化物薄膜を形成した後、ウエットエッチングによる微細加工を施すことができる。エッチャントとしては、弱酸であれば概ね使用できるが、蓚酸あるいは塩酸を主成分とする弱酸が好ましい。例えば、関東化学製ＩＴＯ−０６Ｎなどの市販品が使用できる。ＴＦＴの構成によっては、ドライエッチングを選択してもよい。
【００６９】
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜の膜厚は限定されるものではないが、１０〜５００ｎｍ、好ましくは２０〜３００ｎｍ、さらに好ましくは３０〜１００ｎｍである。１０ｎｍ未満であると十分な結晶性が得られず、結果として高いキャリア移動度が実現しない。一方、５００ｎｍを超えると生産性の問題が生じてしまうので好ましくない。
【００７０】
また、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、可視域（４００〜８００ｎｍ）での平均透過率が８０％以上であることが好ましく、８５％以上がより好ましく、さらに好ましくは９０％以上である。透明ＴＦＴへ適用する場合には、平均透過率が８０％未満であると、透明表示デバイスとして液晶素子や有機ＥＬ素子などの光の取り出し効率が低下する。
【００７１】
本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、可視域での光の吸収が小さく、透過率が高い。特許文献１に記載のａ−ＩＧＺＯ膜は、亜鉛を含むため、特に可視域短波長側での光の吸収が大きい。これに対して、本発明の非晶質の酸化物半導体薄膜は、亜鉛を含まないため、可視域短波長側での光の吸収が小さく、例えば波長４００ｎｍにおける消衰係数は０．０５以下を示す。したがって、波長４００ｎｍ付近の青色光の透過率が高く、液晶素子や有機ＥＬ素子などの発色を高めることから、これらのＴＦＴのチャネル層用材料などに好適である。
【実施例】
【００７２】
以下に、本発明の実施例を用いて、さらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例によって限定されるものではない。【００７３】
＜酸化物焼結体の評価＞
得られた酸化物焼結体の金属元素の組成をＩＣＰ発光分光法によって調べた。また、焼結体中の窒素量をＤ−ＳＩＭＳ（Ｄｙｎａｍｉｃ−Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定した。得られた酸化物焼結体の端材を用いて、Ｘ線回折装置（フィリップス製）を用いて粉末法による生成相の同定を行った。【００７４】
＜酸化物薄膜の基本特性評価＞
得られた酸化物薄膜の組成をＩＣＰ発光分光法によって調べた。酸化物薄膜の膜厚は表面粗さ計（テンコール社製）で測定した。成膜速度は、膜厚と成膜時間から算出した。酸化物薄膜のキャリア濃度および移動度は、ホール効果測定装置（東陽テクニカ製）によって求めた。膜の生成相はＸ線回折測定によって同定した。【００７５】
（実施例１〜７）
酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末、ならびに窒化ガリウム粉末を平均粒径１．５μｍ以下となるよう調整して原料粉末とした。これらの原料粉末を、表１のＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比、ならびに酸化ガリウム粉末と窒化ガリウム粉末の重量比の通りになるように調合し、水とともに樹脂製ポットに入れ、湿式ボールミルで混合した。この際、硬質ＺｒＯ２ボールを用い、混合時間を１８時間とした。混合後、スラリーを取り出し、濾過、乾燥、造粒した。造粒物を、冷間静水圧プレスで３ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力をかけて成形した。【００７６】
次に、成形体を次のように焼結した。炉内容積０．１ｍ３当たり５リットル／分の割合で、焼結炉内の大気に酸素を導入する雰囲気で、１３５０〜１４５０℃の焼結温度で２０時間焼結した。この際、１℃／分で昇温し、焼結後の冷却の際は酸素導入を止め、１０００℃までを１０℃／分で降温した。【００７７】
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、金属元素について、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることがいずれの実施例でも確認された。酸化物焼結体の窒素量は、表１に示した通り、６．１×１０１９〜４．３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。【００７８】
次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、実施例１〜７では、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の回折ピークのみが確認され、ウルツ鉱型構造のＧａＮ相、あるいはβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａ２Ｏ３相は確認されなかった。なお、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相を含む場合には、下記の式１で定義されるβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相のＸ線回折ピーク強度比を表１に示した。【００７９】
１００×Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］｝  ［％］・・・・式１【００８０】
【表１】
2015137275.tif 000002
【００８１】
また、酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．１５〜６．９２ｇ／ｃｍ３であった。【００８２】
酸化物焼結体を、直径１５２ｍｍ、厚み５ｍｍの大きさに加工し、スパッタリング面をカップ砥石で最大高さＲｚが３．０μｍ以下となるように研磨した。加工した酸化物焼結体を、無酸素銅製のバッキングプレートに金属インジウムを用いてボンディングして、スパッタリング用ターゲットとした。【００８３】
実施例のスパッタリング用ターゲットならびに無アルカリのガラス基板（コーニングＥａｇｌｅＸＧ）を用いて、表２に記載の基板温度で直流スパッタリングによる成膜を行った。アーキング抑制機能のない直流電源を装備した直流マグネトロンスパッタリング装置（トッキ製）のカソードに、上記スパッタリングターゲットを取り付けた。このときターゲット−基板（ホルダー）間距離を６０ｍｍに固定した。２×１０−４Ｐａ以下まで真空排気後、アルゴンと酸素の混合ガスを各ターゲットのガリウム量ならびに亜鉛量に応じて適当な酸素の比率になるように導入し、ガス圧を０．６Ｐａに調整した。直流電力３００Ｗ（１．６４Ｗ／ｃｍ２）を印加して直流プラズマを発生させた。１０分間のプリスパッタリング後、スパッタリングターゲットの直上、すなわち静止対向位置に基板を配置して、膜厚５０ｎｍの酸化物薄膜を形成した。得られた酸化物薄膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。【００８４】
成膜された酸化物薄膜に、表２に記載の通り、酸素中、３５０〜５００℃において３０〜６０分間の熱処理を施し、Ｘ線回折測定によって熱処理後の酸化物薄膜の結晶性を調べた。その結果、実施例及び比較例共に非晶質を維持していた。また、結晶化している酸化物半導体薄膜については、酸化物半導体薄膜を構成する結晶相を同定した。実施例及び比較例酸化物半導体薄膜のホール効果測定を行い、キャリア濃度及びキャリア移動度を求めた。得られた評価結果を、表２にまとめて記載した。【００８５】
【表２】
2015137275.tif 000003
【００８６】
（比較例１〜５）
実施例１〜７と同じ原料粉末を、表３のＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比、ならびに酸化ガリウム粉末と窒化ガリウム粉末の重量比の通りになるように調合し、同様の方法で酸化物焼結体を作製した。【００８７】
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、金属元素について、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが本比較例でも確認された。また、酸化物焼結体の窒素量は、表３に示したように、５．５×１０１８〜６．４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。【００８８】
【表３】
2015137275.tif 000004
【００８９】
次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行った。比較例１においては、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相による回折ピークのみが確認された。比較例２においては、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相による回折ピークの他に、ウルツ鉱型構造のＧａＮ相の回折ピークも確認され、リートベルト解析における全ての相に対するＧａＮ相の重量比率が５％を超えていた。比較例３〜５においては、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、β−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相の回折ピークが確認された。【００９０】
上記の酸化物焼結体を実施例１〜７と同様に加工してスパッタリングターゲットを得た。得られたスパッタリングターゲットを用いて、実施例１〜７と同様のスパッタリング条件で、無アルカリのガラス基板（コーニング♯７０５９）上に、膜厚５０ｎｍの酸化物薄膜を室温で成膜した。【００９１】
得られた酸化物薄膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。また、Ｘ線回折測定の結果、非晶質であることが確認された。得られた非晶質の酸化物薄膜を大気中、２５０〜５００℃において３０分間の熱処理を施した。得られた酸化物半導体薄膜はいずれも非晶質であった。得られた酸化物半導体薄膜のホール効果測定を行い、キャリア濃度および移動度を求めた。得られた評価結果を、表４にまとめて記載した。
【表４】
2015137275.tif 000005
【００９２】
「評価」
表１の結果より、実施例１〜７では、インジウムおよびガリウムを酸化物として含有し、かつ窒素を含有し、亜鉛を含有しない酸化物焼結体であって、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０に制御された酸化物焼結体の特性を示した。実施例１〜７の酸化物焼結体は、窒化ガリウム粉末重量比が０．０１〜０．６０になるよう配合された結果、その窒素濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となっていることがわかる。得られた焼結体は、実施例１〜７のガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０〜０．６０では６．０ｇ／ｃｍ３以上の高い焼結体密度を示すことがわかる。【００９３】
また、表２の結果より、インジウム、ガリウム及び窒素からなる非晶質の酸化物半導体薄膜であって、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．６０以下に制御された酸化物半導体薄膜の特性を示した。また、実施例の酸化物半導体薄膜は、キャリア濃度が３×１０１８ｃｍ−３以下、及びキャリア移動度が１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上であり、特にガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．２０以上０．３５以下であるの酸化物半導体薄膜は、キャリア移動度が２０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１以上の優れた特性を示していることがわかる。【００９４】
一方、表３において、比較例１のガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．００１の酸化物焼結体は、原料粉末における窒化ガリウム粉末重量比が０．６０となるよう配合されてはいるものの、窒素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満となっている。さらに、比較例２のガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．０５の酸化物焼結体は、原料粉末における窒化ガリウム粉末重量比が０．７０となるよう配合された結果、焼結体密度が比較的低い６．０４ｇ／ｃｍ３にとどまり、さらにはビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相のみによって構成されず、スパッタリング成膜におけるアーキングの原因となるウルツ鉱型構造のＧａＮ相を含んでいる。【００９５】
さらに、表４から、比較例１〜４はガリウム含有量が０．２０を下回っており、本発明の範囲を満足しないため、そのキャリア濃度が３×１０１８ｃｍ−３を超えていることがわかる。また、比較例５の酸化物半導体薄膜は、前記ガリウム含有量が０．６５と過剰であるため、そのキャリア移動度が１０ｃｍ２Ｖ−１ｓｅｃ−１未満であることがわかる。
【国際調査報告】
2015137275.tif 000006
2015137275.tif 000007
2015137275.tif 000008
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