(57)【要約】【課題】特性の高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタリング法で形成するためのスパッタリング用ターゲットとして好適に用いられる酸化物焼結体およびそれを用いて形成される酸化物半導体膜を含む半導体デバイスを提供する。【解決手段】酸化物焼結体は、インジウムと、タングステンと、イットリウムと、を含む酸化物焼結体であって、ビックスバイト型結晶相を８０％以上として含み、見かけ密度が６．５ｇ／ｃｍ3より大きく８．２５ｇ／ｃｍ3以下であり、インジウム、タングステンおよびイットリウム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３０原子％より小さく、インジウム、タングステンおよびイットリウムの合計に対するイットリウムの含有率が０．５原子％より大きく３０原子％より小さい。半導体デバイス１０は、酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲット用いてスパッタリング法により形成した酸化物半導体膜１４を含む。【選択図】図１
2016060686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウムと、タングステンと、イットリウムとを含む酸化物焼結体であって、
前記酸化物焼結体は、ビックスバイト型結晶相を８０面積％以上含み、
前記酸化物焼結体は、見かけ密度ρが６．５ｇ／ｃｍ3＜ρ≦８．２５ｇ／ｃｍ3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イットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗａは、０．５原子％＜Ｗａ＜３０原子％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イットリウムの合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙａは、０．５原子％＜Ｙａ＜３０原子％である、酸化物焼結体。
【請求項２】
前記ビックスバイト型結晶相は、インジウム酸化物を含み、
前記ビックスバイト型結晶相は、その少なくとも一部にタングステンおよびイットリウムが固溶している、請求項１に記載の酸化物焼結体。
【請求項３】
前記酸化物焼結体は、イットリウムおよびタングステンを含む複酸化物結晶相を含む、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】
前記酸化物焼結体中のタングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｂは、２０原子％＜Ｗｂ＜５０原子％である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項５】
前記酸化物焼結体はさらにジルコニウムを含み、前記酸化物焼結体中のタングステンおよびジルコニウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｃは、３０原子％＜Ｗｃ＜６０原子％である、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。
【請求項６】
前記酸化物焼結体は、アルミニウム、チタン、クロム、ハフニウム、シリコン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、タンタル、ガリウム、およびビスマスからなる群より選ばれる少なくとも１種の添加元素を含み、
前記酸化物焼結体中のインジウム、タングステン、イットリウムおよび添加元素の合計原子数に対する、前記添加元素の合計含有率Ｍａは、０．１原子％≦Ｍａ≦１０原子％である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲット。
【請求項８】
請求項７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り形成した酸化物半導体膜を含む半導体デバイス。
【請求項９】
前記酸化物半導体膜は、インジウムと、タングステンと、イットリウムとを含み、
前記酸化物半導体膜中のインジウム、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｄは、０．５原子％＜Ｗｄ＜３０原子％であり、
前記酸化物半導体膜中のインジウム、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙｂは、０．５原子％＜Ｙｂ＜３０原子％である、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記酸化物半導体膜中のタングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｅは、２０原子％＜Ｗｅ＜５０原子％である、請求項８または請求項９に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記酸化物半導体膜はさらにジルコニウムを含み、前記酸化物半導体膜中のタングステンおよびジルコニウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｆは、３０原子％＜Ｗｆ＜６０原子％である、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の酸化物焼結体の製造方法であって、
イットリウム酸化物粉末およびタングステン酸化物粉末を含む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、
前記仮焼粉末およびインジウム酸化物粉末を含む２次混合物を調製する工程と、
前記２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程とを含み、
前記仮焼粉末を形成する工程は、前記１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、イットリウムとタングステンとを含む第１複酸化物粉末を形成する工程を含む、
酸化物焼結体の製造方法。
【請求項１３】
前記１次混合物はさらにジルコニウム酸化物粉末を含み、
前記仮焼粉末を形成する工程は、前記１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、イットリウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含む第２複酸化物粉末を形成する工程を含む、
請求項１２に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項１４】
前記タングステン酸化物粉末は、ＷＯ3、ＷＯ2、およびＷＯ2.72からなる群より選ばれる少なくとも１つの結晶相を含む、請求項１２または請求項１３に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記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、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項１６】
前記第１複酸化物は、ＷＹ２Ｏ６型結晶相相、Ｗ２Ｙ６Ｏ１５型結晶相およびＹ２（ＷＯ４）３型結晶相からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項１７】
前記第２複酸化物は、Ｚｒ０．５Ｗ０．５ＹＯ４型結晶相を含む、請求項１３から請求項１５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リング法で形成するためのスパッタリング用ターゲットとして好適に用いられ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リング用ターゲット、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】
液晶表示装置、薄膜ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：エレクトロルミネッセンス）表示装置、有機ＥＬ表示装置などにおいて、半導体デバイスであるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：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、従来では主として非晶質シリコン膜が使用されてきた。
【０００３】
しかし、近年では、そのような半導体膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物（以下、ＩＧＺＯともいう）を主成分とする酸化物半導体膜が、非晶質シリコン膜に比べてキャリアの移動度が大きいという利点から注目されている。
【０００４】
特開２００４−０９１２６５号公報（特許文献１）は、酸化物半導体膜をスパッタリング法などにより形成する際に好適に用いられる材料として、主としてインジウムからなりタングステンを含む酸化物焼結体を開示する。
【０００５】
特開２００６−３４７８０７号公報（特許文献２）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などの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、タングステンを固溶したインジウム酸化物を含有し、タングステンがインジウム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】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０９１２６５号公報
【特許文献２】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】
【０００７】
特開２００４−０９１２６５号公報（特許文献１）に開示される、主としてインジウムからなりタングステンを含む酸化物焼結体を用いて作製し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であるＴＦＴは、ＯＦＦ電流が１×１０-11Ａ程度と高く、駆動電圧を７０Ｖ程度に高くしないとＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を十分に大きくすることができないという問題点があった。
【０００８】
特開２００６−３４７８０７号公報（特許文献２）に開示される酸化物焼結体は、密度（見かけ密度）が６．５ｇ／ｃｍ3以下であるために、酸化物半導体膜を形成するのに最適なスパッタリング法の原料であるスパッタリング用ターゲットとしては用いることができないという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、特性の高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタリング法で形成するためのスパッタリング用ターゲットとして好適に用いられ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リング用ターゲット、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】
本発明の一態様に係る酸化物焼結体は、インジウムと、タングステンと、イットリウムとを含む酸化物焼結体であって、前記酸化物焼結体は、ビックスバイト型結晶相を８０面積％以上含み、前記酸化物焼結体は、見かけ密度ρが６．５ｇ／ｃｍ3＜ρ≦８．２５ｇ／ｃｍ3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イットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗａは、０．５原子％＜Ｗａ＜３０原子％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イットリウムの合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙａは、０．５原子％＜Ｙａ＜３０原子％である、酸化物焼結体である。
【００１１】
本発明の一態様に係るスパッタリング用ターゲットは、上記態様の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲットである。
【００１２】
本発明の一態様に係る半導体デバイスは、上記態様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り形成した酸化物半導体膜を含む半導体デバイスである。
【００１３】
本発明の一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、イットリウム酸化物粉末およびタングステン酸化物粉末を含む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、前記仮焼粉末およびインジウム酸化物粉末を含む２次混合物を調製する工程と、前記２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、前記成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程とを含み、前記仮焼粉末を形成する工程は、前記１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、イットリウムとタングステンとを含む第１複酸化物粉末を形成する工程を含む、酸化物焼結体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
上記態様によれば、特性の高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタリング法で形成するためのスパッタリング用ターゲットとして好適に用いられ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リング用ターゲット、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】
【００１５】
【図１】本発明の一態様にかかる半導体デバイスの一例を示す概略図である。ここで、（Ａ）は概略平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＩＢ−ＩＢにおける概略断面図を示すものである。
【図２】本発明の一態様にかか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】
【００１６】
＜本発明の実施形態の説明＞
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１７】
本発明の一態様に係る酸化物焼結体は、インジウムと、タングステンと、イットリウムとを含む酸化物焼結体であって、前記酸化物焼結体は、ビックスバイト型結晶相を８０面積％以上含み、前記酸化物焼結体は、見かけ密度ρが６．５ｇ／ｃｍ3＜ρ≦８．２５ｇ／ｃｍ3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イットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗａは、０．５原子％＜Ｗａ＜３０原子％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イットリウムの合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙａは、０．５原子％＜Ｙａ＜３０原子％である、酸化物焼結体である。
【００１８】
本実施態様の酸化物焼結体は、特性の高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタリング法で形成するためのスパッタリング用ターゲットとして好適に用いることができる。本明細書中、「半導体デバイスの特性が高い」とは、半導体デバイスのＯＦＦが非常に小さく、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くできることを意味する。
【００１９】
本実施態様の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成し、該酸化物半導体膜をチャネル層として半導体デバイスを作製すると、該半導体デバイスは、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００２０】
前記ビックスバイト型結晶相は、インジウム酸化物を含み、前記ビックスバイト型結晶相は、その少なくとも一部にタングステンおよびイットリウムが固溶していることが好ましい。これにより、本実施態様の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成し、該酸化物半導体膜をチャネル層として半導体デバイスを作製すると、該半導体デバイスは、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００２１】
前記酸化物焼結体は、イットリウムおよびタングステンを含む複酸化物結晶相を含むことが好ましい。これにより、本実施態様の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成し、該酸化物半導体膜をチャネル層として半導体デバイスを作製すると、該半導体デバイスは、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００２２】
前記酸化物焼結体中のタングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｂは、２０原子％＜Ｗｂ＜５０原子％であることが好ましい。これにより、本実施態様の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成し、該酸化物半導体膜をチャネル層として半導体デバイスを作製すると、該半導体デバイスは、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００２３】
前記酸化物焼結体はさらにジルコニウムを含み、前記酸化物焼結体中のタングステンおよびジルコニウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｃは、３０原子％＜Ｗｃ＜６０原子％であることが好ましい。これにより、本実施態様の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成し、該酸化物半導体膜をチャネル層として半導体デバイスを作製すると、該半導体デバイスは、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００２４】
前記酸化物焼結体は、アルミニウム、チタン、クロム、ハフニウム、シリコン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、タンタル、ガリウム、およびビスマスからなる群より選ばれる少なくとも１種の添加元素を含み、
前記酸化物焼結体中のインジウム、タングステン、イットリウムおよび添加元素の合計原子数に対する、前記添加元素の合計含有率Ｍａは、０．１原子％≦Ｍａ≦１０原子％であることが好ましい。これにより、本実施態様の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成し、該酸化物半導体膜をチャネル層として半導体デバイスを作製すると、該半導体デバイスは、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００２５】
本発明の一態様に係るスパッタリング用ターゲットは、上記態様の酸化物焼結体を含む。上記態様の酸化物焼結体を含むスパッタリング用ターゲットは、特性の高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタリング法で形成するために好適に用いることができる。
【００２６】
本発明の一態様に係る半導体デバイスは、上記態様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り形成した酸化物半導体膜を含む半導体デバイスである。本態様の半導体デバイスは、上記態様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り形成した酸化物半導体膜を含むため、高い特性が得られる。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リング用ターゲットを用いてスパッタリング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。
【００２７】
前記酸化物半導体膜は、インジウムと、タングステンと、イットリウムとを含み、前記酸化物半導体膜中のインジウム、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｄは、０．５原子％＜Ｗｄ＜３０原子％であり、前記酸化物半導体膜中のインジウム、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙｂは、０．５原子％＜Ｙｂ＜３０原子％であることが好ましい。これにより、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は、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００２８】
前記酸化物半導体膜中のタングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｅは、２０原子％＜Ｗｅ＜５０原子％であることが好ましい。これにより、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は、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００２９】
前記酸化物半導体膜はさらにジルコニウムを含み、前記酸化物半導体膜中のタングステンおよびジルコニウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｆは、３０原子％＜Ｗｆ＜６０原子％であることが好ましい。これにより、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は、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００３０】
本発明の一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、イットリウム酸化物粉末およびタングステン酸化物粉末を含む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、前記仮焼粉末およびインジウム酸化物粉末を含む２次混合物を調製する工程と、前記２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、前記成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程とを含み、前記仮焼粉末を形成する工程は、前記１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、イットリウムとタングステンとを含む第１複酸化物粉末を形成する工程を含む、酸化物焼結体の製造方法である。
【００３１】
本態様の酸化物焼結体の製造方法は、仮焼粉末を形成する工程において、イットリウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末とを混合し、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、イットリウムとタングステン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る。したがって、酸化物焼結体は、スパッタリング用ターゲットとして好適に用いることができる。
【００３２】
前記１次混合物はさらにジルコニウム酸化物粉末を含み、前記仮焼粉末を形成する工程は、前記１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、イットリウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含む第２複酸化物粉末を形成する工程を含むことが好ましい。前記仮焼粉末を形成する工程は、イットリウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末とジルコニウム酸化物粉末との前記１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃以下の温度で熱処理するため、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなる。したがって、酸化物焼結体は、スパッタリング用ターゲットとして好適に用いることができる。
【００３３】
前記タングステン酸化物粉末は、ＷＯ3、ＷＯ2、およびＷＯ2.72からなる群より選ばれる少なくとも１つ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が高くなり、スパッタリング用ターゲットとして好適に用いられる酸化物焼結体が得られる。
【００３４】
前記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以下が好ましい。これにより、酸化物焼結体の見かけ密度が高くなり、スパッタリング用ターゲットとして好適に用いられる酸化物焼結体が得られる。
【００３５】
前記第１複酸化物は、ＷＹ２Ｏ６型結晶相、Ｗ２Ｙ６Ｏ１５型結晶相およびＹ２（ＷＯ４）３型結晶相からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。前記第２複酸化物は、Ｚｒ０．５Ｗ０．５ＹＯ４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が高くなり、スパッタリング用ターゲットとして好適に用いられる酸化物焼結体が得られる。
【００３６】
＜本発明の実施形態の詳細＞
［実施形態１：酸化物焼結体］
本実施形態の酸化物焼結体は、インジウムと、タングステンと、イットリウムとを含む酸化物焼結体であって、前記酸化物焼結体は、ビックスバイト型結晶相を８０面積％以上含み、前記酸化物焼結体は、見かけ密度ρが６．５ｇ／ｃｍ3＜ρ≦８．２５ｇ／ｃｍ3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イットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗａは、０．５原子％＜Ｗａ＜３０原子％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イットリウムの合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙａは、０．５原子％＜Ｙａ＜３０原子％である。
【００３７】
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およびビックスバイト結晶相の少なくとも一部にインジウム（Ｉｎ）以外の金属元素およびシリコン（Ｓｉ）からなる群より選ばれるの少なくとも１つの元素が固溶した相の総称を意味する。ビックスバイト結晶相は、インジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）の結晶相のひとつであり、ＪＣＰＤＳカードの６−０４１６に規定される結晶構造であり、希土類酸化物Ｃ型相（またはＣ−希土構造相）とも称される。
【００３８】
ビックスバイト型結晶層は、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。
【００３９】
ビックスバイト型結晶相が８０面積％以上とは、酸化物焼結体の中でビックスバイト型結晶相が占める割合が８０面積％以上である場合を意味する。ビックスバイト型結晶相には、混入が不可避の結晶相が含まれていてもよい。ビックスバイト型結晶相とそれ以外の結晶相との判別方法は、以下のとおりである。
【００４０】
まず、Ｘ線回折にてビックスバイト型結晶相の存在と、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１００面積％であると判断する。
【００４１】
Ｘ線回折にてビックスバイト型結晶相の存在と、それ以外の結晶相の存在を確認した場合、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する。続いて、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。結晶粒子をそれらの結晶粒子の金属元素の組成比の傾向でグループ分けを行ったところ、Ｙ含有率が高い、またはＷ含有率の高い、もしくはその両方が高い結晶粒子のグループとＹ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に分けることができる。Ｙ含有率が高い、またはＷ含有率の高い、もしくはその両方が高い結晶粒子のグループがその他の結晶相であり、Ｙ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はビックスバイト型相であるＩｎ2Ｏ3型相であると結論づける。
【００４２】
酸化物焼結体におけるビックスバイト型相の体積割合は、酸化物焼結体の上記断面におけるその断面の面積に対するビックスバイト型相の面積の占める百分率で定義する。本実施形態の酸化物焼結体は、上記で定義されるビックスバイト型相の体積割合が８０面積％以上のものを意味する。
【００４３】
本実施形態の酸化物焼結体は、見かけ密度ρが６．５ｇ／ｃｍ3＜ρ≦８．２５ｇ／ｃｍ3である。これに対して、特開２００６−３４７８０７号公報に開示されている酸化物焼結体は、見かけ密度が４．０ｇ／ｃｍ3以上６．５ｇ／ｃｍ3以下あり、本実施形態の酸化物焼結体に比べて焼結体の見かけ密度が低い。
【００４４】
本実施形態の酸化物焼結体に含まれ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７．１８ｇ／ｃｍ3であること、および、かかるビックスバイト結晶相の少なくとも一部にタングステンおよびイットリウムがそれぞれ１．２原子％から３０原子％が置換固溶しているビックスバイト型結晶相を考慮すると、最小で７．２１ｇ／ｃｍ3であり最大で８．２５ｇ／ｃｍ3であると考えられる。理論密度に対する焼結体の見かけ密度の百分率、すなわち、焼結体の相対密度は、特開２００６−３４７８０７号公報に開示の酸化物焼結体が４８．４％以上９０．２％以下と低いのに対し、本実施形態の酸化物焼結体が９０．２％より大きく１００．０％以下と極めて高い。
【００４５】
焼結体をスパッタリング用ターゲットとして用いる場合、その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。焼結体の見かけ密度が低いということは、焼結体中に空孔が多く存在することを意味している。スパッタリング用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、焼結体中に空孔が存在すると、成膜中に空孔が露出して内部の気体が放出される。これにより、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、膜特性を劣化させる。また、焼結体の見かけ密度が低いと成膜時にノジュールと言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いる。この観点からも焼結体の見かけ密度が高いことが望まれている。
【００４６】
すなわち、本実施形態の酸化物焼結体は、見かけ密度ρが６．５ｇ／ｃｍ3＜ρ≦８．２５ｇ／ｃｍ3と大きいため、半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタリング法で形成するためのスパッタリング用ターゲットとして好適に用いられる。
【００４７】
本実施形態の酸化物焼結体において、酸化物焼結体中のインジウム（Ｉｎ）、タングステン（Ｗ）およびイットリウム（Ｙ）の合計原子数に対するタングステン（Ｗ）の含有率Ｗａ（式Ｗ／（Ｉｎ＋Ｗ＋Ｙ）で表される値、式中Ｗはタングステンの原子数、Ｉｎはインジウムの原子数、Ｙはイットリウムの原子数である。）が０．５原子％＜Ｗａ＜３０原子％であり、酸化物焼結体中のインジウム（Ｉｎ）、タングステン（Ｗ）およびイットリウム（Ｙ）の合計原子数に対するイットリウム（Ｙ）の含有率Ｙａ（式Ｙ／（Ｉｎ＋Ｗ＋Ｙ）で表される値、式中Ｗはタングステンの原子数、Ｉｎはインジウムの原子数、Ｙはイットリウムの原子数である。）が０．５原子％＜Ｙａ＜３０原子％である。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（たとえば、ＴＦＴ）は、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００４８】
上記の観点から、Ｗａの値は、０．５原子％＜Ｗａ＜１０原子％が好ましく、０．５原子％＜Ｗａ＜６原子％がさらに好ましい。また、上記の観点から、Ｙａの値は、０．５原子％＜Ｙａ＜２０原子％が好ましく、０．５原子％＜Ｙａ＜１２原子％がさらに好ましい。
【００４９】
Ｗａの値が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（たとえば、ＴＦＴ）は、ＯＦＦ電流が増加してしまい、ＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。Ｗａの値が３０原子％以上の場合、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（たとえば、ＴＦＴ）は、ＯＮ電流が低下もしくは、低い駆動電圧ではＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。
【００５０】
Ｙａの値が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（たとえば、ＴＦＴ）は、ＯＦＦ電流が増加してしまい、ＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。Ｙａの値が３０原子％以上の場合、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であるＴＦＴは、ＯＮ電流が低下もしくは、低い駆動電圧ではＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。
【００５１】
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、かつ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イットリウムを含むことが好ましい。これにより、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（たとえば、ＴＦＴ）は、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００５２】
インジウム酸化物とは、Ｉｎ２Ｏ３を意味する。また、ビックスバイト型結晶相の少なくとも一部にタングステンおよびイットリウム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、タングステンおよびイットリウムが、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を同時にもって固溶している形態を意味する。
【００５３】
本実施形態の酸化物焼結体は、タングステンおよびイットリウム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ため、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）により面分析を行ない、インジウムとタングステンとイットリウムとが混在する領域が存在する場合に、ビックスバイト型結晶相に固溶していることが推定できる。したがって、結晶粒がインジウムとタングステンとイットリウムとを含む酸化物であり、かつ、Ｘ線回折により算出される面間隔により、タングステンおよびイットリウムがビックスバイト型結晶相に固溶していることが推定できる。
【００５４】
また、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、インジウムと共にイットリウム、タングステンの存在が確認されたのにもかかわらず、Ｘ線回折ではイットリウムの酸化物、タングステンの酸化物、イットリウムとタングステンの複酸化物が確認されない場合は、タングステンもしくはイットリウムがビックスバイト型結晶相に固溶していると判断する。
【００５５】
本実施形態の酸化物焼結体は、前記酸化物焼結体中に、イットリウムとタングステンとを少なくとも含む複酸化物結晶相を含むことは、酸化物焼結体の焼結密度を向上する観点から、好ましい。
【００５６】
前記酸化物焼結体中のタングステン（Ｗ）と、イットリウム（Ｙ）の合計原子数に対するタングステン（Ｗ）の含有率Ｗｂ（式Ｗ／（Ｗ＋Ｙ）で表される値、式中Ｗはタングステンの原子数、Ｙはイットリウムの原子数である。）が２０原子％＜Ｗｂ＜５０原子％であることが好ましい。これにより、酸化物焼結体の焼結密度を向上することができる。Ｗｂの値は、２０原子％＜Ｗｂ＜５０原子％がより好ましく、２４原子％＜Ｗｂ＜４５原子％がさらに好ましい。
【００５７】
前記酸化物焼結体はジルコニウム（Ｚｒ）を含み、前記酸化物焼結体中のタングステン（Ｗ）とジルコニウム（Ｚｒ）の合計原子数に対するタングステン（Ｗ）の含有率Ｗｃ（式Ｗ／（Ｗ＋Ｚｒ）で表される値、式中Ｗはタングステンの原子数、Ｚｒはジルコニウムの原子数である。）が３０原子％＜Ｗｃ＜６０原子％であることが好ましい。これにより、酸化物焼結体の焼結密度を向上することができる。Ｗｃの値は、４０原子％＜Ｗｃ＜５５原子％がより好ましく、４５原子％＜Ｗｃ＜５５原子％がさらに好ましい。
【００５８】
前記酸化物焼結体は、アルミニウム、チタン、クロム、ハフニウム、シリコン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、タンタル、ガリウム、およびビスマスからなる群より選ばれる少なくとも１種の添加元素を含み、前記酸化物焼結体中のインジウム、タングステン、イットリウムおよび添加元素の合計原子数に対する、前記添加元素の合計含有率Ｍａは、０．１原子％≦Ｍａ≦１０原子％であることが好ましい。これにより、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（たとえば、ＴＦＴ）について、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。かかる観点から、上記添加元素の含有率は、０．１原子％≦Ｍａ≦５原子％がより好ましく、０．１原子％≦Ｍａ≦１原子％以下がさらに好ましい。
【００５９】
Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｖ、およびＮｂの少なくとも１種類の添加元素の含有率が０．１原子％以上のとき、その酸化物焼結体を用いて得られる酸化物半導体を含む半導体デバイスのＯＦＦ電流が低くなる効果がある。一方、添加元素の含有率が１０原子％より大きくなると、半導体デバイスのＯＮ電流が低くなる傾向がある。
【００６０】
Ｍｏ、Ｔａ、およびＢｉの少なくとも１種の添加元素の含有率が０．１原子％以上のとき、その酸化物焼結体を用いて得られる酸化物半導体を含む半導体デバイスのＯＮ電流が高くなる効果がある。一方、添加元素の含有率が１０原子％より大きくなると、半導体デバイスのＯＦＦ電流が高くなる傾向がある。
【００６１】
［実施形態２：酸化物焼結体の製造方法］
本実施形態の酸化物焼結体の製造方法は、実施形態１の酸化物焼結体の製造方法であって、イットリウム酸化物粉末およびタングステン酸化物粉末を含む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、前記仮焼粉末およびインジウム酸化物粉末を含む２次混合物を調製する工程と、前記２次混合物を成形することにより成形体を形成する工程と、前記成形体を焼結することにより酸化物焼結体を形成する工程とを含み、前記仮焼粉末を形成する工程は、前記１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、イットリウムとタングステンとを含む第１複酸化物粉末を形成する工程を含む。
【００６２】
本実施形態の酸化物焼結体の製造方法は、仮焼粉末を形成する工程において、イットリウム酸化物粉末とタングステン酸化物粉末を含む１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の低い温度で熱処理することにより、仮焼粉末としてイットリウムとタングステンとを含む第１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、スパッタリング用ターゲットとして好適に用いられる酸化物焼結体が得られる。
【００６３】
イットリウムとタングステンとを含む第１複酸化物は、酸素が欠損したり、金属が置換していたりしていても構わない。熱処理温度が５５０℃未満の場合は、イットリウムとタングステンとを含む複酸化物粉末が得ることが困難である。一方、熱処理温度が１２００℃以上の場合、イットリウムとタングステンとを含む複酸化物粉末が分解、飛散してしまうか、粉末の粒径が大きくなりすぎ、使用が困難である。
【００６４】
イットリウムとタングステンとを含む第１複酸化物は、ＷＹ２Ｏ６型結晶相、Ｗ２Ｙ６Ｏ１５型結晶相、およびＹ２（ＷＯ４）３型結晶相からなる群より選ばれる少なくとも一つ含むことが、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。ＷＹ２Ｏ６型結晶相は、空間群Ｐ２／ｃ（１３）にて表される結晶構造を有し、ＩＣＤＤカードの０１−０７３−０１１８に規定される結晶構造を有するタングステン酸イットリウム化合物結晶相である。Ｙ２（ＷＯ４）３型結晶相は、空間群Ｐｎｃａ（６０）にて表される結晶構造を有し、ＩＣＤＤカードの０１−０７０−４４８０に規定される結晶構造を有するタングステン酸イットリウム化合物結晶相である。これらの結晶系を示せば、酸素が欠損したり、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。Ｗ２Ｙ６Ｏ１５型結晶相は、ＩＣＤＤカードの１５−０４７３に規定される結晶構造を有するタングステン酸イットリウム化合物結晶相である。これらの結晶系を示せば、酸素が欠損したり、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。
【００６５】
前記１次混合物はさらにジルコニウム酸化物粉末を含み、前記仮焼粉末を形成する工程は、前記１次混合物を、酸素含有雰囲気において５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、イットリウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含む第２複酸化物粉末を形成する工程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が高くなり、スパッタリング用ターゲットとして好適に用いられる酸化物焼結体を得ることができる。
【００６６】
イットリウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含む第２複酸化物は、酸素が欠損したり、金属が置換していたりしていても構わない。熱処理温度が５５０℃以下の場合は、イットリウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含む複酸化物粉末が得られず、１２００℃以上の場合、イットリウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含む複酸化物粉末が分解、飛散してしまうか、粉末の粒径が大きくなりすぎて使用が困難である。
【００６７】
イットリウム酸化物粉末と、タングステン酸化物粉末と、ジルコニウム酸化物粉末との１次混合物を、酸素を含む雰囲気にて５５０℃以上１２００℃未満の温度で熱処理することにより、仮焼粉末としてイットリウムと、タングステンと、ジルコニウムを含む第２複酸化物粉末を形成することにより、酸化物焼結体の焼結密度をより向上することができる。かかる酸化物焼結体を含むスパッタリング用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ついて、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができる。
【００６８】
イットリウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含む第２複酸化物は、Ｚｒ０．５Ｗ０．５ＹＯ４型結晶相であることが、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。Ｚｒ０．５Ｗ０．５ＹＯ４型結晶相は、空間群Ｉ４１／ａＯ２（８８）にて表される結晶構造を有し、Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｂｕｌｌ．（２０１０）４５，９７−１０２に報告される結晶構造を有するタングステン酸イットリウム化合物結晶相である。これらの結晶系を示せば、酸素が欠損したり、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。
【００６９】
タングステン酸化物粉末は、結晶相として、ＷＯ3、ＷＯ2、およびＷＯ2.72からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが、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。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粉末からなる群から選ばれる少なくとも１つの粉末からなることがさらに好ましい。
【００７０】
タングステン酸化物粉末のメジアン粒径ｄ５０は、酸化物焼結体の見かけ密度を高くする観点から、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。ここで、メジアン粒径ｄ５０は、ＢＥＴ比表面積測定により求めた値である。メジアン粒径ｄ５０が０．１μｍ未満の場合、粉末のハンドリングが困難で、イットリウム酸化物粉末およびタングステン酸化物粉末と均一に混合することが難しい。メジアン粒径ｄ５０が４μｍより大きい場合、イットリウム酸化物粉末と混合後、酸素を含む雰囲気にて５５０℃以上１２００℃未満の温度にて熱処理した後に得られるイットリウムとタングステン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。
【００７１】
本実施形態の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。
【００７２】
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）、イットリウム酸化物粉末（たとえばＹ２Ｏ３粉末）、ジルコニウム酸化物粉末（例えばＺｒＯ２粉末）など、酸化物焼結体を構成する金属元素およびＳｉ（必要ですか？）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粉末などのような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、酸化物焼結体の焼結密度をより向上する観点から好ましい。かかる観点から、ＷＯ2.72粉末、ＷＯ2粉末を原料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。
【００７３】
また、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。
【００７４】
２．１次混合物を調製する工程
まず、上記原料粉末の内、タングステン酸化物粉末（ＷＯ3粉末と、ＷＯ2.72粉末およびＷＯ2粉末の少なくともいずれか）と、イットリウム酸化物粉末（Ｙ２Ｏ３粉末）とを粉砕混合する。このとき、酸化物焼結体の結晶相として、ＷＹ２Ｏ６型結晶相を得たい場合は原料粉末としてタングステン酸化物粉末とイットリウム酸化物粉末とを、たとえばモル比で１：１の割合で混合する。Ｗ２Ｙ６Ｏ１５型結晶相を得たい場合は、原料粉末としてタングステン酸化物粉末とイットリウム酸化物粉末とを、たとえばモル比で２：３の割合で混合する。Ｙ２（ＷＯ４）３結晶相を得たい場合は、原料粉末としてタングステン酸化物粉末とイットリウム酸化物粉末とを、たとえばモル比で３：１の割合で混合する。
【００７５】
または、タングステン酸化物粉末（ＷＯ3粉末と、ＷＯ2.72粉末およびＷＯ2粉末の少なくともいずれか）と、イットリウム酸化物粉末（Ｙ２Ｏ３粉末）と、ジルコニウム粉末（ＺｒＯ２粉末）とを粉砕混合する。このとき、酸化物焼結体の結晶相として、Ｚｒ０．５Ｗ０．５ＹＯ４型結晶相を得たい場合は原料粉末としてタングステン酸化物粉末と、イットリウム酸化物粉末と、ジルコニウム酸化物粉末とを、たとえばモル比で１：１：１の割合で混合する。
【００７６】
前記原料粉末を粉砕混合する方法には、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、ビーズミルなど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。ここで、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などの乾燥方怯が好ましく用いられ得る。
【００７７】
３．１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
次に、得られた１次混合物を熱処理（仮焼）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い。仮焼生成物としてＷＹ２Ｏ６型結晶相、Ｙ２（ＷＯ４）３型結晶相、Ｗ２Ｙ６Ｏ１５型結晶相、Ｚｒ０．５Ｗ０．５ＹＯ４型結晶相を得るためには５５０℃以上であることが好ましい。仮焼温度は５５０℃以上、１１００℃未満であることが好ましく、７００℃以上１０００℃以下がより好ましい。このようにして、ＷＹ２Ｏ６型結晶相、Ｙ２（ＷＯ３）４型結晶相、Ｗ２Ｙ６Ｏ１５型結晶相、Ｚｒ０．５Ｗ０．５ＹＯ４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加圧された大気雰囲気もしくは酸素を２５面積％以上含む酸素−窒素混合雰囲気が好ましい。また、生産性が高い観点から大気圧−大気雰囲気がより好ましい。
【００７８】
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Ｉｎ2Ｏ3粉末とを、１次混合物を調整する工程と同様の方法により、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。
【００７９】
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は、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、キャスティング法などが好ましい。このようにして、成形体が得られる。
【００８０】
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する。ホットプレス焼結法は用いない。成形体の焼結温度は、特に制限はないが、形成する酸化物焼結体の見かけ密度を６．５ｇ／ｃｍ3より大きくする点から、９００℃以上１２００℃以下が好ましい。また、焼結雰囲気は、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、大気圧かつ大気雰囲気が好ましい。このようにして、本実施形態の酸化物焼結体が得られる。
【００８１】
［実施形態３：スパッタリング用ターゲット］
本実施形態のスパッタリング用ターゲットは、実施形態１の酸化物焼結体を含む。本実施形態のスパッタリング用ターゲットは、ＴＦＴ特性の高い半導体デバイスの酸化物半導体膜をスパッタリング法で形成するために好適に用いられる。ＴＦＴ特性向上の観点から、本実施形態のスパッタリング用ターゲットは、実施形態１の酸化物焼結体からなることが好ましい。
【００８２】
［実施形態４：半導体デバイス］
図１を参照して、本実施形態の半導体デバイス１０は、実施形態１の酸化物焼結体をスパッタリング用ターゲットとして用いるスパッタリング法により形成した酸化物半導体膜１４を含む。本実施形態の半導体デバイスは、実施形態１の酸化物焼結体をスパッタリング用ターゲットとして用いてスパッタリング法により形成した酸化物半導体膜を含むため、高い特性を有する。
【００８３】
本実施形態の半導体デバイス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リング用ターゲットとして用いてスパッタリング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ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）である。本実施形態の半導体デバイス１０の一例であるＴＦＴは、上記実施形態の酸化物焼結体をターゲットとして用いてスパッタリング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、そのＯＦＦ電流が低くなるとともに、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が高くなる。
【００８４】
本実施形態の半導体デバイス１０であるＴＦＴは、より具体的には、図１に示すように、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。
【００８５】
本実施形態の半導体デバイス１０であるＴＦＴにおいて、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くする観点から、酸化物半導体膜１４中のインジウム（Ｉｎ）、タングステン（Ｗ）およびイットリウム（Ｙ）の合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｄ（式Ｗ／（Ｉｎ＋Ｗ＋Ｙ）で表される値、式中Ｗはタングステンの原子数、Ｉｎはインジウムの原子数、Ｙはイットリウムの原子数である。）を０．５原子％＜Ｗｄ＜３０原子％であり、酸化物半導体膜１４中のインジウム（Ｉｎ）、タングステン（Ｗ）およびイットリウム（Ｙ）の合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙｂ（式Ｙ／（Ｉｎ＋Ｗ＋Ｙ）で表される値、式中Ｗはタングステンの原子数、Ｉｎはインジウムの原子数、Ｙはイットリウムの原子数である。）が０．５原子％＜Ｙｂ＜３０原子％であることが好ましい。ここで、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）により測定する。
【００８６】
また、上記の観点から、Ｗｄの値は、０．５原子％＜Ｗｄ＜１０原子％がより好ましく、０．５原子％＜Ｗｄ＜６原子％がさらに好ましい。また、上記の観点から、Ｙｂの値は、０．５原子％＜Ｙｂ＜２０原子％がより好ましく、０．５原子％＜Ｙｂ＜１２原子％がさらに好ましい。
【００８７】
Ｗｄの値が０．５原子％以下の場合、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であるＴＦＴにおいて、ＯＦＦ電流が増加してしまい、ＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。一方、Ｗｄの値が３０原子％以上の場合、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であるＴＦＴにおいて、ＯＮ電流が低下もしくは、低い駆動電圧ではＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。
【００８８】
Ｙｂの値が０．５原子％以下の場合、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であるＴＦＴにおいて、ＯＦＦ電流が増加してしまい、ＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。Ｙｂの値が３０原子％以上の場合、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であるＴＦＴにおいて、ＯＮ電流が低下もしくは、低い駆動電圧ではＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。
【００８９】
本実施形態の半導体デバイス１０であるＴＦＴにおいて、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くする観点から、酸化物半導体膜１４に含まれるタングステン（Ｗ）と、イットリウム（Ｙ）の合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｅ（式Ｗ／（Ｗ＋Ｙ）で表される値、式中Ｗはタングステンの原子数、Ｙはイットリウムの原子数である。）が２０原子％＜Ｗｅ＜５０原子％であることが好ましく、２５原子％＜Ｗｅ＜４０原子％であることがより好ましく、２５原子％＜Ｗｅ＜３８原子％であることがさらに好ましい。ここで、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）により測定する。
【００９０】
Ｗｅの値が５０原子％以上の場合、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１０であるＴＦＴにおいて、ＯＦＦ電流が増加してしまい、ＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい望ましくない。Ｗｅの値が２０原子％以下の場合、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であるＴＦＴにおいて、ＯＮ電流が低下もしくは、低い駆動電圧ではＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。
【００９１】
本実施形態の半導体デバイス１０であるＴＦＴにおいて、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くする観点から、酸化物半導体膜１４に含まれるタングステン（Ｗ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）の合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｆ（式Ｗ／（Ｗ＋Ｚｒ）で表される、式中Ｗはタングステンの原子数、Ｚｒはジルコニウムの原子数である。）が３０原子％＜Ｗｆ＜６０原子％であることが好ましく、５０原子％＜Ｗｆ＜５８原子％であることがより好ましく、４６原子％＜Ｗｆ＜５４原子％であることがさらに好ましい。ここで、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）により測定する。
【００９２】
Ｗｆの値が６０原子％以上の場合、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１０であるＴＦＴにおいて、ＯＦＦ電流が増加してしまい、ＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい望ましくない。Ｗｆの値が３０原子％以下の場合、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であるＴＦＴについて、そのＯＮ電流が低下もしくは、低い駆動電圧ではＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比が小さくなってしまい好ましくない。
【００９３】
（半導体デバイスの製造方法）
図２を参照して、本実施形態の半導体デバイス１０の製造方法を説明する。本実施形態の半導体デバイス１０の製造方法は特に制限はないが、効率よく高特性の半導体デバイスを製造する観点から、基板１１上にゲート電極１２を形成する工程（図２（Ａ））、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２（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２（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２（Ｄ））と、を含むことが好ましい。
【００９４】
１．ゲート電極を形成する工程
図２（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、特に制限はないが、透明性、価格安定性、および表面平滑性を高くする点から、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などが好ましい。ゲート電極１２は、特に制限はないが、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電極などが好ましい。ゲート電極１２の形成方法は、特に制限はないが、基板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、スパッタリング法などが好ましい。
【００９５】
２．ゲート絶縁膜を形成する工程
図２（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は、特に制限はないが、絶縁性が高い点から、ＳｉＯx膜、ＳｉＮx膜などが好ましい。ゲート絶縁膜１３の形成方法は、特に制限はないが、ゲート電極が形成された基板の主面上に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）法などが好ましい。
【００９６】
３．酸化物半導体膜を形成する工程
図２（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。酸化物半導体膜１４は、特性の高い半導体デバイス１０を製造する観点から、実施形態１の酸化物焼結体をスパッタリング用ターゲットとして用いてスパッタリング法により形成する。ここで、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（上記のゲート電極およびゲート絶縁膜が形成された基板も含む。）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。
【００９７】
４．ソース電極およびドレイン電極を形成する工程
図２（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との接触電気抵抗が低い点から、Ｍｏ電極、Ｔｉ電極、Ｗ電極、Ａｌ電極、Ｃｕ電極などが好ましい。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、酸化物半導体膜が形成された基板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、スパッタリング法などが好ましい。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、酸化物半導体膜が形成された基板の主面上に大面積で均一なソース電極とドレイン電極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が好ましい。
【実施例】
【００９８】
（試料１〜試料８）
１．粉末原料の準備
タングステン酸化物粉末（種類および粒径は表１の「タングステン酸化物」欄に示す。純度：９９．９９質量％）と、Ｙ２Ｏ３粉末（メジアン粒径ｄ５０：１．０μｍ、純度：９９．９９質量％）と、Ｉｎ2Ｏ3粉末（メジアン粒径ｄ５０：１．０μｍ、純度：９９．９９質量％）とを、表１に示すモル混合比率で準備した。
【００９９】
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Ｙ２Ｏ３粉末とを入れて、１０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Ｙ２Ｏ３粉末との混合比は、表１に記載のモル混合比率とした。上記の粉砕混合の際の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。
【０１００】
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、大気雰囲気中で９００℃の温度で５時間仮焼した。仮焼温度は、結晶相が形成される温度であれば、低い方が好ましい。温度が低いと、仮焼粉の粒径を小さくすることができる。このようにして、複酸化物としてＷＹ２Ｏ６型相を含む仮焼粉末が得られた。
【０１０１】
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、準備した原料粉末であるＩｎ2Ｏ3粉末とともにポットへ投入し、さらに１２時間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。上記の粉砕混合の際の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。
【０１０２】
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℃）の静水中で１９０ＭＰａの圧力で加圧成形して、直径１００ｍｍで厚さ約９ｍｍの円板状の成形体を得た。
【０１０３】
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−大気雰囲気中にて表１に示す焼結温度で８時間焼成し、これによって酸化物焼結体が得られた。
【０１０４】
７．酸化物焼結体の物性評価
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。結果を表１に示す。
【０１０５】
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なった。Ｘ線としてはＣｕのＫα線を用いて、結晶相の同定を行った。酸化物焼結体に存在する結晶相を表１の「存在結晶相」の欄に示す。
【０１０６】
得られた酸化物焼結体にビックスバイト型結晶相が存在することの確認は、Ｘ線回折にて行った。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、およびビックスバイト型結晶相およびそれ以外の結晶相が存在する場合があった。ビックスバイト型結晶相のみが確認された場合は、ビックスバイト型結晶相が１００面積％であると判断した。
【０１０７】
Ｘ線回折にてビックスバイト型結晶相およびそれ以外の結晶相の存在が確認された場合、ビックスバイト型相であるＩｎ2Ｏ3型相が８０面積％以上である確認は、以下のようにして同定した。
【０１０８】
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。続いて、ＳＥＭ−ＥＤＸを用いて、サンプルの表面をＳＥＭで観察し、各結晶粒子の金属元素の組成比をＥＤＸで分析した。結晶粒子をそれらの結晶粒子の金属元素の組成比の傾向でグループ分けを行ったところ、ＹとＷ含有率の高い結晶粒子のグループとＹ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に分けることができた。Ｙ含有率およびＷ含有率の高い結晶粒子のグループはビックスバイト以外の結晶相であり、Ｙ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はビックスバイト型結晶相であるＩｎ2Ｏ3型結晶相であると結論づけた。
【０１０９】
ビックスバイト型結晶相中の固溶体の有無は、Ｘ線回折においてピーク位置がＪＣＰＤＳカードの６−０４１６に示されるピーク位置とずれていることにより確認した。結果を表１に示す。
【０１１０】
得られた酸化物焼結体中のインジウム（Ｉ）、イットリウム（Ｙ）、およびタングステン（Ｗ）の含有量は、ＩＣＰ質量分析法により測定した。インジウム、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗａ、およびインジウム、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙａをそれぞれ原子％で算出した。また、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｂを原子％で算出した。結果を表２に示す。
【０１１１】
８．ターゲットの作製
得られた酸化物焼結体を、直径３インチ（７６．２ｍｍ）で厚さ５．０ｍｍのターゲットに加工した。
【０１１２】
９．半導体デバイスの作製
（１）ゲート電極の形成
図２（Ａ）を参照して、まず、基板１１として５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの合成石英ガラス基板を準備し、その基板１１上にスパッタリング法によりゲート電極１２として厚さ１００ｎｍのＭｏ電極を形成した。
【０１１３】
（２）ゲート絶縁膜の形成
図２（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として厚さ２００ｎｍの非晶質のＳｉＯx膜を形成した。
【０１１４】
（３）酸化物半導体膜の形成
図２（Ｃ）を参照して、次に、ゲート絶縁膜１３上に、各試料の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、厚さ３５ｎｍの酸化物半導体膜１４を形成した。ここで、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。
【０１１５】
具体的には、スパッタリング装置（図示せず）の成膜室内の水冷し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、ターゲットを以下のようにしてスパッタリングした。
【０１１６】
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０．６Ｐａの圧力まで導入した。混合ガス中のＯ2ガス含有率は２５面積％であった。ターゲットに１２０Ｗ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１０分間行なった。
【０１１７】
次いで、同じターゲットに１２０Ｗ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されておらず、水冷がされているのみであった。このとき、酸化物半導体膜１４の厚さが１０ｎｍとなるように成膜時間を設定した。このようにして、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が形成された。かかる酸化物半導体膜１４は、半導体デバイス１０であるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）においてチャネル層として機能することになった。
【０１１８】
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。ここで、ソース電極形成用部１４ｓおよびドレイン電極形成用部１４ｄの主面の大きさを８０μｍ×８０μｍ、チャネル長さＣL（図１（Ａ）および（Ｂ）ならびに図２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。ＣＬが１５μｍ、チャネル幅ＣW（図１（Ａ）および（Ｂ）ならびに図２を参照して、チャネル幅ＣWとは、チャネル部１４ｃの幅をいう。）が３０μｍ、とした。このとき、半導体デバイスである薄膜トランジスタ（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、図１および図２に記載されたチャネル部が７５ｍｍ×７５ｍｍの基板主面内に３ｍｍ間隔で縦２５個×横２５個配置された。
【０１１９】
上記の酸化物半導体膜１４の一部のエッチングは、具体的には、体積比でリン酸：酢酸：硝酸＝８７：１０：３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浸漬することにより、行なった。このとき、エッチング水溶液は、ホットバス内で４５℃に昇温されていた。
【０１２０】
（４）ソース電極およびドレイン電極の形成
図２（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。
【０１２１】
具体的には、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。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のそれぞれの主面上に、スパッタリング法により、ソース電極１５である厚さが１００ｎｍのＭｏ電極とドレイン電極１６である厚さが１００ｎｍのＭｏ電極とを互いに分離して形成した。その後、酸化物半導体膜１４上のレジストを剥離した。このようなソース電極１５、ドレイン電極１６としてのＭｏ電極は、半導体デバイス１０である薄膜トランジスタ（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に対してソース電極１５、ドレイン電極１６を各１つずつ配置した。これにより、半導体デバイス１０として、酸化物半導体膜１４をチャネル層として備えるＴＦＴを製造した。
【０１２２】
次に、得られた半導体デバイス１０であるＴＦＴを窒素雰囲気中１５０℃で１０分間処理した。
【０１２３】
１０．半導体デバイスの特性評価
半導体デバイス１０であるＴＦＴの特性を以下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に測定針を接触した。ソース電極１５とドレイン電極１６との間に４Ｖのソース−ドレイン間電圧Ｖdsを印加し、ソース電極１５とゲート電極１２との間に印加するソース−ゲート間電圧Ｖgsを−１０Ｖから１５Ｖに変化させて、そのときのソース−ドレイン間電流Ｉdsを測定した。ソース−ゲート間電圧Ｖgsが−５Ｖのときのソース−ドレイン間電流ＩdsをＯＦＦ電流と定義した。各試料におけるＯＦＦ電流の値を表２に示す。ソース−ゲート間電圧Ｖgsが１５Ｖのときのソース−ドレイン間電流ＩdsをＯＮ電流と定義して、表２に示す。
【０１２４】
酸化物半導体膜中のインジウム（Ｉ）、イットリウム（Ｙ）、およびタングステン（Ｗ）の含有量は、ＲＢＳにより測定した。インジウム、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｄ、およびインジウム、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するイットリウムの含有率Ｙｂをそれぞれ原子％で算出した。また、タングステンおよびイットリウムの合計原子数に対するタングステンの含有率Ｗｅも原子％で算出した。結果を表２に示す。
【０１２５】
【表１】
2016060686.tif 000003
【０１２６】
【表２】
2016060686.tif 000004
【０１２７】
（試料９〜試料１２）
１．粉末原料の準備
タングステン酸化物粉末（種類および粒径は表１の「タングステン酸化物」欄に示す。純度：９９．９９質量％）と、Ｙ２Ｏ３粉末（メジアン粒径ｄ５０：１．０μｍ、純度：９９．９９質量％）と、Ｉｎ2Ｏ3粉末（メジアン粒径ｄ５０：１．０μｍ、純度：９９．９９質量％）と、ＺｒＯ2粉末（メジアン粒径ｄ５０：１．２μｍ、純度：９９．９９質量％）とを、表１に示すモル混合比率で準備した。
【０１２８】
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、Ｙ２Ｏ３粉末と、ＺｒＯ2粉末とを入れて、１０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、Ｙ２Ｏ３粉末と、ＺｒＯ２のモル混合比は、表１に記載のモル混合比率とした。上記の粉砕混合の際の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。
【０１２９】
３．１次混合物の仮焼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、大気雰囲気中で８５０℃の温度で５時間仮焼した。仮焼温度は、結晶相が形成される温度であれば、低い方が好ましい。温度が低いと、仮焼粉の粒径を小さくすることができる。このようにして、複酸化物結晶相としてＺｒ０．５Ｗ０．５ＹＯ４型相を含む仮焼粉末が得られた。
【０１３０】
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、準備した原料粉末であるＩｎ2Ｏ3粉末とともにポットへ投入し、さらに１２時間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。上記の粉砕混合の際の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。
【０１３１】
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、試料１の場合と同様にして、直径１００ｍｍで厚さ約９ｍｍの円板状の成形体を得た。
【０１３２】
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−大気雰囲気中にて表１に示す焼成温度で８時間焼成し、これによって酸化物焼結体が得られた。
【０１３３】
７．酸化物焼結体の物性評価
試料１と同様の方法で、酸化物焼結体の見かけ密度の測定、結晶相の同定、固溶体の有無の確認、得られた酸化物半導体膜に含まれるインジウム、イットリウム、ジルコニウムおよびタングステンの含有量の測定、および得られた酸化物焼結体に含まれるタングステンの原子価を測定した。
【０１３４】
なお、結晶相の同定では、Ｘ線回折にてビックスバイト型結晶相の存在と、それ以外の結晶相の存在を確認した場合、ビックスバイト型結晶相であるＩｎ2Ｏ3型結晶相が８０面積％以上である確認は、以下のようにして同定した。
【０１３５】
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。続いて、ＳＥＭ−ＥＤＸを用いて、サンプルの表面をＳＥＭで観察し、各結晶粒子の金属元素の組成比をＥＤＸで分析した。結晶粒子をそれらの結晶粒子の金属元素の組成比の傾向でグループ分けを行ったところ、ＹとＷとＺｒの含有率の高い結晶粒子のグループとＺｒ含有率およびＷ含有率およびＺｒ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に分けることができた。ＹとＷとＺｒの含有率の高い結晶粒子のグループはビックスバイト以外の結晶相であり、Ｚｒ含有率およびＷ含有率およびＹ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はビックスバイト型結晶相であるＩｎ2Ｏ3型結晶相であると結論づけた。
【０１３６】
８．ターゲットの作製
得られた酸化物焼結体を、直径３インチ（７６．２ｍｍ）で厚さ５．０ｍｍのターゲットに加工した。
【０１３７】
９．半導体デバイスの作製
資料と同様の方法で、半導体デバイスであるＴＦＴを作製した。
【０１３８】
１０．半導体デバイスの特性評価
試料１と同様の方法で、半導体デバイスであるＴＦＴの特性として、ソース−ゲート間電圧Ｖgsが−５Ｖのときのソース−ドレイン間電流ＩdsをＯＦＦ電流の値、そのＯＦＦ電流の値に対するソース−ゲート間電圧Ｖgsが１５Ｖのときのソース−ドレイン間電流ＩdsをＯＮ電流を測定した。結果を表２に示す。
【０１３９】
酸化物半導体膜中のインジウム、イットリウム、およびタングステンの含有量、酸化物半導体膜に含まれるタングステンの原子価および結合エネルギーのピーク位置を、試料と１同様にして測定した。結果を表２に示す。
【０１４０】
（試料１３〜試料２６）
原料粉末の２次混合物の調製の際に、原料粉末として、仮焼物およびＩｎ2Ｏ3粉末の他に、表１の試料１３〜試料２６に示すように、添加元素を含む酸化物粉末（Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＳｉＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ3、ＺｒＯ２、ＭｏＯ2、Ｔａ2Ｏ3またはＢｉ2Ｏ3から選ばれる。表１の「添加元素含有酸化物」に、種類を示す。）を添加したこと以外は、試料１と同様の方法で、酸化物焼結体を作製した。添加元素を含む酸化物粉末のモル混合比率を表１に示した。得られた酸化物焼結体をターゲットに加工して、かかるターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタリング法により形成された酸化物半導体膜を含む半導体デバイスであるＴＦＴを作製した。
【０１４１】
得られた酸化物焼結体および酸化物半導体膜の物性ならびに半導体デバイスであるＴＦＴの特性を、試料１と同様の方法で測定した。なお、酸化物焼結体については、酸化物焼結体中の添加元素の含有量をＲＢＳにより測定した。インジウム、タングステン、イットリウムおよび添加元素の合計原子数に対する添加元素の含有率Ｍａを原子％で算出した。結果を表２に示す。
【０１４２】
（試料２７〜試料３４）
酸化物焼結体の作製の際、原料粉末の混合物を調製した後、仮焼をすることなく、原料粉末の混合物を成形し焼結したこと以外は、試料１と同様の方法で、酸化物焼結体を作製してターゲットに加工して、かかるターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタリング法により形成された酸化物半導体膜を含む半導体デバイスであるＴＦＴを作製した。仮焼をすることなく、原料粉末の混合物を成形し焼結したことにより、複酸化物結晶相の生成がないことを確認した。試料２７〜試料３４の間は、ＷＯ2.72粉末もしくはＷＯ2粉末、Ｙ２Ｏ３粉末もしくはＺｒＯ2粉末、およびＩｎ2Ｏ3粉末のモル混合比率ならびに焼結温度が異なった。
【０１４３】
得られた酸化物焼結体および酸化物半導体膜の物性ならびに半導体デバイスであるＴＦＴの特性を、試料１と同様の方法で測定した。結果を表２に示す。
【０１４４】
試料１〜試料２６で作製されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）は、ＯＦＦ電流が１×１０−１２以下と非常に小さく、低い駆動電圧でＯＦＦ電流に対するＯＮ電流の比を高くすることができた。
【０１４５】
今回開示された実施の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と考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明で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】
【０１４６】
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  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
【図１】
2016060686.tif 000005
【図２】
2016060686.tif 000006