(57)【要約】【課題】高い相対密度を有し、高性能なＴＦＴを製造することができる酸化物焼結体を提供する。【解決手段】インジウム、アルミニウム、及びスズを含む酸化物焼結体であって、Ｘ線回折測定により得られるチャートの全ピークから、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型結晶構造に起因するピークを除いた場合に、２θ／θにおいて、ピークトップが１４°〜１５°、２８°〜３０°、３３°〜３５°、５３°〜５５°、及び６２°〜６４°に観察される酸化物焼結体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム、アルミニウム、及びスズを含む酸化物焼結体であって、
Ｘ線回折測定により得られるチャートの全ピークから、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型結晶構造に起因するピークを除いた場合に、２θ／θにおいて、ピークトップが１４°〜１５°、２８°〜３０°、３３°〜３５°、５３°〜５５°、及び６２°〜６４°に観察される酸化物焼結体。
【請求項２】
下記原子比を満たす請求項１に記載の酸化物焼結体。
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．２５
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．３０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．４５〜０．９０
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びスズ元素の原子数を示す。）
【請求項３】
相対密度が９５％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】
バルク抵抗が１５ｍΩｃｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物焼結体。
【請求項５】
３点曲げ強度が１２０ＭＰａ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物焼結体。
【請求項６】
線膨張係数が９．０×１０−６Ｋ−１以下である請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物焼結体。
【請求項７】
熱伝導率が４．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１〜６のいずれかに記載の酸化物焼結体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の酸化物焼結体を用いたスパッタリングターゲット。
【請求項９】
下記原子比を満たす酸化物薄膜。
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．２５
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．３０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．４５〜０．９０
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎは、それぞれ酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びスズ元素の原子数を示す。）
【請求項１０】
請求項８に記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で酸化物薄膜を成膜する酸化物薄膜の製造方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、酸化物薄膜、酸化物薄膜の製造方法、薄膜トランジスタ、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタに用いられるアモルファス（非晶質）酸化物半導体は、汎用のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に比べて高いキャリヤー移動度を有し、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できるため、大型で高解像度かつ高速駆動が要求される次世代ディスプレイや耐熱性の低い樹脂基板等への適用が期待されている。
【０００３】
酸化物半導体膜の形成方法として、スパッタリングターゲットをスパッタリングするスパッタリング法が挙げられる。スパッタリング法で形成された薄膜は、イオンプレーティング法、真空蒸着法、又は電子ビーム蒸着法で形成された薄膜に比べて、膜の面方向及び膜厚方向における成分組成の均一性に優れる。そのため、スパッタリングターゲットと同一組成の薄膜を形成することができる。
【０００４】
スパッタリングターゲットに用いる焼結体として、特許文献１には、実質的にインジウム、スズ、アルミニウム及び酸素からなり、Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ａｌ）の原子比が０．１％以上２．０％未満であり、スズがドープされた酸化インジウムである金属酸化物焼結体が開示されている。
特許文献２には、アルミニウム及びスカンジウムからなる群から選ばれる１種以上の金属原子の含有割合が０．００１％以上４５％未満である焼結体が記載されている。
特許文献３には、インジウム及びアルミニウムの酸化物を含有し、原子比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）が０．１〜０．０８である焼結体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６９２２０号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０−０７０９４４号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２０１１−１４８６１４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化インジウムをベースとするターゲット材にアルミニウム等の原子半径の小さな元素を添加すると、酸化インジウムの格子定数が変化して焼結密度が上がりにくくなる。焼結密度が上がらないと、ターゲット材の強度が低下したり、大パワーでのスパッタリング中に熱応力によりマイクロクラックを発生したり、チッピングを起こして異常放電が発生したりする場合がある。これらが発生すると、得られた薄膜を含む製品（例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ））の性能が劣る場合がある。
特許文献１〜３に開示される焼結体は焼結密度（相対密度）が十分高くなかった。また、高性能なＴＦＴを求める要求は強い。
本発明の目的は、高い相対密度を有し、高性能なＴＦＴを製造することができる酸化物焼結体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らが鋭意検討した結果、酸化インジウムをベースとするターゲット材にアルミニウム等を添加した場合であっても、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型結晶構造に加えて特定の結晶を生成させることによって相対密度を高められることを見出し、本発明を完成した。
本発明によれば、以下の酸化物焼結体等が提供される。
１．インジウム、アルミニウム、及びスズを含む酸化物焼結体であって、
Ｘ線回折測定により得られるチャートの全ピークから、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型結晶構造に起因するピークを除いた場合に、２θ／θにおいて、ピークトップが１４°〜１５°、２８°〜３０°、３３°〜３５°、５３°〜５５°、及び６２°〜６４°に観察される酸化物焼結体。
２．下記原子比を満たす１に記載の酸化物焼結体。
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．２５
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．３０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．４５〜０．９０
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びスズ元素の原子数を示す。）
３．相対密度が９５％以上である１又は２に記載の酸化物焼結体。
４．バルク抵抗が１５ｍΩｃｍ以下である１〜３のいずれかに記載の酸化物焼結体。
５．３点曲げ強度が１２０ＭＰａ以上である１〜４のいずれかに記載の酸化物焼結体。
６．線膨張係数が９．０×１０−６Ｋ−１以下である１〜５のいずれかに記載の酸化物焼結体。
７．熱伝導率が４．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である１〜６のいずれかに記載の酸化物焼結体。
８．１〜７のいずれかに記載の酸化物焼結体を用いたスパッタリングターゲット。
９．下記原子比を満たす酸化物薄膜。
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．２５
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．３０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．４５〜０．９０
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎは、それぞれ酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びスズ元素の原子数を示す。）
１０．８に記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で酸化物薄膜を成膜する酸化物薄膜の製造方法。
１１．９に記載の酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタ。
１２．１０に記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高い相対密度を有し、高性能なＴＦＴを製造することができる酸化物焼結体が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１で製造した酸化物焼結体のＸ線回折測定チャートである。
【図２】図１のチャートからＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造に起因するピークを除いたチャートである。
【図３】図２に示すチャートの各ピークをそれぞれ分離したチャートである。
【図４】実施例２で製造した酸化物焼結体のＸ線回折測定チャートである。
【図５】図４のチャートからＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造に起因するピークを除いたチャートである。
【図６】図５に示すチャートの各ピークをそれぞれ分離したチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［酸化物焼結体］
本発明の酸化物焼結体は、インジウム、アルミニウム、及びスズを含む。また、Ｘ線回折測定により得られるチャートの全ピークから、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト型結晶構造に起因するピークを除いた場合に、２θ／θにおいて下記のＡ〜Ｅの領域に回折ピークが観察される。
Ａ．入射角（２θ）＝１４°〜１５°
Ｂ．２θ＝２８°〜３０°
Ｃ．２θ＝３３°〜３５°
Ｄ．２θ＝５３°〜５５°
Ｅ．２θ＝６２°〜６４°
ピークを有するとは、特定の範囲内にピークの極大部（ピークトップ）が観察されることを言う。
【００１１】
上記の結晶型の酸化物結晶は、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。
【００１２】
上記領域Ｂに観測される回折ピークがメインピークであると好ましい。メインピークとは、ＸＲＤ測定で得られたチャートにおいて最大ピークの高さが最も高いものを指す。
【００１３】
本発明の酸化物焼結体は、上述した新規結晶（新規化合物）を有するため、焼結密度（相対密度）が高く、バルク抵抗が低い。そのため、スパッタリングターゲットとして用いた場合に放電安定性に優れ、スパッタにより得られた薄膜を含む薄膜トランジスタは優れた性能を有する。
【００１４】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定は実施例に記載の方法によって行う。
ビックスバイト構造に起因するピークとは、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．０６-０４１６に示されているピークである。
【００１５】
本発明の酸化物焼結体は、好ましくは下記原子比を満たす。
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．２５
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．３０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．４５〜０．９０
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎは、それぞれ焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びスズ元素の原子数を示す。）
【００１６】
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）が０．０５未満であると、酸化物焼結体を用いて得られるＴＦＴの安定性が低くノーマリーオンになる場合がある。０．２５超であると、酸化物焼結体を用いて得られる薄膜が絶縁体となってＴＦＴ特性を示さなくなる場合がある。
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．０８〜０．２２であり、より好ましくは０．１０〜０．２０である。
【００１７】
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）が０．０５未満であると、酸化物焼結体を用いて得られるＴＦＴの金属配線のエッチング液であるリン酸・硝酸・酢酸の混酸に溶解し、バックチャンネルエッチ型ＴＦＴを作製できない場合がある。０．３０超であると、酸化物焼結体を用いて得られるＴＦＴの半導体部分のエッチング液である蓚酸水溶液に溶解しなくなったり、溶解速度が著しく小さくなったりする場合がある。
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．０８〜０．２５であり、より好ましくは０．１０〜０．２０である。
【００１８】
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）は好ましくは０．４５〜０．９０である。インジウムの量が多いと、酸化物焼結体を用いて得られるＴＦＴの移動度が高くなる場合があるが、エッチング特性や耐薬品性等を考慮して選択すべきである。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．５０〜０．８５であり、より好ましくは０．５５〜０．７５である。
【００１９】
上記の原子比は誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により測定できる。
【００２０】
本発明の酸化物焼結体は、相対密度が９５％以上であることが好ましく、９８％以上であるとより好ましい。
相対密度は実施例に記載の方法によって測定する。
【００２１】
本発明の酸化物焼結体は、バルク抵抗が１５ｍΩｃｍ以下であることが好ましい。１５ｍΩｃｍ超であると、酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）を用いた大パワーでの成膜時にターゲットが帯電し、異常放電を起こしたり、プラズマ状態が安定せずにスパークが発生したりする場合がある。
バルク抵抗は、好ましくは１０ｍΩｃｍ以下であり、より好ましくは８ｍΩｃｍ以下であり、さらに好ましくは５ｍΩｃｍである。
バルク抵抗は実施例に記載の方法によって測定する。
【００２２】
本発明の酸化物焼結体は、３点曲げ強度が１２０ＭＰａ以上であることが好ましい。１２０ＭＰａ未満であると、酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）を用いて大パワーでスパッタ成膜した場合に強度が弱く、ターゲットが割れたり、チッピングを起こして固体がターゲット上に飛散し、異常放電の原因になったりする場合がある。
３点曲げ強度は、好ましくは１４０ＭＰａ以上であり、より好ましくは１５０ＭＰａ以上である。
３点曲げ強度は、実施例に記載の方法によって測定する。
【００２３】
本発明の酸化物焼結体は、線膨張係数が９．０×１０−６Ｋ−１以下であることが好ましい。線膨張係数が大きいと、酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）を用いた大パワーでのスパッタリング中に加熱され、ターゲットが膨張し、ボンディングされている銅版との間で変形が起こり、応力によってターゲットにマイクロクラックが入ったり、割れやチッピングにより異常放電の原因となったりする場合がある。
線膨張係数は、好ましくは８．５×１０−６Ｋ−１以下であり、より好ましくは８．０×１０−６Ｋ−１以下である。
線膨張係数は、実施例に記載の方法によって測定する。
【００２４】
本発明の酸化物焼結体は、熱伝導率が４．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。４．０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）を用いて大パワーでスパッタリング成膜した場合に、スパッタ面とボンディングされた面の温度が異なり、内部応力によりターゲットにマイクロクラックや割れ、チッピングが発生する場合がある。
熱伝導率は、好ましくは４．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、より好ましくは５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
熱伝導率は、実施例に記載の方法によって測定する。
【００２５】
本発明の酸化物焼結体は、その性能を落とさない範囲で、さらに他の正三価の金属元素Ｘを含んでもよい。正三価金属元素Ｘとしては、Ｂ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイド元素等が挙げられる。正三価金属元素Ｘの含有量は、インジウム、アルミニウム及びスズの合計に対して、通常、０．１〜５.０原子％である。
正三価金属元素Ｘを含むことによって、本発明の酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）から得られる酸化物薄膜のキャリヤー濃度や移動度を制御し易くなる。
【００２６】
本発明の酸化物焼結体に含まれる金属元素は、本質的に、インジウム、アルミニウム及びスズ、又はインジウム、アルミニウム、スズ及び正三価金属元素Ｘからなってもよい。この場合、不可避不純物を含んでもよい。本発明の酸化物焼結体に含まれる金属元素の、例えば、８０原子％以上、９０原子％以上、９５原子％以上、９９原子％以上、９９．５原子％以上が、インジウム、アルミニウム及びスズ、又はインジウム、アルミニウム、スズ及び正三価金属元素Ｘであってもよい。また、本発明の酸化物焼結体に含まれる金属元素は、インジウム、アルミニウム及びスズのみ、又はインジウム、アルミニウム、スズ及び正三価金属元素Ｘのみからなってもよい。
【００２７】
［酸化物焼結体の製造方法］
本発明の酸化物焼結体は、原料粉末を混合し、成形し、焼結することにより製造できる。
【００２８】
原料としてはインジウム化合物、アルミニウム化合物、スズ化合物が挙げられ、これら化合物としては酸化物が好ましい。即ち、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化スズが好ましい。
【００２９】
酸化インジウム粉は特に限定はなく、工業的に市販されているものが使用できるが、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等のインジウム塩を用いても構わない。
酸化アルミニウム粉は特に限定はなく、工業的に市販されているものが使用できるが、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等のアルミニウム塩を用いても構わない。
酸化スズ粉は特に限定はなく、工業的に市販されているものが使用できるが、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等のスズ塩を用いても構わない。
【００３０】
混合工程は特に制限されず、原料粉末を１度又は２回以上に分けて混合粉砕して行うことができる。混合粉砕手段は、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル又は超音波装置等の公知の装置が使用できる。
【００３１】
上記の混合工程で調製した原料を、公知の方法により成形し、焼結することにより酸化物焼結体とする。
成形工程では、混合工程で得た混合粉を、例えば加圧成形して成形体とする。この工程により、製品の形状（例えば、スパッタリングターゲットとして好適な形状）に成形する。
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。
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。
【００３２】
焼結工程では、成形工程で得られた成形体を焼成する。
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１２００℃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。
【００３３】
［スパッタリングターゲット］
本発明の酸化物焼結体を用いてスパッタリングターゲットとすることができる。具体的には、酸化物焼結体を切削・研磨加工し、バッキングプレートにボンディングすることによってスパッタリングターゲットとすることができる。
【００３４】
酸化物焼結体の表面に高酸化状態の焼結部が存在する場合や、表面が凸凹である場合がある。また、特定の大きさに切断加工する必要がある。スパッタリング中の異常放電やパーティクルの発生を抑えるために、表面を＃２００番、＃４００番、及び／又は＃８００番のダイヤモンド砥石で研磨してもよい。ボンディングの方法としては、金属インジウムにより接合する方法が好ましい。
【００３５】
［酸化物薄膜］
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酸化物薄膜を成膜することができる。本発明のスパッタリングターゲットは放電安定性に優れるため、得られた酸化物薄膜を含む製品、例えば薄膜トランジスタは優れた性能を有する。
【００３６】
本発明の酸化物薄膜は下記原子比を満たす。
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．２５
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．０５〜０．３０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）＝０．４５〜０．９０
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びスズ元素の原子数を示す。）
【００３７】
Ａｌ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．０８〜０．２２であり、より好ましくは０．１０〜０．２０である。
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．０８〜０．２５であり、より好ましくは０．１０〜０．２０である。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．５０〜０．８５であり、より好ましくは０．５５〜０．７５である。
上記の原子比は誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により測定できる。
【００３８】
本発明の酸化物薄膜の原子組成は、通常、成膜に用いたスパッタリングターゲット（焼結体）の原子組成と同じである。
【００３９】
本発明の酸化物薄膜は、アモルファス（非晶質）酸化物であることが好ましい。アモルファス酸化物とは、Ｘ線回折測定において明確なピークが確認できないものをいう。
【００４０】
本発明の酸化物薄膜は他の正三価の金属元素Ｘを含んでもよい。正三価の金属元素Ｘの種類及び含有量は、本発明の酸化物焼結体で述べた通りである。
【００４１】
本発明の酸化物薄膜に含まれる金属元素は、本質的に、インジウム、アルミニウム及びスズ、又はインジウム、アルミニウム、スズ及び正三価金属元素Ｘからなってもよい。この場合、不可避不純物を含んでもよい。本発明の酸化物薄膜に含まれる金属元素の、例えば、８０原子％以上、９０原子％以上、９５原子％以上、９９原子％以上、９９．５原子％以上が、インジウム、アルミニウム及びスズ、又はインジウム、アルミニウム、スズ及び正三価金属元素Ｘであってもよい。また、本発明の酸化物薄膜の金属元素は、インジウム、アルミニウム及びスズのみ、又はインジウム、アルミニウム、スズ及び正三価金属元素Ｘのみからなってもよい。
【００４２】
本発明の酸化物薄膜は、タッチパネル、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、有機ＥＬ照明、液晶ディスプレイ、太陽電池等の透明電極、薄膜トランジスタの半導体層、酸化物薄膜層等に使用できる。
【００４３】
酸化物薄膜の成膜は、スパッタリング法以外にも、例えば蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法等により実施できる。
【００４４】
以下、本発明のスパッタリングターゲットをスパッタリングして基板上に酸化物薄膜を成膜する場合を説明する。
スパッタリングとしては、ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、パルスＤＣスパッタリング法等を適用することができ、いずれの方法であっても異常放電のないスパッタリングが可能である。
【００４５】
スパッタリングガスとしては、アルゴンと酸化性ガスの混合ガスを用いることができ、酸化性ガスとしてはＯ２、ＣＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等が挙げられる。
【００４６】
スパッタリングにより成膜した基板上の薄膜をアニール処理することにより、薄膜が結晶化し、半導体特性が得られる。アニール処理温度は、例えば５００℃以下であり、好ましくは１００℃以上５００℃以下であり、さらに好ましくは１５０℃以上４００℃以下、特に好ましくは２００℃以上３５０℃以下である。アニール時間は、通常、０．０１〜５．０時間であり、好ましくは、０．１〜３．０時間であり、より好ましくは、０．５〜２．０時間である。
【００４７】
アニール処理時の加熱雰囲気は特に限定されるわけではないが、大気雰囲気又は酸素流通雰囲気がキャリヤー制御性の観点から好ましい。アニール処理においては、酸素の存在下又は不存在下で、ランプアニール装置、レーザーアニール装置、熱プラズマ装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。
【００４８】
［薄膜トランジスタ］
本発明の酸化物薄膜は薄膜トランジスタに用いることができ、薄膜トランジスタのチャネル層として好適である。本発明の薄膜トランジスタは、上記の酸化物薄膜を有していれば他の素子構成は特に限定されず、公知のものを採用することができる。
本発明の薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置に好適に用いることができる。
【実施例】
【００４９】
実施例１
［焼結体の製造］
表１に示す割合（原子比）となるように、酸化アルミニウム粉末（フルウチ化学株式会社製）６００ｇ、酸化スズ粉末（フルウチ化学株式会社製）２０００ｇ及び酸化インジウム粉末（フルウチ化学株式会社製）７４００ｇを秤量し、ポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕して混合粉末を作製した。この混合粉末を金型に入れ、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成型体とした。この成型体に対して２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で冷間等方圧加圧（ＣＩＰ）を行い緻密化した。この成型体を大気圧焼成炉に設置し、３５０℃で３時間保持した。その後、１００℃／時間で昇温し、１４５０℃で２０時間焼結し、放冷して焼結体を得た。
なお、以下の各評価に適した大きさの焼結体を同一条件で複数作製した。
【００５０】
［焼結体の評価］
得られた焼結体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。
（Ｘ線回折測定）
下記の装置・条件で測定を行った。
装置：株式会社リガク製  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
【００５１】
得られたＸ線チャートを図１に示す。このチャートからＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造に起因するピークを除いたチャートを図２に示す。また、図２に示すチャートの各ピークをそれぞれ分離したチャートを図３に示す。図２及び３より、２θ＝１４°〜１５°、２８°〜３０°、３３°〜３５°、５３°〜５５°、及び６２°〜６４°にそれぞれピークトップを有し、これに対応する新規化合物（新規結晶）を含むことが分かる。
【００５２】
（相対密度）
焼結体の密度をアルキメデス法で求めて実測密度とし、これを原料の真密度の相加平均から算出される理論密度で割った値に１００を掛けたものを焼結体の相対密度（％）とした。
【００５３】
（バルク抵抗）
抵抗率計（三菱化学株式会社製、ロレスタ）を使用し、四探針法（ＪＩＳ  Ｒ  １６３７）に基づき焼結体のバルク抵抗を測定し、焼結体のバルク抵抗値とした。
【００５４】
（３点曲げ試験）
３点曲げ試験は、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験」に準じて行った。即ち、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの標準試験片を用いて、一定距離（３０ｍｍ）に配置された２支点上に試験片を置き、支点間の中央からクロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ荷重を加え、破壊した時の最大荷重から曲げ強さを算出した。試験片は３個用意し、平均値を求めた。
【００５５】
（線膨張係数）
線膨張係数は、幅５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ１０ｍｍの標準試験片を用いて、昇温速度を５℃／分にセットし、３００℃に到達した時の熱膨張による変位を位置検出機を用いて評価し、算出した。試験片は２個用意し、平均値を求めた。
【００５６】
（熱伝導率）
熱伝導率は直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの標準試験片を用いて、レーザーフラッシュ法により比熱容量と熱拡散率を求め、これに試験片の密度を乗算して算出した。試験片は５個準備し、平均値を求めた。
【００５７】
実施例２
酸化アルミニウム粉末を８００ｇ、酸化スズ粉末を２０００ｇ、酸化インジウム粉末を７２００ｇとして表１に示す原子比とした他は、実施例１と同様にして焼結体を作製し、評価した。結果を表１に示す。
得られたＸ線チャートを図４に示す。このチャートからＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造に起因するピークを除いたチャートを図５に示す。また、図５に示すチャートの各ピークをそれぞれ分離したチャートを図６に示す。図５及び６より、２θ＝１４°〜１５°、２８°〜３０°、３３°〜３５°、５３°〜５５°、及び６２°〜６４°にそれぞれピークトップを有し、これに対応する新規化合物（新規結晶）を含むことが分かる。
【００５８】
【表１】
2017222526.tif 000002
【００５９】
実施例３
実施例１で得られた焼結体を切削・研磨して直径４インチ、厚さ５ｍｍの円盤を作成し、金属インジウムによってスパッタリング装置に備えられたバッキングプレートにボンディングしてスパッタリングターゲットとした。
Ｘ線ＣＴより求めた接合率は９９％以上であり良好であった。また、定盤上でターゲットの反りを評価した結果、反りは０．００ｍｍであり反りはなかった。
【００６０】
得られたスパッタリングターゲットをアルバック社製スパッタリング装置ＣＳ２００に装着し、１０−４Ｐａまで減圧した後、２０％の酸素を混合したアルゴンガスによってスパッタ圧力を０．５Ｐａにセットし、ＤＣ４００Ｗの出力で膜厚５０ｎｍの酸化物薄膜を形成した。
基板として、ガラス及び熱酸化膜付きシリコンウエハーを用い、両基板について上記の成膜を行った。ガラス基板には、日本電気硝子(株)社製ＡＢＣ−Ｇを用いた。
【００６１】
ガラス基板上に形成した酸化物薄膜を３００℃で熱処理した。
得られた酸化物薄膜について以下の評価を行った。結果を表２に示す。
【００６２】
（ホール測定）
得られた酸化物薄膜を１ｃｍ角の正方形に切り出して、４角に金（Ａｕ）を２ｍｍ×２ｍｍ以下の大きさになるようにメタルマスクを用いてイオンコーターで成膜し、金（Ａｕ）上にインジウムはんだを乗せて接触性を良好にしてホール効果測定用サンプルとした。
ホール効果測定用サンプルを、ホール効果・比抵抗測定装置（ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型、東洋テクニカ社製）にセットして、室温にてホール効果を評価し、キャリヤー濃度及び移動度を求めた。
【００６３】
（ＸＲＤ測定）
ＸＲＤの測定条件は、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
【００６４】
熱酸化膜付きシリコンウエハーにおいては、メタルマスクを装着して上記の成膜を行うことによって薄膜のアイランドを形成し、空気中３００℃で１時間熱処理した。その後、Ｔｉ金属を成膜した。その後、ＣＶＤにてＳｉＯ２膜を形成した後、再度、空気中、３５０℃で１時間熱処理を行って薄膜トランジスタを得た。得られた薄膜トランジスタについて以下の評価を行った。結果を表２に示す。
【００６５】
（飽和移動度）
飽和移動度は、ドレイン電圧として５Ｖ印加した場合の伝達特性から求めた。具体的に、伝達特性Ｉｄ−Ｖｇのグラフを作成し、各Ｖｇのトランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出し、線形領域の式により飽和移動度を導いた。Ｇｍは∂（Ｉｄ）／∂（Ｖｇ）によって表される。Ｖｇは―１５〜２５Ｖまで印加し、その範囲での最大移動度を飽和移動度と定義した。Ｉｄは、ソース・ドレイン電極間の電流であり、Ｖｇはソース・ドレイン電極間に電圧Ｖｄを印加した時のゲート電圧である。
【００６６】
（閾値電圧（Ｖｔｈ））
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、上記の伝達特性のグラフを用い、Ｉｄ＝１０−９ＡでのＶｇと定義した。
【００６７】
（Ｏｎ／Ｏｆｆ比）
Ｏｎ／Ｏｆｆ比は、Ｖｇ＝−１０ＶのＩｄの値をＯｆｆ電流値とし、Ｖｇ＝２０ＶのＩｄの値をＯｎ電流値として、Ｏｎ電流とＯｆｆ電流の比（Ｏｎ／Ｏｆｆ）を求めた。
【００６８】
実施例４
実施例２で得られた焼結体を用いた他は実施例３と同様にしてスパッタリングターゲット、薄膜及び薄膜トランジスタを作製し、評価した。結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
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【００７０】
表１より、本発明の焼結体は相対密度が高いことが分かる。表２より、本発明の焼結体を用いて得られたＴＦＴは優れた性能を有することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のスパッタリングターゲットは、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の酸化物半導体薄膜等を製造する際に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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