薄膜トランジスタ
【課題】高移動度の薄膜トランジスタ、その製造方法及びその製造に用いるスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【解決手段】元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ、スパッタリングターゲット及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、８Ｋ４Ｋ（ＳＨＶ）や４Ｋ２Ｋと呼ばれる超高精細のディスプレイ、２４０Ｈｚ（４倍速）や４８０Ｈｚ（８倍速）等の高周波数のディスプレイ、種々の方式の３Ｄディスプレイ等の次世代ディスプレイの開発が盛んである。一方、このような次世代の高性能な液晶ディスプレイや有機ディスプレイを実現するには、表示を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の移動度が、０．５ｃｍ２／Ｖｓ程度のアモルファスシリコンでは性能が不足する。そのためＴＦＴの高性能化（高移動度化）が重要となる。
当初、次世代ディスプレイ用ＴＦＴの移動度は、２〜８ｃｍ２／Ｖｓ程度が目標といわれていたが、最近では２０ｃｍ２／Ｖｓ以上、２５ｃｍ２／Ｖｓ以上、さらに３０ｃｍ２／Ｖｓ以上の移動度が期待されている（非特許文献１）。
【０００３】
また、タブレットＰＣやスマートフォン等に使用される中小型のディスプレイにおいても高精細化やドライバー回路等の周辺回路を基板上への形成することが進んでいる。従来中小型のディスプレイでは、高い移動度が必要な場合、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）が用いられていた。しかし、コストが高く、適用製品に限界があり、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを安価に製造できる技術が期待されていた（非特許文献１）。
【０００４】
一方、細川等によって、酸化インジウムと酸化亜鉛を含むｎ型半導体材料が見出されて以来（特許文献１）、酸化インジウムと酸化亜鉛を含む種々の酸化物膜が半導体材料として注目されてきた。特に、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、１０ｃｍ２／Ｖｓ前後のＴＦＴが作製できることから、高移動度のＴＦＴを中小型のディスプレイから大面積のディスプレイまで安価に作製できる技術として注目されている。
【０００５】
この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やゾルゲル法等の化学的な成膜が検討されているが、比較的低温で大面積に均一に成膜できる方法としてスパッタリング法が中心に検討されている。
【０００６】
従来、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体を用いたＴＦＴ作製の検討は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成比が原子比でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１又は２：２：１のものが中心に検討されていた。これらの組成では作製したＴＦＴの移動度は通常１０ｃｍ２／Ｖｓ程度であり、次世代ディスプレイやＬＴＰＳ代替に必要な３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを工業的に製造するには到っていなかった。
【０００７】
素子構成やＴＦＴの製造条件等で高移動度のＴＦＴを作る試みもなされていた。しかし、膜厚が薄い、Ｗ／Ｌが小さい、積層構造である、工業化が難しい絶縁膜を用いている等、大面積での作製が困難で再現性に乏しい製造法であったり、オフ電流が高い、Ｓ値が大きい等、他の課題が発生する場合があり、実用化に到っていなかった。
【０００８】
一方、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成比を変えて高性能化を図る検討が、コスパッタ法（特許文献２，３、非特許文献２）、又は各種組成の酸化物ターゲットを作製（特許文献４）してなされている。しかし，次世代ディスプレイやＬＴＰＳ代替に必要な３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示す実用的なＴＦＴを作製するには到っていなかった。
【０００９】
その他にも酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなるスパッタリングターゲットの検討が行なわれているが、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを作製するには到っていなかった（特許文献５，６）。
【００１０】
酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットは、組成比毎に適切な性状や焼結条件が異なっている。従って、有望な材料や組成を見出してから、スパッタリングターゲットの適切な性状や焼結条件を検討することが通例であった。そのため、前述したように酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体を用いたＴＦＴの高性能化を図る検討においても、コスパッタを用いて高性能な組成比の探索が行なわれてきた（特許文献２，３，非特許文献２）。
しかし、前述したようにコスパッタで組成比を変えても３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを作製するには到っていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１１４９２８号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１４０９号公報
【特許文献３】特開２００９−２１５３６号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／０７５２８１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】国際公開第２００９／１４８１５４号パンフレット
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＴＦＴ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１０、Ｓ６（ｐ３１４−３１７）、Ｍａｔｓｕｅｄａ
【非特許文献２】Ｊｏｏｎｃｈｕｌ Ｍｏｏｎ，ｅｔ．ａｌ，Ｊｏｒｎａｌ ０ｆ ｔｈｅ Ｋｏｒｅａｎ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｖｉｌ．５３，Ｎｏ．４，Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００８，ｐｐ．２０２９〜２０３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、高移動度の薄膜トランジスタ、その製造方法及びその製造に用いるスパッタリングターゲットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一方、本発明者らは長年多大な労力を掛け、各組成比に対してスパッタリングターゲットの適切な性状や製造条件を検討し、さらにそのスパッタリングターゲットを用いてＴＦＴの作製条件を検討し、高性能ＴＦＴの作製が可能なスパッタリングターゲットを目指して検討し続けた。そしてついに、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製が可能なスパッタリングターゲット及びＴＦＴを開発するに到った。
【００１５】
その結果、本発明のスパッタリングターゲットを用いてＴＦＴを作製することで、工業的に適用が容易な方法で、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製が可能となった。
【００１６】
尚、驚くべきことに本発明のスパッタリングターゲットに含まれる原子の組成比（原子比）はコスパッタ法によって見出された最適組成比（特許文献２）と異なっていた。これは、組成比検討で用いられるコスパッタ法で作製された酸化物膜と、工業的に一般的な平行平板型のスパッタリング法で作製された酸化物膜では構造や膜質が異なり、電気的性質も異なるためと推定される。
コスパッタ法では、基板に対して粒子が斜入射で成膜される点や、Ｓ−Ｔ間距離（基板とスパッタリングターゲット間の距離）が長い点等が平行平板型のスパッタ法とは異なり、基板に飛来するスパッタ粒子の成分やエネルギーが異なると考えられる。このことが、膜構造や膜質の違い、ひいてはＴＦＴ特性の違いに繋がっているものと推定される。
【００１７】
このように、コスパッタ法では最適な組成を見出すことが困難であったため、従来は３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製には到っていなかったと思われる。
本発明によれば、以下の薄膜トランジスタ等が提供される。
１．元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
２．電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓ以上である１に記載の薄膜トランジスタ。
３．元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
４．前記酸化物焼結体が、比抵抗１５ｍΩｃｍ未満、相対密度９７％超である３に記載のスパッタリングターゲット。
５．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域１の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
６．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域２の原子比の範囲で含み、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る酸化物を含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
７．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域３の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
８．４００℃〜８００℃の間を２．５℃／分以下で昇温する工程、
８００℃〜焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温する工程、及び
焼結温度１３００〜１４５０℃、焼結時間６〜４８時間で焼結する工程を含む３〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
９．３〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物薄膜を作製する工程を含む１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高移動度の薄膜トランジスタ、その製造方法及びその製造に用いるスパッタリングターゲットが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】酸化物ＡのピークＡ〜Ｋを示すＸ線回析チャートである。
【図２】酸化物ＡのＸ線回折チャート、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：４０−０２５２）及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：２０−１４４２）の結晶構造を示す図である。
【図３】本実施例１４で作製したＴＦＴの素子構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の範囲（原子比）で含む酸化物を活性層とする。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【００２１】
上記の原子比は後述するスパッタリングターゲットの原子比と対応する。
また、本発明の薄膜トランジスタは電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である。
【００２２】
活性層である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。
ＩＣＰ−ＡＥＳ分析を具体的に説明する。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）。
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、定量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。
【００２３】
本発明のＴＦＴの電界効果移動度は、２５ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、２８ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、３０ｃｍ２／Ｖｓ以上が特に好ましい。
電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上であると、パネル上にドライバー回路等の周辺回路を小さい面積の中に構成することができる。３０ｃｍ２／Ｖｓ以上であると、さらにＴＦＴを小さくできるため、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル用機器のパネルへの応用も期待できる。
【００２４】
トランジスタ特性の評価項目としては、電界効果移動度の他、例えば閾値電圧（Ｖｔｈ）、Ｏｎ／Ｏｆｆ比、Ｓ値等が挙げられる。
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。例えば線形領域においては、トランスファー特性の結果からＩｄ−Ｖｇのグラフを作成し、Ｖｇ−トランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出することにより電界効果移動度を導く方法が挙げられる。尚、Ｇｍは∂（Ｉｄ）／∂（Ｖｇ）によって表される。本発明において特に断らない限り、電界効果移動度はこの方法で評価する。上記Ｉｄはソース・ドレイン電極間の電流、Ｖｇはソース・ドレイン電極間に電圧Ｖｄを印加したときのゲート電圧である。
【００２５】
閾値電圧は、例えば線形領域ではＩｄ＝１０−９ＡでのＶｇの値をとる方法が挙げられる。またＯｎ／Ｏｆｆ比は例えば、Ｖｇ＝−１５Ｖ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／Ｏｆｆ比を決める方法が挙げられる。
Ｓ値についてはｌｏｇＩｄ−Ｖｇのグラフを作成しＩｄ＝１０−１０Ａ〜１０−９Ａの傾きから∂（Ｖｇ）／∂（ｌｏｇＩｄ）によって決める方法が挙げられる。
本発明のＴＦＴのＳ値は、０．６（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下が好ましく、０．５（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下がより好ましく、Ｓ値０．４（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下が特に好ましい。Ｓ値が０．６（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下だと駆動時の消費電力を低減することが期待できる。
【００２６】
ＴＦＴは通常、ソース・ドレイン電極間に５〜２０Ｖ程度の電圧Ｖｄを印加したとき、ゲート電圧Ｖｇを０Ｖと５〜２０Ｖの間でスイッチすることで、ソース・ドレイン電極間の電流Ｉｄを制御（オンオフ）する。
ＴＦＴのトランスファー特性を測定する際の条件は、通常次の通りとする。
Ｖｇ：−１５Ｖ〜２０Ｖ
Ｖｄ：０．１Ｖ、１Ｖ、１０Ｖ
【００２７】
本発明のＴＦＴの活性層は、以下に説明するスパッタリングターゲットを用いて製造することができる。
スパッタリングターゲットは、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなる。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【００２８】
領域１の範囲内であると、移動度が高くＳ値が特に小さいＴＦＴが得られるため好ましい。また、Ｇａが比較的多いため短波長の透過率が高く光電流の小さいＴＦＴが期待できる。さらに、蓚酸系エッチング液に対してアモルファス透明電極（インジウム亜鉛酸化物やＩＴＯ）とエッチング速度が近く、工程設計がしやすい。
【００２９】
領域１は、以下の範囲であると特に好ましい。
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．６５
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
０．１４≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）を０．６５未満とすると、Ｓ値を低減させやすい。また、ノーマリーオフとしやすい。Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）を０．１５超とすると、耐湿性の向上が期待できる。Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．１４以上であると、焼結体の比抵抗を下げやすい。また、ＴＦＴを作製する際にエッチングが容易で残渣が残りにくい。
【００３０】
領域２の範囲内であると、移動度が高くＳ値が小さいＴＦＴが得られるため好ましい。
【００３１】
領域２は、以下の範囲であると特に好ましい。
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．１０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．４５以上だと高い移動度が期待できる。
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．１０より小さいとノーマリーオフ動作が容易になる。
【００３２】
領域３の範囲内であると、領域１や領域２に比べて電界効果移動度はやや低くなるが、Ｓ値が小さいＴＦＴが得られる。
【００３３】
領域３は、以下の範囲であるとより好ましい。
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２５
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．２５より小さいと移動度が高くなる。０．２０より大きいと短波長の光の透過率が高くなり光電流の低減が期待できる。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．４５以上だと高い移動度が期待できる。
【００３４】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体は、酸素欠損を有することが好ましい。酸素欠損量は、組成比から計算した酸素原子の含有量の１×１０−７〜３×１０−１倍の範囲であることが好ましい。上記範囲内であると、比抵抗を下げやすい。
ターゲット（焼結体）の酸素欠損量が、組成比から計算した酸素原子の化学量論比の１×１０−７倍以上、１×１０−３倍未満であるものがより好ましい。５×１０−４倍未満であるものが特に好ましい。１×１０−３倍未満であると、半導体膜を成膜する際に活性化された酸素が十分あるため閾値電圧が負になりにくいことが期待できる。
ターゲット（焼結体）の酸素欠損量を上記範囲とするには、焼結後の還元処理を行なわないことが好ましい。また、焼結は窒素雰囲気で行なわず、大気雰囲気、あるいは酸素雰囲気で行なうことが好ましい。
【００３５】
酸素欠損量は、焼結条件や、焼結時、昇温時、降温時の雰囲気等で調整することができる。また、焼結後に還元処理をすること等によって調整することもできる。尚、Ｉｎリッチ層を備えていると焼結後に還元処理を行わなくとも酸素欠損量を前記範囲内に調整することが容易である。
【００３６】
酸素欠損量とは、１モルの酸化物結晶中に含まれる酸素イオンの数を化学量論量の酸素イオンの数から差し引いた値をモル単位で示した値である。酸化物結晶中に含まれる酸素イオンの数は、例えば、酸化物結晶を炭素粉末中で加熱させて生成する二酸化炭素の量を赤外吸収スペクトルで測定することで算出することができる。また、化学量論量の酸素イオンの数は酸化物結晶の質量から算出することができる。
【００３７】
上記酸化物焼結体は、９０μｍ×９０μｍの範囲内に直径３μｍ以上のインジウムが欠損する部分（ＺｎＧａ２Ｏ４化合物等）の個数が１０個以下であることが好ましく、５個以下がより好ましく、１個以下が特に好ましい。インジウムが欠損する部分は抵抗が高くなりやすいため、その個数が少ないと異常放電の発生の低減が期待できる。上記はＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）によって測定する。
ＥＰＭＡは下記条件で測定することができる。
・装置：日本電子株式会社ＪＸＡ−８２００
・測定条件：加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：５０ｎＡ、照射時間（１点当り）：５０ｍＳ
【００３８】
上記酸化物焼結体は、窒素含有量が好ましくは５ｐｐｍ（原子）以下である。酸化物焼結体の窒素含有量が５ｐｐｍ超の場合、得られるターゲットのスパッタリング時の異常放電、及びターゲット表面への吸着ガス量を十分に抑制できないおそれがあり、さらにターゲット中の窒素とインジウムがスパッタリング時に反応して黒色窒化インジウム（ＩｎＮ）を生成して、半導体膜中に混入して歩留まりが低下するおそれがある。
窒素含有量を上記とするには、通常焼結時の窒素分圧を１気圧未満、好ましくは窒素分圧０．８気圧以下、より好ましくは窒素分圧０．５気圧以下とし、特に好ましくは酸素雰囲気下で焼結する。
【００３９】
上記酸化物焼結体は、比抵抗が１５ｍΩｃｍ未満、相対密度が９７％超であると好ましい。
比抵抗は１０ｍΩｃｍ以下がより好ましく、５ｍΩｃｍ以下が特に好ましい。また、通常は０．１ｍΩｃｍ以上である。比抵抗が１５ｍΩｃｍ未満であると、ＡＣスパッタリングした際でもターゲットが割れにくく、１０ｍΩｃｍ以下であるとＡＣスパッタリングやＤＣスパッタリングした際でもターゲットが割れにくい。
また、比抵抗が１５ｍΩｃｍ以上であると、スパッタリングでプラズマ放電させる際に高い電圧を掛ける必要があり、スパッタリング成膜時のフラグメント成分が変化し、膜質が変化するおそれがある。比抵抗は本実施例に記載の方法で測定できる。
【００４０】
相対密度は９８％以上がより好ましく、９９％以上が特に好ましい。相対密度が９７％超であると、スパッタレートが早くなる、強度が高くなり割れにくくなる等の効果がある。相対密度は本実施例に記載の方法で測定できる。
【００４１】
本発明のスパッタリングターゲットは、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。
【００４２】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域１の範囲で含有する場合、好ましくは（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む。
【００４３】
（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造とＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造を含むことは、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）で確認できる。ＸＲＤは、例えば本実施例に記載の装置・条件により行うことができる。
【００４４】
ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）で表される結晶構造のｍ＝１の場合がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）である。ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍで表される結晶構造は「六方晶層状化合物」又は「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」構造からなる結晶である。
結晶周期又は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、単一の物質あるいは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。
【００４５】
ホモロガス相の結晶構造は、例えばターゲットを粉砕したパウダー又はターゲットから直接測定した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（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）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。ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）の場合は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３８−１１０４である。
【００４６】
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造（又は希土類酸化物Ｃ型の結晶構造）とは、（Ｔｈ７，Ｉａ３）の空間群を持つ立方晶系で、Ｍｎ２Ｏ３（Ｉ）型酸化物結晶構造とも言う。Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６−０４１６のパターンを示す。Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔｌ２Ｏ３、Ｐｕ２Ｏ３、Ａｍ２Ｏ３、Ｃｍ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３に１０ｗｔ％程度以下のＳｎをドープしたもの）がこの結晶構造を示す（日本学術振興会透明酸化物光電子材料第１６６委員会「透明導電膜の技術」、オーム社）。
希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を示すことは、Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６−０４１６のパターンを示すことから確認できる。
【００４７】
希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、ＭＸ２（Ｍ：陽イオン、Ｘ：陰イオン）で示される化合物の結晶構造の１つである蛍石型結晶構造から、化学量論比がＭ２Ｘ３のため陰イオンの４つに１つが抜けている構造となる。陽イオンに対して陰イオン（通常酸化物の場合は、酸素）が６配位し、残りの２つの陰イオンサイトは空となっている。空となっている陰イオンサイトは準イオンサイトとも呼ばれる（「透明導電膜の技術」）。
陽イオンに酸素（陰イオン）が６配位した希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、酸素８面体稜共有構造を有している。酸素８面体稜共有構造を有していると、陽イオンであるｐ金属のｎｓ軌道が互いに重なり合って電子の伝導路を形成し、有効質量が小さくなり高い電子の移動度を示す。
【００４８】
希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６−０４１６のパターンを示していれば、化学量論比がＭ２Ｘ３からずれていてもよい。即ち、Ｍ２Ｏ３−ｄとなっていてもよい。
【００４９】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域２の範囲で含有する場合、好ましくはＸ線回折測定（Ｃｕｋα線）により入射角（２θ）が下記Ａ〜Ｅの各位置に回折ピークが観測される酸化物（酸化物Ａ）を含む（条件１）。
Ａ．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°）
【００５０】
酸化物Ａは下記条件２を満たすとより好ましい。
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。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。
【００５１】
酸化物Ａは下記条件３を満たすとより好ましい。
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°）
【００５２】
上記酸化物のＸ線回折チャートの例を図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。ＸＲＤは、例えば本実施例に記載の装置・条件により行うことができる。
【００５３】
上記条件１及び２を満たす酸化物結晶は、ＪＣＰＤＳ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。
図２に、酸化物ＡのＸ線回折チャート、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を示す。
酸化物Ａ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、図２に示す通り、酸化物Ａ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、酸化物Ａは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、酸化物Ａは、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とは異なる。
【００５４】
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）。
【００５５】
Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ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。
【００５６】
このように、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍで表される結晶構造やＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ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。
【００５７】
上記酸化物Ａ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」又は「ホモロガス相の結晶構造」からなる結晶であると推定される。
【００５８】
また、酸化物Ａ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、酸化物Ａ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。
【００５９】
酸化物Ａにおいては、Ｘ線回折測定により上記条件１、又は条件１及び２の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よい）。
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、酸素欠損を有していることが好ましい。
【００６０】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域３の範囲で含む場合、酸化物焼結体は好ましくは（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む。
【００６１】
上記のスパッタリングターゲットによれば、工業的に広範囲で用いられている平行平板型のスパッタリングにより、高性能なＴＦＴ（高移動度、低Ｓ値）を製造することができる。
【００６２】
次に、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
（１）配合工程
配合工程は、スパッタリングターゲットの原料である金属酸化物を混合する工程である。
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。ターゲットの原料となる各金属化合物の比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、ＪＩＳ Ｚ ８８３０に記載の方法によって測定することができる。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。ガリウムの化合物としては、例えば、酸化ガリウム、水酸化ガリ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、焼結のし易さ、副生成物の残存のし難さから、酸化物が好ましい。
【００６３】
また、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する、液晶ディスプレイに用いた際に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。
湿式ボールミルを用いる場合、混合粉砕の時間は、通常０．５〜６０時間、好ましくは６〜４８時間、より好ましくは８〜３６時間である。０．５時間未満だと原料の分散不良でホワイトスポットや黒点等の外観不良が生じるおそれがある。６０時間超だと、混合時に反応して想定外の結晶型が生じるおそれがある。
【００６４】
酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛の比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、通常各々３〜１８ｍ２／ｇ、３〜１８ｍ２／ｇ、３〜１８ｍ２／ｇであり、好ましくは各々７〜１６ｍ２／ｇ、７〜１６ｍ２／ｇ、３〜１０ｍ２／ｇであり、より好ましくは各々７〜１５ｍ２／ｇ、７〜１５ｍ２／ｇ、４〜１０ｍ２／ｇであり、特に好ましくは各々１１〜１５ｍ２／ｇ、１１〜１５ｍ２／ｇ、４〜５ｍ２／ｇである。
比表面積が小さすぎると焼結体中に各々の元素の凝集体が成長する、原料粉末の結晶型が残存する、想定外の結晶型が生成し性状が変化する等のおそれがある。比表面積が大きすぎると想定外の結晶型が生成し性状が変化する、分散不良を起こし外観不良や特性のムラが生じる等のおそれがある。
【００６５】
（２）仮焼工程
仮焼工程は、スパッタリングターゲットの原料である化合物の混合物を得た後、この混合物を仮焼する、必要に応じて設けられる工程である。
仮焼を行うと、密度を上げることが容易になり好ましいが、コストアップになるおそれがある。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時間の条件で金属酸化物の混合物を熱処理することが好ましい。５００℃未満又は１時間未満の熱処理条件では、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ためである。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ためである。
従って、特に好ましいのは、８００〜１２００℃の温度範囲で、２〜５０時間の条件で、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のが好ましい。
【００６６】
（３）成形工程
成形工程は、金属酸化物の混合物（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、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、加圧成形により所望の形状に成形することができる。
本工程で用いることができる成形方法としては、例えば、金型成形、鋳込み成形、射出成形等も挙げられるが、焼結密度の高く、比抵抗が小さく、均質な焼結体（ターゲット）を得るためには、冷間静水圧（ＣＩＰ）、熱間静水圧（ＨＩＰ）等で成形するのが好ましい。単なるプレス成形（一軸プレス）であると圧力にムラ生じて、想定外の結晶型が生成してしまうおそれがある。
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。
【００６７】
成形体の厚みは通常６ｍｍ以上、好ましくは８ｍｍ以上、特に好ましくは１０ｍｍ以上である。６ｍｍ未満だと焼結時に収縮して薄くなりすぎるため熱伝導率のムラが生じ想定外の結晶型が生成する、結晶粒径が大きくなりすぎるおそれがある。
【００６８】
（４）焼結工程
焼結工程は、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。
窒素含有量、及び酸素欠損量を制御するため、酸素含有雰囲気、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス加圧下で行うことが好ましい。
【００６９】
焼結時の昇温速度は、通常４℃／分以下、好ましくは３℃／分以下である。４℃／分以下であるとクラックが発生しにくい。
さらに、昇温速度は、常温〜４００℃の間を２．５℃／分以下、４００℃〜８００℃の間を２．５℃／分以下、８００℃〜焼結温度の間を１．０℃／分以下であることが好ましい。
常温〜４００℃の間の昇温速度は、１．０℃／分以下であることがより好ましい。常温〜４００℃の間の昇温速度は、１．０℃／分以下であると、焼結体中のボイドを減らすことや相対密度を上げることが期待できる。
８００℃〜焼結温度の間の昇温速度は、０．９℃／分以下であることがより好ましい。８００℃〜焼結温度の間の昇温速度は、０．９℃／分以下であると、本発明の結晶型を生じさせやすい。
【００７０】
焼結は、通常１１００〜１６００℃で１〜１００時間行う。１３００〜１４５０℃で、６〜４８時間で行うと好ましい。
【００７１】
スパッタリングターゲットが領域２の組成であるとき、以下の焼結方法によると、酸化物Ａが生成しやすい。
４００℃〜１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１３５０〜１４００℃で２０〜４８時間焼結する、
４００℃〜１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１４００〜１４９０℃で６〜２０時間焼結する、又は
４００℃〜１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１４９０〜１６５０℃で２〜６時間焼結する。
また、８００〜焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温し、焼結温度は１３５０〜１５００℃、焼結時間は６〜２４時間とすることが好ましい。
【００７２】
焼結時の降温速度は、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、降温時にクラックが発生しにくい。
また、昇温の途中で一度昇温を止め保持温度で保持し、２段階以上で焼結を行ってもよい。
【００７３】
（５）還元工程
還元工程は、上記焼結工程で得られた焼結体のバルク抵抗をターゲット全体として低減するために還元処理を行う、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、一酸化炭素や、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、アルゴンや、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。
ただし、ターゲット（焼結体）の酸素欠損量を所定量以下としたい場合は、焼結後の還元処理を行なわないことが好ましい。
【００７４】
（６）加工工程
加工工程は、上記のようにして焼結して得られた焼結体を、さらに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の、必要に応じて設けられる工程である。
研削前の焼結体の厚みは５．５ｍｍ以上が好ましく、６ｍｍ以上がより好ましく、８ｍｍ以上が特に好ましい。研削は通常片面０．２ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上、さらに好ましくは２ｍｍ以上である。厚みの厚い焼結体を作製し、十分研削することで、均質なターゲットが作製できるというメリットがある。
【００７５】
酸化物焼結体をスパッタリングターゲット素材とするには、該焼結体を例えば、平面研削盤で研削して表面粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下の素材とする。ここで、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。
【００７６】
得られたスパッタリングターゲット素材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４〜１０ｍｍである。また、複数のターゲットを１つのバッキングプレートに取り付け、実質１つのターゲットとしてもよい。また、表面は２００〜１０，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが好ましく、４００〜５，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが特に好ましい。２００番より小さい、あるいは１０，０００番より大きいダイヤモンド砥石を使用するとターゲットが割れやすくなるおそれがある。
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ることが好ましい。Ｒａが０．５μｍより大きかったり、研磨面に方向性があると、異常放電が起きたり、パーティクルが発生するおそれがある。
【００７７】
次に、清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よい。
【００７８】
次に、本発明のＴＦＴの各層について説明する。
基板の材料については特に制限はなく、本技術分野で公知のものを使用できる。例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板、シリコン基板、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の樹脂基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等の高分子フィルム基材等が使用できる。
【００７９】
半導体層（チャンネル層又は活性層ともいう）は非晶質膜であることが好ましい。非晶質膜であることにより、絶縁膜や保護層との密着性が改善でき、大面積でも均一なトランジスタ特性が容易に得られることとなる。ここで、半導体層が非晶質膜であるか否かは、Ｘ線結晶構造解析により確認できる。明確なピークが観測されない場合が非晶質である。
【００８０】
膜厚は、通常５〜２００ｎｍ、好ましくは２０〜１５０ｎｍ、より好ましくは３０〜１００ｎｍである。５ｎｍ以上であれば特性の再現性が期待できる。２００ｎｍ以下であれば、大型ディスプレイの製造時に経済的に採用可能なタクトタイム（１枚毎に１工程が使用する時間）で製造できる。高い移動度を得るためには１００ｎｍ以下であることが特に好ましい。また大型液晶ディスプレイの製造時のように２ｍを超える大型基板に作製する際は、面内の均一性を確保するために３０ｎｍ超であることが特に好ましい。
【００８１】
チャンネル長（Ｌ）は、１〜５０μｍが好ましく、３〜４０μｍがさらに好ましく、５〜２５μｍが特に好ましい。５０μｍ超であると、トランジスタのサイズが大きくなりすぎ集積度が下がるおそれがある。１μｍ未満であるとフォトリソグラフィに高い精度が必要となり、大面積ディスプレイ等での採用が難しくなるおそれがある。
チャンネル幅（Ｗ）は、１〜５００μｍが好ましく、３〜１００μｍがさらに好ましく、５〜５０μｍが特に好ましい。５００μｍ超であると、トランジスタが大きくなりすぎ集積度が下がるおそれがある。１μｍ未満であるとフォトリソグラフィに高い精度が必要となり、大面積ディスプレイ等での採用が難しくなるおそれがある。
チャンネル幅（Ｗ）とチャンネル長（Ｌ）の比であるＷ／Ｌは、通常０．１〜１０、好ましくは０．５〜５である。前記範囲内であるとパネルの設計が容易である。
【００８２】
本発明のＴＦＴは、チャンネル層の保護層を有していてもよい。
チャンネル層の保護層を形成する材料は特に制限はない。本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３又はＡｌＮ等の酸化物を用いることができる。
これらの中でも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３であり、特に好ましくはＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３である。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。また、ＳｉＮｘは水素元素を含んでいてもよい。
このような保護膜は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
【００８３】
ゲート絶縁膜は、通常比誘電率が２〜１０の誘電体材料からなる。ゲート絶縁膜の比誘電率が２以上であると、移動度の高いＴＦＴを作製することができる。また、１０以下であるとヒステリシスの小さなＴＦＴが期待できる。ゲート絶縁膜の比誘電率は、２．５〜１０の範囲内であることが好ましく、３〜６の範囲内であることがより好ましい。ゲート絶縁膜の比誘電率は、誘電率測定装置によって測定することができる。
比誘電率（relative permittivity、dielectric constant）とは媒質の誘電率と真空の誘電率の比ε／ε０＝εｒのことである。比誘電率は無次元量であり、用いる単位系によらず、一定の値をとる。
【００８４】
比誘電率が２〜９の誘電体材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３等が工業的な実績も高く、大面積に適用しやすく好ましい。特に、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘがディスプレイへの適用が容易で好ましい。尚、上記誘電体材料である酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。また、ＳｉＮｘは水素元素を含んでいてもよい。
尚、本発明の電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。
【００８５】
比誘電率が２〜９の誘電体材料からなるゲート絶縁膜の形成は、例えば、シリコン基板を用いる場合には、シリコン基板を熱酸化し、シリコン基板の表面を、ＳｉＯｘからなる熱酸化膜（層）とすることによって行うことができる。また、シリコン基板以外の基板を用いる場合には、例えば、プラズマ化学気相成長装置（ＰＥＣＶＤ）にて、ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯｘを成膜することによってゲート絶縁膜を形成することができる。
ゲート絶縁膜としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、及びその積層膜や混合膜が大面積での工業化実績があり、安価かつ均一に作製することができより好ましい。
【００８６】
ゲート電極、ソ−ス電極及びドレイン電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択することができる。
例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｔａ、Ｃｕ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。
【００８７】
次に、本発明のＴＦＴの製造方法について説明する。
ＴＦＴの各構成部材（層）は、本技術分野で公知の手法で形成できる。
具体的には、成膜方法としては、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法等の化学的成膜方法、又はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザーディポジション法等の物理的成膜方法を用いることができる。
キャリア密度が制御し易く、膜質向上が容易であることから、物理的成膜方法を用いることが好ましく、中でも、生産性が高いことからスパッタ法を用いることがより好ましい。
形成した膜は、各種エッチング法によりパターニングできる。
【００８８】
本発明のＴＦＴのチャンネル層（半導体層）は、本発明のスパッタリングターゲットを用い、ＤＣ又はＡＣスパッタリングにより成膜することによって形成することが好ましい。ＤＣ又はＡＣスパッタリングを用いることにより、ＲＦスパッタリングの場合と比べて、成膜時のダメージを低減できる。このため、ＴＦＴとしたときに、移動度の向上等の効果が期待できる。
尚、本発明のターゲットを用いると比抵抗が小さく密度が高いため、ＤＣ又はＡＣスパッタリングにより成膜してもクラックが発生する等のトラブルがおきにくい。
【００８９】
チャンネル層の成膜において、チャネル層の酸化処理工程を含むことが好ましい。酸化処理としては、下記が挙げられる。
・スパッタリング時の酸素分圧を０．１Ｐａ以上とする。
・０．１〜１０Ｐａの酸素雰囲気下、１５０〜４００℃、０．２〜５時間の熱処理（酸素アニール）を行う。
・酸素プラズマ雰囲気下で成膜を行う（酸素プラズマ処理）。
【００９０】
また、基板上にチャンネル層（半導体層）とチャンネル層（半導体層）の保護層を形成した後に、７０〜３５０℃で熱処理することが好ましい。７０℃より低いと得られるトランジスタの熱安定性や耐熱性が低下したり、移動度が低くなったり、Ｓ値が大きくなったり、閾値電圧が高くなるおそれがある。一方、３５０℃より高いと耐熱性のない基板は使用できず、また、熱処理用の設備費用がかかるおそれがある。
熱処理は、不活性ガス中あるいは酸素存在下で行うことが好ましい。特に、酸素分圧が１気圧以上の酸素加圧下行うと、スパッタリング時の酸素分圧が低くともノーマリーオフのＴＦＴが作製でき好ましい。
半導体膜上に保護膜を形成した後、さらに熱処理すると面内均一性の向上が期待できる。
【実施例】
【００９１】
実施例１
（１）酸化物焼結体の作製
焼結体の原料として、Ｉｎ２Ｏ３（純度４Ｎ、アジア物性材料社製、ＢＥＴ表面積１５ｍ２／ｇ）、Ｇａ２Ｏ３（純度４Ｎ、アジア物性材料社製、ＢＥＴ表面積１５ｍ２／ｇ）、及びＺｎＯ（純度４Ｎ、高純度化学社製、ＢＥＴ表面積４ｍ２／ｇ）を使用した。
これらの原料を、原子比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝６０：２０：２０となるように秤量し、ボールミルで混合粉砕した。粉砕後、自然乾燥して造粒し、得られた造粒粉末をＣＩＰ（冷間静水等方圧加圧）処理し、成形体を得た。
【００９２】
得られた成形体を以下の条件で焼結した。
焼結雰囲気：酸素
昇温速度（室温〜４００℃）：０．５℃／分
昇温速度（４００℃〜切替温度）：１．０℃／分
切替温度：８００℃
昇温速度（切替温度〜焼結温度）：０．３℃／分
焼結温度：１４００℃
焼結時間：２４時間
冷却速度（焼結温度〜室温）：０．３℃／分
還元条件下での熱処理（後処理）は行わなかった。厚さ８ｍｍの焼結体を厚さ６ｍｍに両面を研削・研磨して、直径２インチのターゲット素材とした。
【００９３】
（２）ターゲット用焼結体の評価
得られたターゲット用焼結体は、下記の方法により評価した。結果を表１に示す。
元素組成比（原子比）：誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により測定した。
Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）：ターゲット用焼結体の表面を下記条件で直接測定した。
・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
抵抗率（比抵抗）：抵抗率計（三菱化学株式会社製、ロレスタ）を使用して四探針法（ＪＩＳ Ｒ １６３７）に基づき測定し、１０箇所の平均値を抵抗率値とした。
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
【００９４】
尚、焼結体中の窒素含有量を微量全窒素分析装置（ＴＮ）で測定した。焼結体の窒素含有量は５ｐｐｍ以下であった。
微量全窒素分析装置（ＴＮ）は、元素分析の中で窒素（Ｎ）のみ、又は窒素（Ｎ）及び炭素（Ｃ）のみを対象元素とし、窒素量、又は窒素量と炭素量を求めるための分析に用いる。ＴＮでは、含窒素無機物又は含窒素有機物を触媒存在下で分解させ、Ｎを一酸化窒素（ＮＯ）に変換し、このＮＯガスをオゾンと気相反応させ、化学発光により光を発し、その発光強度からＮの定量を行う。
【００９５】
焼結体の表面をエアーブローし、さらに３分間超音波洗浄を行なった後、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。
【００９６】
（３）薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製
作製したスパッタリングターゲットを用いて、以下の方法でトップコンタクトボトムゲート型のＴＦＴを作製し、評価した。
基板は、熱酸化膜付ｎ型高ドープシリコン基板を用いた。基板をゲート電極、１００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２絶縁膜）をゲート絶縁膜とした。
シリコン基板にチャンネル層形成用のマスクを装着した後、ＤＣスパッタ法により上記（１）で作製したターゲットを使用して、表１に示す成膜条件で成膜し、厚さ５０ｎｍの半導体膜（チャネル層）を形成した。その後、大気中３００℃で６０分間熱処理した。
【００９７】
ソース電極及びドレイン電極形成用のマスクを装着しＲＦスパッタ法によりＡｕを成膜して、ソース電極及びドレイン電極を形成した。その後、大気中３００℃で６０分間熱処理し、チャネル長１００μｍ、チャネル幅２０００μｍのトランジスタを得た。
【００９８】
（４）ＴＦＴの評価
チャネル層の元素組成比（原子比）をＩＣＰ−ＡＥＳにより測定した。
また、半導体パラメーターアナライザー（ケースレー社製：４２００ＳＣＳ）、及びマニュアルプローバー（ズース・マイクロテック社製ＥＰ−６又はＰＭ−５）を用い、ＴＦＴのトランスファー特性を測定して移動度（電界効果移動度（μ）、及びＳ値を評価した。
ＴＦＴの測定に際しては大気中の水蒸気がＴＦＴへ与える影響を低減するために、測定の直前までＴＦＴをホットプレートで１１０℃の過熱を行った。またプローバーにＴＦＴをセットした上で、窒素をＴＦＴに吹きつけながら２分以上経過した後、室温、遮光環境下でＴＦＴの測定を行った。
トランスファー特性の測定条件は次の通りとした。結果を表１に示す。
Ｖｇ：−１５Ｖ〜２０Ｖ
Ｖｄ：０．１Ｖ、１Ｖ、１０Ｖ
測定スピード：ＦＡＳＴ
【００９９】
実施例２〜１３、比較例１、２
ターゲットの原子比を表１のように変更した他は実施例１と同様にターゲットの作製・評価を行い、ＴＦＴの作製・評価を行った。いずれも焼結体（ターゲット）の窒素含有量は５ｐｐｍ以下であった。結果を表１に示す。
【０１００】
比較例３〜５
Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３の３つのターゲットを用い、ＲＦスパッタリングによるコスパッタ法によって、表２に示す原子組成比になるように各カソードの電力を調整して酸化膜を成膜して活性層とし、表２に示す条件でＴＦＴを作製・評価した。その他の操作は実施例１と同様に行なった。結果を表２に示す。
【０１０１】
実施例１４
実施例１で作製したスパッタリングターゲットを用いて、以下の方法でボトムゲート・トップコンタクト型のＴＦＴを作製し、評価した。ボトムゲート・トップコンタクト型ＴＦＴの素子構造を図３に示す。
具体的には、熱酸化膜２２付Ｓｉ基板２１上に上記スパッタリングターゲットを用いて酸化物膜２５を成膜した後、パターニング、電極形成等を行い、素子を形成した。
素子の構造はボトムゲート・トップコンタクト型であり、ゲート電極２１にｎ＋−Ｓｉ、絶縁膜２２にＳｉＯ２、ソース・ドレイン電極２４，２７、２３、２６に、Ｔｉ２３，２６とＡｕ２４，２７の積層体を使用した。チャネル幅及びチャネル長はそれぞれ１５０μｍ、１０μｍ、活性層２５の膜厚は４０ｎｍであった。
作製したＴＦＴを実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。
【０１０２】
実施例１５
実施例８で作製したターゲットを用いた以外は実施例１４と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
【０１０３】
実施例１６
実施例１２で作製したターゲットを用いた以外は実施例１４と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
【０１０４】
実施例１７
実施例１のターゲットを用い、フォトリソ（リフトオフ）を用い、ＳｉＯ２をゲート絶縁膜、Ｔｉ／Ａｕをソース電極・ドレイン電極、ＰＥＣＶＤで作製した１００ｎｍＳｉＯ２を保護膜とするチャネル長２０μｍ、チャネル幅１０μｍのトランジスタを得た。実施例１と同様にＴＦＴの評価を行った。結果を表２に示す。
【０１０５】
実施例１８
酸素分圧を下げ、代わりにＴＦＴ作製後に酸素雰囲気下、１０気圧、２５０℃、１時間の高圧酸素アニールによる酸化処理を行った他は、実施例１７と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
【０１０６】
【表１−１】
【表１−２】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の薄膜トランジスタは、表示装置、特に大面積のディスプレイ用として用いることができる。
【符号の説明】
【０１０８】
２１ 基板（ゲート電極）
２２ 熱酸化膜
２３，２６ ソース・ドレイン電極（Ｔｉ）
２４，２７ ソース・ドレイン電極（Ａｕ）
２５ 活性層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ、スパッタリングターゲット及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、８Ｋ４Ｋ（ＳＨＶ）や４Ｋ２Ｋと呼ばれる超高精細のディスプレイ、２４０Ｈｚ（４倍速）や４８０Ｈｚ（８倍速）等の高周波数のディスプレイ、種々の方式の３Ｄディスプレイ等の次世代ディスプレイの開発が盛んである。一方、このような次世代の高性能な液晶ディスプレイや有機ディスプレイを実現するには、表示を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の移動度が、０．５ｃｍ２／Ｖｓ程度のアモルファスシリコンでは性能が不足する。そのためＴＦＴの高性能化（高移動度化）が重要となる。
当初、次世代ディスプレイ用ＴＦＴの移動度は、２〜８ｃｍ２／Ｖｓ程度が目標といわれていたが、最近では２０ｃｍ２／Ｖｓ以上、２５ｃｍ２／Ｖｓ以上、さらに３０ｃｍ２／Ｖｓ以上の移動度が期待されている（非特許文献１）。
【０００３】
また、タブレットＰＣやスマートフォン等に使用される中小型のディスプレイにおいても高精細化やドライバー回路等の周辺回路を基板上への形成することが進んでいる。従来中小型のディスプレイでは、高い移動度が必要な場合、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）が用いられていた。しかし、コストが高く、適用製品に限界があり、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを安価に製造できる技術が期待されていた（非特許文献１）。
【０００４】
一方、細川等によって、酸化インジウムと酸化亜鉛を含むｎ型半導体材料が見出されて以来（特許文献１）、酸化インジウムと酸化亜鉛を含む種々の酸化物膜が半導体材料として注目されてきた。特に、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、１０ｃｍ２／Ｖｓ前後のＴＦＴが作製できることから、高移動度のＴＦＴを中小型のディスプレイから大面積のディスプレイまで安価に作製できる技術として注目されている。
【０００５】
この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やゾルゲル法等の化学的な成膜が検討されているが、比較的低温で大面積に均一に成膜できる方法としてスパッタリング法が中心に検討されている。
【０００６】
従来、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体を用いたＴＦＴ作製の検討は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成比が原子比でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１又は２：２：１のものが中心に検討されていた。これらの組成では作製したＴＦＴの移動度は通常１０ｃｍ２／Ｖｓ程度であり、次世代ディスプレイやＬＴＰＳ代替に必要な３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを工業的に製造するには到っていなかった。
【０００７】
素子構成やＴＦＴの製造条件等で高移動度のＴＦＴを作る試みもなされていた。しかし、膜厚が薄い、Ｗ／Ｌが小さい、積層構造である、工業化が難しい絶縁膜を用いている等、大面積での作製が困難で再現性に乏しい製造法であったり、オフ電流が高い、Ｓ値が大きい等、他の課題が発生する場合があり、実用化に到っていなかった。
【０００８】
一方、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成比を変えて高性能化を図る検討が、コスパッタ法（特許文献２，３、非特許文献２）、又は各種組成の酸化物ターゲットを作製（特許文献４）してなされている。しかし，次世代ディスプレイやＬＴＰＳ代替に必要な３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示す実用的なＴＦＴを作製するには到っていなかった。
【０００９】
その他にも酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなるスパッタリングターゲットの検討が行なわれているが、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを作製するには到っていなかった（特許文献５，６）。
【００１０】
酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットは、組成比毎に適切な性状や焼結条件が異なっている。従って、有望な材料や組成を見出してから、スパッタリングターゲットの適切な性状や焼結条件を検討することが通例であった。そのため、前述したように酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体を用いたＴＦＴの高性能化を図る検討においても、コスパッタを用いて高性能な組成比の探索が行なわれてきた（特許文献２，３，非特許文献２）。
しかし、前述したようにコスパッタで組成比を変えても３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを作製するには到っていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１１４９２８号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１４０９号公報
【特許文献３】特開２００９−２１５３６号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／０７５２８１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】国際公開第２００９／１４８１５４号パンフレット
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＴＦＴ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１０、Ｓ６（ｐ３１４−３１７）、Ｍａｔｓｕｅｄａ
【非特許文献２】Ｊｏｏｎｃｈｕｌ Ｍｏｏｎ，ｅｔ．ａｌ，Ｊｏｒｎａｌ ０ｆ ｔｈｅ Ｋｏｒｅａｎ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｖｉｌ．５３，Ｎｏ．４，Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００８，ｐｐ．２０２９〜２０３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、高移動度の薄膜トランジスタ、その製造方法及びその製造に用いるスパッタリングターゲットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一方、本発明者らは長年多大な労力を掛け、各組成比に対してスパッタリングターゲットの適切な性状や製造条件を検討し、さらにそのスパッタリングターゲットを用いてＴＦＴの作製条件を検討し、高性能ＴＦＴの作製が可能なスパッタリングターゲットを目指して検討し続けた。そしてついに、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製が可能なスパッタリングターゲット及びＴＦＴを開発するに到った。
【００１５】
その結果、本発明のスパッタリングターゲットを用いてＴＦＴを作製することで、工業的に適用が容易な方法で、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製が可能となった。
【００１６】
尚、驚くべきことに本発明のスパッタリングターゲットに含まれる原子の組成比（原子比）はコスパッタ法によって見出された最適組成比（特許文献２）と異なっていた。これは、組成比検討で用いられるコスパッタ法で作製された酸化物膜と、工業的に一般的な平行平板型のスパッタリング法で作製された酸化物膜では構造や膜質が異なり、電気的性質も異なるためと推定される。
コスパッタ法では、基板に対して粒子が斜入射で成膜される点や、Ｓ−Ｔ間距離（基板とスパッタリングターゲット間の距離）が長い点等が平行平板型のスパッタ法とは異なり、基板に飛来するスパッタ粒子の成分やエネルギーが異なると考えられる。このことが、膜構造や膜質の違い、ひいてはＴＦＴ特性の違いに繋がっているものと推定される。
【００１７】
このように、コスパッタ法では最適な組成を見出すことが困難であったため、従来は３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製には到っていなかったと思われる。
本発明によれば、以下の薄膜トランジスタ等が提供される。
１．元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
２．電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓ以上である１に記載の薄膜トランジスタ。
３．元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
４．前記酸化物焼結体が、比抵抗１５ｍΩｃｍ未満、相対密度９７％超である３に記載のスパッタリングターゲット。
５．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域１の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
６．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域２の原子比の範囲で含み、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る酸化物を含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
７．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域３の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
８．４００℃〜８００℃の間を２．５℃／分以下で昇温する工程、
８００℃〜焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温する工程、及び
焼結温度１３００〜１４５０℃、焼結時間６〜４８時間で焼結する工程を含む３〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
９．３〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物薄膜を作製する工程を含む１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高移動度の薄膜トランジスタ、その製造方法及びその製造に用いるスパッタリングターゲットが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】酸化物ＡのピークＡ〜Ｋを示すＸ線回析チャートである。
【図２】酸化物ＡのＸ線回折チャート、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：４０−０２５２）及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：２０−１４４２）の結晶構造を示す図である。
【図３】本実施例１４で作製したＴＦＴの素子構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の範囲（原子比）で含む酸化物を活性層とする。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【００２１】
上記の原子比は後述するスパッタリングターゲットの原子比と対応する。
また、本発明の薄膜トランジスタは電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である。
【００２２】
活性層である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。
ＩＣＰ−ＡＥＳ分析を具体的に説明する。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）。
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、定量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。
【００２３】
本発明のＴＦＴの電界効果移動度は、２５ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、２８ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、３０ｃｍ２／Ｖｓ以上が特に好ましい。
電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上であると、パネル上にドライバー回路等の周辺回路を小さい面積の中に構成することができる。３０ｃｍ２／Ｖｓ以上であると、さらにＴＦＴを小さくできるため、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル用機器のパネルへの応用も期待できる。
【００２４】
トランジスタ特性の評価項目としては、電界効果移動度の他、例えば閾値電圧（Ｖｔｈ）、Ｏｎ／Ｏｆｆ比、Ｓ値等が挙げられる。
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。例えば線形領域においては、トランスファー特性の結果からＩｄ−Ｖｇのグラフを作成し、Ｖｇ−トランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出することにより電界効果移動度を導く方法が挙げられる。尚、Ｇｍは∂（Ｉｄ）／∂（Ｖｇ）によって表される。本発明において特に断らない限り、電界効果移動度はこの方法で評価する。上記Ｉｄはソース・ドレイン電極間の電流、Ｖｇはソース・ドレイン電極間に電圧Ｖｄを印加したときのゲート電圧である。
【００２５】
閾値電圧は、例えば線形領域ではＩｄ＝１０−９ＡでのＶｇの値をとる方法が挙げられる。またＯｎ／Ｏｆｆ比は例えば、Ｖｇ＝−１５Ｖ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／Ｏｆｆ比を決める方法が挙げられる。
Ｓ値についてはｌｏｇＩｄ−Ｖｇのグラフを作成しＩｄ＝１０−１０Ａ〜１０−９Ａの傾きから∂（Ｖｇ）／∂（ｌｏｇＩｄ）によって決める方法が挙げられる。
本発明のＴＦＴのＳ値は、０．６（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下が好ましく、０．５（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下がより好ましく、Ｓ値０．４（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下が特に好ましい。Ｓ値が０．６（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下だと駆動時の消費電力を低減することが期待できる。
【００２６】
ＴＦＴは通常、ソース・ドレイン電極間に５〜２０Ｖ程度の電圧Ｖｄを印加したとき、ゲート電圧Ｖｇを０Ｖと５〜２０Ｖの間でスイッチすることで、ソース・ドレイン電極間の電流Ｉｄを制御（オンオフ）する。
ＴＦＴのトランスファー特性を測定する際の条件は、通常次の通りとする。
Ｖｇ：−１５Ｖ〜２０Ｖ
Ｖｄ：０．１Ｖ、１Ｖ、１０Ｖ
【００２７】
本発明のＴＦＴの活性層は、以下に説明するスパッタリングターゲットを用いて製造することができる。
スパッタリングターゲットは、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなる。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【００２８】
領域１の範囲内であると、移動度が高くＳ値が特に小さいＴＦＴが得られるため好ましい。また、Ｇａが比較的多いため短波長の透過率が高く光電流の小さいＴＦＴが期待できる。さらに、蓚酸系エッチング液に対してアモルファス透明電極（インジウム亜鉛酸化物やＩＴＯ）とエッチング速度が近く、工程設計がしやすい。
【００２９】
領域１は、以下の範囲であると特に好ましい。
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．６５
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
０．１４≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）を０．６５未満とすると、Ｓ値を低減させやすい。また、ノーマリーオフとしやすい。Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）を０．１５超とすると、耐湿性の向上が期待できる。Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．１４以上であると、焼結体の比抵抗を下げやすい。また、ＴＦＴを作製する際にエッチングが容易で残渣が残りにくい。
【００３０】
領域２の範囲内であると、移動度が高くＳ値が小さいＴＦＴが得られるため好ましい。
【００３１】
領域２は、以下の範囲であると特に好ましい。
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．１０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．４５以上だと高い移動度が期待できる。
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．１０より小さいとノーマリーオフ動作が容易になる。
【００３２】
領域３の範囲内であると、領域１や領域２に比べて電界効果移動度はやや低くなるが、Ｓ値が小さいＴＦＴが得られる。
【００３３】
領域３は、以下の範囲であるとより好ましい。
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２５
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．２５より小さいと移動度が高くなる。０．２０より大きいと短波長の光の透過率が高くなり光電流の低減が期待できる。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．４５以上だと高い移動度が期待できる。
【００３４】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体は、酸素欠損を有することが好ましい。酸素欠損量は、組成比から計算した酸素原子の含有量の１×１０−７〜３×１０−１倍の範囲であることが好ましい。上記範囲内であると、比抵抗を下げやすい。
ターゲット（焼結体）の酸素欠損量が、組成比から計算した酸素原子の化学量論比の１×１０−７倍以上、１×１０−３倍未満であるものがより好ましい。５×１０−４倍未満であるものが特に好ましい。１×１０−３倍未満であると、半導体膜を成膜する際に活性化された酸素が十分あるため閾値電圧が負になりにくいことが期待できる。
ターゲット（焼結体）の酸素欠損量を上記範囲とするには、焼結後の還元処理を行なわないことが好ましい。また、焼結は窒素雰囲気で行なわず、大気雰囲気、あるいは酸素雰囲気で行なうことが好ましい。
【００３５】
酸素欠損量は、焼結条件や、焼結時、昇温時、降温時の雰囲気等で調整することができる。また、焼結後に還元処理をすること等によって調整することもできる。尚、Ｉｎリッチ層を備えていると焼結後に還元処理を行わなくとも酸素欠損量を前記範囲内に調整することが容易である。
【００３６】
酸素欠損量とは、１モルの酸化物結晶中に含まれる酸素イオンの数を化学量論量の酸素イオンの数から差し引いた値をモル単位で示した値である。酸化物結晶中に含まれる酸素イオンの数は、例えば、酸化物結晶を炭素粉末中で加熱させて生成する二酸化炭素の量を赤外吸収スペクトルで測定することで算出することができる。また、化学量論量の酸素イオンの数は酸化物結晶の質量から算出することができる。
【００３７】
上記酸化物焼結体は、９０μｍ×９０μｍの範囲内に直径３μｍ以上のインジウムが欠損する部分（ＺｎＧａ２Ｏ４化合物等）の個数が１０個以下であることが好ましく、５個以下がより好ましく、１個以下が特に好ましい。インジウムが欠損する部分は抵抗が高くなりやすいため、その個数が少ないと異常放電の発生の低減が期待できる。上記はＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）によって測定する。
ＥＰＭＡは下記条件で測定することができる。
・装置：日本電子株式会社ＪＸＡ−８２００
・測定条件：加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：５０ｎＡ、照射時間（１点当り）：５０ｍＳ
【００３８】
上記酸化物焼結体は、窒素含有量が好ましくは５ｐｐｍ（原子）以下である。酸化物焼結体の窒素含有量が５ｐｐｍ超の場合、得られるターゲットのスパッタリング時の異常放電、及びターゲット表面への吸着ガス量を十分に抑制できないおそれがあり、さらにターゲット中の窒素とインジウムがスパッタリング時に反応して黒色窒化インジウム（ＩｎＮ）を生成して、半導体膜中に混入して歩留まりが低下するおそれがある。
窒素含有量を上記とするには、通常焼結時の窒素分圧を１気圧未満、好ましくは窒素分圧０．８気圧以下、より好ましくは窒素分圧０．５気圧以下とし、特に好ましくは酸素雰囲気下で焼結する。
【００３９】
上記酸化物焼結体は、比抵抗が１５ｍΩｃｍ未満、相対密度が９７％超であると好ましい。
比抵抗は１０ｍΩｃｍ以下がより好ましく、５ｍΩｃｍ以下が特に好ましい。また、通常は０．１ｍΩｃｍ以上である。比抵抗が１５ｍΩｃｍ未満であると、ＡＣスパッタリングした際でもターゲットが割れにくく、１０ｍΩｃｍ以下であるとＡＣスパッタリングやＤＣスパッタリングした際でもターゲットが割れにくい。
また、比抵抗が１５ｍΩｃｍ以上であると、スパッタリングでプラズマ放電させる際に高い電圧を掛ける必要があり、スパッタリング成膜時のフラグメント成分が変化し、膜質が変化するおそれがある。比抵抗は本実施例に記載の方法で測定できる。
【００４０】
相対密度は９８％以上がより好ましく、９９％以上が特に好ましい。相対密度が９７％超であると、スパッタレートが早くなる、強度が高くなり割れにくくなる等の効果がある。相対密度は本実施例に記載の方法で測定できる。
【００４１】
本発明のスパッタリングターゲットは、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。
【００４２】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域１の範囲で含有する場合、好ましくは（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む。
【００４３】
（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造とＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造を含むことは、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）で確認できる。ＸＲＤは、例えば本実施例に記載の装置・条件により行うことができる。
【００４４】
ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１〜２０の整数）で表される結晶構造のｍ＝１の場合がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）である。ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍで表される結晶構造は「六方晶層状化合物」又は「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」構造からなる結晶である。
結晶周期又は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、単一の物質あるいは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。
【００４５】
ホモロガス相の結晶構造は、例えばターゲットを粉砕したパウダー又はターゲットから直接測定した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（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）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。ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）の場合は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３８−１１０４である。
【００４６】
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造（又は希土類酸化物Ｃ型の結晶構造）とは、（Ｔｈ７，Ｉａ３）の空間群を持つ立方晶系で、Ｍｎ２Ｏ３（Ｉ）型酸化物結晶構造とも言う。Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６−０４１６のパターンを示す。Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔｌ２Ｏ３、Ｐｕ２Ｏ３、Ａｍ２Ｏ３、Ｃｍ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３に１０ｗｔ％程度以下のＳｎをドープしたもの）がこの結晶構造を示す（日本学術振興会透明酸化物光電子材料第１６６委員会「透明導電膜の技術」、オーム社）。
希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を示すことは、Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６−０４１６のパターンを示すことから確認できる。
【００４７】
希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、ＭＸ２（Ｍ：陽イオン、Ｘ：陰イオン）で示される化合物の結晶構造の１つである蛍石型結晶構造から、化学量論比がＭ２Ｘ３のため陰イオンの４つに１つが抜けている構造となる。陽イオンに対して陰イオン（通常酸化物の場合は、酸素）が６配位し、残りの２つの陰イオンサイトは空となっている。空となっている陰イオンサイトは準イオンサイトとも呼ばれる（「透明導電膜の技術」）。
陽イオンに酸素（陰イオン）が６配位した希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、酸素８面体稜共有構造を有している。酸素８面体稜共有構造を有していると、陽イオンであるｐ金属のｎｓ軌道が互いに重なり合って電子の伝導路を形成し、有効質量が小さくなり高い電子の移動度を示す。
【００４８】
希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６−０４１６のパターンを示していれば、化学量論比がＭ２Ｘ３からずれていてもよい。即ち、Ｍ２Ｏ３−ｄとなっていてもよい。
【００４９】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域２の範囲で含有する場合、好ましくはＸ線回折測定（Ｃｕｋα線）により入射角（２θ）が下記Ａ〜Ｅの各位置に回折ピークが観測される酸化物（酸化物Ａ）を含む（条件１）。
Ａ．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°）
【００５０】
酸化物Ａは下記条件２を満たすとより好ましい。
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。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。
【００５１】
酸化物Ａは下記条件３を満たすとより好ましい。
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°）
【００５２】
上記酸化物のＸ線回折チャートの例を図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。ＸＲＤは、例えば本実施例に記載の装置・条件により行うことができる。
【００５３】
上記条件１及び２を満たす酸化物結晶は、ＪＣＰＤＳ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。
図２に、酸化物ＡのＸ線回折チャート、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を示す。
酸化物Ａ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、図２に示す通り、酸化物Ａ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、酸化物Ａは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、酸化物Ａは、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とは異なる。
【００５４】
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）。
【００５５】
Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ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。
【００５６】
このように、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍで表される結晶構造やＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ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。
【００５７】
上記酸化物Ａ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」又は「ホモロガス相の結晶構造」からなる結晶であると推定される。
【００５８】
また、酸化物Ａ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、酸化物Ａ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。
【００５９】
酸化物Ａにおいては、Ｘ線回折測定により上記条件１、又は条件１及び２の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よい）。
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、酸素欠損を有していることが好ましい。
【００６０】
スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域３の範囲で含む場合、酸化物焼結体は好ましくは（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む。
【００６１】
上記のスパッタリングターゲットによれば、工業的に広範囲で用いられている平行平板型のスパッタリングにより、高性能なＴＦＴ（高移動度、低Ｓ値）を製造することができる。
【００６２】
次に、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
（１）配合工程
配合工程は、スパッタリングターゲットの原料である金属酸化物を混合する工程である。
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。ターゲットの原料となる各金属化合物の比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、ＪＩＳ Ｚ ８８３０に記載の方法によって測定することができる。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。ガリウムの化合物としては、例えば、酸化ガリウム、水酸化ガリ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、焼結のし易さ、副生成物の残存のし難さから、酸化物が好ましい。
【００６３】
また、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する、液晶ディスプレイに用いた際に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。
湿式ボールミルを用いる場合、混合粉砕の時間は、通常０．５〜６０時間、好ましくは６〜４８時間、より好ましくは８〜３６時間である。０．５時間未満だと原料の分散不良でホワイトスポットや黒点等の外観不良が生じるおそれがある。６０時間超だと、混合時に反応して想定外の結晶型が生じるおそれがある。
【００６４】
酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛の比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、通常各々３〜１８ｍ２／ｇ、３〜１８ｍ２／ｇ、３〜１８ｍ２／ｇであり、好ましくは各々７〜１６ｍ２／ｇ、７〜１６ｍ２／ｇ、３〜１０ｍ２／ｇであり、より好ましくは各々７〜１５ｍ２／ｇ、７〜１５ｍ２／ｇ、４〜１０ｍ２／ｇであり、特に好ましくは各々１１〜１５ｍ２／ｇ、１１〜１５ｍ２／ｇ、４〜５ｍ２／ｇである。
比表面積が小さすぎると焼結体中に各々の元素の凝集体が成長する、原料粉末の結晶型が残存する、想定外の結晶型が生成し性状が変化する等のおそれがある。比表面積が大きすぎると想定外の結晶型が生成し性状が変化する、分散不良を起こし外観不良や特性のムラが生じる等のおそれがある。
【００６５】
（２）仮焼工程
仮焼工程は、スパッタリングターゲットの原料である化合物の混合物を得た後、この混合物を仮焼する、必要に応じて設けられる工程である。
仮焼を行うと、密度を上げることが容易になり好ましいが、コストアップになるおそれがある。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時間の条件で金属酸化物の混合物を熱処理することが好ましい。５００℃未満又は１時間未満の熱処理条件では、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ためである。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ためである。
従って、特に好ましいのは、８００〜１２００℃の温度範囲で、２〜５０時間の条件で、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のが好ましい。
【００６６】
（３）成形工程
成形工程は、金属酸化物の混合物（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、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、加圧成形により所望の形状に成形することができる。
本工程で用いることができる成形方法としては、例えば、金型成形、鋳込み成形、射出成形等も挙げられるが、焼結密度の高く、比抵抗が小さく、均質な焼結体（ターゲット）を得るためには、冷間静水圧（ＣＩＰ）、熱間静水圧（ＨＩＰ）等で成形するのが好ましい。単なるプレス成形（一軸プレス）であると圧力にムラ生じて、想定外の結晶型が生成してしまうおそれがある。
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。
【００６７】
成形体の厚みは通常６ｍｍ以上、好ましくは８ｍｍ以上、特に好ましくは１０ｍｍ以上である。６ｍｍ未満だと焼結時に収縮して薄くなりすぎるため熱伝導率のムラが生じ想定外の結晶型が生成する、結晶粒径が大きくなりすぎるおそれがある。
【００６８】
（４）焼結工程
焼結工程は、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。
窒素含有量、及び酸素欠損量を制御するため、酸素含有雰囲気、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス加圧下で行うことが好ましい。
【００６９】
焼結時の昇温速度は、通常４℃／分以下、好ましくは３℃／分以下である。４℃／分以下であるとクラックが発生しにくい。
さらに、昇温速度は、常温〜４００℃の間を２．５℃／分以下、４００℃〜８００℃の間を２．５℃／分以下、８００℃〜焼結温度の間を１．０℃／分以下であることが好ましい。
常温〜４００℃の間の昇温速度は、１．０℃／分以下であることがより好ましい。常温〜４００℃の間の昇温速度は、１．０℃／分以下であると、焼結体中のボイドを減らすことや相対密度を上げることが期待できる。
８００℃〜焼結温度の間の昇温速度は、０．９℃／分以下であることがより好ましい。８００℃〜焼結温度の間の昇温速度は、０．９℃／分以下であると、本発明の結晶型を生じさせやすい。
【００７０】
焼結は、通常１１００〜１６００℃で１〜１００時間行う。１３００〜１４５０℃で、６〜４８時間で行うと好ましい。
【００７１】
スパッタリングターゲットが領域２の組成であるとき、以下の焼結方法によると、酸化物Ａが生成しやすい。
４００℃〜１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１３５０〜１４００℃で２０〜４８時間焼結する、
４００℃〜１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１４００〜１４９０℃で６〜２０時間焼結する、又は
４００℃〜１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１４９０〜１６５０℃で２〜６時間焼結する。
また、８００〜焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温し、焼結温度は１３５０〜１５００℃、焼結時間は６〜２４時間とすることが好ましい。
【００７２】
焼結時の降温速度は、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、降温時にクラックが発生しにくい。
また、昇温の途中で一度昇温を止め保持温度で保持し、２段階以上で焼結を行ってもよい。
【００７３】
（５）還元工程
還元工程は、上記焼結工程で得られた焼結体のバルク抵抗をターゲット全体として低減するために還元処理を行う、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、一酸化炭素や、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、アルゴンや、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。
ただし、ターゲット（焼結体）の酸素欠損量を所定量以下としたい場合は、焼結後の還元処理を行なわないことが好ましい。
【００７４】
（６）加工工程
加工工程は、上記のようにして焼結して得られた焼結体を、さらに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の、必要に応じて設けられる工程である。
研削前の焼結体の厚みは５．５ｍｍ以上が好ましく、６ｍｍ以上がより好ましく、８ｍｍ以上が特に好ましい。研削は通常片面０．２ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上、さらに好ましくは２ｍｍ以上である。厚みの厚い焼結体を作製し、十分研削することで、均質なターゲットが作製できるというメリットがある。
【００７５】
酸化物焼結体をスパッタリングターゲット素材とするには、該焼結体を例えば、平面研削盤で研削して表面粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下の素材とする。ここで、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。
【００７６】
得られたスパッタリングターゲット素材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４〜１０ｍｍである。また、複数のターゲットを１つのバッキングプレートに取り付け、実質１つのターゲットとしてもよい。また、表面は２００〜１０，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが好ましく、４００〜５，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが特に好ましい。２００番より小さい、あるいは１０，０００番より大きいダイヤモンド砥石を使用するとターゲットが割れやすくなるおそれがある。
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ることが好ましい。Ｒａが０．５μｍより大きかったり、研磨面に方向性があると、異常放電が起きたり、パーティクルが発生するおそれがある。
【００７７】
次に、清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よい。
【００７８】
次に、本発明のＴＦＴの各層について説明する。
基板の材料については特に制限はなく、本技術分野で公知のものを使用できる。例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板、シリコン基板、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の樹脂基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等の高分子フィルム基材等が使用できる。
【００７９】
半導体層（チャンネル層又は活性層ともいう）は非晶質膜であることが好ましい。非晶質膜であることにより、絶縁膜や保護層との密着性が改善でき、大面積でも均一なトランジスタ特性が容易に得られることとなる。ここで、半導体層が非晶質膜であるか否かは、Ｘ線結晶構造解析により確認できる。明確なピークが観測されない場合が非晶質である。
【００８０】
膜厚は、通常５〜２００ｎｍ、好ましくは２０〜１５０ｎｍ、より好ましくは３０〜１００ｎｍである。５ｎｍ以上であれば特性の再現性が期待できる。２００ｎｍ以下であれば、大型ディスプレイの製造時に経済的に採用可能なタクトタイム（１枚毎に１工程が使用する時間）で製造できる。高い移動度を得るためには１００ｎｍ以下であることが特に好ましい。また大型液晶ディスプレイの製造時のように２ｍを超える大型基板に作製する際は、面内の均一性を確保するために３０ｎｍ超であることが特に好ましい。
【００８１】
チャンネル長（Ｌ）は、１〜５０μｍが好ましく、３〜４０μｍがさらに好ましく、５〜２５μｍが特に好ましい。５０μｍ超であると、トランジスタのサイズが大きくなりすぎ集積度が下がるおそれがある。１μｍ未満であるとフォトリソグラフィに高い精度が必要となり、大面積ディスプレイ等での採用が難しくなるおそれがある。
チャンネル幅（Ｗ）は、１〜５００μｍが好ましく、３〜１００μｍがさらに好ましく、５〜５０μｍが特に好ましい。５００μｍ超であると、トランジスタが大きくなりすぎ集積度が下がるおそれがある。１μｍ未満であるとフォトリソグラフィに高い精度が必要となり、大面積ディスプレイ等での採用が難しくなるおそれがある。
チャンネル幅（Ｗ）とチャンネル長（Ｌ）の比であるＷ／Ｌは、通常０．１〜１０、好ましくは０．５〜５である。前記範囲内であるとパネルの設計が容易である。
【００８２】
本発明のＴＦＴは、チャンネル層の保護層を有していてもよい。
チャンネル層の保護層を形成する材料は特に制限はない。本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３又はＡｌＮ等の酸化物を用いることができる。
これらの中でも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３であり、特に好ましくはＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３である。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。また、ＳｉＮｘは水素元素を含んでいてもよい。
このような保護膜は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
【００８３】
ゲート絶縁膜は、通常比誘電率が２〜１０の誘電体材料からなる。ゲート絶縁膜の比誘電率が２以上であると、移動度の高いＴＦＴを作製することができる。また、１０以下であるとヒステリシスの小さなＴＦＴが期待できる。ゲート絶縁膜の比誘電率は、２．５〜１０の範囲内であることが好ましく、３〜６の範囲内であることがより好ましい。ゲート絶縁膜の比誘電率は、誘電率測定装置によって測定することができる。
比誘電率（relative permittivity、dielectric constant）とは媒質の誘電率と真空の誘電率の比ε／ε０＝εｒのことである。比誘電率は無次元量であり、用いる単位系によらず、一定の値をとる。
【００８４】
比誘電率が２〜９の誘電体材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３等が工業的な実績も高く、大面積に適用しやすく好ましい。特に、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘがディスプレイへの適用が容易で好ましい。尚、上記誘電体材料である酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。また、ＳｉＮｘは水素元素を含んでいてもよい。
尚、本発明の電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。
【００８５】
比誘電率が２〜９の誘電体材料からなるゲート絶縁膜の形成は、例えば、シリコン基板を用いる場合には、シリコン基板を熱酸化し、シリコン基板の表面を、ＳｉＯｘからなる熱酸化膜（層）とすることによって行うことができる。また、シリコン基板以外の基板を用いる場合には、例えば、プラズマ化学気相成長装置（ＰＥＣＶＤ）にて、ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯｘを成膜することによってゲート絶縁膜を形成することができる。
ゲート絶縁膜としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、及びその積層膜や混合膜が大面積での工業化実績があり、安価かつ均一に作製することができより好ましい。
【００８６】
ゲート電極、ソ−ス電極及びドレイン電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択することができる。
例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｔａ、Ｃｕ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。
【００８７】
次に、本発明のＴＦＴの製造方法について説明する。
ＴＦＴの各構成部材（層）は、本技術分野で公知の手法で形成できる。
具体的には、成膜方法としては、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法等の化学的成膜方法、又はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザーディポジション法等の物理的成膜方法を用いることができる。
キャリア密度が制御し易く、膜質向上が容易であることから、物理的成膜方法を用いることが好ましく、中でも、生産性が高いことからスパッタ法を用いることがより好ましい。
形成した膜は、各種エッチング法によりパターニングできる。
【００８８】
本発明のＴＦＴのチャンネル層（半導体層）は、本発明のスパッタリングターゲットを用い、ＤＣ又はＡＣスパッタリングにより成膜することによって形成することが好ましい。ＤＣ又はＡＣスパッタリングを用いることにより、ＲＦスパッタリングの場合と比べて、成膜時のダメージを低減できる。このため、ＴＦＴとしたときに、移動度の向上等の効果が期待できる。
尚、本発明のターゲットを用いると比抵抗が小さく密度が高いため、ＤＣ又はＡＣスパッタリングにより成膜してもクラックが発生する等のトラブルがおきにくい。
【００８９】
チャンネル層の成膜において、チャネル層の酸化処理工程を含むことが好ましい。酸化処理としては、下記が挙げられる。
・スパッタリング時の酸素分圧を０．１Ｐａ以上とする。
・０．１〜１０Ｐａの酸素雰囲気下、１５０〜４００℃、０．２〜５時間の熱処理（酸素アニール）を行う。
・酸素プラズマ雰囲気下で成膜を行う（酸素プラズマ処理）。
【００９０】
また、基板上にチャンネル層（半導体層）とチャンネル層（半導体層）の保護層を形成した後に、７０〜３５０℃で熱処理することが好ましい。７０℃より低いと得られるトランジスタの熱安定性や耐熱性が低下したり、移動度が低くなったり、Ｓ値が大きくなったり、閾値電圧が高くなるおそれがある。一方、３５０℃より高いと耐熱性のない基板は使用できず、また、熱処理用の設備費用がかかるおそれがある。
熱処理は、不活性ガス中あるいは酸素存在下で行うことが好ましい。特に、酸素分圧が１気圧以上の酸素加圧下行うと、スパッタリング時の酸素分圧が低くともノーマリーオフのＴＦＴが作製でき好ましい。
半導体膜上に保護膜を形成した後、さらに熱処理すると面内均一性の向上が期待できる。
【実施例】
【００９１】
実施例１
（１）酸化物焼結体の作製
焼結体の原料として、Ｉｎ２Ｏ３（純度４Ｎ、アジア物性材料社製、ＢＥＴ表面積１５ｍ２／ｇ）、Ｇａ２Ｏ３（純度４Ｎ、アジア物性材料社製、ＢＥＴ表面積１５ｍ２／ｇ）、及びＺｎＯ（純度４Ｎ、高純度化学社製、ＢＥＴ表面積４ｍ２／ｇ）を使用した。
これらの原料を、原子比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝６０：２０：２０となるように秤量し、ボールミルで混合粉砕した。粉砕後、自然乾燥して造粒し、得られた造粒粉末をＣＩＰ（冷間静水等方圧加圧）処理し、成形体を得た。
【００９２】
得られた成形体を以下の条件で焼結した。
焼結雰囲気：酸素
昇温速度（室温〜４００℃）：０．５℃／分
昇温速度（４００℃〜切替温度）：１．０℃／分
切替温度：８００℃
昇温速度（切替温度〜焼結温度）：０．３℃／分
焼結温度：１４００℃
焼結時間：２４時間
冷却速度（焼結温度〜室温）：０．３℃／分
還元条件下での熱処理（後処理）は行わなかった。厚さ８ｍｍの焼結体を厚さ６ｍｍに両面を研削・研磨して、直径２インチのターゲット素材とした。
【００９３】
（２）ターゲット用焼結体の評価
得られたターゲット用焼結体は、下記の方法により評価した。結果を表１に示す。
元素組成比（原子比）：誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により測定した。
Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）：ターゲット用焼結体の表面を下記条件で直接測定した。
・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
抵抗率（比抵抗）：抵抗率計（三菱化学株式会社製、ロレスタ）を使用して四探針法（ＪＩＳ Ｒ １６３７）に基づき測定し、１０箇所の平均値を抵抗率値とした。
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
【００９４】
尚、焼結体中の窒素含有量を微量全窒素分析装置（ＴＮ）で測定した。焼結体の窒素含有量は５ｐｐｍ以下であった。
微量全窒素分析装置（ＴＮ）は、元素分析の中で窒素（Ｎ）のみ、又は窒素（Ｎ）及び炭素（Ｃ）のみを対象元素とし、窒素量、又は窒素量と炭素量を求めるための分析に用いる。ＴＮでは、含窒素無機物又は含窒素有機物を触媒存在下で分解させ、Ｎを一酸化窒素（ＮＯ）に変換し、このＮＯガスをオゾンと気相反応させ、化学発光により光を発し、その発光強度からＮの定量を行う。
【００９５】
焼結体の表面をエアーブローし、さらに３分間超音波洗浄を行なった後、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。
【００９６】
（３）薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製
作製したスパッタリングターゲットを用いて、以下の方法でトップコンタクトボトムゲート型のＴＦＴを作製し、評価した。
基板は、熱酸化膜付ｎ型高ドープシリコン基板を用いた。基板をゲート電極、１００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２絶縁膜）をゲート絶縁膜とした。
シリコン基板にチャンネル層形成用のマスクを装着した後、ＤＣスパッタ法により上記（１）で作製したターゲットを使用して、表１に示す成膜条件で成膜し、厚さ５０ｎｍの半導体膜（チャネル層）を形成した。その後、大気中３００℃で６０分間熱処理した。
【００９７】
ソース電極及びドレイン電極形成用のマスクを装着しＲＦスパッタ法によりＡｕを成膜して、ソース電極及びドレイン電極を形成した。その後、大気中３００℃で６０分間熱処理し、チャネル長１００μｍ、チャネル幅２０００μｍのトランジスタを得た。
【００９８】
（４）ＴＦＴの評価
チャネル層の元素組成比（原子比）をＩＣＰ−ＡＥＳにより測定した。
また、半導体パラメーターアナライザー（ケースレー社製：４２００ＳＣＳ）、及びマニュアルプローバー（ズース・マイクロテック社製ＥＰ−６又はＰＭ−５）を用い、ＴＦＴのトランスファー特性を測定して移動度（電界効果移動度（μ）、及びＳ値を評価した。
ＴＦＴの測定に際しては大気中の水蒸気がＴＦＴへ与える影響を低減するために、測定の直前までＴＦＴをホットプレートで１１０℃の過熱を行った。またプローバーにＴＦＴをセットした上で、窒素をＴＦＴに吹きつけながら２分以上経過した後、室温、遮光環境下でＴＦＴの測定を行った。
トランスファー特性の測定条件は次の通りとした。結果を表１に示す。
Ｖｇ：−１５Ｖ〜２０Ｖ
Ｖｄ：０．１Ｖ、１Ｖ、１０Ｖ
測定スピード：ＦＡＳＴ
【００９９】
実施例２〜１３、比較例１、２
ターゲットの原子比を表１のように変更した他は実施例１と同様にターゲットの作製・評価を行い、ＴＦＴの作製・評価を行った。いずれも焼結体（ターゲット）の窒素含有量は５ｐｐｍ以下であった。結果を表１に示す。
【０１００】
比較例３〜５
Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３の３つのターゲットを用い、ＲＦスパッタリングによるコスパッタ法によって、表２に示す原子組成比になるように各カソードの電力を調整して酸化膜を成膜して活性層とし、表２に示す条件でＴＦＴを作製・評価した。その他の操作は実施例１と同様に行なった。結果を表２に示す。
【０１０１】
実施例１４
実施例１で作製したスパッタリングターゲットを用いて、以下の方法でボトムゲート・トップコンタクト型のＴＦＴを作製し、評価した。ボトムゲート・トップコンタクト型ＴＦＴの素子構造を図３に示す。
具体的には、熱酸化膜２２付Ｓｉ基板２１上に上記スパッタリングターゲットを用いて酸化物膜２５を成膜した後、パターニング、電極形成等を行い、素子を形成した。
素子の構造はボトムゲート・トップコンタクト型であり、ゲート電極２１にｎ＋−Ｓｉ、絶縁膜２２にＳｉＯ２、ソース・ドレイン電極２４，２７、２３、２６に、Ｔｉ２３，２６とＡｕ２４，２７の積層体を使用した。チャネル幅及びチャネル長はそれぞれ１５０μｍ、１０μｍ、活性層２５の膜厚は４０ｎｍであった。
作製したＴＦＴを実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。
【０１０２】
実施例１５
実施例８で作製したターゲットを用いた以外は実施例１４と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
【０１０３】
実施例１６
実施例１２で作製したターゲットを用いた以外は実施例１４と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
【０１０４】
実施例１７
実施例１のターゲットを用い、フォトリソ（リフトオフ）を用い、ＳｉＯ２をゲート絶縁膜、Ｔｉ／Ａｕをソース電極・ドレイン電極、ＰＥＣＶＤで作製した１００ｎｍＳｉＯ２を保護膜とするチャネル長２０μｍ、チャネル幅１０μｍのトランジスタを得た。実施例１と同様にＴＦＴの評価を行った。結果を表２に示す。
【０１０５】
実施例１８
酸素分圧を下げ、代わりにＴＦＴ作製後に酸素雰囲気下、１０気圧、２５０℃、１時間の高圧酸素アニールによる酸化処理を行った他は、実施例１７と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
【０１０６】
【表１−１】
【表１−２】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の薄膜トランジスタは、表示装置、特に大面積のディスプレイ用として用いることができる。
【符号の説明】
【０１０８】
２１ 基板（ゲート電極）
２２ 熱酸化膜
２３，２６ ソース・ドレイン電極（Ｔｉ）
２４，２７ ソース・ドレイン電極（Ａｕ）
２５ 活性層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【請求項２】
電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓ以上である請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【請求項４】
前記酸化物焼結体が、比抵抗１５ｍΩｃｍ未満、相対密度９７％超である請求項３に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域１の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項６】
前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域２の原子比の範囲で含み、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る酸化物を含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項７】
前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域３の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項８】
４００℃〜８００℃の間を２．５℃／分以下で昇温する工程、
８００℃〜焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温する工程、及び
焼結温度１３００〜１４５０℃、焼結時間６〜４８時間で焼結する工程を含む請求項３〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項９】
請求項３〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物薄膜を作製する工程を含む請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１】
元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【請求項２】
電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓ以上である請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
【請求項４】
前記酸化物焼結体が、比抵抗１５ｍΩｃｍ未満、相対密度９７％超である請求項３に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域１の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項６】
前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域２の原子比の範囲で含み、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る酸化物を含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項７】
前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域３の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項８】
４００℃〜８００℃の間を２．５℃／分以下で昇温する工程、
８００℃〜焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温する工程、及び
焼結温度１３００〜１４５０℃、焼結時間６〜４８時間で焼結する工程を含む請求項３〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項９】
請求項３〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物薄膜を作製する工程を含む請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２３８６７８（Ｐ２０１２−２３８６７８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０５７２１（Ｐ２０１１−１０５７２１）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
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