酸化物焼結体の製造方法、酸化物焼結体、スパッタリングタ−ゲット、酸化物薄膜、薄膜トランジスタの製造方法及び半導体装置
【課題】酸化物半導体を形成する際に、ノジュールやアーキング等を発生しない酸化物焼結体を製造する方法、及びスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】少なくともインジウム化合物及び亜鉛化合物を含む原料を混合する工程（Ａ）と、
工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、
工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する工程（Ｃ）と、
工程（Ｃ）後の成形体を１２００℃以上で焼結させる工程（Ｄ）を含む、酸化物焼結体の製造方法。
【解決手段】少なくともインジウム化合物及び亜鉛化合物を含む原料を混合する工程（Ａ）と、
工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、
工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する工程（Ｃ）と、
工程（Ｃ）後の成形体を１２００℃以上で焼結させる工程（Ｄ）を含む、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、酸化物焼結体の製造方法、酸化物焼結体、スパッタリングタ−ゲット、酸化物薄膜、薄膜トランジスタの製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電界効果型トランジスタの主要部材である半導体層（チャンネル層）として、酸化物薄膜が検討されている。
酸化物薄膜は、例えば、酸化物からなるターゲットをスパッタリングして形成される。スパッタリングターゲットとしては、酸化インジウム・酸化亜鉛からなるターゲットが知られている。
【０００３】
例えば、ＩｎとＺｎを主成分とし、一般式Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝２〜２０）で表わされる六方晶層状化合物の粉末又はこの粉末の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットが提案されている（特許文献１）。
また、酸化物焼結体中のＩｎ及びＺｎの原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］が０．２〜０．８５であるスパッタリングターゲットが提案されている（特許文献２）。
さらに、一般式Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝２〜７）で表される六方晶層状化合物を含み、かつ酸化物焼結体中のＩｎとＺｎの原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］が０．２〜０．９であり、体積抵抗率が１０−２Ωｃｍ以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットが知られている（特許文献３）。
【０００４】
しかしながら、上記のターゲットを用いて作製した薄膜は、結晶化温度が高いため結晶化しないか、又は結晶化したときに薄膜を半導体用途として適当な比抵抗の範囲（例えば、０．０１〜１００Ωｃｍ）に制御ができず、半導体として使用できないおそれがあった。
【０００５】
また、酸化インジウム・酸化亜鉛からなるスパッタリングターゲットとして、酸化物焼結体中のＩｎ及びＺｎの原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）で表わされる原子比を０．７５〜０．９７の範囲内の値とするとともに、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ただし、ｍは２〜２０の整数である。）で表される六方晶層状化合物を含有し、かつ、該六方晶層状化合物の結晶粒径を５μｍ以下の値となるスパッタリングターゲットが知られている（特許文献４）。
しかしながら、このターゲットでは酸化インジウムのインジウム元素の一部が亜鉛元素で置換固溶されておらず、酸化インジウム相と六方晶層状化合物相との抵抗差が大きく、ノジュールやアーキングの発生を制御できないおそれがある。
【０００６】
尚、上記特許文献１〜４に記載されたスパッタリングターゲットは、透明導電膜を形成するために開発されたものである。
【特許文献１】特開平０６−２３６７１１号公報
【特許文献２】特開平０６−２３４５６５号公報
【特許文献３】特開平０９−０７１８６０号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ０１／０３８５９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、酸化物半導体を形成する際に、ノジュールやアーキング等を発生しない酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）を製造する方法、及びスパッタリングターゲット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】
【０００８】
本発明によれば、以下の酸化物焼結体の製造方法等が提供される。
１．少なくともインジウム化合物及び亜鉛化合物を含む原料を混合する工程（Ａ）と、前記工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、前記工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する工程（Ｃ）と、前記工程（Ｃ）後の成形体を１２００℃以上で焼結させる工程（Ｄ）を含む、酸化物焼結体の製造方法。
２．酸化インジウム及び酸化亜鉛を混合する工程（Ａ）と、前記工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、前記工程（Ｂ）で得られる成形体を、室温から４００〜４５０℃に昇温し脱溶媒する工程を有し、前記４００〜４５０℃の温度帯域から、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで、０．１〜１．０℃／分の速度で昇温し、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域で１時間以上保持し、その後、１２００℃以上で焼結させ、焼結後、０．１〜１．０℃／分で降温する工程を含む、酸化物焼結体の製造方法。
３．上記１又は２に記載の製造方法により製造した酸化物焼結体。
４．亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相と、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは２〜２０の整数を示す）で表される六方晶層状化合物相を含有する酸化物焼結体。
５．前記酸化インジウム相が、正４価以上の金属元素（Ｍ）及び亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相である４に記載の酸化物焼結体。
６．前記正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、原子比で０．０００１〜０．００５である５に記載の酸化物焼結体。
７．前記正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、前記亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]よりも少ない５又は６に記載の酸化物焼結体。
８．前記正４価以上の金属元素（Ｍ）が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＣｅからなる群から選択される１種以上の元素である５〜７のいずれかに記載の酸化物焼結体。
９．酸化物焼結体中のインジウム元素及び亜鉛元素に対する亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]が、原子比で０．０００１〜０．１である４〜８のいずれかに記載の酸化物焼結体。
１０．前記請求項１〜９のいずれかに記載の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
１１．上記１０に記載のスパッタリングターゲットを用い、２５〜４５０℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる酸化物薄膜。
１２．前記酸化物薄膜が、薄膜トランジスタのチャネル層用の薄膜である、１１に記載の酸化物薄膜。
１３．酸化物薄膜と酸化物絶縁体層とを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、
（ｉ）上記１１の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程；及び
（ｉｉ）前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程、
を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
１４．上記１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造した薄膜トランジスタを備えた半導体装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ノジュールやアーキング等を発生しない酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）及びその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の酸化物焼結体の製造方法を具体的に説明する。
本発明の酸化物焼結体の製造方法は、下記の工程（Ａ）〜（Ｄ）を有する。
（Ａ）少なくともインジウム化合物及び亜鉛化合物を含む原料を混合する工程
（Ｂ）工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程
（Ｃ）工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する工程
（Ｄ）工程（Ｃ）後の成形体を１２００℃以上で焼結させる工程
【００１１】
・工程（Ａ）
本工程では、原料粉末であるインジウム化合物粉末及び亜鉛化合物粉末等を混合する。
インジウム化合物としては、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。亜鉛化合物としては、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、焼結のしやすさ、副生成物の発生の少なさから、酸化物が好ましい。
インジウム化合物粉末及び亜鉛化合物粉末の他に、正４価以上の金属元素（Ｍ）の化合物を混合してもよい。正４価以上の金属元素としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ又はＣｅが挙げられる。これら金属元素の酸化物が好ましい。
【００１２】
亜鉛化合物粉末の平均粒径は、インジウム化合物粉末の平均粒径よりも小さいことが好ましい。尚、原料粉末の平均粒径は、ＪＩＳ Ｒ １６１９に記載の方法によって測定することができる。
【００１３】
上記各原料は、公知の混合及び粉砕手段により混合及び粉砕する。各原料の純度は、通常９９．９質量％（３Ｎ）以上、好ましくは９９．９９質量％（４Ｎ）以上、さらに好ましくは９９．９９５質量％以上、特に好ましくは９９．９９９質量％（５Ｎ）以上である。各原料の純度が９９．９質量％（３Ｎ）以上であれば、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｕ等の不純物により半導体特性が低下することもなく、信頼性を十分に保持できる。特にＮａ、Ｋ、Ｃａの含有量が１００ｐｐｍ未満であると薄膜トランジスタを作製した際に信頼性が向上するため好ましい。
【００１４】
上記原料粉末の混合は、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。原料粉末の混合は、好ましくは４８〜９６時間、より好ましくは４８〜７２時間実施することで、原料粉末を均一に分散させる。
【００１５】
混合・粉砕後に得られる混合物の平均粒径は、通常１０μｍ以下、好ましくは１〜９μｍ、特に好ましくは１〜６μｍとすることが好ましい。平均粒径が１０μｍ以下であれば、得られるスパッタリングターゲットの密度を高くすることができるので好適である。ここで平均粒径は、ＪＩＳ Ｒ １６１９に記載の方法によって測定することができる。
【００１６】
原料粉末の比表面積は、例えば、２〜１０ｍ２／ｇ、好ましくは４〜８ｍ２／ｇであることが適当である。各原料粉同士の比表面積の差は、５ｍ２／ｇ以下、好ましくは３ｍ２／ｇ以下とすることが好ましい。比表面積の差が小さいほど、原料粉末を効率的に粉砕・混合することができる。尚、比表面積が異なる粉末を使用することにより、より効率的に粉砕混合できるようになる。比表面積が違いすぎると、効率的な粉砕混合が出来ず、焼結体中に亜鉛化合物粒子が残る場合がある。
尚、比表面積はＢＥＴ法で求めた値である。
さらに、原料について、比表面積が３〜１６ｍ２／ｇであるインジウム化合物粉及び亜鉛化合物粉を含み、粉体全体の比表面積が３〜１６ｍ２／ｇである混合粉体を原料とすることが好ましい。尚、各原料粉末の比表面積が、ほぼ同じである粉末を使用することが好ましい。これにより、より効率的に粉砕混合できる。具体的には、比表面積の比を１／４〜４倍以内にすることが好まく、１／２〜２倍以内が特に好ましい。
【００１７】
混合粉体は、例えば、湿式媒体撹拌ミルを使用して混合粉砕することが好ましい。この場合、粉砕後の比表面積が原料混合粉体の比表面積より１．０〜３．０ｍ２／ｇ増加する程度か、又は粉砕後の平均メジアン径（ｄ５０）が０．６〜１μｍとなる程度に粉砕することが好ましい。このように調整した原料粉を使用することにより、仮焼工程を全く必要とせずに、高密度の酸化物焼結体を得ることができる。また、還元工程も不要となる。
【００１８】
尚、上記原料混合粉体の比表面積の増加分が１．０ｍ２／ｇ以上又は粉砕後の原料混合粉の平均メジアン径が１μｍ以下であれば、焼結密度が十分に大きくなるので好ましい。一方、原料混合粉体の比表面積の増加分が３．０ｍ２／ｇ以下又は粉砕後の平均メジアン径が０．６μｍ以上であれば、粉砕時の粉砕器機等からのコンタミ（不純物混入量）が増加することもないので好適である。
ここで、各粉体の比表面積はＢＥＴ法で測定した値である。各粉体の粒度分布のメジアン径は、粒度分布計で測定した値である。これらの値は、粉体を乾式粉砕法、湿式粉砕法等により粉砕することにより調整できる。
混合粉砕の際、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を１容積％程度添加した水、又はエタノール等を媒体として用いてもよい。
これらの原料酸化物粉末のメジアン径（ｄ５０）は、例えば、０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍとすることが好ましい。原料酸化物粉末のメジアン径（ｄ５０）が０．５μｍ以上であれば、焼結体中に空胞ができ焼結密度が低下することを防ぐことができ、２０μｍ以下であれば、焼結体中の粒径の増大が防げるので好ましい。
【００１９】
本発明では、原料粉末の混合後、得られた混合物を仮焼する工程を含んでもよい。
仮焼工程では、上記工程で得られた混合物が仮焼される。仮焼を行うことにより、最終的に得られるスパッタリングターゲットの密度を上げることが容易になる。
仮焼工程においては、５００〜１２００℃、好ましくは、８００〜１２００℃で、１〜１００時間、好ましくは２〜５０時間の条件で（ａ）工程で得られた混合物を熱処理することが好ましい。５００℃以上かつ１時間以上の熱処理条件であれば、インジウム化合物や亜鉛化合物、錫化合物の熱分解が十分に行われるので好ましい。熱処理条件が、１２００℃以下及び１００時間以下であれば、粒子が粗大化することもないので好適である。
さらに、ここで得られた仮焼き後の混合物を、続く成形工程及び焼結工程の前に粉砕することが好ましい。この仮焼き後の混合物の粉砕は、ボールミル、ロールミル、パールミル、ジェットミル等を用いて行うことが適当である。粉砕後に得られた仮焼き後の混合物の平均粒径は、例えば、０．０１〜３．０μｍ、好ましくは０．１〜２．０μｍであることが適当である。得られた仮焼き後の混合物の平均粒径が０．０１μｍ以上であれば、十分な嵩比重を保持することができ、かつ取り扱いが容易になるので好ましい。また、仮焼き後の混合物の平均粒径が１．０μｍ以下であれば最終的に得られるスパッタリングターゲットの密度を上げることが容易になる。
尚、仮焼き後の混合物の平均粒径は、ＪＩＳ Ｒ １６１９に記載及び方法によって測定することができる。
【００２０】
・工程（Ｂ）
成形工程は、原料粉末の混合物（上記仮焼工程を設けた場合には仮焼き後の混合物）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、混合物（又は仮焼き後の混合物）を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。
【００２１】
本工程で用いることができる成形処理としては、例えば、プレス成形、冷間静水圧、一軸加圧、金型成形、鋳込み成形、射出成形等が挙げられる。焼結密度の高い焼結体（スパッタリングターゲット）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。
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。
【００２２】
プレス成形としては、コールドプレス（Ｃｏｌｄ Ｐｒｅｓｓ）法やホットプレス（Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ）法等、公知の成形方法を用いることができる。例えば、得られた混合粉を金型に充填し、コールドプレス機にて加圧成形する。加圧成形は、例えば、常温（２５℃）下、１００〜１０００００ｋｇ／ｃｍ２、好ましくは、５００〜１００００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で行われる。
【００２３】
尚、コールドプレス法では、混合粉を成形型に充填して成形体を作製し、焼結させる。ホットプレス法では、混合粉を成形型内で直接焼結させる。
乾式法のコールドプレス（Ｃｏｌｄ Ｐｒｅｓｓ）法としては、粉砕工程後の原料をスプレードライヤー等で乾燥した後、成形する。
湿式のコールドプレス法としては、例えば、濾過式成形法（特開平１１−２８６００２号公報参照）を用いるのが好ましい。この濾過式成形法は、セラミックス原料スラリーから水分を減圧排水して成形体を得るための非水溶性材料からなる濾過式成形型であって、１個以上の水抜き孔を有する成形用下型と、この成形用下型の上に載置した通水性を有するフィルターと、このフィルターをシールするためのシール材を介して上面側から挟持する成形用型枠からなり、成形用下型、成形用型枠、シール材、及びフィルターが各々分解できるように組立てられている。該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水する濾過式成形型を用い、混合粉、イオン交換水と有機添加剤からなるスラリーを調製し、このスラリーを濾過式成形型に注入し、該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を作製し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂後、焼結する。
【００２４】
・工程（Ｃ）
本工程は、上記工程（Ｂ）で得た成形体を、焼結工程の前に加熱するものである。具体的に、工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する。
本工程においては、酸素を流通させた酸素雰囲気中、大気圧又は加圧下で室温から４００〜４５０℃まで、例えば、約５０℃刻みで段階的に温度を上げ、脱溶媒を行うことが好ましい。脱溶媒を行う温度が４５０℃以下であれば、焼結工程において酸化物焼結体が割れることがないため好ましい。
ここで、５０℃刻みとは、焼結炉等の加熱装置の設定値を意味する。具体的に、装置内部の温度が設定値まで昇温した段階で、さらに、装置の設定温度を５０℃高く設定することである。この操作を繰り返すことにより、加熱装置内部の温度を４００〜４５０℃に加熱する。
【００２５】
その後、成形体を８００℃以上１２００℃未満の温度帯域、好ましくは１０００〜１１００℃の温度帯域まで加熱した後、所定の時間保持する。
上記の温度帯域までの昇温速度は、好ましくは０．１〜１．０℃／分であり、より好ましくは０．３〜０．５℃／分である。昇温速度を１．０℃／分以下とすることにより、酸化インジウム相へ置換固溶された亜鉛元素の組成比が変化するおそれがなく好ましい。
上記温度帯域での保持時間は、好ましくは０．１〜１０時間であり、より好ましくは１〜５時間である。
【００２６】
この工程により、酸化インジウム相への亜鉛元素の置換固溶が促進され、バルク抵抗が半導体用途に適した値となる。具体的に、バルク抵抗を０．１〜１００ｍΩｃｍ、好ましくは１〜４０ｍΩｃｍ、さらにこの好ましくは２〜２０ｍΩｃｍの範囲とすることができる。
【００２７】
・工程（Ｄ）
本工程は、上記工程（Ｃ）に続けて、成形体を焼結するものである。
成形体の焼結温度は、１２００〜１６００℃、好ましくは１２５０〜１５５０℃、特に好ましくは１３５０〜１５００℃である。焼結温度が１２００℃以上であれば、六方晶層状化合物が形成されることにより、酸化物焼結体の密度が上昇し、スパッタリングの際に酸化物焼結体が割れることもなく、異常放電が発生することもなく、さらに適度な時間内に焼結を行うことができるため好ましい。１６００℃以下であれば、成分が気化することもなく、亜鉛が蒸発し焼結体の組成が変化する及び／又は酸化物焼結体中にボイド（空隙）が発生するおそれもないので好適である。
【００２８】
また、焼結時間は、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時間とする。焼結時間が３０分以上であれば、酸化物焼結体の密度を上昇しやすくなり、３６０時間以下であれば、適度な時間内に焼結を行うことができる。
焼結後、冷却時の降温速度は０．１〜１．０℃／分が好ましく、０．３〜０．５℃／分がさらに好ましい。降温速度が１．０℃／分以下であれば、酸化インジウム相へ置換固溶された亜鉛元素の組成比が変化するおそれがなく好ましい。
【００２９】
焼結工程は、酸素ガス雰囲気で行うことが好ましい。これにより、酸化物焼結体の密度を高めることができ、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制できる場合がある。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば、１０〜１００ｖｏｌ％である雰囲気を言う。
【００３０】
焼結は、大気圧下又は加圧下で行うことができる。圧力は、例えば、９８０００〜１００００００Ｐａ、好ましくは、１０００００〜５０００００Ｐａであることが適当である。
【００３１】
尚、上記（Ｃ）工程の保持温度から焼結温度までの昇温速度は、通常２０℃／分以下、好ましくは８℃／分以下、より好ましくは４℃／分以下、さらに好ましくは２℃／分以下、特に好ましくは０．５℃／分以下である。２０℃／分以下であれば、ホモロガス結晶の形成が十分に行うことができる。
【００３２】
本発明においては、上記焼結工程（Ｄ）の後、必要により還元工程を設けてもよい。還元工程により、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均一化することができる場合がある。
還元方法としては、例えば、還元性ガスを循環させる方法、真空中で焼結する方法、及び不活性ガス中で焼結する方法等が挙げられる。
【００３３】
還元性ガスとしては、例えば、水素、メタン、一酸化炭素、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。
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、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。
【００３４】
還元処理時の温度は、通常１００〜８００℃、好ましくは２００〜８００℃である。また、還元処理の時間は、通常０．０１〜１０時間、好ましくは０．０５〜５時間である。
還元ガスや不活性ガスの圧力は、例えば、９８００〜１００００００Ｐａ、好ましくは、９８０００〜５０００００Ｐａである。真空中で焼結する場合、真空とは、具体的には、１０−１〜１０−８Ｐａ、好ましくは１０−２〜１０−５ａ程度の真空を言い、残存ガスはアルゴンや窒素等である。
【００３５】
上記の製造方法で得られた酸化物焼結体は、スパッタリングターゲットとして好適に使用できる。このスパッタリングターゲットでは、製膜時のアーキングの発生やノジュールの発生が抑えられ、表面平滑性に優れた結晶質酸化物半導体膜を製造することができる。
【００３６】
スパッタリングターゲットは、必要に応じて焼結体を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、バッキングプレート等の装着用治具を取り付けることで製造できる。
スパッタリング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４〜６ｍｍである。スパッタリングターゲットの表面は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〜１０，０００番のダイヤモンド砥石を使用すれば、スパッタリングターゲットが割れることもないので好ましい。また、複数のスパッタリングターゲットを一つのバッキングプレートに取り付け、実質一つのターゲットとしてもよい。バッキングプレートとしては、例えば、無酸素銅製のものが挙げられる。
【００３７】
続いて、本発明の酸化物焼結体について説明する。
本発明の酸化物焼結体は、亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相と、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは２〜２０の整数を示す）で表される六方晶層状化合物相を含有することを特徴とする。酸化物焼結体が有する置換固溶した酸化インジウム相と六方晶層状化合物相のバルク抵抗の差は小さいため、スパッタリング時のノジュールの発生やアーキングを抑えることができる。そのため、アーキング等による異物の発生が低減できるため、表面平滑性に優れた酸化物半導体の薄膜を形成することができる。
【００３８】
六方晶層状化合物相及び酸化インジウム相を含有することは、Ｘ線回折により確認できる。測定した回折スペクトルが、六方晶層状化合物相及び酸化インジウム相のＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）のピークパターン又はこれの類似(シフトした)パターンを有することで確認する。
【００３９】
本発明において、上記の酸化インジウム相は、正４価以上の金属元素（Ｍ）及び亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相であることが好ましい。これにより、酸化物焼結体のバルク抵抗を適正範囲に制御することができる。
【００４０】
ここで、亜鉛元素、又は亜鉛元素及び正４価以上の金属元素（Ｍ）が置換固溶した酸化インジウム相は、Ｘ線回折から計算した格子定数（格子間距離）の変化や、高輝度放射光を用いた構造解析によって確認できる。具体的には、Ｘ線回折パターンのピークシフトから、結晶構造の軸長変化により判断することができる。尚、置換固溶により軸長が短くなった場合は、Ｘ線回折パターンのピークが高角度側にシフトする。さらに、格子定数はリートベルト解析を用いて求める。
【００４１】
正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、原子比で０．０００１〜０．１であることが好ましい。０．０００１未満では、バルク抵抗を適正な範囲内に制御するために、高温・長時間の焼結が必要になる場合がある。また、０．１超では、得られる酸化物半導体膜が導電性になる場合がある。好ましくは、０．０００５〜０．０７、より好ましくは、０．００１〜０．０５である。
尚、金属元素（Ｍ）の含有量は、例えば、原料粉末の混合量により制御できる。また、酸化物焼結体中の含有量（原子比）は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）測定により、各元素の存在量を測定することで求めることができる。
【００４２】
また、正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]よりも少ないことが好ましい。正４価以上の金属元素（Ｍ）と亜鉛元素の含有量が同じか、又は、正４価以上の金属元素（Ｍ）よりも亜鉛元素の含有量が多い場合、得られる酸化物半導体が導電性になり、酸化物半導体として正常に動作しない場合がある。
【００４３】
上述した正４価以上の金属元素（Ｍ）としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＣｅからなる群から選択される１種以上の元素であることが好ましい。これらの金属元素の添加により、酸化物焼結体のバルク抵抗を適正範囲に制御することができる。また、スパッタリング時のノジュールの発生やアーキングを抑えることができる。そのため、アーキング等による異物の発生が低減できるため、表面平滑性に優れた酸化物半導体の薄膜を形成することができる。
正４価以上の金属元素（Ｍ）は、焼結体中ではドーパントとして機能し、キャリアを発生させるが、結晶質酸化物半導体薄膜状態では、キャリアの発生効率が低く抑えることができる元素が好ましい。従って、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ又はＣｅは、薄膜でのキャリアを増加させる効果が小さいため、更に好適である。
【００４４】
酸化物焼結体中のインジウム元素及び亜鉛元素に対する亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]は、原子比で０．０００１〜０．１よりも小さいことが好ましい。これにより、得られる酸化物半導体の動作が安定する。０．０００１未満では、酸化物半導体にならずに導電体になったりする場合があり、０．１よりも大きいでは、結晶化せずに導電体になったりする場合がある。好ましくは、Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）＝０．０００５〜０．０５、より好ましくは、Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）＝０．０００５〜０．０３である。
尚、[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]は、例えば、原料粉末の混合量により制御できる。また、酸化物焼結体中の含有量（原子比）は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）測定により、各元素の存在量を測定することで求めることができる。
【００４５】
本発明の酸化物焼結体のバルク抵抗の適正範囲は、１ｍΩｃｍ〜１００ｍΩｃｍである。好ましくは、１ｍΩｃｍ〜１０ｍΩｃｍ、より好ましくは、５ｍΩｃｍ〜１０ｍΩｃｍである。１ｍΩｃｍ未満では、スパッタリング時にノジュールが発生する場合があり、得られる酸化物半導体膜に異物が付着し、膜の表面平滑性を低下する場合がある。また、酸化物半導体膜が導電性になる場合もある。１００ｍΩｃｍ超では、アーキング等の異常放電が発生し、得られる酸化物半導体膜に異物が付着し、膜の表面平滑性の低下を招く場合がある。
また、酸化物焼結体の密度は、６．７ｇ／ｃｍ３以上が好ましい。６．７ｇ／ｃｍ３未満では、ノジュールが発生したり、アーキングが発生したりして、得られる酸化物半導体膜の表面平滑性の低下を招く場合がある。好ましくは、６．８ｇ／ｃｍ３、より好ましくは、６．９ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは、７．０ｇ／ｃｍ３以上である。上限に規定はないが、酸化インジウムの真密度である７．１４ｇ／ｃｍ３未満が好ましい。
【００４６】
本発明の酸化物焼結体は、上述した本発明の製造方法にて得ることができる。
【００４７】
本発明の酸化物薄膜は、上述した本発明のスパッタリングターゲットを用い、２５〜４５０℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる。これにより、電子キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３未満の酸化物薄膜（酸化物半導体）を形成することができる。
スパッタリング法としては、ＤＣ（直流）スパッタ法、ＡＣ（交流）スパッタ法、ＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタ法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。ＤＣ（直流）スパッタ法及びＲＦ（高周波）スパッタ法が好ましく利用される。
スパッタ時の成膜温度は、スパッタ法によって異なるが、例えば、０〜３５０℃、好ましくは、１０〜２００℃、より好ましくは、２０〜１２０℃であることが適当である。ここで、成膜温度とは、薄膜を形成する基板の温度である。
スパッタ時のスパッタリングチャンバー内の圧力は、スパッタ法によって異なるが、例えば、ＤＣ（直流）スパッタ法の場合は、０．１〜２．０ＭＰａ、好ましくは、０．３〜０．８ＭＰａであり、ＲＦ（高周波）スパッタ法の場合は０．１〜２．０ＭＰａ、好ましくは、０．２〜１．０ＭＰａであることが適当である。
スパッタ時に投入される電力出力は、スパッタ法によって異なるが、例えば、ＤＣ（直流）スパッタ法の場合は、１０〜１０００Ｗ、好ましくは、１００〜３００Ｗであり、ＲＦ（高周波）スパッタ法の場合は、１０〜１０００Ｗ、好ましくは、５０〜２５０Ｗであることが適当である。
ＲＦ（高周波）スパッタ法の場合の電源周波数は、例えば、５０Ｈｚ〜５０ＭＨｚ、好ましくは、１０ｋ〜２０ＭＨｚであることが適当である。
スパッタ時のキャリアーガスとしては、スパッタ法によって異なるが、例えば、酸素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトンが挙げられる。好ましくは、アルゴンと酸素の混合ガスである。アルゴンと酸素の混合ガスを使用する場合、アルゴン：酸素の流量比は、Ａｒ：Ｏ２＝１００〜８０：０〜２０、好ましくは、１００〜９０：０〜１０であることが適当である。
【００４８】
スパッタリングに先立ち、スパッタリングターゲットを支持体に接着（ボンディング）する。これは、ターゲットをスパッタリング装置に固定するためである。
ボンディングしたスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行い、基板上にＩｎ及びＺｎの酸化物を主成分とする酸化物薄膜を得る。ここで、「主成分とする」とは、酸素を除く元素の原子比の和を１００％として、Ｉｎ及びＺｎの各元素を原子比で５０％以上含むことを意味する。
基板としては、ガラス、樹脂（ＰＥＴ、ＰＥＳ等）等を用いることができる。
得られたアモルファス酸化物薄膜の膜厚は、成膜時間やスパッタ法によっても異なるが、例えば、５〜３００ｎｍ、好ましくは、１０〜９０ｎｍであることが適当である。
また、得られる酸化物薄膜の電子キャリア濃度は、例えば、１×１０１８／ｃｍ３未満、好ましくは、５×１０１７〜１×１０１２／ｃｍ３であることが適当である。
さらに、得られた酸化物薄膜の密度は、６．０ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは、６．１〜７．２ｇ／ｃｍ３であることが適当である。このような密度であれば、得られた酸化物薄膜においても、ノジュールやパーティクルの発生が少なく、膜特性に優れた酸化物薄膜を得ることができる。
【００４９】
本発明の酸化物薄膜は、そのまま、あるいは熱処理することで薄膜トランジスタ、チャネル層、太陽電池、ガスセンサー等の半導体膜として使用することができる。特に、薄膜トランジスタのチャネル層（半導体層）として好適である。
以下、本発明の酸化物薄膜を薄膜トランジスタのチャネル層に適用した例について説明する。
【００５０】
図１は、薄膜トランジスタの一例の概略断面図である。
この薄膜トランジスタは、ガラス基板等の基板１上にゲート電極２を形成してある。ゲート電極２を覆うようにゲート絶縁膜３を有し、その上にチャネル層４がある。チャネル層４の両端部に、ソース電極５及びドレイン電極６のいずれか一方が形成されている。ソース電極５及びドレイン電極６の一部を除き、保護膜７が形成されている。
【００５１】
尚、図１に示す薄膜トランジスタでは、ソース電極５及びドレイン６電極の形成後に保護膜７を形成しているが、これに限らず、例えば、図２に示す薄膜トランジスタとしてもよい。
図２の薄膜トランジスタでは、ガラス基板等の基板１１上にゲート電極１２を形成してある。ゲート電極１２を覆うようにゲート絶縁膜１３を有し、その上にチャネル層１４がある。チャネル層１４上に保護膜１５（エッチングストッパー）を形成し、その後、ソース電極・ドレイン電極１７を形成している（図２（１））。その後、ソース電極・ドレイン電極１７をエッチング等によりパターニングする（図２（２））
本発明の酸化物薄膜は、チャネル層４、１４として好適に使用できる。
【００５２】
本発明の酸化物薄膜をチャネル層４として使用する場合、酸化物薄膜と酸化物絶縁体層を積層構造とし、下記の工程を含む方法で製造することが好ましい。
（ｉ）本発明の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程
（ｉｉ）前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程
【００５３】
上記工程（ｉ）では、酸化雰囲気中で酸化物薄膜を熱処理する。酸化雰囲気とは、例えば、大気、又は酸素ガス雰囲気中でよい。
また、熱処理は、例えば、１００〜４５０℃、好ましくは１５０〜３５０℃で、０．１〜１０時間、好ましくは、０．５〜２時間行う。これにより、酸化物薄膜の半導体特性を安定化できる。
【００５４】
上記工程（ｉｉ）では、熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する。酸化物絶縁体層は、半導体の保護膜として機能する。
酸化物絶縁体層の方法としては、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法が挙げられる。
酸化物絶縁体層としては、例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３，ＡｌＮ等を用いることができる。これらのなかでも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３であり、特に好ましくはＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３等の酸化物である。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良い。
【００５５】
酸化物絶縁体層は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
また、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く、非晶質であることが特に好ましい。非晶質膜であれば界面の平滑性が良好となり、高いキャリア移動度を維持することができ、閾値電圧やＳ値が大きくなりすぎることもない。
尚、Ｓ値（Ｓｗｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）とは、オフ状態からゲート電圧を増加させた際に、オフ状態からオン状態にかけてドレイン電流が急峻に立ち上がるが、この急峻さを示す値である。下記式で定義されるように、ドレイン電流が１桁（１０倍）上昇するときのゲート電圧の増分をＳ値とする。
Ｓ値＝ｄＶｇ／ｄｌｏｇ（Ｉｄｓ）
Ｓ値が小さいほど急峻な立ち上がりとなる（「薄膜トランジスタ技術のすべて」、鵜飼育弘著、２００７年刊、工業調査会）。Ｓ値が大きいと、オンからオフに切り替える際に高いゲート電圧をかける必要があり、消費電力が大きくなるおそれがある。
また、Ｓ値は０．８Ｖ／ｄｅｃ以下が好ましく、０．３Ｖ／ｄｅｃ以下がより好ましく、０．２５Ｖ／ｄｅｃ以下がさらに好ましく、０．２Ｖ／ｄｅｃ以下が特に好ましい。０．８Ｖ／ｄｅｃより大きいと駆動電圧が大きくなり消費電力が大きくなるおそれがある。特に、有機ＥＬディスプレイで用いる場合は、直流駆動のためＳ値を０．３Ｖ／ｄｅｃ以下にすると消費電力を大幅に低減できるため好ましい。
【００５６】
以下、本発明の電界効果型トランジスタを構成部材について説明する。
１．基板
基板としては、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。基板や基材の厚さは０．１〜１０ｍｍが一般的であり、０．３〜５ｍｍが好ましい。ガラス基板の場合は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ましい。透明性や平滑性が求められる場合は、ガラス基板、樹脂基板が好ましく、ガラス基板が特に好ましい。軽量化が求められる場合は樹脂基板や高分子機材が好ましい。
【００５７】
２．半導体層（チャネル層）
半導体層は、上述したとおり本発明のスパッタリングターゲットを使用して酸化物薄膜を形成することで作製できる。
本発明において、半導体層は製膜時に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、エッチング特性が向上する。さらに、絶縁膜や保護膜との密着性が改善される、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。
さらに熱処理を行うことにより、薄膜が半導体化し、半導体層となることが特徴である。結晶はＸ線回折でビクスバイト相のメインピークが観測されることにより確認できる。
バンドギャップが２．０〜６．０ｅＶであることが好ましく、特に、２．８〜５．０ｅＶがより好ましい。バンドギャップは、２．０ｅＶ以上であれば、可視光を吸収し電界効果型トランジスタが誤動作するおそれもない。一方、６．０ｅＶ以下であれば、キャリアが供給されにくくなり電界効果型トランジスタが機能しなくなるおそれも低い。
半導体層は、熱活性型を示す非縮退半導体であることが好ましい。非縮退半導体であれば、キャリアが多すぎてオフ電流・ゲートリーク電流が増加する、閾値が負になりノーマリーオンとなるなどの不利益を回避できる。半導体層が非縮退半導体であるか否かは、ホール効果を用いた移動度とキャリア密度の温度変化の測定を行うことにより判断できる。また、半導体層を非縮退半導体とするには、成膜時の酸素分圧を調整する、後処理をすることで酸素欠陥量を制御しキャリア密度を最適化することで達成できる。
【００５８】
半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）は、１ｎｍ以下が好ましく、０．６ｎｍ以下がさらに好ましく、０．３ｎｍ以下が特に好ましい。１ｎｍ以下であれば、移動度が低下するおそれもない。
【００５９】
半導体層の膜厚は、通常０．５〜５００ｎｍ、好ましくは１〜１５０ｎｍ、より好ましくは３〜８０ｎｍ、特に好ましくは１０〜６０ｎｍである。０．５ｎｍ以上であれば、工業的に均一に成膜することが可能である。一方、５００ｎｍ以下であれば、成膜時間が長くなりすぎることもない。また、３〜８０ｎｍの範囲内にあると、移動度やオンオフ比等ＴＦＴ特性が特に良好である。
【００６０】
本発明では、半導体層が結晶質膜であり、非局在準位のエネルギー幅（Ｅ０）が１４ｍｅＶ以下であることが好ましい。半導体層の非局在準位のエネルギー幅（Ｅ０）は１０ｍｅＶ以下がより好ましく、８ｍｅＶ以下がさらに好ましく、６ｍｅＶ以下が特に好ましい。非局在準位のエネルギー幅（Ｅ０）が１４ｍｅＶ以下であれば、半導体層をトランジスタの活性層として用いた場合、移動度が低下したり、閾値やＳ値が大きくなりすぎるおそれもない。
【００６１】
３．半導体層の保護膜
半導体層の保護膜は、上述した酸化物薄膜上に形成した酸化物絶縁体層である。半導体の保護膜があれば、真空中や低圧下で半導体の表面層の酸素が脱離せず、オフ電流が高くなったり、閾値電圧が負になるおそれもない。また、大気下でも湿度等周囲の影響を受けることもなく、閾値電圧等のトランジスタ特性のばらつきが大きくなるおそれもない。
【００６２】
半導体層の保護膜は、非晶質酸化物あるいは非晶質窒化物であることが好ましく、非晶質酸化物であることが特に好ましい。また、保護膜が酸化物であれば、半導体中の酸素が保護膜側に移動することもなく、オフ電流が高くなることもなく、閾値電圧が負になりノーマリーオフを示すおそれもない。
尚、半導体層の保護膜として、さらに、ポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＶＰ）、パリレン等の有機絶縁膜を用いてもよい。さらに、半導体層の保護膜は無機絶縁膜及び有機絶縁膜の２層以上の積層構造を有してもよい。
【００６３】
４．ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜を形成する材料にも特に制限はない。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，ＡｌＮ等を用いることができる。これらのなかでも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，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良い。
このようなゲート絶縁膜は、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。
また、ゲート絶縁膜は、ポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＶＰ）、パリレン等の有機絶縁膜を用いてもよい。さらに、ゲート絶縁膜は無機絶縁膜及び有機絶縁膜の２層以上積層構造を有してもよい。
ゲート絶縁膜は、厚さが５０〜５００ｎｍであることが好ましい。ゲート絶縁膜の成膜はスパッタ法でもよいが、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法等のＣＶＤ法が好ましい。
【００６４】
５．電極
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。また、それらを２層以上積層して接触抵抗を低減したり、界面強度を向上させることが好ましい。また、ソ−ス電極、ドレイン電極の接触抵抗を低減させるため半導体の電極との界面をプラズマ処理、オゾン処理等で抵抗を調整してもよい。
【００６５】
積層電極は、例えば、電子ビーム蒸着法により、厚さ１〜１００ｎｍのＴｉ（密着層）、厚さ１０〜３００ｎｍのＡｕ（接続層）及び厚さ１〜１００ｎｍのＴｉ（密着層）をこの順で積層し、この積層膜をフォトリソグラフィー法及びリフトオフ法により加工することにより形成できる。
【００６６】
本発明の薄膜トランジスタは、半導体層を遮光する構造を持つことが好ましい。半導体層を遮光する構造（例えば、遮光層）があれば、光が半導体層に入射した場合にキャリア電子が励起されオフ電流が高くなるおそれもない。遮光層は、３００〜８００ｎｍに吸収を持つ薄膜が好ましい。遮光層は半導体層の上部、下部どちらかでも構わないが、上部及び下部の両方にあることが好ましい。また、遮光層はゲート絶縁膜やブラックマトリックス等と兼用されていても構わない。遮光層が片側だけにある場合、遮光層が無い側から光が半導体層に照射しないよう構造上工夫する必要がある。
【００６７】
また、本発明の薄膜トランジスタでは、半導体層とソース電極・ドレイン電極との間にコンタクト層を設けてもよい。コンタクト層は半導体層よりも抵抗が低いことが好ましい。コンタクト層の形成材料は、上述した半導体層と同様な組成の複合酸化物が使用できる。即ち、コンタクト層はＩｎ，Ｚｎ及びＺｒ等の各元素を含むことが好ましい。これらの元素を含む場合、コンタクト層と半導体層の間で元素の移動が発生することもなく、ストレス試験等を行った際に閾値電圧のシフトが大きくなるおそれもない。
コンタクト層の作製方法に特に制約はないが、成膜条件を変えて半導体層と同じ組成比のコンタクト層を成膜したり、半導体層と組成比の異なる層を成膜したり、半導体の電極とのコンタクト部分をプラズマ処理やオゾン処理により抵抗を高めることで構成したり、半導体層を成膜する際に酸素分圧等の成膜条件により抵抗を高くなる層を構成してもよい。また、本発明の薄膜トランジスタでは、半導体層とゲート絶縁膜との間、及び／又は半導体層と保護膜との間に、半導体層よりも抵抗の高い酸化物抵抗層を有することが好ましい。酸化物抵抗層があればオフ電流が発生することもなく、閾値電圧が負となりノーマリーオンとなることもなく、保護膜成膜やエッチングなどの後処理工程時に半導体層が変質し特性が劣化するおそれもない。
【００６８】
酸化物抵抗層としては、以下のものが例示できる。
・半導体膜の成膜時よりも高い酸素分圧で成膜した半導体層と同一組成の非晶質酸化物膜
・半導体層と同一組成であるが組成比を変えた結晶性酸化物膜
酸化物抵抗層は、Ｉｎ及びＺｎを含む酸化物であることが好ましい。これらを含む場合、酸化物抵抗層と半導体層の間で元素の移動が発生することもなく、ストレス試験等を行った際に閾値電圧のシフトが大きくなるおそれもない。
【００６９】
上述した薄膜トランジスタの各構成部材（層）は、本技術分野で公知の手法で形成できる。
具体的に、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い、及び膜質向上が容易であることから、好ましくは物理的成膜方法を用い、より好ましくは生産性が高いことからスパッタ法を用いる。
スパッタリングでは、複合酸化物の焼結ターゲットを用いる方法、複数の焼結ターゲットを用いコスパッタを用いる方法、合金ターゲットを用い反応性スパッタを用いる方法等が利用できる。好ましくは、複合酸化物の焼結ターゲットを用いる。ＲＦ、ＤＣあるいはＡＣスパッタリングなど公知のものが利用できるが、均一性や量産性（設備コスト）からＤＣあるいはＡＣスパッタリングが好ましい。
【００７０】
形成した膜を各種エッチング法によりパターニングできる。
本発明では半導体層を、本発明のターゲットを用い、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、電界効果型トランジスタにおいて、閾値電圧シフトの低減、移動度の向上、閾値電圧の減少、Ｓ値の減少等の効果が期待できる。
【００７１】
また、本発明では半導体層成膜後に１００〜４５０℃で熱処理することが好ましい。特に、半導体層と半導体の保護膜を形成した後に、１００〜４５０℃で熱処理することが好ましい。１００℃以上であれば、得られるトランジスタの十分な熱安定性や耐熱性を保持することができ、十分な移動度を保持でき、Ｓ値が大きくなったり、閾値電圧が高くなるおそれもない。一方、４５０℃以下であれば、耐熱性のない基板も使用でき、熱処理用の設備費用がかかるおそれもない。
熱処理温度は１２０〜３５０℃がより好ましく、１５０〜３２０℃が特に好ましい。特に、熱処理温度が３２０℃以下であれば、基板として耐熱性の低い樹脂基板を利用できる。
熱処理時間は、通常１秒〜２４時間が好ましいが、処理温度により調整することが好ましい。例えば、１００〜２００℃では、１０分から２４時間がより好ましく、２０分から６時間がさらに好ましく、３０分〜３時間が特に好ましい。２００〜２５０℃では、６分から４時間がより好ましく、１５分から２時間がさらに好ましい。２５０〜３００℃では、３０秒から４時間がより好ましく、１分から２時間が特に好ましい。３００〜４５０℃では、１秒から１時間がより好ましく、２秒から３０分が特に好ましい。
熱処理は、特に限定されないが、窒素等の不活性ガス中で酸素分圧が１０−３Ｐａ以下の環境下で行うか、あるいは半導体層を保護膜で覆った後に行うことが好ましい。上記条件下だと再現性が向上する。
【００７２】
本発明の製造方法で得られる薄膜トランジスタにおいて、移動度は１ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、３ｃｍ２／Ｖｓ以上がより好ましく、８ｃｍ２／Ｖｓ以上が特に好ましい。１ｃｍ２／Ｖｓ以上であればスイッチング速度が遅くなることもなく、大画面高精細のディスプレイに用いるのに最適である。
オンオフ比は、１０６以上が好ましく、１０７以上がより好ましく、１０８以上が特に好ましい。
オフ電流は、２ｐＡ以下が好ましく、１ｐＡ以下がより好ましい。オフ電流が２ｐＡ以下であれば、ディスプレイのＴＦＴとして用いた場合に十分なコントラストが得られ、良好な画面の均一性が得られる。
ゲートリーク電流は１ｐＡ以下が好ましい。１ｐＡ以上であれば、ディスプレイのＴＦＴとして用いた場合に良好なコントラストが得られる。
閾値電圧は、通常０〜１０Ｖであるが、０〜４Ｖが好ましく、０〜３Ｖがより好ましく、０〜２Ｖが特に好ましい。０Ｖ以上であればノーマリーオンとなることもなく、オフ時に電圧をかけることも必要なく、消費電力を低く抑えることができる。１０Ｖ以下であれば駆動電圧が大きくなることもなく、消費電力を低く抑えることができ、移動度を低く抑えることができる。
また、Ｓ値は０．８Ｖ／ｄｅｃ以下が好ましく、０．３Ｖ／ｄｅｃ以下がより好ましく、０．２５Ｖ／ｄｅｃ以下がさらに好ましく、０．２Ｖ／ｄｅｃ以下が特に好ましい。０．８Ｖ／ｄｅｃ以下であれば、駆動電圧を低く抑えることができ、消費電力も抑制できる。特に、有機ＥＬディスプレイで用いる場合は、直流駆動のためＳ値を０．３Ｖ／ｄｅｃ以下にすると消費電力を大幅に低減できるため好ましい。
【００７３】
また、１０μＡの直流電圧５０℃で１００時間加えた前後の閾値電圧のシフト量は、１．０Ｖ以下が好ましく、０．５Ｖ以下がより好ましい。１．０Ｖ以下であれば有機ＥＬディスプレイのトランジスタとして利用した場合、画質が変化することもない。
また、伝達曲線でゲート電圧を昇降させた場合のヒステリシスが小さい方が好ましい。
また、チャンネル幅Ｗとチャンネル長Ｌの比Ｗ／Ｌは、通常０．１〜１００、好ましくは０．５〜２０、特に好ましくは１〜８である。Ｗ／Ｌが１００以下であれば漏れ電流が増えることもなく、オンオフ比が低下したりするおそれがある。０．１以上であれば電界効果移動度が低下することもなく、ピンチオフが明瞭になる。また、チャンネル長Ｌは通常０．１〜１０００μｍ、好ましくは１〜１００μｍ、さらに好ましくは２〜１０μｍである。０．１μｍ以上であれば工業的に製造が難しくまた漏れ電流が大きくなるおそれもなく、１０００μｍ以下であれば素子が大きくなりすぎることもない。
【００７４】
本発明の製造方法で作製した薄膜トランジスタは、例えば、液晶ディスプレイをはじめとする表示装置やセンサ等の半導体素子として好適である。
【実施例】
【００７５】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例の態様に限定されるものではない。
実施例１
（１）酸化物焼結体の作製及び評価
原料粉として、比表面積が６ｍ２／ｇである酸化インジウム粉と比表面積が３ｍ２／ｇである酸化亜鉛粉を重量比で９９．５：０．５（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]＝０．００８）となるように秤量し、湿式媒体撹拌ミルを使用して７２時間混合粉砕した。媒体には１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。混合粉砕の結果、粉砕後の混合粉の比表面積は原料混合粉の比表面積より２ｍ２／ｇ増加した。
混合後、混合粉をスプレードライヤーで乾燥させた。その後、直径４インチの金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形した。
酸素を流通させて酸素雰囲気とした炉内で、室温から４００℃まで５０℃刻みで段階的に温度を上げ、成形体の脱溶媒を行った。
次いで、炉内を昇温速度０．５℃／ｍｉｎで４００℃から１０００℃まで昇温し、１０００℃で２時間保持した。
その後、さらに０．５℃／ｍｉｎの昇温速度で１０００℃から１４５０℃まで昇温し、１４５０℃で４８時間焼結した。焼結終了後は１．０℃／ｍｉｎで降温して室温まで冷却した。
これによって、密度が６．８ｇ／ｃｍ３である酸化物焼結体を得た。この焼結体のバルク抵抗は８０ｍΩｃｍであった。
焼結体の組成をＩＣＰ装置で測定したところ、原料比と組成はほぼ一致していた。
尚、バルク抵抗は三菱化学株式会社製の低抵抗率計「ロレスターＥＰ」（ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠）によって測定した。
【００７６】
図３は、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートである。測定は、焼結体を粉砕した粉末試料について実施した。図３のＸ線強度は、最も強度の強いピーク（第一ピーク）のＸ線強度を１００とした相対強度である。図４は、図３の２θが２９〜３７°の領域を拡大したものである。尚、標準試料としてＩｎ２Ｏ３粉末、酸化インジウム（ＰＤＦ＃６−４１６）、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３（ＰＤＦ＃２０−１４３９）も記載した。
このＸ線回折チャートより、得られた焼結体中には、ビックスバイト相、及び六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３相が存在することがわかる。即ち、図４に参照すると、標準試料であるＩｎ２Ｏ３と比較して焼結体のチャートが高角度側にシフトしていることから、Ｚｎがビックスバイト相に置換固溶していることがわかる。また、置換固溶していない酸化亜鉛と反応したＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３が析出していることがわかる。
【００７７】
（２）半導体膜の成膜と評価
上記（１）で得られた焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング装置（島津ＨＳＭ−５５２）で、Ａｒ雰囲気、スパッタリング圧力０．２Ｐａ、ＲＦ出力１００Ｗで、膜厚５０ｎｍの薄膜を作製した。
得られた薄膜を３００℃で１時間加熱した後、薄膜をＸ線回折（リガクＵｌｔｉｍａＩＩＩ）で測定した。その結果、Ｉｎ２Ｏ３ビックスバイト相が析出しており、結晶化していた。薄膜の表面をＡＦＭ装置（ＪＳＰＭ−４５００、日本電子製）で１０ミクロン×１０ミクロン角の平均表面粗度を測定したところ、０．４ｎｍと非常に平坦であった。薄膜のホール測定での比抵抗は１０−２Ωｃｍであり、キャリア濃度は１．６×１０１６／ｃｍ３であった。尚、ホール測定装置、及びその測定条件は下記のとおりであった。
【００７８】
・ホール測定装置
東陽テクニカ製：Ｒｅｓｉ Ｔｅｓｔ８３１０
・測定条件
測定温度：室温（２５℃）
測定磁場：０．５Ｔ
測定電流：１０−１２〜１０−４Ａ
測定モード：ＡＣ磁場
薄膜を薄膜トランジスタ半導体素子とし、室温下で測定したところ半導体特性が得られた。
【００７９】
（３）ノジュール評価
（１）で得られた焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いて、（２）と同様にスパッタリング装置に装着し、ＲＦ出力４００Ｗ、８時間連続してスパッタリングを行ったところノジュールは全く発生しなかった。
酸化物焼結体の製造条件を表１に示す。また、作製した焼結体の性状、ノジュール評価、及び得られた薄膜の性状について表２に示す。
【００８０】
【表１】
【００８１】
【表２】
【００８２】
実施例２
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９９：１（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]＝０．０１７）となるように秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体密度は６．９ｇ／ｃｍ３、６３.６ｍΩｃｍであった。
図５に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８３】
実施例３
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９８：２（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]＝０．０３４）となるように秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体密度は７．０ｇ／ｃｍ３、２５．５ｍΩｃｍであった。
図６に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８４】
実施例４
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９５：５（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]＝０．０８）となるように秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体密度は６．９ｇ／ｃｍ３、２２．３ｍΩｃｍであった。
図７に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８５】
図５〜７に示すＸ線チャートから、実施例１と同様に焼結体が、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相と六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３の相からなっていることがわかる。
【００８６】
実施例５
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９７：３（原子比０．０５）となるように秤量し、焼結温度を１４５０℃から１５００℃に変更した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．８ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は４０．３ｍΩｃｍであった。
図８に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
実施例１とは焼結温度及び組成が異なるため、この焼結体は、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相と六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）４（ＰＤＦ＃２０−１４３８）からなる相を有する構造であった。
実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８７】
実施例６
酸化スズを２０００ｐｐｍ含む酸化インジウム粉であって、比表面積が６．２ｍ２／ｇである粉末と、酸化亜鉛粉を、重量比で９５：５（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ＋Ｘ）]＝０．０８）となるように秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．９ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は６．２ｍΩｃｍであった。
図９に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
この酸化物焼結体は、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相と六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３からなる相を有し、添加したスズは酸化インジウム相に置換固溶している。酸化スズがビックスバイト相に置換固溶していることは、ＳｎのＸＡＦＳにより確認した。
【００８８】
この焼結体をスパッタリング装置に装着し、実施例１（３）と同様の条件で、ＤＣ出力４００Ｗで８時間連続スパッタ放電をした。その結果、ターゲット表面上にノジュールは全く観察されなかった。実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８９】
実施例７
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９５：５（原子比０．０８）となるように秤量し、４００℃から１０００℃までの昇温速度を１．２℃／ｍｉｎ、焼結時間を２時間とした他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．７ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１０．２ｍΩｃｍであった。
この焼結体のＸ線チャートから、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相、六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）５からなる相が確認された。
この焼結体をスパッタリング装置に装着し、実施例１（３）と同様の条件で、ＤＣ出力４００Ｗで８時間連続スパッタ放電した。その結果、ターゲット表面上にノジュールは全く観察されなかった。実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００９０】
実施例８
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９５：５（原子比０．０８）となるように秤量し、保持温度を１０００℃から８００℃に変更し、焼結を１４５０℃で７２時間とした他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．８ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１０．８ｍΩｃｍであった。
【００９１】
実施例９
保持温度を８００℃から９００℃に変更した他は、実施例８と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．７ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１２．４ｍΩｃｍであった。
【００９２】
実施例１０
保持温度を８００℃から１０５０℃に変更した他は、実施例８と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．９ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は９．８ｍΩｃｍであった。
【００９３】
実施例１１
保持温度を８００℃から１１００℃に変更した他は、実施例８と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は７．０ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は８．４ｍΩｃｍであった。
【００９４】
実施例８〜１１で作製した焼結体について、Ｘ線チャートを測定した結果、いずれも、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相と表２に示す相が確認された。
これらの焼結体からなるスパッタリングターゲットをスパッタリング装置に装着し、実施例１（３）と同様の条件で、ＤＣ出力４００Ｗで８時間連続スパッタ放電をした。その結果、ターゲット表面上にノジュールは全く観察されなかった。実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００９５】
比較例１
原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]が０．０８となるように、酸化インジウムと酸化亜鉛を混合し、湿式ボールミルで７２時間混合粉砕した。スプレードライヤーで乾燥させた混合粉を、直径４インチの金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形した。
成形物を、酸素雰囲気とした炉内で昇温速度を１℃／ｍｉｎで１４５０℃まで加熱し、その温度で３６時間焼結して、酸化物焼結体を作製した。
焼結体の密度は６．８ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１０９ｍΩｃｍであった。
この焼結体のＸ線回折では、亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相が確認されなかった。また、この焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いて、実施例１と同様にして成膜した結果、ノジュールの発生が観察された。
【００９６】
比較例２
酸化スズを２０００ｐｐｍ含む酸化インジウム粉と、酸化亜鉛粉を、重量比で９５：５（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ＋Ｘ）]＝０．０８）となるように秤量したものを使用し、湿式ボールミルで２４時間混合粉砕した。スプレードライヤーで乾燥させた混合粉を、直径４インチの金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形した。酸素雰囲気とした炉内で、成形物を昇温速度１℃／ｍｉｎで１１００℃まで加熱し、その温度で１０時間焼結し、酸化物焼結体を作製した。
焼結体の密度は６．０ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１３００Ωｃｍであった。
Ｘ線回折の結果、この焼結体では酸化インジウムと酸化亜鉛からなる一般式：Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは２〜２０の整数を示す）で現される六方晶層状化合物相が確認されなかった。
この焼結体からなるターゲットを用いて、実施例１と同様なスパッタしたところ、ターゲットのバルク抵抗が高いため安定したＤＣ放電ができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の酸化物焼結体の製造方法によりノジュールやアーキング等を発生しないスパッタリングターゲットを製造することができる。
本発明のスパッタリングターゲットは、酸化物半導体の形成材料として好適である。例えば、薄膜トランジスタの半導体層、結晶性酸化物半導体の形成に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】薄膜トランジスタの一例の概略断面図である。
【図２】薄膜トランジスタの他の例の概略断面図であり、（１）は薄層トランジスタ（ソース電極）の概略図であり、（２）は薄層トランジスタ（ドレイン電極）の概略図である。
【図３】実施例１で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図４】図１のＸ線回折チャートの拡大図である。
【図５】実施例２で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図６】実施例３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図７】実施例４で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図８】実施例５で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図９】実施例６で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【符号の説明】
【００９９】
１ 基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁膜
４ チャネル層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ 保護膜
１１ 基板
１２ ゲート電極
１３ ゲート絶縁膜
１４ チャネル層
１５ 保護膜
１７ ソース・ドレイン電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物焼結体の製造方法、酸化物焼結体、スパッタリングタ−ゲット、酸化物薄膜、薄膜トランジスタの製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電界効果型トランジスタの主要部材である半導体層（チャンネル層）として、酸化物薄膜が検討されている。
酸化物薄膜は、例えば、酸化物からなるターゲットをスパッタリングして形成される。スパッタリングターゲットとしては、酸化インジウム・酸化亜鉛からなるターゲットが知られている。
【０００３】
例えば、ＩｎとＺｎを主成分とし、一般式Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝２〜２０）で表わされる六方晶層状化合物の粉末又はこの粉末の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットが提案されている（特許文献１）。
また、酸化物焼結体中のＩｎ及びＺｎの原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］が０．２〜０．８５であるスパッタリングターゲットが提案されている（特許文献２）。
さらに、一般式Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝２〜７）で表される六方晶層状化合物を含み、かつ酸化物焼結体中のＩｎとＺｎの原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］が０．２〜０．９であり、体積抵抗率が１０−２Ωｃｍ以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットが知られている（特許文献３）。
【０００４】
しかしながら、上記のターゲットを用いて作製した薄膜は、結晶化温度が高いため結晶化しないか、又は結晶化したときに薄膜を半導体用途として適当な比抵抗の範囲（例えば、０．０１〜１００Ωｃｍ）に制御ができず、半導体として使用できないおそれがあった。
【０００５】
また、酸化インジウム・酸化亜鉛からなるスパッタリングターゲットとして、酸化物焼結体中のＩｎ及びＺｎの原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）で表わされる原子比を０．７５〜０．９７の範囲内の値とするとともに、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ただし、ｍは２〜２０の整数である。）で表される六方晶層状化合物を含有し、かつ、該六方晶層状化合物の結晶粒径を５μｍ以下の値となるスパッタリングターゲットが知られている（特許文献４）。
しかしながら、このターゲットでは酸化インジウムのインジウム元素の一部が亜鉛元素で置換固溶されておらず、酸化インジウム相と六方晶層状化合物相との抵抗差が大きく、ノジュールやアーキングの発生を制御できないおそれがある。
【０００６】
尚、上記特許文献１〜４に記載されたスパッタリングターゲットは、透明導電膜を形成するために開発されたものである。
【特許文献１】特開平０６−２３６７１１号公報
【特許文献２】特開平０６−２３４５６５号公報
【特許文献３】特開平０９−０７１８６０号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ０１／０３８５９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、酸化物半導体を形成する際に、ノジュールやアーキング等を発生しない酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）を製造する方法、及びスパッタリングターゲット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】
【０００８】
本発明によれば、以下の酸化物焼結体の製造方法等が提供される。
１．少なくともインジウム化合物及び亜鉛化合物を含む原料を混合する工程（Ａ）と、前記工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、前記工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する工程（Ｃ）と、前記工程（Ｃ）後の成形体を１２００℃以上で焼結させる工程（Ｄ）を含む、酸化物焼結体の製造方法。
２．酸化インジウム及び酸化亜鉛を混合する工程（Ａ）と、前記工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、前記工程（Ｂ）で得られる成形体を、室温から４００〜４５０℃に昇温し脱溶媒する工程を有し、前記４００〜４５０℃の温度帯域から、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで、０．１〜１．０℃／分の速度で昇温し、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域で１時間以上保持し、その後、１２００℃以上で焼結させ、焼結後、０．１〜１．０℃／分で降温する工程を含む、酸化物焼結体の製造方法。
３．上記１又は２に記載の製造方法により製造した酸化物焼結体。
４．亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相と、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは２〜２０の整数を示す）で表される六方晶層状化合物相を含有する酸化物焼結体。
５．前記酸化インジウム相が、正４価以上の金属元素（Ｍ）及び亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相である４に記載の酸化物焼結体。
６．前記正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、原子比で０．０００１〜０．００５である５に記載の酸化物焼結体。
７．前記正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、前記亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]よりも少ない５又は６に記載の酸化物焼結体。
８．前記正４価以上の金属元素（Ｍ）が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＣｅからなる群から選択される１種以上の元素である５〜７のいずれかに記載の酸化物焼結体。
９．酸化物焼結体中のインジウム元素及び亜鉛元素に対する亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]が、原子比で０．０００１〜０．１である４〜８のいずれかに記載の酸化物焼結体。
１０．前記請求項１〜９のいずれかに記載の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
１１．上記１０に記載のスパッタリングターゲットを用い、２５〜４５０℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる酸化物薄膜。
１２．前記酸化物薄膜が、薄膜トランジスタのチャネル層用の薄膜である、１１に記載の酸化物薄膜。
１３．酸化物薄膜と酸化物絶縁体層とを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、
（ｉ）上記１１の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程；及び
（ｉｉ）前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程、
を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
１４．上記１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造した薄膜トランジスタを備えた半導体装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ノジュールやアーキング等を発生しない酸化物焼結体（スパッタリングターゲット）及びその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の酸化物焼結体の製造方法を具体的に説明する。
本発明の酸化物焼結体の製造方法は、下記の工程（Ａ）〜（Ｄ）を有する。
（Ａ）少なくともインジウム化合物及び亜鉛化合物を含む原料を混合する工程
（Ｂ）工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程
（Ｃ）工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する工程
（Ｄ）工程（Ｃ）後の成形体を１２００℃以上で焼結させる工程
【００１１】
・工程（Ａ）
本工程では、原料粉末であるインジウム化合物粉末及び亜鉛化合物粉末等を混合する。
インジウム化合物としては、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。亜鉛化合物としては、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、焼結のしやすさ、副生成物の発生の少なさから、酸化物が好ましい。
インジウム化合物粉末及び亜鉛化合物粉末の他に、正４価以上の金属元素（Ｍ）の化合物を混合してもよい。正４価以上の金属元素としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ又はＣｅが挙げられる。これら金属元素の酸化物が好ましい。
【００１２】
亜鉛化合物粉末の平均粒径は、インジウム化合物粉末の平均粒径よりも小さいことが好ましい。尚、原料粉末の平均粒径は、ＪＩＳ Ｒ １６１９に記載の方法によって測定することができる。
【００１３】
上記各原料は、公知の混合及び粉砕手段により混合及び粉砕する。各原料の純度は、通常９９．９質量％（３Ｎ）以上、好ましくは９９．９９質量％（４Ｎ）以上、さらに好ましくは９９．９９５質量％以上、特に好ましくは９９．９９９質量％（５Ｎ）以上である。各原料の純度が９９．９質量％（３Ｎ）以上であれば、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｕ等の不純物により半導体特性が低下することもなく、信頼性を十分に保持できる。特にＮａ、Ｋ、Ｃａの含有量が１００ｐｐｍ未満であると薄膜トランジスタを作製した際に信頼性が向上するため好ましい。
【００１４】
上記原料粉末の混合は、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。原料粉末の混合は、好ましくは４８〜９６時間、より好ましくは４８〜７２時間実施することで、原料粉末を均一に分散させる。
【００１５】
混合・粉砕後に得られる混合物の平均粒径は、通常１０μｍ以下、好ましくは１〜９μｍ、特に好ましくは１〜６μｍとすることが好ましい。平均粒径が１０μｍ以下であれば、得られるスパッタリングターゲットの密度を高くすることができるので好適である。ここで平均粒径は、ＪＩＳ Ｒ １６１９に記載の方法によって測定することができる。
【００１６】
原料粉末の比表面積は、例えば、２〜１０ｍ２／ｇ、好ましくは４〜８ｍ２／ｇであることが適当である。各原料粉同士の比表面積の差は、５ｍ２／ｇ以下、好ましくは３ｍ２／ｇ以下とすることが好ましい。比表面積の差が小さいほど、原料粉末を効率的に粉砕・混合することができる。尚、比表面積が異なる粉末を使用することにより、より効率的に粉砕混合できるようになる。比表面積が違いすぎると、効率的な粉砕混合が出来ず、焼結体中に亜鉛化合物粒子が残る場合がある。
尚、比表面積はＢＥＴ法で求めた値である。
さらに、原料について、比表面積が３〜１６ｍ２／ｇであるインジウム化合物粉及び亜鉛化合物粉を含み、粉体全体の比表面積が３〜１６ｍ２／ｇである混合粉体を原料とすることが好ましい。尚、各原料粉末の比表面積が、ほぼ同じである粉末を使用することが好ましい。これにより、より効率的に粉砕混合できる。具体的には、比表面積の比を１／４〜４倍以内にすることが好まく、１／２〜２倍以内が特に好ましい。
【００１７】
混合粉体は、例えば、湿式媒体撹拌ミルを使用して混合粉砕することが好ましい。この場合、粉砕後の比表面積が原料混合粉体の比表面積より１．０〜３．０ｍ２／ｇ増加する程度か、又は粉砕後の平均メジアン径（ｄ５０）が０．６〜１μｍとなる程度に粉砕することが好ましい。このように調整した原料粉を使用することにより、仮焼工程を全く必要とせずに、高密度の酸化物焼結体を得ることができる。また、還元工程も不要となる。
【００１８】
尚、上記原料混合粉体の比表面積の増加分が１．０ｍ２／ｇ以上又は粉砕後の原料混合粉の平均メジアン径が１μｍ以下であれば、焼結密度が十分に大きくなるので好ましい。一方、原料混合粉体の比表面積の増加分が３．０ｍ２／ｇ以下又は粉砕後の平均メジアン径が０．６μｍ以上であれば、粉砕時の粉砕器機等からのコンタミ（不純物混入量）が増加することもないので好適である。
ここで、各粉体の比表面積はＢＥＴ法で測定した値である。各粉体の粒度分布のメジアン径は、粒度分布計で測定した値である。これらの値は、粉体を乾式粉砕法、湿式粉砕法等により粉砕することにより調整できる。
混合粉砕の際、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を１容積％程度添加した水、又はエタノール等を媒体として用いてもよい。
これらの原料酸化物粉末のメジアン径（ｄ５０）は、例えば、０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍとすることが好ましい。原料酸化物粉末のメジアン径（ｄ５０）が０．５μｍ以上であれば、焼結体中に空胞ができ焼結密度が低下することを防ぐことができ、２０μｍ以下であれば、焼結体中の粒径の増大が防げるので好ましい。
【００１９】
本発明では、原料粉末の混合後、得られた混合物を仮焼する工程を含んでもよい。
仮焼工程では、上記工程で得られた混合物が仮焼される。仮焼を行うことにより、最終的に得られるスパッタリングターゲットの密度を上げることが容易になる。
仮焼工程においては、５００〜１２００℃、好ましくは、８００〜１２００℃で、１〜１００時間、好ましくは２〜５０時間の条件で（ａ）工程で得られた混合物を熱処理することが好ましい。５００℃以上かつ１時間以上の熱処理条件であれば、インジウム化合物や亜鉛化合物、錫化合物の熱分解が十分に行われるので好ましい。熱処理条件が、１２００℃以下及び１００時間以下であれば、粒子が粗大化することもないので好適である。
さらに、ここで得られた仮焼き後の混合物を、続く成形工程及び焼結工程の前に粉砕することが好ましい。この仮焼き後の混合物の粉砕は、ボールミル、ロールミル、パールミル、ジェットミル等を用いて行うことが適当である。粉砕後に得られた仮焼き後の混合物の平均粒径は、例えば、０．０１〜３．０μｍ、好ましくは０．１〜２．０μｍであることが適当である。得られた仮焼き後の混合物の平均粒径が０．０１μｍ以上であれば、十分な嵩比重を保持することができ、かつ取り扱いが容易になるので好ましい。また、仮焼き後の混合物の平均粒径が１．０μｍ以下であれば最終的に得られるスパッタリングターゲットの密度を上げることが容易になる。
尚、仮焼き後の混合物の平均粒径は、ＪＩＳ Ｒ １６１９に記載及び方法によって測定することができる。
【００２０】
・工程（Ｂ）
成形工程は、原料粉末の混合物（上記仮焼工程を設けた場合には仮焼き後の混合物）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、混合物（又は仮焼き後の混合物）を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。
【００２１】
本工程で用いることができる成形処理としては、例えば、プレス成形、冷間静水圧、一軸加圧、金型成形、鋳込み成形、射出成形等が挙げられる。焼結密度の高い焼結体（スパッタリングターゲット）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。
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。
【００２２】
プレス成形としては、コールドプレス（Ｃｏｌｄ Ｐｒｅｓｓ）法やホットプレス（Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ）法等、公知の成形方法を用いることができる。例えば、得られた混合粉を金型に充填し、コールドプレス機にて加圧成形する。加圧成形は、例えば、常温（２５℃）下、１００〜１０００００ｋｇ／ｃｍ２、好ましくは、５００〜１００００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で行われる。
【００２３】
尚、コールドプレス法では、混合粉を成形型に充填して成形体を作製し、焼結させる。ホットプレス法では、混合粉を成形型内で直接焼結させる。
乾式法のコールドプレス（Ｃｏｌｄ Ｐｒｅｓｓ）法としては、粉砕工程後の原料をスプレードライヤー等で乾燥した後、成形する。
湿式のコールドプレス法としては、例えば、濾過式成形法（特開平１１−２８６００２号公報参照）を用いるのが好ましい。この濾過式成形法は、セラミックス原料スラリーから水分を減圧排水して成形体を得るための非水溶性材料からなる濾過式成形型であって、１個以上の水抜き孔を有する成形用下型と、この成形用下型の上に載置した通水性を有するフィルターと、このフィルターをシールするためのシール材を介して上面側から挟持する成形用型枠からなり、成形用下型、成形用型枠、シール材、及びフィルターが各々分解できるように組立てられている。該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水する濾過式成形型を用い、混合粉、イオン交換水と有機添加剤からなるスラリーを調製し、このスラリーを濾過式成形型に注入し、該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を作製し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂後、焼結する。
【００２４】
・工程（Ｃ）
本工程は、上記工程（Ｂ）で得た成形体を、焼結工程の前に加熱するものである。具体的に、工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する。
本工程においては、酸素を流通させた酸素雰囲気中、大気圧又は加圧下で室温から４００〜４５０℃まで、例えば、約５０℃刻みで段階的に温度を上げ、脱溶媒を行うことが好ましい。脱溶媒を行う温度が４５０℃以下であれば、焼結工程において酸化物焼結体が割れることがないため好ましい。
ここで、５０℃刻みとは、焼結炉等の加熱装置の設定値を意味する。具体的に、装置内部の温度が設定値まで昇温した段階で、さらに、装置の設定温度を５０℃高く設定することである。この操作を繰り返すことにより、加熱装置内部の温度を４００〜４５０℃に加熱する。
【００２５】
その後、成形体を８００℃以上１２００℃未満の温度帯域、好ましくは１０００〜１１００℃の温度帯域まで加熱した後、所定の時間保持する。
上記の温度帯域までの昇温速度は、好ましくは０．１〜１．０℃／分であり、より好ましくは０．３〜０．５℃／分である。昇温速度を１．０℃／分以下とすることにより、酸化インジウム相へ置換固溶された亜鉛元素の組成比が変化するおそれがなく好ましい。
上記温度帯域での保持時間は、好ましくは０．１〜１０時間であり、より好ましくは１〜５時間である。
【００２６】
この工程により、酸化インジウム相への亜鉛元素の置換固溶が促進され、バルク抵抗が半導体用途に適した値となる。具体的に、バルク抵抗を０．１〜１００ｍΩｃｍ、好ましくは１〜４０ｍΩｃｍ、さらにこの好ましくは２〜２０ｍΩｃｍの範囲とすることができる。
【００２７】
・工程（Ｄ）
本工程は、上記工程（Ｃ）に続けて、成形体を焼結するものである。
成形体の焼結温度は、１２００〜１６００℃、好ましくは１２５０〜１５５０℃、特に好ましくは１３５０〜１５００℃である。焼結温度が１２００℃以上であれば、六方晶層状化合物が形成されることにより、酸化物焼結体の密度が上昇し、スパッタリングの際に酸化物焼結体が割れることもなく、異常放電が発生することもなく、さらに適度な時間内に焼結を行うことができるため好ましい。１６００℃以下であれば、成分が気化することもなく、亜鉛が蒸発し焼結体の組成が変化する及び／又は酸化物焼結体中にボイド（空隙）が発生するおそれもないので好適である。
【００２８】
また、焼結時間は、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時間とする。焼結時間が３０分以上であれば、酸化物焼結体の密度を上昇しやすくなり、３６０時間以下であれば、適度な時間内に焼結を行うことができる。
焼結後、冷却時の降温速度は０．１〜１．０℃／分が好ましく、０．３〜０．５℃／分がさらに好ましい。降温速度が１．０℃／分以下であれば、酸化インジウム相へ置換固溶された亜鉛元素の組成比が変化するおそれがなく好ましい。
【００２９】
焼結工程は、酸素ガス雰囲気で行うことが好ましい。これにより、酸化物焼結体の密度を高めることができ、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制できる場合がある。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば、１０〜１００ｖｏｌ％である雰囲気を言う。
【００３０】
焼結は、大気圧下又は加圧下で行うことができる。圧力は、例えば、９８０００〜１００００００Ｐａ、好ましくは、１０００００〜５０００００Ｐａであることが適当である。
【００３１】
尚、上記（Ｃ）工程の保持温度から焼結温度までの昇温速度は、通常２０℃／分以下、好ましくは８℃／分以下、より好ましくは４℃／分以下、さらに好ましくは２℃／分以下、特に好ましくは０．５℃／分以下である。２０℃／分以下であれば、ホモロガス結晶の形成が十分に行うことができる。
【００３２】
本発明においては、上記焼結工程（Ｄ）の後、必要により還元工程を設けてもよい。還元工程により、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均一化することができる場合がある。
還元方法としては、例えば、還元性ガスを循環させる方法、真空中で焼結する方法、及び不活性ガス中で焼結する方法等が挙げられる。
【００３３】
還元性ガスとしては、例えば、水素、メタン、一酸化炭素、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。
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、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。
【００３４】
還元処理時の温度は、通常１００〜８００℃、好ましくは２００〜８００℃である。また、還元処理の時間は、通常０．０１〜１０時間、好ましくは０．０５〜５時間である。
還元ガスや不活性ガスの圧力は、例えば、９８００〜１００００００Ｐａ、好ましくは、９８０００〜５０００００Ｐａである。真空中で焼結する場合、真空とは、具体的には、１０−１〜１０−８Ｐａ、好ましくは１０−２〜１０−５ａ程度の真空を言い、残存ガスはアルゴンや窒素等である。
【００３５】
上記の製造方法で得られた酸化物焼結体は、スパッタリングターゲットとして好適に使用できる。このスパッタリングターゲットでは、製膜時のアーキングの発生やノジュールの発生が抑えられ、表面平滑性に優れた結晶質酸化物半導体膜を製造することができる。
【００３６】
スパッタリングターゲットは、必要に応じて焼結体を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、バッキングプレート等の装着用治具を取り付けることで製造できる。
スパッタリング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４〜６ｍｍである。スパッタリングターゲットの表面は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〜１０，０００番のダイヤモンド砥石を使用すれば、スパッタリングターゲットが割れることもないので好ましい。また、複数のスパッタリングターゲットを一つのバッキングプレートに取り付け、実質一つのターゲットとしてもよい。バッキングプレートとしては、例えば、無酸素銅製のものが挙げられる。
【００３７】
続いて、本発明の酸化物焼結体について説明する。
本発明の酸化物焼結体は、亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相と、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは２〜２０の整数を示す）で表される六方晶層状化合物相を含有することを特徴とする。酸化物焼結体が有する置換固溶した酸化インジウム相と六方晶層状化合物相のバルク抵抗の差は小さいため、スパッタリング時のノジュールの発生やアーキングを抑えることができる。そのため、アーキング等による異物の発生が低減できるため、表面平滑性に優れた酸化物半導体の薄膜を形成することができる。
【００３８】
六方晶層状化合物相及び酸化インジウム相を含有することは、Ｘ線回折により確認できる。測定した回折スペクトルが、六方晶層状化合物相及び酸化インジウム相のＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）のピークパターン又はこれの類似(シフトした)パターンを有することで確認する。
【００３９】
本発明において、上記の酸化インジウム相は、正４価以上の金属元素（Ｍ）及び亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相であることが好ましい。これにより、酸化物焼結体のバルク抵抗を適正範囲に制御することができる。
【００４０】
ここで、亜鉛元素、又は亜鉛元素及び正４価以上の金属元素（Ｍ）が置換固溶した酸化インジウム相は、Ｘ線回折から計算した格子定数（格子間距離）の変化や、高輝度放射光を用いた構造解析によって確認できる。具体的には、Ｘ線回折パターンのピークシフトから、結晶構造の軸長変化により判断することができる。尚、置換固溶により軸長が短くなった場合は、Ｘ線回折パターンのピークが高角度側にシフトする。さらに、格子定数はリートベルト解析を用いて求める。
【００４１】
正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、原子比で０．０００１〜０．１であることが好ましい。０．０００１未満では、バルク抵抗を適正な範囲内に制御するために、高温・長時間の焼結が必要になる場合がある。また、０．１超では、得られる酸化物半導体膜が導電性になる場合がある。好ましくは、０．０００５〜０．０７、より好ましくは、０．００１〜０．０５である。
尚、金属元素（Ｍ）の含有量は、例えば、原料粉末の混合量により制御できる。また、酸化物焼結体中の含有量（原子比）は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）測定により、各元素の存在量を測定することで求めることができる。
【００４２】
また、正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]よりも少ないことが好ましい。正４価以上の金属元素（Ｍ）と亜鉛元素の含有量が同じか、又は、正４価以上の金属元素（Ｍ）よりも亜鉛元素の含有量が多い場合、得られる酸化物半導体が導電性になり、酸化物半導体として正常に動作しない場合がある。
【００４３】
上述した正４価以上の金属元素（Ｍ）としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＣｅからなる群から選択される１種以上の元素であることが好ましい。これらの金属元素の添加により、酸化物焼結体のバルク抵抗を適正範囲に制御することができる。また、スパッタリング時のノジュールの発生やアーキングを抑えることができる。そのため、アーキング等による異物の発生が低減できるため、表面平滑性に優れた酸化物半導体の薄膜を形成することができる。
正４価以上の金属元素（Ｍ）は、焼結体中ではドーパントとして機能し、キャリアを発生させるが、結晶質酸化物半導体薄膜状態では、キャリアの発生効率が低く抑えることができる元素が好ましい。従って、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ又はＣｅは、薄膜でのキャリアを増加させる効果が小さいため、更に好適である。
【００４４】
酸化物焼結体中のインジウム元素及び亜鉛元素に対する亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]は、原子比で０．０００１〜０．１よりも小さいことが好ましい。これにより、得られる酸化物半導体の動作が安定する。０．０００１未満では、酸化物半導体にならずに導電体になったりする場合があり、０．１よりも大きいでは、結晶化せずに導電体になったりする場合がある。好ましくは、Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）＝０．０００５〜０．０５、より好ましくは、Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）＝０．０００５〜０．０３である。
尚、[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]は、例えば、原料粉末の混合量により制御できる。また、酸化物焼結体中の含有量（原子比）は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）測定により、各元素の存在量を測定することで求めることができる。
【００４５】
本発明の酸化物焼結体のバルク抵抗の適正範囲は、１ｍΩｃｍ〜１００ｍΩｃｍである。好ましくは、１ｍΩｃｍ〜１０ｍΩｃｍ、より好ましくは、５ｍΩｃｍ〜１０ｍΩｃｍである。１ｍΩｃｍ未満では、スパッタリング時にノジュールが発生する場合があり、得られる酸化物半導体膜に異物が付着し、膜の表面平滑性を低下する場合がある。また、酸化物半導体膜が導電性になる場合もある。１００ｍΩｃｍ超では、アーキング等の異常放電が発生し、得られる酸化物半導体膜に異物が付着し、膜の表面平滑性の低下を招く場合がある。
また、酸化物焼結体の密度は、６．７ｇ／ｃｍ３以上が好ましい。６．７ｇ／ｃｍ３未満では、ノジュールが発生したり、アーキングが発生したりして、得られる酸化物半導体膜の表面平滑性の低下を招く場合がある。好ましくは、６．８ｇ／ｃｍ３、より好ましくは、６．９ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは、７．０ｇ／ｃｍ３以上である。上限に規定はないが、酸化インジウムの真密度である７．１４ｇ／ｃｍ３未満が好ましい。
【００４６】
本発明の酸化物焼結体は、上述した本発明の製造方法にて得ることができる。
【００４７】
本発明の酸化物薄膜は、上述した本発明のスパッタリングターゲットを用い、２５〜４５０℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる。これにより、電子キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３未満の酸化物薄膜（酸化物半導体）を形成することができる。
スパッタリング法としては、ＤＣ（直流）スパッタ法、ＡＣ（交流）スパッタ法、ＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタ法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。ＤＣ（直流）スパッタ法及びＲＦ（高周波）スパッタ法が好ましく利用される。
スパッタ時の成膜温度は、スパッタ法によって異なるが、例えば、０〜３５０℃、好ましくは、１０〜２００℃、より好ましくは、２０〜１２０℃であることが適当である。ここで、成膜温度とは、薄膜を形成する基板の温度である。
スパッタ時のスパッタリングチャンバー内の圧力は、スパッタ法によって異なるが、例えば、ＤＣ（直流）スパッタ法の場合は、０．１〜２．０ＭＰａ、好ましくは、０．３〜０．８ＭＰａであり、ＲＦ（高周波）スパッタ法の場合は０．１〜２．０ＭＰａ、好ましくは、０．２〜１．０ＭＰａであることが適当である。
スパッタ時に投入される電力出力は、スパッタ法によって異なるが、例えば、ＤＣ（直流）スパッタ法の場合は、１０〜１０００Ｗ、好ましくは、１００〜３００Ｗであり、ＲＦ（高周波）スパッタ法の場合は、１０〜１０００Ｗ、好ましくは、５０〜２５０Ｗであることが適当である。
ＲＦ（高周波）スパッタ法の場合の電源周波数は、例えば、５０Ｈｚ〜５０ＭＨｚ、好ましくは、１０ｋ〜２０ＭＨｚであることが適当である。
スパッタ時のキャリアーガスとしては、スパッタ法によって異なるが、例えば、酸素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトンが挙げられる。好ましくは、アルゴンと酸素の混合ガスである。アルゴンと酸素の混合ガスを使用する場合、アルゴン：酸素の流量比は、Ａｒ：Ｏ２＝１００〜８０：０〜２０、好ましくは、１００〜９０：０〜１０であることが適当である。
【００４８】
スパッタリングに先立ち、スパッタリングターゲットを支持体に接着（ボンディング）する。これは、ターゲットをスパッタリング装置に固定するためである。
ボンディングしたスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行い、基板上にＩｎ及びＺｎの酸化物を主成分とする酸化物薄膜を得る。ここで、「主成分とする」とは、酸素を除く元素の原子比の和を１００％として、Ｉｎ及びＺｎの各元素を原子比で５０％以上含むことを意味する。
基板としては、ガラス、樹脂（ＰＥＴ、ＰＥＳ等）等を用いることができる。
得られたアモルファス酸化物薄膜の膜厚は、成膜時間やスパッタ法によっても異なるが、例えば、５〜３００ｎｍ、好ましくは、１０〜９０ｎｍであることが適当である。
また、得られる酸化物薄膜の電子キャリア濃度は、例えば、１×１０１８／ｃｍ３未満、好ましくは、５×１０１７〜１×１０１２／ｃｍ３であることが適当である。
さらに、得られた酸化物薄膜の密度は、６．０ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは、６．１〜７．２ｇ／ｃｍ３であることが適当である。このような密度であれば、得られた酸化物薄膜においても、ノジュールやパーティクルの発生が少なく、膜特性に優れた酸化物薄膜を得ることができる。
【００４９】
本発明の酸化物薄膜は、そのまま、あるいは熱処理することで薄膜トランジスタ、チャネル層、太陽電池、ガスセンサー等の半導体膜として使用することができる。特に、薄膜トランジスタのチャネル層（半導体層）として好適である。
以下、本発明の酸化物薄膜を薄膜トランジスタのチャネル層に適用した例について説明する。
【００５０】
図１は、薄膜トランジスタの一例の概略断面図である。
この薄膜トランジスタは、ガラス基板等の基板１上にゲート電極２を形成してある。ゲート電極２を覆うようにゲート絶縁膜３を有し、その上にチャネル層４がある。チャネル層４の両端部に、ソース電極５及びドレイン電極６のいずれか一方が形成されている。ソース電極５及びドレイン電極６の一部を除き、保護膜７が形成されている。
【００５１】
尚、図１に示す薄膜トランジスタでは、ソース電極５及びドレイン６電極の形成後に保護膜７を形成しているが、これに限らず、例えば、図２に示す薄膜トランジスタとしてもよい。
図２の薄膜トランジスタでは、ガラス基板等の基板１１上にゲート電極１２を形成してある。ゲート電極１２を覆うようにゲート絶縁膜１３を有し、その上にチャネル層１４がある。チャネル層１４上に保護膜１５（エッチングストッパー）を形成し、その後、ソース電極・ドレイン電極１７を形成している（図２（１））。その後、ソース電極・ドレイン電極１７をエッチング等によりパターニングする（図２（２））
本発明の酸化物薄膜は、チャネル層４、１４として好適に使用できる。
【００５２】
本発明の酸化物薄膜をチャネル層４として使用する場合、酸化物薄膜と酸化物絶縁体層を積層構造とし、下記の工程を含む方法で製造することが好ましい。
（ｉ）本発明の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程
（ｉｉ）前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程
【００５３】
上記工程（ｉ）では、酸化雰囲気中で酸化物薄膜を熱処理する。酸化雰囲気とは、例えば、大気、又は酸素ガス雰囲気中でよい。
また、熱処理は、例えば、１００〜４５０℃、好ましくは１５０〜３５０℃で、０．１〜１０時間、好ましくは、０．５〜２時間行う。これにより、酸化物薄膜の半導体特性を安定化できる。
【００５４】
上記工程（ｉｉ）では、熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する。酸化物絶縁体層は、半導体の保護膜として機能する。
酸化物絶縁体層の方法としては、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法が挙げられる。
酸化物絶縁体層としては、例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３，ＡｌＮ等を用いることができる。これらのなかでも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３であり、特に好ましくはＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３等の酸化物である。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良い。
【００５５】
酸化物絶縁体層は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
また、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く、非晶質であることが特に好ましい。非晶質膜であれば界面の平滑性が良好となり、高いキャリア移動度を維持することができ、閾値電圧やＳ値が大きくなりすぎることもない。
尚、Ｓ値（Ｓｗｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）とは、オフ状態からゲート電圧を増加させた際に、オフ状態からオン状態にかけてドレイン電流が急峻に立ち上がるが、この急峻さを示す値である。下記式で定義されるように、ドレイン電流が１桁（１０倍）上昇するときのゲート電圧の増分をＳ値とする。
Ｓ値＝ｄＶｇ／ｄｌｏｇ（Ｉｄｓ）
Ｓ値が小さいほど急峻な立ち上がりとなる（「薄膜トランジスタ技術のすべて」、鵜飼育弘著、２００７年刊、工業調査会）。Ｓ値が大きいと、オンからオフに切り替える際に高いゲート電圧をかける必要があり、消費電力が大きくなるおそれがある。
また、Ｓ値は０．８Ｖ／ｄｅｃ以下が好ましく、０．３Ｖ／ｄｅｃ以下がより好ましく、０．２５Ｖ／ｄｅｃ以下がさらに好ましく、０．２Ｖ／ｄｅｃ以下が特に好ましい。０．８Ｖ／ｄｅｃより大きいと駆動電圧が大きくなり消費電力が大きくなるおそれがある。特に、有機ＥＬディスプレイで用いる場合は、直流駆動のためＳ値を０．３Ｖ／ｄｅｃ以下にすると消費電力を大幅に低減できるため好ましい。
【００５６】
以下、本発明の電界効果型トランジスタを構成部材について説明する。
１．基板
基板としては、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。基板や基材の厚さは０．１〜１０ｍｍが一般的であり、０．３〜５ｍｍが好ましい。ガラス基板の場合は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ましい。透明性や平滑性が求められる場合は、ガラス基板、樹脂基板が好ましく、ガラス基板が特に好ましい。軽量化が求められる場合は樹脂基板や高分子機材が好ましい。
【００５７】
２．半導体層（チャネル層）
半導体層は、上述したとおり本発明のスパッタリングターゲットを使用して酸化物薄膜を形成することで作製できる。
本発明において、半導体層は製膜時に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、エッチング特性が向上する。さらに、絶縁膜や保護膜との密着性が改善される、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。
さらに熱処理を行うことにより、薄膜が半導体化し、半導体層となることが特徴である。結晶はＸ線回折でビクスバイト相のメインピークが観測されることにより確認できる。
バンドギャップが２．０〜６．０ｅＶであることが好ましく、特に、２．８〜５．０ｅＶがより好ましい。バンドギャップは、２．０ｅＶ以上であれば、可視光を吸収し電界効果型トランジスタが誤動作するおそれもない。一方、６．０ｅＶ以下であれば、キャリアが供給されにくくなり電界効果型トランジスタが機能しなくなるおそれも低い。
半導体層は、熱活性型を示す非縮退半導体であることが好ましい。非縮退半導体であれば、キャリアが多すぎてオフ電流・ゲートリーク電流が増加する、閾値が負になりノーマリーオンとなるなどの不利益を回避できる。半導体層が非縮退半導体であるか否かは、ホール効果を用いた移動度とキャリア密度の温度変化の測定を行うことにより判断できる。また、半導体層を非縮退半導体とするには、成膜時の酸素分圧を調整する、後処理をすることで酸素欠陥量を制御しキャリア密度を最適化することで達成できる。
【００５８】
半導体層の表面粗さ（ＲＭＳ）は、１ｎｍ以下が好ましく、０．６ｎｍ以下がさらに好ましく、０．３ｎｍ以下が特に好ましい。１ｎｍ以下であれば、移動度が低下するおそれもない。
【００５９】
半導体層の膜厚は、通常０．５〜５００ｎｍ、好ましくは１〜１５０ｎｍ、より好ましくは３〜８０ｎｍ、特に好ましくは１０〜６０ｎｍである。０．５ｎｍ以上であれば、工業的に均一に成膜することが可能である。一方、５００ｎｍ以下であれば、成膜時間が長くなりすぎることもない。また、３〜８０ｎｍの範囲内にあると、移動度やオンオフ比等ＴＦＴ特性が特に良好である。
【００６０】
本発明では、半導体層が結晶質膜であり、非局在準位のエネルギー幅（Ｅ０）が１４ｍｅＶ以下であることが好ましい。半導体層の非局在準位のエネルギー幅（Ｅ０）は１０ｍｅＶ以下がより好ましく、８ｍｅＶ以下がさらに好ましく、６ｍｅＶ以下が特に好ましい。非局在準位のエネルギー幅（Ｅ０）が１４ｍｅＶ以下であれば、半導体層をトランジスタの活性層として用いた場合、移動度が低下したり、閾値やＳ値が大きくなりすぎるおそれもない。
【００６１】
３．半導体層の保護膜
半導体層の保護膜は、上述した酸化物薄膜上に形成した酸化物絶縁体層である。半導体の保護膜があれば、真空中や低圧下で半導体の表面層の酸素が脱離せず、オフ電流が高くなったり、閾値電圧が負になるおそれもない。また、大気下でも湿度等周囲の影響を受けることもなく、閾値電圧等のトランジスタ特性のばらつきが大きくなるおそれもない。
【００６２】
半導体層の保護膜は、非晶質酸化物あるいは非晶質窒化物であることが好ましく、非晶質酸化物であることが特に好ましい。また、保護膜が酸化物であれば、半導体中の酸素が保護膜側に移動することもなく、オフ電流が高くなることもなく、閾値電圧が負になりノーマリーオフを示すおそれもない。
尚、半導体層の保護膜として、さらに、ポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＶＰ）、パリレン等の有機絶縁膜を用いてもよい。さらに、半導体層の保護膜は無機絶縁膜及び有機絶縁膜の２層以上の積層構造を有してもよい。
【００６３】
４．ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜を形成する材料にも特に制限はない。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，ＡｌＮ等を用いることができる。これらのなかでも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，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良い。
このようなゲート絶縁膜は、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。
また、ゲート絶縁膜は、ポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＶＰ）、パリレン等の有機絶縁膜を用いてもよい。さらに、ゲート絶縁膜は無機絶縁膜及び有機絶縁膜の２層以上積層構造を有してもよい。
ゲート絶縁膜は、厚さが５０〜５００ｎｍであることが好ましい。ゲート絶縁膜の成膜はスパッタ法でもよいが、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法等のＣＶＤ法が好ましい。
【００６４】
５．電極
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。また、それらを２層以上積層して接触抵抗を低減したり、界面強度を向上させることが好ましい。また、ソ−ス電極、ドレイン電極の接触抵抗を低減させるため半導体の電極との界面をプラズマ処理、オゾン処理等で抵抗を調整してもよい。
【００６５】
積層電極は、例えば、電子ビーム蒸着法により、厚さ１〜１００ｎｍのＴｉ（密着層）、厚さ１０〜３００ｎｍのＡｕ（接続層）及び厚さ１〜１００ｎｍのＴｉ（密着層）をこの順で積層し、この積層膜をフォトリソグラフィー法及びリフトオフ法により加工することにより形成できる。
【００６６】
本発明の薄膜トランジスタは、半導体層を遮光する構造を持つことが好ましい。半導体層を遮光する構造（例えば、遮光層）があれば、光が半導体層に入射した場合にキャリア電子が励起されオフ電流が高くなるおそれもない。遮光層は、３００〜８００ｎｍに吸収を持つ薄膜が好ましい。遮光層は半導体層の上部、下部どちらかでも構わないが、上部及び下部の両方にあることが好ましい。また、遮光層はゲート絶縁膜やブラックマトリックス等と兼用されていても構わない。遮光層が片側だけにある場合、遮光層が無い側から光が半導体層に照射しないよう構造上工夫する必要がある。
【００６７】
また、本発明の薄膜トランジスタでは、半導体層とソース電極・ドレイン電極との間にコンタクト層を設けてもよい。コンタクト層は半導体層よりも抵抗が低いことが好ましい。コンタクト層の形成材料は、上述した半導体層と同様な組成の複合酸化物が使用できる。即ち、コンタクト層はＩｎ，Ｚｎ及びＺｒ等の各元素を含むことが好ましい。これらの元素を含む場合、コンタクト層と半導体層の間で元素の移動が発生することもなく、ストレス試験等を行った際に閾値電圧のシフトが大きくなるおそれもない。
コンタクト層の作製方法に特に制約はないが、成膜条件を変えて半導体層と同じ組成比のコンタクト層を成膜したり、半導体層と組成比の異なる層を成膜したり、半導体の電極とのコンタクト部分をプラズマ処理やオゾン処理により抵抗を高めることで構成したり、半導体層を成膜する際に酸素分圧等の成膜条件により抵抗を高くなる層を構成してもよい。また、本発明の薄膜トランジスタでは、半導体層とゲート絶縁膜との間、及び／又は半導体層と保護膜との間に、半導体層よりも抵抗の高い酸化物抵抗層を有することが好ましい。酸化物抵抗層があればオフ電流が発生することもなく、閾値電圧が負となりノーマリーオンとなることもなく、保護膜成膜やエッチングなどの後処理工程時に半導体層が変質し特性が劣化するおそれもない。
【００６８】
酸化物抵抗層としては、以下のものが例示できる。
・半導体膜の成膜時よりも高い酸素分圧で成膜した半導体層と同一組成の非晶質酸化物膜
・半導体層と同一組成であるが組成比を変えた結晶性酸化物膜
酸化物抵抗層は、Ｉｎ及びＺｎを含む酸化物であることが好ましい。これらを含む場合、酸化物抵抗層と半導体層の間で元素の移動が発生することもなく、ストレス試験等を行った際に閾値電圧のシフトが大きくなるおそれもない。
【００６９】
上述した薄膜トランジスタの各構成部材（層）は、本技術分野で公知の手法で形成できる。
具体的に、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い、及び膜質向上が容易であることから、好ましくは物理的成膜方法を用い、より好ましくは生産性が高いことからスパッタ法を用いる。
スパッタリングでは、複合酸化物の焼結ターゲットを用いる方法、複数の焼結ターゲットを用いコスパッタを用いる方法、合金ターゲットを用い反応性スパッタを用いる方法等が利用できる。好ましくは、複合酸化物の焼結ターゲットを用いる。ＲＦ、ＤＣあるいはＡＣスパッタリングなど公知のものが利用できるが、均一性や量産性（設備コスト）からＤＣあるいはＡＣスパッタリングが好ましい。
【００７０】
形成した膜を各種エッチング法によりパターニングできる。
本発明では半導体層を、本発明のターゲットを用い、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、電界効果型トランジスタにおいて、閾値電圧シフトの低減、移動度の向上、閾値電圧の減少、Ｓ値の減少等の効果が期待できる。
【００７１】
また、本発明では半導体層成膜後に１００〜４５０℃で熱処理することが好ましい。特に、半導体層と半導体の保護膜を形成した後に、１００〜４５０℃で熱処理することが好ましい。１００℃以上であれば、得られるトランジスタの十分な熱安定性や耐熱性を保持することができ、十分な移動度を保持でき、Ｓ値が大きくなったり、閾値電圧が高くなるおそれもない。一方、４５０℃以下であれば、耐熱性のない基板も使用でき、熱処理用の設備費用がかかるおそれもない。
熱処理温度は１２０〜３５０℃がより好ましく、１５０〜３２０℃が特に好ましい。特に、熱処理温度が３２０℃以下であれば、基板として耐熱性の低い樹脂基板を利用できる。
熱処理時間は、通常１秒〜２４時間が好ましいが、処理温度により調整することが好ましい。例えば、１００〜２００℃では、１０分から２４時間がより好ましく、２０分から６時間がさらに好ましく、３０分〜３時間が特に好ましい。２００〜２５０℃では、６分から４時間がより好ましく、１５分から２時間がさらに好ましい。２５０〜３００℃では、３０秒から４時間がより好ましく、１分から２時間が特に好ましい。３００〜４５０℃では、１秒から１時間がより好ましく、２秒から３０分が特に好ましい。
熱処理は、特に限定されないが、窒素等の不活性ガス中で酸素分圧が１０−３Ｐａ以下の環境下で行うか、あるいは半導体層を保護膜で覆った後に行うことが好ましい。上記条件下だと再現性が向上する。
【００７２】
本発明の製造方法で得られる薄膜トランジスタにおいて、移動度は１ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、３ｃｍ２／Ｖｓ以上がより好ましく、８ｃｍ２／Ｖｓ以上が特に好ましい。１ｃｍ２／Ｖｓ以上であればスイッチング速度が遅くなることもなく、大画面高精細のディスプレイに用いるのに最適である。
オンオフ比は、１０６以上が好ましく、１０７以上がより好ましく、１０８以上が特に好ましい。
オフ電流は、２ｐＡ以下が好ましく、１ｐＡ以下がより好ましい。オフ電流が２ｐＡ以下であれば、ディスプレイのＴＦＴとして用いた場合に十分なコントラストが得られ、良好な画面の均一性が得られる。
ゲートリーク電流は１ｐＡ以下が好ましい。１ｐＡ以上であれば、ディスプレイのＴＦＴとして用いた場合に良好なコントラストが得られる。
閾値電圧は、通常０〜１０Ｖであるが、０〜４Ｖが好ましく、０〜３Ｖがより好ましく、０〜２Ｖが特に好ましい。０Ｖ以上であればノーマリーオンとなることもなく、オフ時に電圧をかけることも必要なく、消費電力を低く抑えることができる。１０Ｖ以下であれば駆動電圧が大きくなることもなく、消費電力を低く抑えることができ、移動度を低く抑えることができる。
また、Ｓ値は０．８Ｖ／ｄｅｃ以下が好ましく、０．３Ｖ／ｄｅｃ以下がより好ましく、０．２５Ｖ／ｄｅｃ以下がさらに好ましく、０．２Ｖ／ｄｅｃ以下が特に好ましい。０．８Ｖ／ｄｅｃ以下であれば、駆動電圧を低く抑えることができ、消費電力も抑制できる。特に、有機ＥＬディスプレイで用いる場合は、直流駆動のためＳ値を０．３Ｖ／ｄｅｃ以下にすると消費電力を大幅に低減できるため好ましい。
【００７３】
また、１０μＡの直流電圧５０℃で１００時間加えた前後の閾値電圧のシフト量は、１．０Ｖ以下が好ましく、０．５Ｖ以下がより好ましい。１．０Ｖ以下であれば有機ＥＬディスプレイのトランジスタとして利用した場合、画質が変化することもない。
また、伝達曲線でゲート電圧を昇降させた場合のヒステリシスが小さい方が好ましい。
また、チャンネル幅Ｗとチャンネル長Ｌの比Ｗ／Ｌは、通常０．１〜１００、好ましくは０．５〜２０、特に好ましくは１〜８である。Ｗ／Ｌが１００以下であれば漏れ電流が増えることもなく、オンオフ比が低下したりするおそれがある。０．１以上であれば電界効果移動度が低下することもなく、ピンチオフが明瞭になる。また、チャンネル長Ｌは通常０．１〜１０００μｍ、好ましくは１〜１００μｍ、さらに好ましくは２〜１０μｍである。０．１μｍ以上であれば工業的に製造が難しくまた漏れ電流が大きくなるおそれもなく、１０００μｍ以下であれば素子が大きくなりすぎることもない。
【００７４】
本発明の製造方法で作製した薄膜トランジスタは、例えば、液晶ディスプレイをはじめとする表示装置やセンサ等の半導体素子として好適である。
【実施例】
【００７５】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例の態様に限定されるものではない。
実施例１
（１）酸化物焼結体の作製及び評価
原料粉として、比表面積が６ｍ２／ｇである酸化インジウム粉と比表面積が３ｍ２／ｇである酸化亜鉛粉を重量比で９９．５：０．５（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]＝０．００８）となるように秤量し、湿式媒体撹拌ミルを使用して７２時間混合粉砕した。媒体には１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。混合粉砕の結果、粉砕後の混合粉の比表面積は原料混合粉の比表面積より２ｍ２／ｇ増加した。
混合後、混合粉をスプレードライヤーで乾燥させた。その後、直径４インチの金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形した。
酸素を流通させて酸素雰囲気とした炉内で、室温から４００℃まで５０℃刻みで段階的に温度を上げ、成形体の脱溶媒を行った。
次いで、炉内を昇温速度０．５℃／ｍｉｎで４００℃から１０００℃まで昇温し、１０００℃で２時間保持した。
その後、さらに０．５℃／ｍｉｎの昇温速度で１０００℃から１４５０℃まで昇温し、１４５０℃で４８時間焼結した。焼結終了後は１．０℃／ｍｉｎで降温して室温まで冷却した。
これによって、密度が６．８ｇ／ｃｍ３である酸化物焼結体を得た。この焼結体のバルク抵抗は８０ｍΩｃｍであった。
焼結体の組成をＩＣＰ装置で測定したところ、原料比と組成はほぼ一致していた。
尚、バルク抵抗は三菱化学株式会社製の低抵抗率計「ロレスターＥＰ」（ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠）によって測定した。
【００７６】
図３は、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートである。測定は、焼結体を粉砕した粉末試料について実施した。図３のＸ線強度は、最も強度の強いピーク（第一ピーク）のＸ線強度を１００とした相対強度である。図４は、図３の２θが２９〜３７°の領域を拡大したものである。尚、標準試料としてＩｎ２Ｏ３粉末、酸化インジウム（ＰＤＦ＃６−４１６）、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３（ＰＤＦ＃２０−１４３９）も記載した。
このＸ線回折チャートより、得られた焼結体中には、ビックスバイト相、及び六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３相が存在することがわかる。即ち、図４に参照すると、標準試料であるＩｎ２Ｏ３と比較して焼結体のチャートが高角度側にシフトしていることから、Ｚｎがビックスバイト相に置換固溶していることがわかる。また、置換固溶していない酸化亜鉛と反応したＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３が析出していることがわかる。
【００７７】
（２）半導体膜の成膜と評価
上記（１）で得られた焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング装置（島津ＨＳＭ−５５２）で、Ａｒ雰囲気、スパッタリング圧力０．２Ｐａ、ＲＦ出力１００Ｗで、膜厚５０ｎｍの薄膜を作製した。
得られた薄膜を３００℃で１時間加熱した後、薄膜をＸ線回折（リガクＵｌｔｉｍａＩＩＩ）で測定した。その結果、Ｉｎ２Ｏ３ビックスバイト相が析出しており、結晶化していた。薄膜の表面をＡＦＭ装置（ＪＳＰＭ−４５００、日本電子製）で１０ミクロン×１０ミクロン角の平均表面粗度を測定したところ、０．４ｎｍと非常に平坦であった。薄膜のホール測定での比抵抗は１０−２Ωｃｍであり、キャリア濃度は１．６×１０１６／ｃｍ３であった。尚、ホール測定装置、及びその測定条件は下記のとおりであった。
【００７８】
・ホール測定装置
東陽テクニカ製：Ｒｅｓｉ Ｔｅｓｔ８３１０
・測定条件
測定温度：室温（２５℃）
測定磁場：０．５Ｔ
測定電流：１０−１２〜１０−４Ａ
測定モード：ＡＣ磁場
薄膜を薄膜トランジスタ半導体素子とし、室温下で測定したところ半導体特性が得られた。
【００７９】
（３）ノジュール評価
（１）で得られた焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いて、（２）と同様にスパッタリング装置に装着し、ＲＦ出力４００Ｗ、８時間連続してスパッタリングを行ったところノジュールは全く発生しなかった。
酸化物焼結体の製造条件を表１に示す。また、作製した焼結体の性状、ノジュール評価、及び得られた薄膜の性状について表２に示す。
【００８０】
【表１】
【００８１】
【表２】
【００８２】
実施例２
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９９：１（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]＝０．０１７）となるように秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体密度は６．９ｇ／ｃｍ３、６３.６ｍΩｃｍであった。
図５に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８３】
実施例３
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９８：２（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]＝０．０３４）となるように秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体密度は７．０ｇ／ｃｍ３、２５．５ｍΩｃｍであった。
図６に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８４】
実施例４
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９５：５（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]＝０．０８）となるように秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体密度は６．９ｇ／ｃｍ３、２２．３ｍΩｃｍであった。
図７に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８５】
図５〜７に示すＸ線チャートから、実施例１と同様に焼結体が、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相と六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３の相からなっていることがわかる。
【００８６】
実施例５
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９７：３（原子比０．０５）となるように秤量し、焼結温度を１４５０℃から１５００℃に変更した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．８ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は４０．３ｍΩｃｍであった。
図８に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
実施例１とは焼結温度及び組成が異なるため、この焼結体は、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相と六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）４（ＰＤＦ＃２０−１４３８）からなる相を有する構造であった。
実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８７】
実施例６
酸化スズを２０００ｐｐｍ含む酸化インジウム粉であって、比表面積が６．２ｍ２／ｇである粉末と、酸化亜鉛粉を、重量比で９５：５（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ＋Ｘ）]＝０．０８）となるように秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．９ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は６．２ｍΩｃｍであった。
図９に、得られた酸化物焼結体のＸ線回折のチャートを示す。
この酸化物焼結体は、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相と六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）３からなる相を有し、添加したスズは酸化インジウム相に置換固溶している。酸化スズがビックスバイト相に置換固溶していることは、ＳｎのＸＡＦＳにより確認した。
【００８８】
この焼結体をスパッタリング装置に装着し、実施例１（３）と同様の条件で、ＤＣ出力４００Ｗで８時間連続スパッタ放電をした。その結果、ターゲット表面上にノジュールは全く観察されなかった。実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００８９】
実施例７
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９５：５（原子比０．０８）となるように秤量し、４００℃から１０００℃までの昇温速度を１．２℃／ｍｉｎ、焼結時間を２時間とした他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．７ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１０．２ｍΩｃｍであった。
この焼結体のＸ線チャートから、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相、六方晶層状化合物であるＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）４及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）５からなる相が確認された。
この焼結体をスパッタリング装置に装着し、実施例１（３）と同様の条件で、ＤＣ出力４００Ｗで８時間連続スパッタ放電した。その結果、ターゲット表面上にノジュールは全く観察されなかった。実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００９０】
実施例８
酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉を重量比で９５：５（原子比０．０８）となるように秤量し、保持温度を１０００℃から８００℃に変更し、焼結を１４５０℃で７２時間とした他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．８ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１０．８ｍΩｃｍであった。
【００９１】
実施例９
保持温度を８００℃から９００℃に変更した他は、実施例８と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．７ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１２．４ｍΩｃｍであった。
【００９２】
実施例１０
保持温度を８００℃から１０５０℃に変更した他は、実施例８と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は６．９ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は９．８ｍΩｃｍであった。
【００９３】
実施例１１
保持温度を８００℃から１１００℃に変更した他は、実施例８と同様にして酸化物焼結体を作製し、評価した。
焼結体の密度は７．０ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は８．４ｍΩｃｍであった。
【００９４】
実施例８〜１１で作製した焼結体について、Ｘ線チャートを測定した結果、いずれも、Ｚｎの置換固溶した酸化インジウムのビックスバイト相と表２に示す相が確認された。
これらの焼結体からなるスパッタリングターゲットをスパッタリング装置に装着し、実施例１（３）と同様の条件で、ＤＣ出力４００Ｗで８時間連続スパッタ放電をした。その結果、ターゲット表面上にノジュールは全く観察されなかった。実施例１（２）と同様の方法で半導体素子を作製したところ良好な半導体特性が得られた。
【００９５】
比較例１
原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]が０．０８となるように、酸化インジウムと酸化亜鉛を混合し、湿式ボールミルで７２時間混合粉砕した。スプレードライヤーで乾燥させた混合粉を、直径４インチの金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形した。
成形物を、酸素雰囲気とした炉内で昇温速度を１℃／ｍｉｎで１４５０℃まで加熱し、その温度で３６時間焼結して、酸化物焼結体を作製した。
焼結体の密度は６．８ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１０９ｍΩｃｍであった。
この焼結体のＸ線回折では、亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相が確認されなかった。また、この焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いて、実施例１と同様にして成膜した結果、ノジュールの発生が観察された。
【００９６】
比較例２
酸化スズを２０００ｐｐｍ含む酸化インジウム粉と、酸化亜鉛粉を、重量比で９５：５（原子比[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ＋Ｘ）]＝０．０８）となるように秤量したものを使用し、湿式ボールミルで２４時間混合粉砕した。スプレードライヤーで乾燥させた混合粉を、直径４インチの金型に充填しコールドプレス機にて加圧成形した。酸素雰囲気とした炉内で、成形物を昇温速度１℃／ｍｉｎで１１００℃まで加熱し、その温度で１０時間焼結し、酸化物焼結体を作製した。
焼結体の密度は６．０ｇ／ｃｍ３、バルク抵抗は１３００Ωｃｍであった。
Ｘ線回折の結果、この焼結体では酸化インジウムと酸化亜鉛からなる一般式：Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは２〜２０の整数を示す）で現される六方晶層状化合物相が確認されなかった。
この焼結体からなるターゲットを用いて、実施例１と同様なスパッタしたところ、ターゲットのバルク抵抗が高いため安定したＤＣ放電ができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の酸化物焼結体の製造方法によりノジュールやアーキング等を発生しないスパッタリングターゲットを製造することができる。
本発明のスパッタリングターゲットは、酸化物半導体の形成材料として好適である。例えば、薄膜トランジスタの半導体層、結晶性酸化物半導体の形成に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】薄膜トランジスタの一例の概略断面図である。
【図２】薄膜トランジスタの他の例の概略断面図であり、（１）は薄層トランジスタ（ソース電極）の概略図であり、（２）は薄層トランジスタ（ドレイン電極）の概略図である。
【図３】実施例１で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図４】図１のＸ線回折チャートの拡大図である。
【図５】実施例２で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図６】実施例３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図７】実施例４で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図８】実施例５で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【図９】実施例６で作製した酸化物焼結体のＸ線回折チャートである。
【符号の説明】
【００９９】
１ 基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁膜
４ チャネル層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ 保護膜
１１ 基板
１２ ゲート電極
１３ ゲート絶縁膜
１４ チャネル層
１５ 保護膜
１７ ソース・ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともインジウム化合物及び亜鉛化合物を含む原料を混合する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する工程（Ｃ）と、
前記工程（Ｃ）後の成形体を１２００℃以上で焼結させる工程（Ｄ）を含む、酸化物焼結体の製造方法。
【請求項２】
酸化インジウム及び酸化亜鉛を混合する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ｂ）で得られる成形体を、室温から４００〜４５０℃に昇温し脱溶媒する工程を有し、
前記４００〜４５０℃の温度帯域から、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで、０．１〜１．０℃／分の速度で昇温し、
８００℃以上１２００℃未満の温度帯域で１時間以上保持し、
その後、１２００℃以上で焼結させ、
焼結後、０．１〜１．０℃／分で降温する工程を含む、酸化物焼結体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法により製造した酸化物焼結体。
【請求項４】
亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相と、
Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは２〜２０の整数を示す）で表される六方晶層状化合物相を含有する酸化物焼結体。
【請求項５】
前記酸化インジウム相が、正４価以上の金属元素（Ｍ）及び亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相である請求項４に記載の酸化物焼結体。
【請求項６】
前記正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、原子比で０．０００１〜０．００５である請求項５に記載の酸化物焼結体。
【請求項７】
前記正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、前記亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]よりも少ない請求項５又は６に記載の酸化物焼結体。
【請求項８】
前記正４価以上の金属元素（Ｍ）が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＣｅからなる群から選択される１種以上の元素である請求項５〜７のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項９】
酸化物焼結体中のインジウム元素及び亜鉛元素に対する亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]が、原子比で０．０００１〜０．１である請求項４〜８のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項１０】
前記請求項１〜９のいずれか１項に記載の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスパッタリングターゲットを用い、２５〜４５０℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる酸化物薄膜。
【請求項１２】
前記酸化物薄膜が、薄膜トランジスタのチャネル層用の薄膜である、請求項１１に記載の酸化物薄膜。
【請求項１３】
酸化物薄膜と酸化物絶縁体層とを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、
（ｉ）請求項１１の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程；及び
（ｉｉ）前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程、
を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造した薄膜トランジスタを備えた半導体装置。
【請求項１】
少なくともインジウム化合物及び亜鉛化合物を含む原料を混合する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ｂ）で得られる成形体を、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで加熱した後、１時間以上保持する工程（Ｃ）と、
前記工程（Ｃ）後の成形体を１２００℃以上で焼結させる工程（Ｄ）を含む、酸化物焼結体の製造方法。
【請求項２】
酸化インジウム及び酸化亜鉛を混合する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）で得られる混合物を成形する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ｂ）で得られる成形体を、室温から４００〜４５０℃に昇温し脱溶媒する工程を有し、
前記４００〜４５０℃の温度帯域から、８００℃以上１２００℃未満の温度帯域まで、０．１〜１．０℃／分の速度で昇温し、
８００℃以上１２００℃未満の温度帯域で１時間以上保持し、
その後、１２００℃以上で焼結させ、
焼結後、０．１〜１．０℃／分で降温する工程を含む、酸化物焼結体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法により製造した酸化物焼結体。
【請求項４】
亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相と、
Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは２〜２０の整数を示す）で表される六方晶層状化合物相を含有する酸化物焼結体。
【請求項５】
前記酸化インジウム相が、正４価以上の金属元素（Ｍ）及び亜鉛元素が置換固溶した酸化インジウム相である請求項４に記載の酸化物焼結体。
【請求項６】
前記正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、原子比で０．０００１〜０．００５である請求項５に記載の酸化物焼結体。
【請求項７】
前記正４価以上の金属元素（Ｍ）の含有量[Ｍ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]が、前記亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（酸化物焼結体中の全金属元素）]よりも少ない請求項５又は６に記載の酸化物焼結体。
【請求項８】
前記正４価以上の金属元素（Ｍ）が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＣｅからなる群から選択される１種以上の元素である請求項５〜７のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項９】
酸化物焼結体中のインジウム元素及び亜鉛元素に対する亜鉛元素の含有量[Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）]が、原子比で０．０００１〜０．１である請求項４〜８のいずれか１項に記載の酸化物焼結体。
【請求項１０】
前記請求項１〜９のいずれか１項に記載の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスパッタリングターゲットを用い、２５〜４５０℃の成膜温度下でスパッタリングして得られる酸化物薄膜。
【請求項１２】
前記酸化物薄膜が、薄膜トランジスタのチャネル層用の薄膜である、請求項１１に記載の酸化物薄膜。
【請求項１３】
酸化物薄膜と酸化物絶縁体層とを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、
（ｉ）請求項１１の酸化物薄膜を、酸化雰囲気中で熱処理する工程；及び
（ｉｉ）前記熱処理した酸化物薄膜上に酸化物絶縁体層を形成する工程、
を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造した薄膜トランジスタを備えた半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２４０８７（Ｐ２０１０−２４０８７Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８６８１６（Ｐ２００８−１８６８１６）
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【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２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
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