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JP2018104271A - 酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、酸化物半導体膜及び薄膜トランジスタ - Google Patents

酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、酸化物半導体膜及び薄膜トランジスタ Download PDF

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JP2018104271A
JP2018104271A JP2017243150A JP2017243150A JP2018104271A JP 2018104271 A JP2018104271 A JP 2018104271A JP 2017243150 A JP2017243150 A JP 2017243150A JP 2017243150 A JP2017243150 A JP 2017243150A JP 2018104271 A JP2018104271 A JP 2018104271A
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一吉 井上
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Futoshi Utsuno
太 宇都野
重和 笘井
Shigekazu Tomai
重和 笘井
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Masatoshi Shibata
雅敏 柴田
麻美 糸瀬
Asami Itose
麻美 糸瀬
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Abstract

【課題】優れたＴＦＴ性能を発揮するＴＦＴ、当該ＴＦＴに用いることのできる酸化物半導体膜、当該酸化物半導体膜を形成できるスパッタリングターゲット、及びその材料である酸化物焼結体の提供。【解決手段】Ｉｎ元素、Ｚｎ元素、Ｓｎ元素及びＹ元素を含む酸化物を含み、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含み、焼結体密度が理論密度の１００．００％以上である酸化物焼結体であり、該酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット、及び該スパッタリングターゲットを用いて形成するＴＦＴ用酸化物半導体膜。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ等の表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ＴＦＴに用いることのできる酸化物半導体膜、さらに酸化物半導体膜等を製造する際に用いることのできるスパッタリングターゲット、及びその材料となる酸化物焼結体に関するものである。
薄膜トランジスタに用いられるアモルファス（非晶質）酸化物半導体は、汎用のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に比べて高いキャリヤー移動度を有し、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できるため、大型・高解像度・高速駆動が要求される次世代ディスプレイや、耐熱性の低い樹脂基板等への適用が期待されている。
上記酸化物半導体（膜）の形成に当たっては、スパッタリングターゲットをスパッタリングするスパッタリング法が好適に用いられている。これは、スパッタリング法で形成された薄膜が、イオンプレーティング法や真空蒸着法、電子ビーム蒸着法で形成された薄膜に比べ、膜面方向（膜面内）における成分組成や膜厚等の面内均一性に優れており、スパッタリングターゲットと同じ成分組成の薄膜を形成できるためである。
特許文献１には、Ｉｎ，Ｙ及びＯからなり、Ｙ／（Ｙ＋Ｉｎ）が２．０〜４０原子％であって、体積抵抗率が５×１０−２Ωｃｍ以下である酸化物焼結体をターゲットとして用いることが記載されている。Ｓｎ元素の含有量は、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋他の全金属原子）が２．８〜２０原子％であるとの記載がある。
特許文献２には、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｙ及びＯからなり、Ｙ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｙ）が０．１〜２．０原子％である酸化物焼結体、これを用いたスパッタリングターゲットが記載されている。このターゲットから得られる薄膜は、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル等の機器を構成することが記載されている。
特許文献３には、ＹＩｎＯ３とＩｎ２Ｏ３の格子定数の中間の格子定数を有する焼結体、及びこれをスパッタリングターゲットとして用いることが記載されている。また、酸化インジウム、酸化イットリウム及び酸化スズからなる組成で、Ｉｎ２Ｏ３とＹ２ＳｎＯ７化合物を含む焼結体が記載されている。また、酸化イットリウム、酸化スズ、酸化亜鉛からなり、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７とＺｎＯ又はＺｎ２ＳｎＯ４化合物を含む焼結体が記載されている。この焼結体は、雰囲気焼成炉を用いて酸素雰囲気下という特殊な条件下で焼成して、体積抵抗率も低く密度も高いが、脆く、スパッタリングの製造途中で割れたり、チッピングを起こしたりすることがあり、製造歩留まりが上がらない場合があった。また、強度が低いために、大パワーでスパッタリングする場合に、割れる場合があった。
特許文献４には、Ｉｎ、Ｓｎ及びＺｎと、Ｍｇ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｙ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｌａ，Ｎｄ及びＳｍからなる群より選択される１以上の元素を含有する酸化物焼結体、及びこれをスパッタリングターゲットとして用いることが記載されている。この焼結体はＩｎ２Ｏ３とＺｎ２ＳｎＯ４化合物を含む焼結体である。
特許文献５には、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎと、Ｍｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｌａ、Ｎｄ及びＳｍから選択される元素が添加され、ビックスバイト構造化合物とスピネル構造化合物を含むスパッタリングターゲットが記載されている。
特許文献６には、Ｉｎ、Ｓｎ、ＺｎとＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ及びＳｍから選択される元素が添加され、Ｉｎ２Ｏ３相、スピネル相、Ｘ２Ｓｎ２Ｏ７相（パイロクロア相）及びＺｎＸ２Ｏ６から選択される１以上の層を含む焼結体が記載されている。
一方でさらなる高性能なＴＦＴへの要求が強くあり、高移動度で、保護膜又は絶縁膜を化学蒸着法（ＣＶＤ）で形成する際の加熱等での特性変化の小さい材料への要望は大きい。
特開平０９−２０９１３４号公報 特開２０００−１６９２１９号公報 国際公開２０１０／０３２４３２号 国際公開２０１２／１５３５０７号 特開２０１４−１１１８１８号公報 特開２０１５−２１４４３６号公報
酸化インジウムをベースとするターゲット材に、イットリウムの様な原子半径の大きな元素を添加すると、酸化インジウムの格子定数が変化し、焼結密度が上がらずターゲット材の強度が低下したり、大パワーでのスパッタリング中に熱応力によりマイクロクラックを発生したり、チッピングを起こして異常放電が発生したりする場合がある。これら現象は欠陥を発生させ、ＴＦＴ性能の劣化を引き起こす。
本発明の目的は、優れたＴＦＴ性能を発揮するＴＦＴ、当該ＴＦＴに用いることのできる酸化物半導体膜、当該酸化物半導体膜を形成できるスパッタリングターゲット、及びその材料である酸化物焼結体を提供することである。
本発明によれば、以下の酸化物焼結体等が提供される。
１．Ｉｎ元素、Ｚｎ元素、Ｓｎ元素及びＹ元素を含む酸化物を含み、
焼結体密度が理論密度の１００．００％以上であることを特徴とする酸化物焼結体。
２．Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含むことを特徴とする１に記載の酸化物焼結体。
３．前記ビックスバイト相に、Ｙ元素及びＺｎ元素のいずれか１以上が固溶置換していることを特徴とする２に記載の酸化物焼結体。
４．前記Ｚｎ元素、Ｙ元素、Ｓｎ元素及びＩｎ元素の原子比が下記範囲であることを特徴とする１〜３のいずれか一項に記載の酸化物焼結体。
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
０．２０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．９３
５．Ｉｎ元素、Ｚｎ元素、Ｓｎ元素及びＹ元素を含み、前記Ｚｎ元素、及びＩｎ元素の原子比が下記範囲であり、Ｚｎ２ＳｎＯ４で表されるスピネル相を含まないことを特徴とする酸化物焼結体。
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．５０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）
６．Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含むことを特徴とする５に記載の酸化物焼結体。
７．前記ビックスバイト相に、Ｙ元素及びＺｎ元素のいずれか１以上が固溶置換していることを特徴とする６に記載の酸化物焼結体。
８．前記Ｙ元素及びＳｎ元素の原子比が下記範囲であることを特徴とする５〜７のいずれか一項に記載の酸化物焼結体。
０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
９．Ｉｎ元素、Ｚｎ元素、Ｓｎ元素及びＹ元素を含み、前記Ｚｎ元素及びＩｎ元素の原子比が下記範囲であることを満たし、
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相及びＹ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相のみからなる、又は、
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相及びＩｎ（（Ｚｎ３Ｉｎ）Ｏ６）で表されるインジウムトリジンコインデート相のみからなることを特徴とする酸化物焼結体。
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．５０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）
１０．前記ビックスバイト相に、Ｙ元素及びＺｎ元素のいずれか１以上が固溶置換していることを特徴とする９に記載の酸化物焼結体。
１１．前記Ｙ元素及びＳｎ元素の原子比が下記範囲であることを特徴とする９又は１０に記載の酸化物焼結体。
０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
１２．１〜１１のいずれか一項に記載の酸化物焼結体を含むことを特徴とするスパッタリングターゲット。
１３．Ｚｎ元素、Ｙ元素、Ｓｎ元素及びＩｎ元素の原子比が下記範囲であることを特徴とする酸化物半導体膜。
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
０．２０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．９３
１４．非晶質であることを特徴とする１３に記載の酸化物半導体膜。
１５．１３又は１４に記載の酸化物半導体膜を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
本発明によれば、優れたＴＦＴ性能を発揮するＴＦＴ、当該ＴＦＴに用いることのできる酸化物半導体膜、当該酸化物半導体膜を形成できるスパッタリングターゲット、及びその材料である酸化物焼結体が提供できる。
実施例１で作製した酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。 実施例２で作製した酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。 実施例３で作製した酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。 比較例１で作製した酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。 比較例２で作製した酸化物焼結体のＸ線回折パターンである。 本発明のＴＦＴの一実施形態を示す図である。 本発明のＴＦＴの一実施形態を示す図である。
以下、本明細書において、数値の記載に関する「Ａ〜Ｂ」という用語は、「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。
本発明の酸化物焼結体の第１の態様は、Ｉｎ元素、Ｚｎ元素、Ｓｎ元素及びＹ元素を含む酸化物を含み、焼結体密度が理論密度の１００．００％以上である。
本発明の酸化物焼結体の第１の態様、後述の本発明の酸化物焼結体の第２の態様及び後述の本発明の酸化物焼結体の第３の態様を総括して、本発明の酸化物焼結体という。
ここで「焼結体密度が理論密度の１００．００％以上」とは、アルキメデス法により測定される酸化物焼結体の実測密度を、酸化物焼結体の理論密度で除した値が百分率で１００．００％以上であることを意味する。本発明において、理論密度は以下のように算出されるものである。
理論密度＝酸化物焼結体に用いた原料粉末の総重量／酸化物焼結体に用いた原料粉末の総体積
例えば、酸化物焼結体の原料粉末として酸化物Ａ、酸化物Ｂ、酸化物Ｃ、酸化物Ｄを用いた場合において、酸化物Ａ、酸化物Ｂ、酸化物Ｃ、酸化物Ｄの使用量（仕込量）をそれぞれａ（ｇ）、ｂ（ｇ）、ｃ（ｇ）、ｄ（ｇ）とすると、理論密度は、以下のように当てはめることで算出できる。
理論密度＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）／（（ａ／酸化物Ａの密度）＋（ｂ／酸化物Ｂの密度）＋（ｃ／酸化物Ｃの密度）＋（ｄ／酸化物Ｄの密度））
尚、各酸化物の密度は、密度と比重はほぼ同等であることから、化学便覧 基礎編Ｉ日本化学編 改定２版（丸善株式会社）に記載されている酸化物の比重の値を用いた。
本発明の酸化物焼結体の第１の態様の焼結体密度が理論密度の１００．００％以上であることは、異常放電の原因やノジュール発生の起点となりうる空隙が少ないことを意味し、スパッタリング時の割れ等の発生が少なく安定したスパッタリングが可能となる。
焼結体密度は、理論密度の好ましくは１００．０１％以上であり、より好ましくは１００．１％以上である。上限は特にないが、１０５％以下がよい。１０５％超になると、金属成分が含有される場合があり、半導体化するスパッタ条件やアニール条件を適正化するのに時間を要するようになったり、ターゲット毎に条件を決定してから半導体成膜をしなければならなくなる場合がある。
本発明の酸化物焼結体の第１の態様は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含むと好ましい。酸化物焼結体がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相とＹ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含むことで、亜鉛元素がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相及び／又はＹ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相に固溶し、酸化物焼結体が高い密度を示すことができる。
酸化物焼結体がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含むことは、Ｘ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べることで確認できる。
本発明の酸化物焼結体の第１の態様は、本発明の効果を損なわない範囲でＩｎ（（Ｚｎ３Ｉｎ）Ｏ６）で表されるインジウムトリジンコインデート（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｒｉｚｉｎｃｏｉｎｄａｔｅ）を含んでもよい。
本発明の酸化物焼結体の第１の態様の結晶相は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相、及び任意のＩｎ（（Ｚｎ３Ｉｎ）Ｏ６）で表されるインジウムトリジンコインデート相のみからなってもよい。
尚、酸化インジウムと酸化亜鉛を含む焼結体では、通常、酸化インジウムからなるビックスバイト化合物とＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは１〜２０の整数）で表される六方晶層状化合物が生成する。これは、亜鉛元素が酸化インジウムに固溶することなく、酸化インジウムと反応することを示している。この組成に酸化イットリウムを添加しても、イットリウム元素が固溶した、酸化インジウム及び／又はＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２で表される六方晶層状化合物が生成する。
酸化インジウムと酸化亜鉛及び酸化スズを含む焼結体では、通常、酸化インジウムからなるビックスバイト化合物とＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ここで、ｍは１〜２０の整数）で表される六方晶層状化合物、及びＺｎ２ＳｎＯ４で表されるスピネル化合物が生成することがある。
一方で、酸化インジウム、酸化イットリウム及び酸化スズを含む焼結体は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト化合物とＹ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア化合物が出現することが知られている。
本発明の酸化物焼結体では、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含む場合、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相の存在比率は、酸化物焼結体中、５０〜９９ｗｔ％であることが好ましく、６０〜９８ｗｔ％であることがより好ましい。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相の存在比率が上記範囲の場合、パイロクロア相又はインジウムトリジンコインデート相がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を主成分とする焼結体中に分散しており、希土類元素をドーピングする等により、ターゲット素材以外の蛍光材料等への応用も考えることができる。
本発明の酸化物焼結体においては、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相が主成分であることが好ましい。これにより、焼結体のバルク抵抗が低減され、好適にスパッタリングターゲットに使用できるようになる。また、このスパッタリングターゲットから得られる半導体薄膜の移動度を向上させやすくなる。
「Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相が主成分である」とは、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相の存在比率が、酸化物焼結体中、５０ｗｔ％以上であることを意味し、好ましくは６０ｗｔ％以上、より好ましくは７０ｗｔ％以上、さらに好ましくは８０ｗｔ％以上である。
本発明の酸化物焼結体がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相を含む場合、当該ビックスバイト相にＹ元素及びＺｎ元素のいずれか１以上が固溶置換していると好ましい。これにより、焼結体の密度を向上させやすくなる。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相に亜鉛元素が固溶置換していることは、焼結体中の酸化インジウムのビックスバイト構造の格子定数が、酸化インジウムのみの格子定数より小さくなっていることにより確認できる。また、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相にイットリウム元素が固溶置換していることは、焼結体中の酸化インジウムのビックスバイト構造の格子定数が、酸化インジウムのみの格子定数より大きくなっていることにより確認できる。
亜鉛元素とイットリウム元素の固溶置換は、焼結体の製造に用いる酸化イットリウムの添加量により調整できる。酸化イットリウムの添加量を少量にすることで、亜鉛元素が固溶置換したビックスバイト構造の酸化インジウムを生成でき、酸化イットリウムの添加量を多くすることで、イットリウム元素が固溶置換したビックスバイト構造の酸化インジウムを生成できる。
ここで、「格子定数」とは、単位格子の格子軸の長さと定義され、Ｘ線回折法によって決定することができる。酸化インジウムのビックスバイト構造の格子定数は１０．１１８Åである。
薄膜トランジスタの場合、原子間の距離が短いほど軌道の重なりが大きくなり、高移動度のトランジスタが得やすくなると考えられる。このため、酸化インジウムのビックスバイト構造の格子定数は、通常の格子定数１０．１１８Åより小さい方が高性能の薄膜トランジスタを製造しやすくなると考えられる。
本発明の酸化物焼結体の第１の態様は、Ｚｎ、Ｙ、Ｓｎ、Ｉｎの原子比は好ましくは以下の通りである。
Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０１〜０．２５、より好ましくは０．０３〜０．２５である。
Ｙ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０３〜０．２５、より好ましくは０．０５〜０．２０である。
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０３〜０．３０、より好ましくは０．０５〜０．３０である。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．２０〜０．９３、より好ましくは０．２５〜０．８７である。
上記組成を満たすように原料を用いて焼結体の製造を行うことで、本発明の酸化物焼結体の第１の態様が得られる。
Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は０．０１〜０．２５が好ましい。０．０１未満では、亜鉛元素による高密度化の効果が得られず、低密度の焼結体しか得られない場合がある。０．２５超では、亜鉛元素が酸化インジウムやＹ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア化合物に固溶できなくなり、酸化亜鉛として析出したり、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２等の六方晶層状化合物が出現する場合がある。また、０．２５超の場合、焼結体から製造されたスパッタリングターゲットを用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層を形成した場合、安定性に欠けるＴＦＴしか得られない場合がある。
Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０３〜０．２５であり、より好ましくは０．０５〜０．２２であり、さらに好ましくは０．０８〜０．２０である。
Ｙ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は０．０３〜０．２５が好ましい。０．０３未満では、焼結体から製造されたスパッタリングターゲットを用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層を形成した場合、半導体化せず導電体である場合があり、安定性に欠けるＴＦＴしか得られない場合がある。また、０．２５超の場合、焼結体から製造されたスパッタリングターゲットを用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層を形成した場合、半導体化せず、絶縁体化する場合がある。
Ｙ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０５〜０．２２であり、より好ましくは０．０５〜０．２０であり、さらに好ましくは０．０７〜０．２０である。
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は０．０３〜０．３０が好ましい。０．０３未満では、ターゲットの抵抗値が下がらなかったり、焼結密度が上がらず、その後の焼結体の強度が上がらなかったり、線膨張係数や熱伝導性に悪影響を及ぼす場合がある。また、０．０３未満の焼結体から製造されたスパッタリングターゲットを用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層を形成した場合、配線金属のエッチング液であるリン酸・硝酸・酢酸からなる混酸に溶解するようになり、ＴＦＴの構造であるバックチャンネルＴＦＴを形成できなくなる場合がある。一方、０．３０超の場合、焼結体の密度を向上させやすくなる。また、焼結体から製造されたスパッタリングターゲットを用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層を形成した場合、蓚酸等の有機酸でエッチングできなくなる場合が有り、ＴＦＴを形成できなくなる場合がある。
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０５〜０．３０であり、より好ましくは０．０８〜０．２８であり、さらに好ましくは０．１０〜０．２５である。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は０．２０〜０．９３が好ましい。
焼結体中のインジウム元素の組成割合は、多い方がＴＦＴの特性である移動度が高いＴＦＴが得られることから好ましいが、得たいＴＦＴの特性を考慮した各添加元素の添加量からその量を規定すればよい。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．２５〜０．８７である。
本発明の酸化物焼結体において、焼結体中の各金属元素の含有量（原子比）は、例えば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。
本発明の酸化物焼結体は、インジウム元素、亜鉛元素、スズ元素及びイットリウム元素を含めばよく、本発明の酸化物焼結体に含まれる金属元素は、実質的にインジウム元素、亜鉛元素、スズ元素及びイットリウム元素からなってもよい。
本発明において「実質的」とは、酸化物焼結体中に含まれる金属元素に占めるインジウム元素、亜鉛元素、スズ元素及びイットリウム元素の含有割合が、例えば９０ａｔｍ％以上、９５ａｔｍ％以上、９８ａｔｍ％以上、９９ａｔｍ％以上又は１００ａｔｍ％であることを意味する。
本発明の酸化物焼結体は、本発明の効果を損なわない範囲で、インジウム元素、亜鉛元素、スズ元素及びイットリウム元素以外の金属元素として、ガリウム元素を含んでもよい。
本発明の酸化物焼結体のバルク抵抗は、１０ｍΩｃｍ以下であると好ましく、８ｍΩｃｍ以下であるとより好ましく、５ｍΩｃｍ以下であると特に好ましい。バルク抵抗は実施例に記載の方法で測定できる。
バルク抵抗が大きいと、大パワーでの成膜時に、ターゲットが帯電し、異常放電を起こしたり、プラズマ状態が安定せず、スパークが発生したりするおそれがある。
本発明の酸化物焼結体の３点曲げ強度は、１２０ＭＰａ以上であると好ましく、１４０ＭＰａ以上であるとより好ましく、１５０ＭＰａ以上であるとさらに好ましい。
３点曲げ強度が小さいと、大パワーでスパッタ成膜した場合、ターゲットの強度が弱いために、ターゲットが割れたり、チッピングを起こして、固体がターゲット上に飛散し、異常放電の原因となるおそれがある。３点曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０１「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験」に準じて評価できる。具体的には、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの標準試験片を用いて、一定距離（３０ｍｍ）に配置された２支点上に試験片を置き、支点間の中央からクロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ荷重を加え、破壊した時の最大荷重より、曲げ強さを算出することで評価できる。
本発明の酸化物焼結体の線膨張係数は、８．０×１０−６（Ｋ−１）以下であると好ましく、７．５×１０−６（Ｋ−１）以下であるとより好ましく、７．０×１０−６（Ｋ−１）以下であるとさらに好ましい。
線膨張係数が大きいと、大パワーでスパッタリング中に加熱され、ターゲットが膨張し、ボンディングされている銅版との間で変形が起こり、応力によりターゲットにマイクロクラックが入ったり、割れやチッピングにより、異常放電の原因となるおそれがある。
線膨張係数は、例えば幅５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ１０ｍｍの標準試験片を用いて、昇温速度を５℃／分にセットし、３００℃に到達した時の熱膨張による変位を位置検出機を用いることにより評価できる。
本発明の酸化物焼結体の熱伝導率は、５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であると好ましく、５．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であるとより好ましく、６．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であるとさらに好ましく、６．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であると最も好ましい。
熱伝導率が小さいと、大パワーでスパッタリング成膜した場合に、スパッタ面とボンディングされた面の温度が異なり、内部応力によりターゲットにマイクロクラックや割れ、チッピングが発生するおそれがある。
熱伝導率は、例えば直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの標準試験片を用いて、レーザーフラッシュ法により比熱容量と熱拡散率を求め、これに試験片の密度を乗算することにより算出できる。
本発明の酸化物焼結体の第２の態様は、Ｉｎ元素、Ｚｎ元素、Ｓｎ元素及びＹ元素を含み、前記Ｚｎ元素、及びＩｎ元素の原子比が下記範囲であり、Ｚｎ２ＳｎＯ４で表されるスピネル相を含まない。
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．５０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）
これにより、酸化物焼結体の製造途中での割れが少なく、スパッタリングターゲットをバッキングプレートに貼り合せるボンディング工程での割れが少なく、スパッタ中に大パワーで成膜する際にマイクロクラックの発生が少ないスパッタリングターゲットが得ることができる。
本発明の酸化物焼結体の第２の態様が、Ｚｎ２ＳｎＯ４で表されるスピネル相を含まないことは、例えばＸ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べることで確認できる。
本発明の酸化物焼結体の第２の態様では、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、焼結体の密度を向上させる観点、また、得られる酸化物半導体膜の結晶性を制御する観点から、好ましくは０．０３〜０．２５、より好ましくは０．０５〜０．２２であり、さらに好ましくは０．０８〜０．２０である。
また、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、焼結体の密度を向上させる観点、また、得られるＴＦＴの移動度を高く保つ観点から、好ましくは０．５０〜０．９３、より好ましくは０．５０〜０．８７である。
本発明の酸化物焼結体の第２の態様は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含むことが好ましい。
これにより、亜鉛元素がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相及び／又はＹ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相に固溶し、酸化物焼結体が高い密度を示すことができる。
酸化物焼結体がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含むことは、例えば上述したＸ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べることで確認できる。
本発明の酸化物焼結体の第２の態様は、焼結体の密度を向上させる観点、また、得られる酸化物半導体膜の結晶性を制御し、ＴＦＴの移動度を高く保つ観点から、Ｙ元素及びＳｎ元素の原子比が下記範囲であることが好ましい。
０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
本発明の酸化物焼結体の第２の態様では、Ｙ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、酸化物焼結体中の化合物を制御する観点、また、ＴＦＴの保護膜又は絶縁膜の製造工程でのＣＶＤプロセス、及びその後の加熱処理における酸化物半導体膜の耐熱性を維持する観点から、好ましくは０．０５〜０．２２であり、より好ましくは０．０５〜０．２０であり、さらに好ましくは０．０７〜０．２０である。
また、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、酸化物焼結体中の化合物を制御する観点、また、得られる酸化物半導体膜の金属をエッチングするための薬液への耐性を向上させる観点から、好ましくは０．０５〜０．３０であり、より好ましくは０．０８〜０．２８であり、さらに好ましくは０．１０〜０．２５である。
本発明の酸化物焼結体の第３の態様は、Ｉｎ元素、Ｚｎ元素、Ｓｎ元素及びＹ元素を含み、前記Ｚｎ元素及びＩｎ元素の原子比が下記範囲であることを満たし、
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相及びＹ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相のみからなる、又は、
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相及びＩｎ（（Ｚｎ３Ｉｎ）Ｏ６）で表されるインジウムトリジンコインデート相のみからなる。
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．５０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）
これにより、酸化物焼結体の製造途中での割れが少なく、スパッタリングターゲットをバッキングプレートに貼り合せるボンディング工程での割れが少なく、スパッタ中に大パワーで成膜する際にマイクロクラックの発生が少ないスパッタリングターゲットが得ることができる。
本発明の酸化物焼結体の第３の態様が、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相及びＹ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相のみからなること、又は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相及びＩｎ（（Ｚｎ３Ｉｎ）Ｏ６）で表されるインジウムトリジンコインデート相のみからなることは、例えば上述したＸ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べることで確認できる。
本発明の酸化物焼結体の第３の態様では、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、焼結体密度を向上させる観点、また、得られる酸化物半導体膜の結晶性を制御する観点から、好ましくは０．０３〜０．２５、より好ましくは０．０５〜０．２２であり、さらに好ましくは０．０８〜０．２０である。
また、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、焼結体密度を向上させる観点、また、得られるＴＦＴの移動度を高く保つ観点から、好ましくは０．５０〜０．９３、より好ましくは０．５０〜０．８７である。
本発明の酸化物焼結体の第３の態様は、焼結体密度を向上させる観点、また、得られる酸化物半導体膜の結晶性を制御し、ＴＦＴの移動度を高く保つ観点から、Ｙ元素及びＳｎ元素の原子比が下記範囲であることが好ましい。
０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
本発明の酸化物焼結体の第３の態様では、Ｙ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、酸化物焼結体中の化合物を制御する観点、また、ＴＦＴの保護膜又は絶縁膜の製造工程でのＣＶＤプロセス、及びその後の加熱処理における酸化物半導体膜の耐熱性を維持する観点から、好ましくは０．０５〜０．２２であり、より好ましくは０．０５〜０．２０であり、さらに好ましくは０．０７〜０．２０である。
また、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、酸化物焼結体中の化合物を制御する観点、また、得られる酸化物半導体膜の金属をエッチングするための薬液への耐性を向上させる観点から、好ましくは０．０５〜０．３０であり、より好ましくは０．０８〜０．２８であり、さらに好ましくは０．１０〜０．２５である。
本発明の酸化物焼結体は、インジウム元素、亜鉛元素、スズ元素及びイットリウム元素を含む原料粉末の混合粉末を調製する工程、混合粉末を成形して成形体を製造する工程、及び成形体を焼成する工程を経ることで、製造できる。
原料粉末は、酸化物粉末が好ましく、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化イットリウムを原料粉末として用いると好ましい。
原料粉末の混合比は、得ようとする焼結体の原子比に対応させるとよく、本発明の酸化物焼結体の第１の態様では、下記原子比を満たす混合比で混合すると好ましい：
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
０．２０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．９３
また、本発明の酸化物焼結体の第２及び第３の態様では、下記原子比を満たす混合比で混合すると好ましい：
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．５０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）
上記混合比について、より好ましい混合比等は各態様の酸化物焼結体で説明した原子比と同じである。
原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜２μｍであり、より好ましくは０．５μｍ〜１．５μｍである。原料粉末の平均粒径はレーザー回折式粒度分布装置等で測定することができる。
原料の混合、成形方法は特に限定されず、公知の方法を用いて行うことができる。また、混合する際にはバインダーを添加してもよい。
原料の混合は、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル又は超音波装置等の公知の装置を用いて行うことができる。粉砕時間等の条件は、適宜調整すればよいが、６〜１００時間程度が好ましい。成形方法は、例えば、混合粉末を加圧成形して成形体とすることができる。この工程により、製品の形状（例えば、スパッタリングターゲットとして好適な形状）に成形する。
混合粉末を成形型に充填し、通常、金型プレス又は冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により、例えば１００Ｍａ以上の圧力で成形を施すことで成形体を得ることができる。
尚、成形処理に際しては、ポリビニルアルコールやポリエチレングリコール、メチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸、ステアリン酸等の成形助剤を用いてもよい。
得られた成形物を１２００〜１６５０℃の焼結温度で１０時間以上焼結して焼結体を得ることができる。
焼結温度は好ましくは１３５０〜１６００℃、より好ましくは１４００〜１６００℃、さらに好ましくは１４５０〜１６００℃である。焼結時間は好ましくは１０〜５０時間、より好ましくは１２〜４０時間、さらに好ましくは１３〜３０時間である。
焼結温度が１２００℃未満又は焼結時間が１０時間未満であると、焼結が十分進行しないため、ターゲットの電気抵抗が十分下がらず、異常放電の原因となるおそれがある。一方、焼成温度が１６５０℃を超えるか、又は、焼成時間が５０時間を超えると、著しい結晶粒成長により平均結晶粒径の増大や、粗大空孔の発生を来たし、焼結体強度の低下や異常放電の原因となるおそれがある。
常圧焼結法では、成形体を大気雰囲気、又は酸素ガス雰囲気にて焼結（焼成）する。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば１０〜５０体積％の雰囲気であることが好ましい。本発明の酸化物焼結体は昇温過程及び保持過程(焼結過程)を大気雰囲気下で行ったとしても、焼結体の密度を高くすることができる。
さらに、焼結に際しての昇温速度は、８００℃から焼結温度（１２００〜１６５０℃）までを０．１〜２℃／分とすることが好ましい。
本発明の焼結体において８００℃から上の温度範囲は、焼結が最も進行する範囲である。この温度範囲での昇温速度が０．１℃／分より遅くなると、結晶粒成長が著しくなって、高密度化を達成することができないおそれがある。一方、昇温速度が２℃／分より速くなると、成形体に温度分布が生じ、焼結体が反ったり割れたりするおそれがある。
８００℃から焼結温度における昇温速度は、好ましくは０．５〜２．０℃／分、より好ましくは１．０〜１．８℃／分である。
得られた焼結体を切削・研磨加工し、バッキングプレートにボンディングすることにより本発明のスパッタリングターゲットが得られる。
焼結体表面は、高酸化状態の焼結部が存在したり、面が凸凹であることが多く、また、指定の大きさに切断加工する必要がある。スパッタリング中の異常放電やパーティクルの発生を抑えるために、表面を＃２００番、もしくは＃４００番、さらには＃８００番の研磨を行ってもよい。ボンディング法としては、金属インジウムにより接合するのがよい。
本発明のスパッタリングターゲットは、ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、パルスＤＣスパッタリング法等に適用することができる。
上記スパッタリングターゲットを用いて成膜することにより、酸化物半導体膜を得ることができる。
酸化物半導体膜は、上記ターゲットを用いて、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法等により作製することができる。
本発明の酸化物半導体膜は、以下の原子比を有する。
０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
０．２０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．９３
Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比が０．０１未満では、酸化物半導体膜が結晶化して大きな結晶粒子の界面を生成しＴＦＴにした時の移動度が小さくなる場合がある。０．２５超では、酸化物半導体膜のエッチング速度が大きくなりすぎて、エッチング速度を制御できなくなったり、レジストの剥離液に対する耐薬品性が低下して、酸化物半導体膜の表面が溶解する場合がある。また、０．２５超の場合、焼結体から製造されたスパッタリングターゲットを用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層を形成した場合、安定性に欠けるＴＦＴしか得られない場合がある。
Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０３〜０．２５であり、より好ましくは０．０５〜０．２２であり、さらに好ましくは０．０８〜０．２０である。
Ｙ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比が０．０３未満では、半導体化せず導電体である場合があり、安定性に欠けるＴＦＴしか得られない場合がある。また、０．２５超の場合、半導体化せず、絶縁体化する場合がある。
Ｙ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０５〜０．２２であり、より好ましくは０．０５〜０．２０であり、さらに好ましくは０．０７〜０．２０である。
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比が０．０３未満では、配線金属のエッチング液であるリン酸・硝酸・酢酸からなる混酸に溶解するようになり、ＴＦＴの構造であるバックチャンネルＴＦＴを形成できなくなる場合がある。一方、０．３０超の場合、蓚酸等の有機酸でエッチングできなくなる場合が有り、ＴＦＴを形成できなくなる場合がある。
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．０５〜０．３０であり、より好ましくは０．０８〜０．２８であり、さらに好ましくは０．１０〜０．２５である。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は０．２０〜０．９３である。
酸化物半導体膜中のインジウム元素の組成割合は、多い方がＴＦＴの特性である移動度が高いＴＦＴが得られることから好ましいが、所望のＴＦＴの特性を考慮した各添加元素の添加量からその量を規定すればよい。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）で表される原子比は、好ましくは０．２５〜０．８７、より好ましくは０．５０〜０．８７である。
本発明の酸化物半導体膜において、酸化物半導体膜中の各金属元素の含有量（原子比）は、例えば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。
本発明の酸化物半導体膜は非晶質であってもよい、
本発明の酸化物半導体膜は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて製造できる。その場合、ＲＦスパッタ法、ＤＣスパッタ法やイオンプレーティング法等あるが、ＤＣスパッタ法により成膜することが好ましい。
上記の酸化物半導体膜等の、本発明のスパッタリングターゲットから得られる酸化物薄膜は、ＴＦＴに使用でき、特にチャネル層として好適に使用できる。ＴＦＴの素子構成は特に限定されず、公知の各種の素子構成を採用することができる。
図６に本発明のＴＦＴの一例を示す。このＴＦＴでは、シリコンウエハー（ゲート電極）２０上にあるゲート絶縁膜３０に、本発明の酸化物半導体である半導体膜４０を形成し、層間絶縁膜７０，７０ａが形成されている。半導体膜４０上の７０ａはチャネル層保護層としても作用するものである。半導体膜上にソース電極５０とドレイン電極６０が設けられている。
図７に本発明のＴＦＴの一例を示す。このＴＦＴでは、シリコンウエハー（ゲート電極）２０上にあるゲート絶縁膜（例えばＳｉＯ２）３０に、本発明の酸化物半導体である半導体膜４０を形成し、半導体膜４０上にソース電極５０とドレイン電極６０を設け、半導体膜４０、ソース電極５０及びドレイン電極６０上に保護層７０ｂ（例えばＣＶＤ成膜したＳｉＯ２膜）が設けられている。
シリコンウエハー２０及びゲート絶縁膜３０は、熱酸化膜付きシリコンウエハーを用いて、シリコンウエハーをゲート電極とし、熱酸化膜（ＳｉＯ２）をゲート絶縁膜としてもよい。
また、図６及び図７において、ガラス等の基板上にゲート電極２０を形成してもよい。
本発明の酸化物半導体膜は、バンドギャップが３．０ｅＶ以上であることが好ましい。バンドギャップが３．０ｅＶ以上の場合、波長が４２０ｎｍ付近から長波長側の光を吸収しなくなる。これにより、有機ＥＬやＴＦＴ−ＬＣＤの光源からの光を光吸収することがなく、ＴＦＴのチャネル層として用いた際に、ＴＦＴの光による誤作動等がなく、光安定性を向上させることができる。好ましくは３．１ｅＶ以上、より好ましくは３．３ｅＶ以上である。
本発明のＴＦＴにおいて、ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択することができる。例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極や積層電極を用いることができる。また、シリコンウエハーを基板として用いてもよく、その場合はシリコンウエハーが電極としても作用する。
本発明のＴＦＴにおいて、絶縁膜及び保護膜を形成する材料にも特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択できる。具体的には、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＣａＨｆＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、ＳｒＴｉＯ３、Ｓｍ２Ｏ３、ＡｌＮ等の化合物を用いることができる。
本発明のＴＦＴにおいて、バックチャネルエッチ型(ボトムゲート型)のＴＦＴの場合、ドレイン電極、ソース電極及びチャネル層上に保護膜を設けることが好ましい。保護膜を設けることにより、ＴＦＴの長時間駆動した場合でも耐久性が向上しやすくなる。尚、トップゲート型のＴＦＴの場合、例えばチャネル層上にゲート絶縁膜を形成した構造となる。
保護膜又は絶縁膜は、例えばＣＶＤにより形成することができるが、その際に高温度によるプロセスになる場合がある。また、保護膜又は絶縁膜は、成膜直後は不純物ガスを含有していることが多く、加熱処理（アニール処理）を行うことが好ましい。加熱処理によりそれらの不純物ガスを取り除くことにより安定した保護膜又は絶縁膜となり、耐久性の高いＴＦＴ素子を形成しやすくなる。
本発明の酸化物半導体膜を用いることにより、ＣＶＤプロセスにおける温度の影響、及びその後の加熱処理による影響を受けにくくなるため、保護膜又は絶縁膜を形成した場合であっても、ＴＦＴ特性の安定性を向上させることができる。
以下、本発明を実施例と比較例を用いて説明する。しかしながら、本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例１〜９
表１（表１−１及び表１−２を総括して、表１という）に示す原子比となるように、酸化亜鉛粉末、酸化イットリウム粉末、酸化スズ粉末及び酸化インジウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。
この混合粉末を金型に入れ、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成型体とした。この成型体を２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰにより緻密化を行った。次に、この成型体を焼成炉に設置して、大気圧雰囲気下で、３５０℃で３時間保持した後に、１００℃／時間にて昇温し、１４５０℃にて、２０時間焼結した。その後、放置冷却して酸化物焼結体を得た。
得られた焼結体について、Ｘ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べた。実施例１〜３の焼結体のＸＲＤチャートをそれぞれ図１〜３に示す。
チャートをＪＡＤＥ６により分析した結果、実施例１〜９の焼結体では、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相が確認された。実施例２〜４，６，８，９の焼結体ではさらにＩｎ（（Ｚｎ３Ｉｎ）Ｏ６）で表されるインジウムトリジンコインデート（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｒｉｚｉｎｃｏｉｎｄａｔｅ）相も確認された。
実施例１及び２において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造の格子定数はそれぞれ１０．０６８８９Å及び１０．０９９０２Å、であることから、実施例１及び２ではＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相に亜鉛元素が固溶置換していることが分かる。実施例３においては、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造の格子定数が１０．１３３３０Åであることから、実施例３ではＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相にイットリウム元素が固溶置換していることが分かる。
尚、ＸＲＤの測定条件は以下の通りである。格子定数は得られたＸ線回折より求めた。
装置：（株）リガク製ＳｍａｒｔｌａｂＸ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４１８Å、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（２．０°／分）
サンプリング間隔：０．０２°
スリットＤＳ（発散スリット）、ＳＳ（散乱スリット）、ＲＳ（受光スリット）：１ｍｍ
実施例１〜９で得られた焼結体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。
（１）元素組成比（原子比）
誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により焼結体中の元素組成を測定した。
（２）ビックスバイト構造の格子定数
結晶構造の確認に用いたＸＲＤの結果から、ビックスバイト構造の格子定数を確認した。
（３）相対密度
相対密度は、製造した酸化物焼結体についてアルキメデス法により実測密度を測定し、当該実測密度を酸化物焼結体の計算密度で除することにより算出した。計算密度は、酸化物焼結体の製造に用いた原料粉末の総重量を酸化物焼結体の製造に用いた原料粉末の総体積で除することで算出した。
（４）バルク抵抗
焼結体のバルク抵抗（導電性）を抵抗率計（三菱化学（株）製、ロレスタＡＸ ＭＣＰ-Ｔ３７０）を使用して四探針法に基づき測定した。
（５）各結晶相の存在比率
得られた焼結体について各結晶相の存在比率（ｗｔ％）は、ＸＲＤチャートから、全パターンフィッティング（ＷＰＦ）法により存在比として求めた。
比較例１〜４
表２に示す原子比となるように、酸化イットリウム粉末、酸化スズ粉末、酸化インジウム粉末、酸化亜鉛粉末を用いた（比較例１，２は酸化亜鉛粉末は用いず）他は実施例１〜９と同様にして焼結体を製造し、評価した。結果を表２に示す。
実施例１０，１１，１４，１５，１６
＜薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造＞
（１）成膜工程
実施例２，３，１，６，７で得られた、表３に示す焼結体を用いてスパッタリングターゲットを作製した。熱酸化膜（ゲート絶縁膜）付きのシリコンウエハー（ゲート電極）上に、これらスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリングにより、メタルマスクを介して５０ｎｍの薄膜（半導体膜）を形成した。スパッタガスとして、高純度アルゴン及び高純度酸素の混合ガスを用いた。結果を表３に示す。
（２）ソース・ドレイン電極の形成
ソース・ドレイン電極として、メタルマスクを用いてチタン金属をスパッタ成膜した。得られた積層体を大気中にて３５０℃３０分加熱処理して、ＴＦＴを完成した。
（３）保護絶縁膜の形成
（２）で得られたＴＦＴにおいて、加熱処理後の半導体膜の上に、基板温度３５０℃で化学蒸着法（ＣＶＤ）により、ＳｉＯ２膜（保護絶縁膜）を形成し、その後、後アニールとして３５０℃３０分加熱処理を行った。
＜半導体膜の製造と特性評価＞
・原子比
誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により半導体膜中の元素組成を測定した。結果を表３に示す。
・ホール効果測定
半導体膜のみをガラス基板に載せたサンプルを成膜し、上記ＴＦＴ製造の各段階でホール測定を行い、キャリヤー密度の増減を測定した。具体的には以下の通りである。結果を表３に示す。
ＴＦＴ製造工程と同様にガラス基板上に厚さ５０ｎｍの半導体膜を成膜し、３５０℃３０分の加熱処理を行った後、１ｃｍ角の正方形に切り出して、４角に金（Ａｕ）を２ｍｍ×２ｍｍ以下の大きさ位になるようにメタルマスクを用いてイオンコーターで成膜し、Ａｕ金属上にインジウムはんだを乗せて接触を良くしてホール効果測定用サンプルとした。
ガラス基板には、日本電気硝子株式会社製ＡＢＣ−Ｇを用いた。
ホール効果測定用サンプルをホール効果・比抵抗測定装置（ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型、東陽テクニカ社製）にセットし、室温においてホール効果を評価し、キャリヤー密度及び移動度を求めた。
上記ホール効果測定用サンプルの半導体膜上に、基板温度３５０℃でＣＶＤ装置によりＳｉＯ２膜を成膜したのち、ホール測定を実施した。さらに３５０℃３０分の加熱処理後にもホール測定を行った。ＳｉＯ２膜に測定用針を金の層まで突き刺し、コンタクトを取った。
・半導体膜の結晶特性
スパッタ後（膜堆積後）の加熱していない膜及び加熱した後の膜の結晶質をＸ線回折（ＸＲＤ）測定によって評価した。その結果、加熱前はアモルファスであり、加熱後もアモルファスであった。
・半導体膜のバンドギャップ
実施例２，３，１，６，７の、表３に示す焼結体から製造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により石英基板上に半導体膜を成膜し、３５０℃３０分の加熱処理した薄膜試料の透過スペクトルを測定した。横軸の波長をエネルギー（ｅＶ）に、縦軸の透過率を（αｈν）２（ここで、αは吸収係数、ｈはプランク定数、ｖは振動数である。）に変換したあと、吸収が立ち上がる部分にフィッティングし、それをベースラインと交わるところのｅＶ値を算出した。
＜ＴＦＴの特性評価＞
上記（２）で得られたＴＦＴと、上記（３）でＳｉＯ２保護膜を形成したＴＦＴの下記特性について、評価を行った。（３）で得られたＴＦＴについては、ＳｉＯ２膜に測定用針を金属チタンの層まで突き刺し評価を行った。結果を表３に示す。
・飽和移動度
飽和移動度は、ドレイン電圧に５Ｖ印加した場合の伝達特性から求めた。具体的に、伝達特性Ｉｄ−Ｖｇのグラフを作成し、各Ｖｇのトランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出し、線形領域の式により飽和移動度を導いた。尚、Ｇｍは∂（Ｉｄ）／∂（Ｖｇ）によって表され、Ｖｇは−１５〜２５Ｖまで印加し、その範囲での最大移動度を飽和移動度と定義した。本発明において特に断らない限り、飽和移動度はこの方法で評価した。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。
・閾値電圧
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、伝達特性のグラフよりＩｄ＝１０−９ＡでのＶｇと定義した。
・ｏｎ−ｏｆｆ比
Ｖｇ＝−１０ＶのＩｄの値をＯｆｆ電流値とし、Ｖｇ＝２０ＶのＩｄの値をＯｎ電流値として比［Ｏｎ／Ｏｆｆ］を決めた。
実施例１２，１３、比較例５
実施例２，３及び比較例１で得られた焼結体を用いてスパッタリングターゲットを作製した。スパッタリングターゲットについて以下のように耐久性試験を行った。
表３に示す半導体膜を成膜するスパッタ条件で、ＤＣ成膜パワーを４００Ｗとして連続１０時間の運転を行った後のターゲット表面を観察した。実施例２，３の焼結体を用いたターゲット表面には、エロージョンの発生以外大きな変化は見られなかった。一方、比較例１の焼結体を用いたターゲットでは、エロージョン部に黒色の異物が多数みられた。また、ヘアーラインクラックが観察された。さらに、マイクロアークカウンターで異常放電の回数を計測したところ、実施例２，３の焼結体を用いたターゲットでは、アークはほぼ計測できなかったが、比較例１の焼結体を用いたターゲットでは多数頻発していた。
大気雰囲気下で焼成すると、ＨＩＰ、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）又は酸素雰囲気焼成炉を用いた技術よりも、焼結体の密度が高くなりにくい。しかしながら、表１が示すように、簡便な大気雰囲気下での焼成であっても、本願実施例の焼結体は高密度であることが分かる。また、表３に示す組成を有する酸化物半導体膜は、薄膜トランジスタとして有用である。
本発明の焼結体はスパッタリングターゲットとして利用でき、得られるスパッタリングターゲットは、薄膜トランジスタの酸化物半導体薄膜を、スパッタリング法等の真空プロセスで製造する際に用いることができる。
上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。

Claims (16)

  1. Ｉｎ元素、Ｚｎ元素、Ｓｎ元素及びＹ元素を含む酸化物を含み、
    焼結体密度が理論密度の１００．００％以上であることを特徴とする酸化物焼結体。
  2. Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、Ｙ２Ｓｎ２Ｏ７で表されるパイロクロア相を含むことを特徴とする請求項１に記載の酸化物焼結体。
  3. 前記ビックスバイト相に、Ｙ元素及びＺｎ元素のいずれか１以上が固溶置換していることを特徴とする請求項２に記載の酸化物焼結体。
  4. 前記Ｚｎ元素、Ｙ元素、Ｓｎ元素及びＩｎ元素の原子比が下記範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化物焼結体。
    ０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
    ０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
    ０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
    ０．２０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．９３
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化物焼結体を含むことを特徴とするスパッタリングターゲット。
  6. Ｚｎ元素、Ｙ元素、Ｓｎ元素及びＩｎ元素の原子比が下記範囲であることを特徴とする酸化物半導体膜。
    ０．０１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
    ０．０３≦Ｙ ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．２５
    ０．０３≦Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．３０
    ０．２０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｙ＋Ｓｎ）≦０．９３
  7. 非晶質であることを特徴とする請求項６に記載の酸化物半導体膜。
  8. ３５０℃３０分の加熱処理後も非晶質であることを特徴とする請求項７に記載の酸化物半導体膜。
  9. バンドギャップが３．０ｅＶ以上であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の酸化物半導体膜。
  10. ３５０℃３０分の加熱処理後のホール測定キャリヤー密度が５．７×１０１４〜３．３×１０１７ｃｍ−３の範囲であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の酸化物半導体膜。
  11. ３５０℃３０分の加熱処理後のホール測定移動度が０．３〜１５．３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃの範囲であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の酸化物半導体膜。
  12. 請求項６〜１１のいずれか一項に記載の酸化物半導体膜を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
  13. 前記薄膜トランジスタの飽和移動度が１５．６〜２４．７ｃｍ２／Ｖ・secである請求項１２に記載の薄膜トランジスタ。
  14. 前記薄膜トランジスタの閾値電圧（Ｖｔｈ）が−４．１〜２．３Ｖである請求項１２又は１３に記載の薄膜トランジスタ。
  15. 前記薄膜トランジスタのオフ電流が１０−１０Ａ未満である請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
  16. 請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタを含む表示装置。
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