JP5438011B2 - スパッタリングターゲット及びそれからなる酸化物半導体薄膜 - Google Patents

Description

本発明は、焼結体、スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及び薄膜トランジスタに関する。

いくつかの金属複合酸化物からなる酸化物半導体膜は、高移動度性と可視光透過性を有することから、液晶表示装置、薄膜エレクトロルミネッセンス表示装置、電気泳動方式表示装置、粉末移動方式表示装置等のスイッチング素子、駆動回路素子等、多岐に亘る用途が検討されている。

上記金属複合酸化物からなる酸化物半導体膜の中でも、酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛（ＩＧＺＯ）からなる酸化物半導体膜が最も普及している。この他に、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化亜鉛を添加した酸化錫（ＺＴＯ）、酸化ガリウムを添加した酸化インジウム−酸化亜鉛−酸化スズ等が知られている。これらは、製造の容易さ、価格、特性等がそれぞれ異なるので、その用途に応じて適宜使用されている。
特に、Ｉｎ及びＧａ及びＺｎの酸化物（ＩＧＺＯ）、又はこれを主成分とする酸化物半導体膜は、アモルファスシリコン膜よりも移動度が大きいという利点があるため、注目を集めている。

一般に、酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛からなる酸化物半導体膜形成に使用するスパッタリングターゲットは、原料粉末を混合、仮焼、粉砕、造粒、成形、焼結及び還元という工程を経て製造される。しかし、このようなスパッタリングターゲットの還元によるバルク抵抗の低減までに至る多工程は生産性を下げ、コスト増になる欠点を有していた。また、還元後の導電性は、せいぜい９０Ｓ／ｃｍ（バルク比抵抗：１１ｍΩｃｍ）程度であり、十分に低抵抗のターゲットを得ることはできなかった。

上述のように、酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛からなるスパッタリングターゲットはバルク抵抗が高く、ＤＣスパッタリング時にＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍで表される化合物が異常成長して異常放電したり、得られる膜が不安定であったり、導電膜になってしまうおそれがあった。

特許文献１は、酸化インジウム−酸化亜鉛系の酸化物が、さらにランタノイド元素を含むスパッタリングターゲットを開示している。しかし、このスパッタリングターゲットを用いてキャリヤー濃度が低く、半導体特性を有する酸化物半導体を形成することは困難であった。
特許文献２は、酸化インジウム及びランタノイド元素を含有する酸化物半導体膜を開示している。
特許文献３は、酸化インジウム、酸化亜鉛及びランタノイド系金属酸化物を含有する有機ＥＬ素子の基板を開示する。ランタノイド系金属酸化物の配合量は全金属原子に対して０．１から２０原子％未満である。
特許文献４は酸化亜鉛、酸化インジウム及び六方晶系に属する酸化ランタン型結晶構造を有する化合物である色むら防止剤を含むスパッタリングターゲットを開示する。

本発明は、スパッタリング中に異常放電のない低抵抗なスパッタリングターゲット、及びその製造に用いる焼結体を提供することを目的とする。
本発明は、キャリヤー濃度が低く、安定した半導体特性を有する酸化物半導体薄膜を提供することを目的とする。

特開２００４−６８０５４号公報 特開２００６−１８９８３２号公報 特開２００４−１４６１３６号公報 特開２００１−１１６１３号公報

本発明によれば、以下の焼結体、スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜等が提供される。
１．Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは２〜２０の整数である）で表される六方晶層状化合物、及びＩｎＬｎＯ_３（ＬｎはＰｒ及びＰｍを除く３価のランタノイド元素）で表される化合物を含み、原子比が、０．２＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９７、０．０３＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．８、及び０．２＜（Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．５である焼結体。
２．全カチオン金属元素に対するＩｎの含有量［Ｉｎ／（全金属カチオン）：原子比］が、全金属カチオン元素に対するＬｎの含有量［Ｌｎ／（全金属カチオン）：原子比］より多い１に記載の焼結体。
３．バルク抵抗が５ｍΩｃｍ未満である１又は２に記載の焼結体。
４．１〜３のいずれかに記載の焼結体からなるスパッタリングターゲット。
５．Ｉｎ、Ｚｎ及びＬｎ（ＬｎはＰｒ及びＰｍを除く３価のランタノイド元素）を含み、原子比が、０．２＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９７、０．０３＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．８、及び０．２＜Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．５である酸化物半導体薄膜。
６．キャリヤー密度が１０^１８／ｃｍ^３未満である５に記載の酸化物半導体薄膜。
７．スパッタ圧力を０．１〜２Ｐａとし、酸素分圧を前記スパッタ圧力の２〜２０％として、４に記載のスパッタリングターゲットをスパッタリングする酸化物半導体薄膜の製造方法。
８．前記スパッタリングを、下記式を満たす雰囲気中で行う７に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
１０＜（酸素分圧／水の分圧）＜２００
９．５又は６に記載の酸化物半導体薄膜を用いる薄膜トランジスタ。
１０．チャンネルエッチ型である９に記載の薄膜トランジスタ。
１１．エッチストッパー型である９に記載の薄膜トランジスタ。

本発明によれば、スパッタリング中に異常放電のない低抵抗なスパッタリングターゲットを提供することができる。
本発明によれば、キャリヤー濃度が低く、安定した半導体特性を有する酸化物半導体薄膜を提供することができる。

本発明の薄膜トランジスタの一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の薄膜トランジスタの他の実施形態を示す概略断面図である。 実施例１で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例２で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例３で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例４で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例５で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例６で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例７で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例８で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例９で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例１０で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例１１で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 実施例１２で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。 比較例１で得られたターゲットのＸ線回折パターンを示すチャートである。

本発明の焼結体は、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは２〜２０の整数である）で表される六方晶層状化合物、及びＩｎＬｎＯ_３（ＬｎはＰｒ及びＰｍを除く３価のランタノイド元素）で表される化合物を含む。この焼結体はスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。
本発明の焼結体は、さらにＩｎ_２Ｏ_３を含んでもよい。

本発明の焼結体は、酸化亜鉛をＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは２〜２０の整数）で表される六方晶層状化合物として含有する。これは、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは２から２０の整数）で表わされる六方晶層状化合物と、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは１から２０の整数）で表わされる六方晶層状化合物のバルク抵抗を比較した場合に、Ｇａ等の絶縁性の酸化物を含有すると、一般にバルク抵抗が大きくなるからである。

尚、六方晶層状化合物とは、L. Dupont et al., Journal of Solid State Chemistry 158, 119-133(2001)、Toshihiro Moriga et al., J. Am. Ceram. Soc., 81(5) 1310-16(1998)等に記載された化合物である。
本発明の焼結体に含まれる六方晶層状化合物であるＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍのｍは好ましくは３〜７である。

ランタノイド元素の酸化物は絶縁性であるので、ランタノイド元素の酸化物をそのままの形態で含む焼結体は、そのバルク抵抗が大きくなる場合がある。
本発明の焼結体は、ランタノイド元素の酸化物をＩｎＬｎＯ_３（式中、Ｌｎは、Ｐｒ、Ｐｍを除く３価のランタノイド元素）で表される化合物として含有する。焼結体がランタノイド元素の酸化物をＩｎＬｎＯ_３として含有することにより、絶縁性のＬｎ_２Ｏ_３が存在せず、結果、異常放電を低減でき、安定した成膜が可能になる。また、ランタノイド系の元素は酸素との結合力が強く、酸素欠損を作らないため、成膜時には半導体用途に適した比抵抗の薄膜が得られることになる。

本発明の焼結体がＩｎ_２Ｏ_３を含むとき、Ｌｎ₂Ｏ_３が酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）中にドーピングする形態となって、絶縁性のＬｎ_２Ｏ_３が存在せず、結果、安定したスパッタリングが可能となる。

また、ＩｎＬｎＯ_３で表される化合物が酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）にドーピングすることにより、焼結体中の結晶の異常成長を抑制することができる。これによりスパッタリング時の異常放電が抑えられ、表面平滑性に優れた薄膜を形成することができる。

焼結体中の結晶粒子は、例えば粒径が５μｍ、好ましくは３μｍ未満の大きさに微細化される。

Ｌｎは、Ｐｒ、Ｐｍを除く３価のランタノイド元素である、即ち、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである。Ｐｒ及びＰｍを含有する焼結体から得られる薄膜は放射能を有する恐れがある。

ＩｎＬｎＯ_３の具体例としては、ＩｎＬａＯ_３、ＩｎＮｄＯ_３、ＩｎＳｍＯ_３、ＩｎＥｕＯ_３、ＩｎＧｄＯ_３、ＩｎＴｂＯ_３、ＩｎＤｙＯ_３、ＩｎＨｏＯ_３、ＩｎＥｒＯ_３、ＩｎＴｍＯ_３、ＩｎＹｂＯ_３、ＩｎＬｕＯ_３等が挙げられ、取り扱いが容易であることから、好ましくはＩｎＳｍＯ_３、ＩｎＧｄＯ_３、ＩｎＤｙＯ_３、ＩｎＥｒＯ_３、ＩｎＹｂＯ_３等を用いる。

本発明の焼結体において、インジウム、亜鉛及びランタノイド元素の原子比は、
０．２＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９７
０．０３＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．８、及び
０．２＜Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．５であり、
好ましくは
０．２５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９５、
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．７５、及び
０．２＜Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．４５であり、
より好ましくは
０．２５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９、
０．１＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．７５、及び
０．２＜Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．４である。
上記原子比は、ＩＣＰ発光分析により求めることができる。

原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．２以下の場合、得られる薄膜が導電性になったり、薄膜の耐久性が乏しくなるおそれがある。また、原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．９７以上の場合、得られる薄膜が導電性になったり、薄膜が結晶化するおそれがある。

原子比Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．０３以下の場合、得られる薄膜が導電性になったり、薄膜が結晶化するおそれがある。また、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８以上の場合、得られる薄膜が導電性になったり、薄膜の耐久性が乏しくなるおそれがある。

原子比Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）が０．２以下の場合、得られる薄膜が導電性となるおそれがある。また、原子比Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）が０．５以上の場合、得られる薄膜はキャリヤーが殆ど無くなって絶縁性の膜となり、半導体として機能しないおそれがある。

本発明の焼結体は、好ましくは全カチオン金属元素に対するＩｎの含有量［Ｉｎ／（全金属カチオン）：原子比］が、全金属カチオン元素に対するＬｎの含有量［Ｌｎ／（全金属カチオン）：原子比］より多い。即ち、焼結体は好ましくは下記式を満たす。
Ｉｎ／（全金属カチオン）＞Ｌｎ／（全金属カチオン）

焼結体が上記式を満たすことで、焼結体中の酸化ランタノイド（Ｌｎ_２Ｏ_３）は、ＩｎＬｎＯ_３となって、焼結体の導電性を向上させることができる。これにより焼結体のバルク抵抗を低減でき、安定したスパッタリングが可能となる。一方、焼結体が上記式を満たさない場合、焼結体中のＬｎ_２Ｏ_３は、ＩｎＬｎＯ_３とならず、絶縁性のＬｎ_２Ｏ_３の形態で存在しスパッタリング中に異常放電するおそれがある。

本発明の焼結体は、好ましくはバルク抵抗が５ｍΩｃｍ未満であり、より好ましくは３ｍΩｃｍ以下、さらに好ましくは１ｍΩｃｍ以下である。
焼結体のバルク抵抗が５ｍΩｃｍ以上の場合、スパッタリング中に異常放電したり、異物（ノジュール）が発生するおそれがある。
Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは２〜２０の整数である）で表される六方晶層状化合物、ＩｎＬｎＯ_３で表される化合物、場合によっては、ＩｎＬｎＯ_３（ＺｎＯ）_ｍで表される六方晶層状化合物として含有していてもよい。
焼結体中の酸化ランタノイド（Ｌｎ_２Ｏ_３）がＬｎ_２Ｏ_３の形態で存在する場合、絶縁性の高いＬｎ_２Ｏ_３は、異常放電の原因となり、成膜された膜中に異物を発生させたり、薄膜の表面精度を低下させたりする場合がある。

本発明の焼結体は、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは２〜２０の整数である）で表される六方晶層状化合物、ＩｎＬｎＯ_３（ＬｎはＰｒ及びＰｍを除く３価のランタノイド元素）で表される化合物、及び任意にＩｎ_２Ｏ_３から実質的になっていてもよく、これら化合物のみからなってもよい。「実質的になる」とは、本発明の焼結体がＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは２〜２０の整数である）で表される六方晶層状化合物、ＩｎＬｎＯ_３（ＬｎはＰｒ及びＰｍを除く３価のランタノイド元素）で表される化合物、及び任意にＩｎ_２Ｏ_３のみからなり、さらに以下の成分を含みうることである。

本発明の焼結体は、微量不純物として、正４価の金属酸化物を含んでもよい。
正４価の金属酸化物は、酸化インジウム中でドーピングによるキャリヤーの発生がなく、酸化物半導体薄膜のキャリヤー制御を容易にすることができる。
上記正４価の金属酸化物は、好ましくはＣｅＯ_２、ＧｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２等であり、得られる酸化物半導体薄膜の安定性の観点から、より好ましくはＣｅＯ_２、ＧｅＯ_２及びＺｒＯ_２である。

正４価の金属酸化物の含有量は例えば５０〜３０００ｐｐｍであり、好ましくは１００〜２０００ｐｐｍ、より好ましくは２００〜１０００ｐｐｍである。
正４価の金属酸化物の含有量が５０ｐｐｍ未満では、添加によって得られる効果が小さいおそれがある。一方、正４価の金属酸化物の含有量が３０００ｐｐｍ超では、得られる薄膜のキャリヤー制御が困難となって、薄膜が導電性を有するようになり、半導体特性であるオフ電流値が大きくなって薄膜が安定しないおそれがある。

本発明の焼結体は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化ランタノイド（Ｌｎ_２Ｏ_３）の各粉体を混合し、この混合物を粉砕、焼結することにより製造できる。
原料粉について、酸化インジウム粉の比表面積を８〜１０ｍ^２／ｇ、酸化亜鉛粉の比表面積を２〜４ｍ^２／ｇ、酸化ランタノイドの比表面積を５〜１５ｍ^２／ｇとすることが好ましい。又は、酸化インジウム粉のメジアン径を１〜２μｍ、酸化亜鉛粉のメジアン径を０．８〜１．６μｍ、酸化ランタノイドのメジアン径を１〜２μｍとすることが好ましい。

原料粉において、酸化インジウム粉、酸化亜鉛粉及び酸化ランタノイド粉の配合比（酸化インジウム粉：酸化亜鉛粉：酸化ランタノイド粉）は、各元素の原子比が上述した好ましい原子比となるように調製すればよい。
尚、酸化インジウム粉、酸化亜鉛粉及び酸化ランタノイド粉を含有する混合粉体を使用する限り、焼結体の特性を改善する他の成分を添加してもよい。

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。このとき、粉砕後の比表面積が原料混合粉体の比表面積より１．５〜２．５ｍ^２／ｇ増加する程度か、又は粉砕後の平均メジアン径が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（例えば相対密度が９５％以上）の酸化物焼結体を得ることができ、還元工程も不要にできる。

尚、原料混合粉体の比表面積の増加分が１．５ｍ^２／ｇ未満又は粉砕後の原料混合粉の平均メジアン径が１μｍを超えると、焼結密度が十分に大きくならない場合がある。一方、原料混合粉体の比表面積の増加分が２．５ｍ^２／ｇを超える場合又は粉砕後の平均メジアン径が０．６μｍ未満にすると、粉砕時の粉砕器機等からのコンタミ（不純物混入量）が増加する場合がある。

ここで、各粉体の比表面積はＢＥＴ法で測定できる。各粉体の粒度分布のメジアン径は、粒度分布計で測定できる。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。

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。成形は公知の方法、例えば、加圧成形、冷間静水圧加圧が採用できる。

次いで、得られた成形体を焼結して焼結体を得る。焼結は、１３５０〜１４５０℃で２〜２０時間焼結することが好ましい。１３５０℃未満では、密度が向上せず、また、１４５０℃を超えると亜鉛が蒸散し、焼結体の組成が変化したり、蒸散により焼結体中にボイド（空隙）が発生したりする場合がある。
焼結は酸素を流通することにより酸素雰囲気中で焼結するか、加圧下にて焼結するのがよい。これにより亜鉛の蒸散を抑えることができ、ボイド（空隙）のない焼結体が得られる。

得られた焼結体を、研磨等の加工を施すことによりスパッタリングターゲットとすることができる。具体的には、焼結体を、例えば、平面研削盤で研削して表面粗さＲａを５μｍ以下とする。さらに、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。

得られたスパッタリングターゲットをバッキングプレートへボンディングすることにより、各種装置に装着して使用できる。物理成膜法としては、例えば、スパッタリング法、ＰＬＤ（パルスレーザーディポジション）法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。

尚、スパッタリングターゲットの清浄処理には、エアーブローや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。
エアーブローや流水洗浄の他に、超音波洗浄等を行なうこともできる。超音波洗浄では、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。

本発明の酸化物半導体薄膜は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＬｎ（ＬｎはＰｒ及びＰｍを除く３価のランタノイド元素）を含み、これらの原子比は、
０．２＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９７
０．０３＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．８、及び
０．２＜Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．５であり、
好ましくは
０．２５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９５、
０．０５＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．７５、及び
０．２＜Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．４５であり、
より好ましくは
０．２５＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９、
０．１＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．７５、及び
０．２＜Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．４である。

本発明の酸化物半導体薄膜は、キャリヤー濃度が低く、安定した半導体特性を有する。

原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．２以下の場合、薄膜が導電性になったり、薄膜の耐久性が乏しくなるおそれがある。また、原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．９７以上の場合、薄膜が導電性になったり、薄膜が結晶化するおそれがある。

原子比Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．０３以下の場合、薄膜が導電性になったり、薄膜が結晶化するおそれがある。また、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８以上の場合、薄膜が導電性になったり、薄膜の耐久性が乏しくなるおそれがある。

原子比Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）が０．２以下の場合、薄膜が導電性となるおそれがある。また、原子比Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）が０．５以上の場合、薄膜はキャリヤーが殆ど無くなって絶縁性の膜となり、半導体として機能しないおそれがある。

本発明の酸化物半導体薄膜のキャリヤー密度は、好ましくは１０^１８／ｃｍ^３未満であり、より好ましくは１０^１５／ｃｍ^３以上１０^１８／ｃｍ^３未満であり、さらに好ましくは、１０^１５／ｃｍ^３以上５×１０^１７／ｃｍ^３未満である。尚、酸化物半導体薄膜のキャリヤー密度の下限は特に限定されないが、例えば１０^１２／ｃｍ^３以上である。酸化物半導体薄膜は本発明の組成割合にすることにより上記キャリア濃度を達成することができる。

酸化物半導体薄膜のキャリヤー密度を１０^１８／ｃｍ^３未満とすることにより、酸化物半導体薄膜は半導体として十分に機能することができる。
上記キャリヤー密度は、例えば、後述する酸化物半導体薄膜の成膜時の酸素分圧等で調整できる。

本発明の酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＞１０^６、電界効果移動度＞２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＜１０Ｖ、及びＳ値＜５であるとよい。これらの条件を満たせば、酸化物半導体薄膜は、液晶表示用の駆動用薄膜トランジスタ、有機ＥＬ用の駆動用薄膜トランジスタ等として十分機能することができる。

本発明の酸化物半導体薄膜は、スパッタ圧力を０．１〜２Ｐａとし、酸素分圧をスパッタ圧力の２〜２０％として本発明のスパッタリングターゲットをスパッタリングすることにより成膜できる。

スパッタ圧力は０．１〜２Ｐａであり、好ましくは０．２〜１Ｐａである。
スパッタ圧力が０．１Ｐａ未満の場合、高真空での成膜となり、スパッタ速度が低下したり、高真空にするためにコストが高くなるおそれがある。一方、スパッタ圧力が２Ｐａ超の場合、スパッタのプラズマが安定せず、スパッタ速度が低下したり、得られる薄膜の膜質が低下するおそれがある。

酸素分圧は、スパッタ圧力の２〜２０％であり、好ましくは３〜１０％であり、より好ましくは４〜８％である。
酸素は得られる薄膜の酸素欠損を制御することから、上述のようにスパッタ中の酸素分圧を厳密に制御する必要がある。酸素分圧がスパッタ圧力の２％未満の場合、得られる薄膜が導電性薄膜となったり、半導体特性であるオフ電流が増加するおそれがある。また、酸素分圧がスパッタ圧力の２０％超の場合、薄膜が大量の酸素を取り込み、半導体特性である電界効果移動度が低下するおそれがある。

酸素分圧は、スパッタ圧力の２〜２０％であれば特に制限されないが、スパッタリングターゲットのランタノイド元素の含有量により、最適な酸素分圧は変化する。
ランタノイド元素（Ｐｒ、Ｐｍを除く３価のランタノイド元素）は、通常、成膜時に薄膜中に酸素を取り込みやすくし、薄膜中の酸素欠損量を少なくする効果を有する。よって、ターゲットのランタノイド元素の含有量が少ない場合には、スパッタ中の酸素分圧を高くし、ランタノイド元素の含有量が多い場合には、スパッタ中の酸素分圧を低くするとよい。

酸化物半導体薄膜に水が混入すると、オフ電流を増加させたり、電界効果移動度を低下させたり、耐久性が劣化するおそれがある。従って、上記スパッタリングは、好ましくは水の分圧及び酸素分圧が１０＜（酸素分圧／水の分圧）＜２００を満たす雰囲気中で行う。
上記式は、より好ましくは１５＜（酸素分圧／水の分圧）＜１５０であり、さらに好ましくは２０＜（酸素分圧／水の分圧）＜１００である。

酸素分圧／水の分圧が１０以下の場合、得られる酸化物半導体薄膜の耐久性が低下したり、オフ電流が増大したり、電界効果移動度を低下したりするおそれがある。一方、酸素分圧／水の分圧が２００以上の場合、水分子の排気にコストかかるため、生産性が低下するおそれがある。

本発明の薄膜トランジスタは上記の酸化物半導体薄膜を用いる。
図１は、本発明の薄膜トランジスタの一実施形態を示す概略断面図である。
薄膜トランジスタ１はチャンネルエッチ型薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタ１は、基板１０及び絶縁膜３０の間にゲート電極２０を挟持しており、ゲート絶縁膜３０上には本発明の酸化物半導体薄膜４０が活性層として積層されている。さらに、酸化物半導体薄膜４０の端部付近を覆うようにしてソース電極５０及びドレイン電極５２がそれぞれ設けられている。酸化物半導体薄膜４０、ソース電極５０及びドレイン電極５２で囲まれた部分にチャンネル部６０を形成している。

図２は、本発明の薄膜トランジスタの他の実施形態を示す概略断面図である。尚、上述した薄膜トランジスタ１と同じ構成部材には同じ番号を付し、その説明を省略する。
薄膜トランジスタ２は、エッチストッパー型の薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタ２は、チャンネル部６０を覆うようにエッチストッパー７０が形成されている点を除き、上述した薄膜トランジスタ１と同じ構成である。酸化物半導体薄膜４０の端部付近及びエッチストッパー７０の端部付近を覆うようにしてソース電極５０及びドレイン電極５２がそれぞれ設けられている。
尚、本発明の薄膜トランジスタは、チャンネルエッチ型やエッチストッパー型トランジスタに限定されず、本技術分野で公知の素子構成を採用できる。

以下、本発明を実施例を基に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。

実施例１
［スパッタリングターゲットの製造］
原料粉として、酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉を重量比でほぼ７０：２５：５（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８９、Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｓｍ＋Ｚｎ）＝０．２１）となるように秤量し、湿式媒体攪拌ミルを使用して混合粉砕した。

得られた混合粉をスプレードライヤで乾燥し、金型に充填して加圧成形した。得られた成形体を酸素雰囲気中で１４２０℃で２０時間焼結して焼結体とし、さらに切削加工してスパッタリングターゲットとした。
得られたターゲットの相対密度（混合した酸化物の密度を重量配分して得られる理論密度を実測密度で割った値）は、９５％以上であることを確認した。尚、実測密度は一定の大きさに切り出したターゲットの重量と外形寸法より算出した。

ターゲットのバルク抵抗を、抵抗率計（三菱油化製、ロレスタ）を使用して四探針法で測定した結果、０．７ｍΩｃｍであることを確認した。
加えて、ターゲットについてＩＣＰ発光分析をしたところ、原子比はＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８９、Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｓｍ＋Ｚｎ）＝０．２１であることを確認した。

このターゲットをＸ線回折により分析した。図１はターゲットのＸ線回折チャートである。この図からターゲット中にＩｎＳｍＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認できた。

［酸化物半導体薄膜の成膜］
製造したスパッタリングターゲットをＤＣマグネトロンスパッタリング装置に装着して、スパッタリングし、ガラス基板上に厚みが５０ｎｍである酸化物半導体薄膜を成膜した。スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
上記スパッタリングは、最初に５×１０^−４Ｐａまで系内を減圧にし、アルゴンを９．５ＳＣＣＭで、及び酸素を０．５ＳＣＣＭで流しながら圧力を０．３Ｐａに調整して行った。
この際、最初に減圧にした圧力を水分の分圧とし、酸素分圧は、アルゴン：酸素を流して圧力を調整したときの酸素の分圧とした。従って、酸素分圧／水の分圧＝（０．３×０．５／（９．５＋０．５））／（５×１０^−４）＝３０であった。

成膜した薄膜を空気中にて３００℃で１時間加熱処理して安定化させた。得られた酸化物半導体薄膜についてＸ線回折より結晶性をみたところ、ピークは観察されず、非晶質であることを確認した。また、Ｈａｌｌ測定（東洋テクニカ社製：ＲＥＳＩＴＥＳＴ８３００）により、薄膜のキャリヤー密度を測定したところ、キャリヤー密度は、３×１０^１７／ｃｍ^３であった。
また、得られた酸化物半導体薄膜の原子比は、ＩＣＰ発光分析で測定したところ、用いたターゲット組成と同一（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８９、Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｓｍ＋Ｚｎ）＝０．２１）であった。

［半導体特性の評価］
３００ｎｍ厚みの熱酸化膜付きのハードドープＳｉ基板の熱酸化膜上に、厚さが５０ｎｍの酸化物半導体薄膜を同様にして成膜し、金電極を有するチャンネル長：２００μｍ、チャンネル幅：５００μｍの薄膜トランジスタ素子を作製した。作製した薄膜トランジスタについて、半導体特性評価装置４２００−ＳＣＳ（ケースレーインスツルメント社製）を用いて、その半導体特性を評価したところ、Ｏｎ／Ｏｆｆ値が１０^７、電界効果移動度＝１２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）が１．２Ｖ、Ｓ値が０．６であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例２
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化イッテルビウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で６０：３０：１０（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．７８、Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｙｂ＋Ｚｎ）＝０．２２））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＹｂＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図２）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．７８、Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｓｍ＋Ｚｎ）＝０．２２であり、キャリヤー密度が３×１０^１７／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^７、電界効果移動度＝１０ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝１．３Ｖ、Ｓ値＝０．７であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例３
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化イッテルビウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で４５：３２：２３（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５３、Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｙｂ＋Ｚｎ）＝０．２１））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＹｂＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図３）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５３、Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｙｂ＋Ｚｎ）＝０．２１であり、キャリヤー密度が１×１０^１７／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^７、電界効果移動度＝８ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝１．５Ｖ、Ｓ値＝０．９であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例４
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化イッテルビウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で３３：４７：２０（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．４９、Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｙｂ＋Ｚｎ）＝０．３３））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＹｂＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図４）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．４９、Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｙｂ＋Ｚｎ）＝０．３３であり、キャリヤー密度が６×１０^１６／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^８、電界効果移動度＝７ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝１．８Ｖ、Ｓ値＝１．２であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例５
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化イッテルビウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で２５：３５：４０（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．２７、Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｙｂ＋Ｚｎ）＝０．２１））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＹｂＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図５）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．２７、Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｙｂ＋Ｚｎ）＝０．２１であり、キャリヤー密度が２×１０^１６／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^９、電界効果移動度＝４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝２．６Ｖ、Ｓ値＝２．８であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例６
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化ガドリニウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で７０：２６：４（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．９１、Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ＋Ｚｎ）＝０．２１））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＧｄＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図６）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．９１、Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ＋Ｚｎ）＝０．２１であり、キャリヤー密度が５×１０^１７／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^６、電界効果移動度＝１５ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝１．８Ｖ、Ｓ値＝１．５であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例７
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化ガドリニウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で５３：２９：１８（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．６３、Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ＋Ｚｎ）＝０．２１））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＧｄＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図７）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．６３、Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ＋Ｚｎ）＝０．２１であり、キャリヤー密度が７×１０^１６／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^７、電界効果移動度＝７ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝３．２Ｖ、Ｓ値＝３．２であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例８
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化ガドリニウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で３５：４５：２０（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５１、Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ＋Ｚｎ）＝０．３３））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＧｄＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図８）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５１、Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ＋Ｚｎ）＝０．３３であり、キャリヤー密度が９×１０^１６／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^７、電界効果移動度＝５ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝２．８Ｖ、Ｓ値＝３．１であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例９
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化ガドリニウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で２７：３３：４０（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．２８、Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ＋Ｚｎ）＝０．２１））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＧｄＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図９）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．２８、Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ＋Ｚｎ）＝０．２１であり、キャリヤー密度が２×１０^１６／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^８、電界効果移動度＝３ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝２．６Ｖ、Ｓ値＝３．２であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例１０
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化ジスプロシウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で４５：３５：２０（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５７、Ｄｙ／（Ｉｎ＋Ｄｙ＋Ｚｎ）＝０．２５））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＤｙＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図１０）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５７、Ｄｙ／（Ｉｎ＋Ｄｙ＋Ｚｎ）＝０．２５であり、キャリヤー密度が４×１０^１７／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^７、電界効果移動度＝８ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝１．５Ｖ、Ｓ値＝１．２であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例１１
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化エルビウム粉及び酸化亜鉛粉（重量比で４５：３５：２０（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５７、Ｅｒ／（Ｉｎ＋Ｅｒ＋Ｚｎ）＝０．２４））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＥｒＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図１１）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５７、Ｅｒ／（Ｉｎ＋Ｅｒ＋Ｚｎ）＝０．２４であり、キャリヤー密度が１×１０^１７／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^８、電界効果移動度＝１１ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝１．６Ｖ、Ｓ値＝１．２であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

実施例１２
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化ランタン粉及び酸化亜鉛粉（重量比で７０：２５：５（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８９、Ｌａ／（Ｉｎ＋Ｌａ＋Ｚｎ）＝０．２１））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎＬａＯ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３で表される六方晶層状化合物が生成していることが確認でき（図１２）、得られた酸化物半導体薄膜は、原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．９０、Ｌａ／（Ｉｎ＋Ｌａ＋Ｚｎ）＝０．２２であり、キャリヤー密度が２．４×１０^１７／ｃｍ^３であることを確認した。また、スパッタリング中に異常放電は確認されなかった。
得られた酸化物半導体薄膜の半導体特性は、Ｏｎ／Ｏｆｆ値＝１０^８、電界効果移動度＝１２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧（Ｖｔｈ）＝１．５Ｖ、Ｓ値＝１．３であり、薄膜トランジスタとして十分機能することが分かった。

比較例１
原料粉である酸化インジウム粉、酸化サマリウム及び酸化亜鉛粉の代わりに、酸化インジウム粉、酸化ランタン粉及び酸化亜鉛粉（重量比で８５：５：１０（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８３、Ｌａ／（Ｉｎ＋Ｌａ＋Ｚｎ）＝０．０４））を用いた他は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製及び評価し、酸化物半導体薄膜を成膜及び評価した。
その結果、得られたターゲット中にＩｎ_２Ｏ_３及びＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３の生成は確認できたが、ＩｎＬａＯ_３が生成していることは確認できなった（図１３）。これは、Ｌａの添加量が少ない場合には、Ｉｎ_２Ｏ_３のインジウムサイト又はＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_３のインジウムサイトにＬａが固溶置換していると考えられる。

また、得られた酸化物半導体薄膜の原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８３、Ｌａ／（Ｉｎ＋Ｌａ＋Ｚｎ）＝０．０４であり、キャリヤー密度が２×１０^２０／ｃｍ^３であることを確認した。
得られた酸化物半導体薄膜は、キャリヤー密度が２×１０^２０／ｃｍ^３であることから、導電性の薄膜であり、半導体特性を評価することはできなかった。

比較例２
原料粉として、原子比が（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８０、Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｍ）＝０．１５）である酸化インジウム粉、酸化ランタン粉及び酸化亜鉛粉を用いた他は実施例１と同様にして上記原子比のスパッタリングターゲットを作製した。酸素を用いずアルゴンのみの気流下で成膜を行った他は実施例１と同様にして酸化物半導体薄膜を成膜した。得られた透明導電膜の比抵抗は３５００μΩｃｍであった。

本発明のターゲットは、液晶表示装置（ＬＣＤ）用透明導電膜、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示素子用透明導電膜、太陽電池用透明導電膜等、種々の用途の透明導電膜、酸化物半導体薄膜をスパッタリング法により得るためのターゲットとして好適である。例えば、有機ＥＬ素子の電極や、半透過・半反射ＬＣＤ用の透明導電膜、液晶駆動用酸化物半導体膜、有機ＥＬ素子駆動用酸化物半導体薄膜を得ることができる。
この明細書に記載の文献の内容を全てここに援用する。

Claims (11)

1. Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（式中、ｍは２〜２０の整数である）で表される六方晶層状化合物、及びＩｎＬｎＯ_３（ＬｎはＰｒ及びＰｍを除く３価のランタノイド元素）で表される化合物を含み、原子比が、０．２＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９７、０．０３＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．８、及び０．２＜（Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．５である焼結体。
2. 全カチオン金属元素に対するＩｎの含有量［Ｉｎ／（全金属カチオン）：原子比］が、全金属カチオン元素に対するＬｎの含有量［Ｌｎ／（全金属カチオン）：原子比］より多い請求項１に記載の焼結体。
3. バルク抵抗が５ｍΩｃｍ未満である請求項１又は２に記載の焼結体。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の焼結体からなるスパッタリングターゲット。
5. Ｉｎ、Ｚｎ及びＬｎ（ＬｎはＰｒ及びＰｍを除く３価のランタノイド元素）を含み、
   原子比が、０．２＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．９７、０．０３＜Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＜０．８、及び０．２＜Ｌｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｌｎ）＜０．５である酸化物半導体薄膜。
6. キャリヤー密度が１０^１８／ｃｍ^３未満である請求項５に記載の酸化物半導体薄膜。
7. スパッタ圧力を０．１〜２Ｐａとし、酸素分圧を前記スパッタ圧力の２〜２０％として、請求項４に記載のスパッタリングターゲットをスパッタリングする酸化物半導体薄膜の製造方法。
8. 前記スパッタリングを、下記式を満たす雰囲気中で行う請求項７に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
   １０＜（酸素分圧／水の分圧）＜２００
9. 請求項５又は６に記載の酸化物半導体薄膜を用いる薄膜トランジスタ。
10. チャンネルエッチ型である請求項９に記載の薄膜トランジスタ。
11. エッチストッパー型である請求項９に記載の薄膜トランジスタ。

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