JP6353369B2 - スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及びそれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸化物半導体や透明導電膜等の酸化物薄膜作製用のスパッタリングターゲット、そのターゲットを用いて作製される薄膜、その薄膜を含む薄膜トランジスタ及びそれらの製造方法に関する。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路の単位電子素子、高周波信号増幅素子、液晶駆動用素子等として広く用いられており、現在、最も多く実用されている電子デバイスである。なかでも、近年における表示装置のめざましい発展に伴い、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の各種の表示装置において、表示素子に駆動電圧を印加して表示装置を駆動させるスイッチング素子として、ＴＦＴが多用されている。
電界効果型トランジスタの主要部材である半導体層（チャネル層）の材料としては、シリコン半導体化合物が最も広く用いられている。一般に、高速動作が必要な高周波増幅素子や集積回路用素子等には、シリコン単結晶が用いられている。一方、液晶駆動用素子等には、大面積化の要求から非晶質性シリコン半導体（アモルファスシリコン）が用いられている。

アモルファスシリコンの薄膜は、比較的低温で形成できるものの、結晶性の薄膜に比べてスイッチング速度が遅いため、表示装置を駆動するスイッチング素子として使用したときに、高速な動画の表示に追従できない場合がある。具体的に、解像度がＶＧＡである液晶テレビでは、移動度が０．５〜１ｃｍ^２／Ｖｓのアモルファスシリコンが使用可能であったが、解像度がＳＸＧＡ、ＵＸＧＡ、ＱＸＧＡあるいはそれ以上になると２ｃｍ^２／Ｖｓ以上の移動度が要求される。また、画質を向上させるため駆動周波数を上げるとさらに高い移動度が必要となる。

一方、結晶性のシリコン系薄膜は、移動度は高いものの、製造に際して多大なエネルギーと工程数を要する等の問題や、大面積化が困難という問題があった。例えば、シリコン系薄膜を結晶化する際に８００℃以上の高温や、高価な設備を使用するレーザーアニールが必要である。また、結晶性のシリコン系薄膜は、通常ＴＦＴの素子構成がトップゲート構成に限定されるためマスク枚数の削減等コストダウンが困難であった。

このような問題を解決するために、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体膜を使用した薄膜トランジスタが検討されている。一般に、酸化物半導体薄膜の作製は酸化物焼結体からなるターゲット（スパッタリングターゲット）を用いたスパッタリングで行われる。

例えば、一般式Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７、ＩｎＧａＺｎＯ_４で表されるホモロガス結晶構造を示す化合物からなるターゲットが知られている（特許文献１、２及び３）。
しかしながら、このターゲットでは焼結密度（相対密度）を上げるために、酸化性雰囲気で焼結する必要があるが、その場合、ターゲットの抵抗を下げるため、焼結後に高温での還元処理が必要であった。また、ターゲットを長期間使用していると得られた膜の特性や成膜速度が大きく変化する、焼結時に異常成長したＩｎＧａＺｎＯ_４やＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７による異常放電が起きる、成膜時にパーティクルの発生が多い等の問題があった。異常放電が頻繁に起きると、プラズマ放電状態が不安定となり、安定した成膜が行われず、膜特性に悪影響を及ぼす。

一方、ガリウムを含まずに、酸化インジウム及び酸化亜鉛からなる非晶質酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタも提案されている（特許文献４）。
しかしながら、成膜時の酸素分圧を高くしないとＴＦＴのノーマリーオフ動作を実現できないといった問題があった。

また、酸化インジウム、酸化亜鉛に酸化アルミニウムを添加したスパッタリングターゲットが開示されている（特許文献５）。
しかしながら、ターゲットの結晶相については検討されておらず、そのターゲットを用いて作製された薄膜の移動度が５ｃｍ^２／Ｖｓ未満と低移動度であり、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウム材料が本来持っている移動度を引き出せていなかった。
以上のように、酸化物半導体用スパッタリングターゲットとして好ましい酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウムターゲットの結晶相は明らかではなかった。

特開平８−２４５２２０号公報 特開２００７−７３３１２号公報 国際公開第２００９／０８４５３７号公報 国際公開第２００５／０８８７２６号公報 特開２０１２−５４３３５号公報

本発明は、インジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、高密度かつ低抵抗の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。
また、本発明は、高い移動度と高い信頼性を有するＴＦＴを実現可能な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。

上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を行い、インジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト構造化合物とＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物とを含むスパッタリングターゲットは、相対密度が９８％以上、比抵抗が１０ｍΩｃｍ以下であり、そのターゲットを用いて作製した薄膜をチャネル層に用いたＴＦＴは電界効果移動度５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の高移動度、かつ高信頼性を示すことを見出し、本発明を完成させた。

本発明によれば、以下のスパッタリングターゲット等が提供される。
１．インジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト構造化合物とＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物を含むスパッタリングターゲット。
２．前記Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物にＡｌが固溶している１に記載のスパッタリングターゲット。
３．前記インジウム元素、亜鉛元素及びアルミニウム元素の原子比が、下記式（１）〜（３）を満たす１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
０．１０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０ （１）
０．１０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．９０ （２）
０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０ （３）
（式中、Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｌは、それぞれ、スパッタリングターゲット中における各元素の原子比を示す。）
４．相対密度が９８％以上である１〜３のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
５．バルク比抵抗が１０ｍΩｃｍ以下である１〜４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
６．少なくともインジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を混合して混合物を得る混合工程、
前記混合物を成形して成形体を得る成形工程、及び
前記成形体を焼結する焼結工程を有し、
前記焼結工程は、酸素含有雰囲気で、７００〜９００℃において１〜５時間、温度を保持する仮焼き工程を含む、１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
７．１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により成膜してなる酸化物半導体薄膜。
８．水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選択される１以上と希ガスを含有する混合気体の雰囲気下において、１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で酸化物半導体薄膜を成膜する酸化物半導体薄膜の製造方法。
９．前記酸化物半導体薄膜の成膜を、少なくとも水蒸気と希ガスを含有する混合気体の雰囲気下において行う８に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
１０．前記混合気体中に含まれる水蒸気の割合が分圧比で０．１％〜２５％である８又は９に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
１１．前記混合気体中に含まれる酸素ガスの割合が分圧比で０．１％〜５０％である８〜１０のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
１２．前記酸化物半導体薄膜の成膜を、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、前記各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加する場合に、前記交流電源からの出力の少なくとも１つを、分岐して接続した２枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面に成膜するスパッタリング方法で行う８〜１１のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
１３．前記交流電源の交流パワー密度が３Ｗ／ｃｍ^２以上、２０Ｗ／ｃｍ^２以下である１２に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
１４．前記交流電源の周波数が１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚである１２又は１３に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
１５．７に記載の酸化物半導体薄膜をチャネル層として有する薄膜トランジスタ。
１６．７に記載の酸化物半導体薄膜の上に、少なくともＳｉＮｘ（ｘは任意の数値）を含有する保護膜を有する薄膜トランジスタ。
１７．電界効果移動度が５ｃｍ^２／Ｖｓ以上である１５又は１６に記載の薄膜トランジスタ。
１８．１５〜１７のいずれかに記載の薄膜トランジスタを備える表示装置。

本発明によれば、インジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、高密度かつ低抵抗のスパッタリングターゲットを提供できる。

実施例１で得た焼結体のＸ線チャートである。 実施例２で得た焼結体のＸ線チャートである。 実施例３で得た焼結体のＸ線チャートである。 実施例４で得た焼結体のＸ線チャートである。 本発明の一実施形態に用いるスパッタリング装置を示す図である。

以下、本発明のスパッタリングターゲット、酸化物薄膜、薄膜トランジスタ、表示装置及びこれらの製造方法について詳細に説明するが、本発明は下記実施態様及び実施例に限定されるものではない。

本発明のスパッタリングターゲットは、インジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物とＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト構造を含む。上記ビックスバイト構造及びホモロガス構造はＸ線回折により確認できる。

ビックスバイト（ｂｉｘｂｙｉｔｅ）は、希土類酸化物Ｃ型又はＭｎ_２Ｏ_３（Ｉ）型酸化物とも言われる。「透明導電膜の技術」（（株）オーム社出版、日本学術振興会、透明酸化物・光電子材料第１６６委員会編、１９９９）等に開示されている通り、化学量論比がＭ_２Ｘ_３（Ｍは陽イオン、Ｘは陰イオンで通常酸素イオン）で、一つの単位胞はＭ_２Ｘ_３１６分子、合計８０個の原子（Ｍが３２個、Ｘが４８個）により構成されている。

ビックスバイト構造は、Ｘ線回折で、ＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）データベースのＮｏ．０６−０４１６のピークパターンか、又は類似の（シフトした）パターンを示す。
また、結晶構造中の原子やイオンが一部他の原子で置換された置換型固溶体、他の原子が格子間位置に加えられた侵入型固溶体もビックスバイト構造化合物に含まれる。

ホモロガス構造とは、異なる物質の結晶層を何層か重ね合わせた長周期を有する「自然超格子」構造から成る結晶構造である。結晶周期ないし各薄膜層の厚さが、ナノメーター程度の場合、これら各層の化学組成や層の厚さの組み合わせによって、単一の物質あるいは各層を均一に混ぜ合わせた混晶の性質とは異なる固有の特性が得られる。そして、ホモロガス相の結晶構造は、例えばターゲットを粉砕したパウダーにおけるＸ線回折パターンが、組成比から想定されるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認できる。具体的には、ＪＣＰＤＳカードやＴｈｅ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａｂａｓｅ （ＩＣＳＤ）から得られるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認することができる。

ホモロガス構造をとる酸化物結晶としては、ＲＡＯ_３（ＭＯ）_ｍで表される酸化物結晶が挙げられる。ここで、ＲとＡは、正三価の金属元素であり、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｂが挙げられる。Ｍは、正二価の金属元素であり、例えば、Ｚｎ、Ｍｇが挙げられる。また、ｍは、例えば、整数であり、好ましくは、０．１〜１０、より好ましくは、０．５〜７、さらに好ましくは、１〜５である。

さらに、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物にＡｌが固溶していると好ましい。これは、スパッタリングターゲットがＩｎ_２−ｘＡｌ_ｘＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｘは０＜ｘ＜２を満たす）で表される、非化学量論的な酸化物を含むことを意味する。この非化学量論的な化合物が形成されることによって、Ａｌ量を厳密に制御しなくても高抵抗なＡｌ_２Ｏ_３が形成されにくく、低抵抗で高密度なスパッタリングターゲットを製造できる。

Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物にＡｌが固溶しているかどうかは、Ｘ線回折パターンから算出される結晶の軸長から確かめることができる。
Ｘ線回折パターンから算出されたＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物結晶の結晶軸長（ａ軸、ｂ軸、ｃ軸）が、ＪＣＰＤＳデータベースあるいはＩＣＳＤでＸ線回折パターンと一致する結晶の結晶軸長よりも小さく、かつ、ｍの値が対応する、ＩｎＡｌＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物結晶の結晶軸長（ａ軸、ｂ軸、ｃ軸）よりも大きい時、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物にＡｌが固溶しているといえる。

例えば、Ｉｎ_２Ｚｎ_３Ｏ_６のホモロガス構造は、Ｘ線回折で、ＩＣＳＤの＃１６２４５０のピークパターンか、あるいは類似の（シフトした）パターンを示すものである。ＩＣＳＤの＃１６２４５０によると、ａ＝３．３５２Å、ｂ＝３．３５２Å、ｃ＝４２．４８８Åである。また、ＩｎＡｌＺｎ_３Ｏ_６のホモロガス構造は、Ｘ線回折で、ＪＣＰＤＳデータベースのＮｏ．４０−０２６０のピークパターンか、あるいは類似の（シフトした）パターンを示すものである。ＪＣＰＤＳデータベースのＮｏ．４０−０２６０によると、ａ＝３．２８１Å、ｂ＝３．２８１Å、ｃ＝４１．３５Åである。
Ｘ線回折パターンから算出されたＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_２で表わされるホモロガス構造化合物結晶の結晶軸長ａ、ｂ、ｃが、３．２８１Å＜ａ＜３．３５２Å、３．２８１Å＜ｂ＜３．３５２Å、４１．３５Å＜ｂ＜４２．４８８Åを満たす時、Ａｌは固溶しているといえる。

本発明のスパッタリングターゲットは、各元素の原子比が下記式（１）〜（３）を満たすことが好ましい。
０．１０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０ （１）
０．１０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．９０ （２）
０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０ （３）
（式中、Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｌは、それぞれ、スパッタリングターゲット中における各元素の原子比を示す。）

上記式（１）において、Ｉｎ元素の量が０．１０以上であると、スパッタリングターゲットを製造する際にバルク抵抗値が下がりやすくなり、密度低下が防ぐことができるため、安定してＤＣスパッタリングを行うことができる。
一方、Ｉｎ元素の量が０．７０以下であると、そのターゲットを用いて作製した薄膜のキャリア濃度が過剰にならずに、薄膜を半導体として利用することができる。
以上からＩｎの濃度は、０．１０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０であることが好ましい。Ｉｎ元素の量［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）］は、より好ましくは０．１５〜０．７０であり、さらに好ましくは、０．２０〜０．６５である。

上記式（２）において、Ｚｎ元素の量が０．１０以上であると、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）若しくはＩｎＡｌＯ_３（ＺｎＯ）_ｍで表わされるホモロガス構造化合物が形成されやすくなることで、高抵抗なＡｌ_２Ｏ_３が形成されにくくなり、スパッタリングターゲットを低抵抗で高密度にしやすくなる。
一方、Ｚｎ元素の量が０．９０以下であると、得られる薄膜のウェットエッチャントへの溶解速度が速くなりすぎることを防ぐことができる。
以上からＺｎの濃度は、０．１０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．９０であることが好ましい。
Ｚｎ元素の量［Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）］は、より好ましくは０．１５〜０．８０であり、さらに好ましくは、０．２０〜０．７０である。

上記式（３）において、Ａｌ元素の量が０．０１以上であると、作製した薄膜のキャリア濃度が過剰になることを防ぐことができ、半導体として利用することができる。また、チャネル層を成膜し、ＴＦＴに適用した場合に信頼性を向上させることができる。
一方、Ａｌ元素の量が０．３０以下であると、ターゲット中にＡｌ_２Ｏ_３が生成されるのを防ぐことができ、ターゲットを低抵抗にすることができる。
以上からＡｌの濃度は、０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０であることが好ましい。Ａｌ元素の量［Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）］は、より好ましくは０．０２〜０．３０であり、さらに好ましくは、０．０２〜０．２５である。

スパッタリングターゲットに含まれる各元素の原子比は、誘導結合プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により、含有元素を定量分析して求めることができる。
具体的に、溶液試料をネブライザーで霧状にして、アルゴンプラズマ（約６０００〜８０００℃）に導入すると、試料中の元素は熱エネルギーを吸収して励起され、軌道電子が基底状態から高いエネルギー準位の軌道に移る。この軌道電子は１０^−７〜１０^−８秒程度で、より低いエネルギー準位の軌道に移る。この際にエネルギーの差を光として放射し発光する。この光は元素固有の波長（スペクトル線）を示すため、スペクトル線の有無により元素の存在を確認できる（定性分析）。

また、それぞれのスペクトル線の大きさ（発光強度）は試料中の元素数に比例するため、既知濃度の標準液と比較することで試料濃度を求めることができる（定量分析）。
定性分析で含有されている元素を特定後、定量分析で含有量を求め、その結果から各元素の原子比を求める。

上記のように、スパッタリングターゲットに含有される金属元素は、実質的にＩｎ、Ｚｎ及びＡｌからなっており、本発明の効果を損なわない範囲で他に不可避不純物を含んでいてもよい。
本発明において「実質的」とは、スパッタリングターゲットとしての効果が上記Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｌに起因すること、又はスパッタリングターゲットの金属元素の９５重量％以上１００重量％以下（好ましくは９８重量％以上１００重量％以下）がＩｎ、Ｚｎ及びＡｌであることを意味する。

本発明のスパッタリングターゲットは、好ましくは相対密度が９８％以上である。大型基板（１Ｇサイズ以上）にスパッタ出力を上げて酸化物半導体薄膜を成膜する場合は、相対密度が９８％以上であることが好ましい。相対密度とは、加重平均より算出した理論密度に対して相対的に算出した密度である。各原料の密度の加重平均より算出した密度が理論密度であり、これを１００％とする。

相対密度が９８％以上であれば、安定したスパッタリング状態が保たれる。大型基板でスパッタ出力を上げて成膜する場合は、相対密度が９８％未満ではターゲット表面が黒化したり、異常放電が発生したりする場合がある。相対密度はより好ましくは９８．５％以上、さらにより好ましくは９９％以上である。

相対密度はアルキメデス法により測定した実測密度と理論密度とから算出できる。相対密度は、好ましくは１００％以下である。１００％以下であると、金属粒子が焼結体に発生したり、低級酸化物が生成したりすることを防ぐことができ、成膜時の酸素供給量を厳密に調整しなくても済む。
また、焼結後に、還元性雰囲気下での熱処理操作等の後処理工程等を行って密度を調整することもできる。還元性雰囲気は、アルゴン、窒素、水素等の雰囲気や、それらの混合気体雰囲気が用いられる。

本発明のスパッタリングターゲットは、相対密度が９８％以上であり、かつバルク比抵抗が１０ｍΩｃｍ以下であることが好ましい。これにより、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際には、異常放電の発生を抑制することができる。本発明のスパッタリングターゲットは、高品質の酸化物半導体薄膜を、効率的に、安価に、かつ省エネルギーで成膜することができる。
バルク比抵抗は、例えば、実施例に記載の方法により測定することができる。
バルク比抵抗は、例えば０．０１Ωｃｍ以上である。

本発明のスパッタリングターゲット中の結晶の最大粒径は８μｍ以下であることが望ましい。結晶が粒径８μｍ以下であるとノジュールの発生を防ぐことができる。
スパッタによってターゲット表面が削られる場合、その削られる速度が結晶面の方向によって異なり、ターゲット表面に凹凸が発生する。この凹凸の大きさはスパッタリングターゲット中に存在する結晶粒径に依存している。結晶粒径が小さいとスパッタリングターゲットの凹凸が小さくなり、ノジュールが発生しにくくなると考えられる。

これらのスパッタリングターゲットの結晶の最大粒径は、スパッタリングターゲットの形状が円形の場合、円の中心点（１箇所）と、その中心点で直交する２本の中心線上の中心点と周縁部との中間点（４箇所）の合計５箇所において、また、スパッタリングターゲットの形状が四角形の場合には、その中心点（１箇所）と、四角形の対角線上の中心点と角部との中間点（４箇所）の合計５箇所において１００μｍ四方の枠内で観察される最大径を有する粒子についてその最大径を測定し、これらの５箇所の枠内のそれぞれに存在する最大粒子の粒径の平均値で表す。粒径は、結晶粒の長径について測定する。結晶粒は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察することができる。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は以下の３工程を含む。
（１）少なくともインジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を混合して混合物を得る混合工程
（２）上記混合物を成形して成形体を得る成形工程
（３）酸素含有雰囲気で上記成形体を焼結する焼結工程

以下、各工程について説明する。
（１）少なくともインジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を混合して混合物を得る混合工程
原料化合物は特に制限されず、Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｌを含む化合物であり、焼結体が以下の原子比を有することができる化合物を用いることが好ましい。
０．１０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０ （１）
０．１０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．９０ （２）
０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０ （３）
（式中、Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｌは、それぞれ、スパッタリングターゲットにおける各元素の原子比を示す。）

例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛及びアルミニウム金属の組み合わせや、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウムの組合せ等が挙げられる。尚、原料は粉末であることが好ましい。
原料は、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化アルミニウムの混合粉末であることが好ましい。

原料に単体金属を用いた場合、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛及びアルミニウム金属の組み合わせを原料粉末として用いた場合、得られる焼結体中にアルミニウムの金属粒が存在し、成膜中にターゲット表面の金属粒が溶融してターゲットから放出されないことがあり、得られる膜の組成と焼結体の組成が大きく異なってしまう場合がある。

原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜１．２μｍであり、より好ましくは０．１μｍ〜１．０μｍ以下である。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。

例えば、平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＩｎ_２Ｏ_３粉末、平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＺｎＯ粉末及び平均粒径が０．１μｍ〜１．２μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末を含んだ酸化物を原料粉末とし、これらを、上記式（１）〜（３）を満たす割合で調合する。
混合方法については以下の工程（２）とともに説明する。

（２）混合物を成形して成形体を得る成形工程
工程（１）の混合方法、工程（２）の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。例えば、酸化インジウム粉、酸化亜鉛及び酸化アルミニウム粉を含んだ酸化物の混合粉を含む原料粉末に、水系溶媒を配合し、得られたスラリーを１２時間以上混合した後、固液分離・乾燥・造粒し、引き続き、この造粒物を型枠に入れて成形する。

混合については、湿式又は乾式によるボールミル、振動ミル、ビーズミル等を用いることができる。均一で微細な結晶粒及び空孔を得るには、短時間で凝集体の解砕効率が高く、添加物の分散状態も良好となるビーズミル混合法が最も好ましい。
ボールミルによる混合時間は、好ましくは１５時間以上、より好ましくは１９時間以上とする。混合時間が不足すると最終的に得られる焼結体中にＡｌ_２Ｏ_３等の高抵抗の化合物が生成するおそれがあるからである。

ビーズミルによる粉砕、混合時間は、装置の大きさ、処理するスラリー量によって異なるが、スラリー中の粒度分布がすべて１μｍ以下と均一になるように適宜調整する。
また、混合する際にはバインダーを任意量だけ添加し、同時に混合を行うと好ましい。バインダーには、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル等を用いることができる。

次に、原料粉末スラリーから造粒粉を得る。造粒に際しては、急速乾燥造粒を行うことが好ましい。急速乾燥造粒するための装置としては、スプレードライヤが広く用いられている。具体的な乾燥条件は、乾燥するスラリーのスラリー濃度、乾燥に用いる熱風温度、風量等の諸条件により決定されるため、実施に際しては、予め最適条件を求めておくことが必要となる。

自然乾燥を行うと、原料粉末の比重差によって沈降速度が異なるため、Ｉｎ_２Ｏ_３粉末、ＺｎＯ粉末及びＡｌ_２Ｏ_３粉末の分離が起こり、均一な造粒粉が得られなくなるおそれがある。この不均一な造粒粉を用いて焼結体を作製すると、焼結体内部にＡｌ_２Ｏ_３等が存在して、スパッタリングにおける異常放電の原因となる場合がある。
造粒粉に対して、通常、金型プレス又は冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により、例えば１．２ｔｏｎ／ｃｍ^２以上の圧力で成形を施して成形体を得る。

（３）酸素含有雰囲気で成形体を焼結する焼結工程
焼結工程は、昇温工程、仮焼き工程、保持工程を含む。また、昇温工程の途中には、１〜５時間、７００〜９００℃の範囲内において温度を保持する仮焼き工程を含む。これにより、ターゲットの密度が上昇しやすくなり、スパッタ時のノジュールの発生をより抑制できるため好ましい。また、ターゲットが所望の組成からずれてしまうことを防ぐことができる。

焼結時の昇温速度は、通常８℃／分以下であり、好ましくは４℃／分以下であり、より好ましくは３℃／分以下であり、さらに好ましくは２℃／分以下である。昇温速度が８℃／分以下であるとクラックが発生しにくい。

昇温が完了した後、１２００〜１６５０℃の焼結温度で５〜５０時間保持して焼結を行う（保持工程）。焼結温度は好ましくは１３００〜１６００℃である。焼結時間は好ましくは１０〜２０時間である。
焼結温度が１２００℃以上かつ焼結時間が５時間以上であると、Ａｌ_２Ｏ_３等がターゲット内部に形成されるのを防ぐことができる。一方、焼成温度が１６５０℃以下で焼成時間が５０時間以下であると、著しい結晶粒成長により平均結晶粒径の増大を防ぐことができ、製造の効率も下がらない。

本発明で用いる焼結方法としては、常圧焼結法の他、ホットプレス、酸素加圧、熱間等方圧加圧等の加圧焼結法も採用することができる。ただし、製造コストの低減、大量生産の可能性、容易に大型の焼結体を製造できるといった観点から、常圧焼結法を採用することが好ましい。

常圧焼結法では、成形体を大気雰囲気、又は酸化性ガス雰囲気、好ましくは酸化性ガス雰囲気にて焼結する。酸化性ガス雰囲気とは、好ましくは酸素ガス雰囲気である。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば１０〜１００体積％の雰囲気であることが好ましい。本発明のスパッタリングターゲットの製造方法においては、昇温過程にて酸素ガス雰囲気を導入することで、焼結体密度をより高くすることができる。

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で均一化するために、必要に応じて還元工程を設けてもよい。
還元方法としては、例えば、還元性ガスによる方法や真空焼成又は不活性ガスによる還元等が挙げられる。
還元性ガスによる還元処理の場合、水素、メタン、一酸化炭素、又はこれらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
不活性ガス中での焼成による還元処理の場合、窒素、アルゴン、又は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。

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。

以上をまとめると、例えば、酸化インジウム粉と酸化亜鉛粉及び酸化アルミニウム粉との混合粉を含む原料粉末に、水系溶媒を配合し、得られたスラリーを１２時間以上混合した後、固液分離・乾燥・造粒し、引き続き、この造粒物を型枠に入れて成形し、その後、得られた成形物を酸素含有雰囲気で、平均昇温速度を８℃／分以下とし、１〜５時間、７００〜９００℃の範囲内において温度を保持して仮焼し、１２００〜１６５０℃で５〜５０時間焼成することで焼結体を得ることができる。

上記で得られた焼結体を加工することにより本発明の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、焼結体をスパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工することでスパッタリングターゲット素材とし、該ターゲット素材をバッキングプレートに接着することでスパッタリングターゲットとすることができる。

焼結体をターゲット素材とするには、焼結体を、例えば平面研削盤で研削して表面粗さＲａが０．５μｍ以下の素材とする。ここで、さらにターゲット素材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。

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、公知の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したり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。

ターゲット素材の表面は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番より大きく、１０，０００番より小さいダイヤモンド砥石を使用するとターゲット素材が割れにくくなる。
ターゲット素材の表面粗さＲａが０．５μｍ以下であり、方向性のない研削面を備えていることが好ましい。Ｒａが０．５μｍ以下であり、研磨面の方向性をなくすと、異常放電が起きたり、パーティクルが発生したりすることを防ぐことができる。

次に、得られたターゲット素材を清浄処理する。清浄処理にはエアーブロー又は流水洗浄等を使用できる。エアーブローで異物を除去する際には、ノズルの向い側から集塵機で吸気を行なうとより有効に除去できる。
尚、以上のエアーブローや流水洗浄では限界があるので、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。この超音波洗浄は周波数２５〜３００ｋＨｚの間で多重発振させて行なう方法が有効である。例えば周波数２５〜３００ｋＨｚの間で、２５ｋＨｚ刻みに１２種類の周波数を多重発振させて超音波洗浄を行なうのが好ましい。

ターゲット素材の厚みは通常２〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１２ｍｍ、特に好ましくは４〜６ｍｍである。
上記のようにして得られたターゲット素材をバッキングプレートへボンディングすることによって、スパッタリングターゲットを得ることができる。また、複数のターゲット素材を１つのバッキングプレートに取り付け、実質１つのターゲットとしてもよい。

本発明の酸化物半導体薄膜は、上記説明した本発明のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により成膜することにより得られる。
本発明の酸化物半導体薄膜は、インジウム、亜鉛、アルミニウム、酸素からなり、通常、原子比は（１）〜（３）のとおりである
０．１０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０ （１）
０．１０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．９０ （２）
０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０ （３）
（式中、Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｌは、それぞれ、酸化物半導体薄膜における各元素の原子比を示す。）

上記式（１）において、Ｉｎ元素の量が０．１０以上であると、薄膜のキャリア濃度が大幅に低下することなく、薄膜を半導体として利用することができる。
一方、Ｉｎ元素の量が０．７０以下であると、得られた薄膜のキャリア濃度が高くなりすぎるのを防ぐことができ、薄膜を半導体として利用することができる。

上記式（２）において、Ｚｎ元素の量が０．１０以上であると、得られる膜を非晶質膜として安定させることができる。
一方、Ｚｎ元素の量が０．９０以下であると、得られる薄膜のウェットエッチャントへの溶解速度が速くなりすぎることが防ぐことができ、ウェットエッチングが容易になる。
Ｚｎ元素の量［Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）］は、より好ましくは０．１５〜０．８０であり、さらに好ましくは、０．２０〜０．７０である。

上記式（３）において、Ａｌ元素の量が０．０１以上であると、成膜時の酸素分圧を低く抑えることができる。Ａｌ元素は酸素との結合が強いため、成膜時の酸素分圧を下げることが出来る。また、チャネル層を成膜し、ＴＦＴに適用した場合に信頼性を向上させることができる。
一方、Ａｌ元素の量が０．３０以下であると、チャネル層を成膜し、ＴＦＴに適用した場合に移動度が低くなることを防ぐことができる。

本発明のスパッタリングターゲットは、高い導電性を有することから成膜速度の速いＤＣスパッタリング法を適用することができる。
本発明のスパッタリングターゲットは、上記ＤＣスパッタリング法に加えて、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、パルスＤＣスパッタリング法にも適用することができ、異常放電のないスパッタリングが可能である。

酸化物半導体薄膜は、上記スパッタリングターゲットを用いて、蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法等により作製することもできる。

スパッタリングガス（雰囲気）としては、アルゴン等の希ガスと酸化性ガスとの混合ガスを用いることができる。酸化性ガスとはＯ_２、ＣＯ_２、Ｏ_３、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、Ｎ_２Ｏ等が挙げられる。スパッタリングガスは、希ガスと、水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選ばれる一種以上を含有する混合気体が好ましく、少なくとも希ガスと水蒸気を含有する混合気体であることがより好ましい。

酸化物半導体薄膜のキャリア濃度は、通常１０^１９ｃｍ^−３以下であり、好ましくは１０^１３〜１０^１８ｃｍ^−３であり、さらに好ましくは１０^１４〜１０^１８ｃｍ^−３であり、特に好ましくは１０^１５〜１０^１８／ｃｍ^−３である。
酸化物層のキャリア濃度が１０^１９ｃｍ^−３以下であると、薄膜トランジスタ等の素子を構成した際に、漏れ電流の発生を防ぐことができる。また、ノーマリーオンになってしまったり、ｏｎ−ｏｆｆ比が小さくなってしまったりすることを防ぐことができ、トランジスタ性能が発揮することができる。
酸化物半導体薄膜のキャリア濃度は、ホール効果測定方法により測定することができる。

スパッタリング成膜時の酸素分圧比は０.１％以上５０％以下とすることが好ましい。酸素分圧比が５０％以下の条件で作製した薄膜は、キャリア濃度が低下しすぎることを防ぐことができる。
より好ましくは、酸素分圧比は０.１％〜３０％である。

本発明における酸化物薄膜堆積時のスパッタガス（雰囲気）に含まれる水蒸気（水分子）の分圧比、即ち、［水蒸気（Ｈ_２Ｏ）］／（［水蒸気（Ｈ_２Ｏ）］＋［希ガス］＋［その他のガス分子］）は、０．１〜２５％であることが好ましい。
また、水の分圧比が２５％以下であると、膜密度の低下を抑えることができ、Ｉｎの５ｓ軌道の重なりが小さくなることを防ぐことができるので、移動度が低下しにくくなる。スパッタリング時の雰囲気中の水の分圧比は０．７〜１３％がより好ましく、１〜６％が特に好ましい。

スパッタリングにより成膜する際の基板温度は、２５〜１２０℃であることが好ましく、さらに好ましくは２５〜１００℃、特に好ましくは２５〜９０℃である。成膜時の基板温度が１２０℃以下であると、成膜時に導入する酸素等の取り込みが減少することがなくなり、加熱後の薄膜のキャリア濃度が１０^１９／ｃｍ^−３以下にすることができる。また、成膜時の基板温度が２５℃よりも高いと薄膜の膜密度が向上しやすく、ＴＦＴの移動度が向上しやすくなる。

スパッタリングによって得られた酸化物薄膜を、さらに１５０〜５００℃に１５分〜５時間保持してアニール処理を施すことが好ましい。成膜後のアニール処理温度は２００℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、２５０℃以上３５０℃以下であることがさらに好ましい。上記アニールを施すことにより、半導体特性が得られる。

また、加熱時の雰囲気は、特に限定されるわけではないが、キャリア制御性の観点から、大気雰囲気、酸素流通雰囲気が好ましい。
酸化物薄膜の後処理アニール工程においては、酸素の存在下又は不存在下でランプアニール装置、レーザーアニール装置、熱プラズマ装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。

スパッタリング時におけるターゲットと基板との間の距離は、基板の成膜面に対して垂直方向に好ましくは１〜１５ｃｍであり、さらに好ましくは２〜８ｃｍである。この距離が１ｃｍ以上の場合、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが大きくなりすぎることを防ぐことができ、良好な膜特性を得ることができる。また、膜厚及び電気特性の面内分布が生じにくくなる。一方、ターゲットと基板との間隔が１５ｃｍ以下の場合、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが小さくなりすぎずに、緻密な膜を得ることができ、良好な半導体特性を得ることができる。

酸化物薄膜の成膜は、磁場強度が３００〜１５００ガウスの雰囲気下でスパッタリングすることが望ましい。磁場強度が３００ガウス以上の場合、プラズマ密度を高くすることができ、高抵抗のスパッタリングターゲットでも、スパッタリングすることができる。一方、１５００ガウス以下であると、膜厚及び膜中の電気特性の制御性が向上する。

気体雰囲気の圧力（スパッタ圧力）は、プラズマが安定して放電できる範囲であれば特に限定されないが、好ましくは０．１〜３．０Ｐａであり、さらに好ましくは０．１〜１．５Ｐａであり、特に好ましくは０．１〜１．０Ｐａである。スパッタ圧力が３．０Ｐａ以下の場合、スパッタ粒子の平均自由工程が短くなって、薄膜の密度が低下することを防ぐことができる。また、スパッタ圧力が０．１Ｐａ以上である場合、成膜時に膜中に微結晶が生成することを防ぎやすくなる。尚、スパッタ圧力とは、アルゴン等の希ガス、水蒸気、酸素ガス等を導入した後のスパッタ開始時の系内の全圧をいう。

また、酸化物半導体薄膜の成膜を、次のような交流スパッタリングで行ってもよい。
真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加して、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面上に成膜する。

このとき、交流電源からの出力の少なくとも１つを、分岐して接続された２枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら行う。即ち、上記交流電源からの出力の少なくとも１つを分岐して２枚以上のターゲットに接続し、隣り合うターゲットに異なる電位を印加しながら成膜を行う。

尚、交流スパッタリングによって酸化物半導体薄膜を成膜する場合も、例えば、希ガスと、水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選ばれる一以上とを含有する混合気体の雰囲気下においてスパッタリングを行うことが好ましく、少なくとも希ガスと水蒸気を含有する混合気体の雰囲気下においてスパッタリングを行うことが特に好ましい。

ＡＣスパッタリングで成膜した場合、工業的に大面積均一性に優れた酸化物層が得られると共に、ターゲットの利用効率の向上が期待出来る。
また、１辺が１ｍを超える大面積基板にスパッタ成膜する場合には、たとえば特開２００５−２９０５５０号公報記載のような大面積生産用のＡＣスパッタ装置を使用することが好ましい。

特開２００５−２９０５５０号公報記載のＡＣスパッタ装置は、具体的には、真空槽と、真空槽内部に配置された基板ホルダと、この基板ホルダと対向する位置に配置されたスパッタ源とを有する。図５にＡＣスパッタ装置のスパッタ源の要部を示す。スパッタ源は、複数のスパッタ部を有し、板状のターゲット３１ａ〜３１ｆをそれぞれ有し、各ターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタされる面をスパッタ面とすると、各スパッタ部はスパッタ面が同じ平面上に位置するように配置される。各ターゲット３１ａ〜３１ｆは長手方向を有する細長に形成され、各ターゲットは同一形状であり、スパッタ面の長手方向の縁部分（側面）が互いに所定間隔を空けて平行に配置される。従って、隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆの側面は平行になる。

真空槽の外部には、交流電源１７ａ〜１７ｃが配置されており、各交流電源１７ａ〜１７ｃの二つの端子のうち、一方の端子は隣接する二つの電極のうちの一方の電極に接続され、他方の端子は他方の電極に接続されている。各交流電源１７ａ〜１７ｃの２つの端子は正負の異なる極性の電圧を出力するようになっており、ターゲット３１ａ〜３１ｆは電極に密着して取り付けられているので、隣接する２つのターゲット３１ａ〜３１ｆには互いに異なる極性の交流電圧が交流電源１７ａ〜１７ｃから印加される。従って、互いに隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆのうち、一方が正電位に置かれる時には他方が負電位に置かれた状態になる。

電極のターゲット３１ａ〜３１ｆとは反対側の面には磁界形成手段４０ａ〜４０ｆが配置されている。各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆは、外周がターゲット３１ａ〜３１ｆの外周と略等しい大きさの細長のリング状磁石と、リング状磁石の長さよりも短い棒状磁石とをそれぞれ有している。

各リング状磁石は、対応する１個のターゲット３１ａ〜３１ｆの真裏位置で、ターゲット３１ａ〜３１ｆの長手方向に対して平行に配置されている。上述したように、ターゲット３１ａ〜３１ｆは所定間隔を空けて平行配置されているので、リング状磁石もターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ間隔を空けて配置されている。

ＡＣスパッタで、酸化物ターゲットを用いる場合の交流パワー密度は、３Ｗ／ｃｍ^２以上、２０Ｗ／ｃｍ^２以下が好ましい。パワー密度が３Ｗ／ｃｍ^２以上の場合、成膜速度が速くなり、経済的に生産が可能となる。２０Ｗ／ｃｍ^２以下であると、ターゲットが破損を防止することができる。より好ましいパワー密度は３Ｗ／ｃｍ^２〜１５Ｗ／ｃｍ^２である。

ＡＣスパッタの周波数は１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲が好ましい。１０ｋＨｚ以上であると、騒音の問題が発生しにくくなる。１ＭＨｚ以下であるとプラズマが広がりすぎず、所望のターゲット位置以外でスパッタが行われ、均一性が損なわれることを防ぐことができる。より好ましいＡＣスパッタの周波数は２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。
上記以外のスパッタリング時の条件等は、上述したものから適宜選択すればよい。

本発明の酸化物半導体薄膜は、薄膜トランジスタに使用でき、特にチャネル層として好適に使用できる。
本発明の薄膜トランジスタは、上記説明した本発明の酸化半導体薄膜をチャネル層として有していれば、そ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。

本発明の薄膜トランジスタにおけるチャネル層の膜厚は、通常１０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２５０ｎｍ、より好ましくは３０〜２００ｎｍ、さらに好ましくは３５〜１２０ｎｍ、特に好ましくは４０〜８０ｎｍである。チャネル層の膜厚が１０ｎｍ以上の場合、大面積に成膜した際の膜厚を均一性にしやすくなり、作製したＴＦＴの特性が面内で不均一になりにくくなる。一方、膜厚が３００ｎｍ以下の場合、成膜時間が長くなりすぎない。

本発明の薄膜トランジスタにおけるチャネル層は、通常、Ｎ型領域で用いられるが、Ｐ型Ｓｉ系半導体、Ｐ型酸化物半導体、Ｐ型有機半導体等の種々のＰ型半導体と組合せてＰＮ接合型トランジスタ等の各種の半導体デバイスに利用することができる。
本発明の薄膜トランジスタは、上記チャネル層上に保護膜を備えることが好ましい。本発明の薄膜トランジスタにおける保護膜は、少なくともＳｉＮ_ｘを含有することが好ましい。ＳｉＮ_ｘはＳｉＯ_２と比較して緻密な膜を形成できるため、ＴＦＴの劣化抑制効果が高いという利点を有する。
尚、ｘは任意の数であり、ＳｉＮ_ｘは化学量論比が一定でなくともよい。

保護膜は、ＳｉＮ_ｘの他に例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏ、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＣａＨｆＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、ＢａＴａ_２Ｏ_６、Ｓｍ_２Ｏ_３、ＳｒＴｉＯ_３又はＡｌＮ等の酸化物等を含むことができる。

本発明の薄膜トランジスタの電界効果移動度は、好ましくは５ｃｍ^２／Ｖｓ以上であり、より好ましくは１０ｃｍ^２／Ｖｓ以上である。電界効果移動度は、例えば１００ｃｍ^２／Ｖｓ以下である。
本発明のインジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有する酸化物半導体薄膜は、Ａｌを含有しているためＣＶＤプロセスによる耐還元性が向上し、保護膜を作製するプロセスによりバックチャネル側が還元されにくく、保護膜としてＳｉＮ_ｘを用いることができる。

保護膜を形成する前に、チャネル層に対し、オゾン処理、酸素プラズマ処理、二酸化窒素プラズマ処理もしくは亜酸化窒素プラズマ処理を施すことが好ましい。このような処理は、チャネル層を形成した後、保護膜を形成する前であれば、どのタイミングで行ってもよいが、保護膜を形成する直前に行うことが望ましい。このような前処理を行うことによって、チャネル層における酸素欠陥の発生を抑制することができる。

また、ＴＦＴ駆動中に酸化物半導体膜中の水素が拡散すると、閾値電圧のシフトが起こりＴＦＴの信頼性が低下するおそれがある。チャネル層に対し、オゾン処理、酸素プラズマ処理もしくは亜酸化窒素プラズマ処理を施すことにより、薄膜構造中においてＩｎ−ＯＨの結合が安定化され酸化物半導体膜中の水素の拡散を抑制することができる。

薄膜トランジスタは、通常、基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層（チャネル層）、ソース電極及びドレイン電極を備える。チャネル層については上述した通りであり、基板については公知の材料を用いることができる。

本発明の薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁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、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏ、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＣａＨｆＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、ＢａＴａ_２Ｏ_６、ＳｒＴｉＯ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等の化合物を用いることができる。これらのなかでも、好ましくはＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＣａＨｆＯ_３であり、より好ましくはＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３である。

ゲート絶縁膜は、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法により形成することができる。
プラズマＣＶＤ法によりゲート絶縁膜を形成し、その上にチャネル層を成膜した場合、ゲート絶縁膜中の水素がチャネル層に拡散し、チャネル層の膜質低下やＴＦＴの信頼性低下を招くおそれがある。チャネル層の膜質低下やＴＦＴの信頼性低下を防ぐために、チャネル層を成膜する前にゲート絶縁膜に対してオゾン処理、酸素プラズマ処理、二酸化窒素プラズマ処理もしくは亜酸化窒素プラズマ処理を施すことが好ましい。このような前処理を行うことによって、チャネル層の膜質の低下やＴＦＴの信頼性低下を防ぐことができる。

尚、上記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く、例えば、ＳｉＯ_２でもＳｉＯ_ｘでもよい。
ゲート絶縁膜は、異なる材料からなる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又は非晶質であることが好ましい。

本発明の薄膜トランジスタにおけるドレイン電極、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、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２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を用いることができる。

ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極は、異なる２層以上の導電層を積層した多層構造とすることもできる。特にソース・ドレイン電極は低抵抗配線への要求が強いため、ＡｌやＣｕ等の良導体をＴｉやＭｏ等の密着性に優れた金属でサンドイッチして使用してもよい。

本発明の薄膜トランジスタは、電界効果型トランジスタ、論理回路、メモリ回路、差動増幅回路等各種の集積回路にも適用できる。さらに、電界効果型トランジスタ以外にも静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、ショットキーダイオード、抵抗素子にも適応できる。
本発明の薄膜トランジスタの構成は、ボトムゲート、ボトムコンタクト、トップコンタクト等公知の構成を制限なく採用することができる。

特にボトムゲート構成が、アモルファスシリコンやＺｎＯの薄膜トランジスタに比べ高い性能が得られるので有利である。ボトムゲート構成は、製造時のマスク枚数を削減しやすく、大型ディスプレイ等の用途の製造コストを低減しやすいため好ましい。
本発明の薄膜トランジスタは、表示装置に好適に用いることができる。

大面積のディスプレイ用としては、チャンネルエッチ型のボトムゲート構成の薄膜トランジスタが特に好ましい。チャンネルエッチ型のボトムゲート構成の薄膜トランジスタは、フォトリソ工程時のフォトマスクの数が少なく低コストでディスプレイ用パネルを製造できる。中でも、チャンネルエッチ型のボトムゲート構成及びトップコンタクト構成の薄膜トランジスタが移動度等の特性が良好で工業化しやすいため特に好ましい。

実施例１〜４
［焼結体の製造］
原料粉体として下記の酸化物粉末を使用した。尚、酸化物粉末の平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−３００Ｖ（島津製作所製）で測定し、平均粒径はメジアン径Ｄ５０を採用した。
酸化インジウム粉：平均粒径０．９８μｍ
酸化亜鉛粉：平均粒径０．９６μｍ
酸化アルミニウム粉：平均粒径０．９８μｍ

上記の粉体を、表１に示す原子比（百分率）になるように秤量し、均一に微粉砕混合後、成形用バインダーを加えて造粒した。次に、この原料粒を金型へ均一に充填し、コールドプレス機にてプレス圧１４０ＭＰａで加圧成形した。
得られた成形体を、表１に示す焼結温度及び焼結時間で、焼結炉で焼結して焼結体を得た。昇温中（仮焼き工程を含む）は酸素雰囲気とし、その他は大気中（雰囲気）とした。３００℃から８００℃まで１℃／分で昇温し、８００℃から焼結温度までは１℃／分で昇温した。仮焼き工程として、８００℃で３時間保持する工程を含めた。焼結時間経過後の降温速度は１５℃／分とした。

得られた焼結体の相対密度をアルキメデス法により測定した実測密度と理論密度とから算出した。結果を表１に示す。実施例１〜４の焼結体は相対密度９８％以上であることを確認した。
また、得られた焼結体のバルク比抵抗（導電性）を抵抗率計（三菱化学（株）製、ロレスタ）を使用して四探針法（ＪＩＳ Ｒ １６３７）に基づき測定した。結果を表１に示す。表１に示すように実施例１〜４の焼結体のバルク比抵抗は、１０ｍΩｃｍ以下であった。

［焼結体の分析］
得られた焼結体についてＩＣＰ−ＡＥＳ分析を行い、表１に示す原子比であることを確認した。
また、得られた焼結体についてＸ線回折（ＸＲＤ）測定装置により結晶構造を調べた。ＸＲＤの測定条件は以下のとおりである。

・装置：（株）リガク製Ｕｌｔｉｍａ−ＩＩＩ
・Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４０６Å、グラファイトモノクロメータにて単色化）
・２θ−θ反射法、連続スキャン（１．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリット ＤＳ、ＳＳ：２／３°、ＲＳ：０．６ｍｍ

実施例１〜４で得られた焼結体のＸ線回折チャートを図１〜４に示す。
チャートを分析した結果、実施例１の焼結体では、Ｉｎ_２Ｚｎ_３Ｏ_６のホモロガス構造とＩｎ_２Ｏ_３のビックスバイト構造が観測された。
結晶構造はＪＣＰＤＳカード又はＩＣＳＤで確認することができる。
Ｉｎ_２Ｚｎ_３Ｏ_６のホモロガス構造はＩＣＳＤ＃１６２４５０であり、Ｉｎ_２Ｏ_３のビックスバイト構造はＪＣＰＤＳカードＮｏ．０６−０４１６である。

実施例１について、Ｘ線回折チャートからＩｎ_２Ｚｎ_３Ｏ_６に帰属される結晶相の軸長は、ａ軸：３．３３２Å、ｂ軸：３．３３２Å、ｃ軸：４２．２５２Åであるのに対して、ＩＣＳＤ＃１６２４５０から確認できるＩｎ_２Ｚｎ_３Ｏ_６で表されるホモロガス構造の結晶相の軸長は、ａ軸：３．３５２Å、ｂ軸：３．３５２Å、ｃ軸：４２．４８８Åであり、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．４０−０２６０から確認できるＩｎＡｌＺｎ_３Ｏ_６で表されるホモロガス構造の結晶相の軸長はａ軸：３．２８１Å、ｂ軸：３．２８１Å、ｃ軸：４１．３５Åであることから、ＡｌがＩｎ_２Ｚｎ_３Ｏ_６に固溶していることがわかる。
ＸＲＤの結果から、実施例２〜４に関してもＩｎ_２Ｚｎ_３Ｏ_６で表わされるホモロガス構造化合物とＩｎ_２Ｏ_３で表わされるビックス構造化合物が含まれることが分かった。

実施例１〜４の焼結体では、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物とＩｎ_２Ｏ_３で表わされるビックスバイト構造化合物が同時に形成されているため、焼結体密度が９８％であり、かつバルク比抵抗が１０ｍΩｃｍであることが分かった。また、得られたＸ線回折チャートから算出されるＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍの結晶相の軸長はいずれも、対応するＪＣＰＤＳカード又はＩＣＳＤに記載のＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍの結晶相の軸長よりも小さく、対応するＪＣＰＤＳカード又はＩＣＳＤに記載のＩｎＡｌＯ_３（ＺｎＯ）_ｍの結晶相の軸長よりも大きいことから、ＡｌがＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍに固溶していることがわかる。

［スパッタリングターゲットの製造］
実施例１〜４で得られた焼結体の表面を平面研削盤で研削し、側辺をダイヤモンドカッターで切断し、バッキングプレートに貼り合わせ、それぞれ直径４インチのスパッタリングターゲットを作製した。
また、それぞれ幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの６枚のターゲットをＡＣスパッタリング成膜用に作製した。

［異常放電の有無の確認］
得られた直径４インチのスパッタリングターゲットをＤＣスパッタリング装置に装着し、雰囲気としてアルゴンガスに水蒸気を分圧比で２％添加した混合ガスを使用し、スパッタ圧０．４Ｐａ、基板温度を室温とし、ＤＣ出力４００Ｗにて、１０ｋＷｈ連続スパッタを行った。スパッタ中の電圧変動をデータロガーに蓄積し、異常放電の有無を確認した。結果を表１に示す。

尚、上記異常放電の有無は、電圧変動をモニターして異常放電を検出することにより行った。具体的には、５分間の測定時間中に発生する電圧変動がスパッタ運転中の定常電圧の１０％以上あった場合を異常放電とした。特にスパッタ運転中の定常電圧が０．１秒間に±１０％変動する場合は、スパッタ放電の異常放電であるマイクロアークが発生しており、素子の歩留まりが低下し、量産化に適さないおそれがある。

［ノジュール発生の有無の確認］
また、得られた直径４インチのスパッタリングターゲットを用いて、雰囲気としてアルゴンガスに水素ガスを分圧比で３％添加した混合ガスを使用し、４０時間連続してスパッタリングを行い、ノジュールの発生の有無を確認した。
尚、スパッタ条件は、スパッタ圧０．４Ｐａ、ＤＣ出力１００Ｗ、基板温度は室温とした。水素ガスは、ノジュールの発生を促進するために雰囲気ガスに添加した。

ノジュールは、円形のスパッタリングターゲットの中心点（１箇所）と、その中心点で直交する２本の中心線上の中心点と周縁部との中間点（４箇所）の合計５箇所において、スパッタリング後のターゲット表面の変化を実体顕微鏡により５０倍に拡大して観察し、視野３ｍｍ^２中に発生した長径２０μｍ以上のノジュールについて数平均を計測する方法を採用した。発生したノジュール数を表１に示す。実施例１〜４のスパッタリングターゲット表面において、ノジュールは観測されなかった。

比較例１〜２
表１に示す原子比（百分率）で原料粉末を混合し、表１に示す焼結温度、焼結時間で焼結した他は、実施例１と同様に焼結体及びスパッタリングターゲットを製造し、評価した。結果を表１に示す。
比較例１のスパッタリングターゲットにおいて、スパッタ時に異常放電が発生し、ターゲット表面にはノジュールが観測された。
比較例２のスパッタリングターゲットは、抵抗が高く、スパッタリングすることができなかった。

比較例１のスパッタリングターゲットには、ＺｎＯのウルツ構造、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４のスピネル構造が観測された。
ＺｎＯのウルツ構造はＩＣＳＤ＃５７１５６であり、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４のスピネル構造はＪＣＰＤＳカードＮｏ．０５−０６６９で確認することができる。

比較例２のスパッタリングターゲットには、Ｉｎ_２Ｏ_３のビックスバイト構造、Ａｌ_２Ｏ_３のコランダム構造が確認された。
Ｉｎ_２Ｏ_３のビックスバイト構造はＪＣＰＤＳカードＮｏ．０６−０４１６で、Ａｌ_２Ｏ_３のコランダム構造はＪＣＰＤＳカードＮｏ．１０−１７３で確認することができる。

比較例の焼結体では、Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物とＩｎ_２Ｏ_３で表わされるホモロガス構造化合物が同時に観測されず、またＡｌ_２Ｏ_３やＺｎＯが観測されたため、焼結体の密度が低下し、バルク抵抗が増大することが分かった。その結果、ノジュールが発生したり、スパッタリングが不可能となったりしたと考えられる。

実施例５〜８
［酸化物半導体薄膜の製造］
マグネトロンスパッタリング装置に、実施例１〜４で作製した表２に示す組成の４インチターゲットを装着し、基板としてスライドガラス（コーニング社製♯１７３７）をそれぞれ装着した。ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、スライドガラス上に膜厚５０ｎｍの非晶質膜を成膜した。成膜時には、表２に示す分圧比（％）でＡｒガス、Ｏ_２ガス、及び水蒸気を導入した。

スパッタ条件は以下のとおりである。
・基板温度：２５℃（但し、実施例６は８０℃）
・到達圧力：８．５×１０^−５Ｐａ
・雰囲気ガス：Ａｒガス、Ｏ_２ガス、水蒸気（分圧比は表２を参照）
・スパッタ圧力（全圧）：０．４Ｐａ
・投入電力：ＤＣ１００Ｗ
・Ｓ（基板）−Ｔ（ターゲット）距離：７０ｍｍ

次いで、非晶質膜を形成した基板を、大気中、３００℃で６０分加熱して酸化物半導体膜を形成した。この酸化物半導体膜が形成されたガラス基板をホール効果測定用素子として用いてＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型（東陽テクニカ社製）にセットし、室温でホール効果を評価した。結果を表２に示す。
また、ＩＣＰ−ＡＥＳ分析により、酸化物半導体薄膜に含まれる各元素の原子比がスパッタリングターゲットと同じであることを確認した。

さらに、ガラス基板上に成膜した薄膜についてＸ線回折測定装置により結晶構造を調べた。実施例５〜８では、薄膜堆積直後は回折ピークが観測されず非晶質であることを確認した。また、大気中、３００℃で６０分加熱処理（アニール）した後も回折ピークが観測されず非晶質であることを確認した。
ＸＲＤの測定条件は以下のとおりである。

・装置：（株）リガク製Ｕｌｔｉｍａ−ＩＩＩ
・Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４０６Å、グラファイトモノクロメータにて単色化）
・２θ−θ反射法、連続スキャン（１．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリット ＤＳ、ＳＳ：２／３°、ＲＳ：０．６ｍｍ

［薄膜トランジスタの製造］
基板として、膜厚１００ｎｍの熱酸化膜付きの導電性シリコン基板を使用した。熱酸化膜がゲート絶縁膜として機能し、導電性シリコン部がゲート電極として機能する。
表２に示す成膜条件、上記のスパッタ条件にて、スパッタ成膜し、ゲート絶縁膜上に膜厚５０ｎｍの非晶質薄膜を作製した。レジストとしてＯＦＰＲ♯８００（東京応化工業株式会社製）を使用し、塗布、プレベーク（８０℃、５分）、露光した。現像後、ポストベーク（１２０℃、５分）し、シュウ酸にてエッチングし、所望の形状にパターニングした。その後、熱風加熱炉内にて３００℃で６０分加熱処理（アニール処理）を行った。

その後、リフトオフ法によりＭｏ（１００ｎｍ）をスパッタ成膜により成膜し、ソース／ドレイン電極を所望の形状にパターニングした。さらに保護膜を形成する前段階の処理として、酸化物半導体膜に対し、亜酸化窒素プラズマ処理を施した。その後、プラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）にてＳｉＯ_ｘを成膜して保護膜とした。フッ酸を用いてコンタクトホールを開口し、薄膜トランジスタを作製した。

作製した薄膜トランジスタについて、電界効果移動度（μ）、Ｓ値及び閾値電圧（Ｖｔｈ）を評価した。これらの特性値は、半導体パラメーターアナライザー（ケースレーインスツルメンツ株式会社製４２００ＳＣＳ）を用い、室温、遮光環境下（シールドボックス内）で測定した。
また、作製したトランジスタについて、ドレイン電圧（Ｖｄ）を１Ｖ及びゲート電圧（Ｖｇ）を−１５〜２５Ｖとして伝達特性を評価した。結果を表２に示す。尚、電界効果移動度（μ）は、線形移動度から算出し、Ｖｇ−μの最大値で定義した。

次に、実施例５〜８のＴＦＴに対し、ＤＣバイアスストレス試験を行った。表２に、Ｖｇ＝１５Ｖ、Ｖｄ＝１５ＶのＤＣストレス（ストレス温度８０℃下）を１００００秒印加した前後における、閾値電圧シフト（Ｖｔｈの変化量）ΔＶｔｈを示す。本発明のＴＦＴでは閾値電圧の変動が非常に小さく、ＤＣストレスに対して影響を受けにくいことが分かる。

比較例３
比較例１で作製した４インチターゲットを用いて実施例５と同様にして酸化物半導体薄膜及び薄膜トランジスタを作製し、評価した。成膜条件及び結果を表２に示す。尚、比較例２のスパッタリングターゲットは、抵抗が高く、スパッタリングは不可能であった。
表２に示すように、比較例３の素子は電界効果移動度が５ｃｍ^２／Ｖｓ未満であり、実施例５〜８と比べて大幅に低いことが分かる。
また、比較例３のＴＦＴに対し、ＤＣバイアスストレス試験を行った。結果を表２に示す。比較例３のＴＦＴでは、閾値電圧が１Ｖ以上変動して著しい特性の劣化が生じた。

実施例９〜１２
特開２００５−２９０５５０号公報に開示された成膜装置を用い、実施例１〜４で作製した表３に示す組成の４インチターゲットについてＡＣスパッタリングを行い、薄膜トランジスタを作製した。成膜条件は表３に示すとおりである。ソース・ドレインパターニングをドライエッチングで行った他は実施例５と同様にして薄膜トランジスタ及び薄膜評価用素子を作製し、評価した。結果を表３に示す。

ＡＣスパッタリングは、図５に示す装置を用いて行った。実施例１〜３で作製した幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの６枚のターゲット３１ａ〜３１ｆを、図５に示すようにそれぞれの長さ方向が平行となるよう２ｍｍの間隔で配置した。磁界形成手段４０ａ〜４０ｆの幅はターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ２００ｍｍであった。ガス供給系からスパッタガスであるＡｒ並びに、水蒸気及び／又はＯ_２をそれぞれ系内に導入した。

例えば実施例９では、成膜雰囲気は０．５Ｐａ、交流電源のパワーは３Ｗ／ｃｍ^２（＝１０．２ｋＷ／３４００ｃｍ^２）とし、周波数は１０ｋＨｚとした。
以上の条件で成膜速度を調べるために１０秒成膜し、得られた薄膜の膜厚を測定すると８ｎｍであった。成膜速度は４８ｎｍ／分と高速であり、量産に適していた。
また、ＩＣＰ−ＡＥＳ分析により、酸化物薄膜に含まれる各元素の原子比がスパッタリングターゲットと同じであることを確認した。

また、このようにして得られた膜厚５０ｎｍの薄膜付きガラス基板を電気炉に入れ、空気中３００℃、６０分（大気雰囲気下）の条件で熱処理後、１ｃｍ^２のサイズに切出し、４探針法によるホール測定を行った。その結果、キャリア濃度が７．３×１０^１７ｃｍ^−３となり、十分半導体化していることが確認できた。
また、ＸＲＤ測定から薄膜堆積直後は非晶質であり、空気中３００℃、６０分の熱処理後も非晶質であることを確認した。

比較例４
比較例１で作製した幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの６枚のターゲットを用いて成膜条件を、表３に記載のものに変更した他は実施例９と同様にして酸化物半導体薄膜、薄膜評価用素子及び薄膜トランジスタを作製し、評価した。結果を表３に示す。
表３に示すように、比較例４の素子は電界効果移動度が１０ｃｍ^２／Ｖｓ未満であり、実施例９〜１２と比べて大幅に電界効果移動度が低いことが分かる。

本発明のスパッタリングターゲットは、酸化物半導体や透明導電膜等の酸化物薄膜の作製に使用できる。また、本発明の酸化物薄膜は、透明電極、薄膜トランジスタの半導体層、酸化物薄膜層等に使用できる。

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 (13)

1. 焼結体を含むスパッタリングターゲットであって、
   前記焼結体は、インジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）、アルミニウム元素（Ａｌ）、酸素元素（Ｏ）及び不可避不純物のみからなり、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト構造化合物とＩｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物とを含み、ＺｎＯで表される結晶相を含まず、
   前記焼結体において、前記Ｉｎ_２Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物にＡｌが固溶している
   スパッタリングターゲット。
2. 前記焼結体が、結晶相として、前記Ｉｎ _２ Ｏ _３ で表されるビックスバイト構造化合物及び前記Ｉｎ _２ Ｏ _３ （ＺｎＯ） _ｍ （ｍは整数）で表わされるホモロガス構造化合物のみを含む請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
3. 前記焼結体において、前記インジウム元素、前記亜鉛元素及び前記アルミニウム元素の原子比が、下記式（１）〜（３）を満たす請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
   ０．１０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．７０ （１）
   ０．１０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．９０ （２）
   ０．０１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ａｌ）≦０．３０ （３）
   （式中、Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｌは、それぞれ、前記焼結体中における各元素の原子比を示す。）
4. 前記焼結体の相対密度が９８％以上である請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
5. 前記焼結体のバルク比抵抗が１０ｍΩｃｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
6. 少なくともインジウム元素（Ｉｎ）、亜鉛元素（Ｚｎ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を混合して混合物を得る混合工程、
   前記混合物を成形して成形体を得る成形工程、及び
   前記成形体を焼結する焼結工程を有し、
   前記焼結工程は、酸素含有雰囲気で、７００〜９００℃において１〜５時間、温度を保持する仮焼き工程を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
7. 水蒸気、酸素ガス及び亜酸化窒素ガスから選択される１以上と希ガスを含有する混合気体の雰囲気下において、請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で酸化物半導体薄膜を成膜する酸化物半導体薄膜の製造方法。
8. 前記酸化物半導体薄膜の成膜を、少なくとも水蒸気と希ガスを含有する混合気体の雰囲気下において行う請求項７に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
9. 前記混合気体中に含まれる水蒸気の割合が分圧比で０．１％〜２５％である請求項７又は８に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
10. 前記混合気体中に含まれる酸素ガスの割合が分圧比で０．１％〜５０％である請求項７〜９のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
11. 前記酸化物半導体薄膜の成膜を、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に、基板を順次搬送し、前記各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位を交互に印加する場合に、前記交流電源からの出力の少なくとも１つを、分岐して接続した２枚以上のターゲットの間で、電位を印加するターゲットの切替を行いながら、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面に成膜するスパッタリング方法で行う請求項７〜１０のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
12. 前記交流電源の交流パワー密度が３Ｗ／ｃｍ^２以上、２０Ｗ／ｃｍ^２以下である請求項１１に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
13. 前記交流電源の周波数が１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚである請求項１１又は１２に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。

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