JP2013139387A - Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＧＺＯ焼結体として、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される化合物の結晶が主体である複合酸化物焼結体を得ることができるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯの各粉末を１：１：１．０１〜１．１のモル比で混合、粉砕して原料粉末とする混合工程と、原料粉末を、所定の温度で仮焼して仮焼粉末とする仮焼工程と、仮焼粉末を、所定の寸法の成形体とする成形工程と、成形体を、所定の雰囲気中、１５００〜１６００℃で４時間以上焼成して焼結体とする焼成工程とを有し、Ｉｎ_２Ｏ_３の原料粉末およびＧａ_２Ｏ_３の原料粉末の粒径が４μｍ以下であり、仮焼工程により、ＺｎＯが除去されてＺｎＧａ_２Ｏ_４が生成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＴＦＴや透明電極等に好適な透明薄膜形成用のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法に関し、詳しくは、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される化合物の結晶が主体であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法に関する。

液晶表示装置や、有機ＥＬ等の薄膜エレクトロルミネッセンス表示装置等において、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のチャネル層や透明電極用の透明薄膜として、従来、主として、アモルファスシリコン膜が使用されてきた。

しかし、近年、この透明薄膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物（ＩＧＺＯ）を主成分とするアモルファス半導体膜が、前記アモルファスシリコン膜よりもキャリヤの移動度が大きいという利点から注目されている（例えば、特許文献１、２）。

このＩＧＺＯを主成分とするアモルファス半導体膜として、従来は、主として、ＩｎＧａＺｎＯ_４を主体とするＩＧＺＯ焼結体から作製されたスパッタリングターゲット等の透明薄膜形成用材料を用いて、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、スパッタリング法等様々の方法により、ＩｎＧａＺｎＯ_４を主組成とするアモルファス半導体膜が形成されていた。

特開２００８−２１４６９７号公報 特開２００８−１６３４４１号公報

しかし、近年、キャリヤの移動度や薄膜トランジスタ等の作製工程における耐エッチング性等がより優れたアモルファス半導体膜として、よりＺｎＯ含有率の小さなＩＧＺＯアモルファス半導体膜が求められており、特に、このような優れたアモルファス半導体膜を形成するためのスパッタリングターゲット等の透明薄膜形成用材料（ＩＧＺＯ焼結体）が求められている。

このようなＩＧＺＯ焼結体として、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される複合酸化物焼結体を用いてＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７を主組成とするアモルファス半導体膜を形成することにより、キャリヤの移動度や薄膜トランジスタ等の作製工程における耐エッチング性等が従来以上に優れたＩＧＺＯアモルファス半導体膜を形成することができることが最近見出されている。

このような複合酸化物焼結体は、一般に、モル比が１：１：１のＩｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯを出発原料として作製されるが、反応が不充分な混合物や化合物状態であると、膜の形成時、蒸気圧が高いＺｎＯのみが先に蒸発し易いため、膜の組成にズレが生じ、安定して均一なＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７を主組成とするアモルファス半導体膜を得ることが困難になる。このため、本発明における複合酸化物焼結体のＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７化合物は、できるだけ単一な結晶相である必要があるが、モル比が１：１：１のＩｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯを出発原料としても、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される化合物の結晶が主体の単一な結晶相の複合酸化物焼結体を容易に得ることはできなかった。

また、最も一般的なアモルファス半導体膜を得る方法であるＤＣスパッタリング用ターゲットの製造においては、できるだけ緻密で比抵抗の小さいターゲット材質が要求されるが、密度比で６０〜８０％程度のものしか得られておらず、また比抵抗の小さなＤＣスパッタリングに適したターゲットも得られていなかった。

そこで、本発明は、優れたＩＧＺＯアモルファス半導体膜を形成することができる透明薄膜形成用材料、即ち、ＩＧＺＯ焼結体として、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される化合物の結晶が主体であり、緻密で且つ比抵抗の小さい複合酸化物焼結体を得ることができるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は、従来の技術において、モル比１：１：１付近のＩｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯを出発物質としながらも、何故、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される化合物の結晶が主体であり、緻密で且つ比抵抗の小さい複合酸化物焼結体を得ることができなかったのか、その理由につき鋭意検討した。その結果、以下に示す各技術により上記の課題を解決することができることを見出し、本発明に至った。

本発明に関連する第１の技術は、
インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）および亜鉛（Ｚｎ）の各酸化物の粉末を１：１：１のモル比で混合、粉砕して原料粉末とする混合工程と、
前記原料粉末を、所定の温度で仮焼して仮焼粉体とする仮焼工程と、
前記仮焼粉体を、所定の寸法の成形体とする成形工程と、
前記成形体を、所定の雰囲気中、１５００〜１６００℃で４時間以上焼成して焼結体とする焼成工程と
を有することを特徴とするＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

本発明者は、従来のように、原料粉末をそのまま混合成形して焼成するのではなく、原料粉末を一旦仮焼し、さらに、従来焼成温度の上限と考えられていた１４５０℃を超える１５００〜１６００℃という高温で焼成することにより、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される化合物の結晶が主体であり、緻密で且つ比抵抗の小さい複合酸化物焼結体が得られることを見出した。

仮焼を省略した場合には、結晶の不均一相が生成されやすく、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される化合物の結晶が主体である複合酸化物焼結体を得ることが難しい。また、９５％以上の密度比（焼結体の密度の理論密度に対する比）を有する焼結体を得ることができず、焼結体にクラック等が生じる恐れがある。また、比抵抗も大きな材質しか得られない。

仮焼を行うことにより、ＺｎＧａ_２Ｏ_４が生成され、成形工程の前に混合粉体から、高温焼成時に蒸発しやすく組成変動を起こしやすいフリーのＺｎＯを除去して、結晶の不均一相が生成されることを抑制することができる。

焼成温度が１５００℃未満であると、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７結晶が主体である複合酸化物焼結体、即ち、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７単相構造に近い複合酸化物焼結体を得ることができず、ＩｎＧａＺｎＯ_４等、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７以外の結晶の含有率が高くなる恐れがあり、９５％以上の密度比を有する焼結体を得ることができない。また、比抵抗も１０^−２Ωｃｍ以上となる。

一方、焼成温度が１５００℃以上であると、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７結晶が生成される。しかし、焼成温度が１６００℃を超えると、ＺｎＯの蒸発、減少率が大きくなり過ぎ、組成の変動、気泡の発生、焼結体の変形の増大等を招く恐れがある。焼成温度が１５００〜１６００℃であれば、ＺｎＯの蒸発、減少率を１〜１０ｍｏｌ％程度に抑制することができ、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７単相構造に近い高密度（９５％以上の密度比）の複合酸化物焼結体を得ることができる。

焼成時間は、４時間以上であることが好ましい。４時間未満では、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７結晶が充分に生成されず、ＩｎＧａＺｎＯ_４等、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７以外の結晶の含有率が高くなり、不均一性の高い焼結体となる。１２〜２４時間であると、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７以外の結晶の含有率を５ｗｔ％以下とすることができるためより好ましい。なお、焼成は、大気雰囲気又は不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。酸素気流中等、過剰な酸素雰囲気中で焼成すると、ＤＣスパッタリングに適した１０^−２Ωｃｍ以下の比抵抗が得られない場合がある。

本発明に関連する第２の技術は、
前記焼結体を、不活性ガス雰囲気中、１４５０〜１５５０℃の温度、９８ＭＰａ以上の圧力でＨＩＰ処理するＨＩＰ工程を有することを特徴とする第１の技術に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

高温、高圧のＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中でＨＩＰ処理（熱間静水圧処理）を施すことにより、ＺｎＯの蒸発を抑制しつつ、高密度のＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７結晶が主体である複合酸化物焼結体を得ることができる。

本発明に関連する第３の技術は、
前記仮焼粉体、成形体または焼結体を、不活性ガス雰囲気中、還元性材料からなる型に接触させることなく、１４５０〜１５５０℃の温度、１９．６ＭＰａ以上の圧力でホットプレス処理することを特徴とする第１の技術に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

仮焼粉体、成形体あるいは焼結体を、高温、高圧のＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で、カーボン等の還元性材料からなる型に接触させることなく、ホットプレスを行うことにより、ＺｎＯの蒸発を抑制しつつ、高密度のＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７結晶が主体である複合酸化物焼結体を得ることができる。

本発明に関連する第４の技術は、
前記混合工程において、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の各酸化物に対して、亜鉛の酸化物（ＺｎＯ）を１〜１０ｍｏｌ％多く混合することを特徴とする第１の技術ないし第３の技術のいずれか１つに記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

前記したように、高温焼成においてはＺｎＯが蒸発し易い。ＺｎＯを１〜１０ｍｏｌ％多く混合しておくことにより、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７化合物の結晶を形成するために必要なＺｎＯを確実に確保することができるため、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ換算したときのモル比がより１：１：１に近い焼結体を得ることができる。

本発明に関連する第５の技術は、
前記焼成工程におけるＺｎＯの減少率が１０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする第１の技術ないし第４の技術のいずれか１つに記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

焼成工程におけるＺｎＯの減少率（蒸発率）を１０％以下とすることにより、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７単相構造に近い高密度の且つ、低比抵抗の複合酸化物焼結体を安定して得ることができる。

本発明は、以上の技術に基づくものであり、各請求項の発明は以下の通りである。

即ち、請求項１に記載の発明は、
Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯの各粉末を１：１：１．０１〜１．１０のモル比で混合、粉砕して原料粉末とする混合工程と、
前記原料粉末を、所定の温度で仮焼して仮焼粉末とする仮焼工程と、
前記仮焼粉末を、所定の寸法の成形体とする成形工程と、
前記成形体を、所定の雰囲気中、１５００〜１６００℃で４時間以上焼成して焼結体とする焼成工程と
を有し、
前記原料粉末におけるＩｎ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の粒径が４μｍ以下であり、
前記仮焼工程により、ＺｎＯが除去されてＺｎＧａ_２Ｏ_４が生成されることを特徴とするＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、
前記原料粉末におけるＩｎ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の粒径が３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

請求項３に記載の発明は、
ＨＩＰ処理を行わないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

請求項４に記載の発明は、
ホットプレス処理を行わないことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

請求項５に記載の発明は、
前記焼結体を、不活性ガス雰囲気中、１４５０〜１５５０℃の温度、９８ＭＰａ以上の圧力でＨＩＰ処理するＨＩＰ工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

請求項６に記載の発明は、
前記仮焼粉末、成形体または焼結体を、不活性ガス雰囲気中、還元性材料からなる型に接触させることなく、１４５０〜１５５０℃の温度、１９．６ＭＰａ以上の圧力でホットプレス処理することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

請求項７に記載の発明は、
前記焼成工程におけるＺｎＯの減少率が１０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法である。

本発明によれば、ＩＧＺＯ焼結体として、モル比が１：１：１のＩｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３及びＺｎＯを出発原料として、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７で表される化合物の結晶が主体である複合酸化物焼結体を得るＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法を容易に提供することができる。

実施例１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体のＸ線回折図である。 実施例１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の破断面のＳＥＭ写真である。 実施例２のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体のＸ線回折図である。 実施例３のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体のＸ線回折図である。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

はじめに本発明に用いる原料粉末とその混合方法および焼成について概要を説明する。
１．原料粉末
前記したように、本発明の焼結体は、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｎａ等の不純物含有量が少ないことが好ましい。このため、原料粉末には純度９９．９９％以上の高純度のＩｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯの粉末が好ましく用いられる。

２．原料粉末の混合
イ．混合比率
前記したように、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯのうちＺｎＯは蒸気圧が高く焼成時に蒸発し易い。このため、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏの比率が、より２：２：１：７に近い組成の焼結体を得るためには、混合粉体のＩｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯの比率が１：１：１よりもＺｎＯの比率を１〜１０モル％高い比率にすることが有効である。

ロ．混合方法
原料粉末の混合には乾式、湿式の何れの混合方式を用いてもよい。具体的には、通常のボールミルや遊星ボールミルを用いて混合される。また、湿式の混合方式により混合を行った場合の乾燥には自然乾燥やスプレードライヤ等の乾燥方法が好ましく用いられる。

３．焼結体の作製
焼結体の作製は、仮焼と焼成の２段階で行う。
イ．仮焼
前記したように、焼成前に混合粉体を仮焼して予めＺｎＧａ_２Ｏ_４を生成させ、フリーのＺｎＯを含まないようにしておくことによって不均一相の生成を抑制し、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７の単相の生成を促進することができる。また、焼結体の密度を高め、焼結体にクラックが発生することを抑制することができる。

ロ．焼成
ａ．焼成時間、焼成温度
焼成は焼成温度１５００〜１６００℃、焼成時間４時間以上の条件で行う。Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７の生成には１５００℃以上の高温焼成が必要である。焼成温度が１５００℃未満の場合は９５％以上の密度比を有する焼結体が得られない。一方１６００℃を超える場合は、ＺｎＯの蒸発により、焼結体の組成が変動したり、焼結体中に気泡が発生したり、焼結体の変形が大きくなったりする恐れがある。また、焼成時間が４時間未満では、ＩｎＧａＺｎＯ_４等、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７以外の結晶の含有率が高くなる恐れがある。１２〜２４時間焼成するとＩｎＧａＺｎＯ_４等の含有率を５ｗｔ％以下にできるため好ましい。

ｂ．焼成の方式
焼成に際して、蒸気圧の高いＺｎＯの蒸発を抑制しつつ高密度の焼結体を得る必要があるため、大気中焼成や不活性ガス焼成の他に、高圧のＡｒガスを用いるＨＩＰ処理やＡｒガス雰囲気中におけるホットプレス処理が好ましく用いられる。

次に実施例により、本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
本実施例は、材料としてＩｎ_２Ｏ_３粉末、Ｇａ_２Ｏ_３粉末、ＺｎＯ粉末の混合粉末を用い、前記混合粉末を仮焼後、仮焼粉体を一軸加圧成形により成形した後、焼成してターゲットとなる焼結体を作製した例である。

１．材料粉末の粉砕混合
Ｉｎ_２Ｏ_３（純度９９．９９％、平均粒子径約３μｍ）、Ｇａ_２Ｏ_３（純度９９．９９％、平均粒子径約２μｍ）、ＺｎＯ（純度９９．９９％、平均粒子径約１μｍ）の各粉末を、モル比で１：１：１．０５の比率となるように秤量し、ボールミル装置を用いて１０時間粉砕混合した。なお、分散媒にはエチルアルコールを用いた。粉砕混合後自然乾燥した。

２．仮焼
次に、得られた混合粉末を解砕、粉砕してアルミナ製ルツボに入れ、大気雰囲気中、１０００℃で５時間仮焼を行ない、仮焼粉体を得た。得られた仮焼粉体のＸ線回折測定を行なった結果、ＺｎＧａ_２Ｏ_４とＩｎ_２Ｏ_３の回折ピークが認められ、フリーのＺｎＯのピークは認められなかった。

３．成形および焼成
次に、得られた仮焼粉体を一軸加圧成形により加圧成形し、直径１００ｍｍ、厚さ約９ｍｍの円板状の成形体を得た。得られた成形体を大気雰囲気中、１５２５℃で１８時間焼成して焼結体を得た。得られた焼結体は、直径が８０ｍｍに収縮（厚さは約７ｍｍ）しており、外観は黒灰色であった。また、焼結体には大きな変形やクラックの発生が認められなかった。このように大きな変形が認められなかったのは、１５２５℃、即ち１６００℃以下の温度で焼成したためであり、クラックの発生が認められなかったのは、仮焼を行ったためである。

４．ターゲットの作製
次に、得られた焼結体を直径７６．２ｍｍ、厚さ５．０ｍｍに加工してターゲットとした。

５．特性評価
ターゲットとなる焼結体のＸ線回折測定、ＩＣＰ発光分析による組成分析、ＳＥＭによる破断面の観察、密度および導電性（体積抵抗）の測定を行なった。

（１）Ｘ線回折測定
Ｘ線回折測定により測定された焼結体のＸ線回折図を図１に示す。図１には２θが３０．３°、３５°、５７°付近等にＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７に固有の回折ピークが認められ、焼結体には主としてＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７が生成していることが確認された。また、ほぼ単相であることが分かった。このように、ほぼＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７の単相からなる焼結体が得られたのは、主として１５２５℃、即ち１５００℃以上の温度で、１８時間、即ち４時間以上加熱して焼成したことと、焼成の前に仮焼を行ったためである。

（２）組成分析
ＩＣＰ法による組成分析の結果、焼結体に含まれるＩｎ、Ｇａ、Ｚｎのｗｔ％は、それぞれＩｎ：４１．９％、Ｇａ：２５．６％、Ｚｎ：１１．７％であった。この結果をＩｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯのモル比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１．０２：１．０２：１．００となり、モル比が１：１：１からのズレが０．０２、すなわち２％であることが確認できた。

（３）ＳＥＭによる破断面の観察
焼結体の破断面の観察により得られたＳＥＭ写真を図２に示す。図２より、焼結体の結晶粒径はおよそ２０〜３０μｍであり、気孔については０．５〜３μｍの気孔がわずかに散見されるのみであることが分かった。

（４）密度および体積抵抗の測定
アルキメデス法（水中法）により得られた焼結体の密度を測定した。また、焼結体のＸ線回折データの格子定数から計算される理論密度は６．４９４ｇ／ｃｍ^３であり、測定された密度の、理論密度に対する比（密度比）を算定した。また、抵抗率計（三菱油化社製、ロレスタ）を使用して四探針法により焼結体の体積抵抗を測定した。密度と体積抵抗の測定結果および密度比の算定結果を後記する実施例２、実施例３の結果と併せて表１に示す。

（実施例２）
本実施例は、実施例１と同様にして作製した仮焼粉体をＣＩＰ（冷間静水圧）成形により成形した後、焼成を行なって焼結体を作製し、さらにＨＩＰ処理を行なってターゲットとなる焼結体を作製した例である。

１．仮焼粉体の作製
実施例１と同様にして、仮焼粉体を作製した。

２．成形および焼成
得られた仮焼粉体を解砕、粉砕後、ＣＩＰ成形により加圧成形し、直径約９５ｍｍ、厚さ約９ｍｍの円板状の成形体を得た。得られた成形体を大気雰囲気中、１５２０℃で１２時間焼成して焼結体を得た。得られた焼結体は、直径が８０ｍｍに収縮（厚さは約７．５ｍｍ）しており、外観は黒灰色であった。実施例１と同様にして焼結体の密度を測定した結果、吸水は認められず、密度は６．２ｇ／ｃｍ^３であり、理論密度６．４９４ｇ／ｃｍ^３に対する密度比は９５％であった。また、得られた焼結体のＸ線回折測定を行なった。

３．Ｘ線回折測定と組成分析
測定により得られたＸ線回折図を図３に示す。図３には主としてＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７に固有の回折ピークが認められ、また、２θが２０．５°付近にＩｎＧａＺｎＯ_４に固有の回折ピークがわずかに認められた。このようにＸ線回折測定結果から焼結体には主としてＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７が生成していることが確認された。また、約数ｍｏｌ％程度のＩｎＧａＺｎＯ_４が混在していることが分かった。また、ＩＣＰ発光分析による組成分析の結果、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯのモル比の１：１：１からのズレが５％以内であることが確認された。

４．ターゲットの作製
得られた焼結体をＡｒガス雰囲気中、１５００℃、１５２ＭＰａ、１時間でＨＩＰ処理を行なった後、直径７６．２ｍｍ、厚さ５ｍｍに加工してターゲットとした。

５．密度および体積抵抗の測定
実施例１と同様にして作製した焼結体の密度を測定し、密度比を算定した。また、体積抵抗を測定した。密度と体積抵抗の測定結果および密度比の算定結果を実施例１および後記する実施例３の結果と併せて表１に示す。

（実施例３）
本実施例は、実施例１と同様にして作製した仮焼粉体をＡｒガス雰囲気中でホットプレス処理を行なった後、Ａｒガス雰囲気中でアニール処理してターゲットとなる焼結体を作製した例である。

１．仮焼粉体の作製
実施例１と同様にして、仮焼粉体を作製した。

２．成形および焼成
得られた仮焼粉体を実施例１で用いた一軸加圧成形により直径約６０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円板状に成形した後、得られた成形体をアルミナ系酸化物セラミックス製の型を用いてＡｒガス雰囲気中、１５００℃、２４．５ＭＰａで１時間ホットプレス処理して焼結体を得た。焼結体の厚さは成形体に対して約５０％収縮した。ホットプレス処理後の焼結体の密度比は９８％であった。さらに、得られた焼結体をＡｒガス雰囲気中、１５５０℃で８時間アニール処理した。

３．ターゲットの作製
アニール処理をした焼結体を直径５０．８ｍｍ、厚さ６ｍｍに加工してターゲットとした。

４．Ｘ線回折、密度および体積抵抗の測定
実施例１と同様にして作製したターゲットとなる焼結体のＸ線回折測定、ＩＣＰ発光分析による組成分析を行った。また、密度を測定し、密度比を算定した。さらに、体積抵抗を測定した。図４にＸ線回折図を示す。図４より、焼結体には主としてＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７が生成していることが確認された。また、２θが２０．５°付近にＩｎＧａＺｎＯ_４に固有の回折ピークがわずかに認められ、ＩｎＧａＺｎＯ_４も存在していることが確認された。また、ＩＣＰ発光分析による組成分析の結果、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯのモル比の１：１：１からのズレが５％以内であることが確認された。密度と体積抵抗の測定結果および密度比の算定結果を実施例１、実施例２の結果と併せて表１に示す。

表１より、実施例１〜３において作製された焼結体は、密度比が９９％以上であることが分かる。特に、ＨＩＰ処理を用いて焼成した実施例２の場合には、１００％という高い密度比が得られている。また、体積抵抗が１０^−２Ωｃｍを下回っていることが分かる。このように、９５％以上の高い密度比が得られたのは、仮焼を行ったことによる効果が大きい。

なお、実施例１〜３において作製された焼結体について、ＩＣＰ発光分析によりＣｄ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｎｉ、Ｐｂの含有量を調査した結果、何れのターゲットについてもこれらの個々の不純物元素の含有量は１０ｐｐｍ以下であり、またこれらの不純物元素の総含有量は１００ｐｐｍ以下であることが確認された。また、同様にＩＣＰ発光分析によりＮａの含有量を調査した結果、２〜２０ｐｐｍであることが確認された。

以上詳述したように、実施例１〜３において作製された焼結体は、Ｉｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７を主体とする焼結体であるため、これらの焼結体をターゲットに用いてＩｎ_２Ｇａ_２ＺｎＯ_７を主体とする膜をスパッタ等で成膜した時の膜組成のズレが起きにくく、キャリアの移動度が大きく、安定したアモルファス半導体膜を作製することができる。

また、密度比が９５％以上（気孔率が５％以下）と高密度な焼結体であるため、ターゲットとして欠陥が少なく、放電などの安定したスパッタ等が行われ、パーティクルなどの欠陥が少なく均一性の高いアモルファス半導体膜を作製することができる。

また、体積抵抗が１０^−２Ωｃｍを下回っているため、特にＤＣスパッターリング用のターゲットとして好適である。

さらに、不純物量が少ないため、本実施例の焼結体をターゲットに用いて成膜することにより、しきい値電圧の変動が抑制され、ＴＦＴや有機ＥＬ用として安定した作動状態を有するアモルファス半導体膜を作製することができる。

Claims (7)

1. Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯの各粉末を１：１：１．０１〜１．１０のモル比で混合、粉砕して原料粉末とする混合工程と、
   前記原料粉末を、所定の温度で仮焼して仮焼粉末とする仮焼工程と、
   前記仮焼粉末を、所定の寸法の成形体とする成形工程と、
   前記成形体を、所定の雰囲気中、１５００〜１６００℃で４時間以上焼成して焼結体とする焼成工程と
   を有し、
   前記原料粉末におけるＩｎ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の粒径が４μｍ以下であり、
   前記仮焼工程により、ＺｎＯが除去されてＺｎＧａ_２Ｏ_４が生成されることを特徴とするＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法。
2. 前記原料粉末におけるＩｎ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の粒径が３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法。
3. ＨＩＰ処理を行わないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法。
4. ホットプレス処理を行わないことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法。
5. 前記焼結体を、不活性ガス雰囲気中、１４５０〜１５５０℃の温度、９８ＭＰａ以上の圧力でＨＩＰ処理するＨＩＰ工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法。
6. 前記仮焼粉末、成形体または焼結体を、不活性ガス雰囲気中、還元性材料からなる型に接触させることなく、１４５０〜１５５０℃の温度、１９．６ＭＰａ以上の圧力でホットプレス処理することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法。
7. 前記焼成工程におけるＺｎＯの減少率が１０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系複合酸化物焼結体の製造方法。