JP2023041776A - スパッタリングターゲット材及び酸化物半導体 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い電界効果移動度を有する薄膜トランジスタを容易に製造可能なスパッタリングターゲット材を提供すること。【解決手段】スパッタリングターゲット材は、インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成される。添加元素（Ｘ）はタンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ニオブ（Ｎｂ）の中から選ばれる少なくとも１つの元素からなる。スパッタリングターゲット材は、各元素の原子比が式（１）ないし（３）を満たす。スパッタリングターゲット材は相対密度が９５％以上である。０．４≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．８（１）、０．２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．６（２）、０．００１≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１５（３）【選択図】図１

Description

本発明はスパッタリングターゲット材に関する。また本発明は、該スパッタリングターゲット材を用いて形成された酸化物半導体に関する。
フラットパネルディスプレイ（以下「ＦＰＤ」ともいう。）に使用される薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」ともいう。）の技術分野においては、ＦＰＤの高機能化に伴い、従来のアモルファスシリコンに代わってＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ複合酸化物（以下「ＩＧＺＯ」ともいう。）に代表される酸化物半導体が注目されており、実用化が進んでいる。ＩＧＺＯは、高い電界効果移動度と低いリーク電流を示すという利点を有する。近年ではＦＰＤの更なる高機能化が進むに従い、ＩＧＺＯが示す電界効果移動度よりも更に高い電界効果移動度を示す材料が提案されている。
例えば特許文献１及び２には、インジウム（Ｉｎ）元素及び亜鉛（Ｚｎ）元素と任意の元素ＸからなるＩｎ－Ｚｎ－Ｘ複合酸化物によるＴＦＴ用の酸化物半導体が提案されている。同文献によればこの酸化物半導体は、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｘ複合酸化物からなるターゲット材を用いたスパッタリングによって形成される。
ＵＳ２０１３／２７０１０９Ａ１ ＵＳ２０１４／１０２８９２Ａ１
特許文献１及び２に記載の技術においては、ターゲット材を粉末焼結法によって製造している。しかし粉末焼結法によって製造されるターゲット材は一般に相対密度が低く、そのことに起因してパーティクルが発生しやすく、また異常放電時にターゲット材に亀裂が生じやすい。その結果、高性能のＴＦＴを製造することに支障を来す場合がある。
また、ＴＦＴの技術分野においては、ＩＧＺＯが示す電界効果移動度よりも更に高い電界効果移動度を示す酸化物半導体が望まれている。
更に、ＴＦＴの技術分野においては、しきい電圧が０Ｖに近い値を示す酸化物半導体が望まれている。
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得るスパッタリングターゲット材及び酸化物半導体を提供することにある。
本発明は、インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成され、
添加元素（Ｘ）はタンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びニオブ（Ｎｂ）から選ばれる少なくとも１つの元素からなり、
各元素の原子比が式（１）ないし（３）を満たし（式中のＸは、前記添加元素の含有比の総和とする。）、
０．４≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．８ （１）
０．２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．６ （２）
０．００１≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１５ （３）
相対密度が９５％以上である、スパッタリングターゲット材を提供することによって前記の課題を解決したものである。
また本発明は、前記のスパッタリングターゲット材を用いて形成された酸化物半導体であって、
インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成され、
添加元素（Ｘ）はタンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ニオブ（Ｎｂ）の中から選ばれる少なくとも１つの元素からなり、
各元素の原子比が式（１）ないし（３）を満たす（式中のＸは、前記添加元素の含有比の総和とする。）、
０．４≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．８ （１）
０．２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．６ （２）
０．００１≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１５ （３）
酸化物半導体を提供するものである。
更に本発明は、インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成され、
添加元素（Ｘ）はタンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ニオブ（Ｎｂ）の中から選ばれる少なくとも１つの元素からなり、
各元素の原子比が式（１）ないし（３）を満たす（式中のＸは、前記添加元素の含有比の総和とする。）、
０．４≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．８ （１）
０．２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．６ （２）
０．００１≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１５ （３）
酸化物半導体を有し、
電解効果移動度が４５ｃｍ２・Ｖｓ以上である、薄膜トランジスタを提供するものである。
図１は、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて製造された薄膜トランジスタの構造を示す模式図である。 図２は、実施例１で得られたスパッタリングターゲット材のＸ線回折測定の結果を示すチャートである。 図３は、実施例１で得られたスパッタリングターゲット材の走査型電子顕微鏡像である。 図４は、実施例１で得られたスパッタリングターゲット材の走査型電子顕微鏡像である。 図５は、実施例１で得られたスパッタリングターゲット材のＩｎ２Ｏ３相のＥＤＸ分析における定性分析チャートと定量分析結果である。 図６は、実施例１で得られたスパッタリングターゲット材の走査型電子顕微鏡像である。 図７は、実施例１で得られたスパッタリングターゲット材のＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相のＥＤＸ分析における定性分析チャートと定量分析結果である。 図８（ａ）は、実施例１で得られたスパッタリングターゲット材のＥＤＸ分析結果を示す像であり、図８（ｂ）は、比較例１で得られたスパッタリングターゲット材のＥＤＸ分析結果を示す像である。
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明はスパッタリングターゲット材（以下「ターゲット材」ともいう。）に関するものである。本発明のターゲット材は、インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成されるものである。添加元素（Ｘ）はタンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びニオブ（Ｎｂ）から選ばれる少なくとも１つの元素からなる。本発明のターゲット材は、これを構成する金属元素としてＩｎ、Ｚｎ及び添加元素（Ｘ）を含むものであるが、本発明の効果を損なわない範囲で、これらの元素の他に、意図的に又は不可避的に、微量元素を含んでいてもよい。微量元素としては、例えば後述する有機添加物に含まれる元素やターゲット材製造時に混入するボールミル等のメディア原料が挙げられる。本発明のターゲット材における微量元素としては、例えばＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＰｂ等が挙げられる。それらの含有量は本発明のターゲット材が含むＩｎ、Ｚｎ及びＸを含む酸化物の合計質量に対して、各々通常１００質量ｐｐｍ（以下「ｐｐｍ」ともいう。）以下であることが好ましく、より好ましくは８０ｐｐｍ以下、更に好ましくは５０ｐｐｍ以下である。これらの微量元素の合計量は５００ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３００ｐｐｍ以下、更に好ましくは１００ｐｐｍ以下である。本発明のターゲット材に微量元素が含まれる場合は、前記合計質量には微量元素の質量も含まれる。
本発明のターゲット材は好適には、上述した酸化物を含む焼結体から構成されている。かかる焼結体及びスパッタリングターゲット材の形状に特に制限はなく、従来公知の形状、例えば平板型及び円筒形などを採用することができる。
本発明のターゲット材は、これを構成する金属元素、すなわちＩｎ、Ｚｎ及びＸの原子比が特定の範囲であることが、該ターゲット材から形成される酸化物半導体素子の性能が向上する点から好ましい。
具体的には、Ｉｎ及びＸに関しては以下の式（１）で表される原子比を満たすことが好ましい（式中のＸは、前記添加元素の含有比の総和とする。以下、式（２）及び（３）についても同じである。）。
０．４≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．８ （１）
Ｚｎに関しては以下の式（２）で表される原子比を満たすことが好ましい。
０．２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．６ （２）
Ｘに関しては以下の式（３）で表される原子比を満たすことが好ましい。
０．００１≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１５ （３）
Ｉｎ、Ｚｎ及びＸの原子比が前記の式（１）ないし（３）を満たすことで、本発明のターゲット材を用いスパッタリングによって形成された酸化物薄膜を有する半導体素子は、高い電界効果移動度、低いリーク電流及び０Ｖに近いしきい電圧を示すものとなる。これらの利点を一層顕著なものとする観点から、Ｉｎ及びＸに関しては下記の式（１－２）ないし（１－５）を満たすことが更に好ましい。
０．４３≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．７９ （１－２）
０．４８≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．７８ （１－３）
０．５３≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．７５ （１－４）
０．５８≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．７０ （１－５）
前記と同様の観点から、Ｚｎに関しては下記の式（２－２）ないし（２－５）を満たすことが更に好ましく、Ｘに関しては下記の式（３－２）ないし（３－５）を満たすことが更に好ましい。
０．２１≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．５７ （２－２）
０．２２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．５２ （２－３）
０．２５≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．４７ （２－４）
０．３０≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．４２ （２－５）
０．００１５≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１３ （３－２）
０．００２＜Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１２ （３－３）
０．００２５≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１０ （３－４）
０．００３≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．００９ （３－５）
添加元素（Ｘ）は、上述のとおりＴａ、Ｓｒ及びＮｂから選択される１種以上が用いられる。これらの元素は、それぞれ単独で用いることができ、あるいは２種以上を組み合わせて用いることもできる。特に添加元素（Ｘ）としてＴａを用いることが、本発明のターゲット材から製造される酸化物半導体素子の総合的な性能の観点、及びターゲット材を製造する上での経済性の点から好ましい。
本発明のターゲット材は、上述の（１）ないし（３）の関係に加えて、ＩｎとＸとの原子比に関して以下の式（４）を満たすことが、本発明のターゲット材から形成される酸化物半導体素子の電界効果移動度を一層高める点、及び０Ｖに近いしきい電圧を示す点から好ましい。
０．９７０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｘ）≦０．９９９ （４）
式（４）から明らかなとおり、本発明のターゲット材においては、Ｉｎの量に対して極めて少量のＸを用いることで、ターゲット材から形成される酸化物半導体素子の電界効果移動度が高くなる。このことは本発明者が初めて見いだしたものである。これまで知られている従来技術（例えば特許文献１及び２に記載の従来技術）では、Ｉｎの量に対するＸの使用量は本発明よりも多い。
ターゲット材から形成される酸化物半導体の電界効果移動度が一層高くなる観点、及び０Ｖに近いしきい電圧を示す観点から、ＩｎとＸとの原子比は以下の式（４－２）ないし（４－４）を満たすことが更に好ましい。
０．９８０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｘ）≦０．９９７ （４－２）
０．９９０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｘ）≦０．９９５ （４－３）
０．９９０＜Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｘ）≦０．９９３ （４－４）
ターゲット材から形成される酸化物半導体素子の電界効果移動度の値が大きいことは、酸化物半導体素子であるＴＦＴ素子の伝達特性が良好となることに起因するＦＰＤの高機能化の点から好ましい。詳細にはターゲット材から形成される酸化物半導体素子を備えたＴＦＴは、その電界効果移動度（ｃｍ２／Ｖｓ）が、４５ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましく、５０ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが更に好ましく、６０ｃｍ２／Ｖｓ以上であることがより好ましく、７０ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが一層好ましく、８０ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが更に一層好ましく、９０ｃｍ２／Ｖｓ以上であることがより一層好ましく、１００ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが特に好ましい。電界効果移動度の値は大きければ大きいほど、ＦＰＤの高機能化の点から好ましいが、電界効果移動度が２００ｃｍ２／Ｖｓ程度に高ければ、十分に満足すべき程度の性能が得られる。
本発明のターゲット材に含まれる各金属の割合は、例えばＩＣＰ発光分光測定によって測定される。
本発明のターゲット材は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＸの原子比に加えて、相対密度が高いことによっても特徴付けられる。詳細には、本発明のターゲット材はその相対密度が好ましくは９５％以上という高い値を示すものである。このような高い相対密度を示すことで、本発明のターゲット材を用いてスパッタリングを行う場合、パーティクルの発生を抑制することが可能となるので好ましい。この観点から、本発明のターゲット材はその相対密度が９７％以上であることが更に好ましく、９８％以上であることが一層好ましく、９９％以上であることが更に一層好ましく、１００％以上であることが特に好ましく、１００％超であることがとりわけ好ましい。このような相対密度を有する本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。相対密度は、アルキメデス法に従い測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
本発明のターゲット材は、ターゲット材内部の空孔のサイズが小さいことと、空孔の数が少ないことによっても特徴付けられる。詳細には、本発明のターゲット材は面積円相当径が０．５μｍ以上２０μｍ以下である空孔が５個／１０００μｍ２以下である。このような空孔が少ないターゲット材を用いてスパッタリングを行う場合、パーティクルの発生を抑制することが可能となるので好ましい。この観点から、本発明のターゲット材は面積円相当径が０．５μｍ以上２０μｍ以下である空孔が３個／１０００μｍ２以下であることが更に好ましく、２個／１０００μｍ２以下であることが一層好ましく、１個／１０００μｍ２以下であることが更に一層好ましく、０．５個／１０００μｍ２以下であることが特に好ましく、０．１個／１０００μｍ２以下であることがとりわけ好ましい。このような空孔の数が少ない本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
本発明のターゲット材は強度が高いことによっても特徴付けられる。詳細には、本発明のターゲット材はその抗折強度が好ましくは１００ＭＰａ以上という高い値を示すものである。このような高い抗折強度を示すことで、本発明のターゲット材を用いてスパッタリングを行う場合、スパッタリング中に意図せず異常放電が起こっても、ターゲット材に亀裂が生じにくくなるので好ましい。この観点から本発明のターゲット材は、その抗折強度が１２０ＭＰａ以上であることが更に好ましく、１５０ＭＰａ以上であることが一層好ましい。このような抗折強度を有する本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。抗折強度は、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠して測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
本発明のターゲット材はバルク抵抗率が低いことによっても特徴付けられる。バルク抵抗率が低いことは、該ターゲット材を用いてＤＣスパッタリングが可能となる点から有利である。この観点から、本発明のターゲット材はそのバルク抵抗率が２５℃において１００ｍΩ・ｃｍ以下であることが好ましく、５０ｍΩ・ｃｍ以下であることがより好ましく、１０ｍΩ・ｃｍ以下であることが更に好ましく、５ｍΩ・ｃｍ以下であることが一層好ましく、４ｍΩ・ｃｍ以下であることが更に一層好ましく、３ｍΩ・ｃｍ以下であることが特に好ましく、２ｍΩ・ｃｍ以下であることがとりわけ好ましく、１．５ｍΩ・ｃｍ以下であることが殊更好ましい。このようなバルク抵抗率を有する本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。バルク抵抗率は、直流四探針法によって測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
本発明のターゲット材は、ターゲット材の同一面内において、空孔の数のバラつき及びバルク抵抗率のバラつきが小さいことによっても特徴付けられる。詳細には、本発明のターゲット材は、同一面における任意の５点において測定される、空孔の数、バルク抵抗率のそれぞれの値と５点の算術平均値との差を、５点の算術平均値で除して１００を乗じた値の絶対値が２０％以下である。このような同一面内のバラつきが小さいターゲット材を用いてスパッタリングを行う場合、スパッタリングの際に、対向するガラス基板の位置によって膜特性が変化することがないため好ましい。この観点から、本発明のターゲット材は、前記絶対値が、それぞれ１５％以下であることが更に好ましく、１０％以下であることが一層好ましく、５％以下であることが更に一層好ましく、３％以下であることが特に好ましく、１％以下であることがとりわけ好ましい。このような、空孔の数のバラつき及びバルク抵抗率のバラつきが小さい本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。
更に、本発明のターゲット材は、ターゲット材の深さ方向において、空孔の数のバラつき及びバルク抵抗率のバラつきが小さいことによっても特徴付けられる。詳細には、本発明のターゲット材は、表面から深さ方向に１ｍｍごとに研削した面における、空孔の数、バルク抵抗率のそれぞれの値と５点の算術平均値との差を、５点の算術平均値で除して１００を乗じた値の絶対値が２０％以下である。上記と同様の観点から、本発明のターゲット材は、前記絶対値が、それぞれ１５％以下であることが更に好ましく、１０％以下であることが一層好ましく、５％以下であることが更に一層好ましく、３％以下であることが特に好ましく、１％以下であることがとりわけ好ましい。このような、空孔の数のバラつき及びバルク抵抗率のバラつきが小さい本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。
本発明のターゲット材は、ターゲット材の同一面内におけるビッカース硬度の標準偏差が５０以下であることが好ましい。この数値が上記条件を満たす場合、密度、結晶粒径や組成に偏りがないためターゲット材として好ましい。同一面内におけるビッカース硬度の標準偏差が４０以下であることが好ましく、３０以下であることが更に好ましく、２０以下であることが一層好ましく、１０以下であることが更に一層好ましい。このようなビッカース硬度を有する本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。ビッカース硬度は、ＪＩＳ－Ｒ－１６１０：２００３に準拠して測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
本発明のターゲット材表面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ－Ｂ－０６０１：２０１３）は研削加工時の砥石の番手などによって適宜調整することができる。算術平均粗さＲａが小さいターゲット材を用いてスパッタリングを行う場合、スパッタリングの際に、異常放電を抑制することが可能となり好ましい。この観点から、本発明のターゲット材は、算術平均粗さＲａが３．２μｍ以下であることが好ましく、１．６μｍ以下であることが更に好ましく、１．２μｍ以下であることが一層好ましく、０．８μｍ以下であることが更に一層好ましく、０．５μｍ以下であることが特に好ましく、０．１μｍ以下であることがとりわけ好ましい。算術平均粗さＲａは、表面粗さ測定器によって測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
本発明のターゲット材は、表面の最大色差ΔＥ＊が５以下であることが好ましい。また、ターゲット材の深さ方向の最大色差もΔＥ＊が５以下であることが好ましい。「色差ΔＥ＊」とは、２つの色の違いを数値化した指標である。この数値が上記条件を満たす場合、密度、結晶粒径や組成に偏りがないためターゲット材として好ましい。表面全体と深さ方向の最大色差ΔＥ＊は４以下であることが好ましく、３以下であることが更に好ましく、２以下であることが一層好ましく、１以下であることが更に一層好ましい。このような最大色差ΔＥ＊を有する本発明のターゲット材は、後述する方法によって好適に製造される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
本発明のターゲット材は、上述したとおりＩｎ、Ｚｎ及びＸを含む酸化物から構成されている。この酸化物は、Ｉｎの酸化物、Ｚｎの酸化物又はＸの酸化物であり得る。あるいはこの酸化物は、Ｉｎ、Ｚｎ及びＸからなる群から選択される任意の２種以上の元素の複合酸化物であり得る。複合酸化物の具体的な例としては、Ｉｎ－Ｚｎ複合酸化物、Ｚｎ－Ｔａ複合酸化物、Ｉｎ－Ｔａ複合酸化物、Ｉｎ－Ｎｂ複合酸化物、Ｚｎ－Ｎｂ複合酸化物、Ｉｎ－Ｎｂ複合酸化物、Ｉｎ－Ｓｒ複合酸化物、Ｚｎ－Ｓｒ複合酸化物、Ｉｎ－Ｓｒ複合酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｔａ複合酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｎｂ複合酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｓｒ複合酸化物等が挙げられるが、これらに限られるものではない。
本発明のターゲット材は、特にＩｎの酸化物であるＩｎ２Ｏ３相及びＩｎとＺｎとの複合酸化物であるＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相を含むことが、該ターゲット材の密度及び強度を高め且つ抵抗を低減させる観点から好ましい。本発明のターゲット材がＩｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相を含むことは、本発明のターゲット材を対象としたＸ線回折（以下「ＸＲＤ」ともいう。）測定によってＩｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相が観察されるか否かによって判断できる。なお、本発明におけるＩｎ２Ｏ３相は微量にＺｎ元素を含み得る。
詳細には、Ｘ線源としてＣｕＫα線を用いたＸＲＤ測定においてＩｎ２Ｏ３相は２θ＝３０．３８°以上３０．７８°以下の範囲にメインピークが観察される。Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相は２θ＝３４．００°以上３４．４０°以下の範囲にメインピークが観察される。
更に本発明のターゲット材においては、Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の双方にＸが含まれることが好ましい。とりわけ、ターゲット材全体に均質にＸが分散して含まれると、本発明のターゲット材から形成される酸化物半導体に一様にＸが含まれることになり、均質な酸化物半導体膜を得ることができる。Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の双方にＸが含まれることは、例えばエネルギー分散型Ｘ線分光法（以下「ＥＤＸ」ともいう。）などにより測定することができる。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
ＸＲＤ測定によって本発明のターゲット材にＩｎ２Ｏ３相が観察される場合、Ｉｎ２Ｏ３相はその結晶粒のサイズが特定の範囲を満たすことが、本発明のターゲット材の密度及び強度を高め且つ抵抗を低減させる点から好ましい。詳細には、Ｉｎ２Ｏ３相の結晶粒のサイズは、３．０μｍ以下であることが好ましく、２．７μｍ以下であることが更に好ましく、２．５μｍ以下であることが一層好ましい。結晶粒のサイズは小さいほど好ましく下限値は特に定めるものではないが、通常０．１μｍ以上である。
ＸＲＤ測定によって本発明のターゲット材にＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相が観察される場合、Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相に関しても、その結晶粒のサイズが特定の範囲を満たすことが、本発明のターゲット材の密度及び強度を高め且つ抵抗を低減させる点から好ましい。詳細には、Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の結晶粒のサイズは、３．９μｍ以下であることが好ましく、３．５μｍ以下であることがより好ましく、３．０μｍ以下であることが更に好ましく、２．５μｍ以下であることが一層好ましく、２．３μｍ以下であることが更に一層好ましく、２．０μｍ以下であることが特に好ましく、１．９μｍ以下であることがとりわけ好ましい。結晶粒のサイズは小さいほど好ましく下限値は特に定めるものではないが、通常０．１μｍ以上である。
Ｉｎ２Ｏ３相の結晶粒のサイズ及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の結晶粒のサイズを上述した範囲に設定するには、例えば後述する方法によってターゲット材を製造すればよい。
Ｉｎ２Ｏ３相の結晶粒のサイズ及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の結晶粒のサイズは、本発明のターゲット材を走査型電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」ともいう。）によって観察することで測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
上述した結晶粒のサイズとの関係で、本発明のターゲット材においては、単位面積に占めるＩｎ２Ｏ３相の面積の割合（以下「Ｉｎ２Ｏ３相面積率」ともいう。）が特定の範囲であることも、該ターゲット材の抵抗を低める点から好ましい。詳細には、Ｉｎ２Ｏ３相面積率は１０％以上７０％以下であることが好ましく、２０％以上７０％以下であることが更に好ましく、３０％以上７０％以下であることが一層好ましく、３５％以上７０％以下であることがより一層好ましい。
一方、単位面積に占めるＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の面積の割合（以下「Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相面積率」ともいう。）は３０％以上９０％以下であることが好ましく、３０％以上８０％以下であることが更に好ましく、３０％以上７０％以下であることが一層好ましく、３０％以上６５％以下であることがより一層好ましい。
Ｉｎ２Ｏ３相面積率及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相面積率を上述した範囲に設定するには、例えば後述する方法によってターゲット材を製造すればよい。Ｉｎ２Ｏ３相面積率及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相面積率は、本発明のターゲット材をＳＥＭによって観察することで測定される。具体的な測定方法は後述する実施例において詳述する。
本発明のターゲット材においては、Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相が均質に分散していることが好ましい。これらが均質に分散しているとスパッタリングにより薄膜を形成した際、組成に偏りがなく、膜特性が変化することがないため好ましい。
結晶相の分散状態評価は、ＥＤＸによって行う。ターゲット材において無作為に選んだ倍率２００倍、４３７．５μｍ×６２５μｍの範囲から、ＥＤＸによって視野全体のＩｎ／Ｚｎ原子比率を得る。続いて同視野を縦４×横４の均等に分割し、各分割視野でのＩｎ／Ｚｎ原子比率を得る。各分割視野でのＩｎ／Ｚｎ原子比率と視野全体のＩｎ／Ｚｎ原子比率の差の絶対値を、視野全体のＩｎ／Ｚｎ原子比率で除し、１００を乗じた値を分散率（％）と定義し、分散率の大小に基づきＩｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の分散の均質の程度を評価する。分散率がゼロに近いほどＩｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相が均質に分散していることを意味する。１６箇所での分散率の最大値が１０％以下であることが好ましく、５％以下であることが更に好ましく、４％以下であることが一層好ましく、３％以下であることが更に一層好ましく、２％以下であることが特に好ましく、１％以下であることがとりわけ好ましい。
次に、本発明のターゲット材の好適な製造方法について説明する。本製造方法においては、ターゲット材の原料となる酸化物粉を所定の形状に成形して成形体を得て、この成形体を焼成することで、焼結体からなるターゲット材を得る。成形体を得るには、当該技術分野においてこれまで知られている方法を採用することができる。特に鋳込み成形法又はＣＩＰ成形法を採用することが、緻密なターゲット材を製造し得る点から好ましい。
鋳込み成形法はスリップキャスト法とも呼ばれる。鋳込み成形法を行うには先ず、原料粉末と有機添加物とを含有するスラリーを、分散媒を用いて調製する。
前記の原料粉末としては酸化物粉末又は水酸化物粉末、炭酸塩粉末を用いることが好適である。酸化物粉末としては、Ｉｎ酸化物の粉末、Ｚｎ酸化物の粉末、及びＸ酸化物の粉末を用いる。Ｉｎ酸化物としては例えばＩｎ２Ｏ３を用いることができる。Ｚｎ酸化物としては例えばＺｎＯを用いることができる。Ｘ酸化物の粉末としては例えばＴａ２Ｏ５、ＳｒＯ及びＮｂ２Ｏ５を用いることができる。なお、ＳｒＯは空気中では二酸化炭素と化合してＳｒＣＯ３の状態で存在することがあるが、焼成過程においてＳｒＣＯ３から二酸化炭素が解離してＳｒＯとなる。
本製造方法においては、これら原料粉末をすべて混合した後に焼成を行う。このこととは対照的に、従来技術、例えば特許文献２に記載の技術では、Ｉｎ２Ｏ３粉とＴａ２Ｏ５粉とを混合した後に焼成を行い、次いで得られた焼成粉とＺｎＯ粉とを混合して再び焼成を行っている。この方法では事前に焼成を実施することによって粉末を構成する粒子が粗粒となってしまい、相対密度の高いターゲット材を得ることが容易でない。これに対して本製造方法では、好ましくは、Ｉｎ酸化物の粉末、Ｚｎ酸化物の粉末及びＸ酸化物の粉末をすべて常温で混合、成形した後、焼成を行っているので、相対密度の高い緻密なターゲット材が容易に得られる。
Ｉｎ酸化物の粉末、Ｚｎ酸化物の粉末及びＸ酸化物の粉末の使用量は、目的とするターゲット材におけるＩｎ、Ｚｎ及びＸの原子比が、上述した範囲を満たすように調整することが好ましい。
原料粉末の粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積５０容量％における体積累積粒径Ｄ５０で表して、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。この範囲の粒径を有する原料粉末を用いることで、相対密度の高いターゲット材を容易に得ることができる。
前記の有機添加物は、スラリーや成形体の性状を好適に調整するために用いられる物質である。有機添加物としては、例えばバインダ、分散剤及び可塑剤等を挙げることができる。バインダは、成形体の強度を高めるために添加される。バインダとしては、公知の粉末焼結法において成形体を得るときに通常使用されるバインダを使用することができる。バインダとしては、例えばポリビニルアルコールを挙げることができる。分散剤は、スラリー中の原料粉末の分散性を高めるために添加される。分散剤としては、例えばポリカルボン酸系分散剤、ポリアクリル酸系分散剤を挙げることができる。可塑剤は、成形体の可塑性を高めるために添加される。可塑剤としては、例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）及びエチレングリコール（ＥＧ）等を挙げることができる。
原料粉末及び有機添加物を含有するスラリーを作製する際に使用する分散媒には特に制限はなく、目的に応じて、水、及びアルコール等の水溶性有機溶媒から適宜選択して使用することができる。原料粉末及び有機添加物を含有するスラリーを作製する方法には特に制限はなく、例えば、原料粉末、有機添加物、分散媒及びジルコニアボールをポットに入れ、ボールミル混合する方法が使用できる。
このようにしてスラリーが得られたら、このスラリーを型に流し込み、次いで分散媒を除去して成形体を作製する。用いることができる型としては、例えば金属型や石膏型、加圧して分散媒除去を行う樹脂型などが挙げられる。
一方、ＣＩＰ成形法においては、鋳込み成形法において用いたスラリーと同様のスラリーを噴霧乾燥して乾燥粉末を得る。得られた乾燥粉末を型に充填してＣＩＰ成形を行う。
このようにして成形体が得られたら、次にこれを焼成する。成形体の焼成は一般に酸素含有雰囲気中で行うことができる。特に大気雰囲気中で焼成することが簡便である。焼成温度は１２００℃以上１６００℃以下であることが好ましく、１３００℃以上１５００℃以下であることが更に好ましく、１３５０℃以上１４５０℃以下であることが一層好ましい。焼成時間は、１時間以上１００時間以下であることが好ましく、２時間以上５０時間以下であることが更に好ましく、３時間以上３０時間以下であることが一層好ましい。昇温速度は５℃／時間以上５００℃／時間以下であることが好ましく、１０℃／時間以上２００℃／時間以下であることが更に好ましく、２０℃／時間以上１００℃／時間以下であることが一層好ましい。
成形体の焼成においては、焼成過程においてＩｎとＺｎとの複合酸化物、例えばＺｎ５Ｉｎ２Ｏ８の相が生成する温度を一定時間維持することが、焼結の促進及び緻密なターゲット材の生成の観点から好ましい。詳細には、原料粉末にＩｎ２Ｏ３粉及びＺｎＯ粉が含まれている場合、昇温に従いこれらが反応してＺｎ５Ｉｎ２Ｏ８の相が生成し、その後Ｚｎ４Ｉｎ２Ｏ７の相へ変化し、Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６の相へと変化する。特にＺｎ５Ｉｎ２Ｏ８の相が生成する際に体積拡散が進み緻密化が促進されることから、Ｚｎ５Ｉｎ２Ｏ８の相を確実に生成させることが好ましい。このような観点から、焼成の昇温過程において、温度を１０００℃以上１２５０℃以下の範囲で一定時間維持することが好ましく、１０５０℃以上１２００℃以下の範囲で一定時間維持することが更に好ましい。維持する温度は、必ずしもある特定の一点の温度に限られるものではなく、ある程度の幅を有する温度範囲であってもよい。具体的には、１０００℃以上１２５０℃以下の範囲から選ばれるある特定の温度をＴ（℃）とするとき、１０００℃以上１２５０℃以下の範囲に含まれる限り、例えばＴ±１０℃であってもよく、好ましくはＴ±５℃であり、より好ましくはＴ±３℃であり、更に好ましくはＴ±１℃である。この温度範囲を維持する時間は、好ましくは１時間以上４０時間以下であり、更に好ましくは２時間以上２０時間以下である。
このようにして得られたターゲット材は、研削加工などにより、所定の寸法に加工することができる。これを基材に接合することでスパッタリングターゲットが得られる。このようにして得られたスパッタリングターゲットは、酸化物半導体の製造に好適に用いられる。例えばＴＦＴの製造に、本発明のターゲット材を用いることができる。図１には、ＴＦＴ素子１の一例が模式的に示されている。同図に示すＴＦＴ素子１は、ガラス基板１０の一面に形成されている。ガラス基板１０の一面にはゲート電極２０が配置されており、これを覆うようにゲート絶縁膜３０が形成されている。ゲート絶縁膜３０上には、ソース電極６０、ドレイン電極６１及びチャネル層４０が配置されている。チャネル層４０上にはエッチングストッパー層５０が配置されている。そして最も上部に保護層７０が配置されている。この構造を有するＴＦＴ素子１において、例えばチャネル層４０の形成を、本発明のターゲット材を用いて行うことができる。その場合、チャネル層４０は、インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成されたものとなり、インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）の原子比は、上述した式（１）を満たすものとなる。また、上述した式（２）及び（３）を満たすものとなる。
本発明のターゲット材から形成された酸化物半導体素子はアモルファス構造を有することが、該素子の性能向上の点から好ましい。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「質量％」を意味する。
〔実施例１〕
平均粒径Ｄ５０が０．６μｍであるＩｎ２Ｏ３粉末と、平均粒径Ｄ５０が０．８μｍであるＺｎＯ粉末と、平均粒径Ｄ５０が０．６μｍであるＴａ２Ｏ５粉末とを、ジルコニアボールによってボールミル乾式混合して、混合原料粉末を調製した。各粉末の平均粒径Ｄ５０は、マイクロトラックベル株式会社製の粒度分布測定装置ＭＴ３３００ＥＸIIを用いて測定した。測定の際、溶媒には水を使用し、測定物質の屈折率２．２０で測定した。各粉末の混合比率は、ＩｎとＺｎとＴａとの原子比が、以下の表１に示す値となるようにした。
混合原料粉末が調製されたポットに、混合原料粉末に対して０．２％のバインダと、混合原料粉末に対して０．６％の分散剤と、混合原料粉末に対して２０％の水とを加え、ジルコニアボールによってボールミル混合してスラリーを調製した。
調製されたスラリーを、フィルターを挟んだ金属製の型に流し込み、次いでスラリー中の水を排出して成形体を得た。この成形体を焼成して焼結体を作製した。焼成は酸素濃度が２０体積％である雰囲気中、焼成温度１４００℃、焼成時間８時間、昇温速度５０℃／時間、降温速度５０℃／時間で行った。焼成の途中、１１００℃を６時間維持してＺｎ５Ｉｎ２Ｏ８の生成を促進させた。
このようにして得られた焼結体を切削加工し、幅２１０ｍｍ×長さ７１０ｍｍ×厚さ６ｍｍの酸化物焼結体（ターゲット材）を得た。切削加工には＃１７０の砥石を使用した。
得られたターゲット材について、同一面内及び深さ方向における空孔の数及びバルク抵抗率のバラつきを上述した方法で算出した。
ターゲット材の任意の５点において算出した同一面内における空孔の数のバラつきは、それぞれ５．７％、０．４％、１．４％、６．８％、２．２％であった。同一面内におけるバルク抵抗率のバラつきは、それぞれ３．５％、５．３％、３．５％、５．３％、３．５％であった。
ターゲット材の任意の５点において算出した深さ方向における空孔の数のバラつきは、それぞれ４．６％、０．２％、１．６％、１．６％、１．６％であった。深さ方向におけるバルク抵抗率のバラつきは、それぞれ３．５％、３．５％、５．３％、５．３％、３．５％であった。
得られたターゲット材について、１０００μｍ２あたりの空孔の数、算術平均粗さＲａ、表面の最大色差ΔＥ＊及び深さ方向の最大色差ΔＥ＊を以下の方法で測定した。１０００μｍ２あたりの空孔の数は、１．２個であった。算術平均粗さＲａは、１．０μｍであった。表面の最大色差ΔＥ＊は１．１であり、深さ方向の最大色差ΔＥ＊は１．０であった。
〔実施例２ないし８〕
実施例１において、ＩｎとＺｎとＴａとの原子比が、以下の表１に示す値となるように各原料粉末を混合した。これ以外は実施例１と同様にしてターゲット材を得た。
〔比較例１〕
平均粒径Ｄ５０が０．６μｍであるＩｎ２Ｏ３粉末と、平均粒径Ｄ５０が０．６μｍであるＴａ２Ｏ５粉末とを、Ｉｎ元素とＴａ元素の合計に対するＩｎ元素の原子比〔Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｔａ）〕が０．９９３となるように混合した。混合物を湿式ボールミルに供給し、１２時間混合粉砕した。
得られた混合スラリーを取り出し、濾過、乾燥した。この乾燥粉を焼成炉に装入し、大気雰囲気中、１０００℃で５時間熱処理した。
以上により、Ｉｎ元素とＴａ元素を含有する混合粉を得た。
この混合粉に、平均粒径Ｄ５０が０．８μｍであるＺｎＯ粉末を、原子比〔Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）〕が０．６９８となるように混合した。混合粉を湿式ボールミルに供給し、２４時間混合粉砕して、原料粉末のスラリーを得た。このスラリーを、濾過、乾燥及び造粒した。
得られた造粒物をプレス成形し、更に、２０００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加えて冷間静水圧プレスで成形した。
成形体を焼成炉に装入し、大気圧、酸素ガス流入条件で、１４００℃、１２時間の条件で焼成し焼結体を得た。室温から４００℃までは昇温速度は０．５℃／分とし、４００～１４００℃までは１℃／分とした。降温速度は１℃／分とした。
これら以外は実施例１と同様にしてターゲット材を得た。
〔比較例２〕
実施例１において、Ｔａ２Ｏ５粉末を用いなかった。ＩｎとＺｎの原子比が、以下の表２に示す値となるように各原料粉末を混合した。これ以外は実施例１と同様にしてターゲット材を得た。
〔実施例９ないし１３〕
実施例１において、ＩｎとＺｎとＴａとの原子比が、以下の表２に示す値となるように各原料粉末を混合した。これ以外は実施例１と同様にしてターゲット材を得た。
〔実施例１４〕
実施例１において、Ｔａ２Ｏ５粉末に代えて、平均粒径Ｄ５０が０．７μｍであるＮｂ２Ｏ５粉末を用いた。ＩｎとＺｎとＮｂとの原子比が、以下の表２に示す値となるように各原料粉末を混合した。これ以外は実施例１と同様にしてターゲット材を得た。
〔実施例１５〕
実施例１において、Ｔａ２Ｏ５粉末に代えて、平均粒径Ｄ５０が１．５μｍであるＳｒＣＯ３粉末を用いた。ＩｎとＺｎとＳｒとの原子比が、以下の表２に示す値となるように各原料粉末を混合した。これ以外は実施例１と同様にしてターゲット材を得た。
〔実施例１６〕
実施例１において、Ｔａ２Ｏ５粉末に代えて、Ｔａ２Ｏ５粉末と、Ｎｂ２Ｏ５粉末と、ＳｒＣＯ３粉末とを、ＩｎとＺｎとＴａとＮｂとＳｒとの原子比が、以下の表２に示す値となるように混合した。Ｔａ、Ｎｂ及びＳｒのモル比は、Ｔａ：Ｎｂ：Ｓｒ＝３：１：１とした。これ以外は実施例１と同様にしてターゲット材を得た。
実施例及び比較例で得られたターゲット材に含まれる各金属の割合を、ＩＣＰ発光分光測定によって測定した。ＩｎとＺｎとＴａとの原子比が、表１に示す原料比と同一であることを確認した。
〔評価１〕
実施例及び比較例で得られたターゲット材について、相対密度、抗折強度、バルク抵抗率及びビッカース硬度を以下の方法で測定した。実施例及び比較例で得られたターゲット材について以下の条件でＸＲＤ測定を行い、Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の有無を確認した。また、実施例及び比較例で得られたターゲット材についてＳＥＭ観察を行い、Ｉｎ２Ｏ３相の結晶粒のサイズ、Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の結晶粒のサイズ、Ｉｎ２Ｏ３相面積率及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相面積率を以下の方法で測定した。更に、ＳＥＭ観察にて確認されたＩｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相に添加元素（Ｘ）の含有の有無をＥＤＸにて測定した。それらの結果を以下の表１及び２並びに図２ないし７に示す。
〔相対密度〕
ターゲット材の空中質量を体積（ターゲット材の水中質量／計測温度における水比重）で除し、下記式（ｉ）に基づく理論密度ρ（ｇ／ｃｍ３）に対する百分率の値を相対密度（単位：％）とした。
ρ＝｛Σ（（Ｃｉ／１００）／ρｉ）｝－１ ・・・（ｉ）
（式中Ｃｉはターゲット材の構成物質の含有量（質量％）を示し、ρｉはＣｉに対応する各構成物質の密度（ｇ／ｃｍ３）を示す。）
本発明の場合、ターゲット材の構成物質の含有量（質量％）は、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｒＯと考え、例えば
Ｃ１：ターゲット材のＩｎ２Ｏ３の質量％
ρ１：Ｉｎ２Ｏ３の密度（７．１８ｇ／ｃｍ３）
Ｃ２：ターゲット材のＺｎＯの質量％
ρ２：ＺｎＯの密度（５．６０ｇ／ｃｍ３）
Ｃ３：ターゲット材のＴａ２Ｏ５の質量％
ρ３：Ｔａ２Ｏ５の密度（８．７３ｇ／ｃｍ３）
Ｃ４：ターゲット材のＮｂ２Ｏ５の質量％
ρ４：Ｎｂ２Ｏ５の密度（４．６０ｇ／ｃｍ３）
Ｃ５：ターゲット材のＳｒＯの質量％
ρ５：ＳｒＯの密度（４．７０ｇ／ｃｍ３）
を式（ｉ）に適用することで理論密度ρを算出できる。
Ｉｎ２Ｏ３の質量％、ＺｎＯの質量％、Ｔａ２Ｏ５の質量％、Ｎｂ２Ｏ５の質量％及びＳｒＯの質量％は、ＩＣＰ発光分光測定によるターゲット材の各元素の分析結果から求めることができる。
〔１０００μｍ２あたりの空孔の数〕
ターゲット材を切断して得られた切断面を、エメリー紙＃１８０、＃４００、＃８００、＃１０００、＃２０００を用いて段階的に研磨し、最後にバフ研磨して鏡面に仕上げた。鏡面仕上げ面をＳＥＭ観察した。倍率４００倍、２１８．７μｍ×３１２．５μｍの範囲のＳＥＭ像を無作為に５視野撮影しＳＥＭ像を得た。
得られたＳＥＭ像を、画像処理ソフトウェア：ＩｍａｇｅＪ １．５１ｋ（ｈｔｔｐ：／／ｉｍａｇｅＪ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｉｊ／、提供元：アメリカ国立衛生研究所（ＮＩＨ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ））によって解析した。具体的な手順は以下のとおりである。
得られた画像に対し、先ず空孔に沿って描画を行った。すべての描画が完了した後、粒子解析を実施（Ａｎａｌｙｚｅ→Ａｎａｌｙｚｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）して、空孔の数と、各空孔における面積を得た。その後、得られた各空孔における面積から、面積円相当径を算出した。５視野において確認された、面積円相当径が０．５μｍ～２０μｍの空孔の総和を５視野の総面積で除して得られた空孔の数を、１０００μｍ２あたりに換算した。
〔抗折強度〕
島津製作所製のオートグラフ（登録商標）ＡＧＳ－５００Ｂを用いて測定した。ターゲット材から切り出した試料片（全長３６ｍｍ以上、幅４．０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ）を用い、ＪＩＳ－Ｒ－１６０１（ファインセラミックスの曲げ強度試験方法）の３点曲げ強さの測定方法に従って測定した。
〔バルク抵抗率〕
三菱ケミカル製のロレスタ（登録商標）ＨＰ ＭＣＰ－Ｔ４１０を用いて、ＪＩＳ規格の直流四探針法によって測定した。加工後のターゲット材の表面にプローブ（直列四探針プローブ ＴＹＰＥ ＥＳＰ）を当接させ、ＡＵＴＯ ＲＡＮＧＥモードで測定した。測定箇所はターゲット材の中央付近及び四隅の計５か所とし、各測定値の算術平均値をそのターゲット材のバルク抵抗率とした。
〔算術平均粗さＲａ〕
表面粗さ測定器（ＳＪ－２１０／株式会社ミツトヨ製）を用いて測定した。ターゲット材のスパッタリング面の５個所を測定して、その算術平均値をそのターゲット材の算術平均粗さＲａとした。
〔最大色差〕
面内の色差ΔＥ＊は、切削加工したターゲット材の表面をｘ軸、ｙ軸方向に５０ｍｍ間隔で色差計（コニカミノルタ社製、色彩色差計ＣＲ－３００）を用いて測定し、測定された各点のＬ＊値、ａ＊値及びｂ＊値をＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間で評価した。そして、測定された各点のうち２点のＬ＊値、ａ＊値及びｂ＊値の差分ΔＬ＊、Δａ＊、Δｂ＊から、下記式（ｉｉ）より色差ΔＥ＊をすべての２点の組み合わせで求め、求められた複数の色差ΔＥ＊の最大値を表面内の最大色差ΔＥ＊とした。
ΔＥ＊＝（（ΔＬ＊）２＋（Δａ＊）２＋（Δｂ＊）２）１／２・・（ｉｉ）
また、深さ方向の最大色差ΔＥ＊は、切削加工したターゲット材の任意の箇所において、１ｍｍずつ切削加工し、ターゲット材の中央部までの各深さで色差計を用いて測定し、測定された各点のＬ＊値、ａ＊値およびｂ＊値をＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間で評価した。そして、測定された各点のうち２点のＬ＊値、ａ＊値およびｂ＊値の差分ΔＬ＊、Δａ＊、Δｂ＊から色差ΔＥ＊をすべての２点の組み合わせで求め、求められた複数の色差ΔＥ＊の最大値を深さ方向の最大色差ΔＥ＊とした。
〔ビッカース硬度〕
株式会社マツザワのビッカース硬度計ＭＨＴ－１を用いて測定した。ターゲット材を切断して得られた切断面を、エメリー紙＃１８０、＃４００、＃８００、＃１０００、＃２０００を用いて段階的に研磨し、最後にバフ研磨して鏡面に仕上げて測定面とした。また、測定面からみて反対の面は、測定面と平行になるように、上記エメリー紙＃１８０を用いて研磨し、試験片を得た。上記試験片を用いＪＩＳ－Ｒ－１６１０：２００３（ファインセラミックスの硬さ試験方法）の硬さ測定方法に従って荷重１ｋｇｆでのビッカース硬度の測定を行った。測定は、１つの試験片中の異なる１０箇所の位置について行い、その算術平均値をそのターゲット材のビッカース硬度とした。また、得られた測定値からビッカース硬度の標準偏差を算出した。
〔ＸＲＤ測定条件〕
株式会社リガクのＳｍａｒｔＬａｂ（登録商標）を用いた。測定条件は以下のとおりである。実施例１で得られたターゲット材についてのＸＲＤ測定の結果を図２に示す。
・線源：ＣｕＫα線
・管電圧：４０ｋＶ
・管電流：３０ｍＡ
・スキャン速度：５ｄｅｇ／ｍｉｎ
・ステップ：０．０２ｄｅｇ
・スキャン範囲：２θ＝５度～８０度
〔Ｉｎ２Ｏ３相の結晶粒のサイズ、Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の結晶粒のサイズ、Ｉｎ２Ｏ３相面積率及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相面積率〕
日立ハイテクノロジーズ製の走査型電子顕微鏡ＳＵ３５００を用いて、ターゲット材の表面をＳＥＭ観察するとともに、結晶の構成相や結晶形状の評価を行った。
具体的には、ターゲット材を切断して得られた切断面を、エメリー紙＃１８０、＃４００、＃８００、＃１０００、＃２０００を用いて段階的に研磨し、最後にバフ研磨して鏡面に仕上げた。鏡面仕上げ面をＳＥＭ観察した。結晶形状の評価では、倍率１０００倍、８７．５μｍ×１２５μｍの範囲のＢＳＥ－ＣＯＭＰ像を無作為に１０視野撮影しＳＥＭ像を得た。
得られたＳＥＭ像を、画像処理ソフトウェア：ＩｍａｇｅＪ １．５１ｋ（ｈｔｔｐ：／／ｉｍａｇｅＪ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｉｊ／、提供元：アメリカ国立衛生研究所（ＮＩＨ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ））によって解析した。具体的な手順は以下のとおりである。
ＳＥＭ像撮影時に用いたサンプルを、１１００℃で１時間サーマルエッチングを施し、ＳＥＭ観察を行うことで図３に示す粒界が現れた画像を得た。得られた画像に対し、先ずＩｎ２Ｏ３相（図３中、白く見える領域Ａ）の粒界に沿って描画を行った。すべての描画が完了した後、粒子解析を実施（Ａｎａｌｙｚｅ→Ａｎａｌｙｚｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）して、各粒子における面積を得た。その後、得られた各粒子における面積から、面積円相当径を算出した。１０視野において算出された全粒子の面積円相当径の算術平均値を、Ｉｎ２Ｏ３相の結晶粒のサイズとした。続いてＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相（図３中、黒く見える領域Ｂ）の粒界に沿って描画を行い、同様に解析を施すことによって得られた各粒子における面積から、面積円相当径を算出した。１０視野において算出された全粒子の面積円相当径の算術平均値を、Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の結晶粒のサイズとした。
また、サーマルエッチング前の粒界のないＢＳＥ－ＣＯＭＰ像について、粒子解析を行うことで総面積におけるＩｎ２Ｏ３相の面積の比率を算出した。１０視野において算出された全粒子のそれらの算術平均値を、Ｉｎ２Ｏ３相面積率とした。また１００からＩｎ２Ｏ３相面積率を差し引くことで、Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相面積率を算出した。
なお図４及び図６は、図３の拡大像である。
〔添加元素（Ｘ）の有無及びその定量〕
エダックス製のエネルギー分散型Ｘ線分析装置Ｏｃｔａｎｅ Ｅｌｉｔｅ Ｐｌｕｓを用いて、前記ＳＥＭ観察にて確認されたＩｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相における、各々任意の箇所での点分析によるスペクトル情報を得て、添加元素（Ｘ）含有の有無を確認した。結果を図５及び図７に示す。
〔評価２〕
実施例及び比較例のターゲット材を用いて、図１に示すＴＦＴ素子１をフォトリソグラフィー法により作製した。
ＴＦＴ素子１の作製においては、最初に、ガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ－１０）１０上にゲート電極２０としてＭо薄膜を、ＤＣスパッタリング装置を用いて成膜した。次に、ゲート絶縁膜３０としてＳｉＯｘ薄膜を下記の条件で成膜した。
成膜装置：プラズマＣＶＤ装置 サムコ株式会社製 ＰＤ－２２０２Ｌ
成膜ガス：ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏ／Ｎ２混合ガス
成膜圧力：１１０Ｐａ
基板温度：２５０～４００℃
次に、チャネル層４０を、実施例及び比較例で得られたターゲット材を用いて、下記の条件でスパッタリング成膜を行い、厚さ約１０～５０ｎｍの薄膜を成膜した。
・成膜装置：ＤＣスパッタリング装置 トッキ株式会社製 ＳＭＬ－４６４
・到達真空度：１×１０－４Ｐａ未満
・スパッタガス：Ａｒ／Ｏ２混合ガス
・スパッタガス圧：０．４Ｐａ
・Ｏ２ガス分圧：５０％
・基板温度：室温
・スパッタリング電力：３Ｗ／ｃｍ２
更に、エッチングストッパー層５０として、ＳｉＯｘ薄膜を、前記プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜した。次に、ソース電極６０及びドレイン電極６１としてＭｏ薄膜を、前記ＤＣスパッタリング装置を用いて成膜した。保護層７０として、ＳｉＯｘ薄膜を、前記プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜した。最後に３５０℃で熱処理を実施した。
このようにして得られたＴＦＴ素子１について、ドレイン電圧Ｖｄ＝５Ｖでの伝達特性の測定を行った。測定した伝達特性は、電界効果移動度μ（ｃｍ２／Ｖｓ）、ＳＳ（Ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｓｗｉｎｇ）値（Ｖ／ｄｅｃ）及びしきい電圧Ｖｔｈ（Ｖ）である。伝達特性は、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ株式会社製Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｂ１５００Ａによって測定した。測定結果を表１及び表２に示す。なお表に示していないが、各実施例で得られたＴＦＴ素子１のチャネル層４０がアモルファス構造であることをＸＲＤ測定によって本発明者は確認している。
電界効果移動度とは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）動作の飽和領域において、ドレイン電圧を一定としたときのゲート電圧に対するドレイン電流の変化から求めたチャネル移動度のことであり、値が大きいほど伝達特性が良好である。
ＳＳ値とは、しきい電圧近傍でドレイン電流を１桁上昇させるのに必要なゲート電圧のことであり、値が小さいほど伝達特性が良好である。
しきい電圧とは、ドレイン電極に正電圧をかけ、ゲート電極に正負いずれかの電圧をかけたときにドレイン電流が流れ、１ｎＡとなった場合の電圧であり、値が０Ｖに近いことが好ましい。詳細には、－２Ｖ以上であることが更に好ましく、－１Ｖ以上であることが一層好ましく、０Ｖ以上であることが更に一層好ましい。また、３Ｖ以下であることが更に好ましく、２Ｖ以下であることが一層好ましく、１Ｖ以下であることが更に一層好ましい。具体的には、－２Ｖ以上３Ｖ以下であることが更に好ましく、－１Ｖ以上２Ｖ以下であることが一層好ましく、０Ｖ以上１Ｖ以下であることが更に一層好ましい。
Figure 2023041776000002
Figure 2023041776000003
表１及び表２に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られたターゲット材を用いて製造されたＴＦＴ素子は、伝達特性が優れていることが分かる。１０００μｍ２あたりの空孔の数、空孔の数及びバルク抵抗率のバラつき、算術平均粗さＲａ、最大色差及びＩｎ／Ｚｎ原子比率については表１及び２に示していないが、実施例２ないし１６で得られたターゲット材についても実施例１と同様の結果が得られた。
更に、図２に示す結果から明らかなとおり、実施例１で得られたターゲット材は、Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相を含むものであった。図示していないが、実施例２ないし１６で得られたターゲット材についても同様の結果が得られた。
更に、図５及び図７に示す結果から明らかなとおり、実施例１で得られたターゲット材に含まれるＩｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相はいずれもＴａを含有するものであった。図示していないが、実施例２ないし１６で得られたターゲット材についても同様の結果が得られた。
〔評価３〕
実施例１及び比較例１で得られたターゲット材について、上述した方法でＩｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の分散率を測定した。その結果を以下の表３並びに図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す。
Figure 2023041776000004
図８（ａ）に示す結果から明らかなとおり、実施例１で得られたターゲット材は、Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相が均質に分散していることが分かる。表３に示すとおり、実施例１では１６箇所の分散率が最大でも３．３％であり、Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相が均質に分散していることが裏付けられた。
これに対して図８（ｂ）に示す結果から明らかなとおり、比較例１で得られたターゲット材は、Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相が不均質に分散していることが分かる。
なお、表には示していないが実施例２ないし１６で得られたターゲット材についても、１６箇所の分散率が最大でも１０％以下であったことを本発明者は確認している。
以上、詳述したとおり、本発明のスパッタリングターゲット材を用いることで、パーティクルを抑制でき、異常放電による亀裂を抑制できる。その結果、高い電界効果移動度を有するＴＦＴを容易に製造することができる。

Claims (14)

  1. インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成され、
    添加元素（Ｘ）はタンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びニオブ（Ｎｂ）から選ばれる少なくとも１つの元素からなり、
    各元素の原子比が式（１）ないし（３）を満たし（式中のＸは、前記添加元素の含有比の総和とする。）、
    ０．４≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．８ （１）
    ０．２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．６ （２）
    ０．００１≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１５ （３）
    相対密度が９５％以上である、スパッタリングターゲット材。
  2. 添加元素（Ｘ）がタンタル（Ｔａ）である、請求項１に記載のスパッタリングターゲット材。
  3. 抗折強度が１００ＭＰａ以上である、請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット材。
  4. バルク抵抗率が２５℃において１００ｍΩ・ｃｍ以下である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット材。
  5. Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相を含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット材。
  6. Ｉｎ２Ｏ３相及びＺｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の双方に添加元素（Ｘ）が含まれる、請求項５に記載のスパッタリングターゲット材。
  7. Ｉｎ２Ｏ３相の結晶粒のサイズが０．１μｍ以上３．０μｍ以下であり、
    Ｚｎ３Ｉｎ２Ｏ６相の結晶粒のサイズが０．１μｍ以上３．９μｍ以下である、請求項５又は６に記載のスパッタリングターゲット材。
  8. 式（４）を更に満たす、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット材。
    ０．９７０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｘ）≦０．９９９ （４）
  9. ＪＩＳ－Ｒ－１６１０：２００３に準拠して測定されたビッカース硬度の標準偏差が５０以下である、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット材。
  10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット材を用いて形成された酸化物半導体であって、
    インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成され、
    添加元素（Ｘ）はタンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ニオブ（Ｎｂ）の中から選ばれる少なくとも１つの元素からなり、
    各元素の原子比が式（１）ないし（３）を満たす（式中のＸは、前記添加元素の含有比の総和とする。）、
    ０．４≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．８ （１）
    ０．２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．６ （２）
    ０．００１≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１５ （３）
    酸化物半導体。
  11. インジウム（Ｉｎ）元素、亜鉛（Ｚｎ）元素及び添加元素（Ｘ）を含む酸化物から構成され、
    添加元素（Ｘ）はタンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ニオブ（Ｎｂ）の中から選ばれる少なくとも１つの元素からなり、
    各元素の原子比が式（１）ないし（３）を満たす（式中のＸは、前記添加元素の含有比の総和とする。）、
    ０．４≦（Ｉｎ＋Ｘ）／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．８ （１）
    ０．２≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．６ （２）
    ０．００１≦Ｘ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）≦０．０１５ （３）
    酸化物半導体を有し、
    電界効果移動度が４５ｃｍ２／Ｖｓ以上である、薄膜トランジスタ。
  12. 前記酸化物半導体がアモルファス構造である、請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
  13. 電界効果移動度が７０ｃｍ２／Ｖｓ以上である、請求項１１又は１２に記載の薄膜トランジスタ。
  14. しきい電圧が－２Ｖ以上３Ｖ以下である、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
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