JP6041219B2

JP6041219B2 - スパッタリングターゲット

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Inventors: 英子福島; 上坂　修治郎; 修治郎上坂; 悠玉田
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Description

本発明はスパッタリングターゲットに関し、特に薄膜トランジスタの酸化物半導体膜などに適用されるスパッタリングターゲットに関する。

薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という。）で駆動する方式の液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置では、ＴＦＴのチャネル層に非晶質シリコン膜を採用したものが主流になっている。また、例えば特許文献１に開示されるＩｎ（インジウム）とＧａ（ガリウム）とＺｎ（亜鉛）とＯ（酸素）とを含む酸化物半導体膜（以下、「ＩＧＺＯ薄膜」という。）は、優れたＴＦＴ特性を有するとして実用化されつつある。このＩＧＺＯ薄膜に含まれるＩｎやＧａは、日本ではレアメタル備蓄対象鉱種に指定される希少かつ高価な金属である。

近年、例えば特許文献２〜４に開示されるＺｎ（亜鉛）とＳｎ（錫）とＯ（酸素）とを含む酸化物半導体膜（以下、「ＺＴＯ薄膜」という。）は、希少かつ高価なＩｎやＧａを含まないので注目されつつある。
ＩＧＺＯ薄膜やＺＴＯ薄膜をスパッタリング成膜して製造する場合、当該薄膜に必要な成分組成と実質的に同等な成分組成を有する酸化物焼結体をスパッタリングターゲットに用いることが一般的に行われている。例えば、ＺＴＯ薄膜を製造する場合、アルゴンガスおよび酸素ガスを含む混合ガス雰囲気中で、当該ＺＴＯ薄膜に必要な成分組成を有するスパッタリングターゲット（以下、「ＺＴＯターゲット」という。）からプラズマ放電を発生させる。この放電によって被成膜面上に堆積された堆積物が、ＺＴＯターゲットと実質的に同等な成分組成を有するＺＴＯ薄膜となる。同様に、ＩＧＺＯ薄膜を製造する場合、当該ＩＧＺＯ薄膜に必要な成分組成を有するスパッタリングターゲット（以下、「ＩＧＺＯターゲット」という。）が用いられる。

特開２０１４−６２３１６号公報特開２００９−１２３９５７号公報特開２００７−２７７０７５号公報特開２０１２−１８０２４７号公報

本発明者は、ＺＴＯ薄膜中にＡｌを少なすぎず多すぎない所定の範囲で含有している（以下、「微量のＡｌを含む」ということがある。）と、紫外光または可視光に曝されたときにＴＦＴ特性の劣化が抑制される（以下、「光照射耐性」ということがある。）という知見を得ている（本発明者らによる国際出願第２０１４／０６０４４４）。この際に、ＺＴＯ薄膜が所望の諸特性を有していないことがあった。

上述したスパッタリング成膜では、プラズマ放電を長時間かつ安定に行なうことができるスパッタリングターゲットが必要である。プラズマ放電によってＺＴＯターゲットから飛散した構成物の堆積物であるＺＴＯ薄膜は、当該薄膜が所望の諸特性を有するように調整されたＺＴＯターゲットと実質的に同等もしくは極近似の成分組成を有すると考えられる。しかし、ＺＴＯターゲットから飛散する構成物の成分組成に偏りがあった場合、ＺＴＯ薄膜の成分組成はＺＴＯターゲットと同等にならない。また、特定の成分が濃化したパーティクル（微粒状物）が飛散して混入した場合、ＺＴＯ薄膜の成分組成はＺＴＯターゲットと同等にならないし、ＺＴＯ薄膜の内部に構造的な欠陥が発生する。

上述した問題の有力な原因の一つとしてＺＴＯターゲットの放電面に発生するノジュールが挙げられる。ノジュールは、スパッタリング成膜が進むにつれて、スパッタリングターゲットの放電面に発生する微小な瘤状物である。ノジュールが発生した状態でスパッタリング成膜を続けた場合、異常放電の発生頻度が加速的に高まることにより、所望の諸特性を有する薄膜が得られなくなる。こうしたノジュールや異常放電に係る問題の解決手段として、例えば特許文献４に開示されるビッカース硬さが４００Ｈｖ以上である酸化物焼結体を用いて成るスパッタリングターゲットが提案されている。

しかし、本発明者は、ビッカース硬さが５５０Ｈｖ〜６００ＨｖであるＺＴＯターゲットの放電面にノジュールの発生を確認した（後述する試験ＴＧ２参照）。よって、ノジュールに起因する上述した課題を解決し、スパッタリング成膜時に、特に直流スパッタリング法によるスパッタリング成膜時に、放電面にノジュールが発生し難いスパッタリングターゲット（ＺＴＯターゲット）を提供する。

本発明者は、上述した微量のＡｌを含むＺＴＯターゲットに用いる酸化物焼結体の焼結組織について検討し、ＺＴＯターゲットの放電面に発生するノジュールと、当該放電面に存在するＡｌ含有領域との関係を突き止めた。そして、大きなＡｌ含有領域の生成を抑制するための検討を進める過程において、Ａｌ含有領域が所定の大きさよりも小さい場合、上述した課題が解決できることを見出した。

すなわち本発明は、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）、Ｏ（酸素）、および、Ａｌ（アルミニウム）を含む酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットであって、前記酸化物焼結体は、ＺｎおよびＳｎの合計量に対する［Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）×１００（％）］で表されるＺｎの比率が、原子比率で、５２％を超え７０％以下であり、［（Ａｌの質量）／（酸化物焼結体の全質量）×１００（％）］で表されるＡｌの含有比率が０．００５％〜０．２％であり、前記スパッタリングターゲットの放電面における電子線マイクロアナライザ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｓｅｒ）（以下、「ＥＰＭＡ」という。）の面分析結果の画素の大きさが５μｍ×５μｍ乃至２５μｍ×２５μｍであるデジタル画像で表示されるＡｌ含有領域のそれぞれが［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝７５μｍ、ｙ＝７５μｍ）の範囲に収まっている、スパッタリングターゲットである。なお、放電前のターゲットの放電面は、スパッタリング成膜時に成膜用の基板に対向させるターゲットの面である。また、放電後のターゲットの放電面は、放電によって目減りしたターゲットの面（エロージョン面）である。また、本発明において、前記Ａｌ含有領域のそれぞれが［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝５０μｍ、ｙ＝５０μｍ）の範囲に収まっていることが好ましい。

本発明において、スパッタリングターゲットの放射面における電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）の面分析結果のデジタル画像で表示されるＡｌ含有領域のそれぞれの範囲とは、以下の評価を行うことにより得ることができる。

まず、スパッタリングターゲットの放射面に対しＥＰＭＡを用いた面分析を行う。この面分析は、スパッタリングターゲットのスパッタリング成膜時に放電される側の表面を分析する。そして、その表面に対し、Ａｌを対象とするＥＰＭＡの面分析を行う。このＡｌを対象とする前記ＥＰＭＡの面分析を行うに当たっては、所定の分析条件で行う。具体的な分析条件は、分光器がＷＤＳ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ−ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）、分光結晶がＴＡＰ（ＴｈａｌｌｉｕｍＡｃｉｄＰｈｔｈａｌａｔｅ）、加速電圧が１５［ｋＶ］、照射電流が約５×１０^−７［Ａ］、ビーム径がφ５〜φ２５［μｍ］、および、前記ビームの照射時間が３０［ｍｓ］である。この場合、面分析の最小の領域は、前記ビームの照射を受ける前記ビーム径に対応する個々の面（以下、「単位面」という。）である。

本発明において、Ａｌを対象とした前記ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像（以下、「ＥＰＭＡ画像」ということがある。）を表示するに当たっては、所定の表示条件で行う。具体的な表示条件は、１６階調の明るさで区分して表示するグレースケールである。画素の大きさ（間隔）は前記ビーム径に対応する５μｍ×５μｍ乃至２５μｍ×２５μｍである。グレースケールの最大値は２０００Ｌｅｖｅｌである。この場合、フルスケール（１６階調）が２０００Ｌｅｖｅｌであるため、単位スケール（単位階調）が１２５Ｌｅｖｅｌである。

例えば、前記ＥＰＭＡ画像の画素が０〜１２５（１２５未満）Ｌｅｖｅｌ（第１階調）の黒色で表示されている場合、当該画素に対応する単位面のＡｌの含有比率が０％乃至ほぼ０％であることを示す。また、１２５〜２５０（１２５以上２５０未満）Ｌｅｖｅｌ（第２階調）の画素に対応する単位面のＡｌの含有比率は、第１階調の画素に対応する単位面よりも大きい。よって、画素の表示が、２５０〜３７５（２５０以上３７５未満）Ｌｅｖｅｌ（第３階調）、３７５〜５００（３７５以上５００未満）Ｌｅｖｅｌ（第４階調）、…（中略）…、１８７５〜２０００（１８７５以上）Ｌｅｖｅｌ（第１６階調）と明るくなるに従って、当該画素に対応する単位面のＡｌの含有比率が大きくなる。なお、隣接する２つの階調の閾値（例えば第１階調と第２階調との閾値は１２５である。）が、２つの階調のいずれに属するかは、画像表示プログラムによって異なる。

前記Ａｌ含有領域は、前記ＥＰＭＡ画像において、第２階調〜第１６階調（１２５〜２０００Ｌｅｖｅｌ）で表示された画素に対応する。そして、第２諧調以上の画素が単独あるいは連続している領域をそれぞれのＡｌ含有領域とする。ここで連続しているとは、単独の画素において、辺あるいは角で接触していれば、連続したものとし、その連続した画素の集合体をひとつのＡｌ含有領域とする。例えば、第２階調以上の１つの画素のすべての辺および角が第１階調の画素に隣接する図１に示す表示の場合、当該第２階調以上の図中の破線囲み内の１つの画素がＡｌ含有領域に対応する。この場合、画素の大きさが５μｍ×５μｍならば、ｘ＝画素数（１個）×画素の大きさ（５μｍ）およびｙ＝画素数（１個）×画素の大きさ（５μｍ）であるから、Ａｌ含有領域の範囲は［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝ｙ＝５μｍ）に収まっていると定義する。

また、第２階調以上の３つの画素が辺で隣接する図２に示す表示の場合、当該第２階調以上の３つの画素に第１階調の１つの画素を加えた図中の破線囲み内の４つの画素がＡｌ含有領域に対応する。この場合、画素数が２×２であるから、画素の大きさが５μｍ×５μｍならば、Ａｌ含有領域の範囲は［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝１０μｍ、ｙ＝１０μｍ）に収まっていると定義する。

また、角で隣接する第２階調以上の２つの画素が隣接する図３に示す表示の場合、当該第２階調以上の２つの画素に第１階調の２つの画素を加えた、図中の破線囲み内の４つの画素がＡｌ含有領域に対応する。この場合、画素数が２×２であるから、画素の大きさが５μｍ×５μｍならば、Ａｌ含有領域の範囲は［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝１０μｍ、ｙ＝１０μｍ）に収まっていると定義する。

同様に参酌すれば、図４に示す表示の場合、左側の隣接する第２階調以上の６つの画素、右側の隣接する第２階調以上の５つの画素、および、左側の画素群と右側の画素群とを連結するように中央で隣接する第２階調以上の１つの画素に、前記中央の画素の上下に隣接する第１階調の２つの画素および前記右側の画素群の右下に隣接する第１階調の１つの画素を加えた、図中の破線囲み内の１５個の画素がＡｌ含有領域に対応する。この場合、画素数が５×３であるから、画素の大きさが５μｍ×５μｍならば、Ａｌ含有領域の範囲は［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝２５μｍ、ｙ＝１５μｍ）に収まっていると定義する。

なお、図５に示す表示の場合、左側の画素群と右側の画素群とが隣接していないため、図中左側の破線囲み内の６つの画素に対応するＡｌ含有領域（イ）と、図中右側の破線囲み内の６つの画素に対応するＡｌ含有領域（ロ）とが存在する。この場合、画素の大きさが５μｍ×５μｍならば、Ａｌ含有領域（イ）およびＡｌ含有領域（ロ）ともに［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝１０μｍ、ｙ＝１５μｍ）の範囲に収まっている。

本発明のスパッタリングターゲット（ＺＴＯターゲット）は、スパッタリング成膜時に、特に直流スパッタリング法による成膜時にノジュールが発生し難いため、ノジュールに起因する異常放電およびパーティクルの飛散もまた発生し難い。よって、本開示の実施態様であるＺＴＯターゲットを用いることにより、ノジュールに起因するスパッタ堆積物の成分組成の偏りおよびスパッタ堆積物中へのパーティクルの混入が防止され、所望の諸特性を有するＺＴＯ薄膜を得ることができる。

１つの画素がＡｌ含有領域に対応するＥＰＭＡ画像の表示形態の模式図である。４つの画素で構成された範囲がＡｌ含有領域に対応するＥＰＭＡ画像の表示形態の模式図である。４つの画素で構成された範囲がＡｌ含有領域に対応するＥＰＭＡ画像の表示形態の模式図である。１５個の画素で構成された範囲がＡｌ含有領域に対応するＥＰＭＡ画像の表示形態の模式図である。１５個の画素で構成された範囲内に２つのＡｌ含有領域（イ）（ロ）が存在するＥＰＭＡ画像の表示形態の模式図である。試験ＴＧ１の放電前の放電面の一部分を示す図（写真）である。試験ＴＧ１の放電後の放電面の一部分を示す図（写真）である。試験ＴＧ２の放電前の放電面の一部分を示す図（写真）である。試験ＴＧ２の放電後の放電面の一部分を示す図（写真）である。試験ＴＧ１（放電前）の放電面の一部分のＺｎ分布を示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ１（放電前）の放電面の一部分のＳｎ分布を示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ１（放電前）の放電面の一部分のＯ（酸素）分布を示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ１（放電前）の放電面の一部分のＡｌ分布を示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ２（放電前）の放電面の一部分のＺｎ分布を示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ２（放電前）の放電面の一部分のＳｎ分布を示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ２（放電前）の放電面の一部分のＯ（酸素）分布を示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ２（放電前）の放電面の一部分のＡｌ分布を示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ１（放電前）の放電面の一部分のＡｌ分布を所定の表示条件で示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。図１８に示すＡｌ分布に存在するＡｌ含有領域を拡大して所定の表示条件で示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。試験ＴＧ２（放電前）の放電面の一部分のＡｌ分布を所定の表示条件で示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。図２０に示すＡｌ分布に存在するＡｌ含有領域を拡大して所定の表示条件で示す図（ＥＰＭＡの面分析のデジタル画像）である。

本発明のスパッタリングターゲット（ＺＴＯターゲット）は、Ｚｎ、Ｓｎ、およびＯを含む、酸化物焼結体（以下、「ＺＴＯ焼結体」という。）を用いるＺＴＯターゲットである。ＺＴＯターゲットに用いるＺＴＯ焼結体には、微量のＡｌを含み、［（Ａｌの質量）／（酸化物焼結体の全質量）×１００（％）］で表されるＡｌの含有比率が０．００５％〜０．２％である。材料コストの観点では、ＺＴＯターゲットは、希少かつ高価なＩｎやＧａを含まないＺＴＯ焼結体を用いるため、ＩＧＺＯターゲットよりも有利である。

Ａｌの含有比率が前記範囲（０．００５％〜０．２％）であるＺＴＯターゲットは、キャリアの制御が可能であるとともに光ストレス耐性を有するＺＴＯ薄膜をスパッタリング成膜することができる。光ストレス耐性を有するＺＴＯ薄膜は、紫外光または可視光に曝された後の特性の劣化が抑制され、例えばゲート電圧（Ｖｇ）とドレイン電流（Ｉｄ）に係るＶｇ−Ｉｄ特性の変化を小さく抑えることができるという知見を得ている（本発明者らによる国際出願第２０１４／０６０４４４）。この場合、ＺＴＯ薄膜は、ＩＧＺＯ薄膜と同等またはそれ以上の良質かつ高特性のＴＦＴの実用化のために有効である。Ｖｇ−Ｉｄ特性の変化を抑制する観点では、Ａｌは、０．００８質量％〜０．１質量％でもよく、０．００８質量％〜０．０５質量％でもよい。

本発明におけるＺＴＯ焼結体は、Ｚｎを含むＺｎ酸化物（ＺｎＯなど）、Ｓｎを含むＳｎ酸化物（ＳｎＯ_２など）、および、ＺｎおよびＳｎを含むＺｎＳｎ複合酸化物（Ｚｎ_２ＳｎＯ_４など）から成るマトリックス相を有する。そして、そのマトリックス相に分散するように、Ａｌを含むＡｌ含有領域を有する。ＺＴＯターゲットと実質的に同等の成分組成を有するＺＴＯ薄膜を得る場合、ＺＴＯ焼結体のマトリックス相に分散するそれぞれのＡｌ含有領域が小さいＺＴＯ焼結体を用いるのがよい。また、小さいＡｌ含有領域の分散状態が均等的であればよりよい。

Ａｌ含有領域は、Ａｌを含む領域であり、例えばＡｌ酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３など）を含み、マトリックス相を構成する上述した酸化物よりも硬質である。スパッタリング成膜時に放電が発生すると、ターゲットの構成物質がターゲットの放電面から飛散する。この際に軟質なマトリックス相が優先的に消費された結果、硬質なＡｌ含有領域が瘤状物となってターゲットの放電面に出現することがある。たとえ１個の瘤状物であったとしても、それが大きな瘤状物である場合、ＺＴＯ薄膜の性能に影響を及ぼすことがある。また、個々は微細な瘤状物であったとしても、微細な瘤状物が局所的に集合して１つの大きな瘤状物であるかのような形態を有する場合、ＺＴＯ薄膜の性能に影響を及ぼすことがある。つまり、硬質なＡｌ含有領域がターゲットの放電面に出現した場合、１個の大きな瘤状物であったり、１つの大きな瘤状物のような形態を有していたりすると、ＺＴＯ薄膜の性能に影響を及ぼす有害なノジュールになる。

従って、ＺＴＯ焼結体のマトリックス相に存在するＡｌ含有領域、すなわち個々のＡｌ含有領域および局所的に集合して１つの領域であるかのような形態を有するＡｌ含有領域が、より微細であるのがよい。具体的には、ＥＰＭＡ画像で表示されるＺＴＯターゲットの放電面に存在するそれぞれのＡｌ含有領域の範囲が［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝７５μｍ、ｙ＝７５μｍ）に収まっているのがよい。この構成を有するＺＴＯターゲットは、ターゲットの放電面のノジュールの発生が抑制される。また、より微細である観点では、ＥＰＭＡ画像で表示される前記Ａｌ含有領域の範囲が［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝５０μｍ、ｙ＝５０μｍ）に収まっていることが好ましい。

ＺＴＯ焼結体は、Ｚｎを含む酸化物（ＺｎＯなど）、Ｓｎを含む酸化物（ＳｎＯ_２など）、および、ＺｎおよびＳｎを含むＺｎＳｎ複合酸化物（Ｚｎ_２ＳｎＯ_４など）を合計量で、酸化物焼結体の全量に対する質量比率で５０質量％以上含んでよい。ここで、「Ｚｎを含む酸化物およびＳｎを含む酸化物が合計量で５０質量％以上」であることは、その酸化物焼結体にＺｎを含む酸化物およびＳｎを含む酸化物が含まれていることを意味する。ＺｎＯなどのＺｎを含む酸化物の含有比率が高いＺＴＯ薄膜は優れたエッチング耐性を有することが知られている。従って、Ｚｎを含む酸化物の含有比率が高い酸化物焼結体を用いて成るＺＴＯターゲットを用いることにより、ＩＧＺＯ薄膜よりも格段に高いエッチング耐性を有するＺＴＯ薄膜を得ることができる。

また、ＺｎとＳｎの比率が所定の範囲であるＺＴＯ薄膜は、ＴＦＴにおけるキャリアの移動度が良好に維持されることが知られている。従って、ＺＴＯ焼結体は、ＺｎおよびＳｎの合計量に対する［Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）×１００（％）］で表されるＺｎの比率（以下、「ｚ値」ということがある。）が、原子比率で、５２％を超え８０％以下であることがよい。ｚ値が８０％以下であることで、ＺＴＯ薄膜のキャリアの移動度が良好に維持される。また、ｚ値が５２％を超える範囲であることで、エッチング液に対する耐性が強くなり過ぎず、ＺＴＯ薄膜を所望のパターンに形成するときのエッチング性がより良好になる。すなわち、ｚ値を５２％を超え８０％以下の範囲とすることで、ＺＴＯ薄膜のエッチングのしやすさとキャリア移動度とのバランスが良好になる。ｚ値の範囲は、５９％〜７０％が好ましい。

ＺＴＯ焼結体は、微量であればＺｎ、Ｓｎ、Ｏ、およびＡｌを除く他元素を更に含んでいてもよい。この微量元素としては、例えばＳｉ（珪素）が挙げられる。ＺＴＯ焼結体は、Ａｌの含有量を超えない範囲のＳｉを、［（Ａｌの質量＋Ｓｉの質量）／酸化物焼結体の全質量×１００（％）］で表されるＡｌおよびＳｉの含有比率が０．１％以下の範囲で含むことにより、焼結密度（相対密度）が向上する。

その他、含有されていてもよい微量元素は、例えば、Ａｌと同じ傾向の効果をもたらすと考えられるＧａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｎｂ（ニオビウム）、Ｃｒ（クロミウム）、Ｂ（硼素）、Ｖ（バナジウム）、および、Ｆｅ（鉄）や、Ｓｉと同じ傾向の効果をもたらすと考えられるＧｅ（ゲルマニウム）、Ｐｂ（鉛）、Ａｓ（砒素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）が挙げられる。また、原料や製造工程に由来して混入しやすい微量元素は、上述したＦｅ、Ｐｂ、Ｓｂに加えて、Ｃ（炭素）、Ｓ（硫黄）、Ｐ（燐）、Ｎ（窒素）、Ｈ（水素）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｄ（カドミウム）が挙げられる。Ｚｎ、Ｓｎ、Ｏ、およびＡｌ以外の他元素（Ｓｉを含む）は、ＺＴＯ焼結体の全質量に対して０．０３質量％未満の範囲に抑制するのがよい。また、前記他元素は、Ａｌの含有量を超えない範囲に抑制するのがよい。

ＺＴＯ焼結体を用いて成るＺＴＯターゲットの放電面は、ビッカース硬さが３００Ｈｖ以上であるとよく、４００Ｈｖ以上さらには５００Ｈｖ以上であるとよりよい。これに対応して、ＺＴＯ焼結体の焼結密度（相対密度）は、９２％以上であるとよく、９３％以上さらには９５％以上であるとよりよい。ビッカース硬さは、ＪＩＳ−Ｚ２２４４（２００９）で規定され、試験片に四角すいのダイヤモンド圧子を押し込んで形成された窪みの断面積に基づいて求めることができる。

ＺＴＯターゲットは、本発明の技術分野では比抵抗とも呼ぶ体積抵抗率が、小さいほどよい。特に直流スパッタリング法（例えばＤＣマグネトロンスパッタリング法）による成膜時の直流放電安定性などの観点では、体積抵抗率は０．１０［Ω・ｃｍ］以下がよい。

以下、本発明のスパッタリングターゲット（ＺＴＯターゲット）の実施形態について、実施例および比較例を挙げて、更に具体的に説明する。但し、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。

（ＺＴＯターゲットの作製）
微量のＡｌを含むＺＴＯターゲットを製造する場合、Ｚｎを含む酸化物原料およびＳｎを含む酸化物原料に、Ａｌを含む酸化物原料またはＡｌおよびＺｎを含む酸化物原料を混合するとよい。このような製造方法において、ＺＴＯ焼結体に含まれるＡｌ含有領域は、酸化物原料などの混合や混練、その後の成形や焼結といった一連の製造プロセスやその適用条件などにより、一様ではなく様々な大きさや形態で存在している可能性がある。こうした観点に留意し、本発明者はＺＴＯターゲットを作製した。

まず、粉末原料を準備した。ＡｌやＳｉなどの微量元素を実質的に含有していない高純度の粉末であって、Ｚｎを含む酸化亜鉛粉末（以下、「ＺｎＯ粉末」という。）およびＳｎを含む酸化スズ粉末（ＩＶ）「以下、「ＳｎＯ_２粉末」という。」を準備した。また、Ｚｎに所定量のＡｌを含むＡｌ含有酸化亜鉛粉末（以下、「ＡＺＯ粉末」という。）を準備した。

ＺｎＯ粉末とＳｎＯ_２粉末とを混合し、十分に混練し、ＺｎＯ粉末およびＳｎＯ_２粉末の混合粉末を作製した。次いで、前記混合粉末とＡＺＯ粉末とを混合し、十分に混練し、その後にバインダなどを混合し、さらに十分に混練し、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｏ、およびＡｌを含む第１の成形用粉末を作製した。この際に、ＡＺＯ粉末の配合量が、酸化物焼結体の全質量に対してＡｌが０．１質量％の含有比率であるように調整した。最終的に前記第１の成形用粉末に含まれるＺｎＯ粉末とＳｎＯ_２粉末の配合量は、酸化物焼結体〔（ＺｎＯ）ｚ（ＳｎＯ_２）１−ｚ〕としたときにモル比がｚ＝０．７であった。次いで、前記第１の成形用粉末を用いて成形体を成形し、その成形体からバインダなどを除去して粉末を焼結し、第１の複数のＺＴＯ焼結体を作製した。次いで、第１の複数のＺＴＯ焼結体を所定の形状に加工し、放電面を有する第１のＺＴＯターゲット（以下、「試験ＴＧ１」という。）を得た。

続いて、試験ＴＧ１と同じＺｎＯ粉末、ＳｎＯ_２粉末、およびＡＺＯ粉末を同時に混合し、十分に混練し、その後にバインダなどを混合し、さらに十分に混練し、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｏ、およびＡｌを含む第２の成形用粉末を作製した。この際に、試験ＴＧ１と同様に、最終的に前記第２の成形用粉末に含まれるＺｎＯ粉末とＳｎＯ_２粉末とがモル比でｘ＝０．７、Ａｌが０．１質量％の含有比率であるように、各粉末の配合量を調整した。次いで、前記第２の成形用粉末を用いて成形体を成形し、その成形体からバインダなどを除去して粉末を焼結し、第２の複数のＺＴＯ焼結体を作製した。次いで、第２の複数のＺＴＯ焼結体を試験ＴＧ１と同じ形状に加工し、放電面を有する第２のＺＴＯターゲット（以下、「試験ＴＧ２」という。）を得た。

上述のようにして作製したＺＴＯターゲットである試験ＴＧ１および試験ＴＧ２の焼結密度（相対密度）を測定した。焼結密度は、試験ＴＧ１が９３．７％で、試験ＴＧ２が９６．４％であった。また、試験ＴＧ１および試験ＴＧ２の放電面（放電前）のビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さは、試験ＴＧ１が３５０Ｈｖ〜４００Ｈｖで、試験ＴＧ２が５５０Ｈｖ〜６００Ｈｖであった。

次に、試験ＴＧ１および試験ＴＧ２を用いてスパッタリング成膜試験を行った。この際に、スパッタリング前（放電前）およびスパッタリング後（放電後）に、試験ＴＧ１および試験ＴＧ２の放電面を金属顕微鏡で観察した。
（試験ＴＧ１の放電面）
図６に示す試験ＴＧ１のスパッタリング前（放電前）の放電面は、図中の斜方向に加工痕を有していたが、その他の異常な形態は特に観察されなかった。図７に示す試験ＴＧ１のスパッタリング後（放電後）の放電面は、放電前の加工痕が消失した均一な粗面を有していた。また、試験ＴＧ１のスパッタリング後（放電後）の放電面には、ノジュールやその他の異常な形態は観察されなかった。この結果より、スパッタリング後に放電面が均一に粗面化した試験ＴＧ１は、スパッタリング時の放電安定性が良好であったことが分る。

（試験ＴＧ２の放電面）
図８に示す試験ＴＧ２のスパッタリング前（放電前）の放電面は、図中の斜方向に僅かな加工痕を有しているとともに、黒色の斑点のように見える模様が観察された。図９に示す試験ＴＧ２のスパッタリング後（放電後）の放電面は、放電前の加工痕が消失した粗面を有していた。また、試験ＴＧ２のスパッタリング後（放電後）の放電面には、中央部が白色で周囲が黒色の斑紋のように見える大小の模様が多数観察された。こうした結果より、試験ＴＧ２の放電面に発生し、試験ＴＧ１では見られなかった前記模様は、大きなＡｌ含有領域が存在していたことによるノジュールと推定される。よって、試験ＴＧ２は、試験ＴＧ１よりもスパッタリング成膜時の放電安定性が劣っていたと考えられる。

（試験ＴＧ１および試験ＴＧ２の焼結組織）
試験ＴＧ１および試験ＴＧ２の放電面（放電前）をＥＰＭＡの面分析で観察した。ＥＰＭＡは、日本電子株式会社（ＪＥＯＬ）製のＪＸＡ−８９００ＲＷＤ／ＥＤＣＯＭＢＩＮＥＤＭＩＣＲＯＡＮＡＬＹＺＥＲを使用した。面分析の分析条件は上述した所定の分析条件である。ビーム径は、試験ＴＧ１の場合がφ５μｍ、試験ＴＧ２の場合がφ２５μｍである。

試験ＴＧ１の放電面の一部分のＺｎ分布、Ｓｎ分布、Ｏ（酸素）分布およびＡｌ分布を、ＥＰＭＡの面分析の同視野のデジタル画像で図１０、図１１、図１２および図１３に示す。同様に、試験ＴＧ２の放電面の一部分のＺｎ分布、Ｓｎ分布、Ｏ（酸素）分布およびＡｌ分布を、ＥＰＭＡの面分析の同視野のデジタル画像で図１４、図１５、図１６および図１７に示す。ここでは、試験ＴＧ１および試験ＴＧ２の放電面に存在するＡｌの分散状態をより明確に表示するために、Ａｌ分布の表示のグレースケールの最大値は４００Ｌｅｖｅｌである。また、図１４〜図１７のデジタル画像の表示の拡大率は、図１０〜図１３の約３．４倍である。

試験ＴＧ１の焼結組織は、Ｚｎ、ＳｎおよびＯがほぼ均一に分散したマトリックス相を有していることが分る。例えば、図１０を見ると、Ｚｎが中濃度であることを示す灰色の領域が広がっている。灰色の領域はＺｎが他の元素と共存している組織である。Ｚｎが高濃度であることを示す白色の小さな点が、前記灰色の組織の中に網目状の模様をなすように広がっている。白色の小さな点は網目状の模様の内側にも分布している。Ｚｎが低濃度であることを示す黒色の小さな点が、白色の点がなす網目状の模様に沿うように分布している。また、図１０と、図１１および図１２とを比較すると、ＳｎおよびＯがＺｎと概ね同様な形態で分布していることが分る。また、図１０と図１３とを比較すると、ＡｌがＺｎの網目状の模様の網目に沿うように分布していることが分る。

試験ＴＧ２の焼結組織は、試験ＴＧ１と同様な形態のＺｎ、Ｓｎ、Ｏがほぼ均一に分散しているマトリックス相を有していることが分る。しかし、放電面にノジュールが発生した試験ＴＧ２では、Ａｌ分布の形態に明確な差異が認められた。試験ＴＧ１（図１３）では白色の小さな点が概ね均一に分散していたが、試験ＴＧ２（図１７）では白色のかなり大きな複数の点が認められた。白色のかなり大きな複数の点は、Ａｌが高濃度であることを示す。例えば、図１７中の白色の大きな点が存在する中央から右上の領域に対応する図１５中の領域には、Ｓｎの低濃度または欠乏を示す黒色の大きな点がある。図１７中の前記領域に対応する図１６中の領域には、Ｏが高濃度であることを示す白色の大きな点がある。Ａｌの白色の大きな点、Ｓｎの黒色の大きな点、およびＯの白色の大きな点の位置は、よく一致している。この結果より、Ａｌの白色の大きな点は、Ａｌを含む酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３など）が存在するＡｌ含有領域であることが分る。

（試験ＴＧ１および試験ＴＧ２のＡｌ含有領域）
試験ＴＧ１および試験ＴＧ２の放電面（放電前）のＡｌ含有領域について説明する。試験ＴＧ１および試験ＴＧ２の放電面のＡｌ分布を図１８および図２０に示す。また、図１８および図２０の一部分の拡大表示を図１９および図２１に示す。面分析のデジタル画像の表示条件は上述した所定の表示条件である。面分析のビーム径に対応する画素の大きさは、試験ＴＧ１の場合が５μｍ×５μｍ、試験ＴＧ２の場合が２５μｍ×２５μｍである。明るさで第１階調から第１６階調まで１６に区分したグレースケールの最大値は２０００Ｌｅｖｅｌである。

試験ＴＧ１（図１８）には、図中の中央やや上方に、Ａｌが高濃度であることを示す３つの白色の領域、すなわちＡｌ含有領域が認められる。加えて、幾つかの灰色の小さい点も認められる。図１８中の３つの白色の領域を含む部分を拡大して図１９に示す。図１９中の３つのＡｌ含有領域１０、１１、１２は、画素数がそれぞれ２×３、２×３および３×３である。この場合、画素の大きさが５μｍ×５μｍであるから、Ａｌ含有領域１０、１１、１２の範囲は、それぞれ［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝１０μｍ、１５ｙ＝μｍ）、［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝１０μｍ、ｙ＝１５μｍ）および［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝１５μｍ、ｙ＝１５μｍ）に収まっている。よって、試験ＴＧ１のＡｌ含有領域１０、１１、１２は、本発明者がノジュールの発生が抑制されると規定した［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝７５μｍ、ｙ＝７５μｍ）に収まっていた。

試験ＴＧ２（図２０）には、図中の３箇所に、Ａｌが高濃度であることを示す３つの白色の領域、すなわちＡｌ含有領域が認められる。図２０中の左下にある最も大きな白色の領域を含む部分を拡大して図２１に示す。図２１中のＡｌ含有領域１３の画素数は５×５である。この場合、画素の大きさが２５μｍ×２５μｍであるから、Ａｌ含有領域１３の範囲は、［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝１２５μｍ、ｙ＝１２５μｍ）まで拡がっている。よって、放電面にノジュールが発生した試験ＴＧ２のＡｌ含有領域１３は、［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝７５μｍ、ｙ＝７５μｍ）に収まっていないことが分った。

本発明の実施形態であるスパッタリングターゲット（ＺＴＯタ０ゲット）は、酸化物半導体膜（ＺＴＯ薄膜）をスパッタリング成膜するためのスパッタリングターゲットとして適用することができる。

１０〜１３Ａｌ含有領域

Claims

Ｚｎ、Ｓｎ、Ｏ、および、Ａｌを含む酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットであって、
前記酸化物焼結体は、ＺｎおよびＳｎの合計量に対する［Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）×１００（％）］で表されるＺｎの比率が、原子比率で、５２％を超え７０％以下であり、［（Ａｌの質量）／（酸化物焼結体の全質量）×１００（％）］で表されるＡｌの含有比率が０．００５％〜０．２％であり、
前記スパッタリングターゲットの放電面における電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）の面分析結果の画素の大きさが５μｍ×５μｍ乃至２５μｍ×２５μｍであるデジタル画像で表示されるＡｌ含有領域のそれぞれが［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝７５μｍ、ｙ＝７５μｍ）の範囲に収まっている、スパッタリングターゲット。
前記Ａｌ含有領域のそれぞれが［ｘ］×［ｙ］（ｘ＝５０μｍ、ｙ＝５０μｍ）の範囲に収まっている、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。