JP7263408B2 - 結晶質酸化物薄膜、アモルファス酸化物薄膜、薄膜トランジスタ、及び電子機器 - Google Patents

結晶質酸化物薄膜、アモルファス酸化物薄膜、薄膜トランジスタ、及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、結晶構造化合物、酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、結晶質酸化物薄膜、アモルファス酸化物薄膜、薄膜トランジスタ、及び電子機器に関する。
薄膜トランジスタに用いられるアモルファス（非晶質）酸化物半導体は、汎用のアモルファスシリコン（アモルファスシリコンをａ－Ｓｉと略記する場合がある。）に比べて高いキャリア移動度を有し、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できる。そのため、アモルファス（非晶質）酸化物半導体は、大型、高解像度、及び高速駆動が要求される次世代ディスプレイ、及び耐熱性の低い樹脂基板等への適用が期待されている。
上記酸化物半導体（膜）の形成に当たっては、スパッタリングターゲットをスパッタリングするスパッタリング法が好適に用いられている。これは、スパッタリング法で形成された薄膜が、イオンプレーティング法、真空蒸着法、又は電子ビーム蒸着法で形成された薄膜に比べ、膜面方向（膜面内）における成分組成、及び膜厚等の面内均一性に優れており、スパッタリングターゲットと成分組成が同じであるためである。
特許文献１には、ＧａＡｌＯ３化合物を含むセラミックス体が例示されているが、酸化物半導体に関する記載はない。
特許文献２には、酸化インジウムに正３価の金属酸化物を含有させた結晶性の酸化物半導体膜を有する薄膜トランジスタに関する記載がある。
特許文献３には、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１～０．１２であり、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び酸化ホウ素から選ばれる１種又は２種以上の酸化物が添加されている酸化物焼結体が記載されている。
特許文献４には、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．１０～０．１５である酸化物焼結体に関する記載がある。
特許文献５には、酸化ガリウムと酸化アルミニウムを含有する酸化インジウムの酸化物焼結体の記載がある。この酸化物焼結体において、全金属元素に対するガリウム元素の含有量（原子比）は、０．０１～０．０８であり、全金属元素に対するアルミニウム元素の含有量（原子比）は、０．０００１～０．０３である。実施例２には、Ｇａの添加量が５．７ａｔ％であり、Ａｌの添加量が２．６ａｔ％であり、１６００℃、１３時間で焼成した場合、Ｉｎ２Ｏ３（ビックスバイト）が観察されることが記載されている。
特許文献６には、Ｇａをドープした酸化インジウムを含み、正４価の原子価を示す金属を、Ｇａとインジウムの合計に対して１００原子ｐｐｍ超７００原子ｐｐｍ以下含み、前記Ｇａをドープした酸化インジウムの原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１～０．１５であり、結晶構造が、実質的に酸化インジウムのビックスバイト構造からなる酸化物焼結体に関する記載がある。
特許文献７には、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１～０．０８であり、全金属原子に対するインジウムとガリウムの含有率が８０原子％以上であり、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造を有し、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び酸化ホウ素から選ばれる１種又は２種以上の酸化物が添加された酸化物焼結体に関する記載がある。特許文献７によれば、Ｇａの添加量が７．２ａｔ％であり、Ａｌの添加量が２．６ａｔ％である場合、焼結温度が１４００℃である焼結体中には、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造が確認されている。
特許文献８には、酸化インジウム、酸化ガリウム、及び酸化アルミニウムからなる焼結体で、前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下であり、前記アルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満で、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、Ｉｎ２Ｏ３相以外の生成相としてβ－Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいはβ－Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相を含む酸化物焼結体に関する記載がある。Ｇａの添加量が２０ａｔ％とＡｌの添加量が１ａｔ％、及びＧａの添加量が２５ａｔ％とＡｌの添加量が５ａｔ％の混合物を１４００℃、２０時間焼成した場合、Ｉｎ２Ｏ３相及びＧａＩｎＯ３相が析出することがＸＲＤチャートから確認できると記載されている。
特開２００４－００８９２４号公報 国際公開第２０１０／０３２４３１号 国際公開第２０１０／０３２４２２号 特開２０１１－１４６５７１号公報 特開２０１２－２１１０６５号公報 特開２０１３－０６７８５５号公報 特開２０１４－０９８２１１号公報 国際公開第２０１６／０８４６３６号
さらなる高性能なＴＦＴへの強い要求があり、ＣＶＤ等のプロセス前後での特性変化が小さく（プロセス耐久性が高く）、高移動度を実現するための材料への要望も大きい。
本発明の目的は、安定したスパッタリングを実現すること、及びスパッタリングによって得られた薄膜を備えるＴＦＴにおいてプロセス耐久性が高く、高移動度を実現することのできる結晶構造化合物、当該結晶構造化合物を含む酸化物焼結体、当該酸化物焼結体を含むスパッタリングターゲットを提供することである。
本発明の別の目的は、プロセス耐久性が高く、高い移動度を有する薄膜トランジスタ及び当該薄膜トランジスタを有する電子機器を提供することである。
本発明の別の目的は、当該薄膜トランジスタに使用する結晶質酸化物薄膜及びアモルファス酸化物薄膜を提供することである。
本発明によれば、以下の結晶構造化合物、酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、結晶質酸化物薄膜、アモルファス酸化物薄膜、薄膜トランジスタ、及び電子機器が提供される。
［１］．下記組成式（１）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａ。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（１）
（前記組成式（１）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．３３、
０．１７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
３１°～３４°・・・（Ａ）
３６°～３９°・・・（Ｂ）
３０°～３２°・・・（Ｃ）
５１°～５３°・・・（Ｄ）
５３°～５６°・・・（Ｅ）
６２°～６６°・・・（Ｆ）
９°～１１° ・・・（Ｇ）
１９°～２１°・・・（Ｈ）
４２°～４５°・・・（Ｉ）
８°～１０° ・・・（Ｊ）
１７°～１９°・・・（Ｋ）
［２］．下記組成式（２）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａ。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
（前記組成式（２）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．４３、
０．０７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
３１°～３４°・・・（Ａ）
３６°～３９°・・・（Ｂ）
３０°～３２°・・・（Ｃ）
５１°～５３°・・・（Ｄ）
５３°～５６°・・・（Ｅ）
６２°～６６°・・・（Ｆ）
９°～１１° ・・・（Ｇ）
１９°～２１°・・・（Ｈ）
４２°～４５°・・・（Ｉ）
８°～１０° ・・・（Ｊ）
１７°～１９°・・・（Ｋ）
［３］．下記組成式（１）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａのみからなる酸化物焼結体。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（１）
（前記組成式（１）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．３３、
０．１７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
３１°～３４°・・・（Ａ）
３６°～３９°・・・（Ｂ）
３０°～３２°・・・（Ｃ）
５１°～５３°・・・（Ｄ）
５３°～５６°・・・（Ｅ）
６２°～６６°・・・（Ｆ）
９°～１１° ・・・（Ｇ）
１９°～２１°・・・（Ｈ）
４２°～４５°・・・（Ｉ）
８°～１０° ・・・（Ｊ）
１７°～１９°・・・（Ｋ）
［４］．下記組成式（２）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａのみからなる酸化物焼結体。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
（前記組成式（２）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．４３、
０．０７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
３１°～３４°・・・（Ａ）
３６°～３９°・・・（Ｂ）
３０°～３２°・・・（Ｃ）
５１°～５３°・・・（Ｄ）
５３°～５６°・・・（Ｅ）
６２°～６６°・・・（Ｆ）
９°～１１° ・・・（Ｇ）
１９°～２１°・・・（Ｈ）
４２°～４５°・・・（Ｉ）
８°～１０° ・・・（Ｊ）
１７°～１９°・・・（Ｋ）
［５］．下記組成式（１）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａを含む酸化物焼結体。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（１）
（前記組成式（１）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．３３、
０．１７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
３１°～３４°・・・（Ａ）
３６°～３９°・・・（Ｂ）
３０°～３２°・・・（Ｃ）
５１°～５３°・・・（Ｄ）
５３°～５６°・・・（Ｅ）
６２°～６６°・・・（Ｆ）
９°～１１° ・・・（Ｇ）
１９°～２１°・・・（Ｈ）
４２°～４５°・・・（Ｉ）
８°～１０° ・・・（Ｊ）
１７°～１９°・・・（Ｋ）
［６］．下記組成式（２）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａを含む酸化物焼結体。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
（前記組成式（２）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．４３、
０．０７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
３１°～３４°・・・（Ａ）
３６°～３９°・・・（Ｂ）
３０°～３２°・・・（Ｃ）
５１°～５３°・・・（Ｄ）
５３°～５６°・・・（Ｅ）
６２°～６６°・・・（Ｆ）
９°～１１° ・・・（Ｇ）
１９°～２１°・・・（Ｈ）
４２°～４５°・・・（Ｉ）
８°～１０° ・・・（Ｊ）
１７°～１９°・・・（Ｋ）
［７］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）で囲まれる組成範囲内にある、［５］又は［６］に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：２２：３３ ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６： １：３３ ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５４：４５： １ ・・・（Ｒ５）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：４５：１０ ・・・（Ｒ６）
［８］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１－１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）、（Ｒ５－１）及び（Ｒ６－１）で囲まれる組成範囲内にある、［５］又は［６］に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４７ ：２０ ：３３ ・・・（Ｒ１―１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６ ： １ ：３３ ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０ ： １ ： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０ ： ８．５： １．５ ・・・（Ｒ４－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５５．５：４３ ： １．５ ・・・（Ｒ５－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４７ ：４３ ：１０ ・・・（Ｒ６－１）
［９］．Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物を含む、［５］から［８］のいずれか一項に記載の酸化物焼結体。
［１０］．前記Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物にガリウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかが固溶している、
［９］に記載の酸化物焼結体。
［１１］．前記結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相に、前記Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散しており、
焼結体を電子顕微鏡で観察した時の視野において、前記視野の面積に対して前記結晶構造化合物Ａの面積の割合が、７０％以上１００％以下である、
［９］又は［１０］に記載の酸化物焼結体。
［１２］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ７）、（Ｒ８）、及び（Ｒ９）で囲まれる組成範囲内にある、
［５］から［１１］のいずれか一項に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：２２：３３ ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６： １：３３ ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６９： １：３０ ・・・（Ｒ７）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６９：１５：１６ ・・・（Ｒ８）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：３９：１６ ・・・（Ｒ９）
［１３］．前記結晶構造化合物Ａの結晶粒子が連結した相と、前記Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が連結した相と、を含み、
焼結体を電子顕微鏡で観察した時の視野において、前記視野の面積に対して前記結晶構造化合物Ａの面積の割合が、３０％超７０％未満である、
［９］又は［１０］に記載の酸化物焼結体。
［１４］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１０）、（Ｒ１１）、（Ｒ１２）、（Ｒ１３）及び（Ｒ１４）で囲まれる組成範囲内にある、
［５］、［６］、［７］、［８］、［９］、［１０］又は［１３］に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７２：１２：１６ ・・・（Ｒ１０）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８：１２：１０ ・・・（Ｒ１１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８：２１： １ ・・・（Ｒ１２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７７：２２： １ ・・・（Ｒ１３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６２：２２：１６ ・・・（Ｒ１４）
［１５］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１０）、（Ｒ１１）、（Ｒ１２－１）、（Ｒ１３－１）及び（Ｒ１４）で囲まれる組成範囲内にある、
［５］、［６］、［７］、［８］、［９］、［１０］又は［１３］に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７２ ：１２ ：１６ ・・・（Ｒ１０）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８ ：１２ ：１０ ・・・（Ｒ１１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８ ：２０．５： １．５ ・・・（Ｒ１２－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７６．５：２２ ： １．５ ・・・（Ｒ１３－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６２ ：２２ ：１６ ・・・（Ｒ１４）
［１６］．前記Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子からなる相に、前記結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散しており、
焼結体を電子顕微鏡で観察した時の視野において、前記視野の面積に対して前記結晶構造化合物Ａの面積の割合が０％超３０％以下である、
［９］又は［１０］に記載の酸化物焼結体。
［１７］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ１２）、（Ｒ１５）及び（Ｒ１６）で囲まれる組成範囲内にある、
［５］、［６］、［７］、［８］、［９］、［１０］又は［１６］に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８：２１： １ ・・・（Ｒ１２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８： ５：１７ ・・・（Ｒ１５）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
［１８］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ３）、（Ｒ４－１）、（Ｒ１２－１）、（Ｒ１５）及び（Ｒ１６）で囲まれる組成範囲内にある、
［５］、［６］、［７］、［８］、［９］、［１０］又は［１６］に記載の酸化物焼結体。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １ ： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ８．５： １．５ ・・・（Ｒ４－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８：２０．５： １．５ ・・・（Ｒ１２－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８： ５ ：１７ ・・・（Ｒ１５）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １ ：１７ ・・・（Ｒ１６）
［１９］．前記Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の格子定数が、１０．０５×１０－１０ｍ以上、１０．１１４×１０－１０ｍ以下である
［９］から［１８］のいずれか一項に記載の酸化物焼結体。
［２０］．［３］から［１９］のいずれか一項に記載の酸化物焼結体を用いたスパッタリングターゲット。
［２１］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲内にある結晶質酸化物薄膜。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２：１７： １ ・・・（Ｒ１７）
［２２］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６－１）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）及び（Ｒ１７－１）で囲まれる組成範囲内にある結晶質酸化物薄膜。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０： １ ：１９ ・・・（Ｒ１６－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １ ： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ８．５： １．５ ・・・（Ｒ４－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０：１８．５： １．５ ・・・（Ｒ１７－１）
［２３］．前記結晶質酸化物薄膜は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶である、［２１］又は［２２］に記載の結晶質酸化物薄膜。
［２４］．前記Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶の格子定数が１０．０５×１０－１０ｍ以下である、［２３］に記載の結晶質酸化物薄膜。
［２５］．［２１］から［２４］のいずれか一項に記載の結晶質酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタ。
［２６］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６）、（Ｒ１７）、及び（Ｒ１８）で囲まれる組成範囲内にあるアモルファス酸化物薄膜。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２：１７： １ ・・・（Ｒ１７）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６：１７：１７ ・・・（Ｒ１８）
［２７］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６－１）、（Ｒ１７－１）、及び（Ｒ１８－１）で囲まれる組成範囲内にあるアモルファス酸化物薄膜。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０ ： １ ：１９ ・・・（Ｒ１６－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０ ：１８．５： １．５ ・・・（Ｒ１７－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６２．５：１８．５：１９ ・・・（Ｒ１８－１）
［２８］．下記組成式（１）で表される組成を有するアモルファス酸化物薄膜。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（１）
（前記組成式（１）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．３３、
０．１７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
［２９］．下記組成式（２）で表される組成を有するアモルファス酸化物薄膜。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
（前記組成式（２）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．４３、
０．０７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
［３０］．［２６］から［２９］のいずれか一項に記載のアモルファス酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタ。
［３１］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）で囲まれる組成範囲内にある酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタ。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：２２：３３ ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６： １：３３ ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５４：４５： １ ・・・（Ｒ５）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：４５：１０ ・・・（Ｒ６）
［３１Ｘ］．［２１］から［２４］のいずれか一項に記載の結晶質酸化物薄膜と、［２６］から［２９］のいずれか一項に記載のアモルファス酸化物薄膜と、を含む薄膜トランジスタ。
［３２］．ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に接する活性層と、ソース電極と、
ドレイン電極と、を有し、前記活性層は、［２１］から［２４］のいずれか一項に記載の結晶質酸化物薄膜であり、［２６］から［２９］のいずれか一項に記載のアモルファス酸化物薄膜が、前記活性層に積層され、前記アモルファス酸化物薄膜は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくともいずれかに接している、薄膜トランジスタ。
［３３］．［２５］、［３０］、［３１］又は［３２］に記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
本発明によれば、安定したスパッタリングを実現すること、及びスパッタリングによって得られた薄膜を備えるＴＦＴにおいてプロセス耐久性が高く、高移動度を実現することのできる結晶構造化合物、当該結晶構造化合物を含む酸化物焼結体、当該酸化物焼結体を含むスパッタリングターゲットを提供できる。
本発明によれば、プロセス耐久性が高く、高い移動度を有する薄膜トランジスタ及び当該薄膜トランジスタを有する電子機器を提供できる。
本発明によれば、当該薄膜トランジスタに使用する結晶質酸化物薄膜及びアモルファス酸化物薄膜を提供できる。
本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係るターゲットの形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るターゲットの形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るターゲットの形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るターゲットの形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 ガラス基板上に酸化物半導体薄膜を形成した状態を示す縦断面図である。 図８Ａの酸化物半導体薄膜上にＳｉＯ２膜を形成した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る量子トンネル電界効果トランジスタを示す縦断面図である。 量子トンネル電界効果トランジスタの他の実施形態を示す縦断面図である。 図１２において、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の間に酸化シリコン層が形成された部分のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真である。 量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図である。 量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図である。 量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図である。 量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図である。 量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを用いた表示装置を示す上面図である ＶＡ型液晶表示装置の画素に適用することができる画素部の回路を示す図である。 有機ＥＬ素子を用いた表示装置の画素部の回路を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを用いた固体撮像素子の画素部の回路を示す図である。 実施例１及び実施例２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 実施例１に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例２に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例３及び実施例４に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 実施例３に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例４に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例５及び実施例６に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 実施例５に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例６に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例７、実施例８及び実施例９に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 実施例１０、実施例１１及び実施例１２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 実施例１３及び実施例１４に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 実施例７に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例８に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例９に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１０に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１１に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１２に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１３に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１４に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 比較例１に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る結晶構造化合物又は焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 本発明の一実施形態に係る結晶構造化合物又は焼結体の組成範囲の一態様を示すＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図である。 実施例１５及び実施例１６に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 実施例１５に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１６に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１７～２２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 実施例１７に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１８に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例１９に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例２０に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例２１に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例２２に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 比較例２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真である。 比較例２に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートである。 実施例Ｄ２に係る結晶質酸化物薄膜のＸＲＤチャートである。
以下、実施の形態について図面等を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されない。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、本発明は、必ずしも図面に示されたスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示しており、本発明は、図面に示す形状又は値などに限定されない。
また、本明細書にて用いる「第１」、「第２」、「第３」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付されており、構成要素を数的に限定しないことを付記する。
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極、配線、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、並びにその他の各種機能を有する素子などが含まれる。
また、本明細書等において、「膜」又は「薄膜」という用語と、「層」という用語とは、場合によっては、互いに入れ替えることが可能である。
また、本明細書等において、トランジスタが有するソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースの用語とドレインの用語とは、互いに入れ替えて用いることができる。
また、本明細書等の酸化物焼結体及び酸化物半導体薄膜において、「化合物」という用語と、「結晶相」という用語は、場合によっては、互いに入れ替えることが可能である。
本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前に記載される数値を下限値とし、「～」の後に記載される数値を上限値として含む範囲を意味する。
〔結晶構造化合物〕
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａは、一態様においては、下記組成式（１）で表され、下記(Ａ)～(Ｋ)に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（１）
（前記組成式（１）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．３３、
０．１７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
３１°～３４°・・・（Ａ）
３６°～３９°・・・（Ｂ）
３０°～３２°・・・（Ｃ）
５１°～５３°・・・（Ｄ）
５３°～５６°・・・（Ｅ）
６２°～６６°・・・（Ｆ）
９°～１１° ・・・（Ｇ）
１９°～２１°・・・（Ｈ）
４２°～４５°・・・（Ｉ）
８°～１０° ・・・（Ｊ）
１７°～１９°・・・（Ｋ）
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａは、一態様においては、下記組成式（２）で表され、前記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
（前記組成式（２）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．４３、
０．０７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
図４３にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４３には、前記組成式（１）で表される結晶構造化合物Ａの組成範囲ＲＡ１が示されている。
図４４にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４４には、前記組成式（２）で表される結晶構造化合物Ａの組成範囲ＲＡ２が示されている。
結晶構造化合物Ａの組成比の代表的な例としては、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ（５：４：１）、組成比Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ（５：３：２）又は組成比Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ（５：２：３）を挙げることができる。
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａが、前記（Ａ）～（Ｋ）に規定する入射角（２θ）の範囲内に回折ピークを有することは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により確認できる。Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により、回折ピークを有すると判定する基準は、次のように判断した。
＜Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定の条件＞
・ＳｃａｎｎｉｎｇＭｏｄｅ：２θ／θ
・ＳｃａｎｎｉｎｇＴｙｐｅ：連続スキャン
・Ｘ線強度 ：４５ｋＶ／２００ｍＡ
・入射スリット ：１．０００ｍｍ
・受光スリット１ ：１．０００ｍｍ
・受光スリット２ ：１．０００ｍｍ
・ＩＳ長手 ：１０．０ｍｍ
・ステップ幅 ：０．０２°
・スピード計数時間 ：２．０°／ｍｉｎ
ＳｍａｒｔＬａｂ（株式会社リガク製）を用いて上記測定条件にて得られたＸＲＤパターンを、ＪＡＤＥ６の「ピークサーチとラベル付け」を用い、しきい値σを２．１、カットオフピーク強度を０．１９％、バックグラウンド決定の範囲を０．５、バックグラウンド平均化ポイント数を７に設定しピークを検出した。またピーク位置の定義は、重心法を用いた。
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａは、前記（Ａ）～（Ｋ）に規定する入射角（２θ）の範囲内に回折ピークを、それぞれ独立して、有する。結晶構造化合物Ａが、例えば、前記（Ａ）に規定する範囲内のピークとして、３１°に回折ピークを有する場合、前記（Ｃ）に規定する範囲内の回折ピークとしては、３１°よりも低角度側の入射角（２θ）において回折ピークを有し、また、前記（Ｇ）に規定する範囲内のピークとして、９°に回折ピークを有する場合、前記（Ｊ）に規定する範囲内の回折ピークとしては、９°よりも低角度側の入射角（２θ）において回折ピークを有する。
前記（Ａ）～（Ｋ）に規定する入射角（２θ）の範囲内に回折ピークを有する結晶は、ＪＡＤＥ６により分析したところ既知の化合物には適合せず、本実施形態に係る結晶構造化合物Ａは、未知の結晶構造化合物であることが判明した。
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａは、一態様においては、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）、アルミニウム元素（Ａｌ）及び酸素元素（Ｏ）から形成され、下記組成式（２）で表される。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
（前記組成式（２）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．４３、
０．０７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａにおいて、前記組成式（２）の好ましい範囲は、前記組成式（２）中、
０．４８≦ｘ≦０．５２、
０．１８≦ｙ≦０．４２、
０．０８≦ｚ≦０．３２、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａにおいて、前記組成式（２）のより好ましい範囲は、前記組成式（２）中、
０．４８≦ｘ≦０．５１、
０．１９≦ｙ≦０．４１、
０．０９≦ｚ≦０．３２、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａの原子比は、走査型電子顕微鏡―エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＳＥＭ－ＥＤＳ）や、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）により測定できる。
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａは、半導体特性を有する。
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａによれば、当該化合物Ａを含むスパッタリングターゲットを用いることで安定したスパッタリングを実現することができ、及びスパッタリングによって得られた薄膜を備えるＴＦＴにおいてプロセス耐久性が高く、高移動度を実現することができる。
［結晶構造化合物の製造方法］
本実施形態に係る結晶構造化合物Ａは、焼結反応により製造できる。
〔酸化物焼結体〕
本実施形態の酸化物焼結体は、本実施形態に係る前記結晶構造化合物Ａを含む。
本明細書においては、本実施形態の酸化物焼結体が前記結晶構造化合物Ａを含む態様として、以下の第一の酸化物焼結体及び第二の酸化物焼結体を例に挙げて説明するが、本発明に係る酸化物焼結体はこのような態様に限定されない。
（第一の酸化物焼結体）
本実施形態の一態様に係る酸化物焼結体（この態様に係る酸化物焼結体を第一の酸化物焼結体と称する場合もある）は、前記組成式（１）又は前記組成式（２）で表され、前記(Ａ)～(Ｋ)に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａのみからなる。
第一の酸化物焼結体の抵抗は十分に低く、スパッタリングターゲットとして好適に使用できる。そのため、第一の酸化物焼結体はスパッタリングターゲットとして用いられることが好ましい。
図４３にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４３の組成範囲ＲＡ１は、前記組成式（１）で表される結晶構造化合物Ａのみからなる第一の酸化物焼結体の組成範囲にも相当する。
図４４にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４４の組成範囲ＲＡ２は、前記組成式（２）で表される結晶構造化合物Ａのみからなる第一の酸化物焼結体の組成範囲にも相当する。
酸化物焼結体の原料を１３７０℃以上の高温で焼成すると、組成範囲ＲＡ１で結晶構造化合物Ａ相が出現しやすくなり、１３６０℃以下の低温で焼成すると、組成範囲ＲＡ２で結晶構造化合物Ａ相が出現しやすくなる。結晶構造化合物Ａ相が出現する組成範囲が異なるのは、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムの反応性の違いによると考えられる。
第一の酸化物焼結体の相対密度は、９５％以上であることが好ましい。第一の酸化物焼結体の相対密度は、より好ましくは９６％以上であり、さらに好ましくは９７％以上である。
第一の酸化物焼結体の相対密度が９５％以上であることにより、得られるターゲットの強度が大きくなり、大パワーでの成膜時に、ターゲットが割れたり、異常放電を起こしたりするのを防止できる。また、第一の酸化物焼結体の相対密度が９５％以上であることにより、得られる酸化物膜の膜密度が向上せずに、ＴＦＴ特性が劣化したり、ＴＦＴの安定性が低下したりすることを防げる。
相対密度は、実施例に記載の方法により測定できる。
第一の酸化物焼結体のバルク抵抗は、１５ｍΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。第一の酸化物焼結体のバルク抵抗が１５ｍΩ・ｃｍ以下であれば、抵抗が十分に低い焼結体であり、第一の酸化物焼結体は、スパッタリングターゲットとしてより好適に使用できる。第一の酸化物焼結体のバルク抵抗が低ければ、得られるターゲットの抵抗が低くなり、安定したプラズマが生じる。また、第一の酸化物焼結体のバルク抵抗が低ければ、火の玉放電と呼ばれるアーク放電が起こり難くなり、ターゲット表面を溶融させたり、割れを発生させたりするのを防げる。
バルク抵抗は実施例に記載の方法により測定できる。
（第二の酸化物焼結体）
本実施形態の一態様に係る焼結体（この態様に係る焼結体を第二の酸化物焼結体と称する場合もある）は、前記組成式（１）又は前記組成式（２）で表され、前記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａを含む。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）で囲まれる組成範囲ＲＡ内にあることが好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：２２：３３ ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６： １：３３ ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５４：４５： １ ・・・（Ｒ５）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：４５：１０ ・・・（Ｒ６）
図１にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図１には、前記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）で囲まれる組成範囲ＲＡが示されている。
ここでいう組成範囲ＲＡは、図１において、組成比としての前記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）を多角形の頂点とみなして直線で結んだ範囲を意味する。本明細書において、組成範囲ＲＸ（Ｘは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ等）は、組成範囲を示す多角形の頂点と、頂点間を結ぶ直線上の点における組成を含む。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１－１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）、（Ｒ５－１）及び（Ｒ６－１）で囲まれる組成範囲ＲＡ’内にあることが好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４７ ：２０ ：３３ ・・・（Ｒ１―１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６ ： １ ：３３ ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０ ： １ ： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０ ： ８．５： １．５ ・・・（Ｒ４－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５５．５：４３ ： １．５ ・・・（Ｒ５－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４７ ：４３ ：１０ ・・・（Ｒ６－１）
本明細書における酸化物焼結体の原子比は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）により測定できる。
第二の酸化物焼結体は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックバイト結晶化合物を含むことが好ましい。
第二の酸化物焼結体において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物は、ガリウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかを含有していることが好ましい。Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物がガリウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかを含む形態としては、置換型固溶、及び侵入型固溶などの固溶形態が挙げられる。
第二の酸化物焼結体において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物にガリウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかが固溶していることが好ましい。
第二の酸化物焼結体のＸＲＤ測定により結晶構造化合物Ａは、酸化インジウム－酸化ガリウム－酸化アルミニウム焼結体中の多くの領域で観察される。その領域としては、図１のＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、前記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）で囲まれる組成範囲ＲＡ、又は図３８のＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、前記（Ｒ１－１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）、（Ｒ５－１）及び（Ｒ６－１）で囲まれる組成範囲ＲＡ’である。
第二の酸化物焼結体において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）の原子％比は、下記式（２）、（３）及び（４Ａ）で表される範囲であることもさらに好ましい。
４７≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（２）
２≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦４５ ・・・（３）
１．７≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦３３ ・・・（４Ａ）
（式（２）、（３）及び（４Ａ）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
第二の酸化物焼結体において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）の原子％比は、下記式（２）～（４）で表される範囲であることもさらに好ましい。
４７≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（２）
２≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦４５ ・・・（３）
２≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦３３ ・・・（４）
（式（２）～（４）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
第二の酸化物焼結体は、導電特性から半導体特性を示す。そのため、第二の酸化物焼結体は、半導体材料、及び導電材料など多様な用途へ展開できる。
Ｉｎの含有量が前記組成範囲ＲＡ及びＲＡ’の少なくともいずれかで表される範囲より少なくなると、結晶構造化合物Ａの結晶が観察されなくなったり、結晶構造化合物ＡやＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造の結晶以外に不純物結晶が多く観察されているようになり、結晶構造化合物Ａの特性である半導体特性が損なわれたり、半導体特性も示しても絶縁性に近い特性になったりする場合がある。
Ｉｎの含有量が前記組成範囲ＲＡ及びＲＡ’の少なくともいずれかで表される範囲より多くなると、結晶構造化合物Ａが発現せず、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相のみが発現する。この焼結体を用いて酸化物半導体薄膜として使用する場合には、酸化インジウム組成が多い薄膜が得られることになり、薄膜のキャリアの制御を強力に行うことが必要になる。薄膜のキャリア制御法としては、成膜時の酸素分圧を制御したり、酸化性の強いガスであるＮＯ２などを共存させたり、キャリアの発生を抑える効果があるＨ２Ｏガスを共存させたりする方法がある。また、成膜した薄膜に、酸素プラズマ処理、又はＮＯ２プラズマ処理を行ったり、酸化性のガスである酸素又はＮＯ２ガスなどの存在下に、加熱処理を行ったりするなどの処理が必要になる。
Ａｌの含有量が前記組成範囲ＲＡ及びＲＡ’の少なくともいずれかで表される範囲より少なくなると、結晶構造化合物Ａが観察されず、β－Ｇａ２Ｏ３タイプのＩｎＧａＯ３などが観察されるようになる。この場合、ＩｎＧａＯ３は導電性に乏いため、焼結体中に絶縁体が存在することになり異常放電を起こしたり、ノジュール等が発生したりするおそれがある。Ａｌの含有量が前記組成範囲ＲＡ及びＲＡ’の少なくともいずれかで表される範囲より多い場合は、アルミニウム酸化物自体は絶縁体であるため、異常放電を起こしたり、ノジュール等が発生したりするおそれがあるとともに、酸化物全体が絶縁化するおそれがあり、焼結体を半導体材料として使用すると不都合が生じるおそれがある。
Ｇａの含有量が前記組成範囲ＲＡ及びＲＡ’の少なくともいずれかで表される範囲より少なくなると、相対的にＩｎ及びＡｌの含有量が多くなることから、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相、及びＡｌ２Ｏ３が観察されるようになる可能性がある。Ａｌ２Ｏ３が観察されるような場合、Ａｌ２Ｏ３は絶縁体であるため、焼結体が絶縁体を含んでいることになる。絶縁体を含んでいる焼結体をスパッタリングターゲットとして使用すると、異常放電が起きたり、アーク放電により、ターゲットの割れ及びクラック等が発生したりするおそれがある。Ｇａの含有量が前記組成範囲ＲＡ及びＲＡ’の少なくともいずれかで表される範囲より多い場合は、ＧａＡｌＯ３又はβ－Ｇａ２Ｏ３タイプのＩｎＧａＯ３などが観察されるようになる。この場合、ＧａＡｌＯ３は絶縁体であり、また、ＩｎＧａＯ３は導電性に乏しいため、焼結体が絶縁体化するおそれがある。絶縁体化した焼結体を半導体材料として使用すると不都合が生じるおそれがある。
この組成範囲ＲＡ及びＲＡ’では、結晶構造化合物Ａ相、及び原料で使用したＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相が観察される場合がある。一方、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３とが反応したＧａＡｌＯ３、及びＩｎ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３との反応物であるＩｎＧａＯ３などは観察されない。
この組成範囲ＲＡでは、１４００℃以上の温度で酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを混合した粉末を焼成した場合、組成範囲ＲＡ内のアルミニウムの添加量が少ない領域で、原料で使用したＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相、Ｉｎ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３との反応物であるＩｎＧａＯ３の相、又はインジウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかが固溶した酸化ガリウム相が観察される場合がある。これらの相が観察される場合スパッタ時に異常放電等を起こす場合が有るので、好ましい組成範囲としては、組成範囲ＲＡ’である。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相は、ガリウム元素、及びアルミニウム元素の少なくともいずれかを含むことができる。観察されるＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相の結晶粒子それぞれにおいて、ガリウム元素の含有量、及びアルミニウム元素の含有量が異なるために、ＳＥＭ写真においては、酸化インジウム結晶粒子のそれぞれにコントラストが発生したり、又は観察している結晶面が異なる場合には酸化インジウム結晶粒子のそれぞれにコントラストが発生したりするが、観察されるＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相の結晶粒子は、同じＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子である。
酸化インジウム結晶に含まれるガリウム元素の含有量ＸＧａ、及び酸化インジウム結晶に含まれるアルミニウム元素の含有量ＸＡｌの合計の含有量（ＸＧａ＋ＸＡｌ）は、０．５ａｔ％～１０ａｔ％程度であることが好ましい。ガリウム元素の含有量ＸＧａ、及びアルミニウム元素の含有量ＸＡｌのそれぞれが０．５ａｔ％以上であれば、ガリウム元素、及びアルミニウム元素をＳＥＭ－ＥＤＳ測定で検出できる。また、ガリウム元素の含有量ＸＧａが１０ａｔ％以下、及びアルミニウム元素の含有量ＸＡｌが３ａｔ％以下であれば、ガリウム元素、及びアルミニウム元素がＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶に固溶できる。酸化インジウム結晶にガリウム元素、及びアルミニウム元素が含まれることにより、酸化インジウム結晶の格子定数は、純粋な酸化インジウム結晶の格子定数より小さくなる。これにより、酸化インジウム金属元素同士の原子間距離が縮むことになり、電子伝導パスができやすくなり、高導電性（抵抗値の低い）焼結体が得られるようになる。
結晶構造化合物Ａと、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物、及びガリウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかが固溶したＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物と、の間には、平衡状態になるような相関関係がある。酸化物焼結体中においては、酸化インジウム、酸化ガリウム、及び酸化アルミニウムで結晶構造化合物Ａを形成するか、ガリウム元素、及びアルミニウム元素の少なくともいずれかが固溶したＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物として存在するのが好ましい。酸化ガリウム及び酸化アルミニウムは、絶縁材料であり、異常放電及びアーク放電の原因となるため、酸化物焼結体中に酸化ガリウム及び酸化アルミニウムの少なくともいずれかが単独で存在する場合には、スパッタリングターゲットとして使用した場合に不都合を起こすおそれがある。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ７）、（Ｒ８）、及び（Ｒ９）で囲まれる組成範囲ＲＢ内にあることが好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：２２：３３ ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６： １：３３ ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６９： １：３０ ・・・（Ｒ７）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６９：１５：１６ ・・・（Ｒ８）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：３９：１６ ・・・（Ｒ９）
図２にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図２には、前記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ７）、（Ｒ８）、及び（Ｒ９）で囲まれる組成範囲ＲＢが示されている。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（５）～（７）で表される範囲である。
４７≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦６５ ・・・（５）
５≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦３０ ・・・（６）
１６≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦３０ ・・・（７）
（式（５）～（７）中、Ｉｎ、Ａｌ及びＧａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１０）、（Ｒ１１）、（Ｒ１２）、（Ｒ１３）及び（Ｒ１４）で囲まれる組成範囲ＲＣ内にあることも好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７２：１２：１６ ・・・（Ｒ１０）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８：１２：１０ ・・・（Ｒ１１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８：２１： １ ・・・（Ｒ１２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７７：２２： １ ・・・（Ｒ１３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６２：２２：１６ ・・・（Ｒ１４）
図３にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図３には、前記（Ｒ１０）、（Ｒ１１）、（Ｒ１２）、（Ｒ１３）及び（Ｒ１４）で囲まれる組成範囲ＲＣが示されている。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１０）、（Ｒ１１）、（Ｒ１２－１）、（Ｒ１３－１）及び（Ｒ１４）で囲まれる組成範囲ＲＣ’内にあることも好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７２ ：１２ ：１６ ・・・（Ｒ１０）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８ ：１２ ：１０ ・・・（Ｒ１１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８ ：２０．５： １．５ ・・・（Ｒ１２－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７６．５：２２ ： １．５ ・・・（Ｒ１３－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６２ ：２２ ：１６ ・・・（Ｒ１４）
図３９にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図３９には、前記（Ｒ１０）、（Ｒ１１）、（Ｒ１２－１）、（Ｒ１３－１）及び（Ｒ１４）で囲まれる組成範囲ＲＣ’が示されている。
この組成範囲Ｒｃでは、１４００℃以上の温度で酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを混合した粉末を焼成した場合、組成範囲Ｒｃのアルミニウムの添加量が少ない領域で、原料で使用したＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相と、Ｉｎ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３との反応物であるＩｎＧａＯ３や、インジウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかが固溶した酸化ガリウム相が観察される場合がある。その場合、好ましい組成範囲としては、組成範囲ＲＣ’である。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（８）～（１０）で表される範囲である。
６２≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦７８ ・・・（８）
１２≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（９）
１．７≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１６ ・・・（１０）
（式（８）～（１０）中、Ｉｎ、Ａｌ及びＧａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ１２）、（Ｒ１５）及び（Ｒ１６）で囲まれる組成範囲ＲＤ内にあることも好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８：２１： １ ・・・（Ｒ１２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８： ５：１７ ・・・（Ｒ１５）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
図４にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４には、前記（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ１２）、（Ｒ１５）及び（Ｒ１６）で囲まれる組成範囲ＲＤが示されている。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ３）、（Ｒ４－１）、（Ｒ１２－１）、（Ｒ１５）及び（Ｒ１６）で囲まれる組成範囲ＲＤ’内にあることも好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １ ： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ８．５： １．５ ・・・（Ｒ４－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８：２０．５： １．５ ・・・（Ｒ１２－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝７８： ５ ：１７ ・・・（Ｒ１５）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １ ：１７ ・・・（Ｒ１６）
図４０にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４０には、前記（Ｒ３）、（Ｒ４－１）、（Ｒ１２－１）、（Ｒ１５）及び（Ｒ１６）で囲まれる組成範囲ＲＤ’が示されている。
この組成範囲ＲＤでは、１４００℃以上の温度で酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを混合した粉末を焼成した場合、組成範囲ＲＤのアルミニウムの添加量が少ない領域で、原料で使用したＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相と、Ｉｎ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３との反応物であるＩｎＧａＯ３や、インジウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかが固溶した酸化ガリウム相が観察される場合がある。その場合、好ましい組成範囲としては、組成範囲ＲＤ’である。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（１１）～（１３）で表される範囲である。
７８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（１１）
３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１２）
１．７≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１３）
（式（１１）～（１３）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲ＲＥ内にあることも好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２：１７： １ ・・・（Ｒ１７）
図５にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図５には、前記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲ＲＥが示されている。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６－１）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）及び（Ｒ１７－１）で囲まれる組成範囲ＲＥ’内にあることも好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０： １ ：１９ ・・・（Ｒ１６－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １ ： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ８．５： １．５ ・・・（Ｒ４－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０：１８．５： １．５ ・・・（Ｒ１７－１）
図４１にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４１には、前記（Ｒ１６－１）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）及び（Ｒ１７－１）で囲まれる組成範囲ＲＥ’が示されている。
前記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲ＲＥ内の組成を有する焼結体、及び前記（Ｒ１６－１）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）及び（Ｒ１７－１）で囲まれる組成範囲ＲＥ’内の組成を有する焼結体のバルク抵抗は、低抵抗であり、特異的な導電性を示している。これは、本実施形態に係る酸化物焼結体が、今までに知られていない構造を有する結晶構造化合物Ａの結晶粒子を含むことから、原子のパッキング（最密充填構造）が特異な構造を有することにより、低抵抗な焼結体を生成しているためであると考えられる。これらは、
使用する原料粉の粒径の違いや、混合粉砕後の粒径の大きさや混合状態の違いにより酸化インジウム粉、酸化ガリウム粉及び酸化アルミニウム粉同士の接触状態が異なり、その後の焼結時の固相反応の進み具合（元素の拡散状況）が異なることになる。並びに、酸化インジウム、酸化ガリウム、及び酸化アルミニウム原料の製造法等による表面活性の違い等も固相反応に影響すると考えられる。また、焼結時の昇温速度や、最高温度での保持時間、冷却時の冷却速度の等の違いや、焼結時に流すガス種、流量の条件の違いなどによる固相反応の進み方の違いにより、最終的な生成物が異なったり、不純物の量が異なったりすると考えられる。これらの要因により結晶構造化合物Ａの生成速度が異なり、その結果、不純物であるＩｎ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３との反応物であるＩｎＧａＯ３やＡｌ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３との反応物であるＡｌＧａＯ３などの生成反応が起こると考えられている。
この組成範囲ＲＥでは、１４００℃以上の温度で酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを混合した粉末を焼成した場合、組成範囲ＲＥのアルミニウムの添加量が少ない領域で、原料で使用したＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物相と、Ｉｎ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３との反応物であるＩｎＧａＯ３や、インジウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかが固溶した酸化ガリウム相が観察される場合がある。その場合、好ましい組成範囲としては、組成範囲ＲＥ’である。
第二の酸化物焼結体の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（１４）～（１６）で表される範囲である。
８３ ≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（１４）
３ ≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１５）
１．７≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１６）
（式（１４）～（１６）中、Ｉｎ、Ａｌ及びＧａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
第二の酸化物焼結体の相対密度は、９５％以上であることが好ましい。第二の酸化物焼結体の相対密度は、より好ましくは９６％以上、さらに好ましくは９７％以上である。
第二の酸化物焼結体の相対密度が９５％以上であることにより、得られるターゲットの強度が大きくなり、大パワーでの成膜時に、ターゲットが割れたり、異常放電を起こしたりするのを防止できる。また、第二の酸化物焼結体の相対密度が９５％以上であることにより、得られる酸化物膜の膜密度が向上せずに、ＴＦＴ特性が劣化したり、ＴＦＴの安定性が低下したりすることを防げる。
相対密度は、実施例に記載の方法により測定できる。
第二の酸化物焼結体のバルク抵抗は、１５ｍΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。第二の酸化物焼結体のバルク抵抗が１５ｍΩ・ｃｍ以下であれば、抵抗が十分に低い焼結体であり、第二の酸化物焼結体は、スパッタリングターゲットとしてより好適に使用できる。第二の酸化物焼結体のバルク抵抗が低ければ、得られるターゲットの抵抗が低くなり、安定したプラズマが生じる。また、第二の酸化物焼結体のバルク抵抗が低ければ、第二の酸化物焼結体のバルク抵抗が低ければ、火の玉放電と呼ばれるアーク放電が起こり難くなり、ターゲット表面が溶融したり、ターゲットの割れが発生したりすることを防げる。
バルク抵抗は、実施例に記載の方法により測定できる。
（第一の分散系）
第二の酸化物焼結体において、結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相に、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散していることが好ましい。
結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相にＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散している場合、酸化物焼結体を電子顕微鏡で観察した時の視野において、当該視野の面積ＳＴに対して前記結晶構造化合物Ａの面積ＳＡの割合（本明細書において、この面積割合をＳＸと称する場合がある。面積割合ＳＸ＝（ＳＡ／ＳＴ）×１００）が、７０％以上１００％未満であることが好ましい。面積割合ＳＸが７０％以上１００％未満である場合、結晶構造化合物Ａの結晶粒子同士が連結した相にＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散している。
第二の酸化物焼結体において、結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相にＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散し、さらに第二の酸化物焼結体が組成範囲ＲＢ内の組成を有することがより好ましい。
また、第二の酸化物焼結体において、結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相にＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散し、面積割合ＳＸが７０％以上１００％未満であり、さらに組成範囲ＲＢ内の組成を有することもさらに好ましい。
第一の酸化物焼結体の組成と第二の酸化物焼結体の組成が重なっている部分が有る。これは、第一の酸化物焼結体の組成であっても、原料の混合状態及び焼成の条件等により結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相にＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散する相が析出する場合がある。この場合も、結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相にＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散した面積の割合ＳＸが７０％以上１００％未満である。
結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相に、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散している酸化物焼結体の組成範囲は、酸化物焼結体の焼結温度及び焼結時間等の製造条件により変化することがあり、明確にすることはできないが、一般的には、図２を用いて説明すると、前記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ７）、（Ｒ８）、及び（Ｒ９）で囲まれる組成範囲ＲＢ内である。
面積割合ＳＸが７０％以上１００％未満である場合に、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物は、ガリウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかを含有していることが好ましい。
（連結相）
第二の酸化物焼結体は、結晶構造化合物Ａの結晶粒子同士が連結した相と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子同士が連結した相と、を含むことが好ましい。本明細書において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子同士が連結した相を連結相Ｉと称し、結晶構造化合物Ａの結晶粒子同士が連結した相を連結相ＩＩと称する場合がある。
第二の酸化物焼結体が、連結相Ｉ及び連結相ＩＩを含む場合、当該焼結体を電子顕微鏡で観察した時の視野において、当該視野の面積ＳＴに対して前記結晶構造化合物Ａの面積ＳＡの割合（面積割合ＳＸ）が、３０％超７０％未満であることが好ましい。
第二の酸化物焼結体が連結相Ｉ及び連結相ＩＩを含み、さらに組成範囲ＲＣ内の組成及びＲＣ’内の組成の少なくともいずれかを有することがより好ましい。
第二の酸化物焼結体が連結相Ｉ及び連結相ＩＩを含み、面積割合ＳＸが３０％超７０％未満であり、さらに組成範囲ＲＣ内の組成及び組成範囲ＲＣ’内の組成の少なくともいずれかを有することがさらに好ましい。
結晶構造化合物Ａの結晶粒子同士が連結した連結相と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子同士が連結した相とを有する焼結体の組成範囲は、焼結体の焼結温度及び焼結時間等の製造条件により変化することがあり、明確にすることはできないが、一般的には、図３及び図３９を用いて説明すると、前記（Ｒ１０）、（Ｒ１１）、（Ｒ１２）、（Ｒ１３）及び（Ｒ１４）で囲まれる組成範囲ＲＣ内及び前記（Ｒ１０）、（Ｒ１１）、（Ｒ１２－１）、（Ｒ１３－１）及び（Ｒ１４）で囲まれる組成範囲ＲＣ’内の少なくともいずれかである。
この組成範囲ＲＣ外の領域及びＲＣ’外の領域においても、酸化物焼結体は、結晶構造化合物Ａの結晶粒子同士が連結した連結相、及びＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子同士が連結した相を有する場合がある。酸化物焼結体が、これら連結相を有することにより、酸化物焼結体自体の強度が向上すると考えられ、このような酸化物焼結体を用いることで、スパッタ時の熱応力等によるクラックが発生し難い、耐久性に優れたスパッタリングターゲットが得られる。
面積割合ＳＸが３０％超７０％未満である場合に、前記Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物は、ガリウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかを含有していることが好ましい。
（第二の分散系）
第二の酸化物焼結体において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子からなる相に、結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散していることが好ましい。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子からなる相に結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散している場合、酸化物焼結体を電子顕微鏡で観察した時の視野において、当該視野の面積ＳＴに対して結晶構造化合物Ａの面積ＳＡの割合（面積割合ＳＸ）が、０％超３０％以下であることが好ましい。面積割合ＳＸが０％超３０％以下である場合、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子同士が連結した相に結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散している。
第二の酸化物焼結体において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子からなる相に結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散し、さらに第二の酸化物焼結体が組成範囲ＲＤ内の組成及び組成範囲ＲＤ’内の組成の少なくともいずれかを有することがより好ましい。
また、第二の酸化物焼結体において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子からなる相に結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散し、面積割合ＳＸが０％超３０％以下であり、さらに組成範囲ＲＤ内の組成及び組成範囲ＲＤ’内の組成の少なくともいずれかを有することもさらに好ましい。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子からなる相に、結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散している酸化物焼結体の組成範囲は、酸化物焼結体の焼結温度及び焼結時間等の製造条件により変化することがあり、明確にすることはできないが、一般的には、図４及び図４０を用いて説明すると、前記（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ１２）、（Ｒ１５）及び（Ｒ１６）で囲まれる組成範囲ＲＤ内、及び前記（Ｒ３）、（Ｒ４－１）、（Ｒ１２－１）、（Ｒ１５）及び（Ｒ１６）で囲まれる組成範囲ＲＤ’内の少なくともいずれかである。
この組成範囲ＲＤ外の領域及び組成範囲ＲＤ’外の領域の少なくともいずれかでは、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子からなる相に、結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散しない場合がある。結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散する相を有する酸化物焼結体は、バルク抵抗が小さく、酸化物焼結体自体の強度も向上すると考えられ、このような酸化物焼結体を用いることで、スパッタリング時の熱応力等によるクラックが発生し難い、耐久性に優れたスパッタリングターゲットが得られるようになる。また、結晶構造化合物Ａの結晶粒子自体は、導電性の高い粒子であり、結晶構造化合物Ａの結晶粒子を含有する酸化物焼結体の移動度も高いと考えられる。結晶構造化合物Ａの結晶粒子が分散する相を有する酸化物焼結体を用いることで、焼結体内部の結晶粒子間の導電性に差がなくなり、酸化ガリウム又は酸化アルミニウムが単独、もしくは、ＩｎＧａＯ３又はＧａＡｌＯ３などの化合物として存在する場合よりも、安定にスパッタリングできるようになる。また、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物中に、Ｇａ及びＡｌが共存することで、格子定数が低下し、格子定数が低下することによりＩｎ原子間距離が縮まって導電パスを形成することにより高移動度の酸化物半導体が得られると思われる。Ｇａ及びＡｌがＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物中に固溶していることは、ＥＤＳで組成を測定して、Ｇａ及びＡｌがＩｎ２Ｏ３結晶内に存在することを確認し、並びに、ＸＲＤ測定で得られるＩｎ２Ｏ３結晶の格子定数が、通常のＩｎ２Ｏ３より小さくなることから、Ｇａ及びＡｌが固溶していると判断できる。
面積割合ＳＸが０％超３０％以下である場合に、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物は、ガリウム元素及びアルミニウム元素の少なくともいずれかを含有していることが好ましい。
（格子定数）
第二の酸化物焼結体において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の格子定数が、１０．０５×１０－１０ｍ以上、１０．１１４×１０－１０ｍ以下であることが好ましい。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の格子定数は、ガリウム元素、及びアルミニウム元素の少なくともいずれかがビックスバイト構造に固溶することにより、変化すると考えられる。特に、インジウム金属イオンより小さなガリウム金属イオン、及びアルミニウム金属イオンの少なくともいずれかが固溶することにより、格子定数は、通常のビックスバイト構造のＩｎ２Ｏ３よりも、小さくなると考えられる。格子定数が小さくなることにより、元素のパッキングが良くなり、焼結体の熱伝導性が向上したり、バルク抵抗が低下したり、強度が向上したりする効果が得られると考えられ、さらには、当該焼結体を用いることにより、安定したスパッタリングが可能になると考えられる。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の格子定数が１０．０５×１０－１０ｍ以上であることにより、結晶粒子内部の応力が大きくならずに分散されるという効果が得られ、ターゲットの強度が上がると考えられる。
Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の格子定数が１０．１１４×１０－１０ｍ以下であることにより、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の内部の歪みが大きくなることを防止でき、その結果、酸化物焼結体又はスパッタリングターゲットが割れるのを防げる。また、第二の酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いて薄膜トランジスタを形成した場合に、薄膜トランジスタの移動度が向上する効果がある。
酸化物焼結体におけるＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の格子定数は、より好ましくは１０．０６×１０－１０ｍ以上、１０．１１０×１０－１０ｍ以下であり、さらに好ましくは１０．０７×１０－１０ｍ以上、１０．１０９×１０－１０ｍ以下である。
酸化物焼結体に含まれるＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の格子定数は、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）で得られるＸＲＤパターンから、結晶構造解析ソフトにて全パターンフィッティング（ＷＰＦ）解析することにより算出することができる。
本実施形態に係る酸化物焼結体は、本質的に、インジウム（Ｉｎ）元素、ガリウム（Ｇａ）元素、アルミニウム（Ａｌ）元素及び酸素（Ｏ）元素のみからなっていてもよい。この場合において、本実施形態に係る酸化物焼結体は不可避不純物を含んでいてもよい。本実施形態に係る酸化物焼結体の、例えば、７０％質量以上、８０質量％以上、又は９０質量％以上が、インジウム（Ｉｎ）元素、ガリウム（Ｇａ）元素、アルミニウム（Ａｌ）元素及び酸素（Ｏ）元素であってもよい。また、本実施形態に係る酸化物焼結体は、インジウム（Ｉｎ）元素、ガリウム（Ｇａ）元素、アルミニウム（Ａｌ）元素及び酸素（Ｏ）元素のみからなっていてもよい。なお、不可避不純物とは、意図的に添加しない元素であって、原料及び製造工程で混入する元素を意味する。以下の説明でも同様である。
不可避不純物の例としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等など）、水素（Ｈ）元素、ホウ素（Ｂ）元素、炭素（Ｃ）元素、窒素（Ｎ）元素，フッ素（Ｆ）元素、ケイ素（Ｓｉ）元素、及び塩素（Ｃｌ）元素である。
＜不純物濃度（Ｈ、Ｃ、Ｎ、Ｆ、Ｓｉ、Ｃｌ）の測定＞
得られた酸化物焼結体中の不純物濃度（Ｈ、Ｃ、Ｎ、Ｆ、Ｓｉ、Ｃｌ）は、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ分析（ＩＭＳ ７ｆ－Ａｕｔｏ、ＡＭＥＴＥＫ ＣＡＭＥＣＡ社製）を用いて定量評価できる。
具体的には、まず一次イオンＣｓ＋を用い、１４．５ｋＶの加速電圧で測定対象の酸化物焼結体表面から２０μｍの深さまでスパッタを行う。その後、ラスター１００μｍ□、測定エリア３０μｍ□、深さ１μｍ分を一次イオンでスパッタしながら不純物（Ｈ、Ｃ、Ｎ、Ｆ、Ｓｉ、Ｃｌ）の質量スペクトル強度を積分する。
さらに質量スペクトルから不純物濃度の絶対値を算出するため、それぞれの不純物をイオン注入によってドーズ量を制御して焼結体に注入し不純物濃度が既知の標準試料を作製する。標準試料についてＳＩＭＳ分析によって不純物（Ｈ、Ｃ、Ｎ、Ｆ、Ｓｉ、Ｃｌ）の質量スペクトル強度を得て、不純物濃度の絶対値と質量スペクトル強度の関係式を検量線とする。
最後に、測定対象の酸化物焼結体の質量スペクトル強度と検量線を用い、測定対象の不純物濃度を算出し、これを不純物濃度の絶対値（ａｔｏｍ・ｃｍ－３）とする。
＜不純物濃度（Ｂ、Ｎａ）の測定＞
得られた酸化物焼結体の不純物濃度（Ｂ、Ｎａ）についても、ＳＩＭＳ分析（ＩＭＳ ７ｆ－Ａｕｔｏ、ＡＭＥＴＥＫ ＣＡＭＥＣＡ社製）を用いて定量評価できる。一次イオンをＯ２ ＋，一次イオンの加速電圧を５．５ｋＶ、それぞれの不純物の質量スペクトルの測定をすること以外は、Ｈ、Ｃ、Ｎ、Ｆ、Ｓｉ、Ｃｌの測定と同様の評価により測定対象の不純物濃度の絶対値（ａｔｏｍ・ｃｍ－３）を得ることができる。
［焼結体の製造方法］
本実施形態に係る酸化物焼結体は、原料粉末を混合し、成形し、焼結することにより製造できる。
原料としては、インジウム化合物、ガリウム化合物、及びアルミニウム化合物が挙げられ、これら化合物としては酸化物が好ましい。即ち、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いると好ましい。
酸化インジウム粉は、特に限定されず、工業的に市販されている酸化インジウム粉を使用できる。酸化インジウム粉は、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、インジウム化合物としては、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、又は酢酸塩等のインジウム塩を用いてもよい。
酸化ガリウム粉は、特に限定されず、工業的に市販されている酸化ガリウム粉が使用できる。酸化ガリウム粉は、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、ガリウム化合物としては、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、又は酢酸塩等のガリウム塩を用いてもよい。
酸化アルミニウム粉は、特に限定されず、工業的に市販されている酸化アルミニウム粉が使用できる。酸化アルミニウム粉は、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、アルミニウム化合物としては、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等のアルミニウム塩を用いてもよい。
使用する原料粉末の混合方法は、湿式混合でも乾式混合でもよく、乾式混合後に湿式混合を併用する混合方法が好ましい。
混合工程は、特に制限されず、原料粉末を１回又は２回以上に分けて混合粉砕して行うことができる。混合粉砕手段としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル又は超音波装置等の公知の装置を使用できる。混合粉砕手段としては、ビーズミルを用いた湿式混合が好ましい。
上記の混合工程で調製した原料を、公知の方法により成形して成形体を得て、この成形体を焼結することにより酸化物焼結体を得る。
成形工程では、混合工程で得た混合粉を、例えば加圧成形して成形体とする。この工程により、製品の形状（例えば、スパッタリングターゲットとして好適な形状）に成形する。
成形処理としては、例えば、金型成形、鋳込み成形、及び射出成形等が挙げられるが、焼結密度の高い焼結体を得るためには、冷間静水圧（ＣＩＰ；Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）等で成形するのが好ましい。
成形処理に際しては、成形助剤を用いてもよい。成形助剤としては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリワックス、及びオレイン酸等が挙げられる。
焼結工程では、成形工程で得られた成形体を焼成する。
焼結条件としては、大気圧下、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス加圧下に、通常、１２００℃～１５５０℃において、通常、３０分～３６０時間、好ましくは８時間～１８０時間、より好ましくは１２時間～９６時間焼結する。
焼結温度が１２００℃未満であると、ターゲットの密度が上がり難くなったり、焼結に時間がかかり過ぎたりするおそれがある。一方、焼結温度が１５５０℃を超えると、成分の気化により、組成がずれたり、炉を傷めたりするおそれがある。
焼結時間が３０分以上であれば、ターゲットの密度を上げ易い。焼結時間が３６０時間より長いと、製造時間がかかり過ぎコストが高くなるため、実用上採用できない。焼結時間が前記範囲内であれば、相対密度を向上させ易く、バルク抵抗を下げ易い。
本実施形態に係る酸化物焼結体によれば、結晶構造化合物Ａを含むため、当該酸化物焼結体を含むスパッタリングターゲットを用いることで安定したスパッタリングを実現することができ、及びスパッタリングによって得られた薄膜を備えるＴＦＴにおいてプロセス耐久性が高く、高移動度を実現することができる。
〔スパッタリングターゲット〕
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、本実施形態に係る酸化物焼結体を用いることにより得ることができる。
例えば、本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、酸化物焼結体を切削及び研磨加工し、バッキングプレートにボンディングすることによって得ることができる。
焼結体とバッキングプレートとの接合率は、９５％以上であると好ましい。接合率はＸ線ＣＴにより確認することができる。
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、本実施形態に係る酸化物焼結体と、バッキングプレートとを含む。
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、本実施形態に係る酸化物焼結体と、必要に応じて焼結体に設けられる、バッキングプレート等の冷却及び保持用の部材とを含むことが好ましい。
本実施形態に係るスパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体（ターゲット材）は、本実施形態に係る酸化物焼結体を研削加工して得られる。そのため、当該ターゲット材は、物質としては、本実施形態に係る酸化物焼結体と同一である。従って、本実施形態に係る酸化物焼結体についての説明は、当該ターゲット材にもそのまま当てはまる。
図６には、スパッタリングターゲットの形状を示す斜視図が示されている。
スパッタリングターゲットは、図６Ａの符号１に示すような板状でもよい。
スパッタリングターゲットは、図６Ｂの符号１Ａに示すような円筒状でもよい。
スパッタリングターゲットが板状の場合、平面形状は、図６Ａの符号１に示すような矩形でもよく、図６Ｃの符号１Ｂに示すように円形でもよい。酸化物焼結体は一体成型でもよく、図６Ｄに示すように、複数に分割した酸化物焼結体（符号１Ｃ）をバッキングプレート３に各々固定した多分割式でもよい。
バッキングプレート３は、酸化物焼結体の保持や冷却用の部材である。材料は銅等の熱伝導性に優れた材料が好ましい。
なお、スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体の形状は、図６に示す形状に限定されない。
スパッタリングターゲットは、例えば、以下の工程により製造される。
酸化物焼結体の表面を研削する工程（研削工程）。
酸化物焼結体をバッキングプレートにボンディングする工程（ボンディング工程）。
以下、各工程を具体的に説明する。
＜研削工程＞
研削工程では、酸化物焼結体を、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。
酸化物焼結体の表面は、高酸化状態の焼結部が存在したり、面が凸凹であったりすることが多い。また、酸化物焼結体を所定の寸法に切断加工する必要がある。
酸化物焼結体の表面は、０．３ｍｍ以上研削するのが好ましい。研削する深さは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましい。研削する深さが０．３ｍｍ以上であることにより、酸化物焼結体の表面付近における結晶構造の変動部分を除去できる。
酸化物焼結体を例えば、平面研削盤で研削して平均表面粗さＲａが５μｍ以下の素材とすることが好ましい。さらに、スパッタリングターゲットのスパッタリング面に鏡面加工を施して、平均表面粗さＲａが１０００×１０－１０ｍ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、及び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（ポリッシュ液は水）で＃２０００番以上にポリッシングしてもよく、遊離砥粒ラップ（研磨材は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、ラッピングしてもよい。研磨方法はこれらの方法に限定されない。研磨材としては、＃２００番、もしくは＃４００番、さらには＃８００番の研磨材が挙げられる。
研削工程後の酸化物焼結体は、エアーブローや流水洗浄等で清浄するのが好ましい。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。なお、エアーブローや流水洗浄では清浄力に限界があるので、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。超音波洗浄は、周波数が２５ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ以下の間で、多重発振させて行なう方法が有効である。例えば周波数が２５ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ以下の間で、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良い。
＜ボンディング工程＞
ボンディング工程では、研削後の酸化物焼結体を、低融点金属を用いてバッキングプレートにボンディングする。低融点金属としては、金属インジウムが好適に使用される。また、低融点金属としては、ガリウム金属及びスズ金属などの少なくともいずれかを含む金属インジウムなども好適に使用することができる。
本実施形態に係るスパッタリングターゲットによれば、結晶構造化合物Ａを含む酸化物焼結体を用いているため、当該スパッタリングターゲットを用いることで安定したスパッタリングを実現することができ、並びにスパッタリングによって得られた薄膜を備えるＴＦＴにおいて高いプロセス耐久性及び高移動度を実現することができる。
以上がスパッタリングターゲットの説明である。
〔結晶質酸化物薄膜〕
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜は、本実施形態に係るスパッタリングターゲットを用いて成膜できる。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜は、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲ＲＥ内にあることが好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２：１７： １ ・・・（Ｒ１７）
図５にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図５には、前記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲ＲＥが示されている。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜は、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６－１）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）及び（Ｒ１７－１）で囲まれる組成範囲ＲＥ’内にあることも好ましい。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０： １ ：１９ ・・・（Ｒ１６－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １ ： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ８．５： １．５ ・・・（Ｒ４－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０：１８．５： １．５ ・・・（Ｒ１７－１）
図４１にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４１には、前記（Ｒ１６－１）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）及び（Ｒ１７－１）で囲まれる組成範囲ＲＥ’が示されている。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜によれば、高いプロセス耐久性、及び高い移動度を有する薄膜トランジスタを提供できる。
前記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲ＲＥ内の組成、及び前記（Ｒ１６－１）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）及び（Ｒ１７－１）で囲まれる組成範囲ＲＥ’内の組成の少なくともいずれかを有する結晶質酸化物薄膜は、結晶の格子定数が１０．１１４×１０－１０ｍ以下であり、原子のパッキングが特異な構造を有することにより、特異的な導電特性を示している。これは、酸化物焼結体が、今までに知られていない構造を有する結晶構造化合物Ａの結晶粒子を含むことから、原子のパッキングが特異な構造を有する結晶質酸化物薄膜を生成していると考えられる。この結晶質酸化物薄膜は、酸化物焼結体を使用したスパッタリングターゲットを用いて製造され、成膜後はアモルファス膜であるが、成膜後の後加熱により結晶化が向上して結晶質酸化物薄膜を得ることができる。もしくは、加熱成膜などによりナノ結晶を含む薄膜を形成する方法によっても、結晶質酸化物薄膜を得ることができる。この結晶質酸化物薄膜において、結晶の格子定数が１０．１１４×１０－１０ｍ以下であることから、通常の酸化インジウム薄膜よりも、結晶質酸化物薄膜がＧａ元素及びＡｌ元素の少なくともいずれかが固溶した酸化インジウム結晶からなり、Ｇａ元素及びＡｌ元素の少なくともいずれかが固溶した酸化インジウムの結晶が有している密なパッキング構造をとることにより、インジウム原子間の距離が小さくなり、インジウムの５Ｓ軌道がより重なるように作用する。このように作用することにより、当該結晶質酸化物薄膜を有する薄膜トランジスタは高移動度化することになり、より安定に作動する。結晶質酸化物薄膜におけるこの原子のパッキングの安定性により、リーク電流が少なく、安定性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（１７）～（１９）で表される範囲である。
８２≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（１７）
３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１８）
１．５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１９）
（式（１７）～（１９）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ結晶質酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（１７－１）、（１８－１）及び（１９－１）で表される範囲である。
８０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（１７－１）
３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１８－１）
１．５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１０ ・・・（１９－１）
（式（１７－１）、（１８－１）及び（１９－１）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ結晶質酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のより好ましい原子％比は下記式（１７－２）、（１８－２）及び（１９－２）で表される範囲である。
８０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（１７－２）
８＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１８－２）
１．７≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦８ ・・・（１９－２）
（式（１７－２）、（１８－２）及び（１９－２）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ結晶質酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
スパッタリングターゲットを用いて成膜した膜中のＩｎ元素の割合が式（１７－１）又は式（１７－２）の下限値以上であれば、結晶質酸化物薄膜が得られ易い。また、スパッタリングターゲットを用いて成膜した膜中のＩｎ元素の割合が式（１７－１）又は式（１７－２）の上限値以下であれば、得られる結晶質酸化物薄膜を用いたＴＦＴの移動度が高くなり易い。
スパッタリングターゲットを用いて成膜した膜中のＧａ元素の割合が式（１８－１）又は式（１８－２）の下限値以上であれば、得られる結晶質酸化物薄膜を用いたＴＦＴの移動度が高くなり易く、バンドギャップが３．５ｅＶより大きくなり易い。また、スパッタリングターゲットを用いて成膜した膜中のＧａ元素の割合が式（１８－１）又は式（１８－２）の上限値以下であれば、得られる結晶質酸化物薄膜を用いたＴＦＴのＶｔｈが大きくマイナスにシフトすることを抑制でき、ｏｎ／ｏｆｆ比が高くなり易い。
スパッタリングターゲットを用いて成膜した膜中のＡｌ元素の割合が式（１９－１）又は式（１９－２）の下限値以上であれば、得られる結晶質酸化物薄膜を用いたＴＦＴの移動度が大きくなり易い。また、スパッタリングターゲットを用いて成膜した膜中のＡｌ元素の割合が式（１９－１）又は式（１９－２）の上限値以下であれば、得られる結晶質酸化物薄膜を用いたＴＦＴのＶｔｈが大きくマイナスにシフトすることを抑制できる。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶であることが好ましい。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜は、例えば、加熱成膜により結晶化することで、若しくはアモルファス膜を成膜後の後加熱により結晶化することで、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶になる。この結晶質酸化物薄膜を用いた薄膜トランジスタは、高移動度化し、さらに安定性も良好である。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶の格子定数が１０．０５×１０－１０ｍ以下であることが好ましく、
１０．０３×１０－１０ｍ以下であることがより好ましく、１０．０２×１０－１０ｍ以下であることがさらに好ましく、１０×１０－１０ｍ以下であることがよりさらに好ましい。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜において、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶の格子定数は、９．９１３０×１０－１０ｍ以上であることが好ましく、９．９１４０×１０－１０ｍ以上であることがより好ましく、９．９１５０×１０－１０ｍ以上であることがさらに好ましい。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜におけるＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶の格子定数は、通常の酸化インジウムが示す１０．１１４×１０－１０ｍに比較すると、小さい。これは、本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜において、原子のパッキングが密となり、本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜は、特異な構造を有するためであると考えられる。これにより、本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜を用いた薄膜トランジスタは、高移動度化し、リーク電流も小さく、さらにバンドギャップも３．５ｅＶ以上であり光安定性も良好である。
本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜に含まれる金属元素は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムであればよく、本質的にインジウム、ガリウム及びアルミニウムからなってもよい。この場合、不可避不純物を含んでもよい。本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜に含まれる金属元素の、８０原子％以上、９０原子％以上、９５原子％以上、９６原子％以上、９７原子％以上、９８原子％以上、又は９９原子％以上がインジウム、ガリウム及びアルミニウムからなってもよい。また、本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜に含まれる金属元素は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムのみからなってもよい。
〔アモルファス酸化物薄膜〕
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜は、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む。
アモルファス酸化物薄膜は非晶質であるために、通常、バンドギャップ内に多くの準位を作ってしまう。このため、バンド端の吸収が起こり、特に短波長の光を吸収することによってキャリアが発生したり、空孔が発生したりし、これら作用によりアモルファス酸化物薄膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ではスレッシュホールドボルテージ（Ｖｔｈ）が変動し、ＴＦＴ特性が著しく劣化したり、トランジスタとして作動しなくなるおそれがある。
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜では、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを同時に含むことにより、吸収端が短波長側にシフトし、可視光域に光吸収を持たなくなり、光安定性を増すことができる。また、インジウムイオンよりイオン半径の小さなガリウムイオン、及びアルミニウムイオンの両方を含むことにより、正イオン間の距離が小さくなり、ＴＦＴの移動度を向上させることができる。また、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを同時に含有することにより、移動度が高く、透明性が高い光安定性に優れたアモルファス酸化物薄膜とすることができる。
本明細書において「酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む」とは、酸化物膜を構成する酸化物の５０質量％以上が酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムであることを意味し、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上である。
酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムが、酸化物膜を構成する酸化物の５０質量％以上であれば、当該酸化物膜を含む薄膜トランジスタの飽和移動度が低下し難くなる。
本明細書において酸化物薄膜が「アモルファス」（「非晶質」）であることは、酸化物膜をＸ線回折測定した場合に明確なピークが確認できず、ブロードなパターンが得られることにより確認できる。
酸化物薄膜が非晶質であることで、膜の表面の均一性がよく、ＴＦＴ特性の面内のばらつきを減らすことが可能となる。
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜によれば、高いプロセス耐久性及び高い移動度を有する薄膜トランジスタを提供できる。
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜の好ましい一態様としては、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６）、（Ｒ１７）、及び（Ｒ１８）で囲まれる組成範囲ＲＦ内にあるアモルファス酸化物薄膜が挙げられる。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２：１７： １ ・・・（Ｒ１７）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６：１７：１７ ・・・（Ｒ１８）
図７にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図７には、前記（Ｒ１６）、（Ｒ１７）、及び（Ｒ１８）で囲まれる組成範囲ＲＦが示されている。
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜の好ましい一態様としては、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６－１）、（Ｒ１７－１）、及び（Ｒ１８－１）で囲まれる組成範囲ＲＦ’内にあるアモルファス酸化物薄膜が挙げられる。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０ ： １ ：１９ ・・・（Ｒ１６－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０ ：１８．５： １．５ ・・・（Ｒ１７－１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６２．５：１８．５：１９ ・・・（Ｒ１８－１）
図４２にＩｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図を示す。図４２には、前記（Ｒ１６－１）、（Ｒ１７－１）、及び（Ｒ１８－１）で囲まれる組成範囲ＲＦ’が示されている。
前記（Ｒ１６）、（Ｒ１７）、及び（Ｒ１８）で囲まれる組成範囲ＲＦ内の組成及び前記（Ｒ１６－１）、（Ｒ１７－１）、及び（Ｒ１８－１）で囲まれる組成範囲ＲＦ’内の組成の少なくともいずれかを有する薄膜は、アモルファス薄膜である。一方、前述の本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜におけるＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶の格子定数は、通常想定される格子定数よりも大幅に小さく、結晶質酸化物薄膜は、原子のパッキングが特異な構造を有すると考えられる。この特異な原子のパッキング形態は、アモルファス化しても完全な無秩序な構造になるのではなく、結晶質薄膜が有する密なパッキング構造に似たアモルファス構造をとるようにインジウム原子間距離を縮めるように作用する。このような作用により、インジウム原子の５Ｓ軌道がより重なり易くなり、その結果、本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜を有する薄膜トランジスタは、安定に作動する。アモルファス酸化物薄膜における原子のパッキングの安定性により、リーク電流が少なく、安定性に優れた薄膜トランジスタが得られる。
結晶化温度及び加熱方法により、結晶化したり、成膜直後のアモルファス状態を維持したり場合があり、結晶化方法を適宜選択することにより、前記（Ｒ１６）、（Ｒ１７）、及び（Ｒ１８）で囲まれる組成範囲ＲＦ内の組成、及び前記（Ｒ１６－１）、（Ｒ１７－１）、及び（Ｒ１８－１）で囲まれる組成範囲ＲＦ’内の組成の少なくともいずれかを有するアモルファス酸化物薄膜を得ることができる。
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（２０）～（２２）で表される範囲である。
７０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦８２ ・・・（２０）
３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（２１）
１．５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（２２）
（式（２０）～（２２）中、Ｉｎ、Ａｌ及びＧａは、それぞれアモルファス酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（２０－１）、式（２１－１）、及び式（２２－１）で表される範囲である。
７０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦８０ ・・・（２０－１）
３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜１５ ・・・（２１－１）
２≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（２２－１）
（式（２０－１）、式（２１－１）、及び式（２２－１）中、Ｉｎ、Ａｌ及びＧａは、それぞれアモルファス酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
本明細書において、酸化物薄膜（結晶質酸化物薄膜及びアモルファス酸化物薄膜）の原子比は、誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）、又はＸＲＦ（Ｘ－Ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）測定により、各元素の存在量を測定することで求めることができる。ＩＣＰ測定は誘導プラズマ発光分析装置を用いることができる。ＸＲＦ測定は薄膜蛍光Ｘ線分析装置（ＡＺＸ４００、リガク社製）を用いることができる。
また、酸化物薄膜中の各金属元素の含有量（原子比）は、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ分析を用いても誘導プラズマ発光分析と同等の精度で分析できる。誘導プラズマ発光分光分析装置又は薄膜蛍光Ｘ線分析装置で測定した金属元素の原子比が既知の標準酸化物薄膜の上面に、ソース・ドレイン電極をＴＦＴ素子と同様の材料をチャネル長で形成したものを標準材料とし、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ（ＩＭＳ ７ｆ－Ａｕｔｏ、ＡＭＥＴＥＫ社製）により酸化物半導体層の分析に行い各元素の質量スペクトル強度を得、既知の元素濃度と質量スペクトル強度の検量線を作製する。次に、実ＴＦＴ素子の酸化物半導体膜部分を、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ分析によるスペクトル強度から、前述の検量線を用いて、原子比を算出すると、算出された原子比は、別途薄膜蛍光Ｘ線分析装置又は誘導プラズマ発光分析装置で測定された酸化物半導体膜の原子比の２原子％以内であることが確認できる。
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜に含まれる金属元素は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムであればよく、本質的にインジウム、ガリウム及びアルミニウムからなってもよい。この場合、不可避不純物を含んでもよい。本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜に含まれる金属元素の、８０原子％以上、９０原子％以上、９５原子％以上、９６原子％以上、９７原子％以上、９８原子％以上、又は９９原子％以上がインジウム、ガリウム及びアルミニウムからなってもよい。また、本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜に含まれる金属元素は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムのみからなってもよい。
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜の好ましい別の態様としては、下記組成式（１）で表される組成を有するアモルファス酸化物薄膜が挙げられる。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（１）
（前記組成式（１）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．３３、
０．１７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜の好ましい別の態様としては、下記組成式（２）で表される組成を有するアモルファス酸化物薄膜が挙げられる。
（ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
（前記組成式（２）中、
０．４７≦ｘ≦０．５３、
０．１７≦ｙ≦０．４３、
０．０７≦ｚ≦０．３３、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
前記組成式（１）又は組成式（２）で示される領域の組成を有する酸化物焼結体のバルク抵抗は、周辺の酸化物焼結体のバルク抵抗よりも低抵抗であり、特異的な導電性を示している。これは、酸化物焼結体が、今までに知られていない構造を有することから、原子のパッキングが特異な構造を有することにより、低抵抗な酸化物焼結体を生成していると考えられる。この酸化物焼結体を使用したスパッタリングターゲットを用いて製造された薄膜は、形態がアモルファス化しても完全な無秩序な構造ではなく、酸化物焼結体が有している密なパッキング構造と似た構造をとるようにインジウム原子間距離を縮めるように作用する。この作用により、インジウム原子の５Ｓ軌道がより重なり易くなり、その結果、このような薄膜を有する薄膜トランジスタは安定に作動する。この原子のパッキングの安定性により、リーク電流が少なく、安定性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
［アモルファス酸化物薄膜の成膜方法］
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜は、本実施形態及び他の実施形態に係る酸化物焼結体から得られるスパッタリングターゲットをスパッタリング法により成膜することにより得られる（図８Ａ参照）。
アモルファス酸化物薄膜の成膜は、スパッタリング法以外にも、例えば蒸着法、イオンプレーティング法、及びパルスレーザー蒸着法等からなる群から選択される方法により実施できる。
なお、本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜の成膜方法を本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜にも適用できる。
本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜の原子組成は、通常、成膜に用いたスパッタリングターゲット（酸化物焼結体）の原子組成と同じとなる。
以下、本実施形態及び他の実施形態に係る酸化物焼結体から得られるスパッタリングターゲットをスパッタリングして基板上にアモルファス酸化物薄膜を成膜する場合を説明する。
スパッタリングとしては、ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、及びパルスＤＣスパッタリング法等からなる群から選択される方法を適用することができ、いずれの方法であっても異常放電のないスパッタリングが可能である。
スパッタリングガスとしては、アルゴンと酸化性ガスの混合ガスを用いることができ、酸化性ガスとしては、Ｏ２、ＣＯ２、Ｏ３、及びＨ２Ｏ等からなる群から選択されるガスが挙げられる。
スパッタリングにより成膜した基板上の薄膜をアニール処理した場合であっても、下記条件であれば薄膜は非晶質状態を維持でき、良好な半導体特性が得られる。
アニール処理温度は、例えば５００℃以下であり、好ましくは１００℃以上５００℃以下であり、さらに好ましくは１５０℃以上４００℃以下、特に好ましくは２５０℃以上４００℃以下である。アニール時間は、通常、０．０１時間～５．０時間であり、好ましくは、０．１時間～３．０時間であり、より好ましくは、０．５時間～２．０時間である。
アニール処理時の加熱雰囲気は特に限定されるわけではないが、大気雰囲気又は酸素流通雰囲気がキャリア制御性の観点から好ましく、大気雰囲気がより好ましい。アニール処理においては、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、及び接触加熱装置等からなる群から選択される装置を用いることができる。
上記アニール処理（加熱処理）は、基板上の薄膜を覆うように保護膜を形成した後に実施すると好ましい（図８（Ｂ）参照）。
上記保護膜としては、例えばＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉＯ３，ＢａＴａ２Ｏ６，及びＳｒＴｉＯ３等からなる群から選択されるいずれかの膜を用いることができる。これらのなかでも、上記保護膜としては、好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，及びＣａＨｆＯ３からなる群から選択されるいずれかの膜であり、より好ましくはＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３の膜である。これら酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。これら保護膜は、保護絶縁膜として機能できる。
保護膜は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法を用いて形成することができ、好ましくは、酸素を含む希ガス雰囲気下においてスパッタリング法にて成膜する。
保護膜の膜厚は適宜設定すればよく、例えば５０ｎｍ～５００ｎｍである。
〔薄膜トランジスタ〕
本実施形態に係る薄膜トランジスタとしては、本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタ、本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜含む薄膜トランジスタ、並びに本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜及びアモルファス酸化物薄膜の両方を含む薄膜トランジスタが挙げられる。
薄膜トランジスタのチャネル層として、本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜又は本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜を用いることが好ましい。
本実施形態に係る薄膜トランジスタが、本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜をチャネル層として有している場合、薄膜トランジスタにおける他の素子構成は特に限定されず、公知の素子構成を採用することができる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタの別の態様としては、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）で囲まれる組成範囲内にある酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタが挙げられる。
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：２２：３３ ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６： １：３３ ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５４：４５： １ ・・・（Ｒ５）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４５：４５：１０ ・・・（Ｒ６）
薄膜トランジスタのチャネル層として、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、前記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）で囲まれる組成範囲内にある酸化物半導体薄膜を用いることも好ましい。
本実施形態に係る薄膜トランジスタが、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、前記（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ４）、（Ｒ５）及び（Ｒ６）で囲まれる組成範囲内にある酸化物半導体薄膜をチャネル層として有している場合、薄膜トランジスタにおける他の素子構成は特に限定されず、公知の素子構成を採用することができる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタが含む酸化物半導体薄膜の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（２３）～（２５）で表される範囲である。
４８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（２３）
３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦３３ ・・・（２４）
１≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦３０ ・・・（２５）
（式（２３）～（２５）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ酸化物半導体薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
本実施形態に係る薄膜トランジスタが含む酸化物半導体薄膜の一態様において、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）のさらに好ましい原子％比は下記式（２３－１）、式（２４－１）及び式（２５－１）で表される範囲である。
４８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（２３－１）
３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦３３ ・・・（２４－１）
１．５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦３０ ・・・（２５－１）
（式（２３－１）、式（２４－１）及び式（２５－１）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ酸化物半導体薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
本実施形態に係る薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイ及び有機ＥＬディスプレイ等の表示装置に好適に用いることができる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタにおけるチャネル層の膜厚は、通常１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、好ましくは２０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。
本実施形態に係る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。
本実施形態に係る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、及び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、及び抵抗素子にも適応できる。
本実施形態に係る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、及びトップコンタクト等公知の構成から選ばれる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又は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。
本実施形態に係る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の薄膜トランジスタとしては、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。
具体的な薄膜トランジスタの例を図９及び図１０に示す。
図９に示すように、薄膜トランジスタ１００は、シリコンウエハ２０、ゲート絶縁膜３０、酸化物半導体薄膜４０、ソース電極５０、ドレイン電極６０、及び層間絶縁膜７０、７０Ａを備える。
シリコンウエハ２０はゲート電極である。ゲート絶縁膜３０はゲート電極と酸化物半導体薄膜４０の導通を遮断する絶縁膜であり、シリコンウエハ２０上に設けられる。
酸化物半導体薄膜４０はチャネル層であり、ゲート絶縁膜３０上に設けられる。酸化物半導体薄膜４０には本実施形態に係る酸化物薄膜（結晶質酸化物薄膜及びアモルファス酸化物薄膜の少なくともいずれか）が用いられる。
ソース電極５０及びドレイン電極６０は、ソース電流及びドレイン電流を酸化物半導体薄膜４０に流すための導電端子であり、酸化物半導体薄膜４０の両端近傍に接触するように、各々設けられる。
層間絶縁膜７０は、ソース電極５０及びドレイン電極６０と、酸化物半導体薄膜４０の間の接触部分以外の導通を遮断する絶縁膜である。
層間絶縁膜７０Ａは、ソース電極５０及びドレイン電極６０と、酸化物半導体薄膜４０の間の接触部分以外の導通を遮断する絶縁膜である。層間絶縁膜７０Ａは、ソース電極５０とドレイン電極６０の間の導通を遮断する絶縁膜でもある。層間絶縁膜７０Ａは、チャネル層保護層でもある。
図１０に示すように、薄膜トランジスタ１００Ａの構造は、薄膜トランジスタ１００と同様であるが、ソース電極５０及びドレイン電極６０を、ゲート絶縁膜３０と酸化物半導体薄膜４０の両方に接触するように設けている点が異なる。ゲート絶縁膜３０、酸化物半導体薄膜４０、ソース電極５０、及びドレイン電極６０を覆うように、層間絶縁膜７０Ｂが一体に設けられている点も異なる。
また、本実施形態に係る薄膜トランジスタの別の態様としては、酸化物半導体薄膜が積層構造を有する薄膜トランジスタが挙げられる。この態様の例として、薄膜トランジスタ１００における酸化物半導体薄膜４０が積層構造である場合を挙げる。この場合の薄膜トランジスタにおいて、チャネル層としての酸化物半導体薄膜４０は、第一層としての本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜と、第二層としての本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜とを有することが好ましい。第一層としての本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜は、薄膜トランジスタの活性層であることが好ましい。第一層としての本実施形態に係る結晶質酸化物薄膜は、ゲート絶縁膜３０と接して設けられ、この第一層の上に第二層としての本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜が積層されていることが好ましい。第二層としての本実施形態に係るアモルファス酸化物薄膜は、ソース電極５０及びドレイン電極６０の少なくともいずれかに接していることが好ましい。第一層及び第二層を積層することにより、高移動度であり、且つ閾値電圧（Ｖｔｈ）を０Ｖ付近に制御できる。
ドレイン電極６０、ソース電極５０及びゲート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。図９及び図１０で挙げた例では、シリコンウエハを基板として用いており、シリコンウエハが電極としても作用するが、電極材料はシリコンに限定されない。
例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ＺｎＯ、及びＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｔｉ、及びＴａ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極や積層電極を用いることができる。
また、図９及び図１０において、ガラス等の基板上にゲート電極を形成してもよい。
層間絶縁膜７０、７０Ａ、７０Ｂ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。層間絶縁膜７０、７０Ａ、７０Ｂを形成する材料として、具体的には、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＣａＨｆＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、ＳｒＴｉＯ３、Ｓｍ２Ｏ３、及びＡｌＮ等の化合物を用いることができる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタがバックチャネルエッチ型(ボトムゲート型)の場合、ドレイン電極、ソース電極及びチャネル層上に保護膜を設けることが好ましい。保護膜を設けることにより、ＴＦＴを長時間駆動した場合でも耐久性が向上しやすくなる。なお、トップゲート型のＴＦＴの場合、例えばチャネル層上にゲート絶縁膜を形成した構造となる。
保護膜又は絶縁膜は、例えばＣＶＤにより形成することができるが、その際に高温度によるプロセスになる場合がある。また、保護膜又は絶縁膜は、成膜直後は不純物ガスを含有していることが多く、加熱処理（アニール処理）を行うことが好ましい。加熱処理で不純物ガスを取り除くことにより、安定した保護膜又は絶縁膜となり、耐久性の高いＴＦＴ素子を形成しやすくなる。
本実施形態に係る酸化物半導体薄膜を用いることにより、ＣＶＤプロセスにおける温度の影響、及びその後の加熱処理による影響を受けにくくなるため、保護膜又は絶縁膜を形成した場合であっても、ＴＦＴ特性の安定性を向上させることができる。
トランジスタ特性において、Ｏｎ／Ｏｆｆ特性はディスプレイの表示性能を決める要素である。液晶のスイッチングとして薄膜トランジスタを使用する場合は、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は６ケタ以上であることが好ましい。ＯＬＥＤの場合は電流駆動のためＯｎ電流が重要だが、Ｏｎ／Ｏｆｆ比に関しては同様に６ケタ以上であることが好ましい。
本実施形態に係る薄膜トランジスタは、Ｏｎ／Ｏｆｆ比が１×１０６以上であることが好ましい。
Ｏｎ／Ｏｆｆ比は、Ｖｇ＝－１０ＶのＩｄの値をＯｆｆ電流値とし、Ｖｇ＝２０ＶのＩｄの値をＯｎ電流値として、比［Ｏｎ電流値／Ｏｆｆ電流値］を決めることにより、求められる。
また、本実施形態に係るＴＦＴの移動度は、５ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましく、１０ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましい。
飽和移動度は、ドレイン電圧を２０Ｖ印加した場合の伝達特性から求められる。具体的に、伝達特性Ｉｄ－Ｖｇのグラフを作成し、各Ｖｇのトランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出し、飽和領域の式により飽和移動度を求めることにより、算出できる。Ｉｄはソース・ドレイン電極間の電流、Ｖｇはソース・ドレイン電極間に電圧Ｖｄを印加したときのゲート電圧である。
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、－３．０Ｖ以上、３．０Ｖ以下が好ましく、－２．０Ｖ以上、２．０Ｖ以下がより好ましく、－１．０Ｖ以上、１．０Ｖ以下がさらに好ましい。閾値電圧（Ｖｔｈ）が－３．０Ｖ以上であると、高移動度の薄膜トランジスタが得られる。閾値電圧（Ｖｔｈ）が３．０Ｖ以下であると、オフ電流が小さく、オンオフ比の大きな薄膜トランジスタが得られる。
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、伝達特性のグラフよりＩｄ＝１０－９ＡでのＶｇで定義できる。
Ｏｎ／Ｏｆｆ比は１０６以上、１０１２以下が好ましく、１０７以上、１０１１以下がより好ましく、１０８以上、１０１０以下がさらに好ましい。Ｏｎ／Ｏｆｆ比が１０６以上であると、液晶ディスプレイの駆動ができる。Ｏｎ／Ｏｆｆ比が１０１２以下であると、コントラストの大きな有機ＥＬの駆動ができる。また、Ｏｎ／Ｏｆｆ比が１０１２以下であると、オフ電流を１０－１１Ａ以下にでき、薄膜トランジスタをＣＭＯＳイメージセンサーの転送トランジスタ又はリセットトランジスタに用いた場合、画像の保持時間を長くしたり、感度を向上させたりできる。
＜量子トンネル電界効果トランジスタ＞
本実施形態に係る酸化物半導体薄膜は、量子トンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に用いることもできる。
図１１に、本実施形態の一態様に係る、量子トンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の模式図（縦断面図）を示す。
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１は、ｐ型半導体層５０３、ｎ型半導体層５０７、ゲート絶縁膜５０９、ゲート電極５１１、ソース電極５１３、及びドレイン電極５１５を備える。
ｐ型半導体層５０３、ｎ型半導体層５０７、ゲート絶縁膜５０９、及びゲート電極５１１は、この順番に積層されている。
ソース電極５１３は、ｐ型半導体層５０３上に設けられる。ドレイン電極５１５はｎ型半導体層５０７上に設けられる。
ｐ型半導体層５０３は、ｐ型のＩＶ族半導体層であり、ここではｐ型シリコン層である。
ｎ型半導体層５０７は、ここでは上記実施形態に係るｎ型の酸化物半導体薄膜である。ソース電極５１３及びドレイン電極５１５は導電膜である。
図１１では図示していないが、ｐ型半導体層５０３上には絶縁層が形成されてもよい。この場合、ｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７は、絶縁層を部分的に開口した領域であるコンタクトホールを介して接続されている。図１１では図示していないが、量子トンネル電界効果トランジスタ５０１は、その上面を覆う層間絶縁膜を備えてもよい。
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１は、ｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７により形成されたエネルギー障壁をトンネリングする電流を、ゲート電極５１１の電圧により制御する、電流のスイッチングを行う量子トンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。この構造では、ｎ型半導体層５０７を構成する酸化物半導体のバンドギャップが大きくなり、オフ電流を小さくすることができる。
図１２に、他の実施形態に係る量子トンネル電界効果トランジスタ５０１Ａの模式図（縦断面図）を示す。
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１Ａの構成は、量子トンネル電界効果トランジスタ５０１と同様であるが、ｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７の間に酸化シリコン層５０５が形成されている点が異なる。酸化シリコン層が有ることにより、オフ電流を小さくすることが出来る。
酸化シリコン層５０５の厚みは、１０ｎｍ以下であるのが好ましい。１０ｎｍ以下とすることにより、トンネル電流が流れなかったり、形成されるエネルギー障壁が形成しにくかったり障壁高さが変化したりするのを防止でき、トンネリング電流が低下したり、変化したりするのを防げる。酸化シリコン層５０５の厚みは、好ましくは、８ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以下、更に好ましくは３ｎｍ以下、更により好ましくは１ｎｍ以下である。
図１３にｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７の間に酸化シリコン層５０５が形成された部分のＴＥＭ写真を示す。
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１及び５０１Ａにおいても、ｎ型半導体層５０７はｎ型酸化物半導体である。
ｎ型半導体層５０７を構成する酸化物半導体は、非晶質でもよい。ｎ型半導体層５０７を構成する酸化物半導体が非晶質であることにより、蓚酸などの有機酸でエッチング可能となり、他の層とのエッチング速度の差が大きくなり、配線などの金属層への影響もなく、良好にエッチングできる。
ｎ型半導体層５０７を構成する酸化物半導体は、結晶質でもよい。結晶質であることにより、非晶質の場合よりもバンドギャップが大きくなり、オフ電流を小さくできる。仕事関数も大きくできることから、ｐ型のＩＶ族半導体材料とｎ型半導体層５０７により形成されるエネルギー障壁をトンネリングする電流を制御しやすくなる。
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１の製造方法は、特に限定しないが、以下の方法を例示できる。
まず、図１４Ａに示すように、ｐ型半導体層５０３上に絶縁膜５０５Ａを形成し、絶縁膜５０５Ａの一部をエッチング等で開口してコンタクトホール５０５Ｂを形成する。
次に、図１４Ｂに示すように、ｐ型半導体層５０３及び絶縁膜５０５Ａ上にｎ型半導体層５０７を形成する。この際、コンタクトホール５０５Ｂを介してｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７を接続する。
次に、図１４Ｃに示すように、ｎ型半導体層５０７上に、ゲート絶縁膜５０９及びゲート電極５１１をこの順番に形成する。
次に、図１４Ｄに示すように、絶縁膜５０５Ａ、ｎ型半導体層５０７、ゲート絶縁膜５０９及びゲート電極５１１を覆うように、層間絶縁膜５１９を設ける。
次に、図１４Ｅに示すように、ｐ型半導体層５０３上の絶縁膜５０５Ａ及び層間絶縁膜５１９の一部を開口してコンタクトホール５１９Ａを形成し、コンタクトホール５１９Ａにソース電極５１３を設ける。
さらに、図１４Ｅに示すように、ｎ型半導体層５０７上のゲート絶縁膜５０９及び層間絶縁膜５１９の一部を開口してコンタクトホール５１９Ｂを形成し、コンタクトホール５１９Ｂにドレイン電極５１５を形成する。
以上の手順で量子トンネル電界効果トランジスタ５０１を製造できる。
なお、ｐ型半導体層５０３上にｎ型半導体層５０７を形成した後で、１５０℃以上、６００℃以下の温度で熱処理を行うことで、ｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７の間に酸化シリコン層５０５を形成できる。この工程を追加することにより、量子トンネル電界効果トランジスタ５０１Ａを製造できる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタは、チャネルドープ型薄膜トランジスタであることが好ましい。チャネルドープ型トランジスタとは、チャネルのキャリアを、雰囲気及び温度等外界の刺激に対して変動しやすい酸素欠損ではなく、ｎ型ドーピングにより適切に制御したトランジスタであり、高移動度と高信頼性を両立する効果が得られる。
＜薄膜トランジスタの用途＞
本実施形態に係る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、及び差動増幅回路等の各種の集積回路にも適用でき、それらを電子機器等に適用することができる。さらに、本実施形態に係る薄膜トランジスタは、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、及び抵抗素子にも適応できる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタは、表示装置及び固体撮像素子等に好適に用いることができる。
以下、本実施形態に係る薄膜トランジスタを表示装置及び固体撮像素子に用いる場合について、説明する。
まず、本実施形態に係る薄膜トランジスタを表示装置に用いる場合について、図１５を参照して説明する。
図１５Ａは、本実施形態に係る表示装置の上面図である。図１５Ｂは、本実施形態に係る表示装置の画素部に、液晶素子を適用する場合の画素部の回路を説明するための回路図である。また、図１５Ｂは、本実施形態に係る表示装置の画素部に、有機ＥＬ素子を適用する場合の画素部の回路を説明するための回路図である。
画素部に配置するトランジスタは、本実施形態に係る薄膜トランジスタを用いることができる。本実施形態に係る薄膜トランジスタはｎチャネル型とすることが容易なので、ｎチャネル型トランジスタで構成できる駆動回路の一部を、画素部のトランジスタと同一基板上に形成する。画素部や駆動回路に本実施の形態に示す薄膜トランジスタを用いることにより、信頼性の高い表示装置を提供できる。
アクティブマトリクス型表示装置の上面図の一例を図１５Ａに示す。表示装置の基板３００上には、画素部３０１、第１の走査線駆動回路３０２、第２の走査線駆動回路３０３、及び信号線駆動回路３０４が形成される。画素部３０１には、複数の信号線が信号線駆動回路３０４から延伸して配置され、複数の走査線が第１の走査線駆動回路３０２、及び第２の走査線駆動回路３０３から延伸して配置される。走査線と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に設けられる。表示装置の基板３００は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の接続部を介して、タイミング制御回路（コントローラ、制御ＩＣともいう）に接続される。
図１５Ａでは、第１の走査線駆動回路３０２、第２の走査線駆動回路３０３、信号線駆動回路３０４は、画素部３０１と同じ基板３００上に形成される。そのため、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板３００外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増える。同じ基板３００上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
また、画素の回路構成の一例を図１５Ｂに示す。ここでは、ＶＡ型液晶表示装置の画素部に適用することができる画素部の回路を示す。
この画素部の回路は、一つの画素に複数の画素電極を有する構成に適用できる。それぞれの画素電極は異なるトランジスタに接続され、各トランジスタは異なるゲート信号で駆動できるように構成されている。これにより、マルチドメイン設計された画素の個々の画素電極に印加する信号を、独立して制御できる。
トランジスタ３１６のゲート配線３１２と、トランジスタ３１７のゲート配線３１３には、異なるゲート信号を与えられるように分離されている。一方、データ線として機能するソース電極又はドレイン電極３１４は、トランジスタ３１６とトランジスタ３１７で共通に用いられる。トランジスタ３１６とトランジスタ３１７は、本実施形態に係るトランジスタを用いることができる。これにより、信頼性の高い液晶表示装置を提供できる。
トランジスタ３１６には、第１の画素電極が電気的に接続され、トランジスタ３１７には、第２の画素電極が電気的に接続される。第１の画素電極と第２の画素電極とは分離されている。第１の画素電極と第２の画素電極の形状は、特に限定しない。例えば、第１の画素電極は、Ｖ字状とすればよい。
トランジスタ３１６のゲート電極はゲート配線３１２と接続され、トランジスタ３１７のゲート電極はゲート配線３１３と接続されている。ゲート配線３１２とゲート配線３１３に異なるゲート信号を与えて、トランジスタ３１６とトランジスタ３１７の動作タイミングを異ならせ、液晶の配向を制御できる。
また、容量配線３１０と、誘電体として機能するゲート絶縁膜と、第１の画素電極又は第２の画素電極と電気的に接続する容量電極とで、保持容量を形成してもよい。
マルチドメイン構造は、一画素に第１の液晶素子３１８と第２の液晶素子３１９を備える。第１の液晶素子３１８は第１の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成され、第２の液晶素子３１９は第２の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成される。
画素部は、図１５Ｂに示す構成に限定されない。図１５Ｂに示す画素部にスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ、センサー、又は論理回路を追加してもよい。
画素の回路構成の他の一例を図１５Ｃに示す。ここでは、有機ＥＬ素子を用いた表示装置の画素部の構造を示す。
図１５Ｃは、適用可能な画素部３２０の回路の一例を示す図である。ここではｎチャネル型のトランジスタを１つの画素に２つ用いる例を示す。本実施形態に係る酸化物半導体膜は、ｎチャネル型のトランジスタのチャネル形成領域に用いることができる。当該画素部の回路は、デジタル時間階調駆動を適用できる。
スイッチング用トランジスタ３２１及び駆動用トランジスタ３２２は、本実施形態に係る薄膜トランジスタを用いることができる。これにより、信頼性の高い有機ＥＬ表示装置を提供することができる。
画素部の回路の構成は、図１５Ｃに示す構成に限定されない。図１５Ｃに示す画素部の回路にスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサー、トランジスタ又は論理回路を追加してもよい。
以上が本実施形態に係る薄膜トランジスタを表示装置に用いる場合の説明である。
次に、本実施形態に係る薄膜トランジスタを固体撮像素子に用いる場合について、図１６を参照して説明する。
ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーは、信号電荷蓄積部に電位を保持し、その電位を、増幅トランジスタを介して、垂直出力線に出力する固体撮像素子である。ＣＭＯＳイメージセンサーに含まれるリセットトランジスタ、及び／又は転送トランジスタにリーク電流があると、そのリーク電流によって充電又は放電が起こり、信号電荷蓄積部の電位が変化する。信号電荷蓄積部の電位が変化すると、増幅トランジスタの電位も変わってしまい、本来の電位からずれた値となり、撮像された映像が劣化してしまう。
本実施形態に係る薄膜トランジスタをＣＭＯＳイメージセンサーのリセットトランジスタ、及び転送トランジスタに適用した場合の動作の効果を説明する。増幅トランジスタは、薄膜トランジスタ又はバルクトランジスタのどちらを適用しても良い。
図１６は、ＣＭＯＳイメージセンサーの画素構成の一例を示す図である。画素は光電変換素子であるフォトダイオード３００２、転送トランジスタ３００４、リセットトランジスタ３００６、増幅トランジスタ３００８及び各種配線で構成されており、マトリクス状に複数の画素が配置されてセンサーを構成する。増幅トランジスタ３００８と電気的に接続される選択トランジスタを設けても良い。トランジスタ記号に記してある「ＯＳ」は酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を、「Ｓｉ」はシリコンを示しており、それぞれのトランジスタに適用すると好ましい材料を表している。以降の図面についても同様である。
フォトダイオード３００２は、転送トランジスタ３００４のソース側に接続されており、転送トランジスタ３００４のドレイン側には信号電荷蓄積部３０１０（ＦＤ：フローティングディフュージョンとも呼ぶ）が形成される。信号電荷蓄積部３０１０にはリセットトランジスタ３００６のソース、及び増幅トランジスタ３００８のゲートが接続されている。別の構成として、リセット電源線３１１０を削除することもできる。例えば、リセットトランジスタ３００６のドレインをリセット電源線３１１０ではなく、電源線３１００又は垂直出力線３１２０につなぐ方法がある。
なお、また、フォトダイオード３００２に本実施形態に係る酸化物半導体膜を用いても良く、転送トランジスタ３００４、リセットトランジスタ３００６に用いられる酸化物半導体膜と同じ材料を用いてよい。
以上が、本実施形態に係る薄膜トランジスタを固体撮像素子に用いる場合の説明である。
以下、本発明を実施例と比較例を用いて説明する。しかしながら、本発明はこれら実施例に限定されない。
［酸化物焼結体の製造］
（実施例１から実施例１４）
表１～表４に示す組成（ａｔ％）となるように酸化ガリウム粉末、酸化アルミニウム粉末、及び酸化インジウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。
この混合粉末を金型に入れ、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成型体を作製した。
このプレス成型体を２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰにより緻密化を行った。
次に、この緻密化したプレス成型体を大気圧焼成炉に設置して、３５０℃で３時間保持した。その後、１００℃／時間にて昇温し、１３５０℃にて２４時間焼結し、放置冷却して酸化物焼結体を得た。
得られた酸化物焼結体について、以下の評価を行った。
評価結果を表１～表４に示す。
［酸化物焼結体の特性評価］
（１－１）ＸＲＤの測定
得られた酸化物焼結体について、Ｘ線回折測定装置ＳｍａｒｔＬａｂにより、以下の条件で、酸化物焼結体のＸ線回折（ＸＲＤ）を測定した。得られたＸＲＤチャートをＪＡＤＥ６により分析し、酸化物焼結体中の結晶相を確認した。
・装置：ＳｍａｒｔＬａｂ（株式会社リガク製）
・Ｘ線：Ｃｕ－Ｋα線（波長１．５４１８×１０－１０ｍ）
・２θ－θ反射法、連続スキャン（２．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリットＤＳ（発散スリット）、ＳＳ（散乱スリット）、ＲＳ（受光スリット）：１ｍｍ
（１－２）格子定数
上記のＸＲＤ測定によって得られたＸＲＤパターンを、ＪＡＤＥ６を用いて全パターンフィッティング（ＷＰＦ）解析し、ＸＲＤパターンに含まれる各結晶成分を特定し、得られた酸化物焼結体中のＩｎ２Ｏ３結晶相の格子定数を算出した。
（２）相対密度
得られた酸化物焼結体について、相対密度を算出した。ここで「相対密度」とは、アルキメデス法により測定される酸化物焼結体の実測密度を、酸化物焼結体の理論密度で除した値の百分率であることを意味する。本発明において、理論密度は、以下のように算出される。
理論密度＝酸化物焼結体に用いた原料粉末の総重量／酸化物焼結体に用いた原料粉末の総体積
例えば、酸化物焼結体の原料粉末として酸化物ＡＸ、酸化物Ｂ、酸化物Ｃ、酸化物Ｄを用いた場合において、酸化物ＡＸ、酸化物Ｂ、酸化物Ｃ、酸化物Ｄの使用量（仕込量）をそれぞれａ（ｇ）、ｂ（ｇ）、ｃ（ｇ）、ｄ（ｇ）とすると、理論密度は、以下のように当てはめることで算出できる。
理論密度＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）／（（ａ／酸化物ＡＸの密度）＋（ｂ／酸化物Ｂの密度）＋（ｃ／酸化物Ｃの密度）＋（ｄ／酸化物Ｄの密度））
なお、各酸化物の密度は、密度と比重はほぼ同等であることから、化学便覧 基礎編Ｉ日本化学編 改定２版（丸善株式会社）に記載されている比重の値を用いた。
（３）バルク抵抗（ｍΩ・ｃｍ）
得られた酸化物焼結体のバルク抵抗（ｍΩ・ｃｍ）を、抵抗率計ロレスタ（三菱化学株式会社製）を使用して、四探針法（ＪＩＳ Ｒ １６３７：１９９８）に基づき測定した。
測定箇所は、酸化物焼結体の中心及び酸化物焼結体の四隅と中心との中間点の４点、計５箇所とし、５箇所の平均値をバルク抵抗値とした。
（４）ＳＥＭ－ＥＤＳ測定方法
ＳＥＭ観察、酸化物焼結体の結晶粒の割合、及び組成比率については、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）／エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ： Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて評価を行った。１ｃｍ□以下に切断した酸化物焼結体を、１インチφのエポキシ系常温硬化樹脂に封入した。さらに封入した酸化物焼結体を研磨紙＃４００、＃６００、＃８００、３μｍダイヤモンドサスペンション水、及び１μｍシリカ水コロイダルシリカ（最終仕上げ用）をこの順番で用いて研磨した。光学顕微鏡で酸化物焼結体を観察し、酸化物焼結体の研磨面に１μｍ以上の研磨痕がない状態まで研磨を実施した。研磨した酸化物焼結体表面を、日立ハイテクノロジーズ製走査電子顕微鏡ＳＵ８２２０を用いて、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定を実施した。加速電圧は８．０ｋＶとし、倍率３０００倍で２５μｍ×２０μｍのエリアサイズのＳＥＭ像を観察し、ＥＤＳは、ポイント測定を実施した。
（５）ＥＤＳによる結晶構造化合物Ａの同定
ＥＤＳ測定は、一つのＳＥＭ画像の中の異なるエリアについて、６箇所以上でポイント測定を行った。ＥＤＳによる各元素の組成比率の算出は、サンプルから得られた蛍光エックス線のエネルギーで元素を同定し、さらに各元素でＺＡＦ法用いて定量組成比に換算し求めた。
（６）ＳＥＭ画像からの結晶構造化合物Ａの割合の算定方法
結晶構造化合物Ａの割合は、ＳＥＭ画像をイメージメトロロジー社製ＳＰＩＰ，Ｖｅｒｓｉｏｎ４．３．２．０を用いて画像解析を行うことで算出した。まず、ＳＥＭ画像のコントラストを数値化し（最大濃度―最小濃度）×１／２の高さを閾値として設定した。次に、ＳＥＭ画像中の閾値以下の部分を孔と定義し、画像全体に対する孔の面積比率を算出した。この面積比率を酸化物焼結体中の結晶構造化合物Ａの割合とした。
〔評価結果〕
（実施例１及び実施例２）
図１７に実施例１及び実施例２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ写真を示す。
図１８に実施例１に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定結果（ＸＲＤチャート）を示す。
図１９に実施例２に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定結果（ＸＲＤチャート）を示す。
表１に実施例１及び実施例２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ－ＥＤＳ測定で求めたＩｎ：Ｇａ：Ａｌの組成比（原子比）を示す。
Figure 0007263408000001
表１より、実施例１及び実施例２に係る酸化物焼結体は、前記組成式（１）又は組成式（２）で表される組成を満たす結晶構造化合物Ａであることが分かった。この酸化物焼結体は、半導体特性を有しており有用である。
実施例１係る酸化物焼結体においては、図１７に示すＳＥＭ画像が示すように、結晶構造化合物Ａの連続相のみが観察された。酸化インジウム相は、当該ＳＥＭ画像が示す視野の中では観察されなかった。元素分析（誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ））の結果は、仕込み組成と同じ、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５０：３０：２０ａｔ％であった。実施例１における結晶構造化合物Ａの連続相の組成は、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定の結果では、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４９：３１：２０ａｔ％であり、ほぼ、仕込み組成と同等であった。
実施例２に係る酸化物焼結体においては、図１７に示すＳＥＭ画像が示すように、結晶構造化合物Ａの連続相のみが観察された。酸化インジウム相は、当該ＳＥＭ画像が示す視野の中では観察されなかった。元素分析の結果は、仕込み組成と同じ、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５０：２５：２５ａｔ％であった。実施例２における結晶構造化合物Ａの連続相の組成は、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定の結果では、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５０：２８：２２ａｔ％であり、ほぼ、仕込み組成と同等であった。
図１８及び図１９より、実施例１及び実施例２に係る酸化物焼結体は、前記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有していた。このような（Ａ）～（Ｋ）のピークを有する結晶は、ＪＡＤＥ６により分析したところ既知の化合物には適合せず、未知の結晶相であることが判明した。
図１８及び図１９に示すＸＲＤチャートには、ビックスバイト構造の酸化インジウムのピークと重なるピークが表れなかった。そのため、実施例１及び実施例２に係る酸化物焼結体には、酸化インジウム相は、ほぼ含まれていないと考えられる。
表１には、実施例１及び実施例２に係る結晶構造化合物Ａの酸化物焼結体の物性も示されている。
実施例１及び実施例２に係る結晶構造化合物Ａの酸化物焼結体の相対密度は９７％以上であった。
実施例１及び実施例２に係る結晶構造化合物Ａの酸化物焼結体のバルク抵抗は、１５ｍΩ・ｃｍ以下であった。
実施例１及び実施例２に係る結晶構造化合物Ａの酸化物焼結体の抵抗は十分に低く、スパッタリングターゲットとして好適に使用できることが分かった。
（実施例３及び４）
図２０に、実施例３、及び実施例４に係る酸化物焼結体のＳＥＭ写真を示す。
図２１に実施例３に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定結果（ＸＲＤチャート）を示す。
図２２に、実施例４に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定結果（ＸＲＤチャート）を示す。
表２に実施例３及び実施例４に係る焼結体の組成、密度（相対密度）、バルク抵抗、ＸＲＤの主成分及び副成分、並びにＳＥＭ－ＥＤＳによる組成分析（Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌの組成比（原子比））等の結果を示す。
Figure 0007263408000002
図２０に示したＳＥＭ写真から、実施例３及び実施例４に係る酸化物焼結体は、２相系であり、結晶構造化合物Ａ（ＳＥＭ写真中で濃い灰色で示された領域）からなる相に、Ｉｎ２Ｏ３結晶（ＳＥＭ写真中で薄い灰色で示された領域）が混在していることが分かった。
実施例３に係る酸化物焼結体においては、図２０に示すＳＥＭ画像が示すように、結晶構造化合物Ａの連続相が観察され。一部の場所で原料のＩｎ２Ｏ３が観測された。実施例３における連続相の組成は、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定の結果、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４９：２２：２９ａｔ％であり、ほぼ、仕込み組成と同等であった。実施例３における連続相は、前記組成式（１）又は組成式（２）で表される組成を満たす結晶構造化合物Ａであった。
実施例３に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定結果は、図２１に示している。このピークを有する結晶は、ＪＡＤＥ６により分析したところ既知の化合物には適合せず、未知の結晶相であることが判明した。
実施例３に係る酸化物焼結体をＳＥＭで観察した時の視野の面積ＳＴに対して、結晶構造化合物Ａ（濃い灰色部分）が占める面積ＳＡの割合（面積割合ＳＸ＝（ＳＡ／ＳＴ）×１００）が、９７％であり、Ｉｎ２Ｏ３結晶（薄い灰色部分）が占める面積ＳＢの割合が３％であった。面積割合ＳＸを算出するための各面積は、画像解析（前述の「ＳＥＭ画像からの結晶構造化合物Ａの割合の算定方法」）により求めた。
実施例４に係る酸化物焼結体においては、図２０に示すＳＥＭ画像が示すように、結晶構造化合物Ａの連続相が観察され。一部の場所で原料のＩｎ２Ｏ３が観測された。実施例４における連続相の組成は、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定の結果、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５１：２０：２９ａｔ％であった。実施例４における連続相は、前記組成式（１）又は組成式（２）で表される組成を満たす結晶構造化合物Ａであった。
実施例４に係る酸化物焼結体をＳＥＭで観察した時の視野の面積ＳＴに対して、結晶構造化合物Ａ（濃い灰色部分）が占める面積ＳＡの割合（面積割合ＳＸ＝（ＳＡ／ＳＴ）×１００）が、８１％であり、Ｉｎ２Ｏ３結晶（薄い灰色部分）が占める面積ＳＢの割合が１９％であった。面積割合ＳＸを算出するための各面積は、画像解析（前述の「ＳＥＭ画像からの結晶構造化合物Ａの割合の算定方法」）により求めた。
実施例４に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定では、図２２に示されているように、結晶構造化合物Ａのピークが観察された。さらに、実施例４に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定では、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物に起因するピーク（図中に縦線で表示）も観察された。図２２に示すＸＲＤチャートからも、結晶構造化合物Ａの結晶粒子からなる相に、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子が分散していることが分かる。
ＸＲＤ測定及びＳＥＭ－ＥＤＳ分析の結果から、実施例３及び実施例４に係る酸化物焼結体において、主成分が結晶構造化合物Ａであり、副成分がＧａ及びＡｌを含むＩｎ２Ｏ３結晶（Ｇａ，ＡｌドーピングＩｎ２Ｏ３）であることが分かった。
実施例３及び実施例４に係る酸化物焼結体は、表２に示すように、主成分として、前記組成式（１）又は組成式（２）で表される組成の範囲を満たし、前記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａを含んでいた。
さらに、実施例３及び実施例４に係る酸化物焼結体は、表２に示すように、Ｉｎ２Ｏ３結晶を含み、当該Ｉｎ２Ｏ３結晶は、ガリウム元素、及びアルミニウム元素を含んでいた。Ｉｎ２Ｏ３結晶中にガリウム元素及びアルミニウム元素が含まれる形態としては、置換固溶、及び侵入型固溶などの固溶形態が考えられる。
実施例３に係る酸化物焼結体中のＩｎ２Ｏ３結晶の格子定数は、結晶のＸＲＤピーク高さが低く、ピーク数も少なかったため定量不可であった。
実施例４に係る酸化物焼結体中のＩｎ２Ｏ３結晶の格子定数は、１０．１０８７８×１０－１０ｍであった。
（実施例５～６）
図２３に、実施例５及び実施例６に係る酸化物焼結体のＳＥＭ写真を示す。
図２４に、実施例５に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートを示す。
図２５に、実施例６に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートを示す。
表３に実施例５及び実施例６に係る酸化物焼結体の組成、密度（相対密度）、バルク抵抗、ＸＲＤ分析、並びにＳＥＭ－ＥＤＳによる組成分析（Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌの組成比（原子比））等の結果を示す。
Figure 0007263408000003
図２３に示すように、実施例５及び実施例６に係る酸化物焼結体においては、結晶構造化合物Ａの結晶粒子同士が連結した相（連結相ＩＩ。ＳＥＭ写真中で濃い灰色で示された領域）及び酸化インジウムの結晶粒子同士が連結した相（連結相Ｉ。ＳＥＭ写真中で薄い灰色で示された領域）が観察された。
実施例５及び実施例６の酸化物焼結体をＳＥＭで観察した時の視野（図２３）の面積ＳＴに対して、結晶構造化合物Ａ（濃い灰色部分）が占める面積ＳＡの割合（面積割合ＳＸ＝（ＳＡ／ＳＴ）×１００）が、実施例５の酸化物焼結体については５０％であり、実施例６の酸化物焼結体については、３７％であった。面積割合ＳＸを算出するための各面積は、画像解析（前述の「ＳＥＭ画像からの結晶構造化合物Ａの割合の算定方法」）により求めた。
図２４及び図２５に示されているように、実施例５及び実施例６に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートにおいて、結晶構造化合物Ａに起因する特定のピークである（Ａ）から（Ｋ）のピークが観察された。
表３に示すように、実施例５及び実施例６に係る酸化物焼結体において、結晶構造化合物Ａの結晶粒子同士が連結した相（連結相ＩＩ。ＳＥＭ写真中で濃い灰色で示された領域）は、ＳＥＭ－ＥＤＳ分析の結果、前記組成式（１）又は組成式（２）で表される組成を示し、酸化インジウムの結晶粒子同士が連結した相（連結相Ｉ。ＳＥＭ写真中で薄い灰色で示された領域）は、ガリウム元素及びアルミニウム元素を含むことが分かった。
また、実施例５及び実施例６に係る酸化物焼結体の組成（ａｔ％）は、図３に示す組成範囲ＲＣ内、及び図３９に示す組成範囲ＲＣ’内にあることが分かった。
（実施例７～１４）
図２６に、実施例７～実施例９に係る酸化物焼結体のＳＥＭ写真を示す。
図２７に、実施例１０～実施例１２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ写真を示す。
図２８に、実施例１３及び実施例１４に係る酸化物焼結体のＳＥＭ写真を示す。
図２９～図３６に実施例７～１４に係る酸化物焼結体それぞれのＸＲＤチャートの拡大図を示す。
表４に実施例７～実施例１４に係る酸化物焼結体の組成、密度（相対密度）、バルク抵抗、ＸＲＤ分析、並びにＳＥＭ－ＥＤＳによる組成分析（Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌの組成比（原子比））等の結果を示す。
Figure 0007263408000004
図２６～２８に示すように、実施例７～１４に係る酸化物焼結体においては、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子（ＳＥＭ写真中で薄い灰色で示された領域）からなる相に、結晶構造化合物Ａ（ＳＥＭ写真中で黒色で示された領域）が分散していることが観察された。
実施例７～１４の酸化物焼結体をＳＥＭで観察した時の視野（図２６～２８）の面積ＳＴに対して、結晶構造化合物Ａ（黒色部分）が占める面積ＳＡの割合（面積割合ＳＸ＝（ＳＡ／ＳＴ）×１００）は、以下の通りであった。
実施例７の酸化物焼結体 ：２９％
実施例８の酸化物焼結体 ：２７％
実施例９の酸化物焼結体 ：２２％
実施例１０の酸化物焼結体：２４％
実施例１１の酸化物焼結体：１７％
実施例１２の酸化物焼結体：１２％
実施例１３の酸化物焼結体：２５％
実施例１４の酸化物焼結体：１４％
面積割合ＳＸを算出するための各面積は、画像解析（前述の「ＳＥＭ画像からの結晶構造化合物Ａの割合の算定方法」）により求めた。
実施例７～１４に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定では、図２９～図３６に示されているように、結晶構造化合物Ａに起因する特定のピークである（Ａ）から（Ｋ）のピークが観察された。
表４に示すように、実施例７～実施例１４に係る酸化物焼結体において、結晶構造化合物Ａの結晶粒子同士が連結した相（ＳＥＭ写真中で黒色で示された領域）は、ＳＥＭ－ＥＤＳ分析の結果、前記組成式（１）又は組成式（２）で表される組成を示し、酸化インジウムの結晶粒子同士が連結した相（ＳＥＭ写真中で薄い灰色で示された領域）は、ガリウム元素及びアルミニウム元素を含むことが分かった。
また、実施例７～実施例１４に係る酸化物焼結体の組成（ａｔ％）は、図４に示す組成範囲ＲＤ内、及び図４０に示す組成範囲ＲＤ’内にあることが分かった。
（比較例１）
表５に示す組成（ａｔ％）となるように酸化ガリウム粉末、酸化アルミニウム粉末、及び酸化インジウム粉末を秤量したこと以外、実施例１等と同様にして酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体について、実施例１等と同様に評価を行った。評価結果を表５に示す。
図３７に比較例１に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定結果（ＸＲＤチャート）を示す。
Figure 0007263408000005
表５によれば、比較例１に係る酸化物焼結体は、ガリウム元素及びアルミニウム元素がドーピングされた酸化インジウム焼結体であった。
〔スパッタリングターゲットの特性評価〕
（スパッタリングの安定性）
各実施例の酸化物焼結体を研削研磨して、４インチφ×５ｍｍｔのスパッタリングターゲットを作製した。具体的には、切削研磨した酸化物焼結体をバッキングプレートにボンディングすることによって作製した。すべてのターゲットにおいて、ボンディング率は、９８％以上であった。また、反りはほぼ観測されなかった。ボンディング率（接合率）は、Ｘ線ＣＴにより確認した。
作製したスパッタリングターゲットを用いて４００ＷのＤＣスパッタリングを連続５時間実施した。ＤＣスパッタリング後のターゲット表面の状況を目視で確認した。すべてのターゲットで黒色の異物（ノジュール）の発生がないことを確認した。また、ＤＣスパッタリングを実施している間、アーク放電等の異常放電がないことも確認した。
［薄膜トランジスタの製造］
（１）成膜工程
各実施例で製造した酸化物焼結体を研削研磨して、４インチφ×５ｍｍｔのスパッタリングターゲットを製造した。この際、割れなどが無く、スパッタリングターゲットを良好に製造することができた。
作製したスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリングによって、表６～表８に示す成膜条件で熱酸化膜（ゲート絶縁膜）付きのシリコンウエハ２０（ゲート電極。図１０参照）上に、メタルマスクを介して５０ｎｍの薄膜（酸化物半導体層）を形成した。この際、スパッタガスとして高純度アルゴン及び高純度酸素１％の混合ガスを用いてスパッタリングを行った。
また、膜厚５０ｎｍの酸化物半導体層のみをガラス基板に形成したサンプルも同様の条件で同時に製造した。ガラス基板としては、日本電気硝子株式会社製ＡＢＣ－Ｇを用いた。
（２）ソース・ドレイン電極の形成
次に、ソース・ドレインのコンタクトホール形状のメタルマスクを用いてチタン金属をスパッタリングし、ソース・ドレイン電極としてチタン電極を成膜した。得られた積層体を大気中にて３５０℃で６０分間加熱処理し、保護絶縁膜形成前の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造した。
＜半導体膜の特性評価＞
・ホール効果測定
ガラス基板及び酸化物半導体層からなるサンプルについて、表６～表８に記載の半導体膜成膜後の加熱処理条件と同じ加熱処理を行った後、１ｃｍ角の正方形に切り出した。切り出したサンプルの正方形の４角に金（Ａｕ）を２ｍｍ×２ｍｍ以下の大きさ位になるようにメタルマスクを用いてイオンコーターで成膜した。成膜後、Ａｕ金属上にインジウムはんだを乗せて接触を良くしてホール効果測定用サンプルとした。
ホール効果測定用サンプルをホール効果・比抵抗測定装置（ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型、東陽テクニカ社製）にセットし、室温においてホール効果を評価し、キャリア密度及び移動度を求めた。結果を表６～表８の「加熱処理後の半導体膜の薄膜特性」に示す。また、得られたサンプルの酸化物半導体層について誘導プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ、島津製作所社製）で分析した結果、得られた酸化物半導体膜の原子比が酸化物半導体膜の製造に用いた酸化物焼結体の原子比と同じであることを確認した。
・半導体膜の結晶特性
ガラス基板及び酸化物半導体層からなるサンプルについて、スパッタ後（膜堆積直後）の加熱していない膜、及び表６～表８の成膜後の加熱処理をした後の膜の結晶性をＸ線回折（ＸＲＤ）測定によって評価した。加熱前の膜質、及び加熱後の膜質をＸＲＤ測定でピークが観察されない場合はアモルファス、ＸＲＤ測定でピークが観察され結晶化した場合は結晶と記載した。結晶の場合、格子定数も併せて記載した。また、明確なピークでなくブロードなパターンを観察した場合は、ナノ結晶と記載した。
格子定数は、上記のＸＲＤ測定によって得られたＸＲＤパターンを、ＪＡＤＥ６を用いて全パターンフィッティング（ＷＰＦ）解析し、ＸＲＤパターンに含まれる各結晶成分を特定し、得られた半導体膜中のＩｎ２Ｏ３結晶相の格子定数を算出した。
・半導体膜のバンドギャップ
ガラス基板及び酸化物半導体層からなるサンプルについて、表６～表８に示す加熱処理条件で熱処理したサンプルの透過スペクトルを測定し、横軸の波長をエネルギー（ｅＶ）に、縦軸の透過率を（αｈν）２に変換した。ここで、α：吸収係数、ｈ：プランク定数、ｖ：振動数である。変換したグラフにおいて、吸収が立ち上がる部分にフィッティングし、グラフがベースラインと交わる交点のエネルギー値（ｅＶ）を半導体膜のバンドギャップとして算出した。透過スペクトルは、分光光度計ＵＶ－３１００ＰＣ（島津製作所製）を用いて測定した。
＜ＴＦＴの特性評価＞
保護絶縁膜（ＳｉＯ２膜）形成前のＴＦＴについて、飽和移動度、閾値電圧、Ｏｎ／Ｏｆｆ比、及びオフ電流の評価を行った。結果を表６～表８の「加熱処理後ＳｉＯ２膜形成前のＴＦＴの特性」に示す。
飽和移動度は、ドレイン電圧に０．１Ｖ印加した場合の伝達特性から求めた。具体的に、伝達特性Ｉｄ－Ｖｇのグラフを作成し、各Ｖｇのトランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出し、線形領域の式により飽和移動度を導いた。なお、Ｇｍは∂（Ｉｄ）／∂（Ｖｇ）によって表され、Ｖｇは－１５～２５Ｖまで印加し、その範囲での最大移動度を線形移動度と定義した。本発明において特に断らない限り、線形移動度はこの方法で評価した。上記Ｉｄはソース・ドレイン電極間の電流、Ｖｇはソース・ドレイン電極間に電圧Ｖｄを印加したときのゲート電圧である。
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、伝達特性のグラフよりＩｄ＝１０－９ＡでのＶｇと定義した。
Ｏｎ／Ｏｆｆ比は、Ｖｇ＝－１０ＶのＩｄの値をオフ電流値とし、Ｖｇ＝２０ＶのＩｄの値をオン電流値として比［Ｏｎ／Ｏｆｆ］を決めた。
Figure 0007263408000006
Figure 0007263408000007
Figure 0007263408000008
表６～表８には、用いた酸化物焼結体に対応する実施例、及び比較例の番号を記載した。
表６に結晶質酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタのデータを示した。
実施例Ａ１～Ａ７の結果から、実施例７、９～１４に係る酸化物焼結体をターゲットに用いることで、成膜時の酸素分圧が１％の場合においても、移動度が２０ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）以上（高移動度）でありながら、Ｖｔｈは０Ｖ付近に維持できており、優れたＴＦＴ特性を示す薄膜トランジスタを提供できることが分かった。Ｖｔｈは、酸化物半導体膜の成膜中の酸素濃度を高くすると、プラスシフトすることができ、所望のＶｔｈへシフトできる。
また、実施例Ａ２～Ａ７によれば、半導体膜のバンドギャップも３．５ｅＶを超えており、透明性に優れることから、光安定も高いと考えられる。これらの高性能化は、Ｉｎ２Ｏ３の格子定数が１０．０５×１０－１０ｍ以下であることから、元素の特異なパッキングにより引き起こされていると考えられる。
表７にアモルファス酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタのデータを示した。
実施例５、６及び８に係る酸化物焼結体をターゲットに用いることで、成膜時の酸素分圧が１％の場合においても、移動度が１２ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）以上であり、高移動度を有しており、優れた薄膜トランジスタ性能を示した。
表８に前記組成式（１）又は前記組成式（２）で表される組成のアモルファス酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタのデータ表を示した。
実施例１～３に係る酸化物焼結体をターゲットに用いることで、成膜時の酸素分圧が１％でも安定性に優れた薄膜トランジスタ特性を示した。元素の特異なパッキングにより、安定した薄膜トランジスタが得られている。
＜プロセス耐久性＞
プロセス耐久性を見積もるために、実施例Ａ４で得られたＴＦＴ素子、及び比較例Ｂ１で得られたＴＦＴ素子に、基板温度２５０℃にて、ＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２膜を成膜し、実施例Ａ１５に係るＴＦＴ素子、及び比較例Ｂ２に係るＴＦＴ素子を得た。ＴＦＴ素子と同様に、ホール効果測定用サンプルにも同条件でＳｉＯ２を成膜して、キャリア密度、及び移動度を測定した。
その後、ＳｉＯ２膜を成膜したＴＦＴ素子及びホール効果測定用サンプルについて、３５０℃にて６０分、大気中で加熱処理を行い、ＴＦＴ特性評価、及びホール効果測定を行い、結果を表９に示した。
Figure 0007263408000009
実施例Ａ１５に係るＴＦＴ素子は、線形領域移動度が３０ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）以上であり、且つ、Ｖｔｈが－０．４Ｖであり、ノーマリーオフ特性を示し、Ｏｎ／Ｏｆｆ比も１０の８乗台であり、ｏｆｆ電流も低いことから良好なプロセス耐久性を有するＴＦＴ素子であった。一方、比較例Ｂ２に係るＴＦＴ素子は、線形領域移動度が３０ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）以上であるが、Ｖｔｈが－８．４Ｖであり、ノーマリーオン特性を示し、０ｎ／０ｆｆ比も１０の６乗台であり、ｏｆｆ電流も高いことから、実施例Ａ１５に比べると、良好なプロセス耐久性を有するＴＦＴ素子とは言えなかった。
（実施例Ｃ１）
（２層積層ＴＦＴ）
前述の［薄膜トランジスタの製造］における（１）成膜工程及び（２）ソース・ドレイン電極の形成の手順、並びに表１０に示した条件により、ＴＦＴ素子を作成し、ＴＦＴ素子を加熱処理した。加熱処理後のＴＦＴ特性を前述の＜ＴＦＴの特性評価＞と同様の方法により評価し、評価結果を、表１０に示した。第一層目は、実施例７に係るスパッタリングターゲットを用いた膜である。一方、第二層目は、実施例１に係るスパッタリングターゲットを用いた膜である。第一層目の膜は、高移動度であるが、Ｖｔｈは－８．２Ｖであり、ノーマリーオンのＴＦＴである。一方、第二層目の膜は、低移動度ではあるが、Ｖｔｈは、＋３．８Ｖである。表１０に記載の結果は、第一層及び第二層を積層することにより、高移動度であり、且つＶｔｈを０Ｖ付近に制御したＴＦＴ素子が得られた事を示している。
Figure 0007263408000010
[酸化物焼結体の製造]
（実施例１５及び１６）
表１１に示す組成（ａｔ％）となるように酸化ガリウム粉末、酸化アルミニウム粉末、及び酸化インジウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。焼結温度、時間を表１１記載の方法にする以外は、実施例１と同様に酸化物焼結体を製造して、評価した。結果を表１１に示す。
Figure 0007263408000011
[評価結果]
（実施例１５及び実施例１６）
図４５に実施例１５及び実施例１６に係る酸化物焼結体のＳＥＭ写真を示す。
図４６に実施例１５に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定結果（ＸＲＤチャート）を示す。
図４７に実施例１６に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定結果（ＸＲＤチャート）を示す。
表１１に実施例１５及び実施例１６に係る酸化物焼結体のＳＥＭ－ＥＤＳ測定で求めたＩｎ：Ｇａ：Ａｌの組成比（原子比）を示す。
表１１より、実施例１５及び実施例１６に係る酸化物焼結体は、前記組成式（１）又は組成式（２）で表される組成を満たす結晶構造化合物Ａであることが分かった。この酸化物焼結体は、半導体特性を有しており有用である。
実施例１５に係る酸化物焼結体においては、図４５に示すＳＥＭ画像が示すように、結晶構造化合物Ａの連続相のみが観察された。酸化インジウム相は、当該ＳＥＭ画像が示す視野の中では観察されなかった。元素分析の結果は、仕込み組成と同じ、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５０：４０：１０ａｔ％であった。実施例１５における結晶構造化合物Ａの連続相の組成は、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定の結果では、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝４９：４０：１１ａｔ％であり、ほぼ、仕込み組成と同等であった。
実施例１６に係る酸化物焼結体においては、図４５に示すＳＥＭ画像が示すように、結晶構造化合物Ａの連続相のみが観察された。酸化インジウム相は、当該ＳＥＭ画像が示す視野の中では観察されなかった。元素分析の結果は、仕込み組成と同じ、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５０：２０：３０ａｔ％であった。実施例１６における結晶構造化合物Ａの連続相の組成は、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定の結果では、Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝５０：１９：３１ａｔ％であり、ほぼ、仕込み組成と同等であった。
図４６及び図４７より、実施例１５及び実施例１６に係る酸化物焼結体は、前記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有していた。また、前記（Ｈ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有している。このような（Ａ）～（Ｋ）のピークを有する結晶は、ＪＡＤＥ６により分析したところ既知の化合物には適合せず、未知の結晶相であることが判明した。
図４６及び図４７に示すＸＲＤチャートには、ビックスバイト構造の酸化インジウムのピークと重なるピークが表れなかった。またＳＥＭ－ＥＤＳ測定でも酸化インジウムに関する像は観察されなかった。そのため、実施例１５及び実施例１６に係る酸化物焼結体には、酸化インジウム相は、ほぼ含まれていないと考えられる。
表１１には、実施例１５及び実施例１６に係る結晶構造化合物Ａの酸化物焼結体の物性も示されている。
実施例１５及び実施例１６に係る結晶構造化合物Ａの酸化物焼結体の相対密度は９７％以上であった。
実施例１５及び実施例１６に係る結晶構造化合物Ａの酸化物焼結体のバルク抵抗は、１５ｍΩ・ｃｍ以下であった。
実施例１５及び実施例１６に係る結晶構造化合物Ａの酸化物焼結体の抵抗は十分に低く、スパッタリングターゲットとして好適に使用できることが分かった。
（実施例１７～２２）
表１２に示す組成（ａｔ％）となるように酸化ガリウム粉末、酸化アルミニウム粉末、及び酸化インジウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。焼結温度、時間を表１２記載の方法にする以外は、実施例１と同様に酸化物焼結体を製造して、評価した。結果を表１２に示す。
図４８に、実施例１７～実施例２２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ写真を示す。
図４９～図５４に実施例１７～２２に係る酸化物焼結体それぞれのＸＲＤチャートの拡大図を示す。
図５５に、比較例２に係る酸化物焼結体のＳＥＭ観察像写真を示す。
図５６に、比較例２に係る酸化物焼結体のＸＲＤチャートの拡大図を示す。
表１２に実施例１７～実施例２２並びに比較例２に係る酸化物焼結体の組成、密度（相対密度）、バルク抵抗、ＸＲＤ分析、並びにＳＥＭ－ＥＤＳによる組成分析（Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌの組成比（原子比））等の結果を示す。
図４８に示すように、実施例１７～２２に係る酸化物焼結体においては、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶化合物の結晶粒子（ＳＥＭ写真中で薄い灰色で示された領域）からなる相に、結晶構造化合物Ａ（ＳＥＭ写真中で黒色で示された領域）が分散していることが観察された。
実施例１７～２１の酸化物焼結体をＳＥＭで観察した時の視野（図４８）の面積ＳＴに対して、結晶構造化合物Ａ（黒色部分）が占める面積ＳＡの割合（面積割合ＳＸ＝（ＳＡ／ＳＴ）×１００）は、以下の通りであった。
実施例１７の酸化物焼結体 ：２６％
実施例１８の酸化物焼結体 ：２１％
実施例１９の酸化物焼結体 ：２６％
実施例２０の酸化物焼結体 ：２５％
実施例２１の酸化物焼結体 ：２１％
実施例２２の酸化物焼結体 ：１６％
面積割合ＳＸを算出するための各面積は、画像解析（前述の「ＳＥＭ画像からの結晶構造化合物Ａの割合の算定方法」）により求めた。
実施例１７～２２に係る酸化物焼結体のＸＲＤ測定では、図４９～図５４に示されているように、結晶構造化合物Ａに起因する特定のピークである（Ａ）から（Ｋ）のピークが観察された。ＸＲＤ測定において、ピークが小さく確認しにくい場合は、測定サンプルを大きくする、及び測定時間を長くしノイズを小さくすることにより、明確にピークを観察することができる。通常、５ｍｍ×２０ｍｍ×４ｍｍｔ程度のサンプルを使用しているが、今回は、４インチφ×５ｍｍｔの酸化物焼結体を用いた。
Figure 0007263408000012
表１２に示すように、実施例１７～実施例２２に係る酸化物焼結体において、結晶構造化合物Ａの結晶が分散した相（ＳＥＭ写真中で黒色で示された領域）は、ＳＥＭ－ＥＤＳ分析の結果、前記組成式（２）で表される組成を示し、酸化インジウムの結晶粒が連結した相（ＳＥＭ写真中で薄い灰色で示された領域）は、ガリウム元素及びアルミニウム元素を含むことが分かった。
また、実施例１７～実施例２２に係る酸化物焼結体の組成（ａｔ％）は、図４に示す組成範囲ＲＤ内及び図４０に示す組成範囲ＲＤ’内にあることが分かった。
比較例２は、表１２に示すように酸化アルミニウムを本発明の範囲外である０．３５質量％（Ａｌ元素として０．９０ａｔ％%）にして焼結体を製造した例である。比較例２によると、酸化ガリウムが固溶したＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相と、ＥＤＳ測定により求めた組成比がＧａ：Ｉｎ：Ａｌ＝５５：４０：５ａｔ％であり、インジウム元素及びアルミニウム元素がドープした酸化ガリウム相と考えられる相と、が析出している。図５６に示したＸＲＤチャートでは、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト相に由来するピークと、不明なピークと、が観察されるが、本発明の結晶構造化合物Ａに相当するピークである（Ａ）～（Ｋ）に相当するピークは観察されなかったことから、比較例２に係る酸化物焼結体は、結晶構造化合物Ａを含んでいなかったと考えられる。
（実施例Ｄ１～Ｄ７並びに比較例Ｄ１～Ｄ２）
実施例Ｄ１～Ｄ７並びに比較例Ｄ１～Ｄ２に係る薄膜トランジスタを、表１３に示す条件に変更したこと以外、前述の［薄膜トランジスタの製造］に記載の方法と同様にして、実施例１７～２２に係る酸化物焼結体並びに比較例２に係る酸化物焼結体を用いて、薄膜トランジスタを製造した。製造した薄膜トランジスタを、前述の＜半導体膜の特性評価＞並びに＜ＴＦＴの特性評価＞に記載の方法と同様にして評価した。表１３に結晶質酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタのデータを示した。
Figure 0007263408000013
実施例Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４及びＤ６の結果から、実施例１７、１８、２０及び２２に係る酸化物焼結体をターゲットとして用いることで、成膜時の酸素分圧が１％の場合においても、移動度が３０ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）以上（高移動度）でありながら、Ｖｔｈは－０．９～０Ｖ付近に維持できており、優れたＴＦＴ特性を示す薄膜トランジスタを提供できることが分かった。
一方、実施例Ｄ３及びＤ５の結果から、実施例１９及び２１に係る酸化物焼結体ターゲットを用いた場合は、Ｖｔｈは大きくマイナスになるが、移動度は、４０ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）を超える超高移動度である。これらの超高移動度材料は、半導体層を２層以上積層した積層ＴＦＴ素子の高移動度層として使用することもできる。
また、実施例Ｄ１～Ｄ５によれば、半導体膜のバンドギャップも３．６ｅＶを超えており、透明性に優れることから、光安定も高いと考えられる。これらの高性能化は、Ｉｎ２Ｏ３の格子定数が１０．０５×１０－１０ｍ以下であることから、元素の特異なパッキングにより引き起こされていると考えられる。
図５６に実施例Ｄ２で得られた半導体薄膜の加熱処理後の薄膜のＸＲＤチャートを示した。２θで２０°付近の大きなブロードなパターンは、基板のハローパターンである。一方、２２°付近、３０°付近、３６°付近、４２°付近、４６°付近、５１°付近、６１°付近に明確なピークが観察され、薄膜が結晶化していることが分かる。また、ピークのフィッティング結果により、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造の薄膜であることが分かる。３０°付近の回折ピークはＩｎ２Ｏ３のビックスバイト構造の（２２２）面からの回折パターンと考えられる。この薄膜の格子定数は９．９４３Åであった。
比較例Ｄ１では、比較例２に係る酸化物焼結体から得られたターゲットを用いて、酸素分圧１％で成膜した膜を、３００℃で１時間、加熱処理した。この加熱処理後の膜は、ＸＲＤチャートにおいて基板のハローパターン以外明確なピークを示さず、アモルファス膜であった。このアモルファス膜を用いてＴＦＴ測定を行ったが、ＴＦＴのスイッチ特性は現れず導通状態であり、当該アモルファス膜は、導電膜と判断した。
比較例Ｄ２では、比較例Ｄ１で得られた膜を、３５０℃で１時間、加熱処理し、結晶化させた膜を用いてＴＦＴ特性を測定したが、導通状態であり、ＴＦＴの特性は得られなかった。
また、参考例として酸化ガリウム１０質量％（１４．１ａｔ％）を含む焼結体を製造し、酸素分圧１％にて成膜を行い、その膜を３５０℃で１時間加熱処理した膜の格子定数を測定した結果、１０．０７７×１０－１０ｍであった。
１ ：酸化物焼結体
３ ：バッキングプレート
２０ ：シリコンウエハ
３０ ：ゲート絶縁膜
４０ ：酸化物半導体薄膜
５０ ：ソース電極
６０ ：ドレイン電極
７０ ：層間絶縁膜
７０Ａ ：層間絶縁膜
７０Ｂ ：層間絶縁膜
１００ ：薄膜トランジスタ
１００Ａ ：薄膜トランジスタ
３００ ：基板
３０１ ：画素部
３０２ ：第１の走査線駆動回路
３０３ ：第２の走査線駆動回路
３０４ ：信号線駆動回路
３１０ ：容量配線
３１２ ：ゲート配線
３１３ ：ゲート配線
３１４ ：ドレイン電極
３１６ ：トランジスタ
３１７ ：トランジスタ
３１８ ：第１の液晶素子
３１９ ：第２の液晶素子
３２０ ：画素部
３２１ ：スイッチング用トランジスタ
３２２ ：駆動用トランジスタ
３００２ ：フォトダイオード
３００４ ：転送トランジスタ
３００６ ：リセットトランジスタ
３００８ ：増幅トランジスタ
３０１０ ：信号電荷蓄積部
３１００ ：電源線
３１１０ ：リセット電源線
３１２０ ：垂直出力線

Claims (13)

  1. 下記組成式（２）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａを含む酸化物焼結体を使用したスパッタリングターゲットを用いて成膜され、
    インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
    前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲内にある結晶質酸化物薄膜。
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２：１７： １ ・・・（Ｒ１７）
    （ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
    （前記組成式（２）中、
    ０．４７≦ｘ≦０．５３、
    ０．１７≦ｙ≦０．４３、
    ０．０７≦ｚ≦０．３３、
    ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
    ３１°～３４°・・・（Ａ）
    ３６°～３９°・・・（Ｂ）
    ３０°～３２°・・・（Ｃ）
    ５１°～５３°・・・（Ｄ）
    ５３°～５６°・・・（Ｅ）
    ６２°～６６°・・・（Ｆ）
    ９°～１１° ・・・（Ｇ）
    １９°～２１°・・・（Ｈ）
    ４２°～４５°・・・（Ｉ）
    ８°～１０° ・・・（Ｊ）
    １７°～１９°・・・（Ｋ）
  2. インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
    前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６）、（Ｒ３）、（Ｒ４）及び（Ｒ１７）で囲まれる組成範囲内にあり、
    前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素の原子％比は下記式（１７）～（１９）で表される範囲である結晶質酸化物薄膜。
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １： ９ ・・・（Ｒ３）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ９： １ ・・・（Ｒ４）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２：１７： １ ・・・（Ｒ１７）
    ８２≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（１７）
    ３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１８）
    １．５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１９）
    （式（１７）～（１９）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ結晶質酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
  3. 下記組成式（２）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａを含む酸化物焼結体を使用したスパッタリングターゲットを用いて成膜され、
    インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
    前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６－１）、（Ｒ３）、（Ｒ４－１）及び（Ｒ１７－１）で囲まれる組成範囲内にある結晶質酸化物薄膜。
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０： １ ：１９ ・・・（Ｒ１６－１）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： １ ： ９ ・・・（Ｒ３）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝９０： ８．５： １．５ ・・・（Ｒ４－１）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０：１８．５： １．５ ・・・（Ｒ１７－１）
    （ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
    （前記組成式（２）中、
    ０．４７≦ｘ≦０．５３、
    ０．１７≦ｙ≦０．４３、
    ０．０７≦ｚ≦０．３３、
    ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
    ３１°～３４°・・・（Ａ）
    ３６°～３９°・・・（Ｂ）
    ３０°～３２°・・・（Ｃ）
    ５１°～５３°・・・（Ｄ）
    ５３°～５６°・・・（Ｅ）
    ６２°～６６°・・・（Ｆ）
    ９°～１１° ・・・（Ｇ）
    １９°～２１°・・・（Ｈ）
    ４２°～４５°・・・（Ｉ）
    ８°～１０° ・・・（Ｊ）
    １７°～１９°・・・（Ｋ）
  4. インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）の原子％比は下記式（１７－１）、（１８－１）及び（１９－１）で表される範囲である、
    請求項３に記載の結晶質酸化物薄膜。
    ８０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（１７－１）
    ３≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１８－１）
    １．５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１０ ・・・（１９－１）
    （式（１７－１）、（１８－１）及び（１９－１）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ結晶質酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
  5. インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）の原子％比は下記式（１７－２）、（１８－２）及び（１９－２）で表される範囲である、
    請求項３に記載の結晶質酸化物薄膜。
    ８０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦９０ ・・・（１７－２）
    ８＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦１５ ・・・（１８－２）
    １．７≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦８ ・・・（１９－２）
    （式（１７－２）、（１８－２）及び（１９－２）中、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａは、それぞれ結晶質酸化物薄膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
  6. 前記結晶質酸化物薄膜は、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶である、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の結晶質酸化物薄膜。
  7. 前記Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト結晶の格子定数が１０．０５×１０－１０ｍ以下である、
    請求項６に記載の結晶質酸化物薄膜。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の結晶質酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタ。
  9. 下記組成式（２）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａを含む酸化物焼結体を使用したスパッタリングターゲットを用いて成膜され、
    インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
    前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６）、（Ｒ１７）、及び（Ｒ１８）で囲まれる組成範囲内にあるアモルファス酸化物薄膜。
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２： １：１７ ・・・（Ｒ１６）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８２：１７： １ ・・・（Ｒ１７）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６６：１７：１７ ・・・（Ｒ１８）
    （ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
    （前記組成式（２）中、
    ０．４７≦ｘ≦０．５３、
    ０．１７≦ｙ≦０．４３、
    ０．０７≦ｚ≦０．３３、
    ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
    ３１°～３４°・・・（Ａ）
    ３６°～３９°・・・（Ｂ）
    ３０°～３２°・・・（Ｃ）
    ５１°～５３°・・・（Ｄ）
    ５３°～５６°・・・（Ｅ）
    ６２°～６６°・・・（Ｆ）
    ９°～１１° ・・・（Ｇ）
    １９°～２１°・・・（Ｈ）
    ４２°～４５°・・・（Ｉ）
    ８°～１０° ・・・（Ｊ）
    １７°～１９°・・・（Ｋ）
  10. 下記組成式（２）で表され、下記（Ａ）～（Ｋ）に規定するＸ線（Ｃｕ－Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶構造化合物Ａを含む酸化物焼結体を使用したスパッタリングターゲットを用いて成膜され、
    インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
    前記インジウム元素、前記ガリウム元素及び前記アルミニウム元素が、Ｉｎ－Ｇａ－Ａｌ三元系組成図において、原子％比で、下記（Ｒ１６－１）、（Ｒ１７－１）、及び（Ｒ１８－１）で囲まれる組成範囲内にあるアモルファス酸化物薄膜。
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０ ： １ ：１９ ・・・（Ｒ１６－１）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝８０ ：１８．５： １．５ ・・・（Ｒ１７－１）
    Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝６２．５：１８．５：１９ ・・・（Ｒ１８－１）
    （ＩｎｘＧａｙＡｌｚ）２Ｏ３・・・・（２）
    （前記組成式（２）中、
    ０．４７≦ｘ≦０．５３、
    ０．１７≦ｙ≦０．４３、
    ０．０７≦ｚ≦０．３３、
    ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）
    ３１°～３４°・・・（Ａ）
    ３６°～３９°・・・（Ｂ）
    ３０°～３２°・・・（Ｃ）
    ５１°～５３°・・・（Ｄ）
    ５３°～５６°・・・（Ｅ）
    ６２°～６６°・・・（Ｆ）
    ９°～１１° ・・・（Ｇ）
    １９°～２１°・・・（Ｈ）
    ４２°～４５°・・・（Ｉ）
    ８°～１０° ・・・（Ｊ）
    １７°～１９°・・・（Ｋ）
  11. 請求項９又は請求項１０に記載のアモルファス酸化物薄膜を含む薄膜トランジスタ。
  12. ゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜に接する活性層と、
    ソース電極と、
    ドレイン電極と、を有し、
    前記活性層は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の結晶質酸化物薄膜であり、
    請求項９又は請求項１０に記載のアモルファス酸化物薄膜が、前記活性層に積層され、
    前記アモルファス酸化物薄膜は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくともいずれかに接している、薄膜トランジスタ。
  13. 請求項８、請求項１１又は請求項１２に記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
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