WO2012153494A1 - 薄膜トランジスタ - Google Patents

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tft
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将之 糸瀬
麻美 西村
浩和 川嶋
美佐 砂川
雅司 笠見
矢野　公規
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a thin film transistor, a sputtering target, and a manufacturing method thereof.
  • next-generation displays such as ultra-high-definition displays called 8K4K (SHV) and 4K2K
  • high-frequency displays such as 240 Hz (4 ⁇ speed) and 480 Hz (8 ⁇ speed)
  • various types of 3D displays has been actively developed.
  • amorphous silicon having a mobility of a thin film transistor (TFT) for controlling display of about 0.5 cm 2 / Vs lacks performance. . Therefore, high performance (high mobility) of TFT is important.
  • TFT thin film transistor
  • the mobility of TFTs for next-generation displays was said to be about 2 to 8 cm 2 / Vs, but recently, mobility of 20 cm 2 / Vs or more, 25 cm 2 / Vs or more, and further 30 cm 2 / Vs or more. Is expected (Non-patent Document 1).
  • Non-patent Document 1 In addition, in small and medium-sized displays used for tablet PCs, smartphones, and the like, high definition and peripheral circuits such as driver circuits are formed on a substrate. Conventionally, in a small and medium display, low temperature polysilicon (LTPS) has been used when high mobility is required. However, the cost is high, there is a limit to the products to be applied, and a technology capable of inexpensively manufacturing TFTs with high mobility around 30 cm 2 / Vs has been expected (Non-patent Document 1).
  • LTPS low temperature polysilicon
  • Patent Document 1 since the discovery of an n-type semiconductor material containing indium oxide and zinc oxide by Hosokawa et al. (Patent Document 1), various oxide films containing indium oxide and zinc oxide have attracted attention as semiconductor materials.
  • an amorphous oxide film made of indium oxide, zinc oxide, and gallium oxide can produce a TFT with a thickness of about 10 cm 2 / Vs. Therefore, a high mobility TFT is inexpensive from a small-sized display to a large-area display. It is attracting attention as a technology that can be manufactured easily.
  • the sputtering target made of an oxide sintered body has different proper properties and sintering conditions for each composition ratio. Therefore, after finding a promising material and composition, it was customary to examine appropriate properties and sintering conditions of the sputtering target. For this reason, as described above, in the study for improving the performance of a TFT using an oxide semiconductor composed of indium oxide, zinc oxide, and gallium oxide, a search for a high-performance composition ratio has been performed using cosputtering ( Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 2). However, as described above, even if the composition ratio is changed by co-sputtering, a TFT having a high mobility of around 30 cm 2 / Vs has not been produced.
  • An object of the present invention is to provide a thin film transistor having high mobility, a method for producing the thin film transistor, and a sputtering target used for the production.
  • the present inventors have made great efforts over many years to study the appropriate properties and manufacturing conditions of sputtering targets for each composition ratio, and further to study the conditions for manufacturing TFTs using the sputtering targets. We continued to study aiming at a sputtering target capable of producing TFTs. Finally, the inventors have developed a sputtering target and a TFT capable of producing a TFT having a high mobility around 30 cm 2 / Vs.
  • the composition ratio (atomic ratio) of atoms contained in the sputtering target of the present invention was different from the optimum composition ratio (Patent Document 2) found by the co-sputtering method.
  • Patent Document 2 the optimum composition ratio
  • the co-sputtering method differs from the parallel-plate type sputtering method in that particles are formed at an oblique incidence on the substrate and the ST distance (distance between the substrate and the sputtering target) is long. It is thought that the components and energy of the sputtered particles that fly to the surface are different. It is presumed that this leads to a difference in film structure and film quality, and in turn a difference in TFT characteristics.
  • Region 1 0.58 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.68 0.15 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.29 Region 2 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.09 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.20 Region 3 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.20 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.27 2.
  • a sputtering target comprising an oxide sintered body containing the elements In, Ga, and Zn in the range of the atomic ratio of the following regions 1, 2, or 3.
  • Region 1 0.58 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.68 0.15 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.29 Region 2 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.09 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.20 Region 3 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.20 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.27 4). 4. The sputtering target according to 3, wherein the oxide sintered body has a specific resistance of less than 15 m ⁇ cm and a relative density of more than 97%. 5.
  • the oxide sintered body contains the elements In, Ga, and Zn in the range of the atomic ratio of the region 1, and includes a homologous structure compound represented by (InGaO 3 ) ZnO, and a bixbite represented by In 2 O 3 5.
  • the sputtering target according to 3 or 4 comprising a structural compound. 6).
  • the oxide sintered body contains the elements In, Ga, and Zn in the range of the atomic ratio of the region 2, and the incident angle (2 ⁇ ) is 7.0 ° to 8.4 by X-ray diffraction measurement (Cuk ⁇ ray).
  • the sputtering target according to 3 or 4 comprising an oxide.
  • the oxide sintered body includes the elements In, Ga, and Zn in the range of the atomic ratio of the region 3 and includes a homologous structure compound represented by (InGaO 3 ) ZnO.
  • the present invention it is possible to provide a high mobility thin film transistor, a method for producing the thin film transistor, and a sputtering target used for the production.
  • FIG. 3 is an X-ray diffraction chart showing peaks A to K of oxide A.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an X-ray diffraction chart of oxide A, and crystal structures of InGaO 3 (ZnO) 2 (JCPDS: 40-0252) and In 2 O 3 (ZnO) 2 (JCPDS: 20-1442). It is a figure which shows the element structure of TFT produced in this Example 14.
  • the thin film transistor (TFT) of the present invention uses, as an active layer, an oxide containing the elements In, Ga, and Zn in the following regions 1, 2, or 3 (atomic ratio).
  • Region 1 0.58 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.68 0.15 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.29
  • Region 2 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.09 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.20
  • Region 3 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.20 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.27
  • the thin film transistor of the present invention has a field effect mobility of 25 cm 2 / Vs or more.
  • the atomic ratio of each element contained in the oxide that is the active layer is obtained by quantitatively analyzing the contained element by an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES).
  • ICP-AES inductively coupled plasma emission spectrometer
  • this light shows a wavelength (spectral line) unique to the element
  • the presence of the element can be confirmed by the presence or absence of the spectral line (qualitative analysis).
  • the magnitude (luminescence intensity) of each spectral line is proportional to the number of elements in the sample
  • the sample concentration can be obtained by comparing with a standard solution having a known concentration (quantitative analysis). After identifying the elements contained in the qualitative analysis, the content is obtained by quantitative analysis, and the atomic ratio of each element is obtained from the result.
  • Field-effect mobility of the TFT of the present invention is preferably at least 25 cm 2 / Vs, preferably at least 28cm 2 / Vs, and particularly preferably equal to or greater than 30 cm 2 / Vs.
  • a peripheral circuit such as a driver circuit can be formed on the panel in a small area.
  • it is 30 cm 2 / Vs or more, since the TFT can be further reduced, application to a panel of a mobile device such as a smartphone or a tablet terminal can be expected.
  • the higher the field effect mobility, the better, and the upper limit value is not particularly limited, but is considered to be, for example, about 100 cm 2 / Vs.
  • Evaluation items of transistor characteristics include, for example, threshold voltage (Vth), On / Off ratio, S value, etc., in addition to field effect mobility.
  • the field effect mobility can be obtained from the characteristics of the linear region and the saturation region.
  • a method of deriving field-effect mobility by creating a graph of Id-Vg from the result of transfer characteristics and calculating Vg-transconductance (Gm) can be mentioned.
  • Gm is represented by ⁇ (Id) / ⁇ (Vg).
  • Id is the current between the source and drain electrodes
  • Vg is the gate voltage when the voltage Vd is applied between the source and drain electrodes.
  • the S value of the TFT of the present invention is preferably 0.6 (V / decade) or less, more preferably 0.5 (V / decade) or less, and particularly preferably an S value of 0.4 (V / decade) or less. If the S value is 0.6 (V / decade) or less, it can be expected to reduce power consumption during driving.
  • the TFT normally controls the current Id between the source and drain electrodes by switching the gate voltage Vg between 0 V and 5 to 20 V when a voltage Vd of about 5 to 20 V is applied between the source and drain electrodes ( ON / OFF).
  • the conditions for measuring the transfer characteristics of a TFT are usually as follows. Vg: -15V to 20V Vd: 0.1V, 1V, 10V
  • the active layer of the TFT of the present invention can be manufactured using a sputtering target described below.
  • the sputtering target is made of an oxide sintered body containing the elements In, Ga, and Zn in the range of atomic ratios of the following regions 1, 2, or 3.
  • Region 1 0.58 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.68 0.15 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.29
  • Region 2 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.09 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.20
  • a TFT having a high mobility and a particularly small S value can be obtained.
  • Ga is relatively large, a TFT having a short wavelength transmittance and a low photocurrent can be expected.
  • the etching rate is close to that of an amorphous transparent electrode (indium zinc oxide or ITO) with respect to the oxalic acid-based etching solution, and the process design is easy.
  • the region 1 is particularly preferably in the following range. 0.58 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.65 0.15 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.29 0.13 ⁇ Zn / (In + Ga + Zn)
  • In / (In + Ga + Zn) is less than 0.65, the S value is easily reduced. Moreover, it is easy to be normally off.
  • Ga / (In + Ga + Zn) exceeds 0.15, improvement in moisture resistance can be expected.
  • Zn / (In + Ga + Zn) is 0.13 or more, it is easy to lower the specific resistance of the sintered body. In addition, when manufacturing a TFT, etching is easy and residue is not easily left.
  • the region 2 is particularly preferably in the following range. 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.10 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.20
  • In / (In + Ga + Zn) is 0.45 or more, high mobility can be expected.
  • Ga / (In + Ga + Zn) is smaller than 0.20, normally-off operation is facilitated.
  • the field effect mobility is slightly lower than those of the region 1 and the region 2, but a TFT having a small S value is obtained.
  • the region 3 is more preferably in the following range. 0.45 ⁇ In / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.58 0.20 ⁇ Ga / (In + Ga + Zn) ⁇ 0.25
  • Ga / (In + Ga + Zn) is smaller than 0.25, the mobility is increased. If it is larger than 0.20, the transmittance of light having a short wavelength is increased, and a reduction in photocurrent can be expected.
  • In / (In + Ga + Zn) is 0.45 or more, high mobility can be expected.
  • the oxide sintered body constituting the sputtering target preferably has oxygen vacancies.
  • the oxygen deficiency is preferably in the range of 1 ⁇ 10 ⁇ 7 to 3 ⁇ 10 ⁇ 1 times the oxygen atom content calculated from the composition ratio. If it is within the above range, the specific resistance can be easily lowered. It is more preferable that the oxygen deficiency of the target (sintered body) is 1 ⁇ 10 ⁇ 7 times or more and less than 1 ⁇ 10 ⁇ 3 times the stoichiometric ratio of oxygen atoms calculated from the composition ratio. Particularly preferred is less than 5 ⁇ 10 ⁇ 4 times.
  • the threshold voltage is unlikely to become negative because there is sufficient oxygen activated when forming the semiconductor film.
  • the amount of oxygen vacancies can be adjusted according to the sintering conditions, the atmosphere during sintering, the temperature rise, and the temperature drop. Moreover, it can also adjust by carrying out a reduction process after sintering. If an In-rich layer is provided, it is easy to adjust the oxygen deficiency within the above range without performing a reduction treatment after sintering.
  • the amount of oxygen deficiency is a value obtained by subtracting the number of oxygen ions contained in one mole of oxide crystal from the number of stoichiometric oxygen ions in mole units.
  • the number of oxygen ions contained in the oxide crystal can be calculated, for example, by measuring the amount of carbon dioxide produced by heating the oxide crystal in carbon powder using an infrared absorption spectrum.
  • the number of stoichiometric oxygen ions can be calculated from the mass of the oxide crystal.
  • the number of portions (ZnGa 2 O 4 compound, etc.) in which indium having a diameter of 3 ⁇ m or more is missing within the range of 90 ⁇ m ⁇ 90 ⁇ m is preferably 10 or less, and more preferably 5 or less. One or less is particularly preferred. Since the portion where indium is deficient tends to have high resistance, if the number is small, the occurrence of abnormal discharge can be expected to be reduced.
  • EPMA electron beam microanalyzer
  • EPMA can be measured under the following conditions. -Equipment: JEOL Ltd. JXA-8200 Measurement conditions: acceleration voltage: 15 kV, irradiation current: 50 nA, irradiation time (per point): 50 mS
  • the oxide sintered body preferably has a nitrogen content of 5 ppm (atoms) or less.
  • the nitrogen content of the oxide sintered body exceeds 5 ppm, there is a possibility that abnormal discharge during sputtering of the obtained target and the amount of adsorbed gas on the target surface may not be sufficiently suppressed.
  • black indium nitride (InN) reacts during sputtering to be mixed into the semiconductor film and the yield is lowered.
  • the nitrogen partial pressure during sintering is usually less than 1 atmosphere, preferably the nitrogen partial pressure is 0.8 atmospheres or less, more preferably the nitrogen partial pressure is 0.5 atmospheres or less, and particularly preferably Sinter in an oxygen atmosphere.
  • the oxide sintered body preferably has a specific resistance of less than 15 m ⁇ cm and a relative density of more than 97%.
  • the specific resistance is more preferably 10 m ⁇ cm or less, and particularly preferably 5 m ⁇ cm or less. Moreover, it is usually 0.1 m ⁇ cm or more.
  • the specific resistance is less than 15 m ⁇ cm, the target is difficult to break even when AC sputtering is performed, and when the specific resistance is 10 m ⁇ cm or less, the target is difficult to break even when AC sputtering or DC sputtering is performed.
  • the specific resistance is 15 m ⁇ cm or more, it is necessary to apply a high voltage when plasma discharge is performed by sputtering, which may change the fragment component during sputtering film formation and change the film quality.
  • the specific resistance can be measured by the method described in this example.
  • the relative density is more preferably 98% or more, and particularly preferably 99% or more. Also, it is usually less than 100%. When the relative density exceeds 97%, there are effects such as an increase in sputtering rate, an increase in strength and a difficulty in cracking.
  • the relative density can be measured by the method described in this example.
  • the sputtering target of the present invention contains a metal element other than the above-described In, Ga, Zn, for example, Sn, Ge, Si, Ti, Zr, Hf, etc., as long as the effects of the present invention are not impaired. Also good.
  • the metal element contained in the target may be substantially only In, Ga, and Zn. Note that “substantially” means that no elements other than impurities, which are inevitably included due to raw materials, manufacturing processes, and the like are not included.
  • the oxide sintered body constituting the sputtering target contains the elements In, Ga, and Zn in the range of the region 1, it is preferably represented by a homologous structure compound represented by (InGaO 3 ) ZnO and In 2 O 3 .
  • a bixbite structure compound is preferably represented by (InGaO 3 ) ZnO and In 2 O 3 .
  • XRD X-ray diffraction measurement
  • m 1 of the crystal structure represented by InGaO 3 (ZnO) m (m is an integer of 1 to 20) is InGaO 3 (ZnO).
  • a crystal structure represented by InGaO 3 (ZnO) m is called a “hexagonal layered compound” or a “crystal structure of a homologous phase”, and has a long period in which several crystal layers of different substances are stacked.
  • a crystal having a “lattice” structure When the crystal cycle or thickness of each thin film layer is on the order of nanometers, depending on the combination of the chemical composition of these layers and the thickness of the layers, the properties differ from the properties of a single substance or a mixed crystal in which each layer is uniformly mixed. The following characteristics can be obtained.
  • the crystal structure of the homologous phase can be confirmed, for example, because the X-ray diffraction pattern directly measured from the powder obtained by pulverizing the target or the target matches the crystal structure X-ray diffraction pattern of the homologous phase assumed from the composition ratio. Specifically, it can be confirmed from the coincidence with the crystal structure X-ray diffraction pattern of the homologous phase obtained from a JCPDS (Joint Committee of Powder Diffraction Standards) card. In the case of InGaO 3 (ZnO), JCPDS card no. 38-1104.
  • JCPDS Joint Committee of Powder Diffraction Standards
  • the bixbite structure (or rare earth oxide C-type crystal structure) represented by In 2 O 3 is a cubic system having a space group of (T h 7 , I a3 ), and Mn 2 O 3 (I) Also called type oxide crystal structure.
  • JCPDS card no. The pattern of 6-0416 is shown. Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , Tl 2 O 3 , Pu 2 O 3 , Am 2 O 3 , Cm 2 O 3 , In 2 O 3 , ITO (In 2 O 3 doped with Sn of about 10 wt% or less ) Shows this crystal structure (Japan Society for the Promotion of Science, Transparent Oxide Optoelectronic Materials, No. 166, “Technology of Transparent Conductive Film”, Ohmsha).
  • the crystal structure of the rare earth oxide C type is confirmed by X-ray diffraction according to JCPDS card No. This can be confirmed by showing the pattern of 6-0416.
  • the crystal structure of the rare earth oxide C type has a stoichiometric ratio of M 2 X from a fluorite type crystal structure which is one of the crystal structures of a compound represented by MX 2 (M: cation, X: anion). 3 so that one out of four anions is missing.
  • Anions usually oxygen in the case of oxides
  • Anions are coordinated to cations, and the remaining two anion sites are empty. Empty anion sites are also called quasi-ion sites ("transparent conductive film technology").
  • the rare earth oxide C-type crystal structure in which oxygen (anion) is coordinated to 6 positive ions (cations) has an oxygen octahedral ridge sharing structure. When the oxygen octahedral ridge sharing structure is used, the ns orbitals of the p metal, which is a cation, overlap each other to form an electron conduction path, and the effective mass is reduced to show high electron mobility.
  • the crystal structure of the rare earth oxide C type is determined by X-ray diffraction according to JCPDS card No. If the 6-0416 pattern is shown, the stoichiometric ratio may deviate from M 2 X 3 . That is, it may be M 2 O 3-d .
  • the incident angle (2 ⁇ ) is preferably A to E below by X-ray diffraction measurement (Cuk ⁇ ray).
  • An oxide (oxide A) in which a diffraction peak is observed at each position is included (Condition 1).
  • A. 2 ⁇ 7.0 ° to 8.4 ° (preferably 7.2 ° to 8.2 °)
  • B. 2 ⁇ 30.6 ° -32.0 ° (preferably 30.8 ° -31.8 °)
  • C. 2 ⁇ 33.8 ° to 35.8 ° (preferably 34.3 ° to 35.3 °)
  • D. 2 ⁇ 53.5 ° to 56.5 ° (preferably 54.1 ° to 56.1 °)
  • E. 2 ⁇ 56.5 ° to 59.5 ° (preferably 57.0 ° to 59.0 °)
  • the oxide A satisfies the following condition 2.
  • Condition 2 One of diffraction peaks observed at positions where 2 ⁇ is 30.6 ° to 32.0 ° (region B) and 33.8 ° to 35.8 ° (region C) is a main peak, The other is a sub peak.
  • the main peak is the strongest peak (peak with the highest peak height) in the range of 2 ⁇ of 5 to 80 °, and the sub peak is the second strongest peak.
  • Condition 3 In the chart obtained by X-ray diffraction measurement (Cuk ⁇ ray), diffraction peaks are observed in the following F to K regions.
  • F. 2 ⁇ 14.8 ° to 16.2 ° (preferably 15.0 ° to 16.0 °)
  • G. 2 ⁇ 22.3 ° to 24.3 ° (preferably 22.8 ° to 23.8 °)
  • H. 2 ⁇ 32.2 ° to 34.2 ° (preferably 32.7 ° to 33.7 °)
  • I. 2 ⁇ 43.1 ° to 46.1 ° (preferably 43.6 ° to 45.6 °)
  • J. et al. 2 ⁇ 46.2 ° to 49.2 ° (preferably 46.7 ° to 48.7 °)
  • K. 2 ⁇ 62.7 ° to 66.7 ° (preferably 63.7 ° to 65.7 °)
  • FIG. 1 An example of the X-ray diffraction chart of the oxide is shown in FIG.
  • a to K represent the above peak positions.
  • the horizontal axis is 2 ⁇ , and the vertical axis is intensity.
  • XRD can be performed by, for example, the apparatus and conditions described in this embodiment.
  • FIG. 2 shows an X-ray diffraction chart of oxide A, a crystal structure represented by InGaO 3 (ZnO) 2 (JCPDS: 40-0252), and In 2 O 3 (ZnO) 2 (JCPDS: 20-1442).
  • the crystal structure is shown.
  • An X-ray diffraction chart of the crystal of the oxide A is represented by a crystal structure represented by InGaO 3 (ZnO) 2 (JCPDS: 40-0252) and In 2 O 3 (ZnO) 2 (JCPDS: 20-1442). Similar to crystal structure.
  • FIG. 2 shows an X-ray diffraction chart of oxide A, a crystal structure represented by InGaO 3 (ZnO) 2 (JCPDS: 40-0252) and In 2 O 3 (ZnO) 2 (JCPDS: 20-1442).
  • the oxide A has a peak peculiar to InGaO 3 (ZnO) 2 (a peak in the region A) and a peak peculiar to In 2 O 3 (ZnO) 2 (the peaks in the regions D and E).
  • the oxide A has a new periodicity different from that of InGaO 3 (ZnO) 2 and In 2 O 3 (ZnO) 2 . That is, the oxide A is different from InGaO 3 (ZnO) 2 and In 2 O 3 (ZnO) 2 .
  • this peak is between the main peaks of In 2 O 3 (ZnO) 2 and InGaO 3 (ZnO) 2 , that is, between 31 ° and 32 °. Therefore, it is shifted to a lower angle side than the main peak of InGaO 3 (ZnO) 2 (it seems that the interstitial distance is widened), and is higher than the main peak of In 2 O 3 (ZnO) 2. There is a shift (it seems that the distance between lattices is narrowed).
  • the crystal structure represented by In 2 O 3 (ZnO) m is a structure in which an InO 1.5 layer, an InZnO 2.5 layer, and a ZnO layer are periodically repeated at a ratio of 1: 1: (m ⁇ 1). It is considered to have In addition, the crystal structure represented by InGaO 3 (ZnO) m is considered that the InO 1.5 layer, the GaZnO 2.5 layer, and the ZnO layer are periodically repeated at a ratio of 1: 1: (m ⁇ 1). It has been.
  • the crystal structure represented by In 2 O 3 (ZnO) m and the measurement results by X-ray diffraction of InGaO 3 (ZnO) m have different peak positions (differing interstitial distances) but similar patterns. It will be a thing.
  • the crystal structure of the oxide A is a crystal composed of a “hexagonal layered compound” or a “crystal structure of a homologous phase” as in the case of In 2 O 3 (ZnO) m and InGaO 3 (ZnO) m described above. Presumed.
  • the X-ray diffraction pattern of the crystal structure of the oxide A is particularly similar to that of In 2 O 3 (ZnO) 2 .
  • ZnO In 2 O 3
  • the crystal structure of oxide A can be sintered at a low temperature of 1550 ° C. or lower, and is considered to be a new crystal structure from the generation temperature.
  • oxide A if the characteristic diffraction pattern of the above condition 1 or conditions 1 and 2 is shown by X-ray diffraction measurement, oxygen in the oxide is excessive or insufficient (oxygen deficiency). It does not matter (the atomic ratio of oxygen element may deviate from the stoichiometric ratio). If the oxygen in the oxide is excessive, the resistance may be too high when the target is used, and therefore it is preferable that the oxide has oxygen vacancies.
  • the oxide sintered body constituting the sputtering target includes the elements In, Ga, and Zn in the range of the region 3, the oxide sintered body preferably includes a homologous structure compound represented by (InGaO 3 ) ZnO.
  • a high-performance TFT (high mobility, low S value) can be manufactured by parallel plate type sputtering widely used industrially.
  • the compounding step is a step of mixing a metal oxide that is a raw material of the sputtering target.
  • powders such as indium compound powder, gallium compound powder, and zinc compound powder are used.
  • the specific surface area (BET specific surface area) of each metal compound as a target raw material can be measured by the method described in JIS Z 8830.
  • the indium compound include indium oxide and indium hydroxide.
  • the gallium compound include gallium oxide and gallium hydroxide.
  • the zinc compound include zinc oxide and zinc hydroxide.
  • an oxide is preferable because it is easy to sinter and it is difficult to leave a by-product.
  • the purity of the raw material is usually 2N (99% by mass) or more, preferably 3N (99.9% by mass) or more, particularly preferably 4N (99.99% by mass) or more.
  • the purity is lower than 2N, the durability is deteriorated.
  • impurities may enter the liquid crystal side and burning may occur.
  • metallic zinc zinc powder
  • zinc powder is used as a part of the raw material, the generation of white spots can be reduced.
  • the mixing and grinding time is usually 0.5 to 60 hours, preferably 6 to 48 hours, more preferably 8 to 36 hours. If it is less than 0.5 hours, there is a risk of poor appearance such as white spots and black spots due to poor dispersion of raw materials. If it is longer than 60 hours, there is a possibility that an unexpected crystal form may be formed by reaction during mixing.
  • the specific surface area (BET specific surface area) of indium oxide, gallium oxide, and zinc oxide is usually 3 to 18 m 2 / g, 3 to 18 m 2 / g, and 3 to 18 m 2 / g, respectively, preferably 7 to 16 m 2. / G, 7 to 16 m 2 / g, 3 to 10 m 2 / g, more preferably 7 to 15 m 2 / g, 7 to 15 m 2 / g, and 4 to 10 m 2 / g, particularly preferably each. 11 to 15 m 2 / g, 11 to 15 m 2 / g, and 4 to 5 m 2 / g.
  • the specific surface area is too small, aggregates of the respective elements may grow in the sintered body, the crystal form of the raw material powder may remain, an unexpected crystal form may be generated, and the properties may change. If the specific surface area is too large, an unexpected crystal form may be generated and the properties may be changed, or a dispersion failure may occur, resulting in poor appearance or uneven characteristics.
  • the calcination process is a process provided as necessary, after obtaining a mixture of compounds that are raw materials of the sputtering target, and then calcining the mixture.
  • the metal oxide mixture is preferably heat-treated at 500 to 1200 ° C. for 1 to 100 hours. This is because the thermal decomposition of the indium compound, the zinc compound, and the tin compound may be insufficient under heat treatment conditions of less than 500 ° C. or less than 1 hour.
  • the heat treatment condition exceeds 1200 ° C. or exceeds 100 hours, coarsening of the particles may occur. Therefore, it is particularly preferable to perform heat treatment (calcination) in the temperature range of 800 to 1200 ° C. for 2 to 50 hours.
  • the calcined product obtained here is preferably pulverized before the following molding step and firing step.
  • the molding step is a step of pressure-molding a mixture of metal oxides (or calcined product when the calcining step is provided) to form a compact. By this process, it is formed into a shape suitable as a target.
  • the obtained calcined fine powder can be granulated and then molded into a desired shape by pressure molding.
  • the molding method that can be used in this step include mold molding, cast molding, injection molding, and the like, and a homogeneous sintered body (target) having a high sintering density and a low specific resistance is obtained.
  • molding aids such as polyvinyl alcohol, methylcellulose, polywax, and oleic acid may be used.
  • the thickness of the molded body is usually 6 mm or more, preferably 8 mm or more, particularly preferably 10 mm or more. If it is less than 6 mm, it shrinks at the time of sintering and becomes too thin, resulting in uneven thermal conductivity, resulting in the formation of an unexpected crystal form, and the crystal grain size may become too large.
  • a sintering process is an essential process of baking the molded object obtained at the said formation process.
  • it is preferably performed under an oxygen-containing atmosphere, an oxygen gas atmosphere, or an oxygen gas pressurization.
  • the heating rate during sintering is usually 4 ° C./min or less, preferably 3 ° C./min or less. If it is 4 ° C./min or less, cracks are unlikely to occur. Furthermore, the rate of temperature rise is 2.5 ° C./min or less between room temperature and 400 ° C., 2.5 ° C./min or less between 400 ° C. and 800 ° C., and 1.0 ° C. between 800 ° C. and sintering temperature. It is preferable that it is below °C / min.
  • the temperature rising rate between room temperature and 400 ° C. is more preferably 1.0 ° C./min or less. If the temperature rising rate between room temperature and 400 ° C.
  • the rate of temperature increase between 800 ° C. and the sintering temperature is more preferably 0.9 ° C./min or less. If the rate of temperature increase between 800 ° C. and the sintering temperature is 0.9 ° C./min or less, the crystal form of the present invention is likely to occur.
  • Sintering is usually performed at 1100 to 1600 ° C. for 1 to 100 hours. It is preferable to carry out at 1300 to 1450 ° C. for 6 to 48 hours.
  • oxide A is easily generated according to the following sintering method.
  • the temperature is raised between 400 ° C. and 1000 ° C. at 2.5 ° C./min or less, and sintering is performed at 1350 to 1400 ° C. for 20 to 48 hours. Increase the temperature between 400 ° C. and 1000 ° C. at 2.5 ° C./min or less and sinter at 1400-1490 ° C. for 6 to 20 hours, or between 400 ° C. and 1000 ° C. at 2.5 ° C./min or less The temperature is raised and sintering is performed at 1490 to 1650 ° C. for 2 to 6 hours. Further, it is preferable that the temperature between 800 and the sintering temperature is raised at 1.0 ° C./min or less, the sintering temperature is 1350 to 1500 ° C., and the sintering time is 6 to 24 hours.
  • the cooling rate during sintering is usually 4 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, further preferably 0.8 ° C./min or less, particularly preferably 0.5 ° C. / Min or less.
  • the crystal form of this invention is easy to be obtained as it is 4 degrees C / min or less. In addition, cracks are unlikely to occur when the temperature drops. Alternatively, the temperature rise may be stopped once during the temperature rise and held at the holding temperature, and sintering may be performed in two or more stages.
  • the lower limit value of the temperature raising rate and the temperature lowering rate at the time of sintering is not particularly limited, but is preferably 0.1 ° C./min or more in consideration of productivity. In the case of a temperature increase / decrease rate below this, since the sintering time in production exceeds 500 hours, productivity is remarkably deteriorated and control becomes difficult.
  • Reduction process is a process provided as needed which performs a reduction process in order to reduce the bulk resistance of the sintered compact obtained at the said sintering process as the whole target.
  • the reduction method that can be applied in this step include a method using a reducing gas, vacuum firing, or reduction using an inert gas.
  • a reducing gas hydrogen, methane, carbon monoxide, a mixed gas of these gases and oxygen, or the like can be used.
  • reduction treatment by firing in an inert gas nitrogen, argon, a mixed gas of these gases and oxygen, or the like can be used.
  • the oxygen deficiency amount of the target (sintered body) is desired to be a predetermined amount or less, it is preferable not to perform the reduction treatment after sintering.
  • the processing step is to cut the sintered body obtained by sintering as described above into a shape suitable for mounting on a sputtering apparatus, and to mount a jig such as a backing plate. It is the process provided as needed for attaching.
  • the thickness of the sintered body before grinding is preferably 5.5 mm or more, more preferably 6 mm or more, and particularly preferably 8 mm or more.
  • the grinding is usually 0.2 mm or more on one side, preferably 0.5 mm or more, more preferably 2 mm or more. There is an advantage that a homogeneous target can be produced by producing a thick sintered body and grinding it sufficiently.
  • the sintered body is ground with, for example, a surface grinder to obtain a material having a surface roughness (Ra) of 5 ⁇ m or less.
  • the sputtering surface of the sputtering target may be further mirror-finished so that the average surface roughness (Ra) is 1000 angstroms or less.
  • a known polishing technique such as mechanical polishing, chemical polishing, mechanochemical polishing (a combination of mechanical polishing and chemical polishing) can be used.
  • polishing to # 2000 or more with a fixed abrasive polisher polishing liquid: water
  • lapping with loose abrasive lapping abrasive: SiC paste, etc.
  • lapping by changing the abrasive to diamond paste can be obtained by:
  • Such a polishing method is not particularly limited.
  • the obtained sputtering target material is bonded to a backing plate.
  • the thickness of the target is usually 2 to 20 mm, preferably 3 to 12 mm, particularly preferably 4 to 10 mm.
  • a plurality of targets may be attached to one backing plate to substantially serve as one target.
  • the surface is preferably finished with a 200 to 10,000 diamond grindstone, and particularly preferably with a 400 to 5,000 diamond grindstone. If a diamond grindstone smaller than No. 200 or larger than 10,000 is used, the target may be easily broken. It is preferable that the target has a surface roughness Ra ⁇ 0.5 ⁇ m and has a ground surface with no directivity. If Ra is larger than 0.5 ⁇ m or the polished surface has directivity, abnormal discharge may occur or particles may be generated.
  • air blow or running water cleaning can be used for the cleaning process.
  • air blow or running water cleaning can also be performed.
  • This ultrasonic cleaning is effective by performing multiple oscillations at a frequency of 25 to 300 KHz.
  • it is preferable to perform ultrasonic cleaning by multiplying twelve types of frequencies in 25 KHz increments between frequencies of 25 to 300 KHz.
  • glass substrates such as alkali silicate glass, alkali-free glass and quartz glass, silicon substrates, resin substrates such as acrylic, polycarbonate and polyethylene naphthalate (PEN), polymer film bases such as polyethylene terephthalate (PET) and polyamide Materials can be used.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • the semiconductor layer (also referred to as a channel layer or an active layer) is preferably an amorphous film.
  • an amorphous film By being an amorphous film, adhesion with an insulating film and a protective layer can be improved, and uniform transistor characteristics can be easily obtained even in a large area.
  • whether or not the semiconductor layer is an amorphous film can be confirmed by X-ray crystal structure analysis. The case where no clear peak is observed is amorphous.
  • the film thickness is usually 5 to 200 nm, preferably 20 to 150 nm, more preferably 30 to 100 nm. If the thickness is 5 nm or more, reproducibility of characteristics can be expected. If it is 200 nm or less, it can be manufactured with a tact time (time required for one process for each sheet) that can be economically adopted when manufacturing a large display. In order to obtain high mobility, the thickness is particularly preferably 100 nm or less. Moreover, when producing on a large substrate exceeding 2 m as in the production of a large liquid crystal display, it is particularly preferable to exceed 30 nm in order to ensure in-plane uniformity.
  • the channel length (L) is preferably 1 to 50 ⁇ m, more preferably 3 to 40 ⁇ m, and particularly preferably 5 to 25 ⁇ m. If it exceeds 50 ⁇ m, the size of the transistor becomes too large and the degree of integration may decrease. When the thickness is less than 1 ⁇ m, high accuracy is required for photolithography, which may make it difficult to employ in a large area display or the like.
  • the channel width (W) is preferably 1 to 500 ⁇ m, more preferably 3 to 100 ⁇ m, and particularly preferably 5 to 50 ⁇ m. If it exceeds 500 ⁇ m, the transistors may become too large and the integration degree may decrease.
  • W / L which is the ratio of the channel width (W) to the channel length (L), is usually 0.1 to 10, preferably 0.5 to 5. Within the above range, the panel design is easy.
  • the TFT of the present invention may have a channel layer protective layer.
  • the material for forming the protective layer of the channel layer is not particularly limited. What is generally used can be arbitrarily selected as long as the effects of the present invention are not lost.
  • An oxide such as Y 2 O 3 , Hf 2 O 3 , CaHfO 3 , PbTi 3 , BaTa 2 O 6 , SrTiO 3, or AlN can be used.
  • the number of oxygen in these oxides does not necessarily match the stoichiometric ratio (for example, it may be SiO 2 or SiO x ).
  • SiN x may contain a hydrogen element.
  • Such a protective film may have a structure in which two or more different insulating films are stacked.
  • the gate insulating film is usually made of a dielectric material having a relative dielectric constant of 2 to 10.
  • the relative dielectric constant of the gate insulating film is preferably in the range of 2.5 to 10, more preferably in the range of 3 to 6.
  • the relative dielectric constant of the gate insulating film can be measured by a dielectric constant measuring apparatus.
  • the relative dielectric constant is a dimensionless quantity and takes a constant value regardless of the unit system used.
  • the dielectric material having a relative dielectric constant of 2 to 9 SiO 2 , SiN x , SiON, Al 2 O 3 and the like are preferable because they have a high industrial track record and can be applied to a large area.
  • SiO 2 and SiN x are preferable because they can be easily applied to displays.
  • the number of oxygen in the oxide that is the dielectric material does not necessarily match the stoichiometric ratio (for example, it may be SiO 2 or SiO x ).
  • SiN x may contain a hydrogen element.
  • the gate insulating film of the field effect transistor of the present invention may have a structure in which two or more different insulating films are stacked.
  • the gate insulating film may be crystalline, polycrystalline, or amorphous, but is preferably polycrystalline or amorphous that is easy to manufacture industrially.
  • the gate insulating film made of a dielectric material having a relative dielectric constant of 2 to 9 is thermally oxidized, and the surface of the silicon substrate is thermally oxidized (made of SiOx). Layer).
  • the gate insulating film can be formed by depositing SiN x and / or SiO x with a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus (PECVD), for example.
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus
  • SiOx and SiNx, and laminated films and mixed films thereof have a track record of industrialization in a large area, and are more preferable because they can be produced inexpensively and uniformly.
  • each of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode there are no particular limitations on the material for forming each of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, and any material generally used can be selected as long as the effects of the present invention are not lost.
  • transparent electrodes such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, ZnO, SnO 2 , metal electrodes such as Al, Ag, Cr, Ni, Mo, Au, Ti, Ta, Cu, or these An alloy metal electrode can be used.
  • Each constituent member (layer) of the TFT can be formed by a method known in this technical field.
  • a film formation method a chemical film formation method such as a spray method, a dip method, or a CVD method, or a physical formation method such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method, a pulse laser deposition method, or the like.
  • a membrane method can be used. It is preferable to use a physical film forming method because the carrier density is easy to control and the film quality can be easily improved. Among them, it is more preferable to use the sputtering method because of high productivity.
  • the formed film can be patterned by various etching methods.
  • the channel layer (semiconductor layer) of the TFT of the present invention is preferably formed by forming a film by DC or AC sputtering using the sputtering target of the present invention.
  • DC or AC sputtering damage during film formation can be reduced as compared with RF sputtering. For this reason, when it is set as TFT, effects, such as a mobility improvement, can be anticipated.
  • the target of the present invention since the specific resistance is small and the density is high, troubles such as generation of cracks hardly occur even when the film is formed by DC or AC sputtering.
  • the channel layer it is preferable to include a channel layer oxidation treatment step.
  • the oxidation treatment include the following. -Oxygen partial pressure at the time of sputtering shall be 0.1 Pa or more.
  • a heat treatment oxygen annealing
  • -Film formation is performed in an oxygen plasma atmosphere (oxygen plasma treatment).
  • heat treatment is preferably performed at 70 to 350 ° C. If it is lower than 70 ° C., the thermal stability and heat resistance of the obtained transistor may be lowered, the mobility may be lowered, the S value may be increased, or the threshold voltage may be increased. On the other hand, when the temperature is higher than 350 ° C., a substrate having no heat resistance cannot be used, and there is a possibility that equipment costs for heat treatment may be required.
  • the heat treatment is preferably performed in an inert gas or in the presence of oxygen.
  • CIP cold isostatic pressing
  • the obtained molded body was sintered under the following conditions.
  • Sintering atmosphere Oxygen heating rate (room temperature to 400 ° C): 0.5 ° C / min heating rate (400 ° C to switching temperature): 1.0 ° C / min switching temperature: 800 ° C
  • Temperature increase rate (switching temperature to sintering temperature): 0.3 ° C./min
  • Sintering temperature 1400 ° C.
  • Sintering time 24 hours
  • Cooling rate (sintering temperature to room temperature): 0.3 ° C./min Heat treatment (reduction treatment) under reducing conditions was not performed.
  • a sintered body having a thickness of 8 mm was ground and polished on both sides to a thickness of 6 mm to obtain a target material having a diameter of 2 inches.
  • the nitrogen content in the sintered body was measured with a trace total nitrogen analyzer (TN).
  • the nitrogen content of the sintered body was 5 ppm or less.
  • the trace total nitrogen analyzer (TN) uses only nitrogen (N) or only nitrogen (N) and carbon (C) as element elements in elemental analysis, and determines the amount of nitrogen, or the amount of nitrogen and carbon. Used for analysis.
  • nitrogen-containing inorganic substances or nitrogen-containing organic substances are decomposed in the presence of a catalyst, N is converted into nitrogen monoxide (NO), this NO gas is reacted with ozone in a gas phase, light is emitted by chemiluminescence, and the light emission. N is determined from the intensity.
  • the surface of the sintered body was blown with air and further subjected to ultrasonic cleaning for 3 minutes, and then bonded to an oxygen-free copper backing plate with indium solder to obtain a target.
  • TFT Thin Film Transistor
  • a mask for forming source and drain electrodes was attached and Au was deposited by RF sputtering to form source and drain electrodes. After that, heat treatment was performed in the atmosphere at 300 ° C. for 60 minutes to obtain a transistor having a channel length of 100 ⁇ m and a channel width of 2000 ⁇ m.
  • the elemental composition ratio (atomic ratio) of the channel layer was measured by ICP-AES.
  • a semiconductor parameter analyzer Karlin, Inc .: 4200SCS
  • a manual prober EP-6 or PM-5, manufactured by SUSS Microtec Co., Ltd.
  • the transfer characteristics of the TFT are measured to determine the mobility (field effect mobility ( ⁇ ) and S values were evaluated.
  • the TFT was heated at 110 ° C. with a hot plate until immediately before the measurement.
  • Example 2 to 13 Comparative Examples 1 and 2 A target was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the atomic ratio of the target was changed as shown in Table 1, and a TFT was fabricated and evaluated. In any case, the nitrogen content of the sintered body (target) was 5 ppm or less. The results are shown in Table 1.
  • Comparative Examples 3-5 Using three targets of In 2 O 3 , ZnO, and Ga 2 O 3 , an oxide film was formed by adjusting the power of each cathode so as to have the atomic composition ratio shown in Table 2 by co-sputtering by RF sputtering. As an active layer, TFTs were fabricated and evaluated under the conditions shown in Table 2. Other operations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • Example 14 Using the sputtering target produced in Example 1, a bottom gate / top contact type TFT was produced and evaluated by the following method.
  • the element structure of the bottom gate / top contact type TFT is shown in FIG. Specifically, after forming the oxide film 25 on the Si substrate 21 with the thermal oxide film 22 using the sputtering target, patterning, electrode formation, and the like were performed to form an element.
  • the structure of the element is a bottom gate / top contact type.
  • the gate electrode 21 is n + -Si
  • the insulating film 22 is SiO 2
  • the source / drain electrodes 24, 27, 23, 26 are stacked with Ti 23, 26 and Au 24, 27. Used the body.
  • the channel width and channel length were 150 ⁇ m and 10 ⁇ m, respectively, and the film thickness of the active layer 25 was 40 nm.
  • the produced TFT was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • Example 15 A TFT was produced and evaluated in the same manner as in Example 14 except that the target produced in Example 8 was used. The results are shown in Table 2.
  • Example 16 A TFT was produced and evaluated in the same manner as in Example 14 except that the target produced in Example 12 was used. The results are shown in Table 2.
  • Example 17 Using the target of Example 1, using photolithography (lift-off), SiO 2 as the gate insulating film, Ti / Au as the source and drain electrodes, and 100 nm SiO 2 produced by PECVD as the protective film, channel length 20 ⁇ m, channel width 10 ⁇ m Transistor was obtained. The TFT was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • Example 18 A TFT was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 17 except that the oxygen partial pressure was lowered and instead an oxidation treatment was performed by high-pressure oxygen annealing at 10 atm, 250 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere after TFT fabrication. . The results are shown in Table 2.
  • the thin film transistor of the present invention can be used for a display device, particularly for a large area display.

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Abstract

元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。 領域１ ０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８ ０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９ 領域２ ０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８ ０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０ 領域３ ０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８ ０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７

Description

薄膜トランジスタ
　本発明は、薄膜トランジスタ、スパッタリングターゲット及びそれらの製造方法に関する。
　近年、８Ｋ４Ｋ（ＳＨＶ）や４Ｋ２Ｋと呼ばれる超高精細のディスプレイ、２４０Ｈｚ（４倍速）や４８０Ｈｚ（８倍速）等の高周波数のディスプレイ、種々の方式の３Ｄディスプレイ等の次世代ディスプレイの開発が盛んである。一方、このような次世代の高性能な液晶ディスプレイや有機ディスプレイを実現するには、表示を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の移動度が、０．５ｃｍ２／Ｖｓ程度のアモルファスシリコンでは性能が不足する。そのためＴＦＴの高性能化（高移動度化）が重要となる。
　当初、次世代ディスプレイ用ＴＦＴの移動度は、２～８ｃｍ２／Ｖｓ程度が目標といわれていたが、最近では２０ｃｍ２／Ｖｓ以上、２５ｃｍ２／Ｖｓ以上、さらに３０ｃｍ２／Ｖｓ以上の移動度が期待されている（非特許文献１）。
　また、タブレットＰＣやスマートフォン等に使用される中小型のディスプレイにおいても高精細化やドライバー回路等の周辺回路を基板上への形成することが進んでいる。従来中小型のディスプレイでは、高い移動度が必要な場合、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）が用いられていた。しかし、コストが高く、適用製品に限界があり、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを安価に製造できる技術が期待されていた（非特許文献１）。
　一方、細川等によって、酸化インジウムと酸化亜鉛を含むｎ型半導体材料が見出されて以来（特許文献１）、酸化インジウムと酸化亜鉛を含む種々の酸化物膜が半導体材料として注目されてきた。特に、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる非晶質の酸化物膜は、１０ｃｍ２／Ｖｓ前後のＴＦＴが作製できることから、高移動度のＴＦＴを中小型のディスプレイから大面積のディスプレイまで安価に作製できる技術として注目されている。
　この酸化物膜の成膜方法としては、スパッタリング・ＰＬＤ（パルスレーザーデポジション）・蒸着等の物理的な成膜やゾルゲル法等の化学的な成膜が検討されているが、比較的低温で大面積に均一に成膜できる方法としてスパッタリング法が中心に検討されている。
　従来、酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体を用いたＴＦＴ作製の検討は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成比が原子比でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１又は２：２：１のものが中心に検討されていた。これらの組成では作製したＴＦＴの移動度は通常１０ｃｍ２／Ｖｓ程度であり、次世代ディスプレイやＬＴＰＳ代替に必要な３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを工業的に製造するには到っていなかった。
　素子構成やＴＦＴの製造条件等で高移動度のＴＦＴを作る試みもなされていた。しかし、膜厚が薄い、Ｗ／Ｌが小さい、積層構造である、工業化が難しい絶縁膜を用いている等、大面積での作製が困難で再現性に乏しい製造法であったり、オフ電流が高い、Ｓ値が大きい等、他の課題が発生する場合があり、実用化に到っていなかった。
　一方、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの組成比を変えて高性能化を図る検討が、コスパッタ法（特許文献２，３、非特許文献２）、又は各種組成の酸化物ターゲットを作製（特許文献４）してなされている。しかし，次世代ディスプレイやＬＴＰＳ代替に必要な３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示す実用的なＴＦＴを作製するには到っていなかった。
　その他にも酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなるスパッタリングターゲットの検討が行なわれているが、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを作製するには到っていなかった（特許文献５，６）。
　酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲットは、組成比毎に適切な性状や焼結条件が異なっている。従って、有望な材料や組成を見出してから、スパッタリングターゲットの適切な性状や焼結条件を検討することが通例であった。そのため、前述したように酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化ガリウムからなる酸化物半導体を用いたＴＦＴの高性能化を図る検討においても、コスパッタを用いて高性能な組成比の探索が行なわれてきた（特許文献２，３，非特許文献２）。
　しかし、前述したようにコスパッタで組成比を変えても３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度のＴＦＴを作製するには到っていなかった。
特開２００６－１１４９２８号公報 特開２００７－２８１４０９号公報 特開２００９－２１５３６号公報 国際公開第２００９／０７５２８１号パンフレット 国際公開第２００８／０７２４８６号パンフレット 国際公開第２００９／１４８１５４号パンフレット
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ＴＦＴ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　２０１０、Ｓ６（ｐ３１４－３１７）、Ｍａｔｓｕｅｄａ Ｊｏｏｎｃｈｕｌ　Ｍｏｏｎ，ｅｔ．ａｌ，Ｊｏｒｎａｌ　０ｆ　ｔｈｅ　Ｋｏｒｅａｎ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｖｉｌ．５３，Ｎｏ．４，Ｏｃｔｏｂｅｒ　２００８，ｐｐ．２０２９～２０３２
　本発明の目的は、高移動度の薄膜トランジスタ、その製造方法及びその製造に用いるスパッタリングターゲットを提供することである。
　一方、本発明者らは長年多大な労力を掛け、各組成比に対してスパッタリングターゲットの適切な性状や製造条件を検討し、さらにそのスパッタリングターゲットを用いてＴＦＴの作製条件を検討し、高性能ＴＦＴの作製が可能なスパッタリングターゲットを目指して検討し続けた。そしてついに、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製が可能なスパッタリングターゲット及びＴＦＴを開発するに到った。
　その結果、本発明のスパッタリングターゲットを用いてＴＦＴを作製することで、工業的に適用が容易な方法で、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製が可能となった。
　尚、驚くべきことに本発明のスパッタリングターゲットに含まれる原子の組成比（原子比）はコスパッタ法によって見出された最適組成比（特許文献２）と異なっていた。これは、組成比検討で用いられるコスパッタ法で作製された酸化物膜と、工業的に一般的な平行平板型のスパッタリング法で作製された酸化物膜では構造や膜質が異なり、電気的性質も異なるためと推定される。
　コスパッタ法では、基板に対して粒子が斜入射で成膜される点や、Ｓ－Ｔ間距離（基板とスパッタリングターゲット間の距離）が長い点等が平行平板型のスパッタ法とは異なり、基板に飛来するスパッタ粒子の成分やエネルギーが異なると考えられる。このことが、膜構造や膜質の違い、ひいてはＴＦＴ特性の違いに繋がっているものと推定される。
　このように、コスパッタ法では最適な組成を見出すことが困難であったため、従来は３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度を示すＴＦＴの作製には到っていなかったと思われる。
　本発明によれば、以下の薄膜トランジスタ等が提供される。
１．元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
２．電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓ以上である１に記載の薄膜トランジスタ。
３．元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
４．前記酸化物焼結体が、比抵抗１５ｍΩｃｍ未満、相対密度９７％超である３に記載のスパッタリングターゲット。
５．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域１の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
６．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域２の原子比の範囲で含み、Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα線）により入射角（２θ）が、７．０°～８．４°、３０．６°～３２．０°、３３．８°～３５．８°、５３．５°～５６．５°及び５６．５°～５９．５°の各位置に回折ピークが観測される酸化物を含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
７．前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域３の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む、３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
８．４００℃～８００℃の間を２．５℃／分以下で昇温する工程、
　８００℃～焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温する工程、及び
　焼結温度１３００～１４５０℃、焼結時間６～４８時間で焼結する工程を含む３～７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
９．３～７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物薄膜を作製する工程を含む１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
　本発明によれば、高移動度の薄膜トランジスタ、その製造方法及びその製造に用いるスパッタリングターゲットが提供できる。
酸化物ＡのピークＡ～Ｋを示すＸ線回析チャートである。 酸化物ＡのＸ線回折チャート、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：４０－０２５２）及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：２０－１４４２）の結晶構造を示す図である。 本実施例１４で作製したＴＦＴの素子構造を示す図である。
　本発明の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の範囲（原子比）で含む酸化物を活性層とする。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
　上記の原子比は後述するスパッタリングターゲットの原子比と対応する。
　また、本発明の薄膜トランジスタは電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である。
　活性層である酸化物に含まれる各元素の原子比は、誘導結合プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）により含有元素を定量分析して求める。
　ＩＣＰ－ＡＥＳ分析を具体的に説明する。溶液試料をネブライザーで霧状にして、アルゴンプラズマ（約６０００～８０００℃）に導入すると、試料中の元素は熱エネルギーを吸収して励起され、軌道電子が基底状態から高いエネルギー準位の軌道に移る。この軌道電子は１０－７～１０－８秒程度で、より低いエネルギー準位の軌道に移る。この際にエネルギーの差を光として放射し発光する。この光は元素固有の波長（スペクトル線）を示すため、スペクトル線の有無により元素の存在を確認できる（定性分析）。
　また、それぞれのスペクトル線の大きさ（発光強度）は試料中の元素数に比例するため、既知濃度の標準液と比較することで試料濃度を求めることができる（定量分析）。
　定性分析で含有されている元素を特定後、定量分析で含有量を求め、その結果から各元素の原子比を求める。
　本発明のＴＦＴの電界効果移動度は、２５ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、２８ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、３０ｃｍ２／Ｖｓ以上が特に好ましい。
　電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上であると、パネル上にドライバー回路等の周辺回路を小さい面積の中に構成することができる。３０ｃｍ２／Ｖｓ以上であると、さらにＴＦＴを小さくできるため、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル用機器のパネルへの応用も期待できる。
　尚、電界効果移動度は高いほどよく、その上限値は特に限定しないが、例えば、１００ｃｍ２／Ｖｓ程度であると考えられる。
　トランジスタ特性の評価項目としては、電界効果移動度の他、例えば閾値電圧（Ｖｔｈ）、Ｏｎ／Ｏｆｆ比、Ｓ値等が挙げられる。
　電界効果移動度は、線形領域や飽和領域の特性から求めることができる。例えば線形領域においては、トランスファー特性の結果からＩｄ－Ｖｇのグラフを作成し、Ｖｇ－トランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出することにより電界効果移動度を導く方法が挙げられる。尚、Ｇｍは∂（Ｉｄ）／∂（Ｖｇ）によって表される。本発明において特に断らない限り、電界効果移動度はこの方法で評価する。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。
　閾値電圧は、例えば線形領域ではＩｄ＝１０－９ＡでのＶｇの値をとる方法が挙げられる。またＯｎ／Ｏｆｆ比は例えば、Ｖｇ＝－１５Ｖ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Ｏｎ／Ｏｆｆ比を決める方法が挙げられる。
　Ｓ値についてはｌｏｇＩｄ－Ｖｇのグラフを作成しＩｄ＝１０－１０Ａ～１０－９Ａの傾きから∂（Ｖｇ）／∂（ｌｏｇＩｄ）によって決める方法が挙げられる。
　本発明のＴＦＴのＳ値は、０．６（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下が好ましく、０．５（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下がより好ましく、Ｓ値０．４（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下が特に好ましい。Ｓ値が０．６（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）以下だと駆動時の消費電力を低減することが期待できる。
　ＴＦＴは通常、ソース・ドレイン電極間に５～２０Ｖ程度の電圧Ｖｄを印加したとき、ゲート電圧Ｖｇを０Ｖと５～２０Ｖの間でスイッチすることで、ソース・ドレイン電極間の電流Ｉｄを制御（オンオフ）する。
　ＴＦＴのトランスファー特性を測定する際の条件は、通常次の通りとする。
　Ｖｇ：－１５Ｖ～２０Ｖ
　Ｖｄ：０．１Ｖ、１Ｖ、１０Ｖ
　本発明のＴＦＴの活性層は、以下に説明するスパッタリングターゲットを用いて製造することができる。
　スパッタリングターゲットは、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなる。
領域１
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
領域２
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
領域３
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
　領域１の範囲内であると、移動度が高くＳ値が特に小さいＴＦＴが得られるため好ましい。また、Ｇａが比較的多いため短波長の透過率が高く光電流の小さいＴＦＴが期待できる。さらに、蓚酸系エッチング液に対してアモルファス透明電極（インジウム亜鉛酸化物やＩＴＯ）とエッチング速度が近く、工程設計がしやすい。
　領域１は、以下の範囲であると特に好ましい。
０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．６５
０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
０．１３≦Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）
　Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）を０．６５未満とすると、Ｓ値を低減させやすい。また、ノーマリーオフとしやすい。Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）を０．１５超とすると、耐湿性の向上が期待できる。Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．１３以上であると、焼結体の比抵抗を下げやすい。また、ＴＦＴを作製する際にエッチングが容易で残渣が残りにくい。
　領域２の範囲内であると、移動度が高くＳ値が小さいＴＦＴが得られるため好ましい。
　領域２は、以下の範囲であると特に好ましい。
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．１０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．４５以上だと高い移動度が期待できる。
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．２０より小さいとノーマリーオフ動作が容易になる。
　領域３の範囲内であると、領域１や領域２に比べて電界効果移動度はやや低くなるが、Ｓ値が小さいＴＦＴが得られる。
　領域３は、以下の範囲であるとより好ましい。
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
０．２０＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２５
　Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．２５より小さいと移動度が高くなる。０．２０より大きいと短波長の光の透過率が高くなり光電流の低減が期待できる。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）が０．４５以上だと高い移動度が期待できる。
　スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体は、酸素欠損を有することが好ましい。酸素欠損量は、組成比から計算した酸素原子の含有量の１×１０－７～３×１０－１倍の範囲であることが好ましい。上記範囲内であると、比抵抗を下げやすい。
　ターゲット（焼結体）の酸素欠損量が、組成比から計算した酸素原子の化学量論比の１×１０－７倍以上、１×１０－３倍未満であるものがより好ましい。５×１０－４倍未満であるものが特に好ましい。１×１０－３倍未満であると、半導体膜を成膜する際に活性化された酸素が十分あるため閾値電圧が負になりにくいことが期待できる。
　ターゲット（焼結体）の酸素欠損量を上記範囲とするには、焼結後の還元処理を行なわないことが好ましい。また、焼結は窒素雰囲気で行なわず、大気雰囲気、あるいは酸素雰囲気で行なうことが好ましい。
　酸素欠損量は、焼結条件や、焼結時、昇温時、降温時の雰囲気等で調整することができる。また、焼結後に還元処理をすること等によって調整することもできる。尚、Ｉｎリッチ層を備えていると焼結後に還元処理を行わなくとも酸素欠損量を前記範囲内に調整することが容易である。
　酸素欠損量とは、１モルの酸化物結晶中に含まれる酸素イオンの数を化学量論量の酸素イオンの数から差し引いた値をモル単位で示した値である。酸化物結晶中に含まれる酸素イオンの数は、例えば、酸化物結晶を炭素粉末中で加熱させて生成する二酸化炭素の量を赤外吸収スペクトルで測定することで算出することができる。また、化学量論量の酸素イオンの数は酸化物結晶の質量から算出することができる。
　上記酸化物焼結体は、９０μｍ×９０μｍの範囲内に直径３μｍ以上のインジウムが欠損する部分（ＺｎＧａ２Ｏ４化合物等）の個数が１０個以下であることが好ましく、５個以下がより好ましく、１個以下が特に好ましい。インジウムが欠損する部分は抵抗が高くなりやすいため、その個数が少ないと異常放電の発生の低減が期待できる。上記はＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）によって測定する。
　ＥＰＭＡは下記条件で測定することができる。
・装置：日本電子株式会社ＪＸＡ－８２００
・測定条件：加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：５０ｎＡ、照射時間（１点当り）：５０ｍＳ
　上記酸化物焼結体は、窒素含有量が好ましくは５ｐｐｍ（原子）以下である。酸化物焼結体の窒素含有量が５ｐｐｍ超の場合、得られるターゲットのスパッタリング時の異常放電、及びターゲット表面への吸着ガス量を十分に抑制できないおそれがあり、さらにターゲット中の窒素とインジウムがスパッタリング時に反応して黒色窒化インジウム（ＩｎＮ）を生成して、半導体膜中に混入して歩留まりが低下するおそれがある。
　窒素含有量を上記とするには、通常焼結時の窒素分圧を１気圧未満、好ましくは窒素分圧０．８気圧以下、より好ましくは窒素分圧０．５気圧以下とし、特に好ましくは酸素雰囲気下で焼結する。
　上記酸化物焼結体は、比抵抗が１５ｍΩｃｍ未満、相対密度が９７％超であると好ましい。
　比抵抗は１０ｍΩｃｍ以下がより好ましく、５ｍΩｃｍ以下が特に好ましい。また、通常は０．１ｍΩｃｍ以上である。比抵抗が１５ｍΩｃｍ未満であると、ＡＣスパッタリングした際でもターゲットが割れにくく、１０ｍΩｃｍ以下であるとＡＣスパッタリングやＤＣスパッタリングした際でもターゲットが割れにくい。
　また、比抵抗が１５ｍΩｃｍ以上であると、スパッタリングでプラズマ放電させる際に高い電圧を掛ける必要があり、スパッタリング成膜時のフラグメント成分が変化し、膜質が変化するおそれがある。比抵抗は本実施例に記載の方法で測定できる。
　相対密度は９８％以上がより好ましく、９９％以上が特に好ましい。また、通常は１００％未満である。相対密度が９７％超であると、スパッタレートが早くなる、強度が高くなり割れにくくなる等の効果がある。相対密度は本実施例に記載の方法で測定できる。
　本発明のスパッタリングターゲットは、本発明の効果を損ねない範囲において、上述したＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ以外の他の金属元素、例えば、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等を含有していてもよい。本発明においては、ターゲットに含有される金属元素は、実質的にＩｎ，Ｇａ及びＺｎのみであってもよい。尚、「実質的」とは、原料や製造工程等により不可避的に含まれる不純物等以外の元素を含まないことを意味する。
　スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域１の範囲で含有する場合、好ましくは（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む。
　（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造とＩｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造を含むことは、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）で確認できる。ＸＲＤは、例えば本実施例に記載の装置・条件により行うことができる。
　ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは１～２０の整数）で表される結晶構造のｍ＝１の場合がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）である。ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍで表される結晶構造は「六方晶層状化合物」又は「ホモロガス相の結晶構造」と呼ばれ、異なる物質の結晶層を何層か重ね合わせた長周期を有する「自然超格子」構造からなる結晶である。
　結晶周期又は各薄膜層の厚さがナノメーター程度の場合、これら各層の化学組成や層の厚さの組み合わせによって、単一の物質あるいは各層を均一に混ぜ合わせた混晶の性質とは異なる固有の特性が得られる。
　ホモロガス相の結晶構造は、例えばターゲットを粉砕したパウダー又はターゲットから直接測定したＸ線回折パターンが、組成比から想定されるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認できる。具体的には、ＪＣＰＤＳ（Ｊｏｉｎｔ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ　ｏｆ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）カードから得られるホモロガス相の結晶構造Ｘ線回折パターンと一致することから確認することができる。ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）の場合は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．３８－１１０４である。
　Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造（又は希土類酸化物Ｃ型の結晶構造）とは、（Ｔｈ ７，Ｉａ３）の空間群を持つ立方晶系で、Ｍｎ２Ｏ３（Ｉ）型酸化物結晶構造とも言う。Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６－０４１６のパターンを示す。Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔｌ２Ｏ３、Ｐｕ２Ｏ３、Ａｍ２Ｏ３、Ｃｍ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３に１０ｗｔ％程度以下のＳｎをドープしたもの）がこの結晶構造を示す（日本学術振興会透明酸化物光電子材料第１６６委員会「透明導電膜の技術」、オーム社）。
　希土類酸化物Ｃ型の結晶構造を示すことは、Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６－０４１６のパターンを示すことから確認できる。
　希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、ＭＸ２（Ｍ：陽イオン、Ｘ：陰イオン）で示される化合物の結晶構造の１つである蛍石型結晶構造から、化学量論比がＭ２Ｘ３のため陰イオンの４つに１つが抜けている構造となる。陽イオンに対して陰イオン（通常酸化物の場合は、酸素）が６配位し、残りの２つの陰イオンサイトは空となっている。空となっている陰イオンサイトは準イオンサイトとも呼ばれる（「透明導電膜の技術」）。
　陽イオンに酸素（陰イオン）が６配位した希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、酸素８面体稜共有構造を有している。酸素８面体稜共有構造を有していると、陽イオンであるｐ金属のｎｓ軌道が互いに重なり合って電子の伝導路を形成し、有効質量が小さくなり高い電子の移動度を示す。
　希土類酸化物Ｃ型の結晶構造は、Ｘ線回折でＪＣＰＤＳカードＮｏ．６－０４１６のパターンを示していれば、化学量論比がＭ２Ｘ３からずれていてもよい。即ち、Ｍ２Ｏ３－ｄとなっていてもよい。
　スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域２の範囲で含有する場合、好ましくはＸ線回折測定（Ｃｕｋα線）により入射角（２θ）が下記Ａ～Ｅの各位置に回折ピークが観測される酸化物（酸化物Ａ）を含む（条件１）。
Ａ．２θ＝７．０°～８．４°（好ましくは７．２°～８．２°）
Ｂ．２θ＝３０．６°～３２．０°（好ましくは３０．８°～３１．８°）
Ｃ．２θ＝３３．８°～３５．８°（好ましくは３４．３°～３５．３°）
Ｄ．２θ＝５３．５°～５６．５°（好ましくは５４．１°～５６．１°）
Ｅ．２θ＝５６．５°～５９．５°（好ましくは５７．０°～５９．０°）
　酸化物Ａは下記条件２を満たすとより好ましい。
条件２：２θが３０．６°～３２．０°（上記領域Ｂ）及び３３．８°～３５．８°（上記領域Ｃ）の位置に観測される回折ピークの一方がメインピークであり、他方がサブピークである。メインピークとは、２θが５～８０°の範囲で最も強度の強いピーク（ピーク高さの高いピーク）であり、サブピークとは、２番目に強度の強いピークである。
　酸化物Ａは下記条件３を満たすとより好ましい。
条件３：Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα線）により得られるチャートにおいて、下記Ｆ～Ｋの領域に回折ピークが観測される。
Ｆ．２θ＝１４．８°～１６．２°（好ましくは１５．０°～１６．０°）
Ｇ．２θ＝２２．３°～２４．３°（好ましくは２２．８°～２３．８°）
Ｈ．２θ＝３２．２°～３４．２°（好ましくは３２．７°～３３．７°）
Ｉ．２θ＝４３．１°～４６．１°（好ましくは４３．６°～４５．６°）
Ｊ．２θ＝４６．２°～４９．２°（好ましくは４６．７°～４８．７°）
Ｋ．２θ＝６２．７°～６６．７°（好ましくは６３．７°～６５．７°）
　上記酸化物のＸ線回折チャートの例を図１に示す。図中、Ａ～Ｋは上記の各ピーク位置を表わす。尚、横軸は２θであり、縦軸は強度である。ＸＲＤは、例えば本実施例に記載の装置・条件により行うことができる。
　上記条件１及び２を満たす酸化物結晶は、ＪＣＰＤＳカードにはなく、今まで確認されていない新規な結晶である。
　図２に、酸化物ＡのＸ線回折チャート、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：４０－０２５２）で示される結晶構造及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：２０－１４４２）で示される結晶構造を示す。
　酸化物Ａの結晶のＸ線回折チャートは、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：４０－０２５２）で示される結晶構造、及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２（ＪＣＰＤＳ：２０－１４４２）で示される結晶構造に類似している。しかしながら、図２に示す通り、酸化物ＡはＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２特有のピーク（上記領域Ａのピーク）、及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２特有のピーク（上記領域Ｄ及びＥのピーク）を有する。
　従って、酸化物ＡはＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２ともＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とも異なる新たな周期性を有していると判断できる。即ち、酸化物Ａは、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２及びＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とは異なる。
　上記領域Ｂのピークについて、このピークはＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２とＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２のメインピークの間、即ち、３１°付近と３２°付近の間にある。従って、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）２のメインピークよりも低角側にシフトしており（格子間距離が広がっていると思われる）、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２のメインピークよりも高角側にシフトしている（格子間距離が狭まっていると思われる）。
　Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍで表される結晶構造は、ＩｎＯ１．５層とＩｎＺｎＯ２．５層とＺｎＯ層が１：１：（ｍ－１）の比率で周期的に繰り返された構造を有すると考えられている。
　また、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍで表される結晶構造は、ＩｎＯ１．５層とＧａＺｎＯ２．５層とＺｎＯ層が１：１：（ｍ－１）の比率で周期的に繰り返されると考えられている。
　このように、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍで表される結晶構造やＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍのＸ線回折による測定結果は、ピーク位置が異なる（格子間距離は異なる）がパターンは似たものとなる。
　上記酸化物Ａの結晶構造は、上述したＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍやＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍと同様に、「六方晶層状化合物」又は「ホモロガス相の結晶構造」からなる結晶であると推定される。
　また、酸化物Ａの結晶構造のＸ線回折パターンは、特にＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２のものと類似している。ただし、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）２の結晶構造を示す酸化物は、１５５０℃を越える高温で焼成しないと合成が難しいことが知られている。一方、酸化物Ａの結晶構造は１５５０℃以下の低温で焼結可能であり、生成温度からも新規の結晶構造であると考えられる。
　酸化物Ａにおいては、Ｘ線回折測定により上記条件１、又は条件１及び２の特有の回折パターンを示していれば、酸化物の酸素が過剰であっても不足（酸素欠損）していても構わない（酸素元素の原子比が化学量論比からずれていてもよい）。
　酸化物の酸素が過剰であると、ターゲットとしたときに抵抗が高くなりすぎるおそれがあるため、酸素欠損を有していることが好ましい。
　スパッタリングターゲットを構成する酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎを領域３の範囲で含む場合、酸化物焼結体は好ましくは（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む。
　上記のスパッタリングターゲットによれば、工業的に広範囲で用いられている平行平板型のスパッタリングにより、高性能なＴＦＴ（高移動度、低Ｓ値）を製造することができる。
　次に、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
（１）配合工程
　配合工程は、スパッタリングターゲットの原料である金属酸化物を混合する工程である。
　原料としては、インジウム化合物の粉末、ガリウム化合物の粉末、亜鉛化合物の粉末等の粉末を用いる。ターゲットの原料となる各金属化合物の比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、ＪＩＳ　Ｚ　８８３０に記載の方法によって測定することができる。インジウムの化合物としては、例えば、酸化インジウム、水酸化インジウム等が挙げられる。ガリウムの化合物としては、例えば、酸化ガリウム、水酸化ガリウム等が挙げられる。亜鉛の化合物としては、例えば、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等が挙げられる。各々の化合物として、焼結のし易さ、副生成物の残存のし難さから、酸化物が好ましい。
　また、原料の純度は、通常２Ｎ（９９質量％）以上、好ましくは３Ｎ（９９．９質量％）以上、特に好ましくは４Ｎ（９９．９９質量％）以上である。純度が２Ｎより低いと耐久性が低下する、液晶ディスプレイに用いた際に液晶側に不純物が入り、焼き付けが起こるおそれがある。
　原料の一部として金属亜鉛（亜鉛末）を用いることが好ましい。原料の一部に亜鉛末を用いるとホワイトスポットの生成を低減することができる。
　金属酸化物等のターゲットの製造に用いる原料を混合し、通常の混合粉砕機、例えば、湿式ボールミルやビーズミル又は超音波装置を用いて、均一に混合・粉砕することが好ましい。
　湿式ボールミルを用いる場合、混合粉砕の時間は、通常０．５～６０時間、好ましくは６～４８時間、より好ましくは８～３６時間である。０．５時間未満だと原料の分散不良でホワイトスポットや黒点等の外観不良が生じるおそれがある。６０時間超だと、混合時に反応して想定外の結晶型が生じるおそれがある。
　酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛の比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、通常各々３～１８ｍ２／ｇ、３～１８ｍ２／ｇ、３～１８ｍ２／ｇであり、好ましくは各々７～１６ｍ２／ｇ、７～１６ｍ２／ｇ、３～１０ｍ２／ｇであり、より好ましくは各々７～１５ｍ２／ｇ、７～１５ｍ２／ｇ、４～１０ｍ２／ｇであり、特に好ましくは各々１１～１５ｍ２／ｇ、１１～１５ｍ２／ｇ、４～５ｍ２／ｇである。
　比表面積が小さすぎると焼結体中に各々の元素の凝集体が成長する、原料粉末の結晶型が残存する、想定外の結晶型が生成し性状が変化する等のおそれがある。比表面積が大きすぎると想定外の結晶型が生成し性状が変化する、分散不良を起こし外観不良や特性のムラが生じる等のおそれがある。
（２）仮焼工程
　仮焼工程は、スパッタリングターゲットの原料である化合物の混合物を得た後、この混合物を仮焼する、必要に応じて設けられる工程である。
　仮焼を行うと、密度を上げることが容易になり好ましいが、コストアップになるおそれがある。そのため、仮焼を行わずに密度を上げられることがより好ましい。
　仮焼工程においては、５００～１２００℃で、１～１００時間の条件で金属酸化物の混合物を熱処理することが好ましい。５００℃未満又は１時間未満の熱処理条件では、インジウム化合物や亜鉛化合物、錫化合物の熱分解が不十分となる場合があるためである。一方、熱処理条件が、１２００℃を超えた場合又は１００時間を超えた場合には、粒子の粗大化が起こる場合があるためである。
　従って、特に好ましいのは、８００～１２００℃の温度範囲で、２～５０時間の条件で、熱処理（仮焼）することである。
　尚、ここで得られた仮焼物は、下記の成形工程及び焼成工程の前に粉砕するのが好ましい。
（３）成形工程
　成形工程は、金属酸化物の混合物（上記仮焼工程を設けた場合には仮焼物）を加圧成形して成形体とする工程である。この工程により、ターゲットとして好適な形状に成形する。仮焼工程を設けた場合には得られた仮焼物の微粉末を造粒した後、加圧成形により所望の形状に成形することができる。
　本工程で用いることができる成形方法としては、例えば、金型成形、鋳込み成形、射出成形等も挙げられるが、焼結密度の高く、比抵抗が小さく、均質な焼結体（ターゲット）を得るためには、冷間静水圧（ＣＩＰ）、熱間静水圧（ＨＩＰ）等で成形するのが好ましい。単なるプレス成形（一軸プレス）であると圧力にムラ生じて、想定外の結晶型が生成してしまうおそれがある。
　尚、成形処理に際しては、ポリビニルアルコールやメチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸等の成形助剤を用いてもよい。
　成形体の厚みは通常６ｍｍ以上、好ましくは８ｍｍ以上、特に好ましくは１０ｍｍ以上である。６ｍｍ未満だと焼結時に収縮して薄くなりすぎるため熱伝導率のムラが生じ想定外の結晶型が生成する、結晶粒径が大きくなりすぎるおそれがある。
（４）焼結工程
　焼結工程は、上記成形工程で得られた成形体を焼成する必須の工程である。
　窒素含有量、及び酸素欠損量を制御するため、酸素含有雰囲気、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス加圧下で行うことが好ましい。
　焼結時の昇温速度は、通常４℃／分以下、好ましくは３℃／分以下である。４℃／分以下であるとクラックが発生しにくい。
　さらに、昇温速度は、常温～４００℃の間を２．５℃／分以下、４００℃～８００℃の間を２．５℃／分以下、８００℃～焼結温度の間を１．０℃／分以下であることが好ましい。
　常温～４００℃の間の昇温速度は、１．０℃／分以下であることがより好ましい。常温～４００℃の間の昇温速度は、１．０℃／分以下であると、焼結体中のボイドを減らすことや相対密度を上げることが期待できる。
　８００℃～焼結温度の間の昇温速度は、０．９℃／分以下であることがより好ましい。８００℃～焼結温度の間の昇温速度は、０．９℃／分以下であると、本発明の結晶型を生じさせやすい。
　焼結は、通常１１００～１６００℃で１～１００時間行う。１３００～１４５０℃で、６～４８時間で行うと好ましい。
　スパッタリングターゲットが領域２の組成であるとき、以下の焼結方法によると、酸化物Ａが生成しやすい。
　４００℃～１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１３５０～１４００℃で２０～４８時間焼結する、
　４００℃～１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１４００～１４９０℃で６～２０時間焼結する、又は
　４００℃～１０００℃の間を２．５℃／分以下で昇温し、１４９０～１６５０℃で２～６時間焼結する。
　また、８００～焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温し、焼結温度は１３５０～１５００℃、焼結時間は６～２４時間とすることが好ましい。
　焼結時の降温速度は、通常４℃／分以下、好ましくは２℃／分以下、より好ましくは１℃／分以下、さらに好ましくは０．８℃／分以下、特に好ましくは０．５℃／分以下である。４℃／分以下であると本発明の結晶型が得られやすい。また、降温時にクラックが発生しにくい。
　また、昇温の途中で一度昇温を止め保持温度で保持し、２段階以上で焼結を行ってもよい。
　尚、焼結時の昇温速度及び降温速度の下限値は、特に限定しないが、生産性を考慮すると、通常０．１℃／分以上が好ましい。これ以下の昇温及び降温速度の場合、生産における焼結時間が５００時間を超えるため著しく生産性が悪化すると共に制御も困難となる。
（５）還元工程
　還元工程は、上記焼結工程で得られた焼結体のバルク抵抗をターゲット全体として低減するために還元処理を行う、必要に応じて設けられる工程である。
　本工程で適用することができる還元方法としては、例えば、還元性ガスによる方法や真空焼成又は不活性ガスによる還元等が挙げられる。
　還元性ガスによる還元処理の場合、水素、メタン、一酸化炭素や、これらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
　不活性ガス中での焼成による還元処理の場合、窒素、アルゴンや、これらのガスと酸素との混合ガス等を用いることができる。
　ただし、ターゲット（焼結体）の酸素欠損量を所定量以下としたい場合は、焼結後の還元処理を行なわないことが好ましい。
（６）加工工程
　加工工程は、上記のようにして焼結して得られた焼結体を、さらにスパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工し、またバッキングプレート等の装着用治具を取り付けるための、必要に応じて設けられる工程である。
　研削前の焼結体の厚みは５．５ｍｍ以上が好ましく、６ｍｍ以上がより好ましく、８ｍｍ以上が特に好ましい。研削は通常片面０．２ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上、さらに好ましくは２ｍｍ以上である。厚みの厚い焼結体を作製し、十分研削することで、均質なターゲットが作製できるというメリットがある。
　酸化物焼結体をスパッタリングターゲット素材とするには、該焼結体を例えば、平面研削盤で研削して表面粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下の素材とする。ここで、さらにスパッタリングターゲットのスパッタ面に鏡面加工を施して、平均表面粗さ（Ｒａ）が１０００オングストローム以下としてもよい。この鏡面加工（研磨）は機械的な研磨、化学研磨、メカノケミカル研磨（機械的な研磨と化学研磨の併用）等の、すでに知られている研磨技術を用いることができる。例えば、固定砥粒ポリッシャー（ポリッシュ液：水）で＃２０００以上にポリッシングしたり、又は遊離砥粒ラップ（研磨材：ＳｉＣペースト等）にてラッピング後、研磨材をダイヤモンドペーストに換えてラッピングすることによって得ることができる。このような研磨方法には特に制限はない。
　得られたスパッタリングターゲット素材をバッキングプレートへボンディングする。ターゲットの厚みは通常２～２０ｍｍ、好ましくは３～１２ｍｍ、特に好ましくは４～１０ｍｍである。また、複数のターゲットを１つのバッキングプレートに取り付け、実質１つのターゲットとしてもよい。また、表面は２００～１０，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが好ましく、４００～５，０００番のダイヤモンド砥石により仕上げを行うことが特に好ましい。２００番より小さい、あるいは１０，０００番より大きいダイヤモンド砥石を使用するとターゲットが割れやすくなるおそれがある。
　ターゲットの表面粗さＲａ≦０．５μｍであり、方向性のない研削面を備えていることが好ましい。Ｒａが０．５μｍより大きかったり、研磨面に方向性があると、異常放電が起きたり、パーティクルが発生するおそれがある。
　次に、清浄処理にはエアーブローあるいは流水洗浄等を使用できる。エアーブローで異物を除去する際には、ノズルの向い側から集塵機で吸気を行なうとより有効に除去できる。尚、以上のエアーブローや流水洗浄では限界があるので、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。この超音波洗浄は周波数２５～３００ＫＨｚの間で多重発振させて行なう方法が有効である。例えば周波数２５～３００ＫＨｚの間で、２５ＫＨｚ刻みに１２種類の周波数を多重発振させて超音波洗浄を行なうのがよい。
　次に、本発明のＴＦＴの各層について説明する。
　基板の材料については特に制限はなく、本技術分野で公知のものを使用できる。例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板、シリコン基板、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の樹脂基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等の高分子フィルム基材等が使用できる。
　半導体層（チャンネル層又は活性層ともいう）は非晶質膜であることが好ましい。非晶質膜であることにより、絶縁膜や保護層との密着性が改善でき、大面積でも均一なトランジスタ特性が容易に得られることとなる。ここで、半導体層が非晶質膜であるか否かは、Ｘ線結晶構造解析により確認できる。明確なピークが観測されない場合が非晶質である。
　膜厚は、通常５～２００ｎｍ、好ましくは２０～１５０ｎｍ、より好ましくは３０～１００ｎｍである。５ｎｍ以上であれば特性の再現性が期待できる。２００ｎｍ以下であれば、大型ディスプレイの製造時に経済的に採用可能なタクトタイム（１枚毎に１工程が使用する時間）で製造できる。高い移動度を得るためには１００ｎｍ以下であることが特に好ましい。また大型液晶ディスプレイの製造時のように２ｍを超える大型基板に作製する際は、面内の均一性を確保するために３０ｎｍ超であることが特に好ましい。
　チャンネル長（Ｌ）は、１～５０μｍが好ましく、３～４０μｍがさらに好ましく、５～２５μｍが特に好ましい。５０μｍ超であると、トランジスタのサイズが大きくなりすぎ集積度が下がるおそれがある。１μｍ未満であるとフォトリソグラフィに高い精度が必要となり、大面積ディスプレイ等での採用が難しくなるおそれがある。
　チャンネル幅（Ｗ）は、１～５００μｍが好ましく、３～１００μｍがさらに好ましく、５～５０μｍが特に好ましい。５００μｍ超であると、トランジスタが大きくなりすぎ集積度が下がるおそれがある。１μｍ未満であるとフォトリソグラフィに高い精度が必要となり、大面積ディスプレイ等での採用が難しくなるおそれがある。
　チャンネル幅（Ｗ）とチャンネル長（Ｌ）の比であるＷ／Ｌは、通常０．１～１０、好ましくは０．５～５である。前記範囲内であるとパネルの設計が容易である。
　本発明のＴＦＴは、チャンネル層の保護層を有していてもよい。
　チャンネル層の保護層を形成する材料は特に制限はない。本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３又はＡｌＮ等の酸化物を用いることができる。
　これらの中でも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３であり、特に好ましくはＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３又はＣａＨｆＯ３である。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。また、ＳｉＮｘは水素元素を含んでいてもよい。
　このような保護膜は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
　ゲート絶縁膜は、通常比誘電率が２～１０の誘電体材料からなる。ゲート絶縁膜の比誘電率が２以上であると、移動度の高いＴＦＴを作製することができる。また、１０以下であるとヒステリシスの小さなＴＦＴが期待できる。ゲート絶縁膜の比誘電率は、２．５～１０の範囲内であることが好ましく、３～６の範囲内であることがより好ましい。ゲート絶縁膜の比誘電率は、誘電率測定装置によって測定することができる。
　比誘電率（relative　permittivity、dielectric　constant）とは媒質の誘電率と真空の誘電率の比ε／ε０＝εｒのことである。比誘電率は無次元量であり、用いる単位系によらず、一定の値をとる。
　比誘電率が２～９の誘電体材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３等が工業的な実績も高く、大面積に適用しやすく好ましい。特に、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘがディスプレイへの適用が容易で好ましい。尚、上記誘電体材料である酸化物の酸素数は、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）。また、ＳｉＮｘは水素元素を含んでいてもよい。
　尚、本発明の電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
　また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。
　比誘電率が２～９の誘電体材料からなるゲート絶縁膜の形成は、例えば、シリコン基板を用いる場合には、シリコン基板を熱酸化し、シリコン基板の表面を、ＳｉＯｘからなる熱酸化膜（層）とすることによって行うことができる。また、シリコン基板以外の基板を用いる場合には、例えば、プラズマ化学気相成長装置（ＰＥＣＶＤ）にて、ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯｘを成膜することによってゲート絶縁膜を形成することができる。
　ゲート絶縁膜としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、及びその積層膜や混合膜が大面積での工業化実績があり、安価かつ均一に作製することができより好ましい。
　ゲート電極、ソ－ス電極及びドレイン電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択することができる。
　例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｔａ、Ｃｕ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。
　次に、本発明のＴＦＴの製造方法について説明する。
　ＴＦＴの各構成部材（層）は、本技術分野で公知の手法で形成できる。
　具体的には、成膜方法としては、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法等の化学的成膜方法、又はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザーディポジション法等の物理的成膜方法を用いることができる。
　キャリア密度が制御し易く、膜質向上が容易であることから、物理的成膜方法を用いることが好ましく、中でも、生産性が高いことからスパッタ法を用いることがより好ましい。
　形成した膜は、各種エッチング法によりパターニングできる。
　本発明のＴＦＴのチャンネル層（半導体層）は、本発明のスパッタリングターゲットを用い、ＤＣ又はＡＣスパッタリングにより成膜することによって形成することが好ましい。ＤＣ又はＡＣスパッタリングを用いることにより、ＲＦスパッタリングの場合と比べて、成膜時のダメージを低減できる。このため、ＴＦＴとしたときに、移動度の向上等の効果が期待できる。
　尚、本発明のターゲットを用いると比抵抗が小さく密度が高いため、ＤＣ又はＡＣスパッタリングにより成膜してもクラックが発生する等のトラブルがおきにくい。
　チャンネル層の成膜において、チャネル層の酸化処理工程を含むことが好ましい。酸化処理としては、下記が挙げられる。
・スパッタリング時の酸素分圧を０．１Ｐａ以上とする。
・０．１～１０Ｐａの酸素雰囲気下、１５０～４００℃、０．２～５時間の熱処理（酸素アニール）を行う。
・酸素プラズマ雰囲気下で成膜を行う（酸素プラズマ処理）。
　また、基板上にチャンネル層（半導体層）とチャンネル層（半導体層）の保護層を形成した後に、７０～３５０℃で熱処理することが好ましい。７０℃より低いと得られるトランジスタの熱安定性や耐熱性が低下したり、移動度が低くなったり、Ｓ値が大きくなったり、閾値電圧が高くなるおそれがある。一方、３５０℃より高いと耐熱性のない基板は使用できず、また、熱処理用の設備費用がかかるおそれがある。
　熱処理は、不活性ガス中あるいは酸素存在下で行うことが好ましい。特に、酸素分圧が１気圧以上の酸素加圧下行うと、スパッタリング時の酸素分圧が低くともノーマリーオフのＴＦＴが作製でき好ましい。
　半導体膜上に保護膜を形成した後、さらに熱処理すると面内均一性の向上が期待できる。
実施例１
（１）酸化物焼結体の作製
　焼結体の原料として、Ｉｎ２Ｏ３（純度４Ｎ、アジア物性材料社製、ＢＥＴ表面積１５ｍ２／ｇ）、Ｇａ２Ｏ３（純度４Ｎ、アジア物性材料社製、ＢＥＴ表面積１５ｍ２／ｇ）、及びＺｎＯ（純度４Ｎ、高純度化学社製、ＢＥＴ表面積４ｍ２／ｇ）を使用した。
　これらの原料を、原子比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝６０：２０：２０となるように秤量し、ボールミルで混合粉砕した。粉砕後、自然乾燥して造粒し、得られた造粒粉末をＣＩＰ（冷間静水等方圧加圧）処理し、成形体を得た。
　得られた成形体を以下の条件で焼結した。
焼結雰囲気：酸素
昇温速度（室温～４００℃）：０．５℃／分
昇温速度（４００℃～切替温度）：１．０℃／分
切替温度：８００℃
昇温速度（切替温度～焼結温度）：０．３℃／分
焼結温度：１４００℃
焼結時間：２４時間
冷却速度（焼結温度～室温）：０．３℃／分
　還元条件下での熱処理（後処理）は行わなかった。厚さ８ｍｍの焼結体を厚さ６ｍｍに両面を研削・研磨して、直径２インチのターゲット素材とした。
（２）ターゲット用焼結体の評価
　得られたターゲット用焼結体は、下記の方法により評価した。結果を表１に示す。
元素組成比（原子比）：誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）により測定した。
Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）：ターゲット用焼結体の表面を下記条件で直接測定した。
・装置：株式会社リガク製Ｕｌｔｉｍａ－ＩＩＩ
・Ｘ線：Ｃｕ－Ｋα線（波長１．５４０６Å、グラファイトモノクロメータにて単色化）
・２θ－θ反射法、連続スキャン（１．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリット　ＤＳ、ＳＳ：２／３°、ＲＳ：０．６ｍｍ
抵抗率（比抵抗）：抵抗率計（三菱化学株式会社製、ロレスタ）を使用して四探針法（ＪＩＳ　Ｒ　１６３７）に基づき測定し、１０箇所の平均値を抵抗率値とした。
相対密度：原料粉の密度から計算した理論密度と、アルキメデス法で測定した焼結体の密度から、下記計算式にて算出した。
相対密度（％）＝（アルキメデス法で測定した密度）÷（理論密度）×100
　尚、焼結体中の窒素含有量を微量全窒素分析装置（ＴＮ）で測定した。焼結体の窒素含有量は５ｐｐｍ以下であった。
　微量全窒素分析装置（ＴＮ）は、元素分析の中で窒素（Ｎ）のみ、又は窒素（Ｎ）及び炭素（Ｃ）のみを対象元素とし、窒素量、又は窒素量と炭素量を求めるための分析に用いる。ＴＮでは、含窒素無機物又は含窒素有機物を触媒存在下で分解させ、Ｎを一酸化窒素（ＮＯ）に変換し、このＮＯガスをオゾンと気相反応させ、化学発光により光を発し、その発光強度からＮの定量を行う。
　焼結体の表面をエアーブローし、さらに３分間超音波洗浄を行なった後、インジウム半田にて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。
（３）薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製
　作製したスパッタリングターゲットを用いて、以下の方法でトップコンタクトボトムゲート型のＴＦＴを作製し、評価した。
　基板は、熱酸化膜付ｎ型高ドープシリコン基板を用いた。基板をゲート電極、１００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２絶縁膜）をゲート絶縁膜とした。
　シリコン基板にチャンネル層形成用のマスクを装着した後、ＤＣスパッタ法により上記（１）で作製したターゲットを使用して、表１に示す成膜条件で成膜し、厚さ５０ｎｍの半導体膜（チャネル層）を形成した。その後、大気中３００℃で６０分間熱処理した。
　ソース電極及びドレイン電極形成用のマスクを装着しＲＦスパッタ法によりＡｕを成膜して、ソース電極及びドレイン電極を形成した。その後、大気中３００℃で６０分間熱処理し、チャネル長１００μｍ、チャネル幅２０００μｍのトランジスタを得た。
（４）ＴＦＴの評価
　チャネル層の元素組成比（原子比）をＩＣＰ－ＡＥＳにより測定した。
　また、半導体パラメーターアナライザー（ケースレー社製：４２００ＳＣＳ）、及びマニュアルプローバー（ズース・マイクロテック社製ＥＰ－６又はＰＭ－５）を用い、ＴＦＴのトランスファー特性を測定して移動度（電界効果移動度（μ）、及びＳ値を評価した。
　ＴＦＴの測定に際しては大気中の水蒸気がＴＦＴへ与える影響を低減するために、測定の直前までＴＦＴをホットプレートで１１０℃の過熱を行った。またプローバーにＴＦＴをセットした上で、窒素をＴＦＴに吹きつけながら２分以上経過した後、室温、遮光環境下でＴＦＴの測定を行った。
　トランスファー特性の測定条件は次の通りとした。結果を表１に示す。
Ｖｇ：－１５Ｖ～２０Ｖ
Ｖｄ：０．１Ｖ、１Ｖ、１０Ｖ
測定スピード：ＦＡＳＴ
実施例２～１３、比較例１、２
　ターゲットの原子比を表１のように変更した他は実施例１と同様にターゲットの作製・評価を行い、ＴＦＴの作製・評価を行った。いずれも焼結体（ターゲット）の窒素含有量は５ｐｐｍ以下であった。結果を表１に示す。
比較例３～５
　Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３の３つのターゲットを用い、ＲＦスパッタリングによるコスパッタ法によって、表２に示す原子組成比になるように各カソードの電力を調整して酸化膜を成膜して活性層とし、表２に示す条件でＴＦＴを作製・評価した。その他の操作は実施例１と同様に行なった。結果を表２に示す。
実施例１４
　実施例１で作製したスパッタリングターゲットを用いて、以下の方法でボトムゲート・トップコンタクト型のＴＦＴを作製し、評価した。ボトムゲート・トップコンタクト型ＴＦＴの素子構造を図３に示す。
　具体的には、熱酸化膜２２付Ｓｉ基板２１上に上記スパッタリングターゲットを用いて酸化物膜２５を成膜した後、パターニング、電極形成等を行い、素子を形成した。
　素子の構造はボトムゲート・トップコンタクト型であり、ゲート電極２１にｎ＋－Ｓｉ、絶縁膜２２にＳｉＯ２、ソース・ドレイン電極２４，２７、２３、２６に、Ｔｉ２３，２６とＡｕ２４，２７の積層体を使用した。チャネル幅及びチャネル長はそれぞれ１５０μｍ、１０μｍ、活性層２５の膜厚は４０ｎｍであった。
　作製したＴＦＴを実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。
実施例１５
　実施例８で作製したターゲットを用いた以外は実施例１４と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
実施例１６
　実施例１２で作製したターゲットを用いた以外は実施例１４と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
実施例１７
　実施例１のターゲットを用い、フォトリソ（リフトオフ）を用い、ＳｉＯ２をゲート絶縁膜、Ｔｉ／Ａｕをソース電極・ドレイン電極、ＰＥＣＶＤで作製した１００ｎｍＳｉＯ２を保護膜とするチャネル長２０μｍ、チャネル幅１０μｍのトランジスタを得た。実施例１と同様にＴＦＴの評価を行った。結果を表２に示す。
実施例１８
　酸素分圧を下げ、代わりにＴＦＴ作製後に酸素雰囲気下、１０気圧、２５０℃、１時間の高圧酸素アニールによる酸化処理を行った他は、実施例１７と同様にＴＦＴの作製・評価を行なった。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　本発明の薄膜トランジスタは、表示装置、特に大面積のディスプレイ用として用いることができる。
　上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
　この明細書に記載の文献の内容を全てここに援用する。

Claims (9)

  1. 　元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物を活性層とし、電界効果移動度が２５ｃｍ２／Ｖｓ以上である薄膜トランジスタ。
    領域１
    ０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
    ０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
    領域２
    ０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
    ０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
    領域３
    ０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
    ０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
  2. 　電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓ以上である請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
  3. 　元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを下記領域１、２又は３の原子比の範囲で含む酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
    領域１
    ０．５８≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．６８
    ０．１５＜Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２９
    領域２
    ０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
    ０．０９≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．２０
    領域３
    ０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）＜０．５８
    ０．２０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ）≦０．２７
  4. 　前記酸化物焼結体が、比抵抗１５ｍΩｃｍ未満、相対密度９７％超である請求項３に記載のスパッタリングターゲット。
  5. 　前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域１の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物と、Ｉｎ２Ｏ３で表されるビックスバイト構造化合物とを含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
  6. 　前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域２の原子比の範囲で含み、Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα線）により入射角（２θ）が、７．０°～８．４°、３０．６°～３２．０°、３３．８°～３５．８°、５３．５°～５６．５°及び５６．５°～５９．５°の各位置に回折ピークが観測される酸化物を含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
  7. 　前記酸化物焼結体が、元素Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを前記領域３の原子比の範囲で含み、（ＩｎＧａＯ３）ＺｎＯで表されるホモロガス構造化合物を含む、請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。
  8. 　４００℃～８００℃の間を２．５℃／分以下で昇温する工程、
    　８００℃～焼結温度の間を１．０℃／分以下で昇温する工程、及び
    　焼結温度１３００～１４５０℃、焼結時間６～４８時間で焼結する工程を含む請求項３～７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
  9. 　請求項３～７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて酸化物薄膜を作製する工程を含む請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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