JP2017178740A - 酸化物焼結体及びスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＦＴに用いたときに優れたＴＦＴ性能が発揮される薄膜を形成できるスパッタリングターゲット、及びその材料である酸化物焼結体を提供する。
【解決手段】Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とし、前記ビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ａｌ及びＧａのいずれか一方、又はＡｌとＧａの両方が固溶していることを特徴とする酸化物焼結体。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の酸化物半導体薄膜等を製造する際に用いることのできるスパッタリングターゲット、及びその材料となる酸化物焼結体に関するものである。

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（ａ−Ｓｉ）に比べて高いキャリヤー移動度を有し、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できるため、大型・高解像度・高速駆動が要求される次世代ディスプレイや、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や真空蒸着法、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）における成分組成や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同じ成分組成の薄膜を形成できるためである。

特許文献１には、Ｉｎ，Ｙ及びＯからなり、Ｙ／（Ｙ＋Ｉｎ）が２．０〜４０原子％、体積抵抗率が５×１０^−２Ωｃｍ以下である酸化物焼結体をターゲットとして用いることが記載されている。Ｓｎ元素の含有量は、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋他の全金属原子）が２．８〜２０原子％である記載がある。

特許文献２には、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｙ及びＯからなり、Ｙ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｙ）が０．１〜２．０原子％である酸化物焼結体、これを用いたスパッタリングターゲットが記載されている。このターゲットから得られる薄膜は、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル等の機器を構成することが記載されている。

特許文献３には、ＹＩｎＯ_３とＩｎ_２Ｏ_３の格子定数の中間の格子定数を有する焼結体、及びこれをスパッタリングターゲットとして用いることが記載されている。この焼結体は、雰囲気焼成炉を用いて酸素雰囲気下という特殊な条件下で焼成して、体積抵抗率も低く密度も高い焼結体が得られているが、脆く、スパッタリングの製造途中で割れたり、チッピングを起こしたりすることがあり、製造歩留まりが上がらない場合があった。また、強度が低いために、大パワーでスパッタリングする場合に、割れる場合があった。

特許文献４には、酸化インジウム、酸化イットリウム、及び酸化アルミニウム又は酸化ガリウムを含む原料を焼結して得られる、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２型ガーネット構造の化合物を含有するスパッタリングターゲットが記載されている。このターゲットは、ガーネット構造を含むことにより、電気抵抗が小さくなり、スパッタリング中の異常放電が少なくなると記載されている。また、高移動度のＴＦＴ素子への適用に関する記載がある。

一方でさらなる高性能なＴＦＴへの要求が強くあり、高移動度で、ＣＶＤ等での特性変化の小さい材料への要望は大きい。

特開平０９−２０９１３４号公報 特開２０００−１６９２１９号公報 国際公開２０１０−０３２４３２号 国際公開２０１５−０９８０６０号

酸化インジウムをベースとするターゲット材に、イットリウムの様な原子半径の大きな元素を添加すると、酸化インジウムの格子定数が変化し、焼結密度が上がらずターゲット材の強度が低下したり、大パワーでのスパッタリング中に熱応力によりマイクロクラックを発生したり、チッピングを起こし異常放電が発生したりする場合がある。これらの現象は欠陥を発生させＴＦＴ性能の劣化を引き起こす。

本発明の目的は、ＴＦＴに用いたときに優れたＴＦＴ性能が発揮される薄膜を形成できるスパッタリングターゲット、及びその材料である酸化物焼結体を提供することである。

従来、特許文献４に記載されるように、酸化イットリウムと酸化アルミニウム又は酸化ガリウムからなる化合物は、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２型のガーネット相を含むと考えられていた。しかしながら、本発明者らが鋭意研究の結果、イットリウムに対しアルミニウム及び／又はガリウムの含量が少ないと、ガーネット相ではなく、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とする酸化物焼結体において、前記ビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、ＡｌもしくはＧａ、又はＡｌとＧａの両方が固溶している相が出現する。そのような焼結体をスパッタリングターゲットとして用いると優れた特性のＴＦＴを製造できることを見出し本発明を完成させた。

本発明によれば、以下の酸化物焼結体等を提供できる。
１．Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とし、前記ビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ａｌ及びＧａのいずれか一方、又はＡｌとＧａの両方が固溶していることを特徴とする酸化物焼結体。
２．前記酸化物焼結体の格子定数が、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相の格子定数より大きく、Ｙのみが固溶したビックスバイト相の格子定数より小さいことを特徴とする１に記載の酸化物焼結体。
３．以下の原子比を満たすことを特徴とする１又は２に記載の酸化物焼結体。
（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）＝０．０３以上０．５０未満
［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］＝０．０５以上０．５０未満
４．Ｓｎが固溶したＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とし、前記Ｓｎが固溶したビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ａｌ及びＧａのいずれか一方、又はＡｌとＧａの両方が固溶していることを特徴とする酸化物焼結体。
５．前記酸化物焼結体の格子定数が、Ｓｎのみが固溶したＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相の格子定数より大きく、ＳｎとＹのみが固溶したビックスバイト相の格子定数より小さいことを特徴とする４に記載の酸化物焼結体。
６．以下の原子比を満たすことを特徴とする４又は５に記載の酸化物焼結体。
（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｓｎ）＝０．０３以上０．５０未満
［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ＋Ｓｎ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ＋Ｓｎ）］＝０．０５超えて０．５０以下
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｓｎ）＝５００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下
７．焼結密度が、理論密度の９５％以上であることを特徴とする１〜６のいずれかに記載の酸化物焼結体。
８．バルク抵抗が、３０ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする１〜７のいずれかに記載の酸化物焼結体。
９．３点曲げ強度が、１２０ＭＰａ以上であることを特徴とする１〜８のいずれかに記載の酸化物焼結体。
１０．線膨張係数が、８．０×１０^−６（Ｋ^−１）以下であることを特徴とする１〜９のいずれかに記載の酸化物焼結体。
１１．熱伝導率が、５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする１〜１０のいずれかに記載の酸化物焼結体。
１２．１〜１１のいずれかに記載の酸化物焼結体を含むスパッタリングターゲット。
１３．１２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ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

本発明によれば、ＴＦＴに用いたときに優れたＴＦＴ性能が発揮される薄膜を形成できるスパッタリングターゲット、及びその材料である酸化物焼結体を提供できる。

図１は、実施例１、２及び比較例１〜３で得られた酸化物焼結体の格子定数をイットリウムの添加量に対してプロットしたグラフである。 図２は、実施例３〜５及び比較例４〜９で得られた酸化物焼結体の格子定数をイットリウムの添加量に対してプロットしたグラフである。 図３は、実施例６〜９及び比較例４〜８で得られた酸化物焼結体の格子定数をイットリウムの添加量に対してプロットしたグラフである。

本発明の酸化物焼結体は、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とし、前記ビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、ＡｌもしくはＧａ、又はＡｌとＧａの両方が固溶している。また、ＹＡｌＯ_３で表されるペロブスカイト相を含んでいてもよい。
ここで主成分とは、ビックスバイト構造を有する相が５０ｗｔ％以上であることを意味し、好ましくは、７０ｗｔ％以上、より好ましくは８０ｗｔ％以上、さらに好ましくは９０％以上であることを意味する。

上記の焼結体は、焼結体のバルク抵抗が低く焼結体強度も大きく、さらに熱膨張係数が小さく熱伝導度が大きいためスパッタ時の熱による割れ等の発生が少なく安定してスパッタリングができる。
イットリウムが固溶した酸化インジウムの焼結体に、酸化アルミニウム及び／又は酸化ガリウムを添加すると、焼結体の大気下での焼成等の簡便な方法で焼結しても焼結密度大きくでき、強度も高くなる。さらに格子定数の変化を緩和することにより、焼結体及びそれを用いたターゲット内の応力の発生を抑え、ターゲットの強度や熱伝導度を高め、線膨張係数を抑えることにより、ターゲットのマイクロクラックやチッピングの発生を抑制し、ノジュールや異常放電の発生を抑制できる。

本発明の焼結体の格子定数は、好ましくは、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相の格子定数より大きく、Ｙのみが固溶したビックスバイト相の格子定数より小さい。

以下の原子比を満して製造すると、上記の焼結体を得ることができる。
（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）＝０．０３以上０．５０未満
［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］＝０．０５以上０．５０未満
ここで、ＡｌとＧａは０でもよいが、共に０になることはない。Ｉｎ，Ｙは０を超える。

ＩｎとＹは好ましくは以下の原子比で含まれる。
Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）＝０．５以上０．９７未満（好ましくは０．６以上０．９６以下、さらに好ましくは、０．７以上０．９５以下）
Ｙ／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）＝０．０１以上０．２５以下（好ましくは０．０２以上０．２０以下、さらに好ましくは０．０３以上０．１５以下）

通常、酸化イットリウムと、酸化アルミニウムもしくは酸化ガリウム又は両方からなる化合物では、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２型のガーネット相が現れる。この場合、基本的にはイットリウム元素がＡサイトに入り、アルミニウムもしくはガリウム又は両方の元素がＢサイトに入る。しかしながら、（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）が０．０３以上０．５０未満で、（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）に対する、アルミニウムもしくはガリウム又は両方と、イットリウムの比［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］が０．０５以上０．５０未満である場合、主成分であるＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、ＡｌもしくはＧａ又はＡｌとＧａの両方が固溶している焼結体が得られる。また、ぺロブスカイト化合物が生成する場合があり、これを含んでいてもよい。

（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）が０．０３未満の場合、ＹやＡｌ及び／又はＧａの添加の効果が少ない。０．５０以上の場合、ターゲットにはガーネット構造の化合物が主に現われ、薄膜トランジスタを形成した場合、移動度の小さな薄膜トランジスタしか得られない場合がある。
（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）は、好ましくは０．０４〜０．４０であり、より好ましくは０．０５〜０．３５である。

［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］が０．０５未満の場合、イットリウム元素が固溶したビックスバイト構造のみしか現れない場合がある。０．５０以上ではビックスバイト構造とガーネット構造の化合物が主に現われ、ターゲットが脆くなったり、ターゲットの抵抗値が大きくなりスパッタ中に異常放電を起こす場合がある。さらに、薄膜トランジスタを形成した場合、絶縁膜形成時に、キャリヤー濃度が変化し、移動度が小さく、安定したトランジスタ特性を示さない場合がある。
［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］は、好ましくは０．０６以上０．５０未満であり、より好ましくは０．１０〜０．４５であり、さらに好ましくは、０．１５〜０．４５であり、特に好ましくは、０．１５〜０．４０である。

焼結体は、さらにＳｎ元素を含むことができる。
Ｓｎを含んだ本発明の焼結体は、Ｓｎが固溶したＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とし、Ｓｎが固溶したビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ａｌ及びＧａのいずれか一方、又はＡｌとＧａの両方が固溶している。また、ＹＡｌＯ_３で表されるペロブスカイト相を含んでいてもよい。
Ｓｎ元素を含むことにより、焼結体のバルク抵抗を下がることができる。また、ＴＦＴを形成した場合、チャネル部のキャリヤー濃度を一定に制御でき、ＣＶＤ処理やその後のアニール工程でＴＦＴ特性が影響を受けにくくなり特性が安定したＴＦＴが作製ができる。

上記の焼結体の格子定数は、好ましくは、Ｓｎのみが固溶したＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相の格子定数より大きく、ＳｎとＹのみが固溶したビックスバイト相の格子定数より小さい。

Ｓｎ元素の含有量Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｓｎ）は好ましくは５００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍである。好ましくは７００ｐｐｍ〜８０００ｐｐｍ、より好ましくは１０００ｐｐｍ〜７０００ｐｐｍである。

以下の原子比を満して製造すると、上記の焼結体を得ることができる。
（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｓｎ）＝０．０３以上０．５０未満
［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ＋Ｓｎ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ＋Ｓｎ）］＝０．０５超えて０．５０以下
Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｓｎ）＝１０００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下
ここで、ＡｌとＧａは０でもよいが、共に０になることはない。Ｉｎ，Ｙは０を超える。
Ｓｎを含まない焼結体の原子比の説明は、Ｓｎを含むこと以外はＳｎを含む焼結体に当て嵌まる。

焼結体の焼結密度は、好ましくは、理論密度の９５％以上である。より好ましくは９６％以上であり、さらに好ましくは９７％以上であり、特に好ましくは９８％以上である。焼結密度は実施例に記載の方法で測定できる。
焼結密度が９５％以上であると、異常放電の原因やノジュール発生の起点となる恐れのある空隙が減少する。

焼結体のバルク抵抗は、好ましくは、３０ｍΩ・ｃｍ以下である。より好ましくは１５ｍΩｃｍ以下であり、さらに好ましくは１０ｍΩ・ｃｍ以下であり、特に好ましくは、８ｍΩｃｍ以下であり、最も好ましくは５ｍΩ・ｃｍ以下である。バルク抵抗は実施例に記載の方法で測定できる。
バルク抵抗が低いと、大パワーでの成膜時に、ターゲットの帯電による異常放電が発生し難く、プラズマ状態が安定しスパークが発生し難くなる。

焼結体の３点曲げ強度は、好ましくは、１２０ＭＰａ以上である。より好ましくは１４０ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは１５０ＭＰａ以上である。３点曲げ強度は実施例に記載の方法で測定できる。
３点曲げ強度が１２０ＭＰａ以上であると、大パワーでスパッタ成膜した場合、ターゲットが割れ難く、チッピングによる異常放電が減少する。

焼結体の線膨張係数は、好ましくは、８．０×１０^−６（Ｋ^−１）以下である。より好ましくは７．５×１０^−６（Ｋ^−１）以下であり、さらに好ましくは７．０×１０^−６（Ｋ^−１）以下である。線膨張係数は実施例に記載の方法で測定できる。
線膨張係数が小さいと、大パワーでスパッタリング中に加熱されてもターゲットが膨張し難く、変形によりもたられる応力によりターゲットにマイクロクラックが入ることや、割れやチッピングによる異常放電が抑制される。

焼結体の熱伝導率は、好ましくは、５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上である。より好ましくは５．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり、さらに好ましくは６．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり、特に好ましくは、６．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上である。熱伝導率は実施例に記載の方法で測定できる。
熱伝導率が５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であると、大パワーでスパッタリング成膜した場合に、スパッタ面とボンディングされた面の温度の違いが大きくならず、内部応力によるターゲットのマイクロクラックや割れ、チッピングが減少する。

上記のように本発明の酸化物焼結体が含む結晶相は、本質的に上記の所定の元素が固溶するビックスバイト相からなっており、本発明の効果を損なわない範囲で他に不可避不純物を含んでいてもよい。本発明の酸化物焼結体はガーネット相を含まないとしてもよい。
本発明において「本質的になる」とは、焼結体の９５重量％以上１００重量％以下（好ましくは９８重量％以上１００重量％以下、より好ましくは９９重量％以上１００重量％以下）を占めることを意味する。
また、本発明の酸化物焼結体において、全金属原子中、Ｉｎ、Ｙ並びにＡｌ及び／又はＧａ、又はＩｎ、Ｙ，Ａｌ及び／又はＧａ並びにＳｎの金属原子濃度が、９０原子％以上、９５原子％以上、９８原子％以上、９９原子％以上又は１００原子％であり、本発明の効果を損なわない範囲で他に不可避不純物を含んでいてもよい。

本発明の酸化物焼結体は、インジウムを含む原料粉末等構成元素を含む原料粉末の混合粉末を調製する工程、混合粉末を成形して成形体を製造する工程、及び成形体を焼成する工程を経ることで、製造できる。

原料粉末の混合比は、得ようとする焼結体の原子比に対応させる。原料粉末は、酸化物粉末が好ましい。

原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜１．２μｍであり、より好ましくは０．５μｍ〜１．０μｍである。原料粉末の平均粒径はレーザー回折式粒度分布装置等で測定することができる。

原料の混合、成形方法は特に限定されず、公知の方法を用いて行うことができる。また、混合する際にはバインダーを添加してもよい。

原料を成形型に充填し、通常、金型プレス又は冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により、例えば１００Ｍａ以上の圧力で成形を施して成形体を得る。

得られた成形物を１２００〜１６５０℃の焼結温度で１０時間以上焼結して焼結体を得ることができる。
焼結温度は好ましくは１３５０〜１６００℃、より好ましくは１４００〜１６００℃、さらに好ましくは１４５０〜１６００℃である。焼結時間は好ましくは１０〜５０時間、より好ましくは１２〜４０時間、さらに好ましくは１３〜３０時間である。

焼結温度が１２００℃未満又は焼結時間が１０時間未満であると、焼結が十分進行しないため、ターゲットの電気抵抗が十分下がらず、異常放電の原因となるおそれがある。一方、焼成温度が１６５０℃を超えるか、又は、焼成時間が５０時間を超えると、著しい結晶粒成長により平均結晶粒径の増大や、粗大空孔の発生を来たし、焼結体強度の低下や異常放電の原因となるおそれがある。

常圧焼結法では、成形体を大気雰囲気、又は酸素ガス雰囲気にて焼結する。酸素ガス雰囲気は、酸素濃度が、例えば１０〜５０体積％の雰囲気であることが好ましい。昇温過程を大気雰囲気下ですることで、焼結体密度を高くすることができる。

さらに、焼結に際しての昇温速度は、８００℃から焼結温度（１２００〜１６５０℃）までを０．１〜２℃／分とすることが好ましい。
本発明の焼結体において８００℃から上の温度範囲は、焼結が最も進行する範囲である。この温度範囲での昇温速度が０．１℃／分より遅くなると、結晶粒成長が著しくなって、高密度化を達成することができないおそれがある。一方、昇温速度が２℃／分より速くなると、成形体に温度分布が生じ、焼結体が反ったり割れたりするおそれがある。
８００℃から焼結温度における昇温速度は、好ましくは０．５〜２．０℃／分、より好ましくは１．０〜１．８℃／分である。

上記で得られた焼結体を加工することにより、本発明のスパッタリングターゲットとすることができる。

本発明のスパッタリングターゲットは、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、パルスＤＣスパッタリング法等に適用することができる。

上記スパッタリングターゲットを用いて成膜することにより、酸化物半導体薄膜を得ることができる。

酸化物半導体薄膜は、上記ターゲットを用いて、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法等により作製することができる。

上記の酸化物薄膜は、薄膜トランジスタに使用でき、特にチャネル層として好適に使用できる。
薄膜トランジスタの素子構成は特に限定されず、公知の各種の素子構成を採用することができる。

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。

実施例１，２
表１に示す原子比となるように、酸化イットリウム粉末、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／ｃｍ^２の圧力でプレス成型体とした。この成型体を２０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でＣＩＰにより緻密化を行った。次に、この成型体を大気圧焼成炉に設置して、３５０℃で３時間保持した後に、１００℃／時間にて昇温し、１４５０℃にて２０時間焼結し、その後、放置して冷却した。

得られた焼結体について、Ｘ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べた。チャートをＪＡＤＥ６により分析した結果、実施例１、２の焼結体は、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とする酸化物焼結体において、前記ビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ａｌが固溶している焼結体であることが分かった。
ＹとＡｌの固溶は、以下で確認した。図１は、後述する比較例１〜３において酸化インジウムの焼結体及び酸化インジウムに酸化イットリウムを添加して得られた焼結体の格子定数を、イットリウムの原子％（Ｙ／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｙ））に対してプロットしたグラフである。格子定数は、酸化イットリウムの添加に伴い直線的に変化しており、酸化インジウムと酸化イットリウムは完全固溶体である。図１のグラフに、実施例１，２の焼結体の格子定数もプロットした。
実施例１，２の、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムを添加した酸化インジウムのビックスバイト相の格子定数は、酸化イットリウムのみを添加した場合より、格子定数が小さくなっており、イットリウム及びアルミニウムが固溶していると判断した。

ＸＲＤの測定条件は以下の通りである。格子定数は得られたＸ線回折より求めた。
・装置：（株）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

さらに、得られた焼結体を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
（１）相対密度
焼結体をアルキメデス法で測定した実測密度を焼結密度とし、各構成元素の酸化物の真密度及び重量比から算出される理論密度で除することにより算出した。

（２）バルク抵抗
焼結体のバルク抵抗（導電性）を抵抗率計（三菱化学（株）製、ロレスタ）を使用して四探針法に基づき測定した。

（３）３点曲げ強度
３点曲げ試験は、ＪＩＳ Ｒ １６０１「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験に準じて実施した。幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの試験片を用いて、一定距離（３０ｍｍ）に配置された２支点上に試験片を置き、支点間の中央からクロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ荷重を加え、破壊した時の最大荷重より、曲げ強さを算出した。試験片は同じものを３個用意し、平均値を求めた。

（４）線膨張係数
線膨張係数は、幅５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ１０ｍｍの試験片を用いて、昇温速度を５℃／分にセットし、３００℃に到達した時の熱膨張による変位を位置検出機を用いて評価、算出した。試験片は同じものを２個準備し、平均値を求めた。

（５）熱伝導率
熱伝導率は直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの試験片を用いて、レーザーフラッシュ法により比熱容量と熱拡散率を求め、これに試験片の密度を乗算して算出した。試験片は同じものを５個準備し、平均値を求めた。

実施例１，２の焼成方法は、ＨＩＰ、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）又は雰囲気焼成炉を用いる技術よりも、焼結密度が上がりにくい方法であるが、本実施例では簡便な大気圧焼成にて、高密度の焼結体が得られた。

実施例３〜５
表２に示す原子比となるように、酸化イットリウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化スズ粉末及び酸化インジウム粉末を秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を得た。

得られた焼結体について、Ｘ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べた。チャートをＪＡＤＥ６により分析した結果、実施例３〜５の焼結体は、Ｓｎが固溶したＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とする酸化物焼結体において、前記ビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ａｌが固溶している焼結体であることが分かった。
Ｙ，Ａｌ，Ｓｎの固溶は、以下で確認した。図２は、後述する比較例４〜９において酸化インジウムに酸化イットリウム及び酸化スズを添加して得られた焼結体の格子定数を、イットリウムの原子％に対してプロットしたグラフである。格子定数は、酸化イットリウムの添加に伴い直線的に変化しており、酸化インジウムと酸化イットリウム及び酸化スズは完全固溶体である。図２のグラフに、実施例３〜５の焼結体の格子定数もプロットした。
実施例３〜５の、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムを添加したＳｎが固溶した酸化インジウムのビックスバイト相の格子定数は、酸化イットリウムのみを添加した場合より、格子定数が小さくなっており、イットリウム及びアルミニウムが固溶していると判断した。

実施例１と同様にして酸化物焼結体を評価し、その結果を表２に示す。

実施例６〜９
表３に示す原子比となるように、酸化イットリウム粉末、酸化ガリウム粉末、酸化スズ粉末及び酸化インジウム粉末を秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を得た。

得られた焼結体について、Ｘ線回折測定装置（ＸＲＤ）により結晶構造を調べた。チャートをＪＡＤＥ６により分析した結果、実施例６〜９の焼結体は、Ｓｎが固溶したＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とする酸化物焼結体において、前記ビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ｇａが固溶している焼結体であることが分かった。
Ｙ，Ｇａ，Ｓｎの固溶は、以下で確認した。図３は、後述する比較例４〜８において酸化インジウムに酸化イットリウム及び酸化スズを添加して得られた焼結体の格子定数を、イットリウムの原子％に対してプロットしたグラフである。図３のグラフに、実施例６〜９の焼結体の格子定数もプロットした。
実施例６〜９の、酸化イットリウム及び酸化ガリウムを添加したＳｎが固溶した酸化インジウムのビックスバイト相の格子定数は、酸化イットリウムのみを添加した場合より、格子定数が小さくなっており、イットリウム及びガリウムが固溶していると判断した。

実施例１と同様にして酸化物焼結体を評価し、その結果を表３に示す。

比較例１〜３
表４に示す原子比となるように、酸化イットリウム粉末と酸化インジウム粉末を秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を得て評価した。結果を表４に示す。図１は、焼結体の格子定数をイットリウムの原子％に対してプロットしたグラフである。

比較例４〜９
表５に示す原子比となるように、酸化イットリウム粉末、酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末及び酸化アルミニウム粉末を秤量した他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を得て評価した。結果を表５に示す。図２は、比較例４〜９の焼結体の格子定数をイットリウムの原子％に対してプロットしたグラフである。図３は、比較例４〜８の焼結体の格子定数をイットリウムの原子％に対してプロットしたグラフである。

比較例１０，１１
表６に示す原子比となるように、酸化イットリウム粉末、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他は、実施例１と同様にして酸化物焼結体を得て評価した。結果を表６に示す。

得られた焼結体のＸ線回折チャートを分析した結果、比較例１０，１１の焼結体は、Ｉｎ_２Ｏ_３とＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２からなることが分かった。［(Ａｌ＋Ｇａ)／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］が０．５０を超えると、結晶構造として、Ｉｎ_２Ｏ_３のビックスバイト構造以外に、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２からなるガーネット構造が出現した。

実施例１０
実施例４で得た酸化物焼結体からスパッタリングターゲットを作製した。
次に、メタルマスクを用いて、バックチャンネルエッチ型ＴＦＴを製造した。その際、上記のスパッタリングターゲットを用いて、チャネル層を作製した。ＴＦＴ特性を評価した結果、移動度＝４６ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、Ｖｔｈ＞０．５４Ｖ、Ｓ値＝０．６８であった。

比較例１２
比較例５で得た酸化物焼結体からスパッタリングターゲットを作製した他は、実施例１と同様にしてバックチャンネル型ＴＦＴを作成して評価した。その結果、４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、Ｖｔｈ＞１．６Ｖ、Ｓ値＝２．８であった。また、ＤＣスパッタを開始するに当たり、プラズマが安定しないことがあり、ＲＦスパッタにて成膜を行った。

本発明のスパッタリングターゲットは、薄膜トランジスタの酸化物半導体薄膜を、スパッタリング法等の真空プロセスで製造する際に用いることができる。

Claims (13)

1. Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とし、前記ビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ａｌ及びＧａのいずれか一方、又はＡｌとＧａの両方が固溶していることを特徴とする酸化物焼結体。
2. 前記酸化物焼結体の格子定数が、Ｉｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相の格子定数より大きく、Ｙのみが固溶したビックスバイト相の格子定数より小さいことを特徴とする請求項１に記載の酸化物焼結体。
3. 以下の原子比を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物焼結体。
   （Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）＝０．０３以上０．５０未満
   ［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）］＝０．０５以上０．５０未満
4. Ｓｎが固溶したＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相を主成分とし、前記Ｓｎが固溶したビックスバイト相に、Ｙが固溶し、かつ、Ａｌ及びＧａのいずれか一方、又はＡｌとＧａの両方が固溶していることを特徴とする酸化物焼結体。
5. 前記酸化物焼結体の格子定数が、Ｓｎのみが固溶したＩｎ_２Ｏ_３で表されるビックスバイト相の格子定数より大きく、ＳｎとＹのみが固溶したビックスバイト相の格子定数より小さいことを特徴とする請求項４に記載の酸化物焼結体。
6. 以下の原子比を満たすことを特徴とする請求項４又は５に記載の酸化物焼結体。
   （Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ）／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｓｎ）＝０．０３以上０．５０未満
   ［（Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ＋Ｓｎ）］／［（Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ）／（Ｉｎ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｙ＋Ｓｎ）］＝０．０５超えて０．５０以下
   Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｙ＋Ａｌ＋Ｇａ＋Ｓｎ）＝５００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下
7. 焼結密度が、理論密度の９５％以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の酸化物焼結体。
8. バルク抵抗が、３０ｍΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の酸化物焼結体。
9. ３点曲げ強度が、１２０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の酸化物焼結体。
10. 線膨張係数が、８．０×１０^−６（Ｋ^−１）以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の酸化物焼結体。
11. 熱伝導率が、５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の酸化物焼結体。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の酸化物焼結体を含むスパッタリングターゲット。
13. 請求項１２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ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

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