氧化物烧结体、溅射用靶、以及使用其得到的氧化物半导体薄膜的制作方法

本发明涉及氧化物烧结体、靶、以及使用其得到的氧化物半导体薄膜，更详细地，本发明涉及通过含有铟、镓、以及铝从而能降低非晶质的氧化物半导体薄膜的载流子浓度的溅射用靶、含有最适于得到该溅射用靶的铟、镓及铝的氧化物烧结体、以及使用其得到的显示出低载流子浓度和高载流子迁移率的非晶质的含有铟、镓以及铝的氧化物半导体薄膜。

背景技术：

薄膜晶体管(thinfilmtransistor，下面记作tft)是场效应晶体管(fieldeffecttransistor，下面记作fet)的一种。tft是具有栅极端子、源极端子和漏极端子作为基本结构的三端子元件，是一种有源元件，可将成膜于基板的半导体薄膜用作电子或空穴移动的沟道层，对栅极端子施加电压而控制流过沟道层的电流，具有对源极端子与漏极端子间的电流进行开关的功能。tft是目前实际应用最广泛的电子器件，其典型的用途是用作液晶驱动用元件。

作为tft，目前最广泛应用的是以多晶硅膜或非晶硅膜为沟道层材料的金属-绝缘体-半导体-fet(metal-insulator-semiconductor-fet，mis-fet)。使用硅的mis-fet对可见光而言是不透明的，因此，不能构成透明电路。因此，将mis-fet用作液晶显示器中的液晶驱动用开关元件时，该器件使得显示器像素的开口率变小。

另外，近年来，伴随着对液晶的高精细化的需求，液晶驱动用开关元件也需要高速驱动。为实现高速驱动，需要将作为载流子的电子或空穴的迁移率至少比非晶硅更高的半导体薄膜应用于沟道层。

针对这种情况，在专利文献1中，提出了一种透明半绝缘性非晶质氧化物薄膜，其是一种通过气相成膜法进行成膜的、由in、ga、zn和o的元素构成的透明非晶质氧化物薄膜，其特征在于，对该氧化物的组成而言，已结晶化时的组成为ingao3(zno)m(m是小于6的自然数)，在不添加杂质离子的条件下，显示出载流子迁移率(也称作载流子电子迁移率)大于1cm²v^-1sec^-1并且载流子浓度(也称作载流子电子浓度)为10¹⁶cm^-3以下的半绝缘性。专利文献1中还提出了一种薄膜晶体管，其特征在于，将所述透明半绝缘性非晶质氧化物薄膜作为沟道层。

但是，在专利文献1中提出的通过溅射法、脉冲激光蒸镀法中的任一种气相成膜法进行成膜的、由in、ga、zn和o元素构成的透明非晶质氧化物薄膜(a-igzo膜)已被指出电子载流子迁移率停留在约1cm²v^-1sec^-1以上且10cm²v^-1sec^-1以下的范围内，对于显示器的进一步高精细化而言，迁移率不足。

另外，在专利文献2中公开了一种以形成专利文献中记载的非晶质氧化物薄膜为目的的溅射靶，即，至少含in、zn、ga的烧结体靶，所述溅射靶的特征在于，其组成中含有in、zn、ga，相对密度为75％以上，且电阻值ρ为50ωcm以下。然而，专利文献2的靶是显示出同系相的结晶结构的多晶氧化物烧结体，因此，与专利文献1相同，由此得到的非晶质氧化物薄膜的载流子迁移率停留在10cm²v^-1sec^-1左右。

作为实现高载流子迁移率的材料，专利文献3提出了一种薄膜晶体管，其特征在于，使用一种氧化物薄膜，对该氧化物薄膜而言，镓固溶于氧化铟中，原子数比ga/(ga+in)为0.001以上且0.12以下，铟和镓相对于全部金属原子的含有率为80原子％以上，并且具有in2o3的方铁锰矿结构；还提出了一种氧化物烧结体，作为所述薄膜晶体管的原料，其特征在于，镓固溶于氧化铟中，原子比ga/(ga+in)为0.001以上且0.12以下，铟和镓相对于全部金属原子的含有率为80原子％以上，并且具有in2o3的方铁锰矿结构。

然而，将如专利文献3中提出的那样的结晶质的氧化物半导体薄膜用于tft时，存在因晶界而引起的tft特性的偏差的课题。特别地，在第八代以上的大型玻璃基板上均匀地形成tft是极其困难的。

在专利文献4中，记载了一种烧结体，其具有方铁锰矿结构，含有氧化铟、氧化镓以及正三价和/或正四价的金属，对所述烧结体而言，正三价和/或正四价的金属含量为100ppm以上且10000ppm以下，铟(in)与镓(ga)的组成量处于满足以原子％计为0.005＜in/(in+ga)＜0.15的数学式的组成范围，对于tft评价而言，公开了显示出60cm²v^-1sec^-1左右的高迁移率的实施例。

然而，对于由专利文献4的烧结体得到的氧化物半导体薄膜而言，存在容易生成微晶等的课题，特别是难以在大型玻璃基板上以良好的成品率形成tft。通常，在氧化物半导体的薄膜晶体管的制造工序中，暂时形成非晶质膜，通过后面的退火处理得到非晶质或者结晶质的氧化物半导体薄膜。在非晶质膜形成工序后，进行图案加工，形成期望的沟道层的形状，因此，利用含有草酸、盐酸等的水溶液等的弱酸实施湿式蚀刻。然而，使用专利文献4中的实质上仅由方铁锰矿结构构成的氧化物烧结体时，产生以下问题：形成的非晶质膜的结晶化温度变低，在成膜后的阶段已经生成微晶，在蚀刻工序中产生残渣，或者部分结晶化，不能进行蚀刻。即，产生以下问题：利用光刻技术等，通过湿式蚀刻法，难以形成期望的tft沟道层的图案，或者即使形成tft，也不能稳定操作等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-219538号公报；

专利文献2：日本特开2007-073312号公报；

专利文献3：wo2010/032422号公报；

专利文献4：wo2011/152048号公报。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

本发明的目的在于，提高一种能形成表示出良好的湿式蚀刻性和高载流子迁移率的非晶质的氧化物半导体薄膜的溅射用靶、最适于得到该靶的氧化物烧结体、以及使用其得到的表示出低载流子浓度和高载流子迁移率的氧化物半导体薄膜。

解决问题的技术方案

本发明人等新发现了：含有以氧化物方式存在的铟、镓以及铝的氧化物烧结体，以ga/(in+ga)原子数比计的镓的含量为0.15以上且0.49以下，以al/(in+ga+al)的原子数比计的铝的含量为0.0001以上且小于0.25，氧化物烧结体由方铁锰矿型结构的in2o3相以及作为in2o3相以外的生成相的β-ga2o3型结构的gaino3相构成时，或者由方铁锰矿型结构的in2o3相以及作为in2o3相以外的生成相的β-ga2o3型结构的gaino3相、(ga，in)2o3相和inalo3相构成时，使用所述氧化物烧结体制作的非晶质的氧化物半导体薄膜显示出良好的湿式蚀刻性、低载流子浓度以及高载流子迁移率。

即，本发明的第一发明是一种氧化物烧结体，其特征在于，含有以氧化物方式存在的铟、镓以及铝，以ga/(in+ga)原子数比计的所述镓的含量为0.15以上且0.49以下，以al/(in+ga+al)原子数比计的所述铝的含量为0.0001以上且小于0.25。

本发明的第二发明是如第一发明所述的氧化物烧结体，其特征在于，所述氧化物烧结体由方铁锰矿型结构的in2o3相以及作为in2o3相以外的生成相的β-ga2o3型结构的gaino3相构成，或者由方铁锰矿型结构的in2o3相以及作为in2o3相以外的生成相的β-ga2o3型结构的gaino3相与(ga，in)2o3相构成。

本发明的第三发明是如第一或第二发明所述的氧化物烧结体，其中，以al/(in+ga+al)原子数比计的所述铝的含量为0.01以上且0.20以下。

本发明的第四发明是如第一～第三发明中任一项所述的氧化物烧结体，其中，以ga/(in+ga)原子数比计的所述镓的含量为0.20以上且0.45以下。

本发明的第五发明是一种溅射用靶，其是对第一～第四发明中任一项所述的氧化物烧结体进行加工而得到的。

本发明的第六发明是一种非晶质的氧化物半导体薄膜，其特征在于，其是使用第五发明所述的溅射用靶通过溅射法在基板上形成非晶质的氧化物半导体薄膜后，在氧化性环境中对该非晶质的氧化物半导体薄膜实施热处理而得到的。

本发明的第七发明是如第六发明所述的氧化物半导体薄膜，其特征在于，载流子浓度小于4.0×10¹⁸cm^-3，载流子迁移率为10cm²v^-1sec^-1以上。

本发明的第八发明是如第七发明所述的氧化物半导体薄膜，其中，载流子浓度为6.0×10¹⁷cm^-3以下。

本发明的第九发明是如第七或第八发明所述的氧化物半导体薄膜，其中，载流子迁移率为15cm²v^-1sec^-1以上。

发明效果

本发明的氧化物烧结体含有以氧化物方式存在的铟、镓以及铝，以ga/(in+ga)原子数比计的镓的含量为0.15以上且0.49以下，以al/(in+ga+al)的原子数比计的铝的含量为0.0001以上且小于0.25，该氧化物烧结体包含方铁锰矿型结构的in2o3相以及作为in2o3相以外的生成相的β-ga2o3型结构的gaino3相，或者包含方铁锰矿型结构的in2o3相以及作为in2o3相以外的生成相的β-ga2o3型结构的gaino3相与(ga，in)2o3相，例如，在将该氧化物烧结体用作溅射用靶的情况下，通过溅射成膜而形成，然后通过热处理，能够得到本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜。通过所述溅射成膜而形成的薄膜因含有规定量的镓和铝的效果而不会生成微晶等，具有充分的非晶质性，因此，能够通过湿式蚀刻进行图案加工，形成期望的形状。另外，根据同样的效果，本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜显示出低载流子浓度和高载流子迁移率。由此，将本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜用于tft时，能提高tft的开/关(on/off)性能。因此，本发明的氧化物烧结体、靶、以及使用其得到的氧化物半导体薄膜在工业上极其有用。

附图说明

图1是表示实施例6的氧化物烧结体的x射线衍射测定结果光谱的图。

图2是表示实施例9的氧化物烧结体的x射线衍射测定结果光谱的图。

图3是使用扫描透射电子显微镜拍摄的实施例9的氧化物烧结体的晶粒照片。

图4是使用扫描透射电子显微镜拍摄的实施例9的氧化物烧结体的白色晶粒的电子束衍射照片。

图5是使用扫描透射电子显微镜拍摄的实施例9的氧化物烧结体的黑色晶粒的电子束衍射照片。

具体实施方式

下面，对本发明的氧化物烧结体、溅射用靶、以及使用其得到的氧化物半导体薄膜进行详细说明。

(1)氧化物烧结体

(a)组成

本发明的氧化物烧结体是含有以氧化物方式存在的铟、镓以及铝的氧化物烧结体，其特征在于，以ga/(in+ga)原子数比计的镓的含量为0.15以上且0.49以下，以al/(in+ga+al)原子数比计的铝的含量为0.0001以上且小于0.25。

以ga/(in+ga)原子数比计的镓的含量为0.15以上且0.49以下，优选为0.20以上且0.45以下。镓具有提高本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜的结晶化温度的效果。另外，镓与氧的结合力强，具有降低本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜的氧缺损量的效果。以ga/(in+ga)原子数比计的镓的含量小于0.15时，不能充分地获得上述效果。另一方面，当含量大于0.49时，作为氧化物半导体薄膜，不能得到充分高的载流子迁移率。

对于本发明的氧化物烧结体而言，除了含有上述规定的组成范围的铟和镓以外，还含有铝。以al/(in+ga+al)的原子数比计的铝浓度为0.0001以上且小于0.25，优选为0.01以上且0.20以下。铝具有提高本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜的结晶化温度的效果。另外，通过添加铝，本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜的载流子浓度受到抑制，大于0.25时，溅射靶的体电阻变高，溅射时，由于成膜时如电弧放电(电弧)那样的异常放电，不能得到均匀的膜。

根据该效果，将本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜用于tft时，能提高tft的开/关(on/off)性能。

(b)烧结体组织

本发明的氧化物烧结体由方铁锰矿型结构的in2o3相以及β-ga2o3型结构的gaino3相构成，除此以外，也可以含有少量(ga，in)2o3相。

在此，优选镓固溶于in2o3相，或者构成gaino3相。基本上为正三价离子的镓在固溶于in2o3相的情况下，会取代同样为正三价离子的铟的晶格位置。在构成gaino3相以及(ga，in)2o3相的情况下，ga基本上占据原来的晶格位置，也可以作为缺陷在in的晶格位置进行少量取代固溶。另外，由于不进行烧结等理由，镓难以固溶于in2o3相，或者难以生成β-ga2o3型结构的gaino3相和(ga，in)2o3相，作为其结果，不优选形成β-ga2o3型结构的ga2o3相。由于ga2o3相缺乏导电性，导致异常放电。

另外，铝优选固溶于in2o3相或gaino3相。基本上为正三价离子的铝在固溶于in2o3相的情况下，会取代同样为正三价离子的铟的晶格位置。在固溶于gaino3相以及(ga，in)2o3相的情况下，基本上取代in或ga的晶格位置。

本发明的氧化物烧结体至少由in2o3相构成，有时也包含β-ga2o3型结构的gaino3相以及(ga，in)2o3相，这些相的晶粒优选平均粒径为5μm以下。这些相的晶粒与方铁锰矿型结构的in2o3相的晶粒相比，难以进行溅射，因此，由于挖掘残存而产生结瘤，有时会导致电弧。

(2)氧化物烧结体的制造方法

本发明的氧化物烧结体的制造中，使用含有氧化铟粉末和氧化镓粉末的氧化物粉末、以及氧化铝粉末作为原料粉末。

在本发明的氧化物烧结体的制造工序中，将这些原料粉末混合后，进行成型，通过常压烧结法对成型物进行烧结。本发明的氧化物烧结体组织的生成相很大程度地依赖于氧化物烧结体的各工序中的制备条件，例如，原料粉末的粒径、混合条件以及烧结条件。

对于本发明的氧化物烧结体的组织而言，优选将inalo3相、β-ga2o3型结构的gaino3相、进而(ga，in)2o3相的各晶粒控制在5.0μm以下，因此，更优选将所述原料粉末的平均粒径设为3.0μm以下，进一步优选设为1.0μm以下。

氧化铟粉末是ito(添加锡的铟氧化物)的原料，烧结性优异的微细的氧化铟粉末的开发随着ito的改良而正在推进中。由于氧化铟粉末作为ito用原料而大量地继续使用，因此，近来，能获得平均粒径为1.0μm以下的原料粉末。

氧化铝(alumina)粉末作为陶瓷、蓝宝石的原料被广泛地使用，因此，能得到平均粒径1.0μm以下的原料粉末。

但是，在氧化镓粉末的情况下，与氧化铟粉末相比，用量依然较少，因此，有时难以得到平均粒径1.0μm以下的原料粉末。只能得到粗大的氧化镓粉末时，需要粉碎至平均粒径1.0μm以下。

在本发明的氧化物烧结体的烧结工序中，优选使用常压烧结法。常压烧结法是简便且工业上有利的方法，从低成本的观点出发，是优选的手段。

在使用常压烧结法的情况下，如上所述，首先制作成型体。将原料粉末加入树脂制容器中，与粘结剂(例如，pva)等一同在湿式球磨机等中进行混合。本发明的氧化物烧结体由inalo3相、方铁锰矿型结构的in2o3相以及β-ga2o3型结构的gaino3相构成，有时也进一步含有(ga，in)2o3相，优选将这些相的晶粒控制在平均粒径5μm以下，进行微细分散。另外，优选尽可能抑制(ga，in)2o3相的生成。此外，需要使这些相以外的引发电弧的β-ga2o3型结构的ga2o3相不生成。为了满足这些要件，优选进行18小时以上的上述球磨机混合。此时，作为混合用球，可以使用硬质zro2球。在混合后，取出浆料，并进行过滤、干燥、造粒。然后，通过冷等静压机对得到的造粒物施加9.8mpa(0.1吨/cm²)以上且294mpa(3吨/cm²)以下左右的压力进行成型，形成成型体。

在常压烧结法的烧结工序中，优选设为氧存在的环境，更优选环境中的氧体积分数大于20％。特别地，由于氧体积分数大于20％，氧化物烧结体的密度更进一步升高。在烧结的初始阶段，通过环境中的过剩的氧，成型体表面的烧结首先进行。接着，在成型体内部进行在还原状态下的烧结，最终获得高密度的氧化物烧结体。

在不存在氧的环境中，由于不会首先进行成型体表面的烧结，因此，其结果是不会促进烧结体的高密度化。如果不存在氧，特别是在900℃以上且1000℃以下左右，氧化铟进行分解，生成金属铟，因此，难以获得作为目标的氧化物烧结体。

常压烧结的温度范围优选为1200℃以上且1550℃以下，更优选在烧结炉内的大气中导入氧气的环境中、在1350℃以上且1450℃以下。烧结时间优选10小时以上且30小时以下，更优选为15以上且25小时以下。

通过将烧结温度设为上述范围，将所述平均粒径调整为1.0μm以下的含有氧化铟粉末和氧化镓粉末的氧化物粉末、以及氧化铝粉末用作原料粉末，则氧化物烧结体主要由方铁锰矿型结构的in2o3相和β-ga2o3型结构的gaino3相构成、或者由方铁锰矿型结构的in2o3相和(ga，in)2o3相构成。

烧结温度小于1200℃时，烧结反应不能充分地进行。另一方面，如果烧结温度大于1550℃，则难以进行高密度化，另一方面，烧结炉的部件与氧化物烧结体反应，不能得到作为目标的氧化物烧结体。特别地，对于本发明的氧化物烧结体而言，由于以ga/(in+ga)原子数比计的镓的含量为0.15以上，因此，优选将烧结温度设为1450℃以下。这是因为在1500℃左右的温度区域，有时(ga，in)2o3相的生成变得显著。(ga，in)2o3相如果少量存在，则没有障碍，但是大量存在的情况下，可能导致成膜速度降低、电弧等，不优选。

对于截至烧结温度为止的升温速度而言，为了防止烧结体的破裂，并促进脱粘结剂的进行，优选将升温速度设为0.2℃/分钟以上且5℃/分钟以下的范围。只要温度在该范围内，就可以根据需要而组合不同的升温速度以升温至烧结温度。在升温过程中，出于促进脱粘结剂、烧结的目的，可以在特定的温度条件下保持一定时间。烧结后，冷却时，停止导入氧，优选以0.2℃/分钟以上且5℃/分钟以下的范围的降温速度降温至1000℃，特别优选以0.2℃/分钟以上且1℃/分钟以下的范围的降温速度降温至1000℃。

(3)靶

本发明的靶通过将本发明的氧化物烧结体加工成规定的大小而得到。作为靶使用时，能够通过进一步对表面进行研磨加工并粘合至背板而得到。对于靶形状而言，优选为平板形，也可以为圆筒形。使用圆筒形靶时，优选抑制由靶旋转而引起的颗粒的产生。另外，能够将上述氧化物烧结体加工成例如圆柱形状，制成料片，用于利用蒸镀法、离子电镀法的成膜中。

作为溅射用靶使用时，本发明的氧化物烧结体的密度优选为6.3g/cm³，更优选为6.7g/cm³以上。密度小于6.3g/cm³时，导致批量生产使用时产生结节。另外，作为离子电镀用料片使用时，优选小于6.3g/cm³，如果是3.4g/cm³以上且5.5g/cm³以下，则更优选。在该情况下，有时将烧结温度设为小于1200℃更佳。

(4)氧化物半导体薄膜及其成膜方法

本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜主要通过下述方式获得：使用所述溅射用靶，通过溅射法在基板上暂时形成非晶质的氧化物薄膜，接着实施退火处理。

所述溅射用靶由本发明的氧化物烧结体而获得，但是，所述氧化物烧结体组织，即基本上由方铁锰矿型结构的in2o3相以及β-ga2o3型结构的gaino3相构成的组织、或者由方铁锰矿型结构的in2o3相、β-ga2o3型结构的gaino3相以及(ga，in)2o3相构成的组织是重要的。为了得到本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜，重要的是非晶质的氧化物半导体薄膜的结晶化温度要高，氧化物烧结体组织与此有关。即，如本发明的氧化物烧结体那样，在不仅含有方铁锰矿型结构的in2o3相，还含有β-ga2o3型结构的gaino3相、或者β-ga2o3型结构的gaino3相和(ga，in)2o3相的情况下，由该氧化物烧结体得到的氧化物薄膜表现出高结晶化温度，即300℃以上、更优选为350℃以上的结晶化温度，成为稳定的非晶质。相对于此，在氧化物烧结体仅由方铁锰矿型结构的in2o3相构成的情况下，由该氧化物烧结体得到的氧化物薄膜的结晶化温度较低，为200℃左右，不是非晶质性。需要说明的是，在此情况下，成膜后已经生成了微晶，不能保持非晶质性，难以采用湿式蚀刻进行图案加工。

在本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜的成膜工序中，使用通常的溅射法，特别地，如果采用直流(dc)溅射法，则成膜时的热影响小，能进行高速成膜，因此，在工业上有利。采用直流溅射法形成本发明的氧化物半导体薄膜时，作为溅射气体，优选使用非活性气体和氧组成的混合气体，特别优选使用由氩气和氧组成的混合气体。另外，优选将溅射装置的腔室内的压力设为0.1pa以上且1pa以下，特别优选设为0.2pa以上且0.8pa以下，进行溅射。

对于基板而言，代表性的基板为玻璃基板，优选无碱玻璃基板，但是，也能够使用树脂板、树脂膜中能承受上述工艺温度的基板。

对于所述非晶质的氧化物薄膜形成工序而言，例如，能够在进行真空排气至压力为2×10^-4pa以下后，导入由氩气与氧组成的混合气体，将气体压力设为0.2pa以上且0.8pa以下，施加直流电力，以使相对于靶面积的直流电力即直流电力密度为1w/cm²以上且7w/cm²以下左右的范围，从而产生直流等离子体，实施预溅射。优选在进行5分钟以上且30分钟以下的所述预溅射后，根据需要，在对基板位置进行修正的基础上进行溅射成膜。

在所述成膜工序中的溅射成膜中，为了提高成膜速度，提高施加的直流电力。

本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜是在形成所述非晶质的氧化物薄膜后，通过对所述非晶质的氧化物薄膜进行退火处理而得到的。作为截至退火处理为止的方法之一，例如，在室温附近等低温条件下暂时形成非晶质的氧化物薄膜，然后，在低于结晶化温度的条件下进行退火处理，在保持非晶质的状态下得到氧化物半导体薄膜。作为另一方法，将基板在低于结晶化温度的温度进行加热、优选在100℃以上且300℃以下的温度进行加热，形成非晶质的氧化物半导体薄膜。接着，可以进一步进行退火处理。这两种方法中的加热温度大致为600℃以下即可，能够设为无碱玻璃基板的应变点以下。

本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜在暂时形成非晶质的氧化物薄膜后，通过退火处理而得到。退火处理条件为在氧化性环境中，低于结晶化温度的温度。作为氧化性环境，优选含有氧、臭氧、水蒸汽、或者氮氧化物等的环境。退火温度为200℃以上且600℃以下，优选为300℃以上且500℃以下。退火时间，即保持在退火温度的时间为1分钟以上且120分钟以下，优选为5分钟以上且60分钟以下。

所述非晶质的氧化物薄膜以及非晶质的氧化物半导体薄膜的铟、镓以及铝的组成与本发明的氧化物烧结体的组成大致相同。即，是含有以氧化物方式存在的铟和镓且含有铝的非晶质的氧化物半导体薄膜。以ga/(in+ga)原子数比计的镓的含量为0.15以上且0.49以下，以al/(in+ga+al)原子数比计的所述铝的含量为0.0001以上且小于0.25。

对于本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜而言，通过将控制为如上所述的组成及组织的氧化物烧结体用于溅射靶等进行成膜，并在上述适当条件下进行退火处理，由此，载流子浓度降低至4.0×10¹⁸cm^-3以下，载流子迁移率为10cm²v^-1sec^-1以上。更优选载流子迁移率为15cm²v^-1sec^-1以上，特别优选为20cm²v^-1sec^-1以上。

对于本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜而言，通过湿式蚀刻或者干式蚀刻进行用于tft等用途所需的微细加工。通常，能够从低于结晶化温度的温度、例如从室温至300℃为止的范围中选择合适的基板温度，暂时形成非晶质的氧化物薄膜，然后，利用湿式蚀刻进行微细加工。作为蚀刻剂，只要是弱酸，基本上都能够使用，但是优选以草酸或盐酸为主要成分的弱酸。例如，能够使用关东化学制造的ito-06n等市售品。根据tft的构成，也可以选择干式蚀刻。

本发明的非晶质的氧化物半导体薄膜的膜厚不受限定，膜厚为10nm以上且500nm以下，优选为20nm以上且300nm以下，进一步优选为30nm以上且100nm以下。如果小于10nm，则不能得到充分的半导体特性，作为结果，不能实现高载流子迁移率。另一方面，如果大于500nm，则会产生生产性的问题，因此不优选。

实施例

下面，利用本发明的实施例进一步详细说明，但是本发明不受这些实施例的限定。

＜氧化物烧结体的评价＞

采用icp发光分光分析法对得到的氧化物烧结体的金属元素的组成进行测定。使用得到的氧化物烧结体的端材，利用x射线衍射装置(飞利浦公司(フィリップス)制造)采用粉末法进行生成相的鉴定。另外，使用聚焦离子束装置对得到的氧化物烧结体进行薄片化，通过扫描透射电子显微镜(日立高新技术公司(日立ハイテクノロジーズ)制造)进行晶粒的观察和电子束衍射测定，进行生成相的鉴定。另外，通过能量分散型x射线分析(日立高新技术公司制造)测定各晶粒的组成。

＜氧化物薄膜的基本特性评价＞

采用icp发光分光分析法对得到的氧化物薄膜的组成进行测定。氧化物薄膜的膜厚通过表面粗糙度计(科磊公司(テンコール社)制造)进行测定。成膜速度根据膜厚与成膜时间进行计算。氧化物薄膜的载流子浓度和载流子迁移率通过霍尔效应测量装置(日本东阳科技公司(東洋テクニカ)制造)来求出。膜的生成相通过x射线衍射测定进行鉴定。

“氧化物烧结体以及氧化物薄膜的制作”

将氧化铟粉末、氧化镓粉末以及氧化铝粉末的平均粒径调整为1.0μm以下，作为原料粉末。将这些原料粉末调配成如表1和表3中的实施例及比较例的ga/(in+ga)原子数比、al/(in+ga+al)原子数比，与水一起加入树脂制容器中，通过湿式球磨机进行混合。此时，使用硬质zro2球，设定混合时间为18小时。混合后，取出浆料，进行过滤、干燥、造粒。通过冷等静压机对造粒物施加3吨/cm²的压力进行成型。

接着，以下述方式对成型体进行烧结。相对于炉内容积每0.1m³以5升/分钟的比例，向烧结炉内的大气中导入氧，在此环境中，以1350℃以上且1450℃以下的烧结温度进行20小时的烧结。此时，以1℃/分钟的速度进行升温，在烧结后进行冷却时，停止导入氧，以1℃/分钟的速度降温至1000℃。

采用icp发光分光分析法，对得到的氧化物烧结体进行组成分析，在所有的实施例中都确认了：对于金属元素而言，得到的氧化物烧结体的组成与原料粉末的配合时所添加的组成基本相同。

然后，通过x射线衍射测定(x-raydiffraction，xrd)对氧化物烧结体的相进行鉴定，通过扫描透射电子显微镜(scanningtransmissionelectronmicroscope，stem)进行晶粒的观察，通过能量分散型x射线(energydispersivex-rayspectrometry，edx)分析进行各晶粒的组成分析，将结果示于表1中。

另外，将实施例6的x射线衍射测定结果以及相鉴定的结果示于图1，将实施例9的x射线衍射测定结果以及相鉴定的结果示于图2，将实施例9的扫描透射电子显微镜的观察结果示于图3。在扫描透射电子显微镜的观察中，确认了看上去发白的晶粒以及看上去发黑的晶粒这两种晶粒的存在。另外，在图3中，将看上去发白的晶粒的电子束衍射照片示于图4，将看上去发黑的晶粒的电子束衍射照片示于图5。需要说明的是，在图4、图5中，用“o”表示透过点以及解析的衍射点的位置，用白线连接透过点和衍射点。根据图4、图5，对各个晶粒求出面间隔和面角度，将与jcpds卡的文献值进行比较的结果示于表2中。根据与jcpds卡的比较可知，看上去发白的晶粒为in2o3相(jcpds卡编号：00-006-0416)，看上去发黑的晶粒为gaino3相(jcpds卡编号：04-017-1567)。另外，根据x射线衍射测定以及能量分散型x射线分析的结果也可知，看上去发白的晶粒为in2o3相，看上去发黑的晶粒为gaino3相。

将氧化物烧结体加工成直径152mm、厚度5mm的尺寸，用杯形砂轮对溅射面进行研磨，以使最大高度rz为3.0μm以下。使用金属铟将已加工的氧化物烧结体焊接于无氧铜制背板，从而制成溅射靶。

使用实施例和比较例的溅射用靶以及无碱玻璃基板(康宁eaglexg)，在表3中记载的基板温度条件下采用直流溅射进行成膜。在装备了不具有电弧抑制功能的直流电源的直流磁控溅射装置(日本特机公司(トッキ)制造)的阴极上安装上述溅射靶。此时，将靶-基板(保持部件)间的距离固定为60mm。进行真空排气至压力为2×10^-4pa以下，然后，根据各靶中的镓量以及铝量，导入氩气和氧的混合气体，以达到适当的氧的比率，将气压调节成0.6pa。施加直流电力300w(1.64w/cm²)以产生直流等离子体。进行10分钟的预溅射后，在溅射靶的正上方，即，在静止相向位置设置基板，从而形成膜厚为50nm的氧化物薄膜。此时，确认了有无电弧的产生。确认了得到的氧化物半导体薄膜的组成与靶大致相同。

如表3所示，在氧中、300℃以上且500℃以下的温度条件下，对已成膜的氧化物半导体薄膜实施30分钟以上且60分钟以下的热处理，通过x射线衍射测定对热处理后的氧化物半导体薄膜的结晶性进行检测。其结果是，比较例1和2的氧化物半导体薄膜结晶化，生成方铁锰矿型结构的in2o3相，在除此以外的实施例和比较例中保持非晶质。另外，针对已结晶化的氧化物半导体薄膜，对构成氧化物半导体薄膜的结晶相进行了鉴定。针对除比较例1和2以外的实施例和比较例，对氧化物半导体薄膜进行了霍尔效应测定，求出了载流子浓度和载流子迁移率。将得到的评价结果统一记载于表3中。

“评价”

根据表1的结果，对于实施例1～17的氧化物烧结体而言，在以ga/(in+ga)原子数比计的镓含量为0.15以上且0.49以下、以al/(in+ga+al)原子数比计的铝的含量为0.0001以上且小于0.25的情况下，由方铁锰矿型结构的in2o3相以及β-ga2o3型结构的gaino3相构成，或者由方铁锰矿型结构的in2o3相以及β-ga2o3型结构的gaino3相与(ga，in)2o3相构成。相对于此，在比较例1～3中，氧化物烧结体的镓或铝的含量比本发明的范围少。在比较例1中，成为仅由方铁锰矿型结构的in2o3相构成的氧化物烧结体。另外，在比较例4～8中，由于铝含量过剩，所以在溅射成膜时产生电弧，不能得到均匀的膜，不能得到作为本发明的目标的氧化物烧结体。

另外，根据表3的结果，显示出氧化物半导体薄膜的特性，该氧化物半导体薄膜是含有铟、镓以及铝的非晶质的氧化物半导体薄膜，以ga/(in+ga)原子数比计的镓含量为0.15以上且0.49以下，以al/(in+ga+al)原子数比计的铝含量被控制为0.0001以上且小于0.25。

可知实施例的氧化物半导体薄膜都为非晶质。另外，对于实施例的氧化物半导体薄膜而言，载流子浓度为4.0×10¹⁸cm^-3以下，而且载流子迁移率为10cm²v^-1sec^-1以上，特别地，以ga/(in+ga)原子数比计的镓含量为0.20以上且0.45以下、以al/(in+ga+al)原子数比计的铝含量为0.01以上且0.20以下的实施例6、7、9、11、12的氧化物半导体薄膜，表现出载流子浓度为6.0×10¹⁷cm^-3以下、载流子迁移率为15cm²v^-1sec^-1以上的优异特性。

相对于此，在比较例1和2中，退火后的氧化物半导体薄膜结晶化，生成方铁锰矿型结构的in2o3相，不是非晶质。另外，在比较例3中，可知以al/(in+ga+al)原子数比表示的铝的含量不满足本发明的范围，结果是其载流子浓度大于4.0×10¹⁸cm^-3。另外，对比较例4～8的氧化物半导体薄膜而言，由于铝的含量不满足本发明的范围，产生电弧，不能得到均匀的膜，因此，未进行载流子浓度、载流子迁移率的评价。对于比较例9的氧化物半导体而言，可知由于所述ga/(in+ga)大于上限，因此，其载流子迁移率小于10cm²v^-1sec^-1。

表1

表2

表3

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种氧化物烧结体，其特征在于，

含有以氧化物方式存在的铟、镓以及铝，

以ga/(in+ga)原子数比计的所述镓的含量为0.15以上且0.49以下，

以al/(in+ga+al)原子数比计的所述铝的含量为0.0001以上且小于0.25，

所述氧化物烧结体由方铁锰矿型结构的in2o3相以及作为in2o3相以外的生成相的β-ga2o3型结构的gaino3相构成，或者由方铁锰矿型结构的in2o3相以及作为in2o3相以外的生成相的β-ga2o3型结构的gaino3相与(ga，in)2o3相构成。

2.如权利要求1所述的氧化物烧结体，其中，以al/(in+ga+al)原子数比计的所述铝的含量为0.01以上且0.20以下。

3.如权利要求1或2所述的氧化物烧结体，其中，以ga/(in+ga)原子数比计的所述镓的含量为0.20以上且0.45以下。

4.一种溅射用靶，其是对权利要求1～3中任一项所述的氧化物烧结体进行加工而得到的。

5.一种非晶质的氧化物半导体薄膜，其中，其是在使用权利要求4所述的溅射用靶通过溅射法在基板上形成非晶质的氧化物半导体薄膜后，在氧化性环境中对该非晶质的氧化物半导体薄膜实施热处理而得到的。

6.如权利要求5所述的氧化物半导体薄膜，其中，载流子浓度小于4.0×10¹⁸cm^-3，载流子迁移率为10cm²v^-1sec^-1以上。

7.如权利要求6所述的氧化物半导体薄膜，其中，载流子浓度为6.0×10¹⁷cm^-3以下。

8.如权利要求6或7所述的氧化物半导体薄膜，其中，载流子迁移率为15cm²v^-1sec^-1以上。