本發(fā)明涉及氧化物燒結(jié)體、靶及使用該靶得到的氧化物半導(dǎo)體薄膜，更詳細(xì)地，涉及含有銦、鎵和正二價(jià)元素(選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價(jià)元素)且表現(xiàn)出低載流子濃度和高載流子遷移率的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜、含有適于形成所述氧化物半導(dǎo)體薄膜的銦、鎵和正二價(jià)元素(選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價(jià)元素)的濺射靶以及含有適于獲得該濺射靶的銦、鎵和正二價(jià)元素(選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價(jià)元素)的氧化物燒結(jié)體。

背景技術(shù)：

薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor，下面記作FET)的一種。TFT是具有柵極端子、源極端子和漏極端子作為基本構(gòu)成的三端子元件，是一種有源元件，可將成膜于基板的半導(dǎo)體薄膜用作電子或空穴移動(dòng)的溝道層，對(duì)柵極端子施加電壓而控制流過(guò)溝道層的電流，具有對(duì)源極端子與漏極端子之間的電流進(jìn)行開(kāi)關(guān)的功能。TFT是目前實(shí)際應(yīng)用最廣泛的電子器件，其典型的用途是用作液晶驅(qū)動(dòng)用元件。

作為TFT，目前最廣泛應(yīng)用的是以多晶硅膜或非晶質(zhì)硅膜為溝道層材料的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體-FET(Metal-Insulator-Semiconductor-FET，MIS-FET)。使用硅的MIS-FET對(duì)于可見(jiàn)光而言是不透明的，因此，不能構(gòu)成透明電路。因此，將MIS-FET用作液晶顯示器中的液晶驅(qū)動(dòng)用開(kāi)關(guān)元件時(shí)，該器件使得顯示器像素的開(kāi)口率變小。

另外，近年來(lái)，隨著對(duì)液晶的高精細(xì)化的需求，液晶驅(qū)動(dòng)用開(kāi)關(guān)元件也被要求高速驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)，需要將電子或空穴的遷移率至少比非晶質(zhì)硅更高的半導(dǎo)體薄膜應(yīng)用于溝道層。

針對(duì)上述情況，專利文獻(xiàn)1提出了一種透明半絕緣性非晶質(zhì)氧化物薄膜，其是一種采用氣相成膜法進(jìn)行成膜的、由In、Ga、Zn和O元素構(gòu)成的透明非晶質(zhì)氧化物薄膜，其特征在于，對(duì)該氧化物的組成而言，已結(jié)晶化時(shí)的組成為InGaO₃(ZnO)_m(m為小于6的自然數(shù))，在未添加雜質(zhì)離子的情況下，具有載流子遷移率(也稱作載流子電子遷移率)大于1cm²V^-1sec^-1且載流子濃度(也稱作載流子電子濃度)為10¹⁶cm^-3以下的半絕緣性。上述專利文獻(xiàn)1還提供了一種薄膜晶體管，其特征在于，將所述透明半絕緣性非晶質(zhì)氧化物薄膜作為溝道層。

然而，專利文獻(xiàn)1提出的采用濺射法、脈沖激光蒸鍍法中的任一種氣相成膜法進(jìn)行成膜的、由In、Ga、Zn和O元素構(gòu)成的透明非晶質(zhì)氧化物薄膜(a-IGZO膜)，雖然顯示出約1～10cm²V^-1sec^-1的范圍內(nèi)的較高的電子載流子遷移率，但是，也指出了非晶質(zhì)氧化物薄膜本來(lái)就容易產(chǎn)生氧缺損(oxygen vacancy)，而且電子載流子的狀態(tài)對(duì)于熱等外部因素不一定穩(wěn)定，這會(huì)導(dǎo)致不良影響，在形成TFT等器件時(shí)，常常會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的問(wèn)題。

作為解決上述問(wèn)題的材料，專利文獻(xiàn)2提出了一種薄膜晶體管，其特征在于，使用一種氧化物薄膜，對(duì)于該氧化物薄膜而言，鎵固溶于氧化銦中，原子數(shù)比Ga/(Ga+In)為0.001～0.12，相對(duì)于全部金屬原子的銦和鎵的含有率為80原子％以上，并且具有In₂O₃的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)。并且，還提出了一種氧化物燒結(jié)體，作為所述薄膜晶體管的原料，其特征在于，鎵固溶于氧化銦中，原子數(shù)比Ga/(Ga+In)為0.001～0.12，相對(duì)于全部金屬原子的銦和鎵的含有率為80原子％以上，并且具有In₂O₃的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)。

然而，專利文獻(xiàn)2的實(shí)施例1～8記載的載流子濃度約為10¹⁸cm^-3，作為應(yīng)用于TFT的氧化物半導(dǎo)體薄膜，其載流子濃度過(guò)高的課題尚未解決。

因此，專利文獻(xiàn)3提出了一種使用了多晶氧化物半導(dǎo)體薄膜的半導(dǎo)體設(shè)備，所述多晶氧化物半導(dǎo)體薄膜含有In和除In以外的兩種以上的金屬，并且電子載流子濃度低于1×10¹⁸cm^-3。在專利文獻(xiàn)3的權(quán)利要求6中，記載有所述除In以外的兩種以上的金屬為正二價(jià)金屬和正三價(jià)金屬，并且在專利文獻(xiàn)3的權(quán)利要求7中，還記載有上述正二價(jià)金屬為選自Zn、Mg、Cu、Ni、Co、Ca和Sr中的至少一種元素，上述正三價(jià)金屬是選自Ga、Al、B、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一種元素。

然而，專利文獻(xiàn)3未記載Ga與選自Ni、Co、Ca和Sr中的至少一種元素的組合的實(shí)施例。另外，對(duì)于除這些組合以外的實(shí)施例而言，其空穴遷移率低至小于10cm²V^-1sec^-1。而且，對(duì)于氧化物半導(dǎo)體薄膜的濺射成膜中使用的氧化物燒結(jié)體而言，并沒(méi)有給出為避免產(chǎn)生電弧和結(jié)節(jié)(nodule)而優(yōu)選采用何種燒結(jié)體組織的啟示。另外，濺射成膜是采用射頻(Radio Frequency，RF)濺射來(lái)進(jìn)行，尚不明確濺射靶能否采用直流(Direct Current，DC)濺射來(lái)獲得。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2010-219538號(hào)公報(bào)；

專利文獻(xiàn)2：日本W(wǎng)O2010/032422號(hào)公報(bào)；

專利文獻(xiàn)3：日本W(wǎng)O2008/117739號(hào)公報(bào)；

專利文獻(xiàn)4：日本W(wǎng)O2003/014409號(hào)公報(bào)；

專利文獻(xiàn)5：日本特開(kāi)2012-253372號(hào)公報(bào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于，提供一種能降低結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子濃度的濺射靶、最適于制得上述濺射靶的氧化物燒結(jié)體以及使用該濺射靶獲得的表現(xiàn)出低載流子濃度和高載流子遷移率的氧化物半導(dǎo)體薄膜。

解決問(wèn)題的技術(shù)方案

本發(fā)明人等最新發(fā)現(xiàn)了：特別是通過(guò)在含有以氧化物方式存在的、以銦和鎵的Ga/(Ga+In)比計(jì)為0.08以上且小于0.20的鎵的氧化物燒結(jié)體中，含有少量的選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的正二價(jià)元素M，具體而言，以M/(In+Ga+M)的比計(jì)為0.0001以上且0.05以下的正二價(jià)元素M，燒結(jié)而成的氧化物燒結(jié)體實(shí)質(zhì)上由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成，或者由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相與(Ga，In)₂O₃相構(gòu)成，使用該氧化物燒結(jié)體制備的氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子遷移率為10cm²V^-1sec^-1以上。

即，第一發(fā)明是一種氧化物燒結(jié)體，其特征在于，含有以氧化物方式存在的銦、鎵以及正二價(jià)元素，以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的所述鎵的含量為0.08以上且小于0.20，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素的總含量為0.0001以上且0.05以下，所述正二價(jià)元素為選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上，并且所述氧化物燒結(jié)體由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成，或者由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相與(Ga，In)₂O₃相構(gòu)成，所述氧化物燒結(jié)體實(shí)質(zhì)上不包括由上述正二價(jià)元素和鎵構(gòu)成的復(fù)合氧化物的NiGa₂O₄相、CoGa₂O₄相、CaGa₄O₇相、Ca₅Ga₆O₁₄相、SrGa₁₂O₁₉相、SrGa₂O₄相、Sr₃Ga₂O₆相、Ga₂PbO₄相或它們的復(fù)合氧化物相。

第二發(fā)明是如第一發(fā)明所述的氧化物燒結(jié)體，其中，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素的總含量為0.0001以上且0.03以下。

第三發(fā)明是如第一或第二發(fā)明所述的氧化物燒結(jié)體，其中，以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的所述鎵的含量為0.08以上且0.15以下。

第四發(fā)明是如第一至第三發(fā)明中任一項(xiàng)所述的氧化物燒結(jié)體，其中，實(shí)質(zhì)上不含有所述正二價(jià)元素以外的正二價(jià)元素以及除銦和鎵以外的正三價(jià)至正六價(jià)的元素。

第五發(fā)明是如第一至第四發(fā)明中任一項(xiàng)所述的氧化物燒結(jié)體，其中，由下述式1定義的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相的X射線衍射峰強(qiáng)度比為2％以上且75％以下的范圍。

100×I[GaInO₃相(111)]/{I[In₂O₃相(400)]+I[GaInO₃相(111)]}[％]式1

第六發(fā)明是一種濺射靶，其是對(duì)第一至第五發(fā)明中任一項(xiàng)所述的氧化物燒結(jié)體進(jìn)行加工而得到的。

第七發(fā)明是一種結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜，其是通過(guò)使用第六發(fā)明所述的濺射靶以濺射法在基板上形成非晶質(zhì)膜后，經(jīng)過(guò)在氧化性環(huán)境中的熱處理使所述非晶質(zhì)膜結(jié)晶化而成的。

第八發(fā)明是如第七發(fā)明所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜，其中，載流子遷移率為10cm²V^-1sec^-1以上。

第九發(fā)明是如第七或第八發(fā)明所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜，其中，載流子濃度小于1.0×10¹⁸cm^-3。

發(fā)明效果

本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，含有以氧化物方式存在的銦和鎵，并且以M/(In+Ga+M)的原子數(shù)比計(jì)含有0.0001以上且0.05以下的所述正二價(jià)元素M，例如，在用作濺射靶的情況下，能夠獲得通過(guò)濺射成膜而形成、然后經(jīng)過(guò)熱處理而得到的本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜。所述結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜，具有方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，因含有規(guī)定量的所述正二價(jià)元素M，而得到抑制載流子濃度的效果。由此，將本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜用于TFT中時(shí)，能夠提高TFT的導(dǎo)通或關(guān)斷(on/off)的性能。本發(fā)明中，不僅能夠抑制載流子濃度，而且，由于氧化物燒結(jié)體實(shí)質(zhì)上由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成，或者由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相與(Ga，In)₂O₃相構(gòu)成，能夠通過(guò)濺射成膜而穩(wěn)定地得到載流子遷移率為10cm²V^-1sec^-1以上的優(yōu)異的氧化物半導(dǎo)體膜。因此，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體、靶以及使用該靶得到的氧化物半導(dǎo)體薄膜在工業(yè)上極其有用。

具體實(shí)施方式

下面，對(duì)本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體、靶及使用該靶得到的氧化物薄膜進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，其特征在于，含有以氧化物方式存在的銦、鎵和正二價(jià)元素M，并且以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)含有0.08以上且小于0.20的鎵，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)含有0.0001以上且0.05以下的所述正二價(jià)元素M，所述二價(jià)元素M是選自由鎳、鈷、鈣、鍶和鉛組成的組中的一種以上的元素。

以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量為0.08以上且小于0.20，更優(yōu)選為0.08以上且0.15以下。鎵與氧的結(jié)合力強(qiáng)，并且具有降低本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜的氧缺損量的效果。以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量小于0.08時(shí)，不能充分地得到上述效果。另一方面，含量為0.20以上時(shí)，由于結(jié)晶化溫度過(guò)高，不能在半導(dǎo)體工藝所優(yōu)選的溫度范圍內(nèi)提高結(jié)晶性，作為氧化物半導(dǎo)體薄膜，不能得到充分高的載流子遷移率。

本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體除了含有上述所規(guī)定的組成范圍的銦和鎵以外，還含有所述正二價(jià)元素M。以M/(In+Ga+M)的原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的濃度為0.0001以上且0.05以下，優(yōu)選0.0001以上且0.03以下。

本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體通過(guò)添加上述范圍內(nèi)的所述正二價(jià)元素M，主要由氧缺陷而產(chǎn)生的電子被中和，通過(guò)這一作用，能夠抑制載流子濃度，由此，將本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜應(yīng)用于TFT中時(shí)，能夠改善TFT的導(dǎo)通或關(guān)斷(on/off)性能。

另外，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，優(yōu)選實(shí)質(zhì)上不含有元素M，所述元素M是所述正二價(jià)元素M以外的正二價(jià)元素以及除銦和鎵以外的正三價(jià)至正六價(jià)的元素。其中，實(shí)質(zhì)上不含有是指，以M/(In+Ga+M)的原子數(shù)比計(jì)的各個(gè)單獨(dú)的元素M為500ppm以下，優(yōu)選為200ppm以下，更優(yōu)選為100ppm以下。作為元素M的具體示例，正二價(jià)元素可舉出Cu、Mg、Zn；正三價(jià)元素可舉出Al、Y、Sc、B、鑭系元素；正四價(jià)元素可舉出Sn、Ge、Ti、Si、Zr、Hf、C、Ce；正五價(jià)元素可舉出Nb、Ta；正六價(jià)元素可舉出W、Mo。

1.氧化物燒結(jié)體組織

本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，優(yōu)選由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成，或者由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相和(Ga，In)₂O₃相構(gòu)成。如果氧化物燒結(jié)體僅由In₂O₃相構(gòu)成，則無(wú)論是否含有所述正二價(jià)元素M，例如，與專利文獻(xiàn)4(WO2003/014409號(hào)公報(bào))中的比較例11同樣地產(chǎn)生結(jié)節(jié)。另一方面，與In₂O₃相、GaInO₃相相比，所述NiGa₂O₄相、CoGa₂O₄相、CaGa₄O₇相、Ca₅Ga₆O₁₄相、SrGa₁₂O₁₉相、SrGa₂O₄相、Sr₃Ga₂O₆相、Ga₂PbO₄相或它們的復(fù)合氧化物相的電阻值高，因此，在濺射成膜中容易產(chǎn)生挖掘殘留，從而容易產(chǎn)生結(jié)節(jié)。另外，對(duì)于使用生成有上述相的氧化物燒結(jié)體進(jìn)行濺射成膜而成的氧化物半導(dǎo)體薄膜而言，In₂O₃相的結(jié)晶性低，載流子遷移率趨向于變低。

鎵和所述正二價(jià)元素M固溶于In₂O₃相。另外，鎵構(gòu)成GaInO₃相、(Ga，In)₂O₃相。當(dāng)固溶于In₂O₃相時(shí)，鎵和所述正二價(jià)元素M取代作為正三價(jià)離子的銦的晶格位置。由于燒結(jié)不進(jìn)行等原因，鎵未固溶于In₂O₃相而形成β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的Ga₂O₃相是不優(yōu)選的。由于Ga₂O₃相缺乏導(dǎo)電性，因此，會(huì)導(dǎo)致異常放電。

本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，除了含有方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以外，還可以在由下述式1定義的X射線衍射峰強(qiáng)度比在2％以上且75％以下的范圍內(nèi)，僅含有β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相，或者含有β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相和(Ga，In)₂O₃相。

100×I[GaInO₃相(111)]/{I[In₂O₃相(400)]+I[GaInO₃相(111)]}[％]式1

(式中，I[In₂O₃相(400)]為方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相的(400)峰強(qiáng)度，I[GaInO₃相(111)]表示β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物β-GaInO₃相(111)峰強(qiáng)度。)

2.氧化物燒結(jié)體的制造方法

本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體，將由氧化銦粉末和氧化鎵粉末組成的氧化物粉末以及所述正二價(jià)元素M的氧化物粉末作為原料粉末。

在本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的制造工序中，將上述原料粉末混合后進(jìn)行成型，并采用常壓燒結(jié)法對(duì)該成型物進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體組織的生成相很大程度地依賴于氧化物燒結(jié)體的各工序中的制造條件，例如，原料粉末的粒徑、混合條件和燒結(jié)條件。

本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體組織，優(yōu)選以所需的比率由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成，或者由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相與(Ga，In)₂O₃相構(gòu)成，為此，上述各原料粉末的平均粒徑優(yōu)選設(shè)為3μm以下，更優(yōu)選設(shè)為1.5μm以下。如上所述，In₂O₃相以外，還含有β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相、或者β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相與(Ga，In)₂O₃相，因此，為了抑制上述相的過(guò)量生成，優(yōu)選各原料粉末的平均粒徑設(shè)為1.5μm以下。

氧化銦粉末是ITO(Indium Tin Oxide，銦-錫氧化物)的原料，在對(duì)ITO進(jìn)行改良的同時(shí)，對(duì)燒結(jié)性優(yōu)越的微細(xì)氧化銦粉末的開(kāi)發(fā)也一直處于推進(jìn)之中。由于氧化銦粉末作為ITO用原料而大量地持續(xù)使用，因此，近來(lái)，能夠獲得平均粒徑為0.8μm以下的原料粉末。

然而，與氧化銦粉末相比，氧化鎵粉末、所述正二價(jià)元素M的氧化物粉末的使用量仍較少，因此，很難獲得平均粒徑為1.5μm以下的原料粉末。因此，在只能獲得粗大的氧化鎵粉末的情況下，需要將它們粉碎至平均粒徑為1.5μm以下。

在本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的燒結(jié)工序中，優(yōu)選采用常壓燒結(jié)法。常壓燒結(jié)法是簡(jiǎn)便且工業(yè)上有利的方法，從低成本的觀點(diǎn)出發(fā)也是優(yōu)選的方法。

如上所述，當(dāng)使用常壓燒結(jié)法時(shí)，首先制備成型體。將原料粉末放入樹(shù)脂制容器內(nèi)，與粘結(jié)劑(例如，聚乙烯醇(PVA))等一同在濕式球磨機(jī)等中進(jìn)行混合。在本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的制造中，為了抑制In₂O₃相以外的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相的過(guò)量生成或者β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相與(Ga，In)₂O₃相的過(guò)量生成，或者，為了不生成β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的Ga₂O₃相，優(yōu)選進(jìn)行18小時(shí)以上的上述球磨機(jī)混合。此時(shí)，作為混合用球，可使用硬質(zhì)氧化鋯(ZrO₂)球?；旌虾螅〕鰸{料，進(jìn)行過(guò)濾，干燥，造粒。然后，通過(guò)冷等靜壓機(jī)對(duì)所得到的造粒物施加9.8MPa(0.1噸/cm²)～294MPa(3噸/cm²)左右的壓力進(jìn)行成型，制得成型體。

在常壓燒結(jié)法的燒結(jié)工序中，優(yōu)選設(shè)為氧存在的環(huán)境，更優(yōu)選環(huán)境中的氧體積分?jǐn)?shù)大于20％。特別地，由于氧體積分?jǐn)?shù)大于20％，氧化物燒結(jié)體的密度更進(jìn)一步提高。在燒結(jié)初始階段，由于環(huán)境中存在過(guò)量的氧，成型體表面的燒結(jié)首先進(jìn)行。接著，在成型體內(nèi)部進(jìn)行在還原狀態(tài)下的燒結(jié)，最終得到高密度的氧化物燒結(jié)體。

在不存在氧的環(huán)境中，由于不先進(jìn)行成型體表面的燒結(jié)，因此，其結(jié)果是不能進(jìn)行燒結(jié)體的高密度化。若不存在氧，特別是在900～1000℃左右，氧化銦分解生成金屬銦，因此，難以得到目標(biāo)氧化物燒結(jié)體。

常壓燒結(jié)的溫度范圍優(yōu)選為1200℃以上且1550℃以下，更優(yōu)選在燒結(jié)爐內(nèi)的大氣中導(dǎo)入氧氣的環(huán)境中，在1350℃以上且1450℃以下的溫度進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)時(shí)間優(yōu)選為10～30小時(shí)，更優(yōu)選為15～25小時(shí)。

通過(guò)將燒結(jié)溫度設(shè)定為上述范圍，并將所述平均粒徑調(diào)整為1.5μm以下的由氧化銦粉末和氧化鎵粉末組成的氧化物粉末以及所述正二價(jià)元素M的氧化物粉末用作原料粉末，能夠得到由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成的氧化物燒結(jié)體、或者由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相與(Ga，In)₂O₃相構(gòu)成的氧化物燒結(jié)體。

燒結(jié)溫度小于1200℃時(shí)，燒結(jié)反應(yīng)不能充分進(jìn)行，會(huì)產(chǎn)生氧化物燒結(jié)體的密度小于6.4g/cm³的問(wèn)題。另一方面，燒結(jié)溫度高于1550℃時(shí)，(Ga，In)₂O₃相會(huì)顯著形成。由于(Ga，In)₂O₃相的電阻值高于GaInO₃相，因此，會(huì)導(dǎo)致成膜速度降低。若燒結(jié)溫度為1550℃以下，即，若(Ga，In)₂O₃相為少量時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。從上述觀點(diǎn)出發(fā)，燒結(jié)溫度優(yōu)選為1200℃以上且1550℃以下，更優(yōu)選為1350℃以上且1450℃以下。

為了防止燒結(jié)體的破裂，并促進(jìn)脫粘結(jié)劑的進(jìn)行，至燒結(jié)溫度為止的升溫速度優(yōu)選設(shè)為0.2～5℃/分鐘的范圍。只要溫度在上述范圍內(nèi)，則可以根據(jù)需要而組合不同的升溫速度以升溫至燒結(jié)溫度。在升溫過(guò)程中，也可以在特定溫度條件下保持規(guī)定時(shí)間以進(jìn)行脫粘結(jié)劑和燒結(jié)。特別是使用氧化鉛粉末作為原料粉末時(shí)，為了促進(jìn)鉛元素固溶于In₂O₃相，在1100℃以下的溫度條件下保持一定的時(shí)間是有效的。保持時(shí)間無(wú)特別限制，優(yōu)選1小時(shí)以上且10小時(shí)以下。燒結(jié)后，在進(jìn)行冷卻時(shí)停止導(dǎo)入氧，優(yōu)選以0.2～5℃/分鐘，特別是以0.2℃/分鐘以上且小于1℃/分鐘的范圍的降溫速度將溫度降低至1000℃。

3.靶

本發(fā)明的靶能夠通過(guò)將上述氧化物燒結(jié)體切成規(guī)定的大小、對(duì)其表面進(jìn)行研磨加工并粘合至背板的方式來(lái)得到。靶的形狀優(yōu)選為平板形，也可以為圓筒形。使用圓筒形靶時(shí)，優(yōu)選抑制由靶旋轉(zhuǎn)而引起的顆粒的產(chǎn)生。

由于用作濺射靶，因此，本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的密度優(yōu)選為6.4g/cm³以上，以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量為0.08以上且小于0.20時(shí)，上述密度優(yōu)選為6.8g/cm³以上。若密度小于6.4g/cm³，會(huì)導(dǎo)致量產(chǎn)使用時(shí)產(chǎn)生結(jié)節(jié)，因此不優(yōu)選。

4.氧化物半導(dǎo)體薄膜及其成膜方法

本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜，通過(guò)下述方式獲得：使用所述濺射靶，通過(guò)濺射法在基板上暫時(shí)形成非晶質(zhì)的薄膜，接著進(jìn)行熱處理。

所述濺射靶是由氧化物燒結(jié)體來(lái)得到的，但是，所述氧化物燒結(jié)體組織，即，基本由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相和β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成的組織很重要。為了得到本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜，重要的是暫時(shí)形成的非晶質(zhì)的氧化物薄膜的結(jié)晶化溫度要充分高，但是，氧化物燒結(jié)體組織與此有關(guān)。即，如本發(fā)明所用的氧化物燒結(jié)體那樣，在不僅包含方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相，還包含β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相的情況下，由所述氧化物燒結(jié)體而得到的成膜后的氧化物薄膜表現(xiàn)出較高的結(jié)晶化溫度，即，表現(xiàn)出優(yōu)選為250℃以上、更優(yōu)選為300℃以上、進(jìn)一步優(yōu)選為350℃以上的結(jié)晶化溫度，成為穩(wěn)定的非晶質(zhì)。相對(duì)于此，例如，如專利文獻(xiàn)2(WO2010/032422號(hào)公報(bào))所公開(kāi)的那樣，當(dāng)氧化物燒結(jié)體僅由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相構(gòu)成時(shí)，成膜后的氧化物薄膜的結(jié)晶化溫度低，約190～230℃左右，有時(shí)不會(huì)形成完全非晶質(zhì)。這是因?yàn)?，在這種情況下，成膜后已經(jīng)生成了微結(jié)晶，基于濕式蝕刻法進(jìn)行的圖案加工由于殘?jiān)漠a(chǎn)生而變得困難。

在非晶質(zhì)的薄膜形成工序中采用常規(guī)的濺射法，特別地，如果使用直流濺射法，則成膜時(shí)的熱影響少，能夠高速成膜，因此，在工業(yè)上是有利的。為了采用直流濺射法形成本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜，優(yōu)選使用由非活性氣體和氧組成的混合氣體作為濺射氣體，特別優(yōu)選使用由氬氣和氧組成的混合氣體作為濺射氣體。另外，優(yōu)選將濺射裝置的腔室內(nèi)壓力調(diào)整為0.1～1Pa，特別是調(diào)整為0.2～0.8Pa，進(jìn)行濺射。

對(duì)于基板而言，代表性的基板有玻璃基板，優(yōu)選無(wú)堿玻璃基板，但是，也能夠使用樹(shù)脂板、樹(shù)脂膜中能耐受上述工藝溫度的基板。

對(duì)于所述非晶質(zhì)的薄膜形成工序而言，例如，可以在真空排氣至壓力為1×10^-4Pa以下后，導(dǎo)入由氬氣和氧組成的混合氣體，將氣壓調(diào)整為0.2～0.5Pa，并施加直流電力，以使相對(duì)于靶面積的直流電力即直流功率密度成為1～7W/cm²左右的范圍，產(chǎn)生直流等離子體，從而實(shí)施預(yù)濺射。優(yōu)選在進(jìn)行上述預(yù)濺射5～30分鐘后，根據(jù)需要，在對(duì)基板位置進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上進(jìn)行濺射成膜。在濺射成膜時(shí)，為了提高成膜速度，在可容許的范圍內(nèi)提高施加的直流電力。

本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜是在形成所述非晶質(zhì)的薄膜后，通過(guò)對(duì)所述非晶質(zhì)薄膜進(jìn)行熱處理并結(jié)晶而獲得。熱處理?xiàng)l件為，在氧化性環(huán)境中、溫度為結(jié)晶溫度以上。作為氧化性環(huán)境，優(yōu)選包含氧、臭氧、水蒸氣或氮氧化物等的環(huán)境。熱處理溫度優(yōu)選為250～600℃，更優(yōu)選為300～550℃，進(jìn)一步優(yōu)選為350～500℃。對(duì)熱處理時(shí)間而言，熱處理溫度條件下的保持時(shí)間優(yōu)選為1～120分鐘，更優(yōu)選為5～60分鐘。作為直至結(jié)晶化的方法，存在如下方法：例如，在室溫附近等低溫條件下或100～300℃的基板溫度條件下，暫時(shí)形成非晶質(zhì)膜，然后，在結(jié)晶化溫度以上的條件下進(jìn)行熱處理，使氧化物薄膜結(jié)晶化；或者，通過(guò)將基板加熱至氧化物薄膜的結(jié)晶化溫度以上來(lái)形成結(jié)晶質(zhì)的氧化物薄膜。這兩種方法中的加熱溫度大致設(shè)為600℃以下即可，例如，與專利文獻(xiàn)5(日本特開(kāi)2012-253372號(hào)公報(bào))記載的公知的半導(dǎo)體工序相比，處理溫度無(wú)明顯差異。

所述非晶質(zhì)薄膜和結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜的銦、鎵和所述正二價(jià)元素M的組成與本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的組成基本相同。即，是含有以氧化物方式存在的銦和鎵且含有所述正二價(jià)元素M的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜。以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量為0.08以上且小于0.20，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的含量為0.0001以上且0.05以下。以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量更優(yōu)選為0.08以上且0.15以下。另外，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的含量更優(yōu)選為0.0001以上且0.03以下。

本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜優(yōu)選僅由方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的In₂O₃相構(gòu)成。在In₂O₃相中，與氧化物燒結(jié)體同樣地，鎵置換固溶于正三價(jià)離子銦的晶格位置，并且所述正二價(jià)元素M也進(jìn)行置換固溶。對(duì)于本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜，通過(guò)添加所述正二價(jià)元素M來(lái)中和主要因氧缺陷而生成的載流子電子，基于該中和作用，載流子濃度降低至小于1.0×10¹⁸cm^-3，更優(yōu)選3.0×10¹⁷cm^-3以下。另一方面，隨著載流子濃度的降低，載流子遷移率有減少的傾向，但是，載流子遷移率優(yōu)選為10cm²V^-1sec^-1以上，更優(yōu)選為15cm²V^-1sec^-1以上，進(jìn)一步優(yōu)選為20cm²V^-1sec^-1以上。

本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜，通過(guò)濕式蝕刻或干式蝕刻進(jìn)行用于TFT等用途所需的微細(xì)加工。在低溫條件下暫時(shí)形成非晶質(zhì)膜，然后在結(jié)晶化溫度以上進(jìn)行熱處理，使氧化物薄膜結(jié)晶化，在此情況下，可以在形成非晶質(zhì)膜后基于采用弱酸的濕式蝕刻進(jìn)行微細(xì)加工。只要是弱酸，基本均可以使用，但優(yōu)選以草酸為主要成分的弱酸。例如，可以使用關(guān)東化學(xué)制的ITO-06N等。當(dāng)通過(guò)將基板加熱至氧化物薄膜的結(jié)晶化溫度以上來(lái)形成結(jié)晶質(zhì)的氧化物薄膜時(shí)，例如，可以采用基于如氯化鐵水溶液那樣的強(qiáng)酸進(jìn)行的濕式蝕刻或干式蝕刻，但是，如果顧及對(duì)TFT周圍造成的損傷，則優(yōu)選干式蝕刻。

本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)氧化物半導(dǎo)體薄膜的膜厚沒(méi)有限制，為10～500nm，優(yōu)選為20～300nm，更優(yōu)選為30～100nm。膜厚小于10nm時(shí)，不能得到充分的結(jié)晶性，其結(jié)果是不能實(shí)現(xiàn)高載流子遷移率。另一方面，膜厚大于500nm時(shí)，會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)性的問(wèn)題，因此不優(yōu)選。

另外，本發(fā)明的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜在可見(jiàn)光區(qū)域(400～800nm)的平均透過(guò)率優(yōu)選為80％以上，更優(yōu)選為85％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為90％以上。在應(yīng)用于透明TFT的情況下，如果平均透過(guò)率小于80％，則作為透明顯示器件的液晶元件、有機(jī)EL(Electro-Luminescence，電致發(fā)光)元件等的光提取效率下降。

實(shí)施例

下面，使用本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明，但是，本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。

＜氧化物燒結(jié)體的評(píng)價(jià)＞

通過(guò)ICP發(fā)光分光分析法對(duì)所得到的氧化物燒結(jié)體的金屬元素的組成進(jìn)行測(cè)定。使用所得到的氧化物燒結(jié)體的端材，利用X射線衍射裝置(飛利浦公司(フィリップス)制造)，基于粉末法對(duì)生成相進(jìn)行鑒定。

＜氧化物薄膜的基本特性評(píng)價(jià)＞

通過(guò)ICP發(fā)光分光分析法對(duì)所得到的氧化物薄膜的組成進(jìn)行測(cè)定。采用表面粗糙度計(jì)(科磊公司(テンコール社)制造)測(cè)定氧化物薄膜的膜厚。根據(jù)膜厚和成膜時(shí)間計(jì)算成膜速度。采用霍爾效應(yīng)測(cè)定裝置(日本東陽(yáng)科技公司(東陽(yáng)テクニカ)制造)求出氧化物薄膜的載流子濃度和載流子遷移率。通過(guò)X射線衍射測(cè)定對(duì)膜的生成相進(jìn)行鑒定。

1.正二價(jià)元素M為Ni的情況

(燒結(jié)體的制造和評(píng)價(jià))

將氧化銦粉末、氧化鎵粉末和作為所述正二價(jià)元素M的氧化鎳粉末的平均粒徑調(diào)整為1.5μm以下，作為原料粉末。將上述原料粉末調(diào)配成如表1和表2中的實(shí)施例和比較例的Ga/(In+Ga)原子數(shù)比、M/(In+Ga+M)原子數(shù)比，并和水一起放入樹(shù)脂制容器中，采用濕式球磨機(jī)進(jìn)行混合。此時(shí)，使用硬質(zhì)氧化鋯(ZrO₂)球，并將混合時(shí)間設(shè)定為18小時(shí)?；旌虾?，取出漿料，進(jìn)行過(guò)濾、干燥、造粒。采用冷等靜壓機(jī)對(duì)造粒物施加3噸/cm²的壓力，進(jìn)行成型。

然后，如下所述地對(duì)成型體進(jìn)行燒結(jié)。相對(duì)于爐內(nèi)體積每0.1m³以5升/分鐘的比例向燒結(jié)爐內(nèi)的大氣中導(dǎo)入氧，在此環(huán)境中，以1000～1550℃的燒結(jié)溫度燒結(jié)20小時(shí)。此時(shí)，以1℃/分鐘的速度升溫，在燒結(jié)后進(jìn)行冷卻時(shí)，停止導(dǎo)入氧，以10℃/分鐘的速度降溫至1000℃。

通過(guò)ICP發(fā)光分光分析法對(duì)所得到的氧化物燒結(jié)體進(jìn)行組成分析，在所有的實(shí)施例中均確認(rèn)了：對(duì)于金屬元素而言，所得到的氧化物燒結(jié)體的組成與原料粉末的配合時(shí)所添加的組成基本相同。

然后，通過(guò)X射線衍射測(cè)定對(duì)氧化物燒結(jié)體的相進(jìn)行鑒定，如表1和表2所示，僅確認(rèn)了方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相的衍射峰，或者僅確認(rèn)了方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相、β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相和(Ga，In)₂O₃相的衍射峰。

另外，包含β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相時(shí)，將由下述式1定義的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相的X射線衍射峰強(qiáng)度比示于表1和表2中。

100×I[GaInO₃相(111)]/{I[In₂O₃相(400)]+I[GaInO₃相(111)]}[％]式1

表1

(正二價(jià)元素為Ni)

表2

(正二價(jià)元素為Ni)

將氧化物燒結(jié)體加工成直徑為152mm且厚度為5mm的大小，用杯型砂輪研磨濺射面，使其最大高度Rz為3.0μm以下。采用金屬銦將已加工的氧化物燒結(jié)體接合在無(wú)氧銅制背板上，制成濺射靶。

2.正二價(jià)元素M為Co、Ca、Sr、Pb的情況

使用氧化鈷(II)、氧化鈣(Ⅱ)、氧化鍶(II)、氧化鉛(II)作為所述正二價(jià)元素M，除此以外，與正二價(jià)元素M為Ni的情況同樣地，制造了氧化物燒結(jié)體，并進(jìn)行組成分析和相的鑒定，計(jì)算β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相的X射線衍射峰強(qiáng)度比。作為結(jié)果，將使用氧化鈷(II)的情況示于表3中，將使用氧化鈣(Ⅱ)的情況示于表4中，將使用氧化鍶(II)的情況示于表5中，將使用氧化鉛(II)的情況示于表6中。另外，在組成分析中，在所有的實(shí)施例中均確認(rèn)了：對(duì)于金屬元素而言，所述氧化物燒結(jié)體的組成與原料粉末的配合時(shí)所添加的組成基本相同。

表3

(正二價(jià)元素為Co)

表4

(正二價(jià)元素為Ca)

表5

(正二價(jià)元素為Sr)

表6

(正二價(jià)元素為Pb)

(濺射成膜評(píng)價(jià))

使用各實(shí)施例和比較例的濺射靶以及無(wú)堿玻璃基板(康寧公司(コーニング)制EagleXG)，在實(shí)施例1～11、17～22、25、26、29、30、33、34和比較例1～5、8、9、11、12、14、15、17、18中，不加熱基板而在室溫條件下采用直流濺射進(jìn)行成膜，在除上述以外的實(shí)施例和比較例中，在基板溫度200℃的條件下采用直流濺射進(jìn)行成膜。在裝備了不具有電弧抑制功能的直流電源的直流磁控濺射裝置(日本特機(jī)公司(トッキ)制造)的陰極上安裝上述濺射靶。此時(shí)，將靶-基板(保持部件)間的距離固定為60mm。進(jìn)行真空排氣至壓力為1×10^-4Pa以下后，根據(jù)各靶中的鎵的含量導(dǎo)入氬氣和氧的混合氣體，以達(dá)到適當(dāng)?shù)难醯谋嚷?，將氣壓調(diào)整至0.6Pa。施加直流電力300W(1.64W/cm²)，產(chǎn)生直流等離子體。進(jìn)行10分鐘的預(yù)濺射后，在濺射靶的正上方，即，在靜止相向位置配置基板，形成膜厚為50nm的氧化物薄膜。確認(rèn)了所得到的氧化物薄膜的組成與靶基本上相同。另外，X射線衍射測(cè)定的結(jié)果確認(rèn)為非晶質(zhì)。采用快速熱退火(Rapid Thermal Annealing，RTA)裝置，在氧化環(huán)境中、在300～600℃溫度條件下對(duì)所得到的非晶質(zhì)氧化物薄膜進(jìn)行30分鐘以內(nèi)的熱處理。X射線衍射測(cè)定的結(jié)果確認(rèn)了，熱處理后的氧化物薄膜已結(jié)晶化，以In₂O₃(111)為主峰。對(duì)所得到的結(jié)晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行霍爾效應(yīng)測(cè)定，求出載流子濃度和載流子遷移率。將得到的評(píng)價(jià)結(jié)果匯總在表7～表12中。

表7

(正二價(jià)元素為Ni)

表8

(正二價(jià)元素為Ni)

表9

(正二價(jià)元素為Co)

表10

(正二價(jià)元素為Ca)

表11

(正二價(jià)元素為Sr)

表12

(正二價(jià)元素為Pb)

(結(jié)節(jié)產(chǎn)生的評(píng)價(jià))

針對(duì)實(shí)施例3、13、18、26、30、34和比較例1、4、7、9、12、15、18的濺射靶，對(duì)由模擬量產(chǎn)的濺射成膜所導(dǎo)致的結(jié)節(jié)的產(chǎn)生進(jìn)行了評(píng)價(jià)。濺射裝置使用裝備了不具有電弧抑制功能的直流電源的負(fù)載鎖定式通過(guò)型磁控濺射裝置(ロードロック式通過(guò)型マグネトロンスパッタリング裝置)(日本優(yōu)貝克公司(アルバック)制造)。使用縱5英寸、橫15英寸的矩形靶作為靶。對(duì)濺射成膜評(píng)價(jià)的濺射室進(jìn)行真空排氣至氣壓為7×10^-5Pa以下后，根據(jù)各靶的鎵的含量導(dǎo)入氬氣和氧的混合氣體，以達(dá)到適當(dāng)?shù)难鯕獗嚷剩瑢鈮赫{(diào)整至0.6Pa。選擇上述條件的濺射氣體的理由是，當(dāng)濺射室的真空度大于1×10^-4Pa而腔室內(nèi)的水分壓高、或者添加氫氣時(shí)，不能進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。在ITO等中，已知如果來(lái)自水分、氫氣的H⁺吸入膜中，膜的結(jié)晶化溫度升高，附著于靶的非侵蝕(erosion)部分的膜容易非晶質(zhì)化。其結(jié)果是，由于膜應(yīng)力降低，因此，難以從非侵蝕部分剝落，難以產(chǎn)生結(jié)節(jié)。考慮到通常在量產(chǎn)中所采用的直流功率密度約為3～6W/cm²，從而將直流電力設(shè)定為2500W(直流功率密度為5.17W/cm²)。

結(jié)節(jié)產(chǎn)生的評(píng)價(jià)是在上述條件下連續(xù)濺射放電50kWh后，觀察靶表面，評(píng)價(jià)是否產(chǎn)生結(jié)節(jié)。

評(píng)價(jià)

如表1～表6所示，實(shí)施例1～36中，以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量為0.08以上且小于0.20，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的含量為0.0001以上且0.05以下時(shí)，在此情況下，由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成、或者由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相和(Ga，In)₂O₃相構(gòu)成。

相對(duì)于此，比較例1的氧化物燒結(jié)體中，以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量小于0.08，比較例2、3、8、11、14、17的氧化物燒結(jié)體中，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的含量小于0.0001，因此，形成了僅由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相構(gòu)成的氧化物燒結(jié)體。即，不能得到本發(fā)明的由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相構(gòu)成、或者由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以及作為In₂O₃相以外的生成相的β-Ga₂O₃型結(jié)構(gòu)的GaInO₃相和(Ga，In)₂O₃相構(gòu)成的氧化物燒結(jié)體。另外，在比較例4、5、6、9、12、15、18的氧化物燒結(jié)體中，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的含量大于0.05，因此，方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相以外的生成相還含有由所述正二價(jià)元素M和Ga構(gòu)成的復(fù)合氧化物的NiGa₂O₄相、CoGa₂O₄相、CaGa₄O₇相、Ca₅Ga₆O₁₄相、SrGa₁₂O₁₉相、SrGa₂O₄相、Sr₃Ga₂O₆相、Ga₂PbO₄相或它們的復(fù)合氧化物相，不能得到本發(fā)明的目標(biāo)氧化物燒結(jié)體。

另外，對(duì)實(shí)施例3、13、18、26、30、34和比較例1、4、7、9、12、15、18的結(jié)節(jié)產(chǎn)生評(píng)價(jià)而言，在作為本發(fā)明的氧化物燒結(jié)體的實(shí)施例3、13、18、26、30、34的靶中未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生結(jié)節(jié)。另一方面，在比較例1、4、7、9、12、15、18的靶中，確認(rèn)產(chǎn)生了大量結(jié)節(jié)。認(rèn)為其原因是：在比較例1中，雖然燒結(jié)體密度高，但是，燒結(jié)體組織僅由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相構(gòu)成；對(duì)于比較例4、7、9、12、15、18而言，燒結(jié)體密度低，而且包含電阻高并在濺射中容易挖掘殘留的由所述正二價(jià)元素M和Ga構(gòu)成的復(fù)合氧化物的NiGa₂O₄相、CoGa₂O₄相、CaGa₄O₇相、Ca₅Ga₆O₁₄相、SrGa₁₂O₁₉相、SrGa₂O₄相、Sr₃Ga₂O₆相、Ga₂PbO₄相或它們的復(fù)合氧化物相。因此，在濺射放電中經(jīng)常產(chǎn)生電弧。

另外，根據(jù)表7～表12可知，以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量控制為0.08以上且小于0.20、以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的含量控制為0.0001以上且0.05以下的實(shí)施例的氧化物半導(dǎo)體薄膜，均僅由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相組成。另外，可知實(shí)施例的氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子濃度小于1.0×10¹⁸cm^-3、載流子遷移率為10cm²V^-1sec^-1以上。

其中，以Ga/(In+Ga)原子數(shù)比計(jì)的鎵的含量為0.08以上且0.15以下、以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的含量為0.0001以上且0.03以下的實(shí)施例1～4、6、8～10、17～19、21、22、25、29、33的氧化物半導(dǎo)體薄膜表現(xiàn)出載流子遷移率為15cm²V^-1sec^-1以上的優(yōu)秀的特性。

相對(duì)于此，比較例1～3、8、11、14、17的氧化物半導(dǎo)體薄膜，雖然是僅由方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)的In₂O₃相構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體薄膜，但是，載流子濃度大于1.0×10¹⁸cm^-3，不適用于TFT的活性層。另外，在比較例4、5、6、9、12、15、18的氧化物半導(dǎo)體薄膜中，以M/(In+Ga+M)原子數(shù)比計(jì)的所述正二價(jià)元素M的含量大于0.05，載流子遷移率小于10cm²V^-1sec^-1，因此，不能得到本發(fā)明的目標(biāo)氧化物半導(dǎo)體薄膜。