晶体化合物、氧化物烧结体、溅射靶、晶质及无定形氧化物薄膜、薄膜晶体管及电子设备的制作方法
本发明涉及晶体结构化合物、氧化物烧结体、溅射靶、晶质氧化物薄膜、无定形氧化物薄膜、薄膜晶体管、以及电子设备。
背景技术：
薄膜晶体管所使用的无定形(非晶质)氧化物半导体与通用的无定形硅(有时将无定形硅简写为a-si)相比具有高载流子迁移率，光学带隙较大，能够在低温下成膜。因此，期待将无定形(非晶质)氧化物半导体应用于要求大型、高分辨率及高速驱动的下一代显示器以及耐热性较低的树脂基板等。
在形成上述氧化物半导体(膜)时，优选使用对溅射靶进行溅射的溅射法。这是因为，利用溅射法形成的薄膜与利用离子电镀法、真空蒸镀法或者电子束蒸镀法形成的薄膜相比，膜面方向(膜面内)的成分组成以及膜厚等的面内均匀性优异，成分组成与溅射靶相同。
在专利文献1中，虽然例示有包含gaalo3化合物的陶瓷体，但没有与氧化物半导体相关的记载。
在专利文献2中，有与具有使氧化铟含有正3价的金属氧化物而得的晶质的氧化物半导体膜的薄膜晶体管相关的记载。
在专利文献3中，记载有以下氧化物烧结体：镓固溶于氧化铟，原子比ga/(ga+in)为0.001～0.12，添加有选自氧化钇、氧化钪、氧化铝以及氧化硼的1种或2种以上的氧化物。
在专利文献4中，记载有与原子比ga/(ga+in)为0.10～0.15的氧化物烧结体有关的内容。
在专利文献5中，记载有含有氧化镓与氧化铝的氧化铟的氧化物烧结体。在该氧化物烧结体中，镓元素相对于全部金属元素的含量(原子比)为0.01～0.08，铝元素相对于全部金属元素的含量(原子比)为0.0001～0.03。在实施例2中记载有以下内容：ga的添加量为5.7at％，al的添加量为2.6at％，以1600℃、13小时进行烧制的情况下，观察到in2o3(方铁锰矿)。
在专利文献6中，有与以下氧化物烧结体相关的记载：包含掺杂ga而得的氧化铟，以相对于ga与铟的合计为超过100原子ppm且700原子ppm以下包含示出正4价的原子价的金属，所述掺杂ga而得的氧化铟的原子比ga/(ga+in)为0.001～0.15，晶体结构实质上由氧化铟的方铁锰矿结构构成。
在专利文献7中，有与以下氧化物烧结体相关的记载：镓固溶于氧化铟，原子比ga/(ga+in)为0.001～0.08，铟与镓相对于全部金属原子的含有率为80原子％以上，具有in2o3的方铁锰矿结构，添加有选自氧化钇、氧化钪、氧化铝以及氧化硼的1种或2种以上的氧化物。根据专利文献7，在ga的添加量为7.2at％，al的添加量为2.6at％的情况下，在烧结温度为1400℃的烧结体中，确认到in2o3的方铁锰矿结构。
在专利文献8中，有与以下氧化物烧结体相关的记载：由氧化铟、氧化镓及氧化铝构成的烧结体，所述镓的含量ga/(in+ga)以原子比计为0.15以上0.49以下，所述铝的含量al/(in+ga+al)以原子比计为0.0001以上小于0.25，且包含方铁锰矿型结构的in2o3相，以及包含β-ga2o3型结构的gaino3相、或者β-ga2o3型结构的gaino3相、(ga，in)2o3相作为in2o3相以外的生成相。且记载有以下内容：在以1400℃对ga的添加量为20at％与al的添加量为1at％、以及ga的添加量为25at％与al的添加量为5at％的混合物烧制20小时的情况下，能够根据xrd图谱确认到有in2o3相及gaino3相析出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-008924号公报
专利文献2：国际公开第2010/032431号
专利文献3：国际公开第2010/032422号
专利文献4：日本特开2011-146571号公报
专利文献5：日本特开2012-211065号公报
专利文献6：日本特开2013-067855号公报
专利文献7：日本特开2014-098211号公报
专利文献8：国际公开第2016/084636号
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
对进一步高性能的tft具有强烈要求，对cvd等工艺前后的特性变化较小(工艺耐久性高)且用于实现高迁移率的材料的期望也较大。
本发明的目的在于提供一种晶体结构化合物能够实现稳定的溅射，并且在具备通过溅射得到的薄膜的tft中工艺耐久性高且能够实现高迁移率，以及提供包含该晶体结构化合物的氧化物烧结体、包含该氧化物烧结体的溅射靶。
本发明的另一目的在于提供一种工艺耐久性高、具有高迁移率的薄膜晶体管，还提供具有该薄膜晶体管的电子设备。
本发明的另一目的在于提供一种在该薄膜晶体管中使用的晶质氧化物薄膜以及无定形氧化物薄膜。
用于解决上述技术问题的方案
根据本发明，可提供以下的晶体结构化合物、氧化物烧结体、溅射靶、晶质氧化物薄膜、无定形氧化物薄膜、薄膜晶体管、以及电子设备。
[1].一种晶体结构化合物a，以下述组成式(1)表示，在利用下述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
(inxgayalz)2o3····(1)
(所述组成式(1)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.33，
0.17≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
31°～34°···(a)
36°～39°···(b)
30°～32°···(c)
51°～53°···(d)
53°～56°···(e)
62°～66°···(f)
9°～11°···(g)
19°～21°···(h)
42°～45°···(i)
8°～10°···(j)
17°～19°···(k)
[2].一种晶体结构化合物a，以下述组成式(2)表示，在利用下述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
(inxgayalz)2o3····(2)
(所述组成式(2)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.43，
0.07≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
31°～34°···(a)
36°～39°···(b)
30°～32°···(c)
51°～53°···(d)
53°～56°···(e)
62°～66°···(f)
9°～11°···(g)
19°～21°···(h)
42°～45°···(i)
8°～10°···(j)
17°～19°···(k)
[3].一种氧化物烧结体，仅由晶体结构化合物a构成，所述晶体结构化合物a以下述组成式(1)表示，在利用下述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
(inxgayalz)2o3····(1)
(所述组成式(1)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.33，
0.17≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
31°～34°···(a)
36°～39°···(b)
30°～32°···(c)
51°～53°···(d)
53°～56°···(e)
62°～66°···(f)
9°～11°···(g)
19°～21°···(h)
42°～45°···(i)
8°～10°···(j)
17°～19°···(k)
[4].一种氧化物烧结体，仅由晶体结构化合物a构成，所述晶体结构化合物a以下述组成式(2)表示，在利用下述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
(inxgayalz)2o3····(2)
(所述组成式(2)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.43，
0.07≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
31°～34°···(a)
36°～39°···(b)
30°～32°···(c)
51°～53°···(d)
53°～56°···(e)
62°～66°···(f)
9°～11°···(g)
19°～21°···(h)
42°～45°···(i)
8°～10°···(j)
17°～19°···(k)
[5].一种氧化物烧结体，包含晶体结构化合物a，所述晶体结构化合物a以下述组成式(1)表示，在利用下述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
(inxgayalz)2o3····(1)
(所述组成式(1)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.33，
0.17≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
31°～34°···(a)
36°～39°···(b)
30°～32°···(c)
51°～53°···(d)
53°～56°···(e)
62°～66°···(f)
9°～11°···(g)
19°～21°···(h)
42°～45°···(i)
8°～10°···(j)
17°～19°···(k)
[6].一种氧化物烧结体，包含晶体结构化合物a，所述晶体结构化合物a以下述组成式(2)表示，在利用下述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
(inxgayalz)2o3····(2)
(所述组成式(2)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.43，
0.07≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
31°～34°···(a)
36°～39°···(b)
30°～32°···(c)
51°～53°···(d)
53°～56°···(e)
62°～66°···(f)
9°～11°···(g)
19°～21°···(h)
42°～45°···(i)
8°～10°···(j)
17°～19°···(k)
[7].如[5]或[6]所述的氧化物烧结体，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)包围的组成范围内。
in:ga:al＝45:22:33···(r1)
in:ga:al＝66:1:33···(r2)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝54:45:1···(r5)
in:ga:al＝45:45:10···(r6)
[8].如[5]或[6]所述的氧化物烧结体，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r1-1)、(r2)、(r3)、(r4-1)、(r5-1)以及(r6-1)包围的组成范围内。
in:ga:al＝47:20:33···(r1-1)
in:ga:al＝66:1:33···(r2)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:8.5:1.5···(r4-1)
in:ga:al＝55.5:43:1.5···(r5-1)
in:ga:al＝47:43:10···(r6-1)
[9].如[5]～[8]的任一项所述的氧化物烧结体，包含以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物。
[10].如[9]所述的氧化物烧结体，在所述以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物中固溶有镓元素以及铝元素的至少任一种元素。
[11].如[9]或[10]所述的氧化物烧结体，在由所述晶体结构化合物a的晶粒构成的相中，分散有所述以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒，
用电子显微镜观察烧结体时的视野中，所述晶体结构化合物a的面积相对于所述视野的面积的比例为70％以上且100％以下。
[12].如[5]～[11]的任一项所述的氧化物烧结体，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r1)、(r2)、(r7)、(r8)以及(r9)包围的组成范围内。
in:ga:al＝45:22:33···(r1)
in:ga:al＝66:1:33···(r2)
in:ga:al＝69:1:30···(r7)
in:ga:al＝69:15:16···(r8)
in:ga:al＝45:39:16···(r9)
[13].如[9]或[10]所述的氧化物烧结体，包含连结有所述晶体结构化合物a的晶粒的相与连结有所述以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒的相，
用电子显微镜观察烧结体时的视野中，所述晶体结构化合物a的面积相对于所述视野的面积的比例为超过30％且小于70％。
[14].如[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]或[13]的任一项所述的氧化物烧结体，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r10)、(r11)、(r12)、(r13)以及(r14)包围的组成范围内。
in:ga:al＝72:12:16···(r10)
in:ga:al＝78:12:10···(r11)
in:ga:al＝78:21:1···(r12)
in:ga:al＝77:22:1···(r13)
in:ga:al＝62:22:16···(r14)
[15].如[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]或[13]的任一项所述的氧化物烧结体，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r10)、(r11)、(r12-1)、(r13-1)以及(r14)包围的组成范围内。
in:ga:al＝72:12:16···(r10)
in:ga:al＝78:12:10···(r11)
in:ga:al＝78:20.5:1.5···(r12-1)
in:ga:al＝76.5:22:1.5···(r13-1)
in:ga:al＝62:22:16···(r14)
[16].如[9]或[10]所述的氧化物烧结体，在由所述以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒构成的相中，分散有所述晶体结构化合物a的晶粒，
用电子显微镜观察烧结体时的视野中，所述晶体结构化合物a的面积相对于所述视野的面积的比例为超过0％且30％以下。
[17].如[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]或[16]的任一项所述的氧化物烧结体，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r3)、(r4)、(r12)、(r15)以及(r16)包围的组成范围内。
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝78:21:1···(r12)
in:ga:al＝78:5:17···(r15)
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
[18].如[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]或者[16]的任一项所述的氧化物烧结体，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r3)、(r4-1)、(r12-1)、(r15)以及(r16)包围的组成范围内。
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:8.5:1.5···(r4-1)
in:ga:al＝78:20.5:1.5···(r12-1)
in:ga:al＝78:5:17···(r15)
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
[19].如[9]～[18]的任一项所述的氧化物烧结体，所述以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶格常数为10.05×10-10m以上、10.114×10-10m以下。
[20].一种溅射靶，使用了如[3]～[19]的任一项所述的氧化物烧结体。
[21].一种晶质氧化物薄膜，含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，
在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r16)、(r3)、(r4)以及(r17)包围的组成范围内。
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝82:17:1···(r17)
[22].一种晶质氧化物薄膜，含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，
在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r16-1)、(r3)、(r4-1)以及(r17-1)包围的组成范围内。
in:ga:al＝80:1:19···(r16-1)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:8.5:1.5···(r4-1)
in:ga:al＝80:18.5:1.5···(r17-1)
[23].如[21]或[22]所述的晶质氧化物薄膜，所述晶质氧化物薄膜是以in2o3表示的方铁锰矿晶体。
[24].如[23]所述的晶质氧化物薄膜，所述以in2o3表示的方铁锰矿晶体的晶格常数为10.05×10-10m以下。
[25].一种薄膜晶体管，包含[21]～[24]的任一项所述的晶质氧化物薄膜。
[26].一种无定形氧化物薄膜，含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，
在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r16)、(r17)以及(r18)包围的组成范围内。
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
in:ga:al＝82:17:1···(r17)
in:ga:al＝66:17:17···(r18)
[27].一种无定形氧化物薄膜，含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，
在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r16-1)、(r17-1)以及(r18-1)包围的组成范围内。
in:ga:al＝80:1:19···(r16-1)
in:ga:al＝80:18.5:1.5···(r17-1)
in:ga:al＝62.5:18.5:19···(r18-1)
[28].一种无定形氧化物薄膜，具有以下述组成式(1)表示的组成。
(inxgayalz)2o3····(1)
(所述组成式(1)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.33，
0.17≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
[29].一种无定形氧化物薄膜，具有以下述组成式(2)表示的组成。
(inxgayalz)2o3····(2)
(所述组成式(2)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.43，
0.07≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
[30].一种薄膜晶体管，包含[26]～[29]的任一项所述的无定形氧化物薄膜。
[31].一种薄膜晶体管，包含氧化物半导体薄膜，所述氧化物半导体薄膜含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)包围的组成范围内。
in:ga:al＝45:22:33···(r1)
in:ga:al＝66:1:33···(r2)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝54:45:1···(r5)
in:ga:al＝45:45:10···(r6)
[31x].一种薄膜晶体管，包含[21]～[24]的任一项所述的晶质氧化物薄膜与[26]～[29]的任一项所述的无定形氧化物薄膜。
[32].一种薄膜晶体管，具有栅极绝缘膜、与所述栅极绝缘膜相接的活性层、源电极、漏电极，所述活性层是[21]～[24]的任一项所述的晶质氧化物薄膜，[26]～[29]的任一项所述的无定形氧化物薄膜层叠于所述活性层，所述无定形氧化物薄膜与所述源电极以及所述漏电极的至少任意一个相接。
[33].一种电子设备，包含[25]、[30]、[31]或[32]所述的薄膜晶体管。
根据本发明，能够提供一种晶体结构化合物，所述晶体结构化合物能够实现稳定的溅射，且在具备通过溅射得到的薄膜的tft中工艺耐久性高，能够实现高迁移率，并且能够提供包含该晶体结构化合物的氧化物烧结体、包含该氧化物烧结体的溅射靶。
根据本发明，能够提供一种工艺耐久性高、具有高迁移率的薄膜晶体管，还能够提供具有该薄膜晶体管的电子设备。
根据本发明，能够提供一种在该薄膜晶体管中使用的晶质氧化物薄膜以及无定形氧化物薄膜。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图2是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图3是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图4是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图5是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图6a是示出本发明的一实施方式所涉及的靶的形状的立体图。
图6b是示出本发明的一实施方式所涉及的靶的形状的立体图。
图6c是示出本发明的一实施方式所涉及的靶的形状的立体图。
图6d是示出本发明的一实施方式所涉及的靶的形状的立体图。
图7是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图8a是示出在玻璃基板上形成了氧化物半导体薄膜的状态的纵剖视图。
图8b是示出在图8a的氧化物半导体薄膜上形成了sio2膜的状态的图。
图9是示出本发明的一实施方式所涉及的薄膜晶体管的纵剖视图。
图10是示出本发明的一实施方式所涉及的薄膜晶体管的纵剖视图。
图11是示出本发明的一实施方式的量子隧道场效应晶体管的纵剖视图。
图12是示出量子隧道场效应晶体管的另一实施方式的纵剖视图。
图13是在图12中的p型半导体层与n型半导体层之间形成氧化硅层的部分的tem(透射型电子显微镜)照片。
图14a是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图14b是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图14c是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图14d是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图14e是用于说明量子隧道场效应晶体管的制造步骤的纵剖视图。
图15a是示出使用了本发明的一实施方式所涉及的薄膜晶体管的显示装置的俯视图。
图15b是示出能够应用于va型液晶显示装置的像素的像素部的电路的图。
图15c是示出使用了有机el元件的显示装置的像素部的电路的图。
图16是示出使用了本发明的一实施方式所涉及的薄膜晶体管的固体拍摄元件的像素部的电路的图。
图17是实施例1以及实施例2所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图18是实施例1所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图19是实施例2所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图20是实施例3以及实施例4所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图21是实施例3所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图22是实施例4所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图23是实施例5以及实施例6所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图24是实施例5所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图25是实施例6所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图26是实施例7、实施例8以及实施例9所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图27是实施例10、实施例11以及实施例12所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图28是实施例13以及实施例14所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图29是实施例7所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图30是实施例8所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图31是实施例9所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图32是实施例10所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图33是实施例11所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图34是实施例12所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图35是实施例13所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图36是实施例14所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图37是比较例1所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图38是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图39是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图40是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图41是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图42是示出本发明的一实施方式所涉及的烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图43是示出本发明的一实施方式所涉及的晶体结构化合物或者烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图44是示出本发明的一实施方式所涉及的晶体结构化合物或者烧结体的组成范围的一方案的in-ga-al三元系组成图。
图45是实施例15以及实施例16所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图46是实施例15所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图47是实施例16所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图48是实施例17～22所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图49是实施例17所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图50是实施例18所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图51是实施例19所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图52是实施例20所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图53是实施例21所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图54是实施例22所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图55是比较例2所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图56是比较例2所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图57是实施例d2所涉及的晶质氧化物薄膜的xrd图谱。
具体实施方式
以下，参照附图等对实施方式进行说明。但是，实施方式能够以很多不同的方案进行实施，若为本领域的技术人员，则容易理解能够在不脱离主旨及其范围的情况下对该实施方式以及详细内容进行各种变更。因此，本发明不限定于以下的实施方式所记载的内容来进行解释。
此外，在附图中，有时为了明确而将大小、层的厚度或者区域夸张表现。因此，本发明并不一定限定于附图示出的标尺。另外，附图示意性地示出理想的例子，本发明并不限定于附图所示的形状或值等。
此外，本说明书中使用的“第1”、“第2”、“第3”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加的，并非是在数量上对构成要素进行限定，特此备注。
此外，在本说明书等中，“电连接”包括经由“某种具有电性作用的物质”而连接的情况。在此，“某种具有电性作用的物质”只要能够进行在连接对象之间的电信号的收发，就没有特别限制。例如，“某种具有电性作用的物质”中包括电极、布线、晶体管等开关元件、电阻元件、电感器、电容器、以及其它的具有各种功能的元件等。
此外，在本说明书等中，“膜”或“薄膜”这样的用语与“层”这样的用语可以根据情况相互替换。
此外，在本说明书等中，晶体管所具有的源极或漏极的功能有时在采用不同极性的晶体管的情况下或者在电路动作中电流的方向发生变化的情况下等会进行替换。因此，在本说明书等中，源极的用语和漏极的用语可以相互替换使用。
此外，在本说明书等的氧化物烧结体以及氧化物半导体薄膜中，“化合物”这样的用语与“晶相”这样的用语可以根据情况相互替换。
在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指，将记载在“～”前的数值作为下限值，将记载在“～”后的数值作为上限值从而包括的范围。
〔晶体结构化合物〕
本实施方式所涉及的晶体结构化合物a在一方案中以下述组成式(1)表示，在利用下述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
(inxgayalz)2o3····(1)
(所述组成式(1)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.33，
0.17≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
31°～34°···(a)
36°～39°···(b)
30°～32°···(c)
51°～53°···(d)
53°～56°···(e)
62°～66°···(f)
9°～11°···(g)
19°～21°···(h)
42°～45°···(i)
8°～10°···(j)
17°～19°···(k)
本实施方式所涉及的晶体结构化合物a在一方案中以下述组成式(2)表示，在利用所述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
(inxgayalz)2o3····(2)
(所述组成式(2)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.43，
0.07≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
图43示出in-ga-al三元系组成图。在图43中，示出以所述组成式(1)表示的晶体结构化合物a的组成范围ra1。
图44示出in-ga-al三元系组成图。在图44中，示出以所述组成式(2)表示的晶体结构化合物a的组成范围ra2。
作为晶体结构化合物a的组成比的代表性例子，能够例举in:ga:al(5:4:1)、组成比in:ga:al(5:3:2)或组成比in:ga:al(5:2:3)。
通过x射线衍射(xrd)测量能够确认本实施方式所涉及的晶体结构化合物a在所述(a)～(k)规定的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。通过x射线衍射(xrd)测量来判定具有衍射峰的基准如下所述地进行判断。
<x射线衍射(xrd)测量的条件>
·扫描方式(scanningmode)：2θ/θ
·扫描类型(scanningtype)：连续扫描
·x射线强度：45kv/200ma
·入射狭缝：1.000mm
·受光狭缝1：1.000mm
·受光狭缝2：1.000mm
·is长边：10.0mm
·步宽：0.02°
·速度计数时间：2.0°/min
使用jade6的“峰搜索与标注标签(peaksearchandlabeling)”并将阈值σ设定为2.1、截止(cut-off)峰强度设定为0.19％、背景确定的范围设定为0.5、背景平均化点数设定为7，对使用smartlab(株式会社理学制)通过上述测量条件得到的xrd图谱检测峰。且峰位置的定义使用重心法。
本实施方式所涉及的晶体结构化合物a在所述(a)～(k)规定的入射角(2θ)的范围内分别独立地具有衍射峰。例如，在晶体结构化合物a在31°具有衍射峰来作为所述(a)规定的范围内的峰的情况下，在比31°更靠近低角度侧的入射角(2θ)中具有衍射峰作为所述(c)规定的范围内的衍射峰，此外，在晶体结构化合物a在9°具有衍射峰作为所述(g)规定的范围内的峰的情况下，在比9°更靠近低角度侧的入射角(2θ)中具有衍射峰作为所述(j)规定的范围内的衍射峰。
在所述(a)～(k)规定的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰的晶体经由jade6分析的结果为不符合已知的化合物，判明本实施方式所涉及的晶体结构化合物a是未知的晶体结构化合物。
本实施方式所涉及的晶体结构化合物a在一方案中由铟元素(in)、镓元素(ga)、铝元素(al)以及氧元素(o)形成，以下述组成式(2)表示。
(inxgayalz)2o3····(2)
(所述组成式(2)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.43，
0.07≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
在本实施方式所涉及的晶体结构化合物a中，所述组成式(2)的优选的范围为，在所述组成式(2)中，
0.48≤x≤0.52，
0.18≤y≤0.42，
0.08≤z≤0.32，
x+y+z＝1。
在本实施方式所涉及的晶体结构化合物a中，所述组成式(2)的更优选的范围为，在所述组成式(2)中，
0.48≤x≤0.51，
0.19≤y≤0.41，
0.09≤z≤0.32，
x+y+z＝1。
本实施方式所涉及的晶体结构化合物a的原子比能够通过扫描型电子显微镜-能量分散型x射线分析装置(sem-eds)或感应耦合等离子体发光分光分析装置(icp-aes)进行测量。
本实施方式所涉及的晶体结构化合物a具有半导体特性。
根据本实施方式所涉及的晶体结构化合物a，能够通过使用包含该化合物a的溅射靶实现稳定的溅射，以及在具备利用溅射得到的薄膜的tft中工艺耐久性高，能够实现高迁移率。
[晶体结构化合物的制造方法]
本实施方式所涉及的晶体结构化合物a能够通过烧结反应制造。
〔氧化物烧结体〕
本实施方式的氧化物烧结体包含本实施方式所涉及的所述晶体结构化合物a。
在本说明书中，作为本实施方式的氧化物烧结体包含所述晶体结构化合物a的方案，例举以下的第一氧化物烧结体以及第二氧化物烧结体进行说明，但本发明所涉及的氧化物烧结体不限定于这样的方案。
(第一氧化物烧结体)
本实施方式的一方案所涉及的氧化物烧结体(有时也将该方案所涉及的氧化物烧结体称为第一氧化物烧结体)仅由晶体结构化合物a构成，晶体结构化合物a以所述组成式(1)或所述组成式(2)表示，在通过所述(a)～(k)规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
第一氧化物烧结体的电阻足够低，能够优选地用作溅射靶。因此，第一氧化物烧结体优选用作溅射靶。
图43示出in-ga-al三元系组成图。图43的组成范围ra1也相当于仅由以所述组成式(1)表示的晶体结构化合物a构成的第一氧化物烧结体的组成范围。
图44示出in-ga-al三元系组成图。图44的组成范围ra2也相当于仅由以所述组成式(2)表示的晶体结构化合物a构成的第一氧化物烧结体的组成范围。
若以1370℃以上的高温烧制氧化物烧结体的原料，则在组成范围ra1中晶体结构化合物a相变得容易出现，若以1360℃以下的低温烧制，则在组成范围ra2中晶体结构化合物a相变得容易出现。可以认为晶体结构化合物a相出现的组成范围不同是由于氧化铟、氧化镓以及氧化铝的反应性的差异。
第一氧化物烧结体的相对密度优选为95％以上。第一氧化物烧结体的相对密度更优选为96％以上，进一步优选为97％以上。
通过使第一氧化物烧结体的相对密度为95％以上，得到的靶的强度变大，在以大功率成膜时，能够防止靶破裂或者发生异常放电。此外，通过使第一氧化物烧结体的相对密度为95％以上，得到的氧化物膜的膜密度不提升而可以防止tft特性的劣化或者tft的稳定性降低。
相对密度能够通过实施例中记载的方法测量。
优选为，第一氧化物烧结体的体电阻为15mω·cm以下。如果第一氧化物烧结体的体电阻为15mω·cm以下，则为电阻充分低的烧结体，第一氧化物烧结体能够更优选用作溅射靶。若第一氧化物烧结体的体电阻较低，则得到的靶的电阻变低，生成稳定的等离子体。此外，若第一氧化物烧结体的体电阻较低，则难以发生被称为等离子体放电的电弧放电，可以防止使靶表面熔融或者引发破裂。
体电阻能够通过实施例中记载的方法来测量。
(第二氧化物烧结体)
本实施方式的一方案所涉及的烧结体(有时也将该方案所涉及的烧结体称为第二氧化物烧结体)包含晶体结构化合物a，所述晶体结构化合物a以所述组成式(1)或者所述组成式(2)表示，在通过所述(a)～(k)规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
在第二氧化物烧结体的一方案中，优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)包围的组成范围ra内。
in:ga:al＝45:22:33···(r1)
in:ga:al＝66:1:33···(r2)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝54:45:1···(r5)
in:ga:al＝45:45:10···(r6)
图1示出in-ga-al三元系组成图。在图1中，示出以所述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)包围的组成范围ra。
此处所说的组成范围ra是指在图1中将作为组成比的所述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)视作多边形的顶点并用直线连接而得的范围。在本说明书中，组成范围rx(x为a、b、c、d、e、f等)包括示出组成范围的多边形的顶点与连接顶点间的直线上的点中的组成。
在第二氧化物烧结体的一方案中，优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r1-1)、(r2)、(r3)、(r4-1)、(r5-1)以及(r6-1)包围的组成范围ra’内。
in:ga:al＝47:20:33···(r1-1)
in:ga:al＝66:1:33···(r2)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:8.5:1.5···(r4-1)
in:ga:al＝55.5:43:1.5···(r5-1)
in:ga:al＝47:43:10···(r6-1)
本说明书中氧化物烧结体的原子比能够通过感应耦合等离子体发光分光分析装置(icp-aes)进行测量。
第二氧化物烧结体优选包含以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物。
在第二氧化物烧结体中，以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物优选含有镓元素以及铝元素的至少任一种元素。作为以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物包含镓元素以及铝元素的至少任一种元素的方式，可以例举取代型固溶以及侵入型固溶等固溶方式。
在第二氧化物烧结体中，在以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物中优选固溶有镓元素以及铝元素的至少任一种元素。
通过对第二氧化物烧结体的xrd测量，可在氧化铟-氧化镓-氧化铝烧结体中的较多区域中观察到晶体结构化合物a。作为该区域，在图1的in-ga-al三元系组成图中为由所述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)包围的组成范围ra，或者在图38的in-ga-al三元系组成图中为由所述(r1-1)、(r2)、(r3)、(r4-1)、(r5-1)以及(r6-1)包围的组成范围ra’。
在第二氧化物烧结体中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的原子％比还进一步优选为以下述式(2)、(3)以及(4a)表示的范围。
47≤in/(in+ga+al)≤90···(2)
2≤ga/(in+ga+al)≤45···(3)
1.7≤al/(in+ga+al)≤33···(4a)
(式(2)、(3)以及(4a)中，in、al以及ga分别表示氧化物烧结体中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在第二氧化物烧结体中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的原子％比还进一步优选为以下述式(2)～(4)表示的范围。
47≤in/(in+ga+al)≤90···(2)
2≤ga/(in+ga+al)≤45···(3)
2≤al/(in+ga+al)≤33···(4)
(式(2)～(4)中，in、al以及ga分别表示氧化物烧结体中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
第二氧化物烧结体根据导电特性示出半导体特性。因此，第二氧化物烧结体能够展开半导体材料以及导电材料等多种用途。
若in的含量小于所述组成范围ra以及ra’的至少任一个所表示的范围，则变得观察不到晶体结构化合物a的晶体或者除了晶体结构化合物a或以in2o3表示的方铁锰矿结构的晶体以外还观察到很多杂质晶体，从而损害作为晶体结构化合物a的特性的半导体特性或者存在即使示出半导体特性也成为接近绝缘性的特性的情况。
若in的含量大于所述组成范围ra以及ra’的至少任一个所表示的范围，则未发现晶体结构化合物a而仅发现以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相。在使用该烧结体作为氧化物半导体薄膜使用的情况下，则得到氧化铟组成较多的薄膜，需要强力地进行对薄膜的载体的控制。作为薄膜的载体控制法，存在以下方法：控制成膜时的氧分压、或使氧化性强的气体即no2等共存、或使具有抑制载体的产生的效果的h2o气体共存。此外，需要对成膜的薄膜进行氧等离子体处理或no2等离子体处理，或在氧化性的气体即氧或no2气体等的存在下进行加热处理等处理。
若al的含量小于以所述组成范围ra以及ra’的至少任一个所表示的范围，则变得观察不到晶体结构化合物a而观察到β-ga2o3类型的ingao3等。在该情况下，由于ingao3缺乏导电性，因此有可能在烧结体中存在绝缘体而发生异常放电或产生结块等。在al的含量大于以所述组成范围ra以及ra’的至少任一个所表示的范围的情况下，由于铝氧化物本身是绝缘体，因此有可能引起异常放电或者产生结块等，并且有可能使氧化物整体绝缘化，若将烧结体作为半导体材料使用，则有可能产生不良情况。
若ga的含量小于以所述组成范围ra以及ra’的至少任一个所表示的范围，则相对而言in以及al的含量变多，因此存在可观察到以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相以及al2o3的可能性。在观察到al2o3这样的情况下，由于al2o3为绝缘体，因此烧结体包含绝缘体。若将含有绝缘体的烧结体作为溅射靶使用，则有可能引起异常放电，或者由于电弧放电而产生靶的破裂以及裂纹等。在ga的含量大于以所述组成范围ra以及ra’的至少任一个所表示的范围的情况下，变得可观察到gaalo3或β-ga2o3类型的ingao3等。在该情况下，由于gaalo3是绝缘体且ingao3缺乏导电性，因此烧结体有可能绝缘体化。若将绝缘体化的烧结体作为半导体材料使用，则有可能产生不良情况。
存在在该组成范围ra以及ra’中观察到晶体结构化合物a相、以及在原料中使用的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相的情况。另一方面，未观察到al2o3、ga2o3、al2o3与ga2o3反应而得的gaalo3、以及in2o3与ga2o3的反应物即ingao3等。
在该组成范围ra中，在以1400℃以上的温度对混合了氧化铟、氧化镓以及氧化铝的粉末进行烧制的情况下，有时在组成范围ra内的铝的添加量较少的区域中，可观察到在原料中使用的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相、in2o3与ga2o3的反应物即ingao3的相、或者固溶有铟元素以及铝元素的至少任一种元素的氧化镓相。由于在观察到这些相的情况下的溅射时存在引起异常放电等的情况，因此组成范围ra’为优选的组成范围。
以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相能够包含镓元素以及铝元素的至少任一种元素。在观察到的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相的各个晶粒中，镓元素的含量以及铝元素的含量不同，因此在sem照片中，在各个氧化铟晶粒中产生对比度，或者在观察到的晶面不同的情况下在各个氧化铟晶粒中产生对比度，但观察到的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相的晶粒是同样以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒。
氧化铟晶体中包含的镓元素的含量xga以及氧化铟晶体中包含的铝元素的含量xal的合计的含量(xga+xal)优选为0.5at％～10at％左右。若镓元素的含量xga以及铝元素的含量xal的各含量分别为0.5at％以上，则能够通过sem-eds测量检测镓元素以及铝元素。此外，若镓元素的含量xga为10at％以下以及铝元素的含量xal为3at％以下，则镓元素以及铝元素能够固溶于以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶体中。通过在氧化铟晶体中包含镓元素以及铝元素，氧化铟晶体的晶格常数变得小于单纯的氧化铟晶体的晶格常数。由此，氧化铟金属元素彼此之间的原子间距离缩短，容易产生电子传导路径，变得可得到高导电性(电阻值低)的烧结体。
在晶体结构化合物a、以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物、以及固溶有镓元素以及铝元素的至少任一种元素的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物之间存在成为平衡状态的相关关系。在氧化物烧结体中，优选由氧化铟、氧化镓以及氧化铝形成晶体结构化合物a，或者作为固溶有镓元素以及铝元素的至少任一种元素的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物存在。由于氧化镓以及氧化铝是绝缘材料而成为异常放电以及电弧放电的原因，因此在氧化物烧结体中单独存在氧化镓以及氧化铝的至少任一种的情况下，在作为溅射靶使用时有可能引起不良情况。
在第二氧化物烧结体的一方案中，优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r1)、(r2)、(r7)、(r8)以及(r9)包围的组成范围rb内。
in:ga:al＝45:22:33···(r1)
in:ga:al＝66:1:33···(r2)
in:ga:al＝69:1:30···(r7)
in:ga:al＝69:15:16···(r8)
in:ga:al＝45:39:16···(r9)
图2示出in-ga-al三元系组成图。在图2中，示出由所述(r1)、(r2)、(r7)、(r8)以及(r9)包围的组成范围rb。
在第二氧化物烧结体的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比为以下述式(5)～(7)表示的范围。
47≤in/(in+ga+al)≤65···(5)
5≤ga/(in+ga+al)≤30···(6)
16≤al/(in+ga+al)≤30···(7)
(式(5)～(7)中，in、al、ga分别表示氧化物烧结体中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在第二氧化物烧结体的一方案中，还优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r10)、(r11)、(r12)、(r13)以及(r14)包围的组成范围rc内。
in:ga:al＝72:12:16···(r10)
in:ga:al＝78:12:10···(r11)
in:ga:al＝78:21:1···(r12)
in:ga:al＝77:22:1···(r13)
in:ga:al＝62:22:16···(r14)
图3示出in-ga-al三元系组成图。在图3中，示出由所述(r10)、(r11)、(r12)、(r13)以及(r14)包围的组成范围rc。
在第二氧化物烧结体的一方案中，还优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r10)、(r11)、(r12-1)、(r13-1)以及(r14)包围的组成范围rc’内。
in:ga:al＝72:12:16···(r10)
in:ga:al＝78:12:10···(r11)
in:ga:al＝78:20.5:1.5···(r12-1)
in:ga:al＝76.5:22:1.5···(r13-1)
in:ga:al＝62:22:16···(r14)
图39示出in-ga-al三元系组成图。在图39中，示出由所述(r10)、(r11)、(r12-1)、(r13-1)以及(r14)包围的组成范围rc’。
在该组成范围rc中，在以1400℃以上的温度对混合了氧化铟、氧化镓以及氧化铝的粉末进行烧制的情况下，有时在组成范围rc内的铝的添加量较少的区域中，可观察到在原料中使用的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相、in2o3与ga2o3的反应物即ingao3、或者固溶有铟元素以及铝元素的至少任一种元素的氧化镓相。该情况下，组成范围rc’为优选的组成范围。
在第二氧化物烧结体的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比为以下述式(8)～(10)表示的范围。
62≤in/(in+ga+al)≤78···(8)
12≤ga/(in+ga+al)≤15···(9)
1.7≤al/(in+ga+al)≤16···(10)
(式(8)～(10)中，in、al及ga分别表示氧化物烧结体中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在第二氧化物烧结体的一方案中，还优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r3)、(r4)、(r12)、(r15)以及(r16)包围的组成范围rd内。
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝78:21:1···(r12)
in:ga:al＝78:5:17···(r15)
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
图4示出in-ga-al三元系组成图。在图4中，示出由所述(r3)、(r4)、(r12)、(r15)以及(r16)包围的组成范围rd。
在第二氧化物烧结体的一方案中，还优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r3)、(r4-1)、(r12-1)、(r15)以及(r16)包围的组成范围rd’内。
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:8.5:1.5···(r4-1)
in:ga:al＝78:20.5:1.5···(r12-1)
in:ga:al＝78:5:17···(r15)
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
图40示出in-ga-al三元系组成图。在图40中，示出由所述(r3)、(r4-1)、(r12-1)、(r15)以及(r16)包围的组成范围rd’。
在该组成范围rd中，在以1400℃以上的温度对混合了氧化铟、氧化镓以及氧化铝的粉末进行烧制的情况下，有时在组成范围rd内的铝的添加量较少的区域中，可观察到在原料中使用的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相、in2o3与ga2o3的反应物即ingao3、或者固溶有铟元素以及铝元素的至少任一种元素的氧化镓相。该情况下，组成范围rd’为优选的组成范围。
在第二氧化物烧结体的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比为以下述式(11)～(13)表示的范围。
78≤in/(in+ga+al)≤90···(11)
3≤ga/(in+ga+al)≤15···(12)
1.7≤al/(in+ga+al)≤15···(13)
(式(11)～(13)中，in、al以及ga分别表示氧化物烧结体中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在第二氧化物烧结体的一方案中，还优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r16)、(r3)、(r4)以及(r17)包围的组成范围re内。
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝82:17:1···(r17)
图5示出in-ga-al三元系组成图。在图5中，示出由所述(r16)、(r3)、(r4)以及(r17)包围的组成范围re。
在第二氧化物烧结体的一方案中，还优选为，在in-ga-al三元系组成图中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)以原子％比计在由下述(r16-1)、(r3)、(r4-1)以及(r17-1)包围的组成范围re’内。
in:ga:al＝80:1:19···(r16-1)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:8.5:1.5···(r4-1)
in:ga:al＝80:18.5:1.5···(r17-1)
图41示出in-ga-al三元系组成图。在图41中，示出由所述(r16-1)、(r3)、(r4-1)以及(r17-1)包围的组成范围re’。
具有由所述(r16)、(r3)、(r4)以及(r17)包围的组成范围re内的组成的烧结体、以及具有由所述(r16-1)、(r3)、(r4-1)以及(r17-1)包围的组成范围re’内的组成的烧结体的体电阻为低电阻，示出特异性的导电性。可认为这是由于以下原因：本实施方式所涉及的氧化物烧结体包含具有迄今为止未知的结构的晶体结构化合物a的晶粒，因此具有原子的堆积(packing(最密填充结构))为特异性的结构，从而生成低电阻的烧结体。其中，由于使用的原料粉的粒径的差异、混合粉碎后的粒径的大小和混合状态的差异，氧化铟粉、氧化镓粉以及氧化铝粉彼此的接触状态不同，之后的烧结时的固相反应的推进程度(元素的扩散状况)变得不同。并且，可认为氧化铟、氧化镓、以及氧化铝原料的制造方法等引起的表面活性的差异等也对固相反应造成影响。此外，可认为由于烧结时的升温速度、最高温度中的保持时间、冷却时的冷却速度等的差异、烧结时流过的气体种类、流量的条件的差异等引起的固相反应的推进方式的差异，最终的生成物不同或者杂质的量不同。可认为由于这些主要原因，晶体结构化合物a的生成速度不同，其结果为，引起生成作为杂质的in2o3与ga2o3的反应物即ingao3、al2o3与ga2o3的反应物即algao3等的反应。
在该组成范围re中，在以1400℃以上的温度对混合了氧化铟、氧化镓以及氧化铝的粉末进行烧制的情况下，有时在组成范围re内的铝的添加量较少的区域中，可观察到在原料中使用的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物相、in2o3与ga2o3的反应物即ingao3、或者固溶有铟元素以及铝元素的至少任一种元素的氧化镓相。在该情况下，组成范围re’为优选的组成范围。
在第二氧化物烧结体的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比为以下述式(14)～(16)表示的范围。
83≤in/(in+ga+al)≤90···(14)
3≤ga/(in+ga+al)≤15···(15)
1.7≤al/(in+ga+al)≤15···(16)
(式(14)～(16)中，in、al及ga分别表示氧化物烧结体中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
第二氧化物烧结体的相对密度优选为95％以上。第二氧化物烧结体的相对密度更优选为96％以上，进一步优选为97％以上。
通过使第二氧化物烧结体的相对密度为95％以上，得到的靶的强度变大，在以大功率成膜时，能够防止靶破裂或者发生异常放电。此外，通过使第二氧化物烧结体的相对密度为95％以上，得到的氧化物膜的膜密度不提升而可以防止tft特性的劣化或者tft的稳定性降低。
相对密度能够通过实施例中记载的方法测量。
优选为，第二氧化物烧结体的体电阻为15mω·cm以下。如果第二氧化物烧结体的体电阻为15mω·cm以下，则为电阻充分低的烧结体，第二氧化物烧结体能够更优选用作溅射靶。若第二氧化物烧结体的体电阻较低，则得到的靶的电阻变低，生成稳定的等离子体。此外，若第二氧化物烧结体的体电阻较低，则难以发生被称为火球放电的电弧放电，可以防止靶表面熔融或者发生靶的破裂。
体电阻能够通过实施例中记载的方法来测量。
(第一分散系统)
在第二氧化物烧结体中，优选在由晶体结构化合物a的晶粒构成的相中分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒。
在由晶体结构化合物a的晶粒构成的相中分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒的情况下，用电子显微镜观察氧化物烧结体时的视野中，所述晶体结构化合物a的面积sa相对于该视野的面积st的比例(在本说明书中，有时将该面积比例称为sx。面积比例sx＝(sa/st)×100)优选为70％以上且小于100％。在面积比例sx为70％以上且小于100％的情况下，在晶体结构化合物a的晶粒彼此连结的相中分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒。
在第二氧化物烧结体中，更优选在由晶体结构化合物a的晶粒构成的相中分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒，进而第二氧化物烧结体具有组成范围rb内的组成。
此外，在第二氧化物烧结体中，进一步优选在由晶体结构化合物a的晶粒构成的相中分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒，面积比例sx为70％以上且小于100％，进而具有组成范围rb内的组成。
第一氧化物烧结体的组成与第二氧化物烧结体的组成具有重叠的部分。其中，即使是第一氧化物烧结体的组成，有时也由于原料的混合状态以及烧制的条件等，在由晶体结构化合物a的晶粒构成的相中析出分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒的相。在该情况下，在由晶体结构化合物a的晶粒构成的相中分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒的面积的比例sx为70％以上且小于100％。
在由晶体结构化合物a的晶粒构成的相中分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒的氧化物烧结体的组成范围有时根据氧化物烧结体的烧结温度以及烧结时间等的制造条件而发生变化，从而不能明确该组成范围，一般而言，若使用图2进行说明，则在由所述(r1)、(r2)、(r7)、(r8)以及(r9)包围的组成范围rb内。
在面积比例sx为70％以上且小于100％的情况下，优选以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物含有镓元素以及铝元素的至少任一种元素。
(连结相)
第二氧化物烧结体优选包含晶体结构化合物a的晶粒彼此连结的相与以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒彼此连结的相。在本说明书中，有时将以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒彼此连结的相称为连结相i，将晶体结构化合物a的晶粒彼此连结的相称为连结相ii。
在第二氧化物烧结体包含连结相i以及连结相ii的情况下，优选为，用电子显微镜观察该烧结体时的视野中，所述晶体结构化合物a的面积sa相对于该视野的面积st的比例(面积比例sx)为超过30％且小于70％。
更优选为，第二氧化物烧结体包含连结相i以及连结相ii，进而具有组成范围rc内的组成以及rc’内的组成的至少任一种。
进一步优选为，第二氧化物烧结体包含连结相i以及连结相ii，面积比例sx超过30％且小于70％，进而具有组成范围rc内的组成及组成范围rc’内的组成的至少任一种。
具有晶体结构化合物a的晶粒彼此连结的连结相与以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒彼此连结的相的烧结体的组成范围有时根据烧结体的烧结温度以及烧结时间等的制造条件而发生变化，从而不能明确该组成范围，一般而言，若使用图3以及图39进行说明，则在由所述(r10)、(r11)、(r12)、(r13)以及(r14)包围的组成范围rc内以及由所述(r10)、(r11)、(r12-1)、(r13-1)以及(r14)包围的组成范围rc’内的至少任一范围内。
有时即使在该组成范围rc外的区域以及在rc’外的区域中，氧化物烧结体也具有晶体结构化合物a的晶粒彼此连结的连结相以及以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒彼此连结的相。可认为由于氧化物烧结体具有这些连结相而氧化物烧结体自身的强度提高，通过使用这样的氧化物烧结体，难以产生由溅射时的热应力等引起的裂纹，得到耐久性优异的溅射靶。
在面积比例sx超过30％且小于70％的情况下，优选所述以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物含有镓元素以及铝元素的至少任一种元素。
(第二分散系统)
在第二氧化物烧结体中，优选在由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒构成的相中分散有晶体结构化合物a的晶粒。
在由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒构成的相中分散有晶体结构化合物a的晶粒的情况下，用电子显微镜观察氧化物烧结体时的视野中，晶体结构化合物a的面积sa相对于该视野的面积st的比例(面积比例sx)优选为超过0％且30％以下。在面积比例sx超过0％且30％以下的情况下，在以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒彼此连结的相中分散有晶体结构化合物a的晶粒。
在第二氧化物烧结体中，更优选为，在由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒构成的相中分散有晶体结构化合物a的晶粒，进而第二氧化物烧结体具有组成范围rd内的组成及组成范围rd’内的组成的至少任一组成。
此外，在第二氧化物烧结体中，进一步优选为，在由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒构成的相中分散有晶体结构化合物a的晶粒，面积比例sx为超过0％且30％以下，进而具有组成范围rd内的组成以及组成范围rd’内的组成的至少任一组成。
在由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒构成的相中分散有晶体结构化合物a的晶粒的氧化物烧结体的组成范围有时会根据氧化物烧结体的烧结温度以及烧结时间等制造条件而发生变化，从而不能明确该组成范围，一般而言，若使用图4以及图40进行说明，则在由所述(r3)、(r4)、(r12)、(r15)以及(r16)包围的组成范围rd内以及由所述(r3)、(r4-1)、(r12-1)、(r15)以及(r16)包围的组成范围rd’内的至少任一范围内。
有时在该组成范围rd外的区域以及组成范围rd’外的区域的至少任一区域中，在由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒构成的相中未分散有晶体结构化合物a的晶粒。可认为具有晶体结构化合物a的晶粒分散的相的氧化物烧结体的体电阻较小，氧化物烧结体自身的强度也提高，通过使用这样的氧化物烧结体，难以产生由溅射时的热应力等引起的裂纹，可以得到耐久性优异的溅射靶。此外，晶体结构化合物a的晶粒本身是导电性高的粒子，可认为含有晶体结构化合物a的晶粒的氧化物烧结体的迁移率也较高。通过使用具有晶体结构化合物a的晶粒分散的相的氧化物烧结体，烧结体内部的晶粒间的导电性变得没有差异，与氧化镓或者氧化铝单独存在或者作为ingao3或gaalo3等化合物存在的情况相比，能够稳定地进行溅射。此外，通过在以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物中共存有ga以及al，晶格常数降低，可认为通过晶格常数降低，in原子间距离缩小从而形成导电路径，由此可以得到高迁移率的氧化物半导体。能够利用eds测量组成而ga以及al存在于in2o3晶体内来确认ga以及al固溶于以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物中，并且，能够根据通过xrd测量得到的in2o3晶体的晶格常数变得小于通常的in2o3的晶格常数来判断为固溶有ga以及al。
在面积比例sx超过0％且30％以下的情况下，优选以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物含有镓元素以及铝元素的至少任一种元素。
(晶格常数)
在第二氧化物烧结体中，优选以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶格常数为10.05×10-10m以上且10.114×10-10m以下。
可认为以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶格常数由于镓元素以及铝元素的至少任一种元素固溶于方铁锰矿结构中而变化。特别地，可认为通过固溶有比铟金属离子小的镓金属离子以及铝金属离子的至少任一种金属离子，晶格常数变得小于通常的方铁锰矿结构的in2o3。可认为通过晶格常数变小，可以得到元素的堆积变得良好且烧结体的导热性提高、或者体电阻降低、或者强度提高的效果，进而，可认为通过使用该烧结体可以进行稳定的溅射。
可认为通过以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶格常数为10.05×10-10m以上，可以得到晶粒内部的应力不会变大而分散的效果，靶的强度提高。
可认为通过以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶格常数为10.114×10-10m以下，能够防止以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的内部的应变变大，其结果为，防止氧化物烧结体或溅射靶破裂。此外，在使用由第二氧化物烧结体构成的溅射靶形成薄膜晶体管的情况下，具有薄膜晶体管的迁移率提高的效果。
氧化物烧结体中的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶格常数更优选为10.06×10-10m以上、10.110×10-10m以下，进一步优选为10.07×10-10m以上、10.109×10-10m以下。
氧化物烧结体中包含的以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶格常数能够根据由x射线衍射测量(xrd)得到的xrd图谱利用晶体结构解析软件进行全谱拟合(wpf)解析从而计算。
本实施方式所涉及的氧化物烧结体本质上也可以仅由铟(in)元素、镓(ga)元素、铝(al)元素以及氧(o)元素构成。在该情况下，本实施方式所涉及的氧化物烧结体也可以包含不可避免的杂质。也可以是，本实施方式所涉及的氧化物烧结体的例如70％质量以上、80质量％以上、或90质量％以上是铟(in)元素、镓(ga)元素、铝(al)元素以及氧(o)元素。此外，本实施方式所涉及的氧化物烧结体也可以仅由铟(in)元素、镓(ga)元素、铝(al)元素以及氧(o)元素构成。另外，不可避免的杂质是指并非有意地添加的元素，是指在原料以及制造工序中混入的元素。在以下的说明中也同样。
作为不可避免的杂质的例子，有碱金属、碱土类金属(li、na、k、rb、mg、ca、sr、ba等)、氢(h)元素、硼(b)元素、碳(c)元素、氮(n)元素、氟(f)元素、硅(si)元素以及氯(cl)元素。
<杂质浓度(h、c、n、f、si、cl)的测量>
能够使用扇形动态二次离子质量分析仪sims分析(ims7f-auto，阿美特克凯美卡(ametekcameca)公司制)对得到的氧化物烧结体中的杂质浓度(h、c、n、f、si、cl)进行定量评价。
具体而言，首先使用一次离子cs+，以14.5kv的加速电压从测量对象的氧化物烧结体表面进行20μm的深度的溅射。然后，一边利用一次离子以光栅100μm、测量区域30μm、深度1μm的量进行溅射，一边对杂质(h、c、n、f、si、cl)的质谱强度积分。
进而，为了根据质谱计算杂质浓度的绝对值，通过离子注入控制剂量来将各种杂质注入烧结体，制备杂质浓度已知的标准试样。通过对标准试样进行sims分析，得到杂质(h、c、n、f、si、cl)的质谱强度，将杂质浓度的绝对值与质谱强度的关系式作为校准曲线。
最后，使用测量对象的氧化物烧结体的质谱强度与校准曲线，计算测量对象的杂质浓度，将其作为杂质浓度的绝对值(atom·cm-3)。
<杂质浓度(b、na)的测量>
对得到的氧化物烧结体的杂质浓度(b、na)，也能够使用sims分析(ims7f-auto，阿美特克凯美卡(ametekcameca)公司制)进行定量评价。除了使一次离子为o2+、一次离子的加速电压为5.5kv对各种杂质的质谱进行测量之外，通过与对h、c、n、f、si、cl的测量相同的评价，能够得到测量对象的杂质浓度的绝对值(atom·cm-3)。
[烧结体的制造方法]
本实施方式所涉及的氧化物烧结体能够通过将原料粉末混合、成形、烧结来制造。
作为原料，可以例举铟化合物、镓化合物以及铝化合物，作为这些化合物，优选氧化物。即，优选使用氧化铟(in2o3)、氧化镓(ga2o3)以及氧化铝(al2o3)。
氧化铟粉没有特别限定，能够使用工业上市售的氧化铟粉。氧化铟粉优选为高纯度例如4n(0.9999)以上。此外，作为铟化合物，不仅可以使用氧化物，也可以使用氯化物、硝酸盐、或醋酸盐等铟盐。
氧化镓粉没有特别限定，能够使用工业上市售的氧化镓粉。氧化镓粉优选为高纯度例如4n(0.9999)以上。此外，作为镓化合物，不仅可以使用氧化物，也可以使用氯化物、硝酸盐、或醋酸盐等镓盐。
氧化铝粉没有特别限定，可以使用工业上市售的氧化铝粉。氧化铝粉优选为高纯度例如4n(0.9999)以上。此外，作为铝化合物，不仅可以使用氧化物，也可以使用氯化物、硝酸盐、醋酸盐等铝盐。
使用的原料粉末的混合方法可以是湿式混合也可以是干式混合，优选在干式混合后并用湿式混合的混合方法。
混合工序没有特别限制，能够将原料粉末一次性或分成二次以上进行混合粉碎。作为混合粉碎方法例如能够使用球磨机、珠磨机、喷射磨机或超声波装置等公知的装置。作为混合粉碎方法优选使用了珠磨机的湿式混合。
将在上述混合工序中制备的原料利用公知的方法进行成形从而得到成形体，将该成形体烧结由此得到氧化物烧结体。
在成形工序中，例如将在混合工序中得到的混合粉进行加压成形而制成成形体。通过该工序，成形为产品的形状(例如适合作为溅射靶的形状)。
作为成形处理，例如可例举模具成形、浇铸成形以及注塑成形等，但为了得到烧结密度高的烧结体，优选利用冷等静压(cip；coldisostaticpressing)等成形。
在成形处理时，也可以使用成形助剂。作为成形助剂，可例举聚乙烯醇、甲基纤维素、聚蜡以及油酸等。
在烧结工序中，对在成形工序中得到的成形体进行烧制。
作为烧结条件，在大气压下的氧气气氛或者氧气加压下，通常在1200℃～1550℃下通常烧结30分钟～360小时，优选烧结8小时～180小时，更优选烧结12小时～96小时。
若烧结温度小于1200℃，则有可能使靶的密度难以上升，或烧结过于耗时。另一方面，若烧结温度超过1550℃，则有可能由于成分的气化而使组成发生偏差或损伤炉子。
如果烧结时间为30分钟以上，则容易提高靶的密度。若烧结时间长于360小时，则过于耗费制造时间，成本变高，因此考虑实用方面而无法采用。如果烧结时间在所述范围内，则容易使相对密度提高，容易降低体电阻。
根据本实施方式所涉及的氧化物烧结体，由于包含晶体结构化合物a，因此能够通过使用包含该氧化物烧结体的溅射靶来实现稳定的溅射，以及在具备利用溅射得到的薄膜的tft中工艺耐久性高，能够实现高迁移率。
〔溅射靶〕
通过使用本实施方式所涉及的氧化物烧结体，能够得到本实施方式所涉及的溅射靶。
例如，本实施方式的溅射靶能够通过对氧化物烧结体进行切削以及研磨加工，并与背板粘结而得到。
烧结体与背板的接合率优选为95％以上。接合率能够通过x射线ct进行确认。
本实施方式所涉及的溅射靶包含本实施方式所涉及的氧化物烧结体与背板。
优选为，本实施方式所涉及的溅射靶包含本实施方式所涉及的氧化物烧结体与根据需要设置在烧结体上的、背板等用于冷却以及保持的部件。
构成本实施方式所涉及的溅射靶的氧化物烧结体(靶材)通过对本实施方式所涉及的氧化物烧结体进行磨削加工而得。因此，该靶材作为物质而言与本实施方式所涉及的氧化物烧结体相同。因此，对于本实施方式所涉及的氧化物烧结体的说明也直接适用于该靶材。
在图6中示出表示溅射靶的形状的立体图。
溅射靶也可以是如图6a的附图标记1所示的板状。
溅射靶也可以是如图6b的附图标记1a所示的圆筒状。
在溅射靶为板状的情况下，其平面形状可以是如图6a的附图标记1所示的矩形，也可以是如图6c的附图标记1b所示地为圆形。氧化物烧结体可以一体成形，也可以如图6d所示地，是将分割成多个的氧化物烧结体(附图标记1c)分别固定在背板3的多分割式。
背板3是用于保持或冷却氧化物烧结体的部件。材料优选为铜等导热性优异的材料。
另外，构成溅射靶的氧化物烧结体的形状并不限定于图6所示的形状。
例如可通过以下工序制造溅射靶。
对氧化物烧结体的表面进行磨削的工序(磨削工序)。
将氧化物烧结体与背板粘结的工序(粘结工序)。
下面，对各工序具体地进行说明。
<磨削工序>
在磨削工序中，将氧化物烧结体切削加工成适合安装到溅射装置上的形状。
氧化物烧结体的表面存在高氧化状态的烧结部或者表面为凸凹的情况较多。此外，需要将氧化物烧结体切割加工为规定的尺寸。
氧化物烧结体的表面优选为磨削0.3mm以上。磨削的深度优选为0.5mm以上，更优选为2mm以上。通过使磨削的深度为0.3mm以上，能够去除氧化物烧结体的表面附近的晶体结构的变动部分。
优选将氧化物烧结体例如用平面磨床进行磨削，制成平均表面粗糙度ra为5μm以下的原材料。进而，也可以对溅射靶的溅射面实施镜面加工，使平均表面粗糙度ra为1000×10-10m以下。镜面加工(研磨)能够使用机械研磨、化学研磨、以及机械化学研磨(并用机械研磨与化学研磨)等公知的研磨技术。例如，能够利用固定磨粒抛光器(抛光液为水)以#2000号以上抛光，也可以利用游离磨粒磨盘(研磨材料为sic磨膏等)研磨后，将研磨材料替换为金刚石磨膏从而进行研磨。研磨方法并不限定于这些方法。作为研磨材料，可例举#200号或#400号、以及#800号的研磨材料。
优选通过吹气或流水清洗等对磨削工序后的氧化物烧结体进行清洁。在通过吹气去除异物时，若从喷嘴的朝向侧利用集尘机进行吸气则能够更有效地去除异物。另外，由于在吹气或流水清洗中，清洁力存在界限，因此还能够进一步进行超声波清洗等。在频率为25khz以上、300khz以下之间多重振荡来进行超声波清洗的方法是有效的。例如，适宜在频率25khz以上、300khz以下之间每隔25khz使12种频率进行多重振荡，来进行超声波清洗。
<粘结工序>
粘结工序是使用低熔点金属将磨削后的氧化物烧结体粘结到背板上的工序。优选使用金属铟作为低熔点金属。此外，还能够优选使用包含镓金属以及锡金属的至少一种金属的金属铟等。
根据本实施方式所涉及的溅射靶，由于使用包含晶体结构化合物a的氧化物烧结体，因此能够通过使用该溅射靶来实现稳定的溅射，以及在具备利用溅射得到的薄膜的tft中能够实现较好的工艺耐久性以及高迁移率。
以上是对溅射靶的说明。
〔晶质氧化物薄膜〕
本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜能够通过使用本实施方式所涉及的溅射靶成膜。
本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜优选为，含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r16)、(r3)、(r4)以及(r17)包围的组成范围re内。
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝82:17:1···(r17)
图5示出in-ga-al三元系组成图。在图5中，示出由所述(r16)、(r3)、(r4)以及(r17)包围的组成范围re。
本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜还优选为，含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r16-1)、(r3)、(r4-1)以及(r17-1)包围的组成范围re’内。
in:ga:al＝80:1:19···(r16-1)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:8.5:1.5···(r4-1)
in:ga:al＝80:18.5:1.5···(r17-1)
图41示出in-ga-al三元系组成图。在图41中，示出以所述(r16-1)、(r3)、(r4-1)以及(r17-1)包围的组成范围re’。
根据本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜，能够提供具有较高的工艺耐久性以及较高的迁移率的薄膜晶体管。
具有由所述(r16)、(r3)、(r4)以及(r17)包围的组成范围re内的组成、以及由所述(r16-1)、(r3)、(r4-1)以及(r17-1)包围的组成范围re’内的组成的至少任一种组成的晶质氧化物薄膜通过晶体的晶格常数为10.114×10-10m以下、具有原子的堆积特异性的结构，从而示出特异性的导电特性。可认为这是由于以下原因：氧化物烧结体包含具有迄今为止尚未知晓的结构的晶体结构化合物a的晶粒，从而生成具有原子的堆积特异性的结构的晶质氧化物薄膜。该晶质氧化物薄膜是使用利用了氧化物烧结体的溅射靶来制造的，成膜后是无定形膜，但是通过成膜后的后加热，进一步晶化提高，从而能够得到晶质氧化物薄膜。或者，也能够通过利用加热成膜等形成包含纳米结晶的薄膜的方法来得到晶质氧化物薄膜。在该晶质氧化物薄膜中，由于晶体的晶格常数为10.114×10-10m以下，因此与通常的氧化铟薄膜相比，晶质氧化物薄膜通过由固溶有ga元素以及al元素的至少任一种元素的氧化铟晶体构成，且采用固溶有ga元素以及al元素的至少任一种元素的氧化铟的晶体所具有的较密的堆积结构，从而铟原子间的距离变小，以铟的5s轨道更加重叠的方式发挥作用。通过这样的作用，具有该晶质氧化物薄膜的薄膜晶体管高迁移率化，更稳定地工作。利用晶质氧化物薄膜中的该原子的堆积的稳定性，能够得到漏电流较低而稳定性优异的薄膜晶体管。
在本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比为以下述式(17)～(19)表示的范围。
82≤in/(in+ga+al)≤90···(17)
3≤ga/(in+ga+al)≤15···(18)
1.5≤al/(in+ga+al)≤15···(19)
(式(17)～(19)中，in、al及ga分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比为以下述式(17-1)、(18-1)以及(19-1)表示的范围。
80≤in/(in+ga+al)≤90···(17-1)
3≤ga/(in+ga+al)≤15···(18-1)
1.5≤al/(in+ga+al)≤10···(19-1)
(式(17-1)、(18-1)以及(19-1)中，in、al、ga分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的更优选的原子％比为以下述式(17-2)、(18-2)以及(19-2)表示的范围。
80≤in/(in+ga+al)≤90···(17-2)
8＜ga/(in+ga+al)≤15···(18-2)
1.7≤al/(in+ga+al)≤8···(19-2)
(式(17-2)、(18-2)以及(19-2)中，in、al、ga分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
如果使用溅射靶成膜而得的膜中的in元素的比例为式(17-1)或式(17-2)的下限值以上，则容易得到晶质氧化物薄膜。此外，如果使用溅射靶成膜而得的膜中的in元素的比例为式(17-1)或式(17-2)的上限值以下，则使用了得到的晶质氧化物薄膜的tft的迁移率容易变高。
如果使用溅射靶成膜而得的膜中的ga元素的比例为式(18-1)或式(18-2)的下限值以上，则使用了得到的晶质氧化物薄膜的tft的迁移率容易变高，带隙容易变得大于3.5ev。此外，如果使用溅射靶成膜而得的膜中的ga元素的比例为式(18-1)或式(18-2)的上限值以下，则使用了得到的晶质氧化物薄膜的tft的vth较大，能够抑制位移到负(minus)，从而通断(on/off)比容易变高。
如果使用溅射靶成膜而得的膜中的al元素的比例为式(19-1)或式(19-2)的下限值以上，则使用了得到的晶质氧化物薄膜的tft的迁移率容易变大。此外，如果使用溅射靶成膜而得的膜中的al元素的比例为式(19-1)或式(19-2)的上限值以下，则能够抑制使用了得到的晶质氧化物薄膜的tft的vth较大地移动到负(minus)。
本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜优选为以in2o3表示的方铁锰矿晶体。
本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜例如通过加热成膜而晶化，或者通过成膜后的后加热使无定形膜晶化，从而成为以in2o3表示的方铁锰矿晶体。使用了该晶质氧化物薄膜的薄膜晶体管高迁移率化，进而稳定性也良好。
在本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜中，以in2o3表示的方铁锰矿晶体的晶格常数优选为10.05×10-10m以下，更优选为10.03×10-10m以下，进一步优选为10.02×10-10m以下，更进一步优选为10×10-10m以下。
在本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜中，以in2o3表示的方铁锰矿晶体的晶格常数优选为9.9130×10-10m以上，更优选为9.9140×10-10m以上，进一步优选为9.9150×10-10m以上。
本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜中的以in2o3表示的方铁锰矿晶体的晶格常数与通常的氧化铟示出的10.114×10-10m相比较而言较小。可认为这是由于以下原因：在本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜中，原子的堆积变得较密，本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜具有特异性的结构。由此，使用了本实施方式的晶质氧化物薄膜而得的薄膜晶体管高迁移率化，漏电流也较小，进而带隙也为3.5ev以上，光稳定性也良好。
在本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜中包含的金属元素只要是铟、镓以及铝即可，也可以本质上仅由铟、镓以及铝构成。在该情况下，也可以包含不可避免的杂质。也可以是本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜中包含的金属元素的80原子％以上、90原子％以上、95原子％以上、96原子％以上、97原子％以上、98原子％以上、或99原子％以上为由铟、镓以及铝构成。此外，本实施方式的晶质氧化物薄膜中包含的金属元素也可以仅由铟、镓以及铝构成。
〔无定形氧化物薄膜〕
本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜包含氧化铟、氧化镓以及氧化铝作为主成分。
由于无定形氧化物薄膜为非晶质，因此通常在带隙内产生许多能级。因此，引起带端的吸收，特别是通过吸收短波长的光而产生载体或者产生空孔，有可能由于这些作用而在使用了无定形氧化物薄膜的薄膜晶体管(tft)中阈值电压(vth)变动，tft特性显著劣化或者变得不能作为晶体管工作。
在本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜中，通过同时包含氧化铟、氧化镓以及氧化铝，吸收端向短波长侧移动，在可见光区域不进行光吸收，能够增加光稳定性。此外，通过包含离子半径比铟离子小的镓离子以及铝离子这两者，正离子间的距离变小，能够提高tft的迁移率。此外，通过同时包含氧化铟、氧化镓以及氧化铝，能够制成迁移率高、透明性高的光稳定性优异的无定形氧化物薄膜。
在本说明书中，“包含氧化铟、氧化镓以及氧化铝作为主成分”是指构成氧化物膜的氧化物的50质量％以上为氧化铟、氧化镓以及氧化铝，优选为70质量％以上，更优选为80质量％以上，进一步优选为90质量％以上。
如果氧化铟、氧化镓以及氧化铝为构成氧化物膜的氧化物的50质量％以上，则包含该氧化物膜的薄膜晶体管的饱和迁移率变得难以降低。
在本说明书中氧化物薄膜为“无定形”(“非晶质”)这一点能够通过在对氧化物膜进行x射线衍射测量的情况下未能确认到明确的峰而得到宽的图案来确认。
通过氧化物薄膜为非晶质，膜的表面均匀性较好，可以减少tft特性在面内的偏差。
根据本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜，能够提供具有较高的工艺耐久性以及较高的迁移率的薄膜晶体管。
作为本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的优选的一方案，可例举一种无定形氧化物薄膜，其含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r16)、(r17)以及(r18)包围的组成范围rf内。
in:ga:al＝82:1:17···(r16)
in:ga:al＝82:17:1···(r17)
in:ga:al＝66:17:17···(r18)
图7示出in-ga-al三元系组成图。在图7中，示出由所述(r16)、(r17)以及(r18)包围的组成范围rf。
作为本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的优选的一方案，可例举一种无定形氧化物薄膜，其含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r16-1)、(r17-1)以及(r18-1)包围的组成范围rf’内。
in:ga:al＝80:1:19···(r16-1)
in:ga:al＝80:18.5:1.5···(r17-1)
in:ga:al＝62.5:18.5:19···(r18-1)
图42示出in-ga-al三元系组成图。在图42中，示出由所述(r16-1)、(r17-1)以及(r18-1)包围的组成范围rf’。
具有由所述(r16)、(r17)以及(r18)包围的组成范围rf内的组成和由所述(r16-1)、(r17-1)以及(r18-1)包围的组成范围rf’内的组成的至少任一种组成的薄膜为无定形薄膜。另一方面，所述的本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜中的以in2o3表示的方铁锰矿晶体的晶格常数远远小于通常设想的晶格常数，可认为晶质氧化物薄膜具有原子的堆积为特异性的结构。该特异性的原子的填充形态，即使是非晶化也不是完全无序的结构。以使铟原子间距离缩短的方式起作用，以使其成为与结晶质薄膜所具有的紧密的填充结构相似的无定形结构。通过这样的作用，铟原子的5s轨道变得更容易重叠，其结果为，具有本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的薄膜晶体管稳定地工作。利用无定形氧化物薄膜中的原子的堆积的稳定性，可以得到漏电流较低而稳定性优异的薄膜晶体管。
有时利用晶化温度以及加热方法进行晶化或者维持刚成膜后的无定形状态，通过适当选择晶化方法，能够得到具有由所述(r16)、(r17)以及(r18)包围的组成范围rf内的组成、以及由所述(r16-1)、(r17-1)以及(r18-1)包围的组成范围rf’内的组成的至少任一种组成的无定形氧化物薄膜。
在本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比为以下述式(20)～(22)表示的范围。
70≤in/(in+ga+al)≤82···(20)
3≤ga/(in+ga+al)≤15···(21)
1.5≤al/(in+ga+al)≤15···(22)
(式(20)～(22)中，in、al以及ga分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比为以下述式(20-1)、式(21-1)、以及式(22-1)表示的范围。
70≤in/(in+ga+al)≤80···(20-1)
3≤ga/(in+ga)＜15···(21-1)
2≤al/(in+ga+al)≤15···(22-1)
(式(20-1)、式(21-1)、以及式(22-1)中，in、al以及ga分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在本说明书中，氧化物薄膜(晶质氧化物薄膜以及无定形氧化物薄膜)的原子比能够利用感应等离子体发光分析装置(icp-aes)或者xrf(x-rayfluorescence：x射线荧光光谱)测量对各元素的存在量进行测量从而求出。icp测量能够使用感应等离子体发光分析装置。xrf测量能够使用薄膜荧光x射线分析装置(azx400，理学公司制)。
此外，即便使用扇型动态二次离子质量分析仪sims分析，也能够以与感应等离子体发光分析相同的精度对氧化物薄膜中的各金属元素的含量(原子比)进行分析。在利用感应等离子体发光分光分析装置或薄膜荧光x射线分析装置测量的金属元素的原子比已知的标准氧化物薄膜的上表面，将与tft元件同样的材料以沟道长度形成源电极、漏电极的材料作为标准材料，通过扇型动态二次离子质量分析仪sims(ims7f-auto，ametek公司制)得到用于进行氧化物半导体层的分析的各元素的质谱强度，制备已知的元素浓度与质谱强度的校准曲线。接着，若根据通过扇型动态二次离子质量分析仪sims分析得到的图谱强度，使用前述的校准曲线，计算出实际tft元件的氧化物半导体膜部分的原子比，则能够确认到计算出的原子比在另外由薄膜荧光x射线分析装置或感应等离子体发光分析装置测量的氧化物半导体膜的原子比的2原子％以内。
在本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜中包含的金属元素只要是铟、镓以及铝即可，也可以本质上仅由铟、镓以及铝构成。在该情况下，也可以包含不可避免的杂质。也可以是本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜中包含的金属元素的80原子％以上、90原子％以上、95原子％以上、96原子％以上、97原子％以上、98原子％以上、或99原子％以上为由铟、镓以及铝构成。此外，本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜中包含的金属元素也可以仅由铟、镓以及铝构成。
作为本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的优选的其它方案，可以例举具有以下述组成式(1)表示的组成的无定形氧化物薄膜。
(inxgayalz)2o3····(1)
(所述组成式(1)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.33，
0.17≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
作为本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的优选的其他方案，可以例举具有以下述组成式(2)表示的组成的无定形氧化物薄膜。
(inxgayalz)2o3····(2)
(所述组成式(2)中，
0.47≤x≤0.53，
0.17≤y≤0.43，
0.07≤z≤0.33，
x+y+z＝1。)
具有以所述组成式(1)或者组成式(2)表示的区域的组成的氧化物烧结体的体电阻比周边的氧化物烧结体的体电阻更低，示出特异性的导电性。可认为这是由于以下原因：氧化物烧结体具有迄今为止未知的结构，因此具有原子的堆积特异性的结构，从而生成低电阻的氧化物烧结体。利用使用了该氧化物烧结体的溅射靶制造的薄膜的形态即使无定形化也不是完全无序的结构，采用与氧化物烧结体所具有的较密的堆积结构相似的结构，从而以使铟原子间距离缩短的方式起作用。通过该作用，铟原子的5s轨道变得更容易重叠，其结果为，具有这样的薄膜的薄膜晶体管稳定地工作。利用该原子的堆积的稳定性，能够得到漏电流较低而稳定性优异的薄膜晶体管。
[无定形氧化物薄膜的成膜方法]
本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜可通过将由本实施方式以及其它实施方式所涉及的氧化物烧结体得到的溅射靶利用溅射法成膜而得到(参照图8a)。
无定形氧化物薄膜的成膜除了溅射法以外，例如还能够通过从由蒸镀法、离子电镀法、以及脉冲激光蒸镀法等构成的组中选择的方法来实施。
另外，也能够将本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的成膜方法适用于本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜。
本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的原子组成通常与用于成膜的溅射靶(氧化物烧结体)的原子组成相同。
以下，对如下情况进行说明：对由本实施方式以及其它实施方式所涉及的氧化物烧结体得到的溅射靶进行溅射而在基板上形成无定形氧化物薄膜。
作为溅射，能够应用从由dc溅射法、rf溅射法、ac溅射法、以及脉冲dc溅射法等构成的组中选择的方法，无论用哪种方法都可以进行没有异常放电的溅射。
作为溅射气体，能够使用氩气与氧化性气体的混合气体，作为氧化性气体，可以例举从由o2、co2、o3以及h2o等构成的组中选择的气体。
即使在对通过溅射而成膜的基板上的薄膜进行退火处理的情况下，只要退火处理为下述条件，则薄膜就能够维持非晶质状态，可得到良好的半导体特性。
退火处理温度例如为500℃以下，优选为100℃以上且500℃以下，进一步优选为150℃以上且400℃以下，特别优选为250℃以上且400℃以下。退火时间通常为0.01小时～5.0小时，优选为0.1小时～3.0小时，更优选为0.5小时～2.0小时。
退火处理时的加热气氛没有特别限定，但从载体控制性的观点考虑，大气气氛或氧流通气氛中更优选大气气氛。在退火处理中，在存在氧或不存在氧的情况下，都能够使用从由灯退火装置、激光退火装置、热等离子体装置、热风加热装置以及接触加热装置等构成的组中选择的装置。
优选上述退火处理(加热处理)在以覆盖基板上的薄膜的方式形成保护膜后实施(参照图8b)。
作为上述保护膜，例如能够使用从由sio2、sion、al2o3、ta2o5、tio2、mgo、zro2、ceo2、k2o、li2o、na2o、rb2o、sc2o3、y2o3、hf2o3、cahfo3、pbtio3、bata2o6、以及srtio3等构成的组中选择的任一种膜。其中，作为上述保护膜，优选为从由sio2、sion、al2o3、y2o3、hf2o3以及cahfo3构成的组中选择的任一种膜，更优选为sio2或者al2o3的膜。这些氧化物的氧数也可以不一定与化学计量比一致(例如可以是sio2也可以是siox)。这些保护膜能够作为保护绝缘膜发挥功能。
能够使用等离子体cvd法或溅射法形成保护膜，优选在包含氧的稀有气体气氛下通过溅射法成膜。
保护膜的膜厚适当设定即可，例如为50nm～500nm。
〔薄膜晶体管〕
作为本实施方式所涉及的薄膜晶体管，可例举包含本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜的薄膜晶体管、包含本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜的薄膜晶体管、以及包含本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜以及无定形氧化物薄膜这两者的薄膜晶体管。
作为薄膜晶体管的沟道层，优选使用本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜或本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜。
在本实施方式所涉及的薄膜晶体管具有本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜作为沟道层的情况下，薄膜晶体管中的其它元件构成没有特别限定，能够采用公知的元件构成。
作为本实施方式所涉及的薄膜晶体管的另一方案，可例举包含氧化物半导体薄膜的薄膜晶体管，所述氧化物半导体薄膜含有铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)，在in-ga-al三元系组成图中，所述铟元素、所述镓元素以及所述铝元素以原子％比计在由下述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)包围的组成范围内。
in:ga:al＝45:22:33···(r1)
in:ga:al＝66:1:33···(r2)
in:ga:al＝90:1:9···(r3)
in:ga:al＝90:9:1···(r4)
in:ga:al＝54:45:1···(r5)
in:ga:al＝45:45:10···(r6)
作为薄膜晶体管的沟道层，还优选使用在in-ga-al三元系组成图中以原子％比计在由所述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)包围的组成范围内的氧化物半导体薄膜。
在本实施方式所涉及的薄膜晶体管具有在in-ga-al三元系组成图中以原子％比计在由所述(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)以及(r6)包围的组成范围内的氧化物半导体薄膜作为沟道层的情况下，薄膜晶体管中的其它元件构成没有特别限定，能够采用公知的元件构成。
在本实施方式所涉及的薄膜晶体管所包含的氧化物半导体薄膜的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比是以下述式(23)～(25)表示的范围。
48≤in/(in+ga+al)≤90···(23)
3≤ga/(in+ga+al)≤33···(24)
1≤al/(in+ga+al)≤30···(25)
(式(23)～(25)中，in、al、ga分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
在本实施方式所涉及的薄膜晶体管所包含的氧化物半导体薄膜的一方案中，铟元素(in)、镓元素(ga)以及铝元素(al)的进一步优选的原子％比是以下述式(23-1)、式(24-1)以及式(25-1)表示的范围。
48≤in/(in+ga+al)≤90···(23-1)
3≤ga/(in+ga+al)≤33···(24-1)
1.5≤al/(in+ga+al)≤30···(25-1)
(式(23-1)、式(24-1)以及式(25-1)中，in、al、ga分别表示氧化物半导体薄膜中的铟元素、铝元素以及镓元素的原子数。)
本实施方式所涉及的薄膜晶体管能够适用于液晶显示器以及有机el显示器等显示装置。
本实施方式所涉及的薄膜晶体管中的沟道层的膜厚通常为10nm以上且300nm以下，优选为20nm以上且250nm以下。
本实施方式所涉及的薄膜晶体管中的沟道层通常在n型区域使用，但是能够与p型si系半导体、p型氧化物半导体、p型有机半导体等各种p型半导体组合地用于pn接合型晶体管等各种半导体器件。
本实施方式所涉及的薄膜晶体管也能够应用于场效应晶体管、逻辑电路、存储电路以及差动放大电路等各种集成电路。进而，除了场效应晶体管以外，还能够适用于静电感应型晶体管、肖特基势垒型晶体管、肖特基二极管以及电阻元件。
本实施方式所涉及的薄膜晶体管的构成能够没有限制地采用从底栅、底接触、顶接触等公知的构成中选择的构成。
特别地，底栅构成由于与无定形硅或zno的薄膜晶体管相比能够得到较高的性能，因此是有利的。底栅构成容易削减制造时的掩模片数从而容易降低大型显示器等用途的制造成本，因此优选。
本实施方式的薄膜晶体管能够优选地用于显示装置。
作为大面积的显示器用的薄膜晶体管，特别优选沟道蚀刻型的底栅构成的薄膜晶体管。沟道蚀刻型的底栅构成的薄膜晶体管能够以光刻工序时的光掩模的数量较少且低成本地制造显示器用面板。其中，沟道蚀刻型的底栅构成以及顶接触构成的薄膜晶体管由于迁移率等特性良好且容易工业化，因此特别优选。
具体的薄膜晶体管的例子在图9以及图10示出。
如图9所示，薄膜晶体管100具备硅晶圆20、栅极绝缘膜30、氧化物半导体薄膜40、源电极50、漏电极60以及层间绝缘膜70、70a。
硅晶圆20是栅电极。栅极绝缘膜30是阻断栅电极与氧化物半导体薄膜40导通的绝缘膜，设置在硅晶圆20上。
氧化物半导体薄膜40是沟道层，设置在栅极绝缘膜30上。在氧化物半导体薄膜40中使用本实施方式所涉及的氧化物薄膜(晶质氧化物薄膜以及无定形氧化物薄膜的至少任一种)。
源电极50以及漏电极60是为了使源极电流以及漏极电流流入氧化物半导体薄膜40的导电端子，分别以与氧化物半导体薄膜40的两端附近接触的方式设置。
层间绝缘膜70是阻断源电极50以及漏电极60与氧化物半导体薄膜40之间的接触部分以外的部分导通的绝缘膜。
层间绝缘膜70a是阻断源电极50以及漏电极60与氧化物半导体薄膜40之间的接触部分以外的部分导通的绝缘膜。层间绝缘膜70a也是阻断源电极50与漏电极60之间的导通的绝缘膜。层间绝缘膜70a也是沟道层保护层。
如图10所示，虽然薄膜晶体管100a的结构与薄膜晶体管100相同，但是在将源电极50以及漏电极60设置为与栅极绝缘膜30和氧化物半导体薄膜40两者接触这一点上不同。还在以覆盖栅极绝缘膜30、氧化物半导体薄膜40、源电极50以及漏电极60的方式一体地设置层间绝缘膜70b的这一点上不同。
此外，作为本实施方式所涉及的薄膜晶体管的另一方案，可例举氧化物半导体薄膜具有层叠结构的薄膜晶体管。作为该方案的例子，可例举薄膜晶体管100中的氧化物半导体薄膜40为层叠结构的情况。在该情况下的薄膜晶体管中，作为沟道层的氧化物半导体薄膜40优选具有作为第一层的本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜与作为第二层的本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜。作为第一层的本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜优选为薄膜晶体管的活性层。作为第一层的本实施方式所涉及的晶质氧化物薄膜优选与栅极绝缘膜30相接设置，在该第一层上层叠作为第二层的本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜。作为第二层的本实施方式所涉及的无定形氧化物薄膜优选与源电极50以及漏电极60的至少任一个相接。通过层叠第一层以及第二层，能够使迁移率较高，并且将阈值电压(vth)控制在0v附近。
形成漏电极60、源电极50以及栅电极的材料没有特别限制，能够任意选择通常所使用的材料。在图9以及图10所例举的例子中，将硅晶圆作为基板使用，硅晶圆也作为电极发挥作用，但电极材料不限定于硅。
例如能够使用氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、zno以及sno2等的透明电极，或者al、ag、cu、cr、ni、mo、au、ti以及ta等的金属电极，或者包含这些的合金的金属电极或层叠电极。
此外，在图9以及图10中，也可以在玻璃等的基板上形成栅电极。
形成层间绝缘膜70、70a、70b的材料也没有特别限制，能够任意选择通常使用的材料。作为形成层间绝缘膜70、70a、70b的材料，具体而言，例如能够使用sio2、sinx、al2o3、ta2o5、tio2、mgo、zro2、ceo2、k2o、li2o、na2o、rb2o、sc2o3、y2o3、hfo2、cahfo3、pbtio3、bata2o6、srtio3、sm2o3以及aln等化合物。
在本实施方式所涉及的薄膜晶体管为背沟道蚀刻型(底栅型)的情况下，优选在漏电极、源电极以及沟道层上设置保护膜。通过设置保护膜，即使在长时间驱动tft的情况下耐久性也容易提高。另外，在顶栅型的tft的情况下，例如是在沟道层上形成栅极绝缘膜的结构。
保护膜或者绝缘膜例如能够通过cvd形成，此时存在进行高温度的工艺的情况。此外，保护膜或者绝缘膜在刚刚成膜后含有杂质气体的情况较多，从而优选进行加热处理(退火处理)。利用加热处理去除杂质气体，由此能够形成稳定的保护膜或绝缘膜，容易形成耐久性高的tft元件。
由于通过使用本实施方式所涉及的氧化物半导体薄膜，变得不易受到cvd工艺中温度的影响以及之后的加热处理的影响，因此即便在形成保护膜或绝缘膜的情况下也可以提高tft特性的稳定性。
在晶体管特性中，通断(on/off)特性是决定显示器的显示性能的要素。在使用薄膜晶体管作为液晶的开关的情况下，通断比(on/off比)优选为6位数以上。在oled的情况下由于是电流驱动，导通(on)电流是重要的，但对于通断比同样优选为6位数以上。
本实施方式所涉及的薄膜晶体管的通断比优选为1×106以上。
通过将vg＝-10v的id的值设为断开(off)电流值，将vg＝20v的id的值设为导通电流值，确定比[导通电流值/断开电流值]，从而求出通断比。
此外，本实施方式所涉及的tft的迁移率优选为5cm2/vs以上，更优选为10cm2/vs以上。
根据施加20v的漏极电压的情况下的传递特性求出饱和迁移率。具体而言，能够通过制作传递特性id-vg的图表，计算各vg的跨导(gm)，根据饱和区域的公式来求出饱和迁移率。id是源漏电极间的电流，vg是在源漏电极间施加电压vd时的栅极电压。
阈值电压(vth)优选为-3.0v以上、3.0v以下，更优选为-2.0v以上、2.0v以下，进一步优选为-1.0v以上、1.0v以下。若阈值电压(vth)为-3.0v以上，则可得到高迁移率的薄膜晶体管。若阈值电压(vth)为3.0v以下，则可得到断开电流较小、通断比较大的薄膜晶体管。
阈值电压(vth)能够根据传递特性的图表以id＝10-9a下的vg来定义。
通断比优选为106以上、1012以下，更优选为107以上、1011以下，进一步优选为108以上、1010以下。若通断比为106以上，则能够驱动液晶显示器。若通断比为1012以下，则能够驱动对比度较大的有机el。此外，若通断比为1012以下，则能够使断开电流为10-11a以下，在将薄膜晶体管用于cmos图像传感器的传输晶体管或复位晶体管的情况下，能够延长图像的保持时间或提高灵敏度。
<量子隧道场效应晶体管>
本实施方式的氧化物半导体薄膜也可以用于量子隧道场效应晶体管(fet)。
图11示出本实施方式的一方案所涉及的量子隧道场效应晶体管(fet)的示意图(纵剖视图)。
量子隧道场效应晶体管501具备p型半导体层503、n型半导体层507、栅极绝缘膜509、栅电极511、源电极513以及漏电极515。
依次将p型半导体层503、n型半导体层507、栅极绝缘膜509以及栅电极511进行层叠。
源电极513设置在p型半导体层503上。漏电极515设置在n型半导体层507上。
p型半导体层503是p型的iv族半导体层，在此是p型硅层。
n型半导体层507在此是上述实施方式的n型氧化物半导体薄膜。源电极513以及漏电极515是导电膜。
虽然在图11中未图示，但也可以在p型半导体层503上形成绝缘层。在该情况下，p型半导体层503与n型半导体层507经由在绝缘层局部开口的区域即接触孔连接。虽然在图11中未图示，但量子隧道场效应晶体管501也可以具备覆盖其上表面的层间绝缘膜。
量子隧道场效应晶体管501是进行电流的开关的量子隧道场效应晶体管(fet)，通过栅电极511的电压对在由p型半导体层503与n型半导体层507形成的能量势垒中隧穿的电流进行控制。在该结构中，构成n型半导体层507的氧化物半导体的带隙变大，能够减小断开电流。
图12示出另一实施方式所涉及的量子隧道场效应晶体管501a的示意图(纵剖视图)。
量子隧道场效应晶体管501a的构成与量子隧道场效应晶体管501的构成相同，但在p型半导体层503与n型半导体层507之间形成有氧化硅层505这一点上不同。通过具有氧化硅层，能够减小断开电流。
氧化硅层505的厚度优选为10nm以下。通过使其厚度为10nm以下，能够防止隧道电流不流动、或者形成的能量势垒难以形成或势垒高度发生变化，从而可防止隧穿电流降低或变化。氧化硅层505的厚度优选为8nm以下，更优选为5nm以下，进一步优选为3nm以下，更进一步优选为1nm以下。
图13示出在p型半导体层503与n型半导体层507之间形成有氧化硅层505的部分的tem照片。
在量子隧道场效应晶体管501以及501a中，n型半导体层507也是n型氧化物半导体。
构成n型半导体层507的氧化物半导体也可以是非晶质。通过使构成n型半导体层507的氧化物半导体为非晶质，能够用草酸等有机酸进行蚀刻，与其它层的蚀刻速度之差变大，能够对布线等的金属层不造成影响而良好地进行蚀刻。
构成n型半导体层507的氧化物半导体也可以是晶质。通过使其为晶质，与非晶质的情况相比带隙变大且能够减小断开电流。由于也能够使功函数增大，因此容易对隧穿由p型iv族半导体材料与n型半导体层507形成的能量势垒的电流进行控制。
量子隧道场效应晶体管501的制造方法没有特别限定，能够例示以下的方法。
首先，如图14a所示，在p型半导体层503上形成绝缘膜505a，并通过使用蚀刻等将绝缘膜505a的一部分开口来形成接触孔505b。
接着，如图14b所示，在p型半导体层503以及绝缘膜505a上形成n型半导体层507。此时，经由接触孔505b连接p型半导体层503与n型半导体层507。
接着，如图14c所示，在n型半导体层507上依次形成栅极绝缘膜509以及栅电极511。
接着，如图14d所示，设置层间绝缘膜519以覆盖绝缘膜505a、n型半导体层507、栅极绝缘膜509以及栅电极511。
接着，如图14e所示，通过将p型半导体层503上的绝缘膜505a以及层间绝缘膜519的一部分开口来形成接触孔519a，并在接触孔519a设置源电极513。
进而，如图14e所示，通过将n型半导体层507上的栅极绝缘膜509以及层间绝缘膜519的一部分开口来形成接触孔519b，并在接触孔519b形成漏电极515。
能够通过以上的步骤制造量子隧道场效应晶体管501。
另外，在p型半导体层503上形成n型半导体层507后，以150℃以上、600℃以下的温度进行热处理，由此能够在p型半导体层503与n型半导体层507之间形成氧化硅层505。通过追加该工序，能够制造量子隧道场效应晶体管501a。
本实施方式所涉及的薄膜晶体管优选为沟道掺杂型薄膜晶体管。沟道掺杂型晶体管是指通过n型掺杂来适当地控制沟道的载流子的晶体管，使其不会相对于气氛和温度等外界的刺激容易变动而造成氧缺陷，能够得到兼顾高迁移率与高可靠性的效果。
<薄膜晶体管的用途>
本实施方式所涉及的薄膜晶体管也能够应用于场效应晶体管、逻辑电路、存储电路以及差动放大电路等各种集成电路，能够将这些应用于电子设备等。进而，本实施方式所涉及的薄膜晶体管除了场效应晶体管以外，还能够适用于静电感应型晶体管、肖特基势垒型晶体管、肖特基二极管以及电阻元件。
本实施方式所涉及的薄膜晶体管能够优选地用于显示装置以及固体拍摄元件等。
以下，对将本实施方式所涉及的薄膜晶体管用于显示装置以及固体拍摄元件的情况进行说明。
首先，参照图15对将本实施方式所涉及的薄膜晶体管用于显示装置的情况进行说明。
图15a是本实施方式所涉及的显示装置的俯视图。图15b是用于说明在本实施方式所涉及的显示装置的像素部中应用液晶元件的情况下的像素部的电路的电路图。此外，图15b是用于说明在本实施方式所涉及的显示装置的像素部中应用有机el元件的情况下的像素部的电路的电路图。
配置于像素部的晶体管能够使用本实施方式所涉及的薄膜晶体管。由于本实施方式所涉及的薄膜晶体管容易设为n沟道型，因此将能够由n沟道型晶体管构成的驱动电路的一部分形成在与像素部的晶体管相同的基板上。通过在像素部或驱动电路中使用本实施方式所示的薄膜晶体管，能够提供可靠性高的显示装置。
图15a示出有源矩阵型显示装置的俯视图的一例。在显示装置的基板300上形成有像素部301、第1扫描线驱动电路302、第2扫描线驱动电路303、信号线驱动电路304。在像素部301中，多条信号线从信号线驱动电路304延伸地配置，多条扫描线从第1扫描线驱动电路302以及第2扫描线驱动电路303延伸配置。在扫描线与信号线的交叉区域分别以矩阵状设置有具有显示元件的像素。显示装置的基板300经由fpc(flexibleprintedcircuit：柔性印刷电路板)等连接部而与定时控制电路(也称为控制器、控制ic)连接。
在图15a中，第1扫描线驱动电路302、第2扫描线驱动电路303、信号线驱动电路304形成在与像素部301相同的基板300上。因此，设置在外部的驱动电路等部件的数量减少，所以能够实现成本的降低。此外，在基板300外部设置有驱动电路的情况下，需要使布线延伸，布线间的连接数增加。在相同的基板300上设置有驱动电路的情况下，能够减少该布线间的连接数，从而能够实现可靠性的提高或者成品率的提高。
此外，图15b示出了像素的电路构成的一例。在此，示出了能够应用于va型液晶显示装置的像素部的像素部的电路。
该像素部的电路能够应用于在一个像素中具有多个像素电极的构成。各个像素电极与不同的晶体管连接，各晶体管构成为能够通过不同的栅极信号进行驱动。由此，能够独立地对施加于多畴设计的像素的各个像素电极上的信号进行控制。
以能够向晶体管316的栅极布线312与晶体管317的栅极布线313提供不同的栅极信号的方式使得两者分离。另一方面，作为数据线发挥功能的源电极或漏电极314在晶体管316与晶体管317中共用。晶体管316与晶体管317能够使用本实施方式所涉及的晶体管。由此，能够提供可靠性高的液晶显示装置。
第1像素电极与晶体管316电连接，第2像素电极与晶体管317电连接。第1像素电极与第2像素电极分离。第1像素电极与第2像素电极的形状没有特别限定。例如，只要使第1像素电极为v字状即可。
晶体管316的栅电极与栅极布线312连接，晶体管317的栅电极与栅极布线313连接。对栅极布线312与栅极布线313提供不同的栅极信号，使晶体管316与晶体管317的工作定时不同，从而能够控制液晶的取向。
此外，也可以利用电容布线310、作为电介质发挥功能的栅极绝缘膜、与第1像素电极或第2像素电极电连接的电容电极来形成保持电容。
多畴结构在一个像素中具备第1液晶元件318与第2液晶元件319。第1液晶元件318由第1像素电极、对置电极与其间的液晶层构成，第2液晶元件319由第2像素电极、对置电极与其间的液晶层构成。
像素部并不限定于图15b所示的构成。也可以在图15b所示的像素部追加开关、电阻元件、电容元件、晶体管、传感器或逻辑电路。
图15c示出像素的电路结构的另一例。在此，示出使用有机el元件的显示装置的像素部的结构。
图15c是示出可应用的像素部320的电路的一例的图。在此，示出在一个像素中使用两个n沟道型晶体管的例子。本实施方式所涉及的氧化物半导体膜能够用于n沟道型的晶体管的沟道形成区域。该像素部的电路能够应用数字时间调制驱动。
开关用晶体管321以及驱动用晶体管322能够使用本实施方式的薄膜晶体管。由此，能够提供可靠性较高的有机el显示装置。
像素部的电路的构成并不限定于图15c所示的构成。也可以在图15c所示的像素部的电路中追加开关、电阻元件、电容元件、传感器、晶体管或逻辑电路。
以上是对将本实施方式所涉及的薄膜晶体管用于显示装置的情况的说明。
接着，参照图16对将本实施方式所涉及的薄膜晶体管用于固体拍摄元件的情况进行说明。
cmos(complementarymetaloxidesemiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器是在信号电荷蓄积部保持电位，并将该电位经由放大晶体管输出至垂直输出线的固体拍摄元件。若在cmos图像传感器所包含的复位晶体管以及/或者传输晶体管中存在漏电流，则由于该漏电流引起充电或放电，信号电荷蓄积部的电位发生变化。若信号电荷蓄积部的电位发生变化，则放大晶体管的电位也变化，变成偏离原本的电位的值，所拍摄的影像劣化。
对将本实施方式的薄膜晶体管应用于cmos图像传感器的复位晶体管以及传输晶体管的情况下的动作的效果进行说明。放大晶体管也可以应用薄膜晶体管或体晶体管中的任一个。
图16是示出cmos图像传感器的像素构成的一例的图。像素由作为光电转换元件的光电二极管3002、传输晶体管3004、复位晶体管3006、放大晶体管3008以及各种布线构成，多个像素被配置成矩阵状来构成传感器。也可以设置与放大晶体管3008电连接的选择晶体管。在晶体管附图标记中标记的“os”表示氧化物半导体(oxidesemiconductor)，“si”表示硅，表示应用于各个晶体管时优选的材料。对于以后的附图也同样如此。
光电二极管3002被连接至传输晶体管3004的源极侧，在传输晶体管3004的漏极侧形成有信号电荷蓄积部3010(也被称为fd：floatingdiffusion(浮动扩散))。在信号电荷蓄积部3010连接有复位晶体管3006的源极以及放大晶体管3008的栅极。作为另一构成，也能够删除复位电源线3110。例如，还有使复位晶体管3006的漏极不与复位电源线3110连接而是与电源线3100或垂直输出线3120连接的方法。
另外，还可以将本实施方式所涉及的氧化物半导体膜用于光电二极管3002，可以使用与用于传输晶体管3004、复位晶体管3006的氧化物半导体膜相同的材料。
以上是将本实施方式的薄膜晶体管用于固体拍摄元件的情况的说明。
实施例
以下，使用实施例与比较例对本发明进行说明。但是，本发明不受这些实施例限定。
[氧化物烧结体的制造]
(实施例1～实施例14)
以成为表1～表4所示的组成(at％)的方式对氧化镓粉末、氧化铝粉末以及氧化铟粉末进行称量，并放入聚乙烯制的罐中，通过干式球磨机进行72小时的混合粉碎，从而制作了混合粉末。
将该混合粉末加入到模具中，以500kg/cm2的压力制作冲压成形体。
以2000kg/cm2的压力由cip对该冲压成形体进行了致密化。
接着，将该致密化后的冲压成形体设置在大气压烧制炉中，以350℃保持3小时。然后，以100℃/小时进行升温，以1350℃烧结24小时，放置冷却从而得到了氧化物烧结体。
对得到的氧化物烧结体进行了以下评价。
在表1～表4示出评价结果。
[氧化物烧结体的特性评价]
(1-1)xrd的测量
对得到的氧化物烧结体，在以下的条件下，通过x射线衍射测量装置smartlab测量了氧化物烧结体的x射线衍射(xrd)。由jade6对得到的xrd图谱进行分析，确认了氧化物烧结体中的晶相。
·装置：smartlab(株式会社理学制)
·x射线：cu-kα射线(波长1.5418×10-10m)
·2θ-θ反射法，连续扫描(2.0°/分钟)
·采样间隔：0.02°
·狭缝ds(发散狭缝)、ss(散射狭缝)、rs(受光狭缝)：1mm
(1-2)晶格常数
使用jade6对通过上述xrd测量得到的xrd图谱进行全谱拟合(wpf)解析，确定xrd图谱中包含的各晶体成分，计算出得到的氧化物烧结体中的in2o3晶相的晶格常数。
(2)相对密度
对得到的氧化物烧结体计算出相对密度。在此，“相对密度”是指通过阿基米德法测量的氧化物烧结体的实测密度除以氧化物烧结体的理论密度所得的值的百分比。在本发明中，如下所述地计算理论密度。
理论密度＝氧化物烧结体中使用的原料粉末的总重量/氧化物烧结体中使用的原料粉末的总体积
例如，使用氧化物ax、氧化物b、氧化物c、氧化物d作为氧化物烧结体的原料粉末的情况下，若将氧化物ax、氧化物b、氧化物c、氧化物d的使用量(添加量)分别设为a(g)、b(g)、c(g)、d(g)，则通过如下所述地代入而能够计算出理论密度。
理论密度＝(a+b+c+d)/((a/氧化物ax的密度)+(b/氧化物b的密度)+(c/氧化物c的密度)+(d/氧化物d的密度))
另外，由于各氧化物的密度与比重几乎相等，所以将《化学便览基础篇i日本化学篇》第2修订版(丸善株式会社)中记载的比重的值作为各氧化物的密度使用。
(3)体电阻(mω·cm)
使用电阻率计loresta(三菱化学株式会社制)并基于四探针法(jisr1637:1998)对得到的氧化物烧结体的体电阻(mω·cm)进行了测量。
测量部位为氧化物烧结体的中心以及氧化物烧结体的四个角与中心的中点4点，共计5个部位，将5个部位的平均值作为体电阻值。
(4)sem-eds测量方法
在sem观察中，使用扫描型电子显微镜(sem：scanningelectronmicroscope)/能量分散型x射线分光法(eds：energydispersivex-rayspectroscopy)对氧化物烧结体的晶粒的比例以及组成比率进行评价。将切割成1cm以下的氧化物烧结体封入1英寸φ的环氧类常温固化树脂中。进而对封入的氧化物烧结体依次使用研磨纸#400、#600、#800、3μm金刚石悬浮水、以及1μm水合二氧化硅硅溶胶(最终精加工用)进行研磨。用光学显微镜观察氧化物烧结体，在氧化物烧结体的研磨面上实施研磨直至不存在1μm以上的研磨痕的状态。使用日立高科技制扫描电子显微镜su8220对研磨后的氧化物烧结体表面实施sem-eds测量。加速电压设为8.0kv，以倍率3000倍观察25μm×20μm的区域尺寸的sem像，eds实施点测量。
(5)由eds进行的对晶体结构化合物a的鉴定
在eds测量中，对一个sem图像中的不同的区域在6个部位以上进行点测量。在由eds得到的各元素的组成比率的计算中，利用从样品得到的荧光x射线的能量对元素进行鉴定，进一步在各元素中使用zaf法换算成定量组成比从而求出组成比率。
(6)根据sem图像的晶体结构化合物a的比例的计算方法
通过对sem图像使用imagemetrology公司制spip，版本4.3.2.0进行图像解析来计算晶体结构化合物a的比例。首先，将sem图像的对比度数值化，将(最大浓度-最小浓度)×1/2的高度作为阈值设定。接着，将sem图像中的阈值以下的部分定义为孔，计算孔相对于整个图像的面积比率。将该面积比率作为氧化物烧结体中的晶体结构化合物a的比例。
〔评价结果〕
(实施例1以及实施例2)
图17示出实施例1以及实施例2所涉及的氧化物烧结体的sem照片。
图18示出实施例1所涉及的氧化物烧结体的xrd测量结果(xrd图谱)。
图19示出实施例2所涉及的氧化物烧结体的xrd测量结果(xrd图谱)。
表1示出实施例1以及实施例2所涉及的氧化物烧结体的利用sem-eds测量求出的in:ga:al的组成比(原子比)。
【表1】
根据表1可知，实施例1以及实施例2所涉及的氧化物烧结体为满足以所述组成式(1)或组成式(2)表示的组成的晶体结构化合物a。该氧化物烧结体具有半导体特性而有用。
在实施例1所涉及的氧化物烧结体中，如图17示出的sem图像所示，仅观察到晶体结构化合物a的连续相。在该sem图像所示的视野中未观察到氧化铟相。元素分析(感应耦合等离子体发光分光分析装置(icp-aes))的结果与配料组成相同，为in:ga:al＝50:30:20at％。实施例1中的晶体结构化合物a的连续相的组成在sem-eds测量的结果中为in:ga:al＝49:31:20at％，几乎与配料组成相同。
在实施例2所涉及的氧化物烧结体中，如图17示出的sem图像所示，仅观察到晶体结构化合物a的连续相。在该sem图像所示的视野中未观察到氧化铟相。元素分析的结果与配料组成相同，为in:ga:al＝50:25:25at％。实施例2中的晶体结构化合物a的连续相的组成在sem-eds测量的结果中为in:ga:al＝50:28:22at％，几乎与配料组成相同。
根据图18以及图19，实施例1以及实施例2所涉及的氧化物烧结体在通过所述(a)～(k)规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量而观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。利用jade6对具有这样的(a)～(k)的峰的晶体进行分析的结果为不符合已知的化合物，判明其为未知的晶相。
在图18以及图19所示的xrd图谱中，未显示出与方铁锰矿结构的氧化铟的峰重叠的峰。因此，可认为在实施例1以及实施例2所涉及的氧化物烧结体中几乎不含有氧化铟相。
在表1中还示出了实施例1以及实施例2所涉及的晶体结构化合物a的氧化物烧结体的物性。
实施例1以及实施例2所涉及的晶体结构化合物a的氧化物烧结体的相对密度为97％以上。
实施例1以及实施例2所涉及的晶体结构化合物a的氧化物烧结体的体电阻为15mω·cm以下。
可知实施例1以及实施例2所涉及的晶体结构化合物a的氧化物烧结体的电阻足够低，能够优选地用作溅射靶。
(实施例3以及4)
图20示出实施例3以及实施例4所涉及的氧化物烧结体的sem照片。
图21示出实施例3所涉及的氧化物烧结体的xrd测量结果(xrd图谱)。
图22示出实施例4所涉及的氧化物烧结体的xrd测量结果(xrd图谱)。
在表2中示出实施例3以及实施例4所涉及的烧结体的组成、密度(相对密度)、体电阻、xrd的主成分以及副成分、以及基于sem-eds的组成分析(in:ga:al的组成比(原子比))等的结果。
【表2】
由图20所示的sem照片可知，实施例3以及实施例4所涉及的氧化物烧结体为二相系统，在由晶体结构化合物a(sem照片中由深灰色表示的区域)构成的相中混杂有in2o3晶体(在sem照片中由浅灰色表示的区域)。
在实施例3所涉及的氧化物烧结体中，如图20示出的sem图像所示，观察到晶体结构化合物a的连续相。在一部分的位置观测到原料的in2o3。实施例3中的连续相的组成的sem-eds测量的结果为in:ga:al＝49:22:29at％，几乎与配料组成相同。实施例3中的连续相是满足由所述组成式(1)或组成式(2)表示的组成的晶体结构化合物a。
实施例3所涉及的氧化物烧结体的xrd测量结果如图21所示。由jade6对具有该峰的晶体进行分析的结果为，不符合已知的化合物，判明为未知的晶相。
晶体结构化合物a(深灰色部分)所占的面积sa相对于用sem观察实施例3所涉及的氧化物烧结体时的视野的面积st的比例(面积比例sx＝(sa/st)×100)为97％，in2o3晶体(浅灰色部分)所占的面积sb的比例为3％。用于计算面积比例sx的各面积通过图像解析(所述“根据sem图像的晶体结构化合物a的比例的计算方法”)求出。
在实施例4所涉及的氧化物烧结体中，如图20示出的sem图像所示，观察到晶体结构化合物a的连续相。在一部分的位置观测到原料的in2o3。实施例4中的连续相的组成的sem-eds测量的结果为in:ga:al＝51:20:29at％。实施例4中的连续相是满足由所述组成式(1)或组成式(2)表示的组成的晶体结构化合物a。
晶体结构化合物a(深灰色部分)所占的面积sa相对于用sem观察实施例4所涉及的氧化物烧结体时的视野的面积st的比例(面积比例sx＝(sa/st)×100)为81％，in2o3晶体(浅灰色部分)所占的面积sb的比例为19％。用于计算面积比例sx的各面积通过图像解析(所述“根据sem图像的晶体结构化合物a的比例的计算方法”)求出。
在实施例4所涉及的氧化物烧结体的xrd测量中，如图22所示，观察到晶体结构化合物a的峰。进而，在实施例4所涉及的氧化物烧结体的xrd测量中，也观察到由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物产生的峰(在图中用纵线表示)。由图22示出的xrd图谱可知，在由晶体结构化合物a的晶粒构成的相中分散有以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒。
根据xrd测量以及sem-eds分析的结果可知，在实施例3以及实施例4所涉及的氧化物烧结体中，主成分为晶体结构化合物a，副成分为包含ga以及al的in2o3晶体(ga、al掺杂in2o3)。
实施例3以及实施例4所涉及的氧化物烧结体如表2所示，包含晶体结构化合物a作为主成分，晶体结构化合物a满足以所述组成式(1)或组成式(2)表示的组成的范围，在通过所述(a)～(k)所规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量而观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。
进而，实施例3以及实施例4所涉及的氧化物烧结体如表2所示，包含in2o3晶体，该in2o3晶体包含镓元素以及铝元素。作为在in2o3晶体中包含镓元素以及铝元素的方式，可以考虑取代固溶以及侵入型固溶等固溶方式。
实施例3所涉及的氧化物烧结体中的in2o3晶体的晶格常数由于晶体的xrd峰高度低且峰数也少而不能定量。
实施例4所涉及的氧化物烧结体中的in2o3晶体的晶格常数为10.10878×10-10m。
(实施例5～6)
图23示出实施例5以及实施例6所涉及的氧化物烧结体的sem照片。
图24示出实施例5所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
图25示出实施例6所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱。
表3中示出实施例5以及实施例6所涉及的氧化物烧结体的组成、密度(相对密度)、体电阻、xrd分析以及基于sem-eds的组成分析(in:ga:al的组成比(原子比))等的结果。
【表3】
如图23所示，在实施例5以及实施例6所涉及的氧化物烧结体中，观察到晶体结构化合物a的晶粒彼此连结的相(连结相ii。在sem照片中以深灰色表示的区域)以及氧化铟的晶粒彼此连结的相(连结相i。在sem照片中以浅灰色表示的区域)。
晶体结构化合物a(深灰色部分)所占的面积sa相对于用sem观察实施例5以及实施例6的氧化物烧结体时的视野(图23)的面积st的比例(面积比例sx＝(sa/st)×100)为，关于实施例5的氧化物烧结体为50％，关于实施例6的氧化物烧结体为37％。用于计算面积比例sx的各面积通过图像解析(所述“根据sem图像的晶体结构化合物a的比例的计算方法”)求出。
如图24以及图25所示，在实施例5以及实施例6所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱中，观察到由晶体结构化合物a产生的特定的峰即(a)～(k)的峰。
如表3所示，在实施例5以及实施例6所涉及的氧化物烧结体中，晶体结构化合物a的晶粒彼此连结的相(连结相ii，在sem照片中以深灰色表示的区域)的sem-eds分析的结果为示出以所述组成式(1)或组成式(2)表示的组成，可知氧化铟的晶粒彼此连结的相(连结相i，在sem照片中以浅灰色表示的区域)包含镓元素以及铝元素。
此外，可知实施例5以及实施例6所涉及的氧化物烧结体的组成(at％)在图3所示的组成范围rc内以及图39所示的组成范围rc’内。
(实施例7～14)
图26示出实施例7～实施例9所涉及的氧化物烧结体的sem照片。
图27示出实施例10～实施例12所涉及的氧化物烧结体的sem照片。
图28示出实施例13以及实施例14所涉及的氧化物烧结体的sem照片。
图29～图36示出实施例7～14所涉及的氧化物烧结体各自的xrd图谱的放大图。
表4中示出实施例7～实施例14所涉及的氧化物烧结体的组成、密度(相对密度)、体电阻、xrd分析以及基于sem-eds的组成分析(in:ga:al的组成比(原子比))等的结果。
【表4】
如图26～图28所示，在实施例7～14所涉及的氧化物烧结体中，观察到在由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒(sem照片中以浅灰色表示的区域)构成的相中分散有晶体结构化合物a(sem照片中以黑色表示的区域)。
晶体结构化合物a(黑色部分)所占的面积sa相对于用sem观察实施例7～14的氧化物烧结体时的视野(图26～图28)的面积st的比例(面积比例sx＝(sa/st)×100)如下。
实施例7的氧化物烧结体：29％
实施例8的氧化物烧结体：27％
实施例9的氧化物烧结体：22％
实施例10的氧化物烧结体：24％
实施例11的氧化物烧结体：17％
实施例12的氧化物烧结体：12％
实施例13的氧化物烧结体：25％
实施例14的氧化物烧结体：14％
用于计算面积比例sx的各面积通过图像解析(所述“根据sem图像的晶体结构化合物a的比例的计算方法”)求出。
在实施例7～14所涉及的氧化物烧结体的xrd测量中，如图29～图36所示，观察到由晶体结构化合物a产生的特定的峰即(a)～(k)的峰。
如表4所示，在实施例7～实施例14所涉及的氧化物烧结体中，晶体结构化合物a的晶粒彼此连结的相(在sem照片中以黑色表示的区域)的sem-eds分析的结果为示出以所述组成式(1)或组成式(2)表示的组成，可知氧化铟的晶粒彼此连结的相(在sem照片中以浅灰色表示的区域)包含镓元素以及铝元素。
此外，可知实施例7～实施例14所涉及的氧化物烧结体的组成(at％)在图4所示的组成范围rd内以及图40所示的组成范围rd’内。
(比较例1)
除了以成为表5所示的组成(at％)的方式称量氧化镓粉末、氧化铝粉末以及氧化铟粉末以外，与实施例1等同样地制作了氧化物烧结体。
与实施例1等同样地对得到的氧化物烧结体进行了评价。评价结果示出在表5。
图37示出比较例1所涉及的氧化物烧结体的xrd测量结果(xrd图谱)。
【表5】
根据表5，比较例1所涉及的氧化物烧结体是掺杂有镓元素以及铝元素的氧化铟烧结体。
〔溅射靶的特性评价〕
(溅射的稳定性)
对各实施例的氧化物烧结体进行磨削研磨，制作4英寸φ×5mmt的溅射靶。具体而言，通过将切削研磨后的氧化物烧结体粘结到背板来制作溅射靶。在所有的靶中，粘结率为98％以上。此外，几乎未观测到翘曲。通过x射线ct确认粘结率(接合率)。
使用制备的溅射靶连续5小时实施400w的dc溅射。通过目视确认dc溅射后的靶的表面状况。确认了在所有靶中均没有产生黑色异物(结块)。此外，还确定了在实施dc溅射期间没有电弧放电等异常放电。
[薄膜晶体管的制造]
(1)成膜工序
对在各实施例中制造的氧化物烧结体进行磨削研磨，制造4英寸φ×5mmt的溅射靶。此时，未发生破裂等，能够良好地制造溅射靶。
使用制作出的溅射靶，在表6～表8所示的成膜条件下通过溅射在带有热氧化膜(栅极绝缘膜)的硅晶圆20(栅电极。参照图10)上经由金属掩模形成50nm的薄膜(氧化物半导体层)。此时，使用高纯度氩气以及高纯度氧气1％的混合气体作为溅射气体进行溅射。
此外，也以同样的条件同时制造了仅在玻璃基板上形成了膜厚50nm的氧化物半导体层的样品。使用日本电气硝子株式会社制abc-g作为玻璃基板。
(2)源电极、漏电极的形成
接着，使用源极漏极的接触孔形状的金属掩模溅射钛金属，从而使钛电极作为源漏电极而成膜。将得到的层叠体在大气中以350℃进行60分钟的加热处理，制造出保护绝缘膜形成前的薄膜晶体管(tft)。
<半导体膜的特性评价>
·霍尔效应测量
对由玻璃基板以及氧化物半导体层构成的样品进行与表6～表8所记载的半导体膜成膜后的加热处理条件相同的加热处理之后，切出边长1cm的正方形。以使金(au)在切出的样品的正方形的四角形成2mm×2mm以下的大小的方式，使用金属掩模通过离子涂布机进行成膜。成膜后，在au金属上载置铟焊料，接触良好地制成霍尔效应测量用样品。
将霍尔效应测量用样品设置在霍尔效应·电阻率测量装置(resitest8300型，东阳特克尼卡公司制)中，在室温下对霍尔效应进行评价，求出了载流子密度以及迁移率。将结果示出在表6～表8的“加热处理后的半导体膜的薄膜特性”。此外，通过感应等离子体发光分光分析装置(icp-aes，岛津制作所制)对得到的样品的氧化物半导体层进行分析的结果为，确认了得到的氧化物半导体膜的原子比与用于氧化物半导体膜的制造的氧化物烧结体的原子比相同。
·半导体膜的晶体特性
通过x射线衍射(xrd)测量对由玻璃基板以及氧化物半导体层构成的样品的溅射后(膜刚刚堆积后)的未加热的膜、以及进行了表6～表8的成膜后的加热处理后的膜的晶体度进行了评价。在加热前的膜质以及加热后的膜质的xrd测量中未观察到峰的情况下记载为无定形，在xrd测量中观察到峰而晶化的情况下记载为晶体。晶体的情况下，也一并记载晶格常数。此外，在观察到并非明确的峰而是宽幅图案的情况下，记载为纳米晶体。
对于晶格常数，使用jade6对通过上述xrd测量得到的xrd图谱进行全谱拟合(wpf)解析，确定xrd图谱中包含的各晶体成分，计算出得到的半导体膜中的in2o3晶相的晶格常数。
·半导体膜的带隙
对由玻璃基板以及氧化物半导体层构成的样品，测量以表6～表8所示的加热处理条件进行热处理后的样品的透射光谱，将横轴的波长转换为能量(ev)，将纵轴的透过率转换为(αhν)2。在此，α为吸收系数，h为普朗克常数，v为振动数。在转换后的图表中，对吸收上升的部分进行拟合，计算出该图表与基线相交的交点的能量值(ev)作为半导体膜的带隙。使用分光光度计uv-3100pc(岛津制作所制)测量透射光谱。
<tft的特性评价>
对形成保护绝缘膜(sio2膜)前的tft进行了饱和迁移率、阈值电压、通断比以及断开电流的评价。将结果示出在表6～表8的“加热处理后sio2膜形成前的tft的特性”。
饱和迁移率是根据在施加了0.1v的漏极电压时的传递特性而求出的。具体而言，制作传递特性id-vg的图表，计算各vg的跨导(gm)，通过线性区域的公式导出饱和迁移率。另外，gm由
阈值电压(vth)是根据传递特性的图表以id＝10-9a下的vg定义的。
通断比(on/off比)是将vg＝-10v的id的值设为断开电流值、vg＝20v的id的值设为导通电流值而确定的比[on/off]。
【表6】
【表7】
【表8】
在表6～表8中，记载了与使用的氧化物烧结体相对应的实施例以及比较例的编号。
表6示出包含晶质氧化物薄膜的薄膜晶体管的数据。
根据实施例a1～a7的结果可知，通过将实施例7、9～14的氧化物烧结体用于靶，即使在成膜时的氧分压为1％的情况下，也能够提供在迁移率为20cm2/(v·s)以上(高迁移率)的同时能够将vth维持在0v附近、示出优异的tft特性的薄膜晶体管。对于vth，若使氧化物半导体膜的成膜中的氧浓度提高，则能够进行正移，能够向期望的vth位移。
此外，根据实施例a2～a7，可认为半导体膜的带隙也超过3.5ev，透明性优异，因此光稳定也高。可认为这些高性能化是由于in2o3的晶格常数为10.05×10-10m以下而通过元素的特异性的堆积引起的。
在表7中示出了包含无定形氧化物薄膜的薄膜晶体管的数据。
通过将实施例5、6以及8所涉及的氧化物烧结体用于靶，即使在成膜时的氧分压为1％的情况下，迁移率也在12cm2/(v·s)以上，具有高迁移率，示出优异的薄膜晶体管性能。
在表8中示出了包含以所述组成式(1)或所述组成式(2)表示的组成的无定形氧化物薄膜的薄膜晶体管的数据表。
通过将实施例1～3所涉及的氧化物烧结体用于靶，即使成膜时的氧分压为1％，也示出稳定性优异的薄膜晶体管特性。通过元素特异性的堆积，可以得到稳定的薄膜晶体管。
<工艺耐久性>
为了评估工艺耐久性，利用cvd法以基板温度250℃对在实施例a4中得到的tft元件、以及比较例b1中得到的tft元件成膜厚度100nm的sio2膜，从而得到实施例a15所涉及的tft元件以及比较例b2所涉及的tft元件。与tft元件同样地，在相同条件下也对霍尔效应测量用样品成膜sio2，测量载流子密度以及迁移率。
然后，对于成膜有sio2膜的tft元件以及霍尔效应测量用样品，以350℃进行60分钟在大气中的加热处理，进行tft特性评价以及霍尔效应测量，将结果示出在表9。
【表9】
实施例a15所涉及的tft元件的线性区域迁移率为30cm2/(v·s)以上，并且vth为-0.4v，示出常断开特性，通断比也是10的8次方，断开电流也较低，因此是具有良好的工艺耐久性的tft元件。另一方面，比较例b2所涉及的tft元件的线性区域迁移率为30cm2/(v·s)以上，但vth为-8.4v，示出常导通特性，通断比也为10的6次方，断开电流也较高，因此与实施例a15相比，不能说是具有良好的工艺耐久性的tft元件。
(实施例c1)
(2层层叠tft)
通过所述[薄膜晶体管的制造]中的(1)成膜工序及(2)源漏电极的形成步骤、以及表10所示的条件制作tft元件，对tft元件进行加热处理。利用与所述<tft的特性评价>同样的方法评价加热处理后的tft特性，将评价结果示出在表10。第一层是使用了实施例7所涉及的溅射靶的膜。另一方面，第二层是使用了实施例1所涉及的溅射靶的膜。第一层的膜为高迁移率，但vth为-8.2v，为常导通的tft。另一方面，第二层的膜为低迁移率，但vth为+3.8v。表10中记载的结果表示，通过层叠第一层以及第二层，可得到高迁移率且将vth控制在0v附近的tft元件。
【表10】
[氧化物烧结体的制造]
(实施例15以及16)
以成为表11所示的组成(at％)的方式对氧化镓粉末、氧化铝粉末以及氧化铟粉末进行称量，并放入聚乙烯制的罐中，通过干式球磨机进行72小时的混合粉碎，从而制作了混合粉末。除了使烧结温度、时间为表11记载的方法以外，与实施例1同样地制造氧化物烧结体并进行了评价。将结果示出在表11。
【表11】
[评价结果]
(实施例15以及实施例16)
图45示出实施例15以及实施例16所涉及的氧化物烧结体的sem照片。
图46示出实施例15所涉及的氧化物烧结体的xrd测量结果(xrd图谱)。
图47示出实施例16所涉及的氧化物烧结体的xrd测量结果(xrd图谱)。
在表11中示出实施例15以及实施例16所涉及的氧化物烧结体的由sem-eds测量求出的in:ga:al的组成比(原子比)。
根据表11可知，实施例15以及实施例16所涉及的氧化物烧结体是满足以所述组成式(1)或组成式(2)表示的组成的晶体结构化合物a。该氧化物烧结体具有半导体特性而有用。
在实施例15所涉及的氧化物烧结体中，如图45示出的sem图像所示，仅观察到晶体结构化合物a的连续相。在该sem图像所示的视野中未观察到氧化铟相。元素分析的结果与配料组成相同，为in:ga:al＝50:40:10at％。实施例15中的晶体结构化合物a的连续相的组成在sem-eds测量的结果中为in:ga:al＝49:40:11at％，几乎与配料组成相同。
在实施例16所涉及的氧化物烧结体中，如图45示出的sem图像所示，仅观察到晶体结构化合物a的连续相。在该sem图像所示的视野中未观察到氧化铟相。元素分析的结果与配料组成相同，为in:ga:al＝50:20:30at％。实施例16中的晶体结构化合物a的连续相的组成在sem-eds测量的结果中为in:ga:al＝50:19:31at％，几乎与配料组成相同。
根据图46以及图47，实施例15以及实施例16所涉及的氧化物烧结体在通过所述(a)～(k)规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量而观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。此外，在通过所述(h)～(k)规定的x射线(cu-kα射线)衍射测量而观测到的入射角(2θ)的范围内具有衍射峰。利用jade6对具有这样的(a)～(k)的峰的晶体进行分析的结果为不符合已知的化合物，判明其为未知的晶相。
在图46以及图47所示的xrd图谱中，未出现与方铁锰矿结构的氧化铟的峰重叠的峰。且在sem-eds测量中也未观察到与氧化铟有关的像。因此，可认为在实施例15以及实施例16所涉及的氧化物烧结体中几乎不含有氧化铟相。
在表11中还示出了实施例15以及实施例16所涉及的晶体结构化合物a的氧化物烧结体的物性。
实施例15以及实施例16所涉及的晶体结构化合物a的氧化物烧结体的相对密度为97％以上。
实施例15以及实施例16所涉及的晶体结构化合物a的氧化物烧结体的体电阻为15mω·cm以下。
可知实施例15以及实施例16所涉及的晶体结构化合物a的氧化物烧结体的电阻足够低，能够优选地用作溅射靶。
(实施例17～22)
以成为表12所示的组成(at％)的方式对氧化镓粉末、氧化铝粉末以及氧化铟粉末进行称量，并放入聚乙烯制的罐中，通过干式球磨机进行72小时的混合粉碎，从而制作了混合粉末。除了使烧结温度、时间为表12记载的方法以外，与实施例1同样地制造氧化物烧结体并进行了评价。将结果示出在表12。
图48示出实施例17～实施例22所涉及的氧化物烧结体的sem照片。
图49～图54示出实施例17～22所涉及的氧化物烧结体各自的xrd图谱的放大图。
图55示出比较例2所涉及的氧化物烧结体的sem观察像照片。
图56示出比较例2所涉及的氧化物烧结体的xrd图谱的放大图。
表12示出实施例17～实施例22以及比较例2所涉及的氧化物烧结体的组成、密度(相对密度)、体电阻、xrd分析、以及基于sem-eds的组成分析(in:ga:al的组成比(原子比))等的结果。
如图48所示，在实施例17～22所涉及的氧化物烧结体中，观察到在由以in2o3表示的方铁锰矿晶体化合物的晶粒(sem照片中以浅灰色表示的区域)构成的相中分散有晶体结构化合物a(sem照片中以黑色表示的区域)。
晶体结构化合物a(黑色部分)所占的面积sa相对于用sem观察实施例17～21的氧化物烧结体时的视野(图48)的面积st的比例(面积比例sx＝(sa/st)×100)如下。
实施例17的氧化物烧结体：26％
实施例18的氧化物烧结体：21％
实施例19的氧化物烧结体：26％
实施例20的氧化物烧结体：25％
实施例21的氧化物烧结体：21％
实施例22的氧化物烧结体：16％
用于计算面积比例sx的各面积通过图像解析(所述“根据sem图像的晶体结构化合物a的比例的计算方法”)求出。
在实施例17～22所涉及的氧化物烧结体的xrd测量中，如图49～图54所示，观察到由晶体结构化合物a产生的特定的峰即(a)～(k)的峰。在xrd测量中，在峰较小且难以确认的情况下，通过增大测量样品以及延长测量时间并减小噪声，能够明确地观察峰。通常，使用5mm×20mm×4mmt左右的样品，但本次使用4英寸φ×5mmt的氧化物烧结体。
【表12】
如表12所示，在实施例17～实施例22所涉及的氧化物烧结体中，分散有晶体结构化合物a的晶体的相(在sem照片中以黑色表示的区域)的sem-eds分析的结果为示出以所述组成式(2)表示的组成，可知氧化铟的晶粒连结的相(在sem照片中以浅灰色表示的区域)包含镓元素以及铝元素。
此外，可知实施例17～实施例22所涉及的氧化物烧结体的组成(at％)在图4所示的组成范围rd内以及图40所示的组成范围rd’内。
比较例2是如表12所示地使氧化铝为本发明的范围外的0.35质量％(作为al元素为0.90at％％)从而制造烧结体的例子。根据比较例2，析出固溶有氧化镓的以in2o3表示的方铁锰矿相与通过eds测量求出的组成比ga:in:al＝55:40:5at％且被认为是掺杂有铟元素以及铝元素的氧化镓相的相。在图56所示的xrd图谱中，可观察到源自以in2o3表示的方铁锰矿相的峰与不明的峰，但未观察到相当于本发明的晶体结构化合物a的峰即相当于(a)～(k)的峰，因此认为比较例2所涉及的氧化物烧结体不包含晶体结构化合物a。
(实施例d1～d7以及比较例d1～d2)
除了将实施例d1～d7以及比较例d1～d2的薄膜晶体管变更为表13所示的条件以外，与所述[薄膜晶体管的制造]中记载的方法同样地，使用实施例17～22所涉及的氧化物烧结体以及比较例2所涉及的氧化物烧结体制造了薄膜晶体管。对制造的薄膜晶体管与所述<半导体膜的特性评价>以及<tft的特性评价>中记载的方法同样地进行了评价。表13示出包含晶质氧化物薄膜的薄膜晶体管的数据。
【表13】
根据实施例d1、d2、d4以及d6的结果可知，通过将实施例17、18、20以及22的氧化物烧结体用作靶，即使在成膜时的氧分压为1％的情况下，也能够提供在迁移率为30cm2/(v·s)以上(高迁移率)的同时能够将vth维持在-0.9～0v附近、示出优异的tft特性的薄膜晶体管。
另一方面，根据实施例d3以及d5的结果，在使用实施例19以及21所涉及的氧化物烧结体靶的情况下，vth大幅地成为负值，但迁移率为超过40cm2/(v·s)的超高迁移率。这些超高迁移率材料也能够作为层叠了2层以上的半导体层而得的层叠tft元件的高迁移率层使用。
此外，根据实施例d1～d5，可认为由于半导体膜的带隙也超过3.6ev且透明性优异，因此光稳定也高。可认为这些高性能化是由于in2o3的晶格常数为10.05×10-10m以下而通过元素的特异性的堆积引起的。
图56示出在实施例d2中得到的半导体薄膜的加热处理后的薄膜的xrd图谱。在2θ中，20°附近的较大的宽幅图案是基板的晕圈图案。另一方面，在22°附近、30°附近、36°附近、42°附近、46°附近、51°附近、61°附近观察到明确的峰，可知薄膜晶化。此外，根据峰的拟合结果可知，为in2o3的方铁锰矿结构的薄膜。可认为30°附近的衍射峰是源自in2o3的方铁锰矿结构的(222)面的衍射图谱。该薄膜的晶格常数为
在比较例d1中，使用从比较例2所涉及的氧化物烧结体得到的靶，以300℃对通过氧分压1％成膜的膜进行1小时的加热处理。该加热处理后的膜在xrd图谱中未示出基板的晕圈图案以外的明确的峰，为无定形膜。虽然使用该无定形膜进行了tft测量，但未显现tft的开关特性而为导通状态，该无定形膜判断为导电膜。
在比较例d2中，将在比较例d1中得到的膜以350℃加热处理1小时，使用晶化的膜测量了tft特性，但为导通状态而未能得到tft的特性。
此外，作为参考例而制造包含氧化镓10质量％(14.1at％)的烧结体，以氧分压1％进行成膜，测量对该膜以350℃进行了1小时的加热处理而得的膜的晶格常数，结果为10.077×10-10m。
附图标记说明
1氧化物烧结体
3背板
20硅晶圆
30栅极绝缘膜
40氧化物半导体薄膜
50源电极
60漏电极
70层间绝缘膜
70a层间绝缘膜
70b层间绝缘膜
100薄膜晶体管
100a薄膜晶体管
300基板
301像素部
302第1扫描线驱动电路
303第2扫描线驱动电路
304信号线驱动电路
310电容布线
312栅极布线
313栅极布线
314漏电极
316晶体管
317晶体管
318第1液晶元件
319第2液晶元件
320像素部
321开关用晶体管
322驱动用晶体管
3002光电二极管
3004传输晶体管
3006复位晶体管
3008放大晶体管
3010信号电荷蓄积部
3100电源线
3110复位电源线
3120垂直输出线。
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