本发明专利技术提供一种通过溅射法制成氧化物半导体薄膜时能够获得低载流子浓度、高载流子迁移率的氧化物烧结体以及使用该氧化物烧结体的溅射用靶。该氧化物烧结体以氧化物的形式含有铟、镓和镁。以Ga/(In+Ga)原子数比计的镓的含量优选为0.20以上且0.45以下，以Mg/(In+Ga+Mg)原子数比计的镁的含量优选为0.0001以上且小于0.05，并且优选以1200℃以上且1550℃以下的温度进行烧成。将该氧化物烧结体作为溅射用靶而形成的非晶质的氧化物半导体薄膜，能够获得载流子浓度小于3.0×1018cm‑3、载流子迁移率为10cm2V‑1sec‑1以上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氧化物烧结体、靶及使用该靶得到的氧化物半导体薄膜，更详细地，本专利技术涉及显示出低载流子浓度和高载流子迁移率的含铟、镓和镁的非晶质的氧化物半导体薄膜、含有适于形成该氧化物半导体薄膜的铟、镓和镁的溅射用靶、含有适于得到该靶的铟、镓和镁的氧化物烧结体。
技术介绍
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)是场效应晶体管(Field Effect Transistor，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。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被要求高速驱动。为实现高速驱动，需要将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和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1～10cm2V-1sec-1的范围内，因此，作为TFT的沟道层而形成时，迁移率不足。在专利文献2中，还提出了一种溅射靶，其含有烧结体，该烧结体含有In、Ga以及Mg，并且含有由In2O3表示的化合物、由In(GaMg)O4表示的化合物、由MgGa2O4表示的化合物以及由In2MgO4表示的化合物中选择的一种以上的化合物。然而，对于专利文献2的靶而言，由于含有引发电弧的导电性差的Ga2MgO4等相，所以，存在引起异常放电的问题。因此，现状是很难开发出不含有引发电弧的上述相的氧化物导电膜用氧化物烧结体和靶。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：WO2013/005400号公报；专利文献3：WO2013/014409号公报；非专利文献1：N.Ueda等7人,“New oxide phase with wide band gap and high electroconductivity,MgIn2O4”,Appl.Phys.Lett.61(16),19,October,1992,p.1954-1955；非专利文献2：M.Orita等4人,“New Transparent Conductive Oxides with YbFe2O4Structure”,JJAP,34,L1550。非专利文献3：A.Takagi,K.Nomura,H.Ohta,H.Yanagi,T.Kamiya,M.Hirano,and H.Hosono,Thin Solid Films 486,38(2005)。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的目的在于，提供一种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、适于得到该溅射用靶的氧化物烧结体，以及使用该靶得到的显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专利技术人等新发现了：特别是通过使以氧化物的形式含有以铟和镓的Ga/(In+Ga)比计为0.20以上且0.45以下的镓的氧化物烧结体，含有少量的镁，具体而言，以Mg/(In+Ga+Mg)的比计为0.0001以上且小于0.05的镁，烧结而成的氧化物烧结体实质上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，使用该氧化物烧结体制备的氧化物半导体薄膜的载流子迁移率为10cm2V-1sec-1以上。即，第一专利技术为一种氧化物烧结体，其特征在于，以氧化物的形式含有铟、镓以及镁，并且以Ga/(In+Ga)原子数比计的所述镓的含量是0.20以上且0.45以下，并且以Mg/(In+Ga+Mg)原子数比计的所述镁的含量是0.0001以上且小于0.05，并且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，所述氧化物烧结体实质上不包含In(GaMg)O4相、MgGa2O4相、In2MgO4相、Ga2O3相。第二专利技术是如第一专利技术所述的氧化物烧结体，其中，以Mg/(In+Ga+Mg)原子数比计的所述镁的含量是0.01以上且0.03以下。第三专利技术是如第一或第二专利技术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是0.20以上且0.30以下。第四专利技术是如第一至第三专利技术中任一项所述的氧化物烧结体，其中，实质上不含有镁以外的正二价元素以及铟和镓以外的正三价至正六价的元素。第五专利技术是如第一至第四专利技术中任一项所述的氧化物烧结体，其中，由下述式1定义的β-Ga2O3型结构的GaInO3相的X射线衍射峰强度比在2％以上且80％以下的范围内。100×I[GaInO3相(111)]/{I[In2O3相(400)]+I[GaInO3相(111)]本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化物烧结体，其特征在于，以氧化物的形式含有铟、镓以及镁，并且，以Ga/(In+Ga)原子数比计的所述镓的含量是0.20以上且0.45以下，并且，以Mg/(In+Ga+Mg)原子数比计的所述镁的含量是0.0001以上且小于0.05，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，所述氧化物烧结体实质上不包含In(GaMg)O4相、MgGa2O4相、In2MgO4相、Ga2O3相。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.23 JP 2014-1071481.一种氧化物烧结体，其特征在于，以氧化物的形式含有铟、镓以及镁，并且，以Ga/(In+Ga)原子数比计的所述镓的含量是0.20以上且0.45以下，并且，以Mg/(In+Ga+Mg)原子数比计的所述镁的含量是0.0001以上且小于0.05，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，所述氧化物烧结体实质上不包含In(GaMg)O4相、MgGa2O4相...
【专利技术属性】
技术研发人员：中山德行，西村英一郎，松村文彦，井藁正史，
申请(专利权)人：住友金属矿山株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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