KR20170008724A - 산화물 소결체, 스퍼터링용 타겟 및 그것을 이용하여 얻어지는 산화물 반도체 박막 - Google Patents

산화물 소결체, 스퍼터링용 타겟 및 그것을 이용하여 얻어지는 산화물 반도체 박막 Download PDF

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KR20170008724A
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thin film
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도쿠유키 나카야마
에이이치로 니시무라
후미히코 마츠무라
마사시 이와라
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스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 스퍼터링법에 의해 산화물 반도체 박막으로 한 경우에, 낮은 캐리어 농도, 높은 캐리어 이동도를 얻을 수 있는 산화물 소결체, 및 그것을 이용한 스퍼터링용 타겟을 제공한다. 이 산화물 소결체는, 인듐, 갈륨 및 마그네슘을 산화물로서 함유한다. 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만이고, 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만이며, 1200℃ 이상 1550℃ 이하에서 소성하는 것이 바람직하다. 이 산화물 소결체를 스퍼터링용 타겟으로서 형성한 결정질의 산화물 반도체 박막은, 캐리어 농도 1.0×1018 cm-3 미만이고, 캐리어 이동도 10 ㎠V-1sec-1 이상을 얻을 수 있다.

Description

산화물 소결체, 스퍼터링용 타겟 및 그것을 이용하여 얻어지는 산화물 반도체 박막{SINTERED OXIDE, SPUTTERING TARGET, AND OXIDE SEMICONDUCTOR THIN-FILM OBTAINED USING SAME}
본 발명은, 산화물 소결체, 타겟 및 그것을 이용하여 얻어지는 산화물 반도체 박막에 관한 것이며, 보다 자세하게는, 낮은 캐리어 농도와 높은 캐리어 이동도를 나타내는 결정질의 인듐, 갈륨 및 마그네슘을 함유하는 산화물 반도체 박막, 그 형성에 적합한 인듐, 갈륨 및 마그네슘을 함유하는 스퍼터링용 타겟, 그것을 얻기에 적합한 인듐, 갈륨 및 마그네슘을 함유하는 산화물 소결체에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)는, 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 FET)의 1종이다. TFT는, 기본 구성으로서, 게이트 단자, 소스 단자 및 드레인 단자를 구비한 3단자 소자이며, 기판 상에 성막한 반도체 박막을, 전자 또는 홀이 이동하는 채널층으로서 이용하여, 게이트 단자에 전압을 인가하여 채널층에 흐르는 전류를 제어하여, 소스 단자와 드레인 단자 사이의 전류를 스위칭하는 기능을 갖는 능동 소자이다. TFT는, 현재 가장 많이 실용화되어 있는 전자 디바이스이며, 그 대표적인 용도로서 액정 구동용 소자가 있다.
TFT로서, 현재 가장 널리 사용되고 있는 것은 다결정 실리콘막 또는 비정질 실리콘막을 채널층 재료로 한 MIS-FET(Metal-Insulator-Semiconductor-FET)이다. 실리콘을 이용한 MIS-FET는, 가시광에 대하여 불투명하므로, 투명 회로를 구성할 수 없다. 이 때문에, MIS-FET를 액정 디스플레이의 액정 구동용 스위칭 소자로서 응용한 경우, 그 디바이스는 디스플레이 화소의 개구비가 작아진다.
또한, 최근에는 액정의 고화질화가 요구됨에 따라서, 액정 구동용 스위칭 소자에도 고속 구동이 요구되게 되었다. 고속 구동을 실현하기 위해서는, 전자 또는 홀의 이동도가 적어도 비정질 실리콘의 그것보다 높은 반도체 박막을 채널층에 이용할 필요가 생겼다.
이러한 상황에 대하여, 특허문헌 1에서는, 기상 성막법으로 성막되고, In, Ga, Zn 및 O의 원소로 구성되는 투명 비정질 산화물 박막으로서, 그 산화물의 조성은, 결정화했을 때의 조성이 InGaO3(ZnO)m (m은 6 미만의 자연수)이며, 불순물 이온을 첨가하지 않고, 캐리어 이동도(캐리어 전자 이동도라고도 함)가 1 ㎠V- 1sec-1 초과이고 캐리어 농도(캐리어 전자 농도라고도 함)가 1016 cm-3 이하인 반절연성인 것을 특징으로 하는 투명 반절연성 비정질 산화물 박막, 및 이 투명 반절연성 비정질 산화물 박막을 채널층으로 한 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터가 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에서 제안된 스퍼터법, 펄스 레이저 증착법의 어느 기상 성막법으로 성막되고, In, Ga, Zn 및 O의 원소로 구성되는 투명 비정질 산화물 박막(a-IGZO막)은, 대략 1∼10 ㎠V- 1sec-1의 범위의 비교적 높은 전자 캐리어 이동도를 나타내지만, 비정질 산화물 박막이 원래 산소 결손을 생성하기 쉬운 것과, 열 등 외적 인자에 대하여 전자 캐리어의 거동이 반드시 안정적이지는 않은 것이 악영향을 미쳐, TFT 등의 디바이스를 형성한 경우에 불안정함이 종종 문제가 되는 것이 지적되고 있었다.
이러한 문제를 해결하는 재료로서, 특허문헌 2에서는, 갈륨이 산화인듐에 고용되어 있고, 원자수비 Ga/(Ga+In)가 0.001∼0.12이고, 전체 금속 원자에 대한 인듐과 갈륨의 함유율이 80 원자% 이상이고, In2O3의 빅스바이트 구조를 갖는 산화물 박막을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터가 제안되어 있고, 그 원료로서, 갈륨이 산화인듐에 고용되어 있고, 원자비 Ga/(Ga+In)가 0.001∼0.12이고, 전체 금속 원자에 대한 인듐과 갈륨의 함유율이 80 원자% 이상이고, In2O3의 빅스바이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체가 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 2의 실시예 1∼8에 기재된 캐리어 농도는 1018 cm-3대이며, TFT에 적용하는 산화물 반도체 박막으로는 지나치게 높은 것이 과제로서 남겨져 있다.
또한, 특허문헌 3에는, In, Ga 및 Mg을 포함하며 In2O3로 표시되는 화합물, In(GaMg)O4로 표시되는 화합물, MgGa2O4로 표시되는 화합물 및 In2MgO4로 표시되는 화합물에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 소결체를 포함하는 스퍼터링 타겟이 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 3의 타겟에서는, 아킹의 원인이 되는 도전성이 떨어지는 Ga2MgO4 등의 상을 포함하고 있기 때문에, 이상 방전을 일으켜 버린다고 하는 문제가 있다.
그 때문에, 산화물 도전막용의 산화물 소성체나 타겟에 있어서 아킹의 원인이 되는 이러한 상을 포함하지 않는 것은, 개발이 어려운 것이 현재 상황이다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2010-219538호 공보 특허문헌 2 : WO2010/032422호 공보 특허문헌 3 : WO2013/005400호 공보 특허문헌 4 : WO2003/014409호 공보 특허문헌 5 : 일본 특허 공개 제2012-253372호 공보
비특허문헌 1 : N. Ueda, 외 6명, 「New oxide phase with wide band gap and high electroconductivity, MgIn2O4」, Appl. Phys. Lett. 61(16), 19, October, 1992, p.1954-1955 비특허문헌 2 : M. Orita, 외 3명, 「New Transparent Conductive Oxides with YbFe2O4 Structure」, JJAP, 34, L1550
본 발명의 목적은, 결정질의 산화물 반도체 박막의 캐리어 농도 저감을 가능하게 하는 스퍼터링용 타겟, 그것을 얻는 데 최적인 산화물 소결체, 및 그것을 이용하여 얻어지는 낮은 캐리어 농도와 높은 캐리어 이동도를 나타내는 산화물 반도체 박막을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 특히, 인듐과 갈륨의 Ga/(In+Ga)의 비를 0.08 이상 0.20 미만으로 하여 갈륨을 산화물로서 함유하는 산화물 소결체에, 소량의 마그네슘, 구체적으로는 Mg/(In+Ga+Mg)의 비를 0.0001 이상 0.05 미만으로 함유시킴으로써, 소결된 산화물 소결체가 실질적으로 빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상에 의해 구성되고, 그 산화물 소결체를 이용하여 제작된 산화물 반도체 박막이 캐리어 이동도 10 ㎠V- 1sec-1 이상인 것을 새롭게 발견했다.
즉, 제1 발명은, 인듐, 갈륨 및 마그네슘을 산화물로서 함유하고, 상기 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만이고, 상기 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만이고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상에 의해 구성되고, In(GaMg)O4상, MgGa2O4상, In2MgO4상, Ga2O3상을 실질적으로 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체이다.
제2 발명은, 상기 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.01 이상 0.03 이하인 제1 발명에 기재된 산화물 소결체이다.
제3 발명은, 상기 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.15 이하인 제1 또는 제2 발명에 기재된 산화물 소결체이다.
제4 발명은, 마그네슘 이외의 +2가 원소, 및 인듐과 갈륨 이외의 +3가 내지 +6가의 원소를 실질적으로 함유하지 않는 제1 내지 제3 중 어느 발명에 기재된 산화물 소결체이다.
제5 발명은, 하기의 식 1로 정의되는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상의 X선 회절 피크 강도비가 2% 이상 45% 이하의 범위인 제1 내지 제4 중 어느 발명에 기재된 산화물 소결체이다.
100×I[GaInO3상(111)]/{I[In2O3상(400)]+I[GaInO3상(111)]}[%]…식 1
제6 발명은, 제1 내지 제5 중 어느 발명에 기재된 산화물 소결체를 가공하여 얻어지는 스퍼터링용 타겟이다.
제7 발명은, 제6 발명에 기재된 스퍼터링용 타겟을 이용하여 스퍼터링법에 의해 기판 상에 형성된 후, 산화성 분위기에서의 열처리에 의해 결정화시킨 결정질의 산화물 반도체 박막이다.
제8 발명은, 캐리어 이동도가 10 ㎠V- 1sec-1 이상인 제7 발명에 기재된 산화물 반도체 박막이다.
제9 발명은, 캐리어 농도가 1.0×1018 cm-3 미만인 제7 또는 제8 발명에 기재된 산화물 반도체 박막이다.
본 발명의 인듐 및 갈륨을 산화물로서 함유하고, 또한 마그네슘을 Mg/(In+Ga+Mg)의 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만 함유하는 산화물 소결체는, 예컨대 스퍼터링용 타겟으로서 이용된 경우에, 스퍼터링 성막에 의해 형성되고, 그 후 열처리에 의해 얻어진 본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막을 얻을 수 있다. 상기 결정질의 산화물 반도체 박막은 빅스바이트 구조를 갖고 있고, 소정량의 마그네슘이 포함되어 있음으로써 캐리어 농도를 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막을 TFT에 적용한 경우에는, TFT의 on/off를 높이는 것이 가능해진다. 본 발명에서는, 캐리어 농도의 억제뿐만 아니라, 산화물 소결체가 실질적으로 빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상에 의해 구성됨으로써, 캐리어 이동도가 10 ㎠V- 1sec-1 이상인 우수한 산화물 반도체막을 안정적으로 스퍼터링 성막에 의해 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 산화물 소결체, 타겟 및 그것을 이용하여 얻어지는 산화물 반도체 박막은 공업적으로 매우 유용하다.
이하에, 본 발명의 산화물 소결체, 스퍼터링용 타겟 및 그것을 이용하여 얻어지는 산화물 박막에 관해 상세히 설명한다.
본 발명의 산화물 소결체는, 인듐, 갈륨 및 마그네슘을 산화물로서 함유하고, 또한 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만의 갈륨, Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만의 마그네슘을 함유하는 산화물 소결체인 것을 특징으로 한다.
갈륨의 함유량은, Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만이고, 0.08 이상 0.15 이하인 것이 보다 바람직하다. 갈륨은 산소와의 결합력이 강하여, 본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막의 산소 결손량을 저감시키는 효과가 있다. 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 미만인 경우에는, 그 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 0.20 이상인 경우에는, 결정화 온도가 지나치게 높아지기 때문에, 고온에서 열처리할 필요가 생긴다. 따라서, 산화물 반도체 박막으로서 필요한 캐리어 농도에 도달하지 않거나, 또는 결정성을 높일 수 없기 때문에, 충분히 높은 캐리어 이동도를 얻을 수 없다.
본 발명의 산화물 소결체는, 상기와 같이 규정되는 조성 범위의 인듐과 갈륨에 더하여, 마그네슘을 함유한다. 마그네슘 농도는 Mg/(In+Ga+Mg)의 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만이고, 0.01 이상 0.03 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 산화물 소결체는, 상기 범위내의 마그네슘을 첨가함으로써, 주로 산소 결손에 의해 생성된 전자가 중화되는 작용에 의해 캐리어 농도가 억제되고, 본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막을 TFT에 적용한 경우에는, TFT의 on/off를 높이는 것이 가능해지는 것이다.
또, 본 발명의 산화물 소결체에는, 마그네슘 이외의 +2가 원소, 및 인듐과 갈륨 이외의 +3가 내지 +6가의 원소인 원소 M을 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 실질적으로 함유하지 않는다는 것은, 각각 단독의 M이, M/(In+Ga+M)의 원자수비로 500 ppm 이하이고, 바람직하게는 200 ppm 이하, 보다 바람직하게는 100 ppm 이하이다. 구체적인 M의 예시로는, +2가 원소로는, Cu, Ni, Co, Zn, Ca, Sr, Pb를 예시할 수 있고, +3가 원소로는, Al, Y, Sc, B, 란타노이드를 예시할 수 있고, +4가 원소로는, Sn, Ge, Ti, Si, Zr, Hf, C, Ce를 예시할 수 있고, +5가 원소로는, Nb, Ta를 예시할 수 있고, +6가 원소로는, W, Mo를 예시할 수 있다.
1. 산화물 소결체 조직
본 발명의 산화물 소결체는, 빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상으로 구성된다. 산화물 소결체가 In2O3상으로만 구성되면, Mg의 함유에 관계없이, 예컨대 특허문헌 4(WO2003/014409호 공보)의 비교예 11과 동일하게 노듈이 발생한다. 한편, Inv상, MgGa2O4상 및 In2MgO4상은 모두 고저항 상이므로, 아킹이나 노듈의 발생 원인이 된다. In2MgO4상은, 비저항이 10-2 Ωㆍcm 정도(비특허문헌 1)로 In2O3상이나 GaInO3상과 비교하여 1∼2 자릿수 정도 전기 저항이 높기 때문에, 스퍼터링 성막에서 패여 잔류하기 쉬운 노듈이 발생하기 쉽다. In(GaMg)O4상은, 비저항이 100 Ωㆍcm 정도로 보다 높아(비특허문헌 2), 노듈 발생의 원인이 된다. MgGa2O4상은 In을 포함하지 않기 때문에 더욱 비저항이 높아, 아킹 발생의 원인이 된다. 또한, 이들 상이 생성한 산화물 소결체를 이용하여 스퍼터링 성막된 산화물 반도체 박막은, In2O3상의 결정성이 낮아, 캐리어 이동도가 낮아지는 경향이 있다.
갈륨 및 마그네슘은 In2O3상에 고용된다. 또한, 갈륨은 GaInO3상이나 (Ga, In)2O3상을 구성한다. In2O3상에 고용되는 경우, 갈륨과 마그네슘은 +3가 이온인 인듐의 격자 위치에 치환된다. 소결이 진행되지 않는 등의 이유에 의해, 갈륨이 In2O3상에 고용되지 않고 β-Ga2O3형 구조의 Ga2O3상을 형성하는 것은 바람직하지 않다. Ga2O3상은 도전성이 부족하기 때문에, 이상 방전의 원인이 된다.
본 발명의 산화물 소결체는, 빅스바이트형 구조의 In2O3상 이외에 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상만, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상을, 하기의 식 1로 정의되는 X선 회절 피크 강도비가 2% 이상 45% 이하인 범위에 있어서 포함하는 것이 바람직하다.
100×I[GaInO3상(111)]/{I[In2O3상(400)]+I[GaInO3상(111)]}[%]…식 1
(식 1 중, I[In2O3상(400)]은, 빅스바이트형 구조의 In2O3상의 (400) 피크 강도이고, I[GaInO3상(111)]은, β-Ga2O3형 구조의 복합 산화물 β-GaInO3상(111) 피크 강도를 나타낸다.)
2. 산화물 소결체의 제조 방법
본 발명의 산화물 소결체는, 산화인듐 분말과 산화갈륨 분말로 이루어진 산화물 분말, 및 산화마그네슘 분말을 원료 분말로 한다.
본 발명의 산화물 소결체의 제조 공정에서는, 이들 원료 분말이 혼합된 후 성형되고, 성형물이 상압 소결법에 의해 소결된다. 본 발명의 산화물 소결체 조직의 생성상은, 산화물 소결체의 각 공정에서의 제조 조건, 예컨대 원료 분말의 입경, 혼합 조건 및 소결 조건에 강하게 의존한다.
본 발명의 산화물 소결체의 조직이, 빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상에 의해 원하는 비율로 구성되는 것이 바람직하고, 그것을 위해서는, 상기 각 원료 분말의 평균 입경을 3 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.5 ㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 상기와 같이, In2O3상 이외에 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상이 포함되기 때문에, 이들 상의 과잉 생성을 억제하기 위해서는, 각 원료 분말의 평균 입경을 1.5 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
산화인듐 분말은 ITO(인듐-주석 산화물)의 원료이며, 소결성이 우수한 미세한 산화인듐 분말의 개발은 ITO의 개량과 함께 진행되어 왔다. 산화인듐 분말은, ITO용 원료로서 대량으로 계속해서 사용되고 있기 때문에, 최근에는 평균 입경 0.8 ㎛ 이하의 원료 분말을 입수하는 것이 가능하다.
그런데, 산화갈륨 분말이나 산화마그네슘 분말의 경우, 산화인듐 분말에 비교해서 여전히 사용량이 적기 때문에, 평균 입경 1.5 ㎛ 이하의 원료 분말을 입수하는 것은 어렵다. 따라서, 입자가 큰 산화갈륨 분말만을 입수할 수 있는 경우, 평균 입경 1.5 ㎛ 이하까지 분쇄하는 것이 필요하다.
본 발명의 산화물 소결체의 소결 공정에서는, 상압 소결법의 적용이 바람직하다. 상압 소결법은, 간편하고 또한 공업적으로 유리한 방법으로, 저비용의 관점에서도 바람직한 수단이다.
상압 소결법을 이용하는 경우, 상기와 같이 우선 성형체를 제작한다. 원료 분말을 수지제 포트에 넣고, 바인더(예컨대 PVA) 등과 함께 습식 볼밀 등으로 혼합한다. 본 발명의 산화물 소결체의 제작에 있어서는, In2O3상 이외에 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상의 과잉 생성을 억제하거나, 또는 β-Ga2O3형 구조의 Ga2O3상을 생성시키지 않기 때문에, 상기 볼밀 혼합을 18시간 이상 행하는 것이 바람직하다. 이 때, 혼합용 볼로는, 경질 ZrO2 볼을 이용하면 된다. 혼합후 슬러리를 꺼내어 여과, 건조, 조립(造粒)을 행한다. 그 후, 얻어진 조립물을 냉간 정수압 프레스로 9.8 MPa(0.1 ton/㎠)∼294 MPa(3 ton/㎠) 정도의 압력을 가하여 성형하여, 성형체로 한다.
상압 소결법의 소결 공정에서는, 산소가 존재하는 분위기로 하는 것이 바람직하고, 분위기 중의 산소 체적 분률이 20%를 초과하는 것이 보다 바람직하다. 특히, 산소 체적 분률이 20%를 초과함으로써, 산화물 소결체가 한층 더 고밀도화한다. 분위기 중의 과잉 산소에 의해, 소결 초기에는 성형체 표면의 소결이 먼저 진행된다. 계속해서 성형체 내부의 환원 상태에서의 소결이 진행되고, 최종적으로 고밀도의 산화물 소결체를 얻을 수 있다.
산소가 존재하지 않는 분위기에서는, 성형체 표면의 소결이 선행되지 않기 때문에, 결과적으로 소결체의 고밀도화가 진행되지 않는다. 산소가 존재하지 않으면, 특히 900∼1000℃ 정도에 있어서 산화인듐이 분해되어 금속 인듐이 생성되게 되므로, 목적으로 하는 산화물 소결체를 얻는 것은 어렵다.
상압 소결의 온도 범위는, 1200℃ 이상 1550℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 소결로 내의 대기에 산소 가스를 도입하는 분위기에 있어서 1350℃ 이상 1450℃ 이하에서 소결한다. 소결 시간은 10∼30시간인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15∼25시간이다.
소결 온도를 상기 범위로 하고, 상기 평균 입경 1.5 ㎛ 이하로 조정한 산화인듐 분말과 산화갈륨 분말로 이루어진 산화물 분말, 및 산화마그네슘 분말을 원료 분말로서 이용함으로써, 빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상에 의해 구성되는 산화물 소결체를 얻을 수 있다.
소결 온도 1200℃ 미만의 경우에는 소결 반응이 충분히 진행되지 않아, 산화물 소결체의 밀도가 6.4 g/㎤ 미만이 된다고 하는 문제가 생긴다. 한편, 소결 온도가 1550℃를 초과하면, (Ga, In)2O3상의 형성이 현저해진다. (Ga, In)2O3상은, GaInO3상보다 전기 저항이 높고, 그 때문에 성막 속도 저하의 원인이 된다. 소결 온도 1550℃ 이하, 즉 소량의 (Ga, In)2O3상이라면 문제는 되지 않는다. 이러한 관점에서, 소결 온도를 1200℃ 이상 1550℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1350℃ 이상 1450℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
소결 온도까지의 승온 속도는, 소결체의 균열을 방지하고, 탈바인더를 진행시키기 위해서는, 승온 속도를 0.2∼5℃/분의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 범위이면, 필요에 따라서 상이한 승온 속도를 조합하여 소결 온도까지 승온시켜도 좋다. 승온 과정에 있어서, 탈바인더나 소결을 진행시킬 목적으로, 특정 온도로 일정 시간 유지해도 좋다. 특히 In2O3상에 대한 마그네슘의 고용을 촉진시키기 위해, 1100℃ 이하의 온도로 일정 시간 유지하는 것은 유효하다. 유지 시간은 특별히 제한은 없지만, 1시간 이상 10시간 이하가 바람직하다. 소결후 냉각시킬 때에는 산소 도입을 멈추고, 1000℃까지를 0.2∼5℃/분, 특히 0.2℃/분 이상 1℃/분 미만의 범위의 강온 속도로 강온시키는 것이 바람직하다.
3. 타겟
본 발명의 타겟은, 상기 산화물 소결체를 소정의 크기로 절단, 표면을 연마 가공하고, 백킹 플레이트에 접착하여 얻을 수 있다. 타겟 형상은 평판형이 바람직하지만, 원통형이어도 좋다. 원통형 타겟을 이용하는 경우에는, 타겟 회전에 의한 파티클 발생을 억제하는 것이 바람직하다.
스퍼터링용 타겟으로서 이용하기 위해, 본 발명의 산화물 소결체의 밀도는 6.4 g/㎤ 이상인 것이 바람직하고, 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만인 경우는 6.8 g/㎠ 이상이 바람직하다. 밀도가 6.4 g/㎤ 미만인 경우, 양산 사용시의 노듈 발생의 원인이 되는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다.
4. 산화물 반도체 박막과 그 성막 방법
본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막은, 상기 스퍼터링용 타겟을 이용하여, 스퍼터링법으로 기판 상에 일단 비정질의 박막을 형성하고, 이어서 열처리를 함으로써 얻을 수 있다.
상기 스퍼터링용 타겟은 산화물 소결체로부터 얻어지지만, 그 산화물 소결체 조직, 즉 빅스바이트형 구조의 In2O3상 및 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상에 의해 기본 구성되어 있는 조직이 중요하다. 본 발명에 따른 결정질의 산화물 반도체 박막을 얻기 위해서는, 일단 형성되는 비정질의 산화물 박막의 결정화 온도가 충분히 높은 것이 중요하며, 여기에는 산화물 소결체 조직이 관계되어 있다. 즉, 본 발명에 이용되는 산화물 소결체와 같이, 빅스바이트형 구조의 In2O3상뿐만 아니라, β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상을 더 포함하는 경우에는, 이것으로부터 얻어지는 성막후의 산화물 박막은 높은 결정화 온도, 즉 바람직하게는 250℃ 이상, 보다 바람직하게는 300℃ 이상, 더욱 바람직하게는 350℃ 이상의 결정화 온도를 나타내어, 안정된 비정질이 된다. 이에 비해, 예컨대 특허문헌 2(WO2010/032422호 공보)에 개시되어 있는 바와 같이, 산화물 소결체가 빅스바이트형 구조의 In2O3상으로만 구성되는 경우, 성막후의 산화물 박막은, 그 결정화 온도가 190∼230℃ 정도로 낮아, 완전한 비정질이 되지 않는 경우가 있다. 이 경우에는, 성막후에 이미 미결정이 생성되어 버려, 습식 에칭에 의한 패터닝 가공이, 잔사가 발생함으로써 어려워지기 때문이다.
비정질의 박막 형성 공정에서는, 일반적인 스퍼터링법이 이용되지만, 특히 직류(DC) 스퍼터링법이라면, 성막시의 열영향이 적고, 고속 성막이 가능하므로 공업적으로 유리하다. 본 발명의 산화물 반도체 박막을 직류 스퍼터링법으로 형성하기 위해서는, 스퍼터링 가스로서 불활성 가스와 산소, 특히 아르곤과 산소로 이루어진 혼합 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 스퍼터링 장치의 챔버 내를 0.1∼1 Pa, 특히 0.2∼0.8 Pa의 압력으로 하여 스퍼터링하는 것이 바람직하다.
기판은, 유리 기판이 대표적이며, 무알칼리 유리가 바람직하지만, 수지판이나 수지 필름 중 상기 프로세스의 온도에 견딜 수 있는 것이라면 사용할 수 있다.
상기 비정질의 박막 형성 공정은, 예컨대 2×10-4 Pa 이하까지 진공 배기후, 아르곤과 산소로 이루어진 혼합 가스를 도입하고, 가스압을 0.2∼0.5 Pa로 하고, 타겟의 면적에 대한 직류 전력, 즉 직류 전력 밀도가 1∼7 W/㎠ 정도의 범위가 되도록 직류 전력을 인가하여 직류 플라즈마를 발생시켜, 프리스퍼터링을 실시할 수 있다. 이 프리스퍼터링을 5∼30분간 행한 후, 필요에 따라 기판 위치를 수정한 뒤에 스퍼터링 성막하는 것이 바람직하다. 스퍼터링 성막에서는, 성막 속도를 향상시키기 위해, 허용되는 범위에서 투입하는 직류 전력을 높이는 것이 행해진다.
본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막은, 상기 비정질의 박막 형성후, 이것을 열처리하여 결정화시킴으로써 얻어진다. 열처리 조건은, 산화성 분위기에 있어서, 결정화 온도 이상의 온도이다. 산화성 분위기로는, 산소, 오존, 수증기 또는 질소 산화물 등을 포함하는 분위기가 바람직하다. 열처리 온도는, 250∼600℃가 바람직하고, 300∼550℃가 보다 바람직하고, 350∼500℃가 더욱 바람직하다. 열처리 시간은, 열처리 온도로 유지되는 시간이 1∼120분간인 것이 바람직하고, 5∼60분간이 보다 바람직하다. 결정화시키기까지의 방법으로는, 예컨대 실온 근방 등 저온 또는 100∼300℃의 기판 온도로 하여 일단 비정질막을 형성하고, 그 후, 결정화 온도 이상에서 열처리하여 산화물 박막을 결정화시키거나, 또는 기판을 산화물 박막의 결정화 온도 이상으로 가열함으로써 결정질의 산화물 박막을 성막하는 방법이 있다. 이러한 2가지 방법에서의 가열 온도는 대략 600℃ 이하이면 되며, 예컨대 특허문헌 5(일본 특허 공개 제2012-253372호 공보)에 기재된 공지의 반도체 프로세스와 비교하여 처리 온도에 큰 차는 없다.
상기 비정질의 박막 및 결정질의 산화물 반도체 박막의 인듐, 갈륨 및 마그네슘의 조성은, 본 발명의 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다. 즉, 인듐 및 갈륨을 산화물로서 함유하고, 또한 마그네슘을 함유하는 결정질의 산화물 반도체 박막이다. 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만이고, 상기 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만이다. 갈륨의 함유량은 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.15 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 마그네슘의 함유량은 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.01 이상 0.03 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막은, 빅스바이트 구조의 In2O3상으로만 구성되는 것이 바람직하다. In2O3상에는, 산화물 소결체와 마찬가지로, +3가 이온의 인듐의 격자 위치에 갈륨이 치환 고용되어 있고, 또한 마그네슘이 치환 고용되어 있다. 본 발명의 산화물 반도체 박막은, 주로 산소 결손에 의해 생성되는 캐리어 전자를 마그네슘 첨가에 의해 중화하는 작용에 의해, 캐리어 농도가 1.0×1018 cm-3 미만으로 저하되고, 보다 바람직하게는 3.0×1017 cm-3 이하를 얻을 수 있다. 인듐을 많이 포함하는 산화물 반도체 박막은, 캐리어 농도가 4.0×1018 cm-3 이상에서 축퇴 상태가 되는 것이 알려져 있고, 이것을 채널층에 적용한 TFT는 노멀리 오프를 나타내지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 결정질의 산화물 반도체 박막은, 상기 TFT이 노멀리 오프를 나타내는 상기 범위로 캐리어 농도가 제어되기 때문에 상황이 좋다. 한편, 캐리어 이동도는 캐리어 농도의 저하와 함께 감소하는 경향이 있지만, 10 ㎠V- 1sec-1 이상을 나타내는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 ㎠V-1sec-1 이상이다.
본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막은, 습식 에칭 또는 건식 에칭에 의해, TFT 등의 용도에서 필요한 미세 가공이 실시된다. 저온에서 일단 비정질막을 형성하고, 그 후, 결정화 온도 이상에서 열처리하여 산화물 박막을 결정화시키는 경우, 비정질막 형성후에 약산을 이용한 습식 에칭에 의한 미세 가공을 할 수 있다. 약산이라면 대강 사용할 수 있지만, 옥살산 또는 염산을 주성분으로 하는 약산이 바람직하다. 예컨대 간토화학 제조 ITO-06N 등을 사용할 수 있다. 기판을 산화물 박막의 결정화 온도 이상으로 가열함으로써 결정질의 산화물 박막을 성막하는 경우에는, 예컨대 염화제2철 수용액과 같은 강산에 의한 습식 에칭 또는 건식 에칭을 적용할 수 있지만, TFT 주변에 대한 손상을 고려하면 건식 에칭이 바람직하다.
본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막의 막 두께는 한정되는 것은 아니지만, 10∼500 nm, 바람직하게는 20∼300 nm, 더욱 바람직하게는 30∼100 nm이다. 10 nm 미만이면 충분한 결정성을 얻을 수 없고, 결과적으로 높은 캐리어 이동도가 실현되지 않는다. 한편, 500 nm을 초과하면 생산성의 문제가 생겨 버리기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 결정질의 산화물 반도체 박막은, 가시 영역(400∼800 nm)에서의 평균 투과율이 80% 이상인 것이 바람직하고, 85% 이상이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 90% 이상이다. 투명 TFT에 적용하는 경우에는, 평균 투과율이 80% 미만이면, 투명 표시 장치로서 액정 소자나 유기 EL 소자 등의 광의 취출 효율이 저하된다.
실시예
이하에, 본 발명의 실시예를 이용하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<산화물 소결체의 평가>
얻어진 산화물 소결체의 금속 원소의 조성을 ICP 발광 분광법에 의해 조사했다. 얻어진 산화물 소결체의 단부재를 이용하여, X선 회절 장치(필립스 제조)를 이용하여 분말법에 의한 생성상의 동정을 행했다.
<산화물 박막의 기본 특성 평가>
얻어진 산화물 박막의 조성을 ICP 발광 분광법에 의해 조사했다. 산화물 박막의 막 두께는 표면 조도계(Tencor 제조)로 측정했다. 성막 속도는, 막 두께와 성막 시간으로부터 산출했다. 산화물 박막의 캐리어 농도 및 캐리어 이동도는, 홀 효과 측정 장치(도요테크니카 제조)에 의해 구했다. 막의 생성상은 X선 회절 측정에 의해 동정했다.
(소결체의 제작 및 평가)
산화인듐 분말과 산화갈륨 분말, 및 산화마그네슘 분말을 평균 입경 1.5 ㎛ 이하가 되도록 조정하여 원료 분말로 했다. 이들 원료 분말을, 표 1 및 표 2의 실시예 및 비교예의 Ga/(In+Ga) 원자수비, Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비와 같이 되도록 조합하고, 물과 함께 수지제 포트에 넣어 습식 볼밀로 혼합했다. 이 때, 경질 ZrO2 볼을 이용하고, 혼합 시간을 18시간으로 했다. 혼합후 슬러리를 꺼내어 여과, 건조, 조립했다. 조립물을, 냉간 정수압 프레스로 3 ton/㎠의 압력을 가하여 성형했다.
다음으로, 성형체를 다음과 같이 소결했다. 로내 용적 0.1 m3당 5 리터/분의 비율로, 소결로 내의 대기에 산소를 도입하는 분위기에서, 1000∼1550℃의 소결 온도로 20시간 소결했다. 이 때, 1℃/분으로 승온시키고, 소결후의 냉각시에는 산소 도입을 멈추고, 1000℃까지를 10℃/분으로 강온시켰다.
얻어진 산화물 소결체의 조성 분석을 ICP 발광 분광법으로 행한 바, 금속 원소에 관해, 원료 분말의 배합시의 주입 조성과 거의 동일한 것이 모든 실시예에서 확인되었다.
다음으로, X선 회절 측정에 의한 산화물 소결체의 상 동정을 행한 바, 표 1 및 표 2와 같이, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의한 회절 피크만, 또는 빅스바이트형 구조의 In2O3상, β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상 및(Ga, In)2O3상의 회절 피크만이 확인되었다.
또, β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상을 포함하는 경우에는, 하기의 식 1로 정의되는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상의 X선 회절 피크 강도비를 표 1 및 표 2에 나타냈다.
100×I[GaInO3상(111)]/{I[In2O3상(400)]+I[GaInO3상(111)]}[%]…식 1
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
산화물 소결체를, 직경 152 mm, 두께 5 mm의 크기로 가공하고, 스퍼터링면을 컵형 지석으로 최대 높이 Rz가 3.0 ㎛ 이하가 되도록 연마했다. 가공한 산화물 소결체를, 무산소 구리제의 백킹 플레이트에 금속 인듐을 이용하여 본딩하여, 스퍼터링용 타겟으로 했다.
(스퍼터링 성막 평가)
실시예 및 비교예의 스퍼터링용 타겟 및 무알칼리의 유리 기판(코닝제 EagleXG)을 이용하여, 기판 가열하지 않고 실온에서 직류 스퍼터링에 의한 성막을 행했다. 아킹 억제 기능이 없는 직류 전원을 장비한 직류 마그네트론 스퍼터링 장치(토키 제조)의 캐소드에 상기 스퍼터링 타겟을 부착했다. 이 때 타겟-기판(홀더)간 거리를 60 mm로 고정했다. 1×10-4 Pa 이하까지 진공 배기후, 아르곤과 산소의 혼합 가스를 각 타겟의 갈륨량에 따라서 적당한 산소의 비율이 되도록 도입하고, 가스압을 0.6 Pa로 조정했다. 직류 전력 300 W(1.64 W/㎠)를 인가하여 직류 플라즈마를 발생시켰다. 10분간의 프리스퍼터링후, 스퍼터링 타겟의 바로 위, 즉 정지 대향 위치에 기판을 배치하여, 막 두께 50 nm의 산화물 박막을 형성했다. 얻어진 산화물 박막의 조성은 타겟과 거의 동일한 것이 확인되었다. 또한, X선 회절 측정의 결과, 비정질인 것이 확인되었다. 얻어진 비정질의 산화물 박막에는, RTA(Rapid Thermal Annealing) 장치를 이용하여, 대기중 300∼700℃에 있어서 30분간 이내의 열처리를 했다. 열처리후의 산화물 박막은, X선 회절 측정의 결과, 결정화하고 있는 것이 확인되고, In2O3(111)을 메인 피크로 했다. 얻어진 결정질의 산화물 반도체 박막의 홀 효과 측정을 행하여, 캐리어 농도 및 캐리어 이동도를 구했다. 얻어진 평가 결과를 표 3 및 표 4에 정리하여 기재했다.
[표 3]
Figure pct00003
[표 4]
Figure pct00004
(노듈 발생 평가)
실시예 2 및 비교예 1, 2, 4, 6의 스퍼터링용 타겟에 관해, 양산을 모의한 스퍼터링 성막에 의한 노듈 발생의 평가를 실시했다. 스퍼터링 장치는, 아킹 억제 기능이 없는 직류 전원을 장비한 로드록식 통과형 마그네트론 스퍼터링 장치(알백 제조)를 이용했다. 타겟은, 세로 5인치, 가로 15인치의 각형의 타겟을 이용했다. 스퍼터링 성막 평가 스퍼터실을 7×10-5 Pa 이하까지 진공 배기후, 아르곤과 산소의 혼합 가스를 각 타겟의 갈륨량에 따라서 적당한 산소의 비율이 되도록 도입하고, 가스압을 0.6 Pa로 조정했다. 이러한 조건의 스퍼터링 가스를 선택한 이유는, 스퍼터실의 진공도가 1×10-4 Pa를 초과하여 챔버 내의 수분압이 높거나, 또는 수소 가스가 첨가되는 경우에는, 정당한 평가를 할 수 없게 되기 때문이다. ITO 등으로 잘 알려져 있는 바와 같이 막 중에 수분이나 수소 가스 유래의 H+가 취입되면 막의 결정화 온도가 높아지고, 타겟 비부식부에 부착되는 막이 비정질화하기 쉬워진다. 그 결과, 막응력이 저하되기 때문에 비부식부로부터 박리되기 어려워지고, 노듈이 발생하기 어려워진다. 직류 전력은, 일반적으로 양산에서 채용되는 직류 전력 밀도는 3∼6 W/㎠ 정도인 것을 고려하여, 2500 W(직류 전력 밀도 5.17 W/㎠)로 했다.
노듈 발생 평가는, 상기 조건으로, 50 kWh의 연속 스퍼터링 방전후에 타겟 표면을 관찰하여, 노듈 발생의 유무를 평가했다.
「평가」
표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼17의 갈륨 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만이고, 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만인 경우에는, 빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상에 의해 구성되어 있었다.
이에 비해, 비교예 1의 산화물 소결체는 갈륨 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08을 하회하고 있고, 비교예 2, 3의 산화물 소결체는, 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.0001을 하회하고 있기 때문에, 빅스바이트형 구조의 In2O3상으로만 구성되는 산화물 소결체로 되어 있다. 즉, 본 발명의 빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상으로 이루어진 산화물 소결체를 얻을 수 없다. 또한, 비교예 4∼6의 산화물 소결체에서는, 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.05 이상이므로, 빅스바이트형 구조의 In2O3상 이외의 생성상으로서 In(GaMg)O4상이나 MgGa2O4상을 포함해 버리고 있어, 본 발명이 목적으로 하는 산화물 소결체를 얻을 수 없다.
또한, 실시예 2 및 비교예 1, 2, 4, 6의 노듈 발생 평가에서는, 본 발명의 산화물 소결체인 실시예 2의 타겟에서는 노듈의 발생은 확인되지 않았다. 한편, 비교예 1, 2, 4, 6의 타겟에서는, 다수의 노듈 발생이 확인되었다. 비교예 1, 2에서는, 소결체 밀도는 높지만, 빅스바이트형 구조의 In2O3상으로만 소결체 조직이 구성되었기 때문이라고 생각된다. 비교예 4, 6에서는, 소결체 밀도가 낮은 것, 및 전기 저항이 높아 스퍼터링에서 패여 잔류하기 쉬운 In(GaMg)O4상이 포함되어 있던 것이 원인으로 생각된다. 또한, 비교예 6의 소결체에는 MgGa2O4상이 포함되어 있었기 때문에, 실시예 2나 다른 비교예 1, 2, 4와 비교하여 아킹 발생 빈도가 높았다.
또한, 표 3 및 표 4에는, 인듐, 갈륨 및 마그네슘을 산화물로서 함유하는 결정질의 산화물 반도체 박막으로서, 갈륨 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만, 마그네슘 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만으로 제어된 산화물 반도체 박막의 특성을 나타냈다.
실시예의 산화물 반도체 박막은, 모두 빅스바이트형 구조의 In2O3상으로만 이루어져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예의 산화물 반도체 박막은, 캐리어 농도가 1.0×1018 cm-3 미만이고, 캐리어 이동도가 10 ㎠V- 1sec-1 이상인 것을 알 수 있다.
그 중에서도, 갈륨 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비 0.08 이상 0.15 이하이고, 마그네슘 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.01 이상 0.03 이하의 실시예 2∼4, 7, 9, 11, 12의 산화물 반도체 박막은, 캐리어 농도 3.0×1017 cm-3 이하, 캐리어 이동도 15 ㎠V-1sec-1 이상인 우수한 특성을 나타낸다.
이에 비해, 비교예 1∼3의 산화물 반도체 박막은, 빅스바이트형 구조의 In2O3상으로만 구성되는 산화물 반도체 박막이기는 하지만, 캐리어 농도가 1.0×1018 cm-3를 상회하고 있어 TFT의 활성층에는 적합하지 않다. 이에 비해, 비교예 4, 5의 산화물 반도체 박막에서는, 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.05 이상이고, 캐리어 이동도가 10 ㎠V- 1sec- 1를 하회하고 있기 때문에, 본 발명이 목적으로 하는 산화물 반도체 박막을 얻을 수 없다. 또한, 비교예 6의 산화물 반도체 박막에서는, 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.20 이상이고, 캐리어 이동도가 10 ㎠V- 1sec- 1를 하회하고 있기 때문에, 본 발명이 목적으로 하는 산화물 반도체 박막을 얻을 수 없다.

Claims (9)

  1. 인듐, 갈륨 및 마그네슘을 산화물로서 함유하고,
    상기 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.20 미만이며,
    상기 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.0001 이상 0.05 미만이고,
    빅스바이트형 구조의 In2O3상과, In2O3상 이외의 생성상으로서 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상, 또는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상과 (Ga, In)2O3상에 의해 구성되고, In(GaMg)O4상, MgGa2O4상, In2MgO4상, Ga2O3상을 실질적으로 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 산화물 소결체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘의 함유량이 Mg/(In+Ga+Mg) 원자수비로 0.01 이상 0.03 이하인 산화물 소결체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 갈륨의 함유량이 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 이상 0.15 이하인 산화물 소결체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 마그네슘 이외의 +2가 원소, 및 인듐과 갈륨 이외의 +3가 내지 +6가의 원소를 실질적으로 함유하지 않는 산화물 소결체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하기의 식 1로 정의되는 β-Ga2O3형 구조의 GaInO3상의 X선 회절 피크 강도비가 2% 이상 45% 이하의 범위인 산화물 소결체:
    100×I[GaInO3상(111)]/{I[In2O3상(400)]+I[GaInO3상(111)]}[%]…식 1
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 산화물 소결체를 가공하여 얻어지는 스퍼터링용 타겟.
  7. 제6항에 기재된 스퍼터링용 타겟을 이용하여 스퍼터링법에 의해 기판 상에 형성된 후 산화성 분위기에서의 열처리에 의해 결정화시킨 결정질의 산화물 반도체 박막.
  8. 제7항에 있어서, 캐리어 이동도가 10 ㎠V- 1sec-1 이상인 산화물 반도체 박막.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 캐리어 농도가 1.0×1018 cm-3 미만인 산화물 반도체 박막.
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