层叠结构体及其制造方法、半导体装置、以及晶体膜制造方法及图纸

提供结晶性优异的层叠结构体和迁移率良好的上述层叠结构体的半导体装置。该层叠结构体的特征在于，是直接或介由其他层将含有具有刚玉结构的结晶性氧化物作为主要成分的晶体膜在具有刚玉结构的晶体基板上层叠而成的，上述晶体基板具有0.2°～12.0°的偏离角，上述结晶性氧化物包含选自铟、铝、以及镓中的一种或两种以上的金属。

Stacked structure and method of manufacturing the same, semiconductor device, and crystal film

A semiconductor device having excellent crystalline structure and a good stack structure with good mobility. In the laminate structure, crystal film is directly or mediated by other layer containing crystalline oxide with corundum structure as the main component in the crystal structure of the alumina substrate has stacked, the crystal substrate has 0.2 degrees from an angle of 12 degrees, the crystalline oxide selected from the group comprising indium aluminum and gallium in, one or more than two kinds of metal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】层叠结构体及其制造方法、半导体装置、以及晶体膜
本专利技术涉及对半导体装置有用的层叠结构体及其制造方法、由上述层叠结构体构成的半导体装置及晶体膜。
技术介绍
作为能够实现高耐压、低损耗、以及高耐热的下一代开关元件，使用了带隙较大的氧化镓(Ga2O3)的半导体装置备受关注，期待其适用于逆变器等的功率用半导体装置(电力设备)。根据非专利文献1，该氧化镓能够通过使铟或铝分别形成混晶、或将它们组合形成混晶，对带隙进行控制，其中，以InX’AlY’GaZ’O3(0≤X’≤2、0≤Y’≤2、0≤Z’≤2、X’+Y’+Z’＝1.5～2.5)表示的InAlGaO系半导体是非常有吸引力的材料。在专利文献1中记载有添加了掺杂剂(4价的锡)的结晶性较高的导电性α-Ga2O3薄膜。但是，专利文献1记载的薄膜无法保持充分的耐压性，另外，含有大量碳杂质，具有导电性，远不能满足半导体特性，也尚难以用于半导体装置。另外，在非专利文献2中记载有，α-Ga2O3薄膜能够通过MBE法(MolecularBeamEpitaxy,分子束外延)在蓝宝石上成膜。但是，虽然在450℃以下的温度下晶体生长至膜厚100nm，但是若膜厚增加至100nm以上，则晶体的品质变差，并且无法得到膜厚1μm以上的膜。因此，期待膜厚为1μm以上且晶体的品质不变差的α-Ga2O3薄膜。在专利文献2中记载有，使用镓或铟的溴化物或碘化物，通过雾化CVD法(CVD:ChemicalVaporDeposition,化学气相沉积)制造氧化物晶体薄膜。在专利文献3～5中记载有，具有刚玉型晶体结构的半导体层与具有刚玉型晶体结构的绝缘膜在具有刚玉型晶体结构的基底基板上层叠而成的多层结构体。另外，专利文献2～5均是关于由本申请人提出的专利或专利申请的公报。现行技术文献专利文献专利文献1：日本特开第2013－28480号公报专利文献2：日本专利第5397794号专利文献3：日本专利第5343224号专利文献4：日本专利第5397795号专利文献5：日本特开第2014－72533号公报非专利文献非专利文献1：金子健太郎、“刚玉结构氧化镓系混晶薄膜的生长和物性”、京都大学博士论文、平成25年3月非专利文献2：RaveenKumaran,“NewSolidStateLaserCrystalsCreatedbyEpitaxialGrowth”,Athesissubmittedforthedegreeofdoctorofphilosophy,TheUniversityofBritishColumbia,September2012
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于提供结晶性优异的层叠结构体、迁移率良好的上述层叠结构体的半导体装置及结晶性优异的晶体膜。解决问题的方案本专利技术者们为了达成上述目的而进行了深入研究，结果发现层叠结构体的半导体特性、特别是迁移率良好，上述层叠结构体是直接或介由其他层将含有具有刚玉结构的结晶性氧化物作为主要成分的晶体膜在具有刚玉结构的晶体基板上层叠而成的，上述晶体基板具有0.2°～12.0°的偏离角，上述结晶性氧化物含有选自铟、铝、以及镓的一种或两种以上的金属。另外，本专利技术者们获得上述各种知识以后进一步进行反复研究，完成了本专利技术。即，本专利技术涉及以下专利技术。【1】一种层叠结构体，其特征在于，是直接或介由其他层将含有具有刚玉结构的结晶性氧化物作为主要成分的晶体膜在具有刚玉结构的晶体基板上层叠而成的，所述晶体基板具有0.2°～12.0°的偏离角，所述结晶性氧化物包含选自铟、铝、以及镓中的一种或两种以上的金属。【2】如【1】所述的层叠结构体，其中，所述晶体基板的偏离角为1°～8°。【3】如【1】或【2】所述的层叠结构体，其中，晶体基板为c面、m面、a面或r面的蓝宝石基板。【4】如【1】至【3】中任意一项所述的层叠结构体，其中，晶体膜的膜厚为1μm以上。【5】如【1】至【4】中任意一项所述的层叠结构体，其中，利用原子力显微镜测定的晶体膜的膜表面的中心线平均粗糙度(Ra)为10nm以下，最大高低差(P-V值)为100nm以下。【6】如【1】至【5】中任意一项所述的层叠结构体，其中，结晶性氧化物是半导体。【7】如【6】所述的层叠结构体，其中，晶体膜还含有掺杂剂。【8】一种层叠结构体的制造方法，其特征在于，使原料溶液雾化产生雾，然后，向所述雾供给载气，利用所述载气将所述雾供给给基板，使所述雾发生热反应，将由结晶性氧化物构成的晶体膜层叠于所述基板表面的一部分或全部，所述基板是具有刚玉结构的晶体基板，所述晶体基板具有0.2°～12.0°的偏离角，所述原料溶液包含选自铟、铝、以及镓的一种或两种以上的金属。【9】如【8】所述的层叠结构体的制造方法，其中，使热反应在400℃～700℃的温度下进行。【10】如【8】或【9】所述的层叠结构体的制造方法，其中，所述晶体基板的偏离角为2°～5°。【11】如【8】至【10】中任意一项所述的层叠结构体的制造方法，其中，晶体基板为c面、m面、a面或r面的蓝宝石基板。【12】一种半导体装置，其至少具备【6】或【7】记载的层叠结构体和电极。【13】一种晶体膜，其特征在于，含有具有刚玉结构的结晶性氧化物作为主要成分，所述晶体膜具有0.2°～12.0°的偏离角，所述结晶性氧化物包含选自铟、铝、以及镓的一种或两种以上的金属。【14】如【13】所述的晶体膜，其中，所述晶体膜的偏离角为1°～8°。【15】如【13】或【14】所述的晶体膜，其中，晶体膜为c面、m面、a面或r面的晶体膜。【16】如【13】至【15】中任意一项所述的晶体膜，其中，晶体膜的膜厚为1μm以上。【17】如【13】至【16】中任意一项所述的晶体膜，其中，利用原子力显微镜测定的晶体膜的膜表面的中心线平均粗糙度(Ra)为10nm以下，最大高低差(P-V值)为100nm以下。【18】如【13】至【17】中任意一项所述的晶体膜，其中，结晶性氧化物是半导体。【19】如【18】所述的晶体膜，其中，晶体膜还含有掺杂剂。【20】一种半导体装置，其至少具备【18】或【19】记载的晶体膜和电极。专利技术效果本专利技术的层叠结构体结晶性优异，上述层叠结构体的半导体装置的迁移率良好，上述晶体膜的结晶性优异。附图说明图1是示意性地表示本专利技术的肖特基势垒二极管(SBD：SchottkyBarrierDiode)的适宜的一例的图。图2是示意性地表示本专利技术的肖特基势垒二极管(SBD)的适宜的一例的图。图3是示意性地表示本专利技术的肖特基势垒二极管(SBD)的适宜的一例的图。图4是示意性地表示本专利技术的金属半导体场效应晶体管(MESFET：MetalEpitaxial-SemiconductorFieldEffectTransistor)的适宜的一例的图。图5是示意性地表示本专利技术的高电子迁移率晶体管(HEMT，HighElectronMobilityTransistor)的适宜的一例的图。图6是示意性地表示本专利技术的金属氧化膜半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)的适宜的一例的图。图7是用于说明图6的金属氧化膜半导体场效应晶体管(MOSFET)的制造工序的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层叠结构体，其特征在于，是直接或介由其他层将含有具有刚玉结构的结晶性氧化物作为主要成分的晶体膜在具有刚玉结构的晶体基板上层叠而成的，所述晶体基板具有0.2°～12.0°的偏离角，所述结晶性氧化物包含选自铟、铝、以及镓中的一种或两种以上的金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.02 JP 2014-1786011.一种层叠结构体，其特征在于，是直接或介由其他层将含有具有刚玉结构的结晶性氧化物作为主要成分的晶体膜在具有刚玉结构的晶体基板上层叠而成的，所述晶体基板具有0.2°～12.0°的偏离角，所述结晶性氧化物包含选自铟、铝、以及镓中的一种或两种以上的金属。2.如权利要求1所述的层叠结构体，其特征在于，所述晶体基板的偏离角为1°～8°。3.如权利要求1或2所述的层叠结构体，其特征在于，晶体基板为c面、m面、a面或r面的蓝宝石基板。4.如权利要求1至3中任意一项所述的层叠结构体，其特征在于，晶体膜的膜厚为1μm以上。5.如权利要求1至4中任意一项所述的层叠结构体，其特征在于，利用原子力显微镜测定的晶体膜的膜表面的中心线平均粗糙度Ra为10nm以下，最大高低差(P-V值)为100nm以下。6.如权利要求1至5中任意一项所述的层叠结构体，其特征在于，所述结晶性氧化物是半导体。7.如权利要求6所述的层叠结构体，其特征在于，所述晶体膜还含有掺杂剂。8.一种层叠结构体的制造方法，其特征在于，使原料溶液雾化产生雾，然后，向所述雾供给载气，利用所述载气将所述雾供给给基板，使所述雾发生热反应，将由结晶性氧化物构成的晶体膜层叠于所述基板表面的一部分或全部，所述基板是具有刚玉结构的晶体基板，所述晶体基板具有0.2°～12.0°的偏离角，所述原料溶液包含选自铟、铝、以及镓的一种或两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：织田真也，高塚章夫，人罗俊实，
申请(专利权)人：FLOSFIA株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP