结晶性层叠结构体、半导体装置制造方法及图纸

提供一种电学特性好，对于半导体装置而言有用的结晶性层叠结构体。其中，直接或介由其他层在底层基板上具备结晶性氧化物半导体薄膜，并且该结晶性氧化物半导体薄膜的主要成分为具有刚玉结构的氧化物半导体，所述氧化物半导体主要成分含有铟和/或镓，所述结晶性氧化物半导体薄膜含有锗、硅、钛、锆、钒或铌。

Crystalline Cascade Structures and Semiconductor Devices

【技术实现步骤摘要】
结晶性层叠结构体、半导体装置本申请是针对申请日为2015年5月8日、申请号为201510232391.4、专利技术名称为“结晶性层叠结构体、半导体装置”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及对于半导体装置而言有用的结晶性层叠结构体以及由所述结晶性层叠结构体构成的半导体装置。
技术介绍
氧化镓(Ga2O3)是在室温下具有4.8-5.3eV这样宽的能带隙(Bandgap)，几乎不吸收可见光以及紫外光的透明半导体。因此，特别地，是用于在深紫外光区域中工作的光·电子设备或透明电子产品(Transparentelectronics)的为人所期待的材料，近年来，正在进行开发基于氧化镓(Ga2O3)的光探测器、发光二极管(LED)以及晶体管(参照非专利文献1(JunLiangZhaoetal,“UVandVisibleElectroluminescenceFromaSn:Ga2O3/n+-SiHeterojunctionbyMetal–OrganicChemicalVaporDeposition”,IEEETRANSACTIONSONELECTRONDEVICES,VOL.58,NO.5MAY2011))。另外，在氧化镓(Ga2O3)中，存在α、β、γ、σ、ε的五种晶体结构，一般最稳定的结构为β-Ga2O3。然而，β-Ga2O3是β-gallia结构，因此，与一般在电子材料等中利用的晶体类不同，不一定适用于半导体装置。另外，β-Ga2O3薄膜的生长需要高的基板温度或高的真空度，因此，还存在制造成本增加的问题。另外，如在非专利文献2(KoheiSasakietal,“Si-IonImplantationDopinginβ-Ga2O3andItsApplicationtoFabricationofLow-ResistanceOhmicContacts”,AppliedPhysicsExpress6(2013)086502)中所述的那样，在β-Ga2O3中，即使是高浓度(例如，1×1019/cm3以上)的掺杂物(Si)，在离子注入后，如果不通过800℃～1100℃的高温实施退火处理则也不能作为供体(Donor)来使用。另一方面，α-Ga2O3由于具有与已经被普遍销售的蓝宝石基板相同的晶体结构，适用于光·电子设备，因此处于对于半导体装置而言有用的电学特性好的氧化镓薄膜备受期待。
技术实现思路
在专利文献1(日本特开2013-28480号公报)中，记载了即使使用SnCl2在α-Ga2O3薄膜中添加锡也不能对薄膜附加高的导电性，但当使用SnCl4在α-Ga2O3薄膜中添加锡时可以对薄膜附加导电性，还记载了在各种掺杂物中，当将4价的锡作为掺杂物来使用时，可以对薄膜附加导电性。然而，根据专利文献1所述的方法，存在作为污染物混入比较多的碳的问题，另外，基于锡的薄膜的电学特性也不能满足用于半导体装置中。另外，在专利文献2(日本特开2013-58637号公报)中，记载了形成在α-Al2O3基板上的α-(AlxGa1-x)2O3单晶薄膜，还记载了由于离子注入，可以含有多种掺杂物。然而，在离子注入中，离子会进入间隙位置(interstitialsites)，因此，需要使掺杂物移动到格点位置，使注入损害恢复。另外，在专利文献3(日本特开2009-81359号公报)中记载了：作为使间隙位置的掺杂物移动到格点位置(latticepoints)的方法，高温下的退火处理。在专利文献2中，还记载了在离子注入后以800℃以上的温度由30分钟以上的条件实施退火处理。另外，当α-(AlxGa1-x)2O3单晶薄膜以Ga为主要成分时，如果以800℃以上的温度进行30分钟以上的退火处理，则刚玉结构被损坏，会变为最稳定相的β-gallia结构等问题。另外，由于最初的离子注入，注入部分的刚玉结构被损坏，变为最稳定相的β-gallia结构，或非晶形化等问题也存在。另外，针对专利文献2所述的α-(AlxGa1-x)2O3单晶薄膜，本专利技术人不能通过MBE法进行成膜，而设Al以及Ga的原子比为1：1，将通过MistCVD成膜的结晶性氧化物薄膜由800℃、30分钟的条件进行退火处理。但是，当观察结晶相时，结果只观测到主要成分为β-Ga2O3的β相的氧化物晶体的峰。另外，设Al以及Ga的原子比为2：1时也一样。因此，在专利文献2所述的那样的方法中，完全不能用于半导体装置。本专利技术的目的在于，提供一种电学特性好，对于半导体装置而言有用的结晶性层叠结构体。本专利技术人为了实现所述目的而认真研究后发现了一种结晶性层叠结构体，其中，直接或介由其他层在底层基板上具备结晶性氧化物半导体薄膜，且该结晶性氧化物半导体薄膜的主要成分是具有刚玉结构的氧化物半导体；所述氧化物半导体主要成分含有铟和/或镓，且所述结晶性氧化物半导体薄膜含有锗、硅、钛、锆、钒或铌的结晶性层叠结构体与将Sn作为掺杂物来使用的结构体相比，电学特性好，对于半导体装置而言有用，所述结晶性层叠结构体可以一举解决所述现有技术中的问题。另外，本专利技术人得到所述认识之后，进一步研究完成了本专利技术。本专利技术的结晶性层叠结构体的电学特性好，对于半导体装置而言有用。附图说明图1是表示本专利技术的肖特基势垒二极管(SBD)的一个适当的例子的示意图。图2是表示本专利技术的肖特基势垒二极管(SBD)的一个适当的例子的示意图。图3是表示本专利技术的金属半导体场效应晶体管(MESFET)的一个适当的例子的示意图。图4是表示本专利技术的高电子迁移率晶体管(HEMT)的一个适当的例子的示意图。图5是表示本专利技术的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的一个适当的例子的示意图。图6是用于说明图5的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的制造工序的一部分的示意图。图7是表示本专利技术的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的一个例子的示意图。图8是表示本专利技术的静电感应晶体管(SIT)的一个适当的例子的示意图。图9是用于说明图8的SIT的制造工序的一部分的示意图。图10是表示本专利技术的肖特基势垒二极管(SBD)的一个适当的例子的示意图。图11是表示本专利技术的高电子迁移率晶体管(HEMT)的一个适当的例子的示意图。图12是表示本专利技术的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的一个适当的例子的示意图。图13是表示本专利技术的结型场效应晶体管(JFET)的一个适当的例子的示意图。图14是表示本专利技术的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的一个适当的例子的示意图。图15是表示本专利技术的发光器件(LED)的一个适当的例子的示意图。图16是表示本专利技术的发光器件(LED)的一个适当的例子的示意图。图17是在本专利技术的实施例中使用的MistCVD装置的构成图。图18是表示本专利技术的实施例中的液中掺杂物含有率与膜中含锗量的关系的曲线图。图19是表示在本专利技术的实施例中，在进行了Ge掺杂的氧化物薄膜中，与进行了Sn掺杂的氧化物薄膜相比较，难以发生高电阻化的曲线图。图20是用于说明实施例中的肖特基势垒二极管(SBD)的结构的图。图21是表示实施例中的半导体层的SIMS分析的结果的图。具体实施方式本专利技术的结晶性层叠结构体是在底层基板上，直接或介由其他层，具备主要成分为具有刚玉结构的氧化物半导体的结晶性氧化物半导体薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结晶性氧化物半导体薄膜，该结晶性氧化物半导体薄膜的主要成分为具有刚玉结构的氧化物半导体，其特征在于，所述氧化物半导体含有的主要成分是铟和/或镓，所述结晶性氧化物半导体薄膜含有锗或硅。

【技术特征摘要】
2014.05.08 JP 2014-0972441.一种结晶性氧化物半导体薄膜，该结晶性氧化物半导体薄膜的主要成分为具有刚玉结构的氧化物半导体，其特征在于，所述氧化物半导体含有的主要成分是铟和/或镓，所述结晶性氧化物半导体薄膜含有锗或硅。2.根据权利要求1所述的结晶性氧化物半导体薄膜，其中，所述结晶性氧化物半导体薄膜含有锗。3.根据权利要求1或2所述的结晶性氧化物半导体薄膜，其中，所述结晶性氧化物半导体薄膜实质上不含有碳。4.根据权利要求1～3的任意一项中所述的结晶性氧化物半导体薄膜，其中，所述结晶性氧化物半导体薄膜中的锗或硅的浓度为1×1016/cm3～1×1022/cm3。5.根据权利要求1～3的任意一项中所述的结晶性氧化物半导体薄膜，其中，所述结晶性氧化物半导体薄膜中的锗或硅的浓度为1×1017/cm3以下。6.根据权利要求1～3的任意一项中所述的结晶性氧化物半导体薄膜，其中，所述结晶性氧化物半导体薄膜中的锗或硅的浓度为1×1020/cm3以上。7.根据权利要求1～6的任意一项中所述的结晶性氧化物半导体薄膜，其中，所述氧化物半导体为α型InXAlYGaZO3，其中，0≦X≦2、0≦Y≦2、0≦Z≦2、X+Y+Z＝1.5～2.5、0＜X或0＜Z。8.一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置由权利...

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