ZnO膜和ZnO半导体层的形成方法、半导体元件及其制造方法技术

一种ＺｎＯ半导体层的形成方法，在基板上形成导电率低于１×１０＃＋［－９］Ｓ／ｃｍ的ＺｎＯ缓冲层、或者是形成通过Ｘ射线衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除（００２）和（００４）以外的峰的ＺｎＯ缓冲层，然后在上述ＺｎＯ缓冲层上形成ＺｎＯ半导体层。在溅射气体中的氧气流量比小于形成ＺｎＯ缓冲层时的条件下，形成ＺｎＯ半导体层。本发明专利技术还提供了ＺｎＯ膜的形成方法、半导体元件的制造方法及半导体元件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ZnO(氧化锌)膜的形成方法、ZnO半导体层的形成方法、具有ZnO半导体层的发光元件、受光元件或薄膜晶体管(TFT)等半导体元件的制造方法以及具有ZnO半导体层的半导体元件。
技术介绍
因为ZnO半导体具有直接迁移、禁带宽度大(～3.4Ev)的特点，所以人们探讨了ZnO半导体在发出或接受从蓝色至紫外区的光的发光/受光元件或TFT等半导体元件中的应用。作为形成ZnO半导体层的方法，已知的有MBE法、溅射法、激光加工(abrasion)法等，近年，为了提高ZnO半导体层的结晶性，探讨了通过缓冲层，形成ZnO半导体层的方法。在特开2000-244014号公报中记载，如果通过包含Al、Mg等杂质的ZnO缓冲层形成ZnO发光层，将能够形成具有良好结晶性的ZnO发光层。另外，在特开2001-287998号公报中记载，如果通过在比形成半导体层时的温度低的温度下形成的ZnO缓冲层，形成ZnO半导体层，则能够形成具有良好结晶性的ZnO半导体层。但是，采用含有上述杂质的缓冲层的以往技术中，需要另准备Al、Mg等杂质源，由此产生制造费用增加的问题。另外，通过溅射法形成含有杂质的缓冲层时，将在形成室内的壁面等处也形成含杂质的ZnO膜。因此，如果在同一个形成室中形成缓冲层和ZnO发光层，则Al、Mg等杂质将从ZnO发光层形成时附着在壁面等的ZnO膜，排放到形成室内，并这些不需要的杂质有可能进入ZnO发光层中。并且在缓冲层中含有的上述杂质向ZnO发光层扩散，这样杂质有可能进入到ZnO发光层中。这些不想需要杂质的进入，容易使发光层的发光特性降低。并且，如果为了抑制上述不想需要杂质的进入，而分别设置缓冲层形成用的形成室和发光层形成用的形成室，则导致装置费用升高，随之制造费用也上升。另外，使用在低温下形成的缓冲层的以往技术，虽然能够抑制不想需要杂质的进入，但是缓冲层形成时的温度和半导体形成时的温度不相同。因此，如果在同一形成室中要形成ZnO缓冲层和ZnO半导体层，则因为在缓冲层形成结束后至开始形成半导体层期间，需要基板升温的时间，所以存在所需时间长，导致制造费用上升的问题。另外，为了提高生产率，可以分别设置缓冲层形成用的形成室和半导体层形成用的形成室，但是在这种情况下，也同样使装置费用增大，随之制造费用也上升。TFT、发光元件、压电体等电子设备是将绝缘膜、半导体膜或导电膜等导电率不同的薄膜层叠而构成。ZnO是为了形成绝缘膜、半导体膜或导电膜等而使用的。使用ZnO构成电子设备时，上述电子设备是通过层叠ZnO膜和由导电率不同于ZnO的物质构成的膜或者是层叠各自导电率不同的多个ZnO膜而形成。由溅射法形成导电率不同的多个ZnO膜时，应调整各ZnO膜中的载流子密度，并使用所掺杂的杂质(Al、Ga)含量不同的ZnO靶，形成各ZnO膜。但是，用以往的形成方法形成导电率不同的薄膜时，因为需要准备多种物质(ZnO和导电率不同于ZnO的物质)，或者需要准备杂质含量不同的多个ZnO靶，所以出现使材料费用上升或者使制造工序数增加等电子设备成本上升的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于以上问题而提出的，其目的在于提供一种能够廉价地形成结晶性良好的ZnO半导体层的方法。本专利技术的另一目的在于，提供一种能够以廉价地制造出具备结晶性良好的ZnO半导体层的半导体元件的制造方法。本专利技术的另一目的在于，提供一种具备结晶性良好的ZnO半导体层的半导体元件。本专利技术的另一目的在于，提供一种降低材料成本，并能够容易地形成导电率不同的多个ZnO膜的形成方法。本专利技术的另一目的在于，提供一种能够容易地制造出具有导电率从基板侧向膜厚方向连续变化的ZnO膜的半导体元件的制造方法。本专利技术之1的ZnO半导体层的方法是，在基板上形成导电率低于1×10-9S/cm的ZnO缓冲层，然后在ZnO缓冲层上形成ZnO半导体层，或者在基板上形成通过X射线衍射法得到的晶面的衍射峰中具有(002)和(004)以外的峰，具体地具有(103)或(112)峰的ZnO缓冲层，然后在ZnO缓冲层上形成ZnO半导体层。本专利技术之1的ZnO半导体层的方法中，因为在基板上形成导电率低于1×10-9S/cm的ZnO缓冲层或者形成具有(002)和(004)以外峰的ZnO缓冲层，然后在ZnO缓冲层上形成ZnO半导体层，所以能够形成具有良好的结晶性，且迁移率提高的ZnO半导体层。其理由如下。在导电率低于1×10-9S/cm的ZnO缓冲层中，或者在具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO缓冲层中，存在大粒径的晶粒并且每个大粒径晶粒，相隔一定距离，分散存在。另外，ZnO半导体层是以ZnO缓冲层中的大直径晶粒作为晶核，进行晶体成长，这时，在ZnO缓冲层中因为上述大直径晶粒相隔一定距离分散存在，所以晶体成长时，很少发生相邻的晶粒之间相互碰撞，而阻止相互的晶体生长的现象，所以生长成为晶体粒径大的ZnO半导体。另外，因为ZnO缓冲层是不含Al、Mg等不想需要杂质的无掺杂物物层，所以不会发生由于进入不想需要的杂质而导致ZnO半导体层的特性的降低的问题。另外，因为缓冲层的材料和半导体层的材料相同，所以缓冲层和半导体层之间的接合是同性接合，从而得到良好的晶格匹配。其结果，能够形成具有良好的结晶性、迁移率提高的ZnO半导体层。本专利技术之2的ZnO半导体层的方法是，在基板上用溅射法形成ZnO半导体层的方法，使用含氧气的溅射气体，在基板上形成ZnO缓冲层，然后在溅射气体中的氧气流量比小于形成ZnO缓冲层时的条件下，在ZnO缓冲层上形成ZnO半导体层。在本专利技术之2的ZnO半导体层的形成方法中，因为在溅射气体中的氧气流量比大的条件下，在基板上形成ZnO半导体层，所以在ZnO缓冲层中形成大粒径晶粒，并且大直径的晶粒不会相互挨着，而是相隔一定的距离分散存在。另外，因为在溅射气体中的氧气流量比小于形成ZnO缓冲层时的条件下形成，所以能够形成导电率大于ZnO缓冲层且起到半导体功能的ZnO半导体层。另外，ZnO半导体层是将ZnO缓冲层中的大直径的晶粒作为晶核而使晶体生长，这时，因为这些大直径的晶粒相隔一定的距离分散存在，所以不会发生晶体生长时相邻的晶粒之间相撞而防碍互相的晶体生长的问题，从而生长成为晶粒径大的ZnO半导体。另外因为ZnO缓冲层是不含Al，Mg等不想需要杂质的无掺杂物层，所以不会由不想需要杂质的进入而导致ZnO半导体层的特性降低的问题。另外，因为缓冲层的材料和半导体层的材料相同，所以缓冲层和半导体层之间的接合是同性接合，从而能够得到良好的晶格匹配。其结果，能够形成具有良好的结晶性、迁移率提高的ZnO半导体层。在本专利技术之2中，理想的是调整溅射气体中的氧气流量比形成ZnO缓冲层，使得导电率小于1×10-9S/cm或者通过X射线衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰、具体地具有(103)或(112)峰。由此，因为能够形成具有直径更大的晶粒、并且相邻的晶粒之间相隔充分的距离分散存在的ZnO缓冲层，所以能够有效地提高ZnO半导体层的结晶性，迁移率。这时，理想的是使氧气流量比大于20％而形成ZnO缓冲层。如上述通过使氧气流量比大于20％，能够形成导电率小于1×10-9S/cm的ZnO缓冲层或者是具有除(002)和(004)以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＺｎＯ半导体层的形成方法，包括：在基板上形成导电率低于１×１０↑［－９］Ｓ／ｃｍ的ＺｎＯ缓冲层的工序和在上述ＺｎＯ缓冲层上形成ＺｎＯ半导体层的工序。

【技术特征摘要】
JP 2002-3-15 2002-072906;JP 2002-3-26 2002-084770;1.一种ZnO半导体层的形成方法，包括在基板上形成导电率低于1×10-9S/cm的ZnO缓冲层的工序和在上述ZnO缓冲层上形成ZnO半导体层的工序。2.一种ZnO半导体层的形成方法，包括在基板上形成通过X射线衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO缓冲层的工序和在上述ZnO缓冲层上形成ZnO半导体层的工序。3.根据权利要求2所述的ZnO半导体层的形成方法，其中，上述(002)和(004)以外的峰包括(103)或(112)峰。4.一种ZnO半导体层的形成方法，是通过溅射法，在基板上形成ZnO半导体层，包括使用含氧气的溅射气体，在上述基板上形成ZnO缓冲层，然后在溅射气体中的氧气流量比小于形成上述ZnO缓冲层时的条件下，在上述ZnO缓冲层上形成ZnO半导体层。5.根据权利要求4所述的ZnO半导体层的形成方法，其中调整溅射气体中的氧气流量比，形成ZnO缓冲层，以使导电率小于1×10-9S/cm。6.根据权利要求4所述的ZnO半导体层的形成方法，其中调整溅射气体中的氧气流量比，形成上述ZnO缓冲层，以使通过X射线衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰。7.根据权利要求6所述的ZnO半导体层的形成方法，其中上述(002)和(004)以外的峰包括(103)或(112)峰。8.根据权利要求4所述的ZnO半导体层的形成方法，其中氧气流量比在20％以上的条件下形成上述ZnO缓冲层。9.根据权利要求1所述的ZnO半导体层的形成方法，其中上述ZnO缓冲层膜的厚度大于500nm。10.根据权利要求2所述的ZnO半导体层的形成方法，其中上述ZnO缓冲层膜的厚度大于500nm。11.根据权利要求4所述的ZnO半导体层的形成方法，其中上述ZnO缓冲层膜的厚度大于500nm。12.根据权利要求1所述的ZnO半导体层的形成方法，其中连续地形成上述ZnO缓冲层和上述ZnO半导体层。13.根据权利要求2所述的ZnO半导体层的形成方法，其中连续地形成上述ZnO缓冲层和上述ZnO半导体层。14.根据权利要求4所述的ZnO半导体层的形成方法，其中连续地形成上述ZnO缓冲层和上述ZnO半导体层。15.根据权利要求4所述的ZnO半导体层的形成方法，其中边逐渐减少溅射气体中的氧气流量比，边连续地形成上述ZnO缓冲层和上述ZnO半导体层。16.根据权利要求4所述的ZnO半导体层的形成方法，其中在同一形成室内形成上述ZnO缓冲层和上述ZnO半导体层。17.一种半导体元件的制造方法，包括在基板上形成导电率低于1×10-9S/cm的ZnO缓冲层的工序和在上述ZnO缓冲层上形成ZnO半导体层的工序。18.一种半...

【专利技术属性】
技术研发人员：武田胜利，矶村雅夫，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]