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結晶膜の製造方法 外国出願あり

国内特許コード P200016872
整理番号 5927
掲載日 2020年5月11日
出願番号 特願2018-154238
公開番号 特開2019-163200
出願日 平成30年8月20日(2018.8.20)
公開日 令和元年9月26日(2019.9.26)
優先権データ
  • 特願2017-158308 (2017.8.21) JP
  • 特願2018-050517 (2018.3.19) JP
発明者
  • 大島 祐一
  • 藤田 静雄
  • 金子 健太郎
  • 嘉数 誠
  • 河原 克明
  • 四戸 孝
  • 松田 時宜
  • 人羅 俊実
出願人
  • 株式会社FLOSFIA
  • 国立研究開発法人物質・材料研究機構
  • 国立大学法人京都大学
  • 国立大学法人佐賀大学
発明の名称 結晶膜の製造方法 外国出願あり
発明の概要 【課題】高品質な結晶膜が工業的有利に得られる結晶膜の製造方法を提供する。
【解決手段】金属を含む金属源をガス化して金属含有原料ガスとし、ついで、前記金属含有原料ガスと、酸素含有原料ガスとを反応室内の基板上に供給して成膜する結晶膜の製造方法であって、反応性ガスを前記基板上に供給し、前記成膜を、前記反応性ガスの流通下で行うことにより、高品質な結晶膜を成膜し、得られた結晶膜を、半導体装置等に用いる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、バンドギャップの大きな酸化ガリウム(Ga)を用いた半導体装置が注目されており、インバータなどの電力用半導体装置への適用が期待されている。また、広いバンドギャップからLEDやセンサー等の受発光装置としての幅広い応用も期待されている。特に、酸化ガリウムの中でもコランダム構造を有するα―Ga等は、非特許文献1によると、インジウムやアルミニウムをそれぞれ、あるいは組み合わせて混晶することによりバンドギャップ制御することが可能であり、InAlGaO系半導体として極めて魅力的な材料系統を構成している。ここでInAlGaO系半導体とはInAlGa(0≦X≦2、0≦Y≦2、0≦Z≦2、X+Y+Z=1.5~2.5)を示し(特許文献9等)、酸化ガリウムを内包する同一材料系統として俯瞰することができる。

しかしながら、酸化ガリウムは、最安定相がβガリア構造であるので、特殊な成膜法を用いなければ、準安定相であるコランダム構造の結晶膜を成膜することが困難である。また、コランダム構造の結晶膜に限らず、成膜レートや結晶品質の向上、クラックや異常成長の抑制、ツイン抑制、反りによる基板の割れ等においてもまだまだ課題が数多く存在している。このような状況下、現在、コランダム構造を有する結晶性半導体の成膜について、いくつか検討がなされている。

特許文献1には、ガリウム又はインジウムの臭化物又はヨウ化物を用いて、ミストCVD法により、酸化物結晶薄膜を製造する方法が記載されている。特許文献2~4には、コランダム型結晶構造を有する下地基板上に、コランダム型結晶構造を有する半導体層と、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とが積層された多層構造体が記載されている。また、特許文献5~7のように、ELO基板やボイド形成を用いて、ミストCVDによる成膜も検討されている。しかしながら、いずれの方法も成膜レートにおいてまだまだ満足のいくものではなく、成膜レートに優れた成膜方法が待ち望まれていた。
特許文献8には、少なくとも、ガリウム原料と酸素原料とを用いて、HVPE法により、コランダム構造を有する酸化ガリウムを成膜することが記載されている。しかしながら、α―Gaは準安定相であるので、β―Gaのように成膜することが困難であり、工業的にはまだまだ多くの課題があった。
なお、特許文献1~8はいずれも本出願人らによる特許または特許出願に関する公報であり、現在も検討が進められている。

産業上の利用分野

本発明は、半導体装置の製造等に有用な結晶膜の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
金属源をガス化して金属含有原料ガスとし、ついで、前記金属含有原料ガスと、酸素含有原料ガスと、ドーパント含有原料ガスとを反応室内の基板上に供給することにより金属酸化物の結晶膜を成膜する結晶膜の製造方法であって、前記ドーパント含有原料ガスとともに反応性ガスを前記基板上に供給し、前記成膜を、前記ドーパント含有原料ガスおよび前記反応性ガスの流通下で行うことを特徴とする結晶膜の製造方法。

【請求項2】
前記ドーパント含有原料ガスが、ゲルマニウムを含む請求項1記載の製造方法。

【請求項3】
前記ドーパント含有原料ガスが、ハロゲン化ゲルマニウムである請求項2記載の製造方法。

【請求項4】
前記反応性ガスがエッチングガスである請求項1~3のいずれかに記載の製造方法。

【請求項5】
前記反応性ガスがハロゲン化水素、ハロゲンおよび水素からなる群から選ばれる1種または2種以上を含む請求項1~4のいずれかに記載の製造方法。

【請求項6】
前記反応性ガスがハロゲン化水素を含む請求項1~5のいずれかに記載の製造方法。

【請求項7】
前記基板がコランダム構造を含み、前記結晶膜がコランダム構造を有する結晶成長膜である請求項1~6のいずれかに記載の製造方法。

【請求項8】
前記基板が加熱されている請求項1~7のいずれかに記載の製造方法。

【請求項9】
成膜温度が400℃~700℃である請求項1~8のいずれかに記載の製造方法。

【請求項10】
前記金属源がガリウム源であり、前記金属含有原料ガスが、ガリウム含有原料ガスである請求項1~9のいずれかに記載の製造方法。

【請求項11】
前記のガス化を、金属源をハロゲン化することにより行う請求項1~10のいずれかに記載の製造方法。

【請求項12】
前記酸素含有原料ガスが、O、HOおよびNOからなる群から選ばれる1種または2種以上のガスである請求項1~11のいずれかに記載の製造方法。

【請求項13】
コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分とする結晶であって、主面がc面であり、前記酸化物半導体がインジウムまたは/およびガリウムを主成分として含み、ゲルマニウムでドーピングされており、キャリア密度が1×1018/cm以上であり、移動度が20cm/Vs以上であることを特徴とする結晶。

【請求項14】
前記主面が、オフ角を有している請求項13記載の結晶。

【請求項15】
前記酸化物半導体が、酸化ガリウムまたはその混晶である請求項13または14に記載の結晶。

【請求項16】
膜状または板状である請求項13~15のいずれかに記載の結晶。

【請求項17】
酸化物半導体を主成分とする結晶であって、アルミニウムを1×1017/cm以上含んでおり、キャリア密度が1×1018/cm以上であり、移動度が20cm/Vs以上であることを特徴とする結晶。

【請求項18】
前記酸化物半導体が、コランダム構造を有する請求項17記載の結晶。

【請求項19】
前記酸化物半導体が、酸化ガリウムまたはその混晶である請求項17または18に記載の結晶。

【請求項20】
膜状または板状である請求項17~19のいずれかに記載の結晶。

【請求項21】
請求項13~20のいずれかに記載の結晶を含む半導体装置。

【請求項22】
請求項20記載の半導体装置を含む半導体システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018154238thum.jpg
出願権利状態 公開
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