JP2014072517A - 半導体装置及びその製造方法、結晶及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明によれば、コランダム型結晶構造を有する下地基板とコランダム型結晶構造を有する半導体層、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とから形成される半導体装置が提供される。コランダム型の結晶構造を持つ材料のなかには酸化膜が多く含まれ、絶縁膜としての機能を果たすことができることのみならず、下地基板、半導体層および絶縁膜がすべてコランダム型の結晶構造を有していることにより下地基板上に良質な半導体層、絶縁膜を実現することができる。
【選択図】図2
Description
特にSiCを材料とする高耐圧半導体デバイスにおいては、シリコンと同様、基板表面にMOS構造を形成するSiCMOSFETの開発が進められてきた。
しかし、SiC半導体装置やGaN半導体装置では、多くの解決すべき課題が残されている。なかでも重大な課題は、ノーマリーオフ型の素子構造が困難である問題である。
特にSiCMOSFETのMOS構造においては、良質な絶縁膜の形成が困難であることに起因することが明らかになってきた。これは、結晶性の良い半導体層を形成することに注視するあまり、結晶性が良く良好なデバイス特性が期待されるSiC等の半導体が選択され、そのうえで、熱酸化等の手法による実現可能な絶縁膜の選択、成膜プロセスの検討が行われてきてきたことに因る。
たとえば、図2に示すように、下地基板6にα型サファイアAl2O3、半導体層5に不純物ドープされたα型InX1AlY1GaZ1O3(0≦X1≦2、0≦Y1≦2、0≦Z1≦2、X1+Y1+Z1=1.5〜2.5)、絶縁膜4にα型AlX2GaY2O3(0≦X2≦2、0≦Y2≦2、X2+Y2=1.5〜2.5)を形成することができる。X1、Y1、Z1、X2、Y2は、それぞれ、具体的には例えば、0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。X1+Y1+Z1、X2+Y2は、それぞれ、具体的には例えば、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよいし、下地基板と半導体層、絶縁膜の3層のうち、1層のみ異なる材料、異なる組成で形成してもよい。
ここで結晶性応力緩和層の異種材料総数は1以上であれば良い。X1、Y1、X2、Y2、Z2、X3、Y3は、それぞれ、具体的には例えば、0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。X1+Y1、X2+Y2+Z2、X3+Y3は、それぞれ、具体的には例えば、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
半導体装置の製造方法およびコランダム型結晶を成膜する際に使用する成膜装置10Aについて説明する。
[コランダム型結晶材料および組成]
[取り出し]
[膜構造]
2 半導体層
3 下地基板
4 絶縁膜
5 半導体層
6 下地基板
7 絶縁膜
8 半導体層
9 結晶性応力緩和層
10 下地基板
11 絶縁膜
12 キャップ層
13 半導体層
14 結晶性応力緩和層
15 下地基板
16 絶縁膜
17 構造相転移防止層
18 半導体層
19 成膜装置
20 被成膜試料
21 試料台
22 窒素源
23 流量調節弁
24 ミスト発生源
24a 溶液
25 ミスト発生源
25a 水
26 超音波振動子
27 成膜室
28 ヒータ
Claims (16)
- コランダム型結晶構造を有する下地基板とコランダム型結晶構造を有する半導体層、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とから形成される半導体装置。
- 前記コランダム型結晶構造を有する下地基板、半導体層、絶縁膜のすべてが、サファイア、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化クロム、酸化鉄、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化コバルトのいずれか、あるいは、サファイア、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化クロム、酸化鉄、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化コバルトの複数の混晶で形成される、請求項1記載の半導体装置。
- 前記コランダム型結晶構造を有する下地基板、半導体層、絶縁膜のすべてが同一、あるいは格子定数差15%以内の半導体材料および組成を用いて形成される請求項1に記載の半導体装置。
- 前記結晶がα型酸化アルミニウム・ガリウムAlXGaYO3(0≦X≦2、0≦Y≦2、X+Y=1.5〜2.5)から形成される請求項3に記載の半導体装置。
- 前記コランダム型結晶構造を有する下地基板、半導体層、絶縁膜の少なくともいずれかの層が、異なる組成の結晶から形成される請求項1に記載の半導体装置。
- 前記下地基板がα型サファイア、半導体層がα型InX1AlY1GaZ1O3(0≦X1≦2、0≦Y1≦2、0≦Z1≦2、X1+Y1+Z1=1.5〜2.5)、絶縁膜がα型AlY2GaZ2O3(0≦Y2≦2、0≦Z2≦2、Y2+Z2=1.5〜2.5)から形成された請求項5に記載の半導体装置。
- 前記コランダム型結晶構造を有する下地基板と半導体層との間に、コランダム型結晶構造を有する結晶性応力緩和層を有する請求項1に記載の半導体装置。
- 前記下地基板にα型サファイアを用い、結晶性応力緩和層として、1層以上から形成され、Al量を徐々に低減させたα型AlX1GaY1O3(0≦X1≦2、0≦Y1≦2、X1+Y1=1.5〜2.5)膜を形成したのち、半導体層としてα型InX2AlY2GaZ2O3(0≦X2≦2、0≦Y2≦2、0≦Z2≦2、X2+Y2+Z2=1.5〜2.5)膜を形成し、さらに、絶縁膜にα型AlX3GaY3O3(0≦X3≦2、0≦Y3≦2、X3+Y3=1.5〜2.5)膜を形成した請求項7に記載の半導体装置。
- 前記半導体層と絶縁膜との間にキャップ層として、半導体層の結晶材料と絶縁膜の結晶材料で使用されている元素の少なくとも一部の元素を含む結晶が使用されている請求項1に記載の半導体装置。
- 前記下地基板にα型サファイアを用い、半導体層として不純物ドープされたα型InX2AlY2GaZ2O3(0≦X2≦2、0≦Y2≦2、0≦Z2≦2、X2+Y2+Z2=1.5〜2.5)膜を形成し、さらに、キャップ層としてAl量を徐々に大きくしたα型AlX3GaY3O3(0≦X3≦2、0≦Y3≦2、X3+Y3=1.5〜2.5)膜、絶縁膜にα型AlX4GaY4O3(0≦X4≦2、0≦Y4≦2、X4+Y4=1.5〜2.5)膜を形成した請求項9に記載の半導体装置。
- 前記下地基板と半導体層との間に、結晶性応力緩和層として1層以上から形成され、Al量を徐々に低減させたα型AlX1GaY1O3(0≦X1≦2、0≦Y1≦2、X1+Y1=1.5〜2.5)膜を形成した請求項10に記載の半導体装置。
- 前記半導体層と絶縁膜との間に構造相転移防止層として、半導体層の結晶材料と絶縁膜の結晶材料で使用されている元素の少なくとも一部の元素を含む結晶が使用されている請求項1に記載の半導体装置。
- 半導体層として不純物ドープされたα型InX1AlY1GaZ1O3(0≦X1≦2、0≦Y1≦2、0≦Z1≦2、X1+Y1+Z1=1.5〜2.5)膜を形成し、さらに、構造相転移防止層としてAl量を徐々に大きくしたα型AlX2GaY2O3(0≦X2≦2、0≦Y2≦2、X2+Y2=1.5〜2.5)膜、絶縁膜にα型AlX3GaY3O3(0≦X3≦2、0≦Y3≦2、X3+Y3=1.5〜2.5)膜を形成した請求項12に記載の半導体装置。
- 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、必ずしもコランダム型結晶構造を有さない支持基板、支持基板とコランダム型結晶との接合層とを含む半導体装置。
- 前記支持基板が、SiC基板、Si基板、金属基板、セラミック基板、ガラス基板のいずれかで形成される請求項14に記載の半導体装置。
- 前記接合層が、酸化シリコン膜で形成される請求項14に記載の半導体装置。
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