JP2016207911A - Film formation method - Google Patents
Film formation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016207911A JP2016207911A JP2015090050A JP2015090050A JP2016207911A JP 2016207911 A JP2016207911 A JP 2016207911A JP 2015090050 A JP2015090050 A JP 2015090050A JP 2015090050 A JP2015090050 A JP 2015090050A JP 2016207911 A JP2016207911 A JP 2016207911A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- film
- film forming
- forming method
- mist
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
Description
本発明は、新規な結晶性酸化物半導体膜の成膜方法に関する。 The present invention relates to a novel method for forming a crystalline oxide semiconductor film.
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（Ｇａ２Ｏ３）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。しかも、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応用も期待されている。当該酸化ガリウムは非特許文献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ＩｎＸＡｌＹＧａＺＯ３（０≦Ｘ≦２、０≦Ｙ≦２、０≦Ｚ≦２、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．５〜２．５）を示し、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。 A semiconductor device using gallium oxide (Ga 2 O 3 ) having a large band gap has been attracting attention as a next-generation switching element that can achieve high breakdown voltage, low loss, and high heat resistance. Application is expected. Moreover, application as a light emitting / receiving device such as an LED or a sensor is also expected from a wide band gap. According to Non-Patent Document 1, the gallium oxide can control the band gap by mixing crystals of indium and aluminum, respectively, or in combination, and constitutes an extremely attractive material system as an InAlGaO-based semiconductor. . Here, the InAlGaO-based semiconductor means In X Al Y Ga Ga Z O 3 (0 ≦ X ≦ 2, 0 ≦ Y ≦ 2, 0 ≦ Z ≦ 2, X + Y + Z = 1.5 to 2.5). It can be overlooked as the same material system to be included.
ＩｎＡｌＧａＯ系半導体の成長技術においては、ＭＢＥ法などが先行しているが、実用の観点からは気相成長法などの、より量産性に優れた成長法による研究を進めることが必要である。非特許文献２には、ミストＣＶＤ法によりＳｎドープが可能なことが記載されている。また、特許文献１には、４価のＳｎをドーパントとして用いたα−Ｇａ２Ｏ３薄膜が記載されている。しかしながら、このように４価のＳｎをドーパントとして用いても、電気特性があまり良くならず、まだまだ実用化には到底至るものではなかった。
そのため、電気特性に優れたＩｎＡｌＧａＯ系半導体膜が得られる成膜方法が待ち望まれていた。
In the growth technique of InAlGaO-based semiconductors, the MBE method is preceded, but from a practical point of view, it is necessary to proceed with research using a growth method with higher mass productivity such as a vapor phase growth method. Non-Patent Document 2 describes that Sn doping is possible by a mist CVD method. Patent Document 1 describes an α-Ga 2 O 3 thin film using tetravalent Sn as a dopant. However, even when tetravalent Sn is used as a dopant as described above, the electrical characteristics are not so good, and it has not yet been put to practical use.
Therefore, a film formation method that can obtain an InAlGaO-based semiconductor film having excellent electrical characteristics has been awaited.
本発明は、電気特性に優れた半導体膜を形成することができる新規かつ有用な成膜方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the novel and useful film-forming method which can form the semiconductor film excellent in the electrical property.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、第１の半導体からなる第１の半導体膜を絶縁化させた後、第２の半導体の前駆体溶液を霧化または液滴化し、得られたミストまたは液滴を熱反応させることによって、絶縁化させた第１の半導体膜上に、第２の半導体からなる第２の半導体膜を成膜すると、驚くべきことに、電気特性に優れた半導体膜が得られることを見出し、この膜が、従来の問題を一挙に解決できるものであることを知見した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have made the first semiconductor film made of the first semiconductor insulating, and then atomized or formed a droplet of the second semiconductor precursor solution. Surprisingly, when the second semiconductor film made of the second semiconductor is formed on the insulated first semiconductor film by thermally reacting the obtained mist or droplet, the electrical characteristics It was found that an excellent semiconductor film can be obtained, and that this film can solve the conventional problems at once.
In addition, after obtaining the above knowledge, the present inventors have further studied and completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ 第１の半導体からなる第１の半導体膜を絶縁化させた後、第２の半導体の前駆体溶液を霧化または液滴化し、得られたミストまたは液滴をキャリアガスでもって成膜室内に搬送し、ついで、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、絶縁化させた第１の半導体膜上に、第２の半導体からなる第２の半導体膜を成膜することを特徴とする半導体膜の成膜方法。
［２］ 第１の半導体が結晶性酸化物半導体である前記［１］記載の成膜方法。
［３］ 結晶性酸化物半導体がコランダム構造を有する前記［２］記載の成膜方法。
［４］ 第１の半導体がガリウムまたはインジウムを少なくとも含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の成膜方法。
［５］ 第１の半導体膜が、第１の半導体の前駆体溶液を霧化または液滴化し、得られたミストまたは液滴をキャリアガスでもって成膜室内に搬送し、ついで、前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、成膜室内に設置されている基体上に成膜されてなる前記［１］〜［４］のいずれかに記載の成膜方法。
［６］ 第２の半導体が結晶性酸化物半導体である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の成膜方法。
［７］ 第２の半導体の主成分が、第１の半導体の主成分と同じである前記［１］〜［６］のいずれかに記載の成膜方法。
［８］ 第２の半導体の前駆体溶液がガリウムまたはインジウムを少なくとも含む前記［１］〜［７］のいずれかに記載の成膜方法。
［９］ 第２の半導体の前駆体溶液がドーパントを含む前記［１］〜［８］のいずれかに記載の成膜方法。
［１０］ドーパントがスズを少なくとも含む前記［９］記載の成膜方法。
［１１］絶縁化処理がアニール処理である前記［１］〜［１０］のいずれかに記載の成膜方法。
［１２］アニール処理を、４００℃〜５００℃で行う前記［１１］記載の成膜方法。
［１３］前記［１］〜［１２］のいずれかに記載の成膜方法により形成された半導体膜。
［１４］前記［１３］記載の半導体膜と電極とを少なくとも含む半導体装置。
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1] After insulating the first semiconductor film made of the first semiconductor, the precursor solution of the second semiconductor is atomized or formed into droplets, and the obtained mist or droplets are formed with a carrier gas. A second semiconductor film made of a second semiconductor is formed on the insulated first semiconductor film by transporting it into the film chamber and then thermally reacting the mist or droplets in the film formation chamber. A method for forming a semiconductor film, comprising:
[2] The film forming method according to [1], wherein the first semiconductor is a crystalline oxide semiconductor.
[3] The film forming method according to [2], wherein the crystalline oxide semiconductor has a corundum structure.
[4] The film forming method according to any one of [1] to [3], wherein the first semiconductor includes at least gallium or indium.
[5] The first semiconductor film atomizes or drops the precursor solution of the first semiconductor, transports the obtained mist or droplets with a carrier gas into the film formation chamber, and then the mist or The film forming method according to any one of the above [1] to [4], wherein the film is formed on a substrate installed in a film forming chamber by reacting the droplets with heat.
[6] The film forming method according to any one of [1] to [5], wherein the second semiconductor is a crystalline oxide semiconductor.
[7] The film forming method according to any one of [1] to [6], wherein the main component of the second semiconductor is the same as the main component of the first semiconductor.
[8] The film forming method according to any one of [1] to [7], wherein the second semiconductor precursor solution contains at least gallium or indium.
[9] The film forming method according to any one of [1] to [8], wherein the second semiconductor precursor solution contains a dopant.
[10] The film forming method according to [9], wherein the dopant includes at least tin.
[11] The film forming method according to any one of [1] to [10], wherein the insulating process is an annealing process.
[12] The film forming method according to [11], wherein the annealing process is performed at 400 ° C. to 500 ° C.
[13] A semiconductor film formed by the film forming method according to any one of [1] to [12].
[14] A semiconductor device including at least the semiconductor film according to [13] and an electrode.
本発明の成膜方法によれば、電気特性に優れた半導体膜が得られる。 According to the film forming method of the present invention, a semiconductor film having excellent electrical characteristics can be obtained.
本発明の成膜方法は、第１の半導体からなる第１の半導体膜を絶縁化させた後（絶縁化工程）、第２の半導体の前駆体溶液を霧化または液滴化し（霧化・液滴化工程）、得られたミストまたは液滴をキャリアガスでもって成膜室内に搬送し（搬送工程）、ついで、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、絶縁化させた第１の半導体膜上に、第２の半導体からなる第２の半導体膜を成膜する（成膜工程）。 In the film forming method of the present invention, after the first semiconductor film made of the first semiconductor is insulated (insulating process), the precursor solution of the second semiconductor is atomized or dropletized (atomization / dropping). Droplet formation step), the obtained mist or droplet is transferred into the film formation chamber with a carrier gas (transfer step), and then the mist or droplet is thermally reacted in the film formation chamber to be insulated. A second semiconductor film made of the second semiconductor is formed on the first semiconductor film (deposition process).
（第１の半導体膜）
第１の半導体膜は、第１の半導体からなる半導体膜であれば特に限定されない。第１の半導体としては、半導体であれば特に限定されず、例えば、酸化物半導体、窒化物半導体、炭化物半導体、ケイ素含有半導体などが挙げられるが、本発明においては、第１の半導体が、酸化物半導体であるのが好ましく、結晶性酸化物半導体であるのがより好ましい。前記結晶性酸化物半導体としては、例えば、βガリア構造を有する結晶性酸化物半導体、コランダム構造を有する結晶性酸化物半導体などが挙げられるが、本発明においては、前記結晶性酸化物半導体が、コランダム構造を有するのが好ましい。また、第１の半導体は、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体であるのが好ましく、ガリウムまたはインジウムを少なくとも含むのがより好ましく、ガリウムを少なくとも含むのが最も好ましい。
(First semiconductor film)
The first semiconductor film is not particularly limited as long as it is a semiconductor film made of the first semiconductor. The first semiconductor is not particularly limited as long as it is a semiconductor, and examples thereof include oxide semiconductors, nitride semiconductors, carbide semiconductors, silicon-containing semiconductors, etc. In the present invention, the first semiconductor is oxidized. It is preferably a physical semiconductor, and more preferably a crystalline oxide semiconductor. Examples of the crystalline oxide semiconductor include a crystalline oxide semiconductor having a β-gallia structure, a crystalline oxide semiconductor having a corundum structure, and the like in the present invention, It preferably has a corundum structure. The first semiconductor is preferably an InAlGaO-based semiconductor, more preferably contains at least gallium or indium, and most preferably contains at least gallium.
第１の半導体膜は、公知の手段を用いて成膜されてよいが、本発明においては、第１の半導体の前駆体溶液を霧化または液滴化し、得られたミストまたは液滴をキャリアガスでもって成膜室内に搬送し、ついで、前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、成膜室内に設置されている基体上に成膜されてなるのが好ましい。このようにして成膜することにより、第２の半導体膜の電気特性をより優れたものにすることができる。 The first semiconductor film may be formed using a known means. In the present invention, the first semiconductor precursor solution is atomized or formed into droplets, and the obtained mist or droplet is used as a carrier. It is preferable that a film is formed on a substrate placed in the film forming chamber by transporting it with a gas into the film forming chamber and then thermally reacting the mist or droplets. By forming the film in this manner, the electrical characteristics of the second semiconductor film can be further improved.
第１の半導体の前駆体溶液は、ミストＣＶＤにより、第１の半導体が得られる溶液であれば特に限定されない。前記前駆体溶液としては、例えば、金属の有機金属錯体（例えばアセチルアセトナート錯体等）やハロゲン化物（例えばフッ化物、塩化物、臭化物またはヨウ化物等）の水溶液などが挙げられる。前記金属は、半導体を構成可能な金属であればそれでよく、このような金属としては、例えば、ガリウム、インジウム、アルミニウム、鉄等が挙げられる。本発明においては、前記金属が、ガリウムまたはインジウムを少なくとも含むのが好ましく、ガリウムを少なくとも含むのがより好ましい。前駆体溶液中の金属の含有量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは、０．００１モル％〜５０モル％であり、より好ましくは０．０１モル％〜５０モル％である。 The precursor solution of the first semiconductor is not particularly limited as long as it is a solution from which the first semiconductor can be obtained by mist CVD. Examples of the precursor solution include an aqueous solution of a metal organometallic complex (for example, acetylacetonate complex) or a halide (for example, fluoride, chloride, bromide, or iodide). The metal may be any metal that can form a semiconductor. Examples of such a metal include gallium, indium, aluminum, and iron. In the present invention, the metal preferably contains at least gallium or indium, and more preferably contains at least gallium. The content of the metal in the precursor solution is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, but is preferably 0.001 mol% to 50 mol%, more preferably 0.01 mol% to 50 mol. %.
また、第１の半導体の前駆体溶液は、ドーパントが含まれているのが好ましい。ドーパントを含ませることにより、イオン注入等を行わずに、第１の半導体膜を形成することができる。前記ドーパントとしては、例えば前記金属が少なくともガリウムを含む場合には、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛などのｎ型ドーパント等が挙げられる。本発明においては、前記ドーパントがスズであるのが第２の半導体膜の電気特性をより向上させることができるので好ましい。なお、前記ドーパントを前駆体溶液に含ませる場合には、ハロゲン化物や錯体の形態にして含有させるのが好ましい。また、ドーピング量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、前駆体溶液中、体積比で、０．００１〜２０％であるのが好ましく、０．０１〜１０％であるのがより好ましい。また、本発明においては、ノンドープも好ましい。 The first semiconductor precursor solution preferably contains a dopant. By including the dopant, the first semiconductor film can be formed without performing ion implantation or the like. Examples of the dopant include n-type dopants such as silicon, germanium, tin, and lead when the metal contains at least gallium. In the present invention, it is preferable that the dopant is tin because the electrical characteristics of the second semiconductor film can be further improved. In addition, when the said dopant is included in a precursor solution, it is preferable to make it contain in the form of a halide or a complex. The doping amount is not particularly limited as long as it does not hinder the object of the present invention, but is preferably 0.001 to 20% by volume in the precursor solution, and preferably 0.01 to 10%. More preferred. In the present invention, non-doping is also preferable.
また、第１の半導体の前駆体溶液は、さらに、酸や塩基等のその他添加剤が含まれていてもよい。本発明においては、前駆体溶液に酸が含まれているのが好ましく、このような好ましい酸としては、例えば、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸などが挙げられる。
第１の半導体の前駆体溶液の溶媒は、特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。本発明においては、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水または水とアルコールとの混合溶媒であるのがより好ましい。
The first semiconductor precursor solution may further contain other additives such as an acid and a base. In the present invention, it is preferable that an acid is contained in the precursor solution. Examples of such a preferable acid include hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, and the like.
The solvent of the first semiconductor precursor solution is not particularly limited, and may be an inorganic solvent such as water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent of an inorganic solvent and an organic solvent. It may be. In the present invention, the solvent preferably contains water, more preferably water or a mixed solvent of water and alcohol.
第１の半導体の前駆体溶液の霧化手段または液滴化手段は、前駆体溶液を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段または液滴化手段が好ましい。超音波を用いて得られたミストまたは液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないためにより好ましい。液滴サイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度の液滴であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１〜１０μｍである。 The atomizing means or droplet forming means of the first semiconductor precursor solution is not particularly limited as long as the precursor solution can be atomized or dropletized, and may be a known means. Is preferably an atomizing means or a droplet forming means using ultrasonic waves. Mist or droplets obtained using ultrasonic waves have a zero initial velocity and are preferable because they float in the air.For example, instead of spraying like a spray, they can be suspended in a space and transported as a gas. Since it is a possible mist, it is more preferable because it is not damaged by collision energy. The droplet size is not particularly limited and may be a droplet of about several mm, but is preferably 50 μm or less, and more preferably 1 to 10 μm.
第１の半導体の前駆体溶液を霧化または液滴化した後、得られたミストまたは液滴（以下、第１のミスト等ともいう）をキャリアガスでもって成膜室内に搬送するのが好ましい。前記キャリアガスとしては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、流量を下げた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１〜２０Ｌ／分であるのが好ましく、１〜１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１〜２Ｌ／分であるのが好ましく、０．１〜１Ｌ／分であるのがより好ましい。 After the first semiconductor precursor solution is atomized or formed into droplets, the obtained mist or droplets (hereinafter also referred to as first mist or the like) is preferably transported into the film formation chamber with a carrier gas. . The carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. For example, oxygen, ozone, an inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas is preferable. Can be mentioned. Further, the type of carrier gas may be one, but it may be two or more, and a diluent gas with a reduced flow rate (for example, 10-fold diluted gas) is further used as the second carrier gas. Also good. Further, the supply location of the carrier gas is not limited to one location but may be two or more locations. The flow rate of the carrier gas is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20 L / min, and more preferably 1 to 10 L / min. In the case of a dilution gas, the flow rate of the dilution gas is preferably 0.001 to 2 L / min, and more preferably 0.1 to 1 L / min.
第１のミスト等をキャリアガスでもって成膜室内に搬送した後、成膜室内で第１のミスト等を熱反応させることによって、成膜室内に設置されている基体上に成膜するのが好ましい。熱反応は、熱でもって第１のミスト等が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度（例えば１０００℃）以下が好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。 After the first mist or the like is transported into the film forming chamber with a carrier gas, the first mist or the like is thermally reacted in the film forming chamber to form a film on a substrate installed in the film forming chamber. preferable. The thermal reaction may be performed as long as the first mist reacts with heat, and the reaction conditions are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In this step, the thermal reaction is usually performed at a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of the solvent, but a temperature that is not too high (eg, 1000 ° C.) or lower is preferable. Further, the thermal reaction may be performed in any atmosphere of a vacuum, a non-oxygen atmosphere, a reducing gas atmosphere, and an oxygen atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired. Although it may be carried out under any conditions of reduced pressure and reduced pressure, it is preferably carried out under atmospheric pressure in the present invention. The film thickness can be set by adjusting the film formation time.
前記基体は、前記膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。 The substrate is not particularly limited as long as it can support the film. The material of the substrate is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known substrate, an organic compound, or an inorganic compound. The substrate may have any shape, for example, a plate shape such as a flat plate or a disk, a fiber shape, a rod shape, a columnar shape, a prismatic shape, a cylindrical shape, a spiral shape, a spherical shape, a ring shape, or the like. In the present invention, a substrate is preferable. The thickness of the substrate is not particularly limited in the present invention.
前記基板は、板状であって、前記結晶膜の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であるのも好ましい。前記基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、またはβ−ガリア構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、六方晶構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、前記特定の結晶構造を有する基板材料が、原子比で、基板材料の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。 The substrate is not particularly limited as long as it is plate-shaped and serves as a support for the crystal film. The substrate may be an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductive substrate, but the substrate is preferably an insulator substrate, and has a metal film on the surface. A substrate is also preferred. Examples of the substrate include a base substrate containing a substrate material having a corundum structure as a main component, a base substrate containing a substrate material having a β-gallia structure as a main component, and a substrate material having a hexagonal crystal structure as a main component. Examples thereof include a base substrate. Here, the “main component” means that the substrate material having the specific crystal structure is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 90% by atomic ratio with respect to all components of the substrate material. % Or more, meaning that it may be 100%.
基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板材料としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体などが挙げられるが、本発明においては、α−Ａｌ２Ｏ３またはα−Ｇａ２Ｏ３が好ましい。そして、コランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、サファイア基板（好ましくはｃ面サファイア基板）や、α型酸化ガリウム基板などが好適な例として挙げられる。β−ガリア構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えばβ−Ｇａ２Ｏ３基板、又はＧａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを含みＡｌ２Ｏ３が０ｗｔ％より多くかつ６０ｗｔ％以下である混晶体基板などが挙げられる。また、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えば、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板などが挙げられる。なお、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板上には、直接または別の層（例：緩衝層）を介して、各層を積層してもよい。 The substrate material is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known material. Examples of the substrate material having the corundum structure include InAlGaO-based semiconductors. In the present invention, α-Al 2 O 3 or α-Ga 2 O 3 is preferable. As a base substrate mainly composed of a substrate material having a corundum structure, a sapphire substrate (preferably a c-plane sapphire substrate), an α-type gallium oxide substrate, or the like is given as a suitable example. As a base substrate mainly composed of a substrate material having a β-gallia structure, for example, a β-Ga 2 O 3 substrate, or a Ga 2 O 3 and Al 2 O 3 containing Al 2 O 3 content of more than 0 wt% Examples thereof include a mixed crystal substrate of 60 wt% or less. In addition, examples of the base substrate whose main component is a substrate material having a hexagonal crystal structure include a SiC substrate, a ZnO substrate, and a GaN substrate. Note that each layer may be stacked directly or via another layer (for example, a buffer layer) on a base substrate whose main component is a substrate material having a hexagonal crystal structure.
本発明においては、前記基体が、コランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板であるのが好ましく、サファイア基板またはα型酸化ガリウム基板であるのがより好ましく、ｃ面サファイア基板であるのが最も好ましい。 In the present invention, the base is preferably a base substrate mainly composed of a substrate material having a corundum structure, more preferably a sapphire substrate or an α-type gallium oxide substrate, and a c-plane sapphire substrate. Is most preferred.
本発明では、上記のようにして得られた第１の半導体膜が好適に用いられる。 In the present invention, the first semiconductor film obtained as described above is preferably used.
（絶縁化工程）
絶縁化工程では、第１の半導体からなる第１の半導体膜を絶縁化させる。絶縁化手段は、第１の半導体を絶縁化させることができさえすればそれでよく、公知の手段であってよい。前記絶縁化手段としては、例えば、酸化処理、水酸化処理、酸素プラズマ処理、水蒸気および／または酸素存在下における紫外線照射処理、アニール処理、水蒸気および／または酸素存在下における電流印加処理などが挙げられる。本発明においては、前記絶縁化手段がアニール処理であるのが好ましく、水蒸気および／または酸素存在下におけるアニール処理であるのがより好ましい。
前記アニール処理は、第１の半導体を絶縁化させる熱処理であれば特に限定されないが、本発明においては、アニール処理を４００℃〜５００℃で行うのが好ましく、４２５℃〜４７５℃で行うのがより好ましい。また、アニール時間は１時間〜４８時間が好ましく、１２時間〜４８時間がより好ましい。
(Insulation process)
In the insulating step, the first semiconductor film made of the first semiconductor is insulated. The insulating means may be any known means as long as it can insulate the first semiconductor. Examples of the insulating means include oxidation treatment, hydroxylation treatment, oxygen plasma treatment, ultraviolet irradiation treatment in the presence of water vapor and / or oxygen, annealing treatment, and current application treatment in the presence of water vapor and / or oxygen. . In the present invention, the insulating means is preferably an annealing treatment, and more preferably an annealing treatment in the presence of water vapor and / or oxygen.
The annealing treatment is not particularly limited as long as it is a heat treatment for insulating the first semiconductor, but in the present invention, the annealing treatment is preferably performed at 400 ° C. to 500 ° C., and is preferably performed at 425 ° C. to 475 ° C. More preferred. The annealing time is preferably 1 hour to 48 hours, more preferably 12 hours to 48 hours.
（霧化・液滴化工程）
霧化・液滴化工程では、第２の半導体の前駆体溶液を霧化または液滴化する。第２の半導体の前駆体溶液の霧化手段または液滴化手段は、前駆体溶液を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段または液滴化手段が好ましい。超音波を用いて得られたミストまたは液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないためにより好ましい。液滴サイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度の液滴であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１〜１０μｍである。
(Atomization / droplet forming process)
In the atomization / droplet forming step, the second semiconductor precursor solution is atomized or dropletized. The atomizing means or droplet forming means of the second semiconductor precursor solution is not particularly limited as long as the precursor solution can be atomized or dropletized, and may be a known means. Is preferably an atomizing means or a droplet forming means using ultrasonic waves. Mist or droplets obtained using ultrasonic waves have a zero initial velocity and are preferable because they float in the air.For example, instead of spraying like a spray, they can be suspended in a space and transported as a gas. Since it is a possible mist, it is more preferable because it is not damaged by collision energy. The droplet size is not particularly limited and may be a droplet of about several mm, but is preferably 50 μm or less, and more preferably 1 to 10 μm.
（第２の半導体）
第２の半導体は、半導体であって、ミストＣＶＤにより、絶縁化させた第１の半導体膜上に成膜されるものであれば特に限定されない。第２の半導体としては、例えば、酸化物半導体、窒化物半導体、炭化物半導体、ケイ素含有半導体などが挙げられるが、本発明においては、第２の半導体が、酸化物半導体であるのが好ましく、結晶性酸化物半導体であるのがより好ましい。前記結晶性酸化物半導体としては、例えば、βガリア構造を有する結晶性酸化物半導体、コランダム構造を有する結晶性酸化物半導体などが挙げられるが、本発明においては、前記結晶性酸化物半導体が、コランダム構造を有するのが好ましい。また、第２の半導体は、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体であるのが好ましく、ガリウムまたはインジウムを少なくとも含むのがより好ましく、ガリウムを少なくとも含むのが最も好ましい。
(Second semiconductor)
The second semiconductor is not particularly limited as long as it is a semiconductor and can be formed on the insulated first semiconductor film by mist CVD. Examples of the second semiconductor include an oxide semiconductor, a nitride semiconductor, a carbide semiconductor, and a silicon-containing semiconductor. In the present invention, the second semiconductor is preferably an oxide semiconductor, The oxide semiconductor is more preferable. Examples of the crystalline oxide semiconductor include a crystalline oxide semiconductor having a β-gallia structure, a crystalline oxide semiconductor having a corundum structure, and the like in the present invention, It preferably has a corundum structure. The second semiconductor is preferably an InAlGaO-based semiconductor, more preferably contains at least gallium or indium, and most preferably contains at least gallium.
また、本発明においては、第２の半導体の主成分が、第１の半導体の主成分と同じであるのが好ましい。「主成分」とは、例えば前記結晶性酸化物半導体がα−Ｇａ２Ｏ３である場合、膜中の金属元素におけるガリウムの原子が０．５以上の割合でα−Ｇａ２Ｏ３が含まれていればそれでよい。なお、本発明においては、前記膜中の金属元素におけるガリウムの原子比が０．７以上であることが好ましく、０．８以上であるのがより好ましい。 In the present invention, the main component of the second semiconductor is preferably the same as the main component of the first semiconductor. The "main component", for example, when the crystalline oxide semiconductor is α-Ga 2 O 3, atoms of gallium in the metallic elements in the film include α-Ga 2 O 3 at a ratio of more than 0.5 If so, that's fine. In the present invention, the atomic ratio of gallium in the metal element in the film is preferably 0.7 or more, and more preferably 0.8 or more.
第２の半導体の前駆体溶液は、ミストＣＶＤにより、第２の半導体が得られる溶液であれば特に限定されない。前記前駆体溶液としては、例えば、金属の有機金属錯体（例えばアセチルアセトナート錯体等）やハロゲン化物（例えばフッ化物、塩化物、臭化物またはヨウ化物等）の水溶液などが挙げられる。前記金属は、半導体を構成可能な金属であればそれでよく、このような金属としては、例えば、ガリウム、インジウム、アルミニウム、鉄等が挙げられる。本発明においては、前記金属が、ガリウムまたはインジウムを少なくとも含むのが好ましく、ガリウムを少なくとも含むのがより好ましい。前駆体溶液中の金属の含有量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは、０．００１モル％〜５０モル％であり、より好ましくは０．０１モル％〜５０モル％である。 The precursor solution of the second semiconductor is not particularly limited as long as the second semiconductor is obtained by mist CVD. Examples of the precursor solution include an aqueous solution of a metal organometallic complex (for example, acetylacetonate complex) or a halide (for example, fluoride, chloride, bromide, or iodide). The metal may be any metal that can form a semiconductor. Examples of such a metal include gallium, indium, aluminum, and iron. In the present invention, the metal preferably contains at least gallium or indium, and more preferably contains at least gallium. The content of the metal in the precursor solution is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, but is preferably 0.001 mol% to 50 mol%, more preferably 0.01 mol% to 50 mol. %.
また、第２の半導体の前駆体溶液は、ドーパントが含まれているのが好ましい。ドーパントを含ませることにより、イオン注入等を行わずに、第２の半導体膜を形成することができる。前記ドーパントとしては、例えば前記金属が少なくともガリウムを含む場合には、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛などのｎ型ドーパント等が挙げられる。本発明においては、前記ドーパントがスズであるのが電気特性をより向上させることができるので好ましい。なお、前記ドーパントを前駆体溶液に含ませる場合には、ハロゲン化物や錯体の形態にして含有させるのが好ましい。また、ドーピング量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、前駆体溶液中、体積比で、０．００１〜２０％であるのが好ましく、０．０１〜１０％であるのがより好ましい。また、本発明においては、ノンドープも好ましい。 The second semiconductor precursor solution preferably contains a dopant. By including the dopant, the second semiconductor film can be formed without performing ion implantation or the like. Examples of the dopant include n-type dopants such as silicon, germanium, tin, and lead when the metal contains at least gallium. In the present invention, it is preferable that the dopant is tin because electrical characteristics can be further improved. In addition, when the said dopant is included in a precursor solution, it is preferable to make it contain in the form of a halide or a complex. The doping amount is not particularly limited as long as it does not hinder the object of the present invention, but is preferably 0.001 to 20% by volume in the precursor solution, and preferably 0.01 to 10%. More preferred. In the present invention, non-doping is also preferable.
また、第２の半導体の前駆体溶液は、さらに、酸や塩基等のその他添加剤が含まれていてもよい。本発明においては、前駆体溶液に酸が含まれているのが好ましく、このような好ましい酸としては、例えば、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸などが挙げられる。 Further, the second semiconductor precursor solution may further contain other additives such as an acid and a base. In the present invention, it is preferable that an acid is contained in the precursor solution. Examples of such a preferable acid include hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, and the like.
第２の半導体の前駆体溶液の溶媒は、特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。本発明においては、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水または水とアルコールとの混合溶媒であるのがより好ましい。 The solvent of the second semiconductor precursor solution is not particularly limited, and may be an inorganic solvent such as water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent of an inorganic solvent and an organic solvent. It may be. In the present invention, the solvent preferably contains water, more preferably water or a mixed solvent of water and alcohol.
（搬送工程）
搬送工程では、キャリアガスでもって前記ミストまたは前記液滴を成膜室内に搬送する。前記キャリアガスとしては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、流量を下げた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１〜２０Ｌ／分であるのが好ましく、１〜１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１〜２Ｌ／分であるのが好ましく、０．１〜１Ｌ／分であるのがより好ましい。
(Conveying process)
In the transfer step, the mist or the droplets are transferred into the film forming chamber with a carrier gas. The carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. For example, oxygen, ozone, an inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas is preferable. Can be mentioned. Further, the type of carrier gas may be one, but it may be two or more, and a diluent gas with a reduced flow rate (for example, 10-fold diluted gas) is further used as the second carrier gas. Also good. Further, the supply location of the carrier gas is not limited to one location but may be two or more locations. The flow rate of the carrier gas is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20 L / min, and more preferably 1 to 10 L / min. In the case of a dilution gas, the flow rate of the dilution gas is preferably 0.001 to 2 L / min, and more preferably 0.1 to 1 L / min.
（成膜工程）
成膜工程では、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、絶縁化させた第１の半導体膜上に、第２の半導体からなる第２の半導体膜を成膜する。熱反応は、熱でもって第１のミスト等が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度（例えば１０００℃）以下が好ましく、６００℃以下がより好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
(Film formation process)
In the film forming step, a second semiconductor film made of the second semiconductor is formed on the insulated first semiconductor film by thermally reacting the mist or droplets in the film forming chamber. The thermal reaction may be performed as long as the first mist reacts with heat, and the reaction conditions are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In this step, the thermal reaction is usually performed at a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of the solvent, but a temperature that is not too high (for example, 1000 ° C.) or lower is preferable, and 600 ° C. or lower is more preferable. Further, the thermal reaction may be performed in any atmosphere of a vacuum, a non-oxygen atmosphere, a reducing gas atmosphere, and an oxygen atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired. Although it may be carried out under any conditions of reduced pressure and reduced pressure, it is preferably carried out under atmospheric pressure in the present invention. The film thickness can be set by adjusting the film formation time.
また、本発明においては、前記結晶基板上にバッファ層や応力緩和層等の他の層を設けもよい。 In the present invention, other layers such as a buffer layer and a stress relaxation layer may be provided on the crystal substrate.
本発明においては、例えば、酸素存在下のアニール処理で第１の半導体膜を絶縁化した場合には、基体上に絶縁体膜が積層され、さらに該絶縁体膜上に、半導体膜が積層されている積層構造体が好適に得られる。また、第１の半導体および第２の半導体の主成分が同じである場合であって、主成分を結晶性酸化物半導体にした場合には、基体上に、結晶性酸化物半導体からなる絶縁体膜が形成されており、さらに、該絶縁体膜上に、結晶性酸化物半導体の半導体膜が形成されている積層構造体が好適に得られる。なお、前記結晶性酸化物半導体は、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体であるのがより好ましい。前記結晶性酸化物半導体がＩｎＡｌＧａＯ系半導体である場合には、キャリア密度２×１０１８ｃｍ−３において、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上、好ましくは１０ｃｍ２／Ｖｓ以上、より好ましくは２０ｃｍ２／Ｖｓ以上を実現することが可能である。 In the present invention, for example, when the first semiconductor film is insulated by annealing treatment in the presence of oxygen, an insulator film is laminated on the substrate, and further, a semiconductor film is laminated on the insulator film. The laminated structure is preferably obtained. In the case where the main components of the first semiconductor and the second semiconductor are the same, and the main component is a crystalline oxide semiconductor, an insulator made of the crystalline oxide semiconductor is formed over the base. A stacked structure in which a film is formed and a semiconductor film of a crystalline oxide semiconductor is formed on the insulator film is preferably obtained. Note that the crystalline oxide semiconductor is more preferably an InAlGaO-based semiconductor. If the crystalline oxide semiconductor is InAlGaO based semiconductor, the carrier density 2 × 10 18 cm -3, mobility 1 cm 2 / Vs or more, preferably 10 cm 2 / Vs or more, more preferably 20 cm 2 / It is possible to realize Vs or higher.
前記成膜方法で得られた半導体膜は、半導体装置等に用いることができる。また、本発明においては、前記結晶性酸化物半導体膜を、前記基体等から剥離する等の公知の手段を用いた後に、半導体装置等に用いてもよい。なお、前記成膜方法で得られた半導体膜と電極とを少なくとも含む半導体装置も本発明に含まれる。 The semiconductor film obtained by the film formation method can be used for a semiconductor device or the like. In the present invention, the crystalline oxide semiconductor film may be used for a semiconductor device or the like after using a known means such as peeling from the substrate or the like. Note that a semiconductor device including at least a semiconductor film and an electrode obtained by the film formation method is also included in the present invention.
前記半導体膜および前記電極を用いて形成される半導体装置としては、例えば、半導体レーザ、ダイオードまたはトランジスタなどが挙げられ、より具体的には例えば、ＭＩＳやＨＥＭＴ等のトランジスタやＴＦＴ、半導体‐金属接合を利用したショットキーバリアダイオード、他のＰ層と組み合わせたＰＮ又はＰＩＮダイオード、受発光素子等が挙げられる。 Examples of the semiconductor device formed using the semiconductor film and the electrode include a semiconductor laser, a diode, or a transistor. More specifically, for example, a transistor such as a MIS or HEMT, a TFT, or a semiconductor-metal junction. Schottky barrier diodes using PN, PN or PIN diodes combined with other P layers, light emitting / receiving elements, and the like.
前記電極は、例えば、前記半導体装置がショットキーダイオードである場合には、ショットキー電極やオーミック電極であってよく、また、例えば、前記半導体装置がＭＯＳＦＥＴである場合には、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極であってよい。前記電極材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。電極の形成は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの公知の手段により行うことができる。 For example, when the semiconductor device is a Schottky diode, the electrode may be a Schottky electrode or an ohmic electrode. For example, when the semiconductor device is a MOSFET, a gate electrode or a source electrode may be used. The drain electrode may be used. Examples of the electrode material include Al, Mo, Co, Zr, Sn, Nb, Fe, Cr, Ta, Ti, Au, Pt, V, Mn, Ni, Cu, Hf, W, Ir, Zn, In, Metals such as Pd, Nd or Ag, or alloys thereof, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), metal oxide conductive films such as indium zinc oxide (IZO), polyaniline, polythiophene or polypyrrole Organic conductive compounds such as or a mixture thereof. The electrode can be formed by a known means such as a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
（実施例１）
１．成膜装置
図１を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１９を説明する。ミストＣＶＤ装置１９は、基板２０を載置するサセプタ２１と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段２２ａと、キャリアガス供給手段２２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）供給手段２２ｂと、キャリアガス（希釈）供給手段２２ｂから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ｂと、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、内径４０ｍｍの石英管からなる供給管２７と、供給管２７の周辺部に設置されたヒーター２８と、熱反応後のミスト、液滴および排気ガスを排出する排気口２９とを備えている。サセプタ２１は、石英からなり、基板２０を載置する面が水平面から傾斜している。成膜室となる供給管２７とサセプタ２１をどちらも石英で作製することにより、基板２０上に形成される膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。
Example 1
1. Film Forming Apparatus A mist CVD apparatus 19 used in this example will be described with reference to FIG. The mist CVD apparatus 19 includes a susceptor 21 on which the substrate 20 is placed, a carrier gas supply means 22a for supplying a carrier gas, and a flow rate adjusting valve 23a for adjusting the flow rate of the carrier gas sent from the carrier gas supply means 22a. The carrier gas (dilution) supply means 22b for supplying the carrier gas (dilution), the flow rate adjusting valve 23b for adjusting the flow rate of the carrier gas sent from the carrier gas (dilution) supply means 22b, and the raw material solution 24a are accommodated. Mist generating source 24, a container 25 in which water 25a is placed, an ultrasonic vibrator 26 attached to the bottom surface of the container 25, a supply pipe 27 made of a quartz tube having an inner diameter of 40 mm, and a peripheral portion of the supply pipe 27 And an exhaust port 29 for discharging mist, droplets and exhaust gas after thermal reaction. The susceptor 21 is made of quartz, and the surface on which the substrate 20 is placed is inclined from the horizontal plane. Both the supply pipe 27 and the susceptor 21 serving as a film formation chamber are made of quartz, so that impurities derived from the apparatus are prevented from being mixed into the film formed on the substrate 20.
２．原料溶液（第１の半導体の前駆体溶液）の作製
下記表１に示す配合割合で、水に、ガリウムアセチルアセトナート、塩化スズ、塩酸を混合して原料溶液を調整した。
2. Preparation of Raw Material Solution (First Semiconductor Precursor Solution) The raw material solution was prepared by mixing water with gallium acetylacetonate, tin chloride, and hydrochloric acid at the blending ratio shown in Table 1 below.
３．成膜準備
上記２．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、基板２０として、ｃ面サファイア基板をサセプタ２１上に設置し、ヒーター２８を作動させて成膜室２７内の温度を５００℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３ａ、２３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段２２ａ、２２ｂからキャリアガスを成膜室２７内に供給し、成膜室２７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を３．０Ｌ／ｍｉｎに、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。
3. Preparation of film formation The raw material solution 24a obtained in the above was accommodated in the mist generating source 24. Next, a c-plane sapphire substrate was placed on the susceptor 21 as the substrate 20, and the heater 28 was operated to raise the temperature in the film forming chamber 27 to 500 ° C. Next, the flow control valves 23a and 23b are opened, the carrier gas is supplied from the carrier gas supply means 22a and 22b as the carrier gas source into the film forming chamber 27, and the atmosphere in the film forming chamber 27 is sufficiently filled with the carrier gas. After the replacement, the carrier gas flow rate was adjusted to 3.0 L / min, and the carrier gas (dilution) flow rate was adjusted to 0.5 L / min. Nitrogen was used as the carrier gas.
４．半導体膜形成
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて原料微粒子を生成した。この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室２７内に導入され、大気圧下、５００℃にて、成膜室２７内でミストが反応して、基板２０上に半導体膜が形成された。なお、膜厚は０．５μｍであり、成膜時間は３０分間であった。
4). Formation of Semiconductor Film Next, the ultrasonic vibrator 26 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 24a through the water 25a, whereby the raw material solution 24a was atomized to generate raw material fine particles. The raw material fine particles were introduced into the film forming chamber 27 by a carrier gas, and a mist reacted in the film forming chamber 27 at 500 ° C. under atmospheric pressure to form a semiconductor film on the substrate 20. The film thickness was 0.5 μm and the film formation time was 30 minutes.
５．アニール処理（絶縁化処理）
成膜後、空気中、４５０℃にて２４時間アニール処理した。処理後、テスターを用いて、半導体膜が絶縁化されたことを確認した。
5. Annealing (insulating)
After film formation, annealing was performed in air at 450 ° C. for 24 hours. After the treatment, it was confirmed that the semiconductor film was insulated using a tester.
６．原料溶液（第２の半導体の前駆体溶液）の作製
下記表２に示す配合割合で、水に、ガリウムアセチルアセトナート、塩化スズ、塩酸を混合して原料溶液を調整した。
6). Preparation of Raw Material Solution (Second Semiconductor Precursor Solution) A raw material solution was prepared by mixing water with gallium acetylacetonate, tin chloride, and hydrochloric acid at the mixing ratio shown in Table 2 below.
７．成膜準備
上記６．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、基板２０として、５．で得られたアニール処理された半導体膜（絶縁体化膜）が表面に形成されているｃ面サファイア基板を、サセプタ２１上に設置し、ヒーター２８を作動させて成膜室２７内の温度を５００℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３ａ、２３ｂを開いてキャリアガス源であるキャリアガス供給手段２２ａ、２２ｂからキャリアガスを成膜室２７内に供給し、成膜室２７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を３．０Ｌ／ｍｉｎに、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。
7). Film formation preparation 6. The raw material solution 24a obtained in the above was accommodated in the mist generating source 24. Next, as the substrate 20, 5. The c-plane sapphire substrate on which the annealed semiconductor film (insulating film) obtained in step 1 is placed on the susceptor 21 and the heater 28 is operated to set the temperature in the film formation chamber 27. The temperature was raised to 500 ° C. Next, the flow rate adjusting valves 23a and 23b are opened to supply the carrier gas into the film forming chamber 27 from the carrier gas supply means 22a and 22b as the carrier gas source, and the atmosphere in the film forming chamber 27 is sufficiently replaced with the carrier gas. After that, the flow rate of the carrier gas was adjusted to 3.0 L / min, and the flow rate of the carrier gas (dilution) was adjusted to 0.5 L / min. Nitrogen was used as the carrier gas.
８．半導体膜形成
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて原料微粒子を生成した。この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室２７内に導入され、大気圧下、５００℃にて、成膜室２７内でミストが反応して、アニール処理された半導体膜（絶縁体化膜）上に薄膜が形成された。なお、膜厚は０．５μｍであり、成膜時間は３０分間であった。
8). Formation of Semiconductor Film Next, the ultrasonic vibrator 26 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 24a through the water 25a, whereby the raw material solution 24a was atomized to generate raw material fine particles. The raw material fine particles are introduced into the film forming chamber 27 by a carrier gas, and the mist reacts in the film forming chamber 27 at 500 ° C. under atmospheric pressure, and an annealed semiconductor film (insulating film). A thin film was formed on top. The film thickness was 0.5 μm and the film formation time was 30 minutes.
９．評価
上記８．にて得られた膜につき、ホール効果測定を実施したところ、キャリア密度２×１０１８ｃｍ−３において、移動度が２４ｃｍ２／Ｖｓであった。
9. Evaluation 8. When the Hall effect measurement was performed on the film obtained in Step 1 , the mobility was 24 cm 2 / Vs at a carrier density of 2 × 10 18 cm −3 .
本発明の成膜方法によれば、電気特性に優れた半導体膜が得られるので、半導体（例えば化合物半導体電子デバイス等）産業に好適に用いることができる。 According to the film forming method of the present invention, a semiconductor film having excellent electrical characteristics can be obtained, and therefore, it can be suitably used in the semiconductor (for example, compound semiconductor electronic device) industry.
１９ ミストＣＶＤ装置
２０ 基板
２１ サセプタ
２２ａ キャリアガス供給手段
２２ｂ キャリアガス（希釈）供給手段
２３ａ 流量調節弁
２３ｂ 流量調節弁
２４ ミスト発生源
２４ａ 原料溶液
２５ 容器
２５ａ 水
２６ 超音波振動子
２７ 供給管
２８ ヒーター
２９ 排気口
19 Mist CVD apparatus 20 Substrate 21 Susceptor 22a Carrier gas supply means 22b Carrier gas (dilution) supply means 23a Flow control valve 23b Flow control valve 24 Mist generation source 24a Raw material solution 25 Container 25a Water 26 Ultrasonic vibrator 27 Supply pipe 28 Heater 29 Exhaust port
Claims (14)
A semiconductor device comprising at least the semiconductor film according to claim 13 and an electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015090050A JP6586768B2 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Deposition method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015090050A JP6586768B2 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Deposition method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016207911A true JP2016207911A (en) | 2016-12-08 |
| JP6586768B2 JP6586768B2 (en) | 2019-10-09 |
Family
ID=57487362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015090050A Active JP6586768B2 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Deposition method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6586768B2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018107240A (en) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Thin film manufacturing device and thin film manufacturing method |
| JP2019119925A (en) * | 2018-01-11 | 2019-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | Film deposition method and film deposition apparatus |
| JP2020002426A (en) * | 2018-06-28 | 2020-01-09 | 信越化学工業株式会社 | Film deposition apparatus and film deposition method |
| CN111326417A (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-23 | 丰田自动车株式会社 | Method for forming gallium oxide film |
| CN112424948A (en) * | 2018-07-12 | 2021-02-26 | 株式会社Flosfia | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips |
| CN113388824A (en) * | 2021-06-15 | 2021-09-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Growing method of gallium oxide film by aerosol-assisted chemical vapor deposition and gallium oxide film |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014154734A (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-25 | Kochi Univ Of Technology | Ozone assisted high quality homogeneous metal oxide thin film fabrication technology, and oxide thin film transistor by thin film fabrication technology, and manufacturing method therefor |
| JP2014199896A (en) * | 2012-05-01 | 2014-10-23 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
-
2015
- 2015-04-27 JP JP2015090050A patent/JP6586768B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014199896A (en) * | 2012-05-01 | 2014-10-23 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
| JP2014154734A (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-25 | Kochi Univ Of Technology | Ozone assisted high quality homogeneous metal oxide thin film fabrication technology, and oxide thin film transistor by thin film fabrication technology, and manufacturing method therefor |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018107240A (en) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Thin film manufacturing device and thin film manufacturing method |
| JP2019119925A (en) * | 2018-01-11 | 2019-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | Film deposition method and film deposition apparatus |
| JP7130962B2 (en) | 2018-01-11 | 2022-09-06 | 株式会社デンソー | Film forming method and film forming apparatus |
| JP2020002426A (en) * | 2018-06-28 | 2020-01-09 | 信越化学工業株式会社 | Film deposition apparatus and film deposition method |
| JP7080115B2 (en) | 2018-06-28 | 2022-06-03 | 信越化学工業株式会社 | Film forming equipment and film forming method |
| JP7473591B2 (en) | 2018-06-28 | 2024-04-23 | 信越化学工業株式会社 | Film forming apparatus and film forming method |
| CN112424948A (en) * | 2018-07-12 | 2021-02-26 | 株式会社Flosfia | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips |
| CN111326417A (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-23 | 丰田自动车株式会社 | Method for forming gallium oxide film |
| JP2020098818A (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | トヨタ自動車株式会社 | Film forming method of gallium oxide film |
| US11515146B2 (en) | 2018-12-17 | 2022-11-29 | Denso Corporation | Method of forming gallium oxide film |
| CN111326417B (en) * | 2018-12-17 | 2023-06-23 | 株式会社电装 | Method for forming gallium oxide film |
| CN113388824A (en) * | 2021-06-15 | 2021-09-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Growing method of gallium oxide film by aerosol-assisted chemical vapor deposition and gallium oxide film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6586768B2 (en) | 2019-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6680434B2 (en) | Peeling method, crystalline semiconductor film and semiconductor device | |
| JP6586768B2 (en) | Deposition method | |
| JP6701472B2 (en) | Crystalline oxide semiconductor film and semiconductor device | |
| JP2015070248A (en) | Oxide thin film and method for manufacturing the same | |
| JP6661124B2 (en) | Semiconductor film, laminated structure and semiconductor device | |
| JP6904517B2 (en) | Crystalline oxide semiconductor film and its manufacturing method | |
| JP2015018881A (en) | Semiconductor device | |
| TWI625413B (en) | Crystalline oxide semiconductor thin film | |
| JP6487989B2 (en) | Group 13 nitride composite substrate, semiconductor device, and method of manufacturing group 13 nitride composite substrate | |
| JP6945121B2 (en) | Crystalline semiconductor membranes and semiconductor devices | |
| JP7014355B2 (en) | Laminated structures and semiconductor devices | |
| JP7391290B2 (en) | Crystalline oxide semiconductor film and semiconductor device | |
| JP7358718B2 (en) | Crystalline oxide semiconductor film and semiconductor device | |
| JP2018082144A (en) | Crystal oxide semiconductor film and semiconductor device | |
| JP7065440B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device | |
| JP6651685B2 (en) | Crystalline semiconductor film, laminated structure and semiconductor device | |
| JP2017010967A (en) | Deposition method | |
| JP2017005146A (en) | Crystalline semiconductor film, lamination structure, and semiconductor device | |
| JP2017010966A (en) | Crystalline semiconductor film, laminate structure and semiconductor device | |
| JP6230196B2 (en) | Crystalline semiconductor film and semiconductor device | |
| JP6478425B2 (en) | Crystalline semiconductor film and semiconductor device | |
| JP6770674B2 (en) | Laminated structures and semiconductor devices | |
| JP2016072526A (en) | Laminate structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150428 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180424 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20180424 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190208 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190219 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190314 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190521 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190814 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190826 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6586768 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |