JP2017128492A - Crystalline oxide film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystalline oxide film containing a crystalline indium-containing oxide as a main component and a corundum structure.SOLUTION: Mists or liquid droplets 4b obtained from a raw material solution 4a are transported by carrier gases 2a, 2b to a substrate 10 installed in a film deposition chamber and subjected to thermal reaction at 500°C or less in the film deposition chamber, using a cold-wall type mist CVD device 1 to deposit on the substrate 10 a crystalline oxide film containing a crystalline indium-containing oxide as a main component and a corundum structure. The a crystalline oxide film has a half band width of a locking curve of an X-ray diffraction method of 100 arcsec or less, preferably 50 arcsec or less. Preferably, a carrier density is 3.1×10cmor less and a migration rate is 143 cm/Vs or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、結晶性酸化物膜およびその用途に関する。   The present invention relates to a crystalline oxide film and its use.

酸化インジウム膜は、スズをドープすることで1×10−4Ωcm程度の金属的な電気抵抗率を発現し、同時に透明性が保たれるので、透明導電性膜として好適であり、液晶ディスプレイの画素電極や太陽電池のキャリア捕集電極等として広く用いられる。このような用途に用いられる場合には、高い表面抵抗値は出力を押し下げる原因となるため、一般に表面抵抗値は比較的低いものが望ましいとされ、そのために結晶性の高い酸化インジウム膜が求められている(特許文献1)。 The indium oxide film exhibits a metallic electrical resistivity of about 1 × 10 −4 Ωcm when doped with tin, and at the same time, transparency is maintained. Therefore, the indium oxide film is suitable as a transparent conductive film. Widely used as a pixel electrode, a solar cell carrier collection electrode, and the like. When used in such applications, a high surface resistance value will cause a decrease in output, so it is generally desirable that the surface resistance value be relatively low. Therefore, an indium oxide film with high crystallinity is required. (Patent Document 1).

また、酸化物エレクトロニクスの分野において、酸化インジウムは、3.6〜3.75eVの大きなバンドギャップに基づき、将来有望とされる半導体である。酸化インジウムを半導体として用いる場合には移動度をできるだけ高める工夫が必要であり、移動度を高める方法の一つとして、酸化インジウムの結晶性を高めることが挙げられる。
さらに、デバイスを構成する場合には、高移動度の半導体膜の他に、絶縁膜が必要となることが多い。このような場合に高移動度の酸化インジウムと絶縁性の酸化インジウムとが得られれば、これらを互いに積層することによって、例えばFETトランジスタなどの電子デバイスを実現できることとなる。酸化インジウムを絶縁膜として用いる場合には、透明電極材料の場合とは反対に、電気抵抗率をできるだけ高めなくてはならない。そのために不純物イオンをできるだけ取り除き、また酸素欠陥をできるだけ作らない工夫を施す必要がある。(特許文献2)。
In addition, in the field of oxide electronics, indium oxide is a promising semiconductor based on a large band gap of 3.6 to 3.75 eV. In the case where indium oxide is used as a semiconductor, it is necessary to devise a technique for increasing the mobility as much as possible. One method for increasing the mobility is to increase the crystallinity of indium oxide.
Furthermore, in the case of configuring a device, an insulating film is often required in addition to a high mobility semiconductor film. If high mobility indium oxide and insulating indium oxide are obtained in such a case, an electronic device such as an FET transistor can be realized by stacking them together. When indium oxide is used as the insulating film, the electrical resistivity must be increased as much as possible, as opposed to the case of the transparent electrode material. For this purpose, it is necessary to devise a method that removes impurity ions as much as possible and does not create oxygen defects as much as possible. (Patent Document 2).

酸化インジウム膜の結晶性を高める取り組みとして、特許文献3記載の発明のように、ミストCVD法を用いた酸化インジウム膜の作成の検討が進められている。また、例えば非特許文献1では、ミストCVD法を用いてサファイア基板上にコランダム構造を有するIn薄膜を成長させ、X線回析法のロッキングカーブ半値幅が182arcsecという配向性の高い薄膜を得ることに成功している。しかしながら、これら技術を用いても、これ以上半値幅の低い膜を作成することは困難であり、通常は300〜1000arcsec程度の薄膜のみしか得られていなかった。またこのような膜は表面にピットが発生するなどの問題があり、表面平滑性も満足のいくものではなかった。 As an effort to increase the crystallinity of the indium oxide film, as in the invention described in Patent Document 3, the study of the creation of an indium oxide film using a mist CVD method is underway. Further, in Non-Patent Document 1, for example, an In 2 O 3 thin film having a corundum structure is grown on a sapphire substrate by using a mist CVD method, and a thin film having high orientation with a rocking curve half-value width of 182 arcsec in an X-ray diffraction method. Have succeeded in getting. However, even if these techniques are used, it is difficult to produce a film having a lower half-value width, and usually only a thin film of about 300 to 1000 arcsec has been obtained. Further, such a film has problems such as generation of pits on the surface, and the surface smoothness is not satisfactory.

特開2013−193440号公報JP 2013-193440 A 特許第4480809号公報Japanese Patent No. 4480809 特開2014−234337号公報JP 2014-234337 A

Norihiro Suzuki, Kentaro Kaneko, Shizuo Fujita, ”Growth of corundum-structured In2O3 thin films on sapphire substrates with Fe2O3 buffer layers” , Journal of Crystal Growth 364, 2013Norihiro Suzuki, Kentaro Kaneko, Shizuo Fujita, “Growth of corundum-structured In2O3 thin films on sapphire substrates with Fe2O3 buffer layers”, Journal of Crystal Growth 364, 2013

本発明は、結晶性の高い、インジウムを含有する酸化物を主成分として含み、さらにコランダム構造を含む結晶性酸化物膜を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a crystalline oxide film containing a highly crystalline oxide containing indium as a main component and further including a corundum structure.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、特定の条件下でミストCVD法を用いて成膜すると、結晶性の高い、インジウムを含有する酸化物を主成分として含み、さらに準安定相のコランダム構造を含む結晶性酸化物膜を成膜できることを見出した。また本発明者らは、このような結晶性酸化物膜が上記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 inventors of the present invention include a highly crystalline indium-containing oxide as a main component when a film is formed using a mist CVD method under specific conditions. It has been found that a crystalline oxide film containing a metastable phase corundum structure can be formed. The present inventors have also found that such a crystalline oxide film can solve the above conventional problems all 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] インジウムを含有する酸化物を主成分として含む結晶性酸化物膜であって、コランダム構造を含み、X線回析法のロッキングカーブ半値幅が100arcsec以下であることを特徴とする結晶性酸化物膜。
[2] 前記酸化物が、単結晶または多結晶である前記[1]記載の結晶性酸化物膜。
[3] 前記酸化物が、酸化インジウムである前記[1]または[2]に記載の結晶性酸化物膜。
[4] 前記酸化物が、コランダム構造を有する前記[1]〜[3]のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
[5] ドーパントを含む前記[1]〜[4]のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
[6] 前記半値幅が50arcsec以下であることを特徴とする前記[1]〜[5]のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
[7] 透明導電膜である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
[8] 絶縁膜、半導体膜および導電膜から選ばれる1種または2種以上の膜と電極とを少なくとも備えるデバイスであって、前記膜が、前記[1]〜[7]のいずれかに記載の結晶性酸化物膜であることを特徴とするデバイス。
[9] 前記膜が、請求項7記載の結晶性酸化物膜である前記[8]記載のデバイス。
[10] 太陽電池、ディスプレイ、照明、電子ペーパー、トランジスタ、プリンタブル回路、又は透明面状発熱体である前記[9]記載のデバイス。
[11] インジウムを含有する酸化物を主成分として含む結晶性酸化物膜であって、コランダム構造を含み、キャリア密度が3.1×1018cm−3以下であり、移動度が143cm/Vs以上であることを特徴とする結晶性酸化物膜。
[12] 半導体層と電極とを少なくとも備える半導体装置であって、前記半導体層として、前記[11]記載の結晶性酸化物膜が用いられていることを特徴とする半導体装置。
[13] 半導体層と電極とを少なくとも備える半導体装置であって、前記半導体層が、インジウムを含有する酸化物を主成分として含むコランダム構造を有する結晶性酸化物膜で構成されており、電界効果移動度が187cm/Vs以上であり、実効移動度が240cm/Vs以上であることを特徴とする半導体装置。
[14] 前記半導体層が、α−(Al,Gax−1膜(0<x<1)上に積層されている前記[13]記載の半導体装置。
[15] トランジスタである前記[12]〜[14]のいずれかに記載の半導体装置。
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1] A crystalline oxide film containing an oxide containing indium as a main component, including a corundum structure, and having a rocking curve half-value width of 100 arcsec or less in an X-ray diffraction method Oxide film.
[2] The crystalline oxide film according to [1], wherein the oxide is single crystal or polycrystalline.
[3] The crystalline oxide film according to [1] or [2], wherein the oxide is indium oxide.
[4] The crystalline oxide film according to any one of [1] to [3], wherein the oxide has a corundum structure.
[5] The crystalline oxide film according to any one of [1] to [4], including a dopant.
[6] The crystalline oxide film according to any one of [1] to [5], wherein the half width is 50 arcsec or less.
[7] The crystalline oxide film according to any one of [1] to [6], which is a transparent conductive film.
[8] A device including at least one or two or more films selected from an insulating film, a semiconductor film, and a conductive film, and an electrode, wherein the film is any one of [1] to [7]. A device characterized by being a crystalline oxide film.
[9] The device according to [8], wherein the film is the crystalline oxide film according to claim 7.
[10] The device according to [9], which is a solar cell, a display, illumination, electronic paper, a transistor, a printable circuit, or a transparent sheet heating element.
[11] A crystalline oxide film containing an oxide containing indium as a main component, including a corundum structure, having a carrier density of 3.1 × 10 18 cm −3 or less, and a mobility of 143 cm / Vs A crystalline oxide film characterized by the above.
[12] A semiconductor device including at least a semiconductor layer and an electrode, wherein the crystalline oxide film according to [11] is used as the semiconductor layer.
[13] A semiconductor device including at least a semiconductor layer and an electrode, wherein the semiconductor layer is formed of a crystalline oxide film having a corundum structure containing an oxide containing indium as a main component, and a field effect A semiconductor device having a mobility of 187 cm 2 / Vs or more and an effective mobility of 240 cm 2 / Vs or more.
[14] The semiconductor device according to [13], wherein the semiconductor layer is stacked on an α- (Al x , Ga x-1 ) 2 O 3 film (0 <x <1).
[15] The semiconductor device according to any one of [12] to [14], which is a transistor.

本発明によれば、結晶性の高い、インジウムを含有する酸化物を主成分として含み、さらにコランダム構造を含む結晶性酸化物膜を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a crystalline oxide film that includes an oxide containing indium that has high crystallinity as a main component and further includes a corundum structure.

実施例において用いられる成膜装置(ミストCVD)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film-forming apparatus (mist CVD) used in an Example. 比較例において用いられる成膜装置(ミストCVD)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film-forming apparatus (mist CVD) used in a comparative example. 実施例におけるAFMの観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result of AFM in an Example. 試験例におけるα−Inのキャリア密度とホール移動度の関係を示す図である。Is a diagram illustrating a carrier density and the hall mobility of the relationship α-In 2 O 3 in Test Example. 製造例におけるMOSFETの模式的断面図を示す。The typical sectional view of MOSFET in a manufacture example is shown.

本発明の結晶性酸化物膜は、インジウムを含有する酸化物を主成分として含む結晶性酸化物膜であって、コランダム構造を含み、X線回析法のロッキングカーブ半値幅が100arcsec以下であることを特長とする。   The crystalline oxide film of the present invention is a crystalline oxide film containing indium-containing oxide as a main component, includes a corundum structure, and has a rocking curve half-value width of 100 arcsec or less in the X-ray diffraction method. It is characterized by that.

本発明の結晶性酸化物膜は、絶縁膜、半導体膜または導電膜のいずれであってもよいが、導電膜または透明導電膜であってもよい。   The crystalline oxide film of the present invention may be an insulating film, a semiconductor film, or a conductive film, but may be a conductive film or a transparent conductive film.

前記結晶性酸化物膜に含まれるコランダム構造を有する結晶は、単結晶であっても多結晶であってもよく、これらの混合物であってもよい。本発明においては、前記コランダム構造を有する結晶がインジウムを含有する酸化物からなるのが好ましい。なお、前記「主成分」とは、前記結晶性酸化物膜中の組成比(原子比)で、前記酸化物を50%以上含むものをいい、好ましくは70%以上含むものであり、より好ましくは90%以上含むものである。   The crystal having a corundum structure contained in the crystalline oxide film may be a single crystal, a polycrystal, or a mixture thereof. In the present invention, the crystal having the corundum structure is preferably made of an oxide containing indium. The “main component” refers to a composition ratio (atomic ratio) in the crystalline oxide film that includes 50% or more of the oxide, preferably 70% or more, and more preferably. Contains 90% or more.

前記酸化物は、インジウムを含有していれば特に限定されない。インジウムを含有する酸化物としては、例えば、酸化インジウム、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、ガリウムドープ酸化インジウム、インジウムドープ酸化亜鉛などが挙げられる。前記酸化物としては、好適には、酸化インジウムまたは錫ドープ酸化インジウムが挙げられ、より好適には、酸化インジウムが挙げられる。本発明においては、前記酸化物がコランダム構造を有しているのが好ましく、コランダム構造を有している酸化インジウムまたは錫ドープ酸化インジウムであるのがより好ましく、コランダム構造を有している酸化インジウムであるのが最も好ましい。   The oxide is not particularly limited as long as it contains indium. Examples of the oxide containing indium include indium oxide, tin-doped indium oxide (ITO), gallium-doped indium oxide, and indium-doped zinc oxide. The oxide is preferably indium oxide or tin-doped indium oxide, and more preferably indium oxide. In the present invention, the oxide preferably has a corundum structure, more preferably indium oxide having a corundum structure or tin-doped indium oxide, and indium oxide having a corundum structure. Most preferably.

前記結晶性酸化物膜の膜厚は特に限定されないが、本発明においては、前記膜厚が1μm以上であるのが好ましく、1.5μm以上であるのがより好ましく、1.8μm以上であるのが最も好ましい。前記結晶性酸化物膜の形状等は特に限定されず、四角形状であっても、円形状であっても、多角形状であってもよい。前記結晶性酸化物膜の表面積は、特に限定されず、本発明においては、3mm角以上であるのが好ましく、5mm角以上であるのがより好ましく、直径50mm以上であるのが最も好ましい。   The thickness of the crystalline oxide film is not particularly limited, but in the present invention, the thickness is preferably 1 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, and 1.8 μm or more. Is most preferred. The shape or the like of the crystalline oxide film is not particularly limited, and may be a quadrangular shape, a circular shape, or a polygonal shape. The surface area of the crystalline oxide film is not particularly limited, and in the present invention, it is preferably 3 mm square or more, more preferably 5 mm square or more, and most preferably 50 mm square or more.

前記結晶性酸化物膜には、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは特に限定されず、公知のものであってよい。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp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、スズであるのが好ましい。ドーパントの含有量は、前記結晶性酸化物膜の組成中、0.00001原子%以上であるのが好ましく、0.00001原子%〜20原子%であるのがより好ましく、0.00001原子%〜10原子%であるのが最も好ましい。   The crystalline oxide film may contain a dopant. The dopant is not particularly limited and may be a known one. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants. In the present invention, the dopant is preferably tin. The content of the dopant is preferably 0.00001 atomic% or more in the composition of the crystalline oxide film, more preferably 0.00001 atomic% to 20 atomic%, and 0.00001 atomic% to Most preferred is 10 atomic percent.

上記「半値幅」とは、XRD(X−ray diffraction:X線回折法)によりロッキングカーブ半値幅を測定した値を意味する。面方位としては、特に限定されないが、例えば、[0006]などが挙げられる。本発明においては、上記半値幅が、通常100arcsec以下であるが、50arcsec以下であるのが好ましく、40arcsec以下であるのがより好ましい。   The above-mentioned “half-value width” means a value obtained by measuring the half-value width of a rocking curve by XRD (X-ray diffraction: X-ray diffraction method). Although it does not specifically limit as a surface orientation, For example, [0006] etc. are mentioned. In the present invention, the full width at half maximum is usually 100 arcsec or less, preferably 50 arcsec or less, and more preferably 40 arcsec or less.

以下、前記結晶性酸化物膜の好ましい製造方法について説明するが、本発明はこれら好ましい製造方法に限定されない。   Hereinafter, although the preferable manufacturing method of the said crystalline oxide film is demonstrated, this invention is not limited to these preferable manufacturing methods.

前記結晶性酸化物膜の好ましい製造方法としては、例えば図1のようなコールドウォール式のミストCVD装置を用いて、原料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(不活性ガス)で成膜室内に設置されている基体まで搬送し(搬送工程)、ついで成膜室内で前記ミストまたは液滴を500℃以下で熱反応させて前記基体上に結晶性酸化物膜を成膜する(成膜工程)方法などが挙げられる。   As a preferred method for producing the crystalline oxide film, for example, a cold wall type mist CVD apparatus such as that shown in FIG. The mist or liquid droplets are transported to a substrate installed in the film formation chamber by a carrier gas (inert gas) (transport process), and then the mist or liquid droplets are thermally reacted at 500 ° C. or less in the film formation chamber. And a method of forming a crystalline oxide film on the substrate (film formation process).

(霧化・液滴化工程)
霧化・液滴化工程は、前記原料溶液を霧化または液滴化する。前記原料溶液の霧化手段または液滴化手段は、前記原料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、非常に好適である。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0.1〜10μmである。
(Atomization / droplet forming process)
In the atomization / droplet forming step, the raw material solution is atomized or dropletized. The atomizing means or droplet forming means of the raw material solution is not particularly limited as long as the raw material solution can be atomized or formed into droplets, and may be a known means. The atomizing means or droplet forming means used is preferred. 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, there is no damage due to collision energy, which is very suitable. The droplet size is not particularly limited, and may be a droplet of about several mm, but is preferably 50 μm or less, more preferably 0.1 to 10 μm.

(原料溶液)
前記原料溶液は、霧化または液滴化が可能であり、インジウムを含有していれば特に限定されない。本発明においては、前記原料溶液としては、前記金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、有機金属塩(例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等)、硫化金属塩、硝化金属塩、リン酸化金属塩、ハロゲン化金属塩(例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等)などが挙げられる。本発明においては、前記原料溶液がインジウムのハロゲン化金属塩であるのが好ましい。このような好ましい原料溶液を用いることにより、膜の表面平滑性を良好なものとすることができ、さらに膜の結晶性をより良好なものとすることができる。
(Raw material solution)
The raw material solution can be atomized or formed into droplets, and is not particularly limited as long as it contains indium. In the present invention, as the raw material solution, a solution in which the metal is dissolved or dispersed in an organic solvent or water in the form of a complex or a salt can be suitably used. Examples of complex forms include acetylacetonate complexes, carbonyl complexes, ammine complexes, hydride complexes, and the like. Examples of the salt form include organic metal salts (for example, metal acetates, metal oxalates, metal citrates, etc.), sulfide metal salts, nitrate metal salts, phosphorylated metal salts, metal halide salts (for example, metal chlorides). Salt, metal bromide salt, metal iodide salt, etc.). In the present invention, the raw material solution is preferably a metal halide salt of indium. By using such a preferable raw material solution, the surface smoothness of the film can be improved, and the crystallinity of the film can be further improved.

前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。原料溶液にドーパントを含ませることで、ドーピングを良好に行うことができる。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm〜1×1022/cmであってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約1×1017/cm以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約1×1020/cm以上の高濃度で含有させてもよい。 The raw material solution may contain a dopant. Doping can be favorably performed by including a dopant in the raw material solution. The dopant is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants. The concentration of the dopant may usually be about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the concentration of the dopant is set to a low concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less, for example. May be. Furthermore, according to the present invention, the dopant may be contained at a high concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or more.

原料溶液の溶媒は、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く、水であるのが最も好ましい。前記水としては、より具体的には、例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水、海水などが挙げられるが、本発明においては、超純水が好ましい。   The solvent of the raw material 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. In the present invention, the solvent preferably contains water, more preferably water or a mixed solvent of water and alcohol, and most preferably water. More specifically, examples of the water include pure water, ultrapure water, tap water, well water, mineral spring water, mineral water, hot spring water, spring water, fresh water, seawater, and the like. Ultrapure water is preferred.

(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、窒素やアルゴン等の不活性ガスが用いられる。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. As the carrier gas, an inert gas such as nitrogen or argon is used. 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、基体上に、結晶性酸化物膜を成膜する。熱反応は、熱でもって前記ミストまたは液滴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、500℃以下の温度で行うが、400℃以下が好ましく、350℃以下がより好ましく、150℃〜350℃が最も好ましい。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いが、非酸素雰囲気下(例えば、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の雰囲気下)で行われるのが好ましく、不活性ガス雰囲気下で行われるのがより好ましい。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 crystalline oxide film is formed on the substrate by thermally reacting the mist or droplets in the film forming chamber. The thermal reaction may be performed as long as the mist or droplet 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 of 500 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower, more preferably 350 ° C. or lower, and most preferably 150 ° C. to 350 ° C. In addition, 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. In an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas), and more preferably in an inert gas atmosphere. Moreover, although it may be performed under any conditions of atmospheric pressure, increased pressure, and reduced pressure, it is preferably performed under atmospheric pressure in the present invention. The film thickness can be set by adjusting the film formation time.

(基体)
前記基体は、前記結晶性酸化物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、あらゆる形状に対して有効であり、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、多孔質体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。
(Substrate)
The substrate is not particularly limited as long as it can support the crystalline oxide 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 shape of the substrate may be any shape and is effective for all shapes, 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, a porous body shape, and the like can be mentioned. 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、前記結晶性酸化物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、金属基板や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。前記基板の形状は、特に限定されず、略円形状(例えば、円形、楕円形など)であってもよいし、多角形状(例えば、3角形、正方形、長方形、5角形、6角形、7角形、8角形、9角形など)であってもよく、様々な形状を好適に用いることができる。本発明においては、前記基板の形状を好ましい形状にすることにより、基板上に形成される膜の形状を設定することができる。また、本発明においては、大面積の基板を用いることもでき、このような大面積の基板を用いることによって、前記結晶性酸化物膜の面積を大きくすることができる。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。   The substrate is not particularly limited as long as it is plate-shaped and serves as a support for the crystalline oxide film. An insulator substrate, a semiconductor substrate, a metal substrate or a conductive substrate may be used, but the substrate is preferably an insulator substrate, and a metal is formed on the surface. A substrate having a film is also preferable. The shape of the substrate is not particularly limited, and may be a substantially circular shape (for example, a circle or an ellipse), or a polygonal shape (for example, a triangle, a square, a rectangle, a pentagon, a hexagon, a heptagon). , Octagons, 9-gons, etc.), and various shapes can be suitably used. In the present invention, the shape of the film formed on the substrate can be set by setting the shape of the substrate to a preferable shape. In the present invention, a large-area substrate can also be used. By using such a large-area substrate, the area of the crystalline oxide film can be increased. 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, and 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、α−Al(サファイア基板)またはα−Gaが好適に挙げられ、a面サファイア基板、m面サファイア基板、r面サファイア基板、c面サファイア基板や、α型酸化ガリウム基板(a面、m面またはr面)などがより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−Ga基板、又はGaとAlとを含みAl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。 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. As the substrate material having the corundum structure, for example, α-Al 2 O 3 (sapphire substrate) or α-Ga 2 O 3 is preferably exemplified, and an a-plane sapphire substrate, an m-plane sapphire substrate, and an r-plane sapphire substrate. A c-plane sapphire substrate, an α-type gallium oxide substrate (a-plane, m-plane or r-plane) and the like are more preferable examples. 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.

本発明においては、前記基体が、コランダム構造を有するのが好ましく、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より好ましく、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最も好ましい。また、前記基体は、アルミニウムを含むのが好ましく、コランダム構造を有するアルミニウム含有基板材料を主成分とする下地基板であるのがより好ましく、サファイア基板(好ましくはc面サファイア基板、a面サファイア基板、m面サファイア基板、r面サファイア基板)であるのが最も好ましい。   In the present invention, the substrate preferably has a corundum structure, more preferably a base substrate composed mainly of a substrate material having a corundum structure, and most preferably a sapphire substrate or an α-type gallium oxide substrate. preferable. The substrate preferably contains aluminum, more preferably a base substrate mainly composed of an aluminum-containing substrate material having a corundum structure, and a sapphire substrate (preferably a c-plane sapphire substrate, an a-plane sapphire substrate, Most preferred are m-plane sapphire substrates and r-plane sapphire substrates.

本発明においては、前記基体上にそのまま成膜してもよいが、前記基体上にバッファ層を積層したのち、前記基体上にバッファ層を介して成膜するのが好ましい。バッファ層としては、例えば、コランダム構造を含む半導体層、絶縁体層または導電体層などが挙げられるが、中でもコランダム構造を含む半導体層が好ましい。前記のコランダム構造を含む半導体層としては、例えば、α―Fe、α―Ga、α―Alなどが挙げられる。前記バッファ層の積層手段は特に限定されず、前記結晶性酸化物膜の積層手段と同様であってよい。 In the present invention, the film may be formed as it is on the substrate, but it is preferable to form a film on the substrate via the buffer layer after laminating the buffer layer on the substrate. Examples of the buffer layer include a semiconductor layer including a corundum structure, an insulator layer, or a conductor layer. Among these, a semiconductor layer including a corundum structure is preferable. Examples of the semiconductor layer including the corundum structure include α-Fe 2 O 3 , α-Ga 2 O 3 , α-Al 2 O 3, and the like. The means for laminating the buffer layer is not particularly limited, and may be the same as the means for laminating the crystalline oxide film.

上記のようにして得られた結晶性酸化物膜は、X線回析法のロッキングカーブ半値幅が100arcsec以下であり、結晶性に優れている。このような結晶性酸化物膜は、デバイス等に好適に用いることができる。前記デバイスとしては、例えば、太陽電池、ディスプレイ、照明、電子パーパー、トランジスタ、プリンタブル回路、又は透明面状発熱体等が挙げられる。本発明においては、前記デバイスが、絶縁膜、半導体膜および導電膜から選ばれる1種または2種以上の膜と電極とをすくなくとも備えるデバイスであるのが好ましい。   The crystalline oxide film obtained as described above has a rocking curve half-value width of 100 arcsec or less in the X-ray diffraction method and is excellent in crystallinity. Such a crystalline oxide film can be suitably used for a device or the like. Examples of the device include a solar cell, a display, illumination, an electronic paper, a transistor, a printable circuit, or a transparent sheet heating element. In the present invention, the device is preferably a device having at least one or more films selected from an insulating film, a semiconductor film and a conductive film and an electrode.

本発明では、さらに、バッファ層やドーパントを用いてミストCVD法にて成膜することにより、インジウムを含有する酸化物を主成分として含む結晶性酸化物膜であって、コランダム構造を含み、キャリア密度が3.1×1018cm−3以下であり、移動度が143cm/Vs以上である結晶性酸化物膜を容易に得ることができる。このような結晶性酸化物膜は半導体特性に優れていることから、半導体層と電極とを少なくとも備える半導体装置に前記半導体層として好適に用いることができる。適用手法等は特に限定されず、公知の手段を用いてもよい。 In the present invention, a crystalline oxide film containing, as a main component, an oxide containing indium by forming a film by a mist CVD method using a buffer layer or a dopant, which includes a corundum structure, a carrier A crystalline oxide film having a density of 3.1 × 10 18 cm −3 or less and a mobility of 143 cm / Vs or more can be easily obtained. Since such a crystalline oxide film has excellent semiconductor characteristics, it can be suitably used as the semiconductor layer in a semiconductor device including at least a semiconductor layer and an electrode. The application method and the like are not particularly limited, and known means may be used.

前記半導体装置としては、例えば、ダイオードやトランジスタなどが挙げられ、より具体的には例えば、ショットキーバリアダイオード(SBD)、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、静電誘導トランジスタ(SIT)、接合電界効果トランジスタ(JFET)、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)または発光ダイオードなどが挙げられる。本発明においては、前記半導体装置が、SBD、MESFET、HEMT、MOSFETまたはSITであるのが好ましく、MOSFETであるのがより好ましい。   Examples of the semiconductor device include a diode and a transistor, and more specifically, for example, a Schottky barrier diode (SBD), a metal semiconductor field effect transistor (MESFET), a high electron mobility transistor (HEMT), and a metal. Examples thereof include an oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), a static induction transistor (SIT), a junction field effect transistor (JFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and a light emitting diode. In the present invention, the semiconductor device is preferably SBD, MESFET, HEMT, MOSFET, or SIT, and more preferably a MOSFET.

上記のようにして得られる半導体装置は、半導体装置の特性に優れており、具体的には例えば、バッファ層としてα−(Al,Gax−1膜(0<x<1)を用いた場合には、電界効果移動度が187cm/Vs以上であり、実効移動度が240cm/Vs以上である半導体装置を得ることができる。 The semiconductor device obtained as described above is excellent in characteristics of the semiconductor device. Specifically, for example, an α- (Al x , Ga x-1 ) 2 O 3 film (0 <x <1) is used as a buffer layer. ) Is used, a semiconductor device having a field effect mobility of 187 cm 2 / Vs or more and an effective mobility of 240 cm 2 / Vs or more can be obtained.

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1を説明する。ミストCVD装置1は、キャリアガスを供給するキャリアガス源2aと、キャリアガス源2a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3aと、キャリアガス(希釈)を供給するキャリアガス(希釈)源2bと、キャリアガス(希釈)源2bから送り出されるキャリアガス(希釈)の流量を調節するための流量調節弁3bと、前駆体溶液4aが収容されるミスト発生源4と、水5aが入れられる容器5と、容器5の底面に取り付けられた超音波振動子6と、成膜室7と、ミスト発生源4から成膜室7までをつなぐ供給管9と、成膜室7内に設置されたホットプレート8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11とを備えている。なお、ホットプレート8上には、基板10が設置されている。
2.前駆体溶液の作製
臭化インジウムを超純水に混合し、臭化インジウム0.025molとなるように水溶液を調整した。
Example 1
1. Film Forming Apparatus A mist CVD apparatus 1 used in this example will be described with reference to FIG. The mist CVD apparatus 1 includes a carrier gas source 2a for supplying a carrier gas, a flow rate adjusting valve 3a for adjusting the flow rate of the carrier gas delivered from the carrier gas source 2a, and a carrier gas for supplying a carrier gas (dilution). (Dilution) source 2b, flow rate adjusting valve 3b for adjusting the flow rate of carrier gas (dilution) sent from carrier gas (dilution) source 2b, mist generation source 4 in which precursor solution 4a is accommodated, and water 5a , An ultrasonic vibrator 6 attached to the bottom surface of the container 5, a film forming chamber 7, a supply pipe 9 connecting the mist generation source 4 to the film forming chamber 7, and the film forming chamber 7. And an exhaust port 11 for discharging mist, droplets and exhaust gas after thermal reaction. A substrate 10 is installed on the hot plate 8.
2. Preparation of Precursor Solution Indium bromide was mixed with ultrapure water, and the aqueous solution was adjusted to 0.025 mol of indium bromide.

3.成膜準備
上記2.で得られた前駆体溶液4aをミスト発生源4内に収容した。次に、基板10として、表面にバッファ層としてα―Fe膜が積層されているサファイア基板(直径2インチ)をホットプレート8上に設置し、ホットプレート8を作動させて成膜室7内の温度を350℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁3a、3bを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段2a、2bからキャリアガスを成膜室7内に供給し、成膜室7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5.0L/分に、キャリアガス(希釈)の流量を0.5L/分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 precursor solution 4a obtained in the above was accommodated in the mist generation source 4. Next, as the substrate 10, a sapphire substrate (diameter 2 inches) having an α-Fe 2 O 3 film laminated on the surface as a buffer layer is placed on the hot plate 8, and the hot plate 8 is operated to form a film forming chamber. The temperature in 7 was raised to 350 ° C. Next, the flow rate control valves 3a and 3b are opened, the carrier gas is supplied from the carrier gas supply means 2a and 2b, which are carrier gas sources, into the film forming chamber 7, and the atmosphere in the film forming chamber 7 is sufficiently filled with the carrier gas. After the replacement, the carrier gas flow rate was adjusted to 5.0 L / min, and the carrier gas (dilution) flow rate was adjusted to 0.5 L / min. Nitrogen was used as the carrier gas.

4.膜形成
次に、超音波振動子6を2.4MHzで振動させ、その振動を、水5aを通じて前駆体溶液4aに伝播させることによって、前駆体溶液4aを霧化させてミスト4bを生成させた。このミスト4bが、キャリアガスによって、供給管9内を通って、成膜室7内に導入され、大気圧下、350℃にて、成膜室7内でミストが熱反応して、基板10上に酸化インジウム膜が形成された。なお、膜厚は1.8μmであり、成膜時間は120分であった。
4). Film Formation Next, the ultrasonic vibrator 6 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the precursor solution 4a through the water 5a, whereby the precursor solution 4a was atomized to generate the mist 4b. . The mist 4b is introduced into the film forming chamber 7 by the carrier gas through the supply pipe 9, and the mist thermally reacts in the film forming chamber 7 at 350 ° C. under atmospheric pressure. An indium oxide film was formed thereon. The film thickness was 1.8 μm and the film formation time was 120 minutes.

上記4.にて得られた酸化インジウム膜は、白濁もなく、きれいな結晶であった。X線回析装置を用いて膜の同定をしたところ、得られた膜はα‐In膜であった。また、X線回析法により測定したロッキングカーブ半値幅は36arcsecであり、結晶性の高い膜であった。さらに、原子力顕微鏡(AFM)で膜表面を観察したところ、図3の通り、表面にピット等もなく、表面平滑性にも優れた膜が得られた。 4. above. The indium oxide film obtained in 1 was a clear crystal without white turbidity. When the film was identified using an X-ray diffraction apparatus, the obtained film was an α-In 2 O 3 film. Further, the rocking curve half width measured by the X-ray diffraction method was 36 arcsec, and the film was highly crystalline. Furthermore, when the surface of the film was observed with an atomic force microscope (AFM), as shown in FIG. 3, a film having no pits on the surface and excellent surface smoothness was obtained.

(比較例1)
図4を用いて、比較例1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。
(Comparative Example 1)
The mist CVD apparatus 19 used in Comparative Example 1 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 a heater 28 installed in the vehicle. 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.

成膜装置として、図4に示すミストCVD装置19を用いたことおよび成膜時間を40分としたこと以外は、実施例1と同様にして成膜を行った。得られた膜につき、X線回析装置を用いて同定したところ、α―Inであった。また、X線回析装置を用いて半値幅を測定したところ、187arcsecであった。なお、膜厚は250nmであった。 Film formation was performed in the same manner as in Example 1 except that the mist CVD apparatus 19 shown in FIG. 4 was used as the film formation apparatus and the film formation time was 40 minutes. When the obtained film was identified using an X-ray diffraction apparatus, it was α-In 2 O 3 . Moreover, it was 187 arcsec when the half value width was measured using the X-ray-diffraction apparatus. The film thickness was 250 nm.

以上の通り、本発明の結晶性酸化物膜は、結晶性に優れていることが分かる。   As described above, it can be seen that the crystalline oxide film of the present invention is excellent in crystallinity.

(試験例)
上記例に従い、Feバッファ層およびGaバッファ層をオゾンとともにそれぞれ用いてα―In膜を得た。また、上記例に準じて、原料にマグネシウムアセチルアセトナートおよび亜鉛アセチルアセトナートをそれぞれ混合して、MgドーピングおよびZnドーピングを施したα―In膜を得た。得られたα―In膜につき、X線回折装置にて結晶構造を確認した後、アニール処理してホール効果測定を行い、キャリア密度と移動度を評価した。結果を図4に示す。
図4から明らかなとおり、キャリア密度3.1×1018cm−3、移動度143cm/Vsのものが得られたものが良好にドーピングされており、キャリア密度と移動度との関係も明らかになり、ドーピングにより、キャリア密度を3.1×1018cm−3以下にすると、移動度を143cm/Vs以上にすることができることがわかった。
(Test example)
According to the above example, an Fe 2 O 3 buffer layer and a Ga 2 O 3 buffer layer were used together with ozone to obtain an α-In 2 O 3 film. Further, in accordance with the above example, magnesium acetylacetonate and zinc acetylacetonate were mixed as raw materials to obtain an α-In 2 O 3 film subjected to Mg doping and Zn doping. About the obtained α-In 2 O 3 film, the crystal structure was confirmed with an X-ray diffractometer, and then annealed to measure the Hall effect to evaluate the carrier density and mobility. The results are shown in FIG.
As is apparent from FIG. 4, a carrier density of 3.1 × 10 18 cm −3 and a mobility of 143 cm / Vs is well doped, and the relationship between the carrier density and the mobility is also clear. Thus, it was found that when the carrier density is 3.1 × 10 18 cm −3 or less by doping, the mobility can be increased to 143 cm / Vs or more.

(製造例)
図5に示すMOSFETを作製した。まず、上記例に準じて、原料にマグネシウムアセチルアセトナートを混合し、さらに、α−(Al0.1Ga0.9バッファ層36をオゾンとともに用いて、基板37上にα―In膜35を半導体層として得た。なお、膜厚はMOSFETをOFFにするため60nmとした。作製したα―In膜上に、ソース電極32及びドレイン電極33をそれぞれ設けた。具体的には、α―In膜をアセトン洗浄した後、レジストを成膜し、フォトマスクで表面を保護した後に露光、続いて現像を行い、パターンを形成することにより、金(Au)膜(70nm厚)を成膜した。ソース・ドレイン電極の作製が終了した後、絶縁層であるアモルファスa−Al薄膜34を、ミストCVD法を用いて成膜した。絶縁層の成膜後、ソース・ドレイン電極と同様にしてゲート電極31(Au膜、100nm厚)を作製した。作製したソース・ドレイン電極上の絶縁層をエッチングにより除去し、MOSFETを作製した。
(Production example)
A MOSFET shown in FIG. 5 was produced. First, in accordance with the above example, magnesium acetylacetonate is mixed as a raw material, and α- (Al 0.1 Ga 0.9 ) 2 O 3 buffer layer 36 is used together with ozone to form α- An In 2 O 3 film 35 was obtained as a semiconductor layer. The film thickness was set to 60 nm in order to turn off the MOSFET. A source electrode 32 and a drain electrode 33 were provided on the produced α-In 2 O 3 film. Specifically, after washing the α-In 2 O 3 film with acetone, a resist is formed, the surface is protected with a photomask, then exposure is performed, followed by development to form a pattern, thereby forming gold (Au ) A film (70 nm thick) was formed. After the production of the source / drain electrodes was completed, an amorphous a-Al 2 O 3 thin film 34 as an insulating layer was formed using a mist CVD method. After the formation of the insulating layer, the gate electrode 31 (Au film, 100 nm thickness) was produced in the same manner as the source / drain electrodes. The insulating layer on the produced source / drain electrodes was removed by etching to produce a MOSFET.

作製したMOSFETにつき、スイッチ特性としての性能を示すS値は1.83V/decであった。そして10というON/OFF比が得られた。このことからゲート特性が良好であることがわかる。また、ゲート特性の評価とIV測定結果と表1の定数とを用いて電界効果移動度μFEと実行移動度μeffを計算した。その結果、電界効果移動度が187cm/Vsであり、実効移動度が240cm/Vsであった。この結果から、電界効果移動度が187cm/Vs以上であり、実効移動度が240cm/Vs以上の移動度に優れたMOSFETが得られたことがわかる。 With respect to the fabricated MOSFET, the S value indicating the performance as the switch characteristic was 1.83 V / dec. An ON / OFF ratio of 10 5 was obtained. This shows that the gate characteristics are good. Further, the field effect mobility μ FE and the effective mobility μ eff were calculated using the evaluation of the gate characteristics, the IV measurement results, and the constants in Table 1. As a result, the field effect mobility was 187 cm 2 / Vs, and the effective mobility was 240 cm 2 / Vs. From this result, it can be seen that a MOSFET having a field effect mobility of 187 cm 2 / Vs or more and an effective mobility of 240 cm 2 / Vs or more was obtained.

本発明の結晶性酸化物膜は、種々のデバイスに用いることができるが、とりわけ、太陽電池、ディスプレイ、照明、電子ペーパー、トランジスタ、プリンタブル回路、又は透明面状発熱体などに有用である。   The crystalline oxide film of the present invention can be used for various devices, but is particularly useful for solar cells, displays, lighting, electronic paper, transistors, printable circuits, transparent sheet heating elements, and the like.

1 ミストCVD装置
2a キャリアガス源
2b キャリアガス(希釈)源
3a 流量調節弁
3b 流量調節弁
4 ミスト発生源
4a 原料溶液
4b ミスト
5 容器
5a 水
6 超音波振動子
7 成膜室
8 ホットプレート
9 供給管
10 基板
11 排気口
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
31 ゲート電極
32 ソース電極
33 ドレイン電極
34 ゲート絶縁膜
35 半導体層
36 バッファ層
37 基板


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mist CVD apparatus 2a Carrier gas source 2b Carrier gas (dilution) source 3a Flow control valve 3b Flow control valve 4 Mist generation source 4a Raw material solution 4b Mist 5 Container 5a Water 6 Ultrasonic vibrator 7 Deposition chamber 8 Hot plate 9 Supply Tube 10 Substrate 11 Exhaust port 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 vibration Child 27 Supply pipe 28 Heater 29 Exhaust port 31 Gate electrode 32 Source electrode 33 Drain electrode 34 Gate insulating film 35 Semiconductor layer 36 Buffer layer 37 Substrate


Claims (15)

インジウムを含有する酸化物を主成分として含む結晶性酸化物膜であって、コランダム構造を含み、X線回析法のロッキングカーブ半値幅が100arcsec以下であることを特徴とする結晶性酸化物膜。   A crystalline oxide film containing an oxide containing indium as a main component, comprising a corundum structure, and having a rocking curve half-width of 100 arcsec or less in an X-ray diffraction method . 前記酸化物が、単結晶または多結晶である請求項1記載の結晶性酸化物膜。   The crystalline oxide film according to claim 1, wherein the oxide is single crystal or polycrystalline. 前記酸化物が、酸化インジウムである請求項1または2に記載の結晶性酸化物膜。   The crystalline oxide film according to claim 1, wherein the oxide is indium oxide. 前記酸化物が、コランダム構造を有する請求項1〜3のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。   The crystalline oxide film according to claim 1, wherein the oxide has a corundum structure. ドーパントを含む請求項1〜4のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。   The crystalline oxide film according to claim 1, comprising a dopant. 前記半値幅が50arcsec以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。   The crystalline oxide film according to claim 1, wherein the half width is 50 arcsec or less. 透明導電膜である、請求項1〜6のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。   The crystalline oxide film according to claim 1, which is a transparent conductive film. 絶縁膜、半導体膜および導電膜から選ばれる1種または2種以上の膜と電極とを少なくとも備えるデバイスであって、前記膜が、請求項1〜7のいずれかに記載の結晶性酸化物膜であることを特徴とするデバイス。   A crystalline oxide film according to any one of claims 1 to 7, wherein the device comprises at least one film selected from an insulating film, a semiconductor film, and a conductive film, and an electrode. A device characterized by being. 前記膜が、請求項7記載の結晶性酸化物膜である請求項8記載のデバイス。   The device according to claim 8, wherein the film is a crystalline oxide film according to claim 7. 太陽電池、ディスプレイ、照明、電子ペーパー、トランジスタ、プリンタブル回路、又は透明面状発熱体である請求項9記載のデバイス。   The device according to claim 9, which is a solar cell, a display, illumination, electronic paper, a transistor, a printable circuit, or a transparent planar heating element. インジウムを含有する酸化物を主成分として含む結晶性酸化物膜であって、コランダム構造を含み、キャリア密度が3.1×1018cm−3以下であり、移動度が143cm/Vs以上であることを特徴とする結晶性酸化物膜。 A crystalline oxide film containing an oxide containing indium as a main component, including a corundum structure, having a carrier density of 3.1 × 10 18 cm −3 or less, and a mobility of 143 cm / Vs or more A crystalline oxide film characterized by the above. 半導体層と電極とを少なくとも備える半導体装置であって、前記半導体層として、請求項11記載の結晶性酸化物膜が用いられていることを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device comprising at least a semiconductor layer and an electrode, wherein the crystalline oxide film according to claim 11 is used as the semiconductor layer. 半導体層と電極とを少なくとも備える半導体装置であって、前記半導体層が、インジウムを含有する酸化物を主成分として含むコランダム構造を有する結晶性酸化物膜で構成されており、電界効果移動度が187cm/Vs以上であり、実効移動度が240cm/Vs以上であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising at least a semiconductor layer and an electrode, wherein the semiconductor layer is composed of a crystalline oxide film having a corundum structure containing an oxide containing indium as a main component, and has a field effect mobility. 187 cm 2 / Vs or higher and effective mobility is 240 cm 2 / Vs or higher. 前記半導体層が、α−(Al,Gax−1膜(0<x<1)上に積層されている請求項13記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 13, wherein the semiconductor layer is stacked on an α- (Al x , Ga x-1 ) 2 O 3 film (0 <x <1). トランジスタである請求項12〜14のいずれかに記載の半導体装置。

The semiconductor device according to claim 12, which is a transistor.

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