JP2021038116A - Laminate structure, semiconductor device, and method for producing laminate structure - Google Patents

Laminate structure, semiconductor device, and method for producing laminate structure Download PDF

Info

Publication number
JP2021038116A
JP2021038116A JP2019160610A JP2019160610A JP2021038116A JP 2021038116 A JP2021038116 A JP 2021038116A JP 2019160610 A JP2019160610 A JP 2019160610A JP 2019160610 A JP2019160610 A JP 2019160610A JP 2021038116 A JP2021038116 A JP 2021038116A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
laminated structure
oxide film
crystalline oxide
film
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
Application number
JP2019160610A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7161456B2 (en
Inventor
洋 橋上
Hiroshi Hashigami
洋 橋上
渡部 武紀
Takenori Watabe
武紀 渡部
崇寛 坂爪
Takahiro Sakazume
崇寛 坂爪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2019160610A priority Critical patent/JP7161456B2/en
Publication of JP2021038116A publication Critical patent/JP2021038116A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7161456B2 publication Critical patent/JP7161456B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

To provide an inexpensive laminate structure that is thermally stable and includes a crystalline oxide film with excellent electrical characteristics.SOLUTION: A laminate structure has a crystalline substrate, and a crystalline oxide film having gallium as the main component and having a β-gallia structure. The crystalline substrate is a lithium tantalate crystalline substrate. On the principal surface of the lithium tantalate crystalline substrate, the crystalline oxide film having β-Ga2O3 as the main component is laminated. The principal surface of the lithium tantalate crystalline substrate is an a-, m- or r-plane.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、積層構造体及び半導体装置並びに積層構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated structure, a semiconductor device, and a method for manufacturing the laminated structure.

酸化ガリウム(Ga)に代表される酸化物半導体は、バンドギャップの大きな半導体として、高耐圧、低損失及び高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子への応用が期待されている。 Oxide semiconductors typified by gallium oxide (Ga 2 O 3 ) are expected to be applied to next-generation switching devices capable of achieving high withstand voltage, low loss, and high heat resistance as semiconductors with a large bandgap.

特開2014−072463号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-072463 特開2014−015366号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-015366 特開2015−091740号公報JP-A-2015-091740

特許文献1には、比較的低温で、コランダム構造を有する酸化ガリウム(α−Ga)を作製する手法が記載されているが、α−Gaは準安定相であるため、熱的に不安定であるという問題がある。 Patent Document 1 describes a method for producing gallium oxide (α-Ga 2 O 3 ) having a corundum structure at a relatively low temperature, but since α-Ga 2 O 3 is a metastable phase, There is a problem of thermal instability.

これに対し、β−Gaは最安定相であり、上記のような相転移は生じない。しかし、特許文献2や特許文献3にあるように、成膜を行うためには極めて高い温度に加熱することが必要とされており、より低温の、簡易で安価な成膜方法が求められていた。 On the other hand, β-Ga 2 O 3 is the most stable phase, and the above-mentioned phase transition does not occur. However, as described in Patent Documents 2 and 3, it is necessary to heat to an extremely high temperature in order to form a film, and a lower temperature, simple and inexpensive film forming method is required. It was.

ベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜を半導体装置に用いる上では、上記のように膜の熱安定性が高く、また、膜の電気的特性が優れているものが求められていた。 In order to use a crystalline oxide film having a beta-gallian structure in a semiconductor device, as described above, a film having high thermal stability and excellent electrical characteristics of the film has been required.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、熱的に安定であり、電気的特性が優れた結晶性酸化物膜を有する安価な積層構造体を提供すること、及び、熱的に安定であり、電気的特性が優れた結晶性酸化物膜を有する積層構造体を、簡便、安価に、低温プロセスで成膜可能な成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, to provide an inexpensive laminated structure having a crystalline oxide film which is thermally stable and has excellent electrical characteristics, and heat. It is an object of the present invention to provide a film forming method capable of forming a laminated structure having a crystalline oxide film which is stable and has excellent electrical characteristics easily and inexpensively by a low temperature process.

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、結晶性基板と、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜とを有する積層構造体であって、前記結晶性基板がタンタル酸リチウム結晶基板であり、該タンタル酸リチウム結晶基板の主面上に、β−Gaを主成分として含む前記結晶性酸化物膜が積層されており、前記タンタル酸リチウム結晶基板の前記主面が、a面、m面またはr面であることを特徴とする積層構造体を提供する。 The present invention has been made to achieve the above object, and is a laminated structure having a crystalline substrate and a crystalline oxide film containing gallium as a main component and having a beta-gallian structure, and the crystalline substrate. Is a lithium tantalate crystal substrate, and the crystalline oxide film containing β-Ga 2 O 3 as a main component is laminated on the main surface of the lithium tantalate crystal substrate. Provided is a laminated structure characterized in that the main surface of the above is an a-plane, an m-plane or an r-plane.

このような積層構造体は、簡便かつ安価に得られるものであり、熱的に安定であり、しかも電気的特性が優れており、半導体装置に好適に用いることができるものとなる。 Such a laminated structure can be obtained easily and inexpensively, is thermally stable, has excellent electrical characteristics, and can be suitably used for a semiconductor device.

このとき、前記結晶性酸化物膜がドーパントを含む積層構造体とすることができる。 At this time, the crystalline oxide film can be a laminated structure containing a dopant.

このようにドーパントを含むことにより、より確実に、結晶性酸化物膜の導電性を制御することができる。 By including the dopant in this way, the conductivity of the crystalline oxide film can be controlled more reliably.

このとき、前記ドーパントは、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はニオブから選ばれる1種以上を含む積層構造体とすることができる。 At this time, the dopant can be a laminated structure containing one or more selected from tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium, and niobium.

これにより、n型の結晶性酸化物膜となる。 This results in an n-type crystalline oxide film.

このとき、前記結晶性酸化物膜の膜厚が1μm以上である積層構造体とすることができる。 At this time, the crystalline oxide film can be a laminated structure having a film thickness of 1 μm or more.

これにより、半導体装置により有用なものとなる。 This makes the semiconductor device more useful.

このとき、前記結晶性酸化物膜の面積が100mm以上である積層構造体とすることができる。 At this time, a laminated structure having an area of 100 mm 2 or more of the crystalline oxide film can be formed.

これにより、半導体装置により有用な大面積なものとなる。 This makes the large area more useful for semiconductor devices.

このとき、上記の積層構造体を含む半導体装置とすることができる。 At this time, the semiconductor device including the above-mentioned laminated structure can be obtained.

これにより、優れた特性を有する半導体装置となる。 As a result, the semiconductor device has excellent characteristics.

また、少なくともガリウムを含有する水溶液を霧化又は液滴化して生成されたミストを、キャリアガスを用いて基板へ搬送し、前記基板上で前記ミストを熱反応させて、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜を前記基板の主面上に成膜する方法であって、前記基板として、前記主面が、a面、m面またはr面のタンタル酸リチウム結晶基板を用いることを特徴とする積層構造体の製造方法を提供する。 Further, the mist generated by atomizing or dropletizing an aqueous solution containing at least gallium is conveyed to a substrate using a carrier gas, and the mist is thermally reacted on the substrate to have gallium as a main component and beta galia. A method of forming a crystalline oxide film having a structure on the main surface of the substrate, wherein the substrate is a lithium tantalate crystal substrate whose main surface is an a-plane, an m-plane or an r-plane. Provided is a method for manufacturing a laminated structure characterized by the above.

このような積層構造体の製造方法によれば、ベータガリア構造を有し、熱的に安定であり、電気的特性が優れた結晶性酸化物膜を含む積層構造体を、低温プロセスで生産性高く、簡便かつ安価に製造することができる。 According to the method for producing such a laminated structure, a laminated structure containing a crystalline oxide film having a beta-gallian structure, being thermally stable, and having excellent electrical characteristics can be produced with high productivity in a low temperature process. , Can be manufactured easily and inexpensively.

このとき、前記結晶性酸化物膜をβ―Gaを主成分とするものとする積層構造体の製造方法とすることができる。 At this time, a method for producing a laminated structure in which the crystalline oxide film contains β-Ga 2 O 3 as a main component can be used.

これにより、熱的により安定な結晶性酸化物膜を有する積層構造体を提供することができる。 This makes it possible to provide a laminated structure having a thermally more stable crystalline oxide film.

このとき、前記水溶液にドーパントを含有させておき、前記結晶性酸化物膜の成膜時にドーピングする積層構造体の製造方法とすることができる。 At this time, a method for producing a laminated structure in which a dopant is contained in the aqueous solution and doped at the time of forming the crystalline oxide film can be used.

このようにドーピングすることにより、より確実に、結晶性酸化物膜の導電性を制御することができる。 By doping in this way, the conductivity of the crystalline oxide film can be controlled more reliably.

このとき、前記ドーパントを、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はニオブから選ばれる1種以上とする積層構造体の製造方法とすることができる。 At this time, the method for producing a laminated structure in which the dopant is one or more selected from tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium, and niobium can be used.

これにより、n型の結晶性酸化物膜とすることができる。 As a result, an n-type crystalline oxide film can be obtained.

このとき、前記熱反応の温度を250〜900℃とする積層構造体の製造方法とすることができる。 At this time, the method for manufacturing a laminated structure in which the temperature of the thermal reaction is 250 to 900 ° C. can be used.

これにより、ベータガリア構造を有する積層構造体を、より低温で製造することができるため、ランニングコストが低減できるだけでなく、製造に要する時間も短縮することができる。 As a result, the laminated structure having a beta-galia structure can be manufactured at a lower temperature, so that not only the running cost can be reduced, but also the time required for manufacturing can be shortened.

このとき、前記結晶性酸化物膜の膜厚を1μm以上とする積層構造体の製造方法とすることができる At this time, a method for producing a laminated structure in which the film thickness of the crystalline oxide film is 1 μm or more can be used.

これにより、半導体装置により有用な積層構造体を得ることができる。 Thereby, a useful laminated structure can be obtained by the semiconductor device.

このとき、前記基板として、前記主面の面積が100mm以上のものを用いることができる。 At this time, as the substrate, a substrate having an area of 100 mm 2 or more on the main surface can be used.

これにより、簡便かつ安価に大面積の積層構造体を得ることができる。 As a result, a large-area laminated structure can be easily and inexpensively obtained.

以上のように、本発明の積層構造体によれば、熱的に安定であり、電気的特性が優れており、半導体装置に好適に用いることができる積層構造体となる。また、優れた特性を有する半導体装置となる。また、本発明の積層構造体の製造方法によれば、ベータガリア構造を有し、熱的に安定であり、電気的特性が優れた結晶性酸化物膜を含む積層構造体を、簡便かつ安価に製造することができる。 As described above, according to the laminated structure of the present invention, the laminated structure is thermally stable, has excellent electrical characteristics, and can be suitably used for a semiconductor device. In addition, the semiconductor device has excellent characteristics. Further, according to the method for producing a laminated structure of the present invention, a laminated structure containing a crystalline oxide film having a beta-gallian structure, being thermally stable, and having excellent electrical characteristics can be easily and inexpensively produced. Can be manufactured.

本発明に係る積層構造体の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the laminated structure which concerns on this invention. 本発明に係る積層構造体の製造方法に用いる成膜装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the film forming apparatus used in the manufacturing method of the laminated structure which concerns on this invention. 成膜装置におけるミスト化部の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the mist formation part in the film forming apparatus.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

上述のように、熱的に安定であり、電気的特性に優れた結晶性酸化物膜を有する安価な積層構造体を提供すること、及び、熱的に安定であり、電気的特性が優れた結晶性酸化物膜を、簡便、安価に、低温プロセスで成膜する積層構造体の製造方法を提供することが求められていた。 As described above, it is possible to provide an inexpensive laminated structure having a crystalline oxide film which is thermally stable and has excellent electrical properties, and which is thermally stable and has excellent electrical properties. It has been required to provide a method for producing a laminated structure in which a crystalline oxide film is formed by a low-temperature process easily and inexpensively.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、結晶性基板と、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜とを有する積層構造体であって、前記結晶性基板がタンタル酸リチウム結晶基板であり、該タンタル酸リチウム結晶基板の主面上に、β−Gaを主成分として含む前記結晶性酸化物膜が積層されており、前記タンタル酸リチウム結晶基板の前記主面が、a面、m面またはr面である積層構造体により、簡便かつ安価に得られるものであり、熱的に安定であり、しかも電気的特性に優れており、半導体装置に好適に用いることができるものとなることを見出し、本発明を完成した。 As a result of diligent studies on the above problems, the present inventors have found that the crystalline substrate is a laminated structure having a crystalline substrate and a crystalline oxide film containing gallium as a main component and having a beta-gallian structure. It is a lithium tantalate crystal substrate, and the crystalline oxide film containing β-Ga 2 O 3 as a main component is laminated on the main surface of the lithium tantalate crystal substrate. A laminated structure in which the main surface is an a-plane, an m-plane, or an r-plane makes it easy and inexpensive to obtain, is thermally stable, and has excellent electrical characteristics, and is suitable for semiconductor devices. The present invention has been completed by finding that it can be used in the above.

また、本発明者らは、少なくともガリウムを含有する水溶液を霧化又は液滴化して生成されたミストを、キャリアガスを用いて基板へ搬送し、前記基板上で前記ミストを熱反応させて、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜を前記基板の主面上に成膜する方法であって、前記基板として、前記主面が、a面、m面またはr面のタンタル酸リチウム結晶基板を用いる積層構造体の製造方法により、ベータガリア構造を有し、熱的に安定であり、電気的特性が優れた結晶性酸化物膜を含む積層構造体を、低温で生産性高く、簡便かつ安価に製造することができることを見出し、本発明を完成した。 Further, the present inventors transfer the mist generated by atomizing or dropletizing an aqueous solution containing at least gallium to a substrate using a carrier gas, and thermally react the mist on the substrate. A method of forming a crystalline oxide film containing gallium as a main component and having a beta-gallian structure on the main surface of the substrate, wherein the main surface of the substrate is a-plane, m-plane or r-plane tantalate. By the method for producing a laminated structure using a lithium crystal substrate, a laminated structure containing a crystalline oxide film having a beta-gallian structure, being thermally stable, and having excellent electrical characteristics can be produced at a low temperature with high productivity. The present invention has been completed by finding that it can be manufactured easily and inexpensively.

以下、図面を参照して説明する。 Hereinafter, description will be made with reference to the drawings.

(積層構造体)
本発明に係る積層構造体1の一実施形態は、図1に示すように、タンタル酸リチウム結晶基板(タンタル酸リチウムを主成分とする結晶性基板)10の主面上に、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜20(具体的には、β−Gaを主成分とするもの)が積層されている積層構造体1である。なお、タンタル酸リチウム結晶基板10と結晶性酸化物膜20との間には、バッファ層などが介在していてもよい。
タンタル酸リチウム結晶基板10は、結晶性酸化物膜20が積層されている主面が、a面、m面またはr面であるが、特にはa面またはm面が好ましく、a面であるのがさらに好ましい。
(Laminated structure)
As shown in FIG. 1, one embodiment of the laminated structure 1 according to the present invention contains gallium as a main component on the main surface of a lithium tantalate crystal substrate (a crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component) 10. It is a laminated structure 1 in which a crystalline oxide film 20 having a beta-gallium structure (specifically, one containing β-Ga 2 O 3 as a main component) is laminated. A buffer layer or the like may be interposed between the lithium tantalate crystal substrate 10 and the crystalline oxide film 20.
In the lithium tantalate crystal substrate 10, the main surface on which the crystalline oxide film 20 is laminated is an a-plane, an m-plane or an r-plane, but the a-plane or the m-plane is particularly preferable, and the a-plane is the a-plane. Is even more preferable.

ここで「結晶性」という場合、結晶状態が多結晶又は単結晶のものを含むことを意味する。多結晶又は単結晶に、非晶質が混在していてもよい。 Here, the term "crystallinity" means that the crystalline state includes a polycrystalline state or a single crystal state. Amorphous may be mixed in polycrystal or single crystal.

(タンタル酸リチウム結晶基板)
まず、本発明に係る積層構造体が有するタンタル酸リチウム結晶基板について説明する。
(Lithium tantalate crystal substrate)
First, the lithium tantalate crystal substrate contained in the laminated structure according to the present invention will be described.

本発明に係る積層構造体を製造する場合、まず、タンタル酸リチウム結晶基板を準備する。タンタル酸リチウムが50〜100%含まれる基板であって、タンタル酸リチウムが単結晶のほか、多結晶のものを含む。 When producing the laminated structure according to the present invention, first, a lithium tantalate crystal substrate is prepared. A substrate containing 50 to 100% lithium tantalate, which contains lithium tantalate as a single crystal as well as a polycrystalline one.

タンタル酸リチウムはイルメナイト構造を有し、格子定数はα−Gaに比較的近い。α−Ga(001)面およびβ−Ga(−201)面、ならびにタンタル酸リチウム(001)面における、酸素原子間の距離の大小関係は概ね、α−Ga<タンタル酸リチウム<β−Gaである。β−Gaはα−Gaに比べエネルギー的に安定であるため、タンタル酸リチウム基板上では低温においてもα−Gaは形成されずにβ−Gaが優先的に形成されるものと推測される。 Lithium tantalate has an ilmenite structure and its lattice constant is relatively close to α-Ga 2 O 3. The magnitude relationship between the distances between oxygen atoms on the α-Ga 2 O 3 (001) plane, the β-Ga 2 O 3 (-201) plane, and the lithium tantalate (001) plane is generally α-Ga 2 O 3 <Lithium tantalate <β-Ga 2 O 3 . Since β-Ga 2 O 3 is energetically more stable than α-Ga 2 O 3 , α-Ga 2 O 3 is not formed on the lithium tantalate substrate even at low temperatures, and β-Ga 2 O 3 is formed. It is presumed that they are formed preferentially.

タンタル酸リチウム結晶基板としては、タンタル酸リチウム単結晶基板を用いることが最も好ましい。結晶性酸化物膜の膜質が、最も高品質なものとなるためである。 As the lithium tantalate crystal substrate, it is most preferable to use a lithium tantalate single crystal substrate. This is because the quality of the crystalline oxide film is the highest quality.

以下、タンタル酸リチウム単結晶基板を例に説明する。タンタル酸リチウム単結晶基板は、例えば、チョクラルスキー法によってタンタル酸リチウム単結晶を成長させてタンタル酸リチウム単結晶インゴットとし、このインゴットをスライスして基板形状に加工することによって得られる。 Hereinafter, a lithium tantalate single crystal substrate will be described as an example. The lithium tantalate single crystal substrate can be obtained, for example, by growing a lithium tantalate single crystal by the Czochralski method to obtain a lithium tantalate single crystal ingot, and slicing this ingot to process it into a substrate shape.

本発明に用いることのできるタンタル酸リチウム単結晶基板は、その表面の格子定数を後に堆積する結晶性酸化物膜の格子定数に近づけるようにカットするのが好ましい。例えば、β−Gaを主成分とする結晶性酸化物膜を堆積する場合、結晶方位がZ±10°以内となるようにカットされているのが好ましく、更に好ましくは、結晶方位がZ±5°以内となるようにカットされているのが良い。 The lithium tantalate single crystal substrate that can be used in the present invention is preferably cut so that the lattice constant on its surface is close to the lattice constant of the crystalline oxide film to be deposited later. For example, when a crystalline oxide film containing β-Ga 2 O 3 as a main component is deposited, it is preferably cut so that the crystal orientation is within Z ± 10 °, and more preferably the crystal orientation is It should be cut so that it is within Z ± 5 °.

また、本発明に用いることのできるタンタル酸リチウム単結晶基板は、基板の分極状態が均一化されていると酸化物単結晶膜の均一な成長が促進され、好ましい。すなわち、タンタル酸リチウム基板が、単一分極化処理又は多分極化処理されているのが好ましい。 Further, in the lithium tantalate single crystal substrate that can be used in the present invention, it is preferable that the uniform polarization state of the substrate promotes uniform growth of the oxide single crystal film. That is, it is preferable that the lithium tantalate substrate is subjected to a single polarization treatment or a multi-polarization treatment.

単一分極化処理された基板を得るには、例えば、チョクラルスキー法で作製したタンタル酸リチウム単結晶インゴットを700℃に加熱し、結晶方位Z方向に200Vの電圧を印加して10時間のポーリング処理施した後、そのインゴットをスライスして基板形状に加工すると良い。また、基板形状に加工された基板自体を700℃に加熱し、結晶方位Z方向に200Vの電圧を印加して10時間のポーリング処理施しても良い。 To obtain a monopolarized substrate, for example, a lithium tantalate single crystal ingot prepared by the Czochralski method is heated to 700 ° C., and a voltage of 200 V is applied in the crystal direction Z direction for 10 hours. After polling, the ingot may be sliced and processed into a substrate shape. Further, the substrate itself processed into the substrate shape may be heated to 700 ° C., and a voltage of 200 V may be applied in the crystal direction Z direction to perform polling treatment for 10 hours.

単一分極処理を施した基板を用いる場合、更に基板表面に焦電性抑制処理を施すと、加熱した基板に結晶性酸化物膜を堆積する際に基板が帯電するのを抑制することが出来て、好ましい。焦電性抑制処理は、例えば、単一分極処理を施されたタンタル酸リチウム単結晶基板を炭酸リチウム粉末中に埋め込んで、還元性ガス雰囲気下において、350℃以上、キュリー温度(約610℃)以下の温度で熱処理を行う。このとき、基板の厚み方向における体積抵抗率が1.0×1011Ω・cm以上、2.0×1013Ω・cm以下で、かつ、基板内における体積抵抗率の最大値と最小値の比が4.0以下となるように処理を施しておくと、基板に結晶性酸化物膜を堆積する際の基板の耐電が効果的に抑制できる。 When a substrate subjected to a single polarization treatment is further subjected to a pyroelectricity suppressing treatment on the substrate surface, it is possible to suppress the substrate from being charged when a crystalline oxide film is deposited on the heated substrate. Is preferable. In the pyroelectric suppression treatment, for example, a lithium tantalate single crystal substrate subjected to a single polarization treatment is embedded in lithium carbonate powder, and the temperature is 350 ° C. or higher and the Curie temperature (about 610 ° C.) in a reducing gas atmosphere. Heat treatment is performed at the following temperature. At this time, the volume resistivity in the thickness direction of the substrate is 1.0 × 10 11 Ω · cm or more, 2.0 × 10 13 Ω · cm or less, and the maximum and minimum values of the volume resistivity in the substrate. When the treatment is performed so that the ratio is 4.0 or less, the resistivity of the substrate when the crystalline oxide film is deposited on the substrate can be effectively suppressed.

一方、多分極化処理された基板を得るには、例えば、一旦単一分極化した単結晶(インゴットまたは基板)、または単一分極化処理を施さない単結晶(インゴットまたは基板)に対して、700℃以上に加熱して数時間(好ましくは1000℃以上、好ましくは5時間以上、更に好ましくは10時間以上)アニールし、歪緩和の処理を行い、インゴットの場合はそれをスライスして基板形状に加工すると良い。多分極化処理された基板を用いると、加熱した基板に結晶性酸化物膜を堆積する際に基板が帯電するのを抑制することが出来て、好ましい。特に、基板表面の分極の平均分域サイズを5μm以下となるようにすると、帯電が効果的に抑制できる。タンタル酸リチウム基板の帯電効果が抑制されると、結晶性酸化物膜が安定に堆積されることより好ましい。なお、タンタル酸リチウム単結晶の(少なくとも基板表面の)組成をコングルエント組成にすると、基板表面の分極の平均分域サイズが小さくなり易く好ましい。ここで、コングルエント組成とは、タンタル酸リチウムの場合は、LiとTaの比率がLi:Ta=48.5−α:51.5+αであり、αは−0.5≦α≦0.5の範囲であることをいう。 On the other hand, in order to obtain a multipolarized substrate, for example, a single crystal (ingot or substrate) once monopolarized or a single crystal (ingot or substrate) not subjected to the monopolarization treatment is subjected to. It is heated to 700 ° C. or higher and annealed for several hours (preferably 1000 ° C. or higher, preferably 5 hours or longer, more preferably 10 hours or longer) to perform strain relief treatment, and in the case of an ingot, it is sliced to form a substrate. It is good to process it into. It is preferable to use a multipolarized substrate because it is possible to suppress the substrate from being charged when the crystalline oxide film is deposited on the heated substrate. In particular, when the average polarization size of the substrate surface is set to 5 μm or less, charging can be effectively suppressed. When the charging effect of the lithium tantalate substrate is suppressed, it is preferable that the crystalline oxide film is stably deposited. It is preferable that the composition (at least on the surface of the substrate) of the lithium tantalate single crystal is a congluent composition, because the average domain size of the polarization on the surface of the substrate tends to be small. Here, in the case of lithium tantalate, the congluent composition means that the ratio of Li to Ta is Li: Ta = 48.5-α: 51.5 + α, and α is −0.5 ≦ α ≦ 0.5. It means that it is a range.

タンタル酸リチウム結晶基板の表面は凹凸が小さくなるように平滑に研磨しておくと、結晶性酸化物膜の平坦な積層膜が得られる。Raが10nm以下にするのが好ましい。Raが5nm以下にすると更に好ましい。 When the surface of the lithium tantalate crystal substrate is polished so that the unevenness becomes small, a flat laminated film of a crystalline oxide film can be obtained. Ra is preferably 10 nm or less. It is more preferable that Ra is 5 nm or less.

また、タンタル酸リチウム結晶基板の、結晶性酸化物膜を堆積する面に、予め水素、ヘリウム、アルゴン、他の希ガス類から選択されるイオンを注入し、堆積面の50nmから3μm直下に脆弱層を形成しておくことも出来る。こうすることで、結晶性酸化物膜を堆積後に、脆弱層に衝撃を与えることによって、堆積した結晶性酸化物膜をタンタル酸リチウム単結晶基板から容易に剥離することが出来る。 In addition, ions selected from hydrogen, helium, argon, and other rare gases are injected in advance into the surface of the lithium tantalate crystal substrate on which the crystalline oxide film is deposited, and a fragile layer is formed directly below 50 nm to 3 μm of the deposited surface. It can also be formed. By doing so, after the crystalline oxide film is deposited, the deposited crystalline oxide film can be easily peeled off from the lithium tantalate single crystal substrate by giving an impact to the fragile layer.

結晶性基板の厚さは特に限定されないが、好ましくは、10〜2000μmであり、より好ましくは50〜800μmである。また基板の面積は100mm以上が好ましく、より好ましくは口径が2インチ(50mm)以上である。 The thickness of the crystalline substrate is not particularly limited, but is preferably 10 to 2000 μm, and more preferably 50 to 800 μm. The area of the substrate is preferably 100 mm 2 or more, and more preferably the diameter is 2 inches (50 mm) or more.

(結晶性酸化物膜)
本発明に係る積層構造体における結晶性酸化物膜は、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜である。結晶性酸化物膜は、通常、金属と酸素から構成されるが、本発明においては、金属としてガリウムを主成分としていれば問題ない。ここで、本発明で「ガリウムを主成分とし」という場合、金属成分のうち50〜100%がガリウムであることを意味する。ガリウム以外の金属成分としては、例えば、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、イリジウム、ニッケル及びコバルトから選ばれる1種又は2種以上の金属を含んでもよい。なお、結晶性酸化物膜はベータガリア構造であれば、単結晶でも多結晶でもよい。
(Crystalline oxide film)
The crystalline oxide film in the laminated structure according to the present invention is a crystalline oxide film containing gallium as a main component and having a beta-gallian structure. The crystalline oxide film is usually composed of a metal and oxygen, but in the present invention, there is no problem as long as gallium is the main component as the metal. Here, when the term "gallium is the main component" in the present invention, it means that 50 to 100% of the metal components are gallium. The metal component other than gallium may include, for example, one or more metals selected from iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, iridium, nickel and cobalt. The crystalline oxide film may be single crystal or polycrystalline as long as it has a beta-gallian structure.

ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜の中でも、特に、β−Gaを主成分とするものである。β−Gaは、熱的により安定な結晶性酸化物膜である。 Among the crystalline oxide films containing gallium as the main component and having a beta-gallian structure, those containing β-Ga 2 O 3 as the main component. β-Ga 2 O 3 is a thermally more stable crystalline oxide film.

結晶性酸化物膜中にはドーパントが含まれていてもよい。例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はニオブ等のn型ドーパント、又は、銅、銀、スズ、イリジウム、ロジウム等のp型ドーパントなどが挙げられる。前記ドーパントは特に限定されないが、スズであることが好ましい。ドーパントの濃度は、例えば、約1×1016/cm〜1×1022/cmであってもよく、約1×1017/cm以下の低濃度にしても、約1×1020/cm以上の高濃度としてもよい。 The crystalline oxide film may contain a dopant. Examples thereof include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium and niobium, and p-type dopants such as copper, silver, tin, iridium and rhodium. The dopant is not particularly limited, but is preferably tin. The concentration of the dopant may be, for example, about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and even at a low concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less, about 1 × 10 20. / cm 3 or more may be a high concentration.

本発明においては結晶性酸化物膜の膜厚は特に限定されないが、1μm以上とできる。例えば、1〜100μmであってよく、好ましくは5〜50μmであり、より好ましくは10〜20μmである。また、基板と結晶性酸化物膜の間に別の層が介在しても構わない。別の層とは、基板ならびに最表層の結晶性酸化物膜と組成が異なる層であり、例えば、結晶性酸化物膜、絶縁膜、金属膜等、いずれでも構わない。
結晶性酸化物膜の面積は、基板と同様、100mm以上が好ましく、より好ましくは口径が2インチ(50mm)以上である。
In the present invention, the film thickness of the crystalline oxide film is not particularly limited, but can be 1 μm or more. For example, it may be 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm, and more preferably 10 to 20 μm. Further, another layer may be interposed between the substrate and the crystalline oxide film. The other layer is a layer having a composition different from that of the crystalline oxide film of the substrate and the outermost layer, and may be, for example, a crystalline oxide film, an insulating film, a metal film, or the like.
The area of the crystalline oxide film is preferably 100 mm 2 or more, and more preferably 2 inches (50 mm) or more in diameter, as in the case of the substrate.

本発明に係る積層構造体もしくは前記積層構造体から得られる結晶性酸化物膜は、適宜構造設計を行うことで、半導体装置に利用できる。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)、発光ダイオード(LED)などそれぞれの半導体層を構成することができる。 The laminated structure according to the present invention or the crystalline oxide film obtained from the laminated structure can be used in a semiconductor device by appropriately designing the structure. For example, Schottky barrier diode (SBD), metal semiconductor field effect transistor (MESFET), high electron mobility transistor (HEMT), metal oxide film semiconductor field effect transistor (MOSFET), electrostatic induction transistor (SIT), junction electric field effect. Each semiconductor layer such as a transistor (JFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and a light emitting diode (LED) can be formed.

(成膜装置)
本発明に係る積層構造体の一実施形態は、少なくともガリウムを含有する水溶液を霧化又は液滴化して生成されたミストを、キャリアガスを用いて基板へ搬送し、前記基板上で前記ミストを熱反応させて、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜を前記基板の主面上に成膜する方法であって、前記基板として、前記主面が、a面、m面またはr面のタンタル酸リチウム結晶基板を用いることを特徴とする。
(Film formation equipment)
In one embodiment of the laminated structure according to the present invention, a mist generated by atomizing or dropletizing an aqueous solution containing at least gallium is conveyed to a substrate using a carrier gas, and the mist is transferred onto the substrate. A method of forming a crystalline oxide film containing gallium as a main component and having a beta-gallian structure on the main surface of the substrate by thermal reaction. The main surface of the substrate is a-plane, m-plane or It is characterized by using an r-plane lithium tantalate crystal substrate.

図2に、本発明に係る積層構造体の製造方法に使用可能な成膜装置101の一例を示す。成膜装置101は、原料溶液をミスト化してミストを発生させるミスト化部120と、ミストを搬送するキャリアガスを供給するキャリアガス供給部130と、ミストを熱処理して基板上に成膜を行う成膜部140と、ミスト化部120と成膜部140とを接続し、キャリアガスによってミストが搬送される搬送部109とを有する。また、成膜装置101は、成膜装置101の全体又は一部を制御する制御部(図示なし)を備えることによって、その動作が制御されてもよい。 FIG. 2 shows an example of a film forming apparatus 101 that can be used in the method for manufacturing a laminated structure according to the present invention. The film forming apparatus 101 heat-treats the mist to form a film on the substrate, the mist-forming unit 120 that mists the raw material solution to generate the mist, the carrier gas supply unit 130 that supplies the carrier gas that conveys the mist, and the mist. It has a film forming section 140, a mist forming section 120, and a transport section 109 that connects the film forming section 140 and conveys mist by a carrier gas. Further, the film forming apparatus 101 may be controlled in its operation by providing a control unit (not shown) for controlling the whole or a part of the film forming apparatus 101.

なお、ここで、本発明でいうミストとは、気体中に分散した液体の微粒子の総称を指し、霧、液滴等と呼ばれるものを含む。 Here, the mist in the present invention refers to a general term for fine particles of liquid dispersed in a gas, and includes those called mist, droplets, and the like.

(原料溶液)
原料溶液(水溶液)104aには、少なくともガリウムを含んでいれば特に限定されない。すなわち、ガリウムの他、例えば、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、イリジウム、ニッケル及びコバルトから選ばれる1種又は2種以上の金属を含んでもよい。前記金属を錯体又は塩の形態で、水に溶解又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、塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩などが挙げられる。また、上記金属を、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸等に溶解したものも塩の水溶液として用いることができる。溶質濃度は0.01〜1mol/Lが好ましい。
(Raw material solution)
The raw material solution (aqueous solution) 104a is not particularly limited as long as it contains at least gallium. That is, in addition to gallium, for example, one or more metals selected from iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, iridium, nickel and cobalt may be contained. A metal obtained by dissolving or dispersing the metal in water in the form of a complex or a salt can be preferably used. Examples of the form of the complex include an acetylacetonate complex, a carbonyl complex, an ammine complex, and a hydride complex. Examples of the salt form include metal chloride salt, metal bromide salt, metal iodide salt and the like. Further, a metal obtained by dissolving the above metal in hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydrogen iodide acid or the like can also be used as an aqueous salt solution. The solute concentration is preferably 0.01 to 1 mol / L.

原料溶液104aには、ドーパント元素を含有させてもよい。例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はニオブ等のn型ドーパント、又は、銅、銀、スズ、イリジウム、ロジウム等のp型ドーパントなどが挙げられる。前記ドーパントは特に限定されないが、スズであることが好ましい。また、前記ドーパント元素はイオン化していることが好ましい。従って、原料溶液104aには酸を混合してドーパント元素の溶解を促進させてもよい。前記酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などのハロゲン化水素、次亜塩素酸、亜塩素酸、次亜臭素酸、亜臭素酸、次亜ヨウ素酸、ヨウ素酸等のハロゲンオキソ酸、蟻酸等のカルボン酸、硝酸、等が挙げられる。なお、溶解の促進には、加熱したり超音波を与えるのも有効である。 The raw material solution 104a may contain a dopant element. Examples thereof include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium and niobium, and p-type dopants such as copper, silver, tin, iridium and rhodium. The dopant is not particularly limited, but is preferably tin. Moreover, it is preferable that the dopant element is ionized. Therefore, an acid may be mixed with the raw material solution 104a to promote the dissolution of the dopant element. Examples of the acid include hydrogen halides such as hydrobromic acid, hydrochloric acid and hydroiodic acid, hypochlorous acid, chloronic acid, hypobromic acid, bromine acid, hypoiodic acid, iodic acid and the like. Examples thereof include halogen oxo acids, carboxylic acids such as formic acids, nitrates, and the like. In addition, it is also effective to heat or give ultrasonic waves to promote the dissolution.

(ミスト化部)
ミスト化部120では、原料溶液104aを調製し、前記原料溶液104aをミスト化してミストを発生させる。ミスト化手段は、原料溶液104aをミスト化できさえすれば特に限定されず、公知のミスト化手段であってよいが、超音波振動によるミスト化手段を用いることが好ましい。より安定してミスト化することができるためである。
(Mist conversion department)
In the mist-forming unit 120, a raw material solution 104a is prepared, and the raw material solution 104a is mist-ized to generate mist. The mist-forming means is not particularly limited as long as the raw material solution 104a can be mist-ized, and may be a known mist-forming means, but it is preferable to use a mist-forming means by ultrasonic vibration. This is because it can be made into a mist more stably.

このようなミスト化部120の一例を図3に示す。例えば、原料溶液104aが収容されるミスト発生源104と、超音波振動を伝達可能な媒体、例えば水105aが入れられる容器105と、容器105の底面に取り付けられた超音波振動子106を含んでもよい。詳細には、原料溶液104aが収容されている容器からなるミスト発生源104が、水105aが収容されている容器105に、支持体(図示せず)を用いて収納されている。容器105の底部には、超音波振動子106が備え付けられており、超音波振動子106と発振器116とが接続されている。そして、発振器116を作動させると、超音波振動子106が振動し、水105aを介して、ミスト発生源104内に超音波が伝播し、原料溶液104aがミスト化するように構成されている。 An example of such a mist-forming unit 120 is shown in FIG. For example, even if the mist generation source 104 containing the raw material solution 104a, a medium capable of transmitting ultrasonic vibration, for example, a container 105 containing water 105a, and an ultrasonic vibrator 106 attached to the bottom surface of the container 105 are included. Good. Specifically, the mist generation source 104 composed of a container containing the raw material solution 104a is stored in the container 105 containing the water 105a by using a support (not shown). An ultrasonic oscillator 106 is provided at the bottom of the container 105, and the ultrasonic oscillator 106 and the oscillator 116 are connected to each other. Then, when the oscillator 116 is operated, the ultrasonic oscillator 106 vibrates, the ultrasonic waves propagate into the mist generation source 104 via the water 105a, and the raw material solution 104a is configured to become mist.

(搬送部)
搬送部109は、ミスト化部120と成膜部140とを接続する。搬送部109を介して、ミスト化部120のミスト発生源104から成膜部140の成膜室107へと、キャリアガスによってミストが搬送される。搬送部109は、例えば、供給管109aとすることができる。供給管109aとしては、例えば石英管や樹脂製のチューブなどを使用することができる。
(Transport section)
The transport unit 109 connects the mist-forming unit 120 and the film-forming unit 140. The mist is conveyed by the carrier gas from the mist generation source 104 of the mist-forming unit 120 to the film-forming chamber 107 of the film-forming unit 140 via the transport unit 109. The transport unit 109 may be, for example, a supply pipe 109a. As the supply pipe 109a, for example, a quartz pipe, a resin tube, or the like can be used.

(成膜部)
成膜部140では、ミストを加熱し熱反応を生じさせて、基板(結晶性基板)110の表面(主面)の一部又は全部に成膜を行う。成膜部140は、例えば、成膜室107を備え、成膜室107内には基板(結晶性基板)110が設置されており、該基板(結晶性基板)110を加熱するためのホットプレート108を備えることができる。ホットプレート108は、図2に示されるように成膜室107の外部に設けられていてもよいし、成膜室107の内部に設けられていてもよい。また、成膜室107には、基板(結晶性基板)110へのミストの供給に影響を及ぼさない位置に、排ガスの排気口112が設けられてもよい。
(Film film part)
In the film forming section 140, the mist is heated to cause a thermal reaction to form a film on a part or all of the surface (main surface) of the substrate (crystalline substrate) 110. The film forming section 140 is provided with, for example, a film forming chamber 107, and a substrate (crystalline substrate) 110 is installed in the film forming chamber 107, and a hot plate for heating the substrate (crystalline substrate) 110 is provided. 108 can be provided. The hot plate 108 may be provided outside the film forming chamber 107 as shown in FIG. 2, or may be provided inside the film forming chamber 107. Further, the film forming chamber 107 may be provided with an exhaust gas exhaust port 112 at a position that does not affect the supply of mist to the substrate (crystalline substrate) 110.

また、本発明においては、基板(結晶性基板)110を成膜室107の上面に設置するなどして、フェイスダウンとしてもよいし、基板(結晶性基板)110を成膜室107の底面に設置して、フェイスアップとしてもよい。この基板(結晶性基板)、すなわち、タンタル酸リチウム結晶基板の主面が、a面、m面またはr面であり、該主面上に成膜するように設置する。 Further, in the present invention, the substrate (crystalline substrate) 110 may be placed on the upper surface of the film forming chamber 107 to be face-down, or the substrate (crystalline substrate) 110 may be placed on the bottom surface of the film forming chamber 107. It may be installed and used as a face-up. The main surface of this substrate (crystalline substrate), that is, the lithium tantalate crystal substrate is the a-plane, m-plane, or r-plane, and the substrate is installed so as to form a film on the main surface.

熱反応は、加熱によりミストが反応すればよく、反応条件等も特に限定されない。原料や成膜物に応じて適宜設定することができる。例えば、加熱温度は250〜900℃の範囲であり、好ましくは300℃〜800℃の範囲であり、より好ましくは350℃〜700℃の範囲とすることができる。 The thermal reaction may be such that the mist reacts by heating, and the reaction conditions and the like are not particularly limited. It can be appropriately set according to the raw material and the film film. For example, the heating temperature can be in the range of 250 to 900 ° C, preferably in the range of 300 ° C to 800 ° C, and more preferably in the range of 350 ° C to 700 ° C.

熱反応は、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、空気雰囲気下及び酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、成膜物に応じて適宜設定すればよい。また、反応圧力は、大気圧下、加圧下又は減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、大気圧下の成膜であれば、装置構成が簡略化できるので好ましい。 The thermal reaction may be carried out under any of a vacuum, a non-oxygen atmosphere, a reducing gas atmosphere, an air atmosphere and an oxygen atmosphere, and may be appropriately set according to the film film. Further, the reaction pressure may be carried out under any condition of atmospheric pressure, pressurization or reduced pressure, but the film formation under atmospheric pressure is preferable because the apparatus configuration can be simplified.

(キャリアガス供給部)
キャリアガス供給部130は、キャリアガスを供給するキャリアガス源102aを有し、キャリアガス源102aから送り出されるキャリアガス(以下、「主キャリアガス」という)の流量を調節するための流量調節弁103aを備えていてもよい。また、必要に応じて希釈用キャリアガスを供給する希釈用キャリアガス源102bや、希釈用キャリアガス源102bから送り出される希釈用キャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103bを備えることもできる。
(Carrier gas supply section)
The carrier gas supply unit 130 has a carrier gas source 102a for supplying the carrier gas, and a flow rate control valve 103a for adjusting the flow rate of the carrier gas (hereinafter, referred to as “main carrier gas”) sent out from the carrier gas source 102a. May be provided. Further, it is also possible to provide a dilution carrier gas source 102b for supplying a dilution carrier gas as needed, and a flow rate control valve 103b for adjusting the flow rate of the dilution carrier gas sent out from the dilution carrier gas source 102b. ..

キャリアガスの種類は、特に限定されず、成膜物に応じて適宜選択可能である。例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、又は水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが挙げられる。また、キャリアガスの種類は1種類でも、2種類以上であってもよい。例えば、第1のキャリアガスと同じガスをそれ以外のガスで希釈した(例えば10倍に希釈した)希釈ガスなどを、第2のキャリアガスとしてさらに用いてもよく、空気を用いることもできる。 The type of carrier gas is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the film film. For example, an inert gas such as oxygen, ozone, nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas can be mentioned. Further, the type of carrier gas may be one type or two or more types. For example, a diluted gas obtained by diluting the same gas as the first carrier gas with another gas (for example, diluted 10-fold) may be further used as the second carrier gas, or air may be used.

本発明においては、キャリアガスの流量Qは、キャリアガスの総流量を指す。上記の例では、キャリアガス源102aから送り出される主キャリアガスの流量と、希釈用キャリアガス源102bから送り出される希釈用キャリアガスの流量の総量を、キャリアガスの流量Qとする。 In the present invention, the flow rate Q of the carrier gas refers to the total flow rate of the carrier gas. In the above example, the total flow rate of the main carrier gas sent out from the carrier gas source 102a and the flow rate of the dilution carrier gas sent out from the dilution carrier gas source 102b is defined as the flow rate Q of the carrier gas.

キャリアガスの流量Qは成膜室や基板の大きさによって適宜決められるが、通例1〜60L/分であり、好ましくは2〜40L/分である。 The flow rate Q of the carrier gas is appropriately determined depending on the size of the film forming chamber and the substrate, but is usually 1 to 60 L / min, preferably 2 to 40 L / min.

(成膜方法)
次に、以下、図2を参照しながら、本発明に係る成膜方法の一例を説明する。まず、原料溶液104aをミスト化部120のミスト発生源104内に収容し、基板(結晶性基板)110をホットプレート108上に直接又は成膜室107の壁を介して設置し、ホットプレート108を作動させる。タンタル酸リチウムは熱膨張係数が大きいため、低温から徐々に昇温するのが好ましい。
(Film formation method)
Next, an example of the film forming method according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the raw material solution 104a is housed in the mist generation source 104 of the mist-forming unit 120, and the substrate (crystalline substrate) 110 is placed directly on the hot plate 108 or through the wall of the film forming chamber 107, and the hot plate 108 is placed. To operate. Since lithium tantalate has a large coefficient of thermal expansion, it is preferable to gradually raise the temperature from a low temperature.

次に、流量調節弁103a、103bを開いてキャリアガス源102a、102bからキャリアガスを成膜室107内に供給し、成膜室107の雰囲気をキャリアガスで十分に置換するとともに、主キャリアガスの流量と希釈用キャリアガスの流量をそれぞれ調節し、キャリアガス流量Qを制御する。 Next, the flow control valves 103a and 103b are opened to supply the carrier gas from the carrier gas sources 102a and 102b into the film forming chamber 107, and the atmosphere of the film forming chamber 107 is sufficiently replaced with the carrier gas, and the main carrier gas is used. The carrier gas flow rate Q is controlled by adjusting the flow rate of the carrier gas and the flow rate of the carrier gas for dilution, respectively.

ミストを発生させる工程では、超音波振動子106を振動させ、その振動を、水105aを通じて原料溶液104aに伝播させることによって、原料溶液104aをミスト化させてミストを生成する。次に、ミストをキャリアガスにより搬送する工程では、ミストがキャリアガスによってミスト化部120から搬送部109を経て成膜部140へ搬送され、成膜室107内に導入される。成膜を行う工程で、成膜室107内に導入されたミストは、成膜室107内でホットプレート108の熱により熱処理され熱反応して、基板(結晶性基板)110の主面上に成膜される。 In the step of generating mist, the ultrasonic vibrator 106 is vibrated and the vibration is propagated to the raw material solution 104a through water 105a to mist the raw material solution 104a and generate mist. Next, in the step of transporting the mist with the carrier gas, the mist is transported from the mist-forming section 120 to the film forming section 140 via the conveying section 109 by the carrier gas, and is introduced into the film forming chamber 107. In the process of forming a film, the mist introduced into the film forming chamber 107 is heat-treated by the heat of the hot plate 108 in the film forming chamber 107 and undergoes a thermal reaction on the main surface of the substrate (crystalline substrate) 110. A film is formed.

(剥離)
結晶性基板を結晶性酸化物膜から剥離してもよい。剥離手段は特に限定されず、公知の手段であってもよい。例えば、機械的衝撃を与えて剥離する手段、熱を加えて熱応力を利用して剥離する手段、超音波等の振動を加えて剥離する手段、エッチングして剥離する手段、レーザーリフトオフなどが挙げられる。前記剥離によって、結晶性酸化物膜を自立膜として得ることができる。
(Peeling)
The crystalline substrate may be peeled off from the crystalline oxide film. The peeling means is not particularly limited and may be a known means. For example, a means for peeling by applying a mechanical impact, a means for peeling by applying heat and utilizing thermal stress, a means for peeling by applying vibration such as ultrasonic waves, a means for etching and peeling, laser lift-off, and the like can be mentioned. Be done. By the peeling, a crystalline oxide film can be obtained as a self-supporting film.

(電極)
半導体装置を構成するために必要となる電極の形成は、一般的な方法を用いることができる。すなわち、蒸着、スパッタ、CVD、めっきなどの他、樹脂等と一緒に接着させる印刷法など、いずれを用いてもかまわない。電極材料としては、Al、Ag、Ti、Pd、Au、Cu、Cr、Fe、W、Ta、Nb、Mn、Mo、Hf、Co、Zr、Sn、Pt、V、Ni、Ir、Zn、In、Ndなどの金属の他、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(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、ポリチオフェンまたはポリピロールなどの有機導電性化合物、いずれを用いてもかまわないし、これらの2種以上の合金、混合物でもかまわない。電極の厚さは、1〜1000nmが好ましく、より好ましくは10〜500nmである。
(electrode)
A general method can be used for forming the electrodes required for forming the semiconductor device. That is, in addition to vapor deposition, sputtering, CVD, plating, etc., any printing method such as bonding with a resin or the like may be used. The electrode materials include Al, Ag, Ti, Pd, Au, Cu, Cr, Fe, W, Ta, Nb, Mn, Mo, Hf, Co, Zr, Sn, Pt, V, Ni, Ir, Zn, In. , Nd and other metals, as well as metal oxide conductive films such as tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO), and organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole. Either of these may be used, and two or more of these alloys and mixtures may be used. The thickness of the electrode is preferably 1 to 1000 nm, more preferably 10 to 500 nm.

以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but this does not limit the present invention.

(実施例1)
図1に示す成膜装置(ミストCVD装置)により、上述の積層構造体の製造方法を実施するため、以下の条件で酸化ガリウムの成膜を行った。
まずガリウムアセチルアセトナートと塩化スズ(II)を超純水に混合し、ガリウムに対するスズの原子比が1:0.002およびガリウムアセチルアセトナートが0.05モル/Lとなるように水溶液を調整し、さらに塩酸を体積比で1.5%を含有させ、これを原料溶液とした。次に原料溶液を霧化器(ミスト発生源内)に充填した。
(Example 1)
In order to carry out the above-mentioned manufacturing method of the laminated structure by the film forming apparatus (mist CVD apparatus) shown in FIG. 1, gallium oxide was formed under the following conditions.
First, gallium acetylacetonate and tin (II) chloride are mixed with ultrapure water, and the aqueous solution is adjusted so that the atomic ratio of tin to gallium is 1: 0.002 and gallium acetylacetonate is 0.05 mol / L. Then, hydrochloric acid was further contained in a volume ratio of 1.5%, and this was used as a raw material solution. Next, the raw material solution was filled in an atomizer (inside the mist source).

次に、直径4インチ(100mm)、厚さ0.3mmのa面LT基板(すなわち、成膜する主面がa面)を、石英製サセプタに載せて石英製管状型成膜室内に設置し、ヒーターにより基板温度を450℃に保った。
次に2.4MHzの超音波振動子で霧化器内の原料溶液を霧化した。この後、霧化器にキャリアガスの窒素を1.5L/minで、さらに希釈ガスの窒素を5L/minでそれぞれ導入して混合気を形成し、成膜室へ供給して大気圧下で120分間成膜した。
Next, an a-side LT substrate having a diameter of 4 inches (100 mm) and a thickness of 0.3 mm (that is, the main surface for film formation is the a-side) is placed on a quartz susceptor and installed in a quartz tubular film-forming chamber. , The substrate temperature was kept at 450 ° C by a heater.
Next, the raw material solution in the atomizer was atomized with a 2.4 MHz ultrasonic vibrator. After that, nitrogen of the carrier gas is introduced into the atomizer at 1.5 L / min and nitrogen of the diluted gas is introduced at 5 L / min to form an air-fuel mixture, which is supplied to the film forming chamber under atmospheric pressure. The film was formed for 120 minutes.

この後、基板を室温まで冷却してから成膜室より取り出し、形成された膜についてXRD法で結晶相を評価し、また光反射分光法により膜厚を測定した。この後、さらにホール効果測定により電気的特性(キャリア移動度等)を評価した。 After that, the substrate was cooled to room temperature, taken out from the film forming chamber, the crystal phase of the formed film was evaluated by the XRD method, and the film thickness was measured by light reflection spectroscopy. After that, the electrical characteristics (carrier mobility, etc.) were further evaluated by measuring the Hall effect.

(実施例2)
基板としてr面LT基板(すなわち、成膜する主面がr面)を用いたこと以外は、実施例1と同様に積層構造体の形成と評価を行った。
(Example 2)
The laminated structure was formed and evaluated in the same manner as in Example 1 except that an r-plane LT substrate (that is, the main surface for forming a film was the r-plane) was used as the substrate.

(実施例3)
基板としてm面LT基板(すなわち、成膜する主面がm面)を用いたこと以外は、実施例1と同様に積層構造体の形成と評価を行った。
(Example 3)
The laminated structure was formed and evaluated in the same manner as in Example 1 except that an m-plane LT substrate (that is, the main surface on which the film was formed was the m-plane) was used as the substrate.

(比較例1)
基板として面方位<013>のLT基板を用いたこと以外は、実施例1と同様に積層構造体の形成と評価を行った。
(Comparative Example 1)
A laminated structure was formed and evaluated in the same manner as in Example 1 except that an LT substrate having a plane orientation <013> was used as the substrate.

実施例1−3、比較例1の評価結果を下記表1に示す。実施例1−3の結果から明らかなように、結晶基板として、基板の主面がa面、m面またはr面であるLT基板を用いて成膜を行うと、キャリア移動度がより優れたβ−Gaを得ることができる。 The evaluation results of Examples 1-3 and Comparative Example 1 are shown in Table 1 below. As is clear from the results of Examples 1-3, when the film formation is performed using an LT substrate whose main surface is the a-plane, m-plane or r-plane as the crystal substrate, the carrier mobility is more excellent. β-Ga 2 O 3 can be obtained.

Figure 2021038116
Figure 2021038116

(実施例4)
実施例1と同じ条件で成膜を行った後、基板を中心で2分割し、それぞれ試料A、試料Bとした。次いで、試料Bを600℃で3時間アニール処理した。
この後、分割したままの試料Aと、アニール処理した試料BについてXRD法で結晶相を評価し、さらにホール効果測定により電気的特性を評価した。その結果、試料Aと試料Bとの間で膜の結晶性及び電気的特性に違い(アニール処理による変化)は見られなかった。
(Example 4)
After forming a film under the same conditions as in Example 1, the substrate was divided into two at the center to prepare Sample A and Sample B, respectively. Then, sample B was annealed at 600 ° C. for 3 hours.
After that, the crystal phase of the divided sample A and the annealed sample B was evaluated by the XRD method, and the electrical characteristics were further evaluated by the Hall effect measurement. As a result, no difference in the crystallinity and electrical characteristics of the film (change due to annealing treatment) was observed between Sample A and Sample B.

(比較例2)
基板としてc面サファイアを用いた。これ以外は実施例4と同じ条件で成膜、評価を行った。
試料Aではβ−Gaのピークは出現せず、代わりにα−Gaのピークが出現した。一方、試料Bでは、膜の結晶構造が部分的に変化し、β−Gaのピークが出現した。またキャリア移動度は検出下限未満であった。
(Comparative Example 2)
A c-plane sapphire was used as the substrate. Other than this, film formation and evaluation were performed under the same conditions as in Example 4.
In sample A, the peak of β-Ga 2 O 3 did not appear, and instead the peak of α-Ga 2 O 3 appeared. On the other hand, in sample B, the crystal structure of the film was partially changed, and the peak of β-Ga 2 O 3 appeared. The carrier mobility was below the lower limit of detection.

また比較例2の結果と比べて、実施例4の結果から明らかなように、本発明により得られる積層構造体は熱的に安定なものとすることができる。 Further, as is clear from the results of Example 4, the laminated structure obtained by the present invention can be thermally stable as compared with the results of Comparative Example 2.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an example, and any object having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect and effect is the present invention. Is included in the technical scope of.

1…積層構造体、10…結晶性基板、20…結晶性酸化物膜、
101…成膜装置、 102a…キャリアガス源、
102b…希釈用キャリアガス源、 103a…流量調節弁、
103b…流量調節弁、 104…ミスト発生源、 104a…原料溶液、
105…容器、 105a…水、 106…超音波振動子、 107…成膜室、
108…ホットプレート、 109…搬送部、 109a…供給管、
110…基板(結晶性基板)、 112…排気口、 116…発振器、
120…ミスト化部、130…キャリアガス供給部、140…成膜部。
1 ... Laminated structure, 10 ... Crystalline substrate, 20 ... Crystalline oxide film,
101 ... film forming apparatus, 102a ... carrier gas source,
102b ... Carrier gas source for dilution, 103a ... Flow control valve,
103b ... Flow control valve, 104 ... Mist source, 104a ... Raw material solution,
105 ... container, 105a ... water, 106 ... ultrasonic oscillator, 107 ... film formation chamber,
108 ... hot plate, 109 ... transport section, 109a ... supply pipe,
110 ... Substrate (crystalline substrate), 112 ... Exhaust port, 116 ... Oscillator,
120 ... mist formation section, 130 ... carrier gas supply section, 140 ... film formation section.

Claims (13)

結晶性基板と、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜とを有する積層構造体であって、
前記結晶性基板がタンタル酸リチウム結晶基板であり、該タンタル酸リチウム結晶基板の主面上に、β−Gaを主成分として含む前記結晶性酸化物膜が積層されており、
前記タンタル酸リチウム結晶基板の前記主面が、a面、m面またはr面であることを特徴とする積層構造体。
A laminated structure having a crystalline substrate and a crystalline oxide film containing gallium as a main component and having a beta-gallian structure.
The crystalline substrate is a lithium tantalate crystal substrate, and the crystalline oxide film containing β-Ga 2 O 3 as a main component is laminated on the main surface of the lithium tantalate crystal substrate.
A laminated structure characterized in that the main surface of the lithium tantalate crystal substrate is an a-plane, an m-plane, or an r-plane.
前記結晶性酸化物膜がドーパントを含むことを特徴とする請求項1に記載の積層構造体。 The laminated structure according to claim 1, wherein the crystalline oxide film contains a dopant. 前記ドーパントは、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はニオブから選ばれる1種以上を含むことを特徴とする請求項2に記載の積層構造体。 The laminated structure according to claim 2, wherein the dopant contains one or more selected from tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium, and niobium. 前記結晶性酸化物膜の膜厚が1μm以上であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の積層構造体。 The laminated structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystalline oxide film has a film thickness of 1 μm or more. 前記結晶性酸化物膜の面積が100mm以上であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の積層構造体。 The laminated structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the area of the crystalline oxide film is 100 mm 2 or more. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の積層構造体を含むことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising the laminated structure according to any one of claims 1 to 5. 少なくともガリウムを含有する水溶液を霧化又は液滴化して生成されたミストを、キャリアガスを用いて基板へ搬送し、前記基板上で前記ミストを熱反応させて、ガリウムを主成分としベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜を前記基板の主面上に成膜する方法であって、
前記基板として、前記主面が、a面、m面またはr面のタンタル酸リチウム結晶基板を用いることを特徴とする積層構造体の製造方法。
The mist generated by atomizing or dropletizing an aqueous solution containing at least gallium is conveyed to a substrate using a carrier gas, and the mist is thermally reacted on the substrate to form a beta-gallian structure containing gallium as a main component. A method of forming a crystalline oxide film having a film on the main surface of the substrate.
A method for producing a laminated structure, which comprises using a lithium tantalate crystal substrate whose main surface is an a-plane, an m-plane, or an r-plane as the substrate.
前記結晶性酸化物膜をβ―Gaを主成分とするものとすることを特徴とする請求項7に記載の積層構造体の製造方法。 The method for producing a laminated structure according to claim 7, wherein the crystalline oxide film contains β-Ga 2 O 3 as a main component. 前記水溶液にドーパントを含有させておき、前記結晶性酸化物膜の成膜時にドーピングすることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の積層構造体の製造方法。 The method for producing a laminated structure according to claim 7, wherein a dopant is contained in the aqueous solution and doped at the time of forming the crystalline oxide film. 前記ドーパントを、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はニオブから選ばれる1種以上とすることを特徴とする請求項9に記載の積層構造体の製造方法。 The method for producing a laminated structure according to claim 9, wherein the dopant is one or more selected from tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium, and niobium. 前記熱反応の温度を250〜900℃とすることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。 The method for producing a laminated structure according to any one of claims 7 to 10, wherein the temperature of the thermal reaction is 250 to 900 ° C. 前記結晶性酸化物膜の膜厚を1μm以上とすることを特徴とする請求項7から請求項11のいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。 The method for producing a laminated structure according to any one of claims 7 to 11, wherein the crystalline oxide film has a film thickness of 1 μm or more. 前記基板として、前記主面の面積が100mm以上のものを用いることを特徴とする請求項7から請求項12のいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。 The method for manufacturing a laminated structure according to any one of claims 7 to 12, wherein a substrate having an area of 100 mm 2 or more is used as the substrate.
JP2019160610A 2019-09-03 2019-09-03 LAMINATED STRUCTURE, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING METHOD Active JP7161456B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019160610A JP7161456B2 (en) 2019-09-03 2019-09-03 LAMINATED STRUCTURE, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING METHOD

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019160610A JP7161456B2 (en) 2019-09-03 2019-09-03 LAMINATED STRUCTURE, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING METHOD

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021038116A true JP2021038116A (en) 2021-03-11
JP7161456B2 JP7161456B2 (en) 2022-10-26

Family

ID=74848190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019160610A Active JP7161456B2 (en) 2019-09-03 2019-09-03 LAMINATED STRUCTURE, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING METHOD

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7161456B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017005148A (en) * 2015-06-11 2017-01-05 株式会社Flosfia Semiconductor film, lamination structure, and semiconductor device
WO2017163722A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 日本碍子株式会社 Bonding method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017005148A (en) * 2015-06-11 2017-01-05 株式会社Flosfia Semiconductor film, lamination structure, and semiconductor device
WO2017163722A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 日本碍子株式会社 Bonding method

Also Published As

Publication number Publication date
JP7161456B2 (en) 2022-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6936982B2 (en) Semiconductor device
JP6994181B2 (en) Crystalline oxide semiconductor membranes and semiconductor devices
JP6904517B2 (en) Crystalline oxide semiconductor film and its manufacturing method
JP6701472B2 (en) Crystalline oxide semiconductor film and semiconductor device
JP7014355B2 (en) Laminated structures and semiconductor devices
JP7161456B2 (en) LAMINATED STRUCTURE, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING METHOD
JP7078581B2 (en) Laminated structure, semiconductor device, and method for manufacturing the laminated structure
JP7078582B2 (en) Method for forming a laminated structure, a semiconductor device, and a crystalline oxide film
WO2021039010A1 (en) Layered structure body and layered structure body production method
JP7093329B2 (en) Laminated structures, semiconductor devices and semiconductor systems
JP7078583B2 (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices
JP7161457B2 (en) LAMINATED STRUCTURE, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING METHOD
JP7097861B2 (en) Laminated structures, semiconductor devices and semiconductor systems
JP7348777B2 (en) Method for manufacturing a laminated structure and method for manufacturing a semiconductor device
KR102676983B1 (en) Laminated structure and manufacturing method of laminated structure
JP7409790B2 (en) Oxide semiconductor film and semiconductor device
JP6761214B2 (en) Laminated structures and semiconductor devices

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210726

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220621

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220815

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: 20221004

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221014

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7161456

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150