JP2023112045A - 積層構造体、半導体装置及び積層構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る積層構造体、及び、これを用いた半導体装置の好適な例を図2に示す。図2の例では、下地基板201上に結晶性酸化物膜203が形成されている。結晶性酸化物膜203は、下地基板1側から順に絶縁性薄膜203aと導電性薄膜203bが積層されて構成されている。導電性薄膜203b上にゲート絶縁膜205が形成されている。ゲート絶縁膜205上にはゲート電極207が形成されている。また、導電性薄膜203b上には、ゲート電極207を挟むように、ソース・ドレイン電極209が形成されている。このような構成によれば、ゲート電極207に印加するゲート電圧によって、導電性薄膜203bに形成される空乏層の制御が可能となり、トランジスタ動作(FETデバイス)が可能となる。
図1を用いて、本実施例で用いた成膜装置101を説明する。成膜装置101は、下地基板等の被成膜試料である基体110を載置し加熱するホットプレート108と、キャリアガスを供給するキャリアガス源102a、102bと、キャリアガス源102a、102b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103a、103bと、原料溶液104aが収容される微粒子発生源104と、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と、石英製の成膜室107と、を備えている。成膜室107を石英で作製することにより、基体110上に形成される薄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。
原料溶液にメタノールを混合しないで製膜を行った。具体的には、0.1mol/L臭化ガリウムに対し、塩化スズをガリウムに対するスズの原子比が1:0.05となるように水溶液を調整し、48%臭化水素酸溶液を体積比で10%を含有させた。これを原料溶液としたこと以外は、実施例1と同じ方法で製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は5.8μmであった。
原料溶液として、0.02mol/Lヨウ化ガリウムに対し、塩化スズをガリウムに対するスズの原子比が1:0.007となるように水溶液を調整し、35%塩化水素酸溶液を体積比で2%を含有させた。さらに、表面平滑剤としてメタノールを0.003%混合した。これを原料溶液としたこと以外は、実施例1と同じ方法で製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は1.3μmであった。
原料溶液として、金属ガリウムを塩酸で溶解し、ガリウム濃度0.05mol/Lの溶液を用意した。これに対し、塩化スズをガリウムに対するスズの原子比が1:0.01となるように水溶液を調整し、35%塩化水素酸溶液を体積比で1%を含有させた。さらに、表面平滑剤としてメタノールを0.008%混合した。これを原料溶液としたこと以外は、実施例1と同じ方法で製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は3.1μmであった。
実施例1において、メタノールの代わりにエタノールを用いて製膜を行った。これ以外は、実施例1と同じ方法で製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は6.1μmであった。
実施例1において、メタノールの代わりにシュウ酸を用いて製膜を行った。これ以外は、実施例1と同じ方法で製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は6.3μmであった。
実施例1において、メタノールの代わりにアセチルアセトンを用いて製膜を行った。これ以外は、実施例1と同じ方法で製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は6.0μmであった。
実施例6において、アセチルアセトンの濃度を2.9%として製膜を行った。これ以外は、実施例1と同じ方法で製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は5.9μmであった。
事前に、モル比でアセチルアセトン:アンモニア=1:1となるようアセチルアセトン・アンモニア水溶液を作成した。この水溶液を、実施例7におけるアセチルアセトンとして用い製膜を行った。これ以外は、実施例1と同じ方法で製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は6.4μmであった。
製膜時間を20分としたこと以外は、実施例1と同じにして製膜を行った。評価の結果、コランダム構造を有するα-Ga2O3であることが確認され、膜厚は0.55μmであった。
実施例1~9および比較例により得られたα-Ga2O3薄膜サンプルについて、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて二乗平均平方根表面粗さ(RMS)を計測した。また、SIMSを用いて、膜中のCの含有量を調べた。結果を表1に示す。
製膜時間を10分としたこと以外は、実施例1と同じにして製膜を行い、得られた膜を第二の結晶性酸化物膜とした。引き続き、原料溶液をメタノールを含まないものに変更して製膜を行い、第一の結晶性酸化物膜としてα-Ga2O3膜を5.4μm製膜した。得られた試料に対しX線回折測定を行い、結晶性を評価した。具体的には、α-Ga2O3の(0006)面回折ピークのロッキングカーブを測定し、その半値全幅を求めた。得られた半値全幅は11秒となり、結晶性に非常に優れた膜であることが確認された。
102b…希釈用キャリアガス源、 103a…流量調節弁、
103b…流量調節弁、 104…微粒子発生源、 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…微粒子化部、130…キャリアガス供給部、140…成膜部、
201…下地基板、 203…結晶性酸化物膜、 203a…絶縁性薄膜、
203b…導電性薄膜、 205…ゲート絶縁膜、 207…ゲート電極、
209…ソース・ドレイン電極。
Claims (9)
- コランダム構造を有する第一の結晶性酸化物膜と、コランダム構造を有する第二の結晶性酸化物膜とを含む積層構造体であって、
前記第二の結晶性酸化物膜の上に前記第一の結晶性酸化物膜を有し、
前記第一及び第二の結晶性酸化物膜は膜の中に金属元素を含み、該金属元素中のガリウムの原子比は0.5以上であり、
前記第二の結晶性酸化物膜が、不純物として少なくとも炭素(C)を含むものであり、
前記第二の結晶性酸化物膜中のC濃度が2×1017~2×1020/cm3であり、
前記第一の結晶性酸化物膜がドーパントを含むものであることを特徴とする積層構造体。 - コランダム構造を有する第一の結晶性酸化物膜と、コランダム構造を有する第二の結晶性酸化物膜とを含む積層構造体であって、
前記第二の結晶性酸化物膜の上に前記第一の結晶性酸化物膜を有し、
前記第一及び第二の結晶性酸化物膜は膜の中に金属元素を含み、該金属元素中のガリウムの原子比は0.5以上であり、
前記第二の結晶性酸化物膜が、不純物として少なくとも炭素(C)を含むものであり、
前記第二の結晶性酸化物膜中のC濃度が2×1017~2×1020/cm3であり、
前記第一の結晶性酸化物膜の(0006)面回折ピークのロッキングカーブの半値全幅が11秒以下のものであることを特徴とする、請求項1に記載の積層構造体。 - コランダム構造を有する第一の結晶性酸化物膜と、コランダム構造を有する第二の結晶性酸化物膜とを含む積層構造体であって、
前記第二の結晶性酸化物膜の上に前記第一の結晶性酸化物膜を有し、
前記第一及び第二の結晶性酸化物膜は膜の中に金属元素を含み、該金属元素中のガリウムの原子比は0.5以上であり、
前記第二の結晶性酸化物膜が、不純物として少なくとも炭素(C)を含むものであり、
前記第二の結晶性酸化物膜中のC濃度が2×1017~2×1020/cm3であり、
前記第一の結晶性酸化物膜は、表面の二乗平均平方根粗さ(RMS)が0.1μm以下である前記第二の結晶性酸化物膜上で、原料溶液を微粒子化して生成された原料微粒子を熱反応させて成膜されたものであることを特徴とする積層構造体。 - 前記第一の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1~3のいずれか1項に記載の積層構造体。
- 前記第一の結晶性酸化物膜の面積が100mm2以上であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の積層構造体。
- 前記第二の結晶性酸化物膜の膜厚が6μm以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の積層構造体。
- 前記積層構造体はさらに下地基板を備え、該下地基板がc面サファイア基板であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の積層構造体。
- 請求項1~7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。
- コランダム構造を有する第一の結晶性酸化物膜とコランダム構造を有する第二の結晶性酸化物膜とを含む積層構造体の製造方法であって、
表面の二乗平均平方根粗さ(RMS)が0.1μm以下である前記第二の結晶性酸化物膜上に、原料溶液を微粒子化して生成される原料微粒子をキャリアガスによって搬送し、前記第二の結晶性酸化物膜上で前記原料微粒子を熱反応させて、前記第一の結晶性酸化物膜の成膜を行うことを特徴とする積層構造体の製造方法。
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