JP7078581B2 - Laminated structure, semiconductor device, and method for manufacturing the laminated structure - Google Patents

Laminated structure, semiconductor device, and method for manufacturing the laminated structure Download PDF

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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 the 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 the film to an extremely high temperature in order to form a film, and there is a demand for a simple and inexpensive film forming method at a lower temperature. rice field.

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、膜表面の平滑さが膜の導電性に影響するため、膜表面が平滑であることが好ましい。
膜表面を平滑にする方法として、エッチングのような表面処理方法が存在するが、薄膜形成後に表面処理を行うと、薄膜が削られ、半導体特性の劣化が起こることが懸念される。
When a crystalline oxide film having a beta-gallian structure is used in a semiconductor device, the thermal stability of the film is high as described above, and the smoothness of the film surface affects the conductivity of the film, so that the film surface is smooth. Is preferable.
As a method for smoothing the film surface, there is a surface treatment method such as etching, but if the surface treatment is performed after the thin film is formed, there is a concern that the thin film is scraped and the semiconductor characteristics are deteriorated.

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、表面平滑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、表面平滑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 surface smoothness, 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 surface smoothness 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を主成分とする結晶性基板であり、前記結晶性酸化物膜の表面粗さRaが0.1μm以下であ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 betagallian structure, and the crystalline substrate. Is a crystalline substrate containing lithium tantalum as a main component, and provides a laminated structure in which the surface roughness Ra of the crystalline oxide film is 0.1 μm or less.

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、しかも表面平滑性が優れており、半導体装置に好適に用いることができるものとなる。
なお、表面粗さRaは、JIS B0601に基づき算出して得た算術平均粗さを表す。
Such a laminated structure can be obtained easily and inexpensively, is thermally stable, has excellent surface smoothness, and can be suitably used for a semiconductor device.
The surface roughness Ra represents an arithmetic mean roughness calculated based on JIS B0601.

このとき、前記結晶性酸化物膜が、BrおよびIから選択される少なくとも1種からなる異常粒抑制剤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 an abnormal grain inhibitor composed of at least one selected from Br and I.

これにより、より確実に、表面平滑性が優れた結晶性酸化物膜を有する積層構造体となる。 As a result, a laminated structure having a crystalline oxide film having excellent surface smoothness is more reliably obtained.

このとき、前記結晶性基板が、タンタル酸リチウム単結晶基板である積層構造体とすることができる。 At this time, the crystalline substrate can be a laminated structure which is a lithium tantalate single crystal substrate.

これにより、結晶性がより高いベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜を有する積層構造体となる。 This results in a laminated structure having a crystalline oxide film having a beta-galia structure with higher crystallinity.

このとき、前記結晶性酸化物膜がβ-Gaを主成分とす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 containing β-Ga 2 O 3 as a main component.

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となる。 This results in a laminated structure with a thermally more stable 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, it is possible to form a laminated structure in which the film thickness of the crystalline oxide film is 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 it more useful for semiconductor devices.

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, it is possible to form a laminated structure in which the area of the crystalline oxide film is 100 mm 2 or more.

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 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成膜する方法であって、前記基板としてタンタル酸リチウムを主成分とする結晶性基板を用い、前記水溶液にBrおよびIから選択される少なくとも1種からなる異常粒抑制剤を含有させておき、前記結晶性酸化物膜の成膜時に前記異常粒抑制剤をドーピングして、表面粗さRaが0.1μm以下の前記結晶性酸化物膜を成膜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 in beta gallia. A method for forming a crystalline oxide film having a structure, in which a crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component is used as the substrate, and the aqueous solution contains at least one abnormality selected from Br and I. A laminate in which a grain inhibitor is contained and the abnormal grain inhibitor is doped during the formation of the crystalline oxide film to form the crystalline oxide film having a surface roughness Ra of 0.1 μm or less. A method for manufacturing a structure is provided.

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、表面平滑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-galia structure, being thermally stable, and having excellent surface smoothness can be produced with high productivity by a low temperature process. , Can be manufactured easily and inexpensively.

このとき、前記結晶性基板として、タンタル酸リチウム単結晶基板を用い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 manufacturing a laminated structure using a lithium tantalate single crystal substrate as the crystalline substrate can be used.

これにより、結晶性がより高いベータガリア構造を有する結晶性酸化物膜を有する積層構造体を製造することができる。 This makes it possible to produce a laminated structure having a crystalline oxide film having a beta-galia structure having higher crystallinity.

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, it is possible to use a method for manufacturing a laminated structure in which the temperature of the thermal reaction is 250 to 900 ° C.

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, it is possible to use a method for manufacturing a laminated structure in which the film thickness of the crystalline oxide film is 1 μm or more.

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、成膜面の面積が100mm以上のものを用いる積層構造体の製造方法とすることができる。 At this time, it is possible to use a method for manufacturing a laminated structure using a substrate having a film-forming surface area of 100 mm 2 or more.

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。 This makes it possible to easily and inexpensively obtain a large-area laminated structure.

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、表面平滑性が優れており、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、表面平滑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 surface smoothness, 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-galia structure, being thermally stable, and having excellent surface smoothness 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. 実施例1、比較例2における結晶性酸化物膜の表面粗さRaと異常粒抑制剤濃度の関係を示すグラフである。3 is a graph showing the relationship between the surface roughness Ra of the crystalline oxide film and the concentration of the abnormal grain inhibitor in Example 1 and Comparative Example 2.

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、表面平滑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、表面平滑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 surface smoothness, and is thermally stable and has excellent surface smoothness. 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を主成分とする結晶性基板であり、前記結晶性酸化物膜の表面粗さRaが0.1μm以下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、しかも表面平滑性が優れており、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 betagallian structure. , A crystalline substrate containing lithium tantalum as a main component, which can be easily and inexpensively obtained by a laminated structure having a surface roughness Ra of 0.1 μm or less of the crystalline oxide film, and is thermally obtained. The present invention has been completed by finding that it is stable and has excellent surface smoothness and can be suitably used for semiconductor devices.

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成膜する方法であって、前記基板としてタンタル酸リチウムを主成分とする結晶性基板を用い、前記水溶液にBrおよびIから選択される少なくとも1種からなる異常粒抑制剤を含有させておき、前記結晶性酸化物膜の成膜時に前記異常粒抑制剤をドーピングして、表面粗さRaが0.1μm以下の前記結晶性酸化物膜を成膜す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、表面平滑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 transport 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 for forming a crystalline oxide film having a beta-gallian structure containing gallium as a main component, wherein a crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component is used as the substrate, and the aqueous solution is selected from Br and I. The crystalline oxide having a surface roughness Ra of 0.1 μm or less is contained by containing an abnormal grain inhibitor composed of at least one kind and doping the abnormal grain inhibitor at the time of forming the crystalline oxide film. By the method for producing a laminated structure for forming a film, a laminated structure containing a crystalline oxide film having a beta-gallium structure, being thermally stable, and having excellent surface smoothness 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 given 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を主成分とする結晶性基板10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が積層されている積層構造体1である。なお、結晶性基板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。
また、結晶性酸化物膜20の表面粗さRaは0.1μm以下であり、優れた表面平滑性を有しており、半導体特性が優れたものである。
(Laminated structure)
As shown in FIG. 1, one embodiment of the laminated structure 1 according to the present invention is a crystalline oxide film having a beta-galia structure containing gallium as a main component on a crystalline substrate 10 containing lithium tantalate as a main component. It is a laminated structure 1 in which 20 is laminated. A buffer layer or the like may be interposed between the crystalline substrate 10 and the crystalline oxide film 20.
Further, the surface roughness Ra of the crystalline oxide film 20 is 0.1 μm or less, has excellent surface smoothness, and has excellent semiconductor characteristics.

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を主成分とする結晶性基板)
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を主成分とする結晶性基板について説明する。
(Crystalline substrate containing lithium tantalate as the main component)
First, a crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component of 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を主成分とする結晶性基板を準備する。ここで、「タンタル酸リチウムを主成分とする結晶性基板」には、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 manufacturing the laminated structure according to the present invention, first, a crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component is prepared. Here, the "crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component" includes a substrate containing 50 to 100% lithium tantalate, which contains lithium tantalate as a single crystal or a polycrystalline substrate.

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 oxygen atoms on the α-Ga 2 O 3 (001) plane, β-Ga 2 O 3 (-201) plane, and 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を主成分とする結晶性基板としては、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 crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component, 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 form 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 depositing a crystalline oxide film containing β-Ga 2 O 3 as a main component, it is preferable that the crystal orientation is cut so as to be 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 Z direction of the crystal orientation for 10 hours. After performing the polling process, it is advisable to slice the ingot and process it 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 processing 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 used, further pyroelectricity suppressing treatment is performed on the substrate surface to prevent the substrate from being charged when the 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 electrical 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 single polarization treatment is subjected to. It is heated to 700 ° C. or higher, annealed for several hours (preferably 1000 ° C. or higher, preferably 5 hours or longer, more preferably 10 hours or longer), subjected to strain relaxation 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 charge of the substrate when the crystalline oxide film is deposited on the heated substrate. In particular, if the average polarization size of the surface of the substrate 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 of the lithium tantalate single crystal (at least on the surface of the substrate) 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を主成分とする結晶性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 crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component is polished smoothly so that the unevenness becomes small, a flat laminated film of the 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を主成分とする結晶性基板の、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 crystalline substrate containing lithium tantalate as the main component to deposit the crystalline oxide film, and the ion is injected from 50 nm of the deposited surface. It is also possible to form a fragile layer directly below 3 μm. 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 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 polycrystal 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ことが好ましい。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 having gallium as a main component and having a beta-gallian structure, those having β-Ga 2 O 3 as a main component are particularly preferable. 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. For example, n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants such as copper, silver, tin, iridium and rhodium can be mentioned. 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 , or even at a low concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less, about 1 × 10 20 . A high concentration of / cm3 or more may be used.

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。 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 substrate and the crystalline oxide film of the outermost layer, and may be, for example, a crystalline oxide film, an insulating film, a metal film, or the like.

また、結晶酸化物膜は異常粒抑制剤を含むことが好ましい。異常粒抑制剤は、成膜時において副生する粒子の発生を抑制する効果を有するものであり、特にはBrおよびIから選択される少なくとも1種からなるものが好ましい。これらを含むことで、異常粒の成長によって表面粗さが粗くなってしまうのを防ぎ、より確実に、上記のような0.1μm以下という優れた表面平滑性を有する結晶性酸化物膜となる。 Further, it is preferable that the crystal oxide film contains an abnormal grain inhibitor. The abnormal grain inhibitor has an effect of suppressing the generation of by-produced particles at the time of film formation, and particularly preferably one composed of at least one selected from Br and I. By including these, it is possible to prevent the surface roughness from becoming rough due to the growth of abnormal grains, and more reliably obtain a crystalline oxide film having excellent surface smoothness of 0.1 μm or less as described above. ..

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 (PWM), electrostatic induction transistor (SIT), junction electric field effect. Each semiconductor layer such as a transistor (JFET), an insulated gate type bipolar transistor (IGBT), and a light emitting diode (LED) can be configured.

(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るミストをキャリアガスでもって基板まで搬送し、ついで該基板上で該ミストを熱反応させて結晶性酸化物膜を成膜する方法であって、該基板はタンタル酸リチウムを主成分とする結晶性基板であり、該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ものであることを特徴とする。さらには、上記水溶液にBrおよびIから選択される少なくとも1種からなる異常粒抑制剤を含有させておき、結晶性酸化物膜の成膜時に異常粒抑制剤をドーピングして、表面粗さRaが0.1μm以下の結晶性酸化物膜を成膜することを特徴とする。
(Film formation device)
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 by a carrier gas, and then the mist is heated on the substrate. A method of reacting to form a crystalline oxide film, wherein the substrate is a crystalline substrate containing lithium tantalum as a main component, and the crystalline oxide film contains gallium as a main component and has a beta-gallian structure. It is characterized by being a thing. Further, the aqueous solution contains an abnormal grain inhibitor consisting of at least one selected from Br and I, and the abnormal grain inhibitor is doped during the formation of the crystalline oxide film to form a surface roughness Ra. It is characterized in that a crystalline oxide film having a thickness of 0.1 μm or less is formed.

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 has a mist-forming unit 120 that converts a raw material solution into a mist to generate mist, a carrier gas supply unit 130 that supplies a carrier gas that conveys the mist, and a heat-treated mist to form a film on a substrate. 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、ガリウムと、異常粒抑制剤(BrおよびIから選択される少なくとも1種)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 and an abnormal grain inhibitor (at least one selected from Br and I). That is, in addition to gallium, it may contain one or more metals selected from, for example, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, iridium, nickel and cobalt. A complex or salt obtained by dissolving or dispersing the metal in water 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, hydroiodic 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. For example, n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants such as copper, silver, tin, iridium and rhodium can be mentioned. The dopant is not particularly limited, but is preferably tin. Further, 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, hypochloric acid, hypobromic acid, bromine acid, hypoiodic acid, and iodic acid. Examples thereof include halogenoxo acids, carboxylic acids such as formic acid, nitric acid, and the like. It should be noted that heating or applying ultrasonic waves is also effective for promoting dissolution.

また、原料溶液104aに異常粒抑制剤のBrやIを含有させるにあたっては、例えば、臭化水素酸やヨウ化水素酸の形態で原料溶液104aに加えることができる。これらの異常粒抑制剤の濃度は特に限定されない。結晶性酸化物膜中に異常粒抑制剤を残存させるにあたり、濃度は10-20vol%が最も好ましい。
なお、異常粒抑制剤濃度は、原料溶液の体積に対し加えた異常粒抑制剤の体積の割合を表す。
(異常粒抑制剤濃度[vol%]=異常粒抑制剤の体積[mL]/原料溶液の体積[mL])
ここでいう異常粒抑制剤の体積とは、上記のような臭化水素酸やヨウ化水素酸の体積を言う。
また、上記のようにドーパント元素の溶解の促進にあたって臭化水素やヨウ化水素等を加える場合は、その分も考慮して濃度調整すると良い。
Further, when the abnormal grain inhibitor Br or I is contained in the raw material solution 104a, it can be added to the raw material solution 104a in the form of hydrogen bromide acid or hydrogen iodide acid, for example. The concentration of these abnormal grain inhibitors is not particularly limited. The concentration is most preferably 10-20 vol% in order to leave the abnormal grain inhibitor in the crystalline oxide film.
The concentration of the abnormal grain inhibitor represents the ratio of the volume of the abnormal grain inhibitor added to the volume of the raw material solution.
(Abnormal grain inhibitor concentration [vol%] = volume of abnormal grain inhibitor [mL] / volume of raw material solution [mL])
The volume of the abnormal grain inhibitor here means the volume of hydrogen bromide acid or hydrogen iodide acid as described above.
Further, when hydrogen bromide, hydrogen iodide, or the like is added to promote the dissolution of the dopant element as described above, it is advisable to adjust the concentration in consideration of the amount.

(ミスト化部)
ミスト化部120では、原料溶液104aを調整し、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)
The mist-forming unit 120 adjusts the raw material solution 104a to mist the raw material solution 104a 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, the mist generation source 104 in which the raw material solution 104a is housed, a container 105 in which a medium capable of transmitting ultrasonic vibration, for example, water 105a, and an ultrasonic oscillator 106 attached to the bottom surface of the container 105 may be included. good. Specifically, the mist generation source 104 consisting 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 tube 109a, for example, a quartz tube, 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 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。 Further, in the present invention, the substrate (crystalline substrate) 110 may be placed on the upper surface of the film forming chamber 107 for 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.

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 carrier gas flow rate Q.

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. 2. 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 sufficiently replaced. 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 by the carrier gas, the mist is transported from the mist-forming section 120 to the film forming section 140 via the transport section 109 by the carrier gas, and is introduced into the film forming chamber 107. The mist introduced into the film forming chamber 107 in the process of forming a film is heat-treated by the heat of the hot plate 108 in the film forming chamber 107 and undergoes a thermal reaction to form a film on the substrate (crystalline substrate) 110. To.

(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 is not limited to the present invention.

(実施例1)
上述の積層構造体の製造方法に基づいて、βガリア構造を有する酸化ガリウム(β-Ga)の成膜を行い、積層構造体を得た。
(Example 1)
Based on the above-mentioned method for producing a laminated structure, a film of gallium oxide (β-Ga 2 O 3 ) having a β-galia structure was formed to obtain a laminated structure.

具体的には、まず、結晶性基板としてコングルエント組成(Li/(Li+Ta)の値は、0.485)のタンタル酸リチウム単結晶基板を準備した。チョクラルスキー法によって作製したタンタル酸リチウム単結晶を、Z軸カットして、C面基板に加工し、700℃、10時間の加熱処理を行って多分極化処理を施し、表面を研磨して表面粗さRa=0.5nmとした。次に、原料溶液として、臭化ガリウム濃度は1.0×10-1mol/Lとし、臭化ガリウムと塩化スズをガリウム、スズの原子数比で1:0.02となるように水溶液を調製した。調製した溶液に、異常粒抑制剤としてBrを加えるため、48%臭化水素酸溶液を体積比で20%となるように含有させ、これを原料溶液104aとした。 Specifically, first, a lithium tantalate single crystal substrate having a congluent composition (Li / (Li + Ta) value of 0.485) was prepared as a crystalline substrate. The lithium tantalate single crystal produced by the Czochralski method is Z-axis cut, processed into a C-plane substrate, heat-treated at 700 ° C. for 10 hours, subjected to multipolarization treatment, and the surface is polished. The surface roughness Ra was set to 0.5 nm. Next, as a raw material solution, an aqueous solution was prepared so that the concentration of gallium bromide was 1.0 × 10 -1 mol / L, and the atomic number ratio of gallium bromide and tin chloride was 1: 0.02. Prepared. In order to add Br as an abnormal grain inhibitor to the prepared solution, a 48% hydrobromic acid solution was contained so as to have a volume ratio of 20%, and this was used as a raw material solution 104a.

上述のようにして得た原料溶液104aを、ミスト発生源104内に収容した。次に、基板(結晶性基板)110として2インチ(直径50mm)で厚さ200μmのc面タンタル酸リチウム基板を、成膜室107内でホットプレート108に戴置し、ホットプレート108を作動させて温度を400℃に昇温した。 The raw material solution 104a obtained as described above was housed in the mist generation source 104. Next, as the substrate (crystalline substrate) 110, a 2-inch (50 mm diameter) c-plane lithium tantalate substrate having a thickness of 200 μm was placed on the hot plate 108 in the film forming chamber 107, and the hot plate 108 was operated. The temperature was raised to 400 ° C.

続いて、流量調節弁103a、103bを開いてキャリアガス源102a、102bからキャリアガスとして窒素ガスを成膜室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を2L/分に、希釈用キャリアガスの流量を4.5L/分にそれぞれ調節した。すなわち、キャリアガス流量Q=6.5L/分とした。 Subsequently, the flow control valves 103a and 103b are opened to supply nitrogen gas as a 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. The flow rate of the main carrier gas was adjusted to 2 L / min, and the flow rate of the diluting carrier gas was adjusted to 4.5 L / min. That is, the carrier gas flow rate Q = 6.5 L / min.

次に、超音波振動子106を2.4MHzで振動させ、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をミスト化してミストを生成した。このミストを、キャリアガスによって供給管109aを経て成膜室107内に導入した。そして、大気圧下、400℃の条件で、成膜室107内でミストを熱反応させて、基板(結晶性基板)110上にベータガリア構造を有する酸化ガリウム(β-Ga)の薄膜を形成した。成膜時間は60分とした。 Next, the ultrasonic vibrator 106 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 104a through water 105a to mist the raw material solution 104a to generate mist. This mist was introduced into the film forming chamber 107 through the supply pipe 109a by the carrier gas. Then, under the condition of atmospheric pressure and 400 ° C., the mist is thermally reacted in the film forming chamber 107 to form a thin film of gallium oxide (β-Ga 2 O 3 ) having a beta-gallium structure on the substrate (crystalline substrate) 110. Formed. The film formation time was 60 minutes.

また、上記とは別に、臭化ガリウムおよび、臭化水素酸の代わりにヨウ化ガリウム、ヨウ化水素酸溶液をそれぞれ用いたこと以外は、上記と同様に水溶液を調製し、別の原料溶液104aとして、同様にして薄膜を成膜した。 In addition to the above, an aqueous solution was prepared in the same manner as above, except that gallium bromide and gallium iodide and hydrogen iodide solutions were used instead of hydrobromic acid, respectively, and another raw material solution 104a was prepared. As a result, a thin film was formed in the same manner.

製膜した薄膜の相の同定は、XRD回折装置を用いて、10度から120度まで2θ/ωスキャンを行うことによって行った。測定はCuKα線を用いて行った。その結果、形成した薄膜はベータガリア構造を有するβ-酸化ガリウムであった。
薄膜の膜厚は反射率分光式膜厚計を用いて計測した。膜厚は1.0μmであった。
表面粗さRaは、原子間力顕微鏡(AFM)による10μm角の領域についての表面形状測定結果を用いた。表面粗さRaの結果について、異常粒抑制剤の有無や濃度と関係して、下記表1、表2、図4に示す。なお、図4は表2をグラフ化したものである。ただし、異常粒抑制剤無しの項目は後述する比較例2の結果である。
また、成膜後に横型炉に静置し、窒素気流10L/mの下、600℃で3時間アニールを行ったところ、結晶性は変化しなかった。
The phase of the formed thin film was identified by performing a 2θ / ω scan from 10 degrees to 120 degrees using an XRD diffractometer. The measurement was performed using CuKα ray. As a result, the formed thin film was β-gallium oxide having a beta-gallium structure.
The film thickness of the thin film was measured using a reflectance spectroscopic film thickness meter. The film thickness was 1.0 μm.
For the surface roughness Ra, the result of surface shape measurement for a region of 10 μm square by an atomic force microscope (AFM) was used. The results of the surface roughness Ra are shown in Tables 1, 2 and 4 below in relation to the presence and concentration of the abnormal grain inhibitor. Note that FIG. 4 is a graph of Table 2. However, the item without the abnormal grain inhibitor is the result of Comparative Example 2 described later.
Further, after the film was formed, the film was allowed to stand in a horizontal furnace and annealed at 600 ° C. for 3 hours under a nitrogen stream of 10 L / m, and the crystallinity did not change.

さらには、表2、図4に示すように、原料溶液における異常粒抑制剤濃度を種々の濃度とし、それ以外は上記と同様にして薄膜を成膜した。
表1、2、図4から分かるように、異常粒抑制剤が無い場合(150μm)に比べて、異常粒抑制剤を原料溶液に加えて薄膜にドーピングした本発明では優れた表面粗さRa(100μm以下)を得られていることが分かる。特には、10-20vol%の場合に、より優れた表面粗さRaを得られていることが分かる(5-25μm)。
Further, as shown in Tables 2 and 4, the concentration of the abnormal grain inhibitor in the raw material solution was set to various concentrations, and other than that, a thin film was formed in the same manner as described above.
As can be seen from Tables 1, 2 and 4, the surface roughness Ra (150 μm) is superior in the present invention in which the abnormal grain inhibitor is added to the raw material solution and the thin film is doped, as compared with the case where there is no abnormal grain inhibitor (150 μm). It can be seen that (100 μm or less) is obtained. In particular, it can be seen that a better surface roughness Ra is obtained in the case of 10-20 vol% (5-25 μm).

Figure 0007078581000001
Figure 0007078581000001

Figure 0007078581000002
Figure 0007078581000002

(比較例1)
基板としてc面サファイア基板を用いたこと以外は実施例1と同様に成膜、評価を行った。
得られた積層構造体の結晶性酸化物膜の相を同定したところ、α-酸化ガリウムであった。膜厚は1.2μmであった。また、表面粗さRaは85nmであった。
成膜後に横型炉に静置し、窒素気流10L/mの下、600℃で3時間アニールを行ったところ、α-酸化ガリウムのピーク強度が低下し、新たにβ-酸化ガリウムのピークが出現した。
(Comparative Example 1)
The film formation and evaluation were carried out in the same manner as in Example 1 except that the c-plane sapphire substrate was used as the substrate.
When the phase of the crystalline oxide film of the obtained laminated structure was identified, it was α-gallium oxide. The film thickness was 1.2 μm. The surface roughness Ra was 85 nm.
After film formation, the film was allowed to stand in a horizontal furnace and annealed at 600 ° C. for 3 hours under a nitrogen flow of 10 L / m. As a result, the peak intensity of α-gallium oxide decreased and a new peak of β-gallium oxide appeared. did.

(比較例2)
原料溶液に異常粒抑制剤を用いなかったこと以外は実施例1と同様に成膜、評価を行った。
得られた積層構造体の結晶性酸化物膜の相を同定したところ、β-酸化ガリウムであった。膜厚は1.1μmであった。表面粗さRaは150nmであった。
成膜後に横型炉に静置し、窒素気流10L/mの下、600℃で3時間アニールを行ったところ、結晶性は変化しなかった。
(Comparative Example 2)
The film formation and evaluation were carried out in the same manner as in Example 1 except that the abnormal grain inhibitor was not used in the raw material solution.
When the phase of the crystalline oxide film of the obtained laminated structure was identified, it was β-gallium oxide. The film thickness was 1.1 μm. The surface roughness Ra was 150 nm.
After the film formation, the film was allowed to stand in a horizontal furnace and annealed at 600 ° C. for 3 hours under a nitrogen stream of 10 L / m, and the crystallinity did not change.

(実施例2)
成膜時間を120分としたこと以外は、実施例1と同様に成膜、評価を行った。
得られた積層構造体の結晶性酸化物膜の相を同定したところ、β-酸化ガリウムであった。膜厚は2.4μmであった。表面粗さRaは17nmであった。
成膜後に横型炉に静置し、窒素気流10L/mの下、600℃で3時間アニールを行ったところ、結晶性は変化しなかった。
(Example 2)
The film formation and evaluation were carried out in the same manner as in Example 1 except that the film formation time was set to 120 minutes.
When the phase of the crystalline oxide film of the obtained laminated structure was identified, it was β-gallium oxide. The film thickness was 2.4 μm. The surface roughness Ra was 17 nm.
After the film formation, the film was allowed to stand in a horizontal furnace and annealed at 600 ° C. for 3 hours under a nitrogen stream of 10 L / m, and the crystallinity did not change.

(実施例3)
成膜温度を450℃としたこと以外は、実施例1と同様に成膜、評価を行った。
得られた積層構造体の結晶性酸化物膜の相を同定したところ、β-酸化ガリウムであった。膜厚は1.6μmであった。表面粗さRaは12nmであった。
成膜後に横型炉に静置し、窒素気流10L/mの下、600℃で3時間アニールを行ったところ、結晶性は変化しなかった。
(Example 3)
The film formation and evaluation were carried out in the same manner as in Example 1 except that the film formation temperature was set to 450 ° C.
When the phase of the crystalline oxide film of the obtained laminated structure was identified, it was β-gallium oxide. The film thickness was 1.6 μm. The surface roughness Ra was 12 nm.
After the film formation, the film was allowed to stand in a horizontal furnace and annealed at 600 ° C. for 3 hours under a nitrogen stream of 10 L / m, and the crystallinity did not change.

(実施例4)
原料溶液にSnを用いなかったこと以外は、実施例1と同様に成膜、評価を行った。
得られた積層構造体の結晶性酸化物膜の相を同定したところ、β-酸化ガリウムであった。膜厚は1.3μmであった。表面粗さRaは10nmであった。
成膜後に横型炉に静置し、窒素気流10L/mの下、600℃で3時間アニールを行ったところ、結晶性は変化しなかった。
(Example 4)
The film formation and evaluation were carried out in the same manner as in Example 1 except that Sn was not used in the raw material solution.
When the phase of the crystalline oxide film of the obtained laminated structure was identified, it was β-gallium oxide. The film thickness was 1.3 μm. The surface roughness Ra was 10 nm.
After the film formation, the film was allowed to stand in a horizontal furnace and annealed at 600 ° C. for 3 hours under a nitrogen stream of 10 L / m, and the crystallinity did not change.

(実施例5)
臭化ガリウムの濃度を0.05mol/Lとし、成膜温度を450℃としたこと以外は、実施例1と同様に成膜、評価を行った。
得られた積層構造体の結晶性酸化物膜の相を同定したところ、β-酸化ガリウムであった。膜厚は1.0μmであった。表面粗さRaは7nmであった。
成膜後に横型炉に静置し、窒素気流10L/mの下、600℃で3時間アニールを行ったところ、結晶性は変化しなかった。
(Example 5)
The film formation and evaluation were carried out in the same manner as in Example 1 except that the concentration of gallium bromide was 0.05 mol / L and the film formation temperature was 450 ° C.
When the phase of the crystalline oxide film of the obtained laminated structure was identified, it was β-gallium oxide. The film thickness was 1.0 μm. The surface roughness Ra was 7 nm.
After the film formation, the film was allowed to stand in a horizontal furnace and annealed at 600 ° C. for 3 hours under a nitrogen stream of 10 L / m, and the crystallinity did not change.

実施例1-5のように、異常粒抑制剤の使用により、表面粗さRaで0.1μm以下という優れた表面平滑性を有するベータガリア構造の結晶性酸化物薄膜を得ることができた。また、β-酸化ガリウムおよびタンタル酸リチウム基板ともに熱的に安定であるため、高温でのアニールが可能である。半導体装置に好適に用いることができるものである。 By using the abnormal grain inhibitor as in Example 1-5, it was possible to obtain a crystalline oxide thin film having a beta-galia structure having an excellent surface smoothness of 0.1 μm or less in surface roughness Ra. Moreover, since both the β-gallium oxide and the lithium tantalate substrate are thermally stable, annealing at a high temperature is possible. It can be suitably used for semiconductor devices.

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 one having substantially the same structure as the technical idea described in the claims of the present invention and having 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 conversion 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を主成分とする結晶性基板であり、
前記結晶性酸化物膜の表面粗さRaが0.1μm以下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 crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component.
A laminated structure characterized in that the surface roughness Ra of the crystalline oxide film is 0.1 μm or less.
前記結晶性酸化物膜が、BrおよびIから選択される少なくとも1種からなる異常粒抑制剤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 an abnormal grain inhibitor consisting of at least one selected from Br and I. 前記結晶性基板が、タンタル酸リチウム単結晶基板であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の積層構造体。 The laminated structure according to claim 1 or 2, wherein the crystalline substrate is a lithium tantalate single crystal substrate. 前記結晶性酸化物膜がβ-Gaを主成分とするもの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 contains β-Ga 2 O 3 as a main component. 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 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5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 5, wherein the crystalline oxide film has an area of 100 mm 2 or more. 請求項1から請求項6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 6. 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成膜する方法であって、
前記基板としてタンタル酸リチウムを主成分とする結晶性基板を用い、
前記水溶液にBrおよびIから選択される少なくとも1種からなる異常粒抑制剤を含有させておき、前記結晶性酸化物膜の成膜時に前記異常粒抑制剤をドーピングして、表面粗さRaが0.1μm以下の前記結晶性酸化物膜を成膜す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-gallium structure containing gallium as a main component. It is a method of forming a crystalline oxide film having a film.
A crystalline substrate containing lithium tantalate as a main component was used as the substrate.
The aqueous solution contains an abnormal grain inhibitor composed of at least one selected from Br and I, and the abnormal grain inhibitor is doped during the film formation of the crystalline oxide film to reduce the surface roughness Ra. A method for producing a laminated structure, which comprises forming the crystalline oxide film of 0.1 μm or less.
前記結晶性基板として、タンタル酸リチウム単結晶基板を用いることを特徴とする請求項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 8, wherein a lithium tantalate single crystal substrate is used as the crystalline substrate. 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8又は請求項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 8 or 9, wherein the temperature of the thermal reaction is 250 to 900 ° C. 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8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 8 to 10, wherein the crystalline oxide film contains β-Ga 2 O 3 as a main component. 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8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 8 to 11, wherein the crystalline oxide film has a film thickness of 1 μm or more. 前記基板として、成膜面の面積が100mm以上のものを用いることを特徴とする請求項8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 8 to 12, wherein a substrate having a film-forming surface area of 100 mm 2 or more is used as the substrate.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101967680A (en) 2010-11-04 2011-02-09 山东大学 Method for preparing monoclinic gallium oxide single-crystal film on magnesium oxide substrate
WO2015147101A1 (en) 2014-03-25 2015-10-01 独立行政法人物質・材料研究機構 MANUFACTURING METHOD FOR β-GA2O3 SINGLE CRYSTAL LAYER, SAPPHIRE SUBSTRATE HAVING β-GA2O3 SINGLE CRYSTAL LAYER, FREE-STANDING β-GA2O3 SINGLE CRYSTAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
JP2015196603A (en) 2014-03-31 2015-11-09 株式会社Flosfia Crystalline laminated structure and semiconductor device
JP2015199648A (en) 2014-03-31 2015-11-12 株式会社Flosfia Crystalline laminated structure and semiconductor device
JP2016066756A (en) 2014-09-25 2016-04-28 株式会社Flosfia Method for manufacturing crystal laminate structure, and semiconductor device
JP2016064961A (en) 2014-09-25 2016-04-28 株式会社Flosfia Method of manufacturing crystalline laminate structure, and semiconductor device
JP2017005148A (en) 2015-06-11 2017-01-05 株式会社Flosfia Semiconductor film, lamination structure, and semiconductor device
WO2017110940A1 (en) 2015-12-25 2017-06-29 出光興産株式会社 Semiconductor element and electric apparatus using same
US20180108525A1 (en) 2016-10-14 2018-04-19 Case Western Reserve University Method for Forming a Thin Film Comprising an Ultrawide Bandgap Oxide Semiconductor
JP2019041107A (en) 2017-08-24 2019-03-14 株式会社Flosfia Semiconductor device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0637352B2 (en) * 1988-09-05 1994-05-18 シャープ株式会社 Manufacturing method of lithium oxide single crystal thin film
JPH07283437A (en) * 1994-04-08 1995-10-27 Japan Energy Corp Method of growing gallium nitride base compound semiconductor crystal
JPH0840799A (en) * 1994-07-28 1996-02-13 Kyocera Corp Base of growing single crystal

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101967680A (en) 2010-11-04 2011-02-09 山东大学 Method for preparing monoclinic gallium oxide single-crystal film on magnesium oxide substrate
WO2015147101A1 (en) 2014-03-25 2015-10-01 独立行政法人物質・材料研究機構 MANUFACTURING METHOD FOR β-GA2O3 SINGLE CRYSTAL LAYER, SAPPHIRE SUBSTRATE HAVING β-GA2O3 SINGLE CRYSTAL LAYER, FREE-STANDING β-GA2O3 SINGLE CRYSTAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
JP2015196603A (en) 2014-03-31 2015-11-09 株式会社Flosfia Crystalline laminated structure and semiconductor device
JP2015199648A (en) 2014-03-31 2015-11-12 株式会社Flosfia Crystalline laminated structure and semiconductor device
JP2016066756A (en) 2014-09-25 2016-04-28 株式会社Flosfia Method for manufacturing crystal laminate structure, and semiconductor device
JP2016064961A (en) 2014-09-25 2016-04-28 株式会社Flosfia Method of manufacturing crystalline laminate structure, and semiconductor device
JP2017005148A (en) 2015-06-11 2017-01-05 株式会社Flosfia Semiconductor film, lamination structure, and semiconductor device
WO2017110940A1 (en) 2015-12-25 2017-06-29 出光興産株式会社 Semiconductor element and electric apparatus using same
US20180108525A1 (en) 2016-10-14 2018-04-19 Case Western Reserve University Method for Forming a Thin Film Comprising an Ultrawide Bandgap Oxide Semiconductor
JP2019041107A (en) 2017-08-24 2019-03-14 株式会社Flosfia Semiconductor device

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