WO2021157215A1 - 結晶性酸化物半導体膜および酸化ガリウム膜の製造方法、ならびに縦型半導体装置の製造方法 - Google Patents

結晶性酸化物半導体膜および酸化ガリウム膜の製造方法、ならびに縦型半導体装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021157215A1
WO2021157215A1 PCT/JP2020/047079 JP2020047079W WO2021157215A1 WO 2021157215 A1 WO2021157215 A1 WO 2021157215A1 JP 2020047079 W JP2020047079 W JP 2020047079W WO 2021157215 A1 WO2021157215 A1 WO 2021157215A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
film
layer
gallium oxide
light
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/047079
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
渡部　武紀
洋 橋上
Original Assignee
信越化学工業株式会社
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
Priority claimed from JP2020136430A external-priority patent/JP6941208B2/ja
Application filed by 信越化学工業株式会社 filed Critical 信越化学工業株式会社
Priority to KR1020227025472A priority Critical patent/KR20220137635A/ko
Priority to CN202080095445.6A priority patent/CN115038825A/zh
Priority to US17/795,092 priority patent/US20230089169A1/en
Priority to EP20917770.8A priority patent/EP4101952A4/en
Publication of WO2021157215A1 publication Critical patent/WO2021157215A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/406—Oxides of iron group metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4486—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by producing an aerosol and subsequent evaporation of the droplets or particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/06—Joining of crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02483—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02488—Insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02628—Liquid deposition using solutions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a crystalline oxide semiconductor film and a gallium oxide film, which are useful for semiconductor devices and the like.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a vertical semiconductor device.
  • next-generation switching element capable of achieving high withstand voltage, low loss, and high heat resistance
  • semiconductor devices using gallium oxide with a large bandgap are attracting attention, and are expected to be applied to power semiconductor devices such as inverters. .. Moreover, it is expected to be applied as a light receiving / receiving device for LEDs, sensors, etc. due to its wide band gap.
  • a sapphire substrate has been mainly studied as a base material used to realize a semiconductor device using such a gallium oxide-based semiconductor.
  • the sapphire substrate When a sapphire substrate is used, there is a problem that an electric current cannot flow through the base material because the sapphire is an insulator. In this case, the electrode cannot be formed on the base material, and the output current per unit area of the semiconductor device is limited. In addition, the low thermal conductivity of sapphire is also a problem of heat generation and high temperature operation due to the increase in current of the semiconductor device. Further, the characteristics of the base material also cause problems in electrical characteristics for realizing a low-loss semiconductor device. For example, in a vertical semiconductor device, it is required to reduce the loss of the base material and the layer between the base material and the channel layer.
  • Patent Document 1 discloses a method of changing the film formation temperature. Although this method is easy to carry out, there is a fatal problem that the substrate warps or cracks during film formation due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the film and the substrate.
  • Patent Document 2 discloses a peeling method by laser irradiation. However, there is a problem that the effect cannot be obtained for the gallium oxide film and the sapphire substrate, which are transparent to the wavelength range of the laser. As described above, even when a sapphire substrate whose crystal growth technology has been proven so far is used, it has been difficult to replace the base material or the like.
  • the present invention has been made to achieve the above object, and is a method for producing a crystalline oxide semiconductor film.
  • a crystalline oxide semiconductor layer and a light absorbing layer are laminated on a substrate, and the light absorbing layer is irradiated with light to decompose the light absorbing layer and separate the crystalline oxide semiconductor layer and the substrate.
  • a method for producing a crystalline oxide semiconductor film which comprises a step of producing a crystalline oxide semiconductor film.
  • the crystalline oxide semiconductor layer can be easily separated (peeled) from the substrate, and the crystalline oxide semiconductor film can be industrially advantageously produced.
  • the light to be irradiated can be a laser light or a flash lamp light.
  • the crystalline oxide semiconductor film can be peeled off with high productivity.
  • the diameter of the substrate can be 50 mm or more.
  • the crystalline oxide semiconductor layer can be a gallium oxide layer.
  • the gallium oxide layer can be easily separated (peeled) from the substrate, and the gallium oxide film can be industrially advantageously manufactured.
  • the present invention is a method for producing a gallium oxide film.
  • the gallium oxide is formed by irradiating a substrate having a single crystal structure on the surface and a substrate in which an iron (III) oxide layer and a gallium oxide layer are formed in this order by a mist CVD method with light.
  • the layer and the substrate are separated by the iron (III) oxide layer.
  • a method for producing a gallium oxide film which comprises producing a gallium oxide film by separating the gallium oxide layer.
  • the gallium oxide layer can be easily separated (peeled) from the substrate, and the gallium oxide film can be industrially advantageously produced.
  • the gallium oxide layer can be easily peeled off from the substrate while maintaining high crystallinity.
  • the gallium oxide layer or the like is formed by the mist CVD method, it is advantageous in terms of cost.
  • the gallium oxide layer (gallium oxide film) in the present invention means a metal oxide layer (film) in which the main component of the contained metal is gallium, and other metal components can also be contained.
  • the iron (III) oxide layer also means a metal oxide layer in which the main component of the contained metal is iron (III), and other metal components can also be contained.
  • the thickness of the iron (III) oxide layer can be set to 1 to 500 nm.
  • the light to be irradiated may include light having a wavelength of 600 nm or less.
  • the light to be irradiated can be a laser light or a flash lamp light.
  • the gallium oxide film can be peeled off with high productivity.
  • the diameter of the substrate can be 50 mm or more.
  • the present invention uses the crystalline oxide semiconductor film produced by the method for producing a crystalline oxide semiconductor film of the present invention, or the gallium oxide film produced by the method for producing a gallium oxide film of the present invention.
  • a method for manufacturing a vertical semiconductor device which comprises manufacturing a vertical semiconductor device.
  • a crystalline oxide semiconductor film for example, a crystalline oxide semiconductor film useful for a semiconductor device (particularly a vertical element) is industrially produced.
  • a crystalline oxide semiconductor film can be easily manufactured, and it is also advantageous in terms of cost.
  • a gallium oxide film for example, a crystalline gallium oxide semiconductor film useful for a semiconductor device (particularly a vertical element) can be industrially advantageously produced.
  • the gallium oxide film can be easily manufactured, and it is also advantageous in terms of cost.
  • a vertical semiconductor device can be manufactured industrially advantageously.
  • the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.
  • the present inventors have laminated a crystalline oxide semiconductor layer and a light absorbing layer on a substrate, and irradiate the light absorbing layer with light to decompose a part of the light absorbing layer.
  • a crystalline oxide semiconductor film is produced by separating the crystalline oxide semiconductor layer and the substrate.
  • the crystalline oxide semiconductor film is easily peeled off from the substrate to obtain a crystalline oxide semiconductor film.
  • the present invention has been completed by finding that it is an industrially advantageous manufacturing method.
  • FIG. 6 shows an example of a substrate (a substrate, a light absorbing layer, a crystalline oxide semiconductor layer) before separating the crystalline oxide semiconductor film in the method for producing a crystalline oxide semiconductor film of the present invention.
  • the substrate 1200 has a substrate 1201, a light absorption layer 1202, and a crystalline oxide semiconductor layer 1203.
  • the substrate 1201 is not particularly limited as long as it can form a light absorption layer 1202 and a crystalline oxide semiconductor layer 1203 on its surface and can support these layered films.
  • Examples of the substrate 1201 include sapphire, barium titanate, cobalt oxide, chromium oxide, copper oxide, disprosium scandium acid, diiron trioxide, triiron tetroxide, gadorinium scandium acid, lithium tartrate, potassium tantalate, and aluminen.
  • oxides such as titanium, YAG, itria stabilized zirconia, ittrium aluminate, zinc oxide, etc., silicon, germanium, silicon carbide, graphite, mica, calcium fluoride, silver, aluminum, gold, copper, iron, nickel , Titanium, tungsten, zinc and other metals may be selected, but the present invention is not limited to this.
  • a self-supporting film or the like can be mentioned, and a self-supporting gallium oxide film, a plate-shaped gallium oxide film, or a substrate having a gallium oxide film can also be used.
  • the substrate may be polycrystalline or amorphous, but is preferably single crystal.
  • the thickness of the substrate 1201 is not particularly limited, but is preferably 10 to 2000 ⁇ m, and more preferably 50 to 800 ⁇ m.
  • the surface area of the substrate is preferably 100 mm 2 or more, and more preferably 2 inches (50 mm) or more in diameter. It is preferable to use such a large-area substrate because a large-area crystalline oxide semiconductor film can be finally obtained.
  • the larger the diameter of the substrate the larger the area of the crystalline oxide semiconductor film that can be obtained, which is preferable. Therefore, the upper limit of the diameter of the substrate cannot be determined.
  • the crystalline oxide semiconductor layer 1203 is not particularly limited, and examples thereof include a metal oxide layer. More specifically, it contains a crystalline oxide semiconductor containing one or more elements selected from indium, aluminum and gallium as a main component, which has heat dissipation and pressure resistance when used in a device. It is preferable from the viewpoint of further improvement.
  • the main component referred to here means that 50 to 100% of the metal component is contained, and other metal components may be contained.
  • the crystalline oxide semiconductor layer 1203 may be single crystal, polycrystalline, or amorphous, but a single crystal is preferable.
  • the film thickness is preferably 0.1 to 50 ⁇ m.
  • the crystalline oxide semiconductor layer 1203 contains a crystalline oxide semiconductor containing one or more elements selected from indium, aluminum and gallium as a main component, Cr 2 O 3 and Ir 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Rh 2 O 3 , V 2 O 3 , Ti 2 O 3 , and other metal oxides are preferably used, and mixed crystals containing these as main components may be used.
  • the main component referred to here means that 50 to 100% of the metal component is contained, and other metal components may be contained.
  • the light absorption layer 1202 may be single crystal, polycrystalline, or amorphous, but a single crystal is preferable.
  • the film thickness is appropriately determined, but is preferably 1 to 500 nm.
  • the substrate 1200 used in the present invention at least a light absorbing layer 1202 and a crystalline oxide semiconductor layer 1203 are formed on the substrate 1201 in this order.
  • another layer may be formed between the layers. That is, between the substrate 1201 and the light absorbing layer 1202, and between the light absorbing layer 1202 and the crystalline oxide semiconductor layer 1203, for example, aluminum oxide, gallium oxide, indium oxide, chromium oxide, iron oxide, and a mixed crystal thereof. Etc. may be formed. Further, another layer may be formed on the crystalline oxide semiconductor film 1203.
  • the structure may be such that the light irradiating the substrate 1200 can reach the light absorption layer 1202 from the substrate 1201 side or the crystalline oxide semiconductor layer 1203 side.
  • the crystalline oxide semiconductor layer 1203 and the substrate 1201 are separated by a light absorbing layer 1202 by irradiation with light.
  • this separation (peeling) step will be described in detail.
  • the substrate 1200 is irradiated with light from the crystalline oxide semiconductor layer 1203 side (irradiation light 1205).
  • the light source of the irradiation light 1205 a halogen lamp, a low-pressure discharge lamp, a high-pressure discharge lamp, or the like may be used, but the laser or the flash lamp has a high energy density in a short time on the substrate 1200, particularly the light absorption layer 1202. Is preferable because it can be given. If laser light or flash lamp light is used, the peeling step can be performed with high productivity.
  • a second harmonic such as YAG system, YVO 4 system, GdVO 4 system or the like can be used.
  • the substrate temperature at the time of laser irradiation may be room temperature, but may be raised to 100 to 500 ° C. By heating, thermal expansion during film formation is alleviated, and there is no risk of thermal strain, cracks, etc. occurring.
  • the laser conditions can be appropriately determined, and for example, the output can be 0.01 to 20 W, the frequency can be 10 to 500 kHz, the galbo head is provided, and the scanning speed can be 1 to 5000 mm / sec.
  • the flash lamp can have, for example, a substrate temperature of room temperature to 300 ° C. and a processing time of 0.01 to 1000 milliseconds. Since the flash lamp can effectively heat-treat a large area in a short time, there is no possibility of heat strain, cracks, and the like.
  • the irradiation light 1205 may be irradiated from the upper side of the substrate 1200 as described above, that is, from the crystalline oxide semiconductor layer 1203 side as shown in FIG. 6, and when the substrate 1201 is transparent, the substrate 1201 side, that is, FIG. 6 You may irradiate from the lower side.
  • the crystalline oxide semiconductor layer 1203 can be easily separated from the substrate 1201 to obtain a crystalline oxide semiconductor film.
  • FIGS. 7 and 8 show the state of separation of the crystalline oxide semiconductor film. In the former case, as shown in FIG.
  • the portion of the light absorption layer 1202 on the crystalline oxide semiconductor layer 1203 side absorbs the irradiation light 1205 and is decomposed into a metal or a metal oxide having a reduced oxidation number and oxygen.
  • the crystalline oxide semiconductor layer 1203 is peeled off from the substrate 1201 to produce the crystalline oxide semiconductor film 1206.
  • the portion of the light absorption layer 1202 on the substrate 1201 side absorbs the irradiation light 1205 and is decomposed into a metal or a metal oxide having a reduced oxidation number and oxygen, and is crystalline.
  • the oxide semiconductor layer 1203 is peeled off from the substrate 1201 together with the light absorbing layer 1202 to produce a crystalline oxide semiconductor film 1206 with a light absorbing layer.
  • the attached light absorption layer may be removed if necessary.
  • the crystalline oxide semiconductor film 1206 obtained as described above can be used in a semiconductor device.
  • the crystalline oxide semiconductor film 1206 of the present invention may be used as it is in the semiconductor device, or another layer (for example, an insulator). Layers, semi-insulator layers, conductor layers, semiconductor layers, buffer layers or other intermediate layers, etc.) may be formed.
  • the crystalline oxide semiconductor film 1206 of the present invention is useful for various semiconductor devices, and is particularly useful for power devices. Further, semiconductor devices are classified into horizontal elements (horizontal devices) in which electrodes are formed on one side of the semiconductor layer and vertical elements (vertical devices) in which electrodes are provided on both the front and back sides of the semiconductor layer.
  • the crystalline oxide semiconductor film 1206 can be suitably used for both horizontal and vertical devices, and among them, it is preferably used for vertical devices.
  • the semiconductor device include a Schottky barrier diode (SBD), a metal semiconductor field effect transistor (MESFET), a high electron mobility transistor (HEMT), a metal oxide film semiconductor field effect transistor (MOSFET), and an electrostatic induction transistor (MSFET).
  • SBD Schottky barrier diode
  • MESFET metal semiconductor field effect transistor
  • HEMT high electron mobility transistor
  • MOSFET metal oxide film semiconductor field effect transistor
  • MSFET electrostatic induction transistor
  • SIT junction field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the semiconductor device is preferably an SBD, MOSFET, SIT, JFET or IGBT, and more preferably an SBD, MOSFET or SIT.
  • the above method can be used to produce a gallium oxide film in particular.
  • the case where the crystalline oxide semiconductor layer is a gallium oxide layer (furthermore, the case where the light absorption layer is particularly an iron (III) oxide layer) can be mentioned. That is, the present inventors have applied light to a substrate having a single crystal structure on the surface and a substrate in which an iron (III) oxide layer and a gallium oxide layer are formed in this order by a mist CVD method. The gallium oxide layer and the substrate are separated by the iron (III) oxide layer by irradiating with the gallium oxide layer, and the gallium oxide film is easily peeled off from the substrate by the method for producing a gallium oxide film by separating the gallium oxide layer.
  • the present invention has been completed by finding that a gallium oxide film can be obtained and that it is an industrially advantageous production method.
  • a gallium oxide film can be easily peeled off while maintaining high crystallinity.
  • FIG. 1 shows an example of a substrate (a substrate, an iron (III) oxide layer, and a gallium oxide layer) before separating the gallium oxide layer in the method for producing a gallium oxide film of the present invention.
  • the substrate 200 has a substrate 201, an iron (III) oxide layer 202, and a gallium oxide layer 203.
  • the substrate 201 is capable of forming an iron (III) oxide layer 202 and a gallium oxide layer 203 on the surface thereof, and can support these layered films, and at least the surface has a single crystal structure.
  • the substrate 201 a single crystal substrate or a substrate having a single crystal thin film on the surface can be used.
  • a substrate sapphire, barium titanate, cobalt oxide, chromium oxide, copper oxide, disprosium scandium oxide, diiron trioxide, triiron tetroxide, gadrinium scandium acid, lithium tantalate, potassium tantalate, lanthanum aluminate, Lantern strontium aluminate, lanthanum strontium gallate, lanthanum strontium aluminum tantalate, magnesium oxide, spinel, manganese oxide, nickel oxide, crystal, scandium magnesium aluminate, strontium oxide, strontium titanate, tin oxide, tellurium oxide, titanium oxide, YAG , Ittria Stabilized Zirconia, Ittrium Aluminate, Zinc Oxide, etc., as well as Silicon, Germanium, Silicon Carbide, Graphite, Mica, Calcium Fluoride, Silver, Aluminum, Gold, Copper, Iron, Nickel, Titanium, A single crystal substrate may be selected from metals such as tungsten and zinc, and
  • An example of the substrate referred to here may be a self-supporting film, and a self-supporting single crystal gallium oxide film, a plate-shaped single crystal gallium oxide film, or a substrate having a single crystal gallium oxide film is also used. You can also do it.
  • the thickness of the substrate 201 is not particularly limited, but is preferably 10 to 2000 ⁇ m, and more preferably 50 to 800 ⁇ m.
  • the surface area of the substrate is preferably 100 mm2 or more, more preferably 2 inches (50 mm) or more in diameter. It is preferable to use such a large-area substrate because a large-area gallium oxide film can be finally obtained.
  • the larger the diameter of the substrate the larger the area of the gallium oxide film can be obtained, which is preferable. Therefore, the upper limit of the diameter of the substrate cannot be determined.
  • the gallium oxide layer 203 is a layer containing gallium oxide as a main component, and means a metal oxide film in which the main component of the metal is gallium.
  • the main component referred to here means that 50 to 100% of the metal components are gallium, and other metal components may be contained.
  • the gallium oxide layer 203 may be single crystal, polycrystalline, or amorphous, but a single crystal is preferable.
  • the film thickness is preferably 0.1 to 50 ⁇ m.
  • the iron (III) oxide layer 202 is a layer containing iron (III) oxide as a main component, and means a metal oxide film in which the main component of the metal is iron (III). ..
  • the main component referred to here means that 50 to 100% of the metal components are iron (III), and other metal components may be contained.
  • the iron (III) oxide layer 202 may be single crystal, polycrystalline, or amorphous, but single crystal is preferable.
  • the film thickness is preferably 1 to 500 nm. With such a film thickness, the peeling effect can be obtained more easily while maintaining the crystallinity of the gallium oxide film.
  • ⁇ -Fe 2 O 3 has a corundum-type crystal structure, which is the same as the crystal structure of ⁇ -Ga 2 O 3. Since the lattice constants are also extremely close, it is possible to epitaxially grow ⁇ -Ga 2 O 3 on the single crystal ⁇ -Fe 2 O 3. Further, ⁇ -Fe 2 O 3 is characterized by having a smaller bandgap than ⁇ -Ga 2 O 3 , and the absorption end is about 550 nm.
  • the iron (III) oxide layer 202 and the gallium oxide layer 203 are formed on the substrate 201 in this order.
  • another layer may be formed between the layers. That is, between the substrate 201 and the iron (III) oxide layer 202, and between the iron (III) oxide layer 202 and the gallium oxide layer 203, for example, aluminum oxide, gallium oxide, indium oxide, chromium oxide, iron oxide, and these. It does not matter if a mixed crystal of the above is formed.
  • another layer may be formed on the gallium oxide layer 203.
  • the structure may be such that the light irradiating the substrate 200 can reach the iron (III) oxide layer 202 from the substrate 201 side or the gallium oxide layer 203 side.
  • FIG. 2 shows an example of a film forming apparatus 101 that can be used in the film forming method 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.
  • the film forming apparatus 101 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.
  • 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.
  • the raw material solution (aqueous solution) 104a for the iron (III) oxide layer 202 is not particularly limited as long as it contains at least iron. That is, in addition to iron, for example, one or more metals selected from gallium, 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.
  • the salt form examples 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 0.001 to 1 mol / L.
  • the raw material solution (aqueous solution) 104a for the gallium oxide layer 203 is not particularly limited as long as it contains at least gallium. 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 metal obtained by dissolving or dispersing the metal in water in the form of a complex or a salt can be preferably used.
  • the form of the complex include an acetylacetonate complex, a carbonyl complex, an ammine complex, and a hydride complex.
  • the salt form include metal chloride salt, metal bromide salt, metal iodide salt and the like.
  • 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.
  • the raw material solution 104a for the gallium oxide layer 203 may contain a dopant in order to control the conductivity.
  • This dopant is not particularly limited.
  • n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium and niobium
  • p-type dopants such as copper, silver, tin, iridium and rhodium can be mentioned.
  • 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.
  • the frequency of the ultrasonic wave is preferably 1 to 3 MHz, but is not limited to this as long as it can be made into a mist.
  • FIG. 3 shows an example of such a mist-forming unit 120.
  • 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.
  • 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 vibrator 106 is provided at the bottom of the container 105, and the ultrasonic vibrator 106 and the oscillator 116 are connected to each other. Then, when the oscillator 116 is operated, the ultrasonic vibrator 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.
  • 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.
  • the film forming section 140 heats the mist to cause a thermal reaction to form a film on a part or all of the surface of the substrate 110 (that is, the substrate 201 in FIG. 1).
  • the film forming section 140 is provided with, for example, a film forming chamber 107, a substrate 110 is installed in the film forming chamber 107, and a hot plate 108 for heating the substrate 110 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.
  • 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 110.
  • the substrate 110 may be installed on the upper surface of the film forming chamber 107 to be face-down, or the substrate 110 may be installed on the bottom surface of the film-forming chamber 107 to be face-up.
  • 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.
  • the heating temperature can be in the range of 100 to 700 ° C, preferably in the range of 200 ° C to 650 ° C, and more preferably in the range of 300 ° C to 600 ° C.
  • the thermal reaction may be carried out in 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. As will be described later, in the case of film formation, the iron (III) oxide layer is first formed for a predetermined time, and then the gallium oxide layer is formed.
  • 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. ..
  • the type of carrier gas is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the film film.
  • an inert gas such as oxygen, ozone, nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas can be mentioned.
  • the type of carrier gas may be one type or two or more types.
  • a diluted gas obtained by diluting the same gas as the first carrier gas with another gas for example, diluted 10-fold
  • the flow rate of the main carrier gas and the flow rate of the carrier gas for dilution are appropriately determined depending on the size of the film forming chamber and the substrate, but are usually 1 to 20 L / min, preferably 2 to 10 L / min.
  • the raw material solution 104a is housed in the mist generation source 104 of the mist-forming unit 120, and the substrate 110 is placed directly on the hot plate 108 or through the wall of the film forming chamber 107 to operate the hot plate 108.
  • the flow control valves 103a and 103b are opened to supply the carrier gas into the film forming chamber 107 from the carrier gas source 102a and the diluting carrier gas source 102b, and the atmosphere of the film forming chamber 107 is sufficiently replaced with the carrier gas.
  • the flow rate of the main carrier gas and the flow rate of the carrier gas for dilution are adjusted respectively to control the carrier gas flow rate.
  • the ultrasonic vibrator 106 is vibrated and the vibration is propagated to the raw material solution 104a through water 105a to make the raw material solution 104a mist and generate mist.
  • 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.
  • 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 to form a film on the main surface of the substrate 110.
  • the substrate 200 can be obtained.
  • the gallium oxide layer 203 and the substrate 201 are separated by the iron (III) oxide layer 202 by irradiation with light.
  • this separation (peeling) step will be described in detail.
  • the substrate 200 is irradiated with light from the gallium oxide layer 203 side (irradiation light 205).
  • the wavelength of the irradiation light 205 preferably includes light of 600 nm or less.
  • the irradiation light 205 can be more reliably absorbed by the iron (III) oxide layer 202, and the peeling efficiency can be further improved.
  • the lower limit of the wavelength of the light contained in the irradiation light 205 may be larger than 0 nm, and is not particularly limited, but the smaller the wavelength is, the better from the viewpoint of absorption efficiency and peeling efficiency.
  • the light source of the irradiation light 205 a halogen lamp, a low pressure discharge lamp, a high pressure discharge lamp or the like may be used, but the laser or the flash lamp is applied to the substrate 200, particularly the iron (III) oxide layer 202 for a short time. It is preferable because it can give a high energy density to the lamp. If laser light or flash lamp light is used, the peeling step can be performed with high productivity.
  • a second harmonic such as YAG system, YVO 4 system, GdVO 4 system or the like can be used.
  • the substrate temperature at the time of laser irradiation may be room temperature, but may be raised to 100 to 500 ° C. By heating, thermal expansion during film formation is alleviated, and there is no risk of thermal strain, cracks, etc. occurring.
  • the laser conditions can be appropriately determined, and for example, the output can be 0.01 to 20 W, the frequency can be 10 to 500 kHz, the galbo head is provided, and the scanning speed can be 1 to 5000 mm / sec.
  • the flash lamp can have, for example, a substrate temperature of room temperature to 300 ° C. and a processing time of 0.01 to 1000 milliseconds.
  • the wavelength of the flash lamp has a certain wavelength range as long as it is a lamp, but it is desirable that the flash lamp has a peak intensity in the wavelength range of 700 nm or less.
  • a lamp light source that matches this wavelength range, heating with a xenon lamp is common. Since the flash lamp can effectively heat-treat a large area in a short time, there is no possibility of heat strain, cracks, and the like.
  • the irradiation light 205 may be irradiated from the upper side of the substrate 200 as described above, that is, from the gallium oxide layer 203 side as shown in FIG. 1, or when the substrate 201 is transparent, the substrate 201 side, that is, the lower side of FIG. You may irradiate from.
  • the gallium oxide layer 203 can be easily separated from the substrate 201 to obtain a gallium oxide film.
  • FIGS. 4 and 5 show the separation of the gallium oxide layer. In the former case, as shown in FIG. 4, the portion of the iron (III) oxide layer 202 on the gallium oxide layer 203 side absorbs the irradiation light 205 and is decomposed into iron and oxygen, or is often dissolved and resolidified.
  • the gallium oxide layer 203 is peeled off from the substrate 201 to produce the gallium oxide film 206.
  • the portion of the iron (III) oxide layer 202 on the substrate 201 side absorbs the irradiation light 205 and is decomposed into iron and oxygen, or is often dissolved and resolidified. It crystallizes and the adhesion strength decreases, and the gallium oxide layer 203 is peeled off from the substrate 201 together with the iron (III) oxide layer 202 to produce a gallium oxide film 206 with an iron (III) oxide layer.
  • the attached iron (III) oxide layer may be removed if necessary.
  • the gallium oxide film obtained as described above can be suitably used for a horizontal type or vertical type semiconductor device.
  • it is preferably used for vertical semiconductor devices.
  • Example 1 Based on the method for producing a gallium oxide film of the present invention, first, iron oxide ( ⁇ -Fe 2 O 3 ) / oxidation is performed on a substrate (c-plane sapphire substrate) using the film forming apparatus 101 shown in FIG. 2-3. A gallium ( ⁇ -Ga 2 O 3 ) laminate was formed.
  • Iron (III) oxide layer formation An aqueous solution prepared by mixing a 35% hydrochloride solution at a volume ratio of 2% was mixed with iron acetylacetonate so as to be 0.05 mol / L, which was used as a raw material solution 104a. The obtained raw material solution 104a was housed in the mist generation source 104.
  • a 4-inch (diameter 100 mm) c-plane sapphire substrate was placed on the hot plate 108 in the film forming chamber 107 as the substrate 110, and the hot plate 108 was operated to raise the temperature to 550 ° C.
  • the flow control valves 103a and 103b are opened to supply air as a carrier gas from the carrier gas source 102a and the diluting carrier gas source 102b into the film forming chamber 107, and the atmosphere of the film forming chamber 107 is sufficiently filled 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 5 L / min.
  • 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 and generate mist.
  • This mist was introduced into the film forming chamber 107 by the carrier gas via the supply pipe 109a.
  • the mist was thermally reacted in the film forming chamber 107 to form a thin film of iron oxide ( ⁇ -Fe 2 O 3) on the substrate 110.
  • the film formation time was 60 minutes. After the film formation, the temperature was changed to 450 ° C. while the substrate was kept waiting in the chamber, and the gallium oxide layer was subsequently formed by the following.
  • Gallium oxide layer formation An aqueous solution adjusted to be 0.05 mol / L of gallium iodide was used as a raw material solution 104a. After that, the film was formed in almost the same procedure as the above-mentioned iron (III) oxide layer film formation. Specifically, the obtained raw material solution 104a was housed in the mist generation source 104. Subsequently, the flow control valves 103a and 103b are opened to supply nitrogen gas as a carrier gas from the carrier gas source 102a and the diluting carrier gas source 102b into the film forming chamber 107, and the atmosphere of the film forming chamber 107 is sufficiently satisfied with the carrier gas. The flow rate of the main carrier gas was adjusted to 2 L / min, and the flow rate of the carrier gas for dilution was adjusted to 5 L / min.
  • 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 and generate mist.
  • This mist was introduced into the film forming chamber 107 by the carrier gas via the supply pipe 109a.
  • the mist was thermally reacted in the film forming chamber 107 under atmospheric pressure at 450 ° C. to form a thin film of gallium oxide ( ⁇ -Ga 2 O 3) having a corundum structure on the substrate 110.
  • the film formation time was 60 minutes.
  • the film thickness (thickness of the layer) of the obtained substrate was analyzed using a spectroscopic ellipsometer.
  • the iron (III) oxide layer was 1.1 ⁇ m and the gallium oxide layer was 1.2 ⁇ m.
  • the peaks of ⁇ -Fe 2 O 3 and ⁇ -Ga 2 O 3 were confirmed by X-ray diffraction, respectively, and when the locking curve was measured for the ⁇ -Ga 2 O 3 peak, the half width was 12 It was a second. It can be seen that a gallium oxide layer having extremely good crystallinity is obtained.
  • the obtained substrate was irradiated with a laser from the substrate side.
  • the light source was a second harmonic of Nd: YVO 4 (wavelength 532 nm), the output was 0.1 W, the frequency was 100 kHz, and the scanning speed was 5 mm / sec. It was confirmed that the gallium oxide layer could be easily peeled off by laser irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • Example 2 In Example 1, four samples were prepared in which the film formation time of the iron (III) oxide layer was 15 minutes. Other than this, film formation, evaluation, and laser irradiation were performed under the same conditions as in Example 1. As a result of the film thickness analysis, the iron (III) oxide layer was 0.23 ⁇ m on average, and the gallium oxide layer was 1.1 ⁇ m on average. The half-value width of the locking curve of the ⁇ -Ga 2 O 3 peak by X-ray diffraction was good at 11 to 14 seconds. When the obtained sample was irradiated with a laser, it was confirmed that the gallium oxide layer could be easily peeled off by the laser irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • Example 1 In Example 1, a substrate was prepared in which the iron (III) oxide layer was not formed, that is, only the gallium oxide layer was formed. Other than this, film formation and evaluation were performed under the same conditions as in Example 1, and laser irradiation was performed. As a result of the film thickness analysis, the gallium oxide layer was 1.2 ⁇ m. The half-value width of the locking curve of the ⁇ -Ga 2 O 3 peak by X-ray diffraction was good at 13 seconds, but no change was observed in the sample even after laser irradiation, and the gallium oxide layer could not be peeled off. , A gallium oxide film could not be obtained.
  • Example 3 The laser wavelength for irradiating the substrate with respect to one sample obtained in Example 2 was set to 1064 nm. It was confirmed that the gallium oxide layer could be peeled off by laser irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • Example 4 One sample obtained in Example 2 was irradiated with a halogen lamp as a flash lamp for 10 milliseconds. It was confirmed that the gallium oxide layer could be peeled off by lamp irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • Example 5 One sample obtained in Example 2 was irradiated with a xenon lamp as a flash lamp for 1 millisecond. It was confirmed that the gallium oxide layer could be peeled off by lamp irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • the gallium oxide layer can be easily peeled off by light irradiation to obtain a gallium oxide film. Further, the obtained gallium oxide film has extremely good crystallinity.
  • Example 6 In Example 2, an InGaO layer was formed instead of the gallium oxide layer. Other than this, film formation and laser irradiation were performed under the same conditions as in Example 2. When the obtained sample was irradiated with a laser, it was confirmed that the InGaO layer could be easily peeled off by the laser irradiation and an InGaO film was obtained. As described above, by interposing the iron (III) oxide layer, which is a light absorbing layer, between the substrate and the InGaO layer, which is a crystalline oxide semiconductor layer, the InGaO layer is easily peeled off by light irradiation to obtain an InGaO film. be able to.
  • the iron (III) oxide layer which is a light absorbing layer
  • Example 7 In Example 2, a chromium oxide layer was formed in place of the iron (III) oxide layer. Other than this, film formation, evaluation, and laser irradiation were performed under the same conditions as in Example 2. It was confirmed by X-ray diffraction that ⁇ -Ga 2 O 3 was formed. When the obtained sample was irradiated with a laser, it was confirmed that the gallium oxide layer could be easily peeled off by the laser irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • Example 8 In Example 2, a vanadium oxide layer was formed in place of the iron (III) oxide layer. Other than this, film formation, evaluation, and laser irradiation were performed under the same conditions as in Example 2. It was confirmed by X-ray diffraction that ⁇ -Ga 2 O 3 was formed. When the obtained sample was irradiated with a laser, it was confirmed that the gallium oxide layer could be easily peeled off by the laser irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • Example 9 In Example 2, a titanium oxide layer was formed in place of the iron (III) oxide layer. Other than this, film formation, evaluation, and laser irradiation were performed under the same conditions as in Example 2. It was confirmed by X-ray diffraction that ⁇ -Ga 2 O 3 was formed. When the obtained sample was irradiated with a laser, it was confirmed that the gallium oxide layer could be easily peeled off by the laser irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • Example 10 the substrate was a lithium tantalate substrate instead of the c-plane sapphire substrate.
  • film formation, evaluation, and laser irradiation were performed under the same conditions as in Example 2. It was confirmed by X-ray diffraction that ⁇ -Ga 2 O 3 was formed.
  • the gallium oxide layer could be easily peeled off by the laser irradiation and a gallium oxide film was obtained.
  • the gallium oxide layer can be easily peeled off by light irradiation to obtain a gallium oxide film.
  • 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.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

本発明は、結晶性酸化物半導体膜の製造方法であって、基板上に、結晶性酸化物半導体層および光吸収層を積層し、該光吸収層に光を照射することで前記光吸収層を分解し、前記結晶性酸化物半導体層と前記基板とを分離することで結晶性酸化物半導体膜を製造する工程を含む結晶性酸化物半導体膜の製造方法である。これにより、結晶性酸化物半導体膜、例えば半導体装置（特に縦型の素子）に有用な結晶性酸化物半導体膜を工業的に有利に製造できる方法が提供される。

Description

結晶性酸化物半導体膜および酸化ガリウム膜の製造方法、ならびに縦型半導体装置の製造方法
　本発明は、半導体装置等に有用な結晶性酸化物半導体膜及び酸化ガリウム膜の製造方法に関する。また、縦型半導体装置の製造方法に関する。
　高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、バンドギャップの大きな酸化ガリウムを用いた半導体装置が注目されており、インバータなどの電力用半導体装置への適用が期待されている。しかも、広いバンドギャップからＬＥＤやセンサー等の受発光装置としての応用も期待されている。
このような酸化ガリウム系半導体を用いた半導体装置を実現するために用いる下地材料としては、主にサファイア基板が検討されてきた。
　サファイア基板を用いる場合、サファイアが絶縁体であるために下地材料に電流を流すことができない問題がある。この場合、下地材料上に電極を形成することができず、半導体装置の単位面積当たり出力電流に限界が生じてしまう。また、サファイアの低い熱伝導率も半導体装置の大電流化に伴う発熱や高温動作の課題となっている。
　さらに、下地材料の特性は低損失な半導体装置を実現するための電気特性上の課題も引き起こしている。例えば、縦型半導体装置では下地材料や、下地材料とチャネル層との間の層の低損失化が要求されている。
　加えて、携帯機器等の発展に伴い、情報処理端末の単位体積あたり処理能力向上を背景として、半導体装置の小型化が要求されており、異なる機能を有する半導体装置を複合化して半導体装置の個数を低減する市場要求もある。ここでは、産業応用が圧倒的に進んでいるシリコンを用いた半導体装置、又は基板との複合化が強く求められている。
　以上のような背景から、酸化ガリウムをサファイア基板から剥離する技術は解決策の一つとなる。剥離方法として、特許文献１では、成膜温度を変更する方法を開示している。この方法は実施が容易であるが、膜と基板の熱膨張率の違いから、成膜中に基板が反ったり割れたりするという致命的な問題があった。また、特許文献２では、レーザー照射による剥離方法を開示している。しかし、レーザーの波長域に対して透明である酸化ガリウム膜、サファイア基板に対しては効果が得られない、といった問題があった。
　このように、これまでに結晶成長技術の実証されているサファイア基板を用いた場合であっても、下地材料等の貼り替えは、実現困難であった。
特開２０１７－２２１８８号公報 特開２０１６－８２２３２号公報
　本発明は、結晶性酸化物半導体膜、例えば半導体装置（特に縦型の素子）に有用な結晶性酸化物半導体膜を工業的に有利に製造できる方法を提供することを目的とする。また、酸化ガリウム膜、例えば半導体装置（特に縦型の素子）に有用な結晶性酸化ガリウム半導体膜を工業的に有利に製造できる方法を提供することを目的とする。
　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、結晶性酸化物半導体膜の製造方法であって、
　基板上に、結晶性酸化物半導体層および光吸収層を積層し、該光吸収層に光を照射することで前記光吸収層を分解し、前記結晶性酸化物半導体層と前記基板とを分離することで結晶性酸化物半導体膜を製造する工程を含むことを特徴とする結晶性酸化物半導体膜の製造方法を提供する。
　この本発明の製造方法によれば、結晶性酸化物半導体層を基板から容易に分離（剥離）できて、結晶性酸化物半導体膜を工業的に有利に製造することができる。
　また、前記照射する光を、レーザー光とするか、または、フラッシュランプの光とすることができる。
　これらにより、生産性よく結晶性酸化物半導体膜の剥離を行うことができる。
　また、前記基板の直径を、５０ｍｍ以上とすることができる。
　これにより、大面積の結晶性酸化物半導体膜を得ることができる。
　前記結晶性酸化物半導体層を、酸化ガリウム層とすることができる。
　これにより、酸化ガリウム層を基板から容易に分離（剥離）できて、酸化ガリウム膜を工業的に有利に製造することができる。
　また本発明は、酸化ガリウム膜の製造方法であって、
　表面が単結晶構造を有する基板と、該基板上に酸化鉄（ＩＩＩ）層と酸化ガリウム層とが、ミストＣＶＤ法によりこの順に形成されている基体に対し、光を照射することで前記酸化ガリウム層と基板とを前記酸化鉄（ＩＩＩ）層で分離し、
　該酸化ガリウム層の分離により酸化ガリウム膜を製造することを特徴とする酸化ガリウム膜の製造方法を提供する。
　この本発明の製造方法によれば、酸化ガリウム層を基板から容易に分離（剥離）できて、酸化ガリウム膜を工業的に有利に製造することができる。特には結晶性酸化ガリウム層の場合、該酸化ガリウム層を高い結晶性を維持したまま、容易に基板から剥離することができる。
　また、酸化ガリウム層等はミストＣＶＤ法で成膜するためコスト的にも有利である。
　なお、本発明における上記酸化ガリウム層（酸化ガリウム膜）は、含まれる金属の主成分がガリウムである金属酸化物層（膜）を意味し、他の金属成分も含むことができる。
　また、上記酸化鉄（ＩＩＩ）層も、含まれる金属の主成分が鉄（ＩＩＩ）である金属酸化物層を意味し、他の金属成分も含むことができる。
　また、前記酸化鉄（ＩＩＩ）層の厚みを、１～５００ｎｍとすることができる。
　こうすることで、酸化ガリウム膜の結晶性を維持しながら、剥離効果をより一層容易に得ることができる。
　また、前記照射する光として、波長が６００ｎｍ以下の光を含むものとすることができる。
　これにより、より効率的に酸化ガリウム膜の剥離を行うことができる。
　また、前記照射する光を、レーザー光とするか、または、フラッシュランプの光とすることができる。
　これらにより、生産性よく酸化ガリウム膜の剥離を行うことができる。
　また、前記基板の直径を、５０ｍｍ以上とすることができる。
　これにより、大面積の酸化ガリウム膜を得ることができる。
　また、本発明は、上記本発明の結晶性酸化物半導体膜の製造方法により製造した結晶性酸化物半導体膜、または、上記本発明の酸化ガリウム膜の製造方法により製造した酸化ガリウム膜を用いて縦型半導体装置を製造することを特徴とする縦型半導体装置の製造方法を提供する。
　これにより、工業的に有利に縦型半導体装置を製造することができる。
　以上のように、本発明の結晶性酸化物半導体膜の製造方法によれば、結晶性酸化物半導体膜、例えば半導体装置（特に縦型の素子）に有用な結晶性酸化物半導体膜を工業的に有利に製造できる。結晶性酸化物半導体膜を容易に製造でき、しかもコスト面でも有利である。
　また、本発明の酸化ガリウム膜の製造方法によれば、酸化ガリウム膜、例えば半導体装置（特に縦型の素子）に有用な結晶性酸化ガリウム半導体膜を工業的に有利に製造できる。酸化ガリウム膜を容易に製造でき、しかもコスト面でも有利である。
　さらに、本発明の縦型半導体装置の製造方法であれば、工業的に有利に縦型半導体装置を製造することができる。
本発明に係る酸化ガリウム膜の製造方法において、酸化ガリウム層を分離する前の基体（基板、酸化鉄（ＩＩＩ）層、酸化ガリウム層）の一例を示す概略模式図である。 本発明に係る酸化ガリウム膜の製造方法に用いることができる成膜装置の一例を示す概略構成図である。 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。 酸化ガリウム層側からの光照射による酸化ガリウム層と基板との分離の様子を示す説明図である。 基板側からの光照射による酸化ガリウム層と基板との分離の様子を示す説明図である。 本発明に係る結晶性酸化物半導体膜の製造方法において、結晶性酸化物半導体膜を分離する前の基体（基板、光吸収層、結晶性酸化物半導体層）の一例を示す概略模式図である。 結晶性酸化物半導体層側からの光照射による結晶性酸化物半導体層と基板との分離の様子を示す説明図である。 基板側からの光照射による結晶性酸化物半導体層と基板との分離の様子を示す説明図である。
　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。
　本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、基板上に、結晶性酸化物半導体層および光吸収層を積層し、該光吸収層に光を照射することで光吸収層の一部を分解し、結晶性酸化物半導体層と基板とを分離することで結晶性酸化物半導体膜を製造する結晶性酸化物半導体膜の製造方法により、容易に基板から剥離して結晶性酸化物半導体膜を得ることができ、工業的に有利な製造方法であることを見出し、本発明を完成した。
　以下に図面を参照しながら詳細な説明をする。
　図６に、本発明の結晶性酸化物半導体膜の製造方法において、結晶性酸化物半導体膜を分離する前の基体（基板、光吸収層、結晶性酸化物半導体層）の一例を示す。
　基体１２００は、基板１２０１と、光吸収層１２０２と、結晶性酸化物半導体層１２０３を有している。以下、各部について詳述する。
　（基板）
　基板１２０１は、表面に光吸収層１２０２、結晶性酸化物半導体層１２０３を成膜可能であり、これらの層状の膜を支持できるものであれば特に限定されない。該基板１２０１としては、例えば、サファイア、チタン酸バリウム、酸化コバルト、酸化クロム、酸化銅、スカンジウム酸ジスプロシウム、三酸化二鉄、四酸化三鉄、スカンジウム酸ガドリニウム、タンタル酸リチウム、タンタル酸カリウム、アルミン酸ランタン、ランタンストロンチウムアルミネート、ランタンストロンチウムガレート、アルミニウムタンタル酸ランタンストロンチウム、酸化マグネシウム、スピネル、酸化マンガン、酸化ニッケル、水晶、スカンジウムマグネシウムアルミネート、酸化ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム、酸化スズ、酸化テルル、酸化チタン、ＹＡＧ、イットリア安定化ジルコニア、イットリウムアルミネート、酸化亜鉛、等の酸化物の他、シリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、グラファイト、雲母、フッ化カルシウムや、銀、アルミニウム、金、銅、鉄、ニッケル、チタン、タングステン、亜鉛等の金属のなかから選択しても良いが、これに限られるものではない。
　なお、ここでいう基板の例としては自立膜等も挙げることができ、自立する酸化ガリウム膜、板状体の酸化ガリウム膜を用いたり、酸化ガリウム膜を有する基板も用いることもできる。
　該基板は、多結晶でもアモルファスでも構わないが、単結晶であることが好ましい。
　該基板１２０１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、前記基板の表面の面積は１００ｍｍ２以上が好ましく、より好ましくは直径が２インチ（５０ｍｍ）以上のものである。このような大面積の基板を用いることで、最終的に大面積の結晶性酸化物半導体膜を得ることができるので好ましい。なお、基板の直径が大きければ大きいほど大面積の結晶性酸化物半導体膜を得ることができ好ましいので、基板の直径の上限は決められない。
　（結晶性酸化物半導体層）
　本発明において結晶性酸化物半導体層１２０３は特に限定されないが、例えば金属酸化物層があげられる。より具体的には、インジウム、アルミニウムおよびガリウムから選ばれる１種または２種以上の元素を含有する結晶性酸化物半導体を主成分として含むのが、デバイスに用いた際の放熱性および耐圧性の更なる向上の観点から好ましい。ここでいう主成分とは、金属成分のうち５０～１００％含まれることを意味し、他の金属成分を含んでいても良い。該結晶性酸化物半導体層１２０３は単結晶、多結晶、アモルファスのいずれでも構わないが、単結晶の方が好ましい。膜厚は０．１～５０μｍが好ましい。
　（光吸収層）
　本発明において光吸収層１２０２は、外部から照射した光を吸収し、自らが分解する層である。基板１２０１ないし結晶性酸化物半導体層１２０３のいずれかと吸収係数もしくはバンドギャップに大きな違いがあることが好ましい。また、結晶成長の観点からは、結晶構造や格子定数が基板１２０１や結晶性酸化物半導体層１２０３に近いことが好ましい。結晶性酸化物半導体層１２０３が、インジウム、アルミニウムおよびガリウムから選ばれる１種または２種以上の元素を含有する結晶性酸化物半導体を主成分として含む場合は、Ｃｒ２Ｏ３、Ｉｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｒｈ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３、Ｔｉ２Ｏ３、などの金属酸化物が好適に用いられ、これらを主成分とする混晶でもかまわない。ここでいう主成分とは、金属成分のうち５０～１００％含まれることを意味し、他の金属成分を含んでいても良い。該光吸収層１２０２は単結晶、多結晶、アモルファスのいずれでも構わないが、単結晶の方が好ましい。膜厚は適宜決定されるが１～５００ｎｍが好ましい。
　（基体）
　本発明に用いられる基体１２００は、基板１２０１上に、少なくとも光吸収層１２０２と結晶性酸化物半導体層１２０３がこの順に形成されている。
　この序列が保たれていれば、層間に別の層が形成されていても構わない。すなわち、基板１２０１と光吸収層１２０２間、また、光吸収層１２０２と結晶性酸化物半導体層１２０３間に、例えば、酸化アルミ、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化クロム、酸化鉄、およびこれらの混晶などが形成されていても構わない。
　また、結晶性酸化物半導体膜１２０３上に別の層が形成されてもかまわない。
　後に詳述する本発明における剥離工程において、基体１２００に照射する光を、基板１２０１側または結晶性酸化物半導体層１２０３側から光吸収層１２０２にまで届かせられる構造であれば良い。
　このような基体１２００に対し、本発明の結晶性酸化物半導体膜の製造方法では、光の照射により結晶性酸化物半導体層１２０３と基板１２０１とを光吸収層１２０２で分離する。以下、この分離（剥離）工程について詳述する。
　（剥離）
　図６に示すように、例えば結晶性酸化物半導体層１２０３側から、基体１２００に光を照射する（照射光１２０５）。
　照射光１２０５の光源としては、ハロゲンランプ、低圧放電ランプ、高圧放電ランプ等、いずれを用いても構わないが、レーザーもしくはフラッシュランプは、基体１２００、特に光吸収層１２０２に短時間に高エネルギー密度を与えることができるため好ましい。レーザー光やフラッシュランプの光を用いるのであれば、生産性高く剥離工程を行うことができる。
　レーザー源としては、ＹＡＧ系、ＹＶＯ４系、ＧｄＶＯ４系等の第二次高調波が使用できる。レーザー照射時の基板温度は、室温でもかまわないが、１００～５００℃に昇温してもよい。加熱により、成膜時の熱膨張が緩和され、熱歪、ひび割れ等の発生のおそれがなくなる。レーザーの条件は適宜決定可能であるが、例えば、出力が０．０１～２０Ｗ、周波数が１０～５００ｋＨｚ、ガルボヘッドを備え、スキャン速度が１～５０００ｍｍ／秒、などとすることができる。
　フラッシュランプは、例えば、基体温度を室温～３００℃として、処理時間を０．０１～１０００ミリ秒とできる。フラッシュランプは短時間で大面積に効果的に熱処理ができるので、熱歪、ひび割れ等の発生のおそれがなくなる。
　照射光１２０５は、前述したように基体１２００の上側、すなわち図６のように結晶性酸化物半導体層１２０３側から照射してもよいし、基板１２０１が透明な場合は、基板１２０１側すなわち図６の下側から照射しても構わない。当該方法により、簡便に、基板１２０１から結晶性酸化物半導体層１２０３を分離して結晶性酸化物半導体膜を得ることが可能となる。
　図７、８にこの結晶性酸化物半導体膜の分離の様子を示す。
　前者の場合、図７に示すように、光吸収層１２０２における結晶性酸化物半導体層１２０３側の部分が照射光１２０５を吸収して、金属もしくは酸化数が低下した金属酸化物と酸素に分解され、結晶性酸化物半導体層１２０３が基板１２０１から剥離されて結晶性酸化物半導体膜１２０６が製造される。
　一方で後者の場合、図８に示すように、光吸収層１２０２における基板１２０１側の部分が照射光１２０５を吸収して、金属もしくは酸化数が低下した金属酸化物と酸素に分解され、結晶性酸化物半導体層１２０３が光吸収層１２０２とともに基板１２０１から剥離されて光吸収層付きの結晶性酸化物半導体膜１２０６が製造される。付いてきた光吸収層は必要に応じて除去すれば良い。
　なお、あらかじめ剥離前に、剥離後の結晶性酸化物半導体膜１２０６を支持する別の基板を結晶性酸化物半導体層１２０３に接着しておいてから、上記光照射処理をすることも可能である。こうすることにより、基板の貼り替えが可能となる。
　本発明においては、上記のようにして得られた結晶性酸化物半導体膜１２０６を半導体装置に用いることができる。なお、本発明の結晶性酸化物半導体膜１２０６を半導体装置に用いる場合には、本発明の結晶性酸化物半導体膜１２０６をそのまま半導体装置に用いてもよいし、さらに他の層（例えば絶縁体層、半絶縁体層、導体層、半導体層、緩衝層またはその他中間層等）などを形成してもよい。
　本発明の結晶性酸化物半導体膜１２０６は、様々な半導体装置に有用であり、とりわけ、パワーデバイスに有用である。また、半導体装置は、電極が半導体層の片面側に形成された横型の素子（横型デバイス）と、半導体層の表裏両面側にそれぞれ電極を有する縦型の素子（縦型デバイス）に分類することができ、本発明においては、前記結晶性酸化物半導体膜１２０６を横型デバイスにも縦型デバイスにも好適に用いることができるが、中でも、縦型デバイスに用いることが好ましい。前記半導体装置としては、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または発光ダイオードなどが挙げられる。本発明においては、前記半導体装置が、ＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＩＴ、ＪＦＥＴまたはＩＧＢＴであるのが好ましく、ＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴまたはＳＩＴであるのがより好ましい。
　上記の方法を用い、特には酸化ガリウム膜を製造することができる。例として、結晶性酸化物半導体層を酸化ガリウム層とした場合（さらには、光吸収層を特に酸化鉄（ＩＩＩ）層とした場合）を挙げることができる。すなわち、本発明者らは、表面が単結晶構造を有する基板と、該基板上に酸化鉄（ＩＩＩ）層と酸化ガリウム層とが、ミストＣＶＤ法によりこの順に形成されている基体に対し、光を照射することで酸化ガリウム層と基板とを酸化鉄（ＩＩＩ）層で分離し、該酸化ガリウム層の分離により酸化ガリウム膜を製造する酸化ガリウム膜の製造方法により、容易に基板から剥離して酸化ガリウム膜を得ることができ、工業的に有利な製造方法であることを見出し、本発明を完成した。特には結晶性酸化ガリウム層の場合、高い結晶性を維持したまま容易に剥離して酸化ガリウム膜を得ることができる。
　図１に、本発明の酸化ガリウム膜の製造方法において、酸化ガリウム層を分離する前の基体（基板、酸化鉄（ＩＩＩ）層、酸化ガリウム層）の一例を示す。
　基体２００は、基板２０１と、酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２と、酸化ガリウム層２０３を有している。以下、各部について詳述する。
　（基板）
　基板２０１は、表面に酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２、酸化ガリウム層２０３を成膜可能であり、これらの層状の膜を支持できるもので、かつ、少なくとも表面が単結晶構造を有するものであれば特に限定されない。該基板２０１としては、単結晶基板又は表面に単結晶薄膜を有する基板を用いることができる。
　例えば、基板として、サファイア、チタン酸バリウム、酸化コバルト、酸化クロム、酸化銅、スカンジウム酸ジスプロシウム、三酸化二鉄、四酸化三鉄、スカンジウム酸ガドリニウム、タンタル酸リチウム、タンタル酸カリウム、アルミン酸ランタン、ランタンストロンチウムアルミネート、ランタンストロンチウムガレート、アルミニウムタンタル酸ランタンストロンチウム、酸化マグネシウム、スピネル、酸化マンガン、酸化ニッケル、水晶、スカンジウムマグネシウムアルミネート、酸化ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム、酸化スズ、酸化テルル、酸化チタン、ＹＡＧ、イットリア安定化ジルコニア、イットリウムアルミネート、酸化亜鉛、等の酸化物の他、シリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、グラファイト、雲母、フッ化カルシウムや、銀、アルミニウム、金、銅、鉄、ニッケル、チタン、タングステン、亜鉛等の金属のなかから、単結晶基板を選択しても良いし、上記の材料から選択した基板の表面に単結晶膜を形成したものを用いることもできるが、これに限られるものではない。
　なお、ここでいう基板の例としては自立膜等も挙げることができ、自立する単結晶酸化ガリウム膜、板状体の単結晶酸化ガリウム膜を用いたり、単結晶酸化ガリウム膜を有する基板も用いることもできる。
　該基板２０１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、前記基板の表面の面積は１００ｍｍ２以上が好ましく、より好ましくは直径が２インチ（５０ｍｍ）以上のものである。このような大面積の基板を用いることで、最終的に大面積の酸化ガリウム膜を得ることができるので好ましい。なお、基板の直径が大きければ大きいほど大面積の酸化ガリウム膜を得ることができ好ましいので、基板の直径の上限は決められない。
　（酸化ガリウム層）
　前述したように、本発明において酸化ガリウム層２０３とは、酸化ガリウムを主成分とする層であり、金属の主成分がガリウムである金属酸化物膜を意味する。ここでいう主成分とは、金属成分のうち５０～１００％がガリウムであることを意味し、他の金属成分を含んでいても良い。該酸化ガリウム層２０３は単結晶、多結晶、アモルファスのいずれでも構わないが、単結晶の方が好ましい。膜厚は０．１～５０μｍが好ましい。
　（酸化鉄（ＩＩＩ）層）
　前述したように、本発明において酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２とは、酸化鉄（ＩＩＩ）を主成分とする層であり、金属の主成分が鉄（ＩＩＩ）である金属酸化物膜を意味する。ここでいう主成分とは、金属成分のうち５０～１００％が鉄（ＩＩＩ）であることを意味し、他の金属成分を含んでいても良い。該酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２は単結晶、多結晶、アモルファスのいずれでも構わないが、単結晶の方が好ましい。
　なお膜厚は１～５００ｎｍが好ましい。このような膜厚であれば、酸化ガリウム膜の結晶性を維持しながら、剥離効果をより一層容易に得ることができる。
　α－Ｆｅ２Ｏ３はコランダム型の結晶構造を有し、これはα－Ｇａ２Ｏ３の結晶構造と同じである。格子定数も極めて近いことから、単結晶α－Ｆｅ２Ｏ３上にはα－Ｇａ２Ｏ３をエピタキシャル成長させることが可能となる。さらに、α－Ｆｅ２Ｏ３はα－Ｇａ２Ｏ３に比べバンドギャップが小さいのが特徴であり、吸収端は５５０ｎｍ程度である。
　（基体）
　本発明に用いられる基体２００は、基板２０１上に、少なくとも酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２と酸化ガリウム層２０３がこの順に形成されている。
　この序列が保たれていれば、層間に別の層が形成されていても構わない。すなわち、基板２０１と酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２間、また、酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２と酸化ガリウム層２０３間に、例えば、酸化アルミ、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化クロム、酸化鉄、およびこれらの混晶などが形成されていても構わない。
　また、酸化ガリウム層２０３上に別の層が形成されてもかまわない。
　後に詳述する本発明における剥離工程において、基体２００に照射する光を、基板２０１側または酸化ガリウム層２０３側から酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２にまで届かせられる構造であれば良い。
　当該基体２００の酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２、酸化ガリウム層２０３は、本発明の酸化ガリウム膜の製造方法においてはミストＣＶＤ法により作製されたものであり、そのためコスト面で有利なものである。ここで、以下にミストＣＶＤ法による成膜装置、および成膜方法の一例を示す。
　（成膜装置）
　図２に、本発明に係る成膜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。
　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。
　（原料溶液）
　酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２用の原料溶液（水溶液）１０４ａには、少なくとも鉄を含んでいれば特に限定されない。すなわち、鉄の他、例えば、ガリウム、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０．００１～１ｍｏｌ／Ｌが好ましい。
　酸化ガリウム層２０３用の原料溶液（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。
　この酸化ガリウム層２０３用の原料溶液１０４ａには、導電性を制御するためにドーパントが含まれていてもよい。このドーパントは特に限定されない。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。
　（ミスト化部）
　ミスト化部１２０では、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。超音波の周波数は１～３ＭＨｚが好ましいが、ミスト化できればこれに限られない。
　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。
　（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。
　（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１１０（すなわち、図１における基板２０１）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１１０が設置されており、該基板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。
　また、本発明においては、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。
　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１００～７００℃の範囲であり、好ましくは２００℃～６５０℃の範囲であり、より好ましくは３００℃～６００℃の範囲とすることができる。
　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。
　後述するが、成膜の際には先に酸化鉄（ＩＩＩ）層を所定の時間成膜した後、引き続いて酸化ガリウム層を成膜する。
　（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。
　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。
　主キャリアガスの流量および希釈用キャリアガスの流量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１～２０Ｌ／分であり、好ましくは２～１０Ｌ／分である。
　（成膜方法）
　次に、以下、図２を参照しながら、ミストＣＶＤ法によ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。
　次に、流量調節弁１０３ａ、１０３ｂを開いてキャリアガス源１０２ａ、希釈用キャリアガス源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、キャリアガス流量を制御する。
　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１１０の主面上に成膜される。
　このようなミストＣＶＤ法により、基板１１０（図１における基板２０１）上に、少なくとも、酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２を成膜した後、酸化ガリウム層２０３を成膜する。このようにして基体２００を得ることができる。
　そして、このような基体２００に対し、本発明の酸化ガリウム膜の製造方法では、光の照射により酸化ガリウム層２０３と基板２０１とを酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２で分離する。以下、この分離（剥離）工程について詳述する。
　（剥離）
　図１に示すように、例えば酸化ガリウム層２０３側から、基体２００に光を照射する（照射光２０５）。
　照射光２０５の波長は、６００ｎｍ以下の光を含んでいることが好ましい。このような波長の光を用いることで、より確実に照射光２０５を酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２に吸収させることができ、剥離効率をより向上させることができる。また照射光２０５に含まれる光の波長の下限は０ｎｍより大きければよく、特に限定されないが、吸収効率、剥離効率の観点から波長が小さいほど良い。
　また照射光２０５の光源としては、ハロゲンランプ、低圧放電ランプ、高圧放電ランプ等、いずれを用いても構わないが、レーザーもしくはフラッシュランプは、基体２００、特に酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２に短時間に高エネルギー密度を与えることができるため好ましい。レーザー光やフラッシュランプの光を用いるのであれば、生産性高く剥離工程を行うことができる。
　レーザー源としては、ＹＡＧ系、ＹＶＯ４系、ＧｄＶＯ４系等の第二次高調波が使用できる。レーザー照射時の基板温度は、室温でもかまわないが、１００～５００℃に昇温してもよい。加熱により、成膜時の熱膨張が緩和され、熱歪、ひび割れ等の発生のおそれがなくなる。レーザーの条件は適宜決定可能であるが、例えば、出力が０．０１～２０Ｗ、周波数が１０～５００ｋＨｚ、ガルボヘッドを備え、スキャン速度が１～５０００ｍｍ／秒、などとすることができる。
　フラッシュランプは、例えば、基体温度を室温～３００℃として、処理時間を０．０１～１０００ミリ秒とできる。フラッシュランプの波長としては、ランプである以上ある程度の波長域があるのは避けられないが、７００ｎｍ以下の波長域でピーク強度を有するものが望ましい。この波長域に合致するランプ光源としては、キセノンランプによる加熱が一般的である。フラッシュランプは短時間で大面積に効果的に熱処理ができるので、熱歪、ひび割れ等の発生のおそれがなくなる。
　照射光２０５は、前述したように基体２００の上側、すなわち図１のように酸化ガリウム層２０３側から照射してもよいし、基板２０１が透明な場合は、基板２０１側すなわち図１の下側から照射しても構わない。当該方法により、簡便に、基板２０１から酸化ガリウム層２０３を分離して酸化ガリウム膜を得ることが可能となる。
　図４、５にこの酸化ガリウム層の分離の様子を示す。
　前者の場合、図４に示すように、酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２における酸化ガリウム層２０３側の部分が照射光２０５を吸収して、鉄と酸素に分解され、もしくは溶解し再凝固する際多結晶化して密着強度が低下し、酸化ガリウム層２０３が基板２０１から剥離されて酸化ガリウム膜２０６が製造される。
　一方で後者の場合、図５に示すように、酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２における基板２０１側の部分が照射光２０５を吸収して、鉄と酸素に分解され、もしくは溶解し再凝固する際多結晶化して密着強度が低下し、酸化ガリウム層２０３が酸化鉄（ＩＩＩ）層２０２とともに基板２０１から剥離されて酸化鉄（ＩＩＩ）層付きの酸化ガリウム膜２０６が製造される。付いてきた酸化鉄（ＩＩＩ）層は必要に応じて除去すれば良い。
　なお、あらかじめ剥離前に、剥離後の酸化ガリウム膜２０６を支持する別の基板を酸化ガリウム層２０３に接着しておいてから、上記光照射処理をすることも可能である。こうすることにより、基板の貼り替えが可能となる。
　そして、上記のようにして得られた酸化ガリウム膜は、横型や縦型の半導体装置に好適に用いることができる。特には縦型半導体装置に用いることが好ましい。
　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。
（実施例１）
　本発明の酸化ガリウム膜の製造方法に基づいて、図２－３に示す成膜装置１０１を用いて、まず、基板（ｃ面サファイア基板）上に酸化鉄（α－Ｆｅ２Ｏ３）／酸化ガリウム（α－Ｇａ２Ｏ３）積層体の成膜を行った。
　酸化鉄（ＩＩＩ）層形成：　３５％塩化水素酸溶液を体積比２％で混合した水溶液に、鉄アセチルアセトナートを０．０５ｍｏｌ／Ｌとなるよう混合したものを原料溶液１０４ａとした。
　得られた原料溶液１０４ａをミスト発生源１０４内に収容した。次に、基板１１０として４インチ（直径１００ｍｍ）のｃ面サファイア基板を、成膜室１０７内のホットプレート１０８上に戴置し、ホットプレート１０８を作動させて温度を５５０℃に昇温した。
　続いて、流量調節弁１０３ａ、１０３ｂを開いてキャリアガス源１０２ａ、希釈用キャリアガス源１０２ｂからキャリアガスとして空気を成膜室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５Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ調節した。
　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。大気圧下、５５０℃の条件で、成膜室１０７内でミストを熱反応させて、基板１１０上に酸化鉄（α－Ｆｅ２Ｏ３）の薄膜を形成した。成膜時間は６０分とした。成膜後はチャンバー内に基板を待機させたまま温度を４５０℃に変更し、引き続き以下による酸化ガリウム層の成膜を行った。
　酸化ガリウム層形成：　ヨウ化ガリウム０．０５ｍｏｌ／Ｌとなるよう調整した水溶液を原料溶液１０４ａとした。
　以降は上記酸化鉄（ＩＩＩ）層成膜と概ね同様の手続きで成膜を行った。具体的には、得られた原料溶液１０４ａをミスト発生源１０４内に収容した。続いて、流量調節弁１０３ａ、１０３ｂを開いてキャリアガス源１０２ａ、希釈用キャリアガス源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５Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ調節した。
　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。大気圧下、４５０℃の条件で、成膜室１０７内でミストを熱反応させて、基板１１０上にコランダム構造を有する酸化ガリウム（α－Ｇａ２Ｏ３）の薄膜を形成した。成膜時間は６０分とした。
　得られた基体に対し、分光エリプソメータを用いて膜厚（層の厚さ）を解析した。解析の結果、酸化鉄（ＩＩＩ）層は１．１μｍ、酸化ガリウム層は１．２μｍであった。また、Ｘ線回折により、α－Ｆｅ２Ｏ３、α－Ｇａ２Ｏ３のピークがそれぞれ確認され、さらに、α－Ｇａ２Ｏ３ピークに対しロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は１２秒であった。極めて結晶性の良好な酸化ガリウム層が得られていることがわかる。
　得られた基体に対し、基板側からレーザー照射を行った。光源はＮｄ：ＹＶＯ４の第二次高調波（波長５３２ｎｍ）とし、出力が０．１Ｗ、周波数が１００ｋＨｚ、スキャン速度が５ｍｍ／秒とした。レーザー照射により、酸化ガリウム層を容易に剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
（実施例２）
　実施例１において、酸化鉄（ＩＩＩ）層の成膜時間を１５分としたものを４試料用意した。これ以外は実施例１と同じ条件で成膜、評価、レーザー照射を行った。膜厚解析の結果、酸化鉄（ＩＩＩ）層は平均で０．２３μｍ、酸化ガリウム層は平均で１．１μｍであった。Ｘ線回折によるα－Ｇａ２Ｏ３ピークのロッキングカーブ半値幅は１１～１４秒と良好であった。得られた１試料に対しレーザー照射を行ったところ、レーザー照射により酸化ガリウム層を容易に剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
（比較例）
　実施例１において、酸化鉄（ＩＩＩ）層を形成しない、すなわち、酸化ガリウム層だけの基体を作製した。これ以外は実施例１と同じ条件で成膜、評価を行い、レーザー照射を行った。膜厚解析の結果、酸化ガリウム層は１．２μｍであった。Ｘ線回折によるα－Ｇａ２Ｏ３ピークのロッキングカーブ半値幅は１３秒と良好であったが、レーザー照射しても試料に何ら変化は見られず、酸化ガリウム層を剥離することはできず、酸化ガリウム膜を得ることはできなかった。
（実施例３）
　実施例２で得た１試料に対し、基体に照射するレーザー波長を１０６４ｎｍとした。レーザー照射により酸化ガリウム層を剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
（実施例４）
　実施例２で得た１試料に対し、フラッシュランプとしてハロゲンランプを１０ミリ秒照射した。ランプ照射により酸化ガリウム層を剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
（実施例５）
　実施例２で得た１試料に対し、フラッシュランプとしてキセノンランプを１ミリ秒照射した。ランプ照射により酸化ガリウム層を剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
　以上のように、基板と酸化ガリウム層間に酸化鉄（ＩＩＩ）層を介在させることで、光照射により酸化ガリウム層を容易に剥離して酸化ガリウム膜を得ることができる。さらに、得られる酸化ガリウム膜は結晶性も極めて良好である。
（実施例６）
　実施例２において、酸化ガリウム層の代わりにＩｎＧａＯ層を成膜した。これ以外は実施例２と同じ条件で成膜、レーザー照射を行った。得られた試料に対しレーザー照射を行ったところ、レーザー照射によりＩｎＧａＯ層を容易に剥離でき、ＩｎＧａＯ膜が得られたことを確認できた。
　以上のように、基板と結晶性酸化物半導体層であるＩｎＧａＯ層間に光吸収層である酸化鉄（ＩＩＩ）層を介在させることで、光照射によりＩｎＧａＯ層を容易に剥離してＩｎＧａＯ膜を得ることができる。
（実施例７）
　実施例２において、酸化鉄（ＩＩＩ）層の代わりに酸化クロム層を成膜した。これ以外は実施例２と同じ条件で成膜、評価、レーザー照射を行った。Ｘ線回折により、α－Ｇａ２Ｏ３が形成されたことが確認できた。得られた試料に対しレーザー照射を行ったところ、レーザー照射により酸化ガリウム層を容易に剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
（実施例８）
　実施例２において、酸化鉄（ＩＩＩ）層の代わりに酸化バナジウム層を成膜した。これ以外は実施例２と同じ条件で成膜、評価、レーザー照射を行った。Ｘ線回折により、α－Ｇａ２Ｏ３が形成されたことが確認できた。得られた試料に対しレーザー照射を行ったところ、レーザー照射により酸化ガリウム層を容易に剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
（実施例９）
　実施例２において、酸化鉄（ＩＩＩ）層の代わりに酸化チタン層を成膜した。これ以外は実施例２と同じ条件で成膜、評価、レーザー照射を行った。Ｘ線回折により、α－Ｇａ２Ｏ３が形成されたことが確認できた。得られた試料に対しレーザー照射を行ったところ、レーザー照射により酸化ガリウム層を容易に剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
（実施例１０）
　実施例２において、基板をｃ面サファイア基板の代わりにタンタル酸リチウム基板とした。これ以外は実施例２と同じ条件で成膜、評価、レーザー照射を行った。Ｘ線回折により、α－Ｇａ２Ｏ３が形成されたことが確認できた。得られた試料に対しレーザー照射を行ったところ、レーザー照射により酸化ガリウム層を容易に剥離でき、酸化ガリウム膜が得られたことを確認できた。
　以上のように、基板と酸化ガリウム層間に光吸収層を介在させることで、光照射により酸化ガリウム層を容易に剥離して酸化ガリウム膜を得ることができる。
　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。

Claims (12)

  1. 　結晶性酸化物半導体膜の製造方法であって、
    　基板上に、結晶性酸化物半導体層および光吸収層を積層し、該光吸収層に光を照射することで前記光吸収層を分解し、前記結晶性酸化物半導体層と前記基板とを分離することで結晶性酸化物半導体膜を製造する工程を含むことを特徴とする結晶性酸化物半導体膜の製造方法。
  2. 　前記照射する光を、レーザー光とすることを特徴とする請求項１に記載の結晶性酸化物半導体膜の製造方法。
  3. 　前記照射する光を、フラッシュランプの光とすることを特徴とする請求項１に記載の結晶性酸化物半導体膜の製造方法。
  4. 　前記基板の直径を、５０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の結晶性酸化物半導体膜の製造方法。
  5. 　前記結晶性酸化物半導体層を、酸化ガリウム層とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の結晶性酸化物半導体膜の製造方法。
  6. 　酸化ガリウム膜の製造方法であって、
    　表面が単結晶構造を有する基板と、該基板上に酸化鉄（ＩＩＩ）層と酸化ガリウム層とが、ミストＣＶＤ法によりこの順に形成されている基体に対し、光を照射することで前記酸化ガリウム層と基板とを前記酸化鉄（ＩＩＩ）層で分離し、
    　該酸化ガリウム層の分離により酸化ガリウム膜を製造することを特徴とする酸化ガリウム膜の製造方法。
  7. 　前記酸化鉄（ＩＩＩ）層の厚みを、１～５００ｎｍとすることを特徴とする請求項６に記載の酸化ガリウム膜の製造方法。
  8. 　前記照射する光として、波長が６００ｎｍ以下の光を含むものとすることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の酸化ガリウム膜の製造方法。
  9. 　前記照射する光を、レーザー光とすることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の酸化ガリウム膜の製造方法。
  10. 　前記照射する光を、フラッシュランプの光とすることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の酸化ガリウム膜の製造方法。
  11. 　前記基板の直径を、５０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の酸化ガリウム膜の製造方法。
  12. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の結晶性酸化物半導体膜の製造方法により製造した結晶性酸化物半導体膜、または、請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載の酸化ガリウム膜の製造方法により製造した酸化ガリウム膜を用いて縦型半導体装置を製造することを特徴とする縦型半導体装置の製造方法。
PCT/JP2020/047079 2020-02-06 2020-12-17 結晶性酸化物半導体膜および酸化ガリウム膜の製造方法、ならびに縦型半導体装置の製造方法 WO2021157215A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020227025472A KR20220137635A (ko) 2020-02-06 2020-12-17 결정성 산화물 반도체막 및 산화갈륨막의 제조 방법, 그리고 세로형 반도체 장치의 제조 방법
CN202080095445.6A CN115038825A (zh) 2020-02-06 2020-12-17 结晶性氧化物半导体膜及氧化镓膜的制造方法、以及纵向型半导体装置的制造方法
US17/795,092 US20230089169A1 (en) 2020-02-06 2020-12-17 A method for producing a crystalline oxide semiconductor film and a gallium oxide film, and a method for producing a vertical semiconductor device
EP20917770.8A EP4101952A4 (en) 2020-02-06 2020-12-17 METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A CRYSTALLINE OXIDE SEMICONDUCTOR LAYER AND GALLIUM OXIDE LAYER AND METHOD FOR PRODUCING A VERTICAL SEMICONDUCTOR COMPONENT

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-018915 2020-02-06
JP2020018915 2020-02-06
JP2020-136430 2020-08-12
JP2020136430A JP6941208B2 (ja) 2020-02-06 2020-08-12 酸化ガリウム膜の製造方法および縦型半導体装置の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021157215A1 true WO2021157215A1 (ja) 2021-08-12

Family

ID=77199859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/047079 WO2021157215A1 (ja) 2020-02-06 2020-12-17 結晶性酸化物半導体膜および酸化ガリウム膜の製造方法、ならびに縦型半導体装置の製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230089169A1 (ja)
EP (1) EP4101952A4 (ja)
JP (2) JP7254131B2 (ja)
KR (1) KR20220137635A (ja)
CN (1) CN115038825A (ja)
TW (1) TW202206641A (ja)
WO (1) WO2021157215A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016082232A (ja) 2014-10-09 2016-05-16 株式会社Flosfia 導電性積層構造体および半導体装置ならびに剥離方法
WO2016114382A1 (ja) * 2015-01-16 2016-07-21 住友電気工業株式会社 半導体基板の製造方法、半導体基板、複合半導体基板の製造方法、複合半導体基板、および半導体接合基板
JP2017022188A (ja) 2015-07-07 2017-01-26 株式会社Flosfia 剥離方法
JP2019006664A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 薄膜構造体およびその製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102232285B1 (ko) * 2014-07-22 2021-03-24 가부시키가이샤 플로스피아 결정성 반도체막 및 판상체 및 반도체장치
JPWO2019004469A1 (ja) * 2017-06-29 2020-07-30 株式会社テンシックス 半導体素子基板の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016082232A (ja) 2014-10-09 2016-05-16 株式会社Flosfia 導電性積層構造体および半導体装置ならびに剥離方法
WO2016114382A1 (ja) * 2015-01-16 2016-07-21 住友電気工業株式会社 半導体基板の製造方法、半導体基板、複合半導体基板の製造方法、複合半導体基板、および半導体接合基板
JP2017022188A (ja) 2015-07-07 2017-01-26 株式会社Flosfia 剥離方法
JP2019006664A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 薄膜構造体およびその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4101952A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN115038825A (zh) 2022-09-09
EP4101952A4 (en) 2024-01-24
JP7254131B2 (ja) 2023-04-07
TW202206641A (zh) 2022-02-16
JP2021191729A (ja) 2021-12-16
KR20220137635A (ko) 2022-10-12
US20230089169A1 (en) 2023-03-23
EP4101952A1 (en) 2022-12-14
JP2023073342A (ja) 2023-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7064724B2 (ja) 半導体装置
KR20230126698A (ko) 반도체 장치
CN109427867B (zh) 半导体装置
CN110870079B (zh) 半导体装置
JP6680435B2 (ja) 剥離方法
JP6994181B2 (ja) 結晶性酸化物半導体膜および半導体装置
JP2022137303A (ja) 半導体装置
CN111383911A (zh) 结晶性氧化物膜、半导体装置及半导体系统
CN109427915B (zh) 半导体装置
JP6941208B2 (ja) 酸化ガリウム膜の製造方法および縦型半導体装置の製造方法
WO2021157215A1 (ja) 結晶性酸化物半導体膜および酸化ガリウム膜の製造方法、ならびに縦型半導体装置の製造方法
JP7105703B2 (ja) 酸化物半導体膜、積層体及び酸化物半導体膜の製造方法
WO2021039010A1 (ja) 積層構造体及び積層構造体の製造方法
JP2021031358A (ja) 積層構造体、半導体装置及び積層構造体の製造方法
CN218951491U (zh) 成膜装置
WO2024043049A1 (ja) 成膜方法、成膜装置、及びα－Ｇａ２Ｏ３膜
JP7078583B2 (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
CN115911081A (zh) 层叠结构体、半导体装置及结晶性氧化物膜的成膜方法
WO2023149180A1 (ja) 結晶性酸化物膜、積層構造体、半導体装置、及び結晶性酸化物膜の製造方法
JP6932904B2 (ja) 半導体装置
JP2021038116A (ja) 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
KR20240000497A (ko) 적층구조체, 반도체장치 및 적층구조체의 제조방법
JP2021040054A (ja) 積層構造体の製造方法、半導体装置の製造方法及び積層構造体
JP2021038117A (ja) 積層構造体、半導体装置及び半導体システム
JP2021038112A (ja) 積層構造体、半導体装置及び半導体システム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20917770

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020917770

Country of ref document: EP

Effective date: 20220906