WO2022215621A1 - 積層体の製造方法、積層体の製造装置、積層体及び半導体装置 - Google Patents

積層体の製造方法、積層体の製造装置、積層体及び半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2022215621A1
WO2022215621A1 PCT/JP2022/015913 JP2022015913W WO2022215621A1 WO 2022215621 A1 WO2022215621 A1 WO 2022215621A1 JP 2022015913 W JP2022015913 W JP 2022015913W WO 2022215621 A1 WO2022215621 A1 WO 2022215621A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
film
stage
laminate
raw material
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/015913
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
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
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 JP2023512978A priority Critical patent/JPWO2022215621A1/ja
Priority to EP22784605.2A priority patent/EP4321657A1/en
Priority to CN202280026055.2A priority patent/CN117098879A/zh
Priority to KR1020237033715A priority patent/KR20230165241A/ko
Publication of WO2022215621A1 publication Critical patent/WO2022215621A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • C23C16/44—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
    • 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
    • C23C16/4481—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 evaporation using carrier gas in contact with the source material
    • 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
    • C23C16/458—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 supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • 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
    • C23C16/458—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 supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586—Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • 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
    • C23C16/46—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 heating 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
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or 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
    • 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
    • C30B25/16—Controlling or regulating
    • C30B25/165—Controlling or regulating 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
    • 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
    • H01L21/02175—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 characterised by the metal
    • 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
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02428—Structure
    • 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
    • H01L21/02428—Structure
    • H01L21/0243—Surface structure
    • 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
    • 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
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02576—N-type
    • 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
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • 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
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02581—Transition metal or rare earth elements
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a laminate manufacturing method, a laminate manufacturing apparatus, a laminate, and a semiconductor device.
  • Mist Chemical Vapor Deposition is known as a method capable of forming a highly crystalline corundum-type crystal thin film on a substrate.
  • a solution using a gallium acetylacetonate complex is misted and supplied to a sapphire substrate on a substrate installed in a narrow space (fine channel) provided in a reactor, and ⁇ - A method of forming a Ga2O3 film is described.
  • a sapphire substrate is placed on a hot plate installed in a film formation chamber, and a raw material solution mist made from gallium bromide is supplied to the substrate from a nozzle installed above the substrate.
  • a method of forming an ⁇ -Ga 2 O 3 film is described.
  • a corundum-type crystal thin film when used as a semiconductor device, it generally requires a thickness of several hundred nm or more, and when used as a power device, a thickness of 1 ⁇ m or more is required.
  • the gallium oxide-based thin film formed by the mist CVD method has a problem that the crystal quality is remarkably deteriorated as the film thickness increases. Moreover, there is a problem that this problem becomes more conspicuous especially in a film thickness of 1 ⁇ m or more.
  • the present invention has been made to solve the above problems, a thick film of a high-quality corundum-type crystal thin film (semiconductor film having a corundum-type crystal structure) with excellent crystal orientation can be stably formed lamination
  • the object is to provide a method for manufacturing a body.
  • Another object of the present invention is to provide a high-quality laminate suitable for manufacturing a semiconductor device.
  • a method for manufacturing a laminate comprising a semiconductor film having a corundum-type crystal structure, placing the substrate on a stage; heating the substrate; atomizing the film-forming raw material solution; mixing the atomized film-forming raw material solution and a carrier gas to form a mixture; and forming a film by supplying the gas mixture to the substrate,
  • a method for manufacturing a laminate wherein the surface roughness Ra of the contact surface of the stage with the substrate and the surface roughness Ra of the contact surface of the substrate with the stage is 0.5 ⁇ m or less.
  • a laminate containing a semiconductor film having a high-quality corundum-type crystal structure can be manufactured more stably and inexpensively.
  • the waviness Wa of the contact surface of the stage with the base and the contact surface of the base with the stage be 50 ⁇ m or less.
  • the temperature of the substrate can be easily maintained, so that a high-quality laminate can be stably produced.
  • a substrate having a thickness of 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less it is preferable to use a substrate having a thickness of 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the step of placing the substrate on the stage further includes the step of vacuum fixing the substrate to the stage, and the degree of vacuum is 80 kPa or less.
  • the substrate can be held and heated stably, so that a laminate of even higher quality can be obtained.
  • the present invention provides an apparatus for manufacturing a laminate including a semiconductor film having a corundum type crystal structure, a stage on which the substrate is placed; heating means for heating the substrate; atomizing means for atomizing the film-forming raw material solution; a mixture supplying means for mixing the atomized film-forming raw material solution and a carrier gas and supplying the mixture to the substrate;
  • an apparatus for manufacturing a laminate wherein the surface roughness Ra of the contact surface with the substrate on the stage is 0.5 ⁇ m or less.
  • the waviness Wa of the contact surface of the stage with the substrate is 50 ⁇ m or less.
  • the present invention is a laminate, A substrate and a semiconductor film having a corundum-type crystal structure directly or via another layer on the first main surface of the substrate, the surface of the second main surface opposite to the first main surface of the substrate.
  • a laminate having a roughness Ra of 0.5 ⁇ m or less is provided.
  • Such a laminated body has a corundum-type crystal structure and is a laminated body suitable for manufacturing high-quality semiconductor film devices.
  • the substrate has a thickness of 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the laminated body can be made to have a larger film thickness.
  • the substrate is preferably a single crystal.
  • the semiconductor film preferably has a film thickness of 1 ⁇ m or more.
  • the present invention provides a semiconductor device that includes at least a semiconductor layer and an electrode, and includes at least a portion of the laminate as the semiconductor layer.
  • the present invention it is possible to provide a method for manufacturing a laminate that can stably form a thick corundum-type crystal thin film of high quality. Moreover, according to the present invention, it is possible to provide a high-quality laminate having excellent crystal orientation and suitable for manufacturing a semiconductor device. Moreover, according to the present invention, a high-performance semiconductor device can be provided.
  • the present invention is a method for manufacturing a laminate comprising a semiconductor film having a corundum-type crystal structure, placing the substrate on a stage; heating the substrate; atomizing the film-forming raw material solution; mixing the atomized film-forming raw material solution and a carrier gas to form a mixture; and forming a film by supplying the gas mixture to the substrate,
  • the surface roughness Ra of the contact surface of the stage with the substrate and the surface roughness Ra of the contact surface of the substrate with the stage is 0.5 ⁇ m or less.
  • the present inventors have provided a laminate manufacturing apparatus comprising a semiconductor film having a corundum type crystal structure, a stage on which the substrate is placed; heating means for heating the substrate; atomizing means for atomizing the film-forming raw material solution; a mixture supplying means for mixing the atomized film-forming raw material solution and a carrier gas and supplying the mixture to the substrate; To provide an apparatus for manufacturing a laminate having a surface roughness Ra of 0.5 ⁇ m or less at a contact surface with the substrate in the stage, thereby making it possible to manufacture a laminate having high quality and suitable for manufacturing a semiconductor device. and completed the present invention.
  • the present inventors are a laminate, A substrate and a semiconductor film having a corundum-type crystal structure directly or via another layer on the first main surface of the substrate, the surface of the second main surface opposite to the first main surface of the substrate.
  • the inventors have found that a laminated body having a roughness Ra of 0.5 ⁇ m or less provides a high-quality laminated body suitable for manufacturing a semiconductor device, and completed the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating one embodiment of the laminate of the present invention.
  • a laminate 200 of the present invention comprises a substrate 201, an underlying layer 202 directly formed on the substrate 201, and a crystal layer 203 having a corundum structure.
  • the substrate 201 has a first main surface 201a and a second main surface 201b opposite to the first main surface 201a, and the second main surface has a surface roughness Ra of 0.5 ⁇ m or less.
  • the crystal layer 203 corresponds to the semiconductor film of the laminate of the present invention.
  • the substrate 201 is not particularly limited as long as it has a first main surface and a second main surface opposite thereto and can support a film to be formed, and is similar to the substrate 130 in FIG. 1 described later. you can A single crystal is particularly preferred.
  • the shape of the substrate 201 may be any shape as long as it has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. It may be in the form of a shape, a ring, or the like, preferably in the shape of a plate.
  • the surface roughness Ra of the second main surface (also referred to as the rear surface) located on the opposite side of the first main surface of the substrate on which the film is formed is 0.5 ⁇ m or less. More preferably, waviness Warp (hereinafter referred to as Wa) is 50 ⁇ m or less.
  • Wa waviness Warp
  • the surface roughness Ra may be measured at one or more arbitrary locations on the main surface with a measurement length of, for example, 10 ⁇ m or more.
  • the waviness Wa may be measured on one or more arbitrary straight lines on the main surface that are appropriately determined according to the shape of the substrate 201 . For example, in the case of a disk-shaped substrate with a diameter of 10 cm, any length on two straight lines perpendicular to each other at the center of the substrate can be used as the measurement length.
  • the surface roughness Ra and waviness Wa are measured using a laser microscope or a confocal microscope such as a stylus method, an atomic force microscope (AFM) method, or an optical interference method, a confocal method, or an image synthesizing method by moving the focal point. Refers to the value obtained by calculating based on JIS B 0601 using the surface shape measurement result by the contact type measurement method.
  • a laser microscope or a confocal microscope such as a stylus method, an atomic force microscope (AFM) method, or an optical interference method, a confocal method, or an image synthesizing method by moving the focal point.
  • AFM atomic force microscope
  • optical interference method a confocal method
  • image synthesizing method by moving the focal point. Refers to the value obtained by calculating based on JIS B 0601 using the surface shape measurement result by the contact type measurement method.
  • Such a device is of high quality and can be processed into a laminated body by light irradi
  • the surface of the substrate obtained by processing the crystal is lapped with diamond abrasive grains, and then chemical mechanical polishing (CMP) is performed using colloidal silica. It can be easily obtained by applying a mirror finish.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a substrate having a semiconductor film forming surface which is the first main surface, having an area of 5 cm 2 or more, more preferably 10 cm 2 or more, and a thickness of 50 to 5000 ⁇ m, more preferably 100 to 2000 ⁇ m, can be suitably used. If it is 50 ⁇ m or more, it is easy to support the semiconductor film, and if it is 5000 ⁇ m or less, not only does the unit price of the base body simply decrease, but also the productivity is improved by increasing the number of processed sheets per batch in the semiconductor device manufacturing process. .
  • the crystal layer 203 is not particularly limited as long as it is a semiconductor film having a corundum crystal structure.
  • Corundum-type crystals are metal oxide crystals, and may contain metals such as Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Ga, Rh, In, and Ir as main components.
  • the crystal layer 203 may be polycrystalline, but is preferably monocrystalline.
  • the composition of the crystal layer 203 is preferably such that the total atomic ratio of gallium, indium, aluminum and iron in the metal elements contained in this thin film is 0.5 or more, and the atomic ratio of gallium in the metal elements is 0.5. 0.5 or more is more preferable.
  • the film thickness is set to 1 .mu.m or more, the film becomes more suitable for semiconductor devices, which is preferable.
  • the upper limit of the film thickness is not particularly limited, it can be, for example, 20 ⁇ m or less.
  • the film thickness of each layer of the laminate can be set to an arbitrary film thickness by adjusting the film formation time.
  • the crystal layer 203 may contain a dopant element.
  • the dopant is not particularly limited, and includes n-type dopants such as tin, silicon, germanium, titanium, zirconium, vanadium, or niobium, or p-type dopants such as copper, silver, cobalt, iridium, rhodium, magnesium, nickel, and the like. be done.
  • the dopant concentration is appropriately adjusted according to the design of the intended semiconductor device, and may be, for example, 1 ⁇ 10 16 /cm 3 to 1 ⁇ 10 22 /cm 3 .
  • the underlying layer 202 may be, for example, a semiconductor film having a corundum structure with a composition different from that of the crystal layer 203, a crystalline thin film other than the corundum structure, or an amorphous thin film.
  • the underlying layer 202 may be a stress relaxation layer for relaxing lattice mismatch and thermal stress between the substrate 201 and the crystal layer 203 depending on the purpose. It may be a sacrificial layer for peeling.
  • the stress relaxation layer for example, when an ⁇ -Ga 2 O 3 film is formed on an Al 2 O 3 substrate, the underlying layer (stress relaxation layer) 202 is, for example, (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), and the value of x is preferably decreased from the substrate 201 side toward the crystal layer 203 side.
  • a material having a bandgap smaller than that of the crystal layer 203, or a material soluble in solutions such as water, acids, and alkalis, alcohols, and ketones is preferably used. It may be a crystalline or amorphous film of an oxide containing V, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ge, Rh, In, Sn, Ir, more preferably Fe2O3 , Co2O3 , Ni 2 O 3 , Rh 2 O 3 , In 2 O 3 , Ir 2 O 3 or mixed crystals thereof are preferred. Also, the underlying layer 202 may or may not contain a dopant.
  • FIG. 2 shows an example in which one base layer 202 and one crystal layer 203 are formed on the substrate 201
  • the present invention is not limited to this.
  • both may be formed in multiple layers.
  • the crystal layer 203 may be formed directly on the substrate 201 without forming the underlying layer 202 .
  • a crystalline or amorphous conductor layer or insulator layer may be laminated on the crystal layer 203 .
  • the semiconductor film or the laminate containing the semiconductor film may be separated from the substrate.
  • the peeling means is not particularly limited, and may be known means. Examples of peeling means include means for applying mechanical impact to peel, means for applying heat and utilizing thermal stress for peeling, means for peeling by applying vibration such as ultrasonic vibration, and peeling by etching. means for peeling the film, and means for peeling the film using a change in the state of the film due to light absorption. The film peeled off in this way can also be made into a self-supporting film if it has a sufficient thickness.
  • the semiconductor device of the present invention includes at least a semiconductor layer and an electrode, and can include at least part of the laminate as the semiconductor layer.
  • the semiconductor film in the laminate of the present invention has good crystal orientation, excellent electrical properties, and is industrially useful.
  • Such a laminate can be suitably used for semiconductor devices and the like, and is particularly useful for power devices.
  • the semiconductor film formed as part of the laminate may be used as it is (in the state of the laminate), or may be applied to a semiconductor device or the like after being peeled off from the substrate or the like by a known method. good too.
  • semiconductor devices are classified into horizontal devices in which electrodes are formed on one side of a semiconductor layer (horizontal devices) and vertical devices in which electrodes are formed on both front and back sides of a semiconductor layer (vertical devices).
  • horizontal devices horizontal devices
  • vertical devices vertical devices
  • At least part of the laminate of the present invention can be suitably used for both horizontal and vertical devices.
  • at least part of the laminate of the present invention is preferably used for vertical devices.
  • Examples of the semiconductor device include Schottky barrier diodes (SBD), metal semiconductor field effect transistors (MESFET), high electron mobility transistors (HEMT), metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET), junction field effect transistors ( JFET), insulated gate bipolar transistor (IGBT), or light emitting diode (LED).
  • SBD Schottky barrier diodes
  • MESFET metal semiconductor field effect transistors
  • HEMT high electron mobility transistors
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistors
  • JFET junction field effect transistors
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • LED light emitting diode
  • the semiconductor device using the laminate of the present invention may further include other layers (for example, an insulator layer or a conductor layer) according to specifications and purposes. , may be added or omitted.
  • other layers for example, an insulator layer or a conductor layer
  • FIG. 3 shows a preferred example of a semiconductor device using the laminate of the present invention.
  • FIG. 3 is an example of a Schottky barrier diode (SBD).
  • a Schottky barrier diode (SBD) 300 includes a relatively lightly doped n ⁇ -type semiconductor layer 301a, a relatively heavily doped n + -type semiconductor layer 301b, a Schottky electrode 302 and an ohmic electrode.
  • An electrode 303 is provided. Among them, the n ⁇ -type semiconductor layer 301a and the n + -type semiconductor layer 301b use part of the laminate of the present invention.
  • the materials of the Schottky electrode 302 and the ohmic electrode 303 may be known electrode materials.
  • the electrode materials include aluminum, molybdenum, cobalt, zirconium, tin, niobium, iron, chromium, tantalum, titanium, Metals such as gold, platinum, vanadium, manganese, nickel, copper, hafnium, tungsten, iridium, zinc, indium, palladium, neodymium or silver, or alloys thereof, silver oxide, tin oxide, zinc oxide, rhenium oxide, indium oxide, Metal oxide conductive films such as indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO), organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole, or mixtures and laminates thereof.
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • the Schottky electrode 302 and the ohmic electrode 303 can be formed by known means such as vacuum deposition or sputtering. More specifically, for example, when a Schottky electrode is formed using two kinds of metals, a first metal and a second metal, a layer made of the first metal and a layer made of the second metal It can be formed by stacking layers and patterning the layer made of the first metal and the layer made of the second metal using a photolithography technique.
  • the Schottky barrier diode (SBD) 300 When a reverse bias is applied to the Schottky barrier diode (SBD) 300, a depletion layer (not shown) spreads in the n ⁇ -type semiconductor layer 301a, resulting in a high withstand voltage SBD. Also, when a forward bias is applied, electrons flow from the ohmic electrode 303 to the Schottky electrode 302 . Therefore, the SBD according to the present invention is excellent for high withstand voltage and large current, has a high switching speed, and is excellent in withstand voltage and reliability.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of the configuration of a film forming apparatus suitably used for manufacturing the laminate of the present invention.
  • the film forming apparatus 100 preferably used for manufacturing the laminate of the present invention includes at least a raw material container 120 for atomizing a film forming raw material solution 121 to form a film forming raw material mist 122, and a film forming raw material mist 122. is supplied to the substrate 130 to form a film on the substrate 130 , a stage 135 on which the substrate 130 is placed, and a heating means 132 for heating the stage 135 .
  • the film forming apparatus 100 further includes a carrier gas supply section 111 , and the carrier gas supply section 111 , source container 120 and film forming chamber 131 are connected by pipes 113 and 124 .
  • the carrier gas 151 and the film-forming raw material mist 122 are mixed in the raw material container 120 to form a mixture 152 , which is supplied to the film-forming chamber 131 .
  • the film-forming raw material solution 121 is not particularly limited as long as it can be misted, and a metal in the form of a complex or salt dissolved or dispersed in an organic solvent or water can be used.
  • the metal is not limited as long as it can form a corundum structure as a metal oxide crystal, and examples thereof include Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Ga, Rh, In, and Ir. .
  • Salt forms include, for example, halide salts such as metal chloride salts, metal bromide salts, and metal iodide salts.
  • a salt solution in which the metal is dissolved in hydrogen halide such as hydrochloric acid, hydrobromic acid, or hydroiodic acid can also be used.
  • the form of the complex includes, for example, an acetylacetone complex, a carbonyl complex, an ammine complex, a hydride complex and the like.
  • An acetylacetonate complex can also be formed by mixing acetylacetone with the salt solution.
  • the metal content in the film-forming raw material solution is not particularly limited, and can be appropriately set according to the purpose. It is preferably 0.001 mol/L or more and 2 mol/L or less, and more preferably 0.01 mol/L or more and 0.7 mol/L or less.
  • the film-forming raw material solution may contain a dopant.
  • the dopant is not particularly limited, and includes n-type dopants such as tin, silicon, germanium, titanium, zirconium, vanadium, or niobium, or p-type dopants such as copper, silver, cobalt, iridium, rhodium, magnesium, nickel, and the like. be done.
  • Means for atomizing the film-forming raw material solution 121 is not particularly limited as long as it can atomize or dropletize the film-forming raw material solution 121, and may be any known means. is preferred.
  • the mist or droplets obtained using ultrasonic waves have an initial velocity of zero and are preferable because they float in the air. Since it is a possible mist, there is no damage due to collision energy, so it is very suitable.
  • the droplet size is not particularly limited, and may be droplets of several millimeters, preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 0.1 to 10 ⁇ m.
  • a plurality of raw material containers 120 may be provided according to the material to be deposited. Further, in this case, the gas mixture 152 supplied from the plurality of raw material containers 120 to the film forming chamber 131 may be independently supplied to the film forming chamber 131, or may be supplied to the pipe 124 or a container for mixing (unnecessary). (illustration) may be separately provided and mixed.
  • the raw material container 120 may further include temperature control means (not shown) for directly or indirectly controlling the temperature of the film-forming raw material solution 121 .
  • the temperature of the film-forming raw material solution 121 is not particularly limited as long as it can be atomized. . By doing so, the temperature drop on the film formation surface of the substrate 130 is alleviated, and better film formation becomes possible. On the other hand, if the temperature exceeds 90° C., vaporization of the film-forming raw material mist 122 is accelerated, resulting in a decrease in film-forming yield and introduction of defects on the film surface.
  • the carrier gas supply unit 111 supplies carrier gas 151 .
  • the type of the carrier gas 151 is not particularly limited, and in addition to inert gases such as nitrogen and argon, reducing gases such as air, oxygen, ozone, hydrogen and forming gas can be used. can also be used.
  • the flow rate of the carrier gas may be appropriately set depending on the size of the substrate and the size of the film forming chamber, and can be set to, for example, about 0.01 to 100 L/min.
  • the carrier gas supply unit 111 may be an air compressor, various gas cylinders, a nitrogen gas separator, or the like, and may be provided with a mechanism for controlling the gas supply flow rate.
  • the pipes 113 and 124 are not particularly limited as long as they have sufficient stability against the film-forming raw material solution 121 and the temperature inside and outside the film-forming chamber 131, and are made of quartz, polyethylene, polypropylene, vinyl chloride, or silicon. Common resin pipes such as resin, urethane resin, and fluorine resin can be widely used.
  • a pipe from the carrier gas supply unit 111 that does not pass through the raw material container 120 is separately connected to the pipe 124 to further add a diluent gas to the gas mixture 152 to obtain the film-forming raw material mist 122 and the carrier gas. It is also possible to adjust the proportion of gas 151 .
  • the flow rate of the diluent gas may be appropriately set, and may be, for example, 0.1 to 10 times/minute of the carrier gas.
  • the diluent gas may be supplied to the downstream side of the raw material container 120, for example.
  • the same diluent gas as the carrier gas 151 may be used, or a different one may be used.
  • the film formation chamber 131 is provided with a supply pipe 134 that is connected to the pipe 124 and that supplies the air-fuel mixture 152 into the film formation chamber 131 .
  • a supply pipe 134 for example, quartz, glass, or a resin tube or the like can be used.
  • the exhaust gas exhaust port 133 may be provided at a position that does not affect mist supply from the supply pipe 134 .
  • the structure, material, and the like of the film formation chamber 131 are not particularly limited, and for example, metal such as aluminum or stainless steel may be used, and quartz, silicon carbide, or glass may be used when film formation is performed at a higher temperature. can be
  • a stage 135 is installed at the bottom of the film formation chamber 131 , and the substrate 130 is placed on the stage 135 .
  • the stage 135 has a heating means 132, and the substrate 130 is heated by heating the stage 135. As shown in FIG. The heating of the substrate 130 is appropriately adjusted depending on the film-forming raw material mist 122 to be used and the film-forming conditions.
  • the material of the stage 135 may be appropriately selected according to the raw material used for film formation and process conditions such as heating temperature. Examples include stainless steel, Hastelloy, brass, copper, graphite, silicon carbide, alumina, and aluminum nitride. is preferably used. A known heating means can be applied to the heating means 132, and resistance heating, electromagnetic induction heating, lamp heating, or the like is preferably used. Further, in order to enhance heat conduction to the substrate 130, the surface roughness Ra of the substrate mounting surface of the stage 135 is 0.5 ⁇ m or less. More preferably, the waviness Wa is 50 ⁇ m or less.
  • Ra exceeds 0.5 ⁇ m, the contact area with the substrate 130 is reduced, resulting in deterioration of heat conduction, and the temperature drop of the substrate surface during film formation due to film-forming raw material mist is significant, resulting in deterioration of the crystal orientation of the semiconductor film. decreases.
  • the surface roughness Ra may be measured with a measurement length of, for example, 20 ⁇ m or more at one or more arbitrary locations on the mounting surface.
  • the smaller the waviness Wa, the better, and although the lower limit is not particularly limited, it can be, for example, 0.5 ⁇ m or more.
  • the waviness Wa may be measured on one or more arbitrary straight lines on the mounting surface that are appropriately determined according to the shape of the mounting surface. For example, when the placement surface is circular, the diameter of the circle on two straight lines perpendicular to each other at the center of the circle can be used as the measurement length.
  • the surface roughness Ra and waviness Wa are measured using a laser microscope or a confocal microscope such as a stylus method, an atomic force microscope (AFM) method, or an optical interference method, a confocal method, or an image synthesizing method by moving the focal point.
  • a laser microscope or a confocal microscope such as a stylus method, an atomic force microscope (AFM) method, or an optical interference method, a confocal method, or an image synthesizing method by moving the focal point.
  • AFM atomic force microscope
  • the stage 135 may further include a substrate fixing mechanism (not shown).
  • a substrate fixing mechanism such as a vacuum chuck, an electrostatic chuck, or a mechanical clamp is preferably used, and preferably a vacuum chuck is used.
  • the degree of vacuum in this case is preferably 80 kPa or less in order to stably hold and heat the substrate. The lower the degree of vacuum, the better.
  • the degree of vacuum can be set to 1 kPa or more from the viewpoint of cost.
  • the present invention provides an apparatus for manufacturing a laminate including a semiconductor film having a corundum type crystal structure, a stage on which the substrate is placed; heating means for heating the substrate; atomizing means for atomizing the film-forming raw material solution; a mixture supplying means for mixing the atomized film-forming raw material solution and a carrier gas and supplying the mixture to the substrate;
  • the surface roughness Ra of the contact surface with the substrate on the stage is 0.5 ⁇ m or less.
  • the waviness Wa of the contact surface of the stage with the substrate is 50 ⁇ m or less.
  • Wa is 50 ⁇ m or less, the contact area with the substrate 130 is increased, thereby improving heat conduction, preventing a significant drop in the temperature of the substrate surface during film formation due to the film-forming raw material mist, and improving the crystal orientation of the semiconductor film. does not decrease.
  • the waviness Wa may be measured on one or more arbitrary straight lines on the mounting surface that are appropriately determined according to the shape of the mounting surface. For example, when the placement surface is circular, the diameter of the circle on two straight lines perpendicular to each other at the center of the circle can be used as the measurement length.
  • the present invention is a method for manufacturing a laminate comprising a semiconductor film having a corundum type crystal structure, placing the substrate on a stage; heating the substrate; atomizing the film-forming raw material solution; mixing the atomized film-forming raw material solution and a carrier gas to form a mixture; and forming a film by supplying the gas mixture to the substrate,
  • the surface roughness Ra of the contact surface of the stage with the substrate and the surface roughness Ra of the contact surface of the substrate with the stage is 0.5 ⁇ m or less.
  • a substrate having a surface roughness Ra of 0.5 ⁇ m or less on the second main surface (also referred to as the rear surface) located opposite to the first main surface on which the semiconductor film is formed is used as the substrate.
  • the second main surface is the surface of the substrate 130 that contacts the stage 135 mounting surface.
  • the shape of the substrate 130 may be any shape as long as it has a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface. It may be cylindrical, prismatic, cylindrical, ring-shaped, or the like, preferably plate-shaped.
  • the substrate 130 is not particularly limited as long as it can support the semiconductor film to be formed.
  • the material of the substrate 130 is also not particularly limited, and may be a known material, an organic compound, or an inorganic compound.
  • a single crystal substrate is particularly preferable, and when a single crystal substrate of GaN, SiC, lithium tantalate, lithium niobate, silicon, sapphire, or ⁇ -type gallium oxide is used, a laminate having better crystal orientation can be obtained. Since it becomes easy to obtain, it is preferable.
  • a substrate having a semiconductor film-forming surface area of 5 cm 2 or more, more preferably 10 cm 2 or more, and a thickness of 50 to 5000 ⁇ m, more preferably 100 to 2000 ⁇ m can be suitably used. If the thickness is 50 ⁇ m or more, it is easy to support the semiconductor film, and if it is 5000 ⁇ m or less, the temperature of the substrate surface is not significantly lowered by the film-forming raw material mist, and the crystal orientation of the semiconductor film is not deteriorated.
  • the surface roughness Ra of the substrate mounting surface of the stage 135 is set to 0.5 ⁇ m or less. More preferably, the waviness Wa is 50 ⁇ m or less.
  • the surface roughness Ra exceeds 0.5 ⁇ m, the contact area with the substrate 130 is reduced, resulting in deterioration of heat conduction, and the temperature of the substrate surface during film formation by the film-forming raw material mist is remarkably lowered, resulting in the formation of a semiconductor film. Crystal orientation deteriorates.
  • the surface roughness Ra may be measured with a measurement length of, for example, 20 ⁇ m or more at one or more arbitrary locations on the mounting surface.
  • Wa is 50 ⁇ m or less, the contact area with the substrate 130 is increased, thereby improving heat conduction, preventing a significant drop in the temperature of the substrate surface during film formation due to the film-forming raw material mist, and improving the crystal orientation of the semiconductor film. does not decrease.
  • the waviness Wa may be measured on one or more arbitrary straight lines on the mounting surface that are appropriately determined according to the shape of the mounting surface.
  • the diameter of the circle on two straight lines perpendicular to each other at the center of the circle can be used as the measurement length.
  • the surface roughness Ra and waviness Wa are measured using a laser microscope or a confocal microscope such as a stylus method, an atomic force microscope (AFM) method, or an optical interference method, a confocal method, or an image synthesizing method by moving the focal point. Refers to the value obtained by calculating based on JIS B 0601 using the surface shape measurement result by the contact type measurement method.
  • the film thickness of the semiconductor film is preferably 1 ⁇ m or more.
  • the method of mounting the substrate on the stage is not particularly limited, and a known method can be used.
  • the stage 135 may further include a substrate fixing mechanism (not shown).
  • a substrate fixing mechanism such as a vacuum chuck, an electrostatic chuck, or a mechanical clamp is preferably used.
  • a vacuum chuck it is preferable to use a vacuum chuck.
  • the degree of vacuum in this case is preferably 80 kPa or less in order to stably hold and heat the substrate. The lower the degree of vacuum, the better.
  • the degree of vacuum can be set to 1 kPa or more from the viewpoint of cost.
  • the heating method is not particularly limited, and a known method can be used, but it is particularly preferable to heat the stage. Also, the heating temperature is not particularly limited.
  • the method of atomizing the film-forming raw material solution is not particularly limited, and a known method can be used, preferably a method using ultrasonic waves.
  • the film-forming raw material solution is not particularly limited as long as it can be atomized, and a solution obtained by dissolving or dispersing a metal in the form of a complex or a salt in an organic solvent or water can be used.
  • the method of mixing the atomized film-forming raw material solution and the carrier gas to form the mixture is particularly limited.
  • a known method can be used.
  • the type of carrier gas is not particularly limited, and in addition to inert gases such as nitrogen and argon, reducing gases such as air, oxygen, ozone, hydrogen and forming gas can also be used, and a plurality of these gases can be mixed and used. can also be used.
  • the method of supplying the mixture to the substrate to form a film are not particularly limited, and known methods can be used.
  • the present invention is a laminate manufacturing system comprising a semiconductor film having a corundum type crystal structure, a mechanism for placing the substrate on the stage; a mechanism for heating the substrate; a mechanism for atomizing the film-forming raw material solution; a mechanism for mixing the atomized film-forming raw material solution and a carrier gas to form a mixture; a mechanism for supplying the mixture to the substrate to form a film,
  • the surface roughness Ra of the contact surface of the stage with the substrate and the surface roughness Ra of the contact surface of the substrate with the stage is 0.5 ⁇ m or less.
  • a substrate having a surface roughness Ra of 0.5 ⁇ m or less on the second main surface (also referred to as the rear surface) located opposite to the first main surface on which the semiconductor film is formed is used as the substrate.
  • the second main surface is the surface of the substrate 130 that contacts the stage 135 mounting surface.
  • the shape of the substrate 130 may be any shape as long as it has a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface. It may be cylindrical, prismatic, cylindrical, ring-shaped, or the like, preferably plate-shaped.
  • the substrate 130 is not particularly limited as long as it can support the semiconductor film to be formed.
  • the material of the substrate 130 is also not particularly limited, and may be a known material, an organic compound, or an inorganic compound.
  • a single crystal substrate is particularly preferable, and when a single crystal substrate of GaN, SiC, lithium tantalate, lithium niobate, silicon, sapphire, or ⁇ -type gallium oxide is used, a laminate having better crystal orientation can be obtained. Since it becomes easy to obtain, it is preferable.
  • a substrate having a semiconductor film-forming surface area of 5 cm 2 or more, more preferably 10 cm 2 or more, and a thickness of 50 to 5000 ⁇ m, more preferably 100 to 2000 ⁇ m can be suitably used. If the thickness is 50 ⁇ m or more, it is easy to support the semiconductor film, and if it is 5000 ⁇ m or less, the temperature of the substrate surface is not significantly lowered by the film-forming raw material mist, and the crystal orientation of the semiconductor film is not deteriorated.
  • the surface roughness Ra of the substrate mounting surface of the stage 135 is set to 0.5 ⁇ m or less. More preferably, the waviness Wa is 50 ⁇ m or less.
  • the surface roughness Ra exceeds 0.5 ⁇ m, the contact area with the substrate 130 is reduced, resulting in deterioration of heat conduction, and the temperature of the substrate surface during film formation by the film-forming raw material mist is remarkably lowered, resulting in the formation of a semiconductor film. Crystal orientation deteriorates.
  • the surface roughness Ra may be measured with a measurement length of, for example, 20 ⁇ m or more at one or more arbitrary locations on the mounting surface.
  • Wa is 50 ⁇ m or less, the contact area with the substrate 130 is increased, thereby improving heat conduction, preventing a significant drop in the temperature of the substrate surface during film formation due to the film-forming raw material mist, and improving the crystal orientation of the semiconductor film. does not decrease.
  • the waviness Wa may be measured on one or more arbitrary straight lines on the mounting surface that are appropriately determined according to the shape of the mounting surface.
  • the diameter of the circle on two straight lines perpendicular to each other at the center of the circle can be used as the measurement length.
  • the surface roughness Ra and waviness Wa are measured using a laser microscope or a confocal microscope such as a stylus method, an atomic force microscope (AFM) method, or an optical interference method, a confocal method, or an image synthesizing method by moving the focal point. Refers to the value obtained by calculating based on JIS B 0601 using the surface shape measurement result by the contact type measurement method.
  • the film thickness of the semiconductor film is preferably 1 ⁇ m or more.
  • the method for mounting the substrate on the stage is not particularly limited, and a known method can be used.
  • the stage 135 may further include a substrate fixing mechanism (not shown).
  • a substrate fixing mechanism such as a vacuum chuck, an electrostatic chuck, or a mechanical clamp is preferably used.
  • a vacuum chuck it is preferable to use a vacuum chuck.
  • the degree of vacuum in this case is preferably 80 kPa or less in order to stably hold and heat the substrate. The lower the degree of vacuum, the better.
  • the degree of vacuum can be set to 1 kPa or more from the viewpoint of cost.
  • the heating method is not particularly limited, and a known method can be used, but it is particularly preferable to heat the stage. Also, the heating temperature is not particularly limited.
  • the method for atomizing the film-forming raw material solution is not particularly limited, and a known method can be used, preferably a method using ultrasonic waves.
  • the film-forming raw material solution is not particularly limited as long as it can be atomized, and a solution obtained by dissolving or dispersing a metal in the form of a complex or a salt in an organic solvent or water can be used.
  • the method of mixing the atomized film-forming raw material solution and the carrier gas to form the mixture is particularly limited.
  • a known method can be used.
  • the type of carrier gas is not particularly limited, and in addition to inert gases such as nitrogen and argon, reducing gases such as air, oxygen, ozone, hydrogen and forming gas can also be used, and a plurality of these gases can be mixed and used. can also be used.
  • the method of supplying the mixture to the substrate and the method of forming the film are not particularly limited, and known methods can be used.
  • Example 1 A film of ⁇ -gallium oxide was formed using the film forming apparatus shown in FIG.
  • an atomizing device having a raw material container made of quartz and two ultrasonic vibrators (frequency: 2.4 MHz) was used.
  • the film forming chamber was made of quartz, and had a supply pipe made of quartz and a hot plate made of silicon carbide as a stage.
  • the surface roughness Ra of the substrate mounting surface of the stage was 0.05 ⁇ m, and the waviness Wa was 4.3 ⁇ m.
  • a gas cylinder filled with nitrogen gas was used to supply the carrier gas.
  • the gas cylinder and the film forming atomization device were connected with a urethane resin tube, and the film forming atomization device and the supply pipe were connected with a quartz pipe.
  • gallium acetylacetonate was mixed at a ratio of 0.1 mol/L with a solution in which 1% by volume of 34% hydrochloric acid was added to pure water, and the mixture was stirred with a stirrer for 60 minutes to dissolve the mixture, and the film-forming raw material was mixed. solution.
  • the film-forming raw material solution is filled in the raw material container, and ultrasonic vibration is propagated to the film-forming raw material solution in the raw material container through the ultrasonic wave propagating water by the ultrasonic oscillator, so that the film-forming raw material solution is misted. turned into a mist.
  • the temperature of the ultrasonic propagating water was adjusted, and the raw material solution for film formation was kept at 35°C.
  • a c-plane sapphire substrate (substrate) having a diameter of 10 cm (4 inches), a thickness of 0.6 mm, a back surface roughness Ra of 0.05 ⁇ m, and a waviness Wa of 1.9 ⁇ m was placed on the mounting surface of the stage.
  • the pressure was reduced to 20 kPa with a vacuum pump and fixed. After that, the stage was heated so that the surface temperature of the stage reached 500.degree. Next, nitrogen gas was added to the raw material container at a flow rate of 5 L/min, and a mixture of mist and nitrogen gas was supplied to the film forming chamber for 30 minutes to form a film. Immediately after this, the supply of nitrogen gas was stopped, and the supply of the air-fuel mixture to the film forming chamber was stopped. The crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. After that, the half-value width was evaluated by rocking curve measurement of X-ray diffraction. Also, the film thickness of the crystal layer was measured by ellipsometry.
  • Example 2 Film formation was performed in the same manner as in Example 1 except that the surface roughness Ra of the substrate mounting surface of the stage was set to 0.45 ⁇ m and the surface roughness Ra of the rear surface of the substrate was set to 0.41 ⁇ m.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 A film was formed in the same manner as in Example 2, except that the air-fuel mixture was supplied to the film forming chamber for 150 minutes.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 4 Film formation was performed in the same manner as in Example 1, except that the degree of vacuum for fixing the substrate was set to 75 kPa.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 1 A film was formed in the same manner as in Example 1 except that the surface roughness Ra of the substrate mounting surface of the stage was set to 0.60 ⁇ m.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 2 A film was formed in the same manner as in Example 1 except that the surface roughness Ra of the back surface of the substrate was set to 0.62 ⁇ m.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 Film formation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the surface roughness Ra of the back surface of the substrate was set to 0.62 ⁇ m, and the mixture gas supply time to the film formation chamber was set to 150 minutes. The crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 4 A film was formed in the same manner as in Example 1 except that the surface roughness Ra of the back surface of the substrate was set to 0.62 ⁇ m and the degree of vacuum for fixing the substrate was set to 95 kPa.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 5 A film was formed in the same manner as in Example 1, except that the waviness Wa on the back surface of the substrate was set to 45.8 ⁇ m.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 6 A film was formed in the same manner as in Example 1, except that the waviness Wa of the stage mounting surface was set to 48.2 ⁇ m.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 7 Film formation was performed in the same manner as in Example 1, except that the waviness Wa of the back surface of the substrate was set to 47.7 ⁇ m and the waviness Wa of the stage mounting surface was set to 48.2 ⁇ m.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 8 A film was formed in the same manner as in Example 1, except that the waviness Wa of the stage mounting surface was set to 59.7 ⁇ m.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 9 A film was formed in the same manner as in Example 1, except that the waviness Wa on the back surface of the substrate was set to 52.1 ⁇ m.
  • the crystal layer of the produced laminate was confirmed to be ⁇ -Ga 2 O 3 by X-ray diffraction measurement. Thereafter, the half width and film thickness of the crystal layer were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Table 1 shows the film thicknesses and rocking curve half-value widths of the crystal layers obtained in Examples 1-9 and Comparative Examples 1-4.
  • the film deposition apparatus achieved both a film thickness exceeding 1 ⁇ m and a low half width (high crystal orientation). It can be seen that it is an excellent one that can produce a quality crystal layer (semiconductor film).
  • the half width increased and the growth rate increased (the crystal orientation increased. decrease) was observed. This is considered to be the result of abnormal film growth caused by a temperature drop on the film surface.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本発明は、コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造方法であって、基体をステージに載置するステップと、前記基体を加熱するステップと、成膜用原料溶液を霧化するステップと、前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成するステップと、前記混合気を前記基体に供給して成膜を行うステップとを含み、前記ステージにおける前記基体との接触面及び、前記基体における前記ステージとの接触面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とすることを特徴とする積層体の製造方法である。これにより、結晶配向性に優れ高品質なコランダム型結晶薄膜（コランダム型結晶構造を有する半導体膜）の厚膜を安定して形成可能な積層体の製造方法が提供される。

Description

積層体の製造方法、積層体の製造装置、積層体及び半導体装置
　本発明は、積層体の製造方法、積層体の製造装置、積層体及び半導体装置に関する。
　基板上に結晶性の高いコランダム型結晶薄膜を形成できる方法としてミスト化学気相成長法（Ｍｉｓｔ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｍｉｓｔ　ＣＶＤ。以下、「ミストＣＶＤ法」ともいう）が知られている。特許文献１には、反応器内に設けられた狭い空間（ファインチャネル）に設置された基板へガリウムアセチルアセトナート錯体を用いた溶液をミスト化してサファイア基板に供給し、該基板上にα－Ｇａ２Ｏ３膜を形成する方法が記載されている。特許文献２には、成膜室内に設置されたホットプレート上にサファイア基板を載置し、該基板上方に設置されたノズルから臭化ガリウムを原料とした原料溶液ミストを前記基板に供給してα－Ｇａ２Ｏ３膜を形成する方法が記載されている。
特開２０１３－０２８４８０号公報 特開２０２０－１０７６３６号公報
　ところで、コランダム型結晶薄膜を半導体デバイスとして用いる場合、一般に数百ｎｍ以上、さらにパワーデバイスとして用いる場合には１μｍ以上の膜厚が必要とされる。しかしながら、ミストＣＶＤ法で形成する酸化ガリウム系薄膜は、膜厚の増加に伴って結晶品質が著しく低下する問題があった。また、この問題は特に１μｍ以上の膜厚においてより顕著になるという問題があった。
　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、結晶配向性に優れ高品質なコランダム型結晶薄膜（コランダム型結晶構造を有する半導体膜）の厚膜を安定して形成可能な積層体の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、高品質かつ半導体装置の製造に適した積層体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、
　コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造方法であって、
　基体をステージに載置するステップと、
　前記基体を加熱するステップと、
　成膜用原料溶液を霧化するステップと、
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成するステップと、
　前記混合気を前記基体に供給して成膜を行うステップと
を含み、
　前記ステージにおける前記基体との接触面及び、前記基体における前記ステージとの接触面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とする積層体の製造方法を提供する。
　このような方法であれば、膜厚を大きくした場合であっても、結晶配向性に優れた、高品質なコランダム型結晶構造を有する半導体膜を含む積層体を安定して製造可能となる。また、基板裏面による搬送系や基板キャリアへのダメージが大幅に軽減されるため、装置内での発塵が抑制されることに加え、搬送系や基板キャリアの材質の自由度が大きくなるので、高品質なコランダム型結晶構造を有する半導体膜を含む積層体をより安定して安価に製造可能となる。
　このとき、前記ステージにおける前記基体との接触面及び、前記基体における前記ステージとの接触面のうねりＷａを５０μｍ以下とすることが好ましい。
　このようにすれば、基体との接触面積が増加することで熱伝導が向上し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくならず半導体膜の結晶配向性が低下しないため、高品質な積層体を安定して製造することができる。
　このとき、前記基体を加熱するステップにおいて、前記ステージを加熱することが好ましい。
　このようにすれば、前記基体の温度を容易に維持可能になるので、高品質な積層体を安定して製造することができる。
　このとき、前記基体として厚さが５０μｍ以上５０００μｍ以下のものを用いることが好ましい。
　このようにすれば、前記基体の温度維持がより容易になるので、さらに膜厚の厚い積層体の形成が可能になる。
　このとき、前記基体として単結晶のものを用いることが好ましい。
　このようにすれば、さらに高品質な積層体とすることができる。
　このとき、前記基体をステージに載置するステップが、前記基体を前記ステージの真空固定するステップをさらに含み、前記真空の真空度が８０ｋＰａ以下であることが好ましい。
　このようにすれば、基体の保持と加熱を安定的行えるため、さらに高品質な積層体とすることができる。
　また、本発明は、コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造装置であって、
　基体を載置するステージと、
　前記基体を加熱する加熱手段と、
　成膜用原料溶液を霧化する霧化手段と、
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を前記基体に供給する混合気供給手段を含み、
　前記ステージにおける前記基体との接触面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下である積層体の製造装置を提供する。
　このような製造装置であれば、膜厚を大きくした場合であっても、結晶配向性に優れた、高品質なコランダム型結晶構造を有する半導体膜を含む積層体を安定して製造可能となる。また、基板裏面による搬送系や基板キャリアへのダメージが大幅に軽減されるため、装置内での発塵が抑制されることに加え、搬送系や基板キャリアの材質の自由度が大きくなるので、高品質なコランダム型結晶構造を有する半導体膜を含む積層体をより安定して安価に製造可能となる。
　このとき、前記ステージにおける前記基体との接触面のうねりＷａが５０μｍ以下であることが好ましい。
　このようにすれば、基体との接触面積が増加することで熱伝導が向上し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくならず半導体膜の結晶配向性が低下しないため、高品質な積層体を安定して製造することができる。
　また、本発明は、積層体であって、
　基体と、前記基体の第１主表面上に直接又は別の層を介してコランダム型結晶構造を有する半導体膜とを備え、前記基体の第１主表面の反対面となる第２主表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下のものである積層体を提供する。
　このような積層体は、コランダム型結晶構造を有する、高品質かつ半導体膜装置の製造に適した積層体である。
　このとき、前記基体の厚さが５０μｍ以上５０００μｍ以下のものであることが好ましい。
　このようにすれば、前記基体の温度維持が容易になるので、さらに膜厚の厚い積層体とすることができるものとなる。
　このとき、前記基体が、単結晶のものであることが好ましい。
　このようにすれば、さらに高品質な積層体とすることができる。
　このとき、前記半導体膜は、膜厚が１μｍ以上のものであることが好ましい。
　このような積層体とすれば、半導体装置の設計自由度のより高い積層体とすることができる。
　また、本発明は、半導体装置であって、半導体層と電極とを少なくとも含み、前記半導体層として、上記積層体の少なくとも一部を含む半導体装置を提供する。
　これにより、高性能な半導体装置を提供することができる。
　以上のように、本発明によれば、高品質なコランダム型結晶薄膜の厚膜を安定して形成可能な積層体の製造方法を提供できる。また、本発明によれば、結晶配向性に優れた高品質かつ半導体装置製造に適した積層体を提供できる。また、本発明によれば高性能な半導体装置を提供できる。
本発明に係る成膜方法に用いる成膜装置の一形態を示した図である。 本発明に係る積層体の一形態を説明する図である。 本発明に係る半導体装置の一形態を説明する図である。
　上述のように、結晶配向性に優れ高品質なコランダム型結晶薄膜を含む厚膜を安定して形成可能な積層体の製造方法、ならびに高品質かつ半導体装置の製造に適した積層体が求められていた。
　本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、このような問題は、酸化ガリウム系薄膜の熱伝導度が低いこと、およびミストＣＶＤでの成膜が低温の液滴を介して行われることにより、成長中の膜表面で比較的大きな温度低下が生じることに起因していると考えた。そこで、基体をステージに載置するステップと、前記基体を加熱するステップと、成膜用原料溶液を霧化するステップと、前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成するステップと、前記混合気を前記基体に供給して成膜を行うステップを含み、前記ステージにおける前記基体との接触面と、前記基体における前記ステージとの接触面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とすることにより、結晶性が高く、十分な膜厚を有するコランダム型結晶薄膜を含む積層体が得られることを見出し、本発明を完成した。
　即ち、本発明は、コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造方法であって、
　基体をステージに載置するステップと、
　前記基体を加熱するステップと、
　成膜用原料溶液を霧化するステップと、
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成するステップと、
　前記混合気を前記基体に供給して成膜を行うステップと
を含み、
　前記ステージにおける前記基体との接触面及び、前記基体における前記ステージとの接触面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とする積層体の製造方法である。
　また、本発明者らは、コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造装置であって、
　基体を載置するステージと、
　前記基体を加熱する加熱手段と、
　成膜用原料溶液を霧化する霧化手段と、
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を前記基体に供給する混合気供給手段を含み、
　前記ステージにおける前記基体との接触面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下である積層体の製造装置とすることで、高品質かつ半導体装置製造に適した積層体を製造可能な装置となることを見出し、本発明を完成した。
　また、本発明者らは、積層体であって、
　基体と、前記基体の第１主表面上に直接又は別の層を介してコランダム型結晶構造を有する半導体膜とを備え、前記基体の第１主表面の反対面となる第２主表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下のものである積層体とすることで、高品質かつ半導体装置製造に適した積層体となることを見出し、本発明を完成した。
　以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　以下、図面を参照して説明する。
（積層体）
　図２は、本発明の積層体の一形態を説明する図である。本発明の積層体２００は基体２０１と、基体２０１の上に直接形成された下地層２０２とコランダム構造を有する結晶層２０３で構成されている。前記基体２０１は第１主表面２０１ａとその反対面となる第２主表面２０１ｂを有し、前記第２主表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下である。結晶層２０３が本発明の積層体の半導体膜に相当する。
　基体２０１は、第１主表面とその反対面となる第２主表面を有し、形成する膜を支持できるものであれば特に限定されず、後述する図１の基体１３０と同様のものであってよい。特に単結晶のものが好ましい。
　また基体２０１の形状としては、第１主表面とその反対面となる第２主表面を有するものであればよく、例えば、平板や円板等の板状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、リング状などとしてよいが、好ましくは板状とするのが良い。本発明においては、膜を形成する基体の第１主表面の反対側に位置する第２主表面（裏面ともいう）の表面粗さＲａが０．５μｍ以下である。また、より好ましくは、うねりＷａｒｐ（以降Ｗａと表記する）が５０μｍ以下であるのが良い。表面粗さＲａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．１ｎｍ以上とすることができる。表面粗さＲａは、該主表面上の１つ以上の任意箇所において、測定長を例えば１０μｍ以上として測定されてよい。うねりＷａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．５μｍ以上とすることができる。うねりＷａは、基体２０１の形状に応じて適宜決定される該主表面上の１つ以上の任意直線上で測定されてよい。例えば、直径１０ｃｍの円板型の基体では、基体中心で直角に交わる２直線上における任意の長さを測定長とすることができる。尚、表面粗さＲａ及びうねりＷａは、触針法、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）法、あるいは光干渉法、共焦点法、焦点移動による画像合成法といったレーザー顕微鏡や共焦点顕微鏡を用いた非接触式の測定法による表面形状測定結果を用い、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づき算出して得た値をいう。このようなものは、高品質で基体第２主表面からの光照射による積層体の加工が可能なものであり、半導体装置の設計自由度が大きくなる。また、後述のように、平滑な基体載置面を有するステージと組み合わせて成膜することで、厚く成膜しても結晶配向性に優れた高品質の半導体膜を備えた積層体とすることができるものである。このような基体表面の平滑性は、例えばサファイアの場合、結晶を加工して得られた基板の表面を、ダイヤモンド砥粒でラップ加工し、その後さらにコロイダルシリカを用いた化学機械研磨（ＣＭＰ）により鏡面仕上げを施すことで容易に得られる。
　また、第１主表面である半導体膜形成面の面積が５ｃｍ２以上、より好ましくは１０ｃｍ２以上、かつ厚さが５０～５０００μｍ、より好ましくは１００～２０００μｍの基体が好適に使用できる。５０μｍ以上であれば半導体膜を支持することが容易であり、５０００μｍ以下であれば単に基体単価減になるだけでなく、半導体装置製造工程においてバッチ毎の処理枚数が増えることで生産性が向上する。
　結晶層２０３は、コランダム型結晶構造を有する半導体膜であれば特に限定されない。コランダム型結晶は金属酸化物結晶であるが、この金属として例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｉｒを主成分として含んでいてよい。また、結晶層２０３は、多結晶であってもよいが、単結晶であることが好ましい。結晶層２０３の組成は、この薄膜中に含まれる金属元素中のガリウム、インジウム、アルミニウムおよび鉄の合計の原子比が０．５以上であることが好ましく、金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上であることがより好ましい。また、これに加えてさらに膜厚を１μｍ以上とすると、より半導体装置に適した膜となるので好ましい。膜厚の上限値は特に限定されないが、例えば２０μｍ以下とすることができる。尚、積層体各層の膜厚は、成膜時間を調整することによって任意の膜厚とすることができる。
　また、結晶層２０３はドーパント元素を含んでいても良い。ドーパントは特に限定されず、スズ、シリコン、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブなどのｎ型ドーパントや、あるいは、銅、銀、コバルト、イリジウム、ロジウム、マグネシウム、ニッケル等のｐ型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、目的とする半導体装置の設計に応じて適宜調整されるが、例えば１×１０１６／ｃｍ３～１×１０２２／ｃｍ３であってよい。
　下地層２０２は、例えば結晶層２０３とは別の組成のコランダム構造を有する半導体膜や、コランダム構造以外の結晶薄膜、あるいはアモルファス薄膜であってよい。
　また下地層２０２は、目的に応じて、たとえば基体２０１と結晶層２０３間の格子不整合や熱応力を緩和するための応力緩和層としてもよいし、後の工程で基体２０１から結晶層２０３を剥離するための犠牲層としてもよい。応力緩和層としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３基板上にα－Ｇａ２Ｏ３膜を形成する場合、下地層（応力緩和層）２０２として、例えば、（ＡｌｘＧａ１－ｘ）２Ｏ３（０≦ｘ≦１）を形成し、基体２０１側から結晶層２０３側へ向かってｘの値を小さくしていくのが良い。また、犠牲層としては、バンドギャップが結晶層２０３よりも小さい材料や、水、酸、アルカリなどの溶液やアルコール類、ケトン類に可溶な特性をもつものが好適に用いられ、例えばＳｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｉｒを含む酸化物の結晶膜またはアモルファス膜であってよく、より好ましくはＦｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｎｉ２Ｏ３、Ｒｈ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｒ２Ｏ３あるいはこれらの混晶が好ましい。また、下地層２０２はドーパントを含んでいても良いし、含んでいなくても良い。
　尚、図２では基体２０１の上に下地層２０２と結晶層２０３がそれぞれ１層ずつ形成されている例を示しているが、本発明はこれに限らず、下地層２０２と結晶層２０３はどちらかあるいは両方が複数層形成されていてもよい。また結晶層２０３は、下地層２０２を形成せず、基体２０１上に直接形成してもよい。また、図には示していないが、結晶層２０３の上にさらに結晶質または非晶質の導電体層や絶縁体層などを積層してもよい。
　本発明の積層体においては、半導体膜または半導体膜を含む積層体を基体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よい。剥離手段の方法としては、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、超音波振動など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、光吸収による膜の状態変化を利用して剥離する手段などが挙げられる。このようにして剥離された膜は、十分な膜厚がある場合には、自立膜とすることもできる。
（半導体装置）
　本発明の半導体装置は、半導体層と電極とを少なくとも含み、前記半導体層として、上記積層体の少なくとも一部を含むことができる。
　本発明の積層体における半導体膜は、結晶配向性が良好で、電気特性に優れており、工業的に有用なものである。このような積層体は、半導体装置等に好適に用いることができ、とりわけ、パワーデバイスに有用である。また、積層体の一部として形成された半導体膜をそのままの状態（積層体の状態）で用いてもよいし、前記基体等から公知の方法により剥離等した後に、半導体装置等に適用してもよい。
　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、本発明の積層体の少なくとも一部は、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。特に、本発明の積層体の少なくとも一部は、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）、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）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）などが挙げられる。
　なお、本発明の積層体を用いた半導体装置において、仕様や目的に応じて、さらに他の層（例えば絶縁体層や導体層）などが含まれていてもよいし、また、下地層は適宜、追加、省略してもよい。
　本発明の積層体を用いた半導体装置の好適な例を図３に示す。図３は、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の一例である。ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）３００は、相対的に低濃度のドーピングを施したｎ－型半導体層３０１ａ、相対的に高濃度のドーピングを施したｎ＋型半導体層３０１ｂ、ショットキー電極３０２及びオーミック電極３０３を備えている。このうち、ｎ－型半導体層３０１ａ及びｎ＋型半導体層３０１ｂが本発明の積層体の一部を用いたものである。
　ショットキー電極３０２及びオーミック電極３０３の材料は、公知の電極材料であってもよく、前記電極材料としては、例えば、アルミニウム、モリブデン、コバルト、ジルコニウム、スズ、ニオブ、鉄、クロム、タンタル、チタン、金、プラチナ、バナジウム、マンガン、ニッケル、銅、ハフニウム、タングステン、イリジウム、亜鉛、インジウム、パラジウム、ネオジムもしくは銀等の金属又はこれらの合金、酸化銀、酸化錫、酸化亜鉛、酸化レニウム、酸化インジウム、酸化インジウム錫（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、ポリチオフェン又はポリピロ－ルなどの有機導電性化合物、又はこれらの混合物並びに積層体などが挙げられる。
　ショットキー電極３０２及びオーミック電極３０３の形成は、例えば、真空蒸着法又はスパッタリング法などの公知の手段により行うことができる。より具体的には、例えば、前記金属のうち２種類の第１の金属と第２の金属とを用いてショットキー電極を形成する場合、第１の金属からなる層と第２の金属からなる層を積層させ、第１の金属からなる層及び第２の金属からなる層に対して、フォトリソグラフィの手法を利用したパターニングを施すことにより形成することができる。
　ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）３００に逆バイアスが印加された場合には、空乏層（図示せず）がｎ－型半導体層３０１ａの中に広がるため、高耐圧のＳＢＤとなる。また、順バイアスが印加された場合には、オーミック電極３０３からショットキー電極３０２へ電子が流れる。したがって、本発明に係るＳＢＤは、高耐圧・大電流用に優れており、スイッチング速度も速く、耐圧性・信頼性にも優れている。
（成膜装置）
　以下、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の積層体の製造に好適に用いられる成膜装置の構成の一形態を説明する図である。本発明の積層体の製造に好適に用いられる成膜装置１００は、少なくとも、成膜用原料溶液１２１を霧化して成膜用原料ミスト１２２を形成する原料容器１２０と、成膜用原料ミスト１２２を基体１３０に供給して基体１３０上に膜を形成する成膜室１３１と、基体１３０を載置するステージ１３５と、ステージ１３５を加熱する加熱手段１３２を具備する。成膜装置１００は、さらに、キャリアガス供給部１１１を具備し、キャリアガス供給部１１１、原料容器１２０、および成膜室１３１は配管１１３および１２４で接続されている。キャリアガス１５１と成膜用原料ミスト１２２は原料容器１２０で混合されて混合気１５２を形成し、成膜室１３１へ供給される。
　成膜用原料溶液１２１はミスト化が可能であれば特に限定されず、金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解あるいは分散させたものを用いることができる。また前記金属は、金属酸化物結晶としてコランダム構造を形成可能な金属であれば限定されず、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｉｒ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、ヨウ化金属塩といったハロゲン化塩が挙げられる。また、上記金属を塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸といったハロゲン化水素などに溶解した塩溶液として用いることもできる。錯体の形態としては、例えばアセチルアセトン錯体、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。また上記塩溶液にアセチルアセトンを混合することによってもアセチルアセトナート錯体を形成することもできる。
　成膜用原料溶液中の金属の含有量は、特に限定されず、目的に応じて適宜設定できる。好ましくは、０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上、２ｍｏｌ／Ｌ以下であり、より好ましくは０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上、０．７ｍｏｌ／Ｌ以下であるのがよい。
　また、成膜用原料溶液にはドーパントが含まれていてもよい。ドーパントは特に限定されず、スズ、シリコン、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブなどのｎ型ドーパントや、あるいは、銅、銀、コバルト、イリジウム、ロジウム、マグネシウム、ニッケル等のｐ型ドーパントなどが挙げられる。
　成膜用原料溶液１２１の霧化手段は、成膜用原料溶液１２１を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段が好ましい。超音波を用いて得られたミストまたは液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないため非常に好適である。液滴サイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度の液滴であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは０．１～１０μｍである。
　また、原料容器１２０は、成膜する材料などに応じて複数台を備えていても良い。またこの場合、複数の原料容器１２０から成膜室１３１へ供給される混合気１５２は、それぞれ独立して成膜室１３１に供給されても良いし、配管１２４中、あるいは混合用の容器（不図示）などを別途設けて混合しても良い。
　原料容器１２０は成膜用原料溶液１２１を直接的または間接的に温度調整する温度制御手段（不図示）をさらに具備していて良い。成膜用原料溶液１２１の温度は、霧化が可能な温度であれば特に限定されないが、好ましくは１０℃から９０℃であるのがよく、より好ましくは２０℃から５０℃とするのが良い。このようにすることで、基体１３０の膜形成面における温度低下が緩和され、より良好な成膜が可能になる。一方９０℃を超えると、成膜用原料ミスト１２２の気化が促進され、成膜での収率が低下したり、膜表面に欠陥を導入したりする。
　キャリアガス供給部１１１は、キャリアガス１５１を供給する。キャリアガス１５１の種類は特に限定されず、窒素やアルゴンといった不活性ガスの他、空気、酸素、オゾン、あるいは水素やフォーミングガスといった還元ガスを用いることもできるし、これらのガスを複数混合して用いることもできる。キャリアガスの流量は、基体サイズや成膜室の大きさにより適宜設定すればよく、例えば０．０１～１００Ｌ／分程度とすることができる。
　また、キャリアガス供給部１１１は、空気圧縮機や各種ガスボンベまたは窒素ガス分離機などでもよく、また、ガスの供給流量を制御する機構を備えることもできる。
　配管１１３、１２４は成膜用原料溶液１２１や成膜室１３１内外における温度などに対して十分な安定性を持つものであれば特に限定されず、石英の他、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂などといった一般的な樹脂製の配管を広く用いることができる。
　また、図には示していないが、キャリアガス供給部１１１から原料容器１２０を介さない配管を別途配管１２４に接続し、混合気１５２へさらに希釈ガスを添加し、成膜用原料ミスト１２２とキャリアガス１５１の割合を調節することも可能である。希釈ガスの流量は適宜設定すればよく、例えばキャリアガスの０．１～１０倍／分とすることができる。希釈ガスは、例えば原料容器１２０の下流側へ供給するとよい。希釈ガスはキャリアガス１５１と同じものを用いても良いし、異なるものを用いても良い。
　成膜室１３１には、配管１２４に連結され、混合気１５２を成膜室１３１内に供給する供給管１３４が設置されている。供給管１３４は、たとえば石英やガラス、あるいは樹脂製のチューブ等を使用することができる。また供給管１３４からのミスト供給に影響を及ぼさない位置に排ガスの排気口１３３を設けていて良い。
　成膜室１３１の構造や材質等は特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属を用いて良いし、より高温で成膜を行う場合には石英や炭化シリコンまたはガラスを用いても良い。
　成膜室１３１の底部にはステージ１３５が設置されており、ステージ１３５には基体１３０が載置されている。ステージ１３５は加熱手段１３２を備えており、ステージ１３５が加熱されることにより基体１３０が加熱される。基体１３０の加熱は、使用する成膜用原料ミスト１２２や成膜条件により適宜調整されるが、一般に１２０℃～６００℃の範囲とすることができる。
　ステージ１３５の材料は、成膜に用いる原料や加熱温度などのプロセス条件に応じて適宜選択されれば良く、例えばステンレス、ハステロイ、真鍮、銅、グラファイトなどの他、炭化ケイ素、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックが好適に用いられる。また、加熱手段１３２には公知の加熱手段が適用でき、抵抗加熱、電磁誘導加熱、あるいはランプ加熱などが好適に用いられる。また、基体１３０への熱伝導を高めるため、ステージ１３５の基体載置面の表面粗さＲａは０．５μｍ以下である。また、より好ましくは、うねりＷａが５０μｍ以下であるのが良い。表面粗さＲａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．１ｎｍ以上とすることができる。Ｒａが０．５μｍを超えると基体１３０との接触面積が減少することで熱伝導が悪化し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくなって半導体膜の結晶配向性が低下する。表面粗さＲａは、該載置面上の１つ以上の任意箇所において、測定長を例えば２０μｍ以上として測定されてよい。うねりＷａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．５μｍ以上とすることができる。Ｗａが５０μｍ以下であれば、基体１３０との接触面積が増加することで熱伝導が向上し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくならず半導体膜の結晶配向性が低下しない。うねりＷａは、該載置面の形状に応じて適宜決定される該載置面上の１つ以上の任意直線上で測定されてよい。例えば、該載置面が円形である場合、該円の中心で直角に交わる２直線上において、該円の直径を測定長とすることができる。尚、表面粗さＲａ及びうねりＷａは、触針法、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）法、あるいは光干渉法、共焦点法、焦点移動による画像合成法といったレーザー顕微鏡や共焦点顕微鏡を用いた非接触式の測定法による表面形状測定結果を用い、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づき算出して得た値をいう。
　またステージ１３５は、図には示していない基体固定機構をさらに備えていて良い。この場合、真空チャックや静電チャックあるいはメカクランプなど、公知の基体固定機構が好適に用いられるが、好ましくは真空チャックを用いるのが良い。この場合の真空度は、基体の保持と加熱を安定的に行うために、真空度を８０ｋＰａ以下とするのが良い。また該真空度は低ければ低いほど良いが、一方で真空ポンプが大型化するため、コストの面から１ｋＰａ以上とすることができる。
（積層体の製造装置）
　また、本発明は、コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造装置であって、
　基体を載置するステージと、
　前記基体を加熱する加熱手段と、
　成膜用原料溶液を霧化する霧化手段と、
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を前記基体に供給する混合気供給手段を含み、
　前記ステージにおける前記基体との接触面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下である積層体の製造装置である。
　本発明においては、前記ステージにおける前記基体との接触面のうねりＷａが５０μｍ以下であることが好ましい。うねりＷａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．５μｍ以上とすることができる。Ｗａが５０μｍ以下であれば、基体１３０との接触面積が増加することで熱伝導が向上し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくならず半導体膜の結晶配向性が低下しない。うねりＷａは、該載置面の形状に応じて適宜決定される該載置面上の１つ以上の任意直線上で測定されてよい。例えば、該載置面が円形である場合、該円の中心で直角に交わる２直線上において、該円の直径を測定長とすることができる。
（積層体の製造方法）
　また、本発明は、コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造方法であって、
　基体をステージに載置するステップと、
　前記基体を加熱するステップと、
　成膜用原料溶液を霧化するステップと、
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成するステップと、
　前記混合気を前記基体に供給して成膜を行うステップと
を含み、
　前記ステージにおける前記基体との接触面及び、前記基体における前記ステージとの接触面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とする積層体の製造方法である。
　本発明においては、基体として半導体膜を形成する第１主表面の反対側に位置する第２主表面（裏面ともいう）の表面粗さＲａが０．５μｍ以下のものを用いる。第２主表面とは即ち、基体１３０がステージ１３５の載置面と接触する面であり、前記第２主表面の表面粗さＲａが０．５μｍを超えるとステージ１３５の基体載置面との接触面積が減少することで熱伝導が悪化し、原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくなって半導体膜の結晶配向性が低下する。ここで、基体１３０の形状としては、第１主表面と第１主表面の反対側に位置する第２主表面を有するものであればよく、例えば、平板や円板等の板状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、リング状などとしてよいが、好ましくは板状とするのが良い。
　基体１３０は、形成する半導体膜を支持できるものであれば特に限定されない。基体１３０の材料も、特に限定されず、公知のものであってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。例えば、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、鉄やアルミニウム、ステンレス鋼、金等の金属や、石英、ガラス、炭酸カルシウム、酸化ガリウム、ＺｎＯ等が挙げられるが、特に単結晶基板が好ましく、ＧａＮ、ＳｉＣ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、シリコン、サファイア、α型酸化ガリウムの単結晶基板を用いるとより結晶配向性の良好な積層体が得られやすくなるので好ましい。
　また、半導体膜形成面の面積が５ｃｍ２以上、より好ましくは１０ｃｍ２以上、かつ厚さが５０～５０００μｍ、より好ましくは１００～２０００μｍの基体が好適に使用できる。５０μｍ以上であれば半導体膜を支持することが容易であり、５０００μｍ以下であれば成膜用原料ミストによる基体表面の温度低下が著しくならず、半導体膜の結晶配向性が低下しない。
　また、基体１３０への熱伝導を高めるため、ステージ１３５の基体載置面の表面粗さＲａは０．５μｍ以下とする。また、より好ましくは、うねりＷａが５０μｍ以下であるのが良い。表面粗さＲａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．１ｎｍ以上とすることができる。表面粗さＲａが０．５μｍを超えると基体１３０との接触面積が減少することで熱伝導が悪化し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくなって半導体膜の結晶配向性が低下する。表面粗さＲａは、該載置面上の１つ以上の任意箇所において、測定長を例えば２０μｍ以上として測定されてよい。うねりＷａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．５μｍ以上とすることができる。Ｗａが５０μｍ以下であれば、基体１３０との接触面積が増加することで熱伝導が向上し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくならず半導体膜の結晶配向性が低下しない。うねりＷａは、該載置面の形状に応じて適宜決定される該載置面上の１つ以上の任意直線上で測定されてよい。例えば、該載置面が円形である場合、該円の中心で直角に交わる２直線上において、該円の直径を測定長とすることができる。尚、表面粗さＲａ及びうねりＷａは、触針法、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）法、あるいは光干渉法、共焦点法、焦点移動による画像合成法といったレーザー顕微鏡や共焦点顕微鏡を用いた非接触式の測定法による表面形状測定結果を用い、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づき算出して得た値をいう。そして、このようなステージと上記のような第２主表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下の基体を組み合わせることで、厚く成膜した場合でも結晶性配向性に優れた高品質な積層体を得ることができる。このとき前記半導体膜の膜厚は、１μｍ以上とすることが好ましい。
　基体をステージに載置するステップにおいて、基体をステージに載置する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。またステージ１３５は、図には示していない基体固定機構をさらに備えていて良い。この場合、真空チャックや静電チャックあるいはメカクランプなど、公知の基体固定機構が好適に用いられる。が、好ましくは真空チャックを用いるのが良い。この場合の真空度は、基体の保持と加熱を安定的に行うために、真空度を８０ｋＰａ以下とするのが良い。また該真空度は低ければ低いほど良いが、一方で真空ポンプが大型化するため、コストの面から１ｋＰａ以上とすることができる。
　前記基体を加熱するステップにおいて、加熱方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができるが、特に前記ステージを加熱することが好ましい。また、加熱温度は特に限定されない。
　成膜用原料溶液を霧化するステップにおいて、成膜用原料溶液を霧化する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができ、好ましくは超音波を用いる方法である。成膜用原料溶液は霧化が可能であれば特に限定されず、金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解あるいは分散させたものを用いることができる。
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成するステップにおいて、霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。キャリアガスの種類は特に限定されず、窒素やアルゴンといった不活性ガスの他、空気、酸素、オゾン、あるいは水素やフォーミングガスといった還元ガスを用いることもできるし、これらのガスを複数混合して用いることもできる。
　前記混合気を前記基体に供給して成膜を行うステップにおいて、混合気を基体に供給する方法や成膜を行う方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
　このような積層体の製造方法であれば、結晶配向性に優れ高品質なコランダム型結晶構造を有する半導体膜の厚膜を安定して形成可能な積層体の製造方法を提供できる。
（積層体の製造システム）
　また、本発明は、コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造システムであって、
　基体をステージに載置する機構と、
　前記基体を加熱する機構と、
　成膜用原料溶液を霧化する機構と、
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成する機構と、
　前記混合気を前記基体に供給して成膜を行う機構と
を含み、
　前記ステージにおける前記基体との接触面及び、前記基体における前記ステージとの接触面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とする積層体の製造システムである。
　本発明においては、基体として半導体膜を形成する第１主表面の反対側に位置する第２主表面（裏面ともいう）の表面粗さＲａが０．５μｍ以下のものを用いる。第２主表面とは即ち、基体１３０がステージ１３５の載置面と接触する面であり、前記第２主表面の表面粗さＲａが０．５μｍを超えるとステージ１３５の基体載置面との接触面積が減少することで熱伝導が悪化し、原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくなって半導体膜の結晶配向性が低下する。ここで、基体１３０の形状としては、第１主表面と第１主表面の反対側に位置する第２主表面を有するものであればよく、例えば、平板や円板等の板状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、リング状などとしてよいが、好ましくは板状とするのが良い。
　基体１３０は、形成する半導体膜を支持できるものであれば特に限定されない。基体１３０の材料も、特に限定されず、公知のものであってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。例えば、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、鉄やアルミニウム、ステンレス鋼、金等の金属や、石英、ガラス、炭酸カルシウム、酸化ガリウム、ＺｎＯ等が挙げられるが、特に単結晶基板が好ましく、ＧａＮ、ＳｉＣ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、シリコン、サファイア、α型酸化ガリウムの単結晶基板を用いるとより結晶配向性の良好な積層体が得られやすくなるので好ましい。
　また、半導体膜形成面の面積が５ｃｍ２以上、より好ましくは１０ｃｍ２以上、かつ厚さが５０～５０００μｍ、より好ましくは１００～２０００μｍの基体が好適に使用できる。５０μｍ以上であれば半導体膜を支持することが容易であり、５０００μｍ以下であれば成膜用原料ミストによる基体表面の温度低下が著しくならず、半導体膜の結晶配向性が低下しない。
　また、基体１３０への熱伝導を高めるため、ステージ１３５の基体載置面の表面粗さＲａは０．５μｍ以下とする。また、より好ましくは、うねりＷａが５０μｍ以下であるのが良い。表面粗さＲａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．１ｎｍ以上とすることができる。表面粗さＲａが０．５μｍを超えると基体１３０との接触面積が減少することで熱伝導が悪化し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくなって半導体膜の結晶配向性が低下する。表面粗さＲａは、該載置面上の１つ以上の任意箇所において、測定長を例えば２０μｍ以上として測定されてよい。うねりＷａは小さければ小さいほど好ましく、下限値は特に限定されないが、例えば０．５μｍ以上とすることができる。Ｗａが５０μｍ以下であれば、基体１３０との接触面積が増加することで熱伝導が向上し、成膜用原料ミストによる成膜中の基体表面の温度低下が著しくならず半導体膜の結晶配向性が低下しない。うねりＷａは、該載置面の形状に応じて適宜決定される該載置面上の１つ以上の任意直線上で測定されてよい。例えば、該載置面が円形である場合、該円の中心で直角に交わる２直線上において、該円の直径を測定長とすることができる。尚、表面粗さＲａ及びうねりＷａは、触針法、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）法、あるいは光干渉法、共焦点法、焦点移動による画像合成法といったレーザー顕微鏡や共焦点顕微鏡を用いた非接触式の測定法による表面形状測定結果を用い、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づき算出して得た値をいう。そして、このようなステージと上記のような第２主表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下の基体を組み合わせることで、厚く成膜した場合でも結晶性配向性に優れた高品質な積層体を得ることができる。このとき前記半導体膜の膜厚は、１μｍ以上とすることが好ましい。
　基体をステージに載置する機構において、基体をステージに載置する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。またステージ１３５は、図には示していない基体固定機構をさらに備えていて良い。この場合、真空チャックや静電チャックあるいはメカクランプなど、公知の基体固定機構が好適に用いられる。が、好ましくは真空チャックを用いるのが良い。この場合の真空度は、基体の保持と加熱を安定的に行うために、真空度を８０ｋＰａ以下とするのが良い。また該真空度は低ければ低いほど良いが、一方で真空ポンプが大型化するため、コストの面から１ｋＰａ以上とすることができる。
　前記基体を加熱する機構において、加熱方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができるが、特に前記ステージを加熱することが好ましい。また、加熱温度は特に限定されない。
　成膜用原料溶液を霧化する機構において、成膜用原料溶液を霧化する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができ、好ましくは超音波を用いる方法である。成膜用原料溶液は霧化が可能であれば特に限定されず、金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解あるいは分散させたものを用いることができる。
　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成する機構において、霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。キャリアガスの種類は特に限定されず、窒素やアルゴンといった不活性ガスの他、空気、酸素、オゾン、あるいは水素やフォーミングガスといった還元ガスを用いることもできるし、これらのガスを複数混合して用いることもできる。
　前記混合気を前記基体に供給して成膜を行う機構において、混合気を基体に供給する方法や成膜を行う方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
　このような積層体の製造方法であれば、結晶配向性に優れ高品質なコランダム型結晶構造を有する半導体膜の厚膜を安定して形成可能な積層体の製造方法を提供できる。
　以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
　図１に示した成膜装置を用いて、α－酸化ガリウムの成膜を行った。
　成膜用霧化手段には、石英製の原料容器と２基の超音波振動子（周波数２．４ＭＨｚ）を備えた霧化装置を使用した。成膜室は石英製で、石英製の供給管と、炭化ケイ素製のホットプレートをステージとして備えたものを用いた。ステージの基体載置面における面粗さＲａは０．０５μｍであり、うねりＷａは４．３μｍであった。また、キャリアガス供給には窒素ガスが充填されたガスボンベを使用した。ガスボンベと成膜用霧化装置をウレタン樹脂製チューブで接続し、さらに成膜用霧化装置と供給管を石英製の配管で接続した。
　次に、純水に３４％の塩酸を体積比で１％加えた溶液にガリウムアセチルアセトナートを０．１ｍｏｌ／Ｌの割合で混合し、スターラーで６０分間攪拌して溶解させ、成膜用原料溶液とした。
　次に、成膜用原料溶液を原料容器に充填し、超音波振動子により超音波伝播水を通じて原料容器内の成膜用原料溶液に超音波振動を伝播させて、成膜用原料溶液を霧化（ミスト化）した。またこのとき、上記超音波伝播水を温度調整し、成膜用原料溶液を３５℃に保った。
　次に、直径１０ｃｍ（４インチ）、厚さ０．６ｍｍ、裏面の面粗さＲａが０．０５μｍおよびうねりＷａが１．９μｍのｃ面サファイア基板（基体）を、ステージの載置面に載置し、真空ポンプで２０ｋＰａに減圧して固定した。この後、ステージ表面の温度が５００℃になるようにステージを加熱した。
　次に、原料容器に窒素ガスを５Ｌ／ｍｉｎの流量で加え、成膜室にミストと窒素ガスの混合気を３０分間供給して成膜を行った。この直後、窒素ガスの供給を停止し、成膜室への混合気供給を停止した。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、さらにＸ線回折のロッキングカーブ測定により半値幅を評価した。また偏光解析法により結晶層の膜厚を測定した。
（実施例２）
　ステージにおける基体載置面の面粗さＲａを０．４５μｍおよび基体裏面の面粗さＲａを０．４１μｍとした以外は実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（実施例３）
　成膜室への混合気供給時間を１５０分間としたこと以外は、実施例２と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（実施例４）
　基板固定の真空度を７５ｋＰａとしたこと以外は、実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（比較例１）
　ステージにおける基体載置面の面粗さＲａを０．６０μｍとした以外は実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（比較例２）
　基体裏面の面粗さＲａを０．６２μｍとした以外は実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（比較例３）
　基体裏面の面粗さＲａを０．６２μｍとし、さらに成膜室への混合気供給時間を１５０分間としたこと以外は実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（比較例４）
　基体裏面の面粗さＲａを０．６２μｍとし、さらに基板固定の真空度を９５ｋＰａとしたこと以外は実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（実施例５）
　基体裏面のうねりＷａを４５．８μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（実施例６）
　ステージ載置面のうねりＷａを４８．２μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（実施例７）
　基体裏面のうねりＷａを４７．７μｍとし、ステージ載置面のうねりＷａを４８．２μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（実施例８）
　ステージ載置面のうねりＷａを５９．７μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
（実施例９）
　基体裏面のうねりＷａを５２．１μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に成膜を行った。
　作製した積層体の結晶層は、Ｘ線回折測定によりα－Ｇａ２Ｏ３であることが確認された。
　この後、実施例１と同様に結晶層の半値幅及び膜厚を評価した。
　実施例１～９及び比較例１～４において得られた結晶層の膜厚およびロッキングカーブ半値幅を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より、実施例１～９に示されるように、本発明の積層体の製造方法に係る成膜装置は、１μｍを超える膜厚と、低い半値幅（高い結晶配向性）を両立した高品質な結晶層（半導体膜）を作製することのできる優れたものであることが分かる。一方、ステージ載置面か基体裏面のいずれかの表面粗さＲａが０．５μｍを超えたものを用いた比較例１～４では半値幅が増大し、さらに成長速度が増大（結晶配向性が低下）する傾向が見られた。膜表面での温度低下により、異常な膜成長が生じた結果と考えられる。
　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 (13)

  1. 　コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造方法であって、
    　基体をステージに載置するステップと、
    　前記基体を加熱するステップと、
    　成膜用原料溶液を霧化するステップと、
    　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を形成するステップと、
    　前記混合気を前記基体に供給して成膜を行うステップと
    を含み、
    　前記ステージにおける前記基体との接触面及び、前記基体における前記ステージとの接触面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とすることを特徴とする積層体の製造方法。
  2. 　前記ステージにおける前記基体との接触面及び、前記基体における前記ステージとの接触面のうねりＷａを５０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の積層体の製造方法。
  3. 　前記基体を加熱するステップにおいて、前記ステージを加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層体の製造方法。
  4. 　前記基体として厚さが５０μｍ以上５０００μｍ以下のものを用い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項に記載の積層体の製造方法。
  5. 　前記基体として単結晶のものを用い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項に記載の積層体の製造方法。
  6. 　前記基体をステージに載置するステップが、前記基体を前記ステージの真空固定するステップをさらに含み、前記真空の真空度が８０ｋＰａ以下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項に記載の積層体の製造方法。
  7. 　コランダム型結晶構造を有する半導体膜を備える積層体の製造装置であって、
    　基体を載置するステージと、
    　前記基体を加熱する加熱手段と、
    　成膜用原料溶液を霧化する霧化手段と、
    　前記霧化された成膜用原料溶液とキャリアガスを混合させて混合気を前記基体に供給する混合気供給手段を含み、
    　前記ステージにおける前記基体との接触面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下であることを特徴とする積層体の製造装置。
  8. 　前記ステージにおける前記基体との接触面のうねりＷａが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の積層体の製造装置。
  9. 　積層体であって、
    　基体と、前記基体の第１主表面上に直接又は別の層を介してコランダム型結晶構造を有する半導体膜とを備え、前記基体の第１主表面の反対面となる第２主表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以下のものであることを特徴とする積層体。
  10. 　前記基体の厚さが５０μｍ以上５０００μｍ以下のものであることを特徴とする請求項９に記載の積層体。
  11. 　前記基体が、単結晶のものであることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の積層体。
  12. 　前記半導体膜は、膜厚が１μｍ以上のものであることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の積層体。
  13. 　半導体装置であって、半導体層と電極とを少なくとも含み、前記半導体層として、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の積層体の少なくとも一部を含むことを特徴とする半導体装置。
PCT/JP2022/015913 2021-04-07 2022-03-30 積層体の製造方法、積層体の製造装置、積層体及び半導体装置 WO2022215621A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023512978A JPWO2022215621A1 (ja) 2021-04-07 2022-03-30
EP22784605.2A EP4321657A1 (en) 2021-04-07 2022-03-30 Method for manufacturing layered body, device for manufacturing layered body, layered body, and semiconductor device
CN202280026055.2A CN117098879A (zh) 2021-04-07 2022-03-30 层叠体的制造方法、层叠体的制造装置、层叠体以及半导体装置
KR1020237033715A KR20230165241A (ko) 2021-04-07 2022-03-30 적층체의 제조방법, 적층체의 제조장치, 적층체 및 반도체장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021065332 2021-04-07
JP2021-065332 2021-04-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022215621A1 true WO2022215621A1 (ja) 2022-10-13

Family

ID=83545528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/015913 WO2022215621A1 (ja) 2021-04-07 2022-03-30 積層体の製造方法、積層体の製造装置、積層体及び半導体装置

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4321657A1 (ja)
JP (1) JPWO2022215621A1 (ja)
KR (1) KR20230165241A (ja)
CN (2) CN218146932U (ja)
TW (2) TW202332813A (ja)
WO (1) WO2022215621A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024043134A1 (ja) * 2022-08-26 2024-02-29 信越化学工業株式会社 成膜方法、成膜装置、サセプター、及びα－酸化ガリウム膜

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006290676A (ja) * 2005-04-11 2006-10-26 Hitachi Cable Ltd Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体基板およびその製造方法
JP2012036013A (ja) * 2010-08-03 2012-02-23 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 結晶成長装置
JP2013028480A (ja) 2011-07-27 2013-02-07 Kochi Univ Of Technology ドーパントを添加した結晶性の高い導電性α型酸化ガリウム薄膜およびその生成方法
JP2014103364A (ja) * 2012-11-22 2014-06-05 Toyoda Gosei Co Ltd 化合物半導体の製造装置およびウェハ保持体
WO2014091968A1 (ja) * 2012-12-14 2014-06-19 日本碍子株式会社 単結晶製造方法、及び当該方法によって製造される単結晶
JP2015039033A (ja) * 2006-12-28 2015-02-26 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド サファイア基板
JP2020107636A (ja) 2018-12-26 2020-07-09 株式会社Flosfia 結晶性酸化物膜
JP2020174153A (ja) * 2019-04-12 2020-10-22 信越化学工業株式会社 酸化ガリウム半導体膜の製造方法
WO2020217564A1 (ja) * 2019-04-24 2020-10-29 日本碍子株式会社 半導体膜

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006290676A (ja) * 2005-04-11 2006-10-26 Hitachi Cable Ltd Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体基板およびその製造方法
JP2015039033A (ja) * 2006-12-28 2015-02-26 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド サファイア基板
JP2012036013A (ja) * 2010-08-03 2012-02-23 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 結晶成長装置
JP2013028480A (ja) 2011-07-27 2013-02-07 Kochi Univ Of Technology ドーパントを添加した結晶性の高い導電性α型酸化ガリウム薄膜およびその生成方法
JP2014103364A (ja) * 2012-11-22 2014-06-05 Toyoda Gosei Co Ltd 化合物半導体の製造装置およびウェハ保持体
WO2014091968A1 (ja) * 2012-12-14 2014-06-19 日本碍子株式会社 単結晶製造方法、及び当該方法によって製造される単結晶
JP2020107636A (ja) 2018-12-26 2020-07-09 株式会社Flosfia 結晶性酸化物膜
JP2020174153A (ja) * 2019-04-12 2020-10-22 信越化学工業株式会社 酸化ガリウム半導体膜の製造方法
WO2020217564A1 (ja) * 2019-04-24 2020-10-29 日本碍子株式会社 半導体膜

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024043134A1 (ja) * 2022-08-26 2024-02-29 信越化学工業株式会社 成膜方法、成膜装置、サセプター、及びα－酸化ガリウム膜

Also Published As

Publication number Publication date
TW202332813A (zh) 2023-08-16
KR20230165241A (ko) 2023-12-05
EP4321657A1 (en) 2024-02-14
CN218146932U (zh) 2022-12-27
TWM633935U (zh) 2022-11-11
CN117098879A (zh) 2023-11-21
JPWO2022215621A1 (ja) 2022-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7126085B2 (ja) 半導体装置
JP6916426B2 (ja) 積層構造体およびその製造方法、半導体装置ならびに結晶膜
JP2019036737A (ja) 剥離方法
JP7014355B2 (ja) 積層構造体および半導体装置
WO2022215621A1 (ja) 積層体の製造方法、積層体の製造装置、積層体及び半導体装置
JP2019046984A (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP7220257B2 (ja) 積層体、半導体装置、ミストｃｖｄ装置及び成膜方法
US20240177993A1 (en) Method for producing laminate, producing apparatus for laminate, laminate, and semiconductor device
TWI838287B (zh) 層積體、半導體裝置及層積體之製造方法
JP7078581B2 (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
JP7348777B2 (ja) 積層構造体の製造方法及び半導体装置の製造方法
JP7161456B2 (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
CN114302982A (zh) 层叠结构体及层叠结构体的制造方法
JP2021038118A (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

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: 22784605

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023512978

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280026055.2

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18285406

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022784605

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022784605

Country of ref document: EP

Effective date: 20231107