结晶膜、包括结晶膜的半导体装置以及制造结晶膜的方法制造方法及图纸

根据本发明专利技术主题的方面，结晶膜包括结晶金属氧化物作为主要组分，结晶膜包括刚玉结构、9μm

Crystalline films, semiconductor devices including crystalline films, and methods for manufacturing crystalline films

According to aspects of the subject matter of the present invention, the crystalline film includes crystalline metal oxide as the main component, and the crystalline film includes corundum structure and 9 micron.

【技术实现步骤摘要】
结晶膜、包括结晶膜的半导体装置以及制造结晶膜的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年8月21日提交的第2017-158306号、于2018年3月19日提交的第2018-050516号和于2018年6月26日提交的第2018-120457号的日本专利申请的优先权权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及结晶膜。而且，本公开涉及包括结晶膜的半导体装置。此外，本公开涉及用于制造结晶膜的方法。
技术介绍
作为背景，已知氧化镓(Ga2O3)具有五种不同的多晶型，包括α相、β相、γ相、δ相和相(参见NPL1：RustumRoy等，“PolymorphismofGa2O3andtheSystemGa2O3-H2O”)。在这五种多晶型中，β-Ga2O3被认为是热力学上最稳定的，并且α-Ga2O3被认为是亚稳定的。氧化镓(Ga2O3)表现出宽带隙并且作为半导体装置的潜在半导体材料吸引较多的关注。根据NPL2，建议氧化镓(Ga2O3)的带隙能够通过与铟和/或铝形成混合晶体来控制(参见NPL2：KentaroKANEKO，“Fabricationandphysicalpropertiesofcorundum-structuredalloysbasedongalliumoxide”，论文，京都大学，2013年3月，概述和内容于2014年1月31日对公众开放)。其中，由InXAlYGaZO3(0≤X≤2，0≤Y≤2，0≤Z≤2，X+Y+Z＝1.5至2.5)表示的InAlGaO类半导体是极具吸引力的材料(参见PCT国际公开号WO2014/050793A1)。。然而，由于β相是氧化镓的最稳定的相，因此难以在不使用合适的成膜方法的情况下形成亚稳定刚玉结构的氧化镓的结晶膜。而且，由熔融生长获得的块状基板不能用于为刚玉结构且亚稳定的α-Ga2O3。因此，具有与刚玉结构α-Ga2O3相同结构的蓝宝石基板用于在蓝宝石基板上形成α-Ga2O3，但是，蓝宝石和α-Ga2O3的晶格失配不小(Δa/a～4.5％，Δc/c～3.3％)，因此，在蓝宝石基板上异质外延生长的α-Ga2O3结晶膜倾向于包括高密度的位错。此外，还存在对加速成膜速度、提高α-相氧化镓的结晶膜和/或α-相氧化镓的混合晶体的结晶膜的质量、抑制晶体缺陷(包括发生裂缝、异常生长、晶体孪晶和/或结晶膜的弯曲)的进一步挑战。在这样的情况下，不间断地进行对刚玉结构的结晶半导体膜的研究。公开了一种使用镓和/或铟的溴化物或碘化物并通过使用雾化化学气相沉积(CVD)法来制造的氧化物结晶膜(参见日本专利公开号5397794)。而且，公开了多层结构包括刚玉结构的基板上的刚玉结构的半导体层和刚玉结构的绝缘层(参见日本专利公开号5343224和公开号5397795以及未审查的日本专利公开号JP2014-72533)。此外，公开了使用ELO基板通过雾化CVD法成膜和形成空隙(参见未审查的日本专利公开号2016-100592、公开号2016-98166、公开号2016-100593和公开号2016-155714)。而且，公开了通过卤化物气相外延(HVPE)方法形成刚玉结构的氧化镓膜。然而，在成膜速率或速度方面存在改进的空间，并且需要一种以足够的速度制造结晶膜的方法。而且，考虑到α-Ga2O3是亚稳定的，与稳定的β-Ga2O3的情况相比，在抑制缺陷密度的情况下更加难以形成α-Ga2O3膜和含有镓和一种或多种金属的结晶金属氧化物的结晶膜。因此，为了获得α-Ga2O3膜和含有镓和一种或多种金属的结晶金属氧化物的结晶膜，仍然存在各种应对挑战。
技术实现思路
根据本专利技术主题的第一方面，结晶膜含有结晶金属氧化物作为主要组分，并且结晶膜包括刚玉结构、9μm2或更大的表面积和小于5×106cm-2的位错密度。根据本专利技术主题的实施方式，9μm2或更大的表面积含有结晶金属氧化物的外延横向过生长层。建议结晶膜含有在至少垂直于面的方向上生长的结晶金属氧化物的外延横向过生长。根据本专利技术主题的第二方面，结晶膜含有结晶金属氧化物作为主要组分；以及至少在垂直于面的方向上生长的结晶金属氧化物的外延横向过生长。而且，公开了结晶金属氧化物含有镓、9μm2或更大的表面积和小于5×106cm-2的位错密度。此外，建议结晶金属氧化物可进一步含有选自铝、铟、铁、铬、钒、钛、铑、镍、钴和铱中的至少一种金属。根据结晶膜的实施方式，结晶膜的表面积可以是1mm2或更大。而且，根据结晶膜的实施方式，建议结晶膜可含有掺杂剂。根据本专利技术主题的第三方面，半导体装置包括结晶膜、与结晶膜电连接的第一电极和与结晶膜电连接的第二电极。根据本专利技术主题的第四方面，半导体装置包括含有结晶金属氧化物作为主要组分的结晶膜，并且该结晶膜具有小于5×106cm-2的位错密度。结晶膜具有9μm2或更大的表面积。半导体进一步包括与结晶膜电连接的第一电极、与结晶膜电连接的第二电极。结晶膜可进一步含有掺杂剂。根据本专利技术主题的第五方面，半导体装置包括结晶膜，该结晶膜包括结晶金属氧化物作为主要组分，以及在至少垂直于面的方向上生长的结晶金属氧化物的外延横向过生长层。根据本专利技术主题的第六方面，用于制造结晶膜的方法包括气化金属源以将金属源转化为含金属的原料气体；将含金属的原料气体和含氧的原料气体供应到反应室中到基板上，在该基板上布置包括至少一个掩膜和/或至少一个开口的不平坦部分；以及将反应气体供应到反应室中到基板上，以在反应气体的气流下在基板上的不平坦部分的至少一个开口处竖直、横向和/或径向地生长至少一个结晶金属氧化物岛，使得至少一个结晶金属氧化物岛形成结晶金属氧化物的外延横向过生长层。根据用于形成结晶膜的方法的实施方式，不平坦部分的至少一个开口可包括两个或更多个开口，并且至少一个岛可包括在两个或更多个开口处的两个或更多个结晶金属氧化物岛。根据用于制造结晶膜的方法的实施方式，两个或更多个结晶金属氧化物岛聚结以形成结晶金属氧化物的外延横向过生长层。而且，建议反应气体是蚀刻气体。根据本专利技术主题的用于制造结晶膜的方法的实施方式，反应气体可含有选自卤化氢和含有卤素和氢的基团中的至少一种。而且，根据本专利技术主题的用于制造结晶膜的方法的实施方式，不平坦部分的至少一个掩膜包括片状掩膜，该片状掩膜具有布置在基板的表面上的两个或更多个开口。基板上的片状掩膜的两个或更多个开口规则地布置在基板的表面上。建议在400℃至700℃范围内的温度下加热基板。而且，根据本专利技术主题的用于制造结晶膜的方法的实施方式，金属源含有镓源，并且含金属的原料气体含有含镓原料气体。建议气化金属源通过卤化金属源来进行。根据本专利技术主题的用于制造结晶膜的方法的实施方式，含氧的原料气体含有选自氧(O2)、水(H2O)和氧化亚氮(N2O)中的至少一种。而且，建议基板具有刚玉结构，并且结晶膜具有刚玉结构。根据本专利技术主题的用于制造结晶膜的方法的实施方式，基板可包括形成在基板的至少一个表面上的缓冲层，并且基板上的不平坦部分位于缓冲层上。建议通过使用雾化化学气相沉积(CVD)方法形成缓冲层。而且，建议所述在反应气体的气流下形成金属氧化物的结晶膜通过使用卤化物气相外延(HVPE)方法来进行。根据本专利技术主题的用于制造结晶膜的方法的实施方式，形成金属氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结晶膜，包括：作为主要组分的结晶金属氧化物；所述结晶膜包括刚玉结构、9μm2或更大的表面积和小于5×106cm‑2的位错密度。

【技术特征摘要】
2017.08.21 JP 2017-158306;2018.03.19 JP 2018-050511.一种结晶膜，包括：作为主要组分的结晶金属氧化物；所述结晶膜包括刚玉结构、9μm2或更大的表面积和小于5×106cm-2的位错密度。2.如权利要求1所述的结晶膜，其中：所述9μm2或更大的表面积包括所述结晶金属氧化物的外延横向过生长层。3.如权利要求1所述的结晶膜，其中：所述结晶膜包括在至少垂直于面的方向上生长的所述结晶金属氧化物的外延横向过生长。4.一种结晶膜，包括：作为主要组分的结晶金属氧化物；以及在至少垂直于面的方向上生长的所述结晶金属氧化物的外延横向过生长。5.如权利要求4所述的结晶膜，其中：所述结晶金属氧化物包括镓、9μm2或更大的表面积和小于5×106cm-2的位错密度。6.如权利要求5所述的结晶膜，其中：所述结晶金属氧化物进一步包括选自铝、铟、铁、铬、钒、钛、铑、镍、钴和铱中的至少一种金属。7.如权利要求1所述的结晶膜，其中：所述结晶膜包括掺杂剂。8.如权利要求5所述的结晶膜，其中：所述结晶膜包括掺杂剂。9.一种半导体装置，包括：如权利要求7所述的结晶膜；与所述结晶膜电连接的第一电极；以及与所述结晶膜电连接的第二电极。10.一种半导体装置，包括：如权利要求4所述的结晶膜。11.一种用于制造结晶膜的方法，包括：气化金属源以将所述金属源转化为含金属的原料气体；将所述含金属的原料气体和含氧的原料气体供应到反应室中到基板上，在该基板上布置包括至少一个掩膜和/或至少一个开口的不平坦部分；以及将反应气体供应到所述反应室中到所述基板上，以在所述反应气体的气流下在所述基板上的所述不平坦部分的所述至少一个开口处竖直、横向和/或径向地生长至少一个结晶金属氧化物岛，使得所述至少一个结晶金属氧化物岛形成结晶金属氧化物的外延横向过生长层。12.如权利要求11所述的方法，其中：所述反应气体是蚀刻气体。13.如权利要求11所述的方法，其中：所述反应气体包括选自卤化氢和包括卤素和氢的基团中的至少一种。14.如利要求11所述的方法，其中：所述不平坦部分的所述至少一个掩膜包括具有所述至少一个开口的片状掩膜，所述片状掩膜包括布置在所述基板的表面上的两个或更多个开口，并且所述基板上的所述片状掩膜的所述两个或更多个开口规则地布置在所述基板的所述表面上。15.如权利要求11所述的方法，其中：所述基板在400℃至700℃的范围内...

【专利技术属性】
技术研发人员：大岛佑一，藤田静雄，金子健太郎，嘉数诚，河原克明，四户孝，松田时宜，人罗俊实，
申请(专利权)人：流慧株式会社，国立研究开发法人物质·材料研究机构，国立大学法人京都大学，国立大学法人佐贺大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP