结晶性氧化物膜、层叠结构体、半导体装置及半导体系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种在工业上有用且半导体特性优异的结晶性氧化物膜、层叠结构体、半导体装置及半导体系统。一种结晶性氧化物膜，以相对于c面倾斜的面为主面，包含镓和元素周期表第9族金属，所述元素周期表第9族金属在膜中的所有金属元素中的原子比为23％以下。所有金属元素中的原子比为23％以下。所有金属元素中的原子比为23％以下。

【技术实现步骤摘要】
结晶性氧化物膜、层叠结构体、半导体装置及半导体系统


[0001]本专利技术涉及对功率半导体特别有用的结晶性氧化物膜、层叠结构体及半导体装置。

技术介绍

[0002]作为可实现高耐压、低损耗及高耐热的下一代开关元件，使用了带隙大的氧化镓(Ga2O3)的半导体装置备受瞩目，期待将其应用于逆变器等功率用半导体装置。而且，由于宽带隙，也期待应用为LED或传感器等光收发装置。关于该氧化镓，根据专利文献1，通过与铟和铝分别或组合进行混晶，能够进行带隙控制，作为InAlGaO系半导体而构成极具魅力的材料系统。此处InAlGaO系半导体表示In
X
Al
Y
Ga
Z
O3(0≤X≤2，0≤Y≤2，0≤Z≤2，X+Y+Z＝1.5～2.5)，可将其视为包含氧化镓在内的同一材料系统(专利文献1)。
[0003]另外，近年来对氧化镓系的p型半导体进行了研究，例如在专利文献2中记载：若使用MgO(p型掺杂剂源)以悬浮区熔法(FZ，floating zone)形成β
‑
Ga
Z
O3系晶体，则可得到呈现p型导电性的基板。而且，在专利文献3中记载：通过在以分子束外延(MBE)法形成的α
‑
(Al
X
Ga1‑
X
)2O3单晶膜中添加p型掺杂剂而形成p型半导体。然而，在专利文献2和专利文献3所记载的方法中，难以实现能够应用于半导体装置且具有半导体特性的p型半导体。因此，期待能够适用于使用了包含带隙大的氧化镓的n型半导体层的半导体装置的p型半导体。
[0004]专利文献1：国际公开第2014/050793号公报
[0005]专利文献2：日本专利公开2005
‑
340308号公报
[0006]专利文献3：日本专利公开2013
‑
58637号公报

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一是提供一种半导体特性优异的结晶性氧化物膜。
[0008]本专利技术人为了达到上述目的而进行了深入研究，结果发现在使用特定的缓冲层(例如m面α
‑
Ga2O3层)进行包含镓和元素周期表第9族金属的结晶性氧化物膜的成膜时，元素周期表第9族金属在膜中的所有金属元素中的原子比为特定的范围内(23％以下)的情况下，能够得到具有良好的半导体特性的结晶性氧化物膜(镓的氧化物与元素周期表第9族金属的氧化物的混晶膜)，并发现了这样的结晶性氧化物膜能够解决上述以往的问题。
[0009]另外，本专利技术人在得到上述见解之后进一步反复研究，进而完成了本专利技术。即，本专利技术涉及以下的技术方案。
[0010][1]一种结晶性氧化物膜，其特征在于，以相对于c面倾斜的面为主面，包含镓和元素周期表第9族金属，所述元素周期表第9族金属在膜中的所有金属元素中的原子比为23％以下。
[0011][2]根据前述[1]所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜具有刚玉结构。
[0012][3]根据前述[1]或[2]所述的结晶性氧化物膜，其中，所述主面为与c面正交的面。
[0013][4]根据前述[1]至[3]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述主面为m面。
[0014][5]根据前述[1]至[4]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述元素周期表第9族金属包含铱。
[0015][6]根据前述[1]至[5]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的电阻率随着温度上升而减少。
[0016][7]根据前述[1]至[6]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述元素周期表第9族金属在所述结晶性氧化物膜中的原子比为10％以下。
[0017][8]根据前述[1]至[7]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的膜厚为100nm以上。
[0018][9]根据前述[1]至[8]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的表面粗糙度为10nm以下。
[0019][10]根据前述[1]至[9]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜具有p型导电类型。
[0020][11]根据前述[1]至[10]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的带隙为5.0eV以上。
[0021][12]一种层叠结构体，其特征在于，至少具备：第一结晶性氧化物膜，以选自铝、铟及镓中的一种或两种以上的金属的氧化物为主成分；以及第二结晶性氧化物膜，形成在该第一结晶性氧化物膜上，所述第一结晶性氧化物膜的主面为相对于c面倾斜的面，所述第二结晶性氧化物膜包含镓和元素周期表第9族金属，所述元素周期表第9族金属在所述第二结晶性氧化物膜中的所有金属元素中的原子比为23％以下。
[0022][13]根据前述[12]所述的层叠结构体，其中，所述第一结晶性氧化物膜具有刚玉结构。
[0023][14]一种半导体装置，其特征在于，至少具备：前述[1]至[11]中任一项所述的结晶性氧化物膜或者前述[12]或[13]所述的层叠结构体；以及电极。
[0024][15]根据前述[14]所述的半导体装置，其中，所述半导体装置为功率器件。
[0025][16]一种半导体系统，具备半导体装置，所述半导体装置为前述[14]或[15]所述的半导体装置。
[0026]本专利技术的结晶性氧化物膜的半导体特性优异。
附图说明
[0027]图1是在实施例中使用的成膜装置(雾化CVD装置)的概略构成图。
[0028]图2是表示实施例中的电阻率的温度依赖性的测定结果的图。
[0029]图3是表示实施例中的电阻率的温度依赖性的测定结果的图。
[0030]图4是表示比较例中的电阻率的温度依赖性的测定结果的图。
[0031]图5是示意性地表示本专利技术的实施方式中的优选的半导体装置的剖视图。
[0032]图6是示意性地表示本专利技术的实施方式中的优选的半导体装置的剖视图。
[0033]图7是示意性地表示本专利技术的实施方式中的优选的半导体装置的剖视图。
[0034]图8是示意性地表示功率卡的优选的一例的图。
[0035]图9是示意性地表示电源系统的优选的一例的图。
[0036]图10是示意性地表示系统装置的优选的一例的图。
[0037]图11是示意性地表示电源装置的电源电路图的优选的一例的图。
[0038]图12是表示实施例中的XRD测定结果的图。
[0039]图13是表示实施例中的膜深度与由卢瑟福背散射光谱法(RBS)测定的Ir比率(Ir/(Ga+Ir))的值(％)之间的关系的图。
具体实施方式
[0040]下面，对本专利技术的优选的实施方式进行说明。
[0041]本专利技术的结晶性氧化物膜的特征在于，以相对于c面倾斜的面为主面，包含镓和元素周期表第9族金属，所述元素周期表第9族金属在膜中的所有金属元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结晶性氧化物膜，其特征在于，以相对于c面倾斜的面为主面，包含镓和元素周期表第9族金属，所述元素周期表第9族金属在膜中的所有金属元素中的原子比为23％以下。2.根据权利要求1所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜具有刚玉结构。3.根据权利要求1或2所述的结晶性氧化物膜，其中，所述主面为与c面正交的面。4.根据权利要求1至3中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述主面为m面。5.根据权利要求1至4中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述元素周期表第9族金属包含铱。6.根据权利要求1至5中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的电阻率随着温度上升而减少。7.根据权利要求1至6中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述元素周期表第9族金属在所述结晶性氧化物膜中的原子比为10％以下。8.根据权利要求1至7中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的膜厚为100nm以上。9.根据权利要求1至8中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的表面粗糙度Ra为10nm以下。10.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：四户孝，安藤裕之，樋口安史，松田慎平，谷口和也，渡边弘纪，松木英夫，
申请(专利权)人：株式会社电装未来瞻科技株式会社，
类型：发明
国别省市：