結晶膜、包括結晶膜的半導體裝置以及制造結晶膜的方法制造方法及圖紙

根據本發明專利技術主題的方面，結晶膜包括結晶金屬氧化物作為主要組分，結晶膜包括剛玉結構、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.

【技術實現步驟摘要】
結晶膜、包括結晶膜的半導體裝置以及制造結晶膜的方法相關申請的交叉引用本申請要求于2017年8月21日提交的第2017-158306號、于2018年3月19日提交的第2018-050516號和于2018年6月26日提交的第2018-120457號的日本專利申請的優先權權益，其公開內容通過引用以其整體并入本文。
本公開涉及結晶膜。而且，本公開涉及包括結晶膜的半導體裝置。此外，本公開涉及用于制造結晶膜的方法。
技術介紹
作為背景，已知氧化鎵(Ga2O3)具有五種不同的多晶型，包括α相、β相、γ相、δ相和相(參見NPL1：RustumRoy等，“PolymorphismofGa2O3andtheSystemGa2O3-H2O”)。在這五種多晶型中，β-Ga2O3被認為是熱力學上最穩定的，并且α-Ga2O3被認為是亞穩定的。氧化鎵(Ga2O3)表現出寬帶隙并且作為半導體裝置的潛在半導體材料吸引較多的關注。根據NPL2，建議氧化鎵(Ga2O3)的帶隙能夠通過與銦和/或鋁形成混合晶體來控制(參見NPL2：KentaroKANEKO，“Fabricationandphysicalpropertiesofcorundum-structuredalloysbasedongalliumoxide”，論文，京都大學，2013年3月，概述和內容于2014年1月31日對公眾開放)。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類半導體是極具吸引力的材料(參見PCT國際公開號WO2014/050793A1)。。然而，由于β相是氧化鎵的最穩定的相，因此難以在不使用合適的成膜方法的情況下形成亞穩定剛玉結構的氧化鎵的結晶膜。而且，由熔融生長獲得的塊狀基板不能用于為剛玉結構且亞穩定的α-Ga2O3。因此，具有與剛玉結構α-Ga2O3相同結構的藍寶石基板用于在藍寶石基板上形成α-Ga2O3，但是，藍寶石和α-Ga2O3的晶格失配不小(Δa/a～4.5％，Δc/c～3.3％)，因此，在藍寶石基板上異質外延生長的α-Ga2O3結晶膜傾向于包括高密度的位錯。此外，還存在對加速成膜速度、提高α-相氧化鎵的結晶膜和/或α-相氧化鎵的混合晶體的結晶膜的質量、抑制晶體缺陷(包括發生裂縫、異常生長、晶體孿晶和/或結晶膜的彎曲)的進一步挑戰。在這樣的情況下，不間斷地進行對剛玉結構的結晶半導體膜的研究。公開了一種使用鎵和/或銦的溴化物或碘化物并通過使用霧化化學氣相沉積(CVD)法來制造的氧化物結晶膜(參見日本專利公開號5397794)。而且，公開了多層結構包括剛玉結構的基板上的剛玉結構的半導體層和剛玉結構的絕緣層(參見日本專利公開號5343224和公開號5397795以及未審查的日本專利公開號JP2014-72533)。此外，公開了使用ELO基板通過霧化CVD法成膜和形成空隙(參見未審查的日本專利公開號2016-100592、公開號2016-98166、公開號2016-100593和公開號2016-155714)。而且，公開了通過鹵化物氣相外延(HVPE)方法形成剛玉結構的氧化鎵膜。然而，在成膜速率或速度方面存在改進的空間，并且需要一種以足夠的速度制造結晶膜的方法。而且，考慮到α-Ga2O3是亞穩定的，與穩定的β-Ga2O3的情況相比，在抑制缺陷密度的情況下更加難以形成α-Ga2O3膜和含有鎵和一種或多種金屬的結晶金屬氧化物的結晶膜。因此，為了獲得α-Ga2O3膜和含有鎵和一種或多種金屬的結晶金屬氧化物的結晶膜，仍然存在各種應對挑戰。
技術實現思路
根據本專利技術主題的第一方面，結晶膜含有結晶金屬氧化物作為主要組分，并且結晶膜包括剛玉結構、9μm2或更大的表面積和小于5×106cm-2的位錯密度。根據本專利技術主題的實施方式，9μm2或更大的表面積含有結晶金屬氧化物的外延橫向過生長層。建議結晶膜含有在至少垂直于面的方向上生長的結晶金屬氧化物的外延橫向過生長。根據本專利技術主題的第二方面，結晶膜含有結晶金屬氧化物作為主要組分；以及至少在垂直于面的方向上生長的結晶金屬氧化物的外延橫向過生長。而且，公開了結晶金屬氧化物含有鎵、9μm2或更大的表面積和小于5×106cm-2的位錯密度。此外，建議結晶金屬氧化物可進一步含有選自鋁、銦、鐵、鉻、釩、鈦、銠、鎳、鈷和銥中的至少一種金屬。根據結晶膜的實施方式，結晶膜的表面積可以是1mm2或更大。而且，根據結晶膜的實施方式，建議結晶膜可含有摻雜劑。根據本專利技術主題的第三方面，半導體裝置包括結晶膜、與結晶膜電連接的第一電極和與結晶膜電連接的第二電極。根據本專利技術主題的第四方面，半導體裝置包括含有結晶金屬氧化物作為主要組分的結晶膜，并且該結晶膜具有小于5×106cm-2的位錯密度。結晶膜具有9μm2或更大的表面積。半導體進一步包括與結晶膜電連接的第一電極、與結晶膜電連接的第二電極。結晶膜可進一步含有摻雜劑。根據本專利技術主題的第五方面，半導體裝置包括結晶膜，該結晶膜包括結晶金屬氧化物作為主要組分，以及在至少垂直于面的方向上生長的結晶金屬氧化物的外延橫向過生長層。根據本專利技術主題的第六方面，用于制造結晶膜的方法包括氣化金屬源以將金屬源轉化為含金屬的原料氣體；將含金屬的原料氣體和含氧的原料氣體供應到反應室中到基板上，在該基板上布置包括至少一個掩膜和/或至少一個開口的不平坦部分；以及將反應氣體供應到反應室中到基板上，以在反應氣體的氣流下在基板上的不平坦部分的至少一個開口處豎直、橫向和/或徑向地生長至少一個結晶金屬氧化物島，使得至少一個結晶金屬氧化物島形成結晶金屬氧化物的外延橫向過生長層。根據用于形成結晶膜的方法的實施方式，不平坦部分的至少一個開口可包括兩個或更多個開口，并且至少一個島可包括在兩個或更多個開口處的兩個或更多個結晶金屬氧化物島。根據用于制造結晶膜的方法的實施方式，兩個或更多個結晶金屬氧化物島聚結以形成結晶金屬氧化物的外延橫向過生長層。而且，建議反應氣體是蝕刻氣體。根據本專利技術主題的用于制造結晶膜的方法的實施方式，反應氣體可含有選自鹵化氫和含有鹵素和氫的基團中的至少一種。而且，根據本專利技術主題的用于制造結晶膜的方法的實施方式，不平坦部分的至少一個掩膜包括片狀掩膜，該片狀掩膜具有布置在基板的表面上的兩個或更多個開口。基板上的片狀掩膜的兩個或更多個開口規則地布置在基板的表面上。建議在400℃至700℃范圍內的溫度下加熱基板。而且，根據本專利技術主題的用于制造結晶膜的方法的實施方式，金屬源含有鎵源，并且含金屬的原料氣體含有含鎵原料氣體。建議氣化金屬源通過鹵化金屬源來進行。根據本專利技術主題的用于制造結晶膜的方法的實施方式，含氧的原料氣體含有選自氧(O2)、水(H2O)和氧化亞氮(N2O)中的至少一種。而且，建議基板具有剛玉結構，并且結晶膜具有剛玉結構。根據本專利技術主題的用于制造結晶膜的方法的實施方式，基板可包括形成在基板的至少一個表面上的緩沖層，并且基板上的不平坦部分位于緩沖層上。建議通過使用霧化化學氣相沉積(CVD)方法形成緩沖層。而且，建議所述在反應氣體的氣流下形成金屬氧化物的結晶膜通過使用鹵化物氣相外延(HVPE)方法來進行。根據本專利技術主題的用于制造結晶膜的方法的實施方式，形成金屬氧化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種結晶膜，包括：作為主要組分的結晶金屬氧化物；所述結晶膜包括剛玉結構、9μm2或更大的表面積和小于5×106cm?2的位錯密度。

【技術特征摘要】
2017.08.21 JP 2017-158306;2018.03.19 JP 2018-050511.一種結晶膜，包括：作為主要組分的結晶金屬氧化物；所述結晶膜包括剛玉結構、9μm2或更大的表面積和小于5×106cm-2的位錯密度。2.如權利要求1所述的結晶膜，其中：所述9μm2或更大的表面積包括所述結晶金屬氧化物的外延橫向過生長層。3.如權利要求1所述的結晶膜，其中：所述結晶膜包括在至少垂直于面的方向上生長的所述結晶金屬氧化物的外延橫向過生長。4.一種結晶膜，包括：作為主要組分的結晶金屬氧化物；以及在至少垂直于面的方向上生長的所述結晶金屬氧化物的外延橫向過生長。5.如權利要求4所述的結晶膜，其中：所述結晶金屬氧化物包括鎵、9μm2或更大的表面積和小于5×106cm-2的位錯密度。6.如權利要求5所述的結晶膜，其中：所述結晶金屬氧化物進一步包括選自鋁、銦、鐵、鉻、釩、鈦、銠、鎳、鈷和銥中的至少一種金屬。7.如權利要求1所述的結晶膜，其中：所述結晶膜包括摻雜劑。8.如權利要求5所述的結晶膜，其中：所述結晶膜包括摻雜劑。9.一種半導體裝置，包括：如權利要求7所述的結晶膜；與所述結晶膜電連接的第一電極；以及與所述結晶膜電連接的第二電極。10.一種半導體裝置，包括：如權利要求4所述的結晶膜。11.一種用于制造結晶膜的方法，包括：氣化金屬源以將所述金屬源轉化為含金屬的原料氣體；將所述含金屬的原料氣體和含氧的原料氣體供應到反應室中到基板上，在該基板上布置包括至少一個掩膜和/或至少一個開口的不平坦部分；以及將反應氣體供應到所述反應室中到所述基板上，以在所述反應氣體的氣流下在所述基板上的所述不平坦部分的所述至少一個開口處豎直、橫向和/或徑向地生長至少一個結晶金屬氧化物島，使得所述至少一個結晶金屬氧化物島形成結晶金屬氧化物的外延橫向過生長層。12.如權利要求11所述的方法，其中：所述反應氣體是蝕刻氣體。13.如權利要求11所述的方法，其中：所述反應氣體包括選自鹵化氫和包括鹵素和氫的基團中的至少一種。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個掩膜包括具有所述至少一個開口的片狀掩膜，所述片狀掩膜包括布置在所述基板的表面上的兩個或更多個開口，并且所述基板上的所述片狀掩膜的所述兩個或更多個開口規則地布置在所述基板的所述表面上。15.如權利要求11所述的方法，其中：所述基板在400℃至700℃的范圍內...

【專利技術屬性】
技術研發人員：大島佑一，藤田靜雄，金子健太郎，嘉數誠，河原克明，四戶孝，松田時宜，人羅俊實，
申請(專利權)人：流慧株式會社，國立研究開發法人物質·材料研究機構，國立大學法人京都大學，國立大學法人佐賀大學，
類型：發明
國別省市：日本,JP