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公開番号2024005112
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-01-17
出願番号2022105147
出願日2022-06-29
発明の名称結晶膜
出願人株式会社FLOSFIA
代理人
主分類C30B 29/16 20060101AFI20240110BHJP(結晶成長)
要約【課題】半導体装置等に有用な高品質な結晶膜を提供する。
【解決手段】結晶膜は、ガリウムを含有する結晶性酸化物半導体を含み、クロム(Cr)および鉄(Fe)のうち少なくとも一方の濃度は、1×10¹⁵(atoms/cm³)以下であり、主面の少なくとも一方が鏡面であるか、及び/又は、膜幅8mmにおける膜厚の分布が±10%未満である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ガリウムを含有する結晶性酸化物半導体を含む結晶膜であって、
クロム（Ｃｒ）および鉄（Ｆｅ）のうち少なくとも一方の濃度は、１×１０
１５
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）以下であり、
主面の少なくとも一方が鏡面であるか、及び／又は、膜幅８ｍｍにおける膜厚の分布が±１０％未満である、結晶膜。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記結晶性酸化物半導体は、コランダム構造を有する、請求項１に記載の結晶膜。
【請求項３】
ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも一方の濃度は、１×１０
１６
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）以下である、請求項１または２に記載の結晶膜。
【請求項４】
リン（Ｐ）濃度は、１×１０
１６
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）以下である、請求項１または２に記載の結晶膜。
【請求項５】
ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）およびマグネシウム（Ｍｇ）のうち少なくとも１つの濃度は、１×１０
１５
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）以下である、請求項１または２に記載の結晶膜。
【請求項６】
フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）およびヨウ素（Ｉ）のうち少なくとも１つの濃度は、１×１０
１７
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）以下である、請求項１または２に記載の結晶膜。
【請求項７】
フッ素（Ｆ）濃度は、１×１０
１５
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）未満である、請求項６に記載の結晶膜。
【請求項８】
ヨウ素（Ｉ）濃度は、１×１０
１４
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）未満である、請求項６に記載の結晶膜。
【請求項９】
水素（Ｈ）濃度は、２×１０
１７
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）以下である、請求項１または２に記載の結晶膜。
【請求項１０】
周期表第１４族の元素から選ばれる少なくとも１つの元素の濃度は、１×１０
１８
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）以上である、請求項１または２に記載の結晶膜。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に有用な結晶膜に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、バンドギャップの大きな酸化ガリウム（Ｇａ
２
Ｏ
３
）を用いた半導体装置が注目されており、インバータなどの電力用半導体装置への適用が期待されている。また、広いバンドギャップからＬＥＤやセンサー等の受発光装置としての幅広い応用も期待されている。特に、酸化ガリウムの中でもコランダム構造を有するα－Ｇａ
２
Ｏ
３
等は、非特許文献１によると、インジウムやアルミニウムをそれぞれ、あるいは組み合わせて混晶することによりバンドギャップ制御することが可能であり、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体として極めて魅力的な材料系統を構成している。ここでＩｎＡｌＧａＯ系半導体とはＩｎ
Ｘ
Ａｌ
Ｙ
Ｇａ
Ｚ
Ｏ
３
（０≦Ｘ≦２、０≦Ｙ≦２、０≦Ｚ≦２、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．５～２．５）を示し（特許文献９等）、酸化ガリウムを内包する同一材料系統として俯瞰することができる。
【０００３】
しかしながら、酸化ガリウムは、最安定相がβガリア構造であるので、特殊な成膜法を用いなければ、準安定相であるコランダム構造の結晶膜を成膜することが困難である。また、コランダム構造を有するα－Ｇａ
２
Ｏ
３
は準安定相であり、融液成長によるバルク基板が利用できない。そのため、現状はα－Ｇａ
２
Ｏ
３
と同じ結晶構造を有するサファイアを基板として用いている。しかし、α－Ｇａ
２
Ｏ
３
とサファイアとは格子不整合度が大きいため、サファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長されるα－Ｇａ
２
Ｏ
３
の結晶膜は、転位密度が高くなる傾向がある。また、コランダム構造の結晶膜に限らず、成膜レートや結晶品質の向上、クラックや異常成長の抑制、ツイン抑制、反りによる基板の割れ等においてもまだまだ課題が数多く存在している。このような状況下、現在、コランダム構造を有する結晶性半導体の成膜について、いくつか検討がなされている。
【０００４】
特許文献１には、ガリウム又はインジウムの臭化物又はヨウ化物を用いて、ミストＣＶＤ法により、酸化物結晶薄膜を製造する方法が記載されている。特許文献２～４には、コランダム型結晶構造を有する下地基板上に、コランダム型結晶構造を有する半導体層と、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とが積層された多層構造体が記載されている。また、特許文献５～７のように、ＥＬＯ基板やボイド形成を用いて、ミストＣＶＤによる成膜も検討されている。しかしながら、いずれの方法も成膜レートにおいてまだまだ満足のいくものではなく、成膜レートに優れた成膜方法が待ち望まれていた。
特許文献８には、少なくとも、ガリウム原料と酸素原料とを用いて、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）により、コランダム構造を有する酸化ガリウムを成膜することが記載されている。しかしながら、α－Ｇａ
２
Ｏ
３
は準安定相であるので、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
のように成膜することが困難であり、工業的にはまだまだ多くの課題があった。また、特許文献１０および１１には、ＰＳＳ基板を用いて、ＥＬＯ結晶成長を行い、表面積は９μｍ
２
以上であり、転位密度が５×１０
６
ｃｍ
－２
の結晶膜を得ることが記載されている。
なお、特許文献１～１１はいずれも本出願人らによる特許または特許出願に関する公報であり、現在も検討が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第５３９７７９４号
特許第５３４３２２４号
特許第５３９７７９５号
特開２０１４－７２５３３号公報
特開２０１６－１００５９２号公報
特開２０１６－９８１６６号公報
特開２０１６－１００５９３号公報
特開２０１６－１５５７１４号公報
国際公開第２０１４／０５０７９３号公報
米国公開第２０１９／００５７８６５号公報
特開２０１９－０３４８８３号公報
【非特許文献】
【０００６】
金子健太郎、「コランダム構造酸化ガリウム系混晶薄膜の成長と物性」、京都大学博士論文、平成２５年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、結晶膜には、種々の不純物が含まれるが、不純物の中でもＣｒ及びＦｅは、結晶膜が半導体装置に用いられたときのデバイス特性への悪影響が特に顕著であり、その濃度が低減させることが特に望まれている。しかし、Ｃｒ及びＦｅは、不純物として結晶膜に混入しやすく、その濃度を低減させることは容易ではない。
【０００８】
また、上記デバイス特性を向上させるには、Ｃｒ及びＦｅの濃度を低減させるだけでなく、結晶膜の表面の平滑性及び／又は結晶膜の膜厚均一性を高めることも必要である。
【０００９】
本発明は、半導体装置等に有用な高品質な結晶膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、ＨＶＰＥ法において、特定の成膜条件と特定構成のサセプタを組み合わせることによって、結晶膜中のＣｒ及びＦｅの少なくとも一方の濃度が低減され、かつ結晶膜の品質が向上することを見出し、本発明の完成に到った。
（【００１１】以降は省略されています）

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