特許ウォッチ

公開番号2024119148
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-03
出願番号2023025842
出願日2023-02-22
発明の名称半導体結晶膜の製造方法
出願人学校法人立命館,国立大学法人京都大学,株式会社オキサイド,株式会社FLOSFIA
代理人弁理士法人三枝国際特許事務所
主分類C30B 29/16 20060101AFI20240827BHJP(結晶成長)
要約【課題】本発明は、基板から剥離可能なGa₂O₃膜の製造方法を提供すること、及びその方法により得られうるGa₂O₃膜を提供することを課題とする。
【解決手段】Ga₂O₃膜の製造方法であって、(A)ScAlMgO₄(SAM)基板上に、Ga₂O₃膜を成長させる工程と、(B)工程(A)で得られたGa₂O₃膜から前記SAM基板を剥離する工程とを含む、製造方法。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｇａ
２
Ｏ
３
膜の製造方法であって、
（Ａ）ＳｃＡｌＭｇＯ
４
（ＳＡＭ）基板上に、Ｇａ
２
Ｏ
３
膜を成長する工程と、
（Ｂ）工程（Ａ）で得られたＧａ
２
Ｏ
３
膜から前記ＳＡＭ基板を剥離する工程と
を含む、製造方法。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記剥離が、自然剥離である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記成長がミスト化学気相成長法（ミストＣＶＤ法）により行われる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
成長温度が６５０℃～７５０℃である、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記Ｇａ
２
Ｏ
３
がα－Ｇａ
２
Ｏ
３
、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
又はε－Ｇａ
２
Ｏ
３
である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記工程（Ａ）と前記工程（Ｂ）との間に、
（Ｃ）前記工程（Ａ）で得られたＧａ
２
Ｏ
３
膜をアニール処理する工程
をさらに含む、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項７】
前記アニール処理が、７００℃～１１００℃での加熱処理を含む、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の製造方法により得られうるＧａ
２
Ｏ
３
膜。
【請求項９】
半導体装置用の、請求項８に記載のＧａ
２
Ｏ
３
膜。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶膜の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
酸化ガリウム（Ga
2
O
3
）は、ワイドギャップ半導体として利用される窒化ガリウム（GaN）やシリコンカーバイド（SiC）等よりも広いバンドギャップを有し（約4.8 eV）、高い絶縁破壊抵抗力を有する（～9.5 MVcm
-1
）。このため、Ga
2
O
3
を用いたスイッチング素子等の半導体装置の、高耐圧、低損失及び高耐熱といった優れた特性を有するパワーデバイスへの適用が期待されている。
【０００３】
Ga
2
O
3
はα、β、γ、δ、εの5種の結晶多型を有することが知られている。このうち、β-Ga
2
O
3
は低温・常圧における安定相、α-Ga
2
O
3
は準安定相であり、α-Ga
2
O
3
はサファイア基板上にミスト化学気相成長法（ミストCVD法）により、β-Ga
2
O
3
はβ-Ga
2
O
3
バルク単結晶基板上に分子線エピタキシー法（MBE法）やハイドライド気相成長法（HVPE法）により、それぞれ成長可能であることが知られている。
【０００４】
しかしながら、Ga
2
O
3
膜の成長基板としてサファイア基板やβ-Ga
2
O
3
バルク単結晶基板を用いた場合、基板の熱伝導率が大きくなく、パワーデバイスを作成する場合に放熱が困難であるという問題があった。このため、Ga
2
O
3
膜を用いた縦型デバイスを作成する場合、基板を除去する必要がある。これまでに、α-Ga
2
O
3
膜を用いた縦型ショットキーバリアダイオード（SBD）の作製方法として、サファイア基板上にα-Ga
2
O
3
膜を成長させた後、サファイア基板を剥離してα-Ga
2
O
3
膜に電極を形成する方法が知られている（非特許文献１）。しかしながら、サファイア基板の剥離にはコストや時間がかかるといった問題があった。そのため、Ga
2
O
3
膜をパワーデバイスに応用するにあたり、簡易で安価な方法で剥離可能なGa
2
O
3
膜を得る方法が求められていた。
【０００５】
Ga
2
O
3
膜等の半導体膜を基板から剥離する方法として、これまでに、基板上に成膜する際にその界面において水素を含ませることにより剥離する方法（特許文献１）、機械的衝撃を加えて剥離する方法、熱を加えて熱応力を利用して剥離する方法、超音波等の振動を加えて剥離する方法、又はエッチングにより剥離する方法（特許文献２及び特許文献３）、研削して基板を除去する方法、スマートカット法等のイオン注入を行った後、熱処理することにより剥離する方法、又はレーザーリフトオフ法により剥離する方法（特許文献３）、基板上に剥離犠牲層を介して成膜し、剥離犠牲層を用いて基板と半導体膜とを剥離する方法（特許文献４）、基板上に光吸収層を介して半導体膜を積層し、光吸収層に光を照射することで光吸収層を分解し、基板と半導体膜とを分離する方法（特許文献５）が報告されている。しかしながら、より簡易で安価な方法で剥離可能なGa
2
O
3
膜を得る方法は依然として強く求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１７－２２１８８号公報
特開２０１９－３３２７１号公報
特開２０１９－３６７３７号公報
特開２０２１－８０１２７号公報
特開２０２１－１２５６７６号公報
【非特許文献】
【０００７】
M. Oda et al., Appl. Phys. Express, Vol.9 No.2 (2016)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、基板から剥離可能なGa
2
O
3
膜の製造方法を提供すること、及びその方法により得られうるGa
2
O
3
膜を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、ScAlMgO
4
（SAM）基板を用いることで剥離可能なGa
2
O
3
膜を製造可能であることを見出した。本発明はかかる知見に基づいてさらに検討を加えることにより完成したものであり、以下の態様を含む。
【００１０】
項1．
Ga
2
O
3
膜の製造方法であって、
（Ａ）ScAlMgO
4
（SAM）基板上に、Ga
2
O
3
膜を成長する工程と、
（Ｂ）工程（Ａ）で得られたGa
2
O
3
膜から前記SAM基板を剥離する工程と
を含む、製造方法。
項2．
前記剥離が、自然剥離である、項1に記載の製造方法。
項3．
前記成長がミスト化学気相成長法（ミストCVD法）により行われる、項1に記載の製造方法。
項4．
成長温度が650℃～750℃である、項3に記載の製造方法。
項5．
前記Ga
2
O
3
がα-Ga
2
O
3
、β-Ga
2
O
3
又はε-Ga
2
O
3
である、項1に記載の製造方法。
項6．
前記工程（Ａ）と前記工程（Ｂ）との間に、
（Ｃ）前記工程（Ａ）で得られたGa
2
O
3
膜をアニール処理する工程
をさらに含む、項1又は2に記載の製造方法。
項7．
前記アニール処理が、700℃～1100℃での加熱処理を含む、項6に記載の製造方法。
項8．
項1又は2に記載の製造方法により得られうるGa
2
O
3
膜。
項9．
半導体装置用の、項8に記載のGa
2
O
3
膜。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許