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公開番号2025001669
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-08
出願番号2024150923,2023100733
出願日2024-09-02,2023-06-20
発明の名称積層構造体及び半導体装置
出願人信越化学工業株式会社,国立大学法人和歌山大学
代理人個人
主分類C30B 29/16 20060101AFI20241225BHJP(結晶成長)
要約【課題】
表面が平滑なコランダム構造を有する結晶性酸化物膜を含み、半導体装置に適用した場合に半導体特性の優れた積層構造体を提供することを目的とする。
【解決手段】
下地基板と、コランダム構造を有する結晶性酸化物膜とを有する積層構造体であって、前記結晶性酸化物膜が、不純物として少なくとも炭素(C)を含み、前記結晶性酸化物膜の二乗平均平方根粗さ(RMS)が0.1μm以下である積層構造体。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
コランダム構造を有する第一の結晶性酸化物膜と、コランダム構造を有する第二の結晶性酸化物膜とを含む積層構造体であって、
前記第二の結晶性酸化物膜の上に前記第一の結晶性酸化物膜を有し、
前記第一及び第二の結晶性酸化物膜は膜の中に金属元素を含み、該金属元素中のガリウムの原子比は０．５以上であり、
前記第二の結晶性酸化物膜が、不純物として少なくとも炭素（Ｃ）を含むものであり、
前記第二の結晶性酸化物膜中のＣ濃度が７．１×１０
１７
～２×１０
２０
／ｃｍ
３
であり、
前記第一の結晶性酸化物膜がドーパントを含むものであることを特徴とする積層構造体。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
コランダム構造を有する第一の結晶性酸化物膜と、コランダム構造を有する第二の結晶性酸化物膜とを含む積層構造体であって、
前記第二の結晶性酸化物膜の上に前記第一の結晶性酸化物膜を有し、
前記第一及び第二の結晶性酸化物膜は膜の中に金属元素を含み、該金属元素中のガリウムの原子比は０．５以上であり、
前記第二の結晶性酸化物膜が、不純物として少なくとも炭素（Ｃ）を含むものであり、
前記第二の結晶性酸化物膜中のＣ濃度が７．１×１０
１７
～２×１０
２０
／ｃｍ
３
であり、
前記第一の結晶性酸化物膜は、表面の二乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）が０．１μｍ以下である前記第二の結晶性酸化物膜上で、原料溶液を微粒子化して生成された原料微粒子を熱反応させて成膜されたものであることを特徴とする積層構造体。
【請求項３】
前記第一の結晶性酸化物膜の膜厚が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層構造体。
【請求項４】
前記第一の結晶性酸化物膜の面積が１００ｍｍ
２
以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の積層構造体。
【請求項５】
前記第二の結晶性酸化物膜の膜厚が６μｍ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の積層構造体。
【請求項６】
前記積層構造体はさらに下地基板を備え、該下地基板がｃ面サファイア基板であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の積層構造体。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか１項に記載の積層構造体を含むことを特徴とする半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層構造体、半導体装置及び積層構造体の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
被成膜試料上に結晶性の高い酸化ガリウム系薄膜を形成する方法として、ミストＣＶＤ法等の水微粒子を用いた成膜手法が知られている（特許文献１）。この方法では、ガリウムアセチルアセトナートなどのガリウム化合物を塩酸などの酸に溶解して原料溶液を作成し、この原料溶液を微粒子化することによって原料微粒子を生成し、この原料微粒子をキャリアガスによって被成膜試料の成膜面に供給し、原料ミストを反応させて成膜面上に薄膜を形成することによって、被成膜試料上に結晶性の高い酸化ガリウム系薄膜を形成している。
【０００３】
酸化ガリウム系薄膜を用いて半導体デバイスを形成するためには、酸化ガリウム系薄膜の導電性の制御が必須であり、特許文献１及び非特許文献１では、α－酸化ガリウム薄膜に不純物のドーピングを行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－２８４８０号公報
特開２０１５－１９９６４９号公報
ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｒｕｎｄｕｍ－Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ α－Ｇａ２Ｏ３ＴｈｉｎＦｉｌｍｓｏｎＳａｐｐｈｉｒｅｗｉｔｈＴｉｎ－ＤｏｐｉｎｇＧｒｏｗｎｂｙＳｐｒａｙ－ＡｓｓｉｓｔｅｄＭｉｓｔＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ５１（２０１２）０７０２０３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び非特許文献１の方法によれば、導電性に優れたα－酸化ガリウム（以下、「α－Ｇａ
２
Ｏ
３
」ということもある）薄膜を形成することができるが、膜表面が平滑ではないといった特有の問題があり、半導体装置に用いるには、まだまだ満足のいくものではなかった。また、膜表面を平滑にするため、エッチング等の表面処理を行うことも考えられるが、この場合、薄膜が削られてしまったり、半導体特性が損なわれたりするなどの問題があった。
【０００６】
この問題に対し、特許文献２は平均粗さ（Ｒａ）を低減する方法を開示している。しかしながら、この方法を用いても表面の平坦性は十分とは言えず、得られた膜を用いた半導体装置特性も満足のいくものではなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、表面が平滑なコランダム構造を有する結晶性酸化物膜を含み、半導体装置に適用した場合に半導体特性の優れた積層構造体を提供すること、さらに、結晶欠陥の低減された結晶性酸化物膜を有する積層構造体を提供すること、及び、前記積層構造体の製造方法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】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、下地基板と、コランダム構造を有する結晶性酸化物膜とを有する積層構造体であって、前記結晶性酸化物膜が、不純物として少なくとも炭素（Ｃ）を含み、前記結晶性酸化物膜の二乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）が０．１μｍ以下である積層構造体を提供する。
【０００９】
このような積層構造体は、表面が平滑な結晶性酸化物膜を有し、半導体装置に適用した場合に半導体特性は優れたものとなる。
【００１０】
このとき、前記結晶性酸化物膜中のＣ濃度が２×１０
１７
～２×１０
２０
／ｃｍ
３
である積層構造体とすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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