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JP2017005146A - Crystalline semiconductor film, lamination structure, and semiconductor device - Google Patents

Crystalline semiconductor film, lamination structure, and semiconductor device Download PDF

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JP2017005146A JP2015118586A JP2015118586A JP2017005146A JP 2017005146 A JP2017005146 A JP 2017005146A JP 2015118586 A JP2015118586 A JP 2015118586A JP 2015118586 A JP2015118586 A JP 2015118586A JP 2017005146 A JP2017005146 A JP 2017005146A
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真也 織田
Shinya Oda
真也 織田
梨絵 徳田
Rie Tokuta
梨絵 徳田
谷川 幸登
Yukito Tanigawa
幸登 谷川
俊実 人羅
Toshimi Hitora
俊実 人羅
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystalline semiconductor film with reduced hydrogen concentration that is excellent in semiconductor characteristics and the like.SOLUTION: By reducing a hydrogen concentration of a crystalline semiconductor film that contains a semiconductor having a corundum structure as a main component at film formation and after the film formation as desired, a crystalline semiconductor film whose hydrogen concentration at a part or all of a film surface is equal to or less than 2×10(atoms/cm) is provided. In addition, such the crystalline semiconductor film whose hydrogen concentration is equal to or less than 2×10(atoms/cm) is used for a semiconductor device such as a diode and a transistor.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、半導体装置に有用な結晶性半導体膜、積層構造体および半導体装置に関する。   The present invention relates to a crystalline semiconductor film, a laminated structure, and a semiconductor device useful for a semiconductor device.

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)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。しかも、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応用も期待されている。当該酸化ガリウムは非特許文献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InAlGa(0≦X≦2、0≦Y≦2、0≦Z≦2、X+Y+Z=1.5〜2.5)を示し、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。 A semiconductor device using gallium oxide (Ga 2 O 3 ) having a large band gap has been attracting attention as a next-generation switching element that can achieve high breakdown voltage, low loss, and high heat resistance. Application is expected. Moreover, application as a light emitting / receiving device such as an LED or a sensor is also expected from a wide band gap. According to Non-Patent Document 1, the gallium oxide can control the band gap by mixing crystals of indium and aluminum, respectively, or in combination, and constitutes an extremely attractive material system as an InAlGaO-based semiconductor. . Here, the InAlGaO-based semiconductor means In X Al Y Ga Ga Z O 3 (0 ≦ X ≦ 2, 0 ≦ Y ≦ 2, 0 ≦ Z ≦ 2, X + Y + Z = 1.5 to 2.5). It can be overlooked as the same material system to be included.

しかしながら、従来のInAlGaO系半導体は、水素濃度が高く、水素濃度が高いと、酸化物半導体に含まれる元素と水素の結合により、水素の一部がドナーまたはアクセプターとなり、キャリアである電子が増えたり減ったりしてしまうなどの問題があった。   However, the conventional InAlGaO-based semiconductor has a high hydrogen concentration, and when the hydrogen concentration is high, a part of hydrogen becomes a donor or an acceptor due to a bond between an element contained in the oxide semiconductor and hydrogen, and electrons serving as carriers increase. There were problems such as being reduced.

特許文献1には、MBE法を用いて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、このような方法では、コランダム構造が壊れたりする等の課題が多々あり、成膜そのものが困難であった。また、MBE法で得られる膜は水素濃度も非常に高かった。   Patent Document 1 describes forming a film of gallium oxide having a corundum structure using the MBE method. However, such a method has many problems such as the corundum structure being broken, and the film formation itself is difficult. Also, the membrane obtained by the MBE method has a very high hydrogen concentration.

なお、水素濃度を減らすために、成膜後、アニール処理やプラズマ処理などを行うことも検討されているが、水素濃度を5×1017(atoms/cm)以下にすることは困難であった。 In order to reduce the hydrogen concentration, it is also considered to perform an annealing treatment or a plasma treatment after the film formation, but it is difficult to reduce the hydrogen concentration to 5 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less. It was.

特許文献2〜4には、ミストCVD法を用いて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、このような画期的な方法を用いて、コランダム構造を有する酸化ガリウムを成膜しても、得られた膜の水素濃度は依然として高いままであり、必ずしも満足のいくものではなかった。   Patent Documents 2 to 4 describe forming a film of gallium oxide having a corundum structure using a mist CVD method. However, even if a gallium oxide having a corundum structure is formed using such a revolutionary method, the hydrogen concentration of the obtained film still remains high and is not always satisfactory.

非特許文献2には、HVPE法を用いて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、このようにして得られる膜は、ハロゲンの不純物濃度が高いという問題があった。また、水素濃度もせいぜい3×1017(atoms/cm)程度までしか低減できず、水素濃度についても満足のいくものではなく、より水素濃度が低減されたコランダム構造を有する半導体が待ち望まれていた。 Non-Patent Document 2 describes forming a film of gallium oxide having a corundum structure using the HVPE method. However, the film thus obtained has a problem that the impurity concentration of halogen is high. Further, the hydrogen concentration can only be reduced to about 3 × 10 17 (atoms / cm 3 ) at most, the hydrogen concentration is not satisfactory, and a semiconductor having a corundum structure with a reduced hydrogen concentration is desired. It was.

特開2013−58637号公報JP2013-58637A 特開2014−072533号公報JP 2014-072533 A 特開2014−072517号公報JP 2014-072517 A 特開2014−072463号公報JP 2014-072463 A

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Kentaro Kaneko, “Growth and Physical Properties of Corundum Structure Gallium Oxide Mixed Crystal Thin Films”, Kyoto University Doctoral Dissertation, March 2013 Yuichi Oshima et al., “Halide vapor phase epitaxy of twin-free α-Ga2O3 on sapphire (00001) substrates”, Applied Physics Express 8, 055501 (2015)Yuichi Oshima et al., “Halide vapor phase epitaxy of twin-free α-Ga2O3 on sapphire (00001) substrates”, Applied Physics Express 8, 055501 (2015)

本発明は、水素濃度が低減されたコランダム構造を有する結晶性半導体膜を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a crystalline semiconductor film having a corundum structure with a reduced hydrogen concentration.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、例えば、重水素を用いて、ミストCVD法により、コランダム構造を有する結晶性半導体膜を成膜し、ついで、さらにアニール処理すると、膜表面の一部または全部における水素濃度が2×1017(atoms/cm)以下である結晶性半導体膜が得られることを知見し、このような結晶性半導体膜が半導体特性に優れており、半導体装置に非常に有用であり、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて、本発明を完成させるに至った。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have formed a crystalline semiconductor film having a corundum structure by deuterium using a mist CVD method, and then further annealed. It has been found that a crystalline semiconductor film having a hydrogen concentration of 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less in part or all of the film surface is obtained, and such a crystalline semiconductor film has excellent semiconductor characteristics. The present inventors have found that the present invention is very useful for semiconductor devices and can solve the above-mentioned conventional problems all at once.
Moreover, after obtaining the said knowledge, the present inventors repeated investigation further, and came to complete this invention.

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] コランダム構造を有する半導体を主成分として含む結晶性半導体膜であって、膜表面の一部または全部における水素濃度が2×1017(atoms/cm)以下であることを特徴とする結晶性半導体膜。
[2] 水素濃度が1×1017(atoms/cm)以下である前記[1]記載の結晶性半導体膜。
[3] 膜表面の一部または全部におけるハロゲン濃度が1×1016(atoms/cm)以下である前記[1]または[2]に記載の結晶性半導体膜。
[4] 半導体が酸化物半導体である前記[1]〜[3]のいずれかに記載の結晶性半導体膜。
[5] 半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムの少なくともいずれか一つを含む前記[1]〜[4]のいずれかに記載の結晶性半導体膜。
[6] 半導体がガリウムを含む前記[1]〜[5]のいずれかに記載の結晶性半導体膜。
[7] 基体上に結晶性半導体膜が積層されている積層構造体であって、前記結晶性半導体膜が、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の結晶性半導体膜であることを特徴とする積層構造体。
[8] 基体が、コランダム構造を有する前記[7]記載の積層構造体。
[9] 基体が、アルミニウムを含む前記[7]または[8]に記載の積層構造体。
[10] 基体が、酸化物を含む前記[7]〜[9]のいずれかに記載の積層構造体。
[11] 前記[1]〜[6]のいずれかに記載の結晶性半導体膜または前記[7]〜[10]のいずれかに記載の積層構造体を含む半導体装置。
[12] ダイオードまたはトランジスタである前記[11]記載の半導体装置。
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1] A crystalline semiconductor film containing a semiconductor having a corundum structure as a main component, wherein the hydrogen concentration in a part or all of the film surface is 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less. Crystalline semiconductor film.
[2] The crystalline semiconductor film according to [1], wherein the hydrogen concentration is 1 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less.
[3] The crystalline semiconductor film according to [1] or [2], wherein a halogen concentration in a part or all of the film surface is 1 × 10 16 (atoms / cm 3 ) or less.
[4] The crystalline semiconductor film according to any one of [1] to [3], wherein the semiconductor is an oxide semiconductor.
[5] The crystalline semiconductor film according to any one of [1] to [4], wherein the semiconductor contains at least one of aluminum, indium, and gallium.
[6] The crystalline semiconductor film according to any one of [1] to [5], wherein the semiconductor contains gallium.
[7] A laminated structure in which a crystalline semiconductor film is laminated on a substrate, wherein the crystalline semiconductor film is the crystalline semiconductor film according to any one of [1] to [6]. A laminated structure characterized by the above.
[8] The laminated structure according to [7], wherein the substrate has a corundum structure.
[9] The laminated structure according to [7] or [8], wherein the substrate includes aluminum.
[10] The laminated structure according to any one of [7] to [9], wherein the substrate includes an oxide.
[11] A semiconductor device including the crystalline semiconductor film according to any one of [1] to [6] or the stacked structure according to any one of [7] to [10].
[12] The semiconductor device according to [11], which is a diode or a transistor.

本発明によれば、水素濃度が低減されたコランダム構造有する結晶性半導体膜を提供できる。   According to the present invention, a crystalline semiconductor film having a corundum structure with reduced hydrogen concentration can be provided.

実施例において用いた成膜装置(ミストCVD)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film-forming apparatus (mist CVD) used in the Example. 実施例におけるSIMS測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the SIMS measurement in an Example. 実施例において用いた成膜装置(ミストCVD)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film-forming apparatus (mist CVD) used in the Example. 実施例におけるSIMS測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the SIMS measurement in an Example. 実施例におけるSIMS測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the SIMS measurement in an Example. 実施例におけるSIMS測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the SIMS measurement in an Example.

本発明の結晶性半導体膜は、コランダム構造を有する半導体を主成分として含む結晶性半導体膜であって、膜表面の一部または全部における水素濃度が2×1017(atoms/cm)以下であることを特徴とする。 The crystalline semiconductor film of the present invention is a crystalline semiconductor film containing a semiconductor having a corundum structure as a main component, and the hydrogen concentration in a part or all of the film surface is 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less. It is characterized by being.

前記水素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)によって測定される。前記水素濃度は、軽水素の濃度を意味する。本発明において、前記水素濃度が測定される前記膜表面は、最表面から100nm以上300nm以下の深さの範囲である。なお、最表面を測定領域に含めないのは、SIMS測定において、スパッタリング不安定領域とスパッタリング安定領域とがあり、スパッタリング不安定領域は、例えば、1次イオン種、エネルギー、入射角などに依存して元素分布が変化しやすく、そのため、正確な分析ができない問題があるからである。本発明においては、前記水素濃度が、1×1017(atoms/cm)以下であるのが好ましい。また、本発明において、前記膜中の例えば100nmの範囲で、水素濃度が8×1016(atoms/cm)以下であるのが好ましい。 The hydrogen concentration is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The hydrogen concentration means the concentration of light hydrogen. In the present invention, the film surface on which the hydrogen concentration is measured has a depth range of 100 nm or more and 300 nm or less from the outermost surface. The reason why the outermost surface is not included in the measurement region is that there are a sputtering unstable region and a sputtering stable region in SIMS measurement, and the sputtering unstable region depends on, for example, the primary ion species, energy, incident angle, and the like. This is because the element distribution tends to change, and therefore there is a problem that accurate analysis cannot be performed. In the present invention, the hydrogen concentration is preferably 1 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less. In the present invention, the hydrogen concentration is preferably 8 × 10 16 (atoms / cm 3 ) or less in the range of 100 nm in the film, for example.

前記結晶性半導体膜は、コランダム構造を有する半導体を主成分として含む。前記半導体は、コランダム構造を有していれば特に限定されず、酸化物半導体であっても、窒化物半導体であっても、炭化物半導体であっても、ケイ素含有半導体であってもよいが、本発明においては、前記半導体が、酸化物半導体であるのが好ましい。また、前記半導体は、アルミニウム、インジウムおよびガリウムの少なくともいずれか一つを含むのが好ましく、少なくともガリウムを含むのがより好ましい。前記半導体としては、InAlGaO系半導体等が好適な例として挙げられ、より具体的に例えば、InAlGa(0≦X≦2、0≦Y≦2、0≦Z≦2、X+Y+Z=1.5〜2.5)等が挙げられる。本発明においては、前記InAlGaO系半導体が、ガリウムを含むのが好ましい。なお、「主成分」とは、例えば前記半導体がα−Gaである場合、膜中の金属元素中のガリウムの原子比が0.5以上の割合でα−Gaが含まれていればそれでよい。本発明においては、前記膜中の金属元素中のガリウムの原子比が0.7以上であることが好ましく、0.8以上であるのがより好ましい。また、結晶性半導体膜の厚さは、特に限定されず、1μm以下であってもよいし、1μm以上であってもよい。なお、前記結晶性半導体膜は、通常、単結晶であるが、多結晶であってもよい。 The crystalline semiconductor film contains a semiconductor having a corundum structure as a main component. The semiconductor is not particularly limited as long as it has a corundum structure, and may be an oxide semiconductor, a nitride semiconductor, a carbide semiconductor, or a silicon-containing semiconductor, In the present invention, the semiconductor is preferably an oxide semiconductor. The semiconductor preferably contains at least one of aluminum, indium, and gallium, and more preferably contains at least gallium. Examples of suitable semiconductors include InAlGaO-based semiconductors, and more specifically, for example, In X Al Y Ga Z O 3 (0 ≦ X ≦ 2, 0 ≦ Y ≦ 2, 0 ≦ Z ≦ 2, X + Y + Z = 1.5 to 2.5) and the like. In the present invention, the InAlGaO-based semiconductor preferably contains gallium. Here, the "main component", for example the case where the semiconductor is a α-Ga 2 O 3, the atomic ratio of gallium in a metal element in the film include α-Ga 2 O 3 at a ratio of more than 0.5 If so, that's fine. In the present invention, the atomic ratio of gallium in the metal element in the film is preferably 0.7 or more, and more preferably 0.8 or more. The thickness of the crystalline semiconductor film is not particularly limited, and may be 1 μm or less, or 1 μm or more. The crystalline semiconductor film is usually a single crystal, but may be polycrystalline.

前記結晶性半導体膜は、ドーパントが含まれているのが好ましい。前記ドーパントは、特に限定されず、公知のものであってよい。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp型ドーパントなどが挙げられる。本発明においては、前記ドーパントが、SnまたはGeであるのが好ましく、Geであるのがより好ましい。ドーパントの含有量は、前記結晶性半導体膜の組成中、0.00001原子%以上であるのが好ましく、0.00001原子%〜20原子%であるのがより好ましく、0.00001原子%〜10原子%であるのが最も好ましい。   The crystalline semiconductor film preferably contains a dopant. The dopant is not particularly limited and may be a known one. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants. In the present invention, the dopant is preferably Sn or Ge, and more preferably Ge. The dopant content is preferably 0.00001 atomic% or more, more preferably 0.00001 atomic% to 20 atomic%, and more preferably 0.00001 atomic% to 10 in the composition of the crystalline semiconductor film. Most preferred is atomic percent.

前記結晶性半導体膜は、例えば、重水素を含む原料溶液を霧化または液滴化し(霧化・液滴化工程)、得られたミストまたは液滴をキャリアガスでもって成膜室内に搬送し(搬送工程)、ついで、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、基体上に、コランダム構造を有する半導体を主成分として含む結晶性半導体膜を積層する(成膜工程)ことにより好適に得られる。   The crystalline semiconductor film is formed, for example, by atomizing or dropletizing a raw material solution containing deuterium (atomization / droplet formation process), and transporting the obtained mist or droplets into the film formation chamber with a carrier gas. (Transfer process) Next, a crystalline semiconductor film containing a semiconductor having a corundum structure as a main component is laminated on the substrate by thermally reacting the mist or droplet in the film formation chamber (film formation process). Is preferably obtained.

(霧化・液滴化工程)
霧化・液滴化工程は、前記原料溶液を霧化または液滴化する。前記原料溶液の霧化手段または液滴化手段は、前記原料溶液を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段または液滴化手段が好ましい。超音波を用いて得られたミストまたは液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。液滴サイズは、特に限定されず、数mm程度の液滴であってもよいが、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは1〜10μmである。
(Atomization / droplet forming process)
In the atomization / droplet forming step, the raw material solution is atomized or dropletized. The atomizing means or droplet forming means of the raw material solution is not particularly limited as long as the raw material solution can be atomized or formed into droplets, and may be a known means. The atomizing means or droplet forming means used is preferred. Mist or droplets obtained using ultrasonic waves have a zero initial velocity and are preferable because they float in the air.For example, instead of spraying like a spray, they can be suspended in a space and transported as a gas. Since it is a possible mist, there is no damage due to collision energy, which is very suitable. The droplet size is not particularly limited and may be a droplet of about several mm, but is preferably 50 μm or less, and more preferably 1 to 10 μm.

(原料溶液)
前記原料溶液は、霧化または液滴化が可能な材料を含んでおり、重水素を含有していれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよいが、本発明においては、金属または金属化合物であるのが好ましく、ガリウム、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、シリコン、イットリウム、ストロンチウムおよびバリウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含むのがより好ましい。
(Raw material solution)
The raw material solution includes a material that can be atomized or formed into droplets, and is not particularly limited as long as it contains deuterium, and may be an inorganic material or an organic material. In the invention, it is preferably a metal or a metal compound, and is selected from gallium, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel, cobalt, zinc, magnesium, calcium, silicon, yttrium, strontium and barium. More preferably, it contains one or more metals.

本発明においては、前記原料溶液として、前記金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、有機金属塩(例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等)、硫化金属塩、硝化金属塩、リン酸化金属塩、ハロゲン化金属塩(例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等)などが挙げられる。   In the present invention, as the raw material solution, a solution in which the metal is dissolved or dispersed in an organic solvent or water in the form of a complex or a salt can be suitably used. Examples of complex forms include acetylacetonate complexes, carbonyl complexes, ammine complexes, hydride complexes, and the like. Examples of the salt form include organic metal salts (for example, metal acetates, metal oxalates, metal citrates, etc.), sulfide metal salts, nitrate metal salts, phosphorylated metal salts, metal halide salts (for example, metal chlorides). Salt, metal bromide salt, metal iodide salt, etc.).

また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合してもよい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、中でも、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素(H)、過酸化ナトリウム(Na)、過酸化バリウム(BaO)、過酸化ベンゾイル(CCO)等の過酸化物、次亜塩素酸(HClO)、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。 Moreover, you may mix additives, such as a hydrohalic acid and an oxidizing agent, with the said raw material solution. Examples of the hydrohalic acid include hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, etc. Among them, hydrobromic acid or hydroiodic acid is preferable. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), barium peroxide (BaO 2 ), and benzoyl peroxide (C 6 H 5 CO) 2 O 2. Peroxides, hypochlorous acid (HClO), perchloric acid, nitric acid, ozone water, organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene.

前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。原料溶液にドーパントを含ませることで、ドーピングを良好に行うことができる。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm〜1×1022/cmであってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約1×1017/cm以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約1×1020/cm以上の高濃度で含有させてもよい。 The raw material solution may contain a dopant. Doping can be favorably performed by including a dopant in the raw material solution. The dopant is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants. The concentration of the dopant may usually be about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the concentration of the dopant is set to a low concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less, for example. May be. Furthermore, according to the present invention, the dopant may be contained at a high concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or more.

原料溶液の溶媒は、特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。本発明においては、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水または水とアルコールとの混合溶媒であるのがより好ましい。   The solvent of the raw material solution is not particularly limited, and may be an inorganic solvent such as water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent of an inorganic solvent and an organic solvent. In the present invention, the solvent preferably contains water, more preferably water or a mixed solvent of water and alcohol.

前記重水素は、添加剤として前記原料溶液に含まれていてもよいし、原料溶液の溶質や溶媒の水素原子を重水素で置換したものを用いることによって、前記原料溶液に含まれていてもよい。溶媒の水素原子を重水素で置換したものとしては、例えば、重水等が挙げられる。添加剤として重水素を原料溶液に含ませる場合には、例えば、酸として、重塩酸、臭化重水素酸、ヨウ化重水素酸などを用いることなどが挙げられる。   The deuterium may be contained in the raw material solution as an additive, or may be contained in the raw material solution by using a solute of the raw material solution or a hydrogen atom of the solvent substituted with deuterium. Good. As what substituted the hydrogen atom of the solvent with deuterium, heavy water etc. are mentioned, for example. When deuterium is included in the raw material solution as an additive, for example, deuterated hydrochloric acid, deuterated hydrobromic acid, deuterated hydroiodic acid, or the like may be used as the acid.

(搬送工程)
搬送工程では、キャリアガスでもって前記ミストまたは前記液滴を成膜室内に搬送する。前記キャリアガスとしては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は1種類であってよいが、2種類以上であってもよく、流量を下げた希釈ガス(例えば10倍希釈ガス等)などを、第2のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も1箇所だけでなく、2箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、0.01〜20L/分であるのが好ましく、1〜10L/分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、0.001〜2L/分であるのが好ましく、0.1〜1L/分であるのがより好ましい。
(Conveying process)
In the transfer step, the mist or the droplets are transferred into the film forming chamber with a carrier gas. The carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. For example, oxygen, ozone, an inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas is preferable. Can be mentioned. Further, the type of carrier gas may be one, but it may be two or more, and a diluent gas with a reduced flow rate (for example, 10-fold diluted gas) is further used as the second carrier gas. Also good. Further, the supply location of the carrier gas is not limited to one location but may be two or more locations. The flow rate of the carrier gas is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20 L / min, and more preferably 1 to 10 L / min. In the case of a dilution gas, the flow rate of the dilution gas is preferably 0.001 to 2 L / min, and more preferably 0.1 to 1 L / min.

(成膜工程)
成膜工程では、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、基体上に、結晶性半導体膜を成膜する。熱反応は、熱でもって前記ミストまたは液滴が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度(例えば1000℃)以下が好ましく、650℃以下がより好ましく、300℃〜650℃が最も好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよいが、非酸素雰囲気下または酸素雰囲気下で行われるのが好ましい。また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
(Film formation process)
In the film forming step, a crystalline semiconductor film is formed on the substrate by thermally reacting the mist or droplets in the film forming chamber. The thermal reaction may be performed as long as the mist or droplet reacts with heat, and the reaction conditions are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In this step, the thermal reaction is usually performed at a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of the solvent, but is preferably not too high (for example, 1000 ° C.) or less, more preferably 650 ° C. or less, and most preferably 300 ° C. to 650 ° C. preferable. Further, the thermal reaction may be performed under any atmosphere of vacuum, non-oxygen atmosphere, reducing gas atmosphere and oxygen atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired. It is preferably carried out under an atmosphere. Moreover, although it may be performed under any conditions of atmospheric pressure, increased pressure, and reduced pressure, it is preferably performed under atmospheric pressure in the present invention. The film thickness can be set by adjusting the film formation time.

(基体)
前記基体は、前記結晶性半導体膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。
(Substrate)
The substrate is not particularly limited as long as it can support the crystalline semiconductor film. The material of the substrate is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known substrate, an organic compound, or an inorganic compound. The shape of the substrate may be any shape and is effective for all shapes, for example, a plate shape such as a flat plate or a disk, a fiber shape, a rod shape, a columnar shape, a prismatic shape, A cylindrical shape, a spiral shape, a spherical shape, a ring shape and the like can be mentioned. In the present invention, a substrate is preferable. The thickness of the substrate is not particularly limited in the present invention.

前記基板は、板状であって、前記結晶性半導体膜の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいし、金属基板や導電性基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であるのも好ましい。前記基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、またはβ−ガリア構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、六方晶構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、前記特定の結晶構造を有する基板材料が、原子比で、基板材料の全成分に対し、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、更に好ましくは90%以上含まれることを意味し、100%であってもよい。   The substrate is not particularly limited as long as it is plate-shaped and serves as a support for the crystalline semiconductor film. An insulator substrate, a semiconductor substrate, a metal substrate or a conductive substrate may be used, but the substrate is preferably an insulator substrate, and a metal is formed on the surface. A substrate having a film is also preferable. Examples of the substrate include a base substrate containing a substrate material having a corundum structure as a main component, a base substrate containing a substrate material having a β-gallia structure as a main component, and a substrate material having a hexagonal crystal structure as a main component. Examples thereof include a base substrate. Here, the “main component” means that the substrate material having the specific crystal structure is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 90% by atomic ratio with respect to all components of the substrate material. % Or more, and may be 100%.

基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板材料としては、例えば、α−Al(サファイア基板)またはα−Gaが好適に挙げられ、a面サファイア基板、m面サファイア基板、r面サファイア基板、c面サファイア基板や、α型酸化ガリウム基板(a面、m面またはr面)などがより好適な例として挙げられる。β−ガリア構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えばβ−Ga基板、又はGaとAlとを含みAlが0wt%より多くかつ60wt%以下である混晶体基板などが挙げられる。また、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えば、SiC基板、ZnO基板、GaN基板などが挙げられる。 The substrate material is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known material. As the substrate material having the corundum structure, for example, α-Al 2 O 3 (sapphire substrate) or α-Ga 2 O 3 is preferably exemplified, and an a-plane sapphire substrate, an m-plane sapphire substrate, and an r-plane sapphire substrate. A c-plane sapphire substrate, an α-type gallium oxide substrate (a-plane, m-plane or r-plane) and the like are more preferable examples. As a base substrate mainly composed of a substrate material having a β-gallia structure, for example, a β-Ga 2 O 3 substrate, or a Ga 2 O 3 and Al 2 O 3 containing Al 2 O 3 content of more than 0 wt% Examples thereof include a mixed crystal substrate of 60 wt% or less. In addition, examples of the base substrate whose main component is a substrate material having a hexagonal crystal structure include a SiC substrate, a ZnO substrate, and a GaN substrate.

本発明においては、前記基体が、コランダム構造を有するのが好ましく、コランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板であるのがより好ましく、サファイア基板またはα型酸化ガリウム基板であるのが最も好ましい。また、前記基体は、アルミニウムを含むのが好ましく、コランダム構造を有するアルミニウム含有基板材料を主成分とする下地基板であるのがより好ましく、サファイア基板(好ましくはc面サファイア基板、a面サファイア基板、m面サファイア基板、r面サファイア基板)であるのが最も好ましい。また、前記基体は、酸化物を含むのが好ましく、前記酸化物としては、例えば、YSZ基板、MgAl基板、ZnO基板、MgO基板、SrTiO基板、Al基板、石英基板、ガラス基板、β型酸化ガリウム基板、チタン酸バリウム基板、チタン酸ストロンチウム基板、酸化コバルト基板、酸化銅基板、酸化クロム基板、酸化鉄基板、GdGa12基板、タンタル酸カリウム基板、アルミン酸ランタン基板、ランタンストロンチウムアルミネート基板、ランタンストロンチウムガレート基板、ニオブ酸リチウム基板、タンタル酸リチウム基板、アルミニウムタンタル酸ランタンストロンチウム、酸化マンガン基板、ネオジウムガレード基板、酸化ニッケル基板、スカンジウムマグネシウムアルミネート基板、酸化ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム基板、酸化スズ基板、酸化テルル基板、酸化チタン基板、YAG基板、イットリウム・アルミネート基板、リチウム・アルミネート基板、リチウム・ガレート基板、LAST基板、ネオジムガレート基板、イットリウム・オルトバナデイト基板などが挙げられる。 In the present invention, the substrate preferably has a corundum structure, more preferably a base substrate composed mainly of a substrate material having a corundum structure, and most preferably a sapphire substrate or an α-type gallium oxide substrate. preferable. The substrate preferably contains aluminum, more preferably a base substrate mainly composed of an aluminum-containing substrate material having a corundum structure, and a sapphire substrate (preferably a c-plane sapphire substrate, an a-plane sapphire substrate, Most preferred are m-plane sapphire substrates and r-plane sapphire substrates. The base preferably contains an oxide, and examples of the oxide include a YSZ substrate, MgAl 2 O 4 substrate, ZnO substrate, MgO substrate, SrTiO 3 substrate, Al 2 O 3 substrate, quartz substrate, Glass substrate, β-type gallium oxide substrate, barium titanate substrate, strontium titanate substrate, cobalt oxide substrate, copper oxide substrate, chromium oxide substrate, iron oxide substrate, Gd 3 Ga 5 O 12 substrate, potassium tantalate substrate, aluminate acid Lanthanum substrate, lanthanum strontium aluminate substrate, lanthanum strontium gallate substrate, lithium niobate substrate, lithium tantalate substrate, lanthanum strontium aluminum tantalate, manganese oxide substrate, neodymium galide substrate, nickel oxide substrate, scandium magnesium aluminate substrate, acid Strontium, strontium titanate substrate, tin oxide substrate, tellurium oxide substrate, titanium oxide substrate, YAG substrate, yttrium aluminate substrate, lithium aluminate substrate, lithium gallate substrate, LAST substrate, neodymium gallate substrate, yttrium orthovana A date board etc. are mentioned.

(アニール工程)
本発明においては、前記成膜工程の後、アニール処理を行うのが好ましい。アニール処理を行うことにより、軽水素のみを用いて成膜した場合に比べ、より水素濃度を低減させることができる。アニールの処理温度は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、通常、300℃〜650℃であり、好ましくは350℃〜550℃である。また、アニールの処理時間は、通常、1分間〜48時間であり、好ましくは10分間〜24時間であり、より好ましくは30分間〜12時間である。なお、アニール処理は、本発明の目的を阻害しない限り、どのような雰囲気下で行われてもよいが、好ましくは非酸素雰囲気下であり、より好ましくは窒素雰囲気下である。
(Annealing process)
In the present invention, it is preferable to perform an annealing treatment after the film forming step. By performing the annealing treatment, the hydrogen concentration can be further reduced as compared with the case where the film is formed using only light hydrogen. The annealing treatment temperature is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and is usually 300 ° C. to 650 ° C., preferably 350 ° C. to 550 ° C. The annealing treatment time is usually 1 minute to 48 hours, preferably 10 minutes to 24 hours, and more preferably 30 minutes to 12 hours. The annealing treatment may be performed in any atmosphere as long as the object of the present invention is not hindered, but is preferably a non-oxygen atmosphere, and more preferably a nitrogen atmosphere.

また、本発明においては、前記基体上に、直接、結晶性半導体膜を設けてもよいし、バッファ層(緩衝層)や応力緩和層等の他の層を介して結晶性半導体膜を設けてもよい。各層の形成手段は、特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、ミストCVD法が好ましい。   In the present invention, a crystalline semiconductor film may be provided directly on the substrate, or a crystalline semiconductor film may be provided via another layer such as a buffer layer (buffer layer) or a stress relaxation layer. Also good. The means for forming each layer is not particularly limited and may be a known means. In the present invention, the mist CVD method is preferred.

上記のようにして結晶性半導体膜を製造することで、膜表面の一部または全部における水素濃度を2×1017(atoms/cm)以下、好ましくは1×1017(atoms/cm)以下にまで低減することができる。前記結晶性半導体膜は、重水素を用いたことによる悪影響もなく、半導体特性、特に電気特性に非常に優れたものとなり、半導体装置等に有用である。また、前記結晶性半導体膜は、その表面の一部または全部におけるハロゲン濃度が、通常、5×1016(atoms/cm)以下、好ましくは1×1016(atoms/cm)以下、より好ましくは5×1015(atoms/cm)以下、最も好ましくは3×1015(atoms/cm)以下にまで低減されており、特に、原料にハロゲン化合物を用いた場合であっても、ハロゲン不純物が低減されており、より良好な半導体特性を発揮することができる。なお、前記ハロゲンとしては、例えば、塩素や臭素等が挙げられるが、本発明においては、前記ハロゲンが塩素または臭素が好ましく、塩素および臭素がより好ましい。 By manufacturing the crystalline semiconductor film as described above, the hydrogen concentration in part or all of the film surface is 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less, preferably 1 × 10 17 (atoms / cm 3 ). It can be reduced to the following. The crystalline semiconductor film has no adverse effect due to the use of deuterium, has extremely excellent semiconductor characteristics, particularly electrical characteristics, and is useful for semiconductor devices and the like. In addition, the crystalline semiconductor film has a halogen concentration of a part or all of its surface, usually 5 × 10 16 (atoms / cm 3 ) or less, preferably 1 × 10 16 (atoms / cm 3 ) or less. Preferably it is reduced to 5 × 10 15 (atoms / cm 3 ) or less, most preferably 3 × 10 15 (atoms / cm 3 ) or less, and even when a halogen compound is used as a raw material, Halogen impurities are reduced and better semiconductor characteristics can be exhibited. Examples of the halogen include chlorine and bromine. In the present invention, the halogen is preferably chlorine or bromine, and more preferably chlorine and bromine.

本発明においては、前記結晶性半導体膜を、前記基体等から剥離する等の公知の手段を用いた後に、半導体装置等に用いてもよいし、そのまま積層構造体として、半導体装置等に用いてもよい。   In the present invention, the crystalline semiconductor film may be used for a semiconductor device or the like after using a known means such as peeling from the substrate or the like, or may be used as it is for a semiconductor device or the like as a laminated structure. Also good.

前記半導体装置としては、例えば、半導体レーザ、ダイオードまたはトランジスタなどが挙げられ、より具体的には例えば、MISやHEMT等のトランジスタやTFT、半導体−金属接合を利用したショットキーバリアダイオード、他のP層と組み合わせたPN又はPINダイオード、受発光素子等が挙げられる。本発明においては、前記半導体装置が、ダイオードまたはトランジスタであるのが好ましい。   Examples of the semiconductor device include a semiconductor laser, a diode, or a transistor. More specifically, for example, a transistor or TFT such as MIS or HEMT, a Schottky barrier diode using a semiconductor-metal junction, or other P Examples thereof include a PN or PIN diode combined with a layer, a light emitting / receiving element, and the like. In the present invention, the semiconductor device is preferably a diode or a transistor.

本発明においては、前記半導体装置が、前記結晶性半導体膜と電極とを少なくとも含む半導体装置であるのが好ましい。前記電極は、例えば、前記半導体装置がショットキーバリアダイオードである場合には、ショットキー電極やオーミック電極であってよく、また、例えば、前記半導体装置がMOSFETである場合には、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極であってよい。前記電極材料としては、例えば、Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、NdもしくはAg等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。電極の形成は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法などの公知の手段により行うことができる。   In the present invention, the semiconductor device is preferably a semiconductor device including at least the crystalline semiconductor film and an electrode. For example, when the semiconductor device is a Schottky barrier diode, the electrode may be a Schottky electrode or an ohmic electrode. For example, when the semiconductor device is a MOSFET, a gate electrode, a source It may be an electrode or a drain electrode. Examples of the electrode material include Al, Mo, Co, Zr, Sn, Nb, Fe, Cr, Ta, Ti, Au, Pt, V, Mn, Ni, Cu, Hf, W, Ir, Zn, In, Metals such as Pd, Nd or Ag, or alloys thereof, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), metal oxide conductive films such as indium zinc oxide (IZO), polyaniline, polythiophene or polypyrrole Organic conductive compounds such as or a mixture thereof. The electrode can be formed by a known means such as a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like.

前記半導体装置は、水素が低減された結晶性半導体膜を有しているので、半導体特性、特に電気特性に優れている。前記結晶性半導体膜は、重水素を用いずにミストCVD法により成膜されたコランダム構造を有する半導体膜よりも、例えば移動度が格段に向上する。   Since the semiconductor device has a crystalline semiconductor film with reduced hydrogen, it has excellent semiconductor characteristics, particularly electrical characteristics. For example, the mobility of the crystalline semiconductor film is significantly improved as compared with a semiconductor film having a corundum structure formed by mist CVD without using deuterium.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
1.成膜装置
図1を用いて、本実施例で用いたミストCVD装置1を説明する。ミストCVD装置1は、キャリアガスを供給するキャリアガス源2aと、キャリアガス源2aから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁3aと、キャリアガス(希釈)を供給するキャリアガス(希釈)源2bと、キャリアガス(希釈)源2bから送り出されるキャリアガス(希釈)の流量を調節するための流量調節弁3bと、原料溶液4aが収容されるミスト発生源4と、水5aが入れられる容器5と、容器5の底面に取り付けられた超音波振動子6と、成膜室7と、ミスト発生源4から成膜室7までをつなぐ供給管9と、成膜室7内に設置されたホットプレート8と、熱反応後のミスト、液滴および排気ガスを排出する排気口11とを備えている。なお、ホットプレート8上には、基板10が設置されている。
Example 1
1. Film Forming Apparatus A mist CVD apparatus 1 used in this example will be described with reference to FIG. The mist CVD apparatus 1 includes a carrier gas source 2a for supplying a carrier gas, a flow rate adjusting valve 3a for adjusting the flow rate of the carrier gas delivered from the carrier gas source 2a, and a carrier gas for supplying a carrier gas (dilution). A dilution source 2b, a flow rate adjusting valve 3b for adjusting the flow rate of the carrier gas (dilution) sent from the carrier gas (dilution) source 2b, a mist generating source 4 in which the raw material solution 4a is accommodated, and water 5a. A container 5 to be placed, an ultrasonic vibrator 6 attached to the bottom surface of the container 5, a film forming chamber 7, a supply pipe 9 connecting the mist generating source 4 to the film forming chamber 7, and the film forming chamber 7. An installed hot plate 8 and an exhaust port 11 for discharging mist, droplets and exhaust gas after thermal reaction are provided. A substrate 10 is installed on the hot plate 8.

2.原料溶液の作製
臭化ガリウムと臭化スズを重水に混合し、ガリウムに対するスズの原子比が1:0.08となるように水溶液を調整し、この際、臭化重水素酸を体積比で10%を含有させ、これを原料溶液とした。
2. Preparation of raw material solution Mixing gallium bromide and tin bromide in heavy water and adjusting the aqueous solution so that the atomic ratio of tin to gallium is 1: 0.08. 10% was contained, and this was used as a raw material solution.

3.成膜準備
上記2.で得られた原料溶液4aをミスト発生源4内に収容した。次に、基板10として、サファイア基板をホットプレート8上に設置し、ホットプレート8を作動させて成膜室7内の温度を600℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁3a、3bを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段2a、2bからキャリアガスを成膜室7内に供給し、成膜室7の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を5.0L/分に、キャリアガス(希釈)の流量を0.5L/分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
3. Preparation of film formation The raw material solution 4a obtained in the above was accommodated in the mist generating source 4. Next, a sapphire substrate was placed on the hot plate 8 as the substrate 10, and the hot plate 8 was operated to raise the temperature in the film forming chamber 7 to 600 ° C. Next, the flow rate control valves 3a and 3b are opened, the carrier gas is supplied from the carrier gas supply means 2a and 2b, which are carrier gas sources, into the film forming chamber 7, and the atmosphere in the film forming chamber 7 is sufficiently filled with the carrier gas. After the replacement, the carrier gas flow rate was adjusted to 5.0 L / min, and the carrier gas (dilution) flow rate was adjusted to 0.5 L / min. Note that oxygen was used as a carrier gas.

4.結晶性半導体膜の形成
次に、超音波振動子6を2.4MHzで振動させ、その振動を、水5aを通じて原料溶液4aに伝播させることによって、原料溶液4aを霧化させてミスト4bを生成させた。このミスト4bが、キャリアガスによって、供給管9内を通って、成膜室7内に導入され、大気圧下、600℃にて、成膜室7内でミストが熱反応して、基板10上に膜が形成された。なお、膜厚は3.2μmであり、成膜時間は240分間であった。
4). Formation of Crystalline Semiconductor Film Next, the ultrasonic vibrator 6 is vibrated at 2.4 MHz, and the vibration is propagated to the raw material solution 4a through the water 5a, whereby the raw material solution 4a is atomized to generate the mist 4b. I let you. The mist 4b is introduced into the film forming chamber 7 by the carrier gas through the supply pipe 9, and the mist thermally reacts in the film forming chamber 7 at 600 ° C. under atmospheric pressure. A film was formed on top. The film thickness was 3.2 μm and the film formation time was 240 minutes.

5.評価
XRD回折装置を用いて、上記4.にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα−Gaであり、抵抗率は8mΩcmであった。また、得られた膜につき、二次イオン質量分析装置を用いて、膜中の水素濃度を測定した。SIMSの結果を図2に示す。図2から明らかなとおり、水素濃度が2×1017(atoms/cm)以下であった。また、得られた膜につき、ホール効果測定を実施したところ、キャリア密度7.80×1018cm−3において、移動度が13.81cm/Vsであった。これは、重水素を用いずに成膜した場合に比べ、約5倍以上の効果の差があり、本発明の結晶性半導体膜の電気特性が優れていることがわかる。
5. Evaluation Using the XRD diffractometer, the above 4. Was subjected to phase identification of the film obtained by, the obtained film is α-Ga 2 0 3, the resistivity was 8Emuomegacm. Moreover, about the obtained film | membrane, the hydrogen concentration in a film | membrane was measured using the secondary ion mass spectrometer. The results of SIMS are shown in FIG. As is clear from FIG. 2, the hydrogen concentration was 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less. Further, when the Hall effect measurement was performed on the obtained film, the mobility was 13.81 cm 2 / Vs at a carrier density of 7.80 × 10 18 cm −3 . This is a difference in effect of about 5 times or more compared with the case where the film is formed without using deuterium, and it can be seen that the electrical characteristics of the crystalline semiconductor film of the present invention are excellent.

(実施例2)
実施例1で得られた膜を窒素雰囲気中500℃にて1時間アニール処理した。アニール処理で得られた膜を実施例2の膜とし、実施例1と同様に評価した。得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα−Gaであり、抵抗率は10mΩcmであった。また、得られた膜につき、二次イオン質量分析装置を用いて、膜中の水素濃度を測定した。SIMSの結果を図2に示す。図2から明らかなとおり、水素濃度が1×1017(atoms/cm)以下であった。
(Example 2)
The film obtained in Example 1 was annealed at 500 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The film obtained by the annealing treatment was used as the film of Example 2, and evaluated in the same manner as in Example 1. When the phase of the obtained film was identified, the obtained film was α-Ga 2 O 3 and the resistivity was 10 mΩcm. Moreover, about the obtained film | membrane, the hydrogen concentration in a film | membrane was measured using the secondary ion mass spectrometer. The results of SIMS are shown in FIG. As is apparent from FIG. 2, the hydrogen concentration was 1 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less.

(実施例3)
1.成膜装置
図3を用いて、実施例3で用いたミストCVD装置19を説明する。ミストCVD装置19は、基板20を載置するサセプタ21と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段22aと、キャリアガス供給手段22aから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁23aと、キャリアガス(希釈)を供給するキャリアガス(希釈)供給手段22bと、キャリアガス(希釈)供給手段22bから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁23bと、原料溶液24aが収容されるミスト発生源24と、水25aが入れられる容器25と、容器25の底面に取り付けられた超音波振動子26と、内径40mmの石英管からなる供給管27と、供給管27の周辺部に設置されたヒーター28とを備えている。サセプタ21は、石英からなり、基板20を載置する面が水平面から傾斜している。成膜室となる供給管27とサセプタ21をどちらも石英で作製することにより、基板20上に形成される膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。
Example 3
1. Film Forming Apparatus The mist CVD apparatus 19 used in Example 3 will be described with reference to FIG. The mist CVD apparatus 19 includes a susceptor 21 on which the substrate 20 is placed, a carrier gas supply means 22a for supplying a carrier gas, and a flow rate adjusting valve 23a for adjusting the flow rate of the carrier gas sent from the carrier gas supply means 22a. The carrier gas (dilution) supply means 22b for supplying the carrier gas (dilution), the flow rate adjusting valve 23b for adjusting the flow rate of the carrier gas sent from the carrier gas (dilution) supply means 22b, and the raw material solution 24a are accommodated. Mist generating source 24, a container 25 in which water 25a is placed, an ultrasonic vibrator 26 attached to the bottom surface of the container 25, a supply pipe 27 made of a quartz tube having an inner diameter of 40 mm, and a peripheral portion of the supply pipe 27 And a heater 28 installed in the vehicle. The susceptor 21 is made of quartz, and the surface on which the substrate 20 is placed is inclined from the horizontal plane. Both the supply pipe 27 and the susceptor 21 serving as a film formation chamber are made of quartz, so that impurities derived from the apparatus are prevented from being mixed into the film formed on the substrate 20.

2.原料溶液の作製
臭化ガリウムと臭化スズを重水に混合し、ガリウムに対するスズの原子比が1:0.08となるように水溶液を調整し、この際、臭化重水素酸を体積比で10%を含有させ、これを原料溶液とした。
2. Preparation of raw material solution Mixing gallium bromide and tin bromide in heavy water and adjusting the aqueous solution so that the atomic ratio of tin to gallium is 1: 0.08. 10% was contained, and this was used as a raw material solution.

3.成膜準備
上記2.で得られた原料溶液24aをミスト発生源24内に収容した。次に、基板20として、サファイア基板をサセプタ21上に設置し、ヒーター28を作動させて成膜室27内の温度を550℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁23a、23bを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段22a、22bからキャリアガスを成膜室27内に供給し、成膜室27の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を5L/分に、キャリアガス(希釈)の流量を0.5L/分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
3. Preparation of film formation The raw material solution 24a obtained in the above was accommodated in the mist generating source 24. Next, a sapphire substrate was placed on the susceptor 21 as the substrate 20, and the heater 28 was operated to raise the temperature in the film forming chamber 27 to 550 ° C. Next, the flow rate control valves 23a and 23b are opened, and carrier gas is supplied from the carrier gas supply means 22a and 22b, which are carrier gas sources, into the film forming chamber 27. After the replacement, the carrier gas flow rate was adjusted to 5 L / min, and the carrier gas (dilution) flow rate was adjusted to 0.5 L / min. Note that oxygen was used as a carrier gas.

4.半導体膜形成
次に、超音波振動子26を2.4MHzで振動させ、その振動を、水25aを通じて原料溶液24aに伝播させることによって、原料溶液24aを霧化させてミストを生成した。このミストが、キャリアガスによって成膜室27内に導入され、大気圧下、550℃にて、成膜室27内でミストが反応して、基板20上に半導体膜が形成された。なお、膜厚は3.6μmであり、成膜時間は170分間であった。
4). Formation of Semiconductor Film Next, the ultrasonic vibrator 26 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 24a through the water 25a, whereby the raw material solution 24a was atomized to generate mist. The mist was introduced into the film forming chamber 27 by the carrier gas, and the mist reacted in the film forming chamber 27 at 550 ° C. under atmospheric pressure, so that a semiconductor film was formed on the substrate 20. The film thickness was 3.6 μm and the film formation time was 170 minutes.

5.評価
XRD回折装置を用いて、上記4.にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα−Gaであり、抵抗率は10mΩcmであった。また、得られた膜につき、二次イオン質量分析装置を用いて、膜中の水素濃度を測定した。SIMSの結果を図4に示す。図4から明らかなとおり、膜中の水素濃度が2×1017(atoms/cm)以下であった。また、水素濃度を測定した場合と同様に、二次イオン質量分析装置を用いて、膜中のハロゲン(臭素、塩素)の濃度も測定した。臭素濃度の測定結果を図5に示し、塩素濃度の測定結果を図6に示す。図5および図6から明らかなとおり、膜中の臭素濃度が、3×1015(atoms/cm)以下であり、塩素濃度が、2×1015(atoms/cm)以下であり、ハロゲンの濃度が低いことがわかる。
5. Evaluation Using the XRD diffractometer, the above 4. Was subjected to phase identification of the film obtained by, the obtained film is α-Ga 2 0 3, the resistivity was 10Emuomegacm. Moreover, about the obtained film | membrane, the hydrogen concentration in a film | membrane was measured using the secondary ion mass spectrometer. The results of SIMS are shown in FIG. As is apparent from FIG. 4, the hydrogen concentration in the film was 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less. Similarly to the case where the hydrogen concentration was measured, the concentration of halogen (bromine, chlorine) in the film was also measured using a secondary ion mass spectrometer. The measurement result of bromine concentration is shown in FIG. 5, and the measurement result of chlorine concentration is shown in FIG. As apparent from FIGS. 5 and 6, the bromine concentration in the film is 3 × 10 15 (atoms / cm 3 ) or less, the chlorine concentration is 2 × 10 15 (atoms / cm 3 ) or less, and halogen It can be seen that the concentration of is low.

(実施例4)
実施例3で得られた膜を窒素雰囲気中400℃にて10時間アニール処理した。アニール処理で得られた膜を実施例4の膜とし、実施例3と同様に評価した。得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα−Gaであった。また、得られた膜につき、二次イオン質量分析装置を用いて、膜中のハロゲン(塩素、臭素)の濃度を測定した。臭素濃度の測定結果を図5に示し、塩素濃度の測定結果を図6に示す。図5および図6から明らかなとおり、塩素濃度が、2×1015(atoms/cm)以下であり、臭素濃度も2×1015(atoms/cm)以下であり、ハロゲンの不純物が2×1015(atoms/cm)以下と低いことがわかる。しかしながら、ハロゲンの場合は、アニール処理前と処理後では、例えばハロゲン不純物が低減する等の変化を確認することはできなかった。
Example 4
The film obtained in Example 3 was annealed in a nitrogen atmosphere at 400 ° C. for 10 hours. The film obtained by the annealing treatment was used as the film of Example 4, and was evaluated in the same manner as in Example 3. When the phase of the obtained film was identified, the obtained film was α-Ga 2 O 3 . Moreover, about the obtained film | membrane, the density | concentration of the halogen (chlorine, bromine) in a film | membrane was measured using the secondary ion mass spectrometer. The measurement result of bromine concentration is shown in FIG. 5, and the measurement result of chlorine concentration is shown in FIG. As is apparent from FIGS. 5 and 6, the chlorine concentration is 2 × 10 15 (atoms / cm 3 ) or less, the bromine concentration is 2 × 10 15 (atoms / cm 3 ) or less, and the halogen impurity is 2 It can be seen that it is as low as × 10 15 (atoms / cm 3 ) or less. However, in the case of halogen, it was not possible to confirm changes such as reduction of halogen impurities before and after annealing.

実施例から明らかなとおり、本発明の結晶性半導体膜は、いずれも水素濃度が、2×1017(atoms/cm)以下であり、半導体特性にも優れていることがわかる。 As is clear from the examples, the crystalline semiconductor films of the present invention all have a hydrogen concentration of 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less, and are excellent in semiconductor characteristics.

本発明の結晶性半導体膜は、水素濃度が低く、半導体特性に優れているので、半導体装置に有用である。   The crystalline semiconductor film of the present invention is useful for a semiconductor device because it has a low hydrogen concentration and excellent semiconductor characteristics.

1 ミストCVD装置
2a キャリアガス源
2b キャリアガス(希釈)源
3a 流量調節弁
3b 流量調節弁
4 ミスト発生源
4a 原料溶液
4b ミスト
5 容器
5a 水
6 超音波振動子
7 成膜室
8 ホットプレート
9 供給管
10 基板
11 排気口
19 ミストCVD装置
20 基板
21 サセプタ
22a キャリアガス供給手段
22b キャリアガス(希釈)供給手段
23a 流量調節弁
23b 流量調節弁
24 ミスト発生源
24a 原料溶液
25 容器
25a 水
26 超音波振動子
27 供給管
28 ヒーター
29 排気口

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mist CVD apparatus 2a Carrier gas source 2b Carrier gas (dilution) source 3a Flow control valve 3b Flow control valve 4 Mist generation source 4a Raw material solution 4b Mist 5 Container 5a Water 6 Ultrasonic vibrator 7 Deposition chamber 8 Hot plate 9 Supply Tube 10 Substrate 11 Exhaust port 19 Mist CVD apparatus 20 Substrate 21 Susceptor 22a Carrier gas supply means 22b Carrier gas (dilution) supply means 23a Flow control valve 23b Flow control valve 24 Mist generation source 24a Raw material solution 25 Container 25a Water 26 Ultrasonic vibration Child 27 Supply pipe 28 Heater 29 Exhaust port

Claims (12)

コランダム構造を有する半導体を主成分として含む結晶性半導体膜であって、膜表面の一部または全部における水素濃度が2×1017(atoms/cm)以下であることを特徴とする結晶性半導体膜。 A crystalline semiconductor film containing a semiconductor having a corundum structure as a main component, wherein a hydrogen concentration in a part or all of the film surface is 2 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less. film. 水素濃度が1×1017(atoms/cm)以下である請求項1記載の結晶性半導体膜。 The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the hydrogen concentration is 1 × 10 17 (atoms / cm 3 ) or less. 膜表面の一部または全部におけるハロゲン濃度が1×1016(atoms/cm)以下である請求項1または2に記載の結晶性半導体膜。 The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein a halogen concentration in a part or all of the film surface is 1 × 10 16 (atoms / cm 3 ) or less. 半導体が酸化物半導体である請求項1〜3のいずれかに記載の結晶性半導体膜。   The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor is an oxide semiconductor. 半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムの少なくともいずれか一つを含む請求項1〜4のいずれかに記載の結晶性半導体膜。   The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor contains at least one of aluminum, indium, and gallium. 半導体がガリウムを含む請求項1〜5のいずれかに記載の結晶性半導体膜。   The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor contains gallium. 基体上に結晶性半導体膜が積層されている積層構造体であって、前記結晶性半導体膜が、請求項1〜6のいずれかに記載の結晶性半導体膜であることを特徴とする積層構造体。   A laminated structure in which a crystalline semiconductor film is laminated on a substrate, wherein the crystalline semiconductor film is the crystalline semiconductor film according to claim 1. body. 基体が、コランダム構造を有する請求項7記載の積層構造体。   The laminated structure according to claim 7, wherein the substrate has a corundum structure. 基体が、アルミニウムを含む請求項7または8に記載の積層構造体。   The laminated structure according to claim 7 or 8, wherein the substrate contains aluminum. 基体が、酸化物を含む請求項7〜9のいずれかに記載の積層構造体。   The laminated structure according to any one of claims 7 to 9, wherein the substrate contains an oxide. 請求項1〜6のいずれかに記載の結晶性半導体膜または請求項7〜10のいずれかに記載の積層構造体を含む半導体装置。   The semiconductor device containing the crystalline semiconductor film in any one of Claims 1-6, or the laminated structure in any one of Claims 7-10. ダイオードまたはトランジスタである請求項11記載の半導体装置。

The semiconductor device according to claim 11, wherein the semiconductor device is a diode or a transistor.

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CN114423883A (en) * 2019-09-30 2022-04-29 日本碍子株式会社 α-Ga2O3Semiconductor film

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114302982A (en) * 2019-08-27 2022-04-08 信越化学工业株式会社 Laminated structure and method for manufacturing laminated structure
CN114302982B (en) * 2019-08-27 2024-10-29 信越化学工业株式会社 Laminated structure and method for manufacturing laminated structure
CN114423883A (en) * 2019-09-30 2022-04-29 日本碍子株式会社 α-Ga2O3Semiconductor film
CN114423883B (en) * 2019-09-30 2024-03-12 日本碍子株式会社 α-Ga 2 O 3 Semiconductor film

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