[发明专利]结晶性氧化物半导体膜及半导体装置

说明书

本发明提供一种电特性优异的结晶性氧化物半导体膜。使用雾化CVD装置使包含掺杂剂的原料溶液雾化或液滴化，通过载气将所得的雾或液滴运送到成膜室内的a面或m面刚玉结构晶体基板附近，之后在成膜室内使所述雾或液滴进行热反应，从而在晶体基板上获得结晶性氧化物半导体膜，所述结晶性氧化物半导体膜具有刚玉结构，并且其主面为a面或m面，所述掺杂剂为n型掺杂剂。

技术领域

本发明涉及一种用于半导体装置中的结晶性氧化物半导体膜、使用所述结晶性半导体氧化物膜的半导体装置及系统。

背景技术

作为能够实现高耐压、低损耗及高耐热的新一代开关元件，使用了带隙大的氧化镓(Ga₂O₃)的半导体装置受到关注，并期待在逆变器等的功率半导体装置中应用。此外，由于带隙宽，还期待用作LED或传感器等的受发光装置。根据非专利文献1，该氧化镓可通过将铟或铝分别进行混晶或者组合铟及铝进行混晶来控制带隙，作为InAlGaO系半导体构成极具吸引力的材料系统。在此，InAlGaO系半导体表示In_XAl_YGa_ZO₃(0≤X≤2、0≤Y≤2、0≤Z≤2、X+Y+Z＝1.5～2.5)，可将其看作内含氧化镓的同一材料系统。

专利文献1中记载有在c面蓝宝石基板上掺杂Sn的结晶性高的导电性α-Ga₂O₃薄膜。专利文献1中记载的薄膜为X射线衍射法的摇摆曲线的半值宽度为约60arcsec(弧度秒)而结晶性高的α-Ga₂O₃薄膜，但不能维持充分的耐压性，而且迁移率也为1cm²/Vs以下，也不能满足半导体特性，在半导体装置中使用尚有困难。

此外，专利文献2中记载有在c面蓝宝石基板上掺杂Ge的α-Ga₂O₃膜，虽然获得与专利文献1中记载的薄膜相比电特性更加优异的α-Ga₂O₃薄膜，但迁移率为3.26cm²/Vs，还是无法满足在半导体装置中使用。

在非专利文献2中，在c面蓝宝石基板上制作掺杂Sn的α-Ga₂O₃膜，接下来进行退火处理而使之成为退火缓和层，之后在退火缓和层上形成掺杂Sn的α-Ga₂O₃膜，从而提高迁移率。而且，通过掺杂Sn，由于Sn发挥表面活性剂的效果，还获得改善α-Ga₂O₃薄膜的表面粗糙度和结晶性且提高迁移率的结果。然而，由于退火处理，具有高电阻化或绝缘化的问题，在半导体装置中使用尚存问题。此外，得到的膜仍有较多位错，位错散射的影响较强，具有妨碍电特性的问题。进而，还有裂纹多的问题，亟需一种工业上有用的α-Ga₂O₃膜。

专利文献1：特开2013-028480号公报

专利文献2：特开2015-228495号公报

非专利文献1：金子健太郎，“刚玉结构氧化镓系混晶薄膜的生长及物理性质”，京都大学博士论文，平成25年3月(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)

专利文献2：赤岩和明，“刚玉结构氧化镓系半导体的电特性控制及器件应用”，京都大学博士论文，平成28年3月(赤岩和明、「コランダム構造酸化ガリウム系半導体の電気特性制御とデバイス応用」、京都大学博士論文、平成28年3月非)

发明内容

本发明的目的是提供一种电特性、尤其是迁移率优异的结晶性氧化物半导体膜。