JP2021080127A - Peeling method and method for manufacturing crystalline oxide film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に有用な結晶性酸化物膜を得る剥離方法および前記結晶性酸化物膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a peeling method for obtaining a crystalline oxide film useful for a semiconductor device and a method for producing the crystalline oxide film.
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(Ga2O3)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―Ga2O3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と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InXAlYGaZO3(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。
As a next-generation switching element capable of achieving high withstand voltage, low loss, and high heat resistance, semiconductor devices using gallium oxide (Ga 2 O 3 ) having a large bandgap are attracting attention, and are used for power semiconductor devices such as inverters. Expected to be applied. Further, it is expected to be widely applied as a light receiving / receiving device such as an LED or a sensor due to a wide band gap. In particular, among gallium oxide, α-Ga 2 O 3 and the like having a corundum structure can control the band gap by forming a mixed crystal of indium and aluminum, respectively, or in combination, according to Non-Patent
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り、例えば、ヘテロエピタキシャル成長等に結晶成長条件が制約されることも多く、そのため、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。 However, since the most stable phase of gallium oxide has a β-Galia structure, it is difficult to form a crystal film having a corundum structure, which is a semi-stable phase, unless a special film forming method is used. For example, hetero Crystal growth conditions are often restricted by epitaxial growth and the like, and therefore the dislocation density tends to be high. In addition to the crystal film having a corundum structure, there are still many problems in improving the film formation rate and crystal quality, suppressing cracks and abnormal growth, suppressing twins, and cracking the substrate due to warpage. Under such circumstances, some studies are currently being conducted on the formation of crystalline semiconductors having a corundum structure.
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。
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。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9μm2以上であり、転位密度が5×106cm−2未満の結晶膜を得ることが記載されている。しかしながら、酸化ガリウムは放熱性に課題があり、放熱性の課題を解消するには、例えば酸化ガリウムの膜厚を30μm以下に薄くする必要があるが、研磨工程が煩雑となり、コストが高くなるという問題があり、また、そもそも、研磨により薄くした場合には、膜厚分布を維持したまま大面積の酸化ガリウム膜を得ることが困難という問題を抱えていた。また、縦型デバイスとした場合の直列抵抗においても、十分に満足できるものではなかった。そのため、パワーデバイスとして酸化ガリウムの性能を存分に発揮するには、良質な酸化ガリウムの自立膜を容易に得ることが重要であり、良質な酸化ガリウムの自立膜を容易に得られる方法が待ち望まれていた。
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。
All of
本発明は、半導体装置等に有用なコランダム構造を有する結晶性酸化物の自立膜を工業的有利に得ることができる結晶性酸化物膜の製造方法および剥離方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing a crystalline oxide film and a method for peeling off a crystalline oxide film capable of industrially obtaining a self-supporting film of a crystalline oxide having a corundum structure useful for a semiconductor device or the like.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、結晶成長面を有しており、かつコランダム構造を有している結晶成長用基板であって、前記結晶成長面に沿った第1の方向と、前記結晶成長面に沿い、かつ前記第1の方向に垂直または略垂直な方向である第2の方向とで、それぞれ異なる線熱膨張係数を有しており、前記第1の方向の線熱膨張係数が前記第2の方向の線熱膨張係数より大きい結晶成長用基板上に、剥離犠牲層を介して前記結晶成長用基板の主成分とは異なる主成分を含む結晶性酸化物膜を結晶成長により成膜するとともに、前記剥離犠牲層を用いて前記第2の方向から前記結晶性酸化物膜と前記結晶成長用基板とを剥離することを含む結晶性酸化物膜の製造方法によれば、一定の方向からきれいに剥離が進み、コランダム構造を有する結晶性酸化物の自立膜が容易に得られることを知見し、このような方法が上記した従来の問題を一挙に解決し得ることを見出した。 As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors have a crystal growth substrate having a crystal growth plane and a corundum structure, and the first substrate along the crystal growth plane. The first direction and the second direction along the crystal growth plane and perpendicular to or substantially perpendicular to the first direction have different linear thermal expansion coefficients. Crystalline oxidation containing a main component different from the main component of the crystal growth substrate via a peeling sacrificial layer on a crystal growth substrate whose linear thermal expansion coefficient in the direction is larger than the linear thermal expansion coefficient in the second direction. Production of a crystalline oxide film including forming a film by crystal growth and peeling the crystalline oxide film and the crystal growth substrate from the second direction using the peeling sacrificial layer. According to the method, it was found that the peeling proceeded cleanly from a certain direction and a free-standing film of crystalline oxide having a corundum structure could be easily obtained, and such a method solved the above-mentioned conventional problems at once. Found to get.
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。 In addition, after obtaining the above findings, the present inventors have further studied and completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] 結晶成長面を有しており、かつコランダム構造を有している結晶成長用基板であって、前記結晶成長面に沿った第1の方向と、前記結晶成長面に沿い、かつ前記第1の方向に垂直または略垂直な方向である第2の方向とで、それぞれ異なる線熱膨張係数を有しており、前記第1の方向の線熱膨張係数が前記第2の方向の線熱膨張係数より大きい結晶成長用基板上に、剥離犠牲層を介して前記結晶成長用基板の主成分とは異なる主成分を含む結晶性酸化物膜を結晶成長により成膜するとともに、前記剥離犠牲層を用いて前記第2の方向から前記結晶性酸化物膜と前記結晶成長用基板とを剥離することを含む結晶性酸化物膜の製造方法。
[2] 前記結晶成長用基板が酸化物を含む、前記[1]記載の製造方法。
[3] 前記結晶性酸化物膜がコランダム構造を有する前記[1]または[2]に記載の製造方法。
[4] 前記結晶性酸化物膜が少なくとも酸化ガリウムを含む前記[1]〜[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5] 前記剥離犠牲層が、前記結晶成長用基板のc軸方向に配列されている凹凸部を有している前記[1]〜[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6] 前記凹凸部がストライプ状であり、前記結晶成長用基板のc軸方向に対して30°〜150°の範囲内にある方向に延びている前記[5]記載の製造方法。
[7] 前記凹凸部がストライプ状であり、前記結晶成長用基板のc軸方向に垂直な方向に対して0.2°〜60°の範囲内にある方向に延びている前記[5]記載の製造方法。
[8] 前記凹凸部のストライプが、それぞれ互いに平行となるように配置されている、前記[6]または[7]に記載の製造方法。
[9] 前記凹凸部が、マスクを含む前記[5]〜[8]のいずれかに記載の製造方法。
[10] 前記凹凸部が凸部を有しており、前記凸部がマスクである、前記[9]記載の製造方法。
[11] 前記凹凸部が少なくとも2つ以上の凸部を有している、前記[8]記載の製造方法。
[12] 前記マスクが酸化物を含む、前記[8]〜[10]のいずれかに記載の製造方法。
[13] 前記結晶成長面がm面またはr面である前記[1]〜[12]のいずれかに記載の製造方法。
[14] 結晶成長面を有しており、かつコランダム構造を有している結晶成長用基板であって、前記結晶成長面に沿った第1の方向と、前記結晶成長面に沿い、かつ前記第1の方向に垂直または略垂直な方向である第2の方向とで、それぞれ異なる線熱膨張係数を有している結晶成長用基板上に、剥離犠牲層を介して前記結晶成長用基板の主成分とは異なる主成分を含む結晶性酸化物膜を結晶成長により成膜するとともに、前記剥離犠牲層を用いて前記第2の方向から前記結晶性酸化物膜と前記結晶成長用基板とを剥離することを含む剥離方法。
That is, the present invention relates to the following invention.
[1] A crystal growth substrate having a crystal growth plane and having a corundum structure, in a first direction along the crystal growth plane, along the crystal growth plane, and said. The second direction, which is perpendicular to or substantially perpendicular to the first direction, has different linear thermal expansion coefficients, and the linear thermal expansion coefficient in the first direction is the line in the second direction. A crystalline oxide film containing a main component different from the main component of the crystal growth substrate is formed on the crystal growth substrate larger than the thermal expansion coefficient through the peel sacrifice layer by crystal growth, and the peel sacrifice is formed. A method for producing a crystalline oxide film, which comprises peeling the crystalline oxide film and the crystal growth substrate from the second direction using a layer.
[2] The production method according to the above [1], wherein the crystal growth substrate contains an oxide.
[3] The production method according to the above [1] or [2], wherein the crystalline oxide film has a corundum structure.
[4] The production method according to any one of the above [1] to [3], wherein the crystalline oxide film contains at least gallium oxide.
[5] The production method according to any one of [1] to [4], wherein the peeling sacrificial layer has uneven portions arranged in the c-axis direction of the crystal growth substrate.
[6] The manufacturing method according to the above [5], wherein the uneven portion has a striped shape and extends in a direction within a range of 30 ° to 150 ° with respect to the c-axis direction of the crystal growth substrate.
[7] The above-mentioned [5], wherein the uneven portion has a striped shape and extends in a direction within a range of 0.2 ° to 60 ° with respect to a direction perpendicular to the c-axis direction of the crystal growth substrate. Manufacturing method.
[8] The manufacturing method according to the above [6] or [7], wherein the stripes of the uneven portion are arranged so as to be parallel to each other.
[9] The production method according to any one of [5] to [8], wherein the uneven portion includes a mask.
[10] The manufacturing method according to the above [9], wherein the uneven portion has a convex portion and the convex portion is a mask.
[11] The manufacturing method according to the above [8], wherein the uneven portion has at least two or more convex portions.
[12] The production method according to any one of [8] to [10] above, wherein the mask contains an oxide.
[13] The production method according to any one of the above [1] to [12], wherein the crystal growth plane is the m-plane or the r-plane.
[14] A crystal growth substrate having a crystal growth plane and having a corundum structure, in a first direction along the crystal growth plane, along the crystal growth plane, and said. The crystal growth substrate is formed on the crystal growth substrate having different linear thermal expansion coefficients in the second direction, which is perpendicular to the first direction or substantially perpendicular to the first direction, via a peeling sacrificial layer. A crystalline oxide film containing a main component different from the main component is formed by crystal growth, and the crystal growth sacrificial layer is used to form the crystalline oxide film and the crystal growth substrate from the second direction. A peeling method that involves peeling.
本発明の製造方法によれば、半導体装置等に有用なコランダム構造を有する結晶性酸化物膜の自立膜を工業的有利に得ることができる。 According to the production method of the present invention, it is possible to obtain an industrially advantageous self-supporting film of a crystalline oxide film having a corundum structure useful for semiconductor devices and the like.
本発明の製造方法および剥離方法はそれぞれ、結晶成長面を有しており、かつコランダム構造を有している結晶成長用基板であって、前記結晶成長面に沿った第1の方向と、前記結晶成長面に沿い、かつ前記第1の方向に垂直または略垂直な方向である第2の方向とで、それぞれ異なる線熱膨張係数を有しており、前記第1の方向の線熱膨張係数が前記第2の方向の線熱膨張係数より大きい結晶成長用基板上に、剥離犠牲層を介して前記結晶成長用基板の主成分とは異なる主成分を含む結晶性酸化物膜(以下、単に「結晶成長層」または「結晶膜」ともいう。)を結晶成長により成膜するとともに、前記剥離犠牲層を用いて前記第2の方向から前記結晶性酸化物膜と前記結晶成長用基板とを剥離することを含むことを特長とする。なお、前記の剥離は、前記結晶性酸化物膜と前記結晶成長用基板とを剥離すればそれでよく、前記剥離の際に、前記結晶性酸化物膜および前記結晶成長用基板の少なくともいずれかに前記剥離犠牲層等が付いていてもよいし、付いていなくてもよいが、本発明においては、前記結晶成長用基板に前記剥離犠牲層が付いているのが好ましい。 Each of the manufacturing method and the peeling method of the present invention is a crystal growth substrate having a crystal growth surface and a colland structure, and has a first direction along the crystal growth surface and the above. It has different linear thermal expansion coefficients along the crystal growth plane and in a direction perpendicular to or substantially perpendicular to the first direction, and has different linear thermal expansion coefficients in the first direction. Is a crystalline oxide film containing a main component different from the main component of the crystal growth substrate via a peeling sacrificial layer on the crystal growth substrate having a greater than the linear thermal expansion coefficient in the second direction (hereinafter, simply A "crystal growth layer" or "crystal film") is formed by crystal growth, and the crystal growth oxide film and the crystal growth substrate are formed from the second direction using the peeling sacrificial layer. It is characterized by including peeling. The peeling may be performed by peeling the crystalline oxide film and the crystal growth substrate, and at the time of the peeling, at least one of the crystalline oxide film and the crystal growth substrate is used. The peeling sacrificial layer or the like may or may not be attached, but in the present invention, it is preferable that the peeling sacrificial layer is attached to the crystal growth substrate.
(結晶成長用基板)
結晶成長用基板(以下、単に「結晶基板」または「基板」ともいう。)は、結晶成長面を有しており、かつコランダム構造を有している結晶成長用基板であって、前記結晶成長面に沿った第1の方向と、前記結晶成長面に沿い、かつ前記第1の方向に垂直または略垂直な方向である第2の方向とで、それぞれ異なる線熱膨張係数を有しており、前記第1の方向の線熱膨張係数が前記第2の方向の線熱膨張係数より大きい結晶成長用基板であれば特に限定されない。「略垂直」は、前記結晶成長面に沿った前記第1の方向に垂直な軸に対して、好ましくは約±40度の範囲内にある方向であり、より好ましくは約±20度の範囲内にある方向であり、最も好ましくは約±10度の範囲内にある方向である。「熱膨張係数」は、JISR1618に準拠して測定される値をいう。ここで、本発明において好適なサファイア基板の例を挙げると、例えば、m面サファイア基板である場合には、c軸方向を第1の方法とし、a軸方向を第2の方向とすることが好ましくなり、r面サファイア基板である場合には、略c軸方向(例えばc軸をr面に投影した方向)を第1の方法とし、略a軸方向(例えばa軸をr面に投影した方向)を第2の方向とすることが好ましくなる。
(Substrate for crystal growth)
The crystal growth substrate (hereinafter, also simply referred to as “crystal substrate” or “substrate”) is a crystal growth substrate having a crystal growth surface and a colland structure, and the crystal growth. The first direction along the plane and the second direction along the crystal growth plane and perpendicular to or substantially perpendicular to the first direction have different linear thermal expansion coefficients. The crystal growth substrate is not particularly limited as long as the linear thermal expansion coefficient in the first direction is larger than the linear thermal expansion coefficient in the second direction. "Approximately vertical" is a direction preferably within a range of about ± 40 degrees, more preferably a range of about ± 20 degrees with respect to an axis perpendicular to the first direction along the crystal growth plane. The direction is inward, most preferably within the range of about ± 10 degrees. The "coefficient of thermal expansion" refers to a value measured in accordance with JIS R1618. Here, to give an example of a sapphire substrate suitable in the present invention, for example, in the case of an m-plane sapphire substrate, the c-axis direction may be the first method and the a-axis direction may be the second direction. Preferably, in the case of an r-plane sapphire substrate, the substantially c-axis direction (for example, the direction in which the c-axis is projected onto the r-plane) is used as the first method, and the substantially a-axis direction (for example, the a-axis is projected on the r-plane). The direction) is preferably the second direction.
前記結晶成長用基板は、コランダム構造を有する結晶物を主成分として含む基板であれば特に限定されず、公知の基板であってよい。前記結晶成長用基板は絶縁体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいし、半導体基板であってもよい。前記結晶成長用基板は単結晶基板であってもよいし、多結晶基板であってもよい。なお、前記「主成分」とは、基板中の組成比で、前記結晶物を50%以上含むものをいい、好ましくは70%以上含むものであり、より好ましくは90%以上含むものである。前記コランダム構造を有する結晶物を主成分として含む基板としては、例えば、サファイア基板、α型酸化ガリウム基板、α型AlGaO基板などが挙げられる。 The crystal growth substrate is not particularly limited as long as it is a substrate containing a crystal having a corundum structure as a main component, and may be a known substrate. The crystal growth substrate may be an insulator substrate, a conductive substrate, or a semiconductor substrate. The crystal growth substrate may be a single crystal substrate or a polycrystalline substrate. The "main component" refers to a composition ratio in the substrate containing 50% or more of the crystals, preferably 70% or more, and more preferably 90% or more. Examples of the substrate containing the crystal having a corundum structure as a main component include a sapphire substrate, an α-type gallium oxide substrate, and an α-type AlGaO substrate.
本発明の実施形態においては、前記結晶基板が、m面サファイア基板またはr面サファイア基板であるのが好ましい。また、前記結晶基板はオフ角を有していてもよい。前記オフ角は、特に限定されないが、好ましくは0°〜15°である。なお、前記結晶基板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは、50〜2000μmであり、より好ましくは200〜800μmである。また、前記結晶基板の面積は、特に限定されないが、15cm2以上であるのが好ましく、100cm2以上であるのがより好ましい。 In the embodiment of the present invention, the crystal substrate is preferably an m-plane sapphire substrate or an r-plane sapphire substrate. Further, the crystal substrate may have an off angle. The off angle is not particularly limited, but is preferably 0 ° to 15 °. The thickness of the crystal substrate is not particularly limited, but is preferably 50 to 2000 μm, and more preferably 200 to 800 μm. The area of the crystal substrate is not particularly limited , but is preferably 15 cm 2 or more, and more preferably 100 cm 2 or more.
また、本発明の実施形態の一つにおいては、前記基板が、表面に凹部または凸部からなる凹凸部が形成されているのが好ましく、このような凹凸部を前記剥離犠牲層として用いることにより、より効率的に、より高品質な結晶成長層を得ることができる。前記剥離犠牲層は前記凹凸部であってよく、前記凹凸部は、凸部または凹部からなるものであれば特に限定されず、凸部からなる凹凸部であってもよいし、凹部からなる凹凸部であってもよいし、凸部および凹部からなる凹凸部であってもよい。また、前記凹凸部は、規則的な凸部または凹部から形成されていてもよいし、不規則な凸部または凹部から形成されていてもよい。本発明においては、前記凹凸部が周期的に形成されているのが好ましく、周期的かつ規則的にパターン化されているのがより好ましく、前記凹凸部が凸部からなるマスクであって、前記マスクが周期的かつ規則的にパターン化されているのが最も好ましい。前記凹凸部のパターンは特に限定されず、例えば、ストライプ状、ドット状、メッシュ状またはランダム状などが挙げられるが、本発明においては、ドット状またはストライプ状が好ましく、ドット状がより好ましい。なお、前記ドット状またはストライプ状は前記凸部の開口部の形状であってよい。また、凹凸部が周期的かつ規則的にパターン化されている場合には、前記凹凸部のパターン形状が、三角形、四角形(例えば正方形、長方形若しくは台形等)、五角形若しくは六角形等の多角形状、円状、楕円状などの形状であるのが好ましい。なお、ドット状に凹凸部を形成する場合には、ドットの格子形状を、例えば正方格子、斜方格子、三角格子、六角格子などの格子形状にするのが好ましく、三角格子の格子形状にするのがより好ましい。前記凹凸部の凹部または凸部の断面形状としては、特に限定されないが、例えば、コの字型、U字型、逆U字型、波型、または三角形、四角形(例えば正方形、長方形若しくは台形等)、五角形若しくは六角形等の多角形等が挙げられる。 Further, in one of the embodiments of the present invention, it is preferable that the substrate has concave-convex portions or convex portions formed on the surface thereof, and such uneven portions are used as the peeling sacrificial layer. , More efficient and higher quality crystal growth layer can be obtained. The peeling sacrificial layer may be the concavo-convex portion, and the concavo-convex portion is not particularly limited as long as it is composed of a convex portion or a concave portion, and may be a concavo-convex portion composed of a convex portion or an uneven portion composed of a concave portion. It may be a portion, or it may be an uneven portion composed of a convex portion and a concave portion. Further, the uneven portion may be formed from a regular convex portion or a concave portion, or may be formed from an irregular convex portion or a concave portion. In the present invention, it is preferable that the uneven portion is formed periodically, and it is more preferable that the uneven portion is periodically and regularly patterned. The mask is a mask in which the uneven portion is formed of the convex portion. Most preferably, the masks are patterned periodically and regularly. The pattern of the uneven portion is not particularly limited, and examples thereof include a striped shape, a dot shape, a mesh shape, and a random shape. In the present invention, the dot shape or the striped shape is preferable, and the dot shape is more preferable. The dot shape or the stripe shape may be the shape of the opening of the convex portion. When the uneven portion is patterned periodically and regularly, the pattern shape of the uneven portion is a polygonal shape such as a triangle, a quadrangle (for example, a square, a rectangle or a trapezoid), a pentagon or a hexagon. The shape is preferably circular or elliptical. When forming the uneven portion in a dot shape, the lattice shape of the dots is preferably a lattice shape such as a square lattice, an oblique lattice, a triangular lattice, or a hexagonal lattice, and the lattice shape of the triangular lattice is used. Is more preferable. The cross-sectional shape of the concave or convex portion of the uneven portion is not particularly limited, and is, for example, U-shaped, U-shaped, inverted U-shaped, corrugated, or triangular, quadrangular (for example, square, rectangular, trapezoidal, etc.). ), Polygons such as pentagons and hexagons, etc.
なお、本発明においては、前記凹凸部がストライプ状であり、前記結晶成長用基板のc軸方向に対して30°〜150°の範囲内にある方向に延びているのが好ましく、前記結晶成長用基板のc軸方向に垂直な方向に対して0.2°〜60°の範囲内にある方向すなわち前記結晶成長用基板のc軸方向に垂直な方向に対して+0.2°〜+60°の範囲内にある方向または−0.2°〜−60°の範囲内にある方向に延びているのがより好ましく、前記結晶成長用基板のc軸方向に垂直な方向に対して20°〜40°の方向すなわち前記結晶成長用基板のc軸方向に垂直な方向に対して+20°〜+40°の範囲内にある方向または−20°〜−40°の範囲内にある方向に延びているのが最も好ましい。このような好ましいストライプ状の凹凸部を前記剥離犠牲層として用いることにより、ファセットがより平坦であり、結晶成長がより高品質なものとすることができる。 In the present invention, it is preferable that the uneven portion has a striped shape and extends in a direction within a range of 30 ° to 150 ° with respect to the c-axis direction of the crystal growth substrate, and the crystal growth. The direction within the range of 0.2 ° to 60 ° with respect to the direction perpendicular to the c-axis direction of the substrate, that is, + 0.2 ° to + 60 ° with respect to the direction perpendicular to the c-axis direction of the crystal growth substrate. More preferably, it extends in a direction within the range of −0.2 ° to −60 °, and from 20 ° to a direction perpendicular to the c-axis direction of the crystal growth substrate. It extends in the direction of 40 °, that is, in the range of + 20 ° to + 40 ° or in the range of -20 ° to -40 ° with respect to the direction perpendicular to the c-axis direction of the crystal growth substrate. Is the most preferable. By using such a preferable striped uneven portion as the peeling sacrificial layer, the facet can be made flatter and the crystal growth can be made higher in quality.
前記凸部の構成材料は、特に限定されず、公知のマスク材料であってよい。絶縁体材料であってもよいし、導電体材料であってもよいし、半導体材料であってもよい。また、前記構成材料は、非晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。前記凸部の構成材料としては、例えば、Si、Ge、Ti、Zr、Hf、Ta、Sn等の酸化物、窒化物または炭化物、カーボン、ダイヤモンド、金属、これらの混合物などが挙げられる。より具体的には、SiO2、SiNまたは多結晶シリコンを主成分として含むSi含有化合物、前記結晶性酸化物半導体の結晶成長温度よりも高い融点を有する金属(例えば、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムなどの貴金属等)などが挙げられる。なお、前記構成材料の含有量は、凸部中、組成比で、50%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、90%以上が最も好ましい。本発明においては、前記マスクが酸化物を含むのが好ましい。 The constituent material of the convex portion is not particularly limited, and may be a known mask material. It may be an insulator material, a conductor material, or a semiconductor material. Further, the constituent material may be amorphous, single crystal, or polycrystalline. Examples of the constituent material of the convex portion include oxides such as Si, Ge, Ti, Zr, Hf, Ta, Sn, nitrides or carbides, carbon, diamond, metal, and mixtures thereof. More specifically, a Si-containing compound containing SiO 2 , SiN or polycrystalline silicon as a main component, and a metal having a melting point higher than the crystal growth temperature of the crystalline oxide semiconductor (for example, platinum, gold, silver, palladium). , Rhodium, iridium, precious metals such as ruthenium, etc.). The content of the constituent material is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and most preferably 90% or more in the convex portion in terms of composition ratio. In the present invention, it is preferable that the mask contains an oxide.
前記凸部の形成方法としては、公知の方法であってよく、例えば、フォトリソグラフィー、電子ビームリソグラフィー、レーザーパターニング、その後のエッチング(例えばドライエッチングまたはウェットエッチング等)などの公知のパターニング加工手段などが挙げられる。本発明においては、前記凸部がストライプ状またはドット状であるのが好ましく、ドット状であるのがより好ましい。なお、前記ドット状またはストライプ状は前記凸部の開口部の形状であってよい。また、本発明においては、前記結晶基板が、PSS(Patterned Sapphire Substrate)基板であるのも好ましい。前記PSS基板のパターン形状は、特に限定されず、公知のパターン形状であってよい。前記パターン形状としては、例えば、円錐形、釣鐘形、ドーム形、半球形、正方形または三角形のピラミッド形等が挙げられるが、本発明においては、前記パターン形状が、円錐形であるのが好ましい。また、前記パターン形状のピッチ間隔も、特に限定されないが、本発明の実施態様においては、100μm以下であるのが好ましく、1μm〜50μmであるのがより好ましい。 The method for forming the convex portion may be a known method, and examples thereof include known patterning processing means such as photolithography, electron beam lithography, laser patterning, and subsequent etching (for example, dry etching or wet etching). Can be mentioned. In the present invention, the convex portion is preferably striped or dot-shaped, and more preferably dot-shaped. The dot shape or the stripe shape may be the shape of the opening of the convex portion. Further, in the present invention, it is also preferable that the crystal substrate is a PSS (Patterned Sapphire Substrate) substrate. The pattern shape of the PSS substrate is not particularly limited and may be a known pattern shape. Examples of the pattern shape include a cone shape, a bell shape, a dome shape, a hemispherical shape, a square or triangular pyramid shape, and the like, but in the present invention, the pattern shape is preferably a cone shape. The pitch interval of the pattern shape is also not particularly limited, but in the embodiment of the present invention, it is preferably 100 μm or less, and more preferably 1 μm to 50 μm.
前記凹部は、特に限定されないが、上記凸部の構成材料と同様のものであってよいし、基板であってもよい。本発明においては、前記凹部が基板の表面上に設けられた空隙層であってもよい。前記凹部の形成方法としては、前記の凸部の形成方法と同様の方法を用いることができる。前記空隙層は、公知の溝加工方法により、基板に溝を設けることで、前記基板の表面上に形成することができる。空隙層の溝幅、溝深さ、テラス幅等は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、適宜に設定することができる。また、空隙層には、空気が含まれていてもよいし、不活性ガス等が含まれていてもよい。 The concave portion is not particularly limited, but may be the same as the constituent material of the convex portion, or may be a substrate. In the present invention, the recess may be a void layer provided on the surface of the substrate. As the method for forming the concave portion, the same method as the method for forming the convex portion can be used. The void layer can be formed on the surface of the substrate by providing a groove on the substrate by a known grooving method. The groove width, groove depth, terrace width, etc. of the void layer are not particularly limited and can be appropriately set as long as the object of the present invention is not impaired. Further, the void layer may contain air, or may contain an inert gas or the like.
本発明においては、前記剥離犠牲層が、c軸方向に配列されている凹凸部を有しているのが好ましい。このような好ましい剥離犠牲層によれば、c軸方向に垂直または略垂直な方向から、自然剥離により適したクラックを生じさせることができ、より良質な結晶膜の自立膜を得ることが容易となる。 In the present invention, it is preferable that the peeling sacrificial layer has uneven portions arranged in the c-axis direction. According to such a preferable peeling sacrificial layer, cracks more suitable for natural peeling can be generated from a direction perpendicular to or substantially vertical to the c-axis direction, and it is easy to obtain a self-standing film of a higher quality crystal film. Become.
以下、本発明において好適に用いられる基板の実施態様の一例を、図面を用いて説明するが、本発明はこれら基板に限定されるものではない。 Hereinafter, an example of an embodiment of a substrate preferably used in the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these substrates.
図6は、本発明における結晶基板の結晶成長面(m面)上に設けられた凹凸部の一態様を示す。図6の凹凸部は、結晶基板1と、結晶成長面1a上の凸部2aとから形成されている凹凸部である。結晶基板1の結晶成長面1a上には、a軸方向に延びている複数の長尺状の凸部2aがc軸方向に配列されている。図6に示すように、複数の凸部と凹部がストライプ状であり、かかるストライプがそれぞれa軸方向に延びて、それぞれのストライプがc軸方向に配列されている。なお、凸部2aは、SiO2等のシリコン含有化合物やTiO2等のチタン含有化合物からなり、フォトリソグラフィー等の公知の手段を用いて形成することができる。
FIG. 6 shows one aspect of the uneven portion provided on the crystal growth plane (m plane) of the crystal substrate in the present invention. The uneven portion in FIG. 6 is an uneven portion formed from the
図7は、本発明における結晶基板の結晶成長面(m面)上に設けられたc軸方向に配列されている凹凸部の一態様を示す。図7の凹凸部は、結晶基板1と凹部2bとから形成されている。凹部2bは、a軸方向に延びている複数の溝であり、当該複数の溝は、c軸方向に配列されている。なお、凹部2bは、公知の溝加工方法により形成することができる。
FIG. 7 shows one aspect of the uneven portions arranged in the c-axis direction provided on the crystal growth plane (m plane) of the crystal substrate in the present invention. The uneven portion of FIG. 7 is formed of the
また、図8にも、本発明における結晶基板1の結晶成長面1a上に設けられた凹凸部の一態様を示す。図8に示す複数の凹凸部は、図7の凹部2bと比較して、凹部2bの間隔の幅が小さくなっている。つまり、凹部2bのテラス幅が、図7では広くなっており、図8では狭くなっている。図8の凹部2bもまた、図7の凹部と同様、公知の溝加工方法を用いて形成することができる。
Further, FIG. 8 also shows one aspect of the uneven portion provided on the crystal growth surface 1a of the
図9は、本発明における結晶基板(m面)の結晶成長面上に設けられたc軸方向に配列されている凹凸部の一態様を示している。図9の凹凸部は、結晶基板1と、結晶成長面1a上に設けられた凸部2aとから形成されている。凸部2aはドット状のマスクであり、結晶基板1の結晶成長面1a上には、ドット状の凸部2aが周期的かつ規則的に配列されている。なお、凸部2aのドットはa軸方向にc軸方向よりも密に配列されている。また、凸部2aは、SiO2等のシリコン含有化合物からなり、フォトリソグラフィー等の公知の方法を用いて形成することができる。
FIG. 9 shows one aspect of the uneven portions arranged in the c-axis direction provided on the crystal growth plane of the crystal substrate (m plane) in the present invention. The uneven portion of FIG. 9 is formed of a
図10は、本発明における結晶基板(m面)の結晶成長面上に設けられたc軸方向に配列されている凹凸部の一態様を示す。図10は、凸部ではなく凹部2bを備えている。図10の凹部は、結晶基板1と、マスク層4とから形成されている。マスク層4は、結晶基板1上に形成されており、ドット状に複数の穴が空いている。マスク層4のドット状の複数の穴からは結晶基板1が露出しており、結晶基板1の結晶成長面1a上にマスク層4のドット状の複数の穴が位置して複数の凹部2bが形成されている。マスク層4のドット状の穴はa軸方向にc軸方向よりも密に配列されている。なお、凹部2bは、フォトリソグラフィー等の公知の方法を用いて、マスク層4に穴を形成することにより得ることができる。また、マスク層4は、縦方向の結晶成長を阻害可能な層であれば特に限定されない。マスク層4の構成材料としては、例えば、SiO2等のシリコン含有化合物などの公知の材料等が挙げられる。
FIG. 10 shows one aspect of the uneven portions arranged in the c-axis direction provided on the crystal growth plane of the crystal substrate (m plane) in the present invention. FIG. 10 has a
凹凸部の凸部の幅および高さ、凹部の幅および深さ、間隔などが特に限定されないが、本発明においては、それぞれが例えば約10nm〜約1mmの範囲内であり、好ましくは約10nm〜約300μmであり、より好ましくは約10nm〜約1μmであり、最も好ましくは約100nm〜約1μmである。 The width and height of the convex portion of the uneven portion, the width and depth of the concave portion, the interval, and the like are not particularly limited, but in the present invention, each is in the range of, for example, about 10 nm to about 1 mm, preferably about 10 nm to about 10 nm. It is about 300 μm, more preferably about 10 nm to about 1 μm, and most preferably about 100 nm to about 1 μm.
次に、本発明の実施態様において好適に用いられる基板の表面上に形成された凹凸部と結晶成長層との関係を説明する。図11は、本発明の実施態様において好適に用いられる、基板の表面上に形成された凹凸部と結晶成長層との関係を示す断面図である。図11の結晶性積層構造体は、結晶基板1上に、凸部5が形成されており、さらに、エピタキシャル層8が結晶成長により形成されている。エピタキシャル層8は、凸部5により、コランダム構造を有する結晶性半導体が横方向にも結晶成長しており、このようにして得られたコランダム構造を有する結晶膜は、凹凸部のないコランダム構造を有する結晶膜に比べて全く異なる高品質の結晶膜となる。また、バッファ層を設けた場合の例を図12に示す。図12の結晶性積層構造体は、結晶基板1上に、バッファ層7が形成されており、バッファ層7上に凸部5が形成されている。そして、凸部5上に、エピタキシャル層8が形成されている。図12の結晶性積層構造体も図11と同様に、凸部5により、コランダム構造を有する結晶膜が、横方向に結晶成長しており、高品質のコランダム構造を有する結晶膜が形成されている。
Next, the relationship between the uneven portion formed on the surface of the substrate preferably used in the embodiment of the present invention and the crystal growth layer will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the relationship between the uneven portion formed on the surface of the substrate and the crystal growth layer, which is preferably used in the embodiment of the present invention. In the crystalline laminated structure of FIG. 11, a
前記結晶成長層(以下、結晶基板上において横方向結晶成長を含む結晶成長により得られる結晶成長層を単に「横方向結晶成長層」ともいう。)は、例えば、結晶成長用基板上に、横方向結晶成長を含む結晶成長により形成することができる。「横方向結晶成長」は、通常、結晶成長基板に対して結晶成長面の結晶成長軸となる方向(すなわち結晶成長方向)ではない方向に結晶成長させることをいうが、本発明においては、結晶成長方向に対して、0.1°〜178°の角度となる方向に結晶成長させるのが好ましく、1°〜175°の角度となる方向に結晶成長させるのがより好ましく、5°〜170°の角度となる方向に結晶成長させるのが最も好ましい。本発明においては、前記結晶成長層がコランダム構造を有するのが好ましく、前記結晶成長層が、結晶性酸化物を主成分として含むのも好ましい。また、本発明においては、前記結晶成長層が少なくともガリウムを含むのも好ましく、Ga2O3を含むのがより好ましい。本発明においては、半導体装置に有用な結晶膜が得られるので、前記結晶成長層(以下、「結晶膜」ともいう。)が半導体膜であるのが好ましく、ワイドバンドギャップ半導体膜であるのがより好ましい。なお、各結晶成長には、表面に凹部または凸部からなる凹凸部が形成されている基板を用いて、HVPEまたはミストCVD等のCVD法を適用することが好ましい。なお、基板上には溝を設けてもよいし、少なくとも基板の表面の一部を露出するELOマスク(以下、単に「マスク」ともいう。)を配置してもよく、その上に前記横方向成長を含む結晶成長でもって、前記結晶成長層を形成することができる。また、前記結晶膜の膜厚は、特に限定されないが、前記製造方法によれば、前記結晶膜の膜厚を容易に薄くすることができるので、例えば、前記結晶膜の熱伝導率が100W/m・K未満である場合、30μm以下であるのが好ましく、1μm〜30μmであるのがより好ましい。 The crystal growth layer (hereinafter, the crystal growth layer obtained by crystal growth including lateral crystal growth on the crystal substrate is also simply referred to as “transverse crystal growth layer”) is, for example, laterally placed on the crystal growth substrate. It can be formed by crystal growth including directional crystal growth. "Crystal growth in the lateral direction" usually means that the crystal grows in a direction other than the direction that becomes the crystal growth axis of the crystal growth plane (that is, the crystal growth direction) with respect to the crystal growth substrate. In the present invention, the crystal grows. It is preferable to grow the crystal in a direction having an angle of 0.1 ° to 178 ° with respect to the growth direction, and more preferably to grow the crystal in a direction having an angle of 1 ° to 175 °. It is most preferable to grow the crystal in the direction of the angle of. In the present invention, it is preferable that the crystal growth layer has a corundum structure, and it is also preferable that the crystal growth layer contains a crystalline oxide as a main component. Further, in the present invention, the crystal growth layer preferably contains at least gallium, and more preferably contains Ga 2 O 3. In the present invention, since a crystal film useful for a semiconductor device can be obtained, it is preferable that the crystal growth layer (hereinafter, also referred to as “crystal film”) is a semiconductor film, and a wide band gap semiconductor film is preferable. More preferred. For each crystal growth, it is preferable to apply a CVD method such as HVPE or mist CVD using a substrate having concave or convex portions formed on the surface thereof. A groove may be provided on the substrate, or an ELO mask (hereinafter, also simply referred to as “mask”) that exposes at least a part of the surface of the substrate may be arranged on the substrate in the lateral direction. The crystal growth layer can be formed by crystal growth including growth. The film thickness of the crystal film is not particularly limited, but according to the production method, the film thickness of the crystal film can be easily reduced. Therefore, for example, the thermal conductivity of the crystal film is 100 W / When it is less than m · K, it is preferably 30 μm or less, and more preferably 1 μm to 30 μm.
以下、前記HVPE法を用いて、前記結晶成長層を形成する方法の一例を説明する。 Hereinafter, an example of a method for forming the crystal growth layer by using the HVPE method will be described.
前記HVPE法の実施形態の一つとして、例えば、図5に示すHVPE装置を用いて、金属を含む金属源をガス化して金属含有原料ガスとし、ついで、前記金属含有原料ガスと、酸素含有原料ガスとを反応室内の基板上に供給して成膜する際に、表面に凹部または凸部からなる凹凸部が形成されている基板を用いて、反応性ガスを前記基板上に供給し、前記成膜を、前記反応性ガスの流通下で行うことが挙げられる。 As one of the embodiments of the HVPE method, for example, using the HVPE apparatus shown in FIG. 5, a metal source containing a metal is gasified to obtain a metal-containing raw material gas, and then the metal-containing raw material gas and an oxygen-containing raw material are used. When the gas is supplied onto the substrate in the reaction chamber to form a film, the reactive gas is supplied onto the substrate by using a substrate having concave or convex portions formed on the surface thereof. The film formation may be performed under the flow of the reactive gas.
(金属源)
前記金属源は、金属を含んでおり、ガス化が可能なものであれば、特に限定されず、金属単体であってもよいし、金属化合物であってもよい。前記金属としては、例えば、ガリウム、アルミニウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウム等から選ばれる1種または2種以上の金属等が挙げられる。本発明においては、前記金属が、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる1種または2種以上の金属であるのが好ましく、ガリウムであるのがより好ましく、前記金属源が、ガリウム単体であるのが最も好ましい。また、前記金属源は、気体であってもよいし、液体であってもよいし、固体であってもよいが、本発明の実施態様においては、例えば、前記金属としてガリウムを用いる場合には、前記金属源が液体であるのが好ましい。
(Metal source)
The metal source is not particularly limited as long as it contains a metal and can be gasified, and may be a simple substance of a metal or a metal compound. Examples of the metal include one or more metals selected from gallium, aluminum, indium, iron, chromium, vanadium, titanium, rhodium, nickel, cobalt, iridium and the like. In the present invention, the metal is preferably one or more metals selected from gallium, aluminum and indium, more preferably gallium, and the metal source is gallium alone. Most preferred. Further, the metal source may be a gas, a liquid, or a solid, but in the embodiment of the present invention, for example, when gallium is used as the metal, the metal source may be a gas, a liquid, or a solid. , The metal source is preferably a liquid.
前記ガス化の方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の方法であってよい。本発明の実施態様においては、前記ガス化の方法が、前記金属源をハロゲン化することにより行われるのが好ましい。前記ハロゲン化に用いるハロゲン化剤は、前記金属源をハロゲン化できさえすれば、特に限定されず、公知のハロゲン化剤であってよい。前記ハロゲン化剤としては、例えば、ハロゲンまたはハロゲン化水素等が挙げられる。前記ハロゲンとしては、例えば、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素等が挙げられる。また、前記ハロゲン化水素としては、例えば、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素等が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記ハロゲン化に、ハロゲン化水素を用いるのが好ましく、塩化水素を用いるのがより好ましい。本発明においては、前記ガス化を、前記金属源に、ハロゲン化剤として、ハロゲンまたはハロゲン化水素を供給して、前記金属源とハロゲンまたはハロゲン化水素とをハロゲン化金属の気化温度以上で反応させてハロゲン化金属とすることにより行うのが好ましい。前記ハロゲン化反応温度は、特に限定されないが、本発明の実施態様においては、例えば、前記結晶成長用基板が、コランダム構造を有し、前記金属源の金属がガリウムであり、前記ハロゲン化剤が、HClである場合には、900℃以下が好ましく、700℃以下がより好ましく、400℃〜700℃であるのが最も好ましい。また、例えば、前記結晶成長用基板が、βガリア構造を有し、前記金属源がガリウムであり、前記ハロゲン化剤がHClである場合には、前記ハロゲン化反応温度は、500℃以上が好ましく、500℃〜1100℃がより好ましく、600℃〜110℃であるのが最も好ましい。前記金属含有原料ガスは、前記金属源の金属を含むガスであれば、特に限定されない。前記金属含有原料ガスとしては、例えば、前記金属のハロゲン化物(フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物など)等が挙げられる。 The gasification method is not particularly limited and may be a known method as long as the object of the present invention is not impaired. In the embodiment of the present invention, the gasification method is preferably carried out by halogenating the metal source. The halogenating agent used for the halogenation is not particularly limited as long as the metal source can be halogenated, and may be a known halogenating agent. Examples of the halogenating agent include halogens and hydrogen halides. Examples of the halogen include fluorine, chlorine, bromine, iodine and the like. Examples of the hydrogen halide include hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, hydrogen iodide and the like. In the embodiment of the present invention, it is preferable to use hydrogen halide for the halogenation, and it is more preferable to use hydrogen chloride. In the present invention, the gasification is carried out by supplying halogen or hydrogen halide as a halogenating agent to the metal source and reacting the metal source with halogen or hydrogen halide at a temperature equal to or higher than the vaporization temperature of the metal halide. It is preferable to carry out the process by forming a metal halide. The halogenation reaction temperature is not particularly limited, but in the embodiment of the present invention, for example, the crystal growth substrate has a corundum structure, the metal of the metal source is gallium, and the halogenating agent is used. In the case of HCl, 900 ° C. or lower is preferable, 700 ° C. or lower is more preferable, and 400 ° C. to 700 ° C. is most preferable. Further, for example, when the crystal growth substrate has a β-gaul structure, the metal source is gallium, and the halogenating agent is HCl, the halogenation reaction temperature is preferably 500 ° C. or higher. , 500 ° C to 1100 ° C, more preferably 600 ° C to 110 ° C. The metal-containing raw material gas is not particularly limited as long as it is a gas containing the metal of the metal source. Examples of the metal-containing raw material gas include halides (fluoride, chloride, bromide, iodide, etc.) of the metal.
本発明の実施形態においては、金属を含む金属源をガス化して金属含有原料ガスとした後、前記金属含有原料ガスと、前記酸素含有原料ガスとを、前記反応室内の基板上に供給する。また、本発明の実施態様においては、反応性ガスを前記基板上に供給する。前記酸素含有原料ガスとしては、例えば、O2ガス、CO2ガス、NOガス、NO2ガス、N2Oガス、H2OガスまたはO3ガス等が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記酸素含有原料ガスが、O2、H2OおよびN2Oからなる群から選ばれる1種または2種以上のガスであるのが好ましく、O2を含むのがより好ましい。なお、実施形態の一つとして、前記酸素含有原料ガスはCO2を含んでいてもよい。前記反応性ガスは、通常、金属含有原料ガスおよび酸素含有原料ガスとは異なる反応性のガスであり、不活性ガスは含まれない。前記反応性ガスとしては、特に限定されないが、例えば、エッチングガス等が挙げられる。前記エッチングガスは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のエッチングガスであってよい。本発明の実施態様においては、前記反応性ガスが、ハロゲンガス(例えば、フッ素ガス、塩素ガス、臭素ガスまたはヨウ素ガス等)、ハロゲン化水素ガス(例えば、フッ酸ガス、塩酸ガス、臭化水素ガス、ヨウ化水素ガス等)、水素ガスまたはこれら2種以上の混合ガス等であるのが好ましく、ハロゲン化水素ガスを含むのが好ましく、塩化水素を含むのが最も好ましい。なお、前記金属含有原料ガス、前記酸素含有原料ガス、前記反応性ガスは、キャリアガスを含んでいてもよい。前記キャリアガスとしては、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガス等が挙げられる。また、前記金属含有原料ガスの分圧は特に限定されないが、本発明の実施態様においては、0.5Pa〜1kPaであるのが好ましく、5Pa〜0.5kPaであるのがより好ましい。前記酸素含有原料ガスの分圧は、特に限定されないが、本発明の実施態様においては、前記金属含有原料ガスの分圧の0.5倍〜100倍であるのが好ましく、1倍〜20倍であるのがより好ましい。前記反応性ガスの分圧も、特に限定されないが、本発明の実施形態においては、前記金属含有原料ガスの分圧の0.1倍〜5倍であるのが好ましく、0.2倍〜3倍であるのがより好ましい。 In the embodiment of the present invention, the metal source containing a metal is gasified to obtain a metal-containing raw material gas, and then the metal-containing raw material gas and the oxygen-containing raw material gas are supplied onto the substrate in the reaction chamber. Further, in the embodiment of the present invention, the reactive gas is supplied onto the substrate. Examples of the oxygen-containing raw material gas include O 2 gas, CO 2 gas, NO gas, NO 2 gas, N 2 O gas, H 2 O gas, O 3 gas and the like. In the embodiment of the present invention, the oxygen-containing raw material gas is preferably one kind or two or more kinds of gases selected from the group consisting of O 2 , H 2 O and N 2 O, and contains O 2. Is more preferable. As one of the embodiments, the oxygen-containing raw material gas may contain CO 2. The reactive gas is usually a reactive gas different from the metal-containing raw material gas and the oxygen-containing raw material gas, and does not include the inert gas. The reactive gas is not particularly limited, and examples thereof include an etching gas and the like. The etching gas is not particularly limited and may be a known etching gas as long as the object of the present invention is not impaired. In the embodiment of the present invention, the reactive gas is a halogen gas (for example, fluorine gas, chlorine gas, bromine gas, iodine gas, etc.), hydrogen halide gas (for example, phosphoric acid gas, hydrochloric acid gas, hydrogen bromide, etc.). Gas, hydrogen iodide gas, etc.), hydrogen gas, or a mixed gas of two or more of these, and the like, preferably containing hydrogen halide gas, and most preferably containing hydrogen chloride. The metal-containing raw material gas, the oxygen-containing raw material gas, and the reactive gas may contain a carrier gas. Examples of the carrier gas include an inert gas such as nitrogen and argon. The partial pressure of the metal-containing raw material gas is not particularly limited, but in the embodiment of the present invention, it is preferably 0.5 Pa to 1 kPa, and more preferably 5 Pa to 0.5 kPa. The partial pressure of the oxygen-containing raw material gas is not particularly limited, but in the embodiment of the present invention, it is preferably 0.5 to 100 times the partial pressure of the metal-containing raw material gas, and 1 to 20 times. Is more preferable. The partial pressure of the reactive gas is also not particularly limited, but in the embodiment of the present invention, it is preferably 0.1 to 5 times the partial pressure of the metal-containing raw material gas, and 0.2 to 3 times. It is more preferable to double.
本発明の実施形態においては、さらに、ドーパント含有原料ガスを前記基板に供給するのも好ましい。前記ドーパント含有原料ガスは、ドーパントを含んでいれば、特に限定されない。前記ドーパントも、特に限定されないが、本発明の実施態様においては、前記ドーパントが、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブおよびスズから選ばれる1種または2種以上の元素を含むのが好ましく、ゲルマニウム、ケイ素、またはスズを含むのがより好ましく、ゲルマニウムを含むのが最も好ましい。このようにドーパント含有原料ガスを用いることにより、得られる膜の導電率を容易に制御することができる。前記ドーパント含有原料ガスは、前記ドーパントを化合物(例えば、ハロゲン化物、酸化物等)の形態で有するのが好ましく、ハロゲン化物の形態で有するのがより好ましい。前記ドーパント含有原料ガスの分圧は、特に限定されないが、本発明の実施態様においては、前記金属含有原料ガスの分圧の1×10−7倍〜0.1倍であるのが好ましく、2.5×10−6倍〜7.5×10−2倍であるのがより好ましい。なお、本発明の実施態様においては、前記ドーパント含有原料ガスを、前記反応性ガスとともに前記基板上に供給するのが好ましい。 In the embodiment of the present invention, it is also preferable to supply the dopant-containing raw material gas to the substrate. The dopant-containing raw material gas is not particularly limited as long as it contains a dopant. The dopant is also not particularly limited, but in the embodiment of the present invention, it is preferable that the dopant contains one or more elements selected from germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium, niobium and tin. , Germanium, silicon, or tin is more preferred, and germanium is most preferred. By using the dopant-containing raw material gas in this way, the conductivity of the obtained film can be easily controlled. The dopant-containing raw material gas preferably has the dopant in the form of a compound (for example, a halide, an oxide, etc.), and more preferably in the form of a halide. The partial pressure of the dopant-containing raw material gas is not particularly limited, but in the embodiment of the present invention, it is preferably 1 × 10 -7 times to 0.1 times the partial pressure of the metal-containing raw material gas. More preferably, it is 5.5 × 10-6 times to 7.5 × 10 −2 times. In the embodiment of the present invention, it is preferable to supply the dopant-containing raw material gas together with the reactive gas onto the substrate.
また、本発明の好適な実施態様としては、ミストCVDも好適に適用することができる。以下、図面を用いて、本発明の実施態様に好適に用いられるミストCVD成膜装置19を説明する。図13の成膜装置19は、キャリアガスを供給するキャリアガス源22aと、キャリアガス源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)源22bと、キャリアガス(希釈)源22b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、成膜室30と、ミスト発生源24から成膜室30までをつなぐ石英製の供給管27と、成膜室30内に設置されたホットプレート(ヒーター)28とを備えている。ホットプレート28上には、基板20が設置されている。
Further, as a preferred embodiment of the present invention, mist CVD can also be suitably applied. Hereinafter, the mist CVD
そして、図13に記載のとおり、原料溶液24aをミスト発生源24内に収容する。次に、基板20を用いて、ホットプレート28上に設置し、ホットプレート28を作動させて成膜室30内の温度を昇温させる。次に、流量調節弁23(23a、23b)を開いてキャリアガス源22(22a、22b)からキャリアガスを成膜室30内に供給し、成膜室30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と、キャリアガス(希釈)の流量とをそれぞれ調節する。次に、超音波振動子26を振動させ、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を微粒子化させて霧化液滴24bを生成する。この霧化液滴24bが、キャリアガスによって成膜室30内に導入され、基板20まで搬送され、そして、大気圧下、成膜室30内で霧化液滴24bが熱反応して、基板20上に膜が形成する。
Then, as shown in FIG. 13, the raw material solution 24a is housed in the mist generation source 24. Next, the
本発明の実施形態においては、前記基板上に応力緩和層等を含むバッファ層を設けてもよい。なお、前記バッファ層は、室温において100W/m・K以上の熱伝導率を有しているのが好ましい。また、本発明の実施形態においては、前記基板が、表面の一部または全部に、前記バッファ層を有しているのが好ましい。前記バッファ層の形成方法は、特に限定されず、公知の方法であってよい。前記形成方法としては、例えば、スプレー法、ミストCVD法、HVPE法、MBE法、MOCVD法、スパッタリング法等が挙げられる。以下、前記バッファ層をミストCVD法により形成する好適な態様を、より詳細に説明する。 In the embodiment of the present invention, a buffer layer including a stress relaxation layer or the like may be provided on the substrate. The buffer layer preferably has a thermal conductivity of 100 W / m · K or more at room temperature. Further, in the embodiment of the present invention, it is preferable that the substrate has the buffer layer on a part or all of the surface. The method for forming the buffer layer is not particularly limited, and may be a known method. Examples of the forming method include a spray method, a mist CVD method, an HVPE method, an MBE method, a MOCVD method, a sputtering method and the like. Hereinafter, a preferred embodiment in which the buffer layer is formed by the mist CVD method will be described in more detail.
前記バッファ層は、好適には、例えば、図13に示すミストCVD装置を用いて、原料溶液を霧化または液滴化し(霧化工程)、得られた霧化液滴をキャリアガスを用いて前記基板まで搬送し(搬送工程)、ついで、前記基板の表面の一部または全部で、前記霧化液滴を熱反応させる(バッファ層形成工程)ことにより形成することができる。なお、本発明の実施態様においては、同様にして前記結晶成長層を形成することもできる。 The buffer layer is preferably used, for example, by atomizing or dropletizing the raw material solution using the mist CVD apparatus shown in FIG. 13 (atomization step), and using a carrier gas to atomize the obtained atomized droplets. It can be formed by transporting to the substrate (conveying step) and then thermally reacting the atomized droplets on a part or all of the surface of the substrate (buffer layer forming step). In the embodiment of the present invention, the crystal growth layer can be formed in the same manner.
(霧化工程)
霧化工程は、前記原料溶液を霧化して前記霧化液滴を得る。前記原料溶液の霧化方法は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の方法であってよいが、本発明の前記実施形態においては、超音波を用いる霧化方法が好ましい。超音波を用いて得られた霧化液滴は、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。前記霧化液滴の液滴サイズは、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0.1〜10μmである。
(Atomization process)
The atomization step atomizes the raw material solution to obtain the atomized droplets. The method for atomizing the raw material solution is not particularly limited as long as the raw material solution can be atomized, and may be a known method. However, in the embodiment of the present invention, the atomizing method using ultrasonic waves is used. preferable. Atomized droplets obtained using ultrasonic waves have a zero initial velocity and are preferable because they float in the air. For example, instead of spraying them like a spray, they float in space and are transported as gas. Since it is a possible mist, it is not damaged by collision energy, so it is very suitable. The droplet size of the atomized droplet is not particularly limited and may be a droplet of about several mm, but is preferably 50 μm or less, and more preferably 0.1 to 10 μm.
(原料溶液)
前記原料溶液は、霧化液滴化が可能なものであってミストCVDにより、前記バッファ層が得られる溶液であれば特に限定されない。前記原料溶液としては、例えば、霧化用金属の有機金属錯体(例えばアセチルアセトナート錯体等)やハロゲン化物(例えばフッ化物、塩化物、臭化物またはヨウ化物等)の水溶液などが挙げられる。前記霧化用金属は、特に限定されず、このような霧化用金属としては、例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウム等から選ばれる1種または2種以上の金属等が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記霧化用金属が、ガリウム、インジウムまたはアルミニウムを少なくとも含むのが好ましく、ガリウムを少なくとも含むのがより好ましい。原料溶液中の霧化用金属の含有量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは、0.001モル%〜50モル%であり、より好ましくは0.01モル%〜50モル%である。
(Raw material solution)
The raw material solution is not particularly limited as long as it can be atomized into droplets and the buffer layer can be obtained by mist CVD. Examples of the raw material solution include an aqueous solution of an organic metal complex of an atomizing metal (for example, an acetylacetonate complex) and a halide (for example, fluoride, chloride, bromide, iodide, etc.). The atomizing metal is not particularly limited, and such atomizing metal is selected from, for example, aluminum, gallium, indium, iron, chromium, vanadium, titanium, rhodium, nickel, cobalt, iridium and the like1 Species or two or more kinds of metals and the like can be mentioned. In the embodiment of the present invention, the atomizing metal preferably contains at least gallium, indium or aluminum, and more preferably at least gallium. The content of the atomizing metal in the raw material solution is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, but is preferably 0.001 mol% to 50 mol%, and more preferably 0.01 mol% to 0.01 mol%. It is 50 mol%.
また、原料溶液には、ドーパントが含まれているのも好ましい。原料溶液にドーパントを含ませることにより、イオン注入等を行わずに、結晶構造を壊すことなく、バッファ層の導電性を容易に制御することができる。本発明の実施態様においては、前記ドーパントがスズ、ゲルマニウム、またはケイ素であるのが好ましく、スズ、またはゲルマニウムであるのがより好ましく、スズであるのが最も好ましい。前記ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm3〜1×1022/cm3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/cm3以下の低濃度にしてもよいし、ドーパントを約1×1020/cm3以上の高濃度で含有させてもよい。本発明の実施態様においては、ドーパントの濃度が1×1020/cm3以下であるのが好ましく、5×1019/cm3以下であるのがより好ましい。 It is also preferable that the raw material solution contains a dopant. By including the dopant in the raw material solution, the conductivity of the buffer layer can be easily controlled without breaking the crystal structure without performing ion implantation or the like. In embodiments of the present invention, the dopant is preferably tin, germanium, or silicon, more preferably tin, or germanium, and most preferably tin. The concentration of the dopant may be usually about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the concentration of the dopant is, for example, a low concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less. Alternatively, the dopant may be contained in a high concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or more. In the embodiment of the present invention, the concentration of the dopant is preferably 1 × 10 20 / cm 3 or less, and more preferably 5 × 10 19 / cm 3 or less.
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。本発明の実施態様においては、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く、水であるのが最も好ましい。前記水としては、より具体的には、例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水、海水などが挙げられるが、本発明の実施態様においては、超純水が好ましい。 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 the inorganic solvent and the organic solvent. In the embodiment of the present invention, the solvent preferably contains water, more preferably water or a mixed solvent of water and alcohol, and most preferably water. More specific examples of the water include pure water, ultrapure water, tap water, well water, mineral spring water, mineral water, hot spring water, spring water, fresh water, seawater, and the like. In the above, ultrapure water is preferable.
(搬送工程)
搬送工程では、キャリアガスでもって前記霧化液滴を成膜室内に搬送する。前記キャリアガスは、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。
(Transport process)
In the transport step, the atomized droplets are transported into the film forming chamber by using a carrier gas. The carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and examples thereof include an inert gas such as oxygen, ozone, nitrogen and argon, and a reducing gas such as hydrogen gas and forming gas. .. Further, the type of carrier gas may be one type, but may be two or more types, and a diluted gas having a reduced flow rate (for example, a 10-fold diluted gas) or the like is further used as the second carrier gas. May be good. Further, the carrier gas may be supplied not only at one location but also at 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 diluting gas, the flow rate of the diluting gas is preferably 0.001 to 2 L / min, more preferably 0.1 to 1 L / min.
(バッファ層形成工程)
バッファ層形成工程では、成膜室内で前記霧化液滴を熱反応させることによって、基板上に、前記バッファ層を形成する。熱反応は、熱でもって前記霧化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、400℃〜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く、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、バッファ層の厚みは、形成時間を調整することにより、設定することができる。
(Buffer layer forming process)
In the buffer layer forming step, the buffer layer is formed on the substrate by thermally reacting the atomized droplets in the film forming chamber. The thermal reaction may be such that the atomized droplets react with heat, and the reaction conditions and the like are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In this step, the thermal reaction is usually carried out 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 lower, more preferably 650 ° C. or lower, and most preferably 400 ° C. to 650 ° C. preferable. Further, the thermal reaction may be carried out 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, and the thermal reaction may be carried out under atmospheric pressure or pressure. It may be carried out under either reduced pressure or reduced pressure, but in the present invention, it is preferably carried out under atmospheric pressure. The thickness of the buffer layer can be set by adjusting the formation time.
上記のようにして、前記基板上の表面の一部または全部に、バッファ層を形成した後、該バッファ層上に、上記した好ましい横方向結晶成長層の形成方法または前記バッファ層の形成方法により、前記横方向結晶成長層を形成することにより、前記横方向結晶成長層におけるチルト等の欠陥をより低減することができ、膜質をより優れたものとすることができる。 After forming the buffer layer on a part or all of the surface on the substrate as described above, the method for forming the preferable lateral crystal growth layer or the method for forming the buffer layer on the buffer layer is used. By forming the lateral crystal growth layer, defects such as tilt in the lateral crystal growth layer can be further reduced, and the film quality can be made more excellent.
また、前記バッファ層は、特に限定されないが、本発明においては、金属酸化物を主成分として含んでいるのが好ましい。前記金属酸化物としては、例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウム等から選ばれる1種または2種以上の金属を含む金属酸化物などが挙げられる。発明においては、前記金属酸化物が、インジウム、アルミニウムおよびガリウムから選ばれる1種または2種以上の元素を含有するのが好ましく、少なくともインジウムまたは/およびガリウムを含んでいるのがより好ましく、少なくともガリウムを含んでいるのが最も好ましい。本発明の成膜方法の実施形態の一つとして、バッファ層が金属酸化物を主成分として含み、バッファ層が含む金属酸化物がガリウムと、ガリウムよりも少ない量のアルミニウムを含んでいてもよい。ガリウムよりも少ない量のアルミニウムを含むバッファ層を用いることで、結晶成長を良好なものにするだけでなく、さらに、良好な高温成長も実現することができる。また、本発明の成膜方法の実施形態の一つとして、バッファ層が超格子構造を含んでいてもよい。超格子構造を含むバッファ層を用いることで、良好な結晶成長を実現するだけでなく、結晶成長時の反り等を抑制することもより容易になる。なお、ここで、「主成分」とは、前記金属酸化物が、原子比で、前記バッファ層の全成分に対し、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%であってもよいことを意味する。前記結晶性酸化物半導体の結晶構造は、特に限定されないが、本発明においては、コランダム構造であるのが好ましい。また、前記横方向結晶成長層と前記バッファ層とは、本発明の目的を阻害しない限り、それぞれ互いに主成分が同一であってもよいし、異なっていてもよいが、本発明においては、同一であるのが好ましい。 The buffer layer is not particularly limited, but in the present invention, it is preferable that the buffer layer contains a metal oxide as a main component. Examples of the metal oxide include metal oxides containing one or more metals selected from aluminum, gallium, indium, iron, chromium, vanadium, titanium, rhodium, nickel, cobalt, iridium and the like. Be done. In the invention, the metal oxide preferably contains one or more elements selected from indium, aluminum and gallium, more preferably at least indium and / and gallium, and at least gallium. Is most preferable to contain. As one of the embodiments of the film forming method of the present invention, the buffer layer may contain a metal oxide as a main component, and the metal oxide contained in the buffer layer may contain gallium and a smaller amount of aluminum than gallium. .. By using a buffer layer containing a smaller amount of aluminum than gallium, not only good crystal growth but also good high temperature growth can be realized. Further, as one of the embodiments of the film forming method of the present invention, the buffer layer may include a superlattice structure. By using the buffer layer including the superlattice structure, not only good crystal growth can be realized, but also warpage during crystal growth can be suppressed more easily. Here, the "main component" is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90% or more of the metal oxide in terms of atomic ratio with respect to all the components of the buffer layer. It means that it is included, and it means that it may be 100%. The crystal structure of the crystalline oxide semiconductor is not particularly limited, but in the present invention, a corundum structure is preferable. Further, the lateral crystal growth layer and the buffer layer may have the same main components or different components as long as the object of the present invention is not impaired, but in the present invention, they are the same. Is preferable.
本発明の前記実施形態においては、前記バッファ層が設けられていてもよい前記基板上に金属含有原料ガス、酸素含有原料ガス、反応性ガスおよび所望によりドーパント含有原料ガスを供給し、反応性ガスの流通下で成膜する。本発明においては、前記成膜が、加熱されている基板上で行われるのが好ましい。前記成膜温度は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、900℃以下が好ましく、700℃以下がより好ましく、400℃〜700℃であるのが最も好ましい。また、前記成膜は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非真空下、還元ガス雰囲気下、不活性ガス雰囲気下および酸化ガス雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、常圧下、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、本発明の前記実施形態においては、常圧下また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。 In the embodiment of the present invention, a metal-containing raw material gas, an oxygen-containing raw material gas, a reactive gas and, if desired, a dopant-containing raw material gas are supplied onto the substrate on which the buffer layer may be provided, and the reactive gas is supplied. The film is formed under the distribution of. In the present invention, it is preferable that the film formation is performed on a heated substrate. The film formation temperature is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, but is preferably 900 ° C. or lower, more preferably 700 ° C. or lower, and most preferably 400 ° C. to 700 ° C. Further, the film formation may be carried out under any of vacuum, non-vacuum, reducing gas atmosphere, inert gas atmosphere and oxidizing gas atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired. Further, it may be carried out under normal pressure, atmospheric pressure, pressurization or reduced pressure, but in the above-described embodiment of the present invention, it is preferably carried out under normal pressure or atmospheric pressure. The film thickness can be set by adjusting the film formation time.
前記横方向結晶成長層は、通常、結晶性金属酸化物を主成分として含む。前記結晶性金属酸化物としては、例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウム等から選ばれる1種または2種以上の金属を含む金属酸化物などが挙げられる。本発明においては、前記結晶性金属酸化物が、インジウム、アルミニウムおよびガリウムから選ばれる1種または2種以上の元素を含有するのが好ましく、少なくともインジウムまたは/およびガリウムを含んでいるのがより好ましく、結晶性酸化ガリウムまたはその混晶であるのが最も好ましい。なお、本発明の実施形態における横方向結晶成長層において、「主成分」とは、前記結晶性金属酸化物が、原子比で、前記横方向結晶成長層の全成分に対し、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%であってもよいことを意味する。本発明の実施形態においては、前記基板として、コランダム構造を含む基板を用いて、前記成膜を行うことにより、コランダム構造を有する結晶成長膜を得ることができる。前記結晶性金属酸化物は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよいが、本発明の実施形態においては、単結晶であるのが好ましい。また、前記横方向結晶成長層の厚さの上限は特に限定されないが、例えば100μmであり、前記横方向結晶成長層の厚さの下限も特に限定されないが、3μmであるのが好ましく、10μmであるのがより好ましく、20μmであるのが最も好ましい。本発明においては、前記横方向結晶成長層の厚さが3μm〜100μmであるのが好ましく、10μm〜100μmであるのがより好ましく、20μm〜100μmであるのが最も好ましい。 The lateral crystal growth layer usually contains a crystalline metal oxide as a main component. Examples of the crystalline metal oxide include metal oxides containing one or more metals selected from aluminum, gallium, indium, iron, chromium, vanadium, titanium, rhodium, nickel, cobalt, iridium and the like. Can be mentioned. In the present invention, the crystalline metal oxide preferably contains one or more elements selected from indium, aluminum and gallium, more preferably at least indium and / and gallium. , Crystalline gallium oxide or a mixed crystal thereof is most preferable. In the lateral crystal growth layer according to the embodiment of the present invention, the "main component" is preferably 50% of the crystalline metal oxide in terms of atomic ratio with respect to all the components of the lateral crystal growth layer. As described above, it means that it is more preferably contained in an amount of 70% or more, further preferably 90% or more, and may be 100% or more. In the embodiment of the present invention, a crystal growth film having a corundum structure can be obtained by performing the film formation using a substrate containing a corundum structure as the substrate. The crystalline metal oxide may be a single crystal or a polycrystal, but in the embodiment of the present invention, it is preferably a single crystal. The upper limit of the thickness of the lateral crystal growth layer is not particularly limited, but is, for example, 100 μm, and the lower limit of the thickness of the lateral crystal growth layer is not particularly limited, but is preferably 3 μm, preferably 10 μm. It is more preferably present, and most preferably 20 μm. In the present invention, the thickness of the lateral crystal growth layer is preferably 3 μm to 100 μm, more preferably 10 μm to 100 μm, and most preferably 20 μm to 100 μm.
本発明においては、前記横方向結晶成長層上にマスクとして前記凸部を形成するのが好ましい。このようにして、前記横方向結晶成長層上に前記マスクを形成することにより、結晶性を単に向上させるだけでなく、転位密度をより良好に低減し、さらに、結晶膜の大面積化を実現することができる。なお、前記マスクは前記凸部と同様であってよい。本発明においては、横方向結晶成長層が2以上の横方向結晶部を含んでおり、前記2以上の横方向結晶部上に前記マスクがそれぞれ配置されているのが好ましい。なお、前記の2以上の横方向結晶部は、前記横方向結晶成長において、2以上の横方向結晶成長部が形成されていき、それぞれの横方向結晶成長部同士が会合する前の2以上の横方向結晶部であってもよい。このようにして横方向結晶部上に前記マスクを設けることにより、横方向結晶での会合によって発生する熱応力による反りやクラック等を抑制することができる。前記の横方向結晶成長層上のマスクは、周期的かつ規則的にパターン化されているのが好ましく、前記の横方向結晶成長層上のマスクの間隔が、前記の基板上のマスクの間隔よりも短いのが好ましい。このような間隔とすることにより、熱応力等をより緩和させることができ、大面積でかつ優れた結晶性の結晶膜をより容易に得ることができる。なお、前記の横方向成長層上のマスクの間隔は、特に限定されないが、1μm〜50μmであるのが好ましい。本発明においては、線熱膨張係数の小さい前記第2の方向から、前記凸部を用いて剥離するのがより透明でかつより良質な自立膜が得られるので好ましい。 In the present invention, it is preferable to form the convex portion as a mask on the lateral crystal growth layer. By forming the mask on the lateral crystal growth layer in this way, not only the crystallinity is simply improved, but also the dislocation density is reduced more satisfactorily, and the area of the crystal film is increased. can do. The mask may be the same as the convex portion. In the present invention, it is preferable that the lateral crystal growth layer includes two or more lateral crystal portions, and the masks are arranged on the two or more lateral crystal portions. In the two or more transverse crystal portions, two or more lateral crystal growth portions are formed in the transverse crystal growth, and two or more before the respective lateral crystal growth portions meet with each other. It may be a lateral crystal portion. By providing the mask on the lateral crystal portion in this way, it is possible to suppress warpage, cracks, and the like due to thermal stress generated by the association of the lateral crystals. The masks on the transverse crystal growth layer are preferably patterned periodically and regularly, and the spacing between the masks on the transverse crystal growth layer is greater than the spacing between the masks on the substrate. Is also preferably short. With such an interval, thermal stress and the like can be further relaxed, and a large-area and excellent crystalline crystal film can be obtained more easily. The distance between the masks on the lateral growth layer is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 50 μm. In the present invention, it is preferable to peel off using the convex portion from the second direction having a small coefficient of linear thermal expansion because a more transparent and better quality self-supporting film can be obtained.
以下、図面を用いて、本発明の好適な製造方法をより詳細に説明する。 Hereinafter, the preferred production method of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図1に示すように、結晶成長用基板として、表面にELOマスクを形成する。なお、結晶成長用基板には、m面サファイア基板を用いる。図1(a)は、結晶成長用基板1を示す。図1(b)に示すとおり、結晶成長用基板1の結晶成長面上にELOマスク5を形成する。ELOマスク5は、特に限定されないが、ストライプ状またはドット状のパターンを有するのが好ましい。図1(b)の結晶成長用基板を用いて、結晶成長層を形成し、図1(c)の積層構造体を得る。積層構造体(c)は、ELOマスク5を表面に有している結晶成長用基板1上に結晶成長層(横方向結晶成長層)8が形成されており、結晶成長を続けることにより、図2(d)のように、結晶成長用基板が剥離される。図3(d)の剥離により、図3(e)の結晶性酸化物膜を得る。このようにして得られた結晶性酸化物膜(e)は、自立膜として大面積化も可能でかつ良好な膜質を有しており、半導体特性に優れている。さらに、本発明においては、結晶性酸化物膜(e)を得た後、図4に示すとおり、得られた結晶性酸化物膜(e)に支持体9を貼りつけ、積層構造体(f)とし、例えば、CMP等の常法に従い、積層構造体(f)の結晶性酸化物膜の剥離面に対し研摩を行い、図4(g)の積層構造体(g)を得ることもでき、かかる積層構造体を結晶性酸化物膜として用いることもできる。
As shown in FIG. 1, an ELO mask is formed on the surface of the substrate for crystal growth. An m-plane sapphire substrate is used as the crystal growth substrate. FIG. 1A shows a
本発明の製造方法により得られた結晶性酸化物膜は、特に、電極と半導体層とを少なくとも含む半導体装置に好適に用いることができ、とりわけ、パワーデバイスに有用である。本発明においては、前記結晶性酸化物膜が半導体膜であり、前記半導体層として前記半導体膜が用いられているのが好ましい。前記結晶性酸化物膜を用いて形成される半導体装置としては、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、受発光素子が挙げられる。本発明においては、前記結晶性酸化物膜をそのまま半導体装置等に用いてもよいし、前記基板等から剥離する等の公知の方法を用いた後に、半導体装置等に適用してもよい。 The crystalline oxide film obtained by the production method of the present invention can be particularly suitably used for a semiconductor device including at least an electrode and a semiconductor layer, and is particularly useful for a power device. In the present invention, it is preferable that the crystalline oxide film is a semiconductor film and the semiconductor film is used as the semiconductor layer. Examples of the semiconductor device formed by using the crystalline oxide film include transistors and TFTs such as MIS and HEMT, Schottky barrier diodes using semiconductor-metal junctions, and PN or PIN diodes combined with other P layers. A light receiving / receiving element can be mentioned. In the present invention, the crystalline oxide film may be used as it is in a semiconductor device or the like, or may be applied to a semiconductor device or the like after using a known method such as peeling from the substrate or the like.
以下、図面を用いて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。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)
1.バッファ層の形成
1−1.成膜装置
本実施例では図13に示す成膜装置19を用いた。
(Example 1)
1. 1. Formation of buffer layer 1-1. Film-forming device In this example, the film-forming
1−2.原料溶液の作製
臭化ガリウム(GaBr3)0.1Mの水溶液に、臭化水素酸(HBr)20体積%を加え、これを原料溶液とした。
1-2. Preparation of Raw Material Solution To a 0.1 M aqueous solution of gallium bromide (GaBr 3 ), 20% by volume of hydrobromic acid (HBr) was added, and this was used as a raw material solution.
1−3.成膜準備
上記1−2.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、m面サファイア基板を用いて、ホットプレート28上に設置し、ホットプレート28を作動させて基板温度を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装置22a、22bからキャリアガスを成膜室30内に供給し、成膜室30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1L/分に調節した。キャリアガスとして窒素を用いた。
1-3. Preparation for film formation 1-2. The raw material solution 24a obtained in 1) was housed in the mist generation source 24. Next, as the
1−4.成膜
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(霧化液滴)24bを生成させた。このミスト24bが、キャリアガスによって、供給管27内を通って、成膜室30内に導入され、大気圧下、550℃にて、基板20上でミストが熱反応して、基板20上に成膜した。成膜時間は1時間であった。得られた膜は、X線回折装置を用いて同定したところ、α−Ga2O3単結晶膜であった。
1-4. Film formation Next, the
2.マスクの形成
SOGをスピンコーターで塗布し、フォトリソグラフィー法を用いて、1−4.で得られたα−Ga2O3単結晶膜付きのm面サファイア基板上に、図6に示すとおり、SiO2の複数の長尺状のマスクをa軸に平行になるように、サファイア基板上面とストライプを形成するように配置(ストライプ配置)した。
2. Mask formation SOG is applied with a spin coater and photolithography is used to 1-4. On the m-plane sapphire substrate with the α-Ga 2 O 3 single crystal film obtained in FIG. 6, as shown in FIG. 6, a plurality of long masks of SiO 2 are placed on the sapphire substrate so as to be parallel to the a-axis. It was arranged so as to form a stripe with the upper surface (striped arrangement).
3.結晶性酸化物膜の結晶成長および自然剥離
上記1.と同様にして、図13に示すミストCVD装置を用いて、ミストCVD法でもって、α―Ga2O3からなる結晶成長層を形成していき、a軸方向から発生したクラックによる自然剥離によってα―Ga2O3膜と結晶成長用基板とを剥離し、結晶性酸化物膜の自立膜を得た。得られた膜の評価は表1のとおり、良好なものであった。なお、実施例1と同様にして、実施例2および3ならびに比較例1および2につき、表1の条件にてそれぞれ剥離を実施し、評価した。なお、実施例2において、自然剥離を生じさせるクラックの写真がきれいに撮影できたので、これを図14に示す。図14中の矢印方向から剥離が進み、容易に自立膜が得られる。また、実施例3においては、ファセットがより平坦であり、結晶成長がより高品質なものとなったため、参考までに顕微鏡写真を図15に示す。なお、実施例3に関し、c軸方向に対して60°の方向に延びるストライプのみならず、c軸方向に対して30°〜150°の方向に延びているELOマスク(ストライプ配置)でも同様の傾向がみられ、c軸方向に垂直な方向に対して20°〜40°の方向に延びているELOマスク(ストライプ配置)がとりわけファセット平坦性に優れていた。
3. 3. Crystal growth and natural exfoliation of
(参考例)
実施例1および実施例3と同様にして、ELOマスクを、それぞれc軸方向に対して+60°の方向に延びるストライプ、c軸方向に対して垂直方向に延びるストライプ、c軸方向に対して−60°の方向に延びるストライプを作製し、α―Ga2O3膜を成膜し、自然剥離前の結晶成長におけるファセットの平坦性につき、評価した。顕微鏡写真を図16に示す。図16から明らかなとおり、c軸方向に対して+60°の方向に延びるストライプの場合と−60°の方向に延びるストライプの場合とでは、特に差はなく、c軸方向に対して±60°の方向に延びるストライプのいずれもが同様の非常に良好なファセット平坦性を示した。
(Reference example)
In the same manner as in Example 1 and Example 3, the ELO mask is applied to the stripe extending in the direction of + 60 ° with respect to the c-axis direction, the stripe extending in the direction perpendicular to the c-axis direction, and-with respect to the c-axis direction, respectively. Stripes extending in the direction of 60 ° were prepared, an α-Ga 2 O 3 film was formed, and the flatness of the facets in the crystal growth before natural peeling was evaluated. A photomicrograph is shown in FIG. As is clear from FIG. 16, there is no particular difference between the case of the stripe extending in the direction of + 60 ° with respect to the c-axis direction and the case of the stripe extending in the direction of -60 °, and ± 60 ° with respect to the c-axis direction. All of the stripes extending in the direction of were showing similar very good facet flatness.
本発明の製造方法は、半導体(例えば化合物半導体電子デバイス等)、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができるが、特に、半導体装置等に有用である。 The manufacturing method of the present invention can be used in all fields such as semiconductors (for example, compound semiconductor electronic devices, etc.), electronic parts / electrical equipment parts, optical / electrophotographic related devices, industrial parts, etc., but is particularly useful for semiconductor devices and the like. Is.
1 結晶基板(結晶成長用基板)
1a 基板の表面(結晶成長面)
2a 凸部(剥離犠牲層)
2b 凹部(剥離犠牲層)
4 マスク層(剥離犠牲層)
5 剥離犠牲層(凸部マスク)
7 バッファ層
8 結晶成長層(横方向結晶成長層)
9 支持体
19 ミスト装置(成膜装置)
20 基板
21 サセプタ
22a キャリアガス供給装置
22b キャリアガス(希釈)供給装置
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
29 排気口
30 成膜室
50 ハライド気相成長(HVPE)装置
51 反応室
52a ヒータ
52b ヒータ
53a ハロゲン含有原料ガス供給源
53b 金属含有原料ガス供給管
54a 反応性ガス供給源
54b 反応性ガス供給管
55a 酸素含有原料ガス供給源
55b 酸素含有原料ガス供給管
56 基板ホルダ
57 金属源
58 保護シート
59 ガス排出部
1 Crystal substrate (crystal growth substrate)
1a Substrate surface (crystal growth surface)
2a Convex part (peeling sacrificial layer)
2b recess (peeling sacrifice layer)
4 Mask layer (peeling sacrifice layer)
5 Peeling sacrifice layer (convex mask)
7
9
20 Substrate 21 Suceptor 22a Carrier gas supply device 22b Carrier gas (dilution) supply device 23a Flow control valve 23b Flow control valve 24 Mist source 24a
Claims (14)
A crystal growth substrate having a crystal growth plane and a corundum structure, the first direction along the crystal growth plane and the first direction along the crystal growth plane and the first one. On the crystal growth substrate having different linear thermal expansion coefficients in the second direction which is perpendicular to the direction or substantially perpendicular to the direction, the main component of the crystal growth substrate is formed through the peel sacrificial layer. Is to form a crystalline oxide film containing different main components by crystal growth, and to peel off the crystalline oxide film and the crystal growth substrate from the second direction using the peeling sacrificial layer. Peeling method including.
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