结晶性氧化物膜及半导体装置的制作方法

本发明涉及对半导体装置有用的结晶性氧化物膜及使用该结晶性氧化物膜的半导体装置。

背景技术：

1、作为对功率器件等有用的宽带隙半导体，氧化锗受到关注。据称氧化锗的带隙为4.44ev～4.68ev(非专利文献1)，并且根据第一原理计算，推定空穴迁移率为27cm2/vs(与c轴垂直的方向)或29cm2/vs(非专利文献2)，还期待实现pn同质结。

2、还研究了实际制作氧化锗而不是如上述那样的计算推定，在非专利文献3中公开了使用mbe法来在r面蓝宝石基板上经由(sn，ge)o2缓冲层进行氧化锗的成膜。另外，在非专利文献4中公开了使用混合mbe法来在(001)tio2基板上形成金红石型结构的(sn，ge)o2膜。这样，金红石型结构的氧化锗与sn、si等组合而构成混晶，也可以作为一个材料系统来捕获。但是，在非专利文献4所记载的方法中，如果在膜中的金属中锗的原子比超过0.5，则存在因结晶性丧失而导致非晶化的问题。因此，期望可应用于半导体装置且含有具有结晶品质的锗氧化物的结晶性氧化物膜。

3、非专利文献1：stapelbroek,m.；evans,b.d.exciton structure in the uv-absorption edge of tetragonal geo2.solid state communications,1978,25.11:959-962.

4、非专利文献2：bushick,kyle,et al.electron and hole mobility of rutilegeo2 from first principles:an ultrawide-bandgap semiconductor for powerelectronics.applied physics letters,2020,117.18:182104.

5、非专利文献3：chae,sieun,et al.epitaxial stabilization of rutilegermanium oxide thin film by molecular beam epitaxy.applied physics letters,2020,117.7:072105.

6、非专利文献4：liu,fengdeng,et al.hybrid molecular beam epitaxy of ge-based oxides.bulletin of the american physical society,2021.

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种异常晶粒得到降低且具有良好的结晶性的结晶性氧化物膜。

2、本发明人为了达到上述目的而进行了深入研究，其结果通过使用雾化cvd法来在特定的条件下在正方晶的结晶基板上制作氧化锗，从而在世界上首次成功创制了如下结晶性氧化物膜，该结晶性氧化物膜含有锗氧化物，通过表面sem观察确认到的异常晶粒的面积比例为3％以下。另外，发现这样的结晶性层叠结构体能够解决上述现有问题。

3、另外，本发明人在得到上述见解之后进一步反复研究，进而完成了本发明。

4、即，本发明涉及以下的技术方案。

5、[1]一种结晶性氧化物膜，为含有锗氧化物的结晶性氧化物膜，其特征在于，通过表面sem观察确认到的异常晶粒的面积比例为3％以下。

6、[2]根据前述[1]所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的膜厚为100nm以上。

7、[3]根据前述[1]或[2]所述的结晶性氧化物膜，其中，通过表面sem观察确认到的所述异常晶粒的面积比例为3％以下的区域至少存在0.04mm2。

8、[4]根据前述[1]～[3]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的表面粗糙度为10nm以下。

9、[5]根据前述[1]～[4]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜具有正方晶晶体结构。

10、[6]根据前述[1]～[5]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物为单轴取向膜。

11、[7]根据前述[1]～[6]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物的x射线衍射测定的半峰宽为1000arcsec以下。

12、[8]一种半导体装置，至少具备结晶性氧化物膜和电极，其特征在于，所述结晶性氧化物膜为前述[1]～[7]中任一项所述的结晶性氧化物膜。

13、[9]一种电力转换装置，使用前述[8]所述的半导体装置。

14、[10]一种控制系统，使用前述[8]所述的半导体装置。

15、本发明的结晶性氧化物膜的异常晶粒得到降低，具有良好的结晶性。

技术特征：

1.一种结晶性氧化物膜，为含有锗氧化物的结晶性氧化物膜，其特征在于，通过表面sem观察确认到的异常晶粒的面积比例为3％以下。

2.根据权利要求1所述的结晶性氧化物膜，其中，

3.根据权利要求1或2所述的结晶性氧化物膜，其中，

4.根据权利要求1～3中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，

5.根据权利要求1～4中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，

6.根据权利要求1～5中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，

7.根据权利要求1～6中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，

8.一种半导体装置，至少具备结晶性氧化物膜和电极，其特征在于，

9.一种电力转换装置，使用权利要求8所述的半导体装置。

10.一种控制系统，使用权利要求8所述的半导体装置。

技术总结
本发明提供一种异常晶粒得到降低且具有良好的结晶性的结晶性氧化物膜。得到一种结晶性氧化物膜，将含有锗的原料溶液进行雾化或液滴化，并且向得到的雾化液滴供给载气，利用该载气将所述雾化液滴运送到具有正方晶晶体结构的结晶基板上，接着使所述雾化液滴在所述结晶基板上进行热反应，从而含有锗氧化物，其中，通过表面SEM观察确认到的异常晶粒的面积比例为3％以下。

技术研发人员：金子健太郎,高根伦史,人罗俊实
受保护的技术使用者：株式会社FLOSFIA
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21