金属氧氮化物膜的制造方法与流程

本发明的一个方式涉及一种金属氧氮化物膜以及金属氧氮化物膜的制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种使用该金属氧氮化物膜的发光元件、照明装置、显示装置、电子设备以及半导体装置。注意，在本说明书等中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。除了晶体管等的半导体组件之外，半导体电路、运算装置或存储装置也是半导体装置的一个方式。显示装置(液晶显示装置、发光显示装置等)、投影装置、照明装置、电光装置、蓄电装置、存储装置、半导体电路、摄像装置、电子设备等有时包括半导体装置。注意，本发明的一个方式不局限于上述。本说明书等所公开的发明的一个方式涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。

背景技术：

1、作为颜料或光催化材料，已知有包含金属、氧以及氮的金属氧氮化物。此外，金属氧氮化物也受到瞩目作为用于半导体装置等的半导体材料、绝缘材料。专利文献1公开了包括含有铟、镓及锌的金属氧氮化物的半导体材料。

2、另外，作为形成面内取向了的薄膜(也称为单晶薄膜)的方法之一，已知有外延生长法。在此，面内取向是指水平于衬底的方向上的晶体取向的规则性。专利文献2公开了通过反应性固相外延生长法形成单晶ingao3(zno)5薄膜的方法。

3、[先行技术文献]

4、[专利文献]

5、[专利文献1]日本专利申请公开第2015-18929号公报

6、[专利文献2]日本专利申请公开第2004-103957号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的技术问题

2、专利文献1所公开的金属氧氮化物的状态是原子间的键合没有秩序性的非晶状态。因为非晶状态的金属氧氮化物具有空洞或低密度区域，所以该金属氧氮化物的稳定性低。因此，用于半导体装置等的金属氧氮化物优选具有高结晶性。尤其是，金属氧氮化物优选面内取向。

3、另外，专利文献2所公开的反应性固相外延生长法需要进行如下高温处理：在形成ingao3(zno)5薄膜之前进行将衬底加热到1000℃以上的处理；在形成该薄膜之后以1300℃以上的温度进行加热扩散处理；等。另外，为了形成单晶ingao3(zno)5薄膜，需要在衬底上设置外延生长了的zno薄膜。如此，当使用现有技术形成外延生长了的薄膜时，有各种各样的限制。注意，在本说明书中，“高温”例如是指700℃以上的温度，“低温”例如是指600℃以下的温度。

4、于是，本发明的一个方式的目的之一是提供一种在低温下通过外延生长形成金属氧氮化物膜的方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种在形成金属氧氮化物膜的前后不进行高温处理而通过外延生长形成该金属氧氮化物膜的方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种使用通过外延生长形成的金属氧氮化物膜的半导体装置等。

5、注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。除上述目的外的目的从说明书、附图、权利要求书等的描述中是显而易见的，并且可以从所述描述中抽出。

6、解决技术问题的手段

7、本发明的一个方式是一种金属氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：在单晶的衬底上，导入含有氮气体的气体，通过使用氧化物靶材利用溅射法对金属氧氮化物膜进行外延生长，其中，氧化物靶材包含锌，形成金属氧氮化物膜时的衬底为80℃以上且400℃以下，氮气体的流量为气体的总流量中的50％以上且100％以下。

8、另外，本发明的一个方式是一种金属氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：在单晶的衬底上，导入含有氮气体的气体，通过使用氧化物靶材利用溅射法形成面内取向的膜，其中，氧化物靶材包含锌，形成金属氧氮化物膜时的衬底为80℃以上且400℃以下，氮气体的流量为气体的总流量中的50％以上且100％以下。

9、在上述金属氧氮化物膜的制造方法中，氧化物靶材优选包含铟和镓中的至少一个。

10、在上述金属氧氮化物膜的制造方法中，优选的是，衬底为氧化钇稳定氧化锆(ysz)衬底，并且该衬底的面方位为(111)。此外，优选的是，衬底为a-plane蓝宝石衬底，并且该衬底的面方位为(110)。

11、在上述金属氧氮化物膜的制造方法中，金属氧氮化物膜的结晶结构优选为纤锌矿型结构。

12、另外，在上述金属氧氮化物膜的制造方法中，优选的是，当对金属氧氮化物膜进行极点测量时，在极点测量中的对金属氧氮化物膜的结晶的(101)面进行的φ扫描中，观察到表示六次对称性的衍射峰。

13、另外，在上述金属氧氮化物膜的制造方法中，优选的是，在金属氧氮化物膜的广角倒易空间图中，观察到第一斑点及第二斑点，第一斑点的峰位于角度2θ为30°以上35°以下且角度ψ为0°附近之处，第一斑点的半宽小于2°，第二斑点的峰位于角度2θ为33°以上37°以下且角度ψ为61°以上65°以下之处，第二斑点的半宽小于2°。

14、发明效果

15、根据本发明的一个方式，可以提供一种在低温下通过外延生长形成金属氧氮化物膜的方法。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种在形成金属氧氮化物膜的前后不进行高温处理而通过外延生长形成该金属氧氮化物膜的方法。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种使用通过外延生长形成的金属氧氮化物膜的半导体装置等。

16、注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。上述以外的效果是可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中自然得知并衍生出来的。

技术特征：

1.一种金属氧氮化物膜，

2.一种金属氧氮化物膜，

3.根据权利要求1或2所述的金属氧氮化物膜，

4.根据权利要求1或2所述的金属氧氮化物膜，

5.根据权利要求1或2所述的金属氧氮化物膜，

6.根据权利要求1或2所述的金属氧氮化物膜，

7.根据权利要求1或2所述的金属氧氮化物膜，

8.根据权利要求1或2所述的金属氧氮化物膜，

9.一种显示装置，其包括：

10.一种金属氧氮化物膜，

11.根据权利要求10所述的金属氧氮化物膜，

12.根据权利要求10所述的金属氧氮化物膜，

13.根据权利要求10所述的金属氧氮化物膜，

14.根据权利要求10所述的金属氧氮化物膜，

15.根据权利要求10所述的金属氧氮化物膜，

16.一种显示装置，其包括：

17.一种显示装置，其包括：

技术总结
本发明涉及金属氧氮化物膜的制造方法。提供一种在低温下通过外延生长形成金属氧氮化物膜的方法。金属氧氮化物膜的制造方法，包括如下步骤：在单晶的衬底上，导入含有氮气体的气体，通过使用氧化物靶材利用溅射法对金属氧氮化物膜进行外延生长，其中，氧化物靶材包含锌，形成金属氧氮化物膜时的衬底为80℃以上且400℃以下，氮气体的流量为气体的总流量中的50％以上且100％以下。

技术研发人员：种村和幸,三本菅正太,奥野直树
受保护的技术使用者：株式会社半导体能源研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6