氧化镓膜的成膜方法与流程

本说明书中公开的技术涉及氧化镓膜的成膜方法。

背景技术：

在专利文献1中公开了在基体上形成氧化镓膜的成膜方法。在该成膜方法中，在加热基体的同时，向基体的表面供给混合了卤化镓和盐酸的原料溶液的雾。由此，能够在基体上形成氧化镓膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-079485号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

在将成膜于基体上的氧化镓膜用作半导体元件的情况下，其表面粗糙度对半导体元件的特性造成大的影响。氧化镓膜的表面优选光滑。本说明书中提出了能够形成表面光滑的氧化镓膜的成膜方法。

用于解决问题的手段

本说明书公开的成膜方法具有如下工序：在加热基体的同时，向所述基体的表面供给包含镓原子和氯原子的原料溶液的雾，由此在所述基体的表面上形成氧化镓膜。所述原料溶液中的氯的摩尔浓度为所述原料溶液中的镓的摩尔浓度的3.0倍以上且4.5倍以下。

根据实验证实了，在将原料溶液中的氯的摩尔浓度控制为原料溶液中的镓的摩尔浓度的3.0倍以上且4.5倍以下时，所形成的氧化镓膜的表面粗糙度变得极低。因此，根据该成膜方法，能够形成表面光滑的氧化镓膜。

附图说明

图1为成膜装置10的构成图。

图2为示出氧化镓膜的均方根高度(rms)与cl/ga比率的关系的图。

符号说明

10：成膜装置

12：炉

13：基板台

14：加热器

20：雾供给装置

22：容器

24：超声波振子

26：雾供给通路

28：运送气体导入通路

30：稀释气体导入通路

60：溶液

62：雾

70：基板

80：排出管

具体实施方式

图1所示的成膜装置10为在基板70上形成氧化镓膜的装置。成膜装置10具备：配置有基板70的炉12、将炉12加热的加热器14、与炉12连接的雾供给装置20、和与炉12连接的排出管80。

炉12的具体构成没有特别限制。作为一例，图1所示的炉12为从上游端12a延伸至下游端12b的管状炉。在炉12的上游端12a处连接有雾供给装置20。在炉12的下游端12b处连接有排出管80。

在炉12内设置有用于支撑基板70的基板台13。基板台13被构成为基板70相对于炉12的长度方向倾斜。被基板台13支撑的基板70以在炉12内从上游端12a向下游端12b流动的雾被施加至基板70的表面上的朝向被支撑。

如前所述，加热器14将炉12加热。加热器14的具体构成没有特别限制。作为一例，图1所示的加热器14为电加热器，沿炉12的外周壁配置。由此，加热器14将炉12的外周壁加热，由此炉12内的基板70被加热。

雾供给装置20向炉12内供给包含氧化镓膜的原料的溶液的雾。雾供给装置20的具体构成没有特别限制。作为一例，图1所示的雾供给装置20具备：容纳原料溶液60的容器22、设置于容器22上的超声波振子24、将容器22与炉12之间连接的雾供给通路26、与容器22连接的运送气体导入通路28、和与雾供给通路26连接的稀释气体导入通路30。运送气体导入通路28向容器22供给运送气体64。稀释气体导入通路30向雾供给通路26供给稀释气体66。超声波振子24对容器22内的原料溶液60施加超声波振动，生成原料溶液60的雾62。

排出管80与炉12的下游端12b连接。利用雾供给装置20供给到炉12内的雾62在炉12内流动到下游端12b之后，经由排出管80排出到炉12的外部。

接着，对实施方式的成膜方法进行说明。实施方式的成膜方法具有生成原料溶液的原料溶液生成工序和使用所生成的原料溶液和成膜装置10形成氧化镓膜的成膜工序。

在原料溶液生成工序中，生成包含镓原子和氯原子的原料溶液。原料溶液可以通过各种方法生成。

在生成原料溶液的第一方法中，在纯水中溶解氯化镓(gacl3、ga2cl6)的粉末而生成原料溶液。需要说明的是，为了调节原料溶液中的氯的摩尔浓度，可以在原料溶液中加入盐酸。需要说明的是，在卤化镓中氯化镓沸点低，因此能够通过蒸馏容易地生成高纯度的氯化镓。

在生成原料溶液的第二方法中，在盐酸中溶解单质镓的粉末而生成原料溶液。

在生成原料溶液的第三方法中，将氢氧化镓(ga(oh)3)溶解在盐酸中而生成原料溶液。

在生成原料溶液的第四方法中，将羟基氧化镓(gaooh)溶解在盐酸中而生成原料溶液。

第一方法～第四方法中的任意方法均能够生成包含镓原子和氯原子的原料溶液。需要说明的是，原料溶液可以通过第一方法～第四方法中的任一种方法生成，也可以通过其它方法生成。在原料溶液生成工序中，可以自由地变更原料溶液中的镓的摩尔浓度和氯的摩尔浓度。在本实施方式中，优选将原料溶液中的氯的摩尔浓度设定为原料溶液中的镓的摩尔浓度的3.0倍以上且4.5倍以下。另外，更优选将原料溶液中的氯的摩尔浓度设定为原料溶液中的镓的摩尔浓度的3.5倍以下。另外，可以在原料溶液中添加用于在氧化镓膜中添加n型或p型掺杂剂的材料。

在成膜工序中，将在原料溶液生成工序中生成的原料溶液设置于图1所示的成膜装置10中，利用成膜装置10使氧化镓膜在基板70上生长。在本实施方式中，作为基板70，使用由表面上露出有(010)晶面的β型氧化镓(β-ga2o3)的单晶构成的基板。另外，在本实施方式中，使用氮气作为运送气体64，使用氮气作为稀释气体66。

如图1所示，首先在炉12内的基板台13上设置基板70。在此，以基板70的(010)晶面成为上表面(暴露于雾62的面)的朝向，将基板70设置在基板台13上。接着，利用加热器14将基板70加热。在此，将基板70的温度控制在例如400℃～1000℃。当基板70的温度稳定，则使雾供给装置20工作。即，通过使超声波振子24工作，在容器22内生成原料溶液60的雾62。同时，从运送气体导入通路28向容器22内导入运送气体64，从稀释气体导入通路30向雾供给通路26导入稀释气体66。在此，将运送气体64和稀释气体66的合计流量设定为约5l/分钟。运送气体64通过容器22如箭头44所示流入雾供给通路26内。此时，容器22内的雾62与运送气体64一起流入雾供给通路26内。另外，稀释气体66在雾供给通路26内与雾62混合。由此，雾62被稀释化。雾62与氮气(即，运送气体64和稀释气体66)一起在雾供给通路26内向下游侧流动，如箭头48所示从雾供给通路26流入炉12内。在炉12内，雾62与氮气一起向下游端12b侧流动，并向排出管80排出。

在炉12内流动的雾62的一部分附着于被加热的基板70的表面上。于是，雾62(即，原料溶液60)在基板70上发生化学反应。其结果，在基板70上生成氧化镓(更详细而言，β型氧化镓(β-ga2o3))。由于向基板70的表面上持续地供给雾62，因此氧化镓膜在基板70的表面上生长。

图2示出对通过上述成膜方法形成的氧化镓膜的表面粗糙度(更详细而言，均方根高度(rms))与原料溶液中的cl/ga比率的关系进行调查而得到的实验结果。cl/ga比率为将原料溶液中的氯摩尔浓度除以原料溶液中的镓摩尔浓度而得到的值。如图2所示，可知，在cl/ga比率为5.1～6.8的范围内，氧化镓膜的表面粗糙度成为约100nm，与此相对，在cl/ga比率为3.0～4.5的范围内，氧化镓膜的表面粗糙度急剧地减小至3.0nm以下。可知，尤其在cl/ga比率为3.0～3.5的范围内，氧化镓膜的表面粗糙度进一步减小至约0.5nm。

如以上说明的那样，通过将原料溶液的cl/ga比率调节为3.0～4.5的范围，能够显著地改善氧化镓膜的表面粗糙度。尤其，通过将原料溶液的cl/ga比率调节为3.0～3.5的范围，能够特别地减小氧化镓膜的表面粗糙度。因此，根据实施方式的成膜方法，能够使用氧化镓膜制造高品质的半导体装置。

另外，在上述实施方式中，在由β型氧化镓构成的基板70上β型氧化镓膜进行同质外延生长，因此能够形成高品质的β型氧化镓膜。另外，通过采用同质外延生长，导电性的控制也变得容易。

需要说明的是，在上述实施方式中，在由β型氧化镓构成的基板70的(010)晶面上生长了氧化镓膜，但也可以在其它晶面(例如，(-201)晶面等)上生长氧化镓膜。另外，在上述实施方式中，基板70由β型氧化镓构成，但也可以由其它类型的氧化镓(例如，α型、γ型、δ型、ε型等的氧化镓)构成。另外，在上述实施方式中，基板70由氧化镓构成，但基板70也可以由其它材料(例如，蓝宝石、氮化镓等)构成。

另外，在上述实施方式中，将氮气用作运送气体64和稀释气体66，但可以将惰性气体等其它气体用作运送气体64和稀释气体66。

以下列出本说明书公开的技术要素。需要说明的是，以下各技术要素是分别独立有用的要素。

在本说明书公开的一例的成膜方法中，原料溶液中的氯的摩尔浓度可以为原料溶液中的镓的摩尔浓度的3.5倍以下。

根据该成膜方法，能够形成表面更光滑的氧化镓膜。

在本说明书公开的一例的成膜方法中，基体可以由β型氧化镓构成。

根据该构成，能够形成表面更光滑的氧化镓膜。

在本说明书公开的一例的成膜方法中，可以将氯化镓溶解在水中而生成原料溶液。在此情况下，也可以将盐酸与所述水混合。

在本说明书公开的另一例的成膜方法中，也可以将镓溶解在盐酸中而生成原料溶液。

在本说明书公开的另一例的成膜方法中，也可以将氢氧化镓溶解在盐酸中而生成原料溶液。

在本说明书公开的另一例的成膜方法中，也可以将羟基氧化镓溶解在盐酸中而生成原料溶液。

以上，对实施方式详细地进行了说明，但这些只不过是例示，并不限定权利要求书。在权利要求书所记载的技术中，包括将以上例示的具体例进行各种变形、变更而得到的技术。本说明书或附图中说明的技术要素单独或通过各种组合来发挥技术效用，并不限定于申请时权利要求所记载的组合。另外，本说明书或附图所例示的技术同时实现多个目的，实现其中的一个目的本身就具有技术效用。