氧化物半導(dǎo)體基板及肖特基勢(shì)壘二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種具有整流特性的氧化物半導(dǎo)體基板及肖特基勢(shì)壘二極管元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 肖特基勢(shì)壘二極管是利用形成于金屬與半導(dǎo)體的接合面的勢(shì)壘而具有整流作用 的二極管。作為半導(dǎo)體，最常使用Si(例如專利文獻(xiàn)1)。另外，作為帶隙大于Si的化合物半導(dǎo) 體，使用GaAs或最近的SiC(例如專利文獻(xiàn)2及3)。
[0003] Si系的肖特基二極管用于高速開(kāi)關(guān)元件或數(shù)GHz頻帶內(nèi)的發(fā)送/接收用混頻器、或 者頻率轉(zhuǎn)換元件等。GaAs系的肖特基二極管元件可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步高速的開(kāi)關(guān)元件，用于微波 用的轉(zhuǎn)換器或混頻器等。SiC有效利用帶隙的寬度，期待在更高壓的電動(dòng)汽車、鐵道、輸電等 中應(yīng)用。
[0004] 使用Si的肖特基勢(shì)壘二極管成本較低，被廣泛地使用，但由于帶隙較小為1. lev, 因此為了具有耐壓性，必須增大元件的尺寸。GaAs的帶隙為1.4eV，優(yōu)于Si,但難W于Si基板 上外延生長(zhǎng)，難W獲得錯(cuò)位少的結(jié)晶。SiC由于帶隙較寬為3.3eV，因此絕緣破壞電場(chǎng)也高， 是性能最可期待的材料，但由于經(jīng)過(guò)基板制作、外延生長(zhǎng)W及高熱的工藝，因此在量產(chǎn)性、 成本方面存在問(wèn)題。
[000引另外，最近，作為比SiC間隙進(jìn)一步寬的材料，Gas化備受期待。
[0006] 氧化物半導(dǎo)體是兼顧遷移率的高度與能隙的寬度的材料，被期待在下一代顯示器 的驅(qū)動(dòng)用晶體管、短波長(zhǎng)傳感器、低耗電電路中的應(yīng)用等。另外，還報(bào)道了關(guān)于功率裝置，也 有使用單斜晶的e-Ga2〇3的例子，VB = 0.7IMV/cm(非專利文獻(xiàn)1)。還報(bào)道了使單斜晶的0-Gas化與Ti層疊而制成歐姆電極，應(yīng)用于發(fā)光二極管的例子(專利文獻(xiàn)4)。
[0007] 據(jù)報(bào)道，Gas化具有a、e、丫、S、e型的不同結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但熱穩(wěn)定最好的是單斜晶系的0 型，帶隙為4.SeV~4.9eVe0-Ga2〇3可通過(guò)浮區(qū)烙融（fIoating zone;FZ)法、或EFG(edge-defined film-fed growth)法獲得單晶基板。然而，為了在其上進(jìn)行同質(zhì)外延生長(zhǎng)，現(xiàn)狀為 需要分子束外延法，量產(chǎn)性有困難。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)2009-164237號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2:日本專利特開(kāi)平5-36975號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3:日本專利特開(kāi)平8-97441號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)4:日本專利第5078039號(hào)
[0014] 非專利文獻(xiàn)
[0015] 非專利文獻(xiàn) 1:K.Sasakietal. ,Appl.Phys.Express 5(2012)035502

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明鑒于上述課題而研發(fā)，其目的在于提供一種利用廉價(jià)且量產(chǎn)性優(yōu)異的方法 在Si晶片等廉價(jià)的基板上形成帶隙寬的化合物半導(dǎo)體而具有優(yōu)異的電流-電壓特性的肖特 基勢(shì)壘二極管元件。
[0017] 另外，本發(fā)明的目的在于提供一種適合肖特基勢(shì)壘二極管元件、二極管元件、功率 半導(dǎo)體元件的氧化物半導(dǎo)體基板。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，可提供W下的肖特基勢(shì)壘二極管元件等。
[0019] 1.-種肖特基勢(shì)壘二極管元件，其具有n型或P型娃(Si)基板、氧化物半導(dǎo)體層、及 肖特基電極層，且所述氧化物半導(dǎo)體層包含W嫁(Ga)為主成分的多晶氧化物及非晶質(zhì)氧化 物中的任一者或兩者。
[0020] 2.-種肖特基勢(shì)壘二極管元件，其具有n型或P型娃(Si)基板、氧化物半導(dǎo)體層、及 肖特基電極層，且所述氧化物半導(dǎo)體層包含W嫁(Ga)為主成分的多晶氧化物。
[0021] 3.如1或2所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件，其中，在所述氧化物半導(dǎo)體層中，嫁的含 量相對(duì)于全部金屬元素的含量的原子組成百分率[Ga]/([Ga] + [GaW外的全部金屬元素]) X 100為90~100原子％。
[0022] 4.如1~3中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件，其中，在所述娃基板上形成有 所述氧化物半導(dǎo)體層，在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成有所述肖特基電極層。
[0023] 5.如1~3中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件，其中，在所述娃基板上形成有 所述肖特基電極層，在所述肖特基電極層上形成有所述氧化物半導(dǎo)體層。
[0024] 6.如1~5中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件，其中，在所述氧化物半導(dǎo)體層 中，W氧化物半導(dǎo)體層中的全部金屬元素中0.01原子％~1〇原子％的比例包含選自Si、Ge、 5]1、1';[、21'及冊(cè)中的至少1種元素。
[0025] 7.如1~6中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層在 室溫下的載流子濃度為1 X l〇i4cnf3W上且1 X l〇i7cnf3W下。
[0026] 8.如1~7中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件，其中，所述肖特基電極層為功 函數(shù)為4.7eVW上的金屬薄膜。
[0027] 9.如1~8中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件，其W所述氧化物半導(dǎo)體層的端 部不露出的方式被絕緣膜被覆。
[0028] 10.-種電路，其包含1~9中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件。
[0029] 11.-種電氣設(shè)備，其包含1~9中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件。
[0030] 12.-種電子設(shè)備，其包含1~9中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件。
[0031 ] 13. -種車輛，其包含1~9中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件。
[0032] 14. 一種結(jié)構(gòu)體，其特征在于，具備功函數(shù)為4.7eVW上的金屬薄膜與WGa為主成 分的氧化物半導(dǎo)體發(fā)生電接觸的區(qū)域。
[0033] 15.如14所述的結(jié)構(gòu)體，其中，在所述WGa為主成分的氧化物半導(dǎo)體中，W氧化物 半導(dǎo)體中的全部金屬元素中0.01原子％ W上且10原子％ W下的比例包含選自Si、Ge、Sn及 Ti中的至少1種元素。
[0034] 16.如14或15所述的結(jié)構(gòu)體，其中，在所述氧化物半導(dǎo)體中，嫁的含量相對(duì)于全部 金屬元素的含量的原子組成百分率（[Ga]/([Ga] + [GaW外的全部金屬元素])X100)為90~ 100原子％。
[0035] 17.如14~16中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述氧化物半導(dǎo)體在室溫下的載流子 濃度為I X l〇i4cm-3W上且I X 10"cm-3W下。
[0036] 18.如14~17中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述氧化物半導(dǎo)體的膜厚為50nm~20 Jifflo
[0037] 19.如14~18中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述金屬薄膜包含AuXr、Cu、Fe、Ir、 Mo、Nb、Ni、Pd、Pt、Re、Ru、W、In2〇3、In-Sn-O、或In-Zn-O。
[0038] 20. -種氧化物半導(dǎo)體基板，其特征在于，其是14~19中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)體層疊 于導(dǎo)電性的基板上而成的。
[0039] 21.如20所述的氧化物半導(dǎo)體基板，其中，所述導(dǎo)電性的基板由選自單晶娃、多晶 娃及微晶娃中的1種W上構(gòu)成。
[0040] 22. -種氧化物半導(dǎo)體基板，其特征在于，其是14~19中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)體層疊 于電絕緣性的基板上而成的。
[0041] 23.-種功率半導(dǎo)體元件，其使用了 20~22中任一項(xiàng)所述的氧化物半導(dǎo)體基板。
[0042] 24. -種二極管元件，其使用了 20~22中任一項(xiàng)所述的氧化物半導(dǎo)體基板。
[0043] 25.-種肖特基勢(shì)壘二極管元件，其使用了 20~22中任一項(xiàng)所述的氧化物半導(dǎo)體 基板。
[0044] 26.-種肖特基勢(shì)壘二極管元件，其包含20~22中任一項(xiàng)所述的氧化物半導(dǎo)體基 板，且將所述WGa為主成分的氧化物半導(dǎo)體作為氧化物半導(dǎo)體層，將所述功函數(shù)為4.7eVW 上的金屬薄膜作為肖特基電極層。
[004引27.-種電路，其包含選自由23所述的功率半導(dǎo)體元件、24所述的二極管元件、W 及25或26所述的肖特基勢(shì)壘二極管元件所組成的組中的1種W上的元件。
[0046] 28. -種電氣設(shè)備，其包含27所述的電路。
[0047] 29. -種電子設(shè)備，其包含27所述的電路。
[004引 30.-種車輛，其包含27所述的電路。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明，可提供一種利用廉價(jià)且量產(chǎn)性優(yōu)異的方法在Si基板上形成帶隙寬的 化合物半導(dǎo)體而具有優(yōu)異的電流-電壓特性的肖特基勢(shì)壘二極管元件。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明，可提供一種適合肖特基勢(shì)壘二極管元件、二極管元件、功率半導(dǎo)體元 件的氧化物半導(dǎo)體基板。
【附圖說(shuō)明】
[0051] 圖1是示意性地表示本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管元件的一實(shí)施方式的剖面圖。
[0052] 圖2是示意性地表示本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管元件的一實(shí)施方式的剖面圖。
[0053] 圖3是示意性地表示本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管元件的一實(shí)施方式的剖面圖。
[0054] 圖4是示意性地表示具有實(shí)施例7中得到的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體的氧化物半導(dǎo)體基板 的剖面圖。
[0055] 圖5是表示實(shí)施例7中得到的結(jié)構(gòu)體的電流-電壓特性的曲線圖。
[0056] 圖6是示意性地表示實(shí)施例8中得到的本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管元件的剖面圖。
[0057] 圖7是表示實(shí)施例8中得到的本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管元件的電流-電壓特性的 曲線圖。
[0058] 圖8是實(shí)施例8中得到的氧化物半導(dǎo)體膜的X射線衍射圖(XRD)。
[0059] 圖9是實(shí)施例10中得到的氧化物半導(dǎo)體膜的X射線衍射圖(XRD)。
[0060] 圖10是比較例帥得到的氧化物半導(dǎo)體膜的X射線衍射圖(XRD)。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 1.肖特基勢(shì)壘二極管元件
[0062] 本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管元件具有n型或P型娃(Si)基板、氧化物半導(dǎo)體層、及 肖特基電極層，上述氧化物半導(dǎo)體層包含W嫁(Ga)為主成分的多晶氧化物及非晶質(zhì)氧化物 中的任一者或兩者。