(57)【要約】      （修正有）【課題】大きな禁制帯幅をもつ金属酸化物半導体層を、既存の金属および半導体基板や半導体材料層上に、低温で形成する方法およびその方法によって作製される半導体材料層を提供する。【解決手段】原材料のモリブデン板と、堆積先(ターゲット)のシリコン基板とを堆積室に設置し、モリブデン板の温度がシリコン基板の温度より高くなるように温度勾配を設定し得る加熱手段によってモリブデン板及びターゲット基板を所定の温度に加熱し、所定の温度に達した後に、堆積室内を酸素雰囲気にし、所定の時間維持する。結果として、モリブデン板表面から脱離（気化）した高品質のモリブデン酸化物膜５０２がシリコン基板５０１上に堆積される。【選択図】図５
2006128154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット基板およびソース金属板を準備するステップと、
前記ターゲット基板およびソース金属板を洗浄するステップと、
前記ターゲット基板およびソース金属板を堆積装置に設置するステップと、
不活性ガス雰囲気下で、前記ターゲット基板を３５０℃以上６５０℃未満の所定の温度に、前記ソース金属板を５００℃以上８５０℃未満の所望の温度に、それぞれ加熱するステップと、
堆積装置内を酸化雰囲気に置換し、堆積装置内の状態を、所望の膜厚を形成するように所定の時間維持することによって金属酸化物を形成するステップと、
を含む、半導体材料層を作製する方法。
【請求項２】
ターゲット基板およびあらかじめ表面を酸化したソース金属板を準備するステップと、
前記ターゲット基板およびあらかじめ表面を酸化したソース金属板を洗浄するステップと、
前記ターゲット基板およびあらかじめ表面を酸化したソース金属板を堆積装置に設置するステップと、
不活性ガス雰囲気下で、前記ターゲット基板を３５０℃以上６５０℃未満の所定の温度に、前記あらかじめ表面を酸化したソース金属板を５００℃以上８５０℃未満の所望の温度に、それぞれ加熱するステップと、
堆積装置内を酸化雰囲気に置換し、堆積装置内の状態を、所望の膜厚を形成するように所定の時間維持することによって金属酸化物を形成するステップとを含む、半導体材料層を作製する方法。
【請求項３】
前記酸化雰囲気が、前記堆積装置内を、前記ソース金属板から前記ターゲット基板へ向けて流れる、５０−４５０SCCMの流量の酸素ガスフローによって実現されている請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記加熱するステップの後で、かつ前記形成するステップの前に、水素ガスを所定の時間フローするステップをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記ターゲット基板が、シリコン、ガリウム砒素、ガリウム燐、インヂウム燐、ガリウム窒化物、シリコン炭化物、有機化合物半導体、もしくはそれらの誘導体又はガラスであり、前記ソース金属板がモリブデン金属あるいはその酸化物誘導体である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記酸化物を形成するステップにおいて、ｐ型あるいはｎ型ドーパントを同時に添加するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
請求項１−６のいずれか一項に記載の方法により作製される半導体材料層。
【請求項８】
半導体から成る構造又は半導体から成る基板と、
前記半導体から成る構造又は半導体から成る基板上に形成された高品質酸化モリブデン層と、
を含む半導体デバイス。
【請求項９】
前記高品質酸化モリブデン層が、MoO3の化学組成を持つ単結晶から成る、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記高品質酸化モリブデン層は３．２ｅＶより大きな禁制帯幅を持つ請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記半導体から成る構造又は半導体から成る基板が、シリコン、ガリウム砒素、ガリウム燐、インヂウム燐、ガリウム窒化物、シリコン炭化物、有機化合物半導体、もしくはそれらの誘導体からなる、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記高品質酸化モリブデン層に、半導体電子デバイス、および／又は半導体光デバイスが組み込まれている、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記高品質酸化モリブデン層がｎ型あるいはｐ型半導体、あるいは絶縁体である、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
内部のガスを置換可能な堆積室と、
近接して配置可能な、ソース板ホルダおよびターゲット基板ホルダと、
前記ソース板ホルダおよび前記ターゲット基板ホルダ、およびそれぞれの近傍を独立に温度制御可能な加熱器と、
前記堆積室内に、前記ソース板ホルダから前記ターゲット基板ホルダへの酸素ガスフローを導入するための手段と、
を含む、請求項１又は２に記載の半導体材料層を作製する方法を実施するための堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来の半導体電子デバイス及び光デバイスに適用可能な新規なワイドギャップ半導体材料層とその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー・デバイスに対する要請
近年、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、サイリスタ等のいわゆるパワー・デバイスと呼ばれる電子デバイスは、家電製品、自動車、工作機械、照明等きわめて広い範囲で使われるようになっている。それとともに、パワー・デバイスには高効率かつ高速に電力の変換・制御ができる特性が要求されるようになってきた。パワー・デバイスは、永年に渡り、シリコン（Ｓｉ）を用いて作製されてきたが、Ｓｉを用いることの限界が予測されるようになってきた。その限界はＳｉの禁制帯幅が約１電子ボルト（ｅＶ）と小さいことから生じることが明らかにされている。そこで、その限界を克服するために、禁制帯幅の広い、いわゆるワイドギャップ半導体を用いて、パワー・デバイスを実現する研究が広く行われるようになった。具体的には、約３．４３ｅＶの禁制帯幅をもつ窒化ガリウム（ＧａＮ）や約３．２ｅＶの禁制帯幅をもつシリコン・カーバイド（ＳｉＣ）等の半導体を用いたパワー・デバイスの開発である。
【０００３】
一方、宇宙線や自動車のエンジンで発生する雑音、熱等々によって起こる電子デバイスの誤動作、故障も問題になってきた。雑音や熱などの厳しい環境に対して耐性を有する、いわゆる耐環境デバイスも、広い禁制帯幅をもつ半導体で形成するのが適切であることが明らかになっている。従って、この観点からもＧａＮやＳｉＣを用いた電子デバイスの開発が進められている。しかし、ＧａＮやＳｉＣを用いた電子デバイスを実用化するには、解決すべき多くの問題がある。
【０００４】
最も重要な問題は、適切な基板がないことである。ＧａＮに関しては、窒素の平衡蒸気圧が高いために、バルク結晶の成長が今だ実現しておらず、従って実用にかなうＧａＮの基板は存在せず、サファイア又はシリコン・カーバイド（ＳｉＣ）が用いられている。しかし、サファイアとＧａＮの間には約１６％の格子不整があるため、ＧａＮを直接サファイア上に形成することはできない。そのため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をバッファ層として、まずサファイア基板上に形成した後、ＧａＮを形成する方法がとられている。ところが、ＡｌＮはドーピングが困難な材料であり、かつ絶縁体である。従って、サファイア基板を用いることは、バイポーラトランジスタやサイリスタなど半導体の多層構造をとるデバイスの場合には、デバイス構造の設計及びデバイス作製プロセス上、きわめて不利である。一方、ＳｉＣもバルク結晶は２２００〜２４００℃の高温でなければ成長できず、それから作られる基板はきわめて高価になっている。従って、ＳｉＣを基板としたＧａＮを用いたデバイスおよびＳｉＣを用いたデバイスはいずれも、基板が、ひいてはデバイス全体がきわめて高価なものになってしまう。
【０００５】
次に重要な問題は、デバイスの形成が高温のプロセスによらなければならないことである。ＧａＮ又はＳｉＣの結晶層を形成するには、１０００℃以上の高温を必要とし、デバイス作製上、大きなエネルギーを必要とするだけでなく、異なる性質の結晶層が接する界面においては、原子の移動により組成が乱れたり、ドーパントの分布に変化が生じてしまう。
【０００６】
酸化モリブデン
従来より、酸化モリブデンは、化学反応における触媒（例えば、特許文献１参照）、半導体集積回路における誘電体材料（例えば、特許文献２参照）、あるいは、電極保護材料（例えば、特許文献３）として用いられることが知られている。さらに、本願の発明者によって発見された酸化モリブデンの半導体物性を用いた半導体デバイスへの応用例がある（例えば、特許文献４参照）。また、酸化モリブデン薄膜の形成方法としては、ＭｏＦ５、ＭｏＣｌ５、Ｍｏ（ＣＯ）などの原料ガスからのCVD法によるもの、あるいはスッパッタ法でモリブデン膜を形成後、酸素ガス雰囲気中でアニール処理する方法が知られている（例えば、特許文献５参照）。
【０００７】
酸化モリブデン半導体デバイス
従来の酸化モリブデンを用いた半導体デバイス（例えば、特許文献４参照）は、モリブデン金属板表面に酸化によって形成された酸化モリブデン層を半導体層として用いていた。しかしながら、モリブデン金属基板には従来の半導体デバイス作製技術（例えば、へき開など）が利用できず、チップへの加工に新たな技術を必要となるなどの問題点があった。さらに、モリブデン金属を基板として用いる必要があったので、現在、広く用いられているシリコン基板上に形成されたデバイスと集積化することができなかった。また、その製法は、バルク金属の表面の熱酸化に頼っていたため、膜厚および膜厚分布の精密な制御や、結晶性の制御が非常に困難であった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１８４４５号公報
【特許文献２】特開平９−１２９８２８号公報
【特許文献３】特開２００４−１４６３７９号公報
【特許文献４】特願２００３−１６４８５４
【特許文献５】特開平７−２６３５７４号公報
【特許文献６】特開２００４−１７５６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来技術における上述の問題に鑑みなされたものであり、少なくともシリコン・カーバイト（ＳｉＣ）の禁制帯幅３．２ｅＶより大きな禁制帯幅をもち、高耐圧性、もしくは耐環境性を有するデバイスを作製可能な半導体層を、既存の材料層上に比較的低温処理にて形成する方法を提供することを主たる目的とする。これにより、高耐圧性を有する光デバイス、電子デバイスあるいは耐環境性を有する光デバイス、電子デバイスを作製可能な半導体層（金属酸化物層）を現在広く用いられている金属および半導体基板や半導体材料層上に、他の材料を破壊してしまうような高温を必要とすることなしに形成することを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の半導体材料層の作製方法は、基本的に、（半導体もしくはガラス等から成る）ターゲット基板およびソース金属板を準備するステップと、前記ターゲット基板およびソース金属板を洗浄するステップと、前記ターゲット基板およびソース金属板を堆積装置に設置するステップと、不活性ガス雰囲気下で、前記ターゲット基板を３５０℃以上６５０℃未満の所定の温度に、前記ソース金属板を５００℃以上８５０℃未満の所望の温度に、それぞれ加熱するステップと、堆積装置内を酸化雰囲気に置換し、堆積装置内の状態を、所望の膜厚を形成するように所定の時間維持することによって金属酸化物を形成するステップとからなる。
【００１１】
前記酸化雰囲気は、前記堆積装置内を、前記ソース金属基板から前記ターゲット半導体基板へ向けて流れる、５０−４５０SCCMの流量の酸素ガスフローによって実現される。
【００１２】
好適には、前記加熱するステップの後で、かつ前記形成するステップの前に、水素ガスを所定の時間フローするステップをさらに含む。
【００１３】
好適には、前記ターゲット半導体基板が、シリコン、ガリウム砒素、ガリウム燐、インヂウム燐、ガリウム窒化物、シリコン炭化物、有機化合物半導体、もしくはそれらの誘導体あるいはガラスであり、前記ソース金属板がモリブデン金属あるいはその酸化物誘導体であり、前記酸化物を形成するステップにおいて、ｐ型あるいはｎ型ドーパントを同時に添加するステップを含んでもよい。
【００１４】
本発明のある実施態様によれば、原材料のモリブデン板と堆積先のシリコン基板を堆積室内に設け、モリブデン板の温度がシリコン基板の温度より高いように温度分布を設定できる加熱手段によって、モリブデン板およびシリコン基板を所定の温度に加熱し、所定の温度に達した後に、堆積室内を酸素雰囲気にし、所定の時間維持する。結果として、モリブデン板表面から脱離（気化）したモリブデン酸化物がシリコン基板上に堆積される。
【００１５】
本発明の別の実施態様によれば、原材料のモリブデンと堆積先のシリコン基板を堆積室に設置し、モリブデン板の温度がシリコン基板の温度より高いように温度勾配を設定できる加熱手段によってソース板及びシリコン基板を所定の温度に加熱し、所定の温度に達した後に、堆積室内にモリブデン板からシリコン基板に向けて酸素ガスをフローし、所定の時間維持する。結果として、酸素ガスフローによりモリブデン板表面に形成されたモリブデン酸化物がモリブデン板表面から脱離（気化）し、シリコン基板上に堆積される。
【００１６】
本発明のさらに別の実施態様によれば、原材料のモリブデン基板と堆積先のシリコン基板を堆積室に設置し、モリブデン板の温度がシリコン基板の温度より高いように温度勾配を設定できる加熱手段によってソース板及びシリコン基板を所定の温度に加熱し、所定の温度に達した後に、堆積室内に水素ガスをフローしてシリコン基板上の酸化シリコンを除去する。つづいて、堆積室内にモリブデン板からシリコン基板に向けて酸素をフローし、所定の時間維持する。結果として、酸素ガスフローによりモリブデン板表面に形成されたモリブデン酸化物がモリブデン板表面から脱離（気化）し、シリコン基板上に堆積される。
【００１７】
原材料としては、シリコン基板を設置せず、モリブデン板のみを別の工程として、あらかじめ酸化したものを用いてもよい。この場合はモリブデン酸化物の堆積が、酸素のフロー開始直後から始まり、ターゲット基板表面の酸化など変質の可能性が小さくなるため、より好ましい。
【００１８】
また、原材料としてはソース板というように板状のものを示してきたが、ソースの形状は板状に限られず、塊、粒状あるいは粉末でもさしつかえない。
【００１９】
本発明は、別の観点において、上述の方法によって作製された結果物としての半導体デバイスとしても把握できる。その場合、本発明の半導体デバイスは、基本的に半導体から成る構造又は半導体から成る基板と、前記半導体から成る構造又は半導体から成る基板上に形成された高品質酸化モリブデン層と、からなる。
【００２０】
前記高品質酸化モリブデン層としては、ＭｏＯ３の化学組成を持つ単結晶を用いるのが最適である。
【００２１】
また、好適には、前記ターゲット基板は、シリコン、ガリウム砒素、インヂウム燐、ガリウム燐、ガリウム窒化物、シリコン炭化物、有機化合物半導体、ガラスもしくはそれらの誘導体あるいはガラスからなる。
【００２２】
前記高品質酸化モリブデン層には、半導体電子デバイス、半導体光デバイスを組み込むことができ、また前記高品質酸化モリブデン層は、ｎ型あるいはｐ型半導体、あるいは絶縁体になり得る。
【００２３】
本発明は、さらに別の観点において、上述の半導体材料層を作製するための堆積装置としても把握できる。その場合、本発明の堆積装置は、基本的に内部のガスを置換可能な堆積室と、近接して配置可能な、ソース板ホルダおよびターゲット基板ホルダと、前記ソース板ホルダおよび前記ターゲット基板ホルダ、およびそれぞれの近傍を独立に温度制御可能な加熱器と、前記堆積室内に、前記ソース板ホルダから前記ターゲット基板ホルダへの酸素ガスフローを導入するための手段とからなる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、安価なシリコン基板上に広い禁制帯幅（ワイドギャップ）を持つ高品質の酸化モリブデン半導体層を制御性よく堆積することができる。また、シリコン基板上に形成することが可能なので従来より用いられてきた他の半導体デバイスとの同一基板上への集積化が容易である。さらに、比較的低い温度で形成可能なため、集積化される他のデバイスや、温度に弱い有機化合物材料層などを損なうことが無い。
【００２５】
本発明によって作製された酸化モリブデン半導体材料層には、抵抗素子、ダイオード、トランジスタ、ホール素子、サーミスタ、バリスタ、サイリスタ、メモリ素子などの電子デバイス、光導電デバイス、ホトダイオード、ホトトランジスタ、発光ダイオード、半導体レーザ又は太陽電池、ＣＣＤなどの光デバイス、ならびに広いバンドギャップ半導体の利用が好ましい半導体デバイスが作製できる。
【００２６】
本発明の高品質モリブデン酸化物堆積方法は、触媒用途の酸化モリブデン膜形成、シリコン以外の他の半導体基板（例えば、ガリウム砒素(GaAs)、インジウム燐（InP）、ガリウム燐（GaP）、シリコン炭化物（SiC））、半導体材料（例えば、ガリウム窒化物（GaN））、絶縁体材料（例えば、酸化シリコン（SiO2）、酸化アルミニウム（Al2O3））、ガラス、金属表面（例えば、モリブデン（Mo)、銅（Cu）、アルミニウム（Al）、クロム（Cr））などに高品質モリブデン酸化物を堆積する際に用いることができる。さらに、ソース用の板としてタンタル（Ta）などを追加した場合には、低温にて酸化モリブデンナノチューブを形成することもできる。
【００２７】
以上のように、本発明の高品質モリブデン酸化物堆積方法は堆積される材料の基板と、酸化モリブデンとの関係によって様々な応用が考えられる。従来の酸化モリブデンの堆積方法（例えば、特許文献６参照）における蒸発温度をはるかに下回る温度での本発明の酸化モリブデンの堆積方法は、加熱時に酸素を十分に供給することによって酸化モリブデンの板からの脱離（気化）が促進される、という現象の本願発明者の発見によるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、高品質モリブデン酸化物堆積装置の一例を図示したものである。本発明のモリブデン酸化物堆積装置１００は、その中で堆積を行うための石英管１０１と、モリブデン板を固定するためのソース板ホルダ１０４と、シリコン基板を固定するためのターゲット基板ホルダ１０５と、石英管を加熱するための酸化炉１０２と、酸化炉に含まれ、石英管の位置によって温度勾配を形成することが可能なように設計された加熱器１０３（ここでは電熱線が用いられた）と、モリブデン・ソース板の温度を監視するための温度計１０６（ここでは熱電対が用いられた）と、シリコン・ターゲット基板の温度を監視するための温度計１０７（ここでは熱電対が用いられた）と、図示されていないが、酸素ガス１０８を導入する装置および石英管１０１内を減圧するための装置と、さらに温度を制御する制御器と、酸素ガスの流量をコントロールする制御器と、窒素ガスの導入および制御する装置とから構成されている。ここで、ソース板又はターゲット基板を支持する基板ホルダの材料には、所定の処理温度において、材質が変質せず、また、基板、酸素およびモリブデン酸化物のいずれとも反応しない石英が選択された。本発明の典型的な実施例では上記堆積装置が利用されたが、これに限定されるものではなく、ソース部とターゲット部で所定の温度設定が可能であり、装置内を酸素雰囲気下にできるような装置であれば本発明に利用することができる。
【００３０】
図２のフローチャートに従って、本発明の堆積方法を説明する。まず、シリコン（Si）・ターゲット基板およびモリブデン（Ｍｏ）・ソース板はそのままだと表面が汚染されているので、堆積処理を行う前に、アセトン、メタノール、純水を順に用いて表面を洗浄する（工程２０１）。必要があれば、Ｍｏ基板を、前述の洗浄に続いて硫酸、純水でさらに洗浄しても良い。また、シリコン基板の表面酸化膜を除去するためにフッ化水素酸溶液を用いるか、水素や水素ラジカルを用いた周知の酸化膜除去方法を用いても構わない。
【００３１】
次に、前述の前処理が施された、モリブデン・ソース板、または既に表面が酸化されたモリブデン・ソース板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．１ｍｍ）をソース板ホルダ１０４に、シリコン・ターゲット基板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ）をソース板ホルダ１０４から２０ｃｍ離れたターゲット基板ホルダ１０５に設置した（工程２０２）。
【００３２】
続いて、石英管１０１内をロータリーポンプにて１０−３Ｔｏｒｒ以下に排気した後、窒素ガス（あるいはアルゴンのような不活性ガス）で石英管１０１内をパージした（工程２０３）。
【００３３】
石英管１０１内のガスの置換を行った後に、温度制御器によって、炉の温度を上昇させた。このときの炉内の温度は、約４５分をかけて、図３のような、ソース部では６５０℃、ターゲット部では４５０℃の温度分布になるように調節された（工程２０４）。酸化炉内の温度分布に関して、本実施例では、ソース部は５５０℃ないし８５０℃、好ましくは６５０℃、ターゲット部では、３５０℃ないし６５０℃、好ましくは４５０℃となるようにソース部からターゲット部への温度勾配が設けられた。ソース部を８５０℃以上に設定すると、酸化物モリブデンから酸素の離脱が激しくなり、また、モリブデン窒化物の形成も始まるので好ましくない。ここで、ターゲット部の温度が常にソース部の温度より低く設定されることに注意した。
【００３４】
酸化炉１０２内の温度分布が適切に設定された後に、酸素ガス導入装置によって、酸素ガス１０８が酸化炉１０２内に導入される（工程２０６）。このときの酸素ガスは、ソース板ホルダ１０４からターゲット基板ホルダ１０５に向けて酸素ガスが流れるように導入された。酸素ガスの流量については５０ないし４５０ＳＣＣＭで、好ましくは２５０ＳＣＣＭが用いられる。本実施例では酸素雰囲気は酸素ガスフローによって実現されているが、これに限定されるものではない。ソース部での設定温度において、ソースのモリブデン板の表面が酸化され、ソース板表面からの酸化モリブデン分子の脱離が促進されるような酸素の十分存在する条件であれば、他の酸素雰囲気下、あるいは酸素ラジカルや酸素プラズマ雰囲気下で堆積を行っても良い。
【００３５】
上述の条件下で約６時間堆積装置が維持され（工程２０７）、その後、酸素雰囲気下で室温まで冷却された（工程２０８）。結果として、酸化炉１０２内で、図５に示されるような、厚さ６μｍの単結晶の高品質モリブデン酸化物膜がターゲットのシリコン基板上に堆積された。本実施例においては約１μｍ／ｈの成長速度で酸化物層が堆積されたが、モリブデン・ソース板の大きさや、ガスの流量、堆積時間などのパラメータを変更することによって所望の厚みの酸化物膜を形成することができる。また、酸化炉、ソース板、ターゲット基板の大きさ、ソース板及びターゲット基板の距離、酸素流量などのパラメータによってモリブデン酸化物層の成長速度は異なるため、いくつかのパラメータのセットに対する成長速度を予め測定して、調べておくことが望ましい。なお堆積後に反射スペクトルなどの光学的手法を用いたり、直接測定することによって膜厚を測定することが可能である。
【実施例２】
【００３６】
上記実施例１では、厳密に言うと、図５のシリコン基板５０１と酸化物モリブデン５０２との間の界面にきわめて薄い高抵抗のシリコンの酸化膜が形成されている可能性がある。これは酸化モリブデンの堆積方法の初期段階で、シリコン基板表面が酸化され、薄いシリコン酸化膜が形成されることに起因している。このシリコン酸化膜の形成が好ましくない場合には、図2に示されたフローチャートにおける工程２０４と工程２０６の間で、装置中に水素ガスを５分間フローする工程（工程２０５）を追加することによって不要なシリコン酸化膜の形成を防止することができる（その他の工程は実施例１と同様に行われる）。ここでは水素ガスフローによって酸化膜の除去を行ったが、これには限定されず、他の還元性雰囲気を用いて酸化膜を除去することもできる。
なお、図３に示された酸化炉の温度分布は容易に実現できる簡便なものであるが、図４に示すようにターゲット基板設置領域の温度分布が平坦にできれば、より多くのターゲット基板を同一温度で設置できるため、より好ましい。
【００３７】
本発明の実施例において、ターゲット基板として用いられるシリコン基板は（１００）、（１１１）など様々な面指数の結晶を用いてみたが、何れにおいても同様に高品質のモリブデン酸化物膜がその基板上に形成されることがわかった。さらに、本発明による高品質金属酸化物膜を堆積する方法は、シリコン以外の、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インヂウム燐、ガリウム燐、ガリウム窒化物、シリコン炭化物、有機化合物半導体、もしくはそれらの誘導体、プラスチック基板、ポリイミド、ガラスなどの絶縁体の上に高品質金属酸化物膜を形成する際にも適用可能である。同様に、ソース金属材料として、亜鉛、チタン、タンタル、アルミニウム、ルテニウム、インジウム、スズ、イリジウム、パラジウム、タングステン、銅、クロムなどを利用してそれらの金属酸化物膜をターゲット基板上に形成する際にも、本発明の方法は、適用可能である。また、堆積されたモリブデン酸化物膜は、Ｘ線回折、ラマン分光法などいくつかの周知の測定により、従来の、CVD法やスパッタ法を利用した形成方法に比べて、非常に優れた結晶性および均一な組成を持つ高品質酸化モリブデン膜が形成されていることが明らかになった。これは、モリブデン・ソース板から酸化モリブデン分子を完全な状態で、かつ装置内を低温に維持しながら堆積させたことに起因するものと思われる。また、堆積されたモリブデン酸化物膜のX線構造解析及びラマン分光分析の結果から、本発明により形成されたモリブデン酸化物膜の主成分がMoO3の化学組成を持つことが明らかになった。また、ＭｏＯ３結晶格子の格子定数には異方性があり、これはモリブデン酸化物が他の材料と積層された場合に、それらの界面における格子定数の不整合にかかわる問題を減少する効果があるものと期待される。また、反射スペクトルの測定から本発明によって作製されたモリブデン酸化物層の禁制帯幅は約、３．２ｅＶ以上であった。この値は本発明を実施する際の条件を改良すること、例えば、ソース板温度、ターゲット基板温度、酸素流量等の作製条件を変えたり、前処理洗浄工程を改善する、あるいは堆積室のガス置換をさらに高真空まで行うことによって改善される可能性があり、また、モリブデン酸化物が現在広く用いられているＧａＮやＳｉＣに取って代わることのできる材料であることを示すものである。本発明によって作製されたモリブデン酸化物の他の電気的な性質は、ソース温度を６５０℃とした場合の抵抗率は１．５×１０7Ω・cmで、ソース温度を７５０℃とした場合の抵抗率は２．０×１０5Ω・cmいずれもｎ型であった。
【００３８】
本発明の方法によって形成されるモリブデン酸化物層は、半導体産業において通常使われている半導体材料と同様に用いることができる。本発明の方法によって形成されるモリブデン酸化物層は、意図的にドーピングを行わず、ソース板温度を６５０℃以下とした場合は、高抵抗の半導体であるが、ｎ型ドーパント（例えば、燐、ヒ素、アンチモン、セレンなど）あるいはｐ型ドーパント（例えば、亜鉛、ガリウム、マグネシウムなど）と同時に堆積することによって、酸化物モリブデン層の電気特性を変えることができる。本発明によるモリブデン酸化物層の特徴は、ソース部の温度を高く設定すると酸化モリブデン結晶格子中の酸素のサイトの空きが生じて、例えば、７５０℃に設定された場合は、６５０℃に設定された場合に比べてけた違いに電気抵抗が低くなるというように、堆積条件を変えることによって堆積膜の電気的特性を制御することができるという点にある。また、金属酸化物層の堆積の後に、通常用いられるｎ型ドーパントあるいはｐ型ドーパントを、例えば、イオン注入法により注入することによって局所的にその部分の電気的特性を制御することが可能となるという特徴もある。
【００３９】
さらに、本発明の堆積条件を、例えば、ソース板の温度を低くして電気抵抗がより高くなるような条件に設定し、酸化物膜を半絶縁性にした場合には、シリコン基板上の素子分離層として機能する絶縁膜を形成することができる。その上、本発明の堆積方法は、現在利用されている誘電体層としての酸化モリブデン膜の堆積方法としても用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の金属酸化物膜堆積装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の半導体材料上への金属酸化物膜堆積方法の各工程を示す流れ図である。
【図３】本発明の金属酸化物膜堆積装置の酸化炉の温度分布の一例と基板配置の概略図である。
【図４】酸化炉の、ターゲット基板領域における好適な温度分布を示す図である。
【図５】本発明によって形成された半導体材料上への金属酸化物膜を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  モリブデン酸化物堆積装置
１０１  石英管
１０２  酸化炉
１０３  電熱線（加熱器）
１０４  ソース板ホルダ
１０５  ターゲット基板ホルダ
１０６，１０７  熱電対（温度計）
１０８  酸素ガス
５０１  シリコン
５０２  モリブデン酸化物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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