(57)【要約】      （修正有）【課題】単結晶原料から単結晶を育成する際に、単結晶原料の表面から浮遊して発生する微結晶を抑制する。【解決手段】原料を焼成装置を用いて焼成し、焼成体を形成する（焼成工程）。そして、焼成工程において形成した焼成体を、再度、焼成工程より低い温度で焼成して、焼成体を形成する（第２の焼成工程）。次に、焼成工程及び第２の焼成工程において焼成させた焼成体の表面の表面処理を行う（表面処理工程）。ここでいう表面処理は、エッチング溶液を用いた化学的エッチングにより行われる（エッチング手段）。そして、表面処理された焼成体を、分割線Ａに沿って多数個に切断して、複数個の単結晶原料５が作製される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶を水熱合成法により育成する際に用いる単結晶原料の作製方法において、
前記単結晶原料の元になる原材料を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、
前記焼成体の少なくとも一面をエッチング手段により表面処理を行う表面処理工程と、を有することを特徴とする単結晶原料の作製方法。
【請求項２】
単結晶を水熱合成法により育成する際に用いる単結晶原料の作製方法において、
前記単結晶原料の元になる原材料を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、
前記焼成工程において形成した前記焼成体を、前記焼成工程における焼成温度より低い温度で焼成する第２の焼成工程と、を有することを特徴とする単結晶原料の作製方法。
【請求項３】
単結晶を水熱合成法により育成する際に用いる単結晶原料の作製方法において、
前記単結晶原料の元になる原材料を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、
前記焼成工程において形成した前記焼成体を、前記焼成工程における焼成温度より低い温度で焼成する第２の焼成工程と、
前記焼成体の少なくとも一面をエッチング手段により表面処理を行う表面処理工程と、を有することを特徴とする単結晶原料の作製方法。
【請求項４】
前記焼成工程、前記第２の焼成工程、前記表面処理工程の順に工程を行うことを特徴とする請求項３に記載の単結晶原料の作製方法。
【請求項５】
前記エッチング手段は、エッチング溶液を用いた化学的エッチングであることを特徴とする請求項１，３，４のいずれかに記載の単結晶原料の作製方法。
【請求項６】
前記第２の焼成工程における焼成温度は、前記焼成工程における焼成温度に対して約１０％以内の低い温度に設定されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の単結晶原料の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の単結晶原料の作製方法により作製されたことを特徴とする単結晶原料。
【請求項８】
前記原材料は、酸化亜鉛であることを特徴とする請求項７に記載の単結晶原料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶を水熱合成法により育成する際に用いる単結晶原料の作製方法およびその作製方法により作製された単結晶原料に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体関連の分野において、アモルファスシリコンや多結晶シリコンなどを薄膜材料として形成された半導体デバイスが広く用いられている。しかしながら、これらアモルファスシリコンや多結晶シリコンなどは高価であり、生産コストが嵩む。そこで、近年、安価な酸化亜鉛などを薄膜材料として用いた半導体デバイスが注目されている。
【０００３】
ところで、薄膜材料に酸化亜鉛を用いた半導体デバイスを作製に関して、ベース基板上に形成する薄膜の品質が、その電気的特性や光学的特性、信頼性などに大きな影響を与える。そのため、薄膜の品質が良いほど、電気的、光学的特性や信頼性が良くなる。
【０００４】
このため、薄膜材料に酸化亜鉛を用いた半導体デバイスを作製する際、ベース基板上に結晶欠陥のない高品質の酸化亜鉛の薄膜を形成することが重要になる。また、薄膜の品質を決定する要因として、薄膜材料と、ベース基板材料との格子定数の差が挙げられ、この格子定数の差が小さいほど結晶欠陥のない薄膜を成膜できる。
【０００５】
そのため、現在、酸化亜鉛の薄膜と格子定数が同じである酸化亜鉛などからなる単結晶によってベース基板を形成することが望まれ、この酸化亜鉛などからなる単結晶を育成する方法として、酸化亜鉛などからなる固形の単結晶原料を用いて水熱合成法により育成する方法が知られている。
【０００６】
この単結晶の育成方法は、まず、単結晶を育成する育成炉の下部側に単結晶の原料を配置し、その上部側に種結晶を配置する。その後、育成炉内に強アルカリ溶液を注入する。この状態で、育成炉内の上部側の温度を、結晶を成長させる成長領域の温度に設定する。そして、育成炉内の圧力を所定の圧力に保つと共に、育成炉内の下部側の温度を、原料を溶解させる溶解領域の温度に設定して単結晶を形成する。例えば、従来の一実施例として、育成炉内の上部側の温度が３００〜３５０℃、下部側の温度が３４０〜４００℃に設定される。なお、育成炉内の上部側の温度は、下部側の温度より低く設定される。
【０００７】
ところで、ここでいう酸化亜鉛の単結晶原料は、例えば、下記する特許文献１に記載された工程により作製される。
【０００８】
酸化亜鉛の粉末に蒸留水を加えてスラリー状にし、このスラリー状原料を白金板に塗布する。白金板に塗布したスラリー状原料を低温（＋６０℃）で２４時間安定させた後に高温（＋１０００℃）焼成して、酸化亜鉛の単結晶原料が作製される。
【０００９】
また、別の方法として、酸化亜鉛の粉末を例えば白金からなる成形枠に入れる。この時、粉末を押し固めるようにして圧縮する。そして、粉末を入れた成形枠を、２４時間高温（+１０００℃）で焼成して、酸化亜鉛の単結晶原料が作製される。
【特許文献１】特開２００３−１４６６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記した特許文献１に記載の単結晶原料の作製方法によれば、粉末が単結晶原料から遊離して育成炉内を浮遊することによりできる酸化亜鉛の微結晶を抑制することができる。
【００１１】
しかしながら、この酸化亜鉛の原料作製方法では、単結晶原料を育成炉の下部側に投入したときに単結晶原料同士があたることによって単結晶原料の角部が欠ける場合がある。
【００１２】
また、単結晶の育成時には、溶液により単結晶原料の表面（特に角部）から微結晶が浮遊する場合がある。
【００１３】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、単結晶原料から単結晶を育成する際に、単結晶原料の表面から浮遊して発生する微結晶を抑制する単結晶原料の作製方法およびその作製方法により作製された単結晶原料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる単結晶原料の作製方法は、単結晶を水熱合成法により育成する際に用いる単結晶原料の作製方法において、前記単結晶原料の元になる原材料を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、前記焼成体の少なくとも一面をエッチング手段により表面処理を行う表面処理工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明にかかる単結晶原料の作製方法によれば、前記焼成工程と前記表面処理工程とを有するので、前記焼成体の表面を平坦にして面取りを行うことが可能となる。また、前記焼成体の表面に凹凸や角部が成形されていないので、単結晶原料から単結晶を育成するために単結晶原料を単結晶育成炉の下部側に投入したときに単結晶原料同士があたることによって単結晶原料の角部が欠けるといったことがない。さらに、単結晶の育成時であっても、前記焼成体の表面が平坦に成形されているので、前記焼成体の表面に凹凸や角部が成形されている場合と比較して、単結晶育成用溶液により単結晶原料の表面が欠けるのを抑制することが可能となる。その結果、単結晶原料から単結晶を育成する際に、単結晶原料の表面から浮遊して発生する微結晶を抑制することが可能となる。
【００１６】
また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる単結晶原料の作製方法は、単結晶を水熱合成法により育成する際に用いる単結晶原料の作製方法において、前記単結晶原料の元になる原材料を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、前記焼成工程において形成した前記焼成体を、前記焼成工程における焼成温度より低い温度で焼成する第２の焼成工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明にかかる単結晶原料の作製方法によれば、前記焼成工程と前記第２の焼成工程とを有するので、前記焼成体の表面における粒界が浮き出てくることにより、結晶粒が外れることなく、微結晶を抑制することが可能となる。また、前記焼成工程のみを有する作成方法と比較して前記焼成体の表面における粒界が浮き出てくるので、単結晶原料から単結晶を育成するために単結晶原料を単結晶育成炉の下部側に投入したときに単結晶原料同士があたることによって単結晶原料の角部が欠けるといったことがない。さらに、前記焼成工程のみを有する作成方法と比較して、単結晶育成用溶液により単結晶原料の表面が欠けるのを抑制することが可能となる。その結果、単結晶原料から単結晶を育成する際に、単結晶原料の表面から浮遊して発生する微結晶を抑制することが可能となる。
【００１８】
また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる単結晶原料の作製方法は、単結晶を水熱合成法により育成する際に用いる単結晶原料の作製方法において、前記単結晶原料の元になる原材料を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、前記焼成工程において形成した前記焼成体を、前記焼成工程における焼成温度より低い温度で焼成する第２の焼成工程と、前記焼成体の少なくとも一面をエッチング手段により表面処理を行う表面処理工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また、上記した前記焼成工程と前記第２の焼成工程と前記表面処理工程とを同時に有することが好ましい。
【００２０】
前記方法において、前記焼成工程、前記第２の焼成工程、前記表面処理工程の順に工程を行ってもよい。
【００２１】
この場合、前記焼成工程、前記第２の焼成工程、前記表面処理工程の順に工程を行うので、連続してすべての焼成工程を行い、第２の焼成工程における焼成温度への温度調整時間を減少させることが可能となり、全作製工程に対する焼成時間の割合を減少させることが可能となる。
【００２２】
前記方法において、前記エッチング手段は、エッチング溶液を用いた化学的エッチングであってもよい。
【００２３】
この場合、前記エッチング手段がエッチング溶液を用いた化学的エッチングであるので、表面処理を行いたい焼成体の部位を一度に処理することが可能となる。また、この化学的エッチングにより前記焼成体の表面処理を行うことが好ましいが、ミルなどの物理的なエッチングにより前記焼成体の表面処理を行ってもよい。しかしながら、例えば、前記焼成体の複数の表面処理を行う場合、物理的なエッチングよりも、複数面の表面処理を均一かつ同時に行う化学的なエッチングのほうが好ましい。
【００２４】
前記方法において、前記第２の焼成工程における焼成温度は、前記焼成工程における焼成温度に対して約１０％以内の低い温度に設定されてもよい。
【００２５】
この場合、前記第２の焼成工程における焼成温度が前記焼成工程における焼成温度に対して約１０％以内の低い温度に設定されることが好ましい。
【００２６】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる単結晶原料は、上記した本発明にかかる単結晶原料の作製方法により作製されたことを特徴とする。
【００２７】
本発明にかかる単結晶原料によれば、上記した単結晶原料の作製方法により作製されるので、上記した作製方法と同様の作用効果を有することが可能となる。
【００２８】
前記構成において、具体的に、上記した現材料として酸化亜鉛を用いることが、製造コストを抑制するのに好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明にかかる単結晶原料の作製方法およびその作製方法により作製された単結晶原料によれば、単結晶原料から単結晶を育成する際に、単結晶原料の表面から浮遊して発生する微結晶を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、単結晶として酸化亜鉛の単結晶に本発明を適用した場合を示す。
【００３１】
−単結晶育成炉の構成説明−
先ず、単結晶育成用溶液（以下、単に育成用溶液と呼ぶ）を使用して水熱合成法により単結晶の育成を行うための単結晶育成炉（以下、単に育成炉と呼ぶ）の構成について説明する。
【００３２】
図１に示すように、育成炉１は、炉本体２の外周囲に電気炉３が配設されている。この電気炉３によって炉本体２が加熱されるようになっている。上記炉本体２は、上部が開放された有底円筒状であり、上端開口２１には、炉本体２の内部空間４を密閉するための蓋体２２が装着されている。この蓋体２２には、炉本体２の内部圧力を計測するための圧力計２２ａが取り付けられている。更に、炉本体２の内部空間４の上下方向中間位置には対流制御板２３が配設されている。この対流制御板２３によって、炉本体２の内部空間４は、下側の原料室４１と上側の育成室４２とに仕切られている。
【００３３】
上記原料室４１には、育成用原料である酸化亜鉛の単結晶原料５，５，…が収容されている。一方、育成室４２には、単結晶育成棚６１に支持された複数枚の種結晶６，６，…が収容されている。
【００３４】
また、この炉本体２の内部空間４には、育成用溶液（アルカリ溶液）が充填されている。
−単結晶育成動作の説明−
上述の如く単結晶原料５及び種結晶６が収容され、且つ育成用溶液が充填された育成炉１による単結晶育成動作について以下に説明する。
【００３５】
この育成動作では、上記電気炉３によって炉本体２を加熱する。この加熱状態としては、育成室４２よりも原料室４１が高温となるように設定し、この温度差によって、育成用溶液を高温高圧の元で原料室４１と育成室４２との間を自然対流させる。
【００３６】
これにより、原料室４１で単結晶原料５の溶解した育成用溶液が、育成室４２に達し、その際、冷却されて過飽和状態となって種結晶６上に析出成長する。この動作を所定期間連続して行うことにより、所定の大きさの単結晶が得られる。
【００３７】
ところで、上記した単結晶原料５は、以下の工程により作製される。そこで、次に、この単結晶原料の作製に関して、図面を用いて説明する。なお、以下に示す実施の形態では、原材料として酸化亜鉛粉末に本発明を適用した場合を示す。
【００３８】
−単結晶原料作製の説明−
まず、酸化亜鉛粉末（図示省略）に蒸留水（図示省略）を加えてスラリー状原料５１（図２参照）を作製する。そして、このスラリー状原料５１を図２に示す脱水器具７のロート部７１に配された濾紙７２上に載置する。なお、ここでいう脱水器具７とは、スラリー状原料５１の脱水（水切り）を行うための器具である。脱水器具７には、スラリー状原料５１を配して下方に蒸留水を垂流すロート部７１と、ロート部７１から流れてきた蒸留水を受けるための吸引濾過瓶７３と、が設けられ、図２に示すように、ロート部７１が吸引濾過瓶７３の上方に配される。また、吸引濾過瓶７３の側面には吸引口７４が形成され、この吸引口７４には吸引濾過瓶７３内の空気を吸引するための吸引装置（図示省略）が接続される。
【００３９】
濾紙７２上にスラリー状原料５１を載置した後に、脱水器具７を作動させることによって、スラリー状原料５１が脱水状態となり、乾燥する。
【００４０】
乾燥した原料を焼成装置（図示省略）に搬送し、乾燥した原料の焼成を行い、図３に示すような焼成体５２を形成する（本発明でいう焼成工程）。なお、この焼成工程における焼成温度は、１１００℃に設定されている。
【００４１】
そして、焼成工程において形成した焼成体５２を、再度、焼成工程より低い温度で焼成して、焼成体を形成する（本発明でいう第２の焼成工程）。なお、この第２の焼成工程における焼成温度は、１０００℃に設定されている。また、上記した焼成工程と、この第２の焼成工程とは、焼成装置において連続して行われる。
【００４２】
次に、焼成工程及び第２の焼成工程において焼成させた焼成体の表面の表面処理を行う（本発明でいう表面処理工程）。ここでいう表面処理は、エッチング溶液を用いた化学的エッチングにより行われる（本発明でいうエッチング手段）。すなわち、エッチング溶液に焼成体を浸水させてその全表面の面取りを行う。なお、本実施の形態では、エッチング溶液として水酸化カリウムを用いている。
【００４３】
そして、表面処理された焼成体５３を、図４（ａ）に示すような分割線Ａに沿って多数個に切断して、複数個の単結晶原料５が作製される。
【００４４】
上記したように、本実施の形態にかかる単結晶原料５の作製方法によれば、焼成工程と表面処理工程とを有するので、焼成体５３の表面５３ａを平坦にして面取りを行うことができる。また、焼成体５３の表面５３ａに凹凸や角部が成形されていないので、単結晶原料５から単結晶を育成するために単結晶原料５を育成炉１の下部側の原料室４１に投入したときに単結晶原料５同士があたることによって単結晶原料５の角部が欠けるといったことがない。さらに、単結晶の育成時であっても、焼成体５３の表面５３ａが平坦に成形されているので、焼成体５２のように表面５２ａに凹凸や角部が成形されている場合と比較して、育成用溶液により単結晶原料５の表面５ａが欠けるのを抑制することができる。その結果、単結晶原料５から単結晶を育成する際に、単結晶原料５の表面から浮遊して発生する微結晶を抑制することができる。
【００４５】
また、焼成工程と第２の焼成工程とを有するので、焼成体５３の表面５３ａにおける粒界が浮き出てくることにより、結晶粒が外れることなく、微結晶を抑制することができる。また、焼成工程のみを有する作成方法と比較して焼成体５３の表面５３ａにおける粒界が浮き出てくるので、単結晶原料５から単結晶を育成するために単結晶原料５を育成炉１の下部側の原料室４１に投入したときに単結晶原料５同士があたることによって単結晶原料５の角部が欠けるといったことがない。さらに、焼成工程のみを有する作成方法と比較して、育成用溶液により単結晶原料５の表面５ａが欠けるのを抑制することができる。その結果、単結晶原料５から単結晶を育成する際に、単結晶原料５の表面５ａから浮遊して発生する微結晶を抑制することができる。
【００４６】
また、焼成工程、第２の焼成工程、表面処理工程の順に工程を行うので、連続してすべての焼成工程を行い、第２の焼成工程に対する焼成温度への温度調整時間を減少させることができる。その結果、全作製工程における焼成時間の割合を減少させることができる。
【００４７】
また、エッチング手段がエッチング溶液を用いた化学的エッチングであるので、表面処理を行いたい焼成体５２の全表面を一度に処理することができる。また、この化学的エッチングにより焼成体５２の表面処理を行うことが好ましいが、ミルなどの物理的なエッチングにより焼成体５２の表面処理を行ってもよい。しかしながら、例えば、焼成体５２の複数の表面処理（全表面処理など）を行う場合、物理的なエッチングよりも、複数面の表面処理を均一かつ同時に行う化学的なエッチングのほうが好ましい。
【００４８】
また、本実施の形態にかかる単結晶原料５によれば、上記した単結晶原料５の作製方法により作製されるので、上記した作製方法と同様の作用効果を有することができる。
【００４９】
また、本実施の形態にかかる単結晶原料５によれば、具体的に、上記した原材料として酸化亜鉛の粉末を用いることが、製造コストを抑制するのに好ましい。
【００５０】
また、この単結晶原料５によれば、単結晶を育成した後、残った単結晶原料５を再度第２の焼成工程により焼成することで、単結晶原料５を再利用することができる。また、再利用する単結晶原料５によれば、単結晶を育成する際に単結晶原料５の表面から浮遊して発生する微結晶を抑制するのに好ましい。
【００５１】
なお、本実施の形態では、原材料として酸化亜鉛を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば酸化アルミニウムなどの他の原材料であってもよい。
【００５２】
また、本実施の形態では、図２に示す脱水器具７を用いたが、スラリー状原料５１の脱水を行う器具や装置であれば、例えばフィルタープレスなどの他の器具や装置であってもよい。
【００５３】
また、本実施の形態では、焼成工程と第２の焼成工程と表面処理工程とを同時に有しているが、これに限定されるものではなく、これは好適な例である。すなわち、焼成工程と表面処理工程とを有していてもよく、この場合、上記した焼成工程と表面処理工程とを有することで生じる作用効果を有する。焼成工程と第２の焼成工程とを有していてもよく、この場合、上記した焼成工程と第２の焼成工程とを有することで生じる作用効果を有する。
【００５４】
また、本実施の形態では、焼成工程における焼成温度を１１００℃と設定しているが、これに限定されるものではない。１０００℃〜１３００℃の範囲内で任意に設定可能である。さらに、本実施の形態では、焼成工程における焼成温度を１１００℃、第２の焼成工程における焼成温度を１０００℃と設定しているが、これに限定されるものではない。この設定温度は好適な例であり、第２の焼成工程における焼成温度が焼成工程における焼成温度に対して約１０％以内の低い温度に設定されることが好ましい。本実施の形態を例して、焼成工程における焼成温度を１１００℃に設定した場合、第２の焼成工程における焼成温度を約９９０〜１０９５℃の範囲内で設定することが好ましい。
【００５５】
また、本実施の形態では、焼成工程、第２の焼成工程、表面処理工程の順に工程を行っているが、これに限定されるものではなく、これは本実施の形態における全作製工程に対する焼成時間の割合を減少させるのに好ましい工程順である。すなわち、焼成工程、表面処理工程、第２の焼成工程の順に工程を行ってもよい。
【００５６】
また、本実施の形態では、焼成体５２の表面５２ａの処理を行うための溶液として水酸化カリウムを用いているが、これに限定されるものではなく、塩酸、水酸化ナトリウム、硫酸、硝酸、フッ酸などの他の酸溶液やアルカリ溶液であってもよい。また、本実施の形態で列挙した溶液の混合液であってもよい。
【００５７】
また、本実施の形態では、表面処理された焼成体５３は、円筒状に形成されているが、これに限定されるものではなく、図４（ｂ）に示すような直方体であってもよい。表面処理された焼成体５３の形状が直方体の場合、直方体の端面５３１に該当する単結晶原料５も使用することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、酸化亜鉛粉末に蒸留水を加えてスラリー状原料５１を作製しているが、これに限定されるものではなく、酸化亜鉛粉末を成形枠に入れて、粉末を押し固めるようにして圧縮し、その後に、焼成工程と第の焼成工程と表面処理工程を行ってもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、表面処理工程の後に、表面処理された焼成体５３から複数個の単結晶原料５を作製しているが、これに限定されるものではなく、焼成体５２を多数個に切断した後に表面処理工程を行ってもよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、脱水工程と乾燥工程とを別工程としているが、脱水と乾燥とを同一工程としてもよい。
【００６１】
さらに、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、工業用途に利用可能な単結晶原料および単結晶原料の作製方法に適用できる。特に、原材料として酸化亜鉛を用いることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施の形態にかかる育成炉の内部構成を示す断面図である。
【図２】本実施の形態にかかる脱水器具の概略構成図である。
【図３】本実施の形態にかかる焼成工程後の焼成体の側面図および平面図である。
【図４】（ａ）は、本実施の形態にかかる表面処理工程後の焼成体の側面図および平面図である。（ｂ）は、本実施の他の形態にかかる表面処理工程後の焼成体の側面図および平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
５  単結晶原料
５２，５３  焼成体
５２ａ，５３ａ  焼成体の表面
【図１】
2006096637.tif 000003
【図２】
2006096637.tif 000004
【図３】
2006096637.tif 000005
【図４】
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