(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を提供する段階と、
前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する段階と、
７００Ｔｏｒｒの圧力で、保護ガス及び反応ガスを導入して、前記触媒層が形成された前記基材を４５０℃以上に加熱して、前記基材にシリコンワイヤを成長させる段階と、
を含むことを特徴とするシリコンワイヤの成長方法。
【請求項２】
前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する段階は、
前記基材に銅層を堆積させる段階と、
所定の時間３００℃〜４００℃で前記銅層が形成された基材を加熱する段階と、
保護ガスを導入して前記銅層を５００℃に加熱して前記銅層を複数の銅粒子に加工する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリコンワイヤの成長方法。
【請求項３】
前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する段階は、
前記基材に粉末状の銅の化合物を形成する段階と、
前記銅の化合物を加熱分解して、前記基材に複数の銅粒子を形成する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリコンワイヤの成長方法。
【請求項４】
前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する段階は、
前記基材に固体―液体の銅の化合物を塗布する段階と、
固体―液体の銅の化合物が形成された前記基材を加熱分解して、前記基材に複数の銅粒子を形成する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリコンワイヤの成長方法。
【請求項５】
基材を提供する段階と、
前記基材に、銅の化合物の粉末又は銅を含む溶液からなる触媒層を形成する段階と、
前記触媒層が形成された基材を保護ガス雰囲気に置く段階と、
７００Ｔｏｒｒの圧力で、保護ガス及び反応ガスを導入し、前記触媒層が形成された前記基材を４５０℃以上まで加熱して、シリコンワイヤを成長させる段階と、
を含むことを特徴とするシリコンワイヤの成長方法。
【請求項６】
基材を提供する段階と、
前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する段階と、
前記触媒層が形成された前記基材を反応容器に設置する段階と、
前記反応容器に保護ガスを導入し、前記反応容器を４５０℃に加熱する段階と、
前記触媒層が形成された基材を保護ガス雰囲気に置く段階と、
７００Ｔｏｒｒの圧力で、保護ガス及び反応ガスを導入し、前記基材にシリコンワイヤを成長させる段階と、
を含むことを特徴とするシリコンワイヤの成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンワイヤの製造方法に関し、銅を触媒として利用するシリコンワイヤの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、シリコンは半導体材料としてＩＣ工業において広く実用化されており、シリコンワイヤは重要な新型材料として注目されている。１９６４年には既に、気相―液相―固相（Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ，ＶＬＳ）方法でシリコン基材にひげ状のシリコンを成長させることができた。現在、ＶＬＳ方法は重要な方法としてシリコンワイヤの成長に利用され、一般的には、触媒材料として、金、ニッケル、鉄またはそれらの合金のいずれか一種が利用される。
【０００３】
従来のＶＬＳ方法によるシリコンワイヤの成長方法は、シリコン又はシリコンの化合物及び触媒を溶かして合金の溶融体を形成する段階と、前記合金の溶融体にシリコンを導入して、シリコンの結晶体を形成する段階と、を含む。このようにして成長させる結晶体は構成が均一であるという優れた点を有する。ＶＬＳ方法においては、反応温度の制御及びナノメートルレベルの触媒材料が必要である。現在、触媒材料としては、金、ニッケル、鉄が広く利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金は高価な金属であり、工業応用に制限がある。また、ＶＬＳ方法で金を利用すると有毒または有害なガスを放出するので、環境汚染が生じるという問題がある。ニッケル及び鉄のような安価な金属を触媒として利用する場合、１０００℃以上の高温でシリコンワイヤを成長させなければならないので、コストが高い。且つ、反応過程においてニッケル及び鉄が半導体素子に混入されるので、半導体素子の性能が悪くなるという問題がある。
【０００５】
従って、前記課題を解決するようなシリコンワイヤの成長方法を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るシリコンワイヤの成長方法は、基材を提供する段階と、前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する段階と、７００Ｔｏｒｒの圧力で、保護ガス及び反応ガスを導入して、前記触媒層が形成された前記基材を４５０℃以上程度に加熱して、前記基材にシリコンワイヤを成長させる段階と、を含む。
【０００７】
前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する工程は、前記基材に銅層を堆積させる段階と、
所定の時間３００℃〜４００℃で前記銅層が形成された基材を加熱する段階と、保護ガスを導入して前記銅層を５００℃程度に加熱して前記銅層を複数の銅粒子に加工する段階と、を含む。
【０００８】
前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する工程は、前記基材に粉末状の銅の化合物を形成する段階と、記銅の化合物を加熱分解して、前記基材に複数の銅粒子を形成する段階と、を含む。
【０００９】
前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する工程は、前記基材に固体―液体の銅の化合物を塗布する段階と、固体―液体の銅の化合物が形成された前記基材を加熱分解して、前記基材に複数の銅粒子を形成する段階と、を含む。
【００１０】
本発明に係るシリコンワイヤの成長方法は、基材を提供する段階と、前記基材に、銅の化合物の粉末又は銅を含む溶液からなる触媒層を形成する段階と、前記触媒層が形成された基材を保護ガス雰囲気に置く段階と、７００Ｔｏｒｒの圧力で、保護ガス及び反応ガスを導入して、前記触媒層が形成された前記基材を４５０℃以上程度に加熱して、前記基材にシリコンワイヤを成長させる段階と、を含む。
【００１１】
本発明に係るシリコンワイヤの成長方法は、基材を提供する段階と、前記基材に複数の銅粒子からなる触媒層を形成する段階と、前記触媒層が形成された前記基材を反応容器に設置する段階と、前記反応容器に保護ガスを導入して、前記反応容器を４５０℃程度に加熱する段階と、前記触媒層が形成された基材を保護ガス雰囲気に置く段階と、７００Ｔｏｒｒの圧力で、保護ガス及び反応ガスを導入し、前記基材にシリコンワイヤを成長させる段階、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るシリコンワイヤの成長方法によれば、従来の鉄又はニッケルに代えて銅を触媒としてシリコンワイヤを成長させることにより、シリコンワイヤの成長温度を低く設定することができるので、シリコンワイヤの成長要求が低くなり、シリコンワイヤの成長工程が簡単になる。銅は安価な材料であるので、シリコンワイヤの製造コスト低下させることができる。さらに、現在の多くの半導体素子は、銅材料を利用して製造されており、銅材料の汚染が生じる可能性がなく、半導体素子の特性が低下する恐れがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係るシリコンワイヤの成長方法について説明する。
【００１４】
図１を参照すると、本発明に係る成長方法は次の段階を含む。
【００１５】
第一段階では、基材を提供する。該基材はシリコン、酸化シリコン、石英、ガラスなどのいずれか一種からなる。
【００１６】
第二段階では、触媒として銅を前記基材に形成させる。
【００１７】
ここで、前記触媒の形成方法は、次の二種類がある。一つの方法は、物理気相堆積法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＶＤ）または化学気相堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）で前記基材に触媒として銅層を形成させる段階と、３００℃〜４００℃の空気雰囲気で前記銅層が形成された前記基材を所定の時間（２０分間〜１０時間）加熱する段階と、保護ガス（例えば、希ガス、窒素）を導入して前記基材を所定の温度（５００℃程度）まで加熱して前記銅層を複数の銅粒子に変化するように加工する段階と、を含む。前記銅層の厚さは、要望の銅粒子の直径によって設定される。前記銅粒子は、マイクロメートルレベルの銅粒子、サブミクロンレベルの銅粒子、ナノメートルレベルの銅粒子などのいずれか一種に形成されてもよい。
【００１８】
第二の方法は、前記基材に印刷又はスパッタの手段により前記基材に銅粒子を直接堆積させることができる。前記銅粒子を前記基材に堆積する前に、例えばマイクロ波プラズマ化学気相堆積方法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＷＰＣＶＤ）、低圧火炎燃焼法、ゾル・ゲル転換法のいずれか一種の方法によって形成することができる。
【００１９】
なお、前記触媒の形成方法は、銅の化合物（例えば、ＣｕＣｌ２、ＣｕＳＯ４）を含む粉末又は銅の化合物を含む溶剤を基材に塗布する段階と、前記銅の化合物を含む粉末又は銅の化合物を含む溶剤が形成された基材を加熱して銅の化合物を分解して、前記基材に銅の粒子からなる触媒層を形成する段階と、を含むことができる。
【００２０】
さらに、前記基材を加熱する段階に代えて、次の加熱工程を行うことができる。
【００２１】
前記触媒層が形成された前記基材を反応皿（例えば、石英、アルミナ、白金のいずれか一種からなる）に置いて、該反応皿を高温の反応容器（例えば、高温の反応炉、プラズマエンハンス型のＣＶＤ反応炉、ホットフィラメントのＣＶＤ反応炉）に設置する。前記反応容器に保護ガスを導入して、所定の温度（例えば、４５０℃以上）まで加熱する。前記保護ガスは、希ガス（例えば、アルゴン、ヘリウム）又は窒素である。前記保護ガスとしてはアルゴンが使用されることが好ましい。圧力が７００Ｔｏｒｒに設定され、５〜３０分間保護ガス及びシリコンを含むガスを前記高温の反応容器に導入して、前記基材にシリコンワイヤを成長させる。前記シリコンを含むガスは所定の温度で加熱されて、シリコン、さらにシラン（ＳｉＨ４）及びシリコン一酸化物に分解される。
【００２２】
図２乃至図５は、前記方法によって成長させたシリコンワイヤを示す。前記シリコンワイヤは直径が１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度に成長したが、大部分のシリコンワイヤは直径が２０ｎｍ〜４０ｎｍに成長した。シリコンワイヤには黒い端部が形成されているが、該黒い端部は銅及びシリコンからなる合金である。図２乃至図５に示されるシリコンワイヤは、圧力が１〜１００Ｔｏｒｒで、４５０℃〜５００℃で反応ガスであるＳｉＨ４を導入して成長される。
【００２３】
この方法によれば、従来の鉄又はニッケルに代えて銅を触媒としてシリコンワイヤを成長させることにより、シリコンワイヤの成長温度を低く設定することができるので、シリコンワイヤの成長要求が低くなり、シリコンワイヤの成長工程が簡単になる。銅は安価な材料であるので、シリコンワイヤの製造のコストを低下させることができる。さらに、現在の多くの半導体素子は、銅材料を利用して製造されており、銅材料の汚染が生じる可能性がなく、半導体素子の特性が低下する恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るシリコンワイヤの成長方法のフローチャートである。
【図２】本発明に係る成長方法により成長させたナノメートルレベルのシリコンワイヤのＳＥＭ写真である。
【図３】図２に示すシリコンワイヤの一部の拡大写真である。
【図４】本発明に係る成長方法により成長させたナノメートルレベルのシリコンワイヤのＴＥＭ写真である。
【図５】図４に示すシリコンワイヤの一部の拡大写真である。
【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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