(57)【要約】【課題】基板のゆがみや破損を防止する有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法および装置を提供する。【解決手段】有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法は、第１表面に金属系材料層が配置された基板を提供することと、金属系材料層が基板とベースの間に介するように基板をチャンバー内のベースの上に配置することと、第１表面の反対側にある基板の第２表面にＭＯＣＶＤプロセスを行うこととを含む。金属系材料層と基板の間の熱伝導率の差は、１Ｗ／ｍ℃〜２０Ｗ／ｍ℃の範囲内であり、金属系材料層と基板の熱膨張係数は、同一等級である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面に金属系材料層が配置された基板を提供するステップと、
前記金属系材料層が前記基板とベースの間に介するように前記基板をチャンバー内の前記ベースの上に配置するステップと、
前記第１表面の反対側にある前記基板の第２表面に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスを行うステップと
を含み、前記金属系材料層と前記基板の間の熱伝導率の差が、１Ｗ／ｍ℃〜２０Ｗ／ｍ℃の範囲内であり、
前記金属系材料層と前記基板の熱膨張係数が、同一等級である有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法。
【請求項２】
前記金属系材料層が、１０００℃以上の温度に耐えることができる請求項１に記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項３】
前記金属系材料層の電気抵抗が、同一等級である請求項１または２に記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項４】
前記金属系材料層の厚さが、１μｍ〜１０μｍの範囲内である請求項１〜３のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項５】
前記ＭＯＣＶＤ法を行い、前記基板の前記第２表面の上に半導体装置を形成する請求項１〜４のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項６】
前記金属系材料層が、前記半導体装置の電極である請求項５に記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項７】
前記金属系材料層が、金属または金属化合物を含む請求項１〜６のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項８】
前記金属系材料層が、モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）またはプラチナ（Pt）を含む請求項１〜７のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項９】
前記金属系材料層が、前記基板の前記第１表面に全体的に形成された請求項１〜８のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項１０】
前記ＭＯＣＶＤプロセスを行っている間に、前記ベースを回転させることをさらに含む請求項１〜９のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項１１】
前記ベースを回転させる時の回転速度が、２０ｒｐｍ以下である請求項１０に記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項１２】
前記ＭＯＣＶＤプロセスを行っている間に、前記チャンバー内にガスを均一に導入することをさらに含む請求項１〜１１のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ法。
【請求項１３】
チャンバーと、
前記チャンバー内に設置され、基板を支持および加熱するベースと
を少なくとも含み、金属系材料層が前記基板と前記ベースの間に位置され、
前記金属系材料層と前記基板の間の熱伝導率の差が、１Ｗ／ｍ℃〜２０Ｗ／ｍ℃の範囲内であり、
前記金属系材料層と前記基板の熱膨張係数が、同一等級であるＭＯＣＶＤ装置。
【請求項１４】
前記金属系材料層が、１０００℃以上の温度に耐えることができる請求項１３に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項１５】
前記金属系材料層の電気抵抗が、同一等級である請求項１３または１４に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項１６】
前記金属系材料層の厚さが、１μｍ〜１０μｍの範囲内である請求項１３〜１５のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項１７】
前記金属系材料層が、金属または金属化合物を含む請求項１３〜１６のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項１８】
前記金属系材料層が、モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）またはプラチナ（Pt）を含む請求項１３〜１７のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項１９】
前記金属系材料層が、前記基板の表面に全体的に形成された請求項１３〜１８のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項２０】
前記金属系材料層が、前記ベースの表面に設置された請求項１３〜１９のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項２１】
前記基板と前記ベースが、互いに接触しない請求項１３〜２０のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項２２】
前記チャンバーに接続されたガス供給システムをさらに含む請求項１３〜２１のいずれかに記載のＭＯＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属化学気相成長（metal organic chemical vapor deposition, MOCVD）法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＣＶＤプロセスでは、高温が要求される。しかし、プロセス中の高温は、素子の特性を劣化させる可能性がある。例えば、ＬＥＤビニング（light emitting diode binning, LED binning）は、波長の均一性に依存し、且つ成分インジウム（In）の分布に直接影響される。しかしながら、インジウムは温度に敏感なため、温度の微妙な変化によって波長全体の均一性が変化する。そのため、熱電界の均一化は、ＬＥＤビニングを改善するための重要な技術の一つである。
【０００３】
現在、ＬＥＤビニングを改善するために、温度の均一性を向上させる努力がなされており、例えば、内部および外部の温度制御システムや回転台を使用して温度を調整している。しかし、これらの方法で温度を均一にするには限界がある。
【０００４】
また、基板とＭＯＣＶＤ装置の間の温度差が極端に大きい時、基板がゆがむことがよくあり、特に深刻な場合には基板を損傷するため、欠陥品となってしまう。そのため、現在、製造プロセス全体において基板のゆがみを測定するオンライン検出システムが提供されている。
【０００５】
米国特許第７，３１４，５１９号において、ベースの材料の一部を基板の同一材料に置き換え、基板を通る熱伝導経路の熱抵抗と基板を通らない熱伝導経路の熱抵抗を同一にする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，３１４，５１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、プロセス中の基板のゆがみを防止する有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を提供する。
【０００８】
本発明は、さらに、高温でＭＯＣＶＤを行い、製造された素子ビニングを改善するＭＯＣＶＤ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法は、第１表面に金属系材料層が配置された基板を提供することと、金属系材料層が基板とベースの間に介するように基板をチャンバー内のベースの上に配置することと、第１表面の反対側にある基板の第２表面にＭＯＣＶＤプロセスを行うこととを含む。金属系材料層と基板の間の熱伝導率（thermal conductivity）の差は、１Ｗ／ｍ℃〜２０Ｗ／ｍ℃の範囲内であり、金属系材料層と基板の熱膨張係数（thermal expansion coefficients）は、同一等級である。
【００１０】
本発明は、さらに、チャンバーおよびベースを少なくとも含むＭＯＣＶＤ装置を提供する。ベースは、チャンバー内に設置され、基板を支持および加熱するために使用される。本装置において、金属系材料層は、基板とベースの間に位置され、金属系材料層と基板の間の熱伝導率の差は、１Ｗ／ｍ℃〜２０Ｗ／ｍ℃の範囲内であり、金属系材料層と基板の熱膨張係数は、同一等級である。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明のＭＯＣＶＤ法および装置は、ベースと基板の間に位置された金属系材料層と基板の間の熱伝導率および熱膨張係数の差を一定範囲に制御することによって、プロセス温度の均一性を改善し、それによって、ＭＯＣＶＤの高温プロセス中の基板のゆがみや破損を防止することができる。また、金属系材料層は、半導体装置の電極として用いることもできるため、コストを効果的に削減することができる。
【００１２】
本発明の上記及び他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るＭＯＣＶＤステップにより製造されたＬＥＤの例を示す概略的立体図である。
【図２】本発明の別の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を示す正面図である。
【図３】図２のＭＯＣＶＤ装置の変形例における部材の一部を示す立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１つの実施形態において、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を提供する。本実施形態は、ＭＯＣＶＤを行う前に、まず、基板を提供する。基板の第1表面に、金属系材料層が配置される。金属系材料層と基板の間の熱伝導率（thermal conductivity）の差は、１Ｗ／ｍ℃〜２０Ｗ／ｍ℃の範囲内であり、金属系材料層と基板の熱膨張係数（thermal expansion coefficients）は、同一等級（order）である。つまり、差は１０倍以内である。例えば、金属系材料層は、１０００℃以上、好ましくは、１５００℃以上の温度に耐えることができる。金属系材料層の電気抵抗（electrical resistivity）は、例えば、同一等級であり、１×１０-9〜１０×１０-9Ω・ｍの範囲内である。また、金属系材料層の厚さは、例えば、１μｍ〜１０μｍの範囲内であり、選択的に、金属系材料層は、基板の第1表面に全体的に形成される。高温に耐えることができ、且つ熱伝導率が高い金属（例えばモリブデン（molybdenum）等）を使用した時、エピタキシープロセス中のガスによる浸食の影響を防止する以外に、金属モリブデンを良好な導電層として用いることができるため、最終的に形成された半導体装置の電極を直接モリブデンで作られた金属系材料層で置き換えることができる。
【００１５】
本実施形態において、基板がサファイア（sapphire）基板の場合、金属系材料層の材料は、タンタル（tantalum, Ta）、ニオブ（niobium, Nb）等の材料から選択されたものであってもよい。基板がシリコン（silicon）基板の時、金属系材料層の材料は、モリブデン（Mo）であってもよい。金属系材料層は、例えば、モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）、またはプラチナ（platinum, Pt）等の金属または金属化合物を含む。
【００１６】
それから、金属系材料層が基板とベースの間に介するように基板をチャンバー内のベースの上に設置する。ベースは、例えば、グラファイト（graphite）で作られる。そして、第１基板の反対側にある基板の第２表面にＭＯＣＶＤ法を行う。また、ＭＯＣＶＤプロセスの間、ベースを回転させて、温度を均一にしやすくする。ベースは、２０ｒｐｍ以下、好ましくは、１０ｒｐｍ以下で回転させる。また、ＭＯＣＶＤプロセスの間、実際のプロセス要求に応じて、チャンバー内にガスを均一に導入する。
【００１７】
本実施形態に係る金属系材料層は、基板の第１表面に形成された材料層であり、図１に示すように、金属系材料層は、さらに、ＭＯＣＶＤプロセスで製造された半導体装置の電極として使用することができる。
【００１８】
図１は、１つの実施形態に係るＭＯＣＶＤステップにより製造されたＬＥＤの例を示す概略的立体図である。図１において、ＬＥＤ１００は、実質的に、基板１０２と、基板１０２の第２表面１０２ｂ側に形成されたＰ型半導体層１０４と、多重量子井戸（multi-quantum well, MQW）構造１０６と、Ｎ型半導体層１０８とを含む。また、Ｎ型電極１１０は、Ｎ型半導体層１０８の上に配置され、Ｐ型半導体層１０４と基板１０２の第２表面１０２ｂの間に接合金属層１１２が設置される。上述した実施形態で述べた金属材料層１１４は、基板１０２の第１表面１０２ａの上に形成され、ワイヤで接合金属層１１２に電気連接することにより、ＬＥＤ１００のＰ型電極として使用してもよい。このように、金属系材料層１１４を電極の１つとして使用することによって、ＬＥＤエピタキシープロセスを省略し、コストを削減することができる。
【００１９】
本実施形態において、ＬＥＤプロセスを例として使用するが、本発明はこれに限定されない。高温処理を必要とする半導体プロセスは、本実施形態の方法を適用することによって、基板のゆがみを防止し、ビニングを改善することができる。
【００２０】
図２は、本発明の別の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を示す正面図である。
【００２１】
図２を参照すると、本実施形態において、ＭＯＣＶＤ装置２００は、チャンバー２０２と、チャンバー２０２内に設置されたベース２０４とを少なくとも含む。また、ＭＯＣＶＤ装置２００は、さらに、チャンバー２０２に接続されたガス供給システム２０６を有する。装置２００において、ベース２０４は、基板２０８を支持および加熱するために使用され、金属系材料層２１０は、基板２０８とベース２０４の間に位置される。金属系材料層２１０と基板２０８の間の熱伝導率の差は、１Ｗ／ｍ℃〜２０Ｗ／ｍ℃の範囲内であり、金属系材料層２１０と基板２０８の熱膨張係数は、同一等級である。金属系材料層２１０の他のパラメーターについては、上述した実施形態の金属系材料層のパラメーターを参照することができる。
【００２２】
本実施形態において、金属系材料層２１０は、例えば、基板２０８の表面２０８ａに全体的に形成されるため、基板２０８とベース２０４は互いに接触しない。
【００２３】
また、図３に示すように、選択的に、本実施形態の金属系材料層２１０がベース２０４の表面２０４ａに配置されてもよい。図３は、ベース２０４、金属系材料層２１０、および金属系材料層２１０の上に配置された基板２０８の関係を示す立体図である。ＭＯＣＶＤ装置の他の部材は、図２の部材と類似する。
【００２４】
いくつかのシミュレーションテストによって、本実施形態の結果を以下の通り実証する。
【００２５】
［シミュレーションテスト１］
ＭＯＣＶＤ装置において、チャンバー全体の直径は２４ｃｍであり、６インチのサファイア基板を置いた。シミュレーション条件は、圧力が１００ｔｏｒｒ、流量が３０ＳＬＭ、グラファイトベースの回転率が１０ｒｐｍ、チャンバー壁が約２５℃に維持された冷温壁（cold wall）であり、ベースを１０５０℃に維持し、ベースと金属系材料（モリブデン）層の間の空隙（air gap）を１０μｍに設定し、異なる厚さ（１ｍｍ、１０μｍ）を有するいくつかの金属系材料層を配置し、ガスは密度が１．１６１４ｋｇ／ｍ3、粘性係数（viscosity coefficient）が１．８４６Ｅ−５ｋｇ／ｍ−ｓの空気であった。
【００２６】
モリブデン、グラファイトおよびサファイアの熱伝導率は、それぞれ１３８Ｗ／ｍＫ、１００Ｗ／ｍＫ、１５Ｗ／ｍＫであり、ガス入口は流量が均一であるものと仮定し、高さが２ｍｍの環状排気口を使用した。シミュレーション結果を表１に示す。
【００２７】
表１からわかるように、金属系材料層の厚さがそれぞれ１ｍｍおよび１０μｍの時、温度差はそれぞれ１．１２７℃および０．３６２℃であり、熱抵抗式からわかるように、厚さは熱抵抗に影響され、熱抵抗は厚さとともに増加するため、厚さが１０μｍの時に得られた効果は、厚さが１ｍｍの時に得られた効果よりも優れている。
【００２８】
【表１】
2013089953.tif 000003
【００２９】
［シミュレーションテスト２］
ＭＯＣＶＤ装置において、チャンバー全体の直径は２４ｃｍであり、２インチと８インチのサファイア基板をそれぞれ基板として使用した。シミュレーション条件は、圧力が１００ｔｏｒｒ、流量が３０ＳＬＭ、グラファイトベースの回転率が１０ｒｐｍ、チャンバー壁が約２５℃に維持された冷温壁であり、ベースを１０５０℃に維持し、ベースと金属系材料（モリブデン）層の間の空隙を１０μｍに設定し、ガスは密度が１．１６１４ｋｇ／ｍ3、粘性係数が１．８４６Ｅ−５ｋｇ／ｍ−ｓの空気であった。
【００３０】
それから、異なる厚さ（０．１μｍ〜１ｍｍ）を有するいくつかの金属系材料層でシミュレーションを行い、ガス入口は流量が均一であるものと仮定し、高さが２ｍｍの環状排気口を使用した。シミュレーション結果を表２に示す。
【００３１】
表２からわかるように、基板の変形量（δmax）は、膜厚が小さくなるとともに減少する。表２において、正と負は湾曲方向を示す。
【００３２】
【表２】
2013089953.tif 000004
【００３３】
以上のように、本発明は、ベースと基板の間に金属系材料層を配置し、金属系材料層と基板の間の熱伝導率および熱膨張係数の差を一定範囲に選択することによって、プロセス温度の均一性を改善し、それによって、プロセス中の基板のゆがみや破損を防止することができる。また、金属系材料層は半導体装置の電極としても使用することができるため、コストを効果的に削減することができる。
【００３４】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ＬＥＤ
１０２、２０８  基板
１０２ａ  第１表面
１０２ｂ  第２表面
１０４  Ｐ型半導体層
１０６  ＭＱＷ構造
１０８  Ｎ型半導体層
１１０  Ｎ型電極
１１２  接合金属層
１１４、２１０  金属系材料層
２００  ＭＯＣＶＤ装置
２０２  チャンバー
２０４  ベース
２０４ａ、２０８ａ  表面
２０６  ガス供給システム
【図１】
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【図２】
2013089953.tif 000006
【図３】
2013089953.tif 000007
【外国語明細書】
2013089953000001.pdf