(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハ上に均一な結晶体構造を形成する金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法を提供する。【解決手段】金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法１は、ウエハ基板３とα線４を予め設置する密閉空間２内で、真空ステップでは密閉空間２を真空にし超真空環境を維持し、燃焼ステップでは真空過程において強酸物質６０を密閉空間２内に吸入し、密閉空間２に対して高圧を加え、真空放電原理により強酸物質６０を瞬間的に燃焼させ、瞬間化学温度は少なくとも1100度を達成し、形成ステップでは瞬間燃焼を一定時間持続させ、熱昇華により強酸物質６０を純化し完全な気体とし、これにより強酸物質６０は高圧の電位差を利用し放電を始め、熱昇華純化により形成した気体の分子の電子と原子核を、ウエハ基板３を通して、その内の電子を分け、結晶体６１を生じ質量を獲得し、順番に均一に、ウエハ基板３上に埋め入れられ、エピタキシー薄膜が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法は、ウエハ基板とα線を予め設置する密閉空間内で、真空ステップ、燃焼ステップ、形成ステップを行い、
前記真空ステップでは、前記密閉空間を真空にし、超真空環境を維持し、
前記燃焼ステップでは、前記真空過程において、強酸物質を前記密閉空間内に吸入し、前記密閉空間に対して、高圧を加え、真空放電原理により、強酸物質を瞬間的に燃焼させ、瞬間化学温度は少なくとも1100度を達成し、
前記形成ステップでは、前記瞬間燃焼を一定時間持続させ、熱昇華により、前記強酸物質を純化し、完全な気体とし、
これにより、前記強酸物質は、超真空と高圧環境下で放電を始め、高圧電位差により、熱昇華純化により形成した気体の分子の電子と原子核を、ウエハ基板を通して、その内の電子を分け、結晶体を生じ質量を獲得し、順番に均一に、前記ウエハ基板上に埋め入れられ、エピタキシー薄膜が形成されることを特徴とする金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法において、前記ウエハ基板は、有機金属を採用し、
例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、砒化アルミニウム、窒化ガリウムなどのシリコン元素結晶棒であることを特徴とする、金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法において、前記真空ステップの超真空環境は、マイナス２気圧であることを特徴とする、金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法において、前記強酸物質は、四酸化オスミウム(OsO4)を採用することを特徴とする、金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法において、前記燃焼ステップ中で加える高圧は、14万ボルト、10 mAであることを特徴とする、金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法において、前記形成ステップにおける瞬間燃焼の持続時間は、ウエハのサイズに応じて決め、
前記ウエハが2インチなら、瞬間燃焼は16秒持続させ、
前記ウエハが4インチなら、瞬間燃焼は30秒持続させることを特徴とする、金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエピタキシー法に関し、特にウエハ上に用いられ、均一な結晶体構造を形成する金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ウエハ上に用いられているエピタキシー薄膜製造方法は、製造プロセスの違いによりおおよそ、液晶エピタキシー法(Liquid Phase Epitaxy、LEP)、有機金属気相エピタキシー法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition、MOCVD）、分子線エピタキシー法(Molecular Beam Epitaxy、MBE)に分けられる。
液晶エピタキシー法は、一般的な発光ダイオードに用いられる。分子線エピタキシー法は、極薄で、しかも純度が高く、平坦なエピタキシー薄膜を比較的容易に成長させることができるが、生産能力が低く、エピタキシー薄膜の成長速度が遅い。有機金属気相エピタキシー法は、分子線エピタキシー法同様、エピタキシー薄膜の純度が高く、平坦であるという特性を備える他に、生産能力が高く、エピタキシー薄膜の成長速度も分子線エピタキシー法より速いため、現在では多くのプロセスで、有機金属気相エピタキシー法が使用されている。
【０００３】
従来の有機金属気相エピタキシー法では、先ず、ガリウム砒素(GaAs)基板を成長炉に入れる。さらに、メチル或いはエチル化合物(III、II族金属元素のアルキル化合物)の蒸気と、水素化物或いはアルキル化物(非金属V、或いはVI族元素)ガスを注入する。次に、高温でサーモ反応(Thermo Solution)を発生させ、III-V、或いはII-VI族化合物を生成し、ガリウム砒素基板上に沈積させ、厚みがわずかに数ミクロン(1mm＝1000ミクロン)の化合物を半導体のエピタキシャル層に成膜させる。該外延層を備えるガリウム砒素基板は、通常、エピタキシャルウエハと呼ばれる。これを、チップに加工し、通電すると、非常にピュアな赤色、黄色、青色などの単色を発する。
【０００４】
しかし、従来の有機金属気相エピタキシー法では、均一なエピタキシー薄膜(III-V、或いはII-VI族化合物沈積)の過程において、製造プロセスパラメータのコントロールが容易でなく、しかも生成後のエピタキシー薄膜は、厚みの調整及び研磨などのチップ加工を必ず経なければならない。すなわち、従来の有機金属気相エピタキシー法は、温度、圧力、反応物の濃度などの管理に対して、反応物の種類と比率に従い、違ったパラメータ制御を行い、安定した状態で、成膜成分と結晶相などの品質の管理を維持しなければならない。しかも、エピタキシー薄膜の生成後は、エピタキシー薄膜の厚みを調整するため、数百ナノ(1ミクロン＝1000ナノ)まで研磨加工しなければ、使用可能な、真に発光する厚みを達成することはできない。よって、製造プロセスに時間がかかり(一枚のエピタキシー薄膜成長に一週間)、結晶相の制御が容易でなく、歩留が低いため生産能力も非常に低くなり、しかも必要な設備が工場に占める面積も極めて大きいため、投入資金も莫大で、コストを引き下げ、生産効率を高めることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、体積が小さい設備で、短時間に、ウエハ上に均一な結晶体構造を形成でき、歩留が高く、生産能力と品質を高めることができ、しかも設備面積とコストを効果的に低下させることができる金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述目的を実現するために、本発明は下記の金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法を提供する。
金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法は、ウエハ基板とα線を予め設置する密閉空間内で、真空ステップ、燃焼ステップ、形成ステップを行い、
該真空ステップでは、該密閉空間を真空にし、超真空環境を維持し、
該燃焼ステップでは、該真空過程において、強酸物質を該密閉空間内に吸入し、該密閉空間に対して、高圧を加え、真空放電原理により、強酸物質を瞬間的に燃焼させ、瞬間化学温度は少なくとも1100度を達成し、
該形成ステップでは、該瞬間燃焼を一定時間持続させ、熱昇華により、該強酸物質を純化し、完全な気体とし、
これにより、該強酸物質は、超真空と高圧環境下で放電を始め、高圧電位差により、熱昇華純化により形成した気体の分子の電子と原子核を、ウエハ基板を通して、その内の電子を分け、結晶体を生じ質量を獲得し、順番に均一に、該ウエハ基板上に埋め入れられ、エピタキシー薄膜が形成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法は、体積が小さい設備で、短時間に、ウエハ上に均一な結晶体構造を形成でき、歩留が高く、生産能力と品質を高めることができ、しかも設備面積とコストを効果的に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法のブロックチャートである。
【図２】本発明金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法の実施例模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示すように、本発明金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法１は、密閉空間２内に、ウエハ基板３とα線４を予め設置する。
密閉空間２の体積は非常に小さく、一般の作業机上に置けるほどである。ウエハ基板３は、有機金属を採用する。例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、砒化アルミニウム、窒化ガリウムなどのシリコン元素結晶棒である。本実施例では、２インチ窒化ガリウムのシリコン元素結晶棒を採用する。α線４は、２個のプラス電荷を帯び、他の物質と非常に容易に電離でき、負極を備えるウエハ基板３と相対させて設置する。密閉空間２内では、真空ステップ５、燃焼ステップ６、形成ステップ７を行い、エピタキシー薄膜を製造する。図１に合わせて図２に示すように、真空ステップ５では、密閉空間２を真空にし、マイナス２気圧８により、超真空環境を維持する。
【００１０】
燃焼ステップ６では、上記した真空過程において、強酸物質６０を密閉空間２内に吸入する。強酸物質６０は、四酸化オスミウム(OsO4)を採用する。その特性は、無色で、揮発性を備え、常温下で昇華し易い。密閉空間２に対して、14万ボルトの、10 mAの高圧を加え、真空放電原理により、強酸物質６０(OsO4)を瞬間的に燃焼させ、瞬間化学温度は少なくとも1100度を達成する。
【００１１】
形成ステップ７では、上記した瞬間燃焼を16秒持続させ(4インチのウエハを採用するなら、瞬間燃焼は30秒持続させる)、熱昇華により、強酸物質６０(OsO4)を純化し、完全な気体とする。これにより、強酸物質６０(OsO4)は、超真空と高圧環境下で放電を始め、高圧電位差により、熱昇華純化により形成した気体の分子の電子と原子核を、ウエハ基板３を通して、その内の電子を分ける。すなわち、超真空下で、α線４(正極)とウエハ基板３(負極)は、強酸物質６０(OsO4)のオスミウム(Os)気体原子を解離させる。オスミウムイオン(Os+)が加速され衝突後、結晶体６１を生じ質量を獲得し、順番に均一に、ウエハ基板上に埋め入れられ、エピタキシー薄膜が形成される。
【００１２】
上記したように、本発明の長所と達成される効果の、従来法との差異は、以下の通りである。
1．本発明は、超真空燃焼、放電により、エピタキシー薄膜をウエハ基板上に均一に埋め入れるため、成長方式によりゆっくりとエピタキシー薄膜を形成し、カッティング、研磨などの加工過程を必要とする従来法に比べ、製造プロセスにおいて明らかに優れている。
2．本発明に必要な設備は体積が小さいため、工場全体の面積を費やして設置する必要がある従来の設備に比べ、その差は極めて大きい。
3．本発明は、短時間内、均一な結晶体構造を形成することができ、短時間(2インチのウエハ1枚に16秒)でエピタキシー薄膜を完成させることができ、形成に一週間かかる従来法に比べ、飛躍的に効率を高めることができる。
4．本発明は製造プロセスにおいて、高圧真空放電により、α線４(正極)とウエハ基板３(負極)を均一に安定させ、ウエハ基板３電子を分け、製造プロセスの不良品率が低い(約30%)ため、不良品率が高い(約60％)従来の製造プロセスに比べ、製造効率を効果的に高めることができる。
【００１３】
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。
【符号の説明】
【００１４】
１  金属有機物のエピタキシー薄膜製造方法
２  密閉空間
３  ウエハ基板
４  α線
５  真空ステップ
６  燃焼ステップ
７  形成ステップ
６０  強酸物質
６１  結晶体
８  マイナス２気圧
【図１】
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【図２】
2013129542.tif 000004