CN103147069A - 金属有机物磊晶薄膜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属有机物磊晶薄膜的制造方法，该方法是在内预置有晶圆基板及α射线的密闭空间内，进行以下步骤，包括：抽真空步骤，对该空间进行抽真空，并维持在超真空环境；燃烧步骤，于前述抽真空过程将强酸物质吸入该空间内，并对该空间施予高压，借真空放电原理令该强酸物质瞬间燃烧；形成步骤，前述瞬间燃烧持续一段时间，借热升华纯化为完整的气体，令该强酸物质进一步利用高压的电位差开始放电，将热升华纯化所形成气体的分子的电子与原子核，透过该晶圆基板将其中的电子分开，并产生结晶体获得质量，有序均匀地埋入该晶圆基板上，形成磊晶薄膜，通过上述方法不仅不良率低、提高产能与质量，还有效地缩小所需设备面积及降低成本。

Description

金属有机物磊晶薄膜的制造方法
技术领域
本发明涉及一种磊晶薄膜制造方法，特别涉及一种用于晶圆上形成均匀晶体结构的金属有机物磊晶薄膜的制造方法。
背景技术
现有用于晶圆上的磊晶薄膜制造方法依制程不同，大体上分为液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy；LEP)、有机金属气相磊晶法(Metal-organic ChemicalVapor Deposition；MOCVD)及分子束磊晶法(Molecular Beam Epitoxy，MBE)等，其中液相磊晶法主要用于一般的发光二极管。而分子束磊晶法固然较容易形成极薄的磊晶薄膜，且纯度高，平整性好，但量产能力低，磊晶薄膜长成速度慢。而有机金属气相磊晶法除了与分子束磊晶法一样具有纯度高，平整性好的特性外，量产能力及磊晶薄膜长成速度皆较分子束磊晶法为快，现今大都以有机金属气相磊晶法来生产。
现有有机金属气相磊晶法是将砷化镓(化学式：GaAs)基板置入外延炉，再通入甲基或乙基化合物(III、II族金属元素的烷基化合物)的蒸气与氢化物或烷基物(非金属V或VI族元素)气体，并在高温下发生解热反应，生成III-V或II-VI族化合物沉积在该砷化镓基板上，生长出一层厚度仅几微米(1毫米＝1000微米)的化合物半导体外延层，该具有外延层的砷化镓基板也就是常称的外延片，再经芯片加工后，通电就能发出颜色很纯的单色光，如红色、黄色、蓝色等。
现有有机金属气相磊晶法在生成均匀的磊晶薄膜(III-V或II-VI族化合物沉积)的过程，不但制程参数不易控制，且，生成之后磊晶薄膜必须再经过去厚度及研磨等芯片加工，进言之，现有有机金属气相磊晶法对于温度、压力、反应物浓度等的控制，必须随反应物种类与比例做不同的参数控制，以维持在稳定状态下控制镀膜成分与晶相等质量，且，生成磊晶薄膜后必须再将该磊晶薄膜厚度进行去厚度的研磨加工至几百纳米(1微米＝1000纳米)，才能够达到真正发光的厚度，方可被使用，因此，整个制程除了时间冗长(一周才能制造一片磊晶薄膜)、晶相的控制不易，不良率高导致产能很低，况且整厂所需的设备面积很大，相对的所投入资金也很大，无法有效地降低成本及提高生产效能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属有机物磊晶薄膜的制造方法，可以有效地降低不良率，提高产能和质量，并缩小设备面积，降低生产成本。
为实现上述目的，提供一种金属有机物磊晶薄膜的制造方法，该方法是在内预置有晶圆基板及α射线的密闭空间内，进行以下步骤，包括：
抽真空步骤，对该密闭空间进行抽真空，并维持在超真空环境；
燃烧步骤，于前述抽真空过程将强酸物质吸入该密闭空间内，并对该密闭空间施予高压，借真空放电原理令该强酸物质瞬间燃烧，并达瞬间化学温度至少1100度；
形成步骤，将前述瞬间燃烧持续一段时间，借热升华将该强酸物质纯化为完整的气体，令该强酸物质在超真空与高压环境下开始放电，借高压电位差将热升华纯化所形成气体的分子的电子与原子核，透过该晶圆基板将其中的电子分开，并产生结晶体获得质量，有序均匀地埋入该晶圆基板上，形成磊晶薄膜。
所述所述晶圆基板是采用有机金属的硅元素晶柱，该有机金属为：氧化铝、氮化铝、砷化铝、砷化镓、或氮化镓。
所述抽真空步骤中的超真空环境为负2个大气压。
所述强酸物质为四氧化锇(OsO4)。
所述燃烧步骤中所施予高压为14万伏特，10mA。
所述形成步骤中瞬间燃烧持续时间视磊晶的晶圆尺寸而定，晶圆为2英寸时瞬间燃烧持续16秒，晶圆为4英寸时，瞬间燃烧持续30秒。
本发明的有益效果：本发明提供一种金属有机物磊晶薄膜的制造方法，该方法能够以小体积的设备短时间内在晶圆上形成均匀晶体结构，不仅不良率低、能够提高产能与质量，还有效地缩小所需的设备面积，从而降低成本。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为本发明金属有机物磊晶薄膜的制造方法的方块流程图。
图2为本发明金属有机物磊晶薄膜的制造方法的实施例示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明提供的金属有机物磊晶薄膜的制造方法1为于一密闭空间2内预置有晶圆基板3及α射线4，该密闭空间2的体积很小，可以摆置于一般工作桌面上，该晶圆基板3采用有机金属的硅元素晶柱，该有机金属为：氧化铝、氮化铝、砷化铝、砷化镓、氮化镓，本实施例采用2英寸氮化镓的硅元素晶柱。该α射线4带两个正电荷，可以很容易电离其它物质，与负极的晶圆基板3相对设置。另，于该密闭空间2内进行抽真空步骤5、燃烧步骤6及形成步骤7等，而能够制造出磊晶薄膜，请进一步配合参阅图2，所述抽真空步骤5为对该密闭空间2进行抽真空，并以负2个大气压8维持在超真空环境。
该燃烧步骤6为于前述抽真空过程将强酸物质60吸入该密闭空间内，该强酸物质60为四氧化锇(OsO4)，其特性无色、具有挥发性，常温下易升华，另对该密闭空间2施予高压在14万伏特，10mA，借真空放电原理令该强酸物质60(OsO4)瞬间燃烧，并达瞬间化学温度至少1100度。
该形成步骤7将前述瞬间燃烧持续16秒(若晶圆采用4英寸时，瞬间燃烧将持续30秒)，借热升华将该强酸物质60(OsO4)纯化为完整的气体，令该强酸物质60(OsO4)在超真空与高压环境下开始放电，借高压电位差将热升华纯化所形成气体的分子的电子与原子核，透过该晶圆基板3将其中的电子分开，亦即，在超真空下α射线4(正极)与晶圆基板3(负极)，将使该强酸物质60(OsO4)的锇(Os)气体原子解离，锇离子(Os+)被加速撞击后，产生结晶体61获得质量，有序均匀的埋入该晶圆基板上，即能够形成磊晶薄膜。
因此，由本发明上述的介绍，可以清楚的看出本发明的优点及所达成的功效与现有磊晶薄膜制造方法的差异，即：
1.本发明以超真空燃烧、放电将磊晶薄膜均匀埋入晶圆基板上，相较于现有的磊晶薄膜制造方法以生长方式慢慢形成磊晶薄膜，并必须进行切割、研磨等加工过程，在制程上明显不同，本发明明显具有优越性；
2.本发明所需设备的体积小，相较于现有磊晶薄膜制造方法必须整厂安置设备的面积，具有明显优越性；
3.本发明在短时间内能够形成所需均匀的晶体结构，即所形成的磊晶薄膜能在短时间(一片2英寸晶圆16秒)完成，相较于现有磊晶薄膜制造方法需一周才能形成，效率提高很多；
4.本发明制程上借高压真空放电令α射线4(正极)与晶圆基板3(负极)稳定而均匀的将该晶圆基板3电子分开，制程的不良率低(约30％)，相较于现有磊晶薄膜制造方法制程的不良率高(约60％)，有效提高制程的效率。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种金属有机物磊晶薄膜的制造方法，其特征在于，该方法是在内预置有晶圆基板及α射线的密闭空间内，进行以下步骤，包括：
抽真空步骤，对该密闭空间进行抽真空，并维持在超真空环境；
燃烧步骤，于前述抽真空过程将强酸物质吸入该密闭空间内，并对该密闭空间施予高压，借真空放电原理令该强酸物质瞬间燃烧，并达瞬间化学温度至少1100度；
形成步骤，将前述瞬间燃烧持续一段时间，借热升华将该强酸物质纯化为完整的气体，令该强酸物质在超真空与高压环境下开始放电，借高压电位差将热升华纯化所形成气体的分子的电子与原子核，透过该晶圆基板将其中的电子分开，并产生结晶体获得质量，有序均匀地埋入该晶圆基板上，形成磊晶薄膜。
2.如权利要求1所述的金属有机物磊晶薄膜的制造方法，其特征在于，所述晶圆基板是采用有机金属的硅元素晶柱，该有机金属为：氧化铝、氮化铝、砷化铝、砷化镓、或氮化镓。
3.如权利要求1所述的金属有机物磊晶薄膜的制造方法，其特征在于，所述抽真空步骤中的超真空环境为负2个大气压。
4.如权利要求1所述的金属有机物磊晶薄膜的制造方法，其特征在于，所述强酸物质为四氧化锇。
5.如权利要求1所述的金属有机物磊晶薄膜的制造方法，其特征在于，所述燃烧步骤中所施予的高压为14万伏特，10mA。
6.如权利要求1所述的金属有机物磊晶薄膜的制造方法，其特征在于，所述形成步骤中瞬间燃烧持续时间视磊晶的晶圆尺寸而定，晶圆为2英寸时，瞬间燃烧持续16秒，晶圆为4英寸时，瞬间燃烧持续30秒。
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