JP2002137994A - 単結晶薄膜の形成方法 - Google Patents

単結晶薄膜の形成方法

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JP2002137994A
JP2002137994A JP2000332425A JP2000332425A JP2002137994A JP 2002137994 A JP2002137994 A JP 2002137994A JP 2000332425 A JP2000332425 A JP 2000332425A JP 2000332425 A JP2000332425 A JP 2000332425A JP 2002137994 A JP2002137994 A JP 2002137994A
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thin film
single crystal
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crystal thin
forming
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Shigeo Aono
重雄 青野
Hideyoshi Tanabe
英義 田辺
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】クラックや特性バラツキの少ない良好な単結晶
薄膜を安定的に形成することが可能な単結晶薄膜の形成
方法を提供する。 【解決手段】単結晶シリコンから成る基板1の上面に、
開口部2aを有したマスク2を被着させる工程と、該マ
スク2をその軟化点以上の温度で加熱しつつ、前記マス
ク2の開口部2a内に露出する基板表面に化合物半導体
をエピタキシャル成長させて単結晶薄膜3を形成する工
程と、によって単結晶薄膜3を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LED(Light Em
itting Diode)、LD(Laser diode)、MESFET
(Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)、
HEMT(High Electron Mobility Transistor)等を
構成する化合物半導体の単結晶薄膜を基板上にエピタキ
シャル成長させる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、単結晶シリコンから成る基板
の上面にGaAs等の化合物半導体をエピタキシャル成
長させて単結晶薄膜を形成することが行われている。
【0003】このような従来の単結晶薄膜の形成方法に
おいては、単結晶薄膜の成長領域を限定するために、所
定パターンの開口を有したマスクが用いられており、か
かるマスクを単結晶薄膜が形成される基板上面に予め被
着させておくことにより、マクスの開口部内に露出する
基板表面にのみ単結晶薄膜を選択的にエピタキシャル成
長させていた。
【0004】尚、前記マスクの材質としてはSiO2
SiNX等の無機質材料が用いられ、該マスクは従来周
知のスパッタリング法やCVD(Chemical Vapor Depos
ition)法等を採用し、上述の無機質材料を基板の上面
に例え0.2μm〜1.0μmの厚みに被着させること
により形成されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の単結晶薄膜の形成方法においては、単結晶薄膜を基
板上面にエピタキシャル成長させる際、基板のみならず
マスクも高温(450℃〜800℃)に加熱されるよう
になっており、マスク上で熱分解された中間反応物がマ
スクの開口内まで移動できずにマスク表面に結合して多
結晶の固まりを形成することがある。このような多結晶
体は、図3に示すように、多角形の粒状を成しているこ
とが多く、これらの多結晶体13がマスク12の開口付
近に形成されると、開口部内の単結晶薄膜14に多結晶
体13を起点としたクラック15が入り、単結晶薄膜1
4の品質が著しく劣化する上に、単結晶薄膜14を形成
する化合物半導体の組成や不純物のドーピング量が変化
し、所望する特性が得られなくなる欠点を有していた。
【0006】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、クラックや特性バラツキの少ない良好
な単結晶薄膜を安定的に形成することが可能な単結晶薄
膜の形成方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶薄膜の形
成方法は、単結晶シリコンから成る基板の上面に、開口
部を有したマスクを被着させる工程と、該マスクをその
軟化点以上の温度で加熱しつつ、前記マスクの開口部内
に露出する基板表面に化合物半導体をエピタキシャル成
長させて単結晶薄膜を形成する工程と、を含むことを特
徴とするものである。
【0008】また本発明の単結晶薄膜の形成方法は、前
記単結晶薄膜がMOCVD法またはMBE法により形成
されることを特徴とするものである。
【0009】更に本発明の単結晶薄膜の形成方法は、前
記マスクが、硼素、燐、ゲルマニウム、有機シランのい
ずれか一種を1%〜15%含有する酸化珪素から成り、
スパッタリング法またはCVD法にて形成されることを
特徴とするものである。
【0010】また更に本発明の単結晶薄膜の形成方法
は、前記単結晶薄膜が、GaAs、AlGaAs、Al
GaInPのいずれかより成ることを特徴とするもので
ある。
【0011】更にまた本発明の単結晶薄膜の形成方法
は、前記マスクの軟化温度が400℃〜500℃に設定
されていることを特徴とするものである。
【0012】更にまた本発明の単結晶薄膜の形成方法
は、前記単結晶薄膜の形成時、前記マスクの加熱温度が
450℃〜800℃に設定されることを特徴とするもの
である。
【0013】本発明の単結晶薄膜の形成方法によれば、
マスクを軟化点以上に加熱して軟化させた状態でマスク
の開口部内に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させるよ
うにしたことから、マスク上で熱分解された中間反応物
がマスクの表面に結合して粒状の多結晶体が析出しよう
とするのを有効に抑えることができ、これによりマスク
の開口内に形成される単結晶薄膜の特性を安定させて、
クラックの殆ど無い良好な単結晶薄膜を形成することが
可能となる。
【0014】また本発明の形成方法によれば、単結晶薄
膜の形成時、マスクは軟化していることから、その表面
は平滑化されて、マスクのエッジや開口付近に存在する
角部には適度な丸みが付けられ、単結晶薄膜中のクラッ
クの発生がより有効に防止される利点もある。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図1は本発明の方法により形成した
単結晶薄膜を具備する半導体装置の断面図であり、1は
基板、2はマスク、2aはマスク2の開口部、3は単結
晶薄膜である。
【0016】前記基板1は、単結晶シリコンにより形成
されており、その上面にはマスク2と単結晶薄膜3とが
被着・形成され、これらを支持する支持母材として機能
する。
【0017】尚、前記基板1は、従来周知のチョコラル
スキー法(引き上げ法)等を採用することによって単結
晶シリコンのインゴット(塊)を形成し、これを所定厚
みにスライスした上、表面を研磨することによって製作
される。
【0018】また前記基板1の上面に設けられているマ
スク2は、単結晶薄膜3の成長領域を限定するためのも
のであり、所定パターンの開口部2aを有し、該開口部
2aの内側に位置する基板表面に単結晶薄膜3が選択的
に形成される。
【0019】前記マスク2は、硼素、燐、ゲルマニウ
ム、有機シランのいずれか一種を1%〜15%含有する
酸化珪素をスパッタリング法やCVD法により例えば6
000Å〜10000Åの厚みに被着させて成り、その
軟化温度は400℃〜500℃に設定される。
【0020】尚、このようなマスク2のエッジや開口付
近に存在する角部には適度な丸み(曲率半径:0.1μ
m〜1.0μm)が付けられている。
【0021】一方、前記マスク2の開口部2a内に選択
的に形成される単結晶薄膜3は、AlGaAsやAlG
aInP等の化合物半導体から成り、例えば3.0μm
〜6.0μmの厚みを有している。
【0022】前記単結晶薄膜3は、LEDやLD,ME
SFET,HEMT等の半導体素子として機能するもの
であり、例えばLEDに適用する場合、図示しない電極
等を介して単結晶薄膜3に所定の電圧が印加されると、
単結晶薄膜3が所定の輝度で発光するようになってい
る。
【0023】次に上述した半導体装置の単結晶薄膜3を
形成する方法について図2を用いて説明する。
【0024】(1)まず単結晶シリコンから成る基板1
を準備し、その上面に、開口部2aを有したマスク2を
被着させる。
【0025】前記マスク2は、従来周知のスパッタリン
グ法またはCVD法を採用し、図2(a)に示すよう
に、前述の無機質材料を6000Å〜10000Åの厚
みに被着させ、しかる後、これを、図2(b)に示すよ
うに、従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチ
ング技術により所定パターンに加工することで開口部2
aが形成される。
【0026】(2)次に図2(c)に示すように、マス
ク2の開口部2a内に露出する基板1の表面に化合物半
導体をエピタキシャル成長させて単結晶薄膜3を形成す
る。
【0027】ここで重要なことは、前記マスク2をその
軟化点以上の温度で加熱し、マスク2を軟化させた状態
で単結晶薄膜3を形成することである。
【0028】例えばマスク2の軟化温度が400℃の場
合、単結晶薄膜3の形成時、マスク2は常に450℃〜
800℃の温度に加熱され、この状態を維持しつつ、A
lGaAsやAlGaInP等の化合物半導体を開口部
2aの内側に露出された基板表面にエピタキシャル成長
させることにより単結晶薄膜3が形成される。
【0029】前記単結晶薄膜3は従来周知のMOCVD
(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法また
はMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を採用すること
によって3.0μm〜6.0μmの厚みに形成され、単
結晶薄膜3がAlGaAsから成る場合、その原料とし
てトリメチルガリウム(Ga(CH33)、トリメチル
アルミニウム(Al(CH33)、アルシン(As
3)等が用いられる。
【0030】以上のような本発明の形成方法によれば、
マスク2を軟化点以上に加熱して軟化させた状態でマス
ク2の開口部2a内に単結晶薄膜3をエピタキシャル成
長させるようにしたことから、マスク2上で熱分解され
た中間反応物がマスク2の表面に結合して粒状の多結晶
体が析出しようとするのを有効に抑えることができ、こ
れによりマスク2の開口2a内に形成される単結晶薄膜
3の特性を安定させて、クラックの殆ど無い良好な単結
晶薄膜3を形成することが可能となる。
【0031】尚、マスク2を軟化させた状態で単結晶薄
膜3をエピタキシャル成長させることにより、多結晶体
の析出が有効に抑えられる理由は、マスク2上で熱分解
された反応中間体が、軟化したマスク2の内部に拡散・
浸透することによるものと考えられる。
【0032】また本発明の形成方法によれば、単結晶薄
膜3の形成時、マスク2は軟化していることから、その
表面は平滑化され、マスク2のエッジや開口部2a付近
に存在する角部には適度な丸みが付けられる。これによ
り、単結晶薄膜3中のクラックの発生がより有効に防止
される。
【0033】尚、本発明は上述の形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の変更、改良等が可能である。
【0034】例えば上述の形態において、基板1とマス
ク2との間に窒化珪素から成る拡散防止層を500Å〜
1000Åの厚みに介在させておけば、マスク2中に拡
散した化合物半導体を構成元素が基板1中に侵入しよう
とするのをこの拡散防止層でもって良好に遮蔽し、基板
1の電気的特性を維持することができるとともに、素子
間の分離抵抗を高くすることができる。従って、基板1
とマスク2との間に窒化珪素から成る拡散防止層を介在
させておくことが好ましい。
【0035】
【発明の効果】本発明の単結晶薄膜の形成方法によれ
ば、マスクを軟化点以上に加熱して軟化させた状態でマ
スクの開口部無いに単結晶薄膜をエピタキシャル成長さ
せるようにしたことから、マスク上で熱分解された中間
反応物がマスクの表面に結合して粒状の多結晶体が析出
しようとするのを有効に抑えることができ、これにより
マスクの開口内に形成される単結晶薄膜の特性を安定さ
せて、クラックの殆ど無い良好な単結晶薄膜を形成する
ことが可能となる。
【0036】また本発明の形成方法によれば、単結晶薄
膜の形成時、マスクは軟化していることから、その表面
は平滑化されて、マスクのエッジや開口付近に存在する
角部には適度な丸みが付けられ、単結晶薄膜中のクラッ
クの発生がより有効に防止される利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法により形成した単結晶薄膜を具備
する半導体装置の断面図である。
【図2】(a)〜(c)は本発明の単結晶薄膜の形成方
法を説明するための工程毎の断面図である。
【図3】従来の単結晶薄膜の形成方法における課題を説
明するための平面図である。
【符号の説明】
1・・・基板、2・・・マスク、2a・・・開口部、3
・・・単結晶薄膜
フロントページの続き Fターム(参考) 4G077 AA03 BE46 BE47 DA05 DB08 EE07 SC10 TB05 TC13 TK13 5F045 AA04 AA05 AB10 AB17 AB18 AC01 AC08 AF03 AF20 BB12 BB13 CA06 CA07 CA10 CA12 DB02 5F052 CA01 CA02 DA04 DB01 DB06 DB10 EA00 GA01 JA07 5F103 AA04 DD03 DD05 DD30 GG01 HH03 LL02 RR05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単結晶シリコンから成る基板の上面に、開
    口部を有したマスクを被着させる工程と、 該マスクをその軟化点以上の温度で加熱しつつ、前記マ
    スクの開口部内に露出する基板表面に化合物半導体をエ
    ピタキシャル成長させて単結晶薄膜を形成する工程と、
    を含む単結晶薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】前記単結晶薄膜がMOCVD法またはMB
    E法により形成されることを特徴とする請求項1に記載
    の単結晶薄膜の形成方法。
  3. 【請求項3】前記マスクが、硼素、燐、ゲルマニウム、
    有機シランのいずれか一種を1%〜15%含有する酸化
    珪素から成り、スパッタリング法またはCVD法にて形
    成されることを特徴とする請求項1に記載の単結晶薄膜
    の形成方法。
  4. 【請求項4】前記単結晶薄膜が、GaAs、AlGaA
    s、AlGaInPのいずれかより成ることを特徴とす
    る請求項1または請求項2に記載の単結晶薄膜の形成方
    法。
  5. 【請求項5】前記マスクの軟化温度が400℃〜500
    ℃に設定されていることを特徴とする請求項1または請
    求項3に記載の単結晶薄膜の形成方法。
  6. 【請求項6】前記単結晶薄膜の形成時、前記マスクの加
    熱温度が450℃〜800℃に設定されることを特徴と
    する請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の単結晶薄
    膜の形成方法。
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