JP2016213462A - Manufacturing method of substrate with coating and substrate with corresponding coating - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コーティングを有する基板の製造方法、及び、対応するコーティングを有する基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a substrate having a coating and a substrate having a corresponding coating.
多くの能動MEMSデバイスにおいて、高い電荷担体移動度が有利である。特に、応答の迅速なスイッチングエレメント又は磁界センサ(ホールセンサ)では、高い電荷担体移動度が必要である。この場合、アンチモン化インジウムInSbは、約78000cm2/(V・s)の極めて高い電荷担体移動度を有するので、特に適する。 In many active MEMS devices, high charge carrier mobility is advantageous. In particular, a switching element or a magnetic field sensor (Hall sensor) having a quick response requires high charge carrier mobility. In this case, indium antimonide InSb is particularly suitable because it has a very high charge carrier mobility of about 78000 cm 2 / (V · s).
米国特許第5668395号明細書から、アンチモン化インジウム層を基板上に形成するための製造方法が公知である。 From U.S. Pat. No. 5,668,395 a manufacturing method for forming an indium antimonide layer on a substrate is known.
典型的には、アンチモン化インジウム層の形成に必要とされる温度は、200℃をはるかに上回り、例えば500℃である。このため、アンチモン化インジウム層は、例えば特定用途向け集積回路ASICにおける温度に敏感なデバイス上には、全く形成できないか、又は、温度に敏感な構造体を設ける前にしか形成できない。 Typically, the temperature required to form the indium antimonide layer is much above 200 ° C, for example 500 ° C. Thus, an indium antimonide layer can not be formed at all on a temperature sensitive device, for example in an application specific integrated circuit ASIC, or can only be formed before providing a temperature sensitive structure.
本発明は、請求項1に記載の特徴を有するコーティングを有する基板の製造方法と、請求項7に記載の特徴を有するコーティングを有する基板とを開示する。 The present invention discloses a method of manufacturing a substrate having a coating having the features of claim 1 and a substrate having a coating having the features of claim 7.
相応に、コーティングを有する基板の製造方法として、基板の表面上にアモルファスシリコン層を形成するステップと、アモルファスシリコン層を多結晶シリコン層へ結晶化するステップと、多結晶シリコン層上にアンチモン化インジウム層を形成するステップとを含む方法が提案される。 Correspondingly, as a method of manufacturing a substrate having a coating, an amorphous silicon layer is formed on the surface of the substrate, an amorphous silicon layer is crystallized into a polycrystalline silicon layer, and indium antimonide is formed on the polycrystalline silicon layer. Forming a layer is proposed.
さらに、コーティングを有する基板として、基板の表面上に形成された多結晶シリコン層と、多結晶シリコン層上に形成されたアンチモン化インジウム層とを備えている基板が提案される。 In addition, a substrate having a polycrystalline silicon layer formed on the surface of the substrate and an indium antimonide layer formed on the polycrystalline silicon layer is proposed as a substrate having a coating.
好ましい実施形態は、各従属請求項の対象となっている。 Preferred embodiments are subject to the respective dependent claims.
発明の利点
本発明により、基板上にアンチモン化インジウム層を製造する低コストの方法が実現される。当該方法では、温度は、少なくとも基板表面の反対側の基板裏面において、例外なく、低い領域、好ましくは200℃を下回る領域に保持される。これにより、温度に敏感なデバイス、例えばASICにも、アンチモン化インジウム層を形成することができる。特に、充分に大きな電荷担体移動度を有するInSb層を製造することができる。
Advantages of the Invention The present invention provides a low cost method for producing an indium antimonide layer on a substrate. In this method, the temperature is maintained in a low region, preferably below 200 ° C., without exception, at least on the back surface of the substrate opposite to the substrate surface. Thereby, an indium antimonide layer can be formed also in a temperature sensitive device such as an ASIC. In particular, an InSb layer having a sufficiently large charge carrier mobility can be produced.
本発明に係る製造方法の別の態様によれば、アモルファスシリコン層を形成するステップが、プラズマ利用型の化学気相成長(以下、プラズマ化学気相成長とする。)PECVDによって行われる。これにより、特に、基板が強く加熱されることがなくなる。好ましくは、この場合、基板裏面は、200℃を超える温度には加熱されない。従って、本発明に係る方法の当該ステップは、温度に敏感なデバイスと組み合わせた適用乃至利用にも適する。 According to another aspect of the manufacturing method of the present invention, the step of forming the amorphous silicon layer is performed by plasma-enhanced chemical vapor deposition (hereinafter referred to as plasma chemical vapor deposition) PECVD. Thereby, in particular, the substrate is not strongly heated. Preferably, in this case, the back surface of the substrate is not heated to a temperature exceeding 200 ° C. Therefore, this step of the method according to the invention is also suitable for application or use in combination with a temperature sensitive device.
本発明に係る製造方法の別の態様によれば、アモルファスシリコン層を結晶化するステップが、基板表面とは反対側の基板裏面の温度が200℃を超えて上昇しないように、レーザアニーリングによって行われる。これにより、アモルファスシリコン層の結晶化ステップにおいても基板は強くは加熱されず、従って、このステップも温度に敏感なデバイスでの適用に適する。 According to another aspect of the manufacturing method of the present invention, the step of crystallizing the amorphous silicon layer is performed by laser annealing so that the temperature of the back surface of the substrate opposite to the substrate surface does not rise above 200 ° C. Is called. This prevents the substrate from being heated strongly even during the crystallization step of the amorphous silicon layer, and thus this step is also suitable for application in temperature sensitive devices.
本発明に係る製造方法の別の態様によれば、レーザアニーリングの前に、アモルファスシリコン層の上方にマスクが形成される。この場合、レーザアニーリングによって結晶化された被覆なしの領域が、マスクで覆われた隣接領域の結晶化の核として用いられる。 According to another aspect of the manufacturing method of the present invention, a mask is formed above the amorphous silicon layer before laser annealing. In this case, the uncoated region crystallized by laser annealing is used as the crystallization nucleus of the adjacent region covered with the mask.
本発明に係る製造方法の別の態様によれば、マスクは、条片パターンを形成している。 According to another aspect of the manufacturing method according to the present invention, the mask forms a strip pattern.
本発明に係る製造方法の別の態様によれば、アンチモン化インジウム層を形成するステップがスパッタリング及び/又は気相成長によって行われる。当該ステップも、特に、基板裏面が200℃を超える温度まで加熱されないように実行可能である。 According to another aspect of the manufacturing method of the present invention, the step of forming the indium antimonide layer is performed by sputtering and / or vapor deposition. This step is also particularly feasible so that the backside of the substrate is not heated to a temperature above 200 ° C.
本発明に係る、コーティングを有する基板の別の態様によれば、多結晶シリコン層の結晶粒組織は、アンチモン化インジウム層の結晶粒組織に連続している。このため、多結晶シリコン層の結晶粒組織即ち各単結晶の幅を、例えばレーザアニーリングの際のレーザの光強度の適合化によってアライメントすることにより、アンチモン化インジウム層の結晶粒組織を調整することができる。 According to another aspect of the substrate having a coating according to the present invention, the grain structure of the polycrystalline silicon layer is continuous with the grain structure of the indium antimonide layer. Therefore, the grain structure of the indium antimonide layer is adjusted by aligning the crystal grain structure of the polycrystalline silicon layer, that is, the width of each single crystal, for example, by adapting the laser light intensity during laser annealing. Can do.
図中、同じ要素及び装置、又は、同様の機能を有する要素及び装置には、特段のことわりがない限り、同じ参照番号を付してある。方法ステップの参照番号は、理解し易くするために付したものであって、特段のことわりがない限り、定められた時間順序を特に意味するものではない。特に、複数の方法ステップを同時に実行することができる。 In the drawings, the same elements and devices or elements and devices having similar functions are denoted by the same reference numerals unless otherwise specified. Method step reference numbers are provided for ease of understanding and do not imply a defined order of time unless otherwise noted. In particular, a plurality of method steps can be performed simultaneously.
図1には、コーティングを有する基板の製造方法を説明するフローチャートが示されている。第1のステップS1では、図2に示されているように、基板10の表面10aにアモルファスシリコン層11が形成される。ここでは、基板は、特に半導体基板、例えばシリコン基板を含み得る。基板10は、さらに裏面10bを有する。
FIG. 1 shows a flowchart illustrating a method for manufacturing a substrate having a coating. In the first step S1, an
アモルファスシリコン層11の形成は、ここでは例えばプラズマ化学気相成長(plasma enhanced chemical vapour deposition, PECVD)によって行うことができる。これにより、アモルファスシリコン層11を形成する際のウェーハ温度は低く保持され、例えば300℃を下回り、好ましくは200℃を下回る。
Here, the
第2のステップS2では、アモルファスシリコン層11が結晶化される。これにより、アモルファスシリコン層11は、図3に示されているように、多結晶シリコン層12へ変換される。多結晶シリコン層12は、複数の単結晶13から形成されている。この場合、各単結晶13の平均幅dは、例えば0.1μmから100μmの領域、好ましくは1μmから10μmの領域にあり、多結晶シリコン層12の結晶粒組織を形成している。
In the second step S2, the
多結晶シリコンは、特に、連続粒界結晶シリコンCGSを含み得る。 Polycrystalline silicon may in particular comprise continuous grain boundary crystalline silicon CGS.
一実施形態によれば、当該結晶化は、レーザアニーリングによって行うことができる。特に、当該結晶化は、“Sequential Lateral Solidification”プロセス(SLSプロセス)によって実行可能である。このために、図4に示されているように、マスク30がアモルファスシリコン層11上に配置される。この場合、マスクは、アモルファスシリコン層11に対して間隔をおいて配置される。ここで、図4には、アモルファスシリコン層11を上部に形成した基板10を上から見た図が示されている。
According to one embodiment, the crystallization can be performed by laser annealing. In particular, the crystallization can be performed by a “Sequential Lateral Solidification” process (SLS process). For this purpose, a
マスク30は、不透光性の複数の条片30aから形成されている。各条片は、この場合、例えば数マイクロメートルの領域の幅d1を有する。マスク30の条片30aの相互間隔d2は、各条片そのものの幅d1と等しいが、本発明は、この形態に限定されない。
The
マスク30が条片パターンを有することは必須ではなく、他の形状を有してもよい。
It is not essential for the
図5には、アモルファスシリコン層11と(この図では見えていない)マスク30とを備えた基板10の、図4に示されているI−I線に沿った断面図が示されている。
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the
アモルファスシリコン層11の上方にマスク30を導入した後、アモルファスシリコン層11及びその前方に存在するマスク30に、レーザ20によってレーザビーム21が照射される。このために、好ましくは、レーザ20として、マスク30を含むアモルファスシリコン層11を数ナノ秒間隔で照射するエキシマレーザが使用される。レーザ20から放出される光ビーム21は、この場合、例えば100μmから300μmの領域の幅Dを有する。
After introducing the
但し、本発明は、この形態に限定されず、特に、レーザ20は、可視スペクトルの固体レーザであってもよい。
However, the present invention is not limited to this form, and in particular, the
アモルファスシリコン層11のうちレーザ20の照射を受けた部分は、多結晶シリコン層12に変換される。この場合、レーザは、図4のI−I線に対して平行なX軸線に沿ってガイドされる。但し、本発明は、この形態に限定されない。特に、レーザは、マスク30の各条片30aに対して垂直な軸線、即ち、図4のI−I線に対して垂直な軸線に沿って、又は、任意の曲線に沿って、ガイド可能である。
A portion of the
レーザは、連続して又は部分ごとに移動可能である。特に、レーザ20の移動は、アモルファスシリコン層11の各領域に正確に1回ずつレーザビーム21が入射するように設定可能である。この場合、レーザ20の移動は、レーザ20の周波数に基づいて設定される。
The laser can be moved continuously or part by part. In particular, the movement of the
レーザ20での照射により、アモルファスシリコン層11のうちマスク30によって覆われていない部分が多結晶シリコン層12に変換される。多結晶シリコン層12は、アモルファスシリコン層11のうちマスク30によって覆われた部分の結晶化の核として用いられ、これにより、当該部分が多結晶シリコン層12に変換されて、図3に示されている構造が生じる。このようにして、アモルファスシリコン層11の全体が多結晶シリコン層12に変換される。
By irradiation with the
シリコン層11に、2回以上、光ビーム21が入射してもよい。特に、シリコン層11が光ビーム21に露光される回数によって、多結晶シリコン層12の粒径を変化させることができる。
The
好ましくは、アモルファスシリコン層11をレーザ20で照射する際の光強度及び周波数を調整することにより、基板裏面10bの温度を、所定の設定値、例えば300℃、好ましくは200℃より低く保持することができる。
Preferably, the temperature of the substrate back
但し、本発明は、この形態に限定されない。特に、アモルファスシリコン層11の結晶化は、他の露光技術を用いて、例えばスキャナを使用して、行うこともできる。
However, the present invention is not limited to this form. In particular, the crystallization of the
さらなるステップS3では、多結晶シリコン層12上にアンチモン化インジウム層(InSb層)14が形成され、これにより、図6に示されているコーティングを有する基板16が得られる。例えば、アンチモン化インジウム層14の形成は、気相成長によって行われる。特に、アンチモン化インジウム層14は、プラズマ化学気相成長PECVDによって行われる。但し、アンチモン化インジウム層14の形成は、スパッタリングによって行うこともできる。
In a further step S3, an indium antimonide layer (InSb layer) 14 is formed on the
多結晶シリコン層12の各単結晶13は、アンチモン化インジウム層14の結晶化の核として用いられる。よって、アンチモン化インジウム層14の各単結晶15は、多結晶シリコン層12の各単結晶13に対応する。特に、アンチモン化インジウム層14の単結晶15の幅d3は、多結晶シリコン層12の対応する単結晶13の幅dと同等である。
Each
好ましくは、アンチモン化インジウム層14は、基板裏面10bの温度が、所定の設定値、例えば300℃、好ましくは200℃より低く保持されるように形成される。
Preferably, the
また、本発明は、図6に示されているコーティングを有する基板16にも関する。コーティングを有する基板16は、基板10、好ましくは半導体基板、例えばシリコン基板から形成されている。基板10の表面10aには、複数の単結晶13を含む多結晶シリコン層12が形成されている。多結晶シリコン層12上にはさらに、複数の単結晶15を含むアンチモン化インジウム層14が形成されている。
The present invention also relates to a
一実施形態によれば、多結晶シリコン層12の結晶粒組織は、アンチモン化インジウム層14の結晶粒組織に連続している。これは、アンチモン化インジウム層14の各単結晶15、即ち、特にその幅が、多結晶シリコン層12の各単結晶14に対応することを意味する。
According to one embodiment, the crystal grain structure of the
本発明に係る装置は、例えば、LCDスクリーンでの使用に適する。 The device according to the invention is suitable for use, for example, on an LCD screen.
さらに、上記製造方法及び上記装置は、磁気センサ(磁界センサエレメント)、特にホールセンサでの使用にも適する。この場合、アンチモン化インジウム層14は、全体として又は部分的に、磁気センサとしての動作及び磁気センサの駆動の双方、及び/又は、磁気センサパラメータの処理のいずれにも使用可能である。また、こうした層又はこうした構造を方位磁石に利用することもできる。
Furthermore, the manufacturing method and the apparatus are also suitable for use in a magnetic sensor (magnetic field sensor element), particularly a hall sensor. In this case, the
さらに、当該装置は、ホールセンサでの使用に適する。 Furthermore, the device is suitable for use with Hall sensors.
一実施形態によれば、多結晶シリコン層12の結晶粒組織は、アンチモン化インジウム層14の結晶粒組織に連続している。これは、アンチモン化インジウム層14の各単結晶15、即ち、特にその幅が、多結晶シリコン層12の各単結晶13に対応することを意味する。
According to one embodiment, the crystal grain structure of the
Claims (9)
基板(10)の表面(10a)上にアモルファスシリコン層(11)を形成するステップ(S1)と、
前記アモルファスシリコン層(11)を多結晶シリコン層(12)へ結晶化するステップ(S2)と、
前記多結晶シリコン層(12)上にアンチモン化インジウム層(14)を形成するステップ(S3)と、
を含むことを特徴とする製造方法。 A method for producing a substrate (16) having a coating comprising:
Forming an amorphous silicon layer (11) on the surface (10a) of the substrate (10) (S1);
Crystallizing the amorphous silicon layer (11) into a polycrystalline silicon layer (12) (S2);
Forming an indium antimonide layer (14) on the polycrystalline silicon layer (12) (S3);
The manufacturing method characterized by including.
請求項1に記載の製造方法。 The step (S1) of forming the amorphous silicon layer (11) is performed by plasma enhanced chemical vapor deposition.
The manufacturing method according to claim 1.
請求項1又は2に記載の製造方法。 In the step (S2) of crystallizing the amorphous silicon layer (11), the temperature of the back surface (11b) of the substrate (11) opposite to the front surface (11a) of the substrate (11) is 200 ° C. Do not rise above the laser annealing.
The manufacturing method of Claim 1 or 2.
請求項3に記載の製造方法。 Before the laser annealing, a mask (30) is provided above the amorphous silicon layer (11).
The manufacturing method according to claim 3.
請求項4に記載の製造方法。 The mask (30) forms a strip pattern,
The manufacturing method according to claim 4.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の製造方法。 The step (S3) of forming the indium antimonide (14) is performed by sputtering and / or vapor deposition.
The manufacturing method as described in any one of Claims 1 thru | or 5.
基板(10)の表面上に形成された多結晶シリコン層(12)と、
前記多結晶シリコン層(12)上に形成されたアンチモン化インジウム層(14)と、
を備えていることを特徴とするコーティングを有する基板(16)。 A substrate (16) having a coating comprising:
A polycrystalline silicon layer (12) formed on the surface of the substrate (10);
An indium antimonide layer (14) formed on the polycrystalline silicon layer (12);
A substrate (16) having a coating characterized by comprising:
請求項7に記載のコーティングを有する基板(16)。 The crystal grain structure of the polycrystalline silicon layer (12) is continuous with the crystal grain structure of the indium antimonide layer (14).
A substrate (16) having a coating according to claim 7.
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