基板上にバッファ層を形成する方法
【課題】従来技術に比較して、形成されたバッファ層の厚さをより正確に制御することができ、欠陥密度を減少させ、蒸着温度を下げることができるバッファ層を形成する方法を提供する。
【解決手段】Ｈ２Ｏの前駆物質およびＯ３の前駆物質のいずれかと、ＤＥＺｎの前駆物質とを供給し、４００℃以下の処理温度で原子層成膜処理を行い、バッファ層として機能するＺｎＯ層１２をサファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板またはガラス基板からなる基板１０の上に形成する。
【解決手段】Ｈ２Ｏの前駆物質およびＯ３の前駆物質のいずれかと、ＤＥＺｎの前駆物質とを供給し、４００℃以下の処理温度で原子層成膜処理を行い、バッファ層として機能するＺｎＯ層１２をサファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板またはガラス基板からなる基板１０の上に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にバッファ層を形成する方法に関し、特に、サファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板またはガラス基板といった基板上にバッファ層として機能するＺｎＯ層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板と活性層（または、マイクロレベルやナノレベルの構成要素）の間にバッファ層を配置する技術、例えば、サファイヤ基板とＧａＮ層の間にバッファ層を配置する技術が、従来技術として知られている。すなわち、バッファ層が、活性層と基板の間の格子不整合を緩和し、この活性層の欠陥密度を減少させると共に、活性層と基板の間の熱膨張係数の差を吸収する。
【０００３】
バッファ層として機能する様々な材料の開発とともに、ＺｎＯはすでに一般に利用されようになっている。バッファ層としてＺｎＯを用いて表面欠陥を減らすことは、ＳＥＭを用いた測定によって証明されている。特に、ＺｎＯ層のアニーリング・プロセスを実行することにより、結晶の結晶化品質を改善できることも、証明されている。バッファ層として機能するＺｎＯ層を形成するプロセスとしては、現在、例えば高周波スパッタリング、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）などがある。関連従来技術として、米国特許６，６６４，５６５を参考とすることができる。
【０００４】
しかしながら、従来技術の検討により、形成されたＺｎＯ層の特性（例えば外形）には、まだ改善の余地があることが判明した。加えて、いくつかの従来技術は、プロセス層の形成を複雑にしている。したがって、ＺｎＯ層の特性を改善するための形成方法が必要であることは明らかである。
【特許文献１】米国特許６，６６４，５６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の要旨は、基板上にバッファ層を形成する方法の提供にある。特に、本発明による方法は、例えばサファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板またはガラス基板といった基板の上にＺｎＯ層を形成する方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい実施例によれば、基板上にバッファ層を形成する方法において、最初に、ＤＥＺｎの前駆物質に加え、Ｈ２ＯまたはＯ３を供給する。そして、この方法は、４００℃以下の処理温度で原子層成膜処理を実行し、基板上にＺｎＯ層を形成する。
【０００７】
ここでは、ＺｎＯ層はバッファ層として機能する本発明の好ましい実施例によれば、この形成方法では、４００℃から１２００℃まで範囲の温度でＺｎＯ層のアニーリング・プロセスを実行する。
【０００８】
本発明の利点および要旨は、添付の図面と共に以下の説明によって、よく理解されるであろう。
【発明の効果】
【０００９】
従来技術に比較して、本発明で開示されるＺｎＯ層を形成する方法は、形成されたバッファ層の厚さをより正確に制御することができ、欠陥密度を減少させ、蒸着温度を下げることができることは明らである。明らかに、本発明で開示される方法によって形成されたＺｎＯ層は、その後に形成された活性層（または、マイクロレベルやナノレベルの構成要素）の歩留および特性を改善するのに効果があることは明らである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、基板上にバッファ層を形成する方法を提供する。特に、本発明の方法によれば、形成されたバッファ層の厚さをより正確に制御し、欠陥密度を減少させ、蒸着温度を下げることができる。
【００１１】
図１Ａおよび図１Ｂを参照する。それらの図は、本発明の好ましい実施例によるバッファ層を形成する方法を示す断面図である。以下、本発明の好ましい実施例による方法の詳細な説明を行う。
【００１２】
まず第一に、図１Ａに示すように、本発明の好ましい実施例による方法は、用意された基板１０を、原子層成膜処理を実行するために設計された反応室にセットする。
【００１３】
１つの実施例において、基板１０はサファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板またはガラス基板である。
【００１４】
それから、本発明の好ましい実施例による方法では、ＤＥＺｎの前駆物質と、Ｈ２ＯまたはＯ３の前駆物質を供給する。その後に、４００℃以下の処理温度で原子層成膜処理を実行することによって、基板１０上にＺｎＯ層１２を形成する。図１Ａに示すように、ＺｎＯ層１２は、バッファ層として機能する。
【００１５】
１つの実施例において、原子層蒸着サイクルは、次の４つの反応ステップを含む。
【００１６】
１．キャリアガスを用いて、反応室にＨ２Ｏ分子を導入する。このことにより、Ｈ２Ｏ分子は、基板の表面に吸収され、そこにＯＨラディカルの層を形成する。ここで、露光時間は０．１秒である。
【００１７】
２．キャリアガスを用いて、基板の表面に吸収されなかったＨ２Ｏ分子を除去する。ここで、パージ時間は５秒である。
【００１８】
３．キャリアガスを用いて、反応室にＤＥＺｎ分子を導入することにより、ＤＥＺｎ分子は、基板の表面に吸収されたＯＨラディカルと反応して、ＺｎＯの１つの単分子層を形成する。その場合の副産物は、有機分子である。ここで、露光時間は０．１秒である。
【００１９】
４．キャリアガスを用いて、上記反応で生じた残余ＤＥＺｎ分子および副産物を除去する。ここで、パージ時間は５秒である。
【００２０】
上述した実施例において、キャリアガスとして、非常に純粋なアルゴン・ガスまたは窒素ガスを利用できる。上記４つのステップは、原子層蒸着サイクルと呼ばれる。原子層蒸着サイクルは、基板の全体の表面上に、単一の原子層の厚さを有する薄膜を成長させる。この特性は、自己制御機能（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）と呼ばれる。そして、この特性によって、原子層蒸着で、単分子層の厚さの精度での制御が可能となる。したがって、ＺｎＯバッファ層の厚さは、正確に原子層蒸着サイクルの回数を制御することにより、正確に制御することができる。
【００２１】
一つの実施例において、処理温度は、室温から４００℃までの範囲で選択される。より好ましい処理温度は、１５０℃から２００℃までの範囲である。
【００２２】
一つの実施例において、ＺｎＯ層１２の好ましい厚みは、２０ｎｍから５００ｎｍまでの範囲から選択される。
【００２３】
その後に、さらに欠陥密度を減少させ、表面状態を改善するために、本発明の好ましい実施例による方法は、４００℃から１２００℃まで温度範囲で、ＺｎＯ層のアニーリング・プロセスを実行する。
【００２４】
そこでは、空気すなわち窒素ガスまたは酸素ガスが、導入される。従来技術に比較して、本発明で開示されるＺｎＯ層を形成する方法は、以下の効果があることは明らである。
【００２５】
（１）原子スケールの材料形成の制御
（２）形成されたバッファ層の厚さのより正確な制御
（３）大きい面積で大量生産
（４）優れた均一性
（５）優れた共形性
（６）ピンホールのない構造
（７）小さな欠陥密度
（８）低い蒸着温度
【００２６】
上記の具体例および説明によって、本発明の機能および要旨は、十分に理解されるであろう。当業者は、本発明の要旨に沿って、さまざまな変形や改変が可能であることを容易に理解するであろう。したがって、上記の開示は、添付の請求の範囲によってのみ限定されるものとして、解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の好ましい実施例によるＺｎＯ層の形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｂ】本発明の好ましい実施例によるＺｎＯ層の形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０ 基板
１２ ＺｎＯ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にバッファ層を形成する方法に関し、特に、サファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板またはガラス基板といった基板上にバッファ層として機能するＺｎＯ層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板と活性層（または、マイクロレベルやナノレベルの構成要素）の間にバッファ層を配置する技術、例えば、サファイヤ基板とＧａＮ層の間にバッファ層を配置する技術が、従来技術として知られている。すなわち、バッファ層が、活性層と基板の間の格子不整合を緩和し、この活性層の欠陥密度を減少させると共に、活性層と基板の間の熱膨張係数の差を吸収する。
【０００３】
バッファ層として機能する様々な材料の開発とともに、ＺｎＯはすでに一般に利用されようになっている。バッファ層としてＺｎＯを用いて表面欠陥を減らすことは、ＳＥＭを用いた測定によって証明されている。特に、ＺｎＯ層のアニーリング・プロセスを実行することにより、結晶の結晶化品質を改善できることも、証明されている。バッファ層として機能するＺｎＯ層を形成するプロセスとしては、現在、例えば高周波スパッタリング、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）などがある。関連従来技術として、米国特許６，６６４，５６５を参考とすることができる。
【０００４】
しかしながら、従来技術の検討により、形成されたＺｎＯ層の特性（例えば外形）には、まだ改善の余地があることが判明した。加えて、いくつかの従来技術は、プロセス層の形成を複雑にしている。したがって、ＺｎＯ層の特性を改善するための形成方法が必要であることは明らかである。
【特許文献１】米国特許６，６６４，５６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の要旨は、基板上にバッファ層を形成する方法の提供にある。特に、本発明による方法は、例えばサファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板またはガラス基板といった基板の上にＺｎＯ層を形成する方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい実施例によれば、基板上にバッファ層を形成する方法において、最初に、ＤＥＺｎの前駆物質に加え、Ｈ２ＯまたはＯ３を供給する。そして、この方法は、４００℃以下の処理温度で原子層成膜処理を実行し、基板上にＺｎＯ層を形成する。
【０００７】
ここでは、ＺｎＯ層はバッファ層として機能する本発明の好ましい実施例によれば、この形成方法では、４００℃から１２００℃まで範囲の温度でＺｎＯ層のアニーリング・プロセスを実行する。
【０００８】
本発明の利点および要旨は、添付の図面と共に以下の説明によって、よく理解されるであろう。
【発明の効果】
【０００９】
従来技術に比較して、本発明で開示されるＺｎＯ層を形成する方法は、形成されたバッファ層の厚さをより正確に制御することができ、欠陥密度を減少させ、蒸着温度を下げることができることは明らである。明らかに、本発明で開示される方法によって形成されたＺｎＯ層は、その後に形成された活性層（または、マイクロレベルやナノレベルの構成要素）の歩留および特性を改善するのに効果があることは明らである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、基板上にバッファ層を形成する方法を提供する。特に、本発明の方法によれば、形成されたバッファ層の厚さをより正確に制御し、欠陥密度を減少させ、蒸着温度を下げることができる。
【００１１】
図１Ａおよび図１Ｂを参照する。それらの図は、本発明の好ましい実施例によるバッファ層を形成する方法を示す断面図である。以下、本発明の好ましい実施例による方法の詳細な説明を行う。
【００１２】
まず第一に、図１Ａに示すように、本発明の好ましい実施例による方法は、用意された基板１０を、原子層成膜処理を実行するために設計された反応室にセットする。
【００１３】
１つの実施例において、基板１０はサファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板またはガラス基板である。
【００１４】
それから、本発明の好ましい実施例による方法では、ＤＥＺｎの前駆物質と、Ｈ２ＯまたはＯ３の前駆物質を供給する。その後に、４００℃以下の処理温度で原子層成膜処理を実行することによって、基板１０上にＺｎＯ層１２を形成する。図１Ａに示すように、ＺｎＯ層１２は、バッファ層として機能する。
【００１５】
１つの実施例において、原子層蒸着サイクルは、次の４つの反応ステップを含む。
【００１６】
１．キャリアガスを用いて、反応室にＨ２Ｏ分子を導入する。このことにより、Ｈ２Ｏ分子は、基板の表面に吸収され、そこにＯＨラディカルの層を形成する。ここで、露光時間は０．１秒である。
【００１７】
２．キャリアガスを用いて、基板の表面に吸収されなかったＨ２Ｏ分子を除去する。ここで、パージ時間は５秒である。
【００１８】
３．キャリアガスを用いて、反応室にＤＥＺｎ分子を導入することにより、ＤＥＺｎ分子は、基板の表面に吸収されたＯＨラディカルと反応して、ＺｎＯの１つの単分子層を形成する。その場合の副産物は、有機分子である。ここで、露光時間は０．１秒である。
【００１９】
４．キャリアガスを用いて、上記反応で生じた残余ＤＥＺｎ分子および副産物を除去する。ここで、パージ時間は５秒である。
【００２０】
上述した実施例において、キャリアガスとして、非常に純粋なアルゴン・ガスまたは窒素ガスを利用できる。上記４つのステップは、原子層蒸着サイクルと呼ばれる。原子層蒸着サイクルは、基板の全体の表面上に、単一の原子層の厚さを有する薄膜を成長させる。この特性は、自己制御機能（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）と呼ばれる。そして、この特性によって、原子層蒸着で、単分子層の厚さの精度での制御が可能となる。したがって、ＺｎＯバッファ層の厚さは、正確に原子層蒸着サイクルの回数を制御することにより、正確に制御することができる。
【００２１】
一つの実施例において、処理温度は、室温から４００℃までの範囲で選択される。より好ましい処理温度は、１５０℃から２００℃までの範囲である。
【００２２】
一つの実施例において、ＺｎＯ層１２の好ましい厚みは、２０ｎｍから５００ｎｍまでの範囲から選択される。
【００２３】
その後に、さらに欠陥密度を減少させ、表面状態を改善するために、本発明の好ましい実施例による方法は、４００℃から１２００℃まで温度範囲で、ＺｎＯ層のアニーリング・プロセスを実行する。
【００２４】
そこでは、空気すなわち窒素ガスまたは酸素ガスが、導入される。従来技術に比較して、本発明で開示されるＺｎＯ層を形成する方法は、以下の効果があることは明らである。
【００２５】
（１）原子スケールの材料形成の制御
（２）形成されたバッファ層の厚さのより正確な制御
（３）大きい面積で大量生産
（４）優れた均一性
（５）優れた共形性
（６）ピンホールのない構造
（７）小さな欠陥密度
（８）低い蒸着温度
【００２６】
上記の具体例および説明によって、本発明の機能および要旨は、十分に理解されるであろう。当業者は、本発明の要旨に沿って、さまざまな変形や改変が可能であることを容易に理解するであろう。したがって、上記の開示は、添付の請求の範囲によってのみ限定されるものとして、解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の好ましい実施例によるＺｎＯ層の形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｂ】本発明の好ましい実施例によるＺｎＯ層の形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０ 基板
１２ ＺｎＯ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にバッファ層を形成する方法であって、
Ｈ２Ｏの前駆物質およびＯ３の前駆物質のいずれかと、ＤＥＺｎの前駆物質とを供給するステップと、
４００℃以下の処理温度で原子層成膜処理を行い、バッファ層として機能するＺｎＯ層を前記基板上に形成するステップとからなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記処理温度は、室温から４００℃までの温度範囲から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、サファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板およびガラス基板からなるグループから１つ選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＺｎＯ層は、その厚みが２０ｎｍから５００ｎｍまでの範囲から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
４００℃から１２００℃まで温度範囲で、ＺｎＯ層のアニーリングを行うステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１】
基板上にバッファ層を形成する方法であって、
Ｈ２Ｏの前駆物質およびＯ３の前駆物質のいずれかと、ＤＥＺｎの前駆物質とを供給するステップと、
４００℃以下の処理温度で原子層成膜処理を行い、バッファ層として機能するＺｎＯ層を前記基板上に形成するステップとからなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記処理温度は、室温から４００℃までの温度範囲から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、サファイヤ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板およびガラス基板からなるグループから１つ選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＺｎＯ層は、その厚みが２０ｎｍから５００ｎｍまでの範囲から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
４００℃から１２００℃まで温度範囲で、ＺｎＯ層のアニーリングを行うステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｂ】
【公開番号】特開２００８−８１３９１（Ｐ２００８−８１３９１Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１６０９０９（Ｐ２００７−１６０９０９）
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（５０７２０４６６０）中美▲せき▼晶製品股▲ふん▼有限公司 (5)
【出願人】（５０７２０４３３８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６０９０９（Ｐ２００７−１６０９０９）
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（５０７２０４６６０）中美▲せき▼晶製品股▲ふん▼有限公司 (5)
【出願人】（５０７２０４３３８）
【Ｆターム（参考）】
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