(57)【要約】【課題】個々の単結晶基板の反りに対する核生成層の最適な成長温度を設定することにより、ウェハ面内の結晶成長分布のバラツキを低減できる化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法を提供する。【解決手段】複数元素からなる単結晶基板１に、核生成層２を形成し、その核生成層上に、単層或いは複数層の窒化物半導体層３を形成する化合物半導体エピタキシャルウェハ１０の製造方法において、核生成層２を形成する前に、単結晶基板１の反りα（μｍ）を測定し、核生成層２を形成する際の成長温度Ｔ（℃）を、単結晶基板１の反りα（μｍ）に対し、Ｔ＜４α＋１１８０とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数元素からなる単結晶基板に、核生成層を形成し、その核生成層上に、単層或いは複数層の窒化物半導体層を形成する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記核生成層を形成する前に、単結晶基板の反りα（μｍ）を測定し、前記核生成層を形成する際の成長温度Ｔ（℃）を、前記単結晶基板の反りα（μｍ）に対し、Ｔ＜４α＋１１８０とすることを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項２】
前記核生成層が、ＡｌＮからなる請求項１に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項３】
前記単結晶基板の径が、１００ｍｍ以上である請求項１又は２に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項４】
前記単結晶基板が、ＳｉＣからなる請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項５】
前記単結晶基板の厚さが、３５０μｍ以上４５０μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項６】
複数元素からなる単結晶基板に、核生成層を形成し、その核生成層上に、単層或いは複数層の窒化物半導体層を形成する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、
核生成層を形成する前の室温での反りα（μｍ）が異なる複数の単結晶基板を用意し、その単結晶基板の反りα（μｍ）毎に複数の成長温度Ｔ（℃）で核生成層を形成した後、その核生成層上に窒化物半導体層を形成して得られた複数の各ウェハについて、シート抵抗の面内バラツキ（％）を測定すると共に、バラツキ６％未満をバラツキ良好、６％以上をバラツキ不良とし、このバラツキ結果を成長温度Ｔ（℃）と反りα（μｍ）をパラメータとしてプロットしてバラツキ良好とバラツキ不良の分布を求め、そのバラツキ良好とバラツキ不良の境界の近似式を求める請求項１に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法に係り、特に、下地基板の反りに応じたエピタキシャル層成長方法を設定できる化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体として、III族窒化物半導体は、そのバンドギャップの広さを特徴とし、紫外から可視光の広範囲の波長領域をカバーする高効率発光デバイスの材料に用いられている。
【０００３】
また、III族窒化物半導体は、高い飽和電子速度と高い絶縁破壊電界を有するため、高周波領域で使用される電子デバイス用材料として、開発が進められる一方、実用化されつつあり、化合物半導体エピタキシャルウェハからなる電子デバイスへの社会的な期待度は大きい。
【０００４】
従来、窒化物半導体を成長させる際には、基板と窒化物半導体エピタキシャル層との間の格子不整合を緩和する目的で、基板上に直接形成する核生成層の温度条件に関する技術の報告がされている。
【０００５】
核生成層としてＡｌＮ層を形成する際の成長温度は、特許文献１で示されるとおり、１２００℃が最も望ましいことが報告されている。この温度でＡｌＮ層を形成すると、ＡｌＮの表面が一番平坦となるとしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この特許文献１では、基板の反りに関係なく、ＡｌＮ核生成層の最適成長温度を１２００℃としており、デバイス特性が良好となることを報告している。しかし、単結晶基板の反りにより、ウェハに面内バラツキが生じると、デバイスの歩留が大幅に低下する問題が生じる。
【０００８】
すなわち、複数元素からなる単結晶基板は、高温中では熱膨張し、反りが発生する。反りによる成長中の基板形状変化は、核生成層と、その上の窒化物半導体層の成長時におけるエピタキシャル結晶の成長面温度を変化させ、その結果、ウェハ面内の結晶成長分布に変動バラツキ（例えば、チップ化後の電気特性のバラツキ）を発生させるという問題の原因になる。
【０００９】
基板の反りが原因で面内バラツキが発生するという問題の報告例は見られないが、温度が高くなるほど反りは顕著になり、またウェハサイズが大きくなるほど反りの影響が大きく現れるようになる。
【００１０】
実際に、核生成層であるＡｌＮ層の成長温度が高い場合は、その上に成長したＡｌＧａＮ層において、ウェハ中心付近のＡｌ組成が高く、基板外周のＡｌ組成が低い結果となった。しかし、核生成層の成長温度が低い場合には、その上に成長したＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が、面内でほぼ均一となった。
【００１１】
成長中の反りを緩和することは、結晶品質の面内分布の制御に大きく関わってくるため、反りと温度の相関に関する知見はエピタキシャルウェハの製造に不可欠である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、個々の単結晶基板の反りに対する核生成層の最適な成長温度を設定することにより、ウェハ面内の結晶成長分布のバラツキを低減し、デバイスを製造する際の歩留の向上を図った化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、複数元素からなる単結晶基板に、核生成層を形成し、その核生成層上に、単層或いは複数層の窒化物半導体層を形成する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、前記核生成層を形成する前に、単結晶基板の反りα（μｍ）を測定し、前記核生成層を形成する際の成長温度Ｔ（℃）を、前記単結晶基板の反りα（μｍ）に対し、Ｔ＜４α＋１１８０とする化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、前記核生成層が、ＡｌＮからなる請求項１に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、前記単結晶基板の径が、１００ｍｍ以上である請求項１又は２に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、前記単結晶基板が、ＳｉＣからなる請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１７】
請求項５の発明は、前記単結晶基板の厚さが、３５０μｍ以上４５０μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１８】
請求項６の発明は、複数元素からなる単結晶基板に、核生成層を形成し、その核生成層上に、単層或いは複数層の窒化物半導体層を形成する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、核生成層を形成する前の室温での反りα（μｍ）が異なる複数の単結晶基板を用意し、その単結晶基板の反りα（μｍ）毎に複数の成長温度Ｔ（℃）で核生成層を形成した後、その核生成層上に窒化物半導体層を形成して得られた複数の各ウェハについて、シート抵抗の面内バラツキ（％）を測定すると共に、バラツキ６％未満をバラツキ良好、６％以上をバラツキ不良とし、このバラツキ結果を成長温度Ｔ（℃）と反りα（μｍ）をパラメータとしてプロットしてバラツキ良好とバラツキ不良の分布を求め、そのバラツキ良好とバラツキ不良の境界の近似式を求める請求項１に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、個々の単結晶基板の反りに対する核生成層の最適な成長温度を設定することにより、ウェハ面内の結晶成長分布のバラツキを低減し、デバイスを製造する際の歩留の向上を図った化合物半導体エピタキシャルウェハが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本発明の好適な実施の形態を示す化合物半導体エピタキシャルウェハ製造方法により製造する化合物半導体エピタキシャルウェハの断面図である。
【００２２】
図１に示すように、化合物半導体エピタキシャルウェハ１０は、ＳｉＣからなる単結晶基板１と、その単結晶基板１上に形成され、ＡｌＮからなる核生成層２と、その核生成層２上に形成され、ＡｌＧａＮを含む窒化物半導体層３とで構成される。
【００２３】
単結晶基板１は、窒化物半導体を成長させる土台である。また、単結晶基板１としては、その径が１００ｍｍ以上のものを用いる。これは、径が１００ｍｍ未満の単結晶基板では、反りα（μｍ）が小さいので、バラツキが発生しにくく、対策を講じる必要性が薄いためである。さらに、単結晶基板１の厚さは、３５０μｍ以上４５０μｍ以下である。これは、径が１００ｍｍ程度の単結晶基板１は、一般に、この範囲の厚さとなるからである。
【００２４】
核生成層２は、単結晶基板１と窒化物半導体層３との格子不整合を緩和するためのものである。
【００２５】
本発明は、核生成層２を形成する前に、単結晶基板１の反りα（μｍ）を測定し、核生成層２を形成する際の成長温度Ｔ（℃）を、単結晶基板１の反りα（μｍ）に対し、Ｔ＜４α＋１１８０としたものである。
【００２６】
図４、５は、反りα（μｍ）の測定方法を説明する図である。
【００２７】
図４、５に示すように、反りα（μｍ）は、アンクランプ状態で、単結晶基板１の表面中心の高さから、焦表面（表面３点基準）までの距離ｄで定義され、表面基準より下に凸の場合はマイナス、上に凸の場合はプラスの値をとる。
【００２８】
以下、単結晶基板１の反りα（μｍ）と核生成層２を形成する際の成長温度Ｔとの関係の根拠について述べる。
【００２９】
本発明者等は、複数元素からなる径１００ｍｍの単結晶基板について、使用する単結晶基板の反りα（μｍ）に着目し、単結晶基板のウェハ面内の結晶成長分布のバラツキとの相関を調べたところ、反りα（μｍ）の大きな単結晶基板を使用すると面内バラツキが大きくなり、反りα（μｍ）の少ない単結晶基板を使用すると面内バラツキが比較的小さくなり、また、成長温度を下げて核生成層の成長を行ったところ、面内バラツキが低減することを突き止めた。
【００３０】
以上から、面内バラツキは、使用する単結晶基板の反りα（μｍ）と核生成層の成長温度Ｔ（℃）に依存することが分かった。
【００３１】
図２は、単結晶基板の反りにより生じる問題について説明する図である。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、単結晶基板１に反りα（μｍ）がない場合は、単結晶基板１を加熱して結晶成長させる際、単結晶基板１を固定・加熱するサセプタ４と単結晶基板１との熱の授受が略均一であり、単結晶基板１の温度が略均一になるので、単結晶基板１面内での結晶の成長速度や、Ａｌドープのバラツキは起こりにくい。
【００３３】
しかしながら、図２（ｂ）に示すように、単結晶基板１に反りα（μｍ）がある場合（反りα（μｍ）が大きい場合）には、サセプタ４と単結晶基板１との熱の授受が単結晶基板１面内で均一ではないので、成長温度の異なった結晶が形成される。つまり、この結晶の外周側は、設計値通りの温度で成長しないことになる。
【００３４】
従って、結晶の成長速度や、Ａｌドープにバラツキが生じ、結果的に、所定の特性（電気特性など）が得られない問題が生じる。また、単結晶基板１に反りα（μｍ）がある場合には、単結晶基板１を加熱することにより、さらに、反りα（μｍ）が大きくなることがある。
【００３５】
そこで、本発明者等は、単結晶基板１上にエピタキシャル成長を行う前に、エピタキシャル層の結晶品質の均一性に注目し、均一性の良い結晶を製造できる最適な成長温度の予測を試みた。
【００３６】
図３は、以下に示す（１）〜（３）の条件で化合物半導体エピタキシャルウェハを製造したときのシート抵抗の面内バラツキの測定結果を、面内バラツキ良好（６％未満）と不良（６％以上）について、単結晶基板の反りα（μｍ）および核生成層の成長温度Ｔ（℃）の２つのパラメータをもとにまとめたものである。
【００３７】
（１）単結晶基板の窒化物半導体層成長前の室温での反りα（μｍ）が、それぞれ１０，３，−８，−１６，−２４（μｍ）である場合に、核生成層を１１００℃で成長させた後、その上に窒化物半導体層を成長させた。
【００３８】
（２）単結晶基板の窒化物半導体層成長前の室温での反りα（μｍ）が、それぞれ８，２，−１１，−１３，−１９，−２５（μｍ）である場合に、核生成層を１１５０℃で成長させた後、その上に窒化物半導体層を成長させた。
【００３９】
（３）単結晶基板の窒化物半導体層成長前の室温での反りα（μｍ）が、それぞれ７，３，−１，−９，−１２，−１９（μｍ）である場合に、核生成層を１２００℃で成長させた後、その上に窒化物半導体層を成長させた。
【００４０】
上述した（１）〜（３）それぞれにおける反りα（μｍ）は、レーザー光照射により生じた光の位相差を解析することにより求めた。
【００４１】
図３の実験結果から、バラツキ良好、バラツキ不良の境界は、単結晶基板１の反りα（μｍ）と核生成層２の成長温度Ｔをパラメータにとり、Ｔ＝４α＋１１８０で表された。
【００４２】
このＴ＝４α＋１１８０で表される直線上に位置する温度は、単結晶基板１が急激に反ってしまう温度の境界であると考えられ、この境界を表す直線式が均一性の良い結晶を製造できる最適温度の予測を可能にする。
【００４３】
これらの理由から、核生成層２を形成する際の成長温度Ｔを、Ｔ＜４α＋１１８０とした。
【００４４】
この本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハ１０によれば、単結晶基板１の反りα（μｍ）を測定し、核生成層２を形成する際の成長温度Ｔ（℃）を、単結晶基板１の反りα（μｍ）に対し、Ｔ＜４α＋１１８０とすることで、化合物半導体エピタキシャルウェハ１０面内の結晶成長分布のバラツキを低減できる。
【００４５】
すなわち、面内バラツキのよいウェハを取得する割合が増加し、バラツキの大きなウェハの取得率を低減できる。
【００４６】
従って、化合物半導体エピタキシャルウェハ１０をデバイスの材料に用いることでデバイスを製造する際の歩留を向上できる。
【００４７】
次に、本発明のより具体的な化合物半導体エピタキシャルウェハ１０の製造方法をさらに説明する。
【００４８】
化合物半導体エピタキシャルウェハ１０は、ＳｉＣからなる単結晶基板１の反りα（μｍ）を測定し、その単結晶基板１上に、ＡｌＮからなる核生成層２を成長温度Ｔ（Ｔ＜４α＋１１８０）で形成し、その核生成層２上に、ＡｌＧａＮを含む窒化物半導体層３を形成すると得られる。
【００４９】
窒化物半導体層３を形成する際の成長温度は、従来知られているような温度（例えば、１１００℃程度）にするとよい。
【００５０】
以上要するに、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハ１０の製造方法によれば、個々の単結晶基板１の反りα（μｍ）に応じて核生成層２の最適な成長温度Ｔ（Ｔ＜４α＋１１８０）を設定することにより、ウェハ面内の結晶成長分布のバラツキを低減し、デバイスを製造する際の歩留を向上できる化合物半導体エピタキシャルウェハ１０を得られる。
【００５１】
本実施の形態では、窒化物半導体層３を単層としたが、複数層としてもよい。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
単結晶基板１には１００ｍｍ径半絶縁性ＳｉＣ単結晶（厚さ３６５μｍ）を用い、その単結晶基板１の窒化物半導体層３成長前の室温での反りα（μｍ）が、それぞれ１０，３，−８，−１６，−２４（μｍ）である場合に、核生成層２を１１００℃で成長させた後、その上に窒化物半導体層３を成長させ、シート抵抗の面内バラツキを測定した。反りα（μｍ）は、レーザー光照射により生じた光の位相差を解析し、アンクランプ状態での、ウェハ表面中心の高さから、焦表面（表面３点基準）までの距離として求めた。
【００５３】
面内バラツキ６％未満をバラツキ良好、６％以上を不良と仮定したとき、単結晶基板１の反りα（μｍ）が−１６を境に、それ以上の値の反りα（μｍ）を有するエピタキシャルウェハはバラツキ良好、それ未満の値の反りα（μｍ）を有するエピタキシャルウェハはバラツキ不良の結果となった。
【００５４】
（実施例２）
単結晶基板１には１００ｍｍ径半絶縁性ＳｉＣ単結晶（厚さ３６８μｍ）を用い、その単結晶基板１の窒化物半導体層３成長前の室温での反りα（μｍ）が、それぞれ８，２，−１１，−１３，−１９，−２５（μｍ）である場合に、核生成層２を１１５０℃で成長させた後、その上に窒化物半導体層３を成長させ、シート抵抗の面内バラツキを測定した。反りα（μｍ）は、レーザー光照射により生じた光の位相差を解析し、アンクランプ状態での、ウェハ表面中心の高さから、焦表面（表面３点基準）までの距離として求めた。
【００５５】
面内バラツキ６％未満をバラツキ良好、６％以上を不良と仮定したとき、単結晶基板１の反りα（μｍ）が−１３を境に、それ以上の値の反りα（μｍ）を有するエピタキシャルウェハはバラツキ良好、それ未満の値の反りα（μｍ）を有するエピタキシャルウェハはバラツキ不良の結果となった。
【００５６】
（実施例３）
単結晶基板１には１００ｍｍ径半絶縁性ＳｉＣ単結晶（厚さ３６４μｍ）を用い、その単結晶基板１の窒化物半導体層３成長前の室温での反りα（μｍ）が、それぞれ７，３，−１，−９，−１２，−１９（μｍ）である場合に、核生成層２を１２００℃で成長させた後、その上に窒化物半導体層３を成長させ、シート抵抗の面内バラツキを測定した。反りα（μｍ）は、レーザー光照射により生じた光の位相差を解析し、アンクランプ状態での、ウェハ表面中心の高さから、焦表面（表面３点基準）までの距離として求めた。
【００５７】
面内バラツキ６％未満をバラツキ良好、６％以上を不良と仮定したとき、単結晶基板１の反りα（μｍ）が７を境に、それ以上の値の反りα（μｍ）を有するエピタキシャルウェハはバラツキ良好、それ未満の値の反りα（μｍ）を有するエピタキシャルウェハはバラツキ不良の結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明により製造された化合物半導体エピタキシャルウェハの断面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、単結晶基板の反りにより生じる問題について説明する図である。
【図３】化合物半導体エピタキシャルウェハのシート抵抗のバラツキについて、単結晶基板の反りと成長温度をパラメータとしてまとめた図である。
【図４】反りα（μｍ）の測定方法を説明する図である。
【図５】反りα（μｍ）の測定方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  単結晶基板
２  核生成層
３  窒化物半導体層
１０  化合物半導体エピタキシャルウェハ
【図１】
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【図２】
2010062443.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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