(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物単結晶の加工された表面から得られるＸ線ロッキングカーブのピーク強度に対する裾部分の強度の比率に基づいて、前記加工によって前記ＩＩＩ族窒化物単結晶に導入された応力漸移層を検出し、前記裾部分の位置が、前記加工前の単結晶のＸ線ロッキングカーブを測定した場合にＸ線回折強度がバックグラウンドレベルまで減衰した位置であることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物単結晶の応力漸移層の検出方法。
【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物単結晶が窒化ガリウムであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記Ｘ線ロッキングカーブの半値幅に基づいて前記加工後の前記ＩＩＩ族窒化物単結晶の結晶品質を評価することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記加工が平面研削加工であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記裾部分の位置が、ピーク位置から±５０００秒離れた位置であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色発光ダイオード等の作製に用いられるＧａＮ単結晶基板などのＩＩＩ族窒化物単結晶の応力漸移層の検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムバルクウエハは、青色レーザー用基板材料として実用化されており、高輝度高効率LED用基板やパワーデバイス用基板としての開発が活発化している。
【０００３】
これらデバイス用の基板として用いるためには、研磨加工は欠かすことができない。研磨加工の目的は、ウエハを所定の形状に精度よく成形することであるが、ただ単に成形しただけでは、意図した性能が発揮されない。すなわち、ウエハの表面に加工によるダメージ層（加工変質層）が残存していると、ウエハ本来の物性値を劣化させたり、ウエハ上に作製される機能層に悪影響を及ぼしたりすることがある。従って、窒化ガリウムウエハに研磨加工を施す際には、最終研磨工程が終わった段階で、加工変質層が除去されていることが望ましい。
【０００４】
特許文献１（WO2005/041283）では、窒化ガリウムの加工変質層についての議論がなされている。窒化ガリウムには物理的化学的性質が異なるＧａ面とＮ面があること、両者の研磨されやすさ、エッチングされやすさが異なること、研磨により加工変質層が発生すること、加工変質層はドライエッチングにより除去可能であること、などが開示されている。一方、加工変質層の有無をどのように判別するかについては記載されていない。
【０００５】
窒化ガリウム単結晶の表面の加工変質層を直接測定する方法を明記している文献は見つかっていないが、窒化ガリウム単結晶層に対してＸ線を照射し、得られたＸ線ロッキングカーブの半値全幅から窒化ガリウム単結晶層の結晶品質を測定する方法が知られている（特許文献２：特許３１８４７１７号）。
【０００６】
特許文献３（特許第2894154号）では、シリコン単結晶ウエハの加工変質層の測定方法が開示されている。シリコンウエハをウエットエッチングし、表面に発生するエッチピットの個数を測定する。加工変質層では、他の部分と比較してより多くのエッチピットが発生することから、加工変質層の深さを見積もることが可能としている。
【０００７】
また、特許文献４（特開2001-296118）には、加工変質層を含むシリコンウエハの表面の一部を円弧状に除去し、酸溶液で処理することにより、この部分に現れた加工変質層を顕微鏡で観察し、その深さを見積もる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】WO2005/041283
【特許文献２】特許３１８４７１７号
【特許文献３】特許第2894154号
【特許文献４】特開2001-296118
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２（特許３１８４７１７号）では、Ｘ線ロッキングカーブの半値全幅から窒化ガリウム単結晶層の結晶品質を測定しているが、バルク状の窒化ガリウム単結晶表面の加工変質層の有無と性状を測定することは明記されていない。
【００１０】
特許文献３（特許第2894154号）、特許文献４（特開2001-296118）ではシリコン表面の加工変質層を測定しているが、いずれも化学的エッチングによるものである。化学的エッチングを用いる方法は、シリコンウエハにエッチピットが発生する破壊検査であり、実際の製品を直接測定することができない。また、目視による判断であるため、観察者に依存するおそれがある。また、更に強酸を加熱して用いる必要があることから、環境に悪い。
【００１１】
本発明の課題は、ＩＩＩ族窒化物単結晶に加工によって導入された応力漸移層の検出を簡便かつ定量的にできるような非破壊検査を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物単結晶の加工された表面から得られるＸ線ロッキングカーブのピーク強度に対する裾部分の強度の比率に基づいて、加工によって前記単結晶に導入された応力漸移層を検出し、裾部分の位置が、加工前の単結晶のＸ線ロッキングカーブを測定した場合に、Ｘ線回折強度がバックグラウンドレベルまで減衰した位置であることを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物単結晶の応力漸移層の検出方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１３】
単結晶の表面にＸ線を照射して得られるＸ線ロッキングカーブの半値幅は、単結晶の結晶品質を反映する。単結晶の表面に加工変質層があると、表面は、通常、モザイク化している。すなわち、非晶質層や多結晶層が生成しており、その内側にモザイク層が残留する。多結晶層が生成していると、Ｘ線ロッキングカーブがブロードになり、半値幅が大きくなるものと思われる。
【００１４】
一方、本発明者が更に検討したところ、Ｘ線ロッキングカーブには、上記した非晶質層や多結晶層に起因する情報とは別種の情報源があることを見いだした。これは本発明者の発見である。
【００１５】
すなわち、本発明者は、単結晶を平面研削加工して加工変質層を表面に導入した。この段階では、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が大きくなり、かつ、Ｘ線ロッキングカーブの裾野が大きく広がる。普通に考えると、Ｘ線ロッキングカーブは単結晶表面の結晶性を表すものであるから、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が小さくなれば、裾の広がりも少なくなるものと考えられる。
【００１６】
本発明者は、この平面研削加工後の単結晶をダイヤモンド砥粒でラップ加工し、平面の凹凸を減らし、表面の多結晶層を除去することを試みた。このラップ加工後にＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、ラップ加工前よりも小さくなっていた。これは、平面研削加工によって表面に導入された非晶質層ないし多結晶層が部分的に除去されているので、結晶品質が向上し、半値幅が小さくなったものと考えられる。
【００１７】
ところが、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が小さくなったのにもかかわらず、ピークの裾がむしろ高くなっていることを発見した。つまり、単結晶表面の結晶性が改善しているのにもかかわらず、別の欠陥に起因するピークが生じてきたということであり、Ｘ線ロッキングカーブが表面の結晶品質以外の情報を含んでいるということを意味する。
【００１８】
本発明者は、逆格子マップを利用してこの現象を更に検討した結果、Ｘ線ロッキングカーブの裾高さの上昇が、結晶品質そのものよりも、むしろ多結晶層下の歪み層の導入、増大に起因することを突き止めた。
【００１９】
すなわち、図１に示すように、加工変質層の表面には、機械的応力の印加によって生じた結晶性の乱れに起因する、非晶質層、多結晶層、モザイク層が生ずる。これらはミクロに見た場合の結晶方位のずれを伴うため、Ｘ線の回折角度が本来の角度からずれることになり、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅に直接反映する傾向がある。一方、モザイク層と完全結晶層との間には、応力漸移層（歪み層）が生成し，残留することがある。この歪みが大きい場合には、歪み層の上にクラックが生成する。
【００２０】
こうした歪み層が導入されると、Ｘ線ロッキングカーブの裾の高さが大きくなることが判明した。この原因は、ラップ加工等の加工で加えられた応力により結晶格子が変形し、格子定数に僅かなバラツキが生じて回折条件が微妙に変わるためと考えられる。例えば上述の例では、ラップ加工で多結晶層を除去するために横方向に加わる応力によって、ｃ軸長が僅かに変化した歪み層が導入されたものと考えられる。従って、同一の結晶系においては、Ｘ線ロッキングカーブの裾の高さを測定すれば、歪み層の存在および程度を定量的に測定することが可能となるわけである。この方法を用いれば、単結晶表面の歪み層の有無および程度を非破壊で検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】典型的な加工変質層の構造を示す模式図である。矢印は結晶の特定の方位を表す。実際には各層の間には明確な境界は存在しない。
【図２】窒化ガリウム単結晶の表面加工方法と、窒化ガリウム単結晶から得られたＸ線ロッキングカーブとの関係を示すグラフである。回折強度（Intensity）はピーク強度を1として規格化してある。
【図３】窒化ガリウム単結晶の表面加工方法と、窒化ガリウム単結晶から得られたＸ線ロッキングカーブとの関係を示すグラフである。回折強度（Intensity）はピーク強度を1として規格化してある。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（単結晶）
本発明が対象とする単結晶は、III族金属の窒化物である。特に好ましくは、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムおよびこれらよりなる混晶（ＡｌＩｎＧａＮ）を例示できる。
【００２３】
（Ｘ線ロッキングカーブ）
Ｘ線回折装置を用い、Ｘ線を単結晶に照射しながら単結晶を回折中心軸周りに回転させた際に得られる回折強度をプロットした曲線がＸ線ロッキングカーブである。
本発明では、好ましくは、４結晶を用いるＸ線回折法を利用する。この方法は、単結晶の格子定数を精密に評価し、その半値幅から結晶の完全性を評価する方法である。具体的には、Ｘ線を４個（２組）の結晶から成るモノクロメーターによって高度に単色化して試料に照射し、この試料から回折するＸ線のピークを得る。
【００２４】
Ｘ線源は、Ｃｕ，Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ管球を光源とする特性Ｘ線が適用可能であるが、ＣｕＫ線、ＭｏＫ線が好ましく、特に好ましくはＣｕｋα1 である。
【００２５】
管電圧は限定されないが、２０〜６０ｋＶが好ましく，例えば４０ｋＶである。
【００２６】
管電流は限定されないが、３０〜５０ｍＡが好ましく、例えば４０ｍＡである。
【００２７】
単色化のためのモノクロメーター結晶としては、Ｇｅ（２２０）、Ｇｅ（４４０）、Ｇｅ（１１１）が好ましく、Ｇｅ（２２０）が特に好ましい。
【００２８】
また、測定対象の単結晶のうちどの回折ピークを測定するかは、Ｘ線回折の知識を用いて適宜実施すればよい。
【００２９】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮのような窒化物単結晶の場合には、（０００２）（１０−１２）（１０−１０）の回折ピークを測定することが好ましい。
【００３０】
（Ｘ線ロッキングカーブの半値幅）
本発明でいう半値幅とは、得られたＸ線ロッキングカーブの半値全幅（ＦＷＨＭ：full width athalf-maximum）である。半値幅は、ピーク強度の５０％の強度における半値幅である。
【００３１】
（Ｘ線ロッキングカーブのピーク強度に対する裾部分の強度の比率）
ピーク強度とは、Ｘ線ロッキングカーブのピーク位置での強度である。裾部分の強度を測定する位置は、加工前の単結晶のＸ線ロッキングカーブを測定した場合に、回折強度がバックグラウンドレベルまで減衰する位置である。好適な実施形態においては、Ｘ線ロッキングカーブの裾部分の強度は、ピーク位置から＋４９００〜５１００秒離れた位置の強度と、−４９００〜５１００秒離れた位置の強度との平均値である。典型的には、ピーク位置から＋５０００秒離れた位置の強度と、−５０００秒離れた位置の強度との平均値である。
【００３２】
この比率が高いと、応力漸移層が生成していることがわかる。また比率の数値を比較することによって、応力漸移層の度合いを知ることができる。
【実施例】
【００３３】
市販の気相法によるGaNウエハ（未研磨）のX線ロッキングカーブ測定(0002反射)を実施した。その後、横型研削機による平面研削（砥石＃600）、ダイヤモンドラップ装置によるラップ加工（砥粒3μm、0.5μm）、CMP加工（コロイダルアルミナ）、ドライエッチング加工（塩素系ガス）を施し、各工程ごとにX線ロッキングカーブ測定を実施した。測定結果を図２および図３に示す。図２では縦軸をリニア軸とし、図３では縦軸を対数軸としてプロットした。
【００３４】
表1にＸ線ロッキングカーブ半値幅および裾部分の反射強度を示す。Ｘ線ロッキングカーブ半値幅はピーク強度の５０％の強度での半値幅であり、裾部分の強度はピーク位置から±5000秒離れた位置の強度の平均値である。図３から、加工変質層および応力歪み層がない場合のＸ線回折強度は、ピーク位置から±5000秒離れた位置ではバックグラウンドと同等レベルである。
【００３５】
【表１】
0005486905.tif 000002
【００３６】
また、発生が予想される加工変質層の模式図を図１に示す。
半値幅は平面研削でいったん大きくなるが、工程が進むにつれて減少し、CMP研磨によりほぼ未研磨と同じ状態に戻ることが判明した。これは、平面研削により、半値幅に影響を及ぼす多結晶層とモザイク層が導入されるが、ダイヤモンドラップとCMPでほぼ除去されることを示唆している。一方、裾部分の強度については、平面研削よりもむしろダイヤモンドラップで増加した。これは事前の予想と異なっており、ダイヤモンドラップにより面内水平方向に圧縮応力が導入され、ｃ軸が僅かに大きくなった応力歪み層が発生したためと考察された。この歪みはCMPでは回復せず、ドライエッチング加工により、ようやく回復した。
【００３７】
このように、Ｘ線ロッキングカーブの裾部分の強度が高くなると、加工歪み層が導入されていることを示し、この強度が低くなると、導入された加工歪み層が除去され、あるいは減少していることが理解できる。
【図１】
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【図２】
0005486905.tif 000004
【図３】
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