(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニバーサル硬度が面内で一様に４３００Ｎ／ｍｍ２以上４８５０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とするＧａＡｓウェハ。
【請求項２】
前記ＧａＡｓウェハがＬＥＣ法により形成され、前記ＧａＡｓウェハの外径が１００ｍｍ以上である請求項１に記載のＧａＡｓウェハ。
【請求項３】
前記ＧａＡｓウェハの面方位が、（１００）面、（１００）面と等価な面、（１１０）面、（１１０）面と等価な面、（１１１）面、または（１１１）面と等価な面である請求項１または２に記載のＧａＡｓウェハ。
【請求項４】
原料および封止剤を収納したルツボを加熱し、前記ルツボ内の液体封止剤で覆われた原料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を徐々に引き上げて、一定の外径を有するようにＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、前記成長工程で得られた前記ＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程とを有するＧａＡｓウェハの製造方法において、
前記成長工程では、前記ＧａＡｓ単結晶と前記原料融液との固液界面の形状が前記原料融液側に凸状となっており、前記原料融液と前記液体封止剤との界面から前記原料融液中の前記ＧａＡｓ単結晶の先端部までの長さＴ１と、前記ＧａＡｓ単結晶の外径Ｔ２との比Ｔ１／Ｔ２が、０.３０≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４０であり、
前記ウェハ作製工程で得られた前記ＧａＡｓウェハは、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４３００Ｎ／ｍｍ２以上４８５０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とするＧａＡｓ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、ＧａＡｓウェハ及びその製造方法に関し、特にスリップの発生を抑制できるＧａＡｓウェハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓなどの化合物半導体単結晶は、ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralski：
液体封止引き上げ）法、ＶＢ（Vertical Bridgeman：垂直ブリッジマン）法などによって製造される。従来、半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長において、多結晶化を防止するために結晶成長中の固液界面形状を融液側に凸状にすることが重要であり、凸状の固液界面とするための種々の構造や成長条件などが提案されている（例えば、特許文献１〜６）。
【０００３】
半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を成長させた後に、これをスライス加工して得られる半絶縁性のＧａＡｓウェハを基板にして、各種デバイスが作製される。具体的には、ＧａＡｓウェハ上に、ＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体層を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）等によりエピタキシャル成長させ、その後、リソグラフィーおよびエッチング等の技術を用いて電子デバイスや受・発光デバイス等が作製されている。
【０００４】
ここで、エピタキシャル成長させるＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体層は、その下地ウェハであるＧａＡｓと組成が異なるため、格子定数や熱膨張係数が異なる。そのため、図４に示すように、ＧａＡｓウェハ２０上にエピタキシャル層２１を積層したエピタキシャルウェハ２２には歪みが生じ、エピタキシャルウェハ２２全体がエピタキシャル層２１側に凸形状に反ることが多い。
【０００５】
デバイス製造プロセス中において、ＧａＡｓウェハは、何回か高温に晒される。例えば、ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長では、ＧａＡｓウェハを約８００℃まで昇温させてエピタキシャル成長がなされ、あるいはエピタキシャル成長後のウェハアニール処理でもＧａＡｓウェハは高温に晒される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２３８８７０号公報
【特許文献２】特開平６−１０７４１６号公報
【特許文献３】特開２００４−１０４６７号公報
【特許文献４】特開２００６−３２７８７９号公報
【特許文献５】特開２００６−３６６０４号公報
【特許文献６】特開２００８−２２２４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、ＧａＡｓウェハ２０上に格子定数が異なるエピタキシャル層２１を形成したエピタキシャルウェハ２２は、少なからず反りを有し、エピタキシャル成長工程におけるエピタキシャル成長後の降温時に、もしくはエピタキシャル成長工程後になされるウェハアニール処理中の昇降温時に、ＧａＡｓウェハ２０の反り、つまり格子歪みを開放するべく、図５に示すように、ＧａＡｓウェハ２０の表面に、ＧａＡｓウェハ２０の外周縁部から特定の結晶方向に沿う直線状のすじ、つまりスリップ２３が発生する。なお、２４はノッチである。
【０００８】
ウェハに急激な温度変化を与えると、ウェハ内部の歪みを開放するために結晶が一部移動し、それが結晶面の高さにずれを生じさせて、ウェハ表面に段差が生じる。これがスリップであり、結晶の開放端であるウェハ外周縁部から発生し、その段差は中心方向に伝搬され、外周縁部から中心に向かう直線状のすじとなって現れる。ウェハの中央部側にはデバイス形成領域が位置しているため、スリップがデバイス領域に伝搬されると、デバイスに断線等の不良が生じるといった問題があった。
【０００９】
スリップの発生を抑制するには、エピタキシャル成長後の降温速度やウェハアニール処理時の昇温速度および降温速度を小さくすること等が効果的であるが、デバイスの特性を制御したり、安定させる上では昇温速度および降温速度が大きい方が有利である場合が多いため、昇温速度および降温速度を小さくすることは難しい。
【００１０】
そこで、従来技術として、あらかじめエピタキシャル成長用化合物半導体ウェハを、エピタキシャル層を成長させる表面を上側に向けた時に中央部が低く且つ周辺部が高く、同心円状に反った凹形状とすることで、エピタキシャル成長後の反りを修正し、スリップの発生を抑止する技術が提案されている（特開２００７−２１４３６８号公報）。
【００１１】
しかし、上記のようにウェハを凹形状としても、直径１５０ｍｍを超えるＧａＡｓウェハの大口径化に伴い、ウェハの熱処理やエピタキシャル成長により、ウェハ外周縁部から中心に向かうスリップが発生しやすくなっている。これは、ウェハの大口径化によって面内温度均一性を保つことが難しくなってきているためであり、ウェハの反りによる歪みを修正してもなお、中心部と外周縁部との温度不均一により発生する熱応力によって、歪みが開放され、結果としてウェハ外周縁部から中心に向かうスリップが発生する。スリップの発生は、ＬＥＣ法やＶＢ法といったＧａＡｓ単結晶の製造方法に依らないことが確認されており、直径１５０ｍｍを超える大口径ＧａＡｓウェハに当てはまる問題と言える。
【００１２】
本発明の目的は、大口径化しても、スリップ不良の発生を抑制できるＧａＡｓウェハ及びそ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】
本発明の第１の態様は、ユニバーサル硬度が面内で一様に４３００Ｎ／ｍｍ２以上４８５０Ｎ／ｍｍ２以下であるＧａＡｓウェハである。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様のＧａＡｓウェハにおいて、前記ＧａＡｓウェハがＬＥＣ法により形成され、前記ＧａＡｓウェハの外径が１００ｍｍ以上である。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様のＧａＡｓウェハにおいて、前記ＧａＡｓウェハの面方位が、（１００）面、（１００）面と等価な面、（１１０）面、（１１０）面と等価な面、（１１１）面、または（１１１）面と等価な面である。
【００１６】
本発明の第４の態様は、原料および封止剤を収納したルツボを加熱し、前記ルツボ内の液体封止剤で覆われた原料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を徐々に引き上げて、一定の外径を有するようにＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、前記成長工程で得られた前記ＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程とを有するＧａＡｓウェハの製造方法において、
前記成長工程では、前記ＧａＡｓ単結晶と前記原料融液との固液界面の形状が前記原料融液側に凸状となっており、前記原料融液と前記液体封止剤との界面から前記原料融液中の前記ＧａＡｓ単結晶の先端部までの長さＴ１と、前記ＧａＡｓ単結晶の外径Ｔ２との比Ｔ１／Ｔ２が、０.３０≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４０であり、
前記ウェハ作製工程で得られた前記ＧａＡｓウェハは、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４３００Ｎ／ｍｍ２以上４８５０Ｎ／ｍｍ２以下であるＧａＡｓウェハの製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大口径化としても、スリップ不良の発生を抑制できるＧａＡｓウェハが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るＧａＡｓウェハの製造方法におけるＧａＡｓ単結晶成長に用いたＧａＡｓ単結晶製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＧａＡｓウェハの製造方法のＧａＡｓ単結晶成長において、一定の外径を有するように制御してＧａＡｓ単結晶を引き上げているときの、ＧａＡｓ単結晶と原料融液との固液界面を例示した断面図である。
【図３】実施例および比較例のＧａＡｓ単結晶の成長時における固液界面の凸度（原料融液と液体封止剤の界面から原料融液側のＧａＡｓ結晶先端部までの長さＴ１とＧａＡｓ結晶外径Ｔ２との比Ｔ１／Ｔ２）と、ＧａＡｓ単結晶をスライスして得られたＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度及び熱処理後のスリップ発生の有無との関係を示すグラフである。
【図４】ＧａＡｓウェハにエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェハの断面図である。
【図５】従来のＧａＡｓウェハを用いたエピタキシャルウェハに対して、ウェハアニール処理後にウェハに発生するスリップの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係るＧａＡｓウェハ及びＧａＡｓウェハの製造方法の実施形態を説明する。
【００２０】
［ＧａＡｓウェハ］
本発明の一実施形態のＧａＡｓウェハは、ＧａＡｓウェハ表面のユニバーサル硬度が、面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上４８５０Ｎ／ｍｍ２以下である硬質のＧａＡｓウェハである。ユニバーサル硬度が面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上である硬質なＧａＡｓウェハとすることにより、ＧａＡｓウェハを用いたデバイス製造プロセス中の熱処理、例えば、エピタキシャル成長やアニール処理における熱処理に対して、ＧａＡｓウェハ自身の反りや熱処理時のウェハ面内の温度不均一といった影響があっても、スリップ不良の発生を抑止できることが明らかとなった（実施例参照）。
面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上のユニバーサル硬度を有するＧａＡｓウェハは、後述するように、ＬＥＣ法において所定の成長条件で作製されたＧａＡｓ単結晶をスライスすることにより得られる。なお、本実施形態において、ＧａＡｓウェハ表面のユニバーサル硬度の上限値を４８５０Ｎ／ｍｍ２以下としたのは、ＬＥＣ法における成長条件を種々に検討してＧａＡｓ単結晶を作製した結果、最も高いユニバーサル硬度を有するＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度が４８５０Ｎ／ｍｍ２であったからである。
【００２１】
上記ＧａＡｓウェハは、ＬＥＣ法により形成され、その外径が１００ｍｍ以上であるのが好ましい。１００ｍｍ以上に大口径化しても、スリップ発生を抑止でき、ＧａＡｓウェハを用いたデバイスの量産化などに貢献できる。
また、上記ＧａＡｓウェハの面方位は、（１００）面、（１００）面と等価な面、（１１０）面、（１１０）面と等価な面、（１１１）面、または（１１１）面と等価な面とするのが、デバイス特性上やデバイス作製などの観点から、好ましい。
【００２２】
上記ＧａＡｓウェハの硬度を規定するユニバーサル硬度とは、超微小負荷硬さ試験方法
により測定される押し込み硬さであり、ユニバーサル硬度は、圧子を荷重を加えながら被測定物（ＧａＡｓウェハ面）に押し込むことにより、下記の式（１）から求められる。
ユニバーサル硬度＝Ｆ／Ａ（ｈ）    ……式（１）
ここで、Ｆは被測定物に加えられる試験荷重（試験力）であり、Ａ（ｈ）は試験荷重下での圧子の被測定物との接触表面積（圧子を被測定物に押し込むことで生じる被測定物の凹みの表面積）であって、圧子の被測定物への押し込み深さｈから算出される。試験荷重Ｆの単位はＮ（ニュートン）、接触表面積Ａ（ｈ）の単位はｍｍ２であり、ユニバーサル硬度の単位はＮ／ｍｍ２（ＭＰａ）である。
【００２３】
このユニバーサル硬度の測定は、市販の硬度測定器を用いて行うことができ、例えば、超微小硬度測定器「フィッシャースコープＨ−１００」（フィッシャーインストルメント社製）を用いて測定することができる。この超微小硬度測定器では、四角錐或いは三角錐形状の圧子を被測定物に押し込む過程で負荷する試験荷重Ｆと押し込み深さｈを連続的に測定し、所望の試験荷重に達した時点での押し込み深さから圧子が被測定物と接触している表面積を求め、上記の式（１）よりユニバーサル硬度を算出する。
【００２４】
上記超微小硬度測定器「フィッシャースコープＨ−１００」を用いてＧａＡｓウェハの硬度を測定した具体的な測定条件を次に記す。
測定圧子：ヴィッカース圧子
測定環境：温度２４℃、湿度６５％
測定試料：厚さが６００μｍ〜７５０μｍのＧａＡｓウェハ
最大試験荷重：１０００ｍＮ
荷重条件：最大試験荷重に３０ｓｅｃで達する速度で、時間に比例して荷重を印加
【００２５】
硬度測定は、各試料とも、例えば（１００）面ウェハの場合には、＜００１＞方向の半径（線分）上における、ウェハ外周縁より５ｍｍの位置と、ウェハ中心と、これら２点間の線分を４等分する３点との５点で測定した。更に、＜００１＞方向とは中心角で４５°異なる＜０１１＞方向の半径（線分）上における、ウェハ外周縁より５ｍｍの位置と、ウェハ外周縁より５ｍｍの位置とウェハ中心との間の線分を４等分する３点との４点で測定した。つまり、＜００１＞方向の半径上および＜０１１＞方向の半径上において合計９点の測定点で、ＧａＡｓウェハ面内のユニバーサル硬度を測定した。これら９点で測定されたユニバーサル硬度のうち最小値を用いて、ＧａＡｓウェハ面内の硬度は面内に一様に前記最小値以上のユニバーサル硬度を有すると規定した。
また、（１１０）面ウェハや（１１１）面ウェハの場合にも、同じ要領でユニバーサル硬度を測定した。すなわち、ウェハ外周縁より５ｍｍの位置からウェハ中心に向かって等間隔で５点測定し、中心方向を４５°変更し、ウェハ中心からウェハ外周縁より５ｍｍの位置に向かって等間隔て４点測定し、合計９点のうち最小値をＧａＡｓウェハ表面のユニバーサル硬度とした。
なお、ユニバーサル硬度の測定点は、上記測定点・測定位置に限らず、ＧａＡｓウェハ面内の適宜分散した複数の位置で測定すればよい。
【００２６】
［ＧａＡｓウェハの製造方法］
次に、本発明に係るＧａＡｓウェハの製造方法の一実施形態を説明する。本実施形態のＧａＡｓウェハの製造方法では、ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、成長工程で得られたＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程とを有する。
【００２７】
［ＧａＡｓ単結晶製造装置］
まず、本実施形態のＧａＡｓ単結晶の成長工程で用いたＧａＡｓ単結晶製造装置について説明する。このＧａＡｓ単結晶製造装置は、ＬＥＣ法によりＧａＡｓ単結晶を成長する
装置である。
ＧａＡｓ単結晶製造装置は、図１に示すように、炉体部分である高圧容器８と、ＧａＡｓ単結晶３を引上げる為に下端に種結晶２を有する引上げ軸（上軸）９と、原料融液５及び液体封止剤６を収納する容器であるルツボ４と、ルツボ４を収容するサセプタ１０と、サセプタ１０を支持するペデスタル（下軸）１１と、ルツボ４を加熱して主にＧａＡｓ単結晶３の外径を制御する役割を有する上部ヒータ１２および主に固液界面１の形状を制御する役割を有する下部ヒータ１３とを有する構造となっている。
【００２８】
不活性の雰囲気ガス７で満たされた高圧容器８からなる成長炉には、ＧａＡｓ単結晶３を引上げるための引上げ軸９が高圧容器８の上壁を貫通して設けられ、引上げ軸９の先端に、種結晶（シード結晶）２が取り付けられる。ペデスタル１１は高圧容器８の底壁を貫通して設けられ、ペデスタル１１の上端にはサセプタ１０が固定されており、ペデスタル１１はサセプタ１０を介してルツボ４を支持している。ルツボ４には、ＧａＡｓ単結晶３の原料と、液体封止材として、例えばＢ２Ｏ３とが収容される。ペデスタル１１は引上げ軸９と軸心を一致させて設けられる。ペデスタル１１、引上げ軸９はそれぞれ回転装置（図示せず）により回転され、かつ昇降装置（図示せず）により昇降される。高圧容器８内には、ルツボ４内の原料及び液体封止材を溶融する加熱手段として、上部ヒータ１２と下部ヒータ１３が設けられている。また、上部ヒータ１２および下部ヒータ１３の温度を制御する温度コントローラ（図示せず）が設けられると共に、ルツボ４内の原料及び液体封止材の温度を検出するための温度検出手段として熱電対１４が設けられる。上部ヒータ１２および下部ヒータ１３は、サセプタ１０の外周部を包囲するようにサセプタ１０と同心配置で設置され、熱電対１４はペデスタル１１の軸内上部に設置される。
【００２９】
［ＧａＡｓ単結晶の製造］
ＧａＡｓ単結晶を製造する際は、まず、高圧容器８内が所定圧の不活性ガス雰囲気に保持される。不活性の雰囲気ガス７の圧力は、原料融液５からのＡｓの解離を防止する圧力に設定される。次に、温度コントローラにより温度制御されて上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３が加熱される。ルツボ４の温度が上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３の加熱により、まず液体封止材６が溶融し、続いてＧａＡｓ原料が溶融する。溶融した液体封止材６の比重よりも、ＧａＡｓ原料の原料融液５の比重が大きいので液体封止材６により、原料融液５の表面が覆われる。これにより、原料融液５からのＡｓの解離が防止される。結晶成長の際は、引上げ軸９の先端に固定された種結晶２を原料融液５に接触させ（例えば、ＧａＡｓ原料融液５にＧａＡｓ種結晶２の（１００）面を接触させる）、この状態で温度コントローラのフィードバック制御によって上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３の温度を徐々に低下させながら、種結晶２をゆっくりと引上げていく。こうすることで、ＧａＡｓ単結晶３が成長し、ＧａＡｓ単結晶３が液体封止材６を貫いて引上げられていく。
【００３０】
また、結晶成長の進行に伴ってルツボ４内の原料融液５が減少すると、必然的に液面位置が下がり、上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３と結晶成長界面の位置関係が変化し、原料融液５を効率良く加熱することが難しくなる。このため、ＧａＡｓ単結晶３の成長量から液面の低下量を算出し、これを補正するように昇降装置によってペデスタル１１を徐々に上昇させてルツボ４の位置を調整し、原料融液５の液面を、上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３の発熱帯に対して常に一定の位置にする制御が実行される。
【００３１】
結晶製造中のＧａＡｓ単結晶３と原料融液５との固液界面１の形状については、原料融液５側に凸面形状となるように制御されている。多結晶化の原因となる転位は固液界面１に垂直に伝播するため、固液界面１の形状が原料融液５側に凹面形状になると、転位が集合して多結晶化してしまうからである。そのため、上部ヒータ１２によって主にＧａＡｓ単結晶３の外径を制御し、下部ヒータ１３によって主に固液界面１の形状を制御する。
【００３２】
本実施形態のＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長工程では、図２に示すように、ＧａＡｓ単結晶３と原料融液５との固液界面１の形状を原料融液５側に凸状にしている。更に、固液界面１の凸度、つまり、原料融液５と液体封止剤６との界面から原料融液５中のＧａＡｓ単結晶３の先端部までの長さＴ１と、ＧａＡｓ単結晶３の外径（一定の外径となるように制御されて引き上げられるＧａＡｓ単結晶３の直胴部の外径）Ｔ２との比Ｔ１／Ｔ２を、０.２５≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４５の範囲とする。この範囲の凸度（比Ｔ１／Ｔ２）で成長させたＧａＡｓ単結晶３をスライス加工して得られたＧａＡｓウェハは、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上にすることができ（後述の実施例の図３、表１、表２参照）、エピタキシャル成長後の降温時やエピタキシャル成長後のウェハアニール処理中の昇降温時においても、スリップを発生させず、デバイス歩留を高歩留に維持することが可能になる。
【００３３】
ＧａＡｓ単結晶製造中の固液界面の凸度（比Ｔ１／Ｔ２）の範囲を、０.２５≦Ｔ１／
Ｔ２≦０.４５としたのは、この範囲を外れた凸度で成長したＧａＡｓ単結晶をスライス
加工して得られたＧａＡｓウェハでは、ユニバーサル硬度がウェハ面内で４０００Ｎ／ｍｍ２末満となる領域（ウェハ全域または一部領域）が発生してしまうからである。また、ユニバーサル硬度の下限値を４０００Ｎ／ｍｍ２としたのは、ユニバーサル硬度が４０００Ｎ／ｍｍ２未満のＧａＡｓウェハの場合には、エピタキシャル成長後の降温時やエピタキシャル成長後のウェハアニール処理中の昇降温時においてスリップが発生してしまうからである。よって、ＬＥＣ法によりＧａＡｓ単結晶を製造する場合には、単結晶製造中の固液界面の凸度を０.２５≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４５の範囲に定めるのが適切である。固液界面の凸度は、０.３０≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４０の範囲とするのがより好ましい。固液界面の凸度を０.２５≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４５の範囲にすると、ウェハ面内で一様に４１００Ｎ／ｍｍ２以上のユニバーサル硬度を実現でき、また、固液界面の凸度を０.３０≦Ｔ１／Ｔ
２≦０.４０の範囲にすると、ウェハ面内で一様に４３００Ｎ／ｍｍ２以上のユニバーサ
ル硬度を実現できる。
【００３４】
ＧａＡｓ単結晶の固液界面の凸度に関する考察を更に記載する。
１．固液界面の凸度の下限について
（１）凸度が増すほど、ＧａＡｓ単結晶にかかる熱応力が増す。
（２）熱応力が応力緩和の臨界レベル（例えば臨界分解せん断応力）を超えると、ＧａＡｓ単結晶に転位による応力の緩和が起こる。
（３）凸度が減るほど、ＧａＡｓ単結晶にかかる熟応力が減少し転位の発生も減る。
（４）凸度が０.２５未満だと、転位による応力緩和が不足し、残留歪値が３.０×１０−５を超え、ユニバーサル硬度が４０００Ｎ／ｍｍ２未満になるものが出ると考えられる。２．固液界面の凸度の上限について
（１）凸度が増すほど、転位の発生が増える。
（２）凸度が０.４５を超えると、転位密度が１０５／ｃｍ２を超え、ユニバーサル硬度
が４０００Ｎ／ｍｍ２以下になるものが出ると考えられる。
凸度と転位・熱応力・歪みとの関係については、上述した通りであるが、他の理由についても検討している。
すなわち、凸度が増すほど、ウェハ面内で見た時の固化時点に差が出る。これによって硬度に差が生じている可能性もあると考えられる。具体的には、炭素の結晶への取り込み量は、ＧａＡｓ固化時点によって異なる。つまり、ウェハ面内での炭素取り込み量に差が出る（炭素濃度のウェハ面内差が大きくなる）。凸度が０.４５を超えると、炭素濃度の
ウェハ面内差｛（外周部の炭素濃度−中心部の炭素濃度）／中心部の炭素濃度｝が３０％を超え、ユニバーサル硬度が４０００Ｎ／ｍｍ２未満になるものが出る。
【００３５】
なお、上記実施形態では、ＧａＡｓ単結晶をＬＥＣ法を用いて作製したが、ユニバーサル硬度が面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上である硬質のＧａＡｓウェハが得られるの
であれば、ＬＥＣ法に限らずに、ＶＢ法などを用いてＧａＡｓ単結晶を作製しても勿論よい。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００３７】
［実施例１］
実施例１では、図１に示す上記実施形態のＧａＡｓ単結晶製造装置を用いてＧａＡｓ単結晶を成長し、このＧａＡｓ単結晶をスライス加工して直径１５０ｍｍ、オフ角０°の（１００）ジャストＧａＡｓウェハ（（１００）ジャスト基板）を作製した。
【００３８】
＜実施例１−１＞
ｐＢＮ製のルツボ４にＧａＡｓ多結晶４０,０００ｇ、液体封止剤として三酸化硼素２,５００ｇを入れ、高圧容器８に収納し、高圧容器８内の圧力が９.０ｋｇｆ／ｃｍ２にな
るように不活性の雰囲気ガス７を充填した。不活性ガスとして窒素ガスを用い、雰囲気ガス７における窒素ガス濃度を９７％とした。不活性の雰囲気ガス７を充填後、上部ヒータ１２および下部ヒータ１３によりルツボ４を加熱することで、三酸化硼素、ＧａＡｓ多結晶を融解させた後、温度を調整して種付けを行い、直径１５０ｍｍのＧａＡｓ単結晶を固液界面の凸度が０.３５となるように上部ヒータ１２および下部ヒータ１３により温度制
御して成長させ、全長３００ｍｍのＧａＡｓ単結晶を成長させた。
上記雰囲気ガス７における窒素ガス濃度は９５％〜９９％の範囲で制御し、高圧容器８内の圧力は７.０ｋｇｆ／ｃｍ２〜９.０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で制御するのがよい。また、上記雰囲気ガスに、炭素を含むガスとしてＣＯガス、ＣＯ２ガスを０.１％以上５％以
下の濃度で混合させて、ＧａＡｓ単結晶への炭素の取り込み量を制御するのがよい。なお、高圧容器８内の雰囲気ガス濃度の制御においては、高圧容器８内のガス濃度を直接測定するのではなく、高圧容器８に供給されるガスのガス流量から高圧容器８内のガス濃度を計算して行った。すなわち、高圧容器８に供給されるガス流量はマスフローメータで計測し、計測されたガス流量から高圧容器８内のガス濃度を計算し、このガス濃度の計算結果に基づいて、マスフローメータでガス流量を調整して、高圧容器８内の雰囲気ガス濃度を制御した。
【００３９】
上記窒素ガス濃度の成長条件でＧａＡｓ単結晶の成長を行うことで、成長するＧａＡｓ単結晶の表面は窒化膜（ＧａＮＡｓやＧａＮ）で覆われ、ヒータの加熱によってＧａＡｓ単結晶の直胴部の表面にＧａダレが生じることを抑えることができる。窒化膜としては、当初はＧａＮＡｓ膜が形成され、その後、一部ではＧａＮＡｓ膜からＡｓが抜けてＧａＡｓ膜となっているものと考えられる。上記窒素ガス濃度の条件でＧａＡｓ単結晶の成長を行うことで、成長したＧａＡｓ単結晶の表面には、２〜１０ｎｍの窒化膜が形成されていた。
また、雰囲気ガスに炭素を含むガス（ＣＯガスやＣＯ２ガス）を上記の濃度範囲で混合させることにより、ＧａＡｓウェハ面内のユニバーサル硬度のばらつきを所定の範囲に抑制できると共に、ＧａＡｓウェハ自体の電気的特性のばらつきも抑える効果を奏する。
【００４０】
上記の成長条件で、５本のＧａＡｓ単結晶を作製し、ＧａＡｓ単結晶をスライス加工して得た（１００）ジャストＧａＡｓウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が４４５０Ｎ／ｍｍ２以上であった。実施例１−１で作製した高硬度のＧａＡｓウェハには、ウェハ面内の測定点におけるユニバーサル硬度の最大値が４８００Ｎ／ｍｍ２で、ウェハ面内でユニバーサル硬度が４７８５Ｎ／ｍｍ２以上のＧａＡｓウェハが得られた。また、実施例１−１で得られた全てのＧａＡｓウェハの比抵抗は、１×１０８Ω・ｃｍ以上であった。
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、このエピタキシャル層を有するＧａＡｓウェハをウェハアニール炉内に配置し、水素ガス雰囲気で室温から８５０℃まで昇温速度６００℃／ｈで昇温し、続いて８５０℃から室温まで降温速度６００℃／ｈで降温した。ウェハアニール処理を実施したＧａＡｓウェハを目視にてスリップ発生の有無を観察したが、スリップの発生は認められなかった（２０枚中０枚）。
【００４１】
次に、上記実施例１−１におけるＧａＡｓ単結晶成長時の固液界面の凸度（０.３５）
を変更した以外は、同じ条件で直径１５０ｍｍの（１００）ジャストＧａＡｓウェハを作製した実施例１−２〜１−５及び比較例１−１〜１−６について以下に述べる。
【００４２】
＜実施例１−２＞
実施例１−２では、固液界面の凸度を０.３０となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）ジャストＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度は、全てのウェハで４３５０Ｎ／ｍｍ２以上であった。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したが、スリップの発生は認められなかった（２０枚中０枚）。
【００４３】
＜実施例１−３＞
実施例１−３では、固液界面の凸度を０.２５となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）ジャストＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度は、全てのウェハで４２００Ｎ／ｍｍ２以上であった。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したが、スリップの発生は認められなかった（２０枚中０枚）。
【００４４】
＜実施例１−４＞
実施例１−４では、固液界面の凸度を０.４０となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）ジャストＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度は、全てのウェハで４３５０Ｎ／ｍｍ２以上であった。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したが、スリップの発生は認められなかった（２０枚中０枚）。
【００４５】
＜実施例１−５＞
実施例１−５では、固液界面の凸度を０.４５となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）ジャストＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度は、全てのウェハで４２５０Ｎ／ｍｍ２以上であった。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したが、スリップの発生は認められなかった（２０枚中０枚）。
【００４６】
＜比較例ｌ−１＞
比較例１−１では、固液界面の凸度を０.２０となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）ジャストＧａＡｓウェハの面内の測定点におけるユニバーサル硬度は、３９００〜４１００Ｎ／ｍｍ２の範囲であり、全てのウェハにおいて４０００Ｎ／ｍｍ２未満である測定点が１箇所以上存在していた。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したところ、スリップの発生が認められた（２０枚中８枚）。スリップの発生したウェハでは、ユニバーサル硬度４０００Ｎ／ｍｍ２未満の測定点が複数箇所に存在していた。
【００４７】
＜比較例ｌ−２＞
比較例１−２では、固液界面の凸度を０.１５となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）ジャストＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度は、全てのウェハで３９５０Ｎ／ｍｍ２未満であった。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したところ、多くのウェハでスリップの発生が認められた（２０枚中１６枚）。
【００４８】
＜比較例ｌ−３＞
比較例１−３では、固液界面の凸度を０.１０となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）ジャストＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度は、全てのウェハで３７００Ｎ／ｍｍ２未満であった。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したところ、ほとんどのウェハでスリップの発生が認められた（２０枚中１８枚）。
【００４９】
＜比較例ｌ−４＞
比較例１−４では、固液界面の凸度を０.５０となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）ジャストＧａＡｓウェハの面内の測定点におけるユニバーサル硬度は、３９００〜４１００Ｎ／ｍｍ２の範囲であり、全てのウェハにおいて４０００Ｎ／ｍｍ２未満である測定点が１箇所以上存在していた。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したところ、スリップの発生が認められた（２０枚中６枚）。スリップの発生したウェハでは、ユニバーサル硬度４０００Ｎ／ｍｍ２未満の測定点が複数箇所に存在していた。
【００５０】
＜比較例ｌ−５＞
比較例１−５では、固液界面の凸度を０.５５となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）面ＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度は
、全てのウェハで３９５０Ｎ／ｍｍ２未満であった。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したところ、多くのウェハでスリップの発生が認められた（２０枚中１０枚）。
【００５１】
＜比較例１−６＞
比較例１−６では、固液界面の凸度を０.６０となるように上部ヒータ１２および下部
ヒータ１３により制御して成長させ、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して作製した（１００）面ＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度は、全てのウェハで３６５０Ｎ／ｍｍ２未満であった。これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１−１と同じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視にてスリップの発生有無を観察したところ、多くのウェハでスリップの発生が認められた（２０枚中１４枚）。
【００５２】
以上の実施例および比較例の試作結果を図３に示す。上記の試作結果から、単結晶製造中の固液界面の凸度を０.２５≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４５の範囲に定めるのが適切であることが確認された。
【００５３】
［実施例２］
上記実施例１ではＬＥＣ法により結晶径１５０ｍｍを超える大口径のＧａＡｓ単結晶を製造し、これをスライス加工して直径１５０ｍｍの（１００）面ＧａＡｓウェハを作製した場合を述べたが、本発明の製造方法は１５０ｍｍ未満のＧａＡｓ単結晶の製造にも適用することが可能であり、実施例２では、直径１００ｍｍと１２５ｍｍとの、オフ角０°の（１００）ジャストＧａＡｓウェハを作製した。第２の実施例でも、単結晶製造中の固液界面の凸度を０.２５≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４５の範囲に定めることで、上記実施例１と同様に、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上である硬質ＧａＡｓウェハが得られた。この硬質ＧａＡｓウェハを用いたデバイス製造プロセス中の熱処理においても、ウェハ自身の反り形状や、熱処理時のウェハ面内の温度不均一といった問題を無視できる、つまりスリップ不良の発生が無いＧａＡｓウェハを実現できることが確認された。実施例２および比較例２の結果を表１に示す。なお、表１に示す比較例２−１〜比較例２−４の全てのウェハにおいて、少なくとも４０００Ｎ／ｍｍ２未満である測定点が１箇所以上存在していた。
【００５４】
【表１】
0005553009.tif 000002
【００５５】
［実施例３］
また、上記実施例１では（１００）面にスライス加工したＧａＡｓウェハの場合について述べたが、本発明の製造方法は（１１０）面や（１１１）面といった他の面方位のＧａＡｓウェハにも適用できる。実施例３では、直径１５０ｍｍで、（１１０）ＧａＡｓウェハと（１１１）ＧａＡｓウェハとを作製した。この実施例３でも、単結晶製造中の固液界面の凸度を０.２５≦Ｔ１／Ｔ２≦０.４５の範囲に定めることで、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上である硬質ＧａＡｓウェハが得られた。また、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上である硬質ＧａＡｓウェハであれば、ＧａＡｓウェハを用いたデバイス製造プロセス中の熱処理に対して、ウェハ自身の反り形状や、熱処理時のウェハ面内温度不均一といった間題を無視できる、つまりスリップ不良の発生が無いＧａＡｓウェハを実現できることが確認された。実施例３および比較例３の結果を表２に示す。なお、表２に示す比較例３−１〜比較例３−４の全てのウェハにおいて、少なくとも４０００Ｎ／ｍｍ２未満である測定点が１箇所以上存在していた。
【００５６】
【表２】
0005553009.tif 000003
【００５７】
［実施例４］
上記実施例１，２のＧａＡｓウェハは（１００）面に対してオフ角０°の（１００）ジャスト基板であったが、実施例４では、上記実施例と同様の条件でＧａＡｓ単結晶を成長し、これをスライス加工して、（１００）面に対して、所定のオフ方向にオフ角を付けたＧａＡｓウェハ（オフ基板）を作製した。
＜実施例４−１＞
（１００）面に対して、オフ方向＜０−１１＞にオフ角０.５°を付けたＧａＡｓウェ
ハを作製した。この実施例４−１でも、単結晶製造中の固液界面の凸度を０.２５≦Ｔ１
／Ｔ２≦０.４５の範囲に定めることで、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４００
０Ｎ／ｍｍ２以上である硬質ＧａＡｓウェハが得られた。また、この硬質のＧａＡｓウェハを用いて、上記実施例と同様の熱処理を含むデバイス製造を行ったが、スリップの発生は認められなかった。
＜実施例４−２＞
（１００）面に対して、オフ方向＜１１０＞にオフ角０.４°を付けたＧａＡｓウェハ
を作製した。この実施例４−２でも、単結晶製造中の固液界面の凸度を０.２５≦Ｔ１／
Ｔ２≦０.４５の範囲に定めることで、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４０００
Ｎ／ｍｍ２以上である硬質ＧａＡｓウェハが得られた。また、この硬質のＧａＡｓウェハを用いて、上記実施例と同様の熱処理を含むデバイス製造を行ったが、スリップの発生は認められなかった。
＜実施例４−３＞
（１００）面に対して、オフ方向＜０１１＞、＜０−１−１＞にオフ角１°〜１５°を付けたＧａＡｓウェハを作製したが、単結晶製造中の固液界面の凸度を０.２５≦Ｔ１／
Ｔ２≦０.４５の範囲に定めることで、ユニバーサル硬度がウェハ面内で一様に４０００
Ｎ／ｍｍ２以上である硬質ＧａＡｓウェハが得られた。また、この硬質のＧａＡｓウェハを用いて、上記実施例と同様の熱処理を含むデバイス製造を行ったが、スリップの発生は認められなかった。
【００５８】
なお、所望の面方位のＧａＡｓウェハを作製するにあたって、作製したいＧａＡｓウェハの面方位にＧａＡｓ原料融液に接触させる種結晶の面方位を合わせて、ＧａＡｓ単結晶を成長させてもよいが、種結晶の（１００）面をＧａＡｓ原料融液に接触させ、引き上げられたＧａＡｓ単結晶に対して、スライス方向、研磨方向を調整して所望の面方位、オフ角のＧａＡｓウェハを得るようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  固液界面
２  種結晶
３  ＧａＡｓ単結晶
４  ルツボ
５  原料融液
６  液体封止剤
７  雰囲気ガス
８  高圧容器
９  引上げ軸
１０  サセプタ
１１  ペデスタル
１２  上部ヒータ
１３  下部ヒータ
１４  熱電対
２０  ＧａＡｓウェハ
２１  エピタキシャル層
２２  エピタキシャルウェハ
２３  スリップ
【図１】
0005553009.tif 000004
【図２】
0005553009.tif 000005
【図３】
0005553009.tif 000006
【図４】
0005553009.tif 000007
【図５】
0005553009.tif 000008