(57)【要約】【課題】急激な温度変化が与えられてもスリップラインが発生しない化合物半導体ウェハを提供する。【解決手段】化合物半導体からなり、転位密度を低減する不純物を内側領域３よりも外縁部２に高濃度で含有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体からなり、転位密度を低減する不純物を内側領域よりも外縁部に高濃度で含有していることを特徴とする化合物半導体ウェハ。
【請求項２】
上記化合物半導体がＧａＡｓであり、上記不純物がホウ素、アルミニウム又はインジウムのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体ウェハ。
【請求項３】
上記化合物半導体がＩｎＰであり、上記不純物が鉄又はイオウであることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体ウェハ。
【請求項４】
上記不純物がイオン注入法により上記外縁部に選択的に注入されたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の化合物半導体ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急激な温度変化が与えられてもスリップラインが発生しない化合物半導体ウェハに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓウェハやＩｎＰウェハ等の化合物半導体ウェハは、受光素子、発光素子、高周波素子等を作製する際の基板として幅広く使われている。これら化合物半導体ウェハには、不純物をイオンにして直接上記ウェハに注入したり（イオン注入法）、上記ウェハの表面にエピタキシャル層を形成する等の加工プロセスが施され、上記のような化合物半導体デバイスが製作されている。
【０００３】
バルク状化合物半導体単結晶をスライスして得られる上記化合物半導体ウェハは、上記のような化合物半導体デバイスを製作する途上で、何度か高温に晒される工程を経る。例えば、エピタキシャル成長やイオン注入後に実施されるアニール処理は、化合物半導体ウェハを加熱機構を備えた炉内に収容し、昇温後に一定時間加熱処理を施してから降温するという一連の加熱プロセスを行うものである。このような加熱処理を開示した例として、以下の特許文献がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２９５７０号公報
【特許文献２】特開平９−７９４４号公報
【特許文献３】特開平７−９４５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
化合物半導体ウェハは、一般に結晶成長や加工の際に生じた歪みを内在させている。このため、アニール処理を施すと、図２に示されるように、化合物半導体ウェハ３１の外縁３２から内側に向かい、スリップ転位による直線状の結晶欠陥であるスリップライン３３が発生する。
【０００６】
上記のアニール処理に限らず、化合物半導体ウェハ３１に急激な温度変化を与えたり、昇温、降温の際に化合物半導体ウェハ３１の面内に比較的大きな温度差を生じさせると、化合物半導体ウェハ３１に応力が発生し、化合物半導体ウェハ３１がその応力に耐えきれなくなるとスリップライン３３が発生する。
【０００７】
外縁部から発生したスリップライン３３がその内側（ウェハ内の外縁部を除く領域）のデバイスを形成する領域にまで及ぶと、当該領域に作製された素子には特性不良や断線等の不具合が生じるため、できる限りそのようなスリップラインを発生させないようにすることが強く望まれている。
【０００８】
一般に、スリップラインの発生を抑止するためには、アニール処理を始めとする熱処理工程の際に、昇降温速度を小さくしたり、できるだけ化合物半導体ウェハ３１内に温度差を生じさせないような昇降温ができるようにすることが効果的である。しかしながら、特に昇降温速度に関しては、デバイス特性上の見地から、できる限り速やかな昇降温が要求されることが多い。その理由は、例えば、不純物の拡散プロファイル等、加熱処理を施すことによって生じた状態をできる限りそのまま維持・固定したい場合が多いからである。
【０００９】
また、昇降温速度を低下させることは、加熱処理工程に要する時間を増大させることになり、生産効率の点からも明らかに好ましくない。
【００１０】
以上のことから、上記スリップライン発生の抑止対策をとらなくても、スリップライン３３の発生を抑えられる方策の実現が強く望まれてきた。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、急激な温度変化が与えられてもスリップが発生しない化合物半導体ウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、化合物半導体からなり、転位密度を低減する不純物を内側領域よりも外縁部に高濃度で含有しているものである。
【００１３】
上記化合物半導体がＧａＡｓであり、上記不純物がホウ素、アルミニウム又はインジウムのいずれかであってもよい。
【００１４】
上記化合物半導体がＩｎＰであり、上記不純物が鉄又はイオウであってもよい。
【００１５】
上記不純物がイオン注入法により上記外縁部に選択的に注入されてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１７】
（１）急激な温度変化が与えられてもスリップラインが発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１に示されるように、本発明に係る化合物半導体ウェハ１は、化合物半導体に対して転位密度を低減させる不純物を高濃度で含ませたことにより形成された外縁部２と、その不純物を外縁部２よりも低濃度で含むか又は全く含まない内側領域３とを有する。
【００２０】
ここで、外縁部２とは、化合物半導体ウェハ１の最外周部であって、リング状の端部領域を言う。この外縁部２は、通常、デバイス形成領域からも除外されている領域に該当する。外縁部２の幅（外縁４から中心方向に向かって内縁５までの距離）は、約３〜７ｍｍである。このように、外縁部２は、外縁４から中心方向に向かって内縁５までの端部領域であり、内側領域３は外縁部２の内縁５より内側の領域である。
【００２１】
この実施形態では、化合物半導体ウェハ１は、２箇所の面取り部６を有する。外縁部２の内縁５の一部である直線部７は、面取り部６と平行に形成されている。
【００２２】
転位密度を低減させる不純物とは、これを化合物半導体に添加することにより結晶内の応力に対する耐性が強化され、応力緩和の結果として生じる転位のような結晶欠陥の発生を抑制できる物質のことであり、不純物硬化効果を有する不純物とも呼ばれる。外縁部２は、この不純物を含有したことにより、急激な温度変化が与えられても外縁部２の応力に対する耐性が向上し、外縁部２から中心部に向かうスリップラインが発生しなくなる。
【００２３】
ここで、化合物半導体がＧａＡｓであるときは、不純物としてホウ素、アルミニウム又はインジウムが好ましい。化合物半導体がＩｎＰであるときは、不純物として鉄又はイオウが好ましい。
【００２４】
なお、上記不純物を添加した外縁部２では、不純物によって結晶の電気的特性が変化することがある。従って、外縁部２は、通常、デバイス形成領域から除外されているウェハ最外周部と一致させるように設定することが望ましい。従って、外縁部２の幅（外縁４からウェハ中心に向かう距離）は、約３〜７ｍｍであることが好ましい。この幅が３ｍｍより小さい場合は、効果が不十分であり、７ｍｍより大きい場合は、素子の取得数（歩留まり）が落ちる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
ＬＥＣ法により、シード部からテール部まで長さ１１０ｍｍを有する（１００）ＧａＡｓ単結晶を成長させ、この単結晶の長手方向両端部分（シード端部とテール端部）を切断し、円筒研削によりこの単結晶を長さ１００ｍｍ、直径７９ｍｍの円筒形のインゴットにした。このインゴットを厚さ５００μｍ間隔にスライスしてＧａＡｓウェハとし、このＧａＡｓウェハを面取り加工して外周部に面取り部を形成し、直径７６ｍｍの３インチφＧａＡｓウェハに整形加工した。その後、ウェハ表面を研磨（ラッピング及びポリッシング）し、厚さ４００μｍで両面が鏡面状のＧａＡｓウェハを１６０枚取得した。
【００２６】
これらのＧａＡｓウェハのうちシード部側から奇数番号のウェハを８０枚抜き取り、イオン注入装置を用い、ホウ素イオンを加速エネルギ２００ｋｅＶの条件で、ウェハの外縁４からウェハ中心に向かって５．０ｍｍまでの外縁部２のみに選択的に注入した。イオンのドーズ量（単位面積あたりの注入イオン数）は、５×１０17／ｃｍ-2とした。
【００２７】
その後、これら８０枚のＧａＡｓウェハのうちからさらに、結晶のシード部側から１０枚おきにＧａＡｓウェハを７枚抜き取り、この抜き取ったＧａＡｓウェハにアニール処理を施して急激な温度変化を与えた。その温度条件は、ＧａＡｓウェハをアニール炉内に配置した状態で、水素ガス雰囲気で常温から８５０℃まで３０℃／分で昇温し、続いて８５０℃から５００℃まで５０℃／分で降温し、その後、常温まで自然冷却した。
【００２８】
このアニール処理後、これらのＧａＡｓウェハの表面を目視観察したところ、７枚全てのＧａＡｓウェハにスリップラインは全く発生していなかった。
（実施例２）
実施例１と同様に作製したＧａＡｓウェハ１６０枚に、イオン注入装置を用い、アルミニウムイオンを加速エネルギ２００ｋｅＶの条件で、ウェハの外縁４から中心に向かって７．０ｍｍまでの外縁部２のみに選択的に注入した。イオンのドーズ量は７×１０17／ｃｍ-2とした。
【００２９】
結晶のシード部側から２０枚おきにＧａＡｓウェハを７枚抜き取り、これらのＧａＡｓウェハに実施例１と同様のアニール処理後、これらのＧａＡｓウェハの表面を目視観察したところ、７枚全てのＧａＡｓウェハにスリップラインは全く発生していなかった。
（実施例３）
実施例１と同様に作製し、かつ、バルク結晶成長時にインジウムが既に添加されているＧａＡｓウェハを実施例１と同様に準備した。イオン注入装置を用い、インジウムイオンを加速エネルギ１８０ｋｅＶの条件で、ウェハの外縁４から中心に向かって３．０ｍｍまでの外縁部２のみに選択的に注入した。イオンのドーズ量は４×１０17／ｃｍ-2とした。
【００３０】
実施例２と同様にＧａＡｓウェハを７枚抜き取り、実施例１と同様のアニール処理後、これらのＧａＡｓウェハの表面を目視観察したところ、７枚全てのＧａＡｓウェハにスリップラインは全く発生していなかった。
（実施例４）
ＬＥＣ法により、シード部からテール部まで長さ１１０ｍｍを有する（１００）ＩｎＰ単結晶を成長させ、この単結晶の長手方向両端部分（シード端部とテール端部）を切断し、円筒研削によりこの単結晶を長さ１００ｍｍ、直径７９ｍｍの円筒形のインゴットにした。このインゴットを厚さ５５０μｍ間隔にスライスしてＩｎＰウェハとし、このＩｎＰウェハを面取り加工して外周部に面取り部を形成し、直径７６ｍｍの３インチφＩｎＰウェハに整形加工した。その後、ウェハ表面を研磨（ラッピング及びポリッシング）し、厚さ４５０μｍで両面が鏡面状のＩｎＰウェハを７５枚取得した。
【００３１】
これらのＩｎＰウェハに、イオン注入装置を用い、鉄イオンを加速エネルギ１６０ｋｅＶの条件で、ウェハの外縁４からウェハ中心に向かって５．０ｍｍまでの外縁部２のみに選択的に注入した。イオンのドーズ量は２×１０17／ｃｍ-2とした。
【００３２】
さらにこれらのＩｎＰウェハに、同じイオン注入装置を用い、引き続きイオウイオンを加速エネルギ１８０ｋｅＶの条件で、ウェハの外縁４からウェハ中心に向かって５．０ｍｍまでの外縁部２のみに選択的に注入した。イオンのドーズ量は４×１０17／ｃｍ-2とした。
【００３３】
その後、結晶のシード部側から１０枚おきにＩｎＰウェハを７枚抜き取り、これらのＩｎＰウェハにアニール処理を施して急激な温度変化を与えた。その温度条件は、ＩｎＰウェハをアニール炉内に配置した状態で、フォスフィン（ＰＨ3）ガス雰囲気で常温から６５０℃まで２５℃／分で昇温し、続いて６５０℃から３５０℃まで４０℃／分で降温し、その後、常温まで自然冷却した。
【００３４】
このアニール処理後、これらのＩｎＰウェハの表面を目視観察したところ、７枚全てのＩｎＰウェハにスリップラインは全く発生していなかった。
（比較例１）
実施例１で取得したＧａＡｓウェハ１６０枚のうちの残りの偶数番号のＧａＡｓウェハ８０枚から、このままの状態でＧａＡｓウェハを実施例１と同様に７枚抜き取り、この抜き取ったＧａＡｓウェハに実施例１と同様のアニール処理を施した。
【００３５】
このアニール処理後、これらのＧａＡｓウェハの表面を目視観察したところ、７枚中５枚にスリップラインが発生していた。図２は、これら５枚のうちの１枚の観察に基づくものである。
【００３６】
実施例１〜４と比較例１の比較の結果、本発明がスリップラインの発生防止に非常に有効であることが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態を示す化合物半導体ウェハの熱処理後の平面図である。
【図２】従来の化合物半導体ウェハの熱処理後の平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  化合物半導体ウェハ
２  外縁部
３  内側領域
４  外縁
５  内縁
６  面取り部
７  直線部
【図１】
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【図２】
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