(57)【要約】【課題】反りを抑制した半導体ウェーハ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体ウェーハは、基板と、基板の主面上にエピタキシャル成長され基板とは熱膨張係数が異なる半導体層とを備えている。基板は、少なくとも外周側部分を残して選択的に除去され、基板が除去された部分では半導体層のみから構成される。【選択図】図１
2008218581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の主面上にエピタキシャル成長され、前記基板とは熱膨張係数が異なる半導体層と、
を備え、
前記基板は、少なくとも外周側部分を残して選択的に除去され、前記基板が除去された部分では前記半導体層のみから構成されることを特徴とする半導体ウェーハ。
【請求項２】
前記基板は、シリコンを含み、且つ前記半導体層はIII族窒化物を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ。
【請求項３】
基板の主面上に、前記基板とは熱膨張係数が異なる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記基板を、少なくとも外周側部分を残して前記主面の反対面側から前記半導体層に至るまで選択的に除去する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記基板を、ウェットエッチング法により選択的に除去することを特徴とする請求項３記載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記基板を、ドライエッチング法により選択的に除去することを特徴とする請求項３記載の半導体ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、基板とその上にエピタキシャル成長されるエピタキシャル層とを有する半導体ウェーハにおいて、基板とエピタキシャル層との熱膨張係数が異なる場合には、両者の熱膨張係数の差に起因して、高温でのエピタキシャル成長の後、室温にまで温度が低下したとき半導体ウェーハが反ってしまう問題がある。この反りにより、後工程においてウェーハの搬送が困難になる、リソグラフィー工程において面内での寸法ばらつきが悪化する等の問題が起こり得る。
【０００３】
反りを抑制するべく基板とエピタキシャル層との間にバッファー層を形成したり、また、バッファー層の厚膜化、エピタキシャル層形成方法の工夫等が提案されているが（例えば特許文献１参照）、エピタキシャル層の結晶性の悪化や、エピタキシャル層形成のコストが上昇してしまう問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１０３６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、反りを抑制した半導体ウェーハ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、基板と、前記基板の主面上にエピタキシャル成長され、前記基板とは熱膨張係数が異なる半導体層と、を備え、前記基板は、少なくとも外周側部分を残して選択的に除去され、前記基板が除去された部分では前記半導体層のみから構成されることを特徴とする半導体ウェーハが提供される。
【０００６】
また、本発明の他の一態様によれば、基板の主面上に、前記基板とは熱膨張係数が異なる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、前記基板を、少なくとも外周側部分を残して前記主面の反対面側から前記半導体層に至るまで選択的に除去する工程と、を備えたことを特徴とする半導体ウェーハの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、反りを抑制した半導体ウェーハ及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体ウェーハ１の模式斜視図であり、図１（ｂ）は同半導体ウェーハ１の模式断面図である。
【００１０】
本実施形態に係る半導体ウェーハ１は、基板３と半導体層５とを備える。基板３は例えばシリコンからなり、半導体層５は基板３の主面上にエピタキシャル成長された例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む。
【００１１】
半導体層５は、図２（ａ）に表すようにウェーハ状の基板３の主面（図において下側の面）の全面にエピタキシャル成長され、その後、基板３は、その外周側部分３ａを環状に残して、外周側部分３ａより内側の部分が主面の反対面（裏面）側から除去される。
【００１２】
基板３は、残された外周側部分３ａ以外の部分は厚み方向にわたってすべて除去されており、したがって、本実施形態に係る半導体ウェーハ１において、基板が除去された部分（外周側部分３ａより内側の部分）では半導体層５のみから構成されている。すなわち、半導体層５は外周側部分でのみ基板３（外周側部分３ａ）に接している。
【００１３】
基板３の選択的な除去は、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、研磨法等を用いて行うことができる。
【００１４】
図２、３は、ウェットエッチング法による基板３の選択的除去を表す模式図である。図２は斜視図であり、図３は図２に対応する工程の断面図である。
【００１５】
図２（ａ）に表すように、例えばシリコンを含む基板３の主面（図において下側の面）上に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法にて、半導体層５として窒化ガリウム（ＧａＮ）をエピタキシャル成長させ、基板３と半導体層５との積層体２が得られる。
【００１６】
半導体層５のエピタキシャル成長は高温（例えば１０００℃程）で行われ、その後室温にまで積層体２の温度が下がると、基板３の材料であるシリコンと、半導体層５の材料である窒化ガリウムとの熱膨張係数差に起因して、図３（ａ）に表されるように積層体２が反ってしまう。シリコンの熱膨張係数は２．４（×１０６／Ｋ）であり、窒化ガリウムの熱膨張係数（ａ軸）は５．５９（×１０６／Ｋ）である。
【００１７】
次に、図２（ｂ）、図３（ｂ）に表すように、基板３の主面の反対面の外周側部分および側面（周面）の全面に、例えばシリコン酸化膜からなるエッチングマスク７を形成する。このエッチングマスク７は、例えば熱酸化法にて基板３の主面の反対面および側面（周面）の全面にシリコン酸化膜を形成した後、主面の反対面における外周側部分より内側のみのシリコン酸化膜を選択的にエッチング除去することで形成される。エッチングマスク７が形成された状態で、図３（ｂ）に表すように積層体２はまだ反っている。
【００１８】
次に、エッチングマスク７をマスクとして、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液等のエッチング液にて基板３のエッチングを行う。基板３は、エッチングマスク７で覆われていない部分（外周側部分より内側の部分）が、図２（ｃ）、図３（ｃ）に表すように、基板３の主面の反対面側から半導体層５に至るまで厚み方向にエッチング除去される。このエッチング後、エッチングマスク７は除去され、図１に表す本実施形態に係る半導体ウェーハ１が得られる。
【００１９】
本実施形態によれば、基板３の主面上に半導体層５をエピタキシャル成長にて形成した後、基板３を、その一部（外周側部分３ａ）を残して除去することで、基板３の大部分が除去され、基板３と半導体層５とは外周側の一部分でのみ接触しているだけである。半導体層５において、基板３に接して支持を受けている外周側部分以外の大部分は単層（半導体層５のみ）で存在する。したがって、基板３と半導体層５とが接している部分すなわち両者の熱膨張係数差による応力発生箇所が減り、半導体ウェーハ１の反りが抑制される。
【００２０】
本実施形態では、半導体層５を基板３の主面上にエピタキシャル成長させた後、基板３にのみ加工を行っており、半導体層５のエピタキシャル成長に際しては特別な工夫を要せず通常のプロセスを行え、半導体層５の結晶性の悪化や、エピタキシャル成長に要するコスト上昇を抑えることができる。また、半導体ウェーハ１全体としての反りが抑制されることで、以降の工程における搬送やハンドリングに支障をきたさない。
【００２１】
以降の工程にて、半導体層５に対しては、リソグラフィー工程や成膜工程等が行われていくが、このとき、半導体層５の反りが抑えられているので、加工・寸法精度の悪化を抑制できる。一部（外周側部分３ａ）が残された基板３は、基板３より薄い半導体層５を安定して支え、また半導体ウェーハ１に強度やハンドリング容易性を与える。
【００２２】
以下、基板３の選択的除去方法の他の具体例について説明する。図面において、前述した構成要素と同じ部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
図４、５は、ドライエッチング法による基板１の選択的除去を表す模式図である。図４は斜視図であり、図５は図４に対応する工程の断面図である。
【００２４】
前述した具体例と同様、例えばシリコンを含む基板３の主面上に、例えばＭＯＣＶＤ法にて、半導体層５として窒化ガリウム（ＧａＮ）をエピタキシャル成長させ、基板３と半導体層５との積層体２が得られる。
【００２５】
次に、図４（ａ）、図５（ａ）に表すように、基板３の主面の反対面の外周側部分に、例えばシリコン酸化膜からなるエッチングマスク８を形成する。
【００２６】
次に、そのエッチングマスク８をマスクとして、ＲＩＥ（reactive ion etching）法により基板３を異方性エッチングする。基板３の裏面（主面の反対面）において、エッチングマスク８で覆われていない部分（外周側部分より内側の部分）が、図４（ｂ）、図５（ｂ）に表すように、裏面側から半導体層５に至るまで厚み方向にエッチング除去される。このエッチング後、エッチングマスク８は除去され、図１に表す本実施形態に係る半導体ウェーハ１が得られる。
【００２７】
本具体例によるプロセスにおいても、基板３の主面上に半導体層５をエピタキシャル成長にて形成した後、基板３を、その一部（外周側部分３ａ）を残して除去することで、基板３の大部分が除去され、基板３と半導体層５とが外周側の一部分でのみ接触した構造が得られる。したがって、基板３と半導体層５とが接している部分すなわち両者の熱膨張係数差による応力発生箇所が減り、半導体ウェーハ１の反りが抑制される。この結果、以降の工程における搬送、ハンドリング、リソグラフィー等に支障をきたさない。
【００２８】
さらに、本具体例においても、半導体層５を基板３の主面上にエピタキシャル成長させた後、基板３にのみ加工を行っており、半導体層５のエピタキシャル成長に際しては特別な工夫を要せず通常のプロセスを行え、半導体層５の結晶性の悪化や、エピタキシャル成長に要するコスト上昇を抑えることができる。
【００２９】
次に、図６は、研磨法による基板１の選択的除去を表す模式図である。
【００３０】
本具体例では、研磨盤９を用いたＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、基板３を選択的に研磨除去する。基板３の直径よりも小さな径方向寸法を有する研磨盤９を回転させながら基板３の裏面（主面の反対面）に対して押し当てて、基板３の外周側部分３ａより内側の部分を半導体層５に至るまで厚み方向に研磨除去する。
【００３１】
本具体例によるプロセスにおいても、基板３の主面上に半導体層５をエピタキシャル成長にて形成した後、基板３を、その一部（外周側部分３ａ）を残して除去することで、基板３の大部分が除去され、基板３と半導体層５とが外周側の一部分でのみ接触した構造が得られる。したがって、基板３と半導体層５とが接している部分すなわち両者の熱膨張係数差による応力発生箇所が減り、半導体ウェーハ１の反りが抑制される。この結果、以降の工程における搬送、ハンドリング、リソグラフィー等に支障をきたさない。
【００３２】
さらに、本具体例においても、半導体層５を基板３の主面上にエピタキシャル成長させた後、基板３にのみ加工を行っており、半導体層５のエピタキシャル成長に際しては特別な工夫を要せず通常のプロセスを行え、半導体層５の結晶性の悪化や、エピタキシャル成長に要するコスト上昇を抑えることができる。
【００３３】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３４】
基板３において残される外周側部分３ａは、周方向にひとつながりにつながっていることに限らず、周方向に分割されていてもよい。また、基板３は、外周側部分３ａ以外にも残してもよく、例えば図７に表すように、外周側部分３ａに加えて外周側部分３ａより内側にも交差させたビーム（リブ）状に基板３を残してもよい。この場合でも、基板３の主面全面にわたって半導体層５が接している場合よりも、基板３と半導体層５との接触面積が低減されるので、両者の熱膨張係数の差に起因した反りを抑制することができる。
【００３５】
本発明は、基板３と半導体層５との熱膨張係数差に起因した反りの抑制に有効であり、基板３及び半導体層５の材料、また組み合わせは前述したものに限定されるものではない。例えば、基板３、半導体層５の材料の一例として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、ＩｎＮ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体ウェーハの模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体ウェーハの製造工程を表す斜視図。
【図３】図２に対応する工程を表す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体ウェーハの他の製造工程を表す斜視図。
【図５】図４に対応する工程を表す断面図。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体ウェーハのさらに他の製造工程を表す斜視図。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体ウェーハの他の具体例を表す模式図。
【符号の説明】
【００３７】
１…半導体ウェーハ、３…基板、３ａ…基板の外周側部分、５…半導体層、７，８…エッチングマスク、９…研磨盤
【図１】
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【図２】
2008218581.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008218581.tif 000008
【図７】
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