(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル結晶層を形成するための主面と、前記主面の反対側の裏面とを有するリン化インジウム基板であって、
前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、２．５μｍ以下であることを特徴とするリン化インジウム基板。
【請求項２】
前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、１．６〜２．５μｍである請求項１に記載のリン化インジウム基板。
【請求項３】
前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、１．６〜２．５μｍであり、基板の直径が１００ｍｍ以下である請求項２に記載のリン化インジウム基板。
【請求項４】
前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、１．６〜１．８μｍであり、基板の直径が７６．２ｍｍ以下である請求項２に記載のリン化インジウム基板。
【請求項５】
前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、１．７μｍ以下であり、基板の直径が５０．８ｍｍ以下である請求項１に記載のリン化インジウム基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のリン化インジウム基板の前記主面上に、エピタキシャル結晶層を備えた半導体エピタキシャルウエハ。
【請求項７】
リン化インジウムのインゴットからウエハをワイヤーソーで切り出す工程と、
前記切り出したウエハをエッチングする工程と、
前記エッチング後のウエハの外周部分の面取りを行う工程と、
前記面取り後のウエハの少なくとも一方の表面を研磨する工程と、
前記研磨後のウエハをエッチングする工程と、
を含み、
前記リン化インジウムのインゴットからウエハをワイヤーソーで切り出す工程は、ワイヤーを水平方向に往復させながら常に新線を送り続けるとともに、前記リン化インジウムのインゴットを載せたステージを前記ワイヤーへ向かって鉛直方向に移動させる工程を含み、前記ワイヤーの新線供給速度が１０〜６０ｍ／分であり、前記ワイヤーの往復速度が３００〜３５０ｍ／分であり、前記リン化インジウムのインゴットを載せたステージの鉛直方向移動速度が２００〜４００μｍ／分であり、前記ワイヤーソーの砥粒の粘度が３００〜４００ｍＰａ・ｓであり、
前記切り出したウエハをエッチングする工程は、両面から合計５〜１５μｍだけエッチングし、
前記研磨後のウエハをエッチングする工程は、両面から合計８〜１５μｍだけエッチングする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリン化インジウム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン化インジウム基板、半導体エピタキシャルウエハ、及びリン化インジウム基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インジウムリン（ＩｎＰ）は、ＩＩＩ族のインジウム（Ｉｎ）とＶ族のリン（Ｐ）とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料である。半導体材料としての特性は、バンドギャップ１．３５ｅＶ、電子移動度〜５４００ｃｍ2／Ｖ・ｓであり、高電界下での電子移動度はシリコンやガリウム砒素といった他の一般的な半導体材料より高い値になるという特性を有している。また、常温常圧下での安定な結晶構造は立方晶の閃亜鉛鉱型構造であり、その格子定数は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）等の化合物半導体と比較して大きな格子定数を有するという特徴を有している。
【０００３】
リン化インジウム基板の原料となるリン化インジウムのインゴットは、通常、所定の厚さにスライシングされ、所望の形状に研削され、適宜機械研磨された後、研磨屑や研磨により生じたダメージを除去するために、エッチングや精密研磨（ポリシング）等に供される。
【０００４】
リン化インジウム基板の主面には、エピタキシャル成長によってエピタキシャル結晶層を設けることがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１８０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このエピタキシャル成長を実施する際、一般に、リン化インジウム基板を裏面側からサセプターで支持している。このとき、リン化インジウム基板の裏面の反りが大きいと、基板裏面とサセプターの接触が不均一となる。
【０００７】
基板裏面とサセプターの接触が不均一であると、基板への熱伝導の面内分布も不均一となるため、エピタキシャル成長時の基板温度が不均一となる。その結果、生成するエピタキシャル結晶層の品質が低下し、発光波長がずれる等の半導体エピタキシャルウエハの性能の低下を引き起こす問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、基板裏面の反りが良好に抑制されたリン化インジウム基板、半導体エピタキシャルウエハ及びリン化インジウム基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は一実施形態において、エピタキシャル結晶層を形成するための主面と、前記主面の反対側の裏面とを有するリン化インジウム基板であって、前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、２．５μｍ以下であることを特徴とするリン化インジウム基板である。
【００１０】
本発明のリン化インジウム基板は別の一実施形態において、前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、１．６〜２．５μｍである。
【００１１】
本発明のリン化インジウム基板は更に別の一実施形態において、前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、１．６〜２．５μｍであり、基板の直径が１００ｍｍ以下である。
【００１２】
本発明のリン化インジウム基板は更に別の一実施形態において、前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、１．６〜１．８μｍであり、基板の直径が７６．２ｍｍ以下である。
【００１３】
本発明のリン化インジウム基板は更に別の一実施形態において、前記リン化インジウム基板の前記裏面を上にした状態で測定した、前記裏面のＳＯＲＩ値が、１．７μｍ以下であり、基板の直径が５０．８ｍｍ以下である。
【００１４】
本発明は更に別の一実施形態において、本発明の実施形態に係るリン化インジウム基板の前記主面上に、エピタキシャル結晶層を備えた半導体エピタキシャルウエハである。
【００１５】
本発明は更に別の一実施形態において、リン化インジウムのインゴットからウエハをワイヤーソーで切り出す工程と、前記切り出したウエハをエッチングする工程と、前記エッチング後のウエハの外周部分の面取りを行う工程と、前記面取り後のウエハの少なくとも一方の表面を研磨する工程と、前記研磨後のウエハをエッチングする工程とを含み、前記リン化インジウムのインゴットからウエハをワイヤーソーで切り出す工程は、ワイヤーを水平方向に往復させながら常に新線を送り続けるとともに、前記リン化インジウムのインゴットを載せたステージを前記ワイヤーへ向かって鉛直方向に移動させる工程を含み、前記ワイヤーの新線供給速度が１０〜６０ｍ／分であり、前記ワイヤーの往復速度が３００〜３５０ｍ／分であり、前記リン化インジウムのインゴットを載せたステージの鉛直方向移動速度が２００〜４００μｍ／分であり、前記ワイヤーソーの砥粒の粘度が３００〜４００ｍＰａ・ｓであり、前記切り出したウエハをエッチングする工程は、両面から合計５〜１５μｍだけエッチングし、前記研磨後のウエハをエッチングする工程は、両面から合計８〜１５μｍだけエッチングする本発明に係るリン化インジウム基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施形態によれば、基板裏面の反りが良好に抑制されたリン化インジウム基板、半導体エピタキシャルウエハ及びリン化インジウム基板の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔リン化インジウム基板〕
以下、本実施形態のリン化インジウム基板の構成について説明する。
本実施形態のリン化インジウム（ＩｎＰ）基板は、エピタキシャル結晶層を形成するための主面と、主面の反対側の裏面とを有する。
【００１８】
エピタキシャル結晶層を形成するための主面は、リン化インジウム基板を、半導体素子構造の形成のためにエピタキシャル成長用の基板として使用する際に、実際にエピタキシャル成長を実施する面である。
【００１９】
リン化インジウム基板の主面の最大径は特に限定されないが、５０〜１５１ｍｍであってもよく、５０〜１０１ｍｍであってもよい。リン化インジウム基板の平面形状は、円形であってもよく、四角形等の矩形であってもよい。
【００２０】
リン化インジウム基板の厚みは特に限定されないが、例えば、３００〜９００μｍであるのが好ましく、３００〜７００μｍであるのがより好ましい。特に口径が大きい場合、リン化インジウム基板が３００μｍ未満であると割れる恐れがあり、９００μｍを超えると母材結晶が無駄になるという問題が生じることがある。
【００２１】
リン化インジウム基板は、ドーパント（不純物）として、Ｚｎ（亜鉛）をキャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下となるように含んでもよく、Ｓ（硫黄）をキャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下となるように含んでもよく、Ｓｎ（スズ）をキャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下となるように含んでもよく、Ｆｅ（鉄）をキャリア濃度が１×１０6ｃｍ-3以上１×１０9ｃｍ-3以下となるように含んでもよい。
【００２２】
（ＳＯＲＩ値）
本発明の実施形態に係るリン化インジウム基板は、一側面において、裏面を上にした状態で幅３ｍｍの外周部分を除外して測定した、裏面のＳＯＲＩ値が、２．５μｍ以下に制御されている。このような構成によれば、基板裏面の反りが良好に抑制されたリン化インジウム基板が得られる。より具体的には、エピタキシャル成長を実施する際、リン化インジウム基板を裏面側からサセプターで支持しても、基板裏面とサセプターの接触が均一になる。このため、リン化インジウム基板への熱伝導の面内分布が均一となり、エピタキシャル成長時の基板温度が均一となる。その結果、生成するエピタキシャル結晶層の品質が向上し、発光波長がずれる等の半導体エピタキシャルウエハの性能の低下を良好に抑制することができる。
【００２３】
ここで、「ＳＯＲＩ値」は、リン化インジウム基板を支持し、元の形状を変えないように測定した場合において、リン化インジウム基板の測定面形状から算出される最小二乗平面からの、正方向（上方向）と負方向（下方向）の絶対値の最大値の和を示す。ＳＯＲＩ値は、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｔｒｏｐｅｌ社製Ｕｌｔｒａｓｏｒｔを用いて測定することができ、リン化インジウム基板を、裏面を上側に向けてカセットに収納し、自動搬送することで測定することができる。このとき、基板の反りが変化しないように、基板を非吸着状態で測定する。
【００２４】
本発明の実施形態に係るリン化インジウム基板は、リン化インジウム基板の裏面を上にした状態で測定した、裏面のＳＯＲＩ値が、１．６〜２．５μｍであってもよい。さらには、基板の直径が１００ｍｍ以下である場合には１．６〜２．５μｍであってもよく、基板の直径が７６．２ｍｍ以下である場合には１．６〜１．８μｍであってもよく、基板の直径が５０．８ｍｍ以下である場合には１．７μｍ以下であってもよい。
【００２５】
〔リン化インジウム基板の製造方法〕
次に、本発明の実施形態に係るリン化インジウム基板の製造方法について説明する。
リン化インジウム基板の製造方法としては、まず、公知の方法にてリン化インジウムのインゴットを作製する。
次に、リン化インジウムのインゴットを研削して円筒にする。
次に、研削したリン化インジウムのインゴットから主面及び裏面を有するウエハを切り出す。このとき、リン化インジウムのインゴットの結晶両端を所定の結晶面に沿って、ワイヤーソーを用いて切断し、複数のウエハを所定の厚みに切り出す。ウエハを切り出す工程では、ワイヤーを水平方向に往復させながら常に新線を送り続けるとともに、リン化インジウムのインゴットを載せたステージをワイヤーへ向かって鉛直方向に移動させる。
【００２６】
ワイヤーソーによるインゴットの切断条件を以下に示す。
・ワイヤーの新線供給速度：１０〜６０ｍ／分
・ワイヤーの往復速度：３００〜３５０ｍ／分
・リン化インジウムのインゴットを載せたステージの鉛直方向移動速度：２００〜４００μｍ／分
・ワイヤーソーの砥粒の管理
使用砥粒ＧＣ  ＃１２００、切削油ＰＳ−ＬＰ−５００Ｄとし、砥粒は粘度計のロータ軸の回転速度６０ｒｐｍのときに３００〜４００ｍＰａ・ｓになるように管理する。当該粘度は、東機産業製ＴＶＢ−１０粘度計で測定することができる。
【００２７】
次に、ワイヤーソーによる切断工程において生じた加工変質層を除去するために、切断後のウエハを８５質量％のリン酸水溶液及び３０質量％の過酸化水素水の混合溶液により、両面から合計５〜１５μｍエッチングする。ウエハは、前記エッチング液中にウエハ全体を浸漬することで、エッチングする。
【００２８】
次に、ウエハの外周部分の面取りを行い、面取り後のウエハの少なくとも一方の表面、好ましくは両面を研磨する。当該研磨工程はラッピング工程とも言われ、所定の研磨材で研磨することで、ウエハの平坦性を保ったままウエハ表面の凹凸を取り除く。
【００２９】
次に、研磨後のウエハを８５質量％のリン酸水溶液及び３０質量％の過酸化水素水及び超純水の混合溶液により、両面から合計８〜１５μｍだけエッチングする。ウエハは、前記エッチング液中にウエハ全体を浸漬することで、エッチングする。
次に、ウエハの主面を鏡面研磨用の研磨材で研磨して鏡面に仕上げる。
次に、洗浄を行うことで、本発明の実施形態に係るリン化インジウムウエハが製造される。
【００３０】
〔半導体エピタキシャルウエハ〕
本発明の実施形態に係るリン化インジウム基板の主面に対し、公知の方法で半導体薄膜をエピタキシャル成長させることで、エピタキシャル結晶層を形成し、半導体エピタキシャルウエハを作製することができる。当該エピタキシャル成長の例としては、リン化インジウム基板の主面に、ＩｎＡｌＡｓバッファ層、ＩｎＧａＡｓチャネル層、ＩｎＡｌＡｓスペーサ層、ＩｎＰ電子供給層をエピタキシャル成長させたＨＥＭＴ構造を形成してもよい。このようなＨＥＭＴ構造を有する半導体エピタキシャルウエハを作製する場合、一般には、鏡面仕上げしたリン化インジウム基板に、硫酸／過酸化水素水などのエッチング溶液によるエッチング処理を施して、基板表面に付着したケイ素（Ｓｉ）等の不純物を除去する。このエッチング処理後のリン化インジウム基板の裏面をサセプターに接触させて支持した状態で、リン化インジウム基板の主面に、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）又は有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりエピタキシャル膜を形成する。
【００３１】
このとき、本発明の実施形態に係るリン化インジウム基板は、裏面の反りが上述のように低減されているため、基板裏面とサセプターの接触が均一になる。このため、リン化インジウム基板への熱伝導の面内分布が均一となり、基板温度を均一にしながらエピタキシャル成長することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を提供するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００３３】
実施例１〜６及び比較例１〜５を以下のように作製した。
まず、所定の直径で育成したリン化インジウムの単結晶のインゴットを準備した。
次に、リン化インジウムの単結晶のインゴットの外周を研削し、円筒にした。
【００３４】
次に、研削したリン化インジウムのインゴットから主面及び裏面を有するウエハを切り出した。このとき、リン化インジウムのインゴットの結晶両端を所定の結晶面に沿って、ワイヤーソーを用いて切断し、複数のウエハを所定の厚みに切り出した。ウエハを切り出す工程では、ワイヤーを水平方向に往復させながら常に新線を送り続けるとともに、リン化インジウムのインゴットを載せたステージをワイヤーへ向かって鉛直方向に移動させた。
【００３５】
ワイヤーソーによるインゴットの切断条件を以下に示す。
・ワイヤーの新線供給速度：１０〜６０ｍ／分
・ワイヤーの往復速度：表１に記載
・リン化インジウムのインゴットを載せたステージの鉛直方向移動速度：表１に記載
・ワイヤーソーの砥粒の管理
使用砥粒ＧＣ  ＃１２００、切削油ＰＳ−ＬＰ−５００Ｄとし、砥粒は粘度計のロータ軸の回転速度６０ｒｐｍのときに表１に記載の粘度になるように管理した。当該粘度は、東機産業製ＴＶＢ−１０粘度計で測定した。
【００３６】
次に、ワイヤーソーによる切断工程において生じた加工変質層を除去するために、切断後のウエハを８５質量％のリン酸水溶液及び３０質量％の過酸化水素水の混合溶液により、両面から合計で表１に記載の量だけエッチングした（切断後エッチング）。ウエハは、エッチング液中にウエハ全体を浸漬することで、エッチングした。
【００３７】
次に、ウエハの外周部分の面取りを行い、面取り後のウエハの両面を研磨した（ラッピング）。このとき、所定の研磨材で研磨することで、ウエハの平坦性を保ったままウエハ表面の凹凸を取り除いた。
【００３８】
次に、研磨後のウエハを８５質量％のリン酸水溶液及び３０質量％の過酸化水素水及び超純水の混合溶液により、両面から合計で表１に記載のエッチング量（表面からエッチングした厚み）だけエッチングした（ラップ後エッチング）。ウエハは、エッチング液中にウエハ全体を浸漬することで、エッチングした。
【００３９】
次に、ウエハの主面を鏡面研磨用の研磨材で研磨して鏡面に仕上げた後、洗浄することで、表１に示すウエハ外径を有するリン化インジウム基板を作製した。
【００４０】
（評価）
・裏面評価
実施例１〜６及び比較例１〜５のサンプルについて、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｔｒｏｐｅｌ社製Ｕｌｔｒａｓｏｒｔを用いて、それぞれ裏面を上側に向けてＰＰ製カセットに収納し、自動搬送にて、幅３ｍｍの外周部分を除外したＳＯＲＩ値を測定した。当該測定は非吸着にて実施した。
【００４１】
・表面評価
実施例１〜６及び比較例１〜５のサンプルについて、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｔｒｏｐｅｌ社製Ｕｌｔｒａｓｏｒｔを用いて、それぞれ表面を上側に向けてＰＰ製カセットに収納し、自動搬送にて、幅３ｍｍの外周部分を除外したＷＡＲＰ値及びＴＴＶ値を測定した。当該測定は非吸着にて実施した。
【００４２】
ここで、当該「ＷＡＲＰ値」について説明する。リン化インジウム基板を支持し、元の形状を変えないように測定した場合において、リン化インジウム基板の測定面上に、基板中心点を囲むように、３点を頂点とする三角形を描いたとき、当該三角形を含む平面を３点基準面とする。この３点は、基板中心を原点としてＯＦ中央部が２７０°となるような極座標を取り、基板の半径をＲとおいたときに、（０．９７Ｒ、９０°）、（０．９７Ｒ、２１０°）、（０．９７Ｒ、３３０°）となる３点である。３点基準面と垂直な方向において、３点基準面から見た基板の測定面の最高位置と３点基準面との間の距離、及び、３点基準面から見た基板の測定面の最低位置と３点基準面との間の距離の合計がＷＡＲＰ値である。
【００４３】
また、当該「ＴＴＶ値」について説明する。ＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は、リン化インジウム基板を支持し、測定面と反対の面を吸着し、吸着された面を基準面とする。基準面と垂直な方向において、基準面から見た基板の測定面の最高位置と最低位置との差がＴＴＶ値である。ＴＴＶ値は、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｔｒｏｐｅｌ社製Ｕｌｔｒａｓｏｒｔを用いて測定することができ、リン化インジウム基板を、表面を上側に向けてＰＰ製カセットに収納し、自動搬送することで測定することができる。
前述の製造条件、評価の結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
0006761915.tif 000002
【００４５】
（評価結果）
実施例１〜６は、いずれも裏面を上にして平坦な面上に置いて測定したＳＯＲＩ値が２．５μｍ以下であり、基板裏面とサセプターとの接触が均一になるような良好なリン化インジウム基板が得られた。
比較例１〜３は、ワイヤーソーによる切断工程において、それぞれのパラメータが適切ではなく、裏面そりが大きいリン化インジウム基板となった。
比較例４は、切断後のエッチング工程において、エッチング量が適切ではなく、切断時の加工ダメージを除去することができず裏面そりが大きいリン化インジウム基板となった。
比較例５は、ラッピング後のエッチング工程において、エッチング量が適切ではなく、ラッピング時の加工ダメージを除去することができず裏面そりが大きいリン化インジウム基板となった。
【要約】
【課題】基板裏面の反りが良好に抑制されたリン化インジウム基板、半導体エピタキシャルウエハ及びリン化インジウム基板の製造方法を提供する。
【解決手段】エピタキシャル結晶層を形成するための主面と、主面の反対側の裏面とを有するリン化インジウム基板であって、リン化インジウム基板の裏面を上にした状態で測定した、裏面のＳＯＲＩ値が、２．５μｍ以下であることを特徴とするリン化インジウム基板。
【選択図】なし