(57)【要約】【課題】アンドープ半絶縁性ＧａＡｓ結晶から微小ピット数の少ない鏡面ウェハを得る。【解決手段】鏡面ウェハを得るには、アンドープ半絶縁性ＧａＡｓ結晶を成長し、結晶を冷却し、その後ウェハに加工し、鏡面研磨する。結晶成長時、０．５０００５以上の過剰なＡｓ組成比を持つＧａＡｓ結晶を成長させる。結晶状態で又はウェハ状態で１，１００℃に昇温（アニール）してから、５０℃／ｈ以上の速い冷却速度で冷却する。これにより、鏡面研磨後に測定され微小ピットの数が４インチウェハ換算で１，０００個／枚以下の鏡面ウェハを得る。【選択図】　　　図１
2004002076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面研磨後に測定されるウェハ上の微小ピットの数を所定数以下に低減するＧａＡｓウェハの製造方法であって、
成長炉でＡｓ過剰のＧａＡｓ結晶を成長させる工程と、
結晶成長後、ＧａＡｓ結晶を前記成長炉から取り出さずそのまま降温する過程で、所定の冷却速度で冷却する工程とを含むことを特徴とするＧａＡｓウェハの製造方法。
【請求項２】
鏡面研磨後に測定されるウェハ上の微小ピットの数を所定数以下に低減するＧａＡｓウェハの製造方法であって、
成長炉でＡｓ過剰のＧａＡｓ結晶を成長させる工程と、
結晶成長後、ＧａＡｓ結晶を前記成長炉から取り出してから一旦昇温した後降温する過程で、所定の冷却速度で冷却する工程とを含むことを特徴とするＧａＡｓウェハの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のＧａＡｓウェハの製造方法において、前記一旦昇温した後降温する過程がインゴット状態で行なわれるＧａＡｓウェハの製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載のＧａＡｓウェハの製造方法において、前記一旦昇温した後降温する過程がウェハ状態で行なわれるＧａＡｓウェハの製造方法。
【請求項５】
前記昇温がＡｓ雰囲気中で行なわれる請求項２ないし４のいずれかに記載のＧａＡｓウェハの製造方法。
【請求項６】
前記Ａｓ過剰がＡｓ組成比で０．５０００５以上であり、
前記所定の冷却速度が、１，１００℃以下の降温領域で５０℃／ｈ以上である請求項１ないし５のいずれかに記載のＧａＡｓウェハの製造方法。
【請求項７】
前記鏡面研磨後に測定されるウェハ上の微小ピットの数が、４インチウェハ換算で１，０００個／枚以下である請求項１ないし６のいずれかに記載のＧａＡｓウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＡｓウェハの製造方法に係り、特にウェハ鏡面研磨後に測定される微小ピットの数を低減するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓ単結晶の製造方法としては、主に液体封止引上法（ＬＥＣ法）及び垂直ブリッジマン法（ＶＢ法又はＶＧＦ法（温度傾斜法））が採用されている。成長炉内で融解したＧａ、ＡｓからＧａＡｓ単結晶を徐々に成長し、炉内からそのまま結晶を取り出し、冷却し、その後ウェハに加工し、さらに鏡面研磨する。
【０００３】
ＧａＡｓ結晶から加工されたＧａＡｓウェハには、結晶成長時に不純物をドープしたドープＧａＡｓウェハと、不純物をドープしないアンドープＧａＡｓウェハとがあるが、アンドープＧａＡｓウェハは特にＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢＴ等のような電子デバイス向けに多く使用されている。
【０００４】
通常、ＧａＡｓウェハは鏡面研磨したものがエピタキシャル用の基板として使用されるが、ＧａＡｓウェハ表面には、鏡面研磨後に、大きさが０．５〜０．１μｍ程度の欠陥（以下、微小ピットという）が発生しやすい。一般的にＳｉドープ導電性ウェハの場合は微小ピットは発生し難いが、Ｓｉのドープ量を減らしてキャリア濃度を１×１０１７ｃｍ−３程度以下にすると、微小ピットが多く発生してくる。特に、Ｓｉをドープしないアンドープ半絶縁性ＧａＡｓウェハの場合は微小ピットが最も発生しやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように成長炉内から結晶を取り出し、冷却し、ウェハ加工後鏡面研磨すると、アンドープ半絶縁性ＧａＡｓウェハの場合には、多数（数千個以上）の微小ピットが発生する。微小ピットが発生したウェハは、その表面の凹凸が、デバイスの微細加工時に問題となり、微小ピット数が多いと微細加工ができなかったり、微細加工ができても歩留まりが悪かった。
【０００６】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、微小ピットの発生数を低減することが可能なＧａＡｓ単結晶の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、鏡面研磨後に測定されるウェハ上の微小ピットの数を所定数以下に低減するＧａＡｓウェハの製造方法であって、成長炉でＡｓ過剰のＧａＡｓ結晶を成長させる工程と、結晶成長後、ＧａＡｓ結晶を前記成長炉から取り出さずそのまま降温する過程で、所定の冷却速度で冷却する工程とを含むことを特徴とするＧａＡｓウェハの製造方法である。ここでいう微小ピットとは、大きさ０．１〜０．５μｍの欠陥をいう。Ａｓ過剰になるように制御して結晶を成長させると、結晶中に過剰Ａｓが固溶する。結晶成長後、ＧａＡｓ結晶をそのままの高温状態から降温する過程で、所定の速度で冷却制御すると、結晶中に固溶した過剰Ａｓが均一に分散する。このようにＡｓ過剰となるように制御し、且つ降温過程で冷却速度制御することにより、ＧａＡｓ鏡面ウェハ上の微小ピット数を有効に低減できる。
【０００８】
第２の発明は、鏡面研磨後に測定されるウェハ上の微小ピットの数を所定数以下に低減するＧａＡｓウェハの製造方法であって、成長炉でＡｓ過剰のＧａＡｓ結晶を成長させる工程と、結晶成長後、ＧａＡｓ結晶を前記成長炉から取り出してから一旦昇温した後降温する過程で、所定の冷却速度で冷却する工程とを含むことを特徴とするＧａＡｓウェハの製造方法である。Ａｓ過剰になるように制御して結晶を成長した後、そのまま降温する過程で冷却速度を制御するのではなく、一旦炉から取り出して降温させてから昇温（アニール）し、昇温後降温する過程で冷却速度を制御する。アニールすると、結晶中に過剰Ａｓが固溶する。アニールしたＧａＡｓ結晶を降温する過程で、所定の速度で冷却制御すると、結晶中に固溶した過剰Ａｓが均一に分散する。このようにＡｓ過剰となるように制御し、且つアニールを施すことにより、ＧａＡｓ鏡面ウェハ上の微小ピット数を有効に低減できる。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、前記一旦昇温した後降温する過程がインゴット状態で行なわれるＧａＡｓウェハの製造方法である。アニール及び降温はインゴット状態で行なってもよい。この場合でも同様な微小ピット数低減効果が得られる。
【００１０】
第４の発明は、第２の発明において、前記一旦昇温した後降温する過程がウェハ状態で行なわれるＧａＡｓウェハの製造方法である。アニール及び降温はウェハ状態で行なってもよい。この場合でも同様な微小ピット数低減効果が得られる。
【００１１】
第５の発明は、第２ないし第４の発明において、前記昇温がＡｓ雰囲気中で行なわれるＧａＡｓウェハの製造方法である。アニールがＡｓ雰囲気で行なわれるので、Ａｓの揮散が防止できる。
【００１２】
第６の発明は、第１ないし第５の発明において、前記Ａｓ過剰がＡｓ組成比で０．５０００５以上であり、前記所定の冷却速度が、１，１００℃以下の降温領域で５０℃／ｈ以上であるＧａＡｓウェハの製造方法である。１，１００℃はＡｓが固溶する温度であることから、微小ピット数をより低減するには、Ａｓ組成比が０．５０００５以上であり、所定の冷却速度が、１，１００℃以下の降温領域で５０℃／ｈ以上であることが好ましい。
【００１３】
第７の発明において、第１ないし第６の発明において、前記鏡面研磨後に測定されるウェハ上の微小ピットの数が、４インチウェハ換算で１，０００個／枚以下であるＧａＡｓウェハの製造方法である。ウェハ上の微小ピットの数が、４インチウェハ換算で１，０００個／枚以下であると、デバイスの微細加工時に問題が生じない。
【００１４】
第８の発明は、第１ないし第７の発明において、ＧａＡｓウェハがアンドープ半絶縁性ＧａＡｓウェハであるＧａＡｓウェハの製造方法である。半絶縁性ＧａＡｓウェハの場合、特に微小ピットが最も発生しやすいので、有効である。
【００１５】
【実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図４はノンドープＧａＡｓ半絶縁性単結晶を製造するためのＬＥＣ法を用いた単結晶製造装置の概略構成図を示す。単結晶製造装置は、成長炉を構成する高圧容器１を備える。高圧容器１内に、原料であるＧａ、Ａｓ、及び封止剤である三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）を入れるｐＢＮるつぼ３が設けられる。るつぼ３の周囲にグラファイト製ヒータ５を配置し、るつぼ３を加熱するようになっている。るつぼ３にＧａ、Ａｓ及び三酸化硼素をチャージする。その後、高圧容器１内をヒータ５によりＧａＡｓの融点温度（１２３８℃）以上に加熱し、るつぼ３内部の原料を融解してＧａＡｓ融液６を形成し、その融液表面を三酸化硼素４で覆う。種結晶２を下降させ、ＧａＡｓ融液６に接触させ、ヒータ５の出力調整により、高圧容器１内の温度を徐々に下げ、種結晶２を徐々に引上げることによりノンドープＧａＡｓ半絶縁性単結晶１０を直接合成して成長させ、成長した単結晶を高圧容器１から取り出す。結晶はφ４インチ（直径１０１．６ｍｍ）である。
【００１７】
微小ピットの発生状況を、上述したＬＥＣ法を用いて製造したノンドープＧａＡｓ半絶縁性単結晶で調査した結果、成長後の結晶を一旦１，１００℃まで昇温加熱（アニール）した後、比較的速い速度で室温まで冷却すると、微小ピットの発生数が低減することがわかった。アニール温度が１，１００℃より低い場合は効果が全くなく、また冷却速度は速い方が効果が大きいことがわかった。
【００１８】
１，１００℃というのは、結晶中の過剰Ａｓが固溶する温度である。さらに冷却速度を高速にするほど効果が大きいことを考慮すると、過剰Ａｓを固溶させた後、均一に分散させることが有効なのではないかと推測した。
【００１９】
そこで、結晶の過剰Ａｓ量を変えた実験を行なった。図１はＡｓ組成比を変化させたときの微小ピット数の実験結果を示す。横軸はＡｓ組成比、縦軸は鏡面研磨後のウェハ上の微小ピット数（ケ／枚）であり、冷却速度（℃／ｈ）をパラメータとしている。
【００２０】
ここに過剰Ａｓ量はＡｓ組成比で表される。ＬＥＣ法を用いて結晶の直接合成引上げを行ない、使用する原料であるＧａとＡｓの量を適宜変えることで、Ａｓ組成比を変化させる。成長後の結晶中のＡｓ組成比は、実際には測定が難しいため、Ａｓ組成比の値は全て原料チャージの時の原料重量比から計算したものである。
【００２１】
１，１００℃以下の降温領域での冷却速度を５０℃／ｈと３０℃／ｈとの２通りに設定し、Ａｓ組成比を０．４９９９〜０．５００３まで変化させた。この実験から、予想通り、過剰Ａｓが多いほど、微小ピット数の発生が少ないことがわかった。また、冷却速度が３０℃／ｈではＡｓ混晶比を過剰にしても微小ピット数を１，０００個以下にすることができないが、冷却速度を５０℃／ｈにすると、Ａｓ組成比を０．５０００５以上にすることによって微小ピット数を１，０００個以下にすることができることもわかった。
【００２２】
また、図２にアニール後の冷却速度を変化させて実験した結果を示す。横軸は１，１００℃以下の降温領域での冷却速度（℃／ｈ）、縦軸は鏡面研磨後のウェハ上の微小ピット数（ケ／数）であり、Ａｓ組成比は０．５０００５とした。この実験結果から、冷却速度が大きいほど微小ピット数の発生が少ないことがわかる。特に、冷却速度が５０℃／ｈより大きいと極端に微小ピット数が低減することがわかる。
【００２３】
図１及び図２より、組成比０．５０００５以上、冷却速度５０℃／ｈ以上で微小ピット数レベルが１，０００個／枚以下になることがわかる。
【００２４】
上記実施の形態では、１，１００℃から冷却する方法は、取り出した結晶を再アニールしてから冷却するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、結晶成長後にそのまま冷却するようにしてもよい。また、アニールは結晶（インゴット）の状態でもウェハの状態でもよい。
【００２５】
上述した説明から、実用的に問題がないと思われる微小ピット数が１，０００個／枚以下のウェハを得る方法として、下記２点を満たしたものが最適となる。
【００２６】
（１）結晶成長後そのまま降温する際、又は一旦成長炉から結晶を取り出した後（インゴット状態でもウェハの状態でもよい）１，１００℃以上までアニールしてから降温する際、１，１００℃以下の降温領域で５０℃／ｈ以上の速度で冷却する。
【００２７】
（２）ＧａＡｓ結晶のＡｓ組成比は０．５０００５以上のＡｓ過剰のものを使用する。
【００２８】
この２点を満たして製造、加工したアンドープ半絶縁性ＧａＡｓウェハによると、これを鏡面研磨しても、測定されるウェハ表面の微小ピット数は１，０００個以下／枚に抑えることができる。従って、ウェハ表面の凹凸が、デバイスの微細加工時にほとんど問題となることがなくなり、微細加工の歩留まりが大幅に向上する。
【００２９】
なお、冷却速度は５０℃／ｈ以上であれば速い程効果が大きいが、速すぎると結晶中にスリップ等の結晶欠陥が入りやすいため、実用上は５０〜８０℃／ｈが好ましい。また、ＧａＡｓ単結晶の製造方法は、ＬＥＣ法に限定されない。アンドープ半絶縁性単結晶を製造できるものであれば、ＶＢ法、ＶＧＦ法や他の方法で成長したものでもよい。
【００３０】
また、Ａｓの組成比に関しては、測定が難しいため、実施の形態では原料のチャージ量から計算した数値を用いた。このため実際の組成比とは若干ずれている可能性があるが、Ａｓ組成比が大きい程、微小ピット数低減効果が大きいという点ではなんら変るものではなく、別の組成比算出方法で多少ずれた値が測定されたとしても、本発明を逸脱するものではない。
【００３１】
なお、要請される鏡面ウェハ上の微小ピット数が１，０００個／枚を超えてもよい場合には、上記２点を満たさなくても良く、前述したＡｓ組成比及び冷却速度の値を緩和して製造、加工すればよい。
【００３２】
【実施例】
（実施例）
Ｇａ１０ｋｇ、Ａｓ１０．７５４ｋｇ、さらにＢ２Ｏ３１，０００ｇをｐＢＮるつぼに入れた後、高圧容器の圧力をＡｒガスで６ＭＰａまで加圧した。その後、約９００℃まで昇温し、ＧａとＡｓを反応させた後、さらに昇温して全体を融液にさせた。圧力を２ＭＰａまで下げ、種結晶による種付けを行なった後、１０ｍｍ／ｈの速度で引上げを行なって結晶を成長させた。成長終了後、室温まで徐冷した後、高圧容器から結晶を取り出して室温まで一旦冷却した。結晶は組成比０．５００１のφ４インチ（直径１０１．６ｍｍ）サイズで１７ｋｇのノンドープＧａＡｓ半絶縁性単結晶であった。
【００３３】
この結晶の両端を切り、外周を研削し、エッチング洗浄した後、インゴット状態で内圧補償用のＡｓとともに石英ガラス製容器に真空封止し、１，１００℃まで昇温（アニール）し、１０時間保持した後、８０℃／ｈで室温まで冷却し、結晶を取り出した。この結晶からウェハを切り出し、鏡面研磨をして、微小ピット数の測定を鏡面検査装置（テンコール社のサーフスキャン６２００）を用いて測定した。その結果、図３（ｂ）に示すように、微小ピット数は約２５０個／枚であった。
（比較例）
実施例と同じ条件で結晶を成長させ、結晶状態でも、インゴットないしウェハ状態でもアニールせずに、ウェハ加工して鏡面研磨し、同様な測定方法で微小ピット数の測定をした。その結果、アニール前のアズグロウンでは、図３（ａ）に示すように、微小ピット数は約６，３００個／枚であった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、鏡面ウェハの微小ピットの発生数を低減することができるので、微細加工が容易になり、このウェハを使ったデバイスの歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＧａＡｓウェハの製造方法に係る鏡面ウェハ上の微小ピット数特性図であって、５０℃／ｈ、３０℃／ｈの２つの冷却速度をパラメータとして、Ａｓ組成比を変化させた時の微小ピット数の変化を表した実験データの図である。
【図２】本発明に係るＡｓ組成比０．５０００５の結晶から加工した鏡面ウェハ上の微小ピット数の特性図であって、１，１００℃以下の降温領域の冷却速度を変化させた時の微小ピット数の変化を表した実験データの図である。
【図３】Ａｓ組成比が０．５００１、φ４インチの結晶を８０℃／ｈで降温したアニール後の実施例と、アニールなし（アズグロウン）の比較例とを示した鏡面ウェハ上の微小ピット数の発生状況を示す図である。
【図４】本発明に係るＬＥＣ法を用いた単結晶製造装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１　　高圧容器
２　　種結晶
３　　るつぼ
４　　三酸化硼素
５　　ヒータ
６　　ＧａＡｓ融液
１０　　ＧａＡｓ単結晶
【図１】
2004002076.tif 000003
【図２】
2004002076.tif 000004
【図３】
2004002076.tif 000005
【図４】
2004002076.tif 000006