(57)【要約】【課題】  ＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハの割れを軽減しかつその利用効率と経済性を向上させる。【解決手段】  六方晶系のＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１）単結晶ウエハであって、前記ウエハが面積Ｓ（ｃｍ2）の主面とＴ（ｃｍ）の厚みとを有し、Ｓ≧１０ｃｍ2と０．００６Ｓ≧Ｔ≧０．００２Ｓの条件を満たすことを特徴とするＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハ。【選択図】        図２
2005347634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶系のＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１）単結晶ウエハであって、前記ウエハが面積Ｓ（ｃｍ2）の主面とＴ（ｃｍ）の厚みとを有し、Ｓ≧１０ｃｍ2と０．００６Ｓ≧Ｔ≧０．００２Ｓの条件を満たすことを特徴とするＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハ。
【請求項２】
前記ウエハの主面が円形からずれた楕円形を有する場合には、前記面積Ｓは前記楕円形の長径を直径とする円の面積として求められ、前記ウエハの主面が正方形からずれた長方形を有する場合には、前記面積Ｓは前記長方形の長辺を一辺とする正方形の面積として求められることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハ。
【請求項３】
前記ウエハの（０００２）面回折で測定したＸ線ロッキングカーブの半値全幅が３００秒以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハ。
【請求項４】
前記ウエハの一方の主面がミラー研磨されており、他方の主面がラッピング加工されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハ。
【請求項５】
前記ウエハの両方の主面がミラー研磨されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハ。
【請求項６】
前記ウエハの外周部が研削加工されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は種々の電子デバイスの基板として利用され得る半導体単結晶ウエハに関し、特に比較的割れやすい化合物半導体単結晶ウエハを利用する際のその割れの軽減と経済性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体電子デバイスの基板として半導体単結晶ウエハを利用する場合、当然のことながら、半導体電子デバイスの作製プロセス中にそのウエハが割れないようにしなければならない。なぜならば、半導体単結晶ウエハがプロセス途中で割れてしまえば、その後のプロセス処理を行うことができず、ウエハが無駄になってしまうからである。
【０００３】
近年では、シリコン単結晶ウエハのみならず化合物半導体単結晶ウエハを基板に利用して種々の電子デバイスが作製されている。化合物半導体単結晶の中でも、六方晶系のＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１）単結晶は、種々の電子デバイスを作製するために好ましく用いられ得る。なお、本願明細書において、ＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１）半導体をＡｌＧａＩｎＮ系半導体と略称することもある。
【０００４】
ところで、非特許文献１のJpn.J.Appl.Phys. Vol.40 (2001) pp.L426-L427に記載されているように、シリコン単結晶に比べて、ＡｌＧａＩｎＮ系単結晶は低い破壊靭性を有していて割れやすい傾向にある。特に、ＡｌＮ基板は、ＳｉＣ基板やサファイヤ基板に比べて数分の１程度の低い破壊靭性を有し、そのハンドリング中に割れやすい。
【非特許文献１】Jpn.J.Appl.Phys. Vol.40 (2001) pp.L426-L427
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来では、シリコン単結晶に比べて、大口径のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶を育成することは困難であり、特に大口径のＡｌＮ単結晶を育成することは困難であった。しかし、近年では、ＡｌＮにおいても比較的大きな径の単結晶の育成が可能になりつつある。
【０００６】
半導体ウエハの主面の面積が小さい場合、ウエハの重量も小さくて、プロセス中にウエハに作用する衝撃も小さくなるので、プロセス中にウエハが割れる可能性は小さい。したがって、半導体ウエハの径が小さい場合には、ウエハの厚さは、ウエハを割れにくくする観点からよりも、ウエハのハンドリングのしやすさの観点からの要請によって決められる。たとえば、ウエハがあまりに薄すぎる場合にはピンセットでつかみ難いので、ウエハはピンセットでつかみやすい厚さに設定される。
【０００７】
ところが、ウエハの径が大きくなればその重量も増大し、ウエハにかかる衝撃も大きくなる傾向にあるので、ウエハのハンドリングの容易性の観点からの要請よりも、ウエハを割れ難くするための観点からの要請が重要となる。すなわち、ウエハの主面の面積の増大に伴って、ウエハを割れ難くするために、ウエハの厚みを増大させることが望まれる。
【０００８】
しかし、ウエハの厚さを増大させれば大径のウエハでも割れ難くなるが、電子デバイス作製のための基板としての半導体単結晶の利用効率が低下するので、経済的に好ましくない。
【０００９】
そこで、本発明は、シリコン単結晶ウエハに比べて割れやすいＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハを電子デバイス用の基板として利用する場合に、ＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハの割れを軽減しかつその利用効率と経済性を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、六方晶系のＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１）単結晶ウエハは、前記ウエハが面積Ｓ（ｃｍ2）の主面とＴ（ｃｍ）の厚みとを有し、Ｓ≧１０ｃｍ2と０．００６Ｓ≧Ｔ≧０．００２Ｓの条件を満たすことを特徴としている。
【００１１】
なお、ウエハの主面が円形からずれた楕円形を有する場合には、その面積Ｓは楕円形の長径を直径とする円の面積として求められ、ウエハの主面が正方形からずれた長方形を有する場合には、その面積Ｓは長方形の長辺を一辺とする正方形の面積として求めればよい。
【００１２】
ウエハの（０００２）面回折で測定したＸ線ロッキングカーブの半値全幅が３００秒以下であることが好ましい。
【００１３】
ウエハの一方の主面がミラー研磨されており、他方の主面がラッピング加工されていることが好ましい。また、ウエハの両方の主面がミラー研磨されていることがより好ましい。さらに、ウエハの外周部が研削加工されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のような本発明によれば、大径のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハの割れを抑制することができ、その利用効率および経済性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者は、シリコン単結晶ウエハに比べて割れやすいＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハの中でも最も低い破壊靭性を有するＡｌＮ単結晶ウエハに関して破壊試験を行った。この破壊試験のために、昇華析出法によって育成されたＡｌＮ単結晶から種々の厚さのウエハが作製された。それらのウエハのいずれもが実質的に円形の主面を有し、その主面は（０００１）の面方位と１０ｃｍ2の面積を有していた。
【００１６】
図１は、破壊試験に用いられたウエハトレーを模式的な断面図で図解している。このウエハトレーはフロロウエア社製であって、全ての部品がテフロン（登録商標）で形成されており、１．５インチ径ウエハ用のトレーである。
【００１７】
図１のウエハトレーの受け皿１上にＡｌＮ単結晶ウエハ２が収容された。ＡｌＮウエハ２上にはテフロン（登録商標）製のリーフスプリング３が置かれ、その上に蓋４が被せられた。蓋４は、止め具５によって受け皿１に固定された。この状態で、ウエハトレーが５０ｃｍの高さからコンクリート床上に落とされ、そのトレー内のＡｌＮウエハ２が割れるか否かが調べられた。
【００１８】
このような破壊試験の結果、１０ｃｍ2の面積の主面を有するＡｌＮ単結晶ウエハでは、０．０２ｃｍ以上の厚さを有する場合にほとんど割れないことが見出された。
【００１９】
ところで、ウエハ表面に存在する微小なクラックに一定の応力が作用すれば、そのウエハに割れが発生し得る。それらの微小なクラックをウエハから完全に排除することはできないが、それらのクラックの大きさはウエハの大きさにあまり依存しない。したがって、ウエハの割れを防止するためには、ウエハに作用する応力を一定の値以下にする必要がある。
【００２０】
ここで、簡単な材料力学的な知見から、ウエハに作用する応力はウエハの面積に比例し、その厚さに反比例する。すなわち、ウエハの割れを防止するためには、ウエハの面積の増大に比例してその厚さを増大させることが望まれる。また、上述の破壊試験の結果に基づいて、１０ｃｍ2の面積を有するウエハが０．０２ｃｍの厚みを有すれば割れにくいという知見をも考慮すれば、ウエハの厚みＴ（ｃｍ）とウエハの面積Ｓ（ｃｍ2）とが０．００２Ｓ≦Ｔの関係を満たすことが望まれる。
【００２１】
他方、ウエハの厚みが厚いほどウエハは割れ難くなるが、半導体単結晶インゴットから得られるウエハの枚数が減少し、半導体単結晶の利用効率が低下するので経済的に好ましくない。したがって、半導体単結晶から得られるウエハ枚数に関する経済的観点から、ウエハの厚みは、その割れを防止するために最低限必要とされる厚みの３倍以下であることが望まれ、すなわちＴ≦０．００６Ｓの関係を満たすことが望まれる。
【００２２】
図２のグラフは、本発明によって見出された以上の結果を示している。このグラフにおいて、横軸はＡｌＮ単結晶ウエハの面積Ｓ（ｃｍ2）を表し、縦軸はそのウエハの厚さＴ（ｃｍ）を表している。また、グラフ中の直線（ａ）はＴ＝０．００２Ｓの関係を表し、直線（ｂ）はＴ＝０．００６Ｓの関係を表している。すなわち、本発明によれば、ＡｌＮ単結晶ウエハは、プロセス中の割れを防止するために、その厚さＴと面積Ｓが直線（ａ）と（ｂ）の間に存在することが望ましい。
【００２３】
なお、半導体ウエハの割れは、その表面に存在するクラックの大きさ（深さ）にも依存し得る。したがって、それらのクラックの深さを減少させるために、少なくともウエハの表面をミラー研磨して、裏面も少なくともラッピングすることが好ましい。もちろん、割れ防止の観点からは、ウエハの裏面をも、ラッピングでなくてミラー研磨することがより好ましい。また、ウエハの両主面を研磨するだけでなく、その端面をも研削加工してクラックを除去することがさらに好ましい。ウエハの研磨に関しては特に限定されず、どのような方法を用いてもよいが、たとえばダイヤモンドやアルミナなどの研磨剤を研磨板または研磨布上に供給して研磨すればよい。ウエハの外周を研削する場合、砥石を使用して研削してもよいし、浮遊砥粒を使用して研磨してもよい。
【００２４】
また、半導体ウエハの割れは、外部から与えられる衝撃力だけでなくて、そのウエハに内包される残留内部応力の影響をも受け得る。もちろん、ウエハの割れ防止の観点からは、その残留内部応力は小さいほうが好ましい。そのような内部応力の大小は、Ｘ線回折の半値全幅によって評価し得る。すなわち、内部応力が大きければウエハが反るので、その半値全幅が大きくなるのである。そして、ウエハの割れ防止の観点からは、ＡｌＮ単結晶ウエハの（０００２）面回折で測定したＸ線ロッキングカーブにおける半値全幅が３００秒以下であることが好ましい。
【００２５】
なお、以上の本発明の実施形態では主にＡｌＮ単結晶ウエハを例示として説明されたが、本発明は、ＡｌＮにおけるＡｌの一部がＧａやＩｎで置換されたＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１）単結晶ウエハについても同様に適用可能であることが、いわゆる当業者に理解されよう。また、ウエハの主面方位として（０００１）面が例示されたが、（１０−１０）面、（１１−２０）面、（１０−１１）面、（１０−１２）面またはそれらの面から任意の角度だけ傾斜された面の主面を有するウエハにおいても、本発明は同様に適用可能である。
【００２６】
さらに、上述の実施形態では実質的に円形の主面を有するウエハについて説明されたが、ウエハの主面が円形からずれた楕円形を有する場合には、その面積Ｓは楕円形の長径を直径とする円の面積として求めればよく、ウエハの主面が正方形からずれた長方形を有する場合には、その面積Ｓは長方形の長辺を一辺とする正方形の面積として求めればよい。
【００２７】
以上のような本発明によるＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１）単結晶ウエハは、プロセス中に破壊が起こり難いので、発光ダイオード、レーザダイオード、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視・紫外光センサ、弾性表面波デバイスなどの種々の電子デバイスの生産に好ましく使用され得る。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、大径のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハの割れを抑制することができ、その利用効率および経済性を高めることができる。そして、そのような大径のＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハを用いて、種々の電子デバイスを効率的かつ経済的に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明において行われたウエハの破壊試験に用いられたウエハトレーを図解する模式的断面図である。
【図２】ＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハの破損防止のために満たすことが望まれる厚さＴと面積Ｓとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  受け皿、２  ＡｌＮ単結晶ウエハ、３  リーフスプリング、４  蓋、５  止め具。
【図１】
2005347634.tif 000003
【図２】
2005347634.tif 000004