(57)【要約】  【解決手段】単結晶ウエハ１の外周の角に面取り部１ａを設けている。この面取り部１ａと単結晶ウエハ１の主面１ｄとのなす角度ψが、容易破断面１ｅと主面１ｄとのなす角度θよりも小さくなるように加工されている。  【効果】面取り部１ａのカケ等の割れが容易破断面１ｅに沿って進む際、それが単結晶ウエハ１の外周に向かいやすくなるので、単結晶ウエハ１に大きなクラックが生じることを防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ主面に非平行な劈開方向を有する単結晶ウエハであって、
前記主面とウエハ側面との間に、縦断面形状が直線状の面取り部が形成されており、
該面取り部と前記主面とのなす角度ψが前記劈開方向と前記主面とのなす角度θよりも小さいことを特徴とする単結晶ウエハ。
【請求項２】
ウエハ主面に非平行な劈開方向を有する単結晶ウエハであって、
前記主面とウエハ側面との間に、縦断面が曲面状の面取り部が形成されており、
前記面取り部と前記主面との交点と前記面取り部と前記ウエハ側面との交点とを結ぶ線分と、前記主面とのなす角度ψが、前記劈開方向と前記主面とのなす角度θよりも小さいことを特徴とする単結晶ウエハ。
【請求項３】
ウエハ主面に非平行な劈開方向を有する単結晶ウエハであって、
前記ウエハ側面に、縦断面が曲面状の面取り部が形成されており、
前記面取り部と前記主面との交点と前記面取り部の最外部とを結ぶ線分と、前記主面とのなす角度ψが、前記劈開方向と前記主面とのなす角度θよりも小さいことを特徴とする単結晶ウエハ。
【請求項４】
前記単結晶ウエハは、化学式がＸＢ2（ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｔａから選ばれる少なくとも１種である）で示される二ホウ化物から成り、前記主面が（０００１）面である請求項１から請求項３のいずれかに記載の単結晶ウエハ。
【請求項５】
請求項４記載の単結晶ウエハの主面上に窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長させて成ることを特徴とするエピタキシャル成長用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子工業用途の単結晶ウエハに関するものであり、具体的にはエッジのカケ等から大きなクラックが生じることを防止するため面取り加工を施した単結晶ウエハに関するものである。
また、本発明は二ホウ化物から成る単結晶ウエハからＧａＮやＡｌＧａＮなどの窒化物半導体を成長させたエピタキシャル成長用基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子工業用途の単結晶ウエハは広く知られている。単結晶ウエハの例として、例えば、半導体メモリであるＤＲＡＭ等のシリコン製半導体工業用途向けに大量に使用されているシリコン製単結晶ウエハがある。
このような単結晶ウエハは、精密な加工技術を用いて工業的に生産されており、特にその加工においては、単結晶ウエハの外周の角部（エッジ）にカケ等の欠陥が生じないようにする目的で面取りが施される。そのような面取りが施された単結晶ウエハの例は、例えば、特許文献１〜特許文献５に開示されている。
【０００３】
また、単結晶ウエハは、半導体発光素子（ＬＥＤ）の分野においても広く用いられる。例えば、青色発光素子を構成するＧａＮやＡｌＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル成長用としてのサファイア（Ａｌ2Ｏ3）や炭化珪素（ＳｉＣ）から成る単結晶ウエハがある。
また、サファイアや炭化珪素以外に、窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル成長用として、ホウ化ジルコニウムから成る単結晶ウエハもあり、特許文献６に開示されている。
【特許文献１】特開平７−17794号公報
【特許文献２】特開平８−139033号公報
【特許文献３】特開2000−186000号公報
【特許文献４】特開2001−223163号公報
【特許文献５】特開2003−188107号公報
【特許文献６】特開2004−83319号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜特許文献６に開示されているような従来の単結晶ウエハは、通常、劈開方向等の容易に割れやすい面（容易破断面という）を有している。
しかしながら、容易破断面が主面（「主面」とは、板状であるウエハの表面又は裏面のいずれかをいう）とは異なる角度の面に存在する場合には、面取りを施しても、ウエハの外周に与えられた衝撃等から容易破断面に沿って破壊が進むことをきっかけとして、単結晶ウエハの外周から中央に向かって大きな割れ（クラック）が生じてしまうことがある。
【０００５】
本発明は、以上のような従来の技術における改善が望まれる問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、エッジのカケ等から大きなクラックが生じることを防止することができるような角度で面取り加工を施した単結晶ウエハ及びその単結晶ウエハを用いたエピタキシャル成長用基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するため本発明者は、面取り部の角度を容易破断面の角度に対して適当なものに設定することにより、そのような問題点を抑制できることを見いだして本発明に到った。
本発明の単結晶ウエハは、主面に非平行な劈開方向を有する単結晶ウエハであって、前記主面とウエハ側面との間に、縦断面形状が直線状の面取り部が形成されており、該面取り部と前記主面とのなす角度ψが前記劈開方向と前記主面とのなす角度θよりも小さいものである。
【０００７】
この単結晶ウエハによれば、面取り部の一部を起点とする割れが生じても、その割れは、容易破断面に沿って単結晶ウエハの外周側に進みやすくなる。したがってクラックが生じるとしても単結晶ウエハの外周付近の限定された領域に止まる傾向にあるので、エッジのカケ等から大きなクラックが生じることを防止することができる。
なお、前記角度ψが前記角度θよりも大きい場合は、面取り部の一部を起点とする割れが、容易破断面に沿って単結晶ウエハの中央側に進みやすくなり、単結晶ウエハの中央側にクラックが大きく生じてしまう傾向がある。
【０００８】
前記面取り部は、縦断面が曲面状であってもよく、前記面取り部と前記主面との交点Ａと、前記面取り部と前記ウエハ側面との交点Ｂとを結ぶ線分をＬ１としたときに、Ｌ１と前記主面とのなす角度ψが前記劈開方向と前記主面とのなす角度θよりも小さいものである。
また前記面取り部が、前記ウエハ側面の全体にわたって形成されていてもよく、前記面取り部と前記主面との交点Ａと、前記面取り部の最外部（最外点）Ｄとを結ぶ線分をＬ２としたときに、Ｌ２と前記主面とのなす角度ψが前記劈開方向と前記主面とのなす角度θよりも小さいものである。
【０００９】
前記単結晶ウエハは、化学式がＸＢ2（ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｔａから選ばれる少なくとも１種である）で示される二ホウ化物から成り、主面が（０００１）面であるものであってもよい。この場合には、面取り部に出ている容易破断面である例えば（１０−１２）面から、主面である（０００１）側に向かって割れが生じるのを阻止することができる。したがって、この二ホウ化物から成る単結晶ウエハにおいて、二ホウ化物単結晶の格子定数に整合する半導体層等を成長させる場合、結晶成長面である（０００１）面に対して、エッジのカケ等から大きなクラックが生じることを防止することができる。
【００１０】
本発明のエピタキシャル成長用基板は、前記構成の本発明の単結晶ウエハの主面上に窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長させて成るものである。このエピタキシャル成長用基板によれば、前記構成の本発明の単結晶ウエハの主面上に窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長させたことから、窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した後においても、エッジのカケ等から大きなクラックが入っていないエピタキシャル成長用基板となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の単結晶ウエハ及びそれを用いたエピタキシャル成長基板について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、単結晶ウエハの外周の一部分を拡大して示す要部断面図である。
図１において、１は単結晶ウエハ、１ｄは単結晶ウエハ１の主面（「主面」とは、板状であるウエハの表面又は裏面のいずれかをいう）、１ｆは単結晶ウエハ１の側面、１ａは主面１ｄの外周部における面取り部を示す。
【００１２】
ここで図１の断面図では面取り部１ａを線分で描いているが、単結晶ウエハが円板の場合、立体的に見ると図２のように、面取り部１ａは円錐面の一部を成す。
単結晶ウエハ１が長方形の板であれば、図３のように面取り部１ａは平面の一部を成す。
この面取り部１ａと主面１ｄとの交点をＡ、面取り部１ａと側面１ｆとの交点をＢ、面取り部１ａの中央部（交点Ａと交点Ｂとの中間点）をＣで表す。
【００１３】
単結晶ウエハ１には、容易破断面が存在する。その容易破断面を図１において“１ｅ”で示す。
図１に示す単結晶ウエハ１は、単結晶ウエハ１の外周の角部に面取り部１ａを設けており、この面取り部１ａと主面１ｄとのなす角度をψとする。単結晶ウエハ１の容易破断面１ｅと主面１ｄとのなす角度をθとする。
【００１４】
図１に示す単結晶ウエハ１では、前記角度ψを前記角度θよりも小さくした構成となっている。
前記構成において、単結晶ウエハ１は、化学式がＸＢ２（但し、ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｈｆ又はＴａから選ばれる少なくとも一種である）で示される二ホウ化物から成り、主面が（０００１）面であるものとしている。このような単結晶ウエハ１の容易破断面１ｅは、（１０−１０）面、（１０−１１）面及び（１０−１２）面である。このうち、主面１ｄと異なる角度の容易破断面１ｅは（１０−１１）面及び（１０−１２）面である。これら（１０−１１）面及び（１０−１２）面と主面１ｄとのなす角度θは、38°及び24°である。
【００１５】
本単結晶ウエハ１の構成では、面取り部１ａと主面１ｄとのなす角度ψが、38°よりも小さい角度、好ましくは24°よりも小さい角度となるように、面取り部１ａを形成している。
なお、この例においては、前記（１０−１０）面及び（１０−１１）面が劈開方向であって、（１０−１２）面は劈開方向には該当しないが、劈開方向でなくとも容易に破断することができるので、この例において容易破断面１ｅとして取り扱う。
【００１６】
図４は、図１に示す例及び比較例におけるエッジを起点とする割れの生じ方を示す模式的な断面図である。
角度ψ＜角度θとなるように面取り部１ａを形成すると、図４（ａ）に断面図で示すように、面取り部１ａに対して押圧等が加わってその一部にカケが生じた場合、そこを起点として容易破断面１ｅに沿ってクラックが生じやすくなるが、そのクラックは、主面１ｄに向かわずに、単結晶ウエハ１の外周側（図４において右斜め下方向）に向かって進みやすい。
【００１７】
したがって、図４（ａ）に示す角度ψ＜角度θとなるように面取り部１ａを形成した単結晶ウエハとすれば、エッジのカケ等からクラックが生じたとしても単結晶ウエハ１の外周付近の限定された領域に止まる傾向にあるので、クラックが広がることを防止することができる。
これに対して、角度ψ＞角度θとなるように面取り部１ａを形成すると、図４（ｂ）に断面図で示すように、面取り部１ａに対して押圧等が加わってその一部にカケが生じた場合、そこを起点として容易破断面１ｅに沿ってクラックが生じやすくなるが、そのクラックは主面１ｄ側であって単結晶ウエハ１の中央側（図４において左斜め上方向）に向かって進みやすくなる。さらにそのクラックが主面１ｄに沿って単結晶ウエハ１の中央に向かって進みやすい傾向にある。
【００１８】
次に、図５に本発明の単結晶ウエハの実施の形態の他の例を示す。
この単結晶ウエハ２は、図１に示す単結晶ウエハと違って、面取り部２ａの形状を、外側に凸の曲面状としている。
この面取り部２ａと主面２ｄとの交点をＡ、面取り部２ａと側面２ｆとの交点をＢで表す。ＡＢを結ぶ線分をＬ１で表している。
【００１９】
この線分Ｌ１からなる面と主面２ｄとのなす角度ψが、容易破断面２ｅと主面２ｄとがなす角度θよりも小さくなるように形成した構成である。
図５に示す本発明の単結晶ウエハによれば、図１に示す単結晶ウエハと同様の作用効果を有する他、面取り部２ａの表面が曲面状となっていることから、割れやすい角がとれているので、エッジのカケ等から大きなクラックが生じることを有効に防止することができる。
【００２０】
なお、図１、図５に示す単結晶ウエハ１，２において、外周の下側の角にも、上側の角に設けた面取り部１ａ，２ａと同様の面取り部を設けてもよい。
図６は、単結晶ウエハ３において、外周の上側の角から下側の角にかけて、凸面状の面取り部３ａを連続的に形成した本発明の他の実施形態を示す断面図である。この例では、単結晶ウエハ３の側面全体に、外側に凸の曲面状を持った面取り部３ａを形成している。
【００２１】
この面取り部３ａと主面３ｄとの交点をＡとする。面取り部３ａは、最も直径の大きな最外部を有している。この最外部に対応する点（最外点）をＤとする。
ＡＤを結ぶ線分をＬ２で表す。
この線分Ｌ２からなる面と主面２ｄとのなす角度ψが、容易破断面２ｅと主面２ｄとがなす角度θよりも小さくなるように形成している。
【００２２】
この図６に示す本発明の単結晶ウエハ３においても、図１に示す単結晶ウエハ１と同様、クラックの広がりを防止できるという作用効果を有する他、面取り面３ａの表面が、単結晶ウエハ３の側面全体にわたって曲面状となっていることから、割れやすい角がとれているので、エッジのカケ等から大きなクラックが生じることを一層有効に防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の単結晶ウエハにおいて、面取り部１ａ〜３ａを形成する方法の一例を説明する。
高周波誘導加熱方式のフローティングゾーン（ＦＺ）法によって、結晶のｃ軸方向に、外形が例えば28ｍｍの円柱状に成長させた二ホウ化物ＸＢ2単結晶を、（０００１）面に沿ってワイヤー式の放電加工機やワイヤーソーを用いて切断して単結晶ウエハ１，２を得る。前記ＸＢ2単結晶のＸは、例えばＺｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｔａのうちの少なくとも１種から成るものである。この単結晶ウエハは、厚み０．５〜１ｍｍほどの円板形状である。
【００２４】
その後、ＧＣ(Green Silicon Carbide)＃６００による一次ラップを行い、次いで＃６００のダイアモンド砥石、＃８００のダイアモンド砥石を順に用いてエッジ部を研磨加工し、その後、所定の角度ψになるように、ＧＣ＃１０００の二次ラップを行う。そして、しかる後、コロイダルシリカ研磨材を用いてポリッシュを行うことによって単結晶ウエハ１，２が完成される。
【００２５】
次に、本発明のエピタキシャル成長用基板について説明する。
このエピタキシャル成長用基板は、前記構成の本発明の単結晶ウエハ１，２の主面１ｄ，２ｄ上に窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体層をエピタキシャル成長させた構成である。
本発明のエピタキシャル成長用基板によれば、前記構成とすることから、窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した後においても、エッジのカケ等から大きなクラックが生じることを防止することができるものとなり、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光素子等のデバイスの製造工程において生産性を向上させることができる。
【００２６】
かくして、本発明によれば、エッジのカケ等から大きなクラックが生じることを防止することができる面取り加工を施した単結晶ウエハ及びその単結晶ウエハを用いたエピタキシャル成長用基板を提供することできる。
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、単結晶ウエハは、二ホウ化物ＸＢ2に代えて、主面が（０００１）面であるサファイアから成るものとしてもよい。この場合には、サファイアの容易破断面は（１０−１２）であり、それと主面とのなす角度θは５８゜であるから、面取り部と主面とのなす角度ψを５８゜よりも小さく設定すれば、サファイアから成る単結晶ウエハにおいても同様にエッジのカケ等から大きなクラックが生じることを防止することができるものとなる。
【実施例】
【００２７】
図２に示されるような円板形状のホウ化ジルコニウム単結晶基板を、面取り部の角度ψをいろいろ変えて加工した場合の割れや欠けの発生率を測定した。
単結晶ウエハ外周の上側の角及び下側の角に、それぞれ平面状の面取り部を形成した基板を複数個作製し、単結晶ウエハ外周の上側の角から下側の角にかけて、連続的に凸面状の面取り部を形成した基板を複数個作製した。
【００２８】
それらの基板の上に有機化学堆積成長法によって１０５０°Ｃで窒化ガリウムを成長させた。
図７は、その結果を示す線図である。
図７において、横軸は面取り部の角度ψを示し、縦軸は、窒化ガリウムを成長させる工程で、ホウ化ジルコニウム単結晶基板に発生した割れや欠けの発生率（％）を示す。
【００２９】
四角の点は、単結晶ウエハ外周の上側の角及び下側の角に、それぞれ平面状の面取り部を形成した基板のデータを示し、菱形の点は、単結晶ウエハ外周の上側の角から下側の角にかけて、連続的に凸面状の面取り部を形成した基板のデータを示している。
図７の線図から、面取り部の角度ψが容易破断面の角度２４°を超えると、割れや欠けの発生率が増加し、容易破断面の角度３８°を越えると、さらに増加することがわかった。
【００３０】
また、凸曲面の面取り形状は、平面の面取り形状と比べ、割れや欠けの発生率が小さくなっていた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の単結晶ウエハの実施の形態を示す図であり、単結晶ウエハの外周の一部分を拡大して示す縦断面図である。
【図２】単結晶ウエハが円板の場合の面取り部を示す斜視図である。
【図３】単結晶ウエハが長方形板の場合の面取り部を示す斜視図である。
【図４】図１に示す例及び比較例における、外周部の割れの生じ方を示す模式的な縦断面図である。
【図５】単結晶ウエハの外周の上側の角に凸の曲面状とした面取り部を形成した本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】単結晶ウエハの外周の上側の角から下側の角にかけて、凸面状の面取り部を連続的に形成した本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図７】ホウ化ジルコニウム単結晶基板を、面取り部の角度をいろいろ変えた場合の割れや欠けの発生率を示した線図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，２，３：単結晶ウエハ
１ａ，２ａ，３ａ：面取り部
１ｄ，２ｄ，３ｄ：ウエハの主面
１ｅ，２ｅ，３ｅ：容易破断面
Ａ：面取り部と主面との交点
Ｂ：面取り部と前記ウエハ側面との交点
Ｄ：面取り部の最外部
Ｌ１：交点Ａと交点Ｂとを結ぶ線分
Ｌ２：交点Ａと点Ｄとを結ぶ線分
【図１】
2007081131.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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