CN1715461A - A1GalnN单晶晶片 - Google Patents

A1GalnN单晶晶片 Download PDF

Info

Publication number
CN1715461A
CN1715461A CNA2005100755943A CN200510075594A CN1715461A CN 1715461 A CN1715461 A CN 1715461A CN A2005100755943 A CNA2005100755943 A CN A2005100755943A CN 200510075594 A CN200510075594 A CN 200510075594A CN 1715461 A CN1715461 A CN 1715461A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wafer
area
crystal
interarea
crystal wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2005100755943A
Other languages
English (en)
Inventor
藤原伸介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN1715461A publication Critical patent/CN1715461A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

破裂被减轻以及利用率和成本效率得到改善的AlGaInN单晶晶片。一种六方晶的AlxGayIn1－(x+y) N (0＜x≤1，0≤y＜1，x+y≤1)单晶晶片，其特征在于，该晶片具有厚度T(cm)和具有表面积为S(cm2)的主面，该面积S和厚度T满足条件S≥10cm2和0.006S≥T≥0.002S。

Description

AlGaInN单晶晶片
技术领域
本发明涉及可以用作各种电子设备的衬底的半导体单晶晶片，更具体而言，涉及在利用相对容易破裂的化合物半导体单晶晶片时破裂的减轻和成本效率的改善。
背景技术
半导体单晶晶片，当被用作半导体电子设备的衬底时，在制备半导体电子设备的过程中，显然必须是不会破裂的。原因在于：在加工过程中已经破裂的半导体单晶晶片不能进行后续加工，意味着该晶片被浪费掉。
除了硅单晶晶片外，近年来，还利用单晶半导体化合物的晶片作为衬底来制备各种电子设备。在这些化合物半导体单晶中，优选六方晶的AlxGayIn1-(x+y)N(0＜x≤1，0≤y＜1，x+y≤1)单晶作为制备各种电子设备的候选材料。应当注意的是在本发明说明书中，“AlxGayIn1-(x+y)N(0＜x≤1，0≤y＜1，x+y≤1)半导体”也将简称为AlGaInN半导体。
正如在Japanese Hournal of Applied Physics，Vol.40，2001，pp.L426-L427中所提及的，AlGaInN单晶的断裂韧度比硅单晶的低，因此往往容易破裂。具体而言，AlN衬底在处理过程中容易破裂，因为它们的断裂韧度低，大约为SiC衬底和蓝宝石衬底的几分之一。
与生长硅单晶相比，通常难以生长大直径跨度的AlGaInN单晶，并且大直径跨度的AlN单晶尤其难于生长。然而，近年来，将AlN单晶生长为相对大直径跨度正变得切实可行。
当半导体晶片的主面为小面积时，相应地，晶片的重量轻，且在加工过程中作用于晶片上的冲击将会小，因此在加工过程中晶片将破裂的可能性小。为此，当半导体晶片的直径小时，根据更容易处理晶片的要求，来确定晶片的厚度。例如，晶片厚度太薄导致难以用钳子拾起晶片，因此设定晶片的厚度为可以容易地用钳子拾起晶片这样的厚度。
相反，当晶片的直径跨度大时，相应地重量增加，且作用于晶片上的冲击也往往大；因此，与对于容易处理晶片所必须的要求相比，由使晶片不会破裂的方面提出的要求变得更加重要。换言之，理想的是，随着晶片的主面面积变大时，使晶片的厚度变厚，以便使晶片不会破裂。
然而，尽管即使对于大直径跨度的晶片，增加晶片的厚度使破裂更不容易出现，但是，利用半导体单晶作为制备电子设备的衬底的效率降低了，其在成本效率方面是不理想的。
发明内容
发明概述
因此，本发明的一个目的在于，在使用作为电子设备的衬底的比硅单晶晶片更易破裂的AlGaInN单晶晶片时，减轻在AlGaInN单晶晶片中的破裂，并且改善其利用率和成本效率。
根据本发明的六方晶的AlxGayIn1-(x+y)N(0＜x≤1，0≤y＜1，x+y≤1)单晶晶片的特征在于：该晶片具有厚度T(cm)和具有表面积为S(cm2)的主面，并且该面积S和厚度T满足条件S≥10cm2和0.006S≥T≥0.002S。
在其中晶片的主面为偏离圆形的椭圆形的实施方案中，面积S可以是当作圆形的面积而获得的，所述圆形的直径等于椭圆形的长轴；和在其中晶片的主面为偏离正方形的矩形形状的实施方案中，面积S可以是当作正方形的面积而获得的，所述正方形的边等于矩形的长边。
优选的是，测量该晶片的(0002)表面衍射的X射线摆动曲线的半宽度为300秒或以下。
优选的是，镜面抛光该晶片的一个主面和研磨(lapped)另一个主面。更优选的是，镜面抛光该晶片的两个主面。还更优选的是，磨削(ground)该晶片的边缘。
附图说明
图1是举例说明用于在本发明中进行晶片破坏试验的晶片盘的剖视示意图；和
图2是举例说明为了防止AlGaInN单晶晶片破裂的理想满意的厚度T和表面积S之间关系的曲线图。
具体实施方式
发明详述
AlGaInN单晶晶片比硅单晶晶片更易于破裂，且在AlGaInN单晶晶片中，AlN单晶晶片的断裂韧度最低。本发明人就AlN单晶晶片进行了破坏试验。对于该破坏试验，由通过升华沉积生长的AlN单晶来制备具有各种厚度的晶片。所有的晶片具有基本上为圆形的主面，所述的主面具有(0001)平面定向和面积为10cm2。
图1举例说明了用于破坏试验的晶片盘的剖视示意图。该晶片盘是一种被设计用于1.5英寸直径晶片的晶片盘，是由Fluoroware Inc制备的，和晶片盘的全部成分由TeflonTM形成。
在图1所示的晶片盘中，将AlN单晶晶片2放入盘子1中。在该AlN晶片2上，放置由TeflonTM制备的薄片弹簧3，在其上放置盖子4。将盖子4用扣子5紧扣在盘子1上。在这种状态下，将晶片盘从50cm高度降落到混凝土地板上，因此研究在晶片盘中的AlN晶片2是否破裂。
由采用上面所描述的方法的破坏试验的结果，发现具有面积为10cm2的主面的AlN单晶晶片在晶片的厚度为0.02cm或以上时很少破裂。
当某一应力作用于晶片表面存在的微裂纹上时，晶片破裂可以出现。虽然不能完全消除晶片上的这种微裂纹，但是裂纹的大小不是主要取决于晶片的大小。因此，为了防止晶片破裂，必须使作用于晶片上的应力为某一值或以下。
根据材料强度的知识，将容易理解的是作用于晶片上的应力与晶片的面积成正比例并且与厚度成反比例。因此，为了防止晶片破裂，理想的是晶片厚度增加，以便成比例地增加晶片的表面积。同时，考虑到判断力(insight)，基于破坏试验的结果，即面积为10cm2的晶片当它厚度为0.02cm时不会破裂，还理想的是晶片厚度T(cm)和晶片面积S(cm2)满足关系0.002S≤T。
另一方面，晶片厚度越厚，晶片将越不会破裂。然而，每个半导体单晶结晶块所可以获得的晶片数量因此减少，降低了半导体单晶的利用率。就成本效率而言这是不理想的。因此，从关于每个半导体单晶所获得的晶片数量的成本效率的观点出发，理想的是晶片厚度不超过防止晶片破裂所要求的晶片最小厚度的三倍；换言之，理想的是满足关系T≤0.006S。
图2的曲线图阐明了本发明所发现的结果。在该曲线图中，横轴表示AlN单晶晶片的表面积S(cm2)和纵轴表示该晶片的厚度T(cm)。另外，在该曲线图中，直线(a)显示关系T＝0.002S和直线(b)显示关系T＝0.006S。因此，根据本发明，理想的是AlN单晶晶片具有在直线(a)和(b)范围之内的厚度T和表面积S。
应当注意的是，半导体晶片的破裂可能取决于在表面存在的裂纹的大小(深度)。因此，为了降低裂纹的深度，优选的是至少晶得的正面被镜面抛光(平坦化(planarized))和至少背面被研磨。当然，从防止破裂的观点出发，更优选的是晶片的背面也被平坦化。更优选的是不仅晶片的两个主面被抛光，而且为了消除裂纹，晶片的边缘面也进行了磨削加工。尽管不特别限制抛光晶片的方法并且可以采用任何方法，但是适宜的是抛光通过例如向研磨盘或研磨织物上提供研磨剂例如金刚石或氧化铝来进行。晶片边缘的磨削可以通过采用磨石的磨削或通过采用抛光液的抛光来进行。
不仅外部的打击，而且在晶片自身内部的剩余内应力可以影响半导体晶片的破裂。当然，从防止晶片破裂的观点出发，应该最小化剩余内应力。可以通过来自X射线衍射的半宽度来估计该内应力的大小。具体而言，内应力导致的晶片翘曲越大，导致半宽度越大。从防止晶片破裂的观点出发，优选的是测量晶片的(0002)表面衍射的X射线摆动曲线的半宽度为300秒或以下。
前述的本发明的实施方案主要论述了作为举例说明的实例的AlN单晶晶片，但是本领域的那些技术人员将理解到本发明同样地适用于AlxGayIn1-(x+y)N(0＜x≤1，0≤y＜1，x+y≤1)单晶晶片，其中用Ga和/或In替代部分的AlN。另外，尽管(0001)平面作为晶片主面的定向的实例进行了举例说明，但是本发明同样可以适用于其主面为(10 10)平面，(11 20)平面，(10 11)平面，或与这些平面以给定的角度倾斜的平面的晶片。
前述的实施方案描述了基本上为圆形主面的晶片；然而，当晶片的主面为偏离圆形的椭圆形时，面积S是当作圆形的面积而获得的，所述圆形的直径等于椭圆形的长轴。当晶片的主面为偏离正方形的矩形形状时，面积S是当作正方形的面积而获得的，所述的正方形的边等于矩形的长边。
根据本发明如上所述的AlxGayIn1-(x+y)N(0＜x≤1，0≤y＜1，x+y≤1)单晶晶片在加工过程中不会破裂，因此可以适用于制备各种电子设备，例如发光二极管，激光二极管，整流器，双极晶体管，场效应晶体管，HEMT(高电子迁移率晶体管)，温度传感器，压力传感器，辐射传感器，可见光/紫外线传感器，和表面声波器件。
正如所描述的，本发明可以防止大直径跨度的AlGaInN单晶晶片中的破裂和改善它的利用率和成本效率。而且，采用大直径跨度的AlGaInN单晶晶片可以有效地和以低廉的成本制备各种电子设备。

Claims (6)

1.一种六方晶的AlxGayIn1-(x+y)N(0＜x≤1，0≤y＜1，x+y≤1)单晶晶片，其特征在于，所述晶片具有厚度T(cm)和具有表面积为S(cm2)的主面，所述的面积S和厚度T满足条件S≥10cm2和0.006S≥T≥0.002S。
2.根据权利要求1所述的AlGaInN单晶晶片，其特征在于，当所述晶片的主面为偏离圆形的椭圆形时，所述的面积S是当作圆形的面积而获得的，所述的圆形的直径等于椭圆形的长轴，或当所述的晶片的主面为偏离正方形的矩形形状时，所述的面积S是当作正方形的面积而获得的，所述正方形的边等于矩形的长边。
3.根据权利要求1或2所述的AlGaInN单晶晶片，其中测量所述晶片的(0002)表面衍射的X射线摆动曲线的半宽度为300秒或以下。
4.根据权利要求1至3任何一项所述的AlGaInN单晶晶片，其中平坦化所述晶片的一个主面并且研磨另一个主面。
5.根据权利要求1至3任何一项所述的AlGaInN单晶晶片，其中平坦化所述的晶片的两个主面。
6.根据权利要求1至5任何一项所述的AlGaInN单晶晶片，其中磨削所述晶片的边缘。
CNA2005100755943A 2004-06-04 2005-06-06 A1GalnN单晶晶片 Pending CN1715461A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004167377A JP2005347634A (ja) 2004-06-04 2004-06-04 ＡｌＧａＩｎＮ系単結晶ウエハ
JP2004167377 2004-06-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1715461A true CN1715461A (zh) 2006-01-04

Family

ID=34937176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2005100755943A Pending CN1715461A (zh) 2004-06-04 2005-06-06 A1GalnN单晶晶片

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7232555B2 (zh)
EP (1) EP1602752B1 (zh)
JP (1) JP2005347634A (zh)
KR (1) KR101087478B1 (zh)
CN (1) CN1715461A (zh)
DE (1) DE602005021430D1 (zh)
TW (1) TW200601417A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7501023B2 (en) * 2001-07-06 2009-03-10 Technologies And Devices, International, Inc. Method and apparatus for fabricating crack-free Group III nitride semiconductor materials
US8660966B2 (en) * 2007-08-31 2014-02-25 Microsoft Corporation Payment system and method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3296134B2 (ja) * 1994-04-07 2002-06-24 住友電気工業株式会社 ダイヤモンドウエハ−とその製造方法
US5858086A (en) * 1996-10-17 1999-01-12 Hunter; Charles Eric Growth of bulk single crystals of aluminum nitride
US6063185A (en) * 1998-10-09 2000-05-16 Cree, Inc. Production of bulk single crystals of aluminum nitride, silicon carbide and aluminum nitride: silicon carbide alloy
US6596079B1 (en) * 2000-03-13 2003-07-22 Advanced Technology Materials, Inc. III-V nitride substrate boule and method of making and using the same
JP3785067B2 (ja) * 2001-08-22 2006-06-14 株式会社東芝 半導体素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005347634A (ja) 2005-12-15
KR101087478B1 (ko) 2011-11-25
KR20060048177A (ko) 2006-05-18
US7232555B2 (en) 2007-06-19
EP1602752A1 (en) 2005-12-07
EP1602752B1 (en) 2010-05-26
DE602005021430D1 (de) 2010-07-08
US20050268842A1 (en) 2005-12-08
TW200601417A (en) 2006-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1682701B1 (en) LARGE AREA, UNIFORMLY LOW DISLOCATION DENSITY GaN SUBSTRATE AND PROCESS FOR MAKING THE SAME
KR101289128B1 (ko) 질화물 반도체 단결정 기판과 그 합성 방법
JP4327339B2 (ja) 半導体層形成用基板とそれを利用した半導体装置
KR102479398B1 (ko) Ga2O3계 단결정 기판
CN1894093A (zh) 用于高质量同质外延的连位氮化镓衬底
JP2002356398A (ja) 窒化ガリウムウエハ
EP2924150B1 (en) ß-GA2O3-BASED SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE
JP2002338395A (ja) 化合物結晶およびその製造法
WO2014125688A1 (ja) Ｉｉｉ族窒化物複合基板およびその製造方法、積層ｉｉｉ族窒化物複合基板、ならびにｉｉｉ族窒化物半導体デバイスおよびその製造方法
WO2018232080A1 (en) Two-stage seeded growth of large aluminum nitride single crystals
US10957597B2 (en) Semiconductor substrate die sawing singulation systems and methods
CN1715461A (zh) A1GalnN单晶晶片
JP5381581B2 (ja) 窒化ガリウム基板
JP2009105435A (ja) 窒化ガリウムウエハ
JP2014157983A (ja) Ｉｉｉ族窒化物複合基板およびその製造方法、積層ｉｉｉ族窒化物複合基板、ならびにｉｉｉ族窒化物半導体デバイスおよびその製造方法
US20160076169A1 (en) Substrates for growing group iii nitride crystals and their fabrication method
JP2009078972A (ja) 窒化物半導体単結晶基板とその合成方法
JP2010045397A (ja) 窒化ガリウムウエハ
CN107075719A (zh) 用于生长第iii族氮化物晶体的衬底和其制造方法
JP2009078971A (ja) 窒化物半導体単結晶基板とその合成方法
WO2022079939A1 (ja) Ｉｉｉ族元素窒化物半導体基板
EP3943644A1 (en) Sic crystals with an optimal orientation of lattice planes for fissure reduction and method of producing same
KR100890085B1 (ko) 질화물 기판 제조 방법
JP2016069205A (ja) 窒化物半導体基板の製造方法
EP4185744A1 (en) Crystal structure orientation in semiconductor semi-finished products and semiconductor substrates for fissure reduction and method of setting same

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication