JP2003086474A - ノッチ付き化合物半導体ウエハ - Google Patents
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Abstract
き化合物半導体結晶を提供する。 【解決手段】 結晶面が(100)面である化合物半導
体結晶をスライスすることにより作製される化合物半導
体ウエハについて、[010]方向にノッチを形成する
場合には、(100)面から[101]または[10−
1]方向に傾けてスライスし、[001]方向にノッチ
を形成する場合には、(100)面から[0−10]ま
たは[010]方向に傾けてスライスし、[0−10]
方向にノッチを形成する場合には、(100)面から
[001]または[00−1]方向に傾けてスライス
し、[00−1]方向にノッチを形成する場合には、
(100)面から[010]または[0−10]方向に
傾けてスライスする。
Description
半導体ウエハに関し、特に、化合物半導体結晶の結晶面
の方位から所定の方向に傾いた面方位を有するノッチ付
化合物半導体ウエハに関する。
エハ(以下「ウエハ」という)として、円形のウエハが
広く用いられており、デバイスを形成する結晶面とし
て、通常(100)、(111)、(511)面などの
所定の面方位を中心とした結晶面が用いられている。こ
れらのうち、(100)面に近接した面方位を有するウ
エハが特に重要である。
sやInPなどのウエハの表面にデバイスを形成するた
めに、イオン注入法やエピタキシャル成長法が用いられ
ている。イオン注入に用いられるウエハとして、通常
(100)面からの面方位が0.5°以内の公差に抑え
たウエハが使用されている。一方、エピタキシャル成長
に用いられるウエハとしては、成膜した表面の平滑さが
重要なため、結晶面を意図的に(100)面から所定の
結晶方位に傾けたウエハが使用される場合も多い。すな
わち、(100)ジャストの面では、原理的に原子ステ
ップがないので、飛来した原料原子が表面で拡散する距
離(拡散長)内でステップエッジを見出すことができ
ず、円滑な成長を行うのが困難であるが、ウエハの面方
位を意図的に(100)面からずらすことにより原子ス
テップを形成させれば、拡散長内で原料原子がそのステ
ップに納まり、良好なエピタキシャル成長が可能になる
場合があるからである。
元化合物半導体の例としてのGaAs化合物半導体の
(100)最表面の原子の結合手の方向を模式的に示し
ている。この図に示すように、Ga原子面のダングリン
グボンドは図の前後方向、As原子面のダングリングボ
ンドは図の左右方向であり、Ga原子の結合手の方向は
[0−1−1]方向に平行な方向、As原子の結合手の
方向はその方向に対して垂直の方向になる。したがっ
て、図1に示す[0−1−1]方向と[01−1]方向
は異なる性質を有することになる。なお、一般に負の方
向指数は数値の上にバーを付けて表すが、本明細書中で
は数値の前に「−」の記号を付けて表すことにする。ま
た、格子面の座標が負の場合も同様に数値の前に「−」
の記号を付けて表すことにする。
が進行する場合には、ステップ端の結合手の方向が結晶
成長に影響を与えるので、ウエハの面方位をどの方向に
傾けるかが非常に重要である。したがって、ウエハの面
方位を傾けてスライスする方向(以下、「オフ方向」と
いう)は、ウエハの仕様として結晶学的な方位を規定す
ることになる。
確にするために、一般にウエハの外周部にオリエンテー
ションフラットやノッチが形成されている。図3は、結
晶面が(100)面のGaAs半導体ウエハの表面側を
[100]方向として(0−1−1)側面側から見た場
合のGaAsの原子配列を示している。この図から、各
原子の結合手の方向は、ウエハの表と裏では90°方向
が異なることがわかる。そのため、化合物半導体では、
裏表を間違わないようにするために、オリエンテーショ
ンフラットの他に、副フラットを設けることが一般的で
ある。
成されているので、加工前に裏表を取り違えても、異方
性がないために大きな支障はなく、また、デバイス形成
面のみが鏡面加工されているので、裏表の取り違えの危
険性も少ない。一方、化合物半導体ウエハの場合は、S
iウエハに比べて加工が難しく、ウエハの強度も弱いの
で、加工精度や強度の要求を満たすために、4インチ口
径以上のウエハでは両面を鏡面加工するのが一般的であ
る。
の化合物半導体ウエハでは、オリエンテーションフラッ
トの加工位置が規格化されており、その規格化の例とし
て、SEMI規格M9−0999がある。この規格に
は、図4に示すように、主オリエンテーションフラット
を(01−1)面、副オリエンテーションフラットを
(011)面とするいわゆるUS(アメリカン)タイプ
(図4(a))と、主オリエンテーションフラットを
(0−1−1)面、副オリエンテーションフラットを
(0−11)面とするいわゆるEJ(ユーロ・ジャパニ
ーズ)タイプ(図4(b))がある。
ライスしたいわゆるジャストウエハの場合は、表と裏を
逆に加工すれば良いだけであるため、鏡面加工前には1
種類のスライスウエハの半製品在庫を持つだけで済む。
に傾けてスライスしたウエハの場合には、裏表を逆にす
ると、オフ方向の結晶学的な方位が異なってしまうとい
う問題がある。例えば、EJタイプのオリエンテーショ
ンフラットを有するウエハを、主オリエンテーションフ
ラットである[0−1−1]方向、すなわち(111)
A面方向に傾けてスライスすると、USタイプのオリエ
ンテーションフラットを有するウエハであると誤って認
識して裏面を加工した場合に、主オリエンテーション方
向に対して(111)B面に傾けることになってしま
う。これについて図5を参照して説明する。図5は、溶
融KOHエッチングによるGaAs(100)面におけ
るエッチピットの形状と結晶方位の関係とを示す図であ
る。この図からわかるように、裏表をひっくり返すと、
主オリエンテーションフラットに対してエッチピットの
向きが90°ずれる、すなわち、結晶学的な方位が90
°ずれるとともに、副オリエンテーションフラットの位
置が左右逆になるため、全く別の物になってしまうこと
がわかる。したがって、ジャストウエハのような対応が
できないことになる。
中間の方向に傾けてスライスする場合のみ、裏表を逆に
加工しても、結晶学的に等価な方向を得ることができ
る。ただし、オリエンテーションフラットとの相対的な
オフ方向は、図6に示すように異なってしまう問題があ
る。
チ口径までのウエハの経緯の延長線上で、主(副)オリ
エンテーションフラットの位置を定め、ほぼ相似形の長
さを規定する動きがあった。しかし、主オリエンテーシ
ョンフラットの長さが長すぎて、(1)ウエハのプロセ
ス中の回転におけるバランスが悪く、(2)加熱プロセ
ス中のウエハ内の温度分布が悪くなり易く、(3)デバ
イスの収率が下がるなどの諸般の事情から、 図7に示
すようにSEMI規格M9.7−0200により、ウエ
ハの一箇所にノッチを設けることが規格化されている。
この規格では、従来のオリエンテーションフラットの結
晶学的な位置ではなく、[010]方向の位置にノッチ
を設けることが規格化されている。すなわち、図7に示
すように、(111)Aと(111)Bとの中間方向の
位置にノッチを設けているため、ウエハを裏返しても、
(100)ジャストのウエハの場合には、ノッチの前後
左右の結晶学的な方位は全く変わらない。この規格によ
るメリットは、デバイス形成用の鏡面研磨面を磨くまで
のスライスから始まる加工工程で、裏表の識別管理が全
く不要なことである。
の技術では、(100)ジャストのウエハの場合には、
裏表の管理が大幅に軽減されたが、(100)面から傾
けてスライスしたウエハについては考慮がなされていな
い。すなわち、SEMI規格M9.7−0200の表1
および図3では、〈110〉方向群の一方向に傾けてス
ライスする際に、ノッチが形成される部分である[01
0]方向に傾けてスライスすることを規定している。こ
の場合、図8に示すように、ウエハの表と裏を逆にする
と、オフ方向はノッチ方向から180°反対側になって
しまう。すなわち、裏表の取り違いによって別の仕様の
ウエハになってしまう。
表ともに鏡面研磨が施されるため、目視による裏表の識
別は簡単ではなく、ウエハの加工工程中に裏表を判別す
るための対策と、裏表が逆にならないための管理が必要
になる。その対策として、ウエハ加工の初期段階で、ウ
エハの片面にレーザーマーキングを施すことがなされて
いる。しかしながら、レーザーマーキングの深さは、後
の加工しろよりも深くしなければ研磨加工中に消えてし
まうので、深めに彫る必要がある。それでもウエハの厚
み公差(通常は±10〜20μm)との関係があり、レ
ーザーマーキングによるウエハロット表示部分が見え難
くなったり、深く残ることによりウエハ破損の起点にな
るなどの問題が生じていた。
と裏面側の面取り量を非対称とし、側面を観察すること
により、裏表の判別を行う方法が知られている(特開平
8−195366号公報参照)。しかしながら、この方
法は、SEMI規格M9−0999の図7および表に記
載された規格を逸脱することになり易く、全ての顧客に
受け入れられるものではない。
状の規格を満足しつつ、ノッチ部分のみで表面側と裏面
側の面取りを非対称にすることにより、裏表を判別する
方法が提案されている(特開2000−331898号
公報参照)。この方法は、一つの解決策として有望であ
るが、ノッチ部分はアライメント用のピンを当てる部分
であり、ただでさえ割れ易いGaAsやInPなどの化
合物半導体の場合、破損率の増加という面では多少難点
がある。
題点に鑑み、結晶面が(100)面である化合物半導体
結晶を(100)面から所定の方向に傾けてスライスす
る場合に、裏表の識別のための余計な加工や、工程内で
の繁雑な管理をしなくても、換言すれば工程の途中で裏
表が逆になっても、最終的な鏡面研磨加工の仕上り段階
で、全て同一の仕様になるノッチ付き半導体ウエハを提
供することを目的とする。
を解決するために鋭意研究した結果、結晶面が(10
0)面である化合物半導体結晶を(100)面から〈1
10〉方向群の一方向に傾けてスライスする場合に、ノ
ッチが形成される部分である[010]方向に傾けてス
ライスすることを規定していることが上述した問題の原
因であるとの結論を得て、結晶面が(100)面である
化合物半導体結晶をスライスすることにより作製される
化合物半導体ウエハについて、[010]方向にノッチ
を形成する場合には、(100)面から[101]また
は[10−1]方向に傾けてスライスし、[001]方
向にノッチを形成する場合には、(100)面から[0
−10]または[010]方向に傾けてスライスし、
[0−10]方向にノッチを形成する場合には、(10
0)面から[001]または[00−1]方向に傾けて
スライスし、[00−1]方向にノッチを形成する場合
には、(100)面から[010]または[0−10]
方向に傾けてスライスすることにより、ノッチ付き化合
物半導体ウエハの裏表が逆になっても同一の仕様になる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
ウエハは、(100)面から[101]または[10−
1]方向に傾いた面方位を有するとともに[010]方
向にノッチが形成され、あるいは(100)面から[0
−10]または[010]方向に傾いた面方位を有する
とともに[001]方向にノッチが形成され、あるいは
(100)面から[001]または[00−1]方向に
傾いた面方位を有するとともに[0−10]方向にノッ
チが形成され、あるいは(100)面から[010]ま
たは[0−10]方向に傾いた面方位を有するとともに
[00−1]方向にノッチが形成されていることを特徴
とする。
いて、面方位の(100)面から傾いた角度は、±0.
5°乃至15°の範囲であるのが好ましい。また、面方
位の傾く方向の面内回転誤差は、±10°以内であるの
が好ましい。また、上記のノッチ付き化合物半導体ウエ
ハは、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する化合物半導体から
なるのが好ましい。さらに、上記のノッチ付き化合物半
導体ウエハは、円形の化合物半導体ウエハであり、直径
が99.0mm以上であるのが好ましい。
導体ウエハの実施の形態では、結晶面が(100)面で
ある化合物半導体結晶をスライスすることにより作製さ
れる化合物半導体ウエハについて、[010]方向にノ
ッチを形成し、(111)A面と(111)B面の中間
位置の方向に傾けてスライスする際に、(100)面か
ら4つの結晶学的に等価な<110>方向群のうち[1
01]または[10−1]方向に傾けてスライスする。
これにより、たとえウエハの裏表が逆になっても、ノッ
チに対するオフ方向の位置関係をも含むウエハの加工仕
様を維持するできる。また、結晶面が(100)面であ
る化合物半導体結晶から作製される化合物半導体ウエハ
にノッチを形成する方向は、[010]以外に、[00
1]、[0−10]、[00−1]の3通りの候補があ
り、[001]方向にノッチを形成する場合には、(1
00)面から[0−10]または[010]方向に傾け
てスライスし、[0−10]方向にノッチを形成する場
合には、(100)面から[001]または[00−
1]方向に傾けてスライスし、[00−1]方向にノッ
チを形成する場合には、(100)面から[010]ま
たは[0−10]方向に傾けてスライスする。これらの
場合も上記と同様の効果が得られる。
体ウエハの実施の形態では、(100)面から傾いた角
度(以下「オフ角」という)は、0.5°〜15°であ
る。一般にウエハのオフ角の公差は±0.5°程度が許
容されているが、15°以内とするのは、(100)ジ
ャストの場合からの意図しない方向ずれなどを含めない
ためである。また、イオン注入用の基板としては、(1
00)ジャストのウエハが使用されていたが、注入不純
物のチャネリングを防止するために、注入時にウエハ自
身を傾ける方法が取られていた。特に、平行注入ではな
く、ビーム走査でウエハ面内に注入する場合には、大口
径化に伴い、均一性を確保するために、7〜10°の傾
斜をつける場合が多い。ところが、パターン越しの選択
注入では、大きなウエハ傾斜での注入は、影になる部分
が生じ、今後ますます必要となる微細化の障害となる。
選択注入部にパターンの影が生じないようにする対策と
して、ウエハ側で格子面を傾ける方法も必要となるた
め、オフ角を15°以内とする。
導体ウエハの実施の形態では、オフ方向の面内回転誤差
を±10°以内とする。この誤差以上になると、裏表の
ステップエッジ構成元素の状態が大幅に変わり、エピタ
キシャル成長膜の特性に影響を与えるためである。すな
わち、図9(a)に示すように、(111)Aと(11
1)Bの丁度中間の方向に傾けてスライスした場合は、
ステップエッジにおいてステップの方向を向く結合手を
持つ原子の数は、●の原子と○の原子で等しくなる。と
ころが、オフ方向に面内回転誤差がある場合には、図9
(b)に示すように、ステップエッジでステップの方向
を向く原子の数は●の原子の方が多くなってしまう。前
述したように、この状態の裏面では○の原子の方がステ
ップの方向を向く結合手が多くなるため、裏と表のステ
ップ状態の差異が強調されてしまう。これを回避する範
囲として面内回転誤差を±10°以内とする。
体ウエハの実施の形態では、GaAsだけでなく、In
Pやその他の閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する化合物半導
体結晶からなるウエハを含み、4インチ以上の口径を有
する。
付き化合物半導体ウエハについて詳細に説明する。
体結晶を、(100)面から[101]方向に0.5°
傾いた方向に、厚さ800μmにスライスして、2枚の
6インチGaAs化合物半導体ウエハ10を得た。図1
0に示すように、これらのウエハの外周部の[010]
方向の位置にノッチ12を形成し、両面研磨して、それ
ぞれ厚さ650μmとした。
うにして、それぞれのウエハから、エピタキシャル成
長、電極化、ダイスカットなどの工程を経てLEDを作
製した。これらのLEDの発光特性を調べたところ、い
ずれのウエハから作製したLEDも同様に問題のない発
光特性を示し、本実施例により得られた半導体ウエハが
裏表を逆にしても同一の仕様になることが確認された。
OHエッチングにより処理して光学顕微鏡で観察したと
ころ、図11、図12および図13に示すように、裏表
をひっくり返しても、ノッチに対するオフの方向(この
場合、左方向)も変化せず、KOHエッチピットの方向
性も変わらず、結晶学的にも、形状仕様的にも全く同じ
ものになることがわかった。
0)面から[10−1]方向に0.5°傾いた方向にし
た以外は、実施例1と同様の方法によりLEDを作製し
た。これらのLEDの発光特性を調べたところ、いずれ
のウエハから作製したLEDも同様に問題のない発光特
性を示し、本実施例により得られた半導体ウエハも裏表
を逆にしても同一の仕様になることが確認された。ま
た、光学顕微鏡による観察結果も実施例1と同様であっ
た。
体結晶を、(100)面から[0−10]方向に0.5
°傾いた方向に、厚さ800μmにスライスして、2枚
の6インチGaAs化合物半導体ウエハを得た。これら
のウエハの外周部の[001]方向の位置にノッチを形
成し、両面研磨して、それぞれ厚さ650μmとした。
その後、2枚のウエハを裏表が逆になるようにして、そ
れぞれのウエハから、エピタキシャル成長、電極化、ダ
イスカットなどの工程を経てLEDを作製した。これら
のLEDの発光特性を調べたところ、いずれのウエハか
ら作製したLEDも同様に問題のない発光特性を示し、
本実施例により得られた半導体ウエハが裏表を逆にして
も同一の仕様になることが確認された。また、光学顕微
鏡による観察結果も実施例1と同様であった。
0)面から[010]方向に0.5°傾いた方向にした
以外は、実施例3と同様の方法によりLEDを作製し
た。これらのLEDの発光特性を調べたところ、いずれ
のウエハから作製したLEDも同様に問題のない発光特
性を示し、本実施例により得られた半導体ウエハも裏表
を逆にしても同一の仕様になることが確認された。ま
た、光学顕微鏡による観察結果も実施例1と同様であっ
た。
体結晶を、(100)面から[001]方向に0.5°
傾いた方向に、厚さ800μmにスライスして、2枚の
6インチGaAs化合物半導体ウエハを得た。これらの
ウエハの外周部の[0−10]方向の位置にノッチを形
成し、両面研磨して、それぞれ厚さ650μmとした。
その後、2枚のウエハを裏表が逆になるようにして、そ
れぞれのウエハから、エピタキシャル成長、電極化、ダ
イスカットなどの工程を経てLEDを作製した。これら
のLEDの発光特性を調べたところ、いずれのウエハか
ら作製したLEDも同様に問題のない発光特性を示し、
本実施例により得られた半導体ウエハが裏表を逆にして
も同一の仕様になることが確認された。また、光学顕微
鏡による観察結果も実施例1と同様であった。
0)面から[00−1]方向に0.5°傾いた方向にし
た以外は、実施例5と同様の方法によりLEDを作製し
た。これらのLEDの発光特性を調べたところ、いずれ
のウエハから作製したLEDも同様に問題のない発光特
性を示し、本実施例により得られた半導体ウエハも裏表
を逆にしても同一の仕様になることが確認された。ま
た、光学顕微鏡による観察結果も実施例1と同様であっ
た。
体結晶を、(100)面から[010]方向に0.5°
傾いた方向に、厚さ800μmにスライスして、2枚の
6インチGaAs化合物半導体ウエハを得た。これらの
ウエハの外周部の[00−1]方向の位置にノッチを形
成し、両面研磨して、それぞれ厚さ650μmとした。
その後、2枚のウエハを裏表が逆になるようにして、そ
れぞれのウエハから、エピタキシャル成長、電極化、ダ
イスカットなどの工程を経てLEDを作製した。これら
のLEDの発光特性を調べたところ、いずれのウエハか
ら作製したLEDも同様に問題のない発光特性を示し、
本実施例により得られた半導体ウエハが裏表を逆にして
も同一の仕様になることが確認された。また、光学顕微
鏡による観察結果も実施例1と同様であった。
0)面から[0−10]方向に0.5°傾いた方向にし
た以外は、実施例7と同様の方法によりLEDを作製し
た。これらのLEDの発光特性を調べたところ、いずれ
のウエハから作製したLEDも同様に問題のない発光特
性を示し、本実施例により得られた半導体ウエハも裏表
を逆にしても同一の仕様になることが確認された。ま
た、光学顕微鏡による観察結果も実施例1と同様であっ
た。
物半導体結晶をその結晶面から所定の方向(ノッチの位
置に対応して設定した所定の方向)に傾いた方向にスラ
イスすることにより、裏表を逆にしても同一の仕様にな
るノッチ付き化合物半導体結晶を提供することができ
る。したがって、研磨工程において裏表の検査が不要と
なり、コストダウンを図ることができる。
体の例としてのGaAs化合物半導体の(100)最表
面の原子の結合手の方向を模式的に示す図。
示す図。
の表面側を[100]方向として(0−1−1)側面側
から見た場合のGaAsの原子配列を模式的に示す図。
た(主、副)オリエンテーションフラットの位置を示す
図。
ライスしたウエハについて、溶融KOHエッチングによ
るGaAs(100)面におけるエッチピットの形状と
結晶方位の関係とを示す図。
た位置に(主、副)オリエンテーションフラットを形成
し、オフ方向を[100]方向にした場合の(a)US
タイプと(b)EJタイプのオフ方向を示す図。
I規格M9.7−0200により規格化された位置に形
成されたノッチを示す図。
て、溶融KOHエッチングによるGaAs(100)面
におけるエッチピットの形状と結晶方位の関係とを示す
図。
スライスした場合の原子ステップの状態を示す図であ
り、(a)は(111)Aと(111)Bの丁度中間の
方向に傾けてスライスした場合の原子ステップの状態を
示し、(b)はオフ方向に面内回転誤差がある場合の原
子ステップの状態を示している。
を示す平面図。
溶融KOHエッチングによるGaAs(100)面にお
けるエッチピットの形状と結晶方位の関係とを示す図。
溶融KOHエッチングによるGaAs(100)面にお
ける光学顕微鏡写真であり、図11(a)に対応する。
溶融KOHエッチングによるGaAs(100)面にお
ける光学顕微鏡写真であり、図11(b)に対応する。
Claims (8)
- 【請求項1】 (100)面から[101]または[1
0−1]方向に傾いた面方位を有し、[010]方向に
ノッチが形成されていることを特徴とする、ノッチ付き
化合物半導体ウエハ。 - 【請求項2】 (100)面から[0−10]または
[010]方向に傾いた面方位を有し、[001]方向
にノッチが形成されていることを特徴とする、ノッチ付
き化合物半導体ウエハ。 - 【請求項3】 (100)面から[001]または[0
0−1]方向に傾いた面方位を有し、[0−10]方向
にノッチが形成されていることを特徴とする、ノッチ付
き化合物半導体ウエハ。 - 【請求項4】 (100)面から[010]または[0
−10]方向に傾いた面方位を有し、[00−1]方向
にノッチが形成されていることを特徴とする、ノッチ付
き化合物半導体ウエハ。 - 【請求項5】 前記面方位の(100)面から傾いた角
度が±0.5°乃至15°の範囲であることを特徴とす
る、請求項1乃至4のいずれかに記載のノッチ付き化合
物半導体ウエハ。 - 【請求項6】 前記面方位の傾く方向の面内回転誤差が
±10°以内であることを特徴とする、請求項1乃至4
のいずれかに記載のノッチ付き化合物半導体ウエハ。 - 【請求項7】 前記ノッチ付き化合物半導体ウエハが閃
亜鉛鉱型の結晶構造を有する化合物半導体からなること
を特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載のノッ
チ付き化合物半導体ウエハ。 - 【請求項8】 前記ノッチ付き化合物半導体ウエハが円
形の化合物半導体ウエハであり、直径が99.0mm以
上であることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか
に記載のノッチノッチ付き化合物半導体ウエハ。
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