JP2004247629A - Evaluation method of phosphide single crystal wafer and epitaxial phosphide single crystal wafer using it - Google Patents

Evaluation method of phosphide single crystal wafer and epitaxial phosphide single crystal wafer using it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evaluation method of a phosphide single crystal wafer which can predict warp of a wafer after an epitaxial process by preliminary evaluation of a wafer for phosphide single crystal measurement, and a phosphide single crystal wafer which is suitable for epitaxy obtained using it. <P>SOLUTION: In the evaluation method of a phosphide single crystal wafer, the wafer is subjected to etching treatment and then subjected to heat treatment at a temperature of 800 to 1,000°C, and then warp of the wafer is measured after it is cooled down to a room temperature. The phosphide single crystal wafer is 250 to 350 μm thick and is subjected to one side mirror surface polishing wherein etching treatment is carried out in a rear, both-sided mirror surface polishing or both-sided etching treatment. In the epitaxial phosphide single crystal wafer, warp measured by the evaluation method is at most 30 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燐化物単結晶ウェーハの評価方法及びそれを利用したエピタキシャル用燐化物単結晶ウェーハに関し、さらに詳しくは、燐化物単結晶測定用ウェーハの事前評価によって、エピタキシャル工程を経た後のウェーハの反りを予見することができる燐化物単結晶ウェーハの評価方法、及びそれを利用して得られるエピタキシャル用に好適な燐化物単結晶ウェーハに関する。
【0002】
【従来の技術】
燐化物単結晶ウェーハの反りの評価方法は、エピタキシャル工程で基板として用いられる燐化ガリウム(GaP)、燐化インジウム(InP)、ヒ化ガリウム(GaAs)等の化合物半導体のエピタキシャル用単結晶ウェーハの重要な品質指標の一つである残留歪の評価方法に関わるものである。
【0003】
燐化ガリウム、燐化インジウム等の燐化物単結晶ウェーハは、発光素子、レーザ素子や受光素子等の光学化合物半導体デバイスの基板として、エピタキシャル工程で用いられる。近年、その需要の増加とともに、エピタキシャル工程で良質なエピタキシャル膜を効率的に得るために、基板としての要求品質が上昇している。例えば、燐化ガリウム単結晶ウェーハ(以下、GaPウェーハと略称することもある。)は、発光素子用のエピタキシャル膜を成長させるための基板として広く用いられている。このエピタキシャル工程では、液相エピタキシャル成長法あるいは気相エピタキシャル成長法で基板上に発光層が形成される。例えば液相エピタキシャル成長法では、水素気流中で、1000℃付近で金属GaにGaP多結晶を溶解した飽和溶液にドーパントを添加して、温度の制御によって基板上にGaP単結晶を析出させる。
【0004】
ここで、良質な発光素子用エピタキシャル膜を得るためには、GaPウェーハは、結晶欠陥や残留歪みの少ない良質な単結晶基板であることが望ましい。すなわち、液体封止チョクラルスキー(以下、LECと略す。)法で育成したGaP単結晶インゴットから得られたGaPウェーハを基板として用いて、エピタキシャル成長法で結晶成長させる場合、GaPウェーハの結晶欠陥がエピタキシャル成長層へ伝播して素子特性を劣化させたり、またGaPウェーハに残留歪みがあるとエピタキシャル工程での加熱によって転位が発生しこれが増殖し、これによって基板の反りを増大させる一因となると言われているからである。したがって、残留歪みの発生の防止とその除去が重要である。
【0005】
GaPウェーハの残留歪みは、一般に、その製造工程において形成される。一般に、GaPウェーハの製造工程は、以下の手順による。
(1)原料調製
LEC法では、縦型単結晶育成炉の高圧容器の中心に配置された石英ルツボの中に、原料のGaP多結晶とS、Te、又はSiから選ばれるn型不純物を装入し、更にその上に液体封止剤を載せる。液体封止剤は、原料融解時にGaP融液の上に液体封止層を形成してリンの揮発分解を防止するためのもので、通常はBが用いられる。
【0006】
(2)結晶育成
次いで、高圧容器内を窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で高圧とし、前記育成炉の黒鉛ヒーターに通電してGaPの融点以上まで昇温する。GaP原料が融解後、上部シャフトに取り付けた種結晶を降下させて、液体封止層の直下に位置するGaP融液に浸ける。その後、石英ルツボを回転させながら、融液界面の温度を所定温度に下げ、続いて種結晶を回転させながら上昇させることで界面の融液を凝固させ、GaP単結晶が育成される。
【0007】
(3)加工
育成された単結晶インゴットは、外形を整えるために円筒研削され、その後内周刃切断機やワイヤーソーを用いて、厚さ250〜400μmのウェーハに切断される。
【0008】
(4)評価
GaPウェーハは電気特性、加工精度、反り、結晶欠陥、外観を検査し、合格したものがエピタキシャル用基板の単結晶ウェーハとなる。この検査項目の中で、GaPウェーハの反りが、残留歪みと関係している。
【0009】
上記製造工程の結晶育成において、凝固した単結晶と融液の界面付近の温度勾配は約100℃/cmと急峻である。そのため、凝固した単結晶には、熱応力が発生して、室温まで冷却された後にも弾性変形を生じさせる程度の歪みが残留するのが一般的である。この残留歪みに起因する弾性変形が、GaPウェーハの反りである。さらに、エピタキシャル工程での加熱によって、残留歪みに起因する転位が発生しこれが増殖し、これによって基板の反りを増大させると言われている。ところが、反りが所望の値のGaPウェーハを基板として用いて、エピタキシャル工程を行つたとき、該基板に発生する反りは、元々のGaPウェーハの反りと何ら相関が得られない。したがって、GaPウェーハの反りの測定値で、エピタキシャル工程後の基板の反りを予見することができないという問題があった。
【0010】
一方、GaPウェーハの残留歪みを評価する技術としては、直交偏光板の間に光学的に等方的な半導体ウェーハを入れて、ウェーハ中の残留歪みや加工歪みにより生じる複屈折を評価する方法(例えば、特許文献1参照)が利用出来る。
上記方法で用いられるGaPウェーハの測定用試料には、インゴットの切断時に導入された加工歪み層をウェーハから除去するために、GaPを溶解できる王水等の溶液によるエッチング、あるいは機械化学研磨による鏡面研磨加工が成される。そこで、GaPウェーハに結晶育成時に導入された残留歪みがなければ、直交偏光板は光を透過しないが、GaPウェーハに該残留歪みがある場合には偏光像が観察される。ここで、GaPウェーハ上の前記偏光像の面積が大きければ残留歪みによって歪んでいる領域が広く、小さければ歪んでいる領域が狭いことを意味し、これによりウェーハの残留歪みの定性的な評価ができる。このウェーハの残留歪みの定性的な評価は、残留歪みを低減するために単結晶の育成条件を適正化する際に利用できる。さらに、GaAsウェーハやInPウェーハの評価では、上記の原理を応用して歪みの相対強度を定量的に測定する装置が市販されている。
【0011】
しかしながら、この直交偏光技術を利用した方法は、単結晶育成時の残留歪みを評価することが可能であるが、実際にエピタキシャル工程で加熱された際に、そのウェーハの残留歪みが、ウェーハの形状にどのような変化を与えるかを予見することはできない。例えば、上記の製造工程で得られたGaPウェーハのうち、直交偏光による偏光像が検知され、反りが極めて低い値例えば30μmであるウェーハを基板とした場合であっても、エピタキシャル工程後に200μm以上の反りを呈するものもあるなど、反りの変化の幅が大きくばらついている。すなわち、GaPウェーハの反り測定や直交偏光の偏光像では、エピタキシャル工程での基板の反りの変化は評価できない。そのため、エピタキシャル工程では反りによる不良が、多数発生し、エピタキシャル工程の負荷を上げ、生産効率の大きな阻害要因となつていた。
以上の状況から、エピタキシャル工程での反りの増大によって不良となるウェーハを、ウェーハ段階での事前評価によって検出し、除外することによって、エピタキシャル工程での不良率を低減することができるウェーハの反りの評価方法と、それを利用して得られるエピタキシャル用に好適な燐化物単結晶ウェーハが求められている。
【0012】
【特許文献1】
特許第2645252号公報(第1〜3頁)
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、燐化物単結晶測定用ウェーハの事前評価によって、エピタキシャル工程を経た後のウェーハの反りを予見することができる燐化物単結晶ウェーハの評価方法、及びそれを利用して得られるエピタキシャル用に好適な燐化物単結晶ウェーハを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために、燐化物単結晶ウェーハの反りの評価方法について、鋭意研究を重ねた結果、単結晶インゴット中から適当な燐化物単結晶測定用ウェーハを選び、該ウェーハを特定の条件で熱処理して、その後反りを測定したところ、エピタキシャル工程を経た後のウェーハの反りを正確に予見することができることを見出し、本発明を完成した。
【0015】
すなわち、本発明の第1の発明によれば、エピタキシャル工程で反りの増大に伴い不良となる燐化物単結晶ウェーハを事前に評価する方法であって、単結晶インゴット中の評価対象とする区分から少なくとも1つの燐化物単結晶測定用ウェーハを選んだ後、該ウェーハをエッチング処理し、次に800〜1000℃の温度で熱処理し、次いで、室温まで冷却してから、該ウェーハの反りを測定することを特徴とする燐化物単結晶ウェーハの評価方法が提供される。
【0016】
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、前記熱処理が、空気中あるいは不活性ガス中で行われることを特徴とする燐化物単結晶ウェーハの評価方法が提供される。
【0017】
また、本発明の第3の発明によれば、第1の発明において、前記熱処理が、30分以上行われることを特徴とする燐化物単結晶ウェーハの評価方法が提供される。
【0018】
また、本発明の第4の発明によれば、第1の発明において、前記燐化物単結晶測定用ウェーハの厚さが、250〜350μmであることを特徴とする燐化物単結晶ウェーハの評価方法が提供される。
【0019】
また、本発明の第5の発明によれば、第1の発明において、前記燐化物単結晶測定用ウェーハが、単結晶インゴットの成長方向に複数に分けられた各区分から選ばれることを特徴とする燐化物単結晶ウェーハの評価方法が提供される。
【0020】
また、本発明の第6の発明によれば、第1〜5いずれかの発明において、前記燐化物が燐化ガリウムであることを特徴とする燐化物単結晶ウェーハの評価方法が提供される。
【0021】
また、本発明の第7の発明によれば、裏面にエッチング処理を施した片面鏡面研磨、両面鏡面研磨、又は両面エッチング処理を施した厚さが250〜350μmの燐化物単結晶ウェーハであって、第1〜6いずれかの評価方法によって測定された反りが30μm以下であることを特徴とするエピタキシャル用燐化物単結晶ウェーハが提供される。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燐化物単結晶ウェーハの評価方法及びそれを利用したエピタキシャル用燐化物単結晶ウェーハを詳細に説明する。
1.評価方法
本発明の燐化物単結晶ウェーハの反りの評価方法は、燐化合物単結晶測定用ウェーハを熱処理してその熱処理前後のウェーハの反りから、燐化合物単結晶ウェーハのエピタキシャル工程でのウェーハの反りを予見しようとするものである。
【0023】
(1)燐化物単結晶ウェーハ
本発明で評価する燐化物単結晶ウェーハとしては、特に限定されるものではなく、例えば、種々の方法で育成された燐化ガリウム(GaP)、燐化インジウム(InP)等の燐化物単結晶インゴットから切断され、エッチング処理及び研磨加工されて得られるウェーハが用いられる。
この単結晶インゴットの育成方法は、例えばLEC法が用いられる。また、単結晶インゴットのサイズは、特に限定されるものではなく、例えば、直径50mm以上、直胴部(直径が設計値に安定して得られている部分)の長さ50mm以上のものが用いられるが、特に直径70〜80mmおよび直胴部の長さが50〜100mmのものが通常である。
【0024】
単結晶インゴットは、外形を整えるために円筒研削された後、直胴部を成長方向に複数個の区分として切断される。その各区分より測定用ウェーハを取り出す。例えば、図1に示すようにインゴットの直胴部を成長方向に複数個の区分として切断し、各区分から測定用ウェーハを採取する。インゴットの直胴部の成長方向に区分わけするのは、エピタキシャル工程へ送る区分を選別するためであり、この区分の数は、特に限定されるものではなく、例えば、ウェーハ枚数20枚に1区分を標準として、反りの許容範囲、結晶育成の安定性等を加味して決められる。インゴットの切断、測定用ウェーハの採取は、内周刃切断機あるいはワイヤーソーを用いて行われる。
【0025】
各区分から採取される測定用ウェーハの厚さは、特に限定されるものではなく、250〜400μmが好ましく、特に好ましくは250〜350μmである。
厚さが範囲外では、目的とする評価ができない。
【0026】
(2)エッチング処理
測定用ウェーハは、ウェーハ表面に形成された切断による加工歪み層を溶解除去し、熱処理後の反りの変化を正確に評価するため、熱処理に先だってエッチング処理及び研磨加工をすることが好ましい。エッチング処理及び研磨加工は、特に限定されるものではなく、例えば、裏面にエッチング処理を施した片面鏡面研磨法、両面鏡面研磨法、又は両面エッチング処理法等から選ばれる少なくとも1種の方法を用いるのが好ましい。
また、このとき用いるエッチング液は、特に限定されるものではなく、例えば燐化物を化学的に溶解できる溶液が用いられるが、これらの中でも、特にHSOとHを含む水溶液が環境対策上好ましい。
【0027】
(3)熱処理
本発明の評価方法における熱処理の温度は、800〜1000℃であり、好ましくは、840〜900℃である。熱処理温度が800℃未満では、燐化物単結晶ウェーハの転位の発生とその増殖が起こりにくく、1000℃を超えると燐化物が熱分解のため不安定となる。また、燐化物単結晶ウェーハの熱処理温度への昇温は、新たな熱応力を導入しないように徐々に行うことが重要である。
【0028】
本発明の評価方法における熱処理の時間は、特に限定されないが、好ましくは30分以上であり、より好ましくは30〜50分である。熱処理時間が30分未満では、エピタキシャル工程で燐化物単結晶ウェーハの転位の発生とその増殖が十分に起らない。
本発明の評価方法における熱処理の雰囲気としては、特に限定されるものではなく、例えば、空気あるいは窒素、アルゴン等の不活性ガス気流中が好ましい。
還元性雰囲気では、ウェーハが変質する可能性があるからである。
【0029】
加熱処理方法としては、特に限定されないが、所定温度に維持された加熱炉中に設けた石英管に、処理ガスを流通させ、その中に測定用ウェーハを設置して所定時間処理する方法が好ましい。例えば、図2に示すように、インゴットから切り出され、エッチング処理及び研磨加工された測定用ウェーハ1を、加熱炉3の中に設置され、所定温度に昇温され、所定ガス4を流通させた石英管2に装入して熱処理をすることができる。
【0030】
(4)反りの測定
本発明の評価方法においては、上記熱処理後、前記測定用ウェーハを室温まで冷却して、測定用ウェーハの反りを触針式表面粗さ計で測定する。この測定値よりエピタキシャル工程でのウェーハの反りを予見することができる。
【0031】
2.エピタキシャル用燐化物単結晶ウェーハ
本発明に係るエピタキシャル用燐化物単結晶ウェーハは、裏面にエッチング処理を施した片面鏡面研磨、両面鏡面研磨、又は両面エッチング処理を施した厚さが250〜350μmの燐化物単結晶ウェーハであって、本発明の燐化物単結晶ウェーハの評価方法によって測定された反りが30μm以下のものである。
本発明では、裏面にエッチング処理を施した片面鏡面研磨、両面鏡面研磨、又は両面エッチング処理を施した厚さが250〜350μmの燐化物単結晶ウェーハのなかで、本発明の評価方法によって測定された反りが、30μm以下であるものを合格品とする。この反りが30μmを超えると、エピタキシャル工程での処理で反りによる不良の発生が増加する。合格した測定用ウェーハと同一区分に含まれるウェーハが、エピタキシャル用燐化物単結晶ウェーハとして選別され、使用される。
【0032】
本発明の評価方法によると、エピタキシャル工程を経た後のウェーハの反りを極めて正確に予見することができ、それを利用して得られた燐化物単結晶ウェーハはエピタキシャル工程での不良率を低くすることができる。
【0033】
【実施例】
以下に、実施例および比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
(実施例1)
LEC法で育成された直径76mm、直胴部の長さ70mmのGaP単結晶インゴットを用いて、図1に示すように直胴部を成長方向に均等に上部から下部に向けて(i)〜(v)とした5区分に分割し、それぞれの区分から厚さ350μmのGaP測定用ウェーハを採取した。このウェーハを、エッチング液(容量でHSO:H:HO=3:1:1の配合)を用いて、65℃で5分間処理して、切断による加工歪み層を除去した後、機械化学研磨による片面鏡面研磨加工を施し、測定用ウェーハを得た。ここで、測定用ウェーハの反りを触針式表面粗さ計で測定した。
【0034】
ついで、この測定用ウェーハを、850℃の温度に維持され、アルゴンガスが流入されている石英管の中に、15分間かけて装入した後30分間静置して熱処理した。その後、測定用ウェーハを15分間かけて石英管外に取り出し、室温まで冷却した。ここで、熱処理後の測定用ウェーハの反りを触針式表面粗さ計で測定した。図3に、測定用ウェーハの熱処理前後の反りの結果を示す。
図3より、熱処理前の反りが約10μmであった測定用ウェーハ(単結晶インゴットの直胴部の上部2区分(i)〜(ii))の熱処理後の反りが85μmに上昇し、また他の3区分(単結晶インゴットの直胴部の下部3区分(iii)〜(v))の測定用ウェーハの熱処理後の反りは、いずれも30μm以下であり、かつ熱処理後の方が小さかった。
上記の熱処理後の反りが30μm以下の(iii)〜(v)区分のGaPウェーハをエピタキシャル用GaP単結晶ウェーハとし、エピタキシャル成長を行わせた。この製造方法で実施したとき、エピタキシャル工程へ投入したインゴット466ロットでの反り増大による不良の発生率は0.003%、投入GaPウェーハ33,420枚での反り増大による不良率は0.0004%と非常に低かった。
【0035】
(比較例1)
実施例1と同様の方法で製造したGaP単結晶インゴットを用いて、実施例1と同様の切断、エッチング処理、および研磨加工を行って得たウェーハの(i)〜(v)の全ての区分をエピタキシャル工程の基板として用いた。この製造方法で実施したとき、エピタキシャル工程では、エピタキシャル工程へ投入したインゴット42ロットでの反り増大による不良の発生率は55.1%、投入GaPウェーハ3,012枚での反り増大による不良率は7.2%と非常に高かった。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燐化物単結晶ウェーハの評価方法は、事前評価によって、エピタキシャル工程を経た後のウェーハの反りを予見することができる評価方法であり、それを利用して得られた燐化物単結晶ウェーハはエピタキシャル工程での不良率が低く好適なものであり、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わる測定用ウェーハの採取例を示す図である。
【図2】本発明に関わる測定用ウェーハの熱処理の方法の一例を示す図である。
【図3】実施例におけるGaPウェーハの熱処理前後の反りを表わす図である。
【符号の説明】
1 測定用ウェーハ
2 石英管
3 加熱炉
4 ガス
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for evaluating a phosphide single crystal wafer and a phosphide single crystal wafer for epitaxial growth using the same, and more particularly, a pre-evaluation of a phosphide single crystal measurement wafer, whereby a wafer after undergoing an epitaxial process is evaluated. The present invention relates to a method for evaluating a phosphide single crystal wafer capable of predicting warpage, and a phosphide single crystal wafer suitable for epitaxial use obtained by using the method.
[0002]
[Prior art]
A method for evaluating the warpage of a phosphide single crystal wafer is based on a method for evaluating a single crystal wafer for epitaxial growth of a compound semiconductor such as gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), or gallium arsenide (GaAs) used as a substrate in an epitaxial process. It relates to the method of evaluating residual strain, which is one of the important quality indicators.
[0003]
A phosphide single crystal wafer such as gallium phosphide or indium phosphide is used in an epitaxial process as a substrate of an optical compound semiconductor device such as a light emitting element, a laser element, and a light receiving element. In recent years, as the demand has increased, the required quality as a substrate has been increasing in order to efficiently obtain a high-quality epitaxial film in an epitaxial process. For example, gallium phosphide single crystal wafers (hereinafter sometimes abbreviated as GaP wafers) are widely used as substrates for growing epitaxial films for light emitting devices. In this epitaxial process, a light emitting layer is formed on a substrate by a liquid phase epitaxial growth method or a vapor phase epitaxial growth method. For example, in the liquid phase epitaxial growth method, a dopant is added to a saturated solution of GaP polycrystal dissolved in metal Ga at around 1000 ° C. in a hydrogen stream, and a GaP single crystal is deposited on the substrate by controlling the temperature.
[0004]
Here, in order to obtain a good-quality epitaxial film for a light-emitting element, it is desirable that the GaP wafer is a good-quality single-crystal substrate with few crystal defects and residual strain. That is, when a GaP wafer obtained from a GaP single crystal ingot grown by the liquid sealing Czochralski (hereinafter abbreviated as LEC) method is used as a substrate and crystal growth is performed by an epitaxial growth method, crystal defects of the GaP wafer are reduced. It is said that it propagates to the epitaxial growth layer and degrades the device characteristics, and if there is residual strain in the GaP wafer, dislocations are generated due to heating in the epitaxial process, which multiply, thereby increasing the warpage of the substrate. Because it is. Therefore, it is important to prevent the occurrence of residual distortion and to eliminate it.
[0005]
The residual strain of a GaP wafer is generally formed during the manufacturing process. Generally, a manufacturing process of a GaP wafer is performed according to the following procedure.
(1) Raw Material Preparation In the LEC method, a raw material GaP polycrystal and an n-type impurity selected from S, Te or Si are placed in a quartz crucible arranged at the center of a high-pressure vessel of a vertical single crystal growing furnace. And a liquid sealant is placed thereon. The liquid sealing agent is for forming a liquid sealing layer on the GaP melt at the time of melting the raw material to prevent the volatile decomposition of phosphorus, and usually, B 2 O 3 is used.
[0006]
(2) Crystal Growth Next, the inside of the high-pressure vessel is set to a high pressure under an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon, and the graphite heater of the growth furnace is energized to raise the temperature to the melting point of GaP or more. After the GaP raw material is melted, the seed crystal attached to the upper shaft is lowered and immersed in the GaP melt located immediately below the liquid sealing layer. After that, while rotating the quartz crucible, the temperature of the melt interface is lowered to a predetermined temperature, and then the seed crystal is rotated and raised to solidify the melt at the interface, thereby growing a GaP single crystal.
[0007]
(3) The processed and grown single crystal ingot is cylindrically ground to adjust its outer shape, and then cut into wafers having a thickness of 250 to 400 μm using an inner peripheral blade cutter or a wire saw.
[0008]
(4) Evaluation GaP wafers are inspected for electrical characteristics, processing accuracy, warpage, crystal defects, and appearance, and those that pass are single crystal wafers for epitaxial substrates. Among the inspection items, the warpage of the GaP wafer is related to the residual strain.
[0009]
In the crystal growth in the above manufacturing process, the temperature gradient near the interface between the solidified single crystal and the melt is as steep as about 100 ° C./cm. Therefore, a thermal stress is generated in the solidified single crystal, and a strain that causes elastic deformation generally remains even after cooling to room temperature. The elastic deformation caused by the residual strain is the warpage of the GaP wafer. Further, it is said that the heating in the epitaxial process generates dislocations due to residual strain, which multiplies, thereby increasing the warpage of the substrate. However, when an epitaxial process is performed using a GaP wafer having a desired warp value as a substrate, the warp generated on the substrate has no correlation with the warp of the original GaP wafer. Therefore, there is a problem that the measured value of the warp of the GaP wafer cannot predict the warpage of the substrate after the epitaxial process.
[0010]
On the other hand, as a technique for evaluating the residual strain of a GaP wafer, an optically isotropic semiconductor wafer is inserted between orthogonal polarizing plates, and a method of evaluating birefringence caused by residual strain and processing strain in the wafer (for example, Patent Document 1) can be used.
The sample for measurement of the GaP wafer used in the above method includes etching with a solution such as aqua regia that can dissolve GaP, or mirror polishing by mechanical chemical polishing in order to remove the processing strain layer introduced at the time of cutting the ingot from the wafer. Polishing is performed. Therefore, if the GaP wafer does not have the residual strain introduced during crystal growth, the orthogonal polarizing plate does not transmit light, but if the GaP wafer has the residual strain, a polarized image is observed. Here, if the area of the polarization image on the GaP wafer is large, the region distorted by residual strain is wide, and if it is small, it means that the region distorted is narrow. it can. The qualitative evaluation of the residual strain of the wafer can be used when optimizing the conditions for growing a single crystal in order to reduce the residual strain. Furthermore, in the evaluation of GaAs wafers and InP wafers, there is a commercially available apparatus that quantitatively measures the relative intensity of strain by applying the above principle.
[0011]
However, the method using the orthogonal polarization technique can evaluate the residual strain at the time of growing a single crystal. However, when the wafer is actually heated in the epitaxial process, the residual strain of the wafer is changed to the shape of the wafer. We can't foresee what changes will be made. For example, among the GaP wafers obtained in the above manufacturing process, a polarization image due to orthogonally polarized light is detected, and even when a wafer having a very low warpage, for example, a wafer having a value of 30 μm is used, even after the epitaxial process, the wafer is 200 μm or more. The range of the change in the warpage varies greatly, for example, some warp. That is, the change in the warp of the substrate in the epitaxial process cannot be evaluated by measuring the warp of the GaP wafer or the polarization image of the orthogonally polarized light. For this reason, many defects due to warpage occur in the epitaxial process, increasing the load of the epitaxial process, which is a major obstacle to the production efficiency.
From the above situation, the wafer which becomes defective due to the increase in the warpage in the epitaxial process is detected by the preliminary evaluation at the wafer stage, and by excluding the wafer, the defect rate in the epitaxial process can be reduced. An evaluation method and a phosphide single crystal wafer suitable for epitaxial obtained by using the evaluation method are required.
[0012]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2645252 (pages 1 to 3)
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to evaluate a phosphide single crystal wafer capable of predicting a warp of a wafer after an epitaxial process by preliminarily evaluating a phosphide single crystal measurement wafer in view of the above-described problems of the related art. It is an object of the present invention to provide a phosphide single crystal wafer suitable for epitaxial growth obtained by using the method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on a method for evaluating the warpage of a phosphide single crystal wafer to achieve the above object, and as a result, selected an appropriate phosphide single crystal measurement wafer from a single crystal ingot. When the wafer was heat-treated under specific conditions and the warpage was measured, it was found that the warpage of the wafer after undergoing the epitaxial process could be accurately predicted, and the present invention was completed.
[0015]
That is, according to the first invention of the present invention, there is provided a method for evaluating in advance a phosphide single crystal wafer which becomes defective due to an increase in warpage in an epitaxial step. After selecting at least one phosphide single crystal measurement wafer, the wafer is etched, then heat treated at a temperature of 800 to 1000 ° C., and then cooled to room temperature, and then the warpage of the wafer is measured. A method for evaluating a phosphide single crystal wafer is provided.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to the first aspect, wherein the heat treatment is performed in air or an inert gas. .
[0017]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to the first aspect, wherein the heat treatment is performed for 30 minutes or more.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the method for evaluating a phosphide single crystal wafer is characterized in that the thickness of the phosphide single crystal measurement wafer is 250 to 350 μm. Is provided.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the phosphide single crystal measurement wafer is selected from a plurality of sections divided in a growth direction of the single crystal ingot. A method for evaluating a phosphide single crystal wafer is provided.
[0020]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to any one of the first to fifth aspects, wherein the phosphide is gallium phosphide.
[0021]
Further, according to the seventh invention of the present invention, there is provided a phosphide single crystal wafer having a thickness of 250 to 350 μm subjected to single-sided mirror polishing, double-sided mirror polishing, or double-sided etching, the back surface of which is etched. And a phosphide single crystal wafer for epitaxial use, wherein the warpage measured by any one of the first to sixth evaluation methods is 30 μm or less.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method for evaluating a phosphide single crystal wafer of the present invention and a phosphide single crystal wafer for epitaxial use using the same will be described in detail.
1. Evaluation Method The method for evaluating the warpage of a phosphide single crystal wafer according to the present invention comprises the steps of: heat treating a phosphorus compound single crystal measurement wafer; and warping the wafer in the epitaxial process of the phosphorus compound single crystal wafer from the warpage of the wafer before and after the heat treatment. To try to foresee.
[0023]
(1) Phosphide single crystal wafer The phosphide single crystal wafer to be evaluated in the present invention is not particularly limited. For example, gallium phosphide (GaP) and indium phosphide (InP) grown by various methods are used. )), A wafer obtained by cutting from a phosphide single crystal ingot, etching and polishing is used.
As a method for growing this single crystal ingot, for example, the LEC method is used. The size of the single crystal ingot is not particularly limited. For example, a single crystal ingot having a diameter of 50 mm or more and a length of a straight body (a part whose diameter is stably obtained to a design value) of 50 mm or more is used. In particular, those having a diameter of 70 to 80 mm and a length of a straight body of 50 to 100 mm are usually used.
[0024]
The single crystal ingot is subjected to cylindrical grinding to adjust its outer shape, and then cut into a plurality of sections with the straight body portion in the growth direction. The measurement wafer is taken out from each section. For example, as shown in FIG. 1, the straight body of the ingot is cut into a plurality of sections in the growth direction, and a measurement wafer is collected from each section. The division in the growth direction of the straight body portion of the ingot is for selecting the sections to be sent to the epitaxial process, and the number of the sections is not particularly limited. For example, one section is set for every 20 wafers. Is determined, taking into account the allowable range of warpage, the stability of crystal growth, and the like. Cutting of the ingot and collection of the wafer for measurement are performed using an inner peripheral blade cutting machine or a wire saw.
[0025]
The thickness of the measurement wafer collected from each section is not particularly limited, and is preferably 250 to 400 μm, and particularly preferably 250 to 350 μm.
If the thickness is out of the range, the target evaluation cannot be performed.
[0026]
(2) The etching process measurement wafer must be subjected to an etching process and a polishing process prior to the heat treatment in order to dissolve and remove a processing strain layer formed by cutting on the wafer surface and accurately evaluate a change in warpage after the heat treatment. Is preferred. The etching process and the polishing process are not particularly limited, and for example, at least one method selected from a single-sided mirror polishing method, a double-sided mirror polishing method, or a double-sided etching method in which the back surface is subjected to an etching process is used. Is preferred.
The etchant used at this time is not particularly limited. For example, a solution capable of chemically dissolving phosphide is used. Among them, an aqueous solution containing H 2 SO 4 and H 2 O 2 is particularly preferable. Good for environmental measures.
[0027]
(3) Heat treatment The heat treatment temperature in the evaluation method of the present invention is 800 to 1000 ° C, preferably 840 to 900 ° C. When the heat treatment temperature is lower than 800 ° C., the generation and propagation of dislocations in the phosphide single crystal wafer are less likely to occur, and when it exceeds 1000 ° C., the phosphide becomes unstable due to thermal decomposition. It is important that the temperature of the phosphide single crystal wafer is gradually increased to the heat treatment temperature so as not to introduce new thermal stress.
[0028]
The heat treatment time in the evaluation method of the present invention is not particularly limited, but is preferably 30 minutes or more, and more preferably 30 to 50 minutes. If the heat treatment time is less than 30 minutes, dislocation generation and growth of the phosphide single crystal wafer do not sufficiently occur in the epitaxial process.
The atmosphere for the heat treatment in the evaluation method of the present invention is not particularly limited. For example, air or an inert gas stream such as nitrogen or argon is preferable.
This is because the wafer may be deteriorated in a reducing atmosphere.
[0029]
The heat treatment method is not particularly limited, but is preferably a method in which a processing gas is circulated through a quartz tube provided in a heating furnace maintained at a predetermined temperature, a measurement wafer is set therein, and processing is performed for a predetermined time. . For example, as shown in FIG. 2, a measurement wafer 1 cut out of an ingot, etched and polished is placed in a heating furnace 3, heated to a predetermined temperature, and passed a predetermined gas 4. The heat treatment can be performed by charging the quartz tube 2.
[0030]
(4) Measurement of Warp In the evaluation method of the present invention, after the heat treatment, the wafer for measurement is cooled to room temperature, and the warpage of the wafer for measurement is measured with a stylus type surface roughness meter. From this measured value, warpage of the wafer in the epitaxial process can be predicted.
[0031]
2. Phosphide single crystal wafer for epitaxial use The phosphide single crystal wafer for epitaxial use according to the present invention is a single-sided mirror-polished backside-etched, double-sided mirror-polished or double-sided etched phosphorous having a thickness of 250 to 350 μm. A phosphide single crystal wafer having a warpage of 30 μm or less as measured by the method for evaluating a phosphide single crystal wafer of the present invention.
In the present invention, in a single-sided mirror-polished, double-sided mirror-polished, or double-sided etched phosphide single crystal wafer having a back side subjected to an etching treatment, the thickness is measured by the evaluation method of the present invention. Those having a warpage of 30 μm or less are regarded as acceptable products. If the warp exceeds 30 μm, the occurrence of defects due to the warp in the processing in the epitaxial process increases. Wafers included in the same category as the passed measurement wafers are selected and used as epitaxial phosphide single crystal wafers.
[0032]
According to the evaluation method of the present invention, the warpage of the wafer after undergoing the epitaxial process can be predicted very accurately, and the phosphide single crystal wafer obtained by using the same reduces the defect rate in the epitaxial process. be able to.
[0033]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(Example 1)
Using a GaP single crystal ingot having a diameter of 76 mm and a length of 70 mm in the straight body grown by the LEC method, as shown in FIG. The wafer was divided into five sections (v) and a GaP measurement wafer having a thickness of 350 μm was collected from each section. This wafer was treated at 65 ° C. for 5 minutes using an etchant (a mixture of H 2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 3: 1: 1 by volume) to form a processing strain layer due to cutting. After removal, single-sided mirror polishing was performed by mechanical chemical polishing to obtain a measurement wafer. Here, the warpage of the measurement wafer was measured with a stylus type surface roughness meter.
[0034]
Next, the measurement wafer was placed in a quartz tube maintained at a temperature of 850 ° C. and into which an argon gas was introduced over 15 minutes, and then left still for 30 minutes to perform a heat treatment. Thereafter, the measurement wafer was taken out of the quartz tube over 15 minutes and cooled to room temperature. Here, the warpage of the measurement wafer after the heat treatment was measured by a stylus type surface roughness meter. FIG. 3 shows the results of the warpage of the measurement wafer before and after the heat treatment.
From FIG. 3, the warp after the heat treatment of the measurement wafer (the upper two sections (i) to (ii) of the straight body portion of the single crystal ingot) in which the warp before the heat treatment was about 10 μm increased to 85 μm, and The warp after the heat treatment of the measurement wafers of the three sections (the three lower sections (iii) to (v) of the straight body portion of the single crystal ingot) was 30 μm or less, and was smaller after the heat treatment.
GaP wafers having a warpage of 30 μm or less after the above heat treatment were used as epitaxial GaP single crystal wafers, and epitaxial growth was performed. When implemented by this manufacturing method, the failure rate due to the increase in the warp in the 466 lots of ingots introduced into the epitaxial process is 0.003%, and the failure rate due to the increase in the warp in 33,420 input GaP wafers is 0.0004%. And was very low.
[0035]
(Comparative Example 1)
All categories (i) to (v) of a wafer obtained by performing the same cutting, etching, and polishing as in Example 1 using a GaP single crystal ingot manufactured in the same manner as in Example 1. Was used as a substrate in the epitaxial process. When implemented by this manufacturing method, in the epitaxial process, the rate of occurrence of defects due to the increase in the warp in the 42 lots of ingots introduced into the epitaxial step is 55.1%, and the defect rate due to the increase in the warp in the 3,012 input GaP wafers is It was very high at 7.2%.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the method for evaluating a phosphide single crystal wafer of the present invention is an evaluation method capable of predicting the warpage of a wafer after undergoing an epitaxial process by a preliminary evaluation, and is obtained by using the method. The phosphide single crystal wafer has a low defect rate in the epitaxial process and is suitable, and its industrial value is extremely large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of collecting a measurement wafer according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a method of heat treatment of a measurement wafer according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating warpage of a GaP wafer before and after heat treatment in an example.
[Explanation of symbols]
1 Wafer for measurement 2 Quartz tube 3 Heating furnace 4 Gas

Claims (7)

エピタキシャル工程で反りの増大に伴い不良となる燐化物単結晶ウェーハを事前に評価する方法であって、
単結晶インゴット中の評価対象とする区分から少なくとも1つの燐化物単結晶測定用ウェーハを選んだ後、該ウェーハをエッチング処理し、次に800〜1000℃の温度で熱処理し、次いで、室温まで冷却してから、該ウェーハの反りを測定することを特徴とする燐化物単結晶ウェーハの評価方法。
A method for evaluating in advance a phosphide single crystal wafer that becomes defective due to an increase in warpage in an epitaxial process,
After selecting at least one phosphide single crystal measurement wafer from the section to be evaluated in the single crystal ingot, the wafer is etched, then heat-treated at a temperature of 800 to 1000 ° C., and then cooled to room temperature. Measuring the warpage of the wafer, and then evaluating the phosphide single crystal wafer.
前記熱処理が、空気中あるいは不活性ガス中で行われることを特徴とする請求項1に記載の燐化物単結晶ウェーハの評価方法。The method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in air or an inert gas. 前記熱処理が、30分以上行われることを特徴とする請求項1に記載の燐化物単結晶ウェーハの評価方法。The method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to claim 1, wherein the heat treatment is performed for 30 minutes or more. 前記燐化物単結晶測定用ウェーハの厚さが、250〜350μmであることを特徴とする請求項1に記載の燐化物単結晶ウェーハの評価方法。2. The method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to claim 1, wherein the thickness of the phosphide single crystal measurement wafer is 250 to 350 μm. 3. 前記燐化物単結晶測定用ウェーハが、単結晶インゴットの成長方向に複数に分けられた各区分から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の燐化物単結晶ウェーハの評価方法。2. The method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to claim 1, wherein the phosphide single crystal measurement wafer is selected from a plurality of sections divided in a growth direction of the single crystal ingot. 前記燐化物が、燐化ガリウムであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燐化物単結晶ウェーハの評価方法。The method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to any one of claims 1 to 5, wherein the phosphide is gallium phosphide. 裏面にエッチング処理を施した片面鏡面研磨、両面鏡面研磨、又は両面エッチング処理を施した厚さが250〜350μmの燐化物単結晶ウェーハであって、
請求項1〜6のいずれかに記載の燐化物単結晶ウェーハの評価方法によって測定された反りが30μm以下であることを特徴とするエピタキシャル用燐化物単結晶ウェーハ。
A single-sided mirror-polished single-sided wafer with a thickness of 250 to 350 μm subjected to a single-sided mirror polishing, a double-sided mirror polishing, or a double-sided etching that has been subjected to etching on the back surface,
A phosphide single crystal wafer for epitaxial use, characterized in that the warpage measured by the method for evaluating a phosphide single crystal wafer according to claim 1 is 30 μm or less.
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