JP2019145812A - インジウムリン基板、インジウムリン基板の検査方法、およびインジウムリン基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板上に成長させるエピタキシャル膜の均一性を良好にし、エピタキシャル膜を用いたエピタキシャルウエハのPL特性および電気特性を向上させることのできるインジウムリン基板提供する。【解決手段】第1の主面および第2の主面を含むインジウムリン基板10であって、第1の主面の中心における表面粗さ、ならびに第1の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さの平均値m1は0.4nm以下であり、表面粗さの標準偏差σ1は、平均値m1の10%以下である。第2の主面の中心における表面粗さ、ならびに第2の主面の外縁部から5mm内側に外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さの平均値m2は0.2nm以上3nm以下であり、表面粗さの標準偏差σ2は、平均値m2の10%以下である。【選択図】図1
Description
本発明は、インジウムリン基板、インジウムリン基板の検査方法、およびインジウムリン基板の製造方法に関する。
インジウムリン(InP)基板は、発光する特性を持っていること、電子の移動速度が速いことなどにより、半導体レーザ、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)、あるいは高速デバイスなどに広く用いられている。半導体レーザおよびLEDでは、InP基板上にエピタキシャル膜を形成した後にPL強度を測定することで、簡易的に発光性能を検査することができる。このPL発光強度は強い方がよい。また、高速デバイスでは、InP基板とエピタキシャル膜との界面の不純物によるリークが問題になるので、界面にn型もしくはp型の不純物が少ない方が電気特性が安定する。
特許文献1(特開2007−311490号公報)には、化合物半導体基板の表面粗さRmsを0.2nm以下にすることにより、化合物半導体基板の表面の不純物を低減するする技術が開示されている。
特許文献2(特開2010−248050号公報)には、インジウムリン基板を硫酸過水およびリン酸で洗浄することにより、基板表面の不純物濃度を低減し、基板上にエピタキシャル層を成形した場合に、PL特性および電気特性が悪化することを抑制する技術が開示されている。
特許文献1(特開2007−311490号公報)の技術は、化合物半導体基板の表面粗さを規定するが、表面粗さの面内バラツキについて規定していない。したがって、化合物半導体基板の表面積が大きく、表面粗さに面内ばらつきがある場合、基板の表面の不純物濃度を一律に低減することができない。
特許文献2(特開2010−248050号公報)の技術は、基板表面の不純物濃度を低減するために、洗浄条件を規定している。基板表面の不純物濃度は、基板の表面粗さにも関係し、基板の表面粗さは、基板の研磨条件の影響を受ける。しかし、特許文献2(特開2010−248050号公報)には、基板の研磨条件により基板の表面粗さを制御することについては開示されていない。
本発明は、基板の表裏面粗さが制御され、基板上に成長させるエピタキシャル膜の均一性を良好にし、該エピタキシャル膜を用いたエピタキシャルウエハのPL特性を向上させることのできるインジウムリン基板、ならびに、インジウムリン基板の検査方法、およびインジウムリン基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るインジウムリン基板は、(1)第1の主面および第2の主面を含むインジウムリン基板であって、前記第1の主面の中心における表面粗さRa1、ならびに前記第1の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さRa2、Ra3、Ra4およびRa5の平均値m1は0.4nm以下であり、前記表面粗さRa1、Ra2、Ra3、Ra4およびRa5の標準偏差σ1は、前記平均値m1の10%以下であり、前記第2の主面の中心における表面粗さRa6、ならびに前記第2の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さRa7、Ra8、Ra9およびRa10の平均値m2は0.2nm以上3nm以下であり、前記表面粗さRa6、Ra7、Ra8、Ra9およびRa10の標準偏差σ2は、前記平均値m2の10%以下である、インジウムリン基板である。
(2)前記インジウムリン基板は、最大径が150mm以上であることが好ましい。
(3)本発明の一態様に係るインジウムリン基板の検査方法は、前記インジウムリン基板の主面の中心、および、主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所において、1μm四方の視野で、0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いてインジウムリン基板の表面粗さを測定する工程を含む、インジウムリン基板の検査方法である。
(3)本発明の一態様に係るインジウムリン基板の検査方法は、前記インジウムリン基板の主面の中心、および、主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所において、1μm四方の視野で、0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いてインジウムリン基板の表面粗さを測定する工程を含む、インジウムリン基板の検査方法である。
(4)本発明の一態様に係るインジウムリン基板の製造方法は、上記(1)または(2)に記載のインジウムリン基板の製造方法であって、第1の主面および第2の主面を含むインジウムリンウエハを準備する工程と、前記インジウムリンウエハの第1の主面および第2の主面を第1の研磨布を用いて両面研磨する工程と、前記両面研磨したインジウムリンウエハの第1の主面を第2の研磨布を用いて片面仕上げ研磨する工程と、前記片面仕上げ研磨したインジウムリンウエハを洗浄する工程とを備える、インジウムリン基板の製造方法である。
上記態様によれば、基板の表裏面粗さが制御され、基板上に成長させるエピタキシャル膜の均一性を良好にし、該エピタキシャル膜を用いたエピタキシャルウエハのPL特性を向上させることのできるインジウムリン基板、ならびに、インジウムリン基板の検査方法、およびインジウムリン基板の製造方法を提供することが可能となる。
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。本明細書中においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、“−”(バー)を数字の上につけることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。本明細書中においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、“−”(バー)を数字の上につけることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
本発明の一態様に係るインジウムリン基板は、(1)第1の主面および第2の主面を含むインジウムリン基板であって、前記第1の主面の中心における表面粗さRa1、ならびに前記第1の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さRa2、Ra3、Ra4およびRa5の平均値m1は0.4nm以下であり、前記表面粗さRa1、Ra2、Ra3、Ra4およびRa5の標準偏差σ1は、前記平均値m1の10%以下であり、前記第2の主面の中心における表面粗さRa6、ならびに前記第2の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さRa7、Ra8、Ra9およびRa10の平均値m2は0.2nm以上3nm以下であり、前記表面粗さRa6、Ra7、Ra8、Ra9およびRa10の標準偏差σ2は、前記平均値m2の10%以下である、インジウムリン基板である。ここで、前記第1の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所とは、前記第1の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所であって、オリエンテーションフラット方向(結晶の主面を(100)とした場合、[0−1−1]方向)を基準にして、90°の間隔で配置される4箇所を意味する。
上記のインジウムリン基板は、第1の主面の表面粗さの平均値が小さく、第1の主面の全面にわたって表面粗さのばらつきが小さいため、基板の第1の主面の表面粗さが制御され、第1の主面上に成長させるエピタキシャル膜の均一性を良好にし、該エピタキシャル膜のPL特性を向上させることができる。
上記のインジウムリン基板は、第2の主面の表面粗さの平均値が小さく、第2の主面の全面にわたって表面粗さのばらつきが小さいため、基板の第1の主面上にエピタキシャル膜を形成する工程において、基板を支持するサセプタと基板の第2の主面との接触状態が局所的に変わることを抑制できる。このため、当該接触状態の変化に伴って基板の温度分布が偏るといった問題の発生を抑制でき、結果的に膜質の優れたエピタキシャル膜を形成できる。
(2)前記インジウムリン基板は、最大径が150mm以上であることが好ましい。
上記(1)のインジウムリン基板は、第1の主面および第2の主面の表面粗さが、主面全体にわたって制御されているため、最大径が150mm以上の大口径基板であっても、基板表面に均一なエピタキシャル膜を形成できる。また、このようにすれば、大面積の基板を用いることで当該基板に形成できる半導体素子(チップ)の数を増加させることができる。この結果、半導体素子を形成する工程(デバイス工程)での製造コストを低減できるとともに、生産性を改善できる。
上記(1)のインジウムリン基板は、第1の主面および第2の主面の表面粗さが、主面全体にわたって制御されているため、最大径が150mm以上の大口径基板であっても、基板表面に均一なエピタキシャル膜を形成できる。また、このようにすれば、大面積の基板を用いることで当該基板に形成できる半導体素子(チップ)の数を増加させることができる。この結果、半導体素子を形成する工程(デバイス工程)での製造コストを低減できるとともに、生産性を改善できる。
本発明の一態様に係るインジウムリン基板の検査方法は、(3)前記インジウムリン基板の主面の中心、および、主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所において、1μm四方の視野で、0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いてインジウムリン基板の表面粗さを測定する工程を含む、インジウムリン基板の検査方法である。
原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)を用いて、0.4nmのピッチで表面粗さを測定することによって、原子オーダーでの凹凸を確実に検出できる。さらに、表面粗さを主面の中心および外縁部4箇所の合計5か所において測定することにより、基板主面の全体における表面粗さのばらつきを算出できる。これにより、主面上にエピタキシャル膜を均一に形成できる基板を選別できる。また、既存のAFMを用いることによって、選別のコストを低減できる。
本発明の一態様に係るインジウムリン基板の製造方法は、(4)上記(1)または(2)に記載のインジウムリン基板の製造方法であって、第1の主面および第2の主面を含むインジウムリンウエハを準備する工程と、前記インジウムリンウエハの第1の主面および第2の主面を第1の研磨布を用いて両面研磨する工程と、前記両面研磨したインジウムリンウエハの第1の主面を第2の研磨布を用いて片面仕上げ研磨する工程と、前記片面仕上げ研磨したインジウムリンウエハを洗浄する工程とを備える、インジウムリン基板の製造方法である。
これによると、基板の第1の主面と第2の主面の表面粗さの平均値および表面粗さのばらつきを、所望の範囲に制御することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態にかかるインジウムリン基板、インジウムリン基板の検査方法およびインジウムリン基板の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
本発明の実施形態にかかるインジウムリン基板、インジウムリン基板の検査方法およびインジウムリン基板の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
<実施の形態1>
本発明の一実施の形態におけるインジウムリン基板について、図1〜図4を用いて説明する。図1は、本発明の一態様にかかるインジウムリン基板10を示す斜視模式図である。図2は、図1のインジウムリン基板10をA−A線で切断した断面図である。図3は、インジウムリン基板10を第1の主面11側から見た平面図である。図4は、インジウムリン基板10を第2の主面12側から見た平面図である。
本発明の一実施の形態におけるインジウムリン基板について、図1〜図4を用いて説明する。図1は、本発明の一態様にかかるインジウムリン基板10を示す斜視模式図である。図2は、図1のインジウムリン基板10をA−A線で切断した断面図である。図3は、インジウムリン基板10を第1の主面11側から見た平面図である。図4は、インジウムリン基板10を第2の主面12側から見た平面図である。
インジウムリン基板(以下、InP基板とも記す)10は、インジウムリン(InP)の単結晶からなる。図1に示されるように、InP基板10は、平面視において略円形である。図2に示されるように、InP基板10は、第1の主面11と、第2の主面12とを含み、第1の主面11と第2の主面12とは略平行である。InP基板を用いてエピタキシャル膜を成長させる際には、第1の主面11上にエピタキシャル膜を成長させる。この際、第2の主面12は、成膜装置のサセプタに接して載置される。
前記第1の主面11の中心における表面粗さRa1、ならびに前記第1の主面11の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さRa2、Ra3、Ra4およびRa5の平均値m1は0.4nm以下であり、前記表面粗さRa1、Ra2、Ra3、Ra4およびRa5の標準偏差σ1は、前記平均値m1の10%以下である。
ここで、表面粗さは、JIS B 0601に規定される算術平均粗さRaをいい、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの距離(偏差の絶対値)を合計し平均した値と定義される。
第1の主面11の中心における表面粗さRa1とは、以下の方法で測定した値である。第1の主面11から、図3の四角で囲まれた1で示される領域のように、第1の主面11の中心点を含むように、1μm四方の視野を抜き取る。該抜き取り範囲を0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いて表面粗さRa1を測定する。
第1の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所とは、図3の四角で囲まれた2〜5で示される領域のように、第1の主面の外縁部上で該外縁部を4等分する場所から、第1の主面の中心に向かって、5mmの距離(図3中、d1で示される)内側に位置する4つの領域である。前記4箇所における表面粗さRa2、Ra3、Ra4およびRa5とは、以下の方法で測定した値である。第1の主面11から、前記4箇所を含むように、1μm四方の視野を抜き取る。該抜き取り範囲を0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いて表面粗さRa2、Ra3、Ra4およびRa5をそれぞれ測定する。
基板の第1の主面の5箇所における表面粗さRa1、Ra2、Ra3、Ra4およびRa5の平均値m1は、上述のように0.4nm以下としているが、好ましくは0.1nm以上0.3nm以下である。表面粗さの平均値m1を0.4nm以下にすることで、基板の第1の主面上に良好なエピタキシャル膜を形成することができる。
基板の第1の主面の5か所における表面粗さR1、R2、R3、R4およびR5の標準偏差σ1は前記平均値m1の10%以下としているが、好ましくは8%以下、より好ましくは6%以下である。このように標準偏差σを前記平均値m1の10%以下にすることで、基板の第1の主面の表面粗さが制御され、基板表面に均一なエピタキシャル膜を形成できる。
第2の主面12は、前記第2の主面12の中心における表面粗さRa6、ならびに前記第2の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さRa7、Ra8、Ra9およびRa10の平均値m2は0.2nm以上3nm以下であり、前記表面粗さRa6、Ra7、Ra8、Ra9およびRa10の標準偏差σ2は、前記平均値m2の10%以下であることが好ましい。このように、第1の主面11に加えて第2の主面12についても表面粗さが管理されたInP基板10においては、第1の主面11にエピタキシャル膜を成長させる際に、第2の主面12と、InP基板10が搭載された成膜装置のサセプタとの間の接触状態を第2の主面12全体で均一化することができる。このため、局所的な接触状態のばらつきが発生することに起因するInP基板10での温度分布の発生を抑制できる。このため、形成されるエピタキシャル膜の結晶性や不純物濃度といった膜質の均一性を向上させることができる。この結果、当該エピタキシャル膜の歩留りを向上させることができる。
第2の主面12の中心における表面粗さRa6とは、以下の方法で測定した値である。第2の主面12から、図4の四角で囲まれた6で示される領域のように、第2の主面12の中心点を含むように、1μm四方の視野を抜き取る。該抜き取り範囲を0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いて表面粗さRa6を測定する。
第2の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所とは、図4の四角で囲まれた7〜10で示される領域のように、第2の主面の外延部上で該外縁部を4等分する場所から、第2の主面の中心に向かって、5mmの距離(図4中、d2で示される)内側に位置する4つの領域である。前記4箇所における表面粗さRa7、Ra8、Ra9およびRa10とは、以下の方法で測定した値である。第2の主面12から、前記4箇所を含むように、1μm四方の視野を抜き取る。該抜き取り範囲を0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いて表面粗さRa7、Ra8、Ra9およびRa10をそれぞれ測定する。
基板の第2の主面の5箇所における表面粗さRa6、Ra7、Ra8、Ra9およびRa10の平均値m2は0.2nm以上3nm以下であり、0.4nm以上3nm以下が好ましく、0.5nm以上2nm以下がさらに好ましい。なお、第2の主面における表面粗さの平均値m2が3nmを超えると、エピタキシャル膜の形成工程での、サセプタと基板の第2の主面との接触状態が局所的に変わる(ばらつく)ことから基板の温度分布が不均一となり、結果的に得られるエピタキシャル膜の品質が低下する恐れがある。また、第2の主面の表面粗さの平均値m2を0.2nm未満にするためには高度な表面処理が必要であり、基板の製造コストが増大するとともに基板の製造工程における生産性が低下する。たとえば、基板裏面の表面粗さの平均値m2を0.2nm未満にするためには、中性のダイヤモンドスラリーを用いた通常の研磨では難しく、コロイダルシリカとケミカル成分とを用いたCMP処理などが必要になる。
第2の主面の表面粗さの標準偏差σ2は、前記平均値m2の10%以下であり、8%以下が好ましく、6%以下がさらに好ましい。このようにすれば、第2の主面とサセプタとの接触状態を第2の主面全体でほぼ均一にすることができ、結果的に第1の主面上に均一なエピタキシャル膜を形成できる。
InP基板10の直径Dは、150mm以上であることが好ましく、150mm以上300mm以下がさらに好ましい。InP基板10は、第1の主面および第2の主面の表面粗さが、主面全体にわたって制御されているため、最大径が150mm以上の大口径基板であっても、基板表面に均一なエピタキシャル成長層を形成できる。また、このようにすれば、大面積の基板を用いることで当該基板に形成できる半導体素子(チップ)の数を増加させることができる。この結果、半導体素子を形成する工程(デバイス工程)での製造コストを低減できるとともに、生産性を改善できる。
InP基板10の厚みは500μm以上800μm以下が好ましい。これによると、InP基板が比較的大型であっても、表裏面粗さが制御され、エピタキシャル層の形成工程や半導体素子の製造工程における歩留まりの低減を抑制できる。
<実施の形態2>
本発明の一実施の形態におけるインジウムリン基板の検査方法について、図3および図4を用いて説明する。
本発明の一実施の形態におけるインジウムリン基板の検査方法について、図3および図4を用いて説明する。
インジウムリン基板の検査方法は、前記インジウムリン基板の主面の中心、および、主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所において、1μm四方の視野で、0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いてインジウムリン基板の表面粗さを測定する工程を含む。
詳細には、まず、インジウムリン基板10の主面の中心、および、主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所において、1μm四方の視野を抜き取る。ここで、InP基板10の主面とは、第1の主面11および第2の主面12のいずれでもよい。主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所とは、図3の四角で囲まれた2〜5で示される領域や、図4の四角で囲まれた7〜10で示される領域のように、主面の外延部上で該外縁部を4等分する場所から、主面の中心に向かって、5mmの距離(図3のd1または図4のd2で示される距離)の内側に位置する領域である。なお、前記4箇所は、前記第1の主面または前記第2の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所であって、オリエンテーションフラット(結晶の(001)方位)を基準にして、90°の間隔で配置される4箇所である。インジウムリン基板がノッチ付ウエハの場合は、前記4箇所は以下の通り位置決めする。ノッチから、ノッチと基板の中心とを結ぶ線を、基板の中心を回転軸として45°回転した線上で、第1の主面または前記第2の主面の外縁部から5mm内側の位置を基準A点とした。基準A点の位置から、基準A点と基板の中心とを結ぶ線を、基板の中心を回転軸として、90°間隔で回転させた線上で、第1の主面の外縁部から5mm内側の位置をB点、C点、D点とした。基準A点と、B点、C点、D点を前記4箇所とする。測定する視野を合計5箇所とすることによって、InP基板の主面の全面についての表面粗さを測定できるので、InP基板の主面の全面について検査ができる。また、測定する視野を5箇所とすることによって、検査を迅速に行うことができる。視野は1μm四方である。
次に、上記視野において、0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡(AFM)(例えば、Veeco社製の「Dimension3000」)や走査型プローブ顕微鏡(例えば、Bruker AXS社製の「Dimension ICON」)を用いてInP基板の表面粗さを測定する。
以上説明したように、実施の形態2におけるInP基板の検査方法によれば、原子オーダーの凹凸を確実に検出できる。また、InP基板の表面について原子オーダーの凹凸を既存の原子間力顕微鏡(AFM)や、走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いて測定できるので、コストがかからない。この方法で測定した原子オーダーの凹凸と、エピタキシャル成長を実施したのち、SIMSでエピタキシャル膜とInP基板との界面の不純物量を評価したところ、原子オーダーでの凹凸と界面の不純物とに関係があることが判明した。この方法によって、コストを低減するとともに、InP基板に成長したエピタキシャル膜と基板との界面の不純物量を減少できる。
<実施の形態3>
実施の形態1に記載されたインジウムリン基板の製造方法について、図5を用いて説明する。図5に示されるように、インジウムリン基板の製造方法は、第1の主面および第2の主面を含むインジウムリンウエハを準備する工程(S10)と、前記インジウムリンウエハの第1の主面および第2の主面を第1の研磨布を用いて両面研磨する工程(S20)と、前記両面研磨したインジウムリンウエハの第1の主面を第2の研磨布を用いて片面仕上げ研磨する工程(S30)と、前記片面仕上げ研磨したインジウムリンウエハを洗浄する工程(S40)とを備える。
実施の形態1に記載されたインジウムリン基板の製造方法について、図5を用いて説明する。図5に示されるように、インジウムリン基板の製造方法は、第1の主面および第2の主面を含むインジウムリンウエハを準備する工程(S10)と、前記インジウムリンウエハの第1の主面および第2の主面を第1の研磨布を用いて両面研磨する工程(S20)と、前記両面研磨したインジウムリンウエハの第1の主面を第2の研磨布を用いて片面仕上げ研磨する工程(S30)と、前記片面仕上げ研磨したインジウムリンウエハを洗浄する工程(S40)とを備える。
インジウムリンウエハ(以下、InPウエハともいう)を準備する工程では(S10)、まず、InPインゴットを準備する。このインゴットは、InPからなっていてもよく、Fe、S、Sn、およびZnからなる群より選ばれる少なくとも一種の物質よりなるドーパントを含んでいてもよい。
次に、準備したインゴットからInPウエハをスライス加工する。スライス加工する方法は特に限定されない。このInPウエハは、スライス加工によりダメージ層を含む。
次に、スライス加工したInPウエハの第1の主面および第2の主面を第1の研磨布を用いて両面研磨する(S20)。両面研磨は、たとえば、図6(a)に示す両面研磨装置60を用いて行うことができる。両面研磨装置60は、回転運動する上定盤61と、上定盤61と回転軸を共有して回転運動する下定盤62とを含む。上定盤61の下面および下定盤62の上面には、それぞれ第1の研磨布63が装着されている。また、両面研磨装置60は、上定盤61と下定盤62とによって挟まれるように設けられ、定盤と回転軸を共有して回転運動する、InPウエハ66を保持するウエハキャリヤ65を含む。上定盤61には、外部からInPウエハ66の研磨面に研磨液を供給するための研磨液注入孔64が形成されている。両面研磨工程では、InPウエハ66は、第1の主面が上定盤61に対向し、第2の主面が下定盤62に対向するように、ウエハキャリヤ65に保持される。上定盤61のInPウエハ66に対する相対速度は、下定盤62のInPウエハ66に対する相対速度と同じであることが好ましい。
図6(b)は、両面研磨装置のウエハキャリア65にInPウエハ66を設置した状態を示す概略平面図である。図6(b)に示されるように、InPウエハ66は、ウエハキャリア65の保持孔の内部に設置されている。InPウエハ66の厚みがウエハキャリア65の厚みよりも大きくなるように、ウエハキャリア65は形成されている。
上定盤61および下定盤62のサイズは径750mm以上であると、研磨後のInPウエハ表面の平坦度が向上するため好ましい。第1の研磨布としては、たとえば、不織布の基材にポリウレタンの樹脂を含浸させたものを用いることが好ましい。なお、第1の研磨布は、InPウエハを研磨する前に、あらかじめダイヤモンドペレットを用いてドレッシングをしておくことが好ましい。これにより、第1の研磨布の表面の平坦度と表面粗さが均一になる。よって、第1の研磨布を用いて研磨したInP基板も、表面粗さが均一になる。
両面研磨の条件は、たとえば、取り代の7/10までは通常の条件で両面研磨を実施した後、取り代の残りの3/10は、回転数を通常の50%に落とすことで、研磨速度を1/3にして両面研磨することができる。なお、通常の両面研磨条件とは、例えば、上定盤5〜10rpm(正転方向)、下定盤20〜30rpm(正転方向)、インターナルギア5〜10rpm(正転方向)、サンギア10〜15rpm(正転方向)の回転数で各定盤および各ギアを回転させ、面圧80〜150g/cm2の荷重を負荷し、研磨材(例えば、(株)フジミインコーポレーテッド製の「INSEC IPP」)を300ml/minの流量で流しながら研磨する条件である。これによると、基板の表面粗さを効果的に低減することができる。よって、基板の表裏面粗さが制御される。両面研磨は、研磨液および界面活性剤を一定流量で流しながら行うことが好ましい。
両面研磨を行った後のInPウエハの第1の主面および第2の主面の表面粗さの平均値は、それぞれ1.0nm以下であることが好ましい。なお、表面粗さの平均値とは、InPウエハの主面の中心および、主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さの平均値である。なお、これらの表面粗さの標準偏差は、0.1nm以下が好ましい。これによると、後の工程において、InP基板の表面粗さおよびばらつきを所望の範囲に調整することが容易である。
次に、両面研磨したウエハの第1の主面を第2の研磨布を用いて片面仕上げ研磨する(S30)。片面仕上げ研磨は、例えば、図7に示す片面研磨装置70を用いて行うことができる。具体的には、まず、円板状の陶器製の研磨プレート72の表面に、ワックス73を用いて、InPウエハ74を複数枚貼り付ける。または、陶器製の円板状の研磨プレート72の表面にウエハ吸着用のバッキングフィルムを貼り付け、その上に、水の表面張力で、InPウエハ74を複数枚貼り付ける。径が600mm以上の円板状の研磨定盤77上に、第2の研磨布76を貼り付ける。研磨定盤77は回転軸78によって回転可能に支持されている。研磨プレート72は研磨ヘッド720から垂下されたシャフト722によって回転可能に保持されている。研磨定盤77の上方には研磨液供給管79があり、そこから研磨液75が第2の研磨布76の上に与えられる。研磨定盤77と研磨プレート72とを順方向に回転させることにより、InPウエハ74を研磨する。
第2の研磨布76としては、不織布タイプの研磨布を用いることが好ましい。研磨液75としては、公知のInP研磨用研磨剤を用いることができる。
片面仕上げ研磨の条件は、たとえば、取り代の9/10までは通常の条件で片面研磨を実施した後、取り代の残りの1/10は、回転数を通常の50%に落とすことで、研磨速度を1/2にして片面研磨することができる。なお、通常の片面研磨条件とは、下定盤50〜80rpm(正転方向)、上定盤50〜80rpm(正転方向)の回転数で各定盤を回転させ、面圧40〜100g/cm2の荷重を負荷し、研磨材(例えば、(株)フジミインコーポレーテッド製の「INSEC SP」)を140ml/minの流量で流しながら研磨する条件である。これによると、基板の表面粗さを効果的に低減することができる。よって、基板の表裏面粗さが制御される。片面仕上げ研磨は、研磨液および界面活性剤を一定流量で流しながら行うことが好ましい。
片面仕上げ研磨を行った後のInPウエハの第1の主面の表面粗さの平均値は、0.4nm以下であることが好ましい。なお、表面粗さの平均値とは、InPウエハの主面の中心および、主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さの平均値である。なお、これらの表面粗さの標準偏差は、0.05nm以下が好ましい。これによると、後の工程において、InP基板の表面粗さおよびばらつきを所望の範囲に調整することが容易である。
次に、片面仕上げ研磨したインジウムリンウエハを洗浄する(S40)。洗浄液には、希塩酸、希硫酸、希硝酸、および有機酸の少なくとも1つからなる酸性溶液を用いることができる。洗浄工程では、酸性溶液を用いて、InPウエハの主面の原子オーダーでの凹凸を低減して、InP基板の第1の主面の表面粗さの平均値m1を0.4nm以下にできる。
洗浄工程(S40)で用いる酸性溶液は、希塩酸、希硫酸、希硝酸、および有機酸の少なくとも1つである。有機酸としては、たとえば蟻酸、酢酸、蓚酸、乳酸、りんご酸、およびクエン酸などを用いることが好ましい。酸性溶液のpHは、0〜4であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。希塩酸の濃度は0.001%〜0.5%、希硫酸の濃度は0.001%〜0.5%、希硝酸の濃度は0.001%〜0.5%、有機酸の濃度は0.1%〜1%であることが好ましい。酸性溶液をこの範囲内とすることによって、InP基板の表面粗さをより低減できる。
洗浄工程(S40)は、酸性溶液に酸化剤を添加して行なわれることが好ましい。酸化剤は、特に限定されず、たとえば過酸化水素水などを用いることができる。酸化剤を添加した酸性溶液を用いてInPウエハの表面を洗浄することにより、洗浄工程の速度を上げることができる。なお、酸化剤の濃度は、特に限定されないが、たとえば0.5ppm以上10ppm以下が好ましく、1ppm以上5ppm以下がより好ましい。酸化剤の濃度を0.5ppm以上とすることによって、酸性溶液の洗浄能力の低減を抑制できる。酸化剤の濃度を10ppm以下とすることによって、InPウエハ表面の酸化物、有機物、または微粒子等と反応することを防止できる。
洗浄工程(S40)で用いられる酸性溶液の温度は特に限定されないが、室温とすることが好ましい。室温とすることによって、InPウエハの表面処理を行なう設備を簡略化できる。
また、洗浄時間は特に限定されないが、たとえば10秒以上300秒以下が好ましい。この範囲内で洗浄工程(S40)を実施すると、酸性溶液の費用を削減でき、生産性の向上を図ることができる。なお、これらの洗浄後には、酸あるいはアルカリ液などの洗浄液を除去するため、純水リンス工程が実施されてもよい。さらに、最終の洗浄工程後の純水リンス工程後には、遠心乾燥等でInPウエハの水分が除去される。この純水リンス工程時においては、900〜2000kHzの超音波を印加することで、微粒子の付着を防止できる。また、純水リンス時には、InPウエハの表面の酸化防止のために、酸素濃度が100ppb以下に脱気された純水が用いられる。以上の工程により、InPウエハからInP基板が作製される。
<実施の形態4>
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハについて説明する。エピタキシャルウエハは、実施の形態1におけるInP基板と、InP基板の第1の主面上に形成されたエピタキシャル膜とを備えている。エピタキシャル膜は、1層であってもよく、複数層であってもよい。
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハについて説明する。エピタキシャルウエハは、実施の形態1におけるInP基板と、InP基板の第1の主面上に形成されたエピタキシャル膜とを備えている。エピタキシャル膜は、1層であってもよく、複数層であってもよい。
InP基板とエピタキシャル膜との界面において、たとえば、Si濃度は1.8×1017atoms/cm3以下であり、S濃度は2×1013atoms/cm3以下である。
続いて、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハの製造方法について説明する。まず、実施の形態3にしたがって、InP基板を製造する。
次に、InP基板の表面上にエピタキシャル膜を形成する。エピタキシャル膜を形成する方法は特に限定されず、OMVPE(Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy:有機金属気相成長)法、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy:ハイドライド気相成長)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法などを採用することができる。
なお、所定の構造のエピタキシャル膜をInP基板の第1の主面上に形成した後にInP基板を個々の素子に分割するために、たとえばダイシングなどを行なう分割工程を行ってもよい。
以上の工程を実施することにより、エピタキシャルウエハを製造することができる。
このように製造されたエピタキシャルウエハは、たとえばリードフレームなどに搭載される。そして、ワイヤボンディング工程などを実施することにより、上記素子を用いた半導体装置を得ることができる。
このように製造されたエピタキシャルウエハは、たとえばリードフレームなどに搭載される。そして、ワイヤボンディング工程などを実施することにより、上記素子を用いた半導体装置を得ることができる。
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハの製造方法は、実施の形態1のInP基板10を用いている。このため、PL特性の悪化が抑制されたエピタキシャルウエハを製造することができる。
このようなエピタキシャルウエハにおいて、InP基板がFe、S、Sn、およびZnからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなるドーパントを含んでいる場合には、次の効果を有する。
ドーパントがFeの場合、エピタキシャルウエハは、たとえば1×1016atoms/cc以上1×1017atoms/ccのドーパント濃度を有し、電気特性は半絶縁性である。この場合、InP基板とエピタキシャル層との界面において、Si、Sの濃度が高いと電気特性異常(リーク)が発生する。しかし、本実施の形態では、InP基板とエピタキシャル層との界面において、Si、Sの濃度を低減できるため、エピタキシャルウエハは、HEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)、HBT(Heterojunction Bipolar Transistor:ヘテロ接合バイポーラトランジスタ)などに好適に用いられる。
ドーパントがSの場合、エピタキシャルウエハは、たとえば0.5×1018atoms/cc以上8×1018atoms/ccのドーパント濃度を有し、電気特性はn型である。この場合、InP基板とエピタキシャル膜との界面において、O、Cの濃度が高いと電気特性異常および発光強度低下が発生する。しかし、本実施の形態では、InP基板とエピタキシャル層との界面において、O、Cの濃度を低減できるため、エピタキシャルウエハは、レーザなどに好適に用いられる。また、Hazeを低減できる場合には、さらにエピタキシャルウエハの発光強度を向上することができる。
ドーパントがSnの場合、エピタキシャルウエハは、たとえば1×1018atoms/cc以上6×1018atoms/ccのドーパント濃度を有し、電気特性はn型である。この場合、InP基板とエピタキシャル膜との界面において、O、Cの濃度が高いと電気特性異常および発光強度低下が発生する。しかし、本実施の形態では、InP基板とエピタキシャル層との界面において、O、Cの濃度を低減できるため、エピタキシャルウエハは、レーザなどに好適に用いられる。また、Hazeを低減できる場合には、さらにエピタキシャルウエハの発光強度を向上することができる。
ドーパントがZnの場合、エピタキシャルウエハは、たとえば3×1018atoms/cc以上8×1018atoms/ccのドーパント濃度を有し、電気特性はp型である。この場合、InP基板10とエピタキシャル膜との界面において、Si、Sの濃度が高いと電気特性異常および発光強度低下が発生する。しかし、本実施の形態では、InP基板とエピタキシャル層との界面において、Si、Sの濃度を低減できるため、エピタキシャルウエハは、レーザなどに好適に用いられる。また、Hazeを低減できる場合には、さらにエピタキシャルウエハの発光強度を向上することができる。
本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
<製造例A〜L>
(InP基板の製造)
まず、InP単結晶を垂直ブリッジマン法(Vertical Bridgeman法、VB法)により[100]方向に結晶成長させて、InPインゴット得た。次に、InPインゴットをスライス加工して、主面が(100)から[110]方向に2°オフしたInPウエハを得た。InPウエハは、直径が153mm、厚み780μmの円盤状であった。
(InP基板の製造)
まず、InP単結晶を垂直ブリッジマン法(Vertical Bridgeman法、VB法)により[100]方向に結晶成長させて、InPインゴット得た。次に、InPインゴットをスライス加工して、主面が(100)から[110]方向に2°オフしたInPウエハを得た。InPウエハは、直径が153mm、厚み780μmの円盤状であった。
次に、両面研磨装置(定盤サイズ750mm)を用いてInPウエハの主面の両面を研磨した。研磨布には、不織布の基材にポリウレタンの樹脂を含浸させたもの(ニッタハース社製のSubaIV)を用いた。なお、研磨布はあらかじめダイヤモンドペレット((株)フジミインコーポレーテッド社製のPadless200H)でドレッシングされたものである。表1に示される「(a)両面研磨条件」の具体的な内容は以下の通りである。
標準:上定盤8rpm(正転方向)、下定盤24rpm(正転方向)、インターナルギア7rpm(正転方向)、サンギア11rpm(正転方向)の回転数で各定盤、各ギアを回転させ、面圧100g/cm2の荷重を負荷し、研磨材(例えば、(株)フジミインコーポレーテッド製の「INSEC IPP」)を300ml/minの流量で流しながら研磨する。
変更:両面研磨の取り代の7/10までは、上記の標準の条件で両面研磨を実施する。その後、回転数を通常の50%に落とすことで、研磨速度を1/3にして取り代の残りの3/10を両面研磨する。
表1に示される「(a−1)界面活性剤」の具体的な内容は以下の通りである。
有:上記の(a)両面研磨条件において、取り代の残りの3/10の厚みを研磨する際に、研磨液とともに、界面活性剤(和光純薬社製のNCW1001)を一定の流量で流しながら両面研磨する。
有:上記の(a)両面研磨条件において、取り代の残りの3/10の厚みを研磨する際に、研磨液とともに、界面活性剤(和光純薬社製のNCW1001)を一定の流量で流しながら両面研磨する。
無:上記の(a)両面研磨条件において、界面活性剤を使用しない。
表1に示される「(a−2)取り代(μm)」とは、取り代の厚みを示す。
表1に示される「(a−2)取り代(μm)」とは、取り代の厚みを示す。
次に、両面研磨後のInPウエハの片面(第1の主面に該当)を、片面研磨装置(定盤サイズ830mm)を用いて研磨した。研磨布には、不織布(千代田(株)社製のCIEGAL PS8410)を用い、研磨材には仕上げ研磨材((株)フジミインコーポレーテッド社製のINSEC SP)を用いた。表1に示される「(b)片面仕上げ研磨条件」の具体的な内容は以下の通りである。
標準:下定盤60rpm(正転方向)、上定盤60rpm(正転方向)の回転数で各定盤を回転させ、面圧80g/cm2の荷重を負荷し、研磨材(例えば、(株)フジミインコーポレーテッド製の「INSEC SP」)を140ml/minの流量で流しながら研磨する。片面仕上げ研磨の取り代は約1μmである。
変更:片面仕上げ研磨の取り代の9/10までは、上記の標準の条件で片面研磨を実施する。その後、回転数を通常の50%に落とすことで、研磨速度を1/2にして取り代の残りの1/10を片面研磨する。
表1に示される「(b−1)界面活性剤」の具体的な内容は以下の通りである。
有:上記の(b)片面仕上げ研磨条件において、取り代の残りの1/10の厚みを研磨する際に、研磨液とともに界面活性剤(和光純薬社製のNCW1001)を一定の流量で流しながら両面研磨する。
有:上記の(b)片面仕上げ研磨条件において、取り代の残りの1/10の厚みを研磨する際に、研磨液とともに界面活性剤(和光純薬社製のNCW1001)を一定の流量で流しながら両面研磨する。
無:上記の(b)片面仕上げ研磨条件において、界面活性剤を使用しない。
次に、0.1%のフッ化水素でInPウエハを洗浄した後、溶存酸素量50ppbの超純水でリンスを行い、IPA蒸気乾燥機にて乾燥を実施した。これにより、製造例A〜LのInP基板を得た。
次に、0.1%のフッ化水素でInPウエハを洗浄した後、溶存酸素量50ppbの超純水でリンスを行い、IPA蒸気乾燥機にて乾燥を実施した。これにより、製造例A〜LのInP基板を得た。
(InP基板の測定)
得られたInP基板について、図3および図4に示すように、基板中心および基板の外縁から5mm内側の4点において、0.2μm四方の視野で、それぞれ表面粗さRa1〜Ra10を測定した。具体的には、InP基板の第1の主面および第2の主面について、AFM装置(Veeco社製の「Dimension3000」)で、各箇所について、0.40nmのピッチで、1列当たり512サンプルで512列について表面粗さを測定した。この時、タッピングモードを用いた。表面粗さの測定値から、表面粗さの平均値m1、m2、標準偏差σ1、σ2、σ1/m1、σ2/m2を算出した。結果を表1に示す。
得られたInP基板について、図3および図4に示すように、基板中心および基板の外縁から5mm内側の4点において、0.2μm四方の視野で、それぞれ表面粗さRa1〜Ra10を測定した。具体的には、InP基板の第1の主面および第2の主面について、AFM装置(Veeco社製の「Dimension3000」)で、各箇所について、0.40nmのピッチで、1列当たり512サンプルで512列について表面粗さを測定した。この時、タッピングモードを用いた。表面粗さの測定値から、表面粗さの平均値m1、m2、標準偏差σ1、σ2、σ1/m1、σ2/m2を算出した。結果を表1に示す。
(エピタキシャル膜の形成)
得られたInP基板の第1の主面上に、OMVPE法により300nmの厚みを有するInP膜を形成した。このInP膜上に、OMVPE法により5nmの厚みを有するInGaAs膜を形成した。このInGaAs膜上に、OMVPE法により300nmの厚みを有するInP膜を形成した。これにより、InP基板上にエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウエハを製造した。エピタキシャル膜形成時のInP基板温度は580℃であった。
得られたInP基板の第1の主面上に、OMVPE法により300nmの厚みを有するInP膜を形成した。このInP膜上に、OMVPE法により5nmの厚みを有するInGaAs膜を形成した。このInGaAs膜上に、OMVPE法により300nmの厚みを有するInP膜を形成した。これにより、InP基板上にエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウエハを製造した。エピタキシャル膜形成時のInP基板温度は580℃であった。
<評価>
製造例A〜製造例Lのエピタキシャルウエハについて、InGaAs膜のPL強度を測定した。PL測定は、励起光波長532nmの半導体レーザを用い、照射ビーム径100μm、測定温度25℃、励起光強度300mWの条件で行い、測定波長範囲はInGaAs層からの発光波長に相当する1250nm〜1500nmであった。又、PL強度は、発光波長のピーク強度とした。測定機は、ナノメトリクス社製のPLM150を用いた。結果を表1に示す。
製造例A〜製造例Lのエピタキシャルウエハについて、InGaAs膜のPL強度を測定した。PL測定は、励起光波長532nmの半導体レーザを用い、照射ビーム径100μm、測定温度25℃、励起光強度300mWの条件で行い、測定波長範囲はInGaAs層からの発光波長に相当する1250nm〜1500nmであった。又、PL強度は、発光波長のピーク強度とした。測定機は、ナノメトリクス社製のPLM150を用いた。結果を表1に示す。
<評価結果>
製造例A〜C、E〜Gは、第1の主面は、表面粗さの平均値m1が0.4nm以下であり、表面粗さの標準偏差σ1は、前記平均値m1の10%以下であり、第2の主面は、表面粗さの平均値m2が0.2nm以上3nm以下であり、表面粗さの標準偏差σ2は、前記平均値m2の10%以下である。これらの製造例は、基板の表裏面粗さを面内で制御することで、エピタキシャル成長時の基板温度が面内で均一になり、エピタキシャル成長膜のPL特性が優れていた。
製造例A〜C、E〜Gは、第1の主面は、表面粗さの平均値m1が0.4nm以下であり、表面粗さの標準偏差σ1は、前記平均値m1の10%以下であり、第2の主面は、表面粗さの平均値m2が0.2nm以上3nm以下であり、表面粗さの標準偏差σ2は、前記平均値m2の10%以下である。これらの製造例は、基板の表裏面粗さを面内で制御することで、エピタキシャル成長時の基板温度が面内で均一になり、エピタキシャル成長膜のPL特性が優れていた。
製造例D、H、Lは、第2の主面の表面粗さの平均値m2が4.4nmを超えており、基板の表裏面粗さの面内での制御が不十分で、エピタキシャル成長時の基板温度が面内では十分に均一にならず、エピタキシャル成長膜のPL特性が劣っていた。
製造例I、J、Kは、第1の主面の表面粗さの平均値m1が0.4nmを超えており、エピタキシャル成長膜のPL特性が劣っていた。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明のインジウムリン基板は、半導体レーザ、LED、光束デバイス等に用いると有益である。
10 インジウムリン基板、11 第1の主面、12 第2の主面、60 両面研磨装置、61 上定盤、62 下定盤、63 研磨布、64 研磨液注入孔、70 片面研磨装置、74 InPウエハ、75 研磨液、76 第2の研磨布、77 研磨定盤、78 回転軸、79 研磨液供給管、720 研磨ヘッド、722 シャフト。
Claims (4)
- 第1の主面および第2の主面を含むインジウムリン基板であって、
前記第1の主面の中心における表面粗さRa1、ならびに前記第1の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さRa2、Ra3、Ra4およびRa5の平均値m1は0.4nm以下であり、
前記表面粗さRa1、Ra2、Ra3、Ra4およびRa5の標準偏差σ1は、前記平均値m1の10%以下であり、
前記第2の主面の中心における表面粗さRa6、ならびに前記第2の主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所における表面粗さRa7、Ra8、Ra9およびRa10の平均値m2は0.2nm以上3nm以下であり、
前記表面粗さRa6、Ra7、Ra8、Ra9およびRa10の標準偏差σ2は、前記平均値m2の10%以下である、
インジウムリン基板。 - 前記インジウムリン基板は、最大径が150mm以上である、
請求項1に記載のインジウムリン基板。 - インジウムリン基板の検査方法であって、
前記インジウムリン基板の主面の中心、および、主面の外縁部から5mm内側に前記外縁部に沿って等間隔に配置される4箇所において、1μm四方の視野で、0.4nmのピッチで、原子間力顕微鏡を用いてインジウムリン基板の表面粗さRaを測定する工程を含む、
インジウムリン基板の検査方法。 - 請求項1または請求項2に記載のインジウムリン基板の製造方法であって、
第1の主面および第2の主面を含むインジウムリンウエハを準備する工程と、
前記インジウムリンウエハの第1の主面および第2の主面を第1の研磨布を用いて両面研磨する工程と、
前記両面研磨したインジウムリンウエハの第1の主面を第2の研磨布を用いて片面仕上げ研磨する工程と、
前記片面仕上げ研磨したインジウムリンウエハを洗浄する工程とを備える、
インジウムリン基板の製造方法。
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