JP2020053513A - エピタキシャルウェーハの製造方法、エピタキシャル成長用シリコン系基板及びエピタキシャルウェーハ - Google Patents
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Abstract
Description
半導体装置として使用するウェーハ中央部でシリコン系基板の反りとエピタキシャル成長層の応力が最適になるように、エピタキシャル成長層の各層の厚みなどの条件が選択されている。このため、上記クラウンが発生すると、エピタキシャル成長層に生じる応力と基板の反りのバランスが崩れてエピタキシャル成長層に影響を与え、外周部近傍のエピタキシャル成長層に亀甲模様のクラックなどが生じる。
このようなクラウンの発生を防止するために、シリコン系基板の外周部を面取りし、その上にエピタキシャル成長層を形成する方法などが提案されている(例えば、特許文献1)。
このようなクラック対策として、特許文献2では、シリコン系基板の周辺部をリングで覆った状態でエピタキシャル成長を行うことが提案されている。
このクラックはデバイスの製造工程において伸張したり、エピタキシャル成長層の剥離を誘発して製造ラインを汚染したりすることが懸念される。このため、完全にクラックフリーなエピタキシャル基板が望まれている。
本発明者がエピタキシャル層のクラックの発生源を調査した結果、クラックは、基板の面取り部から発生して、ウェーハ面内に伸長してくることがわかった。
この現象を、図6を用いて説明する。図6は、エピタキシャルウェーハの従来例の概念図を示す。図6において、(a)は、エピタキシャルウェーハ30の外周部近傍をウェーハの表面上方から見た図、(b)は、(a)のA−Aにおける断面図を示す。
エピタキシャルウェーハ30は、シリコン系基板1の表面にエピタキシャル層5が形成されたものである。シリコン系基板1のエッジ部2の内周側には、シリコン系基板1の全周に渡って面取り部3が形成されている。外周部7で発生したクラック6は、面取り部3の内周縁4を超えてエピタキシャルウェーハ30の内部に向けて伸長する。
図2は、本発明に係るエピタキシャルウェーハの概念図を示し、エピタキシャルウェーハにおける、外周部7の面取り部3を拡大したものである。図1と同じ部分については、適宜説明を省略する。
図2の(a)は、エピタキシャルウェーハ20の外周部近傍をウェーハの表面上方から見た図、(b)は、(a)のA−Aにおける断面図を示す。図2に示すように、エピタキシャル層を形成したときに面取り部3で発生したクラック6は、エピタキシャルウェーハ20の内部に向けて伸長していくが、シリコン系基板1の面取り部3に設けた円環状のトレンチ8の部分で、クラック6の伸長が止められる。これにより、ウェーハ面内に入るクラックが少ないエピタキシャルウェーハ20となる。
なお、エピタキシャル層5を成長した後には、シリコン系基板1に設けたトレンチ8はエピタキシャル層5で覆われるため、図2の(a)では点線でトレンチ8を示してある。
トレンチ8の形成方法は、面取り部3に溝を形成することができれば、特に限定されない。機械加工、砥石等による研磨によって形成するのが安価で好ましい。一方、ドライエッチングなどの化学的な方法を用いれば、トレンチの形状を精密に制御可能である。
エピタキシャル層5の組成、厚さ等は特に限定されないが、窒化物半導体とすることができる。窒化物半導体は、AlN、AlGaN、GaNのいずれか1つ以上とすることができる。
窒化物半導体のエピタキシャル層を形成する場合、MOVPE法を用いることができる。例えば、温度が900〜1350℃に設定されたシリコン系基板上に、エピタキシャル成長層を形成することができる。
基板の外周に面取り部が形成された、直径150mm、厚さ1mm、面方位<111>のシリコン基板を準備した。このシリコン基板の面取り部を、♯800の砥石で研磨して、面取り部に粗さRa0.350μm、トレンチ幅15μmの、同心円状のトレンチを形成した。
このシリコン基板を用いて、MOCVD法により、AlN層を形成した後、AlGaN層とGaN層を交互に積層したバッファ層を成長させ、さらにその上面にGaN層を形成した。エピタキシャル層の厚さは、全体で10μmとした。
また、本実施例のエピタキシャル成長においては、特許文献2に記載されるようなエッジ部のカバーなどを必要としないため、膜厚面内分布が悪化する恐れもない。
シリコン基板の面取り部にトレンチを形成せず、鏡面研磨(粗さRa0.065μm)のままとしたことを除き、実施例と同様にしてエピタキシャル成長を行った。
図5に、比較例におけるエピタキシャルウェーハの外周部近傍の観察写真を示す。実施例と同様に、異なる3か所を撮影した観察写真である。図5に示すように、集光灯下での観察で、面取り部にトレンチがなく、ウェーハの略全周でクラックが観察され、エッジ部近傍で発生したクラックが、ウェーハ面内方向へ伸長していることが確認できた。
5…エピタキシャル層、 6…クラック、 7…外周部、 8…トレンチ、
20…エピタキシャルウェーハ(本発明)、
30…エピタキシャルウェーハ(従来例)。
Claims (9)
- エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
外周部に面取り部を有するシリコン系基板を準備する工程と、
前記シリコン系基板の前記面取り部に、前記面取り部の内周縁に沿った円環状のトレンチを形成する工程と、
前記トレンチを形成した前記シリコン系基板上に、エピタキシャル成長を行う工程とを有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 前記トレンチを、同心円状に複数形成することを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記トレンチを、機械加工、研磨又はドライエッチングによって形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記トレンチを、前記シリコン系基板の直径方向に10〜100本/mm形成することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記トレンチを、前記シリコン系基板の直径方向の幅が4〜30μm、かつ、算術平均粗さRa=0.1〜10μmとなるように形成することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記エピタキシャル成長を行う工程において、少なくとも窒化ガリウム(GaN)層を成長させることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- エピタキシャル成長用シリコン系基板であって、
前記シリコン系基板の外周部に形成された面取り部と、
前記面取り部に形成された、前記面取り部の内周縁に沿った円環状のトレンチとを有することを特徴とするエピタキシャル成長用シリコン系基板。 - 前記トレンチは、同心円状に複数形成されていることを特徴とする請求項7に記載のエピタキシャル成長用シリコン系基板。
- 請求項7又は請求項8に記載のエピタキシャル成長用シリコン系基板上に、エピタキシャル層を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
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