JPH04216617A - 半導体基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超高真空あるいは高真
空下で半導体結晶をエピタキシャル成長させるために用
いられる半導体基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体結晶をエピタキシャル成長させる
ために用いられる半導体基板は、結晶バルクを所定の厚
さのウェハーにスライスしてその表面を研磨したものが
製造業者から納入される。エピタキシャル成長用の基板
表面は、少なくとも結晶成長を行う側の表面がミラー面
であり、その裏面は標準的に表面と類似のミラー面ある
いは粒径１μｍ前後以下の研磨剤で研磨された面（以下
「ポリッシュ面」と略称する）である。これらの基板は
、結晶成長のために使用する前に化学エッチング処理を
施されるが、納入された基板面の面精度（ラフネス）が
これによって大きく変わることはない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半導体基板上に結晶を
エピタキシャル成長させるためには、基板ウェハーを所
定の結晶成長温度に加熱することが必要になる。図３に
示すように、ウェハー１は、従来はインジウム（Ｉｎ）
・ソルダー２を使ってモリブデン・ブロックのウェハー
・ホルダー３に固定して、ヒーター４で加熱されていた
。 この場合には、結晶成長温度（一般に　５００℃以上の
高温）でウェハー材料と半ば合金化したインジウムが多
量に付着したままとなった。よって、後工程に入る前に
ウェハー裏面を研磨する工程を挿入する必要があった。 更に、結晶成長工程に入る前のウェハーのＩｎ　ソルダ
リング工程は大気中での加熱を伴う余り清浄でない工程
であった。

【０００４】近年、上記のＩｎ　ソルダー法に替わるＩ
ｎ　フリー（Ｉｎ　ソルダーを使わない）のウェハー保
持法が開発された。Ｉｎ　ソルダー法の欠点を持ち合わ
せていないので、Ｉｎ　フリー・ウェハー保持法は現在
大いに使用されている。図４に示すように、Ｉｎ　フリ
ー法の特長は、ウェハー１１を抵抗加熱法で直接加熱す
る（間に挿入するパイロリティック窒化ホウ素（ＰＢＮ
）　やサファイヤの拡散板１２は熱をほとんど吸収しな
い）ためウェハー保持治具が少なくて且つ熱負荷容量が
小さいので、加熱の時間応答性がＩｎ　ソルダー法に比
べて極めて速いことである。また、ウェハー面内の温度
均一性が優れる等の特長もある。

【０００５】Ｉｎ　フリー法は、加熱用ヒーター１４の
前方にＰＢＮやサファイヤの拡散板１２とウェハー基板
１１だけが主としてあるために、ヒーターの放射熱の吸
収の態様がＩｎ　ソルダー法と格段に異なる。すなわち
、Ｉｎ　ソルダー法では部厚いモリブデン・ブロックが
放射熱をほぼ　１００％吸収して、これを熱伝導でウェ
ハーに伝えるのに対して、Ｉｎ　フリー法では、拡散板
はほとんど放射熱を吸収せず、またウェハーも放射熱の
一部を吸収するのみである。この理由は、ウェハーの禁
制帯幅が約１〜１．５ｅＶ（例えばＧａＡｓでは成長温
度でほぼ１．３ｅＶ）　であるために、ヒーター放射熱
の近赤外波長領域に対して透明に近いからであり、また
半導体（ウェハー）の格子振動吸収や自由電子吸収も高
効率でないからである。

【０００６】よって一般に、Ｉｎ　フリー法ではＩｎ　
ソルダー法に比べてヒーター加熱出力を高くする必要が
ある。発明者らの実験結果では、加熱電力にして６〜７
割り増しが必要であった。加熱ヒーターから放射されて
ウェハーの加熱に利用された以外の放射熱は、拡散板１
２や周辺のモリブデン・ホルダー（リング）１３（図４
）、そしてヒーター周辺のタンタルやモリブデンからな
るホルダー治具（図示せず）を加熱する。ウェハー以外
のこれらの装備品の加熱は、余計な表面吸着ガス成分を
脱離させ、ひいてはそれらが結晶成長中に不純物として
成長結晶に取り込まれ、そして結晶の品質を低下させる
原因となる。従って、Ｉｎ　フリー法でウェハー基板を
保持して歩留りよく半導体結晶をエピタキシャル成長さ
せるためには、ヒーター加熱電力をできる限り下げる方
が有利である。そしてそのためには、基板の放射熱吸収
能を高めることが有効であると考えられる。

【０００７】本発明は、このような観点に立ってなされ
たものである。すなわち本発明は、放射熱吸収能が向上
しそして品質のより良好な結晶をエピタキシャル成長さ
せることのできる半導体基板を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体基板は、
真空中にてエピタキシャル成長する際に、加熱用の放射
熱を有効に吸収するように粗面化された裏面を有するこ
とを特徴とする基板である。本発明の対象となる半導体
基板は、真空中で半導体結晶をエピタキシャル成長させ
るために一般に使用される基板である。代表例は、Ｉｎ
Ｐ，　ＧａＡｓ　及びシリコン（Ｓｉ　）基板であり、
これらのほかにＩＩ−ＶＩ族半導体基板にも適用可能で
ある。

【０００９】製造業者から納入されたままのウェハー基
板は、エピタキシャル成長を目的とするためウェハー表
面は無論ミラー面であるが、その裏面は意が払われてい
ない。裏面は、通例、前述のように表面と類似のミラー
面あるいはポリッシュ面である。本発明の半導体基板は
、ミラー面又はポリッシュ面のウェハー裏面の面精度を
、放射熱を有効に吸収するだけの面精度に下げて調製さ
れる。このためには、粒径が１μｍを超える研磨剤を用
いてウェハー裏面を研磨と同じ要領で粗面化するのが効
果的であるが、使用する研磨剤の粒径は好ましくは３μ
ｍ以上、最も好ましくは５μｍ以上である。

【００１０】裏面を粗面化して調製された本発明の基板
は、通常のように化学エッチング処理工程を経てから結
晶成長工程に進む。本発明の半導体基板は、分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）法ばかりでなく、ガス・ソースＭＢ
Ｅ法や化学ビームエピタキシー（ＣＢＥ）法で半導体結
晶を成長させるための基板としても全く同じように有効
である。

【００１１】また、ＭＢＥ法と類似の結晶成長法でなく
とも、真空中で主として熱放射でウェハー基板を加熱す
ることで所期の結晶成長温度を保持できる方法が採用で
きる場合には、本発明の価値が生じることも明らかであ
る。

【００１２】

【作用】裏面が粗面化されたウェハー基板は、ミラー面
又はポリッシュ面を裏面として有する通常のウェハー基
板と比較して結晶成長工程におけるヒーター加熱時にヒ
ーター放射熱を吸収する能力が向上する。この理由は、
粗面化されたウェハー裏面の面精度がウェハー基板のヒ
ーター加熱に寄与する赤外波長領域に近くなるため、ウ
ェハー裏面に入射した放射線（熱線）がこの面の微小な
凹凸部において多重乱反射してウェハーに吸収される率
が増加し、それに応じてウェハー裏面から外部に反射さ
れあるいはウェハーを透過する放射線の割合が低下する
からである。

【００１３】このように放射線吸収能の向上した基板は
、加熱電力の低減を可能にする。これに伴い、成長室内
のウェハー以外の装備品の加熱も相対的に軽減されて、
装備品からの表面吸着ガス成分の脱離を減少させ、そし
て結晶に取り込まれる不純物の量を低下させる。

【００１４】

【実施例】次に、実施例により本発明を説明する。エピ
タキシャル成長に用いる前の半絶縁性ＧａＡｓ基板（直
径２インチ（５．０８ｃｍ）、厚さ　６００μｍ、裏面
も表面と同様のミラー面）の裏面を、種々の粒径の研磨
剤を使って粗面化した。これらのウェハー基板を分子線
エピタキシー成長装置内に入れてＩｎ　フリー法で保持
し、基板上にＧａＡｓ結晶を成長させて、基板をＧａＡ
ｓ結晶成長温度に保持した時のヒーター加熱電力を測定
した。その結果を図１に示す。

【００１５】図１から明らかなように、ヒーター電力は
研磨剤の粒径１μｍあたりから低下し始め、粒径３μｍ
の研磨剤で粗面化を行った場合に約１０％、そして粒径
５μｍの場合に約１５％軽減されることが分る。基板の
裏面を粗面化するために用いる研磨剤の粒径がより大き
くなると、ヒーター電力の曲線の傾きは次第に小さくな
る。 また、粗面化の程度があまり大きくなり凹凸の程度が粗
くなり過ぎると、放射線（熱線）の吸収能力が低下する
（凹凸の平均的な周期が加熱に寄与する放射線の波長よ
り大きくなる時）とともに、後工程のリソグラフィ工程
などで必要とされるウェハーの平坦性を損なう危険があ
る。このようなことから、ウェハー基板の裏面を粗面化
するために使用すべき研磨剤の粒径の実用的な上限は５
０μｍ程度と考えられる。

【００１６】粒径２５μｍの研磨剤で粗面化した裏面を
有する基板及び裏面の粗面化されていない基板をＩｎ　
フリー法で保持し、分子線エピタキシー法を利用してＨ
ＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）を作製した。これ
らのＨＥＭＴについて、７７Ｋでホール移動度を測定し
た結果を図２に示す。裏面の粗面化された基板を使用し
たＨＥＭＴのホール移動度の平均は１０．５×１０４　
ｃｍ２　／Ｖ・ｓであり、これに対して裏面の粗面化さ
れていない基板を使用したＨＥＭＴではホール移動度の
平均は９．０×１０４　ｃｍ２　／Ｖ・ｓであった。こ
のように、裏面を粗面化した基板上にエピタキシャル成
長させた結晶は、そうでない基板を用いて得られた結晶
に比べて高純度の良質のものであった。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体基板は、
裏面が粗面化されていることにより放射線吸収能が向上
しており、そのためにこの基板上に半導体結晶をエピタ
キシャル成長させる際の加熱電力を低減することができ
る。そしてこれに伴い、成長装置内のウェハー基板以外
の装備品の加熱を抑制できるため、装備品から放出され
る吸着ガス成分の量を低下させて成長結晶中に取り込ま
れる不純物を減少させ、これにより品質のより良好な結
晶を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＧａＡｓ基板ウェハーを結晶成長温度に加熱し
た時に要するヒーター加熱電力と研磨剤の粒径との関係
を示すグラフである。

【図２】半絶縁性ＧａＡｓ基板を用いて作製されたＨＥ
ＭＴのホール移動度とキャリア密度との関係を示すグラ
フである。

【図３】Ｉｎ　ソルダー法によるウェハー保持と加熱の
方法を示す模式断面図である。

【図４】Ｉｎ　フリー法によるウェハー保持と加熱の方
法を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１，　１１…ウェハー基板 ２…Ｉｎ　ソルダー ３…モリブデンブロック ４，　１４…ヒーター １２…拡散板 １３…モリブデンホルダー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　真空中にてエピタキシャル成長する際
   に、加熱用の放射熱を有効に吸収するように粗面化され
   た裏面を有することを特徴とする半導体基板。