TWI781801B - 磷化銦基板、磷化銦基板之製造方法及半導體磊晶晶圓 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可抑制磷化銦基板因邊緣部之凹凸或加工損傷而破裂之磷化銦基板、磷化銦基板之製造方法及半導體磊晶晶圓。本發明係一種磷化銦基板，關於基板之邊緣部之表面粗糙度，於整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1 μm以下。
Description
本發明係關於一種磷化銦基板、磷化銦基板之製造方法及半導體磊晶晶圓。
磷化銦（InP）係由III族之銦（In）及V族之磷（P）所構成之III-V族化合物半導體材料。關於作為半導體材料之特性，具有如下特性：帶隙為1.35 eV，電子遷移率為5400 cm
2/V･s，高電場下之電子遷移率之值高於矽或砷化鎵等其他一般半導體材料。又，常溫常壓下之穩定晶體結構為立方晶之閃鋅礦型結構，其晶格常數具有如下特徵：具有大於砷化鎵（GaAs）或磷化鎵（GaP）等化合物半導體之晶格常數。
為磷化銦基板之原料的磷化銦晶錠通常被切片成規定厚度，且被研削為想要之形狀，適當地受到機械研磨後，為了去除研磨碎屑或因研磨而產生之損傷，而供於蝕刻或精密研磨（拋光）等（專利文獻1）。
磷化銦基板之邊緣部之加工，通常藉由倒角裝置來實施，且藉由粒度號數#800或#1200之磨石進行研磨而實施。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第6701418號公報
若磷化銦基板之邊緣部之表面粗糙度大，則產生製造時或出貨後之基板容易破裂之問題。
本發明係為了解決如上述之問題而完成者，其目的在於提供一種可抑制磷化銦基板因邊緣部之凹凸或加工損傷而破裂之磷化銦基板、磷化銦基板之製造方法及半導體磊晶晶圓。
上述問題可藉由如下所特定之本發明之實施形態獲得解決。
（1）一種磷化銦基板，關於基板之邊緣部之表面粗糙度，於上述整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1 μm以下。
（2）如（1）中所記載之磷化銦基板，其中，上述最大高度Sz為1.8 μm以下。
（3）如（1）或（2）中所記載之磷化銦基板，其中，關於基板之邊緣部之表面粗糙度，於上述整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq為0.15 μm以下。
（4）如（3）中所記載之磷化銦基板，其中，上述均方根高度Sq為0.07 μm以下。
（5）如（1）至（4）中任一項所記載之磷化銦基板，其中，上述基板之邊緣部具有自一表面傾斜之面，及從上述自一表面傾斜之面結束之位置直至自另一表面傾斜之面結束之位置的具有曲率之面，
上述自一表面傾斜之面之藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為1.2 μm以下，且
上述具有曲率之面之藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1 μm以下。
（6）如（1）至（5）中任一項所記載之磷化銦基板，其中，上述基板之邊緣部具有自一表面傾斜之面，及從上述自一表面傾斜之面結束之位置直至自另一表面傾斜之面結束之位置的具有曲率之面，
上述自一表面傾斜之面之藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq為0.15 μm以下，
上述具有曲率之面之藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq為0.15 μm以下。
（7）一種磷化銦基板之製造方法，其包括如下步驟：
對磷化銦晶圓之外周部分進行倒角；
藉由粒度號數#4000之研磨膜對上述倒角後所產生之晶圓之邊緣部的整個表面進行研磨；及
對上述邊緣部研磨後之晶圓進行蝕刻。
（8）如（7）中所記載之磷化銦基板之製造方法，其於上述對磷化銦晶圓之外周部分進行倒角的步驟與上述藉由粒度號數#4000之研磨膜對倒角後所產生之晶圓之邊緣部的整個表面進行研磨的步驟之間，進而包括對晶圓之至少一表面進行研磨的步驟。
（9）一種半導體磊晶晶圓，其具有（1）至（6）中任一項所記載之磷化銦基板及設置於上述磷化銦基板之主面之磊晶結晶層。
若根據本發明之實施形態，可提供一種可抑制磷化銦基板因邊緣部之凹凸或加工損傷而破裂之磷化銦基板、磷化銦基板之製造方法及半導體磊晶晶圓。
[磷化銦基板]
以下，對本實施形態之磷化銦基板之構成進行說明。
本實施形態之磷化銦（InP）基板具備基板正面、基板背面及邊緣部。邊緣部可具有表示結晶方位之定向平面（OF）及用以區分基板之主面與背面之標準面（IF）。
磷化銦基板之主面可為用以形成磊晶結晶層之面。所謂用以形成磊晶結晶層之面，係指在為了形成半導體元件構造而使用本實施形態之磷化銦基板作為磊晶生長用基板時，實際上實施磊晶生長之面。
磷化銦基板之主面之最大直徑並無特別限定，可為49～151 mm，亦可為49～101 mm。磷化銦基板之平面形狀可為圓形，亦可為四邊形等矩形。
磷化銦基板之厚度並無特別限定，例如，較佳為300～900 μm，更佳為300～700 μm。特別是於孔徑大之情形時，若磷化銦基板未達300 μm，則有破裂之虞，若超過900 μm，則會產生母材結晶浪費之問題。
本實施形態之磷化銦基板，可以載子濃度成為1×10
16cm
-3以上1×10
19cm
-3以下之方式含有Zn作為摻雜劑（雜質），亦可以載子濃度成為1×10
16cm
-3以上1×10
19cm
-3以下之方式含有S作為摻雜劑（雜質），亦可以載子濃度成為1×10
16cm
-3以上1×10
19cm
-3以下之方式含有Sn作為摻雜劑（雜質），或亦可以載子濃度成為1×10
6cm
-3以上1×10
9cm
-3以下之方式含有Fe作為摻雜劑（雜質）。
圖1示出本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部附近的剖面示意圖。磷化銦基板之邊緣部之剖面如圖1所示，被切掉長方形之角（被倒角）而成為曲線狀。於本發明中，所謂「邊緣部」，表示磷化銦基板之側面，即除主面及背面以外之外表面，具體而言，表示圖1所示之從位於主面端部（平坦之主面開始傾斜之位置）之點P起橫跨基板側面直至位於背面端部（平坦之背面開始傾斜之位置）之點Q的區域。又，本發明之「邊緣部」亦包含定向平面（OF）及標準面（IF）。
再者，圖1係用以理解本發明實施形態之磷化銦基板之主面、背面、邊緣部的圖式，其等並非直接表示本發明實施形態之磷化銦基板。
關於本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的表面粗糙度，於整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1 μm以下。若根據此種構成，可抑制因邊緣部之凹凸或加工損傷而導致製造時或出貨後基板產生裂紋。
本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的最大高度Sz，係依據ISO25178所測定之表示表面之最高點至最低點之距離的參數。本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的最大高度Sz，例如可使用奧林巴斯公司製造之3D測定雷射顯微鏡OLS5000來進行測定。
關於本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的表面粗糙度，於整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz較佳為1.8 μm以下。又，本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的該最大高度Sz之下限值並無特別限定，可為0.2 μm以上、0.4 μm以上。
關於本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的表面粗糙度，於整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq較佳為0.15 μm以下。藉由將磷化銦基板之邊緣部之均方根高度Sq控制在0.15 μm以下，可抑制倒角以後之加工所使用之研削研磨粒或研磨液殘留於邊緣部。因此，可防止殘留物（顆粒等）移動至基板表面，而可抑制磷化銦基板表面之污染及基板製造時之產率降低。若可防止基板表面之污染，則實施磊晶生長後之表面品質提升。
本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的均方根高度Sq，係依據ISO25178所測定之表示與平均面之標準偏差的參數。本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的均方根高度Sq，例如可使用奧林巴斯公司製造之3D測定雷射顯微鏡OLS5000來進行測定。
關於本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的表面粗糙度，於整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq更佳為0.07 μm以下。又，本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的該均方根高度Sq之下限值並無特別限定，可為0.01 μm以上、0.015 μm以上。
關於本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的表面粗糙度，較佳具有從自一表面傾斜之面，及從自一表面傾斜之面結束之位置直至自另一表面傾斜之面結束之位置的具有曲率之面，自一表面傾斜之面之藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為1.2 μm以下，且具有曲率之面之藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1 μm以下。若根據此種構成，可更加良好地抑制磷化銦基板因邊緣部之凹凸或加工損傷而破裂。此處，該「自一表面傾斜之面」，係下述圖3所示之自主面傾斜之面即測定區域1所表示之面，該「從自一表面傾斜之面結束之位置直至自另一表面傾斜之面結束之位置的具有曲率之面」，係下述圖3所示之從自測定區域1之主面傾斜之面結束之位置直至自背面傾斜之面結束之位置的具有曲率之面即為邊緣部之圓弧區域之測定區域2所表示之面。
關於本發明實施形態之磷化銦基板之邊緣部的表面粗糙度，較佳為上述自一表面傾斜之面之藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq為0.15 μm以下，且上述具有曲率之面之藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq為0.15 μm以下。若根據此種構成，可更加良好地防止殘留物（顆粒等）移動至基板表面，而可更加良好地抑制磷化銦基板表面之污染及基板製造時之產率降低。
[磷化銦基板之製造方法]
繼而，對本發明實施形態之磷化銦基板之製造方法進行說明。
作為磷化銦基板之製造方法，首先，藉由公知之方法製作磷化銦之晶錠。
繼而，對磷化銦之晶錠進行研削而製成圓筒。此時，可於晶圓之外周部分之規定位置形成定向平面（OF）及標準面（IF）。
繼而，自經研削之磷化銦晶錠切出具有主面及背面之晶圓。此時，使用線鋸等，沿規定之結晶面切割磷化銦晶錠之結晶兩端，將多個晶圓切成規定厚度。
繼而，藉由規定之蝕刻液對切割後之晶圓進行雙面蝕刻（一次蝕刻），以去除於利用線鋸進行之切割步驟中所產生之加工變質層。晶圓可藉由將晶圓整體浸漬於蝕刻液中來蝕刻。
繼而，對晶圓之外周部分進行倒角。倒角後，亦可對晶圓之至少一表面，較佳為雙面進行研磨（拋光）。該研磨步驟亦稱為磨削步驟，藉由利用規定之研磨劑進行研磨，而可於保持晶圓之平坦性之狀態下去除晶圓表面之凹凸。
於倒角後，或於倒角後經進行磨削之情形時之該磨削步驟後，藉由粒度號數#4000之研磨膜對倒角後所產生之晶圓之邊緣部的整個表面進行研磨。此時，由於藉由相同粒度號數#4000之研磨膜對晶圓之邊緣部整面進行研磨，故而晶圓之邊緣部整面之粗糙度被控制為相同之粗糙度。即，藉由該研磨來控制晶圓之邊緣部之表面粗糙度，以使於整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡進行測定時，最大高度Sz為2.1 μm以下。又，此時，較佳為同時對晶圓之邊緣部之表面粗糙度進行控制，以使整個邊緣部表面之均方根高度Sq成為0.15 μm以下。
繼而，藉由規定之蝕刻液，對邊緣部研磨後之晶圓進行雙面蝕刻（二次蝕刻）。晶圓可藉由將晶圓整體浸漬於上述蝕刻液中來進行蝕刻。
繼而，利用鏡面研磨用之研磨材料對晶圓之主面進行研磨而拋光為鏡面。
繼而，進行清洗，藉此製造本發明之實施形態之磷化銦基板。
本發明之實施形態之磷化銦基板如上所述，可為具有倒角後藉由粒度號數#4000之研磨膜進行了研磨之邊緣部的基板，或者亦可為藉由利用研磨膜進行研磨後進行蝕刻、鏡面研磨、清洗等而製作之基板。
[半導體磊晶晶圓]
利用公知之方法，使半導體薄膜磊晶生長於本發明實施形態之磷化銦基板之主面，藉此可形成磊晶結晶層，而製作半導體磊晶晶圓。作為該磊晶生長之例子，亦可形成使InAlAs緩衝層、InGaAs通道層、InAlAs間隔層、InP電子供給層磊晶生長於磷化銦基板之主面而成之HEMT構造。於製作具有此種HEMT構造之半導體磊晶晶圓之情形時，一般而言，藉由硫酸/過氧化氫溶液等蝕刻溶液對經鏡面拋光之磷化銦基板實施蝕刻處理，而去除附著於基板表面之矽（Si）等雜質。於使基座與該蝕刻處理後之磷化銦基板之背面接觸並對其支持之狀態下，藉由分子束磊晶生長法（MBE：Molecular Beam Epitaxy）或有機金屬氣相生長（MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）於磷化銦基板之主面形成磊晶膜。
[實施例]
以下，提供用以更加良好地理解本發明及其優點之實施例，但本發明不限於該等實施例。
（實施例1）
首先，準備以規定直徑成長之磷化銦之單晶錠。
繼而，對磷化銦之單晶錠之外周進行研削而製成圓筒。此時，於晶圓之外周部分之規定位置形成定向平面（OF）及標準面（IF）。
繼而，自經研削之磷化銦晶錠切出具有主面及背面之晶圓。此時，使用線鋸，沿規定之結晶面切割磷化銦晶錠之結晶兩端，將多個晶圓切成規定厚度。於切出晶圓之步驟中，一面使金屬線往返一面總是繼續送入新線，並且使磷化銦移動至線鋸。此處，所製作之晶圓之晶圓直徑為76.2 mm，晶圓厚度為750 μm。
繼而，藉由85質量%之磷酸水溶液及30質量%之過氧化氫溶液之混合溶液，對切割後之晶圓從雙面進行蝕刻（一次蝕刻），以去除於利用線鋸進行之切割步驟中所產生之加工變質層。晶圓藉由將晶圓整體浸漬於蝕刻液中來進行蝕刻。
繼而，對晶圓之外周部分進行倒角。繼而，對倒角後之晶圓之雙面進行研磨（磨削）。此時，藉由利用研磨劑進行研磨，於保持晶圓之平坦性之狀態下去除晶圓表面之凹凸。
繼而，將因倒角而產生之晶圓之邊緣部的整個表面壓抵於粒度號數#4000之研磨膜來進行研磨。
繼而，藉由85質量%之磷酸水溶液、30質量%之過氧化氫溶液及超純水之混合溶液，對利用膜進行研磨後之晶圓，以合計厚度8～15 μm之蝕刻量從雙面進行蝕刻（二次蝕刻）。晶圓係藉由將晶圓整體浸漬於上述蝕刻液中來蝕刻。
繼而，利用鏡面研磨用之研磨材料對晶圓之主面進行研磨（拋光）而拋光為鏡面後，進行清洗，藉此製作磷化銦基板。
圖2示出實施例1中所製作之磷化銦基板之俯視示意圖。又，圖3示出實施例1中所製作之磷化銦基板之邊緣部附近的剖面示意圖。於圖3中，T＝650 μm，X1＝494 μm，X2＝432 μm，Y1＝126 μm，Y2＝108 μm，Y3＝416 μm，R1＝167 μm，R2＝184 μm（R1、R2為邊緣部之圓形部之曲率半徑），θ1＝14.5度，θ2＝13.9度（θ1、θ2為邊緣部之傾斜角度）。
（比較例1）
關於比較例1，除於上述實施例1中，在磨削步驟後不實施利用研磨膜進行之邊緣部之研磨，而實施二次蝕刻以外，以與實施例1相同之方式製作磷化銦基板。
（評價）
為磷化銦基板之測定對象之邊緣部如圖2所示，分為位於OF之相反側之區域（A-區域）與位於IF之相反側之區域（B-區域），進而，如圖3所示，將（1）自主面傾斜之面設為測定區域1，進而，將（2）從自測定區域1之主面傾斜之面結束之位置直至自背面傾斜之面結束之位置的具有曲率之面即邊緣部之圓弧區域設為測定區域2。
並且，將A-區域中之測定區域1設為「A-區域1」，將A-區域中之測定區域2設為「A-區域2」，將B-區域中之測定區域1設為「B-區域1」，將B-區域中之測定區域2設為「B-區域2」。
於該等邊緣部之合計4處區域（各測定區域尺寸：258 μm×258 μm），分別使用奧林巴斯公司製造之3D測定雷射顯微鏡OLS5000，測定最大高度Sz及均方根高度Sq。
再者，為了去除邊緣部之曲率來進行評價，使用截止濾波器（L濾波器：截止之波長為20 μm）來實施測定。
將評價結果示於表1。
[表1]
| Sz（μm） | Sq（μm） | ||
| 實施例1 | A-區域1 | 0.466 | 0.017 |
| A-區域2 | 1.105 | 0.061 | |
| B-區域1 | 1.752 | 0.141 | |
| B-區域2 | 2.038 | 0.142 | |
| 比較例1 | A-區域1 | 4.269 | 0.321 |
| A-區域2 | 5.289 | 0.592 | |
| B-區域1 | 4.198 | 0.286 | |
| B-區域2 | 7.802 | 0.593 |
（探討）
於實施例1中，獲得了如下磷化銦基板，即關於基板之邊緣部之A-區域1、2及B-區域1、2的各表面粗糙度，藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1 μm以下。認為於基板之整個邊緣部表面藉由粒度號數#4000之研磨膜進行了研磨且於整個邊緣部表面與測定區域1對應之傾斜區域獲得了與A-區域1及B-區域1相同之表面粗糙度。又，認為於整個邊緣部表面，如上述測定區域2之與邊緣部之測定區域2對應之相對平坦的區域（圓弧區域）獲得了與A-區域2及B-區域2相同之表面粗糙度。
再者，認為於邊緣部之區域1及區域2中最大高度Sz及均方根高度Sq產生差異係由於藉由研磨膜對邊緣部進行研磨後，藉由鏡面研磨等對基板表面進行研磨所產生的影響。最終認為，若剛於基板之整個邊緣部表面藉由粒度號數#4000之研磨膜進行研磨後，則無論於整個邊緣部表面測定哪個區域，最大高度Sz及均方根高度Sq均相同。
又，利用TOF-SIMS分析，於2處測定實施例1之基板表面之Si濃度，結果為80.3（×10
10atoms/cm
2）、115.8（×10
10atoms/cm
2）。此時，基於濃度已知之標準試樣求出分析裝置之靈敏度係數，以In強度對Si之離子強度進行標準化並定量化。
TOF-SIMS分析之分析條件如下。
裝置名：Physical Electronics TRIFT III
離子源：Au
+一次離子能量：22 kV
分析區域：25 μm×25 μm
關於比較例1之磷化銦基板，由於在倒角及磨削步驟後，於基板之整個邊緣部表面未利用粒度號數#4000之研磨膜進行研磨，故而關於基板之邊緣部之A-區域1、2及B-區域1、2之各表面粗糙度，藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz超過2.1 μm。
IF:標準面
OF:定向平面
[圖1]係本發明之實施方式之磷化銦基板邊緣部附近的剖面示意圖。
[圖2]係實施例之磷化銦基板之俯視示意圖。
[圖3]係實施例之磷化銦基板之邊緣部附近的剖面示意圖。
Claims (7)
- 一種磷化銦基板，關於基板之邊緣部之表面粗糙度，於該整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1μm以下，該基板之邊緣部具有自一表面傾斜之面，及從該自一表面傾斜之面結束之位置直至自另一表面傾斜之面結束之位置的具有曲率之面，該自一表面傾斜之面之藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為1.2μm以下，該具有曲率之面之藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1μm以下。
- 一種磷化銦基板，關於基板之邊緣部之表面粗糙度，於該整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之最大高度Sz為2.1μm以下，該基板之邊緣部具有自一表面傾斜之面，及從該自一表面傾斜之面結束之位置直至自另一表面傾斜之面結束之位置的具有曲率之面，該自一表面傾斜之面之藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq為0.15μm以下，該具有曲率之面之藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq為0.15μm以下。
- 如請求項1或2之磷化銦基板，其中，該最大高度Sz為1.8μm以下。
- 如請求項1或2之磷化銦基板，其中，關於基板之邊緣部之表面粗糙度，於該整個邊緣部表面藉由雷射顯微鏡所測得之均方根高度Sq為0.15μm以下。
- 如請求項4之磷化銦基板，其中，該均方根高度Sq為0.07μm以下。
- 一種磷化銦基板之製造方法，其包括如下步驟：對磷化銦晶圓之外周部分進行倒角；藉由粒度號數#4000之研磨膜對該倒角後所產生之晶圓之邊緣部的整個表 面進行研磨；對該邊緣部研磨後之晶圓進行蝕刻；及於該對磷化銦晶圓之外周部分進行倒角的步驟與該藉由粒度號數#4000之研磨膜對該倒角後所產生之晶圓之邊緣部的整個表面進行研磨的步驟之間，對晶圓之至少一表面進行研磨。
- 一種半導體磊晶晶圓，其具有請求項1或2之磷化銦基板及設置於該磷化銦基板之主面之磊晶結晶層。
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