特許 7207588 ＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-10

(45)【発行日】2023-01-18

(54)【発明の名称】ＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/20 20060101AFI20230111BHJP

   H01L 21/365 20060101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

H01L21/20

H01L21/365

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022037420

(22)【出願日】2022-03-10

【審査請求日】2022-08-18

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】久保埜 一平

(72)【発明者】

【氏名】萩本 和徳

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１６５９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２２６３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３４４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３２１４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１３９３６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであって、前記成膜用基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であって、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下のものであることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ。

【請求項2】

前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜は、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ。

【請求項3】

前記成膜用基板は、シリコン基板、もしくは表層がシリコン層である基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ。

【請求項4】

前記シリコン基板、もしくは前記表層がシリコン層である基板の表面に垂直な方向の軸方位が〈１１１〉であることを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ。

【請求項5】

前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の膜厚が１０μｍ以下のものであ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ＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ。

【請求項6】

前記成膜用基板の厚さが１１５０μｍ以下のものであ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ＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ。

【請求項7】

前記成膜用基板の外周端部の前記基板表面の径方向の断面形状における、前記表面と垂直な部分の長さ（Ｔ_２）が２００μｍ以上のものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ。

【請求項8】

成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を成膜してＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハとするＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であって、前記成膜用基板として、面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であり、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下である基板を用いることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法。

【請求項9】

前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むものとすることを特徴とする請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法。

【請求項10】

前記成膜用基板として、シリコン基板、もしくは表層がシリコン層である基板を用いることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法。

【請求項11】

前記シリコン基板、もしくは前記表層がシリコン層である基板の表面に垂直な方向の軸方位を〈１１１〉とすることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法。

【請求項12】

前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の膜厚を１０μｍ以下とすることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法。

【請求項13】

前記成膜用基板の厚さを１１５０μｍ以下とすることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法。

【請求項14】

前記成膜用基板の外周端部の前記基板表面の径方向の断面形状における、前記表面と垂直な部分の長さ（Ｔ_２）を２００μｍ以上とすることを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＧａＮに代表されるＩＩＩ族窒化物半導体は、Ｓｉの材料としての限界を超える次世代の半導体材料として期待されている。ＧａＮは飽和電子速度が大きいという特性から高周波動作可能なデバイスの作製が可能であり、また絶縁破壊電界も大きいことから、高出力での動作が可能である。また、軽量化や小型化、低消費電力化も見込める。

【0003】

近年、５Ｇ等に代表されるような通信速度の高速化、またそれに伴う高出力化の要求により、高周波、且つ高出力で動作可能なＧａＮ ＨＥＭＴが注目されている。また、ＧａＮはパワーデバイス用途としても用いられる。

【0004】

ＩＩＩ族窒化物半導体を製造する方法の一つとして、ＭＯＣＶＤ法がある。ＭＯＣＶＤ法は、大口径化や量産性に優れている上、急峻な膜制御が可能であり、また均質な薄膜結晶を成膜できるため、広く用いられている。ＭＯＣＶＤ法でＩＩＩ族窒化物半導体（例えばＧａＮ）をヘテロエピタキシャル成膜する際の基板としては、安価で大口径化が可能なＳｉ基板が広く用いられている。

【0005】

基板上にエピタキシャル成長をさせた際に、基板外周部にクラウンと呼ばれるエピタキシャル層の異常成長による局部的な厚膜化が発生し、割れなど不具合の原因となることが知られており、これを防ぐため様々な工夫がされている。

【0006】

特許文献１には、シリコン系基板の外周部の面取り角度θをθ_１、２≦１６度となるように面取りし、且つ面取り終端部と表面の垂線の距離を限定することでクラウンの発生を防止する方法が提案されている。しかし、面取り角度θは２２度前後とすることが一般的であり、この値を変更する事は工程変更によるコストアップが生じる。また、デバイス工程に流した際の不良増加や工程変更によるコストアップの要因となり得る。

【0007】

特許文献２の段落２８に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で、物理的に周辺部にエピタキシャル成膜がされない状態を作り出し、クラウンの発生を防止する方法が記載されている。しかしこの方法ではデバイスとして利用できる有効面積が小さくなってしまう。

【0008】

特許文献３には、エッジクラウンの発生位置が加工面取り斜面上になるように面取り幅を設定することが開示されている。特許文献３には、表クラウンの発生位置は面取り角度や面取り幅の大きさによらず略一定であるため、面取り幅をクラウンの発生位置よりも広くすると、クラウンが加工面取り斜面上に位置するようになるため、エピ主面に対する相対的なクラウン高さが低くなることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開昭５９－２２７１１７号公報

【文献】特開２０１３－１７１８９８号公報

【文献】特開平０７－２２６３４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、発明者がＧａＮヘテロエピタキシャル成長において研究を行った所、クラウンの最も高くなる位置は、面取り幅Ｘ_１の長さによらずエピタキシャル層と面取りテーパー開始部との境界近傍（面取り幅開始部のクラウンＢ）（図５）であり、面取り幅Ｘ_１の幅を増大させることでクラウンの絶対高さの減少効果が確認された。また特許文献３はシリコン基板上にシリコン層を成膜したホモエピタキシャル成長であるが、本発明のヘテロエピタキシャル成長では、基板とエピタキシャル層間の格子定数差や熱膨張係数差による応力も印加されているため割れやすい状況にあり、厚いエピタキシャル膜でなくともクラウンの影響は顕著になる。

【0011】

ＧａＮのヘテロエピタキシャル成膜では、基板とＧａＮの格子定数差や熱膨張係数差により大きな応力が印加されているため割れやすいのに加え、クラウンが発生するとその近傍に生じる応力も加わり、デバイスプロセス加工やハンドリング中に非常に割れやすい。またクラウンが存在すると、デバイスプロセスの露光工程でデフォーカスが発生する問題もある。このような理由によりＧａＮヘテロエピタキシャル成膜において、クラウン防止策が必須であるが、面取り角度θ_１が汎用の２２度±１度のままで、面取り幅Ｘ_１のみの変更でクラウンを抑制する技術は、これまでに開示されていない。

【0012】

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ、及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するために、本発明では、成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであって、前記成膜用基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であって、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下のものであるＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを提供する。

【0014】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、基板割れが十分に抑制できる程度まで、クラウンの高さを低減する事ができる。

【0015】

また、本発明では、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜は、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むことが好ましい。

【0016】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、近年要求されている、高周波、高出力デバイス等に好適なものとなる。

【0017】

また、本発明では、前記成膜用基板は、シリコン基板、もしくは表層がシリコン層である基板であることが好ましい。

【0018】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、比較的安価で高品質なものとする事ができる。

【0019】

この時、前記シリコン基板、もしくは前記表層がシリコン層である基板の表面に垂直な方向の軸方位が〈１１１〉であることが好ましい。

【0020】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、ＧａＮ等の六方晶の結晶構造を持つＩＩＩ族窒化物半導体を、基板上にエピタキシャル成長することができる。

【0021】

また、本発明では、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の膜厚が１０μｍ以下のものであることが好ましい。

【0022】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、クラウンの高さが高くならないため好ましい。

【0023】

また、本発明では、前記成膜用基板の厚さが１１５０μｍ以下のものであることが好ましい。

【0024】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、十分な強度を有するとともに、必要以上に厚くすることもなくなる。

【0025】

また、本発明では、前記成膜用基板の外周端部の前記基板表面の径方向の断面形状における、前記表面と垂直な部分の長さ（Ｔ_２）が２００μｍ以上のものであることが好ましい。

【0026】

Ｔ_２が２００μｍ以上のものであれば、基板のエッジ部分が極端に薄くならず、欠けや割れの原因とならない。

【0027】

また、本発明では、成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を成膜してＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハとするＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であって、前記成膜用基板として、面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であり、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下である基板を用いるＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法を提供する。

【0028】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であれば、基板割れが十分に抑制できる程度まで、クラウンの高さを低減したＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0029】

また、本発明では、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜を、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むものとすることが好ましい。

【0030】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であれば、近年要求されている、高周波、高出力デバイス等に好適なＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0031】

また、本発明では、前記成膜用基板として、シリコン基板、もしくは表層がシリコン層である基板を用いることが好ましい。

【0032】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であれば、比較的安価で高品質なＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0033】

この時、前記シリコン基板、もしくは前記表層がシリコン層である基板の表面に垂直な方向の軸方位を〈１１１〉とすることが好ましい。

【0034】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であれば、ＧａＮ等の六方晶の結晶構造を持つＩＩＩ族窒化物半導体を、基板上にエピタキシャル成長することができる。

【0035】

また、本発明では、前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の膜厚を１０μｍ以下とすることが好ましい。

【0036】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であれば、クラウンの高さが高くならないＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0037】

また、本発明では、前記成膜用基板の厚さを１１５０μｍ以下とすることが好ましい。

【0038】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であれば、十分な強度を有するとともに、必要以上に厚くすることのないＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0039】

また、本発明では、前記成膜用基板の外周端部の前記基板表面の径方向の断面形状における、前記表面と垂直な部分の長さ（Ｔ_２）を２００μｍ以上とすることが好ましい。

【0040】

Ｔ_２が２００μｍ以上のものであれば、基板のエッジ部分が極端に薄くならず、欠けや割れの原因とならない。

【発明の効果】

【0041】

以上のように、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、成膜用基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、面取り角度を２１度≦θ_１≦２３度、面取り幅を５００μｍ≦Ｘ_１≦１０００μｍとすることで、基板割れが十分に抑制できる程度まで、クラウンの高さを低減する事ができる。また、近年要求されている、高周波、高出力デバイス等に好適なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】本発明のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの成膜用基板の面取り部の基板表面の径方向の断面形状の各パラメータを示す図である。

【図2】実施例３の面取り部の基板表面の径方向の断面形状を示す図である。

【図3】比較例１の面取り部の基板表面の径方向の断面形状を示す図である。

【図4】実施例および比較例における、エピタキシャル膜厚値に対するクラウン高さの比を示すグラフである。

【図5】図４におけるクラウン測定箇所の説明図である。

【図6】実施例および比較例における、デバイス工程におけるウエーハ割れの割合を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0043】

上述のように、成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ、及びその製造方法の開発が求められていた。

【0044】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、成膜用基板の面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であって、且つ面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下のものであるＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、基板割れが十分に抑制できる程度まで、クラウンの高さを低減する事ができることを見出し、本発明を完成させた。

【0045】

即ち、本発明は、成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであって、前記成膜用基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であって、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下のものであるＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハである。

【0046】

さらに、本発明では、成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を成膜してＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハとするＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であって、前記成膜用基板として、面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であり、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下である基板を用いるＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法を提供する。

【0047】

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0048】

［ＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ］
本発明は、成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであって、前記成膜用基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であって、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下のものであるＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハである。

【0049】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであれば、基板割れが十分に抑制できる程度まで、クラウンの高さを低減する事ができる。

【0050】

前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜は、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むものであることが好ましい。このようなＩＩＩ族窒化物半導体膜であれば近年要求されている、高周波、高出力デバイス等に好適なものとなるため好ましい。

【0051】

本発明において、用いられる成膜用基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状は、面取り角度が２１度≦θ_１≦２３度、面取り幅が５００μｍ≦Ｘ_１≦１０００μｍである。

【0052】

ここで、面取り角度θ_１の範囲は、成膜用基板の一般的な面取り角度である２１度以上２３度以下の範囲である。面取り角度がこの範囲外であると、工程変更等による余分なコストアップや歩留まり低下等が発生するため好ましくない。

【0053】

面取り幅Ｘ_１の長さが５００μｍ以上１０００μｍ以下であれば、基板割れが抑制できる高さまでクラウンの発生を抑制する事ができる。

【0054】

また、面取り幅Ｘ_１の長さが５００μｍ未満であると、クラウン高さ低減によるウエーハ割れの防止に十分な効果が得られない。また、面取り幅Ｘ_１の長さが１０００μｍを超えると、ウエーハ表面の有効面積が小さくなり、デバイス歩留まりが低下するため好ましくない。

【0055】

成膜用基板直上には超格子Ｂｕｆｆｅｒ層を有することができる。超格子Ｂｕｆｆｅｒ層は、成膜用基板直上にＡｌＮ層を有し、その上にＡｌＧａＮ層、さらにその上にＡｌＮ層、ＡｌＧａＮ層、もしくはＧａＮ層から２つ又は３つを数ｎｍずつ有するものとすることができる。超格子Ｂｕｆｆｅｒ層の構造はこれに限らず、ＡｌＧａＮ層を有さない場合や、ＡｌＧａＮ層の上にさらにＡｌＮ層を有する場合もある。また、Ａｌ組成を変化させたＡｌＧａＮ層を複数層有する場合もある。ＩＩＩ族窒化物半導体膜（エピタキシャル層）の総膜厚は用途によって変更されるため、特に限定されないが、厚いほどクラウン高さも高くなる傾向にあるため、１０μｍ以下とすることが好ましい。

【0056】

エピタキシャル層の表層側にはデバイス層を設けることができる。デバイス層は、２次元電子ガスが発生する結晶性の高い層（チャネル層）、２次元電子ガスを発生させるための層（バリア層）、最表層にキャップ層を設けた構造とすることができる。バリア層にはＡｌ組成が２０％程度のＡｌＧａＮを用いることができるが、例えばＩｎＧａＮ等も用いることができ、これに限定されない。キャップ層は例えばＧａＮ層やＳｉＮ層とすることもでき、これに限定されない。また、これらのデバイス層の厚さやバリア層のＡｌ組成は、デバイスの設計によって変更される。

【0057】

本発明において、前記成膜用基板は、シリコン基板、もしくは表層がシリコン層である基板であることが好ましい。このような成膜用基板であれば比較的安価で高品質なものとすることができるため好ましい。この時、前記シリコン基板、もしくは前記表層がシリコン層である基板の表面に垂直な方向の軸方位が〈１１１〉であることが好ましい。このような軸方位であればＧａＮ等の六方晶の結晶構造を持つＩＩＩ族窒化物半導体を、基板上にエピタキシャル成長することができるため好ましい。

【0058】

前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の膜厚が１０μｍ以下であることが好ましい。このような膜厚であればクラウン高さも高くならないため好ましい。

【0059】

また、前記成膜用基板の厚さが１１５０μｍ以下のものであることが好ましい。成膜用基板の厚さがこのようなものであれば、十分な強度を有するとともに、必要以上に厚くすることもなくなるため好ましい。

【0060】

さらに、前記成膜用基板の外周端部の前記基板表面の径方向の断面形状における、前記表面と垂直な部分の長さ（Ｔ_２）が２００μｍ以上のものであることが好ましい。Ｔ_２がこのような長さであれば、基板のエッジ部分が極端に薄くならず、欠けや割れの原因とならないため好ましい。

【0061】

図１を用いて面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状の各パラメータについて説明する。本発明に用いられる成膜用基板は、面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度をθ_１とし、前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅をＸ_１とし、外周端部と表面側の面取り面との間は曲率半径Ｒ_１の曲面を有する。

【0062】

これらの他に、面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、基板裏面に対する面取り角度をθ_２とし、前記基板裏面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅をＸ_２とし、外周端部と裏面側の面取り面との間は曲率半径Ｒ_２の曲面を有する。

【0063】

さらに、成膜用基板の厚さをＴ_１とし、前記成膜用基板の外周端部の前記基板表面の径方向の断面形状における、前記表面と垂直な部分の長さをＴ_２とする。

【0064】

［ＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法］
本発明は、成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を成膜してＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハとするＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であって、前記成膜用基板として、面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であり、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下である基板を用いるＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法である。

【0065】

このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であれば、基板割れが十分に抑制できる程度まで、クラウンの高さを低減したＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0066】

また、本発明では、例えばＭＯＣＶＤ反応炉において、成膜用基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、又はＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むＩＩＩ族窒化物半導体膜のエピタキシャル成長を行うことができる。この際、成膜用基板は特に限定されず、ＳｉＣ基板、貼り合わせ基板等のどのような成膜用基板を用いても同様の効果が得られる。このようなＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハの製造方法であれば、近年要求されている、高周波、高出力デバイス等に好適なＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0067】

本発明において、用いられる成膜用基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状は、面取り角度を２１度≦θ_１≦２３度、面取り幅を５００μｍ≦Ｘ_１≦１０００μｍとなるように作製する。

【0068】

ここで、面取り角度θ_１の範囲は、成膜用基板の一般的な面取り角度である２１度以上２３度以下の範囲から変更を加えずに作製する。面取り角度がこの範囲外であると、工程変更等による余分なコストアップや歩留まり低下等が発生するため好ましくない。

【0069】

面取り幅Ｘ_１の長さを５００μｍ以上１０００μｍ以下となるように作製することで、基板割れが抑制できる高さまでクラウンの発生を抑制する事ができる。

【0070】

また、面取り幅Ｘ_１の長さが５００μｍ未満であると、クラウン高さ低減によるウエーハ割れの防止に十分な効果が得られない。面取り幅Ｘ_１の長さが１０００μｍを超えると、デバイスを作製できる平坦な領域が少なくなり、デバイス歩留まりを低下させてしまうため好ましくない。

【0071】

エピタキシャル成長の際、Ａｌ源としてＴＭＡｌ、Ｇａ源としてＴＭＧａ、Ｎ源としてＮＨ_３を用いることができる。また、キャリアガスはＮ_２、Ｈ_２、またはその両方とすることができ、プロセス温度は９００～１２５０℃程度とすることができる。

【0072】

前記成膜用基板として、シリコン基板、もしくは表層がシリコン層である基板を用いることが好ましい。このような成膜用基板を用いることで、比較的安価で高品質なＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。この時、前記シリコン基板、もしくは前記表層がシリコン層である基板の表面に垂直な方向の軸方位を〈１１１〉とすることが好ましい。このような軸方位とすることで、ＧａＮ等の六方晶の結晶構造を持つＩＩＩ族窒化物半導体を、基板上にエピタキシャル成長することができる。

【0073】

前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜の膜厚を１０μｍ以下とすることが好ましい。このような膜厚とすることで、クラウン高さも高くならないＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0074】

前記成膜用基板の厚さを１１５０μｍ以下とすることが好ましい。このような成膜用基板の厚さとすることで、十分な強度を有するとともに、必要以上に厚くすることのないＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハを製造できる。

【0075】

前記成膜用基板の外周端部の前記基板表面の径方向の断面形状における、前記表面と垂直な部分の長さ（Ｔ_２）を２００μｍ以上とすることが好ましい。Ｔ_２をこのような長さとすることで、基板のエッジ部分が極端に薄くならず、欠けや割れの原因とならない。

【実施例】

【0076】

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0077】

［実施例１］
ＭＯＣＶＤ反応炉において、シリコン基板上にＡｌＮ、ＡｌＧａＮおよびＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体膜のエピタキシャル成長を行った。
シリコン基板は、厚さが１０００μｍで、表面に垂直な方向の軸方位が〈１１１〉であって、面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状は面取り角度θ_１＝２２度、面取り幅Ｘ_１＝５００μｍの物を用いた。
シリコン基板直上にＡｌＮ層を成膜させ、その上にＡｌＧａＮ層、さらにその上にＡｌＮ層とＡｌＧａＮ層を交互に成膜する超格子Ｂｕｆｆｅｒ層を成膜した。Ｂｕｆｆｅｒ層の直上にはＣ－ｄｏｐｅしたＧａＮ層を成膜し、その上にＣ ｎｏｎ－ｄｏｐｅのＧａＮ層および、デバイス層を設けた。
エピタキシャル層の総膜厚は、１０μｍに設計した。
エピタキシャル成長の際、Ａｌ源としてＴＭＡｌ、Ｇａ源としてＴＭＧａ、Ｎ源としてＮＨ_３を用いた。また、キャリアガスはＮ_２、Ｈ_２、またはその両方とし、プロセス温度は９００～１２５０℃程度とした。
エピタキシャル層の成膜後、基板をへき開し、ＳＥＭ等の電子顕微鏡で断面方向から分析を行い、クラウンの高さと、クラウンからウエーハ中央方向に向かって十分遠い位置（２ｍｍ以上離れた箇所）のエピタキシャル層の膜厚を調べ、その比を計算した。
また、デバイス工程中での割れ率を計算した。

【0078】

［実施例２、３、４］
実施例１において準備したシリコン基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状の面取り幅Ｘ_１の長さを６００μｍ、８００μｍ、１０００μｍとした。面取り角度θ_１の条件は実施例１と同様の２２度とした。
その後、実施例１と同様にそれぞれのシリコン基板上にＭＯＣＶＤ反応炉にて、同様のエピタキシャル成長条件にて成膜を行った。

【0079】

［比較例１、２、３］
実施例１において準備したシリコン基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状の面取り幅Ｘ_１の長さを２００μｍ、４００μｍ、４５０μｍとした。面取り角度θ_１の条件は実施例１と同様の２２度とした。
その後、実施例１と同様にそれぞれのシリコン基板上にＭＯＣＶＤ反応炉にて、同様のエピタキシャル成長条件にて成膜を行った。

【0080】

実施例３の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状を図２に示し、比較例１の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状を図３に示す。

【0081】

実施例および比較例における、エピタキシャル層の膜厚値に対するクラウン高さの比を図４に示す。図４に示す通り、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハは、エピタキシャル層の膜厚値に対するクラウン高さの比が比較例と比べて低くなっている。

【0082】

図５に図４におけるクラウン測定箇所を示す。エピタキシャル層の膜厚Ａと、面取り幅開始部のクラウンＢと、曲率半径開始部のクラウンＣを有する。

【0083】

実施例および比較例における、デバイス工程におけるウエーハ割れの割合を図６に示す。図６に示す通り、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハは、デバイス工程におけるウエーハ割れが起こらない。

【0084】

また、面取り幅Ｘ_１の長さが１０００μｍを超えると、ウエーハ表面の有効面積が小さくなり、デバイス歩留まりが低下する。

【0085】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0086】

Ｘ_１…面取り幅、 θ_１…面取り角度、 Ｒ_１…曲率半径、
Ｘ_２…面取り幅、 θ_２…面取り角度、 Ｒ_２…曲率半径、
Ｔ_１…成膜用基板の厚さ、 Ｔ_２…表面と垂直な部分の長さ、
Ａ…エピタキシャル層の膜厚、 Ｂ…面取り幅開始部のクラウン、
Ｃ…曲率半径開始部のクラウン。

【要約】

【課題】成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】成膜用基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハであって、前記成膜用基板の面取り部の前記基板表面の径方向の断面形状において、前記基板表面に対する面取り角度（θ_１）が２１度以上２３度以下であって、且つ前記基板表面の径方向における、前記成膜用基板の外周端部と前記面取り部の内周端部との間隔である面取り幅（Ｘ_１）が５００μｍ以上１０００μｍ以下のものであることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体ウエーハ。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】