CN116324047A - 磷化铟基板、半导体外延晶片、磷化铟单晶锭的制造方法以及磷化铟基板的制造方法 - Google Patents
磷化铟基板、半导体外延晶片、磷化铟单晶锭的制造方法以及磷化铟基板的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116324047A CN116324047A CN202180070903.5A CN202180070903A CN116324047A CN 116324047 A CN116324047 A CN 116324047A CN 202180070903 A CN202180070903 A CN 202180070903A CN 116324047 A CN116324047 A CN 116324047A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- indium phosphide
- crystal
- substrate
- phosphide substrate
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 114
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 40
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- WGPCGCOKHWGKJJ-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenezinc Chemical compound [Zn]=S WGPCGCOKHWGKJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/206—Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B27/00—Single-crystal growth under a protective fluid
- C30B27/02—Single-crystal growth under a protective fluid by pulling from a melt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
本发明提供一种抑制了凹形缺陷的产生的磷化铟基板、半导体外延晶片、磷化铟单晶锭的制造方法以及磷化铟基板的制造方法。一种磷化铟基板，其直径为100mm以下，在对至少一个表面利用S偏振光照射波长405nm的激光进行检查时，在表面，利用形貌通道检测出的凹形缺陷为0个。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷化铟基板、半导体外延晶片、磷化铟单晶锭的制造方法以及磷化铟基板的制造方法。
背景技术
磷化铟(InP)是也称为铟磷的由III族的铟(In)和V族的磷(P)构成的III－V族化合物半导体材料。作为半导体材料的特性，具有如下特性：带隙为1.35eV，电子迁移率～5400cm2/V·s，高电场下的电子迁移率成为比硅、砷化镓这样的其他普通的半导体材料高的值。此外，还具有如下特征：常温常压下的稳定的晶体结构为立方晶的闪锌矿型结构，其晶格常数具有比砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)等化合物半导体大的晶格常数。
经单晶化的InP利用比硅等大的电子迁移率而用作高速电子器件。此外，比砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)等大的晶格常数能减小使InGaAs等三元系混晶、InGaAsP等四元系混晶进行异质外延生长时的晶格失配率。因此，使用InP单晶作为将这些混晶化合物层叠而形成的半导体激光器、光调制器、光放大器、光波导、发光二极管、受光元件等各种光通信用器件、将它们复合化而成的光集成回路用的基板。
为了形成上述各种器件，使用将InP单晶化而成的锭按规定的结晶方位切出薄板(晶片)状而制成的InP基板。对成为该基板的基础的InP单晶锭的制造而言，以往以来使用如专利文献1或2等所公开的那样的垂直布里奇曼法(VB法)、如专利文献3等所公开的那样的垂直温度梯度凝固法(VGF法)、如专利文献4、5所公开的那样的液封直拉法(LEC法)等这样的方法。
VB法或VGF法是如下方法：对保持在容器内的原料融液向垂直方向形成温度梯度，使容器或炉的温度分布中的任一个向垂直方向移动，由此使晶体的凝固点(熔点)向垂直方向连续移动，而在容器内的垂直方向上使单晶连续地生长。在VB法、VGF法中，可以减小在垂直方向的固液界面设定的温度梯度，能够将平均的晶体的位错密度抑制得较低。但是，VB法、VGF法存在晶体生长速度较慢、生产率低的问题，除此以外，由于是在容器内的晶体生长，因此存在随着晶体生长，因来自容器作用的应力导致局部产生成为高位错密度的区域等缺点。
与此相对，LEC法是对也广泛用作大型硅单晶的通常的制造方法的直拉法(CZ法)进行了改变而成的，是如下方法：利用氧化硼(B2O3)等软化点温度低的氧化物等液封剂覆盖用于提拉单晶的原料融液表面的气液界面部分，防止由原料融液中的挥发成分的蒸发引起的散逸，并且使晶种与原料融液接触，提拉单晶锭而使其生长。在LEC法中，与上述VB法、VGF法相比，存在在融液与提拉的晶体的固液界面处形成的温度梯度通常大而位错密度变高的倾向，但具有晶体生长速度快而适于量产的特征。此外，作为改善上述缺点的方法，为了提高LEC法中的晶体生长时的固液界面的温度梯度的控制性，如专利文献4、5所公开的那样，也根据需要使用在融液保持容器的上方设置具有隔热效果的间隔壁的被称为热挡板LEC(TB－LEC)法的改良型的LEC法。
在通过LEC法进行的单晶的制造方法中，以往，已知抑制在单晶内产生被称为小坑(pit)的小孔是问题之一。作为这样的技术，例如，在专利文献6中记载了：在坩埚内形成被液体胶囊材料覆盖的GaP融液并进行GaP单晶的提拉的方法中，预先在减压下对用作原料的GaP单晶进行脱水干燥处理，并且将在坩埚内形成的GaP融液内的表面附近的晶体提拉轴方向的温度梯度设定为30℃/cm至100℃/cm，进行单晶提拉，由此得到不会因蚀刻而出现B小坑的、均质且低缺陷的GaP单晶。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2004/106597号
专利文献2：日本特开2008－120614号公报
专利文献3：日本特开2000－327496号公报
专利文献4：国际公开第2005/106083号
专利文献5：日本特开2002－234792号公报
专利文献6：日本特公平02－040640号公报
发明内容
发明所要解决的问题
虽然着眼于在单晶基板内产生的小坑的种类，针对抑制该小坑的产生的技术进行了各种研究，但仍存在开发的余地。此外，若完全抑制单晶基板内的特定的小坑的产生，则具有在基板上实施外延生长时的表面品质提高等大的效果。
本发明是为了解决如上所述的技术问题而完成的，其目的在于提供一种抑制了凹形缺陷的产生的磷化铟基板、半导体外延晶片、磷化铟单晶锭的制造方法以及磷化铟基板的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明在一个方案中是一种磷化铟基板，其直径为100mm以下，在对至少一个表面利用S偏振光照射波长405nm的激光进行检查时，在所述表面，利用形貌通道检测出的凹形缺陷为0个。
本发明的磷化铟基板在一个实施方式中，其直径为50～100mm。
本发明在另一方案中是一种半导体外延晶片，其具有：本发明的实施方式的磷化铟基板以及设于所述磷化铟基板的主面的外延晶体层。
本发明在又一方案中是一种磷化铟单晶锭的制造方法，其在LEC炉内设置坩埚，在所述坩埚内设置原料和密封剂，通过加热器发热对原料和密封剂进行加热、熔融，使晶种与所产生的原料融液的表面接触，慢慢地提拉，由此进行磷化铟单晶的生长，在所述磷化铟单晶锭的制造方法中，在保持15Pa以下的真空状态的状态下，将所述LEC炉内从室温升温至500℃以上且600℃以下，接着将所述LEC炉内的压力加压至2.0×106Pa以上且4.0×106Pa以下的范围的任意的压力后，提拉所述晶种，进行磷化铟单晶的生长。
本发明在又一方案中是一种磷化铟基板的制造方法，其包括从利用本发明的实施方式的磷化铟单晶锭的制造方法制造出的磷化铟单晶锭切出磷化铟基板的工序。
本发明的磷化铟基板的制造方法在一个实施方式中，所述磷化铟基板的直径为100mm以下。
发明效果
根据本发明的实施方式，能提供一种抑制了凹形缺陷的产生的磷化铟基板、半导体外延晶片、磷化铟单晶锭的制造方法以及磷化铟基板的制造方法。
附图说明
图1是本发明的实施方式的LEC法中使用的LEC炉的剖面示意图。
图2是表示本发明的实施方式的LEC炉内的升温工序中的炉内温度与炉内压力的关系的曲线图。
图3是表示以往的LEC炉内的升温工序中炉内温度与炉内压力的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不被其限定地解释，只要在不脱离本发明的范围内，则可以基于本领域技术人员的知识来加以各种变更、修正、改良。
〔磷化铟基板〕
就本发明的实施方式的磷化铟基板而言，在对至少一个表面利用S偏振光照射波长405nm的激光进行检查时，在该表面，利用形貌通道(topography channel)检测出的凹形缺陷为0个。在此，“S偏振光”是电场垂直于入射面地进行振动的偏振光。此外，“利用形貌通道检测”是指，通过上述的激光对磷化铟基板的表面整体进行扫描，基于来自表面的散射光检测出的基板表面的凹形缺陷。此外，具体而言，对于磷化铟基板的表面(主面)的除去最外周3mm的整体，利用KLA Tencor公司制Candela8720，利用S偏振光对磷化铟基板照射波长405nm的激光，由此能利用形貌通道检测出具有规定的直径的凹形缺陷。
“凹形缺陷”表示在基板的表面具有相对于表面凹陷的形状的缺陷而不是贯通孔。凹形缺陷的大小没有特别限定，典型而言，从表面正上方观察时的缺陷的外接圆的直径为20～100μm。此外，凹形缺陷的深度没有特别限定，典型而言，距表面1～5μm。
本发明的实施方式的磷化铟基板如上所述，表面的凹形缺陷为0个，因此在磷化铟基板上实施外延生长而得到的外延生长后的表面的品质提高，使用该基板的光电二极管等的暗电流等半导体器件的特性提高。
上述的凹形缺陷为0个的表面可以仅是磷化铟基板的用于形成外延晶体层的主面，也可以是该主面与背面这两面。
本发明的实施方式的磷化铟基板的直径为100mm以下。磷化铟基板的直径可以为50～100mm，也可以为50～76.2mm。
本发明的实施方式的磷化铟基板也可以包含掺杂物。掺杂物可以为选自S、Zn、Fe以及Sn中的一种以上。对于磷化铟基板的掺杂物浓度也没有限定，可以为1×1016～1×1019cm－3。
〔磷化铟单晶锭的制造方法〕
接着，基于附图，对本发明的实施方式的磷化铟单晶锭的制造方法进行详细叙述。图1是液封直拉(LEC)法中使用的炉(LEC炉100)的剖面示意图。在LEC炉100内设有：被氮气、氩气等惰性气体加压的高压容器101以及通过坩埚支承轴105以可旋转的方式被支承的坩埚104。在坩埚104内设有：成为原料102的磷化铟融液(磷化铟多晶原料)以及B2O3那样的液体的密封剂103。此外，提拉轴108以可旋转且可上下移动的方式从高压容器101的上方朝向坩埚104内垂下。
LEC炉100在坩埚104的上方具有从提拉轴108的下端的侧方覆盖至后述的晶种106那样的热挡板111，还具有覆盖坩埚104的侧方的加热器109的绝热件110。热挡板111在该绝热件110立起。热挡板111和绝热件110例如可以由石英、石墨、pBN(热分解氮化硼)等构成。
接着，对使用上述构成的LEC炉100进行磷化铟单晶的生长的具体例子进行说明。首先，向坩埚104内放入磷化铟多晶原料和作为液体的密封剂103的B2O3，设置于高压容器101内。接着，将坩埚104配置于炉内的最下部。接着，就LEC炉100内而言，在保持15Pa以下的真空状态的状态下，通过加热器109将炉内升温至500℃以上且600℃以下的固定温度。接着，在保持该温度的状态下，将LEC炉100内的压力加压至2.0×106Pa以上且4.0×106Pa以下的范围的任意的压力。接着，在使炉内温度升温至磷化铟熔融的温度后，使晶种106与原料融液的表面接触，慢慢地对提拉轴108进行提拉，由此提拉晶种106，进行磷化铟单晶的生长。
以下，对于升温至上述原料102的熔融温度的工序以及与以往技术的不同和效果进一步进行详细叙述。在LEC法中，通常，为了防止磷(P)的挥发，在原料102熔融时使炉内的压力为高压。以往，当为了原料熔融而通过加热器109将炉内温度从T1加热至T3时，如图3所示，根据波义耳查理定律，炉内压力单调递增。根据这样的升温形态，在炉内的磷化铟多晶和B2O3中水分等杂质会残留，当在包含该水分等杂质的状态下进行晶体生长时，会成为在基板制品产生凹形缺陷的原因。
与此相对，在升温至上述本发明的实施方式的原料102的熔融温度的工序中，首先，在保持15Pa以下的真空状态(P1)的状态下使炉内温度从室温T1升温至固定温度(T2：500℃以上且600℃以下)。T2：500℃以上且600℃以下是水分等杂质挥发的温度。由此，能在即将进行晶体生长之前的环境下使炉内的热场(hot zone)(构成炉内的石墨制的保温筒、加热用加热器等构件以及石英制构件)、原料102的磷化铟多晶以及作为密封剂103的B2O3中所含的水分等杂质充分挥发。此外，在该T2温度下，B2O3软化。当T1～T2为止的升温速度为15～20℃/min时，有利于水分的挥发，制造效率提高，因此优选。
接着，在保持该温度的状态下，将LEC炉100内的压力加压至2.0×106Pa以上且4.0×106Pa以下的范围的任意的压力(P2)。接着，在使炉内温度升温至磷化铟熔融的温度(T3)，使多晶原料熔融后，使晶种106与原料融液的表面接触，慢慢地对提拉轴108进行提拉，由此提拉晶种106，进行磷化铟单晶107的生长。随着T2～T3的温度上升，根据波义耳查理定律，炉内的压力也从P2上升至P3。T3可以设为1050～1300℃，P3为4～5MPa。
通过LEC法进行的磷化铟单晶的提拉可以通过通常应用的条件来进行。例如，可以在提拉速度5～20mm/小时、提拉轴转速5～30rpm、坩埚支承轴转速10～20rpm、提拉轴方向的B2O3中的温度梯度130～85℃/cm的条件下适当调整来进行提拉。
接着，通过在晶体的固化率成为0.7～0.9的时间点将提拉速度设为每小时300mm以下，来进行在晶体肩部即将与热挡板111接触之前将培育晶体从融液切离的工序。在切离培育晶体后，使坩埚104下降，在炉内温度冷却至室温后，取出晶体。由此，得到磷化铟单晶锭。需要说明的是，在本发明中，室温是说LEC炉内的加热器加热前的温度，是指10～30℃左右。
在本发明的实施方式的磷化铟单晶锭的制造方法中，如上所述，在即将进行晶体生长之前，在LEC炉100内，在即将进行晶体生长之前的环境下使炉内的热场、原料102的磷化铟多晶以及作为密封剂103的B2O3中所含的水分等杂质充分挥发而去除，因此能使用该磷化铟单晶锭而得到抑制了凹形缺陷的产生的磷化铟基板。
〔磷化铟基板的制造方法〕
通过从如此得到的磷化铟单晶锭切出磷化铟单晶基板，得到本发明的实施方式的磷化铟基板。更具体而言，能经过以下举例示出的工序，由磷化铟单晶锭制作磷化铟基板。
首先，对磷化铟单晶锭进行磨削，制成圆筒。接着，利用钢丝锯等从经磨削的磷化铟单晶锭切出基板。
接着，为了去除在利用钢丝锯进行的切割工序中产生的加工变质层，通过将切割后的基板浸渍于磷酸水溶液和双氧水的混合溶液等，对表面进行蚀刻。
接着，进行基板的外周部分的倒角，加工为100mm以下的直径。此外，对倒角后的基板的至少一个表面、优选对两面进行研磨(lapping)。
接着，通过将研磨后的基板浸渍于磷酸水溶液、双氧水以及超纯水的混合溶液等，进行表面蚀刻。
接着，利用镜面研磨用的研磨材料对基板的主面进行研磨而精加工成镜面。
接着，进行清洗，由此制造出直径为100mm以下的磷化铟单晶基板。
〔半导体外延晶片〕
通过对本发明的实施方式的磷化铟基板的主面，利用公知的方法使半导体薄膜外延生长，能形成外延晶体层，制作半导体外延晶片。作为该外延生长的例子，可以形成在磷化铟基板的主面使InAlAs缓冲层、InGaAs通道层、InAlAs间隔层以及InP电子供给层外延生长而成的HEMT(High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)结构。在制作具有这样的HEMT结构的半导体外延晶片的情况下，一般而言，对经镜面精加工的磷化铟基板实施利用硫酸/双氧水等蚀刻溶液进行的蚀刻处理来去除附着于基板表面的硅(Si)等杂质。在使该蚀刻处理后的磷化铟基板的背面与基座接触而被基座支承的状态下，通过分子束外延生长法(MBE：Molecular Beam Epitaxy)或金属有机化学气相沉积(MOCVD：MetalOrganic Chemical Vapor Deposition)在磷化铟基板的主面形成外延膜。
[实施例]
以下，提供用于更好地理解本发明及其优点的实施例，但本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)
准备了图1中记载的形态的LEC炉。接着，向坩埚内加入磷化铟多晶原料和作为液封剂的B2O3，并将其设置于高压容器内。接着，使坩埚位于炉内的最下部。其中，本发明的炉内温度是指，通过在坩埚底的石墨制坩埚基座设置的热电偶观测到的温度。
接着，进行LEC炉内的升温。升温条件是基于上述图2中示出的曲线图的条件，具体的数值示于后述的表1。首先，在保持压力P1的真空状态的状态下通过加热器使炉内从室温(T1：20℃)升温至温度T2。T1～T2为止的升温速度设为17℃/min。接着在保持温度T2的状态下，将LEC炉内的压力提高至P2。接着，在使炉内温度升温至作为磷化铟熔融的温度的T3后，使晶种与原料融液的表面接触，慢慢地对提拉轴进行提拉，由此提拉晶种，进行了磷化铟单晶的生长。其中，提拉速度设为10mm/小时，提拉轴转速设为20rpm，坩埚支承轴转速设为15rpm，提拉轴方向的B2O3中的温度梯度设为110℃/cm。
接着，通过在晶体的固化率成为0.7～0.9的时间点将提拉速度设为每小时300mm以下，在晶体肩部即将与热挡板接触之前，进行了培育晶体的切离。在切离培育晶体后，使坩埚下降，在炉内温度冷却至室温后，取出了晶体。由此，制作出磷化铟单晶锭。
对如此得到的磷化铟单晶锭进行磨削而制成圆筒，接着利用钢丝锯等切出基板，获得了直径为50.0mm的磷化铟基板。
(实施例2)
将T1～T2为止的升温速度设为18℃/min，将升温条件控制为表1，除此以外，与实施例1同样地制作出磷化铟基板。
(比较例1～3)
如表1那样控制升温条件，除此以外，与实施例1同样地制作出磷化铟基板。即，在比较例1～3中，升温条件是基于上述图3中示出的曲线图的条件，在即将进行晶体生长之前不使炉内在真空状态下升温，而像以往那样，将炉内从常温/常压加压至炉内压力P2为2.2MPa，然后进行加热使原料熔融，使晶种与原料融液的表面接触，慢慢对提拉轴进行提拉，由此提拉晶种，进行了磷化铟单晶的生长。
(缺陷评价)
对于制作出的磷化铟基板的表面(主面)的整体，利用KLA Tencor公司制Candela8720，利用S偏振光对磷化铟基板照射波长405nm的激光，由此利用形貌通道检测出直径约20μm以上的凹形的凹陷的缺陷。
在KLA Tencor公司制Candela8720的测定中，凹型形状缺陷、凸型形状缺陷均能够计数为缺陷，但在本发明中，没有20μm直径以上的凸形状的缺陷而未被观测到，以及实施例和比较例在水分控制与有无20μm直径以上的凹型形状缺陷方面存在差异，因此实施了凹型缺陷的分析。即，在基板表面上作为观察对象的小坑(在制造工序中在即将进行晶体生长之前因原料中所含的水分等杂质引起的缺陷)能通过Candela8720的测定而检测为凹形缺陷。在此，关于凹型形状缺陷的检测，可以通过以下现象来识别：对基板照射的激光的S偏振光在扫描基板表面时，沿凹型形状的坡下降，在经过凹型形状底部后上升，由此光的反射方向相对于镜面反射向下方向偏移后向上方向偏移，在凸型形状的情况下，成为光的反射方向与凹型形状相反的现象，由此能够识别凹型、凸型。
关于实施例1～2、比较例1～3的磷化铟基板，分别准备一片或多片基板测定上述的缺陷数，计算出其平均值。
将制造条件和评价结果示于表1。在表1的升温条件下，P1～P3、T1～T3分别与图2和图3的曲线图中示出的P1～P3、T1～T3对应。
[表1]
(考察)
就实施例1和2而言，在保持15Pa以下的真空状态的状态下(进行了抽真空的状态)将LEC炉内升温至500℃以上且600℃以下，接着，停止抽真空，利用纯氮气(纯度6N，H2O露点－80℃：0.53ppm以下左右)将LEC炉内的压力加压至2.0×106Pa以上且4.0×106Pa以下的范围的任意的压力后，提拉晶种，进行了磷化铟单晶的生长，因此磷化铟基板的表面的凹形缺陷均为0个。
另一方面，比较例1～3分别基于以往的升温条件进行了磷化铟单晶的生长，因此检测出磷化铟基板的表面的凹形缺陷。
附图标记说明
100：LEC炉；101：高压容器；102：原料；103：密封剂；104：坩埚；105：坩埚支承轴；106：晶种；107：磷化铟单晶；108：提拉轴；109：加热器；110：绝热件；111：热挡板。
Claims (6)
1.一种磷化铟基板，其直径为100mm以下，在对至少一个表面利用S偏振光照射波长405nm的激光进行检查时，在所述表面，利用形貌通道检测出的凹形缺陷为0个。
2.根据权利要求1所述的磷化铟基板，其中，
所述磷化铟基板的直径为50～100mm。
3.一种半导体外延晶片，其具有：如权利要求1或2所述的磷化铟基板以及设于所述磷化铟基板的主面的外延晶体层。
4.一种磷化铟单晶锭的制造方法，其在LEC炉内设置坩埚，在所述坩埚内设置原料和密封剂，通过加热器发热对原料和密封剂进行加热、熔融，使晶种与所产生的原料融液的表面接触，慢慢地提拉，由此进行磷化铟单晶的生长，在所述磷化铟单晶锭的制造方法中，
在保持15Pa以下的真空状态的状态下，将所述LEC炉内从室温升温至500℃以上且600℃以下，接着将所述LEC炉内的压力加压至2.0×106Pa以上且4.0×106Pa以下的范围的任意的压力后，提拉所述晶种，进行磷化铟单晶的生长。
5.一种磷化铟基板的制造方法，其包括从利用如权利要求4所述的磷化铟单晶锭的制造方法制造出的磷化铟单晶锭切出磷化铟基板的工序。
6.根据权利要求5所述的磷化铟基板的制造方法，其中，
所述磷化铟基板的直径为100mm以下。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021-015354 | 2021-02-02 | ||
| JP2021015354A JP7046242B1 (ja) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | リン化インジウム単結晶インゴットの製造方法及びリン化インジウム基板の製造方法 |
| PCT/JP2021/037240 WO2022168369A1 (ja) | 2021-02-02 | 2021-10-07 | リン化インジウム基板、半導体エピタキシャルウエハ、リン化インジウム単結晶インゴットの製造方法及びリン化インジウム基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116324047A true CN116324047A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=81255852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180070903.5A Pending CN116324047A (zh) | 2021-02-02 | 2021-10-07 | 磷化铟基板、半导体外延晶片、磷化铟单晶锭的制造方法以及磷化铟基板的制造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11926924B2 (zh) |
| EP (1) | EP4206368A1 (zh) |
| JP (3) | JP7046242B1 (zh) |
| CN (1) | CN116324047A (zh) |
| TW (1) | TWI769943B (zh) |
| WO (1) | WO2022168369A1 (zh) |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59102899A (ja) | 1982-11-30 | 1984-06-14 | Toshiba Corp | ＧａＰ単結晶の製造方法 |
| JPS63107886A (ja) * | 1986-10-25 | 1988-05-12 | Shiro Sakuragi | 雰囲気ガス制御による結晶製造方法 |
| JPH1154579A (ja) | 1997-07-31 | 1999-02-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 半導体基板の評価方法 |
| JP2000327496A (ja) | 1999-05-19 | 2000-11-28 | Japan Energy Corp | ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
| JP2002234792A (ja) | 2001-02-07 | 2002-08-23 | Showa Denko Kk | 単結晶製造方法 |
| JP2003137699A (ja) * | 2001-10-26 | 2003-05-14 | Showa Denko Kk | ＩｎＰ単結晶およびその製造方法 |
| JP5233070B2 (ja) * | 2003-05-07 | 2013-07-10 | 住友電気工業株式会社 | 燐化インジウム基板および燐化インジウム単結晶とその製造方法 |
| JP2005150187A (ja) | 2003-11-12 | 2005-06-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 化合物半導体エピタキシャル基板の製造方法 |
| JP4966007B2 (ja) | 2004-04-28 | 2012-07-04 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | ＩｎＰ単結晶ウェハ及びＩｎＰ単結晶の製造方法 |
| JP2008120614A (ja) | 2006-11-09 | 2008-05-29 | Hitachi Cable Ltd | 化合物半導体単結晶基板及びその製造方法 |
| EP1950326A1 (en) | 2007-01-29 | 2008-07-30 | Interuniversitair Microelektronica Centrum | Method for removal of bulk metal contamination from III-V semiconductor substrates |
| DE102007026298A1 (de) | 2007-06-06 | 2008-12-11 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Anordnung und Verfahren zur Herstellung eines Kristalls aus der Schmelze eines Rohmaterials sowie Einkristall |
| JP4674382B1 (ja) | 2010-04-07 | 2011-04-20 | レーザーテック株式会社 | 検査装置及び欠陥検査方法 |
| EP2982783A4 (en) * | 2013-03-26 | 2017-01-04 | JX Nippon Mining & Metals Corporation | Compound semiconductor wafer, photoelectric conversion element, and method for producing group iii-v compound semiconductor single crystals |
| WO2018179567A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Ｊｘ金属株式会社 | 化合物半導体および化合物半導体単結晶の製造方法 |
| CN109290875B (zh) | 2017-07-25 | 2021-06-22 | 北京通美晶体技术股份有限公司 | 背面有凹坑的磷化铟晶片、制法和制备其的腐蚀液 |
| US12032148B2 (en) | 2018-04-17 | 2024-07-09 | Hitachi High-Tech Corporation | Microscope slide, method for manufacturing microscope slide, observation method, and analysis method |
| JPWO2020158316A1 (ja) | 2019-01-29 | 2021-12-09 | 富士フイルム株式会社 | 感光性転写材料、樹脂パターンの製造方法、回路配線の製造方法、タッチパネルの製造方法、並びに、フィルム及びその製造方法 |
| CN112226813A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-15 | 北京工业大学 | 一种目标单晶生长装置及方法 |
-
2021
- 2021-02-02 JP JP2021015354A patent/JP7046242B1/ja active Active
- 2021-10-07 EP EP21924756.6A patent/EP4206368A1/en active Pending
- 2021-10-07 US US18/031,088 patent/US11926924B2/en active Active
- 2021-10-07 WO PCT/JP2021/037240 patent/WO2022168369A1/ja unknown
- 2021-10-07 CN CN202180070903.5A patent/CN116324047A/zh active Pending
- 2021-10-19 TW TW110138695A patent/TWI769943B/zh active
-
2022
- 2022-01-31 JP JP2022013453A patent/JP2022118721A/ja active Pending
-
2023
- 2023-07-25 JP JP2023121033A patent/JP2023145595A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023145595A (ja) | 2023-10-11 |
| TW202231575A (zh) | 2022-08-16 |
| US20230374700A1 (en) | 2023-11-23 |
| JP7046242B1 (ja) | 2022-04-01 |
| WO2022168369A1 (ja) | 2022-08-11 |
| EP4206368A1 (en) | 2023-07-05 |
| JP2022118663A (ja) | 2022-08-15 |
| JP2022118721A (ja) | 2022-08-15 |
| US11926924B2 (en) | 2024-03-12 |
| TWI769943B (zh) | 2022-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1634981B1 (en) | Indium phosphide substrate, indium phosphide single crystal and process for producing them | |
| EP2245218B1 (en) | Method for producing group iii nitride wafers and group iii nitride wafers | |
| JPH03122097A (ja) | 単結晶の２‐６族または３‐５族化合物の製造法及びそれより作られる製品 | |
| US11371164B2 (en) | Compound semiconductor and method for producing single crystal of compound semiconductor | |
| US20090072205A1 (en) | Indium phosphide substrate, indium phosphide single crystal and process for producing them | |
| US5871580A (en) | Method of growing a bulk crystal | |
| EP0036891B1 (en) | Minimization of strain in single crystals | |
| JP2003206200A (ja) | ｐ型ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法 | |
| TWI769943B (zh) | 磷化銦基板、半導體磊晶晶圓、磷化銦單晶錠之製造方法及磷化銦基板之製造方法 | |
| JPH0797299A (ja) | ＳｉＣ単結晶の成長方法 | |
| US6752976B2 (en) | Inp single crystal substrate | |
| JP4178989B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体ウェーハの製造方法 | |
| JP2004099390A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法及び化合物半導体単結晶 | |
| JP3560180B2 (ja) | ＺｎＳｅホモエピタキシャル単結晶膜の製造法 | |
| JP4200690B2 (ja) | ＧａＡｓウェハの製造方法 | |
| CN109898135B (zh) | β-Ga2O3系单晶衬底的制造方法 | |
| JP2003146791A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| TW202201493A (zh) | 半導體基板的製造方法、半導體基板以及成長層的形成方法 | |
| Walther | 8.1 Crystal growth and wafer technology: 8 Crystal growth, wafer technology, and epitaxy | |
| JP2003137699A (ja) | ＩｎＰ単結晶およびその製造方法 | |
| JPH0444222A (ja) | ＡｌＧａＡｓ単結晶基板の製法 | |
| JPH0755880B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |