JP2006278523A - ウェハ及びその製造方法、並びに半導体基板及びその製造方法 - Google Patents

ウェハ及びその製造方法、並びに半導体基板及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 表面に形成されるエピタキシャル膜の特性を均一で良好にできるウェハの製造方法を提供することこと。
【解決手段】 表面11Aにエピタキシャル膜を形成するためのウェハ10を製造するウェハの製造方法であって、表面15A及び裏面15Bが平坦面に形成されたウェハ15を準備する準備工程と、この準備工程にて準備されたウェハの表面に中央領域が突出する中央凸部19を形成し、裏面に周辺領域が突出する周辺凸部20を形成する凸部形成工程と、この凸部形成工程を経たウェハ18の表面18A及び裏面18Bに押圧力Fを作用して当該ウェハに歪を生じさせ、この状態で表面及び裏面を平面研削する研削工程とを有し、表面11A側に凸の湾曲形状を有し、当該表面11Aにエピタキシャル膜を形成するための加熱処理時には平坦に変形するウェハ10を製造するものである。
【選択図】 図4

Description

本発明は、表面に膜を形成して半導体基板を製造するためのウェハ及びその製造方法、並びに半導体基板及びその製造方法に関する。
LEDを(発光ダイオード)始めとする半導体素子は半導体基板を加工して製造され、当該半導体基板は、ウェハの表面に膜を形成して製造される。例えば、GaAsウェハの表面に窒化ガリウムをエピタキシャル成長させてエピタキシャル膜を形成して半導体基板を製造し、当該半導体基板を加工してLD(レーザーダイオード)やLEDなどの発光素子を始めとする、多様な半導体素子が製造される(特許文献1)。
上記エピタキシャル成長を実施する場合、まず、ウェハの表面及び裏面を研削し、これらの表面及び裏面の研削痕を除去して、平坦形状で表面が鏡面加工されたウェハを準備する。次に、このウェハ1(図6の破線表示)を加熱装置のサセプター2に載置し、当該加熱装置のコイル3を用いてウェハ1を裏面1B側から加熱し、ウェハ1を所定温度にした状態で、このウェハ1の表面1Aにエピタキシャル膜を形成する。
特開2004‐356609号公報
ところが、上述の加熱処理時には、ウェハ1は、裏面1B側が先に加熱されるため、裏面1Bの熱膨張が表面1Aより大きいため、図6の実線に示すように、表面1A側に凹の湾曲形状に反ってしまう。このため、ウェハ1の表面1Aの温度が周辺部において低くなって不均一となり、エピタキシャル成長にばらつきが生じて、表面1Aに形成されるエピタキシャル膜の特性が不均一になってしまう。
例えば、ウェハ1の表面1AにMOCVD技術を用いてエピタキシャル成長を実施し、LD構造のエピタキシャル膜を形成して半導体基板を製造した場合、この半導体基板の表面における外周に曇りが発生してエピタキシャル膜の特性が低下し、また、レーザー発振波長も半導体基板の表面において同心円形状の分布を示し、面内において不均一となってしまう。
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、表面に形成される膜の特性を均一で良好にできるウェハ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、ウェハの表面に形成された膜の特性が均一で良好な半導体基板及びその製造方法を提供することにある。
上述の課題を解決するための第1の構成は、膜が形成される表面を備えたウェハにおいて、上記表面に上記膜を形成するための加熱処理時に反る形状と反対の上記表面側が、凸の湾曲形状に形成されていることを特徴とするウェハである。
第2の構成は、第1の構成に記載のウェハであって、上記表面に形成される膜が、エピタキシャル成長により形成される膜であることを特徴とするウェハである。
第3の構成は、表面に膜を形成するためのウェハを製造するウェハの製造方法であって、上記表面及び裏面が平坦面に形成されたウェハを準備する準備工程と、この準備工程にて準備されたウェハの上記表面に中央領域が突出する中央凸部を形成し、上記裏面に周辺領域が突出する周辺凸部を形成する凸部形成工程と、この凸部形成工程を経たウェハの上記表面及び上記裏面に圧力を作用して当該ウェハに歪を生じさせ、この状態で上記表面及び上記裏面を平面研削する研削工程とを有し、上記表面側に凸の湾曲形状を有するウェハを製造することを特徴とするウェハの製造方法である。
第4の構成は、第3の構成に記載のウェハの製造方法であって、上記研削工程の後に、ウェハの表面及び裏面の研削痕を除去する除去工程を実施することを特徴とするウェハの製造方法である。
第5の構成は、第3または第4の構成に記載のウェハの製造方法であって、上記表面の中央凸部の突出量と裏面の周辺凸部の突出量との和が、形成するウェハの湾曲形状の反り量にほぼ等しく設定されることを特徴とするウェハの製造方法である。
第6の構成は、第3乃至第5の構成のいずれかに記載のウェハの製造方法であって、上記表面の中央凸部の外径が、裏面の周辺凸部の内径よりも小さいかまたは等しく設定されることを特徴とするウェハの製造方法である。
第7の構成は、第3乃至第6の構成のいずれかに記載のウェハの製造方法であって、上記中央凸部及び周辺凸部をエッチング処理にて形成することを特徴とするウェハの製造方法である。
第8の構成は、第1または第2の構成に記載のウェハの表面に、膜が形成されて構成されたことを特徴とする半導体基板である。
第9の構成は、第8の構成に記載の半導体基板であって、上記膜がエピタキシャル成長により形成された膜であることを特徴とする半導体基板である。
第10の構成は、第3乃至第7の構成のいずれかに記載のウェハの製造方法によって得られたウェハの表面に膜を形成して、半導体基板を製造することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
第11の構成は、第10の構成に記載の半導体基板の製造方法であって、上記ウェハの表面に形成する膜が、エピタキシャル成長により形成される膜であることを特徴とする半導体基板の製造方法である。
第1または第2の構成に記載の発明によれば、表面に膜を形成するための加熱処理時に反る形状と反対の、上記表面側に凸の湾曲形状にウェハが構成されたことから、このウェハの表面に膜を形成するための加熱処理時に当該ウェハを平坦化できる。この結果、上記加熱処理時にウェハの表面が均一な温度になるので、この表面に形成される膜の特性を当該表面において均一で良好にできる。
第3乃至第7の構成のいずれかに記載の発明によれば、ウェハの表面に中央凸部を、裏面に周辺凸部をそれぞれ形成し、このウェハに表面及び裏面から圧力を作用して歪を生じさせた状態で、表面及び裏面を平面研削することから、表面側に凸の湾曲形状のウェハを良好に製造することができる。
第8または第9の構成に記載の発明によれば、膜を形成するための加熱処理時にウェハが平坦になり、このウェハの表面の温度が均一になるので、この表面に形成される膜の特性が均一となり、全面に亘り均一な品質の半導体基板を製造することができる。
第10または第11の構成に記載の発明によれば、膜を形成するための加熱処理時にウェハが平坦になるので、このウェハの表面の温度が均一になって、この表面に形成される膜の特性を均一で良好にでき、この結果、全面に亘り品質が均一な半導体基板を製造することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
図1は、本発明に係るウェハの一実施の形態を示す側面図である。図2は、図1のウェハを示し、(A)が表面図、(B)が裏面図である。尚、図2(A)(B)に記載された線はウェハの湾曲構造を示す等高線である。
図示しない半導体基板を製造するためのウェハ10は、図1及び図2に示すように、表面11Aが鏡面加工され、裏面11Bが粗面に加工されている。このウェハ10の表面11Aに膜が形成され、例えばエピタキシャル成長によるエピタキシャル膜が形成されて、半導体基板が製造される。
更に、上記ウェハ10は、表面11Aにエピタキシャル膜を形成するために加熱処理されるが、この加熱処理時に反る形状と反対の形状、つまり、表面11A側に凸の湾曲形状で、図2にも示すように、表面11Aが凸曲面に、裏面11Bが凹曲面にそれぞれ形成されて構成される。このウェハ10の反り量Hは、平坦なウェハが上記加熱処理されたときに反る反り量H0(図6)に対応して設定され、例えば、この反り量H0とほぼ等しく設定されて、上記加熱処理時にウェハ10が平坦になるように構成される。ここで、ウェハ10の反り量Hは、凸曲面形状の表面11Aの頂点Pと、凹曲面形状の裏面11Bにおける底面Nとの距離である。この反り量Hは、例えば5〜20μmの値に設定される。当該反り量Hは、後述する成膜工程において、ウェハの加熱により生じるウェハのそりをキャンセルできる量を適宜選択すれば良い。
従って、このウェハ10の表面11Aにエピタキシャル膜を形成すべく、当該ウェハ10を図3に示す加熱装置12のサセプター13に載置し、コイル14により上記ウェハ10を裏面11B側から加熱したとき、このウェハ10は、図3の破線に示す湾曲形状から実線に示す平坦形状に変形し、ウェハ10の表面11Aにおける全面が均一な温度に加熱される。このため、上記加熱状態下において、例えば、MOCVD技術を用いてウェハ10の表面11Aにエピタキシャル膜を形成して、LD構造をもつ半導体基板を製造したとき、このエピタキシャル膜の特性は、表面11Aの全面に亘り均一となる。即ち、半導体基板におけるエピタキシャル膜の外周に曇りが発生せず、且つレーザー発振波長も半導体基板の全面に亘り均一で良好なものとなる。
次に、ウェハ10を上述の如く表面11A側に凸の湾曲形状に構成する製造手順を、図4を用いて説明する。この製造手順は、図4(A)に示す準備工程と、図4(B)〜(D)に示す凸部形成工程と、図4(E)に示す研削工程と、図4(F)及び(G)に示す除去工程とを有してなる。表面11A側に凸の湾曲形状を有するウェハは、この後、ポリッシュ(または研磨)工程を経て、成膜工程において所定の膜が形成される。
まず、準備工程では、図4(A)に示すように、インゴットからスライスされた厚肉のウェハ原板において、表面15A及び裏面15Bを平坦面に形成してウェハ15を準備する。
次に、凸部形成工程では、まず、図4(B)及び図5に示すように、ウェハ15における表面15Aの中央領域に円形状のレジスト膜16を施し、裏面15Bの周辺領域にリング形状のレジスト膜17を施す。ここで、ウェハ15が2インチ以上であれば本発明を適用可能であるが、例えば、ウェハ15が3インチウェハの場合は、外径D0がD0=76mmとなるので、上記レジスト膜16の外径d1を、例えば40mm、上記レジスト膜17の内径d2を、例えば50mmにそれぞれ設定する。そして、このレジスト膜16及び17をマスクにしてウェハ15をエッチング処理し(図4(C))、その後、上記レジスト膜16及び17を除去して、表面18Aに中央凸部19が形成され、裏面18Bに周辺凸部20が形成されたウェハ18を形成する(図4(D))。尚、上記マスクは、レジスト膜に限られるものではなく、マスキングテープを用いることもできる。
上記ウェハ18において、中央凸部19は円形状であり、その外径D1は前記レジスト膜16の外径d1と同一径である。また、周辺凸部20はリング形状であり、その内径D2は、前記レジスト膜17の内径d2と同一径である。このとき、中央凸部19の外径D1は、周辺凸部20の内径D2によりも小さいかまたは等しく設定される。これは、後述の研削工程でウェハ18に表面18A及び裏面18Bから押圧力Fが作用した際に、このウェハ18を変形させ易くするためである。
更に、中央凸部19の突出量H1と周辺凸部20の突出量H2との和は、形成されるウェハ10の表面11A側に凸の湾曲形状の反り量H(図1)とほぼ等しく設定される。従って、上記突出量H1とH2との和は5〜20μmに設定される。このように、ウェハ18の表面18A、裏面18Bは、中央凸部19、周辺凸部20がそれぞれ形成されて共に段差形状に構成される。
次に、研削工程では、凸部形成工程を経て中央凸部19及び周辺凸部20が形成されたウェハ18を研削装置の上下定盤間で挟持し、これらの定盤によりウェハ18の表面18A及び裏面18Bに、互いに接近する方向の押圧力Fを作用する。ウェハ18は、表面18A及び裏面18Bが段差形状に構成されているため、上記押圧力Fの作用によって変形し歪が生ずる。この研削工程では、このようにウェハ18に歪を生じさせた状態で、注入される研削液により表面18A及び裏面18Bが平面になるように、当該ウェハ18を平面研削する。この研削工程により、ウェハ18の表面18A及び裏面18Bが合計で40μm以上研削されて、薄肉で平坦形状のウェハ21が形成され、表面21A、裏面21Bがそれぞれ粗面加工される。これは、片面で20μm研削すれば、上述した準備工程におけるスライスで生じた厚さムラと、スライスダメージ層とを除去できるからである、
但し、この研削量は、形成すべきウェハ10の種類に応じて適宜変更して設定される。また、研削工程における表面18A、裏面18Bの研削は、研削装置により表面18A、裏面18Bを同時に研削する。尚、図4(E)中の一点鎖線は、ウェハ18が平面研削されるときの研削面の一例を示す。
上記研削工程の後に除去工程を実施して、ウェハ21の表面21A及び裏面21Bの研削痕を、例えばエッチング処理によって除去する。この除去工程の実施により、平坦形状の上記ウェハ21は、研削工程での歪が解消されて、表面11A側に凸の湾曲形状に変形されてウェハ10になる。
除去工程が完了したウェハ10は、ポリッシュ(または研磨)工程にて、表面11A側をメカノケミカル研磨等により鏡面研磨した後、有機溶剤、アルカリ系水溶液、純水、等で洗浄し、更にエッチング液で極微量のエッチング等を行った後、純水でリンスして仕上げる。当該仕上げ工程では、上述の湾曲構造はそのまま維持される。
仕上げられたウェハ10は、成膜工程において、加熱装置に搬入されて加熱され、ウェハ10の表面11Aに、所定の物質のエピタキシャル成長が実施されて膜(エピタキシャル膜)は形成され、半導体基板となる。
以上のように構成されたことから、上記実施の形態によれば、次の効果(1)及び(2)を奏する。
(1)ウェハ10が、表面11Aにエピタキシャル膜を形成するための加熱処理時に反る形状と反対の、上記表面11A側に凸の湾曲形状に構成されたことから、このウェハ10の表面11Aにエピタキシャル膜を形成するための加熱処理時に当該ウェハ10を平坦化できる。この結果、上記加熱処理時に平坦形状のウェハ10の表面が均一な温度となるので、この表面11Aに形成されるエピタキシャル膜の特性を、当該表面11Aにおいて均一で良好にできる。従って、表面の全面に亘りに均一な品質の半導体基板を製造することができる。
(2)ウェハ18の表面18Aに中央凸部19を、裏面18Bに周辺凸部20をそれぞれ形成し、このウェハ18に表面18A及び裏面18Bから押圧力Fを作用して歪を生じさせた状態で、これらの表面18A及び裏面18Bを平面研削してウェハ21を形成し、このウェハ21の表面21A及び裏面21Bの研削痕を除去してウェハ10を製造することから、表面11A側に凸の湾曲形状のウェハ10を良好に製造することができる。
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、ウェハ10の表面11Aにエピタキシャル膜を形成するものを述べたが、他の膜を形成する場合であっても、本発明を適用できる。
(実施例1)
(準備工程)
外径約80mmのGaAsインゴットから、ワイヤーソーを用いてスライス板とし、当該スライス板を炭化水素系の有機溶剤で洗浄して、厚さ約0.6mmの粗GaAsウェハを得た。当該粗GaAsウェハの表(おもて)面の中心に径40mm、裏面の径50mmの外側にそれぞれレジスト膜を設けた。尚、レジスト膜には東京応化(株)製のフォトレジストを用い、ホットプレート上での1分間加熱により硬化させた。
(凸部形成工程)
当該レジスト膜が設けられた粗GaAsウェハを、エッチング液中に浸積し表裏両面のエッチングを行った。エッチング液として、25℃のアンモニア+過酸化水素+純水(1:2:4)を用い約1分間のエッチングにより、表裏両面を合わせて8μmのエッチングを行った。エッチング完了後、アセトンを満たした超音波洗浄槽内で5分間の洗浄を行い、表面に突出量4μmの中央凸部を、裏面に突出量4μmの周辺凸部を有するGaAsウェハを得た。
(研削工程)
当該中央凸部と周辺凸部とを有するGaAsウェハへ、外周端面研削機によるベベル研削を行い、外周76.0mmのGaAsウェハを得た。当該GaAsウェハを両面研削加工機のガラス定盤へ設置し、アルミナ砥石と純水とを供給しながら上定盤圧力2.0kg/cmを掛け、表裏両面のラップ加工を行った。研削量は表裏両面で40μmとした。
(除去工程)
研削後のGaAsウェハを、再びエッチング液中に浸積し表裏両面のエッチングを行った。エッチング液として、17℃のアンモニア+過酸化水素+純水(1:8:11)を用い約2分間のエッチングにより、表裏両面を合わせて約10μmのエッチングを行って、ラップ工程での研削痕の除去を行った。
(ポリッシュ(または研磨)工程)
再エッチング後のGaAsウェハの裏面に接着剤(液状ワックス)を設け、表面を平坦に研削加工したアルミナセラミック板に添付した後、片側研磨機を用い、次亜塩素酸系水溶液と多孔質研磨布とによるメカノケミカル研磨を行った後、純水で1分間洗浄し窒素ブロー乾燥を行った。この乾燥の後、GaAsウェハをアルミナセラミック板から剥ぎ取った。剥ぎ取られたGaAsウェハを、まず有機溶剤洗浄によりワックスを溶解除去し、アルカリ系水溶液にて洗浄後、純水にてリンスし、IPA蒸気により乾燥させた。
当該乾燥後のGaAsウェハを、20℃のアンモニア+過酸化水素+純水(1:1:20)を用いて極微量のエッチングを行い、純水にてリンスし、スピン乾燥を行ってGaAsウェハを得た。
当該得られたGaAsウェハのそり形状写真及びその模式図を図7(A).(B)に示す。
図7(A).(B)から、実施例1に係るGaAsウェハは、表面側に凸の湾曲構造を有するウェハであることが確認された。尚、GaAsウェハのそり形状模式図である図7(B)において、O.F.とはオリエンテーションフラットのことであり、I.F.とはインデックスフラットのことであり、記載された線は2μm毎の等高線である。
(成膜工程)
当該得られたGaAsの表面にエピタキシャル膜を形成すべく、当該ウェハを加熱装置のサセプターに載置し、裏面側から加熱したとき、このウェハは、湾曲形状から平坦形状に変形し、ウェハの表面における全面が均一な温度に加熱される。このため、上記加熱状態下において、MOCVD技術を用いてエピタキシャル膜を形成し、LD構造をもつ半導体基板を製造したとき、このエピタキシャル膜の特性は、表面の全面に亘り均一となった。そして、半導体基板におけるエピタキシャル膜の外周に曇りが発生せず、且つレーザー発振波長も半導体基板の全面に亘り均一で良好なものであった。
(実施例2)
実施例1にて説明した、「凸部形成工程」において、2分間のエッチングにより、表裏両面を合わせて14μmのエッチングを行った以外は、実施例1と同様の処理を行って、実施例2に係るGaAsウェハを得た。当該得られたGaAsウェハのそり形状写真及びその模式図を図8(A).(B)に示す。図8(A).(B)から、実施例2に係るGaAsウェハは、表面側に凸の湾曲構造を有するウェハであることが確認された。尚、GaAsウェハのそり形状模式図である図8(B)において、O.F.、I.F.、記載された等高線は実施例1と同様である。
(比較例1)
実施例1にて説明した、「凸部形成工程」である、マスキング、そり形状修正エッチング、マスキング除去を行わない以外は、実施例1と同様の処理を行って、従来の技術に係るGaAsウェハを得た。当該得られたGaAsウェハのそり形状写真及びその模式図を図9(A).(B)に示す。図9(A).(B)から、比較例1に係るGaAsウェハは、鞍型の湾曲構造を有するウェハであることが確認された。尚、GaAsウェハのそり形状模式図である図9(B)おいて、O.F.、I.F.、記載された等高線は実施例1と同様である。
「成膜工程」において、当該得られたGaAsの表面にエピタキシャル膜を形成すべく、当該ウェハを加熱装置のサセプターに載置し、裏面側から加熱したとき、このウェハは鞍型の湾曲構造であったため、外周が中央よりもせり上がった表面側に凹の湾曲形状に変形し、ウェハの表面が不均一な温度に加熱された。このため、上記加熱状態下において、MOCVD技術を用いてエピタキシャル膜を形成し、LD構造をもつ半導体基板を製造したとき、このエピタキシャル膜の特性は表面の全面に亘って均一とはならず、半導体基板におけるエピタキシャル膜の外周に曇りが発生し、且つレーザー発振波長も半導体基板の中央部と周辺部とでは異なるものであった。
本発明に係るウェハの一実施の形態を示す側面図である。 図1のウェハを示し、(A)が表面図、(B)が裏面図である。 図1のウェハにエピタキシャル膜を形成するために加熱処理したときの状況を示す側面図である。 図1のウェハを製造する製造工程を示す動作図である。 図4(B)のレジスト膜の塗布状況を示し、(A)が表面図、(B)が裏面図である。 従来のウェハにエピタキシャル膜を形成するために加熱処理したときの状況を示す側面図である。 実施例1に係るウェハのそり形状写真(A)とその模式図(B)である。 実施例2に係るウェハのそり形状写真(A)とその模式図(B)である。 比較例1に係るウェハのそり形状写真(A)とその模式図(B)である。
符号の説明
10 ウェハ
11A 表面
11B 裏面
12 加熱装置
19 中央凸部
20 周辺凸部
H、H0 反り量
H1、H2 突出量
D1 外径
D2 内径

Claims (11)

  1. 膜が形成される表面を備えたウェハにおいて、
    上記表面に上記膜を形成するための加熱処理時に反る形状と反対の上記表面側が、凸の湾曲形状に形成されていることを特徴とするウェハ。
  2. 上記表面に形成される膜が、エピタキシャル成長により形成される膜であることを特徴とする請求項1に記載のウェハ。
  3. 表面に膜を形成するためのウェハを製造するウェハの製造方法であって、
    上記表面及び裏面が平坦面に形成されたウェハを準備する準備工程と、
    この準備工程にて準備されたウェハの上記表面に中央領域が突出する中央凸部を形成し、上記裏面に周辺領域が突出する周辺凸部を形成する凸部形成工程と、
    この凸部形成工程を経たウェハの上記表面及び上記裏面に圧力を作用して当該ウェハに歪を生じさせ、この状態で上記表面及び上記裏面を平面研削する研削工程とを有し、
    上記表面側に凸の湾曲形状を有するウェハを製造することを特徴とするウェハの製造方法。
  4. 上記研削工程の後に、ウェハの表面及び裏面の研削痕を除去する除去工程を実施することを特徴とする請求項3に記載のウェハの製造方法。
  5. 上記表面の中央凸部の突出量と裏面の周辺凸部の突出量との和が、形成するウェハの湾曲形状の反り量にほぼ等しく設定されることを特徴とする請求項3または4に記載のウェハの製造方法。
  6. 上記表面の中央凸部の外径が、裏面の周辺凸部の内径よりも小さいかまたは等しく設定されることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載のウェハの製造方法。
  7. 上記中央凸部及び周辺凸部をエッチング処理にて形成することを特徴とする請求項3乃至6のいずれかに記載のウェハの製造方法。
  8. 請求項1または2に記載のウェハの表面に、膜が形成されて構成されたことを特徴とする半導体基板。
  9. 上記膜が、エピタキシャル成長により形成された膜であることを特徴とする請求項8に記載の半導体基板。
  10. 請求項3乃至7のいずれかに記載のウェハの製造方法によって得られたウェハの表面に膜を形成して、半導体基板を製造することを特徴とする半導体基板の製造方法。
  11. 上記ウェハの表面に形成する膜が、エピタキシャル成長により形成される膜であることを特徴とする請求項10に記載の半導体基板の製造方法。
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