JP2015202990A - 化合物半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記課題を解決するため、本発明の目的は、製造過程で発生する基板の反りやクラックならびに基板の破断を抑制して大口径化を図ることができる化合物半導体基板の製造方法を提供することである。
請求項1は、上記の目的を達成するため、つぎの構成を採用した化合物半導体基板の製造方法である。
エピタキシャル成長によって基板上に化合物半導体層を成長させる化合物半導体基板の製造方法であって、
上記基板は、少なくともいずれかに上記化合物半導体層を成長させることができる第1の面と第2の面を有し、上記第1の面と第2の面に挟まれた部分を補強するための補強部が設けられ、
上記補強部の厚みが、上記エピタキシャル成長によって成長させる化合物半導体層の最終厚みよりも厚い厚みに設定されている。
請求項2は、請求項1記載の構成に加えてさらに、つぎの構成を採用した。
上記補強部は、上記第1の面と第2の面に挟まれた部分の周囲を囲むように形成されている。
請求項3は、請求項1または2記載の構成に加えてさらに、つぎの構成を採用した。
上記基板は、素材基板の片面もしくは両面に対し、研削とエッチングの少なくともいずれかを施すことにより、厚みの薄い上記第1の面と第2の面に挟まれた部分を形成するとともに、それ以外の部分に補強部を形成したものである。
請求項4は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の構成に加えてさらに、つぎの構成を採用した。
上記第1の面と第2の面に挟まれた部分は、上記エピタキシャル成長によって成長させる化合物半導体層の最終厚みよりも薄い厚みに設定されている。
請求項5は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の構成に加えてさらに、つぎの構成を採用した。
上記エピタキシャル成長によって上記基板上に上記化合物半導体層として単結晶SiC層を形成する。
請求項6は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の構成に加えてさらに、つぎの構成を採用した。
上記基板が、単結晶Si基板もしくはSOI基板である。
請求項1記載の化合物半導体基板の製造方法は、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
この方法によれば、反りやクラックが発生することなく、化合物半導体層を厚く成長させることができる。
すなわち、少なくともいずれかに化合物半導体層を成長させることができる第1の面と第2の面を有し、上記第1の面と第2の面に挟まれた部分を補強するための補強部が設けられた上記基板上に、エピタキシャル成長によって化合物半導体層を成長させる。上記化合物半導体層は、上記基板の第1の面と第2の面の少なくともいずれかに成長する。
このとき、上記補強部の厚みは、上記エピタキシャル成長によって成長させる化合物半導体層の最終厚みよりも厚い厚みに設定されている。これにより、厚く強度の高い補強部により、上記第1の面と第2の面に挟まれた部分が補強され、上記第1の面と第2の面に挟まれた部分の反りが抑制される。したがって、最終厚みまで成長させた化合物半導体層に反りやクラックが発生することを防止できる。この方法によれば、反りやクラックが発生することなく化合物半導体層を厚く成長させることができ、表面の積層欠陥を有効に減少させることができる。また、基板の表面に列状の起伏によるパターンを形成させる必要がないため、工程が複雑化することもない。
請求項2記載の化合物半導体基板の製造方法は、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
上記第1の面と第2の面に挟まれた部分の周囲を囲むように形成された上記補強部により、最終厚みまで成長させた化合物半導体層や補強部よりも相対的に厚みが薄く強度の弱い第1の面と第2の面に挟まれた部分を有効に補強する。このため、工程間のハンドリング時やエピタキシャル成長の際に、第1の面と第2の面に挟まれた部分に変形が生じにくく、最終厚みまで成長させた化合物半導体層に、基板の変形に起因する反りや変形が発生することを防止できる。
請求項3記載の化合物半導体基板の製造方法は、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
素材基板の片面もしくは両面に対し、研削とエッチングの少なくともいずれかを施すことにより形成された第1の面と第2の面に挟まれた部分は、研削やエッチングによる微小な段差として表面に形成される。したがって、第1の面と第2の面に挟まれた部分と補強部の境界には、研削やエッチングによって段差が生じる。この境界の段差は、エピタキシャル成長によって応力が加わったときの破断の起点となりやすい。したがって、最終厚みまで化合物半導体層を成長させたときに、上記段差部分で基板に破断が起こる。このため、第1の面と第2の面に挟まれた部分が破断されにくくなり、大口径の化合物半導体基板を得ることができる。
請求項4記載の化合物半導体基板の製造方法は、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
上記第1の面と第2の面に挟まれた部分が、上記エピタキシャル成長によって成長させる化合物半導体層の最終厚みよりも薄い厚みに設定されている。このため、上記化合物半導体層が上記基板の第1の面と第2の面の少なくともいずれかに成長するとき、成長させる化合物半導体と基板との間に格子定数や熱膨張係数の違いがあったとしても、上記化合物半導体層の最終厚みよりも薄い厚みに設定された第1の面と第2の面に挟まれた部分が、相対的に強度が弱いためにスリップ等の塑性変形が生じやすい。したがって、最終厚みまで成長させた化合物半導体層に反りやクラックが発生することを防止できる。この方法によれば、反りやクラックが発生することなく化合物半導体層を厚く成長させることができ、積層欠陥や貫通転位などの結晶欠陥を有効に減少させることができる。
請求項5記載の化合物半導体基板の製造方法は、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
上記エピタキシャル成長によって上記基板上に上記化合物半導体層として単結晶SiC層を形成することにより、反りやクラックの少ない単結晶SiC基板を得ることができる。
請求項6記載の化合物半導体基板の製造方法は、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
上記基板が単結晶Si基板もしくはSOI基板であるときに、反りやクラックの少ない単結晶SiC基板を得ることができる。
図1は、本実施形態の化合物半導体基板2Aの製造方法に使用する基板1の一例を示す図である。
本発明が対象とする化合物半導体には、エピタキシャル成長によって基板1上に成長させることができる各種の化合物半導体を含む趣旨である。たとえば、単結晶3C−SiC、GaN、AlN等をあげることができる。
上記基板1は、上記化合物半導体層2を成長させることができる第1の面6Aと第2の面6Bを有し、上記第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3を補強するための補強部4が設けられている。
図2は基板1の製法の一例を説明する図である。図示した例では、研削装置20により、素材基板の片面に、機械的な研削によって凹部5を形成する。
図3は、本実施形態の化合物半導体基板2Aの製造方法の一例を説明する図である。
(B)上記基板1の凹部5と反対側の第1の面6Aに、エピタキシャル成長によって化合物半導体層2を形成させる。エピタキシャル成長させる化合物半導体として、例えば単結晶3C−SiCを成長させる。このとき、基板1の第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3は、研削による凹部5が形成されて厚みが薄く、強度が低下している。凹部5の隅や微小な研削痕が、破壊の起点になりうる状態である。
(C)化合物半導体層2を最終厚みT2まで成長させるときに、上記化合物半導体層2の最終厚みT2よりも補強部4の厚みT4が厚く設定されているため、化合物半導体層2の反りを防止できる。
(D)その後、基板1は、エッチングなどにより除去することが行われる。基板1がSiの場合、フッ化水素酸や硝酸等を混合したエッチング液で溶解する。
図5は、本実施形態の化合物半導体基板2Aの製造方法の変形例を説明する図である。
図5(B)は、基板1の凹部5と反対側の第2の面6Bに化合物半導体層2を成長させるときに、補強部4に対応する周縁部にマスク7を施して化合物半導体層2を成長させた例である。マスク7で覆われていない領域は、第2の面6Bよりも小さくなるように設定することができる。
図5(C)は、基板1の凹部5側の第2の面に化合物半導体層2を成長させるときに、周縁の補強部4の表面にマスク7を施し、第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3に対応する部分だけに化合物半導体層2を成長させた例である。
図5(D)は、基板1の両面に凹部5を形成することにより第1の面6A側と第2の面6B側の両面に補強部4を形成させた例である。両面における凹部5は、同じ大きさ形状で、配置を一致させる。基板1の断面は、横向きのI字状となる。
すなわち、少なくともいずれかに化合物半導体層2を成長させることができる第1の面6Aと第2の面6Bを有し、上記第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分を補強するための補強部4が設けられた上記基板1上に、エピタキシャル成長によって化合物半導体層2を成長させる。上記化合物半導体層2は、上記基板1の第1の面6Aと第2の面6Bの少なくともいずれかに成長する。
このとき、上記補強部4の厚みT4は、上記エピタキシャル成長によって成長させる化合物半導体層2の最終厚みT2よりも厚い厚みに設定されている。これにより、厚く強度の高い補強部4により、上記第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3が補強され、上記第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3の反りが抑制される。したがって、最終厚みT2まで成長させた化合物半導体層2に反りやクラックが発生することを防止できる。この方法によれば、反りやクラックが発生することなく化合物半導体層2を厚く成長させることができ、表面の積層欠陥を有効に減少させることができる。また、基板1の表面に列状の起伏によるパターンを形成させる必要がないため、工程が複雑化することもない。
図1および図3に示したように、第1の面6Aに化合物半導体層2を形成した。基板1としてSiを用い、化合物半導体層2として単結晶3C−SiC層を形成した。エピタキシャル成長の条件は図4に示したとおりである。
化合物半導体層2の最終厚みT2を100μm、第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3の厚みT3を50μm、補強部4が形成された部分の厚みT4を900μmとした。
結果、第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3について、面積の2/3は割れが生じなかった。
図5(B)に示すように、基板1の凹部5と反対側の第2の面6Bに化合物半導体層2を成長させるときに、補強部4に対応する周縁部にマスク7を施して化合物半導体層2を成長させた。マスク7で覆われていない領域は、第2の面6Bよりも小さくなるように設定した。
基板1としてSiを用い、化合物半導体層2として単結晶3C−SiC層を形成した。エピタキシャル成長の条件は図4に示したとおりである。
化合物半導体層2の最終厚みT2を100μm、第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3の厚みT3を50μm、補強部4が形成された部分の厚みT4を900μmとした。
結果、第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3と補強部4の境界に割れが生じた。
実施例1と同様に、第1の面6Aに化合物半導体層2を形成した。化合物半導体層2の最終厚みT2を50μmとした。第1の面6Aと第2の面6Bに挟まれた部分3の厚みT3も50μmである。つまりT2とT3を同等の厚みとした。それ以外の条件は実施例1と同様である。
結果、基板1の全面が割れてしまった。
凹部5を形成しない全体に均一な厚みのSi基板を準備し、その片面に化合物半導体層2として単結晶3C−SiC層を形成した。エピタキシャル成長の条件は図4に示したとおりである。
Si基板の厚みを900μmとし、化合物半導体層2の最終厚みT2を100μmとした。
結果、基板1の全面が割れてしまった。
2 化合物半導体層
2A 化合物半導体基板
3 第1の面と第2の面に挟まれた部分
4 補強部
5 凹部
6A 第1の面
6B 第2の面
7 マスク
11 保護部材
20 研削装置
21 チャックテーブル
22 研削アームユニット
23 回転軸
24 ホイール
25 研削砥石
25A 最外周
25B 最内周
Claims (6)
- エピタキシャル成長によって基板上に化合物半導体層を成長させる化合物半導体基板の製造方法であって、
上記基板は、少なくともいずれかに上記化合物半導体層を成長させることができる第1の面と第2の面を有し、上記第1の面と第2の面に挟まれた部分を補強するための補強部が設けられ、
上記補強部の厚みが、上記エピタキシャル成長によって成長させる化合物半導体層の最終厚みよりも厚い厚みに設定されている
ことを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。 - 上記補強部は、上記第1の面と第2の面に挟まれた部分の周囲を囲むように形成されている
請求項1記載の化合物半導体基板の製造方法。 - 上記基板は、素材基板の片面もしくは両面に対し、研削とエッチングの少なくともいずれかを施すことにより、厚みの薄い上記第1の面と第2の面に挟まれた部分を形成するとともに、それ以外の部分に補強部を形成したものである
請求項1または2記載の化合物半導体基板の製造方法。 - 上記第1の面と第2の面に挟まれた部分は、上記エピタキシャル成長によって成長させる化合物半導体層の最終厚みよりも薄い厚みに設定されている
請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物半導体基板の製造方法。 - 上記エピタキシャル成長によって上記基板上に上記化合物半導体層として単結晶3C−SiC層を形成する
請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物半導体基板の製造方法。 - 上記基板が、単結晶Si基板もしくはSOI基板である
請求項1〜5のいずれか一項に記載の化合物半導体基板の製造方法。
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