TWI793167B - 砷化鎵系化合物半導體結晶及晶圓群 - Google Patents
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Abstract
本發明之GaAs系化合物半導體結晶包含圓柱狀之直體部，直體部之直徑為110 mm以上且長度為100 mm以上且400 mm以下，關於直體部之第1端面及比電阻高於第1端面之第2端面，第2端面側之比電阻R20
相對於第1端面側之比電阻R10
之比R20
/R10
為1以上且2以下。
Description
本發明係關於一種砷化鎵系化合物半導體結晶及晶圓群。
為了對砷化鎵系化合物半導體結晶賦予所需導電性/絕緣性，提出有添加特定之雜質之方法。
例如，國際公開第99/27164號(專利文獻1)揭示有一種單晶之半絕緣性GaAs錠之垂直型晶舟生長法，其特徵在於：包括如下步驟：(a)於坩堝中選擇性地填充經確定方位之晶種上之多晶GaAs材料及碳源之填充物；(b)將上述坩堝放置於密閉石英管內；(c)使用受控制之加熱模式使填充物及一部分晶種熔融，使熔融液自與晶種之邊界開始依序凝固而生成單晶；且上述碳源為石墨粉末，上述加熱模式為包含如下步驟之模式：將上述填充物加熱至GaAs之熔點之步驟；為了促進上述石墨粉末於GaAs熔融液中之溶解而於該溫度保持一定時間之步驟；及其後對加熱模式進行控制而使熔融液依序凝固，從而生成上述單晶之步驟。
又，日本專利特開平11-12086號公報(專利文獻2)揭示有一種化合物半導體單晶之製造方法，其係使用LEC(Liquid Encapsulated
Czochralski，液封提拉)法之化合物半導體單晶(例如GaAs單晶)之製造方法，其特徵在於：使用碳之單一成分或摻雜有高濃度之碳之該化合物半導體的多晶作為用於向該化合物半導體單晶中添加碳雜質之原料。
又，日本專利特開2004-107099號公報(專利文獻3)揭示有一種半絕緣性GaAs單晶之製造方法，其係於底部配置有晶種之坩堝內收容GaAs(gallium arsenide，即砷化鎵)之原料後對上述坩堝進行加熱，使上述原料熔融液化並將該熔融液進行冷卻，藉此使半絕緣性GaAs單晶自上述晶種向鉛垂上方生長者，其特徵在於：於包含一氧化碳或者二氧化碳之惰性氣體環境中對上述原料添加固體之碳而使上述半絕緣性GaAs單晶生長。
[專利文獻1]國際公開第99/27164號
[專利文獻2]日本專利特開平11-12086號公報
[專利文獻3]日本專利特開2004-107099號公報
本發明之一態樣之砷化鎵系化合物半導體結晶包含圓柱狀之直體部，直體部之直徑為110mm以上且長度為100mm以上且400mm以下，關於直體部之第1端面及比電阻高於第1端面之第2端面，第2端面側之比電阻R20相對於第1端面側之比電阻R10之比R20/R10為1以上且2以下。
本發明之另一態樣之晶圓群包含由包含圓柱狀之直體部之砷化鎵系化合物半導體結晶之直體部所形成的直徑為110mm以上且厚度為500μm以上且800μm以下之複數個晶圓，且於晶圓群中，關於比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓，第2晶圓之比電阻R2相對於第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1為1以上且2以下。
11:晶種
13:GaAs系化合物半導體原料
15:上部固體碳
17:下部固體碳
20:製造裝置
21:密封容器
21o:未密封容器
21p:密封用蓋
22:坩堝
22p:透氣性坩堝蓋
23:密封材
24:密封材
25:保持台
26:加熱器
I:來自上部固體碳之碳供給量曲線
II:來自下部固體碳之碳供給量曲線
T:來自上部固體碳及下部固體碳之總碳供給量曲線
圖1係表示製造本態樣之砷化鎵系化合物半導體結晶之方法及裝置的概略剖視圖。
圖2係表示製造本態樣之砷化鎵系化合物半導體結晶時之結晶生長時間與碳供給量之關係的曲線圖。
就國際公開第99/27164號(專利文獻1)中揭示之方法而言，由於為於密封容器內對GaAs單晶添加固體碳之方法，因此於GaAs單晶之生長中亦會使碳自固體碳擷取至GaAs熔融液中，因此存在難以控制GaAs單晶之長度方向(結晶生長方向)之比電阻之問題點。
就日本專利特開平11-12086號公報(專利文獻2)中揭示之化合物半導體單晶之製造方法及日本專利特開2004-107099號公報(專利文獻3)中揭示之半絕緣性GaAs單晶之製造方法而言，由於係藉由使用壓力容器代替密
封容器於單晶生長中追加供給含碳氣體而控制單晶之長度方向之比電阻，因此存在如下問題點：無法應用於使用無法於單晶生長中追加供給含碳氣體之密封容器的化合物半導體結晶之製造方法中。
因此，本發明之目的在於解決上述問題點而提供一種砷化鎵系化合物半導體結晶及其晶圓群，該砷化鎵系化合物半導體結晶係結晶之長度(厚度)方向(結晶生長方向)較大之長條之砷化鎵系化合物半導體結晶，且結晶之長度(厚度)方向之比電阻得到控制。
根據本發明，可提供一種砷化鎵系化合物半導體結晶及其晶圓群，該砷化鎵系化合物半導體結晶係結晶之長度(厚度)方向(結晶生長方向)較大之長條之砷化鎵系化合物半導體結晶，且結晶之長度(厚度)方向之比電阻得到控制。
首先列舉本發明之實施態樣進行說明。
[1]本發明之一態樣之砷化鎵系化合物半導體結晶包含圓柱狀之直體部，直體部之直徑為110mm以上且長度為100mm以上且400mm以下，關於直體部之第1端面及比電阻高於第1端面之第2端面，第2端面側之比電阻R20相對於第1端面側之比電阻R10之比R20/R10為1以上且2以下。由於本態樣之砷化鎵系化合物半導體結晶具有比電阻之不均較小之較大之直體
部，因此可獲得比電阻之不均較小之複數個晶圓。
[2]上述砷化鎵系化合物半導體結晶可將第2端面側之碳濃度C20相對於第1端面側之碳濃度C10之比C20/C10設為1以上且2以下。該砷化鎵系化合物半導體結晶適合於減小比電阻之不均。
[3]上述砷化鎵系化合物半導體結晶可將第2端面側之硼濃度B20相對於第1端面側之硼濃度B10之比B20/B10設為1以上且2以下。該砷化鎵系化合物半導體結晶適合於減小結晶品質之不均。
[4]上述砷化鎵系化合物半導體結晶可將第2端面側之蝕刻坑密度E20相對於第1端面側之蝕刻坑密度E10之比E20/E10設為0.8以上且1.2以下。該砷化鎵系化合物半導體結晶之結晶品質之不均較小。
[5]本發明之另一態樣之晶圓群係包含由包含圓柱狀之直體部之砷化鎵系化合物半導體結晶之直體部所形成的直徑為110mm以上且厚度為500μm以上且800μm以下之複數個晶圓者，且於晶圓群中，關於比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓，第2晶圓之比電阻R2相對於第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1為1以上且2以下。本態樣之晶圓群之晶圓間的比電阻之不均較小。
[6]上述晶圓群可將第2晶圓之碳濃度C2相對於第1晶圓之碳濃度C1之比C2/C1設為1以上且2以下。該晶圓群適合於減小晶圓間之比電阻之不
均。
[7]上述晶圓群可將第2晶圓之硼濃度B2相對於第1晶圓之硼濃度B1之比B2/B1設為1以上且2以下。該晶圓群適合於減小晶圓間之結晶品質之不均。
[8]上述晶圓群可將第2晶圓之蝕刻坑密度E2相對於第1晶圓之蝕刻坑密度E1之比E2/E1設為0.8以上且1.2以下。該晶圓群之晶圓間之結晶品質之不均較小。
本實施形態之GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶包含圓柱狀之直體部，直體部之直徑為110mm以上且長度為100mm以上且400mm以下，關於直體部之第1端面及比電阻高於第1端面之第2端面，第2端面側之比電阻R20相對於第1端面側之比電阻R10之比R20/R10為1以上且2以下。由於本實施形態之GaAs系化合物半導體結晶具有比電阻之不均較小之較大之直體部，因此可獲得比電阻之不均較小之複數個晶圓。
所謂GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶，係指含有作為13族元素之Ga(鎵)及作為15族元素之As(砷)之化合物半導體結晶。具體而言，GaAs結晶、Al1-xGaxAs結晶(0<x<1)、GaAsyP1-y結晶(0<y<1)、
In1-xGaxAsyP1-y結晶(0<x<1及0<y<1)等屬於GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶。
上述GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶包含圓柱狀之直體部，直體部之直徑為110mm以上且長度為100mm以上且400mm以下。即，直體部具有949850mm3以上之較大之體積。關於直體部之直徑，就降低比電阻之不均之效果較大之觀點而言，為110mm以上，較佳為128mm以上，更佳為150mm以上，又，較佳為200mm以下，更佳為154mm以下。此處，直體部之長度係結晶生長方向之長度，自100mm至400mm，越大則比電阻之不均變得越大。於長度未達100mm之情形時，比電阻之不均較小。於長度超過400mm之情形時，難以降低比電阻之不均。就該觀點而言，直體部之長度為100mm以上，較佳為200mm以上，更佳為250mm以上，又，為400mm以下，較佳為380mm以下，更佳為350mm以下。
關於上述GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶，就直體部之第1端面及比電阻高於第1端面之第2端面而言，第2端面側之比電阻R20相對於第1端面側之比電阻R10之比R20/R10為1以上且2以下。即，關於上述GaAs系化合物半導體結晶，自直體部之第1端部至第2端部比電阻變大，但即便直體部之直徑及長度較大，尤其是直體部之長度較大，比電阻之不均亦較小。就該觀點而言，比R20/R10為1以上且2以下，較佳為1以上且1.8以下，更佳為1以上且1.5以下。此處，比電阻係使用TOYO TECHNICA公司製造之
ResiTest8300並藉由van der Pauw法進行測定。
關於上述GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶，就減小比電阻之不均之觀點而言，較佳為第2端面側之碳濃度C20相對於第1端面側之碳濃度C10之比C20/C10為1以上且2以下，更佳為1以上且1.5以下，進而較佳為1以上且1.2以下。此處，碳濃度係藉由FTIR(Fourier transform infrared spectroscopy，傅立葉轉換紅外分光光度)法(具體而言，582cm-1之局部振動模式之吸收峰之觀察)進行測定。
關於上述GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶，就減小結晶品質之不均之觀點而言，較佳為第2端面側之硼濃度B20相對於第1端面側之硼濃度B10之比B20/B10為1以上且2以下，更佳為1以上且1.5以下，進而較佳為1以上且1.3以下。此處，硼濃度係藉由GDMS(Glow Discharge Mass Spectrometry，輝光放電質量分析)法(VG Elemental公司製造之VG9000系統)進行測定。
關於上述GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶，就結晶品質之不均較小之觀點而言，較佳為第2端面側之蝕刻坑密度E20相對於第1端面側之蝕刻坑密度E10之比E20/E10為0.8以上且1.3以下，更佳為0.85以上且1.25以下，進而較佳為0.9以上且1.2以下。此處，EPD(Etch Pit Density，蝕刻
坑密度)係指藉由利用化學藥品對結晶表面進行處理而於表面產生之腐蝕孔(蝕刻坑)之每單位面積之個數。上述GaAs系化合物半導體結晶之EPD具體而言係指於藉由純度85質量%以上之氫氧化鉀(KOH)之熔融液於500℃下處理20分鐘時於表面產生之腐蝕孔之每單位面積之個數，其係使用微分干涉顯微鏡進行測定。
參照圖1，本實施形態之GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶之製造裝置20就製造裝置變得經濟之觀點而言，較佳為具有密封容器21。上述GaAs系化合物半導體結晶之製造裝置20具體而言較佳為包含密封容器21、配置於密封容器21之內部之坩堝22及透氣性坩堝蓋22p、保持密封容器21之保持台25、以及配置於密封容器21之外部之周圍之加熱器26。
密封容器21具有與後述坩堝22對應之形狀，且包含與坩堝22之晶種保持部及結晶生長部分別對應之晶種對應部及結晶生長對應部。晶種對應部係於與結晶生長對應部連接之側開口且於其相反側形成有底壁之中空圓筒狀的部分。結晶生長對應部包含於軸方向小直徑側與晶種對應部連接之圓錐狀之圓錐部、及與圓錐部之軸方向大直徑側連接之中空圓筒狀之直體部。密封容器21之晶種對應部具有於其內部保持下部固體碳17及密封材24之功能。構成密封容器21之材料只要為可耐受原料熔融時之溫度之機械強度較高之材料，則並無特別限制，就低成本且純度較高之觀點而言，較佳為OH(羥)基濃度200ppm以下之透明石英等。
坩堝22包含晶種保持部、及連接於晶種保持部上之結晶生長部。晶種保持部係於與結晶生長部連接之側開口、且於其相反側形成有底壁之中空圓筒狀之部分，於該部分中可保持GaAs系化合物半導體結晶之晶種11。結晶生長部包含於軸方向小直徑側與晶種保持部連接之圓錐狀之圓錐部、及與圓錐部之軸方向大直徑側連接之中空圓筒狀之直體部。結晶生長部具有如下功能：於其內部中保持GaAs系化合物半導體原料13及配置於其上之密封材23，並且使以成為熔融狀態之方式加熱之GaAs系化合物半導體原料13凝固，藉此使GaAs系化合物半導體結晶生長。構成坩堝22之材料只要為可耐受原料熔融時之溫度之機械強度較高之材料，則並無特別限制，就純度較高且幾乎不與原料熔融液反應之觀點而言，較佳為PBN(pyrolytic boron nitride，熱解氮化硼)等。
透氣性坩堝蓋22p具有如下功能：保持上部固體碳15，並且使GaAs系化合物半導體結晶之生長時因加熱而自上部固體碳15及下部固體碳17產生之氧化碳氣體通過，從而對GaAs系化合物半導體原料13供給碳。透氣性坩堝蓋22p之形狀及構造只要為具有上述功能者，則並無特別限制。構成透氣性坩堝蓋22p之材料只要為可耐受原料熔融時之溫度之機械強度較高之材料，則並無特別限制，就純度較高且幾乎不與密封材反應之觀點而言，較佳為高純度碳、附透氣孔之PBN(熱解氮化硼)、多孔(多孔質)氧化鋁等。
構成密封材23、24之材料只要為可耐受原料熔融時之溫度、可防止蒸汽壓較高之構成元素(例如As)之蒸發損耗、並且具有於GaAs系化合物
半導體結晶之生長時使上述氧化碳通過而對GaAs系化合物半導體原料13供給碳之功能者，則並無特別限制，較佳為B2O3等硼氧化物。
保持台25只要為能夠保持密封容器21並且視需要使密封容器21移動而適當地控制由GaAs系化合物半導體原料13之熔解及其凝固引起之GaAs系化合物半導體結晶之生長者，則無特別限制。又，加熱器26只要為能夠適當地控制由GaAs系化合物半導體原料13之熔解及其凝固引起之GaAs系化合物半導體結晶之生長者，則無特別限制。
參照圖1，本實施形態之GaAs(砷化鎵)系化合物半導體結晶之製造方法就使用包含密封容器之經濟之製造裝置低成本且高效率地製造直體部較大且比電阻之不均較小之GaAs系化合物半導體結晶之觀點而言，係藉由包含密封容器之垂直型晶舟法進行之GaAs系化合物半導體結晶之製造方法，且包括如下步驟：於密封容器中配置晶種及GaAs系化合物半導體原料、位於較GaAs系化合物半導體原料靠下部之下部固體碳、及位於較GaAs系化合物半導體原料靠上部之上部固體碳；及使GaAs系化合物半導體原料熔融並自GaAs系化合物半導體原料之晶種側起凝固，藉此使GaAs系化合物半導體結晶生長。具體而言，較佳為使用上述包含密封容器21之製造裝置20之垂直型晶舟法即VB(Vertical Boat，垂直型晶舟)法等。具體而言，本實施形態之GaAs系化合物半導體結晶之製造方法較佳為包括下部固體碳裝入步驟、晶種裝入步驟、GaAs系化合物半導體原料裝入步驟、上部固體碳裝入步驟、及結晶生長步驟。
使用圖1所示之製造裝置20，首先，於下部固體碳裝入步驟中，於未密封容器21o之晶種對應部之底部配置開口容器狀之固體碳作為下部固體碳17，於其內部配置密封材24。下部固體碳17只要為藉由加熱產生氧化碳氣體者，則並無特別限制，就純度較高之觀點而言，較佳為已利用鹵氣等實施純化處理之高純度石墨等。
繼而，於晶種裝入步驟中，於未密封容器21o內配置坩堝22，於坩堝22之晶種保持部之內部配置晶種11。晶種11只要為可使所需GaAs系化合物半導體結晶生長者，則無特別限制，就使結晶品質較高之GaAs系化合物半導體結晶生長之觀點而言，較佳為具有與如下步驟所裝入之GaAs系化合物半導體原料13相同之化學組成。例如，於為了使GaAs結晶生長而使用GaAs原料時，較佳為GaAs晶種。
繼而，於GaAs系化合物半導體原料裝入步驟中，於配置於坩堝22之晶種保持部之內部之晶種11上且為坩堝22之結晶生長部之內部配置GaAs系化合物半導體原料13。GaAs系化合物半導體原料13適宜為具有與生長之GaAs系化合物半導體結晶相同之化學組成者。例如，為了使GaAs結晶生長，適宜為GaAs原料。繼而，於GaAs系化合物半導體原料13上配置密封材23。
繼而，於上部固體碳裝入步驟中，使用透氣性坩堝蓋22p於配置於坩堝22之內部之密封材23之上部配置上部固體碳15。上部固體碳15之配置
方法並無特別限制，可如圖1所示般將上部固體碳15擋止於透氣性坩堝蓋22p之上側，亦可將上部固體碳15擋止於透氣性坩堝蓋22p之下側(未作圖示)。繼而，利用密封用蓋21p將未密封容器21o密封，藉此製成密封容器21。
繼而，於結晶生長步驟中，將封入有上述坩堝22之上述密封容器21配置於製造裝置20內。此處，密封容器21係藉由保持台25進行保持，且以包圍密封容器21之方式配置有加熱器26。繼而，藉由利用加熱器26進行加熱，使GaAs系化合物半導體原料13及密封材23、24熔解。繼而，使密封容器21相對於已加熱之加熱器26相對地向軸方向下側移動，藉此形成於坩堝22之軸方向上GaAs系化合物半導體原料13側之溫度相對較高且晶種11側之溫度相對較低之溫度梯度。由此，已熔解之GaAs系化合物半導體原料13自晶種11側依序凝固，藉此使GaAs系化合物半導體結晶生長。
於上述GaAs系化合物半導體原料13之熔解及GaAs系化合物半導體結晶之生長中，自已加熱之上部固體碳15及下部固體碳17產生CO(一氧化碳)及/或CO2(二氧化碳)等氧化碳氣體，氧化碳氣體通過密封容器21與坩堝22之間隙及透氣性坩堝蓋22p被擷取至已熔解之GaAs系化合物半導體原料13中，藉此將碳供給至GaAs系化合物半導體原料13之熔融液與GaAs系化合物半導體結晶之界面。
由於上部固體碳15於GaAs系化合物半導體原料13之熔解及GaAs系
化合物半導體結晶之生長中其環境溫度均為高溫，因此自上部固體碳15向GaAs系化合物半導體原料13之熔融液與GaAs系化合物半導體結晶之界面中之碳供給量隨著結晶生長時間之流逝而單調增加。尤其是於上部固體碳之環境溫度為高溫且大致恆定之情形時，來自上部固體碳15之碳供給量如圖2所示般大致直線性地增加(碳供給量曲線I)。由於下部固體碳17於GaAs系化合物半導體原料13之熔解時其環境溫度為高溫，但隨著GaAs系化合物半導體結晶之生長，其環境溫度變低，因此來自下部固體碳17之碳供給量如圖2所示般，於結晶生長初期較高，但隨著結晶生長時間之流逝而變低(碳供給量曲線II)。因此，來自上部固體碳15及下部固體碳17之總碳供給量(總碳供給量曲線T)成為來自上部固體碳15之碳供給量(碳供給量曲線I)與來自下部固體碳17之碳供給量(碳供給量曲線II)之和，故而自結晶生長初期至結晶生長末期之總碳供給量之變動變小，因此能夠使本實施形態之GaAs系化合物半導體結晶生長。
又，於本實施形態之GaAs系化合物半導體結晶之製造方法中，由於可較佳地使用B2O3等硼氧化物作為密封材，因此於GaAs系化合物半導體原料之熔解及GaAs系化合物半導體結晶之生長時，上部固體碳、下部固體碳及自該等產生之氧化碳與硼氧化物及硼氧化物中之雜質即水分反應，會促進氧化碳之產生，並且使硼氧化物還原為硼而擷取至GaAs系化合物半導體結晶中。於本實施形態之GaAs系化合物半導體結晶之製造方法中，由於自結晶生長初期至結晶生長末期之總碳供給量之變動變小，因此自結晶生長初期至結晶生長末期之硼濃度之不均亦變小。
再者，於向GaAs系化合物半導體結晶中之碳之添加中，即便於僅使用上部固體碳15之情形時，只要能夠控制GaAs系化合物半導體結晶之生長速度(即熔解之GaAs系化合物半導體原料之凝固速度)，則亦能夠抑制擷取至GaAs系化合物半導體結晶中之碳量之變動。例如，可藉由與來自上部固體碳15之碳供給量之增加相對應地提高GaAs系化合物半導體結晶之生長速度，而抑制擷取至GaAs系化合物半導體結晶中之碳量之變動。
然而，由於以下原因，於VB法中，使GaAs系化合物半導體結晶之結晶生長速度與碳供給量增加成比例地增加極為困難。第1，於VB法中，難以觀察GaAs系化合物半導體結晶之結晶生長速度，因此無法反饋為結晶生長條件之控制。第2，於VB法中，需要用以保持坩堝之保持台，且難以使保持台之導熱率與GaAs系化合物半導體結晶之導熱率一致，因此於GaAs系化合物半導體原料之晶種側及其相反側，結晶生長速度不同。第3，一般而言，生長速度越大，EPD越容易增加，因此若為了控制碳濃度而自晶種側至最終凝固部提高生長速度，則最終凝固部側之EPD上升，結晶品質變差。
進而，由於以下原因，GaAs系化合物半導體結晶之直徑變得越大，結晶生長速度之控制變得越困難。為了控制GaAs系化合物半導體結晶之結晶生長速度，需要取得來自GaAs系化合物半導體原料之熔融液之輸入熱、GaAs系化合物半導體原料之熔融液與GaAs系化合物半導體結晶之界面之凝固潛熱、及向GaAs系化合物半導體結晶中之散熱的平衡。此處，由於GaAs系化合物半導體原料之熔融液與GaAs系化合物半導體結晶之界
面之面積越大，則上述凝固潛熱越大，因此，GaAs系化合物半導體結晶之直徑越大，則上述凝固潛熱之影響越大。因此，不易取得固液界面附近之輸入熱與散熱之平衡，結晶生長速度之控制變得困難。
根據本實施形態之GaAs系化合物半導體結晶之製造方法，由於來自上部固體碳及下部固體碳之總碳供給量之變動較小，因此可於不對GaAs系化合物半導體結晶之結晶生長速度進行控制之情況下獲得比電阻之變動較小之本實施形態之GaAs系化合物半導體結晶。
本實施形態之晶圓群係包含由包含圓柱狀之直體部之GaAs系化合物半導體結晶之直體部所形成之直徑為110mm以上且厚度為500μm以上且800μm以下之複數個晶圓的晶圓群，且於晶圓群中，關於比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓，第2晶圓之比電阻R2相對於第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1為1以上且2以下。本實施形態之晶圓群之晶圓間的比電阻之不均較小。
本實施形態之晶圓群具體而言係包含自實施形態1之GaAs系化合物半導體結晶之直體部所切取之複數個晶圓的晶圓群。例如，於在直體部之與軸方向垂直之平面切取厚度0.8mm之晶圓之情形時，將切取裕度設為0.2mm，自長度100mm之直體部可獲得包含100片晶圓之晶圓群，自長度400mm之直體部可獲得包含400片晶圓之晶圓群。
上述晶圓並無特別限制，就為實施形態1所製造之GaAs系化合物半導體結晶之直體部所形成之晶圓之觀點而言，為GaAs系化合物半導體晶圓。所謂GaAs系化合物半導體晶圓係指含有作為13族元素之Ga(鎵)及作為15族元素之As(砷)之化合物半導體晶圓。具體而言，GaAs晶圓、Al1-xGaxAs晶圓(0<x<1)、GaAsyP1-y晶圓(0<y<1)、In1-xGaxAsyP1-y晶圓(0<x<1及0<y<1)等屬於GaAs系化合物半導體晶圓。
關於上述晶圓之大小，就比電阻之不均之降低效果較大之觀點而言，直徑為110mm以上，較佳為128mm以上，更佳為150mm以上，又，較佳為200mm以下，更佳為154mm以下。又，關於上述晶圓，就適宜作為各種半導體元件之基板之觀點而言，厚度為500μm以上且800μm以下，較佳為510μm以上且780μm以下，更佳為520μm以上且685μm以下。
上述晶圓群就晶圓間之比電阻之不均較小之觀點而言，關於比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓，第2晶圓之比電阻R2相對於第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1為1以上且2以下，較佳為1以上且1.8以下，更佳為1以上且1.5以下。此處，比電阻係使用TOYO TECHNICA公司製造之ResiTest8300並藉由van der Pauw法進行測定。
關於上述晶圓群，就減小晶圓間之比電阻之不均之觀點而言，較佳為第2晶圓之碳濃度C2相對於第1晶圓之碳濃度C1之比C2/C1為1以上且2以下，更佳為1以上且1.5以下，進而較佳為1以上且1.2以下。此處，碳濃度係藉由FTIR(傅立葉轉換紅外分光光度)法(具體而言，582cm-1之局部振動模式之吸收峰之觀察)進行測定。
關於上述晶圓群，就減小晶圓間之比電阻之不均之觀點而言，較佳為第2晶圓之硼濃度B2相對於第1晶圓之硼濃度B1之比B2/B1為1以上且2以下，更佳為1以上且1.5以下，進而較佳為1以上且1.3以下。此處，硼濃度係藉由GDMS(輝光放電質量分析)法(VG Elemental公司製造之VG9000系統)進行測定。
關於上述晶圓群，就晶圓間之結晶品質之不均較小之觀點而言，較佳為第2晶圓之蝕刻坑密度E2相對於第1晶圓之蝕刻坑密度E1之比E2/E1為0.8以上且1.3以下，更佳為0.85以上且1.25以下，進而較佳為0.9以上且1.2以下。此處，EPD(蝕刻坑密度)係指藉由利用化學藥品對晶圓表面進行處理而於表面產生之腐蝕孔(蝕刻坑)之每單位面積之個數。上述晶圓之EPD具體而言係指於藉由純度85質量%以上之氫氧化鉀(KOH)之熔融液於500℃下處理20分鐘時於表面產生之腐蝕孔之每單位面積之個數，其係使用微分干涉顯微鏡進行測定。
關於本實施形態之晶圓群之製造方法，就利用GaAs系化合物半導體結晶高效率地形成之觀點而言，較佳為利用實施形態1之GaAs系化合物半導體結晶形成。具體而言，本實施形態之晶圓群之製造方法較佳為包括自實施形態1之GaAs系化合物半導體結晶切取複數個晶圓之切取步驟，進而較佳為包括對所切取之晶圓進行研磨之研磨步驟。
1. GaAs系化合物半導體結晶之製造
準備包括包含晶種保持部及結晶生長部且具有表1所示之內徑(結晶生長部之直體部之內徑)之PBN製坩堝、及可收納該坩堝之包含晶種對應部及結晶生長對應部之石英製未密封容器。繼而，於未密封容器之結晶生長對應部之內部配置作為下部固體碳之表1所示之質量之碳源(純度99.92質量%以上)、及1g之B2O3。繼而，於上述未密封容器內配置上述坩堝，並於上述坩堝之晶種保持部之內部配置表1所示之質量之GaAs晶種作為晶種。繼而，於坩堝之晶種保持部之內部之GaAs晶種上且為坩堝之結晶生長部之內部配置表1所示之質量之GaAs原料(純度99.999質量%之GaAs多晶錠)作為GaAs系化合物半導體原料。繼而，於GaAs原料上配置融解時之厚度成為10mm以上之質量之B2O3作為密封材。繼而，利用附透氣孔之PBN材作為透氣性坩堝蓋覆蓋坩堝之上部，並於其上配置表1所示之質量之碳源(純度99.92質量%以上)作為上部固體碳。繼而，利用石英製蓋作為
密封用蓋將未密封容器進行密封，藉此製成密封容器。繼而，將上述密封容器以其被加熱器包圍之方式保持於保持台上，配置於製造裝置內。
繼而，利用加熱器進行加熱，藉此使GaAs原料(GaAs系化合物半導體原料)及B2O3(密封材)熔解。其後，藉由使密封容器相對於加熱器向軸方向下側移動之VB法使GaAs單晶側之溫度低於GaAs原料側之溫度，而使具有表1所示之直體部之直徑及長度之GaAs結晶生長。自所獲得之GaAs結晶切取其直體部，測定或算出直體部之第1端面側之比電阻R10、第2端面側之比電阻R20及該等之比R20/R10、直體部之第1端面側之碳濃度C10、第2端面側之碳濃度C20及該等之比C20/C10、直體部之第1端面側之硼濃度B10、第2端面側之硼濃度B20及該等之比B20/B10、以及直體部之第1端面側之蝕刻坑密度E10、第2端面側之蝕刻坑密度E20及該等之比E20/E10。比電阻係使用TOYO TECHNICA公司製造之ResiTest8300並藉由van der Pauw法進行測定，碳濃度係藉由FTIR(傅立葉轉換紅外分光光度)法(具體而言，582cm-1之局部振動模式之吸收峰之觀察)進行測定，硼濃度係藉由GDMS(輝光放電質量分析)法(VG Elemental公司製造之VG9000系統)進行測定，EPD(蝕刻坑密度)係於藉由純度85質量%以上之氫氧化鉀(KOH)之熔融液於500℃下處理20分鐘時使用微分干涉顯微鏡對表面產生之腐蝕孔之每單位面積之個數進行測定。將結果彙總於表1。
2.晶圓群之製造
對上述GaAs結晶之直體部之外周部進行研削，其後，於直體部之與軸方向垂直之方向，將切取裕度設為0.2mm而切取厚度0.8mm(800μm)
之晶圓，並對所切取之晶圓之兩主面進行研磨，藉此製作包含表2所示之片數之厚度750μm之晶圓之晶圓群。於所獲得之晶圓群中，對各晶圓之比電阻進行測定，針對比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓，測定或算出第1晶圓之比電阻R1、第2晶圓之比電阻R2及該等之比R2/R1、第1晶圓之碳濃度C1、第2晶圓之碳濃度C2及該等之比C2/C1、第1晶圓之硼濃度B1、第2晶圓之硼濃度B2及該等之比B2/B1、以及第1晶圓之蝕刻坑密度E1、第2晶圓之蝕刻坑密度E2及該等之比E2/E1。比電阻、碳濃度、硼濃度及EPD(蝕刻坑密度)係利用與上述GaAs結晶之情形相同之方法進行測定。
不配置下部固體碳，除此以外，以與實施例3相同之方式製作作為GaAs系化合物半導體結晶之GaAs結晶及其晶圓群。又，針對GaAs結晶，以與實施例3相同之方式測定或算出直體部之第1端面側之比電阻R10、第2端面側之比電阻R20及該等之比R20/R10、直體部之第1端面側之碳濃度C10、第2端面側之碳濃度C20及該等之比C20/C10、直體部之第1端面側之硼濃度B10、第2端面側之硼濃度B20及該等之比B20/B10、以及直體部之第1端面側之蝕刻坑密度E10、第2端面側之蝕刻坑密度E20及該等之比E20/E10。又，對晶圓群之各晶圓之比電阻進行測定，針對比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓，以與實施例3相同之方式測定或算出第1晶圓之比電阻R1、第2晶圓之比電阻R2及該等之比R2/R1、第1晶圓之碳濃度C1、第2晶圓之碳濃度C2及該等之比C2/C1、第1晶圓之硼濃度B1、第2晶圓之硼濃度B2及該等之比B2/B1、以及第1晶圓之蝕刻坑密度E1、第2晶
圓之蝕刻坑密度E2及該等之比E2/E1。將結果彙總於表1及表2。
不配置上部固體碳，除此以外，以與實施例3相同之方式製作作為GaAs系化合物半導體結晶之GaAs結晶及其晶圓群。又，針對GaAs結晶，以與實施例3相同之方式測定或算出直體部之第1端面側之比電阻R10、第2端面側之比電阻R20及該等之比R20/R10、直體部之第1端面側之碳濃度C10、第2端面側之碳濃度C20及該等之比C20/C10、直體部之第1端面側之硼濃度B10、第2端面側之硼濃度B20及該等之比B20/B10、以及直體部之第1端面側之蝕刻坑密度E10、第2端面側之蝕刻坑密度E20及該等之比E20/E10。又，對晶圓群之各晶圓之比電阻進行測定，針對比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓，以與實施例3相同之方式測定或算出第1晶圓之比電阻R1、第2晶圓之比電阻R2及該等之比R2/R1、第1晶圓之碳濃度C1、第2晶圓之碳濃度C2及該等之比C2/C1、第1晶圓之硼濃度B1、第2晶圓之硼濃度B2及該等之比B2/B1、以及第1晶圓之蝕刻坑密度E1、第2晶圓之蝕刻坑密度E2及該等之比E2/E1。將結果彙總於表1及表2。
參照表1，於密封容器內配置上部固體碳及下部固體碳並藉由VB法生長之直體部之直徑為100mm以上且長度為100mm以上且400mm以下的實施例1~實施例7之GaAs結晶之第2端面側之比電阻R20相對於第1端面側之比電阻R10的比R20/R10為1以上且2以下，比電阻之不均較小。相對於此，於密封容器內僅配置上部固體碳並藉由VB法生長之直體部之直徑為152.4mm(6英吋)且長度為300mm的比較例1之GaAs結晶之第2端面側之比電阻R20相對於第1端面側之比電阻R10的比R20/R10大於2，比電阻之不均較大。又，於密封容器內僅配置下部固體碳並藉由VB法生長之直體部之直徑為152.4mm(6英吋)且長度為300mm的比較例2之GaAs結晶之第2端面側之比電阻R20相對於第1端面側之比電阻R10的比R20/R10大於2，比電阻之不均較大。
參照表2，關於在密封容器內配置上部固體碳及下部固體碳並藉由VB法生長之直體部之直徑為100mm以上且長度為100mm以上且400mm以下之GaAs結晶之直體部所形成的實施例1~實施例7之晶圓群，就比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓而言，第2晶圓之比電阻R2相對於第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1為1以上且2以下，比電阻之不均較小。相對於此，關於在密封容器內僅配置上部固體碳並藉由VB法生長之直體部之直徑為152.4mm(6英吋)且長度為300mm之GaAs結晶之直體部所形成的比較例1之晶圓群，就比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓而言，第2晶圓之比電阻R2相對於第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1大於2，比電阻之不均較大。又，關於在密封容器內僅配置下部固體碳並藉由VB法
生長之直體部之直徑為152.4mm(6英吋)且長度為300mm之GaAs結晶之直體部所形成之比較例2之晶圓群，就比電阻最低之第1晶圓及比電阻最高之第2晶圓而言，第2晶圓之比電阻R2相對於第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1大於2，比電阻之不均較大。
關於此次所揭示之實施形態及實施例，應認為於所有方面均為例示，並非進行限制。本發明之範圍由申請專利範圍而非上述實施形態及實施例所表示，且意在包含與申請專利範圍及實施例均等之含義、及於範圍內之所有變更。
11‧‧‧晶種
13‧‧‧GaAs系化合物半導體原料
15‧‧‧上部固體碳
17‧‧‧下部固體碳
20‧‧‧製造裝置
21‧‧‧密封容器
21o‧‧‧未密封容器
21p‧‧‧密封用蓋
22‧‧‧坩堝
22p‧‧‧透氣性坩堝蓋
23‧‧‧密封材
24‧‧‧密封材
25‧‧‧保持台
26‧‧‧加熱器
Claims (13)
- 一種砷化鎵系化合物半導體結晶，其係包含圓柱狀之直體部者，上述直體部之直徑為110mm以上且長度為350mm以上且400mm以下，上述直體部具有第1端面及第2端面，上述第1端面側之比電阻R10為1.0×108Ω‧cm以上且1.4×108Ω‧cm以下，上述第2端面側之比電阻R20為1.8×108Ω‧cm以上且2.8×108Ω‧cm以下，上述第2端面側之比電阻R20相對於上述第1端面側之比電阻R10之比R20/R10為2以下，上述第1端面側之碳濃度C10為4.5×1015原子/cm3以上且5.6×1015原子/cm3以下，上述第2端面側之碳濃度C20為6.6×1015原子/cm3以上且8.7×1015原子/cm3以下，且上述第1端面側之硼濃度B10為5.0×1016原子/cm3以上且6.0×1016原子/cm3以下，上述第2端面側之硼濃度B20為6.8×1016原子/cm3以上且8.6×1016原子/cm3以下。
- 如請求項1之砷化鎵系化合物半導體結晶，其中上述第2端面側之蝕刻坑密度E20相對於上述第1端面側之蝕刻坑密度E10之比E20/E10為0.8以上且1.2以下。
- 一種晶圓群，其包含各自係由砷化鎵系化合物半導體結晶之直體部所形成的複數個晶圓者， 上述直體部為圓柱狀，上述直體部之直徑為110mm以上且長度為350μm以上且400μm以下，上述複數個晶圓之各者之直徑為110mm以上且厚度為500μm以上且800μm以下，上述晶圓群包含比電阻最低之第1晶圓與比電阻最高之第2晶圓，上述第1晶圓之比電阻R1為1.0×108Ω‧cm以上且1.4×108Ω‧cm以下，上述第2晶圓之比電阻R2為1.8×108Ω‧cm以上且2.8×108Ω‧cm以下，上述第2晶圓之比電阻R2相對於上述第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1為2以下，上述第1晶圓之碳濃度C1為4.5×1015原子/cm3以上且5.6×1015原子/cm3以下，上述第2晶圓之碳濃度C2為6.6×1015原子/cm3以上且8.7×1015原子/cm3以下，且上述第1晶圓之硼濃度B1為5.0×1016原子/cm3以上且6.0×1016原子/cm3以下，上述第2晶圓之硼濃度B2為6.8×1016原子/cm3以上且8.6×1016原子/cm3以下。
- 如請求項3之晶圓群，其中上述第2晶圓之蝕刻坑密度E2相對於上述第1晶圓之蝕刻坑密度E1之比E2/E1為0.8以上且1.2以下。
- 如請求項2之砷化鎵系化合物半導體結晶，其中上述蝕刻坑密度E10為4470個/cm2以上且7410個/cm2以下，上述蝕刻坑密度E20為4600個/cm2 以上且7510個/cm2以下。
- 如請求項1之砷化鎵系化合物半導體結晶，其中上述碳濃度C20相對於上述碳濃度C10之比C20/C10為1.5以下。
- 如請求項4之晶圓群，其中上述蝕刻坑密度E1為4470個/cm2以上且7410個/cm2以下，上述蝕刻坑密度E2為4600個/cm2以上且7510個/cm2以下。
- 如請求項3之晶圓群，其中上述碳濃度C2相對於上述碳濃度C1之比C2/C1為1.5以下。
- 一種晶圓群之製造方法，該晶圓群具備複數個晶圓，上述製造方法包括自砷化鎵系化合物半導體結晶之直體部切取上述複數個晶圓之步驟，上述直體部為圓柱狀，上述直體部之直徑為110mm以上且長度為350μm以上且400μm以下，上述複數個晶圓之各者之直徑為110mm以上且厚度為500μm以上且800μm以下，上述晶圓群包含比電阻最低之第1晶圓與比電阻最高之第2晶圓，上述第1晶圓之比電阻R1為1.0×108Ω‧cm以上且1.4×108Ω‧cm以下，上述第2晶圓之比電阻R2為1.8×108Ω‧cm以上且2.8×108Ω‧cm以 下，上述第2晶圓之比電阻R2相對於上述第1晶圓之比電阻R1之比R2/R1為2以下，上述第1晶圓之碳濃度C1為4.5×1015原子/cm3以上且5.6×1015原子/cm3以下，上述第2晶圓之碳濃度C2為6.6×1015原子/cm3以上且8.7×1015原子/cm3以下，且上述第1晶圓之硼濃度B1為5.0×1016原子/cm3以上且6.0×1016原子/cm3以下，上述第2晶圓之硼濃度B2為6.8×1016原子/cm3以上且8.6×1016原子/cm3以下。
- 如請求項9之晶圓群之製造方法，其中上述第2晶圓之蝕刻坑密度E2相對於上述第1晶圓之蝕刻坑密度E1之比E2/E1為0.8以上且1.2以下。
- 如請求項10之晶圓群之製造方法，其中上述蝕刻坑密度E1為4470個/cm2以上且7410個/cm2以下，上述蝕刻坑密度E2為4600個/cm2以上且7510個/cm2以下。
- 如請求項9之晶圓群之製造方法，其中上述碳濃度C2相對於上述碳濃度C1之比C2/C1為1.5以下。
- 如請求項9之晶圓群之製造方法，其中包括如下步驟：於密封容器中配置坩堝、 配置於上述坩堝之內部之晶種、配置於上述坩堝之內部且為上述晶種上之砷化鎵系化合物半導體原料、位於較上述砷化鎵系化合物半導體原料靠下部之下部固體碳、及位於較上述砷化鎵系化合物半導體原料靠上部之上部固體碳；及使上述砷化鎵系化合物半導體原料熔融，並自上述砷化鎵系化合物半導體原料之晶種側起凝固，藉此使上述砷化鎵系化合物半導體結晶經由包含上述密封容器之垂直型晶舟法生長。
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