外延晶圓的制造方法及外延生長用硅系基板的制作方法
【專利摘要】本發明為一種外延晶圓的制造方法，該外延晶圓在硅系基板上具有外延層，該外延晶圓的制造方法的特征在于，在對所述硅系基板的外周部進行平臺加工后，使半導體層在所述硅系基板上外延生長。由此，提供一種在硅系基板上具有外延層的外延晶圓的制造方法，該外延晶圓的制造方法能夠獲得一種完全無裂痕的外延晶圓。
【專利說明】
外延晶圓的制造方法及外延生長用硅系基板
技術領域
[0001]本發明涉及一種在硅系基板上具有外延生長層的外延晶圓的制造方法及用于該制造方法的硅系基板。
【背景技術】
[0002]為了制造半導體外延晶圓，使用市售的外延制造裝置，在硅系基板(例如，硅基板或碳化硅基板)等的表面上進行外延生長，來進行異質或同質外延晶圓的制造。
[0003]在硅系基板上配置由氮化物半導體所形成的外延生長層而成的外延晶圓，在外周部上的外延生長層的膜厚會變厚而產生外延生長層的晶冠(高于生長層的主表面的突起)。
[0004]按照在作為半導體裝置來使用的晶圓中央部，以使硅系基板的翹曲與外延生長層的應力最適宜的方式，選擇外延生長層的各層的厚度等條件。因此，若產生上述晶冠，則會破壞外延生長層上所產生的應力與基板的翹曲的平衡，對外延生長層造成影響，而于外周部附近的外延生長層上產生龜殼圖案的裂痕等(例如參照圖4)。
[0005]為了防止產生這種晶冠，提出了以下方法等:對硅系基板的外周部進行倒角，在硅系基板上形成外延生長層(例如專利文獻I)。
[0006]另外，作為解決裂痕的對策，提出了以下方法:對Si基板邊緣附近進行粗面化后再進行外延生長(專利文獻2);使用將具有定向平面的(111)面作為主面的硅系板，來作為異質外延生長用基板(專利文獻3)，該硅系板所具有的定向平面，位于以〈111〉方向作為轉軸且將〈110〉方向朝左旋轉(逆時針旋轉)30°、90°及150°中的任一角度后的方向上;或是在以環覆蓋硅系基板的周邊部的狀態下進行外延生長(專利文獻4)等。
[0007]另外，在硅系板上使GaN層、AlN層外延生長而成的外延晶圓中，若在外延生長過程中在晶圓端部產生裂痕，則原料也就是三甲基鋁(Trimethylaluminium，TMA)和三甲基鎵(Trimethy Igal Iium，TMG)的氣體從裂痕的間隙浸入，與Si反應而產生反應痕跡(react 1nimpress1n)。
[0008]作為解決這種反應痕跡的對策，提出了一種在SOI基板上隔著緩沖膜(AlN膜)，使較厚的GaN膜進行外延生長的技術(專利文獻5)。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本專利公開昭59-227117號公報
[0012]專利文獻2:國際公開2011/161975號公報
[0013]專利文獻3:日本專利公開2011-165962號公報
[0014]專利文獻4:日本專利公開2013-171898號公報
[0015]專利文獻5:日本專利公開2007-246289號公報
【發明內容】
[0016](一)要解決的技術問題
[0017]然而，現狀是即便一般被稱為“無裂痕(crackfree)”的外延晶圓，也會因晶冠的產生而在距離外周部數毫米(_)左右的區域內存在裂痕。
[0018]令人擔憂的是，該裂痕在元件的制造步驟中擴張，或引發外延生長層的剝離而污染生產線。因此，期望一種完全無裂痕的外延基板。
[0019]本發明是鑒于上述問題點而完成的，其目的在于，提供一種外延晶圓的制造方法，該方法可獲得一種完全無裂痕的外延晶圓。
[0020](二)技術方案
[0021]為了達到上述目的，本發明提供一種外延晶圓的制造方法，該外延晶圓在硅系基板上具有外延層，該外延晶圓的制造方法的特征在于，在對所述硅系基板的外周部進行平臺加工(亍歹只加工;Terrace processing)后，使半導體層在所述娃系基板上外延生長。
[0022]如此一來，在對硅系基板的外周部進行平臺加工后，使半導體層在硅系基板上外延生長，由此，可容易獲得一種完全無裂痕的外延晶圓，并可在元件制造步驟等的后續步驟(post process)中，抑制裂痕擴張、或抑制引發外延生長層剝離而污染生產線。
[0023]這時，優選為，利用由磨石所實施的磨削，來進行所述平臺加工。
[0024]如此一來，通過利用由磨石所實施的磨削來進行平臺加工，能夠極簡便地進行平臺加工。
[0025]這時，優選為，進一步包含使磨削后的平臺面(terrace surface;階面)成為鏡面或準鏡面的步驟。
[0026]如此一來，通過使磨削后的平臺面成為鏡面或準鏡面，能夠抑制來自磨削后的平臺面的揚塵，并防止由揚塵所導致的問題。
[0027]此時，進行所述外延生長的半導體層可由氮化物半導體構成。
[0028]可適宜地使用氮化物半導體，來作為進行外延生長的半導體層。
[0029]此時，所述氮化物半導體可為AlN、GaN、InN、或它們的混晶中的任一種以上。
[0030]可適宜地使用如上所述的材料，來作為進行外延生長的半導體層所使用的氮化物半導體。
[0031]另外，本發明提供一種外延生長用硅系基板，用于使半導體層外延生長，該外延生長用硅系基板的特征在于，所述硅系基板的外周部經平臺加工，且具有平臺部(階部)。
[0032]若為這種外周部經平臺加工且具有平臺部的硅系基板，則通過使用該基板來進行半導體層的外延生長，由此，能夠容易獲得一種完全無裂痕的外延晶圓，并可在元件制造步驟等的后續步驟中，抑制裂痕擴張、或抑制引發外延生長層剝離而污染生產線。
[0033]這時，優選為，所述平臺部的平臺面成為鏡面。
[0034]如此一來，通過使平臺部的平臺面成為鏡面，可抑制來自平臺面的揚塵，并防止由揚塵所導致的問題。
[0035]此時，進行所述外延生長的半導體層可由氮化物半導體構成。
[0036]可將本發明適宜地應用于外延生長用硅系基板，該基板使用氮化物半導體來作為進行外延生長的半導體層。
[0037]此時，所述氮化物半導體可為AlN、GaN，InN、或它們的混晶中的任一種以上。
[0038]可將本發明適宜地應用于外延生長用硅系基板，該基板使用如上所述的材料來作為進行外延生長的半導體層所使用的氮化物半導體。
[0039]進一步，本發明提供一種外延晶圓，其特征在于，在上述的外延生長用硅系基板上使外延層生長而成。
[0040]若為這種在外周部經平臺加工且具有平臺部的硅系基板上生長有外延層而成的外延晶圓，則能夠容易形成一種完全無裂痕的外延晶圓，且該外延晶圓可在元件制造步驟等的后續步驟中，不會發生裂痕擴張或引起外延生長層剝離而污染生產線。
[0041](三)有益效果
[0042]如上所述，根據本發明，能夠容易獲得一種完全無裂痕的半導體外延晶圓，并可在元件制造步驟等的后續步驟中，抑制裂痕擴張、或抑制引發外延生長層剝離而污染生產線。
【附圖說明】
[0043]圖1為表示本發明的外延晶圓的制造方法的制造流程一例的圖。
[0044]圖2為表示在本發明的外延晶圓的制造方法的制造步驟中所獲得的平臺加工后的硅系基板的圖。
[0045]圖3為表不利用實施例的制造方法制造而成的外延晶圓的周邊部的圖ο
[0046]圖4為表示利用比較例的制造方法制造而成的外延晶圓的周邊部的圖。
【具體實施方式】
[0047]下面，作為實施方式的一例，參照附圖對本發明進行詳細說明，但本發明并不限定于此。
[0048]如上所述，現狀是即便在被稱作“無裂痕”的外延晶圓中，也會因產生晶冠而在距離外周部數毫米(mm)左右的范圍內存在裂痕，令人擔憂的是，該裂痕在元件的制造步驟中擴張，或引發外延生長層的剝離而污染生產線。因此，期望一種完全無裂痕的外延基板。
[0049]于是，發明人等針對外延晶圓的制造方法進行了反復深入研究，所述方法可容易地獲得一種完全無裂痕的外延晶圓，可在元件制造步驟等的后續步驟中，抑制裂痕擴張，或抑制引發外延生長層剝離而污染生產線。
[0050]其結果為，發現通過在對硅系基板的外周部進行平臺加工后，在硅系基板上使半導體層外延生長，可容易獲得一種完全無裂痕的外延晶圓，并可在元件制造步驟等的后續步驟中，抑制裂痕擴張，或抑制引發外延生長層剝離而污染生產線，從而完成了本發明。
[0051]下面，參照圖1，說明本發明的半導體外延晶圓的制造方法。
[0052]首先，如圖1中的(a)所示，準備硅系基板。硅系基板是例如硅(Si)基板、碳化硅(SiC)基板等。
[0053]接著，如圖1中的(b)所示，對硅系基板的外周部進行平臺加工。
[0054]此處，所謂的“平臺加工(亍歹只加工;Terrace processing)”是指實施以下加工:如圖2中的(e)所示，對于硅系板的要形成外延層的一側的表面的外周部，在不改變外徑的前提下，平坦地去除一定寬度的該外周部。被施以此加工后的部分稱作平臺部，所形成的平坦的面稱作平臺面。
[0055]該平臺加工，利用例如具有粒度號數為#800?#4000左右的粒度的磨石來進行磨肖Ij，磨削范圍為寬度Imm以上，優選為I?3mm;磨削深度3μηι以上，優選為3?50μηι。
[0056]將如此地進行平臺加工后的硅系基板表示于圖2。
[0057]圖2中的(a)為以寬度3mm、深度6μπι磨削而成的晶圓的外周部的照片，圖2中的(b)為圖2中的(a)的放大照片。
[0058]另外，圖2中的(C)是以寬度1mm、深度6μπι磨削而成的晶圓的外周部的照片，圖2中的(d)為圖2中的(C)的放大照片。
[0059]進一步地，圖2中的(e)為磨削后的硅系板的周邊部的剖面圖。
[0060]如此一來，通過對硅系基板的外周部進行平臺加工，可抑制因后續步驟的外延生長而導致外周部的裂痕和外延層脫落，并抑制反應痕跡的產生。一般認為，這是由于平臺加工后的平臺部上外延生長的層成為多晶而使應力得到緩和，從而抑制裂痕和反應痕跡的產生。
[0061]另外，也可在磨削后，利用混酸等進行蝕刻，來使平臺面成為鏡面或準鏡面。如此一來，通過進行蝕刻使平臺面成為鏡面或準鏡面，可抑制揚塵，并防止由揚塵所導致的問題。
[0062]接著，如圖1中的(C)所示，使用有機金屬氣相生長(Metal-organic ChemicalVapor Deposit1n，MOCVD)法等外延生長法，在設定為900°C以上，例如1200°C的硅系基板上形成外延生長層。
[0063]此外延層的組成并無特別限定，可為氮化物半導體，并可使該氮化物半導體為AlN、AlGaN、GaN中的任一種以上。例如，可在形成AlN層后，使AlGaN層與GaN層交錯層疊而成的緩沖層生長，并在其表面形成GaN層，使整體以3?ΙΟμπι左右的厚度生長。
[0064]若按照上述所說明的圖1的制造流程來制造外延晶圓，能夠容易獲得一種完全無裂痕的半導體外延晶圓，并可在元件制造步驟等的后續步驟中，抑制裂痕擴張，或抑制引發外延生長層剝離而污染生產線。
[0065]接著，說明本發明的外延生長用硅系基板。
[0066]本發明的外延生長用硅系基板，用于使半導體層外延生長，硅系基板的外周部經平臺加工且具有平臺部(參照圖2中的(e))。
[0067]若使用外周部經平臺加工且具有平臺部的硅系基板，來進行半導體層的外延生長，則能夠容易獲得一種完全無裂痕的外延晶圓，并可在元件制造步驟等的后續步驟中，抑制裂痕擴張，或抑制引發外延生長層剝離而污染生產線。
[0068]另外，優選地，平臺部的平臺面成為鏡面或準鏡面。
[0069]如此一來，通過使平臺部的平臺面成為鏡面或準鏡面，可抑制來自平臺面的揚塵，并防止由揚塵所導致的問題。
[0070]進一步地，進行外延生長的半導體層可為由氮化物半導體構成。
[0071]可將本發明適宜地應用于外延生長用硅系基板，所述基板使用氮化物半導體來作為進行外延生長的半導體層。
[0072]該氮化物半導體可為AlN、GaN、InN、或它們的混晶中的任一種以上。
[0073]可將本發明適宜地應用于外延生長用硅系基板，所述基板使用如上所述的材料來作為進行外延生長的半導體層所使用的氮化物半導體。
[0074]另外，本發明的外延晶圓，是在上述的外延生長用硅系基板上使外延層生長而成。
[0075]若為在這種外周部經平臺加工且具有平臺部的硅系基板上使外延層生長而成的外延晶圓，則能夠容易形成一種完全無裂痕的外延晶圓，并可在元件制造步驟等的后續步驟中，形成一種無裂痕擴張、不會引起外延生長層剝離而污染生產線的外延晶圓。
[0076]實施例
[0077]下面，示出實施例和比較例，更具體地說明本發明，但本發明并不限定于這些實施例和比較例。
[0078](實施例)
[0079]使用具有#3000粒度的磨石，對直徑150mm且厚度Imm的硅系板的外周部，按照寬度3mm且深度6μηι、或寬度3mm且50μηι的兩個水平，利用磨削進行平臺加工。
[0080]在進行平臺加工后的硅系板上通過外延生長而形成AlN層，然后使AlGaN層與GaN層交錯層疊而成的緩沖層外延生長，并于其表面使GaN層外延生長，來制作外延晶圓。外延層整體的厚度為10Μ1。
[0081]利用集光燈來觀察如上所述地制作而成的外延晶圓的外周部，發現無論是按照深度6μπι的水平(參照圖3中的(a)、或者深度50μπι的水平(參照圖3中的(b)，均未產生裂痕、外延層脫落及反應痕跡。
[0082](比較例)
[0083]除未進行平臺加工以外，與實施例相同地，在直徑150mm且厚度Imm的娃系板上進行外延生長。
[0084]其結果為，如圖4所示，外延晶圓的大致整個圓周可見裂痕。另外，外延層脫落分散于整個圓周，反應痕跡亦零星地分散。
[0085]此外，本發明并不限定于上述實施方式。上述實施方式僅為例示，具有和本發明的權利要求書中記載的技術思想實質上相同的構成且起到同樣的作用效果的技術方案，均包含于本發明的技術范圍內。
【主權項】
1.一種外延晶圓的制造方法，該外延晶圓在硅系基板上具有外延層，該外延晶圓的制造方法的特征在于， 在對所述硅系基板的外周部進行平臺加工后，使半導體層在所述硅系基板上外延生長。2.根據權利要求1所述的外延晶圓的制造方法，其特征在于，利用由磨石所實施的磨肖IJ，來進行所述平臺加工。3.根據權利要求2所述的外延晶圓的制造方法，其特征在于，進一步包含使磨削后的平臺面成為鏡面或準鏡面的步驟。4.根據權利要求1?3中任一項所述的外延晶圓的制造方法，其特征在于，所述進行外延生長的半導體層由氮化物半導體構成。5.根據權利要求4所述的外延晶圓的制造方法，其特征在于，所述氮化物半導體為A1N、GaN, InN、或它們的混晶中的任一種以上。6.—種外延生長用硅系基板，用于使半導體層外延生長，該外延生長用硅系基板的特征在于， 所述硅系基板的外周部經平臺加工，且具有平臺部。7.根據權利要求6所述的外延生長用硅系基板，其特征在于，所述平臺部的平臺面成為鏡面或準鏡面。8.根據權利要求6或7所述的外延生長用硅系基板，其特征在于，所述進行外延生長的半導體層由氮化物半導體構成。9.根據權利要求8所述的外延生長用硅系基板，其特征在于，所述氮化物半導體為A1N、GaN, InN、或它們的混晶中的任一種以上。10.—種外延晶圓，其特征在于，在權利要求6?9中任一項所述的外延生長用娃系基板上使外延層生長而成。
【文檔編號】C23C16/34GK106068547SQ201580011736
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年2月10日 公開號201580011736.1, CN 106068547 A, CN 106068547A, CN 201580011736, CN-A-106068547, CN106068547 A, CN106068547A, CN201580011736, CN201580011736.1, PCT/2015/595, PCT/JP/15/000595, PCT/JP/15/00595, PCT/JP/2015/000595, PCT/JP/2015/00595, PCT/JP15/000595, PCT/JP15/00595, PCT/JP15000595, PCT/JP1500595, PCT/JP2015/000595, PCT/JP2015/00595, PCT/JP2015000595, PCT/JP201500595
【發明人】萩本和德, 篠宮勝, 土屋慶太郎, 后藤博一, 佐藤憲, 鹿內洋志, 小林昇一, 栗本宏高
【申請人】信越半導體株式會社