JP-7855673-B2 - ＩＩＩ族元素窒化物半導体基板および貼り合わせ基板

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Inventors

齊藤亜有実
杉山智彦

Assignees

ＮＧＫ株式会社

Dates

Publication Date: 20260508
Application Date: 20230119
Priority Date: 20220217

Claims (5)

第一面と第二面とを備えるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板であって、ＩＩＩ族元素窒化物が窒化ガリウムであり、厚みが２００μｍ以上であり、該第一面の表面の中央部を含む領域の偏光顕微鏡観察で得られるクロスニコル像の中に引いた長さ２ｍｍの線分中の明暗の切り替わり回数Ｎが５０以上である、ＩＩＩ族元素窒化物半導体基板。
第一面と第二面とを備えるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板であって、ＩＩＩ族元素窒化物が窒化ガリウムであり、厚みが２００μｍ以上であり、該第一面の表面の中央部を含む領域の偏光顕微鏡観察で得られるクロスニコル像の中に引いた長さ２ｍｍの線分中の明暗の切り替わり回数をＮ回とし、該第一面の表面を平面方向から見たときに該中央部から右方向であって外周から１０ｍｍの距離の地点を含む領域の偏光顕微鏡観察で得られるクロスニコル像の中に引いた長さ２ｍｍの線分中の明暗の切り替わり回数をａ回とし、該第一面の表面を平面方向から見たときに該中央部から左方向であって外周から１０ｍｍの距離の地点を含む領域の偏光顕微鏡観察で得られるクロスニコル像の中に引いた長さ２ｍｍの線分中の明暗の切り替わり回数をｂ回とし、該第一面の表面を平面方向から見たときに該中央部から上方向であって外周から１０ｍｍの距離の地点を含む領域の偏光顕微鏡観察で得られるクロスニコル像の中に引いた長さ２ｍｍの線分中の明暗の切り替わり回数をｃ回とし、該第一面の表面を平面方向から見たときに該中央部から下方向であって外周から１０ｍｍの距離の地点を含む領域の偏光顕微鏡観察で得られるクロスニコル像の中に引いた長さ２ｍｍの線分中の明暗の切り替わり回数をｄ回としたときに、ａ、ｂ、ｃ、ｄそれぞれのＮに対する変化率がいずれも２０％以内である、ＩＩＩ族元素窒化物半導体基板。
前記明暗の切り替わりの点の間の最大長が７００μｍ以下である、請求項１または２に記載のＩＩＩ族元素窒化物半導体基板。
前記基板の直径が４５ｍｍ以上である、請求項１または２に記載のＩＩＩ族元素窒化物半導体基板。
請求項１または２に記載のＩＩＩ族元素窒化物半導体基板と支持基板とが貼り合わされてなる、貼り合わせ基板。

Description

本発明はＩＩＩ族元素窒化物半導体基板に関する。より詳細には、表裏の関係にある主面と裏面とを備えるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板であって、クラックや割れの発生を抑制し得るＩＩＩ族元素窒化物半導体基板に関する。各種半導体デバイスの基板として、窒化ガリウム（ＧａＮ）ウエハー、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）ウエハー、窒化インジウム（ＩｎＮ）ウエハーなどのＩＩＩ族元素窒化物半導体基板が用いられている（例えば、特許文献１など）。半導体基板は、第一面と第二面とを備える。第一面を主面、第二面を裏面としたとき、主面は、代表的には、ＩＩＩ族元素極性面であり、裏面は、代表的には、窒素極性面である。主面上には、エピタキシャル結晶を成長でき、また、各種デバイスを作製できる。ＩＩＩ族元素窒化物半導体基板は、ＬＥＤやＬＤなどの半導体デバイスの下地基板として用いられている。窒化ガリウム基板においては、デバイス作製時にクラックや割れが発生しやすい。このようなクラックや割れは、基板内の残留応力の差が大きいほど発生しやすいことが知られている（特許文献２～４）。基板内の残留応力の評価方法としては、従来、基板表面のラマン分析が用いられ、Ｅ２Ｈフォノンモードに対応するピークの波数により残留応力を評価している。波数の変化が大きいほど残留応力の変化が大きいとされている。特許文献２では、面積が１０ｃｍ２以上の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Ｈフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ－１以下である窒化ガリウム基板が報告されている。特許文献３では、表面の中央と周縁の４箇所の合計５箇所のＥ２Ｈフォノンモードに対応するピーク波数の最大値と最小値との差が０．１ｃｍ－１以上１ｃｍ－１以下の、直径１５０ｍｍ以上の窒化ガリウム基板が報告されている。特許文献４では、Ｅ２Ｈフォノンモードに対応するラマンシフト量の表面重心位置と裏面重心位置との差が０．１ｃｍ－１以上０．５ｃｍ－１以下であって、表面重心位置と周縁との差が０．１ｃｍ－１以上０．５ｃｍ－１以下である、面積が１８ｃｍ２以上の窒化ガリウム基板が報告されている。また、基板内の残留応力の評価方法として、従来、基板表面のカソードルミネッセンス法（ＣＬ法）も用いられている（特許文献５）。これは、残存応力に影響を及ぼす結晶欠陥を、基板表面に現れる転位として計数する方法である。ところが、基板に発生するクラックや割れは、基板表面だけでなく、基板裏面や基板内部にも起こる。したがって、基板表面について測定を行う従来の基板表面の評価方法（ラマン分析やＣＬ法）では、基板内の残留応力についての十分な評価が達成できておらず、クラックや割れの発生を抑制したＩＩＩ族元素窒化物半導体基板を提供できていない。特開２００５－２６３６０９号公報特許第４３８６０３１号公報特許第６４０５７６７号公報特許第６３８４２２９号公報特開２０１７－０５７１４１号公報本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板の代表的な概略断面図である。実施例１で得られたウエハー（１）の第一面の表面の中央部を含む領域の偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察におけるクロスニコル像の写真図である。実施例１で得られたウエハー（１）の第一面の表面の中央部を含む領域の偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察におけるクロスニコル像の写真図に基づくプロット図である。比較例１で得られたウエハー（Ｃ１）の第一面の表面の中央部を含む領域の偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察におけるクロスニコル像の写真図である。比較例１で得られたウエハー（Ｃ１）の第一面の表面の中央部を含む領域の偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察におけるクロスニコル像の写真図に基づくプロット図である。本明細書中で「重量」との表現がある場合は、重さを示すＳＩ系単位として慣用されている「質量」と読み替えてもよい。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板は、代表的には、ＩＩＩ族元素窒化物結晶からなる自立基板である。本明細書において、「自立基板」とは、取り扱う際に自重で変形または破損せず、固形物として取り扱うことのできる基板を意味する。自立基板は発光素子や電力制御素子等の各種半導体デバイスの基板として使用可能である。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板は、代表的には、ウエハー状（略真円状）である。しかし、必要に応じて、それ以外の形状、例えば、矩形等の形状に加工してもよい。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板のサイズ（直径）としては、本発明の実施形態による効果を損なわない範囲で、任意の適切なサイズを採用し得る。このようなサイズとしては、例えば、２５ｍｍ（約１インチ）、４５～５５ｍｍ（約２インチ）、９５～１０５ｍｍ（約４インチ）、１４５～１５５ｍｍ（約６インチ）、１９５～２０５ｍｍ（約８インチ）、２９５～３０５ｍｍ（約１２インチ）等である。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板のサイズ（直径）としては、好ましくは４５ｍｍ以上であり、より好ましくは５０ｍｍ以上である。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板は、その厚み（厚みが一定でない場合は最大厚み箇所の厚み）が２００μｍ以上であり、好ましくは３００μｍ～１０００μｍである。ＩＩＩ族元素窒化物としては、代表的には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）またはこれらの混晶が挙げられる。これらは、１種のみであってもよいし、２種以上であってもよい。ＩＩＩ族元素窒化物は、具体的には、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａｘＡｌ１－ｘＮ（１＞ｘ＞０）、ＧａｘＩｎ１－ｘＮ（１＞ｘ＞０）、ＡｌｘＩｎ１－ｘＮ（１＞ｘ＞０）、ＧａｘＡｌｙＩｎｚＮ（１＞ｘ＞０、１＞ｙ＞０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）である。これらは、各種のｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントでドープされていてもよい。ｐ型ドーパントとしては、代表的には、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、およびカドミウム（Ｃｄ）が挙げられる。これらは、１種のみであってもよいし、２種以上であってもよい。ｎ型ドーパントとしては、代表的には、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、および酸素（Ｏ）が挙げられる。これらは、１種のみであってもよいし、２種以上であってもよい。ＩＩＩ族元素窒化物半導体基板の面方位は、ｃ面、ｍ面、ａ面、およびｃ面、ａ面、ｍ面それぞれから傾斜した特定の結晶面とすることができ、特に、ｃ面とした際に本発明の実施形態による効果がより発現され得る。ｃ面、ａ面、ｍ面それぞれから傾斜した特定の結晶面としては、｛１１－２２｝面や｛２０－２１｝面といった、いわゆる半極性面が例示できる。また、面方位としては、ｃ面、ａ面、ｍ面あるいはこれらから傾斜した特定の結晶面に対して、垂直ないわゆるジャスト面だけでなく、±５°の範囲でのオフ角を含むことが許容される。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板は、第一面と第二面とを備えるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板である。第一面を主面、第二面を裏面としたとき、ＩＩＩ族元素窒化物半導体基板の面方位がc面であれば、主面は、代表的には、ＩＩＩ族元素極性面であり、裏面は、代表的には、窒素極性面である。しかしながら、主面を窒素極性面としてもよいし、裏面をＩＩＩ族元素極性面としてもよい。主面上には、エピタキシャル結晶を成長させることができ、また、各種デバイスを作製することができる。裏面は、サセプタなどによって保持させて、本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板を移送できる。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板の説明においては、第一面を主面、第二面を裏面として説明する。したがって、本明細書において、「主面」とあるものは「第一面」と読み替えてもよく、「第一面」とあるものは「主面」と読み替えてもよく、「裏面」とあるものは「第二面」と読み替えてもよく、「第二面」とあるものは「裏面」と読み替えてもよい。主面は、鏡面であっても非鏡面であってもよい。好ましくは、主面は鏡面である。主面は、デバイス層をエピタキシャル成長させて、作製するデバイスの特性が良好で、デバイス間のデバイス特性のバラツキの少ない半導体デバイスを得る観点からは、加工変質層が実質的に除去され、かつ、ミクロな領域での表面粗さが小さい面が好ましい。裏面は、鏡面であっても非鏡面であってもよい。鏡面とは、鏡面加工された表面であり、鏡面加工後に、光が反射して鏡面加工された表面上に物が映っていることを目視で確認することができるまで表面の粗さやうねりが低減されている状態の表面を指す。つまり、鏡面加工後の表面の粗さやうねりの大きさが、可視光の波長に対して十分無視できる程度にまで低減されている状態の表面である。鏡面加工されている表面上にはエピタキシャル結晶成長が十分可能である。鏡面加工の方法としては、本発明の実施形態による効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法を採用し得る。このような方法としては、例えば、テープを用いた研磨装置、ダイヤモンド砥粒を用いたラッピング装置、コロイダルシリカ等のスラリーと不織布の研磨パッドとを用いたＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈ）装置などを、１つまたは組み合わせて用いて鏡面加工する方法などが挙げられる。加工後の表面に加工変質層が残る場合は、加工変質層を除去する。加工変質層を除去する方法としては、例えば、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）や薬液を用いて加工変質層を除去する方法、基板をアニールする方法、などが挙げられる。非鏡面とは、鏡面加工されていない表面であり、代表的には、粗面化処理によって得られる粗面が挙げられる。粗面化処理の方法としては、本発明の実施形態による効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法を採用し得る。このような方法としては、例えば、砥石を用いた研削加工、レーザーテクスチャ加工、各種薬液やガスを用いたエッチング処理、物理的あるいは化学的なコーティング処理、機械加工によるテクスチャリングなどが挙げられる。図１は、本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板の代表的な概略断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板１００は、代表的には、主面（ＩＩＩ族元素極性面）１０と裏面（窒素極性面）２０を有する。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板１００は、側面３０を有していてもよい。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板の端部は、本発明の実施形態による効果を損なわない範囲で、任意の適切な形態を採り得る。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板の端部は、例えば、主面側と裏面側が平坦面となるように面取りされた形状、主面側と裏面側がＲ状に面取りされた形状、端部の主面側だけが平坦面となるように面取りされている形状、端部の裏面側だけが平坦面となるように面取りされている形状などが挙げられる。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板の端部が面取りされている場合、その面取りされた部分は、外周部の１周全部にわたって設けられていてよく、あるいは、外周部の一部のみに設けられていてもよい。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物半導体基板は、第一面の表面の中央部を含む領域の偏光顕微鏡観察で得られるクロスニコル像の中に引いた長さ２ｍｍの線分中の明暗の切り替わり回数Ｎが、好ましくは３０以上であり、より好ましくは５０以上であり、さらに好ましくは８０以上であり、