蓝宝石单晶芯及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蓝宝石单晶芯及其制造方法。
[0002]上述蓝宝石单晶芯主要作为SOS基板中的绝缘性基板的材料使用。上述蓝宝石单晶芯的制造方法是能够以高收率将SOS基板中的绝缘性基板切出的、用于制造不含气泡的蓝宝石单晶芯的方法。
【背景技术】
[0003]SOI (silicon-on-1nsulator)基板是在绝缘性的基板材料上使娃膜生长而得到的基板。在该SOI基板上形成的半导体器件与在单晶硅基板上形成的器件相比，能够实现动作的高速化和电路的高集成化。根据这样的实际情况，作为SOI基板的高性能器件用基板的制品化在不断地发展。
[0004]作为这样的SOI基板的代表性基板，已知在蓝宝石(氧化铝)单晶基板上使硅膜生长而得到的 SOS (silicon-on-sapphire)基板。
[0005]SOS基板一般能够通过在蓝宝石基板的r面(密勒指数{1-102})上采用CVD法、MBE法等使硅外延生长而形成。蓝宝石的r面的与硅的晶格常数差小，因此在该面上硅容易外延生长。作为在此使用的r面蓝宝石基板，要求直径150_的基板(本领域技术人员惯用地将其称为“6英寸基板”。)或者其以上的大口径的基板。
[0006]对于蓝宝石基板，近年来积极地进行着大量生产技术的开发。这起因于作为LED芯片的氮化物半导体形成用的需要变得旺盛。作为氮化物半导体形成用基板，一般地使用了与氮化物半导体的晶格常数差最小的c面(密勒指数{0001})蓝宝石基板。因此，上述的大量生产技术开发几乎都限定于高效率地生产c面蓝宝石基板。另一方面，高效率地制造用于SOS基板的6英寸以上的大口径r面蓝宝石基板的技术的开发研宄尚未进行。
[0007]作为成为蓝宝石单晶基板的材料的蓝宝石锭(单晶体)的制造法，已知例如火焰恪融法、EFG (Edge-defined Film-fed Growth)法、提拉法、? 口术一y 只法、HEM (HeatExchange Method)法等。这些中，作为成为6英寸以上的大型基板的材料的蓝宝石单晶体的生长方法，最一般的是? 口术一歹只法。
[0008]口术一歹只法是熔液生长法的一种。对于与使原料熔融的液面接触的种晶体不提升或者与提拉法相比用极其缓慢的速度提升，同时缓缓地降低加热器输出将坩祸冷却，从而在原料熔融液面下的区域中使单晶体生长的方法。该? 口术一歹只法是能够比较容易地得到具有优异的结晶特性的大口径的单晶体的方法。
[0009]但是，^ 口术一歹只法与提拉法相比在极弱的温度梯度下进行结晶生长。因此，大大受到因结晶方位而不同的生长速度的影响。因此，虽然以生长快的轴作为培育方向使结晶生长容易，但以生长慢的轴作为培育方向的结晶生长困难。采用? 口术一歹只法使蓝宝石单晶生长而得到锭的情况下，一般是使具有生长速度慢、结晶缺陷容易传播的性质的c轴方向相对于培育方向垂直地配置，在a轴方向上结晶生长(参照例如特开2008-207992号公报)。由这样得到的以a轴作为生长方向的蓝宝石锭得到上述r面的蓝宝石单晶基板时，需要经过首先将锭沿倾斜方向切出而得到r面蓝宝石单晶芯的圆柱体，然后将该圆柱体切断为圆板状的工序(参照特开2008-971号公报)。
[0010]由于上述说明的理由，由采用? 口术一歹只法得到的蓝宝石锭切出的r面蓝宝石单晶芯与切出前的蓝宝石锭相比变得非常小。例如一般得到的? 口术一歹只法的大型结晶是在高度方向上具有a轴的直径200mm左右的圆柱体。如果由该圆柱体切出以!■面作为底面的直径150mm的圆柱体状的芯，理论上只能得到最长长134mm左右的芯。
[0011]但是，将蓝宝石单晶芯切割为基板的多线锯一般是能够将长300mm以上的芯切断的装置。实际的作业中，为了提高生产率，经由边将厚度薄的芯精密地对位边多个连结使长度为例如200mm以上后进行切断的烦杂的工序。
[0012]另一方面，采用提拉法的结晶生长中，结晶方位引起的生长速度之差小。因此，使蓝宝石单晶在r轴方向上以200mm以上的长尺寸生长比较容易。但是，在r轴方向上使结晶生长的情况下，多在肩部的特定的结晶方位产生称为“小平面”的平坦部。如果产生该小平面，则结晶形状不是轴对称形，因此产生在结晶中心部气泡大量混入的问题。其结果，不能制造直径150mm以上的无泡的蓝宝石单晶芯。
【发明内容】
[0013]本发明为了打破上述的现状而完成。
[0014]因此，本发明的目的在于提供轴方向为r轴，具有足够的口径和足以应用多线锯的长度，并且不含气泡的蓝宝石单晶芯及其制造方法。
[0015]本发明人等发现:通过在采用提拉法的结晶生长中的肩部形成时，形成以使该肩部具有特定的轮廓，从而能够稳定地制造以！*轴作为结晶生长方向的、不含气泡的、大口径且长尺寸的蓝宝石单晶芯，完成了本发明。
[0016]S卩，本发明是蓝宝石单晶芯及其制造方法，该蓝宝石单晶芯的轴方向为！■轴，长度为200mm以上，直径为150mm以上，而且不含气泡。
【附图说明】
[0017]图1是表不本发明的蓝宝石单晶芯的不意图。
[0018]图2是表示提拉法单晶提升装置的结构的示意图。
[0019]图3是表示退火炉的结构的示意图。
[0020]图4是蓝宝石锭的加工工序的一例。
[0021]图5是表示实施例1中的蓝宝石单晶体的肩部轮廓的图。
[0022]图6是表示比较例I中的蓝宝石单晶体的肩部轮廓的图。
【具体实施方式】
[0023]<蓝宝石单晶芯>
[0024]本发明的蓝宝石单晶芯，其特征在于，轴方向为r轴，长度为200mm以上，直径为150mm以上，而且不含气泡。
[0025]本发明的蓝宝石单晶芯具有相互平行的2个平面。本发明的蓝宝石单晶芯的r轴相对于上述平面分别所成的角度都在90±1°的范围。
[0026]本发明的蓝宝石单晶芯的上述2个平面各自的内接圆的直径为140mm以上。在蓝宝石单晶芯，通常为了使切割后的基板的方向一致，可设置称为定向平面的切口(参照图Do切口的宽度通常为30-70mm。因此，如果考虑该切口的存在，如果例如上述平面中的内接圆的直径为140mm以上，则芯自身成为6英寸基板(直径150mm)以上的大口径芯。对芯直径的上限并无特别限定，如果考虑抑制提拉法的制造工序中的、结晶的开裂?裂纹和脉理(lineage)的产生以及大口径化的有用性等，优选使直径为170mm以下。
[0027]本发明的蓝宝石单晶芯的上述2个平面间的距离(与上述2个平面垂直的方向的长度)为200mm以上。对该长度的上限并无特别限定，如果考虑抑制提拉法的制造工序中的、结晶的开裂.裂纹和脉理的产生以及大口径化的有用性等，优选为500mm以下，更优选为350mm以下。
[0028]本发明的蓝宝石芯为单晶体，而且也不具有能够通过X射线物相照片确认的脉理。即，本发明的蓝宝石单晶芯为真的单晶体或与其接近。以下示出用于观察上述脉理的有无的X射线物相照片的测定条件。
[0029]X射线测定装置:(株)y力、夕制造、型号“XRT-100”
[0030]测定方式:反射法
[0031]X射线管对阴极:Cu
[0032]管电压:50kV
[0033]管电流:300mA
[0034]摄像法:膜法
[0035]2 Θ:89.0°
[0036]ω:102.3°
[0037]入射狭缝:弯曲狭缝、宽Imm
[0038]受光狭缝:弯曲狭缝、宽3mm
[0039]扫描次数:10次
[0040]扫描速度:2mm/分
[0041 ] 本发明中，在上述条件下摄像的用亮度O (黒)-255 (白)的256等级的浓淡表示的灰度像中，没有发现具有亮度16以上的不同的边界的面(和与其相伴的粒界)的情况下，将该结晶评价为不具有脉理。脉理的有无也能够简单地通过有无能够利用暗室内的正交尼科耳观察视认的脈理(只卜X个)来判定。
[0042]本发明的蓝宝石单晶芯不含气泡。蓝宝