半导体外延晶圆的制造方法及半导体外延晶圆的制作方法

半导体外延晶圆的制造方法及半导体外延晶圆的制作方法
【专利摘要】本发明是一种半导体外延晶圆的制造方法，其特征在于，具有以下步骤：制作步骤，其使半导体层外延生长在硅系基板上来制造外延晶圆；观察步骤，其观察所述制作而成的外延晶圆的外周部；以及，去除步骤，其将在所述观察步骤中观察到的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分加以除去。由此，提供一种半导体外延晶圆的制造方法，该方法可获得完全无裂痕的半导体外延晶圆。
【专利说明】
半导体外延晶圆的制造方法及半导体外延晶圆
技术领域
[0001]本发明涉及一种在硅系基板上具有外延生长层的半导体外延晶圆的制造方法及半导体外延晶圆。
【背景技术】
[0002]为了制造半导体外延晶圆，使用市售的外延制造装置，在硅系基板(例如，硅基板或碳化硅基板)等的表面进行外延生长，来进行异质或同质外延晶圆的制造。
[0003]在硅系基板上配置由氮化物半导体所形成的外延生长层而成的外延晶圆，在外周部上的外延生长层的膜厚会变厚而产生外延生长层的晶冠(高于生长层的主表面的突起)。
[0004]安装在作为半导体装置来使用的晶圆中央部，使硅系基板的翘曲与外延生长层的应力最适宜的方式，选择外延生长层的各层的厚度等条件。因此，若产生上述晶冠，则会破坏外延生长层上所产生的应力与基板的翘曲的平衡，对外延生长层带来影响，而在外周部附近的外延生长层上产生龟壳图案的裂痕等。
[0005]为了防止产生这种晶冠，提出了以下方法等:对硅系基板的外周部进行倒角，并在硅系基板上形成外延生长层(例如专利文献I)。
[0006]另外，作为解决裂痕的对策，提出以下方法:对硅基板边缘附近进行粗面化后再进行外延生长(专利文献2);使用将具有定向平面的(111)面作为主面的硅基板，来作为异质外延生长用基板，该硅基板所具有的定向平面，可位在以〈111〉方向作为转轴且使〈110〉方向朝左旋转(逆时针旋转)30°、90°及150°中的任一角度后的方向上(专利文献3);或是在以环覆盖基板的周边部的状态下进行外延生长(专利文献4)等。
[0007]另外，在硅基板上使GaN层、AlN层外延生长而成的外延晶圆中，若在外延生长中在晶圆端部产生裂痕，则原料也就是三甲基招(Trimethy Ialuminium，TMA)或三甲基镓(Trimethyl Gallium，TMG)的气体从裂痕的间隙浸入，与娃反应而产生反应痕迹(react1nimpress1n)。
[0008]作为解决对这种反应痕迹的对策，提出了一种在SOI基板上隔着缓冲膜(AlN膜)，使较厚的GaN膜进行外延生长的技术(专利文献5)。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本专利公开昭59-227117号公报
[0012]专利文献2:国际公开2011/161975号公报
[0013]专利文献3:日本专利公开2011-165962号公报
[0014]专利文献4:日本专利公开2013-171898号公报
[0015]专利文献5:日本专利公开2007-246289号公报

【发明内容】

[0016](一)要解决的技术问题
[0017]然而，现状是即便一般被称为“无裂痕(crackfree)”的外延晶圆，也会因晶冠的产生而在距离外周部数毫米(_)左右的区域内存在裂痕。
[0018]令人担忧的是，该裂痕在元件的制造步骤中扩张、或引发外延生长层的剥离而污染生产线。因此，期望一种完全无裂痕的外延基板。
[0019]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种半导体外延晶圆的制造方法，该方法可获得一种完全无裂痕的半导体外延晶圆。
[0020](二)技术方案
[0021]为了达到上述目的，本发明提供一种半导体外延晶圆的制造方法，其特征在于，具有以下步骤:制作步骤，其使半导体层外延生长在硅系基板上来制造外延晶圆；观察步骤，其观察所述制作而成的外延晶圆的外周部；以及，去除步骤，其将在所述观察步骤中观察到的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分加以除去。
[0022 ]如此一来，观察制作而成的外延晶圆的外周部，将观察到的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分加以除去，由此，能够容易地获得一种完全无裂痕的半导体外延晶圆，其可在元件制造步骤等后续步骤(post process)中，抑制裂痕扩张或引发外延生长层的剥离而污染生产线。
[0023]此时，优选为，在所述去除步骤中，在不改变所述外延晶圆的所述硅系基板的外径的前提下，磨削所述裂痕、所述外延层剥落及所述反应痕迹的部分。
[0024]如此一来，在不改变外延晶圆的硅系基板的外径的前提下，磨削裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分，由此，可在后续步骤中无需考虑外延晶圆的直径的变化，使用与磨削前的硅系基板的直径对应的相同的装置、治具。
[0025]此时，优选为，在所述去除步骤后，通过混酸蚀刻使所述外延晶圆的磨削面成为镜面或准镜面。
[0026]如此一来，通过混酸蚀刻使外延晶圆的磨削面成为镜面或准镜面，由此，能够抑制磨削部分的扬尘。
[0027]此时，优选为，通过倒角加工将所述外延层的突檐部(eaves)加以去除，该突檐部是由于所述混酸蚀刻对所述硅系基板进行蚀刻而形成。
[0028]如此一来，通过倒角加工将外延层的突檐部加以去除，由此能够防止在后续步骤中的关擔部分广生碎片。
[0029]此时，所述半导体层可成为由氮化物半导体所形成的结构。
[0030]作为外延生长的半导体层，可适宜地使用氮化物半导体。
[0031]此时，可使所述氮化物半导体为AlN、GaN、InN、或它们的混晶中的任一种以上。
[0032]作为用于外延生长的半导体层的氮化物半导体，可适宜地使用如上所述的材料。
[0033]另外，本发明提供一种半导体外延晶圆，由半导体层在硅系基板上外延生长而成，其特征在于，在所述半导体外延晶圆的外周部中，所述半导体层中的至少一部分被去除。
[0034]如此一来，在半导体外延晶圆的外周部，外延生长而成的半导体层中的至少一部分被去除，由此，可将半导体外延晶圆的外周部所产生的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分加以除去，能够容易地成为完全无裂痕的半导体外延晶圆，其可在元件制造步骤等后续步骤中，不会因为裂痕扩张或引发外延生长层的剥离而污染生产线。
[0035]此时，优选为，所述半导体层中的至少一部分被去除的部分成为镜面或准镜面。
[0036]通过这种结构，能够抑制去除部分的扬尘。
[0037]此时，可在所述半导体层中的至少一部分被去除的部分中，成为露出所述硅系基板的结构。
[0038]通过这种结构，半导体外延晶圆的外周部所产生的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分被更确切地去除。
[0039]此时，所述半导体层可成为由氮化物半导体所形成的结构。
[0040]由于在氮化物半导体的外延晶圆中，在周边部必定会产生裂痕、外延层剥落及反应痕迹，因此在外延生长的半导体层为氮化物半导体的情况下，本发明尤其有益。
[0041]此时，可使所述氮化物半导体为AlN、GaN、InN、或它们的混晶中的任一种以上。
[0042]当应用于半导体外延晶圆时，该半导体外延晶圆时使用如上所述的材料来作为用于外延生长的半导体层的氮化物半导体，可更有效地成为一种完全无裂痕的半导体外延晶圆。
[0043](三)有益效果
[0044]如上所述，依据本发明，能够容易地获得一种完全无裂痕的半导体外延晶圆，其可在元件制造步骤等后续步骤中，抑制裂痕扩张或引发外延生长层的剥离而污染生产线。
【附图说明】
[0045]图1是表示本发明的半导体外延晶圆的制造方法的制造流程一例的图。
[0046]图2是表示通过本发明的半导体外延晶圆的制造方法制造而成的半导体外延晶圆的图。
[0047]图3是表示在比较例的半导体外延晶圆的周边部观察到的裂痕、反应痕迹的图。
[0048]图4是表示通过本发明的半导体外延晶圆的制造方法的制造步骤所形成的外延层的突檐部的图。
【具体实施方式】
[0049]以下，作为实施方式的一例，参照图式详细说明本发明，但本发明并非限定于此。
[0050]如上所述，现状是即便在被称为“无裂痕”的外延晶圆中，也会因产生晶冠而在距离外周部数毫米(mm)左右的区域内存在裂痕，令人担忧的是，该裂痕在元件的制造步骤中扩张、或引发外延生长层的剥离而污染生产线。因此，期望一种完全无裂痕的外延基板。
[0051]于是，发明人等针对半导体外延晶圆的制造方法反复努力研究，该方法可容易地获得一种完全无裂痕的半导体外延晶圆，其可在元件制造步骤等的后续步骤中，抑制裂痕扩张、或引发外延生长层的剥离而污染生产线。
[0052]其结果为，发现通过观察制作而成的外延晶圆的外周部，并将观察到的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分加以除去，可容易地获得一种完全无裂痕的半导体外延晶圆，其可在元件制造步骤等的后续步骤中，抑制裂痕扩张或引发外延生长层的剥离而污染生产线，从而完成本发明。
[0053]以下，参照图1，说明本发明的半导体外延晶圆的制造方法。
[0054]首先，如图1中的(a)所示，准备硅系基板，并配置于外延生长炉。硅系基板是例如硅(S i)基板或碳化硅(S i C)基板等。
[0055]接着，如图1中的(b)所示，使用有机金属气相生长(Metal-organic ChemicalVapor Deposit1n，MOCVD)法等外延生长法，在设定为900°C以上，例如1200°C的硅系基板上形成外延生长层。
[0056]该外延层的组成并无特别限定，但可为氮化物半导体，另外，可使该氮化物半导体为AlN、GaN、InN、或它们的混晶中的任一种以上。例如，可在形成AlN层后，使AlGaN层与GaN层交错积层而成的缓冲层生长，并在表面形成GaN层，使整体以3?ΙΟμπι左右的厚度生长。
[0057]接着，如图1中的(C)所示，观察外延晶圆外周部，检查有无裂痕、反应痕迹、外延层剥落及产生位置。该观察方法亦无特别限定，例如可在聚光灯下目测观察裂痕、反应痕迹，利用显微镜观察膜的剥落情况、反应痕迹。
[0058]接着，如图1(d)所示，利用磨削将产生裂痕的部分、产生反应痕迹的部分及外延层的剥落加以除去。
[0059]此时，优选为，在不改变外延晶圆的硅系基板的外径的前提下，磨削裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分。
[0060]如此一来，通过在不改变外延晶圆的硅系基板的外径的前提下，磨削裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分，在后续步骤中无需考虑外延晶圆的直径的变化，可使用与磨削前的硅系基板的直径对应的相同的装置、治具。
[0061 ]此处，磨削可使用市售的磨削用轮，在宽度I?15mm的范围内，对晶圆外周部进行磨削，使其深度比外延层的厚度深I?250μπι左右。
[0062]此时，完全去除外延层后的磨削面处于露出硅系基板的状态，但若无裂痕等缺陷，则并非必须完全去除外延层。
[0063]另外，去除方法亦并非限定于磨削，亦可使用蚀刻或研磨等。
[0064]接着，如图1(e)所示，通过例如混酸对外周部的磨削面进行蚀刻，使其成为镜面或准镜面。如此一来，利用蚀刻使磨削面成为镜面或准镜面，由此，能够抑制磨削部分的扬尘。
[0065]此外，当使用细的粒度号数的磨削轮时，由于磨削面的表面粗糙度得以被降低，因此并非必须进行蚀刻。
[0066]另外，镜面化亦可使用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP) ο
[0067]接着，如图1(f)所示，通过蚀刻对所形成的外延层的外周部的突檐部分(参照图4)进行倒角并去除。如此一来，通过事先将突檐部分去除，可防止后续步骤中的突檐部分的碎片。
[0068]若依据图1所示的制造流程来制造半导体外延晶圆，则能够容易地获得一种完全无裂痕的半导体外延晶圆，其在元件制造步骤等后续步骤中，可抑制裂痕扩张或引发外延生长层的剥离而污染生产线。
[0069]接着，说明本发明的半导体外延晶圆。
[0070]本发明的半导体外延晶圆是使半导体层外延生长在硅系基板上而成，在半导体外延晶圆的外周部，半导体层中的至少一部分被去除。
[0071 ]在半导体外延晶圆的外周部中，外延生长而成的半导体层中的至少一部分被去除，由此，可将半导体外延晶圆的外周部所产生的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分加以除去，可容易地获得一种完全无裂痕的半导体外延晶圆，其可在元件制造步骤等后续步骤中，抑制裂痕扩张或引发外延生长层的剥离而污染生产线。
[0072]另外，优选为，外延生长而成的半导体层中的至少一部分被去除的部分成为镜面或准镜面。
[0073]通过这种结构，能够抑制去除部分的扬尘。
[0074]进一步地，在外延生长而成的半导体层中的至少一部分被去除的部分中，可成为露出硅系基板的结构。
[0075]通过这种结构，半导体外延晶圆的外周部所产生的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分被更确切地去除。
[0076]另外，外延生长而成的半导体层可成为由氮化物半导体所形成的结构。
[0077]由于在氮化物半导体的外延晶圆中，在周边部必定会产生裂痕、外延层剥落及反应痕迹，因此，当外延生长的半导体层为氮化物半导体时，本发明尤其有益。
[0078]可使该氮化物半导体为AlN、GaN、InN、或它们的混晶中的任一种以上。
[0079]当应用于半导体外延晶圆时，该半导体外延晶圆使用如上所述的材料来作为用于外延生长的半导体层的氮化物半导体，可更有效地成为一种完全无裂痕的半导体外延晶圆。
[0080]实施例
[0081]以下，示出实施例和比较例，更具体地说明本发明，但本发明并非限定于这些实施例。
[0082](比较例)
[0083]在直径150mm、厚Imm的娃基板上，通过外延生长形成AlN层后，使AlGaN层与GaN层交错积层而成的缓冲层生长，并在其表面形成GaN层。
[0084]外延层整体的厚度为ΙΟμ??。
[0085]在聚光灯下观察该半导体外延晶圆的外周部时，观察到几乎全周存在裂痕。
[0086]并且，外延层剥落分布于全周，反应痕迹稀疏地分布于全周。
[0087]在图3中，示出如上所述地制作而成的半导体外延晶圆的周边部的裂痕和反应痕迹的情况。
[0088](实施例)
[0089]与比较例相同地制作半导体外延晶圆。
[0090]在聚光灯下，观察制作而成的半导体外延晶圆的外周部后，利用磨削用轮将半导体外延晶圆外周部的裂痕部分、外延层剥落(外延层卷起)部分及反应痕迹部分，磨削为宽度10mm、深度50μηι(平台面(terrace surface，阶面)倒角)。
[0091]将磨削后的半导体外延晶圆示于图2。
[0092]图2中的(a)是从斜上方观察磨削后的半导体外延晶圆的照片，图2中的(b)是磨削后的半导体外延晶圆的周边部的剖面图，图2中的(C)及图2中的(d)是磨削后的半导体外延晶圆的周边部的外延层部与平台面倒角部的边界附近的放大照片。
[0093]由图2可知，晶圆外周部的裂痕部分、外延层剥落(外延层卷起)部分及反应痕迹部分被完全去除干净。
[0094]进一步，利用对经磨削的部分进行混酸蚀刻，使磨削部分成为镜面或准镜面。
[0095]然后，通过胶带倒角(tapechamf er)，将由于混酸蚀刻所形成的外延层的突檐部分加以除去。
[0096]此外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为例示，具有和本发明的权利要求书中记载的技术思想实质上相同的构成且起到同样的作用效果的技术方案，均包含于本发明的技术范围内。
【主权项】
1.一种半导体外延晶圆的制造方法，其特征在于，具有以下步骤: 制作步骤，其使半导体层外延生长在硅系基板上来制造外延晶圆； 观察步骤，其观察所述制作而成的外延晶圆的外周部；以及， 去除步骤，其将在所述观察步骤中观察到的裂痕、外延层剥落及反应痕迹的部分加以除去。2.根据权利要求1所述的半导体外延晶圆的制造方法，其特征在于，在所述去除步骤中，在不改变所述外延晶圆的所述硅系基板的外径的前提下，磨削所述裂痕、所述外延层剥落及所述反应痕迹的部分。3.根据权利要求2所述的半导体外延晶圆的制造方法，其特征在于，在所述去除步骤后，通过混酸蚀刻使所述外延晶圆的磨削面成为镜面或准镜面。4.根据权利要求3所述的半导体外延晶圆的制造方法，其特征在于，通过倒角加工将所述外延层的突檐部加以去除，该突檐部是由于所述混酸蚀刻对所述硅系基板进行蚀刻而形成。5.根据权利要求1?4中的任一项所述的半导体外延晶圆的制造方法，其特征在于，所述半导体层由氮化物半导体所形成。6.根据权利要求5所述的半导体外延晶圆的制造方法，其特征在于，所述氮化物半导体为AlN、GaN、InN、或它们的混晶中的任一种以上。7.—种半导体外延晶圆，其由半导体层在硅系基板上外延生长而成，其特征在于， 在所述半导体外延晶圆的外周部中，所述半导体层中的至少一部分被去除。8.根据权利要求7所述的半导体外延晶圆，其特征在于，所述半导体层中的至少一部分被去除的部分成为镜面或准镜面。9.根据权利要求7或8所述的半导体外延晶圆，其特征在于，所述半导体层中的至少一部分被去除的部分中，露出所述娃系基板。10.根据权利要求7?9中的任一项所述的半导体外延晶圆，其特征在于，所述半导体层由氮化物半导体所形成。11.根据权利要求10所述的半导体外延晶圆，其特征在于，所述氮化物半导体为A1N、GaN, InN、或它们的混晶中的任一种以上。
【文档编号】H01L21/20GK106068546SQ201580011705
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年2月10日 公开号201580011705.6, CN 106068546 A, CN 106068546A, CN 201580011705, CN-A-106068546, CN106068546 A, CN106068546A, CN201580011705, CN201580011705.6, PCT/2015/597, PCT/JP/15/000597, PCT/JP/15/00597, PCT/JP/2015/000597, PCT/JP/2015/00597, PCT/JP15/000597, PCT/JP15/00597, PCT/JP15000597, PCT/JP1500597, PCT/JP2015/000597, PCT/JP2015/00597, PCT/JP2015000597, PCT/JP201500597
【发明人】萩本和德, 篠宫胜, 土屋庆太郎, 后藤博一, 佐藤宪, 鹿内洋志, 小林昇一, 栗本宏高
【申请人】信越半导体株式会社