藍(lán)寶石單晶芯及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及藍(lán)寶石單晶芯及其制造方法。
[0002]上述藍(lán)寶石單晶芯主要作為SOS基板中的絕緣性基板的材料使用。上述藍(lán)寶石單晶芯的制造方法是能夠以高收率將SOS基板中的絕緣性基板切出的、用于制造不含氣泡的藍(lán)寶石單晶芯的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]SOI (silicon-on-1nsulator)基板是在絕緣性的基板材料上使娃膜生長(zhǎng)而得到的基板。在該SOI基板上形成的半導(dǎo)體器件與在單晶硅基板上形成的器件相比，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作的高速化和電路的高集成化。根據(jù)這樣的實(shí)際情況，作為SOI基板的高性能器件用基板的制品化在不斷地發(fā)展。
[0004]作為這樣的SOI基板的代表性基板，已知在藍(lán)寶石(氧化鋁)單晶基板上使硅膜生長(zhǎng)而得到的 SOS (silicon-on-sapphire)基板。
[0005]SOS基板一般能夠通過(guò)在藍(lán)寶石基板的r面(密勒指數(shù){1-102})上采用CVD法、MBE法等使硅外延生長(zhǎng)而形成。藍(lán)寶石的r面的與硅的晶格常數(shù)差小，因此在該面上硅容易外延生長(zhǎng)。作為在此使用的r面藍(lán)寶石基板，要求直徑150_的基板(本領(lǐng)域技術(shù)人員慣用地將其稱為“6英寸基板”。)或者其以上的大口徑的基板。
[0006]對(duì)于藍(lán)寶石基板，近年來(lái)積極地進(jìn)行著大量生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。這起因于作為L(zhǎng)ED芯片的氮化物半導(dǎo)體形成用的需要變得旺盛。作為氮化物半導(dǎo)體形成用基板，一般地使用了與氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)差最小的c面(密勒指數(shù){0001})藍(lán)寶石基板。因此，上述的大量生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)幾乎都限定于高效率地生產(chǎn)c面藍(lán)寶石基板。另一方面，高效率地制造用于SOS基板的6英寸以上的大口徑r面藍(lán)寶石基板的技術(shù)的開(kāi)發(fā)研宄尚未進(jìn)行。
[0007]作為成為藍(lán)寶石單晶基板的材料的藍(lán)寶石錠(單晶體)的制造法，已知例如火焰恪融法、EFG (Edge-defined Film-fed Growth)法、提拉法、? 口術(shù)一y 只法、HEM (HeatExchange Method)法等。這些中，作為成為6英寸以上的大型基板的材料的藍(lán)寶石單晶體的生長(zhǎng)方法，最一般的是? 口術(shù)一歹只法。
[0008]口術(shù)一歹只法是熔液生長(zhǎng)法的一種。對(duì)于與使原料熔融的液面接觸的種晶體不提升或者與提拉法相比用極其緩慢的速度提升，同時(shí)緩緩地降低加熱器輸出將坩禍冷卻，從而在原料熔融液面下的區(qū)域中使單晶體生長(zhǎng)的方法。該? 口術(shù)一歹只法是能夠比較容易地得到具有優(yōu)異的結(jié)晶特性的大口徑的單晶體的方法。
[0009]但是，^ 口術(shù)一歹只法與提拉法相比在極弱的溫度梯度下進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)。因此，大大受到因結(jié)晶方位而不同的生長(zhǎng)速度的影響。因此，雖然以生長(zhǎng)快的軸作為培育方向使結(jié)晶生長(zhǎng)容易，但以生長(zhǎng)慢的軸作為培育方向的結(jié)晶生長(zhǎng)困難。采用? 口術(shù)一歹只法使藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)而得到錠的情況下，一般是使具有生長(zhǎng)速度慢、結(jié)晶缺陷容易傳播的性質(zhì)的c軸方向相對(duì)于培育方向垂直地配置，在a軸方向上結(jié)晶生長(zhǎng)(參照例如特開(kāi)2008-207992號(hào)公報(bào))。由這樣得到的以a軸作為生長(zhǎng)方向的藍(lán)寶石錠得到上述r面的藍(lán)寶石單晶基板時(shí)，需要經(jīng)過(guò)首先將錠沿傾斜方向切出而得到r面藍(lán)寶石單晶芯的圓柱體，然后將該圓柱體切斷為圓板狀的工序(參照特開(kāi)2008-971號(hào)公報(bào))。
[0010]由于上述說(shuō)明的理由，由采用? 口術(shù)一歹只法得到的藍(lán)寶石錠切出的r面藍(lán)寶石單晶芯與切出前的藍(lán)寶石錠相比變得非常小。例如一般得到的? 口術(shù)一歹只法的大型結(jié)晶是在高度方向上具有a軸的直徑200mm左右的圓柱體。如果由該圓柱體切出以!■面作為底面的直徑150mm的圓柱體狀的芯，理論上只能得到最長(zhǎng)長(zhǎng)134mm左右的芯。
[0011]但是，將藍(lán)寶石單晶芯切割為基板的多線鋸一般是能夠?qū)㈤L(zhǎng)300mm以上的芯切斷的裝置。實(shí)際的作業(yè)中，為了提高生產(chǎn)率，經(jīng)由邊將厚度薄的芯精密地對(duì)位邊多個(gè)連結(jié)使長(zhǎng)度為例如200mm以上后進(jìn)行切斷的煩雜的工序。
[0012]另一方面，采用提拉法的結(jié)晶生長(zhǎng)中，結(jié)晶方位引起的生長(zhǎng)速度之差小。因此，使藍(lán)寶石單晶在r軸方向上以200mm以上的長(zhǎng)尺寸生長(zhǎng)比較容易。但是，在r軸方向上使結(jié)晶生長(zhǎng)的情況下，多在肩部的特定的結(jié)晶方位產(chǎn)生稱為“小平面”的平坦部。如果產(chǎn)生該小平面，則結(jié)晶形狀不是軸對(duì)稱形，因此產(chǎn)生在結(jié)晶中心部氣泡大量混入的問(wèn)題。其結(jié)果，不能制造直徑150mm以上的無(wú)泡的藍(lán)寶石單晶芯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明為了打破上述的現(xiàn)狀而完成。
[0014]因此，本發(fā)明的目的在于提供軸方向?yàn)閞軸，具有足夠的口徑和足以應(yīng)用多線鋸的長(zhǎng)度，并且不含氣泡的藍(lán)寶石單晶芯及其制造方法。
[0015]本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn):通過(guò)在采用提拉法的結(jié)晶生長(zhǎng)中的肩部形成時(shí)，形成以使該肩部具有特定的輪廓，從而能夠穩(wěn)定地制造以！*軸作為結(jié)晶生長(zhǎng)方向的、不含氣泡的、大口徑且長(zhǎng)尺寸的藍(lán)寶石單晶芯，完成了本發(fā)明。
[0016]S卩，本發(fā)明是藍(lán)寶石單晶芯及其制造方法，該藍(lán)寶石單晶芯的軸方向?yàn)?！■軸，長(zhǎng)度為200mm以上，直徑為150mm以上，而且不含氣泡。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是表不本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶芯的不意圖。
[0018]圖2是表示提拉法單晶提升裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0019]圖3是表示退火爐的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0020]圖4是藍(lán)寶石錠的加工工序的一例。
[0021]圖5是表示實(shí)施例1中的藍(lán)寶石單晶體的肩部輪廓的圖。
[0022]圖6是表示比較例I中的藍(lán)寶石單晶體的肩部輪廓的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]<藍(lán)寶石單晶芯>
[0024]本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶芯，其特征在于，軸方向?yàn)閞軸，長(zhǎng)度為200mm以上，直徑為150mm以上，而且不含氣泡。
[0025]本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶芯具有相互平行的2個(gè)平面。本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶芯的r軸相對(duì)于上述平面分別所成的角度都在90±1°的范圍。
[0026]本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶芯的上述2個(gè)平面各自的內(nèi)接圓的直徑為140mm以上。在藍(lán)寶石單晶芯，通常為了使切割后的基板的方向一致，可設(shè)置稱為定向平面的切口(參照?qǐng)DDo切口的寬度通常為30-70mm。因此，如果考慮該切口的存在，如果例如上述平面中的內(nèi)接圓的直徑為140mm以上，則芯自身成為6英寸基板(直徑150mm)以上的大口徑芯。對(duì)芯直徑的上限并無(wú)特別限定，如果考慮抑制提拉法的制造工序中的、結(jié)晶的開(kāi)裂?裂紋和脈理(lineage)的產(chǎn)生以及大口徑化的有用性等，優(yōu)選使直徑為170mm以下。
[0027]本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶芯的上述2個(gè)平面間的距離(與上述2個(gè)平面垂直的方向的長(zhǎng)度)為200mm以上。對(duì)該長(zhǎng)度的上限并無(wú)特別限定，如果考慮抑制提拉法的制造工序中的、結(jié)晶的開(kāi)裂.裂紋和脈理的產(chǎn)生以及大口徑化的有用性等，優(yōu)選為500mm以下，更優(yōu)選為350mm以下。
[0028]本發(fā)明的藍(lán)寶石芯為單晶體，而且也不具有能夠通過(guò)X射線物相照片確認(rèn)的脈理。即，本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶芯為真的單晶體或與其接近。以下示出用于觀察上述脈理的有無(wú)的X射線物相照片的測(cè)定條件。
[0029]X射線測(cè)定裝置:(株)y力、夕制造、型號(hào)“XRT-100”
[0030]測(cè)定方式:反射法
[0031]X射線管對(duì)陰極:Cu
[0032]管電壓:50kV
[0033]管電流:300mA
[0034]攝像法:膜法
[0035]2 Θ:89.0°
[0036]ω:102.3°
[0037]入射狹縫:彎曲狹縫、寬Imm
[0038]受光狹縫:彎曲狹縫、寬3mm
[0039]掃描次數(shù):10次
[0040]掃描速度:2mm/分
[0041 ] 本發(fā)明中，在上述條件下攝像的用亮度O (黒)-255 (白)的256等級(jí)的濃淡表示的灰度像中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)具有亮度16以上的不同的邊界的面(和與其相伴的粒界)的情況下，將該結(jié)晶評(píng)價(jià)為不具有脈理。脈理的有無(wú)也能夠簡(jiǎn)單地通過(guò)有無(wú)能夠利用暗室內(nèi)的正交尼科耳觀察視認(rèn)的脈理(只卜X個(gè))來(lái)判定。
[0042]本發(fā)明的藍(lán)寶石單晶芯不含氣泡。藍(lán)寶