氮化物半導體襯底和氮化物半導體襯底的加工方法

專利名稱：氮化物半導體襯底和氮化物半導體襯底的加工方法
技術領域：
本發明涉及可作為藍色發光元件的襯底而利用的單晶氮化物半導體襯底的翹曲、面的平滑度。
背景技術：
國際專利公開WO99/23693[專利文獻2]特開2000-22212(特愿平10-183446號)[專利文獻3]特開2000-12900(特愿平10-171276號)[非專利文獻1]碓井彰的“基于氫化物VPE的厚膜GaN結晶的生長”，電子信息通信學會論文志vol.J81-C-II，No.1，P58-64(1998年1月)[非專利文獻2]Kensaku Motoki，Takuji Okahisa，Naoki Matsumoto，Masato Matsushima，Hiroya Kimura，Hitoshi Kasai，Kikurou Takemoto，Koji Uematsu，Tetsuya Hirano，Masahiro Nakayama，Seiji Nakahata，MasakiUeno，Daijirou Hara，YoshinaoKumagai，Akinori Koukitu and Hisashi Seki，“Preparation of LargeFreestanding GaN Subtrates by Hydride Vapor PhaseEpitaxy Using GaAs As a StartingSubstrate”，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001)ppL140-143。
特開2001-102307(特愿平11-273882號)[專利文獻5]特愿2002-230925(2002年8月8日)[專利文獻6]特開平10-166259(特愿平8-332120號)[非專利文獻3]J.A.Bardwell，J.B.Webbb，H.Tang，J.Fraser and S.Moisa，“Ultraviolet photoenhanced wet etching of GaN in K2S208solution”，J.Appl.Phys.vo.89.No.7，p4142-4149(2001)[專利文獻7]特開2002-356398(特愿2001-166904)[非專利文獻4]J.L.Weyher，S.Muller，I.Grzegoryand S.Porowski，“Chemical polishing of bulk and epitaxial GaN”，Journal of CrystalGrowth182(1997)17-22目前作為藍色LED、藍色LD的襯底，使用藍寶石單晶，并在其上使GaN、InGaN薄膜等外延生長。并且，在GaN的外延生長膜上使n型p型的InGaN或GaN的薄層生長，形成器件。藍寶石襯底容易取得，也有作為藍色LED襯底的長期實際成績。可是，因為藍寶石是絕緣體，所以無法在襯底的背面形成n電極。構成在藍寶石襯底之上附加導電性的n-GaN以在上表面上設置n電極的構造。
這是需要很大表面的構造，很難縮小尺寸。此外，藍寶石在機械方面極硬，沒有劈開性，所以需要利用機械的切割方法切出芯片，而這將使成本提高，成品率下降。此外，由于藍寶石襯底和GaN膜的晶格不匹配，發生很多錯位，使元件的發光特性惡劣。因此，作為InGaN類的藍色發光元件的襯底，強烈希望與外延生長膜同種材料的GaN單晶襯底。
因為不存在GaN單晶襯底，所以在異種襯底之上使GaN生長。作為異種襯底，此前使用的有藍寶石襯底、SiC襯底、GaAs襯底、尖晶石襯底等。這樣，襯底-外延生長界面的應力過大，結晶層剝離，所以使用低溫埋積層，或使用把具有小窗口的掩模安在襯底上，從窗口使結晶核生長的橫向生長法(ELO法Epitaxial Lateral Overgrowth)，謀求應力緩和。在專利文獻1～3和非專利文獻1、2中，描述了ELO法。ELO是GaN的薄膜生長法，無法生成厚膜。即使用這樣的手法使層疊變厚，結晶內的錯位會過多，應力也大，會剝離。因此，只用ELO不足以制作厚膜。
專利文獻4中，本申請人開始提出了GaN結晶的晶面生長法。這種方法不進行鏡面生長而是在維持晶面的狀態下，使結晶生長，使錯位集中在晶面上，而將殘余部分成為優質的單晶。由此，開始能制作厚的GaN膜。在專利文獻5中，將本申請人提出的點掩模形成在底層，通過掩模來決定晶面生長的部分，而將之外的部分作為優質的單晶，可形成厚的自立膜。
當為Si半導體時，除了基于氧化鋁的機械研磨，還進行了使用膠態硅石和藥液的化學機械研磨(CMPChemical Mechanical Polishing)。即使是GaAs，也能進行CMP。這是因為已知具有腐蝕結晶的作用的藥品。可是，藍寶石和GaN被認為是不能進行CMP的。
專利文獻6關于藍寶石的研磨，首次提出了化學機械研磨(CMP)。可是，關于成為化學機械研磨的主體的藥品，只說是堿性溶液，卻未具體說明。關于GaN(0001)面的CMP的文獻，例如在非專利文獻4中，有使用NaOH或KOH溶液的例子，但是對于高質量結晶GaN，無法進行CMP。
非專利文獻3是通過過硫酸鉀對GaN進行濕蝕刻的文獻。
專利文獻7是本發明者提出的，是對GaN晶片的周圍進行磨邊。此前，無法實現GaN的自立圓形晶片，但是開始能制造了這種GaN的自立圓形晶片，所以對周圍進行磨邊，帶上表示方位的OF。是以后描述的形狀加工。
很難說制造GaN單晶的技術已經成熟。只是能形成小的自立襯底。雖然根據制造者而不同，但是50mm直徑(2英寸直徑)的自立GaN單晶襯底還未達到商業水平。本申請人能制造50mm直徑(2英寸直徑)的圓形GaN自立襯底(晶片)。因為它是圓形、較大，所以適合作為制造發光器件的襯底。可是，還不是能滿足平面的平坦性、翹曲、平滑性等的GaN晶片。由于GaN在化學上穩定、硬、脆，在六方晶GaN表面背面((0001)面(000-1))上存在面方位依存性，所以很難進行磨削和研磨加工。
GaN是透明的，所以存在與Si晶片或GaAs晶片不同的面。即使改變表面背面的加工度，一眼看去，也很難區別表面和背面。
雖然還存在各種問題，但在這里列舉翹曲和表面粗糙度。
GaN是六方晶類，圍繞c軸，具有3次對稱性。因為沒有大的GaN結晶，所以把GaAs(111)單晶作為襯底，在其上同時使用橫向生長法和晶面法，使GaN的單晶生長。然后，除去GaAs的單晶襯底，成為GaN的自立膜。它在表面和背面的性質不同，翹曲也大。GaAs和GaN晶格不匹配，存在熱膨脹系數差，如果除去GaAs，則GaN翹曲。
把向上凸出的翹曲定義為正的翹曲，把向下凸出的翹曲定義為負的翹曲。通過通常的磨削和研磨，很難去掉翹曲。單面研磨時，把晶片的一面安裝在研磨板上，用固定盤的研磨布壓住晶片的露出一側的面，使固定盤和研磨板旋轉，一邊注入研磨液，一邊研磨露出面。在安裝時，因為施加使翹曲的晶片釋放翹曲的力，所以，如果把研磨了的晶片從研磨板取下，則按安裝時施加的力，象原來那樣翹曲。因此很難通過研磨釋放翹曲。如果翹曲大，則僅此就很難在工藝中處理，導致破損的概率也升高。此外，當掩模曝光時，存在很難對焦的問題。
當兩面同時研磨時，把晶片放入具有多個孔的樣板的孔中，用上下的固定盤夾住，一邊注入研磨液，一邊使樣板做行星運動，同時研磨晶片的上表面和下表面。因為從上下按著具有翹曲的晶片，所以變為平坦的狀態，把它磨削后，如果從樣板或固定盤離開，則晶片的翹曲就恢復原樣。因此，很難從開始就具有翹曲的晶片消除翹曲。
還有就是厚度的偏差。如果存在厚度偏差，則在器件的性能中表現出偏差。在整個晶片中，厚度必須一樣。表現厚度的偏差的方法存在幾種。本發明中，使用TTV(Total Thickness Variation)的值。TTV是夾著晶片的單面的狀態下，每一定間隔，就測定晶片另一方的面的高度，調查它的偏差。間隔d成為測定的條件。可以是d＝5mm，也可以是d＝1mm。而且，從高度的最大值減去最小值而取得的值是TTV。因此，存在由于觀測點的間隔而值不同的可能性。本發明中，測定排列為d＝0.1mm的格子狀的點的高度。而且，把最大值和最小值的差作為TTV。
還有一個是面粗糙度的問題。使單面為鏡面，現在使背面為粗糙面。因為背面不制作器件，所以沒必要是平坦面。在Si和化合物半導體的洗凈中，通常通過對表面進行氧化還原處理，除去表面的粒子，但是GaN自立晶片在化學上極惰性，所以在最終洗凈處理步驟中，基于蝕刻的除去是很難的。因此，很難充分除去粒子，特別是當背面的粗糙度粗時，研磨材料或蠟等微小異物很容易進入背面的微小凹凸部中，在最終洗凈步驟中，有可能蔓延到表面上，再附著。如圖11所示，背面粗糙度RMS越大，附著在晶片上的粒子數也增加。此外，GaN自立襯底是硬脆性，容易以背面的凹凸為起點產生裂紋。圖3表示伴隨著GaN襯底的曲率半徑增大，平坦度增加，晶片的裂紋發生率減少。

發明內容
本發明的自立單晶氮化物半導體晶片中，無論翹曲數為一個(極大點一個)，還是極大點、極小點為多個，高度的偏移最大值Hm為12μm以下。Hm≤12μm。因為翹曲數是不正確的，所以這里通過極大點、極小點進行描述。例如，如果具有兩個極大點T1、T2、T3…、極小點K1、K2、K3、…，則成為鞍點型的變形。這時，使極小點與平面接觸，測量極大點的高度，該最大值Hm比12μm小。更優選最大值Hm為5μm以下。即Hm≤5μm。
當極大點只有T1一個時，是均勻翹曲(圖6(1)那樣的翹曲)。φ45mm的晶片時，H＝12μm時，曲率半徑為R＝21m。φ45mm的晶片時，對于H＝5μm，曲率半徑為R＝50m。參照圖9說明所述這樣的關系。
因此，在均勻翹曲中，本發明為(1)Hm≤12μm(φ45mm時)，R≥21m(2)Hm≤5μm(φ45mm時)，R≥50m對曲率半徑R的限定依存于晶片的尺寸。可是，Hm≤12μm和Hm≤5μm的限定是不依存于翹曲數的限定。
也有不是均勻翹曲，而具有2個極值的翹曲。這時成為在直徑上兩個極大點和兩個極小點交替進行排列的二重翹曲。
如果極大點、極小點位于同一直線上，問題就簡單了，但是也并不一定如此。有時也有在晶片上在假定的正方形的頂點上存在極大、極小點的鞍點型情況。這時在一個直徑上排列有2個極小點、3個極大點，成為三重翹曲。在圖10中表示了形成有具有3個極小點K1、K2、K3和兩個極大點T1、T2的復雜翹曲的晶片。這是有時會碰到的、在直徑上排列有5個極值的情形。如果沿著直徑切所述4點鞍點型，就成為這樣的三重翹曲。這時，以T1、K2、T2作為翹曲凸部的翹曲存在三個，所以與一重翹曲相比，即使高度H相同，允許曲率半徑R也大大地減少。直徑變為1/3，所以對于相同翹曲高度H，曲率半徑R變為1/9。因此，對于Hm≤12μm，R≥2.3m，對于Hm≤5μm，R≥5.6m。
為了消除翹曲，在上固定盤上施加與固定盤自重相匹敵的反壓，在晶片上幾乎不作用負載的狀態下(60g/cm2以下，P≤60g/cm2，以下稱作無負載)，進行粗研磨(磨削)。在晶片上幾乎不作用壓力，在自由狀態下進行粗研磨。因此，把上固定盤舉起。不是按壓上固定盤，而是施加提高上抬的力，進行磨削。如果這樣，晶片是在自由狀態、保持翹曲的狀態下被磨削，所以其向上翹曲的部分由上固定盤先切削下來，且向下翹曲的部分由下固定盤先切削下來。翹曲的部分減少，漸漸接近平坦。終于翹曲的部分全部消失，成為厚度幾乎一樣、幾乎沒有翹曲的晶片。無論是均勻翹曲，還是二重、三重翹曲，都能除去。雖然費時，但是對去除翹曲是有效的。
本發明的自立單晶氮化物半導體襯底中，表面粗糙度是RMS5nm以下，優選為RMS0.5nm以下。表面粗糙度的下限為RMS0.1nm(0.1nm≤RMS≤5nm，優選為0.1nm≤RMS≤0.5nm)。這是從來自研磨技術的界限。圖1表示RMS和外延生長后的組織(morphology)的關系。存在GaN晶片的RMS越大，外延生長后的組織越惡化的傾向。此外，因為硬脆，所以只用機械研磨，GaN單晶很難取得平滑面，但是本發明在精密研磨中，除了磨粒還使用向包含過氧二硫酸鉀、氫氧化鉀的研磨液照射紫外線的光激勵方法進行CMP。由本發明者最先發現了能對GaN晶片使用化學機械研磨。
本發明的自立單晶氮化物半導體晶片中，背面粗糙度為RMS5000nm以下。背面粗糙度的下限是0.1nm。這是技術的界限。0.1nm≤RMS≤5000nm。如圖11所示，背面粗糙度RMS越大，粒子就越蔓延到GaN晶片表面，所以粒子數增加。這也能使用CMP。
本發明的自立單晶氮化物半導體晶片中，在φ45mm晶片，表面厚度偏差(TTV)為10μm以下。
下面，根據圖9說明將均勻翹曲晶片的翹曲以曲率半徑R表現時和以晶片的直徑D已被決定時的中央部高度H表現時的關系。晶片直徑為FG＝D。它是以曲率半徑R彎曲的面的一部分，所以OF＝OM＝OG＝R。D＝FG＝2RsinΘ。晶片的中央部的變形H為MN，但是它變為H＝R-RcosΘ＝D2/8R。
它是一個近似公式，但是D/R極小，所以是誤差小的近似。如果是2英寸晶片，則D＝50mm，所以當R＝26m時，H＝12μm。當曲率半徑R＝62m時，H＝5μm。
在本發明中，高度H為12μm以下或5μm以下，未規定翹曲的曲率半徑R。因為它依賴于晶片的尺寸和翹曲的模式。即使相同尺寸的晶片，當翹曲為二重(極大、極小排列在直徑上)時，彎曲部的尺寸變為一半，所以允許曲率半徑變為1/3左右。如果翹曲變為三重(圖10)，則彎曲部的尺寸變為1/3，所以允許曲率半徑變為1/9左右。
此外，當均勻翹曲(圖6(1)那樣的翹曲)時，如圖2所示，曲率半徑R越大，形成抗蝕劑掩模時的成品率越高。
在異種襯底(例如GaAs)上進行氣相生長而生成的GaN單晶自立膜有翹曲，但是本發明在低負載下，用一定的時間進行粗研磨，所以翹曲消失。能使翹曲為曲率半徑R≥26m(在2英寸時，中央隆起H≤12μm)。此外，如果選擇條件，也能使R≥60m(中央隆起H≤5μm)。
GaN硬脆，所以只由使用了金剛砂、氧化鋁、鉆石磨粒的機械研磨，很難提高表面平滑度。過去沒有GaN的化學機械研磨法(CMP)。本發明者在膠態硅石的基礎上，首先使用過氧二硫酸鉀和紫外線，在CMP上獲得了成功。通過過氧二硫酸鉀和紫外線，引起化學反應，在化學、機械上研磨GaN晶片，所以取得良好的平滑度。雖然在程度上有差異，但是也能應用于類似的氮化物半導體的AlGaN、AlN、InN等。
如果背面是粗糙面，則在背面會附著粒子，但是因背面也平滑，所以不會發生這樣的事。因為厚度偏差TTV為10μm以下，所以在晶片上制作的器件特性的偏差減小。例如，掩模曝光時的成品率提高。


下面簡要說明附圖。
圖1是表示在氮化鎵(GaN)單晶片中，如果表面粗糙度(RMS)或TTV增大，則在其晶片上外延生長的GaN、InGaN等薄膜的組織下降的曲線圖。
圖2是表示在氮化鎵(GaN)單晶片中，如果翹曲減小，則在GaN晶片上形成抗蝕劑掩模時的成品率變好的曲線圖。橫軸是以曲率半徑(R)表現晶片的翹曲，縱軸表示在該晶片上形成掩模時的成品率。向上為好，向下為差。
圖3是表示在氮化鎵(GaN)單晶片中，如果翹曲減小，則GaN晶片的裂縫發生率也減小的曲線圖。橫軸是以曲率半徑(R)表現晶片的翹曲，縱軸表示晶片的裂縫發生率。
圖4是表示使氮化鎵單晶生長，并從錠料切出GaN晶片后做成鏡面晶片的步驟的圖。是經過粗加工-形狀加工-粗研磨-精密研磨-洗凈-檢查的流程。
圖5是表示在本發明的粗研磨中，在GaN晶片上不加按壓力，而是提升上固定盤，成為低負載，進行粗研磨的狀態的概略圖。
圖6是在本發明的粗研磨中，在GaN晶片上不加按壓力，而是提升上固定盤，成為低負載，進行粗研磨的狀態的概略圖。(1)是具有向上翹曲的晶片的剖視圖，(2)是表示上凸部ハ和下緣トル被切削，一部分變為平坦的情形的剖視圖，(3)是表示進而上凸部ニロ被切削，下緣也再被切削，變為平坦的情形的剖視圖，(4)是表示上凸部消失，下緣也消失，從而變得不存在翹曲的晶片的剖視圖。
圖7是把GaN晶片放入進行行星運動的樣板的孔中，用下固定盤和上固定盤夾著，不作用負載的狀態下，粗研磨具有翹曲的GaN晶片的情形的剖視圖。
圖8是表示通過包含過硫酸鉀和氫氧化鉀和膠態硅石的研磨液，精密研磨GaN晶片，且在不發生裂痕或劃痕的前提下，進行鏡面加工的狀態的剖視圖。
圖9是用于說明以曲率半徑R表現晶片翹曲時和作為直徑D通過中央部的隆起H表現時的關系的線圖。
圖10是在某一直徑上具有極大點T1、T2，極小點K1、K2、K3，翹曲變為三重的三重彎曲晶片的剖視圖。
圖11是表示在氮化鎵(GaN)單晶片中，如果背面的粗糙度增大，則晶片表面的粒子數也增加的情形的曲線圖。橫軸以RMS(μm)表現了背面粗糙度，縱軸表示GaN晶片的粒子數。
圖中2-GaN晶片；3-上固定盤；4-下固定盤；7-研磨布；8-研磨布；9-研磨液；20-恒星齒輪；22-樣板；23-內齒輪；25-晶片通孔；26-上旋轉軸；27-下旋轉軸。
具體實施例方式
此前，圓形的自立GaN晶片的存在是稀少的，所以它的加工法也未確立，但是通過圖4那樣的步驟，進行了GaN晶片的加工。GaN單晶片的加工由粗加工、用于磨邊的形狀加工、2階段的研磨、洗凈、檢查等階段構成。
研磨分多個階段進行。大致分為粗研磨(一次研磨)和精密研磨(二次研磨)。粗研磨有數個階段，一般研磨速度快，精密研磨由CMP進行，研磨速度慢。
為了消除翹曲，通常的研磨是不行的。在本發明中，為了消除翹曲，粗研磨在60g/cm2以下的低負載下進行。即把具有翹曲的晶片放入上下固定盤間，不進行按壓，使晶片保持自由翹曲的狀態下進行粗研磨。通常的研磨是把晶片夾在下固定盤和上固定盤之間，通過上固定盤按壓，切削晶片，但是在本發明中主動地把上固定盤提升，在晶片上幾乎不作用壓力的無負載的狀態下進行粗研磨。
圖5是表示該狀態的概略圖。具有翹曲的晶片2被夾在上固定盤3和下固定盤4之間。上固定盤3和下固定盤4都是金屬固定盤，向其間提供研磨液，通過上固定盤3和下固定盤4向順方向或反向旋轉，粗研磨晶片。研磨液包含金剛砂、氧化鋁、鉆石等游離磨粒。上固定盤3不作用壓力，相反作用提升力。因此，晶片2保持翹曲而被夾著，只有中央凸部ハ、下方的緣ト、ル接觸固定盤3、4。因此，只有ハ、ト、ル的部分被切削。漸漸地將上固定盤的位置下降，使翹曲漸漸減小。速度比一般負載方式的粗研磨變慢。
圖6表示具有翹曲的GaN晶片被粗研磨的狀態。開始，如圖6(1)的ィロハニホヘトチリヌルヮィ所示，向上凸出。因為在無負載的前提下進行粗研磨，所以與上固定盤接觸的ハ、與下固定盤接觸的ト、ル被切削。因此，如圖6(2)所示，在上表面中央，形成部分平坦面ニロ，在下表面的周邊部產生環狀的平坦部ヨタ、レソ。并且將上固定盤一點一點下降，進行無負載粗研磨。如果無負載粗研磨繼續，則如圖6(3)所示，上表面的平坦部ノォク進一步增加，下表面的環狀平坦部ナラ、ムゥ也擴展。如果加工再進一步進行，則如圖6(4)所示，上表面變為平坦面ィヤマケホ，下表面也變為ヘフコェヮ。
圖5是表示只有1塊晶片時的原理圖。實際上，使多塊晶片做行星運動，同時粗研磨上下面。圖7是進行這樣的行星運動，粗研磨(磨削)晶片的表面背面的粗研磨裝置的概略圖。這樣的裝置不是新型的，但是為了說明不在晶片上作用壓力而進行研磨的狀態，這里進行了圖示。上固定盤3和下固定盤4上下平行相對。下固定盤4通過下旋轉軸27旋轉。上固定盤3通過上旋轉軸26旋轉。能把上固定盤3提升到任意高度。
在上下固定盤3、4間具有恒星齒輪20、在周邊具有與恒星齒輪嚙合的行星齒輪的多塊樣板22、與樣板22的行星齒輪嚙合的內齒輪23。樣板22是樹脂的薄圓板，但是具有多個通孔25，把晶片2放入通孔25中。樣板是m塊，如果在一塊樣板上有n個通孔，就能同時研磨mn塊晶片。
研磨液由磨粒和潤滑液構成。是使用金剛砂、氧化鋁、鉆石等磨粒的機械研磨。一邊把研磨液(在圖7中省略)向固定盤間供給，一邊使恒星齒輪以Ωs、內齒輪以Ωi、上固定盤以Ωu、下固定盤以Ωd的角速度旋轉(Ω以逆時針旋轉為正)。雖然未圖示，但是恒星齒輪軸向上或向下延伸，與電機連接。能使上固定盤和下固定盤向相反方向旋轉，也能使它們在同方向旋轉。內齒輪23也能由其他電機旋轉。如果恒星齒輪的齒數為S，樣板(行星齒輪)的齒數為P，內齒輪的齒數為I，則如果無錯位，則S+2P＝I。樣板的公轉角速度Ωc由SΩs+IΩi＝(S+I)Ωc提供，樣板的自轉速度Ωt由PΩt＝IΩi決定。因此，通過調節Ωu、Ωd、Ωs、Ωi，就能使樣板實現任意的公轉角速度、自轉角速度。
重要的是，在上固定盤3的軸26上作用提升力F，把晶片保持翹曲放入通孔25中，從翹曲凸出的部分切削。一邊使上固定盤緩慢下降，一邊進行研磨，所以漸漸切削了翹曲。
關于精密研磨(精加工研磨)，為了提高面的平滑度、平坦度，進行化學機械研磨。圖8表示該狀態。為了用GaN進行化學研磨，使用氫氧化鉀和過氧二硫酸鉀(KOH+K2S2O8)混合液9，把它暴露在紫外線中。例如，按如下調整研磨液。
研磨液 2M KOH(氫氧化鉀)
0.5M K2S2O8(過氧二硫酸鉀)研磨材料 膠態硅石 粒徑50nm～450nm(對精密研磨最佳的粒徑φ200nm)紫外線光源 波長254mm的水銀(Hg)燈10mW/cm2過氧二硫酸鉀是作為氧化劑而為人所知的材料。如上所述，GaN硬脆，過去無法進行化學機械研磨，但是本發明通過對過氧二硫酸鉀照射紫外線，用化學方法研磨GaN，與同時存在的膠態硅石的物理作用相輔相成，能把硬脆的GaN的表面精加工為平滑的面。因此，不會發生裂痕、劃痕的危險，能使表面粗糙度為RMS≤0.5nm。
優選的表面粗糙度為RMS≤5nm，這時，如果使RMS為5nm以下就可以了。為了控制RMS，改變膠態硅石的粒徑(φ＝50nm～450nm)。若膠態硅石的粒徑粗，則研磨速度快，但是表面粗糙度RMS增大。如果粒徑細，雖然研磨速度慢但能使最終的表面粗糙度RMS減小。由此，能使RMS≤0.5nm。如果只是膠態硅石，則幾乎不能研磨，無法取得這樣的平滑面。
實施例1為了制造直徑為2英寸的GaN鏡面狀單晶片，按如下粗研磨、精研磨圓形GaN單晶片(均勻翹曲的甲、三重翹曲的乙)。
粗研磨的條件如下所示。把膠態硅石作為游離磨粒使用。
研磨材料金剛砂(GC)平均粒徑 第一階段15μm(#800)，第二階段6μm(#2500)，第三階段2μm(#6000)，油性漿上固定盤鑄鐵φ380mm下固定盤鑄鐵φ380mm研磨條件固定盤轉速20～60rpm恒星齒輪轉速10～30rpm研磨材料供給量500cc/分鐘(循環)
負載30～60g/cm2研磨速度第一階段0.3μm/分鐘第二階段0.05μm/分鐘第三階段0.02μm/分鐘研磨量總共60～80μm圖5、圖6表示把晶片保持翹曲，用上下固定盤夾著，慢慢研磨，消除翹曲。實際上，如圖7所示把進行行星運動的齒輪作為樣板，在它的孔中放入GaN晶片，用上下固定盤夾著，進行磨削。雖然研磨速度慢，但是它是無負載的。
精密研磨的條件研磨材料膠態硅石平均粒徑0.2μmKOH+K2S2O8+254nm水銀(Hg)燈的光墊無紡布研磨條件固定盤轉速20～60rpm恒星齒輪轉速10～30rpm研磨材料供給量1000cc/分鐘這樣取得的2英寸GaN晶片(甲)是均勻翹曲，翹曲的曲率半徑R＝100m，表(Ga)面、背(N)面都經基于AFM的測定，在10μm×10μm的區域中，表面粗糙度RMS為0.3nm～0.5nm。表面高度偏移(每0.1mm，進行測定)TTV＝3.5μm。是優異、平坦、平滑的晶片。
此外，同樣地取得的2英寸GaN晶片(乙)，不是均勻翹曲，具有圖10的復雜翹曲，但是翹曲H(Warp)是2μm。表(Ga)面、背(N)面都經基于AFM的測定，在10μm×10μm的區域中，表面粗糙度RMS為0.2nm～0.4nm。TTV為3.1μm。
權利要求
1.一種氮化物半導體襯底，其特征在于直徑為45mm以上，形成有具有一個極大點或極小點的均勻翹曲，中央部的高度H為12μm以下或翹曲的曲率半徑R為21m以上，表面粗糙度為0.1nm≤RMS≤5nm，背面粗糙度為0.1nm≤RMS≤5000nm。
2.一種氮化物半導體襯底，其特征在于直徑為45mm以上，形成有具有一個極大點或極小點的均勻翹曲，中央部的高度H為5μm以下或翹曲的曲率半徑R為50m以上，表面粗糙度為0.1nm≤RMS≤0.5nm，背面粗糙度為0.1nm≤RMS≤2nm。
3.一種氮化物半導體襯底，其特征在于形成有具有2個以上的極大點和極小點的鞍點型翹曲，使極小點與平面接觸時的極大點的高度H的最大值Hm為12μm以下(Hm≤15000nm)，表面粗糙度為0.1nm≤RMS≤5nm，背面粗糙度為0.1nm≤RMS≤5000nm。
4.一種氮化物半導體襯底，其特征在于形成有具有2個以上的極大點和極小點的鞍點型翹曲，使極小點與平面接觸時的極大點的高度H的最大值Hm為5μm以下(Hm≤15000nm)，表面粗糙度為0.1nm≤RMS≤0.5nm，背面粗糙度為0.1nm≤RMS≤2nm。
5.根據權利要求1～4中的任意一項所述的氮化物半導體襯底，其中，對每0.1mm取測定點測定的面內厚度偏移即TTV為10μm以下。
6.一種氮化物半導體襯底的加工方法，其特征在于，為了提高表面光潔度，進行利用了光激勵反應的CMP研磨。
全文摘要
一種氮化物半導體襯底和氮化物半導體襯底的加工方法，粗研磨中，提升上固定盤，在無負載的狀態下研磨GaN襯底，使翹曲為R≥50m。在精密研磨中，通過過氧二硫酸鉀、氫氧化鉀和紫外線，對GaN進行化學研磨。與基于游離磨粒的機械研磨進行組合，實現了GaN的化學機械研磨(CMP)。能使表面粗糙度為0.1nm≤RMS≤0.5nm。背面也用CMP進行精密研磨，使表面粗糙度為0.1nm≤RMS≤2nm。也可以使表面粗糙度為0.1nm≤RMS≤5nm，背面為0.1nm≤RMS≤5000nm。
文檔編號B24B37/00GK1549357SQ0315805
公開日2004年11月24日 申請日期2003年9月4日 優先權日2003年5月6日
發明者中山雅博, 松本直樹, 樹, 司, 玉村好司, 夫, 池田昌夫 申請人:住友電氣工業株式會社, 索尼公司