處理Ⅲ族氮化物晶體表面的方法和Ⅲ族氮化物晶體襯底的制作方法

專利名稱：處理Ⅲ族氮化物晶體表面的方法和Ⅲ族氮化物晶體襯底的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種處理用于發光元件、電子元件、半導體傳感器和類似半導體器件的襯底等的III族氮化物晶體表面的方法，以及涉及通過該方法得到的III族氮化物晶體襯底。
背景技術：
III族氮化物晶體是形成發光元件、電子元件、半導體傳感器和類似半導體器件的襯底的非常有用的材料。在此提到的III族氮化物晶體表示由III族元素和氮形成的晶體，例如AlxCayIn1-x-yN晶體等，其中0≤x，0≤y，和x+y≤1。
通過加工III族氮化物晶體的周邊使其具有幾何形狀，然后將它切成規定的厚度，并拋光它的表面使其變平，從而得到了用作半導體器件襯底的III族氮化物晶體襯底。
由于III族氮化物晶體具有化學穩定的表面，因此用包含磨粒(abrasive grain)的漿料機械地或者化學機械地拋光該表面。例如，美國專利No.6,488,767公開了使用包含SiO2或者Al2O3磨粒的漿料對AlxCayIn1-x-yN2晶片進行化學機械地拋光，其中0≤x，0≤y，和x+y≤1。
因此，在用包含磨粒的漿料拋光III族氮化物晶體之后，該晶體具有包含磨粒的漿料、由拋光產生的殘渣和殘留在上面的其它雜質的表面。在這些雜質中，一般通過拋光或用純水清洗從而去除漿料的液體。然而，簡單的拋光或用純水清洗不能充分地去除殘留在III族氮化物晶體表面上的磨粒、由拋光產生的殘渣等。
因此，美國專利No.6,399,500提出用不包含磨粒的堿性拋光液拋光，并且其后用純水拋光。

發明內容
然而，美國專利No.6,399,500使用NaOH、KOH等堿性成分。這樣，Na、K或者類似堿性金屬元素的離子容易殘留在III族氮化物晶體的表面上。
此外，如果用于拋光的漿料包含不同于SiO2和Al2O3的磨粒，例如CeO2、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Cr2O3等，那么堿性拋光液和純水不能充分地去除它們。
本發明構思了一種處理III族氮化物晶體的表面的方法，該方法能去除在用包含磨粒的漿料拋光之后殘留在III族氮化物晶體表面上的磨粒或類似的雜質。
本發明是一種處理III族氮化物晶體的表面的方法，該方法包括步驟用包含磨粒的拋光漿料拋光III族氮化物晶體的表面；隨后，用拋光液拋光該III族氮化物晶體表面至少一次。用拋光液拋光的每個步驟使用堿性拋光液和酸性拋光液中的一種作為拋光液。堿性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的堿、該堿的鹽和具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的氧化劑組成的組中選出的至少一種類型，并且該堿性拋光液具有至少為8.5且至多為14的pH，并且，如果用值x來表示pH，堿性拋光液具有用值y表示的氧化還原電勢，該電勢用mV表示，那么值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800 …(i)，和酸性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的酸、該酸的鹽和具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，并且該拋光液具有至少為1.5且至多為6的pH，并且如果用值x來表示pH，酸性拋光液具有用值y表示的氧化還原電勢，該電勢用mV表示，那么，上述值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800 …(i)此外，在處理III族氮化物晶體的表面的該方法中，該堿性拋光液可進一步包含螯合物。此外，用拋光液拋光的步驟可包括用堿性液體拋光和隨后用酸性液體拋光的步驟。此外，用拋光液拋光的步驟可包括用酸性液體拋光和隨后用堿性液體拋光的步驟。
此外，本發明是通過處理III族氮化物晶體表面的上述方法得到的III族氮化物晶體襯底。
因此，本發明可以提供一種處理III族氮化物晶體表面的方法，該方法可以去除在用包含磨粒的漿料拋光之后殘留在III族氮化物晶體表面上的雜質，諸如磨粒。
當結合附圖時，從本發明的以下詳細描述中，本發明的前述和其它目的、特征、方面和優點將變得更加明顯。


圖1是用于示例在根據本發明處理III族氮化物晶體的表面的方法中用包含磨粒的拋光漿料拋光的步驟的示意橫截面。
圖2是用于示例在根據本發明處理III族氮化物晶體的表面的方法中用拋光液拋光的步驟的示意橫截面。
具體實施例方式
第一實施例參考圖1和圖2，本發明在一個實施例中提供了一種處理III族氮化物晶體的表面的方法，包括在用包含磨粒16的拋光漿料17拋光III族氮化物晶體1的表面之后，用拋光液27拋光該表面至少一次的步驟，用拋光液27拋光的每個步驟使用堿性拋光液或者酸性拋光液作為拋光液27。
在這里，該堿性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的堿、其鹽和氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，且該拋光液具有至少8.5且至多14的pH，且如果用值x表示pH，且該拋光液具有用值y以mV表示的氧化還原電勢(ORP)，那么值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800…(i)。
此外，該酸性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的酸、其鹽和氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，且該拋光液具有至少1.5且至多6的pH，且如果用值x表示pH，且拋光液具有由值y以mV表示的ORP，那么值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800 …(i)。
在這里，ORP表示由溶液中共存的氧化劑和還原劑之間的平衡所確定的能級(或電勢)。通過測量得到的ORP是對于參考電極的值。對于不同類型的參考電極，同一種溶液的測量值顯然不同。在一般的學術文章等中，經常使用標準氫電極(NHE)作為參考電極。在本申請中，ORP表示標準氫電極(NHE)用作參考電極而提供的值。
在處理III族氮化物晶體表面的這種方法中，在III族氮化物晶體1具有用包含磨粒16的拋光漿料17拋光的表面之后，可以使用上述的堿性或酸性拋光液對該表面進行至少一次拋光，以有效地去除在用包含磨粒的漿料拋光之后殘留在III族氮化物晶體表面上的磨粒或類似雜質。
如本實施例中所提到的，用包含磨粒的拋光漿料進行拋光表示用包含磨粒的拋光漿料機械地或化學機械地拋光III族氮化物晶體1的表面。例如，參考圖1，固定在平臺15上的拋光墊18繞著轉動軸15c旋轉，同時拋光漿料17經由拋光漿料供給端口19供給到拋光墊18上，并且在固定III族氮化物晶體1的晶體支架11上放置重物14并使其繞著支架的轉動軸11c旋轉，以使III族氮化物晶體1壓在拋光墊18上，從而機械地或化學機械地拋光III族氮化物晶體1的表面。
包含在拋光漿料17中的磨粒16可以是任一種磨粒，該磨粒可以拋光III族氮化物晶體的表面，并可以由諸如SiO2、Al2O3、CeO2、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Cr2O3等材料形成。磨粒16可以是從上面指出的材料中選擇的兩種或更多種類型的材料的混合物或者其絡合物。如果使用由兩種或更多種不同類型的材料形成的磨粒，則優選使用硬度高于III族氮化物晶體的高硬度磨粒和硬度低于III族氮化物晶體的低硬度磨粒，從而提高晶體表面的光滑度并加速拋光。高硬度磨粒可以由例如Al2O3、Cr2O3形成。低硬度磨粒可以由例如SiO2、CeO2、Fe2O3、Fe3O4、SnO2形成。通過使III族氮化物晶體和磨粒相互接觸，比較III族氮化物晶體和磨粒的硬度，并且被刮刻的那一個被確定為硬度低。如果兩個都被刮刻，則確定它們的硬度相等。
對于拋光漿料17，可以使用任何一種介質。然而，優選使用水。此外，為了提供增強的化學拋光效果，優選拋光漿料17是pH至多為6的酸或pH至少為8的堿，和/或如果用值x表示pH，且該漿料具有由值y表示的ORP，該ORP用mV表示，則滿足下面的表達式y≥-50x+1000…(ii)因此，優選拋光漿料17包含從由酸及其鹽、堿及其鹽以及氧化劑的組中選擇的至少一種類型。
在這里，酸及其鹽可包括硝酸、碳酸、鹽酸、硫酸、磷酸和類似的無機酸、蟻酸、乙酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸、酞酸、反丁烯二酸和類似的有機酸、及其鹽。堿及其鹽可包括NH4OH、胺、NaOH、KOH及其鹽。氧化劑可包括硝酸、充氧水、臭氧以及氯化異氰脲酸、氯化異氰脲酸酯、高錳酸鹽、硫代硫酸鹽(酯)、過硫酸鹽等。注意，優選的，拋光漿料17包含具有C、O、H和N中至少任何一種作為組成元素的酸及其鹽、堿及其鹽和氧化劑以使得便于去除雜質。
如本實施例中所提到的，用拋光液拋光表示用不包含磨粒的拋光液主要化學地拋光III組氮化物晶體1的表面。例如，參考圖2，固定在平臺25上的拋光墊28繞轉動軸25c旋轉，同時拋光液27經由拋光液供給端口29供給到拋光墊28上，并將重物24放置在固定III族氮化物晶體1的晶體支架21上，并使其繞支架的轉動軸21c旋轉，以使III族氮化物晶體1壓在拋光墊28上，從而去除雜質，諸如在用漿料拋光之后殘留在III族氮化物晶體1的表面上的磨粒。注意，雜質包括磨粒以及漿料、包含在漿料中的Na、Cu、Zn和類似的金屬雜質、和由拋光產生的且來自拋光墊和/或III族氮化物晶體的殘渣。
在本實施例中，執行用拋光液拋光的步聚至少一次。執行用拋光液拋光的步驟多于一次可以去除III族氮化物晶體表面上的更多雜質。注意，雖然對于拋光液可以使用任何介質，但優選使用水來更有效地去除雜質。
在本實施例中，用拋光液拋光的每個步驟使用堿性拋光液或酸性拋光液作為拋光液。根據在用拋光漿料拋光的步驟中使用的磨粒的類型，可以使用堿性或酸性拋光液，以更有效地去除包括磨粒的雜質。
如果用包含SiO2、Al2O3等作為材料的磨粒執行用拋光漿料拋光的步驟，則優選使用堿性拋光液，因為SiO2、Al2O3等易溶于堿性的水溶液。以下，易溶于堿性拋光液的諸如SiO2、Al2O3等材料將被稱為堿溶性材料。
這種堿性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的堿、它的鹽和氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，并具有至少8.5且至多14的pH，并且，如果用值x表示pH，且拋光液具有用值y表示的ORP，該ORP用mV表示，那么值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800 …(i)。
如果堿性拋光液是具有pH小于8.5或y≤50x+800的弱堿性拋光液，則其不能有效地去除雜質。此外，具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素即排除例如Na、K等不同于C、O、H和N的元素作為元素的堿、它的鹽和氧化劑，能夠有助于減少來自殘留在III族氮化物晶體表面上的拋光液的雜質。
具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的堿和它的鹽可包括三甲基銨氧化物和類似的季銨鹽、NH4OH、胺等。具有C、O、H和N中至少任何一種作為組成元素的氧化劑可包括硝酸、充氧水、臭氧等。
如果用由諸如CeO2、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Cr2O3等材料形成的磨粒進行用拋光漿料拋光的步驟，則優選使用酸性拋光液，因為CeO2、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Cr2O3等易溶于酸性的水溶液。以下，易溶于酸性拋光液的諸如CeO2、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Cr2O3等材料將被稱為酸性溶性材料。
這種酸性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的酸、它們的鹽和氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，且該拋光液具有至少為1.5且至多6的pH，并且，如果用值x表示pH，拋光液具有用值y表示的ORP，該ORP用mV表示，則值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800 …(i)。
如果酸性拋光液是具有pH高于6或y≤50x+800的弱酸性拋光液，則它不能有效地去除雜質。此外，具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素即排除了例如S、P、Na、K等不同于C、O、H和N的元素作為元素的酸、它的鹽和氧化劑，能夠有助于減少來自殘留在III族氮化物晶體表面上的拋光液的雜質。
在這里，具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的酸和它的鹽可包括硝酸等無機酸、蟻酸、乙酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸、酞酸、反丁烯二酸、和類似的有機酸、和它們的鹽。具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的氧化劑可包括硝酸、充氧水、臭氧等。
從而，堿性和酸性拋光液包含都包括C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的堿和它的鹽、酸和它的鹽和氧化劑。該特征能減少來自拋光液的殘留雜質。在這里，為了提高拋光液的ORP，以進一步減少殘留在III族氮化物晶體表面上的雜質，堿性和酸性拋光液優選包含具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的氧化劑。此外，堿性和酸性拋光液都滿足表達式(1)。該特征可以提高去除III族氮化物晶體表面上的雜質的效果。
此外，在本實施例中，上面描述的堿性拋光液優選包含螯合物，以有效地去除利用漿料拋光后殘留在III族氮化物晶體表面上的雜質，特別是金屬離子。該螯合物并不特別限定于任一特定的螯合物。然而，優選地，優選使用乙二胺四乙酸(EDTA)、甲二磺酸、亞乙基二胺(原羥基苯基乙酸)(ethylenediaminedi(orthohydroxyphenylacetic)acid)(EDDHA)和它們的衍生物，因為它們能非常有效地俘獲金屬離子。
第二實施例本發明在另一實施例中提供了處理III族氮化物晶體的表面的方法，參考圖1和2，包括在用包含磨粒16的拋光漿料17拋光III族氮化物晶體1的表面之后，用拋光液27拋光該表面至少一次的步驟，并且，用拋光液27的拋光的步驟包括用堿性拋光液拋光和用酸性拋光液拋光的步驟。在此，堿性和酸性拋光液是在第一實施例中描述的那些。
用堿性拋光液拋光可有效地去除包含諸如SiO2、Al2O3等堿溶性材料的雜質，用酸性拋光液拋光可有效地去除包含酸溶性材料的雜質，其通常為酸溶性金屬氧化物，諸如CeO2、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Cr2O3等。
在使用包含如上所述的堿溶性材料的磨粒和包含如上所述的酸溶性材料的磨粒來執行用漿料拋光的步驟的情形下，和在使用包含如上所述的堿溶性材料和如上所述的酸溶性材料的磨粒來執行用漿料拋光的步驟的情形下，本實施例能有效地去除III族氮化物晶體表面上的雜質。
在本實施例中，尤其是，用堿性拋光液拋光，其后用酸性拋光液拋光能特別有效地去除包含如上所述的酸溶性材料的雜質。
第三實施例本發明在另一實施例中提供了處理III族氮化物晶體的表面的方法，參考圖1和2，包括在用包含磨粒16的拋光漿料17拋光III族氮化物晶體1的表面之后，用拋光液27拋光該表面至少一次的步驟，并且，用拋光液27拋光的步驟包括用酸性拋光液拋光和用堿性拋光液拋光的步驟。在此，酸性和堿性拋光液是在第一實施例中描述的那些。
用酸性拋光液拋光可有效地去除包含諸如CeO2、Fe2O3、Fe3O4、SnO2、Cr2O3等酸溶性材料的雜質，用堿性拋光液拋光可有效地去除包含諸如SiO2、Al2O3等堿溶性材料的雜質。
在使用包含如上所述的堿溶性材料的磨粒和包含如上所述的酸性溶性材料的磨粒來執行用漿料拋光的步驟的情形下，和使用包含如上所述的堿溶性材料和如上所述的酸溶性材料的磨粒來執行用漿料拋光的步驟的情形下，本實施例能有效地去除III族氮化物晶體表面上的雜質。
在本實施例中，尤其是，用酸性拋光液拋光，其后用堿性拋光液拋光能特別有效地去除包含SiO2或類似的非金屬材料、或Al2O3或類似材料的雜質。
第四實施例本實施例提供了一種III族氮化物晶體襯底，該襯底是通過如第一到第三實施例中描述的處理III族氮化物晶體表面的方法得到的。本實施例能提供具有殘留很少雜質的表面的III組氮化物晶體襯底，這是因為它已經用在第一到第三實施例中描述的方法處理過了，該方法包括用包含磨粒的拋光漿料拋光表面之后，用拋光液拋光III族氮化物晶體表面至少一次的步驟，并且，用拋光液的拋光的每個步驟使用上面描述的堿性或酸性拋光液作為拋光液。
當使用由此得到的諸如GaN襯底的III族氮化物晶體襯底，以在其上外延生長諸如In1-xGaxN層的III族氮化物晶體層時，其中0≤x≤1，它們的界面可以有減少的雜質濃度。利用該III族氮化物晶體襯底和層制備LED會使該LED具有較小變化的操作電流并實現增強的發光強度。此外，采用上述的III族氮化物晶體襯底和層制備電子器件可以有助于減少電流泄漏量。
實例在下文中，參考下面的比較例和本實例，將具體地描述處理III族氮化物晶體表面的該方法和由此得到的該III族氮化物晶體襯底。
第一比較例在用藍寶石襯底實現的下層襯底上，通過氫化物氣相外延(HVPE)生長GaN晶體以具有1mm的厚度。該GaN晶體周邊被研磨并由此成斜面。隨后用具有內外刃的切片機將其切片，并且表面被研磨以提供具有0.5mm厚的GaN晶體襯底。
參考圖1，GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)具有用拋光漿料17拋光的表面，該拋光漿料包含具有平均顆粒大小為0.05μm的SiO2的磨粒，并且具有3.3的pH和1,100mV的ORP。用聚氨酯絨面(suede)墊(Nitta Haas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊18，并用不銹鋼平臺實現了平臺15。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到98kPa(或1,000gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺15旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該表面60分鐘。
然后將GaN晶體襯底浸入純水中，并對純水施加1MHz的超聲波來清洗GaN晶體襯底的表面20分鐘。然后，使用全反射x射線熒光分析(TXRF)來提供殘留在已用純水清洗了的GaN晶體襯底表面上的雜質的元素分析。檢測出5×1012Si原子/cm2。
第一實例參考圖2，用堿性拋光液27的水溶液拋光了第一比較例的GaN晶體襯底，該水溶液包含0.1mol/l的四甲基銨氧化物(tetra methyl ammoniumoxide)和0.05mol/l的過氧化氫并且具有12的pH和800mV的ORP。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊28，并用不銹鋼平臺實現了平臺25。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到49kPa(或500gf/cm2)的拋光壓力，使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺25旋轉30到120次/分鐘，如此拋光該襯底20分鐘。然后，與已在第一比較例中描述的類似，用純水清洗GaN晶體襯底的表面。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出1×1011Si原子/cm2。如本實例中描述的一樣，與第一比較例相比，用堿性拋光液拋光非常有效地減少了殘留在GaN晶體襯底表面上的更多雜質。
第二比較例在用ZnO襯底實現的下層襯底上，通過氫化物氣相外延(HVPE)生長GaN晶體以具有0.6mm的厚度。化學地蝕刻掉ZnO襯底以得到GaN晶體襯底。該GaN晶體周邊被研磨并由此成斜面，并隨后具有用研磨鉆石顆粒研磨并用0.5mol/l的KOH水溶液蝕刻的表面，從而得到厚度為0.45mm的GaN晶體襯底。
參考圖1，GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)具有用拋光漿料17拋光的表面，該拋光漿料包含具有平均顆粒大小為0.3μm的Cr2O3的磨粒，并且pH為2且ORP為800mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊18，并用不銹鋼平臺實現了平臺15。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到98kPa(或1，000gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺15旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該表面60分鐘。
然后，與在第一比較例中已描述的類似，GaN晶體表面被清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出1×1013Cr原子/cm2。
第二實例參考圖2，用酸性拋光液27的水溶液拋光了第二比較例的GaN晶體襯底，該水溶液包含0.1mol/l的檸檬酸和0.1mol/l的過氧化氫并且pH為3.5和ORP為700mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的SupremeRN-R)實現了拋光墊28，并用不銹鋼平臺實現了平臺25。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到49kPa(或500gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺25旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該襯底20分鐘。然后，與在已第一比較例中描述的類似，GaN晶體襯底的表面被純水清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出1×1010Cr原子/cm2。如本實例中描述的一樣，與第二比較例相比，用酸性拋光液拋光非常有效地減少了殘留在GaN晶體襯底表面上的更多雜質。
第三比較例在用GaAs襯底實現的下層襯底上，通過氫化物氣相外延(HVPE)生長GaN晶體以具有3mm的厚度。化學地蝕刻掉GaAs襯底以得到GaN晶體襯底。該GaN晶體用線狀鋸切片且隨后表面被干蝕刻以得到厚度為0.5mm的GaN晶體襯底。
參考圖1，GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)其表面用拋光漿料17拋光，該拋光漿料包含具有平均顆粒大小為0.3μm的Fe2O3的磨粒，并且pH為2和ORP為800mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊18，并用不銹鋼平臺實現了平臺15。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到98kPa(或1,000gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺15旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該表面60分鐘。
然后，與在第一比較例中描述的類似，GaN晶體的表面被清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出1×1012Fe原子/cm2。
第三實例參考圖2，用堿性拋光液27的水溶液拋光了第三比較例的GaN晶體襯底，該水溶液包含0.1mol/l的三甲基銨氧化物(tri methyl ammoniumoxide)和0.1mol/l的過氧化氫并且pH為11且ORP為500mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊28，并用不銹鋼平臺實現了平臺25。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到49kPa(或500gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺25旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該襯底20分鐘。然后，與在第一比較例中描述的類似，GaN晶體襯底的表面被純水清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出1×1011Fe原子/cm2。如本實例中描述的一樣，與第三比較例相比，用堿性拋光液拋光非常有效地減少了殘留在GaN晶體襯底表面上的更多雜質。
第四實例參考圖2，用酸性拋光液27的水溶液拋光了第三實例的GaN晶體襯底，該水溶液包含0.1mol/l的蘋果酸和0.1mol/l的過氧化氫并且pH為2.5以及ORP為1,000mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的SupremeRN-R)實現了拋光墊28，并用不銹鋼平臺實現了平臺25。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到49kPa(或500gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺25旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該襯底20分鐘。然后，與在第一比較例描述的類似，GaN晶體襯底的表面被純水清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出1×1010Fe原子/cm2。如本實例中描述的一樣，與第三比較例和第三實例相比，用酸性拋光液拋光非常有效地減少了殘留在GaN晶體襯底表面上的更多雜質。
第四比較例在用藍寶石襯底實現的下層襯底上，通過有機金屬氣相外延(OMVPE)生長GaN晶體以具有0.3mm的厚度。使藍寶石襯底的與GaN晶體相對的一面暴露于激光，從而把GaN晶體從藍寶石襯底分開而得到GaN晶體襯底。然后，該GaN晶體周邊被研磨并由此成斜面，然后用包含0.1mol/l膽堿(choline)的水溶液蝕刻以得到厚度為0.35mm的GaN晶體襯底。
參考圖1，GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)具有用拋光漿料17拋光的表面，該拋光漿料包含具有平均顆粒大小為3μm的SnO2的磨粒，并且pH為3以及ORP為700mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊18，并用不銹鋼平臺實現了平臺15。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到98kPa(或1,000gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺15旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該表面60分鐘。
然后，與在第一比較例描述的類似，GaN晶體的表面被清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出1×1013Sn原子/cm2、1×1012Cu原子/cm2和1×1012Zn原子/cm2。
第五實例參考圖2，用堿性拋光液27的水溶液拋光了第四比較例的GaN晶體襯底，該水溶液包含0.3mol/l的銨、0.1mol/l的過氧化氫和用0.1mol/l的EDTA實現的螯合物，且pH為11以及ORP為500mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊28，并用不銹鋼平臺實現了平臺25。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到49kPa(或500gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺25旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該襯底20分鐘。然后，與在第一比較例描述的類似，GaN晶體襯底的表面用純水清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出3×1010Sn原子/cm2、5×1010Cu原子/cm2和5×1010Zn原子/cm2。如本實例中描述的一樣，用包含螯合物的堿性拋光液拋光顯著地減少了殘留在GaN晶體襯底表面上的雜質，諸如Sn、Cu、Zn等。
第五比較例與在第一比較例描述的類似，得到了厚度為0.5mm的GaN晶體襯底。參考圖1，GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)具有用拋光漿料17拋光的表面，該拋光漿料包含具有平均顆粒大小為0.1μm的SiO2的磨粒和具有平均顆粒大小為0.3μm的Cr2O3的磨粒，并且pH為2.5以及ORP為1,100mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊18，并用不銹鋼平臺實現了平臺15。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到98kPa(或1,000gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺15旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該表面60分鐘。
然后，與在第一比較例描述的類似，GaN晶體襯底的表面用純水清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出5×1012Si原子/cm2和1×1012Cr原子/cm2。
第六實例參考圖2，用堿性拋光液27的水溶液拋光了第五比較例的GaN晶體襯底，該水溶液包含0.1mol/l的膽堿和0.05mol/l的過氧化氫，并具有pH12且ORP為800mV。用聚氨酯絨面墊(Nitta Haas公司生產的SupremeRN-R)實現了拋光墊28，并用不銹鋼平臺實現了平臺25。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到49kPa(或500gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺25旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該襯底20分鐘。
然后，再次參考圖2，用酸性拋光液27的水溶液拋光了已用堿性拋光液拋光了的GaN晶體襯底，該拋光液包含0.05mol/l的鹽酸和0.1mol/l的過氧化氫并具有pH為3和ORP為700mV的。用聚氨酯絨面墊(NittaHaas公司生產的Supreme RN-R)實現了拋光墊28，并用不銹鋼平臺實現了平臺25。施加了19.6kPa(或200gf/cm2)到49kPa(或500gf/cm2)的拋光壓力，并使該GaN晶體襯底(或者III族氮化物晶體1)和平臺25旋轉30到120次/分鐘，像這樣拋光該襯底20分鐘。
然后，與在第一比較例描述的類似，GaN晶體襯底的表面用純水清洗。檢查殘留在用純水清洗的GaN晶體襯底表面上的雜質。檢測出1×1011Si原子/cm2和1×1010Cr原子/cm2。像本實例描述的一樣，與第五比較例相比，用堿性拋光液拋光并用酸性拋光液拋光顯著地減少了殘留在GaN晶體襯底表面上的更多雜質。
在第五比較例和本實例中，尤其是，實施了用包含它們的磨粒的拋光漿料進行拋光的步驟，以便分別使用硬度比III族氮化物晶體小和大的SiO2磨粒和Cr2O3磨粒，以使得晶體具有平滑度提高的表面并使該表面拋光更快。此外，SiO2磨粒由堿溶性材料的SiO2形成，Cr2O3磨粒由酸溶性材料的Cr2O3形成。從而，可分別地用堿性拋光液和酸性拋光液來拋光III族氮化物晶體，以減少來自這兩種類型磨粒的雜質，其中所述III族氮化物晶體具有用拋光漿料拋光的表面，所述拋光漿料包含諸如SiO2的堿溶性材料和諸如Cr2O3的酸溶性材料的磨粒。
盡管已詳細描述和說明了本發明，但清楚地理解，本發明僅是示例性的和實例且不是限制性的，本發明的精神和范圍僅由權利要求限定。
權利要求
1.一種處理III族氮化物晶體表面的方法，包括如下步驟用包含磨粒(16)的拋光漿料(17)拋光III族氮化物晶體(1)的表面；以及其后，用拋光液(27)拋光所述III族氮化物晶體(1)的所述表面至少一次，其中用所述拋光液(27)拋光的每個步驟都使用堿性拋光液和酸性拋光液中的一種作為所述拋光液(27)；以及所述堿性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的堿、該堿的鹽和具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，并且具有至少為8.5且至多為14的pH，如果用值x來表示所述pH，以及所述堿性拋光液具有用值y表示的氧化還原電勢，該電勢用mV表示，那么，所述值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800 …(i)；所述酸性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的酸、該酸的鹽和具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，并且具有至少為1.5且至多為6的pH，如果用值x來表示所述pH，以及所述酸性拋光液具有用值y表示的氧化還原電勢，該電勢用mV表示，那么，所述值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800 …(i)。
2.根據權利要求1所述的處理III族氮化物晶體表面的方法，其中所述堿性拋光液進一步包含螯合物。
3.根據權利要求1所述的處理III族氮化物晶體表面的方法，其中用所述拋光液(27)拋光的所述步驟包括用所述堿性拋光液拋光和其后用所述酸性拋光液拋光的步驟。
4.根據權利要求1所述的處理III族氮化物晶體表面的方法，其中用所述拋光液(27)拋光的所述步驟包括用所述酸性拋光液拋光和其后用所述堿性拋光液拋光的步驟。
5.一種通過處理III族氮化物晶體表面的工藝而得到的III族氮化物晶體襯底，其中所述工藝包括如下步驟用包含磨粒(16)的拋光漿料(17)拋光III族氮化物晶體(1)的表面；其后，用拋光液(27)拋光所述III族氮化物晶體(1)的所述表面至少一次；用所述拋光液(27)拋光的每個步驟都使用堿性拋光液和酸性拋光液中的一種作為所述拋光液(27)；和所述堿性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的堿、該堿的鹽和具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，并且具有至少為8.5且至多為14的pH，如果用值x來表示所述pH，以及所述堿性拋光液具有用值y表示的氧化還原電勢，該電勢用mV表示，那么，所述值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800 …(i)；所述酸性拋光液包含從由具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的酸、該酸的鹽和具有C、O、H和N中至少任一種作為組成元素的氧化劑構成的組中選擇的至少一種類型，并且該拋光液具有至少為1.5且至多為6的pH，如果用值x來表示所述pH，以及所述酸性拋光液具有用值y表示的氧化還原電勢，該電勢用mV表示，那么，所述值x和y滿足下面的表達式y＞-50x+800…(i)。
全文摘要
提供一種處理Ⅲ族氮化物晶體表面的方法，該方法包括步驟用包含磨粒的拋光漿料拋光Ⅲ族氮化物晶體(1)的表面；其后用拋光液(27)拋光Ⅲ族氮化物晶體(1)的表面至少一次，并且用拋光液(27)拋光的每個步驟都使用堿性拋光液或者酸性拋光液作為拋光液(27)。用堿性或者酸性拋光液拋光的步聚允許去除雜質，所述雜質諸如是在用包含磨粒的漿拋光之后殘留在Ⅲ族氮化物晶體表面上的磨粒。
文檔編號H01L21/304GK101066583SQ20071010099
公開日2007年11月7日 申請日期2007年5月8日 優先權日2006年5月1日
發明者西浦隆幸, 石橋惠二 申請人:住友電氣工業株式會社