專利名稱：加工氮化物半導體晶體表面的方法和由該方法得到的氮化物半導體晶體的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加工氮化物半導體晶體表面的方法和由該方法得到的氮化物半導體晶體。具體而言，本發明涉及一種具有表面刮擦的深度降低或破壞層的厚度降低加工氮化物半導體晶體表面的方法，以及由該方法得到的氮化物半導體晶體。
背景技術：
注意力已經集中于半導體晶體的顯微機械中工技術，同時已經完成半導體器件的更高度集成。加工半導體以得到其平面的技術(平面化技術)作為半導體晶體的顯微機械加工技術的基礎是重要的。
最近，CMP(化學機械拋光)方法，即使用由研磨溶液和研磨顆粒組成的研磨漿液的化學和機械拋光主要用于作為一種加工半導體以得到平面的方法。
雖然化學表面加工對化學活性的硅晶體(例如，它可溶于氫氟酸中)等是可能的，但是氮化物半導體晶體例如第III族氮化物半導體晶體是化學惰性(穩定的)用不著對機械加工具有依賴性。此處所述的“機械加工”是指晶體表面加工，其中研磨顆粒是插入至晶體和轉臺(以下稱為“表面板”)之間，并且表面板相對于晶體移動，以用研磨顆粒和晶體表面之間的摩擦拋光晶體表面。
在機械加工的過程中，由研磨顆粒在晶體表面上產生深度刮擦，且由于晶體表面和研磨顆粒之間的摩擦形成無序晶體的厚層(以下稱為“破壞層”)(參見Yamamoto，KESSHOU KOUGAKU HANDOB UKKU(Handbook ofCrystal Engineering)，第一版，Kyoritsu Shuppan Co.Ltd.，1990年9月25日，第421-423頁)。因為在晶體表面上的深度刮擦或厚破壞層的存在擾亂了顯微機械加工和降低了半導體特征，在晶體表面上的刮擦或破壞層必須再用蝕刻等去除。
發明詳述本發明的一個目的是提供一種具有表面刮擦的深度降低或破壞層的厚度降低加工氮化物半導體晶體表面的方法，以及由該方法得到的氮化物半導體晶體。
為了達到上面所述目的，根據本發明加工氮化物半導體晶體表面的方法的特征在于，使氮化物半導體晶體表面與作為加工溶液的至少包含Na、Li或Ca液體接觸。加工溶液可以是至少包含Na的液體，其具有的Na含量可以為5至95摩爾％。此外，加工溶液可以是至少包含Li的液體，其具有的Li含量可以為5至100摩爾％。作為氮化物半導體晶體，可以加工AlxGayIn1-x-yN半導體晶體(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)等。
此外，根據本發明的氮化物半導體晶體是一種具有表面刮擦的深度至多為0.01μm或破壞層的平均厚度至多為2μm的氮化物半導體晶體，其是通過上面所述的加工氮化物半導體晶體表面的方法得到的。
如上所述，根據本發明，通過使氮化物半導體晶體表面與作為加工溶液的至少包含Na、Li或Ca液體接觸，可以提供一種加工具有表面刮擦的深度降低或破壞層的厚度降低的氮化物半導體晶體表面的方法以及由該方法得到的氮化物半導體晶體。
附圖簡述
圖1是用于描述根據本發明加工氮化物半導體晶體表面的方法的圖。
圖2是本發明使用的一種表面板的剖面透視圖。
圖3是本發明使用的另一種表面板的剖面透視圖。
實施本發明的最佳方式參考附圖1，根據本發明加工氮化物半導體晶體表面的方法的特征在于，使氮化物半導體晶體11的表面與作為加工溶液15的至少包含Na、Li或Ca液體接觸。更具體地，參考附圖1，對著有加工溶液15插入其中的在旋轉軸13上固定的表面板14，擠壓在晶體支架12上固定的氮化物半導體晶體11，且旋轉旋轉軸13，以相對于氮化物半導體晶體11移動表面板14，以加工氮化物半導體晶體表面。
不特別限制本發明中使用的表面板。作為一個實施例，優選使用示于圖2中的表面板A 24，其具有用于加工晶體表面的平面，或示于圖3中的表面板B 34，其具有用于加工晶體表面的在其上形成的凹槽的表面。雖然不特別限制表面板B的凹槽的深度D、寬度W和間距P，但是優選深度D為0.5至3mm、寬度W為0.5至3mm，和間距P為1至5mm。
此處所述的“包含Na、Li或Ca的液體”是指包含Na或Na化合物例如Na、NaNH2或NaX(X是指鹵素元素例如I、Br或Cl，下同)的液體，包含Li或Li化合物例如Li、LiNH2或LiX的液體，或包含Ca或Ca化合物例如Ca或CaX2的液體，其還可以包括包含Na、Li和Ca中的兩種或多種元素的液體。
在包含Na、Li或Ca的液體中，溶解氮化物半導體晶體中的氮(N)，因此蝕刻氮化物半導體晶體表面。例如，當作為氮化物半導體晶體中的一種的GaN晶體直接與液體Na接觸，用下式(1)表示的反應，蝕刻GaN晶體表面。
(1)在根據本發明加工氮化物半導體晶體表面的方法中，加工溶液可以是至少包含Na的液體，其具有的Na含量可以為5至95摩爾％。當向加工溶液中的Na加入Li或Ca時，溶解進入加工溶液的氮化物半導體晶體的量增加，因此加工速度提高。
當向Na中加入Li時，就提高加工速度而言，優選加工溶液中的Na含量為5至60摩爾％，更優選為10至50摩爾％。當向Na中加入Ca時，就提高加工速度而言，優選加工溶液中的Na含量為20至95摩爾％，更優選為50至90摩爾％。
此外，在根據本發明加工氮化物半導體晶體表面的方法中，就提高的加工速度而言，優選加工溶液為至少包含Li的液體。加工溶液中Li含量優選為5至100摩爾％，更優選為30至100摩爾％，且進一步優選為50至100摩爾％。
此外，在根據本發明加工氮化物半導體晶體表面的方法中，優選加工溫度至少為加工溶液的熔點且至多為加工溶液的沸點，更優選至少為高于加工溶液熔點100℃的溫度和至多為低于加工溶液沸點100℃的溫度。當加工溫度為至少高于加工溶液熔點100℃的溫度時，溶解進入加工溶液中的氮量提高，且當加工溫度至多為低于加工溶液沸點100℃的溫度時，加工溶液的蒸發減少，這可以有效利用加工溶液。
表1所示為用作加工溶液的各種液體的熔點和沸點，每種加工溶液包含Na、Li或Ca。根據加工溶液的組成確定加工溶液的熔點和沸點，然后可以適當根據上面所述的觀點確定加工溫度。
表1
可以將根據本發明加工氮化物半導體晶體表面的方法優選應用至加工AlxGayIn1-x-yN半導體晶體(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的表面。該方法可以廣泛地應用至含有氮作為晶體的元素的氮化物半導體晶體，而與Al、Ga和In的含量無關。
由上面所述加工氮化物半導體晶體表面的方法，可以得到表面刮擦的最大深度至多為0.01μm的氮化物半導體晶體。因為上面所述的加工方法僅使用化學方法而不是用研磨顆粒的切割或拋光的物理方法，因而沒有產生由于研磨顆粒和晶體表面之間的摩擦導致的表面刮擦。
此外，由上面所述加工氮化物半導體晶體表面的方法，可以得到破壞層的平均厚度至多為2μm的氮化物半導體晶體。因為上面所述的加工方法僅使用化學方法而不是用研磨顆粒的切割或拋光的物理方法，因而產生由于研磨顆粒和晶體表面之間的摩擦導致的破壞層。
將通過實施例具體描述根據本發明加工氮化物半導體晶體表面的方法和由該方法得到的氮化物半導體晶體。
(實施例1)參考圖1和2，使用圖2所示的表面板A24作為圖1所示的表面板14，且在旋轉軸13上固定的表面板A 24上放置純度為100％的金屬鈉。然后將溫度升高到800℃，以形成液體Na的加工溶液15。以50rpm旋轉表面板A241小時，同時將在晶體支架12上安置作為氮化物半導體晶體11的晶體GaN向著其具有加工溶液15的表面擠壓，以加工GaN晶體表面。用接觸型表面輪廓儀(surface profiler)測量加工過的GaN晶體表面刮擦深度。此外，用晶體剖面的CL(陰極場致發光)評估加工過的GaN晶體的破壞層厚度。加工過的GaN晶體表面刮擦的最大深度為0.05μm和破壞層的平均厚度為1.5μm。結果總結于表2中。
(比較例1)在室溫下使用與實施例1類似的加工裝置。在將每個由SiC組成的和直徑為10μm的自由研磨顆粒供給到表面板表面上的同時且在將在晶體支架上安置的作為氮化物半導體晶體的晶體GaN向著供給有自由研磨顆粒的表面板的表面擠壓的同時，以50rpm旋轉表面板10小時，以加工GaN晶體表面。加工過的GaN晶體表面刮擦的最大深度為5μm和破壞層的平均厚度為10μm。結果總結于表2中。
(比較例2)除了使用5μm的自由研磨顆粒外，以與比較例1類似的條件加工GaN晶體表面。結果總結于表2中。
(實施例2)除了晶體表面的加工時間設置為5小時外，以與實施例1類似的條件加工GaN晶體表面。結果，表面刮擦的最大深度小于0.01μm，即低于測量的靈敏度，且破壞層的平均厚度小于1μm，低于測量的靈敏度。結果總結于表2中。
(實施例3)除了使用純度為90％的Na為加工溶液外，以與實施例2類似的條件加工GaN晶體表面。結果總結于表2中。應當注意的是，作為用輝光放電質譜測量的結果，檢測到Fe、Mg、Ti、Sc和V作為Na包含的雜質。
(實施例4至6)使用表2所示的加工溶液和表2所示的加工溫度和時間，加工GaN晶體表面。結果總結于表2中。
(實施例7至14)使用表3所示的加工溶液和表3所示的加工溫度和時間，加工GaN晶體表面。結果總結于表3中。
(實施例15)除了使用圖3中所示的具有在加工表面上形成的凹槽的表面板B 34作為表面板外，以與實施例1中類似的條件加工GaN晶體表面。在該實施例中使用的表面板B的凹槽的深度D為1mm、寬度W為1mm和間距P為2mm。結果總結于表4中。
(實施例16至18)除了加工溫度和時間改變為圖4所示的加工溫度和時間外，以與實施例1類似的條件加工GaN晶體表面。結果總結于表4中。
(實施例19至22)除了用圖4中所示的晶體代替將被加工的晶體外，以與實施例2類似的條件加工每種GaN晶體表面。結果總結于表4中。
表2
*Mg、Fe、V和Ti為雜質表3
表4
實施例1與比較例2相比較明顯的是，使用Na作為本發明加工溶液中的一種代替直徑為5μm的研磨顆粒，表面刮擦的最大深度和破壞層的平均厚度分別基本上從2μm降低至0.05μm和從8μm降低至1.5μm。此外，從實施例2與實施例1相比較明顯的是，通過在800℃的溫度下，將加工時間從1小時改變至5小時，獲得了低于0.01μm的表面刮擦的最大深度和低于1μm的破壞層的平均厚度，因此，能夠具有非常高的精確性進行表面加工。
此外，如實施例4至8所示，使用Li或Ca代替或與Na組合作為加工溶液，也可以表面刮擦的最大深度低于0.01μm和破壞層的平均厚度低于1μm的高精確表面加工。具體而言，如實施例6、8、10和12至14中所示，當使用至少包含Li的加工溶液時，提高了加工速度且可以減少加工時間。此外，實施例9與實施例2相比較明顯的是，當使用在加工表面上具有凹槽的表面板代替具有加工平面的表面板時，加工時間可以從5小時減少至1小時。此外，如實施例10至12中所示，通過設置加工時間為20至3小時以適宜300至1000℃的加工溫度，可以進行表面刮擦的最大深度低于0.01μm和破壞層的平均厚度低于1μm的高精確表面加工。此外，如實施例13至16中所示，加工的晶體不限于GaN晶體，也可以對氮化物半導體晶體例如AlN晶體、AlGaN晶體、InN晶體或InGaN晶體中的每一種進行高精確表面加工。
應當理解的是，此處公開的模式和實施例在每個方面是舉例說明而非限制性的。本發明的范圍是由權利要求而不是上面的說明書所限定，并且本發明的范圍意欲包括在本發明范圍內的任何修改和變化，并且包括與權利要求項等同的含義。
工業適用性如上所述，本發明可以廣泛地應用于加工具有表面刮擦深度減少或破壞層的厚度減少的氮化物半導體晶體表面的方法，和由該方法得到的氮化物半導體晶體。
權利要求
1.一種加工氮化物半導體晶體表面的方法，其中使氮化物半導體晶體(11)的表面與作為加工溶液(15)的至少包含Na、Li或Ca的液體接觸。
2.根據權利要求1的加工氮化物半導體晶體表面的方法，其中所述的加工溶液(15)是一種至少包含Na的液體且Na含量為5至95摩爾％。
3.根據權利要求1的加工氮化物半導體晶體表面的方法，其中所述的加工溶液(15)是一種至少包含Li的液體和Li含量為5至100摩爾％。
4.根據權利要求1的加工氮化物半導體晶體表面的方法，其中所述的氮化物半導體晶體(11)是AlxGayIn1-x-yN半導體晶體(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。
5.一種氮化物半導體晶體，其表面刮擦的最大深度至多為0.01μm且是用一種加工氮化物半導體晶體表面的方法得到的，在該方法中，使氮化物半導體晶體(11)的表面與作為加工溶液(15)的至少包含Na、Li或Ca的液體接觸。
6.根據權利要求5的氮化物半導體晶體，其中所述的加工溶液(15)是一種至少包含Na的液體和Na含量為5至95摩爾％。
7.根據權利要求5的氮化物半導體晶體，其中所述的加工溶液(15)是一種至少包含Li的液體和Li含量為5至100摩爾％。
8.根據權利要求5的氮化物半導體晶體，其中所述的氮化物半導體晶體(11)是AlxGayIn1-x-yN半導體晶體(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。
9.一種氮化物半導體晶體，其破壞層的平均厚度至多為2μm且是用一種加工氮化物半導體晶體表面的方法得到的，其中使氮化物半導體晶體(11)的表面與作為加工溶液(15)的至少包含Na、Li或Ca的液體接觸。
10.根據權利要求9的氮化物半導體晶體，其中所述的加工溶液(15)是一種至少包含Na的液體和Na含量為5至95摩爾％。
11.根據權利要求9的氮化物半導體晶體，其中所述的加工溶液(15)是一種至少包含Li的液體和Li含量為5至100摩爾％。
12.根據權利要求9的氮化物半導體晶體，其中所述的氮化物半導體晶體(11)是AlxGayIn1-x-yN半導體晶體(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。
全文摘要
一種加工氮化物半導體晶體表面的方法的特征在于，使至少包含Na、Li或Ca的加工溶液(15)與氮化物半導體晶體(11)的表面接觸。加工溶液(15)可以是至少包含Na的液體，其Na含量為5－95摩爾％。加工溶液(15)可以是至少包含Li的液體，其中Li含量為5至100摩爾％。還公開了通過該方法得到的氮化物半導體晶體，其最大表面刮擦深度為0.01μm或以下，且破壞層的平均厚度為2μm或以下。即，加工氮化物半導體晶體表面的方法可以提供減小表面刮擦深度和破壞層厚度，和由該方法得到的氮化物半導體晶體具有淺的表面刮擦深度和薄的破壞層厚度。
文檔編號C30B33/10GK1723548SQ200480001850
公開日2006年1月18日 申請日期2004年6月3日 優先權日2003年6月16日
發明者中畑成二, 弘田龍, 石橋惠二, 佐佐木孝友, 森勇介 申請人:住友電氣工業株式會社, 森勇介