专利名称：氮化物半导体衬底和氮化物半导体衬底的加工方法
技术领域：
本发明涉及可作为蓝色发光元件的衬底而利用的单晶氮化物半导体衬底的翘曲、面的平滑度。
背景技术：
国际专利公开WO99/23693[专利文献2]特开2000-22212(特愿平10-183446号)[专利文献3]特开2000-12900(特愿平10-171276号)[非专利文献1]碓井彰的“基于氢化物VPE的厚膜GaN结晶的生长”，电子信息通信学会论文志vol.J81-C-II，No.1，P58-64(1998年1月)[非专利文献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。
特开2001-102307(特愿平11-273882号)[专利文献5]特愿2002-230925(2002年8月8日)[专利文献6]特开平10-166259(特愿平8-332120号)[非专利文献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)[专利文献7]特开2002-356398(特愿2001-166904)[非专利文献4]J.L.Weyher，S.Muller，I.Grzegoryand S.Porowski，“Chemical polishing of bulk and epitaxial GaN”，Journal of CrystalGrowth182(1997)17-22目前作为蓝色LED、蓝色LD的衬底，使用蓝宝石单晶，并在其上使GaN、InGaN薄膜等外延生长。并且，在GaN的外延生长膜上使n型p型的InGaN或GaN的薄层生长，形成器件。蓝宝石衬底容易取得，也有作为蓝色LED衬底的长期实际成绩。可是，因为蓝宝石是绝缘体，所以无法在衬底的背面形成n电极。构成在蓝宝石衬底之上附加导电性的n-GaN以在上表面上设置n电极的构造。
这是需要很大表面的构造，很难缩小尺寸。此外，蓝宝石在机械方面极硬，没有劈开性，所以需要利用机械的切割方法切出芯片，而这将使成本提高，成品率下降。此外，由于蓝宝石衬底和GaN膜的晶格不匹配，发生很多错位，使元件的发光特性恶劣。因此，作为InGaN类的蓝色发光元件的衬底，强烈希望与外延生长膜同种材料的GaN单晶衬底。
因为不存在GaN单晶衬底，所以在异种衬底之上使GaN生长。作为异种衬底，此前使用的有蓝宝石衬底、SiC衬底、GaAs衬底、尖晶石衬底等。这样，衬底-外延生长界面的应力过大，结晶层剥离，所以使用低温埋积层，或使用把具有小窗口的掩模安在衬底上，从窗口使结晶核生长的横向生长法(ELO法Epitaxial Lateral Overgrowth)，谋求应力缓和。在专利文献1～3和非专利文献1、2中，描述了ELO法。ELO是GaN的薄膜生长法，无法生成厚膜。即使用这样的手法使层叠变厚，结晶内的错位会过多，应力也大，会剥离。因此，只用ELO不足以制作厚膜。
专利文献4中，本申请人开始提出了GaN结晶的晶面生长法。这种方法不进行镜面生长而是在维持晶面的状态下，使结晶生长，使错位集中在晶面上，而将残余部分成为优质的单晶。由此，开始能制作厚的GaN膜。在专利文献5中，将本申请人提出的点掩模形成在底层，通过掩模来决定晶面生长的部分，而将之外的部分作为优质的单晶，可形成厚的自立膜。
当为Si半导体时，除了基于氧化铝的机械研磨，还进行了使用胶态硅石和药液的化学机械研磨(CMPChemical Mechanical Polishing)。即使是GaAs，也能进行CMP。这是因为已知具有腐蚀结晶的作用的药品。可是，蓝宝石和GaN被认为是不能进行CMP的。
专利文献6关于蓝宝石的研磨，首次提出了化学机械研磨(CMP)。可是，关于成为化学机械研磨的主体的药品，只说是碱性溶液，却未具体说明。关于GaN(0001)面的CMP的文献，例如在非专利文献4中，有使用NaOH或KOH溶液的例子，但是对于高质量结晶GaN，无法进行CMP。
非专利文献3是通过过硫酸钾对GaN进行湿蚀刻的文献。
专利文献7是本发明者提出的，是对GaN晶片的周围进行磨边。此前，无法实现GaN的自立圆形晶片，但是开始能制造了这种GaN的自立圆形晶片，所以对周围进行磨边，带上表示方位的OF。是以后描述的形状加工。
很难说制造GaN单晶的技术已经成熟。只是能形成小的自立衬底。虽然根据制造者而不同，但是50mm直径(2英寸直径)的自立GaN单晶衬底还未达到商业水平。本申请人能制造50mm直径(2英寸直径)的圆形GaN自立衬底(晶片)。因为它是圆形、较大，所以适合作为制造发光器件的衬底。可是，还不是能满足平面的平坦性、翘曲、平滑性等的GaN晶片。由于GaN在化学上稳定、硬、脆，在六方晶GaN表面背面((0001)面(000-1))上存在面方位依存性，所以很难进行磨削和研磨加工。
GaN是透明的，所以存在与Si晶片或GaAs晶片不同的面。即使改变表面背面的加工度，一眼看去，也很难区别表面和背面。
虽然还存在各种问题，但在这里列举翘曲和表面粗糙度。
GaN是六方晶类，围绕c轴，具有3次对称性。因为没有大的GaN结晶，所以把GaAs(111)单晶作为衬底，在其上同时使用横向生长法和晶面法，使GaN的单晶生长。然后，除去GaAs的单晶衬底，成为GaN的自立膜。它在表面和背面的性质不同，翘曲也大。GaAs和GaN晶格不匹配，存在热膨胀系数差，如果除去GaAs，则GaN翘曲。
把向上凸出的翘曲定义为正的翘曲，把向下凸出的翘曲定义为负的翘曲。通过通常的磨削和研磨，很难去掉翘曲。单面研磨时，把晶片的一面安装在研磨板上，用固定盘的研磨布压住晶片的露出一侧的面，使固定盘和研磨板旋转，一边注入研磨液，一边研磨露出面。在安装时，因为施加使翘曲的晶片释放翘曲的力，所以，如果把研磨了的晶片从研磨板取下，则按安装时施加的力，象原来那样翘曲。因此很难通过研磨释放翘曲。如果翘曲大，则仅此就很难在工艺中处理，导致破损的概率也升高。此外，当掩模曝光时，存在很难对焦的问题。
当两面同时研磨时，把晶片放入具有多个孔的样板的孔中，用上下的固定盘夹住，一边注入研磨液，一边使样板做行星运动，同时研磨晶片的上表面和下表面。因为从上下按着具有翘曲的晶片，所以变为平坦的状态，把它磨削后，如果从样板或固定盘离开，则晶片的翘曲就恢复原样。因此，很难从开始就具有翘曲的晶片消除翘曲。
还有就是厚度的偏差。如果存在厚度偏差，则在器件的性能中表现出偏差。在整个晶片中，厚度必须一样。表现厚度的偏差的方法存在几种。本发明中，使用TTV(Total Thickness Variation)的值。TTV是夹着晶片的单面的状态下，每一定间隔，就测定晶片另一方的面的高度，调查它的偏差。间隔d成为测定的条件。可以是d＝5mm，也可以是d＝1mm。而且，从高度的最大值减去最小值而取得的值是TTV。因此，存在由于观测点的间隔而值不同的可能性。本发明中，测定排列为d＝0.1mm的格子状的点的高度。而且，把最大值和最小值的差作为TTV。
还有一个是面粗糙度的问题。使单面为镜面，现在使背面为粗糙面。因为背面不制作器件，所以没必要是平坦面。在Si和化合物半导体的洗净中，通常通过对表面进行氧化还原处理，除去表面的粒子，但是GaN自立晶片在化学上极惰性，所以在最终洗净处理步骤中，基于蚀刻的除去是很难的。因此，很难充分除去粒子，特别是当背面的粗糙度粗时，研磨材料或蜡等微小异物很容易进入背面的微小凹凸部中，在最终洗净步骤中，有可能蔓延到表面上，再附着。如图11所示，背面粗糙度RMS越大，附着在晶片上的粒子数也增加。此外，GaN自立衬底是硬脆性，容易以背面的凹凸为起点产生裂纹。图3表示伴随着GaN衬底的曲率半径增大，平坦度增加，晶片的裂纹发生率减少。
发明内容
本发明的自立单晶氮化物半导体晶片中，无论翘曲数为一个(极大点一个)，还是极大点、极小点为多个，高度的偏移最大值Hm为12μm以下。Hm≤12μm。因为翘曲数是不正确的，所以这里通过极大点、极小点进行描述。例如，如果具有两个极大点T1、T2、T3…、极小点K1、K2、K3、…，则成为鞍点型的变形。这时，使极小点与平面接触，测量极大点的高度，该最大值Hm比12μm小。更优选最大值Hm为5μm以下。即Hm≤5μm。
当极大点只有T1一个时，是均匀翘曲(图6(1)那样的翘曲)。φ45mm的晶片时，H＝12μm时，曲率半径为R＝21m。φ45mm的晶片时，对于H＝5μm，曲率半径为R＝50m。参照图9说明所述这样的关系。
因此，在均匀翘曲中，本发明为(1)Hm≤12μm(φ45mm时)，R≥21m(2)Hm≤5μm(φ45mm时)，R≥50m对曲率半径R的限定依存于晶片的尺寸。可是，Hm≤12μm和Hm≤5μm的限定是不依存于翘曲数的限定。
也有不是均匀翘曲，而具有2个极值的翘曲。这时成为在直径上两个极大点和两个极小点交替进行排列的二重翘曲。
如果极大点、极小点位于同一直线上，问题就简单了，但是也并不一定如此。有时也有在晶片上在假定的正方形的顶点上存在极大、极小点的鞍点型情况。这时在一个直径上排列有2个极小点、3个极大点，成为三重翘曲。在图10中表示了形成有具有3个极小点K1、K2、K3和两个极大点T1、T2的复杂翘曲的晶片。这是有时会碰到的、在直径上排列有5个极值的情形。如果沿着直径切所述4点鞍点型，就成为这样的三重翘曲。这时，以T1、K2、T2作为翘曲凸部的翘曲存在三个，所以与一重翘曲相比，即使高度H相同，允许曲率半径R也大大地减少。直径变为1/3，所以对于相同翘曲高度H，曲率半径R变为1/9。因此，对于Hm≤12μm，R≥2.3m，对于Hm≤5μm，R≥5.6m。
为了消除翘曲，在上固定盘上施加与固定盘自重相匹敌的反压，在晶片上几乎不作用负载的状态下(60g/cm2以下，P≤60g/cm2，以下称作无负载)，进行粗研磨(磨削)。在晶片上几乎不作用压力，在自由状态下进行粗研磨。因此，把上固定盘举起。不是按压上固定盘，而是施加提高上抬的力，进行磨削。如果这样，晶片是在自由状态、保持翘曲的状态下被磨削，所以其向上翘曲的部分由上固定盘先切削下来，且向下翘曲的部分由下固定盘先切削下来。翘曲的部分减少，渐渐接近平坦。终于翘曲的部分全部消失，成为厚度几乎一样、几乎没有翘曲的晶片。无论是均匀翘曲，还是二重、三重翘曲，都能除去。虽然费时，但是对去除翘曲是有效的。
本发明的自立单晶氮化物半导体衬底中，表面粗糙度是RMS5nm以下，优选为RMS0.5nm以下。表面粗糙度的下限为RMS0.1nm(0.1nm≤RMS≤5nm，优选为0.1nm≤RMS≤0.5nm)。这是从来自研磨技术的界限。图1表示RMS和外延生长后的组织(morphology)的关系。存在GaN晶片的RMS越大，外延生长后的组织越恶化的倾向。此外，因为硬脆，所以只用机械研磨，GaN单晶很难取得平滑面，但是本发明在精密研磨中，除了磨粒还使用向包含过氧二硫酸钾、氢氧化钾的研磨液照射紫外线的光激励方法进行CMP。由本发明者最先发现了能对GaN晶片使用化学机械研磨。
本发明的自立单晶氮化物半导体晶片中，背面粗糙度为RMS5000nm以下。背面粗糙度的下限是0.1nm。这是技术的界限。0.1nm≤RMS≤5000nm。如图11所示，背面粗糙度RMS越大，粒子就越蔓延到GaN晶片表面，所以粒子数增加。这也能使用CMP。
本发明的自立单晶氮化物半导体晶片中，在φ45mm晶片，表面厚度偏差(TTV)为10μm以下。
下面，根据图9说明将均匀翘曲晶片的翘曲以曲率半径R表现时和以晶片的直径D已被决定时的中央部高度H表现时的关系。晶片直径为FG＝D。它是以曲率半径R弯曲的面的一部分，所以OF＝OM＝OG＝R。D＝FG＝2RsinΘ。晶片的中央部的变形H为MN，但是它变为H＝R-RcosΘ＝D2/8R。
它是一个近似公式，但是D/R极小，所以是误差小的近似。如果是2英寸晶片，则D＝50mm，所以当R＝26m时，H＝12μm。当曲率半径R＝62m时，H＝5μm。
在本发明中，高度H为12μm以下或5μm以下，未规定翘曲的曲率半径R。因为它依赖于晶片的尺寸和翘曲的模式。即使相同尺寸的晶片，当翘曲为二重(极大、极小排列在直径上)时，弯曲部的尺寸变为一半，所以允许曲率半径变为1/3左右。如果翘曲变为三重(图10)，则弯曲部的尺寸变为1/3，所以允许曲率半径变为1/9左右。
此外，当均匀翘曲(图6(1)那样的翘曲)时，如图2所示，曲率半径R越大，形成抗蚀剂掩模时的成品率越高。
在异种衬底(例如GaAs)上进行气相生长而生成的GaN单晶自立膜有翘曲，但是本发明在低负载下，用一定的时间进行粗研磨，所以翘曲消失。能使翘曲为曲率半径R≥26m(在2英寸时，中央隆起H≤12μm)。此外，如果选择条件，也能使R≥60m(中央隆起H≤5μm)。
GaN硬脆，所以只由使用了金刚砂、氧化铝、钻石磨粒的机械研磨，很难提高表面平滑度。过去没有GaN的化学机械研磨法(CMP)。本发明者在胶态硅石的基础上，首先使用过氧二硫酸钾和紫外线，在CMP上获得了成功。通过过氧二硫酸钾和紫外线，引起化学反应，在化学、机械上研磨GaN晶片，所以取得良好的平滑度。虽然在程度上有差异，但是也能应用于类似的氮化物半导体的AlGaN、AlN、InN等。
如果背面是粗糙面，则在背面会附着粒子，但是因背面也平滑，所以不会发生这样的事。因为厚度偏差TTV为10μm以下，所以在晶片上制作的器件特性的偏差减小。例如，掩模曝光时的成品率提高。
下面简要说明附图。
图1是表示在氮化镓(GaN)单晶片中，如果表面粗糙度(RMS)或TTV增大，则在其晶片上外延生长的GaN、InGaN等薄膜的组织下降的曲线图。
图2是表示在氮化镓(GaN)单晶片中，如果翘曲减小，则在GaN晶片上形成抗蚀剂掩模时的成品率变好的曲线图。横轴是以曲率半径(R)表现晶片的翘曲，纵轴表示在该晶片上形成掩模时的成品率。向上为好，向下为差。
图3是表示在氮化镓(GaN)单晶片中，如果翘曲减小，则GaN晶片的裂缝发生率也减小的曲线图。横轴是以曲率半径(R)表现晶片的翘曲，纵轴表示晶片的裂缝发生率。
图4是表示使氮化镓单晶生长，并从锭料切出GaN晶片后做成镜面晶片的步骤的图。是经过粗加工-形状加工-粗研磨-精密研磨-洗净-检查的流程。
图5是表示在本发明的粗研磨中，在GaN晶片上不加按压力，而是提升上固定盘，成为低负载，进行粗研磨的状态的概略图。
图6是在本发明的粗研磨中，在GaN晶片上不加按压力，而是提升上固定盘，成为低负载，进行粗研磨的状态的概略图。(1)是具有向上翘曲的晶片的剖视图，(2)是表示上凸部ハ和下缘トル被切削，一部分变为平坦的情形的剖视图，(3)是表示进而上凸部ニロ被切削，下缘也再被切削，变为平坦的情形的剖视图，(4)是表示上凸部消失，下缘也消失，从而变得不存在翘曲的晶片的剖视图。
图7是把GaN晶片放入进行行星运动的样板的孔中，用下固定盘和上固定盘夹着，不作用负载的状态下，粗研磨具有翘曲的GaN晶片的情形的剖视图。
图8是表示通过包含过硫酸钾和氢氧化钾和胶态硅石的研磨液，精密研磨GaN晶片，且在不发生裂痕或划痕的前提下，进行镜面加工的状态的剖视图。
图9是用于说明以曲率半径R表现晶片翘曲时和作为直径D通过中央部的隆起H表现时的关系的线图。
图10是在某一直径上具有极大点T1、T2，极小点K1、K2、K3，翘曲变为三重的三重弯曲晶片的剖视图。
图11是表示在氮化镓(GaN)单晶片中，如果背面的粗糙度增大，则晶片表面的粒子数也增加的情形的曲线图。横轴以RMS(μm)表现了背面粗糙度，纵轴表示GaN晶片的粒子数。
图中2-GaN晶片；3-上固定盘；4-下固定盘；7-研磨布；8-研磨布；9-研磨液；20-恒星齿轮；22-样板；23-内齿轮；25-晶片通孔；26-上旋转轴；27-下旋转轴。
具体实施例方式
此前，圆形的自立GaN晶片的存在是稀少的，所以它的加工法也未确立，但是通过图4那样的步骤，进行了GaN晶片的加工。GaN单晶片的加工由粗加工、用于磨边的形状加工、2阶段的研磨、洗净、检查等阶段构成。
研磨分多个阶段进行。大致分为粗研磨(一次研磨)和精密研磨(二次研磨)。粗研磨有数个阶段，一般研磨速度快，精密研磨由CMP进行，研磨速度慢。
为了消除翘曲，通常的研磨是不行的。在本发明中，为了消除翘曲，粗研磨在60g/cm2以下的低负载下进行。即把具有翘曲的晶片放入上下固定盘间，不进行按压，使晶片保持自由翘曲的状态下进行粗研磨。通常的研磨是把晶片夹在下固定盘和上固定盘之间，通过上固定盘按压，切削晶片，但是在本发明中主动地把上固定盘提升，在晶片上几乎不作用压力的无负载的状态下进行粗研磨。
图5是表示该状态的概略图。具有翘曲的晶片2被夹在上固定盘3和下固定盘4之间。上固定盘3和下固定盘4都是金属固定盘，向其间提供研磨液，通过上固定盘3和下固定盘4向顺方向或反向旋转，粗研磨晶片。研磨液包含金刚砂、氧化铝、钻石等游离磨粒。上固定盘3不作用压力，相反作用提升力。因此，晶片2保持翘曲而被夹着，只有中央凸部ハ、下方的缘ト、ル接触固定盘3、4。因此，只有ハ、ト、ル的部分被切削。渐渐地将上固定盘的位置下降，使翘曲渐渐减小。速度比一般负载方式的粗研磨变慢。
图6表示具有翘曲的GaN晶片被粗研磨的状态。开始，如图6(1)的ィロハニホヘトチリヌルヮィ所示，向上凸出。因为在无负载的前提下进行粗研磨，所以与上固定盘接触的ハ、与下固定盘接触的ト、ル被切削。因此，如图6(2)所示，在上表面中央，形成部分平坦面ニロ，在下表面的周边部产生环状的平坦部ヨタ、レソ。并且将上固定盘一点一点下降，进行无负载粗研磨。如果无负载粗研磨继续，则如图6(3)所示，上表面的平坦部ノォク进一步增加，下表面的环状平坦部ナラ、ムゥ也扩展。如果加工再进一步进行，则如图6(4)所示，上表面变为平坦面ィヤマケホ，下表面也变为ヘフコェヮ。
图5是表示只有1块晶片时的原理图。实际上，使多块晶片做行星运动，同时粗研磨上下面。图7是进行这样的行星运动，粗研磨(磨削)晶片的表面背面的粗研磨装置的概略图。这样的装置不是新型的，但是为了说明不在晶片上作用压力而进行研磨的状态，这里进行了图示。上固定盘3和下固定盘4上下平行相对。下固定盘4通过下旋转轴27旋转。上固定盘3通过上旋转轴26旋转。能把上固定盘3提升到任意高度。
在上下固定盘3、4间具有恒星齿轮20、在周边具有与恒星齿轮啮合的行星齿轮的多块样板22、与样板22的行星齿轮啮合的内齿轮23。样板22是树脂的薄圆板，但是具有多个通孔25，把晶片2放入通孔25中。样板是m块，如果在一块样板上有n个通孔，就能同时研磨mn块晶片。
研磨液由磨粒和润滑液构成。是使用金刚砂、氧化铝、钻石等磨粒的机械研磨。一边把研磨液(在图7中省略)向固定盘间供给，一边使恒星齿轮以Ωs、内齿轮以Ωi、上固定盘以Ωu、下固定盘以Ωd的角速度旋转(Ω以逆时针旋转为正)。虽然未图示，但是恒星齿轮轴向上或向下延伸，与电机连接。能使上固定盘和下固定盘向相反方向旋转，也能使它们在同方向旋转。内齿轮23也能由其他电机旋转。如果恒星齿轮的齿数为S，样板(行星齿轮)的齿数为P，内齿轮的齿数为I，则如果无错位，则S+2P＝I。样板的公转角速度Ωc由SΩs+IΩi＝(S+I)Ωc提供，样板的自转速度Ωt由PΩt＝IΩi决定。因此，通过调节Ωu、Ωd、Ωs、Ωi，就能使样板实现任意的公转角速度、自转角速度。
重要的是，在上固定盘3的轴26上作用提升力F，把晶片保持翘曲放入通孔25中，从翘曲凸出的部分切削。一边使上固定盘缓慢下降，一边进行研磨，所以渐渐切削了翘曲。
关于精密研磨(精加工研磨)，为了提高面的平滑度、平坦度，进行化学机械研磨。图8表示该状态。为了用GaN进行化学研磨，使用氢氧化钾和过氧二硫酸钾(KOH+K2S2O8)混合液9，把它暴露在紫外线中。例如，按如下调整研磨液。
研磨液 2M KOH(氢氧化钾)
0.5M K2S2O8(过氧二硫酸钾)研磨材料 胶态硅石 粒径50nm～450nm(对精密研磨最佳的粒径φ200nm)紫外线光源 波长254mm的水银(Hg)灯10mW/cm2过氧二硫酸钾是作为氧化剂而为人所知的材料。如上所述，GaN硬脆，过去无法进行化学机械研磨，但是本发明通过对过氧二硫酸钾照射紫外线，用化学方法研磨GaN，与同时存在的胶态硅石的物理作用相辅相成，能把硬脆的GaN的表面精加工为平滑的面。因此，不会发生裂痕、划痕的危险，能使表面粗糙度为RMS≤0.5nm。
优选的表面粗糙度为RMS≤5nm，这时，如果使RMS为5nm以下就可以了。为了控制RMS，改变胶态硅石的粒径(φ＝50nm～450nm)。若胶态硅石的粒径粗，则研磨速度快，但是表面粗糙度RMS增大。如果粒径细，虽然研磨速度慢但能使最终的表面粗糙度RMS减小。由此，能使RMS≤0.5nm。如果只是胶态硅石，则几乎不能研磨，无法取得这样的平滑面。
实施例1为了制造直径为2英寸的GaN镜面状单晶片，按如下粗研磨、精研磨圆形GaN单晶片(均匀翘曲的甲、三重翘曲的乙)。
粗研磨的条件如下所示。把胶态硅石作为游离磨粒使用。
研磨材料金刚砂(GC)平均粒径 第一阶段15μm(#800)，第二阶段6μm(#2500)，第三阶段2μm(#6000)，油性浆上固定盘铸铁φ380mm下固定盘铸铁φ380mm研磨条件固定盘转速20～60rpm恒星齿轮转速10～30rpm研磨材料供给量500cc/分钟(循环)
负载30～60g/cm2研磨速度第一阶段0.3μm/分钟第二阶段0.05μm/分钟第三阶段0.02μm/分钟研磨量总共60～80μm图5、图6表示把晶片保持翘曲，用上下固定盘夹着，慢慢研磨，消除翘曲。实际上，如图7所示把进行行星运动的齿轮作为样板，在它的孔中放入GaN晶片，用上下固定盘夹着，进行磨削。虽然研磨速度慢，但是它是无负载的。
精密研磨的条件研磨材料胶态硅石平均粒径0.2μmKOH+K2S2O8+254nm水银(Hg)灯的光垫无纺布研磨条件固定盘转速20～60rpm恒星齿轮转速10～30rpm研磨材料供给量1000cc/分钟这样取得的2英寸GaN晶片(甲)是均匀翘曲，翘曲的曲率半径R＝100m，表(Ga)面、背(N)面都经基于AFM的测定，在10μm×10μm的区域中，表面粗糙度RMS为0.3nm～0.5nm。表面高度偏移(每0.1mm，进行测定)TTV＝3.5μm。是优异、平坦、平滑的晶片。
此外，同样地取得的2英寸GaN晶片(乙)，不是均匀翘曲，具有图10的复杂翘曲，但是翘曲H(Warp)是2μm。表(Ga)面、背(N)面都经基于AFM的测定，在10μm×10μm的区域中，表面粗糙度RMS为0.2nm～0.4nm。TTV为3.1μm。
权利要求
1.一种氮化物半导体衬底，其特征在于直径为45mm以上，形成有具有一个极大点或极小点的均匀翘曲，中央部的高度H为12μm以下或翘曲的曲率半径R为21m以上，表面粗糙度为0.1nm≤RMS≤5nm，背面粗糙度为0.1nm≤RMS≤5000nm。
2.一种氮化物半导体衬底，其特征在于直径为45mm以上，形成有具有一个极大点或极小点的均匀翘曲，中央部的高度H为5μm以下或翘曲的曲率半径R为50m以上，表面粗糙度为0.1nm≤RMS≤0.5nm，背面粗糙度为0.1nm≤RMS≤2nm。
3.一种氮化物半导体衬底，其特征在于形成有具有2个以上的极大点和极小点的鞍点型翘曲，使极小点与平面接触时的极大点的高度H的最大值Hm为12μm以下(Hm≤15000nm)，表面粗糙度为0.1nm≤RMS≤5nm，背面粗糙度为0.1nm≤RMS≤5000nm。
4.一种氮化物半导体衬底，其特征在于形成有具有2个以上的极大点和极小点的鞍点型翘曲，使极小点与平面接触时的极大点的高度H的最大值Hm为5μm以下(Hm≤15000nm)，表面粗糙度为0.1nm≤RMS≤0.5nm，背面粗糙度为0.1nm≤RMS≤2nm。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的氮化物半导体衬底，其中，对每0.1mm取测定点测定的面内厚度偏移即TTV为10μm以下。
6.一种氮化物半导体衬底的加工方法，其特征在于，为了提高表面光洁度，进行利用了光激励反应的CMP研磨。
全文摘要
一种氮化物半导体衬底和氮化物半导体衬底的加工方法，粗研磨中，提升上固定盘，在无负载的状态下研磨GaN衬底，使翘曲为R≥50m。在精密研磨中，通过过氧二硫酸钾、氢氧化钾和紫外线，对GaN进行化学研磨。与基于游离磨粒的机械研磨进行组合，实现了GaN的化学机械研磨(CMP)。能使表面粗糙度为0.1nm≤RMS≤0.5nm。背面也用CMP进行精密研磨，使表面粗糙度为0.1nm≤RMS≤2nm。也可以使表面粗糙度为0.1nm≤RMS≤5nm，背面为0.1nm≤RMS≤5000nm。
文档编号B24B37/00GK1549357SQ0315805
公开日2004年11月24日 申请日期2003年9月4日 优先权日2003年5月6日
发明者中山雅博, 松本直树, 树, 司, 玉村好司, 夫, 池田昌夫 申请人:住友电气工业株式会社, 索尼公司