特許 6054282 高表面品質ＧａＮウェーハおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6054282

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】高表面品質ＧａＮウェーハおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20161219BHJP

   C30B 29/38 20060101ALI20161219BHJP

   C30B 33/10 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 622Q

   H01L21/304 622W

   H01L21/304 622D

   C30B29/38 D

   C30B33/10

【請求項の数】6

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-230182(P2013-230182)

(22)【出願日】2013年11月6日

(62)【分割の表示】特願2008-254168(P2008-254168)の分割

【原出願日】2002年6月4日

(65)【公開番号】特開2014-42068(P2014-42068A)

(43)【公開日】2014年3月6日

【審査請求日】2013年11月6日

(31)【優先権主張番号】09/877,437

(32)【優先日】2001年6月8日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592054856

【氏名又は名称】クリー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＥ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000109

【氏名又は名称】特許業務法人特許事務所サイクス

(72)【発明者】

【氏名】シュエピン・シュ

(72)【発明者】

【氏名】ロバート・ピー・ボード

【審査官】 内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３４０５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０３６８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０２３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５２２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４８５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１６２８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１６１６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０８４８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０４５９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２０３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０１４５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１１５３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２６０７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 F. Yun ,M.A. Reshichikov ,K. Jones ,P. Visconti ,H. Morkoc ,S.S. Park ,K.Y. Lee，Electrical, structural, and optical characterization of free-standing GaN template grown by hydride vapor phase epitaxy，Solid-State Electronics，Elsevier Science Ltd.，２０００年１２月 １日，Volume44,Issue 12，Pages 2225-2232

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｃ３０Ｂ ２９／３８

Ｃ３０Ｂ ３３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フリースタンディングＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ（式中、０＜ｙ≦１およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の製造方法であって、該製造方法はＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハのＡｌxＧａyＩｎz側をコロイダルシリカスラリーを用いて化学機械研磨した後に、該Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハから残留コロイダルシリカ粒子を洗浄により除去する工程を有する製造方法。

【請求項2】

前記洗浄に希フッ酸を用いる、請求項１の製造方法。

【請求項3】

前記ＡｌxＧａyＩｎzＮウェーハのＡｌxＧａyＩｎz側には機械研磨スクラッチが存在し、前記化学機械研磨により該機械研磨スクラッチが除去される、請求項１または２に記載の製造方法。

【請求項4】

フリースタンディングＧａＮウェーハの製造方法であって、ＧａＮウェーハのＧａ側を、コロイダルシリカスラリーを用いて化学機械研磨した後に、該ＧａＮウェーハから残留コロイダルシリカ粒子を洗浄により除去する工程を有する製造方法。

【請求項5】

前記洗浄に希フッ酸を用いる、請求項４の製造方法。

【請求項6】

前記ＧａＮウェーハのＧａ側には機械研磨スクラッチが存在し、前記化学機械研磨により該機械研磨スクラッチが除去される、請求項４または５に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は優れた表面品質をＧａ側にて有するＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（式中、０＜ｙ≦１およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体ウェーハに関し、また、そのようなウェーハの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＧａＮおよびこれに関連する、一般式Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（式中、０＜ｙ≦１およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるＧａＮ様のIII−Ｖ窒化物結晶膜は、例えば高温エレクトロニクス、パワーエレクトロニクスおよび光エレクトロニクス（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）および青色光レーザダイオード（ＬＤ））などの様々な用途において有用な材料である。青色発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザは光磁気メモリおよびＣＤＲＯＭにおける極めて高い記録密度ならびにフルカラー発光ディスプレイの構築を可能にし、実現する技術である。青色発光ダイオードは道路および鉄道の信号などにおける今日の白熱電球に取って代わることができ、これによりコストおよびエネルギーの実質的節約を約束するものである。

【0003】

現在、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ膜は、高品質Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ基板を利用できないため、例えばサファイアまたはシリコンカーバイドなどのネイティブでない基板上に成長させている。しかしながら、そのような異種基板とその上にエピタキシャル成長したＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶との間の熱膨張率および格子定数の違いにより、成長したＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶中には著しい熱応力および内部応力が存在することとなる。熱応力および内部応力はＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶におけるマイクロクラック、歪みおよび他の欠陥を招き、また、そのようなＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶を壊れ易くする。格子不整合な異種基板上での成長により格子欠陥密度を増大させ、デバイス性能の低下をもたらす。

【0004】

成長したＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶における有害な熱応力および高い欠陥密度を低下させるため、膜成長基板として上述の異種基板に代えて高品質のフリースタンディングＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを提供することが望ましい。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

「単結晶Ｇａ^*Ｎ物品の製造方法（Method for Making a Single Crystal Ga^*N Article）」を発明の名称とする米国特許第５，６７９，１５２号および「バルク単結晶窒化ガリウムおよびその製造方法（Bulk Single Crystal Gallium Nitride and Method of Making Same）」を発明の名称とする米国特許第５，６７９，１５３号はフリースタンディングＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶を製造するハイドライド気相エピタキシー(ＨＶＰＥ)法を開示しており、この結晶はその上にＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶をホモエピタキシャル成長させるための結晶成長基板として好都合に用いることができる。

【0006】

後で成長させたＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶の品質はＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶が成長する基板表面および表面近傍領域の品質と直接的に関連しているため、表面および準表面（または表層）ダメージ（または加工変質層）のない、平坦度の高い初期基板表面を提供することが重要である。

【0007】

しかしながら、機械研磨後、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶は通常、極めて低い表面品質を有し、実質的な表面および準表面ダメージおよび研磨スクラッチ（または掻き傷）を有する。従って、フリースタンディングＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶の表面品質を更に高め、よって、高品質エピタキシャル成長およびその上へのデバイス作製に適当なものとするためには追加のウェーハ仕上げ処理（または加工）を要する。

【0008】

結晶性Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮは一般的に、化学的に安定なウルツ鉱型構造で存在する。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ化合物の最も一般的な結晶方位はそのｃ軸に対して垂直な２つの極性表面を有するものであり、一方側はＮで終端されており、もう一方側はＧａで終端されている（以下、結晶構造のＧａ側という場合においてＧａは単なる例示に過ぎず、別のIII族（Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_z）結晶組成、例えばＧａ_xＩｎ_yＮ結晶において対応するＧａ_xＩｎ_y側、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶において対応するＡｌ_xＧａ_yＩｎ_z側、およびＡｌ_xＧａ_yＮ結晶において対応するＡｌ_xＧａ_y側を代表するものとして理解される）。

【0009】

結晶の極性は結晶表面の成長形態および化学的安定性に大きく影響する。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶のＮ側はＫＯＨまたはＮａＯＨ系溶液に対して化学反応性であり、他方、この結晶のＧａ側は極めて安定であり、殆どの常套的な化学エッチャントに対して反応しないことが解っている。よって、Ｎ側はＫＯＨまたはＮａＯＨの水溶液を用いて容易に研磨（またはポリッシング）でき、機械研磨プロセスにより残っている表面ダメージおよびスクラッチを除去し、平坦度の高い表面を得ることができる。

【0010】

他方、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶のＧａ側（Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_z側）はＫＯＨまたはＮａＯＨ溶液と接触した後も実質的に同じままであり、その表面ダメージおよびスクラッチはそのような溶液によって変わることはない。Wayherら、「バルクおよびエピタキシャルＧａＮの化学的研磨（Chemical Polishing of Bulk and Epitaxial GaN）」、Ｊ. CRYSTAL GROWTH、第１８２巻、第１７〜２２頁、１９９７年を参照のこと、また、Porowskiら、「ＧａＮおよびＧａ_1-x-yＡｌ_xＩｎ_yＮの結晶およびエピタキシャル層の機械−化学的研磨（Mechano-Chemical Polishing of Crystals and Epitaxial Layers of GaN and Ga_1-x-yAl_xIn_yN）」を発明の名称とする国際特許出願公開公報ＷＯ９８／４５５１１も参照のこと。

【0011】

しかしながら、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶のＧａ側はＮ側より優れた膜成長表面であることが解っている。Miskyら、「フリースタンディングＨＶＰＥ−ＧａＮ基板におけるＭＯＣＶＤエピタキシー（MOCVD-Epitaxy on Free-Standing HVPE-GaN Substrates）」、PHYS. STAT. SOL. (A)、第１７６巻、第４４３〜４６頁、１９９９年を参照のこと。従って、後続のその上への結晶成長に対して適切なものとなるようにＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶のＧａ側を作製するのに特に有効なウェーハ仕上げプロセスを提供することが重要である。

【0012】

近年、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）がＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハのＧａ側から表面材料層を除去してより滑らかなウェーハ表面を得るために用いられている。Karoutaら、「反応性イオンエッチングを用いるＧａ極性ＧａＮ基板の仕上げ研磨（Final Polishing of Ga-Polar GaN Substrates Using Reactive Ion Etching）」、J. ELECTRONIC MATERIALS、第２８巻、第１４４８〜５１頁、１９９９年を参照のこと。しかしながら、そのようなＲＩＥプロセスは、より深いスクラッチの除去に対しては有効でなく、また、イオンボンバードメントによる更なるダメージおよび付随する汚染物質による更なる表面凹凸（irregularity）をもたらし、今度はＯ₂プラズマ中におけるＧａＮウェーハの追加の洗浄を要することとなるため満足できるものではない。

【0013】

従って、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハに対し、そのＧａ側にて表面および準表面ダメージまたは汚染を実質的になくし、またはわずかにして、高い表面品質を付与することが好都合である。また、そのようなＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを経済的かつ効果的で、研磨の間またはその後に煩わしい洗浄プロセスを要しない表面研磨プロセスによって製造することが望ましい。

【発明の概要】

【0014】

本発明は概して、優れた表面品質をＧａ側にて有するＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（式中、０＜ｙ≦１およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１）ウェーハに関し、また、そのようなウェーハの製造方法にする。

【0015】

本発明の１つの要旨は、そのようなタイプの高品質Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハであって、ウェーハのＧａ側における１０×１０μｍ²面積内で１ｎｍ未満の根二乗平均（ＲＭＳ）粗さを特徴とする表面粗さを有するウェーハに関する。

【0016】

徐々に好ましさの程度が高くなる範囲で、そのようなウェーハのＧａ側でのＲＭＳ表面粗さは次の範囲内にある：（１）１０×１０μｍ²面積内で０．７ｎｍ未満；（２）１０×１０μｍ²面積内で０．５ｎｍ未満；（３）２×２μｍ²面積内で０．４ｎｍ未満；（４）２×２μｍ²面積内で０．２ｎｍ未満；および（５）２×２μｍ²面積内で０．１５ｎｍ未満。

【0017】

本発明によるＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハは好ましくは、原子間力顕微鏡で観察した場合にそのＧａ側における規則的なステップ構造を特徴とする。

【0018】

本発明によるＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハは好ましくは、そのＧａ側におけるＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの結晶欠陥が１μｍ未満の直径を有する小さいピットを構成することを特徴とする。そのような寸法を有する小さいピットは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）技術のいずれによっても容易に認められるが、同時に、このようなピットはＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ表面に著しいダメージを与えるものでなく、よって、後にその上に成長するＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶の品質を損なうものではない。

【0019】

このような高品質Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶ウェーハは、シリカまたはアルミナを含有する化学的機械研磨（ＣＭＰ）スラリー組成物を用いてＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランク（blank、または未加工ウェーハ）をそのＧａ側にて化学的機械研磨（ＣＭＰ）することによって容易に製造される。そのようなＣＭＰプロセスにより、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの結晶欠陥（直径１μｍ未満の小さいピットにより確認される）を容易に視認可能にすることができる。

【0020】

本発明のもう１つの要旨は、上述の本発明のＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ上に成長したエピタキシャルＡｌ_x'Ｇａ_y'Ｉｎ_z'Ｎ膜（式中、０＜ｙ'≦１およびｘ'＋ｙ'＋ｚ'＝１）を含むエピタキシャルＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶構造体に関する。そのようなエピタキシャルＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶構造体は好ましくはウルツ鉱型結晶性薄膜を含むが、特定の半導体、電子または光電子用途に対して適切な任意の他の適当な形態または構造であってよい。このエピタキシャル膜の組成はウェーハ基板の組成と同様であっても、異なっていてもよい。エピタキシャルＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶構造体は、上述の本発明のＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ上に順次成長した、組成またはドーピングの異なるいくつかのエピタキシャルＡｌ_x'Ｇａ_y'Ｉｎ_z'Ｎ膜を含んでいてよい。エピタキシャル膜はグレーデッド組成を有していてよく、即ち、エピタキシャル膜の組成は基板とエピタキシャル膜との間の境界からの距離につれて変化してよい。本明細書において使用する場合、用語「薄膜」は約１００μｍ未満の厚さを有する材料層を意味する。

【0021】

また、本発明のもう１つの要旨は、上述の本発明のＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ上に成長した少なくとも１つのそのようなエピタキシャルＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶構造体を含む光電子デバイスに関する。

【0022】

本発明の更なる要旨は、上述の本発明のＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ上に成長した少なくとも１つのそのようなエピタキシャルＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶構造体を含むマイクロ電子デバイスに関する。

【0023】

本発明の更なる要旨は、上述の本発明のＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ上に成長したエピタキシャルＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶構造体を含むＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮブールに関する。ブール（boule：または元結晶）とは、少なくとも２枚のウェーハへとスライスできるものとして定義される。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮブールは、ハイドライド気相エピタキシー法(ＨＶＰＥ)、有機金属塩化物（ＭＯＣ）法、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）、昇華法、液相成長法などの任意の適当な方法で成長させることができる。

【0024】

更なる要旨において、本発明はＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをそのＧａ側にて化学的機械研磨（ＣＭＰ）する方法であって、
２００ｎｍ未満の粒子寸法を有する研磨アモルファスシリカ粒子と、
少なくとも１種の酸と、
場合により、少なくとも１種の酸化剤と
を含むＣＭＰスラリーを用い、ＣＭＰスラリーのｐＨ値は約０．５〜約４の範囲にある方法を意図する。

【0025】

ＣＭＰスラリー中の研磨アモルファスシリカ粒子は、例えばヒュームドシリカまたはコロイダルシリカを含み得る。ＣＭＰスラリー中のアモルファスシリカ粒子は約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲にある平均粒子寸法を有することが好ましい。

【0026】

好ましい構成上の要旨において、本発明のＣＭＰスラリーは少なくとも１種の酸化剤、例えば過酸化水素またはジクロロイソシアヌル酸などを含む。

【0027】

そのようなＣＭＰスラリーのｐＨ値は約０．６〜約３の範囲にあることが好ましく、約０．８〜約２．５の範囲にあることがより好ましい。

【0028】

本発明の更なる要旨は、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをそのＧａ側にて化学的機械研磨（ＣＭＰ）する方法であって、
２００ｎｍ未満の粒子寸法を有する研磨コロイダルアルミナ粒子と、
少なくとも１種の酸と、
場合により、少なくとも１種の酸化剤と
を含むＣＭＰスラリーを用い、ＣＭＰスラリーのｐＨ値は約３〜約５の範囲にある方法に関する。

【0029】

ＣＭＰスラリー中の研磨コロイダルアルミナ粒子は約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲にある粒子寸法を有することが好ましい。

【0030】

好ましい構成上の要旨において、本発明のＣＭＰスラリーは、少なくとも１種の酸化剤、例えば過酸化水素またはジクロロイソシアヌル酸などを含む。

【0031】

そのようなＣＭＰスラリーのｐＨ値は約３〜約４の範囲にあることが好ましい。

【0032】

本発明の更なる要旨は、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをそのＧａ側にて化学的機械研磨（ＣＭＰ）することであって、
２００ｎｍ未満の粒子寸法を有するアモルファスシリカ粒子と、
少なくとも１種の塩基と、
場合により、少なくとも１種の酸化剤と
を含むＣＭＰスラリーを用い、ＣＭＰスラリーのｐＨ値は約８〜約１３．５の範囲にある方法に関する。

【0033】

そのようなＣＭＰスラリー中のアモルファスシリカ粒子は約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲にある粒子寸法を有するヒュームドシリカ粒子、または約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲にある粒子寸法を有するコロイダルシリカ粒子を含むことが好ましい。

【0034】

本発明の実施に有用な塩基は、これらに限定されるものではないが、アンモニア、アルカノールアミンおよび水酸化物、例えばＫＯＨまたはＮａＯＨを含む。アンモニアおよびアルカノールアミンはＣＭＰスラリーを安定化するようにも機能するので特に好ましい。

【0035】

そのようなＣＭＰスラリーは少なくとも１種の酸化剤、例えば過酸化水素またはジクロロイソシアヌル酸などを含む。

【0036】

そのようなＣＭＰスラリーのｐＨ値は約９〜約１３の範囲にあることが好ましく、ｐＨ値が約１０〜約１１の範囲にあることがより好ましい。

【0037】

本発明の更なる要旨は、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの結晶欠陥密度を容易に測定するためにＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハのそのＧａ側における結晶欠陥を強調する方法であって、
Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを供給する工程、
上述の本発明のＣＭＰ方法の１つに従って、ウェーハをそのＧａ側にて化学的機械研磨する工程、
研磨したＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを洗浄および乾燥する工程、および
ウェーハ中の欠陥密度を測定するために原子間力顕微鏡または走査型電子顕微鏡でウェーハをスキャンする工程を含む方法に関する。

【0038】

ＣＭＰプロセスは本明細書に上述したような酸性シリカスラリーを用いて実施することが好ましい。

【0039】

また、本発明のもう１つの要旨は、高品質Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを製造する方法であって、
約１００μｍ〜約１０００μｍの範囲にある厚さを有するＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクを供給する工程、
場合により、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの内部応力を低下させる工程、
場合により、約５μｍ〜約１５μｍの範囲にある平均粒子寸法を有する研磨材を含むラッピングスラリーを用いてＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクをそのＮ側にてラッピングする工程、
場合により、約０．１μｍ〜約６μｍの範囲にある平均粒子寸法を有する研磨材を含む機械研磨スラリーを用いてＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクをそのＮ側にて機械研磨する工程、
場合により、約５μｍ〜約１５μｍの範囲にある平均粒子寸法を有する研磨材を含むラッピングスラリーを用いてＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクをそのＧａ側にてラッピングする工程、
約０．１μｍ〜約６μｍの範囲にある平均粒子寸法を有する研磨材を含む機械研磨スラリーを用いてＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクをそのＧａ側にて機械研磨する工程、
少なくとも１種の化学反応物質と２００ｎｍ未満の平均粒子寸法を有する研磨コロイダル粒子とを含むＣＭＰスラリーを用いてＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをそのＧａ側にて化学的機械研磨する工程、および
場合により、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの内部応力を更に低下させ、および表面品質を向上させるようにマイルド（または穏やかに）エッチングする工程を含み、得られるＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハは、ウェーハのＧａ側における１０×１０μｍ²面積内で１ｎｍ未満の根二乗平均（ＲＭＳ）表面粗さを有する方法に関する。

【0040】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクは任意の適当な方法により、例えば（１）Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮブールを成長させ、その後、これをウェーハブランクへとスライスすること、あるいは（２）厚いＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ膜を異種基板上に成長させ、その後、この厚い膜を基板から分離することにより作製できる。ウェーハブランクはｃ軸がウェーハ表面に対して垂直になるように向き決めされていてよく、あるいはウェーハブランクは後のエピタキシー成長、デバイス加工またはデバイス設計を容易にするように意図的にわずかに食違って（misorient）いて（ｃ軸がウェーハ表面に対して垂直でなくて）よい。

【0041】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクは、例えばそのようなＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハとこれがその上で成長する異種基板との間の温度係数および格子定数の相違によって生じる内部応力を低下させるためのプロセス（または処理）に付してよい。内部応力の低下は、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを熱アニールすること、およびウェーハを化学エッチングすることのいずれによっても実施できる。

【0042】

熱アニールは窒素またはアンモニア雰囲気中、高温（または上昇した温度、例えば約７００℃〜約１０００℃）にて約１分間〜約１時間実施することが好ましい。

【0043】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの化学エッチングはこのウェーハから表面材料の層を除去し、これにより該ウェーハの内部応力を緩和するように機能する。化学エッチングプロセスはウェーハの厚さにおいて１００μｍ未満の表面材料を除去することが好ましく、より好ましくは厚さ１０μｍ未満である。

【0044】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハは、高温にて非常に強い酸、例えば硫酸、リン酸またはそれらの組合せによって、および高温にて非常に強い塩基、例えば溶融ＫＯＨまたはＮａＯＨによってのいずれでも化学エッチングできる。

【0045】

本発明の実施に好都合に用いられるラッピングスラリー組成物は任意の適当な研磨材、これらに限定されるものではないが、例えばダイアモンド粉末（powder:または微粉）、シリコンカーバイド粉末、ボロンカーバイド粉末およびアルミナ粉末などを含む研磨材を含んでいてよい。好ましくは、ラッピングスラリーは約６μｍ〜約１０μｍの範囲にある平均粒子寸法を有するダイアモンド粉末を含む。より好ましくは、２種またはそれ以上のラッピングスラリーでＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクをラッピングし、各々のより後のラッピングスラリーは段々とより小さくなる平均寸法を有する研磨材を含む。例えば、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクは、約８μｍ〜約１０μｍの平均寸法を有する研磨材を含む第１スラリーによって、その後、約５μｍ〜約７μｍの平均寸法を有する研磨材を含む第２スラリーによってラッピングしてよい。

【0046】

同様に、本発明において有用な機械研磨スラリーは、これらに限定されるものではないが、ダイアモンド粉末、シリコンカーバイド粉末、ボロンカーバイド粉末およびアルミナ粉末などを含む任意の適当な研磨材を含んでいてよい。約０．１μｍ〜約３μｍの範囲にある平均粒子寸法を有するダイアモンド粉末が特に好ましい。また、機械研磨工程も２種またはそれ以上の機械研磨スラリーを適用してもよく、各々のより後の機械研磨スラリーは次第により小さくなる平均寸法を有する研磨材を含む。例えば、約２．５μｍ〜約３．５μｍの平均寸法を有する研磨材を含む第１機械研磨スラリーを用いることができ、その後、約０．７５μｍ〜約１．２５μｍの平均寸法を有する研磨材を含む第２機械研磨スラリーを、その後、約０．３５μｍ〜約０．６５μｍの平均寸法を有する研磨材を含む第３機械研磨スラリーを、その後、約０．２μｍ〜約０．３μｍの平均寸法を有する研磨材を含む第４機械研磨スラリーを、そして最後に、約０．１μｍ〜約０．２μｍの平均寸法を有する研磨材を含む第５機械研磨スラリーを用いることができる。

【0047】

ＣＭＰスラリーは少なくとも１種の化学反応物質を含み、これは酸および塩基のいずれであってもよい。酸の場合にはＣＭＰスラリーのｐＨ値は約０．５〜約４の範囲にある値に調節することが好ましく、代わりに塩基である場合にはそのようなスラリーのｐＨ値は約８〜約１３．５の範囲にある値に調節することが好ましい。

【0048】

ＣＭＰの後、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハは、ウェーハの応力を更に低下させ、および表面品質を向上させるための追加のプロセスに付してよい。この目的のためにはマイルド（または穏やかな）エッチングが好ましい。マイルドエッチングは、ダメージを受けていないＧａ側表面をエッチングすることなく、仕上げＣＭＰ研磨からのＧａ側表面にあるいくらかの残留表面ダメージを除去でき、よって、表面品質を向上させることができる。
また、マイルドエッチングはＮ側表面のダメージも除去でき、よって、表面ダメージにより生じるウェーハにおけるストレスを低下させることができる。また、このマイルドエッチングはＮ側表面をマット仕上げすることもできる。例えば、ウェーハは塩基（例えばＫＯＨまたはＮａＯＨ）の水溶液または酸（例えばＨＦ、Ｈ₂ＳＯ₄またはＨ₃ＰＯ₄）の水溶液中で、水溶液の沸点（典型的には約１００℃）未満の温度にてわずかにエッチングすることができる。

【0049】

本発明の他の要旨、特徴および態様は次の説明および特許請求の範囲からより十分に明らかになるであろう。

【発明の詳細な説明およびその好ましい態様】

【0050】

本発明による高品質Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの製造は、以下により十分に説明するような、フリースタンディングＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクの作製、ラッピング、機械研磨、化学的機械研磨および内部応力の低下を含むプロセス工程によって容易に行われる。

【0051】

フリースタンディングＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクは様々な任意の適当な方法によって得られる。１つの方法は、まずＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮブールを成長させ、その後、これをスライスしてウェーハブランクとすることを含むものである。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクを作製するもう１つの方法は、（１）例えばハイドライド気相エピタキシー法(ＨＶＰＥ)、有機金属塩化物（ＭＯＣ）法、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）、昇華法などの適当な方法を用いて、厚いＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ膜を異種基板上に成長させる工程、およびその後（２）異種基板を研磨またはエッチングすることによって、レーザ誘起リフトオフプロセスによってまたは他の適当な技術によって、異種基板を厚いＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ膜から分離する工程を利用するものである。

【0052】

一例として、ＨＶＰＥプロセス技術を用いて、約４００μｍ厚さのＧａＮ膜をサファイア基板上に成長させることができる。

【0053】

そのようなウェーハブランクの結晶方位を識別するため、例えばフラットなどのマークがウェーハに形成されていてよい。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクは、後続のウェーハブランクのマウントおよび加工が容易なように、例えば粒子線によって、円形にされていてよい。

【0054】

フリースタンディングＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクを取付け具（または治具）にマウントすることにより、必要なとおりに容易にラッピングまたはポリッシング（または研磨）することができる。ウェーハブランクはウェーハブランクを保持するための凹部を有するテンプレート（または型板）上にマウントすることができる。別法では、ウェーハブランクは平坦なテンプレート上に、例えば（１）そのようなテンプレートをホットプレート上で加熱し、（２）そのようなテンプレートにワックスを塗布（または適用）し、および（３）ウェーハブランクをワックス塗布テンプレートに対して押し付けることによって、マウントすることができる。テンプレートが冷えた後、ワックスは固まって、ウェーハブランクをテンプレート上に保持するように機能する。

【0055】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクがＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮブールから得られたものであり、比較的厚く、均一である場合、そのようなウェーハブランクをマウントするために凹型テンプレートを用いることができ、これはワックス塗布テンプレートよりもプロセス時間が短く、取外しが容易で、および汚染が少ないという利点がある。

【0056】

他方、より壊れやすく、薄く、または厚さがより不均一なＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランク、例えばＨＶＰＥプロセスにより得られるウェーハブランクの場合には、凹型テンプレートを用いることは、ラッピングおよび／またはポリッシングプロセスの間にＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを壊すという危険性を伴うため、好ましさが劣るであろう。

【0057】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクをマウントするために用いる取付け具は、各ラッピングまたはポリッシング装置に対して適切であり、これに適合する任意の適当なタイプのものであってよい。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの厚さ均一性を向上させる目的で、平面を規定する３つのアジャスタブル・ダイアモンド・ストップを含む特別のラッピング取付け具を利用することができる。ストップにより規定される平面は取付け具表面に対して平行であり、この表面から所定の距離だけ離間している。３つのダイアモンド・ストップはＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハから表面材料が更に除去されるのを防止するストップ・ポイントとして機能するので、そのような所定の距離はラッピングしたＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの最小厚さを規定する。

【0058】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクがその内部に存在する内部応力によってわずかに湾曲しまたは歪んでいる場合、ウェーハをテンプレート上にワックス・マウントする間にウェーハブランクへ加重することが好ましい。そのような目的のための加重のタイプおよび大きさは当該技術分野の知識の範囲内で容易に決定できる。

【0059】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクを適切にマウントした後、ウェーハに平坦な表面を形成するように、定盤表面に研磨粒子（または砥粒）が埋め込まれている定盤（またはラッピングプレート）に対してウェーハブランクを押し付けることによってこれをラッピングできる。ラッピングプロセスを制御するようにウェーハへの圧力を調節できる。

【0060】

同じ研磨材および定盤回転速度を用いる場合、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクのラッピング速度（またはレート）は研磨材の粒子寸法の増大に伴って増加する。よって、より大きな研磨粒子はより高速のラッピング速度をもたらすが、より粗いラップ表面を形成する。

【0061】

また、ラッピング速度は使用する研磨材材料の硬度にも依存する。例えば、ダイアモンド粉末はシリコンカーバイド粉末よりも高速のラッピング速度を有し、また、シリコンカーバイド粉末はアルミナ粉末よりも高速のラッピング速度を有する。

【0062】

また、ラッピング速度は使用する定盤のタイプにも依存する。例えば、銅の定盤は鋳鉄板よりも低速のラッピング速度を有するが、銅の定盤は鋳鉄板によって形成されるよりも滑らかなラップ表面をもたらす。

【0063】

最良のラッピング効果を得るためには、例えば処理時間、表面仕上げおよび製造コストなどの多数の因子を考慮しなければならず、研磨材材料、粒子寸法、ラッピング速度およびウェーハ圧力の多数の組合せを本発明の実施に適用できる。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハのクラック発生（または割れもしくは欠け）の可能性を低減するために、５ｐｓｉ、好ましくは２ｐｓｉ未満の圧力が好ましい。処理時間を短縮するために、１次研磨には５０μｍ／時より大きいラッピング速度が好ましい。例えばダイアモンド、シリコンカーバイド、ボロンカーバイドおよびアルミナなどの様々な種類の研磨材材料のなかでも、ダイアモンドスラリーは、材料除去速度が大きく、より良好な表面仕上げを形成するので好ましい。

【0064】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハブランクのラッピングは単一工程または複数工程（後続の各ラッピング工程では徐々に粒子寸法が小さくなる研磨材を用いる）のいずれによっても行い得る。各ラッピング工程の後、次の工程に進む前に、前工程からの表面ダメージが実質的に除去されていることを確認するために光学顕微鏡を用いて表面を検査してよい。

【0065】

本発明の１つの例示的な態様において、１ｐｓｉの圧力下で鋳鉄定盤上でＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをラッピングするための９μｍのダイアモンド研磨材を含む１種のラッピングスラリーを用いる。ダイアモンド研磨材粒子の寸法はダイアモンドスラリー製造者により規定されており、これはスラリー中のダイアモンド粒子の平均寸法である。

【0066】

本発明のもう１つの例示的な態様において、２種のラッピングスラリーであって、鋳鉄定盤上でＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをラッピングするための９μｍのダイアモンド研磨材を含む第１ラッピングスラリーと、所望の表面仕上げを得るために銅板上で同じウェーハをラッピングするための６μｍのダイアモンド研磨材を含む第２スラリーとを用いる。

【0067】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをラッピングした後、滑らかな表面形態を得るためにこれを機械研磨することができる。機械研磨プロセスの間、研磨材粒子を有する研磨パッドに対してＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを押し付ける。典型的には、研磨プロセスはラッピングよりも（同一寸法のダイアモンドスラリーを用いたとしても）良好な表面仕上げを提供する。研磨は単一工程または複数工程（後続の各研磨工程では徐々に粒子寸法が小さくなる研磨材を用いる）のいずれによっても行い得る。

【0068】

機械研磨プロセスの後、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ表面は比較的滑らかになる。図１は、鏡面仕上げが得られるまで１μｍのダイアモンドスラリーで機械研磨した後のＧａＮ表面のノマルスキー光学顕微鏡写真（×１００）を示す。しかしながら、このようなＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハは著しい表面および準表面ダメージがまだ存在するのでＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶をホモエピタキシャル成長させるには適さない。この表面ダメージは、図２に示すように、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の下で視認できる高密度な研磨スクラッチを特徴とする。

【0069】

そのような表面および準表面ダメージならびに研磨スクラッチを除去するため、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを化学的機械研磨（ＣＭＰ）することが好ましい。

【0070】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハのＧａ側を化学的機械研磨するのに有効な第１ＣＭＰスラリーは酸および２００ｎｍ未満の粒子寸法を有する研磨アモルファスシリカ粒子、例えばヒュームドシリカまたはコロイダルシリカなどを含む。そのようなＣＭＰスラリーのｐＨ値は好ましくは約０．５〜約４の範囲にある。また好ましくは、そのようなＣＭＰスラリーは酸化剤、例えば過酸化水素またはジクロロイソシアヌル酸なども含む。

【0071】

図３および４は、０．８のｐＨ値を有する酸性コロイダルシリカＣＭＰスラリーを用いて約１時間化学的機械研磨したＧａＮウェーハのノマルスキー光学顕微鏡写真およびＡＦＭ写真を示す。ＧａＮウェーハはＣＭＰの前にまず、１μｍのダイアモンドスラリーで研磨した。基板にはわずかに欠陥があるものの、ＧａＮ表面は非常に滑らかであり、２×２μｍ²面積内で約０．１５ｎｍ、１０×１０μｍ²面積内で約０．５ｎｍのＲＭＳ表面粗さを有する。更に、これまで見られなかったステップ構造がＡＦＭの下、ＧａＮ表面に観察される。このようなステップ構造の存在は、ＣＭＰプロセスが前の機械研磨による研磨スクラッチを除去するのに奏功したことを示している。そのようなスラリーを使用するＣＭＰ速度は、例えば約２μｍ／時のオーダーであり得る。

【0072】

更に、ＣＭＰプロセスが表面にある準表面ダメージをも除去したことを確認するため、ＣＭＰプロセス後のウェーハを強いエッチャントＨ₃ＰＯ₄で、１８０℃にて５分間エッチングする。このエッチング条件では、ＧａＮ表面のＧａ側にある結晶欠陥ならびに表面および準表面ダメージは良好な結晶性材料よりも大きい速度でエッチングされ、エッチピットを形成する。ピットの寸法および数は原子間力顕微鏡で調べることができる。熱いＨ₃ＰＯ₄エッチングの後、ＣＭＰ研磨ウェーハ（またはＣＭＰポリッシュドウェーハ）にはいくつかのエッチピットが見られるが、エッチピットの密度はＣＭＰ研磨した表面に存在したピットの密度と同じである。しかしながら、ピットの寸法は大きくなる。比較のために、ＣＭＰプロセスで完全に研磨していないウェーハ（即ち、ＣＭＰ処理時間がより短く、よって、研磨ダメージが残存している）には、Ｈ₃ＰＯ₄で１８０℃にて５分間エッチングした後、より多くのエッチピットが見られ、このピットの多くは線に沿っている。
このことはＣＭＰプロセスが完了しないと表面および準表面ダメージが完全に除去されないことを示している。

【0073】

酸化剤は好都合に酸性ＣＭＰスラリーに添加することができる。過酸化水素またはジクロロイソシアヌル酸を酸化剤として使用する場合、研磨速度は２μｍ／時より大きく、ＲＭＳ表面粗さは２×２μｍ²面積内で０．２ｎｍ未満、１０×１０μｍ²面積内で０．５ｎｍ未満である。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハ表面におけるステップ構造がＡＦＭの下で容易に観察される。

【0074】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハのＧａ側を化学的機械研磨するのに有効な第２ＣＭＰスラリーは酸および２００ｎｍ未満の粒子寸法を有する研磨コロイダルアルミナ粒子を含む。そのようなＣＭＰスラリーのｐＨ値は好ましくは約３〜約４の範囲にある。また好ましくは、そのようなＣＭＰスラリーは酸化剤、例えば過酸化水素またはジクロロイソシアヌル酸なども含む。

【0075】

図７は、酸化剤として過酸化水素を含む酸性コロイダルアルミナＣＭＰスラリー（ｐＨ＝３．６）で１時間化学的機械研磨した後のＧａＮ表面のＡＦＭ写真を示す。ステップ構造がＡＦＭの下で観察され、このことは酸性コロイダルアルミナスラリーがＧａＮ表面から機械的ダメージを除去するのに有効であることを示している。しかしながら、同じ研磨操作条件では、コロイダルアルミナ系スラリーはシリカ系スラリーよりもはるかに遅い研磨速度（約０．１μｍ／時）を有する。遅い研磨速度のために、酸性コロイダルアルミナＣＭＰスラリーによる１時間の研磨の後も多くの研磨スクラッチが依然として存在する。
このコロイダルアルミナ系スラリーにより表面／準表面ダメージを完全に除去するには、はるかに長い研磨時間が必要である。

【0076】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハのＧａ側を化学的機械研磨するのに有効な第３ＣＭＰスラリーは塩基および２００ｎｍ未満の粒子寸法を有するアモルファスシリカ粒子（ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカのいずれでもよい）を含む。そのようなＣＭＰスラリーのｐＨ値は好ましくは約８〜約１３．５の範囲にある。

【0077】

図５および６は、１１．２のｐＨ値を有する塩基性コロイダルシリカスラリーを用いて約１時間化学的機械研磨したＧａＮウェーハのノマルスキー光学顕微鏡写真およびＡＦＭ写真を示す。この表面は酸性シリカスラリーにより得られる表面仕上げと比較して、より凸凹に見え、研磨したときのスクラッチをかなり多く有する。更に、このスクラッチは１μｍのダイアモンド粉末を含むダイアモンドスラリーで機械研磨した後のＧａＮ表面におけるものより大きく、より深い。このことはより大きな粒子または粒子凝集物が塩基性シリカスラリー中に存在することを示している。興味深いことに、ステップ構造も観察される。ステップ構造の存在は、前の機械研磨による表面ダメージが除去されていることを示すが、スラリー中により大きい粒子が存在することにより新たなダメージが導入される。
従って、研磨前に塩基性シリカスラリーを濾過して、大きい粒子を除去し、およびそのようなスラリー中の研磨粒子が２００ｎｍ未満の粒子寸法を有することを確保するのが望ましい。

【0078】

ｐＨ変更のために水酸化物を用いることに加えて、塩基性シリカスラリーのｐＨはアンモニアまたはアルカノールアミンによって調節してよい。アンモニアまたはアルカノールアミンで安定化させたスラリーはより滑らかな研磨面を形成し、よって、水酸化物系スラリーよりも好ましい。

【0079】

ＣＭＰプロセスの安定性を向上させるため、ＣＭＰプロセスの間、周囲の湿度および温度を制御することが好都合であろう。

【0080】

化学的機械研磨の後、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを当該技術分野において既知の技術を用いて洗浄および乾燥してよい。また、仕上げ研磨ウェーハから残りの表面および準表面ダメージを除去するためにマイルドエッチングを用いることもできる。マイルドエッチングの条件は、ダメージを受けていないＧａ側表面をエッチングせず、またはある限度内でエッチングしつつ、仕上げ研磨によるＧａ側表面にあるいくらかの残留表面ダメージを除去するように選択する。また、マイルドエッチングは、Ｎ側表面にあるダメージを除去して、Ｎ表面のダメージにより生じたウェーハの応力を低下させることもできる。また、このマイルドエッチングはＮ表面をマット仕上げすることもできる。例えば、ウェーハは塩基（例えばＫＯＨまたはＮａＯＨなど）の水溶液または酸（例えばＨＦ、Ｈ₂ＳＯ₄またはＨ₃ＰＯ₄など）の水溶液中で１００℃未満の温度にてわずかにエッチングすることができる。

【0081】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハは内部応力を受け得、これはウェーハを湾曲させ、または反らさせる。Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの熱アニールまたは化学エッチング（これらは一連のウェーハ製造工程の前、後またはその間に実施してよい）により、そのような内部応力を緩和させることができる。

【0082】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハがその表面に大きなピットを有し、製造プロセスによるピット内に汚染物質が捕捉されている場合、ウェーハ作製工程の間に化学エッチングおよび洗浄工程を有してピットから汚染物質を除去することが有益である。

【0083】

本発明の１つの態様において、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを窒素雰囲気中、１０００℃以下の温度にて熱アニールに付す。好ましくは、アニール温度は約７００℃〜約１０００℃の範囲にあり、熱アニール時間は約１分間〜約１時間の範囲にある。

【0084】

本発明のもう１つの態様において、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを化学エッチングに付し、これは好都合に、ダメージを受けた表面材料をＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハから除去し、および表面ダメージにより生じたウェーハの湾曲および反りを低減する。

【0085】

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの化学エッチングは、高温で非常に強い酸または塩基中にウェーハを浸漬することによって実施できる。１５０℃より高い温度の硫酸またはリン酸はＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをエッチングできる。別法では、溶融水酸化カリウムまたはナトリウムもＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハをエッチングできる。エッチング条件、例えばエッチング温度およびエッチング時間などは、好ましくは、厚さ１００μｍ未満および好ましくは厚さ１０μｍ未満の表面材料を除去するように制御される。

【0086】

例えば酸性シリカＣＭＰスラリー（ｐＨ＝０．８）を用いて約１時間、ＧａＮ表面を化学的機械研磨した後に小さなピットが形成され、これはＧａＮウェーハの結晶格子における転移に起因し得る。ピットの直径は典型的には１μｍ未満、およびより典型的には０．５μｍ未満である。ピットは原子間力顕微鏡で撮像した場合、明瞭なエッジのない丸形に見える。ウェーハを完全にＣＭＰ研磨し、そして例えばＨ₃ＰＯ₄により１８０℃にて５分間エッチングした場合、ピットの寸法は大きくなるが、ピットの密度は同じままであり、即ち、それ以上のピットは形成されない。更に、ＣＭＰ研磨ウェーハのエッチングにより形成されるピットは、原子間力顕微鏡で撮像した場合、六角形に見える。

【0087】

図８はＧａＮ表面のＡＦＭ写真を示し、明瞭に視認可能なピットが存在している。ＧａＮ表面は酸性コロイダルシリカＣＭＰスラリー（ｐＨ＝０．８）を用いて約１時間化学的機械研磨した。

【0088】

また、図９は酸性コロイダルシリカＣＭＰスラリー（ｐＨ＝０．８）により１時間化学的機械研磨したＧａＮウェーハの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示し、このようなＧａＮウェーハの欠陥密度を測定するのに数えることのできる視認可能なピットが存在している。ＧａＮウェーハ表面を化学的機械研磨しないと、そのようなピットはＡＦＭまたはＳＥＭで観察することができない。

【0089】

従って、ＡＦＭまたはＳＥＭ技術による後の欠陥密度測定のため、結晶欠陥を強調する（または明らかにするもしくは目立たせる）ようにＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを準備するためにＣＭＰプロセスを用いることができる。

【0090】

この欠陥強調技術は、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、ウェット化学エッチングおよび光電気化学エッチングなどの他の技術よりも優れている。これらエッチング技術は一般的に過酷なエッチング条件下で実施され、エッチングしたＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハを、後にその上にＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ結晶材料をエピタキシャル成長させるのに不適当なものにする。

【0091】

これに対して、結晶欠陥を強調するためにＣＭＰプロセスを用いることはＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮウェーハの結晶表面にダメージを与えず、よって、後の結晶成長を可能にする。

【実施例1】

【0092】

厚さ数百ミクロンのＧａＮ膜をサファイア基板上にＨＶＰＥ法により成長させ、その後、サファイア基板から分離した。これにより形成されたフリースタンディングＧａＮウェーハブランクは、２×２μｍ²面積内で約４ｎｍのＲＭＳ粗さを有するざらざらのＧａ表面を呈した。

【0093】

その後、ラッピングプロセスを経ることなく、ＧａＮウェーハブランクをＧａ側にて酸性シリカスラリーによって研磨した。

【0094】

研磨後、このようなＧａＮウェーハの表面形態が大いに改善され、ざらざらの表面は完全に除去されたことが観察された。ＲＭＳ粗さは２×２μｍ²面積内で０．３ｎｍ未満に低減された。

【実施例2】

【0095】

２００〜５００ミクロンの範囲にある厚さを有する厚いＧａＮ膜を２インチのサファイア基板上にＨＶＰＥ法により成長させた。その後、ＧａＮ膜をサファイア基板から分離して、フリースタンディングＧａＮウェーハブランクを得た。

【0096】

ＧａＮ膜のフラット（または平面）はサファイア基板のフラットから３０°ずれていた。その後、粒子線ジェットを用いてＧａＮウェーハブランクを３０、３５、４０ｍｍの直径を有するウェーハ形状へと寸法決めした。ウェーハの寸法決めの間におけるウェーハの破損を防止するため、ＧａＮウェーハを少なくとも１ｍｍ厚さのガラス板上にワックスを用いてマウントすることが好ましい。

【0097】

９枚のＧａＮウェーハを、Ｎ側がラップ取付け具に面するようにしてラップ取付け具にワックスでマウントした。ワックスを冷却しながらスチール・ブロックを各ウェーハの上に配置した。まず、鋳鉄定盤上で直径９μｍのダイアモンドスラリーによりＧａＮウェーハをＧａ側にてラッピングした。ラッピング前には、ウェーハ間および各ウェーハ内で大きい厚さバラツキが存在していた。ラッピング後には、ウェーハ厚さの均一性が大いに改善された。

【0098】

その後、ウェーハをラップ取付け具から外し、機械研磨取付け具にワックス・マウントした。各ウェーハを直径３μｍのダイアモンドスラリーで研磨して鏡面仕上げとした。光学顕微鏡検査に付すと、ラッピングプロセスによる全ての表面ダメージが除去された。

【0099】

機械研磨後、ウェーハを酸性コロイダルシリカスラリーによって化学的機械研磨した。ノマルスキー光学顕微鏡を用いて研磨表面を検査し、ＣＭＰプロセスにより全ての機械研磨スクラッチが除去されたことを確認した。

【実施例3】

【0100】

３枚のＧａＮウェーハブランクを、Ｇａ側がラップ取付け具に面するようにしてラップ取付け具にワックスでマウントした。ワックスを冷却しながらスチール・ブロックを各ウェーハの上に配置した。まず、鋳鉄定盤を有するラップマスター（Lapmaster）１５ラッピング機にて直径９μｍのダイアモンドスラリーによりＧａＮウェーハをＮ側にてラッピングして均一なマット仕上げとした。

【0101】

Ｎ側をラッピングした後、ホットプレート上で加熱することによりＧａＮウェーハをラップ取付け具から外した。ウェーハを洗浄し、Ｎｉ側がラップ取付け具に面するようにしてラップ取付け具にワックスでマウントした。ワックスを冷却しながらスチール・ブロックを各ウェーハの上に配置した。鋳鉄定盤上で直径９μｍのダイアモンドスラリーによりＧａＮウェーハをＧａ側にてラッピングし、所望のウェーハ厚さを得た。次いで、銅定盤上で直径６μｍのダイアモンドスラリーによりＧａＮウェーハをラッピングし、前のラッピング工程による表面特徴を除去した。

【0102】

ラッピング後、３枚のウェーハをビューラー（Buehler）ＥＣＯＭＥＴポリッシャーにて直径１μｍのダイアモンドスラリーにより機械研磨し、前のラッピング工程による表面特徴を除いた。

【0103】

機械研磨後、３枚のウェーハをビューラー（Buehler）ＥＣＯＭＥＴポリッシャーにて酸性コロイダルシリカスラリーにより化学的機械研磨した。酸性コロイダルシリカスラリーは１モル濃度の塩酸水溶液２部を市販のシリカスラリーであるナルコ（Nalco）２３５０ポリッシングスラリー１部と混合することにより調製した。ノマルスキー光学顕微鏡を用いて研磨表面を検査し、ＣＭＰプロセスにより全ての機械的研磨スクラッチが除去されたことを確認した。

【0104】

ＣＭＰプロセス後、ウェーハを研磨取付け具から外し、そして洗浄した。また、ウェーハを希フッ酸中でも洗浄してウェーハ表面にある全ての残留コロイダルシリカ粒子を除去した。ウェーハを原子間力顕微鏡（デジタルインスツルメンツ（Digital Instruments）ナノスコープ（NanoScope）ＩＩＩ）で撮像してピット密度および表面平坦度を測定した。１枚のウェーハについてのＲＭＳ粗さは２×２μｍ²面積内で０．１１ｎｍであり、１
０×１０μｍ²面積内で０．２８ｎｍであった。３枚のウェーハについてのピット密度は約１０⁶〜１０⁷ピット／ｃｍ²であり、ピット寸法は直径約０．４μｍ未満であった。

【0105】

本発明のＧａＮウェーハは、例えば発光ダイオードおよび青色光レーザなどの光電子デバイスを構成するために使用できる。そのようなデバイスは、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザが光磁気メモリおよびＣＤＲＯＭにおける極めて高い記録密度ならびにフルカラー発光ディスプレイの構築を可能し、実現する技術であるので重要である。そのようなデバイスは道路および鉄道の信号などにおける今日の白熱電球に取って代わることができ、これによりコストおよびエネルギーの極めて大きな節約を約束するものである。

【0106】

本発明を特定の特徴、要旨および態様に関連して本明細書中に説明して来た。通常の能力を有する当業者に対して容易に示唆されるように、本発明の適用可能性はこれらに限定されるものでなく、多くのバリエーション、改変および他の態様にまで容易に拡張され、それらを包含することが理解されるであろう。従って、本発明は特許請求の範囲と矛盾することなく広く解釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0107】

【図1】図１は、１μｍのダイアモンドスラリーにより機械研磨して鏡面仕上げとした後のＧａＮ表面のノマルスキー光学顕微鏡写真（×１００）である。

【図2】図２は、図１に示すＧａＮ表面のＡＦＭ写真である。

【図3】図３は、酸性コロイダルシリカＣＭＰスラリー（ｐＨ＝０．８）により１時間化学的機械研磨し、そして希フッ酸中で洗浄した後のＧａＮ表面のノマルスキー光学顕微鏡写真（×１００）である。

【図4】図４は、図３に示すＧａＮ表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）写真である。

【図5】図５は、塩基性コロイダルシリカＣＭＰスラリー（ｐＨ＝１１．２）により１時間化学的機械研磨し、そして希フッ酸中で洗浄した後のＧａＮ表面のノマルスキー光学顕微鏡写真（×１００）である。

【図6】図６は、図５に示すＧａＮ表面のＡＦＭ写真である。

【図7】図７は、酸化剤として過酸化水素を含む酸性コロイダルアルミナＣＭＰスラリー（ｐＨ＝３．６）により１時間化学的機械研磨し、そして希フッ酸で洗浄した後のＧａＮ表面のＡＦＭ写真である。

【図8】図８は、酸性シリカＣＭＰスラリー（ｐＨ＝０．８）により１時間化学的機械研磨し、そして希フッ酸中で洗浄した後のＧａＮ表面のＡＦＭ写真である。

【図9】図９は、酸性シリカＣＭＰスラリー（ｐＨ＝０．８）により１時間化学的機械研磨し、そして希フッ酸中で洗浄した後のＧａＮ表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】