DE112021004184T5

DE112021004184T5 - Verfahren zum waschen von einem aluminiumnitrid-einkristall-substrat, verfahren zur herstellung von einem aluminiumnitrid-einkristall-schichtkörper, und verfahren zur herstellung von einem aluminiumnitrid-einkristall-substrat, und ein aluminiumnitrid-einkristall-substrat

Info

Publication number: DE112021004184T5
Application number: DE112021004184.3T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Fukuda; Hiroshi Furuya
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2023-05-17
Also published as: WO2022030550A1; US20230227997A1; TW202235702A; CN116194623A; JPWO2022030550A1

Abstract

Verfahren zum Waschen eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, wobei das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat aufweist: eine Aluminium-Polarfläche; und eine Stickstoff-Polarfläche, die der aluminiumpolaren Fläche gegenüberliegt, wobei das Verfahren aufweist: (a) Schrubben einer Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats; insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, vorzugsweise eines Basissubstrats zur iterativen Herstellung von Aluminiumnitrid-Einkristallschichten mit stabilen Kristallqualitäten.
Technischer Hintergrund
Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter, die Aluminium (Al) enthalten (Al_xGa_yIn_zN, x + y + z = 1, 0 < x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und 0 ≤ z ≤1 ), sind erwartungsgemäß Materialien, aus denen hocheffiziente, ultraviolettes Licht emittierende Vorrichtungen hergestellt werden können, da sie eine Direkt-Bandlücke-Struktur in einem ultravioletten Bereich mit einer Wellenlänge von 200 nm bis 360 nm aufweisen. Eine solche Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter Vorrichtung wird durch Kristallzucht eines Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter Dünnfilms über ein Einkristallsubstrat mit Hilfe eines Gasphasen-Epitaxieverfahrens hergestellt, wie der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD), der Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) und der Hydrid-Gasphase-Epitaxie (HVPE).
Ein beliebiges Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, welches durch ein bekanntes Kristallzuchtverfahren wie HVPE und Sublimations-Rekristallisation erhalten wurde, wird als Einkristallsubstrat verwendet, über dass das Kristallwachstum des Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter-Dünnfilms erreicht wird. Zur Herstellung einer Vorrichtung, welche ultraviolettes Licht emittiert, ist ein Einkristallsubstrat mit hervorragender UV-Licht-Transparenz vorzuziehen; beispielsweise wird vorzugsweise ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat verwendet, welches durch HVPE erhalten wurde (siehe z.B. Patentliteratur 1).
Wenn ein Aluminiumnitrid-Einkristall durch HVPE gezüchtet wird, wird vorzugsweise ein beliebiges Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, welches durch physikalische Gasphasenabscheidung wie der Sublimations-Rekristallisation hergestellt wurde, als Basissubstrat für das Kristallwachstum durch HVPE verwendet, um die Versetzungsdichte des gezüchteten Kristalls zu verringern und die Transparenz für UV-Licht zu verbessern (Patentliteratur 2).
Ein Aluminiumnitrid-Einkristall, der durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren wie der Sublimations-Rekristallisation hergestellt wurde, hat normalerweise die Form eines Barrens. Von diesem barren-förmige Aluminiumnitrid-Einkristall wird ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einer vorbestimmten Dicke durch eine Schneidwerkzeug, wie beispielsweise einer Drahtsäge, abgetrennt. Beim Abtrennen des Substrats wird die kristalline Struktur der Oberfläche des Substrats gestört. Daher wird die Oberfläche des Substrats in der Regel durch Polieren, beispielsweise durch Chemisch-Mechanisches-Polieren (CMP) mit einem Schleifmittel wie kolloidalem Siliziumdioxid, bearbeitet, so dass das Substrat eine ultraflache Oberfläche aufweist, um das Substrat als Einkristallsubstrat für das Kristallwachstum zu verwenden (dieses Substrat wird auch als „Basissubstrat“ bezeichnet). Das Substrat mit einer ultraflachen Oberfläche ermöglicht es, leicht eine Einkristallschicht darüber zu schichten, so dass eine qualitativ hochwertige Einkristallschicht erhalten werden kann. Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat hat eine Aluminium-Polarfläche und eine Stickstoff-Polarfläche, welche der Aluminium-Polarfläche gegenüberliegt. Wenn das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als Basissubstrat verwendet wird, wird in der Regel ein Aluminiumnitrid-Einkristall über die Aluminium-Polarfläche gezüchtet.
Die Oberfläche eines Basissubstrats, das für die Kristallzucht verwendet wird, ist vorzugsweise sauber und frei von Fremdstoffen wie beispielsweise feinen Partikeln; und wird im Allgemeinen unmittelbar vor der Kristallzucht nach einem bekannten Verfahren gewaschen. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, dass eine kristalline Wachstumsfläche (d.h. die Aluminium-Polarfläche) des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats durch Schrubben mit einer alkalischen wässrigen Lösung gewaschen wird (Patentliteratur 3).
Das so erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat kann zur Herstellung einer Vorrichtung in Form eines Schichtkörpers verwendet werden, der durch Ablagern einer Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über ein Basissubstrat gebildet wird. Außerdem kann man dieses Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat in das Basissubstrat und die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, die über das Basissubstrat geschichtet wurde, trennen und die abgetrennte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht zur Herstellung einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter Vorrichtung verwenden. Ferner wird außerdem vorgeschlagen, die Oberfläche des abgetrennten Basissubstrats durch Polieren mittels CMP zu einer ultraflachen Oberfläche zu verarbeiten und danach dieses Basissubstrat als Basissubstrat für das Züchten eines Aluminiumnitrid-Einkristalls wiederzuverwenden (siehe Patentliteratur 4).
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 5904470 B2
Patentliteratur 2: JP 5931737 B2
Patentliteratur 3: WO 2016/039116 A1
Patentliteratur 4: WO 2017/164233 A1

Erläuterung der Erfindung
Technisches Problem
Im Allgemeinen wird die Kristallqualität einer gezüchteten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht durch die Qualität eines Basissubstrats beeinflusst, wenn die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht durch HVPE über ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat gezüchtet wird, das als Basissubstrat verwendet wird. Daher ist das in der Patentliteratur 4 offenbarte Verfahren, bei dem dasselbe Basissubstrat wiederholt verwendet wird, eine effektive Methode im Hinblick auf die effiziente Herstellung von Aluminiumnitrid-Einkristallschichten mit stabilen Kristallqualitäten und/oder im Hinblick auf die Produktionskosten von Aluminiumnitrid-Einkristallschichten.
Es wurde jedoch durch Untersuchungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass: wenn das Basissubstrat wiederholt verwendet wird, um Aluminiumnitrid-Einkristallschichten herzustellen, das Basissubstrat während der Produktion Risse bildet oder Fehler im Kristallwachstum auftreten, die durch das Basissubstrat verursacht werden, und im Ergebnis kann es unmöglich sein, Aluminiumnitrid-Einkristallschichten mit stabilen und guten Kristallqualitäten herzustellen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat bereitzustellen, vorzugsweise als Basissubstrat für die wiederholte Herstellung von Aluminiumnitrid-Einkristallschichten mit stabilen Kristallqualitäten.
Lösung des Problems
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den Zustand eines Schichtkörpers untersucht, unmittelbar nach dem Wachsen der Schicht: der Schichtkörper wurde durch Züchten einer Aluminiumnitrid-Einkristallschicht mittels HVPE und über ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, welches als Basissubstrat verwendet wurde, gebildet. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass nach dem Wachstum keine Fremdsubstanzen auf der Wachstumsoberfläche (einerAluminium-Polarfläche) des Basissubstrats nachgewiesen werden konnten, während eine große Menge an Fremdsubstanzen auf einer der Wachstumsoberfläche gegenüberliegenden Fläche anhaftete, d.h. einer Stickstoff-Polarfläche. Dieser Schichtkörper wurde in das Basissubstrat und die gezüchtete Aluminiumnitrid-Einkristallschicht getrennt, und die Wachstumsoberfläche des abgetrennten Basissubstrats (d.h. die Aluminium-Polarfläche) wurde spiegelpoliert, um erneut einen Aluminiumnitrid-Einkristall durch HVPE zu züchten. Anschließend wurde bestätigt, dass sich auf der gegenüberliegenden Fläche (d.h. der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Basissubstrats) nach dem Kristallwachstum viele Vertiefungen gebildet hatten. Außerdem wurde die Stickstoff-Polarfläche des Basissubstrats vor dem Kristallwachstum mit derjenigen nach dem Kristallwachstum verglichen; im Ergebnis wurde bestätigt, dass die Stellen an denen vor dem Kristallwachstum Fremdsubstanzen vorhanden waren in guter Korrelation die gleichen Stellen waren, wie die Stellen, an denen sich nach dem Kristallwachstum Vertiefungen bildeten. Des Weiteren wurde bei der iterativen Verwendung des Basissubstrats, bei dem sich auf der Stickstoff-Polarfläche Vertiefungen gebildet hatten, als Basissubstrat für eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, festgestellt, dass die Vertiefungen umso tiefer waren, je häufiger die Iteration durchgeführt wurde, so dass die Vertiefungen das gesamte Basissubstrat durchdrangen.
Aus diesen Erkenntnissen wurde abgeleitet, dass Fremdstoffe, die auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, welches vor der Kristallzucht bereits als Basissubstrat verwendet wurde, verbleiben, die Bildung von Vertiefungen verursachen. Daher suchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung nach einem Verfahren zur Entfernung von Fremdstoffen, welche sich auf der Stickstoff-Polarfläche des Substrats befinden. Im Ergebnis stellten sie fest, dass Fremdstoffe auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche durch Schrubben der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats entfernt werden können. Sie züchteten eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht mittels HVPE über die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats mit der Stickstoff-Polarfläche, welche geschrubbt wurde, als Basissubstrat; und infolgedessen gelang es die Bildung von Vertiefungen in der Stickstoff-Polarfläche des Basissubstrats zu unterdrücken. Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass Aluminiumnitrid-Einkristallschichten mit guten Kristallqualitäten stabil hergestellt werden können, indem die Stickstoff-Polarfläche des Basissubstrats wie oben beschrieben geschrubbt wird, nachdem die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über dem Basissubstrat vom Basissubstrat abgetrennt wurde, um erneute eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht durch HVPE zu züchten, selbst wenn dasselbe Basissubstrat wiederholt verwendet wird.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Waschen eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats,

das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat aufweisend:
- eine Aluminium-Polarfläche; und
- eine Stickstoff-Polarfläche, die der Aluminium-Polarfläche gegenüberliegt,
wobei das Verfahren aufweist:
1. (a) Schrubben einer Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche.

In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Schritt (a) aufweisen:

dafür sorgen dass ein Polymermaterial eine Waschflüssigkeit absorbiert, wobei das Polymermaterial eine geringere Härte aufweist als der Aluminiumnitrid-Einkristall; und
Schrubben der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche mit dem Polymermaterial, das die Waschflüssigkeit hält.

Im ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in Schritt (a) vorzugsweise Wasser oder eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert von jeweils 4 bis 10 als Waschflüssigkeit verwendet.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers, wobei das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge aufweist:

(b) Waschen eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
(c) Züchten einer ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über ein erstes Basissubstrat durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren, wobei das erste Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als das erste Basissubstrat verwendet wird.

In dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise die erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht in Schritt (c) über eine Aluminium-Polarfläche des ersten Basissubstrats gezüchtet.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, wobei das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge aufweist:

(d) Erhalten eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers durch das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
(e) Trennen des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers in ein zweites Basissubstrat und eine zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, wobei das zweite Basissubstrat wenigstens einen Teil des ersten Basissubstrats aufweist und wobei die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht wenigstens einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht aufweist; und
(f) Polieren der zweiten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, um ein zweites Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat zu erhalten.

In dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das zweite Basissubstrat in Schritt (e) vorzugsweise auf:

das erste Basissubstrat; und
einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, die über das erste Basissubstrat geschichtet ist.

Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers, wobei das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge aufweist:

(d) Erhalten eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers über das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
(e) Trennen des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers in ein zweites Basissubstrat und eine zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, wobei das zweite Basissubstrat mindestens einen Teil des ersten Basissubstrats aufweist, und wobei die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht mindestens einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht aufweist;
(g) Polieren einer Oberfläche des zweiten Basissubstrats;
(h) Waschen des zweiten Basissubstrats nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3; und
(i) Züchten eines dritten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats über das zweite Basissubstrat durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren.

In dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das zweite Basissubstrat in Schritt (e) vorzugsweise auf:

In dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise die dritte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über eine Aluminium-Polarfläche des zweiten Basissubstrats gezüchtet.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, wobei das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge aufweist:

(j) Erhalten eines zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers durch das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
(k) Trennen des zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers in ein drittes Basissubstrat und eine vierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, wobei das dritte Basissubstrat mindestens einen Teil des zweiten Basissubstrats aufweist, und wobei die vierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht mindestens einen Teil der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht aufweist; und
(l) Polieren der vierten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, um ein drittes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat zu erhalten.

In dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das dritte Basissubstrat in Schritt (k) vorzugsweise auf:

das zweite Basissubstrat; und
einen Teil der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, die über das zweite Basissubstrat geschichtet ist.

Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, aufweisend:

eine Aluminium-Polarfläche; und
eine Stickstoff-Polarfläche, die der Aluminium-Polarfläche gegenüberliegt,
wobei die Anzahldichte von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 0,01 bis 3 Stück/mm² beträgt.

In dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Stickstoff-Polarfläche vorzugsweise eine Oberflächenrauheit von 1 bis 8 nm auf, ausgedrückt als arithmetischer Mittenrauwert Ra.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Verfahren zum Waschen eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung können Fremdstoffe, die an der Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats anhaften, durch Schrubben der Stickstoff-Polarfläche entfernt werden, wodurch ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat in einem Zustand erhalten werden kann, welcher für ein Basissubstrat zum Kristallwachstum geeignet ist.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren über ein Basissubstrat geschichtet, wobei ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, welches durch das Waschverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, als Basissubstrat verwendet wird, wodurch die Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper mit einer gegenüberliegenden Fläche (Stickstoff-Polarfläche), auf der die Bildung von Vertiefungen unterdrückt ist, ermöglicht wird.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat aus einer ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstumsschicht) des Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers erhalten, der durch das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, wodurch ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einer guten Kristallqualität stabil hergestellt werden kann.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über ein zweites Basissubstrat gezüchtet, abermals durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren, nachdem die Stickstoff-Polarfläche des zweiten Basissubstrats, welches von dem ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper getrennt wurde, welcher durch das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, durch das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gewaschen wurde, wodurch ein Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper, der eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstumsschicht) mit einer guten Kristallqualität aufweist, stabil hergestellt werden kann, selbst wenn das gleiche Basissubstrat wiederholt verwendet wird.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat aus einer dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstumsschicht) des zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers erhalten, der durch das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, wodurch ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einer guten Kristallqualität stabil hergestellt werden kann.
Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden, indem ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung unterzogen wird. Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat in einem Zustand, welcher für ein Basissubstrat zum Kristallwachstum geeignet ist, und kann die Bildung und Ausdehnung in der Tiefenrichtung von Vertiefungen in einer Stickstoff-Polarfläche davon (Basissubstrat) unterdrücken, wenn eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstumsschicht) über das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat (Basissubstrat) durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren gezüchtet wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sehen die Ursache, warum die vorliegende Erfindung die oben genannten Effekte erzielt, wie folgt. Die Stickstoff-Polarfläche von Aluminiumnitrid ist der Aluminium-Polarfläche in ihrer chemischen Stabilität unterlegen. Als eine Möglichkeit wird angenommen, dass Fremdstoffe durch Wärme während des Kristallwachstums zersetzt werden, wenn sie auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche verbleiben, und die Stickstoff-Polarfläche wird durch Abbauprodukte chemisch geätzt, so dass Vertiefungen gebildet werden. Als weitere Möglichkeit wird in Betracht gezogen, dass: ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat und ein Suszeptor, auf dem das Substrat angeordnet ist, an Stellen miteinander in Kontakt gebracht werden, an denen Fremdstoffe auf der gegenüberliegenden Fläche vorhanden sind, was zu einer Stelle führt, an welcher der Wärmewiderstand zwischen dem Suszeptor und der gegenüberliegenden Fläche des Substrats lokal niedrig ist, und infolgedessen Ätzen durch Wärme auftritt.
Es wird dann davon ausgegangen, dass ein weiteres Fortschreiten des Ätzens aufgrund der Funktionsweise eines Schleifmittels und/oder einer Waschflüssigkeit in einem später durchzuführenden Polieren-Schritt dazu führt, dass die in der Stickstoff-Polarfläche gebildeten Vertiefungen größer und tiefer werden. Es wird davon ausgegangen, dass eine wiederholte Verwendung des Substrats, auf dem sich solche Vertiefungen gebildet haben, als Basissubstrat dazu führt, dass sich die auf der gegenüberliegenden Fläche (Stickstoff-Polarfläche) gebildeten Vertiefungen auf die Oberfläche (Aluminium-Polarfläche) ausdehnen, so dass eine Wiederverwendung des Substrats unmöglich wird. Im Gegensatz dazu können bei jedem der erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren durch Schrubben der Stickstoff-Polarfläche Fremdstoffe, die an der Stickstoff-Polarfläche anhaften, entfernt werden. Daher wird davon ausgegangen, dass jedes der erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren es ermöglicht, die Bildung von Vertiefungen in der Stickstoff-Polarfläche zu unterdrücken, wenn die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren über das Basissubstrat gezüchtet wird.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren S10 zum Waschen eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren S100 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers gemäß einer Ausführungsform darstellt;
3 zeigt schematisch das Herstellungsverfahren S100 über Querschnitte;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren S200 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß einer Ausführungsform darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren S300 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt;
6 zeigt schematisch die Herstellungsverfahren S200 und S300 über Querschnitte;
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren S400 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt;
8 zeigt schematisch das Herstellungsverfahren S400 über Querschnitte;
9 zeigt schematisch die Anordnung von neun Messpunkten auf einem Substrat, wenn die Anzahl von Fremdstoffen auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit gemessen wird, und zeigt die neun Messpunkte überlagert auf einer Draufsicht eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 10;
10 zeigt die das Zentrum eines Substrats, wenn die planare Form des Substrats ein teilweise verzerrter Kreis ist, mit einer Draufsicht auf ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
11 zeigt das Zentrum eines Substrats, wenn die planare Form des Substrats ein teilweise verzerrtes regelmäßiges Polygon ist, mit einer Draufsicht auf ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 40 gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Zeichnungen geben nicht immer genaue Maße wieder. In den Zeichnungen können einige Bezugszeichen weggelassen werden. Der Ausdruck „A bis B“ in Bezug auf die Zahlenwerte A und B bedeutet „nicht weniger als A und nicht mehr als B“, sofern in dieser Beschreibung nicht anders angegeben. Wird in einem solchen Ausdruck nur dem Zahlenwert B eine Einheit hinzugefügt, so ist diese Einheit auch auf den Zahlenwert A anzuwenden. In dieser Beschreibung bedeutet das Wort „oder“ eine logische Summe, sofern nicht anders angegeben. In dieser Beschreibung ist der Ausdruck „E₁ und/oder E₂“ in Bezug auf die Elemente E₁ und E₂ gleichbedeutend mit „E₁ oder E₂ oder die Kombination davon“, und der Ausdruck „E₁, ..., und/oder E_N“ in Bezug auf n Elemente E₁, ..., E_i, ..., E_N (N ist eine ganze Zahl von 3 oder mehr) ist gleichbedeutend mit „E₁, ..., oder E₁, ..., oder E_N, oder irgendeine Kombination davon“ (i ist eine Variable, die eine beliebige ganze Zahl sein kann, die 1 < i < N erfüllt). In dieser Beschreibung bedeutet „Gruppe III“ in Bezug auf Elemente irgendeines der Elemente der Gruppe 13 des Periodensystems. In dieser Beschreibung bedeutet eine „Röntgen-Rocking-Kurve“ eine „Röntgen-Omega-Rocking-Kurve“. In dieser Beschreibung bedeutet „Halbwertsbreite“ „volle Breite bei halbem Maximum“, sofern nicht anders angegeben.
<1 Verfahren zum Waschen eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats>
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren S10 zum Waschen eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt (kann im Folgenden als „Waschverfahren S10“ bezeichnet werden). Das Waschverfahren S10 weist in der angegeben Reihenfolge auf: den Schritt S11 (a) Schrubben einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats (kann im Folgenden als „Schrubben-Schritt S11“ bezeichnet werden); den Schritt S12 Spülen des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats mit Wasser (kann im Folgenden als „Spülen-Schritt S12“ bezeichnet werden); und den Schritt S13 Trocknen des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats (kann im Folgenden kann als „Trocknen-Schritt S13“ bezeichnet werden). Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat hat eine Aluminium-Polarfläche und eine Stickstoff-Polarfläche, welche der Aluminium-Polarfläche gegenüberliegt. Der Schrubben-Schritt S11 ist ein Schritt des Schrubbens der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, welche im Voraus vorbereitet wird. An der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats können verschiedene Fremdstoffe anhaften. Beispiele für solche Fremdstoffe umfassen: anorganische Stoffe, wie beispielsweise abgeschabte Substratspäne und Schleifmittel, welche beim Polieren durch CMP verwendet werden; organische Stoffe, wie beispielsweise ein Wachs, welches zum Fixieren des Substrats beim Polieren verwendet wird; Partikel, welche sich in der Umgebung befanden, aber nach dem Polieren durch CMP anhaften; und talgartige Stoffe, die bei der Handhabung des Substrats anhaften. Diese Fremdstoffe haben in der Regel einen Durchmesser von jeweils etwa 0,1-100 µm. Gemäß dem Waschverfahren S10 können Fremdstoffe wie oben beschrieben auf der Stickstoff-Polarfläche durch Waschen der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats in dem Schrubben-Schritt S11 entfernt werden. Wenn ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als Basissubstrat verwendet wird, um eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über dieses Basissubstrat durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren zu züchten, wird normalerweise eine Aluminium-Polarfläche als Wachstumsfläche für die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht verwendet. Das heißt, eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht wird in der Regel auf einer Aluminium-Polarfläche eines Basissubstrats gezüchtet. Dabei hat man erkannt, dass die Glattheit der Oberfläche einer Aluminium-Polarfläche eines Basissubstrats, welche als Wachstumsfläche dient, wichtig ist, um eine hochwertige Aluminiumnitrid-Einkristallschicht zu erhalten, und daher wurden Fremdstoffe entfernt. Den Oberflächeneigenschaften einer Stickstoff-Polarfläche, die nicht als Wachstumsfläche verwendet wird, wurde bisher keine Aufmerksamkeit geschenkt. Gemäß dem Waschverfahren S10 können Fremdstoffe, die an der Stickstoff-Polarfläche anhaften, durch das Schrubben der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats wirksam entfernt werden.
[Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat]
Das für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann jedes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, welches durch ein bekanntes Verfahren wie HVPE und ein Sublimationsverfahren hergestellt wurde, ohne besondere Einschränkungen verwendet werden. Nach dem Sublimationsverfahren unter den oben beschriebenen bekannten Verfahren wird normalerweise ein barren-förmiger dicker Aluminiumnitrid-Einkristall erhalten. Beispielsweise kann ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einer gewünschten Dicke verwendet werden, welches aus diesem barrenförmigenförmigen Aluminiumnitrid-Einkristall mit einem bekannten Schneidwerkzeug wie einer Drahtsäge herausgeschnitten und durch ein bekanntes Schleifverfahren und/oder ein bekanntes Polierverfahren bearbeitet wird. Bei dem Waschverfahren S10 kann der später zu beschreibende Schrubben-Schritt S11 auf dem vorbereiteten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, in der Form in der das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat dann vorliegt, durchgeführt werden. Vorzugsweise wird jedoch der Schrubben-Schritt S 11 auf dem Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat durchgeführt, nachdem die Oberfläche des Substrats, beispielsweise über CMP mit einem Schleifmittel wie kolloidalem Siliziumdioxid, so poliert wurde, dass die Oberfläche zu einer ultraflachen Oberfläche verarbeitet wurde. Insbesondere können Fremdstoffe, welche von einem Schleifmittel, einem Wachs usw. stammen, die beim Polieren verwendet werden, an dem durch CMP polierten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat anhaften und darauf verbleiben. Mit dem Waschverfahren S10 können solche Fremdstoffe wirksam entfernt werden, wodurch die Wirkung der vorliegenden Erfindung noch deutlicher zum Ausdruck kommt. Das Polieren der Oberfläche des Substrats durch CMP oder ähnliches kann entweder nur auf einer Fläche oder auf beiden Flächen der Aluminium-Polarfläche und der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats durchgeführt werden.
Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, welches in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist die Aluminium-Polarfläche ((001)-Fläche) und die Stickstoff-Polarfläche ((00-1)-Fläche), die dieser Aluminium-Polarfläche gegenüberliegt, auf.
Die Aluminium-Polarfläche kann, von der Oberfläche auf der die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht gezüchtet wird, einen Offset-Winkel aufweisen, welcher 0,00° bis 1,00° beträgt, weiter bevorzugt 0,05° bis 0,70° und noch weiter bevorzugt 0,10° bis 0,40°. Ein solcher Offset-Winkel ermöglicht das Aufwachsen einer dickeren Aluminiumnitrid-Einkristallschicht auf der Aluminium-Polarfläche. Dieser Offset-Winkel kann während des oben beschriebenen Polierens durch CMP eingestellt werden.
Vorzugsweise hat eine Röntgen-Omega-Rocking-Kurve einer (103)-Fläche eine Halbwertsbreite von nicht mehr als 200 Bogensekunden: diese Röntgen-Omega-Rocking-Kurve wird unter der Bedingung gemessen, dass ein Einfallswinkel zwischen einem einfallenden Röntgenstrahl und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats nicht mehr als 4° beträgt und vorzugsweise nicht mehr als 2°. In Anbetracht der derzeitigen Messtechniken liegt die Untergrenze des Einfallswinkels zwischen dem einfallenden Röntgenstrahl und der Haupt-Aluminium-Polarfläche bei 0,1 °. Der Wert der Halbwertsbreite der Röntgen-Omega-Rocking-Kurve der oben genannten Kristallfläche spiegelt die Kristallqualität in der Nähe der Kristalloberfläche wider, da das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einem Röntgenstrahl unter einem geringen Einfallswinkel bestrahlt wird. Um die Qualität der über das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat geschichteten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht zu verbessern, hat die Röntgen-Omega-Rocking-Kurve der Kristallfläche vorzugsweise eine Halbwertsbreite von nicht mehr als 100 Bogensekunden und weiter bevorzugt eine Halbwertsbreite von nicht mehr als 50 Bogensekunden. Während eine geringere Halbwertsbreite vorzuziehen ist, beträgt die Halbwertsbreite im Hinblick auf die industrielle Herstellung des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats vorzugsweise nicht weniger als 10 Bogensekunden.
Bei der Messung der Röntgen-Omega-Rocking-Kurve der Kristallfläche wird vorzugsweise eine Röntgenquelle verwendet, die durch zweifache Beugung an der (220)-Fläche eines Germanium-Einkristalls monochromiert wird, da die Mittel zur Monochromierung einer Röntgenquelle die Auflösung der gemessenen Halbwertsbreite beeinflussen.
Im Hinblick auf das Züchten einer dickeren Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat beträgt die Versetzungsdichte in der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats vorzugsweise nicht mehr als 10⁶ cm^-2, weiter bevorzugt nicht mehr als 10⁵ cm^-2, noch weiter bevorzugt nicht mehr als 10⁴ cm^-2 und insbesonders bevorzugt nicht mehr als 10³ cm^-2. Während eine geringere Versetzungsdichte vorzuziehen ist, kann die Untergrenze der Versetzungsdichte in der Aluminium-Polarfläche im Hinblick auf die industrielle Herstellung des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats beispielsweise nicht weniger als 10 cm^-2 betragen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Wert der Versetzungsdichte durch den Wert der Ätzgrubendichte ersetzt. Die Ätzgrubendichte ist eine zahlenmittlere Dichte pro Flächeneinheit, die gemessen wird durch: Ätzen des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats in geschmolzenen Alkalihydroxiden von Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, um Vertiefungen an Versetzungen zu bilden; Zählen der Anzahl der in der Oberfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gebildeten Vertiefungen durch Beobachtung mittels eines optischen Mikroskops; und Dividieren der Anzahl der gezählten Vertiefungen durch eine betrachtete Fläche.
Die Form der Oberfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats kann eine runde, eine viereckige oder eine unbestimmte Form haben; und die Fläche davon beträgt vorzugsweise 100 bis 10000 mm². Bei einer runden Form hat das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat vorzugsweise einen Durchmesser von nicht weniger als 1 Zoll (25,4 mm), und weiter bevorzugt einen Durchmesser von nicht weniger als 2 Zoll (50,8 mm). Die Dicke des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats kann innerhalb eines solchen Bereichs festgelegt werden, dass das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat nicht aufgrund unzureichender Festigkeit bricht, wenn die später zu beschreibende Aluminiumnitrid-Einkristallschicht gezüchtet wird. Konkret beträgt die Dicke des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats zum Beispiel vorzugsweise 50 bis 2000 µm, und weiter bevorzugt 100 bis 1000 µm.
Die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats ist ergänzend zu dem Vorgenannten nicht besonders eingeschränkt, aber die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) beträgt vorzugsweise 0,05 bis 0,5 nm. Darüber hinaus wird vorzugsweise ein Atomic-Step durch Untersuchung mittels eines Rasterkraftmikroskops oder eines Rastersondenmikroskops mit einem Feld von etwa 1 µm×1 µm untersucht. Die Oberflächenrauheit kann sowohl durch Polieren mittels CMP als auch durch den nachfolgend näher beschriebenen Polieren-Schritt eingestellt werden. Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) kann mit einem interferometrischen Weißlichtmikroskop gemessen werden, nachdem Fremdstoffe und Verunreinigungen auf der Oberfläche des Substrats entfernt worden sind. In dieser Beschreibung kann die Messung der Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats mit einem Weißlicht-Interferenzmikroskop gemäß den folgenden Verfahren durchgeführt werden. Das im Zentrum des Substrats angeordnete Feld (58800 µm² (280 µm×210 µm)) wird mit einem interferometrischen Weißlichtmikroskop (NewView (eingetragene Marke) 7300, hergestellt von der Zygo Corporation) mit einer Objektivlinse mit einer Vergrößerungsleistung von 50 untersucht. Das interferometrische Weißlichtmikroskop (NewView (eingetragene Marke) 7300, hergestellt von der Zygo Corporation) verfügt über eine Funktion zur automatischen Messung und Berechnung der Oberflächenrauheit eines Feldes. Der arithmetische Mittenrauwert Ra kann automatisch entlang einer Messlinie gemessen und berechnet werden, die automatisch im Zentrum des Feldes festgelegt wird.
Der Krümmungsradius des Oberflächenprofils der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats ist ebenfalls nicht besonders eingeschränkt, liegt aber vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 10000 m.
[Schrubben-Schritt S11]
In dem Waschverfahren S10 wird die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, das im Voraus vorbereitet wurde, geschrubbt. Beispiele für Fremdstoffe, die an der Oberfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats anhaften, sind: anorganische Stoffe, wie beispielsweise abgeschabte Substratspäne und Schleifmittel, welche beim Polieren durch CMP verwendet werden; organische Stoffe, wie beispielsweise ein Wachs, welches zum Fixieren des Substrats beim Polieren verwendet wird; Partikel, welche sich in der Umgebung befanden, aber nach dem Polieren durch CMP anhaften; und talgartige Stoffe, die bei der Handhabung des Substrats anhaften. Die Größe dieser Fremdstoffe hängt von der Methode des Gasphasenwachstums, der Poliermethode usw. ab. In der Regel haben die Fremdstoffe einen Durchmesser von jeweils etwa 0,1-100 µm.
Wenn ein Aluminiumnitrid-Einkristall-Substrat als Basissubstrat verwendet wird, um eine Aluminiumnitrid-Einkristall-Schicht über das Basissubstrat durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren zu züchten, wird normalerweise eine Aluminium-Polarfläche als Wachstumsfläche für die Aluminiumnitrid-Einkristall-Schicht verwendet. Dabei hat man erkannt, dass die Glätte der Oberfläche einer Aluminium-Polarfläche eines Basissubstrats, die als Wachstumsfläche dient, wichtig ist, um eine hochwertige Aluminiumnitrid-Einkristallschicht zu erhalten, und daher wurden Fremdstoffe entfernt. Den Oberflächeneigenschaften einer Stickstoff-Polarfläche, die nicht als Wachstumsfläche verwendet wird, wurde bisher keine Aufmerksamkeit geschenkt. In dem Waschverfahren S10 können Fremdstoffe, wie oben beschrieben, auf der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats durch Schrubben der Stickstoff-Polarfläche im Schrubben-Schritt S11 entfernt werden.
In dem Schrubben-Schritt S11 kann nur die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats oder sowohl die Stickstoff-Polarfläche als auch die Aluminium-Polarfläche desselben geschrubbt werden. Insbesondere werden vorzugsweise sowohl die Stickstoff-Polarfläche als auch die Aluminium-Polarfläche geschrubbt, wenn die Aluminium-Polarfläche durch CMP poliert wurde, da Fremdstoffe, wie oben beschrieben, auch an der Oberfläche der Aluminium-Polarfläche anhaften.
Wenn sowohl die Stickstoff-Polarfläche als auch die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats geschrubbt werden, wird vorzugsweise zuerst die Stickstoff-Polarfläche geschrubbt, bevor die Aluminium-Polarfläche geschrubbt wird. Wenn die Stickstoff-Polarfläche geschrubbt wird, wird das Substrat in der Regel so angeordnet, dass sich die Aluminium-Polarfläche auf der Unterseite befindet. Es ist während des Waschens notwendig auf die Aluminium-Polarfläche zu achten, um Verunreinigungen und die Bildung von Fehler-Stellen zu verhindern, da die Aluminium-Polarfläche eine Fläche ist, auf der nach dem Waschen Kristallzucht stattfindet. Wenn das Schrubben mit einem derzeit handelsüblichen Schrubb-Reinigungs-Gerät durchgeführt wird, wird das Substrat meist mit einer Unterdruckspannvorrichtung auf einem Objekt-Tisch befestigt. Eine solche Art der Fixierung des Substrats kann jedoch zu Beschädigungen, beispielsweise Fehler-Stellen an derAluminium-Polarfläche führen. Daher wird die Stickstoff-Polarfläche vorzugsweise manuell gemäß den später zu beschreibenden Verfahren geschrubbt, anstatt ein Schrubb-Reinigungs-Gerät mit einer Unterdruckspannvorrichtung zur Fixierung des Substrats zu verwenden.
[Waschflüssigkeit die für das Schrubben verwendet wird]
Im Schrubben-Schritt S 11 kann jede bekannte Waschflüssigkeit als Waschflüssigkeit (Schrubben-Flüssigkeit) verwendet werden. Spezifische Beispiele für eine solche Waschflüssigkeit sind: neutrale Flüssigkeiten wie Reinstwasser, Aceton und Ethanol sowie jede Waschflüssigkeit, die durch Einstellen des pH-Werts einer auf dem Markt befindlichen sauren oder alkalischen Waschflüssigkeit auf einen gewünschten Bereich erhalten wird. Als Waschflüssigkeit kann eine Waschflüssigkeit allein oder zwei oder mehr Waschflüssigkeiten können in Kombination verwendet werden. Wenn zwei oder mehr Waschflüssigkeiten in Kombination verwendet werden, können verschiedene Waschflüssigkeiten nacheinander verwendet werden, oder es können mehrere Waschflüssigkeiten zur Verwendung gemischt werden. Als Waschflüssigkeit kann hier vorzugsweise Wasser oder eine wässrige Lösung verwendet werden.
Als Waschflüssigkeit einer wässrigen Lösung kann hierbei jede handelsübliche Waschflüssigkeit für ein Halbleitersubstrat verwendet werden. Ein Beispiel für eine wässrige Lösung, die als Waschflüssigkeit in dem Schrubben-Schritt S11 verwendet werden kann, ist eine wässrige Lösung, die mindestens eine Komponente enthält, ausgewählt aus einem Tensid, einem Komplexbildner und einem pH-Einstellmittel.
Beispiele für ein Tensid sind nichtionische Tenside, anionische Tenside und kationische Tenside. Als Tensid kann hierbei ein Tensid allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Tenside in Kombination verwendet werden.
Beispiele für ein nichtionisches Tensid sind Polyoxyalkylenalkylether (z.B., Alkylcarbitol mit einer C4-18-Alkylgruppe, wie Diethylenglykolmonobutylether und Diethylenglykolmonododecylether; Ethylenoxidaddukte eines C8-18-Alkohols; und Ethylenoxidaddukte eines Alkylphenols mit einer C1-12-Alkylgruppe), Ethylenoxidaddukte von Polypropylenglykol (zahlenmittleres Molekulargewicht: 200-4000), vollständige Ester von Phosphorsäure und einem Polyoxyalkylenalkylether, vollständige Ester von Schwefelsäure und einem Polyoxyalkylenalkylether, Fettsäureester von Glycerin, Fettsäure (C8-24)-Ester eines mehrwertigen Alkohols (mit 2-8 oder mehr Hydroxylgruppen) (z.B. Sorbitanmonolaurat und Sorbitanmonooleat) und Fettsäurealkanolamide (z. B. Laurinsäure-Monoethanolamid und Laurinsäure-Diethanolamid).
Beispiele für anionische Tenside sind Alkylsulfonsäure mit einer C8-18-Alkylgruppe (z.B. Dodecansulfonsäure), Alkylbenzolsulfonsäure mit einer C8-18-Alkylgruppe (z.B., Dodecylbenzolsulfonsäure), Alkyldiphenylethersulfonat, Alkylmethyltaurinsäure, Sulfobernsteinsäurediester, Monoester von Schwefelsäure und einem Polyoxyalkylenalkylether, Fettsäuren mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen, Partialester von Phosphorsäure und einem Polyoxyalkylenalkylether, Partialester von Phosphorsäure und einem C8-18-Alkohol, Polyoxyalkylenalkyletheressigsäure (z.B, Polyoxyethylenlaurylether-Essigsäure und Polyoxyethylentridecylether-Essigsäure), anionische Tenside vom Polymertyp (z.B., Polystyrolsulfonsäure, Styrol-StyrolSulfonsäure-Copolymere, 2-(Meth)acryloylamio-2,2-dimethylethansulfonsäure-(Meth)acrylsäure-Copolymere, Naphthalinsulfonsäure-Formamid-Kondensate, Benzoesäure-Formaldehyd-Kondensate, Poly(meth)acrylate, (Meth)acrylsäure-Maleinsäure-Copolymere und Carboxymethylcellulose) und deren Salze (z.B., Metallsalze wie Alkalimetallsalze, Ammoniumsalze und primäre, sekundäre oder tertiäre Aminsalze). In dieser Beschreibung bedeutet „(Meth)acryl“ „Acryl und/oder Methacryl“, und „(Meth)acrylat“ bedeutet „Acrylat und/oder Methacrylat“.
Beispiele für ein kationisches Tensid sind Tetraalkylammoniumhalogenide mit einer C8-18-Alkylgruppe (z. B. Octyltrimethylammoniumbromid und Dodecylethyldimethylammoniumbromid).
Wenn die Waschflüssigkeit das Tensid enthält, kann der Gehalt des Tensids z.B. 0,0001 bis 5 Masse-% oder 0,001 bis 2 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Waschflüssigkeit, betragen.
Beispiele für einen Komplexbildner sind Komplexbildner mit einer Aminogruppe und/oder einer Carboxygruppe, Komplexbildner mit einer Phosphonsäuregruppe und Komplexbildner mit einem Schwefelatom. Als ein Beispiel für einen Komplexbildner kann ein Komplexbildner allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Komplexbildner in Kombination verwendet werden.
Beispiele für Komplexbildner mit einer Aminogruppe und/oder einer Carboxygruppe sind Alkanolamine (z.B. Ethanolamin, Propanolamin, Isopropanolamin, Butanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Dipropanolamin, Tripropanolamin, Diisopropanolamin und Triisopropanolamin), Diamine (z.B., Ethylendiamin, Diaminopropan und Diaminobutan), Aminosäuren (z.B. Glycin, Alanin, β-Alanin, Serin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Histidin, Cystein und Methionin), Aminopolycarbonsäuren (z.B, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Propylendiamintetraessigsäure, Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Triethylentetraminhexaessigsäure (TTHA), Hydroxyethyliminodiessigsäure (HIDA), 1,2-Diaminocyclohexantetraessigsäure (DCTA), Nitrilotriessigsäure (NTA), β-Alanindiessigsäure, Asparaginsäurediessigsäure, Methylglycindiessigsäure, Iminodibernsteinsäure und Serindiessigsäure), Hydroxycarbonsäure (z.B. Milchsäure, Gluconsäure und Gallussäure), Dicarbonsäure (z.B. Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Weinsäure, Apfelsäure, Glutarsäure, Adipinsäure und Iminodiessigsäure), Polycarbonsäure (z.B., Zitronensäure, Pyromellitsäure und Cyclopentantetracarbonsäure), Polyhydroxyverbindungen (z.B. Ascorbinsäure und Isoascorbinsäure), Picolinsäure und deren Salze.
Beispiele für Komplexbildner mit einer Phosphonsäuregruppe sind Methylendiphosphonsäure, Etidronsäure, Amino-tri(methylenphosphonsäure), 1-Hydroxyethyliden-1,1 -diphosphonsäure (HEDP), Nitrilotris(methylenphosphonsäure) (NTMP), Ethylendiamin-tetra(methylenphosphonsäure), Hexamethylendiamin-tetra(methylenphosphonsäure), Propylendiamin-tetra(methylenphosphonsäure), Diethylentriamin-penta(methylenphosphonsäure), Triethylentetramin-hexa(methylenphosphonsäure), Triaminotriethylamin-hexa(methylenphosphonsäure), trans-1,2-Cyclohexandiamin-tetra(methylensulfonsäure), Glykoletherdiamin-tetra(methylenphosphonsäure), Tetraethylenpentamin-hepta(methylenphosphonsäure), Metaphosphorsäure, Pyrophosphorsäure, Tripolyphosphorsäure, Hexametaphosphorsäure und deren Salze.
Beispiele für Komplexbildner mit einem Schwefelatom sind Thiole (z.B. Cystein, Methanthiol, Ethanthiol, Thiophenol und Glutathion) und Thioether (z.B. Methionin und Dimethylsulfid) sowie deren Salze.
Wenn die Waschflüssigkeit den Komplexbildner enthält, kann der Gehalt des Komplexbildners z.B. 0,001 bis 5 Masse-% oder 0,01 bis 2 Masse-% betragen, bezogen auf die Gesamtmasse der Waschflüssigkeit.
Beispiele für pH-Einstellmittel sind anorganische Säuren (z.B. Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure), anorganische Basen (z.B. Alkalimetallhydroxide wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid sowie Ammoniak), organische Säuren (z.B. verschiedene Carbonsäuren, Sulfonsäuren und Phosphonsäuren), organische Basen (z.B. verschiedene Aminverbindungen wie Trimethylamin und Triethylamin; Alkanolaminverbindungen; und organische quaternäre Ammoniumhydroxide wie Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid, Tetrapropylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Methyltriethylammoniumhydroxid, 2-Hydroxyethyltrimethylammoniumhydroxid, Bis(2-hydroxyethyl)dimethylammoniumhydroxid, Tris(2-hydroxyethyl)methylammoniumhydroxid und Triethyl(2-hydroxyethyl)ammoniumhydroxid, sowie deren Salze; und Kombinationen dieser. Als pH-Einstellmittel kann ein pH-Einstellmittel allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr pH-Einstellmittel in Kombination verwendet werden. Wenn eine einzelne Verbindung sowohl die Funktion des Tensids als auch die des pH-Einstellmittels verwirklicht, soll diese Verbindung zum Gehalt sowohl des Tensids als auch des pH- Einstellmittels beitragen. Wenn eine einzelne Verbindung sowohl die Funktion des Komplexbildners als auch die des pH- Einstellmittels verwirklicht, soll diese Verbindung zum Gehalt sowohl des Komplexbildners als auch des pH-Einstellmittels beitragen.
Wenn die Waschflüssigkeit das pH-Einstellmittel enthält, wird das pH-Einstellmittel so zugefügt, dass der Gehalt des pH-Einstellmittels den pH-Wert der Waschflüssigkeit auf einen gewünschten Wert einstellt. Ein solcher Gehalt des pH-Einstellmittels kann beispielsweise 0,001 bis 5 Massen% oder 0,01 bis 2 Massen% betragen, bezogen auf die Gesamtmasse der Waschflüssigkeit.
Eine Stickstoff-Polarfläche von Aluminiumnitrid ist einerAluminium-Polarfläche in Bezug auf die chemische Stabilität tendenziell unterlegen. In dem in der Patentliteratur 3 offenbarten Verfahren wird eine alkalische wässrige Lösung mit einer Konzentration von 0,01 bis 1 Masse-% als Waschflüssigkeit verwendet, wenn eine Aluminium-Polarfläche geschrubbt wird. Diese Waschflüssigkeit hat einen pH-Wert von 11,3 bis 13,4. Wenn jedoch eine so stark alkalische Waschflüssigkeit als alkalische Waschflüssigkeit für eine Stickstoff-Polarfläche verwendet wird, neigt die Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche dazu geätzt zu werden. Infolgedessen neigt die Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche dazu rau zu sein. Im Hinblick auf eine wirksame Entfernung von Fremdstoffen, wie oben beschrieben, und im Hinblick auf ein wirksames Unterdrücken des Ätzens der Stickstoff-Polarfläche beträgt der pH-Wert der Waschflüssigkeit daher vorzugsweise 4 bis 10, noch bevorzugter 7 bis 10 und besonders bevorzugt 7 bis 8.
[Für das Schrubben verwendete Polymermaterial]
Im Schrubben-Schritt S11 wird die Oberfläche des Substrats mit einem Polymermaterial geschrubbt und gereinigt, welches eine geringere Härte aufweist als das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat. Als Polymermaterial, welches im Schrubben-Schritt S11 verwendet wird, ist ein Material vorzuziehen, welches sich durch die Waschflüssigkeit nicht verschlechtert und welches es ermöglicht, Fremdstoffe effektiv zu entfernen, ohne die Oberfläche des Substrats zu beschädigen. Zu den spezifischen Beispielen für ein solches Polymermaterial gehören Schaumstoffe, poröse Körper, Gewebe, Vliesstoffe und Bürsten, die aus Polymeren wie Melaminharzen, Polyvinylalkohol (PVA)-Harzen, Polyesterharzen und Polyamidharzen (z.B. Nylon (eingetragene Marke)) gebildet werden. Beispiele für Schaumstoffe und poröse Körper sind Melaminschäume und PVA-Schwämme. Beispiele für Gewebe, Vliesstoffe und Bürsten sind Gewebe, Vliesstoffe und Bürsten, die aus Fasern wie Polyesterharz-Fasern und Polyamidharz-Fasern (z.B. Nylon (eingetragene Marke)) hergestellt sind. Als Polymermaterial für das Schrubben kann vorzugsweise jedes Polymermaterial verwendet werden, welches zum Schrubben von Substraten für die Halbleiterindustrie verwendet wird.
Das Polymermaterial kann jede beliebige Form haben, solange die Form für die Entfernung von Fremdstoffen geeignet ist. Wenn es sich beispielsweise um einen Schaum handelt hat das Polymermaterial vorzugsweise die Form eines rechteckigen Parallelepipeds oder eines Würfels. Durch diese Formen kann das Polymermaterial effizient mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht werden, um den Wascheffekt zu verbessern, da die Fläche des Polymermaterials, die mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt kommt, flach ist. Wenn das Polymermaterial faserig ist, hat es vorzugsweise die Form eines Gewebes, eines Vlieses oder einer Bürste, um eine effiziente Reinigung zu ermöglichen. Liegt das Polymermaterial in Form einer Bürste vor, wird das Schrubben vorzugsweise während der Zugabe der Waschflüssigkeit durchgeführt, da die Waschflüssigkeit nicht in dem Polymermaterial gehalten werden kann.
[Schrubben der Stickstoff-Polarfläche]
Im Schrubben-Schritt S 11 werden an der Oberfläche des Substrats anhaftende Fremdstoffe physikalisch entfernt, indem die Oberfläche des Substrats mit dem Polymermaterial in einem Zustand geschrubbt wird, in dem die Oberfläche des Substrats ausreichend mit der Waschflüssigkeit benetzt ist. Für das Schrubben kann jedes bekannte Verfahren verwendet werden. Insbesondere kann das Substrat geschrubbt werden, angeordnet auf einem Material, das weniger hart ist als das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat. Für das Material, auf dem das Substrat angeordnet ist (d.h. das Material, welches unter dem Substrat angeordnet ist), ist, im Hinblick auf die Unterdrückung von Schäden, beispielsweise Fehlern auf derAluminium-Polarfläche, ein stark dämpfendes Polymermaterial vorzuziehen. Beispielsweise kann ein poröses Polymer oder ein Polymerschaum, wie Melaminschäume und poröser Polyvinylalkohol (PVA-Schwämme), bevorzugt verwendet werden.
Vorzugsweise umfasst der Waschen-Schritt S11: dafür sorgen, dass das Polymermaterial die Waschflüssigkeit absorbiert, wobei das Polymermaterial eine geringere Härte aufweist als der Aluminiumnitrid-Einkristall; und schrubben der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche mit dem Polymermaterial, das die Waschflüssigkeit hält. Noch bevorzugter umfasst der Waschen-Schritt S11: dafür sorgen, dass das Polymermaterial die Waschflüssigkeit absorbiert, wobei das Polymermaterial eine geringere Härte aufweist als der Aluminiumnitrid-Einkristall; benetzen der Stickstoff-Polarfläche mit der Waschflüssigkeit; und schrubben der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche mit dem Polymermaterial, das die Waschflüssigkeit hält. Die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats kann vorzugsweise geschrubbt werden, indem die Stickstoff-Polarfläche ausreichend mit der Waschflüssigkeit benetzt wird und die Oberfläche des Substrats mit dem Polymermaterial, das die Waschflüssigkeit hält, geschrubbt wird. Was das Verfahren zum Schrubben der Oberfläche des Substrats anbelangt, so wird das Polymermaterial vorzugsweise parallel zur Oberfläche des Substrats (Gleiche-Ebene-Richtung) bewegt, in einem Zustand, in dem das Polymermaterial mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt ist. Spezifische Beispiele für die Art der Bewegung parallel zur Oberfläche des Substrats umfassen eine Bewegung in nur eine Richtung, eine Gegenläufige Bewegung entlang einer bestimmten Linie und eine Bewegung, die einen Bogen beschreibt. Unter diesen ist die Bewegung in nur eine Richtung oder die Gegenläufige Bewegung entlang einer bestimmten Linie im Hinblick auf die Betriebs-Performance vorzuziehen. Wie oft das Polymermaterial in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats bewegt wird, ist nicht besonders eingeschränkt, aber die Zeiten können in Abhängigkeit von der Größe des Substrats und des Polymermaterials in geeigneter Weise festgelegt werden. Die gesamte Oberfläche des Substrats und das Polymermaterial kommen jedoch vorzugsweise mindestens fünfmal miteinander in Kontakt, da die Wirkung der vorliegenden Erfindung umso ausgeprägter ist, je größer diese Anzahl ist.
Während die Oberfläche des Substrats mit dem Polymermaterial geschrubbt wird, wird die Waschflüssigkeit vorzugsweise periodisch zugegeben, damit die Oberfläche des Substrats und des Polymermaterials nicht trocken werden. Beispiele für die Art der Zugabe der Waschflüssigkeit sind das direkte Gießen der Waschflüssigkeit über das Substrat und das Eintauchen des Polymermaterials in die Waschflüssigkeit.
Die Temperatur der Waschflüssigkeit bei der Durchführung des Schrubbens ist nicht besonders eingeschränkt, liegt aber vorzugsweise im Bereich von 10 bis 40 °C, da das Ätzen der Stickstoff-Polarfläche umso leichter voranschreitet, je höher die Temperatur ist.
[Spülen-Schritt S12]
Bei dem Waschverfahren S10 wird nach dem Schrubben-Schritt S 11 mit Wasser gespült (Spülen-Schritt S12), um zu verhindern, dass die Bestandteile der Waschflüssigkeit auf der Oberfläche des Substrats zurückbleiben. Für das Spülen wird vorzugsweise Reinstwasser verwendet, um das Anhaften von Fremdstoffen zu unterdrücken und den Spüleffekt zu verbessern.
Durch den Spülen-Schritt S12 kann die Waschflüssigkeit, die Fremdstoffe enthält, nach dem Schrubben-Schritt S11 von dem Substrat entfernt werden, wodurch das Substrat, von dem an der Stickstoff-Polarfläche anhaftende Fremdstoffe entfernt werden, erhalten werden kann. In dem Spülen-Schritt S12 wird vorzugsweise unter fließendem Wasser gespült, und weiter bevorzugt wird unter fließendem Wasser mit Reinstwasser gespült.
[Trocknen-Schritt S13]
Nach dem Schrubben (S11) und dem Spülen (S12) wird die am Substrat anhaftende Feuchtigkeit entfernt und das Substrat getrocknet (Trocknen-Schritt S13). Zum Trocknen des Substrats können alle bekannten Verfahren wie Schleudern, Lufttrocknen und Dampftrocknen ohne besondere Einschränkungen verwendet werden. Das getrocknete Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat wird vorzugsweise in einem sauberen und gut hermetisch verschließbaren Wafer-Träger oder ähnlichem gelagert, um eine Verunreinigung von außen zu vermeiden. Durch die Schritte S11 bis S13 wird das Waschverfahren S10 abgeschlossen.
In der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird das Waschverfahren S10 des Schrubbens und Spülens der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats in den Schritten S11 und S12 als Beispiel dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Verfahren zum Waschen des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats das Schrubben der Stickstoffpolarfläche und anschließend das kontinuierliche Schrubben der Aluminium-Polarfläche umfassen; oder es kann das gleichzeitige Schrubben der Stickstoff-Polarfläche und der Aluminium-Polarfläche umfassen. Wenn die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats geschrubbt wird und danach die Aluminium-Polarfläche kontinuierlich geschrubbt wird, ist es nicht erforderlich, die an dem Substrat haftende Feuchtigkeit zu trocknen, bevor die Aluminium-Polarfläche geschrubbt wird. Die Aluminium-Polarfläche kann durch ein bekanntes Verfahren geschrubbt werden, wie das in der Patentliteratur 3 beschriebene Verfahren. Der pH-Wert der Waschflüssigkeit, die zum Schrubben der Aluminium-Polarfläche verwendet wird, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 4 bis 10, um zu verhindern, dass die Waschflüssigkeit, die zum Schrubben der Aluminium-Polarfläche verwendet wird, um die Stickstoff-Polarfläche herumkommt und die Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche ätzt.
Nach dem Schrubben wird die Aluminium-Polarfläche unter fließendem Wasser abgespült, um die am Substrat haftende Feuchtigkeit zu entfernen, so dass das Substrat getrocknet wird. Als Trocknungsmethode kann jede bekannte Methode wie Schleudertrocknung, Trocknung durch Luftstrom und Dampftrocknung ohne besondere Einschränkungen verwendet werden. Das getrocknete Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat wird vorzugsweise in einem sauberen und gut hermetisch verschließbaren Wafer-Träger oder ähnlichem gelagert, um eine Verunreinigung von außen zu vermeiden.
Die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung zeigt als Beispiel das Waschverfahren S10, bei dem der Spülen-Schritt S12 nach dem Schrubben-Schritt S11 durchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Wenn es sich bei der Waschflüssigkeit beispielsweise nicht um eine wässrige Lösung, sondern um Wasser handelt, kann das Waschverfahren keinen Spülen-Schritt nach dem Schrubben-Schritt umfassen. Vorzugsweise wird der Spülen-Schritt nach dem Schrubben-Schritt durchgeführt, auch wenn die Waschflüssigkeit Wasser ist, um anhaftende Materialien auf dem Substrat abzuwaschen.
[Gewaschenes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat]
Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, von dem Fremdsubstanzen auf der Stickstoff-Polarfläche entfernt wurden, kann durch das Waschverfahren S10 erhalten werden. Die Anzahl der auf der Oberfläche des auf diese Weise erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats verbleibenden Fremdsubstanzen ist stark reduziert. Die Anzahl (Anzahldichte) der Fremdstoffe mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit kann beispielsweise auf 0,01 bis 3 pro 1 mm² reduziert werden. Die oben beschriebene Anzahl von Fremdstoffen pro Flächeneinheit beträgt vorzugsweise 0,01 bis 1 pro 1 mm², wenn das erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als Basissubstrat in dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers verwendet wird, welcher später im Hinblick auf die wirksame Unterdrückung der Bildung von Vertiefungen in der Stickstoff-Polarfläche beschrieben wird. In dieser Beschreibung kann die Anzahl (Anzahldichte) der Fremdkörper mit einem längeren Durchmesser von mindestens 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit wie folgt gemessen werden. Auf der Stickstoff-Polarfläche des Substrats werden drei Punkte in vertikaler Richtung x und drei Punkte in horizontaler Richtung, also insgesamt neun Messpunkte einschließlich dem Zentrum des Substrats, festgelegt. 9 veranschaulicht schematisch die Anordnung der neun Messpunkte auf dem Substrat und zeigt die neun Messpunkte überlagert auf einer Draufsicht eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 10. In 9 wird das erste Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 10 als Beispiel für ein Substrat beschrieben, die Messpunkte werden jedoch auf dieselbe Weise für jedes andere Substrat festgelegt. Drei Bezugslinien Reihe 1, Reihe 2 und Reihe 3 sind in dieser Reihenfolge in regelmäßigen Abständen d parallel angeordnet; und drei Bezugslinien Spalte 1, Spalte 2 und Spalte 3 sind in dieser Reihenfolge in den regelmäßigen Abständen d parallel angeordnet, so dass sie orthogonal zu den Bezugslinien Reihe 1 bis Reihe 3 verlaufen. Neun Schnittpunkte der Bezugslinien Reihe 1 bis Reihe 3 und der Bezugslinien Spalte 1 bis Spalte 3, d.H. P11, P12, P13, P21, P22, P23, P31, P32 und P33, werden als Messpunkte definiert. Die Bezugslinien Reihe 1 bis Reihe 3 und Spalte 1 bis Spalte 3 sind so angeordnet, dass der Schnittpunkt der Bezugslinie Reihe 2 und der Bezugslinie Spalte 2, d.h. P22, im Zentrum des Substrats liegt. Der Abstand d wird so groß wie möglich gehalten, solange der Abstand von jedem der Messpunkte, außer P22, zum Umfang des Substrats mindestens 3 mm beträgt. Der tatsächliche Abstand d kann je nach Größe des Substrats beispielsweise. 5 mm bis 20 mm betragen. Für jeden der Messpunkte wird das Feld von 4,87 mm² (1,91 mm×2,55 mm) mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop (ECLIPSE (eingetragene Marke) LVDIA-N, hergestellt von NIKON CORPORATION) mit einer Objektivlinse mit einer Vergrößerungsleistung von 5 untersucht. Für die Untersuchung wird jeder der festgelegten Messpunkte in die Mitte des Feldes gesetzt. Auf dem Untersuchungsbild jedes Messpunkts wird die Anzahl der Fremdkörper mit einem längeren Durchmesser von mindestens 10 µm gezählt. Die Anzahl der an den neun Messpunkten beobachteten Fremdkörper wird gemittelt, um die Anzahl der Fremdkörper pro 1 mm² Fläche zu berechnen.
In einer Ausführungsform kann die ebene Form des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats (d.h. die Form der Stickstoff-Polarfläche) ein Kreis oder ein regelmäßiges Polygon oder ein teilweise verzerrter Kreis oder ein teilweise verzerrtes regelmäßiges Polygon sein (z.B. ein teilweise abgeschnittener Kreis und ein teilweise abgeschnittenes regelmäßiges Polygon). Wenn die Anzahl der Fremdkörper mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit gemessen wird, ist die Position des Zentrums des Substrats offensichtlich, wenn die planare Form des Substrats eine Rotationssymmetrie aufweist (z.B. ein Kreis oder ein regelmäßiges Polygon), und ist die Position der Rotations-Symmetrieachse. Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat kann jedoch beispielsweise mit einer Ausrichtungs-Abflachung (Einbuchtung) versehen sein, welche die Richtung einer kristallographischen Achse anzeigt: Genau genommen führt diese Einbuchtung dazu, dass die Rotationssymmetrie des Substrats verloren geht. Wenn die Rotationssymmetrie der ebenen Form des Substrats verloren geht, soll die Position des Zentrums des Substrats wie folgt bestimmt werden. 10 zeigt das Zentrum des Substrats, wenn die ebene Form des Substrats ein teilweise verzerrter Kreis ist, mit einer Draufsicht auf ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 30 gemäß einer anderen Ausführungsform (kann im Folgenden als „Substrat 30“ bezeichnet werden). Das Substrat 30 hat einen Umfangsteil 32. Das Substrat 30 ist ein sogenanntes teilweise abgeschnittenes kreisförmiges Substrat mit einer Ausrichtungs-Abflachung; und die planare Form des Substrats 30 ist ein teilweise verzerrter Kreis. Die planare Form des Substrats 30 weist keine Rotationssymmetrie auf, da sie ausgehend von einem Kreis teilweise verzerrt ist. Ein „ursprünglicher Kreis“ 39 der ebenen Form des Substrats 30 kann als ein Kreis 39 bestimmt werden, der die längste Gesamtlänge eines Abschnitts 39a hat, der Teil dessen Umfangs ist und mit dem Umfangsteil 32 des Substrats 30 überlappt. Ein Zentrum 33 des ursprünglichen Kreises 39 ist das Zentrum des Substrats 30. 11 zeigt das Zentrum des Substrats, wenn die ebene Form des Substrats ein teilweise verzerrtes regelmäßiges Polygon ist, mit einer Draufsicht auf ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 40 gemäß einer anderen Ausführungsform (kann im Folgenden als „Substrat 40“ bezeichnet werden). Das Substrat 40 hat einen Umfangsteil 42. Das Substrat 40 ist ein sogenanntes teilweise abgeschnittenes regelmäßiges sechseckiges Substrat mit einer Ausrichtungs-Abflachung; und die planare Form des Substrats 40 ist ein teilweise verzerrtes regelmäßiges Sechseck. Die planare Form des Substrats 40 weist keine Rotationssymmetrie auf, da sie ausgehend von einem regelmäßigen Sechseck teilweise verzerrt ist. Ein „ursprüngliches regelmäßiges Sechseck“ 49 der ebenen Form des Substrats 40 kann als ein regelmäßiges Sechseck 49 bestimmt werden, welches die längste Gesamtlänge eines Abschnitts 49a hat, der Teil dessen Umfangs ist und mit dem Umfangsteil 42 des Substrats 40 überlappt. Ein Zentrum 43 des ursprünglichen regelmäßigen Sechsecks 49 ist das Zentrum einer Hauptfläche 41.
Wenn schwach saures, neutrales oder schwach alkalisches Wasser oder eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert von 4 bis 10 als die obige Schrubben-Flüssigkeit verwendet wird, kann das Ätzen der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats mit der Waschflüssigkeit in dem Schrubben-Schritt S11 unterdrückt werden. Beispielsweise kann die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Stickstoff-Polarfläche nach Abschluss des Waschverfahrens S10 von 1 bis 8 nm betragen. Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Stickstoff-Polarfläche kann mit einem interferometrischen Weißlichtmikroskop gemessen werden. In dieser Beschreibung kann die Messung der Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats mit einem Weißlicht-Interferenzmikroskop gemäß den folgenden Verfahren durchgeführt werden. Der im Zentrum des Substrats festgelegte Feldbereich (58800 µm² (280 µm×210 µm)) wird mit einem interferometrischen Weißlichtmikroskop (NewView (eingetragene Marke) 7300, hergestellt von der Zygo Corporation) mit einer Objektivlinse mit einer Vergrößerungsleistung von 50 untersucht. Das interferometrische Weißlichtmikroskop (NewView (eingetragene Marke) 7300, hergestellt von Zygo Corporation) verfügt über eine Funktion zur automatischen Messung und Berechnung der Oberflächenrauheit eines Feldbereichs. Der arithmetische Mittenrauwert Ra kann automatisch entlang einer Messlinie gemessen und berechnet werden, die automatisch im Zentrum des Feldes festgelegt wird
<2 Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpern (1)>
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahrens S100 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt (kann im Folgenden als „Schichtkörper-Herstellungsverfahren S100“ oder „Herstellungsverfahren S100“ bezeichnet werden). In 3 ist das Herstellungsverfahren S100 schematisch mit Querschnitten dargestellt. Das Schichtkörper-Herstellungsverfahren S100 weist in der angegebenen Reihenfolge auf: den Schritt S110 (b) Waschens des ersten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 10 durch das Waschverfahren S10 (siehe 1) (kann im Folgenden als „Waschen-Schritt S110“ bezeichnet werden); und den Schritt S120 (c) Züchten einer ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 über ein erstes Basissubstrat 10' durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren, wobei ein erstes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 10' nach (b) als erstes Basissubstrat 10' verwendet wird (kann im Folgenden als „Wachstum-Schritt S120“ bezeichnet werden). Ein Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 100 mit einer gegenüberliegenden Fläche (Stickstoff-Polarfläche), auf der die Bildung von Vertiefungen unterdrückt wird (kann im Folgenden als „erster Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 100“ oder „erster Schichtkörper 100“ oder „Schichtkörper 100“ bezeichnet werden), kann hergestellt werden durch: Ablagern der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 über das Basissubstrat 10' durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren, wobei das durch das Waschverfahren S10 erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 10' als Basissubstrat verwendet wird.
[Waschen-Schritt S110]
Der Waschen-Schritt S110 ist ein Schritt des Waschens des ersten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 10 durch das Waschverfahren S10 (siehe 1). Die Einzelheiten des Waschverfahrens S10 sind wie oben beschrieben. In dem Schichtkörper-Herstellungsverfahren S100 kann das oben als ein Substrat eines Rohmaterials in dem Waschverfahren S10 beschriebene Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als das erste Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 10 verwendet werden; und auch ein bevorzugter Aspekt des ersten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 10 ist gleich wie oben beschrieben.
[Wachstum-Schritt S120]
Der Wachstum-Schritt S120 ist ein Schritt des Züchtens der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 über das erste Basissubstrat 10' durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren, wobei das erste Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 10' nach dem Waschen-Schritt 110 als das erste Basissubstrat 10' verwendet wird. In dem Wachstum-Schritt S120 wird die erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 vorzugsweise über eine Aluminium-Polarfläche des ersten Basissubstrats 10' gezüchtet. Als Mittel zum Züchten der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über die Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats 10' kann jedes bekannte Gasphasen-Epitaxieverfahren wie HVPE, MOCVD und MBE ohne besondere Einschränkungen verwendet werden.
Die erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 kann durch HVPE gezüchtet werden, indem: ein Aluminiumhalogenidgas und ein Stickstoffquellengas, bei denen es sich um Rohmaterialgase handelt, auf das erhitzte Basissubstrat in einem Reaktor in einem Zustand zugeführt werden, in dem die Gase jeweils durch ein Trägergas verdünnt sind; und beide Gase auf dem erhitzten Basissubstrat 10' zur Reaktion gebracht werden. Als Aluminiumhalogenidgas kann hier vorzugsweise Aluminiumchloridgas verwendet werden. Das Aluminiumhalogenidgas kann erhalten werden, indem hochreines metallisches Aluminium mit einer Reinheit von nicht weniger als 99,9999% und hochreines Chlorwasserstoffgas oder hochreines Chlorgas mit einer Reinheit von nicht weniger als 99,999% miteinander in Kontakt gebracht werden. Als Stickstoffquellengas wird hier vorzugsweise Ammoniakgas verwendet. Als Trägergas kann vorzugsweise jedes bekannte Gas mit einem kontrollierten Taupunkt von höchstens -110°C, wie trockener Wasserstoff, Stickstoff, Argon und Helium, verwendet werden. Ein Halogenwasserstoffgas wie z.B. Chlorwasserstoff kann ebenfalls mit jedem der Rohmaterialgase koexistieren. Die Heiztemperatur des Basissubstrats, die Zufuhrmengen des Aluminiumhalogenidgases und des Stickstoffquellengases sowie die linearen Geschwindigkeiten der zugeführten Gase sind Faktoren, welche die Kristallwachstumsrate beeinflussen, und können entsprechend der gewünschten Kristallwachstumsrate in geeigneter Weise festgelegt werden. Die Temperatur des Basissubstrats, während die erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 durch HVPE gezüchtet wird, beträgt in der typischerweise 1200°C bis 1800°C, vorzugsweise 1350°C bis 1700°C, und weiter bevorzugt 1450°C bis 1600°C. Als Mittel zur Erwärmung des Substrats kann jedes bekannte Heizmittel wie Widerstandsheizen, Hochfrequenz-Induktionsheizen und optisches Heizen verwendet werden. Als Mittel zur Erwärmung des Substrats kann ein Heizmittel allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Heizmittel in Kombination verwendet werden.
Was die Zufuhrmengen der Rohmaterialgase betrifft, so kann die Zufuhrmenge des Aluminiumhalogenidgases beispielsweise 0,001 sccm bis 500 sccm betragen; und die Zufuhrmenge des Stickstoffquellengases kann 0,01 sccm bis 5000 sccm betragen. Um die Gasströme innerhalb des Reaktors anzuordnen, ist es wirksam, das Austragen aus dem Reaktor zu fördern, sowie eine Trocken-Pumpe auf der stromabwärts gelegenen Seite einer Vorrichtung vorzusehen, um den Druck innerhalb des Reaktors konstant zu halten. Der Druck innerhalb des Reaktors beträgt vorzugsweise 100 Torr bis 1000 Torr, und weiter bevorzugt 360 Torr bis 760 Torr.
Wenn es notwendig ist, die elektrische Leitfähigkeit der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 zu steuern, kann die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 gezüchtet werden, währen Verunreinigungen (wie Si, Mg, S usw. enthaltende Verbindungen) zugeführt werden, die als Donor oder Akzeptor fungieren.
Wenn die erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 über ein Sublimationsverfahren gezüchtet wird, wird das erste Basissubstrat 10' auf einer Seite eines Kristallzucht-Tiegels, der innerhalb eines Reaktors angeordnet ist, fixiert; und auf der anderen Seite des Tiegels (Position gegenüber dem Basissubstrat) wird ein polykristallines Aluminiumnitrid-Rohmaterial angeordnet. Zwischen der Seite des ersten Basissubstrats 10' und der Seite des Rohmaterials wird in einer Stickstoffatmosphäre ein Temperaturgradient erzeugt, wodurch das polykristalline Aluminiumnitrid-Rohmaterial verdampft und ein Aluminiumnitrid-Einkristall auf dem ersten Basissubstrat 10' abgeschieden wird. Als Tiegel-Material wird hierbei typischerweise Wolfram, Tantalcarbid oder Ähnliches verwendet. Die Wachstum-Temperatur beim Züchten durch ein Sublimationsverfahren beträgt typischerweise 1800°C bis 2300°C; und der Druck im Reaktor beträgt typischerweise 100 Torr bis 1000 Torr. Als polykristallines Aluminiumnitrid-Rohmaterial wird hier vorzugsweise ein polykristallines Rohmaterial verwendet, das im Vorfeld einem Raffinationsvorgang zur Entfernung von Verunreinigungen unterworfen wurde, indem die Effekte der Sublimation und Rekristallisation genutzt wurden.
Der erste Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 100, der durch den Wachstum-Schritt S120 erhalten wurde, weist das erste Basissubstrat 10' und die erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, die über die Aluminium-Polarfläche des ersten Basissubstrats 10' geschichtet ist auf (3). Der Schichtkörper 100 kann vorzugsweise als Substrat für die Herstellung einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleitervorrichtung verwendet werden, nachdem die Wachstumsoberfläche beispielsweise mit einem Poliermittel, beispielsweise CMP-Polieren, hochglanzpoliert wurde.
<3. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats und Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers (2)>
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren S200 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt (kann im Folgenden als „Substrat-Herstellungsverfahren S200“ oder „Herstellungsverfahren S200“ bezeichnet werden). 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren S300 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt (kann im Folgenden als „Schichtkörper-Herstellungsverfahren S300“ oder „Herstellungsverfahren S300“ bezeichnet werden). 6 zeigt schematisch die Herstellungsverfahren S200 und S300 mit Querschnitten. Das Substrat-Herstellungsverfahren S200 weist in der angegebenen Reihenfolge auf: den Schritt S210 (d) Erhalten des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 100 durch das Schichtkörper-Herstellungsverfahren S100 (2) (kann im Folgenden als „Schichtkörper-Herstellungsschritt S210“ bezeichnet werden); den Schritt S220 (e) Trennen des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers 100 in ein zweites Basissubstrat 110 und eine zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21, wobei das zweite Basissubstrat 110 zumindest einen Teil des ersten Basissubstrats 10' aufweist, und wobei die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21 zumindest einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 aufweist (kann im Folgenden als „Trennung-Schritt S220“ bezeichnet werden); und den Schritt S230 (f) Polieren der zweiten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21, um ein zweites Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 21' zu erhalten (kann im Folgenden als „Polieren-Schritt S230" bezeichnet werden). Das zweite Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 21' kann zur Herstellung einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleitervorrichtung verwendet werden.
[Schichtkörper-Herstellungsschritt S210]
Der Schichtkörper-Herstellungsschritt S210 ist ein Schritt zum Erhalten des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers 100 durch das Schichtkörper-Herstellungsverfahren S100 (2). Die Einzelheiten des Schichtkörper-Herstellungsverfahrens S100 sind wie oben beschrieben. Eine zu geringe Dicke der im Wachstum-Schritt S120 des Schichtkörper-Herstellungsverfahrens S100 (2) gezüchteten ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 führt zu einem zweiten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat (selbsttragendes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat) 21' mit geringer Dicke, welches in dem später zu beschreibenden Trennung-Schritt S220 erhalten wird, was dazu führt, dass das zweite Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 21' aufgrund unzureichender Festigkeit dazu tendiert leicht zu brechen, wenn das zweite Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 21' zu einem Wafer für die Herstellung einer Vorrichtung verarbeitet wird, durch einen Prozess wie Umfangsschleifen und Polieren. Daher beträgt die Dicke der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, welche im Wachstum-Schritt S120 gezüchtet wurde, vorzugsweise nicht weniger als 500 µm, weiter bevorzugt 600 bis 1500 µm, und noch weiter bevorzugt 800 bis 1200 µm.
[Trennung-Schritt S220]
Der Trennung-Schritt S220 ist ein Schritt des Schneidens des ersten Schichtkörpers 100, der in dem Schichtkörper-Herstellungsschritt S210 erhalten wurde, und dadurch Trennen des Schichtkörpers 100 in das zweite Basissubstrat 110 und die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21, wobei das zweite Basissubstrat 110 zumindest einen Teil des ersten Basissubstrats 10' aufweist, und wobei die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21 zumindest einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 aufweist. Eine Schicht mit Spannungen auf der Kristalloberfläche (Gespannt-Schicht) wird durch das Schneiden auf der Schnittfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats nach dem Trennung-Schritt S220 gebildet. Wenn die Gespannt-Schicht auf dem Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat verbleibt, kann sich die Kristallqualität einer Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstum-Schicht), die auf dem Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat gezüchtet werden soll, verschlechtern und/oder Restspannungen können Risse in der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstum-Schicht) verursachen. Daher wird die Gespannt-Schicht in dem später zu beschreibenden Erneuerung-Polieren-Schritt entfernt. Daher wird in dem Trennung-Schritt S220 vorzugsweise ein Dünnfilm 22, der zumindest ein Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 ist, auf dem Basissubstrat 10' als zusätzlicher Platz für die Bildung der Gespannt-Schicht oder für die Entfernung der Gespannt-Schicht belassen. Das heißt, das zweite Basissubstrat 110, das durch den Trennung-Schritt S220 erhalten wird, weist vorzugsweise das erste Basissubstrat 10' und den Teil 22 der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (20), welche über das erste Basissubstrat 10' geschichtet ist, auf.
Die Dicke des Dünnfilms 22 der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, die auf dem abgetrennten zweiten Basissubstrat 110 verbleibt, ist nicht besonders eingeschränkt, beträgt aber, im Hinblick auf die Entfernung der Gespannt-Schicht in dem später zu beschreibenden Erneuerung-Polieren-Schritt S340, vorzugsweise 5 µm bis 300 µm.
Das Schneiden im Trennung-Schritt S220 wird parallel zur Wachstumsfläche des Basissubstrats 10' durchgeführt. Wenn im Trennung-Schritt S220 eine Drahtsäge verwendet wird, kann eine Drahtsäge mit entweder festen oder freien Schleifkörnern verwendet werden. Vorzugsweise wird die Spannung des Drahts hier so eingestellt, dass die Dicke eines zusätzlichen Raums für den Schnitt dünn ist, z.B. etwa 100 bis 300 µm.
Die Schnittgeschwindigkeit der Drahtsäge wird so eingestellt, dass die Gespannt-Schicht (beschädigte Schicht), die auf der Schnittfläche der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht verbleibt, dünn ist. Als Schnittgeschwindigkeit ist eine relativ niedrige Geschwindigkeit vorzuziehen. Die Schnittgeschwindigkeit liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 mm/h bis 20 mm/h.
Der Draht kann sich beim Schneiden so bewegen, dass er schwingt. Der Draht kann sukzessive oder intermittierend in der Schnittrichtung bewegt werden. Die Schwingbewegung des Drahtes während des Schneidens wird kontrolliert, um zu verhindern, dass sich aufgrund der durch die Reibung beim Schneiden erzeugten Hitze Risse bilden. Ein Beispiel für das intermittierende Bewegen des Drahtes in Schnittrichtung ist, dass der folgende Vorgang wiederholt wird: der Draht wird in Schnittrichtung bewegt, die Bewegung des Drahtes in Schnittrichtung wird einmal gestoppt, wenn sich der Draht biegt, und der Draht wird erneut in Schnittrichtung bewegt, nachdem die Biegung des Drahtes aufgelöst wurde, da sich der Draht biegt, wenn die Geschwindigkeit mit der der Draht in Schnittrichtung bewegt wird und die Geschwindigkeit mit der der Aluminiumnitrid-Einkristall tatsächlich geschnitten wird, nicht übereinstimmen.
Um die Bildung von Rissen zu verhindern, die mit dem Abplatzen des Umfangs des Basissubstrats beim Schneiden einhergehen, kann man den gesamten oder einen Teil des Schichtkörpers 100 vor dem Trennung-Schritt S220 mit einem Schutzmaterial wie einem Harz, einem Wachs oder einem Zement bedecken und danach das Schneiden durchführen. Als Harz kann hier ein übliches Harz wie Epoxidharze und Phenolharze verwendet werden. Wenn das Harz hier als Schutzmaterial verwendet wird, kann der Schichtkörper 100 geschnitten werden, nachdem das Harz durch eine gängige Aushärtungsmethode, wie beispielsweise Aushärtung durch Selbsttrocknung, Wärmehärtung und Fotohärtung, ausgehärtet ist, nachdem der Schichtkörper 100 mit dem Harz bedeckt ist. Als Zement kann hier üblicher industrieller Portland-Zement, Tonerde-Zement, Gips oder ähnliches verwendet werden.
Beim Schneiden in dem Scheiden-Schritt kann der Schichtkörper 100 selbst gedreht werden. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Schichtkörpers liegt vorzugsweise im Bereich von 1 U/min bis 10 U/min.
[Polieren-Schritt S230]
Der Polieren-Schritt S230 ist ein Schritt des Polierens der zweiten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21, welche in dem Trennung-Schritt S220 erhalten wurde, um das zweite Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 21' zu erhalten. Als Poliermittel kann im Polieren-Schritt S230 beispielsweise jedes bekannte Poliermittel wie das Polieren durch CMP ohne besondere Einschränkungen verwendet werden. Das zweite Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 21' kann vorzugsweise als Substrat für die Herstellung einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleitervorrichtung verwendet werden.
Nachdem die abgetrennte Oberfläche durch Polieren mittels CMP zu einer ultraflachen Fläche verarbeitet und die Stickstoff-Polarfläche geschrubbt wurde, um Fremdstoffe auf der Stickstoff-Polarfläche zu entfernen, kann das zweite Basissubstrat 110, das im Trennung-Schritt S220 abgetrennt wurde, wiederholt als Basissubstrat für die Ablagerung eines neuen Aluminiumnitrid-Einkristalls wiederverwendet werden. Wenn das Basissubstrat für einen Aluminiumnitrid-Einkristall iterativ wiederverwendet wird, kann beispielsweise das in der Patentliteratur 4 offengelegte Verfahren angewendet werden.
[Verfahren zur iterativen Wiederverwendung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats als Basissubstrat]
Das Verfahren zur iterativen Wiederverwendung des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats als Basissubstrat umfasst den Erneuerung-Polieren-Schritt des Polierens der Oberfläche des zweiten Basissubstrats, welches im Trennung-Schritt erhalten wurde, und den Wiederholung-Schritt des Züchtens eines Aluminiumnitrid-Einkristalls über die polierte Oberfläche des zweiten Basissubstrats nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt.
5 zeigt das Verfahren S300 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers gemäß einer solchen weitern Ausführungsform. Das Schichtkörper-Herstellungsverfahren S300 weist in der dargelegten Reihenfolge auf: den Schritt S210 (d) Erhalten des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers 100 durch das Schichtkörper-Herstellungsverfahren S100 (Schichtkörper-Herstellungsschritt S210); den Schritt S220 (e) Trennen des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers 100 in das zweite Basissubstrat 110 und die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21, wobei das zweite Basissubstrat 110 mindestens einen Teil des ersten Basissubstrats 10' aufweist, und wobei die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21 mindestens einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 aufweist (Trennung-Schritt S220); den Schritt S340 (g) Polieren der Oberfläche des zweiten Basissubstrats 110 (kann im Folgenden als „Erneuerung-Polieren-Schritt S340“ bezeichnet werden); den Schritt S350 (h) Waschen eines zweiten Basissubstrats 110' durch das Waschverfahren S10, nach dem Schritt S340 (kann im Folgenden als „Waschen-Schritt S350“ bezeichnet werden); und dem Schritt S360 (i) Züchten eines dritten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 220 über ein zweites Basissubstrat 110", durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren (kann im Folgenden als „Wachstum-Schritt S360“ bezeichnet werden), nach den Schritten S340 und S350. Die Einzelheiten des Schichtkörper-Herstellungsschritts S210 und des Trennung-Schritts S220 sind wie oben in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung des Substrats S200 (4) beschrieben.
[Erneuerung-Polieren-Schritt S340]
Der Erneuerung-Polieren-Schritt S340 ist ein Schritt des Polierens der Oberfläche der Schnittfläche des zweiten Basissubstrats 110, welches in dem Trennung-Schritt S220 erhalten wurde. Durch den Erneuerung-Polieren-Schritt S340 wird das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat (wiederhergestelltes Basissubstrat) 110' erhalten, welches wieder als Basissubstrat für das Kristallwachstum verwendet werden kann.
Zum Entfernen der Gespannt-Schicht, die auf dem zweiten Basissubstrat 110 vorliegt, welches in dem Schneiden-Schritt S220 erhalten wurde, wird die Oberfläche der Schnittfläche des abgetrennten zweiten Basissubstrats 110 in dem Erneuerung-Polieren-Schritt S340 poliert, vorzugsweise um mehr als 10 µm, weiter bevorzugt um nicht weniger als 30 µm und noch weiter bevorzugt um nicht weniger als 100 µm. Je größer die Poliermenge ist, desto besser kann die Gespannt-Schicht entfernt werden. Ein höherer Poliermenge führt jedoch zu höheren industriellen Kosten. Daher beträgt der die Poliermenge vorzugsweise nicht mehr als 600 µm, weiter bevorzugt nicht mehr als 200 µm und noch weiter bevorzugt nicht mehr als 100 µm. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Gespannt-Schicht kann anhand der Halbwertsbreite einer Röntgen-Omega-Rocking-Kurve einer (103)-Fläche beurteilt werden, die unter der Bedingung gemessen wird, dass der Einfallswinkel zwischen einem einfallenden Röntgenstrahl und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats nach dem Wiederherstellung-Polieren nicht mehr als 4° beträgt. Diese Halbwertsbreite beträgt vorzugsweise nicht mehr als 200 Bogensekunden. Der Einfallswinkel zwischen der einfallenden Röntgenstrahlung und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats beträgt nach dem Wiederherstellung-Polieren vorzugsweise nicht mehr als 2°. In Anbetracht der aktuellen Messtechniken liegt die Untergrenze des Einfallswinkels zwischen der einfallenden Röntgenstrahlung und der Aluminium-Polarfläche bei 0,1°. Die Röntgen-Omega-Rocking-Kurve der oben beschriebenen Kristallfläche hat vorzugsweise eine Halbwertsbreite von nicht mehr als 100 Bogensekunden, und weiter bevorzugt eine Halbwertsbreite von nicht mehr als 80 Bogensekunden. Die Halbwertsbreite beträgt vorzugsweise nicht weniger als 10 Bogensekunden. Bei der Messung der Röntgen-Omega-Rocking-Kurve der spezifischen Kristallfläche wird vorzugsweise eine Röntgenquelle verwendet, die durch zweifache Beugung an der (220)-Fläche eines Germanium-Einkristalls monochromiert wird.
Um die beim Schneiden im Trennung-Schritt S220 gebildete Gespannt-Schicht zu entfernen, wird der Erneuerung-Polieren-Schritt vorzugsweise durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) abgeschlossen. CMP kann nach einem bekannten Verfahren durchgeführt werden. Als Schleifmittel kann hierbei jedes Schleifmittel verwendet werden, das ein Material wie Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Siliziumkarbid, Bornitrid und Diamant enthält. Die Eigenschaften des Schleifmittels können alkalisch, neutral oder sauer sein. Da die Alkalibeständigkeit einer Stickstoff-Polarfläche ((00-1)-Fläche) eines Aluminiumnitrids gering ist, wird ein schwach alkalisches, neutrales oder saures Schleifmittel, insbesondere ein Schleifmittel mit einem pH-Wert von nicht mehr als 9, vorzugsweise anstelle eines stark alkalischen Schleifmittels verwendet. Ein starkes alkalisches Schleifmittel kann natürlich problemlos verwendet werden, wenn auf der Stickstoff-Polarfläche ein Schutzfilm gebildet wird. Zur Verbesserung der Poliergeschwindigkeit kann dem Schleifmittel ein Zusatzstoff, beispielsweise ein Oxidationsmittel, beigefügt werden. Als Polierpad kann ein handelsübliches Polierpad verwendet werden, dessen Material und Härte nicht speziell eingeschränkt sind.
Das Polieren im Erneuerung-Polieren-Schritt S340 kann beispielsweise von Anfang bis Ende mittels CMP durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die Aluminiumnitrid-Dünnfilmschicht 22, die in dem zweiten Basissubstrat 110 nach dem Trennung-Schritt S220 enthalten ist, dick ist, kann CMP durchgeführt werden, nachdem die Dicke im Voraus durch ein Mittel mit einer hohen Polierrate, beispielsweise Hochglanzläppen, so eingestellt wurde, dass sie ungefähr einer gewünschten Dicke entspricht.
Die Eigenschaften des zweiten Basissubstrats 110' nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt S340 sind fast die gleichen wie die des ursprünglichen Aluminium-Einkristallsubstrats. Daher kann die Kristallqualität (die Halbwertsbreite der Röntgen-Omega-Rocking-Kurve und die Versetzungsdichte) des zweiten Basissubstrats 110' nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt S340 gleich der Kristallqualität (die Halbwertsbreite der Röntgen-Omega-Rocking-Kurve und die Versetzungsdichte) des ursprünglichen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats (erstes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat) 10 sein. Wenn der Offset-Winkel der Oberfläche des zweiten Basissubstrats 110' nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt S340 von einem gewünschten Winkel abweicht, kann ferner, nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt S340, ein Offset-Winkel-Einstellen-Polierschritt zum Einstellen des Offset-Winkels der Aluminium-Polarfläche des zweiten Basissubstrats 110' auf einen gewünschten Offset-Winkel durchgeführt werden.
[Waschen-Schritt S350]
Der Waschen-Schritt S350 ist ein Schritt des Waschens des zweiten Basissubstrats 110' durch das Waschverfahren S10 nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt S340 (1). Die Einzelheiten des Waschverfahrens S10 sind wie oben beschrieben. Das zweite Basissubstrat 110", bei dem Fremdsubstanzen von dessen Stickstoff-Polarfläche entfernt wurden, kann durch Schrubben von zumindest der Stickstoff-Polarfläche des zweiten Basissubstrats 110' nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt S340 gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
[Wachstum-Schritt S360]
Der Wachstum-Schritt S360 ist ein Schritt des Züchtens der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 220 durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren über das zweite Basissubstrat 110" nach dem Trennung-Schritt S340 und dem Erneuerung-Polieren-Schritt S350. Der Wachstum-Schritt S360 kann in der gleichen Weise durchgeführt werden wie der Wachstum-Schritt S120, der oben in Bezug auf das Herstellungsverfahren S100 (2) beschrieben wurde; und auch ein bevorzugter Aspekt davon ist gleich wie oben beschrieben. Ebenso wie die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, die oben im Zusammenhang mit dem Schichtkörper-Herstellungsschritt S210 beschrieben wurde, beträgt die Dicke der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 220, die im Wachstum-Schritt S360 gezüchtet wird, vorzugsweise nicht weniger als 500 µm, weiter bevorzugt 600 bis 1500 µm und noch weiter bevorzugt 800 bis 1200 µm. Durch den Wachstum-Schritt S360 wird der zweite Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 200 erhalten (6). Der zweite Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 200 weist auf: das zweite Basissubstrat 110" und die dritte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 220, welche über die Aluminiumpolarfläche des zweiten Basissubstrats 110" geschichtet ist.
Die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung zeigt das Substrat-Herstellungsverfahren S200 und das Schichtkörper-Herstellungsverfahren S300, wobei das zweite Basissubstrat 110, welches im Trennung-Schritt S220 erhalten wird, das erste Basissubstrat 10' und den Teil 22 der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, welche über das erste Basissubstrat 10' geschichtet ist, aufweist (d.h. im Trennung-Schritt S220 wird der erste Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 100 so geschnitten, dass der Teil 22 der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 auf dem ersten Basissubstrat 10' verbleibt), als ein Beispiel. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats und das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers aufweisen, dass in dem Trennung-Schritt S220 der erste Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 100 so geschnitten wird, dass kein Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 auf dem ersten Basissubstrat 10' verbleibt, und der Schichtkörper 100 in das zweite Basissubstrat und das zweite Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat getrennt wird.
Der zweite Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 220 kann vorzugsweise als Substrat für die Herstellung einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleitervorrichtung verwendet werden, nachdem beispielsweise die Wachstumsoberfläche mit einem Poliermittel, wie z.B. CMP-Polieren, hochglanzpoliert wurde. Beispielsweise kann der zweite Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 200 als ein erster Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper der nächsten Generation betrachtet werden (der Schichtkörper-Herstellungsschritt S210), um den Trennung-Schritt S220, den Erneuerung-Polieren-Schritt S340, den Waschen-Schritt S350 und den Wachstum-Schritt S360 erneut durchzuführen (Wiederholung-Schritt). Der Wiederholung-Schritt kann iterativ durchgeführt werden.
In dem Wiederholung-Schritt kann ein weiteres neues Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat aus dem zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 200 erhalten werden. 7 ist ein Flussdiagramm das ein Verfahren S400 zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß einer solchen weiteren Ausführungsform (kann im Folgenden als „Substrat-Herstellungsverfahren S400“ oder „Herstellungsverfahren S400“ bezeichnet werden) zeigt. In 8 ist das Herstellungsverfahren S400 schematisch mit Querschnitten dargestellt. Das Substrat-Herstellungsverfahren S400 weist in der angegebenen Reihenfolge auf: den Schritt S410 (j) Erhalten des zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers 200 durch das Herstellungsverfahren S300 (kann im Folgenden als „Schichtkörper-Herstellungsschritt S410“ bezeichnet werden); den Schritt S420 (k) Trennen des zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers 200 in ein drittes Basissubstrat 210 und eine vierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 221, wobei das dritte Basissubstrat 210 zumindest einen Teil des zweiten Basissubstrats 110" aufweist und wobei die vierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 221 zumindest einen Teil der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 220 aufweist (kann im Folgenden als „Trennung-Schritt S420“ bezeichnet werden); und den Schritt S430 (I) Polieren der vierten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 221, um ein drittes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 221' zu erhalten (kann im Folgenden als „Polieren-Schritt S430“ bezeichnet werden).
Das Schichtkörper-Herstellungsverfahren S300 (5) wurde bereits ausführlich beschrieben. Der Trennung-Schritt S420 kann in der gleichen Weise wie der oben beschriebene Trennung-Schritt S220 bezüglich des Substrat-Herstellungsverfahrens S200 und des Schichtkörper-Herstellungsverfahrens S300 durchgeführt werden, mit dem Unterschied, dass der erste Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 100 durch den zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper 200 ersetzt wird, das erste Basissubstrat 10' durch das zweite Basissubstrat 110" ersetzt wird und die erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 durch die dritte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 220 ersetzt wird; und auch ein bevorzugter Aspekt davon ist gleich wie oben beschrieben. Zum Beispiel wird in dem Trennung-Schritt S420 vorzugsweise ein Dünnfilm 222, der zumindest ein Teil der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 220 ist, auf dem zweiten Basissubstrat 110" belassen. Das heißt, das dritte Basissubstrat 210, das durch den Trennung-Schritt S420 erhalten wurde, umfasst vorzugsweise das zweite Basissubstrat 110" und den Teil 222 der zweiten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (220), welche über das erste Basissubstrat 110" geschichtet ist.
Der Polieren-Schritt S430 kann in der gleichen Weise wie der oben bezüglich des Substrat-Herstellungsverfahrens S200 und des Schichtkörper-Herstellungsverfahrens S300 beschriebene Polieren-Schritt S230 durchgeführt werden, mit dem Unterschied, dass die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 21 durch die vierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 221 ersetzt wird; und auch ein bevorzugter Aspekt davon ist gleich wie oben beschrieben. Das dritte Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 221' kann vorzugsweise als Substrat zur Herstellung einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleitervorrichtung verwendet werden.
Die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung zeigt die Verfahren S200 und S400 jeweils zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, aufweisend: Erhalten eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats (21'/221') aus der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstumsschicht) (20/220) des Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers (100/200), als ein Beispiel. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats das Ausschneiden von zwei oder mehr Aluminiumnitrid-Einkristallsubstraten aus der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstumsschicht) des Schichtkörpers aufweisen.
Beispiele
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Der Ausdruck % bedeutet im Folgenden vol%, sofern nicht anders angegeben.
In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden die Anzahl (Anzahldichte) der Fremdstoffe auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit, die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Stickstoff-Polarfläche und die Grubendichte der Stickstoff-Polarfläche über die folgenden Messmethoden berechnet.
[Verfahren zur Messung der Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen auf der Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit]
Auf der Stickstoff-Polarfläche des Substrats wurden drei Punkte in vertikaler Richtung und drei Punkte in horizontaler Richtung, also insgesamt neun Messpunkte einschließlich dem Zentrum des Substrats, festgelegt. 9 veranschaulicht schematisch die Anordnung der neun Messpunkte auf dem Substrat und zeigt die neun Messpunkte überlagert auf einer Draufsicht eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 10. In 9 wird das erste Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 10 als Beispiel für ein Substrat beschrieben, die Messpunkte werden jedoch für jedes andere Substrat auf die gleiche Weise festgelegt. Drei Bezugslinien Reihe 1, Reihe 2 und Reihe 3 wurden in dieser Reihenfolge in regelmäßigen Abständen d parallel angeordnet; und drei Bezugslinien Spalte 1, Spalte 2 und Spalte 3 wurden in dieser Reihenfolge in den regelmäßigen Abständen d parallel angeordnet, so dass sie orthogonal zu den Bezugslinien Reihe 1 bis Reihe 3 sind. Neun Schnittpunkte der Bezugslinien Reihe 1 bis Reihe 3 und der Bezugslinien Spalte 1 bis Spalte 3, d.h. P11, P12, P13, P21, P22, P23, P31, P32 und P33, wurden als Messpunkte festgelegt. Die Bezugslinien Zeile 1 bis Zeile 3 und Spalte 1 bis Spalte 3 wurden so angeordnet, dass der Schnittpunkt der Bezugslinie Zeile 2 und der Bezugslinie Spalte 2, d.h. P22, im Mittelpunkt des Substrats liegt. Der Abstand d wurde so groß wie möglich gehalten, solange der Abstand zwischen jedem der Messpunkte außer P22 und dem Umfang des Substrats mindestens 3 mm betrug. Der tatsächliche Abstand d betrug je nach Größe des Substrats 5 mm bis 20 mm. Für jeden Messpunkt wurde das Feld von 4,87 mm² (1,91 mm×2,55 mm) mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop (ECLIPSE (eingetragene Marke) LVDIA-N, hergestellt von NIKON CORPORATION) mit einer Objektivlinse mit einer Vergrößerungsleistung von 5 untersucht. Für die Untersuchung wurde jeder der festgelegten Messpunkte in die Mitte des Feldes gesetzt. Auf dem Untersuchungsbild jedes Messpunkts wurde die Anzahl der Fremdkörper mit einem längeren Durchmesser von mindestens 10 µm gezählt. Die Anzahl der an den neun Messpunkten beobachteten Fremdkörper wurde gemittelt, um die Anzahl der Fremdkörper pro 1 mm² Fläche zu berechnen.
[Verfahren zur Messung der Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Stickstoff-Polarfläche]
Der in dem Zentrum des Substrats festgelegte Feldbereich (58800 µm² (280 µm×210 µm)) wurde mit einem interferometrischen Weißlichtmikroskop (NewView (eingetragene Marke) 7300, hergestellt von der Zygo Corporation) mit einer Objektivlinse mit einer Vergrößerungsleistung von 50 untersucht. Das interferometrische Weißlichtmikroskop (NewView (eingetragene Marke) 7300, hergestellt von Zygo Corporation) verfügt über eine Funktion zur automatischen Messung und Berechnung der Oberflächenrauheit eines Feldbereichs. Der arithmetische Mittenrauwert Ra wurde automatisch entlang einer Messlinie gemessen und berechnet, die automatisch im Zentrum des Feldes festgelegt wird.
[Verfahren zur Messung der Grubendichte der Stickstoff-Polarfläche]
Die Grubendichte wurde berechnet, indem die gesamte Stickstoff-Polarfläche mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop (ECLIPSE (eingetragene Marke) LVDIA-N, hergestellt von der NIKON CORPORATION) untersucht und die Gesamtzahl der Vertiefungen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 100 µm gezählt wurde; und die Gesamtzahl der Vertiefungen durch die Fläche der Stickstoff-Polarfläche geteilt wurde.
Bei den in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstraten handelte es sich um Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrate, die durch ein Sublimationsverfahren hergestellt wurden: Sowohl die Aluminium-Polarfläche als auch die Stickstoff-Polarfläche jedes dieser Substrate wurden durch CMP so poliert, dass sie Spiegelflächen sind. Die Formen der erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrate hatten jeweils einen Außendurchmesser von 25,4 mm bis 50,8 mm und eine Dicke von etwa 500 µm. Nach dem CMP-Polieren wurden verschiedene Untersuchungen an den Aluminiumnitrid-Einkristallsubstraten durchgeführt, und zwar nicht in einem Reinraum, sondern in einer allgemeinen Umgebung, in der nicht auf Sauberkeit geachtet wurde. Daher haftete eine große Menge an Fremdstoffen usw., die in der Umgebung vorhanden waren, an den Oberflächen der Substrate.
<Beispiel 1 >
Ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einem Außendurchmesser von 35,0 mm wurde hergestellt. Die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche dieses Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren mit 3,35 Stück/mm² gemessen. Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche dieses Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug nach dem oben beschriebenen Verfahren 3,32 nm.
Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat wurde so auf einen Melaminschaumstoff gelegt, welcher Reinstwasser absorbiert, dass die Aluminium-Polarfläche nach unten zeigte. Dann wurde Reinstwasser aus einer Waschflasche für 5 Sekunden über die gesamte Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gegossen. Anschließend wurde eine Waschflüssigkeit aus einer Waschflasche 3 Sekunden lang ebenfalls über die gesamte Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gegossen. Als Waschflüssigkeit wurde eine mit Reinstwasser verdünnte 1 %ige Lösung von CLEANTHROUGH (eingetragene Marke) KS-3053 der Kao Corporation verwendet. Der pH-Wert der verdünnten Lösung betrug 8,0.
Geschnittener Melaminschaum in Form eines quadratischen Würfels mit einer Kantenlänge von 30 mm wurde in Reinstwasser getaucht, das in einem sauberen Behälter gezogen wurde, um das Wasser zu absorbieren, und danach in Kontakt mit der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gebracht. Dieser Melaminschaum wurde in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats in Kontakt mit der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche bewegt, so dass die Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats damit geschrubbt wurde. Die Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche wurde insgesamt 25-mal geschrubbt, wobei die Position, an der der Melaminschaum damit in Berührung kam, so verändert wurde, dass der Melaminschaum mit der gesamten Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats in Kontakt war. Nach dem Schrubben wurde eine Waschflüssigkeit aus einer Waschflasche 3 Sekunden lang über die gesamte Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gegossen, und die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats wurde weitere 25 Mal mit Melaminschaum geschrubbt, der in Reinstwasser eingetaucht wurde, um das Wasser auf die gleiche Weise wie oben zu absorbieren. Nach dem Schrubben wurde Reinstwasser als ein Spülmittel aus einer Waschflasche für 5 Sekunden über die gesamte Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gegossen. Durch die oben beschriebenen Schritte wurde die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats geschrubbt.
Als nächstes wurde die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats mit Hilfe eines Wafer-Reinigungssystems (NAMIKI-ECCLEAR, hergestellt von Adamant Namiki Precision Jewel Co., Ltd.) geschrubbt. Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat wurde der Anlage so zugeführt, dass die Aluminium-Polarfläche eine Oberseite war, und das Schrubben wurde von einem automatisierten Programm durchgeführt. Insbesondere wurde Reinstwasser auf die Oberfläche des Substrats (Aluminium-Polarfläche) gegossen, und danach wurden sowohl ein Schrubben-Schritt als auch ein Spülen-Schritt mit Reinstwasser zweimal wiederholt, um das Substrat durch Schleudern zu trocknen. Das Schrubben erfolgte durch Schrubben der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats mit einer rotierenden Nylonbürste, während auf die Oberfläche des Substrats (Aluminium-Polarfläche) eine 1 %ige verdünnte Lösung (pH 8,0) von CLEANTHROUGH (eingetragene Marke) KS-3053, hergestellt von Kao Corporation, mit Reinstwasser als Waschflüssigkeit gegossen wurde.
Die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der erhaltenen Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,14 Stück/mm² gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der erhaltenen Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 3,93 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 2>
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Waschflüssigkeit, die zum Schrubben der Stickstoff-Polarfläche und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitridsubstrats verwendet wurde, in eine 10% verdünnte Lösung (pH 9,0) von CLEANTHROUGH (eingetragene Marke) KS-3053, hergestellt von Kao Corporation, mit Reinstwasser, geändert wurde.
Die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,07 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 5,82 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 3>
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Waschflüssigkeit, die zum Schrubben der Stickstoff-Polarfläche und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitridsubstrats verwendet wurde, in CLEANTHROUGH (eingetragene Marke) KS-3053, hergestellt von Kao Corporation (pH 10,0), geändert wurde.
Die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,11 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 5,55 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 4>
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Waschflüssigkeit, die zum Schrubben der Stickstoff-Polarfläche und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitridsubstrats verwendet wurde, in Reinstwasser (pH 7,0) geändert wurde.
Die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,14 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 3,53 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 5>
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Waschflüssigkeit, die zum Waschen der Stickstoff-Polarfläche und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitridsubstrats verwendet wurde, in eine 1 %ige verdünnte Lösung (pH 11,4) von Sanwash (eingetragene Marke) TL-75, hergestellt von Lion Specialty Chemicals Co., Ltd., mit Reinstwasser, geändert wurde.
Die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,27 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 8,81 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 6>
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Waschflüssigkeit, die zum Waschen der Stickstoff-Polarfläche und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitridsubstrats verwendet wurde, in eine 2%ige verdünnte Lösung (pH 11,7) von Sanwash (eingetragene Marke) TL-75, hergestellt von Lion Specialty Chemicals Co., Ltd., mit Reinstwasser, geändert wurde.
Die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,30 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 9,64 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 7>
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Waschflüssigkeit, die zum Waschen der Stickstoff-Polarfläche und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitridsubstrats verwendet wurde, in eine 10% verdünnten Lösung (pH 12,4) von Sanwash (eingetragene Marke) TL-75, hergestellt von Lion Specialty Chemicals Co., Ltd., mit Reinstwasser, geändert wurde.
Die Anzahl (Anzahldichte) der Fremdstoffe mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,27 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 11,11 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 8>
Verdünnte Salzsäure mit einem pH-Wert von 3,0 wurde durch Verdünnen von 35 Masse-% Salzsäure mit Reinstwasser hergestellt. Diese verdünnte Salzsäure wurde zu 1 L einer 1 %igen verdünnten Lösung von CLEANTHROUGH (eingetragene Marke) KS-3053, hergestellt von der Kao Corporation, mit Reinstwasser, hinzugefügt. Dadurch wurde eine Waschflüssigkeit zum Schrubben hergestellt, die einen eingestellten pH-Wert von 6,0 hatte. Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Waschflüssigkeit, die zum Schrubben der Stickstoff-Polarfläche und der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitridsubstrats verwendet wurde, in diese vorbereitete Lösung (pH 6,0) geändert wurde.
Die Anzahl (Anzahldichte) der Fremdstoffe mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,52 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 5,05 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 9>
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 8 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Menge der zugesetzten verdünnten Salzsäure so verändert wurde, dass die Waschflüssigkeit für das Schrubben einen pH-Wert von 5,0 hatte.
Die Anzahl (Anzahldichte) der Fremdstoffe mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,27 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 5,95 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 10>
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 8 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Menge der zugesetzten verdünnten Salzsäure so verändert wurde, dass die Waschflüssigkeit für das Schrubben einen pH-Wert von 4,0 hatte.
Die Anzahl (Anzahldichte) der Fremdstoffe mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,82 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 6,38 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
<Beispiel 11 >
Der gleiche Vorgang wie in Beispiel 8 wurde durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Menge der zugesetzten verdünnten Salzsäure so verändert wurde, dass die Waschflüssigkeit für das Schrubben einen pH-Wert von 3,3 hatte.
Die Anzahl (Anzahldichte) der Fremdstoffe mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit betrug 0,71 Stück/mm², gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats betrug 8,39 nm, gemessen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.

Die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 11 wurden in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1 (Tabelle 1)

AlN Substrat	pH der Waschflüssigkeit	Stickstoff-Polarfläche
AlN Substrat	pH der Waschflüssigkeit	Anzahldichte der Fremdstoffe (Stück/mm²)	Oberflächenrauheit Ra (nm)
Vor dem Waschen	-	3,35	3,32
Beispiel 1	8,0	0,14	3,93
Beispiel 2	9,0	0,07	5,82
Beispiel 3	10,0	0,11	5,55
Beispiel 4	7,0	0,14	3,53
Beispiel 5	11,4	0,27	8,81
Beispiel 6	11,7	0,30	9,64
Beispiel 7	12,4	0,27	11,11
Beispiel 8	6,0	0,52	5,05
Beispiel 9	5,0	0,27	5,95
Beispiel 10	4,0	0,82	6,38
Beispiel 11	3,3	0,71	8,39

<Beispiel 12>
Ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einem Außendurchmesser von 50,8 mm (2 Zoll) wurde hergestellt. Vor dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit 4,33 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,60 nm. Die Stickstoff-Polarfläche und die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gewaschen (Waschen-Schritt). Nach dem Waschen-Schritt betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 0,64 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 2,10 nm. Eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht wurde durch HVPE über das erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als Basissubstrat geschichtet (Wachstum-Schritt). Insbesondere wurde das gewaschene Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat (Basissubstrat) auf einem Suszeptor in einer HVPE-Vorrichtung, welche mit einem Heizmechanismus über Hochfrequenz-Induktionserwärmung ausgestattet war, so angeordnet, dass die Aluminium-Polarfläche eine Oberseite war. Unter den Bedingungen, dass die Erwärmungstemperatur des Substrats 1450°C und der Druck innerhalb eines Reaktors 500 Torr betrug, wurden 30 sccm eines Aluminiumtrichloridgases, 250 sccm eines Ammoniakgases und ein Stickstoffgas und ein Wasserstoffgas als Trägergase für 8 Stunden zirkuliert, um eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht mit einer Dicke von ungefähr 450 bis 500 µm über die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats (Basissubstrat) zu züchten, so dass ein Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper erhalten wurde.
Die Grubendichte der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren berechnet, und das Ergebnis war 0,052 Stück/mm².
<Beispiel 13>
Ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einem Außendurchmesser von 25,4 mm (1 Zoll) wurde hergestellt. Vor dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats pro Flächeneinheit 3,26 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,78 nm. Die Stickstoff-Polarfläche und die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gewaschen (Waschen-Schritt). Nach dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 0,78 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 2,10 nm. Eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht wurde durch HVPE über das erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als Basissubstrat geschichtet (Wachstum-Schritt). Insbesondere wurde das gewaschene Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat (erstes Basissubstrat) auf einem Suszeptor in einer HVPE-Vorrichtung, welche mit einem Heizmechanismus über Hochfrequenz-Induktionserwärmung ausgestattet war, so angeordnet, dass die Aluminium-Polarfläche eine Oberseite war. Unter den Bedingungen, dass die Erwärmungstemperatur des Substrats 1450°C und der Druck innerhalb eines Reaktors 500 Torr betrug, wurden 12 sccm eines Aluminiumtrichloridgases, 60 sccm eines Ammoniakgases und ein Stickstoffgas und ein Wasserstoffgas als Trägergase für 16 Stunden zirkuliert, um eine erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (HVPE-Wachstumsschicht) mit einer Dicke von ungefähr 800 bis 1000 µm über die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats (erstes Basissubstrat) zu züchten, so dass ein Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper erhalten wurde.
Der erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper wurde mit einer Drahtsäge geschnitten und dadurch getrennt in ein zweites Basissubstrat aufweisend: das erste Basissubstrat; und einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (HVPE-Wachstumsschicht), welche über das erste Basissubstrat geschichtet ist, und den anderen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (HVPE-Wachstumsschicht) (zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht) (Trennung-Schritt). Insbesondere wurde der Schichtkörper getrennt, indem die Drahtsäge parallel zur Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats entlang einer solchen Stelle bewegt wurde, dass die HVPE-Wachstumsschicht in einer Dicke von 120 µm auf dem ersten Basissubstrat verblieb. Das zweite Basissubstrat wurde einem Wiederherstellung-Polieren unterworfen durch Schleifen und Polieren des abgetrennten zweiten Basissubstrats auf derAluminium-Polarfläche mittels CMP (Erneuerung-Polieren-Schritt). Die HVPE-Wachstumsschicht in einer Dicke von 30 µm wurde nach dem Wiederherstellung-Polieren auf dem zweiten Basissubstrat belassen.
Die Stickstoff-Polarfläche und die Aluminium-Polarfläche des zweiten Basissubstrats wurden nach dem Wiederherstellung-Polieren auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gewaschen (Waschen-Schritt). Eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht wurde auf der gewaschenen Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben gezüchtet (Wachstum-Schritt). Der erhaltene Schichtkörper wurde unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben in ein Basissubstrat und eine HVPE-Wachstumsschicht getrennt (Trennung-Schritt), und das Basissubstrat wurde Wiederherstellung-Poliert (Erneuerung-Polieren-Schritt). Nachdem eine Reihe dieser Schritte (Wiederholung-Schritt, d.h. der Waschen-Schritt, der Wachstum-Schritt, der Trennung-Schritt und der Erneuerung-Polieren-Schritt) siebenmal wiederholt worden war, wurde das Basissubstrat auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 weiter gewaschen und eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht durch HVPE auf dem Basissubstrat gezüchtet. Infolgedessen traten keine Risse im Basissubstrat oder durch das Basissubstrat verursachte Fehler im Kristallwachstum auf.
<Vergleichsbeispiel 1 >
Ein Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 12 hergestellt, mit dem Unterschied, dass die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats nicht geschrubbt wurde. Vor dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 4,02 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,80 nm. Nach dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 3,02 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 2,07 nm.
Die Grubendichte der Stickstoff-Polarfläche des erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers wurde durch die oben beschriebene Methode berechnet, und das Ergebnis war 0,256 Stück/mm².
<Referenzbeispiel>
Ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einem Außendurchmesser von 25,4 mm (1 Zoll) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gewaschen, mit dem Unterschied, dass die Stickstoff-Polarfläche nicht geschrubbt wurde. Vor dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche Fläche pro Flächeneinheit 5,38 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,60 nm. Nach dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 3,10 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,82 nm. Eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (HVPE-Wachstumsschicht) mit einer Dicke von etwa 800 bis 1000 µm wurde durch HVPE auf der Aluminium-Polarfläche des Substrats (erstes Basissubstrat) unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 13 (Wachstum-Schritt) für 16 Stunden gezüchtet.
Der erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper wurde mit einer Drahtsäge geschnitten und dadurch getrennt in ein zweites Basissubstrat aufweisend: das erste Basissubstrat und einen Teil der HVPE-Wachstumsschicht, welche über das erste Basissubstrat geschichtet ist, und den anderen Teil der HVPE-Wachstumsschicht (Trennung-Schritt). Insbesondere wurde der Schichtkörper getrennt, indem die Drahtsäge parallel zur Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats entlang einer solchen Stelle bewegt wurde, dass die HVPE-Wachstumsschicht mit einer Dicke von 100 µm auf dem ersten Basissubstrat verblieb. Das zweite Basissubstrat wurde einem Wiederherstellung-Polieren unterworfen durch Schleifen und Polieren des abgetrennten zweiten Basissubstrats auf der Aluminium-Polarfläche mittels CMP (Erneuerung-Polieren-Schritt). Durch das erneute Polieren ging die HVPE-Wachstumsschicht auf dem ersten Basissubstrat verloren. Das ursprüngliche Basissubstrat (erstes Basissubstrat) wurde auf der Aluminium-Polarfläche des zweiten Basissubstrats nach dem Wiederherstellung-Polieren freigelegt.
Der Wiederholung-Schritt (der Waschen-Schritt, der Wachstum-Schritt, der Trennung-Schritt und der Erneuerung-Polieren-Schritt) wurde unter Verwendung des zweiten Basissubstrats nach dem Wiederherstellung-Polieren in der gleichen Weise wie in Beispiel 13 wiederholt. Nachdem dieser Wiederholung-Schritt viermal wiederholt worden war, wurde die Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Im Ergebnis wurden mehrere Vertiefungen beobachtet, die von der gegenüberliegenden Seite (d.h. der Stickstoff-Polarfläche) zur Oberfläche (d.h. der Aluminium-Polarfläche) des Basissubstrats durchdringen. Bei der Untersuchung der Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats wurden, nachdem der Wiederholung-Schritt dreimal wiederholt worden war keine derartigen durchdringenden Vertiefungen beobachtet. Daher wird davon ausgegangen, dass die Wiederholung des Wiederholung-Schritts die Vertiefungen von der Stickstoff-Polarfläche auf die Aluminium-Polarfläche ausgedehnt und schließlich das Durchdringen der Vertiefungen ermöglicht. Der fünfte Wiederholung-Schritt mit dem Basissubstrat führte dazu, dass das Basissubstrat im Erneuerung-Polieren-Schritt brach. Dies wird darauf zurückgeführt, dass das Vorhandensein der oben beschriebenen durchdringenden Vertiefungen im Substrat zu Spannungen führte, so dass das Substrat brach.
<Vergleichsbeispiel 2>
Ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einem Außendurchmesser von 25,4 mm (1 Zoll) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gewaschen, mit dem Unterschied, dass die Stickstoff-Polarfläche nicht geschrubbt wurde. Vor dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 5,38 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,60 nm. Nach dem Waschen betrug die Anzahl (Anzahldichte) von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 3,10 Stück/mm²; und die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert Ra) der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,82 nm. Eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (HVPE-Wachstumsschicht) mit einer Dicke von etwa 800 bis 1000 µm wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 13 auf der Aluminium-Polarfläche des Substrats (erstes Basissubstrat) für 16 Stunden gezüchtet, so dass ein Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper erhalten wurde.
Der erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper wurde mit einer Drahtsäge geschnitten und dadurch getrennt in ein zweites Basissubstrat aufweisend: das erste Basissubstrat; und einen Teil der HVPE-Wachstumsschicht, welche über das erste Basissubstrat geschichtet ist, und den anderen Teil der HVPE-Wachstumsschicht (Trennung-Schritt). Insbesondere wurde der geschichtete Körper getrennt, indem die Drahtsäge parallel zur Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats entlang einer solchen Stelle bewegt wurde, dass die HVPE-Wachstumsschicht mit einer Dicke von 100 µm auf dem Basissubstrat verblieb. Das zweite Basissubstrat wurde einem Wiederherstellung-Polieren unterworfen durch Schleifen und Polieren des abgetrennten zweiten Basissubstrats auf der Aluminium-Polarfläche mittels CMP (Erneuerung-Polieren-Schritt). Durch das erneute Polieren ging die HVPE-Wachstumsschicht auf dem ersten Basissubstrat verloren. Das ursprüngliche Basissubstrat (erstes Basissubstrat) wurde auf der Aluminium-Polarfläche des zweiten Basissubstrats nach dem Wiederherstellung-Polieren freigelegt.
Der Wiederholung-Schritt (der Waschen-Schritt, der Wachstum-Schritt, der Trennung-Schritt und der Erneuerung-Polieren-Schritt) wurde unter Verwendung des zweiten Basissubstrats nach dem Wiederherstellung-Polieren in der gleichen Weise wie in Beispiel 13 wiederholt, mit dem Unterschied, dass die Stickstoff-Polarfläche in keinem der Waschschritte geschrubbt wurde. Nachdem dieser Wiederholung-Schritt zweimal wiederholt worden war, wurde die Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurden mehrere Vertiefungen beobachtet, die von der gegenüberliegenden Seite (d.h. der Stickstoff-Polarfläche) zur Oberfläche (d.h. der Aluminium-Polarfläche) des Basissubstrats durchdringen. Auf derAluminium-Polarfläche des Basissubstrats wurde, nachdem der Wiederholung-Schritt dreimal wiederholt worden war, beobachtet, dass sich diese Vertiefungen sich auf maximal 250 mm Breite und 200 µm Tiefe vergrößerten. Als eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht durch HVPE auf der Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats gezüchtet wurde, kam es an den Stellen der Vertiefungen zu einem abnormalen Wachstum.
Bezugszeichenliste

10: erstes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat
10': erstes Basissubstrat
20: erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstumsschicht)
21: Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht
21': zweites Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat
22: anderer Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht
100: erster Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper
110, 110', 110": zweites Basissubstrat
200: zweiter Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörper
210: drittes Basissubstrat
220: dritte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht (Wachstumsschicht)
221: Teil der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht
221': drittes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat
222: anderer Teil der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht
30, 40: Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat
31, 41: Stickstoff-Polarfläche
Reihe 1, Reihe 2, Reihe 3: (lateral) Bezugslinie
Spalte 1, Spalte 2, Spalte 3: (longitudinal) Bezugslinie
Pij (i und j sind jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 3): Messpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5904470 B2 [0007]
JP 5931737 B2 [0007]
WO 2016/039116 A1 [0007]
WO 2017/164233 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Waschen eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat aufweisend: eine Aluminium-Polarfläche; und eine Stickstoff-Polarfläche, die der Aluminium-Polarfläche gegenüberliegt, wobei das Verfahren aufweist: (a) Schrubben einer Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei (a) aufweist: dafür sorgen, dass ein Polymermaterial eine Waschflüssigkeit absorbiert, wobei das Polymermaterial eine geringere Härte aufweist als der Aluminiumnitrid-Einkristall; und Schrubben der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche mit dem Polymermaterial, das die Waschflüssigkeit hält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei Wasser oder eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert von 4 bis 10 als Waschflüssigkeit in (a) verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers, wobei das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge aufweist: (b) Waschen eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats nach dem in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 definierten Verfahren; und (c) Züchten einer ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht über ein erstes Basissubstrat durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren, wobei das erste Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als das erste Basissubstrat verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die erste Aluminiumnitrid-Einkristallschicht in (c) über eine Aluminium-Polarfläche des ersten Basissubstrats gezüchtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, wobei das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge aufweist: (d) Erhalten eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers durch das in Anspruch 4 oder 5 definierte Verfahren; (e) Trennen des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers in ein zweites Basissubstrat und eine zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, wobei das zweite Basissubstrat mindestens einen Teil des ersten Basissubstrats aufweist, und wobei die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht mindestens einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht aufweist; und (f) Polieren der zweiten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, um ein zweites Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das zweite Basissubstrat in (e) aufweist: das erste Basissubstrat; und einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, die über das erste Basissubstrat geschichtet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers, wobei das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge aufweist: (d) Erhalten eines ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers durch das in Anspruch 4 oder 5 definierte Verfahren; (e) Trennen des ersten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers in ein zweites Basissubstrat und eine zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, wobei das zweite Basissubstrat mindestens einen Teil des ersten Basissubstrats aufweist, und wobei die zweite Aluminiumnitrid-Einkristallschicht mindestens einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht aufweist; (g) Polieren einer Oberfläche des zweiten Basissubstrats; (h) Waschen des zweiten Basissubstrats gemäß dem in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 definierten Verfahren; und (i) Züchten eines dritten Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats über das zweite Basissubstrat durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das zweite Basissubstrat in (e) aufweist: das erste Basissubstrat; und einen Teil der ersten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, die über das erste Basissubstrat geschichtet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die dritte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht in (i) über eine Aluminium-Polarfläche des zweiten Basissubstrats gezüchtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats, wobei das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge aufweist: (j) Erhalten eines zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers gemäß dem in irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10 definierten Verfahren; (k) Trennen des zweiten Aluminiumnitrid-Einkristall-Schichtkörpers in ein drittes Basissubstrat und eine vierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, wobei das dritte Basissubstrat mindestens einen Teil des zweiten Basissubstrats aufweist und wobei die vierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht mindestens einen Teil der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht aufweist; und (I) Polieren der vierten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, um ein drittes Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das dritte Basissubstrat in (k) aufweist: das zweite Basissubstrat; und einen Teil der dritten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht, die über das zweite Basissubstrat geschichtet ist.
Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, aufweisend: eine Aluminium-Polarfläche; und eine Stickstoff-Polarfläche welche der Aluminium-Polarfläche gegenüberliegt, wobei die Anzahldichte von Fremdstoffen mit einem längeren Durchmesser von nicht weniger als 10 µm auf einer Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche pro Flächeneinheit 0,01 bis 3 Stück/mm² beträgt.
Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat gemäß Anspruch 13, wobei die Stickstoff-Polarfläche eine Oberflächenrauheit von 1 bis 8 nm aufweist, ausgedrückt als arithmetischer Mittenrauwert Ra.