DE112022000129T5 - Verfahren zum reinigen eines gruppe-iii-nitrid-einkristall-substrats und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt werden ein Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats, um Fremdstoffe zu entfernen, welches es ermöglicht, das Aufrauen einer Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats zu unterdrücken, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats. Das Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats mit einer Gruppe-III-Element-Polarfläche und einer der Gruppe-III-Element-Polarfläche gegenüberliegenden Stickstoff-Polarfläche weist auf: Reinigen der Stickstoff-Polarfläche mit einem Reinigungsmittel, welches eine fluororganische Verbindung enthält.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats und ein Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats, welches dieses Reinigungsverfahren aufweist.
  • Technischer Hintergrund
  • Ein Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium (Al) enthält (AlxGayInzN wobei X+Y+Z=1, 0 < X ≤ 1, 0 ≤ Y ≤ 1 und 0 ≤ Z ≤ 1), hat eine direkte Bandlückenstruktur in einem ultravioletten Bereich, welcher einer Wellenlänge von 200 nm bis 360 nm entspricht. Deshalb kann aus diesem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter eine hocheffiziente ultraviolettes Licht emittierende Vorrichtung hergestellt werden. Eine solche Gruppe-III-Nitrid-Halbleitervorrichtung wird durch Kristallzucht von Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter-Dünnschichten über ein Einkristallsubstrat mit Hilfe eines Gasphasen-Epitaxieverfahren wie der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD), der Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) und der Hydrid-Gasphasen-Epitaxie (HVPE) hergestellt. Unter diesen wird das MOCVD-Verfahren derzeit in der Industrie am häufigsten eingesetzt, da es die Kontrolle der Schichtdicke auf dem Niveau einer atomaren Schicht ermöglicht und zu einer relativ hohen Wachstumsrate führt.
  • Als Einkristallsubstrat für die Kristallzucht von Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter-Dünnschichten wird ein Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat verwendet, welches über ein bekanntes Kristallzuchtverfahren erhalten wird, beispielsweise ein GaN- oder AIN-Einkristallsubstrat. Insbesondere ist es notwendig die Absorption von ultravioletten Strahlen durch das Substrat zu unterdrücken, um hocheffiziente ultraviolette Vorrichtungen zu erhalten. Als Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats mit hoher Transparenz für ultraviolettes Licht wurde bisher das Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats durch HVPE vorgeschlagen (siehe Patentliteratur 1 oder 2).
  • Bezüglich eines solchen Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats, welches für einen Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter verwendet wird, werden nach der Herstellung einer Gruppe-III-Nitrid-Einkristallschicht durch das obige Verfahren normalerweise beide Flächen bearbeitet, beispielsweise geschliffen, um die Rauheit zu verringern und die Dicke der Einkristallschicht einzustellen. Anschließend wird eine Fläche der Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter-Dünnschicht, beispielsweise eine n-Typ-Schicht, eine aktive Schicht und eine p-Typ-Schicht, einem Kristallwachstum unterworfen (im Folgenden auch als „Kristallwachstumsfläche“ bezeichnet). Diese Fläche ist in der Regel eine PolarFläche eines Gruppe-III-Elements und wird beispielsweise durch chemischmechanisches Planarisieren (CMP) mit einem Schleifmittel wie kolloidalem Siliziumdioxid zu einer Ultraflach-Fläche bearbeitet. Eine solche Bearbeitung einer Kristallwachstumsfläche zu einer Ultraflach-Fläche ermöglicht es, dass das Substrat leicht mit Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter-Dünnschichten beschichtet werden kann, so dass ein hochwertiges Produkt erhalten wird. Durch Zerteilen eines Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterwafers, welcher durch das Kristallwachstum der Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter-Dünnschichten erhalten wurde, kann eine ultraviolettes Licht emittierende Vorrichtung erhalten werden.
  • Es ist bekannt, dass auf der Gruppe-III-Element-Polarfläche, welche nach dem Polieren durch CMP eine Kristallwachstumsfläche ist, schwer zu entfernende Fremdstoffe vorhanden sind, beispielsweise Fremdstoffe, welche als von anorganischen Substanzen stammend betrachtet werden, einschließlich abgeschabter Substratspäne und Schleifmittel, welche für das Polieren verwendet werden (im Folgenden auch als „anorganische Fremdstoffe" bezeichnet), und Fremdstoffe welche als von organischen Substanzen stammend betrachtet werden, einschließlich Klebebändern und Wachsen, welche für die Fixierung des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats verwendet werden oder zum Schutz dessen Oberfläche verwendet werden. Diese Fremdstoffe sollen nach Möglichkeit entfernt werden, da sie Defekte, wie Versetzungen aufgrund von Gitterfehlanpassungen verursachen, wenn die Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter-Dünnschichten über der Gruppe-III-Element-Polarfläche gezüchtet werden. Als Verfahren zur Entfernung dieser Fremdstoffe wurde eine alkalische Reinigung vorgeschlagen, welche selbst kleinste Fremdstoffe bis zu einem gewissen Grad wirksam entfernt. Während ein Gruppe-III-Nitrid-Einkristall dazu neigt von Alkali geätzt zu werden, ermöglicht das Einstellen und Halten einer Alkalikonzentration in einer alkalischen Reinigungsflüssigkeit auf einem bestimmten Niveau oder niedriger, es Fremdstoffe wirksam zu entfernen, während das Ätzen der Gruppe-III-Element-Polarfläche durch das Alkali unterdrückt wird (Patentliteratur 3).
  • In den letzten Jahren wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem nicht nur eine Gruppe-III-Element-Polarfläche so bearbeitet wird, dass sie eine Ultraflach-Fläche bildet, sondern auch eine Stickstoff-Polarfläche, welche der Gruppe-III-Element-Polarfläche gegenüberliegt, so dass sie neben der Gruppe-III-Element-Polarfläche eine weitere Ultraflach-Fläche bildet. Die Bearbeitung sowohl der Gruppe-III-Element-Polarfläche als auch der Stickstoff-Polarfläche zu Ultraflach-Flächen kann, zusätzlich zu dem vorgenannten Effekt, die Herstellung von Vorrichtungen, welche ultraviolettes Licht emittieren, mit viel geringeren Leistungsschwankungen und einer hohen Ausbeute ermöglichen (Patentliteratur 4).
  • Eine derartige Bearbeitung der Stickstoff-Polarfläche zu einer Ultraflach-Fläche führt zu einem erheblichen Einfluss von Fremdstoffen auch auf der Stickstoff-Polarfläche, was es ferner erforderlich macht, auf der Stickstoff-Polarfläche vorhandene Fremdstoffe zu entfernen. Auf der Stickstoff-Polarfläche ist der Einfluss organischer Fremdstoffe besonders groß, so dass ein Verfahren zur Entfernung organischer Fremdstoffe erwünscht ist.
  • Hierzu wird berichtet, dass das Verfahren der Reinigung eines Galliumnitrid-Substrats mit einer m-Ebene (Nicht-Polarfläche, dargestellt durch (1-10)) als Hauptfläche mittels einer Mischung aus Schwefelsäure und einer WasserstoffperoxidLösung (SPM-Reinigung) zu einer Verringerung organischer Fremdstoffe führen kann, wobei die Ebenheit (z.B. Glätte) des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats erhalten bleibt (Patentliteratur 5).
  • [Zitierliste]
  • [Patentliteratur]
    • Patentliteratur 1: JP 3803788 B2
    • Patentliteratur 2: JP 2016-94337 A
    • Patentliteratur 3: WO 2016/039116 A1
    • Patentliteratur 4: JP 2018-78260 A
    • Patentliteratur 5: JP 2013-211315 A
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Technisches Problem]
  • Allerdings, wenn die Stickstoff-Polarfläche wie in Patentliteratur 5 beschrieben der SPM-Reinigung unterzogen wird, kann die Stickstoff-Polarfläche aufgrund der Wirkung des Reinigungsmittels aufgeraut werden. Untersuchungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gezeigt, dass es schwierig ist die spezifischen Bedingungen unter denen die SPM-Reinigung durchgeführt werden kann ohne die Stickstoff-Polarfläche aufzurauen zu kontrollieren.
  • Andererseits ist bekannt, dass eine Stickstoff-Polarfläche nicht notwendigerweise eine höhere Beständigkeit gegen Alkali aufweist als die Gruppe-III-Element-Polarfläche und schnell geätzt wird. Daher wird die Stickstoff-Polarfläche, wenn sie durch das in der Patentliteratur 3 beschriebene Reinigungsverfahren mit einer alkalischen Reinigungsflüssigkeit gereinigt wird, ebenso wie die Gruppe-III-Element-Polarfläche zu einer rauen Fläche geätzt und kann dadurch ihre Ebenheit verlieren, obwohl sie zu einer Ultraflach-Fläche verarbeitet wurde. In Anbetracht dieser Umstände gibt es ein Bedürfnis nach einem wirksamen Reinigungsverfahren, welches es ermöglicht Fremdstoffe zu entfernen, ohne dass die Stickstoff-Polarfläche aufgeraut wird.
  • Deshalb ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats bereitzustellen um Fremdstoffe zu entfernen, welches es ermöglicht, das Aufrauen einer Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats zu unterdrücken, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats.
  • [Lösung des Problems]
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben beharrlich Verfahren zur Reinigung einer Stickstoff-Polarfläche eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats untersucht und ein Reinigungsmittel gefunden, welches es ermöglicht auf der Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats vorhandene Fremdstoffe zu entfernen und gegenüber dem das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat chemisch beständig ist, und so letztendlich die folgende vorliegende Erfindung vervollständigt.
    • [1] Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-I II-Nitrid-Einkristallsubstrats mit einer Gruppe-III-Element-Polarfläche und einer der Gruppe-III-Element-Polarfläche gegenüberliegenden Stickstoff-Polarfläche, wobei das Verfahren aufweist:
      • Reinigen der Stickstoff-Polarfläche mit einem Reinigungsmittel, welches eine fluororganische Verbindung enthält.
    • [2] Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-I II-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß [1], wobei die fluororganische Verbindung Fluorkohlenwasserstoff enthält.
    • [3] Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß [2], wobei der Fluorkohlenwasserstoff eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Verbindung ist: CnH2n+2-mFm (1) wobei in der Formel (1) n eine ganze Zahl von 2 bis 8 und m eine ganze Zahl ist, welche 3 ≤ m ≤ 2n+2 erfüllt.
    • [4] Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem von [1] bis [3], wobei das Reinigungsmittel bei 25°C eine spezifische Dichte von 0,80 bis 1,28 aufweist.
    • [5] Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem von [1] bis [4], wobei das Reinigungsmittel ferner eine Kohlenwasserstoffverbindung enthält.
    • [6] Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem von [1] bis [5], wobei die Oberflächenrauheit der Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats höchstens 4,0 nm beträgt.
    • [7] Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats mit einer Gruppe-III-Element-Polarfläche und eine der Gruppe-III-Element-Polarfläche gegenüberliegenden Stickstoff-Polarfläche, wobei das Verfahren aufweist:
      • Herstellen des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats;
      • Polieren von zumindest der Stickstoff-Polarfläche; und
      • im Anschluss an das Herstellen oder das Polieren, Reinigen der Stickstoff-Polarfläche nach dem Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem von [1] bis [6].
    • [8] Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß [7], wobei das Reinigen nach dem Polieren erfolgt.
    • [9] Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß [7] oder [8], wobei das Reinigen ferner aufweist: Eintauchen des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats in das Reinigungsmittel und Bestrahlen des Reinigungsmittels, in welches das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat eingetaucht ist, mit einer Ultraschallwelle.
    • [10] Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem von [7] bis [9], wobei das Reinigen ferner aufweist:
      • erstes Reinigen des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats mit dem Reinigungsmittel; und
      • zweites Reinigen des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats nach dem ersten Reinigen mit einem Spülmittel, welches einen höheren Gehalt an der fluororganischen Verbindung aufweist als das Reinigungsmittel in der ersten Reinigung.
  • [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht Fremdstoffe zu entfernen und dabei das Aufrauen einer Stickstoff-Polarfläche eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats zu unterdrücken. Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die effiziente Herstellung eines Gruppe III-Nitrid-Einkristall-Substrats mit einer Gruppe-III-Element-Polarfläche und einer Stickstoff-Polarfläche, auf welchen die Menge an Fremdstoff-Rückständen verringert ist.
  • Figurenliste
    • [1]: 1 zeigt schematisch ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [2]: 2 zeigt Beispiele für die Beurteilung des Zustands einer Stickstoff-Polarfläche: 2(a) zeigt ein Beispiel für die Beurteilung der Stickstoff-Polarfläche als Zustand „A“ (sehr gut); 2(b) zeigt ein Beispiel für die Beurteilung der Stickstoff-Polarfläche als Zustand „B“ (gut); und 2(c) zeigt ein Beispiel für die Beurteilung der Stickstoff-Polarfläche als Zustand „C“ (andere).
  • [Beschreibung der Ausführungsformen]
  • <Übersicht über die Ausführungsformen>
  • In der vorliegenden Erfindung sind:
    • „Fremdstoffe“ ein allgemeiner Begriff für anhaftende Materialien, welche an der Oberfläche eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats anhaften, d.h. entweder an einer oder an beiden Seiten einer Gruppe-III-Element-Polarfläche und einer Stickstoff-Polarfläche;
    • „anorganische Fremdstoffe“ unter den „Fremdstoffen“ anhaftende Materialien, welche aus einer anorganischen Verbindung gebildet werden, wie z.B. Substratspäne, welche beim Polieren abgeschabt werden, Schleifmittel, welche zum Polieren verwendet werden, Gruppe-III-Nitrid-Partikel, welche sich in der Umgebung befunden haben, aber nach einem Polier-Schritt anhaften, und Partikel, welche aus einer Kristallwachstums-Vorrichtung stammen (wie BN, SiO2 und C); und
    • „organische Fremdstoffe" unter den „Fremdstoffen" anhaftende Materialien einschließlich einer organischen Verbindung wie Wachse und Klebstoffe oder Bänder (z.B. Klebebänder), welche für die Fixierung des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats beim Polieren verwendet werden, und Talgstoffe, welche anhaften, wenn ein Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat gehandhabt wird.
  • Ein Merkmal des Reinigungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Reinigen einer Stickstoff-Polarfläche eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats, welches eine Gruppe-III-Element-Polarfläche, wie eine Gallium (Ga)-Polarfläche, Aluminium (Al)-Polarfläche oder Indium (In)-Polarfläche, und eine der Gruppe-III-Element-Polarfläche gegenüberliegende Stickstoff-Polarfläche aufweist, mit einem Reinigungsmittel, welches eine fluororganische Verbindung enthält. Ein CMP-Polieren-Schritt oder dergleichen, welcher bei der Herstellung des vorgenannten Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats auf der Oberfläche des Substrats durchgeführt wird, kann zur Anwesenheit von anorganischen Fremdstoffen wie Substratspänen, welche aufgrund des CMP-Polieren-Schritts abgeschabt wurden und Schleifmitteln, welche für das Polieren verwendet wurden, führen. Außerdem können schwer zu entfernende organische Fremdstoffe wie Bänder (z.B. Klebebänder) und Wachse, welche zur Fixierung des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats verwendet wurden, auf der Oberfläche des Substrats (d.h. auf der Oberfläche der Gruppe-III-Element-Polarfläche und auf der Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche) auftreten. Die Reinigung mit einem Reinigungsmittel, welches eine fluororganische Verbindung enthält, nach dem Reinigungs- oder dem Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform, um Fremdstoffe zu entfernen, ermöglicht es, das Aufrauen einer Oberfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats zu unterdrücken. Das erfindungsgemäße Reinigungs- oder Herstellungsverfahren ist insbesondere deshalb wirksam, weil es ermöglicht ein Aufrauen der Stickstoff-Polarfläche zu unterdrücken. Normalerweise wird eine Aluminium-Polarfläche als Kristallwachstumsfläche für eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht verwendet, wenn unter den Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstraten beispielsweise ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat als Basissubstrat verwendet wird und dieses mit der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht durch chemische Gasphasenabscheidung laminiert wird. Daher ist die Ebenheit der Oberfläche der Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats, welche eine Kristallwachstumsfläche ist, wichtig, um eine hochwertige Aluminiumnitrid-Einkristallschicht zu erhalten. Daher werden Fremdstoffe entfernt. Indes wurden Verschmutzungen auf der Stickstoff-Polarfläche und die Ebenheit der Stickstoff-Polarfläche, welche nicht als Kristallwachstumsfläche verwendet wird, bisher nicht als besonders wichtig angesehen. Bei dem Reinigungsverfahren dieser Ausführungsform, um Fremdstoffe zu entfernen, ermöglicht die Reinigung der Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats mit einem Reinigungsmittel, welches eine fluororganische Verbindung enthält, die Unterdrückung des Aufrauens der Stickstoff-Polarfläche. Das Reinigungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsverfahren auf der Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats durchgeführt wird. Das Reinigungsverfahren kann aber auch auf der Gruppe-III-Element-Polarfläche durchgeführt werden. Wenn das Reinigungsverfahren auf der Gruppe-III-Element-Polarfläche durchgeführt wird um Fremdstoffe zu entfernen, kann ein Aufrauen auch auf der Oberfläche der Gruppe-III-Element-Polarfläche unterdrückt werden. Nachfolgend wird das Reinigungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • [Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat]
  • Das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat, welches in dem Reinigungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, ist nicht besonders eingeschränkt und spezifische Beispiele dafür umfassen ein Galliumnitrid-Einkristallsubstrat, ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat, ein Indiumnitrid-Einkristallsubstrat und ein Aluminiumgalliumnitrid-Einkristallsubstrat. Das Reinigungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform wird, unter den Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstraten, vorzugsweise für ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat verwendet, welches eine Stickstoff-Polarfläche aufweist die besonders zur Aufrauhung neigt. Als Gruppe-I I I-Nitrid-Einkristallsubstrat können allerdings uneingeschränkt alle Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrate verwendet werden, welche über ein bekanntes Verfahren wie der oben erwähnten HVPE und einem Sublimationsverfahren hergestellt wurden. Unter den Verfahren zur Herstellung von Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstraten ist HVPE ein Verfahren, bei dem ein Gruppe-III-Rohstoffgas, beispielsweise ein Aluminiumtrichloridgas, und ein Gruppe-V-Rohstoffgas, beispielsweise Ammoniak, der Oberseite eines Basissubstrats aus einem Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat zugeführt werden welches über ein Gasphasen-Epitaxieverfahren mit einer Gruppe-III-Nitrid-Einkristallschicht laminiert wird. Es kann auch ein Einkristallsubstrat mit einer gewünschten Dicke verwendet werden, welches über ein allgemeines Sublimationsverfahren erhalten wurde und anschließend durch ein übliches Schleifmittel (z.B. Zerkleinerungsmittel) wie einer Drahtsäge aus einem ingotförmingen (z.B. barrenförmigen) Einkristall herausgeschnitten wurde. Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird/werden vorzugsweise die Gruppe-III-Element-Polarfläche und/oder die Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats verwendet, welche durch CMP oder dergleichen zu (einer) Ultraflach-Fläche(n) poliert wird/werden. Während insbesondere anorganische und organische Fremdstoffe von einem Schleifmittel, einem Klebstoff usw., welche beim Polieren verwendet werden, auf dem durch CMP polierten Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat verbleiben können, ermöglicht das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung es diese Fremdstoffe effektiv zu entfernen, wobei die Glätte des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats beibehalten wird, was zu einer bemerkenswerteren Ausnutzung der Effekte der vorliegenden Erfindung führt.
  • Entweder eine oder beide der Gruppe-III-Element-Polarfläche und der Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats können durch CMP oder dergleichen poliert werden. Das Reinigungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht es Fremdstoffe effektiv zu entfernen und dabei das Aufrauen der Stickstoff-Polarfläche zu unterdrücken. Dies führt zu einer erheblich verbesserten Ausnutzung der Effekte der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einem Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat, welches sowohl eine Gruppe-III-Element-Polarfläche als auch eine Stickstoff-Polarfläche aufweist, welche zu Ultraflach-Flächen verarbeitet wurden.
  • Das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats kann in der Draufsicht eine runde, eine viereckige oder eine unbestimmte Form haben und ihre Fläche beträgt vorzugsweise 100 bis 10000 mm2. Bei einer runden Form hat das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat vorzugsweise einen Durchmesser von 1 Zoll (25,4 mm) oder mehr, weiter bevorzugt einen Durchmesser von 2 Zoll (50,8 mm) oder mehr. Die Dicke des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats kann in einem solchen Bereich festgelegt werden, dass sie nicht zu einem Bruch aufgrund unzureichender Festigkeit führt. Insbesondere kann die Dicke des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats 50 bis 2000 µm betragen, vorzugsweise 100 bis 1000 µm.
  • <Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat>
  • Als ein Beispiel insbesondere unter den Gruppe-III-Nitrid- Einkristallsubstraten wird im Folgenden ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat anhand von 1 näher erläutert. Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat ist ein Beispiel für ein „Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat“ im Sinne der vorliegenden Erfindung. Allerdings ist, wie oben beschrieben, ist das „Gruppe-III-Nitrid- Einkristallsubstrat“ gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat beschränkt.
  • 1 ist eine Seitenansicht, welche schematisch ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Kristallwachstumsrichtung zeigt. 1 ist schematisch gezeichnet, um die Struktur des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats zu beschreiben, das Verhältnis der Abmessungen der Komponenten entspricht nicht notwendigerweise dem eines tatsächlichen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats.
  • Wie in 1 gezeigt weist ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf: ein Substrat, welches aus einem Aluminiumnitrid-Einkristall gebildet ist und als Basis 10 verwendet werden soll (im Folgenden auch als „Basissubstrat“ bezeichnet) sowie eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, welche über das Basissubstrat 10 laminiert ist. Das Basissubstrat 10 hat eine Aluminium-Polarfläche (auch als (001)-Fläche oder c-Fläche bezeichnet) 10a und eine Stickstoff-Polarfläche (auch als (00-1)-Fläche oder -c-Fläche bezeichnet) 10b, welche der Aluminium-Polarfläche 10a gegenüber liegt.
  • Die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 weist eine Struktur auf, bei der mehrere Aluminiumnitrid-Einkristall-Dünnschichten 22 laminiert sind. Insbesondere weist die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 eine Struktur auf, bei der die Aluminiumnitrid-Einkristall-Dünnschichten 22 durch Kristallwachstum der Dünnschichten 22 über der Aluminium-Polarfläche 10a des Basissubstrats 10 als Kristallwachstumsfläche laminiert sind. Ebenso wie das Basissubstrat 10 hat die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 eine Aluminium-Polarfläche (eine (001)-Fläche oder c-Fläche) 20a und eine Stickstoff-Polarfläche (eine (00-1)-Fläche oder -c-Fläche) 20b, welche der Aluminium-Polarfläche 20a gegenüberliegt. Bei dem Basissubstrat 10 ist eine Fläche, über welche die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 gezüchtet wird nicht notwendigerweise auf die Aluminium-Polarfläche 10a beschränkt, aber vorzugsweise die Aluminium-Polarfläche 10a, da so ein stabiles freistehendes Substrat (wie später beschrieben) hergestellt werden kann.
  • Die Aluminium-Polarfläche 20a der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 und die Stickstoff-Polarfläche 10b des Basissubstrats 10 bilden entsprechend eine Aluminium-Polarfläche 1a bzw. eine Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1. Das heißt, das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 hat die Aluminium-Polarfläche 1a und die der Aluminium-Polarfläche gegenüberliegende Stickstoff-Polarfläche 1b.
  • Das „Gruppe-III-Nitrid- Einkristallsubstrat“ gemäß der vorliegenden Erfindung enthält nicht nur das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 selbst, sondern auch sowohl das einfache von dem Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 abgetrennte Basissubstrat 10 als auch die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, welche als Substrat einer Aluminiumnitrid-Halbleitervorrichtung durch Trennen des Basissubstrats 10 von dem Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 hergestellt wird (im Folgenden auch als „freistehendes Substrat“ bezeichnet). Wenn das „Gruppe-III-Nitrid- Einkristallsubstrat“ das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 selbst ist, bezieht sich die „Stickstoff-Polarfläche“ gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1; wenn das „Gruppe-III-Nitrid- Einkristallsubstrat" das einfache Basissubstrat 10 ist, bezieht sich die „Stickstoff-Polarfläche“ gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Stickstoff-Polarfläche 10b des Basissubstrats 10, und wenn das „Gruppe-III-Nitrid- Einkristallsubstrat“ das freistehende Substrat ist, welches aus der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 gebildet wird, bezieht sich die „Stickstoff-Polarfläche“ gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Stickstoff-Polarfläche 20b der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20.
  • In der folgenden Beschreibung wird als ein allgemeiner Begriff für das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1, das Basissubstrat 10 und das freistehende Substrat, welches aus der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 gebildet ist, wird der Begriff „Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat“ verwendet, wobei ein Bezugszeichen weggelassen wird; als ein allgemeiner Begriff für die Aluminium-Polarfläche 1a, die Aluminium-Polarfläche 10a und die die Aluminium-Polarfläche 20a des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1, des Basissubstrats 10 bzw. des freistehenden Substrats, welches aus der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 gebildet ist, wird der Begriff „Aluminium-Polarfläche“ verwendet, wobei ein Bezugszeichen weggelassen wird; und als ein allgemeiner Begriff für die Stickstoff-Polarfläche 1b, die Stickstoff-Polarfläche 10b und die Stickstoff-Polarfläche 20b dieser wird einfach der Begriff „Stickstoff-Polarfläche“ verwendet, wobei ein Bezugszeichen weggelassen wird. Die Aluminium-Polarfläche ist ein Beispiel für die „Gruppe-III-Element-Polarfläche“ im Sinne der vorliegenden Erfindung.
  • Wenn beispielsweise von diesen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstraten ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 als Basissubstrat verwendet wird und die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 über das Basissubstrat 10 durch chemische Gasphasenabscheidung laminiert wird, kann das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1, wie oben beschrieben, eine Dicke in einem Bereich von 50 und 2000 µm aufweisen, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 100 und 1000 µm.
  • Die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats ist nicht besonders eingeschränkt, aber vorzugsweise wird durch Untersuchung mittels eines Rasterkraftmikroskops oder eines Rastersondenmikroskops in einem Feld von etwa 1 µm ×1 µm eine atomare Stufe beobachtet. Ferner beträgt die quadratische Rauheit (Rq) der Aluminium-Polarfläche vorzugsweise 0,05 bis 0,5 nm. Der Krümmungsradius der Form der Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats ist ebenfalls nicht besonders eingeschränkt, liegt aber vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10000 m.
  • Die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats ist abgesehen von dem vorgenannten nicht besonders eingeschränkt. Allerdings, je kleiner das arithmetische Mittel der Rauheit Ra (im Folgenden auch als „Mittenrauwert (Ra)“ bezeichnet) der Stickstoff-Polarfläche ist, desto besser. Beispielsweise beträgt dieser Mittenrauwert (Ra) vorzugsweise höchstens 4,0 nm und noch bevorzugter höchstens 2,5 nm. Die untere Grenze des Mittenrauwerts (Ra) liegt vorzugsweise bei 0. Insbesondere im Hinblick auf die industrielle Produktion liegt die untere Grenze des Mittenrauwerts (Ra) bei 0,05 nm. Das heißt, der Mittenrauwert (Ra) der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats beträgt vorzugsweise 3,0 nm bis 4,0 nm und noch bevorzugter 0,05 nm bis 2,5 nm.
  • Die quadratische Rauheit (Rq) und der Mittenrauwert (Ra) können abweichend von den vorgenannten Messmethoden mittels Untersuchung mit einem Rasterkraftmikroskop oder einem Rastersondenmikroskop auch über die Untersuchung eines Feldbereichs (58800 µm2 (280 µm×210 µm)) mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop mit einer Objektivlinse mit einer 50-fachen Vergrößerung ermittelt werden. Die quadratische Rauheit (Rq) und der Mittenrauwert (Ra) werden vorzugsweise gemessen, nachdem Fremdstoffe und Verunreinigungen auf der zu untersuchenden Fläche entfernt wurden. Dabei ist der Mittenrauwert (Ra) ein gemittelter Wert, welcher erhalten wird aus den Absolutwerten der Differenzen zwischen den jeweiligen Höhen der Oberfläche, welche in vorbestimmten Abständen von einen Endpunkt einer Bezugslinie zu dem anderen Endpunkt der Bezugslinie gemessen werden, unter Ausnutzung eines Linienabschnitts von 280 µm Länge, welcher parallel zu einer Längsseite von vier Seiten verläuft, welche den oben genannten einen Feldbereich (280 µm×210 µm) bilden, und bezieht sich auf den Mittelwert dieser Höhen im Bereich der Referenzlinie (die Differenzen welche bestimmte Wert-Positionen darstellen, stellen auch die Rauheitskurve dar). Die quadratische Rauheit (Rq) stellt die Standardabweichung der Oberflächenrauheit dar, insbesondere als Quadratwurzel des Mittelwerts der quadrierten Rauheitskurve von einem Endpunkt der Bezugslinie zum anderen Endpunkt der Bezugslinie.
  • Die quadratische Rauheit (Rq) der Aluminium-Polarfläche und der Mittenrauwert (Ra) der Stickstoff-Polarfläche können nicht nur durch CMP-Polieren eingestellt werden, sondern auch über mechanisches Polieren mit einer Metall-Oberfläche-Platte und Diamantpartikeln mit einer Partikelgröße von etwa 0,1 bis 10 µm.
  • Der Krümmungsradius der Form der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats ist ebenfalls nicht besonders eingeschränkt, ist aber vorzugsweise etwa derselbe wie der der Aluminium-Polarfläche und liegt insbesondere vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 und 10000 m.
  • [Reinigungsmittel]
  • Ein Merkmal des Reinigungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform ist die Verwendung eines Reinigungsmittels, welches eine fluororganische Verbindung enthält, zur Reinigung der Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats.
  • <Hauptbestandteil: Fluororganische Verbindung>
  • Das in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Reinigungsmittel (im Folgenden auch als „dieses/das Reinigungsmittel“ bezeichnet) enthält eine fluororganische Verbindung. Bei dieser fluororganischen Verbindung handelt es sich um eine Verbindung, welche erhalten wird durch Ersetzen von (einem) Wasserstoffatom(en) einer kohlenwasserstoffhaltigen oder einer Ether-Verbindung durch (ein) Fluoratom(e). Als fluororganische Verbindung können insbesondere Fluorkohlenwasserstoff (HFC), welcher allein durch die Substitution von (einem) Wasserstoffatom(en) einer kohlenwasserstoffhaltigen Verbindung durch (ein) Fluoratom(e) erhalten wird, Hydrofluorether (HFE), welcher allein durch die Substitution von (einem) Wasserstoffatom(en) einer Ether-Verbindung durch (ein) Fluoratom(e) erhalten wird, oder dergleichen verwendet werden. Eine dem vorgenannten Fluorkohlenwasserstoff entsprechende kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsverbindung kann vor der Substitution eine gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffverbindung sein. Als fluororganische Verbindung kann HFC allein verwendet werden, kann HFE allein verwendet werden oder HFC und HFE können in Kombination verwendet werden.
  • (Fluorkohlenwasserstoff: HFC)
  • Bei der fluororganischen Verbindung handelt es sich vorzugsweise um einen Fluorkohlenwasserstoff und unter den Fluorkohlenwasserstoffen weiter bevorzugt um eine Verbindung, welche durch die folgende Formel (1) dargestellt wird, d.h. eine Verbindung, welche allein durch die Substitution von (einem) Wasserstoffatom(en) eines gesättigten Kohlenwasserstoffs durch (ein) Fluoratom(e) erhalten wird.
    CnH2n+2-mFm (1)
  • In der Formel (1) ist n eine ganze Zahl von 2 bis 8 und m ist eine ganze Zahl, die 3 ≤ m ≤ 2n+2 erfüllt: n ist vorzugsweise eine ganze Zahl von 4 bis 6 und m ist vorzugsweise 5 ≤ m ≤ 2n.
  • Spezifische Beispiele für HFC der Formel (1) enthalten 1 H,2H-Perfluorbutan, 1 H,3H-Perfluorbutan, 1H,4H-Perfluorbutan, 2H,3H-Perfluorbutan, 4H,4H-Perfluorbutan, 1H,1 H,3H-Perfluorbutan, 1H,1 H,4H-Perfluorbutan, 1H,2H,3H-Perfluorbutan, 1H,1H,4H-Perfluorbutan, 1H,2H,3H,4H-Perfluorbutan, 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan (HFC365mfc), 1H,2H-Perfluorpentan, 1H,4H-Perfluorpentan, 2H,3H-Perfluorpentan, 2H,4H-Perfluorpentan, 2H,5H-Perfluorpentan, 1H,2H,3H-Perfluorpentan, 1H,3H,5H-Perfluorpentan, 1H,5H,5H-Perfluorpentan, 2H,2H,4H-Perfluorpentan, 1H,2H,4H,5H-Perfluorpentan, 1H,4H,5H,5H,5H-Perfluorpentan, 1H-Perfluorhexan (HFC-52-13p), 1H,2H-Perfluorhexan, 2H,3H-Perfluorhexan, 2H,4H-Perfluorhexan, 2H,5H-Perfluorhexan, 3H,4H-Perfluorhexan, 1H,1 H,1 H,2H,2H-Perfluorhexan und 1H,1H,1 H,2H,2H-Perfluoroctan (HFC-76-13sf).
  • HFC ist nicht auf Verbindungen gemäß Formel (1) beschränkt, welche allein durch die Substitution von (einem) Wasserstoffatom(en) eines gesättigten Kohlenwasserstoffs durch (ein) Fluoratom(e) erhalten werden, sondern kann jede Verbindung sein, welche allein durch die Substitution von (einem) Wasserstoffatom(en) eines ungesättigten Kohlenwasserstoffs durch (ein) Fluoratom(e) erhalten wird („Hydrofluorolefin (HFO)“). Ein spezifisches Beispiele für HFO ist 2,2,3,3-Tetrafluor-1-propen (HFO-1234yf).
  • Unter diesen ist 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan (HFC365mfc) als Fluorkohlenwasserstoff besonders bevorzugt. Unter den vorgenannten spezifischen Beispielen kann ein Fluorkohlenwasserstoff allein verwendet werden oder es können mehrere Fluorkohlenwasserstoffe in Kombination verwendet werden. Wenn 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan verwendet wird, ist es umso bevorzugter, je höher der Gehalt an 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan im zu verwendenden Fluorkohlenwasserstoff ist. Beispielsweise kann dieser Gehalt 90 bis 100 % der Massenkonzentration betragen.
  • (Hydrofluorether: HFE)
  • Spezifische Beispiele für Hydrofluorether sind Methylperfluorbutylether, Methylperfluorisobutylether, Methylperfluorpentylether, Methylperfluorcyclohexylether, Ethylperfluorbutylether, Ethylperfluorisobutylether, Ethylperfluorpentylether und 1,1,2,2-Tetrafluorethyl-2,2,2-trifluorethylether (HFE-347pcf2).
  • (Andere fluororganische Verbindungen)
  • Die hier beschriebene fluororganische Verbindung ist nicht auf Verbindungen beschränkt, welche allein durch Substitution mit (einem) Fluoratom(en) erhalten werden, sondern kann auch Verbindungen umfassen, welche durch Substitution von (einem) Wasserstoffatom(en) einer Kohlenwasserstoffverbindung oder einer Ether-Verbindung mit (einem) anderen Atom(en) (beispielsweise ein Halogenatom wie ein Chloratom) erhalten werden. Beispielsweise kann die fluororganische Verbindung 1-Chlor-2,3,4-trifluor-1-propen (HCFO-1233yd) sein.
  • <Optionale Bestandteile>
  • Das in dem Reinigungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform verwendete Reinigungsmittel kann neben der fluororganischen Verbindung andere Verbindungen als optionalen Bestandteil enthalten. Beispiele für den optionalen Bestandteil sind die folgenden Glykoletherverbindungen und Kohlenwasserstoffverbindungen. Dies sind Beispiele und der optionale Bestandteil ist nicht darauf beschränkt. Das Reinigungsmittel kann jeden anderen Bestandteil enthalten, sofern dieser nicht dem Zweck der vorliegenden Erfindung entgegensteht.
  • (Glykolether-Verbindung)
  • Beispiele für eine Glykoletherverbindung umfassen Verbindungen basierend auf Glykolether-Monoalkylether und Verbindungen basierend auf Glykolether-Dialkylether. Diese werden in hydrophile und hydrophobe Verbindungen unterteilt. Von den Verbindungen basierend auf Glykolether-Monoalkylether und den Verbindungen basierend auf Glykolether-Dialkylether kann eine allein verwendet werden oder es können mehrere in Kombination verwendet werden.
  • Verbindung basierend auf Glykolether-Monoalkylether
  • Eine auf Glykolether-Monoalkylether basierte Verbindung ist eine aliphatische oder alicyclische Verbindung in der zwei Hydroxylgruppen an zwei unterschiedliche Kohlenstoffatomen gebunden sind und eine der Hydroxylgruppen eine Verbindung ist, in der das Wasserstoffatom der Hydroxylgruppe substituiert ist mit einem Kohlenwasserstoffrest oder einem Kohlenwasserstoffreste mit einer Ether-Bindung.
  • Spezifische Beispiele für hydrophile Glykolether-Monoalkylether sind 3-Methoxybutanol, 3-Methoxy-3-methylbutanol, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonopropylether, Diethylenglykolmonopropylether, Propylenglykolmonomethylether, Dipropylenglykolmonomethylether, Tripropylenglykolmonomethylether und Diethylenglykolmonobutylether. Unter diesen ist Ethylenglykolmonobutylether bevorzugt.
  • Spezifische Beispiele für hydrophobe Glykolether-Monoalkylether sind Propylenglykolmonobutylether, Ethylenglykolmonohexylether, Dipropylenglykolmonobutylether und Dipropylenglykolmonopropylether.
  • Unter diesen Verbindungen kann die auf Glykolether-Monoalkylether basierte Verbindung eine allein oder mehrere in Kombination enthalten, vorzugsweise enthält die auf Glykolether-Monoalkylether basierte Verbindung jedoch Ethylenglykolmonobutylether.
  • Der Gehalt der Verbindung basierend auf Glykolether-Monoalkylether beträgt vorzugsweise 1 bis 10 % der Massenkonzentration des gesamten Reinigungsmittels. Insbesondere wenn als Verbindung basierend auf Glykolether-Monoalkylether Diethylenglykolmonobutylether verwendet wird beträgt der Gehalt an Diethylenglykolmonobutylether vorzugsweise 1 bis 10 % der Massenkonzentration des gesamten Reinigungsmittels.
  • Verbindung basierend auf Glykolether-Dialkylether
  • Eine auf Glykolether-Dialkylether basierte Verbindung ist eine aliphatische oder alicyclische Verbindung in der zwei Hydroxylgruppen an zwei unterschiedliche Kohlenstoffatomen gebunden sind und die beiden Wasserstoffatome der beiden Hydroxygruppen jeweils substituiert ist mit einem Kohlenwasserstoffrest oder einem Kohlenwasserstoffreste mit einer Ether-Bindung.
  • Spezifische Beispiele für hydrophile Glykolether-Dialkylether umfassen Diethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldiethylether und Tetraethylenglykoldimethylether. Speziefische Beispiele für hydrophobe Glykoletherdialkylether umfassen Dipropylenglykoldimethylether und Diethylenglykoldibutylether.
  • Unter diesen Verbindungen kann die auf Glykolether-Dialkylether basierte Verbindung eine allein oder mehrere in Kombination enthalten.
  • (Kohlenwasserstoff-Verbindung)
  • Spezifische Beispiele für eine Kohlenwasserstoffverbindung umfassen Pentan, 2,2-Dimethylbutan, 2,3-Dimethylbutan, 2-Methylpentan, n-Hexan, Isohexan, Cyclohexan, 2-Methylhexan, 3-Methylhexan, 2,2,5-Trimethylhexan, Cyclohexen, Heptan, Isooctan, 2-Methylpentan, 2,4-Dimethylpentan, 2,2,3-Trimethylpentan, Oktan, Isooctan, Nonan, Decan, Undecan, Dodecan, Tridecan, Tetradecan, Pentadecan, Menthan, Bicyclohexyl, Cyclododecan und 2,2,4,4,6,8,8-Heptamethylnonan.
  • Von diesen Bestandteilen kann einer alleine enthalten sein oder es können mehrere in Kombination enthalten sein.
  • (Andere optionale Komponenten)
  • Neben den vorgenannten optionalen Komponenten können beispielsweise ein Antioxidationsmittel, ein UV-Absorptionsmittel, ein Tensid, ein Stabilisator, ein Entschäumer und/oder ein Alkohol, bei dem es sich um einen oder mehrere bekannte Alkohole handeln kann, enthalten sein, falls erforderlich. Als Alkohol können beispilesweise Methanol, Ethanol, 2-Propanol oder 2,2,2-Trifluorethanol enthalten sein.
  • <Eigenschaften>
  • Die wichtigsten Eigenschaften des Reinigungsmittels sind vorzugsweise die folgenden.
  • (Spezifische Dichte)
  • Das Reinigungsmittel wird aus der fluororganischen Verbindung als Hauptkomponente und mindestens einer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Glykoletherverbindung und der Kohlenwasserstoffverbindung als optionalen Komponenten gebildet. Die spezifische Dichte des Reinigungsmittels kann durch das Verhältnis der Anteile dieser Komponenten eingestellt werden. Je höher beispielsweise der Anteil der fluororganischen Verbindung ist, desto höher ist die spezifische Dichte des Reinigungsmittels; und je niedriger der Anteil der fluororganischen Verbindung ist, desto niedriger ist die spezifische Dichte des Reinigungsmittels.
  • Die spezifische Dichte des Reinigungsmittels bei 25°C liegt vorzugsweise nahe bei 1,02. Wenn diese spezifische Dichte bei 25°C deutlich über 1,02 liegt, ist der Gehalt an der fluororganischen Substanz hoch und somit der Gehalt an der Komponente, welche zur Reinigung organischer Fremdstoffe geeignet ist, relativ niedrig, was zu einer tendenziellen Abnahme der Reinigungskraft des Reinigungsmittels führt. Wenn die spezifische Dichte bei 25°C deutlich unter 1,02 liegt, können sich die in die Reinigungsflüssigkeit aufgenommenen Verschmutzungsbestandteile anreichern, was zu einer tendenziellen Verringerung der Reinigungskraft führt. Im Hinblick auf die industrielle Herstellung kann die spezifische Dichte des Reinigungsmittels bei 25°C 0,80 bis 1,28, vorzugsweise 0,90 bis 1,20, noch bevorzugter 1,00 bis 1,14 und noch weiter bevorzugt 1,01 bis 1,06 betragen.
  • Die spezifische Dichte des Reinigungsmittels kann beispielsweise durch Steuerung einer Veränderung-Rate in der Zusammensetzung der oben erwähnten Glykoletherverbindung, welche ein optionaler Bestandteil ist, eingestellt werden. Genauer gesagt kann die spezifische Dichte des Reinigungsmittels durch die Steuerung des Siedepunkts des Reinigungsmittels eingestellt werden, indem ein großer Unterschied zwischen dem Siedepunkt der fluororganischen Verbindung, welche ein Hauptbestandteil ist, und dem Siedepunkt der Glykoletherverbindung ausgenutzt wird (später beschrieben). Die Veränderung-Rate in der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung ist das Verhältnis mit dem sich die Zusammensetzung der Glykoletherverbindung ändert: Die Veränderung-Rate in der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung ist insbesondere das Verhältnis der Differenz zwischen dem Gehalt der Glykoletherverbindung im gesamten Reinigungsmittel zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, welcher die Grundlage bildet (beispielsweise der Zeitpunkt an dem das Reinigungsmittel hergestellt wird oder der Zeitpunkt an dem das Reinigungsmittel in Gebrauch genommen wird) (im Folgenden auch als „erster Gehalt“ bezeichnet) und dem Gehalt der Glykoletherverbindung im gesamten Reinigungsmittel zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt (im Folgenden auch als „zweiter Gehalt“ bezeichnet) zum ersten Gehalt („erster Gehalt - zweiter Gehalt“/„erster Gehalt“). Unter „gegenwärtig“ ist der Zeitpunkt zu verstehen, zu dem das Reinigungsmittel gegenwärtig verwendet wird. Der Gehalt der Glykoletherverbindung im gesamten Reinigungsmittel kann beispielsweise mit einem bekannten Verfahren wie der Gaschromatographie bestimmt werden.
  • Vorzugsweise wird die Veränderung-Rate der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung so gesteuert, dass sie innerhalb von ±10 % liegt. Durch die Steuerung der Veränderung-Rate der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung auf ±10 % kann die spezifische Dichte des Reinigungsmittels bei 25°C auf 1,02 bis 1,28 eingestellt werden. Wenn sich die Veränderung-Rate der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung -10% annähert, nähert sich die spezifische Dichte des Reinigungsmittels bei 25°C an 1,28 an; und sich die Veränderung-Rate der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung +10% annähert, nähert sich die spezifische Dichte des Reinigungsmittels bei 25°C an 1,02 an
  • (Siedepunkt)
  • Der Siedepunkt des Reinigungsmittel kann 35°C bis 65°C betragen, vorzugsweise 40°C bis 60°C und weiter bevorzugt 47°C bis 58°C. Der Siedepunkt ist dabei die Temperatur einer flüssigen Phase im Rückfluss. Der Siedepunkt des Reinigungsmittels kann ebenso wie die spezifische Dichte durch das Verhältnis der vorgenannten Bestandteile eingestellt werden. Insbesondere kann der Siedepunkt des Reinigungsmittels durch Steuerung der Veränderung-Rate der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung eingestellt werden. Genauer gesagt kann eine Veränderung-Rate der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung, welche sich -10% annähert, dazu führen, dass sich der Siedepunkt an 47°C annähert; und eine Veränderung-Rate der Zusammensetzung der Glykoletherverbindung, welche sich +10% annähert kann dazu führen, dass sich der Siedepunkt an 58°C annähert
  • <Mengenverhältnis>
  • Das Mengenverhältnis der vorgenannten Komponenten ist nicht besonders eingeschränkt, sondern kann entsprechend den zu entfernenden Fremdstoffen angepasst werden, beispielsweise an die Menge der Fremdstoffe usw.
  • Um die Waschkraft für die Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats zu verbessern und um die Stickstoff-Polarfläche nicht aufzurauen, muss die fluororganische Verbindung, welche eine Hauptkomponente ist, nur im Vergleich zu den anderen Komponenten den höchsten Gehalt aufweisen. Insbesondere kann der Gehalt der fluororganischen Verbindung mindestens 20 % betragen, vorzugsweise mindestens 40 % und weiter bevorzugt mindestens 50 % der Massenkonzentration des Reinigungsmittels.
  • <Zu verwendende Menge>
  • Die Menge des zu verwendenden Reinigungsmittels ist nicht besonders eingeschränkt. Die Menge des bei der Reinigung zu verwendenden Reinigungsmittels kann so eingestellt werden, dass das gesamte zu reinigende Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat in das Reinigungsmittel eingetaucht werden kann. Vorzugsweise ist die zu verwendende Menge so eingestellt, dass das gesamte Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat während der Reinigung kontinuierlich eingetaucht werden kann, auch wenn sich das Reinigungsmittel während der Reinigung verflüchtigt. Um die Umweltbelastung zu verringern, ist die zu verwendende Menge dagegen vorzugsweise gering.
  • In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen kann die Menge des zu verwendenden Reinigungsmittels je nach Art und Anzahl der zu reinigenden Substrate, der Größe des Behälters usw. festgelegt werden. Beispielsweise werden für ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 mit einem Außendurchmesser von 48,5 mm vorzugsweise 10 mL bis 500 mL des Reinigungsmittels verwendet, weiter bevorzugt 50 mL bis 200 mL.
  • (Spezifische Beispiele)
  • Zu den bevorzugten spezifischen Beispielen für das Reinigungsmittel gehört Elnova (eingetragene Marke) V3 (hergestellt von TOKUYAMA METEL Corporation). Elnova (eingetragene Marke) V3 ist ein Reinigungsmittel, das als Komponenten enthält: 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan als fluororganische Verbindung, Ethylenglykolmonobutylether als Glykoletherverbindung, mindestens eine andere Glykoletherverbindung als Ethylenglykolmonobutylether und mindestens eine Kohlenwasserstoffverbindung. Die spezifische Dichte von Elnova (eingetragene Marke) V3 bei 25°C beträgt 1,02 ± 0,005, der Siedepunkt liegt bei 54 ± 0,5°C und der Gehalt an gesättigtem Wasser beträgt 1,0% bis 5,0%.
  • [Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats]
  • Nachfolgend wird das Verfahren zur Reinigung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats beschrieben, welches eine Ausführungsform des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats ist.
  • Das Verfahren zur Reinigung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch Eintauchen des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats in das oben genannte Reinigungsmittel durchgeführt. Wenn der gesättigte Wassergehalt des Reinigungsmittels höchstens 10 % beträgt, wird vorzugsweise die an dem Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat haftende Feuchtigkeit im Voraus entfernt, um die Eigenschaften des Reinigungsmittels zu erhalten. Das Verfahren zum Eintauchen des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats in das Reinigungsmittel kann beispielsweise durchgeführt werden, indem das Reinigungsmittel und das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat in einen Behälter mit einer bestimmten Größe gegeben werden. Um die Menge des zu verwendenden Reinigungsmittels zu reduzieren, kann eine vorbestimmte Menge Wasser um eine Flasche, welche das Reinigungsmittel enthält, durch indirekte Reinigung weiterverwendet werden.
  • Als Reinigungsmittel wird das oben genannte Reinigungsmittel mit der fluororganischen Verbindung verwendet. Es ist nicht erforderlich ein einzelnes Reinigungsmittel mit der fluororganischen Verbindung zu verwenden. Beispielsweise können mehrere der folgenden Reinigungsflüssigkeiten in Kombination miteinander verwendet werden. Insbesondere kann ein Reinigungsmittel verwendet werden welches das Reinigungsmittel mit der fluororganischen Verbindung in Kombination mit einem Reinigungsmittel das durch Einstellen des pH-Werts einer handelsüblichen sauren oder alkalischen Reinigungsflüssigkeit auf einen gewünschten Bereich erhalten wird, eine neutrale Flüssigkeit wie Reinstwasser, Aceton, Isopropylalkohol und einen Kohlenwasserstoff enthält.
  • Die Stickstoff-Polarfläche von Aluminiumnitrid ist in der Regel chemisch weniger stabil als die Aluminium-Polarfläche. Die Oberfläche der Stickstoff-Polarfläche tendiert dazu von dem vorgenannten sauren oder alkalischen Reinigungsmittel geätzt zu werden. Bei der Verwendung von Reinstwasser, Aceton oder Isopropylalkohol ist es schwierig Fremdstoffe zu entfernen, welche in einem Schleif-Polier-Schritt, einem Erneuerung-Polier-Schritt und einem Wiederholung-Schritt anhaften. Daher wird in der vorliegenden Erfindung das Reinigungsmittel, das die fluororganische Verbindung enthält, als Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung der Stickstoff-Polarfläche verwendet, ohne dass die Stickstoff-Polarfläche aufgeraut wird.
  • Um die Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern, wird das Reinigungsmittel, das die fluororganische Verbindung enthält, vorzugsweise in einer nicht verflüchtigten Form verwendet. Ein Beispiel für diese Form ist, dass das Reinigungsmittel vorzugsweise bei einer bestimmten Temperatur oder darunter verwendet wird. Insbesondere kann die Temperatur (Flüssigkeitstemperatur) des Reinigungsmittels, wenn das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat in das Reinigungsmittel eingetaucht wird, 10°C bis 70°C betragen, vorzugsweise 25°C bis 60°C, weiter bevorzugt 30°C bis 55°C und noch weiter bevorzugt 40°C bis 50°C.
  • Die Zeit in der das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat in das Reinigungsmittel getaucht wird (im Folgenden auch als „Eintauchzeit“ bezeichnet) kann so gewählt werden, dass Fremdstoffe entfernt werden. Diese Zeit kann beispielsweise 5 Minuten bis 1 Stunde betragen, vorzugsweise 15 bis 40 Minuten.
  • Das Reinigungsmittel, in welches das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat eingetaucht wird, wird vorzugsweise mit einer Ultraschallwelle beschallt. Die Frequenz der Ultraschallwelle kann 30 kHz bis 100 kHz betragen, beispielsweise 40 kHz. Die Beschallungszeit mit der Ultraschallwelle kann innerhalb der vorgenannten Eintauchzeit nach Bedarf eingestellt werden.
  • Beispielsweise kann eine Ultraschall-Reinigungsvorrichtung verwendet werden, um das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat während der Beschallung mit der Ultraschallwelle in das Reinigungsmittel einzutauchen. Insbesondere indem eine vorbestimmte Menge Wasser in die Ultraschall-Reinigungsvorrichtung gegeben wird, eine verschließbare Flasche (beispielsweise eine Schraubdeckelflasche), welche das Reinigungsmittel und das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat enthält, in das Wasser in der Ultraschall-Reinigungsvorrichtung gestellt wird und anschließend das Reinigungsmittel mit der Ultraschallwelle beschallt wird. Das Reinigungsverfahren ist nicht auf die Ultraschallreinigung beschränkt, sondern es können auch andere bekannte Verfahren wie eine Eintauchreinigung, eine Hitzereinigung und eine Dampfreinigung verwendet werden.
  • Gemäß den vorstehenden Ausführungen können sowohl die Stickstoff-Polarfläche als auch die Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats unter Verwendung des Reinigungsmittels mit der fluororganischen Verbindung gereinigt werden. Nach der Reinigung unter Verwendung des Reinigungsmittels kann das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat dem nächsten Schritt unterzogen werden, nachdem an der Oberfläche haftendes Reinigungsmittel usw. durch Trocknen oder dergleichen entfernt wurde.
  • Die Reinigung kann mehrere Stufen umfassen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfasst die Reinigung zwei Stufen. In der ersten Stufe wird das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel gereinigt. In der zweiten Stufe wird das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat, auf dem die Reinigung in der ersten Stufe abgeschlossen ist, weiter mit einem Spülmittel gereinigt, welches einen höheren Gehalt an der fluororganischen Verbindung aufweist als das in der ersten Stufe verwendete Reinigungsmittel. Mit anderen Worten, in der ersten Stufe wird das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat mit dem Reinigungsmittel gereinigt; und in der zweiten Stufe wird das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat, auf dem die Reinigung der ersten Stufe abgeschlossen ist, weiter mit einem Spülmittel gereinigt, welches eine höhere spezifische Dichte hat als das Reinigungsmittel der ersten Stufe.
  • Das heißt, nach dem Reinigungsverfahren kann ein Schritt des Abspülens des Reinigungsmittels, der Tropfen und/oder der Komponenten, welche Verschmutzungen verursachen (im Folgenden auch als „Spülschritt“ bezeichnet), durchgeführt werden, wenn diese an der Oberfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats anhaften. In diesem Spülschritt wird zum Spülen der Oberfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats vorzugsweise ein Spülmittel mit hervorragenden Verdampfungstrocknung-Eigenschaften verwendet. In diesem Spülschritt kann das Spülen mit Hilfe eines bekannten Mittels wie Tauchreinigung und/oder Dampfreinigung durchgeführt werden. Unter diesen Mitteln ist die Dampfreinigung, welche es ermöglicht Verschmutzungen auf der Oberfläche eines zu reinigenden Objekts weiter zu reduzieren, vorzuziehen. Wenn sich Verschmutzungen abzeichnen, ist eine Vorwäsche durch Tauchreinigung oder dergleichen vorzuziehen.
  • Als Spülmittel kann ein Spülmittel verwendet werden, das die gleichen Bestandteile wie das Reinigungsmittel enthält, es kann ein beliebiges anderes Spülmittel wie Aceton verwendet werden, oder es kann eine beliebige Kombination dieser verwendet werden. Das Spülen kann auch mehrmals mit demselben oder mit mehreren dieser Spülmittel in Kombination durchgeführt werden.
  • Wenn für das Spülmittel die gleichen Komponenten wie für das Reinigungsmittel verwendet werden, kann sich das Mengenverhältnis in dem Spülmittel, von dem des im Reinigungsschritt verwendeten Reinigungsmittels unterscheiden. Je größer der Anteil der fluororganischen Verbindung am gesamten Spülmittel ist, desto mehr können die Verdunstungsfähigkeit und die Trocknungseigenschaften verbessert werden. Insbesondere beträgt der Gehalt der fluororganischen Verbindung im gesamten Spülmittel vorzugsweise mindestens 50 Masse-%, weiter bevorzugt mindestens 55 Masse-% und noch weiter bevorzugt mindestens 60 Masse-%.
  • Im Hinblick auf eine leichte Trocknung und eine wirksame Unterdrückung des Verbleibs auf der Oberfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats ist der Siedepunkt des Spülmittels vorzugsweise niedriger als der des Reinigungsmittels, d.h. er liegt vorzugsweise bei mindestens 40°C und niedriger als 47°C.
  • Zu den bevorzugten spezifischen Beispielen des Spülmittels gehört Elnova (eingetragene Marke) VR3 (hergestellt von TOKUYAMA METEL Corporation). Elnova (eingetragene Marke) VR3 enthält die gleiche fluororganische Verbindung wie die Komponente des vorgenannten Elnova (eingetragene Marke) V3. Der Gehalt der fluororganischen Verbindung in Elnova (eingetragene Marke) VR3 ist höher als der in Elnova (eingetragene Marke) V3, insbesondere mindestens 99%. Die spezifische Dichte Gewicht von Elnova (eingetragene Marke) VR3 bei 25°C beträgt 1,27±0,005, der Siedepunkt liegt bei 40±0,5°C, und der Gehalt an gesättigtem Wasser beträgt 900±90 ppm.
  • [Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-I II-Nitrid-Einkristallsubstrats 1]
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Polier-Schritt, bei dem zumindest eine Stickstoff-Polarfläche eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats, welches als Basissubstrat 10 verwendet werden soll, um eine Gruppe-III-Nitrid-Einkristallschicht über einer Gruppe-III-Element-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats durch ein Gasphasen-Epitaxieverfahren abzuscheiden, poliert wird und einen Reinigungsschritt, bei dem die Stickstoff-Polarfläche durch das Verfahren zum Reinigen eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gereinigt wird. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 und anhand des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 als Beispiel für ein Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat jeder der Schritte des Herstellungsverfahrens nochmals im Detail beschrieben.
  • [Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats]
  • <Vorbereitungsschritt>
  • Wenn das aus einem Aluminiumnitrid-Einkristall gebildete Basissubstrat 10 über ein Sublimationsverfahren gezüchtet wird, wird ein Keimsubstrat, das die Grundlage des Basissubstrats bildet, für das Wachstum auf einer Seite eines Tiegels befestigt, welcher in einem Reaktor angeordnet ist, und ein polykristalliner Aluminiumnitrid-Rohstoff wird auf der dem Keimsubstrat gegenüberliegenden Seite angeordnet. Der polykristalline Rohstoff wird in einer Stickstoffatmosphäre über einen Temperaturgradienten zwischen der Seite des Keimsubstrats und der Seite des Rohstoffs verdampft, um einen Aluminiumnitrid-Einkristall auf dem Keimsubstrat abzuscheiden. Als Material für den Tiegel wird im Allgemeinen Wolfram, Tantalkarbid oder dergleichen verwendet. Die Wachstumstemperatur liegt im Bereich von 1800°C bis 2300°C. Der Druck im Reaktor wird so eingestellt, dass er zwischen 100 und 1000 Torr liegt. Vorzugsweise wird ein polykristalliner Aluminiumnitrid-Rohstoff verwendet, welcher im Vorfeld einem Raffinationsverfahren zur Entfernung von Verunreinigungen unter Ausnutzung der Effekte von Sublimation und Rekristallisation unterzogen wurde. Ein Aluminiumnitrid-Einkristallkörper, welcher als Ergebnis der vorstehenden Ausführungen abgeschieden wurde, wird in Scheiben geschnitten, geschliffen und poliert, um das Basissubstrat 10 zu erhalten.
  • (Wachstum-Schritt der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20)
  • Die Mittel zur Bildung der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 über der Aluminium-Polarfläche 10a des Basissubstrats 10 sind nicht besonders eingeschränkt, solange es sich um ein Gasphasen-Epitaxieverfahren handelt. Es kann jedes bekannte Gasphasen-Epitaxieverfahren verwendet werden. Spezifische Beispiele für Gasphasen-Epitaxieverfahren sind HVPE, MOCVD und MBE.
  • Die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 wird mittels HVPE wie folgt gezüchtet: ein Aluminiumhalogenidgas, welches ein Rohstoffgas ist und ein Stickstoffquelle-Gas werden der Oberseite des in einem Reaktor angeordneten und beheizten Basissubstrats 10 in einem Zustand zugeführt, bei dem die Gase jeweils durch ein Trägergas verdünnt sind; und beide Gase werden auf dem beheizten Basissubstrat 10 zur Reaktion gebracht. Als Aluminiumhalogenidgas wird vorzugsweise ein Galliumchloridgas, ein Aluminiumchloridgas oder dergleichen verwendet. Das Aluminiumhalogenidgas kann erhalten werden, indem hochreines Aluminium mit einer Reinheit von 99,9999% oder mehr und hochreines Chlorwasserstoffgas oder hochreines Chlorgas mit einer Reinheit von 99,999% oder mehr miteinander in Kontakt gebracht werden. Als Stickstoffquelle-Gas wird vorzugsweise ein Ammoniakgas verwendet. Als Trägergas kann vorzugsweise ein beliebiges bekanntes Gas wie Wasserstoff, Stickstoff, Argon und Helium verwendet werden, dessen Taupunkt auf - 110 °C oder weniger eingestellt ist und dem die Feuchtigkeit entzogen wurde. Ein Halogenwasserstoffgas wie beispielsweise Chlorwasserstoff kann gegebenenfalls auch mit jedem der Rohstoffgase koexistieren. Die Erwärmungstemperatur des Basissubstrats 10, die Zufuhrmengen des Aluminiumhalogenidgases und des Stickstoffquelle-Gases sowie die linearen Geschwindigkeiten der zugeführten Gase sind Faktoren, welche die Kristallwachstumsrate beeinflussen und können gegebenenfalls entsprechend der gewünschten Kristallwachstumsrate bestimmt werden. Wenn ein Aluminiumnitrid-Einkristall als Gruppe-III-Nitrid-Einkristall gezüchtet wird, liegt die Temperatur des Basissubstrats normalerweise im Bereich von 1200°C bis 1800°C, vorzugsweise im Bereich von 1350°C bis 1700°C und weiter bevorzugt im Bereich von 1450°C bis 1600°C. Wenn ein Galliumnitrid-Einkristall als Gruppe-III-Nitrid-Einkristall gezüchtet wird, liegt die Temperatur des Basissubstrats normalerweise im Bereich von 900°C und 1600°C, weiter bevorzugt im Bereich von 1000°C und 1200°C. Als Heizmittel für das Basissubstrat 10 können alle bekannten Heizmittel wie beispielsweise Widerstandsheizmittel, Hochfrequenz-Induktionsheizmittel und optisches Heizmittel verwendet werden. Von diesen Heizmitteln kann eines allein oder mehrere können in Kombination verwendet werden.
  • Die Zufuhrmenge des Aluminiumhalogenidgases, welches ein Rohstoffgas ist, liegt im Bereich von 0,001 sccm und 500 sccm; und die Zufuhrmenge des Stickstoffquelle-Gases liegt im Bereich von 0,01 sccm und 5000 sccm. Um die Gasströme innerhalb des Reaktors anzuordnen, ist es effektiv, eine Trocken-Pumpe auf der stromabwärts gelegenen Seite der Vorrichtung anzuordnen, um den Druck innerhalb des Reaktors konstant zu halten oder um den Austrag aus dem Reaktor zu fördern. Das Wachstum wird unter der Bedingung durchgeführt, dass der Druck im Reaktor zwischen 100 Torr und 1000 Torr liegt, vorzugsweise zwischen 360 Torr und 760 Torr.
  • Eine zu geringe Dicke der laminierten Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 kann dazu führen, dass das aus der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 gebildete freistehende Substrat, welches gemäß dem weiter unten erwähnten Verarbeitungs- oder Abtrennungsschritt erhalten wird, zu dünn ist oder schwindet. Daher beträgt die Dicke der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 vorzugsweise mindestens 100 µm, weiter bevorzugt 200 bis 1500 µm und noch weiter bevorzugt 300 bis 1200 µm.
  • Wenn es notwendig ist die elektrische Leitfähigkeit der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 zu steuern, kann die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 gezüchtet werden während Verunreinigungen (wie eine Verbindung, die Si, Mg, S oder dergleichen enthält) zugeführt werden, die geeignet sind als Donator oder Akzeptor zu fungieren.
  • <Bearbeitung- und Polier-Schritt>
  • Das Basissubstrat 10 oder das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1, das durch laminieren der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 auf das Basissubstrat 10 erhalten wird, kann als Substrat einer Aluminiumnitrid-Halbleitervorrichtung verwendet werden, indem sowohl die Aluminium-Polarfläche 10a oder 1a als auch die Stickstoff-Polarfläche 10b oder 1b oder die Aluminium-Polarfläche 10a oder 1a allein durch Schleifen und CMP-Polieren oder dergleichen hochglanzpoliert werden/wird. Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 wird in das Basissubstrat 10 und die laminierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 aufgeteilt. Diese abgetrennte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 kann als freistehendes Substrat für die vorgenannte Aluminiumnitrid-Halbleitervorrichtung verwendet werden. Ferner kann das Basissubstrat 10 nach der Abtrennung als Basissubstrat 10 für das Laminieren eines Aluminiumnitrid-Einkristalls wiederverwendet werden, indem die Trenn-Oberfläche durch CMP-Polieren zu einer Ultraflach-Fläche verarbeitet wird. Für das Verfahren zur iterativen Wiederverwendung des Basissubstrats 10 kann beispielsweise das in WO 2017/164233 A1 offengelegte Verfahren verwendet werden.
  • Für das Schleifen und die chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) können alle bekannten Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit Klebstoff, Wachs, Klebeband oder ähnlichem auf einer Platte, beispielsweise aus Keramik, befestigt werden und das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat kann poliert werden, indem Druck ausgeübt wird, während das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat auf einem Vlies oder einem Polierkissen rotiert und eine Aufschlämmung von oben zugeführt wird. Das Klebeband ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann im Hinblick auf eine leichte Ablösbarkeit durch Wärmebehandlung in vorteilhafter Weise ein wärmelösbares Klebeband oder dergleichen verwendet werden. Das Wachs ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann ein festes oder flüssiges Wachs oder dergleichen verwendet werden und im Hinblick auf eine einfache Positionierung des Substrats bei dem Klebevorgang und eine einfache Ablösbarkeit mit einem Lösungsmittel, in vorteilhafter Weise ausgewählt werden. Als Schleifmittel kann jedes beliebige Material, einschließlich Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Siliziumkarbid, Bornitrid und Diamant, verwendet werden. Die Eigenschaften des Schleifmittels können alkalisch, neutral oder sauer sein. Da die Alkalibeständigkeit einer Stickstoff-Polarfläche von Aluminiumnitrid gering ist, wird vorzugsweise ein schwach alkalisches, neutrales oder saures Schleifmittel verwendet, insbesondere ein Schleifmittel mit einem pH-Wert von 9 oder weniger, und nicht ein stark alkalisches Schleifmittel. Ein stark alkalisches Schleifmittel kann natürlich problemlos verwendet werden, wenn ein Schutzfilm auf der Stickstoff-Polarfläche vorgesehen ist. Zur Verbesserung der Poliergeschwindigkeit kann ein Zusatzstoff, wie beispielsweise ein Oxidationsmittel, hinzugefügt werden. Es kann ein Polierkissen aus dem gleichen Material und mit der gleichen Härte wie ein handelsübliches Polierkissen verwendet werden.
  • <Verfahren zur iterativen Wiederverwendung eines Basissubstrats 10>
  • Das Verfahren zur iterativen Wiederverwendung eines durch das vorangegangene Herstellungsverfahren erhaltenen Basissubstrats 10 umfasst die folgenden Schritte.
  • Einen Wachstum-Schritt des Züchtens einer Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 auf dem aus dem Aluminiumnitrid-Einkristall gebildeten Basissubstrat 10, um ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 zu erhalten; einen Trennung-Schritt des Trennens des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 in das Basissubstrat 10 auf das zumindest ein Teil der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 laminiert ist und eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, welche das Basissubstrat 10 nicht aufweist, durch schneiden der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20; einen Erneuerung-Polieren-Schritt des Polierens der Oberfläche von Dünnschichten 22 des Basissubstrats auf welchem die Dünnschichten 22 laminiert sind; und einen Wiederholung-Schritt des Verwendens eines Basissubstrats, welches in dem Erneuerung-Polieren-Schritt erhalten wurde, als ein erneuertes Basissubstrat, um einen Aluminiumnitrid-Einkristall über die Oberfläche einer polierten Oberfläche des Basissubstrats zu züchten.
  • <Trennung-Schritt>
  • Der Trennung-Schritt besteht darin, den im Wachstum-Schritt erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristall 1 zu schneiden und in ein Basissubstrat 10 aus Aluminiumnitrid-Einkristall und eine Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 zu teilen. Durch das Schneiden wird auf der Schnittfläche des Basissubstrats 10 nach dem Trennung-Schritt eine Schicht mit Spannungen auf der Kristalloberfläche (Spannung-Schicht) gebildet. Wenn die Spannung-Schicht auf dem Basissubstrat 10 verbleibt, kann sich die Kristallqualität der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, welche über das Basissubstrat 10 gezüchtet werden soll, verschlechtern oder Restspannungen können Risse in der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht verursachen. Daher wird die Spannung-Schicht in dem unten erläuterten Erneuerung-Polieren-Schritt entfernt. Vor diesm Hintergrund wird vorzugsweise zusätzlicher Raum für die Bildung der Spannung-Schicht und/oder die Entfernung der Spannung-Schicht vorgesehen und das Basissubstrat 10 zusammen mit Dünnschichten 22, welche auf das Basissubstrat 10 laminiert sind und zumindest ein Teil der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 darstellen von dem Rest der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 getrennt.
  • Die Dicke der Dünnschichten 22 der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20, welche nach dem Trennen auf dem Basissubstrat 10 verbleiben, ist nicht besonders eingeschränkt, beträgt aber vorzugsweise 5 µm bis 300 µm. Dünnschichten 22 der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 mit einer Dicke innerhalb dieses Bereichs erlauben es, die Spannung-Schicht durch den unten erläuterten Erneuerung-Polieren-Schritt zu entfernen.
  • Das Schneiden im Trennung-Schritt erfolgt parallel zur Wachstumsfläche (d.h. der Aluminium-Polarfläche 10a) des Basissubstrats 10. Wenn im Trennung-Schritt 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.
  • Der Draht kann beim Schneiden so bewegen werden, 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.
  • Um die Bildung von Rissen zu verhindern, welche mit dem Abplatzen des Umfangs des Substrats beim Schneiden einhergehen, kann man das gesamte oder einen Teil des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 einschließlich des Basissubstrats 10 und der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 vor dem Trennung-Schritt mit einem Harz, einem Zement oder dergleichen bedecken und danach das Schneiden durchführen. Als Harz kann gewöhnliches Epoxidharz oder Phenolharz oder ein Wachs verwendet werden. Das Aluminiumnitrid-Einkristall-Substrat 1 wird mit dem Harz bedeckt; danach wird das Harz durch ein gängiges Verfahren ausgehärtet, beispielsweise Aushärtung durch Selbsttrocknung, Wärmehärtung oder Photohärtung; und anschließend wird das Schneiden durchgeführt. Als Zement kann gewöhnlicher industrieller Portland-Zement, Tonerde-Zement, Gips oder dergleichen verwendet werden.
  • Beim Schneiden kann das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 selbst gedreht und geschwenkt werden. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 liegt vorzugsweise im Bereich von 1 U/min und 10 U/min.
  • <Erneuerung-Polieren-Schritt>
  • Der Erneuerung-Polieren-Schritt ist ein Schritt des Polierens der Oberfläche der Schnittfläche des Basissubstrats 10 nach der Trennung. Durch den Erneuerung-Polieren-Schritt wird das Aluminiumnitrid-Einkristall Basissubstrat 10 erhalten, welches iterativ als Basissubstrat verwendet werden soll.
  • Zum Entfernen der Spannung-Schicht in dem Erneuerung-Polieren-Schritt wird die Oberfläche der Schnittfläche des abgetrennten Basissubstrats 10 vorzugsweise um mehr als 10 µm poliert, 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 Spannung-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 Spannung-Schicht kann anhand der Halbwertsbreite einer Röntgen-Omega(w)-Rocking-Kurve einer (103)-Fläche beurteilt werden, die unter der Bedingung gemessen wird, dass der Einfallswinkel zwischen einem einfallenden Röntgenstrahl und der Aluminium-Polarfläche 10a des Basissubstrats 10 nach dem Erneuerung-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 10a des Basissubstrats 10 beträgt nach dem Erneuerung-Polieren vorzugsweise nicht mehr als 2°. In Anbetracht der aktuellen Messtechniken liegt die Untergrenze des Einfallswinkels zwischen der einfallenden Röntgenstrahlung und der Aluminium-Polarfläche 10a bei 0,1°. Die Röntgen-Omega(w)-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(w)-Rocking-Kurve der vorgenannten spezifischen Kristallfläche wird vorzugsweise eine Röntgenquelle verwendet, die durch zweifache Beugung an der (220)-Fläche eines Germanium-Einkristalls monochromiert wird.
  • Das gesamte Polieren im Erneuerung-Polieren-Schritt kann beispielsweise durch CMP durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die nach dem Trennung-Schritt auf dem Basissubstrat 10 laminierte Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 dick ist, kann CMP durchgeführt werden, nachdem die Dicke im Voraus durch eine Maßnahme mit einer hohen Polierrate, beispielsweise Hochglanzläppen, so eingestellt wurde, dass sie ungefähr einer gewünschten Dicke entspricht.
  • Die Eigenschaften des Basissubstrats 10 nach der Trennung, welches in dem Erneuerung-Polieren-Schritt erhalten wird, ändern sich kaum gegenüber dem Basissubstrat 10 vor der Trennung. Daher kann die Halbwertsbreite der Röntgen-Omega-Rocking-Kurve und die Versetzungsdichte des Basissubstrats 10 nach der Trennung gleich sein wie die Basissubstrats 10 vor der Trennung. Wenn der Offset-Winkel der Oberfläche des Basissubstrats 10 nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt von einem gewünschten Winkel abweicht, kann ferner, nach dem Erneuerung-Polieren-Schritt, ein Offset-Winkel-Einstellen-Polier-Schritt zum Einstellen des Offset-Winkels der Aluminium-Polarfläche 10a des Basissubstrats 10 auf einen gewünschten Offset-Winkel durchgeführt werden.
  • Die Reinigung des nach der Trennung im Erneuerung-Polieren-Schritt erhalten Basissubstrats 10 mit einem Reinigungsmittel, welches die fluororganische Verbindung der vorliegenden Erfindung enthält, ermöglicht es, das Aufrauen der Stickstoff-Polarfläche zu unterdrücken und ein Basissubstrat 10 von dem Fremdstoffe auf der Stickstoff-Polarfläche entfernt wurden zu erhalten.
  • <Wiederholung-Schritt>
  • Der Wiederholung-Schritt ist ein Schritt der Verwendung des im Erneuerung-Polieren-Schritt erhaltenen Basissubstrats 10 als Basissubstrat 10 (erneuertes Basissubstrat) zum Züchten einer neuen Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 über der polierten Aluminium-Polarfläche 10a des im Erneuerung-Polieren-Schritt erhaltenen Basissubstrats 10. Der Wiederholung-Schritt kann vorzugsweise die Durchführung des Wachstum-Schritts, des Trennung-Schritts und des Erneuerung-Polieren-Schritts unter Verwendung des erneuerten Basissubstrats als neues Basissubstrat 10 umfassen. Der Wiederholungsschritt kann iterativ durchgeführt werden.
  • <Reinigung-Schritt>
  • Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Reinigung-Schritt des Reinigens des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats mit dem vorgenannten Reinigungsmittel durch das vorgenannte Reinigungsverfahren, wobei das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat im vorgenannten Schleif-Polier-Schritt, Erneuerung-Polier-Schritt und Wiederholung-Schritt erhalten wurde. Beispielsweise kann der Reinigung-Schritt auf dem Basissubstrat 10 durchgeführt werden, wenn das Basissubstrat 10 von der Platte nach dem Polier-Schritt getrennt wird, oder im Polier-Schritt, bevor das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat auf der Platte angeordnet wird, oder zu beiden diesen Zeitpunkten. Wenn das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat im Schleif-Polier-Schritt so auf die Platte gelegt wird, dass die Stickstoff-Polarfläche und die Platte einander gegenüberliegen und ein Klebstoff oder ähnliches zum Fixieren des Substrats verwendet wird, lässt sich in diesem Fall mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren an der Stickstoff-Polarfläche anhaftender Klebstoff oder ähnliches effizient entfernen. Das Reinigungsverfahren kann also vor und/oder nach dem Schleif-Polier-Schritt durchgeführt werden.
  • Um Fremdkörper sicher zu entfernen und gleichzeitig die Anzahl der Reinigungsschritte zu minimieren, wird das Reinigungsverfahren vorzugsweise nach dem Polier-Schritt durchgeführt.
  • Der Reinigungsschritt kann in jedem der folgenden Schritte durchgeführt werden: der Schleif-Polier-Schritt, der Erneuerung-Polier-Schritt und der Wiederholung-Schritt.
  • Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform des CMP-Polieren-Schritts und des Reinigung-Schritts des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 gezeigt.
    • (1) Die Aluminium-Polarfläche wird mit SHIFTWAX (eingetragene Marke, hergestellt von NIKKA SEIKO CO., LTD.) auf einer Platte fixiert und die Stickstoff-Polarseite wird einer CMP-Bearbeitung unterzogen.
    • (2) Die Aluminium-Polarfläche wird von der Platte entfernt, die gegenüberliegende Stickstoff- Polarfläche wird mit SHIFTWAX an der Platte befestigt und die Aluminium-Polarseite wird einer CMP-Bearbeitung unterzogen.
    • (3) Die Stickstoff-Polarfläche wird von der Platte entfernt und anschließend der Reinigung-Schritt durchgeführt, um die Aluminium-Polarfläche und die Stickstoff-Polarfläche zu reinigen.
  • Je nach Zustand des Substrats nach dem Züchten der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht kann vor (1) ein Umfangsschleifen und/oder ein Grobschleifen der Aluminium-Polarfläche (die Stickstoff-Polarfläche wird mit SHIFTWAX auf der Platte fixiert und die Aluminium-Polarflächenseite wird poliert) durchgeführt werden.
  • [Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat]
  • Ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat mit einer Stickstoff-Polarfläche von der Fremdstoffe entfernt wurden kann durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erhalten werden. Die Anzahl der Fremdstoffe, die auf der Stickstoff-Polarfläche des auf diese Weise erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats verbleiben, ist stark reduziert. Auf der Stickstoff-Polarfläche kann die Anzahl der Fremdstoffe von mehreren Mikrometern oder mehr, welche bei einer 500-fachen Vergrößerung beobachtet werden können weniger als 1 betragen.
  • Eine Reinigung gemäß dem obige Reinigungsverfahren mit dem obigen Reinigungsmittel ermöglicht es das Aufrauen der Stickstoff-Polarfläche zu unterdrücken und ermöglicht es das ein Unterschied zwischen einem durchschnittlichen Mittenrauwerts Ra der Stickstoff-Polarfläche von mehreren (zum Beispiel 5) Positionen (im Folgenden auch als „mittlere Oberflächenrauheit“ bezeichnet) nach dem Reinigen und der mittleren Oberflächenrauheit vor dem Reinigen innerhalb von ± 0,4 nm liegt, bezogen auf die mittlere Oberflächenrauheit in einem Feldbereich ((280 µm×210 µm)), gemessen mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop mit einer Objektivlinse mit 50-facher Vergrößerung.
  • Mit dem vorgenannten Reinigungsverfahren können Schwankungen des Mittenrauwerts Ra der Stickstoff-Polarfläche an mehreren Positionen weiter reduziert werden. Insbesondere kann die durchschnittliche Oberflächenrauheit der Stickstoff-Polarfläche höchstens 2,0 nm betragen, und die Standardabweichung des Mittenrauwerts Ra kann auf höchstens 0,2 nm reduziert werden. Der Wert, der sich aus der Division dieser Standardabweichung durch die durchschnittliche Oberflächenrauheit ergibt (Variationskoeffizient: CV), kann auf höchstens 20 % reduziert werden.
  • Die Möglichkeit das Aufrauen der Stickstoff-Polarfläche zu unterdrücken, um Verschmutzungen zu entfernen, wird voraussichtlich weitere Vorteile in Bezug auf die folgenden Punkte mit sich bringen. Wenn das Aluminiumnitrid-Einkristall-Substrat an der Platte durch die Verwendung der Stickstoff-Polarfläche als haftende Fläche zum Polieren der Aluminium-Polarfläche befestigt ist, ermöglicht die Entfernung von Verschmutzungen auf der Stickstoff-Polarfläche, dass das Aluminiumnitrid-Einkristall-Substrat fest an der Platte haften bleibt. Wenn das Aufrauen der Stickstoff-Polarfläche unterdrückt werden kann, kann außerdem die Kontaktfläche zwischen der Stickstoff-Polarfläche, die als Haftfläche verwendet wird, und der Platte vergrößert werden. Daher kann das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat fester an der Platte haften. Durch das feste Anhaften des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats an der Platte kann die Polierpräzision der Aluminium-Polarfläche weiter verbessert werden. Kurz gesagt, die Möglichkeit, das Aufrauen der Stickstoff-Polarfläche zu unterdrücken, um Verschmutzungen zu entfernen, wird als Beitrag zur Verbesserung der Poliergenauigkeit der Aluminium-Polarfläche angesehen.
  • [Beispiele]
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt. Sofern im Folgenden nicht anders angegeben, bedeutet der Ausdruck „A bis B“ in Bezug auf die Zahlenwerte A und B „mindestens A und weniger als B“.
  • Die Stickstoff-Polarflächen 1b von Aluminiumnitrid-Einkristall-Körpern und Aluminiumnitrid-Einkristallsubstraten 1, welche in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wurden (im Folgenden auch als „Prüfkörper“ bezeichnet, als allgemeiner Begriff), wurden durch Untersuchung mittels eines Weißlichtinterferometriemikroskops und mittels eines Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskops ausgewertet. Das Verfahren für diese Auswertung war wie folgt.
  • <Untersuchung mittels Weißlichtinterferometriemikroskop >
  • Die Rauheit der Stickstoff-Polarfläche 1b wurde nach dem folgenden Verfahren ausgewertet. Das Zentrum der Stickstoff-Polarfläche 1b wurde mit einem Weißlichtinterferometrie-Mikroskop (NewView (eingetragene Marke) 7300 von AMETEK, Inc.) mit einer Objektivlinse mit 50-facher Vergrößerung gemessen, um ein Bild von 280 µm×210 µm (58800 µm2) zu erhalten. Sofern nicht anders angegeben, bezeichnet der Begriff „Zentrum“ hier die Position der Rotations-Symmetrielinie (z.B. Rotations-Symmetrieachse) der Stickstoff-Polarfläche 1b, sofern die Form der Stickstoff-Polarfläche 1b eine Rotationssymmetrie aufweist. Der Mittenrauwert Ra wurde unter Verwendung der Daten der Oberflächenhöhen auf einem Liniensegment von 280 µm Länge, welches parallel zu einer der vier Längsseiten verlief, welche die äußere Form des Bildes aus dem erhaltenen Bild bilden, berechnet. Der Mittenrauwert Ra ist ein Beispiel für die „Oberflächenrauheit“.
  • Das Bild wurde visuell untersucht, um den Zustand der Stickstoff-Polarfläche 1b qualitativ auszuwerten. Insbesondere wurde ein Bereich von 100 µm×100 µm im Zentrum des Bildes eingepasst (z.B. zugeschnitten), um extrahiert zu werden. Es wurde bestätigt, ob die Stickstoff-Polarfläche 1b in diesem extrahierten Bereich von 100 µm×100 µm aufgeraut war oder nicht (beispielsweise Vertiefungen 14 (siehe 2(c)), wobei der Zustand der Stickstoff-Polarfläche 1b wie folgt ausgewertet wurde. Die Beispiele für den Zustand sind in dargestellt.
    • „A“ (sehr gut): ebener Zustand ohne Rauheit oder eine körnige Form 12 (siehe 2).
    • „B“ (gut): Zustand ohne Rauheit aber eine körnige Form 12 tritt leicht hervortritt.
    • „C“ (andere): Zustand mit Rauheit.
  • 2 zeigt Beispiele für die Auswertung des Zustands der Stickstoff-Polarfläche 1b. 2(a) ist eine Beispiel-Ansicht, welche ein Beispiel für den Zustand „A“ zeigt, 2(b) ist eine Beispiel-Ansicht, welche ein Beispiel für den Zustand „B“ zeigt, und 2(c) ist eine Beispiel-Ansicht, welche ein Beispiel für den Zustand „C“ zeigt.
  • Wie in 2(a) gezeigt, wurde der ebene Zustand ohne Rauheit oder einer körnigen Form 12 auf der Stickstoff-Polarfläche 1b als „A“ bewertet. Wie in 2(b) gezeigt, wurde der Zustand ohne auffällige Rauheit, aber mit einer körnigen Form 12 auf der Stickstoff-Polarfläche 1b als „B“ bewertet. Wie in gezeigt, wurde der Zustand mit Rauheit auf der Stickstoff-Polarfläche 1b als „C“ bewertet. „Rauheit“ auf der Stickstoff-Polarfläche 1b umfasst eine im Wesentlichen kreisförmige konkave Vertiefung 14A mit einem vorbestimmten Durchmesser in einer Draufsicht und eine stabförmige Vertiefung 14B mit einer stabförmigen Form einer vorbestimmten Länge in einer Draufsicht. Im Folgenden werden die konkave Vertiefungen 14A und die stabförmige Vertiefungen 14B auch einfach als „Vertiefungen 14" bezeichnet, als allgemeiner Begriff, wenn sie zur Identifizierung nicht voneinander unterschieden werden müssen.
  • < Untersuchung mittels Nomarski-Differenzialinterferenzkontrastmikroskop>
  • Die Stickstoff-Polarfläche 1b wurde einer Hellfeldbetrachtung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop (ECLIPSE (eingetragene Marke) LVDIA-N, hergestellt von der NIKON CORPORATION) bei 500-facher Vergrößerung unterworfen, und es wurde visuell untersucht, ob eine im Voraus an die Stickstoff-Polarfläche 1b angehaftete Verschmutzung erhalten blieb oder nicht.
  • <Reinigungsverfahren>
  • Als Reinigungsverfahren wurde eines der folgenden Verfahren verwendet: Reinigung durch Bestrahlung eines Reinigungsmittels mit einer Ultraschallwelle (im Folgenden auch als „Ultraschallreinigung“ bezeichnet); Reinigung durch Eintauchen eines Prüfkörpers in ein Reinigungsmittel (im Folgenden auch einfach als „Eintauch-Verfahren“ bezeichnet); und Reinigung ohne Bestrahlung eines Reinigungsmittels mit einer Ultraschallwelle.
  • Die Ultraschallreinigung wurde gemäß einem Verfahren durchgeführt, bei dem Wasser in eine Ultraschallreinigungsvorrichtung (SONO CLEANER (eingetragene Marke) 100D, hergestellt von der KAIJO Corporation) bis zu einem vorbestimmten Wasserstand eingefüllt wurde und eine Schraubdeckelflasche (hergestellt von der AS ONE Corporation), welche 40 mL eines Reinigungsmittels sowie einen Prüfkörper enthielt, in das Wasser gestellt wurde, und das Reinigungsmittel mit einer Ultraschallwelle bestrahlt wurde (gemäß den folgenden Bedingungen, bzw. den Bedingungen wie sie an anderer Stelle für die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele angegeben sind). Die Frequenz der Ultraschallwelle betrug 40 kHz. Die Temperatur (Flüssigkeitstemperatur des Reinigungsmittels) wurde im Bereich von 30°C bis 55°C variiert. Die Reinigungszeit betrug 20 bis 30 Minuten.
  • Das Eintauch-Verfahren wurde gemäß einem Verfahren durchgeführt, bei dem 40 mL eines Reinigungsmittels und ein Prüfkörper in eine Schraubflasche gegeben wurden, um den Prüfkörper für eine bestimmte Zeit in das Reinigungsmittel einzutauchen (gemäß den folgenden Bedingungen, bzw. den Bedingungen wie sie an anderer Stelle für die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele angegeben sind). Das Eintauchen-Verfahren wurde bei Raumtemperatur (15°C bis 25°C) durchgeführt. Die Eintauchzeit betrug 14 Stunden bis 5 Tage.
  • Die Reinigung ohne Ultraschall wurde gemäß einem Verfahren durchgeführt, bei dem ein Quarz-Becherglas auf eine Heizplatte gestellt wurde und 125 mL eines Reinigungsmittels sowie ein Prüfkörper in das Becherglas gegeben wurden. Die Temperatur des Reinigungsmittels betrug 50 bis 70°C. Die Reinigungszeit wurde zwischen 5 und 10 Minuten variiert.
  • <Verschmutzung>
  • Zur Überprüfung des Reinigungseffekts wurden die folgenden Fremdstoffe als Pseudo-Verschmutzung angehaftet. Konkret wurden als Fremdstoffe Reste eines wärmelösbaren Klebebands (hergestellt von NITTO DENKO CORPORATION), welches im Allgemeinen als Platzhalter für durch organische Fremdstoffe verursachte Verschmutzung verwendet wird, oder SHIFTWAX (eingetragene Marke), welches als Klebstoff zur Befestigung des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 verwendet wird, verwendet. Diese Verschmutzung ist ein Beispiel für zu entfernende Fremdstoffe.
  • <Herstellungsbeispiel 1>
  • (Herstellung des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1)
  • Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1, welches in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wird, wurde wie folgt hergestellt: ein Aluminiumnitrid-Einkristall, welcher durch ein Sublimationsverfahren hergestellt wurde, wurde als Basissubstrat 10 verwendet; ein Aluminiumnitrid-Einkristall wurde mittels chemischer Gasphasenabscheidung über das Basissubstrat 10 laminiert, um die Aluminiumnitrid-Einkristallschicht 20 zu bilden; und die Aluminium-Polarfläche 1a oder 20a, welche eine Kristallwachstumsfläche war und die gegenüberliegende Stickstoff-Polarfläche 1b wurden durch Schleifen und CMP so bearbeitet, dass sie den Zustand von Spiegelflächen hatten. Was die Form des so erhaltenen Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 anbelangt, so betrug der Außendurchmesser 48,5 mm und die Dicke etwa 500 µm.
  • <Beispiel 1 >
  • Es wurde ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 gemäß der Herstellungsbeispiel 1 hergestellt. Ein Bild der Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 wurde mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Der Mittenrauwert Ra dieser Stickstoff-Polarfläche 1b wurde an einem Punkt im Zentrum des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1, an zwei Punkten, welche jeweils 10 mm links und rechts vom Zentrum entfernt sind, und an zwei Punkten, welche jeweils 20 mm links und rechts vom Zentrum entfernt sind, gemessen; insgesamt fünf Punkte. Der Durchschnitt des an diesen fünf Punkten gemessenen Mittenrauwerts Ra betrug höchstens 2,5 nm. Der an jedem Punkt gemessene Mittenrauwert Ra betrug ebenfalls höchstens 2,5 nm.
  • Bei der CMP-Bearbeitung wurde das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 mit SHIFTWAX (eingetragene Marke) auf einer Platte fixiert. Das SHIFTWAX (eingetragene Marke) wurde annähernd gleichmäßig auf die gesamte Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 aufgetragen. Die CMP-Bearbeitung wurde durchgeführt und unmittelbar im Anschluss Wasser zugeführt, um Aufschlämmung und Schleifmittel wegzuschwemmen. Anschließend wurde die Temperatur der Platte auf 120°C eingestellt, um das SHIFTWAX (eingetragene Marke) zu erweichen, und das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 wurde entfernt. Nach dem Entfernen wurde bestimmt, ob das SHIFTWAX (eingetragene Marke) an der Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 anhaftete oder nicht. Die Bestimmung ob das SHIFTWAX (eingetragene Marke) vorhanden war oder nicht erfolgte visuell anhand eines Bildes, welches durch Beobachtung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop aufgenommen wurde.
  • Als Reinigungsmittel wurde Elnova (eingetragene Marke) V3 (hergestellt von TOKUYAMA METEL Corporation), welches eine fluororganische Verbindung enthält, verwendet. Laut Sicherheitsdatenblatt (SDS) ist Elnova (eingetragene Marke) V3 ein Reinigungsmittel, welches aus vier Komponenten besteht: d.h. 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan, Ethylenglykolmonobutylether, eine andere Glykoletherverbindung als dieser Ethylenglykolmonobutylether und eine Kohlenwasserstoffverbindung, wobei der Gehalt an 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan im Gesamt-Reinigungsmittel im Vergleich zu den anderen drei Komponenten am höchsten ist; und es handelt sich im eine Reinigungsflüssigkeit mit einem spezifischen Gewicht bei 25°C von 1.02. Als Spülung nach dem Reinigen wurden Elnova (eingetragene Marke) VR3 (hergestellt von TOKUYAMA METEL Corporation) und Aceton (zur Verwendung in der elektronischen Industrie, hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.) verwendet. Laut Sicherheitsdatenblatt (SDS) enthält Elnova (eingetragene Marke) VR3 ebenso wie Elnova (eingetragene Marke) V3 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan als fluororganische Verbindung, wobei der Gehalt an 2H,2H,4H,4H,4H-Perfluorbutan in der Gesamtflüssigkeit höher ist als in Elnova V3. Die spezifische Dichte bei 25°C beträgt 1,27. Wenn Elnova (eingetragene Marke) VR3 als Spülmittel verwendet wird, ist zu beachten, dass mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykolmonobutylether, eine Glykoletherverbindung, welche nicht Ethylenglykolmonobutylether ist, und eine Kohlenwasserstoffverbindung, in geringfügigen Mengen (Beispielsweise etwa weniger als 1 % der Gesamtflüssigkeit) enthalten sein kann, welche durch Elnova (eingetragene Marke) V3, das zur Reinigung verwendet wird, eingebracht wird.
  • Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 wurde mittels Stickstoffströmung getrocknet. Die Reinigung erfolgte durch die oben erwähnte Ultraschallreinigung, wobei Wasser bis zu einem vorbestimmten Wasserstand in ein Ultraschallreinigungsgerät gefüllt wurde, in das Wasser wurde eine Kristallisationsschale (hergestellt von AS ONE Corporation) gestellt, in die Kristallisationsschale wurden 100 mL des Reinigungsmittels und der Prüfkörper gegeben und das Reinigungsmittel wurde mit einer Ultraschallwelle beschallt. Die Frequenz der Ultraschallwelle betrug 40 kHz. Die Flüssigkeitstemperatur bei der Reinigung betrug 40 bis 50 °C. Die Reinigungszeit betrug 30 Minuten.
  • Ein Bild der Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 nach der Reinigung wurde mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 nach der Reinigung wurde aus den Messwerten der Oberflächenrauheit an denselben Messpunkten der Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 wie vor der Reinigung berechnet. Anschließend wurde nach der folgenden Formel (1)
    • (1): Mittlere Rauheitsänderung = (Mittelwert nach der Reinigung) - (Mittelwert vor der Reinigung)
    die mittlere Rauheitsänderung berechnet. Als ein Ergebnis betrug die Änderung gegenüber dem Wert vor der Reinigung -0,2 nm, das heißt, das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied.
  • Der „Mittelwert nach der Reinigung" war der Durchschnittswert des Mittenrauwerts Ra des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1, gemessen an den vorgenannten fünf Punkten nach der Reinigung, und „Mittelwert vor der Reinigung“ war Durchschnittswert des Mittenrauwerts Ra des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1, gemessen an den vorgenannten fünf Punkten vor der Reinigung.
  • Der Mittenrauwerts Ra der Stickstoff-Polarfläche 1b an den jeweiligen fünf Punkten nach der Reinigung betrug 1,11 nm, 1,44 nm, 1,20 nm, 0,977 nm und 1,10 nm; der Durchschnittswert dieser fünf Punkte (mittlere Oberflächenrauheit) betrug 1,17 nm; die Standardabweichung betrug 0,170 nm; und der Variationskoeffizient (CV) betrug 14,6 %.
  • Ein Bild von 100 µm×100 µm, welches durch Zuschneiden des vorgenannten Bildes gewonnen wurde, wurde visuell beurteilt. Als ein Ergebnis wurden im Bereich von 100 µm×100 µm keine Vertiefungen 14 beobachtet. Der Zustand der Stickstoff-Polarfläche 1b war sehr gut (Bewertung: A).
  • Die Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 wurde nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis konnte bei einer 500-fachen Vergrößerung keine Verschmutzung von mehreren Mikrometern oder größer beobachtet werden. Das heißt, es wurde bestätigt, dass Verschmutzungen von mehreren Mikrometern oder größer von der Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 entfernt wurden.
  • <Vergleichsbeispiel 1>
  • Es wurde ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 hergestellt, welches mit dem in Beispiel 1 identisch war. Als Reinigungsmittel wurde Aceton verwendet. Aceton wurde auch als Spülung nach der Reinigung verwendet. Das Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 wurde mittels Stickstoffströmung getrocknet. Ansonsten wurde die Reinigung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt.
  • Die Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 wurde nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurden Rückstände von SHIFTWAX (eingetragene Marke) bestätigt.
  • <Vergleichsbeispiel 2>
  • Es wurde ein Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat 1 hergestellt, welches mit dem in Beispiel 1 identisch war. Als Reinigungsmittel wurde Isopropylalkohol verwendet. Auf eine Kristallisierschale wurden 100 mL Isopropylalkohol gegeben, und das Eintauch-Verfahren erfolgte bei Raumtemperatur im Bereich von 15 und 25°C für 14 Stunden.
  • Die Stickstoff-Polarfläche 1b des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats 1 wurde nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurden Rückstände von SHIFTWAX (eingetragene Marke) bestätigt.
  • Die Ergebnisse von Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden wie in Tabelle 1 zusammengefasst. [Tabelle 1]
    Ra [Mittelwert] vor der Reinigung Reinigungsmittel Flüssigkeits temperatur (°C) Ultraschall welle (kHz) Zeit (min) Rauheit [Mittelwert] nach Reinigung - vor Reinigung (nm) Zustand der Stickstoff-Polarflache nach Reinigung Verschmutzung (SHIFTWAX)
    Typ Hauptbestandteil
    Beispiel 1 ≤ 2,5 Fluor-Basiertes-Lösungsmittel Fluorkohlenwasserstoff 40-50 40 30 0,2 A keine
    Vergleichsbeispiel 1 ≤ 2,5 - Aceton 40-50 40 30 - - vorhanden
    Vergleichsbeispiel 1 Isopropylalkohol 15-25 - 14 Std - - vorhanden
  • <Herstellungsbeispiel 2>
  • (Herstellung Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper)
  • Ein Aluminiumnitrid-Einkristall-Substrat 1, welches nach demselben Verfahren wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt wurde, mit dem Unterschied, dass der Außendurchmesser 23 mm betrug, wurde zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Einkristall-Körpers auf eine Größe von etwa 5 mm×5 mm geschnitten.
  • <Beispiel 2>
  • Drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 2 hergestellt. Bilder der Stickstoff-Polarflächen dieser drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden jeweils mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Anhand der Bilder wurde der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarfläche jedes der drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt. Als ein Ergebnis betrug der Mittenrauwert Ra aller Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper höchstens 2,5 nm.
  • Als Reinigungsmittel wurde das vorgenannte (siehe Beispiel 1) Elnova (eingetragene Marke) V3 verwendet. Als Spülung nach der Reinigung wurden das oben erwähnte Elnova (eingetragene Marke) VR3 und Aceton verwendet. Die Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden mittels Stickstoffströmung getrocknet. Die Reinigung erfolgte nach dem vorgenannten Verfahren durch Ultraschallreinigung. Die Flüssigkeitstemperatur betrug 30 bis 40 °C und die Reinigungszeit betrug 30 Minuten.
  • Nach der Reinigung wurden Bilder der Stickstoff-Polarflächen mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen und der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurde erneut gemessen. Anschließend wurde die mittlere Rauheitsänderung gemäß der vorgenannten Formel (1) berechnet. Die berechnete Änderung betrug -0,3 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. In diesem Beispiel war der „Mittelwert nach der Reinigung“ der Durchschnittswert der Mittenrauwerte Ra der drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper, welche nach der Reinigung gemessen wurden, und der „Mittelwert vor der Reinigung" war der Durchschnittswert der Mittenrauwerte Ra der drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper, welche vor der Reinigung gemessen wurden. In der folgenden Beschreibung kann die Erläuterung, die der in Beispiel 2 beschriebenen entspricht, weggelassen werden.
  • Bilder von jeweils 100 µm×100 µm, welche durch Zuschneiden der vorgenannten Bilder gewonnen wurden, wurden visuell beurteilt. Als ein Ergebnis wurden im Bereich von 100 µm×100 µm keine Vertiefungen 14 beobachtet. Der Zustand der Stickstoff-Polarfläche war äußerst gut.
  • <Beispiel 3>
  • Es wurde derselbe Vorgang wie in Beispiel 2 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Flüssigkeitstemperatur bei der Reinigung auf 40 bis 50°C geändert wurde.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug 0,1 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied.
  • Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt. Der Zustand der Stickstoff-Polarfläche war äußerst gut.
  • <Beispiel 4>
  • Es wurde derselbe Vorgang wie in Beispiel 2 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit auf 50 bis 55 °C und die Reinigungszeit auf 20 Minuten geändert wurde.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug -0,3 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt. Der Zustand der Stickstoff-Polarfläche war äußerst gut.
  • <Beispiel 5>
  • Drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 2 hergestellt. Der Mittenrauwert der Stickstoff-Polarflächen von jedem dieser Körper wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. Als ein Ergebnis betrug der Mittenrauwert Ra aller Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper 3,0 nm bis 4,0 nm.
  • Im Übrigen wurde derselbe Vorgang wie in Beispiel 2 durchgeführt.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug -0,1 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt. Der Zustand der Stickstoff-Polarfläche war gut, obwohl im Vergleich zu den in Beispiel 2, 3 oder 4 erhaltenen Stickstoff-Polarflächen eine körnige Form 12 auf den Stickstoff-Polarflächen leicht hervortrat.
  • <Beispiel 6>
  • Es wurde derselbe Vorgang wie in Beispiel 5 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Flüssigkeitstemperatur bei der Reinigung auf 40 bis 50°C geändert wurde.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung wurden mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Der Absolut-Wert der mittleren Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche lag unter 0,1 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt. Der Zustand der Stickstoff-Polarfläche war gut, obwohl eine körnige Form 12 auf den Stickstoff-Polarflächen leicht hervortrat.
  • <Beispiel 7>
  • Es wurde derselbe Vorgang wie in Beispiel 5 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit auf 50 bis 55 °C und die Reinigungszeit auf 20 Minuten geändert wurde.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung wurden mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Der Absolut-Wert der mittleren Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche lag unter 0,1 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt. Der Zustand der Stickstoff-Polarfläche war gut, obwohl eine körnige Form 12 auf den Stickstoff-Polarflächen leicht hervortrat.
  • <Beispiel 8>
  • Drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 2 hergestellt. Der Mittenrauwert der Stickstoff-Polarflächen von jedem dieser Körper wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. Als ein Ergebnis betrug der Mittenrauwert Ra aller Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper höchstens 2,5 nm.
  • Als Reinigungsmittel wurde Elnova (eingetragene Marke) V3 verwendet, ebenso wie bei den Beispielen 2 bis 7. Als Spülung nach der Reinigung wurden Elnova (eingetragene Marke) VR3 und Aceton in dieser Reihenfolge verwendet. Die Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden mittels Stickstoffströmung getrocknet. Die Reinigung erfolgte nach dem vorgenannten Eintauch-Verfahren. Das Eintauchen erfolgte bei einer Raumtemperatur von 15 bis 25°C. Die Eintauchzeit betrug 2 Tage.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug 0,1 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt. Der Zustand der Stickstoff-Polarfläche war äußerst gut.
  • <Vergleichsbeispiel 3>
  • Drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 2 hergestellt. Der Mittenrauwert der Stickstoff-Polarflächen von jedem dieser Körper wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. Als ein Ergebnis betrug der Mittenrauwert Ra aller Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper höchstens 2,5 nm.
  • Als Reinigungsmittel wurde Aceton verwendet. Als Spülung nach der Reinigung wurde ebenfalls Aceton verwendet. Die Trocknung erfolgte mittels Stickstoffströmung. Abgesehen von dem vorgenannten wurde der Vorgang nach demselben Reinigungsverfahren und unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 2 durchgeführt.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug 0,7 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt.
  • Allerdings, dem Vergleichsbeispiel 1 folgend, ist zu sehen, dass bei der Verwendung von Aceton als Reinigungsmittel die Verschmutzung nicht wirksam entfernt wurde.
  • <Vergleichsbeispiel 4>
  • Es wurde derselbe Vorgang wie in Vergleichsbeispiel 3 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Flüssigkeitstemperatur bei der Reinigung auf 40 bis 50°C geändert wurde.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug 0,3 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt.
  • Allerdings, dem Vergleichsbeispiel 1 folgend, ist zu sehen, dass bei der Verwendung von Aceton als Reinigungsmittel die Verschmutzung nicht wirksam entfernt wurde.
  • <Vergleichsbeispiel 5>
  • Es wurde derselbe Vorgang wie in Vergleichsbeispiel 3 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Flüssigkeitstemperatur bei der Reinigung auf 50 bis 55 °C und die Reinigungszeit auf 20 Minuten geändert wurde.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Der Absolut-Wert der mittleren Rauhigkeitsänderung der Stickstoff-Polarfläche lag unter 0,1 nm. Das Ergebnis war, dass sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung kaum von dem vor der Reinigung unterschied. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden keine Vertiefungen 14 im Bereich von 100 µm×100 µm festgestellt.
  • Allerdings, dem Vergleichsbeispiel 1 folgend, ist zu sehen, dass bei der Verwendung von Aceton als Reinigungsmittel die Verschmutzung nicht wirksam entfernt wurde.
  • <Vergleichsbeispiel 6>
  • Drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 2 hergestellt. Der Mittenrauwert der Stickstoff-Polarflächen von jedem dieser Körper wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. Als ein Ergebnis betrug der Mittenrauwert Ra aller Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper höchstens 2,5 nm.
  • Als Reinigungsmittel wurde ein Säure-Reinigungsmittel in Form einer Mischung aus 100 mL Schwefelsäure (garantiertes Reagenz, hergestellt von FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation) und 25 mL Wasserstoffperoxid (garantiertes Reagenz, hergestellt von FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation) verwendet (das Mischungsverhältnis war 4:1). Als Spülung nach der Reinigung wurde Reinstwasser verwendet. Die Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden mittels Stickstoffströmung getrocknet. Die Reinigung erfolgte nach dem Verfahren der Reinigung ohne Ultraschallwellen. Die Temperatur des Reinigungsmittels betrug 50 bis 70°C. Die Reinigungszeit betrug 5 Minuten.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden nach der Reinigung mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,4 nm. Durch die Reinigung verschlechterte sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarfläche. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden außerdem mehrere konkave Vertiefungen 14A und eine stabförmige Vertiefung 14B im Bereich von 100 µm×100 µm beobachtet.
  • <Vergleichsbeispiel 7>
  • Es wurde derselbe Vorgang wie in Vergleichsbeispiel 6 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Reinigungszeit auf 10 Minuten geändert wurde.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung wurden mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug 1,7 nm. Durch die Reinigung verschlechterte sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarfläche. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden außerdem mehrere konkave Vertiefungen 14A im Bereich von 100 µm×100 µm beobachtet.
  • <Vergleichsbeispiel 8>
  • Drei Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 2 hergestellt. Der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarflächen von jedem dieser Körper wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. Als ein Ergebnis betrug der Mittenrauwert Ra aller Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper höchstens 2,5 nm.
  • Als Reinigungsmittel wurden 40 mL einer 10%igen verdünnten Lösung von CLEANTHROUGH (eingetragene Marke) KS-3053 (hergestellt von der Kao Corporation) mit Reinstwasser verwendet. Laut Sicherheitsdatenblatt (SDS) ist der Hauptbestandteil von CLEANTHROUGH (eingetragene Marke) KS-3053 Alkylcarbitol. Als Spülung nach der Reinigung wurde Reinstwasser verwendet. Die Trocknung erfolgte mittels Stickstoffströmung. Das Reinigungsverfahren wurde nach dem gleichen Verfahren durchgeführt wie in Vergleichsbeispiel 5. Die Reinigungszeit betrug 20 Minuten.
  • Bilder der Stickstoff-Polarflächen der Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper nach der Reinigung wurden mit einem Weißlichtinterferometriemikroskop aufgenommen. Die mittlere Rauheitsänderung der Stickstoff-Polarfläche betrug 2,6 nm. Durch die Reinigung verschlechterte sich der Mittenrauwert Ra der Stickstoff-Polarfläche. Bei der visuellen Beurteilung der Bilder wurden außerdem mehrere konkave Vertiefungen 14A im Bereich von 100 µm×100 µm beobachtet.
  • <Ergänzungsversuch>
  • In Beispiel 1 wurde die Reinigung in Bezug auf die Entfernung von Verschmutzungen durch Anhaften von Rückständen von SHIFTWAX (eingetragene Marke) als ein Beispiel untersucht. In den folgenden Referenz-Beispielen wurde die Reinigung durch Anhaften von Rückständen eines wärmelösbaren Klebebands anstelle von Rückständen von SHIFTWAX (eingetragene Marke) untersucht. Für die Beurteilung wurden in Beispiel 1 gemäß Herstellungsbeispiel 1 erhaltene Aluminiumnitrid-Einkristall-Körper verwendet, in den folgenden Beispielen wurde jedoch ein Glaskörper verwendet.
  • (Verschmutzung)
  • Die Verschmutzung wurde angehaftet indem ein wärmelösbares Klebeband vor dem Schneiden mit einer Klebevorrichtung auf die Oberfläche einer Glasplatte geklebt und anschließend unter Druck gesetzt wurde; anschließend wurde das wärmelösbare Klebeband auf 100 bis 150 °C erhitzt, um das wärmelösbare Klebeband aufzuschäumen und das Klebeband von der Oberfläche der Glasplatte entfernt.
  • (Auswertung)
  • Die Oberfläche des Glaskörpers wurde nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop bei 500-facher Vergrößerung im Hellfeld untersucht und es wurde visuell geprüft, ob Rückstände des wärmelösbaren Klebebands auf der Oberfläche des Glases vorhanden waren oder nicht.
  • <Herstellungsbeispiel 3>
  • (Herstellung eines Glaskörpers)
  • Der in den folgenden Referenz-Beispielen und Referenz-Vergleichsbeispielen verwendete Glaskörper wurde hergestellt durch Schneiden einer 100 mm x 100 mm großen Glasplatte mit einer Dicke von 1 mm (hergestellt von Matsunami Glass Ind., Ltd.) mit einem Glasschneider auf eine Größe von etwa 2 mm x 7 mm.
  • <Referenz-Beispiel 1 >
  • (Reinigungsmittel mit Verbindung auf Fluorbasis)
  • Drei gemäß Herstellungsbeispiel 3 hergestellte Glaskörper wurden jeweils unter den gleichen Reinigungsbedingungen wie in den Beispielen 2, 3, 4 und 8 gereinigt.
  • Nach der Reinigung wurden die Oberflächen der Glaskörper mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis konnte bei 500-facher Vergrößerung auf keiner der Oberflächen eine Verschmutzung von mehreren Mikrometern oder größer beobachtet werden. Das heißt, es wurde bestätigt, dass Verschmutzungen von mehreren Mikrometern oder größer unter allen Bedingungen von den Oberflächen der Glaskörper entfernt wurden.
  • <Referenz-Vergleichsbeispiel 1>
  • (Aceton und Isopropylalkohol)
  • Drei Glaskörper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 3 hergestellt und jeweils unter den gleichen Reinigungsbedingungen wie in den Vergleichsbeispielen 3, 4 und 5 gereinigt.
  • Die Oberflächen der Glaskörper wurden nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Dabei wurde auf allen drei Glaskörpern unter allen Bedingungen eine Verschmutzung festgestellt. Diese Verschmutzung unterschied sich in ihrer Form von der Verschmutzung vor der Reinigung und war stärker gepunktet als die vor der Reinigung festgestellte Verschmutzung. Daraus wurde geschlossen, dass die Verschmutzung gelöst und fast entfernt worden war oder dass die Verschmutzung während der Reinigung von der Oberfläche der Glaskörper entfernt worden war aber wieder anhaftete.
  • Drei Glaskörper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 3 hergestellt. Als Reinigungsmittel wurde Isopropylalkohol (zur Verwendung in der elektronischen Industrie, hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.) verwendet. Als Spülung nach der Reinigung wurde ebenfalls Isopropylalkohol verwendet. Die Glaskörper wurden mittels Stickstoffströmung getrocknet. Im Übrigen wurde der Vorgang nach derselben Reinigungsmethode und unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 5 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Flüssigkeitstemperatur bei der Reinigung auf 40 bis 55 °C geändert wurde.
  • Die Oberflächen der Glaskörper wurden nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis wurden auf allen drei Glaskörpern Rückstände festgestellt.
  • Drei Glaskörper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 3 hergestellt. Als Reinigungsmittel wurde Aceton verwendet. Als Spülung nach der Reinigung wurde ebenfalls Aceton verwendet. Die Glaskörper wurden mittels Stickstoffströmung getrocknet. Die Reinigung erfolgte gemäß dem vorgenannten Eintauch-Verfahren. Das Eintauchen erfolgte bei einer Raumtemperatur von 15 bis 25°C. Die Eintauchzeit betrug 5 Tage.
  • Die Oberflächen der Glaskörper wurden nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis wurden auf allen drei Glaskörpern Rückstände festgestellt.
  • Drei Glaskörper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 3 hergestellt. Als Reinigungsmittel wurde Isopropylalkohol verwendet. Als Spülung nach der Reinigung wurde ebenfalls Isopropylalkohol verwendet. Die Glaskörper wurden mittels Stickstoffströmung getrocknet. Die Reinigung erfolgte gemäß dem vorgenannten Eintauch-Verfahren. Das Eintauchen erfolgte bei einer Raumtemperatur von 15 bis 25°C. Die Eintauchzeit betrug 5 Tage.
  • Die Oberflächen der Glaskörper wurden nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis wurden auf allen drei Glaskörpern Rückstände festgestellt.
  • <Referenz-Vergleichsbeispiel 2>
  • (Säure-Reinigungsmittel)
  • Drei Glaskörper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 3 hergestellt und unter den gleichen Reinigungsbedingungen wie in Vergleichsbeispiel 6 gereinigt.
  • Die Oberflächen der Glaskörper wurden nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis wurden auf allen drei Glaskörpern Rückstände festgestellt.
  • Die Reinigung wurde auch unter den gleichen Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 7 durchgeführt.
  • Die Oberflächen der Glaskörper wurden nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass die Verschmutzung von allen drei Glaskörpern entfernt wurde.
  • <Referenz-Vergleichsbeispiel 3>
  • (Alkalisches Reinigungsmittel)
  • Drei Glaskörper wurden gemäß Herstellungsbeispiel 3 hergestellt und unter den gleichen Reinigungsbedingungen wie in Vergleichsbeispiel 8 gereinigt.
  • Die Oberflächen der Glaskörper wurden nach der Reinigung mit einem Nomarski-Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis wurden auf allen drei Glaskörpern Rückstände festgestellt.
  • Die Ergebnisse der Beispiele 2 bis 8, der Vergleichsbeispiele 3 bis 8, des Referenz-Beispiels 1 und der Referenz-Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden in Tabelle 2 zusammengefasst. [Tabelle 2] (unterteilt)
    Ra [Mittelwert] vor der Reinigung Reinigungsmittel Flüssigkeitst emperatur (°C) Ultraschallwe Ile (kHz) Zeit (min) Rauheit [Mittelwert] nach Reinigung - vor Reinigung (nm) Zustand der Stickstoff-Polarfläche nach Reinigung Verschmutzung (wärmelösbares Klebeband)
    Typ Hauptbest andteil
    Beispiel 2 höchstens 2.5 Fluor-Basiertes-Lösungs mittel Fluorkohl enwasser stoff 30-40 40 30 -0,3 A keine (ReferenzBeispiel 1)
    Beispiel 3 40-50 40 30 0,1 A keine (ReferenzBeispiel 1)
    Beispiel 4 50-55 40 20 -0,3 A keine (ReferenzBeispiel 1)
    Beispiel 5 höchstens 4,0 (mindestens 3,0) 30-40 40 30 -0,1 B -
    Beispiel 6 40-50 40 30 0,0 B -
    Beispiel 7 50-55 40 20 0,0 B -
    Beispiel 8 höchstens 2.5 12-25 - 2 Tage 0,1 A keine (ReferenzBeispiel 1)
    Ra [Mittelwert] vor der Reinigung Reinigungsmittel Flüssigkeits temperatur (°C) Ultraschall welle (kHz) Zeit (min) Rauheit [Mittelwert] nach Reinigung - vor Reinigung (nm) Zustand der Stickstoff-Polarflache nach Reinigung Verschmutzu ng (wärmelösba res Klebeband)
    Typ Hauptbestandteil
    Vergleichs beispiel 3 höchstens 2.5 - Aceton 30-40 40 30 0,7 A vorhanden (Referenz-Vergleichsbei spiel 1)
    Vergleichs beispiel 4 40-50 40 30 0,3 A vorhanden (Referenz-Vergleichsbei spiel 1)
    Vergleichs beispiel 5 50-55 40 20 0,0 A vorhanden (Referenz-Vergleichsbei spiel 1)
    Referenz-Vergleichs beispiel 1 - Isopropylalkohol 40-55 40 20 - - vorhanden
    Aceton 15-25 - 5 Tage - - vorhanden
    Isopropylalkohol 15-25 - 5 Tage - - vorhanden
    Vergleichs beispiel 6 höchstens 2.5 Säure-Reinigun gsmittel Schwefelsäure, Wasserstoffperoxid (4:1) 50-70 keine 5 1,4 C vorhanden (Referenz-Vergleichsbei spiel 2)
    Vergleichs beispiel 7 Schwefelsäure, Wasserstoffperoxid (4:1) 50-70 keine 10 1,7 C vorhanden (Referenz-Vergleichsbei spiel 2)
    Vergleichs beispiel 8 Alkali-Reinigun gsmittel Alkylcarbitol 50-55 40 20 2,6 C vorhanden (Referenz-Vergleichsbei spiel 3)
  • In Tabelle 2 (unterteilt) in der Spalte „Ultraschallwelle“ bedeutet „-“ dass das Reinigen durch das Eintauch-Verfahren erfolgt ist und „keine“ dass keine Ultraschallwellen genutzt wurden. In der Spalte „Verschmutzung“ ist in den Klammern das Ergebnis der Glaskörper der Referenz-Beispiele bzw. der Referenz-Vergleichsbeispiele unter Reinigungsbedingungen korrespondierender Beispiele gezeigt.
  • Wie in den Vergleichsbeispielen 6 bis 8 gezeigt, war ein Säure-Reinigungsmittel oder ein Alkali-Reinigungsmittel nicht zur Reinigung einer Stickstoff-Polarfläche, insbesondere einer Ultra-Flach-Stickstoff-Polarfläche, geeignet, da die Stickstoff-Polarfläche aufgeraut wurde. Dies wird darauf zurückgeführt, dass ein Säure-Reinigungsmittel oder ein Alkali-Reinigungsmittel die Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche zersetzt. Wie in den Vergleichsbeispielen 6 und 7 gezeigt, konnten Rückstände nicht entfernt werden, wenn die Reinigungszeit bei Verwendung eines Säure-Reinigungsmittels verkürzt wurde.
  • Wie in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 und im Referenz-Vergleichsbeispiel 1 gezeigt, konnte mit Aceton oder Isopropylalkohol die Rauheit der Stickstoff-Polarfläche fast vollständig unterdrückt werden, aber es wurde kein wirksames Ergebnis hinsichtlich der Entfernung von Verschmutzungen erzielt. Es wird davon ausgegangen, dass Aceton oder Isopropylalkohol eine Stickstoff-Polarfläche nicht zersetzt und es daher ermöglicht, das Aufrauen einer Stickstoff-Polarfläche fast vollständig zu unterdrücken, aber es kaum ermöglicht, Partikel und metallische oder ionische Verunreinigungen in einer Größenordnung von 1/10 bis zu einigen Mikrometern zu entfernen, was es schwierig macht, organische Fremdstoffe nach dem Polieren mittels CMP zu entfernen.
  • Im Gegensatz dazu wird, wie in den Beispielen 1 bis 8 gezeigt, ein Reinigungsmittel, welches eine fluororganische Verbindung enthält, als geeignet angesehen, um Verschmutzungen wirksam zu entfernen und gleichzeitig das Aufrauen der Stickstoff-Polarfläche zu unterdrücken. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein Reinigungsmittel, welches eine fluororganische Verbindung enthält, die Oberfläche einer Stickstoff-Polarfläche nicht zersetzt, aber eine Komponente aufweist, welche es ermöglicht, Fremdstoffe zu entfernen, ohne dass die entfernten Fremdstoffe erneut anhaften.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat
    1a
    Aluminium-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats
    1b
    Stickstoff-Polarfläche des Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrats
    10
    Basissubstrat (Substrat aus einem Aluminiumnitrid-Einkristall)
    10a
    Aluminium-Polarfläche des Basissubstrats
    10b
    Stickstoff-Polarfläche des Basissubstrats
    20
    Aluminiumnitrid-Einkristallschicht
    20a
    Aluminium-Polarfläche der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht
    20b
    Stickstoff-Polarfläche der Aluminiumnitrid-Einkristallschicht
    22
    Dünnschicht
    12
    körnige Form
    14
    Vertiefung
    14A
    konkave Vertiefung
    14B
    stäbchenförmige Vertiefung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • WO 2017/164233 A1 [0087]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats mit einer Gruppe-III-Element-Polarfläche und einer der Gruppe-III-Element-Polarfläche gegenüberliegenden Stickstoff-Polarfläche, wobei das Verfahren aufweist: Reinigen der Stickstoff-Polarfläche mit einem Reinigungsmittel, welches eine fluororganische Verbindung enthält.
  2. Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß Anspruch 1, wobei die fluororganische Verbindung Fluorkohlenwasserstoff enthält.
  3. Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß Anspruch 2, wobei der Fluorkohlenwasserstoff eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Verbindung ist: CnH2n+2-mFm (1) wobei in der Formel (1) n eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist und m eine ganze Zahl ist, welche 3 ≤ m ≤ 2n+2 erfüllt.
  4. Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Reinigungsmittel bei 25°C eine spezifische Dichte von 0,80 bis 1,28 aufweist.
  5. Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Reinigungsmittel ferner eine Kohlenwasserstoffverbindung enthält.
  6. Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Oberflächenrauheit der Stickstoff-Polarfläche des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats höchstens 4,0 nm beträgt.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats mit einer Gruppe-III-Element-Polarfläche und einer der Gruppe-III-Element-Polarfläche gegenüberliegenden Stickstoff-Polarfläche, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats; Polieren von zumindest der Stickstoff-Polarfläche; und im Anschluss an das Herstellen oder das Polieren, Reinigen der Stickstoff-Polarfläche gemäß dem Verfahren zur Reinigung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß Anspruch 7, wobei das Reinigen nach dem Polieren erfolgt.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Reinigen ferner aufweist: Eintauchen des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats in das Reinigungsmittel und Beschallen des Reinigungsmittels, in welches das Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrat eingetaucht ist, mit einer Ultraschallwelle.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Reinigen ferner aufweist: erstes Reinigen des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats mit dem Reinigungsmittel; und zweites Reinigen des Gruppe-III-Nitrid-Einkristallsubstrats nach dem ersten Reinigen mit einem Spülmittel, welches einen höheren Gehalt an der fluororganischen Verbindung aufweist als das Reinigungsmittel in der ersten Reinigung.
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