JP2001223189A - 窒化アルミ薄膜表面の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】窒化アルミ薄膜を成膜した後に表面を研磨する
に当たり、平均表面粗さが小さく、研磨レートのばらつ
きも小さく、しかも研磨後の表面の残留物が少ない窒化
アルミ薄膜表面が得られる研磨方法を提供する。 【解決手段】基板表面に形成された窒化アルミ薄膜の表
面を、研磨材としてアルミナ粉末を含有するｐＨ値がほ
ぼ５以上のアルミナスラリを供給しながら、ポリウレタ
ン垂直発泡体より成る表面層と、ポリエステル繊維の不
織布にポリウレタンを含浸させた下地層とを積層させた
スウェードタイプの不織布より成るポリッシングパッド
で研磨するようにしたので、研磨後の窒化アルミ薄膜の
表面の平均表面粗さは２０オングストローム以下と著し
く小さくなり、研磨レートのウエファ間のばらつきも±
２０％以下と著しく小さくなり、しかも研磨表面に付着
物が残存せず、特性がきわめて良好な窒化アルミ薄膜が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミナ（Al₂O₃）、
シリコン(Si)、炭化珪素(SiC)などの基板の表面に形成
された窒化アルミ薄膜の表面を研磨する方法に関するも
のである。さらに本発明は、このような方法で研磨した
窒化アルミ薄膜を有する半導体用基板、弾性表面波装置
用基板、このような基板を有する半導体装置および弾性
表面波装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上述したような窒化アルミ薄膜は、半導
体装置用基板および弾性表面波装置用基板への適用が提
案されている。例えば弾性表面波デバイスの基板とし
て、アルミナ基板本体、特にサファイア基板本体の表面
に、１〜３μm 程度の膜厚の窒化アルミ薄膜を形成した
ものを用いることが提案されている。この窒化アルミ薄
膜は弾性表面波デバイスとしての特性に優れているが、
成膜直後の窒化アルミ薄膜の表面には凹凸が存在するの
で、そのままでは弾性表面波デバイス用の基板として使
用することはできない。特に、窒化アルミ薄膜を、ＭＯ
ＣＶＤ法、ＭＢ法やスパッタリング法などで形成する場
合、結晶性を良好とするために成膜プロセス中に基板本
体は１０００°Ｃ程度の温度に加熱されるので、窒化ア
ルミ薄膜の表面が荒れ、大きな凹凸が生じる傾向があ
る。

【０００３】そこで、窒化アルミ薄膜の成膜後、その表
面を平滑化するために研磨を行う必要がある。弾性表面
波フィルタ装置の基板として最も広く用いられている水
晶基板のおいても表面を平坦化するために一般に研磨が
行なわれているが、窒化アルミ薄膜の表面を研磨するこ
とに関する従来例の報告は見当たらない。本願の発明者
は、通常の化学機械研磨（ＣＭＰ）においては被研磨物
質を溶かすようなスラリが採用されていることに着目し
て、窒化アルミを溶かすｐＨが８程度のアルカリ性のア
ルミナスラリを研磨材として用い、積層タイプのポリッ
シングパッドを用いて窒化アルミ薄膜の表面を研磨する
実験を行なった。この積層タイプのポリッシングパッド
は、軟質の発泡ウレタンより成る下地層の上に、硬質の
発泡ウレタンより成る表面層を設けたものであり、表面
を高度に平坦化するのに通常用いられているものであ
る。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、上述した研磨
法では、表面粗さ(Ra)が３０オングストロームと大き
く、研磨レートのばらつきが±９０％と大きく、さらに
研磨後、窒化アルミ薄膜の表面に多量の付着物が残留す
るという問題があることが分かった。研磨後の平均表面
粗さＲａはＪＩＳ規格において中心線平均粗さと呼ばれ
ているものである。この平均表面粗さＲａは研磨量とも
密接に関連するが、弾性表面波デバイス用の基板として
は、この平均表面粗さＲａは２０オングストローム以
下、特に１０オングストローム以下とするのが好ましい
が、上述した研磨方法では研磨量を大きくしてもそのよ
うな要求を満たすことは困難であることを確かめた。

【０００５】また、研磨レートのばらつきを測定したと
ころ、上述した研磨方法では±９０％といったきわめて
大きなばらつきが計測された。この研磨レートのばらつ
きは、複数のウエファの研磨レート（μｍ／分）を測定
してその平均値を求め、さらに、測定した研磨レートの
内の最大値と最小値との差を前記平均膜厚の２倍で割っ
た値に１００を乗算して求めたものである。良好な弾性
表面波デバイスを実現するためには、この研磨レートの
ばらつきは±２０％以下に抑えるのが好ましく、特に良
好な特性を実現するには研磨レートのばらつきは±３％
以下に抑えるのが望ましいが、上述した研磨方法では到
底そのような要求に応えることができない。ウエファ間
にこのような大きな研磨レートのばらつきがあるという
ことは、窒化アルミ薄膜の膜厚がウエファ毎に大きく異
なるということに繋がるので、特性の揃った弾性表面波
デバイスを大量生産する上で歩留りの低下を招き、好ま
しくない。

【０００６】このように研磨レートが大きくばらつく原
因は、窒化アルミを溶かすｐＨ８程度のアルカリ性のア
ルミナスラリを使用しているが、この溶け具合によって
研磨量が大きく変動するので、研磨レートが大きく変動
し、したがって研磨レートのばらつきが大きくなるもの
と思われるが、これについては後に詳述する。

【０００７】さらに、上述した研磨方法で研磨した場
合、研磨後の窒化アルミ薄膜の表面に多量の付着物、多
くはスラリ中に含有されているアルミナ砥粒が残留して
いることが確かめられた。これは、使用するアルミナス
ラリのｐＨ値との相関があることが分かったが、その詳
細については後述する。このように研磨した窒化アルミ
薄膜の表面に多量の付着物が残留する場合には、研磨後
これらの残留物を除去する必要があるが、付着物は静電
的な引力によって付着しているので、通常の簡単な洗浄
では除去できず、残留物の排除に時間とコストが掛かっ
てしまう問題がある。

【０００８】本発明の目的は、上述した問題点を解消
し、平均表面粗さが小さく、研磨レートのばらつきも小
さく、しかも研磨後の表面の残留物の少ない窒化アルミ
薄膜表面の研磨方法を提供しようとするものである。本
発明の他の目的は優れた特性を有する窒化アルミ薄膜を
有する半導体装置用基板、弾性表面波装置用基板および
このような基板を有する半導体装置、弾性表面波装置を
提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による窒化アルミ
薄膜表面の研磨方法は、基板の一方の表面に形成された
窒化アルミ薄膜の表面を、研磨材としてアルミナ粉末を
含有するｐＨがほぼ５以下のアルミナスラリと、スウェ
ードタイプの不織布より成るポリッシングパッドとを用
いて研磨することを特徴とするものである。

【００１０】本発明による研磨方法の好適な実施例にお
いては、前記スウェードタイプの不織布より成るポリッ
シングパッドは、表面にポリウレタン垂直発泡体を有
し、下地層にポリエステル繊維の不織布にポリウレタン
を含浸させたものを用い、前記アルミナスラリにおける
アルミナ砥粒の含有割合をほぼ１０重量％とし、アルミ
ナ砥粒の平均粒径を０．０３μm とする。このようなポ
リッシングパッドおよびアルミナスラリを用いて、窒化
アルミ薄膜の研磨量が５００オングストローム以上、特
に１０００オングストローム以上となり、研磨後の表面
粗さＲａが２０オングストローム以下となるまで研磨を
行うことによって、平均表面粗さを３オングストローム
以下とし、研磨レートのばらつきを±３％以下に抑える
ことができ、優れた特性を有する弾性表面波デバイス用
基板を提供することができる。

【００１１】さらに本発明の半導体装置用基板および弾
性表面波装置用基板は、上述した方法によって研磨した
窒化アルミ薄膜を有することを特徴とするものである。
また、本発明による半導体装置および弾性表面波装置
は、上述した方法によって研磨された窒化アルミ薄膜を
有する基板を具えることを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による窒化アルミ
薄膜表面の研磨方法を実施するための研磨装置の一例を
示すものである。表面を研磨すべき窒化アルミ薄膜を有
するウエファ１を回転ヘッド２の先端に固定する。この
回転ヘッド２と対向するように円盤状のポリッシングパ
ッド３を配置する。回転ヘッド２は、その中心軸の回り
に自転すると共にポリッシングパッド３の表面に沿って
揺動するように構成されている。また、この回転ヘッド
２は、ウエファ１を所定の圧力でポリッシングパッド３
に押圧することができるように構成されている。さら
に、ポリッシングパッド３の中心軸線に沿って所望の流
量でアルミナスラリをポリッシングパッド３上に供給す
るスラリ供給ノズル４を配置する。本例では、ポリッシ
ングパッド３に固着されるウエファは、アルミナより成
る３インチウエファであり、その表面にはＭＯＣＶＤに
よって成膜された１〜３μm の膜厚の窒化アルミ薄膜が
形成されているものである。

【００１３】図２ＡおよびＢは、本発明で用いるスウェ
ードタイプの不織布より成るポリッシングパッド３の表
面および断面の電子顕微鏡写真をそれぞれ示すものであ
る。本例では、ポリッシングパッド３を、ポリウレタン
より成るベース部材１１と、その上に形成され、ポリエ
ステル繊維の不織布にポリウレタンを含浸させた厚さが
０．９ｍｍ程度の下地層１２と、この下地層の上に形成
され、ポリウレタン垂直発泡体より成る厚さが０．５ｍ
ｍ程度の表面層１３とを具えるスウェードタイプの不織
布より成るポリッシングパッドを用いる。

【００１４】また、図３ＡおよびＢ並びに図４Ａおよび
Ｂは、比較実験例において使用したポリッシングパッド
の２例の表面および断面の電子顕微鏡写真を示すもので
あり、図３に示す例では、ベース部材２１の表面にポリ
エステル繊維より成る不織布で形成された表面層２２
を、１．３ｍｍ程度の厚さに設けたものであり、ここで
は不織布タイプのポリッシングパッド呼ぶことにする。
また、図４に示す例は、ベース部材の上に軟質発泡ポリ
ウレタンより成る厚さが１．３ｍｍ程度の下地層２５を
形成し、その上に硬質発泡ポリウレタンより成る厚さが
１．３ｍｍ程度の表面層２６を積層したものであり、こ
こでは積層タイプのポリッシングパッドと称することに
する。本発明では、図２に示すようなスウェードタイプ
の不織布より成るポリッシングパッド３を用いるもので
ある。

【００１５】さらに、本発明においては、砥粒としてア
ルミナ粉末を混合したｐＨがほぼ５以下のアルミナスラ
リを研磨材として用いるのが好適であるが、このような
アルミナスラリの一例としては、アルミナ砥粒の平均粒
径を０．０３μmとし、混合割合をほぼ１０重量％とす
る。一方、比較実験においては、窒化アルミはアルカリ
に溶けるので、ＣＭＰの研磨材としてはｐＨが７以上の
アルカリ性のアルミナスラリを用いる。後述する実験結
果から明らかなように、アルカリ性のアルミナスラリを
使用して窒化アルミ薄膜を研磨すると、研磨レートのば
らつきが大きくなることが判明した。

【００１６】図５は、アルミナスラリのｐＨ値と、研磨
レートのばらつきとの関係を示すグラフであり、ポリッ
シングパッドとしては、図２に示すような本発明で用い
るスウェードタイプのポリッシングパッドを使用してい
る。このグラフから明らかなように、アルミナスラリの
ｐＨ値が小さくなるのに伴って研磨レートのばらつきは
小さくなっている。窒化アルミ薄膜を用いるデバイスの
特性から考えると、この研磨レートのばらつきは２０％
以下に抑えるのが好適であるので、本発明ではアルミナ
スラリのｐＨ値はほぼ５以下とするのが好適である。

【００１７】図６ＡおよびＢは、上述したようにアルミ
ナ粉末の平均粒径を０．０３μm とし、混合割合をほぼ
１０重量％とし、ｐＨ値をほぼ４．２としたアルミナス
ラリを用い、ポリッシングパッドをそれぞれ図４に示す
積層タイプおよび図２に示すスウェードタイプとした場
合の研磨量のウエファ間のばらつきを示すグラフであ
る。研磨条件は、それぞれのグラフに示す通りである。
図６Ａに示すように、積層タイプのポリッシングパッド
を用いる場合には、ウエファ間での研磨量のばらつきは
２０％程度にも達しているのに対し、図６Ｂに示すよう
に本発明によるスウェードタイプのポリッシングパッド
を用いる場合には、研磨量のウエファ間のばらつきは３
％程度と著しく小さくなっていることが分かる。

【００１８】図７は、上述したアルミナスラリを用い、
ポリッシングパッドとして図２に示した本発明によるス
ウェードタイプのものと、図４に示す積層タイプのもの
とを用いた場合の、研磨量と平均表面粗さＲａとの関係
を示すものである。図７において、○は本発明による測
定結果を示すものであり、これらの測定結果から曲線Ａ
が得られるものである。また、×は積層タイプのポリッ
シングパッドを用いる場合の測定結果を示すものであ
る。本発明によれば、例えば研磨量が９５０オングスト
ロームで平均表面粗さＲａは８．１６オングストローム
となっており、積層タイプのポリッシングパッドを用い
る場合に比べて平均表面粗さＲａを小さくすることがで
きる。研磨した窒化アルミ薄膜を弾性表面波デバイスに
適用する場合には、この平均表面粗さＲａは２０オング
ストローム以下、特に１０オングストローム以下とする
のが望ましいので、研磨量は５００オングストローム以
上、好ましくは１０００オングストローム以上とするの
が好適である。

【００１９】図８ＡおよびＢは、ポリッシングパッドと
してスウェードタイプのポリッシングパッドを用いる
が、それぞれｐＨ値がほぼ８および４のアルミナスラリ
を研磨材として用いた場合の研磨後の窒化アルミ薄膜表
面の状態を示す光学顕微鏡写真である。アルカリ性のア
ルミナスラリを用いる場合には、図８Ａに示すように多
くの付着物が残留しているが、本発明による酸性のアル
ミナスラリを用いる場合にはそのような付着物は認めら
れない。このように酸性のアルミナスラリを用いること
によって付着物が少なくなる理由について次に説明す
る。

【００２０】図９は、横軸にｐＨ値を取り、縦軸に表面
電位を取って示すグラフである。曲線Ａは、窒化アルミ
薄膜の表面電位を示し、曲線Ｂはアルミナ粒子の表面電
位を示すものである。ｐＨが７程度の中性またはアルカ
リ性のアルミナスラリを用いる場合には、スラリ中に含
有されるアルミナ粉末の表面電位は正となり、一方窒化
アルミ薄膜の表面電位は負であるので、静電引力が働
き、窒化アルミ薄膜の表面にアルミナ粒子が付着するこ
とになる。一方、本発明のようにｐＨが５未満のアルミ
ナスラリを用いる場合、窒化アルミ薄膜の表面電位もア
ルミナ粒子の表面電位も正となるので、両者は反発しあ
い、アルミナ粒子は窒化アルミ薄膜の表面に付着しなく
なる。

【００２１】

【発明の効果】上述したように、本発明による窒化アル
ミ薄膜表面の研磨方法によれば、基板表面に形成された
窒化アルミ薄膜の表面を、研磨材としてアルミナ粉末を
含有するｐＨ値がほぼ５以上のアルミナスラリを用い、
ポリウレタン垂直発泡体より成る表面層と、ポリエステ
ル繊維の不織布にポリウレタンを含浸させた下地層とを
積層させたスウェードタイプの不織布より成るポリッシ
ングパッドで研磨するようにしたので、研磨後の窒化ア
ルミ薄膜の表面の平均表面粗さは著しく小さくなり、研
磨レートのウエファ間のばらつきも著しく小さくなり、
しかも研磨表面に付着物が残存しない特性がきわめて良
好な窒化アルミ薄膜を得ることができる。

【００２２】さらに、このような方法によって研磨され
た窒化アルミ薄膜を有する基板は、半導体装置用基板お
よび弾性表面波装置用基板としても有効に利用できるも
のであり、このような基板を有する半導体装置や弾性表
面波装置は優れた特性を有するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による窒化アルミ薄膜表面の研
磨方法を実施するための研磨装置の一例を示す斜視図で
ある。

【図２】図２ＡおよびＢは、本発明による研磨方法で使
用するスウェードタイプのポリッシングパッドの一例の
表面および断面構造を示す電子顕微鏡写真である。

【図３】図３ＡおよびＢは、比較例において使用する不
織布タイプのポリッシングパッドの表面および断面構造
を示す電子顕微鏡写真である。

【図４】図４ＡおよびＢは、比較例において使用する積
層タイプのポリッシングパッドの表面および断面構造を
示す電子顕微鏡写真である。

【図５】図５は、スラリのｐＨと研磨レートのばらつき
との関係を示すグラである。

【図６】図６ＡおよびＢは、積層タイプおよびスウェー
ドタイプのポリッシングパッドを用いる場合の研磨レー
トのウエファ間のばらつきをそれぞれ示すグラフであ
る。

【図７】図７は、研磨量と平均表面粗さとの関係を、ポ
リッシングパッドをパラメータとして示すグラフであ
る。

【図８】図８ＡおよびＢは、比較例と本発明の実施例と
における付着物の残存状況を対比して示す光学顕微鏡写
真である。

【図９】図９は、アルミナスラリのｐＨと表面電位との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ウエファ、 ２ 回転ヘッド、 ３ ポリッシング
パッド、 ４ スラリ供給ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 智彦 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 BA02 BA07 CB03 CB05 CB10 DA02 DA12 DA17

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の一方の表面に形成された窒化アルミ
   薄膜の表面を、研磨材としてアルミナ粉末を含有するｐ
   Ｈ値がほぼ５以下のアルミナスラリと、スウェードタイ
   プの不織布より成るポリッシングパッドとを用いて研磨
   することを特徴とする窒化アルミ薄膜表面の研磨方法。
2. 【請求項２】前記スウェードタイプの不織布より成るポ
   リッシングパッドを、ポリウレタン垂直発泡体より成る
   表面層と、ポリエステル繊維の不織布にポリウレタンを
   含浸させた下地層とを積層させたものを用いることを特
   徴とする請求項１に記載の窒化アルミ薄膜表面の研磨方
   法。
3. 【請求項３】前記アルミナスラリにおけるアルミナ粉末
   の含有割合をほぼ１０重量％とし、アルミナ粉末の平均
   粒径を０．０３μm とすることを特徴とする請求項１に
   記載の窒化アルミ薄膜表面の研磨方法。
4. 【請求項４】前記窒化アルミ薄膜の研磨量が５００オン
   グストローム以上、特に１０００オングストローム以上
   となり、研磨後の表面粗さＲａが２０オングストローム
   以下となるまで研磨することを特徴とする請求項１に記
   載の窒化アルミ薄膜表面の研磨方法。
5. 【請求項５】前記窒化アルミ薄膜の研磨後の厚さのばら
   つきが２０％以下となるまで研磨を行うことを特徴とす
   る請求項１に記載の窒化アルミ薄膜表面の研磨方法。
6. 【請求項６】請求項１〜５の何れかの方法で表面を研磨
   した窒化アルミ薄膜を有する半導体装置用基板。
7. 【請求項７】請求項６に記載の基板を有する半導体装
   置。
8. 【請求項８】請求項１〜５の何れかの方法で表面を研磨
   した窒化アルミ薄膜を有する弾性表面波装置用基板。
9. 【請求項９】請求項８に記載の基板を有する弾性表面波
   装置。