JP2015153852A

JP2015153852A - 窒化物半導体基板の製造方法

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Publication number: JP2015153852A
Application number: JP2014025321A
Authority: JP
Inventors: 田代　雅之; Masayuki Tashiro; 雅之田代
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: JP6179418B2

Abstract

【課題】化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程を含む窒化物半導体基板の製造方法であって、ＣＭＰにおけるポリッシングレートをより高めた方法を提供する。
【解決手段】砥粒を含むスラリーを用いて窒化物半導体結晶の少なくとも１つの表面を化学機械的研磨して平坦化する工程を含む窒化物半導体基板の製造方法。前記砥粒がコロイダルシリカであり、前記スラリーが酸性である。前記コロイダルシリカは、階級範囲を５（ｎ−１）以上かつ５ｎ未満、階級値を５（ｎ−１）＋２．５（いずれも単位ｎｍ；ｎは自然数）としたヒストグラムで表す粒径分布において、（ａ）度数の最頻値がｎ＝５〜８の範囲内の階級にあり、（ｂ）ｎ＝４〜９の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の７５〜９０％であり、（ｃ）ｎ＝１０〜１５の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の１０〜２５％であり、（ｄ）ｎ＝１６〜２０の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の０〜５％である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板に代表される窒化物半導体基板の製造方法に関する。

窒化物半導体は、ＧａＮ系半導体、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体などとも呼ばれる。窒化物半導体には、ＧａＮが含まれる他、ＧａＮのＧａの一部または全部が、他の周期表１３族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ）に置換された化合物が含まれる。例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等である。

窒化物半導体は、通常、六方晶ウルツ鉱型の結晶構造を取る。有用性の高い窒化物半導体基板のひとつは、主表面の法線が＜０００１＞方向と平行または略平行（オフ角１０°以内）となるように構成された、Ｃ面基板である。

窒化物半導体固有の性質によって、Ｃ面基板の主表面は一方が＋Ｃ面となり、他方が−Ｃ面となる。＋Ｃ面はガリウム極性面、ＩＩＩ族金属極性面とも呼ばれる。−Ｃ面は窒素極性面とも呼ばれる。＋Ｃ面と−Ｃ面の化学的性質は大きく異なっている。例えば、窒化物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させるための下地（シード）として使用されるのは、通常、＋Ｃ面である。−Ｃ面上に高品質の窒化物半導体結晶を気相法でエピタキシャル成長させることは難しい。＋Ｃ面の方が−Ｃ面よりも化学的な安定性が高く、酸やアルカリによるエッチングも−Ｃ面の方が高いレートで進行し、＋Ｃ面のエッチングには時間を要する。

窒化物半導体基板は、気相法または液相法で成長されたバルク単結晶を、スライスすることにより製造される。スライスされたままの表面（アズスライス面）には加工変質層（damaged layer）が形成されているので、平坦化する工程でこの加工変質層を取り除く必要がある。平坦化は、グラインディング、ラッピング、ポリッシングを順次行うことにより行われる。グラインディングとラッピングのいずれか、または両方を省略することができる。グラインディングやラッピングによっても、被加工面には加工変質層が導入される。

よく知られたポリッシング法の一つに化学機械的研磨（（Chemical-Mechanical-Polishing）、以下、ＣＭＰと略記することがある）がある。ＣＭＰ処理は加工変質層の導入を伴わないので、平坦化の最終段階ではＣＭＰによって加工変質層を完全に除去しつつ、基板の主表面を原子レベルで平坦化することができる。

特開２０１３−２０１１７６号公報

特許文献１には、第１３族窒化物結晶の表面を化学機械的研磨するためのポリシングスラリーであって、平均粒径の異なる２種以上の砥粒及び水を含み、且つ、酸性であるポリシングスラリー（請求項１）と、このポリシングスラリーを用いて、前記第１３族窒化物結晶の少なくとも１つの表面を化学機械的研磨して、第１３族窒化物基板を得る工程を有する第１３族窒化物基板の製造方法（請求項９）が開示されている。平均粒径の異なる２種以上の砥粒及び水を含み、且つ、酸性であるポリシングスラリーの２種以上の砥粒は、平均粒径が最も大きい種類の砥粒の平均粒径が４０〜１００ｎｍであり（請求項４）、平均粒径が最も小さい種類の砥粒の平均粒径が１０〜５０ｎｍであり（請求項５）、平均粒径が最も大きい種類の砥粒の平均粒径が、平均粒径が最も小さい種類の砥粒の平均粒径の２倍以上である（請求項６）こと、さらには２種以上の砥粒の総質量を１００質量％としたときの、平均粒径が最も小さい種類の砥粒の総質量の割合が３５〜６５質量％であること（請求項３）も記載する。さらに特許文献１には、大砥粒と小砥粒以外の砥粒（中砥粒）を含むことも記載する（段落００２４）。

特許文献１は、本願出願人によるものであり、その明細書に記載のように、第１３族窒化物結晶の化学機械的研磨に要する時間を短縮できる優れたポリシングスラリーとこのポリシングスラリーを用いた第１３族窒化物基板の製造方法を提供するものである。しかし、化学機械的研磨に要する時間のさらなる短縮が望まれている。

特に、Ｃ面窒化物半導体基板を製造するうえで、＋Ｃ面を平坦化する工程は必須である。ところが、前述のように＋Ｃ面は化学的安定性が高いことから、＋Ｃ面をＣＭＰ処理したときのポリッシングレートは特許文献１に記載のポリシングスラリーを用いても依然として改善の余地があるレベルであった。このポリッシングレートをより高くできれば、Ｃ面基板の生産性をさらに改善することができる。

そこで本発明は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程を含む窒化物半導体基板の製造方法であって、ＣＭＰにおけるポリッシングレートをより高めた方法を提供することにある。特に本発明は、ＣＭＰ処理すべき表面が窒化物半導体結晶の＋Ｃ面であっても、ＣＭＰにおけるポリッシングレートをより高めることができる方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明者らは種々の検討を行った。その結果、所定の粒度分布を有するコロイダルシリカを砥粒として含有する酸性のスラリーを用いることで、窒化物半導体結晶、特に窒化物半導体結晶の＋Ｃ面に対するＣＭＰ工程におけるポリッシングレートをより高めることができることを見出して、上記課題を解決する本発明を完成した。

本発明は以下の通りである。
[１]
砥粒を含むスラリーを用いて窒化物半導体結晶の少なくとも１つの表面を化学機械的研磨して平坦化する工程を含む窒化物半導体基板の製造方法において、
前記砥粒がコロイダルシリカであり、
前記スラリーが酸性であり、
前記コロイダルシリカは、階級範囲を５（ｎ−１）以上かつ５ｎ未満、階級値を５（ｎ−１）＋２．５（いずれも単位ｎｍ；ｎは自然数）としたヒストグラムで表す粒径分布において、
（ａ）度数の最頻値がｎ＝５〜８の範囲内の階級にあり、
（ｂ）ｎ＝４〜９の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の７５〜９０％であり、
（ｃ）ｎ＝１０〜１５の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の１０〜２５％であり、
（ｄ）ｎ＝１６〜２０の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の０〜５％である、
ことを特徴とする製造方法。
[２]
（ｅ）ｎ＝４〜９の範囲の各階級の度数は、ｎ＝１０〜１５の範囲の何れの階級の度数より大きく、
（ｆ）ｎ＝１０〜１２の範囲の階級の度数の合計が、ｎ＝１３〜１５の範囲の階級の度数の合計より大きい、
［１］に記載の製造方法。
[３]
前記スラリーのｐＨが３以下である［１］又は［２］に記載の製造方法。
[４]
前記スラリーのコロイダルシリカの固形分濃度が３０〜５０質量％の範囲である［１］〜［３］のいずれか１項に記載の製造方法。
[５]
前記スラリーは酸化剤をさらに含む［１］〜［４］のいずれか１項に記載の製造方法。
[６]
前記化学機械的研磨は、窒化物半導体結晶に対し相対速度１〜３ｍ／ｓで回転するポリッシングパッドを用いて行う［１］〜［５］のいずれか１項に記載の製造方法。
[７]
前記窒化物半導体結晶がＧａＮ結晶である［１］〜［６］のいずれかに記載の製造方法。
[８]
前記窒化物半導体結晶の被研磨面が＋Ｃ面である［１］〜［７］のいずれかに記載の製造方法。

本発明によれば、窒化物半導体基板の製造方法におけるＣＭＰ工程におけるポリッシングレートをより高めた方法を提供することができる。特に本発明によれば、ＣＭＰ処理すべき表面が窒化物半導体結晶の＋Ｃ面であっても、ポリッシングレートをより高めることができる方法を含む窒化物半導体基板の製造方法を提供することができる。

実施例１に用いたＣＭＰ用スラリーにおける砥粒の粒度分布を示すヒストグラムである。比較例２−１に用いたＣＭＰ用スラリーにおける砥粒の粒度分布を示すヒストグラムである。比較例３に用いたＣＭＰ用スラリーにおける砥粒の粒度分布を示すヒストグラムである。

本発明は、砥粒を含むスラリーを用いて窒化物半導体結晶の少なくとも１つの表面を化学機械的研磨（ＣＭＰ）して平坦化する工程を含む窒化物半導体基板の製造方法に関する。本発明において砥粒としてはコロイダルシリカを用い、かつ砥粒を含むスラリーは酸性であり、かつ前記コロイダルシリカが、ヒストグラムで表す粒径分布において、下記（ａ）〜（ｄ）を満足するものである。
（ａ）度数の最頻値がｎ＝５〜８の範囲内の階級にあり、
（ｂ）ｎ＝４〜９の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の７５〜９０％であり、
（ｃ）ｎ＝１０〜１５の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の１０〜２５％であり、
（ｄ）ｎ＝１６〜２０の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の０〜５％である。
但し、前記粒径分布のヒストグラムは、階級範囲を５（ｎ−１）以上かつ５ｎ未満、階級値を５（ｎ−１）＋２．５（いずれも単位ｎｍ；ｎは自然数）とするものである。

さらに前記コロイダルシリカは、好ましくは
（ｅ）ｎ＝４〜９の範囲の各階級の度数は、ｎ＝１０〜１５の範囲の何れの階級の度数より大きく、
（ｆ）ｎ＝１０〜１２の範囲の階級の度数の合計が、ｎ＝１３〜１５の範囲の階級の度数の合計より大きい。

窒化物半導体結晶及び窒化物半導体基板における窒化物半導体は、ＧａＮ系半導体、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体などとも呼ばれる半導体である。窒化物半導体の例としては、ＧａＮが含まれる他に、ＧａＮのＧａの一部または全部が、他の周期表１３族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ）に置換された化合物が含まれる。例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等である。

特許文献１に記載のポリシングスラリーは、前述のように平均粒径の異なる２種以上の砥粒（大砥粒と小砥粒）及び水を含み、且つ、酸性であるポリシングスラリーであり、砥粒の材料としてコロイダルシリカも例示されている。特許文献１の記載（段落００１９）によれば、平均粒径の異なる２種以上の砥粒を用いることで各砥粒を１種類ずつ用いる場合と比較して、優れた化学機械的研磨特性を発揮することができる。それに対して、本発明の砥粒を含むスラリーは、平均粒径の異なる２種以上の砥粒を用いるものではなく、ヒストグラムで表す粒径分布において、前述の（ａ）〜（ｄ）を満足する砥粒を含むものである。

（ａ）〜（ｄ）を満足する粒径分布の例を図１に示す。本発明においては、粒径分布のヒストグラムは、階級範囲を５（ｎ−１）以上かつ５ｎ未満、階級値を５（ｎ−１）＋２．５（いずれも単位ｎｍ；ｎは自然数）とするものである。従って、例えば、最初から４番目の階級は、ｎが４であるから、階級範囲は、１５以上かつ２０未満であり、階級値は１７．５となる。

さらに上記粒径分布の測定方法は以下の通りである。
ディッピングにより平坦な板の表面（例えば、ＣＭＰ処理されたＧａＮ基板の表面）にスラリーを付着させ、乾燥した後、SEM（倍率１０万倍）で画像を取得する。画像解析ソフトを用いて粒径分布を測定し、ヒストグラムを作成する。画像解析ソフトの利用は一例であり、手作業によって、ＳＥＭ画像から各粒子の粒径と数を求めても構わない。

図１に粒径分布を示すコロイダルシリカを含むスラリーを例に以下に本発明を説明する。
（ａ）〜（ｄ）を満足する粒径分布を有するスラリーは、（ａ）度数の最頻値がｎ＝５〜８の範囲内の階級にあり、かつ（ｂ）ｎ＝４〜９の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の７５〜９０％であることから、ｎ＝５〜８の範囲の階級において、度数の最頻値を示す。図１に示す粒径分布においては、ｎ＝５〜８の範囲である、階級値が２２．５ｎｍ（ｎ＝５）、２７．５ｎｍ（ｎ＝６）、３２．５ｎｍ（ｎ＝７）及び３７．５ｎｍ（ｎ＝８）である階級の内、階級値が２７．５ｎｍ（ｎ＝６）である階級の度数が最頻値を示す。本発明においては、度数の最頻値は、ｎ＝６の場合だけではなく、５、７又は８であっても良い。但し、好ましくは度数の最頻値はｎ＝６又は７の階級にあり、より好ましくは図１に示す場合のようにｎ＝６の階級である。

さらに、（ｂ）ｎ＝４〜９の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の７５〜９０％である。ｎ＝４〜９の範囲の階級に属する砥粒は、研磨機能が高くかつｎが１０を超える階級に属する砥粒に比べて、同じ質量でも粒子数が多くなりポリシングレートをより高める効果がある。そのため、この範囲の階級に属する砥粒が比較的多いことが好ましく、ｎ＝４〜９の範囲の階級の度数の合計は全階級の度数の合計の７５〜９０％であり、好ましくは８０〜９０％であり、より好ましくは８０〜８８％、さらに好ましくは８１〜８６％の範囲である。

さらに、（ｃ）ｎ＝１０〜１５の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の１０〜２５％である。ｎ＝１０〜１５の範囲の階級に属する砥粒は、ｎが１０未満の階級に属する砥粒に比べれば研磨機能は低いが、粒子径が大きいことでｎが１０未満の階級に属する砥粒では研磨できない部位に対して研磨機能を発揮することができ、ポリッシングレートの向上効果が大きい。そのため、ポリシングレートをより高める上で、この範囲の階級に属する砥粒を全範囲の度数の合計の１０〜２５％含有する（共存させる）ことが非常に有効である。ｎ＝１０〜１５の範囲の階級の度数の合計は全階級の度数の合計の１０〜２５％であり、好ましくは１０〜２０％であり、より好ましくは１２〜１８％であり、さらに好ましくは１３〜１７％の範囲である。

粒子径がより大きい（ｄ）ｎ＝１６〜２０の範囲の階級の度数の合計は、全階級の度数の合計の０〜５％である。本発明の砥粒を含むスラリーにおいては、ｎ＝４〜９の範囲の階級に属する砥粒及びｎ＝１０〜１５の範囲の階級に属する砥粒が所定の割合で含有されていれば、所望のポリシングレートをより高める効果は得られる。従って、ｎ＝１６〜２０の範囲の階級に属する砥粒は、含んでも良いが含まなくてもポリシングレートの観点では大きな相違はない。含む場合には、ｎ＝１６〜２０の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の５％以下、好ましくは４％以下、より好ましくは３％以下、さらに好ましくは２％以下である。

本発明で用いるスラリーは、上記（ａ）〜（ｄ）を満足する粒径分布を有するコロイダルシリカを含有するスラリーであるが、このスラリーはさらに（ｅ）及び（ｆ）を満足することが好ましい。（ｅ）ｎ＝４〜９の範囲の階級の各度数は、ｎ＝１０〜１５の範囲の何れの階級の度数より大きい。この規定を満足することにより、ｎ＝４〜９の範囲の階級に属する砥粒とｎ＝１０〜１５の範囲の階級に属する砥粒との存在量のバランスがとれ、所望のポリシングレートをより高める効果が得られる。

（ｅ）と同様な観点で、（ｆ）ｎ＝１０〜１２の範囲の階級の度数の合計が、ｎ＝１３〜１５の範囲の階級の度数の合計より大きい。この規定を満足することにより、ｎ＝１０〜１２の範囲の階級に属する砥粒とｎ＝１３〜１５の範囲の階級に属する砥粒との存在量のバランスがとれ、所望のポリシングレートをより高める効果が得られる。

特許文献１に記載のポリシングスラリーは、大砥粒と小砥粒を含むものであり、小砥粒の割合が３５〜６５質量％であり、大砥粒の平均粒径が４０〜１００ｎｍ、小砥粒の平均粒径が１０〜５０ｎｍであり、大砥粒の平均粒径が、小砥粒の平均粒径の２倍以上である。特許文献１に記載のポリシングスラリーの具体例を後述する比較例２に示し、その一例の比較例２−１の粒度分布を図２に示す。比較例２−１のスラリーは、上記（ａ）〜（ｄ）、さらには（ｅ）及び（ｆ）を満足する粒径分布を有するスラリーではなく、ポリシングレートも本発明の場合により劣るものであった（表３）。

本発明に用いられる上記（ａ）〜（ｄ）、さらには（ｅ）及び（ｆ）を満足する粒径分布を有するコロイダルシリカのスラリーは、市販のコロイダルシリカのスラリーを用いて調製できる。市販のコロイダルシリカのスラリーには種々の粒径分布を有するものがあるが、これらを複数組み合わせて調製することができる。但し、特許文献１に記載のポリシングスラリーと異なり、それぞれ特定の範囲に平均粒径を有する大砥粒と小砥粒を混合するのではなく、比較的ブロードな粒径分布を有するコロイダルシリカのスラリーを複数混合することで調製できる。混合するスラリーの種類には制限はなく、最終的なスラリーに求められる粒径分布を考慮して適宜選択される。

本発明に用いるスラリーのｐＨは３以下、より好ましくは２以下である。下限はないが、例えば、１以上である。一般にコロイダルシリカは中性付近では不安定であり凝集するが、酸性領域では安定なコロイド状態を維持できる。本発明に用いるスラリーも、安定なコロイド状態を維持し、かつ良好なポリッシングレートを発揮するという観点からｐＨは上記の値とする。ｐＨの調整は、公知の酸を用いて調整できる。原料として用いるコロイダルシリカのスラリーがアルカリ性の場合には、酸性化のために添加すべき酸を、撹拌容器中に加えた後、この撹拌容器にコロイダルシリカのスラリーを速やかに入れ、撹拌する。中性領域ではコロイダルシリカが凝集するので、速やかに中性領域を通過させることが適当である。

前記スラリーのコロイダルシリカの固形分濃度（シリカ重量／スラリー重量）は、３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。３０％未満ではＣＭＰレートが低過ぎて生産性が悪くなる傾向があり、５０％以上では砥粒が凝集しやすくなる傾向がある。スラリーのコロイダルシリカの固形分濃度は、好ましくは４２〜４８質量％の範囲であり、より好ましくは４３〜４７質量％の範囲、さらに好ましくは４４〜４６質量％の範囲である。

前記スラリーは添加剤を含むことができる。添加剤としては、ポリシングスラリーと協働して化学機械的研磨の効率を高めつつ、研磨対象である結晶を過度に傷めないものであれば特に限定されない。添加剤の例としては、酸を挙げることができる。酸としては、例えば、リン酸、硝酸、過酸化水素水、塩酸、及び硫酸等の酸、並びにこれら酸の混合物等が挙げられる。尚、これらの酸の内、硫酸、硝酸、過酸化水素などは酸化剤としての機能も有するので、ｐＨ調整の観点以外に、ポリシングの際の酸化剤としての機能も考慮して選択することが好ましい。添加剤は、ポリシングスラリーに加えてもよいし、ポリシングスラリーと共に研磨部分に直に添加してもよい。スラリーに添加する場合は、スラリーが示すべきｐＨを考慮して適宜決定できるが、例えば、１〜１０質量％の範囲で添加することができる。また、酸化剤としての機能も活用する場合には、酸化剤として得られる効果も考慮して添加量は決定する。

窒化物半導体結晶は、公知の方法により準備できる。窒化物半導体結晶は、ＨＶＰＥ法、Ｎａフラックス法、昇華法、アモノサーマル法等の方法で成長させたものを用いてもよいし、市販のものを用いてもよい。窒化物半導体結晶は、好ましくはＧａＮ結晶である。さらに、窒化物半導体結晶の被研磨面がＣ面であることが好ましい。窒化物半導体結晶の被研磨面が、一般に研磨しにくいＣ面、特に＋Ｃ面であっても本発明の製造方法では、より高いポリシングレートを実現できる。

一般的に窒化物半導体基板は、アズグロウン結晶を原料に、スライス、研削、研磨等の加工を経て得られる。本発明におけるＣＭＰ処理は、通常、アズグロウン結晶をスライス後、側面をベベリング処理し、裏面や表面に必要に応じて研削、エッチング、粗研磨（ラッピング）等の処理を施した後の窒化物半導体結晶に対して行う。スライスから粗研磨までの処理については公知の方法を採用すればよく、処理方法、順序は特に限定されない。

本発明の製造方法においては、ＣＭＰは前記スラリーを用いること以外は公知の方法を採用して実施することができ、例えば、窒化物半導体結晶の研磨対象となる表面と、研磨定盤に貼られた研磨パッドとの間に前記スラリーを添加した後、所定の圧力で当該結晶を保持しつつ、当該表面を研磨する方法が挙げられる。研磨パッドの材質は公知のものでよく、ポリウレタン製等が例示できる。

研磨パッドの回転速度についても特段限定されず、例えば、５０〜２００ｒｐｍの範囲にすることができる。半導体結晶の種類や表面の種類、スラリーの種類などに応じて適宜決定できる。

結晶を研磨定盤に対向させて配置する際の圧力についても特段限定されず、例えば、５００〜１，５００ｇ／ｃｍ²の範囲とすることができる。当該圧力を５００ｇ／ｃｍ²以上であれば、所望のポリッシュレートを得ることができ、一方、当該圧力が１，５００ｇ／ｃｍ²以下であれば、結晶にスクラッチが形成され、あるいはポリシングパッドの極度な磨耗が生じることもなく、良好に研磨をすることができる。但し、この範囲に限定される意図ではない。ポリッシングパッドの回転数と同様に、半導体結晶の種類や表面の種類、スラリーの種類などに応じて適宜決定できる。なお、結晶を貼り付けるプレート面は、研磨後に均一な厚みの基板を得るために、平坦なものが好ましい。ＣＭＰにおける圧力は６００〜１，４００ｇ／ｃｍ²であることがより好ましく、７００〜１，３００ｇ／ｃｍ²であることがさらに好ましい。

上記研磨定盤を用いる場合には、化学機械的研磨工程における第１３族窒化物結晶と当該研磨定盤との相対速度は、例えば、１〜３ｍ／ｓであることができる。当該相対速度が１ｍ／ｓ以上であれば、十分な研磨が進行し、所望のポリッシュレートの向上効果が得られる。一方、当該相対速度が３ｍ／ｓ以下であれば、研磨速度が速すぎることはなく、研磨パッドに極度の磨耗が生じることなく研磨することができる。ＣＭＰにおける窒化物半導体結晶と当該研磨定盤との相対速度は１．３〜２．８ｍ／ｓであることがより好ましく、１．５〜２．５ｍ／ｓであることがさらに好ましい。

ＣＭＰ処理の時間はＣＭＰの条件により適宜調整できるが、粗研磨による研磨キズが無くなるまで実施することが好ましい。研磨キズの有無は、蛍光顕微鏡やＣＬ（カソードルミネッセンス法）による観察で確認できる。ポリッシュレートが高い程、研磨キズが無くなるまでに要する時間が短縮され、ひいては生産性が向上する。ＣＭＰ時間は１０時間以下であることが好ましく、５時間以下であることがより好ましい。
ＣＭＰ終了後の窒化物半導体基板の表面粗さＲｍｓは、３ｎｍ未満であることが好ましく、１ｎｍ以下であることがより好ましく、０．２ｎｍ以下がさらに好ましい。

本発明の製造方法により得られる窒化物半導体基板は、通常研磨後に行われる洗浄などの工程を経て、製品とすることができる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

＜被処理基板＞
被処理基板は直径２インチのＣ面基板とし、被処理面は＋Ｃ面（Ｇａ極性面）とした。

＜ＣＭＰ工程前に施した処理・操作＞
アズグロン結晶の外周部を砥石で研削し、円筒形にした後（インゴット化）、オリエンテーション・フラットを形成した。次いで、Ｃ面に平行にワイヤーソーでスライスした。次いで、アルカリ性エッチング液に浸漬して、窒素極性面の加工歪を除去した。その後、研磨プレートに貼り付けてラッピングした。次いで、ＣＭＰ処理に付した。

＜ＣＭＰ条件＞
研磨機としては以下に示す仕様の片面機を用いた。
定盤径 φ６００ｍｍ
圧力１０００ｇ／ｃｍ²
回転数１５０ｒｐｍ
相対速度２．１ｍ／秒
パッドのタイプウレタンパッド
スラリー供給量４０ｍＬ/分
ワーク数５枚／回

（実施例１）
＜ＣＭＰスラリー＞
ＣＭＰ用スラリーとして以下のコロイダルシリカのスラリーを用いた。
シリカ濃度４４．６％
粒径分布図１にヒストグラムを示す
ｐＨ＝１〜２
酸：硝酸、過酸化水素及び燐酸（添加量６質量％）

＜ＣＭＰ結果＞
・ＣＭＰレート：１．０μｍ／ｈｒ
・ＣＭＰ処理後の表面粗度：Ｒｍｓ＝０．１ｎｍ

（比較例１）
＜ＣＭＰスラリー＞
ＣＭＰ用スラリーとして以下のコロイダルシリカのスラリーを用いた。
実施例１で用いたスラリーとは、アルカリ性である点、及び酸を含まない点で相違する。
・スラリー
シリカ濃度５０％
粒径分布実施例１と同じ
ｐＨ＝９．５
酸：添加なし

＜ＣＭＰ結果＞
・ＣＭＰレート：０．０μｍ／ｈｒ（実質研磨不可）
表面粗度大（削れないのでスクラッチが多数形成された）

（比較例２）
＜ＣＭＰスラリー＞
実施例１で用いたスラリーとは、コロイダルシリカの粒径分布が異なる。
ＣＭＰスラリーとして、粒子径２０〜４０ｎｍの粒子を主として含むシリカゾルＡ（アルカリ性）と、粒子径７０〜１００ｎｍの粒子を主として含むシリカゾルＢ（アルカリ性）の、２種類のシリカゾルを混合した後、酸性化したものを用いた。（特許文献１に記載のポリッシングスラリーに相当する。）

比較例２−１の粒径分布図２にヒストグラムを示す。
ｐＨ＝１〜２
酸：硝酸、過酸化水素及び燐酸（添加量６質量％）
ＣＭＰスラリーの調製条件と研磨結果を表１に示す。

＜ＣＭＰ結果＞
・ＣＭＰレート：表１参照
・表面粗度：Ｒｍｓ＝０．１ｎｍ

（比較例３）
＜ＣＭＰスラリー＞
実施例１で用いたスラリーとは、コロイダルシリカの粒径分布が異なる。
・スラリー
シリカ濃度３５％
粒径分布図３にヒストグラムを示す。
ｐＨ＝１〜２
酸：硝酸、過酸化水素水及び燐酸（添加量７質量％）

＜ＣＭＰ結果＞
・ＣＭＰレート：０．１μｍ／ｈｒ
・表面粗度：Ｒｍｓ＝０．１ｎｍ

表２及び３に示す結果から、砥粒の粒径分布が前述の（ａ）〜（ｄ）の全ての条件を満たす酸性スラリーである実施例１のスラリーを用いた場合のみ１．０μｍ／ｈｒという高いＣＭＰレートが得られ、しかも研磨後の表面粗度Ｒｍｓは、０．１ｎｍと比較例２−１及び３の場合と遜色がない結果が得られた。尚、比較例２−１は、比較例２−２及び２−３に比べれば、ＣＭＰレートは高いが、実施例１の７割程度であり、実施例１のスラリーを用いた場合に極めて効果が高いことが分かる。

本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）に代表される窒化物半導体からなる基板の製造に関する分野に有用である。

Claims

砥粒を含むスラリーを用いて窒化物半導体結晶の少なくとも１つの表面を化学機械的研磨して平坦化する工程を含む窒化物半導体基板の製造方法において、
前記砥粒がコロイダルシリカであり、
前記スラリーが酸性であり、
前記コロイダルシリカは、階級範囲を５（ｎ−１）以上かつ５ｎ未満、階級値を５（ｎ−１）＋２．５（いずれも単位ｎｍ；ｎは自然数）としたヒストグラムで表す粒径分布において、
（ａ）度数の最頻値がｎ＝５〜８の範囲内の階級にあり、
（ｂ）ｎ＝４〜９の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の７５〜９０％であり、
（ｃ）ｎ＝１０〜１５の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の１０〜２５％であり、
（ｄ）ｎ＝１６〜２０の範囲の階級の度数の合計が、全階級の度数の合計の０〜５％である、
ことを特徴とする製造方法。
（ｅ）ｎ＝４〜９の範囲の各階級の度数は、ｎ＝１０〜１５の範囲の何れの階級の度数より大きく、
（ｆ）ｎ＝１０〜１２の範囲の階級の度数の合計が、ｎ＝１３〜１５の範囲の階級の度数の合計より大きい、
請求項１に記載の製造方法。
前記スラリーのｐＨが３以下である請求項１又は２に記載の製造方法。
前記スラリーのコロイダルシリカの固形分濃度が３０〜５０質量％の範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
前記スラリーは酸化剤をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
前記化学機械的研磨は、窒化物半導体結晶に対し相対速度１〜３ｍ／ｓで回転するポリッシングパッドを用いて行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
前記窒化物半導体結晶がＧａＮ結晶である請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
前記窒化物半導体結晶の被研磨面が＋Ｃ面である請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。