JP3502319B2 - Polishing method of aluminum nitride thin film surface - Google Patents
Polishing method of aluminum nitride thin film surfaceInfo
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Description
【０００１】[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。The present invention relates to alumina (Al 2 O 3 ),
The present invention relates to a method for polishing the surface of an aluminum nitride thin film formed on the surface of a substrate such as silicon (Si) or silicon carbide (SiC). The present invention also relates to a semiconductor substrate having an aluminum nitride thin film polished by such a method, a surface acoustic wave device substrate, a semiconductor device having such a substrate, and a surface acoustic wave device.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Application of the above-mentioned aluminum nitride thin film to a semiconductor device substrate and a surface acoustic wave device substrate has been proposed. For example, it has been proposed to use, as a substrate of a surface acoustic wave device, an alumina substrate body, particularly a sapphire substrate body on which an aluminum nitride thin film having a thickness of about 1 to 3 μm is formed. This aluminum nitride thin film has excellent characteristics as a surface acoustic wave device,
Since the surface of the aluminum nitride thin film immediately after film formation has irregularities, it cannot be used as it is as a substrate for a surface acoustic wave device. In particular, aluminum nitride thin film
When the CVD method, the MB method, the sputtering method, or the like is used, the substrate body is heated to a temperature of about 1000 ° C. during the film formation process to improve the crystallinity, so that the surface of the aluminum nitride thin film becomes rough. Large unevenness tends to occur.
【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。Therefore, after forming the aluminum nitride thin film, it is necessary to carry out polishing to smooth the surface. Although the quartz substrate, which is the most widely used substrate for surface acoustic wave filter devices, is generally polished to flatten the surface, a conventional example of polishing the surface of an aluminum nitride thin film has been reported. Is not found. The inventor of the present application focuses on the fact that a slurry that dissolves a substance to be polished is used in ordinary chemical mechanical polishing (CMP), and polishes an alkaline alumina slurry having a pH of about 8 that dissolves aluminum nitride. An experiment was conducted to polish the surface of an aluminum nitride thin film using a laminated type polishing pad as a material. This laminated-type polishing pad is one in which a surface layer made of hard urethane foam is provided on a base layer made of soft urethane foam, and is usually used for highly planarizing the surface. Is.
【０００４】[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。However, in the above-mentioned polishing method, the surface roughness (Ra) is as large as 30 Å and the variation of the polishing rate is as large as ± 90%. Further, after polishing, a large amount is left on the surface of the aluminum nitride thin film. It has been found that there is a problem that the adhered substances remain. The average surface roughness Ra after polishing is called the center line average roughness in the JIS standard. Although this average surface roughness Ra is closely related to the amount of polishing, it is preferable that the average surface roughness Ra be 20 angstroms or less, particularly 10 angstroms or less as the substrate for the surface acoustic wave device. It was confirmed that it is difficult for the polishing method to meet such requirements even if the polishing amount is increased.
【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。Further, when the variation of the polishing rate was measured, an extremely large variation of ± 90% was measured by the above-mentioned polishing method. The variation of the polishing rate is obtained by measuring the polishing rate (μm / min) of a plurality of wafers to obtain an average value thereof, and further calculating the difference between the maximum value and the minimum value of the measured polishing rates as the average film thickness. It is calculated by multiplying the value divided by 2 times 100. In order to realize a good surface acoustic wave device, it is preferable to keep this polishing rate variation within ± 20% or less. To achieve particularly good characteristics, the polishing rate variation is within ± 3%.
It is desirable to suppress the amount to the following, but the above-mentioned polishing method cannot meet such a demand at all. Such large variations in the polishing rate among the wafers means that the film thickness of the aluminum nitride thin film varies greatly from wafer to wafer, so the yield can be increased when mass-producing surface acoustic wave devices with uniform characteristics. Is caused, which is not preferable.
【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。The cause of such a large variation in the polishing rate is the use of an alkaline alumina slurry having a pH of about 8 which dissolves aluminum nitride. However, the polishing rate varies greatly depending on the degree of melting, which causes a large variation in the polishing rate. Therefore, it is considered that the variation of the polishing rate becomes large, which will be described later in detail.
【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。Further, it was confirmed that when the above-mentioned polishing method was used for polishing, a large amount of deposits, mostly alumina abrasive grains contained in the slurry, remained on the surface of the aluminum nitride thin film after polishing. . It has been found that this has a correlation with the pH value of the alumina slurry used, and details thereof will be described later. If a large amount of deposits remain on the surface of the aluminum nitride thin film polished in this way, it is necessary to remove these deposits after polishing, but the deposits are attached by electrostatic attraction. However, there is a problem that it cannot be removed by ordinary simple cleaning, and it takes time and cost to remove the residue.
【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。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a method for polishing an aluminum nitride thin film surface having a small average surface roughness, a small variation in polishing rate, and a small amount of residue on the surface after polishing. Is what you are trying to do. Another object of the present invention is to provide a substrate for a semiconductor device having an aluminum nitride thin film having excellent characteristics, a substrate for a surface acoustic wave device, a semiconductor device having such a substrate, and a surface acoustic wave device. .
【０００９】[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。The method for polishing an aluminum nitride thin film surface according to the present invention is such that the surface of an aluminum nitride thin film formed on one surface of a substrate contains alumina powder as an abrasive and has a pH of about 5 or less. The polishing is performed by using the alumina slurry of 1) and a polishing pad made of a suede type non-woven fabric.
【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。In a preferred embodiment of the polishing method according to the present invention, the polishing pad made of the suede type non-woven fabric has polyurethane vertical foam on the surface, and the non-woven fabric of polyester fiber is impregnated with polyurethane as the underlayer. The content of the alumina abrasive grains in the alumina slurry is approximately 10% by weight, and the average grain size of the alumina abrasive grains is 0.03 μm. By using such a polishing pad and an alumina slurry, polishing is performed until the polishing amount of the aluminum nitride thin film becomes 500 angstroms or more, particularly 1000 angstroms or more, and the surface roughness Ra after polishing becomes 20 angstroms or less. It is possible to provide a surface acoustic wave device substrate having a surface roughness of 3 Å or less, a polishing rate variation of ± 3% or less, and excellent characteristics.
【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。Further, the semiconductor device substrate and the surface acoustic wave device substrate of the present invention are characterized by having the aluminum nitride thin film polished by the above-mentioned method.
A semiconductor device and a surface acoustic wave device according to the present invention are characterized by including a substrate having an aluminum nitride thin film polished by the method described above.
【００１２】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an example of a polishing apparatus for carrying out the method for polishing the surface of an aluminum nitride thin film according to the present invention. A wafer 1 having an aluminum nitride thin film whose surface is to be polished is fixed to the tip of a rotary head 2. A disk-shaped polishing pad 3 is arranged so as to face the rotary head 2. The rotary head 2 is configured to rotate about its central axis and swing along the surface of the polishing pad 3. In addition, the rotary head 2 includes a wafer 1 and a polishing pad 3 at a predetermined pressure.
It is configured so that it can be pressed. Further, a slurry supply nozzle 4 is arranged along the central axis of the polishing pad 3 to supply the alumina slurry onto the polishing pad 3 at a desired flow rate. In this example, the wafer fixed to the polishing pad 3 is a 3-inch wafer made of alumina, and an aluminum nitride thin film having a thickness of 1 to 3 μm formed by MOCVD is formed on the surface of the wafer. is there.
【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。2A and 2B are electron micrographs of the surface and cross section of the polishing pad 3 made of suede type nonwoven fabric used in the present invention, respectively. In this example, the polishing pad 3 includes a base member 11 made of polyurethane, a base layer 12 formed on the base member 11 and having a thickness of about 0.9 mm obtained by impregnating a non-woven fabric of polyester fibers with polyurethane, and the base layer 11. 0.5m thick polyurethane vertical foam formed on top
A polishing pad made of a suede type non-woven fabric having a surface layer 13 of about m is used.
【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。FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A and 4B are electron microscope photographs of the surface and cross section of two polishing pads used in the comparative experimental example. In the example shown in FIG. A surface layer 22 formed on the surface of 21 by a nonwoven fabric made of polyester fiber
Is provided with a thickness of about 1.3 mm, and is referred to as a non-woven fabric type polishing pad here.
Further, in the example shown in FIG. 4, a base layer 25 made of soft foamed polyurethane and having a thickness of about 1.3 mm is formed on the base member, and a hard foamed polyurethane having a thickness of about 1.3 mm is formed thereon. The surface layer 26 is laminated, and is referred to as a laminated-type polishing pad here. In the present invention, a polishing pad 3 made of a suede type nonwoven fabric as shown in FIG. 2 is used.
【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。Further, in the present invention, it is preferable to use, as an abrasive, an alumina slurry having a pH of about 5 or less mixed with alumina powder as abrasive grains. One example of such an alumina slurry is an alumina abrasive. The average particle size of the particles is 0.03 μm, and the mixing ratio is approximately 10% by weight. On the other hand, in a comparative experiment, since aluminum nitride dissolves in alkali, an alkaline alumina slurry having a pH of 7 or more is used as a CMP abrasive. As is clear from the experimental results described below, it was found that when the aluminum nitride thin film was polished using alkaline alumina slurry, the variation in polishing rate increased.
【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。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the pH value of the alumina slurry and the variation of the polishing rate. As the polishing pad, the suede type polishing pad used in the present invention as shown in FIG. 2 is used. ing. As is clear from this graph, the variation of the polishing rate becomes smaller as the pH value of the alumina slurry becomes smaller. Considering the characteristics of the device using the aluminum nitride thin film, the variation of the polishing rate is 20%.
The pH value of the alumina slurry is preferably set to about 5 or less in the present invention, since it is preferably suppressed to the following.
【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。In FIGS. 6A and 6B, as described above, an alumina slurry having an average particle diameter of alumina powder of 0.03 μm, a mixing ratio of about 10% by weight and a pH value of about 4.2 was used. 5 is a graph showing the variation between the wafers in the polishing amount when the laminated type shown in FIG. 4 and the suede type shown in FIG. The polishing conditions are as shown in each graph.
As shown in FIG. 6A, when a laminated type polishing pad is used, the variation in the polishing amount between wafers reaches about 20%, whereas as shown in FIG. 6B, the suede type according to the present invention is used. When the polishing pad of No. 3 is used, the variation in the polishing amount between the wafers is 3
It can be seen that it has become significantly small, around%.
【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。FIG. 7 uses the above-mentioned alumina slurry,
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the polishing amount and the average surface roughness Ra when the suede type polishing pad of the present invention shown in FIG. 2 and the laminated type pad shown in FIG. 4 are used as the polishing pad. In FIG. 7, ◯ indicates the measurement results according to the present invention, and the curve A indicates from these measurement results.
Is obtained. Moreover, x shows the measurement result when using a laminating type polishing pad. According to the present invention, for example, the polishing amount is 950 angstroms and the average surface roughness Ra is 8.16 angstroms, and the average surface roughness Ra can be made smaller than in the case of using the laminated type polishing pad. . When the polished aluminum nitride thin film is applied to a surface acoustic wave device, the average surface roughness Ra is preferably 20 angstroms or less, particularly 10 angstroms or less. Therefore, the polishing amount is 500 angstroms or more, preferably 1000 angstroms. The above is preferable.
【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。In FIGS. 8A and 8B, a suede type polishing pad is used as the polishing pad, and the state of the surface of the aluminum nitride thin film after polishing when alumina slurries having pH values of about 8 and 4 are used as the polishing agent, respectively. It is an optical microscope photograph shown. When using the alkaline alumina slurry, many deposits remain as shown in FIG. 8A, but when using the acidic alumina slurry according to the present invention, such deposits are not recognized. The reason why the deposits are reduced by using the acidic alumina slurry will be described below.
【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。FIG. 9 is a graph showing the pH value on the horizontal axis and the surface potential on the vertical axis. Curve A shows the surface potential of the aluminum nitride thin film, and curve B shows the surface potential of the alumina particles. When a neutral or alkaline alumina slurry with a pH of about 7 is used, the surface potential of the alumina powder contained in the slurry is positive, while the surface potential of the aluminum nitride thin film is negative, so electrostatic attraction is This works, and alumina particles adhere to the surface of the aluminum nitride thin film. On the other hand, when an alumina slurry having a pH of less than 5 is used as in the present invention, both the surface potential of the aluminum nitride thin film and the surface potential of the alumina particles are positive, so that they repel each other, and the alumina particles are deposited on the surface of the aluminum nitride thin film. It will not adhere.
【００２１】[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。As described above, according to the method for polishing the surface of the aluminum nitride thin film of the present invention, the surface of the aluminum nitride thin film formed on the substrate surface has a pH value of about 5 including alumina powder as an abrasive. Using the above alumina slurry,
The surface layer made of polyurethane vertical foam and a polishing pad made of a suede-type non-woven fabric in which a non-woven fabric of polyester fiber was impregnated with polyurethane were laminated, so that it was possible to polish the aluminum nitride thin film after polishing. The average surface roughness of the surface is significantly reduced, the variation of the polishing rate among the wafers is also significantly reduced,
Moreover, it is possible to obtain an aluminum nitride thin film having extremely excellent characteristics in which no deposits remain on the polished surface.
【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。Further, the substrate having the aluminum nitride thin film polished by such a method can be effectively utilized as a substrate for a semiconductor device and a substrate for a surface acoustic wave device, and a semiconductor device having such a substrate. The surface acoustic wave device has excellent characteristics.
【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。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a polishing apparatus for carrying out a method for polishing a surface of an aluminum nitride thin film according to the present invention.
【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。2A and 2B are electron micrographs showing the surface and cross-sectional structure of an example of a suede type polishing pad used in the polishing method according to the present invention.
【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。3A and 3B are electron micrographs showing the surface and cross-sectional structure of a non-woven fabric type polishing pad used in a comparative example.
【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。4A and 4B are electron micrographs showing the surface and cross-sectional structure of a laminated type polishing pad used in a comparative example.
【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。FIG. 5 is a graph showing the relationship between slurry pH and polishing rate variation.
【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。6A and 6B are graphs showing variations in polishing rate between wafers when using a laminated type pad and a suede type polishing pad, respectively.
【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。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the polishing amount and the average surface roughness, using the polishing pad as a parameter.
【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。8A and 8B are optical micrographs showing the states of deposits remaining in a comparative example and an example of the present invention in contrast.
【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。FIG. 9 is a graph showing the relationship between pH and surface potential of alumina slurry.
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1 wafer, 2 rotating heads, 3 polishing pads, 4 slurry supply nozzles
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−121035（ＪＰ，Ａ) 特開2001−139937（ＪＰ，Ａ) 特開2001−187879（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 B24B 37/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 10-121035 (JP, A) JP 2001-139937 (JP, A) JP 2001-187879 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/304 B24B 37/00
Claims (10)
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。1. A surface of an aluminum nitride thin film formed on one surface of a substrate is coated with alumina powder as an abrasive.
A method for polishing an aluminum nitride thin film surface, which comprises polishing with an alumina slurry having an H value of about 5 or less and a polishing pad made of a suede type non-woven fabric.
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。2. A polishing pad made of the suede type non-woven fabric, wherein a surface layer made of polyurethane vertical foam and a base layer made by impregnating polyurethane in a non-woven fabric of polyester fiber are laminated. The method for polishing an aluminum nitride thin film surface according to claim 1.
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。3. The polishing of the aluminum nitride thin film surface according to claim 1, wherein the content of the alumina powder in the alumina slurry is approximately 10% by weight, and the average particle size of the alumina powder is 0.03 μm. Method.
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。4. The polishing amount of the aluminum nitride thin film is 500 angstroms or more, and the surface roughness Ra after polishing is 20.
The method for polishing an aluminum nitride thin film surface according to claim 1, wherein the polishing is performed to a thickness of less than angstrom.
ングストローム以上となり、研磨後の表面粗さＲａが１
０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４に記載の窒化アルミ薄膜表面の研磨方
法。5. The polishing amount of the aluminum nitride thin film is 1000 angstroms or more, and the surface roughness Ra after polishing is 1 or less.
The method for polishing the surface of an aluminum nitride thin film according to claim 4, wherein polishing is performed to 0 angstrom or less.
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. The method of polishing an aluminum nitride thin film surface according to claim 1, wherein the polishing is performed until the variation in the thickness of the aluminum nitride thin film after polishing is 20% or less.
した窒化アルミ薄膜を有する半導体装置用基板。7. A substrate for a semiconductor device having a claim 1 any one of aluminum nitride thin film polishing the surface by the method of 6.
置。8. A semiconductor device having the substrate according to claim 7.
した窒化アルミ薄膜を有する弾性表面波装置用基板。9. A substrate for a surface acoustic wave device having an aluminum nitride thin film whose surface is polished by the method according to any one of claims 1 to 6 .
波装置。10. A surface acoustic wave device having the substrate according to claim 9 .
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