JP6032087B2 - Method for producing group 13 nitride crystal substrate - Google Patents

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本発明は、第13族窒化物結晶基板の製造方法に関し、特に研削工程に特徴を有する第13族窒化物結晶基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a group 13 nitride crystal substrate, and more particularly to a method for manufacturing a group 13 nitride crystal substrate characterized by a grinding process.

窒化ガリウムに代表される第13族窒化物結晶は、発光ダイオード及びレーザーダイオード等の発光デバイスや高電子移動度トランジスタ(HEMT)及びヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)等の高周波及び高出力の電子デバイスに適用される物質として有用である。このため、結晶性が良くて表面が平坦な窒化物半導体基板を、なるべく個体差を小さくしながら再現性良く製造することが求められている。   Group 13 nitride crystals typified by gallium nitride are used in light-emitting devices such as light-emitting diodes and laser diodes, and high-frequency and high-power electronic devices such as high electron mobility transistors (HEMT) and heterojunction bipolar transistors (HBT). It is useful as an applied substance. For this reason, it is required to manufacture a nitride semiconductor substrate having good crystallinity and a flat surface with good reproducibility while minimizing individual differences.

第13族窒化物結晶は、有機金属気相成長法(MOCVD法)や分子線エピタキシ法(MBE法)あるいはハイドライド気相成長法(HVPE法)などの気相法や、液相エピタキシ(LPE)法などの液相法といった結晶成長の手法により、基板上に成長させる。
このような方法で得られた窒化物半導体結晶は、スライシングや研削などの形態加工を施して形を整えるが、スライシングや研削などの形態加工後の結晶では結晶表面が粗く、そのままではデバイス構造を作成するための窒化物半導体基板として市場に流通させることはできない。そのため、通常結晶表面を研削・研磨することが行われている。
Group 13 nitride crystals can be obtained by vapor phase methods such as metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE) or hydride vapor phase epitaxy (HVPE), or liquid phase epitaxy (LPE). The crystal is grown on a substrate by a crystal growth method such as a liquid phase method.
The nitride semiconductor crystal obtained by such a method is subjected to morphological processing such as slicing or grinding to adjust the shape, but the crystal surface is rough in the crystal after morphological processing such as slicing or grinding, and the device structure remains as it is. It cannot be distributed to the market as a nitride semiconductor substrate for production. For this reason, the crystal surface is usually ground and polished.

結晶表面の研磨については、機械研磨や化学機械研磨などの方法が知られている。
例えば特許文献1には、粗研磨、精密研磨、化学機械研磨(CMP)の3段階の研磨をして表面を平滑にすることが記載されている。また、物理的な研磨作用をするものとして遊離砥粒を使い、砥粒の粒径を順次小さいものにすることによってウエハ表面の粗度を下げてミラー面とすることができるとされている。
また、特許文献2には、固定砥粒を用いた表面研削が開示されており、固定砥粒の平均粒径が2〜5μmの砥石を用いて、GaN表面のRmsが5nm〜200nmとする研削方法が記載されている。
For polishing the crystal surface, methods such as mechanical polishing and chemical mechanical polishing are known.
For example, Patent Document 1 describes that the surface is smoothed by three stages of rough polishing, precision polishing, and chemical mechanical polishing (CMP). Further, it is said that the surface of the wafer can be reduced to be a mirror surface by using loose abrasive grains as a physical polishing action and gradually reducing the grain size of the abrasive grains.
Patent Document 2 discloses surface grinding using fixed abrasive grains. Grinding with a fixed abrasive grain having an average particle diameter of 2 to 5 μm and a GaN surface Rms of 5 nm to 200 nm. A method is described.

特開2004−335646号公報JP 2004-335646 A 特開2005−112641号公報JP 2005-112641 A 特開2011−218545号公報JP2011-218545A

しかしながら、特許文献1に記載のような遊離砥粒を用いた研磨では研磨レートが極めて低く、結晶表面を平滑にするまでに相当の時間が必要であり、生産を行ううえでは、研磨時間を短縮しコストダウンを図ることが求められている。
一方で、固定砥粒を用いた場合には遊離砥粒を用いる場合に比べて研削レートは高いが、砥粒の粒径が小さい場合には砥石が目詰まりしやすいなどの問題があったため、特許文献2に記載されるような、主に砥粒の粒径が比較的大きい固定砥粒を用いて粗研削を行い、表面粗度が高い状態に仕上げるような場合にしか用いられてこなかった。
However, polishing using loose abrasive grains as described in Patent Document 1 has a very low polishing rate and requires a considerable amount of time to smooth the crystal surface, and shortens the polishing time for production. However, there is a demand for cost reduction.
On the other hand, when using fixed abrasive grains, the grinding rate is higher than when using free abrasive grains, but when the grain size of the abrasive grains is small, there was a problem such as the stone being easily clogged. As described in Patent Document 2, it has been used only when rough grinding is performed mainly using fixed abrasive grains having relatively large grain sizes and finishing to a high surface roughness state. .

また、本発明者らの検討では、粒径の小さな固定砥粒を用いた場合においては特に、研削レートを上げるため加工負荷(結晶にかかる応力)を増加させると砥石自体にダメージがおよび、むしろ研削レートが下がってしまうとの課題を見出すに至った。
本発明は、上記課題を解決して粒径の小さな固定砥粒を用いて効率よく研削加工を行うことが可能である、表面粗度が小さい良好な表面を有する第13族窒化物結晶基板の製造方法を提供することを課題とする。
Further, in the study by the present inventors, especially when fixed abrasive grains having a small particle diameter are used, if the processing load (stress applied to the crystal) is increased in order to increase the grinding rate, the grindstone itself is damaged. I came to find the problem that the grinding rate would decrease.
The present invention is a group 13 nitride crystal substrate having a good surface with a small surface roughness, which can solve the above-mentioned problems and can efficiently perform grinding using a fixed abrasive having a small particle size. It is an object to provide a manufacturing method.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を進め、研削工程中に第13族窒化物結晶にかかる応力を特定の範囲とすることにより、上記課題を解決できることを見出し本発明を完成させた。
即ち本発明は以下のとおりである。
(1)平均粒径が1.0μm未満である砥粒が固定された砥石を用いて第13族窒化物結晶に研削加工を行い第13族窒化物結晶基板を製造する方法であって、研削加工中に該第13族窒化物結晶にかかる応力を0.75kg/cm以下とする第13族窒化物結晶基板の製造方法。
(2)前記砥石がボンド剤により砥粒を埋め込んだ砥石であって、該砥粒がダイヤモンドである、(1)に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。
(3)前記ボンド剤がビトリファイドボンドである、(2)に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。
(4)前記第13族窒化物結晶がビッカーズ硬さ13GPa以上であり、かつ破壊靱性値が4以上である、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。
(5)前記第13族窒化物結晶が窒化ガリウム結晶である、(1)〜(4)のいずれか1項に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。
(6)第13族窒化物結晶の除去体積/砥石磨耗体積で表される比率が0.03以上である、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。
(7)前記第13族窒化物結晶の表面粗度Rmsが5nm以下となるまで研削工程を行う、(1)〜(6)のいずれか1項に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。
The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems, and found that the above problems can be solved by setting the stress applied to the Group 13 nitride crystal during the grinding process to a specific range, thereby completing the present invention. I let you.
That is, the present invention is as follows.
(1) A method for producing a Group 13 nitride crystal substrate by grinding a Group 13 nitride crystal using a grindstone to which abrasive grains having an average particle size of less than 1.0 μm are fixed. A method for producing a Group 13 nitride crystal substrate, wherein a stress applied to the Group 13 nitride crystal during processing is 0.75 kg / cm 2 or less.
(2) The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to (1), wherein the grindstone is a grindstone in which abrasive grains are embedded with a bonding agent, and the abrasive grains are diamond.
(3) The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to (2), wherein the bond agent is a vitrified bond.
(4) The Group 13 nitride crystal according to any one of (1) to (3), wherein the Group 13 nitride crystal has a Vickers hardness of 13 GPa or more and a fracture toughness value of 4 or more. A method for manufacturing a substrate.
(5) The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to any one of (1) to (4), wherein the Group 13 nitride crystal is a gallium nitride crystal.
(6) The Group 13 nitride crystal according to any one of (1) to (5), wherein the ratio represented by the removal volume of the Group 13 nitride crystal / the grinding wheel wear volume is 0.03 or more. A method for manufacturing a substrate.
(7) The production of the Group 13 nitride crystal substrate according to any one of (1) to (6), wherein the grinding step is performed until the surface roughness Rms of the Group 13 nitride crystal is 5 nm or less. Method.

本発明の第13族窒化物結晶基板の製造方法によると、粒径の小さな固定砥粒を用いて表面粗度の小さい表面を研削により効率よく作製することが可能である。また、砥石自体にダメージを与えることなく、高い研削レートで研削加工することが可能である。さらに、本発明の製造方法によればスクラッチの発生を抑制し、表面粗度の小さい高品質の第13族窒化物結晶基板を提供することができる。   According to the Group 13 nitride crystal substrate manufacturing method of the present invention, it is possible to efficiently produce a surface having a small surface roughness by grinding using a fixed abrasive having a small particle size. Moreover, it is possible to grind at a high grinding rate without damaging the grindstone itself. Furthermore, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a high-quality group 13 nitride crystal substrate having a small surface roughness and suppressing generation of scratches.

実施例1〜3および比較例1での、結晶にかかる応力と研削レートとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the stress concerning a crystal | crystallization in Examples 1-3 and the comparative example 1, and a grinding rate. 参考例での、結晶にかかる応力と研削レートとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the stress concerning a crystal | crystallization, and a grinding rate in a reference example.

本発明の第13族窒化物結晶基板の製造方法について、以下詳細に説明する。構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づきされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。   The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate of the present invention will be described in detail below. The description of the constituent elements may be based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.

本発明において、第13族窒化物結晶基板は、第13族窒化物結晶からなる基板を意味し、第13族窒化物結晶は例えばGaAlIn1−x−yN結晶(式中0≦x≦1、0≦y≦1)で表され、具体的には窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムまたはこれらの混晶があげられる。本発明の第13族窒化物結晶基板は主面の面指数はとくに限定されず極性面であるC面、非極性面であるA面、M面や、半極性面のいずれでもよい。なお、本明細書において「主面」とは、結晶に存在する表面のうち最も広い面を意味
し、通常結晶成長が行われるべき面である。また、本明細書において「オフ角」とは、ある面の指数面からのずれを表す角度である。また、本明細書においてC面、M面、A面や特定の指数面を称する場合には、±0.01°以内の精度で計測される各結晶軸から10°以内のオフ角を有する範囲内の面を含む。好ましくはオフ角が5°以内であり、より好ましくは3°以内である。
In the present invention, the group 13 nitride crystal substrate means a substrate made of a group 13 nitride crystal, and the group 13 nitride crystal is, for example, a Ga x Al y In 1-xy N crystal (wherein 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), and specific examples include gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, and mixed crystals thereof. The plane index of the main surface of the group 13 nitride crystal substrate of the present invention is not particularly limited, and may be any of a C-plane that is a polar plane, an A-plane that is a nonpolar plane, an M-plane, or a semipolar plane. In the present specification, the “main surface” means the widest surface among the surfaces existing in the crystal, and is a surface on which normal crystal growth should be performed. Further, in this specification, the “off angle” is an angle representing a deviation of a certain surface from the exponential surface. Further, in this specification, when referring to the C, M, A, or specific index plane, a range having an off angle within 10 ° from each crystal axis measured with an accuracy within ± 0.01 °. Including the inner face. The off angle is preferably within 5 °, more preferably within 3 °.

本発明では、半導体素子を形成するためにエピタキシャル層を形成する面を有する結晶を基板という。一般には、アズグロウン結晶からスライス、研削・研磨などの形態加工を実施して基板を得るが、本発明では加工途中のものは基板と呼ばず、結晶と呼ぶ。
また、研削とは、一般に主として形態加工を目的とした加工であり、固定砥粒を用いた加工をいう。研削を行うための方法は特に限定されないが、ダイヤモンド砥粒や炭化ケイ素砥粒などを結合剤で固定した固定砥粒であって、比較的粒径の大きな砥粒を用いて加工する方法が挙げられる。本発明の製造方法によれば、研削において砥粒の大きさを選定することにより、表面粗度Rmsを小さくし、微細な表面状態の調整を行うことも可能である。
In the present invention, a crystal having a surface on which an epitaxial layer is formed in order to form a semiconductor element is referred to as a substrate. In general, morphological processing such as slicing, grinding and polishing is performed from an as-grown crystal to obtain a substrate. In the present invention, a substrate in the middle of processing is not called a substrate but called a crystal.
Grinding is generally a process mainly for the purpose of form processing and refers to a process using fixed abrasive grains. A method for performing grinding is not particularly limited, and examples thereof include fixed abrasive grains in which diamond abrasive grains, silicon carbide abrasive grains, and the like are fixed with a binder, and processing is performed using abrasive grains having a relatively large grain size. It is done. According to the manufacturing method of the present invention, the surface roughness Rms can be reduced and the fine surface condition can be adjusted by selecting the size of the abrasive grains in grinding.

一方で、研磨とは、一般に主として表面の加工によって生じた歪みの軽減を目的とした加工である。本発明においては主に化学機械研磨(CMP)を指す。
また、本発明においてプレートとは、研削あるいは研磨時に結晶を装置に取り付けるために、第13結晶族窒化物結晶(以下、単に結晶と称する場合がある)を貼り付けるプレートのことを指す。結晶を貼り付けるプレート面は、研削・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。
On the other hand, polishing is generally a process aimed mainly at reducing distortion caused by surface processing. In the present invention, it mainly refers to chemical mechanical polishing (CMP).
In the present invention, the plate refers to a plate to which a thirteenth crystal group nitride crystal (hereinafter sometimes simply referred to as a crystal) is attached in order to attach the crystal to the apparatus during grinding or polishing. The plate surface to which the crystal is attached is preferably flat in order to obtain a substrate having a uniform thickness after grinding and polishing.

本発明の第13族窒化物結晶基板の製造方法は、平均粒径が1.0μm未満である砥粒が固定された砥石を用いて第13族窒化物結晶に研削加工を行い第13族窒化物結晶基板を製造する方法であって、研削加工中に該第13族窒化物結晶にかかる応力を0.75kg/cm以下とすることを特徴とする。
研削工程は、砥粒が固定された砥石を用い、第13族窒化物結晶をプレートに固着して、研削すべき結晶面を砥石の研削面にあてて、要すれば研磨液を注ぎながら、プレートと砥石を回転させることによって結晶面を削る。結晶面が研削されていくと、結晶面と研削面の距離が広がり研削が進まなくなるため、プレートまたは砥石を、結晶面と研削面が接触するように近づける。つまり、第13族窒化物結晶を砥石に送ることが必要である。本明細書においては、第13族窒化物結晶を砥石に近づけるために送る速度を「送り速度」といい、結晶面と研削面が接触するように近づけられればよいので、プレートを送っても、砥石を送ってもよい。
In the method for producing a Group 13 nitride crystal substrate of the present invention, a Group 13 nitride crystal is ground by grinding a Group 13 nitride crystal using a grindstone to which abrasive grains having an average grain size of less than 1.0 μm are fixed. A method of manufacturing a physical crystal substrate, wherein a stress applied to the group 13 nitride crystal during grinding is set to 0.75 kg / cm 2 or less.
The grinding process uses a grindstone in which abrasive grains are fixed, a group 13 nitride crystal is fixed to the plate, the crystal surface to be ground is applied to the grinding surface of the grindstone, and if necessary, a polishing solution is poured, The crystal plane is shaved by rotating the plate and the grindstone. As the crystal surface is ground, the distance between the crystal surface and the ground surface increases and grinding does not proceed. Therefore, the plate or the grindstone is brought close to each other so that the crystal surface and the ground surface come into contact with each other. That is, it is necessary to send the group 13 nitride crystal to the grindstone. In this specification, the speed at which the group 13 nitride crystal is moved to approach the grindstone is referred to as “feed speed”, and it is sufficient that the crystal surface and the ground surface are brought into contact with each other. A grindstone may be sent.

このようにして、結晶面と研削面が接触して研削が進むため、第13族窒化物結晶には応力が加えられている状態となる。つまり、第13族窒化物結晶にかかる応力とは、接触する結晶と砥石との間に生じる負荷であって、結晶が砥石に押し付けられる力と同じである。通常は、結晶が砥石に押し付けられる力が大きいとより研削が早く進むと考えられるが、砥石の目詰まりなどが原因で砥石が削れない状態において結晶が砥石に押し込まれた場合なども該応力が上昇する。第13族窒化物結晶にかかる応力は、砥石に加わる荷重をロードセルにより測定し、その値を結晶面の面積で除することで算出する。   In this way, since the crystal surface and the grinding surface come into contact with each other and grinding proceeds, the group 13 nitride crystal is in a state of being stressed. That is, the stress applied to the Group 13 nitride crystal is a load generated between the contacting crystal and the grindstone, and is the same as the force with which the crystal is pressed against the grindstone. Normally, it is considered that the grinding progresses faster when the force with which the crystal is pressed against the grindstone is large, but the stress is also exerted when the crystal is pushed into the grindstone when the grindstone cannot be cut due to clogging of the grindstone. To rise. The stress applied to the group 13 nitride crystal is calculated by measuring the load applied to the grindstone with a load cell and dividing the value by the area of the crystal plane.

従来、固定砥粒を用いた場合に、第13族窒化物結晶にかかる応力が大きいほど研削レートが大きくなると考えられていた。しかしながら、本発明者らの検討により、砥粒の粒径が比較的大きい場合には、第13族窒化物結晶にかかる応力に伴って研削レートが高くなるが、砥粒の平均粒径が1.0μm未満であるような砥石を用いた場合においては、第13族窒化物結晶にかかる応力が特定範囲より大きくなると、むしろ研削レートが低くなることが見出された。これは、粒径が小さい砥粒を固定して砥石とする場合には、目詰ま
りを防止し砥石の自生を促しやすいように、通常、砥粒を保持するための部材が柔らかいもので構成されているため、第13族窒化物結晶にかかる応力が大きい場合には、砥粒を保持するための部材そのものが応力に耐えられなくなって砥石がダメージを受け、研削レートの低下につながるのではないかと考えられた。さらに、砥石がダメージを受けると、脱落した砥粒や砥粒を保持するための部材が研削加工中に巻き込まれ、結晶の表面にスクラッチなどの欠陥を発生させる原因となり得る。
Conventionally, when using fixed abrasive grains, it has been considered that the greater the stress applied to the group 13 nitride crystal, the greater the grinding rate. However, according to the study by the present inventors, when the grain size of the abrasive grains is relatively large, the grinding rate increases with the stress applied to the group 13 nitride crystal, but the average grain diameter of the abrasive grains is 1 In the case of using a grindstone having a diameter of less than 0.0 μm, it has been found that if the stress applied to the group 13 nitride crystal is larger than a specific range, the grinding rate is rather lowered. This is because when a small abrasive grain is fixed and used as a grindstone, the member for holding the abrasive grain is usually made of a soft material so as to prevent clogging and facilitate the self-growth of the grindstone. Therefore, when the stress applied to the Group 13 nitride crystal is large, the member itself for holding the abrasive grains cannot withstand the stress, and the grindstone is damaged, leading to a decrease in the grinding rate. It was thought. Further, when the grindstone is damaged, the dropped abrasive grains and members for holding the abrasive grains are caught during the grinding process, which may cause defects such as scratches on the crystal surface.

そこで、鋭意検討の結果、研削加工中の第13族窒化物結晶にかかる応力を0.75kg/cm以下とすることにより、研削レートの向上と砥石へのダメージ低減を両立することが可能となった。これにより、研削時間を大幅に短縮することが可能となり、表面加工におけるコスト低減につながるうえ、砥石のダメージがないためにそれに起因する結晶表面のスクラッチを抑制することもできる。特に用いる砥粒の粒径が小さい場合や、送り速度が大きい場合ほど、このような効果が顕著に現れるため好ましい。研削レートを向上させるためには、研削加工中の第13族窒化物結晶にかかる応力を0.2kg/cm以上とすることが好ましく、0.4kg/cm以上とすることがより好ましく、0.7kg/cm以下とすることが好ましく、0.5kg/cm以下とすることがより好ましい。 Therefore, as a result of intensive studies, it is possible to achieve both improvement of the grinding rate and reduction of damage to the grindstone by setting the stress applied to the group 13 nitride crystal during grinding to 0.75 kg / cm 2 or less. became. As a result, the grinding time can be significantly shortened, leading to cost reduction in surface processing, and since there is no damage to the grindstone, it is possible to suppress scratches on the crystal surface caused by it. In particular, when the grain size of the abrasive grains used is small or when the feed rate is large, such an effect becomes more prominent, which is preferable. In order to improve the grinding rate, it is preferred that the stress applied to the Group 13 nitride crystal during grinding and 0.2 kg / cm 2 or more, more preferably, to 0.4 kg / cm 2 or more, It is preferably 0.7 kg / cm 2 or less, and more preferably 0.5 kg / cm 2 or less.

送り速度としては、研削加工中の第13族窒化物結晶にかかる応力を上記範囲に調整できれば特に限定されないが、研削レートが高くなることから5μm/分以上であることが好ましく、より好ましくは6μm/分以上、さらに好ましくは8μm/分以上であって、砥石の強度を超える過度の応力がかかることを防ぐために20μm/分以下であることが好ましく、15μm/分以下であることがより好ましい。   The feed rate is not particularly limited as long as the stress applied to the group 13 nitride crystal during grinding can be adjusted within the above range, but is preferably 5 μm / min or more, more preferably 6 μm because the grinding rate is increased. / Min or more, more preferably 8 μm / min or more, and preferably 20 μm / min or less, and more preferably 15 μm / min or less in order to prevent excessive stress exceeding the strength of the grindstone.

研削加工で使用する砥粒は、特に限定されないが、ダイヤモンド、炭化ケイ素、シリカ、アルミナなどが挙げられ、中でもダイヤモンドが好ましい。砥粒の粒径が大きいものの方が研削レートは高いが、表面粗度が大きくなる。よって、最終的には粒径の小さいものを用いて表面粗度Rmsが5nm以下となるように研削することが好ましく、より好ましくは3nm以下、さらに好ましくは2.5nm以下である。具体的には、砥粒の平均粒径は1.0μm未満であり、0.8μm以下であることが好ましく、0.7μm以下であることがより好ましく、0.5μm以下であることがさらに好ましい。
ここで、本明細書において砥粒の平均粒径とは砥粒直径の寸法を基準とした算術平均を意味し、基準となる砥粒直径は動的光散乱法、レーザー回折法、遠心沈降法、FFF法、電
気的検知帯法などを用い測定される値である。
The abrasive grains used in the grinding process are not particularly limited, and examples thereof include diamond, silicon carbide, silica, alumina, and the like. Among them, diamond is preferable. A larger abrasive grain has a higher grinding rate but a higher surface roughness. Therefore, it is preferable to finally grind the surface with a small particle size so that the surface roughness Rms is 5 nm or less, more preferably 3 nm or less, and even more preferably 2.5 nm or less. Specifically, the average particle size of the abrasive grains is less than 1.0 μm, preferably 0.8 μm or less, more preferably 0.7 μm or less, and even more preferably 0.5 μm or less. .
Here, in the present specification, the average grain size of the abrasive grains means an arithmetic average based on the size of the abrasive grain diameter, and the reference abrasive grain diameter is a dynamic light scattering method, a laser diffraction method, a centrifugal sedimentation method, or the like. It is a value measured using FFF method, electrical detection band method, etc.

砥石としては、砥粒が固定されていれば特に限定されず、レジンボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンドなどのボンド剤により砥粒を埋め込んだ砥石や金属定盤に砥粒を埋め込んだ砥石等が挙げられる。中でも、気孔が多く、切粉の排出性がよいことから,ビトリファイドボンドに砥粒を埋め込んだ砥石が好ましい。
研削加工における、プレートおよび砥石の回転速度は、好ましくは100rmp以上、より好ましくは200rpm以上である。一方上限は、好ましくは500rpm以下、より好ましくは400rpm以下である。
The grindstone is not particularly limited as long as the abrasive grains are fixed, and examples thereof include a grindstone in which abrasive grains are embedded with a bonding agent such as resin bond, vitrified bond, metal bond, or a grindstone in which abrasive grains are embedded in a metal surface plate. It is done. Among them, a grindstone in which abrasive grains are embedded in a vitrified bond is preferable because of many pores and good chip discharge.
In the grinding process, the rotation speed of the plate and the grindstone is preferably 100 rpm or more, more preferably 200 rpm or more. On the other hand, the upper limit is preferably 500 rpm or less, more preferably 400 rpm or less.

本発明の製造方法における研削加工において、砥石が目詰まりして研削レートが低下すること防ぐために、研削加工中に砥石にドレッシング処理を施すことが好ましい。ドレッシング処理を実施するタイミングとしては、研削加工中に第13族窒化物結晶にかかる応力が0.3〜0.6kg/cm2となった際にドレッシング処理を実施することが好ましい。全体の工程にかかる時間を短くするために、ドレッシング工程を実施するのは結晶にかかる応力が0.35kg/cm以上となる場合がより好ましく、0.4kg/cm以上となる場合がさらに好ましい。また、砥粒の入替りを効率良く行うためには0.55
kg/cm以下であることがより好ましく、0.5kg/cmであることがさらに好ましい。
In the grinding process in the production method of the present invention, it is preferable to perform dressing treatment on the grinding wheel during the grinding process in order to prevent the grinding wheel from being clogged and the grinding rate from being lowered. As a timing for performing the dressing process, it is preferable to perform the dressing process when the stress applied to the group 13 nitride crystal is 0.3 to 0.6 kg / cm 2 during the grinding process. To shorten the time required for the overall process, more preferably when carrying out the dressing process as a stress applied to the crystal 0.35 kg / cm 2 or more, further it may be 0.4 kg / cm 2 or more preferable. In addition, in order to efficiently replace the abrasive grains, 0.55
More preferably, it is kg / cm 2 or less, and further preferably 0.5 kg / cm 2 .

研削加工中にドレッシング処理を行うと、研削工程において単一の砥石を使用する場合において連続して研削を行うことができる。つまり、ドレッシング処理を実施するために砥石を交換したり、砥石を結晶から離す必要はなく、ドレッシング工程中もプレートと砥石の回転は停止させられず、砥石と結晶は常に接触するため、連続して研削を行うことができる。一方で、砥粒の粒径などを変更するような場合には、砥石を交換してもよい。研削工程中にドレッシング処理を行う方法としては、特に限定されないが、2軸以上の回転機構を有する公知の研削装置を用いて、一方の回転軸で砥石による研削を実施しながら他方の回転軸でドレッシング処理を実施する方法や砥石の研削面に対して該砥石に含まれる砥粒よりも小さい遊離砥粒を含むスラリーを噴きつける方法、砥石の研削面に対して高圧にて洗浄用液体を噴射する方法などが挙げられる。   When dressing is performed during grinding, grinding can be performed continuously when a single grindstone is used in the grinding process. In other words, it is not necessary to replace the grindstone to carry out the dressing process or to remove the grindstone from the crystal, and the rotation of the plate and grindstone is not stopped during the dressing process, and the grindstone and the crystal are always in contact with each other. Can be ground. On the other hand, when changing the grain size of the abrasive grains, the grindstone may be replaced. The method for performing the dressing process during the grinding process is not particularly limited, and a known grinding apparatus having two or more rotation mechanisms is used to perform grinding with a grindstone on one rotation axis while using the other rotation axis. A method of performing a dressing process, a method of spraying a slurry containing loose abrasive grains smaller than the abrasive grains contained in the grindstone on the grinding surface of the grindstone, and a jet of cleaning liquid at a high pressure on the grinding surface of the grindstone The method of doing is mentioned.

なかでも、2軸以上の回転機構を有する公知の研削装置を用いてドレッシング処理を行うことが好ましく、例えば特許文献3として挙げた特開2011−218545号公報に記載のような装置を用いることができる。このようなドレッシング処理では、砥石の研削面にドレッシング砥石を接触させつつ、砥石および/またはドレッシング砥石を回転させて砥石の研削面をドレッシングすることができる。   Among these, it is preferable to perform the dressing process using a known grinding apparatus having a rotation mechanism of two or more axes. For example, an apparatus as described in JP 2011-218545 A cited as Patent Document 3 is used. it can. In such a dressing process, the grinding surface of the grindstone can be dressed by rotating the grindstone and / or the dressing grindstone while bringing the dressing grindstone into contact with the grinding surface of the grindstone.

ドレッシング砥石としては、特に限定されないが、砥石に含まれる砥粒よりも硬度の小さいドレッシング砥粒を含み、樹脂やビトリファイドボンドなどのボンド剤により砥粒を埋め込んだドレッシング砥石を用いることが好ましい。ドレッシング砥粒として具体的には、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素などを用いることができ、粒径は研削用の砥石に含まれる砥粒の粒径にもよるが、平均粒径が0.25μm以上であることが好ましく、より好ましくは0.5μm以上であって、5μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましい。ドレッシング砥石は、研削加工を行う砥石の砥粒径にあわせて適宜選択することが好ましく、ドレッシング砥石の砥粒の粒径は、研削加工を行う砥石の粒径に近いことが好ましい。
ドレッシング砥石のボンド剤としては、ビトリファイドボンドやフェノール樹脂が好ましく用いられる。
Although it does not specifically limit as a dressing grindstone, It is preferable to use the dressing grindstone which contains the dressing abrasive grain whose hardness is smaller than the abrasive grain contained in a grindstone, and embedded the abrasive grain with bond agents, such as resin and vitrified bond. Specifically, alumina, silica, silicon carbide, or the like can be used as the dressing abrasive grains, and the average particle diameter is 0.25 μm or more, although the particle diameter depends on the particle diameter of the abrasive grains contained in the grinding wheel for grinding. More preferably, it is 0.5 μm or more, preferably 5 μm or less, and more preferably 3 μm or less. The dressing grindstone is preferably selected as appropriate according to the abrasive grain size of the grinding stone to be ground, and the grain diameter of the dressing grindstone is preferably close to the grain size of the grinding stone to be ground.
As the bonding agent for the dressing grindstone, vitrified bond or phenol resin is preferably used.

本発明の製造方法においては、研削加工中に第13族窒化物結晶にかかる応力を特定の範囲に制御することから、砥石の磨耗を必要最低限に抑えることが可能である。具体的には、第13族窒化物結晶の除去体積/砥石磨耗体積で表される比率(研削比)が0.03以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましく、0.1以上であることがさらに好ましい。ここで、第13族窒化物結晶の除去体積および砥石磨耗体積は、研削工程前後でのそれぞれの体積を測定してその差を算出することで得ることができる。
さらに、研削加工中にドレッシング処理を行う場合には、目詰まりが発生して砥石の加工能力が低下する前にドレッシング処理を行って砥石の自生を促すことから、研削比をさらに高く維持することができるため好ましい。
In the manufacturing method of the present invention, since the stress applied to the group 13 nitride crystal during the grinding process is controlled within a specific range, it is possible to suppress the wear of the grindstone to the minimum necessary. Specifically, the ratio (grinding ratio) represented by the removal volume of the group 13 nitride crystal / the grinding wheel wear volume is preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more, and 0 More preferably, it is 1 or more. Here, the removal volume of the Group 13 nitride crystal and the grinding wheel wear volume can be obtained by measuring the respective volumes before and after the grinding step and calculating the difference.
In addition, when performing dressing during grinding, the grinding ratio should be maintained at a higher level because the dressing is performed before clogging occurs and the grinding wheel's processing capacity decreases, thereby promoting self-growth of the grinding wheel. Is preferable.

研削加工を施す第13族窒化物結晶としては特に限定されないが、本発明の効果を顕著に奏することからビッカーズ硬さ13GPa以上であり、かつ破壊靱性値が4以上であることが好ましい。このような結晶は、硬くて研削が困難であるうえに、比較的破壊靱性値が高いため、研削加工で削られた結晶の切粉が凝集しやすく、結晶の切粉と砥粒とが凝集して砥石の目詰まりを起こしたり、結晶表面に凹部を形成するなどの問題を起こしやすいと推察される。このような結晶に、本発明の製造方法を適用すれば、従来より簡便に高品質の結晶表面を得ることができる。中でも、破壊靱性値が8以上であるとクラックが生じにくく比較的研削加工が容易なことから、本発明の効果を顕著に奏するという面では破壊
靱性値が8未満の結晶に適用することが好ましい。また、研削加工時にクラックが生じやすい結晶である、劈開性を有する結晶に対しても本発明の効果を顕著に奏するため好ましい。
また、研削加工を施す第13族窒化物結晶の面は特に限定されないが、第13族窒化物結晶の主面であることが好ましい。なお、研削加工を施す第13族窒化物結晶の面の面方位は特に限定されないが、C面又は−C面などの極性面、A面又はM面などの非極性面、(20−21)又は(20−2−1)などの半極性面が挙げられる。
Although it does not specifically limit as a group 13 nitride crystal | crystallization which grinds, From the standpoint of the effect of the present invention, it is preferable that the Vickers hardness is 13 GPa or more and the fracture toughness value is 4 or more. Such crystals are hard and difficult to grind, and have a relatively high fracture toughness value. Therefore, the chips of the crystals cut by the grinding process tend to agglomerate, and the crystal chips and abrasive grains agglomerate. It is presumed that problems such as clogging of the grindstone and formation of recesses on the crystal surface are likely to occur. If the manufacturing method of the present invention is applied to such a crystal, a high-quality crystal surface can be obtained more easily than before. Among them, when the fracture toughness value is 8 or more, cracks are hardly generated and the grinding process is relatively easy. Therefore, it is preferable to apply to a crystal having a fracture toughness value of less than 8 in terms of achieving the effect of the present invention remarkably. . Moreover, it is preferable because the effect of the present invention is remarkably exerted on a crystal having a cleavage property, which is a crystal in which cracks are likely to occur during grinding.
Further, the surface of the group 13 nitride crystal to be ground is not particularly limited, but is preferably the main surface of the group 13 nitride crystal. The plane orientation of the group 13 nitride crystal to be ground is not particularly limited, but is a polar plane such as C plane or -C plane, a nonpolar plane such as A plane or M plane, (20-21) Or a semipolar surface such as (20-2-1) can be mentioned.

第13族窒化物結晶としては、具体的にGaAlIn1−x−yN結晶(式中0≦x≦1、0≦y≦1)で表され、具体的には窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムまたはこれらの混晶があげられる。中でも、ビッカーズ硬さ15GPaであり、かつ破壊靱性値が5.7である窒化ガリウムに適用することが好ましい。
一般的に第13族窒化物結晶基板は、アズグロウン結晶からスライス、研削、研磨などの加工を実施して基板を得る。通常、本発明の研削加工は、アズグロウン結晶をスライス後、側面をチャンファー処理し、裏面や表面に必要に応じてより砥粒径の大きい砥石を用いて粗い表面研削やエッチングなどの処理を施した後の第13窒化物結晶に実施するものである。これらの処理は公知の方法を採用すればよく、処理方法、順序は限定されるものではない。また、上記の処理は一例であり、必ずしもこのような処理をすべて行った結晶に対して、本発明の研削加工を施さなければならないものではない。
The Group 13 nitride crystal is specifically represented by a Ga x Al y In 1-xy N crystal (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), specifically, gallium nitride, Examples thereof include aluminum nitride, indium nitride, and mixed crystals thereof. Among these, it is preferable to apply to gallium nitride having a Vickers hardness of 15 GPa and a fracture toughness value of 5.7.
Generally, a group 13 nitride crystal substrate is obtained by subjecting an as-grown crystal to processing such as slicing, grinding, and polishing. In general, the grinding process of the present invention involves chamfering the side surfaces after slicing the as-grown crystal, and subjecting the back surface or surface to rough surface grinding or etching using a grindstone with a larger abrasive grain size as necessary. This is performed on the thirteenth nitride crystal. These processes should just employ | adopt a well-known method, and a processing method and an order are not limited. Moreover, said process is an example and it does not necessarily have to perform the grinding process of this invention with respect to the crystal which performed all such processes.

本発明では、研削加工で得られた窒化物半導体結晶の表面に対し、更に化学機械研磨工程を施すことが好ましい。化学機械研磨工程は、窒化物半導体結晶の表面に存在する加工変質層を除去する工程である。結晶表面に存在する加工変質層を本工程により除去することで、加工変質層の存在しない、高品質な窒化物半導体基板を提供することができる。
化学機械研磨工程は、公知の方法を採用して実施することが可能であり、例えばコロイダルシリカスラリーとスウェードパッドを用いることが例示される。スウェードパッドの材質も公知のものを採用すればよく、ポリウレタン製などが挙げられる。
コロイダルシリカスラリーに含まれる砥粒(コロイダルシリカ)の粒径は、通常10nm以上であり、30nm以上であることが好ましい。また、上限としては通常100nm以下である。また、コロイダルシリカスラリーのpHは0.8以上、2.5以下であることが好ましい。
In the present invention, it is preferable to further perform a chemical mechanical polishing step on the surface of the nitride semiconductor crystal obtained by grinding. The chemical mechanical polishing step is a step of removing the work-affected layer present on the surface of the nitride semiconductor crystal. By removing the work-affected layer present on the crystal surface by this step, a high-quality nitride semiconductor substrate having no work-affected layer can be provided.
The chemical mechanical polishing step can be performed by employing a known method, and for example, using a colloidal silica slurry and a suede pad is exemplified. A known material may be used for the suede pad, and examples thereof include polyurethane.
The particle size of the abrasive grains (colloidal silica) contained in the colloidal silica slurry is usually 10 nm or more, and preferably 30 nm or more. The upper limit is usually 100 nm or less. The pH of the colloidal silica slurry is preferably 0.8 or more and 2.5 or less.

化学機械研磨の研磨速度についても特段限定されず、回転による研磨の場合には、通常回転速度が50rmp以上、200rpm以下である。また、結晶をプレート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、通常100g/cm以上であり、1500g/cm以下である。研磨レートについては、研磨条件に合わせて適宜調整すればよい。
化学機械研磨終了後の窒化物半導体基板は、その表面粗さRmsは1nm以下であ
ることが好ましい。
本発明の製造方法により得られた窒化物半導体基板は、通常研磨後に行われる洗浄工程を経て、製品となる。
The polishing speed of chemical mechanical polishing is not particularly limited, and in the case of polishing by rotation, the normal rotation speed is 50 rpm or more and 200 rpm or less. Further, the pressure at the time of disposing the crystal facing the plate is not particularly limited, and is usually 100 g / cm 2 or more and 1500 g / cm 2 or less. About a polishing rate, what is necessary is just to adjust suitably according to polishing conditions.
The nitride semiconductor substrate after completion of chemical mechanical polishing preferably has a surface roughness Rms of 1 nm or less.
The nitride semiconductor substrate obtained by the production method of the present invention becomes a product through a cleaning process usually performed after polishing.

以下、実施例と比較例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、以下の実施例に示す具体的な形態にのみ限定的に解釈されることはない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further in detail, it is not limitedly interpreted only to the specific form shown in the following Examples.

<実施例1>
直径が56mm、厚み470.5μmのC面を主面とする窒化ガリウム結晶を3枚準備した。結晶のガリウム(Ga)面を研磨するために、3枚の結晶の窒素(N)面をプレートにワックスで貼付け、これを1バッチとした。
砥石回転数400rpm、プレート回転数400rpm、ドレッシング砥石回転数200rpm、結晶にかかる応力が0.16kg/cm以下となるようにし、プレート(結晶)送り速度10μm/minの加工条件で、厚みが468.9μmとなるまでGa面の研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。このとき、砥粒の平均粒径が1μm未満のダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで固定した砥石であって、砥石番手が#42000である砥石を使用した。また、ドレッシング砥石としては、砥粒の平均粒径が約3μmの緑色炭化ケイ素砥粒をフェノールで固定した砥石であって、砥石番手が#5000であるドレッシング砥石を使用した。
また、研削加工中に結晶にかかる応力が0.16kg/cmとなった時点で砥石のドレッシング処理を実施することで砥石の目詰まりを解消し、結晶にかかる応力を一定として切れ味を一定に保つようにした。
<Example 1>
Three gallium nitride crystals having a diameter of 56 mm and a thickness of 470.5 μm and having a C-plane as a main surface were prepared. In order to polish the gallium (Ga) face of the crystal, the nitrogen (N) face of the three crystals was attached to the plate with wax, and this was made into one batch.
The thickness is 468 under processing conditions of a grinding wheel rotational speed of 400 rpm, a plate rotational speed of 400 rpm, a dressing grinding wheel rotational speed of 200 rpm, a stress applied to the crystal of 0.16 kg / cm 2 or less, and a plate (crystal) feed rate of 10 μm / min. The Ga surface was ground to a thickness of .9 μm to obtain a gallium nitride substrate. At this time, a grindstone in which diamond abrasive grains having an average grain size of less than 1 μm were fixed with vitrified bond, and a grindstone having a # 42000 grindstone was used. Moreover, as a dressing grindstone, a grindstone in which green silicon carbide abrasive grains having an average grain size of about 3 μm were fixed with phenol and a grindstone count of # 5000 was used.
In addition, when the stress applied to the crystal during grinding is 0.16 kg / cm 2 , the clogging of the grindstone is eliminated by carrying out the dressing treatment of the grindstone, and the sharpness is kept constant by keeping the stress applied to the crystal constant. I tried to keep it.

研削レートは8.35μm/hであり、除去体積/砥石磨耗体積で表される比率(研削比)は0.05であり、得られた窒化ガリウム基板のGa面の表面粗度Rmsは1.62nmであった。なお、表面粗度はDigital Instruments製Dimension5000を用いて、測定範囲を10μm角として1バッチ中1枚を測定した。実施例1〜3および比較例1の結果を図1に示す。   The grinding rate is 8.35 μm / h, the ratio (grinding ratio) represented by the removal volume / the grinding wheel wear volume is 0.05, and the surface roughness Rms of the Ga surface of the obtained gallium nitride substrate is 1. It was 62 nm. The surface roughness was measured using one Dimension 5000 manufactured by Digital Instruments, with a measurement range of 10 μm square, and one sheet per batch. The results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in FIG.

<実施例2>
結晶にかかる応力が0.47kg/cm以下となるようにし、研削加工中に結晶にかかる応力が0.47kg/cmとなった時点で砥石のドレッシング処理を実施した以外は、実施例1と同様にして研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。研削レートは27.5μm/hであり、除去体積/砥石磨耗体積で表される比率(研削比)は0.13であり、得られた窒化ガリウム基板のGa面の表面粗度Rmsは2.09nmであった。
<Example 2>
Example 1 except that the stress applied to the crystal was 0.47 kg / cm 2 or less and that the dressing treatment of the grindstone was performed when the stress applied to the crystal during grinding was 0.47 kg / cm 2. In the same manner as above, grinding was performed to obtain a gallium nitride substrate. The grinding rate is 27.5 μm / h, the ratio (grinding ratio) represented by the removal volume / the grinding wheel wear volume is 0.13, and the surface roughness Rms of the Ga surface of the obtained gallium nitride substrate is 2.3. It was 09 nm.

<実施例3>
結晶にかかる応力が0.60kg/cm以下となるようにし、研削加工中に結晶にかかる応力が0.60kg/cmとなった時点で砥石のドレッシング処理を実施した以外は、実施例1と同様にして研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。研削レートは20.0μm/hであり、除去体積/砥石磨耗体積で表される比率(研削比)は0.10であり、得られた窒化ガリウム基板のGa面の表面粗度Rmsは0.80nmであった。
<Example 3>
Example 1 except that the stress applied to the crystal was 0.60 kg / cm 2 or less, and the dressing treatment of the grindstone was performed when the stress applied to the crystal during grinding was 0.60 kg / cm 2. In the same manner as above, grinding was performed to obtain a gallium nitride substrate. The grinding rate is 20.0 μm / h, the ratio (grinding ratio) represented by the removal volume / the grinding wheel wear volume is 0.10, and the surface roughness Rms of the Ga surface of the obtained gallium nitride substrate is 0.00. It was 80 nm.

<比較例1>
結晶にかかる応力が0.81kg/cm以下となるようにし、研削加工中に結晶にかかる応力が0.81kg/cmとなった時点で砥石のドレッシング処理を実施した以外は、実施例1と同様にして研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。研削レートは14.5μm/hであり、除去体積/砥石磨耗体積で表される比率(研削比)は0.03であり、得られた窒化ガリウム基板のGa面の表面粗度Rmsは2.43nmであった。また、研削加工中に砥石自体が崩れてしまい、砥粒およびボンド剤が脱落したために、これらにより結晶表面にスクラッチが多数発生した。
<Comparative Example 1>
Example 1 except that the stress applied to the crystal was 0.81 kg / cm 2 or less, and the dressing treatment of the grindstone was performed when the stress applied to the crystal during grinding was 0.81 kg / cm 2. In the same manner as above, grinding was performed to obtain a gallium nitride substrate. The grinding rate is 14.5 μm / h, the ratio (grinding ratio) represented by the removal volume / the grinding wheel wear volume is 0.03, and the surface roughness Rms of the Ga surface of the obtained gallium nitride substrate is 2. It was 43 nm. In addition, the grinding stone itself collapsed during the grinding process, and the abrasive grains and the bonding agent dropped off, resulting in many scratches on the crystal surface.

<比較例2>
直径が50mm、厚み420μmのC面を主面とする窒化ガリウム結晶を3枚準備した。結晶のガリウム(Ga)面を研磨するために、3枚の結晶の窒素(N)面をプレートにワックスで貼付け、これを1バッチとした。
Ga面の研磨はまず、平均粒径3μmのダイヤモンド遊離砥粒を含むスラリーを用いての第一機械研磨(第1ラッピング)を行い、次に平均粒径1μmのダイヤモンド遊離砥粒を含むスラリー用いて第二機械研磨(第2ラッピング)を行ない、最後に平均粒径1μm以下のダイヤモンド遊離砥粒を含むスラリーを用いて第三機械研磨(第3ラッピング)を行い、窒化ガリウム基板を得た。第1ラッピングの加工レートは6.89μm/h、第2
ラッピングの加工レートは1.2μm/h、第3ラッピングの加工レートは0.53μm/hであった。得られた窒化ガリウム基板の厚みは394μmであり、Ga面の表面粗度Rmsは2.51nmであった。
<Comparative example 2>
Three gallium nitride crystals having a C plane with a diameter of 50 mm and a thickness of 420 μm were prepared. In order to polish the gallium (Ga) face of the crystal, the nitrogen (N) face of the three crystals was attached to the plate with wax, and this was made into one batch.
For the polishing of the Ga surface, first mechanical polishing (first lapping) is performed using a slurry containing diamond loose abrasive grains having an average particle diameter of 3 μm, and then a slurry containing diamond loose abrasive grains having an average grain diameter of 1 μm is used. Second mechanical polishing (second lapping) was performed, and finally, third mechanical polishing (third lapping) was performed using a slurry containing diamond free abrasive grains having an average particle diameter of 1 μm or less to obtain a gallium nitride substrate. The processing rate of the first lapping is 6.89 μm / h, the second
The lapping processing rate was 1.2 μm / h, and the third lapping processing rate was 0.53 μm / h. The thickness of the obtained gallium nitride substrate was 394 μm, and the surface roughness Rms of the Ga surface was 2.51 nm.

<実施例4>
直径が50mm、厚み338μmの、主面が(10−10)面から<000−1>(−c軸)方向に2°のオフ角を有する面である窒化ガリウム結晶を1枚準備した。結晶の主面を研磨するために、結晶の裏面をプレートにワックスで貼付け、これを1バッチとした。
砥石回転数400rpm、プレート回転数400rpm、ドレッシング砥石回転数200rpm、結晶にかかる応力が0.45kg/cm以下となるようにし、プレート(結晶)送り速度10μm/minの加工条件で、厚みが336μmとなるまで主面の研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。このとき、砥粒の平均粒径が1μm未満のダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで固定した砥石であって、砥石番手が#42000である砥石を使用した。また、ドレッシング砥石としては、砥粒の平均粒径が約3μmの緑色炭化ケイ素砥粒をフェノールで固定した砥石であって、砥石番手が#5000であるドレッシング砥石を使用した。
また、研削加工中に結晶にかかる応力が0.45kg/cmとなった時点で砥石のドレッシング処理を実施することで砥石の目詰まりを解消し、結晶にかかる応力を一定として切れ味を一定に保つようにした。
<Example 4>
One gallium nitride crystal having a diameter of 50 mm and a thickness of 338 μm and having a main surface with an off angle of 2 ° in the <000-1> (−c axis) direction from the (10-10) plane was prepared. In order to polish the main surface of the crystal, the back surface of the crystal was affixed to the plate with wax to make one batch.
Grinding wheel rotational speed 400 rpm, plate rotational speed 400 rpm, dressing grinding wheel rotational speed 200 rpm, the stress applied to the crystal is 0.45 kg / cm 2 or less, and the plate (crystal) feed rate is 10 μm / min, and the thickness is 336 μm. The main surface was subjected to grinding processing until a gallium nitride substrate was obtained. At this time, a grindstone in which diamond abrasive grains having an average grain size of less than 1 μm were fixed with vitrified bond, and a grindstone having a # 42000 grindstone was used. Moreover, as a dressing grindstone, a grindstone in which green silicon carbide abrasive grains having an average grain size of about 3 μm were fixed with phenol and a grindstone count of # 5000 was used.
In addition, when the stress applied to the crystal during the grinding process reaches 0.45 kg / cm 2 , the clogging of the grindstone is eliminated by carrying out the dressing treatment of the grindstone, and the sharpness is kept constant by keeping the stress applied to the crystal constant. I tried to keep it.

研削レートは0.19μm/hであった。また、研削加工中において砥石自体の崩れはなく、砥粒およびボンド剤の脱落も見られなかった。   The grinding rate was 0.19 μm / h. In addition, the grinding wheel itself did not collapse during the grinding process, and the abrasive grains and the bonding agent did not fall off.

<実施例5>
結晶として直径が50mm、厚み343μmの、主面が(10−10)面から<000−1>(−c軸)方向に5°のオフ角を有する面である窒化ガリウム結晶を用いたこと、厚みが340μmとなるまで主面の研削加工を行ったこと以外は実施例4と同様にして研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。研削レートは0.66μm/hであった。また、研削加工中において砥石自体の崩れはなく、砥粒およびボンド剤の脱落も見られなかった。
<Example 5>
A gallium nitride crystal having a diameter of 50 mm and a thickness of 343 μm as a crystal and having a major surface with an off angle of 5 ° in the <000-1> (−c axis) direction from the (10-10) plane; A gallium nitride substrate was obtained by grinding in the same manner as in Example 4 except that the main surface was ground until the thickness became 340 μm. The grinding rate was 0.66 μm / h. In addition, the grinding wheel itself did not collapse during the grinding process, and the abrasive grains and the bonding agent did not fall off.

<実施例6>
結晶として直径が50mm、厚み340μmの、主面が(10−10)面から<000−1>(−c軸)方向に5°のオフ角を有する面である窒化ガリウム結晶を用いたこと、厚みが338μmとなるまで主面の研削加工を行ったこと、結晶にかかる応力が0.23kg/cm以下となるようにし、研削加工中に結晶にかかる応力が0.23kg/cmとなった時点で砥石のドレッシング処理を実施した以外は実施例4と同様にして研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。研削レートは13.38μm/hであった。また、研削加工中において砥石自体の崩れはなく、砥粒およびボンド剤の脱落も見られなかった。
<Example 6>
A gallium nitride crystal having a diameter of 50 mm and a thickness of 340 μm as a crystal and having a main surface having an off angle of 5 ° in the <000-1> (−c axis) direction from the (10-10) plane; The main surface was ground until the thickness was 338 μm, the stress applied to the crystal was 0.23 kg / cm 2 or less, and the stress applied to the crystal during grinding was 0.23 kg / cm 2. At this point, grinding was performed in the same manner as in Example 4 except that the dressing treatment of the grindstone was performed, and a gallium nitride substrate was obtained. The grinding rate was 13.38 μm / h. In addition, the grinding wheel itself did not collapse during the grinding process, and the abrasive grains and the bonding agent did not fall off.

<実施例7>
結晶として直径が50mm、厚み338μmの、主面が(20−2−1)面である窒化ガリウム結晶を用いたこと、厚みが336μmとなるまで主面の研削加工を行ったこと、結晶にかかる応力が0.23kg/cm以下となるようにし、研削加工中に結晶にかかる応力が0.23kg/cmとなった時点で砥石のドレッシング処理を実施した以外は実施例4と同様にして研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。研削レートは5.52μm/hであった。また、研削加工中において砥石自体の崩れはなく、砥粒およびボンド剤の脱落も見られなかった。
<Example 7>
The crystal used was a gallium nitride crystal having a diameter of 50 mm and a thickness of 338 μm, and the main surface was a (20-2-1) plane, the main surface was ground until the thickness became 336 μm, and the crystal was applied The stress was adjusted to 0.23 kg / cm 2 or less, and the grinding stone dressing process was performed when the stress applied to the crystal during the grinding process was 0.23 kg / cm 2 , as in Example 4. Grinding was performed to obtain a gallium nitride substrate. The grinding rate was 5.52 μm / h. In addition, the grinding wheel itself did not collapse during the grinding process, and the abrasive grains and the bonding agent did not fall off.

<参考例>
研削加工に用いる砥石として、砥粒の平均粒径が1〜2μmのダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで固定した砥石であって、砥石番手が#10000である砥石を使用し、ドレッシング砥石としては、砥粒の平均粒径が約1.5μmのホワイトアルミナ砥粒をビトリファイドボンドで固定した砥石であって、砥石番手が#10000であるドレッシング砥石を使用して、実施例1と同様に研削加工を行った。
このとき、結晶にかかる応力が0.11kg/cm以下、0.32kg/cm以下、0.55kg/cm以下、2.70kg/cm以下となるように変化させて研削加工を行い、窒化ガリウム基板を得た。それぞれの場合における研削レートは、18.7μm/h、51.1μm/h、197.0μm/h、334.1μm/hであった。このことより、砥粒の平均粒径が1μm以上の砥石を用いた場合には、結晶にかかる応力が大きいほど研削レートが大きくなることが確認された。参考例の結果を図2に示す。
<Reference example>
As a grindstone used for grinding, a grindstone in which diamond abrasive grains having an average grain diameter of 1 to 2 μm are fixed by vitrified bond, a grindstone having a grindstone count of # 10000 is used. As a dressing grindstone, Grinding was performed in the same manner as in Example 1 using a dressing grindstone in which white alumina abrasive grains having an average grain size of about 1.5 μm were fixed with vitrified bond and having a grindstone count of # 10000. It was.
At this time, stress applied to the crystal 0.11 kg / cm 2 or less, 0.32 kg / cm 2 or less, 0.55 kg / cm 2 or less, perform grinding while changing such that the 2.70 kg / cm 2 or less A gallium nitride substrate was obtained. The grinding rate in each case was 18.7 μm / h, 51.1 μm / h, 197.0 μm / h, 334.1 μm / h. From this, it was confirmed that when a grindstone having an average grain size of 1 μm or more is used, the grinding rate increases as the stress applied to the crystal increases. The result of the reference example is shown in FIG.

Claims (7)

平均粒径が1.0μm未満である砥粒が固定された砥石を用いて第13族窒化物結晶に研削加工を行い第13族窒化物結晶基板を製造する方法であって、研削加工中に該第13族窒化物結晶にかかる応力を0.75kg/cm以下とすることを特徴とする第13族窒化物結晶基板の製造方法。 A method for producing a group 13 nitride crystal substrate by grinding a group 13 nitride crystal using a grindstone having an abrasive having an average particle size of less than 1.0 μm. A method for producing a Group 13 nitride crystal substrate, wherein a stress applied to the Group 13 nitride crystal is 0.75 kg / cm 2 or less. 前記砥石がボンド剤により砥粒を埋め込んだ砥石であって、該砥粒がダイヤモンドである、請求項1に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。   The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to claim 1, wherein the grindstone is a grindstone in which abrasive grains are embedded with a bonding agent, and the abrasive grains are diamond. 前記ボンド剤がビトリファイドボンドである、請求項2に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。   The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to claim 2, wherein the bond agent is a vitrified bond. 前記第13族窒化物結晶がビッカーズ硬さ13GPa以上であり、かつ破壊靱性値が4以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。   The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the Group 13 nitride crystal has a Vickers hardness of 13 GPa or more and a fracture toughness value of 4 or more. 前記第13族窒化物結晶が窒化ガリウム結晶である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。   The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the Group 13 nitride crystal is a gallium nitride crystal. 第13族窒化物結晶の除去体積/砥石磨耗体積で表される比率が0.03以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。   The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to any one of Claims 1 to 5, wherein a ratio expressed by a removal volume of the Group 13 nitride crystal / a grinding wheel wear volume is 0.03 or more. 前記第13族窒化物結晶の表面粗度Rmsが5nm以下となるまで研削工程を行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載の第13族窒化物結晶基板の製造方法。   The method for producing a Group 13 nitride crystal substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the grinding step is performed until the surface roughness Rms of the Group 13 nitride crystal is 5 nm or less.
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