JP7414062B2 - 酸化ガリウム基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本開示は、酸化ガリウム基板の製造方法、および酸化ガリウム基板用の研磨スラリーに関する。
近年、シリコン半導体基板に代えて、化合物半導体基板を用いることが提案されている。化合物半導体としては、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウムなどが挙げられる。化合物半導体は、シリコン半導体に比べて、大きなバンドギャップを有する点で優れている。化合物半導体基板は研磨され、その研磨面にはエピタキシャル膜が形成される。
特許文献１には、酸化ガリウム基板の研磨方法が記載されている。この研磨方法では、ダイヤモンド粒子を含む研磨スラリーと、コロイダルシリカを含む研磨スラリーとがこの順番で用いられる。この研磨方法によれば、酸化ガリウム単結晶の主面にステップとテラスとを形成できると記載されている。
特許文献２には、炭化ケイ素または窒化ガリウムで形成される基板の研磨方法が記載れている。この研磨方法では、研磨スラリーとして、複数の酸化数を取り得る金属元素の酸化性粒子を含むものが用いられる。酸化性粒子の具体例として、酸化マンガン粒子が開示されており、特に酸化力が高い二酸化マンガン粒子が好適であると記載されている。
特許文献３には、二酸化マンガンを含む砥粒でシリコン基板を研磨することが開示されている。特許文献３の第３３段落には、シリコン基板の研磨メカニズムについて記載されている。その記載によるとシリコン基板を高レートで研磨するには、アルカリ環境下で研磨することが重要であり、砥粒に要求されるのはアルカリ環境下で溶解しないことが求められる。よって、特許文献３においては、アルカリ環境下で溶解しない砥粒の一つとして二酸化マンガンが一例に挙げられているに過ぎず、二酸化マンガン砥粒を酸化ガリウム基板の研磨用いることは何ら示唆されていない。
特許文献１では、ダイヤモンド粒子を含む研磨スラリーと、コロイダルシリカを含む研磨スラリーとがこの順番で用いられる。この場合、ダイヤモンド粒子によって生じたダメージを、コロイダルシリカで十分に除去することが困難であった。なお、コロイダルシリカを含む研磨スラリーのみを用いる場合、研磨速度が低過ぎるという問題があった。
特許文献２では、二酸化マンガン粒子を含む研磨スラリーが用いられる。二酸化マンガン粒子は、高い酸化力を有するので、炭化ケイ素または窒化ガリウムに対して高い研磨力を有すると記載されている。これに対し、酸化ガリウムは、酸化物であるので、粒子の酸化力を利用して研磨速度を向上することはできない。
本開示の一態様は、酸化ガリウム基板の研磨速度向上とダメージ低減とを両立できる、技術を提供する。
本開示の一態様に係る酸化ガリウム基板の製造方法は、
研磨スラリーを用いて酸化ガリウム基板を研磨することと、
前記研磨することの後に、洗浄液で前記酸化ガリウム基板を洗浄することと、
を有し、
前記研磨スラリーは、二酸化マンガンの粒子と、水とを含み、
前記洗浄液は、アスコルビン酸およびエリソルビン酸のうちの少なくとも１つを含み、且つ、６以下のｐＨを有する。
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前記洗浄液は、アスコルビン酸およびエリソルビン酸のうちの少なくとも１つを含み、且つ、６以下のｐＨを有する。
本開示の一態様によれば、酸化ガリウム基板の研磨速度向上とダメージ低減とを両立できる。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上にバーを付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
図１は、一実施形態に係る酸化ガリウム基板の製造方法を示すフローチャートである。図１に示すように、酸化ガリウム基板の製造方法は、一次研磨スラリーを用いて酸化ガリウム基板を一次研磨すること（Ｓ１）を有する。酸化ガリウム基板として、例えば、予めβ－Ｇａ２Ｏ３単結晶を、ワイヤーソーなどで板状にスライスし、続いて、研削装置などで所定の厚さに研削したものが用いられる。酸化ガリウム基板は、ドーパントを含んでもよいし、含まなくてもよい。ドーパントとして、例えばＳｉ、Ｓｎ、ＡｌまたはＩｎなどが用いられる。
酸化ガリウム基板は円盤状に形成され、酸化ガリウム基板の外周には酸化ガリウムの結晶方位を示すノッチなどが形成される。ノッチの代わりに、オリエンテーションフラットが形成されてもよい。酸化ガリウム基板は、互いに平行な第１主表面と第２主表面とを有する。第１主表面は、一次研磨スラリーで研磨される主表面である。第１主表面は、例えば｛００１｝面である。｛００１｝面は、＜００１＞方向に対して垂直な結晶面であり、（００１）面および（００－１）面のいずれでもよい。
なお、第１主表面は、｛００１｝面以外の結晶面であってもよい。また、第１主表面は、予め設定された結晶面に対し、いわゆるオフ角を有してもよい。オフ角は、研磨後の第１主表面に形成されるエピタキシャル膜の結晶性を向上する。第１主表面だけではなく、第２主表面も一次研磨スラリーで研磨されてもよい。
一次研磨スラリーは、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の粒子と、水とを含む。二酸化マンガンの粒子が分散質であり、水が分散媒である。二酸化マンガンは、詳しくは後述するが、一般的な研磨材であるダイヤモンドおよびシリカ等に比べて、低いモース硬度を有し、且つ、高い研磨速度を有する。
モース硬度が低いにも関わらず研磨速度が高いことから、研磨中に二酸化マンガンと酸化ガリウムとの化学的な反応が生じると推定される。その化学的な反応によって、酸化ガリウムを構成する酸素とガリウムとの結合が弱まり、酸化ガリウムの研磨速度が高くなると推定される。
二酸化マンガンは、上記の通り、一般的な研磨材であるダイヤモンドおよびシリカ等に比べて、低いモース硬度を有し、且つ、高い研磨速度を有する。それゆえ、酸化ガリウム基板の研磨速度向上とダメージ低減とを両立できる。ダメージは、例えばクラックまたはスクラッチである。ダイヤモンド粒子によって形成されるダメージ深さは１５μｍ程度であり、二酸化マンガン粒子によって形成されるダメージ深さは２μｍ以下である。
なお、酸化マンガンとして、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の他、一酸化マンガン（ＭｎＯ）、三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）、四酸化三マンガン（Ｍｎ３Ｏ４）等が挙げられるが、これらの中でも、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の研磨速度が特に高い。詳しくは後述する。
一次研磨スラリーに占める二酸化マンガンの粒子の含有量は、例えば、０．０１質量％以上、５０質量％以下である。前記含有量が０．０１質量％以上であると、研磨速度が高い。前記含有量は、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．５質量％以上である。また、前記含有量が２０％以下であると、一次研磨スラリーの材料コストが安い。前記含有量は、好ましくは４０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下である。
なお、一次研磨スラリーは、二酸化マンガンの粒子に加えて、他の材料の粒子をさらに含んでもよい。他の材料の粒子は、研磨速度を低下させない範囲で、且つ、ダメージを増加させない範囲で、添加される。他の材料の粒子として、例えばコロイダルシリカの粒子が挙げられる。
一次研磨スラリーのｐＨは、研磨速度の観点からは特に限定されないが、分散性の観点からは好ましくは、１以上３以下であるか、または７以上１４以下である。ｐＨが１以上３以下であると、粒子のゼータ電位が正の値になり、その絶対値が大きいので、粒子同士が反発し、分散性が良くなる。ｐＨは、好ましくは１以上２以下である。また、ｐＨが７以上１４以下であると、粒子のゼータ電位が負の値になり、その絶対値が大きいので、粒子同士が反発し、分散性が良くなる。分散性が良いと、保管が容易である。ｐＨは、好ましくは８以上１４以下である。
一次研磨スラリーは、そのｐＨを調整すべく、ｐＨ調整剤を含んでもよい。ｐＨ調整剤としては、例えば、硝酸（ＨＮＯ３）または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などが用いられる。ｐＨ調整剤は、分散剤としての役割も有する。分散剤は、二酸化マンガンの粒子の分散性を高める。なお、一次研磨スラリーは、一般的な分散剤を含んでもよい。
二酸化マンガンの粒子の動的光散乱法で測定した粒子径分布における体積基準の積算分率の５０％径Ｄ５０が、１ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。動的光散乱法は、一次研磨スラリーにレーザー光を照射し、その散乱光を光検出器で観測することにより、粒子径分布を測定する方法である。Ｄ５０が１ｎｍ以上であると、研磨速度が高い。Ｄ５０は、好ましくは５０ｎｍ以上である。また、Ｄ５０が２０００ｎｍ以下であると、研磨後の第１主表面の表面粗さが小さく、また、ダメージが小さい。Ｄ５０は、好ましくは１０００ｎｍ以下である。
酸化ガリウム基板の研磨においては、酸化ガリウムと二酸化マンガン同士が化学反応を起こし、研磨が高速に進行していくものと本発明者は推測する。
酸化ガリウム基板の研磨においては、酸化ガリウムと二酸化マンガン同士が化学反応を起こし、研磨が高速に進行していくものと本発明者は推測する。
酸化ガリウム基板の製造方法は、一次研磨（Ｓ１）の後に、酸化ガリウム基板を洗浄液で洗浄すること（Ｓ２）を有する。洗浄液が、酸化ガリウム基板に付着する二酸化マンガンの粒子を洗い流す。従って、一次研磨（Ｓ１）で用いた二酸化マンガンの粒子が残らないので、一次研磨（Ｓ１）で生じた傷などを後述する二次研磨（Ｓ３）で除去できる。
洗浄液は、例えば、アスコルビン酸およびエリソルビン酸のうちの少なくとも１つを含み、且つ６以下のｐＨを有する。この洗浄液は、二酸化マンガンの粒子を溶解させることができ、化学反応によって二酸化マンガンの粒子を除去できる。
なお、洗浄液は、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）および塩酸（ＨＣｌ）のうちの少なくとも１つを含み、且つ過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を含んでもよい。この洗浄液も、二酸化マンガンの粒子を溶解させることができ、化学反応によって二酸化マンガンの粒子を除去できる。
酸化ガリウム基板の製造方法は、二次研磨スラリーを用いて酸化ガリウム基板を研磨すること（Ｓ３）を有する。二次研磨スラリーの粒子のＤ５０は、一次研磨スラリーの粒子のＤ５０よりも小さい。二次研磨スラリーの粒子の材料は、一次研磨スラリーの粒子の材料と同一のものでもよいし、異なるものでもよい。後者の場合、例えば、コロイダルシリカが用いられる。
以下、実施例および比較例について説明する。下記の例１～例１８のうち、例１～例９が実施例であり、例１０～例１８が比較例である。
［例１］
例１では、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を片面研磨装置によって研磨した。片面研磨装置は、株式会社ナノファクター製の商品名ＮＦ－３００を用いた。片面研磨装置の回転定盤の直径は、３００ｍｍであった。その回転定盤に貼り付ける研磨パッドは、株式会社ＦＩＬＷＥＬ製の商品名Ｎ０５７１を用いた。研磨圧力は１１３ｇ／ｃｍ２に設定し、回転定盤の回転数は４０ｒｐｍに設定した。これらの研磨条件は、例１～例１８において共通の研磨条件であった。
例１では、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を片面研磨装置によって研磨した。片面研磨装置は、株式会社ナノファクター製の商品名ＮＦ－３００を用いた。片面研磨装置の回転定盤の直径は、３００ｍｍであった。その回転定盤に貼り付ける研磨パッドは、株式会社ＦＩＬＷＥＬ製の商品名Ｎ０５７１を用いた。研磨圧力は１１３ｇ／ｃｍ２に設定し、回転定盤の回転数は４０ｒｐｍに設定した。これらの研磨条件は、例１～例１８において共通の研磨条件であった。
また、例１では、研磨スラリーとして、ＭｎＯ２粒子を１質量％含み、水を９９質量％含むものを用いた。ＭｎＯ２粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０２ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは６．７であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであった。ＭｎＯ２粒子のＤ５０は、動的光散乱法で測定した。動的光散乱法は、研磨スラリーにレーザー光を照射し、その散乱光を光検出器で観測することにより、粒子径分布を測定する方法である。研磨の前後の板厚差と研磨時間とに基づき、研磨速度を求めたところ、研磨速度は１１．７μｍ／ｈであった。
［例２］
例２では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を２質量％に増やし、水の含有量を９８質量％に減らした以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは６．５であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであり、研磨速度は１６．８μｍ／ｈであった。
例２では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を２質量％に増やし、水の含有量を９８質量％に減らした以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは６．５であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであり、研磨速度は１６．８μｍ／ｈであった。
［例３］
例３では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、水の含有量を９５質量％に減らした以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは６．５であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであり、研磨速度は１２．３μｍ／ｈであった。
例３では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、水の含有量を９５質量％に減らした以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは６．５であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであり、研磨速度は１２．３μｍ／ｈであった。
［例４］
例４では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を１０質量％に増やし、水の含有量を９０質量％に減らした以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは６．０であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであり、研磨速度は１５．１μｍ／ｈであった。
例４では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を１０質量％に増やし、水の含有量を９０質量％に減らした以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは６．０であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであり、研磨速度は１５．１μｍ／ｈであった。
［例５］
例５では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を２０質量％に増やし、水の含有量を８０質量％に減らした以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは５．６であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであり、研磨速度は８．５μｍ／ｈであった。
例５では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を２０質量％に増やし、水の含有量を８０質量％に減らした以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは５．６であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は１．６μｍであり、研磨速度は８．５μｍ／ｈであった。
［例６］
例６では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、ｐＨ調整剤としてＮａＯＨを添加し、残りを水で構成した以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは１０．２であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は０．２μｍであり、研磨速度は９．９μｍ／ｈであった。
例６では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、ｐＨ調整剤としてＮａＯＨを添加し、残りを水で構成した以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは１０．２であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は０．２μｍであり、研磨速度は９．９μｍ／ｈであった。
［例７］
例７では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、ｐＨ調整剤としてＮａＯＨを添加し、残りを水で構成した以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは７．７であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は０．２μｍであり、研磨速度は１２．４μｍ／ｈであった。
例７では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、ｐＨ調整剤としてＮａＯＨを添加し、残りを水で構成した以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは７．７であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は０．２μｍであり、研磨速度は１２．４μｍ／ｈであった。
［例８］
例８では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、ｐＨ調整剤としてＨＮＯ３を添加し、残りを水で構成した以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは４．７であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は３．３μｍであり、研磨速度は８．３μｍ／ｈであった。
例８では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、ｐＨ調整剤としてＨＮＯ３を添加し、残りを水で構成した以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは４．７であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は３．３μｍであり、研磨速度は８．３μｍ／ｈであった。
［例９］
例９では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、ｐＨ調整剤としてＨＮＯ３を添加し、残りを水で構成した以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは２．２であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は０．４μｍであり、研磨速度は７．２μｍ／ｈであった。
例９では、研磨スラリーに占めるＭｎＯ２粒子の含有量を５質量％に増やし、ｐＨ調整剤としてＨＮＯ３を添加し、残りを水で構成した以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。研磨スラリーのｐＨは２．２であり、ＭｎＯ２粒子のＤ５０は０．４μｍであり、研磨速度は７．２μｍ／ｈであった。
［例１０］
例１０では、研磨スラリーとして、ダイヤモンド粒子を１質量％含み、水を９９質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ダイヤモンド粒子は、トーメイダイヤ株式会社製の商品名ＭＤ５００を用いた。研磨スラリーのｐＨは６．０であり、ダイヤモンド粒子のＤ５０は０．５μｍであり、研磨速度は５．４μｍ／ｈであった。
例１０では、研磨スラリーとして、ダイヤモンド粒子を１質量％含み、水を９９質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ダイヤモンド粒子は、トーメイダイヤ株式会社製の商品名ＭＤ５００を用いた。研磨スラリーのｐＨは６．０であり、ダイヤモンド粒子のＤ５０は０．５μｍであり、研磨速度は５．４μｍ／ｈであった。
［例１１］
例１１では、研磨スラリーとして、ＳｉＯ２粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＳｉＯ２粒子は、株式会社フジミインコーポレーテッド製の商品名ＣＯＭＰＯＬ８０を用いた。研磨スラリーのｐＨは１０．０であり、ＳｉＯ２粒子のＤ５０は０．１μｍであり、研磨速度は０．４μｍ／ｈであった。
例１１では、研磨スラリーとして、ＳｉＯ２粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＳｉＯ２粒子は、株式会社フジミインコーポレーテッド製の商品名ＣＯＭＰＯＬ８０を用いた。研磨スラリーのｐＨは１０．０であり、ＳｉＯ２粒子のＤ５０は０．１μｍであり、研磨速度は０．４μｍ／ｈであった。
［例１２］
例１２では、研磨スラリーとして、Ｍｎ２Ｏ３粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。Ｍｎ２Ｏ３粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０４ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは７．０であり、研磨速度は１．０μｍ／ｈであった。
例１２では、研磨スラリーとして、Ｍｎ２Ｏ３粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。Ｍｎ２Ｏ３粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０４ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは７．０であり、研磨速度は１．０μｍ／ｈであった。
［例１３］
例１３では、研磨スラリーとして、Ｍｎ３Ｏ４粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。Ｍｎ３Ｏ４粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０５ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは６．２であり、研磨速度は０．４μｍ／ｈであった。
例１３では、研磨スラリーとして、Ｍｎ３Ｏ４粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。Ｍｎ３Ｏ４粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０５ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは６．２であり、研磨速度は０．４μｍ／ｈであった。
［例１４］
例１４では、研磨スラリーとして、ＭｎＯ粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＭｎＯ粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０１ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは７．０であり、研磨速度は２．１μｍ／ｈであった。
例１４では、研磨スラリーとして、ＭｎＯ粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＭｎＯ粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０１ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは７．０であり、研磨速度は２．１μｍ／ｈであった。
［例１５］
例１５では、研磨スラリーとして、ＴｉＯ２粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＴｉＯ２粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＴＩＯ２１ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは６．０であり、ＴｉＯ２粒子のＤ５０は０．６μｍであり、研磨速度は０．８μｍ／ｈであった。
例１５では、研磨スラリーとして、ＴｉＯ２粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＴｉＯ２粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＴＩＯ２１ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは６．０であり、ＴｉＯ２粒子のＤ５０は０．６μｍであり、研磨速度は０．８μｍ／ｈであった。
［例１６］
例１６では、研磨スラリーとして、ＺｒＯ２粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＺｒＯ２粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＺＲＯ０２ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは４．２であり、ＺｒＯ２粒子のＤ５０は１．７μｍであり、研磨速度は０．６μｍ／ｈであった。
例１６では、研磨スラリーとして、ＺｒＯ２粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＺｒＯ２粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＺＲＯ０２ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは４．２であり、ＺｒＯ２粒子のＤ５０は１．７μｍであり、研磨速度は０．６μｍ／ｈであった。
［例１７］
例１７では、研磨スラリーとして、Ｆｅ２Ｏ３粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。Ｆｅ２Ｏ３粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＦＥＯ１０ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは５．５であり、研磨速度は０．７μｍ／ｈであった。
例１７では、研磨スラリーとして、Ｆｅ２Ｏ３粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。Ｆｅ２Ｏ３粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＦＥＯ１０ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは５．５であり、研磨速度は０．７μｍ／ｈであった。
［例１８］
例１８では、研磨スラリーとして、ＺｎＯ粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＺｎＯ粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＺＮＯ０６ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは７．０であり、研磨速度は０．１μｍ／ｈであった。
例１８では、研磨スラリーとして、ＺｎＯ粒子を１０質量％含み、水を９０質量％含むものを用いた以外、例１と同じ条件で、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の（００１）面を研磨した。ＺｎＯ粒子は、株式会社高純度化学研究所製の商品名ＺＮＯ０６ＰＢを用いた。研磨スラリーのｐＨは７．０であり、研磨速度は０．１μｍ／ｈであった。
［例１～例１８の結果の分析］
例１～例１８の研磨条件および研磨結果について、表１に示す。表１において「粒子材料」の欄の「Ｄ」は、ダイヤモンドを意味する。
例１～例１８の研磨条件および研磨結果について、表１に示す。表１において「粒子材料」の欄の「Ｄ」は、ダイヤモンドを意味する。
図２は、例４および例１０～例１８の粒子材料と研磨速度との関係を示す図である。例４および例１０～例１８は、表１から明らかなように、ｐＨ調整剤を使用しなかった点で共通し、粒子材料の種類の点で相違する。例４および例１０～例１８ではｐＨ調整剤を使用しなかったので、ｐＨが異なるのは主に粒子材料の違いに起因する。また、例４および例１１～例１８は、表１から明らかなように、粒子含有量を１０質量％に設定した点でも共通する。
図２から明らかなように、ＭｎＯ２は、一般的な研磨材であるダイヤモンドおよびＳｉＯ２に比べて、研磨速度が高かった。また、ＭｎＯ２は、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４に比べても、研磨速度が高かった。さらに、ＭｎＯ２は、マンガン以外の遷移金属の酸化物（ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ）に比べても、研磨速度が高かった。
粒子材料と研磨速度とモース硬度との関係を、表２および図３に示す。表２および図３は、例４、例１０～例１１および例１５～例１８の粒子材料と研磨速度とモース硬度との関係を示す。
モース硬度が低いにも関わらず研磨速度が高いことから、研磨中にＭｎＯ２とＧａ２Ｏ３との化学的な反応が生じると推定される。その化学的な反応によって、Ｇａ２Ｏ３を構成する酸素とガリウムとの結合が弱まり、Ｇａ２Ｏ３の研磨速度が高くなると推定される。
なお、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、およびＭｎ３Ｏ４は、ＭｎＯ２に比べて、研磨速度が低いので、粒子とＧａ２Ｏ３との化学的な反応が生じないか、またはその反応速度が著しく遅いと推定される。
図４は、例１～例５の粒子含有量と研磨速度との関係を示す図である。例１～例５は、表１から明らかなように、粒子材料がＭｎＯ２である点、ｐＨ調整剤を使用しなかった点で共通し、粒子含有量の大小の点で相違する。例１～例５では、ｐＨ調整剤を使用しなかったので、ｐＨが異なるのは主に粒子含有量の違いに起因する。
図４から明らかなように、例１～例５は、ＭｎＯ２粒子の含有量が０．０１質量％以上、５０質量％以下であったので、研磨速度が６．０μｍ／ｈ以上であった。なお、ＭｎＯ２粒子に代えてダイヤモンド粒子を用いる例１０の研磨速度は５．４μｍであった。
図５は、例３および例６～例９のｐＨと研磨速度との関係を示す図である。例３および例６～例９は、表１から明らかなように、粒子材料がＭｎＯ２である点と、粒子含有量が５質量％である点とで共通し、ｐＨ調整剤の添加の有無および添加量の点で相違する。例３および例６～例９では、同じ商品のＭｎＯ２が用いられるので、Ｄ５０が異なるのは主にｐＨの違いに起因する。詳しくは後述する。
図５から明らかなように、例３および例６～例９は、ｐＨ調整剤の添加の有無および添加量の違いでｐＨが異なるが、いずれも研磨速度が６．０μｍ／ｈ以上であった。なお、ＭｎＯ２粒子に代えてダイヤモンド粒子を用いる例１０の研磨速度は５．４μｍであった。
［例１９～例２３］
例１９～例２３では、ｐＨ調整剤の添加の有無および添加量を変えて、ＭｎＯ２粒子を５質量％含む研磨スラリーを調製した。例１９～例２３の研磨スラリーは、ＭｎＯ２粒子として株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０２ＰＢを用いた点、および粒子含有量が５質量％である点で共通し、ｐＨ調整剤の添加の有無および添加量の点で相違する。
例１９～例２３では、ｐＨ調整剤の添加の有無および添加量を変えて、ＭｎＯ２粒子を５質量％含む研磨スラリーを調製した。例１９～例２３の研磨スラリーは、ＭｎＯ２粒子として株式会社高純度化学研究所製の商品名ＭＮＯ０２ＰＢを用いた点、および粒子含有量が５質量％である点で共通し、ｐＨ調整剤の添加の有無および添加量の点で相違する。
ｐＨとゼータ電位と粒子径分布との関係を、表３、図６および図７に示す。表３は、例１９～例２３のｐＨとゼータ電位と粒子径分布との関係を示す。
例１９～例２３では同じ商品のＭｎＯ２粒子を用いたので、粒子径分布の違いは主に研磨スラリーの内部での粒子同士の凝集の程度の違いに起因する。凝集によって見かけ上の粒子径が大きくなるので、Ｄ１０とＤ９０との差が大きくなる。凝集の程度の違いは、主にｐＨの違いに起因する。
ゼータ電位は、研磨スラリーに電圧を印加して運動させた粒子にレーザー光を照射し、ドップラー効果による振動数変化を光検出器で観測することにより、測定した。
図６は、例１９～例２３のｐＨとゼータ電位との関係を示す。また、図７は、例１９～例２３のｐＨと粒子径分布との関係を示す。図６に示すようにｐＨが１以上３以下であると、ＭｎＯ２粒子のゼータ電位が正の値になり、その絶対値が大きいので、粒子同士が反発し、図７に示すようにＤ１０とＤ９０の差が小さく、分散性が良くなる。また、図６に示すようにｐＨが７以上１４以下であると、粒子のゼータ電位が負の値になり、その絶対値が大きいので、粒子同士が反発し、図７に示すようにＤ１０とＤ９０の差が小さく、分散性が良くなる。分散性が良いと、保管が容易である。
以上、本開示に係る酸化ガリウム基板の製造方法、および酸化ガリウム基板用の研磨スラリーの実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
例えば、本開示の研磨スラリーは、上記実施形態では酸化ガリウム基板の一次研磨に用いられるが、その二次研磨等に用いられてもよい。つまり、酸化ガリウムの製造方法は、本開示の研磨スラリーで酸化ガリウム基板を研磨する前に、別の研磨スラリーで酸化ガリウム基板を研磨することを有してもよい。
本出願は、２０１９年３月２７日に日本国特許庁に出願された特願２０１９－０６１７４８号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１９－０６１７４８号の全内容を本出願に援用する。
Claims (5)
- 研磨スラリーを用いて酸化ガリウム基板を研磨することと、
前記研磨することの後に、洗浄液で前記酸化ガリウム基板を洗浄することと、
を有し、
前記研磨スラリーは、二酸化マンガンの粒子と、水とを含み、
前記洗浄液は、アスコルビン酸およびエリソルビン酸のうちの少なくとも１つを含み、且つ、６以下のｐＨを有する、酸化ガリウム基板の製造方法。 - 研磨スラリーを用いて酸化ガリウム基板を研磨することと、
前記研磨することの後に、洗浄液で前記酸化ガリウム基板を洗浄することと、
を有し、
前記研磨スラリーは、二酸化マンガンの粒子と、水とを含み、
前記洗浄液は、硫酸および塩酸のうちの少なくとも１つを含み、且つ、過酸化水素を含む、酸化ガリウム基板の製造方法。 - 前記研磨スラリーに占める前記二酸化マンガンの粒子の含有量は、０．０１質量％以上、５０質量％以下である、請求項１又は２に記載の酸化ガリウム基板の製造方法。
- 前記研磨スラリーのｐＨは、１以上３以下であるか、または７以上１４以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の酸化ガリウム基板の製造方法。
- 前記二酸化マンガンの粒子の動的光散乱法で測定した粒子径分布における体積基準の積算分率の５０％径が、１ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の酸化ガリウム基板の製造方法。
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