KR101363316B1 - Ⅲ-ｎ 기판의 평활화방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평활화된 III-N, 상세하게는 평활화된 III-N 기판 또는 III-N 템플레이트를 준비하는 방법을 기술하며, 이때 상기 III은 Al, Ga 및 In으로부터 선택된 원소주기율표의 적어도 하나의 III족 원소를 가리키고, 평활화제는 연마제 입자로서 입방정질화붕소를 포함한다. 이로써, 기판 전체 또는 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 매우 낮은 표면조도의 균일성으로 적어도 40mm의 직경을 갖는 대형 III-N 기판이나 III-N 템플레이트를 제공할 수 있다. 따라서, 백색광간섭계에 의한 웨이퍼표면의 매핑에서 rms값의 표준편차는 5% 또는 그 이하이다. 동시에, 이 특성은 상기 표면 또는 상기 표면부근 영역에서 매우 양호한 결정품질로 달성될 수 있고, 이는 예를 들어 로킹곡선매핑 및/또는 마이크로라만 매핑에 의해 측정될 수 있다.
III-N, 평활화, 입방정질화붕소, 폴리싱, 래핑
Description
본 발명은 평활화방법에 관한 것으로, 특히 III-N 표면을 포함하는 물질, 특히 이종기판을 포함하는 III-N 기판 또는 III-N 템플레이트(template)의 래핑(lapping) 및/또는 폴리싱(polishing)의 방법에 관한 것이다. 여기서, N은 질소를 의미하고, III는 알루미늄, 갈륨 및 인듐(이하, Al, Ga, In으로 약칭)에서 선택되는 원소주기율표의 적어도 하나의 III 주족 원소를 의미한다. 또한, 본 발명은 III-N 기판과, III-N 템플레이트를 포함하는 이종기판에 관한 것이다. 이들 III-N 기판 및 III-N 템플레이트는 전자기기/요소 제조용 기판 또는 템플레이트로서 적합하다.
오랜 기간 동안, 기계적 및/또는 화학적-기계적 폴리싱(polishing)은 GaAs 등 반도체기판의 표면을 평탄화(planarizing) 및 평활화(smoothening) 하기 위해 일반적으로 사용된 표준공정이다. 이에 따라, 평활 및 평탄하고 무결함의 기판표면이 마이크로전자기기/소자 또는 광전자기기/소자의 제조에 있어 이후 성장단계 또는 식각단계를 위한 전제조건이었다. c면방위를 갖는 GaN 기판에 대한 공지된 폴리싱 공정들은 각각 Ga극성 표면([0001] 방위) 및 N극성 표면(
)에 대한 다른 화학적 안정성으로 인해 달라진다. 따라서, 상기 Ga면(즉, [0001])은 실온에서 거 의 화학적으로 불활성인 반면, 상기 N면(즉, 
)은 여러 에칭액(예를 들어, NaOH 수용액 또는 KOH 수용액)에 의해 영향을 받는다. 더구나, 상기 Ga면은 상기 N면보다 매우 경질이다.
Weyher 등("Chemical Polishing of Bulk and Epitaxial GaN", J. Cryst. Growth 182 (1997) 17)은 상기 N면의 폴리싱 공정을 제시한 바 있다(상기 N면 또는 Ga면 결과들의 상관관계는 나중에 밝혀짐: J. Weyher 등, "Defects in GaN Single Crystals and Homoepitaxial Structures", J. Cryst. Growth 281 (205, 135). 이는 다이아몬드 슬러리를 사용하는 기계적 폴리싱 단계와 이후 KOH 및/또는 NaOH 수용액을 사용하는 CMP 단계로 구성된다. 그러나, 상기 Ga면은 상기 공정이 적합하지 않기 때문에 이후 에피택시(epitaxy)를 위하여 불공평하게도 더 큰 중요도를 갖는다(Miskys 등, "MOCVD-Epitaxy on Free-Standing HVDE-GaN- Substrates", Fris. phys. stat. sol. (a) 176 (1999, 443). Weyher 등은 연마제 입자용 경질물질은 기술하지 않았다.
Porowsky 등이 기술한 공정은 상술한 Weyher 등의 선행기술에 상응한다("Mechano-Chemical Polishing of Crystals and Epitaxial Layers of GaN and Gal-x-yAlxInyN", 미국특허 제6,399,500호). 여기서는 폴리싱된 면의 극성에 대한 명백한 단서가 없다. 연마제 입자용으로 사용된 경질물질은 기술되지 않았다.
Tavernier 등은 연마제 입자로서 산화규소를 사용하는 CMP공정을 보고하였고, 이 공정은 단지 GaN의 N면에만 성공적으로 적용할 수 있으나, Ga면에는 부적합 하다("Chemical Mechanical Polishing of Gallium Nitride", Electrochemical and Solid-State Letters 5 (2002) G61).
Karouta 등은 반응성 이온 에칭(RIE: reactive ion etching)에 의한 GaN의 Ga면의 폴리싱 공정을 보고하였다("Final Polishing of Ga-polar GaN Substrates using Reactive Ion Etching", Journal of Electronic Materials 28 (1999) 1448). 여기서 결정들은 이전 기계적 폴리싱단계에서 다이아몬드 슬러리로 전처리된다. 또한, 상기 RIE공정은 매우 번거로우며 이온방사로 인해 면부근 영역의 결정격자가 손상된다는 단점이 있다.
Kim 등은 GaN기판의 폴리싱 공정을 보고하였는데, 이는 다이아몬드 슬러리 및 탄화붕소판에 의한 기계적 폴리싱단계들로 이루어진다("Method for Fabricating GaN Substrate", 미국특허 제6,211,089호). 이 역시 폴리싱 손상을 방지하기 위해 상술한 단점을 갖는 RIE공정이 사용되었고 부가적으로 종국에는 어닐링 단계가 사용된다.
Xu 등은 화학적, 기계적 폴리싱 방법, 특히 산성용액이나 염기성용액에서 산화규소 또는 산화알루미늄 연마제를 사용하는 AlxGayInz-종단처리 (0001)-AlxGayInzN 기판의 화학적, 기계적 폴리싱 방법을 기술하였다("High Surface Quality GaN Wafer and Method of Fabricating Same", 미국특허 제6,951,695호). 이러한 기술로부터, CMP공정뿐만 아니라 CMP단계에 선행하는 기계적 폴리싱에서 다이아몬드 슬러리(또는, 탄화규소, 탄화붕소 또는 산화알루미늄 슬러리)를 우선적으로 사용함에 기인하는 결정의 구조적 손상은 이후 습식화학에칭 단계로써(예를 들어, 기술적으로 고된 180℃ 고온인산을 사용함으로써) 감소되거나 최소화된다는 것을 더 추론할 수 있다.
Kato 등은 경질 연마제입자(예를 들어, 다이아몬드)와 연질 연마제입자(예를 들어, 산화규소)로 이루어지는 단지 GaN의 폴리싱만을 위한 슬러리 조성을 기술하였다("Polishing Composition for Semiconductor Substrate and Method of Manufacturing Semiconductor Substrate Using Same", 일본특허출원 제2003-100373호). 이러한 폴리싱 공정에서, 상기 슬러리는 10-80℃ 온도로 유지된다. 고온에서의 폴리싱은 기술적으로 매우 고되다.
하술하는 본 발명의 목적은 각각 개선된 표면구조를 갖는 III-N 기판과 III-N 템플레이트(template)를 제공하기 위하여 한편으로는 III-N 결정[즉, (Al,Ga,In)면]의 화학적으로 거의 불활성인 표면에 성공적으로 적용가능하고 다른 한편으로는 결정격자의 손상이 최대한 낮은 평활화방법, 특히 III-N 기판의 평활화방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적은 평활화처리될 표면에서 III-N 화합물을 포함하는 물질의 평활화된 표면을 준비하는 공정으로 해결되며, 입방정질화붕소(cBN: cubic boron nitride)가 연마제 입자물질로서 사용된다. 상기 평활화방법은 특히 III-N 물질 표면의 래핑(lapping) 공정 및/또는 무엇보다도 폴리싱 공정을 포함할 수 있다. 특히 상기 입자물질 cBN으로, 한편으로는 (Al,Ga,In)N의 화학적으로 거의 불활성이고 경질인 (Al,Ga,In)면에 대한 효과가 달성되고, 다른 한편으로는 결정격자의 손상이 감소된다는 놀라운 사실이 발견되었다. 그 이유로는 입방정질화붕소(cBN)가 특히 III-N 물질을 폴리싱하는데 최적의 경도를 가져 반대의 효과들이 가장 잘 조화되기 때문이라고 추측된다. 이러한 cBN 물질은 예를 들어 산화규소보다 더 경질이어서 이로써 폴리싱시 상당한 연마가 상기 화학적으로 거의 불활성이고 경질인 (Al,Ga,In)면에서 달성될 수 있다. 다른 한편으로는, 다이아몬드보다 덜 경질이므로, 결정격자의 손상을 감소시킨다.
Keizo 등은 연마제 입자물질로서 예를 들어 산화규소, 질화규소, 알루미늄, 산화지르코늄, 산화세륨, 질화붕소, 다이아몬드, 경질탄소 등을 함유하는 CMP 폴리싱액을 기술하나, 이는 Si 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 것이다(일본공개특허공보 제2001-85383호). 일본공개특허공보 제2001-85383호의 목적은 연마제 입자들을 물에 용이하게 분산하고 질화규소막에 대한 산화규소막의 폴리싱 비율을 더 높이기 위하여 유기계면활성제로 연마제 입자들을 습윤하는 것이다. 따라서, 이러한 기술로는 III-N 면을 폴리싱하는 경우 상기 특정 문제를 해결하기 위한 단서가 강구될 수 없다.
본 발명에 따르면, 연마제 입자물질로서 입방정질화붕소(cBN)에 의한 평활화가 바람직하게는 상기 III-N 물질의 III극성(예를 들어, Ga극성) 표면 [0001]에 대해 수행된다. 왜냐면, 본 발명은 이러한 화학적으로 불활성인 표면에 대해 특히 유리한 효과를 갖기 때문이다. 그러나, 본 발명에 의한 평활화는 III-N 물질의 N극성 표면 
에 대해 대체하여 또는 부가적으로 수행될 수 있다.
폴리싱에 특히 적합한 슬러리는 암모니아(ammonia), 수산화칼륨(potassium hydroxide), 수산화나트륨(sodium hydroxide), 과산화수소(hydrogen peroxide) 및 유기염기(organic base)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 부가적으로 함유하는 수성현탁물(water-soluble suspension)이다.
바람직한 일 구현예에 있어서, 자립(free-standing) III-N 기판 또는 III-N 템플레이트는 래핑 및/또는 폴리싱되고, 상기 템플레이트는 이종기판과, 상부 III-N층과, III-N 또는 기타 물질로 형성된 임의의 하나 이상의 중간층(들)을 포함한다. 상기 이종기판물질은 바람직하게는 사파이어(sapphire), 탄화규소(silicon carbide), 질화갈륨(gallium nitride), 질화알루미늄(aluminum nitride), 갈륨비소(gallium arsenide), 산화아연(zinc oxide), 규소(silicon), 알루민산리튬(lithium aluminate) 및 갈륨산리튬(lithium gallate)으로 이루어진 군에서 선택된다.
바람직한 일 구현예에서, 특히 표면에서의 결정품질을 더 개선하기 위하여 정방위(exactly oriented) c-, a-, m- 또는 r- 면을 갖거나, c-, a-, m- 또는 r- 면에 대해 0.1-30°방위차를 갖는 면을 갖는 자립 III-N 기판의 표면이 래핑 및/또는 폴리싱된다. 정방위 III극성(예를 들어, Ga극성) c면을 갖거나, 정방위 III극성(예를 들어, Ga극성) c면에 대해 0.1-1°방위차를 갖는 면을 갖는 표면이 래핑 및/또는 폴리싱되는 경우는 더 유리하다.
cBN 입자물질의 적합한 평균입경(mean grain size)은 예를 들어 0.1-20㎛, 바람직하게는 0.5-10㎛, 더욱 바람직하게는 1-6㎛이다.
만일 상기 폴리싱공정이 복수단계, 특히 2회, 3회, 4회, 5회 또는 6회 단계를 포함하는 경우, 폴리싱공정의 효능 및 효과는 크게 개선될 수 있으며, 여기서 상기 입방정질화붕소의 평균입경은 각 후속하는 단계들에서 감소한다. 폴리싱단계들의 특히 양호한 조합은 2회 연속단계, 바람직하게는 3회 연속단계에 있어서, 특히 만일 cBN의 평균입경이 각각 약 6㎛, 약 3㎛ 및 약 1㎛이라면(이때, "약"은 ±0.5㎛ 오차를 의미함), cBN의 평균입경은 각각 약 4-7㎛(제1단계), 2-4㎛(제2단계) 및 0.5-2㎛(임의의 제3단계)로 이루어진다.
또한, 상기 폴리싱공정 이전에 래핑공정을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 래핑공정에서 입방정질화붕소를 래핑제(lapping agent)로 사용하는 것이 유리하다.
상기 특정적으로 선택된 평활제(smoothening agent) cBN을 사용함으로써, 심지어 적어도 40mm의 직경을 갖는 대형 III-N 기판이나 III-N 템플레이트라도 그 자체가 반대인 특성들의 우수한 조합, 즉 표면조도의 매우 양호한 균일성을 포함하는 우수한 평활화와 소수의 실질적으로 작은 결정손상으로 인해 높이 유지되는 결정품질의 조합이 달성될 수 있다. 특히, 기판 전체나 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 매우 낮은 표면조도의 균일도는 본 발명으로 달성된 특성들의 조합에 대한 척도이다. 따라서, 본 발명에 의하면, 전체 웨이퍼표면에 걸쳐(예를 들어 5mm의 마진(margine)은 제외하고) 표면조도의 rms값과 특히 rms값의 균일한 분포는 중요한 매개변수이고, 이는 백색광간섭계(white light interferometer)로 웨이퍼표면을 매핑(mapping)함으로써 측정가능하며, 상기 rms값의 표준편차는 상기 표면조도의 균일도의 척도이다. 본 발명에 의하면, 평활화처리된 표면상의 백색광간섭계에 의한 매핑에서 rms값의 표준편차가 5% 또는 그 이하인 대형 III-N 기판 또는 III-N 템플레이트가 제공된다.
예를 들면, 상술했듯이 본 발명에 있어서 웨이퍼표면에 걸친 rms값의 균일한 분포에 의한 표면조도의 균일성이 중요하여 전술한 Miskys 등의 공보가 비교예로 될 수 있다. 이 선행기술에 의하면, 심지어 GaN층의 Ga극성면에 대한 고된 폴리싱공정이후에도(다른 경우라면 평활면임에도 불구하고, 이 공정은 15, 7, 3 및 0.25 크기의 다이아몬드 입자들로 10분간의 4회 폴리싱단계들과 이어서 초미세 폴리싱물질(0.04㎛ 크기)로 장시간의 폴리싱단계를 포함한다) 상기 폴리싱된 표면상에는 현미경상의 스크래치가 잔존하며, 이는 이후 GaN 성장의 주된 핵생성면들로서 작용하여 에피택셜 성장 후에 이들 스크래치 부위에는 현저하게 감지될 수 있는 표면결함을 생성한다.
동반되는 우수한 결정품질의 척도로서, 특히 요동곡선 매핑(rocking curve mapping) 및/또는 마이크로라만 매핑(micro-Raman mapping) 측정이 적합하다. 따라서, 본 발명의 평활화공정으로 얻은, 성장면에 평행한 표면상의 요동곡선 매핑에서 본 발명에 의한 자립 III-N 기판 및 III-N 템플레이트로써 측정된 반폭치(full-width at half maximum)(half-widths))의 표준편차는 5% 또는 그 이하, 바람직하게는 3% 또는 그 이하, 더욱 바람직하게는 2% 또는 그 이하이다. 또는, 아니면 동시에, 본 발명의 평활화공정으로 얻은, 성장면에 평행한 표면상에서의 본 발명에 의한 자립 III-N 기판 및 III-N 템플레이트로의 마이크로라만 매핑에서 측정된 E2-포논(phonon)의 반폭치의 표준편차는 5% 또는 그 이하, 바람직하게는 3% 또는 그 이하, 더욱 바람직하게는 2% 또는 그 이하이다.
상기 표준편차는 복수의 측정점(예를 들어, 100개)에서 요동곡선 매핑측정이나 마이크로라만 측정을 각각 수행하고 모든 측정값의 반폭치들의 평균값을 만들어, 이 평균값에 대한 표준편차를 일반적인 통계평가에 의해 결정함으로써 결정될 수 있다.
본 발명에 의하면, 적어도 2인치(ca. 5cm)나 적어도 3인치(ca. 7.6cm) 또는 적어도 4인치(ca. 10cm) 또는 그 이상의 직경을 갖는 III-N 기판 또는 III-N 템플레이트가 유리하게 제조될 수 있다.
III극성(예를 들어, Ga극성) 표면에 대한 본 발명의 평활화공정의 바람직한 사용에 의하면, III-N 기판 또는 III-N 템플레이트가 본 발명에 따라 바람직하게 제조되며, 백색광간섭계 매핑, 요동곡선 매핑 및/또는 마이크로라만 매핑에 관한 상술한 매개변수들이 상기 III극성(예를 들어, Ga극성) 표면에 대해 유효하게 적용될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 매개변수들은 양 표면들, 즉 III극성면(예를 들어, Ga극성)뿐만 아니라 N극성면 각각에 유효하게 적용될 수 있다.
상기 정의에 있어서, N은 질소를 의미하고 III은 원소주기율표의 적어도 하나의 III족 원소를 의미한다. 상기 III족 원소는 Al, Ga 및 In의 각각 또는 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다. 따라서, 상응하는 조성식은 AlxGayInzN (이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 및 x＋y＋z=1)이다. 가능한 III-N 화합물의 예는 (Al,Ga,In)N 등의 4원계 화합물, (Al,Ga)N, (Ga,In)N 및 (Al,In)N 등의 3원계 화합물, GaN 또는 AlN 등의 2원계 화합물이다. 상기 예시된 괄호 안의 III족 원소들 중에서 모든 원자비, 즉 각 원소에 대한 0-100원자%가 상정가능하다(예를 들어, (Al,Ga)N = AlxGa1 - xN (이때, 0≤x≤1)). (Al,Ga)N 및 GaN이 특히 바람직하다. 하술하는 실시예는 그 기술된 III-N 화합물뿐만 아니라 모든 가능한 III-N 화합물에 적용될 수 있다. 본 발명은 III-N 기판 외에도 III-N 템플레이트에도 유리하게 적용되며, 이는 전술한 이종기판과, 상부 III-N층과, III-N 또는 기타 물질로 형성된 임의의 하나 이상의 중간층(들)을 포함하고, 이의 III-N 표면은 상대적으로 평활화된다. 박막층 및 후막층, 기판 및 템플레이트를 위한 III-N 조성은 개별적으로 선택될 수 있다. 상기 조성들은 동일하거나 다를 수 있다. 본 발명은 특히 에피택시 공정, 바람직하게는 MOVPE 및 그 중에서도 HVPE 등의 기상에피택시(vapour phase epitaxy)에 의하여 준비된 III-N 층, III-N 기판 및 III-N 템플레이트에 적합하게 적용될 수 있다. 상기 III-N 화합물은 유리하게 결정질이고 무엇보다도 단결정이다.
본 발명은 이하 바람직한 구현예 및 실시예에 의하여 첨부된 도면을 참조하여 더 상세히 기술되지만, 이는 단지 설명만을 위한 것이고 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다.
도 1은 cBN함유 슬러리(본 발명)와 다이아몬드함유 슬러리(비교예)로써 기계 적으로 폴리싱한 이후 GaN 웨이퍼의 표면조도값(rms)을 비교한 그래프.
도 2는 백색광간섭에 의해 rms값을 측정하는데 적합한 표면조사의 원리를 나타내는 도면.
상기 폴리싱공정은 통상의 폴리싱 기계로 수행될 수 있으며, 가능한 일 구현예에 있어서는 지지판 및 이의 상부에 고정된 웨이퍼(들)가 폴리싱 동안 회전되고 부가적으로 상기 웨이퍼(들)는 방사상방향으로 진동운동한다. 상기 폴리싱판들은 그 위에 연마포가 부착되고, 상기 웨이퍼(들)은 폴리싱 동안 가압되며, 슬러리가 상기 연마포 상으로 적하된다.
상기 슬러리는 연마제 입자로서 cBN을 갖는 수성성분의 분산체이다. 최적의 평활한 표면을 얻기 위하여, 복수의 폴리싱단계들이 수행되며, 상기 각 다음 폴리싱단계들로 진행됨에 따라 cBN의 평균입경은 감소한다. 가능한 점진적 변화의 예를 들면, 3회 폴리싱 단계들에 있어서 평균입경은 6㎛, 3㎛, 그리고 1㎛로 된다.
연마포는 폴리싱 동안에, 또는 폴리싱 이전 및 각 폴리싱단계 사이에 임의로 조정제(conditioner)가 첨가될 수 있다(예를 들어, "DiaGrid" 패드조정제, Rohm and Haas, Feldkirchen, Germany).
폴리싱될 상기 (Al,Ga,In)N 웨이퍼 또는 (Al,Ga,In)N 템플레이트는 공지된 다양한 기상성장법 또는 용액성장법으로 제조될 수 있다. 성장단계 바로 이후에, 폴리싱공정 이전에 이하 기술되는 단계들에서 선택된 기계적 처치단계(하나 또는 그 이상)가 선행될 수 있다:
- 곡면연마(round grinding)
- 평탄부(flat) 및/또는 홈부(notch)의 연마
- 와이어소잉(wire sawing)
- 식각 라운딩(etch rounding)
- 래핑(lapping)
이때, 최종의 래핑단계는 래핑제의 평균입경을 감소시키면서 복수의 연속적인 부분단계들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 탄화규소, 다이아몬드 또는 입방정질화붕소가 래핑제로서 사용될 수 있다.
웨이퍼 표면을 백색광간섭계로 매핑하는데 있어, rms값의 표준편차가 표면조도의 균일성의 척도로서 사용되며, 상기 웨이퍼는 예를 들어 각각 상호 직교하는 최대 5mm 간격을 갖는 래스터(raster)로 나뉠 수 있다. 5mm의 에지마진(edge margine)을 고려하여, 표면스캔은 각 래스터에서 수행될 수 있으며, 상기 스캔영역은 상기 래스터 크기의 적어도 1%이어야 한다. 상기 rms값은 백색광을 사용하는 통상적으로 구입가능한 백색광간섭계로써 표준방법으로 측정될 수 있다.
상기 처치된 표면의 결정품질은 예를 들어 X선회절(X-ray diffraction)에 의해 특정 격자면에서의 회절에 대하여 절대값의 공간분포 및/또는 X선회절곡선의 반폭치로서 기술적으로 측정될 수 있다. 성장 면 또는 표면에서 결정품질의 균일성은 예를 들어 소위 로킹곡선매핑(rocking curve mapping: 샘플표면의 개별 위치들에서의 ω스캔 기록)에 의해 확인될 수 있으며, 이는 상기 성장 면 또는 표면에의 평행면에서 기록된다. [0001]방향 성장의 경우, 예를 들어 (0002)격자면의 반사는 ω스 캔에 사용될 수 있다. 상기 성장방향에서 결정품질의 균일성은 개별 기판들의 (0002) ω스캔의 반폭치의 평균값의 표준편차로써 결정될 수 있고, 이는 대응하는 벌크결정으로부터 얻어진다.
상기 결정품질의 균일성을 판단하기 위한 두 번째 방법은 라만매핑(Raman- mapping)이다. 즉, 예를 들어 성장면에 평행한 면의 스캔에서 E2-포논의 주파수 및 반폭치의 표준편차가 상기 성장면에 평행한 결정품질의 균일성의 척도로 된다.
마이크로라만 측정은 532㎚의 레이저 여기파장(주파수 2배화 Nd:YAG 레이저)과 3mW의 여기전력(예를 들어, Jobin Yvon Labram800HR-분광계로써)으로 수행될 수 있고, 상기 레이저는 ~1㎛ 직경의 빔까지의 현미경광학계로써 샘플에 포커싱된다. 표면 스캔시, x 및 y 방향의 증분은 예를 들어 ~2.5mm이다. 적합한 마진은 예를 들어 웨이퍼 에지로부터 2mm로 선택된다. 상기 표면에 수직인 웨이퍼 슬릿면에서의 스캔시, z방향의 증분은 ~10㎛이다. E2-포논의 주파수 및 반폭치는 로렌츠 라인형태분석(Lorentz line form analysis)으로 결정된다.
실시예
폴리싱기계로서는 PT 350 Premium(I-B-S Fertigungs- und Vertriebs- GmbH)을 사용하였다. (0001)방향을 갖는 GaN 웨이퍼를 가열된 지지판 상에서 N극성 배면과 Thermowax로 부착하였고, 상기 N극성 배면은 다시 공정이 개시될 때까지 실온으로 냉각하였다. 연마포는 폴리우레탄계 중경질(medium hard)로서(SUBA IV, Rohm and Haas) 폴리싱판 상에 부착하였다. cBN 슬러리(CBN Slurry W69S1 6㎛/3㎛ HVY, 딜러 Dieter Manfred Boduel, Wittenberg, Germany)는 ~5㎖/min의 유속으로 적하하였다. 상기 cBN 슬러리는 각각 6㎛와 3㎛ 입경의 cBN 입자들을 사용하는 두 상호 별개의 폴리싱단계들에서 각각 사용하였다. 폴리싱판 및 샘플은 각각 ~30min-1 및 ~20min-1로 회전시켰다. 또한, 상기 샘플은 중심을 벗어나도록 고정하여 방사상방향으로 진동시켰다. 폴리싱 동안의 압축은 ~1700g/cm2였다.
통상의 백색광간섭계(Zygo New View)를 사용하여, 이상과 같이 폴리싱된 웨이퍼의 Ga극성면을 다이아몬드 슬러리(6㎛ 및 3㎛의 평균입경)를 사용하는 것만 제외하고는 동일한 조건으로 폴리싱한 웨이퍼의 Ga극성면과 비교하였다. 이하 상기 측정을 더 상세히 기술한다.
도 1은 cBN 슬러리 및 다이아몬드 슬러리로 기계적 폴리싱한 후 평균표면조도(rms값)를 비교한 그래프이다.
도 1에 도시하듯이, cBN 슬러리에 의한 폴리싱단계를 다이아몬드 슬러리에 의한 폴리싱단계와 비교할 때, 표면조도가 크게 낮으며, 무엇보다도 평균값에 대한 절대 rms값의 표준편차가 더욱 낮음을 알 수 있다. 여기서, 상기 rms값은 350×260㎛2의 면적에서 측정하였다.
통상의 백색광간섭계(Zygo New View)에 의한 rms값 표준측정을 포함하며, 특히 GaN 표면 조도의 분석:
백색광간섭계의 원리를 도 2에 도시한다(자료출처: zygoLOT). 상기 측정원리 는 현미경과 간섭계의 조합에 기초한다. 여기서, 백색광원의 광은 두 개의 빔으로 나뉘어, 한 일부 빔은 참조미러(reference mirror)에서 반사되는 반면, 다른 빔은 샘플에서 반사된다. 이후, 이들 일부 빔들은 중첩된다. 상기 샘플표면의 위상에 따라, 상기 두 빔의 다른 광로길이와 이에 따른 간섭패턴이 생성되고, 이를 주파수영역해석(FDA: frequency domain analysis)에 의해 분석한다. 백색광을 사용함으로써 복수 광파장의 간섭들을 분석할 수 있다. 상기 참조미러와 샘플표면 간의 상대위치는 압전액츄에이터(piezo actuator)에 의해 변위될 수 있다.
상기 간섭신호를 분석함으로써 미러와 샘플 간에 정확히 측정된 경로변이의 상관관계로부터 0.1㎚까지의 수직정확도가 확보된다. 0.4%의 샘플반사도가 상기 측정에 충분하며, 이로써 심지어 약한 반사면이라도 측정될 수 있다.
E2-포논의 주파수 및 반폭치 판단을 위한 마이크로라만 측정은 통상의 Labram800HR 분광계(Jobin Yvon)를 사용하여 다음과 같이 수행될 수 있다:
- 532㎚의 레이저 여기파장(주파수 2배화 Nd:YAG 레이저)
- 3mW의 여기전력
- 상기 레이저 라인(laser line)을 ~1㎛ 빔직경으로의 현미경광학계로써 샘플에 포커싱한다.
또한, 상기 분광계는 Ne플라즈마 라인으로 보정한다. 상기 측정은 후방산란구조(back-scattering geometry)로 수행되며, 편광자 설정은 E2-포논이 감지될 수 있도록 선택된다[표면상 스캔: z(y x/y)-z; 슬릿면상 스캔: y(x x)-y]. 표면상 스 캔시, x 및 y 방향의 증분은 ~2.5mm이다. 마진은 웨이퍼 에지로부터 2mm이다. 상기 표면에 수직하는 웨이퍼 슬릿면상의 스캔시, z방향의 증분은 ~10㎛이다. E2-포논의 주파수 및 반폭치는 로렌츠 라인형태분석으로 결정된다.
Claims (25)
- 평활화제에 의해 평활화되는 표면에 III-N 화합물을 포함하고 상기 III은 Al, Ga 및 In으로부터 선택된 원소주기율표의 적어도 하나의 III족 원소를 가리키는 물질의 표면을 평활화하는 방법에 있어서,상기 평활화제는 연마제 입자로서 입방정 질화붕소를 포함하고, 상기 방법은 복수의 단계를 포함하는 폴리싱 공정을 포함하되 각 연속하는 단계들에서 상기 입방정질화붕소 입자의 평균입경이 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 방법은 슬러리로 폴리싱하는 폴리싱공정을 포함하며, 상기 슬러리는 암모니아, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 과산화수소 및 유기염기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 함유하는 수성기제의 현탁물로 되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 방법은 이종기판과 상부 III-N층을 포함하는 자립 III-N 기판 또는 III-N 템플레이트가 래핑 또는 폴리싱되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서,상기 이종기판 물질은 사파이어, 탄화규소, 질화갈륨, 질화알루미늄, 갈륨비 소, 산화아연, 규소, 알루민산리튬 및 갈륨산리튬으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서,정방위(exactly oriented) c-, a-, m- 또는 r- 면을 갖거나, c-, a-, m- 또는 r- 면에 대해 0.1~30°방위차를 갖는 면을 갖는 상기 자립 III-N 기판의 표면이 래핑 또는 폴리싱되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서,정방위 III극성 c면을 갖거나 정방위 III극성 c면에 대해 0.1~1°방위차를 갖는 면을 갖는 표면이 래핑 또는 폴리싱되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 평균입경은 3회 연속하는 단계들에서 각각 4~7㎛, 2~4㎛ 및 0.5~2㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 평균입경은 3회 연속하는 단계들에서 각각 6㎛, 3㎛ 및 1㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서,래핑공정이 폴리싱공정 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,입방정 질화붕소가 래핑제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 입방정 질화붕소를 포함하는 평활화제는 상기 III-N 화합물의 III극성 표면 [0001]에 대해 인가되는 것을 특징으로 하는 방법
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제3항에 있어서,래핑 또는 폴리싱되는 상기 자립 III-N 기판 또는 III-N 템플레이트는 이종기판과 상부 III-N층을 포함하고 상기 이종기판과 상부 III-N층 간에 III-N으로 형성된 하나 이상의 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항 또는 제21항에 있어서,40mm를 초과하는 직경을 갖는 자립 III-N 기판이 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항 또는 제21항에 있어서,40mm를 초과하는 직경을 갖는 자립 III-N 템플레이트가 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제22항에 있어서,상기 제조된 자립 III-N 기판은 광학기기, 전자기기 또는 광학전자기기의 제조를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제23항에 있어서,상기 제조된 III-N 템플레이트는 광학기기, 전자기기 또는 광학전자기기의 제조를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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