KR20070037338A

KR20070037338A - 폴리싱 슬러리, ＧａｘＩｎ１－ｘＡｓｙＰ１－ｙ 결정의표면 처리 방법 및 ＧａｘＩｎ１－ｘＡｓｙＰ１－ｙ 결정기판

Info

Publication number: KR20070037338A
Application number: KR1020060093897A
Authority: KR
Inventors: 케이지 이시바시; 다카유키 니시우라
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2007-04-04
Also published as: EP1772503A3; EP1772503A2; CN1939992A; US20070075041A1; US7507668B2; TW200715394A; JP2007103463A; RU2006134685A; US20090159845A1

Abstract

본 폴리싱 슬러리는, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 표면을 화학-기계적으로 연마하기 위한 폴리싱 슬러리로서, 이 폴리싱 슬러리는 SiO₂로 형성되는 지립을 포함하고, 이 지립은 1차 입자가 회합한 2차 입자이며, 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)의 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하인 것을 특징으로 한다. 이러한 폴리싱 슬러리에 따르면, 높은 연마 속도로 효율적으로 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정에 표면 거칠기가 작은 결정 표면을 형성할 수 있다.

Description

폴리싱 슬러리, ＧａｘＩｎ１－ｘＡｓｙＰ１－ｙ 결정의 표면 처리 방법 및 ＧａｘＩｎ１－ｘＡｓｙＰ１－ｙ 결정 기판{POLISHING SLURRY, METHOD OF TREATING SURFACE OF ＧａｘＩｎ１－ｘＡｓｙＰ１－ｙ CRYSTAL AND ＧａｘＩｎ１－ｘＡｓｙＰ１－ｙ CRYSTAL SUBSTRATE}

도 1은 본 발명에 있어서 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하는 방법을 도시하는 단면 모식도.

도 2(a)는 본 발명에 따른 폴리싱 슬러리 중의 고치형의 지립을 도시하는 모식도.

도 2(b)는 본 발명에 따른 폴리싱 슬러리 중의 덩어리형의 지립을 도시하는 모식도.

도 2(c)는 본 발명에 따른 폴리싱 슬러리 중의 쇠사슬형의 지립을 도시하는 모식도.

도 3은 본 발명에 있어서 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 폴리싱액을 이용하여 폴리싱하는 방법을 도시하는 단면 모식도.

본 발명은 발광 소자, 전자 소자, 반도체 센서 등의 반도체 디바이스의 기판 등에 이용되는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하기 위한 폴리싱 슬러리, 이러한 폴리싱 슬러리를 이용한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법, 및 이러한 표면 처리 방법에 의해 얻어지는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판에 관한 것이다.

GaAs 결정, InP 결정 등의 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)은 발광 소자, 전자 소자, 반도체 센서 등의 반도체 디바이스의 기판을 형성하기 위한 재료로서 매우 유용한 것이다.

이러한 반도체 디바이스의 기판으로서 이용되는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판(0≤x≤1, 0≤y≤1)은 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 외주에 형상 형성 가공을 실시한 후에 소정의 두께로 슬라이스하여, 표면을 그라인딩 또는 랩핑함으로써 얻어지는데, 이러한 슬라이스, 그라인딩 또는 랩핑에 의해서, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면측 영역에 가공 변질층(결정 표면의 가공에 의해서 결정의 표면측 영역에 형성되는 결정 격자가 흐트러진 층을 말함, 이하 동일)이 형성되고, 또한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 거칠기가 커진다.

Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판의 가공 변질층의 두께가 커질수록, 또 그 표면 거칠 기가 커질수록 기판 표면의 품질이 저하되어, 이 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 표면상에 에피택셜 성장시키는 III-V족 화합물 결정층의 표면은 요철이 커지고 또 결정성이 저하된다. 그 때문에, 양질의 반도체 디바이스를 형성할 수 없다.

이를 위해, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정으로부터 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판을 형성하는 방법으로서, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정을 소정의 두께로 슬라이스하여, 표면을 그라인딩 또는 랩핑한 후에, 또한 표면을 화학적-기계적으로 폴리싱함으로써, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 가공 변질층을 제거하여, 표면 거칠기를 저감하는 것이 널리 이루어지고 있었다.

이러한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하기 위한 폴리싱 슬러리로서, 구상(球狀)의 콜로이달 실리카 지립과 무기염과 산화제인 알칼리 금속의 염소화이소시아눌산염을 포함하는 폴리싱 슬러리(예컨대, 일본 특허 제3077665호 공보(이하, 특허문헌 1이라 함)를 참조) 또는 구상의 콜로이달 실리카 지립과 무기산과 산화제인 과황산염을 포함하는 폴리싱 슬러리(예컨대, 일본 특허 공개 소64-87147호 공보(이하, 특허문헌 2이라 함)를 참조)가 제안되어 있다. 이들 폴리싱 슬러리를 이용한 화학-기계적 폴리싱(이하, CMP라 함)에 있어서는, 산화제 및 무기산 등에 의해 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 산화시켜 산화층을 형성하여, 이 산화층을 콜로이달 실리카 지립에 의해 제거한다.

그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 나타내어진 폴리싱 슬러리에는, 지립으 로서 구상의 콜로이달 실리카 지립을 이용하고 있기 때문에 상기 산화층의 제거 속도가 낮으므로, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 폴리싱 속도가 낮아, CMP의 효율이 낮다. 입자 지름이 큰 콜로이달 실리카 지립을 이용하면, 폴리싱 속도는 높일 수 있지만, 표면 거칠기가 커진다. 또한, Al₂O₃ 지립 등과 같은 콜로이달 실리카 지립보다도 경도가 높은 지립을 이용하더라도, 폴리싱 속도를 높일 수는 있지만, 이 경도가 높은 지립에 의해 새로운 가공 변질층이 형성되기 때문에, 양호한 표면 품질을 얻을 수 없다.

본 발명은, 높은 폴리싱 속도로 효율적으로 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정에 표면 거칠기가 작은 결정 표면을 형성할 수 있는 폴리싱 슬러리, 이러한 폴리싱 슬러리를 이용한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법, 및 이러한 표면 처리 방법에 의해 얻어지는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하기 위한 폴리싱 슬러리로서, 이 폴리싱 슬러리는 SiO₂로 형성되는 지립을 포함하고, 이 지립은 1차 입자가 회합한 2차 입자이며, 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)의 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리이다.

본 발명에 따른 폴리싱 슬러리에 있어서, 지립의 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)을 30 nm 이상 300 nm 이하로 할 수 있다. 또한, 지립의 형상을, 고치형, 덩어리형 및 쇠사슬형 적어도 어느 한 형상으로 할 수 있다. 또한, 지립의 함유량을 5 질량% 이상 40 질량% 이하로 할 수 있다. 또한, 지립은 콜로이달 실리카에 의해 형성될 수 있다. 또한, 폴리싱 슬러리의 pH의 값 x와 산화 환원 전위의 값 y(mV)는, 이하의 수학식 1 및 수학식 2의 어느 관계나 만족할 수 있다. 또한 폴리싱 슬러리의 pH를 5 이하 또는 8 이상으로 할 수 있다. 또한, 상기 폴리싱 슬러리는 상기 지립과, 유기산 및/또는 그 염과, 산화제를 포함할 수 있다.

y≥-50x+1000

y≤-50x+1900

또한, 본 발명은, 폴리싱 슬러리를 이용한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 표면 처리 방법으로, 이 표면 처리 방법은 폴리싱 슬러리로서, SiO₂로 형성되는 지립을 포함하고, 이 지립은 1차 입자가 회합한 2차 입자이며, 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)의 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리를 준비하여, 이 폴리싱 슬러리를 이용하여 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정을 포함하는 Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y 결정의 표면 처리 방법이다.

본 발명에 따른 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 폴리싱 슬러리를 이용하여 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정은, 폴리싱 패드와 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정과의 사이에 폴리싱 슬러리를 개재시켜, 폴리싱 압력 4.9 kPa(50 gf/cm²) 이상 98 kPa(1000 gf/cm²) 이하 및 폴리싱 패드와 Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y 결정을 다른 회전축으로 회전수 10 회/min 이상 200 회/min 이하로 회전시킴으로써 행할 수 있다.

본 발명에 따른 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정 후에, 화학-기계적으로 폴리싱된 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 순수로 세정하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정 후에, 화학-기계적으로 폴리싱된 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 산성 수용액 또는 염기성 수용액으로 형성되는 폴리싱액을 이용하여 폴리싱하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리싱액을 이용하여 폴리싱하는 공정 후에, 상기 폴리싱액을 이용하여 폴리싱된 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 순수로 세정하는 공정을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법에 의해 얻어진 Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y 결정 기판으로서, 상기한 표면 처리 방법은, 폴리싱 슬러리로서, SiO₂로 형성되는 지립을 포함하며, 이 지립은 1차 입자가 회합한 2차 입자로, 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 2차 입자의 평균 입자 지름(d2)의 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리를 준비하여, 이 폴리싱 슬러리를 이용하여 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정을 포함하는 것인 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판이다.

본 발명에 따르면, 높은 폴리싱 속도로 효율적으로 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정에 표면 거칠기가 작은 결정 표면을 형성할 수 있는 폴리싱 슬러리, 이러한 폴리싱 슬러리를 이용한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법, 및 이러한 표면 처리 방법에 의해 얻어지는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판을 제공할 수 있다.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 구체적인 설명에 의하여 전술한 내용과 아울러 본 발명의 또 다른 목적, 특징, 양태 및 이점 등이 더욱 명확해 질 것이다.

<실시형태 1>

본 발명에 따른 폴리싱 슬러리의 일 실시형태는, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하기 위한 폴리싱 슬러리로서, 이 폴리싱 슬러리는 SiO₂로 형성되는 지립을 포함하고, 이 지립은 1차 입자가 회합한 2차 입자이며, 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)의 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서, 화학-기계적으로 폴리싱한다는 것은, 폴리싱 슬러리를 이용하여 피연마물의 표면을 화학적 및 기계적으로 평탄화하는 것을 말한다. 예컨대, 도 1을 참조하면, 정반(15) 상에 고정된 폴리싱 패드(18)를 회전축(15c)을 중심으로 하여 회전시키면서, 폴리싱 슬러리 공급구(19)로부터 폴리싱 패드(18) 상에 폴리싱 슬러리(17)를 공급하는 동시에, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y결정(1)을 고정한 결정 홀더(11) 상에 추(14)를 실어 그 회전축(11c)을 중심으로 하여 회전시키면서 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)을, 상기 폴리싱 패드(18)에 대고 누름으로써, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱할 수 있다.

본 실시형태의 폴리싱 슬러리(17)는, SiO₂로 형성되는 지립(16)을 포함함으로써, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 가공 변질층(1a)을 제거하여 표면 거칠기를 저감할 수 있다.

또한, 지립(16)은 1차 입자가 회합한 2차 입자이므로, 폴리싱 속도가 높아져, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)이 효율적인 표면 처리가 가능하게 된다. 1차 입자가 회합하여 2차 입자로 됨으로써, 표면에 엣지가 없는 요철 형상을 갖는 지립이 형성되어, 스크래치를 발생시키는 일없이, 폴리싱 속도를 높일 수 있다. 표면에 엣지가 존재하는 지립을 이용하면, 폴리싱을 할 때에 스크래치가 발생하고, 또 표면 거칠기를 저감하는 것이 곤란하게 된다. 또한, 엣지가 없는 요철 형상을 형성하는 관점 에서, 1차 입자는 구상 또는 타원 회전체 형상인 것이 바람직하다.

여기서, 1차 입자가 구상 또는 타원 회전체 형상이며, 표면에 엣지가 없는 요철 형상을 갖는 2차 입자의 형성이 용이하다는 관점에서, 지립은, 흄드 실리카, 콜로이달 실리카 등의 SiO₂, 특히 콜로이달 실리카에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 콜로이달 실리카의 합성 방법에는, 물유리(규산나트륨 등)를 원료로 하는 합성 방법, 알콕시실란을 원료로 하는 합성 방법(졸-겔법) 등이 있다. 전자는 낮은 비용으로 대량 생산이 용이하고, 후자는 고순도의 지립를 얻을 수 있다. 합성 조건을 조절함으로써 1차 입자의 입자 지름, 1차 입자의 회합도, 2차 입자의 입자 지름을 자유롭게 제어할 수 있다.

또한, 지립(16)의 회합 정도는 특별히 제한은 없지만, 표면에 엣지가 없는 요철 형상을 용이하게 형성한다는 관점에서, 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)의 비(d₂/d₁)는 1.6 이상 10 이하로 한다. 또한, d₂/d₁비는 2.0 이상 8 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 지립(16)의 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)은 가스 흡착법에 의한 흡착 비표면적(BET 비표면적이라고 함, 이하 동일)의 측정으로부터, 이하의 수학식 4에 의해 산출된다. 수학식 4에 있어서, ρ는 입자의 밀도, S는 BET 비표면적을 나타낸다.

d₁=6/(ρ×S)

또한, 지립의 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)은 동적 광산란법에 의한 입자의 브라운 운동에 있어서의 확산 계수의 측정으로부터, 이하의 수학식 5에 의해 산출된다. 수학식 5에 있어서, k는 볼트먼 정수, T는 절대 온도, π는 원주율, η₀은 용매의 점성율, D는 확산 계수를 나타낸다.

d₂=(k×T)/(3×π×η₀×D)

지립(16)의 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)은, 특별히 제한은 없지만, 폴리싱 속도를 높이는 관점에서 30 nm 이상인 것이 바람직하며, 표면 거칠기를 저감하는 관점에서 300 nm 이하가 바람직하다. 이러한 관점에서, 지립(16)의 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)은 60 nm 이상이 보다 바람직하고, 250 nm 이하가 보다 바람직하다.

또한, 지립(16)의 형상은, 특별히 제한은 없지만, 도 2(a)∼도 2(c)를 참조하면, 엣지가 없는 요철 형상을 형성하고 있다는 관점에서, 도 2(a)에 도시한 바와 같은 고치형, 도 2(b)의 (B1) 및 (B2)에 도시한 바와 같은 덩어리형, 도 2(c)의 (C1) 및 (C2)에 도시하는 것과 같은 쇠사슬형의 적어도 어느 한 형상인 것이 바람직하다. 또한, 폴리싱 속도를 높인다는 관점에서, 지립(16)의 형상은 고치형보다도 덩어리형 또는 쇠사슬형인 것이 보다 바람직하다. 본 실시형태의 폴리싱 슬러리는, 표면에 상기와 같은 엣지가 없는 요철 형상을 갖는 지립을 포함하므로, 기계적인 폴리싱 효과가 커져, 가공 변질층(1a)을 두껍게 하지 않고서, 폴리싱 속도를 높이는 것이 가능하게 된다. 여기서, 지립(16)의 형상은 SEM(주사형 전자현미경) 등에 의해 관찰할 수 있다.

본 실시형태의 폴리싱 슬러리(17)는 구체적으로는, 분산 매체인 수중에, SiO₂로 형성되는 지립(16)(바람직하게는, 콜로이달 실리카 지립)이 분산되어 있는 것이다. 폴리싱 슬러리(17)에 있어서의 지립(16)의 함유량은 특별히 제한은 없지만, 폴리싱 속도를 높인다는 관점에서 2 질량% 이상이 바람직하고, 표면 거칠기를 저감하여 표면 품질을 높게 한다는 관점에서 40 질량% 이하가 바람직하다. 이러한 관점에서, 폴리싱 슬러리(17)에 있어서의 지립(16)의 함유량은 5 질량% 이상이 보다 바람직하고, 20 질량% 이하가 보다 바람직하다.

또한, 본 실시형태의 폴리싱 슬러리의 pH의 값 x와 산화 환원 전위(ORP라 함, 이하 동일)의 값 y(mV)은 이하의 수학식 1 및 수학식 2의 어느 관계나 만족하는 것이 바람직하다.

[수학식 1]

y≥-50x+1000

[수학식 2]

y≤-50x+1900

여기서, ORP란, 용액 중에 공존하는 산화체와 환원체 사이의 평형 상태에 따라서 정해지는 에너지 레벨(전위)을 의미한다. 측정에 의해서 얻어지는 ORP는 비교 전극 에 대한 값이며, 비교 전극의 종류가 다르면, 동일 용액의 측정치는 외관상 다르다. 일반적인 학술 논문 등에서는 비교 전극으로서 표준 수소 전극(N.H.E)이 이용되는 경우가 많다. 본원에 있어서의 ORP는 표준 수소 전극(N.H.E)을 비교 전극으로 한 값으로서 나타낸다.

본 실시형태의 폴리싱 슬러리(17)의 pH의 값 x와 ORP의 값 y(mV)가, y<-50x+1000이면, 폴리싱 슬러리(17)의 산화력이 약하고, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면의 폴리싱 속도가 낮아진다. 한편, y>-50x+1900이면, 폴리싱 슬러리(17)의 산화력이 강하게 되어, 폴리싱 패드, 정반 등의 폴리싱 설비에 대한 부식 작용이 강하게 되어, 안정적인 CMP가 곤란하게 된다.

또한, 폴리싱 속도를 보다 높인다는 관점에서, 또한, y≥-50x+1300인 것이 바람직하다. 즉, 폴리싱 슬러리(17)의 pH의 값 x와 ORP의 값 y(mV)가, 이하의 수학식 2 및 수학식 3의 어느 관계나 만족하는 것이 바람직하다.

[수학식 2]

y≤-50x+1900

y≥-50x+1300

통상의 폴리싱 슬러리에 포함되는 염산, 황산 등의 산, KOH, NaOH 등의 염기는, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 산화하는 힘이 약하다. 이 때문에, 본 실시형태의 폴리싱 슬러리는, 산화제가 첨가되어, ORP를 높게, 즉 산화력을 높이고 있는 것이 바람직하다. 산화제의 첨가량은, 폴리싱 슬러리(17)의 pH의 값 x와 ORP의 값 y(mV)가, y≥-50x+1000(수학식 1) 및 y≤-50x+1900(수학식 2)의 어느 관계나 만족하도록 조정된다.

여기서, 폴리싱 슬러리에 첨가하는 산화제로서는, 특별히 제한은 없지만, 폴리싱 속도를 높인다는 관점에서, 트리클로로이소시아눌산 등의 염소화이소시아눌산, 디클로로이소시아눌산나트륨 등의 염소화이소시아눌산염, 과망간산칼륨 등의 과망간산염, 니크롬산칼륨 등의 니크롬산염, 브롬산칼륨 등의 브롬산염, 티오황산나트륨 등의 티오황산염, 과황산암모늄, 과황산칼륨 등의 과황산염, 차아염소산, 질산, 과산화수소수, 오존 등이 바람직하게 이용된다. 한편, 이들 산화제는 단독으로 이용하더라도, 2 이상을 병용하더라도 좋다.

또한, 본 실시형태의 폴리싱 슬러리(17)의 pH는 5 이하 또는 8 이상인 것이 바람직하다. pH가 5 이하인 산성 폴리싱 슬러리 또는 pH가 8 이상인 염기성 폴리싱 슬러리를 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정에 접촉시켜, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y결정의 가공 변질층(1a)을 산화시킴으로써, 폴리싱 속도를 높일 수 있다. 또한 폴리싱 속도를 높인다는 관점에서, 폴리싱 슬러리(17)의 pH는 4 이하 또는 9 이상인 것이 보다 바람직하고, 3 이하 또는 10 이상인 것이 보다 바람직하다.

여기서, pH의 조정에 이용되는 산, 염기 및 염에는 특별히 제한은 없으며, 예를 들면, 염산, 질산, 황산, 인산, 탄산 등의 무기산, 포름산, 초산, 시트르산, 말산, 타르타르산, 호박산, 프탈산, 푸마르산 등의 유기산, KOH, NaOH, NH₄OH, 아민 등의 염기 외에, 이들 산 또는 염기를 포함하는 염을 이용할 수 있다. 또한, 상기 산화제의 첨가에 의해, pH를 조정할 수도 있다.

특히, pH 조정을 위해 상기 유기산 및/또는 그 염을 이용한 폴리싱 슬러리는, 상기 무기산 및/또는 그의 염을 이용하여 동일한 pH로 한 폴리싱 슬러리에 비해서, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정에 대한 폴리싱 속도가 커진다. 폴리싱 속도를 높게 한다는 관점에서, 상기 유기산 및 그 염은 각각 1 분자 중에 2개 이상의 카르복실기를 포함하는 카르복실산 및 그 염인 것이 바람직하다. 여기서, 디카르복실산으로서는, 말산, 호박산, 프탈산, 타르타르산 등을 바람직하게 들 수 있다. 트리카르복실산으로서는, 시트르산 등을 바람직하게 들 수 있다. 따라서, 폴리싱 슬러리는, 상기 지립과, 상기 산화제와, 상기 유기산 및/또는 그 염을 포함하는 것이 바람직하다.

<실시형태 2>

본 발명에 따른 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 표면 처리 방법은 도 1을 참조하면, 실시형태 1의 폴리싱 슬러리(17)를 이용한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면 처리 방법으로서, 상기 폴리싱 슬러리(17)를 준비하여, 이 폴리싱 슬러리(17)를 이용하여 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y결정(1)의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정을 포함한다. 이러한 화학-기계적 폴리싱에 의해, 높은 폴리싱 속도로 효율적으로 표면 거칠기가 작은 결정 표면을 얻을 수 있다.

본 실시형태의 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 폴리싱 슬러리를 이용하여 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정은, 폴리싱 패드와 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정과의 사이에 폴리싱 슬러리를 개재시켜, 폴리싱 압력(도 1에 있어서는, 폴리싱 패드(18)에 눌려짐으로써 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)에 걸리는 압력에 상당함) 4.9 kPa(50 gf/cm²) 이상 98 kPa(1000 gf/cm²) 이하 및 폴리싱 패드와 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정을 다른 회전축으로 회전수 10 회/min 이상 200 회/min 이하로 회전시킴으로써 행하는 것이 바람직하다.

폴리싱 압력이 4.9 kPa(50 gf/cm²)보다 낮거나 또는 회전수가 10 회/min보다 낮으면 폴리싱 속도가 저하하고, 폴리싱 압력이 98 kPa(1000 gf/cm²)보다 높거나 또는 회전수가 200 회/min보다 높으면 결정의 표면 품질이 저하한다. 이러한 관점에서, GaAs 결정의 CMP에 있어서는, 폴리싱 압력이 9.8 kPa(100 gf/cm²) 이상 49 kPa(500 gf/cm²) 이하, 폴리싱 패드 및 GaAs 결정의 회전수가 30 회/min 이상 70 회/min 이하가 보다 바람직하다. 또한, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)에 있어서, x 및 y가 1에 가까울수록 결정의 경도가 낮아지며, GaAs 결정의 폴리싱 압력은 9.8 kPa(100 gf/cm²) 이상 29.4 kPa(300 gf/cm²) 이하, InP 결정의 폴리싱 압력은 14.7 kPa(150 gf/cm²) 이상 49 kPa(500 gf/cm²) 이하가 보다 바람직하다.

본 실시형태의 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 화학적-기계적으로 폴리싱하는 공정 후에, 화학적-기계적으로 폴리싱된 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 순수로 세정하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 순수로 세정함으로써, 화학적-기계적으로 폴리싱하는 공정을 할 때에 Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y결정의 표면에 부착된 폴리싱 슬러리(지립 및 폴리싱액) 등의 불순물을 제거할 수 있다. Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 세정 방법은, 특별히 제한은 없지만, 기계적인 작용으로 효과적으로 불순물을 제거한다는 관점에서, 초음파 세정 방법, 스크럽 세정 방법이 바람직하게 이용된다.

또, 본 실시형태의 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법에 있어서, 도 3을 참조하면, 상기한 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정 후에, 화학-기계적으로 폴리싱된 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면을 산성 수용액 또는 염기성 수용액으로 형성되는 폴리싱액을 이용하여 폴리싱하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 폴리싱액을 이용하여 폴리싱하는 공정이란, 산성 수용액 또는 염기성 수용액과 같이 지립 등의 고형물을 포함하지 않는 폴리싱액을 이용하여 피연마물의 표면에 부착된 상기한 불순물을 제거하기 위해서 실시되는 공정을 말하며, 예컨대, 도 3을 참조하면, 정반(35) 상에 고정된 폴리싱 패드(38)를 회전축(35c)을 중심으로 하여 회전시키면서, 폴리싱액 공급구(39)로부터 폴리싱 패드(38) 상에 폴리싱액(37)을 공급하는 동시에, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)을 고정한 결정 홀더(31) 상 에 추(34)를 실어 그 회전축(31c)을 중심으로 하여 회전시키면서 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)을, 상기 폴리싱 패드(38)에 대고 누름으로써, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1) 표면의 불순물을 제거할 수 있다.

산성 수용액 또는 염기성 수용액으로 형성되는 본 실시형태의 폴리싱액(37)을 이용하여, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면을 폴리싱함으로써, 상기 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정을 할 때에 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y결정의 표면에 부착된 폴리싱 슬러리(지립 및 폴리싱액) 등의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있다. Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정에 부착된 불순물을 제거한다는 관점에서, 폴리싱액은, pH가 5 이하인 산성 수용액 또는 pH가 9 이상인 염기성 수용액이 바람직하다. 여기서, 산성 수용액에는, 특별히 제한은 없지만, 염산, 질산, 황산, 인산 등의 무기산의 수용액, 포름산, 초산, 시트르산, 말산, 타르타르산, 호박산, 프탈산, 푸마르산 등의 유기산의 수용액, 또는 상기 무기산 및 유기산에서 2 이상의 산을 포함하는 수용액 등이 바람직하게 이용된다. 또한, 염기성 수용액에는, 특별히 제한은 없지만, KOH, NaOH, NH₄OH, 아민 등의 염기의 수용액이 바람직하게 이용된다.

또한, 본 실시형태의 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 폴리싱액을 이용하여 폴리싱하는 공정 후에, 폴리싱액을 이용하여 폴리싱된 Ga_xIn₁ _-xAs_yP_1-y 결정의 표면을 순수로 세정하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. Ga_xIn₁ _{- x}As_yP_1-y 결정의 표면을 순수로 세정함으로써, 폴리싱액을 이용하여 폴리싱하는 공정을 할 때에 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면에 부착된 불순물인 산성 수용액 또는 염기성 수용액 중의 금속 이온 및 원자 번호가 1에서부터 18까지인 경원소를 포함하는 이온을 효율적으로 제거할 수 있다. Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 세정 방법은, 특별히 제한은 없지만, 기계적인 작용으로 효과적으로 상기 불순물을 제거한다는 관점에서, 초음파 세정 방법, 스크럽 세정 방법이 바람직하게 이용된다.

<실시형태 3>

본 발명에 따른 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판(0≤x≤1, 0≤y≤1)은, 실시형태 2의 표면 처리 방법에 의해 얻어진 것이다. 실시형태 2의 표면 처리 방법에 의해, 효율적으로 표면 거칠기가 작은 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판을 얻을 수 있다. 여기서, 표면 거칠기를 나타내는 지표로서는, 표면 거칠기(Ry)와 표면 거칠기(Ra)가 있다. 표면 거칠기(Ry)란, 거칠기 곡면으로부터, 그 평균 면의 방향으로 기준 면적으로서 10 μm각(10 μm×10 μm=100 μm², 이하 동일)만큼 뽑아내어, 이 뽑아낸 부분의 평균 면에서 가장 높은 산 정상까지의 높이와 가장 낮은 골짜기의 밑바닥까지의 깊이와의 합을 말한다. 또한, 표면 거칠기(Ra)란, 거칠기 곡면으로부터, 그 평균 면의 방향으로 기준 면적으로서 10 μm각만큼 뽑아내어, 이 뽑아내는 부분의 평균 면에서 측정 곡면까지의 편차의 절대치를 합계하여 그것을 기준 면적으로 평균한 값을 말한다. 여기서, 표면 거칠기(Ry 및 Ra)의 측정은, AFM(원자간력현미경, 이하 동일) 을 이용하여 행할 수 있다.

Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y결정 기판의 주요면의 표면 거칠기(Ry 및/또는 Ra)를 저감함으로써, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y결정의 주요면 상에 모폴로지 및 결정성이 양호한 에피택셜층을 형성할 수 있어, 양호한 특성을 갖는 반도체 디바이스를 제작할 수 있다. 양호한 특성을 갖는 디바이스를 얻기 위해서는, Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판의 주요면에서의 표면 거칠기(Ry)는 10 nm 이하, 표면 거칠기(Ra)는 1 nm 이하가 바람직하다.

이하의 실시예 및 비교예에 기초하여, 본원 발명에 관한 폴리싱 슬러리, 이러한 폴리싱 슬러리를 이용한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법, 이러한 표면 처리 방법에 의하여 얻어진 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정에 관해서, 더욱 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

(A-1) GaAs 결정의 랩핑

VB(수직 브릿지만)법에 의해 성장시킨 GaAs 결정을, (100)면에 평행한 면에서 슬라이스하여, 직경 50 mm×두께 0.5 mm의 GaAs 결정 기판을 얻었다. 이 GaAs 결정 기판의 (100)면을 다음과 같이 하여 랩핑했다. 랩핑 장치에 배치된 직경 300 mm의 정반 상에 랩핑 패드를 배치하여, Al₂O₃ 지립이 분산된 랩핑 슬러리를 랩핑 패드에 공급하면서, 결정 홀더에 고정된 GaAs 결정 기판의 (100)면을 정반에 압박하면서, 정반 및 GaAs 결정 기판을 회전축을 변위시켜 회전시켰다. 여기서, 랩핑 패 드로서는, 부직포 패드(니타·하스 주식회사 제조 Suba800)를 이용하고, 정반으로서는 스테인리스 정반을 이용했다. Al₂O₃ 지립은, 지립 직경이 10 μm, 5 μm, 2 μm인 3 종류를 준비하여, 랩핑의 진행과 동시에, 지립 직경을 단계적으로 작게 해 갔다. 연마 압력은 4.9 kPa(50 gf/cm²)∼98 kPa(1000 gf/cm²)으로 하고, GaAs 결정 기판 및 정반의 회전수는 모두 10 회/min∼200 회/min으로 했다. 이러한 랩핑에 의해 GaAs 결정 기판의 표면은 경면으로 되었다. 이 랩핑 후의 GaAs 결정 기판의 표면 거칠기(Ry)는 8.4 nm, 표면 거칠기(Ra)는 0.86 nm이었다. 이 랩핑에 있어서의 연마 시간은 20 min으로 했다. 평균 랩핑 속도는 1.6 μm/min이었다.

(A-2) GaAs 결정의 화학적-기계적 폴리싱(CMP)

상기 랩핑 후의 GaAs 결정 기판의 (100)면을 다음과 같이 하여 화학-기계적으로 폴리싱했다. 즉, 도 1을 참조하면, 상기 랩핑 후의 GaAs 결정 기판(Ga_xIn₁ _-xAs_yP_1-y 결정(1))의 이면((-100)면)을 세라믹스제의 결정 홀더(11)에 왁스로 접착했다. CMP 장치(도시하지 않음)에 설치된 직경 380 mm의 정반(15) 상에 폴리싱 패드(18)를 설치하여, 폴리싱 슬러리 공급구(19)로부터 지립(16)이 분산된 폴리싱 슬러리(17)를 폴리싱 패드(18)에 공급하면서, 회전축(15c)을 중심으로 하여 폴리싱 패드(18)를 회전시키는 동시에, 결정 홀더(11) 상에 추(14)를 얹음으로써 GaAS 결정 기판(Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1))을 폴리싱 패드(18)에 누르면서, GaAS 결정 기판(Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1))을 결정 홀더(11)의 회전축(11c)을 중심으로 하여 회전시 킴으로써, GaAs 결정의 표면((100)면)을 화학-기계적으로 폴리싱했다.

여기서, 폴리싱 슬러리(17)는, 지립(16)으로서 1차 입자의 평균 입자 지름이 90 nm이고 2차 입자의 평균 입자 지름이 220 nm인 콜로이달 실리카(SiO₂)(후소가가쿠고교 주식회사 제조 쿼트론 PL-10H)(SiO₂ 고형분 24 질량%)를 물에 분산 희석시켜, SiO₂ 고형분을 15 질량%로 하고, 탄산나트륨(Na₂CO₃), 황산나트륨(Na₂SO₄), 트리폴리인산나트륨(Na-TPP), 산화제인 디클로로이소시아눌산나트륨(Na-DCIA)을 적절하게 첨가하여, pH를 9.0, ORP을 1050 mV로 조정함으로써 제작했다. 또한, 폴리싱 패드(18)로서는, 폴리우레탄의 스웨이드 패드(니타·하스 주식회사 제조 Supreme RN-R)를 이용하고, 정반(15)으로서는 스테인리스 정반을 이용했다. 폴리싱 압력은 19.6 kPa(200 gf/cm²), GaAs 결정 기판(Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)) 및 폴리싱 패드(18)의 회전수는 모두 40 회/min으로 했다.

이 CMP에 있어서의 폴리싱 속도는 1.5 μm/min이었다. 또한, CMP 후에 있어서의 GaAs 결정 기판의 표면 거칠기(Ry 및 Ra)를, AFM을 이용하여 측정한 바, 각각 2.4 nm, 0.25 nm이었다. 결과를 표 1에 정리했다.

(실시예 2∼4, 비교예 1∼3)

상기 (A-2)에 있어서, 지립으로서 표 1에 나타내는 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁), 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂) 및 d₂/d₁비를 갖는 콜로이달 실리카 지립을 포함하는 폴리싱 슬러리를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 식으로 하여, GaAs 결정 기판의 랩핑, CMP을 행했다. 얻어진 GaAs 결정 기판의 표면 거칠기(Ry 및 Ra)를 측정했다. 결과를 표 1에 정리했다.

한편, 각 실시예의 폴리싱 슬러리는, 지립 재료로서 실시예 2에서는 d₁이 30 nm, d₂가 80 nm, d₂/d₁비가 2.7인 후소가가쿠고교 주식회사 제조 쿼트론 PL-3H(SiO₂ 고형분 20 질량%), 실시예 3에서는 d₁이 70 nm, d₂가 130 nm, d₂/d₁비가 1.9인 후소가가쿠고교 주식회사 제조 쿼트론 PL-7(SiO₂ 고형분 20 질량%), 실시예 4에서는 d₁이 20 nm, d₂가 150 nm, d₂/d₁비가 7.5인 닛산가가쿠고교 주식회사 제조 스노우텍스 PS-MO(SiO₂ 고형분 18∼19 질량%)을 이용하고, 비교예 1∼3에 있어서는, 회합하고 있지 않은 콜로이달 실리카(SiO₂)를 이용하여, 모두 물에 희석하여 SiO₂ 고형분 15 질량%로 했다. 한편, 각 실시예 및 각 비교예의 폴리싱 슬러리의 pH 및 ORP의 조정은, 실시예 1과 같은 식으로 행했다. 또한, 각 비교예의 폴리싱 슬러리는, 지립 재료로서 비교예 1에서는 d₁이 40 nm인 회합하고 있지 않은 콜로이달 실리카, 비교예 2에서는 d₁이 100 nm인 회합하고 있지 않은 콜로이달 실리카, 비교예 3에서는 d₁이 200 nm인 회합하고 있지 않은 콜로이달 실리카(SiO₂)를 이용하고, 모두 물에 희석하여 SiO₂ 고형분 15 질량%로 했다. 한편, 각 실시예 및 각 비교예의 폴리싱 슬러리의 pH 및 ORP의 조정은 실시예 1과 같은 식으로 행했다.

비교예 1∼3에 나타낸 바와 같이, 회합하고 있지 않은 구형의 콜로이달 실리카 지립을 포함하는 폴리싱 슬러리를 이용하여 폴리싱하면, 지립의 입자 지름을 크게 할수록 폴리싱 속도가 높아지지만, 표면 거칠기(Ry 및 Ra)가 모두 커져, 표면 품질이 저하된다.

이에 대하여, 실시예 1∼4에 도시한 바와 같이, 1차 입자(평균 입자 지름(d₁))가 회합한 2차 입자(평균 입자 지름(d₂))로, d₂/d₁비가 1.6 이상 10 이하, d₂가 30 nm 이상 300 nm 이하인 콜로이달 실리카 지립을 포함하며, pH의 값 x와 ORP의 값 y(mV)가 -50x+1000≤y≤-50x+1900의 관계를 만족하고, pH가 8 이상인 폴리싱 슬러리를 이용하여, 폴리싱 압력이 19.6 Pa(200 gf/cm²), 폴리싱 패드 및 GaAs 결정의 회전수가 40 회/min의 조건으로 CMP를 행함으로써, 높은 폴리싱 속도로 표면 거칠기(Ry 및 Ra)가 작은 표면을 갖는 GaAs 결정 기판을 얻을 수 있었다.

(실시예 5∼실시예 7)

표 2에 나타내는 pH, ORP를 갖는 폴리싱 슬러리를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 식으로 하여, GaAs 결정 기판의 랩핑, CMP를 행했다. 얻어진 GaAs 결정 기판의 표면 거칠기(Ry 및 Ra)를 측정했다. 결과를 표 2에 정리했다.

한편, 각 실시예의 폴리싱 슬러리는, 실시예 2와 동일한 콜로이달 실리카 지립을 이용하고, 실시예 5에서는 말산, 말산나트륨 및 산화제인 트리클로로이소시아눌산(TClA)을 이용하고, 실시예 6에서는 탄산나트륨(Na₂CO₃), 황산나트륨(Na₂SO₄), 트리폴리인산나트륨(Na-TPP) 및 산화제인 디클로로이소시아눌산나트륨(Na-DCIA)을 이용하여, 표 2에 나타낸 각각의 pH 및 ORP로 조정했다. 한편, 실시예 7에서는 산, 염기, 소금 및 산화제 모두 첨가하지 않았다.

실시예 5, 6에 나타내는 바와 같이, 1차 입자(평균 입자 지름(d₁))가 회합하여 2차 입자(평균 입자 지름(d₂))가 되고, 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하이며, d₂가 30 nm 이상 300 nm 이상인 콜로이달 실리카 지립을 포함하고, pH의 값 x와 ORP의 값 y(mV)가 -50x+1000≤y≤-50x+1900의 관계를 만족하며, pH가 5 이하 또는 8 이상인 폴리싱 슬러리를 이용하여 CMP를 행함으로써, 높은 폴리싱 속도로 표면 거칠기(Ry 및 Ra)가 작은 GaAs 결정 기판을 얻을 수 있었다. 한편, 실시예 7에 있어서는, 폴리싱 슬러리의 pH의 값 x와 ORP의 값 y(mV)의 관계가 y<-50x+1000이며, 폴리싱 속도가 낮아지고, 또한 CMP 후의 GaAs 결정 기판의 표면 거칠기(Ry 및 Ra)는 모두 커졌다.

(실시예 8)

(B-1) InP 결정의 랩핑

LEC(액체 밀봉 끌어올림)법에 의해 성장시킨 InP 결정을, (100)면에 평행한 면에서 슬라이스하여, 직경 50 mm×두께 0.5 mm의 InP 결정 기판을 얻었다. 이 InP 결정 기판의 (100)면을 실시예 1의 (A-1)과 같은 식으로 하여 랩핑했다.

(B-2) InP 결정의 화학-기계적 폴리싱(CMP)

상기 랩핑 후의 InP 결정 기판의 (100)면을, 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)이 90 nm, 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)이 220 nm, d₂/d₁비가 2.4인 콜로이달 실리카(SiO₂)(후소가가쿠고교 주식회사 제조 쿼트론 PL10H)(SiO₂ 고형분 24 질량%)를 물에 희석하여, SiO₂ 고형분을 10 질량%로 하고, 시트르산 및 산화제인 트리클로로이소시아눌산(TCIA)을 이용하여 폴리싱 슬러리의 pH를 4, ORP을 1200 mV로 조정한 폴리싱 슬러리를 이용하고, 폴리싱 압력을 29.4 kPa(300 gf/cm²), 폴리싱 패드 및 InP 결정의 회전수를 50 회/min으로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여, InP 결정 기판의 CMP를 행했다. 얻어진 InP 결정 기판의 표면 거칠기(Ry 및 Ra)를 측정했다. 결과를 표 3에 정리했다.

(실시예 9∼11, 비교예 4∼6)

상기 (B-2)에 있어서, 지립으로서 표 2에 나타내는 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁), 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂) 및 d₂/d₁비를 갖는 콜로이달 실리카 지립을 포함하는 폴리싱 슬러리를 이용한 것 이외에는, 실시예 8과 같은 식으로 하여, InP 결정 기판의 랩핑, CMP를 행했다. 얻어진 InP 결정 기판의 표면 거칠기(Ry 및 Ra)를 측정했다. 결과를 표 3에 정리했다.

한편, 각 실시예의 폴리싱 슬러리는, 지립 재료로서 실시예 9에서는 d₁이 30 nm, d₂가 80 nm, d₂/d₁비가 2.7인 후소가가쿠고교 주식회사 제조 쿼트론 PL-3H(SiO₂ 고형분 20 질량%), 실시예 10에서는 d₁이 70 nm, d₂가 130 nm, d₂/d₁비가 1.9인 후소가가쿠고교 주식회사 제조 쿼트론 PL-7(SiO₂ 고형분 20 질량%), 실시예 11에서는 d₁이 20 nm, d₂가 150 nm, d₂/d₁비가 7.5인 닛산가가쿠고교 주식회사 제조 스노우텍스 PS-MO(SiO₂ 고형분 18∼19 질량%)을 이용하고, 비교예 4∼6에 있어서는, 회합하고 있지 않은 콜로이달 실리카(SiO₂)를 이용하여, 모두 물에 희석하여 Si0₂ 고형분 10 질량%로 했다. 또한, 각 비교예의 폴리싱 슬러리는, 지립 재료로서 비교예 4에서는 d₁이 40 nm인 회합하고 있지 않은 콜로이달 실리카, 비교예 5에서는 d₁이 100 nm인 회합하고 있지 않은 콜로이달 실리카, 비교예 6에서는 d₁이 200 nm인 회합하고 있지 않은 콜로이달 실리카를 이용하여, 모두 물에 희석하여 SiO₂ 고형분 10 질량%로 했다. 한편, 각 실시예 및 각 비교예의 폴리싱 슬러리의 pH 및 ORP의 조정은, 실시예 8과 같은 식으로 행했다.

비교예 4∼6에 나타내는 바와 같이, 회합하고 있지 않은 구형의 콜로이달 실리카 지립을 포함하는 폴리싱 슬러리를 이용하여 폴리싱하면, 지립의 입자 지름을 크게 할수록 폴리싱 속도가 높아지지만, 표면 거칠기(Ry 및 Ra)가 모두 커져, InP 결정 기판의 표면 품질이 저하된다.

이에 대하여, 실시예 8∼11에 도시한 바와 같이, 1차 입자(평균 입자 지름(d₁))가 회합한 2차 입자(평균 입자 지름(d₂))로, d₂/d₁비가 1.6 이상 10 이하, d₂가 30 nm 이상 300 nm 이하인 콜로이달 실리카 지립을 포함하고, pH의 값 x와 ORP의 값 y(mV)가 -50x+1000≤y≤-50x+1900의 관계를 만족하며, pH가 5 이하인 폴리싱 슬러리를 이용하여, 폴리싱 압력이 29.4 kPa(300 gf/cm²), 폴리싱 패드 및 InP 결정의 회전수가 50 회/min의 조건으로 CMP를 행함으로써, 높은 폴리싱 속도로 표면 거칠기(Ry 및 Ra)가 작은 표면을 갖는 InP 결정 기판이 얻어졌다.

(실시예 12∼15)

표 4에 나타내는 pH, ORP를 갖는 폴리싱 슬러리를 이용하여, 표 4에 나타내는 폴리싱 압력 및 폴리싱 패드와 InP 결정의 회전수의 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 8과 같은 식으로 하여, InP 결정 기판의 랩핑, CMP를 행했다. 얻어진 InP 결정 기판의 표면 거칠기(Ry 및 Ra)를 측정했다. 결과를 표 4에 정리했다.

한편, 각 실시예의 폴리싱 슬러리는, 실시예 9와 동일한 콜로이달 실리카 지립을 이용하며, 실시예 12에서는 말산 및 산화제인 트리클로로이소시아눌산(TCIA)을 이용하고, 실시예 13에서는 말산나트륨 및 산화제인 트리클로로이소시아눌산(TCIA)을 이용하고, 실시예 14에서는 질산 및 산화제인 트리클로로이소시아눌산(TCIA)을 이용하여, 표 4에 나타낸 각각의 pH 및 ORP로 조정했다. 또, 실시예 15에 있어서는, 산, 염기, 염 및 산화제의 어느 것도 첨가하지 않았다.

실시예 12∼14에 나타내는 바와 같이, 1차 입자(평균 입자 지름(d₁))가 회합하여 2차 입자(평균 입자 지름(d₂))가 되고, 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하이며, d₂가 30 nm 이상 300 nm 이상인 콜로이달 실리카 지립을 포함하고, pH의 값 x와 ORP의 값 y(mV)가 -50x+1000≤y≤-50x+1900의 관계를 만족하며, pH가 5 이하인 폴리싱 슬러리를 이용하여 CMP를 행함으로써, 높은 폴리싱 속도로 표면 거칠기(Ry 및 Ra)가 작은 InP 결정 기판을 얻을 수 있었다. 또한, 실시예 12, 13에 나타내는 바와 같이, pH 조정제로서 디카르복실산 또는 그 염인 말산 또는 말산나트륨을 포함하는 폴리싱 슬러리를 이용함으로써, InP 결정 기판의 폴리싱 속도는 더욱 높아졌다.

(실시예 16∼18)

실시예 1에 있어서, CMP 공정 후의 GaAs 결정 기판을, 표 5에 나타내는 바와 같이, 염기성 수용액으로서 농도가 2 규정(2N이라 함, 이하 동일)인 KOH 수용액을 이용하여 폴리싱하는 공정, 및/또는 순수(純水)를 이용하여 1 MHz(1× 10⁶ Hz)의 초음파에 의해 세정하는 공정을 실시했다.

한편, 상기 폴리싱 공정은 즉, 도 3을 참조하면, 상기 CMP 후의 GaAs 결정 기판(Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1))의 이면((-100)면)을 세라믹스제의 결정 홀더(31)에 왁스로 접착했다. 폴리싱 장치(도시하지 않음)에 설치된 직경 380 mm의 정반(35) 상에 폴리싱 패드(38)를 설치하여, 폴리싱액 공급구(39)로부터 폴리싱액(37)을 폴리싱 패드(38)에 공급하면서, 회전축(35c)을 중심으로 하여 폴리싱 패드(38)를 회전시키는 동시에, 결정 홀더(31) 상에 추(34)를 얹음으로써 GaAs 결정 기판(Ga_xIn₁ _-xAs_yP_1-y 결정(1))을 폴리싱 패드(38)에 누르면서, GaAS 결정 기판(Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1))을 결정 홀더(11)의 회전축(31c)을 중심으로 하여 회전시킴으로써, GaAs 결정의 표면((100)면)을 화학적으로 폴리싱했다. 여기서, 폴리싱 패드(38)로서는, 폴리우레탄의 스웨이드 패드(니타·하스 주식회사 제조 Supreme RN-R)를 이용하고, 정반(35)으로서는 스테인리스 정반을 이용했다. 폴리싱 압력은 9.8 Pa(100 gf/cm2)으로 하고, GaAs 결정 기판(Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)) 및 폴리싱 패드(38)의 회전수는 모두 30 회/min, 폴리싱 시간은 10 min으로 했다.

또한, 순수(純水)에 의한 초음파 세정 공정은, 상기 CMP 공정 후 또는 화학 폴리싱 공정 후의 GaAs 결정 기판을 순수 중에 담그어, 이 순수에 1 MHz의 초음파를 인가함으로써 행했다. 세정 시간은 10 min으로 했다.

상기 화학 폴리싱 공정 후 또는 순수 세정 공정 후의 GaAs 결정 기판의 표면에 잔류하고 있는 불순물의 원소 분석을 TXRF(전반사 형광X선 분석법)을 이용하여 행했다. 결과를 표 5에 정리했다. 한편, 참고로, 실시예 1의 CMP 공정 후의 GaAs 결정 기판의 표면에 잔류하고 있는 불순물의 분석 결과도 표 5에 기재했다.

실시예 17에 나타내는 바와 같이, CMP 공정 후에 순수 세정 공정을 마련함으로써 GaAs 결정 기판 표면상의 불순물을 저감할 수 있었다. 또한, 실시예 16에 나타내는 바와 같이, CMP 공정 후에 화학 폴리싱 공정을 마련함으로써 GaAs 결정 기판 표면상의 불순물, 특히 CMP을 할 때의 콜로이달 실리카 지립에서 유래하는 Si 원자 함유물을 현저히 저감할 수 있었다. 또한, 실시예 18에 나타내는 바와 같이, 화학 폴리싱 공정 후에 순수 세정 공정을 마련함으로써 GaAs 결정 기판 표면상의 불순물, 특히 화학 폴리싱 공정을 할 때의 폴리싱액에서 유래하는 K 원자 함유물을 현저히 저감할 수 있었다.

본 발명이 구체적으로 기술되었다 하더라도, 이는 예시에 불과한 것이고 이에 한정되는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 사상 및 범위는 청구항에 의하여만 한정된다고 할 것이다.

본 발명에 의하면, 높은 폴리싱 속도로 효율적으로 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정에 표면 거칠기가 작은 결정 표면을 형성할 수 있는 폴리싱 슬러리, 이러한 폴리싱 슬러리를 이용한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법, 및 이러한 표면 처리 방법에 의해 얻어지는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판을 제공할 수 있다.

Claims

Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)(1)의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하기 위한 폴리싱 슬러리(17)로서,

상기 폴리싱 슬러리(17)는 SiO₂로 형성되는 지립(砥粒)(16)을 포함하고,

상기 지립(16)은 1차 입자가 회합한 2차 입자이며,

상기 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 상기 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)의 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리.
제1항에 있어서, 상기 지립(16)의 상기 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)이 30 nm 이상 300 nm 이하인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리.
제1항에 있어서, 상기 지립(16)의 형상은, 고치형, 덩어리형 및 쇠사슬형의 적어도 어느 한 형상인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리.
제1항에 있어서, 지립 함유량이 2 질량% 이상 40 질량% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리.
제1항에 있어서, 상기 지립(16)이 콜로이달 실리카에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리.
제1항에 있어서, 상기 폴리싱 슬러리(17)의 pH의 값 x와 산화 환원 전위의 값 y(mV)가, 이하의 수학식 1 및 수학식 2의 어느 관계나 만족하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리.

[수학식 1]

y≥-50x+1000

[수학식 2]

y≤-50x+1900
제1항에 있어서, 상기 폴리싱 슬러리(17)의 pH가 5 이하 또는 8 이상인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리.
제1항에 있어서, 상기 지립(16)과, 유기산 및/또는 그 염과, 산화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리.
폴리싱 슬러리(17)를 이용한 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(0≤x≤1, 0≤y≤1)(1)의 표면 처리 방법으로서,

상기 표면 처리 방법은, 상기 폴리싱 슬러리(17)로서, SiO₂로 형성되는 지립(16)을 포함하고, 상기 지립(16)은 1차 입자가 회합한 2차 입자이며, 상기 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 상기 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)의 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리(17)를 준비하여, 상기 폴리싱 슬러리(17)를 이용하여 상기 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면을 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정을 포함하는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 폴리싱 슬러리(17)를 이용하여 상기 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면을 상기 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정은, 폴리싱 패드(18)와 상기 Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y 결정(1) 사이에 상기 폴리싱 슬러리(17)를 개재시켜, 폴리싱 압력 4.9 kPa 이상 98 kPa 이하 및 상기 폴리싱 패드(18)와 상기 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)을 다른 회전축으로 회전수 10 회/min 이상 200 회/min 이하로 회전시킴으로써 행하는 것을 특징으로 하는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정 후에, 화학-기계적으로 폴리싱된 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면을 순수로 세정하는 공정을 포함하는 Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y 결정의 표면 처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 화학-기계적으로 폴리싱하는 공정 후에, 화학-기계적으로 폴리싱된 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면을 산성 수용액 또는 염기성 수용액으로 형성되는 폴리싱액(37)을 이용하여 폴리싱하는 공정을 포함하는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법.
제12항에 있어서, 상기 폴리싱액(37)을 이용하여 폴리싱하는 공정 후에, 상기 폴리싱액(37)을 이용하여 폴리싱된 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면을 순수로 세정하는 공정을 포함하는 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법.
Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정의 표면 처리 방법에 의해 얻어진 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판으로서,

상기 표면 처리 방법은, 폴리싱 슬러리(17)로서, SiO₂로 형성되는 지립(16)을 포함하고, 상기 지립(16)은 1차 입자가 회합한 2차 입자이며, 상기 1차 입자의 평균 입자 지름(d₁)에 대한 상기 2차 입자의 평균 입자 지름(d₂)의 비(d₂/d₁)가 1.6 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는 폴리싱 슬러리(17)를 준비하여, 상기 폴리싱 슬러리(17)를 이용하여 상기 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정(1)의 표면을 화학-기계적으로 폴리 싱하는 공정을 포함하는 것인 Ga_xIn₁ _- _xAs_yP₁ _-y 결정 기판.