TW201347025A - 第三族氮化物基板之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種第三族氮化物基板之製造方法，其使用藉由金屬線22而構成之金屬線列21用以切斷結晶塊3，該結晶塊3包含六方晶系第三族氮化物結晶。此時，以將結晶塊3及金屬線22中至少一方於與金屬線22延長方向B直交之方向上進行傳送並且一邊供給研磨液一邊切斷結晶塊3之方式，切斷結晶塊3。切斷結晶塊3時，將金屬線22之延長方向B相對於結晶塊3之{1-100}面傾斜3°以上。

Description

第三族氮化物基板之製造方法
本發明係關於第三族氮化物基板之製造方法。
半導體基板之製造步驟中，包含有將結晶塊切斷(切片)為板狀之步驟。作為將結晶塊切斷為板狀之方法之一，存在有使用移動金屬線列(多線鋸)切斷結晶塊之方法。例如，於專利文獻1中，揭示有使用多線鋸切斷矽結晶塊之方法。又，於專利文獻2中，揭示有下述方法：使用多線鋸，切斷包含GaAs、InP、GaSb等第三至第四族化合物半導體之結晶塊。又，於專利文獻3中，揭示有下述方法：使用多線鋸，切斷包含GaN等第三族氮化物之結晶塊。
專利文獻1：日本專利特開2001-1335號公報
專利文獻2：日本專利第2842307號公報
專利文獻3：日本專利特表2003-527296號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，GaN等第三族氮化物因溶液成長較為困難，故而難以製造如Si或GaAs之長條結晶塊，現在所能實現之結晶塊厚度至多為數mm以下。因此，用於板狀切斷之技術尚未確立。
GaN等第三族氮化物，其相比於Si或GaAs等其他半導體材料較硬(例如，GaN單晶之維克氏硬度約為1300 kg/mm2)。此外，第三族氮化物結晶，其通常大多數結晶缺陷密度為105個/cm2以上(GaAs之結晶缺陷密度為103個/cm2以下)，於結晶成長時亦易於產生混入有訊坑或夾 雜物等微小缺陷。因此，切斷包含第三族氮化物結晶之結晶塊後形成基板時，該基板上易於產生裂縫(裂紋、缺陷)。
本發明係鑒於上述問題而成者，其目的在於提供一種第三族氮化物基板之製造方法，其藉由移動金屬線列，可降低切斷結晶塊時產生裂縫之產生率。
為解決上述課題，本發明之第三族氮化物基板之製造方法，其使用金屬線列，切斷包含六方晶系第三族氮化物結晶之結晶塊，且其具備下述一個步驟，切斷結晶塊時，將金屬線列所包含之各金屬線之延長方向相對於結晶塊之{1-100}面傾斜3°以上；上述步驟係將結晶塊及金屬線列中至少一方於與金屬線列所包含之各金屬線延長方向交叉之方向上進行傳送並且一邊供給研磨液一邊切斷結晶塊，以此方式切斷結晶塊。
本發明者為解決上述課題，對針對於第三族氮化物結晶之各種切斷條件進行嘗試，其結果，發現第三族氮化物結晶中作為最易劈開之劈開面，即{1-100}面與金屬線延長方向之所成角，其對裂縫產生率存在有較大影響。而且，本發明者發現：藉由將金屬線列所包含之各金屬線延長方向相對於結晶塊之{1-100}面傾斜3°以上，可顯著降低裂縫之產生率。
又，第三族氮化物基板之製造方法，其於切斷結晶塊之步驟前，進而具備於結晶塊上形成沿著結晶塊(11-20)面之定向平面之步驟，於實施切斷結晶塊之步驟時，較好的是將延長方向相對於結晶塊(11-20)面之傾斜角設為27°。第三族氮化物結晶之(11-20)面，其因與劈開性較高之(1-100)面直交，故而作為定向平面(以下稱為OF面)較佳。又，(11-20)面相對於(1-100)面之等價面傾斜30°。因此，藉由將金屬線之延長方向相對於該(11-20)面之傾斜角設為27°以下，金屬線 之延長方向相對於{1-100}面可傾斜3°以上，故而可顯著降低裂縫之產生率。
此外，根據上述方法，可獲得以下效果。第三族氮化物結晶，其相比於其他半導體結晶較硬，又，因氮面與其相對側之第三族原子面上硬度或耐藥性等物性不同，相比於其他半導體結晶，切斷時之傳送速度較低，切斷較費時。根據上述方法，使用OF面可縮短切斷距離(結晶塊傳送方向之外徑)，故而可縮短切斷所需之時間。又，若以將OF面置於切斷開始側之方式配置結晶塊，則因結晶塊中開始切斷之部分並非圓周面而是平面，故而可使結晶塊與金屬線列之位置易於對準。
又，第三族氮化物基板之製造方法，其於切斷結晶塊時，亦可將一個或者複數個其他結晶塊排列於與結晶塊傳送方向交叉之方向上，將該其他結晶塊與結晶塊一併進行一次性切斷。如上所述，第三族氮化物結晶，其相比於其他半導體結晶，切斷時之傳送速度較慢，切斷較為費時。另一方面，使用多線鋸切斷結晶塊之情形時，為切斷較硬之第三族氮化物結晶，必須使用含有金剛石等較硬研磨粒之通常價格較高之研磨液(漿料)。此外，使用含有金剛石等較硬研磨粒之研磨液，將會造成用以移動金屬線列之導輪磨損加快，增加導輪之更換頻率。以上述方法之方式，若一次性切斷複數個結晶塊，則於一次切斷步驟中可形成較多塊數之基板，故而可抑制研磨液或導輪等之消耗。
又，第三族氮化物基板之製造方法，其研磨液中所包含之研磨粒，亦可含有金剛石、碳化矽、碳化硼、氧化鋁、氮化矽、氮化鋁以及氮化鎵中至少一種材料。該等材料硬於第三族氮化物結晶，故而可較好地切斷第三族氮化物結晶。
又，第三族氮化物基板之製造方法，其亦可將研磨液中所占研 磨粒之濃度設為每升40 g以上且300 g以下。藉由將研磨粒之濃度設為每升40 g以上，可顯著降低裂縫之產生率以及基板翹曲。又，若研磨粒之濃度超過每升300 g，則存在有下述可能性：因用以移動金屬線列之設備中附著有過量研磨粒，將會進入軸承等可動零件中而造成多線鋸產生故障。因此，研磨粒之濃度較好的是每升300 g以下。
又，第三族氮化物基板之製造方法，其亦可將研磨液中所包含之研磨粒之平均粒徑設為1 μm以上且15 μm以下。藉由將研磨粒之平均粒徑設為1 μm以上，可顯著減少基板翹曲。又，藉由將研磨粒之平均粒徑設為15 μm以下，可將加工變質層深度控制為極小。
又，第三族氮化物基板之製造方法，其亦可將切斷結晶塊時之傳送速度設為每小時0.4 mm以上且2.4 mm以下。藉由將傳送速度設為每小時2.4 mm以下，可顯著減少基板翹曲。又，若傳送速度過小則將會影響第三族氮化物基板之生產效率，故而較好的是將傳送速度設為每小時0.4 mm以上。
又，第三族氮化物基板之製造方法，其於金屬線列中，亦可使用直徑為0.12 mm以上且0.2 mm以下之金屬線。第三族氮化物結晶現在僅使用藉由氣相成長而形成之方法加以實現，故而相比於其他半導體材料而難以形成較長結晶塊。因此，較好的是盡可能減少切斷時之切損(切割損耗)。例如，使用通常之內周刃切斷結晶塊時之切損最小約為300 μm。因此，以小於該切損之方式，將金屬線之直徑設為0.2 mm以下，藉此與使用內周刃之情形相比，可增加每個結晶塊之基板塊數。又，藉由將金屬線之直徑設為0.12 mm以上，可顯著減少基板翹曲。
根據本發明之第三族氮化物基板之製造方法，可降低使用金屬線列切斷結晶塊時裂縫之產生率。
1‧‧‧多線鋸
3‧‧‧結晶塊
3a‧‧‧第一定向平面
3b‧‧‧第二定向平面
11‧‧‧工作臺
12a~12c‧‧‧導輪
13‧‧‧漿料噴嘴
21‧‧‧金屬線列
22‧‧‧金屬線
31‧‧‧支撐材料
圖1係表示本實施形態之第三族氮化物基板之製造方法中所使用之多線鋸之構成的立體圖。
圖2係表示本實施形態之第三族氮化物基板之製造方法的流程圖。
圖3係表示將複數個結晶塊安裝於工作臺上之狀態的主要部分放大立體圖。
圖4係固定於工作臺上之結晶塊之中心軸方向上垂直剖面之剖面圖。
圖5係表示將金屬線延長方向相對於結晶塊(1-100)面之傾斜角自0°變化至90°為止時，因產生裂縫而造成之基板不良率的圖表。
圖6係表示將切斷結晶塊時之研磨粒濃度自每升50 ct(10 g)變化至2000 ct(400 g)為止時基板翹曲以及裂縫產生狀況之圖表。
圖7係表示將切斷結晶塊時之研磨粒之平均粒逕自0.5 μm變化至30 μm為止時基板翹曲以及加工變質層深度之圖表。
圖8係表示將切斷結晶塊時之結晶塊之傳送速度自每小時0.4 mm變化至每小時3 mm為止時基板翹曲之圖表。
圖9係表示將結晶塊切斷中所使用之金屬線直徑自0.08 mm變化至0.24 mm為止時基板翹曲、切損以及對應於金屬線直徑之金屬線附加張力之圖表。
以下，參照附加圖式，詳細說明本發明之第三族氮化物基板之製造方法之實施形態。再者，對於圖式說明中相同要素附加相同符號，並且省略重複說明。
(實施形態)
圖1係表示本實施形態之第三族氮化物基板之製造方法中所使用 之多線鋸1之構成的立體圖。參照圖1，多線鋸1具備工作臺11、導輪12a~12c、漿料噴嘴13以及金屬線列21。再者，多線鋸1所具備之該等構成要素，其係藉由並未圖示之框體而分別加以支撐。
工作臺11係用以支撐作為加工對象物(工件)之一個或者複數個(本實施形態中為複數個)結晶塊3之構成要素。工作臺11例如可為不銹鋼製。工作臺11相對於其他構成要素(導輪12a~12c、漿料噴嘴13以及金屬線列21)而配置於下方。於工作臺11上固定有複數個分別固著於複數個結晶塊3上之碳製支撐材料31，複數個結晶塊3分別介以支撐材料31而固定於工作臺11之上方。工作臺11係裝載於並未圖示之移動臺上，藉由將該移動台於鉛直上方進行移動，可將結晶塊3傳送至鉛直上方(圖中之箭頭A)。
導輪12a~12c係大致圓柱狀之旋轉體，以旋轉軸方向分別與鉛直方向(箭頭A)直交且相互平行之方式加以配置。導輪12a以及12b係以於經由工作臺11之鉛直線之左右相互分離之方式加以配置。導輪12c配置於導輪12a以及12b之上方且配置於經由工作臺11之鉛直線上。
導輪12a~12c之外周面，其例如使用樹脂而形成。於導輪12a~12c之外周面上，以相等間隔形成有複數條溝。而且，藉由於導輪12a~12c之複數條溝中將一條金屬線22纏繞成螺旋狀，可構成金屬線列21。金屬線22藉由導輪12a~12c交替重複正旋轉及逆旋轉而於兩個方向上往復移動。導輪12a~12c所纏繞之金屬線22中，移動導輪12a以及12b之下端側之部分移動至與結晶塊3交叉之位置，該結晶塊3係藉由移動工作臺11而傳送至上方。
漿料噴嘴13係用以將精研油中混入有游離研磨粒而成之研磨液(漿料)噴射至金屬線22以及結晶塊3上之研磨液供給機構。
繼而，對於本實施形態之第三族氮化物基板之製造方法進行說明。再者，以下所說明之方法可使用上述多線鋸1較好地加以實施。 圖2係表示本實施形態之第三族氮化物基板之製造方法之流程圖。
首先，於作為加工對象物(工件)之複數個結晶塊3之外周面上，形成表示結晶塊3之劈開方向之第一定向平面(OF)面3a以及小於該第一OF面3a之第二OF面3b(參照定向平面形成步驟S1、圖2)。而且，將複數個結晶塊3安裝於工作臺11上。圖3係表示將複數個結晶塊3安裝於工作臺11上之狀態的主要部分放大立體圖。該步驟中，如圖3所示，將複數個結晶塊3配置為以相互之面相對之方式(或者以鄰接之方式)沿其中心軸方向排列，且以該中心軸方向與鉛直方向(傳送方向A)以及金屬線22之延長方向B直交之方式而安裝於工作臺11上。又，此時以OF面3a朝向傳送方向A之方式(以OF面3a與傳送方向A大致直交之方式)安裝有複數個結晶塊3。
結晶塊3係含有所謂GaN、AlN、InN之六方晶系第三族氮化物之結晶塊。本實施形態之結晶塊3，其係以{0001}面(C面)為主面(平坦面)而形成為圓盤狀。若要表示結晶塊3尺寸之一個示例，則可列舉例如外徑約為50 mm，厚度約為5 mm。
此處，圖4係固定於工作臺11上之結晶塊3之中心軸方向上垂直剖面之剖面圖。再者，圖4中，表示有結晶塊3之結晶軸方向(<0001>、<1-100>以及<11-20>)。
如上所述，於本實施形態之結晶塊3之外周面上，形成有上述第一OF面3a以及第二OF面3b。如圖4所示，第一OF面3a以與結晶塊3之<11-20>方向直交之方式(即，沿著結晶塊3之(11-20)面)而形成。又，第二OF面3b以與結晶塊3之<1-100>方向直交之方式(即，沿著結晶塊3之(1-100)面)而形成。
又，將結晶塊3固定於工作臺11上時，以金屬線22之延長方向B相對於結晶塊3之{1-100}面(M面)傾斜3°以上之方式固定結晶塊3。於六方晶系第三族氮化物結晶即結晶塊3中，(1-100)面及其等價面即 (10-10)面以及(01-10)面相互以60°間隔得以交叉，成為劈開性較高之劈開面。本實施形態中，使金屬線22之延長方向B距離該等面傾斜3°以上。又，更好的是將金屬線22之延長方向B相對於第一OF面3a((1-100)面)之傾斜角設為27°以下。本實施形態中，如圖4所示，以金屬線22之延長方向B與第一OF面3a平行之方式(即，以延長方向B與(1-100)面所成角為0°之方式)將結晶塊3固定於工作臺11上。藉此，結晶塊3之傳送方向A與第一OF面3a為直交，自第一OF面3a開始進行切斷。
繼而，開始切斷結晶塊3。使導輪12a~12c於正方向以及逆方向上交替旋轉，開始金屬線22之往復移動。而且，使安裝有結晶塊3之工作臺11往上方移動，而將結晶塊3傳送至金屬線22(金屬線列21)處。此時，開始自漿料噴嘴13噴射研磨液。
若結晶塊3接觸至金屬線22，則可藉由結晶塊3與金屬線22間所浸入之研磨液之作用，開始切斷結晶塊3。而且，一邊供給研磨液一邊使結晶塊3以大致固定速度傳送至傳送方向A。如此，可將結晶塊3切斷為一定厚度之板狀，該厚度係對應於金屬線列21之金屬線間隔(參照結晶塊切斷步驟S2、圖2)。
切斷作為第三族氮化物結晶之結晶塊3時，研磨液中所占研磨粒之濃度較好的是每升200 ct(40 g)以上且1500 ct(300 g)以下。又，研磨液所包含之研磨粒之平均粒徑較好的是1 μm以上且15 μm以下。又，結晶塊3之傳送速度，其較好的是設為每小時0.4 mm以上且2.4 mm以下。又，金屬線列21中所使用之金屬線22之直徑較好的是0.12 mm以上且0.2 mm以下。
又，至於研磨液中所混入之研磨粒，較好的是使用含有金剛石、碳化矽、碳化硼、氧化鋁、氮化矽、氮化鋁以及氮化鎵中至少一種材料者。
以如此方式切斷結晶塊3後，藉由對自結晶塊3所切出之板狀第三族氮化物結晶之切斷面(主面以及裏面)進行研磨，可去除於切斷面上產生之加工變質層並且可減少翹曲。根據以上步驟，完成第三族氮化物基板。
以下就本實施形態之第三族氮化物基板之製造方法所具有之效果進行說明。上述第三族氮化物基板之製造方法中，切斷結晶塊3時，將金屬線22之延長方向B相對於第三族氮化物結晶中最易劈開之劈開面，即相對於{1-100}面傾斜3°以上。
此處，圖5係表示發明者所實施之第一實驗之結果的圖表。圖5表示將金屬線22之延長方向B相對於結晶塊3之(1-100)面之傾斜角自0°變化至90°時，因產生裂縫而造成之基板不良率。再者，本實驗所使用之結晶塊3及其切斷條件如下所示。
結晶塊：GaN單晶
結晶塊主面：(0001)面
結晶塊外形：直徑50.8 mm、厚度5 mm
研磨粒材料：單晶金剛石
研磨粒之平均粒徑：6 μm
研磨液中所占研磨粒之濃度：每升1500 ct(300 g)
潤滑材料(精研油)：礦物油
傳送速度：每小時1.6 mm
金屬線移動速度：每分鐘600 m
金屬線直徑：0.18 mm
金屬線附加張力：25 N
如圖5所示，若將延長方向B相對於(1-100)面之傾斜角設為0°(即，延長方向B與(1-100)面平行)，則因產生裂縫而造成之基板不良率為30%之高比率。於此相對，若將延長方向B相對於(1-100)面之 傾斜角設為3°，則因產生裂縫而造成之基板不良率減半為15%。
又，若將延長方向B相對於(1-100)面之傾斜角設為60°(即，(1-100)面之等價面即(10-10)面或者(01-10)面與延長方向B平行)，則因產生裂縫而造成之基板不良率為20%之高比率。於此相對，若將延長方向B相對於(1-100)面之傾斜角設為57°或者63°(即，將延長方向B相對於(10-10)面或者(01-10)面之傾斜角設為3°)，則可使因產生裂縫而造成之基板不良率大幅度降低至12%或者15%。
而且，若使延長方向B相對於{1-100}面之傾斜角大於3°，則於任一傾斜角之情形時，因產生裂縫而造成之基板不良率為11%以下之低比率。如此，藉由將金屬線22之延長方向B相對於結晶塊3之{1-100}面傾斜3°以上，可顯著降低第三族氮化物基板之裂縫產生率。再者，本發明者認為：若使延長方向B相對於{1-100}面之傾斜角小於3°，則因切斷過程中金屬線22之彎曲等而造成延長方向B平行於(1-100)面之瞬間，導致裂縫產生率上升。
又，如本實施形態所示，切斷結晶塊3之前，於結晶塊3之外周面上形成沿著結晶塊3之(11-20)面之第一OF面3a，切斷結晶塊3時，較好的是將金屬線22之延長方向B相對於結晶塊3之(11-20)面之傾斜角設為27°以下。第三族氮化物結晶之(11-20)面因與劈開性較高之(1-100)面直交，故而作為第一OF面3a較佳。又，(11-20)面相對於(1-100)面之等價面，即相對於(10-10)面以及(01-10)面傾斜30°。因此，藉由將金屬線22之延長方向B相對於(11-20)面之傾斜角設為27°以下且將金屬線22之延長方向B相對於{1-100}面傾斜3°以上，可顯著降低裂縫之產生率。
又，藉由將金屬線22之延長方向B相對於結晶塊3之(11-20)面之傾斜角設為27°以下，進而可獲得以下之效果。第三族氮化物結晶相比於Si或GaAs等其他半導體結晶較硬，又，因氮面與其相對側之第三 族原子面(GaN之情形時為Ga面)上硬度或耐藥性等之物性不同，故而相比於其他半導體結晶，可將切斷時之傳送速度控制為較低，切斷較為費時。若將延長方向B相對於(11-20)面，即相對於第一OF面3a之傾斜角設為27°以下，則藉由第一OF面3a而使切斷距離(傳送方向A上結晶塊3之外徑)變短，故而可縮短切斷所需時間。又，若如本實施形態所示而以將第一OF面3a置於切斷開始側之方式配置結晶塊3，則因結晶塊3中開始切斷之部分並非圓周面而是平面，故而可使結晶塊3與金屬線列21之位置易於對準。
再者，本實施形態中沿著(11-20)面而形成有第一OF面3a，亦可沿著(11-20)面而形成小於第一OF面3a之第二OF面3b。藉此，可獲得與上述效果相同之效果。
又，本實施形態中結晶塊3之主面為(0001)面，即便自(0001)面切斷附加有最大5°參考角度之結晶塊，亦可獲得與上述相同之效果。
又，如本實施形態所示，切斷結晶塊3時，較好的是將複數個結晶塊3排列於與傳送方向A交叉之方向上，一次性切斷該複數個結晶塊3。第三族氮化物結晶相比於Si或GaAs等其他半導體結晶，可將切斷時之傳送速度控制為較慢，切斷較為費時。另一方面，使用多線鋸切斷結晶塊3之情形時，為切斷較硬之第三族氮化物結晶，必須使用含有金剛石等較硬研磨粒之通常價格較高之研磨液(漿料)。此外，因使用含有金剛石等較硬研磨粒之研磨液，而造成用以移動金屬線22之導輪12a~12c磨損加快，增加導輪12a~12c之更換頻率。若以本實施形態之方式一次性切斷複數個結晶塊3，則於一次切斷步驟中所形成之基板塊數增加，可將切斷結晶塊3所需之研磨液或導輪12a~12c等之消耗控制為較少。
再者，本實施形態中，將複數個結晶塊3於其中心軸方向上排為一行，亦可將複數個結晶塊3沿著與中心軸方向以及傳送方向A直交 之方向(即，金屬線22之延長方向B)排為一行。以如此之方式排列複數個結晶塊3，藉此亦可一次性切斷複數個結晶塊3，可將研磨液或導輪12a~12c等之消耗控制為較少。
又，本實施形態中，將結晶塊3各自獨立排列後進行切斷，亦可黏合各個結晶塊3，作為得以長條化之結晶塊加以切斷。
又，如本實施形態所示，至於研磨液中所混入之研磨粒，較好的是使用含有金剛石、碳化矽、碳化硼、氧化鋁、氮化矽、氮化鋁以及氮化鎵中至少一種材料者。至於用以切斷GaN等第三族氮化物結晶之研磨粒，與第三族氮化物結晶具有同等或以上之硬度者均可。至於如此之研磨粒材料，存在有金剛石、碳化矽、碳化硼以及氧化鋁。又，除該等以外，亦可將氮化矽、氮化鋁以及氮化鎵等氮化物作為研磨粒材料。該等材料中任一者均硬於第三族氮化物結晶，均為可較好地切斷結晶塊3之材料。再者，根據本發明者之實驗，上述研磨粒材料中，金剛石最硬而具有良好切斷性，故而可以更快之傳送速度進行切斷且基板翹曲等加工精度亦優於其他研磨粒材料。
又，如上所述，研磨液中所占研磨粒之濃度較好的是每升40 g以上且300 g以下。此處，圖6係表示發明者所實施之第二實驗之結果的圖表。圖6表示將切斷結晶塊3時之研磨粒濃度自每升50 ct(10 g)變化至2000 ct(400 g)時基板翹曲以及裂縫產生狀況。再者，本實驗中使用與第一實驗相同之結晶塊3，將金屬線22之延長方向B相對於(1-100)面之相對角度設為90°，除研磨粒濃度以外之切斷條件，其餘條件均與第一實驗相同。
如圖6所示，研磨粒濃度為每升50 ct(10 g)時，基板翹曲為80 μm，其係相對較大之數值，且於一部分基板上產生裂縫。又，於基板之一部分中亦產生有鋸痕。於此相對，若將研磨粒濃度增加至每升200 ct(40 g)以上，則基板翹曲顯著降低至50 μm以下，且完全不會產 生裂縫或鋸痕。再者，若基板翹曲超過50 μm，則對切斷後之基板進行研磨時必須研磨之厚度過大之外，於其後之步驟中裝載於臺上時等亦易於產生裂縫。可獲悉：本實驗中，藉由將研磨粒之濃度設為每升200 ct(40 g)以上，可顯著且充分降低裂縫及鋸痕之產生率以及基板翹曲。
又，如圖6所示，可獲悉：若將研磨粒之濃度設為每升2000 ct(400 g)，則用以移動金屬線22之設備即所謂導輪12a~12c中將會附著有過多研磨粒，因軸承等可動零件中進入研磨粒而造成可動零件破損，引起多線鋸1之故障。於此相對，若將研磨粒之濃度設為每升1500 ct(300 g)以下，則不會產生該等異常情形。因此，研磨液中所占研磨粒之濃度較好的是每升1500 ct(300 g)以下。
又，如上所述，研磨液中所包含之研磨粒之平均粒徑較好的是1 μm以上且15 μm以下。此處，圖7係表示發明者所實施之第三實驗之結果的圖表。圖7表示將切斷結晶塊3時之研磨粒之平均粒逕自0.5 μm變化至30 μm時基板翹曲以及加工變質層深度。再者，本實驗中使用與第一實驗相同之結晶塊3，將金屬線22之延長方向B相對於(1-100)面之相對角度設為90°，除研磨粒平均粒徑以外之切斷條件，其餘條件均與第一實驗相同。
如圖7所示，研磨粒之平均粒徑為0.5 μm時，基板翹曲為60 μm，其係相對較大之數值。於此相對，若將研磨粒之平均粒徑設為1 μm以上，則基板翹曲顯著降低至50 μm以下。以如此方式可獲悉：若將研磨粒之平均粒徑設為1 μm以上，則可顯著且充分降低基板翹曲。
又，如圖7所示，若將研磨粒之平均粒徑設為20 μm以上，則加工變質層深度為12 μm以上，其係相對較大之數值，且可發現微裂縫。根據本發明者之發現，若加工變質層深度超過10 μm，則除對切斷後之基板進行研磨時必須研磨之厚度過大之外，亦易於基板之結晶 內部產生微裂縫。於此相對，若將研磨粒之平均粒徑設為15 μm以下，則加工變質層深度顯著且充分降低至6 μm以下，亦並未發現有微裂縫。因此，研磨粒之平均粒徑較好的是15 μm以下
又，如上所述，切斷結晶塊3時，結晶塊3之傳送速度較好的是每小時0.4 mm以上且2.4 mm以下。此處，圖8係表示發明者所實施之第四實驗之結果的圖表。圖8表示將切斷結晶塊3時結晶塊3之傳送速度自每小時0.4 mm變化至3 mm時之基板翹曲。再者，本實驗中使用與第一實驗相同之結晶塊3，將金屬線22之延長方向B相對於(1-100)面之相對角度設為90°，除傳送速度以外之切斷條件，其餘條件均與第一實驗相同。
如圖8所示，結晶塊3之傳送速度為3 mm時，基板翹曲為75 μm，其係相對較大之數值。於此相對，若將結晶塊3之傳送速度設為2.4 mm以下，則基板翹曲顯著降低至50 μm以下。以如此方式可獲悉：若將結晶塊3之傳送速度設為2.4 mm以下，則可顯著且充分降低基板翹曲。又，若結晶塊3之傳送速度過慢，則將會影響基板之生產效率。根據本實驗，若將結晶塊3之傳送速度設為每小時0.4 mm以上且2.4 mm以下，則可確認基板翹曲得以減少。
再者，本發明者認為：切斷結晶塊3時，於GaN基板上產生之翹曲係因GaN與GaAs、Si或者藍寶石等不同且主面及裏面上極性相異，故而導致兩面之間產生硬度差。又，本實施形態中，固定結晶塊3之傳送速度，尤其於圓柱狀結晶塊之情形時，亦可以固定切斷負荷之方式而使結晶塊3之傳送速度產生變化。
又，如上所述，金屬線列21中所使用之金屬線22之直徑較好的是0.12 mm以上且0.2 mm以下。此處，圖9係表示發明者所實施之第五實驗之結果的圖表。圖9表示將切斷結晶塊3時所使用之金屬線22之直徑自0.08 mm變化至0.24 mm時之基板翹曲、切損(切割損耗)以及金屬 線直徑所對應之金屬線附加張力。再者，本實驗中使用與第一實驗相同之結晶塊3，將金屬線22之延長方向B相對於(1-100)面之相對角度設為90°，除金屬線直徑以外之切斷條件，其餘條件均與第一實驗相同。
如圖9所示，金屬線22之直徑為0.08 mm時，基板翹曲為75 μm，其係相對較大之數值。於此相對，若將金屬線22之直徑設為0.12 mm以上，則基板翹曲顯著降低至45 μm以下。以如此方式可獲悉：若將金屬線22之直徑設為0.12 mm以上，則可顯著且充分降低基板翹曲。
又，如圖9所示，若將金屬線22之直徑設為0.24 mm，則切損為320 μm，其係相對較大之數值。第三族氮化物結晶，其現在僅使用藉由氣相成長而形成之方法加以實現，故而相比於其他半導體材料難以形成較長結晶塊。因此，較好的是盡可能減少切斷時之切損，且使自一個結晶塊中所取出之基板塊數盡可能多。本實驗中，金屬線22之直徑為0.20 mm以下時，切損為280 μm以下。因使用通常之內周刃切斷結晶塊時之切損最小約為300 μm，故而藉由將金屬線22之直徑設為0.20 mm以下，相比於使用內周刃之情形，可使每個結晶塊所產出之基板塊數增加。
本發明之第三族氮化物基板之製造方法，其並非僅限於上述實施形態，亦可為其他各種變形。例如，上述實施形態中例示有圓柱狀塊作為結晶塊，但結晶塊亦可為方形柱狀等其他形狀。又，上述實施形態中例示有將結晶塊相對於金屬線自下方開始傳送之所謂上切法，但將結晶塊相對於金屬線自上方開始傳送之所謂下切法亦可適用於本發明。又，上述實施形態中例示有移動結晶塊之方法，但亦可使用將金屬線移向結晶塊之方法。
又，上述實施形態中例示有固定結晶塊相對於金屬線之姿勢角之情形，但亦可將結晶塊或者導輪於切斷面內之方向上一邊搖動一邊 切斷。該情形時，將結晶塊之{11-20}面相對於金屬線延長方向之角度維持為3°以上之角度範圍內，亦可搖動結晶塊。
3‧‧‧結晶塊
3a‧‧‧第一定向平面
3b‧‧‧第二定向平面
A‧‧‧箭頭
B‧‧‧金屬線之延長方向

Claims (8)

  1. 一種第三族氮化物基板之製造方法，其係藉由使用金屬線列，切斷包含六方晶系第三族氮化物結晶之結晶塊以製造第三族氮化物基板者，且具備下述步驟：將上述結晶塊以及上述金屬線列中至少一方傳送於與上述金屬線列所包含之金屬線之延長方向交叉之方向上，並且一邊供給研磨液一邊切斷上述結晶塊，藉此切斷上述結晶塊；於切斷上述結晶塊時，使上述金屬線列所包含之金屬線之上述延長方向相對於上述結晶塊之{1-100}面傾斜3°以上。
  2. 如請求項1之第三族氮化物基板之製造方法，其中於切斷上述結晶塊之步驟前，進而具備於上述結晶塊上形成沿著上述結晶塊(11-20)面之定向平面之步驟，於切斷上述結晶塊之步驟時，將上述延長方向相對於上述結晶塊之(11-20)面之傾斜角設為27°以下。
  3. 如請求項1或2之第三族氮化物基板之製造方法，其中切斷上述結晶塊時，將一個或者複數個其他結晶塊排列於與上述結晶塊之傳送方向交叉之方向上，且將該其他結晶塊與上述結晶塊一併加以一次性切斷。
  4. 如請求項1至3中任一項之第三族氮化物基板之製造方法，其中上述研磨液所包含之研磨粒含有金剛石、碳化矽、碳化硼、氧化鋁、氮化矽、氮化鋁以及氮化鎵中至少一種材料。
  5. 如請求項1至4中任一項之第三族氮化物基板之製造方法，其中上述研磨液中所占研磨粒之濃度設為每升40 g以上且300 g以下。
  6. 如請求項1至5中任一項之第三族氮化物基板之製造方法，其中 上述研磨液所包含之研磨粒之平均粒徑設為1 μm以上且15 μm以下。
  7. 如請求項1至6中任一項之第三族氮化物基板之製造方法，其中切斷上述結晶塊時之傳送速度設為每小時0.4 mm以上且2.4 mm以下。
  8. 如請求項1至7中任一項之第三族氮化物基板之製造方法，其中上述金屬線列中使用直徑為0.12 mm以上且0.2 mm以下之金屬線。
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