TWI419948B

TWI419948B - 拋光氮化鋁之方法

Info

Publication number: TWI419948B
Application number: TW096143285A
Authority: TW
Inventors: Kevin Moeggenborg
Original assignee: Cabot Microelectronics Corp
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2013-12-21
Also published as: WO2008060505A1; TW200837164A; US20100062601A1

Description

拋光氮化鋁之方法

本發明係關於拋光組合物及方法。更特定言之，本發明係關於拋光含氮化鋁基板之方法及用於其之組合物。

氮化鋁(AlN)係用作製備商用半導體材料及裝置之基板。特定言之，氮化鋁適用作各種結晶材料(例如氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鎵、氮化銦及其類似物)使用諸如"有機金屬氣相磊晶法"(OMVPE)之技術磊晶成長之基板。於AlN基板上製備之磊晶成長材料可用於製造用於多種應用之寬帶隙及高溫半導體，該等應用諸如固態雷射、UV光源、UV偵測器、高功率微波裝置及其類似物。

為達成各種氮化物材料在單晶AlN基板上之有效磊晶成長，基板表面必須經謹慎拋光，且必須大體上無諸如表面粗糙、刮痕、凹坑及其類似物之缺陷。該目標以習知拋光技術可能難以達成。

氮化鋁晶圓通常係使用線鋸、鑽石鋸及其類似物自AlN(通常稱為"梨晶")之大單晶切割。視切割方向而定，該等晶圓可具有呈顯著不同之物理及化學特性的切割面。舉例而言，垂直於結晶"c軸"切割之晶圓的相對表面為極性的且具有顯著不同之特性。一個表面主要為N封端(terminated)("N極性c表面")而其相對表面為Al封端("Al極性c表面")。該等表面具有不同之化學反應性、硬度及其他特性。舉例而言，Al極性c表面對水不具反應性，而N極性c表面與水反應。

如此項技術中所熟知，視相對於c軸之切割角度而定，以與c軸呈非90度之角度切割AlN梨晶可產生具有實際上相同之非極性表面的晶圓，或可產生具有不同程度極性之表面。非極性AlN表面對水具有反應性，如同N極性c表面。

用於基板表面之化學－機械拋光(CMP)之組合物及方法為此項技術中所熟知。用於半導體基板(例如積體電路)表面之CMP之拋光組合物(亦稱為拋光液、CMP漿料及CMP組合物)通常含有於水性載劑中之研磨劑、各種添加劑化合物及其類似物。

一般而言，CMP包括基板表面之同時發生的化學及機械研磨。化學機械拋光之描述可見於(例如)美國專利第4,671,851號、第4,910,155號及第4,944,836號中。

在習知CMP技術中，在CMP裝置中將基板載體或拋光頭安裝於載體總成上且使其安置為與拋光墊接觸。載體總成向基板提供可控壓力(稱為"下壓力")，促使基板與拋光墊相抵。墊及載體(連同其所附著之基板)相對於彼此運動。墊及與其接觸之基板的相對運動用以研磨基板表面且藉此自基板表面移除一部分材料。拋光基板表面通常藉助於拋光組合物之化學活性(例如藉由CMP組合物中所存在之氧化劑、酸、鹼或其他添加劑)及/或懸浮於拋光組合物中之研磨劑的機械活性。舉例而言，典型之研磨劑材料包括二氧化矽、氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯及氧化錫。

Schowalter等人之美國專利第7,037,838號(例如)描述一種藉由使AlN表面與無氧化劑之包含二氧化矽之pH值至少為約10.5的水性拋光液接觸來化學－機械拋光氮化鋁基板之方法。該等拋光液及條件可能需要較長時期來適當地拋光氮化鋁表面，諸如AlN之Al極性c表面。

儘管已知CMP漿料組合物適合於多種應用，但許多習知組合物對於拋光AlN而言仍傾向於展現不可接受之拋光速率。因此，正需要提供可接受之氮化鋁拋光速率同時亦提供適用作磊晶成長基板之AlN表面的方法及組合物。

本發明提供用於拋光氮化鋁表面之方法及適用於該等方法之拋光組合物。本發明之拋光方法包含以包含研磨劑及氧化劑之鹼性水性拋光組合物研磨氮化鋁基板之表面。研磨劑(例如二氧化矽)較佳以介於約1重量%至約25重量%範圍內，更佳為約15重量%之量存在於組合物中。該組合物較佳包括約0.1重量%至約2.5重量%之氧化劑(例如過氧化氫)且具有鹼性pH值，較佳為約10。

本發明之方法提供適用作磊晶成長基板之經拋光AlN表面。該等經拋光之表面係相對無缺陷，且係以可接受且相對於以諸如由上文Schowalter等人所述之習知無氧化劑、高pH值之二氧化矽漿料拋光而言相對較高之AlN移除速率而獲得。

本發明之拋光方法包含以包含於水性載劑中之研磨劑及氧化劑之鹼性水性拋光組合物研磨氮化鋁基板之表面。在一些較佳實施例中，正經拋光之表面為Al極性c表面，儘管任何AlN表面均可由本發明之方法進行拋光。

本發明之方法可使用具有適合於研磨氮化鋁表面之硬度的任何研磨劑材料。研磨劑材料在CMP技術中係熟知的。研磨劑較佳包含諸如膠態二氧化矽之二氧化矽材料，其較佳以介於約1重量%至約25重量%範圍內，更佳為約15重量%之量存在於該組合物中。較佳之膠態二氧化矽具有約80 nm之平均粒度。

該組合物亦較佳包括約0.1重量%至約2.5重量%之氧化劑。氧化劑在CMP技術中亦為熟知的。較佳之氧化劑為過氧化氫。可在開始拋光之前將氧化劑添加至組合物中。

用於本發明方法中之拋光組合物具有鹼性pH值，較佳為約10。視正經拋光之特定AlN表面(亦即N極性表面、Al極性表面或非極性表面)而定，可調節pH值以優化拋光速率及其類似特性。

本發明之方法以可接受且相對於以如Schowalter等人所述之習知無氧化劑、高pH值之二氧化矽漿料拋光而言相對較高之移除速率提供適用作磊晶成長基板之經拋光AlN表面。

在一較佳實施例中，本發明之方法包含以包含於具有鹼性pH值之水性載劑中之膠態二氧化矽及過氧化氫之拋光組合物研磨含氮化矽基板之表面。拋光較佳使用CMP裝置來完成。

如本文及隨附申請專利範圍中所用之術語"膠態二氧化矽"係指藉由Si(OH)₄ 之縮聚合作用而製備之二氧化矽。前驅體Si(OH)₄ 可(例如)藉由水解高純度之烷氧基矽烷或藉由酸化水性矽酸鹽溶液而獲得。該等研磨劑粒子可根據美國專利5,230,833來製備，或可以諸如Fuso PL－1、PL－2及PL－3產品及Nalco 1050、2327及2329產品以及可購自DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical及Clariant之其他類似產品之各種市售產品中之任一者的形式而獲得。

本發明之拋光組合物亦視情況可包括合適量之一或多種通常用於拋光組合物之添加劑物質，諸如金屬錯合劑、防腐劑、黏度改良劑、殺生物劑、溶劑、鹽(例如乙酸鉀)及其類似物。

用於本發明方法中之拋光組合物可藉由任何合適技術來製備，其中許多為熟習此項技術者所已知。拋光組合物可由分批方法或連續方法來製備。一般而言，拋光組合物可藉由以任何次序組合其組份而製備。如本文所用之術語"組份"包括個別成份(例如膠態二氧化矽、酸、鹼、氧化劑及其類似物)以及各成份之任何組合。舉例而言，膠態二氧化矽可分散於水中且氧化劑可恰在開始拋光之前即時地添加。若需要，則可在任何合適時間藉由添加酸或鹼來調節pH值。

適用於本發明方法之拋光組合物亦可以濃縮物形式提供，其意欲在使用之前以適當量之水性溶劑(例如，水)稀釋。在該實施例中，拋光組合物濃縮物可包括以一定量分散或溶解於水性溶劑中之各種組份，以使得在以適當量之水性溶劑稀釋該濃縮物之後，拋光組合物之各組份將以適當使用範圍內之量存在於拋光組合物中。

在一較佳實施例中，該方法包含(i)使氮化鋁基板之表面與如本文所述之拋光墊及拋光組合物接觸，及(ii)於該墊與該表面之間保持有至少一部分拋光組合物之同時，使拋光墊與基板表面彼此相對運動，藉此研磨至少一部分該表面以拋光該基板。

本發明之方法尤其適合於結合化學－機械拋光裝置使用。通常，CMP裝置包含一固定待拋光基板之載體及一與該載體相對之壓板，該壓板在使用時處於運動狀態且具有因軌道運動、直線運動及/或圓周運動而產生之速度。一拋光墊附著於與載體及基板相對之壓板表面。壓板及墊相對於載體及基板運動，且載體所施加之下壓力促使基板與運動之墊相接觸。基板之表面藉由促使其與運動拋光墊(其中該表面與該墊之間具有一部分拋光組合物)接觸而經拋光，以研磨至少一部分基板且藉此拋光該表面。

基板可以任何合適之拋光墊(例如，拋光表面)來進行平坦化或拋光。合適拋光墊包括(例如)編織及非編織拋光墊、有槽或無槽墊、多孔或無孔墊及其類似物。此外，合適拋光墊可包含具有變化密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮後回彈能力及壓縮模數之任何合適聚合物。合適聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成之產物及其混合物。

以下實例進一步說明本發明，但當然不應解釋為以任何方式限制其範疇。

實例1

該實例說明用於拋光氮化鋁基板之本發明之一較佳實施例。

將氮化鋁晶圓於一CMP裝置上使用pH值為約10且包含約15重量%之膠態二氧化矽(較佳具有約80 nm之平均粒度)及約0.5重量%至約2.5重量%之過氧化氫的水性組合物進行拋光。該基板通常以介於約1至約20磅/平方吋(psi)範圍內，通常介於約5至約10 psi範圍內之下壓力進行拋光。該拋光組合物(漿料)係以介於約0.5至約150毫升/分鐘(mL/min)範圍內之流動速率，使用適合於獲得(例如)介於約40至約80轉/分鐘(rpm)範圍內之可接受移除速率的壓板速度來施用。

氮化鋁晶圓係根據本發明之方法使用包括約15%之膠態二氧化矽(80 nm)，約0.5%至2.5%之過氧化氫，pH值為約10，且視情況包括0至約0.5重量%之乙酸鉀作為添加劑之漿料來進行拋光。為進行對比，AlN晶圓亦使用習知無氧化劑之拋光液及條件來進行拋光，例如使用商用漿料，諸如包括於水中25重量%之煙霧狀二氧化矽且pH值為約11(包括氫氧化鉀作為pH值調節劑)之Cabot SS 25或與SS 25類似但包括氫氧化銨作為pH值調節劑之SS 25E。本發明之方法提供可接受之與藉由習知方法拋光之表面相比具有較少缺陷及較低表面粗糙度之經拋光AlN表面，且以與習知方法相比顯著縮短之拋光時間達成可接受之表面特性。拋光時間自使用習知技術之約20－30小時降至使用本發明方法之約5小時。

本文引用之包括公開案、專利申請案及專利的所有參考文獻均係以引用的方式併入本文中，該引用的程度就如同已個別地及特定地表明將各參考文獻以引用的方式併入一般且在本文中闡述其全部。

除非本文另有所述或上下文中明顯矛盾，否則在描述本發明之上下文(尤其在以下申請專利範圍之上下文中)中所使用之術語"一"及"該"及類似指示物均應解釋為涵蓋單數及複數。除非另外指出，否則術語"包含"、"具有"、"包括"及"含有"均解釋為開放式術語(意即，意謂"包括(但不限於)")。除非本文另有所述，否則本文列舉之數值範圍僅意欲用作個別地指示落於該範圍內之各獨立值的速記方法，且各獨立值如同其在本文中個別列舉一般併入本說明書中。除非本文另有所述或上下文中明顯矛盾，否則本文所述之所有方法可以任何合適之次序執行。除非另外主張，否則使用本文所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如"諸如")僅意欲更好地說明本發明而非對本發明之範疇施以限制。如實踐本發明所必需的，本說明書中之語言均不應解釋為指示之任何未主張之要素。

本文描述本發明之較佳實施例，包括發明者已知之進行本發明之最佳模式。在閱讀以上描述後，彼等較佳實施例之變化對於一般熟習此項技術者而言可變得顯而易見。本發明者希望熟練技工適當採用該等變化且本發明者希望本發明以除本文特定描述以外之方式付諸實踐。因此，本發明包括如適用法律所允許的於其隨附申請專利範圍中所述之主題物的所有修改及等效物。此外，除非本文另有所述或上下文中明顯矛盾，否則本發明中涵蓋上述要素在其所有可能之變化中的任何組合。

Claims

一種拋光氮化鋁基板之方法，該方法包含以具有鹼性pH值且包含研磨劑及氧化劑之水性拋光組合物研磨該氮化鋁基板之一表面，其中該研磨劑包含膠態二氧化矽。
如請求項1之方法，其中該研磨劑係以介於約1重量%至約25重量%範圍內之量存在於該組合物中。
如請求項1之方法，其中該研磨劑係以約15重量%之量存在於該組合物中。
如請求項1之方法，其中該拋光組合物之pH值為約10。
如請求項1之方法，其中該氧化劑包含過氧化氫。
如請求項1之方法，其中該氧化劑係以介於約0.1重量%至約2.5重量%範圍內之量存在於該拋光組合物中。
如請求項1之方法，其中該氮化鋁基板之待拋光表面為一Al極性c表面。
一種用於拋光氮化鋁基板之化學-機械拋光(CMP)方法，該方法包含以下步驟：(a)使該氮化鋁基板之一表面與一拋光墊及具有鹼性pH值之水性CMP組合物接觸，該CMP組合物包含約1重量%至約25重量%之膠態二氧化矽及約0.1至約2.5重量%之過氧化氫；及(b)在一部分該CMP組合物與介於該墊及該基板之間的表面保持接觸之同時使該拋光墊及該基板之間產生相對運動，歷經一段足以自該表面研磨氮化鋁之時間。
如請求項8之方法，其中該基板之該表面包含一Al極性c 表面。
如請求項8之方法，其中該膠態二氧化矽係以約15重量%之量存在於該組合物中。
如請求項8之方法，其中該拋光組合物之pH值為約10。
如請求項8之方法，其中該拋光組合物另外包含鹽添加劑。
如請求項8之方法，其中該拋光組合物另外包含乙酸鉀。