[发明专利]表面处理方法、氮化物晶体衬底、半导体器件和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于氮化物晶体的表面处理方法，该氮化物晶体用作例如发光器件、电子器件和半导体传感器的半导体器件的衬底。另外，本发明涉及利用用于氮化物晶体的表面处理方法获得的氮化物晶体衬底，并且涉及包括氮化物晶体衬底的半导体器件和制造该半导体器件的方法。

背景技术

氮化物晶体，尤其是III族氮化物晶体例如GaN晶体和AlN晶体，作为用来形成例如发光器件、电子器件和半导体传感器的半导体器件的衬底的材料是非常有用的。这里，氮化物晶体指的是由氮化物制成的晶体，并且作为典型的一种，其包括III族氮化物晶体。III族氮化物晶体指的是由III族元素和氮构成的晶体，并包括例如Ga_xAl_yIn_1-x-yN晶体(0≤x，0≤y，x+y≤1)。

通过修整氮化物晶体的外围以及之后将该晶体切片以获得一片具有预定厚度的晶体，并研磨或精研该表面，获得了用作半导体器件衬底的氮化物晶体衬底。然而，该切片、研磨或精研会致使氮化物晶体的表面区具有厚的受加工影响的层(work-affected layer)(指的是，由于晶体表面的研磨或抛光，在晶体的表面区域中形成的具有无序晶格的层，这在以下的描述也适用)，或氮化物晶体具有增大的表面粗糙程度。由于氮化物晶体衬底的受加工影响的层的厚度变大并且由于该表面的粗糙度变大，衬底表面的质量恶化了。另外，在氮化物晶体表面上外延生长的III族氮化物晶体层的表面具有较大的粗糙度，并且结晶度恶化了。因此，不能形成高质量的半导体器件。

从而，作为由氮化物晶体形成氮化物晶体衬底的方法，广泛地应用将氮化物晶体切成具有预定厚度的薄片，研磨或精研该表面，并进一步进行该表面的干法蚀刻(例如参见日本专利特开No.2001-322899)或化学机械抛光(在下文称为CMP)(例如，参见美国专利No.6,596,079和6,488,767)，由此去除受加工影响的层，并进一步减小表面粗糙度。

虽然干法蚀刻III族氮化物晶体衬底表面的方法可以去除受加工影响的层，但是很难进一步减小该表面粗糙度。

另外，常规的CMP通过向抛光垫提供包括比将被抛光的氮化物晶体的硬度低的磨粒的浆料，同时将氮化物晶体压向该抛光垫，来抛光氮化物晶体的表面。然而，由于氮化物晶体硬且响应相对缓慢，所以常规的CMP在抛光速度和效率方面相当低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于氮化物晶体的表面处理方法，通过该方法有效地形成平滑且高质量的氮化物晶体表面，以有效地获得能够用于半导体器件的氮化物晶体衬底。

本发明是化学和机械抛光氮化物晶体表面的表面处理方法，其利用氧化物的磨粒，该磨粒具有至少-850kJ/mol的标准生成自由能作为每1摩尔氧分子的转换值，并且磨粒具有至少为4的莫氏硬度。

根据本发明的氮化物晶体的表面处理方法，磨粒分散在溶剂中以用作浆料，并且该浆料的pH值x和氧化-还原电位值y(mV)可满足关系(i)和(ii)：

y≥-50x+1000    ...(i)；和

y≤-50x+1900    ...(ii)。

另外，该浆料可以具有至多为5或至少为9的pH。此外，该磨粒可以是包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、NiO、ZnO、CoO、Co₃O₄、GeO₂、Ga₂O₃、In₂O₃、Cr₂O₃和SnO₂组成的组的至少一种化学核素的磨粒。

根据用于本发明的氮化物晶体的表面处理方法，至少可以进行任何下述处理：利用中性洗涤剂擦洗被化学和机械抛光的氮化物晶体的表面、利用碱性溶液或酸性溶液抛光被化学和机械抛光的氮化物晶体的表面、和用纯水清洗被化学和机械抛光的氮化物晶体的表面。

根据本发明的氮化物晶体的表面处理方法，在化学和机械抛光之前，对该氮化物晶体的表面进行研磨或精研。