发明名称 高表面品质之GaN晶圆及其制法HIGH SURFACE QUALITY GaN WAFER AND METHOD OF FABRICATING SAME
摘要 一种包含AlxGayInzN之高品质晶圆,其中0<y≦1及 x+y+z=1,其特征在于在其Ga侧于10×10平方微米面积中之方均根表面糙度系低于1奈米。使用包含磨料颗粒,诸如矽石或氧化铝,及酸或硷之CMP料浆将此种晶圆之Ga侧化学机械抛光(CMP)。此种高品质AlxGayInzN晶圆之制法可包括研光,机械抛光,及经由热退火或化学蚀刻降低该晶圆之内部应力以进一步增进其表面品质的步骤。CMP方法有用于突显AlxGayInzN晶圆之Ga侧上的晶体瑕疵。
申请公布号 TWI226391 申请公布日期 2005.01.11
申请号 TW091112348 申请日期 2002.06.07
申请人 克里公司 发明人 苏须平;罗伯特.P.华都
分类号 C30B25/02 主分类号 C30B25/02
代理机构 代理人 赖经臣 台北市松山区南京东路三段三四六号一一一二室;宿希成 台北市松山区南京东路三段三四六号一一一二室
主权项 1.一种包含AlxGayInzN之晶圆,其中0<y≦1及x+y+z=1,其特征在于在晶圆之Ga侧之方均根(RMS)表面糙度于1010平方微米面积中系低于1奈米(nm)。2.如申请专利范围第1项之晶圆,其中,该晶圆之RMS表面糙度于晶圆之Ga侧之1010平方微米面积中系低于0.7奈米。3.如申请专利范围第1项之晶圆,其中,该晶圆之RMS表面糙度于晶圆之Ga侧之1010平方微米面积中系低于0.5奈米。4.如申请专利范围第1项之晶圆,其中,该晶圆之RMS表面糙度于晶圆之Ga侧之22平方微米面积中系至少低于0.4奈米。5.如申请专利范围第1项之晶圆,其中,该晶圆之RMS表面糙度于晶圆之Ga侧之22平方微米面积中系低于0.2奈米。6.如申请专利范围第1项之晶圆,其中,该晶圆之RMS表面糙度于晶圆之Ga侧之22平方微米面积中系低于0.15奈米。7.如申请专利范围第1项之晶圆,其中,当利用原子力显微镜观察时在其Ga侧的阶梯结构。8.如申请专利范围第1项之晶圆,其中,可见于其Ga侧的晶体瑕疵为直径低于1微米之小坑穴。9.如申请专利范围第1项之晶圆,其中,其系经由使用含矽石或氧化铝之CMP料浆化学机械抛光(CMP)AlxGayInzN晶圆毛片之Ga侧而形成。10.一种磊晶AlxGayInzN晶体结构,其包括成长于含AlxGayInzN之晶圆上之磊晶Alx'Gay'Inz'N薄膜,其中0<y'≦1,x'+y'+z'=1,0<y≦1,及x+y+z=1,该晶圆之特征在于在晶圆之Ga侧之方均根(RMS)表面糙度于1010平方微米面积中系低于1奈米。11.如申请专利范围第10项之磊晶AlxGayInzN晶体结构,其中,包括纤维锌矿结晶薄膜。12.如申请专利范围第10项之磊晶AlxGayInzN晶体结构,其中,该磊晶Alx'Gay'Inz'N薄膜具有与含AlxGayInzN之晶圆相同的组成物。13.如申请专利范围第10项之磊晶AlxGayInzN晶体结构,其中,该磊晶Alx'Gay'Inz'N薄膜具有与含AlxGayInzN之晶圆不同的组成物。14.如申请专利范围第10项之磊晶AlxGayInzN晶体结构,其中,该磊晶Alx'Gay'Inz'N薄膜具有渐层的组成物。15.一种光电装置,其包括成长于含AlxGayInzN之晶圆上之至少一磊晶Alx'Gay'Inz'N晶体结构,其中0<y≦1及x+y+z=1,该晶圆之特征在于在晶圆之Ga侧之方均根(RMS)表面糙度于1010平方微米面积中系至少低于1奈米。16.如申请专利范围第15项之光电装置,其中,该光电装置系为发光二极体。17.如申请专利范围第15项之光电装置,其中,该光电装置系为蓝光雷射二极体。18.如申请专利范围第15项之光电装置,其中,该光电装置经并入于发光二极体中。19.如申请专利范围第15项之光电装置,其中,该光电装置经并入于磁光记忆体装置中。20.如申请专利范围第15项之光电装置,其中,该光电装置经并入于全彩发光显示器中。21.如申请专利范围第15项之光电装置,其中,该光电装置经并入于DVD装置中。22.一种微电子装置,其包括成长于含AlxGayInzN之晶圆上之至少一磊晶Alx'Gay'Inz'N晶体结构,其中0<y≦1及x+y+z=1,该晶圆之特征在于在晶圆之Ga侧之方均根(RMS)表面糙度于1010平方微米面积中系至少低于1奈米。23.一种成长于含AlxGayInzN之晶圆上之磊晶Alx'Gay'Inz'N晶体毛坏,其中0<y≦1及x+y+z=1,该晶圆之特征在于在晶圆之Ga侧之方均根(RMS)表面糙度于1010平方微米面积中系至少低于1奈米。24.如申请专利范围第23项之磊晶Alx'Gay'Inz'N晶体毛坏,其中,该毛坏系于气相中成长。25.如申请专利范围第23项之磊晶Alx'Gay'Inz'N晶体毛坏,其中,该毛坏系于液相中成长。26.一种使用包含下列成份之CMP料浆化学机械抛光(CMP)AlxGayInzN晶圆之Ga侧之方法,其中0<y≦1及x+y+z=1:颗粒大小低于200奈米之磨蚀性无定形矽石颗粒;至少一酸,选自由氢氟酸、硫酸、氢氯酸、磷酸和硝酸构成之族群,其中该至少一酸具有一浓度相关于该磨蚀性无定形矽石颗粒;及选择性采用之至少一氧化剂,选自由过氧化氢和二氯异三聚氰酸构成之族群;其中,当该至少一氧化剂存在时,该CMP料浆之pH値系在自0.5至4之范围内。27.如申请专利范围第26项之方法,其中,该CMP料浆包含颗粒大小在自10奈米至100奈米之范围内之制矽石。28.如申请专利范围第26项之方法,其中,该CMP料浆包含颗粒大小在自10奈米至100奈米之范围内之胶态矽石。29.如申请专利范围第26项之方法,其中,该CMP料浆包含氧化剂。30.如申请专利范围第29项之方法,其中,该氧化剂包含过氧化氢。31.如申请专利范围第29项之方法,其中,该氧化剂包含二氯异三聚氰酸。32.如申请专利范围第26项之方法,其中,该CMP料浆具有在自0.6至3之范围内之pH値。33.如申请专利范围第26项之方法,其中,该CMP料浆具有在自0.8至2.5之范围内之pH値。34.一种使用包含下列成份之CMP料浆化学机械抛光(CMP)AlxGayInzN晶圆之Ga侧之方法,其中0<y≦1及x+y+z=1:颗粒大小低于200奈米之磨蚀性胶态氧化铝颗粒;至少一酸,选自由氢氟酸、硫酸、氢氯酸、磷酸和硝酸构成之族群,其中该至少一酸具有一浓度相关于该磨蚀性无定形矽石颗粒;及选择性采用之至少一氧化剂,选自由过氧化氢和二氯异三聚氰酸构成之族群;其中,当该至少一氧化剂存在时,该CMP料浆之pH値系在自3至5之范围内。35.如申请专利范围第34项之方法,其中,该CMP料浆包含颗粒大小在自10奈米至100奈米之范围内之胶态氧化铝。36.如申请专利范围第34项之方法,其中,该CMP料浆包含氧化剂。37.如申请专利范围第36项之方法,其中,该氧化剂包含过氧化氢。38.如申请专利范围第36项之方法,其中,该氧化剂包含二氯异三聚氰酸。39.如申请专利范围第34项之方法,其中,该CMP料浆具有在自3至4之范围内之pH値。40.一种使用包含下列成份之CMP料浆化学机械抛光(CMP)AlxGayInzN晶圆之Ga侧之方法,其中0<y≦1及x+y+z=1:颗粒大小低于200奈米之无定形矽石颗粒;至少一硷,选自由氨、胺、烷醇胺及氢氧化物构成之族群,其中该至少一硷具有一浓度相关于该磨蚀性无定形矽石颗粒;及选择性采用之至少一氧化剂,选自由过氧化氢和二氯异三聚氰酸构成之族群;其中,当该至少一氧化剂存在时,该CMP料浆之pH値系在自8至13.5之范围内。41.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆包含颗粒大小在自10奈米至100奈米之范围内之制矽石。42.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆包含颗粒大小在自10奈米至100奈米之范围内之胶态矽石。43.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆包含选自包括氨、烷醇胺、及氢氧化物之硷。44.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆包含氨。45.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆包含烷醇胺。46.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆包含选自包括KOH及NaOH之氢氧化物。47.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆包含氧化剂。48.如申请专利范围第47项之方法,其中,该氧化剂包含过氧化氢。49.如申请专利范围第47项之方法,其中,该氧化剂包含二氯异三聚氰酸。50.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆具有在自9至13之范围内之pH値。51.如申请专利范围第40项之方法,其中,该CMP料浆具有在自10至11之范围内之pH値。52.如申请专利范围第26项之方法,其中,在将该CMP料浆传送至抛光垫之前将其过滤,以移除直径大于100奈米之颗粒。53.如申请专利范围第34项之方法,其中,在将该CMP料浆传送至抛光垫之前将其过滤,以移除直径大于100奈米之颗粒。54.如申请专利范围第40项之方法,其中,在将该CMP料浆传送至抛光垫之前将其过滤,以移除直径大于100奈米之颗粒。55.一种测定AlxGayInzN晶圆之Ga侧上之晶体瑕疵密度之方法,其中0<y≦1及x+y+z=1,其包括下列步骤:提供一AlxGayInzN晶圆;使用CMP料浆化学机械抛光该晶圆之Ga侧,CMP料浆包含颗粒大小低于200奈米之磨蚀性无定形矽石颗粒、至少一酸,选自由氢氟酸、硫酸、氢氯酸、磷酸和硝酸构成之族群,其中该至少一酸具有一浓度相关于该磨蚀性无定形矽石颗粒、及选择性采用之至少一氧化剂,选自由过氧化氢和二氯异三聚氰酸构成之族群,其中当该至少一氧化剂存在时,该CMP料浆之pH値系在自0.5至4之范围内;将经抛光的AlxGayInzN晶圆清洁及乾燥;及利用原子力显微镜或扫描电子显微镜扫描晶圆,以测定该晶圆中之瑕疵密度。56.一种制造包含AlxGayInzN之晶圆之方法,其中0<y≦1及x+y+z=1,其包括下列步骤:提供一厚度在自100微米至1000微米之范围内的AlxGayInzN晶圆毛片;视需要降低AlxGayInzN晶圆毛片之内部应力;视需要使用包含平均颗粒大小在自5微米至15微米之范围内之磨料的研光料浆研光AlxGayInzN晶圆毛片的N侧;视需要使用包含平均颗粒大小在自0.1微米至6微米之范围内之磨料的机械抛光料浆机械抛光AlxGayInzN晶圆毛片的N侧;视需要使用包含平均颗粒大小在自5微米至15微米之范围内之磨料的研光料浆研光AlxGayInzN晶圆毛片的Ga侧;使用包含平均颗粒大小在自0.1微米至6微米之范围内之磨料的机械抛光料浆机械抛光AlxGayInzN晶圆毛片的Ga侧;使用包含至少一化学反应剂及平均颗粒大小低于200奈米之磨料颗粒的CMP料浆化学机械抛光AlxGayInzN晶圆的Ga侧;及视需要在温和的蚀刻条件下蚀刻AlxGayInzN晶圆,以进一步降低AlxGayInzN晶圆之内部应力,而改良表面品质,及于N侧产生消光,其中,如此制得之AlxGayInzN晶圆具有特征在于在其之Ga侧于1010平方微米面积中之方均根(RMS)表面糙度低于1奈米之表面糙度。57.如申请专利范围第56项之方法,其中,该AlxGayInzN晶圆毛片系利用下列步骤制得:将一厚的AlxGayInzN薄膜成长于外来基板上;及将外来基板自厚的AlxGayInzN薄膜移除。58.如申请专利范围第56项之方法,其中,该AlxGayInzN晶圆毛片系利用下列步骤制得:成长一AlxxGayInzN毛坏;及切割AlxGayInzN毛坏。59.如申请专利范围第58项之方法,其中,该AlxGayInzN毛坏系经切割成使晶圆毛片表面垂直于c-轴。60.如申请专利范围第58项之方法,其中,该AlxGayInzN毛坏系经切割成使晶圆毛片表面故意不垂直于c-轴。61.如申请专利范围第56项之方法,其中,经由使该晶圆在氮或氨环境中在自700℃至1000℃之高温下热退火1分钟至1小时而降低AlxGayInzN晶圆之内部应力。62.如申请专利范围第56项之方法,其中,经由化学蚀刻降低AlxGayInzN晶圆之内部应力,其导致厚度低于100微米之表面材料的移除。63.如申请专利范围第62项之方法,其中,自AlxGayInzN晶圆移除厚度低于10微米之表面材料。64.如申请专利范围第62项之方法,其中,该AlxGayInzN晶圆系利用强酸在高于150℃之温度下化学蚀刻。65.如申请专利范围第64项之方法,其中该强酸系选自包括硫酸、磷酸、及其组合。66.如申请专利范围第62项之方法,其中,该AlxGayInzN晶圆系利用强的熔融硷在高于150℃之温度下化学蚀刻。67.如申请专利范围第66项之方法,其中,该强硷系选自包括熔融LiOH、熔融NaOH、熔融KOH、熔融RbOH、熔融CsOH、及其组合。68.如申请专利范围第56项之方法,其中,利用包含选自包括钻石粉末、碳化矽粉末、碳化硼粉末、及氧化铝粉末之磨料的研光料浆将该AlxGayInzN晶圆毛片研光。69.如申请专利范围第56项之方法,其中,该研光料浆包含平均颗粒大小在自6微米至15微米之范围内的钻石粉末。70.如申请专利范围第56项之方法,其中,该AlxGayInzN晶圆毛片系利用两种以上的研光料浆于其Ga侧研光,各后续的研光料浆包含相对较小平均大小的磨料。71.如申请专利范围第70项之方法,其中,该AlxGayInzN晶圆毛片系利用包含平均大小自8微米至10微米之磨料的第一研光料浆,及利用包含平均大小自5微米至7微米之磨料的第二研光料浆研光。72.如申请专利范围第56项之方法,其中,该机械抛光料浆包含选自包括钻石粉末、碳化矽粉末、碳化硼粉末、及氧化铝粉末之磨料。73.如申请专利范围第56项之方法,其中,该机械抛光料浆包含平均颗粒大小在自0.1微米至6微米之范围内的钻石粉末。74.如申请专利范围第56项之方法,其中,该AlxGayInzN晶圆毛片系利用两种以上的机械抛光料浆机械抛光,各后续的机械抛光料浆包含平均大小愈来愈小的磨料。75.如申请专利范围第74项之方法,其中,该AlxGayInzN晶圆毛片系利用包含平均大小自2.5微米至3.5微米之磨料的第一机械抛光料浆,利用包含平均大小自0.75微米至1.25微米之磨料的第二机械抛光料浆,利用包含平均大小自0.35微米至0.65微米之磨料的第三机械抛光料浆,利用包含平均大小自0.2微米至0.3微米之磨料的第四机械抛光料浆,及利用包含平均大小自0.1微米至0.2微米之磨料的第五机械抛光料浆机械抛光。76.如申请专利范围第56项之方法,其中,该CMP料浆为酸性,及该CMP料浆之pH値系在自0.5至4之范围内。77.如申请专利范围第56项之方法,其中,该CMP料浆为硷性,及该CMP料浆之pH値系在自8至13.5之范围内。78.如申请专利范围第56项之方法,其中,该温和的蚀刻条件系选自包括在低于100℃之温度下于酸水溶液中蚀刻及于硷水溶液中蚀刻。79.如申请专利范围第78项之方法,其中,该酸系选自包括氢氟酸、硝酸、硫酸、磷酸水溶液、及其组合。80.如申请专利范围第78项之方法,其中,该硷系选自包括LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH水溶液、及其组合。图式简单说明:图1系于利用酸性胶态矽石CMP料浆(pH=0.8)化学机械抛光1小时,及于稀氢氟酸中清洁后之GaN表面的诺马斯基(Normaski)光学显微照片(100)。图2系图1所示之GaN表面的原子力显微术(AFM)影像。图3系于利用包含过氧化氢作为氧化剂之酸性胶态氧化铝CMP料浆(pH=3.6)化学机械抛光1小时,及利用稀氢氟酸清洁后之GaN表面的AFM影像。图4系于利用硷性胶态矽石CMP料浆(pH=11.2)化学机械抛光1小时,及于稀氢氟酸中清洁后之GaN表面的诺马斯基光学显微照片(100)。图5系图4所示之GaN表面的AFM影像。图6系于利用酸性矽石CMP料浆(pH=0.8)化学机械抛光1小时,及于稀氢氟酸中清洁后之GaN表面的AFM影像。图7系于利用酸性矽石CMP料浆(pH=0.8)化学机械抛光1小时,及于稀氢氟酸中清洁后之GaN表面的扫描电子显微术(SEM)显微照片。图8系于利用1微米钻石料浆机械抛光,直至达到镜面为止后之GaN表面的诺马斯基光学显微照片(100)。图9系图8所示之GaN表面的AFM影像。
地址 美国