專利名稱:高表面質(zhì)量的GaN晶片及其生產(chǎn)方法
高表面質(zhì)量的GaN晶片及其生產(chǎn)方法
本申請是申請?zhí)枮閿M811414.0、申請日為2002年6月4日、發(fā)明名稱為“高表面質(zhì)量的GaN晶片及其生產(chǎn)方法”的專利申請的分案申請。
發(fā)明背景
I.發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及AlxGay^izN(其中0 < y彡1和x+y+z = 1)半導(dǎo)體晶片，該晶片在其 Ga-側(cè)具有優(yōu)異的表面質(zhì)量，本發(fā)明還涉及該晶片的生產(chǎn)方法。
II.相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的描述
以通式AlxfeiyInzN，其中0 < y彡1和x+y+z = 1表示的GaN和有關(guān)似feiN III-V 氮化物結(jié)晶膜，在各種應(yīng)用中是有用的材料，所述應(yīng)用例如是溫度電子學(xué)、動(dòng)力電子學(xué)和光電子學(xué)(例如發(fā)光二極管(LEDs)和蘭光激光二極管(LDs))。發(fā)蘭光二極管(LED' s)和激光器是啟動(dòng)技術(shù)，使磁-光存儲(chǔ)器和⑶ROM以及全色發(fā)光顯示器的構(gòu)造中有更高的存儲(chǔ)密度。發(fā)蘭光二極管可以代替目前公路和鐵路信號(hào)中所使用的白熾燈等，可節(jié)約實(shí)際的成本和能源。
目前，由于高質(zhì)量AlxGiiJnzN襯底的非實(shí)用性，AlxGiiJnzN膜通常生長于非-天然的襯底如藍(lán)寶石或碳化硅上。但是，這些異質(zhì)襯底與在其上外延生長的AlxGiiJnzN結(jié)晶之間的膨脹系數(shù)和晶格系數(shù)不同，在所述生長的AlxGiiy^izN結(jié)晶中造成很大的熱應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力。所述的熱應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力可引起AlxGiiy^izN結(jié)晶的微裂、變形和其它缺陷，從而使這些 AlxGiiJnzN結(jié)晶容易破裂。在不匹配的異質(zhì)襯底晶格上的生長造成高密度的晶格缺陷，導(dǎo)致不良的器件性能。
為了在生長的AlxGiiy^izN結(jié)晶上減少有害的熱應(yīng)力和高的不合格密度，希望提供高質(zhì)量的無支撐AlxGiiJnzN晶片作為膜生長襯底，以代替上述異質(zhì)襯底。
U. S. P 5，679，152，發(fā)明名稱為〃 Method for Making a Single CrystalGa^N Article"和 U. S. P 5，679，153，發(fā)明名稱為 “Bulk Single CrystalGallium Nitride and Method of Making Same "公開了氫化物蒸發(fā)相外延生長方法(HVPE)以制備無支撐的 AlxGiiy^izN結(jié)晶，該結(jié)晶可有利的用作結(jié)晶生長襯底，用于使AlxGiiy^izN結(jié)晶在其上同質(zhì)外延生長。
因?yàn)楹罄m(xù)生長的AlxGiiyInzN結(jié)晶的質(zhì)量直接關(guān)系到AlxGiiyInzN結(jié)晶在其上生長的襯底表面和接近表面的區(qū)域的質(zhì)量，因此，提供沒有任何表面和表面下?lián)p傷的高度平滑的初始襯底表面是非常重要的。
但是，在機(jī)械拋光之后，AlxGiiJnzN結(jié)晶的表面質(zhì)量一般都很差，具有實(shí)質(zhì)性的表面和表面下?lián)p傷，以及拋光擦痕。因此，必須有附加的晶片加工工藝，以便能夠進(jìn)一步提高無支撐AlxGayInzN結(jié)晶的質(zhì)量，這樣就可以適用于在其上高質(zhì)量外延生長和制備器件。
結(jié)晶的AlxGiiJnzN—般以化學(xué)穩(wěn)定的纖鋅礦結(jié)構(gòu)存在。AlxGiiJnzN化合物最常見的結(jié)晶學(xué)取向具有垂直于其C-軸的兩極一側(cè)是N-封端的，而另一側(cè)是Ga-封端的(下文中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的Ga-側(cè)應(yīng)理解為通常是說明或表示各種第III族的(AlxGiiyInz)結(jié)晶組合物，例如相應(yīng)于GEixInyN結(jié)晶的GEixIny-側(cè)，相應(yīng)于AlxGEiyInzN結(jié)晶的AIxGE^iiz-側(cè)，以及相應(yīng)于AlxGayN結(jié)晶的AlxGay-側(cè))。
結(jié)晶的極性對(duì)結(jié)晶表面的生長形態(tài)和化學(xué)穩(wěn)定性影響很大。已經(jīng)確定AlxGiiJnzN 結(jié)晶的N-側(cè)對(duì)KOH或NaOH-基的溶液是化學(xué)活性的，而該結(jié)晶的Ga-側(cè)是很穩(wěn)定的，不與大多數(shù)常規(guī)的化學(xué)蝕刻劑反應(yīng)。因此，用KOH或NaOH水溶液很容易將N-側(cè)拋光，以除去機(jī)械拋光工藝遺留的表面的損傷和擦痕，從而得到高度平滑的表面。
另一方面，AlxGayInzN結(jié)晶的 Ga-側(cè)(AlxGiiyInz 側(cè))在與 KOH 或 NaOH 溶液接觸之后基本保持不變，其表面上的損傷和擦痕不會(huì)被這些溶液改變。參見Weyher 等人，“Chemical Polishing of Bulk and EpitaxialGaN “，J. CRYSTAL GROWTH, vol. 182，pp. 17-22,1997 ；以及Porowski等人，國際專利申請公開號(hào)WO 98/45511，發(fā)明名禾爾"Mechano-Chemical Polishing of Crystals and Epitaxial Layers of GaN andAlxGayInzN，，。
但是，已經(jīng)確定AlxGiiJnzN結(jié)晶的Ga-側(cè)比N-端具有更好的膜生長表面。參見 Miskys 等人，“MOCVD-Epitaxy on Free-StandingHVPE-GaN Substrates"，PHYS. STAT. SOL. (A), vol. 176，pp. 443-46,1999。因此，提供對(duì)制備 AlxGiiJnzN 結(jié)晶的 Ga-側(cè)，以使其適用于后續(xù)的結(jié)晶生長的特別有效的晶片加工工藝是很重要的。
最近，已經(jīng)使用反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)由AlxGiiyInzN晶片的Ga-側(cè)除去表面材料層，從而得到更平滑的晶片表面。參見Karouta等人，“Final Polishing of Ga-Polar GaN Substrates Using Reactive Ion Etching" , J. ELECTRONIC MATERIALS, vol. 28, pp. 1448-51,1999。但是，這種RIE工藝不能令人滿意，因?yàn)樗鼘?duì)于除去深層的擦痕無效，并且通過離子轟擊引入另外的損傷和通過伴隨而來的污染帶來另外的表面不規(guī)則性，反過來又需要在O2等離子體中對(duì)該GaN晶片附加清潔程序。
因此，提供沒有或幾乎沒有表面和表面下?lián)p傷或污染的，具有高質(zhì)量Ga-側(cè)的 AlxGayInzN晶片是有利的。同時(shí)也希望這些AlxGiiJnzN晶片用經(jīng)濟(jì)和有效的表面拋光工藝制備，在拋光工藝期間和之后不需要煩瑣的清潔工藝。
發(fā)明概述
本發(fā)明一般涉及六1!^31^(其中0<7彡1和#7+2 = 1)晶片，該晶片在其Ga-側(cè)具有優(yōu)異的表面質(zhì)量，本發(fā)明還涉及該晶片的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明一方面涉及這種類型的高質(zhì)量AlxGiiJnzN晶片，其中該晶片以均方根 (RMS)粗糙度表征的表面粗糙度在Ga-側(cè)的IOX 10 μ m2面積上小于lnm。
在逐漸提高的選擇范圍內(nèi)，這種晶片Ga-側(cè)的RMS表面粗糙度在下述范圍之內(nèi) (1)在 10 X 10 μ m2 面積上小于 0. 7nm ； (2)在 10 X 10 μ m2 面積上小于 0. 5nm ； (3)在 2 X 2 μ τα 面積上小于Ojnm ； (4)在2Χ2μπι2面積上小于0. 2nm ；和(5)在2X2 μ m2面積上小于 0. 15nm。
在用原子力顯微鏡(atomic force microscope)觀察時(shí)，本發(fā)明的AlxGiiJnzN晶片在其Ga-側(cè)優(yōu)選以規(guī)則的階躍式結(jié)構(gòu)(st印structure)為特征。
本發(fā)明的AlxGiiJnzN晶片優(yōu)選具有下述特征在該AlxGiiyInzN晶片Ga-側(cè)的晶體缺陷造成其直徑小于Iym的小坑(pits)。這種大小的小坑很容易用原子力顯微鏡(AFM) 和掃描電子顯微鏡(SEM)技術(shù)看到，與此同時(shí)，這些小坑不會(huì)對(duì)AlxGiiJnzN晶片的表面造成大的損傷，因此不影響AlxGiiJnzN結(jié)晶在其上后續(xù)生長的質(zhì)量。[0024]這種高質(zhì)量的AlxGiiyInzN結(jié)晶晶片很容易用AlxGiiyInzN晶片半成品在其Ga-側(cè)用含硅或鋁的CMP漿料組合物進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)而制備。相應(yīng)的CMP工藝能使 AlxGayInzN晶片的晶體缺陷(其直徑小于1 μ m的小坑)很容易被觀察到。
本發(fā)明的其它方面涉及外延生長的AlxGiiJnzN結(jié)晶結(jié)構(gòu)，包括在本發(fā)明的上述 AlxGE^nzN晶片上外延生長的Alx, Gay, Irv N(其中0 < y，彡1和x，+y，+ζ，= 1)膜。這些外延生長的AlxGiiJnzN結(jié)晶結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括纖鋅礦(mirtzite)型結(jié)晶薄膜，但也可以是其它任何適用于特定半導(dǎo)體、電子或光電子應(yīng)用的適當(dāng)形式或結(jié)構(gòu)。外延膜的組合物可以是或不是相同的晶片基質(zhì)組成。外延的AlxGiiy^izN結(jié)晶結(jié)構(gòu)可包括有不同組成的數(shù)種外延 Alx, Gay, Irv N膜，或繼續(xù)在本發(fā)明上述的AlxGiiJnzN上攙雜著生長。外延膜可有分等級(jí)的組合物，即外延膜的組成隨與襯底和外延膜間的界面之間的距離變化。如在本文中所用的， 術(shù)語“薄膜”是指具有小于約100 μ m厚度的材料層。
本發(fā)明的另一方面涉及光電子器件，該器件包括至少一種在上述本發(fā)明的 AlxGayInzN晶片上生長的這種外延AlxGiiyInzN晶體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明更進(jìn)一步的方面涉及微電子器件，該器件包括至少一種在上述本發(fā)明的 AlxGayInzN晶片上生長的這種外延AlxGiiyInzN晶體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明更進(jìn)一步的方面涉及AlxGiiJnzN梨晶(boule)，該梨晶包括在上述本發(fā)明的AlxGiiJnzN晶片上生長的這種外延AlxGiiJnzN晶體結(jié)構(gòu)。梨晶被定義為可至少被切割成二個(gè)晶片。AlxGiiy^izN梨晶可以以任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄉL，例如氫化物蒸發(fā)相外延生長法 (HVPE)、有機(jī)金屬氯化物(MOC)法、有機(jī)金屬化學(xué)蒸發(fā)沉積法(MOCVD)、升華法、液相生長法等。
本發(fā)明進(jìn)一步的方面是提供一種用CMP漿料將AlxGiiyInzN晶片在其Ga-側(cè)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的方法，所述CMP漿料含有
研磨用無定形二氧化硅顆粒，顆粒大小小于200nm ；
至少一種酸；和
選擇地含有至少一種氧化劑；
其中CMP漿料的pH值在大約0. 5_大約4的范圍內(nèi)。
在CMP漿料中，所述研磨用無定形二氧化硅顆粒例如包括發(fā)煙二氧化硅或膠體二氧化硅。CMP漿料中無定形二氧化硅顆粒優(yōu)選平均顆粒大小為大約IOnm-大約lOOnm。本發(fā)明的CMP漿料優(yōu)選的組成包括至少一種氧化劑，例如過氧化氫、二氯異氰尿酸等。
這些CMP漿料的pH值優(yōu)選在大約0. 6_大約3的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在大約0. 8_大約 2.5的范圍內(nèi)。
本發(fā)明進(jìn)一步的方面涉及用CMP漿料將AlxGiiyInzN晶片在其Ga-側(cè)化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)的方法，所述CMP漿料含有
研磨用膠體氧化鋁顆粒，顆粒大小小于200nm ；
至少一種酸；和
選擇地含有至少一種氧化劑；
其中CMP漿料的pH值在大約3-大約5的范圍內(nèi)。
在CMP漿料中，所述研磨用膠體氧化鋁顆粒的顆粒大小在大約IOnm-大約lOOnm。 本發(fā)明的CMP漿料優(yōu)選的組成包括至少一種氧化劑，例如過氧化氫、二氯異氰尿酸等。[0042]這種CMP漿料的pH值優(yōu)選在大約3-大約4的范圍內(nèi)。
本發(fā)明進(jìn)一步的方面是提供一種用CMP漿料將AlxGiiJnzN晶片在其Ga-側(cè)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的方法，所述CMP漿料含有
無定形二氧化硅顆粒，顆粒大小小于200nm ；
至少一種堿；和
選擇地含有至少一種氧化劑；
其中CMP漿料的pH值在大約8-大約13. 5的范圍內(nèi)。
在這種CMP漿料中，所述無定形二氧化硅顆粒包括例如顆粒大小為大約IOnm-大約IOOnm的發(fā)煙二氧化硅顆粒，或顆粒大小為大約IOnm-大約IOOnm的膠體二氧化硅顆粒。
本發(fā)明實(shí)踐中所用的堿包括但不限于氨、烷醇胺和氫氧化物如KOH或NaOH。氨或烷醇胺是特別優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈冞€有穩(wěn)定CMP漿料的功能。
這種CMP漿料包括至少一種氧化劑，例如過氧化氫、二氯異氰尿酸等。
這種CMP漿料的pH值優(yōu)選在大約9-大約13的范圍內(nèi)，更優(yōu)選pH值在大約10-大約11的范圍內(nèi)。
本發(fā)明進(jìn)一步的方面涉及使AlxGiiyInzN晶片在其Ga-側(cè)增亮晶體缺陷，以有助于測定該晶片的晶體缺陷密度(defect density)的方法，該方法包括以下步驟
提供AlxGE^nzN 晶片；
按照本發(fā)明上述CMP方法之一化學(xué)機(jī)械地拋光該AlxGiiJnzN晶片的Ga-側(cè)；
清潔和干燥拋光的AlxGiiyInzN晶片；和
用原子力顯微鏡或掃描電子顯微鏡掃描該晶片，以測定晶片的缺陷密度。
優(yōu)選CMP方法用上述酸性二氧化硅漿料進(jìn)行。
本發(fā)明另一方面涉及制造高質(zhì)量AlxGiiJnzN晶片的方法，該方法包括以下步驟
提供AlxGEiyInzN晶片半成品，其厚度在大約100 μ m_大約1000 μ m范圍內(nèi)；
選擇性的減少所述AlxGiiJnzN晶片的內(nèi)應(yīng)力；
用研磨(lapping)漿料選擇性地研磨AlxGaJnzN晶片半成品的N-側(cè)，所述研磨漿料含有平均顆粒大小為大約5 μ m-大約15 μ m的研磨料；
用機(jī)械拋光漿料選擇性地機(jī)械拋光該AlxGiiJnzN晶片半成品的N-側(cè)，所述漿料含有平均顆粒大小為大約0. 1 μ m-大約6 μ m的研磨料；
用研磨漿料選擇性地研磨AlxGiiyInzN晶片半成品的Ga-側(cè)，所述的研磨漿料含有平均顆粒大小為大約5 μ m-大約15 μ m的研磨料；
用機(jī)械拋光漿料機(jī)械拋光該AlxGiiy^izN晶片半成品的Ga-側(cè)，所述漿料含有平均顆粒大小為大約0. 1 μ m-大約6 μ m的研磨料；
用CMP漿料化學(xué)機(jī)械地拋光AlxGiiyInzN晶片半成品的Ga-側(cè)，所述的CMP漿料含有至少一種化學(xué)反應(yīng)物和平均顆粒大小小于200nm的研磨膠體顆粒；和
選擇性地適度蝕刻，以進(jìn)一步減小AlxGiiyInzN晶片的內(nèi)應(yīng)力和改善其表面質(zhì)量。
其中所述反應(yīng)的々丨力 ^！力晶片在其Ga-側(cè)的均方根(RMS)表面粗糙度為在 10 X 10 μ τα面積上小于lnm。
所述AlxGiiJnzN晶片的半成品可按適當(dāng)?shù)姆椒ㄉa(chǎn)，例如(1)生長成AlxGiiJnzN 梨晶，然后將其切割成晶片半成品；或⑵在異質(zhì)襯底上生長成厚的A1 ZN膜，再將此厚膜與所述襯底分離。該晶片半成品可以是取向的，因此其C-軸垂直于晶片表面，或故意使其稍有不正(C-軸不垂直于晶片表面)，以有助于后續(xù)的外延生長、器件加工或器件設(shè)計(jì)。
所述AlxGiiJnzN晶片的半成品可經(jīng)過減少內(nèi)應(yīng)力的加工，所述內(nèi)應(yīng)力例如是由于這些晶片與在其上生長的異質(zhì)襯底的熱系數(shù)和晶格常數(shù)不同而引起的。內(nèi)應(yīng)力的減小可通過AlxGiiyInzN晶片的熱退火或晶片的化學(xué)蝕刻實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選熱退火在提高的溫度下，例如在大約700°C -大約1000°C，在氮?dú)饣虬杯h(huán)境中進(jìn)行大約1分鐘-大約1小時(shí)。
AlxGiiJnzN晶片化學(xué)蝕刻的作用是由所述的晶片上除去表面材料層，從而使所述晶片的內(nèi)應(yīng)力松弛。優(yōu)選化學(xué)蝕刻工藝由所述晶片上除去厚度小于ΙΟΟμπι的表面材料，更優(yōu)選除去厚度小于10 μ m厚度的表面材料。
所述AlxGaJnzN晶片的化學(xué)蝕刻可用很強(qiáng)的酸如硫酸、磷酸或其結(jié)合，在提高的溫度如150°C下進(jìn)行，或用很強(qiáng)的堿如熔融KOH或NaOH在提高的溫度如150°C下進(jìn)行。本發(fā)明實(shí)踐中優(yōu)先使用的研磨漿料組合物含有任何適當(dāng)?shù)难心チ?，包括但不限于金剛石粉、碳化硅粉、碳化硼粉和氧化鋁粉。優(yōu)選的，研磨漿料含有平均顆粒大小為大約6 μ m-大約10 μ m 的金剛石粉。更優(yōu)選的，用二種或多種研磨漿料研磨AlxGi^nzN晶片半成品，每種后續(xù)的研磨漿料含有平均大小更小的研磨料。例如，AlxGiiJnzN晶片半成品可用含有平均大小為大約 8 μ m-大約10 μ m研磨料的第一漿料研磨，然后用含有平均大小為大約5 μ m_大約7 μ m研磨料的第二漿料研磨。
類似地，用于本發(fā)明的機(jī)械拋光漿料含有適當(dāng)?shù)难心チ希ǖ幌抻诮饎偸邸?碳化硅粉、碳化硼粉和氧化鋁粉。特別優(yōu)選平均顆粒大小為大約0. 1 μ m-大約6 μ m，優(yōu)選大約0. 1 μ m-大約3 μ m的金剛石粉。所述的機(jī)械拋光步驟也可使用二種或多種機(jī)械拋光漿料，每種后續(xù)的機(jī)械拋光漿料含有依次減小的研磨料。例如，第一機(jī)械拋光漿料含有平均顆粒大小為大約2. 5 μ m-大約3. 5 μ m的研磨料，接著第二機(jī)械拋光漿料含有平均顆粒大小為大約0. 75 μ m-大約1. 25 μ m的研磨料，第三機(jī)械拋光漿料含有平均顆粒大小為大約0. 35 μ m-大約0. 65 μ m的研磨料，接著的第四機(jī)械拋光漿料含有平均顆粒大小為大約 0. 2 μ m-大約0. 3 μ m的研磨料，最后使用的第五機(jī)械拋光漿料含有平均顆粒大小為大約 0. 1 μ m-大約0. 2 μ m的研磨料。
CMP漿料中含有至少一種化學(xué)反應(yīng)物，它或者是酸，或者是堿。當(dāng)它是酸時(shí)，優(yōu)選將 CMP漿料的pH值調(diào)節(jié)到大約0. 5-大約4的范圍內(nèi)；當(dāng)它是堿時(shí)，優(yōu)選將CMP漿料的pH值調(diào)節(jié)到大約8-大約13.5的范圍內(nèi)。
在CMP之后，將AlxGiiJnzN晶片經(jīng)過另外的加工以進(jìn)一步減少晶片的應(yīng)力和改進(jìn)其表面質(zhì)量。為達(dá)到此目的，優(yōu)選進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈g刻。適當(dāng)?shù)奈g刻可由最后的CMP拋光的 Ga-側(cè)表面上除去殘留的表面損傷，但不會(huì)蝕刻未損傷的Ga-側(cè)表面，因此可以改進(jìn)表面質(zhì)量。適當(dāng)?shù)奈g刻還可以除去N-側(cè)表面的損傷，因此可減少晶片由于表面損傷所引起的應(yīng)力。這種適當(dāng)?shù)奈g刻也可以在N-側(cè)表面產(chǎn)生粗糙表面(matfinish)。例如，使所述的晶片在堿(例如LiOH, RbOH, CsOH, KOH、NaOH或其結(jié)合)的水溶液或酸(例如HF、HNO3> H2SO4, H3PO4或其結(jié)合)的水溶液，在低于水溶液的沸騰溫度(通常是大約100°C )下進(jìn)行稍許蝕刻。[0076]由下面的公開和后附的權(quán)利要求
書可使本發(fā)明的其它方面、特征和實(shí)施方案更加清楚。
附圖的簡要說明

圖1是用酸性膠體二氧化硅CMP漿料(pH = 0. 8)化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)和用稀氫氟酸清洗后，GaN表面的Normaski光學(xué)顯微照片(X 100)。
圖2是圖1所示GaN表面的原子力顯微鏡(AFM)圖象。
圖3是用酸性膠體氧化鋁CMP漿料(pH = 3. 6)化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)和用稀氫氟酸清洗后，GaN表面的AFM圖片，其中漿料中含有過氧化氫作為氧化劑。
圖4是用堿性膠體二氧化硅CMP漿料(pH = 11. 2)化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)和用稀氫氟酸清洗后，GaN表面的Normaski光學(xué)顯微照片(X 100)。
圖5是圖4所示GaN表面的AFM圖象。
圖6是用酸性二氧化硅CMP漿料(pH = 0. 8)化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)和用稀氫氟酸清洗后，GaN表面的AFM圖片。
圖7是用酸性二氧化硅CMP漿料(pH = 0. 8)化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)和用稀氫氟酸清洗后，GaN表面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
圖8是用1 μ m金剛石粉漿料機(jī)械拋光直到形成鏡面后，GaN表面的Normaski光學(xué)顯微照片(X100)。
圖9是圖8所示GaN表面的AFM圖象。發(fā)明的詳細(xì)描述和優(yōu)選的實(shí)施方案
按照本發(fā)明的高質(zhì)量AlxGiiy^izN晶片的制造可由下文更完整描述的加工步驟實(shí)現(xiàn)，包括無支撐AlxGaJnzN晶片半成品的制造、研磨、機(jī)械拋光、化學(xué)機(jī)械拋光和減小內(nèi)應(yīng)力的步驟。
無支撐的AlxGiiJnzN晶片半成品可由多種適當(dāng)?shù)姆椒ǐ@得。一種方法包括首先生長AlxGiiJnzN梨晶，然后將其切割成晶片半成品。另一種制造AlxGiiJnzN晶片半成品的方法包括以下步驟(1)用適當(dāng)?shù)姆椒ɡ鐨浠镎舭l(fā)相外延生長法(HVPE)、有機(jī)金屬氯化物(MOC)法、有機(jī)金屬化學(xué)蒸發(fā)沉積法(MOCVD)、升華法等，在異質(zhì)襯底上生長成厚的 AlxGiiJnzN膜；和然后(2)通過拋光或蝕刻異質(zhì)襯底，通過激光誘導(dǎo)的剝離工藝或其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，由厚的AlxGiiyhzN膜上除去異質(zhì)襯底。
舉例來說，厚度為大約400 μ m的GaN膜可用HVPE法加工技術(shù)生長于藍(lán)寶石襯底上。
在這些晶片半成品上做標(biāo)記如平面，以鑒別該晶體半成品的取向。AlxGiiJnzN晶片半成品可用例如粒子束制成圓形，以利于所述晶片半成品的后續(xù)安裝或加工。
將無支撐的AlxGi^nzN晶片半成品安裝在夾具上以便能夠進(jìn)行必要的研磨或拋光。所述的晶片半成品可安裝在有凹槽的模具上以夾持住該晶片半成品?；蛘?，可以將該晶片半成品安裝在平面的模具上，通過例如(1)在加熱板上加熱該模具，( 在模具上涂蠟， 和(3)將晶片半成品壓向加蠟的模具。在模具冷卻之后，蠟被固化，起到了將晶片半成品固定在模具之中的作用。
當(dāng)AlxGiiyInzN晶片半成品是由AlxGi^nzN梨晶獲得和相對(duì)較厚和均勻時(shí)，有凹槽的模具可用于襯托該晶片半成品，相對(duì)于加蠟的模具其優(yōu)勢是較短工藝時(shí)間、更容易拆卸和較少污染。[0093]另一方面，對(duì)可能是更脆、更薄或在其厚度不夠均勻的AlxGiiy^izN晶片半成品，例如對(duì)于由HVPE法獲得的晶片半成品，因?yàn)樵谘心ズ?或拋光期間AlxGiiyInzN晶片有破碎的危險(xiǎn)，因此不會(huì)優(yōu)先選用帶凹槽的模具。
安裝AlxGiiy^izN晶片半成品所使用的夾具可以是任何適用的適當(dāng)類型，和可與各種研磨或拋光設(shè)備相容。為了改進(jìn)AlxGiiJnzN晶片厚度均勻性，可以使用一種特定的，包括三個(gè)可調(diào)節(jié)的金剛石塞(stop)所構(gòu)成的平面的研磨夾具。在離開夾具表面預(yù)定距離處，由所述的塞確定的平面與該夾具表面平行。這個(gè)預(yù)定的距離定義為研磨的AlxGi^nzN晶片的最小厚度，因?yàn)槿齻€(gè)金剛石塞的作用是作為阻止表面材料從AlxGiiJnzN晶片上除去的停止點(diǎn)ο
在AlxGiiy^izN晶片半成品由于其中存在內(nèi)應(yīng)力而稍有彎曲或扭曲的情況下，優(yōu)選在該晶片于模具中用蠟襯托過程中將一重物放置在該晶片半成品之上。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，為達(dá)到此目的所使用的重物的類型和數(shù)量是很容易確定的。
在AlxGi^nzN晶片半成品被適當(dāng)襯托之后，可將該晶片半成品壓向研磨板，用植入這些研磨板表面的研磨料顆粒進(jìn)行研磨，以得到晶片平面。對(duì)晶片施加的壓力可以調(diào)節(jié)，以控制研磨工藝。
當(dāng)使用相同的研磨料和研磨板旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，AlxGayInzN晶片半成品的研磨速率隨研磨料顆粒大小的增加而提高。更大的研磨料顆粒會(huì)帶來更高的研磨速率，但會(huì)產(chǎn)生更粗糙的研磨表面。
研磨速率還取決于所用研磨料材料的硬度。例如，金剛石粉比碳化硅粉具有較高的研磨速率，后者比氧化鋁粉具有更高的研磨速率。
研磨速率還取決于所用研磨板的類型。例如，銅研磨板比鑄鐵研磨板有較低的研磨速率，但銅研磨板可以比鑄鐵研磨板產(chǎn)生更平滑的研磨表面。
為了得到最佳的研磨結(jié)果，需要考慮多種因素，例如加工時(shí)間、表面磨光的情況和制造成本，并且要結(jié)合考慮本發(fā)明實(shí)踐中所使用的研磨材料、顆粒大小、研磨速率和晶片壓力。為了減少AlxGiiy^izN晶片破碎的可能性，優(yōu)選使用低于5psi，更優(yōu)選2psi的壓力。為了減少加工時(shí)間，優(yōu)選研磨速率達(dá)到50ym/hr以上的切削量。在各種研磨材料例如金剛石、 碳化硅、碳化硼和氧化鋁之中，優(yōu)選金剛石漿料，這是因?yàn)樗懈叩牟牧先コ屎湍軌虻玫捷^好的表面狀況。
AlxGiiJnzN晶片半成品的研磨可以一次完成，也可以多步驟進(jìn)行，在每一后續(xù)的研磨步驟中使用順序減小顆粒大小的研磨料。在每個(gè)研磨步驟之后，使用光學(xué)顯微鏡觀察表面狀況，以便在進(jìn)行下一步驟之前確定前一步驟已經(jīng)基本消除的表面損傷。
在本發(fā)明一個(gè)說明性的實(shí)施方案中，使用了簡單的研磨漿料，其中包括9μπι的金剛石研磨料，在Ipsi壓力下，于鑄鐵研磨板上研磨AlxGiiy^IzN晶片。金剛石研磨料顆粒的大小由金剛石漿料的制造者提供，并且是漿料中金剛石顆粒的平均大小。
在本發(fā)明另一個(gè)說明性的實(shí)施方案中，使用了二種研磨漿料第一種研磨漿料包括9 μ m的金剛石研磨料，在鑄鐵研磨板上研磨AlxGaJnzN晶片；第二種漿料包括6 μ m的金剛石研磨料，在銅研磨板上研磨同一晶片，得到理想的晶片表面。
^AlxGayInzN晶片研磨之后，可以進(jìn)行機(jī)械拋光以得到平滑的表面形態(tài)。在機(jī)械拋光過程中，將所述的AlxGiiyInzN晶片壓向具有研磨顆粒的拋光墊。拋光工藝通常比研磨可產(chǎn)生更好的表面狀態(tài)，即使是使用相同大小的金剛石漿料。拋光可以通過一步法，或多步法實(shí)現(xiàn)，在各個(gè)后續(xù)拋光步驟中使用依次減小的研磨顆粒大小。
在機(jī)械拋光工藝之后，AlxGayInzN晶片的表面變得相對(duì)平滑。圖8是用1 μ m金剛石漿料機(jī)械拋光直到形成鏡面后，GaN表面的Normaski光學(xué)顯微照片(X 100)。但是，這種 AlxGiiy^izN晶片不適用于AlxGiiy^izN結(jié)晶的同質(zhì)外延生長，因?yàn)樗廊痪哂忻黠@的表面和適用的損傷。所述表面損傷的特征是有密集的拋光擦痕，該擦痕在原子力顯微鏡下是可見的， 如圖9所示。
為了除去這些表面和適用的的損傷和拋光擦痕，優(yōu)先選用對(duì)AlxGiiJnzN晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。有效地對(duì)AlxGaJnzN晶片的Ga-側(cè)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的第一 CMP漿料包括酸和研磨用無定形二氧化硅顆粒，如發(fā)煙二氧化硅或膠體二氧化硅，其顆粒大小為小于200nm。該CMP漿料的pH值在大約0. 5-大約4的范圍內(nèi)。優(yōu)選這種CMP漿料還包括
氧化劑，如過氧化氫、二氯異氰尿酸等。
圖1和2是用pH = 0. 8的酸性膠體二氧化硅漿料化學(xué)機(jī)械拋光大約1小時(shí)的GaN 晶片的Normaski光學(xué)顯微照片和AFM圖象。在CMP之前，所述的GaN晶片首先用1 μ m金剛石漿料拋光。除了襯底上的少許缺陷以外，GaN表面非常平滑，RMS表面粗糙度在在2 X 2 μ m2 面積上大約是0. 15nm，在10X 10 μ m2面積上大約是0. 5nm。另外，在AFM下，可以觀察到以前未見到的GaN階躍式結(jié)構(gòu)。這種階躍式結(jié)構(gòu)的存在是CMP工藝已經(jīng)成功地由前述機(jī)械拋光除去了拋光擦痕的一種指示。使用這種漿料時(shí)的CMP速率例如可以在大約2 μ m/hr的數(shù)量級(jí)上。
為了進(jìn)一步確定CMP加工已經(jīng)除去了該表面的表面下?lián)p傷，在CMP加工后用強(qiáng)蝕刻劑H3PO4于180°C蝕刻5分鐘。在此蝕刻條件下，GaN Ga-側(cè)的結(jié)晶缺陷以及表面和表面下?lián)p傷比好的結(jié)晶材料以更快的速度被蝕刻，形成蝕刻小坑。這些小坑的大小和數(shù)目可用原子力顯微鏡考察。在經(jīng)過-H3PO4蝕刻之后，CMP拋光的晶片有一些蝕刻小坑，但是該蝕刻小坑的密度與CMP拋光表面顯示的小坑密度一致。但所述小坑的大小變大。對(duì)比之下， 用CMP加工未完全拋光的(即較短的CMP加工時(shí)間，和因此而保留了拋光損傷)顯示在用氏 04于1801蝕刻5分鐘后，具有較多的蝕刻小坑，并且許多小坑沿一條線，這說明如果CMP 加工不完全時(shí)，所述的表面和表面下?lián)p傷不能完全除去。
在酸性CMP漿料中加入氧化劑是有利的。當(dāng)將過氧化氫、二氯異氰尿酸用作氧化劑時(shí)，拋光速率是大約2 μ m/hr, RMS表面粗糙度在在2X2 μ m2面積上低于0. 2，在 IOX 10 μ m2面積上低于0. 5nm。在AFM下，可容易地觀察到AlxGiiyInzN晶片的階躍式結(jié)構(gòu)。
有效地對(duì)AlxGaJnzN晶片的Ga-側(cè)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的第二 CMP漿料包括酸和研磨用膠體氧化鋁顆粒，顆粒大小為小于200nm。該CMP漿料的pH值優(yōu)選在大約3-大約4的范圍內(nèi)。優(yōu)選這種CMP漿料還包括氧化劑，如過氧化氫、二氯異氰尿酸等。
圖3是用酸性膠體氧化鋁CMP漿料(pH = 3. 6)化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)后，GaN表面的AFM圖片，所述漿料中含有過氧化氫作為氧化劑。在AFM下觀察到階躍式結(jié)構(gòu)，說明酸性膠體氧化鋁漿料對(duì)于除去GaN表面的機(jī)械損傷是有效的。但是，在同樣的拋光操作條件下， 膠體氧化鋁-基的漿料比二氧化硅-基的漿料其拋光速率小得多(大約0. 1 μ m/hr)。由于拋光速度慢，在用酸性膠體氧化鋁CMP漿料拋光1小時(shí)后許多拋光擦痕仍然存在。因此用膠體氧化鋁-基的漿料需要較長的拋光時(shí)間才能完全除去表面/表面下的損傷。[0112]有效地對(duì)AlxGiiJnzN晶片的Ga-側(cè)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的第三CMP漿料包括堿和無定形二氧化硅顆粒，或者是發(fā)煙二氧化硅或是膠體二氧化硅，顆粒大小為小于200nm。該 CMP漿料的pH值在大約8-大約13. 5的范圍內(nèi)。
圖4和5是用pH = 11. 2的堿性膠體二氧化硅CMP漿料化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)后， GaN晶片表面的Normaski光學(xué)顯微照片和AFM圖象。與酸性二氧化硅漿料所得到的表面狀態(tài)相比，拋光后的表面更粗糙和明顯有更多的擦痕。而且，與GaN表面用含有1 μ m的金剛石粉的金剛石漿料機(jī)械拋光后的GaN表面相比，所述的擦痕更大更深，這說明在堿性二氧化硅漿料中存在更大顆粒或顆粒聚集。令人感興趣的是，也可以觀察到階躍式結(jié)構(gòu)。階躍式結(jié)構(gòu)的存在說明前面機(jī)械拋光所產(chǎn)生的表面損傷已經(jīng)除去，但在漿料中存在更大的顆粒造成了新的損傷。因此，為了除去較大的顆粒，以確保該漿料中的研磨顆粒的顆粒大小小于 200nm,需要過濾堿性二氧化硅漿料。
除了可以用氫氧化物調(diào)節(jié)pH以外，還可以用氨或烷醇胺調(diào)節(jié)堿性二氧化硅漿料的PH值。氨-或烷醇胺-穩(wěn)定的漿料可提供更平滑的拋光表面，因此比氫氧化物-基的漿料更優(yōu)選。
為了改善CMP工藝的穩(wěn)定性，在CMP工藝過程中控制好環(huán)境濕度和溫度是有利的。
在化學(xué)機(jī)械拋光之后，可用本領(lǐng)域已知的技術(shù)將AlxGiiJnzN晶片清潔和干燥。可用適度的蝕刻從最后的拋光晶片上除去任何殘留的表面和表面下?lián)p傷。選擇適度蝕刻的條件，以便由最后拋光而沒有蝕刻或只蝕刻到不損害Ga-側(cè)表面的有限程度的晶片Ga-側(cè)上除去一些殘留的表面損傷。這種適度的蝕刻也可能除去N-側(cè)表面的損傷，以減少由N-表面的損傷在晶片中引起的應(yīng)力。這種適度的蝕刻也可能得到粗糙的N-表面形態(tài)。例如可將該晶片在堿(例如KOH或NaOH)的水溶液或酸(例如HF，H2SO4或H3PO4)的水溶液中，在低于100°C的溫度下稍許進(jìn)行蝕刻。
AlxGiiy^izN晶片需要承受內(nèi)應(yīng)力的作用，該內(nèi)應(yīng)力會(huì)引起晶片的彎曲或扭曲。在該晶片的制造過程之前、之后或制造步驟之間對(duì)AlxGaJnzN晶片進(jìn)行熱退火或化學(xué)蝕刻，由此可緩解此內(nèi)應(yīng)力。
在所述AlxGiiJnzN晶片的表面有大的小坑和在制造過程中在所述小坑中聚集了污染物的情況下，進(jìn)行化學(xué)蝕刻和清潔步驟，以便在晶片制造的步驟之間由小坑中除去污染物。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，AlxGi^nzN晶片在氮?dú)夥罩?，在高達(dá)1000°C的溫度下進(jìn)行熱退火。優(yōu)選的，退火溫度在大約700°C -大約1000°C，熱退火的時(shí)間在大約1分鐘-大約1小時(shí)的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，將AlxGayInzWe0片進(jìn)行化學(xué)蝕刻，優(yōu)選該蝕刻可由 AlxGi^nzN晶片上除去損傷的表面材料，并減少由表面損傷引起的晶片彎曲和扭曲。
AlxGiiJnzN晶片的化學(xué)蝕刻可在高溫下，將晶片浸漬在很強(qiáng)的酸或堿中來完成。在 150°C以上時(shí)，硫酸和磷酸可蝕刻AlxGiiy^izN晶片。另外，熔融的氫氧化鉀或氫氧化鈉也可蝕刻AlxGiiyInzN晶片。蝕刻條件，如蝕刻的溫度和時(shí)間優(yōu)選控制在可除去厚度小于IOOym 表面材料的條件下，優(yōu)選厚度小于10 μ m的條件下。
在GaN表面化學(xué)機(jī)械拋光，例如用酸性二氧化硅CMP漿料(pH = 0. 8)處理1小時(shí)之后，可能出現(xiàn)小坑，這可能是由于GaN晶片晶格的斷層所造成的。所述的小坑的直徑通常低于1 μ m，更典型地是低于0.5 μ m。在用原子力顯微鏡成象時(shí)，所述的小坑周圍沒有清楚的邊界。當(dāng)晶片完成CMP拋光和例如用磷酸在150°C化學(xué)蝕刻5分鐘之后，小坑的大小增加，但密度保持不變，即沒有產(chǎn)生更多的小坑。進(jìn)一步的，在用原子力顯微鏡成象時(shí)，在蝕刻 CMP拋光的晶片上產(chǎn)生的所述的小坑似乎是六邊形的。
圖6是GaN表面的AFM圖片，有清楚可見的小坑。所述的GaN表面用酸性膠體二氧化硅CMP漿料(pH = 0. 8)化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)。
圖7是GaN晶片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片，該晶片用酸性膠體二氧化硅CMP 漿料(PH = 0. 8)化學(xué)機(jī)械拋光1小時(shí)，有清楚可見的小坑，對(duì)這些小坑計(jì)數(shù)可測定這些GaN 晶片的缺陷密度。沒有經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光的GaN表面，用AFM或SEM觀察不到這種小坑。
用CMP工藝制備AlxGiiy^izN晶片，可以使結(jié)晶缺陷顯露出來，以便后來用AFM或 SEM技術(shù)測定其缺陷密度。
這種使缺陷顯露出來的技術(shù)優(yōu)于例如透射電子顯微鏡(SEM)、濕化學(xué)蝕刻和電化學(xué)蝕刻照相的其它技術(shù)。這些蝕刻技術(shù)通常在苛刻的蝕刻條件下進(jìn)行，使蝕刻后的 AlxGayInzN晶片不適用于AlxGiiJnzN結(jié)晶材料后續(xù)的在其上的外延生長。
與此相反，使用CMP工藝使結(jié)晶缺陷顯露出來又不損傷AlxGiiJnzN晶片的結(jié)晶表面，因此可以進(jìn)行后續(xù)的結(jié)晶生長。
實(shí)施例1
幾百微米厚的GaN膜在藍(lán)寶石襯底上，通過HVPE工藝進(jìn)行生長，然后由藍(lán)寶石襯底上分離。得到了所形成的無支撐GaN晶片半成品，顯示出粗糙的Ga-表面，RMS粗糙度在2 X 2 μ m2面積上大約是4nm。
然后，將GaN晶片半成品的Ga-側(cè)用酸性二氧化硅漿料進(jìn)行拋光，但不進(jìn)行研磨工藝。
拋光后，可以觀察到這些GaN晶片的表面形態(tài)有很大改進(jìn)，粗糙的表面被完全除去。RMS粗糙度下降到在2X2 μ m2面積上低于0. 3nm。
實(shí)施例2
厚度在200-500微米范圍的厚GaN膜在2”藍(lán)寶石襯底上，通過HVPE工藝進(jìn)行生長，然后由藍(lán)寶石襯底上分離GaN膜。得到了所形成的無支撐GaN晶片半成品。
將GaN膜的平面在離開藍(lán)寶石襯底平面30°時(shí)做標(biāo)記。然后，用粒子束流噴射將 GaN晶片半成品制成直徑為30、35和40mm的晶片形狀。為了防止晶片在制作過程中破裂， 優(yōu)選用蠟將晶片襯托在至少為Imm厚的玻璃板上。
將9個(gè)GaN晶片用蠟安裝在研磨夾具上，使其N-側(cè)面對(duì)研磨夾具。在蠟冷卻之后， 將鋼塊放在每一晶片的頂部。首先在GaN晶片的Ga-側(cè)用9 μ m直徑的金剛石漿料在鑄鐵研磨板上研磨。在研磨之前，晶片之間和每個(gè)晶片中其厚度有較大不同。在研磨之后，晶片厚度的均勻性有很大改善。
然后，將晶片由研磨夾具中取出，并用蠟固定在機(jī)械拋光夾具上。每個(gè)晶片用3 μ m 直徑的金剛石漿料進(jìn)行拋光，直到形成鏡面。在光學(xué)顯微鏡測試中，所有研磨工藝造成的表面損傷都已經(jīng)除去。
在機(jī)械拋光之后，將晶片用酸性膠體二氧化硅漿料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。Nomaski光學(xué)顯微鏡用于測試拋光的表面，以確認(rèn)CMP工藝除去了所有的機(jī)械拋光擦痕。[0138]實(shí)施例3
將3個(gè)GaN晶片半成品用蠟安裝于研磨夾具上，使其Ga-側(cè)面對(duì)研磨夾具。在蠟冷卻之后，將鋼塊放在每一晶片的頂部。首先用Lapmaster 15研磨器，在GaN晶片的N-側(cè)用9 μ m直徑的金剛石漿料在鑄鐵研磨板上研磨，直到形成粗糙的均勻表面。
在N-側(cè)研磨完成后，通過用加熱板加熱，將晶片由研磨夾具中取出。清潔晶片，并將GaN膜用蠟襯托于研磨夾具中，使其N-側(cè)面對(duì)研磨夾具。在蠟冷卻之后，將鋼塊放在每一晶片的頂部。在GaN晶片的Ga-側(cè)用9 μ m直徑的金剛石漿料在鑄鐵研磨板上研磨，直到得到所需的晶片厚度。接著，該GaN晶片用6μπι直徑的金剛石漿料在銅研磨板上研磨，直到除去了前述研磨步驟中所形成的表面特性。
研磨后，所述的三個(gè)晶片用1 μ m直徑的金剛石漿料在BuehlerECOMET拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，直到除去了前述研磨步驟中所形成的表面特性。
在機(jī)械拋光之后，將所述的三個(gè)晶片用酸性膠體二氧化硅漿料在Buehler ECOMET 拋光機(jī)上進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，所述的酸性膠體二氧化硅漿料通過混合2份1摩爾鹽酸水溶液和1份商品二氧化硅漿料(NalcO2350拋光漿料)而制備。Nomaski光學(xué)顯微鏡用于測試拋光的表面，以確認(rèn)CMP工藝除去了所有的機(jī)械拋光擦痕。
在CMP工藝之后，將所述的晶片由拋光夾具中取出，并清潔。晶片可用稀鹽酸清潔，以除去晶片表面任何殘留的膠體二氧化硅顆粒。該晶片用原子力顯微鏡(Digital Instruments NanoScope III)成象，以確定小坑的密度和表面的平滑度。對(duì)一晶片而言， RMS粗糙度在2X2 μ m2面積上是0. llnm，在10X 10 μ m2面積上是0.觀歷。三個(gè)晶片的小坑密度大約是IO6-IO7坑/cm2，坑的大小大約是小于0. 4 μ m直徑。
本發(fā)明的GaN晶片可用于構(gòu)建光電子器件如發(fā)光二極管和蘭光激光器。因?yàn)樘m光發(fā)射二極管(LED’ s)和激光器是啟動(dòng)技術(shù)，因此這些器件是重要的，它可使磁-光儲(chǔ)存和 CDROM的儲(chǔ)存密度更高，并且可構(gòu)建發(fā)射全色光的顯示器。這些器件可替代目前在公路和鐵路信號(hào)燈等之中使用的白熾燈，它們具有非常實(shí)際的成本并可節(jié)約能源。
本發(fā)明描述了特定的特性、方面和實(shí)施方案?？梢岳斫獾氖牵景l(fā)明的適用性不限于，并很容易擴(kuò)展到和包括其各種變體、改性和其它實(shí)施方案，這是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員本身很容易做到的。相應(yīng)地，本發(fā)明可廣義地解釋，與后附的權(quán)利要求
書所確定的范圍一致。
權(quán)利要求
1.用CMP漿料化學(xué)機(jī)械拋光AlxGiiyInzN晶片Ga-側(cè)的方法，其中0< y彡1和x+y+z =1，所述CMP漿料含有研磨用無定形二氧化硅顆粒，其顆粒大小小于200nm ；至少一種酸；和選擇地含有至少一種氧化劑；其中CMP漿料的pH值在0. 5-4的范圍內(nèi)。
2.權(quán)利要求
1的方法，其中所述CMP漿料含有發(fā)煙二氧化硅，其顆粒大小在 IOnm-IOOnm的范圍內(nèi)。
3.權(quán)利要求
1的方法，其中所述CMP漿料含有膠體二氧化硅，其顆粒大小在 IOnm-IOOnm的范圍內(nèi)。
4.權(quán)利要求
1的方法，其中所述CMP漿料含有氧化劑。
5.權(quán)利要求
4的方法，其中的氧化劑包括過氧化氫。
6.權(quán)利要求
4的方法，其中的氧化劑包括二氯異氰尿酸。
7.權(quán)利要求
1的方法，其中的CMP漿料的pH值在0.6-3的范圍內(nèi)。
8.權(quán)利要求
1的方法，其中的CMP漿料的pH值在0.8-2. 5的范圍內(nèi)。
9.權(quán)利要求
1的方法，其中的CMP漿料在傳輸給拋光墊之前進(jìn)行過濾，以除去直徑大于 IOOnm的顆粒。
10.用CMP漿料將AlxGaJnzN晶片( -側(cè)化學(xué)機(jī)械拋光的方法，其中0<y<1和x+y+z =1，所述CMP漿料含有研磨用膠體氧化鋁顆粒，其顆粒大小小于200nm ；至少一種酸；和選擇地含有至少一種氧化劑；其中CMP漿料的pH值在3-5的范圍內(nèi)。
11.權(quán)利要求
10的方法，其中的CMP漿料含有膠體氧化鋁，其顆粒大小在IOnm-IOOnm 的范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求
10的方法，其中的CMP漿料含有氧化劑。
13.權(quán)利要求
12的方法，其中的氧化劑包括過氧化氫。
14.權(quán)利要求
12的方法，其中的氧化劑包括二氯異氰尿酸。
15.權(quán)利要求
10的方法，其中的CMP漿料的pH值在3-4的范圍內(nèi)。
16.權(quán)利要求
10的方法，其中的CMP漿料在傳輸給拋光墊之前進(jìn)行過濾，以除去直徑大于IOOnm的顆粒。
17.用CMP漿料將AlxGaJnzN晶片( -側(cè)化學(xué)機(jī)械拋光的方法，其中0<y<1和x+y+z =1，所述CMP漿料含有無定形二氧化硅顆粒，其顆粒大小小于200nm ；至少一種堿；和選擇地含有至少一種氧化劑；其中CMP漿料的pH值在8-13. 5的范圍內(nèi)。
18.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料含有發(fā)煙二氧化硅，其顆粒大小在 IOnm-IOOnm的范圍內(nèi)。
19.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料含有膠體二氧化硅，其顆粒大小在 IOnm-IOOnm的范圍內(nèi)。
20.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料含有的堿選自氨、烷醇胺和氫氧化物。
21.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料含有氨。
22.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料含有烷醇胺。
23.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料含有選自KOH和NaOH的氫氧化物。
24.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料含有氧化劑。
25.權(quán)利要求
對(duì)的方法，其中的氧化劑包括過氧化氫。
26.權(quán)利要求
對(duì)的方法，其中的氧化劑包括二氯異氰尿酸。
27.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料的pH值在9_13的范圍內(nèi)。
28.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料的pH值在10-11的范圍內(nèi)。
29.權(quán)利要求
17的方法，其中的CMP漿料在傳輸給拋光墊之前進(jìn)行過濾，以除去直徑大于IOOnm的顆粒。
30.經(jīng)權(quán)利要求
1-9任一項(xiàng)所述的方法加工的AlxGiiJnzN晶片。
31.經(jīng)權(quán)利要求
10-16任一項(xiàng)所述的方法加工的AlxGiiJnzN晶片。
32.經(jīng)權(quán)利要求
17- 任一項(xiàng)所述的方法加工的AlxGiiJnzN晶片。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種含有AlxGayInzN的高表面質(zhì)量晶片，其中0＜y≤1和x+y+z＝1，其特征在于均方根表面粗糙度在晶片的Ga-側(cè)為在10×10μm2面積上小于1nm。該晶片在所述晶片的Ga-側(cè)用CMP漿料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，所述的漿料含有研磨顆粒，如二氧化硅或氧化鋁，以及酸或堿。制造高表面質(zhì)量的AlxGayInzN晶片的方法包括如下步驟研磨、機(jī)械拋光和通過熱退火或化學(xué)蝕刻減少所述晶片的內(nèi)應(yīng)力，以進(jìn)一步提高其表面質(zhì)量。所述的CMP工藝在提高AlxGayInzN晶片Ga-側(cè)結(jié)晶缺陷的亮度方面非常有用。
文檔編號(hào)G01Q30/12GKCN101220244 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200710186509
公開日2011年9月28日 申請日期2002年6月4日
發(fā)明者徐學(xué)平, 羅伯特·P·沃多 申請人:克利公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (1), 非專利引用 (3),