專利名稱：Ⅲ族氮化物基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及第三族氮化物基板的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體基板額制造工序中，包含有將結(jié)晶塊切斷(切片)為板狀的工序。作為將結(jié)晶塊切斷為板狀的方法之一，存在有使用移動(dòng)金屬線列(多線鋸)切斷結(jié)晶塊的方法。例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)有使用多線鋸切斷硅結(jié)晶塊的方法。另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)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(dǎo)體的結(jié)晶塊。另外，在專利文獻(xiàn)3中，公開(kāi)有下述方法使用多線鋸，切斷包含GaN等第三族氮化物的結(jié)晶塊。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開(kāi)2001-1335號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本專利第2842307號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本專利特表2003-527296號(hào)公報(bào)然而，GaN等第三族氮化物因溶液成長(zhǎng)較為困難，故而難以制造如Si或GaAs的長(zhǎng)條結(jié)晶塊，現(xiàn)在所能實(shí)現(xiàn)的結(jié)晶塊厚度至多為數(shù)mm以下。因此，用在板狀切斷的技術(shù)尚未確立。
GaN等第三族氮化物，其相比于Si或GaAs等其它半導(dǎo)體材料較硬(例如，GaN單晶的維氏硬度約為1300kg/mm2)。此外，第三族氮化物結(jié)晶，其通常結(jié)晶缺陷密度多為105個(gè)/cm2以上(GaAs的結(jié)晶缺陷密度為103個(gè)/cm2以下)，在結(jié)晶成長(zhǎng)時(shí)也易在產(chǎn)生混入有凹坑或夾雜物等微小缺陷。因此，切斷包含第三族氮化物結(jié)晶的結(jié)晶塊后形成基板時(shí)，該基板上易在產(chǎn)生裂縫(裂紋、缺陷)。
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而形成，其目的在于提供一種第三族氮化物基板的制造方法，通過(guò)移動(dòng)金屬線列，可降低切斷結(jié)晶塊時(shí)產(chǎn)生裂縫的產(chǎn)生率。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述課題，本發(fā)明的第三族氮化物基板的制造方法，使用金屬線列，切斷包含六方晶系第三族氮化物結(jié)晶的結(jié)晶塊，且具備下述工序，切斷結(jié)晶塊時(shí)，將金屬線列所包含的各金屬線的延長(zhǎng)方向相對(duì)于結(jié)晶塊的{1-100}面傾斜3°以上；上述工序是將結(jié)晶塊及金屬線列中至少一方在與金屬線列所包含的各金屬線延長(zhǎng)方向交叉的方向上進(jìn)行傳送并且一邊供給研磨液一邊切斷結(jié)晶塊，以此方式切斷結(jié)晶塊。
本發(fā)明者為解決上述課題，對(duì)針對(duì)在第三族氮化物結(jié)晶的各種切斷條件進(jìn)行嘗試，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)第三族氮化物結(jié)晶中作為最易劈開(kāi)的劈開(kāi)面，即{1-100}面與金屬線延長(zhǎng)方向的所成角，對(duì)裂縫產(chǎn)生率存在有較大影響。而且，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)通過(guò)使金屬線列所包含的各金屬線延長(zhǎng)方向相對(duì)結(jié)晶塊的{1-100}面傾斜3°以上，可顯著降低裂縫的產(chǎn)生率。
另外，第三族氮化物基板的制造方法，在切斷結(jié)晶塊的工序前，還具備在結(jié)晶塊上形成沿著結(jié)晶塊(11-20)面的定向平面的工序，在實(shí)施切斷結(jié)晶塊的工序時(shí)，優(yōu)選為將延長(zhǎng)方向相對(duì)于結(jié)晶塊(11-20)面的傾斜角設(shè)為27°以下。第三族氮化物結(jié)晶的(11-20)面，因與劈開(kāi)性較高的(1-100)面垂直，故而作為定向平面(以下稱為OF面)較佳。另外，(11-20)面相對(duì)于(1-100)面的等價(jià)面傾斜30°。因此，通過(guò)將金屬線的延長(zhǎng)方向相對(duì)于該(11-20)面的傾斜角設(shè)為27°以下，金屬線的延長(zhǎng)方向相對(duì)于{1-100}面可傾斜3°以上，故而可顯著降低裂縫的產(chǎn)生率。
此外，根據(jù)上述方法，可獲得以下效果。第三族氮化物結(jié)晶，其相比于其它半導(dǎo)體結(jié)晶較硬，另外，因氮面與其相對(duì)側(cè)的第三族原子面上硬度或耐藥性等物性不同，相比于其它半導(dǎo)體結(jié)晶，切斷時(shí)的傳送速度被抑制得較低，切斷較費(fèi)時(shí)。根據(jù)上述方法，使用OF面可縮短切斷距離(結(jié)晶塊傳送方向的外徑)，故而可縮短切斷所需的時(shí)間。另外，若以將OF面置在切斷開(kāi)始側(cè)的方式配置結(jié)晶塊，則因結(jié)晶塊中開(kāi)始切斷的部分并非圓周面而是平面，故而可使結(jié)晶塊與金屬線列的位置易在對(duì)準(zhǔn)。
另外，第三族氮化物基板的制造方法，其在切斷結(jié)晶塊時(shí)，也可將一個(gè)或者復(fù)數(shù)個(gè)其它結(jié)晶塊排列在與結(jié)晶塊傳送方向交叉的方向上，將該其它結(jié)晶塊與結(jié)晶塊一并進(jìn)行一次性切斷。如上所述，第三族氮化物結(jié)晶，相比于其它半導(dǎo)體結(jié)晶，切斷時(shí)的傳送速度被抑制得較慢，切斷較為費(fèi)時(shí)。另一方面，使用多線鋸切斷結(jié)晶塊的情況，為切斷較硬的第三族氮化物結(jié)晶，必須使用含有金剛石等較硬研磨粒的通常價(jià)格較高的研磨液(漿料)。此外，使用含有金剛石等較硬研磨粒的研磨液，將會(huì)造成用以移動(dòng)金屬線列的導(dǎo)輥磨損加快，增加導(dǎo)輥的更換頻率。以上述方法的方式，若一次性切斷復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊，則在一次切斷工序中可形成較多塊數(shù)的基板，故而可將研磨液或?qū)л伒鹊南囊种茷檩^少。
另外，第三族氮化物基板的制造方法，其研磨液中所包含的研磨粒，也可含有金剛石、碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁以及氮化鎵中至少一種材料。這些材料比第三族氮化物結(jié)晶硬，故而可較好地切斷第三族氮化物結(jié)晶。
另外，第三族氮化物基板的制造方法，也可將研磨液中所占研磨粒的濃度設(shè)為每升40g以上但在300g以下。通過(guò)將研磨粒的濃度設(shè)為每升40g以上，可顯著降低裂縫的產(chǎn)生率以及基板翹曲。另外，若研磨粒的濃度超過(guò)每升300g，則存在有下述可能性因用以移動(dòng)金屬線列的設(shè)備中附著有過(guò)量研磨粒，將會(huì)進(jìn)入軸承等可動(dòng)零件中而造成多線鋸產(chǎn)生故障。因此，研磨粒的濃度優(yōu)選為每升300g以下。
另外，第三族氮化物基板的制造方法，其也可將研磨液中所包含的研磨粒的平均粒徑設(shè)為1μm以上但在15μm以下。通過(guò)將研磨粒的平均粒徑設(shè)為1μm以上，可顯著減少基板翹曲。另外，通過(guò)將研磨粒的平均粒徑設(shè)為15μm以下，可將加工變質(zhì)層深度控制為特別小。
另外，第三族氮化物基板的制造方法，其也可將切斷結(jié)晶塊時(shí)的傳送速度設(shè)為每小時(shí)0.4mm以上但在2.4mm以下。通過(guò)將傳送速度設(shè)為每小時(shí)2.4mm以下，可顯著減少基板翹曲。另外，若傳送速度過(guò)小則將會(huì)影響第三族氮化物基板的生產(chǎn)效率，故而優(yōu)選為將傳送速度設(shè)為每小時(shí)0.4mm以上。
另外，第三族氮化物基板的制造方法，其在金屬線列中，也可使用直徑為0.12mm以上且0.2mm以下的金屬線。第三族氮化物結(jié)晶現(xiàn)在僅使用通過(guò)氣相成長(zhǎng)而形成的方法加以實(shí)現(xiàn)，故而相比于其它半導(dǎo)體材料而難以形成較長(zhǎng)結(jié)晶塊。因此，優(yōu)選為盡可能減少切斷時(shí)的切損(切割損耗)。例如，使用通常的內(nèi)周刃切斷結(jié)晶塊時(shí)的切損最小約為300μm。因此，以小于該切損的方式，將金屬線的直徑設(shè)為0.2mm以下，藉此與使用內(nèi)周刃的情形相比，可增加每個(gè)結(jié)晶塊的基板塊數(shù)。另外，通過(guò)將金屬線的直徑設(shè)為0.12mm以上，可顯著減少基板翹曲。
根據(jù)本發(fā)明的第三族氮化物基板的制造方法，可降低使用金屬線列切斷結(jié)晶塊時(shí)裂縫的產(chǎn)生率。


圖1是表示本實(shí)施方式的第三族氮化物基板的制造方法中所使用的多線鋸的構(gòu)成的立體圖。
圖2是表示本實(shí)施方式的第三族氮化物基板的制造方法的流程圖。
圖3是表示將復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊安裝在工作臺(tái)上的狀態(tài)的主要部分放大立體圖。
圖4是固定在工作臺(tái)上的結(jié)晶塊的中心軸方向上垂直剖面的剖面圖。
圖5是表示將金屬線延長(zhǎng)方向相對(duì)于結(jié)晶塊(1-100)面的傾斜角自0°變化至90°為止時(shí)，因產(chǎn)生裂縫而造成的基板不良率的圖表。
圖6是表示將切斷結(jié)晶塊時(shí)的研磨粒濃度自每升50ct(10g)變化至2000ct(400g)為止時(shí)基板翹曲以及裂縫產(chǎn)生狀況的圖表。
圖7是表示將切斷結(jié)晶塊時(shí)的研磨粒的平均粒徑自0.5μm變化至30μm為止時(shí)基板翹曲以及加工變質(zhì)層深度的圖表。
圖8是表示將切斷結(jié)晶塊時(shí)的結(jié)晶塊的傳送速度自每小時(shí)0.4mm變化至每小時(shí)3mm為止時(shí)基板翹曲的圖表。
圖9是表示將結(jié)晶塊切斷中所使用的金屬線直徑自0.08mm變化至0.24mm為止時(shí)基板翹曲、切損以及對(duì)應(yīng)在金屬線直徑的金屬線負(fù)載張力的圖表。
圖中1-多線鋸；3-結(jié)晶塊；3a-第一定向平面；3b-第二定向平面；11-工作臺(tái)；12a～12c-導(dǎo)輥；13-漿料噴嘴；21-金屬線列；22-金屬線；31-支撐材。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附加圖式，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的第三族氮化物基板的制造方法的實(shí)施方式。還有，對(duì)在圖式說(shuō)明中相同要素附加相同符號(hào)，并且省略重復(fù)說(shuō)明。
(實(shí)施方式)圖1是表示本實(shí)施方式的第三族氮化物基板的制造方法中所使用的多線鋸1的構(gòu)成的立體圖。參照?qǐng)D1，多線鋸1具備工作臺(tái)11、導(dǎo)輥12a～12c、漿料噴嘴13以及金屬線列21。還有，多線鋸1所具備的該等構(gòu)成要素，其是通過(guò)并未圖示的框體而分別加以支撐。
工作臺(tái)11是用以支撐作為加工對(duì)象物(工件)的一個(gè)或者復(fù)數(shù)個(gè)(本實(shí)施方式中為復(fù)數(shù)個(gè))結(jié)晶塊3的構(gòu)成要素。工作臺(tái)11例如可為不銹鋼制。工作臺(tái)11相對(duì)于其它構(gòu)成要素(導(dǎo)輥12a～12c、漿料噴嘴13以及金屬線列21)而配置在下方。在工作臺(tái)11上固定有復(fù)數(shù)個(gè)分別固著在復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3上的碳制支撐材31，復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3分別經(jīng)由支撐材31而固定在工作臺(tái)11的上方。工作臺(tái)11是裝載在并未圖示的移動(dòng)臺(tái)上，通過(guò)將該移動(dòng)臺(tái)在垂直上方進(jìn)行移動(dòng)，可將結(jié)晶塊3傳送至垂直上方(圖中的箭頭A)。
導(dǎo)輥12a～12c是大致圓柱狀的旋轉(zhuǎn)體，以旋轉(zhuǎn)軸方向分別與垂直方向(箭頭A)直交且相互平行的方式加以配置。導(dǎo)輥12a以及12b是以在經(jīng)由工作臺(tái)11的垂直線的左右相互分離的方式加以配置。導(dǎo)輥12c配置在導(dǎo)輥12a以及12b的上方且配置在經(jīng)由工作臺(tái)11的垂直線上。
導(dǎo)輥12a～12c的外周面，其例如使用樹(shù)脂而形成。在導(dǎo)輥12a～12c的外周面上，以相等間隔形成有復(fù)數(shù)條槽。而且，通過(guò)在導(dǎo)輥12a～12c的復(fù)數(shù)條槽中將一條金屬線22纏繞成螺旋狀，可構(gòu)成金屬線列21。金屬線22通過(guò)導(dǎo)輥12a～12c交替重復(fù)正旋轉(zhuǎn)及逆旋轉(zhuǎn)而在兩個(gè)方向上往復(fù)移動(dòng)。導(dǎo)輥12a～12c所纏繞的金屬線22中，移動(dòng)導(dǎo)輥12a以及12b的下端側(cè)的部分移動(dòng)至與結(jié)晶塊3交叉的位置，該結(jié)晶塊3是通過(guò)移動(dòng)工作臺(tái)11而傳送至上方。
漿料噴嘴13是用以將精研油中混入有游離研磨粒而成的研磨液(漿料)噴射至金屬線22以及結(jié)晶塊3上的研磨液供給機(jī)構(gòu)。
繼而，對(duì)在本實(shí)施方式的第三族氮化物基板的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。還有，以下所說(shuō)明的方法可使用上述多線鋸1較好地加以實(shí)施。圖2是表示本實(shí)施方式的第三族氮化物基板的制造方法的流程圖。
首先，在作為加工對(duì)象物(工件)的復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3的外周面上，形成表示結(jié)晶塊3的劈開(kāi)方向的第一定向平面(OF)面3a以及小于該第一OF面3a的第--OF面3b(參照定向平面形成工序S1、圖2)。而且，將復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3安裝在工作臺(tái)11上。圖3是表示將復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3安裝在工作臺(tái)11上的狀態(tài)的主要部分放大立體圖。該工序中，如圖3所示，將復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3配置為以相互的面相對(duì)的方式(或者以鄰接的方式)沿其中心軸方向排列，且以該中心軸方向與垂直方向(傳送方向A)以及金屬線22的延長(zhǎng)方向B垂直的方式而安裝在工作臺(tái)11上。另外，此時(shí)以O(shè)F面3a朝向傳送方向A的方式(以O(shè)F面3a與傳送方向A大致直交的方式)安裝有復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3。
結(jié)晶塊3是含有所謂GaN、AlN、InN的六方晶系第三族氮化物的結(jié)晶塊。本實(shí)施方式的結(jié)晶塊3，其是以{0001}面(C面)為主面(平坦面)而形成為圓盤(pán)狀。若要表示結(jié)晶塊3尺寸的一個(gè)示例，則可列舉例如外徑約為50mm，厚度約為5mm。
此處，圖4是固定在工作臺(tái)11上的結(jié)晶塊3的中心軸方向上垂直剖面的剖面圖。還有，圖4中，表示有結(jié)晶塊3的結(jié)晶軸方向(<0001>、<1-100>以及<11-20>)。
如上所述，在本實(shí)施方式的結(jié)晶塊3的外周面上，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(jié)晶塊3的<11-20>方向直交的方式(即，沿著結(jié)晶塊3的(11-20)面)而形成。另外，第二OF面3b以與結(jié)晶塊3的<1-100>方向直交的方式(即，沿著結(jié)晶塊3的(1-100)面)而形成。
另外，將結(jié)晶塊3固定在工作臺(tái)11上時(shí)，以金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于結(jié)晶塊3的{1-100}面(M面)傾斜3°以上的方式固定結(jié)晶塊3。在六方晶系第三族氮化物結(jié)晶即結(jié)晶塊3中，(1-100)面及其等價(jià)面即(10-10)面以及(01-10)面相互以60°間隔進(jìn)行交叉，成為劈開(kāi)性較高的劈開(kāi)面。本實(shí)施方式中，使金屬線22的延長(zhǎng)方向B距離該等面傾斜3°以上。另外，更優(yōu)選為將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于第一OF面3a((1-100)面)的傾斜角設(shè)為27°以下。本實(shí)施方式中，如圖4所示，以金屬線22的延長(zhǎng)方向B與第一OF面3a平行的方式(即，以延長(zhǎng)方向B與(1-100)面所成角為0°的方式)將結(jié)晶塊3固定在工作臺(tái)11上。藉此，結(jié)晶塊3的傳送方向A與第一OF面3a成為直交，自第一OF面3a開(kāi)始進(jìn)行切斷。
繼而，開(kāi)始切斷結(jié)晶塊3。使導(dǎo)輥12a～12c在正方向以及逆方向上交替旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始金屬線22的往復(fù)移動(dòng)。而且，使安裝有結(jié)晶塊3的工作臺(tái)11往上方移動(dòng)，而將結(jié)晶塊3傳送至金屬線22(金屬線列21)處。此時(shí)，開(kāi)始自漿料噴嘴13噴射研磨液。
若結(jié)晶塊3接觸至金屬線22，則可通過(guò)結(jié)晶塊3與金屬線22間所浸入的研磨液的作用，開(kāi)始切斷結(jié)晶塊3。而且，一邊供給研磨液一邊使結(jié)晶塊3以大致固定速度傳送至傳送方向A。如此，可將結(jié)晶塊3切斷為一定厚度的板狀，該厚度是對(duì)應(yīng)在金屬線列21的金屬線間隔(參照結(jié)晶塊切斷工序S2、圖2)。
切斷作為第三族氮化物結(jié)晶的結(jié)晶塊3時(shí)，研磨液中所占研磨粒的濃度優(yōu)選為每升200ct(40g)以上但在1500ct(300g)以下。另外，研磨液所包含的研磨粒的平均粒徑優(yōu)選為1μm以上但在15μm以下。另外，結(jié)晶塊3的傳送速度，其優(yōu)選為設(shè)為每小時(shí)0.4mm以上但在2.4mm以下。另外，金屬線列21中所使用的金屬線22的直徑優(yōu)選為0.12mm以上但在0.2mm以下。
另外，作為研磨液中所混入的研磨粒，優(yōu)選為使用含有金剛石、碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁以及氮化鎵中至少一種得材料。
以如此方式切斷結(jié)晶塊3后，通過(guò)對(duì)自結(jié)晶塊3所切出的板狀第三族氮化物結(jié)晶的切斷面(主面以及里面)進(jìn)行研磨，可去除在切斷面上產(chǎn)生的加工變質(zhì)層并且可減少翹曲。根據(jù)以上工序，完成第三族氮化物基板。
以下就本實(shí)施方式的第三族氮化物基板的制造方法所具有的效果進(jìn)行說(shuō)明。在上述第三族氮化物基板的制造方法中，切斷結(jié)晶塊3時(shí)，將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于第三族氮化物結(jié)晶中最易劈開(kāi)的劈開(kāi)面，即相對(duì)于{1-100}面傾斜3°以上。
此處，圖5是表示發(fā)明者所實(shí)施的第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖表。圖5表示將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于結(jié)晶塊3的(1-100)面的傾斜角自0°變化至90°時(shí)，因產(chǎn)生裂縫而造成的基板不良率。還有，本實(shí)驗(yàn)所使用的結(jié)晶塊3及其切斷條件如下所示。
結(jié)晶塊GaN單晶結(jié)晶塊主面(0001)面結(jié)晶塊外形直徑50.8mm、厚度5mm研磨粒材料單晶金剛石研磨粒的平均粒徑6μm研磨液中所占研磨粒的濃度每升1500ct(300g)潤(rùn)滑材料(精研油)礦物油傳送速度每小時(shí)1.6mm金屬線移動(dòng)速度每分鐘600m金屬線直徑0.18mm金屬線負(fù)載張力25N如圖5所示，若將延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(1-100)面的傾斜角設(shè)為0°(即，延長(zhǎng)方向B與(1-100)面平行)，則因產(chǎn)生裂縫而造成的基板不良率為30％的高比率。相對(duì)與此，若將延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(1-100)面的傾斜角設(shè)為3°，則因產(chǎn)生裂縫而造成的基板不良率減半為15％。
另外，若將延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(1-100)面的傾斜角設(shè)為60°(即，(1-100)面的等價(jià)面即(10-10)面或者(01-10)面與延長(zhǎng)方向B平行)，則因產(chǎn)生裂縫而造成的基板不良率為20％的高比率。相對(duì)與此，若將延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(1-100)面的傾斜角設(shè)為57°或者63°(即，將延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(10-10)面或者(01-10)面的傾斜角設(shè)為3°)，則可使因產(chǎn)生裂縫而造成的基板不良率大幅度降低至12％或者15％。
而且，若使延長(zhǎng)方向B相對(duì)于{1-100}面的傾斜角大于3°，則在任一傾斜角的情形時(shí)，因產(chǎn)生裂縫而造成的基板不良率為11％以下的低比率。如此，通過(guò)將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于結(jié)晶塊3的{1-100}面傾斜3°以上，可顯著降低第三族氮化物基板的裂縫產(chǎn)生率。還有，本發(fā)明者認(rèn)為若使延長(zhǎng)方向B相對(duì)于{1-100}面的傾斜角小于3°，則因切斷過(guò)程中金屬線22的彎曲等而造成延長(zhǎng)方向B平行在(1-100)面的瞬間，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生率上升。
另外，如本實(shí)施方式所示，切斷結(jié)晶塊3之前，在結(jié)晶塊3的外周面上形成沿著結(jié)晶塊3的(11-20)面的第一OF面3a，切斷結(jié)晶塊3時(shí)，優(yōu)選為將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于結(jié)晶塊3的(11-20)面的傾斜角設(shè)為27°以下。第三族氮化物結(jié)晶的(11-20)面因與劈開(kāi)性較高的(1-100)面直交，故而作為第一OF面3a較佳。另外，(11-20)面相對(duì)于(1-100)面的等價(jià)面，即相對(duì)于(10-10)面以及(01-10)面傾斜30°。因此，通過(guò)將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(11-20)面的傾斜角設(shè)為27°以下且將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于{1-100}面傾斜3°以上，可顯著降低裂縫的產(chǎn)生率。
另外，通過(guò)將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于結(jié)晶塊3的(11-20)面的傾斜角設(shè)為27°以下，還可獲得以下的效果。第三族氮化物結(jié)晶相比于Si或GaAs等其它半導(dǎo)體結(jié)晶較硬，另外，因氮面與其相對(duì)側(cè)的第三族原子面(GaN的情形時(shí)為Ga面)上硬度或耐藥性等的物性不同，故而相比于其它半導(dǎo)體結(jié)晶，切斷時(shí)的傳送速度被抑制為較低，切斷較為費(fèi)時(shí)。若將延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(11-20)面，即相對(duì)于第一OF面3a的傾斜角設(shè)為27°以下，則通過(guò)第一OF面3a而使切斷距離(傳送方向A上結(jié)晶塊3的外徑)變短，故而可縮短切斷所需時(shí)間。另外，若如本實(shí)施方式所示而以將第一OF面3a置在切斷開(kāi)始側(cè)的方式配置結(jié)晶塊3，則因結(jié)晶塊3中開(kāi)始切斷的部分并非圓周面而是平面，故而可使結(jié)晶塊3與金屬線列21的位置易于對(duì)準(zhǔn)。
還有，本實(shí)施方式中沿著(11-20)面而形成有第一OF面3a，也可沿著(11-20)面而形成小于第一OF面3a的第二OF面3b。藉此，可獲得與上述效果相同的效果。
另外，本實(shí)施方式中結(jié)晶塊3的主面為(0001)面，即從(0001)面切斷附加有最大5°參考角度的結(jié)晶塊，也可獲得與上述相同的效果。
另外，如本實(shí)施方式所示，切斷結(jié)晶塊3時(shí)，優(yōu)選為將復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3排列在與傳送方向A交叉的方向上，一次性切斷該復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3。第三族氮化物結(jié)晶相比于Si或GaAs等其它半導(dǎo)體結(jié)晶，切斷時(shí)的傳送速度被抑制為較慢，切斷較為費(fèi)時(shí)。另一方面，使用多線鋸切斷結(jié)晶塊3的情況，為切斷較硬的第三族氮化物結(jié)晶，必須使用含有金剛石等較硬研磨粒的通常價(jià)格較高的研磨液(漿料)。此外，因使用含有金剛石等較硬研磨粒的研磨液，而造成用以移動(dòng)金屬線22的導(dǎo)輥12a～12c磨損加快，增加導(dǎo)輥12a～12c的更換頻率。若以本實(shí)施方式的方式一次性切斷復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3，則在一次切斷工序中所形成的基板塊數(shù)增加，可將切斷結(jié)晶塊3所需的研磨液或?qū)л?2a～12c等的消耗控制為較少。
還有，本實(shí)施方式中，將復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3在其中心軸方向上排為一行，也可將復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3沿著與中心軸方向以及傳送方向A直交的方向(即，金屬線22的延長(zhǎng)方向B)排為一行。以如此的方式排列復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3，藉此也可一次性切斷復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶塊3，可將研磨液或?qū)л?2a～12c等的消耗控制為較少。
另外，本實(shí)施方式中，將結(jié)晶塊3各自獨(dú)立排列后進(jìn)行切斷，也可粘合各個(gè)結(jié)晶塊3，作為得以長(zhǎng)條化的結(jié)晶塊加以切斷。
另外，如本實(shí)施方式所示，作為研磨液中所混入的研磨粒，優(yōu)選為使用含有金剛石、碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁以及氮化鎵中至少一種的材料。作為用以切斷GaN等第三族氮化物結(jié)晶的研磨粒，與第三族氮化物結(jié)晶具有同等或以上的硬度均可。作為如此的研磨粒材料，存在有金剛石、碳化硅、碳化硼以及氧化鋁。另外，除這些以外，也可將氮化硅、氮化鋁以及氮化鎵等氮化物作為研磨粒材料。該等材料中任一均比第三族氮化物結(jié)晶硬，均為可較好地切斷結(jié)晶塊3的材料。還有，根據(jù)本發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)，上述研磨粒材料中，金剛石最硬而具有良好切斷性，故而可以更快的傳送速度進(jìn)行切斷且基板翹曲等加工精度也優(yōu)于其它研磨粒材料。
另外，如上所述，研磨液中所占研磨粒的濃度優(yōu)選為每升40g以上但在300g以下。此處，圖6是表示發(fā)明者所實(shí)施的第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖表。圖6表示將切斷結(jié)晶塊3時(shí)的研磨粒濃度自每升50ct(10g)變化至2000ct(400g)時(shí)基板翹曲以及裂縫產(chǎn)生狀況。還有，本實(shí)驗(yàn)中使用與第一實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)晶塊3，將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(1-100)面的相對(duì)角度設(shè)為90°，除研磨粒濃度以外的切斷條件，其余條件均與第一實(shí)驗(yàn)相同。
如圖6所示，研磨粒濃度為每升50ct(10g)時(shí)，基板翹曲為80μm，是相對(duì)較大的數(shù)值，且在一部分基板上產(chǎn)生裂縫。另外，在基板的一部分中也產(chǎn)生有鋸痕。相對(duì)與此，若將研磨粒濃度增加至每升200ct(40g)以上，則基板翹曲顯著降低至50μm以下，且完全不會(huì)產(chǎn)生裂縫或鋸痕。還有，若基板翹曲超過(guò)50μm，則對(duì)切斷后的基板進(jìn)行研磨時(shí)必須研磨的厚度過(guò)大之外，在其后的工序中裝載于臺(tái)上時(shí)等也易于產(chǎn)生裂縫?？芍緦?shí)驗(yàn)中，通過(guò)將研磨粒的濃度設(shè)為每升200ct(40g)以上，可顯著且充分降低裂縫及鋸痕的產(chǎn)生率以及基板翹曲。
另外，如圖6所示，可知若將研磨粒的濃度設(shè)為每升2000ct(400g)，則用以移動(dòng)金屬線22的設(shè)備即所謂導(dǎo)輥12a～12c中將會(huì)附著有過(guò)多研磨粒，因軸承等可動(dòng)零件中進(jìn)入研磨粒而造成可動(dòng)零件破損，引起多線鋸1的故障。相對(duì)與此，若將研磨粒的濃度設(shè)為每升1500ct(300g)以下，則不會(huì)產(chǎn)生該等異常情形。因此，研磨液中所占研磨粒的濃度優(yōu)選為每升1500ct(300g)以下。
另外，如上所述，研磨液中所包含的研磨粒的平均粒徑優(yōu)選為1μm以上但在15μm以下。此處，圖7是表示發(fā)明者所實(shí)施的第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖表。圖7表示將切斷結(jié)晶塊3時(shí)的研磨粒的平均粒徑自0.5μm變化至30μm時(shí)基板翹曲以及加工變質(zhì)層深度。還有，本實(shí)驗(yàn)中使用與第一實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)晶塊3，將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(1-100)面的相對(duì)角度設(shè)為90°，除研磨粒平均粒徑以外的切斷條件，其余條件均與第一實(shí)驗(yàn)相同。
如圖7所示，研磨粒的平均粒徑為0.5μm時(shí)，基板翹曲為60μm，是相對(duì)較大的數(shù)值。相對(duì)與此，若將研磨粒的平均粒徑設(shè)為1μm以上，則基板翹曲顯著降低至50μm以下。以如此方式可知若將研磨粒的平均粒徑設(shè)為1μm以上，則可顯著且充分降低基板翹曲。
另外，如圖7所示，若將研磨粒的平均粒徑設(shè)為20μm以上，則加工變質(zhì)層深度為12μm以上，其是相對(duì)較大的數(shù)值，且可發(fā)現(xiàn)微裂縫。根據(jù)本發(fā)明者的發(fā)現(xiàn)，若加工變質(zhì)層深度超過(guò)10μm，則除對(duì)切斷后的基板進(jìn)行研磨時(shí)必須研磨的厚度過(guò)大之外，也易于基板的結(jié)晶內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫。相對(duì)與此，若將研磨粒的平均粒徑設(shè)為15μm以下，則加工變質(zhì)層深度顯著且充分降低至6μm以下，也并未發(fā)現(xiàn)有微裂縫。因此，研磨粒的平均粒徑優(yōu)選為15μm以下另外，如上所述，切斷結(jié)晶塊3時(shí)，結(jié)晶塊3的傳送速度優(yōu)選為每小時(shí)0.4mm以上但在2.4mm以下。此處，圖8是表示發(fā)明者所實(shí)施的第四實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖表。圖8表示將切斷結(jié)晶塊3時(shí)結(jié)晶塊3的傳送速度自每小時(shí)0.4mm變化至3mm時(shí)的基板翹曲。還有，本實(shí)驗(yàn)中使用與第一實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)晶塊3，將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(1-100)面的相對(duì)角度設(shè)為90°，除傳送速度以外的切斷條件，其余條件均與第一實(shí)驗(yàn)相同。
如圖8所示，結(jié)晶塊3的傳送速度為3mm時(shí)，基板翹曲為75μm，其是相對(duì)較大的數(shù)值。相對(duì)與此，若將結(jié)晶塊3的傳送速度設(shè)為2.4mm以下，則基板翹曲顯著降低至50μm以下。以如此方式可知若將結(jié)晶塊3的傳送速度設(shè)為2.4mm以下，則可顯著且充分降低基板翹曲。另外，若結(jié)晶塊3的傳送速度過(guò)慢，則將會(huì)影響基板的生產(chǎn)效率。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)，若將結(jié)晶塊3的傳送速度設(shè)為每小時(shí)0.4mm以上但在2.4mm以下，則可確認(rèn)基板翹曲減少。
還有，本發(fā)明者認(rèn)為切斷結(jié)晶塊3時(shí)，在GaN基板上產(chǎn)生的翹曲是因GaN與GaAs、Si或者藍(lán)寶石等不同且主面及里面上極性相異，故而導(dǎo)致兩面的間產(chǎn)生硬度差。另外，本實(shí)施方式中，固定結(jié)晶塊3的傳送速度，尤其在圓柱狀結(jié)晶塊的情況，也可以固定切斷負(fù)荷的方式而使結(jié)晶塊3的傳送速度產(chǎn)生變化。
另外，如上所述，金屬線列21中所使用的金屬線22的直徑優(yōu)選為0.12mm以上且0.2mm以下。此處，圖9是表示發(fā)明者所實(shí)施的第五實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖表。圖9表示將切斷結(jié)晶塊3時(shí)所使用的金屬線22的直徑自0.08mm變化至0.24mm時(shí)的基板翹曲、切損(切割損耗)以及金屬線直徑所對(duì)應(yīng)的金屬線負(fù)載張力。還有，本實(shí)驗(yàn)中使用與第一實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)晶塊3，將金屬線22的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于(1-100)面的相對(duì)角度設(shè)為90°，除金屬線直徑以外的切斷條件，其余條件均與第一實(shí)驗(yàn)相同。
如圖9所示，金屬線22的直徑為0.08mm時(shí)，基板翹曲為75μm，是相對(duì)較大的數(shù)值。相對(duì)與此，若將金屬線22的直徑設(shè)為0.12mm以上，則基板翹曲顯著降低至45μm以下。以如此方式可知若將金屬線22的直徑設(shè)為0.12mm以上，則可顯著且充分降低基板翹曲。
另外，如圖9所示，若將金屬線22的直徑設(shè)為0.24mm，則切損為320μm，是相對(duì)較大的數(shù)值。第三族氮化物結(jié)晶，現(xiàn)在僅使用通過(guò)氣相成長(zhǎng)而形成的方法加以實(shí)現(xiàn)，故而相比于其它半導(dǎo)體材料難以形成較長(zhǎng)結(jié)晶塊。因此，優(yōu)選為盡可能減少切斷時(shí)的切損，且使自一個(gè)結(jié)晶塊中所取出的基板塊數(shù)盡可能多。本實(shí)驗(yàn)中，金屬線22的直徑為0.20mm以下時(shí)，切損為280μm以下。因使用通常的內(nèi)周刃切斷結(jié)晶塊時(shí)的切損最小約為300μm，故而通過(guò)將金屬線22的直徑設(shè)為0.20mm以下，相比于使用內(nèi)周刃的情形，可使每個(gè)結(jié)晶塊所產(chǎn)出的基板塊數(shù)增加。
本發(fā)明的第三族氮化物基板的制造方法，并非僅限于上述實(shí)施方式，也可為其它各種變形。例如，上述實(shí)施方式中例示有圓柱狀塊作為結(jié)晶塊，但結(jié)晶塊也可為方形柱狀等其它形狀。另外，上述實(shí)施方式中例示有將結(jié)晶塊相對(duì)于金屬線自下方開(kāi)始傳送的所謂上切法，但將結(jié)晶塊相對(duì)于金屬線自上方開(kāi)始傳送的所謂下切法也可適用在本發(fā)明。另外，上述實(shí)施方式中例示有移動(dòng)結(jié)晶塊的方法，但也可使用將金屬線移向結(jié)晶塊的方法。
另外，上述實(shí)施方式中例示有固定結(jié)晶塊相對(duì)于金屬線的姿勢(shì)角的情形，但也可將結(jié)晶塊或者導(dǎo)輥在切斷面內(nèi)的方向上一邊搖動(dòng)一邊切斷。該情形時(shí)，將結(jié)晶塊的{11-20}面相對(duì)于金屬線延長(zhǎng)方向的角度維持為3°以上的角度范圍內(nèi)，也可搖動(dòng)結(jié)晶塊。
權(quán)利要求
1.一種第三族氮化物基板的制造方法，是通過(guò)使用金屬線列，切斷由六方晶系的第三族氮化物結(jié)晶構(gòu)成的結(jié)晶塊，從而制造第三族氮化物基板，其中，具有如下的切斷上述結(jié)晶塊的工序一邊將上述結(jié)晶塊以及上述金屬線列中的至少一方，送到與上述金屬線列所含的金屬線的延伸方向交叉的方向上，一邊供給研磨液，同時(shí)切斷上述結(jié)晶塊，在切斷上述結(jié)晶塊時(shí)，使上述金屬線列所含的金屬線的上述延長(zhǎng)方向相對(duì)于上述結(jié)晶塊的{1-100}面傾斜3°以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第三族氮化物基板的制造方法，其中，在切斷上述結(jié)晶塊的工序前，還具備在上述結(jié)晶塊上形成沿著上述結(jié)晶塊(11-20)面的定向平面的工序，在切斷上述結(jié)晶塊的工序時(shí)，將上述延長(zhǎng)方向相對(duì)于上述結(jié)晶塊的(11-20)面的傾斜角設(shè)為27°以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的第三族氮化物基板的制造方法，其中，切斷上述結(jié)晶塊時(shí)，將一個(gè)或者復(fù)數(shù)個(gè)其它結(jié)晶塊排列在與上述結(jié)晶塊的傳送方向交叉的方向上，且將該其它結(jié)晶塊與上述結(jié)晶塊一并進(jìn)行一次性切斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的第三族氮化物基板的制造方法，其中，上述研磨液所含的研磨粒含有金剛石、碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁以及氮化鎵中的至少一種材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的第三族氮化物基板的制造方法，其中，將上述研磨液中所占研磨粒的濃度設(shè)為每升40g以上但在300g以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的第三族氮化物基板的制造方法，其中，將上述研磨液所含的研磨粒的平均粒徑設(shè)為1μm以上但在15μm以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的第三族氮化物基板的制造方法，其中，將切斷上述結(jié)晶塊時(shí)的傳送速度設(shè)為每小時(shí)0.4mm以上但在2.4mm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的第三族氮化物基板的制造方法，其中，在上述金屬線列中使用直徑為0.12mm以上但在0.2mm以下的金屬線。
全文摘要
本發(fā)明的目的在提供一種第三族氮化物基板的制造方法，使用通過(guò)金屬線(22)而構(gòu)成的金屬線列(21)切斷結(jié)晶塊(3)，該結(jié)晶塊(3)包含六方晶系第三族氮化物結(jié)晶。此時(shí)，以將結(jié)晶塊(3)及金屬線(22)中至少一方在與金屬線(22)延長(zhǎng)方向B直交的方向上進(jìn)行傳送并且一邊供給研磨液一邊切斷結(jié)晶塊(3)的方式，切斷結(jié)晶塊(3)。切斷結(jié)晶塊(3)時(shí)，將金屬線(22)的延長(zhǎng)方向B相對(duì)于結(jié)晶塊(3)的{1－100}面傾斜3°以上。
文檔編號(hào)B28D5/04GK1906740SQ20058000173
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者松本直樹(shù) 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社