(57)【要約】  砥粒と、研磨を実施するｐＨにおける酸化還元電位が１．８Ｖ以上である酸化剤と、水とを少なくとも含有する研磨用組成物を開示する。前記砥粒は酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素及び窒化ケイ素のうち少なくとも一種であることが好ましい。また、前記酸化剤は過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウムのうち少なくとも一種であることが好ましい。研磨用組成物のｐＨは３以下であることが好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、砥粒と、研磨を実施するｐＨにおける酸化還元電位が１．８Ｖ以上である酸化剤と、水とを少なくとも含むことを特徴とする研磨用組成物。
【請求項２】
前記酸化剤が過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項１に記載の研磨用組成物。
【請求項３】
前記酸化剤がヒドロキシラジカルである請求項１に記載の研磨用組成物。
【請求項４】
前記研磨用組成物のｐＨが３以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項５】
前記砥粒が酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨用組成物を調製する方法であって、
砥粒と水とを含む第１組成物と、酸化還元電位が１．８Ｖ以上である酸化剤と水とを含む第２組成物を準備する工程、及び
第１組成物と第２組成物とを混合して研磨用組成物を調製する工程
を含む方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨用組成物を用いて、化合物半導体を研磨する方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法を用いて化合物半導体を研磨する工程を含む、化合物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体材料からなる研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体は、近年、パワーデバイスや高輝度ＬＥＤを製造する際の材料として広く用いられている。化合物半導体を用いてパワーデバイスやＬＥＤを製造する場合、一般的に、加工ダメージがなく且つ平滑な面を得る必要があるため、化合物半導体の表面研磨が実施される。【０００３】
しかしながら、化合物半導体は一般に化学的に非常に安定であり反応性が低く、なかでも硬度の非常に高いものは研磨による加工は容易ではない。そのため、通常、化合物半導体は、ダイヤモンドを用いたラッピングを施した後、ラッピングで生じた傷をコロイダルシリカで研磨することにより仕上げられる。例えば、コロイダルシリカを含んだ特定のｐＨを有する研磨用組成物を用いて炭化ケイ素基板を研磨すること（例えば特許文献１参照）や、アモルファスシリカと酸を含んだ特定のｐＨを有する研磨用組成物を用いて窒化ガリウム基板を研磨する方法（例えば特許文献２参照）も知られている。しかしながらこれらの研磨用組成物を用いて化合物半導体を研磨した場合、十分な研磨速度（除去速度）が得られない。特にラッピングを施した基板をこれらの研磨用組成物によって研磨する場合、高平滑な表面を得るのに時間がかかり生産性が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１７０２７号公報
【特許文献２】特許第４３５０５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の目的は、化合物半導体を高い研磨速度で研磨することができる研磨用組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、化合物半導体を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、砥粒と、研磨を実施するｐＨにおける酸化還元電位が１．８Ｖ以上である酸化剤と、水とを少なくとも含有する研磨用組成物を提供する。【０００７】
前記砥粒は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素及び窒化ケイ素のうち少なくとも一種であることが望ましい。【０００８】
前記酸化剤は、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウムのうち少なくとも一種であることが望ましい。あるいは、前記酸化剤は、ヒドロキシラジカルであってもよい。【０００９】
また、前記研磨用組成物のｐＨは３以下であることが望ましい。【００１０】
本発明の別の態様では、前記態様の研磨用組成物を調製する方法であって、砥粒と水とを含む第１組成物と、酸化還元電位が１．８Ｖ以上である酸化剤と水とを含む第２組成物を準備する工程、及び第１組成物と第２組成物とを混合して研磨用組成物を調製する工程を含んだ方法が提供される。また、本発明のさらに別の態様では、前記態様の研磨用組成物を用いて化合物半導体を研磨する研磨方法と、その研磨方法を用いて化合物半導体を研磨する工程を含む化合物半導体の製造方法とが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、化合物半導体を高い研磨速度で研磨することができる研磨用組成物が提供される。このような効果が本発明により得られる理由は明らかではないが、研磨用組成物中に含まれる酸化剤の作用により化合物半導体の表面において化学結合の崩壊が特異的に促進されるためと思われる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
【００１３】
本実施形態の研磨用組成物は、砥粒と酸化剤と水とを少なくとも含む。この研磨用組成物は、化合物半導体材料からなる研磨対象物、すなわち化合物半導体を研磨する用途、さらに言えばそのような研磨対象物を研磨して化合物半導体、より正確には半導体デバイスを製造する用途で使用される。
【００１４】
ＩＶ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体及びＩＩ−ＶＩ族半導体等の種々の化合物半導体が知られているが、本実施形態の研磨用組成物は、その中でもビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬質な化合物半導体、具体的には炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の炭化物半導体、あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物半導体の研磨に用いられる。化合物半導体は混晶、つまり複合化合物であってもよい。
【００１５】
なかでも研磨対象物として好ましいのは、ケイ素及び炭素を含んだ化合物半導体又はガリウム及び窒素を含んだ化合物半導体であり、ＳｉＣ又はＧａＮが特に好ましい。
【００１６】
本実施形態の研磨用組成物中に含まれる酸化剤は、化合物半導体の表面に作用しその表面の化学結合を崩壊又は切断する役割を担う。過酸化水素等の過酸化物のほか、過硫酸塩、過塩素酸塩、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩等の種々の酸化剤が一般に知られているが、本実施形態の研磨用組成物に用いられる酸化剤は、研磨を実施するｐＨ、換言すれば研磨用組成物と同じｐＨ、より正確には研磨使用時の研磨用組成物と同じｐＨにおいて１．８Ｖ以上、好ましくは２．０Ｖ以上の酸化還元電位を有するものである。酸化還元電位が１．８Ｖ以上である酸化剤は、化合物半導体の表面の化学結合を切断する十分な効果を有するため、研磨用組成物による化合物半導体の効率的な研磨を可能にする。具体的に、酸化還元電位が１．８Ｖ以上である酸化剤の例としては、過硫酸塩等が挙げられる。尚、酸化剤の酸化還元電位は、標準水素電極（ＮＨＥ：normal hydrogen electrode）を基準にして測定される当該酸化剤の標準酸化還元電位の値を、必要により研磨用組成物のｐＨの値とともに用いて、Ｎｅｒｎｓｔの式で算出することができる。
【００１７】
中でも好適な酸化剤は、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムである。過硫酸塩はペルオキソ硫酸塩とも呼ばれるが、使用される酸化剤は、ペルオキソ一硫酸塩とペルオキソ二硫酸塩のいずれか一方であってもよいし、両方を含むものであってもよい。過硫酸塩は化合物半導体の表面の化学結合を崩壊させるのに十分な酸化還元電位を有しているため、酸化剤として過硫酸塩を使用することにより、研磨用組成物を用いて化合物半導体を研磨したときに好適な研磨速度を得ることができる。
【００１８】
研磨用組成物は、酸化剤の代わりに、ヒドロキシラジカルを生成可能な物質を含有してもよい。換言すれば、研磨用組成物中で酸化剤としての役割を果たす物質は、過硫酸塩ではなくヒドロキシラジカルであってもよい。ヒドロキシラジカルを生成可能な物質の例としては、過酸化水素が挙げられる。過酸化水素は、複数の価数を取りうる金属、例えばＣｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖや、有機物等の触媒作用によりヒドロキシラジカルを生成する。ヒドロキシラジカルは化合物半導体の表面の化学結合を崩壊させるのに十分な酸化還元電位を有しているため、ヒドロキシラジカルが酸化剤としての役割を果たす場合も、研磨用組成物を用いて化合物半導体を研磨したときに好適な研磨速度を得ることができる。
【００１９】
ただし、金属汚染による半導体デバイス性能への悪影響を避けるとともに研磨用組成物の安定性を向上させる観点から、研磨用組成物は酸化剤として過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウムのうちいずれかを含むことが好ましい。
【００２０】
研磨用組成物中の酸化剤の含有量は、０．０５質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．２質量％以上である。また、研磨用組成物中の酸化剤の含有量は、２０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは５質量％以下である。酸化剤の含有量が適切である場合、研磨用組成物による研磨対象物（化合物半導体）の研磨速度がより好適に向上する。
【００２１】
研磨組成物中に含まれる砥粒は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素又は窒化ケイ素であることが望ましい。なかでも特に好ましいのは酸化ケイ素、より具体的にはコロイダルシリカ又はフュームドシリカであり、より好ましくはコロイダルシリカである。これらの砥粒を用いた場合、より平滑で良好な表面を研磨用組成物による研磨後の化合物半導体上に得ることができる。
【００２２】
表面改質した砥粒を使用してもよい。砥粒の表面改質は、具体的には、砥粒表面に砥粒表面とは異なる電位を有する物質を付着又は結合させ、砥粒表面の電位を変えることにより行われる。砥粒表面の電位を変えるために使用される物質には制限はないが、例えば砥粒が酸化ケイ素であった場合には、界面活性剤や、無機酸、有機酸の他、酸化アルミニウムなどの金属酸化物を使用することができる。
【００２３】
研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均２次粒子径（体積平均径Ｄ５０）は０．００５μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．０２μｍ以上である。砥粒の平均２次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度が向上する。
【００２４】
研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均２次粒子径は、５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２μｍ以下である。砥粒の平均２次粒子径が小さくなるにつれて、低欠陥で粗度の小さい表面を研磨用組成物による研磨後の研磨対象物上に得ることが容易である。なお、砥粒の平均２次粒子径の測定は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置や、動的光散乱法式粒度分析計等の公知の測定装置を用いて行うことができる。
【００２５】
研磨用組成物中の砥粒の含有量は、０．１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１質量％以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度が向上する。
【００２６】
研磨用組成物中の砥粒の含有量は、５０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、スクラッチの少ない表面を研磨用組成物による研磨後の研磨対象物上に得ることが容易である。
【００２７】
研磨用組成物のｐＨは３以下であることが好ましく、より好ましくは１．５以下である。低いｐＨの研磨用組成物を使用することにより、化合物半導体をより高い研磨速度で研磨することができる。
【００２８】
研磨用組成物のｐＨは種々の酸、塩基、又はそれらの塩を用いて調整が可能である。具体的には、カルボン酸、有機ホスホン酸、有機スルホン酸などの有機酸や、燐酸、亜燐酸、硫酸、硝酸、塩酸、ホウ酸、炭酸などの無機酸、アミンや水酸化第四アンモニウムなどの有機塩基、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物や、アンモニアなどの無機塩基、又はそれら酸と塩基の塩が好ましく用いられる。
【００２９】
本実施形態によれば以下の利点が得られる。
【００３０】
本実施形態の研磨用組成物は、研磨を実施するｐＨにおける酸化還元電位が１．８Ｖ以上である酸化剤を含んでいる。そのため、本実施形態の研磨用組成物によれば、ビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬質な化合物半導体であっても高い研磨速度で研磨することができる。
【００３１】
前記実施形態は次のように変更されてもよい。
【００３２】
・  前記実施形態の研磨用組成物は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素及び窒化ケイ素のうち、二種以上の砥粒を含んでもよい。また、二種以上の表面改質した砥粒が含まれていてもよい。
【００３３】
・  前記実施形態の研磨用組成物は、錯化剤、エッチング剤等の研磨速度をさらに高める作用を有する添加剤を必要に応じて含有してもよい。
【００３４】
・  前記実施形態の研磨用組成物は、防腐剤、防黴剤、防錆剤のような公知の添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。
【００３５】
・  前記実施形態の研磨用組成物は、砥粒の分散性を向上させる分散剤や、凝集した砥粒の再分散を容易にする分散助剤のような添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。
【００３６】
・  前記実施形態の研磨用組成物は一剤型であってもよいし、研磨用組成物中の成分の一部または全部をそれぞれ任意の比率で含有した複数の剤からなる二剤型を始めとする多剤型であってもよい。具体的には、砥粒と水とを含む第１組成物と、酸化剤と水とを含む第２組成物を準備し、第１組成物と第２組成物とを混合して研磨用組成物を調整するようにしてもよい。研磨用組成物がさらにｐＨ調整剤を含有する場合、ｐＨ調整剤は第１組成物と第２組成物のどちらか一方にのみ含まれていてもよいし、第１組成物と第２組成物の両方に含まれていてもよい。また、二剤型の研磨用組成物の場合、第１組成物と第２組成物をそれぞれ別の経路から研磨装置に供給し、研磨装置上で第１組成物と第２組成物が混合するようにしてもよい。
【００３７】
・  前記実施形態の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。二剤型の研磨用組成物の場合、第１組成物と第２組成物の混合の前に希釈を行ってもよいし、混合後に希釈を行ってもよい。例えば、第１組成物と第２組成物のいずれか一方を水で希釈後にもう一方と混合してもよい。あるいは、第１組成物と第２組成物の混合と同時に水で希釈を行ってもよい。
【００３８】
・  研磨対象物の研磨に使用した研磨用組成物は、回収して再利用（循環使用）してもよい。この場合、使用済みの研磨用組成物を廃液として処理する必要が減るため、環境負荷の低減及びコストの低減が可能である。
【００３９】
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
【００４０】
（実施例１〜１１及び比較例１〜４）
コロイダルシリカに酸化剤を添加し水で希釈し、さらに必要に応じてｐＨ調整剤を加えることにより、実施例１〜１１及び比較例１〜４の研磨用組成物を調製した。使用したコロイダルシリカは、堀場製作所社製のレーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置“ＬＡ−９５０”を用いて測定される平均２次粒子径（体積平均径Ｄ５０）が０．０８μｍであった。ｐＨ調整剤としては硝酸を使用した。そして、各例の研磨用組成物を用いて表１に示す条件で化合物半導体としての窒化ガリウム基板のＧａ面を研磨した。使用した窒化ガリウム基板はいずれも、直径２インチの円形である。
【００４１】
各研磨用組成物中のコロイダルシリカ、すなわち砥粒の平均２次粒子径及び含有量、各研磨用組成物のｐＨ、各研磨用組成物中に含まれる酸化剤の種類およびその含有量は表２に示すとおりである。また、各研磨用組成物を用いた研磨の前後に窒化ガリウム基板の重量を測定し、研磨前後の重量の差から計算して求めた研磨速度を表２の“研磨速度”欄に示す。
【００４２】
【表１】
2013021946.tif 000002
【００４３】
【表２】
2013021946.tif 000003
表２に示すように、実施例１〜１３の研磨用組成物を用いて窒化ガリウム基板を研磨した場合には、比較例１，２の研磨用組成物の場合に比べて高い研磨速度が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、化合物半導体からなる研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができ、研磨作業の効率化により生産性を向上させることができる。
【国際調査報告】
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