(57)【要約】【課題】窒化物半導体基板を高い研磨速度で研磨し、さらに窒化物半導体基板の表面平滑性を向上させることができる研磨剤組成物を提供する。【解決手段】研磨剤組成物は、金属酸および／または金属酸塩、砥粒、酸素供与剤、および水を含有してなり、ｐＨ値（２５℃）が０．１以上７．０未満である。金属酸および／または金属酸塩が、モリブデン酸および／またはモリブデン酸塩、タングステン酸および／またはタングステン酸塩、バナジン酸および／またはバナジン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸および／または金属酸塩、砥粒、酸素供与剤、および水を含有してなり、ｐＨ値（２５℃）が０．１以上７．０未満である窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【請求項２】
前記金属酸および／または金属酸塩が、モリブデン酸および／またはモリブデン酸塩、タングステン酸および／またはタングステン酸塩、バナジン酸および／またはバナジン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【請求項３】
前記金属酸および／または金属酸塩が、モリブデン酸および／またはモリブデン酸塩である請求項１または２に記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【請求項４】
前記砥粒が、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、および湿式合成シリカからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【請求項５】
前記酸素供与剤が、過酸化水素、オルト過ヨウ素酸、およびメタ過ヨウ素酸ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【請求項６】
ｐＨ値（２５℃）が０．５以上４．０未満である請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体からなる研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨剤組成物に関する。さらに詳しくは、窒化物半導体基板用研磨剤組成物に関する。窒化物半導体は、窒化ガリウム系半導体、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体などとも呼ばれる。窒化物半導体には、窒化ガリウムの他に、窒化ガリウムのＧａの一部が他の周期表ＩＩＩ族元素（例：Ａｌ，Ｉｎ）に置換された化合物が含まれる。例えば、ＡｌＧａＮ，ＧａＩｎＮ，ＡｌＧａＩｎＮなどが含まれる。これらの中でも、特には窒化ガリウム基板用研磨剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、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注目されており、用途が拡大している。窒化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、かつ平滑な面を得る必要があるため、窒化物半導体の研磨が実施される。
【０００３】
しかしながら、窒化物半導体は、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、窒化物半導体は、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。たとえば、砥粒と酸化還元電位が１．８Ｖ以上の酸化剤と水を含有する研磨剤組成物を用いて窒化ガリウム基板を研磨すること（特許文献１参照）や、特定の粒度分布を有するコロイダルシリカと酸を含んだ研磨剤組成物を用いて窒化ガリウム基板を研磨する方法（特許文献２参照）も知られている。
【０００４】
しかしながら、これらの研磨剤組成物を用いて窒化ガリウム基板を研磨した場合、十分な研磨速度が得られない。特にラッピングを施した基板をこれらの研磨剤組成物によって、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。
【０００５】
さらに、窒化ガリウム基板を研磨した後でピットが多発するという問題があり、ピットの少ない仕上がり面が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０２１９４６号
【特許文献２】特開２０１５−１５３８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、窒化物半導体基板を高い研磨速度で研磨し、さらに窒化物半導体基板の表面平滑性を向上させることができる研磨剤組成物を提供することにある。特に、窒化ガリウム基板を高い研磨速度で研磨し、ピットが少なく表面平滑性に優れた研磨表面が得られる研磨剤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】
【０００８】
本発明者は、金属酸および／または金属酸塩、砥粒、酸素供与剤、および水を含有してなり、ｐＨ値（２５℃）が０．１以上７．０未満であることを特徴とする窒化物半導体基板用研磨剤組成物を使用することにより、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、窒化物半導体基板等の基板を研磨する時に使用する研磨剤組成物が提供される。
【０００９】
［１］  金属酸および／または金属酸塩、砥粒、酸素供与剤、および水を含有してなり、ｐＨ値（２５℃）が０．１以上７．０未満である窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【００１０】
［２］  前記金属酸および／または金属酸塩が、モリブデン酸および／またはモリブデン酸塩、タングステン酸および／またはタングステン酸塩、バナジン酸および／またはバナジン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種である前記［１］に記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【００１１】
［３］  前記金属酸および／または金属酸塩が、モリブデン酸および／またはモリブデン酸塩である前記［１］または［２］に記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【００１２】
［４］  前記砥粒が、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、および湿式合成シリカからなる群より選ばれる少なくとも１種である前記［１］〜［３］のいずれかに記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【００１３】
［５］  前記酸素供与剤が、過酸化水素、オルト過ヨウ素酸、およびメタ過ヨウ素酸ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種である前記［１］〜［４］のいずれかに記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【００１４】
［６］  ｐＨ値（２５℃）が０．５以上４．０未満である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の窒化物半導体基板用研磨剤組成物。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の研磨剤組成物を用いることにより、窒化物半導体基板を、高い研磨速度にて、研磨表面にピットが少なく表面平滑性に優れた状態に仕上げることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１７】
本発明の研磨剤組成物は、金属酸および／または金属酸塩、砥粒、酸素供与剤、および水を含有し、ｐＨ値（２５℃）が０．１以上７．０未満である。
【００１８】
（金属酸および／または金属酸塩）
本発明で使用される金属酸および／または金属酸塩としては、モリブデン酸および／またはモリブデン酸塩、タングステン酸および／またはタングステン酸塩、バナジン酸および／またはバナジン酸塩などが挙げられる。窒化物半導体基板用研磨剤組成物は、金属酸および／または金属酸塩として、これらからなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、これらの中でも好ましくは、モリブデン酸塩である。
【００１９】
モリブデン酸塩の具体例としては、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸アンモニウムなどが挙げられる。その中でもモリブデン酸ナトリウムが好ましく用いられる。
【００２０】
本発明の研磨剤組成物中の金属酸および／または金属酸塩の濃度は、０．１質量％以上が好ましく、より好ましくは０．２質量％以上である。金属酸および／または金属酸塩の濃度が０．１質量％以上では、研磨速度向上効果が十分に得られる。また金属酸および／または金属酸塩の濃度が１０．０質量％以下であることが好ましく、さらに好ましくは５．０質量％以下である。金属酸および／または金属酸塩の濃度が１０質量％以下とすると、不溶分が生成する懸念が低下する。また、経済的にも有利となる。
【００２１】
（砥粒）
本発明で使用される砥粒としては、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、および湿式合成シリカからなる群より選ばれる少なくとも１種が挙げられる。その中でもコロイダルシリカが好ましい。
【００２２】
コロイダルシリカは、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等のケイ酸アルカリ金属塩を原料とし、当該原料を水溶液中で縮合反応させて粒子を成長させる水ガラス法、またはテトラエトキシシラン等のアルコキシシランを原料とし、当該原料をアルコール等の水溶性有機溶媒を含有する水中で、酸またはアルカリでの加水分解による縮合反応によって粒子を成長させるアルコキシシラン法等で得られる。
【００２３】
コロイダルシリカは球状、鎖状、金平糖型、異形型などの形状が知られており、水中に一次粒子が単分散してコロイド状をなしている。
【００２４】
コロイダルシリカの平均粒子径は、１０ｎｍ未満では研磨速度が低下し、２００ｎｍを超えると研磨される被研磨面の表面粗度が必ずしも良好でなくなることから、１０〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００２５】
研磨剤組成物中の砥粒の含有量は、２質量％未満では、研磨速度が低下することがある。４０質量％を超えても、研磨速度は向上せず、経済的に有効でないことから、２〜４０質量％の範囲が好ましい。
【００２６】
（酸素供与剤）
酸素供与剤とは、酸化剤の一種であるが、前述した金属酸および／または金属酸塩に酸素を供与し、準安定なペルオキソ金属酸イオンを生成する。本発明で使用される酸素供与剤としては、過酸化水素、過ヨウ素酸系酸化剤、過マンガン酸系酸化剤、過塩素酸系酸化剤、過硫酸系酸化剤などが挙げられる。好ましくは、過酸化水素、過ヨウ素酸系酸化剤が挙げられる。過ヨウ素酸系酸化剤の具体例としては、オルト過ヨウ素酸、メタ過ヨウ素酸、オルト過ヨウ素酸塩、メタ過ヨウ素酸塩が挙げられる。
【００２７】
酸素供与剤として、より好ましくは、過酸化水素、オルト過ヨウ素酸、メタ過ヨウ素酸ナトリウムなどを挙げることができる。窒化物半導体基板用研磨剤組成物は、酸素供与剤として、これらからなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、特に好ましいのは過酸化水素である。
【００２８】
研磨剤組成物中の酸素供与剤の含有量は、０．２〜８．０質量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．５〜５．０質量％の範囲である。酸素供与剤の含有量は、研磨速度と表面粗度を考慮して適宜設定することが好ましい。
【００２９】
（水）
本発明で使用される水は、蒸留水、イオン交換水などの不純物を除去した水が好ましく用いられる。研磨後の洗浄性を考慮すると、イオン交換水が好ましい。水は、研磨剤の流動性を制御する機能を有するので、その含有量は、研磨速度のような目標とする研磨特性に合わせて適宜設定することができる。例えば、水の含有割合は、研磨剤組成物の４０〜９０質量％の範囲とすることが好ましい。水の含有量が、研磨剤組成物の４０質量％未満では、研磨剤の粘性が高くなり、流動性が損なわれる場合がある。一方、水の含有量が９０質量％を超えると、砥粒濃度が低くなり、十分な研磨速度が得られないことがある。
【００３０】
（ｐＨ）
本発明の研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）は０．１以上７．０未満であり、好ましくは０．５以上４．０未満である。さらに好ましくは１．０以上３．０未満である。研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）が０．１未満では、研磨後の基板表面の平滑性が悪化する懸念がある。一方、研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）が７．０以上では、酸素供与剤の安定性低下や研磨速度の低下などが起こり、好ましくない。
【００３１】
（ｐＨ調整剤）
本発明の研磨剤組成物のｐＨ値を所望の値とする目的で、ｐＨ調整剤を添加することができる。ｐＨ調整剤としては、酸または塩基を使用することができる。
【００３２】
ｐＨ調整剤として使用される酸としては、無機酸あるいは有機酸が挙げられる。無機酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、ピロリン酸、などが挙げられる。有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、有機ホスホン酸などが挙げられる。酸の使用量は、研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）の設定により適宜決められる。
【００３３】
ｐＨ調整剤として使用される塩基としては、無機塩基あるいは有機塩基が挙げられる。無機塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどが挙げられる。有機塩基としては、アルキルアミン、アルカノールアミン、四級アンモニウム水酸化物などが挙げられる。
【００３４】
本発明の研磨剤組成物は、必要に応じて、通常の研磨剤組成物に含まれる成分を含有してもよい。そのような成分としては、界面活性剤、清浄剤、防錆剤、表面改質剤、粘度調節剤、抗菌剤、分散剤などが挙げられる。
【００３５】
本発明の研磨剤組成物は、各成分を公知の方法で混合することにより、調製することができる。研磨剤組成物は、経済性の観点から、通常、濃縮液として製造され、これを使用時に希釈する場合が多い。研磨剤組成物は、そのまま使用してもよいし、濃縮液であれば希釈して使用すればよい。濃縮液を希釈する場合、その希釈倍率は、特に制限されず、濃縮液における各成分の濃度や研磨条件に応じて適宜決定できる。尚、前述した各成分の含有量は、使用時における含有量である。
【００３６】
（研磨装置および研磨方法）
本発明の研磨剤組成物を用いて窒化物半導体基板を研磨する装置としては、特に制限は無く、窒化物半導体基板を保持する治具（キャリア）と研磨パッドとを備える研磨装置を用いることができ、両面研磨機および片面研磨機のいずれでもよい。
【００３７】
本発明の研磨剤組成物を用いて、窒化物半導体基板を研磨する方法としては、研磨剤を研磨パッドに供給しながら、窒化物半導体基板の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨を行う方法が好ましい。
【００３８】
研磨パッドとしては、特に制限は無く、従来公知のものが使用できる。研磨パッドの材質としては、例えばポリウレタンなどが挙げられる。研磨パッドの形状は、例えば不織布状のもの、スウェード状のものなどが好ましく使用される。
【００３９】
本発明の研磨剤組成物を研磨機に供給する方法は、予め研磨剤組成物の構成成分が十分に混合された状態で研磨パッドと窒化物半導体基板の間にポンプ等で供給する方法、研磨の直前の供給ライン内等で構成成分を混合して供給する方法などを用いることができる。
【実施例】
【００４０】
以下に、本発明の研磨剤組成物を実施例により説明する。尚、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術範囲に属する限り、種々の態様で実施できることはいうまでもない。
【００４１】
本発明のコロイダルシリカの平均粒子径（Ｄ５０）は、以下の方法により測定した。まず、コロイダルシリカの粒子径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径）を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子（株）製、透過型電子顕微鏡ＪＥＭ２０００ＦＸ（２００ｋＶ））を用いて倍率１０万倍の視野の写真を解析ソフト（マウンテック（株）製、Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ  Ｖｅｒ．４．０）を用いて解析することによりＨｅｙｗｏｏｄ径（投射面積円相当径）として測定した。
【００４２】
コロイダルシリカの平均粒子径（Ｄ５０）は、前述の方法で２０００個程度のコロイダルシリカの粒子径を解析し、小粒径側からの積算粒径分布（累積体積基準）が５０％となる粒径を上記解析ソフト（マウンテック（株）製、Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ  Ｖｅｒ．４．０）を用いて算出した。
【００４３】
研磨試験を行う際の研磨条件を以下に示す。
研磨対象物：直径２インチ、ｎ型  ＧａＮ基板
研磨対象結晶面：Ｇａ面
研磨加工機：片面研磨加工機  （定盤径３６０ｍｍ）
研磨パッド：２５−３Ｌ  （丸石産業（株）製）
研磨圧力：５００ｇｆ／ｃｍ２
定盤回転数：６０ｒｐｍ
研磨時間：１ｈｒ
研磨剤組成物の供給方法：循環
研磨剤組成物の供給速度：２００ｍｌ／ｍｉｎ
【００４４】
（被研磨面の特性評価・研磨速度の算出方法）
被研磨面の特性評価で、研磨速度は、下式により求めた。ピット個数と表面粗さは、原子間力顕微鏡を用い、３０μｍ×３０μｍ視野で調べた。表面粗さ（Ｒａ）はｎｍ単位で表示した。ピット個数は、視野内に存在するピットを数え、ピット個数から以下のように４段階で表示した。
◎（優）：２５個未満
○（良）：２５個以上、５０個未満
△（可）：５０個以上、１００個未満
×（不可）：１００個以上
【００４５】
研磨速度（ｎｍ／ｈｒ）＝（窒化ガリウム基板の研磨前質量−窒化ガリウム基板の研磨後質量）（ｇ）÷窒化ガリウム基板の研磨面積（ｃｍ２）÷窒化ガリウム基板の密度（ｇ／ｃｍ３）÷研磨時間（ｈｒ）×１０７
【００４６】
（研磨剤組成物の調製方法）
実施例１〜９および比較例１〜３で使用した研磨剤組成物は、下記の材料を、下記の含有量または添加量で含んだ研磨剤組成物である。これらの研磨剤組成物を使用して研磨試験を行った結果を表１に示した。
【００４７】
コロイダルシリカ（平均粒子径（Ｄ５０）：４０ｎｍ、市販のコロイダルシリカ）、３０質量％（実施例１〜９、比較例１〜３で使用）
バナジン酸ナトリウム          ２．０質量％（実施例７で使用）
バナジン酸ナトリウム          １．０質量％（実施例８で使用）
タングステン酸ナトリウム      ２．０質量％（実施例９で使用）
モリブデン酸ナトリウム        ０．２質量％（実施例１で使用）
モリブデン酸ナトリウム        ２．０質量％（実施例２、４〜５、比較例２、３で使用）
モリブデン酸ナトリウム        ５．０質量％（実施例３で使用）
モリブデン酸アンモニウム      ２．０質量％（実施例６で使用）
過酸化水素                    ５．０質量％（実施例１〜７、９、比較例１、３で使用）
メタ過ヨウ素酸ナトリウム      ０．５質量％（実施例８で使用）
ホスホン酸    ｐＨ値（２５℃）が設定値になるように必要量を添加（実施例４で使用）
リン酸        ｐＨ値（２５℃）が設定値になるように必要量を添加（実施例５で使用）
硝酸          ｐＨ値（２５℃）が設定値になるように必要量を添加（実施例１〜３、６、８、９、比較例１、２で使用）
【００４８】
【表１】
2018067591.tif 000002
【００４９】
（考察）
実施例１〜７、９と比較例１の対比により、過酸化水素存在下でさらに金属酸塩を添加することにより、研磨速度が増大し、ピットと表面粗さ（Ｒａ）が改善することがわかる。また実施例１〜５と比較例２の対比により、モリブデン酸ナトリウムの存在下でさらに過酸化水素を添加することにより、研磨速度が増大し、さらにピットと表面粗さ（Ｒａ）が改善することがわかる。一方、比較例３の結果から、研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）が７．０を超えると酸素供与剤（過酸化水素）の分解により研磨が不可能となることがわかる。以上のことから、本発明により研磨速度を向上させながら、表面粗さとピットを改善できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の研磨剤組成物は、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、特に窒化物半導体基板の製造に使用することができる。