第二章 實驗流程與實驗儀器介紹
2-1 樣品製備
本實驗是在研究氮化鎵基板表面經過不同的表面處理對損害層去除的效果，
希望製作出能夠提供氮化鎵成長之基板，對後續成長光電元件的研究有所貢獻。
故必頇要有獨立式氮化鎵基板(Free standing GaN substrate)以提供實驗，在 此需仰賴氫化物氣相磊晶(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)技術[12][13]
去成長氮化鎵厚膜並且利用雷射剝離系統(Laser lift off，LLO)[14]取得獨立 式氮化鎵基板，並且利用電感耦合電漿蝕刻(ICP)去除樣品翹曲(bowing)。下圖 2-1-1 為樣品製備的示意圖：
圖 2-1-1 樣品製備流程示意圖
2-1-1 氫化物氣相磊晶(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)
利用氫化物氣相磊晶(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)成長氮化鎵基板 時，因為鎵與氨氣無法直接反應形成氮化鎵，而是以氯化鎵和氨氣做為反應的先 驅物(precursor)，再利用載子氣體(carrier gas)將先驅物送至反應區後反應產 生氮化鎵後沉積於藍寶石基板上。主要反應式如下：
2HCl(g) + 2Ga(l) 2GaCl(g) + H2(g) (>850°C) (1)
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由(3~5)式可知副產物包括NH4Cl(s)、GaCl3(g)以及HCl(g)等，其中氯化銨為 白色粉末，容易大量沉積在反應爐管的末端管壁和管口上而造成腔體真空度下降
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圖 2-1-1-2 HVPE 機台示意圖
2-1-2 雷射剝離系統
下圖2-1-2-1所示為雷射剝離製程示意圖，雷射剝離技術1998年由W.S.Wong.
等人應用在光電元件上，他們利用雷射由藍寶石(Sapphire) 面入射，而大部分 的雷射能量被吸收於氮化鎵緩衝層 (GaN Buffer Layer)與藍寶石之界面上，最 後此界面於雷射能量的照射下，溫度可高達1000℃ ，在此熱能之作用下，氮化 鎵將被分解為氮氣及金屬鎵，其化學式為：
2GaN → 2Ga + N2↑
，因此達到氮化鎵與藍寶石基板剝離的目的。
圖 2-1-2-1 雷射剝離製程示意圖
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2-2 化學機械研磨(CMP)
2-2-1 化學機械研磨原理所謂化學機械拋光，是使用與待磨物會產生化學反應的研磨粒子和液體進行 研磨拋光，下圖 2-2-1-1 為化學機械研磨機示意圖。過程中這些反應，將研磨粒 子以摻和加工液，進行拋光加工，當試片與研磨粒子的接觸點，局部因摩擦能量 發生高溫、高壓，在接觸時間內，隨著兩者之間的相互影響產生反應。然後，這 個反應部位由於摩擦力，而漸漸以微小單位量被去除，而進行作用。此刻研粒子 和受拋物之間的接觸區域模式如圖 2-2-1-2 所示。在使用較高硬度研磨粒子的場
圖 2-2-1-1 化學機械研磨機台示意圖
合，可以發現是較有效率的拋光加工。在對力學作用依存的拋光加工情況下，硬 度小的研磨粒子加工時，其有效率地加工較低。然而SiO2和酸鹼液之間化學反應，
在使用研磨粒子的場合，對研磨粒子的硬度就沒有依存性存在，可以得到特別高 的效率。因此，在反應拋光作用中，是可以使用比受拋物材料軟的研磨粒子。由 於在接觸點研磨粒子側會變形，因此由於粒子的壓入、拉伸作用，所以不會造成 刮痕或機械損傷層。另外，化學機械拋光法的主要特徵，是研磨粒子介於受拋物
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表面與拋光盤之間，施與表面過大的能量使研磨粒子變形破壞，而吸收能量，所 以，不一定需要使用軟質的拋光盤。而其中影響CMP製程的因素很多:施在研磨製 具上面的壓力、晶圓的表面狀況與翹曲程度、晶圓與研磨墊的相對轉速、研磨液 的PH值與化學特性、研磨顆粒的尺寸大小、以及研磨墊的材質與磨損性等等 [15][16]。
圖 2-2-1-2 加工物-軟質粒子間的接觸模式
2-2-2 CMP 機台介紹
本實驗室的 CMP 研磨機台是向正越企業有限公司所購買的 M-15 機型，主要配 有真空治具、研磨液噴灑控制器、拋光液控制器及空壓機，以下有簡單 CMP 機台 構造示意圖如圖 2-2-2-1 所示及各項實際照圖如圖 2-2-2-2。
圖 2-2-2-1 CMP 機台結構示意圖
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圖 2-2-2-2 CMP 機台實照圖
2-2-3 研磨材料
(1)在機械研磨過程中所需要的材包括:
(A)研磨盤: 銅盤、鑄鐵盤
(B)研磨液: 鑽石研磨液(diamond suspension)為正越企業有限公司；顆粒 尺寸: 6 µm、1 µm
(2)在機械研磨過程中所需要的材包括:
(A)研磨盤: 拋光布
(B)研磨液: SF1 研磨液(polishing suspension)為尚偉股份有限公司
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2-3 實驗流程
2-3-1 CMP 流程介紹2-3-2 熱退火流程介紹
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