在上個章節中，我們粗略地進行了在 MP 部分的整個流程，發現結果 並尚未達到我們理想需求，所以首先我們先試著只拉長細拋的時間，希望 藉此最後的 RMS 能夠稍微改善，但結果並不如預其中得到改善，參數結果 如表 4-6、圖 4-10 所示。
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粗磨 中磨 細拋 時間(min) 70 50 240
壓重(kg) 0 0 0 表 4-6 Sample 6粗磨、中磨及細拋的時間及參數
圖 4-10 10X10um 2D 及粗糙度 AFM 圖
由上面 Sample 6 結果得知光只是在細拋部分拉長細拋時間，對於氮 化鎵的表面 RMS 並沒有很明顯的改善，相反的還可能因為細拋部分拉長時 間反而造成 SiO2顆粒在表面上留下更多的小刮痕，而在之前的粗中兩步驟 所造成較深的刮痕也沒有多大的消除。
為了得到更好的結果，探討之前 Sample 3~5 的結果，由 AFM 圖我們 發現氮化鎵表面 RMS 在中磨步驟有很大的改善，因此，所以我們又針對中 磨部分做較佳化的處理，希望粗磨跟中磨所造成的刮痕能夠先受到較好的 改善，而這部分我們選擇利用加重來加強中磨的拋移速率藉以改善氮化鎵 的表面狀況，首先我們利用 Sample 7 在經過粗磨後在中磨部分加重 2kg 來 測試是否有改善的現象並跟之前 Sample 4 做比較，我們在 Sample 7 發現
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參數的改變能有效的將 RMS 在中磨這部分再往下降，所以也導致我們進行 後面步驟時都會進行類似的程序。結果如圖 4-11、表 4-7 所示。
圖 4-11 Sample 7 10X10um 2D 及粗糙度 AFM 圖
Sample 4 Sample 7 10X10um RMS(nm) 11.07 6.0 30X30um RMS(nm) 8.8 7.74
表 4-7 Sample 6、7 經過粗中磨後的 RMS 比較
接著我們利用中磨在研磨不同時間下，而壓重同是 2 kg 轉速固定在 30rpm 下，利用原子力顯微鏡去觀察氮化鎵表面粗糙度和表面形貌的變 化，結果如表 4-8 及圖 4-12 所示。由結果明顯可以觀察出在做完粗磨時 10X10um RMS 為 41 nm 隨著時間，降到了 5.8 nm。
時間(min) 0 30 45 60
加重(kg) 2 2 2
10X10um RMS(nm) 41.75 20.61 7.31 5.8 表 4-8 中磨隨時間變化其 RMS 比較
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圖 4-12 中磨隨時間變化其 RMS 比較
由上列結果得知加重中磨在經過四十五分鐘～六十分鐘這區段有很 明顯的趨緩現象，我們覺得這意謂著中磨在這階段上已經階段性的達到了 一定的效果，加上由文獻得知在研磨藍寶石基板石，他們發現過多時間的 研磨會使得粗糙度再度變差，因為在超過時間後會再造成新的破壞層如圖 4-13 所示[4]，所以為了避免對試片造成不必要的傷害，所以我們後續實 驗在中磨這部分後來大多都抓在六十分鐘這個階段。
圖4-13磨屑殘留，造成新刮痕及新的機械損傷層
資料來源：李志宏 ，「磊晶用藍寶石晶圓表面超拋光製程之研究」
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們也可大略得到一個趨勢，當同一個試片來源時隨著實驗的進行，氮化鎵 的表面粗糙度改善時，我們得到的 XRD 半高寬直也會隨著縮小，如圖 4-14(a)(b)(c)所示，
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000
0
-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500
-1000
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-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000
-10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
intensity
W-scan
(C) 經過細拋之後的 W-scan 圖 4-14 各階段機械研磨 XRD 圖
FWHM:259 arcsec
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4 44
4- -- -3 33 3 化學機械研磨之結果與討論 化學機械研磨之結果與討論 化學機械研磨之結果與討論 化學機械研磨之結果與討論
在上個章節我們進行完機械研磨的步驟：粗磨、中磨及細拋，在這些 步驟中，我們可以初步消除了因為 HVPE 機台進行再成長時，所出現的魚 鱗紋、邊緣效應及翹曲效應等，而在經過最後一個步驟－細拋後，我們的 氮化鎵表面粗糙度大約可以降為 2～3 nm ，但對於能再長晶還有一段差 距，於是我們接著進行化學機械研磨(Chemical mechanical polishing – CMP)及細微化學機械研磨(Fine Chemical mechanical polishing – FCMP)，以希求有更好的粗糙度。
在所搭配的化學液中除了 C6H8O7加上 NaOCl[23]之外，對於能夠對氮化 鎵產生蝕刻能力的化學液如圖 4-15 所示[27]，也在我們的考慮範圍之內，
由圖表我們可以看到許多能對氮化鎵蝕刻的酸鹼液，其中包含濃度、反應 溫度及其蝕刻面，因為我們在研磨過程中有施與壓力所以在反應上或許我 們不需要那麼高的溫度及溶度，但是在選擇溶液上我們盡量避過會對氮化 鎵蝕刻出固定的穩定面酸鹼液，我們比較需要的是沒有方向性的蝕刻能 力，後來我們嘗試使用 KOH 來跟 NaOCl。
圖 4-15 能對 GaN 蝕刻之酸鹼液
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4-3-1 CMP 對拋光表面影響討論
在進行完細拋之後，我們嘗試接著進行只用酸鹼液當做拋光液對 Sample 8 試片進行後續的實驗，但發現效果並不如我們想像中好，這個步 驟中我們選用的液體是 C6H8O7 配上 NaOCl 其中 NaOCl 在這邊扮演的角色是 強氧化劑用來提高 C6H8O7 對氮化鎵表面的作用。其結果如表 4-10 及圖 4-16 所示。
粗磨粗磨 中磨中磨 細拋細拋 FCFCMMPP
時間時間((mmiinn)) 4400 3030 1515 4040 1515 6060 6060 壓壓重重((kkgg)) 0 0 22 0 0 2 2 0 0 2 2 00
表 4-10 Sample 8 未經 CMP 直接 FMP 參數
圖 4-16 Sample 8 AFM 10X10um 2D 圖及粗糙度
由原子力顯微鏡觀察 Sample 8 的表面狀況，我們得知 10X10um RMS