炭化ケイ素 (SiC) 結晶材料は、代表的な第 3 世代半導体です。{0}}第 1 世代の元素半導体や第 2 世代の化合物半導体と比較すると、SiC は、広いバンドギャップ、高い電子ドリフト速度、高い臨界破壊電界強度、低い誘電率、高い熱伝導率、低い熱膨張係数などの優れた物理的特性と、優れた化学的不活性を備えています。これらの利点により、SiC などのワイドバンドギャップ半導体材料は、高温、高周波、高出力、耐放射線性を伴う極限条件で広く使用されています。高性能マイクロエレクトロニクスおよびオプトエレクトロニクス デバイス用の基板ウェーハとして、処理後の SiC 基板の表面および表面下の品質はデバイスの性能に重大な影響を与えます。したがって、加工では高い形状精度とナノメートル未満の粗さを達成するだけでなく、表面および表面下の損傷を回避する必要があります。-
研削は、SiC 基板製造の中核となるプロセスです。主な機能は、ワイヤーソー切断によって生じるカーフマークや表面下の損傷層を除去し、表面粗さと形状精度を最適化することです。このプロセスは、製造フロー全体における総材料除去量の 70% を占め、研削品質はその後の研磨の難易度と効率に直接影響します。 SiCのような硬脆性材料の場合、砥粒研削が主流の材料除去方法であり、主に遊離砥粒研削と固定砥粒研削に分けられます。基本原理は、基材表面上での砥粒の転がりや微細な切断作用によって、密な微細な亀裂が誘発されるというものです。-亀裂は伝播して交差し、材料の剥離につながり、効率的に除去されます。
SiC材料の粗砥粒研削
遊離砥粒研削は 3 つの本体除去プロセスであり、ラッピング プレート、砥粒、基板の組み合わせ作用によって材料の除去が行われます。-研削中、砥粒は基板表面にランダムに分布します。圧力を加えて砥粒を表面に押し込み、ラッピングプレートが回転すると砥粒が基板表面上で転がり、表面材料が転がり除去されます。研究者らは、SiC の加工にさまざまな研磨材を使用しており、ダイヤモンド研磨材が良好な材料除去速度を提供することを発見しました。ユウら。ラッピング後のSiCの表面形状精度の大幅な向上が観察されました。パンら。は、ダイヤモンド砥石車を使用して SiC 基板を研削し、表面粗さ Ra=12 nm とウェーハの総厚さのばらつきを 3 μm 未満に抑えました。
SiC材の固定砥粒研削
固定砥粒研削は 2 つの本体除去プロセスであり、砥粒と基材の相互作用によって基材表面の精密加工が実現されます。{0}砥粒は定盤上に固定されているため、遊離砥粒研削のように砥粒が転がることはありません。その代わりに、ラッピング プレートが回転すると、砥粒が基板表面を耕し、微細に切削する動作を実行し、それによって表面材料が除去されます。固定砥粒のラッピングプレートや砥石車を使用した固定砥粒研削は、砥粒の使用率を効果的に向上させることができます。しかし、砥粒の突出高さが一貫していないため、SiC 表面にひどい傷や表面/表面下の亀裂が発生する可能性があり、研磨前の表面品質要件を満たすことが困難になります。{6}}研究者らは、SiC 基板の機械研磨にナノスケールのダイヤモンド研磨材を使用し、ナノメートル未満の表面粗さを実現してきましたが、これには長い処理時間と高コストが必要です。{8}研磨後に表面の損傷と粗さは改善されますが、加工表面には依然として傷が残るため、基板の原子レベルの表面要件を満たすことが困難になります。-
高性能の SiC 基板を得るために、業界は数多くの精密ラッピングおよび研磨技術を開発してきました。{0}これらは、材料の除去メカニズムによって、主に機械的除去に基づく機械的ラッピング/研磨技術と、化学反応に基づいたラッピング/研磨技術に分類できます。-機械的なラッピング/研磨では、研磨材の機械的作用または特殊なエネルギーの補助により、材料を迅速に除去し、良好な表面品質を実現します。化学反応-ベースのラッピング/研磨は、最初に基板表面に化学反応を引き起こしてより柔らかい変質層を形成し、次に研磨スクラッチによって除去して-ナノメートル未満の表面粗さを実現します。 SiC 結晶成長技術の限界により、シリコンやサファイアのような超大きなブールを得るのは困難です。-将来的には、SiC 基板はより大きな寸法とより薄い形状に移行するため、高効率、高品質、低コストの工業生産のための技術的経路を提供するために、ラッピングおよび研磨技術を継続的に革新することが急務となっています。-