OHラジカルが促進するGaN基板の化学機械研磨プロセスシミュレーション

摘要

窒化ガリウム(GaN)は広いバンドギャップ及び高い飽和電子速度を有していることから，高耐圧·高周波のパワー半導体素子としての応用が期待されている．現在，シリコン(Si)やサファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長させたGaN素子において，基板との格子不整合による転移などの欠陥が，素子の特性を低下させる原因となっている．素子の特性向上には無欠陥かつ原子レベルで平坦なGaN基板の開発が不可欠である．このGaN基板表面を高速かつ高精度で平坦化する手法として，化学機械研磨(CMP)の応用が期待されている．一方で，GaNは高硬度かつ化学的安定性を有するため，加工レートがSi CMPの1/100程度と非常に低く，また表面加工の制御が困難である．そのため，加工コスト低減および高精度化のためのCMPプロセス設計が急務となっている．本研究は，GaN CMPプロセスを電子·原子レベルで解明することによる，理論に基づいたプロセス設計を目的とし，量子分子動力学法を活用したCMPシミュレータによる解析を行った．我々は先行研究により，GaN CMPの活性種としてOHラジカルが化学的に有利であることを明らかにしている．本発表では，OHラジカルによる化学反応が，表面原子の除去プロセスに与える影響，およびOHラジカルの量が研磨特性に与える影響について解析した．