酸化マンガン系スラリーを用いたSiC基板の精密加工プロセスに関する研究―ベルジャー型加工機を用いた各種加工雰囲気下での加工特性

摘要

シリコンパワーデバイスの壁を越えた性能が期待できるワイドギャップ半導体として，シリコンカーバイド(SiC)が期待されている．SiC半導体はバンドギャップがSi 半導体の約３倍で，絶縁破壊電界が７倍，熱伝導率が３倍と大きいため，低損失·高速動作·高温動作などを実現することができる．しかし，SiC はダイヤモンドに次ぐ硬度を持ち，熱的·化学的に極めて安定であることから，加工が非常に困難な材料である．一般的にSiC 基板の加工は，単結晶の外周加工·切断加工·面加工を経て作られ，面加工の最終段階では化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing : CMP）という加工法が用いられている．本研究ではSiC 基板のCMP 加工において，スラリーおよび加工雰囲気とその他の複合作用に注目し，高品質·高能率な加工を目指す．本稿では，砥粒自体に酸化作用のある，酸化マンガン系スラリーを取り上げ，SiC基板の加工特性を把握しつつ加工メカニズムについて考察したので，以下報告する．2. 酸化マンガン砥粒による加工メカニズムの想定モデルこれまでの研究より，酸素雰囲気中でSiC をCMP を行うと，加工レートが大きくなることが分かっており，SiC 基板の加工において，酸化が大きく寄与していると考えられている．そこで本研究では，酸化マンガン砥粒によるSiC の加工メカニズムとして図１に示すようなモデルを想定した．まず，SiC 基板の表面は酸化マンガンの強力な酸化作用によって酸化される．次に酸化されたSiC 表面と酸化マンガン砥粒との間に（Si-O-Mn）結合を形成する．この結合によってSiC 基板内部のバックボンドが弱くなり，砥粒の運動に応じて結合が切れ，研磨が進行する．これは一般的に考えられているガラスをシリカ砥粒で研磨する場合のメカニズム4)と類似する。