光電気化学酸化を援用した触媒表面基準エッチング法による炭化ケイ素の高能率平坦化

摘要

炭化ケイ素（SiC）はバンドギャップが大きい，熱伝導度が良い等，その優れた電気的，化学的特性から次世代のパワー半導体材料として注目を集めている．SiCを用いた場合Siを用いた従来のデバイスと比較して，消費電力の低減やデバイスの小型軽量化が期待されている．SiC本来の理論性能を有する高品質なパワーデバイスを作製するためには，幾何学的にも結晶学的にも完全な表面を使用する必要があるが，SiCの化学的，熱的安定性ゆえにそのような表面の作製は困難である．我々は化学的に平坦化を行う手法として，触媒表面基準エッチング（Catalyst-Referred Etching: CARE）法の開発を行ってきた．CARE法では基準面となる研磨定盤に触媒作用を付加することで，研磨定盤近傍でのみエッチング反応が誘起され，化学的に基準面形状の転写が可能である（図1）．基準面を有するため凸部のみを選択的に加工することができ，エッチング反応のみによって加工が進行するため原理的にダメージは入りえない．現在までに，触媒にPt，加工液に純水を用いたCARE法によってSiC基板表面を原子レベルに平坦化可能であることが確認されている．しかしながら，本手法のon-axis基板に対する加工速度は1.0nm／hであり，得られる表面の品質とは裏腹に除去能率が不十分であると言える．CARE法は加工後にステップテラス構造が実現されることからもわかるように，ステップフローで加工が進行している．それゆえ，加工点はステップ端のみに限定され，ステップ端密度によって加工反応が律速されてしまう．加工速度を向上させるにはテラス上においても進行する反応を援用する必要があるといえる．そこで我々は，基板表面への紫外光照射による光電気化学（Photo-Electro Chemical; PEC）酸化の援用を提案する．PECプロセスでは，半導体表面に紫外光を照射することで価電子帯の電子を励起し，電子正孔対を生成する．この正孔が溶液中の酸化体と反応することで，以下の反応式に示すようにSiC表面の酸化が進行する．SiC+8h~++4H_2O→SiO_2+CO_2+8H~+本反応は紫外光の照射領域であれば基板上いずれの場所においても進行すると予想される．また，CARE法は酸化物材料に対しても有効であることが既に明らかにされているため，基板上全面に加工点を増大させることが可能であると考えられる．本発表では，CARE法へ紫外光照射プロセスを組み込み，PEC酸化を援用した際の加工速度及び加工後表面形状評価を行った結果について報告する．