ナノバブル圧壊時に生じるジェット流が半導体基板に及ぼす影響の分子動力学シミュレーション

摘要

SiやSiC，GaNといった半導体材料は，広いバンドギャップや高い破壊電界強度といった優れた特性を持つためパワー半導体のデバイス材料として注目を集めている．パワー半導体においてより高い性能を発現させるためには，無欠陥かつ原子レベルで平坦な表面をもつウェハが必要である．高い表面平滑性を持つウェハを得るため，化学機械研磨（CMP）と呼ばれる化学的作用と機械的作用を利用した精密研磨プロセスが用いられている．しかしSiCやGaNといった材料では高硬度かつ高い化学的安定性を有しているためウェハ表面の精密研磨プロセスに多くの時間がかかるという問題がある．そのため，高硬度な材料でのCMPプロセスにおける研磨速度の向上が求められている．そこで我々のグループでは，高硬度な材料における研磨速度の向上に役立つことが期待されているナノバブルに着目した［1］．実験より，ナノバブルは衝撃波を加えて圧壊させることで，衝撃波の伝播方向にナノジェットと呼ばれるジェット流を生じることが報告されている［2］．そのため，我々は圧壊現象により生じるナノジェットがCMPプロセスにおける研磨速度の向上に効果的であり，現象を解析することが今後の高硬度材料でのCMPプロセスにおける研磨速度向上につながると考えた．圧壊現象による半導体基板への影響は，より低硬度な基板を用いた場合により顕著に現れると考えられる．そこで本研究では，SiCやGaNと比較して低硬度であるSi基板を選択し，ナノバブルの圧壊現象が基板の構造変化に与える影響を解析するため，衝撃波を用いて基板近傍でナノバブルを圧壊させる分子動力学シミュレーションを行った．