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引言
18世紀(jì)第一次工業(yè)革命以來，創(chuàng)新技術(shù)的進(jìn)步呈指數(shù)級(jí)迅猛發(fā)展。 進(jìn)入本世紀(jì)，以數(shù)字化為象征的第四次工業(yè)革命預(yù)計(jì)將于2045年展開(技術(shù)奇點(diǎn))1)，有必要認(rèn)識(shí)其動(dòng)向(圖1 )。 聚焦于物半導(dǎo)體，考慮被稱為其代表的SiC、GaN或終極的金剛石基板的加工工藝。 這些半導(dǎo)體基板具有優(yōu)異耐電場(chǎng)、耐溫度等耐環(huán)境性，高效長(zhǎng)壽命發(fā)光特性。
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介紹
本文就超難加工化合物半導(dǎo)體的加工工藝中超精密加工(研磨)清洗和評(píng)價(jià)的一系列工藝技術(shù)的關(guān)系進(jìn)行闡述。 首先，了解現(xiàn)狀的研磨/CMP，追溯新奇的加工提案技術(shù)的足跡。 在此基礎(chǔ)上，以應(yīng)對(duì)當(dāng)今課題的新思路為線索，提出新一代半導(dǎo)體工藝技術(shù)的突破。
實(shí)驗(yàn)
? ? ? 硅半導(dǎo)體和CMP的發(fā)展，以及化合物半導(dǎo)體的超精密加工。Si的CMP的起源和熟化加工工藝、化合物半導(dǎo)體的現(xiàn)狀加工技術(shù)僅通過以往的機(jī)械研磨(拋光)作用，難以無限無干擾地使Ge和Si等單晶的原子排列成為平滑的鏡面，無法發(fā)揮晶體所具有的特異特性，因此無法得到期望的器件特性。 因此，作為新加工方法，有化學(xué)(溶解)作用機(jī)械作用復(fù)合化的CMP被提出來，通過這種CMP技術(shù)的誕生成為了現(xiàn)在ICT社會(huì)的驅(qū)動(dòng)力。 該CMP是20世紀(jì)60年代中期由美國(guó)的IBM、貝爾研究所等提出的，被稱為CMP或MCP。 到了20世紀(jì)70年代以后，以Moore定律為象征的半導(dǎo)體集成電路器件化的迅猛發(fā)展，造就了高質(zhì)量、大口徑化的Si單晶從切片到外周邊緣磨削(翻邊)、研磨(平面加工)、蝕刻、CMP (最終精加工)、以及精密清洗(無粒子和雜質(zhì)的清潔化)的“精密。
? ? ? 尖端器件方面的困難要求的同時(shí)，其精密加工工藝，特別是CMP技術(shù)迅速深化。 其實(shí)績(jī)成為其他功能性材料的高度表面創(chuàng)制加工法的模型，其波及效果非常大。 最容易理解的是，20世紀(jì)90年代應(yīng)用于超LSI器件多層布線的平坦化CMP技術(shù)包括檢測(cè))等多方面的周邊技術(shù)，帶來了巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)成為了日本活力的來源之一。 不僅是邏輯器件，即使是極其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的NAND閃存器件，3D化也需要平坦化CMP，100層以上的多層化也成為了可能。 中國(guó)YMTC公司根據(jù)超精密CMP工藝和晶片接合工藝推出高性能存儲(chǔ)器件4 )，成為最新的話題(圖3 )。 這樣，為了實(shí)現(xiàn)“尖端的3D化器件”，需要導(dǎo)入平坦化CMP技術(shù)。
而且晶片的高精度焊接技術(shù)的工藝融合正在被要求。 為了實(shí)現(xiàn)超高級(jí)器件的三維化，在實(shí)施超精密CMP的基礎(chǔ)上，包括異種材料在內(nèi)，混合鍵合技術(shù)在大口徑晶片中的融合工藝技術(shù)應(yīng)用不斷擴(kuò)大，
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圖6改變加工環(huán)境控制(腔室型) CMP裝置的氣體壓力時(shí)的SiC及GaN基板
? ? ? GaN基板的加工速率在通常的CMP中根據(jù)普雷斯頓定律與加工壓力成比例增加，但是如果對(duì)其照射UV (直接照射GaN基板)，則GaN基板的加工速率將增大3倍左右。 一般認(rèn)為，如果直接向GaN表面照射能量高的短波長(zhǎng)的UV，則表面會(huì)生成氧化膜性的改性層，通過漿料中的微粒(膠體二氧化硅)或焊盤除去該層。 事實(shí)上，如果將GaN基板通過熱處理形成氧化膜后再進(jìn)行CMP，則精加工時(shí)間通常會(huì)比CMP長(zhǎng)1/3。 SiC基板的情況下，加工速率的增大效果不足2倍，但是UV照射的效果得到了確認(rèn)。
? ? ? 以至今為止的結(jié)果為線索，認(rèn)為如果積極地向加工面供給氧氣，可以期待更高的效率化。 作為其中的一個(gè)方法，考慮通過光催化反應(yīng)導(dǎo)入和活用活性氧。 一般來說，如果對(duì)TiO2粒子照射紫外線，電子會(huì)被更高的能量帶激勵(lì)，同時(shí)作為其漏洞的空穴會(huì)使O2-離子變化成氧化力非常強(qiáng)的OH自由基13 )。 因此，進(jìn)一步在高壓氧氣氛內(nèi)進(jìn)行CMP時(shí)，膠體二氧化硅中微量的二氧化鈦。
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等離子體融合CMP法及其加工特性概述
? ? ? ?根據(jù)重疊效果，設(shè)計(jì)了以創(chuàng)建高效率高品位表面為目標(biāo)的概念的高維新一代融合加工法是“等離子體融合CMP”15 )。 不賦予加工變質(zhì)層、可高效去除材料的大氣壓等離子體CVM著眼于(簡(jiǎn)稱為chemical vaporization machining/p-CVM )法，將其與CMP法同時(shí)融合。 實(shí)現(xiàn)了在濕環(huán)境下進(jìn)行的濕式CMP和干等離子氣體加工的同時(shí)應(yīng)用。
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總結(jié)
? ? ? 本文概述了新一代器件有望實(shí)用化的SiC、GaN、金剛石等難加工單晶材料的新一代加工技術(shù)開發(fā)的必要性，介紹了新的獨(dú)特的“密閉式加工環(huán)境控制型CMP法”及“等離子體融合CMP法”。 實(shí)例表明，采用這些方法的難加工單晶材料的研磨特性，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)加工技術(shù)的高效高品位加工。