セリア系砥粒による SiC 加工に及ぼす影響

従来から，酸化セリウム（CeO2）スラリーはガラスの研磨に広く用いられ[5]，

非常に高い加工レート，かつ良好な表面性状を示すことが知られている．いま では，ガラスの CMP 工程において大量に消費されている．酸化セリウムスラ リーの加工メカニズムについては諸説があるが，酸化セリウム砥粒はメカニカ ルな研磨作用ではなく，砥粒側の Ce 原子とガラス側の Si原子へ電子を供与す る，ケミカル的相互作用を行ったと考えられている[1][6]．

本節ではCeO2スラリーを用いて，片面 CMPにてSiCウエハSi面（0001）と C面（000-1）に対する基本的加工特性の把握を行うとともに，酸化剤（KMnO4） を添加したCeO2スラリーを使用して加工特性に与える影響を調査した．

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5.2.1 実験条件

実験条件を表 5.1 に示す．スラリーには，CeO2 スラリーおよび酸化剤

（KMnO4）0.05mol/L を添加した CeO2 スラリーを用い，研磨パッドには

IC-1400xy タイプを使用した．加工装置には小型卓上 CMP 装置（NF300，ナノフ

ァクター社製）を用いて，定盤回転速度 80min^-1で，研磨圧力は 21kPa，常圧大 気中でSiCウエハSi面とC面のそれぞれにCMP実験を行った．

Table 5.1 実験条件

5.2.2 実験結果

実験結果を図 5.1に示す．縦軸は SiCウエハの加工レートを，横軸は SiCウ エハの加工面を表す．CeO2のみのスラリーを使用した場合は， SiCウエハのSi 面より C 面の加工が容易である．この結果は，コロイダルシリカのみのスラリ ーの実験結果と同様な傾向であるが，その加工レートは顕著に増加することが 分かった．

KMnO4を添加した場合，CeO2のみのスラリーの結果より SiC ウエハの C 面 で14倍，Si面で5倍と，非常な顕著な増加を示した．特に，SiCウエハSi面の 加工レートが 195nm/h となり，コロイダルシリカスラリーを使用した加工レー トの 51nm/hと比べ，約 5倍上昇した．CeO2スラリーが SiCウエハの Si面の加 工を促進したことは，CeO2砥粒が Si 原子間に電子を授受して，Si-C 間の結合 加工試料 単結晶4H-SiCウエハSi面 {0001}C面｛000-1｝

50mm×t430m 使用研磨機 NF300 (Nanofactor Inc.) 定盤回転速度 [min^-1] 80

加工圧力 [kPa] 21

パッド IC1000-xy

加工時間 [min] 30

加工雰囲気 Open air

スラリー CeO2

砥粒濃度 [%] 5,10

粒径 [µm] 0.4

pH 3，7

添加剤濃度 [mol/L] 0.05 流量 [mL/min] 4

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力が弱体化したためと考えられる．

また，スラリーpHの影響について，スラリーの pHを 3と 7に調整して，実 験を行った．SiCウエハ C面の場合，pH3のスラリーの加工レートが pH7のス ラリーの加工レートよりも高くなった．ところが，第 3 章の KMnO4を添加し たコロイダルシリカスラリーの加工レート 1695nm/h と比べると，CeO2スラリ ーの加工レートが小さい．

一方，SiCウエハ Si面の場合，pH7のスラリーの加工レートが pH3のスラリ ーの加工レートより顕著に増加した．

Fig.5.1 スラリーpHによる加工レートの影響

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次に，CeO2砥粒濃度による，SiC-CMP 加工に及ぼす影響に関して，CeO2濃

度が 5wt%と 10wt%の二種類スラリーを作成して，実験を行った．実験結果を

図 5.2に示す．縦軸は SiCウエハの加工レートを，横軸は SiCウエハの加工面 を表す．

SiCウエハ C面の場合，10wt%濃度スラリーの加工レートが5wt%濃度スラリ ーの加工レートより，少々増加したが，SiC ウエハ Si 面の場合，二種類スラリ ーの加工レートはほぼ差がない．

Fig.5.2 砥粒濃度による加工レートの影響

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