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引言
18世紀第一次工業(yè)革命以來，創(chuàng)新技術(shù)的進步呈指數(shù)級迅猛發(fā)展。 進入本世紀，以數(shù)字化為象征的第四次工業(yè)革命預(yù)計將于2045年展開(技術(shù)奇點)1)，有必要認識其動向(圖1 )。 聚焦于物半導體，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。 這些半導體基板具有優(yōu)異耐電場、耐溫度等耐環(huán)境性，高效長壽命發(fā)光特性。
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介紹
本文就超難加工化合物半導體的加工工藝中超精密加工(研磨)清洗和評價的一系列工藝技術(shù)的關(guān)系進行闡述。 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)對當今課題的新思路為線索，提出新一代半導體工藝技術(shù)的突破。
實驗
? ? ? 硅半導體和CMP的發(fā)展，以及化合物半導體的超精密加工。Si的CMP的起源和熟化加工工藝、化合物半導體的現(xiàn)狀加工技術(shù)僅通過以往的機械研磨(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(溶解)作用機械作用復(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社會的驅(qū)動力。 該CMP是20世紀60年代中期由美國的IBM、貝爾研究所等提出的，被稱為CMP或MCP。 到了20世紀70年代以后，以Moore定律為象征的半導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，其精密加工工藝，特別是CMP技術(shù)迅速深化。 其實績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)等多方面的周邊技術(shù)，帶來了巨大的商業(yè)機會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器件4 )，成為最新的話題(圖3 )。 這樣，為了實現(xiàn)“尖端的3D化器件”，需要導入平坦化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。 為了實現(xiàn)超高級器件的三維化，在實施超精密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。 一般認為，如果直接向GaN表面照射能量高的短波長的UV，則表面會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。 事實上，如果將GaN基板通過熱處理形成氧化膜后再進行CMP，則精加工時間通常會比CMP長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。
? ? ? 以至今為止的結(jié)果為線索，認為如果積極地向加工面供給氧氣，可以期待更高的效率化。 作為其中的一個方法，考慮通過光催化反應(yīng)導入和活用活性氧。 一般來說，如果對TiO2粒子照射紫外線，電子會被更高的能量帶激勵，同時作為其漏洞的空穴會使O2-離子變化成氧化力非常強的OH自由基13 )。 因此，進一步在高壓氧氣氛內(nèi)進行CMP時，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)計了以創(chuàng)建高效率高品位表面為目標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(簡稱為chemical vaporization machining/p-CVM )法，將其與CMP法同時融合。 實現(xiàn)了在濕環(huán)境下進行的濕式CMP和干等離子氣體加工的同時應(yīng)用。
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總結(jié)
? ? ? 本文概述了新一代器件有望實用化的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”。 實例表明，采用這些方法的難加工單晶材料的研磨特性，實現(xiàn)了遠遠超過傳統(tǒng)加工技術(shù)的高效高品位加工。