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引言
在電子器件用半導體單晶的表面加工中，要求在平坦、光滑的同時，盡可能地減少晶體缺陷的導入。一般來說，在研磨等機械加工中，由于從表面的凸部選擇性地進行去除，因此可以高效率地改善表面的平坦度，但是在加工面上殘留加工劣化層。另一方面，在濕法蝕刻和等離子蝕刻等化學加工的情況下，雖然沒有加工變質(zhì)層的殘留，但是由于沒有積極的平坦化結(jié)構(gòu)，所以一般不能進行平坦、平滑化。另外，在表面層有結(jié)晶缺陷的情況下，其高能點被選擇性地蝕刻，也有粗糙化的情況。
我們在新的化學蝕刻中引入了基準面，設計了實現(xiàn)無損傷且高效率的平坦·平滑化的催化劑表面基準蝕刻法。在此，對該概念進行介紹，并介紹適用于單晶SiC和單晶GaN基板加工的例子。
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SiC的加工和加工后表面的觀察
在SiC的CARE中，作為催化劑材料使用鉑，作為反應溶液使用氫氟酸水溶液。目前，通過對表面Si的背面結(jié)合的HF分子的解離吸附進行蝕刻，可以認為是鉑促進了該反應。根據(jù)CARE法的研磨裝置的例子如圖2所示。通過使被加工物表面與浸入加工溶液中的催化劑表面接觸，同時使其相對運動，進行加工。
對4H―SiC（0001）表面（n型，0.02～0.03`cm）的加工結(jié)果進行論述。使用刮擦和微裂紋存在于整個表面的研磨面，通過CARE進行約1mm和約2mm的加工，觀察加工前后的表面。圖3是觀察60 mm×80 mm的領(lǐng)域的結(jié)果。(a)，(b)，(c)觀察同一場所，通過約1mm的加工，加工前看到的微裂紋，留下箭頭所示的深裂紋消失，約2mm加工后，所有的微裂紋消失。這表明，化學蝕刻只在凸部進行，可以使晶圓平坦、平滑化。
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圖3 用微分干涉顯微鏡觀察的CARE加工中的平坦化過程
圖5顯示了利用原子力顯微鏡觀察到的結(jié)果。插入到左上方的圖是加工前的AFM像。加工后的表面觀察到的臺階的高度約為0.25 nm，與4H―SiC結(jié)晶的1雙層的高度相對應。加工表面極其平坦，可以看出寬闊的平臺和狹窄的平臺是規(guī)則地交替形成的。加工表面的Si原子，通過X射線光電子分光的測量，可以知道通過F或者OH被終結(jié)。
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圖5 4H-SiC（0001）CARE加工表面的AFM圖像
另外，通過掃描型隧道顯微鏡的原子像觀察和低速電子束衍射的觀察，加工后的4H―SiC（0001）表面結(jié)構(gòu)為1×1，是晶體學上高度規(guī)定的表面。另外，在這些評價中，沒有進行加熱處理。CARE加工后的4H―SiC（0001）表面，寬度不同的平臺通過1雙層高度的步驟反復進行。
在用于SiC器件的基板中，由于需要在晶圓上形成良好的外延生長薄膜，因此使用了相對于4H―SiC（0001）表面使晶軸傾斜數(shù)度（8°或4°）的基板。到目前為止，已經(jīng)敘述了相對于c軸沒有傾斜角的正切表面的結(jié)果，即使是具有偏角的晶圓，通過CARE加工也可以產(chǎn)生同等的表面9）12）。另外，由于加工速度與步進密度成比例，因此在8°偏角基板的情況下，最大可以獲得約0.5 mm/h的加工速度。此時，由于高速化導致的加工表面的劣化，在整個晶圓上都沒有觀察到。
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GAN表面的加工
GaN有望作為下一代半導體襯底材料，特別是用于發(fā)光器件。然而，與SiC一樣，它是一種具有高熱和化學穩(wěn)定性的難加工材料。在此，鉑用作催化劑，純水用作加工溶液。加工系統(tǒng)的形態(tài)與SiC的情況相同，加工溶液的CARE加工時的反應過程，以第一原理分子動力學模擬為基礎(chǔ)正在研究中，現(xiàn)在，我們認為通過背面鍵合的加水分解進行蝕刻。
對通過CARE平坦化的自立GaN（0001）晶圓（n型，1～3×1018cm-3）的觀察結(jié)果進行了敘述。圖7為加工后表面的相移干涉顯微鏡像以及AFM像。插入左上方的圖為， 這是加工前的觀察結(jié)果。此時的加工量約為30 nm，加工速度約為10 nm/h.前加工面是存在多個劃痕的金剛石研磨表面，可以觀察到較大的粗糙度。與此相對，加工后劃痕被完全除去，粗糙度從0.1 nm改善到0.2 nm rms.另外，從加工前后的AFM像可以確認無序的表面構(gòu)造向階梯-平臺狀的秩序構(gòu)造變化。圖8是階梯平臺構(gòu)造的擴大圖，可以看出階梯高度為1雙層。本構(gòu)造與SiC的情況相同，可以確認在晶圓全面觀察到。
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圖8 ?CARE處理后GaN（0001）表面的AFM圖像
總結(jié)
本方法提出了具有基準面的化學加工法--催化劑表面基準蝕刻法。當將本加工法應用于SiC和GaN基板時，確認了從凸部選擇性地進行加工，有效的平坦化是可能的。在任何情況下，加工表面是在結(jié)晶學上被高度規(guī)定的表面，具有階梯―平臺結(jié)構(gòu)。CARE有各種各樣的形態(tài)，希望對本加工法的有用性進行廣泛的探討。