SiCウェーハを原子レベルで平坦に研磨する一般的な方法に関する研究

炭化ケイ素 (SiC) は、エピタキシャル グラフェンの基板材料としてグラフェンの成長に不可欠です。 PAM-XIAMEN はグラフェン成長用の SiC 基板を提供できます。https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html.

SiC の異なる結晶面上に成長したグラフェンは、異なる電子特性を持っています。したがって、グラフェンを成長させるために異なる結晶面を持つ SiC 基板を選択することで、グラフェンの電気的特性の制御を達成できます。基板の表面粗さは、SiC 基板上に超高品質グラフェンをエピタキシャル成長させるための重要な要素の 1 つであり、原子レベルの平坦性を達成する表面が必要です。しかし、SiCは硬度が高く化学的安定性に優れているため、加工が困難です。この目的のために、研究者らは、体系的な研削、機械研磨、化学機械研磨（CMP）処理を通じて、任意の結晶面上でSiC表面の原子レベルの平坦性を達成する効果的かつ普遍的な方法を提案しました。これは、異なる電気特性を持つグラフェンの成長と将来の半導体デバイスの加工のための強固な基盤を築きます。

Due to the different atomic arrangement structures of SiC crystal faces, the process parameters were adjusted and optimized for different crystal faces during grinding and polishing, achieving atomic level flatness for all crystal faces. The crystal orientation of SiC determines the material removal rate (MRR) and the final surface quality after polishing. By analyzing and exploring the MRR mechanism of Si and C planes, and polishing the (1-105) plane with certain parameters based on this mechanism, the surface roughness of the (1-105) crystal plane is reduced to below 0.06 nm. In addition, this work has conducted in-depth discussions and analysis on the influencing factors and principles during the grinding and polishing processes of different crystal faces. The experimental results indicate that different crystal faces have different MRR during grinding, mechanical polishing, and CMP processes. For the grinding and mechanical polishing processes, the main determining factor of MRR is the material hardness, so the MRR of crystal planes with different hardness is also different, namely: C plane>Si plane>(1-105) plane. For the CMP process, MRR and final surface quality are mainly affected by the chemical reaction rate between silicon atoms and suspension, the fiber texture and material of polishing cloth, suspension particle size and flow rate, and polishing time. Compared with the Si surface, the (1-105) surface has higher chemical activity due to the presence of more dangling bonds, resulting in a MRR of nearly 18 times faster than the Si surface.

図 1 シリカサスペンション CMP の 9 時間後の Si 表面の AFM 画像 (a、b)

図 2 (a) 25 分間および (b) 30 分間のシリカサスペンション CMP 後の N 表面 (1-105) の AFM 画像

要約すると、SiC の異なる結晶面の物理的および化学的特性の違いに基づいて、プロセス パラメーターを調整することで、どの結晶面でも高品質のグラフェン成長に必要な基板粗さを実現することが可能です。この結果は優れた研究基盤を提供し、エピタキシャルグラフェンに基づく次世代のブロードバンドギャップ半導体および電子デバイスへの炭化ケイ素の応用の可能性を拡大するでしょう。

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