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引言

在电子器件用半导体单晶的表面加工中，要求在平坦、光滑的同时，尽可能地减少晶体缺陷的导入。一般来说，在研磨等机械加工中，由于从表面的凸部选择性地进行去除，因此可以高效率地改善表面的平坦度，但是在加工面上残留加工劣化层。另一方面，在湿法蚀刻和等离子蚀刻等化学加工的情况下，虽然没有加工变质层的残留，但是由于没有积极的平坦化结构，所以一般不能进行平坦、平滑化。另外，在表面层有结晶缺陷的情况下，其高能点被选择性地蚀刻，也有粗糙化的情况。

我们在新的化学蚀刻中引入了基准面，设计了实现无损伤且高效率的平坦·平滑化的催化剂表面基准蚀刻法。在此，对该概念进行介绍，并介绍适用于单晶SiC和单晶GaN基板加工的例子。

SiC的加工和加工后表面的观察

在SiC的CARE中，作为催化剂材料使用铂，作为反应溶液使用氢氟酸水溶液。目前，通过对表面Si的背面结合的HF分子的解离吸附进行蚀刻，可以认为是铂促进了该反应。根据CARE法的研磨装置的例子如图2所示。通过使被加工物表面与浸入加工溶液中的催化剂表面接触，同时使其相对运动，进行加工。

对4H―SiC（0001）表面（n型，0.02∼0.03`cm）的加工结果进行论述。使用刮擦和微裂纹存在于整个表面的研磨面，通过CARE进行约1mm和约2mm的加工，观察加工前后的表面。图3是观察60 mm×80 mm的领域的结果。(a)，(b)，(c)观察同一场所，通过约1mm的加工，加工前看到的微裂纹，留下箭头所示的深裂纹消失，约2mm加工后，所有的微裂纹消失。这表明，化学蚀刻只在凸部进行，可以使晶圆平坦、平滑化。

图3 用微分干涉显微镜观察的CARE加工中的平坦化过程

图5显示了利用原子力显微镜观察到的结果。插入到左上方的图是加工前的AFM像。加工后的表面观察到的台阶的高度约为0.25 nm，与4H―SiC结晶的1双层的高度相对应。加工表面极其平坦，可以看出宽阔的平台和狭窄的平台是规则地交替形成的。加工表面的Si原子，通过X射线光电子分光的测量，可以知道通过F或者OH被终结。

图5 4H-SiC（0001）CARE加工表面的AFM图像

另外，通过扫描型隧道显微镜的原子像观察和低速电子束衍射的观察，加工后的4H―SiC（0001）表面结构为1×1，是晶体学上高度规定的表面。另外，在这些评价中，没有进行加热处理。CARE加工后的4H―SiC（0001）表面，宽度不同的平台通过1双层高度的步骤反复进行。

在用于SiC器件的基板中，由于需要在晶圆上形成良好的外延生长薄膜，因此使用了相对于4H―SiC（0001）表面使晶轴倾斜数度（8°或4°）的基板。到目前为止，已经叙述了相对于c轴没有倾斜角的正切表面的结果，即使是具有偏角的晶圆，通过CARE加工也可以产生同等的表面9）12）。另外，由于加工速度与步进密度成比例，因此在8°偏角基板的情况下，最大可以获得约0.5 mm/h的加工速度。此时，由于高速化导致的加工表面的劣化，在整个晶圆上都没有观察到。

GAN表面的加工

GaN有望作为下一代半导体衬底材料，特别是用于发光器件。然而，与SiC一样，它是一种具有高热和化学稳定性的难加工材料。在此，铂用作催化剂，纯水用作加工溶液。加工系统的形态与SiC的情况相同，加工溶液的CARE加工时的反应过程，以第一原理分子动力学模拟为基础正在研究中，现在，我们认为通过背面键合的加水分解进行蚀刻。

对通过CARE平坦化的自立GaN（0001）晶圆（n型，1∼3×1018cm-3）的观察结果进行了叙述。图7为加工后表面的相移干涉显微镜像以及AFM像。插入左上方的图为， 这是加工前的观察结果。此时的加工量约为30 nm，加工速度约为10 nm/h.前加工面是存在多个划痕的金刚石研磨表面，可以观察到较大的粗糙度。与此相对，加工后划痕被完全除去，粗糙度从0.1 nm改善到0.2 nm rms.另外，从加工前后的AFM像可以确认无序的表面构造向阶梯-平台状的秩序构造变化。图8是阶梯平台构造的扩大图，可以看出阶梯高度为1双层。本构造与SiC的情况相同，可以确认在晶圆全面观察到。

图8  CARE处理后GaN（0001）表面的AFM图像

总结

本方法提出了具有基准面的化学加工法--催化剂表面基准蚀刻法。当将本加工法应用于SiC和GaN基板时，确认了从凸部选择性地进行加工，有效的平坦化是可能的。在任何情况下，加工表面是在结晶学上被高度规定的表面，具有阶梯―平台结构。CARE有各种各样的形态，希望对本加工法的有用性进行广泛的探讨。