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大気圧プラズマを援用した次世代ワイドギャップ半導体基板の高品位加工プロセスの開発

Research Project

Project/Area Number 13J00581
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Production engineering/Processing studies
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

トウ 輝  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords単結晶GaN / プラズマ援用研磨 / エッチピットフリー / ステップ/テラス / CVD-SiC / プラズマCVM / 単結晶SiC / 砥粒研磨 / 大気圧プラズマ / 表面粗さ / ステップ/テラス構造 / 水蒸気プラズマ / 最適化 / 高能 / 酸化 / 平滑化
Outline of Annual Research Achievements

(1)平滑かつエッチピットフリーなGaN表面を高能率に加工するため、我々はGaNに対してスラリーフリー研磨法であるプラズマ援用研磨法の適用を行った。平成27年度、GaNに対して、我々が開発した3インチ基板全面加工用PAP装置の適用を行った。まず、砥石材質及び構造の最適化を調査した結果、固定タイプのレジンボンドのセリア砥石は優れた研磨特性を示した。そして、プラズマの発生条件の最適化を行った結果、キャリアガスとしてArの使用、水分圧の低減、そしてガス流量を大きくするのはプラズマ改質速度の向上に有効であることが示唆された。開発した3インチサイズ基板の全面が研磨可能なPAP装置をGaNの研磨に適用した結果、砥石表面の摩耗のため、PAP加工の進行に伴う加工速度の低減が確認された。PAPとドレシングを交互に適用したところ、193 nm/hの研磨レートが得られた。本研磨レートは従来のCMPにおける研磨レートの約2.5倍である。
(2)CVD-SiC金型のダメージフリー,高能率,低コスト加工を実現するため,我々はPlasma Chemical Vaporization Machining(PCVM)法による形状創成,そしてプラズマ援用研磨法(PAP)による表面仕上げの二段階加工プロセスを開発した。機械加工後CVD-SiC基板に対して、PCVMによるスクラッチと加工変質層の高速除去を行った後、PAPによる表面のダメージフリー仕上げを行う二段階加工プロセスを適用した。5分間のPCVM加工によって、機械加工で導入されたスクラッチと加工変質層を完全に除去し、その後、3時間のPAP仕上げ研磨によって、表面粗さを0.69 nm rmsまで改善し、スクラッチフリーかつダメージフリーな表面を得た。本結果は、CVD-SiCに対する二段階加工プロセスの有用性を実証するものである。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2016 2015 2014 2013

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Study on removal mechanism of sapphire in plasma assisted polishing2016

    • Author(s)
      C. Kageyama, K. Monna, H. Deng, K. Endo, K. Yamamura
    • Journal Title

      Advanced Materials Research

      Volume: 1136 Pages: 317-320

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/amr.1136.317

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Plasma-assisted polishing of gallium nitride to obtain a pit-free and atomically flat surface2015

    • Author(s)
      H. Deng, K. Endo, K. Yamamura
    • Journal Title

      Annals of the CIRP

      Volume: 64 Issue: 1 Pages: 531-534

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2015.04.002

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Atomic-scale and pit-free flattening of GaN by combination of plasma pretreatment and time-controlled chemical mechanical polishing2015

    • Author(s)
      H. Deng, K. Endo, K. Yamamura
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 107 Issue: 5 Pages: 051602-051602

    • DOI

      10.1063/1.4928195

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Competition between surface modification and abrasive polishing: a method of controlling the surface atomic structure of 4H-SiC (0001)2015

    • Author(s)
      Hui Deng, Katsuyoshi Endo, Kazuya Yamamura
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 5 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/srep08947

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electro-chemical mechanical polishing of single-crystal SiC using CeO2 slurry2015

    • Author(s)
      Hui Deng, Kenji Hosoya, Yusuke Imanishi, Katsuyoshi Endo, Kazuya Yamamura
    • Journal Title

      Electrochemistry Communications

      Volume: 52 Pages: 5-8

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2015.01.002

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Characterization of 4H-SiC (0001) surface processed by plasma-assisted polishing2014

    • Author(s)
      Hui Deng, Masaki Ueda, Kazuya Yamamura
    • Journal Title

      International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      Volume: 72 Issue: 1-4 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1007/s00170-012-4430-7

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparison of thermal oxidation and plasma oxidation of 4H-SiC (0001) for surface flattening2014

    • Author(s)
      Hui Deng, Katsuyoshi Endo and Kazuya Yamamura
    • Journal Title

      Applied Physics Letter

      Volume: 104

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Atomic-scale planarization of 4H-SiC (0001) by combination of thermal oxidation and abrasive polishing2013

    • Author(s)
      Hui Deng, Katsuyoshi Endo and Kazuya Yamamura
    • Journal Title

      Applied Physics Letter

      Volume: 103

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Atomic-scale flattening meechanism of 4H-SiC (0001) in plasma assisted polishing2013

    • Author(s)
      Hui Deng, Kazuya Yamamura
    • Journal Title

      CIRP Annals-Manufacturing Technology

      Volume: 62 Pages: 575-578

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] プラズマ援用研磨法の開発(第14 報) -プラズマをベースとした金型用 CVDSiCの形状創成と表面仕上げに関する研究-2015

    • Author(s)
      鄧輝, 遠藤勝義, 山村和也
    • Organizer
      2015年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      東北大学川内北キャンパス講義棟C(仙台市青葉区)
    • Year and Date
      2015-09-04
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Plasma-assisted polishing of gallium nitride to obtain a pit-free and atomically flat surface2015

    • Author(s)
      Hui Deng, Katsuyoshi Endo, Kazuya Yamamura
    • Organizer
      65th CIRP General Assembly
    • Place of Presentation
      Cape Town, South Africa
    • Year and Date
      2015-08-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flattening of single crystal SiC by combination of anodic oxidation and soft abrasive polishing2015

    • Author(s)
      Hui Deng, Kenji Hosoya, Yusuke Imanishi, Katsuyoshi Endo, Kazuya Yamamura
    • Organizer
      15th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      2015-06-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Polishing characteristics of CVD-SiC in plasma-assisted polishing2015

    • Author(s)
      Hui Deng, Katsuyoshi Endo, Kazuya Yamamura
    • Organizer
      15th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      2015-06-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラズマ援用研磨法の 開 発( 第 12 報)-金型用CVD-SiCの研磨特性の評価-2015

    • Author(s)
      鄧 輝, 今西 勇介, 遠藤 勝義, 山村 和也
    • Organizer
      2015年度精密工学会春季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      東洋大学 白山キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマ援用研磨法の開 発( 第 13 報 ) -単結晶GaNの研磨における表面改質条件の最適化-2015

    • Author(s)
      鄧 輝, 遠藤 勝義, 山村 和也
    • Organizer
      2015年度精密工学会春季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      東洋大学 白山キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] セリアスラリーを用いた研磨における化学作用と機械作用のバランスによる4H-SiCのステップ/テラス構造の制御2014

    • Author(s)
      鄧 輝, 遠藤 勝義, 山村 和也
    • Organizer
      2014年度砥粒加工学会学術講演会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      2014-09-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマ援用研磨による単結晶GaN基板の高能率研磨 -プラズマ照射により改質された表面状態の評価-2014

    • Author(s)
      鄧 輝, 遠藤 勝義, 山村 和也
    • Organizer
      精密工学会2014年度関西地方定期学術講演会
    • Place of Presentation
      近畿大学・東大阪キャンパス
    • Year and Date
      2014-07-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマ援用研磨法の開発(第9報)―単結晶SiC-C面の平滑化における研磨材の最適化―2014

    • Author(s)
      鄧 輝
    • Organizer
      2014年度精密工学会春季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2014-03-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマ援用研磨法の開発(第7報)―酸化面のセリア砥粒研磨によるtwo-bilayerのステップ/テラス構造を形成するメカニズムの考察―2013

    • Author(s)
      鄧 輝
    • Organizer
      2013年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      関西大学
    • Year and Date
      2013-09-12
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマ援用研磨法による4H-SiC (0001)表面の平滑化(第2報)―水蒸気プラズマ酸化面のセリア砥粒研磨によるステップ/テラス構造の形成―2013

    • Author(s)
      鄧 輝
    • Organizer
      2013年度砥粒加工学会学術講演会
    • Place of Presentation
      日本大学
    • Year and Date
      2013-08-27
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 4H-SiC (0001)熱酸化面のセリア砥粒研磨によるステップ/テラス構造の形成2013

    • Author(s)
      鄧 輝
    • Organizer
      精密工学会2013年度関西地方定期学術講演会
    • Place of Presentation
      大阪工業大学
    • Year and Date
      2013-06-14
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on oxidation processes of 4H-SiC (0001) for investigation of the atomically fiattening mechanism in plasma assisted polishing2013

    • Author(s)
      Hui Deng
    • Organizer
      13th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology
    • Place of Presentation
      Berlin, Germany
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Atomic-scale Flattening Mechanism of 4H-SiC (0001) in Plasma Assisted Polishing2013

    • Author(s)
      Hui Deng
    • Organizer
      63rd CIRP General Assembly
    • Place of Presentation
      Copenhagen, Denmark
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental studies on water vapor plasma oxidation and thermal oxidation of 4H-SiC (0001) for clarification of the atomic-scale flattening mechanism in plasma assisted polishing2013

    • Author(s)
      Hui Deng
    • Organizer
      The International Conference on Silicon Carbide and Related Materials
    • Place of Presentation
      Miyazaki, Japan
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Finishing of 4H-SiC (0001) by Combination of Thermal Oxidation and Abrasive Polishing2013

    • Author(s)
      Hui Deng
    • Organizer
      5th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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