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難加工材料に対する超音波援用電気化学機械研磨法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20J10524
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分18020:加工学および生産工学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

YANG XIAOZHE  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2020年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード陽極酸化 / 超音波援用電気化学機械研磨 / 固定砥粒 / 導電性難加工材料 / ダメージフリ / UAECMP装置 / 研磨効果 / 局部陽極酸化
研究開始時の研究の概要

SiC、GaN等のワイドギャップ半導体は、高温環境下においても信頼性の高い動作が可能であり、低損失パワーデバイスや青色LEDの作製に不可欠な材料である。しかしながら、現在のデバイス用のウエハ製造は工程数が非常に多く、複雑で、効率が低いため、ダメージを与えることなく、一括的な加工を可能にするとともに、低コスト高能率研磨プロセスの実現が強く望まれている。本研究では超音波を援用した電気化学的な高能率表面改質プロセスと超音波振動を援用した砥粒研磨の長所を融合した超音波援用電気化学機械研磨法を開発し、従来の加工プロセスの限界を打破する革新的な高能率ダメージフリー製造プロセスを完成させる。

研究実績の概要

本研究では、スラリーを用いずに導電性難加工材料の表面を超音波振動誘起の歪場形成により高能率に陽極酸化させて軟質化し、軟質層のみを母材よりも低硬度な固定砥粒を作用させて除去することでダメージフリーな表面を高能率に得る革新的な超音波援用電気化学機械研磨(UAECMP)プロセスを開発し、CMPを代替することを目指す。この研磨法を開発するために、今年度はこの研磨法の開発に対して以下4つの進捗が見られた。① SiCの陽極酸化速度を上げるため、SiCの陽極酸化メカニズムを調査し、電解液温度、表面損傷、ドーピング濃度、および表面ひずみがSiCの陽極酸化レートに及ぼす影響とそのメカニズムを定量的に調査した。② SiCの陽極酸化における電荷利用効率を上げるために、SiC-NaCl水溶液系における陽極酸化現象をモデル化し、SiCの陽極酸化とECMPにおける電荷利用効率と副反応を調査した。③ 4インチウエハ全面UAECMP装置を開発して、装置の超音波ユニットの振動正確性、可制御性、均一性、安定性を確認し, 4インチSiCウエハの研磨量分布を評価した。④ 4インチSiCウエハの研磨を行い、研磨量分布を評価し、揺動速度制御型研磨プロセスを提案した。研究の成果は加工関連のジャーナルに発表した。得られた研究成果は広く学界と産業界の知るところとなり、これから半導体材料加工分野における超音波援用電気化学機械研磨の応用が期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Charge utilization efficiency in the electrochemical mechanical polishing of 4H-SiC (0001)2022

    • 著者名/発表者名
      X. Yang, X. Yang, H. Gu, K. Kawai, K. Arima, K. Yamamura,
    • 雑誌名

      Journal of the Electrochemical Society

      巻: 169 号: 2 ページ: 023501-023501

    • DOI

      10.1149/1945-7111/ac4b1f

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient and slurryless ultrasonic vibration assisted electrochemical mechanical polishing for 4H-SiC wafers2022

    • 著者名/発表者名
      X. Yang, X. Yang, H. Gu, K. Kawai, K. Arima, K. Yamamura,
    • 雑誌名

      Ceramics International

      巻: 48 号: 6 ページ: 7570-7583

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2021.11.301

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dominant factors and their action mechanisms on material removal rate in electrochemical mechanical polishing of 4H-SiC (0001) surface2021

    • 著者名/発表者名
      X. Yang, X. Yang, K. Kawai, K. Arima, K. Yamamura
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 562 ページ: 150130-150130

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2021.150130

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 電気化学機械研磨によるSiCの高能率スラリーレス加工法の開発(第7報)-多孔質材料を用いたSiC表面の局部陽極酸化に関する検討-2021

    • 著者名/発表者名
      楊旭,楊暁喆(Xiaozhe Yang),川合健太郎,有馬健太,山村和也
    • 学会等名
      2021年度精密工学会春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Effects of ultrasonic vibration on slurryless electrochemical mechanical polishing of 4H-SiC (0001) surface2020

    • 著者名/発表者名
      Xiaozhe Yang, Xu Yang, Kentaro Kawai, Kenta Arima, Kazuya Yamamura
    • 学会等名
      18th International Conference on Precision Engineering (ICPE2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 大阪大学山村研究室ホームページ

    • URL

      http://www-nms.prec.eng.osaka-u.ac.jp/results/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 陽極酸化を援用した研磨方法2020

    • 発明者名
      山村和也、楊旭、楊暁喆(Xiaozhe Yang)
    • 権利者名
      山村和也、楊旭、楊暁喆(Xiaozhe Yang)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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