真空紫外光を用いた光cvd技術による 窒化物薄膜の作製方法 …omcts...
TRANSCRIPT
-
真空紫外光を用いた光CVD技術による窒化物薄膜の作製方法
宮崎大学 工学部 電気電子工学科
横谷 篤至
-
電磁波〜光〜真空紫外光
波としての性質が強い粒子としての性質が強い
電磁波
波長 1nm 1μm 1 m1pm 1mm
マイクロ波 極短波、短波、中波・・・
電波赤 外 線
近
赤
外
線
遠
赤
外
線
紫 外 線
X線、ガンマ線
可視光線0.4 μm 0.8 μm
0.2 μm0.1 μm
2eV4eV8eV16eV
KrFエキシマレーザー(248nm, 5eV)
ArFエキシマレーザー(193nm, 6.4eV)
Xe 2 *エキシマランプ
Ar 2 *エキシマランプ
原子同士の結合エネルギー 分子の熱振動エネルギー
真空紫外光とは?
-
×10
×30
DNAの吸収
人の目の視感度
オゾンの吸収
殺 菌 灯
可視 赤外紫外真空紫外
大気圏外の太陽放射
地表に到達する 太陽エネルギー
Xe2*
Ar2*
波長(nm)200 600 1000 1400
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
真空紫外エキシマランプ
-
【原理】真空紫外線による薄膜作製:光CVD
-
【応用例】
真空紫外光により化学反応を促進させ、室温で行える半導体製造の要素プロセスの開発
エキシマランプ------安定動作長寿命光子エネルギー:Ar2* lamp----9.8eV
Kr2* lamp----8.4eVXe2* lamp---7.2eV
要素技術に高いポテンシャルを持つことが期待
(1000℃に相当する粒子の運動エネルギー→約0.1eV)
•シリカ薄膜の室温製造技術•アモルファスシリコン薄膜の室温製造技術•計測技術の開発
-
【シリカ薄膜の室温製造技術】
実験装置・方法
光源:Xe2* lamp(λ=172 nm, E=7.2 eV)原料:TEOS
(Tetraethoxysilane)TMCTS(Tetramethylcyclotetrasiloxane)OMCTS(Octamethylcyclotetrasiloxane)
基板:Si
実験条件
-
薄膜の評価
VUV-CVD法によって作製したシリカ薄膜
アニール前後のシリカ薄膜のSEM写真(TMCTS)
TEOS------20~50%の収縮(300℃でアニール)TMCTS, OMCTS-----収縮は少ない
(400℃でアニール)
複雑な分解・合成過程が必要 環状のシロキサン結合を有する
(a) TEOS(b) TMCTS
a) アニール前 b) アニール後
-
VUV-CVDを用いて試作した積層配線構造 (OMCTS)
0.4μmピッチの配線から2μmを超える配線まで埋め込み層、バルク層をきれいに形成
OMCTS-----電界2MV/cmリーク電流10-8A/cm2
埋め込み層、バルク層としては十分な特性
1.E-11
1.E-10
1.E-09
1.E-08
1.E-07
1.E-06
1.E-05
1.E-04
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
-3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0
電界 [MV/cm]
リー
ク電
流 [
A/cm
2]
HMDSO+O2
TEOS+O2
TOMCATS+O2
O3-TEOSOMCTS
作製した薄膜のリーク電流特性
-
窒化物の重要性
おもな用途真空紫外光を用いたゲート酸化膜用のバリア層形成技術の開発
半導体高集積回路・・・・MOSトランジスタの微細化により進歩素子の微細化に伴い
ゲート絶縁膜の膜厚の薄膜化が進んでいる
ゲート内へのドナーやアクセプタ原子の拡散が無視できなくなる。
真空紫外(VUV)光を用いたSiO2薄膜の表面窒化Nの濃度実用化されているSiON薄膜 15 %程度実験で窒化させた薄膜 3 %程度
-
窒化物形成:2つのアプローチ
-
光源 Ar2* lamp (λ= 126 nm)
流量 NH3 100 Pa
基板温度 RT - 400 ℃
ランプ照射時間 60 min
基板 Si基板上にSiO2膜をつけたもの
膜質評価 ESCA, SIMS
実験条件
実験装置及び方法
[窒化実験]
-
RT 100℃
400℃
基板温度 RT 100℃ 400℃
N 存在率 8% 0 0
雰囲気ガス NH3ガス圧 100 Pa照射時間 60 min
表面に存在する窒素濃度の基板温度依存性
ESCAスペクトル
-
プラズマ窒化雰囲気ガス N2圧力 2 Pa窒化時間 2 min基板温度 400℃
熱拡散による窒化雰囲気ガス NO圧力 105 Pa窒化時間 40 min基板温度 850℃
VUV による窒化雰囲気ガス NH3圧力 102 Pa照射時間 60 min基板温度 RT
Nプロファイル:他の方法との比較
VUVによる窒化では、室温プロセスであることを反映して、ほとんどSiO2層中へのマイグレーションが起こらず、極表面近傍のみに窒素が存在(吸着)させることができることがわかった。
-
0 10
5
10
15
20
25
N c
oncentr
atio
n (
10
20/cm
3 )
C concentration (1022/cm3)
雰囲気ガス NH3圧力 102 Pa照射時間 60 min基板温度 RT
・CとHは、表面付近で似たプロファイルをしている。→表面の有機物の汚れが主因である可能性が高い。
・N の傾きは、C, H と異なるが、VUVで窒化したサンプルでは、どれも同様の傾きを示している。→ C, H と同様表面のみに存在している可能性が高い。
(N は Cs によってノックオンされやすい。)↓
VUV光洗浄で表面の炭素を除去してから窒化を行った。
C濃度に伴う、N濃度の変化
表面の C の存在量と N の存在量と相関がある。→ N は直接 SiO2 ではなく表面の C (炭化水素)と
結合している可能性がある。
→a-SiH の窒化に使用可能?
-
[真空紫外光CVD法によるSiN薄膜の作製]
光源:Ar2* lamp (λ=126nm)Xe2* lamp (λ=172nm)
流量:SiH4 5-100 sccmN2 1000 sccmNH3 100-500 sccm
基板:Si基板温度:RT-300℃照射時間:10-120 min評価:SIMS
実験条件
実験装置及び方法
-
VUV-CVDによるSiN合成条件
VUV-CVDでSiN合成 N濃度 20.5±0.5 %以上
高濃度のNを含んだSiNを作製することができた
-
薄膜作製はSiH4/NH3の割合は2.5%以上で行う必要あり
1%以上---時間の経過に伴う結合の変化なし
Ar2* lamp
Xe2* lamp
・1%----時間の経過と共にSi-N結合からSi-NH結合に変化(Si-H→Si-NH)・2.5%以上----時間の経過に伴う結合の変化なし
SiH4/NH3の変化に伴う結合の変化Ar2* lamp > Xe2* lamp
SiH4/NH3の変化により堆積速度を大きく変えることが可能
-
SiH4/NH3 ratios:小---チャンバー内の分子数の増加により、Si-N構造内にSi-NH、N-Hの結合が増加
Si-Nのピークが低波数側に見られるN-Hの結合が減少Si-H結合---1, 2.5%はSi-H2結合
Ar2* lamp
Xe2* lampSi-NHのピーク位置に変化なしSi-NH, N-Hの結合が減少
SiH4/NH3 ratios:小---流量による膜質の変化はほとんどないと考えられる
-
本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 :薄膜作製方法• 公開番号 :特開2007-302958• 出願人 :株式会社みやざきTLO• 発明者 :横谷篤至
• 関連する特許 :特開2007-128924被膜窒化方法、被膜形成基板及び窒化処理装置
-
お問い合わせ先
宮崎大学産学連携センター
知的財産部門
産学連携コーディネーター 石川 正樹
TEL 0985-58-7592
FAX 0985-58-7793
e-mail [email protected]
/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 1000 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False
/Description > /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ > /FormElements false /GenerateStructure true /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles true /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /NA /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /LeaveUntagged /UseDocumentBleed false >> ]>> setdistillerparams> setpagedevice