原子層選択成長を利用した超微細トランジスタ作製法の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450125
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 横山 新 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 教授 (80144880)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中島 安理 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 助教授 (70304459) ; 芝原 健太郎 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 助教授 (50274139)
• Keywords: シリコン選択成長 / 原子層成長 / 自己停止機構 / 塩化水素脱離反応 / 2インチSiウェハ / ガスフローパターン / 金属触媒 / 光・熱触媒反応

Research Abstract

平成13年度は、(1)1成長サイクル当たり2原子層で自己停止的にSiを成長させる技術の開発と、(2)デバイスを製作するために、2インチ直径のSiウェハを用いて選択原子層成長(SiO_2上には堆積しSi_3N_4直上には堆積しない)を実現する研究を行った。以下、それぞれについて説明する。
(1)SiCl_4ガスとSi_2H_6の交互供給により、1成長サイクル当たり2原子層で自己停止的にSiを成長させる技術を開発した。自己停止のメカニズムは、HとClの強い結合力による。有る範囲の成長温度(355℃〜385℃)では、SiCl_4及びSi_2H_6の自己分解反応によるSi堆積は起こらないが、HとClの強い結合力のため、一層だけ基板表面に吸着したSiCl_4と、Si_2H_6の間にHCl離脱によるSiの堆積反応が起こる。この反応が起こるための基板温度およびガス圧力の条件を見いだした。この成果は、応用物理分野で最もインパクトファクタの高い学術雑誌Applied Physics Lettersに掲載された。
(2)デバイスを作製するためには、リソグラフィ、エッチング等の加工を行うために、2インチ直径のSiウェハを用いる必要がある(当研究室の場合)。これまでは、1cm角程度のSi小片を用いて原子層選択成長に成功していた。平成12年度までに、2インチ直径のSiウェハをセットできるSi原子層選択成長装置を組み上げていた。平成13年度は、この装置を用いて、2インチSiウェハを用いてSiの選択成長を試みた。しかしながら、装置が異なるため、十分な選択性が得られなかった。この理由は、装置の大きさが異なることによるガスフロー速度の違いと、小片用の装置では基板ホルダにTa板を用いていたため金属表面での光化学(ランプ加熱のため)・熱触媒反応が起きていたためと考えられる。しかし、基板表面を真空アニールすることにより新しい2インチ用装置でも選択性を改善することができた。

Research Products

• [Publications] Shin Yokoyama: "Low-Temperature Selective Deposition of Silicon on Silicon Nitride by Time-Modulated Disilane Flow and Formation of Silicon Narrow Wires":Appl. Phys."Appl. Phys. Lett.. 79. 494-496 (2001)
• [Publications] Shin Yokoyama: "Self-Limiting Atomic-Layer Deposition of Si on SiO_2 by Alternate Supply of Si_2H_6 and SiCl_4"Appl. Phys. Lett.. 79. 617-619 (2001)
• [Publications] A.Nakajima: "Low-Temperature Foramation of Silicon Nitride Gate Dielectrics by Atomic-Layer Deposition"Appl. Phys. Lett.. 79. 665-667 (2001)
• [Publications] A.Nakajima: "Chracterization of Atomic-Layer-Deposited Silicon Nitride/SiO_2 Stacked Gate Dielectrics for Highly Reliable p-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors"J. Vac. Sci. & Tech.. B19. 1138-1143 (2001)
• [Publications] K.Kawamura: "Conduction Mechanism in Extremely Thin Poly-Si Wires ---Width Dependence of Coulomb Blockade Effect---"Extend. Abst. of the Int. Conf. on Solid State Devices and Materials (SSDM2001). 438-439 (2001)
• [Publications] 河村憲作: "多結晶Siナノ細線の電気伝導特性の評価"平成13年秋期第62回応用物理学会学術講演会予稿集. 12p-ZD-7 (2001)