2019 Fiscal Year Annual Research Report
Main and Side Reaction Design for Exceeding the chemical vapor deposition rate limit
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17K06904
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
羽深 等 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (40323927)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | シリコンエピタキシャル成長 / トリクロロシラン / ジクロロシラン / 三塩化ホウ素 / モノメチルシラン / 並列ラングミュア過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
珪素塩化物と三塩化ホウ素(BCl3)を用いて、シリコン膜にホウ素を添加する製膜を試みたた。最初に三塩化ホウ素単独の系（BCL3-H2系）を用いたところ、800℃以下ではホウ素製膜速度は無視できる程度であり、800~1000℃では毎分0.2μm程度の製膜速度が得られ、それより高温ではエッチングが生じる挙動を把握した。その機構としては、(1)低温においてはシリコン表面に吸着するのみでそれ以上に分解せず、(2)高温になると塩素を水素が取り除いてホウ素の製膜が進み、(3)更に高温においては気相中で三塩化ホウ素が分解して塩化水素を生成するために基板表面をエッチングすることが推定された。次に、800℃においてジクロロシランと三塩化ホウ素を用いたところ、約50%に近い高濃度で均一性良くホウ素をシリコン中に添加できることを把握した。その他に、モノメシルシランと三塩化ホウ素の混合系を試みた。それぞれ単独に用いた場合には800℃では製膜速度が無視できる程度に小さいものの、混合系では製膜速度が大きくなることを把握した。
この研究により、以下の意義が見いだされた。半導体製膜においてホウ素添加するためには一般にジボランが用いられるが、ジボランは猛毒・可燃性であるという問題がある。これに対して三塩化ホウ素は不燃性であると共に毒性が弱いことから半導体プロセスをより安全にできる意義がある。三塩化ホウ素は一般にはエッチングガスとしても使用されていることに着目すると、その化学反応における挙動を把握することにより同一のガスを様々な用途に用いる可能性が拓けるので、設備を単純化できるなど便利である。本研究により、安全なドーピングと製膜・エッチングを制御できる可能性が示されたことから、その反応機構が把握されるという学術的意義があり、同時に、半導体プロセスと材料を安全にしつつ効率化・簡略化を図るという社会的意義がある。
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