2018 Fiscal Year Research-status Report
反応性プラズマを用いた原子層エッチング開発のためのイオン-固体表面反応機構の解明
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18K13532
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
伊藤 智子 大阪大学, 工学研究科, 特任研究員 (10724784)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | アトミックレイヤーエッチング / 遷移金属材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、反応性の有機分子ガスと金属表面との反応を利用し、試料表面の原子層を一層ずつ、エッチングを行うALE(Atomic layer etching)技術は、既存の反応性プラズマエッチング技術と組み合わせることで、原子レベルで制御可能な高い加工精度とともに、低ダメージを両立させるエッチングプロセスを構築し、微細化の壁を打破することが可能ではないかと期待されている。本研究では、有機分子ガスを吸着させた遷移金属材料表面に対し、プラズマ照射した場合の固体表面反応を実験的に明らかにし、得られた知見から反応性プラズマによる遷移金属材料におけるALEプロセス開発の支援を目的としている。本年度は、X線光電子分光装置および超高真空環境下で反応性ガスを曝露可能な反応室を有するALP(Atomic Layer Process)表面反応解析装置を用いて、様々な遷移金属材料に対し、有機分子ガス(ヘキサフルオロアセチルアセトン)曝露を行ない、in-situ XPSにより、有機分子吸着表面の化学結合状態の評価を行った。その結果、室温におけるヘキサフルオロアセチルアセトン分子の遷移金属材料表面への安定な吸着条件を明らかにした。さらに、NiおよびCoに対して、基板温度制御行うことで、有機ガス曝露によるNi、Coともにhfacによるサーマルエッチング反応を確認した。本年度得られた研究結果は、反応性プラズマエッチングプロセスにおいて難エッチング材料として知られる遷移金属材料に対して、ハロゲンに代わる反応性ガスとして有機ガスを用いてもエッチング反応が得られる可能性を示唆するものであり、有機ガスを用いた遷移金属材料に対するALEプロセス開発の上で、非常に重要な価値があると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は、有機ガス分子と金属表面との吸着反応過程の解明を当初の計画としており、下記に具体的な進捗を示す。
①有機系ガスとしてヘキサフルオロアセチルアセトンを用い、ALP反応室内で、Ni, CoおよびCu表面に対しガス曝露を行い、大気曝露せずX線光電子分光装置(XPS)の表面分析室に搬送し、表面の化学結合状態の観察を行った。その結果、室温において酸素吸着Ni、CoおよびCu表面において、ヘキサフルオロアセチルアセトン分子のC＝O結合やC-F結合を切断することなく飽和吸着することを実験的に明らかにし、酸素の存在がヘキサフルオロアセチルアセトン分子の安定な吸着に重要であることを明らかにした。
②NiおよびCoに対して、基板加熱をした状態で、酸素およびhfac曝露を交互に数百サイクル繰り返すガス曝露実験を行い、実験後の試料を、触針式段差計測装置により物理的にエッチング深さを算出することで、Ni、Coともにヘキサフルオロアセチルアセトンによる熱的なエッチング反応が生じることを確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度は、Ni及びCoに対するヘキサフルオロアセチルアセトン吸着反応について明らかにしたが、ALEプロセス開発には、材料毎の選択比が重要であり、様々な材料でエッチング特性を確認する必要がある。そのため、本年度も継続して様々な遷移金属材料に対して吸着実験を行う予定である。
また、有機分子が吸着した遷移金属試料にイオン照射を行い、反応性有機ガス分子吸着表面におけるイオンとの表面反応を明らかにする。高エネルギーのイオン照射では、吸着分子を破壊し揮発性の有機金属化合物の生成を阻害する可能性がある。そのため、低エネルギーのイオンを生成し、吸着分子が壊れてしまう閾値イオンエネルギーを明らかにする。また、分子の結合状態がイオン照射により、どのように変化するのか、また有機金属生成および脱離に促進効果があるのか明らかにする。また、イオン種としては、最初に希ガスイオンを照射する予定であり、次の段階としてハロゲンイオンといった反応イオン照射を行ない、希ガスイオン照射の結果と比較を行うことで、有機分子吸着表面における反応性イオンの効果を明らかにする。具体的には、表面から脱離する生成物の質量分析および表面分析を行い、先の有機系ガスの吸着実験結果と比較を行い、ALE反応におけるプラズマ中のイオンの効果を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
当初TMPポンプを購入予定としていたが、反応性ガス吸着実験中の試料搬送の失敗により、試料搬送用のトランスファーロッドが僅かに変形し、その後、試料位置調整に不具合が生じたことから、急遽、TMPポンプの代わりに、試料輸送用のトランスファーロッドの微細位置調整のためXYステージを購入した。
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Research Products
(5 results)
