2008 Fiscal Year Annual Research Report
大気圧プラズマを用いた全低温半導体プロセスの開発と応用
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19206018
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
安武 潔 Osaka University, 大学院・工学研究科, 教授 (80166503)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
垣内 弘章 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10233660)
大参 宏昌 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (00335382)
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| Keywords | シリコン / 大気圧プラズマCVD / 大気圧プラズマ酸化 / 大気圧プラズマ窒化 / 半導体プロセス / 全低温プロセス / エピタキシャル成長 / ドーピング・エピ技術 |
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| Research Abstract |
大気圧プラズマを用いたin situドーピングSiエピ技術、および酸化・窒化技術を開発することにより、500〜600℃以下の全低温半導体デバイスプロセスを確立することを目的とする。
新しいn型用ドーピング原子として無害で安価なNの可能性を検証するため、N_2を用いて570℃でのエピタキシャルSi成長実験を行った。その結果、10^<17>cm^<-3>までのn型ドーピングが可能であること、電子移動度のキャリア濃度依存性がバルクSi単結晶と同じであり、電気的特性が優れていることを確認した。赤外吸収分光分析、2次イオン質量分析、キャリア濃度の熱処理時間依存性から、ドナー準位の原因は窒素-酸素の複合体(NO_x)と考えられ、キャリア濃度制御には窒素および酸素の同時ドーピングが有効と考えられる。これらの結果および昨年度の結果から、基板温度570℃以下で表面を酸化膜パッシベーションしたpn接合ダイオードの形成が可能となった。
本プロセスを実用化する際、p型ドーピングガスであるB_2H_6の熱分解温度がSiH_4に比べて低いため、多孔質カーボン電極内でB_2H_6がロスすることが問題となることが明らかとなった。低He流量の成膜条件下では、SiH_4の電極内でのロスも同様に問題となるため、多孔質カーボン電極の冷却が必要である。多孔質カーボンを均一に冷却する装置の開発のため、成膜中のガス流れ、および電極周辺の温度分布を、熱流体シミュレーションにより解析した。その結果、低He流量の場合(<25L/min)、SiH_4が電極内でロスすること、He流量が大きい場合(>75L/min)、ウエハ外周部の成膜量が減少することが示された。これらの計算結果は、He流量を変化させて形成したSi膜のウエハ面内膜厚分布の測定結果と良い一致を示しており、実用装置およびプロセスの開発上、非常に重要な知見が得られたと言える。
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