2021 Fiscal Year Annual Research Report
酸化グラフェンを触媒として用いた新規半導体表面加工技術の開発
| Project/Area Number |
20J20411
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
窪田 航 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
|
| Keywords | 酸化グラフェン / 半導体加工 / アシストエッチング / 触媒 / シリコン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
シリコン表面微細加工技術の一つとして貴金属を触媒として用いたアシストエッチングが注目されている．この手法では，貴金属粒子を担持したシリコン基板をフッ化水素酸(HF)および酸化剤からなる薬液に浸漬すると，貴金属が酸化剤還元反応を促進することでその対反応であるシリコンの酸化溶解が貴金属直下で優先的に進行するという現象を利用している．我々はこの貴金属に代わる触媒材料として酸化グラフェン(graphene Oxide:GO)に着目し，適切な薬液を選択することで酸化グラフェンがシリコンの溶解反応を促進することを発見した．しかし，溶液プロセスによるGOアシストエッチングでは，発生ガスが形成する気泡による触媒の剥離や，最表面へのポーラス層形成といった問題が生じた．本年度はGOアシストシリコンエッチングへの気相法適用に取り組んだ．気相法を用いたアシストエッチングでは，液相法で生じた触媒剥離や表面へのポーラス層形成が抑制されることが報告されており，GOアシストエッチングに気相法を適用することで液相法で生じた課題の解決を試みた．HFと過酸化水素からなる溶液とシリコン基板を共に容器に封入して加熱することで気相中エッチングを行ったところ，GOシート形状の孔形成が確認され，気相法におけるGOアシストシリコンエッチングに成功した．
さらに，GOアシストエッチングのエッチング位置制御手法としてマイクロコンタクトプリンティングによるGOパターン転写プロセスの開発を行った．マイクロコンタクトプリンティングは，微小なパターンの凹凸を持つスタンプに転写物を付着させたのち，対象に押し付けて転写するというプロセスである．今回，このマイクロコンタクトプリンティングをシリコンへのGOパターン転写に適用したのちに気相中エッチングを行うことで，マイクロオーダーでのシリコン加工が可能となった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の研究成果であるウェットプロセスによるアシストエッチングでは当初予期できなかったポーラス層形成や触媒剥離による歩留まり低下等の課題が発生していた．本年度はそれらの課題を解決するため，新たに気相法によるアシストエッチング適用を試み，それらの課題を解決できた．また，本年度はエッチング位置制御手法として新たにマイクロコンタクトプリンティングによる酸化グラフェン転写手法を試みた．この手法はこれまで行っていたフォトリソフラフィーによる位置制御法よりも高精度にエッチング位置制御が可能となった．これらの進展が見られたことから，順調に進展していると判断した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでに酸化グラフェンを触媒として用いたシリコン基板加工法の開発に取り組み，その反応機構についてある程度明らかにできた．また，フォトリソグラフィーやマイクロコンタクトプリンティングといった酸化グラフェンパターン形成手法を用いることで，エッチング位置制御も可能となった．今後の方針としてはシリコン以外の半導体基板への酸化グラフェンアシストエッチング適用を試みる予定である．化合物半導体はその材料が持つ優れた電子物性からさまざまな応用が期待されているが，その加工法はシリコンほど確立されていない．今後は化合物半導体の加工法として酸化グラフェンアシストエッチング適用を試み，その応用範囲拡大を目的として研究を行なっていく．
|
