2021 Fiscal Year Annual Research Report
A study of plasma-material atomistic-scale interactions based on stochastic theory and optimal control of material properties
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20J22727
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
濱野 誉 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマ照射 / イオン衝撃 / 欠陥 / エネルギー準位 / 3次元微細構造 / 窒化ホウ素膜 / ナノネットワーク構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，プラズマ―材料原子スケール相互作用のモデリングを基盤として，材料やデバイスの長期的性能・信頼性をも最適化するプラズマプロセス設計手法を提案することを目指している．本年度は，（a）プラズマ照射により3次元微細構造内に形成される欠陥準位の解析，（b）高機能窒化ホウ素薄膜の作製および特性評価 に取り組み，以下の知見を得た．
（１）極性の異なるシリコン基板（n型，p型）を用いて，3次元微細構造内部に形成される欠陥準位を高感度に解析する相補的欠陥評価手法を提案した．開発した評価手法をシリコンの深掘り孔に適用し，側壁や底面への確率的イオン衝撃に伴い形成された欠陥準位を解析した．形成される欠陥の密度，エネルギー準位が，入射イオンエネルギーやプロセスガス種（希ガス，反応性ガス等）に依存して大きく変化することを実証した．
（２）多様なナノネットワーク構造を有する窒化ホウ素（BN）膜を作製し，光学的および電気的特性の評価を行った．まず分光エリプソメトリー解析においてBN膜構造に対する光学モデルを構築し，得られる光学膜厚が電子顕微鏡観察による物理膜厚と精度よく一致することを確認した．膜中のBN組成，sp結合状態により光学定数（屈折率，消衰係数）が大きく変化することを明らかにした．また，成膜時のイオン衝撃に起因するBN膜の電気的特性（電気伝導機構，キャリアトラップ特性）の詳細な遷移過程をはじめて明らかにした．
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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
現在3次元デバイス構造作製過程における欠陥形成は大きな問題となっており，提案した相補的欠陥評価手法は様々なプロセスにおけるダメージ評価に広く有用であると考えられる．また薄膜中のネットワーク構造変化に由来した物理特性遷移に関する知見は，今後の薄膜特性の最適設計に有効である．さらに次年度以降を見据えて，薄膜材料の長期信頼性予測モデル構築についても併せて着手し，長期信頼性までも最適化した薄膜特性制御への展開が期待できる．以上の事から，（２）おおむね順調に進展している．と自己評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで蓄積してきた実験結果に基づき，極微小領域や複雑な構造体における欠陥形成過程を予測し，それに伴うデバイス特性変化，統計的バラつきを予測する．作製するデバイスの電気的，光学的特性評価により，一連の予測の枠組みの有効性を検証する．また窒化ホウ素薄膜の作製では，前年度までに構築した数理モデルと物理特性予測に基づき，電気的・光学的・機械的特性を目的関数とする最適化問題として定式化を行う．プロセス条件最適化を行い，算出したプロセス条件設定により成膜実験を行い，優れた薄膜の実現を目指す．
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Research Products
(7 results)
