2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of plasma-induced defect generation mechanism during atomic layer etching
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20K14453
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
堤 隆嘉 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 助教 (50756137)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン誘起ダメージ / ラジカル吸着 / 原子層エッチング / ダングリングボンド密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、プラズマによる原子層エッチング（ALE）での脱離プロセスであるイオン衝突が誘起する表面ダメージと吸着するプロセスでのダメージへのラジカル吸着を、各種プラズマプロセス装置と各種In-situ表面分析装置を組み合わせることで、被加工物表面を大気曝露させずに原子分解能で定量解析することで明らかにすることを目的としている。
R3年度は主にイオン照射によって生じるダングリングボンド密度とイオンエネルギーとの関係を明らかにするため研究をおこなった。具体的には、ダメージの一種であるダングリングボンド密度の定量的な解析のために、プロセス室である高精度にイオンエネルギーが制御可能なプラズマビーム装置とダングリングボンド密度計測が可能なESR装置間の試料搬送を大気曝露させることなく搬送できる真空搬送システムを駆使し研究を実施した。さらに原子層プロセス中の試料温度を変化させ、元素組成比の偏りやエッチング速度の温度依存性を確認した。この温度依存性の結果より、生成物の揮発脱離が元素組成比やエッチング速度に依存することが明らかとなった。
また、イオンによるダメージを定量化するため、ラジカルのみを生成しエッチングできるプロセス装置を開発した。そのラジカルプロセス装置で原子分解能で表面反応を定量分析できるように、In-situ XPSシステムおよびin-situ エリプソメトリーシステムを導入した。このプロセス装置によりイオン誘起ダメージがないプラズマプロセスが可能となり、ラジカルによる表面改質のXPS分析およびラジカルによる膜厚変化を計測することに成功した。
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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
本研究で重要な役割を果たす欠陥密度の定量解析について予定通り計測が進めることができている。さらに、ラジカル吸着をイオン照射せずに実施する手法を確立し、ラジカルプロセス装置の立上げまで完了できた。ALEプロセス中の吸着種であるラジカルの絶対密度を測定できるよう真空紫外吸収分光装置の立上げは現在も実施中である。
以上のことから、総合評価を(2)とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、R３年度に構築したin-situ XPSシステムおよびin-situエリプソメトリーシステムが装着されているラジカルプロセス装置を駆使し、イオンによるダメージ生成とラジカルによるダメージ修復を定量計測する。具体的には下記を実施する。
i)ラジカルによるダングリングボンドの終端深さのラジカル種およびイオンエネルギー依存性の解明
ii)エキシマレーザと色素レーザを組み合わせた真空紫外レーザ吸収分光システムを構築し、ラジカル密度の絶対密度計測
iii)ラジカル密度とダングリングボンド密度の定量計測により反応確率の導出
これらの結果からイオン衝突により誘起される原子数層の反応場内の欠陥を考慮した原子層エッチングの表面反応モデルを体系化し、次世代半導体デバイスのための製造プロセスとしてダメージフリー原子層エッチングの実現に寄与する。
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