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2013 Fiscal Year Research-status Report

液中プラズマを用いたミクロンサイズの穴への銅ナノ粒子埋め込みプロセスの創成

Research Project

Project/Area Number 25600126
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

古閑 一憲  九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 准教授 (90315127)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Keywordsナノ粒子 / 異方性製膜 / 液中プラズマ
Research Abstract

本研究では、3次元IC 作製プロセスの重要課題である、微細穴への銅の高速埋め込みを実現するため、液中プラズマプロセスを用いてサイズ制御した銅ナノ粒子を生成し、液中でイオン化した銅ナノ粒子を、表面張力による浮力と静電力を利用して、自動的に微細穴に埋め込む新しいプラズマプロセスを創成することを目的としている。これを実現するため、サイズ制御した銅ナノ粒子の作製に重要なパラメータを明らかにし、ナノ粒子の微細穴への埋め込みに最適なパラメータ及びパラメータ範囲を明らかにする。また、水素プラズマを用いたアニールを用いてナノ粒子埋め込み後の穴の中の銅の純度とグレインサイズを向上するための条件を明らかにする。
平成25年度は、微細穴への銅の高速埋め込み実現に必須のプラズマ異方性CVDに関する原理検証を中心に研究した。プラズマ異方性CVDについては、プラズマで発生するラジカルやイオンのフラックスが重要である。ここでは、ラジカルとしてカーボン含有分子、水素原子、イオンとしてはアルゴンイオン、水素イオンなどを用いて、異方性製膜時における薄膜堆積速度について検討した。結果については以下の通り。(1)重要なパラメータのである製膜速度と膜密度ついて、圧力の上昇するとともに、製膜速度と膜密度は増加し、かつ、基板-電極間距離が減少するとともに、製膜速度と膜密度は増加し、圧力5Torr,基板-電極間距離13mmにおいて製膜速度40.5nm/sという高速製膜かつ、1立方センチあたり1.5gを実現した。(2)製膜機構を明らかにするため、発光分光計測を行い、圧力の増加と共に、電子温度が減少することを明らかにした。
また、液中プラズマによる金属粒子の生成についてInを用いて予備実験を行い、一次粒子のサイズが7nmのIn含有ナノ粒子の生成に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在までの達成度について、以下に記載する理由により、おおむね順調に進展していると判断した。
1.H25年度にInナノ粒子の液中プラズマによる生成を確認した。この結果は、液中プラズマを用いたナノ粒子埋め込みプロセス実現のための必須技術である液中プラズマにおける金属ナノ粒子の生成技術の開発に成功したことを示す。
2.ナノ粒子埋め込みプロセスに重要な異方性CVDについて製膜機構を検討した。

Strategy for Future Research Activity

H25年度に得られた、製膜機構に関する知見や液中プラズマを用いたナノ粒子作製に関する知見を基に、H26年度では、液中でのナノ粒子埋め込みについて検討する。
液中にトレンチ基板を設置して、これに直流または交流電圧を印加する。この基板下において液中プラズマによりナノ粒子を発生させて埋め込みを行う。
埋め込み特性に対する液中プラズマの放電電圧や基板印加電圧などのパラメータ依存性を定量的に明らかにする。また、微細孔に銅ナノ粒子を埋め込み、これを配線に利用する場合、グレインサイズや不純物が問題になる。この問題について、水素プラズマが銅薄膜の不純物除去と平坦化に有効であることが利用して、微細穴に埋め込んだ銅ナノ粒子のグレインサイズ増大と、不純物除去を行う。このため、水素プラズマの内部パラメータやアニーリング温度などと、微細穴内の銅の不純物濃度、グレインサイズ、抵抗率などの関係を定量的に明らかにする。
以上の得られた知見を基に、微細穴への銅の高速埋め込みを実現する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

H25年度の交付申請時に実験補助のための学生雇用の人件費を20万円予定していたが、実験遂行上、特に学生の雇用の必要性がなかったこと、また来年度の実験計画である埋め込み実験において消耗品が必要であるため、次年度使用額が発生した。
発生した次年度使用額については、H26年度に実施予定のナノ粒子埋め込み実験のための金属材料、ビーカー、基板等の購入に充て、適切な予算使用を行う。

  • Research Products

    (8 results)

All 2014 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Deposition of Carbon Films on PMMA Using H-assisted Plasma CVD2014

    • Author(s)
      X. Dong, R. Torigoe, K. Koga, G. Uchida, M. Shiratani, N. Itagaki, Y. Setsuhara, K. Takenaka, M. Sekine, .M. Hori
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 1 Pages: in press

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pressure dependence of carbon film deposition using H-assisted plasma CVD2014

    • Author(s)
      X. Dong, K. Koga, D. Yamashita, H. Seo, N. Itagaki, M. Shiratani, K. Takenaka, Y. Setsuhara, M. Sekine, M. Hori
    • Journal Title

      Proc. 8th International Conference on Reactive Plasmas and 31st Symposium on Plasma Processing

      Volume: - Pages: 5P-PM-S08-P14

  • [Presentation] Deposition of carbon films on PMMA using H-assisted plasma CVD

    • Author(s)
      X. Dong, R. Torigoe, K. Koga, G. Uchida, M. Shiratani, Y. Setsuhara, K. Takenaka, M. Sekine, M. Hori
    • Organizer
      The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
    • Place of Presentation
      Makuhari, Chiba, Japan
  • [Presentation] Time Evolution of Ar Emission Intensities of Ar + H2 + Toluene Plasmas in H-assistedPlasma CVD Reactor

    • Author(s)
      X. Dong, K. Koga, D. Yamashita, H. Seo, N. Itagaki, M. Shiratani
    • Organizer
      The 26th Symposium on Plasma Science for Materials (SPSM-26)
    • Place of Presentation
      Centennial Hall Kyushu University School of Medicine, Japan
  • [Presentation] Pressure dependence of carbon film deposition using H-assisted plasma CVD

    • Author(s)
      X. Dong, K. Koga, D. Yamashita, H. Seo, N. Itagaki, M. Shiratani, K. Takenaka, Y. Setsuhara, M. Sekine, M. Hori
    • Organizer
      8th International Conference on Reactive Plasmas and 31st Symposium on Plasma Processing
    • Place of Presentation
      Fukuoka International Congress Center, Japan
  • [Presentation] Effects of Gas Pressure on Deposition Rate of Anisotropic Plasma CVD

    • Author(s)
      X. Dong, K. Koga, D. Yamashita, H. Seo, N. Itagaki, M. Shiratani
    • Organizer
      18th Korea - Japan Workshop on Advanced Plasma Processes and Diagnostics
    • Place of Presentation
      NISHIJIN PLAZA, Fukuoka
  • [Presentation] 水素原子源付きプラズマCVDで作製した炭素薄膜の堆積速度:圧力と電極間距離への依存性

    • Author(s)
      董ショウ, 古閑一憲, 山下大輔, 徐鉉雄, 板垣奈穂, 白谷正治
    • Organizer
      2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学
  • [Remarks] 九州大学システム情報科学研究院 プラズマ工学研究室

    • URL

      http://plasma.ed.kyushu-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2015-05-28  

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