2015 Fiscal Year Research-status Report
方位選択エピタキシによる複合面方位構造形成における異種方位領域間の完全分離技術
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26390067
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| Research Institution | Iwaki Meisei University |
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Principal Investigator |
井上 知泰 いわき明星大学, 科学技術学部, 教授 (60193596)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / 極薄膜 / 表面界面物性 / 方位選択エピタキシー / 電子ビーム照射 / 複合面方位 / 絶縁層上シリコン膜(SOI) / トレンチ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子ビーム誘起方位選択エピタキシャル成長法により、シリコン(100)基板上にCeO2(100)とCeO2(110)領域から成る複合面方位構造形成の研究を進め、両領域間に存在する両結晶方位成分を含む遷移領域の大きさを支配している基板方面電位分布の拡がりを決定する要因の解析を進めた。本研究による複合面方位構造形成技術のデバイスプロセスへの応用性を高める為には遷移量機器幅を大幅に縮小乃至は無くする必要がある。
そこで先ず、低速電子銃のアパーチュアの内径を変化させて、1 mm迄小さくする検討を行い、電子ビーム照射サイズの精密制御を図った。遷移領域幅とシリコン基板の比抵抗の関係を詳細に解析し、その幅が比抵抗の対数に比例して減少し、電子ビーム径程度迄縮小できることが分かった。
更に、抜本的に遷移領域幅を縮小するために、絶縁層上シリコン膜(Silicon on Insulator, SOI)基板を用い、リソグラフィーによりSOI層にストライプ状のトレンチを形成して、トレンチで分離されたシリコン領域間の電気的絶縁を図ることにより遷移領域を無くして、異種方位領域間の完全分離を目指す新たな手法を提案し、その実現性を追及するための実験を進めた。トレンチ形成にフッ酸、硝酸系のエッチャントを用いたウェットエッチングを用いた場合、SOI層の厚さが厚い場合は異種結晶方位領域間の完全分離ができることが明らかとなった。その薄さの限界は0.3 μm程度であることも分かった、
SOIを用いたLSI製造への応用に鑑みて、更に薄いSOI層での完全分離を実現するために反応性イオンエッチング法によるドライエッチングでのトレンチ形成を検討し、88 nmの薄さでも完全分離が可能であることを実証できた。これはトレンチの断面が垂直に削れているため、トレンチで分けられた両側のシリコン層間の良好な電気的絶縁が確保できたためであることが分かった。
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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
バルクシリコン(100)基板での複合面方位構造形成のためのパラメータ解析、特にシリコン基板の比抵抗依存性について、ほぼ十分に解明することができた。その結果、異種結晶方位領域間に存在する遷移領域幅を電子ビーム径(1 mm)程度まで縮小可能であることが分かり、ファインビーム電子光学系の開発により更なる遷移領域幅の縮小が可能であるという将来への指針が得られた。
SOI基板を用い、リソグラフィーによりSOI層にストライプ状にトレンチを形成して、互いに電気的に絶縁分離されたシリコン層領域を形成して、異種結晶方位領域間の完全分離に成功した。その際、シリコン層と埋め込み酸化層をエッチオフして形成したトレンチの断面形状が重要であることが分かった。SOIのシリコン層が比較的厚い場合はウェットエッチングによるトレンチ形成でも際限性良く完全分離できることが実証できた。SOI基板は高価なため、その構造パラメータのバリエーションを数多く揃えて検討することは容易ではないが、科研費のお陰で現在までにシリコン層の厚さで 0.088から80 μmまで、シリコン層の比抵抗で0.01から1,000Ωcmまで、8種類のSOI基板について実験的検討ができた。その中で、異種結晶方位領域間の分離特性にはSOIのSi層の比抵抗の大小による依存性は無いことが実験から判明した。また、昨年度迄の研究ではウェットエッチングでは完全分離が困難であった0.3 um以下の極薄SOI層でも、反応性イオンエッチングの採用により良い結果が得られることが実証できた。その理由は、高分解能電界放出電子顕微鏡によるトレンチの断面形状の精密観察の結果からトレンチの断面が垂直に削れていることが分かり、その為トレンチで分けられた両側のシリコン層間の良好な電気的絶縁が確保できたためであることが分かった。本研究計画の2年目迄の研究進捗状況としておおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
SOI基板の構造パラメータ、特にシリコン層の厚さや比抵抗などのバリエーションを更に増やして、複合面方位構造の異種面方位領域間の完全分離のための実験条件を、再現性も含めて更に精密に検討を進める。特に、異種面方位領域間の分離特性とトレンチの断面構造との関係に着目した検討を進める。
前年度迄には完全分離に成功できなかった、88 nmの薄さのSOI基板でもドライエッチングによるトレンチ形成を利用することにより、完全分離ができることが分かったが、その再現性や実験パラメータの解析を進める。このレベルのシリコン層の薄さはLSIプロセスへの応用性を高めるためには極めて重要である。この研究を遂行する際に、反応性イオンエッチングによるトレンチ形成と高分解能電界放出電子顕微鏡によるトレンチの断面形状の精密観察などには、産業技術総合研究所のナノエレクトロニクス研究部門のご支援を賜る予定である。
また、次年度は本研究の最終年度であるので、3年間の全てのデータ集積と種々の項目の研究結果を総合的にまとめて総括する。その成果を国内外の学会発表や学術雑誌などへの論文発表により公表する。
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