次世代低温・超高速エピタキシーを可能とするナノクラスター制御メゾプラズマ技術開発

• 研究課題/領域番号: 17686062
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 材料加工・処理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 神原 淳 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (80359661)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 30,030千円 (直接経費: 23,100千円、間接経費: 6,930千円); 2007年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2006年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2005年度: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
• キーワード: エピタキシー / メゾプラズマ / chemical vapor deposition / X線散乱 / ナノクラスター / その場計測 / メゾプラズマCVD / X線散乱その場計測 / ヘテロエピタキシー / プラズマエッチング

研究概要

昨年度までに、中間的圧力下でのメゾプラズマの高密度原料ガスの大流束による高速堆積と共に、原料ガス凝縮に伴い形成されるナノクラスターも低圧プロセスと同程度のクヌーセン数の環境場により制御されうる特徴に着目して、シリコン薄膜堆積を進めた結果、低温でホール移動度は300cm^2/V近い値を維持する高品質なエピタキシャル薄膜を実現できることを実証した。また、メゾプラズマCVD時にその場計測できるX線小角散乱計測システムを立ち上げ、エピタキシャル成長時のガス凝縮に伴うナノクラスターが球状かつ3nm径をモードに粒径分布を有するシリコンクラスターであることを確認した。
これを元に、本年度、エピタキシャル薄膜並びに多結晶薄膜となる種々のプラズマ条件下で堆積を行った薄膜表面形態をstochastic解析に基づく精緻な分析を行った。多結晶薄膜が堆積する条件ではsurface diffusion機構が主に支配する成長様式で説明される表面形態解析結果であった。その場計測結果では、比較的大型〜5nm程度のクラスターの形成が確認されており、これら比較的大型のクラスターは十分に成長表面でbreak-upし難いことが示唆された。一方で、エピタキシャル成長時には、通常のエピタキシャル成長で確認されるステップフロー成長を基本とした沿面成長が達成されている可能性が高いことが判明した。これは逆に、クラスターを前駆体としながらも基板表面では原子が成長前駆体となるよう、クラスターが成長表面衝突に伴いbreak-upすることが考えられ、計測より予測されたホットクラスター概念を更に支持するものである。同時に、低温でありながら高速で高品質薄膜堆積を実現する指針を提示した重要な結果であるといえる。

研究成果

• [雑誌論文] High rate epitaxy of silicon thick films by medium pressure plasma chemical, vap or deposition (2007)
  • 著者名/発表者名: J. M. A. Diaz, M. Sawayanagi, M. Kambara and T. Yoshida
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 99 ページ: 5315-5317
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nano cluster assisted high rate epitaxy of silicon by meso Plasma CVD (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, Y. Hamai, H. Yagi and T. Yoshida
  • 雑誌名: Surf. Coat. Technol. 201 ページ: 5529-5532
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of heteroepitaxial Si films on sapphire substrates using mesoplasma CVD (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sawayanagi, J.M.A.Diaz, M.Kambara, T.Yoshida
  • 雑誌名: Surf.Coat.Technol. 201 ページ: 5592-5592
• [雑誌論文] Nano cluster assisted high rate epitaxy of silicon by mesoplasma CVD (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Kambara, Y.Hamai, H.Yagi, T.Yoshida
  • 雑誌名: Surf.Coat.Technol 201 ページ: 5529-5529
• [雑誌論文] Super high rate deposition of homo- and hetero-epitaxial Si thick films by mesoplasma CVD (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshida, M.Kambara
  • 雑誌名: J.High Temp.Mater.Process 11 ページ: 103-103
• [雑誌論文] High rate epitaxy of silicon thick films by medium pressure plasma chemical vapor deposition (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Kambara, H.Yagi, M.Sawayanagi, T.Yoshida
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 99 ページ: 74901-74901
• [雑誌論文] 次世代プラズマコーティング技術 (2006)
  • 著者名/発表者名: 神原淳, 吉田豊信
  • 雑誌名: 応用物理 75 ページ: 412-412
  • NAID: 10017540873
• [雑誌論文] High rate epitaxy of silicon thick films by medium pressure plasma chemical vapor deposition
  • 著者名/発表者名: M.Kambara, H.Yagi, M.Sawayanagi, T.Yoshida
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. (印刷中)
• [学会発表] High rate and Low temperature Silicon epitaxy via unique cluster enhanced mesoplasma CVD (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Kambara, J. M. A. Diaz, and T. Yoshida
  • 学会等名: Materials Research Society, Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-03-25
• [学会発表] Hydrogen effect on high rate and low temperature mesoplasma epitaxy (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, T. Ichikura, J. M. A. Diaz, and T. Yoshida
  • 学会等名: International Symposium on Plasma Chemistry
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2007-08-27
• [学会発表] Insitu X-ray scattering studies during Si film deposition by mesoplasma CVD (2007)
  • 著者名/発表者名: J. M. A. Diaz, M. Kambara, and T. Yoshida
  • 学会等名: International Symposium on Plasma Chemistry
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2007-08-26