| 研究課題/領域番号 |
21H01832
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
山田 英明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究チーム長 (90443233)
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| 研究分担者 |
大曲 新矢 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40712211)
嶋岡 毅紘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (80650241)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
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| キーワード | ダイヤモンド / 結晶成長 / 熱フィラメントＣＶＤ / シミュレーション / 超ワイドバンドギャップ半導体材料 / 熱フィラメントCVD / 不純物ドープ / 熱流体シミュレーション / 導電性エピ成長 / インチサイズウェハ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
熱フィラメント(HF)CVDとマイクロ波プラズマ(MWP)CVDでのダイヤモンド単結晶成長メカニズムを詳細に解析し、インチサイズで均一な導電性結晶成長を達成する。
従来、電子デバイス応用を指向した単結晶成長には結晶成長の高速化が可能なMWPCVDが用いられてきたが、近年、結晶成長速度は低速だが、HFCVDでも同等以上の品質を持つ単結晶成長が可能であることが発見された。しかしながら、その一様性においては必ずしも確立しておらず、また、MWPCVDとの本質的な違いが不明であるため、高導電性＋高速成長が実現できない。本研究の知見を基にダイヤモンド単結晶成長の新たなフロンティアを開拓する。
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| 研究成果の概要 |
熱フィラメントＣＶＤを用いて、インチサイズのモザイク単結晶ウェハ上へボロンドープ結晶層の結晶成長を実施した。基板表面と熱フィラメントとの距離を変化して結晶成長し、得られた結晶層のボロン、及びフィラメント材であるタングステンの濃度を評価することで、ミリ単位での距離の制御の重要性を見出した。また、フィラメント材であるＷが成長を阻害し、それによってＢの取り込みが抑制され得ることを示唆する結果が得られた。更に、熱流体シミュレーションと併せ、高速成長条件と一様性がトレードオフの関係にあることも見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果で得られた知見は、特にダイヤモンド単結晶の電気的応用において重要となる、熱フィラメントＣＶＤを用いたインチサイズでの結晶成長におけるプロセスパラメータを決定する上で基盤となる結果と言える。熱フィラメントＣＶＤは結晶成長速度が比較的遅いものの、高い一様性を実現できると認識されているが、半導体デバイスなどで要求される様な一様性を実現するには、更なる高度な制御が必要であることが分かった。また、結晶成長速度を向上することと一様性を担保することがトレードオフの関係にあることも分かった。これらの知見はウェハスケールでのプロセスを構築する上でその決定指針の一つとなると考えられる。
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