ラジカル表面励起法を用いた室温原子層堆積法の研究

• 研究課題/領域番号: 24510147
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 廣瀬 文彦 山形大学, 理工学研究科, 教授 (50372339)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2012年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 原子層堆積 / 励起 / 金属酸化膜 / 吸着 / 酸化 / 室温 / 酸化物 / 飽和吸着 / コーティング / ゲート絶縁膜 / 原子層堆積法 / 酸化膜 / プラズマ / 国際情報交換

研究成果の概要

次世代の原子スケールでの半導体デバイスを実現するために、金属酸化物、High-k 絶縁膜の室温原子層堆積法の開発を行った。膜種として、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化アルミニウムの室温堆積に成功した。これを開発する上で、多重内部反射赤外吸収分光を用いた表面反応評価を実施し、堆積に使用する有機金属プリカーサー（TEMAH、TDMAT、TMA）は酸化物表面にハイドキシル基を与えることで、室温でも化学吸着をすることを明らかにした。またその表面を酸化せしめるために、加湿アルゴンプラズマあるいは加湿酸素プラズマが有効であることを見出した。上記実験から反応機構についてモデルを提示するに至った。

研究成果

• [雑誌論文] Infrared study on room-temperature atomic layer deposition of HfO2 using tetrakis (ethylmethylamino) hafnium and remote plasma-excited oxidizing agents (2015)
  • 著者名/発表者名: Kensaku Kanomata, Hisashi Ohba, P. Pungboon Pansila, Bashir Ahmmad, Shigeru Kubota, Kazuhiro Hirahara, Fumihiko Hirose
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 巻: 33 号: 1
  • DOI: 10.1116/1.4899181
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Room temperature atomic layer deposition of gallium oxide investigated by IR absorption spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Pungboon Pansila, Kensaku Kanomata, Bashir Ahmmad, Shigeru Kubota, Fumihiko Hirose
  • 雑誌名: IEICE TRANSACTIONS on ELECTRONICS 巻: E98-C
  • NAID: 130005067743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrogen adsorption of Si(100) surface by plasma excited ammonia (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Pungboon Pansila, Kensaku Kanomata, Bashir Ahmmad, Shigeru Kubota, Fumihiko Hirose
  • 雑誌名: IEICE TRANSACTIONS on ELECTRONICS 巻: E98-C
  • NAID: 130005067741
  • 査読あり
• [雑誌論文] リモートプラズマを用いたアルミナ室温原子層堆積プロセスと表面 反応過程評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鹿又 健作 パンシラ ポープンブン 大場 尚志 有馬 ボシールアハンマド 久保田 繁 平原 和弘 廣瀬文彦
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌 C 巻: J98-C ページ: 1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room temperature atomic layer deposition of SiO2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Hirose, Kensaku Kanomata, Shigeru. Kubota, Bashir. Ahmmad, and Kazuhiro Hirahara
  • 雑誌名: Applied Mechanics and Materials 巻: 490-491 ページ: 118-122
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.490-491.118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-heating atomic layer deposition of SiO2 using tris(dimethylamino)silane and plasma-excited water vapor (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Degai, K. Kanomata, K. Momiyama, S. Kubota, K.Hirahara, F. Hirose
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 525 ページ: 73-76
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2012.10.043
  • 査読あり
• [雑誌論文] IR study of Atomic-layer-deposition of HfO_2 with tetrakis (ethylmethylamino) hafnium (TEMAH), ozone and water vapor (2012)
  • 著者名/発表者名: F.Hirose, Y.Kinoshita, K.Kanomata, K.Momiyama, S.Kubota, K.Hirahara
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 258 号: 19 ページ: 7726-7731
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.04.130
  • 査読あり
• [学会発表] RT atomic layer deposition of hafnium oxide by using plasma excited oxygen and water vapor (2015)
  • 著者名/発表者名: F. Hirose, K. Kanomata, B. Ahammad, S. Kubota
  • 学会等名: 6th Int National Workshop on Nanostructures and Nanoelectronics
  • 発表場所: 東北大学 仙台
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] Room temperature atomic layer deposition of oxide films with plasma excited water vapor (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Hirose
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D & Materials Research
  • 発表場所: インチョン 韓国
  • 年月日: 2014-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] Infrared Study on Room-temperature Atomic Layer Deposition of HfO2 Using Tetrakis (ethylmethlamino)hafnium and Remote-plasma Excited Oxdizing Agents (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kanomata, H. Ohba, P. Pungboon Pansila, T. Suzuki, B. Ahmmad, S. Kubota, K. Hirahara F. Hirose
  • 学会等名: Atomic Layer Deposition 2014
  • 発表場所: ホテルグランビア京都
  • 年月日: 2014-06-15 – 2014-06-18
• [学会発表] Effects of ALD Deposited TiO2 Coating on TiO2 Nanoparticle Electrodes in Dye Sensitized Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kato, Eiki Ito, Kensaku Kanomata, Bashil Ahmmad, Shigeru Kubota, Fumihiko Hirose
  • 学会等名: Atomic Layer Deposition 2014
  • 発表場所: ホテルグランビア京都
  • 年月日: 2014-06-15 – 2014-06-18
• [学会発表] プラズマ励起原子層堆積法による室温酸化ハフニウム成膜 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鹿又健作, 大場尚志, 有馬ボシールアハンマド, 久保田繁, 平原和弘, 廣瀬文彦
  • 学会等名: 電子情報通信学会 電子デバイス研究会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2014-04-17 – 2014-04-18
• [学会発表] Room temperature atomic layer deposition of oxide films on flexible materials (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Hirose, K. Kanomata, S. Kubota, K. Hirahara
  • 学会等名: The Joint Symposium of 8th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics 5th International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] Room-temperature SiO2 ALD with TDMAS and plasma-excited water vapor (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Hirose, M. Degai, K. Kanomata, K. Momiyama
  • 学会等名: AVS ALD Conference 2012
  • 発表場所: Westin Velbue, ドレスデン市, ドイツ
• [学会発表] Ge MOS capacitor fabricated by plasma enhanced atomic layer deposition at room temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Hirose, M. Degai, K. Kanomata, K. Momiyama
  • 学会等名: ECS meeting 2012 in Seatle
  • 発表場所: ワシントン国際会議場, シアトル市, 米国
• [学会発表] Reaction mechanism of non-heating SiO2 atomic layer deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Hirose
  • 学会等名: ECS meeting 2012 in Honolulu
  • 発表場所: ホノルル国際会議場, 米国
• [学会発表] Non-Heating Atomic Layer Deposition of TiO2 by Using Plasma Excited Water Vapor
  • 著者名/発表者名: Kensaku Kanomata, Katsuaki Momiyama, Takahiko Suzuki, Shigeru Kubota, Kazuhiro Hirahara, and Fumihiko Hirose
  • 学会等名: ECS meeting
  • 発表場所: Sheraton Center(カナダ）
• [学会発表] Room temperature atomic layer deposition of SiO2 on flexible plastic materials
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Hirose
  • 学会等名: International Conference on Science and Engineering Materials
  • 発表場所: Sharda University（インド）
  • 招待講演
• [備考] LSI用メタル配線技術・室温原子層堆積技術
  • URL: http://fhirose.yz.yamagata-u.ac.jp/
• [産業財産権] 薄膜堆積方法 (2015)
  • 発明者名: 廣瀬文彦
  • 権利者名: 廣瀬文彦
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-005596
  • 出願年月日: 2015-01-15
• [産業財産権] 酸化物薄膜の形成方法及び装置 (2013)
  • 発明者名: 廣瀬文彦、鹿又健作
  • 権利者名: 廣瀬文彦、鹿又健作
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-261850
  • 出願年月日: 2013-12-19
• [産業財産権] 薄膜形成方法及び装置 (2013)
  • 発明者名: 廣瀬文彦 出貝求
  • 権利者名: 廣瀬文彦 出貝求
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-011476
  • 出願年月日: 2013-01-24