垂直極微細加工可能なSiの自己制限型原子層エッチング技術の開発

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06555089
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松浦 孝 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (60181690)
• 研究分担者: 澤田 康次 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (80028133) ; 室田 淳一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70182144)
• キーワード: 原子層エッチング / 自己制限型吸着 / シリコン / ECRプラズマ / 低エネルギーAr^+イオン照射 / 塩素 / ゲルマニウム / 極微細MOS

研究概要

本研究では、自己制限型吸着機構を基礎としたSiの原子層エッチング技術を垂直極微細加工可能な形で完成させることを目的としている。この技術は、Si表面への反応性原子の自己制限型吸着と、その吸着表面で低エネルギーイオン入射により誘起される方向性エッチング反応により成り立っている。本年度は、3年計画の第2年度として、Siの自己制限型原子層エッチングから拡張して、Geの原子層エッチングと極微細MOSゲートの垂直加工への低エネルギーECR塩素プラズマの適用について研究した。
具体的には、Si(100)、(111)、(110)、(211)面の自己制限型原子層エッチングを、高清浄ECRプラズマ装置を用いて、塩素の吸着と低エネルギーAr^+イオンの照射を交互に繰り返す事により行った。1サイクル当たりの飽和エッチング量は、各面方位ともそれぞれの1原子層厚と簡単な分数の積になり、また、Si表面へラジカル吸着がある場合には、分子吸着のみの場合の約2倍になっている事を明らかにした。飽和エッチング量は、各面方位における表面ボンド構造と塩素の吸着サイトを考慮した簡単な関係式で表されることを明らかにした。さらに、原子層エッチング途中のSi表面のXPS分析も行った。これらのSiの原子層エッチングにおいては、エッチング量は塩素の吸着量に依存している。これに対してGeの原子層エッチングを試みたところ、低エネルギーAr^+イオン照射量に依存するエッチング特性を得た。この結果は吸着や反応の速度定数の材料による違いを示すものとして注目される。また、低エネルギーECR塩素プラズマを用いて超微細MOSFETの0.1ミクロン以下の高選択垂直ゲート加工を可能にし、次年度へ向けた研究方向の基礎を得た。
なお、これらの成果は、裏面記載の論文等で発表済み、及び発表予定であり、さらに次年度の研究計画に発展するものである。

研究成果

• [文献書誌] 松浦孝,室田淳一: "低エネルギーイオン照射によるSiの原子層エッチング" 表面科学. 16. 346-352 (1995)
• [文献書誌] K.Goto,J.Murota,F.Honma,T.Matsuura,and Y.Sawada: "A Super Self-Aligned Ultrashallow Junction Formation Using Selective Si_<1-x>Ge_x CVD in Deep-Submicron MOSFET's Fabrication" Proceedings of the 5th International Symposium on Ultra Large Scale Integration Science and Technology. 95-5. 512-518 (1995)
• [文献書誌] K.Goto,J.Murota,F.Honma,T.Matsuura,and Y.Sawada: "A Super Self-Aligned Ultrashallow Junction Formation Using Selective Si_<1-x>Ge_x CVD in Deep-Submicron MOSFET's Fabrication" The Electrochemical Society Extended Abstracts,Spring Meeting. 538-539 (1995)
• [文献書誌] T.Matsuura,K.Suzue,J.Murota,Y.Sawada,and T.Ohmi: "Self-limited Atomic-Layer Etching of Si" Proceedings of the 5th International Symposium on Ultra Large Scale Integration Science and Technology. 95-5. 109-115 (1995)
• [文献書誌] T.Matsuura,K.Suzue,J.Murota,Y.Sawada,and T.Ohmi: "Self-limited Atomic-Layer Etching of Si" The Electrochemical Society Extended Abstracts,Spring Meeting. 467-468 (1995)
• [文献書誌] T.Sugiyama,T.Matsuura,and J.Murota: "Atomic-Layer Etching of Ge Using an Ultraclean ECR Plasma" 4th INternational Symposium on Atomic Layer Epitaxy and Related Surface Processes. (印刷中). (1996)