マイクロ波励起プラズマによる低誘電率/高誘電率薄膜形成プロセスの研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450111
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 平山 昌樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70250701)
• 研究分担者: 伊野 和英 東北大学, 大学院・工学研究科(日本学術振興会), 特別研究員 ; 大見 忠弘 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20016463)
• キーワード: 低誘電率層間絶縁膜 / 高誘電率膜 / マイクロ波 / プラズマ / 半導体 / プロセス / ラジアルラインスロットアンテナ

研究概要

本年度は、低誘電率層間絶縁膜、及び高誘電率絶縁膜のプラズマCVDを行うためのプロセスガスのうち、大半を占めるアルゴンガスおよびキセノンガスを、申請者らが開発したマイクロ波プラズマ装置に導入したときのプラズマ特性(電子密度、電子温度、ラジカル密度、プラズマ電位)を詳細に調べ、外部パラメータ(マイクロ波周波数、マイクロ波電力、ガス圧力)がプラズマ特性に及ぼす影響を明らかにした。プラズマ励起用マイクロ波は、2.45GHzと8.3GHzと3倍程度異なる周波数を採用した。
ある程度の電力密度の円偏波マイクロ波を投入すると(1.2W/cm^2以上)、周波数によらず、アルゴンガスでもキセノンガスでも10^<12>cm^3台の安定した高密度プラズマが発生することが明らかとなった。また、ラジアルラインスロットアンテナから放射される均一性の高いマイクロ波を用いてプラズマ生成を行うと、ウェハ面内でのばらつきが±2%以下の非常に均一性の高いプラズマが得られることが明らかとなった。さらに、本研究で採用したプラズマ源は電子を高エネルギまで加速する機構が存在しないため、電子温度が非常に低く、特にキセノンプラズマにおける電子温度は、アルゴンプラズマの場合の1/3程度になることが明らかとなった。このように、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ源では、低誘電率層間絶縁膜や高誘電率絶縁膜の形成プロセスをはじめとする半導体プロセスに実用レベルで対応可能な最適なプラズマが得られることを、世界に先駆けて実証した。
さらに、実際に低誘電率層間絶縁膜および高誘電率絶縁膜の形成プロセス実験を行うクラスターツールの検討、構想設計、詳細設計、製作を行った。現在、薄膜形成実験ができるよう準備を進めている。

研究成果

• [文献書誌] 平山 昌樹: "マイクロ波励起高密度プラズマを用いた薄膜形成技術" 第32回超LSIウルトラクリーンテクノロジーシンポジウム、プロシーディング. 20-25 (1998)
• [文献書誌] 平山 昌樹: "新しい半導体製造装置の構成法=低コスト・高生産性半導体製造ライン実現を目指して=" クリーンテクノロジー. 21-30 (1998)
• [文献書誌] Tadahiro Ohmi: "A New Concept Cluster Tool with a Radial Line Slot Antenna(RLSA)Plasma Source" Extended Abstract of International Symposium on Advanced ULSI Technology-Challenges and Breakthoughs. 19-23 (1998)
• [文献書誌] Katsuyuki Sekine: "Low temperature,Low-energy Plasma Nitridation of silicon for Gate Dielectrics" Extended Abstract of International Symposium on Advanced ULSI Technology-Challenges and Breakthoughs. 29-30 (1998)
• [文献書誌] Katsuyuki Sekine: "Direct Nitridation of Silicon Surface Ultra-Low-Temperature by High-Density and Low-Energy Ion Bombardment" The Seventh International Symposium on Semiconductor Manufacturing,Proceeding of ISSM98. 145-148 (1998)
• [文献書誌] M.Hirayama: "Low-Cost,High-Productivity ULSI Manufacturing in 300mm Wafer Era" Silicon,Software,and Smart Machines;Manufacturing Integration in the Semiconductor Industry. (1998)