Si系アモルファス絶縁薄膜の表面構造敏感エッチングと原子制御

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10875065
• 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: 櫻庭 政夫 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (30271993) ; 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 / ECRプラズマ / Si窒化膜 / 励起水素 / Arイオン照射 / 表面吸着・反応 / 高清浄雰囲気 / XPS

研究概要

本萌芽研究では、Si系アモルファス絶縁膜の原子層エッチングを表面構造に敏感な形で実現し、その反応過程を基礎的に解明することを目指して研究を行った。高清浄ECRプラズマ装置を用い、まず、結晶性のSiやGeで実現した塩素ラジカルの吸着とArイオン照射を交互に繰り返す方法による原子層エッチング法を試み、アモルファスのSi窒化膜は物理的スパッタ効果と同程度の微少量しかエッチングされないことを明らかにした。これはSiとN原子の結合エネルギーが強いためと考え、それを効果的に弱める化学種として励起水素を用いた検討を行った。その結果、表面N原子のみを選択的に1原子層自己制限的に除去できる条件があることを見いだした。さらに、表面に残留した1原子層のSiを水素添加Arイオン照射で選択的に除去できるころを見いだした。そこで、これら2つの素過程を交互に繰り返すことにより、役割分担型でSi窒化膜の原子層エッチングが可能であることを提案し、これを3サイクルまで繰り返して1サイクル当たりSi窒化膜の平均原子層厚分ずつエッチングされることを実証した。なお、これらの実験は1〜2mmの極薄膜厚の試料を用い、表面分析をX線光電子分光法(XPS)、FTIR/RAS、RHEED等を用いて行ったものである。本萌芽研究の成果はSi系絶縁膜の原子層エッチングをはじめて可能にしたもので、デバイス極微細化の進展とともに今後重要になる技術であり、今後引き続いて関連研究を発展的に継続する予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Matsuura et al: "Atomic-Layer Surface Reaction of Chlorine on Si and Ge Assisted by an Ultraclean ECR Plasma" Surf.Sci.402-404. 202-205 (1998)
• [文献書誌] T.Watanabe et al: "Atomic-Order Thermal Nitridation of Silicon at Low Temperatures" J.Electrochem.Soc.145, 12. 4252-4256 (1998)
• [文献書誌] T.Watanabe et al: "Separation between Surface Adsorption and Reaction of NH_3 on Si(100) by Flash Heating" Jpn.J.Appl.Phys.38, 1B. 7717-7722 (1998)
• [文献書誌] Y.Honda et al: "Atomic-Order Layer Role-Share Etching of Silicon Nitride Using an ECR Plasma" Proceedings of the 12th International Symposium on Plasma Processing. PV98-4. 94-100 (1998)
• [文献書誌] J.Murota et al: "Atomic-Layer Surface Reaction of NH_3 on Si(100) at Low temperatures" Abstract of 1998 International Symposium on Formation, Physics and Device Application of Quantum Dot Structures. Abs.No.Tu4-10. 134 (1998)
• [文献書誌] T.Matsuura et al: "Atomic-Order Layer Etching of Silicon Nitride with a Role-Share Method Using an ECR Plasma" Abstract of 4th Asia-Pacific Conferece on Plasma Science and Technology & 11th Symposium on Plasma Science for Materials. 61 (1998)
• [文献書誌] T.Watanabe et al: "Atomic-Layer Nitridation of Si(100) by NH_3 Using Flash Heating" 194th Meeting Abstracts of The Electrochemical Society. 806 (1998)
• [文献書誌] T.Seino et al: "Atomic-Order Nitridation of Si by Radical-and Ion-Induced Reactions Using an Ultraclean ECR Nitrogen Plasma" 194th Meeting Abstracts of The Electrochemical Society. 799 (1998)