プラズマプロセスにおける超微細構造内の粒子輸送と表面反応過程の解明と制御

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14380209
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 斧 高一 京都大学, 工学研究科, 教授 (30311731)
• 研究分担者: 高橋 和生 京都大学, 工学研究科, 助手 (50335189) ; 節原 裕一 京都大学, 工学研究科, 助教授 (80236108)
• キーワード: プラズマプロセス / 超微細構造 / 粒子輸送過程 / 表面反応過程 / 加工形状進展 / 高密度プラズマ / エッチング / 化学気相堆積

研究概要

本年度は、(1)まず、微細構造内の粒子輸送と表面過程について、現象論的なアプローチではあるが、原子サイズレベルでの新しい解析モデルを開発した。具体的には、被エッチング表面層を原子サイズで分割して、表面に入射して反射あるいは表面層に侵入するイオンとラジカルの挙動をモンテカルロ法でシミュレートする。さらに、侵入したラジカルと表面層原子との反応、反応生成物の表面層での拡散、および表面からの脱離について、表面温度の効果を考慮した。この新しいモデルを用いた加工形状進展(feature profile evolution)シミュレーションにより、表面反応層の発達とエッチングの形状異方性との相関関係を明らかにした。(2)さらに、PIC/MC(Particle-in-cell/Monte Carlo)法による放電プラズマシミュレーションと形状シミュレーションを組み合わせることによって、プラズマからエッチング形状までの一貫シミュレーションを構築し、初期段階ではあるが、プラズマエッチング装置パラメータを入力するとエッチング形状が出力として得られるシステムを構築した。(3)具体的なプラズマエッチング実験とエッチング形状シミュレーションを、多結晶シリコン・メタルゲート電極エッチング、および酸化シリコン・高誘電率ゲート絶縁膜エッチングについて比較し、それぞれのエッチングプロセスに特徴的な微細構造内の粒子輸送と表面反応過程を明らかにした。(4)また、微細構造内の粒子輸送の実験観察について、微細構造サンプルを通過するプラズマ反応粒子の種類を四重極質量分析器を用いて調べた。来年度(最終年度)は、モデル計算と実験を相補的に推進し、プラズマプロセスにおける超微細構造内の粒子輸送と表面反応過程の物理的・化学的機構と今後の課題をまとめる。

研究成果

• [文献書誌] Y.Osano, T.Nomura, K.MIki, K.Ono: "A numerical analysis of rf discharges and particle transport in the sheath and microstructures on the substrate"Proceedings of the 16th International Symposium on Plasma Chemistry, ISPC-16,Taormina, Italy, July 2003. Paper Po3.46 (2003)
• [文献書誌] K.Takahashi, K.Ono, Y.Setsuhara: "Performance of inductively coupled fluorocarbon plasmas in etching of HfO_2 thin films as a high-k gate insulating material"Proceedings of the 3rd International Symposium on Dry Process, DPS-2003,Tokyo, Japan, October,2003. 247-252 (2003)
• [文献書誌] 斧 高一: "高誘電体材料/電極材料エッチング技術(印刷中)"Electronic Journal 別冊「2004半導体テクノロジー大全」. (2004)
• [文献書誌] 斧 高一: "「新訂版・表面科学の基礎と応用」,日本表面科学会編,第3編、第1章、第3節、第6項(エッチング)"エヌ・ティー・エス社. 11 (2004)