| 研究課題/領域番号 |
15360016
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
薄膜・表面界面物性
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
寒川 誠二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30323108)
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| 研究分担者 |
羽根 一博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893)
小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90282095)
近藤 道雄 独立行政法人産業技術総合研究所, 薄膜シリコン系太陽電池研究開発ラボ, 副ラボ長 (30195911)
久保田 智広 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (70322683)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| キーワード | 中性粒子ビーム / エッチング / 負イオン / シリコン酸窒化膜 / ゲート電極加工 / 低誘電率絶縁膜 / フィン型MOSFET / ナノカラム |
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| 研究概要 |
本研究では世界ではじめて負イオンを積極的に用いることで、従来にはない高効率高フラックスな中性粒子ビーム形成技術を確立するとともに、ダメージフリー微細加工や新機能物質創製を実現した。
SF_6とCl_2の混合ガスを用いたビームによって、50nmの極微細ポリシリコンゲート電極加工を実現した。加工時に生じるチャージングダメージをアンテナMOSキャパシタを用いて評価したところ、従来のプラズマ加工に対してリーク電流が約1桁低く、ダメージの少ない加工が実現していることが分かった。
低誘電率絶縁膜(low-k膜)のエッチングに中性粒子ビームを適用したところ、従来のプラズマエッチングに対してエッチング選択性が改善した。
シリコン酸化膜への窒素中性粒子ビーム照射によるシリコン酸窒化膜の形成を試みた。その結果、10Å以内の深さにピークを持つプロファイルを実現できた。
次世代半導体デバイスと期待されるフィン型MOSFETの起立ゲートの加工に中性粒子ビームを適用した。実効移動度が従来のプラズマ加工に比較して約3割向上した。フィン型ゲートの加工表面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、プラズマ加工とは異なり原子層レベルで平坦であることが分かった。
フェリチンと呼ばれる蛋白質から得られる直径7nmの酸化鉄コアをエッチングマスクとして中性粒子ビームでシリコンをエッチングすることにより、ナノカラムと呼ばれる直径7nmの円柱構造を作製した。プラズマ加工では円柱構造は得られなかった。透過型電子顕微鏡により、ナノカラムには結晶欠陥が見られないことが分かった。
以上の研究成果により、次世代半導体デバイスや将来のデバイスの開発のために中性粒子ビームが有効であることを示すことができた。プラズマプロセスでは電荷蓄積や紫外線放射の影響でデバイス特性の劣化が問題となっており、それらの問題解決のために中性粒子ビームが極めて有効であり、かつ、原子層レベルの反応制御が実現できることが分かった。
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