| 研究概要 |
MOCVD法を用いてSi半導体や化合物半導体薄膜を合成する際に,原料の有機金属化合物原料ガスは配管や反応容器内で相互作用を起こし,さらに,ガスから薄膜が形成される際に基板との間で複雑な反応を起こすことが知られている.本研究では不明な点が多いMOCVD法による酸化物系薄膜の合成機構に関して,強誘電体薄膜を例に,有機金属化合物原料から目的酸化物薄膜が構築されるメカニズムの解明を行い,不明点の多い酸化物薄膜形成のメカニズムを検討することを目的にしている.
本年度は現有の低圧プラズマCVD成膜装置に取り付けたガストラップ機構の改良と,FTIRを用いた原料ガス反応解析機構を設置した.すなわち,チャンバー内の気相中での有機金属化合物の分解や酸化反応を観測するためのin-situ FTIR観測機構.また,成膜チャンバーに供給される原料ガス中での化学反応を観測するために,ガスセルを設置し,FTIRの光路を変更してガスセルに導く機構を構築した.
これらを用いて,MO原料の気相中での反応や分解の状態を検討した.作成した装置を用いて,酸化物強誘電体材料の原料の一つである,Ti(O-i-C_3H_7)_4の気相中での分解挙動とTiO_2薄膜の組成,微構造,結晶性,配向性の関係を明らかにした.Ti(O-i-C_3H_7)_4から作成したTiO_2薄膜は基板温度によって,組成,結晶性,微構造が大きく変化した.300℃以下で成膜した薄膜は,400℃以上で成膜した薄膜に比べて非常に微構造が粗く,FTIRの観測から薄膜中にC-Hに起因するピークが観測された.これらの薄膜は,200℃以下では非晶質で,400℃以上の成膜温度ではアナターゼ(200)優先配向した.一方,気相中のTi原料ガスは,ガス温度300℃までは急激に分解が起きるが,それ以上の温度では,分解速度が緩やかになり,600℃まで加熱しても,完全には分解しない.このことから,基板上では分解した原料と未分解の原料が到達しているものと考えられ,基板表面が,一種の触媒作用を示して,酸化反応が促進されているものと考えられる.薄膜の電気特性に残留炭素が影響するが,基板表面での反応の解明は重要と考えられる.
|
