| 研究概要 |
積層型LPCVD (Low-Pressure Chemical Vapor Deposition)におけるシリコンウエハの高速かつ均一な薄膜形成に関し,希薄原料ガスの流動が成膜に及ぼす影響を明らかにすることを目的として,装置を模擬した可視化実験装置による希薄ガスの可視化実験を行ったほか,数値シミュレーションによるガス流動解析を行った.一方,成膜時のウエハ温度および膜厚制御に必要な放射熱物性に関して,FT-IRによる各種成膜ウエハの放射熱物性計測も併せて行った.
希薄ガスの可視化実験についてであるが,可視化装置内への供給ガス量が毎分100cc程度と非常に微量であり,しかも300pa程度に減圧した場であるため可視化は容易ではなかった.本研究では四塩化チタンを装置の下方に微量噴霧し,発生したトレーサー粒子(酸化チタン)をノズル孔近傍に吸引させることにより希薄なガス流動の可視化に成功した.可視化結果によれば,減圧場でのガス流動は極低Re数流れとなり動粘性が非常に高くなるためウエハやウエハを支持する支柱などから大きな抵抗を受けて,大気圧下で見られるような噴流の発達の仕方とは大きく異なることが明らかとなった.高速成膜を行うために数百pa程度まで圧力を高めた場合には,従来の数十pa程度における原料ガスの分子拡散支配で均一化していた成膜とは異なり,ガス流動の影響も強く受けることが実験および解析結果から明らかとなった.また,上述のようにウエハ面上のガス流動についても低圧による動粘性の高い低Re数流れとなるので,個々のウエハ面上に均一に成膜を行うためには粘性を考慮したガス供給方法が必要となることも明らかとなった.
一方,各種成膜ウエハの放射熱物性計測では,FT-IRに外部から赤外光を取り込めるように改造を行い,試料の単色垂直放射強度の計測を行った.600℃と900℃における成膜のされていないウエハ(bare)と膜種・膜厚の異なったウエハとの比較を行った.酸化膜、窒化膜およびシリコン多結晶膜付きウエハを測定対象とした.その結果,600℃と900℃の温度変化に対しては,bareウエハと比較した放射特性はいずれの膜種の場合もほとんど変化しないことが明らかになった.膜厚の違いによる放射特性は,いずれの膜種においても大きく異なることが明らかとなり,この特性を利用することでプロセス中での膜厚を計測できる可能性があるものと考えられる.
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