窒化シリコン薄膜の化学気相堆積過程-有機窒化シリコン分子を原料として-

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17550009
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 梅本 宏信 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (80167288)
• キーワード: 化学気相堆積 / 窒化シリコン薄膜 / 炭窒化シリコン薄膜 / 有機窒化シリコン / 活性窒素 / 質量分析

研究概要

窒化シリコン膜は透明で、電気絶縁性、耐酸素透過性、耐水蒸気透過性に優れ、半導体素子のゲート絶縁膜や層間絶縁膜、有機EL素子の表面保護膜等としての応用が期待されている。また、微量の炭素を含む炭窒化シリコン膜では、上記の特性に加えて、炭素原子において複数種の結合が可能であることから膜ストレスの低減が期待できる。
本研究では、窒化シリコンや炭窒化シリコン薄膜作製のために用いられる有機シリコン系ガスをタングステン等の加熱触媒体上で分解させ、分解生成物の同定を行った。有機シリコンガスとしては、テトラメチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、トリスジメチルアミノシランを用いた。これらのガスの分解生成物を三通りの質量分析法(光イオン化-飛行時間型質量分析法、電子衝撃型四重極質量分析法およびイオン付着型四重極質量分析法)によって同定した。光イオン化質量分析法では、Nd : YAGレーザーの9倍波(118nm)で分解種をイオン化させ、飛行時間型質量分析計で質量選別したのち、マイクロチャンネルプレートによって検出した。イオン付着型質量分析法では、リチウムイオンを付着させることによりフラグメンテーションを起こさせることなしにイオン化させた。これらの測定結果からヘキサメチルジシラザンではSi-N結合の方がSi-C結合よりも強いにもかかわらず、選択的に解離することが分かった。これは、N原子の孤立電子対が触媒体と相互作用し、Si-N結合が切れた状態で解離吸着した後にラジカルとして放出されるためと考えられる。また、メタンやテトラメチルシランの触媒分解過程では、触媒体として、タングステンよりもモリブデンかレニウムを用いた方が炭化による劣化が少なく、有利であることが判明した。なお、グラファイト触媒は高温でも安定ではあるが、分解効率は金属触媒に比べて一桁以上落ちることが判明した。

研究成果

• [雑誌論文] H_2 Dilution Effect in the Cat-CVD Processes of the SiH_4/NH_3 System (2006)
  • 著者名/発表者名: S.G.Ansari et al.
  • 雑誌名: Thin Solid Films 501,[1,2] ページ: 31
• [雑誌論文] Mass-Spectrometric Studies of Cat-CVD Processes of Organic Silicon Compounds Containing Nitrogen (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Morimoto et al.
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 45,[2A] ページ: 961
• [雑誌論文] Rotational and Vibrational State Distributions of H_2 Activated on a Heated Tungsten Filament (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Umemoto et al.
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 99,[4] ページ: 043510
• [雑誌論文] High-Rate Deposition of SiN_x Films over 100nm/min by Cat-CVD Method at Low Temperatures below 80℃ (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Osono et al.
  • 雑誌名: Thin Solid Films 501,[1,2] ページ: 55
• [雑誌論文] Various Applications of Silicon Nitride by Catalytic Chemical Vapor Deposition for Coating, Passivation and Insulating Films (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Masuda et al.
  • 雑誌名: Thin Solid Films 501,[1,2] ページ: 149
• [雑誌論文] Formation of Highly Moisture-resistive SiN_x Films on Si Substrate by Cat-CVD at Room Temperature (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Minamikawa et al.
  • 雑誌名: Thin Solid Films 501,[1,2] ページ: 154
• [雑誌論文] Moisture-Resistive Properties of SiN_x Films Prepared by Cat-CVD below 100℃ for Flexible Organic LED Displays (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Heya et al.
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44,[4A] ページ: 1923
• [雑誌論文] Improvement of Deposition Rate by Sandblast Treatment of Tungsten Wire in Catalytic Chemical Vapor Deposition (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Heya et al.
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44,[4A] ページ: 1943
• [雑誌論文] Preparation of Low-Stress SiN_x Films by Catalytic Chemical Vapor Deposition at Low Temperatures (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takano et al.
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44,[6A] ページ: 4098
• [雑誌論文] Technique for the Production, Preservation, and Transportation of H Atoms in Metal Chambers for Processings (2005)
  • 著者名/発表者名: S.G.Ansari et al.
  • 雑誌名: J.Vac.Sci.Technol.A 23,[6] ページ: 1728