| 研究課題/領域番号 |
17K06904
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
羽深 等 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (40323927)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | シリコンエピタキシャル成長 / トリクロロシラン / ジクロロシラン / モノメチルシラン / 並列ラングミュア過程 |
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| 研究実績の概要 |
表面化学反応過程を加速する新たな方法を開発するため、以下の思想を検証する。
反応思想：CVD装置を用い、珪素塩化物（SiHCl3, SiH2Cl2）に珪素水素化物など（SiHx,BCl3）を加えることにより、複数のラングミュア型表面過程を並列させる方法を試みる。
主反応検証：珪素薄膜を製膜し、製膜速度が珪素水素化物などの濃度と共に変化する挙動を把握する。一般にシリコン薄膜形成に用いられる珪素塩化物（トリクロロシラン、ジクロロシラン）を用いたシリコン製膜における製膜速度の飽和を超えることを目的とし、製膜時の中間体(*SiCl2)からClを取り除く機能を持つ物質として珪素水素化物など(SiHx, BCl3)の使用を試みる。珪素水素化物を反応器内で安全に生成し、それが中間体の分解に寄与することにより製膜速度が飽和値よりも増大することを明らかにする。それにより、製膜機構を保ちつつ製膜速度が従来の過程（単ラングミュア）時の理論的上限値を超えることを確認する。
副反応検証：クロロシランを用いた場合に下流側に堆積する可燃性副生成物が上記の反応過程により減少することを把握する。副生成物の発生・堆積挙動を把握するための手段として、コールドウォール型CVD装置内の基板より下流側の低温域に水晶振動子（感度0.5ng/cm2）を設置し、薄膜形成時とクリーニング時に、振動数を即時その場計測する。尚、副生成物の堆積については、製膜とクリーニングの両方に亘り計測し、その挙動を把握する。
平成29年度は、トリクロロシランにモノメチルシランを加えたことにより製膜速度が約2倍に上昇したこと、副生成物の堆積量が減少すること、を把握できた。今後はジクロロシランを対象とし、より塩素が少ない系において同様の過程が成り立つことを確認する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成２９年度においては、トリクロロシランとモノメチルシランを用いたシリコン製膜を調査した。
課題１（製膜速度計測）：シリコン製膜用の珪素塩化物にトリクロロシラン(SiHCl3)を用い、製膜加速用の珪素水素化物としてSiHx(x=1～4)を用いた。トリクロロシラン単独による製膜速度を把握すると共に、モノメチルシラン単独による製膜速度が著しく小さいことを把握した。その上で、モノメチルシラン濃度の増加により珪素製膜速度が増大することを確認した。トリクロロシラン単独における製膜速度が毎分0.2μｍである条件を把握し、同じ温度においてモノメチルシラン単独の製膜速度がトリクロロシランによる製膜速度より著しく小さいことを把握した。次に、トリクロロシランにモノメシルシランを加えたところ、製膜速度は、毎分0.4μｍとなり、成長速度が増大することを把握した。
課題２（水晶振動子による副生成物堆積量計測）：基板温度を上げ、製膜用のガスを導入することにより水晶振動子の振動数が上下するものの、状態が安定した後には振動数に反映される変化は堆積だけになる。従って、進行する副生成物の堆積のみにより振動数は穏やかに下降し続ける。製膜ガスを停止し、降温すると振動数は室温の時の値に復帰するが、堆積した副生成物の量だけ低下した値になる。これを製膜時とクリーニング時に計測し、副生成物の堆積速度と挙動を把握する。以上の方法に基づき、一定時間当たりの副生成物堆積量の変化を把握した。モノメチルシランガスの濃度を増大させることにより副生成物（塩化珪素）の堆積量が減少する傾向が把握された。これにより、珪素塩化物と珪素水素化物の間の化学反応による珪素塩化物消費効率向上が証明された。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成３０および３１年度は、当初の計画通りにジクロロシランとモノメチルシランを用いたシリコン製膜に取り組む。具体的には、以下の通りである。
平成30年度においては、シリコン製膜種にジクロロシラン(SiH2Cl2)を用い、これに加速種として引き続きモノメチルシラン(SiH3CH3)を用いる。製膜速度と副生成物堆積量の関係を把握する。平成３１年度においては、珪素塩化物と三塩化ホウ素を用いたシリコン製膜を行う。ここにおいて、製膜におけるホウ素添加のために三塩化ホウ素(BCl3)を用いる。これらの工程において製膜が加速される様子と副生成物堆積量の関係を把握し、その機構を検討する。その他に、CVD装置内に堆積したシリコンをHClがエッチング（クリーニング時）する場合には、Si+3HCl→SiHCl3↑+H2↑となることが知られているが、SiHCl3は高温の気相中においてSiCl2を形成し易くなり、副生成物堆積を生じ易い。そこで、上記の製膜に並行してクリーニングの温度による副生成物堆積速度の変化も並行して把握する。
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