| 研究課題/領域番号 |
24656232
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
松村 道雄 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 教授 (20107080)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| キーワード | シリコン / 金属触媒 / 気相エッチング |
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| 研究概要 |
我々は酸化剤とフッ酸の混合液中に銀などの金属を担持したシリコン基板を浸すと、金属とシリコン界面で選択的なシリコンのエッチングが起こり、シリコンに金属の形状を反映した孔が形成されることを発見した。この現象は、新規微細加工技術の可能性があることから大いに注目されている。最近、我々は、この研究の展開を検討している中で、基板温度を調整すれば、気相においてもシリコンへのエッチングが進行することを見出した。ただし、この場合、溶液系のエッチング機構は適用できず、異なる機構で進行していると予想されることから、その機構解明と、あらたな半導体デバイス技術への応用の可能性を探る目的で研究を進めた。
その結果、予想したように溶液系とはエッチング挙動が大きく異なり、溶液系とは全く異なる機構でエッチングが進行していることが明らかになった。また、用いる金属によってもその挙動が異なり、基本的には、金の場合のように、触媒金属層をシリコン原子が通り抜け、金属層の表面でエッチングが進行する場合と、パラジウムの場合のように、極薄の金属層とシリコンの界面でエッチングが進行する場合があることが分かった。
最も興味深い結果は、異種の金属を組み合わせた場合に、それらの触媒能力の違いおよび触媒膜の形状に応じて、エッチングによりシリコン内部に円弧上の微細孔が形成できることを見出したことである。このような最高形成は従来技術では全く不可能であり、新たな半導体デバイス技術に発展する可能性がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
（１）気相における金属触媒を利用したシリコンのエッチング機構の解明を目指した研究に関して、予定していた、①各種触媒金属によるシリコンの気相エッチング過程の観測、②エッチングに伴う触媒金属層の元素組成変化の分析、③溶液系での金属触媒エッチングとの関係性、④金属／Si の接合構造によるエッチング特性への影響、についてすべて順調に行うことができた。
特に、②に関しては、金を触媒に用いた場合には、シリコン原子が金薄膜層を透過し、金薄膜上でエッチングが進行すること、また、パラジウム薄膜を用いた場合には、パラジウムとシリコンの界面でフッ化ケイ素が形成されてエッチングが進行するという、新たな知見が得られた。また、④に関しては、異種金属を組み合わせた触媒を用いることにより、金属の触媒能力の違いにより、従来のエッチング法では不可能であった、円弧上の細孔の形成が形成されるという、応用的にも大きな意義のある成果を挙げることができた。
（２）加工技術としての最適条件の探索に関して、予定していた、①触媒金属、ガス組成、基板温度、処理時間の最適化、②シリコン基板への不純物拡散の測定、を順調に実施することができた。
特に、①に関して、同じ膜厚の金薄膜であっても、真空蒸着による蒸着速度により、エッチング速度に大きな違いが生じるという、新たな知見を得ることができた。また、パラジウム薄膜を触媒に用いる場合には、膜厚が5 nm以下の薄膜であることが、エッチング速度を高めるために極めて重要であることを見出した。これらの結果は、それぞれの金属触媒の触媒作用と本質的に係っており、今後、機構を解明する上でも重要な知見である。また、②に関しては、SIMS分析によって、触媒金属がSi基板内部に拡散していないことを確認することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
（１）気相における金属触媒を利用したシリコンの気相エッチング機構の解明に関して、前年度に得られた成果をもとに、さらに研究を発展させる。特に、金薄膜とパラジウム薄膜を用いた場合でエッチングの挙動が大きく異なる点に注目して研究を進め、それぞれの挙動を説明することがきるようなエッチング機構を提唱することを目指す。そのために、エッチングで形成される孔の形状の詳細な観察、エッチング時の温度依存性、エッチングガスの組成依存性を詳しく調べる。エッチングガスの組成については、特に水分の影響について、詳しく調べる予定である。
（２）加工技術としての最適条件の探索に関して、前年度の研究成果を発展させる。特に、異種金属を組み合わせた触媒を用いることにより、円弧上の細孔の形成が形成されるという極めて興味深い成果が得られたことから、異種金属の組み合わせや、その幾何的な配置等を精密に制御することにより、円弧の回転方向、回転直径等を制御することを試みる。また、次世代半導体素子のために必要な微細孔形成の実現を目標にして、デバイスの専門家の意見を聞きながら研究を進める予定である。
（３）シリコン以外の材料に対する金属触媒を利用した気相エッチングの適用性に関して、シリコン以外の材料として、SiC 基板や炭素 基板についての適用性を検討する予定である。ただし、（２）の異種金属を組み合わせた場合に得られた結果が学術的にも応用的にも極めて意義が高いと考えられることから、この検討は、今後の発展の可能性の確認にとどめる予定である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成24年度に反応装置を作製して微細加工に用いる計画であったが、異種金属を組み合わせることによって興味深いエッチング現象が見いだされたことから、微細加工用装置の予算を持ち越し、平成25年度に異種金属を組み合わせたエッチングのための装置を作製して研究を進めることとした（消耗品費）。また、平成24年度に研究成果を外国の学会等で発表する予定であったが、平成25年4月に開催された学会（米国）で発表することとしたため、その分の旅費を持ち越すこととした。その他は、当初からの変更はない。
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