| 研究課題/領域番号 |
25600126
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
古閑 一憲 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 准教授 (90315127)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | ナノ粒子 / 異方性製膜 / 液中プラズマ |
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| 研究概要 |
本研究では、３次元IC 作製プロセスの重要課題である、微細穴への銅の高速埋め込みを実現するため、液中プラズマプロセスを用いてサイズ制御した銅ナノ粒子を生成し、液中でイオン化した銅ナノ粒子を、表面張力による浮力と静電力を利用して、自動的に微細穴に埋め込む新しいプラズマプロセスを創成することを目的としている。これを実現するため、サイズ制御した銅ナノ粒子の作製に重要なパラメータを明らかにし、ナノ粒子の微細穴への埋め込みに最適なパラメータ及びパラメータ範囲を明らかにする。また、水素プラズマを用いたアニールを用いてナノ粒子埋め込み後の穴の中の銅の純度とグレインサイズを向上するための条件を明らかにする。
平成２５年度は、微細穴への銅の高速埋め込み実現に必須のプラズマ異方性CVDに関する原理検証を中心に研究した。プラズマ異方性CVDについては、プラズマで発生するラジカルやイオンのフラックスが重要である。ここでは、ラジカルとしてカーボン含有分子、水素原子、イオンとしてはアルゴンイオン、水素イオンなどを用いて、異方性製膜時における薄膜堆積速度について検討した。結果については以下の通り。（１）重要なパラメータのである製膜速度と膜密度ついて、圧力の上昇するとともに、製膜速度と膜密度は増加し、かつ、基板-電極間距離が減少するとともに、製膜速度と膜密度は増加し、圧力５Torr,基板-電極間距離13mmにおいて製膜速度40.5nm/sという高速製膜かつ、1立方センチあたり1.5gを実現した。（２）製膜機構を明らかにするため、発光分光計測を行い、圧力の増加と共に、電子温度が減少することを明らかにした。
また、液中プラズマによる金属粒子の生成についてInを用いて予備実験を行い、一次粒子のサイズが7nmのIn含有ナノ粒子の生成に成功した。
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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
現在までの達成度について、以下に記載する理由により、おおむね順調に進展していると判断した。
１．H25年度にInナノ粒子の液中プラズマによる生成を確認した。この結果は、液中プラズマを用いたナノ粒子埋め込みプロセス実現のための必須技術である液中プラズマにおける金属ナノ粒子の生成技術の開発に成功したことを示す。
２．ナノ粒子埋め込みプロセスに重要な異方性CVDについて製膜機構を検討した。
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| 今後の研究の推進方策 |
H25年度に得られた、製膜機構に関する知見や液中プラズマを用いたナノ粒子作製に関する知見を基に、H26年度では、液中でのナノ粒子埋め込みについて検討する。
液中にトレンチ基板を設置して、これに直流または交流電圧を印加する。この基板下において液中プラズマによりナノ粒子を発生させて埋め込みを行う。
埋め込み特性に対する液中プラズマの放電電圧や基板印加電圧などのパラメータ依存性を定量的に明らかにする。また、微細孔に銅ナノ粒子を埋め込み、これを配線に利用する場合、グレインサイズや不純物が問題になる。この問題について、水素プラズマが銅薄膜の不純物除去と平坦化に有効であることが利用して、微細穴に埋め込んだ銅ナノ粒子のグレインサイズ増大と、不純物除去を行う。このため、水素プラズマの内部パラメータやアニーリング温度などと、微細穴内の銅の不純物濃度、グレインサイズ、抵抗率などの関係を定量的に明らかにする。
以上の得られた知見を基に、微細穴への銅の高速埋め込みを実現する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
H25年度の交付申請時に実験補助のための学生雇用の人件費を20万円予定していたが、実験遂行上、特に学生の雇用の必要性がなかったこと、また来年度の実験計画である埋め込み実験において消耗品が必要であるため、次年度使用額が発生した。
発生した次年度使用額については、H26年度に実施予定のナノ粒子埋め込み実験のための金属材料、ビーカー、基板等の購入に充て、適切な予算使用を行う。
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