低エネルギー高密度中性粒子ビームによるナノ加工と新機能物質創製

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360016
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 寒川 誠二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30323108)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 熊谷 慎也 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70333888) ; 小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90282095) ; 羽根 一博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893) ; 近藤 道夫 独立行政法人産業技術総合研究所, 副ラボ長 (30195911)
• Keywords: 中性粒子ビーム / エッチング / 表面改質 / ナノ加工 / シリコン酸窒膜 / 薄膜形成 / 負イオン / 半導体デバイス

Research Abstract

本研究において開発した中性粒子ビーム源では、高密度誘導結合プラズマを発生させ、プラズマ中に存在する荷電粒子に対して電極を用いて電界をかけ、プラズマ中そして引き出し電極を通しての輸送過程で荷電粒子を中性化し、中性粒子ビームを生成している。荷電粒子として負イオンを積極的に用いることで従来にない低入射エネルギー高密度中性粒子ビーム発生技術を確立し、ナノ加工、高精度表面改質に成功した。また本装置ではエネルギーの高い紫外光のデバイスへの照射を抑制することが可能であり、半導体デバイスへのダメージを低減することができる。以下に実績を述べる。
1.中性粒子ビームによるナノ加工 半導体デバイスの微細化は年々進んでおり、ナノスケールでの加工プロセスを確立することが急務とされている。プロセスガスとしてSF_6,Cl_2を使用し、これらガスの組み合わせることで、ポリシリコンエッチングレートとして15Å/min.〜400Å/min.、シリコン酸化膜との選択比として100以上を実現した。本中性粒子ビームをエッチング加工に適用したところ、幅50nmの極微細ポリシリコンゲート電極加工に成功した。
2.中性粒子ビームによる表面改質 半導体デバイスの微細化にともない、ゲート絶縁膜の絶縁破壊が深刻な問題となっている。従来絶縁膜としてシリコン酸化膜が用いられているが、極微細半導体デバイスを開発する上では、シリコン酸窒化膜が有効とされている。シリコン酸窒化膜はシリコン酸化膜を窒化処理することで作製され、表面近傍に高濃度に窒素がドープされた膜が必要とされる。本中性粒子ビーム装置では、プラズマ発生の条件、窒素中性粒子引き出しのための電極バイアス方法を最適化することで、窒素中性粒子ビームのエネルギー、フラックスを制御し、深さ1nm付近にピークを持つ窒素ドープ深さプロファイルを実現した。

Research Products

• [Publications] Seiji Samukawa: "Control of nitrogen depth profile in ultrathin oxynitride films formed by pulse-time-modulated nitrogen beams"J.Vac.Sci.Technol.A. 22. 245-249 (2004)
• [Publications] S.Samukawa: "Uitrathin Oxynitride Filmes Formed by Using Pulse-Time-Modulated Nitrogen Beams"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L759-L797 (2003)