次世代低温・超高速エピタキシーを可能とするナノクラスター制御メゾプラズマ技術開発

开发纳米团簇控制的介质技术，实现下一代低温、超高速外延

基本信息

批准号：
17686062
负责人：
神原淳
金额：
$ 19.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までに、中間的圧力下でのメゾプラズマの高密度原料ガスの大流束による高速堆積と共に、原料ガス凝縮に伴い形成されるナノクラスターも低圧プロセスと同程度のクヌーセン数の環境場により制御されうる特徴に着目して、シリコン薄膜堆積を進めた結果、低温でホール移動度は300cm^2/V近い値を維持する高品質なエピタキシャル薄膜を実現できることを実証した。また、メゾプラズマCVD時にその場計測できるX線小角散乱計測システムを立ち上げ、エピタキシャル成長時のガス凝縮に伴うナノクラスターが球状かつ3nm径をモードに粒径分布を有するシリコンクラスターであることを確認した。これを元に、本年度、エピタキシャル薄膜並びに多結晶薄膜となる種々のプラズマ条件下で堆積を行った薄膜表面形態をstochastic解析に基づく精緻な分析を行った。多結晶薄膜が堆積する条件ではsurface diffusion機構が主に支配する成長様式で説明される表面形態解析結果であった。その場計測結果では、比較的大型〜5nm程度のクラスターの形成が確認されており、これら比較的大型のクラスターは十分に成長表面でbreak-upし難いことが示唆された。一方で、エピタキシャル成長時には、通常のエピタキシャル成長で確認されるステップフロー成長を基本とした沿面成長が達成されている可能性が高いことが判明した。これは逆に、クラスターを前駆体としながらも基板表面では原子が成長前駆体となるよう、クラスターが成長表面衝突に伴いbreak-upすることが考えられ、計測より予測されたホットクラスター概念を更に支持するものである。同時に、低温でありながら高速で高品質薄膜堆積を実現する指針を提示した重要な結果であるといえる。

到了去年，除了中压下中间质中高密度原料气体流量大而导致的高速沉积外，原料气体凝结形成的纳米团簇也受到环境场的控制，其努森数类似于通过关注可利用的特性来推进硅薄膜的沉积，我们证明可以制造出保持接近空穴迁移率的高质量外延薄膜。低温下可达 300 cm^2/V。此外，我们还推出了小角X射线散射测量系统，可以在间质CVD过程中进行原位测量，并证实外延生长过程中气体凝结产生的纳米团簇是硅团簇，其呈球形，粒径分布为直径为 3 nm 的模式。基于此，今年我们基于随机分析，对各种等离子体条件下沉积的外延和多晶薄膜的表面形貌进行了详细分析。在多晶薄膜沉积条件下，表面形貌分析结果可以用主要由表面扩散机制主导的生长模式来解释。原位测量结果证实了约5 nm的相对较大团簇的形成，表明这些相对较大团簇在生长表面上难以破碎。另一方面，已经发现，在外延生长期间，很可能实现基于阶梯流生长的蠕变生长，这在正常外延生长中观察到。相反，团簇可能由于与生长表面的碰撞而破裂，因此即使团簇是前体，基板表面上的原子也成为生长前体，这进一步支持了测量I预测的热团簇概念。支持它。同时，这是一个重要的结果，为在高速和低温下实现高质量薄膜沉积提供了指导。