プラズマ励起加湿アルゴンを用いた低温原子層堆積法に関する研究

等离子体激发湿氩低温原子层沉积研究

• 批准号: 20J21809
• 负责人: 齋藤 健太郎
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21809/
• 关键词: 原子層堆積法; 低温成膜; 窒化アルミニウム; 金属窒化膜; 真空表面観察; 原子層堆積

本研究は、原子層堆積法を用いて金属窒化物の低温堆積技術の獲得とその応用展開を進めるものである。研究成果として、トリメチルアルミニウムを用いた窒化アルミニウムの原子層堆積の表面観察を行い、その反応機構の仮説を提案できた。原子層堆積法は原理的に単分子層での成膜が求められるが、従来の報告では厳密に議論されず、成膜時の吸着、窒化反応の飽和性から間接的に議論されていた。本研究では、成長速度、薄膜の膜密度、計算化学シミュレーションによる分子構造検討をもとに議論を行い、単分子層吸着の可能性を示した。これは、原料分子の吸着密度を通して、その反応性を議論でき、原料分子の選定やプロセス条件の改善に寄与できると推測する。表面観察の結果からプロセスを設計し、160 ℃の基板温度でAl/N比1.1の窒化アルミニウムの形成に成功した。薄膜表面付近の酸素原子濃度は12 ％と大きいが、薄膜内部の酸素原子濃度は薄膜表面や基板界面の10分の1であることが分かった。酸素原子の混入経路は、大気暴露後の自然酸化による酸化物の形成や、窒化アルミニウム形成中の酸素原子の混入 、Si基板表面に形成された自然酸化シリコンから熱拡散による混入と推測される。膜中の酸素原子濃度は、プラズマ発生部の石英管を窒化ホウ素等に交換することで、エッチングによる酸素原子が発生しなくなり、減少すると予想する。窒化アルミニウムの低温成膜のガスバリア膜への応用を検討するために、水蒸気透過試験（40 ℃、90％RH）によって、窒化アルミニウムのガスバリア性能を評価し、定常状態の水蒸気透過度1.3×10-3 g/m2/dayを得た。 これらの成果はIEICE transactionやJournal of Vacuum Science & Technology Aに掲載され、応用物理学会学術講演会での発表も行った。

In this paper, we study the application of atomic layer deposition (ALD) in the preparation of low temperature deposition of metal compounds. The research results include the following: surface observation of atomic layer deposition and proposal of reaction mechanism. Atomic layer deposition method is the principle of single molecular layer film formation, and the report from the past is full of discussions on adsorption, chemical reaction and saturation during film formation. In this study, the growth rate, film density, computational chemistry, molecular structure, and the possibility of monolayer adsorption were discussed. This paper discusses the adsorption density of the raw material molecules, the reactivity of the raw material molecules, the selection of the raw material molecules, and the improvement of the conditions. The results of the surface inspection show that the formation of the substrate with Al/N ratio of 1.1 at substrate temperature of 160 ℃ is successful. The atomic concentration of acid near the surface of the film is 12%, and the atomic concentration of acid inside the film is 10%. Acid atom mixing in the channel, natural acidification after high temperature exposure, acid compound formation, acid atom mixing in the formation of high temperature exposure, silicon substrate surface formation, natural acidification, heat dissipation, acid atom mixing in the formation of high temperature exposure. The concentration of acid atoms in the membrane is expected to increase or decrease due to the exchange of acid atoms in the quartz tube of the growth part. The water vapor transmission test (40 ℃, 90%RH) was carried out to evaluate the water vapor transmission performance of the film at low temperature. The water vapor transmission in steady state was 1.3×10-3 g/m2/day. The results were published in the Journal of Vacuum Science & Technology A and presented at the Society for Applied Physics Lecture.

项目成果

窒化アルミニウムの低温原子層堆積の表面反応評価

氮化铝低温原子层沉积的表面反应评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 齋藤 健太郎;吉田 一樹;三浦 正範;鹿又 健作;有馬 ボシールアハンマド;久保田 繁;廣瀬 文彦
• 通讯作者: 廣瀬 文彦

低温イットリア原子層堆積の表面反応評価

低温氧化钇原子层沉积的表面反应评价

• 发表时间: 2020
• 作者: 齋藤健太郎;吉田一樹;鹿又健作;三浦正範;有馬ボシールアハンマド;久保田繁;廣瀬文彦
• 通讯作者: 廣瀬文彦

Nanothick TiO2 Channel Thin Film Transistors for UV and Gas Sensing

• DOI: 10.1149/2162-8777/ac04fa
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: ECS Journal of Solid State Science and Technology
• 影响因子: 2.2
• 作者: Keito Sogai;K. Saito;K. Yoshida;M. Miura;K. Kanomata;B. Ahmmad;S. Kubota;F. Hirose

低温原子層堆積法による積層AlN、Al2O3ガスバリアの試作と評価

采用低温原子层沉积方法制备叠层 AlN 和 Al2O3 阻气层的原型并进行评估

• 发表时间: 2022
• 作者: 齋藤 健太郎;吉田 一樹;三浦 正範;鹿又 健作;有馬 ボシールアハンマド;久保田 繁;廣瀬 文彦
• 通讯作者: 廣瀬 文彦

室温原子層堆積法を用いた酸化鉄薄膜の試作と評価

室温原子层沉积法氧化铁薄膜的原型制作和评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 永田 一成;吉田 一樹;齋藤 健太郎;三浦 正範;鹿又 健作;廣瀬 文彦
• 通讯作者: 廣瀬 文彦