A study of plasma-material atomistic-scale interactions based on stochastic theory and optimal control of material properties

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本研究は，プラズマ―材料原子スケール相互作用のモデリングを基盤として，材料やデバイスの長期的性能・信頼性をも最適化するプラズマプロセス設計手法を提案することを目指している．本年度は，プラズマから被加工材料表面に照射されるイオンとの物理的相互作用による材料物性変化に着目し，イオン照射制御による多様な窒化ホウ素（BN）膜の実現に取り組んだ．これまで本研究課題において培ってきた絶縁体材料の特性評価技術を適用し，作製した薄膜の詳細評価を行い，以下の知見を得た．(1)成膜中の照射イオンエネルギーにより，BN膜中のsp2/sp3結合比率に加えてsp2結合相配向を制御できることをはじめて実証した．BNの微視的構造変化がバンドギャップ内局在準位形成を誘発し，最終的に光学的特性（消衰係数）および電気的特性（電子伝導機構，キャリア捕獲特性）が変化することを明らかにした．(2)3次元微細構造体（Si基板内トレンチ構造）へのBN膜堆積において，構造体内各面（表面上面，トレンチ側面，トレンチ底面）上でのイオン照射に起因する堆積膜厚変化ならびに微視的構造（sp2/sp3結合比率，sp2結合相配向）の差異を明らかにした．(1)で明らかにした微視的構造変化による電子状態変化および巨視的特性変化機構に基づき，3次元微細構造体内の各面上に形成されるBN膜の光学的特性，電気的特性を予測する枠組みを提示し，構造体内各面でBN膜特性が一様ではないことを予測した．