低温CVD薄膜形成における自己組織膜を用いた結晶成長制御とサイト選択成長

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本研究ではMOS-FETのゲート酸化膜(誘電体膜)の代替材料として期待されるTiO_2薄膜を、金属アルコキシドの加水分解性と揮発性を利用した気相加水分解法により、常温・常圧下で作製し、その特性を評価することにより、新規合成プロセス開発を行った。原料のTitanium(IV) isopropoxideと蒸留水をキャリアガス(N_2)によって気体として輸送し、両者を気相中で混合し加水分解反応によって生成するTiO_2をSi基板上に薄膜として析出させた。また、原料ガスにTetraethoxysilaneを混合することで、TiO_2-SiO_2複合膜を析出させ、キャリアガスの流量によって組成比を変化させた。XRDによる結晶化温度の決定、XPSによる組成分析を行った。また電極をつないだMOS構造でのC-V曲線とAFMによる膜厚測定から誘電率を計算し、I-V測定からリーク電流密度を測定、評価した。常圧・室温条件でSi基板上にTiO_2薄膜が形成された。XRD測定から、アモルファス相であることが確認され、400℃・1時間の加熱処理によって結晶化し、アナターゼ相を示した。AFMでは目立った粒界は確認されず、XPSでは残留炭素の存在が示された。TiO_2-SiO_2薄膜も同様にSi基板上に析出し、XPS測定の結果からキャリアガスの流量比を変えることで組成比を制御できることが示された。TiO_2-SiO_2(52/48)薄膜はTiO_2薄膜が結晶化する400℃においても結晶化を抑制することに成功し、700℃で初めてアナターゼ相へ相転移した。MOS構造における電気測定から、TiO_2薄膜の誘電率は40程度、TiO_2-SiO_2(52/48)薄膜は20程度という値が得られた。また、本研究に関しての受賞、新聞発表、招待講演等を下記に記す。日韓セラミックス国際セミナー 奨励賞 (2002年11月、増田)新聞発表 日本工業新聞 2002年4月3日(水曜日) 2面招待講演 Yoshitake Masuda, and Kunihito Koumoto Third International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-3), Nagoya, Japan, January 27-29, (2003)