ULSI／MEMS対応マルチスケール薄膜堆積技術の構築

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近い将来,微細化によるコンピュータ性能の向上が限界を迎え,新たな性能向上策が求められている。チップ上にμmスケールの3次元構造を作り込み,センサなどに利用するMEMS技術は一つの解と考えられる。本研究では,1チップ上にULSIとMEMSを混載すべく,nmスケールの微細構造とμmスケールの高アスペクト比構造への同時製膜を可能にする製膜技術の開発に向け,新規薄膜堆積技術(Supercritical Fluid Deposition:SCFD)の構築を目指す。SCFDは,超臨界流体中において原料と酸化剤を加熱された基板表面に供給し反応を促すことに堆積が進行し,アスペクト比数十の溝内にも膜堆積が可能な高カバレッジ技術として期待されている。しかし,膜厚の局所的不均一や,粉体生成などの課題があった。これらは原料が基板表面に至るまでに,流体中で予熱され生成した中間体が関与していると考えた。流体シミュレーションを駆使し,流れパターンを解析したところ,原料分子が基板表面に到達するまでのリアクタ内滞留時間,つまり原料の予熱時間に分布があり,これが面内の膜厚不均一や粉体生成につながることを見出した。これらは超臨界流体の特性である対流・乱流現象に起因しており,各原料分子の予熱時間を制御できる層流場を実現するリアクタ構造の必要性を示唆している。そこで,フローチャネル型と呼ばれる,平板状の微小空間の底部/上部に基板を設置し,その間を超臨界流体と原料が流れる仕組みの反応器を新たに試作し導入した。本構造では、ジ原料のリアクタ内滞留時間に分布がなく,かつ,基板温度・流体温度を独立に制御可能であるため,流体中反応による原料の変質や望まない粉体生成を抑制できた。さらに検討を進めたところ,原料自体が基板表面で反応するのではなく,流体中で生成された中間体が製膜に寄与していること,中間体は複数存在しそれぞれに反応特性が異なることを見出した。ある特定の中間体のみを選択的に表面に供給することにより高アスペクト比溝内への均一膜形成が可能であることも明らかにした。このように,フローチャネル型リアクタの導入により、諸課題の解決と高アスペクト比構造への均一製膜指針を確立した。