CVD製膜における微小温度勾配が製膜速度物性に及ぼす効果

CVD成膜微温度梯度对成膜速率和物性的影响

基本信息

批准号：
06230205
负责人：
霜垣幸浩
金额：
$ 2.11万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、CVDプロセスにおいて基板近傍の微小な温度勾配が製膜速度および膜物性に及ぼす影響を検討することである。具体的な反応系としては今年度はWF_6およびSIH_4,Si_2H_6,SiH_2Cl_2を原料とするWSix(タングステンシリサイド)薄膜合成系を対象とした。WSix-CVDプロセスは前年度までの検討から、気相でのラジカル連鎖反応による活性なラジカル中間体の形成が反応の第一段階であることが分っており、このようにラジカル連鎖反応に支配されている系において、基板近傍に温度勾配が生じている基板加熱型反応器においてその温度勾配が気相反応にどのように影響を与えるかを考察することとした。また、反応系に種々のガスを添加することによって気相反応を制御する可能性についても検討を行った。まず、反応機構がほぼ明らかとなっているWF_6/Si_2H_6系において、円管型反応器を用い、製膜速度分布および薄膜組成分布を観測した。反応器内のガスの流れ、温度分布などを流体解析ソフトウェア(Fluent)を用いて計算し、さらに気相および表面での反応を考慮したシミュレーションを行い、得られた実験結果との比較から、気相での反応速度定数を正確に求めることができた。この速度定数を用いて、基板加熱型反応器を想定したシミュレーションを行い、温度勾配が存在する場での反応過程の評価を行った。その結果、通常の基板加熱型反応器では、連鎖反応により生成した第1段階のラジカル種が主に製膜に寄与していることが分った。これは、基板近傍の温度勾配が大きいために、第2段階,第3段階のラジカル種は基板近傍でしか生成しないためである。今後、実際の基板加熱型装置でのデータと比較検討を行う予定である。また、WF_6およびSiH_2Cl_2を原料とする反応系では、気相でのラジカル反応が遅く、高温での操業が必要である。また、反応の開始点が安定化しないため、プロセスとしての再現性に問題がある。そこで、SiH_4やSi_2H_6などのガスを添加し、反応の開始段階を制御することを試みた。その結果、通常は反応が起こりにくい低温度領域においても安定な薄膜形成が可能であり、膜組成なども問題のないことが分った。

这项研究的目的是研究底物附近的小温度梯度对CVD过程中膜形成速度和膜性能的影响。今年的特定反应系统针对WSIX（使用WF_6，SIH_4，SI_2H_6和SIH_2CL_2作为原材料）的WSIX（Tungsten Silicide）薄膜合成。从上一年的研究中，已经发现，在气相中，通过自由基链反应形成活性自由基中间体是反应的第一阶段，在以自由基链反应为主的系统中，我们决定考虑温度梯度如何影响底物梯度的底物加热反应器中的气相反应，该反应是在底物的底物中的底物梯度。此外，还研究了通过向反应系统添加各种气体来控制气相反应的可能性。首先，在WF_6/SI_2H_6系统中，几乎明确的反应机理，使用圆形管反应器观察膜形成速度分布和膜组成分布。使用流体分析软件（Fluent）计算气流，温度分布等，并考虑到气相和表面上的反应进行进一步的模拟，并且可以通过与获得的实验结果进行比较来准确确定气相中的反应速率常数。使用此速率常数，根据基板加热反应器的假设进行模拟，并在存在温度梯度的场中评估反应过程。结果，发现在常规的底物加热反应器中，链反应产生的第一阶段的激进物种主要有助于膜形成。这是因为底物附近的温度梯度很大，第二阶段和第三阶段的自由基物种仅在基板附近产生。将来，我们计划将数据与底物加热设备的实际数据进行比较和检查。此外，在由WF_6和SIH_2CL_2作为原材料制成的反应系统中，气相中的根部反应很慢，需要在高温下运行。此外，由于反应的起点没有稳定，因此可重复性作为过程存在问题。因此，添加了诸如SIH_4和SI_2H_6之类的气体以控制反应的启动阶段。结果，发现即使在通常不会发生反应的低温区域，也可能存在稳定的薄膜形成，并且膜组成等无问题。