変調操作CVD法による薄膜形成における初期核発生・成長過程の制御

调制 CVD 方法控制薄膜形成中的初始成核和生长过程

• 批准号: 13025211
• 负责人: 霜垣 幸浩
• 金额: $ 25.66万
• 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: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13025211/
• 关键词: デバイス製造プロセス; 表面・界面物性; 半導体超微細化; 核発生; 吸着・表面反応; 変調操作; 薄膜作製

ULSIの高集積化に伴い,幅100nm程度の極微細配線を制御性良く形成できる技術の確立が求められている。本研究では,CVD法(化学気相反応法)による配線用金属薄膜,拡散防止膜(バリヤメタル)の合成において,原料ガスを周期的に交互に供給する流量変調操作手法を用いて,初期核発生の制御や薄膜物性の制御を試みた。レーザ光表面反射強度のその場観察結果をもとに,Al, Cu, WのCVD合成において初期核発生に関する検討を行った結果,W-CVDでは初期核発生に至る臨界膜厚(W吸着量)は1MLであることを見出し,初期核発生に至るまでの吸着量経時変化を詳細に実測し,これを説明するモデルを構築した。Al-CVDの系では表面反応速度の濃度依存性を詳細に解析した。得られた成長速度式をもとに3次元シミュレーションを併用して高速均一埋め込み成長の最適条件探索・設計を行ったが,表面性情が不安定なためか,核発生密度が低く,埋め込みを完成するには至らなかった。Cu-CVDでは核発生の制御性向上を目指して検討を行い,到達真空度を管理するよりはRun-to-Runの時間間隔を一定に維持すること重要であることを明らかにした。また,水蒸気を周期的に添加することにより,初期核発生だけでなく,2次核発生の促進または表面反応の促進効果により,平滑性に優れた膜を合成できることを示した。バリヤメタルの合成に関しては,TiC1_4とNH_3を原料とするTiNのCVD合成において,TiCl_4/NH_3の同時供給とNH_3のみの供給を周期的に行い,低温でも良質なTiN膜の合成に成功した。同様の手法であるALD(Atomic Layer Deposition)と比較して,本手法は成長速度が1桁以上高く,量産に適した手法であることが特徴である。これは,TiN成長表面にTiを含む吸着物が3ML程度存在し,これをNH_3のみの供給の時間にもTiNに転化しているためであることを明らかにした。

ULSI has a high concentration of active companion equipment, and the degree of 100nm is very small. It is a good way to make sure that you need to make sure that you need to improve your performance. In this study, CVD (chemical opposite method) was used to prepare metal film for wiring, dispersion prevention film (dispersion prevention film) was used to synthesize the metal film, and the interaction of the raw material cycle was used to control the flow rate. The operation method was used to control the physical properties of the film. The intensity of reflection on the optical surface was observed in the field. The results showed that Al, Cu, W CVD synthesis experiments were performed in the early stage of the W-CVD synthesis process, and the 1ML temperature response was observed at the initial stage of the nuclear production to the critical film thickness (W absorption), and the initial nuclear temperature was released to the temperature response time cycle. Al-CVD is the system of surface velocity dependence and resolution. The speed of growth is very high. The equipment is designed to explore the most suitable conditions for growth. It is characterized by unstable temperament, low density of nuclear energy, and low density of nuclear energy. Cu-CVD audit students are responsible for the upward monitoring of business operations. When the vacuum level is reached, it is necessary to maintain key customers at intervals of time when the vacuum level is reached. In the water vapor cycle, the first step is to increase the temperature, the second time to promote the surface reaction, and the smoothness to synthesize the film. The raw materials of TiC1_4 and NH_3 were used to synthesize CVD. At the same time, TiCl_4/NH_3 was supplied to the operators of the cycle of NH_3 supply, and the TiN membrane was successfully synthesized at low temperature. The growth rate of this technique is higher than that of ALD (Atomic Layer Deposition), and the growth rate of this technique is higher than that of the control group. There is a difference in the degree of Ti and 3ML on the surface of TiN growth, and NH _ 3 is available for the time-to-date TiN chemical reaction.

项目成果

K.Y.Jun, I.T.Im, Y.Shimogaki: "Improvement of TiN Flow Modulation Chemical Vapor Deposition from TiCl_4 and NH_3 by Introducing Ar Purge Time"Japanese Journal of Applied Physics. (In press). (2004)

K.Y.Jun、I.T.Im、Y.Shimogaki：“通过引入 Ar 吹扫时间改进 TiN 流量调节化学气相沉积从 TiCl_4 和 NH_3 的性能”日本应用物理学杂志。

K.Y.Jun, Y.Shimogaki: "Effect of Partial Pressure of TiCl_4 and NH_3 on Chemical Vapor Deposition Titanium Nitride (CVD-TiN) Film Cl Content and Electrical Resistivity"Japanese Journal of Applied Physics. (In press). (2004)

K.Y.Jun，Y.Shimogaki：“TiCl_4和NH_3的分压对化学气相沉积氮化钛(CVD-TiN)薄膜Cl含量和电阻率的影响”日本应用物理学杂志。

N.I.Cho, M.C.Kim, K.H.Rim, H.J.Chang, K.Y.Jun, Y.Shimogaki: "Deposition of Copper Thin Films on Titanium Nitride Layer Prepared by Flow Modulation CVD Technology"Material Science Forum. 449-452. 457-460 (2004)

N.I.Cho、M.C.Kim、K.H.Rim、H.J.Chang、K.Y.Jun、Y.Shimogaki：“通过流动调制CVD技术制备的氮化钛层上沉积铜薄膜”材料科学论坛。

Y.H.Shin, Y.Shimogaki: "Diffusion Barrier Property of TiN and TiN/Al/TiN Films Deposited with FMCVD for Cu Interconnection in ULSI"Science and Technology of Advanced Materials. (In press). (2004)

Y.H.Shin、Y.Shimogaki：“用于 ULSI 中铜互连的 FMCVD 沉积 TiN 和 TiN/Al/TiN 薄膜的扩散阻挡性能”先进材料科学与技术。

K.Y.Jun, Y.Shimogaki: "Development of TiSiN CVD process using TiCl_4/SiH_4/NH_3 chemistry for ULSI anti-oxidation barrier applications"Science and Technology of Advanced Materials. (In press). (2004)

K.Y.Jun、Y.Shimogaki：“利用 TiCl_4/SiH_4/NH_3 化学物质开发用于 ULSI 抗氧化屏障应用的 TiSiN CVD 工艺”《先进材料科学与技术》。