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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

基本信息

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

项目摘要

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's high concentration of fine particles with an amplitude of 100 nm is well controlled and the technology is established. In this study, CVD method (chemical vapor deposition method) was used to synthesize metal thin films for wire distribution and dispersion prevention films, and the operation method of flow rate adjustment in the periodic supply of raw materials was used to control the physical properties of thin films in the early stage of nuclear generation. The results of field observation of the intensity of reflection from the surface of Al, Cu, W during CVD synthesis were discussed. The critical film thickness (W adsorption) during initial nuclear generation of W-CVD was found to be 1 ML. The time variation of adsorption during initial nuclear generation was measured in detail. A detailed analysis of the concentration dependence of the Al-CVD system on the velocity of surface reflection is presented. The optimal conditions for growth are explored and designed, and the surface characteristics are unstable, and the nuclear density is low. Cu-CVD is a process for controlling nuclear generation, and the time interval between run-to-run and vacuum is maintained. In addition, the initial stage of nuclear generation is promoted by the surface reaction and the smooth film is synthesized. In the process of CVD synthesis of TiN from TiC1_4 and NH_3, TiCl_4/NH_3 simultaneous supply and NH_3 partial supply cycle were carried out, and the synthesis of TiN film with good quality at low temperature was successfully carried out. In comparison with ALD (Atomic Layer Deposition), this method has a growth rate of more than 1 ton, and is suitable for mass production. In this paper, TiN growth surface Ti content of 3 ML exists, and the time of NH_3 supply is discussed.