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

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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。