【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.23】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT0248
利用課題名 / Title
原子層成長プロセスの初期成長メカニズム解明と制御
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
AS-ALD、薄膜、エリプソメーター
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
玉置 直樹
所属名 / Affiliation
東京大学大学院工学研究科マテリアル工学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
山口潤,吉田幸希
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
小西 邦昭,櫻井 治之
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
微細化が進む半導体製造プロセスにおいて、原子層レベルの膜厚制御と本質的に合わせずれのない自己整合パターニングを実現する AS-ALD (Area Selective Atomic Layer Deposition) 技術が注目されている。AS-ALD は原料分子の吸着エネルギー差を利用して成長面にのみ製膜を行うが、現実的には、ある有限の遅延時間（インキュベーション時間）を経ると非成長面でも製膜が開始されてしまう。選択性向上にはインキュベーション時間を最大化する表面処理やプロセス条件の探索が重要となる。ARIM設備の分光エリプソメーター(M-2000DI-T)を用いて、非成長面上のCo-ALDの初期成長膜について屈折率と膜厚を測定した。SEM・AFMを用いた膜形状観察、ICP-OESによる製膜絶対量測定、ALD中の基板表面の反射率変化をモニタするその場観察などの結果と合わせ、製膜初期過程に起こる島状成長の様子を明らかにした。
実験 / Experimental
原料ガスCCTBA (Cobalt Carbonyl Tertiary-Butyl Acetylene) と反応ガスH2を用いたALDにより、 非成長面であるSiO2 絶縁膜上にCo薄膜を形成した。APM 洗浄後あるいはEtOH洗浄後の基板を用い、140〜160℃にて100〜3000サイクルのALD製膜を行った。枚葉反応炉上面の石英窓から基板に対して白色LED光を垂直入射させ、製膜中の分光反射率変化をその場測定した。製膜後に、分光エリプソメーターを用いて、薄膜の屈折率と膜厚を測定した。測定には250ー1000nmの波長を使い、Drudeモデルを用いて解析した。測定結果の例を図１に示す。
結果と考察 / Results and Discussion
非成長面であるSiO2へのCo薄膜成長は、製膜初期に島状に孤立した初期核が形成され、さらなる膜成長で初期核が凝集して連続膜が形成される。島状成長から連続膜に至る過程で、薄膜の消衰係数kが急激に増大することがわかった。消衰係数が急激に立ち上がるタイミングは、その場観察している分光反射率が極小値をとるタイミングにも対応する。このことから、分光反射率のその場観察によって初期核の凝集タイミングをモニタできるようになり、ALD１サイクルあたりの製膜量(GPC: Growth Per Cycle)がわかっていれば、初期核密度を定量化できるようになった。GPCについても、分光エリプソメーターによる膜厚測定で定量化した。Co製膜量によって消衰係数を含む光学物性が大きく変化するが、分光エリプソメーターによる膜厚測定値はALDサイクル数に対してほぼリニアな関係を示しており、信頼性のある膜厚測定が可能なことが確認できた。 基板温度を振った製膜実験で初期核密度の温度依存性を調べ、活性化エネルギー100.5kJ/molを得た。一方、ALDプロセスにおけるGPCの温度依存性は小さく、活性化エネルギー14.6kJ/molであった。製膜温度を下げることにより、生産性（＝製膜速度）をさほど低下させることなく、初期核密度を低減してASーALDの選択性を高めることができることがわかった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 分光エリプソメーター測定例：ALD 500サイクル後の測定結果（製膜温度150℃、熱酸化膜100nm下地）
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 玉置直樹, 鄧玉斌, 山口潤, 佐藤登, 筑根敦弘, 霜垣幸浩, "CCTBA原料を用いたCo-ALDの初期核発生過程評価" 応用物理学会第72回春季学術講演会(東京), 令和7年3月16日
- 玉置直樹, 山口潤, 佐藤登, 筑根敦弘, 霜垣幸浩, "Co-ALDにおける初期核発生と成長過程の評価", 化学工学会第90年会（東京）, 令和7年3月14日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件