【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.10】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24OS1012

利用課題名 / Title

固体基板上に形成したナノカーボン材料の物理・化学特性の研究

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学 / Osaka 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）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

シリコン基材料・デバイス,表面・界面,カーボン系材料

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)

有馬 健太

所属名 / Affiliation

大阪大学大学院工学研究科　物理学系専攻　

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

山本聖也,桑田直希,宇野端真,橋本龍人,李君寰

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

OS-105：高速大面積電子ビームリソグラフィー装置
OS-117：EB蒸着装置
OS-107：マスクアライナー

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

酸化剤を含む溶液中にナノカーボンフレークを堆積した半導体基板を浸漬すると、ナノカーボンが持つ触媒機能により、半導体表面のエッチングが促進する。これまでに、大阪大学マテリアル先端リサーチインフラ設備供用拠点の装置を利用し、酸化グラフェンを触媒として組み込んだリソグラフィープロセスを構築すると共に、半導体表面にトレンチパターンを形成する実験に取り組み、エッチングの基礎特性を把握した。また、溶液温度や酸化剤の添加等がエッチングに与える影響について、調査してきた。しかし最も基本的である、触媒層の膜厚とエッチング特性との相関関係については、未だよく分かっていない。テーマ①：リソグラフィーにより異なる膜厚のナノカーボン膜をパターン形成し、エッチング特性の膜厚依存性を明らかにすることを試みた。さらに金を堆積したSi試料エッチングモードの調査を進め、その結果を踏まえてナノカーボン触媒を用いたトレンチ加工におけるエッチングモードの解明を行う予定である。テーマ②：予備実験として、EB蒸着装置を用いた金を堆積したSi試料のウェットエッチングを実施し、薬液の温度に依存したエッチングモードの調査を行った。

実験 / Experimental

テーマ①：前洗浄したGe基板上にポジ型レジスト（AZ5206EまたはAZ5214E）を成膜した後、マスクアライナーで露光し、現像液（NMD-3）を用いて現像し、レジストパターンを得た。その後、酸化グラフェンをスピンコートにより堆積し、アセトンによりリフトオフすることで、Ge表面上に酸化グラフェン膜のパターンを形成した。テーマ②：テーマ①と同様のプロセスでレジストパターンをSi表面に形成した。その後、Ti/Au二層膜をEB蒸着装置により堆積し、Si表面上にAu触媒膜のパターンを形成した。この基板を、H₂O₂・HF混合溶液に60分浸漬し、選択エッチングを行うことで、Si基板上にトレンチパターン構造を形成した。

結果と考察 / Results and Discussion

テーマ①：図1に、異なるスピンコート回数で酸化グラフェン膜をパターン形成したGe試料表面を白色干渉計で観察した結果を示す。図1から、スピンコート回数を増加するにつれて、堆積する酸化グラフェン膜の厚さが増加している様子がわかる。テーマ②：図2にAu触媒膜をパターン形成したSi試料のエッチング後の表面をSEMで観察した結果を示す。Au膜の直下が選択的にエッチングされている様子が分かる。しかし、Au膜直下に加えてその周辺部までエッチングが進行している。これは触媒反応が促進され、エッチングに寄与するホールが過剰に注入された結果、余剰ホールが周囲に拡散することを示唆する。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1　異なるスピンコート回数で堆積した酸化グラフェン膜

図2　Au触媒膜をパターン形成したSi試料をエッチングした後のSEM像

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)

1. Junhuan Li, Nanocarbon-assisted chemical etching of Ge(100) in H2O2, Electrochemistry Communications, 163, 107735(2024).
   DOI: 10.1016/j.elecom.2024.107735
   
2. Kenta Arima, (Invited) Selective Wet Etching of Semiconductor Materials by Novel Catalyst-assisted Modes, ECS Transactions, 114, 17-26(2024).
   DOI: 10.1149/11401.0017ecst
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 山本聖也　他，精密工学会2024年度関西地方定期学術講演会（大阪），令和6年6月21日
2. 山本聖也　他，第85回応用物理学会秋季学術講演会（新潟），令和6年9月20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