装置詳細

【NPF031】原子層堆積装置[FlexAL]

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名称 【NPF031】原子層堆積装置[FlexAL]
メーカー オックスフォード・インストゥルメンツ株式会社
課金額 2018年度単価表
導入年月日  
仕様 ■金属や半導体、誘電体材料のナノ薄膜の作製に用いる装置です。
■モデル名はFlexAL です。
■基板は8”φまでのサイズに対応します。
■Al2O3, SiO2, HfO2, ZnO, TiO2, SiN他のALD成膜が可能です。
■これまでに報告されたALD装置の応用例は、(1)銅配線の拡散防止膜、銅めっきシード層、(2)高効率太陽電池、(3)有機EL、EL、有機トランジスタデバイスのH2O、O2の拡散を止める封止膜、(4)DRAMキャパシタ、(5)高誘電率ゲート絶縁膜など、多数あります。
■独自のアイデアで新しい用途も開拓してください。
■本装置を用いたご支援をご希望の方は、技術相談、技術代行の申請をお願いします。
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■原子層堆積(ALD)装置は、原子層レベルで膜厚を制御して、平坦で緻密な薄膜を形成する装置です。
・原子層レベルでの膜厚の制御は、原料分子の供給と、反応物質の供給を別々のステップとして行い、それぞれのステップが自己停止するメカニズムを利用して実現します。
・例えば、Al2O3膜のALDでは、原料分子Al(CH3)3の供給ステップでは基板表面のOH基との反応で表面にO-Al(CH3)2などを形成して自己停止します。この時、CH4が放出されます。
・この酸化反応のステップでは、表面のAl-CH3結合を酸化してAl-OH結合を形成して自己停止、この際にもCH4が放出されます。
・これら表面反応の自己停止メカニズムを利用することにより、成長を原子層レベルで制御することができるようになっています。
・原料分子と反応物質が同時に反応室内に存在してしまうと、反応が気相中で進行して化学気相成長(CVD)になってしまうため、ALDは実現されません。
・これを防止するために、上記2つのステップの間に、パージステップを挟んで、原料分子と反応物質の気相反応が起きないようにしています。
・原料分子と反応物質を交互に供給しながらこうした自己停止メカニズムを利用した成膜を行うことにより、深いトレンチやコンタクトホールの中にも均質な膜を形成することができます。
■当施設のALD装置では、反応物質の供給に低温プラズマを利用します。
・低温プラズマは電磁場で加速された電子が分子をイオン化することによる電子とイオンの生成が、両極性拡散や表面再結合などにより起きるそれらの消滅とバランスすることにより維持されます。
・電磁場で加速された電子は分子のイオン化以外に、電子励起や解離を引き起こしますので、プラズマ中には電子、イオンなどの荷電粒子のほかに、電気的に中性の原子、ラジカル、励起状態原子分子などが存在しこれらを総称してプラズマ活性種と呼びます。
・一方、減圧条件下では、電子エネルギーと分子の振動・回転・並進エネルギーの間の緩和はほとんど進行しませんので、電子温度は数eVに対して分子温度は数十meVという非平衡状態が実現されています。これが低温プラズマです。
・ALDの反応剤供給に低温プラズマを利用することの利点は数多くあります。例えば、(1)反応に必要な活性化エネルギーはプラズマ活性種により供給されるので、基板の温度を反応とは独立に制御することができます。(2)低温成長が可能です。(3)相対的に反応性が低い原料分子もプラズマ活性種により反応させることができるため、反応分子の選択肢が広がります。(4)プラズマ活性種の供給は、プラズマ放電の圧力、供給ガス流量、供給ガスの種類と混合比、放電電圧、基板バイアス等の多くのパラメタによる制御が可能です。
・上記のAl2O3のALD成長には、O2プラズマで生成されるOを酸化反応剤として用います。
・これにより、プラズマを用いない熱ALDと比較して、より短時間に、より緻密なAl2O3膜をALD成長させることが可能となっています。
■本装置で採用しているプラズマ源は、遠隔ICP放電プラズマ源です。
・従来の平衡平板容量結合型プラズマ源と比較して、プラズマ放電領域が直接に基板に接することがなく、反応はアフターグロー領域で起こるため、基板やALD膜のプラズマダメージが抑制されます。
・基板温度の制御のプラズマ放電ガス温度への影響が小さく、プラズマ放電条件を基板温度とはほぼ独立に制御することができます。
・基板バイアスの制御を、放電プラズマから離れた場所で行うことができるため、プラズマ放電条件と基板バイアス制御をほぼ独立に制御することができます。
・ICP放電領域と反応室の間のゲートバルブを閉じることにより、原料分子の放電領域への侵入による汚染を防止することができます。
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■原子層堆積装置を、ナノプロセシング施設(NPF)の他の登録装置と組み合わせて利用すると、研究展開の可能性が無限に広がります。例えば:
【NPF015】酸アルカリドラフトチャンバー
バッファードフッ酸溶液による基板前処理を行います。
【NPF063】分光エリプソメータ
ALD膜厚、屈折率の測定を行います。
【NPF051】四探針プローブ抵抗測定装置
ALD薄膜の面抵抗の測定を行います。
【NPF008】スピンコーター
ALD膜上にレジスト塗布を行います。
【NPF006】マスクレス露光装置
ALD膜上に塗布したレジストに任意パターンの露光を行います。
【NPF012】ドラフトチャンバー(右)
現像によりレジストパターンを形成します。
【NPF024】真空蒸着装置
レジストパターン上に金属薄膜を蒸着します。
【NPF014】有機ドラフトチャンバー
リフトオフを行いパターン電極の完成です。
【NPF051】デバイスパラメータ評価装置
電極パターンを作製したALD膜のリーク電流、絶縁破壊電圧を測定します。
【NPF052】デバイス容量評価装置
ALD膜の電気容量測定を行い、比誘電率を計算します。
【NPF074】エックス線光電子分光分析(XPS)装置
ALD膜組成とその深さ分布を測定します。
【NPF038】二次イオン質量分析装置(D-SIMS)
微量不純物の深さ分布を測定します。
【NPF056】研磨機
試料研磨を行います。
【NPF032】原子層堆積装置ミリング機能
SEM観察面にフラットミリングをかけます。
【NPF004】高分解能電子放出顕微鏡(FE-SEM)
ALD試料のSEM観察を行います。
【NPF047】走査プローブ顕微鏡2(SPM2)
ALD試料の表面平坦性観察を行います。
【NPF071】薄膜エックス線回折装置
ALD試料の膜厚、密度測定、結晶構造解析を行います。
【NPF001】 電子ビーム描画装置
10ナノメートルスケールの微細パターンの描画を行います。
【NPF018】反応性イオンエッチング装置
エッチングによりビア、トレンチなど、各種パターンを形成します。
【NPF029】メッキ装置
ALDバリア膜、ALDシード層を形成したビア、トレンチ内に銅めっきを行います。
【NPF057】ラッピングマシン(CMP)
メッキ銅の化学機械研磨によりダマシン配線を形成します。
◆これらの他にも、さまざまな実験を工夫して皆様のアイデアを実現してください。支援申請をお待ちします。

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