【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22UT1192
利用課題名 / Title
高熱伝導率無機層間絶縁材料・プロセスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
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）-
【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
リソグラフィ/Lithography,スパッタリング/Sputtering,高品質プロセス材料/ High quality process materials
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)
二宮 健生
所属名 / Affiliation
先端システム技術研究組合(RaaS)
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
安永 竣
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
UT-505：レーザー直接描画装置 DWL66+2018
UT-704：高密度汎用スパッタリング装置
UT-509：枚葉式自動リフトオフ装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究は、低温の製膜でも熱伝導率の高い、すなわち結晶性が高く低不純物濃度な窒化アルミニウム(AlN)薄膜形成プロセスの研究開発を目的としている。AlNは約200W/(mK)と非常に高いバルク熱伝導率を持つ材料であることが知られているが、数100nmの薄膜になるとその熱伝導率は大きく低下する[1]。また、AlNの結晶性や不純物濃度にも大きく依存し、粒径が小さくなる、あるいは不純物濃度が高くなると熱伝導率は著しく低くなる[1]。様々な製膜条件により得られたAlN薄膜の熱伝導率を高精度に評価するため、マテリアル先端リサーチインフラの設備を利用してAlN薄膜上に約10μm幅の電極配線加工を行った。
実験 / Experimental
まず金属アルミニウムをターゲットとした反応性スパッタ法により、Si(100)ウェハ上にAlN薄膜を約 200nm 製膜した。ウェハを2cm角に切り出した後、以下の手順にて熱伝導率測定のための配線を形成した。
１．ビーカー内にてアセトンで浸したサンプルを5min超音波洗浄器にて洗浄後、
２．レジスト（ZPN1150）をスピンコートにより塗布して、90℃にて90sec加熱した。
３．続いてレーザー直接描画装置により所望の配線形状をパターニングし、NMD-Wをもって現像した後、
４．スパッタ法により密着層のCrと配線材料のAuを製膜した。
５．最後にレジストをリフトオフして、純水リンスを行った。
結果と考察 / Results and Discussion
図１は上記実験方法により作製した熱伝導率測定用サンプルの外観写真である。プローブを当てて電気評価を行うためのPadが狙い通り形成されている。Padから先の配線は特殊な形状のため図示していないことを容赦願いたいが、光学顕微鏡による目視検査により所望のパターンが不良なく形成されていることを確認した。また、Pad周囲には残渣が見られているが、これはリフトオフ処理時間の20 minが十分とは言えないためである。サンプルによっては残渣なく仕上がることもあったが、5サンプル中4サンプルは図１で示したような残渣が見られた。リフトオフを追加処理することにより残渣がなくなることは確認したが、今回は光学顕微鏡検査により配線周囲は不良なきこと確認しており、したがって評価にはPad周囲部の金属残りは影響ないと判断して、このまま評価することとした。
このように、実験方法に記載した手法を用いて、AlN薄膜上にCr、Auからなる金属配線を形成することができることを確認した。残念ながら2022年度は熱伝導率評価まで行うことはできなかったが、これを応用してキャパシタンスや絶縁破壊電界など、他の電気的評価も行っていきたい。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 作製した熱伝導率測定サンプルの外観写真。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[1] R.L. Xu et al., Journal of Applied Physics, 126 185105 (2019)
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.
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