利用報告書 / User's Reports | ARIM Japan公式ホームページ

【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.02.27】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23AT0273

利用課題名 / Title

原子層堆積装置を用いたALD成膜実験

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

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

エレクトロデバイス/ Electronic device,高周波デバイス/ High frequency device,光デバイス/ Optical Device,ALD

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)

水谷文一

所属名 / Affiliation

（株）高純度化学研究所

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

高橋伸尚

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

山崎将嗣

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

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

AT-031：原子層堆積装置_1[FlexAL]

報告書データ / Report

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

GaCp*（ペンタメチルシクロペンタジエニルガリウム、GaC₅(CH₃)₅）とNH₃/H₂プラズマおよびN₂プラズマを用いて、GaN薄膜の原子層堆積（ALD）を行った。2022年度の実験（原料温度60℃、Vapor draw type、キャリアガス流量250sccm）で、GaCp*パルス時間：0.2s、NH₃/H₂プラズマパルス時間：15s、およびN₂プラズマパルス時間：90sで飽和が確認できていたので、今回、成長速度（GPC：Growth Per Cycle）をしらべた。比較のため、NH₃/H₂プラズマを用いないときの膜の成長についても調べた。

実験 / Experimental

FlexALを用いて、GaCp*を原料とし、基板温度200℃で、プラズマ支援ALDによって、GaN薄膜を堆積した。ALDは、原料パルス：0.2s、NH₃/H₂プラズマパルス：15s、N₂プラズマパルス：90sを1サイクルとするABCタイプで行った。原料は、60℃でArバブリング（Vapor draw type、流量250sccm）によって供給し、NH₃/H₂プラズマ（NH₃流量：30sccm、H₂流量：5sccm）は300W、N2プラズマ（N₂流量：100sccm）は400Wとした。膜の成長の様子は、in-situエリプソメーターで膜厚を測定することによって調べた。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 1に、原料→NH₃/H₂プラズマ→N₂プラズマのALD（1回目：a、2回目：b）および、原料→N₂プラズマのALD（c）の、サイクル数と膜厚の関係を示す。ここで、NH₃/H₂プラズマを含むALDを2回実施したのは、1回目の成膜後に分析したところ、基板洗浄が不十分だったためか、F汚染があったことが判明したためである。1回目のNH₃/H₂プラズマを含むALDでは、GPCは0.011nm/cycleとNH₃/H₂プラズマを含まないALDの0.024nm/cycleに比べてかなり小さかったが、基板にF汚染がないNH₃/H₂プラズマを含むALDの2回目では0.017nm/cycleとNH₃/H₂プラズマを含まないALDのGPCに近くなっている。NH₃/H₂プラズマは、原料の配位子を脱離させる効果が大きいと考えられ、NH₃/H₂プラズマをなくすと、配位子由来のCが混入し、GPCがやや大きくなった可能性がある。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1. GaN film thickness as a function of number of ALD cycles. The process conditions for ALD were a GaCp* pulse time of 0.2 s, a NH₃/H₂ plasma pulse time of 15 s, a N₂ plasma pulse time of 90 s (a, b) and a GaCp* pulse time of 0.2 s, a N₂ plasma pulse time of 90 s (c).

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.

Fumikazu Mizutani and Nobutaka Takahashi, "Plasma-enhanced atomic layer deposition of crystalline GaN thin films using a cyclopentadienyl-based precursor", MNC2023, 16P-1-108L (2023)

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