課題番号（Application Number）：S-16-NR-0042
利用形態（Type of Service）：技術代行
利用課題名（日本語） ：プラズマ曝露された絶縁膜表面界面での欠陥解析
Program Title (English) ：Characterization of plasma-induced defect structures in dielectric films
利用者名（日本語） ：篠原健吾, 樋口智哉, 西田健太郎, 江利口浩二
Username (English) ： K. Shinohara, T. Higuchi, K. Nishida, K. Eriguchi
所属名（日本語） ： 京都大学大学院工学研究科
Affiliation (English) ： Graduate School of Engineering, Kyoto University

１．概要（Summary）
大規模集積回路の性能向上に向けて、トランジスタの微細化が加速している。現在、信号遅延抑制を目的とし、層間絶縁膜の低誘電率化が進められている。しかしながら、プラズマを用いた加工工程においては、プラズマとの相互作用による絶縁膜材料中での欠陥形成（プラズマダメージ）が問題視されている。これらの欠陥形成機構を明らかにするため、プラズマ処理を施した絶縁膜（SiO2、SiOC）に対し、奈良先端大ナノテクノロジープラットフォーム拠点の設備を利用して、物理的構造変化を詳細に解析した。

２．実験（Experimental）
【利用した主な装置】
分光エリプソメーター
多機能走査型X線光電子分光分析装置（XPS)
【実験方法】
プラズマ処理を施したSi基板上の絶縁膜（SiO2、SiOC）に対して、XPSにより表面組成および構造変化を解析した。また、分光エリプソメーターも利用し、Si基板上に堆積された薄膜の膜厚・組成から、プラズマチャンバー雰囲気の経時変化を調べた。

３．結果と考察（Results and Discussion）
長時間のプラズマ曝露後に、サンプル（Si）表面に堆積したデポ膜を分析した結果をFigure 1に示す。チャンバー材起因の元素（Fe, Cr）の存在が確認できる。（なお、堆積膜厚はエリプソ分光から5 ~ 9 nm程度と同定されている。）　Figure 2は、この環境下でSiOC膜を曝露（平均自己バイアス電圧−120 VのArプラズマで60秒間）し、曝露後の組成解析を行った結果である。Figure 2からは組成の大きな違いは観測されていない。しかしながら別の解析から、曝露後の光学定数変化、電気容量変化が観測されている。したがって、上記のプラズマ曝露により、膜の微視的構造そのものが変化し、その結果、誘電率が変化したと考えられる。今後、これらメカニズム詳細についての検討を進める予定である。

Fig. 1. XPS profile of Si surface after Ar plasma exposure.

Fig. 2. XPS profiles of SiOC films on Si structures before and after Ar plasma exposure.

４．その他・特記事項（Others）
なし
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) K. Shinohara et al., Proc. 38th Int. Symp. Dry Process, p. 27 (2016).
(2) K. Nishida et al., Proc. 38th Int. Symp. Dry Process, p. 81 (2016).
６．関連特許（Patent）
なし