研究開発された技術紹介

本事業では、以下の2つのプラットフォームを開発した。
・新材料開発用プラットフォーム
-新規材料の短納期開発を実現する
-核磁気共鳴装置(NMR)を用いたオンタイム反応観測手法による合成実験、及びシミュレーション計算を行い、その結果を探索可能なデータベースを開発した
・新材料成膜最終評価用プラットフォーム:
-開発した新材料を用いた成膜を評価する
-安価な「専用ヒーターステージと量産サイズの成膜装置」を開発した

・新材料開発用プラットフォーム
-多元パラメータ同時試験手法、NMRを用いたオンタイム反応観測手法を開発し、合成実験の効率を大幅に向上させた
-第一原理計算による各種化合物の結合エネルギー計算、異種膜積層時の界面エネルギー計算方法を開発し、最適な材料構造を予測できるようにした
-上記の実験結果と計算結果をデータベース化し、新規材料開発の効率化を実現した
・新材料成膜最終評価用プラットフォーム
-熱シミュレーションを用いて、300mmウェハー対応の専用ヒーターステージを開発した
-量産レベルでの均一な温度制御が可能となった
-専用ヒーターステージを用いた300mm対応のALD成膜装置を開発し、ウェハー間、ウェハー内均一性を±5%以内で成膜できることを確認した

・Hf、Zr、Ti 材料を中心に合成実験を行い、最適な測定方法を確立した
・HfCl2(HMDS)2などの化合物の合成に成功した
・第一原理計算により、Hf、Ti、Zr、Ru などの化合物の構造最適化計算、結合エネルギー計算を実施した
・異種膜積層時の界面エネルギー計算方法を開発した
・合成実験、シミュレーション計算、成膜実験の結果をデータベース化した
・300℃～400℃±5℃の温度制御が可能なφ300mmヒーターステージを3枚開発した
・300mmウェハー対応のALD成膜装置を開発し、ウェハー間、ウェハー内均一性を±5%以内で成膜できることを確認した

令和6年以特許出願予定
・市場に出回っているどの有機金属ハフニウム材料(TDMAHf、TEMAHf、HyALD)よりも高温での分解特性(330℃)を示した「NewHf(A)」を見つけた(化合物特許申請予定)

半導体デバイスメーカー、半導体製造装置メーカーなど、ALD法を用いた薄膜形成を行う企業における、新規材料開発、プロセス開発に利用できる。特に、IoT向けのデバイス開発において、高誘電率材料の需要が高まっていることから、その開発に大きく貢献する。

令和7年度以降からサンプル出荷・評価、追加研究、設備投資などを開始する。また、量産検証等の開発を行い、量産採用を目指す。目標として令和7年度以降から量を増やし令和9年度(180 億円の売り上げを見込む)以降より本格量産体制に入る。

新材料開発用プラットフォームでは、NMRを用いたオンタイム反応観測手法や第一原理計算により、短納期・低コストでの開発を実現した。また、データベースの活用により、経験の浅い研究者でも高精度な材料設計が可能となった。新材料成膜最終評価用プラットフォームでは、300mmウェハーに対応した成膜装置と専用ヒーターステージにより、量産レベルでの評価を低コストで実現した。ウェハー間、ウェハー内均一性を±5%以内に抑えた高精度な成膜を達成した。

本研究開発の成果は、今後のIoT市場の拡大に伴い、ますます需要が高まると予想される。特に、高誘電率材料は、次世代の半導体デバイスや電子部品に不可欠な材料であり、大きな市場形成が期待される。

・複数官能基での合成実験・シミュレーションを行い、新材料創生し化合物リストを充実させる
・様々な材料のチップサイズ試験と300mm ウェハーでの成膜の条件出しを行い、データベース化を行う

当該研究開発では、最新の研究開発用装置や、ノウハウ、結果やデータベース等非常に有益な成果物が得られた。これらの成果物の一つである化合物はアドバイザーメンバーであるデバイス製造企業において、量産採用を念頭に置いた評価を受けるに至った。現在も鋭意量産採用に向け、補完研究開発や改良を続けている。
　事業期間中に得られた装置やノウハウ等を用いて新たに量産採用されるべく鋭意改良や研究開発を進めているが、非常に高度かつ複雑な最先端デバイスに応用するにはしばらく時間を要すると思われるので、自己資金にて研究開発は継続している。またこの開発プラットフォームに関しては問い合わせについて、同様な研究開発を進めたい或いはこれを用いて研究開発を加速したい企業や大学からの問い合わせが複数あり、より広範囲な分野をターゲットにした事業化を検討できるようになった。当社の強みとして事業化の可能性の高い分野により多くのリソースを用いて取り組んでいく予定である。
　以上の様に当該プロジェクトの共同研究先である東北大学や金属技研、アドバイザー企業のみならず、新たな共同研究先が既に多数あり、本件は補完研究を独自に進めていくことが出来る。