プラズマ-表面相互作用の制御

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02214109
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 広瀬 全孝 広島大学, 工学部, 教授 (10034406)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 誠一 広島大学, 工学部, 助手 (70190759) ; 末宗 幾夫 広島大学, 工学部, 助教授 (00112178) ; 山西 正道 広島大学, 工学部, 教授 (30081441) ; 堀池 靖浩 広島大学, 工学部, 教授 (20209274) ; 川崎 昌博 北海道大学, 応用電気研究所, 教授 (70110723)
• Keywords: プラズマ / 表面反応 / 吸着ラジカル / 質量分析 / レ-ザ誘起光化学反応 / 冷却プラズマCVD / デジタルエッチング / マイクロロ-ディング

Research Abstract

プラズマと固体表面の相互作用はラジカル/表面反応及びイオン/表面反応、UVフォトン/表面反応の複合システムととらえることができる。そこで本研究では、まずラジカル/表面、イオン/表面反応を調べるため、SiH_4のDCグロ-放電プラズマ中で発生したラジカルのみを〜ー40℃に冷却したSi基板上に輸送し、SiH_x吸着層を形成した後、H_2及びArの電子サイクロトロン共鳴放電によって生成した水素ラジカル・イオンビ-ム及びArイオンビ-ムをこれに照射し、表面反応生成物を四重極質量分析計で検出した。その結果、基板に負バイアス(≦ー50V)印加時には、イオン誘起表面反応によるH_2,SiH_4,Si_2H_6の生成・脱離が観測された。またアルゴンイオンビ-ムを加速照射した場合には、シリコンのスパッタリングも観測された。つまり、膜形成過程において、膜中結合水素の離脱反応、凝縮層の表面でのイオン誘起エッチング反応、物理的スパッタリグ現象が共存することが判った。更に、フォトン/表面反応における素過程を調べるために、基板表面に吸着した有機金属ガスのレ-ザ有機光化学反応を調べた。Si(111)基板上のIn(CH_3)_3単層吸着層に波長193nmの光照射すると、光化学分解反応が進行し、金属InやCH_n基が生成されることがX線光電子分光分析により明らかになった。また、プラズマCVDによるシリコン及びシリコン酸化膜の形成において、成膜表面での熱反応及びイオン誘起反応を抑制すると、高次シラン及びシロキサン系の流動性の高い膜形成前駆体を通して堆積が生じ、トレンチ埋め込み、平坦化が可能であることを明らかにした。冷却Si基板(ー120℃〜ー180℃)上へのフッ素原子の吸着と低エネルギイオン照射を繰り返すことで実現されるSiの単原子層エッチングにおいて、マイクロロ-デング効果が大幅に緩和されることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] S.Miyazaki,Y.Kiriki,Y.Inoue and M.Hirose: "Radical and Ion Induced Surface Reactions in Plasma Enhanced CVD of Si." Proc.of Dry Process Symp.17-22 (1990)
• [Publications] 宮崎 誠一、広瀬 全孝: "プロセス用プラズマの制御の最前線" 電気学会誌. 110. 189-193 (1990)
• [Publications] S.Iseda,K.Asami,H.Sakaue and Y.Horiike: "Digital Etching of Silicon" Digest of Papers 1990 3rd MicroProcess Conference.112-113 (1990)
• [Publications] H.Sakaue,S.Iseda,K.Asami,J.Yamamoto,M.Hirose and Y.Horiike: "Atomic Layer Controlled Digital Etching of Silicon." Jpn.J.Appl.Phys.2648-2652 (1990)
• [Publications] S.Miyazaki,Y.Kiriki,Y.Inoue and M.Hirose: "Radical and Ion Induced Reactions on Plasma Deposited Silicon Surfaces." Jpn.J.Appl.Phys.(1991)
• [Publications] H.Shin,S.Miyazaki,H.Ichihashi and M.Hirose: "A.New Deposition Mode in PlasmaーEnhanced Cryogenic CVD" J.NonーCryst.Solids.(1991)
• [Publications] S.Shougen,M.Kawasaki,Y.Matsumi,I.Toyoshima and H.Okabe: "Pyrolytic and Photolytic Dissociation of Trimethylgallium on Si,Al and Au Substrates." J.Appl.Phys.(1991)
• [Publications] M.Kawasaki and N.Nishi: "Laser Photodissociation of Organometallic Compounds on a Cryosubstrate." Appl.Organomet.Chem.(1991)
• [Publications] Y.Matsumi,M.Kawasaki,S.Shougen and I.Toyoshima: "Pyrolytic and Photolytic Dissociation of Trimethylgallium on Si,Au,and AlSubstrates" Extended Abstracts of the 22nd Conf.on Solid State Devices and Materials 1990.885-888 (1990)
• [Publications] I.Suemune,A.Kishimoto,K.Hamaoka,Y.Honda,Y.Kan and M.Yamanishi: "Dependence of GaAs Etch Rate on the Angle of Incidence of a Hydrogen Plasma Beam Excited Electron Cyclotron Resonance." Appl.Phys.Lett.56. 2393-2395 (1990)
• [Publications] A.Kishimoto,I.Suemune,K.Hamaoka,T.Koui,Y.Honda and M.Yamanishi: "InーSitu RHEED Monitoring of Hydrogen Plasma Cleaning on Semiconductor Surfaces." Jpn.J.Appl.Phys.29. 2273-2276 (1990)
• [Publications] I.Suemune,K.Hamaoka,A.Kishimoto,T.Koui.Y.Honda and M.Yamanishi: "HydrogenーPlasma Photo Effects on MetalーOrganic Molecular Beam Epitaxy of GaAs." J.Crystal Growth. (1991)