シランプラズマ中シリコン微粒子の成長機構の解明

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452094
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 渡辺 征夫 九州大学, 工学部, 教授 (80037902)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福澤 剛 九州大学, 工学部, 助手 (70243904) ; 白谷 正治 九州大学, 工学部, 助教授 (90206293)
• Keywords: シランプラズマ / 微粒子 / パウダー / パーティクル / アモルファスシリコン / レーザ散乱法 / 微粒子プラズマ / 高周波放電

Research Abstract

プラズマプロセスにおいて、プラズマ中に発生する微粒子が,堆積した薄膜の質の劣化や作成した素子の歩留りの低下をもたらすことが問題となっている。本研究では、水素化アモルファスシリコン薄膜作製に使用されるシランプラズマを取り上げ,プラズマ中微粒子に関する計測手法の開発を行うとともに,微粒子の生成,消滅機構,及び微粒子の挙動について調べ以下の成果を得た。
1.微粒子に関する計測法としてレーザ散乱による微粒子量の2次元空間分布の同時その場測定法,レーザ散乱光の遍光を利用した微粒子の粒径と密度の同時その場測定法,静電プローブを用いた極微粒子(クラスター)の質量と密度の測定法の3種類を開発した。
2.変調した高周波電圧を印加する方法によって,シランガスプラズマ中の微粒子の成長過程の診断が可能なこと,微粒子の成長抑制に有効なこと,および高速成膜への可能性を有していることを明らかにした。
3.微粒子の成長に関しては,微粒子の粒径は60〜180nm,密度10^8〜10^9cm^<-3>程度に放電開始後1sで成長すること,この成長率は高密度のSiH_3ラジカルもしくは正イオン種に依る寄与により説明できること,微粒子の核発生には短寿命ラジカル種が関与している可能性が強いことを明らかにした。
4.微粒子の挙動に関しては,微粒子はプラズマとシースの境界領域近傍に局在化し,その傾向は高周波電極側で顕著であることを明らかにした。この局在化の原因について検討した結果,負に帯電した微粒子が,シース電界による静電力とイオンによる衝撃力を受け,そのバランスにより存在位置が決まるとするモデルが,実験結果の傾向を良く説明することが分かった。

Research Products

• [Publications] Y.Watanabe: "REACTION CONTROL FOR SUPPRESSING PARTICLE GROWTH IN RF SILANE PLASMAS AND DEPOSITION OF AMORPHOUS SILICON FILMS" Proc.Int.Seminar on Reactive Plasmas. 475-480 (1991)
• [Publications] M.Shiratani: "IN-SITU SIZE AND DENSITY MEASUREMENTS OF PARTICLES IN SILANE PLASMAS" Proc.Int.Seminar on Reactive Plasmas. 185-188 (1991)
• [Publications] Y.Watanabe: "Study on Powder Growing Process and Powder-Free Deposition of Amorphous Silicon with Modulated RF Silane Discharge" Proc.20th Int.Conf.Phenomena in Ionized Gases. 355-356 (1991)
• [Publications] M.Shiratani: "In Situ Observation of Particle Behavior in rf Silane Plasmas" Jpn.J.Appl.Phys.30. 1887-1892 (1991)
• [Publications] M.Shiratani: "In Situ Observation of Growing Process of Particles in Silane Plasmas and Their Effects on Amorphous Silicon Deposition" Materials Research Society Sympo.Proc,. 236. 301-306 (1992)
• [Publications] M.Shiratani: "Development of Two Laser Light Scattering Methods for Observation of Particle Growing Process in a Helium-Silane rf Plasma" Proc.Jpn.Sympo.Plasma Chemistry. 5. 93-98 (1992)
• [Publications] Y.Watanabe: "Growing Process and Behavior of Particles in Processing Plasmas" Proc.Jpn.Sympo.Plasma Chemistry. 5. 85-91 (1992)
• [Publications] Y.Watanabe: "Observation of Growing Kinetics of Particles in a Helium-Diluted Silane rf Plasma" Appl.Phys.Lett.61. 1510-1512 (1992)
• [Publications] Y.Watanabe: "Particulate Generation and Behavior in Silane Plasmas" Proc.14th Sympo.Dry Process. 131-138 (1992)
• [Publications] M.Shiratani: "Detection of Negative Ions in a Helium-Silane rf Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.31. L1791-L1793 (1992)
• [Publications] Y.Watanabe: "Study on Growing Kinetics and Behavior of Particles in a Helium-Silane rf Plasma Using Laser Diagnostic Methods" Plasma Sources:Science&Technology.
• [Publications] Y.Watanabe: "Dust particle growth kinetics and behavior in silane plasmas" Japanese Journal of Applied Physics.