低誘電率・高絶縁耐力プラズマ堆積CxFy膜を用いたSF_6代替絶縁方式の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555077
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 酒井 洋輔 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20002199)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須田 善行 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70301942) ; 赤澤 正道 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30212400) ; 菅原 広剛 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90241356) ; 中島 昌俊 (株)富士電機総合研究所, 主任研究員 ; BRATESCU A. Maria 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70312379)
• Keywords: 非平衡プラズマ / フルオロカーボン / 薄膜推積 / 電気絶縁

Research Abstract

本研究は地球温暖化ガスの一つとして使用量の削減が迫られているSF_6ガスに替わり窒素や酸素あるいは合成空気と導体部に低誘電率・高絶縁耐力をもつアモルファスC_xF_y(a-C : F)膜を堆積し二次電子放出を抑え、これまで同様あるいはそれ以上の絶縁耐力を得る方式を開発しようとすることである。絶縁膜には、原料にフルオロオクタン(分子式はC_8F_<18>;常温では液体であるが蒸気圧は数〜数十Torr)を用い、プラズマCVD (Chemical Vapor Deposition)法により作成し、これの化学的・電気的特性を評価した。成果は以下のとおりである。
1.RfプラズマCVDにより銅とアルミニウム基板上への堆積速度は、100nm/min以上で、在来用いられてきた低分子CF系材料に比べ1O倍以上の高堆積速度が得られた。
2.堆積されたa-C : Fは高密度C-C結合とC-F結合から成り、誘電率(ε_γ【approximately equal】2)の低い熱特性にも優れた絶縁膜が得られた。
3.本a-C : Fの絶縁耐力は1μmで2.7MV/cmに達した。また、誘電体損はCF_2から成るポリテトラフロロエチレンよりは大きかった。
4.本a-C : Fを金属電極上に堆積したものによる窒素ガス複合系の絶縁耐力は、一例ではあるが、膜無しの場合に比べて低pd(気圧x電極間隙)領域で3倍程度上昇した。
5.この縁耐力向上の原因は、二次電子系数が、金属のものに比べ圧倒的に小さく、10^<-5>オーダの小さな値を与えたことによることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Y.Sakai: "Database in low temperature plasma modeling"Applied Surface Sciences. 192. 327-338 (2002)
• [Publications] C.Biloiu, I.A.Biloiu, Y.Sakai, Y.Suda, M.Nakajima: "Enhancement of Nitrogen Gas Breakdown Voltage between Coated Aluminum Electrodes with Fluorocarbon Polymer Film Prepared in C8F18 Vapor RF Plasma"Jpn. J. Appl. Phys.. 42・(2,2B). L201-L203 (2003)
• [Publications] Y.Sakai, C.Biloiu, I.A.Biloiu, Y.Suda: "Fluorocarbon-film preparation in C_8F_<18> vapor rf plasma and its electrical properties"Int. Conf. on Plasma Sciences, Banff, Canada. 6D08 (2002)
• [Publications] Y.Sakai, C.Biloiu, I.A.Biloiu, Y.Suda: "Breakdown Voltage and Secondary Electron Emission Coefficient of Fluorocarbon Polymer Film Coated Electrode Deposited in C_8F_<18> Vapor RF Plasma in Nitrogen Gas"Proc. 2002 Joint Conference of ACED & Korea-Japan Symp. on Electrical Discharge and High Voltage Eng., Soongsil. Univ. Seoul, Korea. 379-382 (2002)
• [Publications] 太田章嗣, C.Biloiu, 須田善行, 菅原広剛, 酒井洋輔: "C_8F_<18>プラズマプロセスによるa-C : F膜の堆積とその特性"2002年度電気関係学会北海道支部連合大会. 86-86 (2002)
• [Publications] Costel Biloiu, Ioana Arabela Biloiu, 酒井洋輔, 太田章嗣, 須田善行: "High speed deposition of amorphous fluorocarbon polymer (a-C : F) films using perfuorocarbon vapor RF plasma CVD"第20回プラズマプロセシング研究会(SPP-20). 285-286 (2003)