反応性プラズマによるシリコン膜表面の化学反応性制御

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63632510
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 清水 勇 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (40016522)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 半那 純一 東京工業大学, 工学部像情報光学研究施設, 助教授 (00114885) ; 白井 肇 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (30206271)
• Keywords: シリコン薄膜 / 低温成膜 / エピタキシャル成長 / アモルファス・シリコン

Research Abstract

反応性プラズマを利用したシリコンの低温成膜技術に必要な非平衡プロセス制御技術開発の一環として、基板上でのシリコン網目構造(Si-NW)形成過程とその制御方法に関する検討を行った。プラズマ中で、シラン、及びテトラフロロシランを分解して得たエリコン系ラジカルを前駆体として、基板上にSi薄膜を堆積し、その化学組成、及び構造とプラズマ、及び基板反応制御因子との関係を求めた。その結果、テトラフロロシランを原料とする場合は、水素による部分還元反応によって形成される前駆体(SiHnFm,n+m=3)が膜堆積に有効であり、シランからの堆積では、SiHn(n≦3)が前駆体となることが分かった。これらの中性ラジカルは基板上での付着反応の後、Si-NWw形成のための架橋反応を起こす。その際、原子状水素の供給がこの反応を著しく促進する事実を見い出し、Si-NWをアモルファスから結晶まで連続的に制御することができることを見い出した。また、F元素の存在はその水素との強い相互作用(クーロン引力)によって、Si-NW形成反応速度を著しく増加し、高速堆積時(20A/S)においても結晶シリコンを300℃程度の低温基板上で形成できることを見い出した。さらに、基板上でのSi-NW形成反応の動力学解析を試み、この反応に関わる水素の特異性、及びハロゲン(F,Cl)の役割などを明らかにし、基板上での架橋反応が、これら前駆体中に含まれるシリコン以外の元素の化学反応性に強い影響を受け進行していることが分かった。その結果、300℃の低温基板上でSi単結晶のエピタキシャル成長を実現し、高品質アモルファス・シリコン薄膜と同時に将来性の高い堆積技術の道を開拓した。

Research Products

• [Publications] I.Shimizu: Proc.Jpn.Symp.Plasma Chem.1. 137-144 (1988)
• [Publications] M.Azuma;H.Shirai;J.Hanna;I.Shimizu: Jpn.J.Appl.Phys.
• [Publications] H.Tanabe;H.Shirai;J.Hanna;I.Shimizu: Mat.Res.Soc.
• [Publications] M.Azuma;H.Shirai;J.Hanna;I.Shimizu: Mat.Res.Soc.