反応性非平衡プラズマのモデリング

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02214101
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 田頭 博昭 北海道大学, 工学部, 教授 (10001174)
• 研究分担者: 中村 義春 慶応大学, 理工学部, 助教授 (90051763) ; 生田 信皓 徳島大学, 工学部, 教授 (30035802) ; 真壁 利明 慶応大学, 理工学部, 助教授 (60095651) ; 北守 一隆 北海道工業大学, 工学部, 助教授 (40153134) ; 佐藤 信安 岩手大学, 教育学部, 教授 (20001290)
• キーワード: プラズマプロセス / 反応性RFプラズマ / プラズマモデリング / プラズマシミュレ-ション / プラズマ診断 / 電子スオ-ム / 衝突断面積 / モンテカルロ法

研究概要

本研究は、半導体デバイス等のプラズマプロセシングに用いられている反応性非平衡プラズマのシミュレ-ションモデルの開発を目的としている。まず、モンテカルロモデル、ハイブリッドモデル及び緩和流体モデルを開発し、モノシラン(SiH_4)、メタン(CH_4)及びこれらの混合ガス中のrfプラズマのシミュレ-ションを行なった。さらに、モデル及びシミュレ-ションのサポ-トのため、プロセシング用の電子衡突断面積の決定に関する測定、及び、rf電界下での電子・イオンスオ-ムパラメ-タを計算する新しい手法(FTI法)の開発も同時に行なった。
本年度の主な研究実績は、以下のようにまとめられる。
(1)SiH_4(モンテカルロモデル)、SiH_4/H_2(ハイブリッドモデル)、CH_4(緩和流体モデル)中rfプラズマのシミュレ-ションを行い、プラズマプロセシングに用いられるプラズマの特性を明らかにした。また、プロセシングの中心となるラジカルの発生レ-トを計算した。
(2)ハイブリッドモデルを非対称電極に適用し、電極間電圧のセルフバイアス成分を自己無撞着な計算により求めた。
(3)(1)の結果を用いて、SiH_4、SiH_4/H_2及びCH_4プラズマ中のラジカルの輸送・反応過程を計算し、種々のラジカルの電極間分布等を求めた。
(4)(3)の結果を用いて、水素化アモルファスシリコン膜堆積過程のシミュレ-ションモデルを開発し、膜の堆積率、水素含有量等を計算した。
(6)シミュレ-ション結果の検討を及びモデルのサポ-トのため、rfプラズマからの発光の時空間分析を行なった。
(7)ジシラン(Si_2H_6)の電子衝突断面積(運動量移行、振動励起、解離)の決定に関する測定を行なった。
(8)FTI(Flight Time Integral)法によりrf電界下での電子・イオンスオ-ムの挙動についての計算を行なった。

研究成果

• [文献書誌] N.Sato,H.Tagashira: "A Hybrid Monte Carlo/Fluid Model of RF Plasmas in a SiH_4/H_2 Mixture" IEEE Transaction of Plasma Science. (1991)
• [文献書誌] 中野 誠彦,西村 幹郎,山口 由起夫,真壁 利明: "Theoretical Radical Density Distribution in CH_4 RF Glow Discharges" Proceedings of the 8th symposium on Plasma Processing. 1. 167-170 (1991)
• [文献書誌] 枋久保 文嘉,鈴木 晶,角田 茂,寺薗 裕子,真壁 利明: "Absolute Measurement of Net Excitation Rate in an RF Glow Discharge by Optical Emission Spectroscopy" Proceedings of the 8th Symposium on Plasma Processing. 1. 173-176 (1991)
• [文献書誌] 中村 義春: "Measurement of Electron Swarm Parameters in Si_2H_6ーAr Mixtures" Proceedings of the 8th Symposium on Plasma Processing. 1. 317-320 (1991)
• [文献書誌] 伊達 亜由美,北守 一隆,酒井 洋輔,田頭 博昭: "Modeling of SiH_4 RF Plasma Considering Surface Reactions(I)" Proceedings of the 8th Symposium on Plasma Processing. 1. 143-146 (1991)
• [文献書誌] A.Date,K.Kitamori,Y.Sakai,H.Tagashira: "SelfーConsistent Monte Carlo Modelling of Nonーeguilibrium RF plasma in Argon Gas" 電気学会論文誌A分冊. 111A. (1991)