磁界によるイオン・ラジカルの生成・輸送・成膜制御

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02214225
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 藤山 寛 長崎大学, 工学部, 教授 (20112310)
• 研究分担者: 大野 哲靖 名古屋大学, 工学部, 助手 (60203890) ; 松田 良信 長崎大学, 工学部, 助教授 (60199817)
• キーワード: プラズマCVDプロセス / SiH_4プラズマ / アモルファスシリコン / クロスフィ-ルド磁界 / 走査プラズマ法 / 大面積均一薄膜 / 陰極シ-ス / γ電子励起発光

研究概要

本研究ではSiH_4ガスを用いたプラズマCVD法において、プロセスの最終結果として形成される水素化アモルファスシリコン膜の膜厚や膜質の分布と磁界によって制御されたプラズマや一次反応生成物(SiHやHなどの発光種)の基板近傍での空間分布を対比させることにより、測定の困難な二次反応生成物の振舞いに関する知見を得ることを目的とする。研究は主に以下の3項目に分けて行った。
<1.イオン・ラジカルの生成制御>___ー 電子密度の高い負グロ-領域に加え、陰域シ-ス内でもSiHが形成されていることがわかった。また、陰域降下電圧が高くなるとむしろ前者よりも後者での発光が強いことやHαの発光がこの陰域シ-ス中で主に起こることなどから、発光のメカニズムは、陰域から放出されシ-ス電界によって加速された高エネルギ-γ電子の衝突による励起発光が主であるとの結論を得た。これによりラジカル生成やPowder形成においてシ-ス中のγ電子の重要性が示唆された。
<2.イオン・ラジカルの運送制御>___ー 走査プラズマ法などの新しい反応性プラズマの制御法に関連するクロスフィ-ルド磁界中におけるE×B方向のプラズマ輸送の現象を調べた。この輸送効果を理論的ならびに実験的に調べ、輸送される粒子束や輸送速度を定量化した。この研究により弱いクロスフィ-ルド磁界を印加したCVDプラズマ中では、電子のみが磁化されるため両極性拡散的なE×Bドリフトでプラズマが輸送されることがわかった。
<3.成膜制御>___ー SiH・発光分布とアモルファスシリコン膜厚および膜質分布の対応から、SiH・分布よりも広い膜厚分布となることが示され、より長寿命のラジカルの成膜への寄与が示唆された。また、変調クロスフィ-ルド磁界を用いた走査プラズマ法の装置設計に必要な3つの一般化された膜厚均一化条件が得られた。

研究成果

• [文献書誌] H.Fujiyama,H.Kawasaki,K.Kuwahara and Y.Matsuda: "Development of New Production Technique for 2m^2 Amorphous Silicon Solar Cell" Proc.of Fukuoka International Symposium on Global Environment and Energy Issues,. 181-182 (1990)
• [文献書誌] H.Kawasaki,Y.Matsuda and H.Fujiyama: "TwoーDimensional Profile of Enissive Species in a Magnetized SiH_4/Ar Glow Discharge for Scanning Plasma CVD Method" IEEE Plasma Science. (1991)
• [文献書誌] H.Fujiyama,H.Kawasaki,Y.Matsuda and N.Ohno(Nagoya Univ.): "TwoーDimensional Structure of Reactive Silane Plasmas in the Presence of Crossed Magnetic and Electric Field" Proc.of 1990 MRS Spring Meeting.
• [文献書誌] H.Fujiyama,H.Kawasaki,Y.Matsuda and N.Ohno(Nagoya Univ.): "Averaging Effect of Radical Particle profile by the Scanning Plasma Method in SiH_4/Ar Plasmas" Materials Science & Engineering A,.
• [文献書誌] H.Kawasaki,Y.Matsuda and H.Fujiyma: "Preparation of Uniform aーSi:H Thin Films Using Averaging Effect of Scanning Plasma CVD" Applied Physics Letters.
• [文献書誌] 川崎 仁晴、松田 良信、藤山 寛: "SiH_4プラズマにおける陰極シ-ス内の発光機構" 電気学会研究会資料プラズマ研究会. EPー91ー1. 11-20 (1991)
• [文献書誌] H.Kawasaki,Y.Matsuda,H.Fujiyama: "Preparing of LargeーArea Uniform Thin Film Using a Modulated Cross Magnetic Field" Proc.of the 8th Symposium on Plasma Processing. 185-188 (1991)