| 研究概要 |
プラズマや光励起を用いた薄膜形成、エッチング、表面改質などの材料プロセスにおいて中性ラジカルが果たしている役割を理解するために、ラジカルの基板表面での反応をインプロセスで動的に計測することを目指して研究を遂行した。
まず第一に、研究目的にかなうラジカル源の開発とその評価法を確立した。すなわち、RF放電やマイクロ波放電を利用したラジカル源を試作し、レーザー誘起蛍光法、共振器内レーザー吸収法などの高感度な分光計測法によって、ラジカル源の内部や開口から噴出されたラジカルの密度や空間分布を、ガス圧や投入電力の関数として詳細に計測した。測定できたラジカルとしては、シランガス系のSi,SiH,SiH_2などに加えて、HやOなどの原子状ラジカルである。
実際のプロセスの例として、水素化非晶質シリコン(a-Si:H)の化学気相堆積(CVD)をとりあげ、表面での反応性の高いSiH_n(n=0〜2)ラジカルが膜形成や膜物性に与える影響などを、実測したラジカルフラックスと堆積速度や膜の電気的光学的特性の比較から検討した。一方、インプロセス分光偏光解析の手法を確立し、これによって膜構造や表面モフォロジーを同時に評価して、前駆体となるラジカル組成の磯いによる変化を調べた。さらに、表面反応モデルを構築して、計算機シミュレーションによってその結果を検討した。また、酸素原子ラジカルや励起酸素分子などの密度を定量的に評価したラジカル源を用いて、シリコン基板の酸化過程を調べ、初期酸化過程におけるラジカルの効果を評価した。
一方、ラジカル源から指向性のよいビームを取り出し、一定の入射角度で基板に照射して、基板近傍での入射成分と反射成分の空間分布をレーザー誘起蛍光の二次元イメージから計測して、表面での反応(付着)係数を直接測定する実験を現在進めている。
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