プラズマプロセスにおけるフリーラジカルに関する研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05237104
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 後藤 俊夫 名古屋大学, 工学部, 教授 (50023255)
• 研究分担者: 真壁 利明 慶応義塾大学, 理工学部, 教授 (60095651) ; 渡辺 征夫 九州大学, 工学部, 教授 (80037902) ; 橘 邦英 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (40027925) ; 村岡 克紀 九州大学, 総合理工学研究科, 教授 (80038546) ; 菅井 秀郎 名古屋大学, 工学部, 教授 (40005517)
• キーワード: フリーラジカル / プラズマ / プロセス / レーザー / イオン / 分光 / 微粒子 / シリコン

研究概要

当初の研究計画は、ほぼ達成された。研究成果の概要を以下に列記する。
1.分光法による気相中のラジカル計測の研究
赤外半導体レーザー吸収法はじめ、各種レーザー分光法を用いて、種々の方法で励起されたプラズマ中のCF_3、DF_2、CF、CH_3、SiH_3、SiH_2、SiH、Siラジカルを測定し、ラジカルの振る舞いを明らかにした。
気相および表面におけるラジカル反応素過程の研究
プラズマプロセス用の反応性分子への電子衝突によって生じる非光中性ラジカルの解離生成断面積を測定した。イオンを表面に衝突させたときどのようなイオンラジカルが生じるかを観測した。CF_4/H_2プラズマ中のCFx/F密度比を制御する方法を見いだした。
プラズマプロセスにおける水素ラジカル計測法の確立とその化学反応過程解明への適用
波長205nmの二光子励起レーザー誘起蛍光法により平行平板型RF励起シランプラズマ中の水素ラジカル密度を測定し、その振る舞いを明らかにした。
4.プラズマ・固体界面でのラジカルの反応過程の研究
多結晶シリコンの低温形成における水素ラジカルの役割を調べ、水素ラジカルが重要な寄与をしていることを明らかにした。高速位相変調FT-IR分光偏光法を開発し、CF_4プラズマに曝されたSi表面の状態を観察した。メタンプラズマ中の炭素微粒子が帯電してクローン力で結晶格子状に配列成長する現象を観測し、その機構を調べた。
5.シランプラズマ中の微粒子成長機構の研究
レーザーおよびプローブを用いて高周波シランプラズマ中の微粒子の発生・成長には、SiH_2のような高発生率の短寿命ラジカルが関与していることが分かった。
6.プラズマプロセスにおけるラジカルのダイナミックシナジズムのモデリン
エッチング、アッシング等で用いられる容量結合型高周波酸素プラズマの構造を時空間分解発光分光法によって測定し、入力とともにシース幅が増加することを見いだし、このの現象がO原子とO^-イオンの反応に起因することを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Y.Yamamoto: "Measurement of Absolute Densities of Si,SiH and SiH_3 in Electron Cyclotron Resonance SiH_4/H_2 Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4320-4324 (1994)
• [文献書誌] K.Maruyama: "CF_3,CF_2,and CF Radical Measurements in RF CHF_3 Etching Plasma Using Infrared Diode Laser Absorption Spectroscopy" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4298-4302 (1994)
• [文献書誌] K.Takahashi: "CFx(X=1-3)Radicals Controlled by On-Off Modulated Electron Cyclotron Resonance Plasma and Their Effects on Polymer Film Deposition" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4181-4185 (1994)
• [文献書誌] 後藤 俊夫: "レーザー分光法によるプラズマ中のラジカル計測" 精密工学会誌.60(11). 1-6 (1994)
• [文献書誌] K.Takahashi: "Characteristics of Fluorocarbon Radicals and CHF_3 Molecule in CHF_3 Electron Cyclotron Resonance Downstream Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.33(8). 4745-4751 (1994)
• [文献書誌] H.Nomura: "Effect of Dilution Gases on the SiH_3 Radical Density in an RF SiH_4 Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4165-4169 (1994)
• [文献書誌] T.Tanaka: "Reaction rate constant of Si atoms with SiH_4 molecules in a RF silane plasma" J.Phys.D:Appl.Phys.27. 1660-1663 (1994)
• [文献書誌] S.Naito: "Effect of Rare Gas Dilution on CH_3 Radical Density in RF-Discharge CH_4 Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.32(12A). 2725-5721 (1994)
• [文献書誌] U.Czarnetzki: "Two-Photon Laser-Induced Fluorescence Measurements of Absolute Atomic Hydrogen Densities and Powder Formation in a Silane Discharge" J.Vac.Sci.Technol.12. 831-834 (1994)
• [文献書誌] U.Czarnetzki: "Comparison of various two-photon excitation schemes for laser-induced fluorescence spectroscopy in atomic hydrogen" J.Opt.Soc.Am.B. 11. 2155-2162 (1994)
• [文献書誌] S.Itoh: "Radical control by wall heating of a fluorocarbon etching reactor" Jpn.J.Appl.Phys.33(9A). L1261-L125 (1994)
• [文献書誌] H.Sugai: "Cross section measurements for electron-impact neutral dissociation by appearance mass spectrometry" 3rd Australia-Japan Workshop on Gaseous Electronics and Application. 57-60 (1994)
• [文献書誌] H.Sugai: "Electrostatic coupling of antenna and the shielding effect in inductive RF plasmas" Jpn.J.Appl.Phys.33(4B). 1289-1293 (1994)
• [文献書誌] Y.Hikosaka: "Free radicals in an inductively coupled etching plasma" Jpn.J.Appl.Phys.33(4B). 2157-2163 (1994)
• [文献書誌] M.Goto: "Cross section measurements for electron-impact dissociation of CHF_3 into neutral and ionic radicals" Jpn.J.Appl.Phys.33(6B). 3603-3608 (1994)
• [文献書誌] 菅井秀郎: "低圧力・高密度プラズマの新しい展開" 応用物理. 63(6). 559-567 (1994)
• [文献書誌] K.Nakamura: "High-speed etching of indium-tin-oxide thin films using an inductively coupled plasma" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4438-4441 (1994)
• [文献書誌] 光岡義仁: "メタンプラズマで生成されるラジカル種と金属テルルとの表面反応" 電気学会論文誌A. 114. 547-552 (1994)
• [文献書誌] K.Tachibana: "Spectroscopic and probe measurements of structures in a parallel plates rf discharge with particles" Plasma Sources Sci.Technol.3. 314-319 (1994)
• [文献書誌] Y.Hayashi: "Mie scattering ellipsometry for analysis of particle behaviors in processing plasmas" Jpn.J.Appl.Phys.33(3B). L476-L478 (1994)
• [文献書誌] T.Shirafuji: "In Situ Ellipsometric Monitoring of Low Temperature Growth of Poly-Si Films by RF Plasma CVD" Material Research Society Symposium Proceedings. 336. 73-78 (1994)
• [文献書誌] Y.Hayashi: "Observation of Coulomb-crystal formation from carbon particles grown in a methane plasma" Jpn.J.Appl.Phys.33(6A). L804-L806 (1994)
• [文献書誌] K.Tachibana: "Detection of H atoms in RF-discharge SiH_4,CH_4,H_2 plasmas by two-photon absorption laser-induced fluorescence spectroscopy" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4329-4334 (1994)
• [文献書誌] K.Tachibana: "In situ ellipsometric monitoring of the growth of polycrystalline silicon thin films by RF plasma chemical vapor deposition" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4191-4194 (1994)
• [文献書誌] Y.Hayashi: "Analysis of spherical carbon particle growth in a methane plasma by Mie-scattering ellipsometry" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4208-4211 (1994)
• [文献書誌] 白藤 立: "薄膜トランジスタ用多結晶シリコンの低温堆積過程" 真空. 37(11). 875-880 (1994)
• [文献書誌] M.Shiratani: "Formation Processes of Particulates in Helium-Diluted Silane RF Plasmas" IEEE Transactions on Plasma Science. 22. 103-107 (1994)
• [文献書誌] 渡辺征夫: "プラズマプロセスにおけるパーティクルの発生と制御" 日本工業出版「クリーンテクノロジー」. 10(4). 69-74 (1994)
• [文献書誌] Y.Watamabe: "Experimental Investigation of Particulate Formation in He-SiH_4 Modulated RF Discharges" Plasma Sources Sci.Technol.3. 286-290 (1994)
• [文献書誌] M.Shiratani: "Study on growth processes of particulates in helium-diluted silane rf plasmas using scanning electron microscopy" Appl.Phys.Lett.65(15). 1900-1902 (1994)
• [文献書誌] T.Fukuzawa: "Novel in situ method to detect subnanometer-size particles in plasmas and its application to particles in helium-diluted silane rf plasmas" Appl.Phys.Lett.64(23). 3098-3100 (1994)
• [文献書誌] H.Kawasaki: "Investigation of Particulate Growth Processes in RF Silane Plasmas Using Light Absorption and Scanning Electron Microscopic Methods" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4198-4201 (1994)
• [文献書誌] T.Fukuzawa: "Study on Growth Processes of Subnanometer Particles in Early Phase of Silane RF Discharge" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4212-4215 (1994)
• [文献書誌] Y.Watamabe: "Effects of Particles on He-SiH_4 Modulated RF Discharges" Plasma Sources Sci.Technol.3. 355-359 (1994)
• [文献書誌] K.Kondo: "A study of the sustaining mechanism in an inductively coupled plasma" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4254-4257 (1994)
• [文献書誌] F.Tochikubo: "Influence of Ar metastable on the discharge structure in Ar and N_2 mixture in RF discharges at 13.56 MHz" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4271-4275 (1994)
• [文献書誌] T.kamata: "A correlation between particle growth and spatiotemporal RF plasma structure" Plasma Source Sci.Technol.3. 310-313 (1994)
• [文献書誌] R.E.Robson: "Transport coefficients and velocity distribution function of an ion swarm in an A.C. electric field obtained from the BGK kinetic equation" Aust.J.Phys.47. 305-314 (1994)
• [文献書誌] N.Nakano: "The radical transport in the narrow-gap-reactive-ion etcher in SF_6 by the relaxation continuum model" Jpn.J.Appl.Phys.33(4B). 2223-2230 (1994)
• [文献書誌] N.Nakano: "Simulation of rf glow discharge in SF_6 by the relaxation continuum model:Physical structure and function of the narrow-gap reactive-ion etcher" Phys.Rev.E49. 4455-4465 (1994)
• [文献書誌] K.Kondo: "Spatiotemporal characteristics determined by a relaxation continuum model of an inductively coupled plasma" Appl.Phys.Lett.65. 31-33 (1994)
• [文献書誌] K.Maeda: "Time dependent RF swarm transport by direct numerical procedure of the Boltzmann equation" Jpn.J.Appl.Phys.33(7B). 4173-4176 (1994)
• [文献書誌] 橘 邦英: "先端電気化学(分担執筆pp.105-113)" 電気化学協会編(丸善), 398 (1994)