ラジカル制御を用いた表面反応過程及び薄膜形成に関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08405005
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 後藤 俊夫 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50023255)
• 研究分担者: 伊藤 昌文 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (10232472) ; 堀 勝 名古屋大学, 工学部, 助教授 (80242824) ; 河野 明廣 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40093025)
• キーワード: プラズマ / CVD / ラジカル / 多結晶シリコン / アモルファスシリコン / 赤外半導体レーザ吸収分光法 / プロセス / FT-IR

研究概要

ECRSiH_4/H_2プラズマCVD装置において,高品質の多結晶Si薄膜を形成過程にプラズマ中のイオンおよびラジカルがどのような影響を与えているかについて調べた.
ECRSiH_4/H_2プラズマ装置において,基板状上に永久磁石を設置して,プラズマ中から荷重粒子(イオン)を排除した場合と永久磁石を設置せずにプラズマにより形成した多結晶Si薄膜の結晶性をおよび構造をX線回折装置,RHEED,FT-IRおよびラマン分析装置にて解析した.また,薄膜表面のモフォロジーをin situ-AFMにて観察した.
永久磁石を設置して,荷電粒子を排除して形成した薄膜は、荷電粒子が存在する場合と比較して,基板温度300℃にて結晶性および表面平滑性ともに優れていることが明らかになった.さらに,これらの荷電粒子の影響は薄膜の初期成長過程において極めて大きいことが判明した.そこで,薄膜初期成長過程において,荷電粒子を排除し,その後の成長時はプラズマ(荷電粒子およびラジカル)を用いて行う2段階成長プロセスを試みたところ,高品質且つ高速に多結晶Siを形成するのに有効なプロセスであることを発見した.このプロセスにより,基質温度150℃においても多結晶Si薄膜形成が可能であることが見出された.今後は,初期成長過程におけるラジカルの作用を原子レべルで解明し,表面反応過程を制御するプロセスの構築を行う予定である.

研究成果

• [文献書誌] Y.Yamamoto et.al.: "Effects of Dilution Gases on Si Atoms and SiHx^+(x=0-3)Ions in Electron Cyclotron Resonance SiH_4 Plasmas" Jpn.J.Appl.Phys.36. 4664-4669 (1997)
• [文献書誌] R.Nozawa et.al.: "Substrate Bias Effects on Low Temperature Polycrystalline Formation Using Electron Cyclotron Resonance SiH_4/H_2 Plasma" J.Appl.Phys.,. 81. 8035-8039 (1997)
• [文献書誌] R.Nozawa et.al.: "In situ Obserbation of Hydrogenated Amorphous Silicon Surface during Electron Cyclotron Resonance Hydrogen Plasma Annealing Using Polarization Modulation Infrared Reflection Absorption Spectroscopy" Proc.of 44rd National Symposium of American Vacuum Society. 44. 58- (1997)
• [文献書誌] R.Nozawa et.al.: "Early Stage of Poly-Si Growth in ECR Silane Plasma CVD" Proc.of the 15th Symposium on Plasma Processing. 15. 60-63 (1998)
• [文献書誌] R.Nozawa et.al.: "In-Situ PM-IR-RAS Observation of ECR Hydrogen Plasma Annealing Process" 平成9年度電気学会総合研究会プラズマ研究会予稿集. 61-66 (1997)