電子温度制御プラズマによるラジカルの単色化に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305004
• 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 和歌山大学, システム工学部, 助教授 (10232472) ; 堀 勝 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (80242824)
• キーワード: プラズマ / 電子温度 / ラジカル / 単色化 / エッチング / CVD / プロセス / 気相反応

研究概要

プラズマ中のラジカルの単色化をガスとプラズマ源との組み合わせによって、実現し、下記の成果を得た。
1.多孔グリッドを用いたコンパクト電子ビームプラズマ中において、電流および加速電圧を制御して窒素ラジカル密度を計測した結果、窒素ラジカル密度の制御が可能であった。さらに、酸素ラジカルおよび炭化水素ラジカルの制御も実現し、高精度なハードディスクのクリーニングおよびコーティングプロセスを実現した。
2.ダイヤモンドプロセスにおいて、H、CH_3,OH、Cラジカルの単色化を実現した。イオンとCH_3ラジカル比を高精度に制御することにより、1.3Paという低圧力においてナノ結晶ダイヤモンドの合成にはじめて成功した。
3.シラン系プラズマにおいて、UHFプラズマのパルス放電の周波数やデューティ比を変化させることにより、Si/H比の高精度制御を実現した。また、Si/H比の制御とSiH_3/Si比の制御により、微結晶シリコン膜の結晶化率と結晶配向性の両者を制御できることを見出した。これにより、結晶化率94%で(111)あるいは(220)配向を有する多結晶シリコン薄膜を合成するプロセスを明らかにした。
4.13.56MHzおよび500MHzのプラズマ中でN_2,H_2,NH_3ガスを導入してラジカルの振る舞いを計測した結果、500MHzプラズマにおいて、H及びNラジカル密度を飛躍的に増加できることを見出し、単色化ラジカルプロセスを用いることによって低誘電率有機薄膜の微細加工を実現した。

研究成果

• [文献書誌] S. Takashima: "Behavior of Hydrogen Atoms in Ultrahigh-frequency Silane Plasma"J. Appl. Phys. 89. 4727-4731 (2001)
• [文献書誌] K. Teii: "Dual-Electrode Biasing for Controlling Ion-to Adatom Flux Ratio during Ion-Assisted Deposition of Diamond"J. Appl. Phys.. 89. 4714-4718 (2001)
• [文献書誌] H. Ohta: "Effect of Ion and Radicals on Formation of Silicon Nitride Gate Dielectric Film Using Plasma Chemical Vapor Deposition"J. Appl. Phys.. 89. 5083-5087 (2001)
• [文献書誌] S. Takashima: "Development of Vacuum Ultraviolet Absorption Spectroscopy Technique Employing Nitrogen Molecule Microdischarge Hollow Cathode Lamp for Absolute Density Measurements of Nitrogen Atoms in Process Plasma"J. Vac. Sci. Technol.. A19・2. 599-602 (2001)
• [文献書誌] M. Nakamura: "Measurement of Spatial Distribution of SiF_4 and SiF_2 Densities in High Density SiF_4 Plasma Using Single-Path Infrared Diode Laser Absorption Spectroscopy and Laser-Induced Fluorescence Technique"J. Appl. Phys. 90・4. 1955-1961 (2001)
• [文献書誌] H. Ohta: "Ultrathin Fluorinated Silicon Nitride Gate Dielectric Films Formed by Remote Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Employing NH_3 and SiF_4"J. Appl. Phys.. 90・2. 580-586 (2001)
• [文献書誌] 高島成剛: "マイクロプラズマを光源に用いた真空紫外吸収分光法による原子密度計測"真空. 44・9. 802-807 (2001)
• [文献書誌] 堀 勝: "赤外半導体レーザ吸収分光法による半導体プロセスモニタリング"日本赤外線学会誌. 11・1. 2-14 (2001)
• [文献書誌] M. Nakamura: "Spatial Distribution of the Absolute CF and CF_2 Radical Densities in High-Density Plasma Employing Low Global Warming Potential Fluorocarbon Gases and Precursors for Film Formation"J. Vac. Sci. Technol.. A19・5. 2134-2141 (2001)
• [文献書誌] S. Takashima: "Absolute Concentration and Loss Kinetics of Hydrogen Atom in Methane and Hydrogen Plasma"J. Appl. Phys.. 90・11. 5497-5503 (2001)
• [文献書誌] H. Nagai: "Behavior of Atomic Radicals and their Effects on Organic Low Dielectric Constant Film Etching in High Density N_2/H_2 and N_2/NH_3 Plasmas"J. Appl. Phys. 91・5. 2615-2621 (2002)
• [文献書誌] M. Ito: "Subsurface Reaction of Silicon Nitride in a highly Selective Etching Process Silicon Oxide over Silicon Nitride"J. Appl. Phys.. 91・5. 3452-3458 (2002)