高性能アモルファスシリコンカーバイド(SiC)の超高速成膜に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450058
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 芳井 熊安 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029152)
• 研究分担者: 垣内 弘章 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10233660) ; 安武 潔 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80166503) ; 森 勇藏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 客員教授 (00029125)
• キーワード: 大気圧プラズマCVD / アモルファスSiC / 超高速成膜

研究概要

昨年度までの研究結果から、大気圧プラズマCVDによるアモルファスシリコンカーバイド(a-SiC)成膜時のCH_4/SiH_4比を最適に制御することで、ストイキオメトリックなa-SiC薄膜の超高速形成が実現できることが示されていた。そこで、原料ガス(SiH_4、CH_4)濃度を正確に制御しながらa-SiCを形成し、膜構造の評価を行った。得られた膜の構造は、現有の電子顕微鏡、赤外吸収分光装置により評価するとともに、オージェ電子分光装置により膜中元素の組成比(Si:C)の分析を行った。
その結果、予測したとおり、ストイキオメトリックなa-SiC薄膜を得る上で、成膜時のCH_4/SiH_4比に最適値が存在することが確認できた。ただし、膜中のSiとCの組成比は、投入電力や基板温度にも大きく影響を受けるため、各パラメータを総合的に最適化することが重要であることが分かった。
一方、昨年度明らかとなった問題点として、プラズマ発生領域内の上流部と下流部とで、ガス流れの方向性に起因したラジカル密度の差が存在するため、基板スキャンにより形成した膜には、必然的に膜厚方向に構造が変化することが挙げられる。本年度は、電極回転速度や基板温度等のパラメータを昨年度までよりも広い範囲で変化させ、その問題点の解消を試みた。その結果、基板温度を550℃まで高くし、電極回転速度を1000rpmとすることによって、ストイキオメトリックなa-SiC薄膜の形成を実現した。また、本a-SiC薄膜は、水酸化カリウム水溶液やフッ硝酸によってもエッチングされないことから、均質性の観点においても優れた性質を有していることが確認できた。

研究成果

• [文献書誌] 森 勇藏, 芳井熊安, 安武 潔, 垣内弘章, 大参宏昌, 和田勝男: "大気圧プラズマCVD法によるエピタキシャルSiの低温かつ高速成長(第1報)-エピタキシャルSi生長条件の検討-"精密工学会誌. 69,6. 861-865 (2003)
• [文献書誌] Y.Mori, K.Yoshii, K.Yasutake, H.Kakiuchi, H.Ohmi, K.Wada: "High-rate growth of epitaxial silicon at low temperature (530-690℃) by atmospheric pressure plasma chemical vapor deposition"Thin Solid Film. 444. 138-145 (2003)
• [文献書誌] Y.Mori, H.Kakiuchi, K.Yoshii, K.Yasutake, H.Ohmi: "Characterization of hydrogenated amorphous Si_<1-x>C_x Firms prepared at extremely high rates using very high frequency plasma at atmospheric pressure"Journal of Physics D : Applied Physics. 36. 3057-3063 (2003)
• [文献書誌] 豊田洋通, 井出 敞, 八木秀次, 垣内弘章, 森 勇藏: "大気圧以上の高圧力下でのプラズマCVDによるダイヤモンドの高速形成"精密工学会誌. 69,10. 1444-1448 (2003)
• [文献書誌] 森 勇藏, 芳井熊安, 安武 潔, 垣内弘章, 大参宏昌, 中濱康治, 江畑裕介: "回転電極型大気圧プラズマCDV法による多結晶Siの成膜特性"精密工学会誌. 70,1. 144-148 (2004)
• [文献書誌] 森 勇藏, 垣内弘章, 大参宏昌, 芳井熊安, 安武 潔, 中濱康治: "大気圧プラズマCDV法によるSiN_xの成膜特性"精密工学会誌. 70,2. 292-296 (2004)