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

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450058
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 芳井 熊安 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029152)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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, 助教授 (80166503) ; 森 勇蔵 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00029125)
• Keywords: 大気圧プラズマCVD / アモルファスSiC / 超高速成膜

Research Abstract

大気圧プラズマCVD法により、アモルファスシリコンカーバイド(a-SiC)の高速成膜を行い、成膜パラメータと膜構造の相関を詳細に検討した。成膜条件は、SiH_4濃度0.05%、基底ステージ温度300℃、電極回転速度5000rpmとし、投入電力、成膜ギャップ、CH_4濃度をパラメータとして変化させた。
まず、投入電力が膜構造に及ぼす影響について検討した。その結果、投入電力増加によってCH_4ガスが効率的に分解され、膜中のC含有量が増加し、Si-C結合の形成が促進されることが分かった。
次に、成膜ギャップ(回転電極-基板間距離)の影響について検討した。その結果、a-SiC薄膜の成膜速度に関しては成膜ギャップの最適値が存在し、それ以下では反応ガス流量の減少により、またそれ以上では投入電力密度の減少により、それぞれ成膜速度が低下する傾向があることが分かった。一方、膜中のSi-C結合密度に注目すると、成膜ギャップを小さくするほどSi-C結合密度が増加することが分かった。これは反応ガス流量減少と投入電力密度増加の両方の効果によって反応ガス、特にCH_4の分解が促進されたためと考えられる。これらの結果から、成膜速度および膜質の両方を考慮すると、成膜ギャップとしては300μmが適していると考えた。また、Auger電子分光による膜組成の分析結果から、成膜ギャップ300μmでのa-SiC薄膜中のSiとCの組成比は、Si : C=1 : 8であった。成膜時の原料ガス混合比(CH_4/SiH_4)を小さくすれば、ストイキオメトリックなa-SiC薄膜が形成できると考えられる。
そこで最後に、CH_4/SiH_4比の影響について検討した。CH_4/SiH_4比を小さくすると、成膜速度が減少するとともに、特にC-H_n結合濃度が大きく減少した。これらのa-SiC薄膜の組成分析はまだ行っていないが、今後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薄膜の超高速形成実現が期待できる。

Research Products

• [Publications] Y.Mori, H.Kakiuchi, K.Yoshii, K.Yasutake, M.Matsumoto, Y.Ebata: "High-Rate Deposition of Device-Grade Amorphous Si By Atomospheric Pressure Plasma CVD"Proceedings of the COE International Symposium on Ultraprecision Science and Technology for Atomistic Production Engineering -Creation of Perfect Surface-. 187-192 (2001)
• [Publications] 垣内弘章: "大気圧プラズマCVD法の開発"生産と技術. 54. 46-49 (2002)