Study on growth of nanoparticle in spatio-temporal electric field fluctuation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03809
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14030:Applied plasma science-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: KAMATAKI Kunihiro 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (60582658)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: プラズマプロセス / 電場 / ナノ粒子生業 / プラズマCVD / AM変調放電 / PIC-MCC / 機械学習

Outline of Final Research Achievements

We investigate effects of amplitude modulation (AM) discharge method on the growth of nanoparticles and the relation between growth of nanoparticles and plasma generation in TEOS/O2/Ar plasma. The amount of nanoparticles decreases as AM level increases. On the other hand, the plasma density is higher than that for CW discharge. Thus, AM discharges suppress growth of nanoparticles in TEOS plasma. We have shown oscillations of axial electric field Ez with AM frequency for AM discharge by the electric field measurement using an electro-optic probe. We have discussed that these fluctuations of Ez mainly lead to the vertically oscillation of the levitation position of nanoparticles trapped in the plasma sheath boundary region. Moreover, the AM discharge method enhances the dissociation rate in TEOS which leads to the high deposition rate of SiO2 film and decreases the amount of O-H bonds in the films. Namely, the AM method improves the deposition rate and film quality of SiO2 in PECVD.

Free Research Field

プラズマプロセス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、AM変調放電による電場振動励起を明らかにし、変調周波数および変調レベルによって制御できるプラズマプラメータを選択できることは学術的・社会的に意義がある。これらの成果は、半導体プラズマプロセスなどにおけるイオンエネルギー分布とイオン角度分布の制御につながる。イオンのエネルギー及び角度の制御は、高いアスペクト比を持つトレンチ構造の側壁膜の膜質向上につながり、AM変調放電が、より精密な成膜方法になりうることを示した。さらに、電場振動とナノ粒子の浮遊位置の関係を明らかにしたことは、AM変調放電手法が、ナノ粒子成長制御だけでなく、ナノ粒子の輸送、成膜技術の向上につながることを示した。