プラズマ・固体界面の化学反応観測とその制御

等离子体/固体界面化学反应的观察和控制

基本信息

批准号：
02214208
负责人：
清水勇
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-02214208/
关键词：
低圧プラズマ aーSiCx:H 光伝導度

项目摘要

膜堆積に用いた低圧プラズマ(ECRプラズマ)をラングミュア探針法、質量分析、エミッションスペクトル(OES)を用いて実測し、反応性プラズマの概要を把握した。これによると、1〜0.1torrの水素プラズマで、電子濃度(Necm^<ー3>)は、マイクロ波電力に比例し、2×10^9〜2×10^<10>(cm^<ー3>)に増加するが、電子エネルギ-は約5eVと一定値を示した。また、この様な低圧プラズマでは、H_2^+とイオン種が多く、原子状水素の存在と共に堆積表面の活性化に役立つものと考えられる。水素プラズマ中にCH_4を導入すると、CH_4の分解が促進され、Neの増加が認められるが、電子エネルギ-は低下し、プラズマ冷却効果が認められた。また、CH_4の分解の結果、炭化水素系会合体、C_2Hnが増加し、これが膜堆積における炭素クラスタ-の起因となることが予想される。炭素系会合体の生成は、CH_4と同時にSiH_4を導入することによって抑制されることも確認された。この様なプラズマ診断結果から、水素プラズマ流下で、CH_4、SiH_4ガスを間歇的に導入し、欠陥生成の原因となる炭素クラスタ-を除去する目的で、堆積表面を水素流に露らす方法にて、aーSiCx膜の堆積を行った。先ず、SiH_4、CH_4を同時に供給した系で、光学ギャップは、炭素原料の増加に比例し、2.0ev〜2.5eVまで連続的に制御できることを確認した。しかし、この様なaーSiCx:H膜では、炭素量の増加と共に欠陥が増加する。SiH_4供給を連続的に行うと同時に、CH_4を間歇的に供給する方式では、気相中での炭素会合を有効に抑制し、基板上での水素処理による炭素クラスタ-が排除され、光伝導度の高い(ημγ>10^<ー7>cm^2/V)、欠陥濃度の少ないaーSiCx:H(Eg〜2.1eV)が得られた。この際の堆積速度は〜8A^^°/sと比較的高い値が得られ、期待の持てる膜堆積技術を開発できた。

使用朗缪尔探针法、质谱分析法和发射光谱（OES）对用于成膜的低压等离子体（ECR等离子体）进行了实际测量，得到了反应等离子体的概况。据此，在1～0.1torr的氢等离子体中，电子浓度(Necm^<-3>)与微波功率成正比，为2×10^9～2×10^<10>(cm^ <-3>))，但电子能量保持恒定在约5 eV。此外，在这样的低压等离子体中，存在许多H_2^+和离子物种，它们与原子氢的存在一起被认为有助于激活沉积表面。当CH_4引入氢等离子体时，促进了CH_4的分解，Ne增加，但电子能量降低，观察到等离子体冷却效应。此外，由于CH_4的分解，碳氢化合物聚集体C_2Hn增加，这预计是膜沉积中碳簇的原因。还证实了通过与CH_4同时引入SiH_4来抑制碳基聚集体的形成。基于这些等离子体诊断结果，我们决定引入一种方法，在氢等离子体流下间歇地引入CH_4和SiH_4气体，将沉积表面暴露于氢流中，以去除导致缺陷的碳簇。 -沉积SiCx薄膜。首先，在同时供给SiH_4和CH_4的系统中，证实光学间隙与碳材料量的增加成正比，并且可以从2.0ev到2.5eV连续控制。然而，在这样的a-SiCx:H膜中，缺陷随着碳量的增加而增加。连续供给SiH_4并同时间歇供给CH_4的方法有效地抑制了气相中的碳缔合，消除了基板上氢处理引起的碳团簇，提高了a-SiCx:H(Eg~2.1eV)的光电导率。缺陷浓度(ημγ>10^<-7>cm^2/V)，缺陷浓度低。在这种情况下，获得了~8A^^°/s的相对较高的沉积速率，我们能够开发出一种有前景的薄膜沉积技术。