高輝度真空紫外光源を用いたシリコン表面の清浄化と薄膜形成過程の制御

高强度真空紫外光源硅表面清洗及薄膜形成过程控制

• 批准号: 04223202
• 负责人: 橘 邦英
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto 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: 1992
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1992 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04223202/
• 关键词: 直接光CVD; 真空紫外光源; アモルファスシリコン; 気相反応過程; 表面反応過程; シミュレーション

光励起プロセスでは、原料ガスの光解離過程の波長依存性によって初期発生ラジカルに選択性が得られ、プロセスの制御性が高められる可能性がある。しかし、実際の化学気相堆積(CVD)などのプロセス条件下では、気相でのラジカル選択生成の特長がそのまま表面での膜形成反応に反映されているか否かの直接的な検証が必要である。そのためにまず、大口径、大出力のマイクロ波放電励起面発光型真空紫外光源を開発し、それを用いた水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)の光CVDにおいて、原料(SiH_4やSi_2H_6)と励起波長(Xe147nm線やHg185nm線)の異なった数種の組み合わせを選ぶことを可能にした。実際に得られた薄膜の構造や物性にも組み合わせによる差異がみられた。その原因を検討するために、気相や基板表面での反応過程を計算機シミュレーションによって解析した。まず、気相での反応を一次元モデルによって計算した結果、光解離で生成された主なラジカルのうちSiH_2のような反応活性なものは、かなり低ガス圧でも親ガスとの反応によって消滅し、SiH_3やSi_2H_5のような活性の低いラジカルが多く生成するが、SiH_4と147nmの組み合わせではSiH_2も数%程度の割合残存している。次に、基板表面での反応を適当なモデルを立ててシミュレーションしてみると、SiH_2のフラックスが多い場合には、膜中の水素結合形態にダイハイドライド構造が多くなり、表面の凹凸も大きくなるという結果となった。このモデルの妥当性を実証するために、気相でのSiH_2などのラジカルのレーザー分光測定を試みたが成功しなかった。光励起CVDではプラズマCVDの場合と比較して、気相中のラジカル密度が総体的に低いためと推定される。しかし、薄膜の成長過程を偏光解析法によってその場観察してみると、SiH_2が多い場合の成長表面はボイドや凹凸が多い構造となっており、表面反応モデルの結果と一致した。

在光激发过程中，源气体的光解离过程的波长依赖性为最初生成的自由基提供了选择性，这可能会增加过程的可控性。但是，在实际的过程条件（例如化学蒸气沉积（CVD））下，必须进行直接验证，以确定气相中自由基选择产生的特征是否直接反映在表面的膜形成反应中。 To this end, we first developed a large diameter, large-power microwave discharge excitation surface-emitting vacuum ultraviolet light source, and made it possible to select several different combinations of raw materials (SiH_4 or Si_2H_6) and excitation wavelengths (Xe147nm line and Hg185nm line) in the optical CVD of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) using this.实际上获得的薄膜的结构和物理特性取决于组合。为了研究原因，通过计算机模拟分析了气相和底物表面上的反应过程。首先，由于使用一维模型计算了气相反应，在光电解离产生的主要自由基中，SIH_2（例如SIH_2）的反应性即使在非常低的气体压力下消失，许多低活性自由基以及诸如SIH_3和SI_2H_5的诸如SI_2H_5的自由基在SIH_4和SIH中均在SIH _4和147中的组合中产生。接下来，当模拟适当的模型以模拟底物表面的反应时，当SIH_2通量高时，膜中的氢键形式会增加，并且表面不平衡也会增加。为了证明该模型的有效性，我们试图对气相中的自由基进行激光光谱测量，但并不成功。据估计，气相中的根部密度通常低于等离子体CVD。但是，当使用椭圆测量法原位观察到薄膜生长过程时，生长表面当大量SIH_2时，具有许多空隙和不平衡的结构，这与表面反应模型的结果一致。

项目成果

W.Chen: "Surface Reaction Modeling in an RF Plasma CVD of a-Si:H" Proceedings of the 10th Symposium on Plasma Processing(応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会). 215-218 (1993)

W.Chen：“a-Si:H 的 RF 等离子体 CVD 中的表面反应建模”第十届等离子体处理研讨会论文集（日本应用物理学会等离子体电子小组委员会）215-218 (1993)。

T.Shirafuji: "Direct Photochemical Deposition of a-Si:H - Effects of Excitation Wavelengths and Source Gases -" Japanese Journal of Applied Physics. 32. (1993)

T.Shirafuji：“a-Si:H 的直接光化学沉积 - 激发波长和源气体的影响 -”日本应用物理学杂志。