低圧プラズマ内でのシリコン網目形成反応

低压等离子体中的硅网络形成反应

• 批准号: 01632508
• 负责人: 清水 勇
• 金额: $ 1.79万
• 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: 1989
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1989 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-01632508/
• 关键词: 電子サイクロトロン共鳴プラズマ; アモルファス・シリコン; 微結晶シリコン; 半導体薄膜

電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECR)を用い、10^<-3>〜10^<-4>torrの低圧プラズマで、SiH_4,SiF_4を分解し、Si系薄膜の作製を行った。低圧プラズマの特徴である高エネルギ-、高濃度電子プラズマによる分解により、100%分解条件を形成でき、100Å/秒以上の高速度でSi膜の形成が可能であることを確かめた。しかし、得られた膜の構造は、作製条件により、アモルファス(a-Si:H)から微結晶(μc-Si:H)と大きく変化し、気相での分解反応に続き、基板上でのSi網目形成反応の制御によって、その構造、延いてはその電気・光学的性質が決定されることを実験的に確証した。すなわち、SiF_4を原料とする場合、H2プラズマにより、気相中で100%分解が進行し、Si膜形成に有効な前駆体、SiHnFm(n+m≦3)が形成される。気相中での分子衝突の少ない低圧条件では十分な水素量(流量比SiF_4/H_2=30/3)で25Å/s程度の高速度で比較的高品質なa-Si:H膜の成膜ができた。この際、得られた膜中には20at%以上の水素を含有し、光学ギャップも〜2.0eVと高品質膜のそれ(〜1.7eV)に比較し広く、その改善のために、パルス導入法が考案された。数秒間の堆積/原子状水素による「化学アニ-ル」の繰返しにより、Si網目構造が緻密になることを見い出したが、過剰なアニ-ルにより、結晶化しμc-Si:Hが形成する。この原因は基板上でのHとFとの強い相互作用による水素脱離反応の促進になることをつきとめた。そこで、より分解の容易なSiH_4を原料とし、SiF_4をパルス状に導入する方法で、堆積先度50Å/s以上で、光学ギャップ1.7eV高品質a-Si:H膜を得ることに成功した。

Electronic サ イ ク ロ ト ロ ン resonance プ ラ ズ マ (ECR) を い, 10 ^ < - > 3 ~ 10 ^ < - > 4 torr の low 圧 プ ラ ズ マ で, SiH_4 SiF_4 し を decomposition, Si thin film の cropping を line っ た. Low 圧 プ ラ ズ マ の, 徴 で あ る high エ ネ ル ギ -, high concentration of electronic プ ラ ズ マ に よ る decomposition に よ を り, 100% decomposition conditions forming で き, more than 100 a/s の high speed で Si membrane の may form が で あ る こ と を か indeed め た. し か し, ら れ は の た membrane structure, cropping conditions に よ り, ア モ ル フ ァ ス (a - Si: H) か ら micro crystal (mu c - Si: H) と き く - し, 気 phase で の decomposition against 応 に 続 き, substrate で の Si mesh formed the 応 の suppression に よ っ て, そ の structure, extending い て は そ 気 の electricity, optical properties が decided さ れ る こ と を be Youdaoplaceholder0 confirms that た. す な わ ち, SiF_4 を materials と す る occasions, H2 プ ラ ズ マ に よ り, 100% 気 phase で decomposition が し, Si membrane formation has a sharper に な 駆 body, before SiHnFm (n + m ≦ 3) が form さ れ る. 気 phase で の molecular less conflict の な い low 圧 で は very な water element volume flow than SiF_4 / H_2 = 30/3 で の 25 a/s degree high speed で comparison of high quality な a - Si: H film の film-forming が で き た. こ の interstate and ら れ た membrane in に は at % above 20 の water containing を し, optical ギ ャ ッ プ も ~ 2.0 eV と high quality membrane の そ れ (~ 1.7 eV) に compare し hiroo く, そ の improve の た め に, パ ル ス import method が test case さ れ た. Seconds between の water accumulation/atomic element に よ る "chemical ア ニ - ル" の Qiao return し に よ り, Si dense mesh structure が に な る こ と を see い out し た が, turning な ア ニ - ル に よ り, crystallization し mu c - Si: H が form す る. <s:1> The reason is that on the で substrate, there is a strong <s:1> interaction between で, <s:1>, H, と, F, と, による, water dissociation, and 応, which promotes になる, とを, とを, and とめた. そ こ で, よ り decomposition の easy な SiH_4 を materials と し, SiF_4 を パ ル ス shape に import す で る method, accumulation degree more than 50 a/s first で, optical ギ ャ ッ プ 1.7 eV quality a - Si: H film を have る こ と に successful し た.

项目成果

H.Shirai: "Growth of Amorphous,Microcrystalline and Epitaxial Silicon at the same Substrate temperature under control of Atomic hydrogen" J.Non-crystalline Solids.114. 810-812 (1989)

H.Shirai：“在原子氢的控制下，在相同的衬底温度下生长非晶硅、微晶硅和外延硅”J.Non- crystals Solids.114。

M.Azuma: "Growth Kinetics for propagation of Si-network" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.149. 57-62 (1989)

M.Azuma：“硅网络传播的生长动力学”Mat.Res.Soc.Symp.Proc.149。

I.Shimizu: "Chemical reaction for Propagation of Si-network" J.Non-crystalline Solids.114. 145-150 (1989)

I.清水：“硅网络传播的化学反应”J.非晶固体.114。

J.Hanna: "Preparation of Si thin Films by Spontaneous Shemical deposition" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.149. 11-16 (1989)

J.Hanna：“通过自发化学沉积制备硅薄膜”Mat.Res.Soc.Symp.Proc.149。

H.Tanabe: "Growth of Crystalline Silicon,Microcystalline and epitaxial at low Substrate temperature" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.149. 17-22 (1989)

H.Tanabe：“低温衬底温度下晶体硅、微晶和外延的生长”Mat.Res.Soc.Symp.Proc.149。