自発的気相酸化反応を利用する半導体薄膜材料の作製

本研究では、フッ素(F_2)によるシラン(SiH_4)の気相酸化反応を利用するシリコン(Si)薄膜の新しい作製法における膜成長にかかわる化学過程についての知見を得るため、発光分光分析、FTーIRによるその場観察等の分析手段を利用して、シランーフッ素系の気相及び成長表面での化学過程について調べた。FTーIRによる成長化学過程の観察では、現有の予備反応容器や排気装置を改良、組み合わせ、測定に必要な赤外光の入射窓を設置した小型の反応装置を作製し、膜成長条件下でのシランとフッ素との気相反応種の分析、及び低温堆積膜の加熱にともなって生成する化学種の分析を行った。シランとフッ素との気相反応では、予想されたHFの生成は確認できず、気相生成物としてSiF_4、及び、SiF_3Hの存在が認められた。一方、低温で堆積した膜の昇温実験でも、同様に予想されるHFの生成は確認されず、SiF_4が生成していることが確認された。発光分光分析による気相化学反応過程の観測では、シランのフッ素酸化にともうSiF^*、SiH^*からの発光が観測された。発光は、いずれの膜成長条件においても、SiF^*からの発光が支配的で、その強度は、ガス混合用ノズルから遠ざかるにつれ非直線的に減少した。また、SiF^*/SiH^*の発光強度比は、フッ素/シランの流量比、反応圧力の増加に伴って増加する傾向がみられるものの、いずれの条件下においても、ほぼ6〜9の範囲にあり、反応条件に対する強い依存性は見られなかった。これらの結果は、いずれも、フッ素によるシランの気相酸化反応が極めて早い反応であること示しており、気相反応によって生成するラジカル種の選択により、本堆積法の特徴である堆積膜の構造制御性が実現されているとの考えに疑問を差し挟むもので、成長表面での化学過程についてさらに詳細な知見をうる必要があることが指摘される。

本研究では、フッ素(F_2)によるシラン(SiH_4)の気相酸化反応を利用するシリコン(Si)薄膜の新しい作製法における膜成長にかかわる化学過程についての知見を得るため、発光分光分析、FTーIRによるその場観察等の分析手段を利用して、シランーフッ素系の気相及び成長表面での化学過程について調べた。FTーIRによる成長化学過程の観察では、現有の予備反応容器や排気装置を改良、組み合わせ、測定に必要な赤外光の入射窓を設置した小型の反応装置を作製し、膜成長条件下でのシランとフッ素との気相反応種の分析、及び低温堆積膜の加熱にともなって生成する化学種の分析を行った。シランとフッ素との気相反応では、予想されたHFの生成は確認できず、気相生成物としてSiF_4、及び、SiF_3Hの存在が認められた。一方、低温で堆積した膜の昇温実験でも、同様に予想されるHFの生成は確認されず、SiF_4が生成していることが確認された。発光分光分析による気相化学反応過程の観測では、シランのフッ素酸化にともうSiF^*、SiH^*からの発光が観測された。発光は、いずれの膜成長条件においても、SiF^*からの発光が支配的で、その強度は、ガス混合用ノズルから遠ざかるにつれ非直線的に減少した。また、SiF^*/SiH^*の発光強度比は、フッ素/シランの流量比、反応圧力の増加に伴って増加する傾向がみられるものの、いずれの条件下においても、ほぼ6〜9の範囲にあり、反応条件に対する強い依存性は見られなかった。これらの結果は、いずれも、フッ素によるシランの気相酸化反応が極めて早い反応であること示しており、気相反応によって生成するラジカル種の選択により、本堆積法の特徴である堆積膜の構造制御性が実現されているとの考えに疑問を差し挟むもので、成長表面での化学過程についてさらに詳細な知見をうる必要があることが指摘される。