低周波放電のプロセスプラズマとしての適用とその制御法の開発

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平成2年度の研究結果は、次ぎのようである。高・低周波CVDにおけるプラズマの相違について、昨年度今年度と、50Hz〜13.56MHzの広範囲において電子・イオンのプラズマ中での挙動を、プラズマ発光分光分析などからプラズマの周波数特性を明らかにし、低周波プラズマCVD法の特徴を把握しようとして研究を進めてきた。50Hz〜13.56MHzの範囲でのプラズマ中の電子温度と放電維持電圧をH_2+CH_4、H_2のガスについて測定し、どちらの傾向も低周波領域で一定値を取り、数百kHz以上で急激に減少している。これは、低周波プラズマが高エネルギ-電子の密度が高いことを意味し、これまでの常識を覆す結果が明らかにされた。更に、H_2+CH_4プラズマの電極間発光位置分布測定で、50Hz、13.56MHzプラズマで大きな違いが見られHα、Hβの発光強度が13.56MHzプラズマで50Hzより著しく小さいことも明らかになった。更に、電極間の位置に対するプラズマ発光の時間変化について50Hzと100kHzの条件で測定を行なった。実験装置は、微弱発光の高速測定が要求されるため、観測発光波長を固定し(H_2^*( ^3Σ_o→ ^3Σ_u):220nm、Hα:650nm)、光電子増倍管を冷却器(ー15℃)に入れS/N比を上げ、広帯域アンプとボックスカ-インテグレ-タによりデ-タを得るように改良した。低周波条件では、電圧の正負極性に対する2回の発光が見られ、プラズマの発生に急俊な立上がりを見せ、電圧波形も急激に崩壊する。また、消滅時は印加電圧の減少に従い緩やかに消滅していくのが見られる。また、低周波プラズマCVD法による薄膜堆積実験の進行状況は、シリコン酸化膜堆積を行なっている。TEOSを材料とした酸化膜堆積は、200℃程度の加熱が必要であったが、N_2O+SiH_4の材料ガスでは基板非加熱で良質膜堆積が可能であることがわかった。