VHF帯プラズマの発生と制御

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本年度は、VHF周波数がプラズマ周波数と整合することから、電極間の電子の出入りがない結果、大きなセルフバイアスが発生しないこと、すなわち、プラズマ空間に高い電界がかからないことに着目して、プラズマ中の電界分布を発光スペクトルの空間分布測定により診断すること、ならびに、反応性SiH_4プラズマによりアモルファスSi膜を堆積して、良好な光電特性と薄膜トランジスタ特性を実証した。1<.発光スペクトルによるプラズマ診断>___ー:プラズマ発光スペクトルの電極間空間分布を観測した。窒素プラズマの337nmの発光線(11.0eVの準位からの発光)と391nmの発光線(18.8eVからの発光)に注目して、これらの発光強度比(すなわち、高エネルギ-電子濃度)の空間分布を調べると、パワ-電極から離れるにしたがって、強度比が単調に減少していき、グランド電極側では一定になることから、プラズマ暗部の電界強度が低いことが明らかになった。水素プラズマおよびSiH_4/H_2混合プラズマの発光については、水素原子(656nm)、水素分子(602nm)およびSiH(41nm)の発光断面積のエネルギ-依存性のデ-タに基づいて、強度比を検討した。2<.アモルファスSi膜の堆積>___ー:反応性SiH_4/H_2混合プラズマにおいて、VHFパワ-、ガス流量比、ガス圧力、ポンプ排気速度、プラズマ基板間距離などを変化させてアモルファスSi膜を堆積し、特性を評価した。AM1光/暗伝導度比は3×10^6を越える高い値を示した。熱酸化膜(厚さ110nm)をゲ-ト絶縁膜とするアモルファスSi薄膜トランジスタ(チャネル長は100μm、幅は200μm)を作製した。オンオフ比7桁、nチャネル移動度1.5[cm^2/Vs]、pチャネル移動度0.12[cm^2/Vs]を有する良好なTFT特性を得た。高い光電特性や良好なTFT特性が得られたのはVHFプラズマが電界が低く、イオンダメ-ジ効果が少ないためと考えられる。