プラズマ・固体界面の化学反応観測とその制御

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膜堆積に用いた低圧プラズマ(ECRプラズマ)をラングミュア探針法、質量分析、エミッションスペクトル(OES)を用いて実測し、反応性プラズマの概要を把握した。これによると、1〜0.1torrの水素プラズマで、電子濃度(Necm^<ー3>)は、マイクロ波電力に比例し、2×10^9〜2×10^<10>(cm^<ー3>)に増加するが、電子エネルギ-は約5eVと一定値を示した。また、この様な低圧プラズマでは、H_2^+とイオン種が多く、原子状水素の存在と共に堆積表面の活性化に役立つものと考えられる。水素プラズマ中にCH_4を導入すると、CH_4の分解が促進され、Neの増加が認められるが、電子エネルギ-は低下し、プラズマ冷却効果が認められた。また、CH_4の分解の結果、炭化水素系会合体、C_2Hnが増加し、これが膜堆積における炭素クラスタ-の起因となることが予想される。炭素系会合体の生成は、CH_4と同時にSiH_4を導入することによって抑制されることも確認された。この様なプラズマ診断結果から、水素プラズマ流下で、CH_4、SiH_4ガスを間歇的に導入し、欠陥生成の原因となる炭素クラスタ-を除去する目的で、堆積表面を水素流に露らす方法にて、aーSiCx膜の堆積を行った。先ず、SiH_4、CH_4を同時に供給した系で、光学ギャップは、炭素原料の増加に比例し、2.0ev〜2.5eVまで連続的に制御できることを確認した。しかし、この様なaーSiCx:H膜では、炭素量の増加と共に欠陥が増加する。SiH_4供給を連続的に行うと同時に、CH_4を間歇的に供給する方式では、気相中での炭素会合を有効に抑制し、基板上での水素処理による炭素クラスタ-が排除され、光伝導度の高い(ημγ>10^<ー7>cm^2/V)、欠陥濃度の少ないaーSiCx:H(Eg〜2.1eV)が得られた。この際の堆積速度は〜8A^^°/sと比較的高い値が得られ、期待の持てる膜堆積技術を開発できた。