磁界によるイオン・ラジカルの生成・輸送・成膜制御

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本研究ではSiH_4ガスを用いたプラズマCVD法において、プロセスの最終結果として形成される水素化アモルファスシリコン膜の膜厚や膜質の分布と磁界によって制御されたプラズマや一次反応生成物(SiHやHなどの発光種)の基板近傍での空間分布を対比させることにより、測定の困難な二次反応生成物の振舞いに関する知見を得ることを目的とする。研究は主に以下の3項目に分けて行った。<1.イオン・ラジカルの生成制御>___ー 電子密度の高い負グロ-領域に加え、陰域シ-ス内でもSiHが形成されていることがわかった。また、陰域降下電圧が高くなるとむしろ前者よりも後者での発光が強いことやHαの発光がこの陰域シ-ス中で主に起こることなどから、発光のメカニズムは、陰域から放出されシ-ス電界によって加速された高エネルギ-γ電子の衝突による励起発光が主であるとの結論を得た。これによりラジカル生成やPowder形成においてシ-ス中のγ電子の重要性が示唆された。<2.イオン・ラジカルの運送制御>___ー 走査プラズマ法などの新しい反応性プラズマの制御法に関連するクロスフィ-ルド磁界中におけるE×B方向のプラズマ輸送の現象を調べた。この輸送効果を理論的ならびに実験的に調べ、輸送される粒子束や輸送速度を定量化した。この研究により弱いクロスフィ-ルド磁界を印加したCVDプラズマ中では、電子のみが磁化されるため両極性拡散的なE×Bドリフトでプラズマが輸送されることがわかった。<3.成膜制御>___ー SiH・発光分布とアモルファスシリコン膜厚および膜質分布の対応から、SiH・分布よりも広い膜厚分布となることが示され、より長寿命のラジカルの成膜への寄与が示唆された。また、変調クロスフィ-ルド磁界を用いた走査プラズマ法の装置設計に必要な3つの一般化された膜厚均一化条件が得られた。