低温半導体表面吸着分子のレ-ザ誘起反応の機構と原子層成長

低温半导体表面吸附分子的激光诱导反应及原子层生长机理

• 批准号: 03239208
• 负责人: 広瀬 全孝
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-03239208/
• 关键词: 炭酸ガスレ-ザ; エキシマレ-ザ; レ-ザ誘起反応; ジシラン吸着層

超高真空仕様の反応チャンバ内で零下に冷却されたSiあるいは石英基板上にSi_2H_6分子を吸着させ、これを波長193nmのArFエキシマレ-ザ光をすることによって光分解し、Si薄膜を形成した。吸着Si_2H_6分子の化学反応性及び膜形成メカニズムを調べるために、気相中のSi_2H_6分圧及び基板温度をそれぞれ、0.007〜0.07Torr及び300〜150Kの範囲で変化させ、Si_2H_6吸着層の長さを制御した。表面吸着層形成に対する知見を得るために、ArFエキシマレ-ザ光の出力を21mJcm^<-2>/shot一定とし、繰り返し周波数を0.67〜100Hzに変化させた。更に、Si膜形成における水素脱離反応を促進するために、TEA CO_2レ-ザ光を波長選択して、レ-ザ出力22〜42mJcm^<-2>/shot、繰り返し周波数を0.67〜3.33Hzに変化させ、ArFエキシマレ-ザ光と同期あるいは非同期で吸着層へ照射した。上記の研究結果より以下のことが明かとなった。1.200K程度に冷却された清浄Si表面上では、Si_2H_6吸着第一層は、21mJcm^<-2>/shot程度のArFエキシマレ-ザ光1ショットでほぼ完全に光分解する。気相における孤立Si_2H_6分子の場合には、レ-ザ光1ショットで単原子層成長を実現するために約40層分の分子数が必要となるため、吸着第1層における高い反応性がセルフリミッティング機構として働いて、単原子層成長が実現される。2.10P6(956.1cm^<-1>)のCO_2レ-ザ光をArFエキシマレ-ザ光と同時照射することで、表面のSiH_3結合が選択振動励起され、膜中の結合水素量は半減して2.5at%になる。その結果、膜の結晶性は改善され、結晶層における結晶粒径は約350A、体積率は約70%の多結晶Si薄膜が得られた。

Ultra high vacuum (others の anti 応 チ ャ ン バ で minus に cooling さ れ た Si あ る い は Shi Yingji board に Si_2H_6 molecular を sorption さ せ, こ れ を wavelength of 193 nm の ArF エ キ シ マ レ - を ザ light す る こ と に よ っ て photolysis し, Si film を form し た. Sorption Si_2H_6 応 sex and molecular の び membrane formation メ カ ニ ズ ム を adjustable べ る た め に, 気 phase の 圧 Si_2H_6 points and び substrate temperature を そ れ ぞ れ, 0.007 ~ 0.07 Torr and び 300 ~ 150 k の van 囲 で variations change さ せ, Si_2H_6 sorption layer の さ を suppression し た. Sorption layer formation on the surface of に す seaborne る knowledge を have る た め に, ArF エ キ シ マ レ - の ザ light output を MJCM 21 ^ < 2 > / shot must と し, Qiao り return し cycle for を 0.67 ~ 100 hz に variations change さ せ た. Further に, Si membrane formation における, hydrotin detachment reverse 応を promotes するために, TEA CO_2 レ - を ザ light wavelength sentaku し て, レ - ザ output 22 ~ 42 MJCM ^ < - > 2 / shot, Qiao り return し cycle for を 0.67 ~ 3.33 Hz に variations change さ せ, ArF エ キ シ マ レ - と ザ light over the same period あ る い は で than the same period sorption layer へ irradiation し た. The above records the <s:1> research results よ とが the following is よ とが とが and the following is とが となった. Degree of 1.200 K に cooling さ れ た qing Si surface at で は, Si_2H_6 sorption layer 1 は, 21 MJCM ^ < - > 2 / shot の ArF エ キ シ マ レ - 1 ザ light シ ョ ッ ト で ほ ぼ completely に photolysis す る. 気 phase に お け る isolated Si_2H_6 molecular の occasions に は, レ - 1 ザ light シ ョ ッ ト で 単 atomic layer growth を be presently す る た め に about 40 points の molecular layer number が necessary と な る た め, sorption layer 1 に お け る high い anti 応 sex が セ ル フ リ ミ ッ テ ィ ン グ institutions と し て 働 い て, 単 atomic layer growth が be presently さ れ る. 2.10 P6 (956.1 cm ^ < - > 1) の CO_2 レ - を ザ light ArF エ キ シ マ レ - と ザ light irradiation simultaneously す る こ と で, surface の SiH_3 combining が sentaku vibration excitation on さ れ, membrane in の combined water element quantity は half し て 2.5 at % に な る. そ の results, membrane の crystalline は improve さ れ, crystal layer に お け る crystalline grain size は は about 350 a, volume rate is about 70% many crystalline Si thin film が の ら れ た.

项目成果

T. Yamanishi,S.Miyazaki and M. Hirose: "LaserーInduced Modification of Silicon Surfaces at Low Temperatures" Proc. of 2nd Intern. Conf. on Laser Advanced Materials Processing '92. (1992)

T. Yamanishi、S. Miyazaki 和 M. Hirose：“低温下的激光诱导改性”第二届激光先​​进材料加工会议论文集 (1992)。

M. Hirose,Y. Nagasawa,T. Tanaka,Y. Yamanishi and M. Miyazaki: "Atomic Layer Growth by LaserーInduced Cryogenic CVD" Mat. Res. Soc. Symp. Proc.220. (1991)

M. Hirose、Y. Nagasawa、T. Tanaka、Y. Yamanishi 和 M. Miyazaki：“激光诱导低温 CVD 的原子层生长”Soc。

M. Hirose: "Electronic Properties and Novel Growth Techniques of Polysilicon Thin Films" Springer Proceedings in Physics,Polycrystalline Semiconductors II. 54. 285-292 (1991)

M. Hirose：“多晶硅薄膜的电子特性和新颖生长技术”施普林格物理学报，多晶半导体 II。