プラズマ-表面相互作用の制御

本研究の目的は、プラズマ/固体表面の相互作用を制御することによって、固体表面の選択的なエッチングや選択的な膜形成を行う方法を明らかにすることである。プラズマと固体表面の相互作用は、ラジカル/表面反応及びイオン/表面反応、UVフォトン/表面反応の複合システムととらえることができる。そこで本研究では、まずラジカル/表面、イオン/表面反応を調べるため、SiH_4のDCグロー放電プラズマ中で発生したラジカルのみを〜-40℃に冷却したSi基板上に輸送し、SiH_x吸着層を形成した後、H_2ガスの電子サイクロトロン共鳴放電によって生成した水素ラジカルまたは水素イオンビームをこれに照射し、表面反応成物を4重極質量分析計で検出した。その結果、SiH_4及びH_2の生成・脱離が観測された。これらの分子は、SiH_3(ad)+H^* or H^+ →SiH_4及びSiH_x(ad)^+H^* or H^+ → SiH_<-1>+H_2のような、原子状水素が関与する表面反応で生ずる揮発性反応生成物と考えられる。これにより、SiH_x吸着層表面においてエッチング過程と膜形成過程が同時進行していることが示唆された。またフォトン/表面反応の過程を調べるために、基板表面に吸着した有機金属ガスのレーザ誘起光化学応を調べた。具体的には、トリメチルガリウム(TMGa)のレーザ光分解の機構について、光電子分光法(XPS)を用いて調べた。77K及び室温でNd:YAGレーザの第三高調波(355nm)をTMGa吸着層に照射した場合には、Gaの信号強度の減少が観測されることより、TMGa物理吸着層の一部がレーザ照射により脱離することが分かった。第四高調波(266nm)を室温で照射した場合には、強度の減少とともにピーク位置の低エネルギシフトが観測されることから、TMGaの光化学分解によりGa(CH_3)_2または、GaCH_3の生成が示唆された。この場合、C(1S)信号には化学シフトが観測されないことより、TMGaのレーザ光分解では、CH_3基は光分解されず、炭素の結合状態は変化しないことが示された。

本研究の目的は、プラズマ/固体表面の相互作用を制御することによって、固体表面の選択的なエッチングや選択的な膜形成を行う方法を明らかにすることである。プラズマと固体表面の相互作用は、ラジカル/表面反応及びイオン/表面反応、UVフォトン/表面反応の複合システムととらえることができる。そこで本研究では、まずラジカル/表面、イオン/表面反応を調べるため、SiH_4のDCグロー放電プラズマ中で発生したラジカルのみを〜-40℃に冷却したSi基板上に輸送し、SiH_x吸着層を形成した後、H_2ガスの電子サイクロトロン共鳴放電によって生成した水素ラジカルまたは水素イオンビームをこれに照射し、表面反応成物を4重極質量分析計で検出した。その結果、SiH_4及びH_2の生成・脱離が観測された。これらの分子は、SiH_3(ad)+H^* or H^+ →SiH_4及びSiH_x(ad)^+H^* or H^+ → SiH_<-1>+H_2のような、原子状水素が関与する表面反応で生ずる揮発性反応生成物と考えられる。これにより、SiH_x吸着層表面においてエッチング過程と膜形成過程が同時進行していることが示唆された。またフォトン/表面反応の過程を調べるために、基板表面に吸着した有機金属ガスのレーザ誘起光化学応を調べた。具体的には、トリメチルガリウム(TMGa)のレーザ光分解の機構について、光電子分光法(XPS)を用いて調べた。77K及び室温でNd:YAGレーザの第三高調波(355nm)をTMGa吸着層に照射した場合には、Gaの信号強度の減少が観測されることより、TMGa物理吸着層の一部がレーザ照射により脱離することが分かった。第四高調波(266nm)を室温で照射した場合には、強度の減少とともにピーク位置の低エネルギシフトが観測されることから、TMGaの光化学分解によりGa(CH_3)_2または、GaCH_3の生成が示唆された。この場合、C(1S)信号には化学シフトが観測されないことより、TMGaのレーザ光分解では、CH_3基は光分解されず、炭素の結合状態は変化しないことが示された。