パルス放電希ガス希釈プロセシングプラズマの反応促進機構の解明と応用に関する研究

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本研究は、アモルファスシリコン膜を生成する際に用いられる高周波放電シランガスプラズマの中のラジカル種の寿命の違いを利用して、成膜に寄与するラジカル種およびその濃度を制御することを目的としている。その制御には、高周波放電の電圧をラジカル種の寿命程度の半周期を持つ矩形の低周波電圧で振幅変調する手法をとる。直径30cmのステンレス容器内に直径10cmの2つの円板電極を4.5cmの間隔で対向させたプラズマ発生装置に高周波発振器と広帯域増幅器からなる50Wの電源を接続し、気圧80Paでガス流量30sccmのヘリウム希釈5%シランガスを用いて実験を行った結果、次のような結果を得た。(1).電子密度と成膜速度は、1kHz付近の変調周波数領域で、同じ瞬時電力の無変調放電時の値を越え、しかも両者の間には相関性がある。(2).10kHz程度以下の変調周波数領域で放電空間の粉末発生量は連続放電時の1000〜10000分の1程度にまで激減する。(3).10kHz程度以下の変調周波数領域で、(2)で述べた粉末発生量の減少に伴い生成した膜の光学ギャップは上昇する。(4).高周波電圧をオフした時のSiとSiH_3の濃度比は、高周波電圧をオンした時に比べて減少する。(5).(2)〜(4)の結果は、高周波の振幅変調によってラジカル種の中で最も寿命の長いSiH_3の濃度が高くなることを示唆すると共に、成膜速度向上のため注入電力密度を従来の値よりも更に上昇できる可能性を示している。(6).高周波の振幅変調によってラジカル種およびヘリウムからの発光強が最大となる点は電極間の中央付近に位置するようになる。(7).(6)においてヘリウムの発光強度は、無変調放電の場合に比べて大きく減少する。