超ULSIのための高品質SiO_2極薄膜の作成とSiO_2/Si界面の極微細構造評価

膜厚10nm前後の薄いシリコン酸化膜の真空紫外域における光学定数およびSiO_2/Si界面が平坦となる酸化膜の形成条件を初めて明らかにした。以下に、その概要を述べる。(1)乾燥酸素中酸化により作成した膜厚6〜18nmのシリコン酸化膜の反射スペクトルを真空紫外域において測定し、熔融石英の場合と異なることが明らかになった。薄膜であることを考慮したクラマース・クローニッヒ解析を、この反射スペクトルに適用して、シリコン酸化膜の光吸収端近傍の光学定数を決定した結果、光吸収係数は酸化膜厚の増加とともに溶融石英の場合に漸近すること、酸化膜厚の減少とともに溶融石英の光吸収端のエネルギーより小さなフォトン・エネルギーの光吸収が生じること、酸化温度の減少とともに光吸収がより小さなフォトン・エネルギーにおいて生じることなどが明らかになった。(2)乾燥雰囲気中酸化によりSi(100)面上にシリコン酸化膜を形成したときの界面の平坦性を、X線励起Si2p光電子スペクトル測定によるサブオキサイドSi^<2+>の検出により調べた。その結果、100%乾燥酸素中800℃および1000℃で形成した酸化膜の界面は平坦に近いこと、100%乾燥酸素中1000℃で形成した膜厚22.5mmの酸化膜の場合には同じ酸化条件で作成した膜厚9.3mmの場合に比べて界面はさらに平坦に近いこと、アルゴンで希釈した乾燥酸素中1000℃における酸化の場合の界面は平坦ではなくなること、アルゴンで希釈した乾燥酸素中1000℃で酸化後に窒素またはアルゴン中1000℃1時間熱処理した場合には熱処理しない場合に比べて界面はさらに平坦ではなくなることなどが明らかになった。すなわち、酸化時間が応力緩和時間に比べて長いために酸化膜の真性応力の緩和が生ずる場合および熱処理により応力緩和が生ずる場合には、界面が平坦でなくなることが明らかになった。

膜厚10nm前後の薄いシリコン酸化膜の真空紫外域における光学定数およびSiO_2/Si界面が平坦となる酸化膜の形成条件を初めて明らかにした。以下に、その概要を述べる。(1)乾燥酸素中酸化により作成した膜厚6〜18nmのシリコン酸化膜の反射スペクトルを真空紫外域において測定し、熔融石英の場合と異なることが明らかになった。薄膜であることを考慮したクラマース・クローニッヒ解析を、この反射スペクトルに適用して、シリコン酸化膜の光吸収端近傍の光学定数を決定した結果、光吸収係数は酸化膜厚の増加とともに溶融石英の場合に漸近すること、酸化膜厚の減少とともに溶融石英の光吸収端のエネルギーより小さなフォトン・エネルギーの光吸収が生じること、酸化温度の減少とともに光吸収がより小さなフォトン・エネルギーにおいて生じることなどが明らかになった。(2)乾燥雰囲気中酸化によりSi(100)面上にシリコン酸化膜を形成したときの界面の平坦性を、X線励起Si2p光電子スペクトル測定によるサブオキサイドSi^<2+>の検出により調べた。その結果、100%乾燥酸素中800℃および1000℃で形成した酸化膜の界面は平坦に近いこと、100%乾燥酸素中1000℃で形成した膜厚22.5mmの酸化膜の場合には同じ酸化条件で作成した膜厚9.3mmの場合に比べて界面はさらに平坦に近いこと、アルゴンで希釈した乾燥酸素中1000℃における酸化の場合の界面は平坦ではなくなること、アルゴンで希釈した乾燥酸素中1000℃で酸化後に窒素またはアルゴン中1000℃1時間熱処理した場合には熱処理しない場合に比べて界面はさらに平坦ではなくなることなどが明らかになった。すなわち、酸化時間が応力緩和時間に比べて長いために酸化膜の真性応力の緩和が生ずる場合および熱処理により応力緩和が生ずる場合には、界面が平坦でなくなることが明らかになった。