超清浄金属表面の触媒作用による高効率水素ラジカル発生プロセスの研究

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超清浄金属表面の触媒作用による500℃以下の低温で金属原子等の汚染をいっさい含まない水素フリーラジカル生成反応過程、水素フリーラジカルと半導体表面、半導体・酸化膜界面との相互作用反応過程を明らかにする目的に対して、汚染を発生させない表面研磨処理を行ったステンレス鋼配管中に水素、酸素、アルゴンの混合ガスを流し、ステンレス鋼配管を500℃に加熱してステンレス鋼配管内表面のニッケルの触媒作用により水分と水素ラジカルを生成し、これらを酸化炉に導入して、Siの熱酸化を行った。酸化炉内で900℃に加熱されたSiが水分により酸化され、同時に強還元性を有する水素ラジカルとSi酸化膜との反応により、水素ラジカルはSiの酸化反応時に部分的に形成される弱いSi-O結合を取り除く。その結果、高品質のSi酸化膜構造のみが均一に形成されることを明らかにしている。さらに、半導体デバイスの電気的特性評価により、水素フリーラジカルは半導体プロセスの高性能化に有効であること、即ち水素ラジカル処理により超々LSIの信頼性の決め手ともいうべきSi/SiO_2界面特性が向上すること、を実証する目的に対して、水素ラジカル添加水分熱酸化によって形成されたSi酸化膜を有するMOSデバイスを作製し、その電気的特性を評価した。水素ラジカル添加水分熱酸化膜は、絶縁破壊特性に優れ、酸化膜中のキャリアトラップ密度が低く、さらに電流ストレス後のリーク電流が小さいため、超々LSI用ゲート酸化膜の信頼性を向上させることを実証している。このように、水素ラジカルは半導体プロセスの高性能化に有効であることを明らかにしている。