極限集積化デバイスのしきい値支配因子自己収束プロセスの研究

しきい値のばらつきが極めて小さい極限集積化デバイスを実現するために、しきい値支配因子が自己収束するゲート酸化膜形成プロセスを開発する目的に対して、極限集積化デバイスを実現するうえで不可欠な極めて薄い酸化膜を形成するプロセスにおいて、酸化速度の酸化時間依存性が飽和型に近い特性を示し、かつ酸化速度の活性化エネルギが実効的に小さくなる酸化条件を明らかにして、この条件で形成された酸化膜の厚さはばらつきが小さく、酸化膜厚さが自己収束することを明らかにしている。酸化膜厚さが自己収束するプロセスを開発する計画に対して、X線光電子分光装置を用いて酸化膜の厚さおよび構造を精密に測定する方法を開発し、シリコンウェハの熱酸化を行い、酸化膜厚さを測定して、酸化時間および温度がゆらいでも酸化膜の厚さが自己収束する条件を明らかにしている。すなわち、酸化速度が酸化種の拡散によって律速されるプロセス条件で熱酸化を行うことにより、酸化時間および温度のゆらぎに対して酸化膜厚さの変動を小さく抑えることができることを明らかにしている。さらに、低い温度で熱酸化を行うことにより酸化膜厚さの酸化時間依存性がより飽和型に近づくことを明らかにしている。また、超清浄酸化により高品質酸化膜を形成する計画に対して、シリコンウェハの精密洗浄によりシリコン表面からパーティクル、金属不純物、有機物不純物を除去したうえで、シリコン表面の水素終端状態、マイクロラフネス、自然酸化膜成長を精密制御した超洗浄雰囲気下でのシリコンの熱酸化により、高性能、高信頼性酸化膜が形成できることを明らかにしている。

しきい値のばらつきが極めて小さい極限集積化デバイスを実現するために、しきい値支配因子が自己収束するゲート酸化膜形成プロセスを開発する目的に対して、極限集積化デバイスを実現するうえで不可欠な極めて薄い酸化膜を形成するプロセスにおいて、酸化速度の酸化時間依存性が飽和型に近い特性を示し、かつ酸化速度の活性化エネルギが実効的に小さくなる酸化条件を明らかにして、この条件で形成された酸化膜の厚さはばらつきが小さく、酸化膜厚さが自己収束することを明らかにしている。酸化膜厚さが自己収束するプロセスを開発する計画に対して、X線光電子分光装置を用いて酸化膜の厚さおよび構造を精密に測定する方法を開発し、シリコンウェハの熱酸化を行い、酸化膜厚さを測定して、酸化時間および温度がゆらいでも酸化膜の厚さが自己収束する条件を明らかにしている。すなわち、酸化速度が酸化種の拡散によって律速されるプロセス条件で熱酸化を行うことにより、酸化時間および温度のゆらぎに対して酸化膜厚さの変動を小さく抑えることができることを明らかにしている。さらに、低い温度で熱酸化を行うことにより酸化膜厚さの酸化時間依存性がより飽和型に近づくことを明らかにしている。また、超清浄酸化により高品質酸化膜を形成する計画に対して、シリコンウェハの精密洗浄によりシリコン表面からパーティクル、金属不純物、有機物不純物を除去したうえで、シリコン表面の水素終端状態、マイクロラフネス、自然酸化膜成長を精密制御した超洗浄雰囲気下でのシリコンの熱酸化により、高性能、高信頼性酸化膜が形成できることを明らかにしている。